JP2971260B2

JP2971260B2 - 抄紙機

Info

Publication number: JP2971260B2
Application number: JP4230351A
Authority: JP
Inventors: 貢上之原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-08-28
Filing date: 1992-08-28
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JPH0681290A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック製の支持部
材を用いた抄紙機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より用いられている抄紙機の構造は
図１に示すように、フォーマーパート１とプレスパート
２からなっている。そして、フォーマーパート１は、ロ
ール１１によって矢印方向に回転させられる抄網１２
と、該抄網１２の下方に配置された複数の支持部材１０
からなっており、上記抄網１２の上にヘッドボックス１
３よりパルプ原料１４を供給し、支持部材１０で抄網１
２を支持するとともにそのエッジでパルプ原料１４の水
切りを行い脱水するようになっている。

【０００３】なお、上記支持部材１０としては、例えば
図２（Ａ）に示すようなハイドロフォイルや、図２
（Ｂ）に示すようなサクションボックスが用いられてい
る。そしてハイドロフォイルは、先端エッジ１０ａで水
切りを行うとともに、後部の斜面部１０ｂで抄網１２が
摺動する際に負圧を発生させて脱水するようになってい
る。また、サクションボックスはエッジ１０ａで水切り
を行うとともに吸引孔１０ｃより真空吸引して脱水を行
うようになっている。

【０００４】次に、脱水されたパルプ原料１４はプレス
パート２に送られるが、この部分はロール２１によって
矢印方向に回転させられるフェルト２２と、このフェル
ト２２を支持する支持部材２０からなっている。そし
て、フォーマーパート１によってある程度脱水されたパ
ルプ原料１４は、このフェルト２２に押し当てられてさ
らに水分を吸収された後、次の乾燥工程に送られる。な
お、水分を吸収したフェルト２２は、支持部材２０と摺
動しながら真空吸引により脱水されるようになってい
る。

【０００５】上記支持部材２０はフェルトサクションボ
ックスと呼ばれており、図３に示すように、角部を丸め
光沢のある表面２０ａを有し、真空吸引するための吸引
孔２０ｂを備えている。

【０００６】また、上記抄紙機を構成する抄網１２また
はフェルト２２の支持部材１０、２０の材質としては、
超高分子ポリエチレン等のプラスチック系材料が安価で
あるため、以前は広く用いられていた。しかしながら、
パルプ原料１２中のクレーおよびタルクなどの存在、あ
るいは抄網１２などとの当接摺動によって短時間のうち
に摩耗してしまうため、抄紙機から支持部材１０、２０
を取り外し、表面の研磨修正あるいは交換作業等のメン
テナンスを頻繁に行わなければならなかった。

【０００７】そこで、近年は支持部材１０、２０の材質
としてアルミナ、ジルコニア、窒化珪素等を主成分とし
たセラミックスが多く用いられている（例えば特開昭５
５−８０５９１号、特開昭５８−２０８４８５号公報な
ど参照）。これらのセラミックスで構成した支持部材１
０、２０は耐摩耗性が大きく、その寿命が長いものとな
るため、広く使用されるようになっている。

【０００８】一方、このような支持部材１０、２０は通
常、ステンレス鋼等で作られた支持台（ボックス）にボ
ルトで固定されたり、あるいは支持台に設けたはめ込み
部に挿入することによって固定する方法などが採られて
いる。また、特にフォーマーパートにおける上記セラミ
ック製の支持部材１０において、当接支持する抄網１２
を傷つけることなく滑らかに走行せしめるとともに、抄
網１２からの脱水（水の掻き取り）作用を適切に行なわ
せるため、あるいは支持部材１０のエッジ部に割れや欠
けが発生しないように、断面形状、外周形状に留意した
設計が行われている。とりわけ抄網１２が最初に当接し
脱水作用に寄与する支持部材１０の先端部は、鋭角に形
成され、その表面は入念な仕上げ加工が施してある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、最近の抄紙
機では、生産性の向上といった点から、抄網１２の速度
が大幅に高速化され、特にフォーマーパート１における
支持部材１０への耐摩耗性がより一層要求されている。
これに対し従来のアルミナ、ジルコニア、窒化珪素など
のセラミックスからなる支持部材１０では、この要求を
充分に満足させることができなかった。

