(57)【要約】      （修正有）【課題】リファイナー及びディスパーザーのための鍛造されたプレートセグメントの大きな質量は、交換の際に取り扱いを困難にし、鍛造コスト、搬送コスト、取り付けコストを増大させている。【解決手段】細砕セルロース材料のためのディスパーザーディスク又はリファイナーディスクに取り付けられるように構成された軽量プレートセグメント２００であって、この軽量プレートセグメント２００はディスパーザー歯又はリファイナーバーを有する前面；留め具アタッチメント構造を囲む隆起ポスト及び隆起プレート位置決めセクション２１０を有する背面；プレートセグメントのサイドエッジ；並びにサイドエッジの間に延びている半径方向外側エッジ及び半径方向内側エッジを含み、前記背面がサイドエッジに沿う隆起構造を欠いている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細砕セルロース材料のディスパーザーディスク又はリファイナーディスク上に取り付けられるために構成されたプレートセグメントであって、このセグメントは、
ディスパーザー歯又はリファイニングバーを含むプレートセグメントの前面；
留め具アタッチメント構造を囲む隆起ポスト及び隆起プレート位置決めセクションを含む、前面と反対の主表面上のプレートセグメントの背面；
前面及び背面のエッジに沿って位置するプレートセグメントのサイドエッジ；及び
サイドエッジの間に延びている半径方向外側エッジ及び半径方向内側エッジを含み、
背面はサイドエッジに沿う隆起構造を欠いていることを特徴とするプレートセグメント。
【請求項２】
背面が従来のプレートセグメントと比較して少なくとも２０％少ない支持材料を含む請求項１に記載のプレートセグメント。
【請求項３】
隆起ポストがディスパーザー又はリファイナーの回転軸から延びている半径ラインに沿って位置合わせされている請求項１に記載のプレートセグメント。
【請求項４】
ディスパーザー又はリファイナーの回転軸から延びている半径ラインに沿って位置合わせされた第２ポスト及び第２プレート位置決めセクションをさらに含む請求項１に記載のプレートセグメント。
【請求項５】
半径方向外側エッジが隆起構造を欠いている請求項１に記載のプレートセグメント。
【請求項６】
隆起ポスト及び隆起プレート位置決めセクションのそれぞれが接触面を有し、接触面が共通の平面に位置合わせされている請求項１に記載のプレートセグメント。
【請求項７】
ポストからプレート位置決めセクションまで半径方向外側に延びているリブをさらに含む請求項１に記載のプレートセグメント。
【請求項８】
リファイナー又はディスパーザーのためのディスク及びプレートセグメントのアセンブリであって、このアセンブリは、
ディスパーザー歯又はリファイニングバーを有する前面、留め具アタッチメント構造を囲む隆起ポスト及び隆起プレート位置決めセクションを有する背面；前面及び背面のエッジに沿って位置するサイドエッジ、及びサイドエッジの間に延びている半径方向外側エッジ及び半径方向内側エッジを含むプレートセグメント；及び
プレートセグメントに取り付けられるように構成されたディスク取り付け面を有するディスクを含み、
前記背面はサイドエッジに沿う隆起構造を欠いており、
ディスク取り付け面は、プレートセグメントのポスト及びプレート位置決めセクションに当接していることを特徴とするアセンブリ。
【請求項９】
ディスクの取り付け面上に環状列を形成するようにディスク取り付け面上にサイドバイサイドで取り付けられたプレートセグメントをさらに含み、プレートセグメントは隣接するプレートセグメントに取り付けられていない請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
プレートセグメントの背面とディスク取り付け面との間の空間領域をさらに含み、前記背面は、ディスク取り付け面に当接する隆起ポスト及び隆起プレート位置決めセクション上の表面を除いてディスク取り付け面に当接していない請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
ディスク取り付け面上に環状リングをさらに含み、環状リングが半径方向内側にあり、プレートセグメントの半径方向内側エッジに隣接している請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
プレートセグメントの半径方向内側エッジの表面が環状リングの表面に対面しており、これらの表面がリファイナー又はディスパーザーの軸の方向に直線である請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
対面する表面の間の環状空間が０．５〜２．５ｍｍの範囲の厚さを有する請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
プレートセグメントの半径方向内側エッジの表面が環状リングの表面に対面しており、これらの表面が環状シールを受け入れるための環状の部分的な空間を形成している請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記の、これらの表面がプレートセグメントの内側エッジに沿う種々のポイントにおいて当接している請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
プレートセグメントの半径方向内側エッジの表面が環状リングの表面に対面しており、これらの表面のそれぞれが溝付き空間を有し、溝付き空間が環状シールを受け入れるためのトラックを形成する請求項１１に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
環状シールが変形可能なシールである請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
プレートセグメントの半径方向内側エッジの表面が環状リングの表面に対面しており、これらの表面が互いに平行であり、リファイナー又はディスパーザーの軸の方向に対して傾斜している請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
環状リングの表面がプレートセグメントの下に延びているリップを含む請求項１８に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
内側リングが半径方向内側エッジにおけるプレートセグメントの厚さより大きい厚さを有し、それによって半径方向内側エッジがディスク取り付け面に当接していない請求項１８に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
環状シールが円形、楕円形、長方形、三角形、八角形、又はこれらの組合せの形状である請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
プレートセグメントであって、このプレートセグメントは、
ディスパーザー歯又はリファイニングバーを含む、プレートセグメント上の前面；
留め具アタッチメント構造を囲む隆起ポスト、及び隆起プレート位置決めセクションを含む、前面と反対のプレートセグメントの主表面上の背面；
前記前面及び背面のエッジに沿って位置するプレートセグメントのサイドエッジ；
サイドエッジの間に延びている半径方向外側エッジ及び半径方向内側エッジ；及び
背面上で、半径方向内側エッジに隣接し、シールを受け入れるように構成された溝付き空間を含み、
背面はサイドエッジに沿う隆起構造を欠いていることを特徴とするプレートセグメント。
【請求項２３】
背面の半径方向内側エッジが、ポスト及びプレート位置決めセクション上の接触面と共通の平面にある請求項２２のプレートセグメント。
【請求項２４】
プレートセグメントを形成するための方法であって、この方法は、
熔融金属を鋳型に注入することによってプレートセグメントを鋳造する工程；
熔融金属を注入した後に、プレートセグメントを冷却し、プレートセグメントを鋳型から除去する工程；
冷却されたプレートセグメントを清浄化し、冷却されたプレートセグメントから鋳造バリを除去する工程；及び
冷却されたプレートセグメントを研磨する工程を含み、
鋳型が背面の側壁に沿う隆起リブを欠くプレートセグメントの背面のための型形状（impressions）を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
プレートセグメントの研磨が、オートメーション化されたロボットによる粗い研磨ステップ、それに続く手動の精密研磨ステップを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
プレートセグメントがリファイナー又はディスパーザーにおける使用のために構成されている請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
背面のための鋳型における凹部が、少なくとも１つの留め具支持ポスト、それぞれの留め具支持ポストと半径方向に位置合わせされた、少なくとも１つのプレート位置決めセクション、及びそれぞれ位置合わせされた留め具支持ポストとプレート位置決めセクションとの間に延びている少なくとも１つのリブのための凹部に限定されている請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、種々の最終用途（end uses）のためのパルプ材料及び再生パルプ材料を生産するために、メカニカルパルプ化及び紙再生プロセスにおいて使用されるリファイナー及びディスパーザー（ディスパージャーとしても知られる）のためのプレート及びプレートセグメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
紙や他の紙ベース包装材料の製造に使用されるパルプ材料の生産において、一つの従来の方法はメカニカルリファイナーを用いることである。メカニカルリファイナーは、これに限定されるものではないが、細砕セルロース材料、例えば木材チップ等を処理し、パルプを生産するためのリファイナー、及び再生紙材料の処理において典型的に使用されるディスパーザーを含む。メカニカルリファイナーは一組の対向するディスク、例えば少なくとも１つが回転するフラットディスクの一対、円錐形状のディスクの一対、及び平行フラットディスクと円錐ディスクとのアセンブリを典型的に含む。供給材料が対向するディスク間のギャップを通って移動するとき、材料内のファイバーは分離されて、リファインニングされたパルプを生産し、インク及び他の夾雑物が紙から分散されて、再生パルプ材料を生産する。
【０００３】
木材チップ及び他の細砕セルロース材料からパルプを生産するメカニカルリファイナーは、リファイナーと典型的に呼ばれ、それらのプレートの前面上にバーと溝とを備えるプレートを有する。プレートは対向するディスク上に取り付けられる。バーと溝とを備えるプレート同士の間のギャップは、典型的には平面であり、対向するプレート上のバーの上部リッジの間に形成される。再生紙及び板紙材料を加工するために使用されるメカニカルリファイナーは、ディスパージャー又はディスパーザーと典型的に呼ばれ、プレート前面上に歯を備えるプレートを有する。ディスパーザーにおける対向するプレート間のギャップは、プレートの対向する前面上の噛合する歯列によって形成された蛇行形状を有する。
【０００４】
リファイニング作用又は分散作用は、供給材料、例えば木材チップ又は再生紙が、プレートの１つにおける開口を通ってディスク間のギャップに入るときに起こる。供給材料は遠心力によって推進され、ギャップを通ってプレートの前面同士の間を半径方向外側に移動する。前面上のリファイニング面又は分散面は、材料がギャップを通って移動し、プレート上のバー又は歯の交差によるパルス力（pulsating forces）を受けたときに、供給材料に対して作用する。
【０００５】
プレートはディスク上に取り付けられたプレートセグメントの環状アセンブリによって形成される。プレートは、プレートセグメント、例えばパイ形状セグメントの環状列であるのが一般的である。セグメントは、サイドバイサイドで取り付けられて、ディスク取り付け面上に取り付けられた円環プレートを形成する。プレートは、パルプリファイナーにおいてリファイニング面を形成するバーと溝とを備える前面を有するか、又はディスパーザーにおいて分散面を形成する歯列を備える前面を有する。リファイナー又はディスパーザーにおけるギャップは、対向するディスク上のプレートの前面の間に形成される。プレートの背面はディスク取り付け面に取り付けられる。ボルト及び他の留め具（fasteners）により、プレートがディスク取り付け面に保持される。
【０００６】
（高、中又は低コンシステンシーの供給材料を取り扱うことが可能である）従来のメカニカルリファイナー又は（再生材料系供給材料を取り扱うことが可能である）ディスパーザーのためのプレートセグメントは、リファイニング装置又は分散装置の重要構成要素である。供給材料がプレートセグメントの表面を横切って移動するとき、プレートセグメントの前の表面は摩耗する。プレートセグメントによって行われるリファイニング作用及び分散作用はプレートが摩耗すると、より効率的でなくなり、摩耗したプレートセグメントは交換されなければならない。一般に、プレートセグメントはリファイナー及びディスパーザーにおいて定期的に交換される。
【０００７】
リファイナー又はディスパーザーのためのプレートセグメントの典型的な環状列は、３個〜２４個の同一のサイズのプレートセグメントを含む。プレート交換のたびに、プレートセグメントの環状列のすべてのセグメントは除去されて検査され、取り付け面（ディスクの表面）は清浄化され、新しいセグメントが設置される。再使用され得るプレートセグメントは清浄化され、新しいセグメントが摩耗したセグメントの代わりに置換され、典型的には、すべてのプレートセグメントが交換されるが、いくつかのプレートセグメントが清浄化され、再使用されるときがある。清浄化されたセグメント及び新しいセグメントは、ディスク取り付け面上に１つずつ取り付けられる。それぞれのセグメントの取り付けは、セグメントの間に等しいスペースを維持するためにシミング処理（shimming process）を必要とする。取り付けは、適正なトルクを留め具に適用し、セグメントをディスク取り付け面に固定することを含む。
