【発明の詳細な説明】
紙製造における超音波の使用方法
本発明は、極めて有効な作用効果を得るための、製紙プロセスにおける超音波
エネルギの使用方法に関する。超音波エネルギは、短い白水（ｗｈｉｔｅ ｗａ
ｔｅｒ）システムと一般に呼ばれているプロセスの部分、即ち１つまたは複数の
ヘッドボックスと、金網部で分離されて原液を所望の原液濃度（ｃｏｎｓｉｓｔ
ｅｎｃｙ）へ希釈するために用いられる白水と、該白水システム内部の白水トレ
イとタンクとに対して加えられる。更に、超音波エネルギは、ワイアとフェルト
とに対する洗浄システムに加えられ、これらのワイアとフェルトとを完全に清潔
に保持して、これらの閉塞を防止する。これにより、製紙プロセスにおけるこれ
らの過程対して一定かつ高い脱水能力をもたらすことができる。要約すると、こ
のことは、改善された紙品質、紙成分の高い歩留まり、スチーム消費の減少、お
よび生産装置単位の生産能力の増大を意味する。
超音波エネルギは、紙における繊維のフロキュレーション（塊）の形成を防止
し、かつ微生物の繁殖を防止するために、白水システムに供給される。微生物が
繁殖すると、繊維フロキュレーションと結合して洗浄の中断および機械停止を生
じ、これにより生産時間の損失を生じてしまう。ある場合には、微生物による汚
染が白水システムへ添加される生原料から生じることが発見された時に、このよ
うな汚染源の広がりを阻止するために、この生原料へも超音波エネルギを印加す
ることが必要となる。
パルプおよび紙製造産業に超音波エネルギを利用することは以前から知られて
いるが、パルプの製造と原液調製システム内においてのみ使用されており、実際
の製紙機械のはるか前段階で用いられていた。
英国特許第１，５７７，６６４号には、特定の樹種から製造されるパルプから
非常に厄介な種類の樹脂を除去するために超音波エネルギを用いる方法が開示さ
れており、このような樹脂が種々の製紙機械部分に存在すると大きな問題の原因
となるものである。しかしながら、この英国特許においては、本発明において目
的としているものとは全く異なる問題の解決を目的とするもので、超音波エネル
ギの印加は、製紙機械のはるか前段階で行われている。
Ｄｅｒｗｅｎｔのアブストラクト第８２−９７００３Ｅ／４５号、ＳＵ（スエ
ーデン特許）８９６１３０には、特に繊維ノット（未解蒸物；ｋｎｏｔｓ）の形
成を阻止するためにパルプの濾過（スクリーニング）のため用いられる高濃度ス
クリーンに、即ち、製紙機械のはるか前段階において超音波エネルギを印加する
方法が記載されている。
Ｄｅｒｗｅｎｔのアブストラクト第８２−８５５１４Ｅ／４０号、ＳＵ ８８
７６１０には、原液の着色を改善するために、原液調製時に超音波エネルギが用
いられる方法が開示されており、これもまた、製紙機械のはるか前段階において
使用されている。この特許は、連続的プロセスにおいて使用されるように見越さ
れていなかったバッチ処理法を記載している。
Ｄｅｒｗｅｎｔのアブストラクト第８１−１７０５３／Ｄ号、ＳＵ ７４６０
１２もまた、原液調製におけるバッチ処理を取扱うもので、これにおいては、改
善された機械的強度および撥水特性を有する紙を製造するために、パラフィン蝋
分散剤とコポリマーとを添加することを可能にするために、超音波エネルギが用
いられている。
更に、Ｔａｐｐｉ Ｊｏｕｒｎａｌの第７７巻、第３部に開示されているよう
に、レーザ印刷され、このことは、高温度でトナーがシートに固着され、取除く
のが非常に困難であることを意味するが、レーザ印刷された紙から作られた再生
繊維の原液の脱インク性（インク除去特性）を改善するために、超音波エネルギ
を使用できることが公知である。
先に述べたプロセスにおける超音波エネルギの使用は、本発明が解決しようと
している目的とは全く相違するものであり、例えば、木および二次的繊維からの
パルプの製造、および実際の製紙プロセスのはるか前段階での原液の調製を含む
異なるプロセスを改善するためのものである。
本特許出願によりカバーされる問題を解決するために超音波エネルギを使用す
ることは、上記刊行物には開示されておらず、また当業者にとっても明らかでは
ない。経済性におけるインパクト
繊維フロキュレーションによって生じる紙シートにおける繊維の不均一な分布
に、注目しなければならない。静的繊維荷重の変化は、２３．５平方ミリメート
ルの面積を持つペーパ・ロンデル（ｒｏｎｄｅｌｌ）で試験されたとき、７〜１
０％であったが、２０，０００平方ミリメートルの一般的なロンデルを用いたと
き、その変化は０．５〜０．８％であった。したがって、繊維のフロキュレーシ
ョンを無くすかあるいは減じることができるならば、大きな利益を得ることがで
き、このことは、更により小さな装置面積当たりの荷重で同じ強度特性を達成す
ることを可能にする。スェーデンの紙市場の場合は、潜在的な利益の合計は、装
置面積当たりの重量のパーセント減少につき、３５０，６２５，０００ＳＥＫ（
スエーデン・クローネ）となる。
スライム（ｓｌｉｍｅ）および繊維のフロキュレーション（塊）集積の除去に
よって洗浄を行うと、稼働中断および停止数の減少は、スライム管理のために使
用される化学薬品が増えないので、一年につき７３０、０００、０００ＳＥＫの
、スエーデンの紙生産において直接的な利益ならびに環境的な利益を生じる。
ワイヤ・セクションと乾燥セクションとにおける改善された脱水により生じる
利益に関するインパクトもまた注目すべきである。全てのプレス（圧縮）フェル
トの連続的な洗浄は、圧縮セクション後の乾燥固体成分が０．４〜０．５％高く
なる結果となるはずである。０．５％高い乾燥固体成分は、２．２１％の生産増
の可能性と対応し、これは、一年当たり６２０，０００，０００ＳＥＫの、スエ
ーデンの紙産業における利益可能性と対応する。図面の説明
図１は、空気クッションを持ち、超音波トランスジューサ１を備えた、本発明
に使用するに適したヘッドボックスの部分断面概略図である。
図２〜図５は、本発明に使用するに適する、超音波トランスジューサ１を備え
た種々の異なる流体圧作動ヘッド・ボックスの部分断面概略図である。
図６は、本発明に使用するに適している、超音波トランスジューサ１を備えた
、２つの大型流体圧作動ヘッドボックスである。
図７は、本発明に使用するに適している、多孔ロールが浸漬可能な装置で置換
された超音波トランスジューサ１を備えたヘッド・ボックスである。
図８および図９は、本発明に使用するに適している、超音波トランスジューサ
１を備えた、ワイヤおよびフェルトの洗浄システムの事例である。
上述の装置は、本発明がどのように適用し得るかについての事例に過ぎず、本
発明の範囲内にあるべき他の解決法も可能である。フロキュレーション生成の防止
製紙プロセスにおいては、完成紙製品ができるだけ均一な繊維および充填剤（
ｆｉｌｌｅｒ：填料）の分布として得ることができるように、ヘッド・ボックス
から長網抄紙機のワイヤ上へ流れる繊維の懸濁中のフロック（ｆｌｏｃ）の形成
を防止することを、種々の装置によって試みている。フロックは、繊維および充
填剤によって形成されるが、最初は繊維によって形成される。パルプの濃度（密
度）が高くなり、洗練度が高くなり、繊維が長くなるほど塊状体が増加し、これ
により、例えば、袋用紙の生産中に、製紙業者は、非常に低い濃度で操業しなけ
ればならいことになる。フロックのサイズおよび形態は、半透明光により紙シー
トを観察することによって、容易に検出することができる。フロックは、間に比
較的明るい部分を持つ紙の比較的暗い部分により表わされる。このように、紙は
、単位面積当たり重い重量の比較的暗い部分と、単位面積当たり少ない重量の比
較的明るい部分とによって形成される。紙の機械的強度特性は、単位面積当たり
重量が重くなると増大し、単位面積当たり重量が小さくなると減少する。このこ
とは、紙の機械的強度特性が、紙の暗い部分の間の明るい部分によって決定され
ることを意味する。充填剤および繊維の保持性（ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）、特に細
片の保持性性がフロック中で高くなるが、比較的明るい部分において、保持特性
は、製紙機械の湿潤端部、即ちワイヤ・セクションおよびプレス・セクションか
ら排出される白水に依存する傾向がある。
フロキュレーションを減少することは、製紙機械での「地合い（ｆｏｒｍａｔ
ｉｏｎ）の改善」と呼ばれるが、このようにフロキュレーションを減少すること
によって、単位面積当たり同じ繊維重量での改善された強度特性を持つ紙を作る
ことができるか、あるいは単位面積当たり少ない繊維から同じ強度特性を持つ紙
を作ることができる。このように地合いの改善は、更に優れた繊維歩留まりの可
能性をもたらし、結局、更に改善された原料経済性をもたらす。フロックはまた
、より多くの水分を含み、ワイヤならびにプレス・セクションにおける脱水操作
を低減することになり、これが更に、より多くの水分がシートから分離されねば
ならないことにより生じる高速水流によって生じる、プレス・セクションにおけ
るクラッシュ傾向の増加を招き、繊維をシートから引裂くことになり、流体圧力
