(57)【要約】      （修正有）【課題】木材を個々の繊維に分離するため、並びにこれらの繊維を適当な製紙用繊維又は製板用繊維に解繊するために長年使用されてきたリファイナープレートであって、良好な稼働状態を達成し、低いエネルギーレベルで良好かつ均一な品質の繊維を生産しながら、繊維の半径蓄積を除去するために、リファイニングゾーンの間に特定の半径遷移ポイントを有しない改良されたリファイナープレートデザイン。【解決手段】実質的な螺旋で、プレートの縁又はプレートの縁の近くからブレーカーバーゾーンに隣接するプレートの回転軸に向かって延びる連続的な遷移ゾーンを有するリファイナープレートセグメント。【選択図】図１
2014098224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リファイナーディスク上に取り付けられるためのリファイナープレートセグメント又はセクターのためのパターンであって、
外縁における外側半径及び内側円弧における内側半径；
外縁と内側円弧との間に複数のバンドで配置されたバーと溝とのパターンを含むリファイニングゾーン；
リファイナープレートセグメントを用いて取り付けられたリファイナープレートのリファイニングゾーンに延びる実質的に螺旋状形状を、リファイニングゾーンの外縁近傍から内側円弧近傍まで形成するラインで分布された遷移ゾーン；
を含み、
前記それぞれのバンドにおけるバーのパターンは密度を有し、それぞれのバンドにおけるバーの密度は、内側円弧に最も近いゾーンから外縁に最も近いゾーンへとより大きくなり、
前記遷移ゾーンは、セグメントを通過する半径ラインに対して２０°と８５°との間の角度で配置されることを特徴とするリファイナープレートセグメント又はセクターのためのパターン。
【請求項２】
前記バーと溝とのパターンが、内側円弧に最も近いリファイニングゾーンの部分から外縁に最も近いリファイニングゾーンの部分へと移行すると、リファイニングゾーンバンド内でより密になる請求項１のリファイナープレートセグメント。
【請求項３】
前記遷移ゾーンが１つ以上の以下のもの、すなわち、全表面ダム、それぞれのゾーンからのバーの末端を連結するサブ表面ダム、連結されたバーの末端、部分的に連結されたバーの末端、又は遷移ゾーンの間の区別し得る分断、を含む、請求項１のリファイナープレートセグメントのためのパターン。
【請求項４】
前記遷移ゾーンが１つ以上の以下のもの、すなわち、全表面ダム、それぞれのゾーンからのバーの末端を連結するサブ表面ダム、連結されたバーの末端、部分的に連結されたバーの末端、又は遷移ゾーンの間の区別し得る分断、を含む、請求項２のリファイナープレートセグメントのためのパターン。
【請求項５】
前記遷移ゾーンが、セグメントを通過する半径ラインに対して３０°と８０°との間の角度で配置される、請求項２のリファイナープレートセグメントのためのパターン。
【請求項６】
前記遷移ゾーンが、リファイナープレートセグメントを用いて取り付けられるリファイナープレートのリファイニングゾーンに延びる実質的に螺旋状形状を、外側半径近傍から内側円弧近傍まで形成するラインの組み合わせで、分布されている、請求項２のリファイナープレートセグメントのためのパターン。
【請求項７】
前記遷移ゾーンが、リファイナープレートのリファイニングゾーンの表面の少なくとも５０％に延びている実質的に螺旋状形状を形成する曲線で分布されている、請求項２のリファイナープレートセグメントのためのパターン。
【請求項８】
前記遷移ゾーンが、リファイナープレートのリファイニングゾーンの表面の少なくとも６０％に延びている実質的に螺旋状形状を形成する曲線で分布されている、請求項２のリファイナープレートセグメントのためのパターン。
【請求項９】
前記遷移ゾーンが、リファイナープレートのリファイニングゾーンの表面の少なくとも７５％に延びている実質的に螺旋状形状を形成する曲線で分布されている、請求項２のリファイナープレートセグメントのためのパターン。
【請求項１０】
前記遷移ゾーンが、リファイナープレートのリファイニングゾーンの表面の少なくとも５０％に延びている実質的に螺旋状形状を形成する曲線で分布されている、請求項６のリファイナープレートセグメントのためのパターン。
【請求項１１】
前記遷移ゾーンが、リファイナープレートのリファイニングゾーンの表面の少なくとも６０％に延びている実質的に螺旋状形状を形成する曲線で分布されている、請求項６のリファイナープレートセグメントのためのパターン。
【請求項１２】
前記遷移ゾーンが、リファイナープレートのリファイニングゾーンの表面の少なくとも７５％に延びている実質的に螺旋状形状を形成する曲線で分布されている、請求項６のリファイナープレートセグメントのためのパターン。
【請求項１３】
連続的な遷移ゾーンが、リファイニングゾーンの表面エリアの合計１０％未満となるバーと溝とのパターンにおいて、１つ又は多くの不連続を有する、請求項８のリファイナープレートのためのパターン。
【請求項１４】
前記遷移ゾーンが、リファイナープレートのリファイニングゾーンの表面の少なくとも５０％上に半径方向に分布されている、請求項１のリファイナープレートセグメント。
【請求項１５】
前記リファイニングゾーンが、リファイナープレートセグメントの中心軸に沿って鏡像であり、
前記遷移ゾーンが、リファイニングゾーンの表面の実質的に全てに延び、
該遷移ゾーンが、「Ｖ」、「Ｗ」、逆「Ｖ」、又は逆「Ｗ」状に実質的に形づくられている、請求項１のリファイナープレートセグメント。
【請求項１６】
リファイニングエリアが、ブレーカーバーセクションの外縁に最も近い末端からリファイニングゾーンの外縁へと延びるリファイナープレートセグメントのエリアを含む、請求項１のリファイナープレートセグメント。
【請求項１７】
バーと溝とのパターンを有するリファイニングゾーン及びＸの形態の遷移ゾーンを含むリファイナープレートセグメントであって、
前記遷移ゾーンによって作り出されたＸ形状によって、リファイニングゾーン内にダイヤモンド形状が作り出され、
前記それぞれのダイヤモンド形状内のバーと溝とのパターンにおけるバーの密度は、内側円弧により近いダイヤモンド形状から内側円弧からより遠いダイヤモンド形状へと半径方向に移行すると、より大きく、より密になることを特徴とするリファイナープレートセグメント。
【請求項１８】
バーと溝とのパターンを有するリファイニングゾーン及び該リファイニングゾーン内に遷移ゾーンを含むリファイナープレートセグメントであって、
前記リファイニングゾーン及び遷移ゾーンは螺旋状バンドを形成し、
前記バーの１つ以上が２つ以上の遷移ゾーンを横切って延びており、
前記バーのパターンが、内側円弧から外縁に向かう方向に遷移ゾーンを交差するとき、より密になることを特徴とするリファイナープレートセグメント。
【請求項１９】
前記遷移ゾーンがＶ形状又は逆Ｖ形状の形態である、請求項１のリファイナープレートセグメント。
【請求項２０】
前記遷移ゾーンがＶ形状又は逆Ｖ形状の形態である、請求項２のリファイナープレートセグメント。
【請求項２１】
第１側端及び第２側端を有し、
前記第１側端がセグメントの内側円弧に最も近く、第２側端がセグメントの外側円弧に最も近く、
前記バーのパターンが、第１側端から第２側端への方向に移行すると、より密になる、請求項１８のリファイナープレートセグメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、プレート若しくはプレートセグメント（又はセクター）の内側部分に近く、ブレーカーバーゾーンに近いエリアからプレート若しくはプレートセグメント（又はセクター）の外縁に近いエリアへと延びる連続的な遷移ゾーンを作り出すバーと溝とのパターンを有する回転リファイナープレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリファイナープレートは、非常に粗いバー及び溝によって特徴づけられる実質的に環状の内側ゾーンを一般に含み、そこで、供給材料はサイズが減少されて、実質的なリファイニング作用なしに（リファイナープレートの回転軸から外縁に向かう）移行の半径成分(a radical component of movement)が与えられる。これはブレーカーバーゾーンと呼ばれる。第２の環状の外側ゾーンは、第１ゾーンから材料を受け取り、外側ゾーンの内側部分において比較的粗いリファイニング作用を行い、次に外側ゾーンの外側部分においてより高度のリファイニングを行う。この外側ゾーンはリファイニングゾーンとして知られている。
【０００３】
従来のリファイナープレートのリファイニングゾーンは、１つ以上の区別し得る実質的に環状のリファイニング領域を典型的に有し、それぞれの領域が、最内側ゾーン（供給エリア）から最外側ゾーン（出口エリア）へと移行するにつれてバーパターンの密度がより高くなっていく独自のバーと溝との構成を有する。それぞれのリファイニング領域の間は遷移ゾーンである。遷移ゾーンは、一般に円環、環状であるか又は回転軸に対する円弧において比較的短い距離に渡って広がっているように一般に見える。遷移ゾーンは様々な形状及び構成、例えばＺ形状（米国特許5,383,617号明細書に開示）、Ｖ形状又はＷ形状を包含することもできる。遷移ゾーンがあるエリアに渡って広がっているときでさえ、従来のリファイナープレートデザインは、比較的に一定のバーと溝とのデザインを有する非常に分離しているリファイニング領域（very separate refining regions）と、分離しているファイニング領域の間に、幾分制限的な遷移ゾーン（somewhat restrictive transition zones）とを典型的に有する。リファイナープレートはセグメント化されていても、されていなくてもよいが、リファイナープレートは複数のセグメント若しくはセクターをサイドバイサイドで（水平に）合わせることにより、又はディスク表面上に環状の列(an annular array)として取り付けることによって通常形成され、ゾーンの遷移はそれぞれのセグメント又はセクター上に半径方向に延びる中心軸のいずれかのサイド上で対称であることが多い。
【０００４】
リファイナープレートは、木材を個々の繊維に分離するため、並びにこれらの繊維を適当な製紙用繊維又は製板用繊維に解繊するために長年使用されてきた。そのプロセスは高度にエネルギーを必要とするので、木材を適当な製紙用繊維にリファイニングするために必要なエネルギー量を減少させる試みが長い間なされてきた。しかし、エネルギー消費量を減少させることに成功したほとんどの試みで、製造された繊維の特性及び品質が受け入れがたいほどに低下するという結果をもたらしている。
【０００５】
力センサー及び温度センサー（force and temperature sensors）の組み合わせを使用した研究室での実験が、様々なリファイナープレートのモデルについて行われてきた。エネルギー消費及び繊維品質の両方に対して最も重要で決定的に寄与するものは、半径方向に不均一な繊維パッドの分布(radially uneven fiber pad distribution)を導くリファイナープレート上のパターンであることが見出された。これは、繊維のパッドがリファイナープレートの表面上で、特に内側端から外側端へと半径の方向に移行すると、不均一な厚さとなることを意味する。換言すれば、最適なエネルギー消費及び繊維品質を達成するための望ましくないパターンは、与えられた半径位置上で繊維のより大きな蓄積(larger accumulation)をもたらすパターンである。より大きい半径蓄積(radial accumulations)は、バーと溝とのパターンがより粗い入口パターンから外縁に向かってより細かいパターンへと通常変化しているポイントに典型的に関係し、又ときには、溝における流れを制限するダムの不十分な半径分布(radial distribution)に関係する。
