(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カレンダ掛けすべき材料ウェブ、特に紙ウェブもしくは板紙ウェブをカレンダに通し、
該カレンダにおいてカレンダ掛け用ニップを、加熱可能硬質ロールと、該ロール上を通るエンドレスで可撓性の、実質的に非圧縮性のカレンダ掛け用ベルトとの間に形成し、
前記加熱可能ロールの側に位置する前記カレンダ掛けすべき材料ウェブの表面層を可塑化するために該加熱可能硬質ロールを加熱し、
前記ウェブの本来のカレンダ掛けの前、すなわち前記材料ウェブを前記加熱可能硬質ロールと前記カレンダ掛け用ベルトとの間でプレスする段階の前に、カレンダ掛けすべき前記材料ウェブを前記加熱可能ロールと予備接触させるカレンダ掛け方法において、
前記予備接触段階後に、本来のプレス処理を前記カレンダ掛けすべき材料ウェブに行い、すなわち該材料ウェブに変形が生じるように該ウェブを少なくとも２段階でカレンダ掛けし、
すなわち、先ずプレス段階において前記加熱可能硬質ロールと前記カレンダ掛け用ベルトとの間で、弾性被覆を設けた第１のロールにより前記ウェブをプレスし、
逆転段階において前記加熱可能硬質ロールと前記カレンダ掛け用ベルトとの間に支持された状態に前記材料ウェブを保ち続けることによって、前記プレス段階において生じた前記変形を部分的に逆転して変形を抑制し、
仕上げプレス段階において、前記加熱可能硬質ロールと前記カレンダ掛け用ベルトとの間で、弾性被覆を設けた第２のロールにより前記ウェブを再びプレスすることによって、一度既にプレスし部分的に逆転した前記材料ウェブに新たな変形を生じさせることを特徴とするカレンダ掛け方法。
【請求項２】
請求の範囲第１項記載のカレンダ掛け方法において、前記仕上げプレス段階後であって、前記ウェブが前記加熱可能硬質ロールと前記カレンダ掛け用ベルトとの間から離れる前に、前記プレス処理を受けかつカレンダ掛けされた前記ウェブを、前記カレンダ掛け用ベルトを用いて前記加熱可能硬質ロールに対して一定の距離にわたり支持することを特徴とするカレンダ掛け方法。
【請求項３】
請求の範囲第１項または第２項記載のカレンダ掛け方法において、前記仕上げプレス段階においては、前記本来のプレス段階よりも実質的に低い圧力および低い線圧を用いることを特徴とするカレンダ掛け方法。
【請求項４】
請求の範囲第１項から第３項までのいずれかに記載のカレンダ掛け方法において、前記変形を逆転する段階において、前記カレンダ掛けされる面を平滑に保つために、前記ウェブの厚さを少なくとも部分的に修復できるように前記ウェブを支持することを特徴とするカレンダ掛け方法。
【請求項５】
請求の範囲第１項から第４項までのいずれかに記載のカレンダ掛け方法において、前記カレンダ掛け用ベルトが前記加熱可能硬質ロールと接触を始めるときの到着角度を調節することによって、予備接触の区域の長さを、所望の温度勾配に従うように調整することを特徴とするカレンダ掛け方法。
【請求項６】
請求の範囲前第１項から第５項までのいずれかに記載のカレンダ掛け方法において、前記仕上げプレス区域後における変形が前記ウェブにおいて、できる限り低く生じるように、後接触区域の長さを調節することを特徴とするカレンダ掛け方法。
【請求項７】
請求の範囲第１項から第６項までのいずれかに記載のカレンダ掛け方法において、前記材料ウェブを、カレンダ掛けにおける予備接触の段階の前に、少なくともウェブの、前記加熱可能ロール側に位置する面から蒸気処理することを特徴とするカレンダ掛け方法。
【請求項８】
請求の範囲第１項から第７項までのいずれかに記載のカレンダ掛け方法において、前記ウェブをカレンダ掛けにおける予備接触段階の前に前記加熱可能硬質ロール側から加湿することを特徴とするカレンダ掛け方法。
【請求項９】
請求の範囲第１項から第８項までのいずれかに記載のカレンダ掛け方法において、前記カレンダ掛け用ベルトを冷却することによって、遅くとも前記ウェブがプレス段階に入る前に該ウェブを前記カレンダ掛け用ベルトの側から冷却することを特徴とするカレンダ掛け方法。
【請求項１０】
加熱可能硬質ロールと、該ロール上を通るエンドレスで可撓性、かつ実質的に非圧縮性のカレンダ掛け用ベルトとの間に形成されるカレンダ掛け用ニップを含み、
該カレンダ掛け用ニップの中をカレンダ掛けすべき材料ウェブ、特に紙ウェブもしくは板紙ウェブが通り、
前記加熱ロール側に位置するカレンダ掛けすべき前記材料ウェブの表面層を可塑化するために前記加熱可能硬質ロールが加熱され、
前記ウェブの本来のカレンダ掛けの前に、すなわち該材料ウェブが前記加熱可能硬質ロールと前記カレンダ掛け用ベルトとの間でプレスされる段階の前に、前記カレンダ掛けすべき材料ウェブが前記加熱可能ロールと予備接触する、請求の範囲第１項から第９項までのいずれかに記載のカレンダ掛け方法を用いるカレンダにおいて、
予備接触段階後に、本来のプレス処理を、すなわち前記ウェブのカレンダ掛けを行うために、前記カレンダ掛け用ベルトの走行方向に、弾性被覆を有する少なくとも２つのカレンダロールが順々に互いに間隔を置いて配置されて、前記カレンダ掛け用ベルトを前記加熱可能硬質ロールに押しつけて、
前記ニップは、前記弾性被覆付き第１のカレンダロールと前記加熱可能ロールとの間に位置する本来のプレス区域と、該プレス区域の後に続く、変形を逆転する区域であって、該区域ではカレンダ掛けすべき前記材料ウェブがカレンダ掛け用ベルトと高温ロールとの間で支持される区域と、該逆転区域の後に続く、かつ前記弾性被覆付き第２のカレンダロールと前記加熱可能ロールとの間に位置する仕上げプレス区域とから成るようにすることを特徴とするカレンダ。
