JPS6146597B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は製紙機械ヘツドボツクスの改良、及び
特にヘツドボツクスのスライス室内のトレイリン
グ部片がスライス開口部における原料に微小な乱
流を保持するためスライス開口部へ自由に広がる
ヘツドボツクススライス室の改良に関連する。

ヘツドボツクススライス室内の自由に動くこと
ができる自由位置ぎめ型トレイリング部片は米国
特許第3939037号明細書に初めて公開された。米
国再発行特許第28269号明細書及びその他に、室
側面から室側面へ広がるトレイリング部片が公開
されている。これらトレイリング部片はスライス
開口部の方へ流れて通過する紙料内の微小乱流を
発生し、保持させることができる。また前述の特
許概念は多層紙を作る機械で利点を役立たせ、作
動させるのに用いられ、異なる特性の原料が室側
面まで広がるトレイリング部片の対立側の室へ送
られる。

ヘツドボツクス設計の基本的制限は繊維を分散
するため繊維懸濁液に乱流を発生させる手段が比
較的に大きい規模の装置に限られていたことであ
る。このような装置で、発生する乱流の強さを増
すことにより微小乱流を作り出すことができる。
従つて、乱流エネルギーは自然に大きい寸法から
小さい寸法へ移動し、また強さが大きく、エネル
ギー移動率が大きい程、乱流寸法は小さく保たれ
る。然し、また有害な影響がこの高強度の大きい
寸法の乱流、すなわち、長網式テーブル部で発生
した大きい波動と自由表面の障害とから起こつ
た。従つて、ヘツドボツクス性能の一般原則はヘ
ツドボツクス流出における分散過程と乱流レベル
とは密接に相互関係があり、乱流が大きい程、分
散がよいということである。

次ぎにこの制限条件下でヘツドボツクス設計を
選ぶに当り、高い乱流の、よく分散した流出を起
こす設計か、又は低い乱流の、貧弱な分散流出を
起こす設計かの極端を選ぶことができた。乱流の
非常に高いレベルは又は非常に低いレベル（結果
とし貧弱な分散）の何れもが長網抄紙機でのシー
ト地合いに欠陥を生じるので、ヘツドボツクス設
計技術はこれらの両極端間の適当な折衷案を作る
ことにある。すなわち、今までのところヘツドボ
ツクス設計の主目的は分散のため十分高いが、地
合形成期間に自由表面の欠陥を避けるため十分低
い乱流レベルを発生させることである。最良の折
衷案は製紙機械調合紙料、濃度、長網のテーブル
部設計、機械設計、機械速度等の違つた形式に対
し異なるであろう。さらに、これらの折衷案は常
に長網式ワイヤ上での最良に可能な分散および、
又は最良可能な流れ模様を常に犠牲にしているた
め、現在のヘツドボツクス設計の改良に大きい可
能性があるように思われる。

前述の特許要素の独特で新規な組み合せが、吐
き出し噴流で低レベルの乱流がある高度の繊維分
散を有する原料スラリーを製紙機械地合形成面へ
吐き出させる。これらの条件下で、普通のヘツド
ボツクス設計で生じる乱流分散を起こす程度まで
悪化させない繊維の微小分散が生じる。凝結は圧
倒的に微小乱流の衰えと大きい乱流の持続の結果
であるため、繊維全体の再凝結を妨げるのは大き
い値の乱流がないことであることが分つた。従つ
て長網式のワイヤ上の流れで分散を持続すること
は、直接地合改良へ導く。

上述のことが達成される方法、すなわち、大き
い寸法の渦のない微小乱流を発生するためには、
繊維懸濁液を均一な小さい寸法ではあるが、開口
面積百分率が大きい平行した横方向水路系統を通
過させることである。均一で小さい水路寸法と大
きい出口率を持つた開口面積との両方の条件が必
要である。従つて、流路の流れで発生する乱流の
最大寸法は個々の水路深さを小さく保つことで、
個々の水路深さと同じ大いさを持つており、その
結果乱流寸法も小さくなる。吐出しゾーンで大き
い乱流の発達を防ぐために大きい出口率の開口面
積を有することが必要である。すなわち、水路出
口間の大きい非開口面積が、これらの面積になら
つて大きい乱流を起こさせる。

