JP4076722B2 - 製紙叩解板の改良 - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は製紙および紙、ペーパーボードおよびファイバーボードなどの製造におけるリグノセルロースおよびその他の天然および合成繊維材料の叩解に関するものであり、特にチップやパルプの処理に用いられる交換可能な叩解充填装置に関するものである。
【０００２】
発明の背景。ビーター、ジョルダン（精砕機）、円錐叩解器、マルチディスクおよびディスク叩解器などの今日使われている全んどの製紙用叩解装置において、叩解充填装置の作業面は密に間隙配置されたバーと溝とによって画定されており、これらのバーと溝とは繊維が間を通過する際に相対回転により互いに作用し合う。バーと溝との作業面間隙により叩解器に掛る力が決まってくる。
【０００３】
各タイプの叩解器において、バーは相互になるべく間隙を小さくして、バー端部長を最大にして、より多くのバー接触点またはバー交差点に叩解力分配するのが望ましい。この相対強度（端部負荷比とも呼ばれる）は全んどの紙およびボード製品について重要な品質パラメーターであると認識されている。
【０００４】
いかなるタイプの叩解器にあっても、バーの幅と間隙とはいかなるものにもできるが、実際の幅と間隙とは材料、製造方法または製造コストなどによって制約される。典型的なディスク叩解器にあっては、交換可能な作業面（または叩解器板とも呼ばれるが）は鋳造または機械加工により製造される。また適当に間隙を置いたバーを基材上に溶接で取り付ける方法もある。
【０００５】
鋳造叩解板の場合には、バーと溝との幅は約１／８”を越えるように制約されている。通常の溝の深さ１／４”にあっては、これより狭い鋳造バーは内部傷により破壊し易く、鋳造処理に必要な３度のドラフト角は約１／８”より狭いバー間隙にあっては溝体積（繊維材料の通過のための）を大きく低減させる。
【０００６】
機械加工による叩解板の場合には、コストが制約要因となる。原材料に所望の深さまで刻設する溝の数に比例してコスト高となる。加工製造された板の場合も、バーを個々に溶接するので、やはりコストが制約となる。
【０００７】
交換可能な叩解板のその他の重要な点としては可使用寿命がある。使用中ある程度までバーが摩耗すると、バー間の溝が浅くなり、叩解器は叩解板を通って繊維材料を移動できなくなる。摩耗の原因はいくつかあり、繊維材料やその他の粒子の摩擦性や、処理材料の流れが急に中断して叩解板が衝突によるものである。
【０００８】
叩解板の摩耗の詳細なメカニズムは完全には知られていない。バー材料の硬度も重要な要因である。また摩耗の速度はバー材料の腐食抵抗にも密接な関係があることが明らかにされている。
【０００９】
一般的には叩解板の製造に用いられる材料の硬度と腐食抵抗と靭姓との間には一種の妥協が必要である。処理媒体中ではときに金属汚染が起きるので、靭姓は要求される性質である。叩解器を金属片が通って板が詰まると、種々の作業上の問題が生じることになる。
【００１０】
加工または機械加工された叩解板には摩耗の点でいくつかの潜在的な利点が有るが、ディスクを完全な円形で製造しなければならないということからくる深刻な制約がある。３４”以上の叩解器用の完全に円形状の交換板は数百ポンドの重さが有り、叩解への取付け、取外しにリフトを用いる必要がある。鋳造叩解板は通常数片に製造することができ、各片は３０，４５または６０度であり、ディスク叩解器のための完全な作業面を構成するには１２，８または６片が必要となる。各片は３５ポンド未満であり、ディスク上にそれぞれボルトで錨止され、特定のリフトを用いなくても手作業で板全体を交換することができる。これらの理由から、全んどの叩解板は特殊な鋳鉄やステンレススチール合金を用いた鋳造製である。
【００１１】
実際には機械加工または加工板が片の形で製造されない理由の一つに、繊維材料を処理する叩解バーの非平行端部交差のための作業的な要求がある。作業面が互いに作用し合う固定板と回転子板はバーを含んでおり、該バーの先端は互いに平行または平行に近い状態である。このため処理される繊維材料を過剰切断してしまう。したがって叩解板は正確な半径方向バーを具えていないことが必要であり、むしろ半径方向に対して傾斜した（約３〜２０度）バーがよいとされる。
【００１２】
