JP4636620B2

JP4636620B2 - センサ付脱水フォイル、脱水フォイル装置及び紙の製造方法

Info

Publication number: JP4636620B2
Application number: JP2006299528A
Authority: JP
Inventors: 徹椎名; 耕太郎篠田; 直樹今井; 史朗平野; 良彦平田; 秀典齊藤
Original assignee: Oji Holdings Corp; Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd; Oji Holdings Corp
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2026-11-02
Also published as: JP2007162204A

Description

本発明は、抄紙機のワイヤパートの脱水部で使用される脱水フォイルに関し、特に、脱水フォイル上を走行するワイヤ上に搬送される白水のシート濃度及び白水重量を測定するセンサが埋め込まれる脱水フォイルについて、導電性を確保し耐磨耗性が良好な電極を有するセンサ付脱水フォイルの構造、及びこのセンサ付脱水フォイルを使用した脱水フォイル装置、更にはこの脱水フォイル装置を利用した紙の製造方法に関する。

抄紙機のワイヤパートにおいては、図６に示すようなオントップ型によれば、回転して移動する無端状の下部ワイヤ１０１の上方一端側に、ストックインレット５００からパルプを含んだ大量の水分から成る白水（紙料）１００を連続的に噴出させる。下部ワイヤ１０１の搬送中央部においては、ローラ１５０を含むオントップ装置を配置し、下部ワイヤ１０１上に同じ走行方向に配置される上部ワイヤ１０２を設け、下部ワイヤ１０１と上部ワイヤ１０２とで白水１００を挟み込み、上部及び下部ワイヤ（ツインワイヤ部１０３）の走行によって白水１００が下部脱水フォイル装置３００を経て上部脱水フォイル装置２００に搬送される。

ストックインレット５００から上部脱水フォイル装置２００に至る長網部の下部脱水フォイル装置３００及び上部脱水フォイル装置２００においては、ワイヤ走行方向に対して直交する方向に長い複数の脱水フォイル４００が間隔を置いて配置され、平坦化を図るべく各脱水フォイル４００の高低を変化させる等の調整（脱水調整）を行いつつ、ワイヤ１０１，１０２が走行するに際して脱水作用（パルプ繊維のみが残留し紙匹の形成）が行われるものである。

図６ではオントップ型の抄紙機のワイヤパートについて説明したが、オントップ装置を有しない長網タイプのもの、ワイヤ間で白水を挟んで走行するツインワイヤ部が垂直に搬送されるギャップフォーマータイプにおけるワイヤパートの脱水部、サクションボックスのカバー部においても、脱水フォイル上をワイヤが走行する際に脱水作用を行っている。

ワイヤパートにおいては、品質良好な紙匹を得るために白水１００のシート濃度をその紙質に合った最適な濃度にする必要があるが、白水１００はワイヤ１０１で搬送されて移動するのでシート濃度はストックインレット５００から吐出された後、各脱水フォイル４００により脱水されるが、抄紙条件によっては常時変化するという性質を有している。

そこで、シート濃度及び白紙重量を測定するため脱水フォイル４００の適宜箇所にセンサを埋め込み、そのデータを基礎にストックインレット５００に供給される原料における諸条件の調整（原料管理）や、白水搬送時における長網部の下部脱水フォイル装置３００の脱水調整（脱水管理）により白水１００の水分含有量を調整することが提案されている（特許文献１参照）。

特開平１１−２７９９７９

長網部の下部脱水フォイル装置３００及び上部脱水フォイル装置２００において設置される各脱水フォイル４００は、図４に示すように、ワイヤの搬送方向Ａに直交する方向に長尺状となるように、複数のセグメント４０が連設して配置されている。そして、上記したセンサは、長尺状の脱水フォイル４００を構成する一つのセグメント４０ａに装着されている。
そして、前記センサは、図４に示すように、レジン（絶縁性を有する樹脂）で構成されたベース部４１を本体とし、このベース部４１内に導電性を有するステンレス部材で複数の電極を配置して成り、セラミックスで形成されたセグメント４０ａ内にパッケージングされた状態で配置されている。センサ内の電極は、長方形状のセンサ電極４２と、センサ電極４２から距離を離して配置したグランド電極４３とから成り、グランド電極４３はその中央に円形電極４４を有している。

