JP4852049B2 - プレスベルト - Google Patents

Description

この発明は、製紙工業、磁気記録媒体製造工業、繊維工業等においてプレス対象物を加圧処理するために用いられるプレスベルトに関するものであり、特に、優れた疲労強度を有するプレスベルトに関するものである。

各種工業において、プレスベルト上に帯状のプレス対象物を載せ、プレスベルトの周内部に位置する一方の加圧部材とプレスベルトの周外部に位置する他方の加圧部材との間でプレス対象物を加圧処理するベルトプレスが一般的に行なわれている。加圧部材としては、例えばプレスロールや加圧シューなどが挙げられる。

ベルトプレスの一つの例として、製紙工業における脱水プレスとしてのシュープレスが挙げられる。シュープレスは、例えば、特開平１１−１２４７８８号公報や特開２００５−２０７０００号公報等に開示されている。

上記のシュープレスにおいては、湿紙の脱水効率を高めるために、プレスベルトの周外部に位置する加圧手段としてのプレスロールと、プレスロールの周内部に位置する内部加圧手段としての加圧シューとの間で、プレスベルトの外周面上に載置したプレス対象物（湿紙）にプレスベルトを介して面圧力をかけ、加圧処理（脱水処理）を行なう。走行方向に所定の幅を持つ加圧シューを用いることによりニップ幅を大きくでき、脱水効率を向上させることができる。

シュープレスの動作を図１を参照してより詳しく説明する。図１は、抄紙機のプレス工程で用いられるシュープレス装置の走行方向断面を示す図である。

シュープレス装置は、加圧手段としてのプレスロール１と、プレスロール１に対向するプレスベルト２と、プレスベルト２の周内部に位置する内部加圧手段としての加圧シュー３とを備えている。なお、図１の装置においては、加圧シュー３をプレスベルト２で覆い、プレスベルト２を外筒としてロール状に組み立て、シュープレスロールを構成しているが、プレスロールはロール状に組み立てることなく、エンドレスベルトのまま使用することもできる。

プレスベルト２とプレスロール１との間には、フェルト４に重ねられてプレス対象物としての湿紙５が通される。プレスベルト２の外周面とフェルト４とは直接接触している。プレスベルト２と加圧シュー３との間には潤滑油が供給され、プレスベルト２は加圧シュー３の上を滑ることができる。プレスロール１は駆動回転し、プレスベルト２は、走行するフェルト４との摩擦力によって加圧シュー３の上を滑りながら従動回転する。

加圧シュー３は、プレスベルト２の周内部からプレスロール１に向けて押し付けられており、この押し付け力によって湿紙５はプレスされ、脱水される。加圧シュー３の表面は、プレスロール１の表面に対応した凹状となっている。このため、プレスロール１とプレスベルト２との間には、ベルト走行方向（ＭＤ方向：machine direction）に沿って広い幅を持ったニップ域が形成される。このニップ域は、加圧脱水部として機能する。

樹脂やゴム等の弾性材料からなるプレスベルト２は、通常、内部に多重織り織布からなる補強基材を有している。図１に示すように、プレスベルト２は、動作中、ベルト走行方向のニップ域において内側に凹んだ形状となるので、このニップ域におけるプレスベルト部分には常に曲げ応力と圧縮応力とが同時に作用している。

図２は、シュープレス装置を、ベルト走行方向に対して交差する方向（ＣＤ方向:cross direction）に見た図解的断面図である。図示するように、プレスベルト４の幅方向の両端は嵌合ディスク６上に装着される。ＣＤ方向のニップ域においては、嵌合ディスク６の高さに対して、加圧シュー３の高さが低くなっている。そのため、プレスベルト４のＣＤ方向ニップ域の両端部には、上記の曲げ応力および圧縮応力に加えて、ニップ域を通過するごとにＣＤ方向の屈曲が繰り返し発生する。

プレスベルト４中に埋設された多重織り織布からなる補強基材に注目すると、ＭＤニップ域においては、ベルト走行方向（ＭＤ方向）に沿って延びる最外表面の糸が疲労しやすい。また、ＣＤニップ域端部においては、ベルト走行方向に対して交差する方向（ＣＤ方向）に沿って延びる最外表面の糸が疲労しやすい。

