JP4582282B2 - 紙匹を成形するための方法及び装置 - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は、通常は紙料と呼ばれる木材パルプ繊維の含水スラリーからの紙匹成形に関するものであり、特に、フォーミングシューの多孔質面上の或る位置において、紙の成形の初期段階に走行フォーミングワイヤに対して(走行フォーミングワイヤ間に)紙料の流れを噴射することにより高速で紙を成形する方法及び装置に関する。また、本発明は特に、フォーミングワイヤを支持するフォーミングシューのフェースにおいて多孔質面に溝が形成されており、その溝が実質上フォーミングワイヤの走行方向に小角度をなして延在しているようなフォーミングシューを利用した紙匹の成形に関する。別の好適実施例では、多孔質面は複数の開口を有する。
【0002】
(発明の背景)
木材パルプ繊維の含水スラリーから紙を製造する場合、長網式フォーミングパートなどのシングルフォーミングワイヤまたはいわゆるギャップフォーマなどのツインフォーミングワイヤ機械で初期の成形を行う。ここでは、フォーミングワイヤ間のヘッドボックスから噴射される紙料の流れ上で、収束する共走行経路に1対のループ状の対向フォーミングワイヤを方向づけ、フォーミングワイヤを介して紙料中の水を排出し、木材パルプ繊維をフォーミングワイヤ上または共走行フォーミングワイヤの間にランダムに配置することにより紙匹の成形を開始する。
【0003】
製造する紙または板紙の種類によって、異なる種類の紙料を用いる。良質紙を製造するために異なる紙料から搾水し得る速度は、多数の要素、例えば紙製品、製造する紙製品の所望の厚さ、製紙機械の設計速度、最終紙製品のファイン、繊維、充填材の所望レベル等の関数である。
【0004】
製紙機械のフォーミングパートでフォーミングシューを用いて1枚または2枚のフォーミングワイヤをガイドすることは、当分野では既知である。また、いわゆるフォーミングロールを用いることも既知である。フォーミングロールは、フォーミングワイヤを通過する水及びフォーミングワイヤの外面上を搬送される紙料からフォーミングロールに入る水を受容するために、小孔カバーから製造されることもある。
【0005】
更に、フォーミングシューの前縁の下流から始まり流れ方向(即ち製紙機械上を紙匹が走行する方向)に小角度をなして延在するような溝を表面に有するようなフォーミングシューを用いることも既知である。
【0006】
製紙機械のフォーミングパート内には、フォイルブレード、真空ボックス、ターニングロール、サクションロール、開曲面ロールなど既知の様々な種類の装置があり、これらは発生期の紙匹を成形する際の搾水速度、時間及び位置の最適化を模索するべく種々の構造及び順序で用いられる。製紙は、可能な限り速い単なる搾水だけでは高品質の紙製品を作り出さない点で厄介である。換言すれば、例えば6,000ft/min(2,000m/min)程度の高速での高品質紙製品の生産は、搾水速度、搾水方法、搾水継続時間及びフォーミングワイヤ上またはフォーミングワイヤ間の紙料からの搾水位置の関数である。
【0007】
過去において、製紙機械の速度が低かった場合、例えば3,000〜4,000ft/min(914〜1219m/min)であった場合には、紙製品の所望の品質を得るために上記要素の相対適用を異なるものとすることができた。更に殆どのプロセスにおいて、より速い速度で製品を生産しつつ製品の品質を維持または向上させることが望ましい場合には、所望の品質を維持または達成するために生産速度を低下させなければならなくなるか、或いは生産速度をより速くするために所望の品質を犠牲にしなければならなくなる事態をもたらすような予期せぬ問題にしばしば直面する。
【0008】
フォーミングシューの表面構造が曲面であるか平面であるかに拘らず、フォーミングシューのための既存のブレードエレメント即ちフォイルは時として、ブレードエレメントの縦方向に沿いに延在する複数のブレードエレメント間に形成された複数のスロットを有する。スロットは、フォーミングワイヤの走行方向に垂直な幅方向に配列されたブレードエレメント上において前縁を画定する。このような配列は、十分に機能する。フォーミングシュー/フォイルの前縁上において紙料の流れがフォーミングワイヤに噴射され、それによって紙料の流れの一部がフォーミングワイヤを通ってシュー/フォイルの下を通過する。各フォイル、ブレードエレメントまたはフォーミングシューは、ボトムを大気に開放するか、或いは準大気圧源に接続して、フォイルまたはフォーミングシューのフェースまたはトップ面を画定するような隣接したフォイルまたはブレードエレメント間のスロットに注水することにより脱水プロセスを向上させる。
【0009】
しかしながら、より経済的に紙製品を製造するために製紙機械の速度を増すにつれて、生産された紙製品の外観及び内部構造と併せて製紙装置の運転能力に関する新たな現象が現れ始める。このような変化の大部分は、望ましいものではない。
【0010】
このような現象は、例えばファイン及び充填材の望ましくない分配など様々な形態を取ることができ、第1パスの保持またはファイン材料の保持率が減少する。これらの変化及び欠点は、紙製品にとって有害であり、ヒートシール適性に影響する。
【0011】
(発明の概要)
製紙機械のフォーミングパートのフォーミングシューまたはフォイルセクションにより生じるような上記の欠点、不足及び、紙製品の生産及び品質に影響する要素は、本発明によって取り除かれたり軽減されたりしてきた。
【0012】
本発明においては、多孔質面を有するフォーミングシューを用いる。好適実施例では、多孔質面はフェース面の一部において複数の平行な溝の形状をなし得る。別の好適実施例では、多孔質面は、複数の小開口の形状、例えばドリル穴、スロット、ハニカムなどの形状をなし得る。