【００１０】また、アルミナ、窒化珪素からなるもので
は、支持部材１０の先端エッジに欠けが発生しやすく、
この欠け等のために、抄網１２の寿命を低下させたり、
あるいは抄網１２からの脱水作用が小さくなり、抄紙の
均一な品質を保つことができず紙質の低下へつながるな
どの問題点があった。

【００１１】一方プレスパート２においては、水分が少
なくないため摺動による発熱で高温となることから、支
持部材２０は耐熱衝撃性が求められており、すべての支
持部材を同一のセラミックスで構成することが困難であ
った。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記に鑑みて、本発明の
抄紙機は、炭化珪素を主成分とするセラミックスをフォ
ーマーパートにおける支持部材の少なくとも先端エッジ
部に用い、一方窒化珪素を主成分とするセラミックスを
プレスパートにおける支持部材の少なくとも摺動表面に
用いたものである。

【００１３】即ち、フォーマーパートはタルクなどが摺
動面に入り込みやすく、抄網の張力も大きいため支持部
材が摩耗しやすいことから、特に耐摩耗性に優れた炭化
珪素質セラミックスを用い、一方プレスパートは温度が
上昇しやすく熱衝撃を受けやすいことから、特に耐熱衝
撃性に優れた窒化珪素質セラミックスを用いることによ
って、支持部材やワイヤおよびフェルトの寿命を長く保
つようにしたものである。

【００１４】また、上記炭化珪素質セラミックスも多種
多様存在するうち、本発明者が鋭意研究の結果、焼結助
剤として金属酸化物を添加して液相焼結させたものが、
抄網支持部材として最適であることが判明した。

【００１５】すなわち、このような炭化珪素質セラミッ
クは、ビッカース硬度が１５００〜２５００ｋｇ／ｍｍ
²と高硬度で大きな耐摩耗性を備えるとともに、摺動性
に優れているため抄網に対する摩耗も小さくできる。し
かも、金属酸化物を添加して液相焼結したことによっ
て、破壊靱性値（Ｋ_1C）を４〜６ＭＰａ√ｍと大きくす
ることができ、支持部材先端エッジ部のチッピングの発
生を少なくできる。それ故、それらチッピングに起因す
る抄網に対する摩耗量も少なくできる。さらに、本発明
の炭化珪素質セラミックスは、熱伝導率６０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上と高熱伝導率を有していることから、抄網との摺動
により発生する摩擦熱をブロック体全体に放熱すること
ができるため、抄網を保護し、抄網の寿命を長くするこ
ともできる。

【００１６】なお、本発明において、炭化珪素質セラミ
ックスに焼結助剤として添加する金属酸化物としては、
Ａｌ₂Ｏ₃を１〜７％、およびＹ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂など
の３ａ族元素の酸化物を０．１〜５％加えればよい。こ
れらの金属酸化物は、焼結助剤として炭化珪素質セラミ
ックスの焼結性を高めるとともに、焼結体中で炭化珪素
結晶粒子間に粒界相を形成してクラックの進展を防止
し、セラミックスの靱性を高くする作用がある。ただ
し、添加量が多すぎると、硬度、強度が低くなるため、
上記範囲のものがよい。

【００１７】また、本発明の炭化珪素質セラミックスに
おいて、平均結晶粒子径は１０μｍ以下、好ましくは
０．５〜６μｍのものがよい。これは、平均結晶粒子径
が１０μｍを越えると、強度が劣化するとともに、支持
部材として用いる際に先端のシャープエッジを形成でき
なくなって、脱水作用が悪くなるためである。

【００１８】さらに、本発明の炭化珪素質セラミックス
は、開気孔率１％以下、好ましくは０．３％以下のもの
を用いる。これは、開気孔率が１％より大きいと、強度
が低くなるとともに、シャープエッジが出しにくくなる
ためである。

【００１９】一方窒化珪素質セラミックスとしては、Ｓ
ｉ₃Ｎ₄を主成分とし、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃などの金
属酸化物を添加して液相焼結したものを用いる。このよ
うな窒化珪素質セラミックスは、結晶がアスペクト比２
〜２０程度の針状となるため、破壊靱性値（Ｋ_1C）が４
〜６ＭＰａ√ｍと大きく、支持部材先端エッジ部のチッ
ピングの発生を少なくできるとともに、抄網に対する摩
耗も小さくできる。

