JP2007291588A - 抄紙シートの製造方法及び抄紙機 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄粉等の比重の高い添加物を含んだ抄紙シートを、坪量を均一にして抄紙することが可能な製造方法及び装置を提供すること。
【解決手段】本発明の抄紙シートの製造方法は、原料スラリーを抄紙機のヘッドボックスに導いた後、該原料スラリーの流れを該ヘッドボックス内の上流側に配された第１堰及び該第１堰の下流側に配された第２堰を通過させて原料スラリーを抄紙網上にて脱水して抄紙する。前記原料スラリーの流路を前記第１堰で一旦絞り込んで該原料スラリーの流れを加速し、絞り込まれた原料スラリーの主流方向が前記第２堰に正対するようにして原料スラリーを該第２堰に加速した状態で衝突させた後に第２堰を通過させて抄紙を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、抄紙方法及び装置に関し、特に鉄粉等の比重の重い添加物を含んだ抄紙シートの製造に好適な製造方法及び抄紙機に関する。

脱臭、光触媒作用等の特殊な機能を有する無機粉体を含ませてシート化した機能紙の普及が進んでいる。シート化することによってハンドリングが容易になり、前記無機粉体の有する機能を日常生活の様々な場面での利用が可能になるためである。また、鉄粉等の被酸化金属粉末と塩化ナトリウム等の電解質等を含有する発熱体をシート化する技術も提案されている。このようなシート化の一手段として抄紙方法がある。シートに特殊な機能を発現させる無機粉体や被酸化性金属等の添加物を原料スラリー中に配合し、抄紙の際にパルプとともに該添加物を固定して抄紙シートにするものである。斯かる抄紙シートの製造においては、得られる抄紙シートに安定した性能を発揮させるために、前記添加物を含んだ抄紙シートを坪量分布が均一になるように抄紙する必要がある。

上述のような添加物を含まない普通紙の抄紙する場合は、フローボックス（以下、ヘッドボックスともいう。）内の原料スラリーの流路に整流板を多数配列し、局部的なうず流を沈静することによって原料スラリーの濃度を均等にするとともに、断面が三角形状の整流框を整流板に配置し、原料スラリーの流れを攪乱してその濃度の均一化を図っている（例えば、特許文献１参照）。また、比重が主として５以下である無機粉体を添加物として配合した原料スラリーを用いて抄紙シートを製造する技術も提案されている（特許文献２参照）。

特許第８５４９１号公報 特公平４-１５３１７号公報

しかし、本発明者による検討結果では、鉄粉等の高比重（主として比重５以上）の添加物を配合した水系の原料スラリーから抄紙シートを製造する場合、原料スラリーの流路に堰が多数配設されたヘッドボックスを用いると、原料スラリー中の添加物の凝集体（以下、フロックともいう。）がすぐに沈殿するという問題が発生した。鉄粉等の添加物は原料スラリーの搬送媒体である水よりも高比重であるため、堰の周辺で発生した流れの滞留部分でフロックが沈殿し、流路の底に堆積した。堰が多いほどこの堆積量が増加し、新たに流入してきた原料スラリーの流れを不安定化させるほか、得られる抄紙シート中の添加物の坪量分布も不均一になり易いことがわかった。

その一方で、最近では抄紙シートに発現させる機能を高めるために、鉄粉等の添加物の配合量をさらに増やすことが望まれており、上記の不安定化はより深刻になっている。

そこで、本発明者は、高比重の添加物を高濃度に含む原料スラリーを用いる場合、ヘッドボックス内における原料スラリーの平均流速が、ある一定速度より低下するとフロックが直ちに沈降を開始するため、ヘッドボックス内における原料スラリーの滞留部分を少なくし、原料スラリーのヘッドボックスの幅方向の速度分布を均一にし、かつ抄紙を促すための原料スラリーの減速を均一にすることが、得られる抄紙シートの坪量や組成のばらつきを抑える点で重要であると考えた。そして、ヘッドボックス内の堰を減らして効率的に原料スラリーの流れを制御することで、原料スラリー中の該添加物の沈殿を抑えて坪量分布の均一な抄紙シートを製造し得ることを知見し、本発明を完成するに至った。

本発明は、鉄粉等の比重の高い添加物を含んだ抄紙シートをその坪量を均一にして抄紙することが可能な抄紙シートの製造方法及び抄紙機を提供することを目的とする。

本発明は、抄紙機のヘッドボックス内の上流側に第１堰、該第１堰の下流に第２堰をそれぞれ配設し、該ヘッドボックスに導いた抄紙用の原料スラリーの流れを第１、第２堰で制御して抄紙網上に抄紙する抄紙シートの製造方法であって、前記原料スラリーの流路を第１堰で一旦絞り込んで該原料スラリーの流れを加速させるとともに、絞り込まれた前記原料スラリーの主流方向を第２堰に正対させ、前記原料スラリーを加速した状態で第２堰に衝突させてから第２堰を通過させる抄紙シートの製造方法を提供することにより、前記目的を達成したものである。

また、本発明は、抄紙機のヘッドボックス内の、サクションボックスの吸引開始位置の近傍に堰を配設し、該ヘッドボックスに導いた抄紙用の原料スラリーの流れを該堰で制御して抄紙網上に抄紙する抄紙シートの製造方法であって、前記原料スラリーの主流方向が前記堰に正対するようにして該原料スラリーを該堰に加速した状態で衝突させた後に該堰を通過させる抄紙シートの製造方法を提供することにより、前記目的を達成したものである。

