(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツインファブリック製紙機械の形成部であって、それぞれが複数のロール及び支持要素によって支持される、第１のファブリック及び第２のファブリックを含む一対の形成ファブリックを受けるように構成及び配置され、該形成部は、
（ｉ）ヘッドボックススライスを有するヘッドボックスであって、動作の際、
（ａ）該ヘッドボックスは前記ヘッドボックススライスを通じて前記第１のファブリック上の衝突点に原料噴流を送出し、
（ｂ）前記第１のファブリックは前記衝突点の上流の第１の支持要素を通り越し、前記衝突点の後に前記原料を層として保持し、
（ｃ）前記第２のファブリックは第２の支持要素を通り越すと共に該第２の支持要素によってガイドされて前記衝突点に近接して前記原料層と接触し、その後、前記第１のファブリックと協働して前記原料層を挟み込む、
ヘッドボックスと、
（ｉｉ）複数の排水シューであって、少なくとも、
（ａ）前記第１のファブリック及び前記第２のファブリックのうち選択した一方を摺接支持するように配設される第１の排水シュー、及び
（ｂ）前記形成ファブリックのうち選択した一方が摺接通過する前記第１の排水シューの下流の、かつ該第１の排水シューから離間した、少なくとも第２の排水シューを含む、
複数の排水シューと、
を備え、
（１）前記排水シューはそれぞれ、前記形成ファブリックのうち各選択した一方に連続的に接触すると共に、機械方向に支持を提供するように構成及び配置され、また、
（Ａ）前縁及び後縁、
（Ｂ）前記後縁まで延在すると共に所定の機械方向形状及び機械横断方向形状を有し、また、前記排水シューの前記前縁及び前記後縁間の角変位を含む５度〜５０度から選択される巻付角度だけ、前記第１のファブリック及び前記第２のファブリックの双方と該ファブリック間の原料とを撓ませるように構成及び配置されるファブリック当接面であって、前記角変位は、前記後縁における該ファブリック当接面に対する接線に対する、前記前縁における該ファブリック当接面に対する接線の向きの変化によって測定され、全ての前記排水シューにおける前記選択される巻付角度の総計は１０〜１００度である、ファブリック当接面、
（Ｃ）機械側の面、
を有し、
（２）前記排水シューの少なくとも１つは、排水ボックスに固定され、複数の排水開口を設けられ、該排水開口は前記ファブリック当接面から前記シューの前記機械側の面を貫通して延在し、さらに、
（３）前記排水シューの少なくとも１つは、並進移動及び枢動の少なくとも一方によって確実に選択的に調整されるように構成及び配置される調整可能な排水ボックスに固定される
ことを特徴とする形成部。
【請求項２】
前記第１の排水シューは前記第１のファブリックに対して提供される、請求項１に記載の形成部。
【請求項３】
前記第１の排水シューは前記第２のファブリックに対して提供される、請求項１に記載の形成部。
【請求項４】
前記複数の排水シューのうちの少なくとも１つは、７０％未満の開口面積を有する複数の排水開口を備え
前記排水シューのうちの少なくとも１つは、０％を超える開口面積を有し、
他の前記複数の排水シューの前記ファブリック当接面はそれぞれ、０％〜７０％の開口面積を有する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の形成部。
【請求項５】
前記複数の排水シューの少なくとも１つの前記ファブリック当接面は４０％〜７０％の開口面積を有する、請求項４に記載の形成部。
【請求項６】
前記排水シューのそれぞれは排水ボックスに固定され、複数の排水開口を設けられ、該排水開口は前記ファブリック当接面から前記排水シューの前記機械側の面を貫通して延在し、前記排水シューのそれぞれについて、前記ファブリック当接面の形状、前記巻付角度、並びに前記排水開口の形状及びサイズのそれぞれは同じである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の形成部。
【請求項７】
前記排水シューの少なくとも１つについて、前記ファブリック当接面の形状、前記巻付角度、並びに前記排水開口の形状及びサイズから選択される少なくとも１つの特性は、前記排水シューの少なくとも他のもう１つの排水シューの対応する特性とは異なる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の形成部。
【請求項８】
前記第１の排水シューは衝突シューである、請求項１又は２に記載の形成部。
【請求項９】
前記第２の排水シューは前記第２のファブリックに対して提供される、請求項１又は２に記載の形成部。
【請求項１０】
前記排水シューの少なくとも２つは前記第１のファブリックに対して隣接順で提供される、請求項１に記載の形成部。
【請求項１１】
少なくとも１つの排水シューが、前記第１のファブリックに対して提供される前記少なくとも２つの排水シューの下流に第２のファブリックに対して提供される、請求項１０に記載の形成部。
【請求項１２】
前記第１のファブリックに対して提供される少なくとも一対の隣接した排水シューの各部材が、共通の排水ボックスに固定される、請求項１０又は請求項１１に記載の形成部。
【請求項１３】
同じファブリックに対して提供される各対の隣接した排水シューについて、前記対のうち前記第１の排水シューの前記後縁が前記対のうち前記第２の排水シューの前記前縁から１インチ〜１２インチ（約２．５４センチメートル〜約３０．４８センチメートル）の距離だけ離間する、請求項１に記載の形成部。
【請求項１４】
前記ファブリックの対向したそれぞれに対して提供される各対の連続した排水シューについて、前記対のうち前記第１の排水シューの前記後縁が前記対の前記第２の排水シューの前記前縁から２インチ〜１８インチ（約５．０８センチメートル〜約４５．７２センチメートル）の距離だけ離間する、請求項１に記載の形成部。
【請求項１５】
前記排水シューの少なくとも１つは調整可能な排水ボックスに固定される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の形成部。
【請求項１６】
前記排水シューはそれぞれ調整可能な排水ボックスに固定される、請求項１５に記載の形成部。
【請求項１７】
前記第１の支持要素はブレストロールを含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の形成部。
【請求項１８】
前記第１の支持要素は少なくとも１つの回転棒を含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の形成部。
