JP2023551747A - 可変コーティングされたバーを有するリファイナー充填片 - Google Patents

Abstract

回転軸を中心に回転し、ステーターと協働してセルロース系繊維を含むパルプを機械的に処理するローターを有するリファイナー用のリファイナー充填片が開示される。リファイナー充填片は、ローターまたはステーターに取り付け可能である。リファイナー充填片は、基部と、間隔を空けて配置された複数のリファイナーバーと、を含み、各リファイナーバーは、バー長さとバー高さとによって規定される。リファイナーバーの少なくともいくつかは、可変コーティングで被覆された表面を有する。可変コーティングを有する表面は、バーの前面であってもよい。【選択図】図９

Description

本発明は、一般に、紙、板紙、ティッシュ、タオル、または繊維板製品の製造におけるリグノセルロース系材料の製紙および精錬のためのリファイナーのリファイナー充填物（refiner filling）に関し、より詳細には、リファイナー充填物のバーに関する。

ディスク型リファイナーまたは円錐形リファイナーであってもよいロータリー型パルプリファイナーは、パルプ懸濁液中のセルロース系繊維を機械的に剪断し圧縮するために、ローターおよびステーターに取り付けられるリファイナー充填片（refiner filling pieces）からなる交換可能なリファイナー充填物を使用する。リファイナー充填片は、一体型（ユニット型）部品であってもよいし、一緒に組み立てられたセグメントであってもよい。リファイナー充填片は、パルプ懸濁液中のセルロース系繊維に剪断および圧縮作用を行う複数のリファイナーバー（refiner bars）を有する。

ディスク型および円錐形リファイナーにおいて、パルプ懸濁液に研磨剤が含まれていると、リファイナー充填物のリファイナーバーの摩耗が促進され、そのため、隣接するバー間の溝の深さが減少する。その結果、リファイナー充填物は、通常、かなり頻繁に交換する必要がある。通常、リファイナー充填物は、１ヶ月から２年程度の耐用年数を有していてもよく、これは、充填物が摩耗して溝が浅くなると、もはや十分な水力容量（hydraulic capacity）を提供できないためである。

耐用年数を延ばすために、バーの前面に均一な耐摩耗性コーティングを施すことが知られているが、このコーティングは、リファイナーバー間の溝容積のかなりの部分を占め、ひいては、リファイナー充填の水力容量を減少させる可能性がある。所望の硬度を得るために、これらのコーティングは、通常「エキゾチック（exotic）」な合金で作られており、そのため高価である。硬いコーティングは、もともと硬くて脆いため、厳しい使用条件下では、バーの破損につながる可能性がある。

したがって、先行技術の欠点の少なくともいくつかを解決する新しいリファイナーバー技術を提供することが強く望まれている。

概して、本発明の実施形態は、バーが可変コーティングで被覆されるリファイナー充填片およびリファイナーを提供する。

本開示の発明的な態様は、回転軸を中心に回転し、ステーターと協働してセルロース系繊維を含むパルプを機械的に処理するローターを有するリファイナー用のリファイナー充填片である。リファイナー充填片は、ローターまたはステーターに取り付け可能である。リファイナー充填片は、間隔を空けて配置された複数のリファイナーバーを有し、各バーは、バー長さとバー高さとによって規定される。リファイナーバーの少なくともいくつかは、可変コーティングで被覆された表面を有する。可変コーティングされる表面は、前面（leading surface）および／または後面（trailing surface）であってよい。可変コーティングは、バー長さに沿った半径方向で、またはバー高さにわたる軸方向で可変であってよい。

上述は、本発明のいくつかの態様についての基本的な理解を提供するために、本発明の簡略化された要約を示すものである。この要約は、本発明を網羅的に概観するものではない。また、本発明の本質的な要素、重要な要素、または重要な要素を特定すること、あるいは本発明の範囲を明確にすることも意図していない。その唯一の目的は、後述するより詳細な説明の前段階として、いくつかの概念を簡略化した形で提示することである。本発明の他の態様は、添付の図面と関連して以下に説明される。

