KR19990067892A - 제지기용 헤드박스 - Google Patents

Abstract

제지기는 기계 방향으로 테이퍼진 지료(紙料) 공급 매니폴드 또는 헤드박스를 구비한다. 종이 지료는 지료 공급 매니폴드로부터 튜브 뱅크(tube bank)를 통하여 슬라이스로 흘러서 성형 와이어 위에 사출된다. 튜브 뱅크의 각 튜브는 형성될 종이 웹의 이동 방향에 거의 평행한 평면에서 연장한다. 튜브는 지료 공급 벽을 따라 헤드박스 매니폴드의 내부와 연통한다. 복수 개의 공급 도관이 공급 벽에 연결되며, 이 도관을 통하여 화학물 및 충전물과 같은 미세분(微細粉)이 매니폴드로 방출되며, 이 매니폴드에서 미세분은 지료와 함께 인접한 튜브 단부로 이동되며, 뒤이어 종이 웹을 형성하도록 지료와 부가된 미세분이 슬라이스에 공급된다.

Description

제지기용 헤드박스{PAPERMAKING HEADBOX}

본 발명은 제지기용 헤드박스에 관한 것으로, 구체적으로 말하자면 헤드박스 매니폴드와 슬라이스 사이에 용적 흐름이 일정한 튜브를 이용하는 헤드박스에 관한 것이다.

종이의 형성에 있어서, 목질 섬유는 물에 분산되어 제지용 지료(紙料)를 형성한다. 일반적으로, 지료는 99% 이상이 물이며, 0.5% 내지 1%의 종이 섬유(paper fiber)를 함유한다. 종이 지료는 슬라이스로 알려져 있는 테이퍼진 흐름 제어 채널을 통하여 이동식 장망 와이어 스크린 상에 사출되어 종이 웹을 형성한다. 어떤 경우에, 지료는 소위 트윈 와이어 장치 상에서 두 개의 이동식 와이어 스크린 사이에 사출된다. 물은 성형 스크린 또는 와이어를 통하여 지료로부터 추출되며, 종이 섬유 웹은 압착되고 건조되어 종이 웹을 형성하게 된다.

현대의 제지기는 1백 내지 4백 인치의 폭을 가지며, 분당 4000 피트 이상에 이르는 속도로 작동된다. 그러므로, 종이 웹으로 형성될 종이 지료를 공급하는 슬라이스와 헤드박스는 현대의 제지 공정의 높은 성형 속도를 만족시키도록 많은 양의 지료를 공급해야 하며, 뿐만 아니라 형성될 종이 시트가 웹의 폭을 가로질러 균일한 두께를 갖도록 하기 위해서는 지료를 매우 균일하게 공급해야 한다.

슬라이스를 통하여 균일하게 많은 유량으로 지료를 사출시키기 위하여, 지료는 펌핑 장비에 의하여 매우 높은 압력으로 펌핑된다. 지료 펌핑 장비에 의하여 야기된 압력 펄스를 감소시키도록 헤드박스에 대해 상류에는 감쇠기(attenuator)가 배치된다. 이러한 장비로 인하여 헤드박스에 도입되는 지료의 양은 비교적 일정해진다.

성형 와이어 상에 또는 와이어 사이로 지료가 균일하게 흐르도록 하기 위하여, 헤드박스는 테이퍼진 구조의 매니폴드 또는 입구 헤더(inlet header)를 채택한다. 입구 헤더와 슬라이스 사이에는 튜브 뱅크에 배열되어 있는 복수 개의 분배 튜브가 있다. 튜브 뱅크는 높이 방향으로는 약 6개의 튜브가 배치되어 있고, 그 폭 방향으로는 수백 개의 튜브가 배치되어 있다. 지료는 테이퍼진 튜브 입구로부터 튜브 뱅크내에 배치된 각각의 튜브를 통하여 흐른다. 슬라이스의 립으로부터 유출되는 지료가 성형 와이어의 일 가장자리로부터 타 가장자리에 이르기까지 균일하도록 각 분배 튜브를 통한 지료의 유량은 반드시 균일해야 한다.

상기와 같이 유량을 일정하게 하기 위하여, 입구 헤더 또는 매니폴드는 기계의 횡방향으로 테이퍼져 있다. 다시 말하면, 기계 방향으로의 매니폴드의 폭은 지료 입구로부터 멀어질수록 감소한다. 입구 헤더의 가장 협소한 부분에서 입구 헤더의 단면적은 지료 입구에서의 입구 헤더의 단면적과 동일하며, 이 단면적은 헤더의 튜브 개구의 총면적의 1/3배 이다. 지료의 흐름이 테이퍼진 헤더의 아래로 이동함에 따라, 주요 흐름의 일부는 튜브를 통해서 방향이 전환된다. 그러므로, 헤더의 단면적은 기계의 횡방향으로 갈수록 감소하여 그 면적은 헤더에 도달하기 이전의 튜브의 단면적의 3배와 거의 동일하다. 이에 따라, 헤더의 단면적은 감소하여 종이 지료가 헤더의 일측으로부터 타측으로 흐름에 따라 유체 용적 손실을 보상한다. 이러한 단면적의 변화는 헤더의 기계 횡방향으로의 압력을 동일하게 유지하며, 이에 따라 튜브를 통한 기계 횡방향으로의 흐름은 동일하게 유지된다.