【0013】
フォーミングシューは曲り前縁ノーズ面及び溝を有し、好適実施例ではフォーミングシューは先ず、そこで滑らかに連続する始端(即ち溝のボトム面)を有するノーズの下流部に形成される。溝は、流れ方向即ちフォーミングワイヤの走行方向に小角度をなして延在する。また、フォーミングシュー上のノーズ面との最初の共通部分のポイントから溝深さが徐々に増す。
【0014】
好適実施例において、各溝はフォーミングシューを貫通して延在せず、フォーミングシューのもとで大気圧に曝されない。更に好適実施例では各溝は、或る距離の間、流れ方向に小角度をなして延在し、それによって溝の始端が流れ方向において少なくとも1つの隣接する溝の終端と重畳し、それによって流れ方向に走行するフォーミングワイヤの所与のポイントがフォーミングシュー上の走行パスにおいて少なくとも2つの溝の一部を通過する。
【0015】
好適実施例では更に、多孔質フォーミングシューの曲率半径は、例えば、流れ方向に約45.72cm(18インチ)延在するフェース面を有するフォーミングシュー上の複合半径であり、流れ方向の最初の10.16cm(4インチ)長さに対する半径は最大約152.4cm(60インチ)、好適には約76.2cm〜101.6cm(30〜40インチ)であり、流れ方向下流方向の次の10〜12インチに対する半径は約2.54m〜5.08m(100〜200インチ)であり、フェース面長さの最後の2〜4インチに対する半径は約25.4cm(10インチ)である。しかしながら、複合半径が2つの半径を有し、シュー内に流れ方向に長さ約17.78cm(7インチ)のブレードを2つの別々に有し得ることは本発明の特許請求の範囲内であると考えられ且つそのように意図される。両ブレード間には、例えば約2.54cm(1インチ)以下の小スロットを有し得る。例えばフェース面の最初の10.16cm(4インチ)に対しては半径を101.6cm(40インチ)、全長約38.1cm(15インチ)のフォーミングシューにおけるフェース面の残りに対しては半径を約2.54m〜5.08m(100〜200インチ)とし得る。
【0016】
曲率半径が、フォーミングシュー前縁即ちノーズ部から中間部即ちフォーミングシューの多孔質部を介して多孔質または非多孔質のフォーミングシュー後縁を通過して連続的にフレンチカーブ方式で変化するとも考えられる。これは、連続的に変化する複合曲線になり得る。所与の位置での瞬間半径は、紙料の流れを噴射するポイント及び多孔質部上での搾水速度が所望のように一定またはほぼ一定になるようにし得る。
【0017】
更に、溝付きフォーミングシューの曲率は、実質上直線である後縁面または連続曲線を伴うノーズ部に対する単純な曲線から構成されるとも考えられる。直線後縁面構造は、おそらく単一のフォーミングワイヤにのみ用いることになる。直線面の長さは、おそらく約17.78cm(7インチ)を超えない長さにすることになる。例えば、フェース面に対するそのような連続曲線の半径は、長さ約20.32cm(8インチ)のフェース面に対して約63.5〜152.4cm(25〜60インチ)の範囲とし得る。以上のことは、本発明の特許請求の範囲内であるように意図される。
【0018】
上記の半径に関連して、フォーミングワイヤの各位置が流れ方向に走行するような実質上幅方向に延在する個々の溝を有しないことによって、フォーミングワイヤの外面上を搬送される紙料は、脱水作業中に比較的静かに溝上を通過する。これは、フォーミングワイヤが走行する比較的短時間の間に溝が実質上同一方向に同一長さ延在するためであるが、この時間は、スロットが幅方向に延在する場合にスロットが紙料の下を通過し得る時間より長い。溝の流れ方向特性は、排水の流れの方向を向け直す。これは、排出された流れがブレードに衝突する際に、紙匹へ戻される流れが少ないことを意味する。
【0019】
小孔等の複数の開口によりフェース面が多孔性である場合には、個々の開口の小サイズは、小開口を含まないフェース面の面積と関係して同一の利点を提供する。逆流、紙匹の再流動化及びファイン材料の剥離を回避するべく、スロットは図11に示すように或る角度をなしている。
【0020】
多孔質面の予期された構造に拘らず、本発明は、先行技術で行われていたように、多孔質面上のフォーミングシューの曲りフェース面に紙料の流れを噴射し、フォーミングシューの前縁上には噴射しないというコンセプトを更に具現化する。
【0021】
更に、フォイル、フォイルボックスまたはフォーミングシューのスロット及びそれに続くランド面積の急速な変化がもたらす先行アレンジメントにおけるフォーミングワイヤのトップでの紙料の急速なパルセーションは、本発明において緩和されている。なぜなら、水の一部を多孔質面に通過させることによって紙料の流れの噴射力を吸収し、それによってパルスの形成を減少させる多孔質面の能力に起因して、フォーミングワイヤ上の紙料の小面積即ち木材パルプ繊維の含水スラリーの小面積が、幾分長い時間の間、多孔質面を形成する複数の溝またはその他の手段に曝されるからである。このパルス吸収は、次の連続ブレードエレメントの接近してくる前縁が同時に幅方向の特定のラインを通過しないように機械の走行方向に小角度をなして延在する溝の形態か、多孔質面の開口全般にわたりフォーミングワイヤ上に存在する紙料の形態かのいずれかをとる。
【0022】
この動作はまた、フォーミングシューのフェース面上を通過する紙料中のパルセーションを緩和するのみならず、幅方向の紙匹ベースの重量変化を等しくするように機能する。このことは、紙匹の成形を維持または向上させつつ、より速い製紙機械速度を可能にするのに役立つ。
【0023】
