製紙業界が高速化・精緻化へと変革する過程において、紙の品質と生産効率を左右する乾燥セクションは、常に設備技術の進化を続けています。従来の蒸気乾燥機シリンダーは基本的な乾燥ニーズを満たすことはできますが、高速生産においては紙ウェブエッジのばたつき、シワ、破断などの問題が発生しやすく、少量多品種・高級紙製品の生産要件への適応が困難でした。こうした背景から、VAC乾燥ロール（Vacロール、真空乾燥ロールとも呼ばれる）が登場しました。独自の真空吸着機能と補助乾燥機能により、高速抄紙機の乾燥セクションにおける中核的な支援設備となり、製紙業界の品質と効率の向上に重要なサポートを提供しています。

VAC乾燥ロールは、従来の加熱乾燥機器ではなく、蒸気乾燥シリンダーと連携して動作する高速紙ウェブ安定化および補助乾燥装置です。主に高速抄紙機の単線乾燥構成に使用され、文化用紙、コート紙、白ボール紙、少量段ボール原紙などの生産ラインに広く使用されています。従来の蒸気乾燥シリンダーが内部蒸気供給によって乾燥熱を供給する動作モードとは異なり、VAC乾燥ロールは負圧吸着によって紙ウェブを安定化させると同時に、湿潤空気の排出を促進し、間接的に全体の乾燥効率を向上させ、「加熱+紙ウェブ安定化」の協調乾燥システムを形成します。

VAC乾燥ロールは、構造設計の面から、主に2つのタイプに分けられ、異なる車両速度と生産ニーズに適応しています。そのうち、溝付きVacロールは内蔵真空ボックスを必要としません。ロール表面には幅5mm、深さ4mmの溝が設けられ、溝の底には小さな貫通穴が分布しており、エッジではより密な穴が通紙を容易にしています。エアブローボックスと組み合わせると約2kPaの真空度を生成でき、開口率は0.1％～0.4％に制御され、気流の負圧による紙ウェブの接着を実現します。構造が比較的シンプルで、中高速抄紙機の生産に適しています。もう一つは内蔵真空ボックス型Vacロールで、ロールシェルに精密な段付き穴または密な穴が設けられ、内部に幅に応じて調整可能な真空チャンバーが設けられ、真空ポンプに直接接続されています。真空度が高く、制御精度も向上しており、1000m/分を超える超高速抄紙機向けに特別に設計されています。過酷な作業環境下における紙ウェブの安定化問題にも効果的に対応できます。一部のハイエンド生産ラインでは、真空ロールと乾燥シリンダーが精密な比率で配置されています。例えば、年間生産量13万トンの高級印刷抄紙機では、29本の蒸気乾燥シリンダーと直径1500mmの複数の真空ロールで構成される乾燥セクションを備えています。従来の乾燥シリンダーの下段を真空ロールに完全に置き換え、糸通しロープを使わずに効率的な連続生産を実現し、運転安定性を大幅に向上させました。

VAC乾燥ロールの核心価値は、その科学的な作動原理と高速運転条件における性能優位性にあります。実際の生産工程では、上段の蒸気乾燥シリンダーが熱を与えて紙ウェブ内の水分を蒸発させる役割を担い、下段のVAC乾燥ロールが負圧によって紙ウェブを乾燥ワイヤー表面にしっかりと吸着します。これにより、高速運転によって発生する遠心力を効果的に相殺し、紙ウェブのエッジのバタつき、シワ、破れといった業界の悩みを根本的に解決します。同時に、ポケット換気口の空気流がロールの穴に吸い込まれ、湿った空気の排出が促進され、紙ウェブ表面の湿った空気保持層が破壊され、間接的に乾燥速度が向上します。通紙段階では、エッジに密集した穴を設計することで吸着効果を高め、通紙成功率を大幅に向上させ、通紙時間を短縮することができます。リー＆マン製紙PM15抄紙機の改造事例は、これを十分に実証しています。従来のダブルハンギング乾燥シリンダーをシングルハンギング乾燥シリンダーに改造し、さらにVacロールにアップグレードした後、最適化された安定ボックスとポケット換気装置と組み合わせることで、紙ウェブの破損率が60％削減され、予定外のダウンタイムが30％短縮され、70〜90g/m²の段ボール原紙を1000m/分の速度で生産する場合、月平均の紙破損はわずか10回となり、生産効率が3％向上しました。

