(57)【要約】【課題】広範囲にわたってペーパーウェブの艶出しをする光沢機とコストとエネルギーを節約できる方法を提供する。【解決手段】特に、グラビア印刷に適した紙から成り、各々の場合において、上部と下部エンドロール（４．１，４．２）および中間エンドロール（５．１，５．２，５．３，５．４）を有する少なくとも１つロールスタックを備え、２つのエンドロール（４．１）の一方が、ペーパーウェブ（２）の案内に依存して、ロールスタックの第１の加工ニップ（３）の範囲を定め、ソフトニップの形態で、ロード可能加工ニップを形成するため、ロール（４．１，４．２，５．１，５．２，５．３，５．４）が、ハードロール（４．１，５．２，５．４）とソフトロール（５．１，５．３，４．２）である、ペーパーウェブ（２）の艶出しを行う光沢機。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペーパーウェブ（２）、特に、グラビア印刷に適した紙から成るペーパーウェブ（２）を艶出しする光沢機（１）であって、
該光沢機は、各々の場合において、上部と下部エンドロール（４．１，４．２）および中間エンドロール（５．１，５．２，５．３，５．４）を有する少なくとも１つロールスタックを備え、
前記２つのエンドロールの一方（４．１）が、ペーパーウェブ（２）の案内に依存して、前記ロールスタックの第１の加工ニップ（３）の範囲を定め、
ソフトニップの形態で、ロード可能加工ニップを形成するため、前記ロール（４．１，４．２，５．１，５．２，５．３，５．４）が、ハードロール（４．１，５．２，５．４）とソフトロール（５．１，５．３，４．２）であり、
ここで、前記第１の加工ニップ（３）の範囲を定める前記エンドロール（４．１）は、ハードな加熱されたロールであり、その直径が、ハードな加熱された中間ロール（５．２，５．４）の直径よりも大きく、その外壁（９）が、前記第１の加工ニップ（３）の上流に配設されたウェブ処理ニップ（８）の２つの接触面（９，１０）の一方を形成し、他方の接触面（１０）が、案内ロール（１１，１２，１３）を循環するベルト（１４）により形成されたことを特徴とする光沢機。
【請求項２】
前記ウェブ処理ニップ（８）は、前記ハードな加熱されたエンドロール（４．１）の巻付角度に沿って延びることを特徴とする請求項１に記載の光沢機（１）。
【請求項３】
前記循環ベルト（１４）は、前記ペーパーウェブ（２）に対向する側面に弾性面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光沢機（１）。
【請求項４】
前記案外ロール（１１，１２，１３）は、前記ウェブ処理ニップ（８）の圧力荷重のために、前記ベルト（１４）のベルト引張力を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光沢機（１）。
【請求項５】
前記第１の加工ニップ（３）の範囲を定める前記エンドロール（４．１）の直径は、１．２〜２．０ｍの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光沢機（１）。
【請求項６】
前記ハードな加熱された中間ロール（５．２，５．４）の直径は、０．６〜１．２ｍの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光沢機（１）。
【請求項７】
前記ベルト（１４）の前記弾性面は、１０Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する材料から構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光沢機（１）。
【請求項８】
少なくとも１つの案内ロール（１１，１３）は、追加径方向圧力を用いて、通過方向の部位に沿って前記ウェブ処理ニップ（８）の前記ウェブ（２）を押圧するプレスロールとして構成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光沢機（１）。
【請求項９】