従って、本発明の特色は、製紙機械のフォーミングパートにおける紙料の脱水を向上させるための方法及び装置を提供し、多孔質フォーミングシュー上のフォーミングワイヤにヘッドボックスが紙料の流れを吐出する際に、紙成形の初期段階で発生期の紙匹を成形することにある。
【0024】
本発明の別の特色は、多孔質面を有するフォーミングシューを用いて紙匹を成形する方法及び装置を提供することにある。
【0025】
本発明の別の特色は、流れ方向に小角度をなして延在する複数の溝を有するフォーミングシューを用いて紙料から搾水することにより紙匹を成形する方法及び装置を提供することにある。
【0026】
本発明の別の特色は、複数の小開口を含む表面を有するフォーミングシューを形成する方法及び装置を提供することにある。
【0027】
本発明の更に別の特色は、下流方向に実質上一定の排水を提供するような多孔質面を有するフォーミングシューを用いて紙匹を成形する方法及び装置を提供することにある。
【0028】
当業者は、添付図面と併せて好適実施例を読むことにより、本発明の上記及びその他の特色及び利点について容易に識別し得ることになる。
【0029】
(発明を実施するための形態)
図1及び2を参照すると、通常符号10で示すフォーミングシューはボディ24を有し、ボディ24には製紙機械のフォーミングパートの取付金具に滑り可能に係合するためのT型スロット12が含まれる。フォーミングシューのトップはフェース面14を有し、フェース面14は複数のランド領域16を有し、ランド領域16は複数の平行な溝を画定する。ランド領域及び溝は、矢印20の方向にフォーミングシューの有効幅を横断する方向に実質上平行配列に並んで延在する。
【0030】
溝は、正確にではないが実質上は矢印22の方向に、フェース面14を横断するように、フォーミングシューのフェースに流れ方向に延在する。矢印22はフォーミングワイヤの走行方向を表しているので、溝は矢印22に平行に延在しないが、矢印22に関連して小角度をなす。各溝は他の溝と実質上一致するので、1つ1つの溝について個々に示すことはしない。
【0031】
製紙業界用語では、流れ方向とはフォーミングパートからリールへの方向であり、フォーミングパートでは木材パルプ繊維の含水スラリー(通常は紙料と呼ばれる)が紙匹に成形され始め、リールでは更に先のプロセスのためにスプールにドライ紙匹が巻回され、例えばプリンティング操作で用いるために均一ロールに巻回される。このように、フォーミングワイヤは矢印22で示す方向に走行する。フォーミングワイヤには紙料が付着し、紙匹の成形プロセスが開始する。
【0032】
この定義に従えば、上流とはヘッドボックス(ウエットエンド)の方向であり、下流とはリール(ドライエンド)に向かってフォーミングワイヤが走行する方向である。
【0033】
同様の理由付けにより、幅方向は、流れ方向と垂直または直角をなすように延在するような、製紙機械の幅を横断する方向である。
【0034】
フォーミングシューはボディ24を有し、ボディ24は、フォーミングシューが動作位置にある時に図2に示すように流れ方向と垂直に配置された、共延在の前縁26及び後縁27と共に流れ方向に延在する。
【0035】
フォーミングシューボディのフェース面は、湾曲したノーズ28を有する。フォーミングシューが動作位置にある場合、フェース面の残りの部分に関連して上流方向に下向きに湾曲するようにフェース面のノーズ位置を配置する。前縁26に最も近いノーズの表面は、平滑で、連続していて、溝がなく、そこを通過する水を通さない。
【0036】
フェース面14のノーズ部28は、フェース面の下流部分の半径17より小さな半径15を有するのが好ましい。例えば、シューの表面は複合半径を有する曲線により形成される。流れ方向に18インチ幅で延在するフェース面を有するシュー上では、例えばノーズの最初の10.16cm(4インチ)は約76.2〜101.6cm(30〜40インチ)の半径を、次のフェース面の12インチは約254cm(100インチ)の半径を、後縁2インチまたはシューの2インチは例えば半径が約381〜508cm(150〜200インチ)の半径を有し得る。
【0037】
多孔質後縁部において紙匹からの搾水速度を向上させると、曲率半径は中間部の曲率半径に関連して再度小さくなる。ノーズ28が単純連続曲線であれば、ノーズ部下流のフェースの残りは、例えば約508cm(200インチ)の、より大きな半径を有する曲線から構成し得る。
【0038】
同様に、多孔質部フェース面の曲率は、ノーズ部28から開始する2つ以上の半径から構成し得る。半径は例えば(図9A)、最初は約76.2〜101.6cm(30〜40インチ)、次に約254cm(100インチ)まで増加し、最後は約508cm(200インチ)とし得る。
【0039】
シュー(図9)のノーズ及びフェース面に単純連続曲線を用いる場合、半径は例えば約254〜508cm(100〜200インチ)とし得る。搾水を強化するべく曲率半径をフォーミングシューのフェース面に沿って連続的に変化させることができると考えられる。
【0040】
シューの全フェース幅29(即ちシューが動作位置にある場合の流れ方向の距離)は、好適実施例では約38.1〜45.72cm(15〜18インチ)である。これは、ノーズ部28から後縁部31まで延在するフェース面全般にわたり2つ以上の半径を用いる構造に対して十分な広さを提供する。フェース面は幅方向に沿って非多孔質部28、中間多孔質部19、後縁部31に分割される。
【0041】
図4及び図5に示すような2つのフォーミングシューをタンデム配列で用いるような好適実施例では、フォーミングシューは、各ブレードのフェース面幅が約12.7〜20.32cm(5〜8インチ)、シューまたはブレードセグメント間の間隔が例えば約1.27〜10.16cm(0.5〜4.0インチ)であるような1対のシューまたはブレードを有し得る。このような好適実施例では、第1(前縁)シュー/ブレードは約76.2〜152.4cm(30〜60インチ)の範囲にある単一の曲率半径を有することになる。この半径は、複合半径である。第2(後縁)シュー/ブレードは約254〜508cm(100〜200インチ)の範囲にある単一の曲率半径を有することになる。