そして、図５の裏面から表面に向かってワイヤ１０１が搬送されるに際して、前記各電極上に白水１００が導かれ、グランド電極４３と円形電極４４、グランド電極４３とセンサ電極４２との間の白水１００の電気抵抗を測定する。ワイヤ１０１上で脱水された白水１００は、白水の厚み方向で濃度勾配（ワイヤ側が高濃度、ワイヤから離れるにしたがって低濃度）が発生する。グランド電極４３，円形電極４４でワイヤ近傍にできた高濃度部分の電気抵抗値を測定することにより、グランド電極４３，センサ電極４２で測定されたワイヤ上の白水厚み全体の電気抵抗値の補正を行う。このような値を検出することで、白水電導率及び白水重量の変化を算出し、ストックインレット５００に供給される原料の諸条件の調整や搬送時における脱水調整を行うことにより、ワイヤで搬送される白水の水分含有量を調整するものである。

しかしながら上記構造のセンサによると、センサが配置されたベース部４１及びセグメント４０（脱水フォイル４００）上をワイヤ１０３が走行するため、ワイヤ部分と接触するステンレスで形成された各電極部に磨耗が生じ、電気抵抗の正確な測定に支障を来たすという問題点があった。

また、センサはパッケージとしてベース部４１に装着されているので、レジンで形成されたベース部４１にも凹凸が生じ、セラミックスで形成されたセグメント４０ａとレジンで形成されたベース部４１との材質（膨張係数）の相違からレジンが膨張してセラミックス側（セグメント４０ａ）に亀裂（クラック）が発生することで、安定した測定が困難になるという問題点があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、導電性を確保し耐磨耗性が良好な電極を有することで、安定した計測が可能な脱水フォイル埋め込み用センサ付脱水フォイル及び脱水フォイル装置を提供することを目的としている。
更に、このような脱水フォイル装置を用いて安定的に紙を製造する方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため請求項１のセンサ付脱水フォイル（１）は、セラミックスから成るブレード部（２）の表面に、サーメットで形成された電極（２０,３０，３７）を直接埋め込んで成ることを特徴としている。ブレード部（２）を形成するセラミックスは、各種のものを使用することができる。

請求項２は、請求項１のセンサ付脱水フォイルにおいて、前記サーメットは、炭化チタン及び窒化チタンを主成分として成ることを特徴としている。

請求項３は、請求項２のセンサ付脱水フォイルにおいて、前記サーメットは、線膨張係数が７．０〜７．５×１０^-6／℃、体積固有抵抗が０．７〜１．５×１０^-4 Ω・ｃｍであることを特徴としている。

請求項４は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセンサ付脱水フォイルにおいて、前記ブレード部を構成するセラミックスは、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材質を主成分として成るセラミックスを使用することを特徴としている。
これにより、サーメットで形成された電極（２０,３０，３７）と、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材質を主成分として成るセラミックスで形成されたブレード部（２）の線膨張係数をほぼ同じ値にすることができる。

請求項５は、脱水フォイルを構成する長尺状のブレード表面の一部分に、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のセンサ付脱水フォイルを装着して脱水フォイル装置を構成することを特徴としている。

請求項６は、紙の製造方法であって、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のセンサ付脱水フォイルを装着して成る脱水フォイル装置を用いて抄紙機ワイヤパートの脱水を行うことを特徴としている。

本発明によれば、セラミックスで形成されるブレード部２に電極（２０,３０,３７）が直接埋め込まれ、従来例のようにベース部（４１）を介在させていないので、ブレード部（２）（セラミックス）に素材の相違から生じる亀裂の発生を防止できる。
そして、電極（２０,３０，３７）をサーメットで形成するので、ブレード部（２）に近似した線膨張係数とすることができ、導電性を確保しつつ磨耗及び亀裂の発生を防止することができる。

本発明の実施の形態に係るセンサ付脱水フォイルの一例について、図１〜図３を参照しながら説明する。
本発明のセンサ付脱水フォイル１は、セラミックスで形成された脱水フォイルにセンサを直接埋め込むものであり、外観上は、長尺状の脱水フォイルを構成するセグメント単体（図４のセグメント４０）と同じ大きさに構成されている。
すなわち、センサ付脱水フォイル１は、セラミックスから成るブレード部２を本体とし、ブレード部２の下側にはブレード固定用部材３が装着され、センサ付脱水フォイル１及び複数のセグメントの各ブレード固定用部材３を長尺状ベース５に装着してブレード表面が連続するように配置することで、ワイヤの搬送方向Ａに直交する方向に長尺状となる脱水フォイル４を有して（抄紙機ワイヤパートで脱水を行う）脱水フォイル装置が形成できるようになっている。