【請求項１１】
請求の範囲第10項記載のカレンダにおいて、前記カレンダ掛け用ベルトは金属ベルト、特に鋼製ベルトであることを特徴とするカレンダ。
【請求項１２】
請求の範囲第10項記載のカレンダにおいて、前記カレンダ掛け用ベルトは繊維強化硬質重合体ベルトであることを特徴とするカレンダ。
【請求項１３】
請求の範囲第10項から第12項までのいずれかに記載のカレンダにおいて、前記仕上げプレス段階の後、前記ウェブが前記加熱可能硬質ロールと前記カレンダ掛け用ベルトとの間から離れる前に、前記カレンダ掛け用ベルトは案内されて前記加熱可能硬質ロールに押し付けられて一定の距離にわたって走行し、前記ウェブのための後接触区域を形成するようにしており、該区域において前記ウェブが前記加熱可能ロールと前記カレンダ掛け用ベルトとの間に支持されることを特徴とするカレンダ。
【請求項１４】
請求の範囲第10項から第13項までのいずれかに記載のカレンダにおいて、前記第１および第２のカレンダ掛け用ロールによって前記加熱可能ロールに対して生成される圧力は、本来のプレス区域および仕上プレス区域において所望の線圧を生成するように調整可能であることを特徴とするカレンダ。
【請求項１５】
請求の範囲第10項から第14項までのいずれかに記載のカレンダにおいて、前記仕上プレス段階における線圧は調整されて、実質的に前記本来のプレス段階よりも低いことを特徴とするカレンダ。
【請求項１６】
請求の範囲第10項から第15項までのいずれかに記載のカレンダにおいて、弾性面を有する前記第１／第２のカレンダロールは各区域において調節可能であることを特徴とするカレンダ。
【請求項１７】
請求の範囲第10項から第16項までのいずれかに記載のカレンダにおいて、変形を逆転する段階において、前記カレンダ処理面を平滑に保つために前記ウェブの厚さを少なくとも部分的に修復できるように、前記ウェブは前記カレンダ掛け用ベルトと前記加熱可能ロールとの間に支持されることを特徴とするカレンダ。
【請求項１８】
請求の範囲第10項から第17項までのいずれかに記載のカレンダにおいて、前記カレンダ掛け用ベルトが前記加熱可能硬質ロールと接触を始めるところの到着角度を調節することによって、予備接触の区域の長さは、所望の温度勾配に従うように、調節可能であることを特徴とするカレンダ。
【請求項１９】
請求の範囲第10項から第18項までのいずれかに記載のカレンダにおいて、前記仕上プレス段階の後における変形がウェブにおいてできる限り小さくなるように、後接触区域の長さは調節可能であることを特徴とするカレンダ。
【請求項２０】
請求の範囲第10項から第19項までのいずれかに記載のカレンダにおいて、該カレンダは、カレンダ掛けにおける予備接触段階の前に、少なくとも加熱可能ロール側に位置する前記ウェブの面から該材料ウェブを蒸気処理する手段を有することを特徴とするカレンダ。
【請求項２１】
請求の範囲第10項から第20項までのいずれかに記載のカレンダにおいて、該カレンダは、カレンダ掛けにおける予備接触段階の前に、少なくとも前記加熱可能硬質ロール側から前記材料ウェブを加湿する手段を有することを特徴とするカレンダ。
【請求項２２】
請求の範囲第10項から第21項までのいずれかに記載のカレンダにおいて、該カレンダは、前記カレンダ掛け用ベルトを冷却し、それによって少なくとも前記ウェブがプレス段階に入る前に該ウェブを冷却する手段を有することを特徴とするカレンダ。
【発明の詳細な説明】
本発明は、カレンダ掛け方法に関するものである。この方法においては、カレンダ掛けすべき材料ウェブ、特に紙ウェブもしくは板紙ウェブをカレンダに通す。このカレンダにおいてはカレンダ掛け用ニップを、加熱可能硬質ロールと、このロール上を通るエンドレスで可撓性かつ実質的に非圧縮性のカレンダ掛け用ベルトとの間に作る。この方法では、加熱可能硬質ロールを加熱して、加熱可能ロールの側に位置するカレンダ掛けすべき材料ウェブの表面層を可塑化する。さらに、ウェブに本来のカレンダ掛けを行う前に、すなわち材料ウェブを加熱可能硬質ロールとカレンダ掛け用ベルトとの間でプレスする段階の前に、カレンダ掛けすべき材料ウェブを加熱可能ロールに予備接触させる。
また、本発明は、このカレンダ掛け方法を用いるカレンダに関するものである。このカレンダは、加熱可能硬質ロールと、このロール上を通るエンドレスで可撓性、かつ実質的に非圧縮性のカレンダ掛け用ベルトとの間に作られたカレンダ掛け用ニップを含む。そのカレンダ掛け用ニップの中を、カレンダ掛けすべき材料ウェブ、特に紙ウェブもしくは板紙ウェブが通り抜ける。加熱可能ロール側に位置するカレンダ掛けすべき材料ウェブの表面層を可塑化するために、加熱可能硬質ロールは加熱される。さらに、ウェブに本来のカレンダ掛けを行う前に、すなわち材料ウェブを、加熱可能硬質ロールとカレンダ掛け用ベルトとの間でプレスする段階の前に、カレンダ掛けすべき材料ウェブを加熱ロールに予備接触させる。
カレンダ掛けの水準を改善することが望ましい場合、現在の方法では、実際のところ、唯一の可能性はカレンダ掛け用ニップの数を増やすことである。このことはカレンダの構造をより複雑にし、かつ紙ウェブの制御およびテール通紙を、より困難にしている。特にオンライン抄紙機の場合、高速運転および全速での通紙により生じる矛盾を解決できなければならない。これらの問題をさまざまなベルトカレンダおよびシューカレンダによって解決することが試みられている。これらの手段はカレンダニップを延長し、その結果ニップの働きをより効率的にしている。例えば、それ自体比較的最近作られたものであるベルトカレンダにおいて、カレンダ掛けされる紙はエンドレスベルトによって送られて、高温カレンダロールに予備接触する。その場合、急峻な温度勾配を作り出すことができ、それがカレンダ掛けの観点からは好ましい。ベルトによってニップの有効長が増えるのは、予備接触のためであり、かつそのベルト材料としてロール被覆におけるよりもかなり柔らかい重合体を、熱変形による問題なしに用いることができるためである。スーパーカレンダもしくはソフトカレンダにおけるよりも長いニップの場合、圧力ピークが過剰に大きくならないように、かつそのかさが減り始めないように、ウェブに加わるプレス衝撃を大きくすることができる。