【0042】
本発明において「多孔質」は、近接するフォーミングワイヤを介して紙料から排出される水を受容する溝または開口を有するようなフォーミングシューのフェース面の中間部及び後縁部を表現するために用いる語である。開口は、孔、スロット、ハニカムなどの形状をなし得る。多孔質能力を与えるのが溝であるかまたは開口であるかにより、水はオープンエンド(溝)またはフォーミングシュー(開口)を経由して排出される。
【0043】
図1及び図2に示すように、各溝は前方共通部分30を有し、前方共通部分30は、溝の実質上直線であるボトム面32と、ボトム面32が下向きに湾曲した非多孔質ノーズ面と交差する位置との間の移行を円滑にする。従って、前縁26に向いている上フェース面の下向きに湾曲したノーズ部に延在する溝の一部は、溝の下流部ほどの深さはない。しかしながら、溝の始端においてより高い真空が望ましい場合には、溝の始端が突然開始することも考えられる。これによりシュー全体を取付金具上で回転させて、シュー上の特定の位置で溝に入る水の量を制御することによって、脱水速度の制御が可能になる。また、下流方向の溝がこのように漸進的に依存することにより、溝から溢れさせることなく溝に入る追加の水を収容する。
【0044】
曲りフェース面では、溝の最大深さは、流れ方向においてフォーミングシューの中心または中間にあり得る。
【0045】
フォーミングシューが動作位置にある場合に幅方向に延在するフォーミングシューの作業幅のためのフェース面は、フォーミングワイヤ下のシューの縦方向長さに沿って幅方向に横向きに延在する。各溝は、上縁37、39で終了する2つの平行な側面34、36(図1A)及びボトム面32により画定されており、全ての溝が実質上流れ方向に延在するが、流れ方向に対して図2に角度βで示すような小角度(好適実施例では例えば約2°〜20°)をなして延在する。好適実施例ではボトム面32は(深さを増しつつ)直線であるが、曲線とすることもできると考えられる。図2に示すように、フォーミングシューの作業幅は、実質上フォーミングシューの面の全般にわたり矢印38の右側にフォーミングシュー右側の類似のポイント(図示せず)まで延在する。
【0046】
図1及び図2に更に関連して、動作位置において、前縁26及び後縁27が各々フォーミングシューの長さ方向に沿って幅方向に延在するように、製紙機械にフォーミングシューを取り付ける。従って、縦長さが幅方向において製紙機械の幅の方向に延在するようにフォーミングシューを取り付ける。
【0047】
従って、複数の溝は同一の取決めにより実質上フォーミングシューの幅方向に沿って延在し、このフォーミングシューの幅は製紙機械の流れ方向に延在する。
【0048】
図3を参照されたい。本発明のフォーミングシューを利用したツインワイヤ紙匹成形装置が示されている。この装置では、トップ及びボトムフォーミングワイヤ40、42が、フォーミングシュー10上を共走行収束(co-running convergence)で走行するようにガイドされている。下方フォーミングワイヤ40は、ノーズ28を含むフォーミングシューのフェース面全体の上でガイドされている。トップフォーミングワイヤは、フェース面の多孔質部上で更に下流のボトムフォーミングワイヤと共に収束に向かう。
【0049】
ヘッドボックス(図示せず)からのノズル44により、フォーミングシューのフェース面の多孔質部または非多孔質部上で両フォーミングワイヤ間の収束領域48に紙料の流れ46を噴射する。スライス(図4)と呼ばれる開口52を有するヘッドボックスもある。スライスは、例えばノズル44などの紙料の流れを噴射するためのノズルに類似している。紙料の流れは、図4に示すように、幅1.067cm(0.42インチ)である。この収束は、フォーミングシューの比較的長い幅の全般にわたり、紙料から溝18への排水を穏やかに推進及び促進する。下方フォーミングワイヤ42上またはフォーミングワイヤ40、42間に紙料の流れを衝突させるポイント49は、フォーミングシューのフェース面の多孔質部(即ち図3に示す溝)上にあるのが好ましい。しかしながら、紙料の流れの衝突点を非多孔質部上に設けることもできると考えられる。ボトムフォーミングワイヤを介して排水する速度は、開口多孔質面及び個々の溝の断面により制御する。その際、フォーミングシューの下の大気圧に開放された経路手段を用いるか、或いはそのような経路手段をシューにより準大気圧(即ち真空)にするかいずれかにより、フォーミングシューによる排水はないという事実を踏まえて制御を行う。
【0050】
或いは図2に示すように、溝のオープンエンド50を経由し、フォーミングシューの後縁27において搾水を行う。
【0051】
走行フォーミングワイヤの平面に関連したフォーミングシューの位置関係(attitude)次第では、水を排出する際に水を少量でも含んでいれば、末広の溝は真空を生じさせることができる。真空の量は、機械速度、溝深さ、溝角度などの要素による。真空は、排水の関数でもある。従って、各溝で僅かな真空を作り出すための十分な開口量を提供し且つ追加の水を受容するために、下流方向に溝深さを増す。
【0052】