本技術のさらなる特徴および利点は、添付の図面と組み合わせて捉えた以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
図１は、本発明の実施形態に係るローターとステーターとを有するリファイナーの透視図であり、ステーターにおけるリファイナー充填片の交換を示す。 図２は、図１のリファイナーの他の透視図であり、ローターにおけるリファイナー充填片の交換を示す。 図２Ａは、ディスク型リファイナー用の分割された充填片の一例として、４つの円弧状セグメントとして成形された４つのリファイナー充填片の平面図である。 図３は、バーの前面に可変コーティングを有するリファイナー充填片を示す断面図である。 図４は、バーの前面に可変コーティングを有するリファイナー充填片を示す断面図である。 図５は、バーの前面に可変コーティングを有するリファイナー充填片を示す断面図である。 図６は、前面に可変コーティングを有し、後面により薄い可変コーティングを有するリファイナー充填片を示す断面図である。 図７は、前面上に可変コーティングを有し、後面により薄い可変コーティングを有するリファイナー充填片を示す断面図である。 図８は、前面上に可変コーティングを有し、後面により薄い可変コーティングを有するリファイナー充填片を示す断面図である。 図９は、本発明の一実施形態に係るリファイナー充填片の平面図であり、可変コーティングは、前面におけるバー長さに沿って直線的に変化する。 図１０は、本発明の別の実施形態に係るリファイナー充填片の平面図であり、可変コーティングは、前面におけるバー長さに沿って直線的に変化し、より薄い可変コーティングは、後面におけるバーの長に沿って変化する。 図１１は、本発明の別の実施形態に係る可変コーティングが適用され得る円錐形リファイナー充填片を描写する図である。 添付の図面全体を通して、同様の特徴は、同様の参照数字で識別されることに留意されたい。

本明細書では、可変コーティングで被覆されたリファイナーバーを有するリファイナー充填片の様々な実施形態が開示される。本明細書は、また、可変コーティングで被覆されたリファイナーバーを含む1つまたは複数のリファイナー充填片を有するリファイナーを開示する。

図１は、本発明の一実施形態に係る参照数字１０で一般的に示されるリファイナーの透視図である。図１に描写された実施形態では、リファイナー１０は、筐体１２、ステーター１４、およびローター１６を有している。ローターは、回転軸を中心に回転し、ステーターと協働して、セルロース系繊維を含むパルプ（またはパルプ懸濁液）を機械的に処理する。回転軸は、軸方向と半径方向とを規定する。図１の図示された実施形態では、リファイナーは、交換可能なリファイナー充填物を有するディスク型リファイナーである。リ
ファイナー充填物は、複数のリファイナー充填片で構成されている。図１の例では、リファイナー充填片は、概して平坦な環状のディスク状またはプレート状の構造（本明細書では「プレート」とも呼ばれる）のセグメントである。しかしながら、リファイナー充填片は、円錐形リファイナーにおける円錐形充填片であってもよいことが理解されるであろう。本明細書において、「リファイナー充填片」という表現は、平坦なディスク状プレートもしくはその円弧状セグメント、または円錐構造もしくはその角状セグメントを包含するものとして解釈されるものとする。ディスク型リファイナーの場合、リファイナー充填片は、一体型の円形プレート、環状プレート、または他の円弧状セグメントと組み立てられて完全な円形または環状プレートを形成する円弧状セグメントであってもよい。同様に、円錐形リファイナーの場合、リファイナー充填片は、一体型の円錐形（またはフラストコニカル（frusto-conical））構造、または、完全な円錐形（またはフラストコニカル）構造を形成するために他のかかる角状セグメントと組み立てられる円錐（または錐台）の角状セグメントであってよい。以上から、リファイナー充填片は、円形、環状または円錐形（すなわち、完全な３６０度の構成要素を規定する）、またはセグメント（すなわち、場合により、完全な円形または環状プレートを形成するためまたは円錐を形成するために、他のセグメントと組み立てられるように設計される３６０度未満の円弧状または角度的構成要素を規定する）であってもよいと理解されるであろう。

図１は、ステーター１４におけるリファイナー充填片２０の交換を描写している。リファイナー充填片２０は、図示のように、締め具、例えばネジ付き締め具を使用して、ステーター１４に取り付けられていてもよい。この例では、複数のリファイナー充填片２０は、環状配置でステーター１４に取り付けられ、ステーター側リファイナープレートを構成している。図１に描写された実施形態では、ステーター１４は、（複数の）リファイナー充填片２０の交換を可能にするために、ヒンジ機構を中心に回動するドア状カバー１５に取り付けられている。

図２は、図１のリファイナー１０の他の透視図であり、ローター１６におけるリファイナー充填片２０の交換を示す。リファイナー充填片２０は、図示のように、締め具、例えばネジ付き締め具を使用して、ローター１６に取り付けられていてもよい。複数のリファイナー充填片２０は、環状配置でローター１６に取り付けられ、ローター側リファイナープレートを構成している。図２に描写された実施形態では、ローター１６は、リファイナー１０の筐体１２の内部に取り付けられている。

