JP5044301B2 - 製紙機械用シュープレスベルトおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シュープレス装置、例えば、製紙機械用のシュープレスに利用されるベルト（以下、単にベルトということがある）、特に、クローズドタイプのシュープレスに利用されるベルトに関する。

従来から、製紙機械には、プレスロールとシューとにより加圧部が構成されるシュープレス装置が使用されている。シュープレス装置は、従来のプレスロール同士の線状の加圧部に比して、面状の加圧部を構成できるため、抄紙工程の様々な箇所で特有の効果を発揮する。

図１は、プレスパートに使用される従来のシュープレス装置の概要図である。図１（ａ）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、図１（ｂ）の装置には、比較的短いシュープレスベルトが使用される。
図１（ａ）、（ｂ）のシュープレス装置１００ａ、１００ｂは、プレスロールＲとシューＳとで構成された加圧部Ｐを具えており、加圧部Ｐには、湿紙Ｗを挟持する一対のフェルトＦ、Ｆ、及びベルトＢが配置され、プレスロールＲの回転によって湿紙Ｗ、フェルトＦ、Ｆ及びベルトＢが走行して加圧部Ｐを通過するようにされている。
なお、図中の矢印ＭＤは、プレスロールＲの回転方向を示す。

図２は、カレンダパートに使用される従来のシュープレス装置の概要図である。
図２に示すカレンダパートに使用されるシュープレス装置１００ｃは、カレンダロールＲ’とシューＳとにより構成される加圧部Ｐ内に、カレンダ用ベルトＢＣと、紙材料である粗面紙Ｗ’とが挟持され、カレンダロールＲ’の回転に伴って、ベルトＢＣ、及び粗面紙Ｗ’が加圧部Ｐを通過するようになっている。

これらのプレスパート、カレンダパートにおけるシュープレス装置には、ベルトＢ及びＢＣが使用されている。ベルトＢ及びＢＣは、それぞれのパートにより特有の効果を発揮するため、詳細においては構造が異なるものであるが、ベルト全体の強度を発現するための基体と、基体に配置された高分子弾性部により構成されているという、基本構成は共通する。

一方、いずれのパートにおけるシュープレス装置であっても、シューとベルト間の摩擦を低減すべく、潤滑剤を供給する構成が形成されていることを共通とする。潤滑剤としては液状の潤滑オイルが使用されている。

しかし、これらのシュープレス装置は、シューとベルト間に潤滑剤の供給量が少ないと、潤滑剤切れを起こしやすくなり、摩擦熱によりベルトに損傷を与えるという欠点があった。
また潤滑剤の供給装置の故障により、潤滑剤が供給されない状況に陥ることもあり、この場合も、同様にベルトの破損が生じる。

そのため、シュープレス装置の機械構成として、シューとベルトの間に、多くの潤滑剤を供給する種々の提案がされている。
また、ベルトの構成についても、より多くの潤滑剤を加圧部内に供給する為の、種々の提案がされている。

図３に、特許文献１に開示された、シュープレス装置加圧部に潤滑剤を供給するシステムを示す。
図３（ａ）には、シューＳとベルトＢ１のシュー接触面Ｂ１２の間に潤滑剤Ｌ１を供給する為に、シューＳに対してＭＤ方向上流側に配置された潤滑剤供給装置Ｌが示されている。
この発明は、ベルトＢ１のシュー接触面Ｂ１２の表面に、潤滑剤を保持するための複数の凹部Ｂ１３を設けることを特徴とするもので、凹部Ｂ１３により、ベルトＢ１は潤滑剤を保持しつつ、ニップ加圧下へ進行されるので、潤滑剤を、シューＳとベルトＢ１との間に供給することが可能となる。

なお、この特許文献１中には、様々な凹部の構成例が記載されており、例えば、図３（ｂ）のようなカップ状の凹部Ｂ１３や、図３（ｃ）のような溝状の凹部Ｂ１３’が開示されている。