が大きいときに、中断の原因となる。中断回数を減じるために、プレス・セクシ
ョンにおける圧力を少なくして操業しなければならず、これが乾燥セクションに
進入する紙に対する圧力・セクションからの乾燥粒剤を低減する。これにより、
トン当たりのスチーム消費を増大し、乾燥器部の能力を増加しなければ、必要な
生産速度を低下させる。要約すれば、地合いの改善により、生原料およびエネル
ギをより有効に管理することができることになり、装置当たりの生産量を増加さ
せることができ、これが更に、資本コストを低減することができる。最大のコス
ト低減は、単位面積当たりの重量が少ない紙を作ることができるとともに、該生
産された紙が同じ強度特性を保持することができるようにすることによって、達
成される。
このように、地合いの改善は、技術的ならびに経済的に極めて大きな関心をも
たれている。この目標を達成するために、多孔ロールの回転中に、そして（また
は）少なくとも理論的に新たなフロックの形成を阻止できる、原料流の乱流を生
じる貫通流域の拡張および縮小の反復により、一般に、種々のヘッド・ボックス
の設計がなされてきた。状況は改善されても、問題は未解決のままであった。
先に述べた利点を得るための１５ＫＨz〜６０ＫＨzの範囲内の超音波エネルギ
の供給は、これらの問題を解決しあるいは著しく低減することができる。この場
合、超音波エネルギはヘッド・ボックス内の原料に供給されるが、超音波エネル
ギは複数の超音波トランスジューサによって供給され、該超音波トランスジュー
サは、エア・クッションとしてのアルミニウム・バー、及び好適にはヘッド・ボ
ックスの下方に配置される解放ヘッド・ボックスに取付けられるか、あるいは流
体圧作動ヘッド・ボックスとなるように、ヘッド・ボックスの周囲に固着される
（図１〜図６）。また、これらのトランスジューサを、ヘッド・ボックスの内部
に取付けられた多数の浸漬可能装置として取付けることもでき（図７）、あるい
は、種々の取付け方法の組合わせによって取付けることもできる。超音波トラン
スジューサは、幾つかの並列なトランスジューサの組合わせを用いて、超音波エ
ネルギがヘッド・ボックスの長、幅および高さ内のすべての原料へ供給されるよ
うに取付けられる。このような方法において、問題を解決するのに充分な量の超
音波エネルギが原料に供給されることが必要である。
原料は、マニフォルドおよび拡散バンクを介してヘッド・ボックス内へ圧送さ
れる。拡散バンクの後に原料がヘッド・ボックス内へ流入すると、流速の極めて
迅速な減少が生じ、これによりフロックが分散されることが確実となる。フロッ
クの再形成が非常に迅速に生じ、しかも、フロックの再形成が防止されることを
確認することが望ましい。このような技術は、数十年間テストされ使用されてき
た多くの設計にも拘わらず、その目的を達成することを可能にするものではなか
った。
超音波エネルギの分散効果は、異なる構成要素、例えば、アニロックス（ａｎ
ｉｌｏｘ）・ロールまたはグラビア印刷ロールの超音波洗浄のため使用される周
知のキャビテーションによって生じ、またこの場合、乾燥した水性インクでもグ
ラビア印刷されたセルから除去することも可能である。超音波が材料を透過する
時、材料の分子は、超音波の進行方向に縦に振動するように誘導される。この結
果、液体中にキャビテーション、即ち直径が０．１〜０．２ｍｍの小さな気泡の
形成を生じる、圧力変化を生じる。これらの小さな気泡に超音波が照射されると
、これら気泡は、連続的に超音波の圧縮および膨張サイクルからのエネルギを連
続的に吸収して、超音波の波長に依存する臨界サイズまで成長し、その後サイズ
が非常に迅速に成長し始め、最後にはμ秒以内で内破（ｉｍｐｌｏｄｅ）する。
この内破気泡は、付近の媒体にエネルギを伝達し、これにより、繊維懸濁におい
て、存在するフロックを分散すると共に、新たなフロックが生じることを阻止し
て、フィブリル化（ｆｉｂｒｉｌｌａｔｉｏｎ）を増大することになる。フィブ
リル化が生じることは、自由度値（ｆｒｅｅｎｅｓｓ ｖａｌｕｅ）の測定によ
って検証され、該測定により、超音波エネルギの供給の前後の自由度の差が検証
された。分散効果もまた、スエーデン国特許出願第９００２００６−６（４６８
、７５４）号において開示されており、これにおいては、超音波エネルギの分散
効果が、印刷品質の改善とインクの節減をもたらす結果になっている。
超音波エネルギの供給は、フロックの再形成を防止し、そして既に形成された
フロックの分散を行う。超音波エネルギがある範囲の波長にわたって掃引する波
長範囲で供給されるならば、１波長の長さが周波数に直接依存するので、このエ
ネルギは、異なる周波数の波長がトランスジューサからの異なる距離において見
出され、これらの距離の倍数で媒体中に伝播されることになる。このように、超
音波キャビテーションは、繊維懸濁全体に分布され、フロックの再生または形成
を阻止する。これは更に、ガス抜きして発砲を低減することに寄与することにな
る。
紙の生成において他の化学薬剤、例えば、しばしば２つの構成種類のポリマで
ある保持性助剤（ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ａｉｄ）もまた用いられる。これらの保
持性助剤は、ワイヤ・セクションでの紙匹（ｗｅｂ）における繊維および充填剤
の保持性を改善し、これにより白水中のこれらの紙組成の成分を低減し、ワイヤ
・セクションをプレス・セクションへ進入したままで、紙匹中のこれらの紙組成
の成分を増大させることができる。超音波エネルギは、反応特性を増大して歩留
まりを改善するこれら化学薬剤の各成分を分散させる。超音波エネルギは、さら
にこれら化学薬剤を均等に分散させ、これにより、同量の保持性助剤に対する保
持性を改善し、あるいは、より少量の保持性助剤で同じ程度の保持性をもたらす
ことになる。
ある時間後に剥離して最後には中断を生じることになる、機械の各部に対する
繊維の塊状（集積）体にも、超音波エネルギの分散効果を用いることができる。
これら塊状体は、例えばトランスジューサの周囲、検査蓋、突起板などの渦流が
存在する場所に、一般に形成される。これらの場所付近に超音波トランスジュー
サを取付けることは、このような繊維の塊状体の形成を阻止することができるこ
とになる。
製紙機械の他の部分もまた、超音波エネルギの分散効果および洗浄効果を利用
することができる。この例としては、フェルトとワイヤであり、これらがトレイ
を通過するならば、時には微生物の成長、脱水効果や有効寿命を減じてしまうピ
ッチ、その他の有機および無機物質の介在を阻止するための化学薬剤を、保持す
る。応用の事例は、図８および図９に示している。
以前は、超音波エネルギが迅速に吸収され、従って全原料にインパクトを与え
ることができないので、原料中のセルロース繊維の存在、大きな原料流、および
ヘッド・ボックスの大きな容積が、超音波エネルギを紙製造プロセスに印加する
ことを不可能にしてきたという意見があった。このことが当を得ていないこと、
および、これにより本発明による紙製造プロセスに対する超音波エネルギの印加
が完全に新しい考え方を表わし、従ってこれが技術的な革新であることを示して
いる。超音波エネルギは、繊維懸濁中に迅速に分散される。フィブリル化の増加
およびフロキュレーション（塊状体）の減少または阻止によって、セルロース繊
維が超音波エネルギの一部を吸収することは確かであるが、これは必要で所望の
機能であり、ヘッド・ボックス中の全量にわたっての超音波エネルギの分散を阻
止するものではない。その理由は、ルーメン（ｌｕｍｅｎ：繊維における中空部
）が水で完全に充填されること、およびセル壁もまた大量の水を吸収することで
ある。このように、全量のセルロース懸濁が液体として働き、充分な超音波エネ
ルギが供給されるならば、該超音波エネルギは、ヘッド・ボックス中の全原料に
わたって分散される。洗練度を増加し、パルプの濃度を増加し、原料の流速を増
加することは、特定のエネルギ要求を増大させることになる。
地合いと繊維重量の検査および測定のため製紙機械の湿潤端部に取付けられる
システムの利用は、原料の濃度、超音波パワー、および適正な紙特性仕様を満た
すに充分な紙の重量などの他の生産パラメータの最適化および制御のために使用
することが可能である。製紙用パルプのような生原料、化学薬剤およびエネルギ
の特定の使用は、今日まで可能でなかった方法、および品質と採算性の改善のた
めに、極めて大きな可能性でもって最適化が可能である。
原料中の微生物の成長および水の循環は、これまで製紙プロセスにおいて大き
な問題であった。好気性ならびに嫌気性のスライムを形成する微生物は、機械構
成要素および白水と原料タンクの壁面にスライムを形成する。嫌気性成長の存在
は、好気性微生物が得られる全酸素を消尽する事実によって、好気性成長がそれ
自体の下で嫌気性条件を形成するという事実によって説明される。特に、デスル
ホビブリオ・デスルフリクナス（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ Ｄｅｓｕｌｆｕ