叩解ディスク板片は正確な半径方向側端を有しており、片分割線に半径方向のバーまたは溝を有さない作業面パターンを製造するのはコスト的に複雑な点がある。したがって、片連結部はバーおよび溝のパターンを横切って浅い角で切断する必要がある。機械加工または加工板の場合にはこれは困難でありコストも必要とし、鋳造板の場合でも非常に弱くなり勝ちな浅く傾斜したバーを残すことになる。
【００１３】
ジョルダンという名前で知られている円錐タイプの叩解器は永年に亙って使用されてきた。多くのジョルダンはプラグとシェルの円錐状面に沿って軸方向に配置された金属バーと木製または複合材製のスペーサー（高さが低い）とを有しており、回転プラグが制しシェル内に動くと、それぞれのバーが互いに作用してジョルダンを送られるパルプに叩解効果を及ぼす。これらのバーは溝に係合するか円周方向の張力バンドにより拘束されている。
【００１４】
ジョルダン充填器のバーとスペーサーとは構造的に一体に接合されてはいない。その結果充填器の強度は非常に限られたものである。特に低強度でかつ高エネルギー入力比で（多数の密に配置されたバーを必要とする）叩解することが望まれる場合にはそうである。かなりの程度ジョルダンは作業効率がより高いディスク叩解器によりとって代わられてきたのである。
【００１５】
一般に叩解ディスク充填器は鋳造片からでも環状鋳造片に切削加工を加えたものからでも製造される。いずれの場合でも、充填器は単一の材料からなっている。
【００１６】
アメリカ特許第４０２３７３７号（Ｐｉｌａｏ）には粉砕体のそれぞれの面に溶接された粉砕ブレードを用いることが開示されている。しかし中間のスペーサーを欠いているために、曲げと破壊に抵抗するブレードの強度は非常に制約されたものである。
【００１７】
アメリカ特許第４４２８５３８号（Ｖａｌｄｉｖｉａ）には平行研磨帯が開示されており、各研磨帯は高さの低い中間帯によって分離されている。このものは研磨ができ、中間帯が相互によりかかるという利点は有るものの、ひとつ置きの帯は一体になっておらず、したがって高いバー端部負荷が起きた場合に境界に存在する高い剪断力を支持できないから、強度と剛性の点で非常に制約がある。
【００１８】
低硬度で低強度叩解で、しかも通常の条件下で高バー端部負荷が望ましくない場合、トランプメタルまたは他の硬い汚染物質が叩解器を通過すると、急で非常に高いバー端部負荷を招くことがある。全んどのパルプおよび紙叩解システムにおいて、そのような汚染は叩解器の寿命中に数回起きるものである。
【００１９】
したがって叩解充填装置の場合には、マニュアルから予測される以上の負荷に耐える能力が必要である。実務的な点からすると、叩解充填装置は上記のような汚染物質に起因する衝撃的負荷に耐えられるものでなければならない。ＰｉａｏおよびＶａｌｄｉｖｉａ特許に記載されたようなスペーサー付きまたはスペーサーなしのブレードの使用は、ブレードまたはバーの厚さが約５／３２”未満である場合には、非常に制約されることになる。
【００２０】
結論として、ディスク叩解器の実用性は半径に対して傾斜配列されたバーに対する作業上の要求、製造上の制約、腐食と摩擦による作業面の摩耗の速度および叩解処理中に起きる汚染物質に起因する衝撃的負荷に対する耐久性により制約されることになる。
【００２１】
発明の要約。この発明の目的は密に配置された比較的狭いバーを用いた作業面を具えた叩解充填装置を提供することにある。このためこの発明においては、適宜な材料からなる比較的薄いブレードを浅いスペーサーバーにより分離し、該バーの厚さは溝の幅を定めるものとし、ブレードとスペーサーとをそれらの材料に適した方法で一体に接合するものである。
【００２２】
この発明の他の態様によれば、ブレードとスペーサーとは異なる腐食抵抗の金属材料から選択される。スペーサーに用いる金属材料としてブレードに用いる金属材料より起電力列において非腐食性が低度であるものを用いることによりブレードのための陰極防食効果が得られるのである。かくしてたいした摩擦には直面しないスペーサーが無害に凹んで腐食し、ブレードバーの磨耗が大きく低減されるのである。かかる電気的または陰極防食は、犠牲となる金属要素を挿入することにより、鋳造時または機械加工叩解板にも適用されるのである。
【００２３】
この発明のさらなる態様においては、非円形端部（側端）を有して正確に半径方向ではない片を具えたディスク叩解器を提供するものである。つまり側端は半径方向に対して約３〜２０度の角度で傾斜しており、叩解板分割線は隣接する叩解ブレードに対して平行である。
【００２４】