【請求項１９】
前記第２の支持要素は形成ロールを含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の形成部。
【請求項２０】
前記第２の支持要素は少なくとも１つの回転棒を含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の形成部。
【請求項２１】
最後の排水シューの前記後縁の下流に、かつ該最後の排水シューの該後縁から離間した、複数の機械横断方向のファブリック支持要素を含む少なくとも１つの形成シューをさらに備える、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の形成部。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの形成シューは前記第２のファブリックに対して提供され、前記形成部は、前記少なくとも１つの形成シューの第１の形成シューと実質的に対向する、前記第１のファブリックに対して提供される少なくとも１つのカウンターブレードユニットをさらに備える、請求項２１に記載の形成部。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの形成シューの少なくとも前記第１の形成シューにおける前記複数の機械横断方向のファブリック支持要素の、隣接するファブリック支持要素どうしが、機械方向に漸減する距離だけ互いに離間する、請求項２１又は２２に記載の形成部。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの形成シューの少なくとも前記第１の形成シューにおける前記複数の機械横断方向のファブリック支持要素の、隣接したファブリック支持要素は、幅が機械方向に漸減する、請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の形成部。
【請求項２５】
前記最後の排水シューの前記後縁から下流にクーチロールをさらに備える、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の形成部。
【請求項２６】
前記最後の形成シューの前記後縁から下流にクーチロールをさらに備える、請求項２１〜２４のいずれか一項に記載の形成部。
【請求項２７】
前記クーチロールは少なくとも１つの真空ゾーンを含むサクションロールである、請求項２５又は２６に記載の形成部。
【請求項２８】
前記第１の排水シューについて前記選択される巻付角度は５度〜４５度である、請求項２７に記載の形成部。
【請求項２９】
前記第１の排水シューについて前記選択される巻付角度は１０度〜３５度である、請求項２８に記載の形成部。
【請求項３０】
前記排水シューの少なくとも１つの前記選択される巻付角度は１５度〜３５度である、請求項２７に記載の形成部。
【請求項３１】
前記排水シューの少なくとも１つの前記選択される巻付角度は１５度〜２５度である、請求項３０に記載の形成部。
【請求項３２】
全ての前記排水シューにおける前記選択される巻付角度の総計は３０度〜７０度である、請求項１に記載の形成部。
【請求項３３】
前記ヘッドボックスは二層構造ヘッドボックスを含む、請求項１〜３２のいずれか一項に記載の形成部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ツインファブリック製紙機械の形成部に関し、詳細には、形成部の始端部分における２つ以上の排水シューの配置に関し、最も詳細には、改善されたウェブ（web：紙匹）排水及びウェブ形成を提供するための複数の排水シューの配置に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、米国特許出願第６１／１０７，０５１号（その内容は参照により本明細書に援用される）の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
［発明の背景］
本発明は、紙製品の排水特性及び保持特性を最適化するためのツインファブリック製紙機械の形成部の始端部分における幾つかの排水要素及び形成要素のうち選択した幾つかの要素の配置に関する。本発明は特に、２つのファブリックの巻付角度を調整することでウェブの排水特性、保持特性及び形成特性を最適化するために、バッキングファブリック及び／又は搬送ファブリックの一方又は双方と摺接状態で連続的に配設される２つ以上の排水シューの使用に関する。排水シューは、様々な坪量のセルロース製品の製造の際にウェブ排水速度及びシート形成の改善された制御を提供するように構成及び配置され、従来技術の配置では達成することがこれまで困難であったか又は不可能であった、ファブリックの巻付角度及び排水速度を提供することができる。
【０００４】
本明細書で用いる場合、「排水シュー」という用語は具体的には、ウェブから出された流体の通過フロー排水部を有しているか又は有していない、ファブリック及びウェブの連続的な機械方向（ＭＤ）配向支持を提供するファブリック支持装置に関する。これらの排水シューは従来の「形成シュー」とは区別されるものとし、従来の「形成シュー」は、それぞれが形成部の幅を横断して（すなわち機械横断方向（ＣＤ）に）延在していると共にそれぞれが該シューにおける連続ブレードからＭＤに離間している、複数のブレードを含んでいる。本発明の形成部において用いられる排水シューは、該排水シューが接触する製紙用ファブリックに対して連続的なＭＤ支持を提供し、該排水シューには、排水を行うことができるＭＤ配向スロット、又は、複数の孔若しくは同様の開口が設けられていてもよく、それら孔、開口部の間には、ファブリックに対してＭＤ支持を提供するランド領域（land areas）がある。代替的に、本発明の排水シューは中実であってもよく、通過フロー排水部に対して閉鎖されてもよい。排水シューは、好適な形成及び排水に十分な巻付角度でファブリック及び原料を撓ませる
【０００５】
現代の製紙機械のツインファブリック形成部では、製紙原料がヘッドボックススライスリップから２つの収束形成ファブリック間のギャップへ高速かつ正確に送出される。ファブリックは通常、（ブレード形成におけるような）湾曲したブレード付き形成シュー又は（ロール形成におけるような）吸引成形ロールを第１のファブリックが摺接通過する際に該第１のファブリックに原料噴流が衝突するように配置され、第２のファブリックがシュー又はロール上で第１のファブリックとの間に原料を押さえ込む。これらのファブリックの一方は、シートを形成部の下流の押圧部に送る搬送ファブリックとして配置され、第２のファブリックは、原料を第１のファブリックとの間に挟み込んだまま保持するようにバッキングファブリックとして配設される。ロール形成プロセス及びブレード形成プロセスは双方とも様々な利点があるが、それぞれ、不都合な点もあり、それが本発明が解決しようとする課題に相当する。
