(57)【要約】  この発明は、紙の成形に用いる装置に関する。さらに詳しくは、この発明は、成形テーブル上の繊維懸濁液のコンシステンシまたは密度を低減する技術であり、その上で成形する紙の品質および物理的特性を改善するための、装置、システムおよび方法に関する。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙機械の成形テーブル上の液体懸濁液に含まれる繊維の密度またはコンシステンシを低下させる装置であって、
製紙用化学薬品を液体のフローに加えて混合フローを得るための少なくとも一つの導管と、
外表面および内表面があり、その上に繊維スラリーを運搬する成形ファブリックと、
その成形ファブリックの内表面とすべり接触する先端サポート面をもつ主要ブレードと、
成形テーブルの自己希釈、剪断、マイクロアクティビティまたは排液部分の一部を少なくとも含んでいる中心プレートを備え、
前記中心プレートが、所定距離だけボトムプレートから離間し、それによって、前記液体の少なくとも一部を再循環させるチャネルを形成するように構成されている、装置。
【請求項２】
前記導管は、前記成形テーブルの排液部分に近接した少なくとも一つの開口を備え、しかも、製紙用化学薬品を液体のフローに加えて混合フローを得るように構成されている、請求項１の装置。
【請求項３】
前記中心プレートの最上面は、乱流ゾーンを作り出すように構成され、
前記化学薬品を、前記開口から供給し、前記乱流ゾーンで排液フローと合流させ、混合フローを作るようになっている、請求項２の装置。
【請求項４】
前記中心プレートは、製紙機械の縦方向に離れたスペーサおよびボルト、またはスペーサおよびＴバーによって前記ボトムプレートから所定距離だけ離されており、前記スペーサが前記チャネルを作るように構成されている、請求項１の装置。
【請求項５】
前記導管は、前記化学薬品を加えるための複数のパイプを備え、それらのパイプが、横方向に０．５〜８インチ（つまり、１．３〜２０ｃｍ）離れている、請求項２の装置。
【請求項６】
前記化学薬品を加えるための前記複数のパイプが、横方向に４〜６インチ（つまり、１０〜１５ｃｍ）離れている、請求項５の装置。
【請求項７】
パージフローを放出するゲートをさらに備え、そのゲートは、製紙用化学薬品を加える際に閉じるゲートバルブを備える、請求項５の装置。
【請求項８】
前記装置は、前記排液を含む混合フローを、前記成形プロセスの少なくとも一部で再利用するように構成され、それにより、所望の水力学的な効果を生み出す、請求項１の装置。
【請求項９】
前記装置は、前記液体懸濁液の繊維に、前記混合フローからの前記製紙用化学薬品をしみ込ますように構成されている、請求項８の装置。
【請求項１０】
前記液体懸濁液の繊維は、前記マイクロアクティビティゾーンで、前記混合フローからの前記製紙用化学薬品をしみ込ます、請求項９の装置。
【請求項１１】
前記化学薬品を、サイズプレスで加え、しかも、それら化学薬品を加えることにより、固形物が３％〜２５％の溶液を作るようになっている、請求項１の装置。
【請求項１２】
前記化学薬品を、前記成形テーブルの後で加える、請求項１の装置。
【請求項１３】
前記化学薬品を、前記成形テーブルの前で加える、請求項１の装置。
【請求項１４】
製紙機械の成形テーブル上の液体懸濁液に含まれる繊維の密度またはコンシステンシを低下させるシステムであって、そのシステムが次の各構成および条件を備える装置を備えているシステム。
・製紙用化学薬品を液体のフローに加えて混合フローを得るための少なくとも一つの導管
・外表面および内表面があり、その上に繊維スラリーを運搬する成形ファブリック
・その成形ファブリックの内表面とすべり接触する先端サポート面をもつ主要ブレード
・成形テーブルの自己希釈、剪断、マイクロアクティビティまたは排液部分の一部を少なくとも含んでいる中心プレート
・前記中心プレートが、所定距離だけボトムプレートから離間し、それによって、前記液体の少なくとも一部を再循環させるチャネルを形成するように構成されていること
【請求項１５】
製紙機械の成形テーブル上の液体懸濁液に含まれる繊維の密度またはコンシステンシを低下させる方法であって、その方法が次の各工程および条件を備えている方法。
・製紙用化学薬品を液体のフローに加えて混合フローを得るための少なくとも一つの導管を供給する工程
・外表面および内表面があり、その上に繊維スラリーを運搬する成形ファブリックを供給する工程
・その成形ファブリックの内表面とすべり接触する先端サポート面をもつ主要ブレードを供給する工程
・成形テーブルの自己希釈、剪断、マイクロアクティビティまたは排液部分の一部を少なくとも含んでいる中心プレートを供給する工程
・前記中心プレートが、所定距離だけボトムプレートから離間し、それによって、前記液体の少なくとも一部を再循環させるチャネルを形成するように構成されていること
【請求項１６】
前記導管によって、前記製紙用化学薬品を前記液体の排液フローに加え、前記混合フローを作るようにした、請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記中心プレートが、乱流ゾーンを作り出すように構成され、それにより、前記化学薬品を、前記開口から供給し、前記乱流ゾーンで排液フローと合流させ、混合フローを作るようになっている、請求項１５の方法。
【請求項１８】
前記中心プレートは、製紙機械の縦方向に離れたスペーサおよびボルト、またはスペーサおよびＴバーによって前記ボトムプレートから所定距離だけ離れ、前記スペーサが前記チャネルを作るように構成され、それにより、前記混合フローをかき混ぜるようになっている、請求項１５の方法。
【請求項１９】
前記導管として、前記化学薬品を加えるための複数のパイプを供給する工程、および
それらのパイプを、横方向に０．５〜８インチ（つまり、１．３〜２０ｃｍ）離す工程をさらに備える、請求項１５の方法。
【請求項２０】
前記複数のパイプを、横方向に４〜６インチ（つまり、１０〜１５ｃｍ）離す工程をさらに備える、請求項１９の方法。
【請求項２１】
前記製紙機械について、前記排液を含む混合フローを、前記成形プロセスの少なくとも一部で再利用するように構成することをさらに備える、請求項１５の方法。
【請求項２２】
前記製紙機械について、前記液体懸濁液の繊維に、前記混合フローからの前記製紙用化学薬品をしみ込ますように構成することをさらに備える、請求項２１の方法。
【請求項２３】