ｒｉｃｎａｓ）のような硫酸塩を減じるバクテリアの嫌気性成長が、金属の腐食
を増進し、また特にヒドロ亜硫酸亜鉛（ｚｉｎｃ ｈｙｄｒｏｓｕｌｐｈｉｔｅ
）またはヒドロ亜硫酸ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ ｈｙｄｒｏｓｕｌｐｈｉｔｅ
）による湿潤浴（ｂｅａｃｈｉｎｇ）を低減する時、明るさに直接的に影響を及
ぼすことになる。
微生物の成長は、機械部分に対してスライムの形成を生じ、これが早晩、分解
が非常に困難な塊体として剥離する。これらの塊体は、例えば、ファン・ポンプ
その他のポンプを通過し、拡散バンクや多孔ロールを通過してスライム・スポッ
トを生じ、生産が中断する。このような塊体は、有機および無機物質よりも何倍
も菌類およびバクテリアからなる。水系統および原料系統における渦流の存在は
、繊維の塊体の成長および形成にとって好都合であり、それにより状況が悪化す
ることになる。
これらの問題の解決は、これまではしばしば分散剤と組合わされた生物学的活
性物質、殺生物物質および生体静力学的物質（ｂｉｏｓｔａｔ）によって実施さ
れてきた。最初は、外部環境に対して非常な環境バーム（ｂａｒｍ）を生じる有
機水銀化合物あるいは塩化フェノールが用いられ、これは、非毒性管理の要求が
理由であった。化学的であると共に生物学的に活性であり、同時に生物に対して
影響をもたないことに見合うものは、確かに困難であるか又は不可能である。
超音波エネルギは、この問題を解決することができる。微生物の成長が生じる
部分に超音波エネルギを加えることにより、塊状集積体の生成を有効に阻止する
ことができる。超音波エネルギは、金属、特にステンレス鋼から作られた構成要
素およびタンクに関するヘッド・ボックスに対して、外部から加えることができ
る。コンクリート製、タイル張りあるいはプラスチックで被覆したタンクにおい
ては、浸漬可能な装置を用いて超音波エネルギを加える必要があり、この場合、
壁部までの距離とエネルギ準位は、問題の解決のためにキャビテーションが充分
に強いが、タイルや被覆を剥離するほど強くないように調整されなければならな
い。
製紙プロセスにおける超音波エネルギの印加は、先に述べた事例に限定される
ものではなく、他の装置、例えば脱気における改善を行う脱気器（ｄｅｃｃｕｌ
ａｔｏｒ）における類似の問題の解決、あるいは水を基材とする製品が用いられ
る別のコーティング・ステーションすなわち積層機械におけるフロキュレーショ
ン（塊状体）の形成を防止することができる。当業者は、当技術を製紙機械また
はコーティング装置の多くの異なる部分において、インラインまたはオフライン
で適用できることを見出すであろうが、これらの用途は本発明の範囲内にあるも
のである。図面に関する注釈
図１〜図４
１・・超音波トランスジューサ
図５
１・・超音波トランスジューサ
２・・ステップ拡散器を備えたチューブ・パック
３・・十字（クロス）分配器
図６
１・・超音波トランスジューサ
２・・十字分配器
３・・チューブ・パック
４・・プラスチック・フィルム
図７
１・・超音波トランスジューサ
図８
１・・超音波トランスジューサ
２・・オーバーフロー用パイプを備え、水が充満された洗浄トレイ
３・・プレス・フェルト
４・・フェルト・ガイド・ロール
５・・真空セクションボックス
６・・水供給部
図９
１・・超音波トランスジューサ
２・・オーバーフロー用パイプを備え、水が充満された洗浄トレイ
３・・ワイア
４・・ワイア・ガイド・ロール
５・・ワイア洗浄及び洗浄トレイの水充填用のスプレイ・パイプDescription: METHOD OF USING ULTRASOUND IN PAPER MANUFACTURING The present invention relates to a method of using ultrasonic energy in a papermaking process to obtain a very effective effect. Ultrasonic energy is separated by a part of the process commonly referred to as a short white water system, one or more headboxes, and a wire mesh to bring the stock solution to the desired stock solution concentration. It is added to the white water used to dilute and the white water tray and tank inside the white water system. In addition, ultrasonic energy is applied to the cleaning system for the wires and felts to keep them completely clean and prevent their blockage. This can provide a constant and high dewatering capacity for these steps in the papermaking process. In summary, this means improved paper quality, higher yields of paper ingredients, reduced steam consumption, and increased production capacity of production equipment units. Ultrasonic energy is supplied to the white water system to prevent the formation of fiber flocculation in the paper and to prevent microbial growth. When the microorganisms propagate, they combine with the fiber flocculation resulting in wash interruptions and machine shutdowns, which results in lost production time. In some cases, when microbial contamination is found to result from raw materials added to the white water system, ultrasonic energy may also be applied to the raw materials to prevent the spread of such sources. Is required. The use of ultrasonic energy in the pulp and paper manufacturing industry has long been known, but it has only been used in pulp manufacturing and concentrate preparation systems and was used well before the actual papermaking machine. . British Patent No. 1,577,664 discloses a method of using ultrasonic energy to remove a very troublesome type of resin from pulp produced from certain tree species. The presence in various papermaking machine parts causes major problems. However, the purpose of this British patent is to solve a problem which is completely different from that of the present invention, and the application of ultrasonic energy is performed far before the papermaking machine. Derwent's Abstract No. 82-97003E / 45, SU (Sweden Patent) 896130, is a high density screen used for filtering pulp (screening), particularly to prevent the formation of fiber knots. , I.e., a method of applying ultrasonic energy far before the papermaking