【００２０】また、窒化珪素質セラミックスは、水中投
下時の耐熱衝撃温度ΔＴが５５０℃と他のセラミックス
に比べて大きく、高温度まで熱衝撃に耐えることができ
る。そのため、抄紙機の温度が上昇しやすい部位や運転
開始時に熱衝撃を受けやすい部位に配置することで割れ
やクラックの発生を防止できる。

【００２１】さらに、窒化珪素質セラミックスは熱膨張
率が２．６×１０^-6／℃と小さいことから、温度上昇時
の熱変形が極めて小さい。そのため、支持部材の表面の
平坦部分が変形しにくく、ワイヤとのギャップが小さい
ことから吸引効率を高めることができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２３】図１に示すように、本発明の抄紙機はフォ
ーマーパート１とプレスパート２からなっている。そし
て、フォーマーパート１は、ロール１１によって矢印方
向に回転させられる抄網１２と、該抄網１２の下方に配
置された複数の支持部材１０からなっており、上記抄網
１２の上にヘッドボックス１３よりパルプ原料１４を供
給し、支持部材１０で抄網１２を支持するとともにその
エッジでパルプ原料１４の水切りを行い脱水するように
なっている。

【００２４】なお、上記支持部材１０としては、例えば
図２（Ａ）に示すようなハイドロフォイルや、図２
（Ｂ）に示すようなサクションボックスが用いられてい
る。そしてハイドロフォイルは、先端エッジ１０ａで水
切りを行うとともに、後部の斜面部１０ｂで抄網１２が
摺動する際に負圧を発生させて脱水するようになってい
る。また、サクションボックスはエッジ１０ａで水切り
を行うとともに吸引孔１０ｃより真空吸引して脱水を行
うようになっている。

【００２５】次に、脱水されたパルプ原料１４はプレス
パート２に送られるが、この部分はロール２１によって
矢印方向に回転させられるフェルト２２と、このフェル
ト２２を支持する支持部材２０からなっている。そし
て、フォーマーパート１によってある程度脱水されたパ
ルプ原料１４は、このフェルト２２に押し当てられてさ
らに水分を吸収された後、次の乾燥工程に送られる。な
お、水分を吸収したフェルト２２は、支持部材２０と摺
動しながら真空吸引により脱水されるようになってい
る。

【００２６】上記支持部材２０はフェルトサクションボ
ックスと呼ばれており、図３に示すように、丸みをおび
た表面２０ａを有し、真空吸引するための吸引孔２０ｂ
を備えている。

【００２７】また、上記フォーマーパート１における支
持部材１０はいずれもシャープなエッジ１０ａを有し、
少なくともこのエッジ１０ａが、炭化珪素を主成分と
し、金属酸化物を添加して液相焼結してなる破壊靱性値
（Ｋ_1C）４ＭＰａ√ｍ以上の炭化珪素質セラミックスか
らなっている。そのためには、先端のエッジ１０ａ部分
のみを上記炭化珪素質セラミックスで形成し、ベースを
Ａｌ₂Ｏ₃などの他のセラミックスで形成して両者を接
合したものや、全体を上記炭化珪素質セラミックスで形
成したものを用いれば良い。

【００２８】このとき、本発明の支持部材１０は、先端
のエッジ１０ａが高靱性の炭化珪素質セラミックスから
なるため、耐摩耗性、摺動性、耐チッピング性に優れ、
支持部材１０および抄網１２の双方の寿命を長くするこ
とができる。

【００２９】一方プレスパート２における支持部材２０
は、少なくともパルプ原料１４と摺接する表面２０ａが
金属酸化物を添加して液相焼結してなる窒化珪素質セラ
ミックスからなっている。そのため、フェルト２２との
高速摺動によって高温となっても、支持部材２０の耐熱
衝撃性が高いことから、割れや欠けが生じにくい。ま
た、窒化珪素質セラミックスは摺動相手のフェルト２２
にダメージを与えにくいことから長期間良好に使用する
ことができる。

