JPH062998B2 - 繊維ウェブを形成する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はパルプ懸濁液から繊維ウェブを形成する装置に
関する。特に本発明は、水中に懸濁された繊維状粒子か
らウェブを形成する際の脱水装置に関し、製紙装置のウ
ェットエンドに使用しうる装置に関するものである。

スエデーン特許第7904555-5号明細書には紙形成方法が
記載されており、この場合厳密な意味での形成工程は、
可撓性の上部リップと開放サクションボックスの上方に
おけるワイヤの未支持部分との間で行なわれる。可撓性
の上部リップはヘッドボックスの固定上部リップの延長
部である。このことは、ヘッドボックスからの紙料ジェ
ットが可撓性リップによりシート形成帯域の方向へ下方
に向い、かつ全シート形成工程に際し紙料層が明確にそ
の形状を規定されることを意味する。紙料ジェットの表
面層に障害のないことが、製造される紙の重量変動を低
レベルに維持するための前提となる。紙の均一性に関す
る改良は、更に固定上部リップと可動ワイヤとの間の粘
性剪断力の作用によって形成される際に得られる。サク
ションボックスにおける低圧と大気圧との間の圧力差の
作用により、ワイヤは曲線通路にしたがって移動する。
可撓性の上部リップも、このワイヤの形状に適合して曲
線形状をとる。サクションボックス内に減圧を発生させ
るため、このボックスの両側を密封せねばならない。こ
の密封は、調節自在な密封用ストリップによって行なわ
れる。このことは、これらストリップの形状とは無関係
に、ワイヤがサクションボックス上をその側部に沿って
三次元的に湾曲することを意味する。ある程度の曲げ耐
性を持たねばならない可撓性の上部リップは、ワイヤの
三次元的形状に充分適合することができない。したがっ
て、ある程度の縁部障害が、形成された紙シートに生じ
て、製紙装置の操作性に問題を引き起こす。これらの問
題は、軽量の紙および脱水容易な紙料については無視す
ることができる。何故なら、ワイヤに対し極く僅かの圧
力差しか必要とされずに、ワイヤは下方向に僅かしか変
化しないからである。しかしながら、重質の紙および脱
水困難な紙料については、より大きい圧力差並びにより
長い脱水距離が必要とされ、これはワイヤに相当な下方
向変位をもたらす結果、形成されるシートの縁部障害を
増大させる。

この方法の他の欠点は、サクションボックス内に減圧を
発生させるには多量のエネルギが必要とされることであ
る。

上記欠点を解消し、しかもその利点をそのまま利用し得
る一つの方法は、ワイヤの未支持部分の上方における可
撓性リップに対する過剰圧力によって必要な脱水圧力を
発生させることである。この場合、該上部リップとワイ
ヤとは製紙装置を横断するそれらの全長にわたって荷重
がかけられ、したがって二次元的変位しか生じない。こ
の過剰圧力は、紙料と凸状表面と対面させるように設計
した剛性加圧プレート又はエアクッションにより発生さ
せることができる。凸状加圧プレートの場合、このプレ
ートは可撓性の上部リップと共に使用することができ、
あるいはこれと完全に置換することもできる。この種の
装置は米国特許第4416730号明細書で提案されている。

この米国特許には、一般に紙料の方向へ湾曲した凸状表
面を有する加圧プレート（この米国特許ではスライドシ
ューと呼ばれている）が記載されている。更に、加圧プ
レートはヘッドボックスに堅固に接続され、ヘッドボッ
クスの上部（または下部リップ）の延長部を見なすこと
ができる。この米国特許の実施例において、紙料ジェッ
トは出口開口部の後に凸状表面に沿って輸送され、ここ
で対向表面は少なくともある距離にわたり自由液体表面
となる。

本発明の目的は、表面に障害のない品質の均一なウェブ
を形成し得る装置を提供することである。

本発明によれば、前述の目的は、ノズル越しに移動自在
なワイヤに繊維パルプ懸濁液を付加するノズル付ヘッド
ボックスを含む、パルプ懸濁液から繊維ウェブを形成す
る装置であって、パルプ懸濁液の上方においてノズルの
後方に位置しており、ノズルに隣接すると共にパルプ懸
濁液に向かって凹状の剛性部分とパルプ懸濁液に向かっ
て凸状の剛性部分とを有する加圧プレートを備えてお
り、ワイヤは支持されていない部分を有しており、加圧
プレートは、パルプ懸濁液が遠心力の影響下でワイヤに
接触することなく凹状剛性部分に追従し、懸濁液の脱水
が凹状剛性部分に沿ってほとんど生じないように配置さ
れており、凸状剛性部分とワイヤの未支持部分とは加圧
プレート及びワイヤがパルプ懸濁液の脱水部分を生じさ
せるように互いに押し付けられる形成領域を画定してい
る、繊維ウェブを形成する装置によって達成される。