【０００８】
リファイナー及びディスパーザーは、リファイナーにおいて互いに対向して配置された２つの環状プレートを通常有する。ツインリファイナー又はツインディスパーザーにおいて、２つの対向するプレート対に配置された４つのプレートがある。リファイナー又はディスパーザーは、静止しているステーターに対面する１つのローター（ツインリファイナー又はツインディスパーザーにおいては両面とも使用できるローター（double-sided rotor）であることがある）を有する。あるいはリファイナー又はディスパーザーは対向の逆回転のローターを有する。特定のディスク構成にかかわらず、ディスクに取り付けられたプレートセグメントは定期的に交換される。プレートセグメントの交換は、セグメント上のリファイニング面又は分散面が、これらの表面を摩擦する供給材料の研磨性により摩耗するので必要とされる。摩耗したリファイニング面又は分散面は、リファイナー又はディスパーザーの効率を低下させる。
【０００９】
プレートセグメントは一般に剛性に優れ、構造的に強固でなければならない。プレートセグメントは、リファイナーのための多数のバー及び溝を含む前面やディスパーザーのための歯を含む前面を支持しなければならないが、これらの前面は、供給材料に遭遇したときに研磨性の供給材料の連続的なリファイニング作用又は分散作用を受けやすく、また、リファイナー又はディスパーザーにおける遠心力や、セグメントをディスク取り付け面に固定するボルトなどの留め具からのストレスを受けやすい。最小プレート厚は、従来、１．０〜１．５インチ（２５〜３８ミリメートル（ｍｍ））の範囲である。さらにプレートセグメントの背面はセグメントに構造的支持を提供し、ディスクの取り付け面に対して着座する当接部（abutments）を提供するために、隆起リブ、ボルト孔を囲むポスト及び他の隆起構造のネットワークを従来から有する。
【００１０】
プレートセグメントの厚さ要件及び隆起構造のネットワークは、セグメントの質量に実質的に寄与する。セグメントは鋳造用金属を鋳造することによって形成される。鋳造されたプレートセグメントは大きな質量を有する（すなわち重量が重い）傾向にあり、これが、交換が必要なとき、鋳造されたプレートセグメントを取り扱うことを困難にしている。プレートセグメントの大きな質量は、大量の金属のためのコストによる鋳造コスト、搬送コスト、及びセグメントを取り扱ってディスクに取り付けるためのコストを増大させる。構造的に強固で剛性を有するセグメントのために必要とされる取り付け要件及び構造的要件を満たしつつ、より少ない量の金属を使用するプレートセグメントを生産ことが望ましい。
【発明の概要】
【００１１】
メカニカルリファイナープレートセグメント及びディスパーザープレートセグメントのために有用な、低減した質量を有する（すなわち重量がより軽い）プレートセグメントが発明された。質量の低減は、従来のプレートセグメントの背面（非摩砕及び非リファイニング面）上の隆起リブ及び他の隆起構造のネットワークを最小化することによって達成される。新規な軽量プレートセグメントは、セグメントが壊れるリスクを不当に増加させずにセグメントの前面上の摩砕及びリファイニング面を支持するに十分な強度を有する。
【００１２】
新規なプレートセグメントはセグメントのエッジに沿う従来のリブ、（支持材料とも呼ばれる）外径（OD）リブ、及び多くの（しかし全てではない）従来の補強リブ又は支持材料を欠いている。隆起リブ及び他の構造のネットワークを最小化することは、従来のプレートセグメントと比較して２０〜４０パーセントだけプレートセグメントの重量を低減させる。本明細書に開示された発明を実施することにより、プレートセグメントの背面上のリブ及び他の隆起構造のネットワークが、プレートセグメントの構造的一体性及び剛性に悪影響を与えることなく構築される。
【００１３】
細砕セルロース材料のためのディス―パーザー又はリファイナーのディスク上に取り付けられるために構成された新規なプレートセグメントが発明され、このプレートセグメントは、
ディスパーザー歯又はリファイニングバーを含む前面；
留め具アタッチメント構造を囲む隆起ポスト及び隆起プレート位置決めセクション、並びにサイドエッジを含む背面を含み、
サイドエッジの間に、半径方向外側エッジ及び半径方向内側エッジが延びており、
前記背面はサイドエッジに沿う隆起構造を欠くものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、リファイナー又はディスパーザーのために適する従来のプレートセグメントの背面の斜視図であり、背面は、隆起リブ及び他の隆起構造のネットワークを含む。
【００１５】
【図２】図２は、リファイナー又はディスパーザーのために適する新規なプレートセグメントの背面の斜視図であり、背面は図１に示される隆起リブを欠き、隆起ボルト孔ポスト、及びこのポストと位置合わせされたプレート位置決めリブを有する。
【００１６】
【図３】図３は、セグメントの内側エッジに沿うリングセクションを含む別の新規なプレートセグメントの斜視図である。
【００１７】
【図４】図４は、ラインＡ−Ａによって規定された内側エッジセクションから分離されたリングセクションを備える新規なプレートセグメントの断面側面図である。
【００１８】
【図５】図５は、リングセクション及び内側エッジセクションの第１実施形態の断面側面図である。
【００１９】
【図６】図６は、リングセクション及び内側エッジセクションの第２実施形態の断面側面図であり、内側エッジの溝空間はリングセクションの溝空間に対面している。
【００２０】
【図７】図７は、リングセクション及び内側エッジセクションの第３実施形態の断面側面図であり、リングセクション及び内側エッジセクションは当接する斜めの表面を有する。
【００２１】
【図８】図８は、リングセクション及び内側エッジセクションの第４実施形態の断面側面図であり、リングセクション及び内側エッジセクションは当接する斜めの表面を有する。
【００２２】
【図９】図９は、ラインサークルＢによって規定された内側エッジセクションを備える新規なプレートセグメントの別の実施形態の断面側面図である。
【００２３】
【図１０】図１０は、ディスク取り付け面に当接する、図９に示される内側エッジセクションの断面側面図である。
【００２４】
【図１１】図１１は、セグメントの内部エッジに沿うリングセクションを含む新規なプレートセグメントの別の実施形態の斜視図である。
【００２５】
【図１２】図１２は、ディスク取り付け面にそれぞれ取り付けられた対向するプレートセグメントの側面図である。
【００２６】
【図１３】図１３は、プレートセグメントの形成方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
プレートセグメントへの構造的なダメージなしに、リファイニング作用又は分散作用を提供するために要求される強度を維持しつつ、質量（重量）がプレートの背面（すなわちディスクの表面に隣接したサイド）から除去されたリファイナー又はディスパーザープレートセグメントを提供することが望ましい。
【００２８】
図１は、従来のプレートセグメント１００のための背面を示す。リブ１１０及び他の隆起エリアのネットワークが背面上に形成されている。ネットワークは、ボルト孔１２０を囲む隆起ポスト１１８、プレートセグメントの半径方向外側エッジに沿うエッジリブ１４０、内部リブ及び隆起構造１３５、及びセグメントの半径方向内側エッジにおけるリングのリングセグメント１３０を含む。リブ１１０のネットワークは、従来のプレートセグメントに構造的支持及び剛性を提供し、セグメントが破壊されるリスクを減少させ、ディスクの取り付け面に対して当接する支持表面を提供することを意図している。
【００２９】
リブ１１０のネットワークによって提供される意図された機能は、そのようなネットワークがプレートセグメント上で必要とされていたという従来の知見を支持する。本明細書に開示された軽量プレートセグメントの発明者等は従来の知見を覆し、リブ及び他の隆起エリアの従来のネットワークを、それぞれのボルト孔のための支持ポストと、それぞれのポストに結合した支持長片（supporting strip） との低減された配置によって置換し得ることを具現化した。
【００３０】
低減された質量を有する新規なプレートセグメントの背面は、隆起ポスト及び隆起プレート位置決めセクションを含む。それぞれの隆起ポストはボルト孔の１つを囲み、ディスク取り付け面に対して着座される取り付け面を有する。隆起プレート位置決めセクションもディスク取り付け面に対して着座する取り付け面である。ポスト及びプレート位置決めセクションは、ディスク取り付け面上にプレートセグメントを支持するための十分な取り付け面を提供する。それらはプレートセグメントに構造的支持も提供する。
【００３１】
ポスト及びプレート位置決めセクションは、プレートセグメントに対してプレートセグメントの位置を固定する。ポスト及びプレート位置決めセクションは、ディスク取り付け面に当接するプレートセグメント上のわずかな面を有する。プレートセグメント上の内側リングセグメント（円弧エッジ）もディスク取り付け面に当接し、プレートセグメントをディスクに固定する。ポスト、プレート位置決めセクション、及び内側リングセグメントはプレートセグメントを支持する。背面上の他の隆起構造はプレートセグメントを支持するために必要とされない。
【００３２】
軽量のリファイナー又はディスパーザープレートセグメントが発明され、このプレートセグメントは、半径方向内側エッジ及び半径方向外側エッジ；
リファイニング機能又は分散機能を備える前面、ボルト孔を提供するポスト及び隆起プレート位置決めセクションを含む背面を含み、
前記ポスト及びプレート位置決めセクションは、ディスク取り付け面に対して接するように構成された表面を含むものである。
【００３３】
この軽量プレートセグメントの一つの実施形態は、セグメントの裏側から、すべてのサイド及び外径（OD）支持材料、リブ、又は長片若しくは中実の金属材料の塊である支持材料のような材料を除去し、プレート位置決めセクションを支持するもの以外の、すべてではないがほとんどの補強リブ又は支持材料を除去する。この実施形態はプレートセグメント全体の重量の低減を可能にする。軽量プレートセグメントは製造コストがより低く、搬送がより簡単でよりコストが低く、取り扱いがより簡単であり（プレートを移動し設置するために必要とされるマンパワーがより少なく）、設置がより迅速であり、製造を前提としても顧客を前提としても、その両方において取り扱いがより安全である。この軽量セグメントは、交換がより迅速で、より安全で、より容易であり、それによりそれらの交換に関するコストを低減させるので、プレートセグメントの交換頻度に柔軟性を提供することによって、顧客がそれらの運転プロセス及びメンテナンスプロセスをさらに最適化することを可能にする。
【００３４】
本発明の実施形態において、プレートセグメントの境界（border）又はエッジは、供給流に対面する境界又はエッジ（例えば内縁又は内径）を除いて除去される。つまり、４つのプレートセグメント境界又はエッジのうち３つが除去される。これらのプレートセグメント境界又はエッジ（４つの境界又はエッジのうち３つ）の除去は、プレートセグメントの重量のさらなる低減をもたらす。
【００３５】
プレートセグメントの内縁又は内径における境界は、リング（内側リング又は対面リングと呼ばれる）がプレートセグメントの内径において形成されるように残留する。内縁の境界はシールを支持するために重要である。この内側リングは一体（ワンピース）で形成され、ディスク上にプレートセグメントを位置決めすることに役立つ。内側リングは、プレートセグメントの半径方向内側エッジにおける単一の中実のリングセクションである。内側リングは、ディスク取り付け面にプレートセグメントを適合性良く設置することを可能にし、それによりスムーズで連続した一連のプレートセグメントで完全なプレートを形成する。
【００３６】
シールは、内側リングとディスクとの間の、例えば約０．５〜２．５ｍｍの溝付き空間に存在してもよい。シールは適切な材料、例えば軟質で可撓性のシール材料、又は金属と金属とをシールする硬質の材料（hard metal to metal seal material）により形成される。
【００３７】
軽量プレートセグメントは取り扱いがより容易で、より安全であり、製造がより低コストである傾向があり、ディスクにより小さい力を適用する。従来のプレートセグメントを軽量プレートセグメントと交換することは迅速に達成される。それらは軽量であるので、工場の作業員及び軽量プレートセグメントの製造に関係する作業員への身体的傷害のリスクがより少ない。軽量プレートセグメントは、従来のより重いプレートセグメントと比較して、ディスクに迅速に移動され、取り付けられる。
【００３８】
軽量プレートセグメントは迅速に、容易に交換されるので、プレート交換中の時間は、リファイナー又はディスパーザーの全体の停止時間（downtime）を実質的に増大させることなく短縮される。軽量プレートセグメントは、装置のための運転時間を減少させることなく、より頻繁に交換することができるので、装置の運転期間に亘ってプレートセグメントの表面状態は従来の中実の裏面の重いプレートセグメントより優れている（より摩耗しない）。このように、リファイナー又はディスパーザーにおいてこの新規の軽量プレートセグメントを使用することにより、より優れたリファイニング作用（例えば繊維摩擦）又は分散作用（例えば夾雑物の破壊及びさらなる除去）が維持され、これにより改善された最終製品が得られることになる。
【００３９】
図２は、本発明の一つの実施形態に従うプレートセグメントのための軽量プレートセグメント２００の背面を示す（参照番号は図１と同様の部材に対して同様に付されている）。有意の量の質量（重量）が、構造的な一体性を失わずに従来のプレートセグメントから除去されて、軽量プレートセグメント２００が提供されることが見出された。
【００４０】