결과적으로, 모든 튜브를 통과하는 기계 횡방향으로의 지료의 유량은 거의 동일하게 유지된다. 그러나, 실제 밀도는 기계 횡방향으로의 두께 또는 평량(basis weight)에 있어서의 어떤 변화를 방지할 정도로 충분하게 균일하지는 않았다. 이에 따라, 어떤 종이 성형 헤드박스에 있어서는, 종이 웹을 가로질러 균일한 종이 질량을 유지하려는 노력으로 슬라이스 개구의 깊이를 변경하기 위하여 슬라이스 립을 변형하는 액츄에이터가 슬라이스의 립 상에 이용되었다. 리챠드 이. 허거트(Richard E. Hergert)에 허여되고 벨로이트 테크놀러지 사에 양도되었으며, 본 명세서에서 참고로 인용되는 미국 특허 제5,196,091호에 개시된 바와 같이 최근에 개발된 한 시스템에 있어서는, 튜브 입구에 인접한 헤드박스 매니폴드 또는 헤드박스 헤더에 희석수(diluting water)를 사출함으로써, 기계 횡방향으로 지료의 희석을 제어하였다. 이러한 희석 제어는 종이 웹의 질량 또는 두께를 제어하는데 이용된다. 사실, 이러한 기술로 인하여 보다 균일한 특성을 가지는 종이 웹을 형성할 수 있게 되었다.

종이를 형성하는 지료는 종이 섬유와, 종이 웹을 형성하는 것을 향상시키거나 용이하게 하도록 구성된 다양한 첨가물을 함유한다. 이러한 첨가물로는 미세분(微細粉)이 있다. 때때로, 다른 첨가물로는 종이 웹 내에 미세분의 보류를 지원하는 긴 사슬 중합체(long chain polymers)와 같은 것이 포함된다. 지료와 조합되는 다른 재료로는 특정 등급의 박엽지에 사용하는 연화제를 포함한다. 추가로, 섬유간의 결합을 용이하게 하는 전분과 같은 첨가물이 공급될 수 있다. 종이 형성을 위한 현대적인 공정에 있어서, 이러한 미세분과 첨가물은 헤드박스 입구 헤더 앞에서 첨가되어 지료와 균일하게 혼합된다.

이로 인하여, 특정 종이 웹의 형성을 위하여 미세분 및/또는 충전물을 첨가하는 것이 종종 필요하지만, 한편으로는 종이 형성 지료에 미세분을 분산하는 현재의 방법은 그 다지 효과적이지 않을 수 있다.

미세분과 충전물은 어떤 특정층 또는 위치에 이러한 미세분을 도포하는 것을 제한하지 않고 종이 웹의 z 방향 또는 두께 방향을 통하여 이상적으로 분배된다. 이것은 단일 매니폴드와 단일 슬라이스를 이용하는 현재의 방법으로는 불가능하다. 다층 웹을 형성하도록 단일 슬라이스를 통하여 상이한 형태의 지료가 동시에 사출되게 헤더가 여러 섹션(section)으로 분리된 헤드박스를 이용하여 형성되는 다층 웹(multi-ply web)이 공지되어 있다. 그러나, 이러한 시스템은 미세분, 화학적 첨가물 또는 충전물의 양이 변화하는 상태에서 균일한 섬유 성분을 가지는 것이 아니라 변화가 많은 섬유 성분을 가지는 웹을 제공하도록 구성된다. 또한, 이러한 장치는 전술한 지료 희석 방법이 둘 이상의 헤더에 동시에 적용되는 경우에는 항상 바람직한 것은 아니다.

본 발명은 종이 웹의 z 방향으로 미세분의 양 및 화학적 첨가물과 충전재 첨가물의 농도를 변화시키는 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 헤드박스 장치의 단면도.

도 2는 도 1의 헤드박스 장치를 부분적으로 절결하여 확대한 사시도.

도 3은 도 1의 선 3-3을 따라 취한 헤드박스 장치의 단면도.

도 4는 도 1의 장치의 튜브중 하나를 확대한 사시도.

도 5는 도 6의 선 5-5를 따라 취한 테이퍼진 튜브의 개략도.

도 6은 도 1의 선 6-6을 따라 취한 헤드박스 장치의 단면도.

도 7은 본 발명에 따라 지료에 미세분을 첨가하는 방법을 도시한 도 5와 유사한 개략도.