【０００６】
ブレード形成構成では、２つのファブリックが原料と共に、湾曲した形成シューに正確に配設された一連の機械横断方向（ＣＤ）配向ブレードに巻き付く。ヘッドボックスからの原料噴流は第１のブレードに先駆け、第１のファブリック（搬送ファブリック又はバッキングファブリック）に衝突し、ファブリックが収束する角度は概して小さく、約３度〜４度の範囲であり、製品をブレード形成配置とすることで、噴流衝突角度、つまりはシートの欠陥に対して非常に感度の高いものにする。ブレードに対するファブリックの張力及び撓みが、初期脱水の駆動時に原料に対して脈動圧力及びせん断を与える。現在のブレードフォーマー設計によっては、排水が制限されているものもあり、これはそれらの設計では形成の早期段階で原料を十分に排水しないことを意味する。ブレード形成は通常、ＣＤ配向ブレードにより複数の連続的周期的な圧力パルス及びせん断を原料に与えるため、良好に形成された紙製品を作り出す。しかしながら、これらの連続した圧力パルスは、初期マットに既に堆積している微細材料を乱す可能性があり、この微細材料がシートから損失し、その後、排水の際に濾液と共に再循環する場合がある。したがって、ブレードフォーマーは概して、良好な形成を提供するが、第１のパス（first pass：初回の通過）の保持及び排水が不十分であるという犠牲を払う。
【０００７】
ロール形成配置では、２つのファブリックが原料と共に、回転吸引成形ロールの一部に巻き付き、ロールに対するファブリックの撓みにより、より一定の持続した初期排水を提供する。ロール形成は通常、ブレード形成配置にあるような複数の連続した圧力パルスがないことにより微細繊維のより良好に保持されるが、あまり満足のゆく形成は提供せず、通常、吸引ロールのエネルギー消費により動作コストがより高い。ロール形成は、ファブリック収束角がより大きい（概して約８度〜１０度である）ことにより、噴流衝突角度の変化に対する感度がブレード形成よりも低い。
【０００８】
形成ロールの半径は排水速度、すなわち、水が初期の紙匹から除去される速度に直接影響することがよく知られている。段ボール用中芯、段ボール原紙等のようなより重量の重い製品について十分な排水を提供するようにファブリックの巻付量が多い排水ロールが必要とされる場合が多い。吸引成形ロールは非常に高価であり、設置されると、容易に移動、交換ができず、メンテナンスコストも高い。形成ロールはまた、衝突点近くの形成部の前半部分で大きなスペースを占める。操作の際、排水された流体はロールの巻付部分を通じて外側に搾水され、ロールシェルのキャビティに入る。ファブリックが形成ロールを出る際、ロール側の排水がロールから搾水される。ロール形成プロセスにおいて製造された紙製品は、ロール巻付きの終了時にロールとファブリックとの間の末広のニップ（diverging nip）にて生じる真空パルスにより、ロールから出るとファブリックが分離する欠陥を呈する可能性がある。この真空は２つのファブリックを引き離す可能性があり、紙製品に欠陥を生じさせる。さらに、排水が大気条件でファブリックループに搾水される際、吸引ロールの真空シールは、出口ニップで消失するため、連続的に再生成されねばならないが、これには高いエネルギーが求められる。さらに、不都合な湿気による曇りがこの排水に伴って発生する可能性があり、シートの再湿又は欠陥を引き起こす。したがって、ロールフォーマーは、ブレードフォーマーと比較して改善された保持特性及び低減された初期衝突感度を提供するが、形成に高額な動作コストがかかると共に他の動作上の問題を呈する。
【０００９】
段ボール用中芯、段ボール原紙等の比較的重量の重い紙製品、並びに、新聞、雑誌及び広告用紙を意図した軽量の紙製品（多量の充填材料（例えば炭酸カルシウム、タルク、様々なクレー等）を含む）は、複数の連続した圧力パルスをもたらさないように急速な初期排水を要する。これらの種類の製造は、良好な形成特性及び第１のパスの高い保持特性（充填材の低損失）を提供しつつ迅速に排水されることができる場合に最適化することができる。これまで、これらの種類は多くの場合、ロールフォーマーの構成を用いて製造されていた。
【００１０】
［従来技術の説明］
特許文献１（Buchanan他）は、単一ファブリック又はツインファブリックの形成部内の衝突点に、間に通過フロー排水孔が配設されているＭＤ配向、形状のファブリック支持面を含む溝付き衝突シューを配設することによる、流体排水及び原料噴流からの同伴空気の除去の改善を開示している。衝突シューは複数の少なくとも第１と第２の薄肉の積層セグメントからなり、これらの積層セグメントは形成ファブリックが摺動するのに適した表面形状になるように形状決めされており、該セグメントの間には同伴空気及び水の除去のための通過フロー排水孔が配設されている。
【００１１】
特許文献２（Buchanan他）は、原料噴流が形成ファブリックとその後縁で又は後縁近くで衝突するように単一ファブリック又はツインファブリック製紙機械に配設される排水孔付き前縁ブレードを開示している。ブレードは形成ファブリックが形成部に入る前にこれを曲げ、支持面間に配設されたＭＤ配向スロットからかなりの割合の空気及び少なくとも一部の液体を排水する。
【００１２】
特許文献３（Wildfong他）は、製紙原料噴流の衝突点の位置を調整し、形成を最適化できるように、枢動又は並進移動によって移動する調整可能な衝突シューを開示している。
【００１３】
特許文献４（Poikolainen他）は、形成部において使用する脱水素子を開示しており、この脱水素子は穿孔した孔から形成される非脈動吸引ゾーンを含み、このゾーンの後に、原料に脈動を与えるＣＤ配向出口溝が続いている。
【００１４】
特許文献５（Poikolainen他）は、二つの連続した脱水ゾーンを有するツインファブリック型形成配置を開示している。第一ゾーンでは、２つのファブリックのうち一方は、固定した形成シューの曲面を通過する際に摺接支持されるが、他方のファブリックは支持されないままである。第二脱水ゾーンは、形成シューから下流に、かつ、形成シューの対向側に取り付けられた固定ブレードによって形成され、それらブレードの間には弾性的に取り付けられたＣＤ配向ブレード（共に脈動的な脱水を起こす）が配設されている。