本発明の繊維ウェブを形成する装置によれば、加圧プレ
ートの凹状剛性部分はノズルからのパルプ懸濁液を遠心
力の影響下でワイヤに接触させることなく追従させ、脱
水をほとんど生じさせず、凸状剛性部分はワイヤの未支
持部分と協働して懸濁液に脱水を生じさせる。従って、
本発明の装置によれば、加圧プレートをノズルから離間
させることを可能にして構造を単純にし得、凹状剛性部
分における遠心力の作用によってパルプ懸濁液の空気の
吸引を防止すると共に既に侵入している空気の外部への
排出を促し、しかも懸濁液の自由表面の乱れが整う時間
を与え得、凸状剛性部分において確実に脱水し得る。そ
の結果、表面に障害のない品質の均一なウェブを形成し
得る。

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図には加圧プレート１を示し、このプレートは実質
的に二つの部分、すなわち紙料の方向へ曲率半径Ｒ_１か
つ長さＬ_１の凹状表面を有する凹状剛性部分としての第
１部分1aと、紙料に対して曲率半径Ｒ_２かつ長さＬ_２の
凸状表面を対面させる凸状剛性部分としての第２部分1b
とよりなっている。加圧プレート１はロール２に対し、
加圧プレート１とロール２との間の最短距離が加圧プレ
ート１の変曲点、すなわち加圧プレート１と曲率が凹状
から凸状に変化する点に位置するように連結する。ロー
ル２はワイヤ３を支持する。ヘッドボックスにおけるノ
ズルとしての出口開口部４から、紙料ジェット５を加圧
プレート１の凹状表面1aに対してほぼ接線方向で内方に
噴霧する。この紙料ジェット５は加圧プレート１におけ
る凹状表面にしたがって変曲点まで下方向に移動し、こ
こで加圧プレート１とワイヤ３との間に包封される。加
圧プレート１の凸状表面に沿って厳密な意味でのシート
形成帯域が存在し、ここで脱水が起こる。

シート形成条件を更に説明するため、第２図に試験操作
の際に実験用製紙装置における加圧プレート１の下で測
定された静水圧を示す。加圧プレート１の重要な測定値
を第２図においてmmを示す。この試験において、製紙装
置は400ｍ／分の速度で運転した。ヘッドボックスから
のジェット速度Ｖは480ｍ／分とし、ヘッドボックスに
おける出力開口部は10mmとし、ジェットの厚さＨはした
がって10mmであった。加圧プレートの凹状表面に沿って
移動する際、ジェット５は遠心力の作用を受ける。この
遠心力により加圧プレート１の表面に発生する静圧は、
次式にしたがって計算することができる： 式中、Ｐ＝静圧（Ｐａ） ρ＝水の密度（kg／m₃） Ｖ_Ｊ＝ジェット速度（ｍ／ｓ） Ｈ＝ジェット厚さ（ｍ） Ｒ_１＝凹状表面の曲率半径（ｍ） ヘッドボックスからのジェット５をシート形成帯域まで
凹状表面を沿って移動させることの利点は明らかであ
る。加圧プレート１に沿った圧力蓄積により、空気がプ
レート１とジェット５との間に吸引されないように防止
される。これにより、加圧プレート１をヘッドボックス
から分離させることができ、設計上の観点から有利とな
る。

更に、静圧は加圧プレート１方向へ内方に増加するの
で、紙料中に含まれている可能性のある空気はジェット
自由表面の方向へ外方に移動する。第３の利点は、遠心
力がジェットの自由表面における障害（乱れ）に対し緩
衝佐用を示し、その結果均一な厚さのジェット５がシー
ト形成帯域に供給されることである。

上記したように湾曲凹状表面に沿った紙料ジェツト５の
移動が凸状表面に沿っても対応して生ずると考えられる
場合は、この明らかな利点を明白な欠点に変ずることが
容易に理解される。

上記と同様に、凸状表面に沿った紙料ジェットの移動に
際し、加圧プレート１の表面に沿って圧力が生ずるが、
この圧力は逆の徴候を示し、すなわち過剰圧でなく減圧
となる。加圧プレート１の表面に沿って減圧が生ずる
と、プレートとジェットとの間に空気が吸引されるとい
う危険が生ずる。これが生ずるのを防止する一つの前提
は、加圧プレートをヘッドボックスに気密接続すること
である。