machine is described. Derwent's Abstract No. 82-85514E / 40, SU 88 7610 discloses a method in which ultrasonic energy is used during stock solution preparation to improve the coloration of the stock solution, which is also much more common in papermaking machines. Used in the previous stage. This patent describes a batch processing method that has not been foreseen for use in a continuous process. Derwent's Abstract No. 81-17053 / D, SU 746012, also deals with batch processing in stock solution preparation, in order to produce paper with improved mechanical strength and water repellency properties. Ultrasonic energy has been used to enable the addition of paraffin wax dispersants and copolymers. In addition, it is laser printed, as disclosed in Tappi Journal, Volume 77, Part 3, which means that at high temperatures toner sticks to the sheet and is very difficult to remove. However, it is known that ultrasonic energy can be used to improve the deinking properties (ink removal properties) of stock solutions of recycled fibers made from laser printed paper. The use of ultrasonic energy in the above-mentioned process is quite different from the purpose that the invention is to solve, for example in the production of pulp from wood and secondary fibers, and in the actual papermaking process. It is intended to improve different processes, including the preparation of stock solutions much earlier. The use of ultrasonic energy to solve the problems covered by the present patent application is neither disclosed in the above publication nor obvious to the person skilled in the art. Impact on economics One should pay attention to the uneven distribution of fibers in the paper sheet caused by fiber flocculation. The change in static fiber load was 7-10% when tested on a paper Rondel with an area of 23.5 square millimeters, but compared to a typical Rondel of 20,000 square millimeters. When used, the change was 0.5-0.8%. Therefore, if fiber flocculation can be eliminated or reduced, a great advantage can be gained, which makes it possible to achieve the same strength properties with an even smaller load per device area. . For the Swedish paper market, the total potential profit is 350,625,000 SEK (Swedish Krone) per percent reduction in weight per unit area. When cleaning by removing slime and flocculation buildup of fibers, the reduction in outages and outages does not increase the chemicals used for slime management at 730 per year. Produces direct as well as environmental benefits in Swedish paper production of S, 000,000. The impact on the benefits of improved dewatering in the wire and drying sections is also noteworthy. Continuous washing of all pressed (compressed) felts should result in 0.4-0.5% higher dry solids content after the compression section. A 0.5% higher dry solids content corresponds to a potential production increase of 2.21%, which corresponds to a profit potential in the Swedish paper industry of 62,000,000 SEK per year. DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 is a schematic partial cross-section of a headbox suitable for use in the present invention, having an air cushion and an ultrasonic transducer 1. 2-5 are partial cross-sectional schematic views of various different hydraulically actuated head boxes with ultrasonic transducers 1 suitable for use in the present invention. FIG. 6 is two large hydraulically actuated headboxes with ultrasonic transducer 1 suitable for use in the present invention. FIG. 7 is a head box with an ultrasonic transducer 1 suitable for use in the present invention in which the perforated roll is replaced with a dipable device. 