多重織り織布を構成する糸として、ポリエステル製のモノフィラメント（単糸）を使用することがある。このポリエステルモノフィラメントは、寸法安定性に優れた性質を有するが、その反面、繰り返し圧縮に弱い性質を有している。そのため、多重織り織布の最外表面にポリエステルモノフィラメントを使用した補強基材の場合、比較的短期間でニップ域を通過する部分に疲労現象が発生しやすくなる。

プレスベルトの弾性材料中に埋設した多重織り織布からなる補強基材が疲労して部分的に断線したりすると、その断線部分の近くに位置する弾性材料部分にクラックが発生する。また、補強基材の疲労により、プレスベルトの走行性が悪化したり、プレスベルトの煽りが発生したりし、これらが要因となってクラックを発生させることもある。

プレスベルトに発生したクラックは、ニップ域に作用する繰り返しの曲げ応力、圧縮応力、屈曲により、プレスベルトのＭＤ方向およびＣＤ方向に進展し、潤滑油の漏れを引き起こすおそれがある。

本発明の目的は、優れた疲労強度を有するプレスベルトを提供することである。

本発明に従ったプレスベルトは、弾性材料中に多重織り織布からなる補強基材を埋設したものである。補強基材は、ベルト走行方向に沿って延びる第１の糸群と、この第１の糸群に交差して延びる第２の糸群とを備える。第１の糸群は、ベルトの最外面側に位置する撚糸と、ベルトの内面側に位置する単糸とを含む。第２の糸群は、ベルトの最外面側に位置する撚糸と、ベルトの内面側に位置する単糸とを含む。

撚糸は、しなやかで強度が高く、曲げ応力や圧縮応力に対して優れた耐性を示す。従って、ＭＤ方向およびＣＤ方向に延びる糸群のうち、最外面側に位置する糸を撚糸とすることにより、補強基材はニップ域に作用する曲げ応力や圧縮応力に対して優れた耐性を示すようになる。

単糸は、形状固定性が強い。特に、ＭＤ方向に延びる糸およびＣＤ方向に延びる糸の両者が単糸の場合、その交差点における結節部の強度が高くなり、補強基材のねじれを抑制することができる。

上記構成の本発明によれば、最外面側に位置するＭＤ方向撚糸（ＭＤ方向に延びる撚糸）およびＣＤ方向撚糸（ＣＤ方向に延びる撚糸）が補強基材の疲労強度を高めるように作用し、内面側に位置するＭＤ方向単糸およびＣＤ方向単糸が補強基材の形状を安定させるように作用するので、優れた疲労強度を有し、長寿命のプレスベルトを得ることができる。

一つの実施形態では、第１および第２の糸群のうちの少なくともいずれか一方は、撚糸と単糸との間に、マルチフィラメントを含む。この場合、好ましくは、マルチフィラメントは、集束剤を含浸させている。このように集束剤を含浸させたマルチフィラメントを含む補強基材を用いることにより、ピンホールの発生が抑制され、外観、耐クラック性に優れたプレスベルトなる。

また、一つの実施形態では、弾性材料の最外面に、ベルト走行方向に沿って延びる排水溝が形成されている。プレスベルトは、例えば、シュープレス用ベルトである。

以上のように、本発明によれば、優れた疲労強度を有するプレスベルトを提供することができる。

抄紙機のプレス工程で用いられるシュープレス装置の走行方向断面を示す図である。 シュープレス装置の幅方向断面を示す図である。 本発明の実施形態に係る補強基材を示す図解的断面図である。 本発明の実施形態に係るプレスベルトの一例を示す図解的断面図である。 本発明の他の実施形態に係る補強基材を示す図解的断面図である。

本願発明者は、プレスベルトの疲労状況、亀裂進展性および走行性について評価を行い、次のことを見出した。

（１）全ての糸を単糸で構成した多重織り織布の補強基材の場合、ニップ域における繰り返しの曲げ応力および圧縮応力の影響により、最外面側に位置するＭＤ単糸およびＣＤ単糸がフィブリル化して砕け易い。

