JP7219749B2 - パターン化シリンダを使用して紙製品を作製する方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2017年8月8日に出願された米国特許仮出願第62/542,378号に基づく、2018年6月29日に出願された米国特許仮出願第16/023,451号に基づく。前述の出願の優先権は、本明細書によって主張され、それらの開示は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、ペーパータオル及びトイレットペーパーなどの紙製品を製造するための方法及び装置に関する。具体的には、本発明は、紙製品の形成中にパターン化シリンダを使用して紙ウェブを成形する方法に関する。
図4Aは、本発明の第1の好ましい実施形態に従う紙ウェブを作成するために使用される製紙機400を示す。図4Aに示される製紙機400の形成セクション110は、上述した、図1及び図3に示される形成セクション110と同様の三日月形形成具である。しかしながら、他の好適な形成セクションが使用されてもよい。このような代替の形成セクションの例は、図2に示される、ツインワイヤ形成セクション230である。そのような構成において、ツインワイヤ形成セクションの下流で、そのような製紙機の残りの構成要素は、製紙機400のものと類似の手法で構成及び配置されてもよい。ツインワイヤ形成セクションを有する製紙機の別の例は、米国特許出願公開第2010/0186913号に見ることができる(その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。製紙機で使用することができる代替的な形成セクションのなお更なる例としては、Cラップツインワイヤ形成具、Sラップツインワイヤ形成具、又は吸引ブレストロール形成具が挙げられる。当業者であれば、これらの、又はなお更なる代替的な形成セクションをどのように、製紙機に組み込むことができるか、及び以下で論じる本発明の特徴と共に使用することができるかを認識するであろう。
クレーピング比(%)=(S1/S2-1)×100% 式(1)
式中、S1は製紙生地116の速度であり、S2はパターン化シリンダ420の速度である。クレーピング比は、多くの場合、シートの嵩の度合いに比例するが、製紙機400の処理量に反比例し、したがって、製紙機400の歩留まりに反比例する。この実施形態では、製紙フェルト116上の紙ウェブ102の速度は、好ましくは、毎分約1000フィート(約304.8m)~毎分約6500フィート(約1981.2m)であり得る。より好ましくは、製紙フェルト116上の紙ウェブ102の速度は、プロセスが許す限り高速であり、これは、典型的には、乾燥セクション450によって制限される。より遅い製紙機速度に対応することができるより高い嵩の製品では、より高いクレーピング比が使用される。
クレーピング比(%)=(S2/S3-1)×100% 式(2)
式中、S2はパターン化シリンダ420の速度であり、S3はピックアップ生地442の速度である。好ましくは、ウェブ102は、約20パーセント~約200パーセント、より好ましくは約60パーセント~約115パーセントの比でクレーピングされる。ラッシュ移送が成形ゾーン430及び第2の移送ニップ440の両方に使用されるとき、合計クレーピング比は、各ニップにクレーピング比を加えることによって計算することができ、上述の好ましいクレーピング比を達成するように制御することができる。
図5は、本発明の第2の好ましい実施形態を示す。本発明者らは、湿った初期ウェブ102の粘稠性が低くなるのは、それが成形ロール上に成形されるときであり、成形が、嵩及び吸収性などの望ましいシート特性に大きな影響を与えることを見出した。したがって、一般に、シートの嵩及び吸収性を増加させるために、初期ウェブ102を最小限に脱水することが有利であり、場合によっては、形成中に生じる脱水が、成形に十分であり得る。ウェブ102が最小限に脱水されると、湿った初期ウェブ102は、好ましくは、約20パーセントの固形分~約35パーセントの固形分、より好ましくは、約20パーセントの固形分~約30パーセントの固形分の粘稠性を有する。このような低い粘稠性では、脱水/乾燥の多くが、成形後に行われる。成形中にウェブ102に付与される構造の多くを可能な限り保存するために、非圧縮性乾燥プロセスが使用されてもよい。1つの好適な非圧縮性乾燥プロセスは、TADの使用である。したがって、様々な実施形態の中でも、湿った初期ウェブ102は、約20パーセントの固形分~約70パーセントの固形分に及ぶ粘稠性の範囲にわたって成形され得る。