従来の蒸気乾燥シリンダーと比較すると、VAC乾燥ロールの機能的位置付けは、紙ウェブの安定化と補助乾燥により重点を置いており、両者は相互に補完し、協調関係を形成しています。熱源供給の面では、VAC乾燥ロールは内蔵の加熱機構を持たず、負圧のみで動作します。一方、蒸気乾燥シリンダーは蒸気を熱源として、熱伝達と乾燥の核となる機能を担います。表面構造の面では、VAC乾燥ロールは溝付きまたは穴あけ加工が施されているのに対し、蒸気乾燥シリンダーは主に滑らかなクロムメッキまたは鋳鉄仕上げです。機能面では、VAC乾燥ロールは紙ウェブの幅の安定化、補助的な除湿、紙の欠陥低減に重点を置き、蒸気乾燥シリンダーは効率的な熱伝達によって紙ウェブ内の水分の主要な蒸発を完了させることに重点を置きます。乾燥能力の面では、VAC乾燥ロール1本の乾燥能力には限界があり、標準的な乾燥シリンダー1本に相当するVAC乾燥ロールは約2～3本です。したがって、実際のアプリケーションでは、車両の速度と紙の量に応じて、Vac ロールと蒸気乾燥シリンダーの数を科学的に一致させ、効率とコストのバランスをとる必要があります。

「デュアルカーボン」戦略の推進と製紙業界のインテリジェント化・省エネ化を背景に、VAC乾燥ロールの適用においても、エネルギー消費量の制御とメンテナンスの最適化を考慮する必要があります。VAC乾燥ロールは真空システムと換気システムを備えており、従来の乾燥構成と比較してエネルギー消費量とメンテナンスコストは若干高くなりますが、技術最適化によって省エネと消費量の削減を実現できます。例えば、リーマンペーパー社は、今回の改造中にSymRun真空ボックスをアップグレードし、給気ファンの負荷を30%削減するとともに真空度を向上させました。また、バルメットフィンランド社は、3Dスキャンとモデリングを通じてVacロールと乾燥シリンダー間の間隔を最適化し、紙ウェブ乾燥機のラップ角度を高め、送風機と空気配管の数を削減することで、エネルギー消費量とメンテナンスコストを削減しました。日常メンテナンスでは、Vacロールの穴や溝を定期的に圧縮空気で逆洗して目詰まりを防止し、同時に真空シール性能とベアリング温度を確認し、プロセス要件内で真空度を制御する必要があります。効率的なポケット換気システムとヒートポンプシステムを組み合わせることで、全体的な乾燥効率が大幅に向上し、蒸気消費量を削減できます。

高速抄紙機技術の継続的な向上と高級紙製品への需要の高まりに伴い、VAC乾燥ロールの技術革新も高精度化、省エネ化、そしてインテリジェント化へと進んでいきます。今後、CFDシミュレーションや数値計算といった最先端技術の活用により、VACロールの穴設計と真空室構造をさらに最適化することで、負圧制御精度と紙ウェブ接着度を向上させることができます。また、インテリジェントセンシングとビッグデータ分析を組み合わせることで、真空度の動的制御を実現し、様々な紙種や搬送速度の生産ニーズに対応できるようになります。さらに、材質のアップグレードと構造の最適化により、設備のエネルギー消費と摩耗を低減し、耐用年数を延ばすことも可能です。高速製紙乾燥システムの「品質安定化ツール」として、VAC乾燥ロールは、従来の高速運転環境下における乾燥構成の多くの問題点を解決するだけでなく、製紙企業の製品品質向上と生産効率の最適化を支援し、製紙業界の高品質化に新たな弾みをもたらします。