JP4873965B2 - リファイニング円錐、プレートセグメント、円錐形リファイナーおよび円錐形リファイナー用の相対する１組のプレートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リファイニング円錐とリファイニング円錐に用いるプレートセグメントに関連し、特に前記円錐または円錐形セグメントに係わるリファイニングエレメントを規定するバーの形状に関する。

鋸屑から木材チップまでの範囲のリグノセルロース材の処理に用いるディスクリファイナーまたは円錐リファイナーには、リファイニングプレートまたはセグメントが装着されている。リファインすべき原料材は、相対して回転する２つのリファイニング円錐の間に規定された空所中で処理される。原料材は、円錐形表面に配置されたバーの間に形成された溝の中に入る。溝は、輸送機能と、交差するバーのリーディングエッジに処理材を留めるメカニズムとを提供する。前記２つの円錐各々の面に配置されたバーの間に生じる瞬時的のオーバーラップにより、瞬時的交差角が形成される。前記交差角は、リーディングエッジの原料材保留またはカバー機能に重要な影響を有する。

従来のバーの幾何学的配置、特に、平行直線やラジアル直線や円縮閉線上の完全アーク形の湾曲状配置、および平らな参考表面から円錐表面にこれらを投影した形状の配置を用いると、リファイニングゾーン内のラジアル位置に対するバー交差角度の変化が見られる。平行直線パターンを用いるとさらに、平行バー領域内の外縁位置に対するバー角度の変化が見られる。

バー交差角は、カバー確率の決定因子であるので、バー角度に変化があると、カバー確率も同様に変化する。従って、ラジアル位置および角位置の関数として生じる前記空所中の原料材の不均一分布は、従来のバー設計を用いては、不可避である。リファイナープレート用セグメント上のバーと溝に係わる具体的な構成に関する代表的特許を挙げると、例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３がある。
米国特許第６，２７６，６２２号明細書 米国特許第４，０２３，７３７号明細書 米国特許第３，６７４，２１７号明細書

ラジアル位置または角位置に関わらずバーの長さに沿って均一なカバー能力を得るためには、バー形状は、位置に関わらず一定のバー交差角が得られる形でなければならない。

従って、本発明の目的は、より均一なリファイニング作用を促進するために、一定形状のバーと一定大きさの交差角という所望の機能を有するバーリファイニングエレメント形状を提供することである。

円錐形リファイナープレートと関連セグメントにおいて、前記バーが対数螺旋または投影対数螺旋の形状をとることにより、本発明の前述の目的が満たされる。本明細書において、「対数タイプ螺旋」は二次元上の対数螺旋または三次元に投影された対数螺旋からなると理解すべきである。

本発明は、一つの観点では、作業表面、ラジアル内縁部、およびラジアル外縁部を有するリファイニング円錐であって、前記作業表面が、溝を介在して作業表面を横切って大略前記外縁部の方向に外向きに延びて水平に間隔をもって配置された複数のバーを含み、前記複数のバーが、対数タイプ螺旋形の形状の湾曲バーであり、
前記バーの形状が、円錐軸に直交するオリジナルのｘ−ｙ平面上に極座標で示される次の数学的表現：
ｒ= a・e ^kφ
ここに、k=cotα
k=0→円
に実質的に合致し、
作業表面に投影されたこの曲線が次式：

（上式で、「ｒ」はバーのセンターラインに沿ったラジアル位置、「a」はrに対するスケールパラメータ、αは曲線に対する接線と座標系の母線との間の交角である。ｇｗ１ｃｏｎｅとｂｗｃｏｎｅは、それぞれ円錐上のバーの幅と溝の幅であり、ｇｗとｂｗは、それぞれオリジナルのｘ−ｙ平面上のバーの幅と溝の幅であり、角αｃｏｎｅは、曲線に対する接線と円錐の母線との間の、作業表面上の対数タイプ螺旋曲線の角を示し、αは、ｘ−ｙ平面上の対数螺旋の角である。）
に基づく形状変化をしている
リファイニング円錐として特徴付けられる。

また、本発明は、他の観点では、回転円錐形リファイナーの円錐に用いられるプレートセグメントであって、溝を介在することによって水平に間隔をおいて配置された複数のバーを含む作業表面を含み、前記複数のバーが対数タイプ螺旋の形状を有する湾曲バーであり、
前記バーの形状が、前記円錐の軸に直交するオリジナルのｘ−ｙ平面上に極座標で示される次の数学的表現：
ｒ= a・e ^kφ
ここに、k=cotα
k=0→円
に実質的に合致し、
作業表面に投影されたこの曲線が次式：

（上式で、「ｒ」はバーのセンターラインに沿ったラジアル位置、「a」はrに対するスケールパラメータ、αは曲線に対する接線と座標系の母線との間の交角である。ｇｗ１ｃｏｎｅとｂｗｃｏｎｅは、それぞれ円錐上のバーの幅と溝の幅であり、ｇｗとｂｗは、それぞれオリジナルのｘ−ｙ平面上のバーの幅と溝の幅であり、角αｃｏｎｅは、曲線に対する接線と円錐の母線との間の、作業表面上の対数タイプ螺旋曲線の角を示し、αは、ｘ−ｙ平面上の対数螺旋の角である。）
に基づく形状変化をしている
プレートセグメントとして特徴付けられる。

