JP4998474B2 - 繊維マット成形装置および製紙に必要な流体力学的プロセスの維持の方法 - Google Patents

Description

本発明は紙の成形に用いられる装置を対象とする。より詳細には、本発明は繊維マット成形に関連する流体力学的プロセスの維持のための装置を対象とする。この装置の能力は抄紙機の速度、紙シートの基本重量、及び又は成形されるマットの厚みに影響されない。

一般に、製紙産業では、繊維を成形する紙原料からの適正な排水は高品質な製品を保証するために重要な工程であることが良く知られている。これは通常、例えばフォードリニア抄紙機などの装置のウェットエンドに配置される排水刃や金属箔の利用により行われる。（ここで、排水刃の語は排水あるいは原料の活動又はそれらの両方を行う刃や金属箔を包含することに留意すべきである。）今日ではこれらの刃は、広く多様な構造が入手可能となっている。通常これらの刃は、すき網あるいは軸受表面に、脱水のためにすき網から角度が付けられる後方部成形繊維を提供する。これは、刃と繊維の間の真空の原因となる刃表面と繊維の隙間をつくる。これは繊維の外へ排水するだけでなく、繊維を引き下ろす結果にもなる。前述の真空が無くなると、繊維は元の位置に戻り原料全域に原料分布のためには好適なパルスを及ぼすことがある。そのすき網のたわみによりもたらされる活動とシートから排水される水の量は、刃によってもたらされる真空と直接に関連し、従って両者も相互に関連する。排水とそのような刃による活動は、単数あるいは複数の刃を真空チャンバーに搭載することで増大させることができる。排水と活動の間の直接的なかかわりあいは、活動は常に好ましいもののシート成形工程の初期における過剰な排水は繊維と填料の保持力に不利な影響を及ぼしえるため、望ましくない。急速な排水はシート封止を起こし、後続の水分除去を困難にすることもある。既存技術は製紙業者に対し、初期の排水を遅らせるために理想的な活動については妥協することを強いていた。

排水は、例えば本明細書において参考のため包含される、Wardに与えられた米国特許No.3,823,062において示される液体−液体移送の方法によって達成される。この参考文献は原料への急激な圧力衝撃を通した液体の除去を教える。この参考文献では懸濁液からの水の、制御された液体−液体間排水は従来の排水より激しくはないことが記載される。

類似する排水のタイプについては、Corbelliniに与えられた米国特許No.5,242,547に開示がある。この特許は、排水されるべきシートと向かい合う成形繊維の表面のメニスカス（空気／水界面）の成形の抑制について開示するものである。この参考文献では、刃を含む真空箱型構造を浸水させ、制御機構によって水の取り除きを調整することによりこれを達成する。これは水中排水と呼ばれている。改善された脱水は、吸い込み箱中の大気中よりも低い圧力の利用を通して起こると言われている。

排水に加えて、フロックの理想的な分布を提供するため、懸濁液中に故意に活動を生成させるための刃が組み立てられている。そのような刃は例えば、Fuchsに与えられた米国特許No.4,789,433に開示がある。この参考文献は、繊維懸濁液中に微視的乱流を生成させるために波打った形状の（好ましくは荒い脱水表面を有する）刃を使用することを教える。

他の種類の刃で、乱流を回避する意図があるがそれでも排水効果をもたらすものとしては例えば、Kallmesに与えられた米国特許No.4,687,549が挙げられる。この参考文献では、刃と繊維の隙間をうめることを開示し、空気の欠如は隙間における水の膨張やキャビテーションを防ぎ、実質的にあらゆる圧力波を除去するものであるとの記載がある。多くの上述のような刃あるいは他の手段については、本明細書において参考のため包含される以下の先行技術、米国特許Nos. 5,951,823; 5,393,382; 5,089,090; 4,838,996; 5,011,577; 4,123,322; 3,874,998; 4,909,906; 3,598,694; 4,459,176; 4,544,449; 4,425,189; 5,437,769; 3,922,190; 5,389,207; 3,870,597; 5,387,320; 3,738,911; 5,169,500; 5,830,322で見出すことができる。

伝統的に、高速および低速の抄紙機は、基本重量が多岐にわたる異なる等級の紙を製造する。シート成形は流体力学的なプロセスであって、個々の繊維の慣性力は液中の粘性抵抗と比較して小さいため、繊維の動きは流体の動きに追従する。成形と排水の要素は、３の主要な流体力学的プロセスである排水、原料の活動、指向性せん断に影響を及ぼす。液体は内部や外部に加えられるせん断力に応じた応答をする物質である。排水はすき網か繊維を通した流れであり、たいてい時間に依存する流速によって特徴付けられる。

原料の活動は、理想状態では、排水されていない繊維懸濁液における流速の不規則変動であって、一般的には、排水力に応じたあるいは刃の配置の結果引き起こされた成形繊維のたわみによる流れの運動量の変化の結果、現れるものである。原料の活動の優れた効果は、懸濁液中の繊維の結びつきを断ち切って移動性を持たせることである。指向性せん断と原料の活動はともにせん断生成のプロセスであって、巨視的、つまり個々の繊維のサイズと比較すると大きいスケールでは配向度においてのみ異なる。