도 8은 도 7의 선 8-8을 따라 취한 단면도.

도 9는 도 8의 선 9-9를 따라 취한 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10: 헤드박스

12: 와이어 스크린

16: 지료 공급 매니폴드

21: 지료 공급 벽

24: 튜브

30: 슬라이스

39: 개구

본 발명은 웹을 형성하기 위하여 성형 와이어 위에 지료를 사출하는 방법 및 헤드박스 장치에 관한 것이다. 이 헤드박스 장치는 가압된 지료 공급원에 연결되는 하우징을 구비한다. 하우징은 기계 방향으로 테이퍼진 지료 공급 매니폴드 또는 헤더를 형성한다. 복수의 튜브로 구성된 튜브 뱅크는 지료가 성형 와이어 상에 사출되도록 지료를 지료 공급 매니폴드로부터 슬라이스로 흐르게 한다. 튜브 뱅크의 각 튜브는 형성될 종이 웹의 이동 방향과 거의 평행한 평면에서 연장한다. 각 튜브에서 지료는 헤드박스 매니폴드로부터 슬라이스로 거의 일정한 흐름으로 전진하기 때문에, 슬라이스로부터 성형 와이어로의 지료의 흐름은 기계의 횡방향으로 거의 일정하다.

튜브 뱅크를 구성하는 튜브는 지료 공급 벽 또는 표면을 따라 헤드박스 매니폴드의 내부와 연통된다. 복수 개의 공급 도관이 지료를 슬라이스로 전달하는 튜브와 유사한 방식으로 충만한 공급벽(plenum supply wall)에 연결되어 있다. 공급 도관은 튜브 배수 구멍 사이에서 개방되어 있다. 공급 튜브는 미세분 및/또는 화학물을 매니폴드에 공급하며, 여기서 미세분 및/또는 화학물 및 충전물은 지료와 함께 인접한 튜브 단부로 도입되며, 이 매니폴드는 지료와 부가된 미세분 또는 화학물을 슬라이스로 이송하여 종이 웹을 형성한다. 통상적으로, 공급 도관은 기계 횡방향으로 미세분과 화학물을 균일한 흐름으로 공급하도록 배열된다. 또한, 튜브는 기계의 횡방향 축선을 따른 어떤 위치에 이러한 미세분 또는 화학물을 바람직하게 공급하거나 성형 웹 내에서 z 방향으로 어떤 레벨로 미세분 또는 첨가물을 바람직하게 공급하기 위하여 미세분 및 다른 충전물 및/또는 화학물을 튜브 뱅크에 공급하게 배치되어 있다.

전형적인 튜브 뱅크는 상하로 위치된 6개의 튜브로 구성되어 있으며, 지료 출구는 수백 개에 이르는 튜브가 기계 횡방향으로 연장하는 상태로 거의 장방형의 개구를 형성하도록 변형된다. 이에 따라, 수백 개의 튜브가 6열로 형성된 배열에 있어서, 미세분과 지료 첨가물 또는 화학물은 튜브 뱅크의 전체 기계 횡방향을 따라 연장하는 공급 도관에 의하여 첨가되며, 이 공급 도관은 6층의 튜브 중 하나 이상에 인접하게 배치된다. 미세분 또는 지료 첨가물이 형성되는 종이 웹의 표면에 영향을 끼치는 것이 요구되는 경우, 공급 도관은 종이의 상층 또는 하층을 형성하는 튜브 열에 인접하며, 반면에 미세분 또는 지료 첨가물이 종이 웹의 내부 성질에 영향을 끼치는 것이 요구되는 경우, 공급 도관은 종이 웹의 z 방향을 형성하는 6개의 튜브의 중간에 배치된다.

본 발명의 특징은 z 방향의 성분을 변화시키도록 지료를 제어하여 사출할 수 있는 종이 웹 형성 헤드박스를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 특징은 종이 웹의 z 방향으로 국부 응집되어 있고 기계의 횡방향으로 균일한 미세분 및 다른 첨가물을 동시에 공급하면서 평량 프로파일(basis weight profile)을 제어하는 헤드박스를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 지료가 종이 웹으로 형성되기 전에 미세분 또는 첨가물이 과도한 유체 동역학적 전단력을 받지 않도록 종이 지료에 미세분 및 첨가물을 사출하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 특징은 웹의 두께 전체에 걸쳐서 또는 그 두께를 따라 균일하게 미세분 또는 섬유 결합 첨가물로 종이 웹의 형성을 용이하게 하는 헤드박스를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 특징은 미세분과 충전물로 형성될 종이 웹을 용이하게 형성하여 미세분 또는 충전물이 종이 웹의 전 두께에 걸쳐 분산되도록 하는 방법 및 헤드박스를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조로한 이하의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

도 1 내지 도 6에 있어서, 동일 부호는 동일 부분을 지칭하며, 도 1에는 헤드박스 장치(10)가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 헤드박스(10)는 가압된 지료(紙料) 공급원(15)에 연결된 하우징(14)을 구비한다. 하우징(14)은 지료 공급 매니폴드(16)의 테이퍼진 입구를 형성하며, 이 매니폴드를 통하여 지료는 튜브 뱅크(18)로 도입된다. 튜브 뱅크(18)는 서로 옆으로 그리고, 상하로 적층되어 있는 일련의 튜브(24)를 구비한다. 미세분(微細粉)을 선택된 레벨로 형성된 종이 웹 내에 도입하는 도입 수단은 이하에서 보다 자세하게 설명되는 공급 도관을 배치함으로써 마련될 수 있다.

