JP2019504936A - 紙製品を作製するためのモールディングロール - Google Patents
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Abstract
Description
図4は、本発明の第1の好適な実施形態によるペーパーウェブを生成させるために使用される製紙機械400を示している。図4に示されている製紙機械400のフォーミングセクション110は、上記に議論され、図1および図3に示されているフォーミングセクション110と同様のクレセントフォーマである。クレセントフォーミングセクション110に対する代替的な例は、図2に示されているツインワイヤフォーミングセクション230を含む。そのような構成では、ツインワイヤフォーミングセクションの下流に、そのような製紙機械のコンポーネントの残りが、製紙機械400のものと同様にして構成および配置され得る。ツインワイヤフォーミングセクションを備えた製紙機械の例は、たとえば、米国特許出願公開第2010/0186913(その開示は、その全体が引用して援用されている)に見ることができる。製紙機械の中で使用され得る代替的なフォーミングセクションの一層さらなる例は、C−ラップ(C−wrap)ツインワイヤフォーマ、S−ラップ(S−wrap)ツインワイヤフォーマ、または、サクションブレスト(suction breast)ロールフォーマを含む。当業者は、どのように、これらのフォーミングセクション、または、一層さらなる代替的なフォーミングセクションが、製紙機械に一体化され得るかを理解するであろう。
クレーピング率(%)=(S1/S2−1)×100% 式(1)
ここで、S1は、バッキングロール312の速度であり、S2は、モールディングロール420の速度である。好ましくは、ウェブ102は、約5パーセントから約60パーセントの率でクレーピングされる。しかし、100パーセントに接近する、または、100パーセントをも超える、高い程度のクレープも用いられ得る。クレーピング率は、シートの中の嵩の程度に比例することが多いが、ペーパーマシンのスループット、ひいては、製紙機械400の生産高に反比例する。この実施形態では、バッキングロール312の上のペーパーウェブ102の速度は、好ましくは、約1,000フィート毎分(1000×30.348cm毎分)から約6,500フィート毎分(6500×30.348cm毎分)であることが可能である。より好ましくは、バッキングロール312の上のペーパーウェブ102の速度は、プロセスが許容する限り速く、それは、典型的に、乾燥セクション440によって限定される。より遅いペーパーマシン速度が適応され得る、より高い嵩の製品に関して、より高いクレーピング率が使用される。
図5は、本発明の第2の好適な実施形態を示している。湿潤発生期ウェブ102がモールディングロール420の上でモールド(成型)されるときに、湿潤発生期ウェブ102のコンシステンシ(流動性)が低ければ低いほど、モールディングは、嵩および吸収性などのような、望ましいシート特性に大きい影響を持つことが見出された。したがって、一般的に、発生期ウェブ102を最小に脱水し、シート嵩および吸収性を増大することが有利であり、場合によっては、フォーミングの間に行われる脱水は、モールディングにとって十分である可能性がある。ウェブ102が最小に脱水されるときに、湿潤発生期ウェブ102は、好ましくは、約10パーセント固形分から約35パーセント固形分の間のコンシステンシ、より好ましくは、約15パーセント固形分から約30パーセント固形分の間のコンシステンシを有する。そのような低いコンシステンシによって、より多くの脱水/乾燥が、モールディングに続いて行われることになる。好ましくは、モールディングの間にウェブ102に付与される構造の可能な限り多くを保存するために非圧縮性の乾燥プロセスが使用される。1つの適切な非圧縮性の乾燥プロセスは、TADの使用である。さまざまな実施形態の間で、湿潤発生期ウェブ102は、したがって、約10パーセント固形分から約70パーセント固形分に延在するコンシステンシの範囲にわたってモールドされ得る。
クレーピング率(%)=(S3/S4−1)×100% 式(2)
ここで、S3は、トランスファファブリック512の速度であり、S4は、モールディングロール520の速度である。同様に、モールディングロール520は、浸透性のパターン化された表面522を有しており、浸透性のパターン化された表面522は、モールディングロール420のパターン化された表面422と同様であり、好ましくは、複数の凹部(または、「ポケット」)、および、場合によっては、突起部を有しており、それらは、モールドされたウェブ102の中に、対応する突出部および凹部を作り出す。
クレーピング率(%)=(S4/S5−1)×100% 式(3)