さらに別の一つの観点からは、本発明は、リファイニング空間を規定する、第一リファイニング円錐と、これと相対して回転可能な第二リファイニング円錐とを含む円錐形リファイナーであって、前記第一円錐と第二円錐が各々、ラジアル内縁部、ラジアル外縁部、および作業表面を横切って大略外縁部の方向に外向きに延びる複数のバーを含む円錐形作業表面を有する円錐形プレートを有し、少なくとも前記第一円錐上の前記複数のバーが、対数タイプ螺旋形の形状の湾曲バーであり、
前記バーの形状が、円錐軸に直交するオリジナルのｘ−ｙ平面上に極座標で示される次の数学的表現：
ｒ= a・e ^kφ
ここに、k=cotα
k=0→円
に実質的に合致し、
作業表面に投影されたこの曲線が次式：

（上式で、「ｒ」はバーのセンターラインに沿ったラジアル位置、「a」はrに対するスケールパラメータ、αは曲線に対する接線と座標系の母線との間の交角である。ｇｗ１ｃｏｎｅとｂｗｃｏｎｅは、それぞれ円錐上のバーの幅と溝の幅であり、ｇｗとｂｗは、それぞれオリジナルのｘ−ｙ平面上のバーの幅と溝の幅であり、角αｃｏｎｅは、曲線に対する接線と円錐の母線との間の、作業表面上の対数タイプ螺旋曲線の角を示し、αは、ｘ−ｙ平面上の対数螺旋の角である。）
に基づく形状変化をしている
円錐形リファイナーとして特徴付けられる。

リファイナーの運転の際に、第一円錐上の個々のバーは、リファイニング空間で第二円錐上の複数のバーと交差し、従って瞬時的交差角が形成される。第一円錐上の前記バー各々にとって、交差角は実質的に一定の公称角度である。第一円錐上の複数のバー各々にとって、瞬時的交差角はすべて公称交差角の±５°の範囲にあることが好ましい。

対数タイプ螺旋形の更に別の機能は、溝の幅、すなわちラジアル位置に関して隣接するバーの間の距離を自由に変えられるということである。原料の流れに対して溝を次第に大きく開けられるので、繊維分や浮遊異物による溝の閉塞が防止される。

また、本発明は、もう一つの観点からは、円錐形リファイナー用の相対する１組のプレートを製造する方法を提供するものであり、この方法は、
円錐形プレートセグメントとして加工する複数の金属原材料を選択するステップと、
前記各原材料上に複数のバーと溝のパターンを形成することによって、同じように湾曲したバーを有する少なくとも１個のゾーンを含む作業表面を各々有する複数のプレートセグメントを製造し、前記ゾーンに設けられたバーの形状を、数学的条件：
（ａ）平面極座標系での数学的表現：
ｒ= a・e^kφ
（ここに、k=cotα
k=0→円
「ｒ」はバーのセンターラインに沿ったラジアル位置、「a」はrに対
するスケールパラメータ、αは曲線に対する接線と座標系の母線との
間の交角である。）および
（ｂ）以下の変換式で表される、円錐表面の投影された（ａ）式に基づく曲線：

（ここに、ｇｗ１ｃｏｎｅとｂｗｃｏｎｅは、それぞれ円錐上のバーの幅と溝の幅であり、ｇｗとｂｗは、それぞれオリジナルの平面上のバーの幅と溝の幅であり、角αｃｏｎｅは、曲線に対する接線と円錐の母線との間の、円錐表面上の対数タイプ螺旋曲線の角を示し、αは、オリジナル平面上の対数螺旋の角である。）
に従って成形し、その際、アルファの値は、前記複数の同じように湾曲したバー各々に対して同一であるステップ、
横に並べて配置したとき、第一の実質的に円錐形の内側プレートを形成するように複数の前記セグメントを選択するステップ、
横に並べて配置したとき、第二の実質的に円錐形の外側プレートを形成するように別の複数の前記セグメントを選択するステップ、および
前記第一のプレートと第二のプレートを円錐形リファイナーへ据え付ける１組として組み合わせるステップ
を含むことを特徴とするものである。

以下、本発明を、米国特許出願公開第２００４／０１４９８４４号明細書に開示される、対数タイプ螺旋形状のバーと溝のパターンを有するリファイナープレートに関する本発明者の以前の発明を参照して、説明する。本質的には、共通の発明概念は、角位置、すなわち、プレート面の内縁から外縁のラインに沿って少なくとも一つのゾーンを横切る位置に無関係に、バー角が一定、従ってバー交差角が一定ということである。フラットディスク型プレート上のバーは、実際に対数螺旋を定める数学的表現で規定される曲線に従う。一方、円錐形プレートの場合は、バーは必ずしも真の対数螺旋に従うものではないけれども、真の対数螺旋から誘導される形状である。

円錐形プレートの場合は、対数螺旋パターンは、最初、平面（仮想のＸ−Ｙ面）上で定義され、次いで、この対数螺旋が、Ｘ−Ｙ−Ｚ空間の三次元表面に投影される。前者に従って形成されたバーは、真の対数螺旋である。一方、後者に従って形成されたバーは、真の対数螺旋からはある程度歪んでいるものではあるが、それにもかかわらず、「対数タイプ螺旋」バーと表すものとする。これらのバーは、真の対数螺旋から誘導されるのみでなく、Ｘ−Ｙ−Ｚ空間に一定のバー角と一定のバー交差角を維持するものである。