【０００６】
リファイニング性能を最適化するために、プレートのリファイニング表面の完全な利用が必要とされる。これは、供給エリア（通常は内側エリア）から出口エリアに向けてバー及び溝の幅が徐々に減少することを必要とする。このような構成は、リファイナーの自然な供給態様（供給エリアにおけるより長い滞留）と、木材チップから繊維束、さらに個々の繊維に至る粒子サイズの徐々の減少とのコンビネーションに対してリファイナープレートをより適合させる。
【０００７】
リファイナープレートパターンにおいて使用される典型的なバーと溝との幾何学形状、すなわち遷移ゾーンは、供給原料が留まり、大量の繊維が蓄積するエリアを作り出す。さらに、1つのエリアにおける大量の繊維の蓄積は過剰なリファイニング及び望ましくない繊維の切断をもたらす。繊維の蓄積の量が少ないか又は十分でないとエネルギー強度の適正な適用を促進しないので、過剰にリファイニングされたエリアの間のエリアはより小さい効率で使用される。
【０００８】
遷移ゾーンの構成によって引き起される繊維の集積(buildups)を除去するための初期の試みは、リファイニングゾーンの外縁に向かって収束するバーと溝とを有するデザインを包含させることによってなされていた。しかしながら、これらの収束するバーと溝とのデザインは、供給材料が収束するチャンネルに押し込まれると容易に詰まる傾向がある。これらのデザインは、リファイナープレートセグメント又はセクターを横切って水平に延びるラインに対するポンピング及びホールディングバー角度のより広いスパンを有するパターンを生み出す傾向もあり、リファイナープレート表面に渡って均一性の低い充填率（less homogenous fill rate）を生じ、またリファイニングゾーンにおいて、材料の一部がより長い滞留時間やより短い滞留時間を有することによって、不均一なリファイニングをもたらす。
【０００９】
従って、良好な稼働状態を達成し、低いエネルギーレベルで良好かつ均一な品質の繊維を生産しながら、繊維の半径蓄積(radial build-ups)を除去するために、リファイニングゾーンの間に特定の半径遷移ポイント(radial transition point)を有しない改良されたリファイナープレートデザインが必要とされている。繊維の蓄積の除去の更なる助けとなって、稼働及び繊維品質への悪影響を最小限にするために、プレートの回転軸からプレートの外縁へと徐々に細かくなっているバーと溝とのパターンを有する改良されたリファイナープレートデザインも必要とされている。リファイナープレートデザインにおいて制限となるものもまた必要とされており、例えばダムなどは悪影響なしに繊維の蓄積をさらに最小化するために半径方向に均一に分布されるべきである。本発明はこれらの必要性及び他の必要性に対するものである。
【発明の概要】
【００１０】
概略的に言うと、本発明の実施形態は、一般に螺旋状で、連続的な遷移ゾーンを含み、この遷移ゾーンはプレートの内側部分（供給エリア）に近く、ブレーカーバーエリアに近いエリアから延び、プレートの外縁に近いエリア（出口エリア）に向かって広がっている。全体として１つにアセンブリーされた円環プレートの１つのセクターであるプレートセグメントの外側部分又は外縁端は、第１円弧を形成する。プレートセグメントの内側部分は、より短い長さの第２円弧を形成する。プレートセグメントの第１円弧と第２円弧は平行な円弧である。全体として１つにアセンブリーされたプレートについて、これらの平行な円弧をトレースするラインは、同心の円環を形成する。このコンセプトを使用して、プレートセグメントの第１円弧と第２円弧との間に（プレートセグメント又はセクターを左サイドから右サイドへと横切って）描かれるもう1つの平行な円弧は、少なくとも一度、連続的な遷移ゾーンと交差する。本明細書で使用される「平行な円弧」は、外側端及び内側端によって形成される第１円弧及び第２円弧に平行して描かれる円弧を意味する。平行な円弧のそれぞれのポイントは、プレートセグメントの表面に沿って描かれるとき、プレートの回転の中心から等距離にある。従って、遷移ゾーンの一部は、リファイナープレートセグメントのリファイニングエリアにおける任意の半径位置と交差するように描かれた、任意の平行な円弧において見付けるけることができる。リファイニングエリアは、ブレーカーバーセクションの外縁に最も近い末端からリファイニングゾーンの外縁へと延びるリファイナープレートセグメントのエリアを含む。その効果は、比較的短いリファイニング領域のいくつかのバンドを作り出すことであり、それらはリファイナープレートセグメント又はセクターの外縁に対して一般に角度がつけられている。遷移の角度は、遷移ゾーンに対して接するラインと半径ラインとの交差によって形成される。半径ラインは、プレートの中心点（回転の中心）を通過する外縁に対して垂直なラインによって形成される。連続的で一般に螺旋状の遷移ゾーンの間のリファイニング領域によって、このように作り出された目視し得るバンドは、一定の幅を有し、又はこの幅はバンドの最外側部分（リファイナープレート上の半径位置に対して）からバンドの最内側部分へと変化することができる。本明細書で使用される「半径位置」とは、プレートセグメント上に描かれる半径ラインに沿った任意のポイントを意味する。
【００１１】
本開示に従った遷移ゾーンは、1つのバーと溝との寸法(dimension)から、異なるバーと溝との寸法までの区別し得る分断(a distinct break)であってもよく、又は遷移ゾーンは、ダムの形態をとることもでき、そのダムは全表面（バーの頂部と同じレベル）にあるか若しくはバーの頂部と溝の底との中間のレベルにあってもよく、又は遷移ゾーンは２つの隣接するゾーンの間で１つ以上のバーの末端を連結することによって形成されてもよい。さらに、本明細書に開示された連続的な遷移ゾーンは、遷移ゾーンの接線と半径ラインとによって描かれた２０°〜８５°（好ましくは３０°〜８０°）の角度で一般に設置される。さらに正確には、遷移ゾーンはセグメントを通過する半径ラインに対して３０°と８０°との間の角度で配置される。遷移ゾーンは、目視し得る曲線、直線、又は曲線と直線とのコンビネーションを作り出す。本発明に従って、遷移エリアは、一般的な螺旋状の形態でリファイナープレートのリファイニングゾーンの表面上に分布される。理想的には、遷移ゾーンの位置は、リファイナープレートセグメントの両端で同じであり、その結果、セグメント又はセクターからなる全環(a full ring)が、セグメント又はセクターをサイドバイサイドでリファイナーディスク上に置かれることによって作り出されたとき、遷移ゾーンは、プレートの外縁、又はその近くから回転の軸に向かって連続的で、実質的に螺旋状の経路を形成するためにマッチングされる。もう１つの実施形態において、リファイナープレートセグメントを用いて取り付けられるリファイナープレートのリファイニングゾーンを、リファイナープレートセグメントの外側半径近傍から、リファイナープレートセグメントの内側円弧近傍へと延ばしている実質的に螺旋状形状を形成する複数のラインのコンビネーションで遷移ゾーンが分布される。他の実施形態において、遷移ゾーンは、リファイナープレートのリファイニングゾーンの表面の少なくとも５０％、少なくとも６０％又は少なくとも７５％に延びている実質的に螺旋状形状を形成する曲線として分布される。これは本開示の好ましい実施形態であるが、遷移ゾーンが各セグメントを横切って半径方向に実質的に均一に分布している限り、１つのセグメント又はセクターから次のセグメント又はセクターまで整列しない遷移ゾーンも本発明の範囲内である。
【００１２】
遷移ゾーン上の任意のポイントにおいても、リファイナープレートの回転軸に向かうバーと溝との寸法(dimensions)は、リファイナープレートセグメントの外縁に向かうバーと溝との寸法よりも、より粗く又はより密でない（より広く及び／又はより間隔が離れる）。換言すれば、バーと溝との構成は、回転軸からプレートの外縁への方向に、２つの遷移ゾーンの間のリファイニングエリアバンドから次へと半径方向に移行するにつれて、より細かくなる（バー密度はより大きくなる）。回転軸からプレートの外縁へと、任意の遷移ゾーンバンドを移行するときにバーと溝とのパターンがより細かくなることに加えて、このようなパターンが、遷移ゾーンの間に位置しているバーと溝との任意のバンド内で外側方向に移行するとき、より細かくなることも望ましい。それぞれの遷移ゾーンバンドのバーの密度の変化は、段階的により大きくなるか、又は徐々に変化する。遷移ゾーンバンドの相対的な角度及び数に依存して、バーと溝とのパターンが遷移ゾーンを横切って密になり、さらにリファイニング領域のバンド内でもより密になるこのような構成は理想的である。なぜならば、粗いパターンから細かいパターンへの変化は、半径方向にさらにより徐々になるからである。遷移ゾーンは、全表面ダム、それぞれのゾーンからのバーの末端を連結するサブ表面ダム、連結又は一部が連結されたバーの末端、遷移ゾーンの間の区別し得る分断(a distinct break)又はこれらの組合せから形成される。
【００１３】
この新規な幾何学形状の結果として、バーはもはや連続的でなく、各遷移エリアを横切って分断され、例えばダムを越える前と後で直線にならない。リファイナープレートの新規で徐々に変化する幾何学形状は、２以上のリファイニング領域を有する全てのリファイナープレートに適用でき、またこれに限定されるものではないが、直線のバー、湾曲したバー、鋸歯状のバー、対数螺旋状形状等を含む公知のバー及び溝の形状に適用できる。プレートは、これに限定されるものではないが、フィブリレイター、ファイバライザー、一次リファイナー、低コンシステンシーリファイナー、中コンシステンシーリファイナー、高コンシステンシーリファイナー、コニカルリファイナー、シングルディスクリファイナー、ダブルディスクリファイナー、マルチプルディスクリファイナー等を含むメカニカルリファイナーでも使用し得る。
【００１４】
ある実施形態において、プレートパターンは可逆的であり、遷移ゾーンは入口から出口へと連続的でなくてもよいが、セグメント又はセクターの中心線を横切って鏡像であり、又は２つの遷移ゾーン列を形成し、「Ｖ」、「Ｗ」、逆「Ｖ」、逆「Ｗ」若しくは「Ｘパターン」に交差する。これらも本発明と同じコンセプトと考えられるだろう。これらの特徴及び他の特徴並びに本発明の利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を添付の図を参照しつつ読めば、当業者により明白になるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実質的に平行なバーパターンをそれぞれ特徴とする、実質的に一定の幅の区別し得るバンドを有するリファイナープレートセグメントを示す。