前記加熱されたエンドロール（４．１）の前記外壁（９）と前記ペーパーウェブ（２）の表面との間を接着接触する接触部位は、前記入口側の前記ウェブ処理ニップ（８）の上流に配設されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光沢機（１）。
【請求項１０】
前記光沢機（１）は、各々の場合において、前記第１の加工ニップ（３）の上流の一つのウェブ処理ニップ（８）を有する２つのロールスタックを備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光沢機（１）。
【請求項１１】
一つのロールスタックにおいて、前記上部エンドロール（４．１）は、前記第１の加工ニップ（３）の範囲を定め、他方のエンドロールスタックにおいて、前記下部エンドロール（４．１）は、前記第１の加工ロール（３）の範囲を定めることを特徴とする請求項１０に記載の光沢機（１）。
【請求項１２】
前記第１の加工ニップ（３）と同様に、前記ソフトニップの長さは、３〜４０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光沢機（１）。
【請求項１３】
前記全てのロール（４．１，４．２，５．１，５．２，５．３、５．４）は、専用の電力駆動を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光沢機（１）。
【請求項１４】
ロールスタックのスタッキングは、垂直、水平、または斜めに配設されたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光沢機（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペーパーウェブを艶出し処理する光沢機(calender)に関し、特に、請求項１の前提部に従うグラビア印刷に適した紙から成るペーパーウェブ(paper web)を艶出し処理する光沢機(calender)に関する。
【背景技術】
【０００２】
仕上げ面の品質(surface quality)を向上させるために、ペーパーウェブの艶出しが行われる。グラビア印刷に適し、上用紙(high quality papers)に属する紙は、特に、大きな平滑度(smoothness)が要求される。ＥＰ ０ ８８６ ６９５ Ｂ１は、ペーパーウェブの艶出しをする光沢機を開示しており、これは、加工ニップ(working nips)として、一つのハードロールと一つのソフトロールの各々の場合の間の、ソフトニップとして知られているものを形成する複数のロールを有している。複数の加工ニップを有することで、満足のいく印刷結果を得るのに重要な平滑度の高い艶出しを可能にする。
【０００３】
しかし、オンラインまたはオフライン動作時の高速な機械速度では、この目的のために高温を選択する必要がある。ところが、高温にすると、ペーパーウェブ表面上の角質化(hornification)を引き起こす可能性がある。このことは、グラビア印刷に不利益な効果を与えてしまう。またさらに、周囲への大きな熱損失は、加熱されたロールのロール表面の高温部で発生する。      
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、広範囲にわたってペーパーウェブの艶出しをする光沢機およびコストとエネルギーを節約できる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１の特徴により達成される。   
【０００６】
その結果として、第１の加工ニップに入る前に、加工ニップの艶出し時に、最適の温度プロファイルを得るために、ペーパーウェブが、前処理部位を通過する光沢機を提供する。このために、ロールスタックの加熱されたロールのロール表面温度は、選択可能な含水量で、各々のペーパーウェブの可塑化温度よりも多少高い温度のみを選択することが要求される。例えば、１０〜３０度だけ高い高温のロール表面温度で加工ニップの艶出しを行うことができる。
【０００７】