ここで、S4は、モールディングロール520の速度であり、S5は、TADファブリック216の速度である。ラッシュトランスファが、モールディングニップ530およびトランスファニップ550の両方で使用されるときに、合計のクレーピング率(それぞれのニップの中のクレーピング率を加算することによって計算される)は、好ましくは、約5パーセントから約60パーセントの間にある。しかし、モールディングニップ430(図4を参照)と同様に、100パーセントに接近する、または、100パーセントをも超える、高い程度のクレープも用いられ得る。
図6Aおよび図6Bは、本発明の第3の好適な実施形態を示している。図6Aに示されているように、第3の実施形態の製紙機械600は、図4に示されている第1の実施形態の製紙機械400と同じフォーミングセクション110、脱水セクション410、および乾燥セクション440を有することが可能である。または、図6Bに示されているように、第3の実施形態の製紙機械602は、図5に示されている第2の実施形態の同じフォーミングセクション510および乾燥セクション540を有することが可能である。それらのセクションの説明は、ここでは省略されている。第1および第2の実施形態のモールディングロール420、520と同様に(それぞれ、図4および図5を参照)、第3の実施形態のモールディングロール610は、好ましくは複数の凹部(「ポケット」)を有する、パターン化された表面612を有する。シート移送およびシートモールディングを改善するために、第3の実施形態のモールディングロール610は、バッキングロール312またはトランスファファブリック512からモールディングロール610へのウェブ102の移送を助けるために、圧力差を使用する。この実施形態では、モールディングロール610は、真空セクション(「真空ボックス」)614を有しており、真空セクション(「真空ボックス」)614は、モールディングゾーンにおいて、図6Aの中のバッキングロール312または図6Bの中のロール532の反対側に位置付けされている。図6Aおよび図6Bに示されている実施形態では、モールディングゾーンは、モールディングニップ620である。パターン化された表面612は浸透性であり、浸透性のパターン化された表面612を通して流体を引き抜くことによってモールディングニップ620の中に真空を確立するために、真空ボックス614が使用され得るようになっている。モールディングニップ620の中の真空は、モールディングロール610の浸透性のパターン化された表面612の上に、および、とりわけ、浸透性のパターン化された表面612の中の複数のポケットの中へ、ペーパーウェブ102を引き込む。したがって、真空は、ペーパーウェブ102をモールドし、および、可変のおよびパターン化された繊維配向を有するように、ペーパーウェブ102の中の製紙用繊維を再配向させる。
図7Aおよび図7Bは、本発明の第4の実施形態を示している。上記に議論されているように、モールディングは、モールディングゾーンの中の製紙用繊維の可動性を増大することによって改善され得、モールディングゾーンは、この実施形態では、モールディングニップ710である。製紙用繊維の可動性を増大する1つの方法は、湿潤発生期ウェブ102を加熱することであることを見出した。第4の実施形態の製紙機械700、702は、第3の実施形態の製紙機械600、602(それぞれ図6Aおよび図6Bを参照)と同様であるが、湿潤発生期ウェブ102を加熱する特徴を含む。
図8は、本発明の第5の実施形態を示している。第5の実施形態の製紙機械800は、第3の実施形態の製紙機械600(図6Aを参照)と同様であるが、モールディングゾーン820においてドクターブレード810を含む。ドクターブレード810は、バッキングロール312からウェブを剥離するために使用されており、また、モールディングロール610へのウェブ102の移送を促進させるために使用されている。シートがドクターブレード810によってバッキングロール312から除去されるときに、それは、ウェブにクレープを導入し、それは、シート厚みおよび嵩を増大することが知られている。したがって、この実施形態の実装は、追加的な嵩を全体的なプロセスに追加する能力を提供する。そのうえ、ドクターブレード810によるシート移送は、バッキングロール312とモールディングロール610との間の接触の必要性を除去する。その理由は、モールディングロール610の中の真空ボックス614が、ロール接触なしに、パターン化された表面612へのシート移送を実現することになる。シート移送を実現するためにロールとロールとの接触の必要性を除去することによって、特に、ロール同士の間に速度差が存在するときに、ロール摩耗が低減される。ドクターブレード810は、モールディングゾーン820においてウェブ102をさらにクレーピングするために振動することが可能である。たとえば、米国特許第6,113,470号明細書(その開示は、その全体が引用して援用されている)に開示されているドクターブレードを含む、任意の適切なドクターブレード810が本発明とともに使用され得る。