一方、図４には、特許文献２に開示されたベルトを示す。この技術において、ベルトＢ２は、ＭＤ方向糸材Ｂ２４と、ＣＭＤ方向糸材Ｂ２５とを重ねることにより構成される基体と、基体に配置された高分子弾性部とにより構成される。また、ベルトＢ２は、湿紙接触面Ｂ２１と、シュー接触面Ｂ２２を有する。

そして、ベルトＢ２においては、シュー接触面Ｂ２２に凸部Ｂ２３が形成されている。この凸部Ｂ２３により、シュー接触面Ｂ２２には凹凸が形成される。これにより、ベルトＢ２のシュー接触面Ｂ２２に潤滑剤が保持され、シューとベルトＢ２との間に潤滑剤を供給することが可能となる。

更に、図５には、特許文献３に開示されたベルトを示す。このベルト１０は、基体２０に湿紙接触面１１とシュー接触面１２を備え、シュー接触面１２には高分子弾性部３０に含有される粉体４０により、微細な凹凸がランダムに形成される。この微細な凹凸に潤滑剤が保持されるので、シューとベルトとの摩擦が軽減される。
米国特許第４４８２４３０号公報 特開平６−８１２９１号公報 特開２００４−８４１２５号公報

しかし近年、シュープレスの高圧化、マシンの高速化が進んできており、シューとベルトの接触面への潤滑剤供給不足により、ベルトが損傷する問題が増加してきている。
本発明は、ベルトとシューの間に十分な潤滑剤を供給し得る製紙機械用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、湿紙接触面とシュー接触面とを有する製紙機械用シュープレスベルトにおいて、
該製紙機械用シュープレスベルトが基体と、少なくとも前記シュー接触面を構成する高分子弾性部とからなり、
前記高分子弾性部のシュー接触面の表面粗さがＲａ＝１．０〜３．５μｍである製紙機械用シュープレスベルトによって、前記の課題を解決した。

更に本発明では、前記シュー接触面を高分子弾性部により構成した無端状の前記ベルトを、マンドレル表面を利用して製造する際に、前記シュー接触面の表面粗さがＲａ＝１．０〜３．５μｍになるようにマンドレル表面の表面粗さがＲａ＝１〜５μｍのマンドレルを選ぶか表面研磨し、または凹凸模様を彫刻して設け、この凹凸模様をベルトのシュー接触面に型付けする製造方法により、好適な製紙機械用シュープレスベルトを提供することができる。

本発明によれば、シュー接触面に表面粗さがＲａ＝１．０〜３．５μｍの凹凸を持つ粗面が形成されて、この粗面に潤滑剤を保持することができるので、潤滑剤をベルトとシューとの間により多く供給することができるようになる。
その結果、ベルトとシューとの間に十分な量の潤滑剤が供給されることにより、ベルトとシューの摩擦による熱を抑えベルトの損傷を防ぐことができる。

更に、潤滑剤の供給装置の故障により、潤滑剤が供給されなくなり、シューとベルトの接触面の潤滑剤が不足した場合でも、シュー接触面の凹凸により摩擦抵抗が抑えられ、ベルトの損傷を最小に抑えることができる。

本発明の製紙機械用シュープレスベルトの実施形態を、図６に基づき説明する。
ベルト１は、基体２と高分子弾性部３で構成され、湿紙接触面１ｂとシュー接触面１ａを有する。
基体２は、ベルト１の強度を発現させるために設けられるものであり、ＭＤ方向糸材とＣＭＤ方向糸材とにより織製された基布が好適に使用できる。しかし、この例に限らず、基体２として、ＭＤ方向糸材とＣＭＤ方向糸材とを織製せずに重ね合わせたものや、細帯状の布体をスパイラルに巻いて無端状布体としたもの等、基体としての機能を果たすものを適宜用いることができる。

なお、図６には、基体２の両面に高分子弾性部３が形成される例を示した。この場合、基体２における糸材の隙間にも、高分子弾性部３は形成されている。
高分子弾性部３は、硬度８０〜９９°（ＪＩＳ−Ａ）のポリウレタンエラストマーなどにより構成される。