【００１６】
【図２】図２は、実質的に平行なバーパターンをそれぞれ特徴とする、実質的に変化する幅の区別し得るバンドを有するリファイナープレートセグメントを示す。
【００１７】
【図３】図３は、プレートの回転の方向が可逆的であり、遷移ゾーンが逆Ｖ形状をなしているプレート用のリファイナープレートセグメントを示す。
【００１８】
【図４】図４は、バーがＸ形状遷移ゾーンを形成するように位置されている可逆リファイナープレートセグメントを示す。
【００１９】
【図５】図５は、リファイナープレートセグメント遷移ゾーン、遷移の角度及び半径又は環状ラインを示す。
【００２０】
【図６】図６は、半径円弧又は環状円弧を規定するリファイナープレートセグメントを示す。
【００２１】
【図７】図７は、遷移ゾーンにより急峻な角度を有する実質的に平行なバーパターンをそれぞれ特徴とする、区別し得るバンドを有するリファイナープレートセグメントを示す。
【００２２】
【図８】図８は、隣接するバンド同士からのバーの末端が連結されている、バンドを有するリファイナープレートセグメントを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
前述の好ましい実施形態の詳細な説明は、例示及び説明の目的のためだけに提示されたものであり、説明し尽くしたということを意図せず、又発明の範囲及び要旨を制限することを意図しない。実施形態は、発明の原理及びその実用的な応用を最もよく説明するために選ばれ、説明されている。当業者は、多くのバリエーションが、本発明の範囲及び要旨を逸脱することなく、本明細書に開示された発明に対してなされ得ることを認識するであろう。
【００２４】
リファイナープレートセグメント又はセクターの多様な実施形態に基づく、リファイナープレートデザインの例示的な実施形態が、図１〜４及び図７〜８に示されている。リファイナープレートセグメント（セクター）のある実施形態は、螺旋状であり、連続的な遷移ゾーンを一般に含み、この遷移ゾーンは、プレートの出口エリアの近くのエリアから延び、プレートの供給エリアに向かって広がっている。このコンセプトを使用して、プレートセグメントの第１円弧と第２円弧との間に描かれる平行な円弧は、少なくとも一度、連続的な遷移ゾーンと交差するので、遷移ゾーンのその部分はリファイナープレートのリファイニングエリアにおける任意の半径位置でも見出される。比較的短いリファイニングゾーンの幾つかのバンドがこのように作り出され、リファイナープレートセグメントの外縁に対して一般に角度がつけられている。遷移の角度は、半径ラインと遷移ゾーンに接するラインとの間に形成される角度であり、約２０°〜８５°の角度である。連続的で一般に螺旋状である遷移ゾーンの間に複数のリファイニングゾーンによって、作り出された目視し得るバンドは、一定の幅を有するか、又は幅が（リファイナープレート上の環状の位置に対して）バンドの最外側部分からバンドの最内側部分へと変化する。このコンセプトに基づく多くのバリエーションが作り出され得るが、以下の図は本発明の例示である。
【００２５】
リファイナーディスク上に取り付けるリファイナープレートセグメント又はセクターのためのパターンが開発された。このパターンは、リファイナープレートセグメント又はセクターの外縁における外側半径、リファイナープレートセグメント又はセクターの内側円弧における内側半径を含み、そして外縁と内側円弧との間に複数のバンドで配置されたバーと溝とのパターンを含むリファイニングゾーンを含む。それぞれのバンドにおけるバーのパターンは密度を有し、それぞれのバンドにおけるバーの密度は、内側円弧に最も近いゾーンから外縁に最も近いゾーンへとより大きくなる。遷移ゾーンは、リファイナープレートセグメントを用いて取り付けられるリファイナープレートのリファイニングゾーンに延びる実質的に螺旋状形状を、リファイニングゾーンの外縁近傍から内側円弧近傍まで形成するラインで分布され、遷移ゾーンはセグメントを通過する半径ラインに対して２０°と８５°との間の角度で配置される。
【００２６】
本発明のある実施形態において、リファイナープレートセグメントはバーと溝とのパターンを有するリファイニングゾーン及びＸの形態の連続的な遷移ゾーンを含む。これらのダイヤモンド形状は、遷移ゾーンによって作り出されたＸ形状によって、リファイニングゾーン内に作り出される。さらに、それぞれのダイヤモンド形状内のバーと溝とのパターンにおけるバーの密度は、内側円弧により近いダイヤモンド形状から内側円弧からより遠いダイヤモンド形状へと半径方向に移行するとき、より大きく（より密に）なる。
【００２７】
さらなる実施形態は、バーと溝とのパターンを有するリファイニングゾーン及びリファイニングゾーン内の遷移ゾーンを含むリファイニングプレートセグメントを含む。リファイニングゾーンは螺旋状バンドを形成する遷移ゾーンを含み、バーの１つ以上が２つ以上の遷移ゾーンを横切って延びている。バーのパターンは、内側円弧から外縁に向かう方向に遷移ゾーンを交差するとき、より密になる。リファイナープレートセグメントは、第１側端及び第２側端を含み、第１側端はリファイナープレートセグメントの内側円弧に最も近く、第２側端はリファイナープレートセグメントの外側円弧に最も近く、そしてバーのパターンは第１側端から第２側端への方向に移行するとより密になる。
【００２８】
本発明は、回転ディスクリファイナーにおいて設置するための実質的に円環状のディスク（図示せず）に装着されるリファイナープレートを対象とし、このリファイナープレートは、隣接する複数のリファイナープレートセグメント１０を含み、それぞれのセグメント１０は半径方向にる中心軸２０、及び隆起したバー３０とバー３０の間に規定される溝４０とが交互になっているパターンを有する。バー３０及び溝４０は、それぞれのバー３０が半径方向内側の末端と半径方向外側の末端とによって規定される長さを有するように実質的に平行に延びている。
【００２９】
図1は、それぞれが実質的に一定の長さを有する実質的に平行なバー３０からなる区別し得るリファイニングゾーンバンド５０を有するリファイナープレートセグメント１０を示す。この実施形態において、1つのバンドに沿って接線方向及び半径方向に移行するとき、与えられたバンド、例えば５０ａ、５０ｂ及び５０ｃにおけるバー３０の密度はより大きくなり（バー３０はより近い間隔となり）、例えば（セグメント１０の内側円弧７０に最も近い）第２側端１３０から（出口エリアにおけるプレートの外縁９０に最も近い）第１側端１２０におけるセグメント１０の反対側へと行くとき、バンド５０ａのバー３０はより近い間隔となる。バー３０の密度は、バー３０の１つのバンド５０からバー３０の次のバンド５０へと（例えば、バンド５０ａから５０ｂへと、５０ｂから５０ｃへと）、プレートセグメント１０の外縁９０に向かって半径方向に移行するとき、より大きくなる。半径方向におけるバー３０のバンド５０間の、この間隔の変化は、リファイナープレートセグメント１０表面上の材料の連続的で、より制限されない流れをもたらし、リファイニングゾーン１１０上での材料のより均一な分布が提供される。
【００３０】
リファイナープレートセグメント１０は、非常に粗いバー３０及び溝４０によって特徴づけられるブレーカーバーゾーン１００をさらに含み、そこでは、実質的なリファイニング作用がなく、供給材料のサイズが減少し、（リファイナープレートセグメント１０の内側円弧７０から外縁９０に向けて）移行の半径成分(a radial component of movement)が与えられる。ブレーカーバーゾーン１００は、それぞれのリファイナープレートセグメントで存在するというわけではなく、本発明の範囲に影響を与えるものではない。リファイニングゾーン１１０は、ブレーカーバーゾーン１００から材料を受け取り、比較的粗いリファイニング作用を初期に行い、供給材料がプレートセグメント１０の外縁９０に向かって移行するとき、比較的細かく、近い間隔のバー３０と溝４０へと徐々に変化することによって、リファイニングゾーン１１０内で徐々により高度のリファイニングが供給される。
【００３１】
図１の実施形態は、ダム１４０によってセパレートされてもよい、明確に区別し得るバーパターンのバンド５０を有するリファイナープレートセグメント１０を示す。遷移の角度は、遷移ゾーン５５の端への接線と、内側円弧７０から外縁９０までプレートセグメント１０の中心を通って延び、外縁９０に対して垂直な中心軸２０とによって形成され、角度θで示される。これらの角度がつけられたバンド５０に沿って、バー３０は実質的に平行である。セグメント１０のそれぞれのバンド５０はセグメント１０の第１側端１２０で始まり、第２側端１３０に向かって湾曲又は斜めに近似した線で走り、内側円弧７０に向かう（内側に向かう）か、内側円弧７０から遠ざかる（外側に向かう）。図１に示される例示的な実施形態において、バンド５０は、左手側のセグメント１０の第１側端１２０で始まり、内側円弧７０に向かって右手側の第２側端１３０へと、内側に向かって移行する。
【００３２】
（内側円弧７０に最も近い）バンド５０の第１端６０（バンド５０ｂの端が、ここでは例として示されている）における遷移ゾーン５５から、（外縁９０に最も近い）バンド５０の第２端８０における遷移ゾーン５５へと移行するとき、バー３０の密度は、与えられたバンド５０内においてもより大きくなる（バー３０はより近い間隔となる）。バー３０の間隔は、バー３０毎、いくつかのバー３０毎に徐々に変化することができ、又はバンド５０全体に渡って１回、２回又はそれ以上に変化することさえできる。さらに、１つのバンド５０から次のバンド５０へと（例えば、バンド５０ａからバンド５０ｂへと）環状に外方向に（外縁９０に向かって）移行するとき、バー３０は環状に外方向のバンド５０（この例において５０ｂ）においてより近い間隔となる。
【００３３】
ある実施形態において、バー間隔が環状方向に（外縁９０に向かって１つのバンド５０から次のバンドへと、例えば、５０ａから５０ｂ、５０ｃへと）変化することに加えて、バー間隔がバンド５０を横方向（又は斜め方向）に変化することによる効果によって、半径方向に外方向に移行する極めて徐々に変化するバー間隔を作り出し、そこではバーパターンが外縁９０に向かって徐々により密度が高く（より細かく）なり、流れの制限(flow restriction)においてピークを引き起こす環状位置において大きな変化がない。
【００３４】
バンド５０は、この場合に、最外側遷移ゾーン５５における連続的な表面ダム１４０によってセパレートされ、一方、連続的なサブ表面ダム１５０は最内側遷移ゾーン５５において、バー３０の末端を連結するために使用される。表面ダム及びサブ表面ダム（１４０、１５０）の使用は、代替的な実施形態内で異なるようにすることもでき、ダムがないことを特徴とする遷移ゾーン５５も可能であり、適切な供給又は抑制効果(the right feeding or restrictive effect)を達成するための要求に応じてバー３０の末端は四角であっても、面取りされていても、連結されていても又はセパレートされてもよい。
【００３５】
