JP5339512B2 - リファイナープレートのためのバーと溝のパターン、および圧縮リファイニングのための方法 - Google Patents

Description

本発明は、リグノセルロース材（本明細書では「繊維材」または「木材繊維性材」と称する）の細砕に関し、特に、バーと溝を有するリファイナープレートを使用してリグノセルロース材から繊維を分離するための細砕に関する。

本発明は、多様なタイプのリファイナープレートのためのバーと溝の設計に適用し得る。リファイナープレートのタイプには、ディスクリファイナー、対向回転ディスクリファイナー、ツインリファイナーとツインフローリファイナー、シリンダーリファイナー、コニカルリファイナおよびコニカルディスクリファイナーがあるが、これらに限定されない。

リファイナープレートは、一般に、相対する面があるギャップで隔てられるようにリファイナー中に配置される。プレートは、相対して回転する。繊維材は、通常、プレートの一方にある中央入口を経由して流れることによりプレート間のギャップに導入される。繊維材は、プレート間のギャップに流れ、そうする際に、プレートの相対する面上のバーの上を横断するように移動する。繊維材がバーを越えて移動するにつれて、バーは、圧縮パルスやインパクト力のような力を繊維材に加える。これらの力は、相対するプレート上のバーが交差するとき、最大となる傾向がある。繊維材に加えられた力は、繊維材の繊維ネットワークに作用し、ネットワークから個々の繊維を分離し、さらにこれらの繊維を離解する。個々の繊維が分離され、繊維塊が繰り返して圧縮されることにより、繊維材のリファイニングが行われる。

従来のリファイナープレートは、プレートの面に配置されたリファイニングバーとこれを隔てる溝とを有する。繊維材がプレート間を半径方向外側に移動するにつれて、繊維材、スチーム、水、および他の材料が溝を通り、バーの上を越えて流れる。繊維材のリファイニングは、溝ではほとんど起こらない。リファイニングが起こるのは、主に繊維材がバーの先端部を越えて移動するときである。溝には、ダムや他の障害物を設け得るが、これは、溝を流れる繊維と液体の流れを防止または制限するためである。

バーは、通常、バーの前方に面する頂部に沿って鋭いリーディングエッジを備える。バーの従来の鋭いリーディングエッジ角度は、バーを越えて移動する繊維材の剪断を促進すると考えられている。相対するプレート上のバーが互いに交差して移動するとき、バー間に捕捉された繊維材にインパクトを与え、これを剪断する。バーに相対して繊維材に加えられる剪断インパクトは、バーが交差することで生じる副作用である。繊維材の剪断は望ましくない。

従来の技術的知見では、鋭いリーディングエッジ角度は望ましいものである。急傾斜の溝が得られ、溝の断面容積が大きくなるので、繊維材がプレート間を移動する流路が十分に取れるからである。鈍角のリーディングエッジ、およびこれに対応して傾斜リーディング面、すなわち、リーディング側壁は、比較的狭い断面積を有する従来の溝をもたらし、溝を通過しなければならない繊維材と同伴するスチームと水の流れを受け容れるには不十分となる恐れがある。様々なタイプのリーディングエッジをバーに備えるリファイナープレートの例は、「インパクト作用の前に順次圧縮を実現するリファイナー要素パターン」を発明の名称とする米国特許第５，０３９，０２２号明細書と、「ポンプ移送流れが摩滅するディスクゾーン」を発明の名称とする米国特許第４，６７８，１２７号明細書に記載されている。

相対するバーが交差すると、圧縮圧力パルスが生じ、バー間の繊維材にインパクトを与える。圧縮パルスは繊維材に機械力を加え、繊維材のリファイニングパルスを促進する。圧縮パルスは、高強度繊維材を与えるので、望ましいリファイニング作用を提供すると考えられる。

インパクト力とその結果生じる繊維材の剪断とを最小限に抑え、かつ繊維材をリファイニングするための圧縮パルスを最大化することが、リファイナープレートに対して長い間求められてきたニーズである。

繊維材へのエネルギー輸送の剪断インパクトを減少するには、一組の相対するリファイニング要素の少なくとも片方が、鈍角のバーエッジを有するバーを含む。バーのリーディングエッジの鋭い角度のエッジが繊維材を剪断する傾向を少なくするには、バーのリーディングエッジは、好ましくは、鈍角の、例えば、１５０°〜１７５°の角度としなければならない。バーのリーディングエッジを鈍角にすると、従来のリファイナープレートの鋭いリーディングエッジで引き起こされるバーと繊維材間のインパクトは減少するはずである。インパクトを最小限に抑えると、繊維材の剪断が抑えられ、その結果、繰り返される圧縮リファイニングにより分離される繊維の強度が最大化されるはずである。