また、本発明は、前記本発明の抄紙シートの製造方法の実施に用いるための抄紙機であって、原料スラリーが導入されるヘッドボックスと、該ヘッドボックスを通った原料スラリーを抄紙する抄紙網とを備え、前記ヘッドボックスに、上流側に第１堰、第１堰の下流に第２堰がそれぞれ配設され、第１堰を通過した原料スラリーの主流方向が第２堰に正対するよう設けられている抄紙機を提供するものである。

本発明によれば、鉄粉等の比重の高い添加物を含んだ抄紙シートをその坪量を均一にして抄紙することができる。

以下、本発明を、前記添加物として、下記鉄粉等の被酸化性金属及び保水剤を含んだ発熱性の抄紙シートに適用した好ましい実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の抄紙機を含む抄紙シートの製造装置（以下、単に製造装置ともいう。）の一実施形態を模式的に示したものである。図１において符号１は製造装置を示している。

図１に示すように、製造装置１は、抄紙機２と、抄紙機２に導入される原料スラリーの調製槽３と、調製槽３で調製された原料スラリーを抄紙機２に送る前に希釈する希釈水の貯留槽４と、抄紙機２で抄紙された抄紙シートを脱水する脱水機５と、脱水を終えた抄紙シート乾燥する乾燥機６と、乾燥を終えた抄紙シートを巻き取ってロールにする巻取機７とを備えている。抄紙機２と貯留槽４は輸送管４０で接続されており、輸送管４０には調製槽３に通じる輸送管３０が接続されている。

製造装置１における抄紙機２は、原料スラリーが導入されるヘッドボックス２１と、ヘッドボックス２１を通った原料スラリーを抄紙する抄紙網２２とを備えている。製造装置１においては、原料スラリーが高比重の添加物を高濃度に含有している点及び抄紙シートの生産性を考慮して抄紙機２には長網抄紙機が採用されている。抄紙機には、円網抄紙機、短網抄紙機、ツインワイヤー抄紙機等の他の抄紙機を採用することもできる。

ヘッドボックス２１は、フローボックスとも称され、輸送管３０、４０を通じて下方の導入口２１１から導入された所定濃度の原料スラリーを、抄紙網２２へのランディング部２１２に導き、抄紙シートの幅に合わせて幅方向に分配するとともに、抄紙網２２上へと続く一連の液だまりを形成するものである。ヘッドボックス２１は、抄紙シートの幅に合わせて原料スラリーを幅方向に分散させる必要があるため、原料スラリーをヘッドボックス２１へ導くための輸送管４０の流路断面積よりもヘッドボックス２１内の流路断面積が広くなるように設けられている。

本実施形態の製造装置１においては、原料スラリーに高比重の添加物が高濃度に含まれており、一般的な抄紙と比べて抄紙速度が遅いこと、後述する堰（第１堰）２３、堰（第２堰）２４の操作性等を考慮し、ヘッドボックス２１には開放型のヘッドボックスが採用されている。ヘッドボックスには、開放型以外に密閉型のヘッドボックスを採用することもできる。

ヘッドボックス２１には、当該ヘッドボックス２１内に導入された原料スラリーの流れを制御する堰２３、２４が配設されている。堰２３、２４は、具体的には、後述するように原料スラリーの平均流速、流量及び主流の流れを調整する。製造装置１においては、堰２３はヘッドボックス２１のランディング部２１２の始端部（以下上流端ともいう）Ｓ（図１参照）から終端部（すなわち抄紙開始位置）Ｆ（図１参照）の間に配設されている。また、堰２４は堰２３よりも下流に配設されていて、抄紙網２２上への抄紙は、堰２４の手前側から開始される。

堰２３、２４の角度調整及び高さ調整手段には、一般的に良く使用されるネジとスライド機構の組み合わせが採用される。図２に示すように、本実施形態では、堰２３は、角度調整用ハンドル２３１及び高さ調整用ハンドル２３２によって角度及び高さ位置が調整可能に設けられた堰止板２３３を備えている。角度調整用ハンドル２３１の先端には回転シャフト２３１１が取り付けられており、この回転シャフト２３１１に、高さ調整用ハンドル２３２が回転自在に取り付けられている。高さ調整用ハンドルの先端部には、ねじが設けられており、このねじの部分が堰止板２３３のねじ穴部２３２１に螺着されている。そして、これらのハンドル２３１、２３２を回転させることによって、堰止板２３３を所望の角度及び高さに位置決し、原料スラリーの流れを制御する。各ハンドル２３１、２３２による堰止板２３３の角度及び高さ調整手段は、堰２４は堰２３と同様の構成を有しているため、図による説明は省略する。

堰２３、２４の各堰止板は、原料スラリー（水及び添加物）によって腐食しない材質のものが好ましい。本実施形態では、堰２３、２４の各堰止板はステンレス製の部材で構成されている。また、堰２３、２４の各堰止板の表面は原料スラリー中の添加物が付着しにくいよう、平坦で且つ平滑であることが望ましい。また、堰２３、２４は、ヘッドボックス２１内を流れる原料スラリーの流れの向き（以下、主流方向ともいう）を強制的に変更させるために必要な強度設計で配設されている。