図9Aおよび図9Bは、本発明の第6の実施形態を示している。第6の実施形態の製紙機械900、902は、第3の実施形態の製紙機械600、602と同様である(それぞれ、図6Aおよび図6B)。パターン化された外側表面(たとえば、図6Aおよび図6Bの中のモールディングロール610の浸透性のパターン化された表面612)を有するモールディングロールの代わりに、モールディングファブリック910が使用されており、モールディングファブリック910は、第3、第4、および第5の実施形態において議論されている浸透性のパターン化された表面612のように、湿潤発生期ウェブ102に構造を付与するようにパターン化されている。モールディングファブリック910は、一方の端部をモールディングロール920によって支持されており、他方の端部を支持ロール930によって支持されている。モールディングロール920は、(さらに下記に議論されることになるように)浸透性のシェル922を有する。浸透性のシェル922は、第3の実施形態において上記に議論されているように、真空ボックス614およびブローボックス616が使用されることを可能にする。
図10Aおよび図10Bは、本発明の第7の実施形態を示している。図10Aに示されている製紙機械1000は、第1の実施形態の製紙機械400と同様である。同様に、図10Bに示されている製紙機械1002は、第2の実施形態の製紙機械500と同様である。これらの製紙機械1000、1002では、1つの代わりに、2つのモールディングロール1010、1020が使用されている。第1のモールディングロール1010は、パターン化された表面1012を使用して、ペーパーウェブ102の一方の側(第1の側104)を構造化するために使用され、第2のモールディングロール1020は、パターン化された表面1022を使用して、他方の側(第2の側106)を構造化するために使用される。ウェブ102の両方の表面をモールド(成型)することは、いくつかの利点を有することが可能である。たとえば、2枚重ねの紙製品の利益を1枚重ねによって実現することが可能であり得る。その理由は、シートのそれぞれの側が、2つのモールディングロール1010、1020によって独立して制御され得るからである。また、ペーパーウェブ102のそれぞれの側を個別にモールドすることは、偏側性を低減させることを助けることも可能である。図10Bに示されている製紙機械1002において、2つのモールディングロール1010、1020を有することは、また、ウェットウェブ102が、第2のフォーミングファブリック206から、第1のモールディングロール1010へ直接的に移送され、かつ、図5のトランスファファブリック512が省略されることを可能にする。
クレーピング率1(%)=(S1/S6−1)×100% 式(4)
クレーピング率2(%)=(S6/S7−1)×100% 式(5)
ここで、S1は、バッキングロール312または第2のフォーミングファブリック206の速度であり、S6は、第1のモールディングロール1010の速度であり、S7は、第2のモールディングロール1020の速度である。好ましくは、ウェブ102は、約5パーセントから約60パーセントの率で、2つのモールディングニップ1030、1040のそれぞれの中でクレーピングされる。しかし、100パーセントに接近する、または、100パーセントをも超える、高い程度のクレープも用いられ得る。2つのモールディングニップによって、またとない機会が存在し、それは、シート特性をさらに修正するために使用され得る。それぞれのクレープ率は、主に、モールドされているシートの側に影響を与えるので、2つのクレープ率は、シート偏側性を制御または変化させるために、互いに対して変化され得る。制御システムが、シート特性をモニタリングするために使用され得、これらの特性測定を使用し、個々のクレープ率、および、2つのクレープ率の間の差を制御する。
図11Aおよび図11Bは、本発明の第8の実施形態を示している。第8の実施形態の製紙機械1100、1102は、第7の実施形態の製紙機械1000、1002と同様であるが、第8の実施形態の2つのモールディングロール1110、1120が、第1および第2の実施形態のモールディングロール420、520の代わりに、第3の実施形態のモールディングロール610(図6Aおよび図6Bを参照)と同様に構築されている。第1のモールディングロール1110は、浸透性のパターン化された表面1112および真空ボックス1114を有する。第1のモールディングロール1110の真空ボックス1114を使用する真空移送、ラッシュトランスファ(式(4)を参照)、またはドクターブレード810(図8を参照)の任意の組み合わせを使用して、湿潤発生期ウェブ102は、第1のモールディングゾーンの中において、バッキングロール312または第2のフォーミングファブリック206から移送され、第1のモールディングゾーンは、この実施形態では、第1のモールディングニップ1130である。第1のモールディングニップ1130は、第3の実施形態のモールディングニップ620と同様に動作され得る。