軽量プレートセグメント２００の背面は実質的に平坦な面２０５であり、従来のプレートセグメントの最小厚の厚さと同様な厚さT１、T２を有する。平坦な面２０５は全くの平面であるか又は半径方向に沿う僅かな湾曲を有する。軽量プレートセグメント２００の厚さＴ１、Ｔ２は、平坦な面２０５に渡って実質的に一定であるか、又は厚さＴ１、Ｔ２は半径方向外側の方向に徐々に薄い。例えばＴ１は、Ｔ２より１．２〜２．５倍厚いことがある。厚さＴ１、Ｔ２は背面の平坦な面２０５から前面まで、特に前面上のバー同士の間の溝の底部までで測定されるか、又は前面上の歯の底部における取り付け面までで測定される。厚さＴ１、Ｔ２は１．０〜１．５インチ（２５〜３８ミリメートル（ｍｍ））の範囲である。
【００４１】
軽量プレートセグメント２００の背面は、例えば図１に示されるような、リブ１１０及び他の隆起面の広範な従来のネットワークを欠いている。特にセグメント２００は隆起エッジリブ１４０を欠いている。内部リブ２７０は、ボルト孔２２０を囲むポスト２６０から延びているリブに限定される。ディスク取り付け面の取り付け面に当接する背面上の面（図５参照）は、ポスト２６０の上部面、及びポスト２６０の半径方向外側であるプレート位置決めセクションの上部面及びサイド面に限定される。背面の他の面、例えば実質的に平坦な面２０５は、背面に対向するディスクの表面に接触しない。内側リングセクションが、セグメントの半径方向内側エッジに沿って含まれることがある（図３〜１２参照）。内側リングセクションもディスク取り付け面２０５の表面に当接する。
【００４２】
プレート位置決めセクション２１０、及びボルト孔２２０のそれぞれを囲むポスト２６０は、軽量プレートセグメント２００の背面上の主要な隆起セクションである。プレート位置決めセクション２１０及びポスト２６０は、ディスク取り付け面に取り付けられるときにディスク取り付け面に当接してプレートセグメントを支持する接触面２１２、２１５も含む。もしディスク取り付け面が平坦な接触面を有するならば、ポスト２６０上の接触面２１２及びプレート位置決めセクション２１０上の接触面の２１５は実質的に平坦であり、共通の平面にある。あるいは、もしディスク取り付け面が円錐ならば、接触面２１２、２１５は円錐面に適合する。接触面２１２、２１５は、軽量プレートセグメント２００をディスク取り付け面に対して位置合わせするためにボルト留め具と協働し、ボルト留め具と接触面２１２、２１５とは軽量プレートセグメント２００に力を適用する。
【００４３】
プレート位置決めセクション２１０は、ディスク取り付け面上でリム又はポスト２６０と隣り合う、接触面２８０を備える外側側壁も有する。側壁接触面２８０は、ディスク取り付け面上でプレートセグメントの半径位置を合わせ、プレートセグメント２００に半径方向の力を適用する。側壁接触面２８０は従来のプレートセグメントの「バットパッド（butt pads）」を置換する。
【００４４】
プレート位置決めセクション２１０は、プレートセグメント２００の半径方向外側エッジにあるか、又は外側エッジとポスト２６０との間の背面上にある。それぞれのプレート位置決めセクション２１０はポスト２６０と半径方向で位置合わせされ、それによってプレートセグメント２００が取り付けられるディスクの軸からの半径ラインが、ポスト２６０とプレート位置決めセクション２１０との両方を通過するようになる。リブ、例えば平行リブ２７０はポスト２６０からプレート位置決めセクション２１０まで延びている。リブ２７０は、ポスト２６０又はプレート位置決めセクション２１０の高さより低い高さを有する。リブ２７０はポスト２６０からプレート位置決めセクション２１０まで延びる一対のリブ２７０でもある。リブ２７０はプレート位置決めセクション２１０及びポスト２６０のための構造的支持を提供する。リブ２７０は、ディスクの軸からの半径ラインに沿って延びるか、又はリブ２７０の平行対である。
【００４５】
いくつかの実施形態において、リブ２７０は外縁のプレート位置決めセクション２１０（中実の材料セクション）と同一の高さを有し、ポスト２６０において終結し、そこではプレート位置決めセクション２１０末端の高さがポスト２６０の高さとポスト２６０の半分の高さとの間の範囲である。
【００４６】
プレート位置決めセクション２１０上の接触面２１５の幅Ｗは、ポスト２６０の直径の実質的に例えば２０パーセント以内であり得る。例えば、接触面２１５の幅Ｗ及びポスト２６０の直径は３ｍｍ〜３０ｍｍの範囲である。プレート位置決めセクション２１０及びポスト２６０の高さも、実質的に例えば２０％以内、すなわち、同じ高さ又は２ｍｍ〜５０ｍｍの範囲である。
【００４７】
図３は、軽量プレートセグメント３００の第２の実施形態の背面を示す（参照番号は図２と同様な部材に対しては同様である）。内側リング３３０は軽量プレートセグメント３００の半径方向内側エッジに当接する。内側リング３３０は軽量プレートセグメント３００の内側エッジに当接する表面を形成するためにディスク取り付け面に固定された環状リングである。別の実施形態において、内側リング３３０はディスク取り付け面から分離している。内側リング３３０は、ディスク取り付け面と軽量プレートセグメント３００との間にダム又はシールを形成し、遊離した供給材料（loose feed material）及び破片が軽量プレートセグメント３００の背面とディスク取り付け面との間の領域に入ることを防止する。
【００４８】
内側リング３３０は、プレートセグメントに質量を付加することを避けるために軽量プレートセグメント３００から分離した構成要素であり得る。内側リング３３０は、リファイナー又はディスパーザーの中心キャップ（図示せず）の周りにフィットする一体（ワンピース）の環状リングである。内側リング３３０は、約１インチ（２５ｍｍ）の幅ＷＥ、及び軽量プレートセグメント３００の最内側エッジ３８５における軽量プレートセグメント３００の厚さと実質的に同一の高さを有する。シール３９０は、軽量プレートセグメント３００の最内側エッジ３８５と内側リング３３０の最外側エッジ３５０との間に配置される。シール３９０は適切な材料（リファイナー又はディスパーザーにおける温度、化学薬品等の運転環境に耐えることが可能な材料）で作製される。
【００４９】
軽量プレートセグメント３００製造中、例えば鋳造中において、軽量プレートセグメント３００のサイド上における許容誤差（tolerances）がより厳密であることにより、ステーターディスク又はローターディスクに取り付けられたとき、隣接する軽量プレートセグメント３００の間の隙間が低減され、それによってサイドエッジに沿う隆起ボーダー（例えば図１に示されるエッジリブ１４０）の必要性がなくなる。軽量プレートセグメント３００は、より厳密な許容誤差を達成するために鋳造されるか又は機械加工される。より厳密な製造許容誤差と共に内側リング３３０を使用することにより、プレートセグメントがサイドバイサイドで配置されて完全なプレートを形成したときに、材料が軽量プレートセグメント３００の間の隙間より軽量プレートセグメント３００の後ろに流れることがほとんど又は全くなくなる。
【００５０】
内側リング３３０は、供給材料がプレートセグメントとディスクの取り付け面との間の領域に入ることを防止する。プレートセグメントとディスクの取り付け面との間に進入する供給材料は、プレートセグメントのバランスに問題を引き起こす。もし軽量プレートセグメント３００がバランスを崩せば、リファイナー機又はディスパーザー機は振動し始め、軽量プレートセグメント３００の清浄化及び交換のために停止することが必要になる（同じことは、図１に示されるような従来のプレートセグメント１００に対してもあてはまる）。
【００５１】
内側リング３３０は、軽量プレートセグメント３００の最も厚い部分の厚さであり、ディスクの表面から除去されるか、又は軽量プレートセグメント３００の容易な除去を可能にするディスク上の位置に残留する。内側リングは、リファイナー又はディスパーザーの中心キャップの部分でもあることがある。内側リング３３０は、機能的特徴として中心キャップに一体化されることもあり、その結果、内側リングは分離した部分でない。
【００５２】
この内側リング３３０は軽量プレートセグメント３００と直接接触する必要はない。その主要な目的は、繊維材料が軽量プレートセグメント３００の裏側に達することを防止することである。軽量プレートセグメント３００は、それらの間で十分に厳密な許容誤差を達成するために鋳造されるか又は機械加工されているので、繊維は軽量プレートセグメント３００の後ろに進入しない。軽量プレートセグメント３００の外径エッジは、遠心力により、そのエリアは望ましくない材料がない状態に保たれるであろうという考えで開放されている。内側リング３３０の材料は、リファイナー機及びディスパーザー機のプレートセグメントが遭遇する研磨性の環境での使用に適した材料である。
【００５３】
図４は、軽量プレートセグメント４００及び内側リング４３０の側面の断面図である。前面はディスパーザープレート上にあるような歯４０２を有する。歯４０２はリファイニングプレート上のバーを表現したものでもある。軽量プレートセグメント４００の低減された質量は、背面４０４上の極小の隆起構造から明らかである。その構造はボルト孔２２０を囲むポスト２６０及びプレート位置決めセクション２１０を含む。リブ２７０は、プレート位置決めセクション２１０のために構造的支持を提供しつつ、それらの質量を低減するためにテーパー状である。背面４０４は接触面２１５及び２１０を介してディスクの取り付け面に当接するだけである。背面４０４上の他の面はディスクの取り付け面に接触していない。
【００５４】
位置決めセクション２１０上の接触面２１５、及びポスト２６０上の接触面２１２は実質的に同一の接触平面４０６にある。軽量プレートセグメント４００の半径方向最内側エッジ４８５も接触平面４０６において接触エッジを有する。同様に内側リング４３０は接触平面４０６において接触面を有する。接触平面４０６はディスクの取り付け面に適合する。もし取り付け面が平面でなく、例えば円錐ならば、接触面２１５及び２１２、並びに最内側エッジ４８５及び内側リング４３０は取り付け面に位置合わせされ、平面には位置合わせされない。
【００５５】
軽量プレートセグメント４００は、内側リング４３０の最外側エッジ４５０に対面、対向する最内側エッジ４８５を有する。対向するエッジは１つ又はそれ以上の単純構造に設計されたり、対向するエッジ間のシールを支持するために設計されたり、プレートセグメントをディスク取り付け面上に位置合わせするために設計されたりする表面を有する。
【００５６】
図５は、（図４に示される）軽量プレートセグメント４００の半径内側エッジ領域（Ａ−Ａ）及び内側リング４３０のための代替案を断面で示す。軽量プレートセグメント４００及び内側リング４３０の対向するエッジ面４８１、４５１は、リファイナー又はディスパーザーの軸の方向に直線（リニア）であり、軸に垂直方向に円弧形状である。対向するエッジ面４８１、４５１は単純な形状を有する。対向するエッジ面４８１、４５１の間の空間は十分に狭く、供給材料は空間４９５を通過できないか、あるいは十分に広く、シールが空間４９５にフィットすることが可能である。例えば、空間４９５は０．５〜２．５ｍｍの範囲にあり、この値は、供給材料が軽量プレートセグメント４００の背面とディスク取り付け面との間の領域に入ることを防ぐために十分に狭い。空間４９５は、空間４９５における多数のポイントにおいて、軽量プレートセグメント４００と内側リング４３０との間の金属と金属との接触によって完全に破られる（breached）ことがある。
【００５７】
図６は、代替的な軽量プレートセグメント４００Ａ（図４に示される半径内側領域（Ａ−Ａ）に対応する）及び内側リング４３０を断面で示す。プレートセグメント４００Ａにおいて、溝付き空間４９６が軽量プレートセグメント４００Ａ及び内側リング４３０の対向するエッジ面４８２、４５２上に形成されている。溝付き空間４９６はそれぞれのエッジ面４８２、４５２上の隆起コーナーの間にある。対向するエッジ面４８２、４５２の間に形成された溝付き空間４９６は可撓性シール４９４（例えば可撓性Ｏリング若しくはガスケット、又は他の適切な挿入物）を受け入れる。シール４９４は溝付き空間４９６を満たし、供給材料が軽量プレートセグメント４００の背面とディスク取り付け面との間の領域に入ることを防止する。
【００５８】
図７は、追加の代替的な軽量プレートセグメント４００Ｂ（図４におけるプレートの半径内側領域（Ａ−Ａ）に対応する）及び内側リング４３０を断面で示す。軽量プレートセグメント４００Ｂの内側エッジ面４８３は、リファイナーディスクの軸に対して傾斜しており、例えば斜めになっている。傾斜した内側エッジ面４８３は、内側リング４３０の傾斜したエッジ面４５３に対面している。内側エッジ面４８３と傾斜したエッジ面４５３とは平行であり、その間の傾斜した空間４９７も傾いている。傾斜した空間４９７は、内側リング４３０の最外側エッジの直線下部面４５４と共に使用されるとき、０．５〜２．５ｍｍの間の空間、すなわち十分に狭い空間を有し、材料がリファイナープレートセグメントのリファイニング／分散面から入り、軽量プレートセグメント４００Ｂの裏側とディスク取り付け面との間の領域に滞留するようになることを防止する。
【００５９】
内側リング４３０は、傾斜しておらず、例えばディスクの軸に平行である下部面４５４を含むこともある。下部面４５４と傾斜したエッジ面４５３との間のコーナーは、軽量プレートセグメント４００Ｂの傾斜した内側エッジ面４８３に当接部を提供する。当接部は、破片及び供給材料が傾斜した空間４９７を通過することを防止するのに役立つ。
【００６０】
図７において、内側リング４３０は軽量プレートセグメント４００Ｂの厚さＴ３より大きい高さＨ１を有する。内側リング４３０の下部面４５４は、プレートセグメントの背面とディスク取り付け面４９２との間の領域４９３を通って延びている。
【００６１】
図８は、また別の可能性のある代替の軽量プレートセグメント４００Ｃ（図４における半径内側エッジ領域（Ａ−Ａ）に対応する）及び内側リング４３０を断面で示し、内側リング４３０の内側リップ４９８は軽量プレートセグメント４００Ｃの内側エッジ領域を支持する。軽量プレートセグメント４００Ｃは傾斜した内側リングエッジ面４８３を含み、内側リング４３０の傾斜したエッジ面４５３に対面している。内側リング４３０の高さＨ２は、軽量プレートセグメント４００Ｃの厚さＴ４より大きい。
【００６２】