（２）全ての糸を撚糸で構成した多重織り織布の補強基材の場合、形状固定性が弱くなり、走行時にプレスベルトの捩れや煽りが発生する。

（３）プレスベルトの最外面側に位置する補強基材のＭＤ方向糸およびＣＤ方向糸を撚糸とすれば、長期にわたってフィブリル化せず、疲労強度に優れたものとなり、それに加えて、プレスベルトの内面側に位置する補強基材のＭＤ方向糸およびＣＤ方向糸を単糸とすれば、ＭＤ方向単糸とＣＤ方向単糸との結節部の強度が高まり、形状固定性に優れるようになる。

図面を参照して、本発明の実施形態を詳しく説明する。

図３は、多重織り織布からなる補強基材を図解的に示し、図４は、プレスベルトを図解的に示す断面図である。本発明の実施形態に係るプレスベルトは、製紙工業、磁気記録媒体製造工業、繊維工業等においてプレス対象物を加圧処理するために用いられるものであり、その大きさは、例えば、幅が２〜１５ｍ、周長が１〜３０ｍ、厚みが２〜１０ｍｍ程度である。また、プレスベルトは、典型的には、シュープレス用ベルトである。

図３および図４に示すように、プレスベルトは、弾性材料２０と、この弾性材料２０中に埋設された補強基材１０とを備える。補強基材１０は、ベルト走行方向（ＭＤ方向）に沿って延びる第１の糸群１１，１２，１３と、この第１の糸群に交差する方向（ＣＤ方向）に沿って延びる第２の糸群１４，１５とを備えた多重織り織布である。

補強基材１０の形成材料としては、好ましくは、有機繊維が用いられる。プレスベルトには可撓性が要求されるが、例えばガラス繊維等の無機繊維を補強基材形成材料として用いた場合、プレスベルトが硬くなり過ぎて、クラック等の欠陥が発生し易くなってしまう。従って、補強基材１０の形成材料としては、ポリアミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリビニルアルコール繊維等の有機繊維を用いることが好ましい。特に、寸法安定性に優れるという点で、ポリエステル繊維を含む補強基材が好適である。

多重織り織布からなる補強基材１０の具体的な構造に注目すると、ベルト走行方向に沿って延びる第１の糸群のうち、ベルトの最外面側に位置する糸１１が撚糸（ＭＤ方向撚糸）であり、ベルトの内面側に位置する糸１２，１３が単糸（ＭＤ方向単糸）である。第１の糸群１１，１２，１３に交差する方向に沿って延びる第２の糸群のうち、ベルトの最外面側に位置する糸１４が撚糸（ＣＤ方向撚糸）であり、ベルトの内面側に位置する糸１５が単糸（ＣＤ方向単糸）である。

弾性材料２０としては、例えば、熱硬化性ポリウレタンが使用される。弾性材料２０は、例えば、補強基材１０の裏面側から形成した裏面層２０ａと、補強基材１０の表面側から形成した表面層２０ｂとを備える。弾性材料２０の最外表面には、ベルト走行方向に沿って延びる多数の排水溝２１が形成されている。この排水溝２１は必須のものではなく、省略可能である。

撚糸は、単糸に比べて、しなやかで強度が高く、曲げに対して良好な疲労強度を示す。一方、単糸は、撚糸に比べて硬いので、単糸同士の結節部における強度が高くなり、補強基材のねじれを抑制する。

本発明の実施形態においては、補強基材１０を構成する糸群のうち、ベルトの最外面側に位置するＭＤ方向撚糸１１およびＣＤ方向撚糸１４が、ニップ域における繰返しの曲げ応力や圧縮応力に対して良好な耐性を示す。また、ベルトの内面側に位置するＭＤ方向単糸１２，１３およびＣＤ方向単糸１５が結節部における強度を高めるので、補強基材のねじれを抑制し、走行時のプレスベルトの煽りを抑制する。

ポリエステル繊維の場合、撚糸は、例えば、太さ２００ｄ〜１５００ｄのマルチフィラメントを２〜３本撚り合わせたものである。また、単糸の太さは直径０．３〜１．０ｍｍである。