図6は、本発明の第3の実施形態の例示的な製紙機600を示す。ここで、成形ニップ610は、パターン化シリンダ420とヤンキードラム142との間に形成され、湿った初期ウェブ102は、パターン化シリンダ420によって成形され、成形ニップ610において成形されたウェブ102を形成する。この実施形態では、初期ウェブ102は、図1を参照して上述したCWP製紙機100と同様に形成される(ヤンキー乾燥セクション140の追加的特徴は、図4及び乾燥セクション450を参照して第1の実施形態においても議論されている)。しかしながら、この実施形態では、プレスニップ130及びヤンキー乾燥機セクション140は、ウェブ102を脱水して、湿った初期ウェブ102を形成するために使用される。好ましくは、湿った初期ウェブ102は、成形ニップ610に入るとき、約30パーセントの固形分~約60パーセントの固形分、より好ましくは、約40パーセントの固形分~約55パーセントの固形分の粘稠性を有する。
クレーピング比(%)=(S4/S5-1)×100% 式(3)
式中、S4は、ヤンキードラム142の速度であり、S5は、パターン化シリンダ420の速度である。好ましくは、湿った初期ウェブ102は、約20パーセント~約200パーセント、より好ましくは、約60パーセント~約115パーセントの比でクレーピングされる。
上述した実施形態では、複数のパターン化シリンダ420を使用して、初期(湿った初期)ウェブ102にパターンを成形して付与することができる。例えば、第1の背景パターンが、第1のパターン化シリンダ420によって付与されてもよく、次いで、第2のシグネチャパターンが、第2のパターン化シリンダ420によって背景パターンの上に重ね合わされてもよい。2つのパターン化シリンダ420が上述した実施形態と共に使用される場合、両方のパターン化シリンダ420は、乾燥セクション(それぞれ、450、530、620)の上流に位置してもよく、2つのパターン化シリンダ420の間の中間乾燥なしにウェブ102を処理し、その結果、両方のパターンが、同様の粘稠性でウェブ102に付与される。
本発明は、ペーパータオル及びトイレットペーパーなどの望ましい紙製品を生産するために使用することができる。したがって、本発明は、紙製品業界に適用可能である。
Claims (70)
- 繊維シートを作製する方法であって、前記方法が、
(a)製紙繊維の水溶液から初期ウェブを形成することと、
(b)前記初期ウェブを移送表面上に移動させることと、
(c)パターン化シリンダの透過性パターン化表面を、20パーセントの固形分~70パーセントの固形分の粘稠性を有する前記初期ウェブと接触させることであって、前記パターン化シリンダが、内部及び外部を含み、前記透過性パターン化表面が、(i)前記パターン化シリンダの前記外部上に形成され、(ii)複数の凹部及び複数の突出部を有し、かつ(iii)空気に対して透過性である、接触させることと、
(d)前記透過性パターン化表面の弧長にわたって、前記移送表面と前記透過性パターン化表面との間で前記初期ウェブを搬送することであって、前記弧長が、成形ゾーンの少なくとも一部分を形成する、搬送することと、
(e)前記パターン化シリンダの前記内部に真空を適用して、前記透過性パターン化表面の弧長にわたって前記パターン化シリンダの前記内部に空気を流動させる、適用することと、
(f)前記成形ゾーン内で前記移送表面から前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面に前記初期ウェブを移送することであって、前記真空が、前記移送表面から前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面への前記初期ウェブの前記移送中に適用され、そのため、前記初期ウェブの製紙繊維が、(i)前記透過性パターン化表面上に再分配され、かつ(ii)前記成形ゾーン内の前記透過性パターン化表面の前記複数の凹部及び前記複数の突出部のうちの少なくとも1つによって形状化されて、成形された紙ウェブを形成する、移送することと、
(g)前記成形された紙ウェブをピックアップ表面に移送することと、
