JP2005531403A - リグノセルロースを含有している材料を繊維にするためのリファイナ用の精整面 - Google Patents

Abstract

本発明は、リグノセルロースを含有している材料を繊維にするためのリファイナ用の精整面に関し、そのリファイナは２つの同軸回転精整面を有している。繊維にされている材料は両方とも溝およびバーを有する精整面の間に供給される。本発明によれば、前記精整面の前記バーの少なくとも幾つかはそれらの外面上に、前記精整面が相対的に回転するとき、互いから離れて前記精整面を押す力がそれらの間に発生されるように他方の精整面のバーの到来方向から出発してより低くなる斜面を有している。

Description

本発明は、リファイナが、繊維にされている材料がそれらの間に供給されかつ両方ともそれに溝およびバーを有する２つの同軸回転精整面を有する、リグノセルロースを含有している材料を繊維にするためのリファイナ用の精整面に関する。

木材等のごとき、リグノセルロースを含有している材料は種々の繊維パルプを製造するためにディスク型および円錐型リファイナ内で繊維にされる。ディスク型リファイナおよび円錐型リファイナはそれらの両方に精整面を有する２つのリファイナディスクを有している。ディスク型リファイナは円盤状のリファイナディスクを有しそして円錐型リファイナは円錐状のリファイナディスクを有している。リファイナディスクはそれらの同軸回転精整面により互いに対して取り付けられている。リファイナディスクの一方はその場合に固定のリファイナディスク、すなわち固定子に関連して回転するか、または両方のディスクが相対的に反対方向に回転する。リファイナディスクの精整面は、代表的には、溝および突起、または、以下でバーと呼ばれる、それらの間のブレードバーを有している。これらの溝およびバーの形状はそれ自体多数の異なる方法に変化することができる。したがって、精整面は、例えば、リファイナディスクの半径方向において、それらの各々に異なる形状の溝およびバーを有する２つまたはそれ以上の円形部分に分割され得る。同様に、各円上のバーおよび溝の数および密度、およびそれらの形状および傾斜は互いに異なってもよい。したがって、バーは精整面の半径全体に沿って連続してもよくまたは半径方向において幾つかの連続するバーであってもよい。

リファイナディスクは精整面間の距離が、リファイナディスクの中心におけるより長く、そして精整面間のギャップ、すなわち、精整領域がリファイナ内で処理および繊維にすることが所望のごとくなされるように外方に向かって狭いように形成される。繊維にされるべき材料が常に顕著な量の水分を含有するため、多くの方法でディスク型リファイナの作動および性質に影響を及ぼす、大量の蒸気が繊維にする間中発生される。

リファイナの作動を制御するために、精整面を互いから適宜な距離に動かし得ることが必要である。このために、ローダが、一方のリファイナディスクを第２のリファイナディスクに向かって押すかまたは一方のリファイナディスクをリファイナ内の内部圧力状態に依存して第２のリファイナディスクから引き離すように一方のリファイナディスクに作用するように代表的には接続される。リファイナの精整面間の圧力によって発生される力は通常のリファイナにおいて例えば瞬時の蒸気圧、精整面のジオメトリによって影響を及ぼされる精整材料の流れ、精整室の対向圧力および他の多数の要因に依存して負または正である。かくして、幾つかの用途において精整面間のギャップが十分に小さいとき、精整面が互いに接触しかつ過剰な磨耗および多分同様により大きな損傷を生じる危険がある。低い負荷力が使用されかつディスク間の圧力状況が正から負へ変化する、特別な状況において、この危険は十分に高い。

本発明の目的は、この危険がそれによって実質上回避されるリファイナ用の精整面を提供することにある。本発明の精整面は、この精整面のバーの少なくとも幾つかがそれらの外面上に、前記精整面が相対的に回転するとき、互いから離れて前記精整面を押す力がそれらの間に常に発生されるように第２の精整面のバーの到来方向から出発してより低くなる斜面を有することを特徴とする。