円錐形プレートを、よりよく理解するため、最初にディスク型プレートに対する対数螺旋について以下に説明する。

図１は、フラットディスク型リファイナー１０の概略図を示し、ケーシング１２には、相対するディスクが支持されている。各ディスクは、複数のプレートセグメントから成る環状プレートまたは円板を有する。ケーシング１２には、実質的にフラットなローター１４が収められている。ローター１４は、第一粉砕面１６を規定する第一環状プレートと第二粉砕面１８を規定する第二環状プレートとを有する。ローター１４は、２０で示された垂直面のいずれの側に対しても実質的に平行かつ対称的である。シャフト２２は回転軸２４の周りに水平に伸び、従来の方法で一端または両端（図示せず）が駆動される。

供給導管２６からは、ケーシング１２の両側にある入口開口部３０経由でリグノセルロース供給材のスラリーがポンプで圧送されてくる。ローターの箇所で、供給材は、粗粉砕域３２経由でラジアル方向外側に方向を変えて導かれる。その後、第一粉砕面１６と第三粉砕面３４とに沿って移動する。第一粉砕面１６に近接して並置された第三粉砕面３４は、これら両面間に右側リファイニングゾーン３８を規定する。同様に、ローター１４の左側では、供給材は、第二粉砕面１８と、これに近接並置された粉砕面３６との間に形成された左側リファイニングゾーン４０を通過する。

ケーシング１２からは、分離板部材４２が、ローター１４の外周部、すなわち円周部４４に延びているため、リファイニングゾーン３８から流出するリファインされた繊維分とリファイニングゾーン４０から流出するリファインされた繊維分との間の分離が維持される。右側リファイニングゾーン３８から流出する繊維分は、排出ストリームまたはライン５６に沿って排出開口部４６経由でケーシング１２から排出される。一方、左側リファイニングゾーン４０から流出する繊維分は、排出ライン５８に沿って排出開口部４８経由でケーシングから排出される。

従って、リファインされるべき供給材は、ディスクのセンター近くで導入され、相対するリファイニングプレート間の空間部でラジアル外側方向に流れるように誘導される。この空間部で、供給材は、溝とバーの連続した構造の影響を強く受ける。その「叩かれ頻度」は、ディスク回転の相対速度は勿論のこと、溝の大きさとバーの大きさに依存する。供給材は、ラジアル外側方向に移動する傾向にあるが、バーと溝の形状は、保留効果および遅延効果をもたらすように意図的に設計されているので、供給材は、最適保持時間の間プレート間のリファイニングゾーンに保持される。

リファイニング作用が起こるプレートの間の空所は、一般的に「リファイニングゾーン」と称されるけれども、相対して設置された２枚のプレートは、プレートのラジアル方向の内側、中間、および外側の領域で相異なる二種以上のパターンのバーと溝を有することがしばしばある。従って、これらの領域は内側、中間、および外側の「ゾーン」と、しばしば称される。

本発明に基づけば、バー交差角のそれ以上の変化は実質的に一定に維持される。これは、発明の概要の章で示された対数螺旋の数学的表現に対応する湾曲度に実質的に合致するバーを用いて達成される。特に、リファイナーの運転の際に、第一ディスク上のバーは各々、リファイニング空間において第二ディスク上の複数のバーと交差する。従って、瞬時的交差角が形成されるが、第一ディスク上のバー各々にとって、交差角は実質的に一定の公称角度である。

図２を参照すると、リファイニングセグメント５４が示されている。それは、リファイニングディスクの内側に配置されているが、リファイニングギャップの他の側に隣接したリファイニングディスク上に設けられた同種または異種のリファイニングセグメントと協同作用して働くようになっている。図２に例示されるような幾つかのセグメントは、普通、ベース（例えば、ローターまたはステーター）に並んで配置され、実質的に円状（例えば、円形または扇形）のリファイニングプレートを形成する。つまり、リファイニングセグメントは、円の一部を切り詰めた扇形という一般形を有する。各セグメントは、ネジを、対応するボルト孔５６に挿入することによって、ベースのプレート保持表面に設置し得る。リファイナーの設計によっては、背後からプレートを固定することもできるので、この場合は、プレート面にボルト孔を設けなくても済むこともある。一般にセグメントは、相対して回転している方のディスクに設置されるが、その構成としては、一個のローターと一個のステーターの組合せ（単一ディスクリファイナー）としたり、または一個のローターの両面にセグメントを設置し、二個のステーターに相対して作動させたり（２重ディスクリファイナー）、または幾つかのローラーを互いに作動させるとともに一対のステーターを設けたり（多重ディスクリファイナー）、またはディスクを逆回転させたりするなどが行われる。

リファイニングディスクセグメント各々は、ラジアル内縁部５８、ラジアル外縁部６０、および両縁部の間に延びる作業表面を有するものとして考えられる。作業表面は、溝を介在して作業表面を横切って大略外向きに延びて水平に間隔をもって配置された複数のバー６２を含む。複数のバーはすべて、少なくとも大部分が対数螺旋形の形状で湾曲していることが好ましい。