本発明の態様の一つは、機械式リファイニングシステムに使用されるリファイナープレート、例えば、ステータープレートやロータープレートである。このプレートは、バーと溝を有するリファイニング面を備え、バーが１５０°〜１７５°の内角で規定されるリーディングエッジを有しているものである。バーは各々、リーディングエッジから隣接バーのトレーリング面に延びているリーディング面を備え得る。バーは、バーの上端部に関して１５０°〜１７５°の角度を形成する上部側壁部とバーの基板に対して実質的に垂直の下部側壁部とを備え得る。さらに、バーのリーディング面は、凹面でも凸面でも差し支えない。加えて、バーのトレーリングエッジは、８０°〜１４０°の内角を有し得る。バーの間の溝は各々、バーのリーディング面とトレーリング面の交差で形成される溝底部を有し得る。

本発明の態様の別の一つは、機械式リファイニングシステムに使用されるリファイナープレートである。このプレートは、バーと溝を有するリファイニング面を備える。溝の各々は、隣接バーの上端部間に延びている幅を有する。バーは各々、リーディング面と、上端面と、リーディング面と上端面との交差で形成されるリーディングエッジとを備える。リーディングエッジは、１５０〜１７５°のリーディング面と上端面間の内角を有する。各バーの上端面の幅は、上端面の幅と溝の幅との合計の３０％〜７５％の範囲にある。

本発明の更なる態様は、相対するリファイナープレートを備えるリファイナーにおいてリグノセルロース材を機械的にリファイニングする方法である。この方法は、相対するリファイナープレートの一つにある入口に繊維材を導入するステップ、プレートの少なくとも一つを他のプレートに対して回転し、この回転で生じた遠心力で繊維材をプレート間のギャップを通って半径方向外側に移動させるステップ、繊維材をギャップ経由で移動させるとき、プレートの最初の一つのリファイナー部にあり、１５０〜１７５°の内角で規定されるリーディングエッジを有するバーを越えて繊維材を通過させるステップ、およびリファイナープレートの外周部のギャップから繊維材を排出するステップを含む。

図１は、従来のリファイナープレート１０、例えば、ロータープレートまたはステータープレートの一部の断面図であって、従来の幾何学的断面形状のバー１４と溝１２とを示す。バーは、バーのリーディング面１８とバーの上端面２０の交差で形成される比較的鋭いリーディングエッジ１６を有する。リーディング面１８は、ロータープレート上にある場合は回転方向に面するバー側面であり、ステータープレート上にある場合は近づいてくるローターバーに面するバー側面である。

リーディングエッジの角度は、バーのリーディング面と上端面２０の間の内角２１として定義される。従来のリーディングエッジ角度は、鋭く、例えば、９０°〜１００°の範囲で、７５°というような小さなリーディングエッジ角度もあり得る。例えば、７５°〜１００°のリーディングエッジを有するバーの鋭いリーディングエッジの場合は、相対するリファイナープレート上のバーが、リファイナープレートの片方または両方の回転の際に交差するにつれて、相対するバーの間に捕捉された繊維材を剪断する傾向が生じる。

従来のバーの鋭いリーディングエッジは、リファイナープレートの基板２２に関してほとんど垂直な急峻のリーディング面１８を提供する。バーのトレーリング面２４は、リーディング面に対してバーの反対側にある。トレーリング面２４は、急峻であり．通常、８０〜１００°の上端面２０との内角を形成する。バーのリーディング面とトレーリング面とが急峻であると、溝１２は、頂部から基板２２のレベルの溝底部２５までの幅が比較的広くなる。溝は、通常、隣接バーのリーディング面とトレーリング面の下部コーナーの間に一般に平らな面を有する。広幅の溝１２は、大きな断面領域を有するので、比較的大容量の材料流、例えば、スチームや水を溝に流すことが可能である。大容量の材料を流す広い溝の能力があると、プレート間を移動する大流量の繊維材を取り扱うリファイナープレート装置の能力が向上する。

図２は、相対するプレートの従来のバー２６、３０の交差状態を示す。バーは、断面で示されている。プレートは、静止したステータープレート３０に対して回転方向（矢印２８）に移動するロータープレート２６である。ロータープレートとステータープレートは相対しているので、相対するプレート上のバーの上端面２０は、両端面間の比較的小さいリファイニングギャップ３２、例えば、０．５〜４ｍｍで互いに通過する。交差するバー間のリファイニングギャップ３２は、リファイニング作用の多くが生じて繊維材から繊維を分離する領域となる傾向がある。リファイニングギャップで繊維材に加えられる圧力と力は、溝とバー間の領域、または相対する溝の間の領域でにおける圧力と力に較べて大きい。リファイニングギャップ３２における圧力と力が大きいので、この領域で繊維は繊維材の繊維ネットワークから分離される。

