JP2010196205A

JP2010196205A - シュープレスベルト

Info

Publication number: JP2010196205A
Application number: JP2009043541A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Yamazaki; 新太郎山崎
Original assignee: Ichikawa Co Ltd
Current assignee: Ichikawa Co Ltd
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-09-09
Also published as: WO2010098106A1; EP2401430A1; US20110303383A1; CN102333918A; US8449723B2

Abstract

【課題】湿紙側層の表面層に捕水部とランド部があるシュープレスベルトにおいて、ランド部の表面部と、捕水部の底部におけるクラックの発生を抑制するシュープレスベルトを提供。
【解決手段】シュープレスベルト１０は、基体Ｂと、基体Ｂの外側に設けられた湿紙側層２０及び内側のシュー側層Ｓからなり、湿紙側層２０とシュー側層Ｓは高分子弾性材料からなる。湿紙側層２０の表面層１１は、凹状の捕水部４０と捕水部４０の形成により生じた突起部分であるランド部５０からなる。このランド部５０の表面部５２の硬度を捕水部４０の底部４２の硬度よりも相対的に高く設定することで、シュープレスベルト１０のランド部の表面部５２と捕水部の底部４２とコーナー部４３におけるクラックの発生を抑制する。
【選択図】図７

Description

この発明は、抄紙工程のシュープレス装置に使用されるシュープレス用ベルト（以下、シュープレスベルトと云う）に関し、特に耐久性に優れたシュープレスベルトに関する。

従来から製紙工程のプレスパートに採用されているシュープレス装置は、図１及び図２に示すものの２つに大別される。
これらはともに、ロールＲとシューＳＨとを面接触させ、両者間に２枚のエンドレスフェルトＦ１，Ｆ２とシュープレスベルト１０Ａを挟持させたものである。搾水すべき湿紙Ｐは、エンドレスフェルトＦ１，Ｆ２間に保持された状態でシュープレスベルト１０Ａ上に載置され、ロールＲとシューＳＨとで構成されるニップ圧部Ｎを通って搾水されるようになっている。
図１及び図２に示すように、これらの装置では、搾水効果が向上するように、ロールＲとシューＳＨとが面接触して広いニップ圧部Ｎが構成されている。

なお、図１の装置には比較的長尺のシュープレスベルトが使用され、このシュープレスベルトを無端状にして、複数（図１では５個）のロールｒに掛け渡し、一定の張力を掛けた状態で走行させている。
一方、図２の装置では、比較的短いシュープレスベルトが使用される。

図３（ａ）は、図１、２のシュープレス装置に使用される、従来のシュープレスベルト１０ＡのＣＭＤ方向の断面図である。
このシュープレスベルト１０Ａは、基体Ｂと、基体Ｂの外側に設けられた湿紙側層２０、及び内側のシュー側層Ｓからなり、湿紙側層２０とシュー側層Ｓは高分子弾性材料からなる。
なお、この基体Ｂ内にも、高分子弾性材料は配置されている。なお、シュープレスベルト１０Ａを構成する、これら全ての高分子弾性材料は、一体化されている。

基体Ｂは、シュープレスベルト１０Ａの強度を発現させるために設けられるものであり、経糸と緯糸を織製した基布の他、経糸と緯糸を織製せずに重ねたもの、細い帯状の不織布や織布を幅方向にスパイラル状に巻回したもの等、基体としての機能を果たすものが適宜使用される。

また、シュープレスベルトの製造工程にあっては、基体Ｂに対して湿紙側層２０とシュー側層Ｓをそれぞれ別工程で製造したり、一度の工程で設けたりする。なお、高分子弾性材料料としては、ゴム、エラストマーの中から適宜選択できるが、その中でもポリウレタン系樹脂、特に、熱硬化性ポリウレタン樹脂が多く採用されている。

凹状の捕水部４０は、前記湿紙側層２０の後述する湿紙側層の表面層１１に設けられており、ニップ圧部Ｎで湿紙から搾水された水分を一時的に捕水する作用を有する。なお、捕水部４０に捕水された水分は、その後、シュープレスベルト１０Ａが走行し、その走行角度が変化した際等に、シュープレスベルト１０Ａから振切られて脱水される。

捕水部４０の具体的な構成としては、ＭＤ方向に沿って連続して設けられた凹溝や、基体に達しない深さで独立的に設けられる複数のブラインドドリル孔により形成される。
図３（ａ）では、断面が直線状で、底部の角が直角の捕水部４０が示されているが、要は、保水機能を果たすものであればよく、捕水部４０の断面の形状は、図３（ｂ）のように、底部が全体として湾曲状の場合や、図３（ｃ）のように底部が鋭角で凹んでいるもの、図３（ｄ）〜（ｆ）のような、入り口が狭く内部が広い、いわゆる、蟻溝状のものもある。