【００１５】
特許文献６（Masuda他）は、それぞれ概してシュー面から離れるようにファブリック及びウェブの下側から流体を退ける及び方向付けするＭＤ配向溝を備えている複数の凸状湾曲した形成シューを含む形成配置を開示している。
【００１６】
特許文献７（Wildfong他）は、少なくとも１つのフォーミングシューを含むツインファブリック形成部を開示している。シューの紙側の面は複数の溝を含んでおり、これらの溝は、前縁には延在せず、シューを貫通して延在しない。
【００１７】
本明細書に用いる場合、以下の用語は以下の意味が付与される：
巻付角度：後縁のシュー面に対する接線の向きに対する、前縁のシュー面に対する接線の向きの変化によって測定された場合の、シューの前縁及び後縁間の角変位。この巻付角度は方向値なしに特定され、そのため、本発明の形成部において、２つ以上の排水シューが、排水シューのそれぞれに対する巻付角度の正の値の和である、ファブリックに対しての巻付角度の総計を提供するように配置される。
圧力パルス：原料を保持しているファブリックが外側要素を通過する際の該原料中の流体圧力の変化。
曲率半径：曲率が排水シューの表面の一部の曲率に対応する仮想の円の中心までの直線距離。
ファブリック当接面：移動ファブリックが摺接通過する、ファブリック支持要素の一部の表面。
機械方向（ＭＤ）：紙製品が乾燥部を介してヘッドボックスから抄紙機を通過する際の紙製品の移動方向に対して平行な方向。
機械横断方向（ＣＤ）：ＭＤの平面に対して横断するがＭＤの平面内にある方向。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第７，００５，０４０号
【特許文献２】欧州特許第１３１５８６１号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００７／０２９５４６８号
【特許文献４】米国特許第７，４９１，２９５号
【特許文献５】米国特許第７，３６４，６４３号
【特許文献６】米国特許第６，８８１，３０２号
【特許文献７】米国特許第６，３７２，０９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記に述べた従来技術の形成部配置は全て、異なっているが一定の成果をあげているが、これらの解決策はそれ自体ではいずれも、ロール形成の所望の態様、すなわち、良好な第１パスの保持及び噴流衝突位置に対する比較的低い感度を、ブレード形成の有益な圧力パルス活性及び初期排水特性と組み合わせることができない。したがって、１つ及び複数のより小型の装置であって、購入及び設置にあまり費用がかからず、以下：
（ａ）原料の特性及び生成すべき製品の特性の変化に応じた形成ファブリックの巻付角度の変化、及び
（ｂ）吸引成形ロールの製造コストを必要としない形成ファブリックの大きな巻付角度
のいずれか又は双方を可能にする装置が、吸引成形ロールの代わりに利用可能であれば非常に望ましい。特に、そのような装置が大きな排水能力、すなわち、ウェブの排水のために大量の流体を扱う能力を備え、同時に、非脈動である場合、すなわち、これは紙製品における充填材及び微細繊維の保持を低減させる破壊的な圧力パルスを原料にもたらすことがない場合がさらにより有利であろう。広範の紙製品に対して上述の利点を持つ、複数のかかる装置が、比較的低いコストで形成部内に配置されることができるとすれば、さらに有益であろう。
【００２０】
本発明は、ツインファブリック製紙機械の初期形成ゾーンにおいて、保持特性を損なわずに、又はシートの欠陥をもたらさずにウェブの排水及び形成の双方を最適化するように構成及び配置される少なくとも２つの排水シューの配置を提供することによって、従来技術のこれらの上述の欠点に対処しようとするものである。本発明の形成部における排水シューの配置は、ファブリックが装置を摺接しながら移動する際に、ロール又はブレードタイプ形成配置においてこれまで必要とされていたようにファブリックの巻付角度を制限することはない。本発明によって、各個々の排水シューに対して、また、組み合わせた排水シュー全てに対する巻付角度の総計として、形成ファブリックによって受ける巻付角度を、特定の状況に合わせて慎重に選択することができる、すなわち、ウェブ特性の最適化のために所要の排水及び形成を得るように巻付角度の総計を必要に応じて大きく又は小さくすることができる。
【００２１】
ここで、紙形成を最適化するようにロール及びブレード形成の双方の重要かつ有利な態様を組み合わせることができることが分っており、これは特により重量の重い物に対してであるが、全ての坪量グレードに対して適用可能である。本発明の形成部配置は、早期形成時に、持続性があるが変化する機械方向圧力を提供することによって、優れた形成特性を提供しつつも、（ロール形成におけるような）噴流衝突角度に対する紙製品の感度を低減する。圧力が脈動するのではなく持続するため、微細繊維保持値が一般的には改善される。
【００２２】
本発明から得られるさらなる利点は、形成ファブリックが複数のシューに巻き付く際に原料によって受ける持続圧力が、各シューのファブリック当接面の曲率半径の変化に伴いＭＤ内で変化することである。これにより、原料中に非脈動ＭＤせん断が生じ、それによって、同じ排水能力及びファブリック巻付総計を有する同程度の性能のロールフォーマーに比べて良好な保持及び優れた形成を提供しつつも、いかなる繊維フロックも分解する。１つの排水シューのファブリック当接面形状が形成部内の他のシューのいずれかと異なっていてもよく、それぞれの表面形状が一定である必要がなく、必要に応じてＭＤ内で連続的に変わってもよいことも本発明の範囲内である。したがって、連続した下流の排水シューのファブリック当接面のＭＤ形状は、原料噴流が衝突する初期シューのファブリック当接面のＭＤプロファイルと同じであっても、又は異なっていてもよいことになる。
【００２３】
