JP4417558B2 - 組織化した不浸透性抄紙ベルト、その抄紙ベルトを製造する方法およびその抄紙ベルトを用いて紙を製造する方法 - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明は抄紙において使用するベルトに係り、特に、紙シートの再湿潤の危険を減少する不透過性ベルト、より詳しくは、構造化したティッシュ・ペーパを製造する不浸透性ベルト、そのベルトを用いて抄造される紙ならびにその紙およびベルトを製造する方法に関する。
【0002】
発明の背景
抄紙ベルトはこの技術分野においてよく知られている。抄紙ベルトは抄紙機上においてセルロース性繊維から水を除去し、これを搬送するために使用されている。このセルロース性繊維は初期ウェブとなり、乾燥し、最終製品となる。
【0003】
典型的には、抄紙ベルトはその上で抄造される紙に構造を与えることはない。“構造”は、通常の抄紙工程で起き且つクレープ加工又は湿式微小縮小加工で引き起こされる変化のような通常の変化に起因して起こるものよりも大きい、紙の坪量および/または、特に、密度の変化について称する。このような抄紙ベルトは通気乾燥ベルトまたは従来のプレス・フェルトが相当する。この抄紙ベルトは、水を除去する構成物と強化構造体とからなる。
【0004】
構造化された紙は、紙質が柔らかくなり、吸湿性が高まり、繊維使用量が減少するので、消費者により好ましい。しかしながら、構造化された紙を抄造するには、典型的には、通気空気乾燥によらなければならず、コスト的に割高になる。
【0005】
構造化された紙の抄造に知られる、上述したタイプの抄紙ベルトの難点はそのような抄紙ベルトが水を浸透することである。水を浸透することで、抄紙ベルトは再湿潤の危険を有する。再湿潤は、ベルト上で抄造される紙から除去される水が紙から離れ移され、その後、紙に戻るときに起こる。再湿潤は多くの理由から発生する。代表的な再湿潤の原因には、その上に湿紙が導入される点にフェルトにより運ばれる過剰な水が包含される。
【0006】
この技術分野においては不浸透性ベルトも、また、知られている。たとえば、一例はアルバニィ・インタナショナル社(ニューヨーク州、アルバニィ)からトランス−ベルトの商品名で販売される不浸透性ベルトである。このトランス−ベルトは、従来技術による他の不浸透性ベルトも同様に、ベルトが意図するように使用されたとき、構造化された紙を抄造できない、という不利を免れない。
【0007】
この不利を回避するための、従来技術の試みの1つはパターン刻印用ロールを備えることである。このパターン刻印用ロールはニップを形成するために不浸透性ベルトと並置される。紙はこの不浸透性ベルトとパターン刻印用ロールとの間のニップを通って走行する。このニップにおいてあるパターンが紙に刻印され、構造化された紙を生じる。
【0008】
この後、構造化された紙は、紙が加圧ロールとヤンキー乾燥ドラムとの間の第2のニップにおいて加圧される加圧ロールへ走行する。しかしながら加圧ロールにおいて、前工程で紙に刻み込まれた構造は第2のニップにおける圧縮のために減少するだけでなく、場合により失われてしまう。加圧ロールとヤンキー乾燥ドラムとの間の第2のニップにおける圧縮により紙は平担になり、トランス−ベルトと刻印用ロールとの間のニップで形成された構造が失われてしまう。
【0009】
本発明の目的は不浸透性ベルトを備えた抄紙機を提供することにある。さらに、本発明は、抄紙機に使用するための且つ構造化された紙を抄造するベルトを提供することにある。本発明は製造方法に付随する工程中、構造を減少することなく、不浸透性ベルト上で構造化された紙を抄造する。
【0010】
発明の要約
本発明は不浸透性抄紙ベルトを包含する。この不浸透性抄紙ベルトは背中合わせの2つの面、シート面および背面を有する。このシート面は抄造中、紙に構造を与える。抄紙ベルトのシート面は組織化される。
【0011】
発明の詳細な説明
図1について参照すると、従来技術による典型的な抄紙機10が示されている。この抄紙機10はヘッドボックス12を有する。このヘッドボックス12は液状担体に分散されたセルロース性繊維スラリをフォーミング・ワイヤ14上に分配する。担体はフォーミング・ワイヤ14を通って流出し、紙22の初期ウェブが生じる。