プレートでリファイニングされつつある繊維材３４は、プレート間のギャップ３２で剪断される。従来のバーの鋭いリーディングエッジ１６は、繊維材３４に直接インパクトを与え、これを剪断するが、木材繊維材の剪断は望ましくない。剪断されると、繊維は破壊され、リファイニングで作り出されたパルプの繊維長さは短くなり、そのパルプで生産された繊維を基材とする製品で得られるはずの潜在的な強度は低下する恐れがあるからである。繊維材の剪断は、ギャップ３２で最も鋭く行われると考えられる。鋭いリーディングエッジ１６が相対するバーで交差するからである。鋭いリーディングエッジとバーのリーディング面の急斜面があると、プレート間の繊維材にインパクトを与え易い。インパクトがあると、繊維材は剪断される。

図３は、本発明者が理解するものであるが、図２に示される交差バーの間の繊維材に加えられる力（Ｆ）を表すチャート３６である。チャート３６の水平軸４０は、矢印２８の方向に距離（ｄ）を移動するバーの運動を表す。曲線３８は、リファイナープレート間の繊維材に加えられる力を表す。プレートの一つの上のバーの上端面が相対するプレートの溝の上を移動するときは（距離ｄ１で表される）、バーと溝の間の繊維材に加えられる力４０は、非常に弱いものである。

従来のバーの鋭いリーディングエッジと急峻なリーディング面が相対する従来のバーの鋭いリーディングエッジと急峻なリーディング面に近づくにつれて、バー間の繊維材に加えられる力は、力を示す曲線３８の急速に上昇している部分４２で示されるように、劇的に増加する。相対するバーのリーディングエッジが交差するにつれて、力は４６に急上昇する。リーディングバーエッジが繊維材に強烈なインパクトを与えるからである。急上昇した力４６は、過度のレベル４８にあるので、繊維材を剪断し、繊維材中の繊維を破壊し、場合によっては繊維材に害を与える恐れがある。

相対するバーの二つの上端面は、図２の距離ｄ２の間に交差する。相対するバーのリーディングエッジ１６が交差し、バー上端面が互いに対向する位置になった後、力は急速に力のレベル５０に減少するが、これは比較的大きな力である。この大きな力のレベル５０は、バー上端面２０の交差によって加えられる圧縮圧力パルスから生じる。高レベルの力５０は、繊維材をリファイニングし、木材の繊維ネットワークから繊維を分離させるのに十分である。高レベルの力５０は、力の急上昇４６の間に過度の力のレベル４８が加えられることで引き起こされるのと同じ程度までには、繊維材を実質的に剪断したり、破壊したりはしないものと考えられる。力の急上昇４６は、望ましいものではなく、多くの従来のリファイナープレートの不必要な特性である。

図４は、バー５４と溝５６を有するリファイナープレート５２の断面図である。バーは、バーの上端面の面に関して約５〜４０°の傾斜を有するリーディング面５８を備える。傾斜は、上端面から基板に至るリーディング面全体に付与し得る。別法として、傾斜は、上端面に隣接するリーディング面の上側部に付与し、一方、リーディング面の下側部は、より急峻、例えば、４５〜９０°の傾斜ともし得る。

リーディングエッジ６０は、バーのリーディング面５８と上端面６２の交差の箇所に形成される。リーディングエッジの内角６１は、鈍角で、１４０°〜１７５°の範囲であり、好ましくは１５５°〜１７５°の範囲であり、最も好ましくは１６０°とし得る。

リーディング面５８は、鈍角のリーディングエッジ角度から生じる緩斜面を有する。緩斜面のため、各バーのリーディング面は、実質的に溝５６の幅全体にわたって広がっている。この緩斜面と鈍角のリーディングエッジ故に、リーディング面５８は、リーディング面が相対するプレート上のバーに近づくにつれて、徐々にプレートの間の繊維材に次第に増加する圧縮圧力を加えて行く。バー５４のトレーリング面６４は、プレートの軸６６に対して実質的に平行、例えば、９０°〜１００°の内角とし得る。バー５４と溝５６とから成る形状は、圧縮力を与えるバーと溝のパターンを提供する。

バー間の溝５６は、隣接バーのリーディング面とトレーリング面とで形成される。バーのリーディング面５８が傾斜になっているので、溝深さは、バーのリーディングエッジ６０に近づく方向に徐々に減少する。溝は、リーディング面５８の傾斜故に、三角形の断面形状を取り得る。この場合、リーディング面５８とトレーリング面６４が溝の下部６２で交差する。溝の断面積は、水、蒸気、および繊維材中の他の流体がリファイナープレートの溝を通って自由に流れ、相対するプレート間の繊維材の流れを妨げないようにするために十分な大きさでなければならない。