湿紙側層の表面層１１は、凹状の捕水部４０と、捕水部４０の形成により生じた突起部分であるランド部５０からなる。

図４は、捕水部を含む湿紙側の表面層を硬度の高い高分子弾性材料により構成し、その他の層を硬度の低い高分子弾性材料により構成した従来のシュープレスベルトの、CMD（走行方向と直交する横断方向）断面図である。（特許文献１）

シュープレスベルトを使用する際には、その厚み方向に働く非常に強い圧縮力と、走行方向とは逆の方向に働く所謂剪断力とが、製紙機械の稼動状態で繰返しシュープレスベルトに作用するので、高分子弾性材料は次第に劣化し、最終的には当該負荷に追従できなくなり、その結果、あらゆる部分から亀裂、所謂、クラックが発生していた。

米国特許５７６６４２１号公報

近年、紙の生産性向上を追求した結果、従来にもまして抄紙機の高速化が進み、またシュープレス装置のニップ圧も高く設定されるようになっている。そして、シュープレスベルトとしても、過酷な使用状況の下で、破損等を生じにくい、耐久性の高いものが要望されている。

前述のように、シュープレスベルト１０Ａは、使用時、ニップ圧部内にて高圧が掛けられた状態で、高速で走行するので、ニップ圧部内においては、シュープレスベルト１０Ａの厚み方向に、非常に高い負荷がかかる。
さらに、ベルトの湿紙側層の表面層１１にはＭＤ走行方向とは逆の力が負荷として作用する。これは、ニップ圧部を通過したシュープレスベルト部分の直後の部分は未だニップ圧部内にあり、ニップ圧部を脱した箇所がＭＤ方向に進行しようとしても、その直後の部分であるニップ圧部内で厚み方向への負荷が加わっているため、この負荷がブレーキ力として作用し、ＭＤ方向とは逆方向の負荷が加わるからである。

図５は、特許文献１に記載の従来のシュープレスベルトの構成であり、湿紙側層を硬度の高い高分子弾性材料により構成した場合のクラック発生状態を示す説明図である。
この場合、高分子弾性材料の硬度が高いため、特に捕水部４０の底部やコーナー部４３から、クラックＣＲが発生していた。

図６は、従来のシュープレスベルトの構成において、湿紙側層を硬度の低い高分子弾性材料により構成した場合のクラック発生状態を示す説明図である。
この場合は、高分子弾性材料の硬度が低いため、捕水部４０内におけるクラックＣＲはそれほど頻発しない。
一方、高分子弾性材料の硬度が低いため、ＭＤ走行方向とは逆の負荷に対しては、歪みに追随することが困難となるため、ランド部５０の表面５２からのクラックＣＲが顕著となっていた。

本発明は、上述した問題点に鑑み、クラックの発生を抑制することができる、耐久性の高いシュープレスベルトを提供することを目的とする。

本発明は、シュープレス装置のプレスローラとシューの間に配置され、基体、湿紙側層、及びシュー側層からなるシュープレスベルトにおいて、前記湿紙側層が高分子弾性材料により構成され、前記湿紙側層の表面層に、凹状の捕水部とランド部が形成され、前記ランド部の表面部を相対的に高硬度に、前記捕水部の底部を相対的に低硬度にしたシュープレスベルトによって前記課題を解決した。

また本発明は、前記ランド部の表面部の硬度がＪＩＳ−Ａで９３°〜９７°の範囲、前記捕水部の底部の硬度がＪＩＳ−Ａで９０°〜９５°の範囲、かつ前記ランド部の表面部の硬度が前記捕水部の底部の硬度よりもＪＩＳ−Ａで１°〜５°、好ましくは１°〜３°の範囲で高く形成されている。

本発明のシュープレスベルトによると、ランド部の表面部の硬度を相対的に高く、捕水部の底部の硬度を相対的に低く設定することにより、ランド部の表面部のクラックの発生と捕水部の底部のクラックの発生とが同時に抑えられるので、シュープレスベルトの耐久性が著しく向上するという効果を奏する。
また、ランド部の表面部を高硬度の高分子弾性材料で構成したので、シュープレスベルトとして過酷な使用状況にあっても、捕水部（溝部）が閉塞することがなく、搾水効果が維持できる。