堰２３、２４は、堰２３を通過した原料スラリーが加速され、その主流方向が堰２４に対して正対するようにそれぞれ配設されている。ここで、堰２３を通過した原料スラリーの主流方向が堰２４に対して正対するとは、堰２３を通過した該原料スラリーの主流方向と、堰２４の堰止板２４３との交差する角度θがほぼ直角であることをいう。ほぼ直角とは９０度±１５度のことである。斯かる角度範囲であれば、本発明の効果を損なうことなく抄紙シートの製造を行うことができる。また、原料スラリーの主流方向とは、ヘッドボックス２１内に導入された原料スラリーが上流から下流へ向かうマクロ的な流れ方向をいう。なお、原料スラリーの流速は速度の大きさと速度の向きで表される。

堰２３は、堰２４で原料スラリーの流速を幅方向に均一に減速させるための前処理として、前述のようにヘッドボックス２１に導入された原料スラリーの主流方向を変えるように機能する。また、堰２３は、ヘッドボックス２１に導入されて幅方向に広げられた原料スラリーの流路断面を深さ方向に一旦絞り込んで狭めるように機能する（図１の場合）。これにより、流路面積の狭い輸送管４０を通してヘッドボックス２１内に導入された原料スラリーの流れが前記添加物のフロックの沈降開始速度より下がることなく加速される。さらに、堰２３は、ヘッドボックス２１内における原料スラリーの流路断面を絞り、原料スラリーの流れを加速することによって、ヘッドボックス２１の幅（抄紙シートの幅）方向に均一な速度分布（速度の大きさと向きの分布）を流れに与えるように機能する。堰２３の堰止板２３３は、これらの全ての機能を果たすように、角度及び高さ位置が調整されている。堰２３の配設位置は、原料スラリーの平均流速及びヘッドボックス２１の形状に応じて設定される。堰２３は、原料スラリー内の前記フロックがヘッドボックス２１内で自然に（自然にとは、堰が無い状態を指す）沈降を開始する位置よりも、上流側に配設する。沈降開始位置よりも下流側に堰を配設すると、当該堰の設置による効果が得られないからである。また、堰２３による原料スラリーの分配均一化機能（効果）は、堰２３よりも上流側の空間容積に比例して高くなるため、前記フロックが沈降しない範囲でできるだけ下流側に堰２３を配設し、堰２３よりも上流側の空間容積を広くすることが望ましい。前記フロックの沈降開始位置は原料スラリーの組成や運転条件、ヘッドボックスの形状によって異なるため、これらの条件に合わせて適切に堰２３の配設位置を設定する。

堰２４は、堰止板２４３に、堰２３を通過した原料スラリーを衝突させ、その衝突力によって流速を幅方向に均一化させるとともに、該フロックの一部を急激に沈降させるよう機能する。堰２４との衝突によって沈降しなかったフロックは、堰２４を通過することで、均一化された速度分布で再加速される。以下に詳述する。
堰２４は、堰２３の下流側にあって、堰２３を通過して加速された原料スラリーの主流平均流速（流量を後述の流路断面積で除して求められる速度）が、前記添加物のフロックが沈降を開始する速度にまで低下する前の位置に配設されている。この場合、フロック沈降開始速度まで平均流速が低下する直前の位置に堰２４を配設することが好ましい。これは、前述の堰２３と同様に、堰２４による原料スラリーの分配均一化機能が、堰２４によって仕切られた堰上流側の空間容積に比例して高くなるためである。よって、堰２４は、前記フロックが沈降しない範囲でできるだけ下流側に配設することが望ましい。また、堰２４による原料スラリーの分配均一化機能は、原料スラリーの主流が十分な速度で堰２４に衝突することによっても高められる。よって、堰の上流側の容積と原料スラリーの主流の堰への衝突速度とのバランスを考慮すると、堰２４は、原料スラリーが前記フロックの沈降開始速度まで低下する直前の位置に配設することが好ましい。このように配された堰２４によって、原料スラリーの主流平均流速は、幅方向において均一化されるとともに、堰２４を通過して再度加速され、一様な流速分布が得られる。本実施形態では、堰２４の堰止板２４３を前述のように加速された原料スラリーに対して正対させるとともに、原料スラリーの流路断面積を調整することによって原料スラリーの主流平均流速が調整される。

堰２４の堰止板２４３は、堰２３を通過するときの原料スラリーの流路断面積（堰止板２３３とヘッドボックスのランディング部２１２との隙間部分の流路断面方向の面積）よりも堰２４を通過するときの原料スラリーの流路断面積（堰止板２４３とヘッド抄紙網２２との隙間部分の流路断面方向の面積）が広くなるよう位置決めされている。これによって、堰２４を通過している原料スラリーの主流平均流速を、堰２３で絞り込まれて当該堰２３を通過している該原料スラリーの主流平均流速以下にして、原料スラリーの流れを段階的に加減速することができ、堰２４より下流側での原料スラリーの抄紙網２２上での抄紙が安定に行えるようになる。