ブレード部２を形成するセラミックスとしては、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃），ジルコニア（ＺｒＯ₂），炭化ケイ素（ＳｉＣ），窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄），窒化アルミ（ＡｌＮ）のいずれかを主成分として構成される各種のセラミックスが使用可能であるが、電気絶縁性が高く、耐食性が高く、耐磨耗性が高く，強度が高いという性質を兼ね備えたものが良い。特に、後述する各電極の線膨張係数との関係から、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材質を主成分として成るセラミックスを使用するのが好ましい。アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材質を主成分として成るセラミックスは、例えば全体の９０〜９９．９％のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材質に不純物が含有されて構成される。
そして、ブレード部２をアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材質を主成分として成るセラミックスで構成することにより、線膨張係数を６．８〜７．３×１０^-6／℃にすることができる。また、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材質を主成分として成るセラミックの体積固有抵抗は、（＞１０^-4 ）Ω・ｃｍ程度であり、十分な絶縁性を確保することができる。

ブレード部２には、その表面側に後述するセンサ電極埋め込み用の方形溝部１０と、この方形溝部１０から間隔を置いてグランド電極埋め込み用の方形溝部１５が形成されている。
方形溝部１０は、ワイヤの走行方向に沿った方向に細長い長方形に形成され、上部溝底に底面側に貫通する電極接続用孔部１１が形成されている。方形溝部１５は、ワイヤの走行方向に対して方形溝部１０と同位置に方形溝部１０より幅広に形成され、中央部溝底に底面側に貫通する中央孔部１６を設け、右下部溝底に電極接続用孔部１７が形成されている。

方形溝部１０にはサーメットで形成されたセンサ電極２０が嵌合するように装着されている。センサ電極は、方形溝部１０に嵌合する大きさの方形体２１と、方形体の裏面隅部に形成された円柱溝２２に装着される棒状体２３とから構成されている。方形体２１への棒状体２３の装着は、棒状体２３頭部にネジを切るか、又は通電性を有する接着剤又は溶融によって固定している。
棒状体２３の周囲にはネジ山２４が刻設され、方形溝部１０に嵌合するに際してその先端が電極接続用孔部１１を貫通してブレード部２の裏面から突出配置されている。突出配置された棒状体２３にはセンサ電極２０への信号線が接続可能になっている。

方形溝部１５にはサーメットで形成されたグランド電極３０が嵌合するように装着されている。グランド電極３０は、方形溝部１５に嵌合する大きさの方形体３１と、方形体３１の裏面隅部に形成された円柱溝３２に装着される棒状体３３とから構成されている。棒状体３３の周囲にはネジ山３４が刻設され、方形溝部１５に嵌合するに際してその先端が電極接続用孔部１７を貫通してブレード部２の裏面から突出配置されている。

方形体３１の中央には穴部３５が形成され、この穴部３５にはセラミックスで形成された環状体３６が配置され、更に環状体３６の内側に円形の中央電極３７が配置されている。中央電極３７の裏面側には周囲にネジ山３９が刻設された棒状体３８が形成され、該棒状体３８が中央孔部１６を貫通してブレード部２の裏面から突出配置されている。方形体３１への棒状体３３の装着は、棒状体３３頭部にネジを切るか、又は通電性を有する接着剤又は溶融によって固定している。
ブレード部２の裏面から突出配置された棒状体３３及び棒状体３８には、グランド電極３０又は中央電極３７への信号線が接続可能になっている。

上記の各電極２０,３０,３７は、セラミックスで形成されたブレード部２内に埋め込まれるので、線膨張係数がセラミックの線膨張係数に近似し、且つ導電性が良好な特性の素材で形成することが好ましい。
ブレード部２をアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材質から成るセラミックスで形成した場合、その線膨張係数は６．８〜７．３×１０^-6／℃となる。