【0012】
この紙22はフォーミング・ワイヤ14から不浸透性乾燥ファブリックに運ばれる。この不浸透性乾燥ファブリックは抄紙機10のプレス・セクションに配置される。この紙22は乾燥ファブリックからこの技術分野で知られた任意の乾燥手段に搬送される。模範的な乾操手段は赤外線ドライヤ、通気空気ドライヤ、及び任意にヤンキー乾燥ドラム20を含む。この紙22はこの技術分野でよく知られた手段を用いて短縮加工される。
【0013】
もし望まれるのであれば、乾燥ファブリックと接する間、紙22は2個のロール、すなわち加圧ロール24と支持ロール26との間で圧縮される。加圧ロール24と支持ロール26とはその間にニップを形成するために並置される。紙22はこのニップを通過し、このとき紙22中に含まれる幾分かの水が除去される。もし望まれるのであれば、紙22と加圧ロール24との間に任意にフェルトを介在させる。
【0014】
この紙22は、また、この技術分野でよく知られるように、短縮される。短縮加工は紙22がある堅い面、好ましくは、シリンダから出るときにクレープ加工でなし遂げる。この目的のために、通例、ヤンキー乾燥ドラム20が使用される。クレープ加工はこの技術分野でよく知られる、ドクタブレードでなし遂げられる。クレープ加工はソーダイに付与された1992年4月24日発行の米国特許第4,919,756号明細書に従いなし遂げる。この明細書の開示は参照によってここに取り入れられる。代替的に、あるいはこれに付加して短縮加工はウエルスらに付与された1984年3月3日発行の米国特許第4,440,597号明細書の教示されるような湿式微小収縮加工を用いてなし遂げることができる。この明細書の開示は参照によってここに取り入れられる。
【0015】
図1に示される抄紙機10上で抄造された紙22は、紙22に異なる坪量、あるいは、好ましくは異なる密度を与える手段がなく、構造化することができない。ここで“構造化された”が用いられるとき、紙22は紙の全域に反復するランダムでないパターンで配置される、互いに異なる坪量または密度からなる区域を有する。
【0016】
図1の抄紙機10を改良する、ある試みは不浸透性乾燥用ファブリックとパターン刻印用ロールとを利用するものである。このパターン刻印用ロールは、上述したように、刻印用ロールと支持ロール26との間のニップにおいて紙22を刻印加工する。この刻印加工により紙22に構造が形成される。しかしながら、この構造が持続するのは紙22が乾燥移送ロールとヤンキー乾燥ドラム20との間に形成されたニップを通過するまででしかない。このニップにより、構造のすべてではないとしても、その大部分は、構造が形成された紙22から圧縮され、必然的に元の平坦な状態に戻ってしまう。
【0017】
図2について参照すると、本発明に従う抄紙ベルト15は不浸透性であり、その上で抄造される紙22にあるパターンを与える。本発明に従う抄紙ベルト15はシート面30および背面32を有する。シート面30は組織化されており、通常の使用では紙22と接触し、搬送し、構造を与える面である。この抄紙ベルトの背面32は抄造中、抄紙機10、特に、抄紙機10の駆動ロールおよび被駆動ロールと接触する。通常、抄紙ベルトのシート面30は外側に向き、ベルトの背面32は内側に向く。
【0018】
本発明に従う抄紙ベルト15は巨視的に単一平面である。この抄紙ベルト15の平面はX−Y方向を形成している。この抄紙ベルト15のX−Y方向に垂直な面は抄紙ベルト15のZ方向である。同様に、本発明に従う紙22は巨視的に単一平面として考えることができ、X−Y平面に存在する。このX−Y方向及び紙22の面に垂直なのが紙22のZ方向である。
【0019】
より詳細に抄紙ベルト15について考察すると、本発明に従う抄紙ベルト15は2つの主要な構成要素;構成物42および強化構造体44からなる。この構成物42は抄紙ベルト15のシート面に配置され、組織を形成している。好ましくは、構成物42は硬化された高分子感光性樹脂で構成される。
【0020】