木材チップまたは第二段階の供給材を低コンシステンシーでリファインするにしろ、高コンシステンシーでリファインするにしろ、共通なことであるが、図２のセグメントで形成されるプレート上のバーは、ラジアル内縁部５８とラジアル外縁部６０との間に３個の相異なるリファイニングゾーン６４，６６，６８が配置される。Ｚ字形の遷移ゾーン７０を設け、各リファイニングゾーン間を供給材が遷移して流れるようにする。この態様では、各ゾーンのバーは対数螺旋形の形をとっている。特定の形状パラメータ（アルファ）は個々のゾーンでは相異なっていても差し支えないが、相対するプレート上の各対応ゾーンに対する形状パラメータは、同じなのが好ましい。

この特定かつユニークな形状により、バー角度が、特定のリファイニングゾーンのプレートのバーの位置には依存しないという利点が得られる。対数螺旋形という特定の形状により、プレートのセンターを通るラインとバーが交差する角度が一定であるということが保証されるので、ローターセグメントとステーターセグメントの相対的運動が行われている間、バー角度、従って交差角度の変化は全く起こらない。バー角度は、リファイニング作用とバーのカバー確率に重要な影響を有しているので、バー角度と交差角度に変化があれば、リファイニング作用に変化が生じることになる。本発明は、バー角度の変化を最小限に抑えることにより、リファイニング作用の均一性を最大限に達成するものである。

２本の隣接対数螺旋状バーの間の溝の幅は、この曲線の性質によって可変であり、ラジアル方向の距離に従って増加する。従って、ゾーン６８の内径ＩＤにおける溝幅は、当該ゾーンの外径ＯＤ、すなわち、当該プレートの外縁部６０の外径ＯＤにおける溝幅より小さい。従って、原料の流れに利用可能なオープン領域は、半径が大きくなるに従って増大する。この機能により、溝幅に変化がない平行バーの設計に比較して、閉塞に対する抵抗性が増大する。

上記発明の概要の章に記載の数学的表現を再び参照し、更に関連する 図３を参照すると、交差角度βは、二本の曲線Ｃ₁とＣ₂（すなわち、交差バーの湾曲したリーディングエッジ）に対する接線ｔ₁とｔ₂の間の交差角度として交点Ｐ_ｉのところに現れる。接線の間の角度βは、すべての可能な交差点で一定のままである。個々のバーは、中心点Ｐ_ｃを通過する母線γに対し角度αを有する。

図４と図５とは、二つの相異なる値のアルファ値に対するバー湾曲度の概略を示すものである。図４は、アルファ=６０°に対するバー湾曲の程度を示す。図５は、アルファ=−３０°に対するバー湾曲の程度を示す。設計者は、プラス９０°とマイナス９０°の間でこの角度を選択する柔軟性を有する。

対数螺旋形バーの形状を示す数学的表現により、どんな所与のバーも定義される。所与のバーの極限は、無限小の厚さの線で、その線上の所与の点の位置は、（座標系の母線に沿った）センターを通る参照半径または直径に対するその点の角位置（φ）と、その点におけるバー曲線の接線と母線の間の交角（α）との関数である。この数学的な関係を実用的な感覚で用いて機能的なバーのパターンが設計される。

これは一般に、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）システムで行われる。このシステムは、数学的モデルを組み入れるように容易にプログラム可能で、セグメントの数学的モデリングをセグメント原材料から実体的セグメント製品を製造する機器に翻訳可能なアウトプットを出力する。これは、先ずラジアル方向の微小長さの集積で一本の螺旋曲線を計算し、次いで（計算結果に定数を加えて得られた）出発半径と出発角を決定することによって他の全てのバーの元となる「マザー」バーを確立することによって行われる。（「マザー」バーのリーディングエッジを示す）完全曲線は、当該セグメントのどこかに配置される。ＣＡＤシステムでは、曲線は必ずしも数学的に連続で、完全な対数螺旋である必要はなく、むしろ、スプラインフィットで近似することもできる。スプラインの精度は、ラジアル方向の微小長さを如何に選択するかに依存する。さらに、セグメント内径に近いスプライン上の最初の数点は、理論的対数螺旋に密接にマッチングしなくても差し支えない。ＣＡＤシステムのこのアーチファクトは、内径の所の小半径に限定するならば、殆ど悪影響を与えない。典型的なＣＡＤシステム（例えばAutoCad（登録商標））を用いると、ユーザーはマザーバーのトレーリングエッジをオフセット可能であり、従って、当該バーに幅を選択して与え、これを、セグメントの内径から外径までに設定することが可能となる。次ぎに、マザーバーをコピーし、回転してセグメント全体を満たすことができる。例えば、ユーザーは、所与の半径の所のバー幅、セグメントに用いるバーの数、または所与の半径の所の最小所望溝幅などを指定することができる。

理解されねばならないが、近代の製造技術の観点では、本明細書で用いられている「対数螺旋」と言う術語は、数学的表現に基づいているものの、実際には数学的表現の近似に過ぎない。この近似は、一連の直線または曲線を用いて行われるが、これらの線分は、セグメントの内径から外径まで、あるいはセグメント内の所与のゾーンの内径から外径までの全長に比較して相対的に短いものである。同様に、湾曲したバーの形状に「対数螺旋」という術語が付けられていることに関して、読者は本発明者にある程度の寛容を示して頂きたい。この術語の意味は、関連分野の当業者ならば、所与のセグメント上または所与のセグメントのリファイニングゾーン内でラジアル方向の交差角の保持を行おうとしたものであると認識するであろう。本発明の利点は、対数螺旋が単に近似であっても、例えば、交差角が所与のバーのラジアル内縁部からラジアル外縁部までで±１０°以内に維持されてさえすれば、従来技術に対して顕著な程度実現し得る。