本発明者は、これらの特性を満足する電極の素材として、炭化チタン及び窒化チタンを主成分として成るサーメットが好適であることを見出した。
すなわち、セラミックスで形成されたブレード部２に対する膨張を防ぐとともに、電極としての導電率を確保するために、各電極２０,３０,３７を構成するサーメットとして、炭化チタン（ＴｉＣ）及び窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分として成る素材を使用している。これらの素材を使用することで、電極の線膨張係数を７．０〜７．５×１０^-６／℃にすることができ、セラミックスで形成されたブレード部２に対する膨張を防ぐことができる。また、電極の体積固有抵抗を０．７〜１．５×１０^-4 Ω・ｃｍにして、電極としての導電率を確保することができる。
特に、ブレード部２をアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材質から成るセラミックスで形成した場合、その線膨張係数は６．８〜７．３×１０^-6／℃となるので、電極との線膨張係数（７．０〜７．５×１０^-６／℃）がほぼ同じ値にすることができ、ブレード部２に対する電極の膨張をより効果的に防ぐことができる。

紙の製造を行うに際して、脱水フォイル装置を用いて抄紙機ワイヤパートの脱水を行う場合に、長尺状の脱水フォイル４を構成するセグメントの一つとして上述したセンサ付脱水フォイル１を装着することできる。
すなわち、上述したように構成されたセンサ付脱水フォイル１が装着された脱水フォイル装置を使用して紙の製造を行うに際して、センサ付脱水フォイル１の各棒状体２３，３３，３８に信号線を接続することで、脱水フォイル上に搬送されるワイヤ上の白水の電気抵抗を測定するセンサとして使用することができる。この場合、白水中の水の重量と電気抵抗との関係は、水重量が大きくなると電気抵抗が小さくなり、逆に水重量が小さくなると電気抵抗が大きくなり、白水中に含まれている水の重量に比例して電気抵抗が変化するものである。

そして、センサ付脱水フォイル１におけるグランド電極３０と中央電極３７、グランド電極３０とセンサ電極２０との間の白水の電気抵抗を測定し、白水電導率及び白水重量の変化を算出することにより、シート濃度変化を早急に感知できるとともにその要因を分析し、ストックインレット５００に供給される原料の諸条件の調整や搬送時における脱水調整を行うことにより原料管理及び脱水管理を行い、ワイヤで搬送される白水の水分含有量を調整することができる。
その結果、適正なシート濃度の白水を使用して品質良好な紙匹が得られ、搬送時の紙切れ減少による走行性の向上、ストックインレット５００への原料供給時等での薬品節約による経済性の向上を図ることができる。

本発明に係るセンサ付脱水フォイルの実施の一例を示す斜視説明図である。本発明に係るセンサ付脱水フォイルの各構成部品を示す斜視説明図である。本発明に係るセンサ付脱水フォイルの組み立て構造を示す側面説明図である。従来のセンサ付脱水フォイルの斜視説明図である。センサ付脱水フォイルのセンサの測定原理を説明するための模式図である。抄紙機におけるワイヤパートの全体構造を示す構造説明図である。

符号の説明

１センサ付脱水フォイル（セグメント）
２ブレード部
３ブレード固定用部材
４脱水フォイル
５長尺状ベース
１０方形溝部
１１電極接続用孔部
１５方形溝部
１６中央孔部
１７電極接続用孔部
２０センサ電極
２１方形体
２２円柱溝
２３棒状体
２４ネジ山
３０グランド電極
３１方形体
３２円柱溝
３３棒状体
３４ネジ山
３６環状体
３７中央電極
３８棒状体
３９ネジ山
４０セグメント
４１ベース部
１００白水（紙料）
１０１下部ワイヤ
１０２上部ワイヤ
１０３ツインワイヤ
２００上部脱水フォイル装置
３００下部脱水フォイル装置
４００脱水フォイル
５００ストックインレット

Claims

セラミックスから成るブレード部の表面に、サーメットで形成された電極を埋め込んで成ることを特徴とするセンサ付脱水フォイル。
前記サーメットは、炭化チタン及び窒化チタンを主成分として成る請求項１に記載のセンサ付脱水フォイル。
前記サーメットは、線膨張係数が７．０〜７．５×１０^-6／℃、体積固有抵抗が０．７〜１．５×１０^-4 Ω・ｃｍである請求項２に記載のセンサ付脱水フォイル。
前記ブレード部を構成するセラミックスは、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材質を主成分として成る請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセンサ付脱水フォイル。
脱水フォイルを構成する長尺状のブレード表面の一部分に、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のセンサ付脱水フォイルを装着して成る抄紙機ワイヤパートの脱水フォイル装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のセンサ付脱水フォイルを装着して成る脱水フォイル装置を用いて抄紙機ワイヤパートの脱水を行うことを特徴とする紙の製造方法。