実用上普及している条件下では、紙料に対する空気混入
を回避するのはほとんど不可能である。凸状表面、すな
わち紙料層における圧力が加圧プレート１方向へ内方に
低下する場合、空気は加圧プレート１の方向へ移動し、
ここで空気層が急速に蓄積される結果、ジェットが加圧
プレート１から分離される。

上記の凹状表面に対する場合とは反対に、遠心力は、凸
状表面に沿って移動する紙料ジェット５に対し、自由体
を表面に存在する障害（乱れ）が増大するように作用す
る。

結論として、上記に引用した米国特許による加圧プレー
ト１の形状は、シート形成領域に達した際に紙料ジェッ
トが極めて破壊され易いことを意味する。この結果、紙
料ジェットの品質を反映した紙が生ずる。

変曲点の近傍において、第２図にしたがい、紙料ジェッ
ト５は加圧プレート１のワイヤ３との間に包封される。
加圧プレート１の凸状表面に沿って、ワイヤ３は加圧プ
レート１及び、それらの間に存在する紙料ジェット５を
押圧する。この圧力の大きさは、ワイヤ３における引張
応力Ｔとワイヤ３の曲率半径とに依存し、この半径は実
質的に加圧プレート１の曲率半径Ｒ_２と一致する。

この関係は次式により示される： 式中、Ｐ＝静圧（Ｐａ） Ｔ＝ワイヤ引張応力（Ｎ／ｍ） Ｒ_２＝凸状表面の曲率半径（ｍ） 第２図から分かるように、加圧プレート１の全長に沿っ
て測定した理論値とかなりよく一致する。

加圧プレート１の凸状部分の下で測定した圧力は、実質
的に脱水圧力に相当する。第１近似におけ加圧プレート
１の脱水能力は、次式にしたがう脱水インパルスＩに比
例して設定することができる： Ｉ＝▲∫^τ _Ｏ▼Ｐ_ｔ・ｄｔ (3) 式中、Ｉ＝脱水インパルス（Ｐａ・ｓ） Ｐ_ｔ＝時点ｔにおける圧力パルスの大きさ（Ｐａ） τ＝圧力パルスの接続時間（ｓ） 式(3)は次式のように展開することができる： 式中、Ｕ_ｗ＝ワイヤ速度（ｍ／ｓ） したがって、脱水能力は第２図にしたがう圧力曲線の下
の面積に比例する。

特に二重ワイヤ装置を用いた製紙の実験その他が示すと
ころでは、紙の均一性は圧力パルスの発生に依存する。
このパルスは、上記から分るように、加圧プレート１の
凸状部分の曲率半径によって影響を受ける。上記の例に
おいて、加圧プレート１の凸状部分は均一な曲率半径を
有していた。本発明の範囲内において、脱水距離に沿っ
て変化する凹状部分の曲率半径については問題がない。
その二つの具体例を下記に示す。

第３図は第１図にしたがう加圧プレート１を示している
が、この場合、凹状部分と凸状部分との間に長さＬ_３の
直線部分1cを設ける。この加圧プレート１は、圧力が に一致するレベルまで徐々に増大する圧力パルスを発生
する。

第４図も第１図にしたがう加圧プレート１を示している
が、この場合、前記第１部分_1aと第２部分1bとの間に第
３凸状部分が1dを設ける。この凸状部分1dの曲率半径Ｒ
_３はそれに続く凸状部分1bの曲率半径Ｒ２よりも小さ
い。この設計により、式 に一致するレベルまで急上昇する圧力パルスが発生し、
その後圧力は に一致するレベルまで低下する。

第５図は、同様に本発明の範囲内にある実施例を示して
いる。ここに見られる形状は第４図におけるものと同様
であるが、加圧プレート１の第１部分1aが加圧プレート
１の凸状部分から物理的に分離されている。紙料ジェッ
ト５に対する作用の点では顕著な差がない。何故なら、
可撓性プレート６は第１部分1aに堅固に接続されかつ凹
状表面に沿って延在し、この凹状部分の流れを凸状部分
の流れと接続させるからである。可撓性プレート６は凸
状部分の長さに対応する全長を有し、したがって凹状部
分の上に装着され、凸状部分は、凹状部分と可撓性プレ
ート６との間に紙料ジェット５の移行が緩和になるよう
に幾何学的に配置され、それによって次の凸状部分の凸
形状が想定される。この図面にしたがう配置は、脱水帯
域の長さをたとえば加圧プレート１の後のワイヤ３の方
向に影響を与えるガイドロール７の位置により変化させ
うるという利点を有する。ワイヤ３の方向を変化させる
ことにより、加圧プレート１の凸状表面のワイヤ３によ
る包封およびそれによる脱水能力を変化させることがで
きる。可撓性プレート６と加圧プレート１の凸状部分と
の組み合せにより、プレート１とワイヤ３との間の分岐
した空隙部で形成されるシートを破壊するという危険な
しに、加圧プレートの凸状表面の限られた部分を利用す
ることができる。

