KR100231619B1 - 셀룰로즈 섬유 구조물에 대해 개선된 섬유 지지력을 제공하는 다층 제지용 벨트 및 이를 사용하여 제조된 셀룰로즈 섬유 구조물 - Google Patents
셀룰로즈 섬유 구조물에 대해 개선된 섬유 지지력을 제공하는 다층 제지용 벨트 및 이를 사용하여 제조된 셀룰로즈 섬유 구조물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 성형 와이어 또는 통기-건조 벨트를 포함하는 제지용 벨트에 관한 것이다. 이 제지용 벨트는 함께 연결된 2개의 층과 수지 틀을 가지는 강화 구조물을 포함한다. 제 1 층의 실은 연결 실을 제외하고 제직되어, 각각의 실이 제 1 층의 너클에 의해 한정되는 상부 평면의 실 직경의 1.5배 안에 존재하도록 한다. 이 벨트는 강성을 위해 실 직경의 2.5배 이상의 두께를 가진다.
Description
종이 타월, 고급 휴지 및 화장지와 같은 셀룰로즈 섬유 구조물은 일상 생활의 생필품이다. 이러한 소비재에 대한 대량 수요와 일정한 사용으로 인해, 제품의 개선, 및 마찬가지로 이의 제조방법에서의 개선이 필요해졌다. 이러한 셀룰로즈 섬유 구조물은 수성 슬러리를 헤드박스(head box)로부터 포드리니어 와이어(Fourdrinier wire) 또는 트윈 와이어 제지기상으로 침적시켜 제조한다. 이러한 성형 와이어는 이를 통해 초기 탈수가 이루어지고 섬유가 재배열되는 순환 벨트이다. 빈번하게, 헤드박스로부터의 액체 담체와 함께 성형 와이어를 통해 섬유가 유동함으로써 섬유가 손실된다.
이후 셀룰로즈 섬유 구조물이 되는 웹의 초기 성형 후, 웹은 제지기의 건조 말단부로 수송된다. 통상적인 제지기의 건조 말단부에서는, 가압 펠트가 웹을 최종 건조 전에 단일 영역 셀룰로즈 섬유 구조물로 압축시킨다. 최종 건조는 통상적으로 얀키(Yankee) 건조 드럼과 같은 가열된 드럼에 의해 수행된다.
결과적으로 소비재의 상당한 향상을 가져오는, 상기 제조공정의 상당한 개선점중 하나는 통상적인 가압 펠트 탈수 대신 통기-건조를 이용하는 것이다. 통기-건조에서는, 가압 펠트 건조와 같이, 헤드박스로부터 1% 미만의 점조도(수성 슬러리중의 섬유의 중량%)의 수성 슬러리를 수용하는 성형 와이어상에서 웹이 시작한다. 초기 탈수는 성형 와이어상에서 이루어지지만, 성형 와이어는 보통은 30%보다 큰 웹 점조도에는 노출되지 않는다. 성형 와이어로부터, 웹은 공기 투과성 통기-건조 벨트로 수송된다.
공기는 웹 및 통기-건조 벨트를 통과하여 탈수공정을 계속 진행시킨다. 통기-건조 벨트 및 웹을 통과하는 공기는 진공 수송 슬롯, 다른 진공 박스 또는 슈, 예비건조기 롤 등에 의해 구동된다. 이러한 공기는 통기-건조 벨트의 외형을 갖도록 웹을 성형하고 웹의 점조도를 증가시킨다. 이러한 성형은 더욱 3차원적인 웹을 형성시키지만, 또한 섬유가 3차원에서 편향되어 섬유의 연속성이 파괴되는 경우에는 핀홀도 생성한다.
이어서 웹이 임프린팅되기도 하는 최종 건조 단계로 웹을 수송한다. 최종 건조단계에서, 통기-건조 벨트는 웹을 최종 건조용 얀키 건조 드럼과 같은 가열된 드럼으로 이송한다. 이렇게 이송하는 동안, 임프린팅시 웹의 일부가 밀집되어 다-영역 구조물을 생성한다. 많은 이러한 다-영역 구조물은 바람직한 소비재로서 광범위하게 수용되어 왔다. 상업적으로 대단히 성공한 초기의 통기-건조 벨트의 예는 다음 문헌에 기재되어 있다(참조: 1967년 1월 31일자로 Sanford 등에게 허여된 미국 특허 제 3,301,746 호).
계속해서, 추가의 개선이 요구되었다. 통기-건조 벨트에서의 상당한 향상점은 강화 구조물상에 수지 틀을 사용하는 것이다. 이러한 배열에 의해 건조 벨트가 단지 선행기술의 직조 벨트에 의해 수득할 수 있는 불연속 패턴보다는 연속 패턴, 또는 임의의 바람직한 형태의 패턴을 제공할 수 있게된다. 이러한 벨트 및 이에 의해 제조된 셀룰로즈 섬유 구조물의 예는 다음 문헌에 개시되어 있다(참조: 1985년 4월 30일자로 Johnson 등에게 허여된 미국 특허 제 4,514,345 호; 1985년 7월 9일자로 Trokhan에게 허여된 제 4,528,239 호; 1985년 7월 16일자로 Trokhan에게 허여된 제 4,529,480 호; 및 1987년 1월 20일자로 Trokhan에게 허여된 제 4,637,859 호). 상기 네 가지 특허는 패턴화된 수지 틀과 강화형 통기-건조 벨트의 바람직한 구성 및 그 위에서 제조된 제품을 나타낼 목적으로 본원에서 참조로 한다. 이러한 벨트는 모두 본 출원인에 의해 제조되고 판매되는 바운티(Bounty) 종이 타월 및 차민 울트라(Charmin Ultra) 화장지와 같은 상업적으로 매우 성공한 제품을 제조하는데 사용되어 왔다.