前記製紙機械について、前記液体懸濁液の繊維が、前記マイクロアクティビティゾーンで、前記混合フローの前記製紙用化学薬品をしみ込ますことをさらに備える、請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記製紙機械について、前記化学薬品を前記成形テーブルの後で加えるようにした、請求項１５の方法。
【請求項２５】
前記製紙機械について、前記化学薬品を前記成形テーブルの前で加えるようにした、請求項１５の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
この出願について、２０１１年７月２１日に出願された米国仮特許出願番号第６１／５１０，３７８号の優先権を主張する。そして、その優先権基礎出願の内容を参照によりこの明細書に引用し組み入れる。
【０００２】
この出願は、２０１１年２月３日に出願された米国特許出願番号第１３／０２０，４６２号（２０１２年４月２４日に米国特許第８，１６３，１３６として特許化）に関連する。その米国特許出願は、２０１０年１２月１６日に出願された米国仮特許出願番号第６１／４２３，９７７号の優先権を主張しており、その各優先権基礎出願のすべてを参照によりこの明細書に引用し組み入れる。
【０００３】
この発明は、紙の成形に使用する装置に関する。より詳しくは、この発明は、成形テーブル上の繊維懸濁液のコンシステンシあるいは密度を低下させ、かつ、その上に成形される紙の品質および物理的な特性を改善するための装置、システム、および方法に関する。
【０００４】
一般に、製紙産業では、品質の良い製品を確保するために、成形ファブリック上の紙ストック（紙料）から液体を適切に排水させることが重要なステップであることが良く知られている。これは、機械、たとえば長網抄紙機のウェット端に通常位置する排水ブレードまたはフォイルを用いることによりなされる（ここで、排水ブレードという用語は、排水あるいはストックアクティビティ、またはそれらの両方を生じさせるブレードまたはフォイルを含む意味である）。これらのブレードの多種多様な異なるものを、今日では利用できる。典型的には、これらのブレードは、ワイヤから離れるように角度付けされた脱水のためのトレーリング部を伴うワイヤあるいは成形ファブリックのための軸受またはサポート面を提供する。これにより、ブレード表面とファブリックとの間にギャップを作り出し、それにより、ブレードとファブリックの間に真空を生み出す。これは、ファブリックから水を排水するだけでなく、吸引によってファブリックの引き下げをも生じさせることになる。しかし、真空がなくなると、ファブリックはその最初の位置に戻り、ストック全体にパルスを与えることになり、ストックの分布にとって好ましいことである。（ワイヤのたわみによって生じる）アクティビティ（つまり、作用）、およびシートから排出される水量は、ブレードが生じる真空に直接関係する。そのようなブレードによる排水およびアクティビティは、真空チャンバ上に単一あるいは複数のブレードを配置することによって増大させることができる。排水とアクティビティとの直接的な関係は好ましいことではない。なぜなら、アクティビティが常に望ましい間は、シート成形プロセス初期に過剰な排水を行うことは、繊維およびフィラーを保持する上で悪影響を与えることがあるからである。急速な排水は、また、シート遮水を生じさせ、引き続く除水をより困難にしてしまうこともある。現行の技術によれば、製紙業者は、初期の排水を遅くするために、必要なアクティビティを弱めざるをえない。
【０００５】
排水については、ワードの米国特許第３，８２３，０６２号（参照により、この明細書に引用）が教えるように、液体から液体への移動の方法により達成できる。この参考文献は、ストックに対して急な圧力ショックを与えることにより、液体を除去することを教えている。その参考文献は、懸濁液からの水の排水に対する制御液が、今までの排水より激しくはないと述べている。
【０００６】
コルベリーニの米国特許第５，２４２，５４７号は、排液についての類似タイプを示す。この特許は、排水すべきシートの反対側の成形ファブリックの表面上に、メニスカス（空気と水の界面）が形成されないようにすることを示している。この参考文献は、これを達成するために、ブレードを含む真空箱構造に浸水させ、かつ、制御メカニズムによって、液体の水抜きを調整するようにしている。これは、「液中の排液」と呼ばれる。排水の改善は、大気中より低い圧力を吸引箱に用いることにより起こるという。
【０００７】
排水に加えて、ストックに好ましい分布を生じさせるために、ブレードによって、懸濁液中に意図的にアクティビティを発生させる。そのようなブレードについて、たとえば、ファッシュの米国特許第４，７８９，４３３号が示している。この参考文献では、波状ブレード（好ましくは、荒い脱水面を伴う）を用いることにより、繊維懸濁液中に微小な乱流状態を作り出している。
【０００８】
また、他のタイプのブレードは、乱流を避けることを望んでいるが、今のところ排水に影響を及ぼしている。そのようなタイプについては、たとえば、カルメスの米国特許第４，６８７，５４９号が示している。この参考文献は、ブレードとウエブとの間のギャップを埋めることを示し、しかもまた、空気をなくすことにより、ギャップ中の水の拡張と「空洞化」を防止し、いかなる圧力パルスをも実質的に除去することを述べている。そのようなブレードおよび他の装置について、次の先行技術中に多数見出すことができる。すなわち、米国特許第５，９５１，８２３号、第５，３９３，３８２号、第５，０８９，０９０号、第４，８３８，９９６号、第５，０１１，５７７号、第４，１２３，３２２号、第３，８７４，９９８号、第４，９０９，９０６号、第３，５９８，６９４号、第４，４５９，１７６号、第４，５４４，４４９号、第４，４２５，１８９号、第５，４３７，７６９号、第３，９２２，１９０号、第５，３８９，２０７号、第３，８７０，５９７号、第５，３８７，３２０号、第３，７３８，９１１号、第５，１６９，５００号、および第５，８３０，３２２号であり、それらを参照によって、この明細書中に引用し組み入れる。
【０００９】