【００３０】なお、フォーマーパート１の後半部分にお
いては水分が少なくなって高温となりやすいことから、
後半部分の支持部材１０の材質として上記窒化珪素質セ
ラミックスを用いることもできる実験例１ここで、まず、さまざまなセラミックスと抄網との摺動
性を調べる実験を行った。

【００３１】図４に示すように、回転するセラミックロ
ール３１に抄網１２としてプラスチック製のワイヤ３２
を掛け、分銅３３で該ワイヤ３２に負荷を与える。セラ
ミックロール３１とワイヤ３２との摺動部にはタルクの
水溶液からなるスラリー３４を一定量ずつ滴下させる。
この状態でセラミックロール３１を回転させ、上記プラ
スチック製ワイヤ３２の重量減少を測定し、摩耗量を評
価した。また、セラミックロール３１の摺動面の表面粗
さも測定した。なお、試験条件は、（イ）スラリー：タルク２％水溶液、０．７〜
０．７５リットル／分（ロ）ワイヤー：プラスチック（ハ）分銅：８５０ｇ（ニ）ロールサイズ：φ６０ｍｍ（ホ）ロール回転数：１５００ｒｐｍとした。また、上記セラミックロール３１の材質は、本
発明実施例としてＡｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃を含む炭化珪素
質セラミックスと、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃を含む窒化珪
素質セラミックスを、比較例としてアルミナセラミック
ス、ジルコニアセラミックスをそれぞれ用意した。

【００３２】この結果、ワイヤ３２の重量損失を図５
（Ａ）に示すように、本発明の窒化珪素質セラミックス
は他のセラミックスに比べてワイヤ３２の重量損失が小
さく、ワイヤ３２にダメージを与えにくいことがわか
る。したがって、支持部材を窒化珪素質セラミックスで
構成すれば、抄網やフェルトなどの摺動相手材を摩耗さ
せにくいことがわかる。

【００３３】一方、セラミックロール３１の表面粗さの
変化を図５（Ｂ）に示すように、本発明の炭化珪素質セ
ラミックスは他の材質に比べ表面粗さが小さく、かつそ
の変動も小さく安定している。これは、本発明の炭化珪
素質セラミックスが、ワイヤ３２との摺動抵抗が小さく
ワイヤ３２との馴染みがよいものであるためである。

【００３４】実験例２次に、上記と同様にして、今度はセラミックス側の摩耗
量を調べる実験を行った。

【００３５】図６に示すように、ロール３５の外周に等
間隔に４個のセラミックブロック３６を固定し、抄網１
２としてブロンズ製のワイヤ３２を掛け、分銅３３で該
ワイヤ３２に負荷を与える。この状態で、ロール３５と
ワイヤ３２の摺動部にはタルクの水溶液からなるスラリ
ー３４を滴下させながら連続回転を行い、セラミックブ
ロック３６の重量減少を測定して、摩耗量を評価した。
なお、試験条件は、（イ）スラリー：タルク２％水溶液、０．７〜
０．７５リットル／分（ロ）ワイヤー：金属（ブロンズ）（ハ）分銅：１２０ｇ（ニ）ロールサイズ：φ６０ｍｍ（ホ）ロール回転数：１５００ｒｐｍ（ヘ）セラミック形状：５×１０×４０ｍｍとした。また、セラミックブロック３６の材質は、上記
実験例１と同じものとした。

【００３６】この結果は図７に示すように、本発明の炭
化珪素質セラミックスの摩耗量は他の材質に比べてはる
かに小さく、ワイヤ摺動に対する耐摩耗性が極めて高い
ことがわかる。この理由は、炭化珪素質セラミックスの
硬度が高いことだけでなく、上記したようにワイヤ３２
との摺動性に優れ、放熱性も高いためである。したがっ
て、支持部材を炭化珪素質セラミックスで構成すれば、
特に耐摩耗性を高くできることがわかる。

【００３７】実験例３次に、図２（Ａ）に示すように、フォーマーパート１に
おける支持部材１０の先端エッジ１０ａ部分にさまざま
なセラミックス材を張り付け、実際の抄紙機に組み込ん
で運転をし、セラミックス材の摩耗量を調べる実験を行
った。この抄紙機の使用条件は、（イ）抄速：６５０ｍ／分（ロ）抄物：上質紙（ハ）抄網：プラスチック（ニ）実験期間：６カ月とした。