遷移ゾーン５５は、螺旋状／同心状にリファイナープレートの表面に延びているので、供給材料に対して流れの制限においてピークを引き起こし得る環状同心の遷移エリアがない。さらに、バー３０の外側バンド５０に対して、図１に示すように、遷移ゾーン５５として連続的な表面ダム１４０を使用するとき、このような表面ダム１４０もプレート上で半径方向に均一に分布し、類似の環状位置上に多くの表面ダム１４０が見付けられることによって、供給材料の環状集中が起こらない。
【００３６】
この第１実施形態において、バー３０のバンド５０は実質的に一定の長さ「ｌ」（ローマ字のエル）であり、そして互いに平行であり、これらは連続的であり、それ故２つのプレートセグメント１０がサイドバイサイドで置かれたとき、バー３０のバンド５０は、第１及び第２端６０、８０において連結された、実質的に連続的な螺旋状バンド５０のセットを形成する。この特徴は好ましい実施形態で存在するが、他の実施形態では第１及び第２端６０、８０において直接ラインをつくらないバンド５０を含む。これらのパターンでも、内側円弧７０から外縁９０までのバー３０と溝４０との粗いパターンから比較的より細かいパターンへの効果的な徐々の遷移が提供されるが、本明細書に詳説されているように、プレートセグメント１０を用いて取り付けられたリファイナープレートの表面上で供給材料の不均一な半径蓄積が引き起こされる傾向がある明確な遷移ゾーン５５がない、
【００３７】
このコンセプトを使用して、第１側端１２０から第２側端１３０までの任意の半径位置においてもプレートセグメント１０を横切って描かれる平行な円弧は、少なくとも１回、実質的に連続な遷移ゾーン５５と交差する。前述のもう１つの方法では、遷移ゾーン５５の一部が、ここに示されるリファイナープレートセグメント１０を用いて取り付けられるリファイナープレートのリファイニングゾーン１１０において任意の半径位置でも見付けられる。その効果は、比較的に短いリファイニングゾーン１１０のいくつかのバンド５０を作り出すということであり、これは半径ライン及び遷移ゾーン５５の接線に対して一般に角度がつけられる。その遷移の角度θは約２０°から８５°まで、好ましくは３０°から８０°までである。実質的に連続であり、一般に螺旋状の遷移ゾーン５５の間のリファイニングゾーン１１０によってそれ故作り出される目視し得るバンド５０は、一定の長さ「ｌ」のバー３０を有するか、又は長さ「ｌ」は変化し得る。さらに、目視し得るバンド５０内のバーの幅ｗは一定であるか又は変化する。
【００３８】
理想的には、全ての実施形態のために本明細書に説明されている徐々に変化する幾何学形状（パターン）は、プレートセグメント１０のリファイニングゾーン（リファイニングゾーンはブレーカーバーゾーン１００を除くプレートセグメントのエリアである）の表面の少なくとも５０％（又は６０％、７５％）をカバーしている。本発明の範囲又は要旨内であるが、遷移ゾーン５５において、例えば１０％以下のいくらかの小さな不連続(discontinuity)もあり得る。特に、遷移ゾーンは、リファイニングゾーンの表面エリアの合計１０％未満となるバーと溝とのパターンにおいて、１つ以上の不連続を有する。この開示において、不連続とは、バーと溝とのパターンがリファイナープレートセグメント端に到達していないことにより、パターンが全体のリファイニングゾーンを完全にカバーするのではなく、実質的にカバーしていることである（「螺旋」はプレートの端と接触せず(not flush)、遷移ゾーンを与えられた半径においてストップさせ、わずかに異なる半径においてスタートさせることになる）。
【００３９】
図２は、実質的に平行であるが、バー２３０の長さ「ｌ」が変化するパターンを含む区別し得るバンド２５０を有する徐々に変化する幾何学形状を有するリファイナープレートセグメント２１０の第２の実施形態を示す。この実施形態において、実質的に平行なバー２３０のバンド２５０は、長さ「ｌ」が可変であり、内側円弧２７０に最も近いバー２３０の長さ「ｌ」と比較して、外縁２９０に向かってより短い長さ「ｌ」を有する。図２に示された実施形態の残りの特徴は、図１に説明されたものと同様である。内側円弧２７０でスタートし、外縁２９０に向かってバンド２５０に沿って移行して、バンド２５０を螺旋状にたどるとき、与えられたバンド２５０においてバー２３０の密度はより大きくなる（より間隔が近くなる）。内側円弧２７０から外縁２９０に向かって、１つのバンド２５０から次のバンド２５０へと移行するとき、バー２３０の密度も増大する。これらの方向におけるバンド２５０の間のバー２３０の密度のこの変化は、リファイナープレートセグメント２１０の表面上の材料の連続的でより制限されない流れをもたらす。
【００４０】
図３は、可逆である徐々に変化する幾何学形状を有するリファイナープレートセグメント３１０の実施形態を示す。この場合において、リファイナープレートセグメント３１０を用いて取り付けられたリファイナープレートの、回転の両方向において、同じ供給特性が望まれるので、遷移ゾーン３５５は「Ｖ形状」又は「逆Ｖ形状」を形成する。実質的に平行なバー３３０のバンド３５０は、螺旋状で連続的に延びておらず、プレートセグメント３１０の中心軸を横切るパターンの鏡像である。このパターンは、可逆的なバージョン(reversible version)においてではあるが、図１及び図２と同一のバー密度（バー３３０の間隔）の徐々の変化、及び遷移ゾーン３５５及びダム３４０の均一な分布を提供する。
【００４１】
図４も、徐々に変化する幾何学形状を有するもう１つの可逆的なリファイナープレートセグメント４１０の実施形態を示す。この場合において、「Ｖ形状」を形成する遷移ゾーン４５５を使用する代わりに、この実施形態の遷移ゾーン４５５は「Ｘ形状」を形成し、また実質的に連続な螺旋も形成し、両方向にそれ自身が交差する（第１側端４２５から第２側端４３５へと内側円弧４７０に向かって螺旋状になり、第２側端４３５から第１側端４２５へと内側円弧４７０に向かって螺旋状になる）。この場合も、バー４３０の密度は、内側円弧４７０から外縁４９０に向かって移行するとより大きくなる（間隔がより狭くなる）。この例示的な実施形態において、バー４３０は、交差する遷移ゾーン４５５によって作り出された各ダイヤモンド形状リファイニングエリア４５０において、実質的に等しい間隔であると共に、実質的に平行である。バー４３０の密度は、内側円弧４７０から外縁４９０に向かう、ダイヤモンド４５０からダイヤモンド４５０までのそれぞれの半径ステップで増大する。
【００４２】
図５は、例えば図１に示されるもののように、プレートセグメントにおいてバーと溝とのバンドの間の遷移ゾーン５４０の位置を示す。遷移ゾーン５４０に対して接するライン５２０は、半径ライン５１０と交差し、遷移の角度θを形成する。半径ライン５１０は、外縁５５０に垂直なラインによって形成され、回転軸を通過する。
【００４３】
図６は、平行な円弧６４０を示し、平行な円弧６４０の全てのポイントが、リファイナープレートの回転軸６５０から等距離であり、プレートセグメントの外縁６１０に平行（又は外縁６１０から一定の距離）である。リファイニングゾーンにおける任意の平行な円弧６４０上において、１つ以上の螺旋状の遷移ゾーンが平行な円弧と交差することになる。
【００４４】
図７は、図２と同様に、リファイナープレートセグメントのもう１つの実施形態７１０を示し、遷移ゾーン７５５が、図１又は２に示されるものより急峻な遷移の角度θを有する。図２のように、バー７３０のパターンは、リファイナープレートセグメント７１０又はセクターの外縁７９０に向かって遷移ゾーン７５５と交差するとき、より密になる。バー７３０のパターンも、外縁７９０に向かって外側に螺旋状に動くとき、リファイニング表面のそれぞれのバンド７５０内でより密になる。例えば図１及び２に示される、より小さく角度がつけられた遷移ゾーンとは対照的に、より急峻な遷移の角度θがある適用において有益であることもある。
【００４５】
図８は、リファイナープレートセグメント８１０のもう１つの実施形態を示し、それぞれの螺旋状のバンド８５０のバー８３０の末端が連結されている（いくつかのバー８３０が、遷移ゾーン８５５で終点を有したり、遷移ゾーン８５５と同じ位置になるのではなく、遷移ゾーン８５５を越えて延びている）。バー８３０と溝８４０とのパターン上に描かれる３つの螺旋状ライン８０２、８０３及び８０４は、遷移ゾーン８５５がどこに位置しているか、例えばリファイナープレートセグメント８１０の外縁８９０に向かって遷移ゾーン８５５と交差するとき、バー８３０のパターンがどこでより密になるかを示す。バー８３０と溝８４０とのパターンは、リファイナープレートセグメント８１０の第２側端８３３からリファイナープレートセグメント８１０の第１側端８３４へとバンド８５０内を移行すると、徐々により細かくなり（より密になり）、プレートセグメント８１０の外縁８９０に向かって半径方向に移行して、バンドからバンドへと（例えばバンド８５０ａから８５０ｂへと）行っても徐々により細かくなる（より密になる）。半径方向におけるバー８３０のバンド８５０間の間隔の変化は、リファイナープレートセグメント８１０の表面上の材料の連続的で、より制限されない流れをもたらし、リファイニング領域上の材料のより均一な分布を提供する。この実施形態において、バンド８５０間の遷移ゾーン８５５は、バンド８５０のそれぞれの間の連結８９５によって成り立っている。この実施形態の遷移ゾーン８５５は多くの異なるバリエーションを有し得、例えば、遷移ゾーン８５５の一部がダム及び／又は不連続部を含みつつ、バー８３０のいくつかを連結させることが可能である。
【００４６】
本発明は、本明細書に開示され、図面に示された特定の構成及び方法の工程に限定されるものでは決してなく、特許請求の範囲内で、当該技術分野で知られているあらゆる変更物又は等価物が含まれることを理解されたい。本明細書に開示された装置が、多くのリファイナープレートの適用等において、有用性を有することは、当業者が理解し得ることである。
【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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【図８】
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【外国語明細書】
【TITLE OF INVENTION】
REFINER PLATE WITH GRADUALLY CHANGING GEOMETRY
【TECHNICAL  FIELD】
【０００１】The present disclosure  relates to a rotating refiner plate with a pattern of bars and grooves creating a continuous transition zone spanning from an area near the inner portion of the plate or plate segment (or sector) near the breaker bar zone, to an area near the periphery of the plate or plate segment (or sector).
【BACKGROUND ART】