위에서 명시하였듯이, 이러한 통기-건조 벨트에서는 수지를 안정화시키기 위해 강화 요소를 사용하였다. 이러한 강화 요소는 또한 벨트의 배면에 적용된 진공 및 이 벨트를 통한 공기 유동으로부터 발생하는 제지용 섬유의 편향을 억제하였다. 이러한 유형의 초기 벨트는, 일반적으로 인치당 약 50개의 종방향 실 및 50개의 횡방향 실을 가지는 미세 메시 강화 요소를 사용하였다. 이러한 미세 메시는 벨트로의 섬유 편향을 억제한다는 견지에서 보면 허용될 수 있지만, 일반적인 제지기의 환경을 견디지 못했다. 예를 들면, 이러한 벨트는 너무 가요성이어서 구조를 망치는 주름과 구김이 자주 발생하였다. 이러한 미세 실은 적절한 이음 강도를 제공하지 못하고 제지과정중의 고온에서 종종 타기도 했다.
또 다른 단점이 이러한 유형의 통기-건조 벨트의 초기 실시양태에서 지적되었다. 예를 들면, 바람직한 소비재를 제조하기 위해 사용되는 연속적인 패턴으로 인해 벨트의 배면을 통한 누출이 허용되지 않았다. 사실, 이러한 누출은 강화 구조물상에 수지 패턴을 단단히 고정시키기 위해 부득이하게 최소화되었다. 공교롭게도, 강화 구조물에 수지의 고정이 최대화되었을 때, 진공이 가해지는 동안 차등적인 압력이 각각의 섬유 영역에 적용되는 짧은 라이즈 타임(rise time)으로 인해, 섬유가 강화 요소를 통해 자주 당겨져서, 결과적으로 공정중에 위생적인 문제 및 핀홀과 같은 제품 허용성 문제가 발생하였다.
패턴화된 수지 틀 및 강화 구조물 통기-건조 벨트의 새로운 제조방법은 이러한 문제점들중 일부를 처리하였다. 이러한 제조방법에서는 수직으로 적층된 종방향 실을 가지는 이층 강화 구조물을 사용하였다. 단일 횡방향 실 시스템이 두 개의 종방향 실을 함께 연결한다.
종이 타월의 경우, 인치당 35개의 종방향 실 및 30개의 횡방향 실과 같은 상대적으로 성긴 메시의 이층 디자인은 이음 강도 및 구김 문제를 상당히 개선시켰다. 이층 디자인은 또한 약간의 배면 누출이 일어나도록 하였다. 이러한 누출가능성은 수지를 강화 구조물에 연결시킬 때 더 적은 예비경화 에너지를 사용함으로써 유도되었는데, 이는 목적하는 배면 누출성 및 강화 구조물상으로의 수지의 고정능력을 절충한 것이다.
그후의 디자인에서는 불투명 배면 필라멘트를 이층 디자인으로 사용하여, 적절한 배면 누출성을 유지하면서도 더 높은 예비경화 에너지 및 수지의 강화 구조물에 대한 더 우수한 고정성을 허용할 수 있었다. 이러한 디자인은 선행기술의 적절한 수지 고정성과 적절한 배면 누출성과의 절충을 효율적으로 해소하였다. 이러한 유형의 벨트에서의 이러한 개선점의 예는 다음 문헌에 개시되어 있다(참조: 1992년 6월 15일자로 Trokhan 등의 명의로 출원된 미국 특허원 제 07/872,470 호, Issue Batch No. V73). 배면 조직을 수득하기 위한 다른 방법이 또한 다음 문헌에 개시되어 있으며, 하기 특허 및 상기 특허출원은 패턴화된 수지 및 강화 구조물 통기-건조 벨트상의 배면 조직을 수득하기 위한 방법을 나타낼 목적으로 본원에서 참조로 인용한다(참조: 1992년 3월 24일자로 Smurkoski 등에게 허여된 미국 특허 제 5,098,522 호; 1993년 11월 9일자로 Smurkoski 등에게 허여된 미국 특허 제 5,260,171 호; 및 1994년 1월 4일자로 Trokhan에게 허여된 미국 특허 제 5,275,700 호).
이러한 수지 틀 및 강화 구조물 벨트가 상업적으로 성공한 전술된 차민 울트라와 같은 티슈 제품을 제조하기 위해 사용될 때, 새로운 문제점이 생겼다. 예를 들면, 티슈 제조에서의 한가지 문제점은 웹의 편향된 구역에서 작은 핀홀이 생성된다는 것이다. 핀홀이 패턴화된 수지성 통기-건조 벨트의 강화 요소의 제직 구성과 밀접한 관계가 있다는 것이 최근에 밝혀졌다.
표준 패턴화된 수지성 통기-건조 벨트는 돌출된 개방 면적을 최대화하여, 이를 통한 공기 유동이 감소되거나 과도하게 차단되지 않도록 한다. 선행기술에서 통상적인 패턴화된 수지성 통기-건조 벨트는 수직으로 적층된 날실을 가지는 이층 디자인 강화 요소를 사용한다. 일반적으로, 지혜롭게 벨트 수명을 증가시키기 위해 비교적 큰 직경의 실이 사용되어 왔다. 벨트 수명은 벨트 비용 때문에 중요하기도 하지만, 더욱 중요하게는 낡은 벨트가 제거되고 새로운 벨트가 설치되어야 할 때 초래되는 비경제적인 비가동시간 때문에 중요하다. 공교롭게도, 더 큰 직경의 실은 제직시키기 위해 더 큰 구멍을 필요로 한다. 더 큰 구멍은 유칼립투스(Eucalyptus)와 같은 단섬유가 벨트를 통해 당겨지도록 함으로써 핀홀을 생성시킨다. 공교롭게도, 유칼립투스와 같은 단섬유는 이들이 셀룰로즈 섬유 구조물 생성시 만들어내는 유연성으로 인해 소비자에게 매우 선호된다.