比較的長尺のシュープレスベルトに適したシュープレス装置の概要図。比較的短いシュープレスベルトに適したシュープレス装置の概要図。図３（ａ）は、従来のシュープレスベルトのCMD方向断面図、図３（ｂ）〜（ｆ）は異なる断面形状の捕水部の拡大CMD方向断面図。従来のシュープレスベルトのCMD方向断面図湿紙側層を硬度の高い高分子弾性材料により形成した従来のシュープレスベルトの場合の、捕水部の底部とコーナー部のクラック発生状態を示す説明図。湿紙側層を硬度の低い高分子弾性材料により形成した従来のシュープレスベルトの場合の、ランド部の表面部のクラック発生状態を示す説明図。本発明のシュープレスベルトを示し，図７（ａ）はシュープレスベルトのCMD方向断面図、図７（ｂ）は湿紙側層の表面層に設けられた捕水部を示すシュープレスベルトの部分拡大CMD方向断面図。実施例及び比較例のシュープレスベルトについて、耐久性を評価するための装置の概要図。図８の装置によって評価した結果を示す図。

本発明のシュープレスベルト１０の実施形態を、図７（ａ）に基づいて説明する。なお、従来と同一の構成については同一の符号を使用し、説明は省略する。このシュープレスベルト１０は、基体Ｂと、基体Ｂの湿紙側に設けられた湿紙側層２０、及びシュー側に設けられたシュー側層Ｓからなり、湿紙側層２０とシュー側層Ｓは、高分子弾性材料からなる。湿紙側層２０の表面層１１は、凹状の捕水部４０と、捕水部４０の形成により生じた突起部分であるランド部５０からなる。このランド部５０の表面部５２の硬度を捕水部４０の底部４２の硬度よりも高く設定することで、シュープレスベルト１０の耐久性を向上させている。なお、「ランド部の表面部」とは、ランド部の表面から厚さ方向に、捕水部の底にまで至らない厚みの部分をいう。

次に、本発明のシュープレスベルト１０の製造方法を図７により説明する。
まず、基体Ｂに対し、湿紙側層２０とシュー側層Ｓを設ける。この際、各層の独立形成や、連続形成は、適宜選択可能である。但し、湿紙側層２０を構成する高分子弾性材料の素材としては、低い硬度を有する高分子弾性材料が選択される。この低い硬度を有する高分子弾性材料により低硬度部３１ｂが形成される。

次に、低硬度部３１ｂ上に、硬度の高い高分子弾性材料を塗布し、硬化させる。この硬度の高い高分子弾性材料により、高硬度部３１ａが形成される。
その後に、シュープレスベルト１０の湿紙側層の表面層１１に、捕水部４０を穿設する。
ここで、捕水部４０が穿設されない高硬度部３１ａがランド部５０の表面部５２となる。
このようにして、本発明のシュープレスベルト１０は製造される。

一方、図７（ｂ）に示すように、捕水部４０の側壁４１においては、前記高硬度部３１ａによる側面の高硬度部４１ａと、前記低硬度部３１ｂによる側面の低硬度部４１ｂとが形成される。なお、捕水部４０の底部４２とコーナー部４３は、低硬度部３１ｂにより形成されている。
このように、クラックの生じやすい箇所であるランド部の表面部と捕水部の底部４２とコーナー部４３において、ランド部の表面部を高硬度部３１ａ、捕水部の底部４２とコーナー部４３を低硬度部３１ｂで構成すると、効果的にクラックの発生を抑えることが可能になる。ただし、捕水部の底部４２とコーナー部４３とは同じ低硬度部３１ｂにより形成されるから、本発明では捕水部の底部４２の硬度を設定すればよい。

本発明で使用する高分子弾性材料は、ゴム、エラストマーの中から適宜選択できるが、その中でもポリウレタン樹脂、特に熱硬化性ポリウレタン樹脂が多く使用される。

なお、実験の結果、高硬度部３１ａの硬度がＪＩＳ−Ａで９３°〜９７°の範囲、前記捕水部の底部の硬度がＪＩＳ−Ａで９０°〜９５°の範囲、かつ前記ランド部の表面部の硬度が前記捕水部の底部の硬度よりもＪＩＳ−Ａで１°〜５°、好ましくは１°〜３°の範囲で高く形成されていると、所望の効果を得ることが実験により確認された。
この際、高硬度部３１ａと低硬度部３１ｂの境界においては、両者が全く異なる硬度の場合でも、硬度勾配を形成した場合でもよい。

本発明において、高硬度部と低硬度部とを、異なる硬度の高分子弾性材料で構成するためには、例えばポリウレタン樹脂を使用する場合は、長鎖ポリオールの重量分子量Mｗが異なるウレタンプレポリマーを適宜配合して調整することができる。本発明ではケムチュラ社製アジプレンL167およびアジプレンL100（これらの長鎖ポリオールはPTMEGであり、前者は後者よりも重量分子量Mwが小さい）を適宜配合して高硬度部と低硬度部とを形成することができる。