この発明の基本的な特徴は金属その他の硬くて耐久性のある材料をブレードとスペーサーに用いることにある。これらのブレードとスペーサーとはそれらの連結面に沿って金属的に接合される。この接合には適宜公知の方法を利用でき、例えば溶接、分散接合、ろう付けなどが用いられ、その連結強度がブレードまたはスペーサー材料のそれに近くなるようにする。
【００２５】
この発明の好ましき実施例においては、高温真空炉処理によりステンレススチール製のブレードを炭素鋼製のスペーサーに接合する。適宜な合金を用いて、連結部の中間においてブレードおよび／またはスペーサーの母材金属の溶解を起こす。これにより高温処理の終りにおいて、連結部はスペーサーのそれに近い強度を呈し、ステンレススチール製ブレードの強度の２／３より大きくなる。
【００２６】
この発明の他の実施例においては、ブレードまたはスペーサーの材料としてセラミックおよび金属複合材料を用いる。特定な用途の充填装置のブレードには適宜な強度と靭性を有した金属複合材料を用いてもよいが、スペーサーには価格の安い材料を用いてもよい。同様にセラミックまたはセラミック被覆を施したブレードの場合には、もっと安くて適切な材料をスペーサーに用いると、より有利となることもある。
【００２７】
発明の目的。この発明の目的は製紙用の改良された叩解板を提供することにある。またこの発明の他の目的は、バーとスペーサーとが適宜接合配置された改良された叩解板を提供することにある。
【００２８】
この発明のさらなる目的は、腐蝕抵抗性を考慮してブレードとスペーサーとを選択することにある。さらにこの発明では起電力列においてバーのための材料よりも非腐食性の低度な金属をスペーサーに用いるのである。また円の半径に対して傾斜した側端を具えた円形片をディスクに採用して、バーの少なくとも一部を側端に対して平行にする。
【００２９】
この発明のさらなる目的は、ディスクの半径に対して傾斜した側端を具えたディスク板片を採用し、バーのパターンを傾斜側端に平行となし、作業面内の全てのバーが半径に対して所定の傾斜範囲にあるようにすることにある。この発明のさらなる目的は、ブレードとスペーサーとに金属や硬くて耐久性のある材料を用いて、ブレードとスペーサーとを金属的に接合することにある。
【００３０】
この発明のさらなる目的は、スペーサー材料の降伏強度に近くてかつブレードがステンレススチールの場合の強度の２／３より大なる強度を呈するブレード／スペーサー連結部を与えることにある。この発明のさらなる目的は、特定の用途に用いる叩解のブレードに適切な強度と靭性を呈する複合材料を用いて、スペーサーにはより安い材料を用いることにある。さらにこの発明は以下の記載から当業者に明らかな目的を果たすものである。
【００３１】
添付の図面はこの発明の好ましい実施例を示すものであって、以下これにより説明する。
【００３２】
図示の実施例における発明の叩解ディスク１０は支持板１２を有しており、これにはブレード１４とスペーサー１６とが付設されており、ブレードとスペーサーとはディスク作業面および中間溝１８を画定している。
【００３３】
図１に示すように、叩解ディスク１０は中心角θの同心状の扇形外側片２０と扇形内側片２０と外側円の半径Ｒに対して傾斜する側端２４、２６により画定されている。ディスク１０を構成する各片は１２個ならば中心角が３０度、８個ならば中心角が４５度、６個ならば中心角が６０度である。
【００３４】
側端のずれの程度は角度で示されており、好ましくは半径から３〜２０度ずれている。図１中の右側の側端２４から始まって、片バー１４は右側側端に平行に位置され、外側周縁２０から内側周縁２２に向けてに延在している。図示のようにバーは内側周縁に至らずに終わっており、これにより内側周縁とともにパルプがブレードと溝とに入る供給域２８を画定している。供給バー３０が設けられて、パルプを溝に指向させる。孔３２は片を固定位置決めする締結材（図示せず）を収受する。
【００３５】
図から明らかなように、片の半径Ｒに対するブレードの傾斜度は側端２４の垂直に対する距離につれて増加する。例えば右側側端に一番近いブレード１４’はαの傾斜角であり、バー１４”はより大きな傾斜角α’である。叩解板においては静止および回転ブレードの浅い交差角（すなわち半径に対する高度の傾斜）は避けるのが望ましく、したがってブレードの傾斜は３〜２０度に保つのが望ましい。ここでブレードパターンは、増加する傾斜（ブレード１４”の場合のように）が２０度に近づく位置において新しくなる。したがってこの位置において、バーパターンは再設定されて、低い角α”（例えば３度）から始まりバーパターンが側端２６に達するまで続くのである。