本発明の必須の概念は、精整面のバーの少なくとも幾つかにおいて、バーの外面が、斜面が第２の精整面のバーの到来方向にあるように斜面付けされることである。これは、精整面間に常に正の力がありかつそのため精整面は別個の支持力なしに互いに向かって動くことができない状況を発生する。

本発明は添付図面において詳細に説明される。

図１は通常のディスク型リファイナの概略断面側面図である。ディスク型リファイナは２つの同軸的に取り付けられた精整面（リファイニングサーフェイス）１および２を有している。この実施の形態において、一方の精整面１は軸４によって回転させられる回転リファイナディスク３上にある。この場合に、他方の精整面２は固定のリファイナディスク５、すなわち、固定子上にある。リファイナディスク３および５の精整面１および２はそれらに直接形成されるかまたはそれ自体公知の方法において別個の精整部分から形成される。さらに、図１は、それらの間のギャップを調整するようにリファイナディスク５に向かって押されることができるように軸４を介してリファイナディスク３に作用するように接続されるローダ６を示している。リファイナディスク３は図に示されないモータを使用することによってそれ自体公知の方法において軸４によって回転させられる。

リグノセルロースを含有しかつ繊維にされている材料は、精整面１および２間のギャップへ、すなわち、繊維にされかつ材料中の水分が蒸発されながら破砕される精整領域へ一方の精整面１の中間の開口７を通して供給される。繊維にされる繊維パルプ材料は、リファイナディスク間にそれらの間のギャップの外縁、すなわち、精整領域から室８へ出てかつ出口チャンネル９を通って室８を出る。

図２は通常の円錐型リファイナの概略断面側面図である。円錐型リファイナは中心軸に関連して円錐精整領域を形成する２つの精整面（リファイニングサーフェイス）１および２を有している。この実施の形態において、第２の精整面１は軸４によって回転させられる回転精整円錐３内にある。この場合に、他方の精整面２は固定精整円錐５、すなわち、固定子内にある。精整円錐３および５の精整面１および２はそれらに直接形成されるかまたはそれ自体公知の方法において別個の精整部分から形成されることができる。さらに、図２は、それらの間のギャップを調整するように精整円錐５に向かって押されることができるように軸４を介して精整円錐３に作用するように接続されるローダ６を示している。精整円錐３は図において示されないモータを使用することによりそれ自体公知の方法において軸４によって回転させられる。

リグノセルロースを含有しかつ繊維にされている材料は、精整面１および２間のギャップへ、すなわち、繊維にされかつ材料中の水分が蒸発されながら破砕される精整領域へ一方の精整面２の中間の開口７を通して供給される。繊維にされる繊維パルプ材料は、リファイナ円錐間にそれらの間のギャップの外縁、すなわち、精整領域から室８へ出てかつ出口チャンネル９を通って室８を出る。

図３は軸の方向から見られたディスクリファイナの代表的な精整面の概略断面図である。精整面はリファイナの周部方向において同一位置で交互に溝１０およびバーを有している。例として、精整面はここでは形状において異なる溝およびバーを有する２つの半径方向に連続する円に分割される。したがって、外方円のバーは、精整面の外方縁部上の材料がリファイナの外方に向かってポンピングされる方法にあるように図３の矢印Ａによって示される回転方向において少なくとも部分的に屈曲されることができる。リファイナディスクに直接形成されるかまたはそれ自体公知の方法において種々の表面要素から形成される、この型の精整面は幾つかの形状において存在しかつ本発明によって応用され得る。

図４ａないし４ｃは対向する精整面１および２およびそれらの溝１０およびバー１１の断面を示しているリファイナ周辺の方向の概略断面図である。例として、右方の精整面２は固定され、すなわち、固定子、そして左方の精整面１は回転する、すなわち、固定子に関連して図４ａないし４ｃの矢印Ａで示される方向に動く。両方の精整面は可動にするかまたはそれ自体公知の方法において同軸的に回転することができる。精整面は代表的には垂直でありかつ水平軸のまわりに回転するが、本発明は、また、精整面が水平である解決に適用され得る。