図4は、図3に示したものと類似であるが、2つのフォーミングシューをタンデムに用いたツインワイヤ成形装置を示す。図4には、ヘッドボックススライス開口52及び、前フォーミングシューの多孔質部上でトップ及びボトムフォーミングワイヤを収束にガイドするためのワイヤターニングロール54、56も示してある。この場合、各シューのフェース面の溝により多孔質特性が与えられる。複数のフォイル60を有する曲り脱水部58がフォーミングシューの下流にあり、フォイル60は、紙匹を更に緩やかに脱水するべく発生期の紙匹を間に挟んだフォーミングワイヤが走行する長い半径の曲り経路を画定するように配列されている。
図4においては、紙料の流れの幅は、1.067cm(0.42インチ)であり、流れは、スライススリップのボトムと約3.3°の角度σをなす。角度Φは約4.4°であり、角度θは約12.2°である。ファブリックセパレーションポイントを3で示し、トラッピングポイントを4で示している。
【0053】
最後に図4では、第1フォーミングシュー10の下流にある第2フォーミングシュー10aに、上記で説明した溝以外の開口を設けることもできる。2つ以上のフォーミングシューをシューセグメント構造で用いて、2つ以上の半径を含むような複合半径を有するフォーミングパートを形成し、被選択流れ方向位置でのペーパーマット成形の望ましい度合いと一致した或る望ましい排水状態を提供し、または促進し得ることが考えられる。このような構造については図5に示す。R51は約76.2〜101.6cm(30〜40インチ)、R52は約381〜508cm(150〜200インチ)とし得る。
【0054】
ツインワイヤの紙匹成形装置を図3及び図4に示したが、本発明は、ツインワイヤ紙匹成形装置と同時に上述の方法と同じ方法でシングルワイヤの紙匹成形装置にも適用し得ると考えられる。シングルワイヤ紙匹形成装置は、脱水プロセス中に紙料をフォーミングワイヤ上に維持するためにより水平に配置することになる。シングルワイヤ装置においては、溝シューの実施例での多孔質面が実質上平面に形成された溝の形状を取ることになる。このような装置では、紙料の流れを噴射するポイントはチップの上またはチップの前に配置することになる。
【0055】
図2及び図3を参照すると、運転中は、その上部または間に紙料が噴射されるようなフォーミングワイヤが、溝のボトム面とノーズの表面間の共通部分30における溝の始端を越えて走行する際に、下方フォーミングワイヤを介して水を搾り出す。先ず、少なくともフォーミングワイヤ42がノーズの無孔または平滑前縁面上を瞬間的に通過し、紙料からフォーミングワイヤの隙間に水を排出する。フォーミングシューのフェース上でフォーミングワイヤがガイドされているので、フォーミングワイヤが溝のボトム面の平滑共通部分30上を通過する際に、水は非常に穏やかにフォーミングワイヤから出て溝の最初の比較的浅い部分に入る。
【0056】
好適実施例では、フォーミングワイヤが下流方向に通過する際に、フォーミングシュー上のフォーミングワイヤ42の下面を通って徐々に排出される水をより多く受容するように、ノーズ28の下流方向に溝18の深さが徐々に(滑らかに)増している。水は、各溝のバックエンド31のオープンエンド50から排出される。
【0057】
溝は、ワイヤの走行方向に対して好適実施例では約2°〜20°、より好適には6°の小角度をなして延在するので、溝の上縁37、39が、これと同一の小角度でループ状フォーミングワイヤの内面を遮断し、それによってループ状フォーミングワイヤの下内面から徐々に水を溝に排出して取り除く。
【0058】
更に、好適実施例では、溝深さ(より正確には出口溝深さ)は約0.127〜1.905cm(0.05〜0.75インチ)、好適には0.508cm(0.20インチ)、溝幅は約0.1587〜1.905cm(0.0625〜0.75インチ)、好適には0.635cm(0.25インチ)であるが、特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなくパラメータを若干変更することができると考えられる。また、好適実施例ではシューのフェース面のランド幅が溝幅に等しいが、ランド幅と溝幅が同じである必要はない。例えば、溝幅をランド幅より大きくすることもできる。
【0059】
好適実施例では、フォーミングシューの幅を横断する溝の低角及び長さに関連して、共通部分30と呼ばれる各溝の始端がそのようになっているので、溝の共通部分30(即ち始端)上を通過するフォーミングワイヤの下面にある位置の特定の点が、近接する溝の後縁位置31(図2)上も通過することになる。しかしながら、機械速度、溝幅及び溝深さなどの運転パラメータによっては、ループ状フォーミングワイヤの内面にある特定の点は、近接していない溝(例えば近接する溝から一度除去された溝など)の後縁部上を通過し得る。そのような場合には、フォーミングシューのフェース面の多孔質部上を走行する際に、走行点は2つ以上の溝の上を通過することになる。
【0060】
ヘッドボックスからの紙料の流れの衝突ポイント49は、ノーズ面における溝の始端の共通部分30を越えたところにある。フォーミングシューのノーズ部及びフェース面全体の溝の配列は、フォーミングシューへの紙料衝突と搾水プロセスとの相互作用を向上させ、形成初期段階での紙匹の形成を向上させる。
【0061】
図6は、製造されたペーパーシートのトップからボトムまで測定した濾過コンシステンシーの割合に対して流れ方向からの溝の角度をプロットしたグラフである。この点については、コンシステンシー割合の差が小さければ小さいほど、シート全体にわたって良質なペーパーシートが製造される。図6に示すように、溝角度が約2°以下の場合には、シートは品質目的で合格となるよりも不均一になる傾向にある。約2°から約20°の間の場合には、濾過コンシステンシーの割合は良質のペーパーシートに許容できる。溝角度が約6°の場合には、製造されるペーパーシート全体にわたって濾過コンシステンシーの最適割合が達成される。
【0062】