(h)前記成形された紙ウェブを乾燥セクションにおいて乾燥させて、繊維シートを形成することと、を含む、方法。 - パターン化シリンダの透過性パターン化表面を前記初期ウェブと接触させる工程において、前記初期ウェブが、20パーセントの固形分~35パーセントの固形分の粘稠性を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記初期ウェブを脱水して、脱水されたウェブを形成することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記脱水することが、シュープレス、ロールプレス、真空脱水、変位プレス及び熱乾燥のうちの少なくとも1つを使用して前記初期ウェブを脱水することを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記脱水することが、前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面に前記初期ウェブを前記移送する工程の前に行われる、請求項3に記載の方法。
- 前記真空が、5水銀柱インチ(17kPa)~25水銀柱インチ(85kPa)である、請求項1に記載の方法。
- 前記搬送する工程が、前記パターン化シリンダの前記パターン化表面に前記初期ウェブを押圧することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記初期ウェブが、8ポンド/平方インチゲージ(55.16kPa)~32ポンド/平方インチゲージ(220.64kPa)の力で押圧される、請求項7に記載の方法。
- (i)前記移送表面を移送表面速度で移動させることと、
(j)前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面をシリンダ速度で回転させることを更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記パターン化シリンダの前記内部に正の空気圧を適用して、前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面を通って半径方向において、前記パターン化シリンダの前記内部から離して、空気を流動させることを更に含み、前記正の空気圧が、前記成形された紙ウェブを前記透過性パターン化表面から離して移送させるために適用される、請求項1に記載の方法。
- 前記正の空気圧が、前記ピックアップ表面への前記成形されたウェブの前記移送中に適用される、請求項10に記載の方法。
- 真空ゾーンにおいて第2の真空を適用することを更に含み、前記第2の真空が、前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面から前記ピックアップ表面に前記成形されたウェブを引き寄せるように適用され、前記成形されたウェブが、前記真空ゾーン内で前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面から前記ピックアップ表面に移送される、請求項1に記載の方法。
- 前記ピックアップ表面が、生地又はベルトを含み、前記真空が、吸引ロールによって適用される、請求項12に記載の方法。
- 前記ピックアップ表面が、生地又はベルトを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記成形されたウェブが、前記透過性パターン化表面と前記ピックアップ表面との間に形成されたニップにおいて前記ピックアップ表面に移送される、請求項1に記載の方法。
- (i)前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面をシリンダ速度で回転させることと、
(j)前記ピックアップ表面をピックアップ表面速度で移動させることを更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記パターン化シリンダと前記ピックアップ表面との間のクレーピング比が、60パーセント~115パーセントである、請求項16に記載の方法。
- 前記乾燥セクションが、ヤンキー乾燥機を含み、前記乾燥させる工程が、前記ヤンキー乾燥機を使用して、前記成形された紙ウェブを乾燥させることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記乾燥セクションが、通気乾燥機を含み、前記乾燥させる工程が、前記通気乾燥機を使用して、前記成形された紙ウェブを乾燥させることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記乾燥セクションが、通気乾燥生地を更に含み、前記ピックアップ表面が、前記通気乾燥生地である、請求項19に記載の方法。