ベルトカレンダ方式の１つが従来技術、例えばフィンランド特許第95,061号に開示されている。この公報によるカレンダの実施例を図面中の第1A図に概略的に示す。この図は従来技術を示す。すなわち、第1A図は従来技術に係わるカレンダの概略図であり、このカレンダでは、カレンダ掛け用ニップＮを、加熱可能硬質ロール１と、弾性被覆を備えたロール２により支持されたカレンダ掛け用ベルト、特に金属ベルト５との間に形成する。金属ベルト５はエンドレスベルトであり、その材料を、例えば鋼鉄にすることができる。このベルトは、逆転ロール４と、弾性被覆３を設けたニップロール２の上を通る。以上、説明したように、この従来技術のカレンダにおけるカレンダ掛け用ニップＮは、したがって、加熱可能硬質ロール１と、弾性被覆を設けたカレンダロール２が支持する金属ベルト５との間に形成される。このような方法は実際、ソフトカレンダのニップに全くよく似ているが、この方法では、金属ベルト５によって紙Ｗの両面を実質的に均等に処理することができ、したがって、つや出しを紙Ｗの両面で同時に行うことができる。
さらに、第1B図は、第1A図に示す従来技術のカレンダを発展させたものを示す。第1B図では、カレンダを延ばして、２つのニップを設けたカレンダになっている。その結果、カレンダは、２つの加熱可能硬面カレンダロール1Aおよび1Bと、弾性ロール被覆3A、3Bを設けた２つのカレンダロール2A、2Bと、１つのエンドレス金属ベルト５とを含む。エンドレス金属ベルト５は、弾性被覆を設けたロール2A、2Bの上を通る。弾性被覆付きロールは、加熱可能硬面ロール1A、1Bと共にカレンダニップN1、N2を作る。もっと正確には、これらのカレンダニップは、それぞれ、加熱可能硬面ロール1A、1Bおよび金属ベルト５の間に形成され、金属ベルト５を、弾性被覆付きロール2A、2Bによって、対応する加熱可能硬面ロール1A、1Bに押しつける。第1B図に示すように、紙ウェブＷは第１のニップN1を通り抜け、その後このウェブは、取り出し誘導ロール4A、4Bによって広げられて転向し、第２のニップN2の中へ案内される。これらの弾性被覆付きロール2A、2Bの構造および作用は第1A図に示すものと同じである。第1A図および1B図に示す従来技術のカレンダは、つや出しに長いニップ時間を必要としない等級紙に使用するとよい。このような等級紙は、例えば被覆ペーストのガラス転移温度が低く、かつそのためにつや出しが早い被覆等級紙である。
オンライン運転を考慮すると、ベルトカレンダは、特に紙ウェブを十分に直線的に走行させることに関して、かなりの利点を提供する。このことが、またテール通紙を高速で行うことを可能にする。滑りシューにより支持されるベルトカレンダにおいては、ニップはエンドレスベルトおよび鋼製ロールの間に形成される。滑りシューのため、そのプレス区域は上述のベルトカレンダよりも広くなる。シューカレンダのニップにおいては、その広いニップのため、最高圧は他の今日のカレンダよりも低く、そのため、かさの維持が非常に重要である等級紙には最適である。この構造に関しては、このようなシューカレンダは、既にかなり長期間使用されてきたエクステンデッドニッププレスに非常によく似ている。
従来技術に関して、シューカレンダ掛けを示す一例として、例えばドイツ特許出願公報第43 44 165号を参照することができる。この公報では、繊維ウェブの両側に位置し、かつそのウェブに対して押しつけることができる２つの加熱可能面の間にウェブを通す平滑化方法を記載している。圧縮圧をウェブの走行方向およびウェブを横断する方向の両方向に、事前に選択したように調整することができる。この従来技術は、滑りシューを設けた同様の装置に関する米国特許第15,163,364号も含む。
ベルト支持式カレンダの概念に関しては、さらに米国特許第4,596,633号を参照する。そこでは、仕上げるべきウェブの表面部分を先ず加湿して高湿度(乾燥加熱残分50%〜70%)にし、その後そのウェブをベルトで支持して、低圧の長い仕上区域へ送り込み、その区域は２つ以上のロールニップを含むウェブ仕上工程が記載されている。上記方法において、ベルトとして、フェルト、ワイヤ、もしくは重合体ベルトなどの従来技術の抄紙機のファブリックを用いているが、その表面処理自体はウェブの、バックアップロールに対面している側のみに対して施される。
滑りシューを設けた表面処理装置において、少なくとも部分的にはドラッギングが起きているベルトと滑りシューとの間の接触が問題であり、その接触が滑りシューおよびベルトの両方にかなり大きなひずみを加えることが考えられる。繊維状ウェブの初期の乾燥に一般的に用いる技術を利用する場合、初期の乾燥によく適し、かつ最初の乾燥において良好に作動するようなベルトの品質はウェブ表面の仕上げ条件には不適切であり、特にベルトに加わる大きなひずみに対する耐性に関しては、不適切であることがわかっている。さらに、ウェブが破損状態のときにベルトに加わる大きな局部的ひずみは、重合体被覆ロールの場合とほとんど同程度に重要な問題であることはもちろんである。例え、ベルト形状をした同様の重合体は、ロールに頑丈に付着された被覆よりもかなり大きなひずみに耐えるとしても、重要な問題である。滑りシューおよびベルトを備えたシューカレンダにおいては、ベルトの両端部を常に閉じる必要がある、もしくは滑り摩擦を減らすために用いる流体および／または蒸気製品が環境へ広がることを何らかの他の方法により妨ぐ必要があることが更なる問題である。