なお、シュープレス用ベルト特有の構成として、湿紙接触面１ｂの高分子弾性部３に湿紙からの水分を一時的に保持する溝部（図示せず）が構成されている場合や、湿紙接触面１ｂには高分子弾性部３が形成されておらず、基体２の一方の面がベルト１の湿紙接触面１ｂを形成している場合があるが、本発明の製紙機械用シュープレスベルトは、いずれの用途であっても、シュー接触面１ａは、必ず、高分子弾性部３により形成される。

シュー接触面１ａには、粗面が形成される。該粗面は微細な凹凸がランダムに形成されたものが好適に使用できるが、微小の格子状溝（図示せず）として形成してもよい。図６には、シュー接触面１ａに粗面を点模様として模式的に誇張して示してある。
本発明では、この形成された粗面、すなわち微細な凹凸や微小の格子状溝に潤滑剤が保持されるため、より多くの潤滑剤をシューとベルト１との間に供給することが可能となる。
更にシュー側の高分子弾性体がシューと接触する面積が少ないため、潤滑剤がなくなった場合でも、摩擦抵抗の急激な増加を防止する効果がある。

本発明では、シュー接触面を構成する高分子弾性部の表面粗さがＲａ＝１．０〜３．５μｍのものが、好適に使用できる。表面粗さＲａが１．０μｍ未満の場合、粗面に潤滑剤を保持する機能が低くなり、ベルトとシューとの間に供給する潤滑剤の量が不足してしまう。更に、潤滑剤がなくなった場合、シュー側の高分子弾性体がシューと接触する面積が大きいため、摩擦抵抗の急激な増加が起こる。またベルト走行時以外でも、たとえば、ベルトをマシンに装着する際は、潤滑剤のない状態で、ベルトを装着装置およびシューの上を滑らせて所定の位置まで移動させる方法がとられるが、この場合でも、表面粗さＲａが１．０μｍ未満の場合には、シュー側の高分子弾性体がシューと接触する面積が大きいと摩擦抵抗が大きく、装着のための移動が困難になるという問題が生じる。表面粗さが３．５μｍを超える場合は、粗面、特に凹面に潤滑剤を保持する機能は保たれるが、粗面の凸部への潤滑剤の入り込みが阻害され、ベルト全体の摩擦抵抗はむしろ増大してしまう。

次に、本発明のベルトの製造方法の一例について概略を説明する。
図７において、Ｍはマンドレル、Ｃはコーターバー、Ｎはノズルである。マンドレルＭは製作すべき本発明のベルト１の直径と対応した直径を有し、回転自在に構成されている。前記ノズルＮはマンドレルＭの長手方向に亘り移動可能に構成されている。該ノズルＮは、高分子弾性材料の格納タンク（図示せず）に連繋されている。前記コーターバーＣは上下方向に微移動可能に構成されており、ノズルＮにより塗布された高分子弾性材料の厚みを均一に整えるように作動する。

本発明のベルト１は前記マンドレルＭの表面を利用して製造されるが、その製造に際し、まず、マンドレルＭの表面を、図７のハンチングで示している部分を例えばサンドペーパーまたはサンドブラストのような研磨手段により表面粗さがＲａ＝１〜５μｍとなるように粗面化しておく。あるいは格子状メッシュをマンドレルＭの全体を覆うように被せたり、マンドレル表面に格子状の凹凸模様を彫刻しておいても良い。

次に、ノズルＮによりマンドレルＭの上面から高分子弾性材料を塗布する。次いで、塗布により形成された高分子弾性部３を、放置あるいは加熱装置（図示せず）により半硬化させる。この高分子弾性部３が本発明のベルトＢ１のシュー接触面１ａを形成することとなる。半硬化後、該高分子弾性部３の表面側に、図８の如く、基体２となる織布２１を巻回配置し、先端部２１ａと同位置にて織布２１の後端２１ｂを切断し、両端２１ａと２１ｂとをつき合わせる。
この後更に補強用の糸、織布もしくは格子状繊維素材を巻きつける。

次に、図９の如く、ノズルＮにより高分子弾性材料を塗布する。高分子弾性材料は、織布２１のＭＤ方向糸材とＣＭＤ方向糸材の空隙に充填された後、湿紙接触面１ｂを形成させ、その後、放置あるいは図示しない加熱手段により加熱硬化させる。

