紙の表面平滑性を向上させるカレンダー加工の最新技術

カレンダー加工とは何か

カレンダー加工は、紙を複数本のロール間に通し、圧力と熱および摩擦を与えることで表面を平滑化する後加工工程です。
印刷インキの乗りやすさや光沢感、さらには紙粉の発生低減などに直結するため、印刷用紙から包装紙、産業用特殊紙まで幅広い分野で不可欠な技術になっています。

ベースとなる原理

基本構成は硬質ロールと軟質ロールを一対に組み合わせる「ニップ」と呼ばれる接触点の連続で、紙を順次圧縮します。
繊維間の凹凸が押しつぶされ、フィルム化したセルロースが表面に薄膜を形成することで平滑性と光沢が向上します。

紙の表面平滑性指標

一般的にはBekk値やPPS値で評価します。
Bekk値は秒数が長いほど滑らか、PPS値は数値が低いほど滑らかです。
最新の高級塗工紙ではBekk値1000秒超、PPS値0.5µm以下が求められ、従来設備では到達が難しいレベルになっています。

従来のカレンダー加工の課題

従来機は高圧を必要とするためエネルギー消費が大きく、ロール表面の摩耗による品質変動も避けられませんでした。
また、温度や湿度のばらつきが紙質に与える影響をリアルタイムに補正できず、生産ロスの要因になっていました。

最新技術1：ソフトニップカレンダーの進化

ソフトニップカレンダーは硬質ロールと弾性体カバーを施した軟質ロールの組み合わせで、従来よりも低い線圧で高い平滑性を実現します。

新素材カバーによる圧力均一化

近年開発された耐熱ポリウレタンとシリコーンの多層構造カバーは、局所的な圧力ピークを吸収しながら長寿命を確保します。
これによりロール交換頻度が半減し、ライン稼働率が向上しました。

デジタル制御ロール温度管理

各ロール内に配置したヒーターと温度センサーをIoTで接続し、面方向の温度分布を±1℃以内に制御します。
温度ムラによる紙幅方向の光沢斑を劇的に減少させることに成功しています。

最新技術2：ハイブリッドカレンダー

ハイブリッドカレンダーは、メカニカル圧縮に加え熱風・蒸気・赤外線などのエネルギーを組み合わせ、紙内部の水分状態を動的に制御します。

スチームアシスト

ニップ直前に微量の過熱水蒸気を噴霧し、繊維表層を可塑化する技術です。
同じ線圧でも繊維が流動しやすくなり、Bekk値で20〜30％の改善が報告されています。

赤外線プレヒーティング

短波長赤外線を紙面に照射し、表面だけを瞬時に加熱します。
蒸気よりも応答が速く、グラビア印刷用の高光沢塗工紙では光沢度で3〜4ポイントの向上が得られます。

最新技術3：オンラインカレンダーとAI制御

抄紙機の乾燥パート後に直結するオンラインカレンダーは、紙が乾燥した直後の高温高湿状態を利用し、オフライン設備よりもエネルギー効率に優れます。

リアルタイム平滑性モニタリング

レーザー散乱光を解析するインラインセンサーを導入し、PPS値換算を秒単位で取得します。
データはクラウドに送信され、生産現場と品質管理部門が同時に確認できます。

機械学習による最適レシピ自動生成

過去の運転データと現在のセンサー情報をAIが比較し、ロール荷重・速度・蒸気量の最適組み合わせを自律的に計算します。
実装ラインでは等級切り替え時の調整時間が従来の30分から5分に短縮され、生産ロスを大幅に削減しました。

環境負荷低減への取り組み

エネルギーコストの削減はCO₂排出量削減にも直結します。
最新設備ではヒートポンプを組み合わせ、ロール冷却水の廃熱を前工程の蒸気予熱に再利用します。
また、弾性ロールカバーのリサイクルプロセスも確立され、廃棄物量を40％削減しました。
水系潤滑剤の採用により、有機溶剤系の離型剤使用もほぼゼロに近づいています。

まとめと今後の展望

カレンダー加工は紙の表面品質を決定づけるキーテクノロジーですが、最新のソフトニップ、ハイブリッド、AI制御などの導入で、低エネルギーかつ高品質という両立が現実のものになりつつあります。
今後はさらにセンサーの小型化と5G通信によるリアルタイムフィードバックが進み、完全自律運転ラインが普及すると見込まれます。
また、バイオマス由来の弾性体カバーやカーボンニュートラル蒸気の活用も研究段階にあり、環境配慮型の紙製品需要拡大を後押しするでしょう。
印刷・包装分野のみならず、電子部品用基材や医療用機能紙など新領域で求められる超平滑表面にも対応できるよう、カレンダー加工技術は今後も進化を続けます。