이러한 문제점은 인치당 동일한 패턴으로 제직된 더 많은 실을 가함으로써 극복될 수 있다. 그러나, 이러한 "해결책"은 공기 유동에 이용될 수 있는 개방 면적을 감소시킨다. 이러한 개방 면적을 재개방시키기 위해 실이 더 작게 만들어지면, 벨트의 강화 구조물의 휨 강성 및 완전성이 손상되고 벨트 수명이 이로 인해 감소된다. 따라서, 선행 기술은 필요한 개방 면적(공기 유동을 위한) 및 섬유 직경(핀홀 발생 및 벨트 수명을 위한) 사이의 절충을 필요로 하였다.
우수한 섬유 지지력, 및 사용가능한 벨트 수명을 달성하기 위해 필요한 휨 강성 및 벨트 완전성을 모두 성취하기 위한 한가지 시도는, 큰 직경의 종방향 실과 작은 직경의 종방향 실을 함께 사용하는 것이다. 큰 직경의 실은 제직 내구성을 위해 강화 층상에 배치되고, 더 작은 직경의 종방향 실은 섬유 지지력 및 핀홀 감소를 위해 웹 대향 층상에 적층된다. 또한, 제 1 층의 작은 직경의 종방향 실은 섬유 지지력을 부가하기 위해 제 2 층의 큰 직경의 종방향 실 사이에 위치할 수 있다. 이러한 시도는 여전히 평면성의 부족으로 인해 핀홀 감소 효과에 있어서 완전히 만족스러운 결과를 나타내지는 않았다. 따라서, 선행 기술에 의해 요구되는 절충을 해소하기 위해 위에서 사용된 것과는 상이한 인자로 전환할 필요가 있다.
상이한 인자를 발견하기 위한 한 가지 시도는, 종방향 실을 적층된 종방향 실의 각 쌍 사이에 가하여, 단일 횡방향 실이 적층된 종방향 실을 함께 연결하는 것이다. 그러나, 이러한 시도가 부딪히게 되는 한 가지 문제점은, 종방향 실이 다른 실에 의해 바로 밑에서 지지되지 않아서 처짐-증가 핀홀발생의 경향을 나타낸다는 것이다. 또한, 두 층을 함께 연결하는 횡방향 실은 하나의 층의 극단으로부터 다른 층의 극단까지 이동하였다. 이러한 평면성으로부터의 편향은 또한 핀홀발생을 증가시켰다.
제 2 시도로서, 횡방향 실의 연결 빈도를 6 세드(shed)마다에서 4 세드마다로 증가시킨다. 그러나, 다른 실로부터의 부적절한 지지로 인해 또는 횡방향 실에 의해 제 2 층을 향하여 당겨지기 때문에, 하층의 종방향 실과 함께 적층된 상층의 종방향 실이 처지는 것을 비롯한 유사한 문제점이 발생하였다.
이러한 해결방법은 성공적이지 않았다. 분명히 여전히 다른 해결방법이 요구되었다.
또한, 제직 패턴은 가압 펠트에 사용할 수 있어야 한다. 가압 펠트는 압축에 의해 셀룰로즈성 웹을 탈수시킨다. 적절한 가압 펠트는 본원에서 본 발명에 따르는 가압 펠트의 제조방법을 나타낼 목적으로 참조로 인용하는 하기 특허에 개시되어 있다(참조: 1972년 3월 28일자로 Helland에게 허여된 미국 특허 제 3,652,389 호; 1988년 6월 21일자로 Boyer 등에게 허여된 미국 특허 제 4,752,519 호; 및 1990년 5월 8일자로 Romero Hernandez에게 허여된 미국 특허 제 4,922,627 호).
필요한 해결방법에 의해, 통기-건조 벨트에서의 핀홀형성 및 성형 와이어에서의 섬유 손실이 실 사이의 개방 공간보다는 섬유를 지지하는 실과 관련이 있다는 것이 예기치 않게 밝혀졌다. 웹 대향 실은 적절한 섬유 지지력을 제공하기 위해 제 1 층의 상부 평면(top plane)에 밀접하게 존재하여야 한다. 여전히, 제직 패턴은 적절한 벨트 수명을 제공하기 위해 큰 직경의 실을 가져야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 섬유 손실 및 생성된 제품의 특정 구역에서의 불균일한 섬유 분포를 감소시키는 성형 와이어를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 벨트 수명과 감소된 핀홀형성이 절충관계에 있는 선행 기술의 문제를 극복하는 패턴화된 수지성 통기-건조 제지용 벨트를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 제조과정중에 효율적으로 사용하기에 충분한 개방 면적을 가지는 개선된 패턴화된 수지성 통기-건조 벨트를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 셀룰로즈 섬유 구조물을 포함하는 미관상 허용할 수 있는 소비재를 제조해주는 패턴화된 수지성 통기 건조 벨트를 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명은 강화 구조물을 포함하는 제지용 벨트를 포함한다. 이 강화 구조물은 종방향 실과 횡방향 실이 제직되어 이루어진 웹 대향 제 1 층을 가진다. 제 1 층의 실은 특정 실 직경을 가지고 너클을 포함하는 직물로 제직된다. 너클은 웹 대향 상부 평면을 한정한다. 제 1 층의 각 실은 상부 사점 경선(top dead center longitude)을 가진다. 상부 사점 경선은 상부 평면 실 직경의 1.5배 안에 존재한다. 강화 구조물은 또한 직물로 제직되는 종방향 실 및 횡방향 실이 제직되어 이루어진 기계 대향 제 2 층을 포함한다. 제 1 층 및 제 2 층은 상부 평면의 실 직경의 1.5배 안에 존재하지 않는 다수의 연결 실에 의해 함께 결합된다. 이 강화 구조물은 실 직경의 2.5배 이상의 두께를 가진다. 이 벨트는 제 1 층으로부터 제 2 층으로 외향 연장되는 패턴 층을 추가로 포함한다. 이러한 패턴 층은 제 1 층의 외향으로 대향하는 웹 접촉표면을 제공한다. 이러한 패턴 층은 제 1 층 및 제 2 층을 연결시켜 셀룰로즈 섬유 구조물의 제조중 이들을 서로에 대해 안정화시킨다.