本発明の形成部における排水シューの新規の構成及び配置のさらなる利点は、ファブリック分離の欠陥の排除である。これまで、ロール形成では、多くの場合、ロールが出る前にシートを「完全乾燥」するように設計巻付角度を超える必要があった。形成部におけるシート分離の欠陥は、整合性の低いファブリックが吸引成形ロール等の回転ロールを通過することで引き起こされていた。ロール巻付きの終了時のロールとファブリックとの間の末広のニップにて生じる真空パルスが、２つのファブリックを引き離し、紙製品に損傷を与える可能性があった。本発明の形成部配置では、このシート分離の欠陥を引き起こす構成要素の幾何学形状又は配置は、採用されていない。さらに、排水シューのそれぞれの表面形状、及び、最適な製紙条件を得るのに必要な、各シューに対するファブリック巻付量は、ファブリック分離の欠陥を発生させることなく選択することができる。このことは、シュー又はロール等の持続圧力要素のファブリック巻付量が形成に著しく影響するため重要である。そのような要素の巻付角度が比較的大きいことにより、一般的に形成が不十分となるが、巻付角度がより小さければより良好な形成を得られる。重量の重い紙等の特定のレベルの用紙には、シートを十分に脱水するのに比較的多量の非脈動排水（すなわち大きな巻付角度）を要する。
【００２４】
これまで記載してきたような従来技術の形成部配置のさらなる制限は、シューが大きいほど製造がより困難であると共にその費用が高いことである。本発明の教示に従って、ここで、ファブリックの片側又は両側に連続して複数の比較的小型の排水シューを配置してより良好な水処理制御及び均一な排水を得ることも可能である。複数のシューの使用により、特にスペースの制約が存在する場合に、より高い融通性が形成部設計に提供される。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、ツインファブリック製紙機械の形成部であって、それぞれが複数のロール及び支持要素によって支持される、第１のファブリック及び第２のファブリックを含む一対の形成ファブリックを受けるように構成及び配置され、該形成部は、
（ｉ）ヘッドボックススライスを有するヘッドボックスであって、動作の際、
（ａ）該ヘッドボックスは前記ヘッドボックススライスを通じて前記第１のファブリック上の衝突点に原料噴流を送出し、
（ｂ）前記第１のファブリックは前記衝突点の上流の第１の支持要素を通過し、前記衝突点の後に前記原料を層として保持し、
（ｃ）前記第２のファブリックは第２の支持要素を通過すると共に該第２の支持要素によってガイドされて前記衝突点に近接して前記原料層と接触し、その後、前記第１のファブリックと協働して前記原料層を挟み込む、
ヘッドボックスと、
（ｉｉ）複数の排水シューであって、少なくとも、
（ａ）前記第１のファブリック及び前記第２のファブリックのうち選択した一方を摺接支持するように配設される第１の排水シュー、及び
（ｂ）前記形成ファブリックのうち選択した一方が摺接通過する前記第１の排水シューの下流の、かつ該第１の排水シューから離間した、少なくとも第２の排水シューを含む、
複数の排水シューと、
を備え、
（１）前記排水シューはそれぞれ、
（Ａ）前縁及び後縁、
（Ｂ）前記後縁まで延在すると共に所定の機械方向形状及び機械横断方向形状を有し、また、前記形成ファブリックのうち各選択した一方に接触すると共に機械方向に連続的な支持を提供し、かつ、前記排水シューの前記前縁及び前記後縁間の角変位を含む選択される巻付角度だけ、前記第１のファブリック及び前記第２のファブリックの双方と該ファブリック間の原料とを撓ませるように構成及び配置されるファブリック当接面であって、前記角変位は、前記後縁における該ファブリック当接面に対する接線に対する、前記前縁における該ファブリック当接面に対する接線の向きの変化によって測定される、ファブリック当接面、及び
（Ｃ）機械側の面、
を有し、
（２）前記排水シューの少なくとも１つは排水ボックスに固定され、複数の排水開口を設けられ、該排水開口は前記ファブリック当接面から前記シューの前記機械側の面を貫通して延在する、形成部を提供する。
【００２６】
巻付角度は、機械条件に合わせて任意の適当な角度とすることができるが、各排水シューについて、好ましくは１０度〜５０度、より好ましくは１５度〜３５度、条件によっては１５度〜２５度である。
【００２７】
好ましくは、多くの用途では、第１のシューは次のシューよりも比較的平坦であり、この第１のシューの下流に配設される単数又は複数の残りのシューよりも小さな巻付角度を有する。好ましくは、上流の第１の排水シューがなす巻付角度は約５度〜約４５度である。より好ましくは、第１の排水シューの巻付角度は１０度〜３５度である。
【００２８】
好ましくは、ファブリックが形成部における排水シューの全てを通過する際にファブリックがなす巻付角度の総計は１０度〜１００度である。より好ましくは、巻付角度の総計は３０度〜７０度であり、各排水シューは（通常、第１のシューにおいて）最小５度から５０度もの大きさまでの巻付きを有する。好ましくは、排水シューは、約１５度〜約３５度のファブリックの巻付きを有するように配置される。
【００２９】
本発明によれば、排水シューを、最終使用目的に従って選択されるように例えば重力排水ボックス又は吸引装置に取り付けることができる。シューのファブリック当接面は少なくとも中実の前面及び後面（すなわち、周辺空気又は吸引装置に対してアクセス可能な吸引開口を設けていない面）を含むため、シューが取り付けられる排水装置内に吸引を維持することができ、中実の前縁及び後縁により、ファブリックに同伴する空気及び水を取り除くことが容易となる。
【００３０】
好ましくは、各シューの前縁及び後縁間のファブリック当接面は、ファブリック間に挟み込んだ原料中に連続的な持続圧力又はせん断を生じさせるように、形成ファブリックの一方に対して連続したＭＤ支持を提供するように構成及び配置される。
【００３１】
好ましくは、排水シューのファブリック当接面は、排水シューの中実の前縁及び後縁を除きファブリック当接面全体の７０％〜０％の開口面積（open area：孔面積）を提供する。好ましくは、排水シューのファブリック当接面の開口面積は、シューの前縁面積及び後縁面積を除き約４０％〜６０％である。
【００３２】
シュー面の開口面積は好ましくは、特許文献１においてBuchanan他によって記載されている方法で吸引アクセス可能なスロット又は排水孔によって提供され、これらのＭＤ配向スロット及びファブリック支持面は、ファブリックが排水シュー面を通過する際に連続的なかつ可変の非脈動ＭＤ圧力を原料に提供する。しかしながら、例えば特許文献７においてWildfong他によって記載されているような方法で、表面が穿孔されているか又はその下の排水装置に至る同様の開口が設けられている排水シューが同様に有効であることが分る。Buchanan他によって開示されているシュー面及びWildfong他によって記載されている穿孔シュー面は、ファブリックに対して必要な連続したＭＤ支持を提供する。
【００３３】
本発明の形成部において用いられる排水シューは、ファブリック間に挟み込んだ原料中に間欠圧力脈動を引き起こす（形成シューに存在するような）ＣＤ配向開口を含まないことに留意することが重要である。