長いベルトが循環することおよびロールニップも同様の基本的問題を有する。ベルト面の特性および均質な内部構造が、ウェブの表面を均一な品質にするためには無条件に必要である。さらに、多かれ少なかれ弾性材料で作られ、かつ２つ以上のベルト調整ロールをしばしば有する複数の長いベルトループをウェブの幅方向のそれぞれの定位置に保つには、仕上げ装置に関して非常に複雑な調整装置を構築することが必要である。
本発明は、カレンダ掛け方法および特に金属ベルトカレンダを使用するカレンダ掛け方法に関するものである。この方法では、エンドレス金属ベルトを用いて非常に長いニップをカレンダに設け、そのカレンダ掛け用ニップ内に、カレンダ掛け工程の全ての段階を、不必要な追加作業なしに形成しようとするものである。本発明の基本的な考えは、軟性ロール被覆がカレンダ掛け区域を延ばす効果を利用しながら、処理すべきウェブと軟性ロール被覆との間の接触を防ぐことである。これによって本発明は、従来技術に比べて実質的に改良されたカレンダ掛け方法と、この改良された方法に従って動作するカレンダとを提供し、そのカレンダを用いることによりカレンダ掛け工程を容易に制御でき、かつその方法を用いることにより同方法を遂行するカレンダの構造を比較的単純にすることができることを目的とする。本発明の目的を達成するために、本発明による方法は、次のことを主たる特徴とする。予備接触段階後に、本来のプレス処理をカレンダ掛けすべき材料ウェブに行い、すなわち材料ウェブに変形が生じるようにウェブを少なくとも２段階でカレンダ掛けし、すなわち、先ずプレス段階において加熱可能硬質ロールとカレンダ掛け用ベルトとの間で、弾性被覆を設けた第１のロールによりウェブをプレスし、逆転段階において加熱可能硬質ロールとカレンダ掛け用ベルトとの間に支持された状態に材料ウェブを保ち続けることによって、プレス段階において生じた変形を部分的に逆転して変形を抑制し、仕上げプレス段階において加熱可能硬質ロールとカレンダ掛け用ベルトとの間で、弾性被覆を設けた第２のロールによりウェブを再びプレスすることによって、一度既にプレスし部分的に逆転した材料ウェブに新たな変形を生じさせる。
他方、本発明によるカレンダは、次のことを主たる特徴とする。予備接触の後に、本来のプレス処理、すなわちウェブのカレンダ掛けを行うために、カレンダ掛け用ベルトの走行方向に、弾性被覆を設けた少なくとも２つのカレンダロールを順々に互いに一定間隔を置いて配置し、これらのロールがカレンダ掛け用ベルトを加熱可能硬質ロールに押しつけて、次のような区域からなるニップが構成されるようにする。すなわち、ニップが弾性面付き第１のカレンダロールおよび加熱可能ロール間に位置する本来のプレス区域と、プレス区域の後に続く変形を逆転させる区域であって、カレンダ掛けすべき材料ウェブがカレンダ掛け用ベルトおよび熱ロール間に保持される区域と、逆転区域の後に続き、かつ弾性面付き第２のカレンダロールと加熱可能ロールとの間に位置する仕上げプレス区域である。
従来技術のカレンダ掛け方法およびカレンダに比べると、本発明により多数の著しい利点が達成され、そのうち例えば次のことが挙げられる。
本発明において可撓性の、薄い、実質的に非圧縮性ベルトを、圧縮性もしくは非圧縮性被覆を有するロールと一緒に新規な方法で用いる場合、非常に広い圧力調整範囲を、高い走行速度範囲と共に同時に得る。さらに、実質的に非圧縮性であるベルト、そのベルトの材料は金属もしくは例えば繊維強化樹脂などの硬質重合体にすることができるベルトと、弾性被覆を有するロールであって、かつ上記ベルトをニップにおいて支持するロールとを用いる場合、非常に高品質の面を有し、かつそのウェブ面に対してその負荷に応じて非常に良好に順応する弾性の仕上げ区域を得る。さらに、本発明による方法を用いると、ウェブ処理区域の全長が非常に長く、かつ必要ならばさまざまな圧力範囲の多数の区域を有する仕上げ装置を得る。本発明によるカレンダの主たる特徴は、使用するカレンダ掛け用ベルトがロール被覆に比べて硬いということにある。このことによって、テール通紙に問題がなくなり、容易になるという非常に大きな利点を生む。なぜならば、ウェブのリーダ端部を全幅のままでカレンダに通すことができるからである。本発明の更なる利点および特徴は、以下の本発明の詳細な説明により明らかになるであろう。
次に、添付の図面中の図を参照し、本発明の一例を説明する。
第1A図および第1B図は、既述のように、従来技術のカレンダを示し、第1A図は、加熱可能硬質ロールによるカレンダ掛け用ニップと、弾性被覆を有するロールに支持されるエンドレス金属ベルトの概略図である。他方、第1B図は、２つのニップを有するカレンダの概略図である。このカレンダでは、カレンダ掛け用ニップを、硬質ロールと、弾性被覆を有するロールが支持する金属ベルトとの間に作る。
第２図は、本発明によるカレンダ掛け方法を用いたカレンダの概略図である。このカレンダは、５段階からなるつや出し工程が可能であり、その工程において、異なる段階間および段階内の関係を調整することができる。