内側リップ４９８は、軽量プレートセグメント４００Ｃの内側部分の下で半径方向外側に延びている。内側リップ４９８、及び内側リップ４９８と傾斜した空間４９７との間のコーナーは、供給材料及び破片が、軽量プレートセグメント４００Ｃとディスク取り付け面４９２との間の領域４９３に入ることを防止する。シール（図示せず）が領域４９３において、内側リップ４９８と軽量プレートセグメント４００Ｃとの間に配置されることがある。
【００６３】
図９は軽量プレートセグメント５００の断面図であり、図１０は図９に示されるセクションＢの拡大した断面図である。軽量プレートセグメント５００の最内側エッジ５８５は環状ディスク５８７のディスク取り付け面５８６に隣接するように構成される。ポスト２６０上の接触面２１２、及びプレート位置決めセクション２１０上の接触面２１５はディスク取り付け面５８６に当接している。背面リングセクション５８８は取り付け面５８６に対面している。背面リングセクション５８８における溝付きセクター５１０は、シール５２０、例えば変形可能な環状シールを受け入れるが、このシールはディスク取り付け面５８６に固定されるか、又は軽量プレートセグメント５００及びディスク取り付け面５８６の両方から分離している。シール５２０は、円形、楕円形、長方形、三角形、八角形、又はこれらの組み合わせである断面形状、あるいは溝付きセクター５１０に受け入れられるために適したあらゆる適切な形状を有する。
【００６４】
溝付きセクター５１０は軽量プレートセグメント５００の最内側エッジ５８５の近くで半径方向外側に位置されている。背面リングセクション５８８とディスク取り付け面５８６との間のシール５２０は、供給材料及び破片が軽量プレートセグメント５００とディスク取り付け面５８６との間の領域に入ることを防止する。
【００６５】
図１１は、隆起構造を大幅に欠いた背面４０４を有する別の軽量プレートセグメント４００を示す。ボルト孔４２０のためのポスト４６０、プレート位置決めセクション４１０、及びリブ４７０は、図２、図３及び図９に示される隆起構造と同様である。隆起構造は、ディスク取り付け面に装着されていない間（特に製造プロセス中）に、軽量プレートセグメント４００を移動するための装置による持ち手（grasping）を提供するフィンガー４１１及びバー４１２も含む。フィンガー４１１、バー４１２、ポスト４６０、及びプレート位置決めセクション４１０を備えていても、背面４０４は、隆起面や、広範な隆起面に関連した質量によって大幅に邪魔されないままである。いくつかの実施形態において、フィンガー４１１及びバー４１２は存在しないことがある。
【００６６】
最内側エッジ４１４は、図１０に示される最内側エッジ５８５と類似している。最内側エッジ４１４はディスク取り付け面に対向するように構成されている背面４０４を有する。溝付きセクター４１６は図１０における溝付きセクター５１０と類似しており、取り付け面のシール（図示せず）上に着座するように構成されている。
【００６７】
図１２は、ディスク７１４、７１６の取り付け面上にそれぞれ取り付けられた一対の軽量プレートセグメント７１０、７１２の側面図である。軽量プレートセグメント７１０、７１２は、サイドバイサイドで配置されて、ディスク７１４、７１６の取り付け面上に一列の環状列を形成する。プレートセグメント７１０、７１２はディスク７１４の取り付け面上に取り付けられ、環状列における隣接するプレートセグメント上に取り付けられない。ディスク７１４、７１６は（図１２において示されるように）ディスパーザーのローターディスク及びステーターディスクであり、軽量プレートセグメント７１０、７１２は再生紙及び他の材料からインク及び他の夾雑物を分散するための歯を有する。プレートセグメントは、バー及び溝を交互に有し、リファイナー（図示せず）用のディスクに取り付けられる。
【００６８】
留め具、例えばボルト７１８は、ディスク７１４、７１６から軽量プレートセグメント７１０、７１２の背面上のポスト７２０のボルト孔の中へ延びている。ボルト７１８は軽量プレートセグメント７１０、７１２をディスク７１４、７１６に固定する。ポスト７２０上の接触面７２２、及びプレート位置決めセクション７２６上の接触面７２４は、ディスク７１４、７１６のディスク取り付け面７２８に当接している。ボルト留め具、及び接触面７２２と取り付け面７２８との間の接合部は、軽量プレートセグメント７１０、７１２をディスク７１４、７１６に固定する。
【００６９】
ディスク取り付け面７２８上の出っ張り（ledge）７３０は、プレート位置決めセクション７２６のそれぞれの側壁接触面７３２に当接している。出っ張り７３０は軽量プレートセグメント７１０、７１２の半径方向の移動に抵抗し、軽量プレートセグメント７１０、７１２をディスク７１４、７１６上に位置合わせする。ディスク取り付け面の環状シール７３４は、軽量プレートセグメント７１０、７１２の内側エッジ領域の空間７３６に着座している。シール７３４は、（矢印７３８によって表される）供給材料が、軽量プレートセグメント７１０、７１２の後ろで、軽量プレートセグメント７１０、７１２とディスク７１４、７１６との間の領域に入ることを防止する。供給材料７３８は、半径方向外側に、軽量プレートセグメント７１０、７１２の対面する前面の間を移動する。
【００７０】
図１３は、プレートセグメントを製造するための例示的な鋳造プロセスを示すフローチャートである。フローチャートに示された、実線によって連結されたステップは、鋳造プロセスの好ましいステップを示す。点線によって連結されたステップは、鋳造プロセスの任意のステップを示す。
【００７１】
プレートセグメントは金属を鋳造することによって形成される。従来の製造プロセスは、溶融した金属を、目的とする特定のプレートセグメントのための所望のデザインを有する鋳型に注入することを含む。成型されたプレートセグメントが冷却されると、プレートセグメントは鋳型から除去されて、清浄化及び鋳型バリの除去（gate removal）ために送られ、その後に、ボルト孔の作製を含む研磨及び簡易検査が続き、さらにプレートセグメントの第２研磨ステップ、ロボット研磨が続いた後、熱処理及び精密研磨が行われる。
【００７２】
本明細書に開示された軽量プレートセグメントのために、従来の製造プロセスを修正することが可能である。修正された製造プロセスは、より軽量なプレートセグメントを提供し、これにより、新規の軽量プレートセグメントの強度に悪影響を与えることなく、製造ステップ及び製造コストを有意に低減することができる。
【００７３】
軽量プレートセグメントの製造は、熔融金属調製ステップ９０１及び熔融金属の鋳型への注入ステップ９１０によるプレートセグメントの鋳造から始まる。使用される鋳型は、隆起面、例えばリブの従来のネットワーク、特に、セグメントのエッジ及びサイドの周りのリブを大幅に欠いた新規の背面の面デザインを有する。鋳型は隆起面、例えばポスト、位置決めセクション及び質量支持リブを形成するための特徴を含む。鋳型が熔融金属で満たされると、成型されたプレートセグメントは冷却ステップ９１２で安全な取り扱いのために十分な温度に冷却される。
【００７４】
冷却された軽量プレートセグメントは鋳型から除去される。成型されたプレートはステップ９１４で清浄化され、鋳型バリは研磨によって除去される。簡易検査及びボルト孔作製も成型された軽量プレートセグメントについて行われる。この時点で軽量プレートセグメントは、ステップ９１８により顧客９５０への出荷の準備が整うが、任意に、軽量プレートセグメントに対して、出荷ステップ９１８の前に、ロボット研磨ステップ９２０、場合により精密研磨ステップ９２２、熱処理ステップ９２４の製造ステップを行うことがある。任意の熱処理の製造プロセスステップが省略されても、軽量プレートセグメントを形成するために使用される金属材料が軽量プレートセグメントを生産するのに十分な強度を有しておれば、熱処理ステップは不要である。
【００７５】
軽量プレートセグメントのより低い製造コストにより、リファイナー又はディスパーザーを備える工場では、プレートセグメントのセットのより頻繁な交換を計画することが可能となる。軽量プレートの交換は、より重いプレートと比較して、より容易に、より短い時間で、より安全に達成できる。プレートをより頻繁に交換することにより、プレートはそれらのバー又は歯が鈍くなったり又は破壊されたりする前に交換されるので、より効率的なリファイニング又は分散が可能になる。
【００７６】
内側リングが存在するとき、軽量プレートセグメントは内側リングそれ自体を除去することなく、ステーターディスク及びローターディスクから除去されることがある。内側リングはディスクの中心キャップに組み込まれていることがある。内側リングが損傷したとき、又は交換が必要なとき、内側リングは軽量プレートと同時に除去される。
【００７７】
軽量プレートセグメントと、軽量プレートセグメントの内径における内側リングとを組み合わせて使用すると、リファイニング機及び分散機において使用される従来のプレートセグメントに優る複数の利点がもたらされる。これらの利点は、プレートセグメントを製造するために必要とされる材料がより少ないこと；プレートセグメントの除去及び設置が容易であり、これによりプレートセグメントを除去し設置するために必要とされる時間が低減すること；新しいプレートセグメントを工場に配送し、使用済みプレートセグメントを返送する（使用済みプレートセグメントは通常は製造者に返送され、金属は再利用される）ための両方の搬送コストが低減すること；プレートセグメントがより軽量であることにより、軽量プレートセグメントの取り扱いが、工場の作業員、及びプレートセグメントの搬送に関係する他の人々のためにより安全であることを含む。
【００７８】
別の代替的な実施形態において、軽量プレートセグメントの裏側は、シールを保持するためにプレートセグメントの裏側に溝空間を有することがある。シールのための溝空間は、軽量プレートセグメントの裏側の内縁のエッジから半径方向内側に後退している。シール材料は、軽量プレートセグメントをディスクの取り付け面に保持しつつ、分解せずに、装置の運転環境（温度、化学物質等）に耐え得る可撓性の材料である。
【００７９】
以上、好ましい実施形態が示され説明されたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の修正及び代替がなされ得る。したがって、本発明は図面に基づいて、説明されたが、これに限定されないことを理解されたい。
【図１】
2014224340.tif 000003
【図２】
2014224340.tif 000004
【図３】
2014224340.tif 000005
【図４】
2014224340.tif 000006
【図５】
2014224340.tif 000007
【図６】
2014224340.tif 000008
【図７】
2014224340.tif 000009
【図８】
2014224340.tif 000010
【図９】
2014224340.tif 000011
【図１０】
2014224340.tif 000012
【図１１】
2014224340.tif 000013
【図１２】
2014224340.tif 000014
【図１３】
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【外国語明細書】
【TITLE OF INVENTION】
REDUCED MASS PLATES FOR REFINERS AND DISPERSERS 
【TECHNICAL FIELD】
【０００１】The disclosure relates to plates and plate segments for refiners and dispersers (also known as dispergers) used in mechanical pulping and paper recycling processes to produce pulp material and recycled pulp material for various end uses.
【BACKGROUND ART】
【０００２】In the production of pulp material to be used in the making of paper or other paper based packaging material. One conventional method is to employ a mechanical refiner. Mechanical refiners include, but are not limited to, refiners to process comminuted cellulosic material such as wood chips, etc. to produce pulp, and dispersers typically used in the processing of recycled paper material.  Mechanical refiners typically include a set of opposing discs, such as a pair of flat discs at least one of which rotates, a pair of conically shaped discs, and an assembly of parallel flat and conical discs. As feed material moves through a gap between the opposing discs, fibers in the material are separated to produce refined pulp; ink, and other contaminates may be dispersed from paper to produced a recycle pulp material. 