従つて概念とし、流れの水路は大きい入口から
小さい出口寸法まで変化させねばならない。この
変化は入口構造にならつて発生した大きい寸法の
粗雑な流れ障害を望ましい微小乱流まで下げる時
間を与えるため十分な距離で起こるべきである。
水路間面積は出口端部で持つ必要がある小さい寸
法へ近付く、同時に起こる収れんの概念はこの発
明の重要な設計概念である。

ある運転状態では、微小乱流を得るため用いる
トレイリング部片は必ずしも安定していない。横
方向の瞬間的圧力がトレイリング部片を横方向に
曲げがちで、紙の横方向均一性に変化を引き起こ
す。トレイリング部片の縦方向長さに沿つた変形
に対する抵抗はトレイリング部片のトレイリング
端部面を流れ出る原料の均一な速度に僅かな脱線
を起こさせる。静止及び動的不安定がある運転状
態で生じ、共鳴振動が動液圧の力により広がるこ
とができる。慣性と動液圧との結合がトレイリン
グ構造の質量と弾性の適当な分布により破られ、
また適当な質量の分布と剛性分布が重要であるこ
とが発見された。

従つて本発明の目的は今まで利用できた構造
で、ある運転条件で起こる不利益を避ける改良型
トレイリング部片の設計、及び特に横方向のたわ
みに抵抗を与え、またトレイリング部片のトレイ
リング端部対立側の圧力が釣り合うように流体の
流れ方向でのたわみに最小の抵抗を与えるトレイ
リング部片を提供することである。

用語の定義 縦 方 向：流れ方向 等方性の ：全方向に同じ特性を有する。

非等方性の：等方性でない、すなわち異なる方
向の軸に沿い異なる特性を示す 本発明の原理に従い、本目的は縦方向よりも横
方向に大きい構造上の剛性（なるべくなら川下先
端部で）と、非等方性材料で作られた好適な形状
とを有するトレイリング部片で、できれば材料特
性、方向、寸法又は数の何れかにより横方向剛性
と縦方向の強度及び柔軟性を備えた薄板状の別々
の層の積層板から作られたトレイリング部片を提
供することで達成される。織物又は針で縫つた材
料からの代替品でも達成され、また単繊維の織り
方向、材料、寸法又は数量が剛性方向を調節す
る。

強度、剛性、腐食抵抗、重量、疲労寿命、熱膨
脹又は収縮、熱絶縁、熱伝導度、音響絶縁、振動
減衰、座屈、低摩擦及び製造面での最適設計のよ
うな別の方法では必ずしも利用できない設計要素
が非等方性材料を利用することで含めることがで
きる。

その他の目的、利点及び特徴は明細書、特許請
求の範囲及び図面における好適な実施例の記載に
関連して示す本発明の原理から明白になるであろ
う。

実施例 第１図に示すように、ヘツドボツクス１０はス
ライス室へ流れるため送り出された製紙原料１１
が入つている。ヘツドボツクス内には、原料の流
れと乱流を調節するため種々の装置がスライス室
の川上に配置されている。原料はスライス室の入
口にある壁１４の開口部を通り前方へ流れる。第
１Ａ図のトレイリング部片１８及び１９は、その
上端部でピボツトになつており、また長さに沿つ
て自由であり、その下端部ではスライス開口部１
６へ流れる原料圧力により単独で位置ぎめできる
ようスライス室下端部へ広がつている。原料がス
ライス開口部１６から吐き出されると、走行する
地合形成面上へ送り出される。トレイリング部片
は川上端部へピボツト式に取り付けられ、このピ
ボツト装着は直後に曲がつたすなわち角度がある
部分が続き、これがトレイリング部片の短い部分
を壁１４に対し好ましい角度で広がらせ、またこ
の曲がりのために、トレイリング部片は直ちに曲
がりまたスライス室方向へ広がる。