前記高分子弾性部３は、本発明のベルト１の特性に応じて、同一の高分子弾性部としたり、異なる高分子弾性部とすることができる。本発明のベルト１を構成する高分子弾性部３が硬化した後、湿紙接触面１ｂは表面研磨され、所望の厚みに整えられるとともに表面が平滑にされる。さらに、必要があれば表面に排水用の溝が溝切装置（図示せず）により刻設される。しかる後、マンドレルＭから取り外して本発明のベルト１が完成する。なお、予め格子状メッシュをマンドレルＭに被せる場合、メッシュ自体が離型性に優れたものを選択することで、本発明のベルト１をマンドレルＭから取り外しする際に、メッシュだけを容易に分離することができる。

次に、本発明のベルト１の作用効果を説明する。
本発明のベルト１のシュー接触面１ａの表面には、粗面化されたマンドレル上に高分子弾性材料を塗布することから、ベルト１のシュー接触面１ａには粗面が発現する。すなわち、マンドレルの表面凹凸は本発明のベルトのシュー接触面に型付けされて、その表面は微細な凹凸がランダムに形成される。

本発明では実験の結果、シュー接触面１ａの表面粗さは、Ｒａ＝１．０〜３．５μｍであると好適なことが確認された。ここで、表面粗さＲaは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９８２にて規定されている中心線平均粗さの測定方法に基づくものである。
測定は、接触針に先端半径が５μｍのものを用い、測定長１０ｍｍ、トレース速度０．６ｍｍ/ｓ、カットオフ値１．６ｍｍの条件で行う。
なお、この範囲の表面の粗さを達成するためには、マンドレルＭの粗面化が必要である。本発明ではマンドレルＭの表面粗さが、Ｒａ＝１〜５μｍの範囲に研磨材によりマンドレル表面を研磨して粗面化しておくことが望ましい。
または、マンドレルＭに微小な格子状メッシュを被せておいても良いし、表面に格子状の彫刻を施しておいても良い。

なお、前記研磨材として、バフやディスク、グラインダーなどの研磨材あるいは砥石が使用できる。この際、研磨材として単一の研磨材を用いても、複数種類の研磨材を用いてもよい。

また、前記格子状メッシュとして、テフロン（登録商標）製の布帛やワイヤーメッシュ、不織布などを用いることができる。

本発明の製紙機械用シュープレスベルトについて、図１０に示す装置を使用して、その効果を確認するテストを行った。
まず、実施例として、サンプルを用意した。全てのサンプルは、次の工程により製造された。
工程１：直径５０ｃｍ, 面長５０ｃｍの寸法のマンドレルを用意した。該マンドレルの研磨前の表面粗さはＲａ０．４５μｍであった。
次に該マンドレル表面を、酸化アルミニュームを砥材とする研磨材で、図１１に記載の表面粗さに仕上げた。

工程２：プレポリマーとして、三井化学ポリウレタン(株)製タケネートＬ２３９５（商品名）を用意した。硬化剤として、アルべマール社製エタキュア３００（商品名）を用意した。これらを混合することにより、熱硬化性液状ウレタン（高分子弾性材料）を得た。
前記マンドレルを回転させながら、ノズルにより前記熱硬化性液状ウレタンをマンドレルの上から塗布し、ベルトのシュー接触面を有する内周面を形成した。
工程３：基体として、ＭＤ方向糸材とＣＭＤ方向糸材とを織製してなる有端状の織布を用意した。ＭＤ方向糸材、ＣＭＤ方向糸材はともにポリエステルマルチフィラメントを使用した。
基体は、前記内周面上にスパイラル状に巻きつけ、両端を固定し完成させた。

工程４：工程２の熱硬化性液状ウレタンを、工程３の織布の中間位置まで含浸させた。さらに、熱硬化性液状ウレタンは、この中間位置より上方の織布内を満たすとともに、織布上面を超えるまで積層され、硬化させて、湿紙接触面を含むベルトの外周面を形成した。
工程５：外周面のウレタン部を研磨し、厚み５ｍｍのサンプルを得た。