溝５６は、特に、バーのリーディングエッジ６０の近くでは浅くなる。溝が浅いと、交差するバー間のリファイニングギャップを通過する繊維材の円滑な移動が促進される。溝が浅いと、繊維材が、交差するバーのリファイニングギャップに移動し易くなる。図４に示されるバーの鈍角のリーディングエッジと傾斜しているリーディング面は、バーの上端面間にあるリファイニングギャップの圧縮サイトにある繊維材の濃度を増加させ、その結果、圧縮リファイニングに適用し得るエネルギーを高める傾向にある。対照的に、従来の溝は、繊維材に対しインパクトを与える傾向があり、リーディングエッジを越えてバーの相対する上端面間のギャップの中をスムーズに遷移するようにならないので、繊維材が溝中に集まってしまう傾向がある。

図４に示される溝５６は、図１に示されるような従来の溝と対比して断面積が小さくなっている。溝５６に使用し得る容積には制限があるので、断面積が小さな溝を備えるリファイナープレートが最も適している場合は、（必ずではないが）以下の４つの場合の一つである。すなわち、（１）リファイニングプレートの一つには圧縮バーエッジ設計を行い、相対するリファイニングプレートには従来のバーエッジ設計を行う場合、（２）、相対するリファイニングプレートにあるリファイニング円環ゾーン間に圧縮バーエッジ設計と従来のバーエッジ設計とを交互に行う場合、（３）両リファイニングプレートに圧縮バーエッジ設計を行う場合であって、流量増加設計機能、例えば、スチームポケット（米国特許第５，８６３，０００号明細書）、スチーム溝（米国特許第４，６７６，４４０号明細書）、ポンプ作用／供給作用溝に関連して行う場合、または（４）繊維材や水やスチームに対するリファイナープレート能力を強化する他の部分修正の場合の一つである。

図５は、断面で、バー５４、１２の交差状態を示し、バー５４の一つは、図４に示された鈍角のリーディングエッジを備え、相対するバーは、図１に示されたような従来の鋭いリーディングエッジを備える。この例では、バー交差は、鋭いリーディングエッジ１６とともにリーディング面１８を有するバー１２を備えるロータープレート２６に関して示されている。ステータープレート５２のバーは、鈍角のリーディングエッジ１６とともに、傾斜したリーディング面５８を有する。ロータープレートは、矢印６８で示される回転方向に移動する。

繊維材７０は、ロータープレートとステータープレートに各々配設の相対するバー間のギャップにおいて、特に、相対するバーが交差するにつれて繊維材に加えられる圧縮圧力によりリファイニングされる。繊維材に加えられる圧力は、バー１２、５４が交差することから生じる。この交差により、リファイナープレート間のギャップが狭くなり、その結果、ギャップにおいて、ギャップ中の繊維材７０に加えられた力が増加する。

ステーターバー５４のリーディング面５８の斜面は緩やかであるので、ローターのバー１２がステータープレートの溝５６を越えて通過し、ステーターバー５４のリーディングエッジ６０に近づくにつれて、繊維材７０に加えられる圧力が増加する。ステーターバーのリーディング面５８の斜面が緩やかであるので、交差するバーのリーディングエッジで繊維材に強烈なインパクトが加えられる傾向が少なくなる。ステーターバーの傾斜リーディング面５８と鈍角のリーディングエッジ６０とから生じる緩やかな圧力上昇のお陰で、そのバーのプロファイルの故に繊維材にインパクトを加えたり、これを剪断したりする傾向は小さくなる。図５のローターバー１２の鋭リーディングエッジ１６は、チップ材にインパクトを与えたり、これを剪断したりする傾向は小さいと考えられる。繊維材は、相対するバーに配設の相対する鋭いリーディングエッジの間に鋏まれないからである。

図６は、本発明者が理解するものであるが、図５と図２に示された相対するバーの交差の間に繊維材に加えられる力（Ｆ）を表すチャート７２である。実線で示される力曲線７４は、図５に示されたロータープレート２６とステータープレート５２との間の繊維材７０、例えば、木材チップに加えられた力を検出したものを表す。破線で示される曲線７６は、図２に示されたロータープレート２６とステータープレート３０との間の繊維材３４に加えられた力を検出したものを表す。

破線で示される曲線７６は、図３のチャート３６に示された曲線３８に近いものである。破線で示される曲線７６は、比較目的で図６に示すものであり、従来の鋭いリーディングエッジを備えるバーの交差から生ずる圧力の急上昇を示すが、これは、バーの少なくとも一つが傾斜リーディング面と鈍角のリーディングエッジ（「圧縮バー設計」）を備えるバー交差から生ずる圧力（実線の曲線７４で示される）に対比されるものである。