8 and 9 are examples of wire and felt cleaning systems with an ultrasonic transducer 1 suitable for use in the present invention. The device described above is only an example of how the invention may be applied, and other solutions are to be within the scope of the invention. Prevention of Flocculation In the papermaking process, the head box flows over the wire of the Fourdrinier so that the finished paper product can be obtained as a distribution of the fibers and filler as uniform as possible. Various devices have attempted to prevent the formation of flocs during fiber suspension. Flocks are formed by fibers and fillers, but are initially formed by fibers. The higher the pulp density (the density), the higher the sophistication, and the longer the fibers, the more agglomerates, which means that, for example, during the production of pouch paper, paper makers must operate at very low concentrations. It will be a bad thing. Flock size and morphology can be easily detected by observing the paper sheet with translucent light. Flock is represented by the darker parts of the paper with the lighter parts in between. Thus, the paper is formed by a heavier, relatively dark portion of the unit area and a lighter, less light portion of the unit area. The mechanical strength properties of paper increase with heavier weight per unit area and decrease with lower weight per unit area. This means that the mechanical strength properties of the paper are determined by the light areas between the dark areas of the paper. The retention of fillers and fibers, especially the retention of strips, is higher in the floc, but in the relatively light areas, the retention characteristics are such that the wet end of the papermaking machine, namely the wire section and the press. They tend to rely on white water discharged from the section. Decreasing the flocculation is referred to as "improving the formation" on the papermaking machine, but reducing the flocculation in this way improves the strength at the same fiber weight per unit area. Paper with properties can be made, or paper with the same strength properties can be made from less fiber per unit area. Thus, improved formation provides the potential for better fiber yields and, ultimately, improved raw material economy. The flocs also contain more water, which reduces dewatering operations in the wire as well as the press section, which is further caused by the high velocity water flow created by the more water that must be separated from the sheet. This leads to an increased tendency to crash in the section, tearing the fibers from the sheet and causing interruptions when the fluid pressure is high. In order to reduce the number of interruptions, the pressure in the press section must be run low, which reduces the dry granules from the pressure section on the paper entering the drying section. This increases steam consumption per ton and reduces the required production rate unless the capacity of the dryer section is increased. In summary, the improved texture allows for more efficient management of raw materials and energy, which can increase the output per unit, which can further reduce capital costs. The greatest cost reduction is achieved by making it possible to make papers with a low weight per unit area while allowing the produced papers to retain the same strength properties. Thus, the improvement of the texture is of great technical and economic interest. To achieve this goal, during the rotation of the perforated rolls, and / or at least theoretically, by repeated expansion and contraction of the throughflow region that causes turbulence of the feed stream, which can prevent the formation of new flocs, is generally , Various head box designs have been made. While the situation improved, the problem remained unresolved. Providing ultrasonic energy in the range of 15 KHz to 60 KHz to obtain the advantages mentioned above can solve or significantly reduce these problems. In this case, the ultrasonic energy is supplied to the raw material in the head box, but the ultrasonic energy is supplied by a plurality of ultrasonic transducers, the ultrasonic transducers being aluminum bars as air cushions, and preferably Is attached to an open head box located below the head box or is secured around the head box to