指向性せん断とは、排水されていない繊維懸濁液中にはっきりと、識別可能なパターンを有するずれ流動である。前後方向（ＣＤ）指向性せん断はシート成形も検査も改善する。（振動しない抄紙機上における）ＣＤ方向せん断の主要なメカニズムは、繊維の原料中の流れ方向（ＭＤ）の明確な隆起の生成、崩壊、それに続く再生成である。

これらの隆起の起源は、ヘッドボックス整流器ロール、ヘッドボックススライスリップ（例えば１９９５年１１月９日に公開された国際出願ＰＣＴ WO95/30048を参照）あるいはフォーメーションシャワーであっても良い。前述の隆起は、装置のスピードと成形する繊維上方の質量に依存して一定間隔で崩壊、再生成する。これをＣＤせん断反転という。反転の数、すなわちＣＤせん断の効果は、繊維／水スラリーが本来の運動エネルギーの最大値を維持した場合に最大化され、また（ＭＤの）自然反転点直下の排水パルスによる影響を受けやすい。

いかなる成形システムにおいても、これらの全ての流体力学的プロセスが同時に起こりえる。これらは通常、時間的にも空間的にも均一分布しておらず、相互に完全に独立している訳でなく相互に影響しあう。実際に、これらのプロセスの各々は、１通りよりも多い方法で全体の系に寄与している。それゆえに、上述の先行技術は、前述の流体力学的プロセスのいくつかには貢献しえるものの、比較的に単純で効果的な手段によって全てのプロセスを調整するものではない。

フォードリニアテーブルの早い段階における原料の活動は、良質な紙のシートの製造にとって重要である。一般に、原料の活動は成形繊維の繊維−水スラリー中の乱流と定義できる。この乱流は３次元方向全てに起こる。原料の活動は、シートの成形の際の層化を妨げること、繊維フロックを分散させること、繊維の指向性を不規則とすることによって、良好な成形を促進させるために重要な役割を果たす。

典型的には、原料の活動の質はシートからの水の除去と反比例するのであって、すなわち活動は概して脱水の速度が遅い又は制御されているときに促進される。水が除去されると、シートが硬化し活動が行われる主要な媒体である水が不足するため、活動がより困難となる。従って良好な抄紙機の動作は、活動と排水およびせん断効果との間のバランスがとれている。

各々の成形装置の能力はテーブルを構成する成形要素で決まる。成形板の後に続く要素はすでに成形されたマットを破壊することなく残留する水を排水しなければならない。これらの要素の目的は、前の成形要素によって行われた仕事を促進させることである。

基本重量が増加するほどマットの厚みも増加する。実際の成形／排水要素を用いれば、十分に良質の紙シートの製造に必要な流体力学的プロセスを作るために十分強く、制御された水圧パルスを維持することは不可能ではない。

活動と排水を促進するため繊維原料の中に排水された水を再導入する従来の方法の例は図１から図７に示される。

図１におけるテーブルロール１００は、成形繊維９８の下で引き込みロール９２と成形繊維９８により形成される巻き込み部に取り込まれる水から生じる、シート９６へ加えられるべき大きな正圧を発生させる。再導入される水の量はロール９２の表面に付着した水に限定される。正圧パルスは原料の活動に良い効果を及ぼし、シート表面に対して垂直方向の流れを引き起こす。同様に、ロール９０の出口側では、排水と微粒子の除去を大いに促進する大きな負圧が生成される。しかしマットにおける硬さの減少は顕著ではなく、活動の増加を通じた改善はほとんどない。特定速度の基本重量の重いシートに伝達された理想的な正圧が、より早いスピードの基本重量の軽いシートを分裂させる望ましくない正圧となるため、テーブルロールは通常は比較的低速機に限定される。

重力金属箔８８は図２に示される。金属箔刃８６によって生成される真空の真空度は、金属箔の角度及び又は刃の長さの両方又はいずれか一方が増えるほど高まる。この場合真空は、装置のスピードの二乗に正比例して高まる。金属箔刃８６によって生成された真空力は繊維マット９６の排水抵抗が増加するほど高まる。成形テーブルの前段では、金属箔刃は角度を概ね０．５〜１度の範囲の低い値として用いられる。前述の角度はテーブルの乾燥端に向けて３〜４度まで増加される。流れ方向に水が得られなくなるに連れて、その選択された角度は、分岐した隙間に、水で満たされる能力を許可することになる。

図３から図７は、刃の配列の異なる低真空箱８４を表す。重力金属箔は低真空箱においても使用される。これらの低真空拡張ユニット８４は製紙業者に、適用する真空とパルス特性を制御することにより製造工程に大きな影響を与える手段を提供する。刃箱の構造の例としては、
図２に示される重力金属箔又は金属箔刃箱８８、
平坦刃又は湿気箱（不図示）、
図３から図５および図７に示される段差刃８２、
図６に示されるオフセット平面刃８０、
図７に示される正パルス段差刃７８などが含まれる。
伝統的には、金属箔刃箱やオフセット平面刃箱や段差刃箱はたいてい成形工程で使用されていた。