図7は、製造されたペーパーシートのトップからボトムまで測定した濾過コンシステンシーの割合(左縦座標)及びカヤニー(Kajaani)フォーミング法により測定したペーパーシートのフォーメーションに対して溝幅をプロットしたグラフである。図から読み取れるように、濾過の差と製造される紙匹シートのフォーメーションの最適な組合せは、溝幅が約0.3175〜0.9525cm(0.125〜0.375インチ)の範囲内である場合に達成される。
【0063】
図8は、フォーミングワイヤの下の溝への排水に対して溝深さをプロットしたグラフである。溝への排水量は多ければ多いほど良い。この図から読み取れるように、最適な溝深さは、溝深さが約0.3175〜1.27cm(0.125〜0.50インチ)の範囲内である場合に達成される。
【0064】
図9、図9A、図10、図11A〜C及び図12は、近接するフォーミングワイヤにより絞り出された水を、制御された方法でフォーミングシューにより走行させて製紙機械から取り除くことができるようにするための複数の開口、例えばドリル穴、小スロット、ハニカム穿孔などが、フォーミングシューのフェース面の多孔質部に存在するような本発明の別の実施例に関連する。
【0065】
図9及び図9Aを参照すると、図9Aは、多孔質部19がノーズ部28から後縁部21の端へ下流に延在しているようなフェース面14を有するフォーミングシューを示している。後縁部は、図2及び図9Aに関連して、要望通りに多孔質または非多孔質とすることができる。図9において、ノーズ部28の曲率半径はR91、中間多孔質部19の曲率半径はR92、後縁部21の曲率半径はR93で、全て同一の半径である。
【0066】
図9Aにおいて、ノーズ部28、中間(多孔質)部19及び後縁(非多孔質)部21の対応する曲率半径は、異なるものであり且つ弓状面に沿って連続的に変化する。これは、R9A1、R9A2及びR9A3が各々小から大まで変化する程度までフレンチカーブと類似している。ここでのコンセプトは、機械速度、紙料コンシステンシー、所望の紙製品など他のパラメータの関数として搾水速度の制御が可能なことである。
【0067】
図9Bにおいて、フォーミングシューのフェース面は小半径R(30〜40インチ)から大半径R(100〜200インチ)まで常に変化し、減少R(10インチ)に戻る。これは、R9B1からR9B8までの範囲にある複数の半径によって示される。
【0068】
3つの別々のフォーミングシュー10A、10B、10Cがタンデムに取り付けられ、それによりシューの脱水機能が与えられているようなフォーミングシュー装置を図10に示す。全ての実施例においてそうであるように、フォーミングワイヤ40、42を前フォーミングシュー上のフェース面14の多孔質部19と接触させ、それによって、ヘッドボックスノズル46またはヘッドボックススライス52から紙料の流れ46が噴射された際に多孔質フェース面を介して水を即時に排出する。
【0069】
前フォーミングシュー10Aのフェース面14の曲率半径は、R101である。矢印22で示される流れ方向における第2フォーミングシュー10Bのフェース面の曲率半径は、R102である。同様に、第3フォーミングシュー10Cの曲率半径はR103である。好適実施例では、半径R101は約76.2〜152.4cm(30〜60インチ)、半径R102は約381〜508cm(150〜200インチ)、終端の半径R103は約25.4cm(10インチ)またはそれ以下である。半径は、フレンチカーブと類似した滑らかな様式で連続的に変化し得る。図11A、図11B及び図11Cにおいて、フォーミングシュー上のフェース面の多孔質部を形成する開口62を異なる角度例えばα1、α2、α3で配置し、それによって、走行方向に対して前向きに角度をなし、フォーミング装置から排水するためにそこを通過する水を受容する方法を変えることができる。従ってα1は、中心軸がフォーミングシューに入るような接平面に垂直の中心軸64により形成された孔を表す。同様にして、α2は中心軸からフェース面の位置における接平面への垂線までで約22.5°とし得る。α3は、例えば孔がフェース面に入るような接平面への垂線と中心軸の間で45°とし得る。
【0070】
図12は、フォーミングシューの中間部及びおそらく後縁部においてドリル穴などの孔により多孔質機構(即ち開口62)が与えられるような或る実施例の平面図における均一性を示す。フォーミングシューのフェース面の小孔領域にある隙間は、個々の小孔のサイズが小さい(即ち例えばドリル穴の直径は約0.76cm(0.30インチ)である)ので、比較的穏やかな方法で水を通過させることができる。これにより、搾水の制御が可能になる。
図12において、角度δは5.1207°であり、角度Δは24.05677°である。拭き取り方向は、矢印22で示される方向であり、拭き取り方向に小角度をなす列に位置する孔の中心との距離は通常0.744cm(0.293インチ)である。拭き取り方向にほぼ垂直な列に位置する孔の中心との距離は通常0.8306cm(0.3270インチ)である。
【0071】
孔などの開口により多孔質機構が提供されるような実施例においては、特に好適実施例では図10に示した3シューのフォーミング装置を参照すると、フェース面の曲率半径R101、R102、R103は異なり、それによって多孔質面沿いの異なる位置で異なる排水速度を許容し、また走行パス沿いの異なる位置で望み通りに均一または実質上一定の排水速度を与えるように、排水速度に影響を与える。従って、図10を参照すると、第3フォーミングシューR103はフェース面の小さな曲率半径を有し、発生期の紙匹に対して増加した圧力を供給する。圧力はフォーミングワイヤ張力の一次関数であると同時に半径の逆関数だからである。紙匹は第3フォーミングシューに到達するまで更に脱水されるので、望み通りに実質上一定またはほぼ一定の排水速度を維持するべく、脱水機能に影響する圧力と等しいかそれより大きな圧力を維持するためのより大きな圧力が必要である。シューが複数あるフォーミング装置における異なる半径は、増加させた機械速度での紙匹形成を維持または向上しつつ排水速度を最適化及び増加させることを可能にする。