ここで、側面の高硬度部４１ａと、側面の低硬度部４１ｂの厚みの割合Ｌ１：Ｌ２は、９：１から１：１の間であると良好であることが、実験の結果、確認された。

このような構成において、捕水部の断面形状は矩形、台形、U字形、樽形など、何れの形状でも適用可能である。

なお、上述の実施形態では、捕水部４０の断面が直線状で、側壁４１と底面４２のなすコーナー部４３が直角の例を説明した。しかし、本発明は、このような典型的構成に限られず、その他の断面の捕水部にも適用可能である。
捕水部４０が、図３（ｂ）のような全体として湾曲状のコーナー部４３’を含む底面を有する場合や、図３（ｃ）のように、捕水部４０が鋭角に交わる箇所４３’’を含む凹んだ底面を有する場合、または図３（ｄ）〜（ｆ）のような、入り口が狭く内部が広い蟻溝状で、ある角度をもって交わる部分４３ａを含む底面を有する場合などでは、それらの底面を形成する高分子弾性材料が、ランド部の表面部の硬度よりも低く設定された低硬度部であればよい。

次に、シュープレスベルトの具体例を、１乃至９の実施例によって説明する。１乃至９の実施例、及び後述する比較例としてのシュープレスベルトに共通する構成は次の通りである。
・幅：３００ｍｍ。
・周長：６ｍ。
・厚み：５ｍｍ。
・基体Ｂ：経糸、緯糸ともにポリエステルモノフィラメント糸を製織してなる経三重織物。
・高分子弾性材料：熱硬化性ポリウレタン樹脂として、ケムチュラ社製アジプレンＬ１６７と、アジプレンＬ１００の混合物と、さらに硬化剤としてイハラケミカル社製のキュアミンＭＴとを、要求される樹脂硬度が得られるよう適宜配合したもの。
・捕水部４０：連続する溝部として、幅１ｍｍ、深さ１ｍｍ、ピッチ１６山／５ｃｍの矩形のものを湿紙側層の表面層１１に形成した。
なお、高硬度部の硬度、低硬度部の硬度、及び側面高硬度部と側面低硬度部の厚みの割合は、それぞれ表に記載した。

実施例１乃至６及び比較例１乃至２のシュープレスベルトについて、図８に示す装置を使用して、シュープレスベルトの耐久性を評価するテストを行った。
図８は屈曲試験機であり、複数のテンションローラＴＲと、一対のプレスロールＰＲ１、ＰＲ２とにより構成されている。なお、プレスローラＰＲ１は回転可能であるとともに、プレスローラＰＲ２に対して移動可能に構成されている。よって、テンションローラＴＲに支持された測定対象物を走行させるとともに、測定対象物にプレス圧を加えることが可能となる。
ちなみに、当該テンションローラＴＲの直径は１００ｍｍ、プレスローラＰＲ１、ＰＲ２
の直径は２００ｍｍである。

測定条件としては、まず上記シュープレスベルトを捕水部４０が内周側になるように測定機に設置した。
そして、次の条件により、内周側に水を供給した状態でシュープレスベルトを走行させ、５０時間毎に停止・観察してクラックの発生した時間を計測した。
・走行速度：５００ｍ／分
・プレス圧力：１５００ＫＮ／ｍ
・張力：１０ＫＮ／ｍ

以上の実験の結果を示す図９によれば、本発明の実施例のものは、比較例のものより耐久性に優れ、クラック対策として有効に機能することが確認できる。

１０：シュープレスベルト
１１：表面層
Ｂ：基体
Ｓ：シュー側層
２０：湿紙側層
４０：捕水部
４１：捕水部の側壁
４１ａ：側面の高硬度部
４１ｂ：側面の低硬度部
４２：捕水部の底面
４３：捕水部のコーナー部
５０：ランド部
５２：ランド部の表面部

Claims

シュープレス装置のプレスローラとシューの間に配置され、基体、湿紙側層、及びシュー側層からなるシュープレスベルトにおいて、前記湿紙側層が高分子弾性材料により構成され、前記湿紙側層の表面層に、凹状の捕水部とランド部が形成され、前記ランド部の表面部を相対的に高硬度に、前記捕水部の底部を相対的に低硬度にしたことを特徴とする、シュープレスベルト。
前記ランド部の表面部の硬度がＪＩＳ−Ａで９３°〜９７°の範囲、前記捕水部の底部の硬度がＪＩＳ−Ａで９０°〜９５°の範囲、かつ前記ランド部の表面部の硬度が前記捕水部の底部の硬度よりもＪＩＳ−Ａで１°〜５°の範囲で高く形成されていることを特徴とする、請求項１のシュープレスベルト。
前記ランド部の表面部の硬度が前記捕水部の底部の硬度よりもＪＩＳ−Ａで１°〜３°の範囲で高く形成されていることを特徴とする、請求項２のシュープレスベルト。
前記捕水部の側壁が高硬度部と低硬度部からなり、前記高硬度部と前記低硬度部の厚みの比率が、９：１から１：１の間である、請求項１から3の何れかに記載のシュープレスベルト。