使用中は、真空拡張金属箔刃箱が重力金属箔と同様に真空を生成し、制御されることなく水が連続的に除去され、支配的な排水のプロセスはろ過である。一般的には、すでに成形されているマットの再流動化はない。

真空拡張平面刃箱では、刃／すき網の接触面の周りにわずかな正圧が生成され、繊維マットに及ぼされる圧力は箱中の真空レベルにのみ依存する。

図３に示すように真空拡張段差刃箱では、多様な圧力プロファイルが例えば段差の長さ、刃と刃の間の幅、装置のスピード、段差の深さ、用いられる真空などの要素に依存して生成される。段差刃は刃の前段部分で装置スピードの二乗に関連して最高の真空を生成し、この最高の負圧は排水を引き起こしまたそれと同時に段差方向に向かってすき網がそらされ、既に排水された水の一部がマットへ逆行させられることにより繊維を再流動化しその結果現れるせん断力に起因して繊維フロックが切断される。もし作用させる圧力が必要より高い場合には、図４に示すように、すき網は刃の段差に接触させられる。そのような条件である程度の時間が経過すると、金属箔の段差によごれ７６が蓄積され、図５に示されるように最低限まで低減された水圧パルスを失い、マットへの水の再導入が妨げられる。

図６に示されるように、真空拡張オフセット平面波箱はすき網の走査線下に２通りの高さの異なる、前方、後方、および中間の平面刃８０を有する。中間の刃８０は、真空下のすき網のたわみを抑制し、成形用すき網の下の水による水力学的な挟み力を生成するために、すき網の走査線より下に配置される。

真空拡張正パルス段差刃低真空箱は、図７に示されるとおり、先行する刃によって除去された水の一部を後方のマットへ再導入させる各々の刃を有することによりシートを流動化する。しかしながら、シートに再導入される水の量は制御されていない。

前述の参考文献のいくつかは付随する優位性があるが、さらなる改善及び又は代替する形態は常に望ましい。

本発明の目的は紙シートの成形において流体力学的プロセスを維持する装置を提供することである。

本発明の追加的な目的は、成形板とともに使用可能な装置及び又は速度が排水を誘起する装置の両方又はいずれか一方を提供することである。

また、本発明の追加的な目的は装置の効率が、装置の速度、紙シートの基本重量、及び又はマットの厚さに影響されないことである。

発明を特徴付ける新規なものの様々な特徴は、本開示の部分を構成し添付された書類である請求の範囲において特に指摘されている。本発明をよりよく理解するために、動作上の利点、実施に用いられる特定の物、および参照の記載が本発明の実施の形態の付属図面や記述的な内容において記載されている。

本発明の一側面は図８、９、９ａ、１０、１０ａ、１０ｂを参照することで把握される。図８では本体３が成形繊維２と接する前方刃３ａを含んでいる。図８に示されるように、成形繊維と接する前方刃３ａは平坦で成形繊維２と平行である。この例では、前方刃３ａが成形繊維と完全に接することが望ましい。前方刃３ａに続くのは前方刃３ａから外れた斜面をもつ分岐表面３ｂである。分岐表面の前方刃に対する角度は約０．１〜１０度の範囲内であることが好ましい。しかしながらその角度は１０度未満であることが望ましい。

次に、制御された乱流領域８から微小活動領域１２へ続くチャネル５を備える。微小活動領域１２は図８、９に示すように平坦でも良く、また制御された乱流を生成するために図１０に示されるように段差１５を含んでいても良い。あるいは、図１０ａ、１０ｂに示されるように、微小活動領域１２は分岐部１２ｃと収束部１２ｄを備えても良い。分岐部１２ｃは水平に対してαの角度があり、収束部１２ｄは水平に対してβの角度がつけられている。角度αとβは同じでもよいが、微小活動領域における活動を最適化するように異なることが好ましい。微小活動領域１２は、図９ａに示されるように、活動の改善と制御のために水を保持する目的でオフセット平面１２ａも包含することとしても良い。実際には、微小活動領域を平面とするか、傾斜をつけるか、段差をつけるかは装置の速度、マットの硬さやその重さに依存するものである。

チャネル５と微小活動領域１２の間には支持刃４がある。支持刃４は成形繊維２と本体３（あるいは後述する図１５に示される本体３と１６）の離間の維持を補助する。支持刃４はチャネル５も成形する。チャネル５は繊維２を通して水７を繊維スラリー１から排水させ、微小活動領域１２へと続く制御された乱流領域８へと移動させる。支持刃４はスペーサ１４の間に配置されボルト６とスペーサ１４によって固定される。ボルト６は、支持刃がたわまずに、かつ余計な流れが生成しないように、装置の幅を横切って均等に複数配置されている。微小活動領域１２に続く、成形繊維２が刃ともっとも近接する場所では、水が排水路１０へ排水される。