【0072】
しかしながら、図10を更に参照すると、R101、R102及びR103の各半径は、図9Bに関連して示し且つ説明した方法で連続的に変化させ得ると考えられる。
【0073】
好適実施例では、フォーミングシューの前縁が幅方向に流れ方向と直角をなして延在するが、溝が前縁と直角をなして延在し、溝を所望の小角度で製紙機械内に配列して、所望の緩やかな脱水作業を提供することができるように全フォーミングシューを僅かに非対称にすることにより、流れ方向/フォーミングワイヤ走行方向に関連して配列することが望ましいような小角度は影響を受け得ると考えられる。これに関連してコンセプトは、流れ方向と小角度をなして溝を配列することにより高速機械速度でより緩やかな脱水を提供することである。このことを行うに当たり、フォーミングシューの前縁に小角度をなして延在する溝を作り、次に幅方向に延在する前縁により動作位置にフォーミングシューを配置することによって行っても、または前縁に垂直に延在する溝を作り、幅方向に小角度をなして全フォーミングシューを非対称にすることによって行っても、或いはこれらの組合せによって行っても、溝の小角度を提供するこのような装置もまた本発明の特許請求の範囲内にあると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 フォーミングシューの始端からフォーミングシューの終端まで溝が延在しているような本発明の溝付きフォーミングシューの側面図である。
【図1A】 溝を詳細に示すような図1の線A−Aに沿ったフォーミングシューの側面図である。
【図2】 図1に示すフォーミングシューの平面図であり、フォーミングシューのフェース面におけるノーズ面の始端から互いに平行に延在するような複数のスロットを示す。
【図3】 フォーミングシュー上で収束する2枚の共走行ワイヤ間に紙料の流れを噴射するためのヘッドボックスと組み合わせた本発明のフォーミングシューの平面図である。
【図4】 フォーミングシュー及び、図3に示すものと類似のフォーミングシュー上に紙料の流れを噴射するためのヘッドボックスを示す別の平面図である。
【図5】 後シューよりも前シューのフェース面の曲率半径が小さい1対の溝付きフォーミングシューの側面図である。
【図6】 流れ方向に関連して濾過コンシステンシーの割合に対して測定された溝角度を示すグラフである。
【図7】 濾過コンシステンシーの割合に対して測定された溝幅を示すグラフである。
【図8】 排水対して測定された出口溝深さを示すグラフである。
【図9】 単一の曲率半径、フォーミングシューを貫通して延在する複数の孔を有するような曲りフェース面を有するフォーミングシューの側面図である。
【図9A】 流れ方向の長さに沿って曲率が小さな半径から大きな半径まで連続して変化するような曲りフェース面を有するフォーミングシューの側面図である。
【図9B】 長さに沿って曲率が連続して変化するような曲りフェース面を有するフォーミングシューの側面図である。
【図10】 タンデムな3つのフォーミングシューが含まれるフォーミングシュー装置の側面図である。
【図11A】 多孔質面が複数の孔を有するような本発明のフォーミングシューの実施例の側面図である。
【図11B】 多孔質面が複数の孔を有するような本発明のフォーミングシューの実施例の側面図である。
【図11C】 多孔質面が複数の孔を有するような本発明のフォーミングシューの実施例の側面図である。
【図12】 図11A〜Cに示すような、フェース面の孔を示すフォーミングシューの平面図である。
Claims (10)
- 製紙機械において紙料から紙匹を成形するための装置であって、
前記紙匹の成形方向に走行させるための、内面及び外面を有する少なくとも1枚のループ状フォーミングワイヤ(40、42)と、
流れ方向(22)に下流に走行するような前記少なくとも1枚のフォーミングワイヤ(40、42)の前記外面上に紙料を被着させるために、紙料を噴射するヘッドボックス(44)とを有し、それと併せて、
フォーミングシュー手段(10、10a)が、前記少なくとも1枚のフォーミングワイヤ(40、42)内の前記装置に取り付けられており、該フォーミングシュー手段(10、10a)が、前記紙料が噴射される前記少なくとも1枚のフォーミングワイヤ(40、42)に係合するための前縁(26)及び曲りフェース面(14)を有し、該フェース面(14)には前記前縁(26)の下流から開始してフォーミングシュー(10)の後縁(27)方向に延在する多孔質部(19)が含まれ、
前記ヘッドボックス(44)が、前記フォーミングシュー(10)の前記フェース面(14)上の或る被選択衝突位置において前記紙料を前記少なくとも1枚のフォーミングワイヤ(40、42)に噴射するためのノズルまたはスライスを有し、それによって、前記フォーミングワイヤ(40、42)が前記フォーミングシュー(10)上を下流に移動する際に、前記多孔質部(19)が、前記少なくとも1枚のフォーミングワイヤ(40、42)によって、制御された方法で前記紙料から水を除去し、
前記少なくとも1つのフォーミングシュー(10)の前記多孔質部(19)が、前記フェース面(14)全面に幅方向に離隔した複数の溝(18)を有し、該溝(18)は前記前縁(26)までは延在せず、前記フォーミングシュー(10)全体には延在するのではなく、
前記溝(18)が、前記流れ方向(22)と2°〜20°の角度をなして下流に延在し、