この工程により得られたサンプルを、図１０に示す実験装置により試験を行った。サンプルＢＳは、シュー接触面を上にして、サンプル固定台ＳＨに固定した。この上に金属製の加圧端子ＰＥを置き、さらにこの上からエアーシリンダーＡＣにより圧力をかける。この状態のまま、加圧端子ＰＥを水平方向に引き、このとき加圧端子にかかる力をロードセルにより測定した。エアシリンダーＡＣは加圧端子ＰＥと同調して移動する機構になっており、加圧端子ＰＥとサンプルＢＳとの摩擦抵抗のみ測定できるようになっている。摩擦抵抗は動摩擦抵抗を測定した。サンプルＢＳのシュー接触面に潤滑剤を塗らなかった状態(試験１)と、サンプルＢＳのシュー接触面に薄く潤滑剤を塗った状態(試験２) の２通りの方法で試験を行った。

この試験条件は、次の通りである。
・加圧端子にかかる圧力 ： ８０ｋｇ/ｃｍ^２
・加圧端子の引張速度 ： １８０ｃｍ/分
・試験時の室内温度 ： ２５℃
・潤滑剤 ： 新日本石油(株)社製 スーパーマルパス１５０

この実験の結果を、図１１に示す。
この結果、サンプルの表面粗さがＲａ＝１．０〜３．５μｍの場合、シュー接触面に潤滑剤のあるなしにかかわらず効果のあることが判明した。
Ｒａ＝１．０μｍ未満のものでは、潤滑剤がない場合、急激に摩擦抵抗が大きくなった。また潤滑剤がある場合でも、高い摩擦抵抗を示した。
Ｒａ＝３．５μｍを超えるものでは、潤滑剤がない場合の摩擦抵抗は、Ｒａ＝１．０〜３．５μｍのものと同程度であるが、それ以上の効果はみられなかった。潤滑剤のある場合ではかえって摩擦抵抗が大きくなっており、摩擦抵抗減少の効果は見られなかった。

プレスパートに使用される従来のシュープレス装置の概要図。 カレンダパートに使用される従来のシュープレス装置の概要図。 シューとベルトの間に潤滑剤を供給する為の従来技術の説明図。 シューとベルトの間に潤滑剤を供給する為の従来技術の説明図。 シューとベルトの間に潤滑剤を供給する為の従来技術の説明図。 本発明の製紙機械用シュープレスベルトの断面図。 本発明の製紙機械用シュープレスベルトの製造方法を示す斜視図。 本発明の製紙機械用シュープレスベルトの製造方法を示す斜視図。 本発明の製紙機械用シュープレスベルトの製造方法を示す斜視図。 実施例の製紙機械用シュープレスベルトの性能をテストするための装置の概要図。 図１０の装置によってテストした結果を示す図。

符号の説明

１：製紙機械用シュープレスベルト
１ａ：シュー接触面
１ｂ：湿紙接触面
２：基体
３：高分子弾性部
２１：織布
２１ａ：織布の先端部
２１ｂ：織布の後端
Ｃ：コーターバー
Ｍ：マンドレル
Ｎ：ノズル
Ｒ：プレスロール
Ｓ：シュー
ＡＣ：エアーシリンダー
ＰＥ：加圧端子
ＢＳ：ベルトサンプル
ＳＨ：サンプル固定台

Claims (2)

1. 湿紙接触面とシュー接触面とを有する製紙機械用シュープレスベルトにおいて、該製紙機械用シュープレスベルトが基体と、少なくとも前記シュー接触面を構成する高分子弾性部とからなり、
   前記高分子弾性部のシュー接触面の表面粗さが、Ｒａ＝１．０〜３．５μｍであることを特徴とする製紙機械用シュープレスベルト。
2. マンドレル（回転する円筒）上で製紙機械用シュープレスベルトを製造する方法において、
   前記シュー接触面の表面粗さがＲａ＝１．０〜３．５μｍになるようにマンドレルを調整し研磨し、又は模様を彫刻しておき、前記シュー接触面に表面粗さを型付けすることを特徴とする、製紙機械用シュープレスベルトの製造方法。

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