この構成物42の組織は予め決められたパターンを形成しており、本発明の紙22に同じパターンを刻み込む。この構成物42に特に好ましいパターンは本質的に連続したネットワークである。構成物42に好ましい連続したネットワーク・パターンを選ぶとすれば、不連続のめくら孔46は抄紙ベルト15の第1の面から第2の面間に延びる。この本質的に連続したネットワークはめくら孔46を取り囲み、その境界を定める。
【0021】
抄紙ベルト15の第2の面は抄紙ベルト15の抄紙機に接触する面である。この第2の面はめくら孔46と異なる通路を有する背面ネットワークで構成されている。この通路は抄紙ベルト15の第2の面である、背面の組織に不ぞろいを与える。この通路は抄紙ベルト15のX−Y平面内において空気を流出させる。この空気漏洩により抄紙ベルト15のめくら孔46を通過するZ方向の流れは必ずしも生じない。
【0022】
本発明に従う抄紙ベルト15の第2の主要な成分は強化構造体44である。この強化構造体44は構成物42と同様に第1の面、すなわち紙に向く面および第2の面、すなわち紙22を向く面と反対側の機械を向く面を有する。強化構造体44は主に抄紙ベルト15の背中合わせの2つの面間に配置され、抄紙ベルト15の背面と一致する面を有する。強化構造体44は構成物42への支持を与える。強化構造体44に製織による手段を使用することを望まない場合、不織要素、スクリーン、ネットあるいは貫通する複数個の孔を備えたプレートが本発明の構成物42に適切な強度を持たせ、これを支持するために利用することができる。
【0023】
本発明に従う抄紙ベルト15はジョンソンらに付与された1985年4月30日の米国特許第4,514,345号明細書;トロクハンに付与された1985年7月9日発行の米国特許第4,528,239号明細書;下記スモルコスキーらに付与された1992年3月24日発行の米国特許第5,098,522;1993年11月9日発行の米国特許第5,260,171号明細書;トロクハンに付与された1994年1月4日発行の米国特許第5,275,700号明細書;ラスクらに付与された1994年7月12日発行の米国特許第5,328,565号明細書;トロクハンらに付与された1994年8月2日発行の米国特許第5,334,289号明細書;ラスクらに付与された1995年7月11日発行の米国特許第5,431,786号明細書;ステルジェス,ジュニアらに付与された1996年3月5日発行の米国特許第5,496,624号明細書;トロクハンらに付与された1996年3月19日発行の米国特許第5,500,277号明細書;トロクハンらに付与された1996年5月7日発行の米国特許第5,514,523号明細書;トロクハンらに付与された1996年9月10日発行の米国特許第5,554,467号明細書;トロクハンらに付与された1996年10月22日発行の米国特許第5,566,724号明細書;トロクハンらに付与された1997年4月29日発行の米国特許第5,624,790号明細書;エヤースらに付与された1997年5月13日発行の米国特許第5,628,876号明細書のいずれかにより製造することができる。これらの明細書の開示は参照によってここに取り入れられる。
【0024】
この構成物42はトロクハンらに付与された1996年9月17日発行の米国特許第5,556,509号明細書;アンパルスキーらに付与された1996年12月3日発行の米国特許第5,580,423号明細書;ファンに付与された1997年3月11日発行の米国特許第5,609,725号明細書;トロクハンらに付与された1997年5月13日発行の米国特許第5,629,052号明細書;アンパルスキーらに付与された1997年6月10日発行の米国特許第5,637,194号明細書;及びマクファーランドらに付与された1997年10月7日発行の米国特許第5,674,663号明細書に教示されるようなフェルト強化構造体44に適用することができる。これらの明細書の開示は参照によってここに取り入れられる。
【0025】
本発明に適合するベルト15は先に説明した感光性樹脂を利用して製造することができる。このようなベルト15を製造する模範的な方法は参照によって取り入れられる、上記の幾つかの特許に記述されている。しかしながら、本製造方法を達成するのに必要な従来技術と異なる点について以下に説明する。
【0026】