각 튜브(24)는 지료 공급 매니폴드(16)로부터 슬라이스 챔버(30)로 연장한다. 이에 따라, 튜브 뱅크는 매니폴드(16)에 상류 단부를 슬라이스 챔버(30)에 하류 단부를 구비한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 튜브 뱅크(18)의 상류 단부(20)는 지료 공급 벽 또는 표면(21)에서 헤드박스 매니폴드(16)의 내부와 연통된다. 그러므로, 개별적인 튜브(24)는 지료 공급 벽(21)을 관통하고, 헤드박스 매니폴드(16)의 내부와 연통되어, 개별적인 튜브에는 지료가 공급된다.

튜브 뱅크(18)는 일련의 튜브(24)를 구비한다. 이러한 배열은 복수의 겹쳐진 튜브(24) 열(50)을 구비하며, 이 열은 일반적으로 5 내지 7열 또는, 도 1 내지 도 3에 예로서 도시된 바와 같이 6열이다. 각 열(50)은 수백 개에 이르는 튜브(24)를 구비하며, 하우징(14)의 거의 전체 길이에 걸쳐 연장한다. 하우징(14)의 길이는 헤드박스(10)를 통하여 흐르는 지료에 의하여 형성되는 종이 웹의 폭과 거의 동일하다.

튜브 뱅크(18)의 하류 단부(22)는 슬라이스 챔버(30)의 입구 또는 상류 단부(32)에 연결된다. 슬라이스 챔버(30)에 공급된 지료는 슬라이스 챔버(30)를 통과하여, 도 1에 도시된 바와 같이 슬라이스 챔버(30)의 립(34) 또는 하류 단부로부터 성형 와이어(12) 위에 사출된다. 튜브 뱅크(18)의 열(50)은 와이어(12) 상에 형성되는 종이 웹의 폭을 정하며, 각 열은 웹의 전체 두께 또는 z 방향 부분을 정한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 튜브 뱅크(18)의 열(50) 사이에 배치된 길고 얇은 힌지 부재인 트레일링 요소(64, trailing element)는 개개의 열(50)로부터의 흐름이 서로 분리되는 것을 방지한다. 트레일링 요소(64)는 슬라이스(30)의 립(34)에 인접해서 끝난다. 이에 따라, 튜브 각각의 열(50)로부터의 흐름은 와이어(12)에 형성될 종이 웹의 z 방향으로 겹층되고, 부분적으로는 혼합된 층을 형성하는 섬유를 적층한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 개개의 튜브(24) 열(50)은 슬라이스(30)에 거의 연속적인 시트의 지료를 제공한다. 튜브(24) 열(50)은 형성된 종이 웹에서 섬유의 최상층에 대응하는 최상의 열(51)과 겹층된다. 최하층 열(53)은 이동 와이어(12)에 대하여 형성된 z 방향의 시트의 저부에서 종이 섬유에 대응한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 6열의 개개의 튜브(24)는 수직으로 배열되어 있으며, 공급 벽(21)으로부터 연장한다. 튜브(24)는 지료 공급 매니폴드(16)로부터의 지료를 수용하도록 배치된다. 튜브 뱅크(18)의 개개의 서로 다른 겹층된 열(50)은 수직 배열된 각 튜브(24)로부터 연장한다. 복수 개의 공급 도관(36)은 미세분을 지료 공급 매니폴드(16)로 방출한다. 단일의 공급 도관(36)은 지료 공급 벽(21)을 통하여 미세분을 지료 공급 매니폴드(16)로 사출한다.

도관은 매니폴드 내에서 다른 레벨로 위치될 수 있지만, 도 5에는 튜브(24)의 두 열(50) 사이에서 지료를 방출하는 예시적인 공급 도관(36)이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 복수 개의 공급 도관(36)을 매개로 하여 일렬의 튜브(50)의 개개의 튜브(24) 사이에 있는 복수 개의 미세분 사출 위치 또는 개구(39)는 미세분 공급원(38)에 연결된다.

