新聞輪転 紙張力 計算ツール｜紙幅・張力(N/m)から輪転印刷機・製紙抄紙機の総張力・巻取軸トルクを算出
新聞輪転機・商業輪転印刷機・製紙抄紙機・軽包装印刷ラインの紙張力を、紙幅・単位張力(N/m)から総張力・巻取軸トルクとして瞬時に算出します。ダンサロール制御・テンションセンサ配置・給紙-印刷-乾燥-巻取り多セクション制御・紙質別推奨張力・見当合わせ精度・シワ発生防止・紙破断防止まで、印刷技術者・製紙エンジニア・輪転オペレーター・機械保全担当の実務目線で完全解説。JIS B 7112印刷機械、日本印刷学会・紙パルプ技術協会の基準を踏まえた運転条件設定にご活用ください。
新聞輪転 紙張力ツール
計算式と張力の基礎
基本式
総張力(N) = 紙幅(m) × 単位張力(N/m)
巻取軸トルク(N·m) = 総張力(N) × 巻取半径(m)
紙幅1,600mm(=1.6m)・単位張力200N/mであれば、総張力=1.6×200=320N。巻取径1,000mm(=半径0.5m)なら軸トルクは320×0.5=160N·mとなります。単位張力(N/m)は紙幅1メートルあたりの引張力で、紙の品種・坪量に応じて標準値が定まっています。
張力管理の意義
張力は"低すぎるとシワ・蛇行(横方向のズレ)、高すぎると破断・伸び"という双方向の問題を持ちます。適正張力の範囲(紙質ごとに規定)を維持することが安定運転の鍵。輪転機は高速(1,200-2,400m/min)で運転されるため、瞬間的な張力変動でも重大トラブルにつながります。
張力と紙の弾性域
紙は"引張弾性域"の30-50%以内で運転するのが標準です。この範囲を超えると塑性変形(元に戻らない伸び)や紙内応力の残留が発生。仕上がり品質・巻取品質に悪影響を及ぼします。抄紙機出口の紙は水分率5-8%で、脱水・乾燥工程での張力管理が製品品質を大きく左右します。
紙質別・推奨張力
紙質別の適正張力範囲は、業界標準として下表のように定まっています。坪量が同じでも、材料(化学パルプ・機械パルプ・古紙)・水分・厚みで若干変動します。
紙品種別 推奨単位張力(N/m)
| 紙品種 | 坪量(g/㎡) | 推奨張力(N/m) | 備考 |
|---|---|---|---|
| 新聞用紙 | 40-48 | 200-300 | 低坪量・軽い張力 |
| 上質紙(コピー用紙) | 60-80 | 250-400 | OA・オフィス用 |
| 雑誌用紙(コート) | 60-100 | 250-400 | グラビア・平版共通 |
| アート紙 | 90-160 | 350-500 | 高級印刷 |
| 板紙・段ボール原紙 | 200-500 | 500-800 | 厚紙・強張力 |
| 軽包装用紙 | 30-80 | 150-350 | 薄物・要繊細管理 |
| 薄葉紙(トイレット等) | 15-25 | 50-150 | 低張力・シワ易い |
| グラシン紙 | 30-40 | 100-250 | 透明・特殊工程 |
1,600mm幅×新聞用紙250N/mなら総張力400N、これに巻取径1,200mm(半径0.6m)を掛ければ巻取軸トルクは240N·m。この計算は、輪転機各セクションのモータ選定・駆動トルク配分の基礎データです。
給紙-印刷-乾燥-巻取り
輪転機は複数のセクションで構成され、各セクションで張力を独立制御します。給紙側から順に、給紙(アンワインダ)→印刷(刷版部)→乾燥(オーブン)→冷却→折り→巻取り(ワインダ)という流れで、各セクション間で張力を微妙に階段状に変化させるのが実務標準です。
セクション別 張力設計の目安
| セクション | 張力(基準比) | 役割 |
|---|---|---|
| アンワインダ(給紙) | 100% | 基準張力設定 |
| 印刷部(刷版1〜4) | 95-105% | 紙面平坦保持 |
| 乾燥オーブン入口 | 110-115% | 熱伸び補正で若干強め |
| 乾燥オーブン出口 | 105-110% | 収縮補償 |
| 冷却ロール | 100-105% | 安定化 |
| ワインダ(巻取り) | 95-100% | 巻取姿保持 |
乾燥オーブン内で紙が加熱・脱水されると1-3%の収縮が発生するため、これを見越して張力を若干強めに設定します。オーブン出口で張力を戻し、冷却→巻取り時に安定化させるのが定石。各セクションの張力設定はレシピ(紙質・機速・湿度環境)ごとに管理台帳で蓄積するのが実務です。