【００３８】また、この試験に使用したセラミックス材
毎に、試験後のワイヤ接触幅ａ、摩耗高さｔ、およびこ
の部分の中心線平均粗さ（Ｒａ）を測定した。各セラミ
ックス材の特性を表１に、試験後の結果を表２にそれぞ
れ示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】これらの表中ＳｉＣ−Ａ〜Ｄは、金属酸化
物を添加した本発明の炭化珪素質セラミックスであり、
これらは破壊靱性値（Ｋ_1C）が４ＭＰａ√ｍ以上と高い
ものである。また、ＳｉＣ−Ｅは、同じ炭化珪素質セラ
ミックスであるが、添加剤として金属酸化物ではなく硼
素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を用いて固相焼結した比較例であ
って、これは破壊靱性値（Ｋ_1C）が３．４ＭＰａ√ｍと
低いものである。

【００４２】また、表１において、ワイヤ−接触幅ａと
摩耗高さｈの積により摩耗量を評価することができる。
この表１から明らかに、比較例であるアルミナ、ジルコ
ニア、窒化珪素は摩耗量が大きいことがわかる。これ
は、これらのセラミックスが硬度がやや低く、かつワイ
ヤとの摺動性が悪いためである。また、比較例であるＳ
ｉＣ−Ｅは、硬度、摺動性は優れているものの、靱性が
低いためにチッピングが生じやすく、その結果摩耗量も
大きかった。

【００４３】これらに対し、本発明の炭化珪素（ＳｉＣ
−Ａ〜Ｄ）は摩耗量が極めて小さいことがわかる。また
ワイヤーとの接触面の表面粗さも小さく、ワイヤーとの
摺動摩擦およびワイヤーに与える損傷を低減しているこ
とがわかる。これは、本発明の炭化珪素が、硬度、摺動
性に優れているとともに、靱性が高いためにチッピング
が生じにくいことによるものである。

【００４４】

【発明の効果】このように本発明によれば、抄紙機にお
けるフォーマーパートの支持部材を炭化珪素質セラミッ
クスにより形成し、プレスパートにおける支持部材を窒
化珪素質セラミックスにより形成したことによって、フ
ォーマーパートにおいては支持部材自体の耐摩耗性、耐
チッピング性が高いだけでなく、抄網との摺動性が良い
ため抄網を摩耗させにくくすることができ、一方プレス
パートにおいては支持部材の耐熱衝撃性、耐熱変形性が
小さいため高温でも割れや欠けが生じにくい。そのた
め、支持部材および抄網を長期にわたって良好に使用す
ることができるとともに、近年の高速抄紙も好適に行う
ことが可能となるなど、優れた効果を有する抄紙機を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な抄紙機を示す概略構成図である。

【図２】（Ａ）は抄紙機用支持部材の一種であるハイド
ロフォイルを示す側面図、（Ｂ）は同じくサクションボ
ックスを示す断面図である。

【図３】抄紙機用支持部材の一種であるフェルトサクシ
ョンボックスを示す断面図である。

【図４】各種セラミック材とワイヤとの摺動試験装置を
示す概略図である。

【図５】（Ａ）はワイヤの重量損失を示すグラフ、
（Ｂ）はセラミックロールの表面粗さを示すグラフであ
る。

【図６】各種セラミック材とワイヤとの摺動試験装置を
示す概略図である。

【図７】セラミックブロックの重量損失を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１・・・フォーマーパート１０・・支持部材１１・・ロール１２・・抄網１３・・ヘッドボックス１４・・パルプ原料２・・・プレスパート２０・・支持部材２１・・ロール２２・・フェルト

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】抄網上のパルプ原料を脱水するためのフォ
ーマーパートと、該フォーマーパートを通過後のパルプ
原料にフェルトを押し当ててさらに脱水するためのプレ
スパートを有する抄紙機において、上記フォーマーパー
トにおける抄網の支持部材を金属酸化物を添加して液相
焼結した炭化珪素質セラミックスで構成し、かつ上記プ
レスパートにおけるフェルトの支持部材を窒化珪素質セ
ラミックスで構成したことを特徴とする抄紙機。