본 발명은 제지분야, 더욱 구체적으로는 제지에 사용되는 벨트에 관한 것이다. 이러한 벨트는 불균일한 섬유 분포 및/또는 핀홀 및 섬유를 3차원 벨트로 성형시키는데 항상 발생하는 다른 불규칙성을 감소시킨다.
도 1은 횡방향 보조 연결 실을 가지는 본 발명에 따른 벨트를 부분적으로 절개하여 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 2-2선을 따라 도시하고 패턴층이 편의상 부분적으로 제거된 수직 단면도이다.
도 3은 제 2 층에 종방향 일체형 연결 실을 가지는 본 발명에 따른 벨트를 부분적으로 절개하여 나타낸 평면도이다.
도 4 및 도 5는 명확함을 위해 패턴층이 부분적으로 제거된 도 3의 4A-4A 및 4B-4B선의 수직 단면도이다.
도 6은 제 1 층 및 제 2 층 모두에 종방향 일체형 연결 실을 가지는 본 발명에 따른 벨트를 부분적으로 절개하여 나타낸 평면도이다.
도 7 및 도 8은 명확함을 위해 패턴층이 부분적으로 제거된, 도 6의 6A-6A 및 6B-6B선의 수직 단면도이다.
도 1 및 도 2에 있어서, 본 발명의 벨트(10)는 바람직하게는 순환 벨트이고 헤드박스로부터 방출된 셀룰로즈 섬유를 수용하거나 셀룰로즈 섬유의 웹을 건조 장치, 일반적으로 얀키 건조 드럼(도시되지 않음)과 같은 가열된 드럼으로 운송할 수 있다. 따라서, 이 순환 벨트(10)는 필요에 따라서 성형 와이어, 가압 펠트로서 또는 통기-건조 벨트로서 수행될 수 있다.
본 발명의 제지용 벨트(10)는 이러한 수행에 있어서, 두가지 주요소[강화 구조물(12) 및 선택적인 패턴 층(30)]를 포함한다. 이 강화 구조물(12)은 2개 이상의 층, 즉 웹 대향 제 1 층(16) 및 기계 대향 제 2 층(18)으로 구성된다. 이 강화 구조물(12)의 각 층(16, 18)은 종방향 실(120, 220) 및 횡방향 실(122, 222)이 제직되어 구성된다. 이 강화 구조물(12)은 웹 대향 층(16) 및 기계 대향 층(18)의 각각의 실(100)과 제직된 연결 실(320, 322)을 추가로 포함한다.
본원에서 사용되는 "실(100)"이란 일반적으로 제 1 층(16)의 종방향 실(120), 횡방향 실(122) 뿐만 아니라 제 2 층(18)의 종방향 실(220) 및 횡방향 실(222)을 총칭함을 의미한다.
벨트(10)의 제 2 주요소는 패턴 층(30)이다. 이 패턴 층(30)은 수지로부터 강화 구조물(12)의 제 1 층(16)의 상부에 캐스팅된다. 패턴 층(30)은 강화 구조물(12)에 침투하고, 불투명부 및 투명부를 가지는 이원 마스크를 통해 액체 수지를 화학선으로 조사함으로써 임의의 바람직한 이원 패턴으로 경화된다.
벨트(10)는 두가지 상반된 표면, 즉 패턴 층(30)의 외향 표면상에 배치된 웹 접촉 표면(40) 및 반대의 배면(42)을 가진다. 벨트(10)의 배면(42)은 제지공정중에 사용되는 기계와 접촉한다. 이러한 기계(도시되지 않음)는 진공 픽업 슈, 진공 박스, 다양한 롤러 등을 포함한다.
이 벨트(10)는 벨트(10)의 웹 접촉 표면(40)과 유체 연통되어 있으면서 이로부터 벨트(10)의 배면(42)까지 연장된 도관(44)을 추가로 포함할 수 있다. 도관(44)은 제지 공정중에 벨트(10)의 평면에 대해 수직인 셀룰로즈 섬유의 편향을 가능하게 한다.
도관(44)은 도시된 바와 같이, 기본적으로 연속 패턴 층(30)이 선택된다면, 불연속일 수 있다. 이와는 달리, 패턴 층(30)은 불연속일 수 있고 도관(44)은 기본적으로 연속일 수 있다. 이러한 배열은 당해 기술 분야의 숙련인들에 의해, 도 1에 도시한 바와는 일반적으로 반대로 용이하게 생각될 수 있다. 불연속 패턴 층(30) 및 실질적인 연속 도관(44)을 포함하는 이러한 배열은 본원에서 참조로 인용하는 상기 미국 특허 제 4,514,345 호(Johnson 등에게 허여됨)의 도 4에 도시되어 있다. 물론, 불연속 및 연속 패턴이 함께 선택될 수 있음은 당해 기술분야의 숙련인들에 의해 이해될 수 있다.