ダンサロール・テンションセンサ
張力の実測・自動制御には主にダンサロール方式とロードセル方式が使われます。両方式を組み合わせることも多く、目的により選定します。
ダンサロール
紙の走行経路にバネ・シリンダで押さえたロールを配置し、その位置変動から張力変動を検知。過渡応答が良く、高速機に強い。輪転機の給紙側で標準採用。
ロードセル方式
ロールの軸に力覚センサを装着し、張力を電気信号として直接測定。定常状態の精度が高く、フィードバック制御ループの精密化に好適。
フィードフォワード制御
機速変化(始動・停止・加減速)時の予測モデルに基づき事前に張力補正。ロードセル計測のみの遅れを補償し、シワ・破断を予防。
ゾーン制御
複数セクションを"独立制御ゾーン"として個別ドライブで駆動。各ゾーンの張力を独立最適化。カラー印刷機・多色機で必須の仕組み。
張力計測の精度目安
ロードセルの張力測定精度は±1-2%が標準、高精度品では±0.5%まで対応。ダンサロールの位置検出はエンコーダ+PID制御で応答時間20-50ミリ秒。両方式併用による目標張力からの偏差は±3%以内が業界の実用値です。
見当合わせと張力の関係
カラー輪転印刷では、4色(CMYK)の刷版が異なる位置に配置され、順次紙面に転写されます。各色の見当(位置精度)は張力ゆらぎに極めて敏感で、張力5%の変動で見当ズレ0.1-0.3mmが発生します。
見当誤差の要求精度
| 用途 | 要求見当精度 | 張力変動許容 |
|---|---|---|
| 新聞印刷(モノクロ+2色) | ±0.3mm | ±5% |
| 新聞印刷(フルカラー) | ±0.15mm | ±3% |
| 雑誌グラビア | ±0.08mm | ±1.5% |
| アート紙商業印刷 | ±0.05mm | ±1% |
| コート紙パッケージ | ±0.1mm | ±2% |
見当合わせは張力管理と一体不可分。各刷版ロール速度の同期精度・ドライブモータの追従性能・張力フィードバック制御の応答時間が総合的に見当品質を決定します。
シワ・破断・蛇行のトラブル対策
輪転機・製紙機の三大トラブルは「シワ・破断・蛇行」で、いずれも張力に起因します。原因と対策を紙質別・セクション別に整理します。
三大トラブルの原因と対策
シワ発生
張力不足・両端張力差・湿度変動が主原因。ダンサロールの再チューニング、両端張力の均一化、湿度センサでの環境フィードバック。折り目・シワは紙面平面精度に直結。
紙破断
過張力・欠陥のある紙・急加減速で発生。破断センサで即時停機、破断復旧手順の標準化、紙質選定の見直し。1回破断で1-3時間の停機・数百kg廃棄。
蛇行(サイド振れ)
張力の左右差・ロール平行度不良・紙のカール癖が原因。エッジガイド(Edge Position Controller)で自動修正、機械のアライメント再確認、紙の巻取り前工程管理。
プリセット外れ
スタート時の張力プロファイルが目標値に達しない現象。プリセットレシピの見直し、始動シーケンスの最適化、機速上昇カーブの再設定。
業界・現場での使い方
新聞社輪転印刷
朝夕刊の輪転機運転条件設定。1,200-1,500m/min運転で新聞紙特有の低張力・高機速を両立。深夜3-5時の増ページ対応、災害・臨時号の緊急印刷手順。
商業輪転印刷会社
雑誌・カタログ・チラシ印刷の運転条件。多品種切替時のレシピ管理、色替え・紙替え時の張力・見当再設定、月末の締切集中期の稼働率最大化。
製紙工場・抄紙機
抄紙機ドライヤ制御・巻取管理。1台の抄紙機で年間数十万トンの生産、張力・水分・温度の高度統合制御。連続運転24時間365日の安定性維持。
軽包装印刷(食品・医療)
薄物軽包装フィルム・紙の繊細な張力管理。医薬品パッケージの見当精度、食品ラップの層間強度、印刷後のスリット・製袋工程との連携。
機械メーカー・保全技術
輪転機・抄紙機の設計・据付・調整。張力制御ソフトウェアの開発、ダンサロール・センサの選定、遠隔監視システム構築。
印刷技術コンサルタント
印刷会社・新聞社の運転改善提案。生産性向上のためのボトルネック解析、廃棄率削減、電力コスト最適化(モータ効率改善)。
紙メーカー(製紙業)