【０００３】Mechanical refiners that produce pulp from wood chips and other comminuted cellulosic material, typically referred to as refiners, have plates with bars and grooves on the front face of their plates. The plates are mounted on opposing discs. The gap between plates with bars and grooves is typically planer and formed between the upper ridges of the bars on opposing plates. Mechanical refiners used to process recycled paper and paperboard material are typically referred to as dispergers or dispersers, and have plates with teeth on the front face of the plates. The gap between opposing plates in a disperser may have a serpentine shape formed by the intermeshing rows of teeth on the opposing front faces of the plates. 
【０００４】The refining or dispersing action occurs as feed material, e.g., wood chips or recycled paper, enters the gap between the discs through an opening in one of the plates. The feed material is driven by centrifugal force to move radially outwardly through the gap and between the front faces of the plates. The refining or dispersing surfaces on the front faces act on the feed material as the material moves through the gap and is subjected to pulsating forces due to the crossing of the bars or teeth on the plates.  
【０００５】Plates may be formed by an annular assembly of plate segments mounted on the discs. The plates are generally an annular array of plate segments, such as pie shaped segments. The segments are mounted side-by-side to form a circular plate mounted onto the disc mounting surface. The plates have a front face with bars and grooves forming refining surfaces in a pulp refiner or rows of teeth forming dispersing surfaces in a disperser. The gap in the refiner or disperser is formed between the front faces of the plates on the opposing discs. The back faces of the plates are mounted to a disc mounting surface. Bolts and other fasteners hold the plates to the disc mounting surface.
【０００６】Plate segments, for a convention mechanical refiner (capable of handling high, medium or low consistency feed material) or a disperser (capable of handling recycled material feed material), are a critical component of the refining or dispersing equipment.  As the feed material moves across the surface of the plate segments, the surface of the fronts of the plate segments wear down. The refining and dispersion action performed by the plate segments become less effective as the plates wear down. The worn plate segments must be replaced. Generally, plate segments are periodically replaced on refiners and dispersers. 
【０００７】A typical annular array of plate segments for a refiner or disperser includes three (3) to twenty four (24) equally-sized plate segments. At every plate change, all segments of an annular array of plate segments are removed and inspected, mounting surface (surface of the discs) cleaned, and the new segments installed. The plate segments that can be reused are cleaned and new segments are substituted for worn segments, typically all plate segments are replaced but there are times when some plate segments may be cleaned and reused. The cleaned and new segments are mounted one-by-one onto the disc mounting surface. The mounting of each segment requires a shimming process to maintain equal spacing between the segments. The mounting also involves applying a proper torque to the fastener securing the segments to the disc mounting surface. 
【０００８】Refiners and dispersers usually have two annular plates arranged opposite to each other in the refiner. In the twin refiners or twin dispersers, there may be four plates arranged in two opposing pairs of plates. The refiner or disperser may have one rotor (which may be a double-sided rotor in a twin refiner or disperser) facing a stationary stator. Alternatively, the refiner or disperser may have opposite counter-rotating rotors. Regardless of the specific disc configuration, the plate segments mounted to the discs are periodically replaced. Plate segment replacement is needed because the refining or dispersing surface on the segments wears down by the abrasiveness of the feed material rubbing against these surfaces. A worn refining or dispersing surface reduces the efficiency of the refiner or disperser. 
【０００９】Plate segments generally must be rigid and structurally strong. The plate segments must support the front faces that comprise many bars and grooves for refiners and teeth for dispersers, which are subjected to continuous refining or dispersing action of the abrasive feed material as they encounter the feed material, centrifugal forces in the refiner or disperser, and stresses from the fasteners, e.g., bolts, that affix the segments to the disc mounting surface. A minimum plate thickness is conventionally in a range of 1.0 to 1.5 inches (25 to 38 millimeters (mm)). Additionally, the back face of the plate segments conventionally have a network of raised ribs, posts surrounding the bolt holes and other raised structures to provide structural support to the segments and to provide abutments that seat against the disc mounting surface. 
【００１０】The thickness requirement and network of raised structures on the plate segments contribute substantially to the mass of the segments. The segments are formed by casting molding metal. The cast plate segments tend to have a large mass (i.e., heavy in weight), which makes the cast plate segments difficult to handle when replacement is necessary. The large mass of the plate segments increases the cost of casting due to the cost for a large amount of metal, cost of shipping and cost to handle and mount the segments to the disc. It is desirable to produce a plate segment using a less amount of metal while meeting the mounting and structural requirements needed for a structurally strong and rigid segment.
【BRIEF SUMMARY OF INVENTION】
【００１１】A plate segment useful for mechanical refiner plate segments and disperser plate segments has been conceived having a reduced mass (i.e., lighter in weight). The reduction of mass is achieved by minimizing the network of raised ribs and other raised structures on the back face (non-grinder and refining surface) of a conventional plate segment. The novel light weight plate segment has sufficient strength to support the grinding and refining surfaces on the front of the segment without unduly increasing the risk that the segment will break.  