【０００２】Conventional refiner plates generally comprise a substantially annular inner zone characterized by very coarse bars and grooves where feed material is reduced in size and given a radial (from the axis of rotation of the refiner plate toward the periphery) component of movement without substantial refining action.  This is called the breaker bar zone.  A second, annular outer zone receives the material from the first zone and performs a relatively coarse refining action at its inner portion followed by a higher degree of refining at its outer portion.  This outer zone is known as the refining zone.  
【０００３】The refining zones of conventional refiner plates typically have one or more distinct substantially annular refining regions, each having its own bar and grove configuration, with the density of the bar pattern getting higher as one moves from the innermost zone (feeding area) to the outermost zone (exit area).  Between each refining region is a transition zone.  Transition zones commonly appear to be generally circular or annular or spread over a relatively short distance in an arc relative to the axis of rotation.  Transition zones can also incorporate various shapes and configurations, such as the “Z shape” disclosed in U.S. Pat. No. 5,383,617, a “V shape,” or “W shape.”  Even when a transition zone is spread over a certain area, conventional refiner plate designs typically have very separate refining regions with relatively constant bar and groove designs and somewhat restrictive transition zones in between the separate refining regions.  Though refiner plates may or may not be segmented, they are usually formed by attaching a plurality of segments or sectors side-by-side (laterally), or in an annular array onto the disc surface, with the zone transitions often being symmetric on either side of a radially extending central axis on each segment or sector. 
【０００４】Refiner plates have been in use for many years to separate wood into individual fibers, as well as to develop these fibers into suitable paper-making or board-making fibers.  The process is highly energy-demanding and there have long been attempts at reducing the energy requirement for refining wood into suitable paper-making fiber.  Most successful attempts at reducing energy consumption have resulted in an unacceptable drop in the properties and quality of the produced fiber.
【０００５】Laboratory experiments using a combination of force and temperature sensors have been made with a variety of refiner plate models.  It has been found that the most significant detrimental contributor to both energy consumption and fiber quality is a pattern on a refiner plate that leads to a radially uneven fiber pad distribution.  This means that the pad of fiber is of uneven thickness on the surface of the refiner plate, especially moving in a radial direction from the inner edge to the outer edge.  In other words, undesirable patterns for achieving optimal energy consumption and fiber quality are those which result in a larger accumulation of fiber on a given radial location.  Larger radial accumulations are typically associated with points where a bar and groove pattern is changing, typically from a coarser inlet pattern to a finer pattern toward the periphery, or sometimes with a poor radial distribution of dams that restricts flow in the grooves.  
【０００６】To optimize refining performance, full utilization of a plate’s refining surface is needed.  This requires a gradual reduction in bar and groove widths from the feeding area (usually the inner area) to the exit area.  Such a configuration makes the refiner plate better-suited to the combination of the natural feeding behavior of the refiner (more retention in the feeding area) and the gradual reduction in particle size going from wood chips, to fiber bundles, and then to individual fibers.
【０００７】Typical bar and groove geometries used in refiner plate patterns, namely the transition zones, create areas where feed stock stalls and a large fiber accumulation results.  In addition, large fiber accumulation in one area leads to over-refining and unwanted fiber cutting.  Areas between the over-refined areas are used with less efficiency, because the low or inadequate amount of fiber accumulation does not facilitate the correct application of energy intensity.
【０００８】Early attempts to remove fiber buildups caused by the configuration of the transition zones were made by incorporating designs with bars and grooves that converge toward the periphery of the refining zone.  These converging bar and groove designs, however, tend to plug easily as feed material is forced in converging channels.  These designs also tend to produce patterns with a wider span of pumping and holding bar angles relative to a line extending laterally across a refiner plate segment or sector, producing a less homogeneous fill rate across the refiner plate surface, as well as uneven refining due to some of the material having longer and shorter retention times in the refining zone.