カレンダ掛け工程に関しては一般的に、紙を両面から平滑にし、かつ光沢を出すために、カレンダ掛け用ニップ内においては、紙の各面に接触する平滑な面が必要である。オンラインカレンダについては、高速運転時に、所望の性質を有する変形が紙に生じる時間があるように、２つの相対する硬質鋼製ロールが大変狭いニップを形成する。これらの硬面カレンダロールのうちの一方を、弾性被覆を有する１つもしくはいくつかのロールが支持するエンドレスカレンダ掛け用ベルト、特に金属ベルトに代えた場合、かなり延長されたニップが得られ、その場合紙の両面は等しく処理される。カレンダ掛け用ニップにおける必要なプレスは、主としてカレンダ掛け用ベルトを支持するロールによって、かつ部分的にカレンダ掛け用ベルトの張力によって生じる。要求条件に応じて、カレンダ掛け用ベルトを硬質ロール、もしくは弾性被覆を有するロールのいずれかによって支持することができる。硬質鋼製ロールが支持するカレンダ掛け用ベルトの紙に及ぼす影響はマシンカレンダにおけるものと類似であり、それは紙の厚さの変動が効率的に修正されることを意味している。しかし、ニップ滞留時間がマシンカレンダの場合よりもかなり長くなるので、紙とカレンダ掛け用ベルトとの間の接触により、かつカレンダ掛け用ベルトの剛性により、所望の粘弾性変形が普通のマシンカレンダにおけるよりも大きく生じる時間がある。
弾性被覆を設けたロールにより支持され、かつ鋼製ロールに押し付けられる鋼製ベルトにより、紙はそれらのロールのところでスーパーカレンダにおけるものと同じプレス衝撃を受ける。さらに、それらのロールとロールとの間の区域において紙はベルトの張力から生じるプレス衝撃を受け、この衝撃の機能は主としてそれらのロールにおいて発生した変形の逆転を防ぐことにある。弾性被覆のロールを用いている場合、それらのロールの被覆の損傷の危険性はスーパーカレンダ、もしくはソフトカレンダにおけるよりもかなり小さい。なぜならば、それらのロールは、艶出しされる紙に直接接触せず、カレンダ掛け用ベルトが、発生し得るウェブの破損が生じたときにそれらの被覆に傷痕が付くことを有効に防止するからである。紙と弾性被覆付きのロールとの間のニップにカレンダベルトを用いることによって弾性被覆ロールの効率的な冷却を可能にし、それが高運転速度を可能にするのに役立つ。
カレンダ掛けをいわゆる摩擦カレンダ掛けとして行うこともできる。摩擦カレンダ掛けは、面と面との間に位置する紙をプレスすることに加えて、またそれらの面と紙との速度差と、その速度差から生じる滑り摩擦にも基づく。プレスの張力から生じる通常の複写が、摩擦による温度上昇によって強化され、さらに、艶出し面と紙の間の摩擦が静摩擦から動摩擦へ転換されるために強化される。動摩擦は既知のように、これらの２つの摩擦のうちの低い方である。現在の方法において、例え滑りが機械方向のみに起こるとしても、重合体の横方向の移動も、静摩擦から運動摩擦への転換のため、容易になる。これまでに用いられてきた方法においては、ニップを形成しているロールを互いに僅かな速度差で回転させることによって摩擦を生成していた。単位長さ当たりの滑り度は非常に小さいが、最終的に得られる効果が改善されることは気がついていた。問題は主として走行性と、ロールの回転速度を精密に調整することである。摩擦カレンダ掛けも、カレンダ掛け用ベルトを用いたエクステンデッドニップカレンダに用いることができる。このようなカレンダにおいては、面間の速度差が非常に小さくても、紙が受ける滑りは、エクステンデッドニップのため、かなり大きくなる。上述のカレンダ掛けの一般的原理に加えて、以下に本発明を既述の図面中の第２図を参照し、図２に示す本発明の選択的な実施例の助けを借りて説明する。
すなわち第２図は、本発明によるカレンダの好ましい実施例を示し、そのカレンダにおいてはエクステンデッドニップＮを、加熱可能硬質ロール11と、カレンダ掛け用ベルト15、特に金属ベルトとの間に形成している。ベルトは、弾性被覆13A、13Bを有する２つのロール12A、12Bにより支持される。カレンダ掛けすべき材料ウェブＷ、特に紙ウェブ、板紙ウェブ、もしくはその等価物はニップの中を通る。ニップには片側に加熱可能硬質ロール11があり、反対側にはカレンダ掛け用ベルト15がある。ベルトはエンドレスループとして形成され、調整ロール14A、14B、14C、14D上を走る。延長されたニップＮを形成するために、弾性被覆を有する２つのロール12A、12Bによってカレンダ掛け用ベルト15を加熱可能硬質ロール11に押し付ける。したがって、ニップＮの形は加熱可能硬質ロール11の湾曲形状に従う。ニップＮの長さは、これらのロールの直径と、弾性被覆付きロール12A、12B間の相互の間隔と、カレンダ掛け用ベルト15が調整ロール14A、14B、14C、14Dによって案内されてニップＮを通り抜ける方法とによって左右される。第２図に示す本発明によるカレンダを用いると、カレンダ掛け工程を明確に５つの連続する段階に分割することができ、その場合、それらの段階間の関係を調整することができ、もしくはいくつかの段階を完全に省くことができる。
カレンダ掛け工程の第１段階は予備接触の段階であり、そこではカレンダ掛けすべき材料ウェブ、以下において紙ウェブと称するが、紙ウェブを両面から艶出し用高温面と接触させる。これは、紙ウェブを、この場合特に金属ベルト15と加熱可能硬質ロール11との間にあるギャップに送り込むことによって行われる。加熱可能硬質ロール11と、金属ベルト15を支持する第１の弾性面付きロール12Aとの間に作られるニップの手前においても、金属ベルト15が加熱可能硬質ロール11に接触するように送られるように、予備接触区域Ｉを作る。予備接触の距離、すなわち予備接触区域Ｉの長さを、したがって予備接触の時間を、金属ベルト15の到着角度を第１の調整ロール14Aを用いて加熱可能硬質ロール11に対して変化させることによって、調整できる。予備接触区域Ｉの最適な長さは、紙に要求される温度勾配によって左右される。温度勾配は、さらに紙の等級、含水量、走行速度、紙の初期温度と、紙に接触する面の温度とによって左右される。紙とプレス面との間の熱伝達率が予備接触における、ロール11および金属ベルト15から紙ウェブＷへの熱伝導に影響する。紙とプレス面との間の圧縮圧に加えて、紙の水分と、プレス面の粗さおよび清浄度と、紙の空隙率および平滑度とによってもかなりの程度まで熱伝達率は影響を受ける。