実線の力曲線７４は、ローターバー１２のリーディングエッジ１６がステーターバー５４の溝５６を越えて通過するにつれて、繊維材に加えられる力が次第に増加する様子（曲線部分７８参照）を示す。この力が次第に増加する様子は、図６の破線の曲線７６で示されるような、鋭いリーディングエッジを有している従来のバーが近づくときに起こると考えられている力の急上昇（図３の曲線部分４２参照）とは好対照である。ステーター圧縮バー５４のリーディング面５８の緩斜面が及ぼす作用により、力の曲線７４の平らな頂９０で示されるように、力は最大の力に徐々に増加するものと考えられる。

実線で示される力の曲線７４は、圧縮バーの鈍角のリーディングエッジとローターバーの鋭いリーディングエッジとの交差で繊維材に加えられるインパクト力には、急上昇するところが実質的にないことを示している。相対する鋭いリーディングエッジが従来のバープロファイルで交差したときのようなインパクト力の急上昇（破線７６で示される急上昇を参照のこと）は、少なくとも一つのリファイナープレートが、図５に示されるバー５４のような圧縮バーを備えているときは、避けられると考えられる。

バーが交差する圧縮段階で繊維材に加えられる高レベルの力８０は、繊維材をリファイニングするのに十分である。ステーターバーのリーディング面の緩斜面は、相対するバーのリーディングエッジが交差するときの力の急上昇を避ける作用があると考えられる。繊維材に加えられる力の急上昇を避けると、相対するバーのリーディングエッジが交差するときの繊維材の剪断が減少する。最大の力レベル８０は、相対するバーの上端面が交差するときに生じる。バーが交差した後、チップ材に加えられる力は、バーが相対する溝の上を通り過ぎるのにつれて減少する。図６に示される力は、ローターバーがステーターバーを交差するにつれて、繊維材に繰り返し加えられる。

図７は、ロータープレート８２とステータープレート８４を断面で示すものであり、それらの両方が、緩斜面と鈍角のリーディングエッジを有しているリーディング面８８を備えているバー８６を有する。ロータープレートが矢印で示される回転方向に移動するにつれて、バーが交差するとき、繊維材９０は、繰り返し圧縮パルスに曝される。交差するバー８６で繊維材に加えられる力は、全て或いは少なくとも主要部分が繊維材に加えられる圧縮力によるものである傾向がある。交差するバーは、例えば、傾斜リーディング面と鈍角のリーディングエッジという断面プロファイルを有するので、バーが交差するとき加えられるインパクト力は最小限に抑えられる。インパクト力を最小限に抑えれば、相対するバーのリーディングエッジの交差に由来する繊維の剪断は、減少または無くせるはずである。

図４と図７に示されているように、鈍角のリーディングエッジと緩斜面を有するリーディング面とを有する圧縮バーは、一対の相対するプレートの片方または両方に配設可能である。好ましくは、これらのバーは、少なくともステータープレートに配設される（図５を参照のこと）が、ロータープレートにのみ、または、相対する両プレートにも、例えば、プレートのローター／ローターの対にも、プレートのローター／ステーターの対にも配設し得る（図７）。

図の８Ａと図８Ｂは各々、鈍角のリーディングエッジと緩斜面を持つリーディング面とを有するバー５４、９２を備えるリファイナープレートの一部を断面で示す。図８Ａに示されるバー５４は、図４に示されるバー５４と実質的に同じである。特に、バー５４のリーディング面５８は実質的に平坦であり、断面では直線を形成する。図８Ｂに示されるバー９２は、凸状リーディング面９４を有し、バーの上端面９８に合体し、バー９２のリーディングエッジ９６の箇所には折れ目や他の突発した変化は現れない。図８ａに示される平坦なリーディング面５８は、プレートの製作、例えば、成形を容易にする。図８ｂに示されるバー９２の凸状リーディング面９４と曲面状リーディングエッジ９６部分とは、相対するプレートに設けられたバーのリーディングエッジの交差に基づいて生じる繊維材に加えられるインパクトと力の急速上昇とを最小限に抑える。

図９は、リファイナープレート１００、例えば、ステータープレートの一部の拡大断面図で、新規な幾何学的断面形状のバー１０２と溝１０４を示す。これらのバーは、傾斜リーディング面１０６と鈍角のリーディングエッジ１０８を備える。バー上端面１１０の幅（ｃ）が溝１０４の幅（ｂ）に実質的に等しいのが好ましい。例えば、溝とバーの幅は、それぞれ２〜８ｍｍの範囲とし得るが、好ましくは２〜４ｍｍの範囲である。バーと溝とを合わせた幅（ｄ）に対するバー幅の比は、３０％〜７５％の範囲とすべきだが、好ましくは４０％〜６０％の範囲である。