【００３４】
本発明の代替的な実施形態では、形成部配置におけるシューのうち１つ又は複数のシューは完全に中実であり、周辺空気又は排水装置に至る開口を有さないものとすることができる。少なくとも１つのシューには、開口面積が０％である表面、すなわち該シューの前縁からその後縁にかけて中実である表面が備わっていることは本発明の範囲内である。
【００３５】
本発明の形成部に用いられる排水シューのそれぞれのファブリック当接面のＭＤ形状は単純なものとすることができ、その場合、表面の形状は単一の曲率半径を用いて表すことができる（すなわち、表面は円弧状に滑らかに湾曲している）か、又は複雑であり、複数の湾曲半径を有する。好ましくは、形成部の排水シューのそれぞれのファブリック当接面形状は互いとは異なり、各連続したシューは直前のシューにおけるよりも小さい曲率半径で終端している。
【００３６】
本発明の形成部において使用される排水シューのＭＤサイズは最終使用目的に応じて選択されることができ、概して長さすなわちＭＤ方向に約６インチ（１５．２４ｃｍ）〜最大約４８インチ（１２１．９２ｃｍ）の範囲であるが、好ましくは、より短い、概して６インチ〜２４インチ（１５．２４ｃｍ〜６０．９６ｃｍ）の範囲内である。排水シューには、ＭＤ長が約１／２インチ（約１ｃｍ）〜最大約２インチ（約５ｃｍ）である中実の前縁（すなわち、排水を行わせるように開口してない縁）、及びおよそ同じサイズの下流側の中実の後縁が設けられている。上述したように、排水シューの少なくとも１つは好ましくは、特許文献１においてBuchanan他によって記載されている方法で構成されるか、又は代替的に所望の表面形状並びに前面及び後面の中間の開口面積を提供するように、特許文献７においてWildfong他によって記載されているように穿孔された排水シューである。
【００３７】
特定の構成又は特徴の選択は主として、製紙プロセスに使用される原料タイプ、製紙機械の主流となる条件、及び形成されるシートの最終使用目的に応じて決まる。紙製品をより経済的に製造するために製紙機械速度が増大するにつれ、機械の走行性、シートの外観及び内部構造、製品の表面又は内部における微細繊維及び充填材の分布、並びに微細材料の第１パスの保持がますます重要となる。排水の実質的に一定の速度が、微細材料の第１パスの保持とシート形成という良好な組合せのために、紙製品の形成部を通じた移動経路に沿って種々の位置で維持されることも望ましい。ここで、排水シューの順及び配置の適切な選択によって、これらの可変数の全てではないにしても多くに対して同時の制御を行うことが可能である。
【００３８】
第２の排水シューを２つのファブリックのうちの第２のファブリックに対して提供することができるか、又は２つ以上の排水シューを２つのファブリックのうち第１のファブリックに対して隣接順で提供することができ、任意選択的に、これらのシューの後に、第２のファブリック、すなわち、第１のファブリックに対して提供される複数の排水シューの下流に対して提供される少なくとも１つの排水シューが続くことができる。したがって、特定の条件で求められる数と同数まで、少なくとも４つ以上まで排水シューを設けることができる。
【００３９】
各場合に所要のファブリック巻付角度の総計を提供しつつ、本発明の形成部において少なくとも２つの排水シューを相対的に配置することが重要である。少なくとも２つのシューが形成部の同じ側に同じファブリックと接触して配設される場合、連続したシュー間のＭＤ距離は１インチ〜１２インチ（２５ｍｍ〜３００ｍｍ）の範囲とすることができる。しかしながら、排水シューのうち２つが連続して一方が他方の後に、かつ互いにファブリックの対向側に配設される場合、ＭＤにおける一方のシューの後縁と次のシューの前縁との間は少なくとも２インチ（５０ｍｍ）あるものとし、それらは１８インチ（４５７ｍｍ）以上も離間することができる。さらに、ドクタリングエッジ（doctoring edges）を排水シューのいずれかの前縁に設けることができる。
【００４０】
排水シューを、上述した条件等の条件に応じて排水ボックスに固定することができる。例えば、搬送ファブリックに対して提供される少なくとも一対の隣接した排水シューのそれぞれの部材を、共通の排水ボックスに固定することができるか、又は、他のシューの配向に対して、別のシューの任意の調整が必要かどうかに応じて、別個の排水ボックスに取り付けることができる。
【００４１】
排水シューの少なくとも１つ又は全てを、調整可能な排水ボックスに固定することができる、すなわち、Wildfong他の特許文献３に記載されている方法で、並進移動又は枢動によって所望位置に調整及び固定することができる。
【００４２】
好ましくは、第１の支持要素はブレストロールを含むが、代替的には少なくとも１つの回転棒を含んでもよい。同様に、好ましくは、第２の支持要素は形成ロールを含むが、代替的には少なくとも１つの回転棒を含んでもよい。
【００４３】
排水シューの上流又は下流に設けられる支持要素を、上述したように、機械条件に応じて既知の要素から、個々のケースについて選択することができる。好ましくは、形成部は、最後の排水シューの後縁の後に該後縁から離間して、複数のファブリック支持要素を含む少なくとも１つの形成シューをさらに含む。形成シューには、前縁の撓みブレードを含め、通常の特徴部を設けることができる。
【００４４】
好ましくは、形成部は、第２のファブリックに対して提供される少なくとも１つの形成シューのうち第１の形成シューに実質的に対向する第１のファブリックに対して提供される少なくとも１つのカウンターブレードユニットをさらに含む。任意選択的に、それぞれWildfong他の米国特許第７，５２４，４０１号及び米国特許第７，５２４，４０２号に記載されている方法で、少なくとも１つの形成シューの少なくとも第１の形成シューにおける複数のファブリック支持要素の隣接したファブリック支持要素どうしが、機械方向に漸減する距離だけ互いから離間する。さらに任意選択的に、少なくとも１つの形成シューの少なくとも第１の形成シューにおける複数のファブリック支持要素の隣接したファブリック支持要素は、幅が機械方向に漸減する。
【００４５】
形成部は、最後の排水シューの前縁又は最後の形成シューの後縁から下流にクーチロールをさらに含むことができる。任意選択的に、クーチロールは少なくとも１つの真空ゾーンを含む吸引ロールである。
【００４６】
形成部は、単一プライヘッドボックス又は複数のプライヘッドボックスを有することができる。
【００４７】