図１および図２の実施形態では、リファイナー充填片２０は、分割されたプレート状の形状を有する交換可能なリファイナー充填片である。リファイナーを整備する際に、リファイナー充填物は、摩耗している場合、充填物を構成するリファイナー充填片の集合体を交換することによって、交換されてもよい。例えば、図２Ａに示すように、４つの円弧状セグメントとして成形された４つのリファイナー充填片を組み立てて、ディスク型リファイナー用の完全な環状プレート構造を提供してもよい。各円弧状または分割された充填片の角度円弧は、これらの例に示されるものから変化されてもよい。充填片の角度円弧は、例えば、３６０度、１８０度、９０度、４５度、３０度、２２．５度、２０度、１５度、１０度などであってよく、組み立てられた場合に、それらは、完全な３６０度を有する環状配置を構成する。図２Ａは、また、環状リファイナー充填片が、内径（ＩＤ）および外径（ＯＤ）により特徴付けられてもよいことを示す。したがって、リファイナー充填片は、内径から外径まで半径方向に延びる。円弧状または分割された充填片の完全なプレートまたは環状体は、異なる形状の充填片、例えば、１つの１８０度充填物と２つの９０度充填片、２つの９０度充填片と４つの４５度充填片、３つの６０度充填片と６つの３０度充填片などによって構成されてよいことも理解されるであろう。

図３～図１０に示されるように、リファイナー充填片２０は、基部２２を有している。
基部は、代替的に不均一な厚さを有していてもよいが、いくつかの実施形態では、軸方向に均一な厚さを有していてもよい。基部は、図２Ａに描写されているように、内径ＩＤから外径ＯＤまで半径方向に延びる。リファイナー充填片２０は、複数の間隔を空けて配置されたリファイナーバー３０（「ブレード」としても知られている）を有している。バーは、均一または不均一な溝幅で離隔していてもよく、すなわち、隣接するバーの間隔は、変化してもよく、一定であってもよい。任意に、リファイナーバーは、スペーサー２４によって離隔されているが、他の実施形態では、スペーサーは、なくてもよい。各バーは、外径に向かって延びる、すなわち、概ね半径方向に延びるバー長さＢＬによって規定され、さらに、基部から概ね軸方向に突出するバー高さＢＨによって規定される。バー高さは、一定であってもよいし、変化してもよい。いくつかの実施形態では、バー高さは、例えば、３～１４ｍｍの範囲内にある値であってよい。リファイナーバー３０の少なくともいくつかは、この発明の実施形態において、可変コーティング３４で被覆された前面３２を有している。

可変コーティングは、先行技術とは異なり、バーの前面に、および、任意にまたは代替的にバーの後面にも不均一に適用される。コーティングは、厚さが変化し、すなわち、コーティングは、寸法的または幾何学的に変化する。コーティングの厚さは、コーティングが、最大の耐摩耗性を提供する領域で最も厚くなり、有用性が限られている領域または過剰なコーティングが有害である可能性がある領域で最小限になる、またはなくなるように、変化する。

図３～１０に描写されているように、可変コーティングは、リファイナーバー高さ（例えば、基部からバーの頂部まで増加）または半径方向（例えば、充填物の内径ＩＤから外径ＯＤまで増加）のいずれかに沿って可変であるコーティング厚さを有する。

コーティング厚さは、バー高さに応じていてもよい。例えば、コーティング厚さは、バー高さとともに増加してもよい（例えば、コーティングは、高さが増加するにつれて厚くなり、バーの頂部で最大厚さになる）。これにより、曲げ応力が最も高いバーの根元での応力集中を最小限に抑えつつ、溝の底部の空間を最大化して水力容量を維持または向上できる。さらに、可変コーティングにより、コーティングが不要な場所や効果の低い場所にはコーティングを施さないため、コストを削減できる。

コーティングは、また、あるいは代替的に、半径方向の長さに応じて、例えば、内径ＩＤ（コーティングが最も少ないところ）から外径ＯＤ（コーティングが最も多いところ）まで、または外径ＯＤに向かう方向に、厚さが変化されていてもよい。これにより、内径ＩＤの開口面積または体積が最大になり、水力容量にとって非常に重要な意味を持つ。充填物の外径ＯＤは、一般的に、内径ＩＤよりも周速が大きいので（ディスク型リファイナーの場合）、外径部分は、より多くのエネルギーを消費し、より多くの剪断および圧縮を加え、精製作業の大部分を実行する。したがって、充填片の外径部分にコーティングを集中させることで、均一に被覆した場合の同量のコーティングに比べ、耐用年数を向上できる。