図４ａは回転する精整面上に溝１０が、そしてそれらの間にバー１１がある場合を示している。バー１１は、横輪郭において種々の形状を、しかし走行方向において繊維が切断されるときカッタとして或る程度作用する斜面（ベベル）１２があるように、有することができる。第２の精整面は溝２０およびそれらの間にバー２１を有している。溝１０および２０は多数の形状を有することができる。第２の精整面２上のバーの少なくとも幾つかにおいて、外方面２２は、集中している、すなわち、第１の精整面のバー１１の到来方向からバー２１の背部端に向かって低くなる斜面２３を有している。第２の精整面２のバー２１の外方面２２の部分は、精整面のバー間の材料が擦り減らされかつそれらの間でより小さく破砕されるように均一にすることができる。相対的に回転している精整面の運動は繊維にされている材料を作りそしてディスク型リファイナ内の蒸気およびガスは斜面２３においてバー１１および２１の外方面間で押圧し、それは互いに離れて精整面を押す上昇力を生じる。バーの半径方向において斜面２３の形状、サイズおよび位置を適宜に計画しかつ設計することによって、精整面１および２を互いから離れて押す力がそれらに常に作用する状況が発生する。この結果として、精整面は互いに決して接触せず、しかも互いから引き離そうとし、そしてそれらの間の距離は、外側からともに精整面を押す支持装置の支持力を単に調整することによって容易にかつ信頼し得るように調整されることができる。

図４ｂは可動回転子１、すなわち、軸のまわりに回転している回転子のバー１１が斜面１３を有する、実施の形態を示している。これらの作動は図４ａにおける作動にそれ自体対応している。

図４ｃは両方の精整面１および２のバー１１および２１が対応する斜面１３および２３を有する実施の形態を示している。この方法で、精整面を互いから離して押している力は斜面が１つのみの精整面のバー上にあるときより強くなされる。

図５は本発明の寸法付けのより詳細な概略図である。簡単化のために、両側の１つの精整面のみを示している。図は両方の精整面のバーの端面間の最小距離Ｈ_１および最小距離、すなわちクリヤランスＨ_２を示している。

幾つかの要因が精整面を互いから話して押している力の大きさに影響を及ぼす。これらはバーの傾斜での精整面の相互の速度、リファイナ内の材料および水蒸気の量、および斜面の寸法、傾斜および形状を含んでいる。

上記を基礎にして、確立され得るのは、一定の環境において、斜面によって得られる最大の力が流体力学から知られる式によって定義されることができるということであり、例えば、これは、１９９４年、ニューヨーク、マグローヒル社のメカニカル・エンジニアリングのマグローヒルシリーズの「流体フィルム潤滑の基礎」でビー・ジェイ・ハムロックによって、以下のように開示されている。

ここで、ｋ_ｃ＝Ｈ_１ ／ Ｈ_２（バーの端面の入力および出力クリヤランス間の比）、
Ｖ_ｂ＝精整面間の速度、および
ｌ_ｂ＝斜面の長さ

最大の力は変数ｋ_ｃに関連して関数Ｆ_Ｔの最大点を計算することによって得られる。最大の力は２．２のｋ_ｃ値により得られる。

図６ａないし６ｃは、精整面間の距離が変化するとき、精整面間に作用している力が必然的のように対応して変化しなければならないことを考慮することができる、本発明の好適な実施の形態を示している。この実施の形態は、例として、リファイナディスク全体に沿って半径方向のバーまたはバーまたはその１部分のみを形成するバーにすることができる一方のリファイナディスクのバー２２を示している。この実施の形態は、傾斜において異なっている３つの斜面を有し、そして斜面の各々の作動が精整面間の特定の距離で最も好都合である、解決に使用する。この方法で、精整面間の距離が変化するとき、必要な押圧力を達成するように当該距離で最良に作動する斜面を利用することができる。図６ａはリファイナディスクの表面から見た実施の形態を示しており、図６ｂは矢印Ｂの方向から見たようなバー２２の頂面を示し、そして図６ｃは矢印Ｃの方向から、すなわち、バーの端部から見られたようなバー２２を示している。これらは斜面がバー２２に沿って異なる点でどのように異なるかを示している。１またはそれ以上の斜面でもよい。この解決においては、３つの斜面がある。