バー１０２のリーディングエッジ１０８の角度（ａ）は、１５０°〜１７５°の範囲にあるべきである。トレーリングバーエッジ１１２の角度（ｅ）は、好ましくは、約９０°、例えば、８０°〜１００°とすべきである。トレーリングエッジが鋭い角度であると、急峻な斜面を有するトレーリング面が得られ、比較的大きい断面積を有する深溝を得ることができる。別法として、トレーリングエッジ角度（ｅ）は、広くすることが可能で、例えば、１５０°〜１７５°とし得るが、これは、リファイナープレートをいずれかの回転方向で運転しなければならない場合に特にそうである。

溝の断面積は、繊維材、スチーム、および水がリファイナープレート間を通ることが可能のように十分大きくすべきである。さらに、溝は、バーが交差した後、圧縮緩和が可能なように十分な深さを有するべきである。浅過ぎる溝は、バーが交差した後に圧縮緩和を提供するには不十分となる恐れがある。十分な圧縮緩和が行わなければ、繊維へのエネルギー移動効率が減少する恐れがある。

バーの溝と側壁の形状は、溝に対する十分な断面積と繊維材に対する圧縮緩和とを供給するように設計し得る。好ましくは、リーディング側壁の上部は、傾斜するようにし、リーディングエッジが鈍角のようにするのは、上記の通りであるが、こうすることによって、バーが交差するときにリーディングエッジにより繊維材に加えられるインパクトが最小限に抑えられる。リーディング側壁の下部は、急傾斜、または基板に対して実質的に垂直になるようにして、プレートの断面積を増加させることができる。

図１０は、リファイナープレート１１４、例えば、ステータープレートの一部の拡大断面図で、別の一つの新規な幾何学的断面形状のバー１１５と溝１１６を示す。バーは、一般に平坦な上端面１１７と、傾斜した上部側壁域１１８を有するリーディング側壁とを備え、側壁が上端面に合わさる箇所に曲面状のリーディングエッジ１１９が形成される。また、リーディング側壁は、実質的に真っ直ぐな下部側壁域１２０を備え、溝の深さと断面積が増大するようになっている。

リーディング側壁の下部側壁域１２０とトレーリング側壁６４は、１°〜２°未満の抜き勾配角、すなわち、プレートの基板２２に垂直なラインから上に広がる角度を備え、プレート１１４の基板２２に実質的には垂直とし得る。上部側壁域１１８と下部側壁域１２０との間の遷移域は、溝の所望の断面積を提供するように決定し得るが、好ましくは、上端面１１７と基板２２との間のバーの中間である。

図１１は、リファイナーハウジング１２２を備えるリファイナー１２１を示す断面図で、該ハウジングは、円環状ローターディスク１２４と円環状ステーターディスク１２６とを覆っている。各ディスクは、それぞれ円環状ロータープレート１２８（これもプレートセグメントの円環状アセンブリとし得る）と円環状ステータープレート１３０（これもプレートセグメントの円環状アセンブリとし得る）を支持する。ローターディスク１２４は、モーター１３４で回転される（半円形の矢印方向に）シャフト１３２に取り付けられている。機械的調整装置、例えば、スクリューを使用して、シャフトを軸方向に動かし（両向きの矢印を参照）、ステーターディスクとプレートに対してローターディスクとプレートを軸方向に動かす。この軸方向調整により、プレートの相対する面の間のギャップ１３６の幅が決定される。

未リファイニングの繊維材は、ステーターディスクのセンター入口１３８を通って導入され、プレート間のギャップ１３６に流入する。繊維材は、ローターディスクの回転で生まれた遠心力によってギャップを通って半径方向外側に移動する。繊維材がプレート間を移動するにつれて、繊維材は、相対するプレートの交差するバーの間を通過して、離解された繊維を有するパルプにリファイニングされる。リファイニングされたパルプは、リファイナープレートの外周部の箇所でギャップ１３６を出て、出口１４０を通ってリファイナーから排出される。各リファイナープレート１４１は、複数の円環状で同心円状のリファイニングゾーン１４２、１４４、１４６、１４８を備え得る。各リファイニングゾーンは、リファイニングプレート面に配設されたバーと溝のパターンを備える。一般に、相対するプレートは、同じような形のリファイニング域を有し、これらは、リファイナーに納められるときは適宜に整合される。ステータープレート１３０は、例えば、鈍角のリーディングエッジと緩斜面リーディング面を有するバーを備える内部円環域１４２と、鋭いリーディングエッジと急傾斜のリーディング面を有するバーを備える外部円環域１４４とを備え得る。ロータープレート１２８は、鋭いリーディングエッジと急峻なリーディング面を有するバーを備える内部円環リファイニング域１４８と、鈍角のリーディングエッジと緩斜面のリーディング面を有するバーを備える外部円環リファイニング域１４４とを備え得る。