本発明の変形は、他の図面を参照しなくても容易に理解し得る。例えば、リファイナーに組み込まれる本発明の文脈では、第一リファイニングディスクが、第二の、相対的に回転可能なリファイニングディスクに相対し、その間にリファイニング空間が生じるものである。そして、第一ディスクと第二ディスクの両方または片方のみが、内縁部と外縁部とを有する形状とその間の表面を有し、更に外表面を横切って大略外縁部に向かって外向きに延びる複数のバーを含み、更に前記複数のバーが対数螺旋の形状の湾曲したバーである。両ディスクが共に対数螺旋形状の湾曲したバーを有するセグメントを有していれば、バー交差角度を一定とすることができる。相対するディスクが双方とも対数螺旋形の湾曲バーを有しているけれども、相異なるαパラメータを有している場合は、特殊目的の設計バリエーションが達成される。片方のディスクのみが対数螺旋形の湾曲バーを有し、相対するディスクが従来のバーパターンである場合でも、相対する２枚のディスクが同じ従来のパターンのものであるものに較べれば、バー交差角度の変化が少なくなって有利であるという結果になるであろう。

さらに別の態様では、対数螺旋形湾曲バーは、ラジアルゾーンの一部にしか存在しない。図６は、図２と同様な概略平面図であり、作業表面６２’上の複数のリファイニングゾーンの外側６８’のみが対数螺旋状パターンのバーを有しているセグメント５４’の態様を示す。ゾーンが２箇所または３箇所のプレートでは、最も外側のラジアルゾーンは対数螺旋状バーを有しているのが好ましい。繊維分処理数がディスク半径と共に半径の３乗に比例して増大するからである。そのようなケースでは、内側のゾーン（複数を含む）６６’は、いわゆる「一定の角度」のパターンをとるのが好ましい。このことは、デュラメタル社（Durametal Corp.）からアンドリッツツインフロー（Andritz Twin-Flo）リファイナー向けに販売している079/080パターンに例証されているので、図６には概略のみ示してある。

図７〜１１は、上述した概念がいかに円錐形リファイナーに導入されるかを示すものである。図７は、円錐形リファイナー７２を示し、回転軸７４にローター７６が装着され、ローター７６には関連する円錐形プレート７８が取り付けられ、ローター７６の外側にはステーター８０が覆い被さり、ステーター８０には関連する円錐形プレート８２が取り付けられ、ローターとステーターの間にはリファイニング空所８４が規定されている。原料は供給導管８６に導入され、８８の箇所でリファイニング空所８４に入り、排出導管９０から外に排出される。

本発明は数学的に説明し得る。
（１）フラットな参照表面上に対数螺旋を構成すること
極座標ｒとφを用いれば、カーテシアン座標へは、以下の変換関数が適用される。
ｘ =ｒ・cosφ
ｙ =ｒ・sinφ
ｒ^２=ｘ^２＋ｙ^２
対数螺旋形バーの一般形状は、以下の式で表される。
ｒ =a・e^kφ
ｋ =cotα
ｋ =0→円
ここに、「ａ」はrに対するスケールパラメータであり、α（アルファ）は曲線に対する接線と座標系の中心を通る線（母線）との間の交角である。

アルファ= ＋９０°または−９０°の場合、曲線のどんな点の接線も母線に直交するので、この曲線は、半径aを有する円である。

このユニークなバー形状により、個々のバー角度に対する独特な特性が得られるのみならず、いわゆる切断角または交差角も全リファイニングゾーンにわたって同じ独特な特性を示す。
（２）円錐の軸に直交する平面から円錐の表面に対数螺旋を投影すること
上述した対数螺旋は、Ｘ−Ｙ平面にはよく定義される。本発明は、この特殊な曲線の一定角を示す性質を利用し、円錐の軸に直交する平面からその表面に対数螺旋を投影するものである。

このプロセスでは、使用の曲線はＸ−Ｙ−Ｚ連続体で三次元の形状をとる。円錐表面には傾斜と曲面が存在するので、投射された長さはＸ−Ｙ平面のオリジナルのものとは異なる。このことにより、バー／交差角、バー幅、溝幅、および端部長さは、Ｘ−Ｙ平面のオリジナルのものとは異なってくる。しかし、円錐の母線に対して曲線が一定角であるという性質はこのプロセスでも保持される。これが、対数タイプ螺旋という術語の基礎である。

螺旋角に対する変換関数は、以下の式で表される。

この式では、軸に対する円錐角の半分が２０°に設定されている（sinの部分に表れている）。円錐角が変わればここに表れる。変数のαconeは、円錐上の対数タイプ螺旋曲線に対するバー角目標を示し、一方、αは、オリジナルのＸ−Ｙ平面の対数タイプ螺旋バー角目標を示す。