本発明の他の側面は、支持刃４ａがより詳細に記載された図１０ｃと１０ｄに示される。図１０ｃと１０ｄは、刃の流れ方向と直行する方向を横切る異なる場所について得られる断面図である。図１０ｃの断面図は、スペーサ４ｂが配置される支持刃４ａの部分に沿ったものである。この断面図１０ｃは支持刃４ａが実質的に中空でないことを表す。対照的に図１０ｄは異なる場所に沿う支持刃４ａの断面図であり、スペーサ４ｂではなく支持刃４ａ下を水が流れるために支持刃４ａを貫通するチャネル５がある場所における断面を表す図である。本発明のこの側面についての更なる詳細については、それぞれ平面図、断面図、正面図を表す１０ｅ−ｈを参照して把握される。スペーサ４ｂは図１０ｅに示されるように、チャネル５を通る水の流れの安定性を促進するために実質的に丸い形状であることが好ましい。支持４ｂは全幅４ｅを横断する方向に均等に配置されることが好ましい。そのような配置は、図１０ａ−ｈに示される通り好ましくは一体となって作られる支持刃４ａの交換や取り付けを容易化する。

実際には、排水路１０の直ぐ後ろに他の刃１１を取り付けることとしてもよい。図８では、もう一方の刃１１の前方刃をみることができる。成形テーブルにおいて必要となる刃の数は、繊維スラリー１の厚みＴ、原料の硬さ、基本重量、保持力、装置のスピードに依存する。

本発明の様々な側面によれば、
１．図１１に示される平坦な面１２を備える刃、
２．図１２に示される段差１５を備える刃、
３．図１３に示される平坦な面１２と段差１５を備える交代刃、
４．図１４に示される、刃の残余から現実に離間し、かつ、平坦な面１２と組み合わせて成形繊維とは角度がつけられている前方刃を有する引き込み刃１６を備える刃、
５．図１５に示される、刃の残余から現実に離間し、かつ、段差１５と組み合わせて成形繊維とは角度がつけられている前方刃を有する引き込み刃１６を備える刃、
６．図１５ａ、１５ｂに示される、刃の残余から離間し、かつ回転軸２２を伴う、又は伴わない、収束部１２ｄと分岐部１２ｃから形成される活動領域と共に、成形繊維とは角度がつけられている前方刃を有する引き込み刃１６を備える刃、又は
７．図１５ｃ、１５ｄに示されるように、回転軸２２を伴って、又は伴わずに、複数の分岐部１２ｃと収束部１２ｄを有する細長い微小活動領域を有する刃２４、２５、などの様々な形状が可能となる。

本発明の範囲内において、本発明のある側面に従った他の刃の形状をとることも可能である。

図８、９、９ａ、１０、１０ａ、１０ｂに示される刃は、紙のシートを成形するために必要な流体力学的プロセスが起こる１の成形サイクルを実施する。前方刃３ａではせん断効果を生む正圧Ｐ１が生成される。分岐表面３ｂでは、ポテンシャルエネルギーの低下と運動エネルギーの増加により、繊維スラリー１又はシートから水７が排水される。これが刃における第２の流体力学的プロセスである。次に、支持刃４が、Ｐ１と類似する第２の正圧Ｐ２を生成する。排水７はチャネル５を通って連続的に流れる。排水された水の一部はその後、微小活動領域１２と制御された乱流領域８においてシート２へと再導入される。排水路１０を通して刃から流出する水により脱水が続けられる。従って、これらの刃の領域では１の成形サイクルにおいて３の流体力学的プロセスが起こる。

図１０ｂは、装置の動作パラメータに従い、必要に応じて刃の後方部分２３の調整を可能とする回転軸２２を示す。図１５ｃは角度がつけられた分岐および収束部のサイクルを一の長距離刃２５において複数有する本発明の追加的な側面を描く図である。これらの複数のサイクルは成形テーブルの前段部分での活動の維持に役立つ。図１５ｄは回転軸２２とともに成形された同様の多サイクル刃２４を描く図である。

スラリー１の厚さＴは支持刃４の能力あるいは装置の速度に影響しない。実際には、図２５に示される第１段階の段差Ａと段差Ｂの寸法はスラリーの厚さと装置の速度に従って決められる。そうであるから、段差Ａは支持刃４を調整することによって調整できるため、装置の特徴を特定の原料厚さと装置スピードのために最適化できる。

刃によって及ぼされる流体力学的プロセス、および刃の前段における水の再導入の結果として、本発明では以下に示す、
I．刃の前段においてろ過作用がない、
II．刃が長手方向に沿う水によって支持されており、刃の上を動くすき網により抵抗が生成されないから、すき網を駆動させるのに必要なエネルギーが低減できる、
III．水の連続的な流れがあるから刃に汚れが蓄積しない、
IV．すき網上の繊維が、同じ水によって再配列され活性化させられる、
V．微細繊維の保持力が上昇し、シートの厚み方向に渡って均一分布する、
VI．組成が改善する、
VII．必要に応じてシートの直角度が制御される、
VIII．排水が制御され、ろ過工程は除去され得る、
IX．紙の物理的特徴が、必要に応じて制御又は改善される、
などの改善効果を享受し得る。