第１Ｂ図では、２枚の外側トレイリング部片１
８′がスライス室の長さ方向に実質上広がつてお
り、中間のトレイリング部片１９′はスライス開
口部を通り、少し前方まで広がるように大きい長
さに作られている。

第１Ｃ図の配置では、トレイリング部片１８″
と１９″の川下端部は第１Ｃ図に示すスライス室
曲率に実質上従うように曲がつている。上部トレ
イリング部片１８″はスライス開口部１６より短
くなつているが、これに反し上部トレイリング部
片１９″はスライス開口部の前方まで少し伸びて
いる。

第２図に、トレイリング部片１８の形状が詳
細に示されている。トレイリング部片１８は外
層１８ａ及び１８ｂとその間に中央の完全にはさ
まれた中間層１８ｃとを有する。トレイリング部
片の上端部は壁１４′の溝２５内に旋回できるよ
うに取り付けられている上端部に拡大されたすな
わち球状のうね２４で壁１４′内で旋回できるよ
う支持されている。縦方向線は90゜軸で、横方向
線は０゜軸で、中間方向は二重矢印線で、各方向
線が示されており、また二重矢印線と縦方向線間
の角度はαで示されている。

前述の特許アールイー第28269号及び第3939037
号に概略的に示したものを含めたヘツドボツクス
の種々の形成が当業者により理解されるように使
用できる。

従来利用できる構造のトレイリング部片は金属
又は合成樹脂又は織物で作られ、ある程度までト
レイリング部片剛性（ヤング率）が流れ方向と横
方向が同じ性質の等方性であつた。本発明に従
い、室側面から室側面まで別々の帯状片か又は連
続か何れかの横方向に平らに広がるトレイリング
部片は、単層か多層で、平面か曲面（流れ方向）
の均一厚さか又は厚薄のある勾配がついてもよ
い。本材料は異つた方向で違つた強度及び／又は
剛性特性を持つように非等方性である。壁ましい
形式とし、非等方性のトレイリング部片は縦方向
より横方向の剛性が大きい。これはトレイリング
部片の川下端部でより重要である。

横方向の剛性を増すことで、圧力変化による変
形は少なくなるか又はなくなる。縦方向に可撓な
トレイリング部片を有することで、トレイリング
部片の川上での影響すなわち圧力差はトレイリン
グ部片の川下端の位置に最小の影響しか与えない
ので、端部から出てくる各層の速度を同じに保つ
ように作用し、各層間の剪断を最小にさせる。

好適な装置では、横方向と縦方向の剛性差は最
小５％であり、500％又はそれ以上が望ましい。
現在、横方向のヤング率で示された剛性限度は最
大7030000Kg／cm²（100000000psi）であり、縦方
向の最小剛性は既存材料特性のため3515Kg／cm²
（50000psi）である。