- 前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面を、前記パターン化シリンダの自由表面において洗浄することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記洗浄することが、前記パターン化シリンダの半径方向において、前記パターン化シリンダの前記内部から離れて前記透過性パターン化表面を通るように、洗浄媒体を方向付けることを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記洗浄媒体が、空気、水、及び洗浄溶液のうちの少なくとも1つを含む、請求項22に記載の方法。
- 繊維シートを作製する方法であって、前記方法が、
(a)製紙繊維の水溶液から初期ウェブを形成することと、
(b)前記初期ウェブを移送表面上に移動させることと、
(c)パターン化シリンダのパターン化表面を、20パーセントの固形分~70パーセントの固形分の粘稠性を有する前記初期ウェブと接触させることであって、前記パターン化表面が、(i)前記パターン化シリンダの外部上に形成され、かつ(ii)複数の凹部及び複数の突出部を有する、接触させることと、
(d)前記パターン化表面の弧長にわたって、前記移送表面と前記パターン化表面との間で前記初期ウェブを搬送することであって、前記弧長が、成形ゾーンの少なくとも一部分を形成する、搬送することと、
(e)前記成形ゾーン内で前記移送表面から前記パターン化シリンダの前記パターン化表面に前記初期ウェブを移送することであって、前記移送により、前記初期ウェブの製紙繊維が、(i)前記パターン化表面上に再分配され、かつ(ii)前記成形ゾーン内の前記パターン化表面の前記複数の凹部及び前記複数の突出部のうちの少なくとも1つによって形状化されて、成形された紙ウェブを形成する、移送することと、
(f)前記成形された紙ウェブをピックアップ表面に移送することと、
(g)前記成形された紙ウェブを乾燥セクション内で乾燥させて、繊維シートを形成することと、を含む、方法。 - パターン化シリンダのパターン化表面を前記初期ウェブと前記接触させる工程において、前記初期ウェブが、20パーセントの固形分~35パーセントの固形分の粘稠性を有する、請求項24に記載の方法。
- 前記初期ウェブを脱水して、脱水されたウェブを形成することを更に含む、請求項24に記載の方法。
- 前記脱水することが、シュープレス、ロールプレス、真空脱水、変位プレス及び熱乾燥のうちの少なくとも1つを使用して前記初期ウェブを脱水することを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記脱水することが、前記パターン化シリンダの前記パターン化表面に前記初期ウェブを前記移送する工程の前に行われる、請求項26に記載の方法。
- 前記搬送することが、前記パターン化シリンダの前記パターン化表面に前記初期ウェブを押圧することを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記初期ウェブが、8ポンド/平方インチゲージ(55.15kPa)~32ポンド/平方インチゲージ(220.64kPa)の力で押圧される、請求項29に記載の方法。
- (h)前記移送表面を移送表面速度で移動させることと、
(i)前記パターン化シリンダの前記パターン化表面をシリンダ速度で回転させることを更に含む、請求項24に記載の方法。 - 真空ゾーンにおいて真空を適用することを更に含み、前記真空が、前記パターン化シリンダの前記パターン化表面から前記ピックアップ表面に前記成形されたウェブを引き寄せるように適用され、前記成形されたウェブが、前記真空ゾーン内で前記パターン化シリンダの前記パターン化表面から前記ピックアップ表面に移送される、請求項24に記載の方法。
- 前記ピックアップ表面が、生地又はベルトを含み、前記真空が、吸引ロールによって適用される、請求項32に記載の方法。
- 前記ピックアップ表面が、生地又はベルトを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記成形されたウェブが、前記パターン化表面と前記ピックアップ表面との間に形成されたニップにおいて前記ピックアップ表面に移送される、請求項24に記載の方法。
- (h)前記パターン化シリンダの前記パターン化表面をシリンダ速度で回転させることと、
(i)前記ピックアップ表面をピックアップ表面速度で移動させることを更に含む、請求項24に記載の方法。 - 前記パターン化シリンダと前記ピックアップ表面との間のクレーピング比が、60パーセント~115パーセントである、請求項36に記載の方法。