図１２は、ディスク１３１、すなわち、ローターディスクまたはステーターディスクを一般的に示す前面図である。リファイナープレート１４１の円環状アレイは、ディスク１３１上に配置される。リファイナープレートは、多くは２個以上の円環状リファイニングゾーン１５０、１５２、および１５４を備える。各リファイニングゾーンは、通常、一定のパターンのバーと溝を備える。

鈍角のリーディングエッジと緩斜面のリーディング面を備えるバーが、円環状リファイニング域の各々に対して相対するプレートのペアの少なくとも片側のプレートに設けられることが好ましい。しかし、相対するプレートの対は、円環状リファイニングゾーン１５０、１５２の一つ以上が、両プレート上に鋭いリーディングエッジと急傾斜のリーディング面を有するバーを備え、少なくとも一つの円環状リファイニングゾーン１５４が、プレートの少なくとも一つの上に鈍角のリーディングエッジと緩斜面リーディング面を有するバーを備えるように配置し得る。

以上、本発明は、現在最も実用的で、好ましい態様であると考えられるものに関して記載されたけれども、本発明は、開示された態様に限定されることなく、むしろ反対に、特許請求の範囲に含まれる多岐にわたる部分修正や等価の配置も網羅するものである。

従来のリファイナープレート、例えば、ロータープレートとステータープレートの一部の断面図であり、バーと溝の従来の幾何学的断面形状を示す図である。 相対するプレートの従来のバーの交差状態を示し、バーが断面で示されている図である。 図２に示される交差しているバーの間の繊維材に加わる力のチャートである。 リファイナープレート、例えば、ステータープレートの一部の断面図で、バーと溝の新規な幾何学的断面形状を示す図である。 相対するリファイナープレートの新規なバーを有する一つのリファイナープレートの従来のバーの交差状態を示す図で、バーが断面で示されている図である。 図５に示される交差するバーの間の繊維材に加わる力（実線）のチャートで、図２と図３に示される交差するバーの間の繊維材に加わる力（破線）と対比して示す図である。 相対するプレートに設けられた、双方とも新規のプロファイルを有するバーの交差状態を示す図で、バーが断面で示されている図である。 平坦なリーディング側壁（８ａ）と曲面状リーディング側壁（８ｂ）を有するバーを断面で示す図である。 は、リファイナープレート、例えば、ステータープレートの一部の拡大断面図で、新規な幾何学的断面形状のバーと溝を示す図である。 は、リファイナープレート、例えば、ステータープレートの一部の拡大断面図で、別の一つの新規の幾何学的断面形状のバーと溝を示す図である。 円環状ローターディスクとプレートアセンブリ、および円環状ステーターディスクとプレートアセンブリを納めるリファイナーハウジングを備えるリファイナーを示す断面図である。 図１１に示される円環状ステーターディスクの前面図である。

Claims (22)