이러한 패턴 층(30)은 상기한 바와 같이, 또한 상기 본원에서 참조로 인용한 특허에서와 같이, 감광성 수지로 캐스팅된다. 패턴 층(30)을 강화 구조물(12)에 목적하는 패턴으로 형성시키는 감광성 수지를 적용시키는 바람직한 방법은 이러한 강화 층을 액체 형태의 감광성 수지로 피복하는 것이다. 수지를 경화시키는데 적합한 활성 파장을 가지는 화학선으로 투명 영역과 불투명 영역을 포함하는 마스크를 통해 액체 감광성 수지를 조사한다. 화학선은 투명 영역을 지나 그 아래의 수지를 바람직한 패턴으로 경화시킨다. 마스크의 불투명 영역에 의해 차폐된 액체 수지는 경화되지 않고 세척되어, 패턴 층(30)중의 도관(44)을 떠난다.
본원에서 참조로 인용하는 트로칸(Trokhan) 등의 명의로 출원된 상기 미국 특허원 제 07/872,470 호에서 밝혀진 바와 같이, 불투명 종방향 실(220) 또는 횡방향 실(222)은 배면 조직을 생성하기 위해 이러한 종방향 실(220) 및 횡방향 실(222)과 벨트(10)의 배면(42) 사이의 강화 구조물(12)의 부분을 가리는데 사용될 수 있다. 상기 특허원은 본원에서 이러한 불투명 실(220, 222)을 본 발명에 따르는 강화 구조물(12)내로 혼입시키는 방법을 나타낼 목적으로 참조로 인용한 것이다. 제 2 층(18)의 실(220, 222)은 이러한 실(220, 222)의 바깥면을 피복하고 카본 블랙 또는 이산화 티탄 등과 같은 충전제를 가함으로써 불투명하게 제조될 수 있다.
패턴 층(30)은 강화 구조물(12)의 제 2 층(18)의 배면(42)으로부터, 강화 구조물(12)의 제 1 층(16)으로부터 바깥쪽으로 이를 지나서 연장된다. 물론, 하기 더욱 상세히 설명하겠지만, 모든 패턴 층(30)이 벨트(10)의 배면(42)의 가장 바깥 평면까지 연장되지는 않는다. 대신, 패턴 층(30)의 일정 부분은 강화 구조물(12)의 제 2 층(18)의 특정 실(220, 222) 아래로 연장되지 않는다. 이러한 패턴 층(30)은 또한 제 1 층(16)의 상부 사점 경선(TDC)을 지나서 이로부터 바깥쪽으로 약 0.002 in(0.05 mm) 내지 약 0.050 in(1.3 mm)의 거리만큼 연장된다. 제 1 층(16)에 대해 수직인 그리고 이를 지나는 이러한 패턴 층(30)의 크기는 일반적으로 패턴이 거칠어짐에 따라 증가한다. 패턴 층(30)이 제 1 층(16)의 상부 사점 경선(TDC)으로부터 연장되는 거리는 제 1 층(16)의 평면(46)으로부터, 가장 멀게는 제 2 층(18)의 배면(42)으로부터 측정된다.
"종방향"이란 용어는 제지 장치에서 종이 웹이 주로 유동하는 방향과 평행한 방향을 말한다. "횡방향"은 벨트(10)의 평면상에서 종방향에 대해 수직인 방향이다. "너클(knuckle)"이란 종방향 실(120, 220) 및 횡방향 실(122, 222)의 교차 부분이다. "세드(shed)"는 고려 대상인 실(100)의 주 방향의 반복 단위를 만드는데 필요한 실(100)의 최소한의 개수이다.
종방향 실(120) 및 횡방향 실(122)은 제직되어 웹 대향 제 1 층(16)으로 된다. 이러한 제 1 층(16)은 한 번은 위로 지나고 또 한 번은 아래로 지나는 평직(square weave), 또는 상부 평면(46)으로부터 최소한의 편향을 가지는 다른 조직을 가질 수 있다. 바람직하게는 제 1 층(16)을 이루는 종방향 실(120) 및 횡방향 실(122)은 패턴 층(30)을 경화시키는데 사용되는 화학선에 거의 투과성이다. 화학선이 벨트(10)의 평면에 일반적으로 수직인 방향으로 실(120, 122)의 최대 단면 크기를 통과하고, 여전히 아래의 감광성 수지를 충분히 경화시킬 수 있다면, 이러한 실(120, 122)은 실질적으로 투명하다고 간주된다.
종방향 실(220) 및 횡방향 실(222)은 또한 제직되어 기계 대향 제 2 층(18)으로 된다. 기계 대향 제 2 층(18)의 실(220, 222), 특히 횡방향 실(222)은 바람직하게는 제 1 층(16)의 실(120, 122)보다 더 커서 이음 강도를 개선시킨다. 원형 단면을 가지는 실(100)이 사용된다면, 직경이 제 1 층의 종방향 실(120)보다 더 큰 제 2 층(18)의 횡방향 실(222)을 제공함으로써 이러한 결과를 달성할 수 있다.
웹 대향 제 1 층(16)은, 실(120, 122)이 연결 실(320, 322)이 아니라면 상부 평면(46)에 있는 제 1 층(16)의 각 실(120, 122)의 상부 사점 경선(TDC)이 임의의 위치에서 상부 평면(46)으로부터 실 직경(D)의 1.5배이상, 바람직하게는 1.0배이상 연장되지 않고, 모든 위치에서 상부 평면(46)의 실 직경(D)의 1.0배나 1.5배안에 들도록 제직된다. 이 실 직경(D)은 제 1 층(16)의 실(120, 122)의 직경을 기준으로 한다. 상이한 직경을 가지는 실(120, 122)이 사용되면, 실 직경(D)은 제 1 층(16)의 가장 큰 실(120, 122)의 직경이다. 비원형 단면을 가지는 실(120, 122)이 사용되면, 실 직경(D)은 벨트(10)의 평면에 수직으로 취한 실(120, 122)을 통한 최대의 크기인 것으로 간주된다. 실(100)의 상부 사점 경선(TDC)은 실(100)의 주축에 평행한 선이고 상부 평면(46)에 가장 가까운 위치에서 실(100)의 주위에 위치한다.