新聞用紙・上質紙・特殊紙の製品規格設計。用途別の適正張力レンジを顧客(印刷会社)と共有、クレーム対応、新製品開発時の適用試験。
大学・研究機関
ウェブハンドリング工学(WebHandling Engineering)の研究。有限要素解析(FEM)による紙内応力解析、AI・機械学習による予知保全モデル開発。
よくある間違い・注意点
- 全速度域で同一張力設定 — 機速が変化すると慣性力・粘性抵抗が変わるため、始動-低速-高速-減速の各領域で最適張力は異なります。特に立ち上げ時と定常運転時で20-30%程度の差が必要。適応制御(機速依存の張力プロファイル)を導入すべきです。
- 紙質変更時の張力そのまま — 新聞紙250N/m→上質紙350N/mへの切替時、張力を戻さないとシワ・破断の即時発生。品種替え時のレシピ変更を運転手順書に明記し、オペレータ教育を徹底することが実務要点です。
- 両端張力差(=蛇行の温床)無視 — ロール軸受のクリアランス、ロール表面の摩耗、紙のカール癖により、幅方向の張力に微妙な差が生じます。定期的なロール平行度確認、両端テンションセンサでの差分監視が必要。
- 乾燥オーブン内での収縮無視 — 紙は乾燥で1-3%収縮します。オーブン前後の張力を同じに設定すると、オーブン内でシワが発生。前段強め・後段戻しの階段設定が定石ですが、この収縮率は紙質・湿度・機速で変動するため、都度チューニングが必要です。
- ダンサロールの機械的ヒステリシス放置 — ダンサロール軸受の摩耗、押さえ機構の摩擦増大により、ヒステリシスが増加すると張力制御の応答性が悪化します。定期的な軸受交換、押さえ機構の給油・調整が必須。年1回の総点検が業界標準です。
- 始動時の急加速による破断 — 停止状態から一気に本速まで加速すると、慣性力で瞬間的な過張力が発生し破断リスク。5秒間の緩加速→10秒間の中間速維持→本速移行という段階的加速プロファイルが安全です。
- 紙継ぎ(スプライス)時のトラブル — 巻取径が小さくなった時の巻取替え時、新旧巻取の切り替えで一時的に張力が乱れます。オートスプライサーの調整、両側巻取モータのシンクロ精度確認が重要。
- ロードセル校正の怠り — 温度変化・振動・経年変化でロードセルにゼロ点ドリフトが発生。月1回以上の校正、ドリフト量の記録、ゼロ点補正機能の活用が精密制御の基礎です。
関連する規格・法規
- JIS B 7112 ― 印刷機械の日本工業規格。輪転印刷機の基本仕様・安全基準。
- JIS P 8113 ― 紙及び板紙の引張強さ試験方法。紙の張力設計の基礎データ。
- JIS P 8112 ― 紙及び板紙の破裂強さ試験方法。
- JIS P 0001 ― 紙・板紙・パルプ用語。技術用語の統一。
- ISO 1924-2 ― 紙及び板紙-引張特性の測定方法(定速伸長法)。
- 労働安全衛生規則 ― 印刷機械・製紙機械の安全ガード規定。
- 日本印刷学会 輪転印刷技術ガイドライン ― 業界団体による運転条件の標準化資料。
- 紙パルプ技術協会(JAPAN TAPPI)基準 ― 抄紙機・製紙技術の業界標準。
- Web Handling Research Center(オクラホマ州立大学等)研究成果 ― ウェブハンドリングの学術研究情報。
参考文献・公的資料
輪転印刷・抄紙機の張力制御・運転改善にあたっては、下記の公的機関・団体・研究機関の資料を参照してください。
- 日本産業標準調査会(JISC) ― JIS規格の公式閲覧。印刷機械・紙材料関連規格。
- 日本印刷学会 ― 印刷技術の学術団体。輪転印刷・オフセット印刷の技術資料。
- 紙パルプ技術協会(JAPAN TAPPI) ― 抄紙・製紙技術の業界団体。標準試験法・技術資料。
- 日本印刷産業連合会 ― 印刷業界の総合団体。業界統計・技術情報。
- 日本製紙連合会 ― 製紙業界の業界団体。紙材料・生産統計。
- 日本印刷機工業会 ― 印刷機械メーカーの業界団体。技術動向・展示会情報。
- 日本貿易振興機構(JETRO) ― 印刷・製紙業界の国際動向・市場情報。
- 厚労省 労働安全 ― 印刷機・製紙機の安全衛生規則。
- 常葉大学ほか ― 印刷工学・製紙工学の教育研究機関。
- TAPPI(米国紙パルプ技術協会) ― 国際的な製紙業界団体。技術規格・学術情報。
よくある質問（FAQ）
1,600mm幅・200N/mの総張力は?