be a hydraulically actuated head box (FIGS. 1-6). The transducers can also be mounted as a number of submersible devices mounted inside the head box (FIG. 7), or by a combination of various mounting methods. Ultrasonic transducers are mounted using a combination of several parallel transducers so that ultrasonic energy is delivered to all ingredients within the length, width and height of the head box. In such a method, it is necessary that a sufficient amount of ultrasonic energy be applied to the raw material to solve the problem. The raw material is pumped into the head box through the manifold and diffusion bank. The flow of raw material into the head box after the diffusion bank causes a very rapid decrease in flow rate, which ensures that the flocs are dispersed. It is desirable to make sure that floc reformation occurs very quickly, yet floc reformation is prevented. Such a technique, despite the many designs that have been tested and used for decades, did not make it possible to achieve that end. The dispersive effect of ultrasonic energy is caused by the well-known cavitation used for ultrasonic cleaning of different components, eg anilox rolls or gravure printing rolls, in this case also dry aqueous inks and gravures. It is also possible to remove it from the printed cells. When the ultrasonic wave penetrates the material, the molecules of the material are induced to vibrate vertically in the traveling direction of the ultrasonic wave. This results in cavitation in the liquid, i.e. a pressure change which results in the formation of small bubbles with a diameter of 0.1 to 0.2 mm. When these small bubbles are exposed to ultrasonic waves, they continuously absorb energy from the ultrasonic compression and expansion cycles and grow to a critical size that depends on the wavelength of the ultrasonic waves. , Then the size starts to grow very quickly and finally implodes within μs. These implosion bubbles transfer energy to nearby media, thereby dispersing existing flocs and preventing new flocs from forming in the fiber suspension, increasing fibrillation. It will be. The occurrence of fibrillation was verified by measuring a freeness value, which measured the difference in degrees of freedom before and after the application of ultrasonic energy. Dispersion effects are also disclosed in Swedish Patent Application No. 9002006-6 (468,754), where the dispersive effect of ultrasonic energy results in improved print quality and ink savings. ing. The application of ultrasonic energy prevents the re-formation of flocs and disperses the already formed flocs. If the ultrasonic energy is delivered in a wavelength range that sweeps over a range of wavelengths, this energy will be found at wavelengths of different frequencies at different distances from the transducer, since the length of one wavelength is directly dependent on frequency. Will be propagated in the medium at multiples of these distances. Thus, ultrasonic cavitation is distributed throughout the fiber suspension and prevents the regeneration or formation of flocs. This will also contribute to reducing the fire by venting. Other chemical agents are also used in the production of paper, such as retention aids, which are often polymers of two constituent types. These retention aids improve the retention of fibers and fillers on the web in the wire section, thereby reducing the components of these paper compositions in white water and pressing the wire section. -The components of these paper compositions in the web can be increased while still entering the section. Ultrasonic energy disperses each component of these chemical agents that enhances reaction characteristics and improves yield. Ultrasonic energy can evenly disperse these chemical agents, thereby improving retention with the same amount of retention aid, or with less retention aid to provide the same degree of retention. become. The dispersive effect of ultrasonic energy can also be used on fiber