初めに、液状感光性樹脂を準備する。この樹脂を支持面、通常、大きい直径のロールに配置する。透明および不透明領域を有するマスクを感光性樹脂と近接配置し、好ましくは、この樹脂を覆うように置く。マスクの透明領域を通して光化学反応を起こす放射線が透過する。マスクの透明領域を透過した光化学反応を起こす放射線によりその下の感光性樹脂を硬化し不浸透性ベルト15が生じる。
【0027】
しかしながら、重要なことは抄紙ベルト15が、不浸透性であるだけでなく、そのシート面30が、組織化されていることである。“組織”とは、抄紙ベルト15が、紙22中に構造を機能的に刻み込む、起伏のある形態を有し、より詳しくは、正常な抄造中、紙22に対して密度差を与えることを意味する。この組織は不浸透性抄紙ベルトに使用される、正常かつ普通のベルト製造方法によってつくられたものを超える、Z方向の表面粗さを有する。この表面粗さは、好ましくは、Z方向に少なくとも約0.0508mm(0.002インチ)、より好ましくは、少なくとも約0.127mm(0.005インチ)、より好ましくは、さらに少なくとも約0.254mm(0.010インチ)、さらに一段と好ましくは、少なくとも約0.381mm(0.015インチ)の深さ有するが、好ましくは、1.27mm(0.050インチ)を超えない。吸収性がよく、厚みあり、柔らかく、しかも審美的に快適なティッシュ・ペーパの製造に好ましい範囲は約0.254mm(0.010インチ)から0.762mm(0.030インチ)である。
【0028】
この組織は以下のように抄紙ベルト15に形成される。抄紙ベルト15の面に対して垂直および垂直軸から外した方向の双方から抄紙ベルト15に放射線を照射する。垂直軸から外して放射線を当てることで、マスクの透明領域が重なり合った樹脂と共にマスクの不透明領域が重なり合ったが下方の樹脂を硬化させることができる。しかし、この不透明領域の下になる樹脂の硬化についてはマスクからの深さが限定される。放射線の傾き角のためにマスクの不透明領域の直ぐ下にある樹脂領域は硬化しない。垂直軸から外す、すなわち非垂直の放射線は抄紙ベルト15のX−Y平面全体にわたって樹脂を硬化するために十分でなければならない。ここに説明された実施例の場合、それぞれ2.032mm(0.08インチ)および1.524mm(0.06インチ)のX−Y平面にある主軸を備えた長円形の不透明領域を有するマスクを用いること、および化学反応を起こす放射線を垂直からプラス又はマイナス約10度の角度で変化させることが深さ約0.381mm(0.015インチ)のめくら孔46の形式によるざらざらを生じるのに適することを見出した。
【0029】
この放射線は放射源または強化構造体44での反射による散乱から垂直の主軸から外れる。もちろん、当業者であれば、表面粗さのX−Y寸法がマスクの不透明領域のX−Y寸法と一致すると理解することができるであろう。
【0030】
本明細書に記載された抄紙ベルトは水に不浸透性であると考えられている。“不浸透性”とはベルトが50ミクロンないしそれ以上の任意の寸法を有する毛細管で水を通さないことを意味する。
【0031】
もし望まれるのであれば、この不浸透性抄紙ベルト15は数種類の別の実施例に従う方法で製作される。たとえば、不浸透性抄紙ベルト15に強化構造体44を使用することは必要としない。もし望まれるのであれば、不浸透性抄紙ベルト15は強化構造体44を持たない表面に流し込まれた上述の感光性樹脂で製造することができる。商業的に利用可能なトランスベルトで説明されたように、ベルトを不浸透性にするためにポリウレタンフォームを使用することができる。代替的且つ予想的には、ベルトを不浸透性にするためにゴム及び、シリコンの塗布物を使用することができる。このベルトを不浸透性にする原料はプリンティング法、スプレー法、ブレード・コーティング法、他のコーティング技術、または好ましくは、含浸処理法のような、任意の公知の方法によって付与する。含浸は物質の浴中にベルトを浸すことによって生じる。
【0032】