- 前記乾燥セクションが、ヤンキー乾燥機を含み、前記乾燥させる工程が、前記ヤンキー乾燥機を使用して、前記成形された紙ウェブを乾燥させることを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記乾燥セクションが、通気乾燥機を含み、前記乾燥させる工程が、前記通気乾燥機を使用して、前記成形された紙ウェブを乾燥させることを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記乾燥セクションが、通気乾燥生地を更に含み、前記ピックアップ表面が、前記通気乾燥生地である、請求項38に記載の方法。
- 繊維シートを作製する方法であって、前記方法が、
(a)製紙繊維の水溶液から初期ウェブを形成することと、
(b)蒸気充填ドラムの外側表面上に前記初期ウェブを移動させることによって前記初期ウェブを脱水し、30パーセントの固形分~60パーセントの固形分の粘稠性を有する脱水されたウェブを形成することと、
(c)成形ゾーンにおいて真空を適用することであって、前記成形ゾーンが、前記蒸気充填ドラムの前記外側表面とパターン化シリンダの透過性パターン化表面との間に画定されたニップであり、前記パターン化シリンダが、内部及び外部を含み、前記透過性パターン化表面が、(i)前記パターン化シリンダの前記外部上に形成され、(ii)複数の凹部及び複数の突出部を有し、かつ(iii)空気に対して透過性である、適用することと、
(d)前記脱水されたウェブを、前記成形ゾーン内で前記蒸気充填ドラムの前記外側表面から前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面に移送することであって、前記真空が、前記蒸気充填ドラムの前記外側表面から前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面への前記初期ウェブの前記移送中に適用され、そのため、前記初期ウェブの製紙繊維が、(i)前記透過性パターン化表面上に再分配され、かつ(ii)前記成形ゾーン内の前記透過性パターン化表面の前記複数の凹部及び前記複数の突出部のうちの少なくとも1つによって形状化されて、成形された紙ウェブを形成する、移送することと、
(e)前記成形された紙ウェブをピックアップ表面に移送することと、
(f)前記成形された紙ウェブを乾燥セクション内で乾燥させて、繊維シートを形成することと、を含む、方法。 - 前記脱水されたウェブが、40パーセントの固形分~55パーセントの固形分の粘稠性を有する、請求項41に記載の方法。
- 前記脱水することが、フードから前記初期ウェブに対して熱風を方向付けることを更に含む、請求項41に記載の方法。
- 前記真空が、5水銀柱インチ(17kPa)~25水銀柱インチ(85kPa)である、請求項41に記載の方法。
- (g)前記蒸気充填ドラムの前記外側表面をドラム速度で移動させることと、
(h)前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面をシリンダ速度で回転させることを更に含む、請求項41に記載の方法。 - 前記パターン化シリンダと前記ピックアップ表面との間のクレーピング比が、60パーセント~115パーセントである、請求項45に記載の方法。
- 前記パターン化シリンダの前記内部に正の空気圧を適用して、前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面を通って、半径方向において前記パターン化シリンダの前記内部から離れて、空気を流動させることを更に含み、前記正の空気圧が、前記成形された紙ウェブを前記透過性パターン化表面から離して移送させるように適用される、請求項41に記載の方法。
- 前記正の空気圧が、前記ピックアップ表面への前記成形されたウェブの前記移送中に適用される、請求項47に記載の方法。
- 真空ゾーンにおいて第2の真空を適用することを更に含み、前記第2の真空が、前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面から前記ピックアップ表面に前記成形されたウェブを引き寄せるように適用され、前記成形されたウェブが、前記真空ゾーン内で前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面から前記ピックアップ表面に移送される、請求項41に記載の方法。
- 前記ピックアップ表面が、生地又はベルトを含み、前記真空が、吸引ロールによって適用される、請求項49に記載の方法。
- 前記ピックアップ表面が、生地又はベルトを含む、請求項41に記載の方法。