【００３６】
各３０度の１２片を具えた叩解ディスクの場合のように、狭いディスク片の場合にはブレードパターンを反復させる必要はない。
【００３７】
半径方向の側端のないディスク叩解片の場合には一方の側端にすぐ近いスペーサーのブレードは側端に対して平行であるが、その配列は正確に半径方向ではない。したがって反対側の回転および静止板上のバーは半径方向には交差せず、これによりバーの半径方向交差に因る叩解処理上の不利を回避している。同時にこの発明の叩解板の場合には、コストが安くて耐久性が高く短いブレードが一方の側端のみを境界付けている。
【００３８】
ブレードはアルミニウムやアルミニウム合金、ブロンズ、ニッケル、ニッケル合金、ステンレススチール、炭素および合金鋼、チタン、チタン合金およびセラミックまたは複合材料などの適宜な耐久性のあるスペーサーに対して金属接合可能な金属材料から形成される。同様にスペーサーは好ましくは支持板に強く接合可能な金属材料から形成される。ブレード用材料は硬さおよび腐蝕抵抗性の点から選択される。
【００３９】
図２に示すように、ブレード１４とスペーサー１６とは交互に配置されており、重複部分は連結面１５を画定している。図１にも示すようにこの連結面はブレードとスペーサーの全長に亙って延在している。
【００４０】
この発明においては連結面の全体に亙ってブレードとスペーサーとを金属接合することを基本的な特徴としている。この金属接合により連結部はスペーサーの降伏強度の少なくとも５０％の強度を帯びることになる。
【００４１】
この発明の好ましき実施例にあっては、ブレードはステンレススチールから、スペーサーは炭素鋼から、裏板はステンレススチールまたは炭素鋼から形成される。ブレードとスペーサーと裏板とは全体として銅ろう付けや高温分散溶接などの処理により金属接合されて叩解ディスクを構成する。
【００４２】
好ましき実施例にあっては、高温真空炉処理によりステンレススチール製のブレードが炭素鋼製スペーサーに接合される。適宜な合金を用いて、連結部の領域中でブレードおよび／またはスペーサーの母材金属を溶融させる。得られた連結部はスペーサー材料の強度に近い強度を呈し、ステンレススチール製ブレードの強度２／３より大となる。
【００４３】
使用中にステンレススチール製ブレードの一番上の表面は保護酸化物の摩擦除去に常時曝される。露出された表面はすぐ隣接する炭素鋼スペ−サーにより与えられる陰極防食効果の故に摩擦・腐蝕摩耗に対してより多く抵抗する。
【００４４】
図３に示すように、この発明においてはセラミックおよび金属複合材料をブレード４０またはスペーサー４２に用いてもよい。ブレードとスペーサーとは重複してその全長に亘る連結面４５を画定している。市販されているセラミック材料としては金属酸化物、カーバイト、窒化物およびホウ化物などがある。特にブレード用としてはアルミナ（酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア（酸化ジルコニウムＺｒＯ_２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）および窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）などがあり、これらは容易に粉状で入手でき、それらを用いた製造方法は公知である。ブレードまたはその一部にこれらのいずれかを用いると、金属材料の場合に比べて叩解充填装置の摩擦摩耗抵抗性が増加する。
【００４５】
補強されてない純粋なセラミック材料は靭性に劣るので利用が限られている。しかしセラミック面テープ４０ａを金属ブレード４０ｂに施すと、側端の摩擦抵抗は保たれたままでブレードは必要な靭性を呈するようになる。ブレードの結合された金属およびセラミック複合物は、ブレードとスペーサーとが接合されたと同じ方法により、４６の部分において連結される。
【００４６】
連結前に上記の材料のいずれかを公知の方法でブレードに施すことにより同様により薄いセラミック側端が得られ、爾後ブレードとスペーサーとの連結が行ってもよい。酸化金属や炭化金属などのセラミック−金属複合材料（サーメット）粒子もブレード材料としても用いることができる。セラミックの例外的な摩耗特性が金属の靭性（例えば切断具の場合におけるコバルト）と組み合わされて非常に耐久性に秀れたブレードを与えるのである。