適切には、本発明に従う抄紙ベルトはベルトのX−Y平面に半連続、連続または不連続パターンあるいはこれらの組み合わせからなる、組織を保持して作られる。もし不連続パターンが望まれるのであれば、外方向に延びる不連続ナックルを有する抄紙ベルトが利用される。本発明に従うこのような適切な抄紙ベルトは特許明細書の開示が参照によってここに取り入れられる、トロクハンに付与された米国特許第4,239,065号明細書に開示された抄紙ベルトまたはスカパ・グループ(英国)によって販売されるスペクトラ・メンブレインを用いて作られる。第4,239,065号明細書に従い製作された上記のベルトまたはスペクトラベルトはベルトの外方向に延びるナックルを沈めない深さまで液状樹脂内に浸す。上記のように樹脂を硬化させ、ベルトを不浸透性にするが、不浸透性ベルト15がもとのシート面30の組織を保てるようにナックル・パターンを残す。
【0033】
いずれかの手段および原料によって抄紙ベルト15を不浸透性にした後に、上記のように、その上に感光性樹脂を流して抄紙ベルト15に組織を形成する。これに代わる方法では、ベルトから材料をスティッチし、すなわち選択的に除去して組織を与える。組織がどのように与えられるか、またベルトがどのように作られるかにかかわらず、組織はいずれかの望ましいX−Yパターンを構成する。この組織は不連続であるか、半連続であるか、または好ましくは連続である。
【0034】
先見的に、好ましい一実施例は従来の不浸透性フェルトを利用する。この不浸透性フェルトはそのフェルトを不浸透性にする背面32に当てる材料を備える。この後、ベルトの上面に吸収性ナックルを与える。これはフェルトのシート面30にナックルをスティッチして形成する。この方法においては組織を与えると共に、紙22から水を吸収するナックルを有する不浸透性フェルトを備えることができる。本明細書で用いられるように、ナックルはベルトのシート面30の平面の上方に立ち上がり、そこから外方向に延びるあるパターンを称する。
【0035】
図3および図4について参照すると、本発明に従うベルトは抄紙機10のもとの配置を大きく変えることなく、抄紙機10に使用されている。上記した単一のニップ配置でも十分であるが、本発明に従い、好ましくは抄紙機10上に2つのニップを備えている。好ましい2ニップ配置では、支持ロール26は第1のニップを形成するために真空吸加圧ロール24と、さらに第2のニップを形成するために刻印用ロール28と並置されている。真空加圧ロール24は紙22を脱水し、その濃度を高くする。不浸透性ベルト15は紙22を刻み込み加工し、刻印用ロール28と支持ロール26との間のニップにおいて紙に構造を与える。
【0036】
当業者は、この技術分野で知られるように、望ましい抄紙機10の配置次第でツイン・ワイヤを選択する必要があることを理解する。この場合、紙22はフォーミング・ワイヤ14上の不浸透性ベルト15に運ばれないが、代わりにフェルト17上に搬送される。図5について参照すると、紙22はフォーミング・ワイヤ14から不浸透性ベルト15に運ばれ、その後、フェルト17をも使用したニップまで搬送される。
【0037】
重要なことは、フォーミング・ワイヤ14またはフェルト17から不浸透性ベルト15への紙22の搬送が真空の助けを借りずになされることである。このことは不浸透性ベルト15を用いては行われないであろう。したがって、先に説明したように、フォーミング・ワイヤ14方向へ膨らんだベルト15を持つことが役立つことが見い出された。この配置では、90度の大きい角度が適するが、フォーミング・ワイヤ14および不浸透性ベルト15は、好ましくは、1から45度の夾角で収斂する。図に示すように、この収斂はターニング・バーまたはアイドラ・ロール50によって助けられる。これに代わる方法では、ターニング・バーまたはアイドラ・ロール50がフォーミング・ワイヤ14および不浸透性ベルト15の張力面および圧縮面ならびに遠心力の向きが入れ換わるように、図に示される位置から反対位置に配置される。フォーミング・ワイヤ14およびベルトはその地点からは適当な距離にわたって並んで走行する。
【0038】
もし望まれるのであれば、抄紙機10は刻印用ロール28としてエクステンディド・ニップ・プレスを使用してもよい。これに適するエクステンディド・ニップ・プレスはキビマらに付与された1997年7月22日発行の米国特許第5,650,049号明細書およびシーエルらに付与された1997年9月2日発行の米国特許第5,662,777号明細書あるいはメンテレの名義で1995年6月21日に公開されたPCT国際公開WO95/16821号公報に従い製作される。これらの明細書の開示は参照によってここに取り入れられる。