도시된 미세분 사출 위치(39)는 종이 웹의 중앙 또는 웹의 z 방향으로의 어떤 위치에 미세분을 부가하도록 배치된다. 종이 웹의 중심에 부가될 수 있는 미세분은 전분(starch)을 포함한다. 평량 종이(basis weight paper) 또는 라이너 보드가 트윈 와이어 성형기 사이에 위치되는 경우, 시트의 중앙은 갈라질 수 있다. 시트의 중앙은, 미세분을 선택적으로 첨가함으로써, 그리고 전분과 같은 결합재를 섬유 웹의 중앙부에 첨가함으로써 강화될 수 있다. 사출 위치(39)가 최상부 열(51) 또는 최하부 열(53)에 인접하게 위치되는 경우, 미세분 또는 클레이 충전물과 같은 재료는 종이 표면 근처에 선택적으로 첨가되어 표면의 품질을 향상시킬 수 있다.

장망식 성형부(fourdrinier forming section)에 이용되는 와이어 스크린(12)의 구멍은 대다수의 종이 섬유가 자유롭게 통과할 수 있으며, 이에 따라 장망식 와이어 또는 트윈 와이어 성형기의 트윈 와이어가 약간 큰 크기의 섬유 매트에 놓여지며, 이 매트는 지료로부터의 계속적인 섬유를 보류하도록 와이어 상에 먼저 형성된다. 특정 길이의 사슬형 분자 첨가물(chain molecular additives)은 와이어 상의 섬유의 초기 보류를 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 성형 와이어를 통한 섬유의 과도한 손실없이 종이 웹을 보다 용이하게 배수할 수 있는 매우 큰 개방 영역을 가진 와이어를 이용하는 것이 용이해진다. 이러한 미세분 또는 화학물은 헤드박스 이전에 지료에 첨가된다. 이러한 미세분을 성형 와이어와 먼저 접촉하는 지료의 부분에 선택적으로 사출함으로써, 와이어 상에 초기 섬유를 보류하는 그 기능을 향상시키며, 동시에 필요한 화학물의 양을 감소시킨다. 성형 와이어에 바로 인접한 지료의 부분만이 중합체를 포함할 필요가 있기 때문에 전술한 목적은 달성된다. 이것은 버려지는 물에 있는 미세분과 화학물의 전체 농도를 감소시킬 뿐 아니라 화학물 공급을 감소시켜서 비용이 감소된다. 추가로, 긴 사슬형 분자는 유체 전단력에 의하여 깨어질 수 있기 때문에, 헤드박스 매니폴드(16)와 슬라이스 립(34) 사이에서 유체가 비교적 제한된 전단력을 받는다는 것은 미세분과 화학물이 공정에 덜 필요하다는 것을 의미한다.

헤드박스(10)는 와이어(12) 상에 기계의 횡방향으로 놓여지는 섬유의 방향과 밀도가 균일하도록 구성된다. 이러한 균일성은 지료 펌핑 장치에 의하여 야기된 압력 펄스를 감소시키도록 헤드박스에 대해 상류에 배치된 감쇠기(도시 생략)로 인한 것이다. 그 다음에, 지료는 지료 공급 매니폴드(16)로 흐른다. 매니폴드는 선형으로 또는 포물선 모양으로 기계의 횡방향으로 테이퍼져 있으며, 매니폴드 내의 압력은 기계의 횡방향으로 일정하게 유지된다.

예로서 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 각 튜브(24)의 역할은 지료의 흐름 방향을 기계의 횡방향으로부터 기계 방향으로 변환시키는 것이다. 각 튜브는 거의 원통형인 상류부(54)를 포함하며, 이 상류부는 매니폴드(16)로부터의 지료를 수용한다. 상류부(54)는 확장 조인트(61)에서 지료를 와이어(12)위에 사출하는 평탄한 하류부(60)에 결합된다. 튜브(24)의 상류부(54)의 길이는 흐름이 완전히 대칭으로 그리고 기계 방향으로 배치되도록 선택된다. 그 다음에, 흐름은 하류부(60)와 결합부(61)에서 갑작스럽게 팽창된다. 갑작스런 팽창으로 인하여, 섬유 분산을 향상시키는 전단력이 생성되며, 기계의 횡방향 균일성을 위한 수두 손실(head loss)이 또한 야기된다. 파이프(24)를 통과하는 흐름은 전체 압력 강하에 의존하기 때문에, 확장 조인트(61)에서 야기된 큰 압력 강하는 상류 압력 변화의 효과를 감소시키며, 이에 따라 튜브 뱅크(18)의 모든 튜브(24)를 통과하는 흐름은 균일성이 증가된다.

제1 원형부(54)와 제2 원형부(60) 사이의 전이로 인하여 길이가 짧은 확장 조인트(61)의 하류 내에 균일하고 안정한 프로파일이 형성된다. 그 다음에, 흐름은 거의 장방형의 출구(62)로 완만하게 전이된다. 튜브의 둘레 길이는 일정하게 유지되며, 단면적은 감소된다. 그 결과, 튜브 섹션에서의 흐름은 가속되고, 흐름의 안정성과 균일성은 향상된다.