伝統的に、高速および低速の製紙機は、広範囲の坪量をもつグレードの異なる紙を産する。シート成形は、ハイドロメカニカル（流体力学的）なプロセスであり、繊維の動きは液体の動きに従う。なぜなら、個々の繊維の慣性力は液体の粘性抵抗に比べて小さいからである。成形および排水要素は、３つの一般原則的な水力学的プロセス、すなわち、排水、ストックアクティビティおよび方向性のある（指向）剪断力に影響を与える。液体は、その内部あるいはそれに作用する剪断力に応じて応答する物質である。排水は、ワイヤあるいはファブリックを通した流れ（つまり、フロー、以下、流れをフローともいう）であり、通常は時間に依存する流速によって特徴づけられる。ストックアクティビティは、理想的な意味において、排水されない繊維懸濁液の流速におけるランダムなゆらぎである。それは、一般的には、流れの運動量の変化によって現れる。その変化は、排水力に応答して、あるいはブレードの構成により生じるような成形用ファブリックの反りに起因して生じる。ストックアクティビティの主な効果は、ネットワークを破壊して、懸濁液の繊維に移動性を与えることである。指向剪断およびストックアクティビティは、いずれも、かなり大きいスケール、すなわち、個々の繊維のサイズに比べて大きいスケールにおいて、それらの指向の程度だけが異なる剪断生成プロセスである
【００１０】
指向剪断は、排水されない繊維懸濁液中の明白で認識可能なパターンをもつ剪断流である。横方向（「ＣＤ」）の指向剪断は、シート成形およびテストの両方を改善する。（振動しない製紙機械上での）横方向剪断の主要なメカニズムは、ファブリックのストックにおいて、十分に定められた縦方向（「ＭＤ」）隆起の形成、圧壊およびそれに続く再形成である。これらの隆起の源となるものは、ヘッドボックス整流ロール、ヘッドボックススライスリップ（たとえば、ＰＣＴ国際出願であり、ＷＯ９５／３００４８として、１９９５年１１月９日に公開のものを参照）または成形シャワーであると考えられる。それらの隆起は、機械の速度および成形ファブリック上の質量に応じて、一定の間隔で圧壊し、かつ再び作られる。これは、横方向剪断反転と呼ばれる。繊維と水のスラリーがその当初の運動エネルギーの最大を維持し、かつ（縦方向「ＭＤ」において）自然な反転箇所の直下に位置する排水パルスにさらされる場合、反転の数、したがって横方向剪断の効果は最大となる。
【００１１】
どのような成形システムにおいても、これらのすべての水力学的なプロセスは同時に生じることがある。それらは、通常、時間的にも空間的にも均等には分配されず、かつ、それらは互いに完全には独立していない。つまり、それらは相互に影響し合っている。事実、これらのプロセスの各々は、複数の方法でシステムの全体に対して貢献している。このように、上述した先行技術は、先に述べた水力学的プロセスのいくつかの態様に対しては貢献するとはいえ、それらは、比較的単純かつ効果的な方法ですべてのプロセスを調和させるものではない。
【００１２】
上述したような長網抄紙機テーブルの初期部分におけるストックアクティビティは、良好な紙シートを生産する上で非常に重要である。一般に、ストックアクティビティについては、成形ファブリック上の繊維−水のスラリーにおける乱流として定義することができる。この乱流は、３つの次元のすべてにおいて起こる。ストックアクティビティは、成形時にシートが層別化されるのを防ぐことにより、また、繊維の群れを分解することにより、そしてまた、繊維の配向性をランダムにすることにより、良好な成形を作り出す上で主要な役割を果たす。
【００１３】
一般に、ストックアクティビティの特性は、シートからの水の除去に反比例する。すなわち、脱水レートが減じられあるいは制御されると、アクティビティは一般に増強される。水が除去されるにつれて、アクティビティはより一層困難になる。なぜなら、シートがセットになると、その中でアクティビティが行われる主要な媒体である水の不足がより一層不十分になるからである。製紙機の良好な作用は、このように、アクティビティ、排水および剪断効果の間のバランスである。
【００１４】
各成形装置のキャパシティは、テーブルを構成する成形要素により決まる。成形ボードの後で、続く要素は、すでに成形したマットを破壊することなく残存する水を排水しなければならない。これらの要素の目的は、先の成形要素によってなされる仕事を増強することである。
【００１５】
坪量が増加するにつれて、マットの厚さが増加する。現状の成形／排水要素では、水力学的なプロセスを生じるに十分な強さをもつように制御した流体パルスを維持し、良好な成形紙シートを作ることは不可能である。
【００１６】
アクティビティおよび排水を促進するために繊維ストックに排水を再導入するための今までの手段の例を、図１〜図４に見ることができる。
【００１７】
図１のテーブルロール１００は、シートあるいは繊維ストック９６に加えるべき大きな正のパルスを生じさせる。それは、ロール９２のリードと成形ファブリック９８とにより作られるニップの中に強制的に入れられる成形ファブリック９８下方の水９４により起こるものである。再導入される水の量は、ロール９２の表面に付着した水に限られる。その正のパルスは、ストックアクティビティに良好な影響を及ぼす。すなわち、それは、シート面に対して垂直な流れを引き起こす。同様に、ロール９０の出口側には、大きな負圧が発生し、それが排水と微粉除去とを大いに促す。しかし、マットのコンシステンシの減少は目立ったものではなく、したがって、アクティビティの増加による改善はほとんど見られない。テーブルロールは、一般的に、比較的ゆっくりとした機械に限られる。なぜなら、重い坪量のシートに対し特定の速度で伝播される望ましい正のパルスは、より高速でより軽い坪量のシートを乱す望ましくない正パルスとなるからである。
【００１８】
図２〜図４は、異なるブレード構成をもつ低真空ボックス８４を示す。重力フォイルを、低真空ボックスに同様に用いている。これらの低真空増大ユニット８４は、製紙業者に対し、加える真空およびパルス特性を制御することによりプロセスに大きな影響を及ぼすツールを提供する。ブレードボックス構成の例として、図２、図３に示すステップブレード８２、および、たとえば図４に示すような正パルスステップブレード７８を含む。伝統的に、成形プロセスにおいては、フォイルブレードボックス、オフセット平面ブレードボックスおよびステップブレードボックスを主に用いる。
【００１９】
使用時、真空増大フォイルブレードボックスは、重力フォイルがするように、真空を生み出す。水は、制御することなく連続的に除去される。そして、支配的な排水プロセスはろ過である。一般に、すでに成形されたマットについて、再流動化することはない。
【００２０】
真空増大フラットブレードボックスにおいては、ブレード／ワイヤ接触面の上にわずかな正パルスが作り出され、かつ、繊維マットに作用する圧力は、ボックス内に維持される真空レベルだけに起因するものである。
【００２１】