紙幅1.6m×張力200N/m=320N。巻取径1,000mm(半径0.5m)なら軸トルクは160N·mが目安です。新聞用紙の標準的な運転条件で、モータ選定・駆動系設計の基礎データとなります。
紙質別の推奨張力は?
新聞用紙200-300N/m、上質紙250-400、雑誌用紙250-400、アート紙350-500、段ボール原紙500-800、薄葉紙50-150。坪量が大きく厚い紙ほど強張力設定です。
張力不足で何が起きる?
シワ・蛇行・見当ズレが発生します。特に薄物・低坪量紙で顕著。ダンサロールの再チューニング、両端張力の均一化、湿度センサでの環境フィードバック制御が対策です。
張力過大で何が起きる?
紙破断・伸び・巻取り時の巻取形状不良が発生。破断センサでの即時停機、破断復旧手順の標準化が必要。1回の破断で1-3時間の停機と数百kgの廃棄が発生する損失の大きなトラブル。
ダンサロールとロードセルの違いは?
ダンサロールは"バネ+ロール位置検出"で過渡応答が良く高速機に強い。ロードセルは"力覚センサ直接測定"で定常精度が高い。両者併用でフィードフォワード制御が高度化。
乾燥オーブン内での張力設計は?
紙は乾燥で1-3%収縮するため、オーブン入口を110-115%、出口を105-110%に設定するのが定石。これで収縮を吸収しシワ・破断を予防。紙質・湿度・機速で微調整が必要です。
見当合わせと張力の関係は?
張力5%の変動で見当ズレ0.1-0.3mmが発生。フルカラー雑誌グラビアの見当精度±0.08mm達成には張力変動±1.5%以内が必要。張力管理は見当品質と一体不可分の関係にあります。
紙継ぎ(スプライス)時の張力変動は?
巻取径が小さくなった時の巻取替えで、新旧巻取の切り替え時に一時的に張力が乱れます。オートスプライサーの調整、両側巻取モータのシンクロ精度確認、緊急停止手順の標準化が対策。
張力制御の応答時間は?
ダンサロール+PID制御で20-50ミリ秒、ロードセル計測は10ミリ秒以内。フィードフォワード制御を組合わせることで、機速変化(急加減速)時にも張力変動を±3%以内に抑えられます。
薄葉紙(トイレット紙等)の張力管理は?
坪量15-25g/㎡と極薄のため、張力50-150N/mと非常に低め。シワ・破断が発生しやすく、極めて繊細な管理が必要。ダンサロールの追従性・ロードセルの高感度化・環境湿度制御が実務のポイントです。
新聞輪転機の運転速度は?
朝刊で1,200-1,500m/min、最新機は1,800m/minも。1台で1時間に約1,000部/秒相当。この高速下で張力を安定管理することが世界の新聞技術の粋。深夜3-5時の輪転運転が新聞社の生命線です。
製紙抄紙機の生産量は?
大型抄紙機で年間20-30万トンの生産。1台の運転で1日1,000-1,500トン。24時間365日連続運転で稼働率95%以上が目標。張力・水分・温度の統合制御が生産性の要です。
ウェブハンドリング工学とは?
連続シート材(紙・フィルム・金属箔等)の走行制御工学。米国オクラホマ州立大学Web Handling Research Centerが世界的な研究拠点。有限要素解析・機械学習を活用した現代的手法が発展しています。
デジタル印刷機の張力管理は?
インクジェット・電子写真式の可変データ印刷機でも張力管理は必須。ただし機速がオフセット輪転の1/3-1/5程度(200-400m/min)のため制御は比較的容易。むしろ低速時の張力ゆらぎ・見当精度の維持が課題です。
環境湿度の張力への影響は?
紙は吸湿性材料のため、環境湿度20-70%RHの範囲で紙の伸縮率が0.5-1.0%変動します。工場内の湿度管理(空調設定・除湿機運用)が張力安定の隠れた要因。夏場と冬場でレシピを分けるのが実務標準です。
張力制御の学習・教育リソースは?
日本印刷学会・紙パルプ技術協会の技術セミナー、印刷機メーカー(Manroland・KBA・Heidelberg・小森・三菱重工)の技術者研修、大学の印刷工学・紙パルプ工学課程が主な学びの場です。実務は現場OJTが中心で、5-10年の経験蓄積が一人前の目安。
予知保全と張力データの活用は?
IoT・AI技術の導入で、張力センサのデータをリアルタイム監視・予知保全に活用する動きが加速。異常張力の予兆検知、故障予測、最適運転条件の自動探索。Industry 4.0の一環として印刷・製紙業界でも標準化が進んでいます。