次に本発明を図面に関して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】搬送ファブリックとすることができると共に共通の仕切り排水ボックス上に取り付けることができる第１のファブリックの下に配設される２つの排水シューを有する、本発明による形成部の概略図である。
【図２】図１に示す初期衝突ゾーンの拡大図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の初期衝突ゾーンの拡大図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の初期衝突ゾーンの拡大図である。
【図５】本発明のさらなる実施形態による形成部の概略図である。
【図６】本発明のさらなる実施形態による形成部の概略図である。
【図７】本発明の幾つかの実施形態における排水シューに対する巻付角度の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
先に図７を参照すると、連続して通過していると共に２つの排水シュー７１０、７２０によって撓まされて示されているファブリック７００に関して巻付角度の特徴が分る。ファブリック７００が排水シュー７１０を通過する際、該排水シューの前縁７１２及び後縁７１４間のファブリック支持面の曲率がファブリック７００に角変位を与える。巻付角度として知られるこの撓みは角度Ａとして測定され、これは排水シュー７００の前縁７１２に対する接線と排水シュー７００の後縁７１４に対する接線との間の角度である。同様に、排水シュー７２０の巻付角度は角度Ｂとして測定され、これは排水シュー７２０の前縁７２２に対する接線と排水シュー７２０の後縁７２４に対する接線との間の角度である。図７に示す構成に関して、２つの排水シュー７１０、７２０によって与えられる巻付角度の総計は角度Ａ及びＢの正の値の和である。
【００５０】
図１及び図２は、２つの排水シューを有するツインファブリック形成部を示す。形成部はギャップタイプのフォーマーである。この実施形態では、この場合は搬送ファブリック２である第１のファブリックがブレストロール５に巻き付き、排水シュー７の紙側の面に方向付けされる。原料噴流４がヘッドボックス１のスライスリップから、排水シュー７の上の衝突点Ｉ（図２を参照）においてファブリック２に射出される。衝突点Ｉの位置及び衝突点Ｉに対する原料噴流の角度は製紙要件に従って選択され、衝突角度は概して非常に小さく、概して０度〜５度であるが、必要に応じて、また、特許文献１に記載されているように変化をもたせることができる。代替的に、原料噴流はバッキングファブリック３に先に着地するように方向付けてもよい。
【００５１】
第２のファブリックとしてこれらの図に示されるバッキングファブリック３は、第１の排水シュー７を通過する際に、搬送ファブリック２に形成されている原料層と接触するように形成ロール６によってガイドされる。バッキングファブリック３は、初期シートの両面における不具合を最小限にするように搬送ファブリック２との間に原料層を挟み込むように機能する。原料層は、第１の排水シュー７を通過する際に該排水シューのスロット又は穴（図示せず）を通じての流れによって初期排水を開始する。
【００５２】
第２の排水シュー８が排水シュー７のすぐ下流に、僅かな距離だけ離れて配設されている。第１の排水シュー７と第２の排水シュー８との間の距離は、製紙要件、並びに形成部における利用可能なスペース及び幾何学形状によって決まるが、この構成の例では概ね、この距離は約１インチ〜１２インチ（２５ｍｍ〜３００ｍｍ）である。排水シュー８は排水シュー７に対し、以下のように配設される。すなわち、両者の間に巻付き縁が存在するように配設される（これは、ファブリックが、排水シュー７の下流縁から進んで排水シュー８の前縁を摺動する際にこれらの排水シューの後縁及び前縁で曲がる）。又は、２つの排水シューが接しており、ファブリックが第１の排水シュー７から第２の排水シュー８に巻き付かずに続く（すなわち、ファブリックが第１の排水シューから第２の排水シューに移る際にファブリックの撓み又は曲がりがない）。上述したように、２つの排水シュー間のギャップ、及び、ファブリックが第１の排水シューを出て第２の排水シューを通過する際のファブリックの巻付き度合いは双方とも、製紙条件に従って選択される。
【００５３】
この実施形態では、排水シュー７及び８は双方とも排水ボックス９に配設される。ボックス９は、原料から該ボックスに排水される流体に対処するのに吸引補助（suction assisted）されてもよく又は重力に依存してもよい。しかしながら、好ましくは、ボックス９は吸引補助されると共に各排水シュー７及び８に個々の真空制御を可能にするように仕切られる。間に原料層を挟み込んだファブリック２及び３が排水シュー７及び８を進む際、流体が排水シュー中の通過フロースロット又は穴を通じて原料層から排水される。さらに、ファブリック間に挟み込まれた原料層は、ファブリックが排水シュー７及び８の表面を摺接通過する際に連続的な持続圧力又はせん断を受ける。排水シューのＭＤ面形状が、持続圧力の大きさ（すなわち、曲線の曲率程度及び形状、それが単純であるか又は複合的であるかにかかわらず）を決定するにあたり重要な役割を果たす。ファブリックの巻付角度は各排水シューにおける排水量に重要な役割を果たし、また、例えば、特許文献３においてWildfong他によって記載されているような方法でヘッドボックスに対して接離するようにボックス９を枢動させることによって調整可能とすることができる。
【００５４】
排水シュー８に続き、ファブリック２及び３は間に挟み込んだ原料層と共に、脱水ボックス１０に取り付けられた一連の固定ブレード１３に対して摺接通過する。ボックス１１に配設される弾性的に取り付けられたブレード１２が、ファブリック２及び３並びに原料層がブレード１３を通過する際にファブリック２及び３並びに原料層に押し当たるように離間している。この配置は、形成に改善を与えるように原料層をさらに脈動させると共にシートをさらに排水させる役割を果たす。図１に示すように、ファブリックは次に、上に静止脱水ブレードが取り付けられている、さらに下流の吸引脱水ボックス１４及び１５を通過し、次に、吸引クーチロール１６を通過し、この吸引クーチロール１６には、シートから水をさらに除去する１つ又は複数の吸引チャンバを設けることができる。そこから、シートは、さらなる水除去のために押圧部及び乾燥部（図示せず）に送られる。
【００５５】