【0039】
本発明においては紙22は、紙22がヤンキー乾燥ドラム20に移送されるまで、ベルトの組織との重なりを保持し、紙22に与えられた構造を搬送時に失うことがない。もちろん、紙22がその構造を破壊することなく、かなり多数の方法で最終的に乾燥されると理解することができる。このヤンキー乾燥ドラム20は既知の乾燥方法および装置うちの模範的な一実施態様にすぎない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1はプレス・セクションに不浸透性ベルトを有する従来技術による典型的な抄紙機の側面図である。
【図2】 図2は本発明による抄紙ベルトの断片的側面図である。
【図3】 図3は本発明によるツイン・ワイヤ式抄紙機の側面図である。
【図4】 図4はそれ程好ましくはないが、受け入れ可能なクロージング・ラン(点線)および好ましいクロージング・ラン(実線)を示す図3の抄紙機の部分的拡大側面図である。
【図5】 図5は独立プレスフェルトを有する本発明によるフィックスド・ルーフ抄紙機の側面図である。
Claims (9)
- 組織化されたシート面および前記シート面と反対側の背面を有する不浸透性抄紙ベルトであって、前記シート面が、抄造中に紙ウェブに直接接触して、前記シート面上で抄造される紙に構造を付与し、前記抄紙ベルトの組織が、少なくとも0.051mmのZ方向の深さを有するZ方向の表面粗さを有する不浸透性抄紙ベルト。
- 前記抄紙ベルトが、感光性樹脂を有し、前記感光性樹脂が、前記抄紙ベルトの前記シート面に配置される、請求項1に記載の抄紙ベルト。
- 前記感光性樹脂より形成される組織を有する、請求項2に記載の抄紙ベルト。
- 前記抄紙ベルトが、強化構造体を有する、請求項1、2および3のいずれか1項に記載の抄紙ベルト。
- 液状感光性樹脂を準備する工程と、
透明領域と不透明領域とを有するマスクを準備する工程と、
前記マスクを前記感光性樹脂と近接配置することにより前記感光性樹脂の第1の複数領域を前記マスクの前記透明領域と近接配置する工程と、
前記マスクの前記透明領域を通して前記感光性樹脂に光化学反応を起す放射線を照射することにより前記光化学反応を起す放射線が、前記マスクの前記透明領域と近接配置された部分の前記感光性樹脂を硬化する工程と、ここで前記光化学反応を起す放射線が、前記マスクの平面に対して相対する複数の角度で供給され、前記複数の角度の少なくとも一部が前記マスクの前記平面に対し非垂直であることにより前記マスクの前記不透明領域と近接配置された部分の前記感光性樹脂が硬化しないようにし、
前記マスクを前記感光性樹脂から取り除く工程と、
組織を有する抄紙ベルトが生じるように前記硬化しない前記感光性樹脂を取り除く工程と、前記組織が、前記硬化した前記感光性樹脂によって形成され、
を含む不浸透性抄紙ベルトの製造方法。 - 強化構造体が備えられるとき、前記強化構造体が、不浸透性である、請求項5に記載の製造方法。
- 紙の初期ウェブを準備する工程と、
組織を有するシート面および前記シート面と反対側の背面を有する不浸透性抄紙ベルトを準備する工程と、
前記紙を前記不浸透性ベルトの前記シート面に配置する工程と、
ニップを形成するように前記紙と近接配置される刻印用ロールを準備する工程と、
前記ニップを通して前記紙を通過させることにより前記不浸透性抄紙ベルトの前記組織が前記紙に構造を付与する工程と、
前記構造を維持しながら前記紙を乾燥する工程と、
を含む紙の製造方法。 - 前記紙を乾燥する前記工程が、前記不浸透性抄紙ベルトからヤンキー乾燥ドラムに前記紙を搬送する工程を含む、請求項7に記載の製造方法。
- フェルトを準備する工程と、前記紙が前記フェルトと前記不浸透性ベルトとの間に存在するように前記ニップに前記フェルトを介在させる工程と、を含む請求項7および8のいずれか1項に記載の製造方法。
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