【００１２】The novel plate segment may lack conventional ribs along the edges of the segment, outer diameter (OD) ribs (also referred to as support material), and many (but not all) of the conventional reinforcement ribs or support material. Minimizing the network of raised ribs and other structures reduces the weight of the plate segment by 20 to 40 percent, as compared to conventional plate segments. Using the invention disclosed herein, the network of ribs and other raised structures on the back face of a plate segment may be achieved without adversely affecting the structural integrity and rigidity of the plate segments.  
【００１３】A novel plate segment has been conceived that is configured to be mounted on a disc of a disperser or refiner for comminuted cellulosic material, the segment comprises: a front face including disperser teeth or refining bars; a back face including a raised post surrounding a fastener attachment structure and a raised plate positioning section, and side edges; extending between the side edges are both a radially outer edge and a radially inner edge; wherein the back face lacks raised structures along the side edges.
【BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS】 
【００１４】FIG. 1 is a perspective view of a back face of a conventional plate segment suitable for a refiner or disperser, wherein the back face includes a network of raised ribs and other raised structures.
【００１５】FIG. 2 is a perspective view of a back face of a novel plate segment suitable for a refiner or disperser, wherein the back face lacks the raised ribs shown in FIG. 1, and has raised bolt hole posts and plate positioning ribs aligned with the posts. 
【００１６】FIG. 3 is a perspective view of another novel plate segment including a ring-section along an inner edge of the segment. 
【００１７】FIG. 4 is a cross-sectional side view of the novel plate segment with a ring-section separated from an inner edge section defined by line A-A.
【００１８】FIG. 5 is a cross-sectional side view of a first embodiment of the ring-section and the inner edge section.
【００１９】FIG. 6 is a cross-sectional side view of a second embodiment of the ring-section and the inner edge section, wherein a groove space on the inner edge faces a groove space on the ring-section.
【００２０】FIG. 7 is a cross-sectional side view of a third embodiment of the ring-section and the inner edge section, wherein the ring-section and the inner edge section have abutting slanted surfaces.
【００２１】FIG. 8 is a cross-sectional side view of a fourth embodiment of the ring-section and the inner edge section, wherein the ring-section and the inner edge section have abutting slanted surfaces.
【００２２】FIG. 9 is a cross-sectional side view of another embodiment of the novel plate segment with an inner edge section defined by line circle B.
【００２３】FIG. 10 is a cross-sectional side view of the inner edge section shown in Figure 9 abutting a disc mounting surface. 
【００２４】FIG. 11 is a perspective view of another embodiment of the novel plate segment including a ring section along the inner edge of the segment. 
【００２５】FIG. 12 is a side view of opposing plate segments each mounted to a disc mounting surface. 
【００２６】FIG. 13 is a flow chart of a method of forming a plate segment.
【MODE FOR CARRYING OUT INVENTION】
【００２７】It is desirable to provide a refiner or disperser plate segment with mass (i.e., weight) removed from the back face of the plate (i.e., the side adjacent the surface of the disc) while maintaining the strength required to provide refining or dispersing actions without structural damage to the plate segments.
【００２８】FIG. 1 shows the back face for a conventional plate segment 100. A network of ribs 110 and other raised areas are formed on the back face. The network includes raised posts 118 surrounding bolt holes 120, the edge ribs 140 along the radially outer edge of the plate segment, interior ribs and raised structures 135, and a ring segment 130 of a ring at the radially inward edge of the segment. The network of ribs 110 is intended to provide structural support and rigidity to the conventional plate segment, to reduce the risk that segment will break, and to provide support surfaces that abut against the mounting surface of a disc. 
【００２９】The intended functions served by the network of ribs 110support the conventional wisdom that such a network is needed on a plate segment. The inventors of the light weight plate segments disclosed herein broke from conventional wisdom. The inventors realized that the conventional network of ribs and other raised areas could be replaced by a reduced arrangement of support posts for each bolt hole and a supporting strip associated with each post.
【００３０】The back face of a novel plate segment that has reduced mass includes raised posts and raised plate positioning sections. Each raised post surrounds one of the bolt holes and has a mounting surface seated against a disc mounting surface. The raised plate positioning sections are also mounting surfaces that seat against the disc mounting surface. The posts and plate positioning sections provide sufficient mounting surfaces to support the plate segment on the disc mounting surface. They also provide structural support to the plate segment. 
【００３１】The posts and the plate positioning sections fix the position of the plate segment with respect to the plate segment. The posts and plate positioning sections may have the only surfaces on the plate segment that abuts the disc mounting surface. An inner ring segment (arc-edge) on the plate segment may also abut the disc mounting surface and fix the plate segment to the disc. The post, plate positioning sections and inner ring segment support the plate segments. Other raised structures on the back face are not needed to support the plate segments. 
【００３２】A light weight refiner or disperser plate segment has been invented comprising radially inner and outer edges; a front face with refining or dispersing features, a back face including a post providing a bolt hole and a raised plate positioning section, wherein the post and plate positioning section include surfaces configured to abut against a disc mounting surface.
【００３３】One embodiment of this light weight plate segment removes material from the backside of the segment, such as all side and outer diameter (OD) support material, ribs, or support material being strips or mass of solid metal material, and removes most, but not all, reinforcement ribs or support material other than those supporting the plate positioning sections. The embodiment allows reduction in overall weight of the plate segment. The light weight plate segment is less costly to manufacture, easier and less costly to transport, easier to handle (less manpower required to move and install the plates), quicker to install, and safer to handle in both manufacturing and customer premises. This light weight segment allows customers to further optimize their operating and maintenance processes by providing flexibility in the replacement frequency of the plate segments as the plate segments are quicker, safer and easier to change, thereby reducing the costs associated with their replacement.
【００３４】In an embodiment of the invention the borders or edges of the plate segment are removed with the exception of the border or edge facing the feed flow (such as the inner periphery or diameter). That is, three of the four plate segment borders or edges are removed. The removal of these plate segment borders or edges (three of the four borders or edges) results in even further reduction of the weight of the plate segment. 
【００３５】A border at the inner periphery or diameter of the plate segments, remains such that a ring (referred to as an inner ring or face ring) is formed at the inner diameter of the plates segments. The inner periphery border is important to support the seal. This inner ring may be formed in one piece and assist in positioning the plate segment on the disc. The inner ring may be a single, solid ring section at the radially inward edge of the plate segment. The inner ring allows for improved congruent placement of the plate segments to the disc mounting surface, thereby forming a smooth, continuous series of plate segments into a complete plate.
【００３６】A seal may be in a grooved space, e.g., about 0.5 to 2.5 mm, between the inner ring and the disc. The seal may be formed by a suitable material, such as a soft flexible seal material or a hard metal to metal seal material. 
【００３７】The light weight plate segments tend to be easier and safer to handle, less costly to manufacture, and apply lower forces to the disc.  Replacement of the conventional plate segments with the light weight plate segments may be accomplished quickly. Due to their lighter weight, there is less risk of physical injury to the mill personnel and to personnel involved in the manufacturing of the light weight plate segments. Light weight plate segments can be moved and mounted to the discs quickly as compared to conventional heavier plate segments.
【００３８】Because the light weight plate segments may be quickly and easily replaced, the period between plate replacements may be shortened without substantially increasing the overall downtime of the refiner or disperser.  As the plate segments may be more frequently replaced without decreasing the operating time for a machine, the surface condition of the plate segments over a machine operating period is better (i.e., less worn) than the conventional solid back heavy plate segments.  Thus, using the new light weight plate segments in refiners or dispersers allows for a better refining (e.g., fiber rubbing) or dispersing (e.g., contaminant breakage and further removal) action to be maintained which results in an improved final product.  
【００３９】FIG. 2 shows the back face of a light weight plate segment 200for a plate segment according to one embodiment of the invention (reference numbers are similarly labeled for similar parts as in FIG. 1).  It has been found a significant amount of the mass (i.e., weight), can be removed from a conventional plate segment without losing structural integrity while providing a light weight plate segment 200. 
【００４０】The back face of the light weight plate segment 200 is a substantially flat surface 205, which has a thickness T1, T2 similar to the thickness of the narrowest thickness of a conventional plate segment. The flat surface 205 may be truly planar or may have a slight curvature along a radial direction. The thickness T1, T2 of the light weight plate segment 200 may be substantially constant over the flat surface 205, or the thickness T1, T2 may gradually narrow in a radially outward direction. For example, T1 may be wider than T2 by a factor of 1.2 to 2.5. The thickness T1, T2 may be measured from the flat surface 205of the back face to the front face and particularly to the bottom of the grooves between the bars on the front face or to the mounting surface at the bottom of the teeth on the front face. The thickness T1, T2 may be in a range of 1.0 to 1.5 inches (25 to 38 millimeters (mm)).
【００４１】The back face of the light weight plate segment 200 lacks the extensive conventional network of ribs 110 and other raised surfaces, such as shown in FIG. 1. In particular, the segment 200 lacks raised edge ribs 140. The interior ribs 270 are limited to ribs extending from the posts 260 surrounding the bolt holes 220. The surfaces on the back face that abut the mounting surface of the disc mounting surface (see FIG. 5) may be limited to the upper surfaces of the posts 260 and the upper and side surfaces of plate positioning sections that are radially outward of the posts 260. Other surfaces of the back face, such as the substantially flat surface 205, may not touch the surface of the disc that opposes the back surface. An inner ring-section may be included along a radially inward edge of the segment (see FIGS. 3 to 12). The inner ring-section may also abut the surface of the disc mounting surface 205.   
【００４２】The plate positioning sections 210 and the posts 260 surrounding each of the bolt holes 220 may be the primary raised sections on the back face of the light weight plate segment 200. The plate positioning sections 210 and posts 260 may also include the contact surfaces 212, 215 that abut the disc mounting surface and support the plate segment when mounted to the disc mounting surface. If the disc mounting surface has a flat contact surface, then the contact surfaces 212on the posts 260 and the contact surfaces 215 on the plate positioning sections 210 may be substantially flat and in a common plane. Alternatively, if the disc mounting surface is conical, the contact surfaces 212, 215 may conform to a conical surface.  The contact surfaces 212, 215 cooperate with bolt fasteners to align the light weight plate segments 200 with respect to the disc mounting surface, and the bolt fasteners and contact surfaces 212, 215 carry the forces applied to the light weight plate segments 200.
【００４３】The plate positioning sections 210 may also have an outer sidewall with a contact surface 280that abuts a rim or post 260 on the disc mounting surface. The sidewall contact surfaces 280 align the radial position of the plate segment on the disc mounting surface and carry radial forces applied to the plate segment 200. The sidewall contact surfaces 280 replace the “butt pads” on conventional plate segments.
【００４４】The plate positioning sections 210 may be at the radially outer edge of the plate segment 200 or on the back face between the outer edge and the post 260. Each plate positioning section 210 may be radially aligned with a post 260 such that a radial line from an axis of the disc to which the plate segment 200 is mounted passes through both the post 260 and the plate positioning section 210.  Ribs, such as parallel ribs 270 extend from the post 260 to the plate positioning sections 210. The ribs 270 may have a height less than the height of the post 260 or plate positioning sections 210. The ribs 270 may also be a pair of ribs 270 extending from the post 260 to the plate positioning section 210. The ribs 270 provide structural support for the plate positioning sections 210 and posts 260. The ribs 270 may extend along radial lines from an axis of the disc or be parallel pairs of ribs 270.