【０００９】Accordingly, there is a need for an improved refiner plate design with no specific radial transition point between refining zones in order to eliminate radial build-ups of fiber while achieving good operation and producing good and even quality fiber at low energy levels.  There is an additional need for an improved refiner plate design with a bar and groove pattern that becomes gradually finer from the axis of rotation to the periphery of the plate to further aid in the elimination of buildups of fiber with minimal negative effects on operation and fiber quality.  There is yet another need for restrictions in the refiner plate design, such as with dams, which should be distributed evenly in the radial direction in order to further minimize buildups of fiber without negative effects.  It is to these needs and others that the present invention is directed.
【BRIEF SUMMARY OF INVENTION】
【００１０】Briefly, an embodiment of the present invention comprises a generally spiraling, continuous transition zone, which spans from an area near the inner portion of the plate (feeding area), near the breaker bar area, and extends toward an area near the periphery of the plate (exit area).  The outer portion or peripheral edge of the plate segment, being a sector of an entire, assembled circular plate, forms a first arc.  The inner portion of the plate segment forms a second arc of a shorter length.  The first arc and second arc of the plate segment are parallel arcs.  Lines tracing the parallel arcs about an entire assembled plate would form concentric circles.  Using this concept, another parallel arc drawn between the first and second arcs of a plate segment (across the plate segment or sector from the left side to the right side) will intersect the continuous transition zone at least once.  As used herein, a “parallel arc” means an arc drawn parallel to the first and second arcs formed by the outer and inner edge.  Each point of a parallel arc, when drawn along the surface of a plate segment, is equidistant from the center of rotation of the plate.  Accordingly, part of the transition zone can be found at any parallel arc drawn intersecting any radial location in the refining area of the refiner plate segment.  The refining area comprises the area of the refiner plate segment spanning from an end of the breaker bar section closest the outer periphery to the outer periphery of the refining zone.  The effect is to create some bands of relatively short refining regions, which are generally angled relative to the outer periphery of the refiner plate segment or sector.  The angle of transition is formed by the intersection of a tangent line to a transition zone and the radial line.  The radial line is formed by a line perpendicular to the outer periphery passing through the center point of the plate (center of rotation). The visual bands thus created by the refining regions between the continuous and generally spiraling transition zone can have a constant width or the width can vary from the outermost part of the band (relative to the radial location on the refiner plate) to the innermost part of the band.  As used herein, “radial location” means any point along a radial line drawn on a plate segment.
【００１１】The transition zone in accordance with the present disclosure can be a distinct break from one bar and groove dimension to a different bar and groove dimension, or it can take the form of a dam, with the dam being either at full surface (same level as the top of the bars), or at a level intermediate to the top of the bars and the bottom of the grooves, or it can also be formed by connecting one or more bar ends between the two adjoining zones.  Furthermore, the continuous transition zone disclosed herein is generally set at an angle of 20° to 85° (preferably 30° to 80°) drawn between the tangent to the transition zone and the radial line.  More precisely, the transition zone is arranged at an angle relative to a radial line passing through the segment of between 30° and 80°.  The transition zone can create a visual curved line or straight line, or a combination of curved and straight lines.  In accordance with the present invention, the transition area is distributed over the surface of the refining zone of the refiner plate in the general form of a spiral.  Ideally, the transition zone location is the same at both edges of a refiner plate segment, so that when a full ring of segments or sectors is created by placing the segments or sectors side-by-side on a refiner disc, the transition zones substantially match up to form a continuous, substantially spiral path from at or near the periphery of the plate toward the axis of rotation.  In another embodiment, the transition zone is distributed in a combination of lines forming a substantially spiral shape spanning the refining zone of the refiner plate mounted with refiner plate segments from approximately the outer radius of the refiner plate segment to approximately the inner arc of the refiner plate segment.  In other embodiments, the transition zone is distributed in a curve forming a substantially spiral shape spanning at least 50%, or at least 60%, or at least 75% of the surface of the refining zone of the refiner plate.  Although this is the preferred embodiment of this disclosure, transition zones that do not align from one segment or sector to the next are within the spirit of the invention so long as the transition zone is substantially evenly distributed radially across each segment.
【００１２】At any point on the transition zone, the bar and groove dimensions toward the axis of rotation of the refiner plate are coarser or less dense (wider and/or more spaced apart) than the bar and groove dimensions toward the periphery of the refiner plate segment.  In other words, the bar and groove configuration is finer (the bar density is greater) moving radially from one refining area band between two transition zones to the next in a direction from the axis of rotation to the periphery of the plate.  In addition to the pattern of bars and grooves becoming finer when moving radially across any transition zone band from the axis of rotation to the plate periphery, it is also desirable that such a pattern also becomes finer when moving outward within any band of bars and grooves situated between transition zones.  The change in the density of the bars of each transition zone band can become greater in steps, or can change gradually.  Such a configuration where bar and groove pattern becomes denser across transition zones as well as within the band of a refining region can be ideal, depending on the relative angle and number of the transition zone bands, because the change from a coarse pattern to a fine pattern becomes even more gradual in the radial direction.  The transition zones can be formed from a full surface dam, a subsurface dam connecting the ends of bars from each zone, connected and partially connected bar ends, a distinct break between transition zones, or a combination thereof. 
【００１３】The result of this new geometry is that the bars are no longer continuous, but broken down across every transition area so that the bars do not line up before and after crossing a dam, for example.  The new, gradually changing geometry of the refiner plate is applicable to all refiner plates having two or more refining regions and for all known bar and groove shapes, including but not limited to straight bars, curved bars, serrated bars, a logarithmic spiral shape, etc.  The plates also can be used in mechanical refiners including, but not limited to, fibrillators, fiberizers, primary refiners, low consistency refiners, medium consistency refiners, high consistency refiners, conical refiners, single disc refiners, double-disc refiners, multiple disc refiners, etc.  
【００１４】In some embodiments, the plate pattern is reversible, and the transition zone may not be continuous from inlet to outlet, but can be mirrored across a centerline in the segment or sector, or can form a double transition zone array, crossing in a “V”, a “W”, an inverted “V” or “W”, or an “X-pattern.”  These would also be considered to be the same concept as the present invention.  These features, and other features and advantages of the present invention will become more apparent to those of ordinary skill in the art when the following detailed description of the preferred embodiments is read in conjunction with the appended figures.
【BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS】
【００１５】FIG. 1 shows a refiner plate segment having distinct bands of substantially constant width, each featuring substantially parallel bar patterns. 
【００１６】FIG. 2 shows a refiner plate segment having distinct bands of substantially varying width, each featuring substantially parallel bar patterns. 
【００１７】FIG. 3 shows a refiner plate segment for a plate where the direction of rotation of the plate is reversible and the transition zones are making an inverted “V” shape.  
【００１８】FIG. 4 shows a reversible refiner plate segment where bars are positioned to form an X-shape transition zones.
【００１９】FIG. 5 shows a refiner plate segment transition zones, angle of transition and radial or annular line.
【００２０】FIG. 6 shows a refiner plate segment defining the radial or annular arc.
【００２１】FIG. 7 shows a refiner plate segment having distinct bands, each featuring substantially parallel bar patterns with a steeper angle for the transition zones.
【００２２】FIG. 8 shows a refiner plate segment having bands, where the ends of bars from adjoining bands are connected.
【MODE FOR CARRYING OUT INVENTION】
【００２３】The foregoing detailed description of the preferred embodiments is presented only for illustrative and descriptive purposes and is not intended to be exhaustive or to limit the scope and spirit of the invention.  The embodiments were selected and described to best explain the principles of the invention and its practical application.  One of ordinary skill in the art will recognize that many variations can be made to the invention disclosed in this specification without departing from the scope and spirit of the invention.
【００２４】Illustrative embodiments of a refiner plate design in accordance with multiple embodiments of refiner plate segments or sectors are shown in FIGS. 1 - 4 and FIGS. 7-8.  An embodiment of a refiner plate segment (a sector) comprises a generally spiraling, continuous transition zone, which spans from an area near the exit area of the plate and extends toward a feeding area of the plate.  Using this concept, a parallel arc drawn between the first and second arcs of a plate segment will intersect the continuous transition zone at least once such that part of the transition zone can be found at any radial location in the refining area of the refiner plate.  Some bands of relatively short refining zones are thus created, which are generally angled relative to the outer periphery of the refiner plate segment.  The angle of transition is the angle formed between the radial line and a line tangent to the transition zone, which is an angle of about 20° to 85°.  The visual bands thus created by the refining zones between the continuous and generally spiraling transition zone can have a constant width, or the width can vary from the outermost part of the band (relative to the annular location on the refiner plate) to the innermost part of the band.  Many variations of this concept can be created, and the following figures are illustrative of the invention. 
【００２５】A pattern for a refiner plate segment or sector for mounting on a refiner disc has been developed.  The pattern comprises an outer radius at an outer periphery and an inner radius at an inner arc of the refiner plate segment or sector and a refining zone comprising a pattern of bars and grooves disposed between the outer periphery and inner arc in multiple bands.  The patterns of bars in each band have a density, and the density of the bars in each band is greater from the zone nearest the inner arc to the zone nearest the outer periphery.  A transition zone is distributed in a line forming a substantially spiral shape spanning the refining zone of the refiner plate mounted with refiner plate segments from approximately the outer periphery to approximately the inner arc of the refining zone, and the transition zone is arranged at an angle relative to a radial line passing through the segment of between 20° and 85°.