なお、図３に示すように、堰２３の堰止板２３３の下流側の面及びランディング部２１２には、上部ガイド部材２３４及び下部ガイド部材２６がそれぞれ取り付けられており、堰２３の堰止板２３３を通過した原料スラリーの主流方向と主流平均流速をより厳密に調整することができる。これらのガイド部材は堰止板と同様に、原料スラリーによって腐食しない材質のものが好ましい。ただし、堰止板ほどには強度を要求されないので、アルミニウム合金等の軽量合金や、ＰＥＴ、ウレタン、フッ素樹脂等の合成樹脂を用いてもよい。材料の入手のしやすさや部材の加工性等を考慮すると、アルミニウム合金等の軽量合金製であることが特に好ましい。ガイド部材２３４及び２６の形状は、ヘッドボックス内の流れの様相に合わせて特に制限なく採用することができる。堰止板２３３に取り付けるガイド部材は、例えば、図３に示すように、堰止板２３３の下端部から下流側に突き出すように傾斜するガイド面を有する断面形状が三角形のガイド部材を取り付けることができる。また、ランディング部２１２に取り付けるガイド部材としては、例えば、図３に示すように、ランディング部２１２から下流側に斜め上に傾斜するガイド面Ｓを有する断面形状が三角形のガイド部材を取り付けることができる。或いは、図４に示すように、断面が台形形状のガイド部材２６を取り付けることができる。このガイド部材２６のガイド面Ｓは、下流側に向けて斜め上に傾斜している。これらのガイド部材は、主流方向に沿って設置した方が主流方向と主流平均流速を調整・維持し易い。従って、ヘッドボックス内のスラリー流れに滞留を生じさせず、凝集体が沈降しない範囲でガイド部材は大型化する方が望ましい。原料スラリーの主流方向と主流平均流速は、上部ガイド部材２３４の堰止板２３３の板面からの高さ寸法Ｈ１と、下部ガイド部材２６のランディング部２１２からの高さ寸法Ｈ２を変えることにより、調整することができる。ガイド部材は、堰止板２３３の下流側の面とランディング部２１２の両方に取り付けた方が好ましいが、堰止板２３３の厚みを厚くすることによって堰止板２３３のみでもある程度に主流方向と主流平均流速を調整できる場合は、必ずしもガイド部材を取り付ける必要はない。
なお、下部ガイド部材２６は、該ガイド部材のガイド面Ｓの延長線（図３、図４に記載の点線）Ｍに堰止板２４３が存在するように、その形状を決定することが、原料スラリーの主流の方向が堰２４の堰止板２４３に対して確実に正対できる点で好ましい。

抄紙網２２は無端状に設けられており、所定位置に配置されたロール群に巻回されている。抄紙網２２は、前記ロール群中の駆動ロールがモーター（図示せず）で駆動されることによって、製造する抄紙シートの坪量に合わせて所定の速さで駆動される。

抄紙網２２の内側には吸引ポンプ（図示せず）に接続されたサクションボックス２５が配設されており、原料スラリーの液体分が前記吸引ポンプで吸引されて排出されるとともに、固形分が抄紙網２２上に堆積して抄紙が行われる。製造装置１においては、サクションボックス２５の上流側の吸引位置（吸引開始位置）が、堰２３と堰２４の間であって堰２４の近傍に位置するように配設されていることが望ましい。それは原料スラリーが堰２４に衝突した際に、原料スラリー中のフロックの１部分が沈降するためであり、その沈降したフロックを抄紙網に導くためである。従ってここでいう近傍とは、沈降したフロックを抄紙網に導くことができる程度の範囲のことをいう。例えば、堰２４が吸引開始位置よりフローボックスの上流側に相当距離離れている場合には、沈降したフロックを抄紙網に導くことができないのである。なお、沈降しなかった原料スラリーは堰２４を加速された状態で通過する。これにより、堰２３と堰２４の間でもサクションボックス２５によって強制的に吸引脱水が行うことができ、原料スラリーの主流を、堰２４を通過させる一方で、堰２４に衝突・分散した原料スラリーを部分的に速やかに抄紙網２２上に導くことができる。

このように、本実施形態の製造装置１では、堰２４の下流において流れが均一化された原料スラリーを抄紙網２２上に抄紙できるため、坪量分布の均一な抄紙シートが得られる。また、堰２４の下流に加えて、堰２３と堰２４の間でもサクションボックス２５によって強制的に吸引脱水が行われるため、堰２４に衝突・分散した原料スラリーを速やかに抄紙網２２上に導くことができ、抄紙工程の長さを短くすることができる。

脱水機５は、一対のロール５１、５２を備えており、抄紙機２で抄紙された湿潤状態の抄紙シートをこれらのロール５１、５２を回転させながらその間で挟持し、所定の含水率まで脱水して乾燥機６へ繰り出す。

乾燥機６は、いわゆるヤンキードライヤーで構成されており、所定温度に加熱されたロール６１を備えている。乾燥機６は、ロール６１の周面部に巻回され押圧された脱水後の抄紙シートを乾燥する。

巻取機７は、従来から紙製品の巻き取りに用いられる装置と同様に構成されており、乾燥を終えた抄紙シートをロール状に巻き取るロール７１を供えている。

次に、本発明の抄紙シートの製造方法の好ましい実施形態を、前記製造装置１による抄紙シートの製造方法に基づいて説明する。

本実施形態において製造される抄紙シートは、繊維状物の他に前記添加物として、下記被酸化性金属及び保水剤を含んでいる。
前記被酸化性金属としては、従来この種の抄紙シートに通常用いられている公知のものを特に制限無く用いることができる。被酸化性金属としては、例えば、鉄粉、アルミニウム粉、亜鉛粉、マンガン粉、マグネシウム粉等が挙げられる。これらの中でも取り扱い性や安全性、製造コストの点から鉄粉が好ましく用いられる。被酸化性金属はその粒径（以下、粒径というときには、その形態における最大長さ、又は動的光散乱法、レーザー回折法等により測定される平均粒径をいう。）が０．１〜３００μｍであることが、繊維状物への定着性が良好なことや、反応のコントロールが良好なことから好ましい。同様の理由から、粒径が０．１〜１５０μｍものを５０質量％以上含有することも好ましい。一方、繊維状の形態を有する被酸化性金属としては、スチールウール等が挙げられる。繊維状の形態を有する被酸化性金属は、成形性や得られるシートの機械的強度、表面の平滑性、発熱性能の点から繊維長０．１〜５０ｍｍで、太さ１〜１０００μｍであることが好ましい。