図５は、この発明の他の実施形態に係るプレスベルトの補強基材３０を図解的に示している。補強基材３０は、多重織り織布である。ベルト走行方向に延びる第１の糸群は、最外面側に位置するＭＤ方向撚糸３１と、その内側に位置するＭＤ方向単糸３２と、その内側に位置するＭＤ方向マルチフィラメント３３と、最内側に位置するＭＤ方向単糸３４とを含む。第１の糸群に交差する方向に延びる第２の糸群は、最外面側に位置するＣＤ方向撚糸３５と、最内面側に位置するＣＤ方向単糸３６とを含む。

ＭＤ方向マルチフィラメント３３は、撚られていない。また、このマルチフィラメント３３には集束剤を含浸させている。集束剤は、マルチフィラメントを構成するフィラメント間に浸入することにより、マルチフィラメント内部の空気を排除し得る。従って、集束剤含浸マルチフィラメント３３を使用してプレスベルトを製造した場合には、気泡の発生が抑えられるので、ピンホールの発生を抑制し得る。

プレスベルトの弾性材料として熱硬化性ポリウレタンを使用した場合、弾性材料との密着性を考慮して、ウレタン系樹脂またはエポキシ系樹脂を主成分として含有する集束剤が好ましい。

前述したように、弾性材料は、典型的には、補強基材の裏面側から形成した裏面層と、補強基材の表面側から形成した表面層とを備える。この場合、集束剤含浸マルチフィラメント３３は、樹脂の突き抜けを抑制するので、表面層と裏面層との境界に位置するようになる。

多重織り織布からなる補強基材として、６種類の試料を作成した。６種類の試料の構成を表１に示す。

表１において、「ＭＤ」は、ベルト走行方向に延びる糸を意味し、「ＣＤ」は、それに交差する方向に延びる糸を意味する。また、ＭＤ１およびＣＤ１は、プレスベルトの最外面側に位置する糸を意味し、ＭＤ２およびＣＤ２は、その内側に位置する糸を意味し、ＭＤ３は、プレスベルトの最内面側に位置する糸を意味する。また、全ての試料において、ＭＤ２とＭＤ３との間に樹脂止めのためのマルチフィラメントを配置した。

試料１の補強基材では、全ての糸がポリエステル製単糸である。試料２の補強基材では、最内面側に位置するＭＤ糸（ＭＤ３）がナイロン製単糸であり、残りの全ての糸がポエステル製単糸である。試料３の補強基材では、最外面側に位置するＭＤ糸（ＭＤ１）がポエステル製撚糸、最内面側に位置するＭＤ糸（ＭＤ３）がナイロン製単糸、残りの糸がポリエステル製単糸である。試料４の補強基材は本発明の実施例であり、最外面側に位置するＭＤ糸（ＭＤ１）がポリエステル製撚糸、最外面側に位置するＣＤ糸（ＣＤ１）がポリエステル製撚糸、最内面側に位置するＭＤ糸（ＭＤ３）がナイロン製単糸、残りの糸がポエステル製単糸である。試料５の補強基材では、全ての糸がポリエステル製撚糸である。試料６の補強基材は本発明の実施例であり、最外面側に位置するＭＤ糸（ＭＤ１）およびその内側に位置するＭＤ糸（ＭＤ２）がポリエステル製撚糸、最内面側に位置するＭＤ糸（ＭＤ３）がナイロン製単糸、最外面側に位置するＣＤ糸（ＣＤ１）がポリエステル製撚糸、最内面側に位置するＣＤ糸（ＣＤ２）がポリエステル製単糸である。

表１に示した各補強基材を熱硬化性ポリウレタンの弾性材料中に埋設して弾性帯を作成し、この弾性帯を直径３５０ｍｍのロール上に装着して疲労テストを行った。具体的には、回転自在なロール上に装着した弾性帯に対して、２００ｍ／分の速度で回転する金属製ロールによって５０ｋｇ／ｃｍ^２ の圧力を加えながら７日間連続運転した。運転終了後、弾性帯の弾性材料をジメチルフォルムアミド溶剤で溶かし、補強基材を取り出してＭＤ糸およびＣＤ糸の劣化状況を目視した。その結果を表２に示す。