図３は、バー３０の前面３２に可変コーティング３４を有するリファイナー充填片２０を示す断面図である。図３に描写された実施形態では、可変コーティング３４は、バー高さとともに軸方向に変化するコーティング厚さを有する。

図３に示すように、本例示的実施形態におけるコーティング厚さは、バー高さとともに直線的に増加する。

図３は、また、あるバーの後面と、そのすぐ後ろにあるバーの被覆された前面と、の間
の容積を占める溝空間を示す。バーの前面におけるコーティングは、バーの摩耗を抑制し、そのため、隣接するバー間の所望の溝空間を維持することによって、リファイナーの水力容量を維持できる。

代替的に、図４に描写された実施形態では、バー３０の前面３２における可変コーティング３４は、例えば、バー高さとともに非線形に増加するコーティング厚さを有する。例えば、１つの具体的な実施形態において、非線形コーティングは、バー高さとともに放物線状または指数関数的に被覆されてもよい。例えば、コーティング厚さは、軸方向高さの二乗に応じて増加してもよい。

代替的に、図５に描写された実施形態では、バー３０の前面３２における可変コーティング３４は、例えば、バー高さの第１部分にわたって増加し、次にバー高さの第２部分にわたって減少し、次にバー高さの第３部分にわたって増加するコーティング厚さを有する。

図６は、前面３２に可変コーティング３４を有し、後面３８により薄い可変コーティング３６を有するリファイナー充填片２０を示す断面図である。図６の具体例では、前面および後面のコーティングは、異なる比ではあるが、バー高さとともに直線的に増加している。

図７に描写された例示的な実施形態では、前面および後面３２，３８は、それぞれ、異なる比ではあるが、バー高さとともに非線形に増加する可変コーティング３４，３６を有する。

図８に描写された例示的な実施形態では、後面は、図６および図７と同様に、前面における可変コーティングよりも薄い可変コーティングを有する。図８では、より薄い可変コーティングは、バー高さの第１部分にわたって増加し、次にバー高さの第２部分にわたって減少し、次にバー高さの第３部分にわたって増加する。

図９は、本発明の一実施形態に係るリファイナー充填片２０の平面図であり、可変コーティング３４は、前面３２におけるバー長さＢＬに沿って半径方向に変化する。具体的には、この例では、可変コーティングは、バー長に沿って直線的に変化するコーティング厚さを有する。

図１０は、本発明の別の実施形態に係るリファイナー充填片２０の平面図であり、可変コーティング３４は、前面３２におけるバー長さＢＬに沿って半径方向に変化し、より薄い可変コーティング３６は、後面３８におけるバー長ＢＬに沿って半径方向に変化する。この具体例では、可変コーティングは、バー長に沿って直線的に変化するコーティング厚さを有する。図１０に示すように、後面は、前面における可変コーティングよりも薄い可変コーティングを有する。

図１１は、本発明の別の実施形態に係る可変コーティングが適用され得る円錐形リファイナー充填片２０を描写する図である。円錐形リファイナー充填片２０は、図１１に示すように、内径ＩＤおよび外径ＯＤによって特徴付けられる。円錐形リファイナー充填片２０のリファイナーバー３０は、上述したように、上述した様々な方法のいずれかで変化し得る可変コーティングを有する。この例では、円錐形リファイナー充填片２０は、完全な円錐形構造を規定する単一の部品であるが、円錐形リファイナー充填片は、他の分割された円錐形充填片と組み立てられて完全な円錐形（またはフラストコニカル）構造を構成する分割された円錐形充填片でもよいことが理解されよう。

いくつかの実施形態では、全てのリファイナーバーの前面は、可変コーティングを有し、すなわち、全てのリファイナーバーは、可変コーティングで被覆される。他の実施形態では、リファイナーバーの後面のいくつかのみが可変コーティングを有する。例えば、被覆されたバーと被覆されていないバーとの交互パターンが実施されてもよい。別の例として、３つまたは４つおきにバーは、被覆されてもよい。逆に、３つまたは４つおきにバーは、被覆されなくてもよい。

いくつかの実施形態では、可変コーティングは、バー長さの全てに沿って延びる。他の実施形態では、可変コーティングは、バー長さに沿って部分的にのみ延びる。例えば、可変コーティングは、長さの９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、１０％などにわたって延びてもよい。別の例として、あるバーは、第１の割合でコーティングされ、次のバーは、異なる割合で被覆されてもよい。いくつかの実施形態では、可変コーティングは、バーの根元から頂部まで延び、すなわち、コーティングは、バー高さの全てをカバーする。他の実施形態では、可変コーティングは、バー高さの一部分にわたってのみ延びる。例えば、可変コーティングは、基部よりも高い点、例えば、中間点、高さの４分の１、高さの３分の１、高さの４分の３などで開始されてもよい。