1. 相対するリファイナープレートを備える機械式リファイニングシステムに使用するためのリファイナープレートであって、該プレートが、
   バーと溝を有するリファイニング面を備え、
   該バーがリーディング面と上端面との間にリーディングエッジを有し、該リーディング面が相対するプレートの回転方向に面してバーの側壁を備え、該リーディングエッジが１５０°〜１７５°の内角を有し、
   前記溝が、隣接バーの上端面の間に延びる幅を有し、そして、
   前記バーの上端面の幅が、上端面の幅と溝の幅の合計の３０％〜７５％の範囲にある
   ことを特徴とするリファイナープレート。
2. 請求項１のリファイナープレートにおいて、前記バー各々が、リーディングエッジから隣接バーのトレーリング面に延びるリーディング面を備えることを特徴とするリファイナープレート。
3. 請求項１のリファイナープレートにおいて、前記リーディング面が、上端面に対して１５０°〜１７５°の内角を形成する上部側壁域と上端面に実質的に垂直な下部側壁域とを備えることを特徴とするリファイナープレート。
4. 請求項１のリファイナープレートにおいて、前記リーディング面の断面が、凹状または凸状であることを特徴とするリファイナープレート。
5. 請求項１のリファイナープレートにおいて、前記バーが、上端面とトレーリング面の間に８５°〜１４０°の内角を有するトレーリングエッジを有することを特徴とするリファイナープレート。
6. 請求項１のリファイナープレートにおいて、前記溝各々が、リーディング面と隣接バーのトレーリング面との交差によって形成される底部を備えることを特徴とするリファイナープレート。
7. 請求項１のリファイナープレートにおいて、前記リファイナープレートがステータープレートであり、前記リーディング面が、ロータープレートの近づいてくるバーに面するように配向され、相対するプレートがステータープレートとロータープレートとを含むことを特徴とするリファイナープレート。
8. 請求項１のリファイナープレートにおいて、プレート上に半径方向に配置された複数のリファイニングゾーンを備え、該ゾーンの少なくとも一つがリファイニング面を備えることを特徴とするリファイナープレート。
9. 相対するリファイナープレートを備える機械式リファイニングシステムに使用するためのリファイナープレートであって、該プレートが、
   バーと溝を有するリファイニング面を備え、
   該バー各々が、リーディング面と、上端面と、リーディング面と上端面との交差で形成されたリーディングエッジとを有し、該リーディング面が相対するプレートの回転方向に面してバーの側壁を備え、該リーディングエッジがリーディング面と上端面との間に１５０°〜１７５°の内角を有し、
   溝の各々が、隣接バーの上端面の間に延びる幅を有し、そして、
   各バーの上端面の幅が、上端面の幅と溝の幅の合計の３０％〜７５％の範囲にあることを特徴とするリファイナープレート。
10. 請求項９に記載のリファイナープレートにおいて、前記バーの上端面の幅が、溝幅の８０％〜１２０％の範囲にあることを特徴とするリファイナープレート。
11. 請求項９に記載のリファイナープレートにおいて、前記リファイニング面が、リファイナープレートの円環状リファイニングゾーンにあることを特徴とするリファイナープレート。
12. 請求項９に記載のリファイナープレートにおいて、前記リーディング面が、バーの上端面に対して１４０°〜１７５°の内角を形成する上部側壁域と、バーの基板に実質的に垂直な下部側壁域とを備えることを特徴とするリファイナープレート。
13. 請求項９のリファイナープレートにおいて、前記バー各々が、リーディングエッジから隣接バーのトレーリング面に延びるリーディング面を備えることを特徴とするリファイナープレート。
14. 請求項９のリファイナープレートにおいて、前記バー各々が、上端部の箇所でバーに隣接する溝の幅の８０％〜１２０％の幅を有することを特徴とするリファイナープレート。
15. 請求項９のリファイナープレートにおいて、前記バー各々が、断面が凹状または凸状のリーディング面を備えることを特徴とするリファイナープレート。
16. 請求項９のリファイナープレートにおいて、前記バーが、上端面とトレーリング面の間に８５°〜１４０°の内角を有するトレーリングエッジを有することを特徴とするリファイナープレート。
17. 請求項９のリファイナープレートにおいて、前記溝各々が、リーディング面と隣接バーのトレーリング面との交差で形成される底部を備えることを特徴とするリファイナープレート。
18. 請求項９のリファイナープレートにおいて、前記溝各々が、トレーリング面と隣接溝のリーディング面の下部側壁域とで形成される底部を備え、下部側壁域が、プレートの基板に関して８０°〜９２°の角度を形成することを特徴とするリファイナープレート。
19. 請求項９のリファイナープレートにおいて、プレート上に半径方向に配置された複数のリファイニングゾーンを備え、該ゾーンの少なくとも一つがリファイニング面を備えることを特徴とするリファイナープレート。
20. 相対するリファイナープレートを備えるリファイナーでリグノセルロース材を機械的にリファイニングする方法であって、
    前記リファイナープレートの少なくとも一方が、
    バーと溝を有するリファイニング面を備え、
    該バーがリーディング面と上端面との間にリーディングエッジを有し、該リーディング面が相対するプレートの回転方向に面してバーの側壁を備え、該リーディングエッジが１５０°〜１７５°の内角を有し、
    前記溝が、隣接バーの上端面の間に延びる幅を有し、そして、
    前記バーの上端面の幅が、上端面の幅と溝の幅の合計の３０％〜７５％の範囲にあるものであり、前記方法が、
    相対するリファイナープレートの一つにある入口に繊維材を導入するステップ、
    プレートの少なくとも一つを他のプレートに対して回転し、この回転で生じた遠心力で繊維材をプレート間のギャップを通って半径方向外側に移動させるステップ、
    繊維材をギャップ経由で移動させるとき、前記リーディングエッジを有するバーを越えて繊維材を通過させるステップ、および
    リファイナープレートの外周部のギャップから繊維材を排出するステップを含む
    ことを特徴とする方法。
21. 請求項２０の方法において、前記リファイナーがリファイナープレートとして第一プレートおよび第二プレートを有するものであり、前記第一プレートのバーの各々が、少なくとも部分的に前記溝を通って延びるリーディング面を備え、前記方法が、第二プレート上のバーが第一プレートのリーディング面を越えて交差するにつれて、繊維材に圧縮力を徐々に加えるステップを含むことを特徴とする方法。
22. 請求項２０の方法において、第一プレートと第二プレートとのバーが交差するにつれて、加えられる最大の力まで圧縮力を増大するステップを含むことを特徴とする方法。

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