真空増大ステップブレードボックスにおいては、たとえば図２に示すように、ステップ長さ、ブレード間の間隔、機械速度、ステップの深さ、および加える真空などのような因子に応じて、多様な圧力プロファイルが作り出される。ステップブレードは、ブレードの初期部分において、機械速度の二乗に関連するピーク真空を作り、このピークの負圧が水を排出させ、同時にワイヤがステップ方向に反り、排出済の水の一部が、強制的にマットの中に戻し移され、繊維を再流動化させ、かつ、結果的に生ずる剪断力により群れを分解する。加わる真空が必要なものより高い場合、ワイヤは、図２に示すように、ブレードのステップと接触するように強いられる。そのような条件において、運転をある程度の時間行うと、フォイルはステップ内にきょう雑物７６を蓄積し、図３に示すように、最小にまで低下する水力パルスを失い、マットに対する水の再導入を阻止する。
【００２２】
真空増大正パルスステップブレード低真空ボックスは、図４に示すように、各ブレードに先行するブレードにより除去した水の一部をマット内に再導入させることによって、シートを流動化する。しかしながら、シートに再導入する水の量については制御がなされない。
【００２３】
正パルスブレードは、ファブリックと、ブレードとファブリックのリード角が作る集中ニップを通って水が排出する際に、強制的に水をシートに戻し入れる。これによって剪断力が生じるが、その剪断力は、たとえば、図５に示すように、繊維マットを壊してストックスラリーを貫通することのできる大きさであり、スラリーの再流動化は最小である。
【００２４】
二重の正ブレードをもつ特別なタイプは、正の入口ニップが加わり、正および負の圧力パルスを発生させる。このブレードは、端部のリードで繊維マットに対し水を再導入する。その再導入される水は、成形ファブリックの底部に付着する量に制限される。このタイプのブレードは、コンシステンシの低減というよりもむしろ圧力パルスを作り出す。このタイプのブレードは、たとえば、図６に示すように、テーブルロールに似ている。
【００２５】
発明の名称が「速度誘導排水方法およびユニット」という、１９９６年２月出願のカブレラ他の米国特許第５，８３０，３２２号は、アクティビティと排水を引き起こす代わりの手段を示している。そこに示される装置は、アクティビティと排水とを切り離し、それによって、それらを制御して最適化する手段をもたらす。その装置では、ほぼ非フラットであるか、あるいは部分的に非フラットな表面をもつ長い制御ブレードを使用することによって、シートの初期アクティビティを誘導し、そしてまた、排水を制御するための後ろブレード（トレールブレード）の配置によって、そのブレードの後ろの流れを制限している。上記した'３２２特許は、長いブレードと成形ファブリックとの間の領域が浸水し、しかも、ファブリックの上下の水の間に表面張力が維持されると、排水が大きくなることを示している。その中に開示されている発明を、たとえば、図７に模式的に示す。
【００２６】
しかしながら、上記の'３２２特許では、繊維懸濁液に最小限の水量を再導入するための方法が一つだけある。それは、「逆流ゾーン」で起こり、かつ存在している。なぜなら、非圧縮性流体が長いブレードの非フラットな最上層に追従し、そして、成形ファブリックを通じてポンピングされるからである。速度誘導ユニットの端部においてリードに達するコンシステンシは、同じブレードに沿って変化することがない。ストックがトライアルブレードに達するとき、ストックコンシステンシーは増加する。速度誘導ユニットが多数の長いブレードをもつように設計され、しかも、コンシステンシが速度誘導ユニットに沿って絶えず増加するとすれば、スロットでの排水があるからである。
【００２７】
上述した参考文献のいくつかは特定の付随的な効果をもつが、さらなる改良および／または代わりの形態が常に望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
製紙機械の成形部分におけるストック（紙料）の希釈は、上等な紙シートを製造する上できわめて重要である。一般に、ストックの希釈は、白水の再循環を増加させることによって、機械の成形部分の短い閉じたシステムにおいて達成される。
【００２９】
成形テーブル上でのストックの希釈は、良好な成形を行う上で主要な役割を果たす。それは、紙シートを良好に成形するのに必要な３つの水力学的プロセスの実現を促進し、繊維の配向を無秩序にする。
【００３０】
大部分の製紙機械は、生産高を増すため、そしてまた、より上等な紙質を得る上でより低いコンシステンシをもつようにするため、スピードアップされてきている。そして、未だに同じ機械スクリーン、同じ配管、および同じヘッドボックスによって、成形テーブルに水とストックを供給している。成形テーブルは、過剰な流れを処理するために再加工されている。
【００３１】
一例を挙げて考えてみよう。当初の設計が、幅２００インチ（つまり、５ｍ８ｃｍ）のヘッドボックスを備え、０．６５％のヘッドボックスコンシステンシーを伴う毎分８００フィート（つまり、毎分２４３．８ｍ）の速度で、１平方メートルにつき５４グラムで７０％の保持率の紙を製造するという製紙機械を想定する。その製紙機械において、ヘッドボックスからの流れは、計算上、毎分約３９２７ガロン（つまり、１４８６５リットル）となる。しかしながら、ここ何年かの間に、その機械の速度は１．７５倍に増大しており、ヘッドボックスコンシステンシーは、より良好な品質を得るために０．３８％に下がり、保持率が６５％に落ちている。その結果、ヘッドボックスからの流れは、今では、毎分約１２６６０ガロン（つまり、４７９２２リットル）となっている。その流れは、３．２２倍となっており、その結果、全システムの内部速度が３倍を越えており、有害な結果が起こり得る状態となっている。
【００３２】
したがって、低いコンシステンシで作業するとき、あるいは、製紙機械の速度を上げるときには、ヘッドボックスからの流れが増大するため、排水要素の数を増やすことが必要である。ある場合においては、テーブルの長さを増大させることも必要である。それは、追加の排水装置を据え付けるスペースを作るため、あるいは、真空補助による新しい排水装置を据え付けるためからである。
【００３３】
しかしながら、この発明によれば、テーブルの長さを増大させることも、真空補助による新しい排水装置を据え付けることも不要である。加えて、成形テーブル上でのエネルギー消費をかなり低減することができる。
【００３４】
したがって、この発明の目的は、機械の速度に無関係に、成形テーブル上の水力学的なプロセスを維持するための機械を提供することである。