확장 조인트(61) 이후의 하류부(60)의 길이는 중요한 요소이다. 적절한 길이를 선택하면, 물이 풍부하고 밀도가 낮은 층이 튜브 벽 근처에 형성되는 것이 방지된다.

길이가 상이한 튜브로부터 유출되는 흐름을 직접 샘플 검사하여 얻은 밀도의 측정치로 인하여, 튜브의 길이가 길수록, 밀도 프로파일은 불균일 해진다는 것을 알수 있다. 지료 공급 매니폴드(16)내의 균일한 압력 프로파일과 조합된 튜브(24)에서의 압력 강하는 개개의 튜브(24)를 통과하는 용적 흐름(volumetric flow)에 공급 도관(36)의 사출 위치(39)가 최소의 영향을 끼치거나 또는 영향을 전혀 끼치지 않는 것을 의미한다. 또한, 사출 위치가 기계의 횡방향으로 균일하게 일정 간격을 두고 위치되는 것이 바람직하기 때문에, 미세분에 의하여 야기된 어떤 희석 효과는 기계의 횡방향으로 일정하다. 흐름이 슬라이스(30)에 의하여 형성된 노즐로 유입되는 경우 흐름의 팽창을 제한하는 두꺼운 베이스를 가지는 트레일링 요소(64)를 이용함으로써 슬라이스 챔버(30)에서의 흐름의 안정성은 향상된다. 종이의 방향에 민감한 등급의 경우에는, 흐름 경로가 매니폴드(16)로부터 튜브 뱅크(18)와 슬라이스(30)를 통하여 인라인으로 되도록 배치되는 것이 바람직하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 밸브(88)는 미세분 공급원(38)으로부터 기계의 횡방향으로 미세분을 첨가하는 것을 조절할 수 있다. 그러나, 일반적으로 밸브는 기계의 횡방향으로 미세분을 균일하게 사출하도록 조절된다. 밸브는 미세분에 의하여 발생된 효과의 하류 측정치에 따라서 조절될 수 있지만, 일반적으로 밸브는 시간에 걸쳐 비교적 일정하게 작동되며, 많은 경우에 밸브는 필요치 않다.

공급 도관이 단일 열 내에 또는 두열의 튜브 근처에 있는 것으로 도시되어 있지만, 둘 이상의 공급 도관 세트가 하나의 헤드박스에 설치될 수 있으며, 이에 따라 상이한 형태의 미세분이 종이 웹의 z 방향으로 다른 층 또는 영역으로 사출될 수 있다.

미세분의 사출은 기계의 횡방향으로 시트의 밀도를 조절하도록 백수(white water)를 사출하는 개별적인 시스템과 또한 조합될 수 있다. 이러한 백수 사출 시스템은 허거트(Hergert)에 허여되고, 본 발명에서 참고로 인용된 미국 특허 제5,196,091호 에 개시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 미세분 공급원(38)과 공급 도관(36) 사이에는 제어 수단(40)이 설치될 수 있다. 한가지 전형적인 제어 수단으로는 미세분을 제어된 유량으로 정확하게 제어된 양으로 공급 도관(38)에 공급할 수 있는 계량 펌프가 있으며, 이 미세분은 사출 위치(39)를 통하여 지료 공급 매니폴드(16)로 사출된다. 요동이 심한 확장 조인트(61)로 인하여, 튜브(24)를 통하여 흐르는 지료를 미세분과 균일하게 혼합하는 것이 용이하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 적당한 형태의 사출 튜브를 이용하고, 개별적인 여러 분사 튜브에 미세분 또는 첨가물의 유량을 조절함으로써, 미세분 또는 첨가물의 첨가량은 시트의 저부, 중앙 또는 상부의 어떤 z 방향 위치에서의 미세분 또는 첨가물을 바람직하게 응집하도록 정확하게 제어될 수 있거나, 또는 기계의 폭을 가로질러서 첨가물의 사용량을 최적화하도록 기계의 횡방향으로 변화할 수 있다.

미세분과 첨가물이 헤드박스로 직접 사출되기 때문에, 첨가제에 가해진 유체 전단력의 크기는 최소화된다. 이로 인하여 분자량이 큰 중합체의 파괴가 최소화되고, 이용된 화학물의 효과를 최대로 하는 것이 확실해진다. 또한, 여러 작은 분사 튜브를 이용함으로써, 미세분 또는 첨가물의 보다 정확한 분배가 확실하게 되며, 미세분 또는 첨가물의 확산이 크게 감소하는 영역에서 국부화된 혼합이 향상된다.