この変換に伴う長さは以下の式に従って展開される。

上式で,円錐角は、sinの式に表れているように２０°と仮定されている。bwcone は投影後に円錐に達成されるバー幅を示し、一方、bwは、Ｘ−Ｙ平面の対数タイプ螺旋に対するバー幅目標を示す。同じ説明は、それぞれ溝幅と溝幅目標を示すgw1cone と gw1についても当てはまる。

図８〜１０は、円錐形プレート７８と関連セグメント９２の態様の一つの詳細図を示す。図１１−Ａ〜図１１−Ｄは、リファイナープレートセグメントのＸ−Ｙ平面投影に重ね合わされた、Ｘ−Ｙ平面に生成する対数タイプ螺旋を示す。この場合、一定角は５４°である。この角は、円錐表面に投影されるときに（２５°に）変わるが、この新しい角は、その円錐表面上の筋条に対しては円錐表面上で一定である。

本発明は、相対する1組のプレートを製造する方法を含み、この方法は、前述の数学的表現に実質的に一致するバーと溝のパターンを形成するステップを含んでいる。図７に示されるように、ローター７６に取り付けられた円錐形内側プレート７８は、凸型の外表面の周りにバーと溝のパターンを有する。該プレートと関連セグメントの態様の一つは、図８〜１０に示されている。容易に理解されることであるが、対向して、ステーター８０に取り付けられている外側の円錐形プレート８２は、相補的な、凹型の内側に向いた曲面を有している。従って、円錐形リファイナーを構成する一組のプレートを製造するときは以下のように行う。すなわち、凸型外表面を有する一組のセグメントを選択し、これらを横方向に配列して調整し、第一の内側の円錐形プレートを形成する。次いで、別の複数の凹型セグメントを選択し、これらを横方向に配列して調整し、第二の外側の円錐形プレートを形成する。このようなプレートを一組として組み合わせれば、円錐形リファイナーに円錐形プレートが相対して導入される。

以上、本発明は、特定の、好ましい態様を参照して記述されたけれども、これらの態様は単に本発明の原理と適用とを説明するためのものであることを理解しなければならない。従って、理解されることであるが、多くの部分的修正が、例示の態様に可能であり、他の構成も本発明の精神と特許請求の範囲を逸脱することなく考案することができる。

フラットディスク型木材チップリファイナーの内部の概略図で、相対して相互に回転するディスクの関係を示す。ディスクの各々は複数のプレートセグメントからなる環状プレートを備えている。 対数螺旋形の形状のリファイナーバーを組み込んでいるディスク型リファイナープレートセグメントの写真である。 ディスク型プレート上の対数螺旋の数学的表現がより容易に理解し得る概略図である。 アルファ=６０°の値に対するフラットディスク型バー湾曲の程度を示す概略図である。 アルファ=−３０°の値に対するフラットディスク型バー湾曲の程度を示す概略図である。 図２と同様な概要平面図であり、複数のリファイニングゾーンの外側のみが対数螺旋状パターンのバーを有している態様を示す。 円環状リファイニング空所を規定する円錐形内側プレートと円錐形外側プレートを有する円錐形リファイナーの概略図で、材料が、前記空所内を通過して小直径から大直径の方向に流れる。 ３つのゾーンから成る円錐形リファイナーの内部ローター円錐の立面図であり、水平表面に小直径端部を下にして立っている円錐形リファイニングプレートと垂直に延びる回転軸を示す。 個々のプレートセグメントの平面図であり、これらの複数のセグメントから図８の円錐形プレートが構成される。 図９のプレートセグメントの斜視図である。 本方法の第一段階の数学的表現で規定されるバーのグループを示す図である。 本方法の第一段階の数学的表現で規定されるバーのグループを示す図である。 同じグループのバーが、三次元（Ｘ−Ｙ−Ｚ）円錐形表面に対して、同表面の垂直方向から視たときにどのように投影するかを示す図である。これから、図９に示されるようなバーのパターンが製造される。 同じグループのバーが、三次元（Ｘ−Ｙ−Ｚ）円錐形表面に対して、同表面の垂直方向から視たときにどのように投影するかを示す図である。これから、図９に示されるようなバーのパターンが製造される。

符号の説明

１０…フラットディスク型リファイナー
１２…ケーシング
１４…フラットローター
１６…第一粉砕面
１８…第二粉砕面
２０…垂直面
２２…シャフト
２４…回転軸
２６…供給導管
３０…開口部
３２…粗粉砕域
３４…第三粉砕面
３６…近接並置粉砕面
３８…右側リファイニングゾーン
４０…左側リファイニングゾーン
４２…分離板部材
４４…円周部
４６, ４８…排出開口部
５４…リファイニングセグメント
５６…ボルト孔
５８…内縁部
６０…外縁部
６２…バー
６４，６６，６８…リファイニングゾーン
７０…遷移ゾーン
７２…円錐形リファイナー
７４…回転軸
７６…ローター
７８，８２…円錐形プレート
８０…ステーター
８４…リファイニング空所
８６…供給導管
９０…排出導管
９２…セグメント

Claims (21)