抄紙シート中の被酸化性金属の配合量は１０〜９５質量％、特に３０〜８０質量％であることが、十分に高い発熱温度を達成できる点、発熱時間が十分に長くなる点、及び発熱成形体が硬くなることを防止する点等から好ましい。抄紙シート中の被酸化性金属の配合量は、ＪＩＳ Ｐ８１２８に準じる灰分試験や熱質量測定器で求めることができる。また、例えば鉄の場合には、外部磁場を印加すると磁化が生じる性質を利用して、振動試料型磁化測定試験等により定量することができる。

前記保水剤としては、従来からこの種の抄紙シートに通常用いられているものを特に制限無く用いることができる。該保水剤は、水分保持剤として働く他に、前記被酸化性金属への酸素保持／供給剤としての機能も有している。該保水剤としては例えば、活性炭（椰子殻炭、木炭粉、暦青炭、泥炭、亜炭）、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、ゼオライト、パーライト、バーミキュライト、シリカ、カンクリナイト、フローライト等が挙げられる。これらの中でも保水能、酸素供給能、触媒能を有する点から活性炭が好ましく用いられる。保水剤としてはその粒径が０．１〜５００μｍの粉体状のものを用いることが、被酸化性金属との有効な接触状態を実現できる点から好ましい。同様の理由から、粒径０．１〜２００μｍのものを５０質量％以上含有することも好ましい。尤も保水剤としては、上述のような粉体状以外の形態のものを用いることもできる。例えば、活性炭繊維等の繊維状の形態のものを用いることができる。

前記抄紙シート中の前記保水剤の配合量は、０．５〜６０質量％、特に１〜５０質量％であることが、発熱に必要な水分を抄紙シート中に十分に蓄積できる点、十分に高い発熱温度を達成できる点、保水剤の脱落を防止する点、及び抄紙シートの曲げ強度や引張強度等の機械的強度を維持する点から好ましい。

前記繊維状物としては湿式抄紙可能なものが用いられ、その例としては有機天然繊維状物や有機合成繊維状物が挙げられる。有機天然繊維状物としては、植物繊維、動物繊維等を用いることができる。植物繊維としては例えばコットン、カボック、木材パルプ、非木材パルプ、落花生たんぱく繊維、とうもろこしたんぱく繊維、大豆たんぱく繊維、マンナン繊維、ゴム繊維、麻、マニラ麻、サイザル麻、ニュージーランド麻、羅布麻、椰子、いぐさ、麦わら等が挙げられる。動物繊維としては、羊毛、やぎ毛、モヘア、カシミア、アルカパ、アンゴラ、キャメル、ビキューナ、シルク、羽毛、ダウン、フェザー、アルギン繊維、キチン繊維、ガゼイン繊維等が挙げられる。一方、有機合成繊維状物としては、例えば、アセテート、トリアセテート、酸化アセテート、プロミックス、塩化ゴム及び塩酸ゴム等の半合成繊維等が挙げられる。また、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニリデン、デンプン、ポリビニルアルコール若しくはポリ酢酸ビニル又はこれらの共重合体若しくは変性体等の単繊維、又はこれらの樹脂成分を鞘部に有する芯鞘構造の複合繊維を用いることができる。これらの中でも、繊維どうしの接着強度が高く、繊維どうしの融着による三次元の網目構造を作り易く、パルプ繊維の発火点よりも融点が低い点から、ポリオレフィン、変性ポリエステルが好ましく用いられる。また、枝分かれを有するポリオレフィン等の合成繊維も被酸化性金属や保水剤との定着性が良好なことから好ましく用いられる。これらの繊維は、単独で又は二種類以上を組み合わせて用いることができる。また、これらの繊維は、その回収再利用品を用いることもできる。以上の各種繊維の中でも、被酸化性金属や保水剤の定着性、得られる抄紙シートの柔軟性、空隙の存在に起因する酸素透過性、製造コスト等の点から、ＬＢＫＰやＮＢＫＰ、紙パルプ、古紙パルプ等の木材パルプ、コットンが好ましく用いられる。

製造される抄紙シートは、前記添加物の配合にもよるが、坪量が５０〜６００ｇ／ｍ²程度であり、厚みは０．１〜０．６ｍｍ程度である。

次に、前記抄紙シートの製造方法について説明をする。
まず、図１に示す調製槽３内において分散媒を攪拌しながら、所定の配合の前記繊維状物及び前記添加物を順次投入して原料スラリーを調製する。このとき原料スラリー中の固形分濃度は、移送時のハンドリング性を考慮すると、３．０〜１５．０質量％が好ましい。固形分の投入方法、投入順は問わないが、高比重の添加物の沈降を考慮し、均一なスラリー濃度とするためには、十分な攪拌力と攪拌時間をかけて行うことが好ましい。一方、過度な攪拌は添加物の表面を破壊して変性させるので、スラリーの状態を確認しながら攪拌を行う必要がある。分散媒には、水が好ましい。

原料スラリーとしては、例えば、固形分を質量％比率で、鉄粉８４％、活性炭８％、紙パルプ８％とすることができ、水を分散媒とした場合の原料スラリーの固形分濃度（質量比率）は、１２％とすることが好ましい。