단일 평면직이 이용되면, 실(120, 122)의 상부 사점 경선(TDC)은 상부 평면(46)의 직경(D)의 1.0배 안에 존재한다. 상부 표면 아래의 너클을 가지는 조직이 이용되면, 실(120, 122)의 상부 사점 경선(TDC)은 실 직경의 1.5배 안에 존재한다.
실(120, 122)의 상부 사점 경선(TDC)이 상부 평면(46)의 실 직경(D)의 1.0배 또는 1.5배 안에 존재하는지 여부를 결정하기 위해, 실 직경(D)의 1.0 또는 1.5배의 가상 절단 평면을 상부 평면(46)에 평행하게 그린다(그리고 강화 구조물(12)의 배면(42)을 향해 배치한다).
상부 평면(46)을 한정하는 너클(48)을 형성하는 실(120, 122)의 상부 사점 경선(TDC)은, 이러한 상부 사점 경선(TDC)이 각각의 가상 절단 평면을 가로막지 않으면, 상부 평면(46)의 실 직경(D)의 1.0 또는 1.5배 안에 존재하는 것으로 간주된다.
본 발명에 따르면, 제 1 층(16)의 실(120, 122)은 N 개는 위로되고 N 개는 아래로된 조직으로 제직될 수 있는데, 여기서 N은 양수 1, 2, 3 등이다. N 개는 위로 N 개는 아래로 지나는 바람직한 조직은 N이 1인 평직이다.
다른 바람직한 조직은 N 개는 위로 지나고 하나는 아래로 지나는 조직등인데, 단 제 1 층(16)의 실(120, 122)이 제 1 층(16)의 배면상에서 보다는 제 1 층(16)의 상부 사점 경선(TDC)상에 더 많이 있도록 제 1 층(16)의 제직된 각 실(120, 122)상으로 교차되어야한다. 1보다 큰 N의 경우, 바람직하게는 N 개의 위로 지나는 실(120, 122)은 섬유 지지력을 최대화하기 위한 횡방향 실(122)이다.
또한, 본 발명에 따르는 벨트(10)의 강화 구조물(12)의 두께(t)는 위에서 정의한 바와 같은 실 직경(D)의 2.5배 이상, 더욱 바람직하게는 실 직경(D)의 3.0배 이상이다. 이러한 두께(t)는 벨트(10) 수명이 지나치게 손상되지 않도록 충분한 벨트(10) 강성을 제공하는데 중요하다.
강화 구조물(12)의 두께(t)는 0.875 in 직경의 둥근 푸트(foot)를 통해 가해진 3.0 파운드/in2하중을 이용하는 엠베코 모델 210A(Emveco Model 210A) 디지탈 마이크로미터(제조원: 오레곤주 뉴버그 소재의 Emveco Company) 또는 유사한 장치를 사용하여 측정된다. 강화 구조물(12)은 두께를 시험하는 동안 종방향으로 선형 인치당 최대 20 파운드까지 하중을 받을 수 있다. 강화 구조물(12)은 시험중에 50 내지 100℉를 유지하여야 한다.
제 2 층(18)을 이루는 종방향 및 횡방향 실(220, 222)은 도시된 바와 같은 평직 또는 능직이나 파능직과 같은 임의의 적절한 세드 및 패턴으로 제직될 수 있다. 경우에 따라, 제 2 층(18)은 제 1 층의 교대하는 횡방향 실(122)에 상응하는 횡방향 실(222)을 하나 걸러 가질 수 있다. 충분한 섬유 지지력을 제공하기 위해, 제 1 층(16)이 다수의 그리고 더욱 가까운 간격의 횡방향 실(122)을 가지는 것이 더욱 중요하다. 일반적으로, 이음 강도를 보존하고 벨트 강성을 개선시키기 위해, 제 2 층(18)의 종방향 실(220)은 제 1 층(16)의 종방향 실(120)과 같은 빈도로 존재한다.
보조 연결 실(320, 322)은 제 1 층(16) 및 제 2 층(18) 사이에 위치되어 이와 함께 제직될 수 있다. 보조 연결 실(320, 322)은 제 1 층(16) 및 제 2 층(18)의 각 횡방향 실(122, 222)과 제직된 종방향 연결 실(320) 또는 제 1 층(16) 및 제 2 층(18)의 각 종방향 실(120, 220)과 제직된 횡방향 연결 실(322)일 수 있다. 본원에서 사용되는, 연결 실(320, 322)은 이러한 연결 실(320, 322)이 제 1 층(16) 또는 제 2 층(18)의 어느 하나에 선택된 조직에 고유한 실(100)을 이루지 않고 대신 제 1 층(16) 또는 제 2 층(18)의 조직에 부가적이고 심지어 분리시킬 수 있다면, "보조물"로서 간주된다.
바람직하게는 보조 연결 실(320, 322)은 직경이 제 1 층(16) 및 제 2 층(18)의 실(100)보다 작아서, 이러한 연결 실(320, 322)은 벨트(10)의 돌출된 개방 영역을 과다하게 감소시키지 않는다.
보조 연결 실(320, 322)을 위한 바람직한 제직 패턴은 제 1 층(16)을 제 2 층(18)에 대해 안정화시키기 위해 필요한 최소한의 연결점을 포함한다. 이러한 연결 실(324)은 바람직하게는 횡방향으로 배향되는데, 이러한 배열이 일반적으로 제직하기가 더 용이하기 때문이다.