図１４と１５は、前方刃３が刃の本体１６から離間した、本発明の追加的な側面を示す図である。この形状は、前の要素で水の除去なしに排水が行われたか、又は成形テーブルのためのスペースが制限されているときに繊維スラリー１から大量ではあるが制御された量の水を除去できるため有用である。

図１６、１７、１８、１９、２０、２０ａは本発明のある側面による刃の水理学的挙動を示す。図１６では、３ａの部分でせん断効果を生み出す正圧Ｐ１が生成される。分岐部３ｂでは ポテンシャルエネルギーの低下と運動エネルギーの増加により水７を排水する。これが刃における第２の流体力学的プロセスである。支持刃４が、Ｐ１と類似する第２の正圧Ｐ２を生成する。排水７はチャネル５を通って連続的に流れる。

図１７に示されるように、前方刃３ａと分岐部３ｂとが刃の分離された場所に配置される金属箔１７により水７が排水される。金属箔１７の前方刃３ａはまた、正圧Ｐ１を生成しせん断効果を生み出す。分岐部３ｂは、チャネル５を通った連続的な流れである活動を促進するために繊維スラリーから水７を排水する。支持刃４はまた、Ｐ１と類似するパルスＰ２（流れ方向を横切るせん断効果を生成する交代正圧）を生成する。

図１８、１９、２０、２０ａは、図１８における平坦な微小活動領域、図１９におけるオフセット平面を有する微小活動領域、図２０における段差のある微小活動領域の流体力学的効果を示す。これらの各々の図においては、排水された水７が微小活動領域１２と制御された乱流領域８の両方又はいずれか一方でシート１へ再導入される。連続排水も行われる。上述の通り、せん断力は前方刃３ａで生成され、支持刃４がパルスＰ１とＰ２を生成する。水７が領域８へ再導入されると繊維は再配列し、それによって領域８における活動を生成する。必要に応じて、図２０に示されるように段差１５を利用して十分なせん断を生成しても良い。微小活動領域１２における微小活動を増加させるために、必要となる付随的な水を保持するオフセット平面１２ａを利用しても良い。微小活動領域１２はオフセット部１２ａと１２ｂからなる。これらのオフセット部は平坦でも傾斜がつけられていても良い。最終的なオフセット部１２ａ、１２ｂの設計はスラリーの厚さと装置のスピードに依存する。通常は、排水は部分１２、１２ａ、１２ｂの後方部分で制御される。

図２０ａは追加の真空なしで動作可能な配列を示す。これは上述したとおり分岐部１２ｃと収束部１２ｄの使用により可能である。実際の使用では、分岐部１２ｄはポテンシャルエネルギーを損失させる分岐の角度によって真空を生成する。この生成された真空は原料から水を引き付ける。そして、水の一部は収束部１２ｄによって再導入され、原料中に活動を生成する。しかしながら水の大半は排水路１０によって排水される。

図２１は本発明の追加的な側面を描いた図である。チャネル５を通って流れる水７は領域２１において流線１９を成形している。水７のチャネルの水力学的断面が継続的に低下する限り、水７は成形すき網１３を通して再導入され、繊維スラリー１へと再導入されることを強いられる。再導入された水７の力は成形繊維１３をゆがめることがある。しかしながらこれは、少なくともある程度は、運動エネルギーの上昇によって生成する真空によって打ち消される。領域１８では、繊維の活動とせん断効果が生成され、その結果として繊維マットの成形が改善される。上述した既知のシート製造方法とは異なり、チャネル５を通る継続的な水流により成形繊維１２は微小活動領域１２の表面と接触しない。結果としてシート１におけるせん断と繊維の活動は妨げられない。

図２２には、微小活動領域１２のために水７の一部を保持する目的で部分１２ａと部分１２ｂを含むオフセット平面を有する場合が示される。部分１２ｂは排水制御のために、０．１度から１０度までの間程度の角度を付けて設計されてもよい。部分１２ｂの角度として好ましい範囲は１度から３度の間である。

図２３は、高レベルの乱流を生成するために段差１５を用いる刃を描くものである。実際の段差１５の寸法はスラリーの厚さ、スラリーの硬さ、装置の速さに依存する。

図２４は成形繊維が段差１５のうえを通過する際に起こる水流の流線１９を描くものである。図に示すとおり、流れ方向に、装置の幅方向全体に渡って渦流が成形される。渦流は通常、図２４に示される流れ方向を有する装置を観察するときには、時計回りである。水７の流れは再結合点において安定となる。逆流領域の寸法は、装置の速度、段差のサイズ、段差上の水の量に依存する。渦流は高レベルの乱流と、渦流と繊維スラリーの間に差速を生成させる。この作用は繊維のフロックを断絶し、それによって繊維を再配列させ紙の組成を改善する。