原料スラリーを十分に攪拌し、固形分濃度が調製槽３内で一様となったら、凝集剤を添加し、凝集体（フロック）を作る。凝集剤にはアニオン系、カチオン系を含め、この種の抄紙シートを抄紙する際に通常用いられている公知の凝集剤を単独で、又は二種類以上を組み合わせて使用する。凝集剤の添加は調製槽３においてだけではなく、原料スラリーの抄紙機２への輸送途中でも行うことができる。また、凝集剤以外に、必要に応じてサイズ剤、着色剤、紙力増強剤、歩留向上剤、填料、増粘剤、ｐＨコントロール剤、嵩高剤等の添加剤を加えることができる。

次に、調製槽３で調製された原料スラリーを抄紙機２に輸送する。本実施形態では、抄紙機２への輸送途中で貯留槽４から希釈水を供給し、原料スラリーを抄紙機２に適した濃度に希釈する。このときの原料スラリーの固形分濃度は、抄紙シートの紙地合、歩留まり等を考慮すると、０．０１〜２．０質量％が好ましい。前述の鉄粉、活性炭及び紙パルプを含む原料スラリーの場合には、固形分濃度が０．５〜１．０質量％となるように希釈することが好ましい。

そして、希釈した原料スラリーを抄紙機２のヘッドボックス２１に導入する。ヘッドボックス２１内の堰２３、２４の各堰止板２３３、２４３は、抄紙速度、原料スラリーの濃度、原料スラリーの流量等の製造条件変更に併せて、予め所定の角度及び深さ位置に位置決めしておく。

堰２３、２４及びガイド部材２３４、２６によって流れが制御された原料スラリーには、重力及びサクションボックス２５による吸引力が作用し、原料スラリー中液体分が排出されるとともに、フロックが抄紙網２２上に体積して抄紙される。抄紙網２２による抄紙速度は、生産性と乾燥機６の乾燥能力を考慮すると、５〜１００ｍ／ｍｉｎが好ましい。

次に、上述のように抄紙機２で抄紙された湿潤状態の抄紙シート１０を脱水機５のロール５１、５２間に導いて所望の含水率に脱水する。脱水機による脱水後の含水率（質量含水率）は抄紙シートの紙地合、乾燥機６の乾燥能力を考慮すると５〜３０％とすることが好ましい。

次に、脱水機５で脱水された抄紙シート１０を、所定温度に加熱された乾燥機６のロール６１の周面部に押圧して乾燥する。乾燥機６による乾燥後の含水率（質量含水率）は、抄紙後の抄紙シート保存安定性を考慮すると０．１〜５％とすることが好ましい。

次に、乾燥を終えた抄紙シート１０を巻取機７のロール７１の周りに連続的に巻き取って、製造を終了する。

以上説明したように、本実施形態の製造装置１及びそれを用いた抄紙シートの製造方法によれば、ヘッドボックス２１のランディング部２１２における原料スラリーの流路を第１堰２３で一旦絞り込んで原料スラリーの流れをフロックが沈降しないように加速させるとともに、絞り込まれた前記原料スラリーの主流方向を第２堰２４に正対させ、原料スラリーを加速した状態で第２堰２４の堰止板２４３に衝突させてから第２堰２４を通過させるようにしたので、ヘッドボックス２１のランディング部２１２に導入された原料スラリーの鉄粉等の高比重の添加物を含んだ抄紙シートをその坪量を均一にして抄紙することができる。

次に、発明の製造装置における抄紙機の他の実施形態について図５を参照して説明する。なお、図５において、前記実施形態の抄紙機と共通する部分については同一符号を付してその説明は省略し、以下に本実施形態の特徴部分について説明する。図５に示す実施形態の抄紙機２’では、堰２３の堰止板２３３と堰２４の堰止板２４３が平行に設置され、堰２３の堰止板２３３の一部に堰止板２３３の幅方向にほぼ水平に伸びるスリット２３５が設けられている。本実施形態の抄紙機２’では、原料スラリーを加速させる場合には、原料スラリーの主流の方向が堰２４の堰止板２４３に対して正対する為、前記ガイド部材は両方とも不要である。なお、この実施形態の抄紙機２’は、前記実施形態の抄紙機２とは異なり、堰２３は、堰２４で原料スラリーの流速を幅方向に均一に減速させるための前処理として、ヘッドボックス２１に導入された原料スラリーの主流方向を変えずに、そのままの方向で堰２４へ原料スラリーを移動させる（段落〔００２３〕参照）。
本実施形態の抄紙機２’においても、前記実施形態の抄紙機と同様に、ヘッドボックス２１のランディング部２１２に導入された原料スラリーの鉄粉等の高比重の添加物を含んだ抄紙シートをその坪量を均一にして抄紙することができる。

本発明は、前記実施形態に制限されない。
本発明は、前記実施形態のように、第２堰の手前から吸引脱水によって抄紙網上に抄紙を行うことが好ましいが、ヘッドボックスのランディング部を第２堰の下方まで延ばし、第２堰を通過した原料スラリーを当該第２堰の下流側からのみ抄紙網上に抄紙するようにしてもよい。ただし、当該第２堰はスラリー原料が加速した状態で堰止板に衝突できる範囲に配設される。