【００４５】In some embodiments, the ribs 270 may have the same height as the outer periphery plate positioning sections 210 (solid material sections) and may end at the post 260 where the height at the plate positioning section 210 end is in a range of between the post 260 height and half the  height of post 260.  
【００４６】The width W of the contact surface 215 on the plate positioning sections 210 may be substantially, e.g., within 20 percent, of the diameter of the post 260. For example, the width W of the contact surface 215 and diameter of the post 260 may be in a range of 3 mm to 30 mm. The height of the plate positioning section 210 and post 260 may also be substantially, e.g., within 20 percent, the same or in a range of 2 mm to 50 mm.
【００４７】FIG. 3 shows the back face of a second embodiment of the light weight plate segment 300 (reference numbers are similar for similar parts as FIG. 2).  An inner ring 330 abuts a radially inward edge of the light weight plate segment 300. The inner ring 330 may be an annular ring fixed to the disc mounting surface to form an abutting surface to the inner edges of the light weight plate segments 300. In another embodiment, the inner ring 330 may be separate from the disc mounting surface. The inner ring 330 forms a dam or seal between the disc mounting surface and light weight plate segment 300 to prevent loose feed material and debris from entering a region between the back face of the light weight plate segment 300 and disc mounting surface. 
【００４８】The inner ring 330 may be a separate component from the light weight plate segment 300to avoid adding mass to the plate segment. The inner ring 330 may be a one piece annular ring that fits around the center cap (not shown) of the refiner or disperser. The inner ring 330 may have a width WE of approximately 1 inch (25 mm) and a height substantially the same as the thickness of the light weight plate segment 300 at the inner most edge 385 of the light weight plate segment 300.  A seal 390 may be placed between the inner most edge 385 of the light weight plate segment 300 and the outermost edge 350 of the inner ring 330.  The seal 390 is made of suitable material (material capable of withstanding the operating environment of temperature, chemicals, etc. in a refiner or disperser)
【００４９】During manufacturing, e.g., casting, of the light weight plate segments 300, tighter tolerances on the sides of the light weight plate segments 300 may be to reduce the opening between adjacent light weight plate segments 300 when mounted to the stator or the rotor disc, thereby removing the need for a raised border (such as edge rib 140 shown in FIGURE 1) along the side edges.  The light weight plate segments 300 may either be cast or machined to achieve tighter tolerances. When using the inner ring 330 along with the tighter manufacturing tolerances, little or no material will flow behind the light weight plate segment 300 by way of the opening in between the light weight plate segments 300 when placed side-by-side to form a complete plate.
【００５０】The inner ring 330 prevents feed material entering the region between the plate segments and mounting surface of the disc. Feed material going between the plate segment and the mounting surface of the disc cause plate segment balance problems. If the light weight plate segments 300 become off balance, the refiner or disperser machine may begin to vibrate and would need to be shut down for cleaning and replacement of the light weight plate segments 300 (the same being true for conventional plate segments 100 as shown in FIG. 1).  
【００５１】The inner ring 330 may be the thickness of the thickest part of the light weight plate segment 300, and may be removed from the surface of the disc or may remain in position on the disc allowing for easy removal of the light weight plate segment 300.  The inner ring 330 may also be part of the center cap of the refiner or disperser. The inner ring 330 as a functional feature may also be integrated into the center cap, so that it is not a separate part.
【００５２】This inner ring 330 need not come in direct contact with the light weight plate segments 300. Its primary purpose is to prevent the fiber material from getting to the back side of the light weight plate segments 300. The light weight plate segments 300can be either cast or machined to achieve tight enough tolerances in between them, so that the fiber does not go behind the light weight plate segments 300. Outer diameter edge of the light weight plate segments 300 is left open with the idea that centrifugal force will keep the area free of unwanted material. The material of the inner ring 330 is a material suitable for use in the abrasive environment experienced by plate segments of the refiner and disperser machines. 
【００５３】FIG. 4 is a cross-sectional view of the side of the light weight plate segment 400 and the inner ring 430.  The front face has teeth 402 as would be on a disperser plate. The teeth 402 are also representative of the bars on a refining plate. The reduced mass of the light weight plate segment 400 is evident from the minimal raised structures on the back face 404. The structures include the post 260 surrounding the bolt hole 220 and the plate positioning section 210.  The ribs 270 may be tapered to reduce their mass while providing structural support for the plate positioning section 210. The back face 404 may only abut a mounting surface of a disc via contact surfaces 215 and 210. Other surfaces on the back face 404 may not touch the mounting surface of the disc. 
【００５４】The contact surface 215 on the positioning section 210 and contact surface 212 on the post 260 are in substantially the same contact plane 406. The radially inner most edge 485 of the light weight plate segment 400 may also have a contact edge in the contact plane 406. Similarly, the inner ring 430 has a contact surface in the contact plane 406. The contact plane 406 conforms to the mounting surface of the disc. If the mounting surface is not planar, e.g., conical, then the contact surfaces 215and 212, as well as the inner most edge 485 and inner ring 430 are aligned with the mounting surface and not aligned in a plane.
【００５５】The light weight plate segment 400 has an inner most edge 485 facing and opposite to the outermost edge 450 of the inner ring 430. The opposing edges may have surfaces designed for one or more of simplicity, supporting a seal between the opposing edges and aligning the plate segment on the disc mounting surface. 
【００５６】FIG. 5 shows in cross-section an alternative for the radial inner edge region (A-A) of the light weight plate segment 400 (shown in FIG. 4) and the inner ring 430. The opposing edge surfaces 481, 451 of the light weight plate segment 400and inner ring 430 are straight (linear) in a direction of the axis of the refiner or disperser and arc-shaped in a direction perpendicular to the axis. The opposing edge surfaces 481, 451 have a simple shape. The space 495 between the opposing edge surfaces 481, 451 may be sufficiently narrow such that feed material cannot pass through the space 495 or sufficiently wide to allow a seal to fit in the space 495. For example, the space 495 may be in a range of 0.5 to 2.5 mm, which is sufficiently narrow to prevent feed material entering the region between the back face of the light weight plate segment 400 and the disc mounting surface. The space 495 may be entirely breached by metal to metal contact between the light weight plate segment 400 and inner ring 430 at numerous points in the space 495.
【００５７】FIG. 6 shows in cross-section an alternative light weight plate segment 400A (for the radial inner region (A-A) shown in FIG. 4) and the inner ring 430. In plate segment 400A a grooved space 496 is formed on the opposing edge surfaces 482, 452, of the light weight plate segment 400A and inner ring 430. The grooved space 496 is between raised corners on each edge surfaces 482, 452. The grooved space 496formed between the opposing edge surfaces 482, 452 receives a flexible seal 494 (such as a flexible o-ring or gasket or other suitable insert). The seal 494 fills the grooved space 496 and prevents feed material entering the region between the back face of the light weight plate segment 400 and the disc mounting surface.  
【００５８】FIG. 7 shows in cross section an additional alternative light weight plate segment 400B (for the radial inner region (A-A) of the plate in FIG. 4) and the inner ring 430. The inner edge surface 483 of the light weight plate segment 400B is slanted, e.g., oblique, with respect to the axis of a refiner disc. The slanted inner edge surface 483 faces a slanted edge surface 453 on the inner ring 430. The slanted space 497 between the parallel inner edge surface 483 and the slanted edge surface 453 is also slanted. The slanted space 497 may have a space of between 0.5 to 2.5 mm, or sufficiently narrow, when used with the straight lower surface 454 of the outermost edge of the inner ring 430 to prevent material entering from the refining/dispersing surface of the refiner plate segments and becoming lodged in the region between the backside of the light weight plate segment 400B and the disc mounting surface.
【００５９】The inner ring 430 may also include a lower surface 454 that is not slanted, e.g., parallel to the axis of the disc. The corner between the lower surface 454 and the slanted edge surface 453 provides an abutment to the slanted inner edge surface 483 of the light weight plate segment 400B. The abutment assists in preventing debris and feed material from passing through the slanted space 497. 
【００６０】In FIG. 7, the inner ring 430 has a height H1 greater than the thickness T3 of the light weight plate segment 400B. The lower surface 454 of the inner ring 430 extends through a region 493 between the back face of the plate segment and the disc mounting surface 492.  
【００６１】FIG. 8 shows in cross section yet another possible alternative light weight plate segment 400C (for the radial inner edge region (A-A) in FIG.4) and the inner ring 430, wherein an inner lip 498 on the inner ring 430 may support the inner edge region of the light weight plate segment 400C. The light weight plate segment 400C includes a slanted inner ring edge surface 483 and faces a slanted edge surface 453 of the inner ring 430. The height H2 of the inner ring 430is greater than the thickness T4 of the light weight plate segment 400C.  
【００６２】The inner lip 498 extends radially outward under an inner portion of the light weight plate segment 400C. The inner lip 498and the corner between the inner lip 498and slanted space 497 prevent feed material and debris from entering the region 493 between the light weight plate segment 400C and disc mounting surface 492. A seal (not shown) may be positioned in the region 493 and between the inner lip 498and the light weight plate segment 400C. 
【００６３】FIG. 9 is a cross-sectional view of a light weight plate segment 500 and FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of section B shown in FIG. 9. The inner most edge 585of the light weight plate segment 500is configured to be adjacent the disc mounting surface 586 of the annular disc 587. The contact surfaces 212 on the post 260 and contact surface 215 on the plate positioning section 210 abut the disc mounting surface 586. A back face ring section 588 faces the mounting surface 586. A grooved sector 510 in the back face ring section 588 receives a seal 520, e.g., a deformable annular seal, which may be fixed to the disc mounting surface 586or be separate from both the light weight plate segment 500 and the disc mounting surface 586. The seal 520 may have a cross sectional shape that is circular, oval, rectangular, triangular, octagonal, or combinations there of, or any suitable shape that may be suitable to be received by grooved sector 510. 
【００６４】The grooved sector 510 may be located near and radially outward of the inner most edge 585of the light weight plate segment 500. The seal 520 between the back face ring section 588 and disc mounting surface 586 prevents feed material and debris entering the region between the light weight plate segment 500 and disc mounting surface 586. 
【００６５】FIG. 11 shows another light weight plate segment 400having a back face 404 which is largely devoid of raised structures. The post 460 for the bolt holes 420, the plate positioning sections 410and ribs 470 are similar to raised structures shown in FIGS. 2, 3 and 9. The raised structures may also include a finger 411 and bar 412 which provide for grasping by devices for moving the light weight plate segment 400 while not attached to a disc mounting surface (especially during the manufacturing process). Even with the finger 411, bar 412, post 460 and plate positioning sections 410, the back face 404 remains largely unencumbered by raised surfaces and the mass associated with extensive raised surfaces.  In some embodiments, finger 411 and bar 412 may not be present.
【００６６】The inner most edge 414 is similar to the inner most edge 585 shown in FIG. 10. The inner most edge 414 has a back face 404 configured to oppose the disc mounting surface. A grooved sector 416 is similar to the grooved sector 510 in FIG. 10, and is configured to seat over a seal (not shown) on a mounting surface. 