本発明の他の側面は刃の形状に関するものである。図２５は、支持刃４の出口側と後続の刃１１の引き込み刃との間であって、せん断、活動、排水（紙シート成形に必要な３通りの流体力学的プロセス）が起こる領域を示す。刃のサイドＡは流体力学的せん断力と活動とが生み出される場所であり、排水は刃のサイドＢで起こる。第１段階は支持刃４の出口側から段差１５の端までである。段差Ａは前段の要素からくる水の量とこの段階で排水される水の量に従って大きさが決められる。第１段階においては、水が繊維スラリー１へ再導入され強いせん断効果が生成する。第２段階の始まりからすき網のたわみの最高点までにおいては、段差における渦流と、水７と成形繊維１３の間の瞬間的な差速が原因で高度の活動が生成される。サイドＡは刃の圧力のより強いサイドであり、従って水は常に刃のサイドＢ方向へ流れ最後には排水されることになる。

図２６は成形繊維近傍に生成した動圧を計算するためのモデルを供給するものであって、その値は以下の計算式により計算される。

ここで、ｍとはインチですき網のたわみを表し、ｃとはインチですき網の全長を表し、Ｖｍとはフィート／分の単位で装置の速さを表し、Ｋとは定数でありその値は0.82864451984491991898e-3である。

成形繊維近傍で生成される動圧は、概して１から１０の範囲の値であって、通常ｇフォースと呼ばれる成形繊維が感じる重力か遠心力に比例するが、この値として好ましいのは３から５の範囲の値である。

当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、この計算を他の「Ｋ」の値を用いて行えることを認めるが、しかしながら、上述の値が好ましいとされている。

図２７は収束部１２ｃと分岐部１２ｄをそれぞれ有する刃の拡大図を表す。ここで示される図ではＣ１とＣ２の長さが同一であるが、これらの長さは生産工程の必要に応じて最適化されても良い。また、角度αとβはそれぞれ、真空の生成と原料への水の再導入のために最適化されても良い。

最後に図２８は、すき網経路２が支持刃４の上を通り分岐部１２ｃおよび収束部１２ｄを通る場合の、原料に取り込まれた水のおおまかなフローパターンを示す。図から把握されるように、水は刃に沿っていくつかの場所で除去されたり原料のなかに再導入されたりする。

この発明は最も実用的で好ましいと考えられる実施形態と関連づけて記載されてきたが、本発明は開示された実施形態に限定されず、それどころか、添付された請求項の精神と範囲を含む様々な変形や同等の配置を包含することを意図するものである。

以下の、それだけに限定されることを意図しない例示によって与えられる詳細な説明は、同種の参照番号は同種の要素や部分を表す添付の図面と共に把握すると理解が高まる。
既知のテーブルロールを描いた図である。 既知の重力金属箔刃を描いた図である。 段差刃を有する既知の低真空箱を描いた図である。 段差刃を有し、すき網が段差に接する既知の低真空箱を描いた図である。 段差刃に汚れが蓄積している既知の低真空箱を描いた図である。 既知のオフセット平面刃低真空箱を描いた図である。 既知の正パルス刃低真空箱を描いた図である。 本発明の一側面に従った刃を描いた図である。 明確にするために刃の支持を除いた図８の刃を描いた図である。 本発明の他の側面に従った排水の制御のためのオフセット部を備える図９の刃を描いた図である。 本発明の他の側面に従った刃を描いた図である。 多角の微小活動領域を含む図１０に従った刃を描いた図である。 回転軸を含む図１０に従った刃を描いた図である。 図１０に示される刃と支持の側面図である。 代替支持を含む図１０に示される刃の側面図である。 図１０に示す刃と共に用いることができる支持刃の平面図である。 支持が、支持を通して水を流れさせるために開いている時点における図１０ｅの支持刃の断面図を描いた図である。 支持刃が支持によって閉じられている時点における図１０ｅの支持刃の断面図を描いた図である。 図１０ｅの支持刃の側面図を描いた図である。 本発明の他の側面に従った刃を描いた図である。 本発明の他の側面に従った刃を描いた図である。 本発明の他の側面に従った刃を描いた図である。 本発明の他の側面に従った刃を描いた図である。 本発明の他の側面に従った刃を描いた図である。 金属箔間に複数の本体部を有する図１４に記載の刃を描いた図である。 本体に回転軸を有する図１５ａに示される刃を描いた図である。 複数の細長い活動領域を有する図１４に示される刃を描いた図である。 回転軸を有する図１５ｃに示される刃を描いた図である。 本発明の一側面における刃の水力学的振る舞いを描いた図である。 本発明の一側面における刃の水力学的振る舞いを描いた図である。 本発明の一側面における刃の水力学的振る舞いを描いた図である。 本発明の一側面における刃の水力学的振る舞いを描いた図である。 本発明の一側面における刃の水力学的振る舞いを描いた図である。 本発明の他の側面における刃の水力学的振る舞いを描いた図である。 本発明の一側面における刃の中の水流を描いた図である。 本発明の一側面における刃の中の水流を描いた図である。 本発明の一側面における刃の中の水流を描いた図である。 本発明の一側面における刃の中の水流を描いた図である。 本発明の少なくとも一側面における刃の形状の詳細を描いた図である。 本発明の一側面における圧力の計算のための刃の形状基節を描く図である。 本発明の他の側面における圧力の計算のための刃の形状基節を描く図である。 本発明の一側面における刃の中の水流を描いた図である。

Claims (47)