表２中、「×」は、糸がフィブリル化して砕けていることを示し、「○」は変化がないこと（特に劣化していないこと）を示している。

全て単糸で構成した試料１および試料２では、最外面側のＭＤ１およびＣＤ１がフィブリル化して砕けている。ＭＤ１を撚糸とし、残りの全ての糸を単糸とした試料３では、ＣＤ１のみがフィブリル化して砕けていた。

ＭＤ１およびＣＤ１を撚糸とし、残りの糸を単糸とした試料４、およびＭＤ１、ＭＤ２およびＣＤ１を撚糸とし、残りの糸を単糸とした試料６では、フィブリル化した糸は無かった。また、全ての糸を撚糸とした試料５でも、フィブリル化した糸は無かった。

各試料１〜６を埋設した弾性帯につき、ＪＩＳ Ｋ６２６０に定義されるデマッチャ式屈曲試験機を用いて、次の条件で亀裂進展性の評価を行なった。なお、ＭＤ方向の亀裂進展性とＣＤ方向の亀裂進展性とは、それぞれ別々の試験片を用いて評価した。試験片のサイズは、幅２０ｍｍ、長さ１５０ｍｍとした。往復運動は、距離４２．０ｍｍとした。切り込みは、試験片の長さ方向中央で幅方向一端部の外面に、長さ５ｍｍ、深さ１．７ｍｍとして入れた。

上記の条件で、１０００回屈曲させた後、亀裂の大きさを測定した。その結果を、表３において、亀裂進展長さとして示した。

表３からわかるように、試料１および試料２を埋設した弾性帯では、ＭＤ方向およびＣＤ方向の両方向に亀裂が進展した。ＭＤ１を撚糸とした試料３を埋設した弾性帯では、ＣＤ方向の亀裂は進展しないが、ＭＤ方向に亀裂が進展した。ＭＤ１およびＣＤ１を撚糸とした試料４および試料５を埋設した弾性帯では、ＭＤ方向およびＣＤ方向の両方向とも亀裂は進展しなかった。さらに、ＭＤ１、ＭＤ２およびＣＤ１を撚糸とた試料６を埋設した弾性帯においても、ＭＤ方向およびＣＤ方向の両方向とも亀裂は進展しなかった。

次に、試料１〜６の補強基材の曲げ剛性を見るために、各試料を１０ｃｍ×３０ｃｍの長方形となるように切断した。この長方形の試料片の長手側の一端を手で掴み、試料片を垂直に立てた。垂直に立つか否かによって、各試料片の形状固定性を評価した。その結果を表４に示す。

表４からわかるように、全ての糸を撚糸で構成した試料５は、垂直に立たず、形状固定性が弱いことが認められた。ＭＤ単糸およびＣＤ単糸を含む試料１〜４および試料６は、いずれも、垂直に立ち、形状固定性が強いことが認められた。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、優れた疲労強度および強い形状固定性を有するプレスベルトとして有利に利用され得る。

Claims (5)

1. 弾性材料中に多重織り織布からなる補強基材を埋設したプレスベルトであって、
   前記補強基材は、ベルト走行方向に沿って延びる第１の糸群と、この第１の糸群に交差して延びる第２の糸群とを備え、
   前記第１の糸群は、ベルトの最外面側に位置する撚糸と、ベルトの内面側に位置する単糸とを含み、
   前記第２の糸群は、ベルトの最外面側に位置する撚糸と、ベルトの内面側に位置する単糸とを含む、プレスベルト。
2. 前記第１および第２の糸群のうちの少なくともいずれか一方は、前記撚糸と前記単糸との間に、マルチフィラメントを含む、請求項１に記載のプレスベルト。
3. 前記マルチフィラメントには、集束剤が含浸している、請求項２に記載のプレスベルト。
4. 前記弾性材料の最外面に、ベルト走行方向に沿って延びる排水溝が形成されている、請求項１に記載のプレスベルト。
5. 前記プレスベルトは、シュープレス用ベルトである、請求項１に記載のプレスベルト。

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