【００６７】FIG. 12 is a side view of a pair of light weight plate segments 710, 712 each mounted on a mounting surface of a disc 714, 716. The light weight plate segments 710, 712are arranged side-by-side to form an annular array on the mounting surface of the disc 714, 716. The plate segments 710, 712 are mounted onto the mounting surface of the disc 714, and not mounted onto adjacent plate segments in the annular array. The disc 714, 716 may be a rotor and a stator disc of a disperser (as shown in Figure 12) and the  light weight plate segments 710, 712 may have teeth for dispersing ink and other contaminants from recycled paper and other materials. The plate segments may alternatively have bars and grooves and be mounted to discs for a refiner (not shown).
【００６８】A fastener, such as a bolt 718, extends from the disc 714, 716 into the bolt holes of the posts 720 on the back face of the light weight plate segments 710, 712. The bolts 718 fasten the light weight plate segment 710, 712 to the disc 714, 716. The contact surface 722 on the post 720 and the contact surface 724on the plate positioning sections 726abut the disc mounting surface 728of the disc 714, 716. The bolt fastener and the abutments between the contact surfaces 722 and the mounting surface 728fix the light weight plate segment 710, 712 to the disc 714, 716. 
【００６９】A ledge 730 on disc mounting surface 728 may abut a sidewall contact surface 732 on each of the plate positioning sections 726. The ledge 730 resists radial movement of the light weight plate segment 710, 712 and aligns the light weight plate segment 710, 712 on the disc 714, 716. An annular seal 734 on the disc mounting surface seats in a space 736on an inner edge region of the light weight plate segment 710, 712. The seal 734prevents feed material (represented by arrow 738) from getting in the region behind the light weight plate segment 710, 712 and between the light weight plate segment 710, 712 and disc 714, 716. The feed material 738 moves radially outward and between the opposing front faces of the light weight plate segment 710, 712.
【００７０】FIG. 13 is a flow chart showing an exemplary casting process to manufacture the plate segment. Steps shown in the flow chart that are connected by solid lines refer to preferred steps of the process. Steps connected by dotted lines indicate optional steps of the process.
【００７１】The plate segments may be formed by casting metal. Conventional manufacturing processes include pouring melted metal into a mold having the desired design for the specific plate segment of interest. Once the molded plate segment has cooled, the plate segment is removed from the mold and sent for cleaning and gate removal followed by grinding and rough inspection including bolt hole preparation, a second grinding step, robotic grinding of the plate segment prior to heat treatment and precision grinding.  
【００７２】For the light weight plate segments disclosed herein, a modified conventional manufacturing process is possible. The modified manufacturing process provides a lighter weight plate segment, thereby significantly reducing manufacturing steps and cost of manufacturing without adversely impacting the strength of the new, lighter weight plate segment.  
【００７３】Manufacturing of the light weight plate segment design begins with casting of the plate segment by taking molten metal 901, and pouring molten metal into a mold 910. The mold to be used has the new back face surface design that is largely devoid of raised surfaces, such as the conventional network of ribs and particularly the ribs around the edges and sides of the segment. The mold may include features for forming the raised surfaces, such as the post, positioning section and mass support ribs. Once the mold has been filed with molten metal, the molded plate segment is allowed to cool 912 to a temperature that is sufficient for safe handling.  
【００７４】The cooled light weight plate segment is removed from the mold. The molded plate is cleaned and molding gates are removed 914 by grinding. Rough inspection and bolt hole preparation are also performed on the molded light weight plate segment. At this point the light weight plate segment may be ready for shipment 918 to the customer 950, or optionally, the light weight plate segment may undergo the manufacturing steps of robotic rough grinding 920 and possibly precision grinding 922, and heat treatment 924 before shipment 918.  If the optional manufacturing process step of heat treatment is excluded, the metal material used to form the light weight plate segment may have sufficient strength to produce a light weight plate segment such that a heat treatment step is unnecessary.  
【００７５】Due to the lower manufacturing costs of the light weight plate segment, a mill plan with refiners or dispersers may be able to afford more frequent replacement of sets of plate segments. Replacement of the light weight plates can be accomplished more easily, in less time and safer as compared to heavier plates. More frequent replacement of plates allows for more efficient refining or dispersing because the plates are replaced before their bars or teeth become dull or broken.
【００７６】When an inner ring is present, the light weight plate segments may be removed from the stator and rotor discs without removing the inner ring itself. The inner ring may be incorporated to the center cap of the disc. When the inner ring becomes damaged or requires replacement it is removed at the same time as the light weight plates.  
【００７７】Using the combined light weight plate segment and the inner ring in the inner diameter of the light weight plate segment will result in multiple advantages over the conventional plate segments used in refining and dispersing machines. These advantages include: less material needed to manufacture the plate segments; ease of removing and installing the plate segments thereby reducing time required to remove and install plate segments; reduced transportation costs for both the new plate segments being delivered to the mill and the cost to return used plate segments (used plate segments are typically returned to the manufacturer so the metal can be reclaimed); because of the lighter weight of the plate segments, handling of the light weight plate segments is safer for the mill personnel as well as others involved in the transport of the plate segments.
【００７８】In another alternative embodiment, the backside of the light weight plate segment may have a groove space on the backside of the plate segment to hold a seal. The groove space for the seal is set back, radially inward from the edge of the inner periphery of the backside of the light weight plate segment.  The seal material is a flexible material capable of withstanding the operating (temperature, chemical, etc.) environment of the machine without decomposing while holding the light weight plate segment to the mounting surface of the disc. 
【００７９】While preferred embodiments have been shown and described, various modifications and substitutions may be made thereto without departing from the spirit and scope of the invention.  Accordingly, it is to be understood that the present invention has been described by way of illustration and not limitation.
1.  A plate segment configured to be mounted on a disc of a disperser or refiner of comminuted cellulosic material, the segment comprises: 
a front face of a plate segment including disperser teeth or refining bars;
a back face of a plate segment on an opposing major surface to the front face, including a raised post surrounding a fastener attachment structure and a raised plate positioning section;
side edges of the plate segment located along edges of the front face and the back face; and 
a radially outer edge and a radially inner edge extending between the side edges; 
wherein the back face lacks raised structures along the side edges.
2.  The plate segment in claim 1, wherein the back surface contains at least 20% less support material as compared to a conventional plate segment.
3.  The plate segment in claim 1, wherein the raised post is aligned along a radial line extending from a rotational axis of the disperser or refiner.
4.  The plate segment in claim 1 further comprising a second post and a second plate positioning section aligned along a radial line extending from a rotational axis of the disperser or refiner.
5.  The plate segment in claim 1, wherein the radially outer edge is devoid of a raised structure.
6.  The plate segment in claim 1, wherein the raised post and raised plate positioning section each have contact surfaces, and the contact surfaces are aligned in a common plane.
7.  The plate segment in claim 1 further comprising a rib extending radially outward from the post to the plate positioning section.
8.  An assembly of a disc and a plate segment for a refiner or disperser comprising:
a plate segment including a front face having disperser teeth or refining bars, a back face having a raised post surrounding a fastener attachment structure and a raised plate positioning section; side edges located along edges of the front face and back face, and a radially outer edge and a radially inner edge extending between the side edges, wherein the back face lacks raised structures along the side edges; and
a disc having a disc mounting surface configured to mount the plate segment, the disc mounting surface abuts the post and plate positioning section of the plate segment.
9.  The assembly of claim 8 further comprising plate segments mounted side by side on the disc mounting surface to form an annular array on the mounting surface of the disc, and the plate segments are not mounted to adjacent plate segments. 
10.  The assembly of claim 8 further comprising a spaced region between the plate segment back surface and the disc mounting surface in which the back surface do not abut the disc mounting surface except for a surface on the raised post and the raised plate positioning section that abut the disc mounting surface.
11.  The assembly of claim 8 further comprising an annular ring on the disc mounting surface, wherein the annular ring is radially inward and adjacent to the radially inner edge of the plate segment.
12.  The assembly of claim 8, wherein a surface of the radially inner edge of the plate segment faces a surface of the annular ring, and the surfaces are straight in a direction of an axis of a refiner or disperser.
13.  The assembly of claim 12, wherein an annular space between the facing surfaces has a thickness in a range of 0.5 to 2.5 mm.
14.  The assembly of claim 12 wherein a surface of the radially inner edge of the plate segment faces a surface of the annular ring, and the surfaces form an annular partial space to receive an annular seal.
15.  The assembly of claim 12, wherein the surfaces abut at various points along the inner edge of the plate segment. 
16.  The assembly of claim 11, wherein a surface of the radially inner edge of the plate segment faces a surface of the annular ring, the surfaces each have a grooved space, and the grooved spaces form a track to receive an annular seal.
17.  The assembly of claim 16, wherein the annular seal is a deformable seal. 
18.  The assembly of claim 8, wherein a surface of the radially inner edge of the plate segment faces a surface of the annular ring, and the surfaces are parallel to each other and oblique to a direction of an axis of a refiner or a disperser. 
19.  The assembly of claim 18, wherein the surface of the annular ring includes a lip extending underneath the plate segment.   
20.  The assembly of claim 18, wherein the inner ring has a thickness greater than the thickness of the plate segment at the radially inward edge, such that the radially inward edge does not abut the disc mounting surface.
21.  The assembly of claim 16, wherein the annular seal is in a shape of circular, oval, rectangular, triangular, octagonal, or combinations thereof. 
22.  A plate segment comprising:
a front face on a plate segment, including disperser teeth or refining bars;
a back face on a major surface of the plate segment opposing the front face, including a raised post surrounding a fastener attachment structure and a raised plate positioning section;
side edges of the plate segment located along edges of the front face and the back face; 
a radially outer edge and a radially inner edge extending between the side edges; and 
a grooved space on the back face and adjacent to the radially inner edge, the grooved space is configured to receive a seal; 
wherein the back face lacks raised structures along the side edges,.
23.  The plate segment of claim 22, wherein the radially inner edge of the back face is in a common plane with contact surfaces on the post and plate positioning section.
24.  A method to form a plate segment comprising:
casting a plate segment by pouring molten metal into a mold, wherein the mold includes impressions for a back face of the plate segment that lacks raised ribs along sidewalls of the back face;
cooling the plate segment and removing the segment from the mold after pouring the molten metal; 
cleaning and removing casting gates from the cooled plate segment; and 
grinding the cooled plate segment.
25.  The method of claim 24, wherein the grinding of the plate segment includes an automated robotic rough grinding step followed by a manual precision grinding step.
26.  The method of claim 24, wherein the plate segment is configured for use in a refiner or a disperser.
27.  The method of claim 24, wherein the depressions in the mold for the back face are limited to depressions for at least one fastener support post, at least one plate positioning section radially aligned with each fastener support post, and at least one rib extending between each aligned fastener support post and plate positioning section. 
1. ABSTRACT
A light weight plate segment configured to be mounted on a disc of a disperser or refiner for comminuted cellulosic material including: a front face having disperser teeth or refining bars; a back face having a raised post surrounding a fastener attachment structure and a raised plate positioning section; side edges of the plate segment; and a radially outer edge and a radially inner edge extending between the side edges; wherein the back face lacks raised structures along the side edges.
2. SELECTED DRAWING
Fig.2
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