1. 装置を通過する成形繊維上を輸送される紙原料又は繊維スラリーからの液体か水の適正な排水のための複数の流体力学的プロセスを維持し、紙シートか繊維マットにおける流れ方向を横切る方向の品質の変化を低減するための排水装置であって、
   前記成形繊維と隣接し前記成形繊維を支持する前方刃支持表面と、前記前方刃支持表面とつながり前記前方刃支持表面よりも下方に伸びる下方傾斜表面と、を備える主要刃と、 前記主要刃に固定され、前記成形繊維を前記主要刃から離間させ前記成形繊維と前記主要刃の間にチャネルを形成する支持刃と、
   前記チャネルは紙原料から排水された水を前記主要刃と前記成形繊維の間の制御された乱流領域又は微小活動領域へ導き、
   前記排水された水は部分的に又は完全に前記繊維スラリーへ再導入されることを特徴とする排水装置。
2. 前記主要刃は平坦であることを特徴とする請求項１に記載の排水装置。
3. 前記主要刃は一以上の段差を備えることを特徴とする請求項１に記載の排水装置。
4. 前記主要刃は一以上の下方に傾斜した下方傾斜部と上方に傾斜した上方傾斜部を備えることを特徴とする請求項１に記載の排水装置。
5. 前記主要刃は複数の段差、下方に傾斜した下方傾斜部、及び上方に傾斜した上方傾斜部の組み合わせを備えることを特徴とする請求項１に記載の排水装置。
6. 前記支持刃より下流側の前記主要刃には前記段差が成形されていることを特徴とする請求項３に記載の排水装置。
7. 前記支持刃より下流側の前記主要刃には前記下方傾斜部と前記上方傾斜部が成形されていることを特徴とする請求項４に記載の排水装置。
8. 前記下方傾斜部は水平に対して角度αをなし、前記上方傾斜部は水平に対して角度βをなし、
   前記角度αと前記角度βは０．１〜１０度の範囲内であることを特徴とする請求項４に記載の排水装置。
9. 前記微小活動領域の後段に配置される排水路を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の排水装置。
10. 前記主要刃は回転軸の周囲に配置されることを特徴とする請求項１に記載の排水装置。
11. 前記主要刃は互い違いに、段のある平面と平坦な表面を備えることを特徴とする請求項１に記載の排水装置。
12. 前記段差の大きさは前記紙原料の厚さと前記装置の速度に従って定められることを特徴とする請求項３に記載の排水装置。
13. 前記主要刃は排水を制御するオフセット部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の排水装置。
14. 前記成形繊維で起こる動圧は以下の計算式を用いて定められることを特徴とする請求項１に記載の排水装置。
    

    

    ｍ＝インチ単位の前記成形繊維のたわみ
    ｃ＝インチ単位の前記成形繊維の全長
    Ｖｍ＝フィート／分の単位の成形繊維の速さ
    Ｋ＝0.82864451984491991898e-3
15. 前記主要刃は複数の微小活動領域を備えることを特徴とする請求項１に記載の排水装置。
16. 前記主要刃は回転軸の周囲に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の排水装置。
17. 製紙装置中の成形繊維に含まれる紙原料から液体を排水する方法であって、
    前記成形繊維と隣接し前記成形繊維を支持する前方刃支持表面と、前記前方刃支持表面とつながり前記前方刃支持表面よりも下方に伸びる下方傾斜表面と、を有する主要刃、及び前記主要刃に固定され、前記成形繊維を前記主要刃から離間させ前記成形繊維と前記主要刃の間にチャネルを形成する支持刃、を備える排水装置を提供する工程と、
    少なくとも排水された液体の一部が前記成形繊維を通って前記紙原料へと戻されるように、前記紙原料から排水された液体を前記主要刃と前記成形繊維の間に成形された制御された乱流領域又は微小活動領域へと誘導する工程とを備えることを特徴とする方法。
18. 前記支持刃はスペーサとボルトを用いて前記主要刃に取り付けられていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記支持刃は前記チャネルを通った液体の流れを許可するためにスペーサやボルトなしで前記主要刃に取り付けられていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
20. 前記成形繊維に以下の計算式を用いて定められる動圧を及ぼす工程を更に備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
    

    