紙Ｗの温度および水分分布が予備接触区域Ｉで適切にした後、紙ウェブＷはプレス区域IIへ、すなわち加熱可能硬質ロール11と弾性被覆付き第１のロール12との間のニップへ送り込まれる。プレス段階、すなわちもっと正確にはプレス区域IIにおいて、紙ウェブＷは高温の平滑面間で、すなわち加熱可能硬質ロール11と金属ベルト15との間でプレスされる。プレス区域IIにおけるプレスの分布形状はスーパーカレンダ、もしくはソフトカレンダのニップにおけるものと大体同じである。このプレスの分布形状は、被覆材料および／または弾性被覆付き第１のロール12A上のロール被覆13Aの厚さを変えることによって、ロールの直径を変えることによって、および／またはロール間の負荷を調整することによって変えることができる。負荷の調節に関して言えることは、第１のロール12Aの構造および動作に関して弾性被覆付き第１のロール12Aを例えば、第２図に示す区域において調節可能なロールにすることができることである。すなわち、ロールマント16Aを固定ロール軸17Aの周りに回転させ、ロールマント16Aをその軸に関連してニップの方へ負荷要素18A、特に静圧負荷要素を用いて押し付ける。区域内で調節可能なこのようなロール12Aを用いると、弾性被覆付きのこのロールと加熱可能硬質ロール11との間のニップにおけるウェブの幅方向の負荷を均一にすることができ、かつ所望の場合、その負荷を、要求されたように調節することができる。加熱可能硬質ロール11の湾曲形状に従った金属ベルト15はプレス区域の拡幅に役立ち、したがって、作用時間を長くする。
カレンダ掛け工程のプレス段階IIには変形を逆転させる段階IIIが続く。その段階において紙ウェブＷは加熱可能硬質ロール11と金属ベルト15との間に支持されて走行し続ける。したがって、プレス段階IIにおいて紙に生じた変形の部分的逆転が平滑面に対して、抑制されながら行われる。このとき紙の温度は未だガラス転移温度より高い。加熱可能硬質ロール11と金属ベルト15との間の適切なプレスは、金属ベルト15の張力を調整ベルト14A、14B、14C、14Dによって調節することによって行う。金属ベルト15と加熱可能硬質ロール11との間のプレスの役目は紙をさらに圧縮することではなく、明確には、紙に生じる変形の逆転を助けて、その厚さを復元することができるようにするとともに、紙の面を平滑に保つようにすることにある。紙を逆転中に支持すると、紙の頂点が上昇することを妨ぎ、これに伴って紙の表面の谷間点が上昇してプレス面に接触する傾向がある。この結果、紙の平滑度が改善される。変形を逆転させる段階中、紙は金属ベルトによって常に支持されるが、プレス区域IIにおいては、紙は幅が広くなる傾向がある。他方、紙を支える平滑な金属面と紙の面との間の摩擦が、ウェブが広がることを妨げようとする。このため、紙の内部のプレス張力と、紙ウェブの幅方向に面に平行なせん断張力とが、この摩擦作用により生じる。紙の内部のプレス張力は紙表面の谷間区域を持ち上げようとし、それによって紙の平滑度およびかさを改善する。他方、始めの方に既に説明したように、紙の表面に平行なせん断張力は紙の光沢を増す効果がある。
次の段階として、すなわち変形の逆転段階後に、カレンダ掛け工程には仕上げプレス段階IVがある。この仕上プレス段階において、既に一度プレスされ、逆転された紙は第２段階、すなわちプレス段階と同じ方法で、すなわち、さらに金属ベルト15と加熱可能硬質ロール11との間で、再度プレスされ、弾性被覆付きロール12Bは金属ベルト15を硬面付き加熱可能ロール11に押し付ける。この仕上げプレスの役目は、この第２のプレス衝撃によって、例えば厚さの部分的変動のために紙の不均一になったままの部分に特に作用することにある。この仕上プレスの作用は前の段階よりも深く紙の内部へ及ぶ。なぜならば、この段階において紙の温度勾配は均一化する余裕があり、紙の温度は全体的にガラス転移温度より高いからである。この理由から、紙の変形に必要な力は第１のプレス段階よりも弱く、かさの減少が、より容易に起こる。他方、仕上げプレスにおいて目指している変形は比較的小さい。なぜならば、紙は、艶出しの最初の３段階の後は既に比較的平滑だからである。これらの理由から、仕上げプレス段階IVは最初のプレス段階IIよりも穏やかに行う必要がある。すなわち、紙のかさを維持するために、最初のプレス段階よりも弱い線圧および圧力を用いる必要がある。線圧の調節は、次の場合は、比較的簡単になる。すなわち、弾性被覆13Bを有する第２のロール12Bも、第２図に示す実施例に従って弾性被覆付き第１のロール12Aと同様に、区域内で調節可能なロールである場合である。このロールでは、ロールマント16Bが固定ロール軸17Bの周りを同様に回転し、ロールマント16Bが上記ロール軸から、弾性被覆13Bを有するロール12Bと加熱可能硬質ロール11との間のニップの方へ、負荷要素18Bによって押し付ける。