【００３５】
この発明のさらなる目的は、成形ボードおよび／または速度誘導排水機械と一緒に使用することができる機械を提供することである。
【００３６】
この発明のさらなる目的は、機械の速度、紙シートの坪量、および／またはマットの厚みによって、機械の効率が影響を受けないようにすることである。
【００３７】
この発明による機械は、それ自体によって水を循環処理するものであり、それにより、テーブル上の繊維懸濁液をヘッドボックスの後方で所望レベルに希釈する。この発明の希釈率は、０％〜１００％間のいずれの大きさであってもよい。この発明の機械がなす仕事は、こう解の度合、機械速度、紙シートの坪量あるいはマットの厚みに影響を受けない。この発明によってシートを形成した後、継続する装置によって排水とシートの圧密とを行う。
【００３８】
この技術分野で知られるように、繊維懸濁液に製紙用添加剤を加えることにより、紙の強度および機械の生産性を増すことができる。添加剤は、成形テーブルの前あるいは後で加えることになる。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
この発明の一つの好適な実施形態は、製紙機械の成形テーブル上の液体懸濁液に含まれる繊維のコンシステンシあるいは密度を低下させる装置であって、その装置は、製紙用添加剤を液体の流れに加えて混合流を得るための少なくとも一つの導管と、外表面および内表面があり、その上に繊維スラリーを運搬する成形ファブリックと、その成形ファブリックの内表面とすべり接触する先端サポート面をもつ主要ブレードと、成形テーブルの自己希釈、剪断、マイクロアクティビティまたは排液部分の一部を少なくとも含んでいる中心プレートとを備え、前記中心プレートは、所定距離だけボトムプレートから離間されており、それによって、前記液の少なくとも一部を再循環させるためのチャネルを形成するように構成されている。この製紙機械は、排水液を含む混合流を成形プロセスの少なくとも一部で再利用するようになっている。
【００４０】
この発明の他の好適な実施形態は、製紙機械の成形テーブル上の液体懸濁液に含まれる繊維のコンシステンシあるいは密度を低下させるシステムであって、そのシステムは、製紙用添加剤を液体の流れに加えて混合流を得るための少なくとも一つの導管と、外表面および内表面があり、その上に繊維スラリーを運搬する成形ファブリックと、その成形ファブリックの内表面とすべり接触する先端サポート面をもつ主要ブレードと、成形テーブルの自己希釈、剪断、マイクロアクティビティまたは排液部分の一部を少なくとも含んでいる中心プレートを備える装置を備え、前記中心プレートは、所定距離だけボトムプレートから離間されており、それによって、前記液の少なくとも一部を再循環させるためのチャネルを形成するように構成されている。この製紙機械は、排水液を含む混合流を成形プロセスの少なくとも一部で再利用するようになっている。
【００４１】
この発明の他の好適な実施形態は、製紙機械の成形テーブル上の液体懸濁液に含まれる繊維のコンシステンシあるいは密度を低下させる方法であって、その方法は、外表面および内表面があり、その上に繊維スラリーを運搬する成形ファブリックを供給する工程と、その成形ファブリックの内表面とすべり接触する先端サポート面をもつ主要ブレードを供給する工程と、成形テーブルの自己希釈、剪断、マイクロアクティビティまたは排液部分の一部を少なくとも含んでいる中心プレートを供給する工程とを備え、前記中心プレートは、所定距離だけボトムプレートから離間されており、それによって、前記液の少なくとも一部を再循環させるためのチャネルを形成するようになっている。
【００４２】
この発明を特徴づけるいろいろな新しい特徴については、次に説明する好適な実施例に特に示す。この発明、ならびに、それを使用することによって得る作用効果および特定の目的について良く理解するため、図面および詳細な説明を参照されたい。それらには、この発明の好ましい実施例が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
以下の詳細な説明は、例として示すものであり、この発明をそれだけに制限するものではない。以下の説明は、添付の図面との関連において良く理解されるであろう。図面中、同様の参照符号は同様の要素および部分を意味している。
【図１】公知のテーブルロールを示す。
【図２】ステップブレードを伴う公知の低真空ボックスを示す。
【図３】きょう雑物の集積がある公知の低真空ボックスステップブレードを示す。
【図４】公知の正パルスブレード低真空ボックスを示す。
【図５】公知の正パルスブレードを示す。
【図６】公知の二重正パルスブレードを示す。
【図７】公知の速度誘発排水ユニットを示す。
【図８】製紙機械における水再循環システムを示す。
【図９】成形ワイヤ上に放出されるヘッドボックス流を示す。
【図１０Ａ】図１０Ｂと一緒になって図１０を構成するものであり、ヘッドボックスからの０．８％コンシステンシにおけるマスバランスを示す。
【図１０Ｂ】図１０Ａと一緒になって図１０を構成するものであり、ヘッドボックスからの０．８％コンシステンシにおけるマスバランスを示す。
【図１１Ａ】図１１Ｂと一緒になって図１１を構成するものであり、ヘッドボックスからの０．５％コンシステンシにおけるマスバランスを示す。
【図１１Ｂ】図１１Ａと一緒になって図１１を構成するものであり、ヘッドボックスからの０．５％コンシステンシにおけるマスバランスを示す。
【図１２Ａ】図１２Ｂと一緒になって図１２を構成するものであり、この発明の一実施例によるマスバランスを示す。
【図１２Ｂ】図１２Ａと一緒になって図１２を構成するものであり、この発明の一実施例によるマスバランスを示す。
【図１３】新規な成形発明を示す。
【図１３Ａ】新規な成形発明であり、添加剤注入を示している。
【図１３Ｂ】新規な成形発明の添加剤注入の詳細を示している。
【図１４】ブレード４２に異なるリードをもつ新規な成形発明の他の態様を示す。
【図１５】ブレード４４に異なるリードをもつ新規な成形発明の他の態様を示す。
【図１６】サポートブレードなしの新規な成形発明の他の態様を示す。
【図１７】新規な成形発明の他の態様であり、自己希釈、剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分（ピボット点を伴う）を示す。
【図１８】新規な成形発明の他の態様であり、自己希釈、剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分（ピボット点を伴い、排液部分の角度を変える）を示す。