【００２６】In some embodiments of the invention, a refiner plate segment comprises a refining zone having a pattern of bars and grooves and a continuous transition zone in the form of an X.  These diamond shapes are created within the refining zone by the X shapes created by the transition zones.  Additionally, the density of bars in the pattern of bars and grooves within each diamond shape becomes greater (denser) when moving radially from a diamond shape nearer to an inner arc to a diamond shape further from the inner arc.
【００２７】Additional embodiments include a refiner plate segment comprising a refining zone having a pattern of bars and grooves and a transition zone within the refining zone. The refining zone contains a transition zone forming spiral bands, and one or more bars span across two or more transition zones.  The pattern of bars gets denser when crossing the transition zone in a direction from the inner arc toward the outer periphery.  The refiner plate segment may include a first lateral edge and a second lateral edge, where the first lateral edge is closest to the inner arc of the refiner plate segment, and the second lateral edge is closest to the outer arc of the segment, and the pattern of bars gets denser moving in a direction from the first lateral edge to the second edge.
【００２８】The invention is directed to a refiner plate attached to a substantially circular disc (not shown) for installation in a rotating disc refiner, wherein the plate comprises a plurality of adjacent refiner plate segments 10, each segment 10 having a central axis 20 extending radially and a pattern of alternating raised bars 30 and grooves 40 defined between the bars 30.  The bars 30 and grooves 40 extend substantially in parallel such that each bar 30 has a length defined by radially inner and outer ends.  
【００２９】FIG. 1 shows a refiner plate segment 10having distinct refining zone bands 50 of substantially parallel bars 30, each having a substantially constant length.  In this embodiment, the density of bars 30 in a given band, e.g., 50a, 50b, and 50c, becomes greater (the bars 30 are more closely spaced) when moving tangentially and radially along a band, for example,  the bars 30 from band 50a become more closely spaced when going from the second lateral edge 130 (nearest the inner arc 70 of the segment 10) to the opposite side of the segment 10 at the first lateral edge 120 (nearest the outer periphery 90 of the plate at the exit area).  The density of the bars 30 also becomes greater when moving radially toward the outer periphery 90 of the plate segment 10 from one band 50 of bars 30 to the next band 50 of bars 30 (for example, from band 50a to 50b, and from band 50b to 50c).  This spacing change between the bands 50 of bars 30 in the radial direction results in a continuous, less restricted flow of material over the surface of the refiner plate segment 10, providing a more even distribution of material over the refining zone 110.
【００３０】The refiner plate segment 10 further comprises a breaker bar zone 100characterized by very coarse bars 30and grooves 40 where feed material is reduced in size and given a radial component of movement (from the inner arc 70 of the refiner plate segment 10 toward the outer periphery 90) without substantial refining action.  Breaker bar zones 100 are not present in every refiner plate segment and do not affect the scope of this invention.  The refining zone 110 receives the material from the breaker bar zone 100 and initially performs a relatively coarse refining action, and as the feed material is moved toward the outer periphery 90 of the plate segment 10 the gradual change to relatively fine, closely spaced bars 30 and grooves 40 provides a gradually higher degree of refining within the refining zone 110.
【００３１】The embodiment of FIG. 1 shows a refiner plate segment 10 having clear distinct bands 50of a bar pattern which may be separated by dams 140.  The angle of transition is formed by the tangent to theedge of the transition zone 55 and the central axis 20 extending through the center of the plate segment 10 from the inner arc 70 to the outer periphery 90 perpendicular to the outer periphery 90, shown at angle q.  Along these angled bands 50, the bars 30 are substantially parallel.  Each band 50 of the segment 10 starts at a first lateral edge 120 of the segment 10 and runs in a curved or diagonal approximate line toward a second lateral edge 130, either toward (inward) or away from (outward) the inner arc 70.  In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, starting at the first lateral edge 120 of the segment 10 on the left-hand side, the band 50 moves inward to the second lateral edge 130 on the right-hand side toward the inner arc 70.  
【００３２】The density of the bars 30 gets greater (the bars 30 become more closely spaced) within any given band 50 when moving from a transition zone 55 at the first edge 60 (the edges of band 50b are shown here as an example) of the band 50 (nearest the inner arc 70) to a transition zone 55 at the second edge 80 of the band 50 (nearest the outer periphery 90).  The spacing of the bars 30 can change gradually at every bar 30, every few bars 30, or even change once, twice or more times across the entire band 50.  Additionally, when moving annularly outward (toward the outer periphery 90) from one band 50 to the next band 50 (for example, from band 50a to band 50b), the bars 30 are more closely spaced in the annularly outward band 50 (in this example, 50b).
【００３３】The effect of this change of bar spacing laterally across the bands 50, (or diagonally) in addition to the annularly (from one band 50 to the next in a direction toward the outer periphery 90, for example, from 50a to 50b to 50c,) in certain embodiments creates a very gradually changing bar spacing moving outward in a radial direction in which the bar pattern gradually gets denser (finer) toward the outer periphery 90 without any large change at any annular location that could cause a peak in flow restriction.
【００３４】The bands 50 are separated by a continuous surface dam 140 in the outermost transition zones 55 in this case, while a continuous subsurface dam 150 is used to connect the ends of the bars 30 at the innermost transition zones 55.  The use of surface and subsurface dams (140, 150) can vary within alternative embodiments, and transition zones 55 featuring no dam are also possible, with the ends of the bars 30 being square, chamfered, connected or separate as required to achieve the right feeding or restrictive effect.
【００３５】Because the transition zone 55 spans the surface of the refiner plate in a spiral / concentric manner, there is no annularly-concentrated transition area that could cause a peak in flow restriction for the feed material.  Additionally, when using a continuous surface dam 140 as a transition zone 55, as shown in FIG. 1 for the outer bands 50 of bars 30, such a surface dam 140 is also radially evenly distributed over the plate and cannot cause any annular concentration of feed material due to many surface dams 140 being found on a similar annular location.
【００３６】In this first embodiment, the bands 50 of bars 30 are of substantially constant length “l” and thus parallel to one another, and they are continuous, so that when placing two plate segments 10 side-by-side, the bands 50 of bars 30 will form a substantially continuous set of spiral bands 50 connected at the first and second edges 60, 80.  While this feature is present in a preferred embodiment, other embodiments comprise bands 50 that do not directly align at the first and second edges 60, 80.  These patterns still provide an effectively gradual transition from a coarse pattern of bars 30 and grooves 40 to a relatively finer pattern of bars 30 and grooves 40 from the inner arc 70 to the outer periphery 90, with no clear transition zone 55 that would tend to cause uneven radial accumulation of feed material on the surface of a refiner plate mounted with plate segments 10 as described herein.
【００３７】Using this concept, a parallel arc drawn across the plate segment 10 at any radial location from the first lateral edge 120 to the second lateral edge 130 will intersect the substantially continuous transition zone 55 at least once.  Said another way, part of the transition zone 55 can be found at any radial location in the refining zone 110 of the refiner plate mounted with the refiner plate segments 10 shown herein.  The effect is to create some bands 50 of relatively short refining zones 110, which are generally angled relative to the radial line and a tangent to the transition zone 55.  The angle of transition qcan be from about 20° to 85°, and preferably from 30° to 80°.  The visual bands 50 thus created by the refining zones 110 between the substantially continuous and generally spiraling transition zone 55 can have bars 30 of a constant length “l”, or the length “l” can vary.  Additionally, the width w of the bars within a visual band 50 can be constant or vary.
【００３８】Ideally, the gradually changing geometry (pattern) described herein for all embodiments covers at least 50% (or 60% or 75%) of the surface of the refining zone of the plate segment 10 (the refining zone is the area of the plate segment excluding the breaker bar zone 100).   There can be some minor discontinuity, such as no more than 10%, in the transition zone 55, while remaining within the scope or spirit of the invention. Specifically, the transition zone may have one or more discontinuities in the pattern of bars and grooves that amount to less than 10% of the surface area of the refining zone.  For the purpose of this disclosure, a discontinuity is a pattern substantially, but not completely covering the entire refining zone due to the pattern of bars and grooves falling short of reaching the refiner plate segment edges (the "spiral" is not flush with the edges of the plate, causing the transition zone to stop at a given radius and start again at a slightly different radius.  
【００３９】FIG. 2 shows a second embodiment of a refiner plate segment 210 with a gradually changing geometry having distinct bands 250 comprised of a pattern of substantially parallel but varying length “l” bars 230.  In this embodiment, the bands 250 of substantially parallel bars 230 are of variable length “l”, having a shorter length “l” toward the outer periphery 290 compared to the length “l” of the bars 230 nearest the inner arc 270.   The remaining features of the embodiment shown in FIG. 2 are similar to those described in FIG. 1.  The density of bars 230 in a given band 250becomes greater (more closely spaced) when following the band 250 spirally starting at the inner arc 270 and moving along the band 250 toward the outer periphery 290.  The density of bars 230 also increases when moving from one band 250 to the next band 250from the inner arc 270 toward the outer periphery 290.  This change in the density of the bars 230 between the bands 250 in these directions results in a continuous, less restricted flow of material over the surface of the refiner plate segment 210.