結果として得られた繊維状シートのさまざまな特性(本明細書でペーパー特性またはウェブ特性とも称される)は、当技術分野で知られている技法によって測定され得る。いくつかの特性は、ペーパーウェブ102が処理されている間に、リアルタイムで測定され得る。たとえば、ペーパーウェブ102の湿分含有量および基本重量は、ヤンキードラム142の後およびペアレントロール190の前に位置決めされているウェブ特性スキャナによって測定され得る。当技術分野で知られている任意の適切なウェブ特性スキャナが使用され得、それは、たとえば、ニュージャージー州、MorristownのHoneywellによって製造されているMXProLineスキャナなどであり、それは、ベータ線によって湿分含有量を測定し、ガンマ線によって基本重量を測定するために使用される。他の特性、たとえば、引張強度(ウェットおよびドライの両方)、厚み、および粗さが、より適切にオフラインで測定される。そのようなオフラインの測定は、ペーパーウェブ102がペーパーマシンの上で生産されているときに、ペーパーウェブ102のサンプルを採り、生産と並行して特性を測定することによって実行され得るか、または、ペアレントロール190からサンプルを採り、ペアレントロール190がペーパーマシンから除去された後に特性を測定することによって実行され得る。
ここで、第3から第6および第8の実施形態の製紙機械とともに使用される浸透性のモールディングロール610、920、1110、1120の構築について説明する。簡単にするために、第3の実施形態のモールディングロール610(図6Aおよび図6B)を説明するために上記で使用されている参照番号が、対応する特徴を説明するために下記で使用される。図12は、モールディングロール610の斜視図であり、図13は、平面13−13に沿ってとられた、図12に示されているモールディングロール610の断面図である。モールディングロール610は、半径方向、および、円周方向C(図14を参照)を伴う円筒状の形状を有しており、円周方向Cは、製紙機械600のMD方向に対応している。また、モールディングロール610は、長さ方向L(図13を参照)を有しており、長さ方向Lは、製紙機械600のCD方向に対応している。モールディングロール610は、一方の端部、すなわち、被駆動端部1210において駆動され得る。モールディングロール610の被駆動端部1210を駆動するために、当技術分野で知られている任意の適切な方法が使用され得る。モールディングロール610の他方の端部、すなわち、回転端部1220は、シャフト1230によって支持されており、シャフト1230の周りに回転する。被駆動端部1210は、被駆動端部プレート1212およびシャフト1214を含み、それは、駆動され得る。回転端部1220は、回転端部プレート1222を含む。この実施形態では、被駆動端部プレート1212および回転端部プレート1222は、スチールから構築されており、スチールは、比較的に安価な構造材料である。しかし、当業者は、端部プレート1212、1222が任意の適切な構造材料から構築され得ることを理解するであろう。回転プレート1222は、軸受1224によってシャフト1230に取り付けられている。浸透性のシェル1310は、被駆動端部プレート1212および回転端部プレート1222のそれぞれの周囲に取り付けられており、それらの間にボイド1320を形成している。浸透性のパターン化された表面612が、浸透性のシェル1310の外部に形成されている。浸透性のシェル1310の詳細が、さらに下記で議論されることになる。
ここで、第1、第2、および第7の実施形態の製紙機械とともに使用される非浸透性のモールディングロール420、520、1010、1020の構築を説明する。簡単にするために、第1の実施形態のモールディングロール420を説明するために上記で使用されている参照番号が、対応する特徴を説明するために下記で使用される。図18は、非浸透性のモールディングロール420の斜視図である。上記に説明されている浸透性のモールディングロール610と同様に、非浸透性のモールディングロール420は、半径方向、および、円周方向を伴う円筒状の形状を有しており、円周方向は、製紙機械400のMD方向に対応している。また、モールディングロール420は、製紙機械400のCD方向に対応する長さ方向を有する。
Claims (17)
- 繊維状シートを成型するためのロールであって、