【図１９】新規な成形発明の他の態様であり、自己希釈、剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分（複数の集中および発散部分を伴う）における流体性能の詳細を示す。
【図２０】新規な成形発明の他の態様であり、長い自己希釈、剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分（複数の集中および発散部分を伴う）のジオメトリーの詳細を示す。
【図２１】図１３に示す新規な発明による製紙機械のウェット端において、新規な発明７５の位置を示すフローシートである。
【図２２】図１３に示す製紙機械のウェット端において、新規な発明７５の位置を示すフローシートである。
【図２３】図２０に示す新規な発明による製紙機械のウェット端において、新規な発明７６の位置を示すフローシートである。
【図２４】図２０に示す製紙機械のウェット端において、新規な発明７６の位置を詳細に示すフローシートである。
【図２５】新規な成形発明の他の態様であり、長い自己希釈、剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分（成形ファブリックと複数の成形ファブリックサポートを伴う中心プレート４８との間が同じ距離である）のブレードジオメトリーの詳細を示す。
【図２６】新規な成形発明の他の態様であり、複数の自己希釈、剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分（成形ファブリックと複数の成形ファブリックサポートを伴う中心プレート４９との間の距離を増加させる）を伴う中心プレートジオメトリーの詳細を示す。
【図２７】新規な成形発明の他の態様であり、複数の自己希釈、剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分（成形ファブリックと複数の成形ファブリックサポートを伴う中心プレートとの間のオフセット平表面がある）を伴う中心プレートの詳細を示す。
【図２８】新規な成形発明の他の態様であり、自己希釈、剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分上のオフセット平面部分のジオメトリーの詳細を示す。
【図２９】新規な成形発明の他の態様であり、長い自己希釈、剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分（排液部分にピボット点をもつ）のビュージオメトリーの詳細を示す。
【図３０】新規な成形発明の他の態様であり、ストリームラインの説明を含む自己希釈、剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分における水力学の詳細を示す。
【図３１】新規な成形発明の他の態様であり、ワイヤのたわみを削減するための２つのブレードを伴うストリームラインの説明を含む自己希釈、剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分における水力学の詳細を示す。
【図３２】新規な成形発明の他の態様であり、自己希釈および剪断部分における水力学の詳細を示す。
【図３３】新規な成形発明の他の態様であり、中心プレートを保持するための一つのシステムの詳細なジオメトリーを示す。
【図３４】新規な成形発明の他の態様であり、中心プレートを保持するための他のシステムの詳細なジオメトリーを示す。
【図３５】中心プレート３５および／または何れかのブレードを保持するために用いるＴバーの詳細なジオメトリーを示す。
【図３６】新規な発明の自己希釈および剪断ゾーン５４における流体性能を示す。
【図３７】新規な発明の低コンシステンシーマイクロアクティビティゾーン５５における流体性能を示す。
【図３８】新規な発明の排液ゾーン５６における流体性能を示す。
【図３９】新規な発明の排液ゾーン５６における流体性能の他の設計を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
先行技術の一部として既に述べたすべての装置は、図８に示す重力および力学的排液ゾーンまたはシート成形ゾーン４の一部であるか、あるいはそれを構成する。
【００４５】
図８は、成形テーブル上でいかなるレベルにもコンシステンシを低減することができるシステムを示す。濃厚ストック２０（良くあるものは約１〜５％のコンシステンシをもつ）を、ファンポンプ２４のインレット３３において白水１７で希釈する。濃厚ストックの必要な量は、弁２１により制御する。ファンポンプ２４によって、製紙用の完成紙料の希釈スラリーをクリーニングシステム２７に向けて送り出す。クリーニングシステム２７は、破片のすべておよび好ましくない物体２８を除去する。そして、清浄なストックを製紙機械のヘッドボックス１に送る。クリーニングシステム２７および３２から出てくる希薄ストックの完成紙料のコンシステンシは、一般に、固形物０．１％から１％の間にある。
【００４６】
ファンポンプ２４ならびにクリーニングシステム２７および３２は、製紙機械の成形部分の下側の最下部に一般に位置する。ストックは、ヘッドボックス１からスライス２を通って長網抄紙機ワイヤ１１上へと送られる。ヘッドボックス１のスライスリップ２によって、成形ワイヤ１１上に放出される総流量は、ファンポンプ２４の回転を変えることにより、そしてまた、弁２３および２２を調整することにより制御する。より多くの流れが必要な場合には、ファンポンプ２４の回転を増し、しかも、弁２３の開口を増し、弁２２を調整して必要な流れを微調整する。ある設備においては、ファンポンプ２４が、ポンプからの流れを増加または減少させるために一定のモーター速度をもつ。この場合には、弁２３および２２を調整することが必要である。
【００４７】
ウェットシート１０は、実のところ長網抄紙機テーブルの上に成形される。長網抄紙機テーブルは、無端成形メッシュベルト１１で本質的に構成されている。そのメッシュベルト１１は、製紙機械のウェット端を構成する成形および排液装置によって、ゾーン４、５および６内に支持されている。
【００４８】
ヘッドボックス１の近くで、成形メッシュはブレストロール３により支持され、そのブレストロールはゾーン４、５において成形および排液装置により追従される。無端の成形メッシュは、ゾーン６において幾つかの吸引ボックスの上を進み、その後、サクションクーチロール７および駆動ロール９の上方を通って戻る。