図７ａないし７ｃは本発明の第２の好適な実施の形態を示している。この実施の形態は対応する方向から図６ａないし６ｃにおけると同様な解決を示している。しかしながら、この実施の形態は、同一の傾斜を有する連続する斜面の組み合わせでなく、しかも斜面の傾斜は、斜面２３の傾斜のサイズがバー２２の一端から他端に変化するようにバー２２の一端から他端に最も好ましくは連続して変化することによって上に示した代替例から異なっている。製造するためには、もちろん、一端で最大の傾斜をかつ他端で最低の傾斜を有するのが好都合である。同様に、図７ｂはバー２２の横方向における斜面の幅が必ずしも一定でなく、しかも変化し得るかまたは作動状態に依存して異なる方法において設計されることができることをとくに示している。

図８ａないし８ｃは本発明の第３の好適な実施の形態を示している。この実施の形態は対応する方向から図６ａないし６ｃにおけると同様な解決を示している。しかしながら、この実施の形態は、同一の傾斜を有する連続する斜面の組み合わせでなく、しかも斜面の傾斜は、バー２２がこのバー２２の長手方向に少なくとも２つの平行な斜面１ｂおよび１ｂ’を有し、そして斜面がバー２２の矢印Ｃから、すなわち、バー２２の端部から見られるように異なる角度にあることによって上に示した代替例から異なっている。

図８ｃに示した解決は、例えば、バー２２の幅全体１＋１ｂ＋１ｂ’が６．５ｍｍであり、そのさい斜面１ｂの幅が３ｍｍで斜面１ｂ’の幅が３ｍｍであるような方法において形成されることができる。ブレード面のクリヤランス、すなわち、出口クリヤランスＨ_２が例として０．１ｍｍであるとき、本発明による好適な入口クリヤランスＨ_１’は０．２２ｍｍであり、それは同時に、次いで、最も好ましい入口クリヤランスＨ_１’の値として０．４８４ｍｍを発生する第２の斜面の出口クリヤランスＨ_２’である。入口および出口クリヤランスは上述した入口および出口クリヤランス比の式を使用して計算される。この解決に適用されるような式Ｈ_１＝ｋ_ｃ×Ｈ_２およびＨ_１’＝ｋｃ×Ｈ_２’が計算に使用された。クリヤランス値は精整面を互いから離して押す考え得る最大の力Ｆ_Ｔｍａｘを発生する入口および出口クリヤランス比ｋ_ｃ値２．２により計算される。両方の部分斜面に関して精整面を互いから離して押す力を計算することによってかつその力を合計することはこの解決の精整面を開放する力を発生する。この例において、対向する精整ブレード間の距離Ｈ_２は０．１ｍｍである。ブレードはこの値を変化することによって所望のブレード距離に最適化されることができ、それによって斜面の値はまた式により変化する。

バーの斜面の幅および長さは精整面の半径方向におけるバーの数および位置および回転移転速度が判っているとき、それを基礎にして斜面によって達成されかつ互いから離れて精整面を押している力の大きさを計算できる種々の方法において設計されることができる。かくして、斜面はバー全体と同じ幅かまたはより狭くすることができる。同様に、斜面はバーと同じ位長いかまたはより短くすることができる。また、バーの幾つかのみの、例えば、第２のバー等ごとの斜面であってもよい。斜面はバーの横方向において均一かまたは凸状かまたは凹状にすることができる。同様に、斜面はバーの長手方向に幅を変化することができ、例えば、中心から外方等に向かって狭くすることができる。最大の力を達成するとしても、パラメータの値は２．２であり、この値からずれることができ、そして実際に見い出される有用な範囲はｋ_ｃ＝２．２±５０％、好ましくはｋ_ｃ＝２．２±２０％である。異なる傾斜を有する斜面は、また、異なる斜面上で半径方向にまたは代替的に精整面の周部方向に連続して形成されることができる。