    ｍ＝インチ単位の前記成形繊維のたわみ
    ｃ＝インチ単位の前記成形繊維の全長
    Ｖｍ＝フィート／分の単位の成形繊維の速さ
    Ｋ＝0.82864451984491991898e-3
21. 成形板又は排水システムと共に用いることができる装置であって、
    外表面と内表面を有し繊維スラリーが移動させられる成形繊維と、
    平坦であり前記成形繊維の前記内表面に対し平行かつ滑り接触する前方刃支持表面と、前記前方刃支持表面の後に、前記前方刃支持表面と離れる方向に角度が付けられた傾斜である下方傾斜表面とを有し、その結果前記繊維スラリーから排水された水を前記成形繊維下に成形された制御された乱流領域か微小活動領域へ輸送する主要刃と、
    前記成形繊維と前記微小活動領域の間に配置されるように前記主要刃に固定され、前記成形繊維を前記主要刃から離間させ前記繊維スラリーから排水された前記水を前記制御された乱流領域か微小活動領域へ誘導するチャネルを形成する支持刃と、を備え、
    前記下方傾斜表面の前記前方刃支持表面に対する角度は０．１から１０度の範囲であることを特徴とする装置。
22. 前記主要刃は活動改善と制御のための水を保持するためにオフセット平面を備えることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
23. 前記支持刃は前記チャネルを通る水の自由な流れを許可することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
24. 前記主要刃は制御された乱流を生成するために一以上の段差を備えることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
25. 前記主要刃の前記前方刃支持表面は、平坦な表面と組み合わされ前記成形繊維とは異なる角度がつけられることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
26. 前記主要刃の前記前方刃支持表面は、前記成形繊維とは異なる角度がつけられ、下方に傾斜した下方傾斜部と上方に傾斜した上方傾斜部により形成された活動領域を有し、回転軸を含む場合と含まない場合があることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
27. 前記主要刃は複数の微小活動領域を備えることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
28. 前記主要刃は一以上の下方に傾斜した下方傾斜部と上方に傾斜した上方傾斜部を備えることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
29. 前記支持刃はスペーサとボルトによって取り付けられ、前記スペーサとボルトは前記支持刃が元の位置からたわまないように前記システムを横切って均等に配置されることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
30. 単一のものからなる前記装置の本体へ前記支持刃が挿入可能であり、それによって取り付けを容易化することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
31. 前記支持刃の支持は、前記チャネルを通る水の流れの安定を促進するために本質的に丸い形状であり、前記支持刃は前記システムの幅全体を横切って等間隔で配置されることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
32. 前記主要刃は段差、下方に傾斜した下方傾斜部、上方に傾斜した上方傾斜部の組み合わせを備えることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
33. 前記主要刃は回転軸の周囲に配置されることを特徴とする請求項２１に記載の排水装置。
34. 前記前方刃支持表面は前記成形繊維とは異なる角度がつけられ、段差を備えることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
35. 所望の流体力学的プロセスを生み出すために少なくとも前記成形工程の一部分において排水された水が再利用されることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
36. 前記繊維スラリーを脱水する動圧を生成する金属箔を更に備え、前記動圧は真空によって生成されることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
37. 前記下方傾斜部と前記上方傾斜部は回転軸の周囲に配置されることを特徴とする請求項２８に記載の装置。
38. 前記主要刃は段差と平面が交互に現れる面を備えることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
39. 前記繊維スラリーの厚さと前記システムの速度に従って前記段差の大きさが定められることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
40. 前記成形繊維に及ぼされる動圧は以下の計算式を用いて定められることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
    

    

    ｍ＝インチ単位の成形繊維のたわみ
    ｃ＝インチ単位の成形繊維の全長
    Ｖｍ＝フィート／分の単位の成形繊維の速さ
    Ｋ＝0.82864451984491991898e-3
41. 製紙に関連する一以上の流体力学的プロセスの維持の方法であって、
    平坦であり前記成形繊維の前記内表面に対し平行かつ滑り接触する前方刃支持表面と、前記前方刃支持表面の後に、前記前方刃支持表面と離れる方向に角度が付けられた傾斜である下方傾斜表面とを有し、その結果、前記繊維スラリーから排水された水を前記成形繊維下に成形される制御された乱流領域か微小活動領域へ輸送する主要刃を提供する工程と、
    前記成形繊維と前記微小活動領域の間に配置されるように前記主要刃に固定され、前記成形繊維を前記主要刃から離間させ前記繊維スラリーから排水された前記水を前記制御された乱流領域か微小活動領域へ誘導するチャネルを形成する支持刃を提供する工程と、を備え、
    前記下方傾斜表面の前記前方刃支持表面に対する角度は０．１から１０度の範囲であることを特徴とする方法。
42. 前記主要刃の前記前方刃支持表面は前記成形繊維とは異なる角度がつけられ、平坦な面と組み合わされることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
43. 前記主要刃の前記前方刃支持表面は前記成形繊維とは異なる角度がつけられ、下方に傾斜した下方傾斜部と上方に傾斜した上方傾斜部により形成された活動領域を有し、回転軸を含む場合と含まない場合がある請求項４１に記載の方法。
44. 前記支持刃はスペーサとボルトによって前記主要刃に取り付けられ、前記スペーサとボルトは前記支持刃が元の位置からたわまないように前記システムを横切って均等に配置されることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
45. 単一のものからなる装置の本体へ前記支持刃が挿入可能であり、それによって取り付けを容易化することを特徴とする請求項４１に記載の方法。
46. 前記繊維スラリーを脱水する動圧を生成する金属箔を供給する工程を更に備え、前記圧力は真空によって生成されることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
47. 前記成形繊維に及ぼされる動圧は以下の計算式を用いて定められることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
    

    

    ｍ＝インチ単位の成形繊維のたわみ
    ｃ＝インチ単位の成形繊維の全長
    Ｖｍ＝フィート／分の単位の成形繊維の速さ
    Ｋ＝0.82864451984491991898e-3

Images