agglomerates for various parts of the machine, which will delaminate after a period of time and eventually cause interruptions. These lumps are generally formed, for example, around the transducer, in a place where a swirl exists, such as an inspection lid or a projecting plate. Mounting ultrasonic transducers near these locations will prevent the formation of such fiber agglomerates. Other parts of the papermaking machine can also take advantage of the dispersing and cleaning effects of ultrasonic energy. Examples of this are felts and wires, chemicals to prevent the inclusion of pitch and other organic and inorganic substances that, if they pass through the tray, can sometimes lead to microbial growth, dehydration effects and reduced useful life. Hold the drug. Examples of applications are shown in FIGS. 8 and 9. In the past, the presence of cellulosic fibers in the raw material, the large raw material flow, and the large volume of the head box caused the ultrasonic energy to be absorbed into the paper because the ultrasonic energy was absorbed quickly and therefore could not impact the entire raw material. There was an opinion that it has made it impossible to apply to the manufacturing process. This shows that this is unreasonable, and that the application of ultrasonic energy to the paper manufacturing process according to the invention represents a completely new idea and is therefore a technological innovation. Ultrasonic energy is rapidly dispersed in the fiber suspension. It is certain that the cellulosic fibers will absorb some of the ultrasonic energy due to increased fibrillation and reduced or blocked flocculation, but this is a necessary and desired function, and the head box It does not prevent the dispersal of ultrasonic energy over the entire volume therein. The reason is that the lumens (hollows in the fibers) are completely filled with water and that the cell walls also absorb large amounts of water. Thus, if the total amount of cellulosic suspension acts as a liquid and sufficient ultrasonic energy is provided, the ultrasonic energy will be dispersed throughout the raw material in the head box. Increasing sophistication, increasing pulp consistency and increasing feedstock flow rate will increase specific energy requirements. The use of a system attached to the wet end of a papermaking machine for the inspection and measurement of texture and fiber weight has led to other factors such as raw material concentration, ultrasonic power, and weight of paper sufficient to meet proper paper property specifications. It can be used for optimization and control of production parameters. The specific use of raw materials such as paper pulp, chemicals and energy can be optimized with tremendous potential for methods that have not been possible to date and for improved quality and profitability. . The growth of microorganisms in the raw material and the circulation of water have been major problems in the papermaking process. Aerobic and anaerobic slime-forming microorganisms form slimes on the walls of machine components and white water and raw material tanks. The existence of anaerobic growth is explained by the fact that aerobic growth forms an anaerobic condition under itself by the fact that aerobic microorganisms exhaust the total oxygen available. In particular, the anaerobic growth of sulphate-reducing bacteria such as Desulfovibrio Desulfrucnas enhances the corrosion of metals, and in particular zinc hydrosulphite or sodium hydrosulfite (sodium sulfite). When reducing the wet bathing due to, the brightness will be directly affected. The growth of microorganisms causes the formation of slimes on the mechanical parts, which sooner or later exfoliate as lumps that are very difficult to decompose. These agglomerates pass through, for example, fan pumps or other pumps, pass through diffusion banks or perforated rolls, producing slime spots, which interrupt production. Such agglomerates consist of fungi and