- 前記成形されたウェブが、前記透過性パターン化表面と前記ピックアップ表面との間に形成されたニップにおいて前記ピックアップ表面に移送される、請求項41に記載の方法。
- (g)前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面をシリンダ速度で回転させることと、
(h)前記ピックアップ表面をピックアップ表面速度で移動させることを更に含む、請求項41に記載の方法。 - 前記乾燥セクションが、通気乾燥機を含み、前記乾燥させる工程が、前記通気乾燥機を使用して、前記成形された紙ウェブを乾燥させることを含む、請求項41に記載の方法。
- 前記乾燥セクションが、通気乾燥生地を更に含み、前記ピックアップ表面が、前記通気乾燥生地である、請求項54に記載の方法。
- 前記パターン化シリンダの前記透過性パターン化表面を、前記パターン化シリンダの自由表面において洗浄することを更に含む、請求項41に記載の方法。
- 前記洗浄することが、前記パターン化シリンダの半径方向において、前記パターン化シリンダの前記内部から離れて前記透過性パターン化表面を通るように、洗浄媒体を方向付けることを含む、請求項56に記載の方法。
- 前記洗浄媒体が、空気、水、及び洗浄溶液のうちの少なくとも1つを含む、請求項57に記載の方法。
- 繊維シートを作製する方法であって、前記方法が、
(a)製紙繊維の水溶液から初期ウェブを形成することと、
(b)蒸気充填ドラムの外側表面上に前記初期ウェブを移動させることによって前記初期ウェブを脱水し、30パーセントの固形分~60パーセントの固形分の粘稠性を有する脱水されたウェブを形成することと、
(c)前記脱水されたウェブを、成形ゾーン内で前記蒸気充填ドラムの前記外側表面からパターン化シリンダのパターン化表面に移送することであって、前記成形ゾーンが、前記蒸気充填ドラムの前記外側表面と前記パターン化シリンダの前記パターン化表面との間に画定されたニップであり、前記パターン化表面が、(i)前記パターン化シリンダの外部上に形成され、かつ(ii)複数の凹部及び複数の突出部のうちの少なくとも1つを有し、そのため、前記初期ウェブの製紙繊維が、(i)前記パターン化表面上に再分配され、かつ(ii)前記成形ゾーン内の前記パターン化表面の前記複数の凹部及び前記複数の突出部のうちの少なくとも1つによって形状化されて、成形された紙ウェブを形成する、移送することと、
(d)前記成形された紙ウェブをピックアップ表面に移送することと、
(e)前記成形された紙ウェブを乾燥セクション内で乾燥させて、繊維シートを形成することと、を含む、方法。 - 前記脱水されたウェブが、40パーセントの固形分~55パーセントの固形分の粘稠性を有する、請求項59に記載の方法。
- 前記脱水することが、フードから前記初期ウェブに対して熱風を方向付けることを更に含む、請求項59に記載の方法。
- (f)前記蒸気充填ドラムの前記外側表面をドラム速度で移動することと、
(g)前記パターン化シリンダの前記パターン化表面をシリンダ速度で回転させることを更に含む、請求項59に記載の方法。 - 前記パターン化シリンダと前記ピックアップ表面との間のクレーピング比が、60パーセント~115パーセントである、請求項62に記載の方法。
- 真空ゾーンにおいて真空を適用することを更に含み、前記真空が、前記パターン化シリンダの前記パターン化表面から前記ピックアップ表面に前記成形されたウェブを引き寄せるように適用され、前記成形されたウェブが、前記真空ゾーン内で前記パターン化シリンダの前記パターン化表面から前記ピックアップ表面に移送される、請求項59に記載の方法。
- 前記ピックアップ表面が、生地又はベルトを含み、前記真空が、吸引ロールによって適用される、請求項64に記載の方法。
- 前記ピックアップ表面が、生地又はベルトを含む、請求項59に記載の方法。
- 前記成形されたウェブが、前記パターン化表面と前記ピックアップ表面との間に形成されたニップにおいて前記ピックアップ表面に移送される、請求項59に記載の方法。
- (f)前記パターン化シリンダの前記パターン化表面をシリンダ速度で回転させることと、
(g)前記ピックアップ表面をピックアップ表面速度で移動させることを更に含む、請求項59に記載の方法。 - 前記乾燥セクションが、通気乾燥機を含み、前記乾燥させる工程が、前記通気乾燥機を使用して、前記成形された紙ウェブを乾燥させることを含む、請求項59に記載の方法。
- 前記乾燥セクションが、通気乾燥生地を更に含み、前記ピックアップ表面が、前記通気乾燥生地である、請求項69に記載の方法。
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