【００４７】
ブレードとスペーサーとが接合されることにより、種々広い範囲に亙る材料を使用できるようになる。ただ必要とされるのは材料が他のブレードおよびスペーサーと強い金属接合を形成できることである。例えばセラミックとサーメットをスチール具に連結するのには銅ろう付けが一般に用いられる。
【００４８】
以上の実施例はこの発明の適用例を示したものに過ぎず、種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明によるバーの配置を採用した叩解ディスク板の平面図である。
【図２】 図１中線２−２に沿ってとった断面図である。
【図３】 変化実施例の断面図である。
【符号の説明】
１０ 叩解ディスク
１２ 支持板
１４ ブレード
１６ スペーサー
１８ 中間溝

Claims (12)

1. 支持板とブレードと前記支持板に付設されたスペーサーとを有してなり、前記ブレードと前記スペーサーとが前記ブレード間の中間溝を含む叩解充填装置の作業面を画定しており、前記ブレードと前記スペーサーとが異なる腐食抵抗を有した金属材料から形成されており、前記スペーサーの金属材料が金属起電力列において前記ブレードに使われた材料より非腐食性が低度であり、これにより前記スペーサーが使用中に無害に凹んで腐食し、前記ブレードの磨耗が大きく低減されることを特徴とする叩解充填装置。
2. 充填装置が半径を有する叩解ディスク上に設けられてかつ外縁と内縁と内縁・外縁間に延在している傾斜側端とにより画定されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記ブレードの少なくとも一部が前記充填装置のひとつの傾斜側縁に対して平行に配列されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記充填装置の側縁が前記半径に対して３〜２０度の傾斜範囲にあることを特徴とする請求項２に記載の装置。
5. 各ディスク片の側縁が前記半径に対して３〜２０度の傾斜範囲にあり、かつ前記ブレードの少なくとも一部が前記充填装置のひとつの傾斜側縁に対して平行に配列されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
6. 前記充填装置の作業面が複数のブレードパターンを含んでおり、各パターンの各ブレードがディスクの半径に対して３〜２０度の傾斜を有していることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記叩解ディスクの片のそれぞれの中心角が３０度であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
8. 前記叩解ディスクの片のそれぞれの中心角が４５度であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
9. 前記叩解ディスクの片のそれぞれの中心角が６０度であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
10. 繊維材料を叩解するのに採用される叩解充填装置であって、前記叩解充填装置に固定される手段を具えた支持板と、前記支持板上に密に間隔を置いて配列された複数のブレードと、前記支持板上において密に間隔を置いて配列された前記ブレード間にブレードとスペーサーとが交互に配列された複数のスペーサーバーとを有してなり、前記スペーサーバーが前記ブレードより浅くて溝を画定し、前記ブレードと前記スペーサーバーとが叩解される繊維材料を貫通する溝を具えた作業面を画定し、前記ブレードがステンレススチールから形成され、前記スペーサーバーが炭素鋼から形成され、前記スペーサーバーが前記ブレードに接合され、前記スペーサーバーと前記ブレードとが前記支持板に接合されていることを特徴とする叩解充填装置。
11. 前記ブレードと、前記スペーサーと前記支持板とが銅ろう付けにより相互に接合されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記ブレードと、前記支持板とが高熱溶融溶接により相互に接合されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。

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