【００４９】
水は、量的に最も重要な製紙の原料である。ストックは、非常に希釈した状態で、成形テーブルの成形メッシュ１１上に放出される。その繊維含有量は０．１％程度の低さである。この点から、水の除去は、機械における最も決定的な作用機能の一つになっている。ヘッドボックス１から出るストックは、繊維に加えて他の固形物を含んでおり、その影響によりそのコンシステンシは０．５パーセント程度である。そして、クーチ７から出る繊維マット１０のコンシステンシは、２３〜２５パーセントである。
【００５０】
しかしながら、水の粘性を下げて適切に水を排出させるためには、繊維スラリーを１３５〜１４０°Ｆ（つまり、５７〜６０°Ｃ）の範囲において加熱することが必要である。このプロセスの過程では、通常、５〜１０°Ｆの範囲でヒートロスが生ずる。
【００５１】
さて図９を見ると、０．１％〜１％の間のコンシステンシをもつファイバーフロー１Ａが、ヘッドボックススライスリップ２を通って、ヘッドボックス１から移動する成形メッシュ１１上に放出される。ファイバーフロー１Ａと成形メッシュ１１との間の放出速度比（流速をメッシュ速度で割った値）は、通常、０．６〜１．３の範囲内にある。しかしながら、これらの機械は、毎分３，０００フィート（つまり、９１４ｍ／分）より速い速度で作動することができる。
【００５２】
図１０に詳細に示す製紙機械の成形テーブルは、以下に示すように、３つの主要な部分から成る。
【００５３】
Ａ．まず、シート成形を行う重力および力学的な排液（あるいは排水）ゾーン４である。成形ゾーン４の始まりにおいて繊維のコンシステンシは０．１〜１．０％の範囲内にある。この地点では繊維は高い自由度をもっており、こここそ、紙シートを形成するために必要な３つの水力学的なプロセスを増強することにより、成形を改善することができる場所である。重力および力学的な排液ゾーン４の出口において、コンシステンシは１．５〜２．０％の範囲にある。そして、このゾーンの後では、成形をまさに最低限で改良できるだけである。
【００５４】
Ｂ．次に、低中真空ゾーン５である。 低真空ボックスを用いるこのゾーンでは、少量の真空が加わり、真空は２〜６０インチ水（つまり、５〜１５２ｃｍ水）の範囲内である。そして、ゾーン５の出口におけるコンシステンシは、６〜８％の範囲内である。
【００５５】
ゾーン４および５により排出された水は、成形および排液装置の下方の容器２５に集められる。その水は、たとえば、図８に示すように、ウェット端ループシステム内でストックの希釈に再使用するために、チャネル２６によって貯蔵タンク１８に向かう。
【００５６】
Ｃ．さらには、高真空排液ゾーン６である。ここはシートの圧密化が生じるところであり、高真空ボックスを用いて水が除去される。加わる真空は、２〜１６インチ水銀（つまり、５〜４１ｃｍ水銀）の範囲内である。ワイヤの部分の終端では、プレスロール８にアシストされたクーチ７がより高い真空（２０〜２２インチ水銀、つまり、５１〜５６ｃｍ水銀）で水を除去する。ゾーン６で排出された水１２は、シールタンク１３に集められる。集めた水の一部は、レベル制御１５のために、ポンプ１４がタンク１８内に送る。余剰な水１６は、水貯蔵タンク１８からのオーバーフロー水１９と連動してストック準備システムに送られる。
【００５７】
繊維マットは、高真空排液ゾーン６および吸引クーチ７とランプブレーカ８によるプレスにおいて圧密化された後、シート１０は、２３〜２７％の間のコンシステンシで成形テーブルから離れる。
【００５８】
既に述べたように、製紙機械のウェット端の短ループシステムは、ヘッドボックス１の放出でコンシステンシを減少あるいは増加させることができる唯一のシステムである。
【００５９】
一例としてのマスバランスを述べる。一つは図１０であり、ヘッドボックスからの０．８％のコンシステンシでのマスバランスを示す。もう一つは図１１であり、ヘッドボックスからの０．５％のコンシステンシでのマスバランスを示す。
【００６０】
両方のマスバランスにおいて、以下の作動パラメーターが全く同一である点に留意することが重要である。
ヘッドボックス再循環  ５．０％
重量による第１クリーニングシステムの不合格  ２％
第１不合格濃縮因子  １．４
重量による第２クリーニングシステムの不合格  １０％
第２不合格濃縮因子  ４
機械速度  ２０００フィート／分（つまり、６１０ｍ／分）
ヘッドボックス幅  ２００インチ（つまり、５ｍ８ｃｍ）
紙坪量  ２６ポンド／１０００平方フィート（つまり、１１．８ｋｇ／９３ｍ２）
成形テーブルからの１０での紙生産高  ６２４．０ショート・トン／日
【００６１】
その結果、成形テーブルからの生産高１０は、以下のように両方のバランスで全く同一である。
シート固形物ショート・トン／日  ６２４
シートコンシステンシー％  ２３
ガロン／分  ４５３（つまり、リットル／分  １７１５）
【００６２】
シート成形は、ヘッドボックスからのコンシステンシが０．５％であるときに０．８％である場合より良好である。そして、装置の性能は、両方のケースで全く異なっている。これら２つのバランスの主要な違いは、以下の示すように、短ループシステムの内部にある。
【００６３】
【表１】
2014520977.tif 000003
【００６４】
ＳＴＰＤ    ショート・トン／日（Short tons per day）
ＧＰＭ    ガロン／日（Gallons per day）
%    コンシステンシ
【００６５】
コンシステンシを０．８％から０．５％まで減少することにより、流体の流れは平均で１５，９１３ＧＰＭ（つまり、６０，２３５リットル／日）増加し、また、固形物は平均で１８３ＳＴＰＤだけ増加する。追加の流れを進めるためには、ファンポンプ２４のポンプならびにスクリーン２７および３２のモーターのパワーを増すことが必要であり、また、多くの場合に、装置を変えることが必要である。
【００６６】
０．５％の低いコンシステンシで動かす際には、過剰な流れのためにより多くの化学物質（添加剤）が必要であり、ゾーン４および５の排液はさらに困難になる。過剰な流れに起因して余りにも多くの乱流が生ずる場合、ヘッドボックスの性能が劣化する。すなわち、横の流れが生じ、ストックをシート成形ゾーンに対し不均等に受け渡すことになる。ヘッドボックスが適切に機能しないと、完成シートに多くの欠陥を生じさせてしまう。これらの中で最悪なのは、繊維が均一にあるいは一様に分散されないときに結果として生ずる欠陥のある成形である。
【００６７】