bacteria many times more than organic and inorganic substances. The presence of vortices in the water and feed systems favors the growth and formation of fiber agglomerates, which makes the situation worse. The solution of these problems has hitherto been carried out by biologically active substances, biocides and biostatic substances, often in combination with dispersants. Initially, organomercury compounds or chlorinated phenols were used which produced a great environmental barm to the external environment, due to the requirement for non-toxic control. Those that are both chemically and biologically active and at the same time have no effect on living organisms are certainly difficult or impossible. Ultrasonic energy can solve this problem. By applying ultrasonic energy to the portion where microbial growth occurs, it is possible to effectively prevent the formation of agglomerates. Ultrasonic energy can be applied externally to the head box for components and tanks made of metal, especially stainless steel. In concrete, tiled or plastic covered tanks, it is necessary to apply ultrasonic energy using a dipable device, in which case the distance to the wall and the energy level are needed to solve the problem. It must be adjusted so that the cavitation is strong enough, but not strong enough to strip the tile or coating. The application of ultrasonic energy in the papermaking process is not limited to the cases described above, but can be used to solve similar problems in other devices, such as degassers for improving degassing, or water. It is possible to prevent the formation of flocculation in another coating station or laminating machine in which the product based on the is used. Those skilled in the art will find that the technology can be applied in-line or off-line in many different parts of paper machines or coating equipment, but these applications are within the scope of the invention. Notes for Drawings Figures 1 to 4 1. ・ Ultrasonic Transducer Fig. 5 1. ・ Ultrasonic Transducer 2 ・ ・ Tube Pack with Step Diffuser 3 ・ ・ Cross Distributor Fig. 6 1 ・ ・ Ultrasonic Transducer 2 · · Cross-distributor 3 · · Tube pack 4 · · Plastic film Figure 7 1 · · Ultrasonic transducer Figure 8 1 · · Ultrasonic transducer 2 · · Equipped with overflow pipe, washing filled with water Tray 3 ・ Press felt 4 ・ Felt guide roll 5 ・ Vacuum section box 6 ・ ・ Water supply unit Fig. 9 1 ・ ・ Ultrasonic transducer 2 ・ ・ Washing with overflow pipe Tray 3 ... Wire 4 ... Wire guide roll 5 ... Spray for wire cleaning and water filling of cleaning tray Pipe
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(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ
Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ
，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，
ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，
ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ
Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ
，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，
ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ
Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ
，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，
ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ
【要約の続き】
定されたフロキュレーションは、製造される紙または厚
紙に対する単位面積当たりの重量の設定点の最適化およ
び単位時間当たりの最大生産量に対する基準として用い
られる。────────────────────────────────────────────────── ───
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(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, M
C, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG
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, GE, HU, IS, JP, KE, KG, KP, KR,
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N, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU
, SD, SE, SG, SI, SK, TJ, TM, TT,
UA, UG, US, UZ, VN
[Continued summary]
Specified flocculation is based on the paper or
Optimization of set point of weight per unit area for paper and
And used as a standard for maximum production per unit time
Can be