カレンダ掛け工程の最後の段階、すなわち第５段階は後接触段階Ｖである。この段階では、紙Ｗは仕上プレス後に金属ベルト21と加熱可能硬質ロール11との間に保持される。この後接触段階Ｖの役目は仕上げプレスにおいて発生した変形の逆転を支持し、かつ不利な変形ができる限り小さい状態を紙が維持できるようにすることにある。後接触段階Ｖの長さを、第２の調整ロール14Bの位置を調節することによって調整することができる。最終結果を考慮して、紙を、制御された方法で冷却し、ガラス転移温度より低い温度にすることができれば最適である。冷却後、ガラス質状態にある紙に生じている変形はほとんど逆転しない。このような冷却には、艶出しカレンダ本体の直後に配される第２の同様の金属ベルトカレンダを必要とする。この第２の装置の役目は、エクステンデッド冷却ニップによって熱を紙から伝導により除去し、紙全体を、ニップから離れる前にガラス質状態に固化させることである。
第２図に示すカレンダにおいて、さまざまなカレンダがけ用パラメータをかなり広い変動幅で調節することができる。先ず、紙ウェブＷを加熱する面の温度を非常に広い範囲で調節することができる。温度の下限は、実際においては、硬質ロール11および金属ベルト15が実際に冷却されない限りは工場ホールの温度になり、それも可能である。主として２台の金属ベルトカレンダを順々に配置する場合のみに冷却と関係させることができ、艶出しを既に施した紙ウェブをその紙に含まれる重合体のガラス転移温度よりも低い温度まで後方のカレンダによって冷却して、変形が逆転する結果として紙表面が粗くなることを防止することが考えられる。しかし、実際において、カレンダの大きさの装置を周囲の温度よりもかなり冷えた温度にまで常に冷やすことは費用がかかり、原則として、その必要さえない。なぜならば、熱が紙の表面部分から伝導により十分に出ていく時間があり、ガラス転移温度よりも低い温度に到達するからである。金属ベルトカレンダの温度の上限は、つや出しする紙の等級および具体的な応用により左右される。装置自体により設定される上限は、金属ベルト15を支える弾性被覆付きロール12A、12Bの耐熱性により左右される。これらの弾性被覆付きロールに関しては、ソフトカレンダの場合よりも高い温度を用いることができる。なぜならば、いずれの場合にもロール被覆は１回転につき１回、変形するが、金属ベルトカレンダにおいてはロールの冷却を、より効率的に行うことができるからである。それは、ロール自体は、紙および／または、バックアップロールを構成する高温ロールと直接接触しないからである。加熱可能硬質ロール11の加熱を、現在可能な手段によって、例えば内部から蒸気もしくは流体によって、もしくは外部から誘導によって行うことができる。金属ベルト15の加熱は誘導によって最も良好に行われる。不等面性を回避するために、紙のそれぞれの側をプレスする面が同じ温度であることが重要である。
第２図に示す５段階カレンダ掛け工程において、紙ウェブＷは接触加熱により加熱される。しかし、そのようなカレンダにおける加熱は、それ自体が目的ではなく、カレンダ掛けすべき紙Ｗを、カレンダ掛け面を紙上へ複写できる状態にする必要がある。紙がカレンダの手前で、例えば赤外線放射装置によってガラス転移温度よりも高い温度に加熱される場合、予備接触の段階を完全に省略することができ、硬質ロール11および金属ベルト15を別個に加熱する必要がない。そのような場合、その両面を加熱される紙は直接プレス段階IIへ送られ、プレス段階において紙ウェブはガラス転移温度よりも低い温度まで冷却されると同時に、プレス面の面模様が紙の両面上へ複写される。カレンダ掛け工程の、その後の段階は既述の方法で行う。
紙ウェブの含水量の調整は、従来技術のカレンダの場合と同様の手段で行うことができる。適切な水分勾配を、紙の表面を予備接触直前に蒸気で処理することによって最も簡単に生成することができる。蒸気処理の程度を見積もる場合、カレンダ掛け中に水分の蒸発がほとんど生じないが、水分の蒸発は、マシンカレンダおよびスーパーカレンダにおいては各ニップの後に生じるということを考慮する必要がある。すなわち紙をカレンダ掛けする前に目標の最終乾燥度よりも高い乾燥度にまで乾燥する必要があり、最終含水量は、カレンダ掛けの直前に蒸気で紙の両面を処理することによって達成される。
第２図に示す５段階のカレンダ掛け工程において、紙が受ける圧力処理はそれぞれの段階における圧力分布の合計から成る。それぞれの段階における分布を少なくとも部分的には互いに別個に調整することができる。予備接触の段階において、プレスを、金属ベルト15の張力を変化させることによって調整することができる。紙とプレス面との間の接触に加えて、プレス力は熱伝達率にも影響を及ぼす。この率はまた紙の表面の水分にも影響される。予備接触の段階において、そのプレス力はできる限り大きくする必要がある。そのような場合、制限する因子は金属ベルト15の強度、すなわち、運転中の疲労の結果としてのベルトの損傷なしに金属ベルトをどのくらい引っ張ることができるかである。第１のプレス段階IIにおいて、プレスの分布はスーパーカレンダもしくはソフトカレンダのニップにおけるものと概略同じである。しかし、金属ベルト15の剛性がプレスの分布の形状を広げ、それによってプレスの作用時間を伸ばす。プレス段階IIとIVとの間に位置する、変形を逆転させる区域IIIにおいて、プレスが再び金属ベルト15の張力によって生じる。さらにこの段階において、紙の両面をプレス中にできる限りしっかりと支持するとともに、変形が逆転したり紙が折れたりすることを防ぐために、圧力を、ベルトの強度上、許容される強さにしてもよい。