円周方向に回転可能に駆動されるように構成されている円筒状のシェルであって、内部表面、外部表面、および、前記円筒状のシェルの前記外部表面の浸透性のパターン化された表面を含み、空気が前記円筒状のシェルを通して移動されることを可能にするように浸透性になっており、前記浸透性のパターン化された表面は、複数の凹部および複数の突起部のうちの少なくとも1つを有しており、前記複数の凹部および前記複数の突起部のうちの前記少なくとも1つの密度は、1×2.54×2.54平方センチメートル当たり約50個よりも大きい、円筒状のシェルと、
前記円筒状のシェルの内側に位置決めされており、前記円筒状のシェルの前記外部表面から前記円筒状のシェルの前記内部表面へ空気を引き込むように構成されており、前記円筒状のシェルの回転に対して静止している、真空ボックスと、
を含むことを特徴とする、ロール。 - 請求項1に記載のロールであって、前記真空ボックスに接続されている真空ポンプをさらに含み、前記真空ポンプは、前記円筒状のシェルの前記外部表面から前記円筒状のシェルの前記内部表面へ空気を引き込むために使用されることを特徴とする、ロール。
- 請求項1に記載のロールであって、ブローボックスをさらに含み、前記ブローボックスは、前記円筒状のシェルの前記内側に位置決めされており、また、前記円筒状のシェルの前記内部表面から前記円筒状のシェルの前記外部表面へ空気を押し出すように構成されており、前記ブローボックスは、前記円筒状のシェルの回転に対して静止していることを特徴とする、ロール。
- 請求項3に記載のロールであって、前記ブローボックスに接続されているポンプをさらに含み、前記ポンプは、前記円筒状のシェルの前記内部表面から前記円筒状のシェルの前記外部表面へ空気を押し出すために使用されることを特徴とする、ロール。
- 請求項1に記載のロールであって、前記複数の凹部および前記複数の突起部のうちの前記少なくとも1つの前記密度は、1×2.54×2.54平方センチメートル当たり約200個よりも大きいことを特徴とする、ロール。
- 請求項1に記載のロールであって、前記浸透性のパターン化された表面は、前記円筒状のシェルの前記外部表面を、ローレット加工、レーザドリル加工、エッチング加工、エンボス加工、および機械加工のうちの少なくとも1つを行うことによって形成されることを特徴とする、ロール。
- 請求項1に記載のロールであって、前記円筒状のシェルは、構造層をさらに含み、前記構造層は、前記構造層の前記厚さを通る複数のチャネルを有しており、前記複数のチャネルは、空気が前記構造層を通して移動されることを可能にするように構成されていることを特徴とする、ロール。
- 請求項7に記載のロールであって、前記浸透性のパターン化された表面は、前記構造層の外部表面上に形成されたモールディング層であることを特徴とする、ロール。
- 請求項8に記載のロールであって、前記モールディング層は、シート特性を強化するように適合されている織られた構造を含むことを特徴とする、ロール。
- 請求項7に記載のロールであって、前記構造層と前記モールディング層との間に位置付けされている空気分配層をさらに含み、前記空気分配層は、前記構造層を通して移動された空気を前記モールディング層の下で分配するように浸透性になっていることを特徴とする、ロール。
- 請求項10に記載のロールであって、前記空気分配層は、焼結金属、焼結ポリマー、およびポリマーフォームのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする、ロール。
- 請求項7に記載のロールであって、前記浸透性のパターン化された表面は、前記構造層によって支持されているファブリックであることを特徴とする、ロール。
- 請求項7に記載のロールであって、前記複数のチャネルのそれぞれから延在する複数の溝部をさらに含み、前記複数の溝部は、前記構造層を通して移動された空気を前記モールディング層の下で分配するように構成されていることを特徴とする、ロール。
- 請求項7に記載のロールであって、前記複数のチャネルのそれぞれは、内部端部、外部端部、および、前記外部端部の上の面取り部を有することを特徴とする、ロール。
- 請求項7に記載のロールであって、前記複数のチャネルのそれぞれは、直円柱および直円錐台のうちの少なくとも1つであることを特徴とする、ロール。
- 請求項1に記載のロールであって、クリーニングセクションをさらに含み、前記クリーニングセクションは、前記円筒状のシェルの前記内側に位置決めされており、また、前記円筒状のシェルの前記内部表面から前記円筒状のシェルの前記外部表面へクリーニング媒体を方向付けするように構成されていることを特徴とする、ロール。
- 請求項16に記載のロールであって、前記クリーニングセクションは、シャワーを含み、前記クリーニング媒体は、水およびクリーニング溶液のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする、ロール。
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