なお、抄紙工程における抄紙は、前記実施形態におけるように、吸引ポンプによる強制吸引によって抄紙網上に抄紙してもよいが、重力による自由落下によって抄紙網上に抄紙してもよい。また、原料スラリー中の添加物によって抄紙工程の下流側ほど抄紙網上にフロックが多く堆積する場合には、例えば抄紙工程を区切り、上流側を重力による自由落下とするとともに、下流側を強制吸引して抄紙するといった複合的な抄紙方法を採用することもできる。この場合にはより効率的な抄紙を行うことができる。

また、前記実施形態のような、二つの堰でヘッドボックス内の原料スラリーの流れを制御することに変えて、ヘッドボックスに導かれる原料スラリーをポンプ等で加速し、加速された原料スラリーの主流方向をヘッドボックス内のサクションボックスの吸引開始位置の近傍に配設した一つの堰に正対させることによって、前記実施形態と同様の効果を奏させることもできる。ここでいう近傍とは、原料スラリーが堰に衝突した後に沈降したフロックを抄紙網に導くことができる程度の範囲のことをいう。例えば、堰が吸引開始位置よりフローボックスの上流側に相当距離離れている場合には、沈降したフロックを抄紙網に導くことができない。一方、堰が吸引開始位置よりフローボックスの下流側に相当距離離れている場合には、原料スラリーが堰に加速した状態で衝突することができない。

また、原料スラリーの抄紙方法には、前記実施形態におけるような長網抄紙機による方法以外に、円網抄紙機、短網抄紙機、ツインワイヤー抄紙機等の抄紙機による連続抄紙方法、手漉き法等によるバッチ方式の抄紙方法が挙げられる。前述の長網抄紙機による方法と同様に、連続抄紙を行う方法では攪拌槽で調製済みの原料スラリーをヘッドボックスへ輸送する際に、輸送途中で希釈し、抄紙に適した固形分濃度に調整することが好ましい。

また、本発明は、前記の高比重の添加物を含んだ原料スラリーからの抄紙による抄紙シートの坪量分布の改善だけではなく、比重２〜４程度の雲母等の比較的比重の軽い添加物を含んだ抄紙シートにも適用することができる。

以下に、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲はかかる実施例に制限されない。

〔実施例１〕
下記配合の原料スラリーを用いて長網抄紙機による抄紙を行い、脱水、乾燥を行って抄紙シートを製造した。なお、抄紙機による抄紙速度は１６ｍ／ｍｉｎ（抄紙網の速度）、抄紙幅は１２５０ｍｍ、シートの目標坪量４５０ｇ／ｍ²とした。そして、得られた抄紙シートついて、抄紙幅方向に８分割、長手方向に１ｍ毎に裁断し、抄紙運転時間１時間分の抄紙シートの坪量を測定した。ガイド部材としては、断面形状が台形形状の下部ガイド部材を用いた（図６参照）。実施例１の抄紙工程における原料スラリーの主流の流れを図６に、坪量分布の結果を図７にそれぞれ示す。

＜原料スラリーの配合及び抄紙条件＞
原料スラリー配合：固形分（鉄粉、活性炭、パルプ）の質量％比率を、鉄粉８４％、活性炭８％、パルプ８％になるように配合し、濃度が５質量％になるように水で希釈した。
鉄粉：同和鉄粉工業（株）製、商品名ＲＫＨ
活性炭：日本エンバイロケミカルズ（株）製、商品名カルボラフィン
パルプ：Ｍａｃｋｅｎｇｚｉｅ社製、ＮＢＫＰ（フリーネス：１３０ｍＬ）
原料スラリーの供給流量：１２５０（ｋｇ／ｍｉｎ)
ヘッドボックスのランディング部の傾斜角度θ３：７．５度
抄紙網の抄紙開始位置：ランディング部の上流端より２００ｍｍ

＜第１堰の堰止板の仕様＞
材質：ステンレス合金
設置位置Ｌ１：３０ｍｍ（ランディング部上流端からの）
堰止板の寸法：幅１２５０ｍｍ、厚み２０ｍｍ
流路深さＤ１：３０ｍｍ（ランディング部との隙間）
設置角度θ１：８０度（ランディング部に対して）
＜第２堰の堰止板の仕様＞
材質：ステンレス合金
設置位置Ｌ２：第１堰の堰止板の端から１５０ｍｍ
堰止板の寸法：幅１２５０ｍｍ、厚み２０ｍｍ
流路深さＤ２：３５ｍｍ
設置角度θ２：７０度
＜下部ガイド部材の仕様＞
材質：アルミニウム合金
断面形状：台形
ガイド部材２６：高さＨ２：３０ｍｍ
ガイド部材２６：設置位置Ｌ３：５０ｍｍ（ランディング部上流端からの）
ガイド部材２６：稜線角度θ４：１０度（ランディング部に対して）

〔比較例１〕
第１、第２堰の堰止板の設置角度及び第２堰止板による流路深さを下記のように変更し、ガイド部材２６を取り外した以外は、実施例１と同様にして抄紙シートを製造した。比較例１の抄紙工程における原料スラリーの主流の流れを図８に、坪量分布の結果を図９にそれぞれ示す。

＜第１堰の堰止板の仕様＞
設置位置Ｌ１：ランディング部上流端より３０ｍｍ
堰止板の寸法：幅１２５０ｍｍ、厚み２０ｍｍ
流路深さＤ１：３０ｍｍ
設置角度θ１：９０度
＜第２堰の堰止板の仕様＞
設置位置：第１堰の堰止板の端から１５０ｍｍ（堰板間の距離）
堰止板の寸法：幅１２５０ｍｍ、厚み２０ｍｍ
流路深さＤ２：１５ｍｍ
設置角度θ２：９０度