ハードな加熱されたロールと比較して、各々の第１のニップの範囲を定めるエンドロールの直径が大きくなるほど、ニップの長さと比較して長い処理部位を構成することを可能にする。結果的に、ソフトニップと拡張ソフトニップ（幅広ニップ）を備えたマルチニップ光沢機の艶出し効果を増大させることが可能である。
このことは、特に、ＳＣ−Ａ，ＳＣ−Ｂ，ＬＷＣ紙に当てはまる。エネルギーを節約することで、熱放散と加熱されたロールの強制対流を低減させる。さらに、熱損失量が低減されるので、熱伝導効率が大きくなる。
【０００８】
循環ベルトの好適には弾性である面と共に、ウェブ処理ニップの滞留時間(dwell time)を増加させると、ペーパーウェブの加熱を著しく改善することができる。ペーパーウェブが加熱されたロールに対して均一に押圧され、例えば、熱伝導を妨害するかも知れない凹凸(unevenness)に起因する空気クッションが大幅に回避される結果になるので、満足のいく熱伝導を得ることができる。従って、提案した光沢機の利点は、ペーパーウェブがロールスタックの加工ニップを走行する直前の、循環ベルトの構成と共に、ペーパーウェブを加熱する拡大滞留部位(extended dwell section)から得られる。
ウェブ処理ニップのペーパーウェブの拡大加熱の結果として、技術的に要求される深さまで、ペーパーウェブの均一な加熱が可能である。このために、８０〜１６０度の範囲のロール表面温度で通常十分である。温度作用の時間延長のために、温度レベルが低下される。熱機械的艶出し動作の温度レベルの低下は、ペーパーウェブを用いる繊維状材料可塑化温度のその含水量のみによって実質的に決定される。ここで、ベルトの好適には弾性である面により、接触圧が均一になるので、加熱されたロールからペーパーウェブへの熱伝導を均一にする。
【０００９】
接触圧は、好適には、ベルトの引張力により設定される。ベルトの接線方向の引張力により、通常、プラスチック、ゴム、プラスチック被覆キャリア材、あるいはゴム被覆キャリア材から成るベルトに、径方向の引張力よりもはるかに小さな荷重が加わる。径方向引張力の場合、プラスチックは、層集成体の積層が剥離する傾向がある。ベルトの熱荷重は小さいため、ベルトの製品寿命が長くなる。
【００１０】
本発明に係る光沢機は、艶出し作業のコストとエネルギーを節約するように、ニップの圧力と温度を同時に用いることで、予想される利点と効果を実現することに成功した。
【００１１】
熱の所望の浸透深さを達成するのに必要なウェブ処理ニップの滞留時間は、案内ロールを用いて、加熱されたロールの円周に対する押圧の長さを調節することで最適化できる。
【００１２】
ウェブ処理ニップの制御された局所圧力増加は、プレスロールとして付加的に動作する循環ベルトの案内ロールにより、好適には設定できる。
【００１３】
本発明のさらなる改良点は、以下の説明と従属請求項から知ることができる。
以下において、添付図面に示す例示的実施形態を用いて、本発明を以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の例示的実施形態に係る光沢機を図式的に示す。
【００１５】
【図２】第２の例示的実施形態に係る光沢機を図式的に示す。
【００１６】
【図３】第３の例示的実施形態に係る光沢機を図式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、特に、グラビア印刷に適した紙から成るペーパーウェブ２を艶出しする光沢機１に関する。図１は、各々の場合において、上部エンドロール４．１、下部エンドロール４．２、および中間エンドロール５．１，５．２を有する、少なくとも１つのロールスタックを備える第１の例示的実施形態に係わる光沢機を図式的に示す。走行方向Ｌのペーパーウェブ２の案内に依存して、２つのエンドロールのうちの一方、ここでは、上部エンドロール４．１が、ロールスタックの第１の加工ニップ３の範囲を定める(delimits)。ロールスタックは、ソフトニップの形態でロード可能な加工ニップを形成するために、ハードロール４．１，５．２およびソフトロール５．１，４．２として構成された、複数のロール４．１，４．２，５．１，５．２を備えている。第１の加工ニップ３の範囲を定めるエンドロール４．１は、ハードな加熱されたロールで、その直径は、ハードな加熱された中間ロール５．２の直径よりも大きい。またさらに、エンドロール４．１の外壁は、第１の加工ニップ３の上流に配設されたウェブ処理ニップ８の接触面１０を形成している。ウェブ処理ニップ８の他の接触面９は、案内ロール１１，１２，１３上で循環するベルト１４により形成される。そのため、拡張処理部位とウェブ処理ニップ８を構成する、２つの接触面９，１０を有している。