선행기술에 의해 지시된 제직 패턴의 유형과는 달리, 패턴 층(30)의 안정화 효과는 제 1 층(16) 및 제 2 층(18)을 맞물리게 하는데 필요한 실(320, 322)의 수를 최소화한다. 이는 일단 캐스팅이 완성되면, 제 2 층(18)에 대해 그리고 종이 제작 공정을 통해 패턴층(30)이 제 1 층(16)을 안정화시키기 때문이다. 따라서, 제 1 층(16) 또는 제 2 층(18)을 제조하는데 사용되는 실(100)보다 더 작고 더 적은 보조 연결 실(320, 322)이 선택될 수 있다.
상대적으로 더 적고 더 작은 실(20, 22)을 가지는 보조 연결 실(320, 322)이 바람직하며, 이는 보조 연결 실(320, 322)이 당연히 벨트(10)의 돌출된 개방 영역을 감소시키기 때문이다. 전체 강화 구조물(12)은 큰 돌출된 개방 구역을 가지는 것이 바람직하다. 큰 개방 구역은 이를 통해 일어나는 공기 유동에 충분한 경로를 제공하는데 중요하다. 다음 문헌에 잘 개시된 바와 같이, 제한적인 오리피스 건조가 요구되면, 벨트(10)가 충분한 개방 구역을 가지는 것이 훨씬 더 중요해진다(참조: 1994년 1월 4일자로 Ensign 등에게 허여된 미국 특허 제 5,274,930 호).
더욱 중요하게는, 본 발명에 따른 강화 구조물(12)은 강화 구조물(12)의 평면에 수직인 충분한 공기 유동을 가능하게 해야 한다. 강화 구조물(12)은 바람직하게는 900 이상, 바람직하게는 1,000 이상, 더욱 바람직하게는 1,100 피트3/분/피트2이상의 표준 공기 투과도를 가진다. 물론 패턴 층(30)은 선택된 특정 패턴에 따른 벨트(10)의 공기 투과도를 감소시킬 것이다. 강화 구조물(12)의 공기 투과도는 발메(Valmet) 투과도 측정 장치(제조원: 핀랜드의 Valmet Company)를 100 파스칼의 차등 압력에서 사용하여 선형 인치당 15 파운드의 장력하에 측정된다. 강화 구조물(12)의 임의의 부분이 위에서 언급한 공기 투과성 한계를 만족시킨다면, 전체 강화 구조물(12)은 이러한 한계를 만족시킨다고 간주된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 경우에 따라, 보조 연결 실(320, 322)은 생략될 수 있다. 보조 연결 실(320, 322) 대신, 제 2 층(18)의 다수의 종방향 실 또는 횡방향 실(320, 322)이 제 1 층(16)의 각 횡방향 또는 종방향 실(122, 120)과 제직될 수 있다. 제 2 층(18)의 평면에 있지 않은 이러한 제직된 실(320, 322)을 이후 "일체형 연결 실"(320, 322)이라 칭하는데, 이러한 제 1 층(16)과 제 2 층(18)을 연결하고 제 2 층(18)을 제 1 층(16)에 대해 안정화시키는 일체형 연결 실(320, 322)이 본래 하나 이상의 이러한 층(16, 18)의 조직에서 발견되기 때문이다. 제 1 층(16) 또는 제 2 층(18)의 평면안에 남아 있는 실(100)을 비-연결 실(100)이라 칭한다.
바람직하게는, 이음 강도를 최대화하기 위해, 제 1 층(16)의 각각의 횡방향 또는 종방향 실(122, 120)과 제직된 제 2 층(18)의 일체형 연결 실(320, 322)은 종방향 연결 실(320)이다. 그러나, 횡방향 일체형 연결 실(322)을 가지는 배열이 사용될 수도 있다.
다른 실시양태(도시되지 않음)에서, 일체형 연결 실(320, 322)은 제 1 층(16)으로부터 연장되어 제 2 층(18)의 각 종방향 또는 횡방향 실(220, 222)과 제직될 수 있다. 이러한 실시양태는 도 4를 거꾸로 돌려서 용이하게 상상할 수 있다.
도 6, 7 및 8을 참조하면, 일체형 연결 실(320, 324)은 두 개의 상기 교시를 복합시켜 제 1 층(16) 및 제 2 층(18) 모두로부터 유래될 수 있다. 물론, 당해 기술분야의 숙련인들은 이러한 배열이 보조 연결 실(320, 322)과 함께 사용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 다른 실시양태도 가능하고, 상기 교시의 다양한 배합 및 교환이 주어지는데, 본 발명을 위에서 나타내고 기술한 내용에만 한정시키고자 하는 것은 아니다.
Claims (19)
- 종방향 실 및 횡방향 실이 제직되어 이루어진 층으로, 상기 종방향 실 및 횡방향 실이 소정 실 직경을 가지면서 웹 대향 상부 평면을 한정하는 너클을 포함하는 조직으로 제직되며, 각각의 실이 상기 상부 평면의 실 직경의 1.5배 안에 존재하는 상부 사점 경선을 갖는 웹 대향 제 1 층;종방향 실 및 횡방향 실이 제직되어 이루어진 층으로, 상기 종방향 실 및 횡방향 실이 직물로 제직되고, 상기 상부 평면의 실 직경의 1.5배 안에 존재하지 않는 다수의 연결 실에 의해 상기 제 1 층에 결합된 기계 대향 제 2 층; 및상기 제 1 층으로부터 외향으로 및 상기 제 2 층으로 연장되는 층으로, 상기 제 1 층의 상부 사점 경선으로부터 외향 대향하는 웹 접촉 표면을 가지고, 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층을 연결시켜 셀룰로즈 섬유 구조물을 제조하는 동안 상기 제 2 층에 대해 상기 제 1 층을 안정화시켜주는 패턴층을 포함하고 상기 실 직경의 2.5배 이상의 두께를 갖는 강화 구조물로 이루어진 제지용 벨트.