사출 튜브의 흐름은 통상적으로 제어되는 공급원의 복수의 사출 위치에 동일한 미세분 또는 첨가물을 제공하도록 공급될 수 있다는 것을 또한 이해할 수 있다. 선택적으로, 다양한 분사 튜브로의 추가적인 유량은 개별적으로 제어될 수 있으며, 추가적인 가요성을 제공하여 최고로 효과적인 미세분 이용을 위해 기계 횡방향과 z 방향 또는 두께 방향으로의 첨가물의 첨가량을 변화시킨다. 또한, z 방향과 기계 횡방향으로 제어되는 이러한 새로운 미세분 분사 방법은 바람직하게는 새로운 화학물과 화학물 계의 도포에 이용될 수 있지만, 이러한 시스템은 지료 공급 전체에 걸쳐서 미세분 또는 첨가물을 혼합할 필요성이 있기 때문에 오늘날에는 이용될 수 없다는 것을 이해할 수 있다. 또한, 예로서 길이가 9m인 매니폴드로서 포물선 모양으로 테이퍼진 매니폴드는 매니폴드의 선형 곡선과 포물선 곡선 사이의 최대 차이 지점에서 약 30㎜ 만큼 선형 프로파일로부터 변화된다.

도 7은 도 5와 유사하게 본 발명에 따라서 미세분을 지료에 첨가하는 방법을 도시하고 있다.

보다 구체적으로 말하자면, 도 7에 도시된 바와 같이, 지료 공급 매니폴드(16)의 테이퍼진 입구는 화살표(S)로 표시된 바와 같이 복수의 튜브(124, 125, 126 및 127)에 지료를 공급한다.

사출 위치 또는 개구(139, 140 및 141)에서의 복수의 미세분은 미세분이 흐름(S)으로 사출되도록 배열되며, 이에 따라 사출된 미세분은 지료 흐름에 분산되어 사출 위치의 하류에 각각 배치되어 있는 튜브(125, 126 및 127)로 흐른다.

도 8은 도 7의 8-8 선을 따라 취한 단면도이며, 튜브(125 내지 127)과 사출 위치(139 내지 141)를 도시한 도면이며, 도 9는 도 8의 선 9-9를 따라 취한 단면도이다.

도 9에 도시된 바와 같이. 사출 위치(141)는 튜브(127)로 흐르는 미세분을 사출하는 것을 나타낸다. 도 7 내지 도 9의 배열에 도시된 바와 같이, 사출 위치(139 내지 141)는 미세분이 최종 웹의 상부면과 하부면에 인접하게 사출되도록 적층된 튜브(125 내지 127)에 대하여 배열되어 있다.

본 발명은 이 명세서에서 도시되고 설명된 부품의 특정 구조 및 장치에 한정되지 않고 이하의 청구 범위의 영역 내에서 있을 수 있는 변형예를 수용한다는 것을 이해할 수 있다.

본 발명의 헤드박스에 의하여, 미세분 또는 섬유 결합 첨가물로 웹의 두께 전체에 걸쳐서 또는 그 두께를 따라 균일하게 종이 웹을 용이하게 형성할 수 있으며, 지료를 제어하여 z 방향의 성분을 변화시킬수 있으며, 지료가 종이 웹으로 형성되기 전에 미세분 또는 첨가물이 과도한 유체 동역학적 전단력을 받지 않도록 종이 지료에 미세분 및 첨가물을 사출할 수 있다.

Claims (8)

1. 주어진 폭 및 두께를 가지는 종이 웹을 형성하기 위하여 성형 와이어 상에 지료를 사출하는 헤드박스 장치로서, 가압된 지료 공급원에 연결되고 지료가 흘러가는 통로인 테이퍼진 입구를 형성하는 하우징과, 상류 단부와 하류 단부를 구비하는 튜브 뱅크를 포함하며, 상기 튜브 뱅크의 상류 단부는 지료가 입구와 튜브 뱅크의 상류 단부를 통하여 튜브 뱅크의 하류 단부로 거의 일정한 유량으로 흐르도록 테이퍼진 입구에 결합되며,

   상기 튜브 뱅크는,

   지료가 흐르는 통로인 복수 개의 튜브와,

   상류 단부와 하류 단부를 구비하는 슬라이스 챔버를 형성하는 부재와,

   상기 튜브 뱅크의 상류 단부에 연결되고 상기 배열을 따라 일정 거리 떨어진 복수 개의 공급 도관을 포함하며,

   상기 복수 개의 튜브는 튜브 배열을 이루고, 종이의 폭을 거의 가로질러 연장하며, 배열의 폭을 정하며, 상기 튜브의 배열은 종이 웹의 두께와 상관하여 둘 이상의 튜브 열을 구비하고, 배열의 두께를 정하며,

   상기 슬라이스 챔버의 상류 단부는 상기 튜브 뱅크의 하류 단부에 연결되고, 상기 슬라이스 챔버의 하류 단부는 지료가 상기 튜브 뱅크의 하류 단부와 상기 슬라이스 챔버의 상류 단부를 통과하여 흐르도록 성형 와이어에 인접하게 배치되어 지료는 상기 슬라이스 챔버의 하류 단부로부터 성형 와이어 상에 사출되며,