【００１８】
ウェブ処理ニップ８は、好適には、ハードな加熱されたエンドロール４．１の巻付角度に沿って延びている。循環ベルト１４は、ペーパーウェブ２に対向する側面上に弾性面を有する。案内ロール１１，１２，１３は、ウェブ処理ニップ８のペーパーウェブ２に圧力負荷を加えるベルト１４のベルト引張力を制御する。
【００１９】
第１の加工ニップ３の範囲を定めるエンドロール４．１の直径は、１．２〜２．０ｍの範囲にある。ハードな加熱された中間ロール５．２の直径は、０．６〜１．２ｍの範囲にある。エンドロール４．１，４．２は、好適には、横断方向のペーパーウェブの特性プロファイル(property profiles)の同時調整をする、制御された撓みロール(deflection rolls)である。全てのロール４，１，４．２，５．１，５．２は、好適には、専用の電力駆動を備えている。ロールスタックのロールのスタッキングは、垂直、水平、または斜めに配設できる。
【００２０】
ロールスタックは、少なくとも１つの端部荷重円筒により、および／または個々の荷重要素により荷重を加えることができ、これらはロール４，１，４．２，５．１，５．２に作用し、それにより、加工ニップの各々の線荷重を設定できる。光沢機は、オンラインまたはオフランで用いることができる。
【００２１】
ソフトニップ３のニップの長さは、ソフトロールまたは弾性ベルトを有するシューロールとしてのロールの種類に依存して、３〜４０ｍｍの範囲にあるのが好ましい。加熱されたエンドロール４．１は、各々のペーパーウェブ２とその含水量の可塑化温度の関数として、例えば、８０〜１６０度のロール表面温度に加熱される。
【００２２】
接触面９は循環接触面であり、案内ロール１１，１２，１３上を循環するベルト１４により形成される。他の接触面１０は、ハードな加熱されたロール４．１の循環外壁により形成される。ウェブ処理ニップ８は、加熱されたロール４．１の巻付角度に沿って延びている。ウェブ処理ニップ８の長さを変化させる巻付角度は、ペーパーウェブ２への熱の所望の浸透深さの関数として設定できる。選択可能滞留時間は、加熱されたエンドロール４．１の円周上のベルト１４の押圧の長さを調節することで、案内ロール１１，１２，１３を用いて最適化される。ロール４．１の円周上の押圧の長さは、好適には、０．２５〜５．０ｍまで可変に設定できる。
【００２３】
循環ベルト１４は、熱伝導の熱効率を向上させるために、弾性面を有する加熱されたロール４．１に対してペーパーウェブを押圧する。
【００２４】
ウェブ処理ニップ８の接触圧は、ベルト１４の引張力により設定される。ベルト１４の最大引張応力は、２００ＫＮ／ｍに制限することが好ましい。ウェブ処理ニップ８の前処理領域で達成できる圧縮応力は、例えば、０．０１〜０．５ＭＰａの範囲の値を想定できる。これは、ベルト引張力と加熱されたエンドロール４．１の選択された寸法に依存している。
【００２５】
ウェブ処理ニップ８に入る前に、ペーパーウェブ２は、部分的部位に沿って加熱されたエンドロール４．１の周囲に巻き付けることができる。
【００２６】
加熱されたエンドロール４．１の表面温度は、好適には、ベルト１４の下のペーパーウェブ２の滞留時間内で、艶出し動作の各々の目的のために、ガラス転移温度が最適な浸透深さで達成されるように調節される。高品質の艶出しをするには、約１０μｍの浸透深さで十分である。表面温度、およびウェブ処理ニップ８の前処理部位の長さは、ペーパーウェブ２の可塑化される表面領域のガラス転移温度を実質的に超えない温度で、動作が可能になるように最適化される。このようにして前処理され、ノズルおよび／または蒸気湿潤装置(steam moisteners)を備えた光沢機１の上流側で湿らされたペーパーウェブ２は、ニップ３の前処理部位の直後、および後続のニップで艶出しされる。ニップ３は、加熱されたエンドロール４．１の巻部の直後に配設される。もし技術的に要求されれば、光沢機１の直後または間を湿らせることも可能である。