本発明による上記装置は、好ましくは別のヘッドボック
スと共に直列にワイヤの過程に装着して、多層紙を形成
することができる。

第６図はこの種の配置の例を示している。

第２工程において追加繊維層を形成する代りに、この配
置は予め形成された層の上に、例えば充填剤（粘度等）
を施すために使用することができ、あるいは第２工程は
薬品溶液を施こしかつ、例えば洗浄液をワイヤ洗浄室に
おいて脱水することを意味し得る。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の実施例による装置の概略図、第２図は
加圧プレートにより生ずる静水圧を示す説明図、第３図
及び第４図は他の実施例の概略図、第５図は変形例の概
略図、第６図は多層紙を形成するための配置を示す説明
図である。

１……加圧プレート、 1a……第１部分、 1b……第２
部分、 1c……直線部分、 1d……第３部分、 ２……
ロール、 ３……ワイヤ、４……出口開口部、 ５……
紙料ジェット、 ６……可撓性ロール、 ７……ガイド
ロール。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ノズル越しに移動自在なワイヤに繊維パル
   プ懸濁液を付加するノズル付ヘッドボックスを含む、パ
   ルプ懸濁液から繊維ウェブを形成する装置であって、 前記パルプ懸濁液の上方において前記ノズルの後方に位
   置しており、前記ノズルに隣接すると共に前記パルプ懸
   濁液に向かって凹状の剛性部分と前記パルプ懸濁液に向
   かって凸状の剛性部分とを有する加圧プレートを備えて
   おり、 前記ワイヤは支持されていない部分を有しており、 前記加圧プレートは、前記パルプ懸濁液が遠心力の影響
   下で前記ワイヤに接触することなく前記凹状剛性部分に
   追従し、前記懸濁液の脱水が前記凹状剛性部分に沿って
   ほとんど生じないように配置されており、 前記凸状剛性部分と前記ワイヤの未支持部分とは前記加
   圧プレート及び前記ワイヤが前記パルプ懸濁液の脱水を
   生じさせるように互いに押し付けられる形成領域を画定
   している、繊維ウェブを形成する装置。
2. 【請求項２】前記懸濁液を前記凹状剛性部分に対して接
   線方向に噴霧するように前記ノズルが指向されている特
   許請求の範囲第１項に記載の装置。
3. 【請求項３】前記凸状剛性部分の曲率半径は前記形成領
   域に沿って変化する特許請求の範囲第１項又は第２項に
   記載の装置。
4. 【請求項４】前記加圧プレートは、前記凹状剛性部分と
   前記凸状剛性部分との間において前記ワイヤの未支持部
   分の上方に位置し、前記形成領域の一部を形成する平面
   部分を有している特許請求の範囲第１項から第３項のい
   ずれか一項に記載の装置。
5. 【請求項５】前記加圧プレートは前記懸濁液との間に配
   置された可撓性リップを有しており、該可撓性リップ
   は、少なくとも前記加圧プレートに対して弛緩している
   成形領域に沿って前記ノズルに対して遠い方の加圧プレ
   ートの端部領域までずっと伸長している特許請求の範囲
   第１項から第４項のいずれか一項に記載の装置。
6. 【請求項６】前記形成領域の長さが可変であり、前記加
   圧プレートは前記形成領域の下流側に形成された繊維ウ
   ェブに沿って伸長する可撓性リップを有する特許請求の
   範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の装置。
7. 【請求項７】前記加圧プレートは、該加圧プレートと前
   記ノズルとが互いに独立して調整できるように前記ノズ
   ルから離間して配置されている特許請求の範囲第１項か
   ら第６項のいずれか一項に記載の装置。
8. 【請求項８】前記凹状剛性部分は曲率半径が150〜600m
   m、長さが100〜500mmである特許請求の範囲第１項から
   第７項のいずれか一項に記載の装置。