非等方整トレイリング部片は合成材料、すなわ
ち、積層板に作られ、異なる層の違つた物理的特
性が利用できる。例えば、３層のトレイリング部
片が準備される場合、外層はグラフアイトのよう
な材料で横に向いた繊維で作られ、また縦方向に
向いた剛性の弱い材料、例えばガラス繊維を含む
内層とで作られる。これが組織形成部内の材料剛
性と材料配列により横方向に大きい剛性を、縦方
向に少ない剛性を与える。非等方性トレイリング
部片は基質がグラフアイト、ケブラー、硼素、ガ
ラス、炭素、鋼、チタニウム、又はアルミ繊維か
らできており、またエポキシ、ポリアミド、炭
素、ポリエステル、石炭酸、珪素、アルキド樹
脂、メラミン樹脂、フツ化炭素、ポリ炭酸エステ
ル、アクリル酸、アセタール、ポリプロピーレ
ン、エービーエス共重合体、ポリスルフオン、ポ
リエチレン、ピーイーイーケイポリスチレン、ピ
ーピーエス、ナイロン、熱硬化性物質、プラスチ
ツク、熱可塑性物質、ガラス、金属又は他の基質
のようなものから作られる。異なつた材料が組み
合わされるが、均質で等方性となる合金のような
ものではない。組み合わせ積層板の利点は構成要
素の最良特性を達成でき、また単独では持てない
特性を達成できることである。非等方性材料を仕
立てることは規定方向に必要な剛性、強度、熱膨
脹、熱伝導性、音響絶縁、疲労及び寿命をもたら
すだけでなく、ヘツドボツクス運転中に作用す
る。その後調査した関連要因は強度、剛性、熱膨
脹、熱伝導性等である。若し等方性材料を使う場
合、選ぶ材料に関して折衷案が得られねばならな
い。この折衷案は非等方性組織では必ずしも必要
でなく、異なつた方向の好ましい特性が活用でき
る。顕著な機械的性質は独特な融通性で組み合わ
すことができる。

非等方性設計を用い改良できる特性は、強度、
剛性、腐蝕抵抗、摩耗抵抗重量、疲労、寿命、熱
膨脹又は収縮、熱絶縁、音響絶縁、振動減衰、坐
屈、低摩擦及び最適設計と製造法である。

設計により、慣性と流体力学的結合は構造物の
質量と剛性との適当分布により破ることができる
ので、適正質量と剛性分布は非常に重要である。
非等方性設計はトレイリング部片の改良された作
用により安定性を得ることができる。

本構造物は川上端部に旋回できるよう取り付け
られたトレイリング部片を示しており、これは好
ましい装置であるが、旋回を必要としない他形式
の取り付け法を用いることができる。然しトレイ
リング部片はその対立側を流れる原料の圧力でそ
の位置が調節されるよう自分で位置ぎめできるこ
とが大切である。本部片は側面壁に取り付けられ
ていないのが望ましいが、水圧による動きが小さ
い場合ある構造物で側面壁に取り付けることもで
きる。単一材料で作られたトレイリング部片も使
われるが、異なる層の異なる物理的性質を利用で
きる第２図に例示したような積層板も用いること
ができる。本部片のトレイリング端部は種々な厚
さが用いられるが、0.254〜3.048mm（0.010〜
0.120インチ）が十分満足を与えると分かつた厚
さである。

従つて、上述の目的と利点に合致し、また従来
技術のある運転状態で存在する問題を避けた改良
型ヘツドボツクス設計を提供したことが分かるで
あろう。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ，１Ｂ及び１Ｃ図は本発明の原理を具体
化した製紙機械ヘツドボツクスを幾分概略的に示
した断面側面正面図、第２図はヘツドボツクスト
レイリング部片の一部断面の斜視図である。 １０……ヘツドボツクス、１１……製紙原料、
１４，１４′……壁、１６……スライス開口部、
１８，１８′，１８″，１８，１９，１９′，１
９″……トレイリング部片、１８ａ，１８ｂ……
外層、１８ｃ……中間層、２４……球状うね、２
５……溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ スライス室とスライス開口部とを有し地合形
   成面へ原料を送出するヘツドボツクスにおいて、
   前記スライス室内に配設され原料流れの運動を誘
   発するトレイリング部片を包含し、この部片がヘ
   ツドボツクス横方向に広がり、縦方向よりも横方
   向に大きい構造上の剛性を有し過渡的な圧力変化
   による横方向のたわみに抵抗し対向する側部にお
   いて加圧力を釣り合わすために流体の流れ方向の
   変形に弱い抵抗を与えること、およびスライス室
   内の前記部片を川上部分でしつかりと固定し、川
   下部分はこの部片の表面を流れる原料により発生
   した力に反応するようくつつかず、また自分で位
   置ぎめできるようにした手段を包含することを特
   徴とするコンバーフロートレイリング部片。