本明細書を解釈する目的で、本発明の様々な実施形態の要素に言及する場合、冠詞「a」、「an」、「the」、および「said」は、その要素が１つ以上存在することを意味することが意図される。用語「comprising」、「including」、「having」、「entailing」、および「involving」、ならびに、それらの動詞時制の変形は、記載された要素以外の追加の要素が存在してもよいことを意味する、包括的かつ無制限であることを意図するものである。

本発明は、例示のみを意図した特定の実施形態、実施、および構成の観点から説明されている。当業者であれば、本願で提示された発明概念から逸脱することなく、多くの明白な変形、改良、および変更がなされてもよいことを理解するであろう。したがって、本出願人が求める独占的権利の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることを意図している。

Claims (18)

1. 回転軸を中心に回転し、ステーターと協働してセルロース系繊維を含むパルプを機械的に処理するローターを有するリファイナー用のリファイナー充填片であって、前記リファイナー充填片は、前記ローターまたは前記ステーターに取り付け可能であり、前記リファイナー充填片は、
   基部と、
   間隔を空けて配置された複数のリファイナーバーと、
   を含み、
   各リファイナーバーは、バー長さとバー高さとによって規定され、
   前記リファイナーバーの少なくともいくつかは、厚さ可変コーティングで被覆された表面を有する、リファイナー充填片。
2. 前記表面は、前面である、請求項１に記載のリファイナー充填片。
3. 前記可変コーティングは、前記バー長さに沿って変化するコーティング厚さを有する、請求項１または請求項２に記載のリファイナー充填片。
4. 前記可変コーティングは、前記バー長さに沿って直線的に変化するコーティング厚さを有する、請求項３に記載のリファイナー充填片。
5. 前記リファイナーバーの特定の断面において、前記前面における前記可変コーティングよりも薄い可変コーティングを有する後面をさらに含む、請求項４に記載のリファイナー充填片。
6. 全てのリファイナーバーの前記前面は、前記可変コーティングを有する、請求項１または請求項２に記載のリファイナー充填片。
7. 前記リファイナーバーの前記前面のいくつかのみが、前記可変コーティングを有する、請求項１または請求項２に記載のリファイナー充填片。
8. 前記可変コーティングは、前記バー長さの全てに沿って延びている、請求項１または請求項２に記載のリファイナー充填片。
9. 前記可変コーティングは、前記バー長さに沿って部分的にのみ延びている、請求項１または請求項２に記載のリファイナー充填片。
10. 前記可変コーティングは、前記バー高さとともに変化するコーティング厚さを有する、請求項１または請求項２に記載のリファイナー充填片。
11. 前記コーティング厚さは、前記バー高さとともに直線的に増加する、請求項１０に記載のリファイナー充填片。
12. 前記コーティング厚さが、前記バー高さにともに非線形に増加する、請求項１０に記載のリファイナー充填片。
13. 前記コーティング厚さは、前記バー高さの第１部分にわたって増加し、次に前記バー高さの第２部分にわたって減少し、次に前記バー高さの第３部分にわたって増加する、請求項１０に記載のリファイナー充填片。
14. 前記リファイナーバーの特定の断面において、前記前面における前記可変コーティングよりも薄い可変コーティングを有する後面を含む、請求項１０に記載のリファイナー充填片。
15. 前記前面における前記可変コーティングよりも薄い可変コーティングを有する後面を含み、前記薄い可変コーティングは、前記バー高さとともに直線的に増加する、請求項１１に記載のリファイナー充填片。
16. 前記前面における前記可変コーティングよりも薄い可変コーティングを有する後面を含み、前記薄い可変コーティングは、前記バー高さとともに非線形に増加する、請求項１２に記載のリファイナー充填片。
17. 前記前面における前記可変コーティングよりも薄い可変コーティングを有する後面を含み、前記薄い可変コーティングは、前記バー高さの前記第１部分にわたって増加し、次に前記バー高さの前記第２部分にわたって減少し、次に前記バー高さの前記第３部分にわたって増加する、請求項１３に記載のリファイナー充填物。
18. リファイナーであって、
    筐体と、
    前記筐体内に支持されたステーターと、
    回転軸を中心に回転し、前記ステーターと協働して、セルロース系繊維を含むパルプを機械的に処理するローターと、
    前記ローターに固定された請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の第１リファイナー充填片と、
    前記ステーターに固定された請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の第２リファイナー充填片と、
    を含む、リファイナー。

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