金属ベルト15の張力によって生じるプレスは、どの場合においても、ロールによって生じるプレスに比べると、かなり小さい。必要な場合、そのプレスを、金属ベルトと加熱可能硬質ロール11との間に電磁引力を発生させることによって、もしくはその金属ベルト15を特殊な滑りシューにより裏側から支持することによって強くすることができる。しかし、これらの方法のそれぞれの欠点は、全体として装置を複雑にすることである。仕上げプレス段階IVにおける圧力分布の形状は第１のプレス段階IIと同じであるが、仕上げプレスにおいては線圧を、紙のかさが低下しないように調節する必要がある。後接触段階のプレス分布は予備接触の段階Ｉにおけるものと同じであり、後接触の長さを、したがって接触後の時間を必要に応じて、金属ベルト15の出発角度を変えることによって調節することができる。
上述の説明を参照すると、本発明によって、調節できる範囲が広い故に多数の等級紙のカレンダ掛けに適用できるカレンダ掛け方法が提供される。カレンダ掛け工程に関してさらに明言できることは、カレンダ掛け用ベルトを、特に金属ベルトの場合に加熱できるということである。他の材料の場合、金属材料の場合も含めて、カレンダ掛け用ベルトを例えば、必要に応じて冷却したり、加湿したり等を行うことができる。このカレンダにおいては、１つのベルトを加熱するとともに、ニップの反対側にあるときに、そのベルトを冷却することができる。その場合、カレンダ掛けすべき材料ウェブにある水分を、カレンダ掛け用ニップにおいて加熱側から冷却側へ転移させられるという現象が生じ、それによって加熱されたベルトの側に配されるカレンダ掛けすべき材料の面を非常に良好にすることができる。このような方法は片側カレンダ掛け、特に板紙のカレンダ掛けに非常によく適する。始めの方に既に説明したが、このベルトの１つの主たる特徴はロール被覆に比べてベルトが硬いことにある。これが、通紙上の問題をなくして通紙を容易にするという非常に大きな利点を生む。なぜならば、ウェブの端部をカレンダへ全幅で通すことができるからである。
第２図に示す上述のカレンダおよびカレンダ掛け方法は、例えば本発明が特に対象とするウェブのカレンダ掛けを行うウェブに応じて、かつ所望のカレンダ掛けの結果に応じて、さらに改善し、および発展させることができる。そのような個々の特徴を第２図によって示すことも行った。カレンダ掛け用ニップＮの入口側で、必要に応じて、例えば蒸気処理装置、加熱装置、および／または冷却装置を設けることができる。さらに、ウェブＷを、それが必要と考えられる場合、カレンダ掛け前に前加湿することができる。高温硬質ロール11および／またはカレンダ掛け用ベルト15などの、ウェブをカレンダ掛けする部材と、ウェブＷとの間のギャップへ蒸気を送り込むと、ウェブＷとカレンダ掛け部材11および／または15との間に、空気のない空間を得る。このようにするだけでも、カレンダ掛けの結果を改善することができる。なぜならば、このような場合、空気を排出することによって熱伝達をかなり高い効率にすることができるからである。蒸気供給手段を第２図において、高温硬質ロール11の側に参照番号20で概略的に示し、カレンダ掛け用ベルト15の側に参照番号21で概略的に示す。
この蒸気供給に加えて、もしくは蒸気供給に代わる手段として、ウェブＷを高温ロール11の側で前加湿することができる。これによって高温ロール11とウェブＷとの間の熱伝達をさらに改善する。加湿するために、別個の加湿手段22を使用することができ、もしくは加湿するために、高温ロール11の側で用いる上述の蒸気供給手段20を考慮に入れることもできる。ウェブＷがニップＮへ入り始める前に、ウェブＷを少なくとも高温ロール11の側から予熱することもできる。予熱するためには、使用される蒸気供給手段20を考慮に入れることができるが、上述の別個の前加湿手段22の代わりに、別個の予熱手段22を使うこともできる。要求されるカレンダ掛け結果、およびカレンダ掛けすべきウェブＷの等級に応じて、予熱もしくは前冷却をウェブＷの反対側、すなわちカレンダ掛け用ベルト15の側で行うこともできる。予熱、もしくは前冷却を目的としたこれらの手段を第２図では参照番号23で示す。
ウェブＷの片面カレンダ掛けにおいて、特に板紙のカレンダ掛けにおいて、カレンダ掛け用ベルト15を冷却手段23により冷却することによってウェブＷを高温ロール11と反対の側から冷却することが好ましい。そのような場合、ウェブＷをカレンダ掛けすることによって、ウェブに存在する水分は、冷たいカレンダ掛け用ベルト15の側へ押しやる。その場合、高温ロールの側に位置するウェブＷの面は非常に高品質になる。カレンダ掛け用ベルト15の温度を調節すると、ウェブＷのカールを制御することもできる。これをさらに、ニップＮにおける蒸気処理手段20、21による蒸気処理と、高温ロールの側からのウェブの前加湿22とに連結する場合、片側にカレンダ掛けされた非常に高品質の板紙が得られる。
第２図に示す運転状態とは異なり、弾性被覆13A、13Bを設けたロール12A、12Bがカレンダ掛け用ベルト15と離れているように、カレンダを運転してカレンダ掛け、特に板紙のカレンダ掛けを行うこともできる。そのような場合、カレンダ掛けするための十分な負荷が、カレンダ掛け用ベルト15の張力によってエクステンデッドカレンダ掛け用ニップＮ内に生まれる。特に、板紙ウェブのカレンダ掛けをこのような方法により行うことができる。その場合、ニップ形成ロールをそのカレンダ掛け装置において省くこともでき、ベルトの張力がバックアップロールを押す作用だけを利用できる。
以上、本発明をほんの一例について、添付図面中の図を参照して説明した。しかし、本発明は同図に示す実施例にのみ限定されることはなく、本発明のさまざまな実施例を、添付の請求の範囲に明記する本発明の概念の範囲内で変化させることができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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