   상기 복수의 공급 도관의 각 공급 도관은 미세분 공급원에 연결되어 상기 튜브 뱅크에 의하여 형성될 종이 웹으로 연화제를 사출하며, 각 공급 도관은 인접한 튜브 사이에서 상기 튜브 뱅크를 통하여 연장하며, 각 도관은 상기 복수의 튜브중 하나의 튜브의 상류 및 그 튜브에 매우 인접한 위치에서 상기 지료 입구 내에 미세분을 방출하는 것을 특징으로 하는 헤드박스 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 공급 도관 모두는 종이 웹의 두께에 관련하여 어떤 선택된 위치에 대응하는 라인을 따라 연장이 끝나는 것을 특징으로 하는 헤드박스 장치.
3. 미세분을 제지용 지료에 첨가하는 방법으로서,

   가압된 지료를 헤드박스의 매니폴드에 사출하는 단계와,

   매니폴드로부터 동시에 두개 이상의 겹층된 튜브열로 구성된 튜브 뱅크를 통하여 지료를 흐르게 하는 단계와,

   지료를 두개 이상이 겹층된 튜브 열로 사출하는 단계와 동시에, 헤드박스의 폭을 따라 미세분을 사출하는 단계를 포함하며,

   상기 매니폴드는 튜브 뱅크에 대해 상류에 배치되고 기계의 횡방향으로 테이퍼져 있으며,

   겹층된 튜브 열은 기계의 횡방향으로 연장하며, 형성될 웹의 폭에 일치하며, 개개의 겹층된 열은 z 방향으로 형성될 웹의 부분에 일치하며,

   상기 미세분은 튜브 뱅크의 튜브의 상류 단부에서 일정 간격을 둔 사출 위치로부터 사출되며, 상기 사출 위치는 형성될 종이 웹의 전체 두께의 선택된 영역에 미세분을 공급하도록 배치되어 미세분은 종이 웹의 z 방향으로 균일하게 분배되는 것을 특징으로 하는 미세분 첨가 방법.
4. 제3항에 있어서, 미세분은 형성될 종이 웹의 중앙 근처에 응집되도록 중앙 열의 튜브로부터 일정 간격 떨어진 위치에서 사출되는 것을 특징으로 하는 미세분 첨가 방법.
5. 제3항에 있어서, 튜브 뱅크는 지료가 동시에 통과하는 통로인 3열 이상의 튜브를 구비하며, 미세분은 형성될 종이 웹의 표면 품질에 영향을 끼치도록 헤드박스에 도입되며, 종이의 표면 근처에서 응집되도록 사출되는 것을 특징으로 하는 미세분 첨가 방법.
6. 제3항에 있어서, 튜브 뱅크는 지료가 동시에 통과하는 통로인 3열 이상의 튜브를 구비하며, 미세분은 섬유를 성형 와이어상에 보류하는 것을 용이하게 하도록 구성되며, 미세분은 성형 와이어에 인접한 종이 웹의 부분에 응집되도록 헤드박스에 사출되는 것을 특징으로 하는 미세분 첨가 방법.
7. 제3항에 있어서, 상기 매니폴드는 튜브 뱅크의 상류 측을 형성하는 지료 공급 벽을 구비하며, 미세분은 상기 지료 공급벽을 통하여 매니폴드로 사출되며, 형성될 종이 웹의 z 방향의 선택 영역에 대응하는 선택된 튜브 구멍에 인접하는 것을 특징으로 하는 미세분 첨가 방법.
8. 주어진 폭 및 두께를 가지는 종이 웹을 형성하기 위하여 성형 와이어 상에 지료를 사출하는 헤드박스 장치로서,

   가압된 제지용 지료 공급원과,

   상기 가압된 지료 공급원에 연결되고, 지료가 흐르는 통로인 테이퍼진 입구를 형성하는 하우징과,

   복수 개의 튜브 열을 구비하는 튜브 뱅크와,

   상기 튜브 뱅크와 성형 와이어 사이에서 연장하는 슬라이스 챔버와,

   미세분 공급원과,

   형성될 종이 웹 내에서 z방향으로 선택된 레벨에서 미세분을 도입하는 도입 수단을 포함하며,

   상기 복수 개의 튜브 열의 각 열은 정렬된 복수 개의 튜브를 구비하며, 상기 튜브는 입구 매니폴드로부터의 지료를 수용하여, 지료는 상기 매니폴드를 통하여 거의 일정한 유량으로 흐르며,

   튜브로부터 방출된 유체는 종이 웹을 형성하도록 슬라이스 챔버를 통하여 흘러 성형 와이어 상에 방출되며,

   상기 도입 수단은 미세분 공급원에 연결되며, 복수 개의 출구를 통하여 입구 매니폴드로 방출되는 것을 특징으로 하는 헤드박스 장치.