【００２７】
循環ベルト１４は、ベルト１４の引張力により設定できる、接触圧を均一にする弾性面を有することが好ましい。加熱されたエンドロール４．１から発せられたペーパーウェブ２への熱伝導は、このように構成された循環ベルト１４により、周囲に対してウェブ処理ニップ８で熱的に遮蔽される。周囲への熱放散が低減されるので、ペーパーウェブ２への熱の伝導は改善される。もし弾性面が熱絶縁体である場合には、ペーパーウェブ２への熱伝導はさらに改善される。従って、循環ベルト１４の弾性面は、１０Ｗ／ｍＫ以下、より好ましくは５Ｗ／ｍＫ以下、最も好ましいのは１Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する材料で形成するのが好ましい。弾性面の硬度は、５０Ｓｈｏｒｅ Ａ〜９２ ＳｈｏｒｅＤの範囲にあるのが好ましい。  
【００２８】
ベルト１４は、１つ以上の弾性層を備えた平坦なキャリア材から形成するのが好ましい。高強度のプラスチックファイバ、グラスファイバ、またはカーボンファイバを、キャリア材として使用することができる。この種の複合材料は、高引張強度を有している。ベルトの機械的強度を高めるには、上述したファイバから成る補助繊維ベルトまたは補助ベルトも組み込むことができる。またさらに、循環ベルト１４は、弾性層が設けられたキャリア材から構成できるので、キャリア材を金属または金属帯板から形成することも可能である。十分に薄い、弾性層である場合、金属硬度により、循環ベルト１４に対向するペーパーウェブ２のその側面を確実に艶出しできる。ベルト１４の弾性面の粗さは、０．５〜５μｍの範囲にあるのが好ましい。ベルト１４の弾性面の既存の平滑度は、ペーパーウェブ２の平滑度として再現できる。ベルト１４は、例えば、熱耐性表面被覆(heat resistant coating)を有し、例えば、シリコンから形成されている。熱耐性表面被覆により、高摩耗強度と平滑面を実現する。
【００２９】
ウェブ処理ニップ８の前処理部位も、特に、ペーパーウェブ２を事前平滑するのに役立つ。
【００３０】
またさらに、循環ベルト１４は、７％以下の低伸長のみを有することが好ましい。ベルト１４の引張応力のために、ベルト１４のベルト引張力の設定時に起こる伸長は、艶出しを中断させない。ベルト１４は、少なくともペーパーウェブ２と同じ厚さを有している。ベルト１４の厚さは、その幅と長さに依存しており、４〜２０ｍｍの間であってよい。
【００３１】
案内ロール１１，１３の少なくとも１つは、追加径方向圧力荷重により、走行方向Ｌの部位に沿って、ベルト１４をウェブ処理ニップ８に押圧するプレスロールとして構成できる。案内ロール１１，１３は、好適には、ウェブ処理ニップ８の入口側、および／または出口側上のプレスロールとして構成されている。ここで、径方向圧力荷重は、出口側よりも入口側上で低く、または逆に設定できる。この種のプレスロールは、制御された撓みロールであってもよい。
【００３２】
図１は、ベルト１４が、６０度を越える温度だけ、加熱されたハードロール４．１の周囲に巻かれた光沢機１を示す。巻付角度は、６０〜２７０度の範囲の値にあることが好ましい。循環無端ベルト１４は、加熱されたロール４．１の周囲にループ状に３つの案内ロール１１，１２，１３により案内されている。ここで、ベルト１４は、案内ロール１２により引っ張られる。ペーパーウェブ２に加わるベルト１４の接触圧は、この引張力により定義される。ベルト１４の引張力を大きくすると、ペーパーウェブ２の接触圧も大きくなり、ペーパーウェブ表面の平坦化、すなわち事前平滑化(presmoothening)を促進する。
【００３３】