1. 作業表面、ラジアル内縁部、およびラジアル外縁部を有するリファイニング円錐であって、前記作業表面が、溝を介在して作業表面を横切って大略前記外縁部の方向に外向きに延びて水平に間隔をもって配置された複数のバーを含み、前記複数のバーが対数タイプ螺旋形の形状の湾曲バーであり、
   前記バーの形状が、円錐軸に直交するオリジナルのｘ−ｙ平面上に極座標で示される次の数学的表現：
   ｒ= a・e ^kφ
   ここに、k=cotα
   k=0→円
   に実質的に合致し、
   作業表面に投影されたこの曲線が次式：
   

   

   （上式で、「ｒ」はバーのセンターラインに沿ったラジアル位置、「a」はrに対するスケールパラメータ、αは曲線に対する接線と座標系の母線との間の交角である。ｇｗ１ｃｏｎｅとｂｗｃｏｎｅは、それぞれ円錐上のバーの幅と溝の幅であり、ｇｗとｂｗは、それぞれオリジナルのｘ−ｙ平面上のバーの幅と溝の幅であり、角αｃｏｎｅは、曲線に対する接線と円錐の母線との間の、作業表面上の対数タイプ螺旋曲線の角を示し、αは、ｘ−ｙ平面上の対数螺旋の角である。）
   に基づく形状変化をしている
   ことを特徴とするリファイニング円錐。
2. 請求項１のリファイニング円錐において、前記複数のバーが前記作業表面上に設けられる大部分のバーであることを特徴とするリファイニング円錐。
3. 請求項１のリファイニング円錐において、前記円錐が、少なくとも２個の相異なるラジアルゾーンに配置されたバーと溝とのパターンを有し、最も外側のゾーンの箇所のバーの実質的全てが対数タイプ螺旋の形状の湾曲バーであることを特徴とするリファイニング円錐。
4. 請求項１のリファイニング円錐において、前記円錐が、実質的に円形のベースと前記ベースに取り付けられたリファイニングプレートとで形成され、前記プレートは複数のプレートセグメントで形成されたものであり、前記プレートセグメント各々が対数タイプ螺旋の形状の複数の湾曲バーを含む作業表面を有することを特徴とするリファイニング円錐。
5. 請求項１のリファイニング円錐において、角（α）が＋９０°と−９０°の範囲にあることを特徴とするリファイニング円錐。
6. 回転円錐形リファイナーの円錐に用いられるプレートセグメントであって、溝を介在することによって水平に間隔をおいて配置された複数のバーを含む作業表面を含み、前記複数のバーが対数タイプ螺旋の形状を有する湾曲バーであり、
   前記バーの形状が、前記円錐の軸に直交するオリジナルのｘ−ｙ平面上に極座標で示される次の数学的表現：
   ｒ= a・e ^kφ
   ここに、k=cotα
   k=0→円
   に実質的に合致し、
   作業表面に投影されたこの曲線が次式：
   

   

   （上式で、「ｒ」はバーのセンターラインに沿ったラジアル位置、「a」はrに対するスケールパラメータ、αは曲線に対する接線と座標系の母線との間の交角である。ｇｗ１ｃｏｎｅとｂｗｃｏｎｅは、それぞれ円錐上のバーの幅と溝の幅であり、ｇｗとｂｗは、それぞれオリジナルのｘ−ｙ平面上のバーの幅と溝の幅であり、角αｃｏｎｅは、曲線に対する接線と円錐の母線との間の、作業表面上の対数タイプ螺旋曲線の角を示し、αは、ｘ−ｙ平面上の対数螺旋の角である。）
   に基づく形状変化をしている
   ことを特徴とするプレートセグメント。
7. 請求項６のプレートセグメントにおいて、前記セグメントが、長い外縁部と短い内縁部とを有し、前記作業表面が、前記内縁部に近接して位置する第一ゾーンと前記外縁部に近接して位置する第二ゾーンとに配置されたバーと溝とのパターンを有し、前記第二ゾーンにあるバーの実質的に全てが対数タイプ螺旋の形状を有する湾曲バーであることを特徴とするプレートセグメント。
8. 請求項６のプレートセグメントにおいて、前記セグメントが、円錐の一部を切り詰めた扇形の形状を有し、前記セクタの同半径の箇所の連続したバーの間の連続した溝の間隔が、相対的に広い間隔と相対的に狭い間隔との間で交互になっていることを特徴とするプレートセグメント。
9. 請求項６のプレートセグメントにおいて、前記セグメントが、円錐の一部を切り詰めた扇形の形状を有し、前記扇形の同半径の箇所の連続した溝の間の連続したバーの幅が、相対的に大きい幅と相対的に小さい幅との間で交互になっていることを特徴とするプレートセグメント。
10. 請求項６のプレートセグメントにおいて、前記セグメントが、円錐の一部を切り詰めた扇形の形状を有し、前記扇形の同半径の箇所の連続したバーの間の連続した溝の深さが、相対的に深いものと相対的に浅いものとの間で交互になっていることを特徴とするプレートセグメント。
11. 請求項６のプレートセグメントにおいて、所与のバーと関連した溝に対して、バー幅、溝幅、および溝深さの大きさのうち少なくとも一つの大きさが、半径が大きくなるに従って変化することを特徴とするプレートセグメント。
12. 請求項６のプレートセグメントにおいて、隣接するバーの間の溝に少なくとも１個のサブ表面または表面ダムを含むことを特徴とするプレートセグメント。
13. リファイニング空間を規定する、第一リファイニング円錐と、これと相対して回転可能な第二リファイニング円錐とを含む円錐形リファイナーであって、前記第一円錐と第二円錐が各々、ラジアル内縁部、ラジアル外縁部、および作業表面を横切って大略外縁部の方向に外向きに延びる複数のバーを含む円錐形作業表面を有する円錐形プレートを有し、少なくとも前記第一円錐上の前記複数のバーが、対数タイプ螺旋形の形状の湾曲バーであり、
    前記バーの形状が、円錐軸に直交するオリジナルのｘ−ｙ平面上に極座標で示される次の数学的表現：
    ｒ= a・e ^kφ
    ここに、k=cotα
    k=0→円
    に実質的に合致し、
    作業表面に投影されたこの曲線が次式：
    