〔比較例２〕
第１堰の堰止板の設置位置並びに第１、第２堰の堰止板の設置角度を下記のように変更し、ガイド部材２６を取り外した以外は、実施例１と同様にして抄紙シートを製造した。比較例２の抄紙工程における原料スラリーの主流の流れを図１０に示す。

＜第１堰の仕様＞
設置位置Ｌ１：ランディング部上流端部より１３０ｍｍ
堰寸法：幅１２５０ｍｍ、厚み２０ｍｍ
流路深さＤ１：３０ｍｍ
設置角度：９０度
＜第２堰の仕様＞
設置位置：第１堰の堰止板の端から１００ｍｍ（堰間の距離）
堰寸法：幅１２５０ｍｍ、厚み２０ｍｍ
流路深さＤ２：３５ｍｍ
設置角度：９０度

〔比較例３〕
ガイド部材２６を取り外した以外は、実施例１と同様にして抄紙シートを製造した。

図７に示したように、実施例１により得られた抄紙シートの坪量ばらつきは、誤差範囲を含めて３０ｇ／ｍ²であった。これに対し、比較例１により得られた抄紙シートは、図９に示したように、坪量のばらつきが誤差範囲も含めると１３５ｇ／ｍ²であった。これは、原料スラリーの主流方向が第２堰に対して正対していない為であると考えられる。また、図１０に示したように、比較例２では、ランディング部の上流端の付近に固形分が堆積し、抄紙網上に抄紙シートを抄紙することができなかった。これは、第１堰の堰止板の設置位置が実施例１と比較して、ランディング部の上流端から１００ｍｍ長くなり、主流平均流速が第１堰に到達する前にフロック沈降開始速度にまで低下したためである。
比較例３により得られた抄紙シートは、坪量のばらつきが誤差範囲も含めると６０ｇ／ｍ²であった。これも比較例１と同様、原料スラリーの主流方向が第２堰に対して正対していない為であると考えられる。
これらの結果から明らかなように、本発明によれば、鉄粉のような高比重の添加物を高
い含有率で含んでいても、坪量分布が均一な抄紙シートを製造できることがわかった。

本発明の抄紙シートの製造装置の一実施形態を模式的に示す図である。 ヘッドボックスに設置された第１堰の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 ヘッドボックス内の堰止板の仕様（配置条件）を示す図である。 ガイド部材を台形状断面のものに変更した堰止板の仕様を示す図である。 抄紙機の他の実施形態におけるヘッドボックス内の堰止板の仕様（配置条件）を示す図である。 実施例１における抄紙工程における原料スラリーの主流の流れを模式的に示す図である。 実施例１により得られた抄紙シートの坪量分布を示す図である。 比較例１における抄紙工程における原料スラリーの主流の流れを模式的に示す図である。 比較例１により得られた抄紙シートの坪量分布を示す図である。 比較例２における抄紙工程における原料スラリーの主流の流れを模式的に示す図である。

符号の説明

１ 抄紙シートの製造装置
２ 抄紙機
２１ ヘッドボックス
２２ 抄紙網
２３ 第１堰
２４ 第２堰
３ 調製槽
４ 貯留槽
５ 脱水機
６ 乾燥機
７ 巻取機
１０ 抄紙シート

Claims (7)

1. 抄紙機のヘッドボックス内の上流側に第１堰、該第１堰の下流に第２堰をそれぞれ配設し、該ヘッドボックスに導いた抄紙用の原料スラリーの流れを第１、第２堰で制御して抄紙網上に抄紙する抄紙シートの製造方法であって、
   前記原料スラリーの流路を第１堰で一旦絞り込んで該原料スラリーの流れを加速させるとともに、絞り込まれた前記原料スラリーの主流方向を第２堰に正対させ、前記原料スラリーを加速した状態で第２堰に衝突させてから第２堰を通過させる抄紙シートの製造方法。
2. 前記第１堰はヘッドボックスのランディング部始端部から終端部間に配設されている請求項１に記載の抄紙シートの製造方法。
3. 前記抄紙網上への抄紙を、第１堰よりも下流側で行う請求項１又は２に記載の抄紙シートの製造方法。
4. 抄紙機のヘッドボックス内の、サクションボックスの吸引開始位置の近傍に堰を配設し、該ヘッドボックスに導いた抄紙用の原料スラリーの流れを該堰で制御して抄紙網上に抄紙する抄紙シートの製造方法であって、
   前記原料スラリーの主流方向が前記堰に正対するようにして該原料スラリーを該堰に加速した状態で衝突させた後に該堰を通過させる抄紙シートの製造方法。
5. 請求項１に記載の抄紙シートの製造方法の実施に用いるための抄紙機であって、
   原料スラリーが導入されるヘッドボックスと、該ヘッドボックスを通った原料スラリーを抄紙する抄紙網とを備え、
   前記ヘッドボックスに、上流側に第１堰、第１堰の下流に第２堰がそれぞれ配設され、第１堰を通過した原料スラリーの主流方向が第２堰に正対するよう設けられている抄紙機。
6. 前記第１堰はヘッドボックスのランディング部始端部から終端部間に配設されている請求項５に記載の抄紙機。
7. 前記抄紙網が第１堰の下流で抄紙を行えるように配されている請求項５又は６に記載の抄紙機。
   

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