ウェブ処理ニップ８で調節されたペーパーウェブ２は、同じ加熱されたロール４．１で構成された直後のニップ３およびロール５．１，５．２および４．２で構成された後続のニップで最終的に艶出しされる。この連続したニップの線荷重は、達成される艶出し効果に適合できる。２〜５５Ｎ／ｍｍ２の中間圧縮応力を、紙を用いてニップ中で設定できる。上述した範囲の上部領域の圧縮応力により、ＳＣ，ＬＷＣ，およびＭＷＣ紙、または上質コーティング紙(wood-free coated papers)などの上質紙の艶出しを可能にする。２つのロール４．１，５．１の間にベルト１４を案内することなく、２つのロール４．１，５．１を直接押圧することで正確なプロファイル規定(profile regulation)が可能である。製造許容誤差または熱膨張による、おそらく、存在するであろういかなるベルト１４の厚さの差も艶出し結果に影響を与えない。
【００３４】
加熱されたエンドロール４．１の温度とベルト１４の下に形成された処理部位の長さは、表面に近いペーパーウェブ２のその領域のみが実質的に加熱され、ペーパーウェブ２の内側が可塑化温度またはガラス転移温度以下を維持する調節部位が生成されるように設定される。表面に近く、可塑化温度以上に加熱される、ペーパーウェブ２のその層の厚さは、ペーパーウェブ表面の最大の凹凸よりも数倍大きい。そのため、加熱される層の厚さは、処理されるペーパーウェブ２の粗さに依存している。ウェブ処理ニップ８の長さと走行方向Ｌのペーパーウェブ２の速度は、ウェブ処理ニップ８中のペーパーウェブ２の滞留時間を定義するので、ペーパーウェブ２への熱浸透深さと変形温度まで加熱される層の厚さも定義する。
【００３５】
境界層のペーパーウェブ２に混入される周囲の空気は、加熱されたエンドロール４．１からペーパーウェブ２への熱伝導を阻害する。熱伝導の大幅な改善は、境界層を除去することで達成される。このことは、例えば、加熱されたエンドロール４．１の外壁とウェブ処理装置７の上流の入口側のペーパーウェブ２の表面との間で接着接触する接触部を介して起り得る。またさらに、案内ロール１１を加熱されたエンドロール４．１に対し押圧することが適切である。これらの処置の結果として、熱伝導を阻害する境界層は、ペーパーウェブ２の走行方向に抗してずれて、ウェブ処理ニップ８中の熱伝導をさらに増大させることができる。
【００３６】
図２は、ペーパーウェブ２の走行方向に互いの背後に配設された、光沢機１の２つのロールスタックを備えた光沢機の構成を示す。その結果、ペーパーウェブ２の両側の艶出しが可能である。図示した光沢機の構成において、最初に、下部ペーパーウェブ側が、第１のロールスタックのニップ中で艶出しされ、続いて、上部ペーパーウェブ側が、第２のロールスタックのニップ中で艶出しされる。加熱されたロール４．１，５．２の温度と２つのロールスタック中の線荷重は、互いに独立して設定できる。その結果、艶出し結果（ペーパーウェブの両側の異なる平滑度）に対する、ペーパーウェブ２の両面性(two-sideness)を最小化できる、または所望により、目標の両面性も設定できる。代替方法として、上部ペーパーウェブ側も最初に艶出しできる。
【００３７】
図３は、複数のハードな加熱された中間ロール５．１，５．３を備え、その全ての直径が、第１のニップ３の範囲を定める上部エンドロール４．１の直径よりも小さいマルチニップ光沢機を示す。同じことが、下部エンドロール４．２が、第１のニップ３の範囲を定める代替的実施形態についても言える。その他の点では、上記の説明は相応して適用される。ニップとニップを構成するロール数は、達成されるペーパーウェブ２の平滑度により決定される。図３は、６つのロールを備えるロールスタックを示す。代替例として、ロールスタックは、８ないし１０のロールも備えてもよい。
【００３８】
例示的追加実施形態（図示せず）によれば、追加ウェブ処理ニップを、加熱中間ロール５．２，５．４に設けることができる。
【００３９】
上記で説明した例示的実施形態の場合、ベルト１４をウェブ処理ニップ８の外部で冷却できる。ベルト１４の戻り領域は、冷却位置として設けることができる。
【図１】
2012531536.tif 000003
【図２】
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【図３】
2012531536.tif 000005