当業者は、ボックス１４及び１５に関する位置、サイズ並びにブレードのタイプ並びに間隔は、最終使用目的に基づき、必要に応じて選択することができることを認識するであろう。ボックス１０及び１１に関するブレードの構成及び間隔は、例えばWildfong他への共に譲渡された米国特許第７，５２４，４０１号又は米国特許第７，５２４，４０２号に記載されているように形成及び他のシート特性を最適化するために支配的な製紙条件に従って調整することができる。
【００５６】
次に図３を参照すると、図３は本発明の代替的な実施形態によるツインファブリック形成部を示し、ここでは、２つの排水シュー２７及び２８が順次、かつ対向した配向で配設され、ファブリック２２及び２３のそれぞれに対して提供されている。この実施形態では、ファブリック２２及び２３は、ヘッドボックス２１から送出される原料２４を挟み込み、第１の排水シュー２７を通過し、この第１の排水シュー２７は、必要に応じてファブリック２２及び２３の巻付角度を変更するように位置調整可能である。排水シュー２７から、ファブリックは共に排水シュー２８の表面を通過し、この排水シュー２８もまた、ファブリックの巻付角度を変えるように調整可能である。巻付角度が大きいほどより多くの脱水をもたらし、これはより高い坪量の紙グレードに適する。排水シュー２８は、ファブリックが排水シュー２７の後縁及び排水シュー２８の前縁の双方に巻き付いて原料中に比較的強い連続的な持続圧力パルスを与えるようにファブリックに押し付けられる。排水シュー２８に続き、ファブリックは、脱水ボックス３４に取り付けられた固定ブレード３３を通過する。ボックス３１に取り付けられた弾性的に取り付けられたブレード３２が、ファブリック及び原料がボックス３４のブレード３３を通過する際にファブリック及び原料に対して圧力を加えるように配設される。排水シュー２７はボックス２９に配設され、排水シュー２８はボックス３０に配設され、ボックス２９及び３０の双方には別個に制御可能な真空部が設けられており、排水シュー２７及び２８のそれぞれに適用される真空レベルの独立した制御を可能にする。
【００５７】
また、引込みシューとして排水シュー２８を排水ボックス３４に取り付け、ボックス３０を完全に省くことも可能である。その場合、排水シュー２８は、ファブリック２２及び２３が間の原料層と共に、図３に示すのと同様にして排水シュー２８の表面に巻き付くように配設される。排水ボックス３４は、ファブリック２２及び２３の巻付角度を例えばボックス２９と同様に製紙要件に従って調整することができるように、枢動可能であると共に位置調整可能であるように取り付けることができる。例えば図１にボックス１０及び１１に続けて示すようにボックス３１及び３４の下流のさらなる要素を動作環境及び最終使用に応じて選択することができる。
【００５８】
図４は、本発明のさらなる実施形態による形成部の図であり、形成部は３つの排水シューを有する。この実施形態では、２つの排水シュー４７及び４８が共通の脱水ボックス５０に取り付けられる。ボックス５０は２つの独立した排水領域及び真空部を有し、支配的な製紙条件に従って必要に応じてファブリック４２及び４３の巻付角度を増減するように枢動又は調整することができる。第３の排水シュー４９が下流に吸引補助排水ボックス５１に配設される。ボックス５１は、製紙条件の変更（例えば作製される紙グレードの変更）に応じてファブリックの巻付角度を変えるように調整可能である。排水シュー４７、４８及び４９のそれぞれの間に機械方向ギャップが存在し、形成部の幾何学形状、空間的制約及び他の要因に応じて、排水シュー４７及び４８間のギャップは１インチ〜１２インチ（２５ｍｍ〜３００ｍｍ）であり、排水シュー４８及び４９間のギャップは２インチ〜１８インチ（５０ｍｍ〜４５７ｍｍ）である。それぞれ、ボックス５３に設けられた下流ブレード５２及びボックス５４に設けられた下流ブレード５５は、図３における、ボックス３１に設けられたブレード３２及びボックス３４に設けられたブレード３３に対応する。
【００５９】
図５及び図６は、図４に提示した形態の代替的な形態として、さらなる実施形態を示し、各実施形態は、それぞれが第１のファブリック６２と接触して配設される３つの排水シュー６７、６８、６９を有する形成部を含む。図５において、ヘッドボックス６１は、第１のファブリック６２と第２のファブリック６３が形成ロール６６及びブレストロール６５の周りをそれぞれ通過する際にそれらのファブリック間に二層構造原料噴流を射出する。次に、ファブリック６２及び６３が原料と共に、排水ボックス７０に取り付けられた連続した３つの排水シュー６７、６８及び６９を通過する。原料噴流６４は、２つの原料送出チューブのそれぞれからの２つの原料供給を含む。２つのファブリックが排水シュー６７、６８及び６９を通過する際のこれらのファブリックの巻付角度はおよそ６０度であるが、この巻付角度は製紙要件に応じて調整することができ、１００度もの大きさとすることができる。
【００６０】
図６は、図５に示す実施形態と同様の実施形態を示し、ここでは、ブレストロール６５の代わりに、ボックス８０に取り付けられた回転棒８１及び８２が用いられる。この変形形態によりこの点でファブリック回転装置のサイズが減り（ワイドな抄紙機では、ロール直径は、抄紙機の幅全域にわたって必要な剛性を提供するために増大せざるを得ず、抄紙機がワイドになるほどロール直径が増す）、スライスリップから衝突点にかけての距離を減らすことが可能となるか、又は幅狭の抄紙機に対して少なくとも維持される。
【００６１】
図５及び図６のそれぞれにおいて、下流の要素は、動作環境及び最終使用に応じて、例えばボックス７１及び７２を含むように選択される。
【００６２】
図１〜図４のいずれかに示した配置において、ブレストロール（図１における５等）又は形成ロール（図１）の代わりに、図６において８１及び８２として示すものと同様の一組の回転棒を用いることも可能である。例えば米国特許第５，０８４，１３８号においてEwaldによって記載されている回転棒が当該技術分野においてよく知られている。これらの回転棒は通常、アブレシブ摩耗に耐えるようにセラミック等の耐摩耗性材料でコーティングされる。形成の改善のために、この場所での回転棒の使用により、衝突点のより近くへのヘッドボックスの位置決めを可能にすることができる。それらの使用を可能にする主な要件は、ファブリックの加熱及び劣化を防止するのに十分な潤滑が提供されることである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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