前記溝(18)が前記フォーミングシュー(10)の後縁(27)方向に下流に拡張するにつれて、該溝(18)の深さが徐々に増し、かつ
前記溝の出口溝深さが1.27mm(0.05インチ)から19.05mm(0.75インチ)の範囲にあり、
前記溝幅が3.18mm(0.125インチ)から19.05mm(0.75インチ)の範囲にあることを特徴とする装置。 - 前記紙料噴射の衝突位置が、前記少なくとも1つのフォーミングシュー(10)の前記フェース面(14)に形成された前記溝(18)上にあることを特徴とする請求項1に記載の紙匹を成形するための装置。
- 前記溝(18)が、前記フォーミングシュー(10)の前記前縁(26)から下流にある前記フェース面(14)のノーズ部(28)内の或る点から下流に延在し、
該溝(18)が、前記流れ方向(22)に6°の角度をなして下流に延在することを特徴とする請求項2に記載の紙匹を成形するための装置。 - 前記溝(18)が、前記ノーズ面(28)で実質上水を流し始め、前記後縁(27)方向に下流に延在するにつれて徐々に深さを増すことを特徴とする請求項3に記載の紙匹を成形するための装置。
- 前記フォーミングシュー(10)が、前記前縁(26)から下流に延在する前記フェース面(14)上にノーズ面部(28)を有することを特徴とする請求項2に記載の紙匹を成形するための装置。
- 前記溝(18)が、前記フェース面(14)のノーズ面(28)内の或る点から前記フォーミングシュー(10)の前記後縁(27)まで下流に延在することを特徴とする請求項5に記載の紙匹を成形するための装置。
- 前記フォーミングシュー手段(10、10a)が、そこに機能的に係合するための、前記少なくとも1枚のフォーミングワイヤ(40、42)内にタンデムに取り付けられた少なくとも2つのフォーミングシュー(10、10a)を有し、それによって、前記紙匹を形成するための前記少なくとも1枚のフォーミングワイヤ(40、42)上を搬送される前記紙料の動きに関連した前及び後フォーミングシュー(10、10a)を提供し、
前記前フォーミングシュー(10)が第1曲率半径を有し、
前記後フォーミングシュー(10a)が、第1曲率半径より大きな前記第2曲率半径を有し、
前記前及び後フォーミングシュー(10、10a)が、それぞれ自身のフェース面(14)に形成された多孔質部(19)を有し、
前記ヘッドボックスまたはスライスが、前記紙料の流れを噴射し、前記前フォーミングシュー(10)の前記多孔質部(19)上で前記少なくとも1枚のフォーミングワイヤ(40、42)に衝突させることを特徴とする請求項1に記載の紙匹を成形するための装置。 - フォーミングパートで前記紙匹を成形及び成形する方向に移送するための内面及び外面を有する少なくとも1枚のループ状フォーミングワイヤ(40、42)と、紙料の流れを下流の流れ方向(22)に移送するための前記少なくとも1枚のフォーミングワイヤ(40、42)の外面に向けるためのヘッドボックス(44)とを有する製紙機械において紙料から紙匹を成形するための方法であって、
1)前記少なくとも1枚のループ状フォーミングワイヤ(40、42)の外面により下流に移動させるために、該少なくとも1枚のループ状フォーミングワイヤ(40、42)を、前縁及び後縁(26、27)を有するフォーミングシュー(10)の曲りフェース面(14)の一部に方向づける過程と、
2)前記ループ状フォーミングワイヤ(42)内に配置された前記フォーミングシュー(10)上の衝突位置において、前記紙料を前記ヘッドボックス(44)から前記少なくとも1枚のループ状フォーミングワイヤ(40、42)に方向づける過程と、
3)前記前縁(26)の下流から開始して前記フォーミングシュー(10)の後縁(27)方向に延在する前記フェース面(14)の前記多孔質部(19)を通して、前記フォーミングシュー(10)の前記フェース面(14)から水を除去する過程とを有し、
前記多孔質部(19)から水を除去する過程が、間隔をあけて前記前縁(26)に関連して70°〜88°の角度をなして配列された複数の溝(18)に水を方向づける過程を有し、
各溝(18)の始点が前記前縁(26)の下流になるように前記溝(18)が前記フェース面(14)に延在し、
前記溝(18)が、前記流れ方向(22)と2°〜20°の角度をなして下流に延在し、
前記溝(18)が、前記フォーミングシュー(10)全般にわたっては延在せず、後縁(27)方向に下流に延在するにつれて徐々に深さを増し、かつ
前記溝の出口溝深さが1.27mm(0.05インチ)から19.05mm(0.75インチ)の範囲にあり、
前記溝幅が3.18mm(0.125インチ)から19.05mm(0.75インチ)の範囲にあることを特徴とする方法。 - 前記フェース面(14)が、非多孔質ノーズ部(28)、前記多孔質中間部(19)及び、前記後縁(27)を有する前記後縁部(31)を有し、
衝突点が、前記フェース面(14)の多孔質部(19)上にあり、
前記フェース面(14)の曲率が、前記前縁(26)から前記後縁(27)まで連続的に変化することを特徴とする請求項8に記載の紙匹を成形するための方法。 - 前記フォーミングシュー(10)にタンデムに取り付けられた第2フォーミングシュー(10a)上を前記少なくとも1枚のフォーミングワイヤ(40、42)が通過するようにする過程を更に含み、
前記第2フォーミングシュー(10a)が、曲りフェース面(14)、前縁及び後縁(26、27)及び前記フェース面(14)上の複数の溝(18)を有し、
前記フェース面(14)上の前記複数の溝(18)が、前記前縁(26)に関連して70°〜88°の小角度をなして延在することを特徴とする請求項9に記載の紙匹を成形するための方法。
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