本発明は例として記載された上記および図面にありそしてそれにどのような方法でも限定されない。必須のものは、精整面のバーの少なくとも幾つかにおいて、バーの１縁部から、他方の精整面のバーが、精整面が動くときにそれから来るバーの縁部の他方へ集中して傾斜される斜面があるということである。精整面は代表的には垂直でかつ中心軸のまわりに回転するが、また、精整面が水平である、解決に本発明を適用することもできる。本発明は、当該技術に熟練した者に知られる、浮動モータを有するツインギャップリファイナに適用され得る。ツインギャップリファイナによる全般的な問題は、ブレードクリヤランスが、一方の精整領域に小さい流れの変化がさらにある場合に、両方の精整領域において同一にならないということである。本発明の解決はモータの作動を安定化しかつブレードの１側衝突を防止する。さらに、本発明は低密度精整および繊維板の繊維を精整するのに適用されることができる。

通常のディスク型リファイナの概略断面図である。 通常の円錐型リファイナの概略断面図である。 精整面から見られた代表的なリファイナディスクの概略断面図である。 リファイナディスクの周部方向に切断された本発明の解決の部分概略切り欠き図である。 リファイナディスクの周部方向に切断された本発明の解決の部分概略切り欠き図である。 リファイナディスクの周部方向に切断された本発明の解決の部分概略切り欠き図である。 本発明の詳細な寸法付けの概略図である。 本発明の好適な実施の形態の概略図である。 本発明の好適な実施の形態の概略図である。 本発明の好適な実施の形態の概略図である。 本発明の第２の好適な実施の形態の概略図である。 本発明の第２の好適な実施の形態の概略図である。 本発明の第２の好適な実施の形態の概略図である。 本発明の第３の好適な実施の形態の概略図である。 本発明の第３の好適な実施の形態の概略図である。 本発明の第３の好適な実施の形態の概略図である。

Claims (10)

1. リファイナが、繊維にされている材料がそれらの間に供給されかつ両方ともそれに溝およびバーを有する２つの同軸回転精整面を有し、そして前記精整面の前記バーの少なくとも幾つかはそれらの外面上に、前記精整面が相対的に回転するとき、互いから離れて前記精整面を押す力がそれらの間に発生されるように他方の精整面のバーの到来方向から出発してより低くなる斜面を有する、リグノセルロースを含有している材料を繊維にするためのリファイナ用の精整面において、前記斜面は前記バーの全体幅より狭いことを特徴とするリファイナ用の精整面。
2. 前記斜面は前記バーの幾つかにのみであることを特徴とする請求項１に記載の精整面。
3. 前記斜面は、前記精整面のバー間の最小クリヤランス（Ｈ_２）が予め定義され、最大クリヤランス（Ｈ_１）と最小クリヤランス（Ｈ_２）との間の比がＨ_１／Ｈ_２＝２．２±５０％であるように設計されることを特徴とする請求項１または２に記載の精整面。
4. 前記比はＨ_１／Ｈ_２＝２．２±２０％であることを特徴とする請求項３に記載の精整面。
5. 前記比はＨ_１／Ｈ_２＝２．２であることを特徴とする請求項３に記載の精整面。
6. 前記斜面は前記バーの全体の長さより短いことを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載の精整面。
7. 異なる傾斜を有する幾つかの斜面を有することを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載の精整面。
8. 前記斜面は軸方向に連続して形成されることを特徴とする請求項７に記載の精整面。
9. 異なる傾斜を有する前記斜面は前記精整面の周部方向に交互に形成されることを特徴とする請求項７に記載の精整面。
10. 前記斜面の少なくとも幾つかの傾斜は前記バーの長手方向に変化することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の精整面。

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