    

    （上式で、「ｒ」はバーのセンターラインに沿ったラジアル位置、「a」はrに対するスケールパラメータ、αは曲線に対する接線と座標系の母線との間の交角である。ｇｗ１ｃｏｎｅとｂｗｃｏｎｅは、それぞれ円錐上のバーの幅と溝の幅であり、ｇｗとｂｗは、それぞれオリジナルのｘ−ｙ平面上のバーの幅と溝の幅であり、角αｃｏｎｅは、曲線に対する接線と円錐の母線との間の、作業表面上の対数タイプ螺旋曲線の角を示し、αは、ｘ−ｙ平面上の対数螺旋の角である。）
    に基づく形状変化をしている
    ことを特徴とする円錐形リファイナー。
14. 請求項１３の円錐形リファイナーにおいて、前記リファイナーの運転の際に、第一円錐上の前記複数のバー各々が、前記リファイニング空間で前記第二円錐上の複数の前記バーと交差し、従って瞬時的交差角を形成し、その際に、前記第一円錐上の前記バー各々に対して、交差角が実質的に一定の公称角度であることを特徴とする円錐形リファイナー。
15. 請求項１４の円錐形リファイナーにおいて、前記第一円錐上の前記複数のバー各々に対して、瞬時的交差角がすべて前記公称交差角の±５°の範囲にあることを特徴とする円錐形リファイナー。
16. 請求項１３の円錐形リファイナーにおいて、各プレートの前記作業表面が、前記内縁部に近接して位置する第一ゾーンと前記外縁部に近接して位置する第二ゾーンとに配置されたバーと溝とのパターンを有し、その際に、第一円錐の前記第二ゾーンにあるバーの実質的に全てが対数タイプ螺旋の形状を有する湾曲バーであることを特徴とする円錐形リファイナー。
17. 請求項１６の円錐形リファイナーにおいて、第二円錐の第二ゾーンにあるバー実質的全てが対数タイプ螺旋の形状を有する湾曲バーであることを特徴とする円錐形リファイナー。
18. 請求項１７の円錐形リファイナーにおいて、前記円錐各々の上にある前記第一ゾーンが、バーと溝とのパターンを有し、そのパターンではバーが一定の曲がり角を有していることを特徴とする円錐形リファイナー。
19. 請求項１６の円錐形リファイナーにおいて、第一円錐と第二円錐の第二ゾーンにあるバーが同じ対数タイプ螺旋の形状を有することを特徴とする円錐形リファイナー。
20. 請求項１６の円錐形リファイナーにおいて、前記第二円錐にある前記複数のバーが、対数タイプ螺旋の形状を有する湾曲バーであることを特徴とする円錐形リファイナー。
21. 円錐形リファイナー用の相対する１組のプレートを製造する方法であって、
    円錐形プレートセグメントとして加工する複数の金属原材料を選択するステップと、
    前記各原材料上に複数のバーと溝のパターンを形成することによって、同じように湾曲したバーを有する少なくとも１個のゾーンを含む作業表面を各々有する複数のプレートセグメントを製造し、前記ゾーンに設けられたバーの形状を、数学的条件：
    （ａ）平面極座標系での数学的表現：
    ｒ= a・e^kφ
    （ここに、k=cotα
    k=0→円
    「ｒ」はバーのセンターラインに沿ったラジアル位置、「a」はrに対するスケールパラメータ、αは曲線に対する接線と座標系の母線との間の交角である。）および
    （ｂ）以下の変換式で表される、円錐表面の投影された（ａ）式に基づく曲線：
    

    

    （ここに、ｇｗ１ｃｏｎｅとｂｗｃｏｎｅは、それぞれ円錐上のバーの幅と溝の幅であり、ｇｗとｂｗは、それぞれオリジナルの平面上のバーの幅と溝の幅であり、角αｃｏｎｅは、曲線に対する接線と円錐の母線との間の、円錐表面上の対数タイプ螺旋曲線の角を示し、αは、オリジナル平面上の対数螺旋の角である。）
    に従って成形し、その際、アルファの値は、前記複数の同じように湾曲したバー各々に対して同一であるステップ、
    横に並べて配置したとき、第一の実質的に円錐形の内側プレートを形成するように複数の前記セグメントを選択するステップ、
    横に並べて配置したとき、第二の実質的に円錐形の外側プレートを形成するように別の複数の前記セグメントを選択するステップ、および
    前記第一のプレートと第二のプレートを円錐形リファイナーへ据え付ける１組として組み合わせるステップ
    を含むことを特徴とする円錐形リファイナー用の相対する１組のプレートの製造方法。

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