- 종방향 실 및 횡방향 실이 제직되어 이루어진 층으로, 상기 종방향 실 및 횡방향 실은 소정 실 직경을 가지면서 웹 대향 상부 평면을 한정하는 너클을 포함하는 조직으로 제직되며, 각각의 실이 상기 상부 평면의 실 직경의 1.5배 안에 존재하는 상부 사점 경선을 갖는 웹 대향 제 1 층;종방향 실 및 횡방향 실이 제직되어 이루어진 층으로, 상기 종방향 실 및 횡방향 실이 직물로 제직되고, 상기 상부 평면의 실 직경의 1.5배 안에 존재하지 않는 다수의 연결 실에 의해 상기 제 1 층에 결합된 기계 대향 제 2 층;상기 웹 대향 층 및 상기 기계 대향 층의 각각의 종방향 실 또는 횡방향 실과 함께 제직되어 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층을 서로 연결시켜주고, 상기 상부 평면의 실 직경의 1배 안에 존재하지 않는 보조 횡방향 연결 실 또는 보조 종방향 연결 실; 및상기 제 1 층으로부터 외향으로 및 상기 제 2 층으로 연장되는 층으로, 상기 제 1 층의 상부 사점 경선으로부터 외향 대향하는 웹 접촉 표면을 가지고, 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층을 연결시켜 셀룰로즈 섬유 구조물을 제조하는 동안 상기 제 2 층에 대해 상기 제 1 층을 안정화시켜주는 패턴층을 포함하고 상기 실 직경의 2.5배 이상의 두께를 갖는 강화 구조물로 이루어진 제지용 벨트.
- 종방향 실 및 횡방향 실이 제직되어 이루어진 층으로, 상기 종방향 실 및 횡방향 실이 소정 실 직경을 가지면서 웹 대향 상부 평면을 한정하는 너클을 포함하는 조직으로 제직되며, 각각의 실이 상기 상부 평면의 실 직경의 1.5배 안에 존재하는 상부 사점 경선을 갖는 웹 대향 제 1 층;종방향 실 및 횡방향 실이 제직되어 이루어진 층으로, 상기 종방향 실 및 횡방향 실이 직물로 제직되고, 상기 상부 평면의 실 직경의 1배 안에 존재하지 않는 다수의 연결 실에 의해 상기 제 1 층에 결합되고, 상기 다수의 상기 종방향 실 또는 상기 횡방향 실이 일체형 연결 실로서의 상기 제 1 층의 각 횡방향 실 또는 종방향 실과 제직되어 상기 제 1 층과 상기 제 2 층을 서로 연결시켜 주고 상기 일체형 연결 실이 상기 상부 평면의 실 직경의 1.5배 안에 존재하지 않는 기계 대향 제 2 층; 및상기 제 1 층으로부터 외향으로 및 상기 제 2 층으로 연장되는 층으로, 상기 제 1 층의 상부 사점 경선으로부터 외향 대향하는 웹 접촉 표면을 가지고, 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층을 연결시켜 셀룰로즈 섬유 구조물을 제조하는 동안 상기 제 2 층에 대해 상기 제 1 층을 안정화시켜주는 패턴층을 포함하고 상기 실 직경의 2.5배 이상의 두께를 갖는 강화 구조물로 이루어진 제지용 벨트.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 층의 상기 종방향 실 및 상기 횡방향 실이 일반적으로 직교하고 이로써 너클을 형성하고, 상기 너클의 15% 미만이 상기 제 2 층으로부터 연장되는 다수의 상기 실로 제직된 제지용 벨트.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 층의 상기 종방향 실 및 상기 횡방향 실이 일반적으로 직교하고 이로써 너클을 형성하고, 상기 너클의 15% 미만이 상기 제 2 층으로부터 연장되는 다수의 상기 실로 제직된 제지용 벨트.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 1 층의 상기 종방향 실 및 상기 횡방향 실이 일반적으로 직교하고 이로써 너클을 형성하고, 상기 너클의 1 내지 5%가 상기 제 2 층으로부터 연장되는 다수의 상기 실로 제직된 제지용 벨트.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 층의 상기 종방향 실 및 상기 횡방향 실이 일반적으로 직교하고 이로써 너클을 형성하고, 상기 너클의 1 내지 5%가 상기 제 2 층으로부터 연장되는 다수의 상기 실로 제직된 제지용 벨트.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 1 층의 상기 실이 N 개는 위로 지나고 하나는 아래로 지나는 조직으로 제직된 제지용 벨트.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 1 층의 상기 실이 N 개는 위로 지나고 하나는 아래로 지나는 조직으로 제직된 제지용 벨트.
- 제 8 항에 있어서,상기의 위로 지나는 N개의 실이 횡방향 실인 제지용 벨트.
- 제 9 항에 있어서,상기의 위로 지나는 N개의 실이 횡방향 실인 제지용 벨트.
- 제 10 항에 있어서,N이 1인 제지용 벨트.
- 제 11 항에 있어서,N이 1인 제지용 벨트.
- 제 2 항에 있어서,성형 와이어인 제지용 벨트.
- 제 3 항에 있어서,성형 와이어인 제지용 벨트.
- 제 2 항에 있어서,통기-건조 벨트인 제지용 벨트.
- 제 3 항에 있어서,통기-건조 벨트인 제지용 벨트.
- 제 6 항에 있어서,상기 강화 구조물이 900 피트3/분/피트2이상의 표준 공기 투과도를 가지는 제지용 벨트.
- 제 7 항에 있어서,상기 강화 구조물이 900 피트3/분/피트2이상의 표준 공기 투과도를 가지는 제지용 벨트.
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