【００４０】FIG. 3 shows an embodiment of a refiner plate segment 310 with a gradually changing geometry that is reversible.  In this case, the transition zone 355 forms a “V-shape,” or an “inverted V-shape,” because the same feeding features are desired in both directions of rotation of a refiner plate mounted with refiner plate segments 310.  The bands 350 of substantially parallel bars 330 do not continuously extend in a spiral fashion; they are a mirror of the pattern across the central axis of plate segment 310.  This pattern provides the same gradual change of bar density (the spacing of the bars 330) and even distribution of transition zones 355 and dams 340 as FIGS. 1 and 2, but in a reversible version.  
【００４１】FIG. 4 shows yet another embodiment of a reversible refiner plate segment 410 with a gradually changing geometry.  In this case, instead of using a transition zone 455 that forms a “V-shape,” the transition zone 455 of this embodiment forms an “X-shape,” and also forms a substantially continuous spiral, crossing itself in both directions (spiraling toward the inner arc 470 from the first lateral edge 425 to the second lateral edge 435, and spiraling toward the inner arc 470 from the second lateral edge 435 to the first lateral edge 425).  Again, the density of the bars 430 becomes gradually greater (the spacing becomes narrower) moving from the inner arc 470 toward the outer periphery 490.  In this exemplary embodiment, the bars 430 are substantially parallel with substantially equal spacing in each diamond-shaped refining area 450 created by the crossing transition zones 455.  The density of the bars 430 increases with each radial step from diamond 450 to diamond 450 from the inner arc 470 toward the outer periphery 490. 
【００４２】FIG. 5 shows the location of transition zones 540 between bands of bars and grooves in a plate segment such as the one depicted in FIG. 1.  A tangent line 520 to a transition zone 540intersects the radial line 510 to form the angle of transition q.  The radial line 510 is formed by a line perpendicular to the outer periphery 550 passing through the axis of rotation.
【００４３】FIG. 6 shows a parallel arc 640, wherein all points of the parallel arc 640 are equidistant from the axis of rotation 650of the refiner plate, and parallel to (or a constant distance from) the periphery 610 of the plate segment.  On any parallel arc 640 in the refining zone, one or more spiraling transition zones will be crossing it.
【００４４】FIG. 7 shows another embodiment of a refiner plate segment 710, similar to FIG. 2, where the transition zones 755 have a steeper angle of transition q than shown in FIGs. 1 or 2.  As in FIG. 2, the pattern of bars 730 gets denser when crossing a transition zone 755 toward the periphery 790 of the refiner plate segment 710 or sector.  The pattern of bars 730 also gets denser within each band 750 of refining surface, when spiraling outward toward the outer periphery 790.  The steeper angle of transition q may be beneficial in certain applications, as opposed to less angled transition zones such as shown in FIGs. 1 and 2.
【００４５】FIG. 8 shows another embodiment of a refiner plate segment 810 in which the ends of the bars 830 of each spiral band 850 are connected (some bars 830 span across transition zones 855 rather than having a terminus or coinciding with a transition zone 855).  The three spiral lines 802, 803, and 804 drawn over the pattern of bars 830 and grooves 840 show where the transition zones 855 are located, e.g., where the pattern of bars 830 gets denser when crossing a transition zone 855 toward the outer periphery 890 of the refiner plate segment 810.  The pattern of bars 830 and grooves 840 gradually gets finer (denser) moving from the second lateral edge 833 of the refiner plate segment 810 to the first lateral edge 834of the refiner plate segment 810within a band 850, and also going from band to band (for example, from band 850a to band 850b) when moving radially toward the outer periphery 890of the plate segment 810.  This spacing change between the bands 850 of bars 830 in the radial direction results in a continuous, less restricted flow of material over the surface of the refiner plate segment 810, providing a more even distribution of material over the refining region.  In this embodiment, the transition zones 855 between bands 850 are achieved with connections 895 between each of the bands 850.  The transition zone 855 of this embodiment can have many different variations, for example, it is possible to connect some of the bars 830 while part of the transition zones 855 contains dams and/or discontinuities.
【００４６】It is to be understood that the present invention is by no means limited to the particular constructions and method steps herein disclosed or shown in the drawings, but also comprises any modifications or equivalents within the scope of the claims known in the art.  It will be appreciated by those skilled in the art that the devices herein disclosed will find utility with respect to multiple refiner plate applications and the like.  
1.     A pattern for a refiner plate segment or sector for mounting on a refiner disc, comprising:
an outer radius at an outer periphery and an inner radius at an inner arc;
a refining zone comprising a pattern of bars and grooves disposed between the outer periphery and inner arc in multiple bands, wherein the patterns of bars in each band have a density, and wherein the density of the bars in each band is greater from the zone nearest the inner arc to the zone nearest the outer periphery, and
a transition zone distributed in a line forming a substantially spiral shape spanning the refining zone of the refiner plate mounted with refiner plate segments from approximately the outer periphery to approximately the inner arc of the refining zone, and wherein the transition zone is arranged at an angle relative to a radial line passing through the segment of between 20° and 85°.
2.     The refiner plate segment of claim 1, wherein the pattern of bars and grooves becomes denser within a refining zone band moving from the portion of the refining zone nearest the inner arc to the portion of the refining zone nearest the outer periphery.
3.     The pattern for a refiner plate segment of claim 1, wherein the transition zone comprises one or more of the following: a full surface dam, a subsurface dam connecting the ends of bars from each zone, connected and partially connected bar ends, or a distinct break between transition zones.
4.     The pattern for a refiner plate segment of claim 2, wherein the transition zone comprises one or more of the following: a full surface dam, a subsurface dam connecting the ends of bars from each zone, connected and partially connected bar ends, or a distinct break between transition zones. 
5.     The pattern for a refiner plate segment of claim 2, wherein the transition zone is arranged at an angle relative to a radial line passing through the segment of between 30° and 80°.
6.     The pattern for a refiner plate segment of claim 2, wherein the transition zone is distributed in a combination of lines forming the substantially spiral shape spanning the refining zone of the refiner plate mounted with refiner plate segments from approximately the outer radius to approximately the inner arc.
7.     The pattern for a refiner plate segment of claim 2, wherein the transition zone is distributed in a curve forming a substantially spiral shape spanning at least 50% of the surface of the refining zone of the refiner plate.
8.     The pattern for a refiner plate segment of claim 2, wherein the transition zone is distributed in a curve forming a substantially spiral shape spanning at least 60% of the surface of the refining zone of the refiner plate.
9.     The pattern for a refiner plate segment of claim 2, wherein the transition zone is distributed in a curve forming a substantially spiral shape spanning at least 75% of the surface of the refining zone of the refiner plate.
10.    The pattern for a refiner plate segment of claim 6, wherein the transition zone is distributed in a curve forming a substantially spiral shape spanning at least 50% of the surface of the refining zone of the refiner plate.
11.    The pattern for a refiner plate segment of claim 6, wherein the transition zone is distributed in a curve forming a substantially spiral shape spanning at least 60% of the surface of the refining zone of the refiner plate.
12.    The pattern for a refiner plate segment of claim 6, wherein the transition zone is distributed in a curve forming a substantially spiral shape spanning at least 75% of the surface of the refining zone of the refiner plate.
13.    The pattern for a refiner plate of claim 8, where the continuous transition zone has one or many discontinuities in the pattern of bars and grooves that amount to less than 10% of the surface area of the refining zone.
14.    The refiner plate segment of claim 1, wherein the transition zone is radially distributed on at least 50% of the surface of the refining zone of the refiner plate.      
15.    The refiner plate segment of claim 1, wherein the refining zone is mirrored along the central axis of the refiner plate segment, and wherein the transition zone spans substantially all of the surface of the refining zone, and the transition zone is substantially shaped like a “V,” a “W,” an inverted “V,” or an inverted “W.”
16.    The refiner plate segment of claim 1, wherein the refining area comprises the area of the refiner plate segment spanning from the end of the breaker bar section closest the outer periphery to the outer periphery of the refining zone.
17.    A refiner plate segment comprising a refining zone having a pattern of bars and grooves and a continuous transition zone in the form of an X, wherein diamond shapes are created within the refining zone by the X shapes created by the transition zones, and wherein the density of bars in the pattern of bars and grooves within each diamond shape becomes greater more dense moving radially from a diamond shape nearer to an inner arc to a diamond shape further from the inner arc.
18.    A refiner plate segment comprising a refining zone having a pattern of bars and grooves and a transition zone within the refining zone, wherein the refining zone and the transition zone form spiral bands, and wherein one or more bars span across two or more transition zones, and wherein the pattern of bars gets denser when crossing the transition zone in a direction from the inner arc toward the outer periphery.
19.    The refiner plate segment of claim 1, wherein the transition zone is in the form of a V shape or an inverted V shape.
20.    The refiner plate segment of claim 2, wherein the transition zone is in the form of a V shape or an inverted V shape.
21.    The refiner plate segment of claim 18 having a first lateral edge and a second lateral edge, wherein the first lateral edge is closest to the inner arc of the segment, and the second lateral edge is closest to the outer arc of the segment, and wherein the pattern of bars gets denser moving in a direction from the first lateral edge to the second lateral edge.
1.ABSTRACT
A refiner plate segment with a continuous transition zone spanning from the periphery or near the periphery of the plate in a substantial spiral toward the axis of rotation of the plate adjacent the breaker bar zone.
2.SELECTED DRAWING
Fig.1
【Fig.1】
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【Fig.2】
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【Fig.3】
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【Fig.4】
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【Fig.5】
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【Fig.6】
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【Fig.7】
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【Fig.8】
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