０．５％の代わりに０．８％のコンシステンシで動かすことにより、ヘッドボックスへの流れは顕著に減少し、すなわち、１５，９１３ＧＰＭ程度の減少が生ずる。その結果、スラリーをその使用温度に保つのに必要な蒸気量が少なくなる。それは、温度が５度降下するに対し、８０７，９４６英国熱量単位（Ｂｔｕ）／分の削減があることを意味する。加熱目的のために、燃料油を使用する会社に関していえば、これは、大気中への二酸化炭素の放出が年当たり４６４０トン削減できることを意味し、また、加熱目的のために、ガスを使用する会社に関していえば、大気中への二酸化炭素の削減は年当たり約４１６トンとなる点に留意されたい。
【００６８】
上のことに加えて、図１０および図１１から理解されるように、水処置に送り返される余剰な水１９は、固形物がより少ないものとなる（１．８トン／日だけ少ない）。
【００６９】
この発明の一態様について、たとえば、図１２〜図１９に見ることができる。図１３において、ブレード３６は、２つの重要な機能を果たすサポートブレード３７Ａをもつ。機能の一つは、サポートブレード３７と一緒になって、ブレード３６から離れた成形ファブリックを維持することである。また、他方の最も重要な機能は、既に排出された水１Ｄをサポートブレード３７Ａの下を通過できるようにすることである。ブレード３６の出口側は、斜面３６Ａとなっており、０．１〜１０．０度の間の角度で成形ファブリック１１からそれている。繊維スラリー１Ａからの排出水は、サポートブレード３７の下を通過し、その排出水５７は再循環水６２と合流し、連続的な大きな流れ５８となる。この流れの大部分は、繊維スラリー１Ａに再び加えられ、流れ１Ａより低いコンシステンシを有する繊維スラリーフロー１Ｂとなる。コンシステンシの低下については、ボトムプレート６３とサポート６４によって適所に保持されるゲート３８を開閉することにより制御する。ゲート３８によって、放出流４２を増加させ、あるいはまた、減少させることができる。ゲート３８を開閉することにより、フロー６２は所望のレベルに変化し、結果として、１Ｂにおけるコンシステンシは、横方向に、また同様に縦方向に、制御することができ、繊維の均一なマットを作り出すことができる。サポートブレード３７とトレールブレード３９は、成形ファブリック１１を中心プレート３５から離れた状態に保つ。成形ファブリック１１と中心プレートとの間のギャップは、繊維スラリー１Ａからの排出水で常に充満されている。しかも、水が連続的に流れるため、中心プレート３５と成形ファブリック１１との間の摩擦は最小である。中心プレート３５の終端は、排液ゾーン５６に位置しており、この位置で中心プレート３５の表面は成形ファブリック１１から離れるように傾斜している。その傾斜を伴う表面７１は、０．１〜１０度までの間の傾斜にすることができるが、好ましくは、７度を上回らないようにするのが良い。この種のジオメトリーによって、スラリー１Ｂからの水３４を再循環させ、ストリーム５８に再導入させる。そのことは、図１３にストリーム線５９、６０および６１によって示す。中心プレート３５とボトムプレート６３は、チャネル７３を形成している。そこでは、それら両方の部材が、スペーサ６６によって離れた状態になっている。それによって、トレールブレード３９がこすり取った排水をチャネル７４に向かって動かすことができる。この点で、再循環フロー６２が排水５７と合流して、繊維スラリー１Ａに再導入されるストリームフロー５８を作る。それにより、１Ｂにおけるコンシステンシを、任意の所望レベルに低下させる。速度の異なる二つの流れの合流が生じ、しかもまた、部分５４において高い剪断効果が発生するのは、チャネル７３の形成に起因している。
しかしながら、ゲート３８がパージフロー４２の量を制御していることに留意することが大事である。この発明によるシステムの設計を用いることにより作り出す固有な流れおよび高い剪断効果があるために、ファンポンプ２４のモーターまたはスクリーン２７および３２のモーターパワーを増加させることは不要である。今までのシステムと比較すると、この発明による設計、たとえば、中心プレート３５とボトムプレート６３を離間させてチャネル７３を形成し、排水の循環を可能とすることによれば、エネルギー消費を低減することができる。
【００７０】
排液ゾーン５６を過ぎると、繊維スラリー１Ｃのコンシステンシは、ゲート３８により排出される水の量４２に応じて、１Ａと同じか、あるいはそれより高い値となる。中心プレート３５はサポートブレード３７を保持し、その中心プレート３５は、決まった位置にあり、中心プレートから成形ファブリック１１、インレットブレード３６、トレールブレード３９、およびボトムプレート６３までの特定の距離を維持するようになっている。それらの距離は、特定の製紙機械のプロセスの必要性に応じて設計されており、中心プレート３５は、自己希釈、剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分の長さに応じて、必要により一つ、二つ、あるいは多数のＴバー６８により固定する。Ｔバーは、ボルト６５およびスペーサ６６によって定位置に取り付ける。排液部分における中心プレート３５の表面７１は、成形ファブリック１１から離れており、その傾斜は、０．１から１０度までの分離であり、好ましくは７度を超えないようにするのが良い。
【００７１】
図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９における中心プレート３５の長さ、および図２０における中心プレート５３は、特定の製紙機械のプロセスの必要性に応じて設計する。中心プレートの長さは、また、機械速度、坪量、および必要とするコンシステンシの低減量にも依存する。
【００７２】
図２１は、シート成形ゾーン４内の重力および力学的な排液における新規なこの発明７５の位置を示す。図２２は、シート成形ゾーン４内の重力および力学的な排液における新規な本発明７５の詳細な位置を示す。
【００７３】
図２３は、シート成形ゾーン４内の重力および力学的な排液における新規なこの発明７６の位置を示す。図２４は、シート成形ゾーン４内の重力および力学的な排液における新規なこの発明７６の詳細な位置を示す。
【００７４】
シート成形ゾーン４内の重力および力学的な排液に取り付けた新規な発明によれば、ヘッドボックスで繊維スラリーのコンシステンシを低下させる必要性を消し、その結果、今までのシステム（全システムの中のコンシステンシを低下させる）で作業する場合と同様の利益を得ることができる。
【００７５】
シート成形の新規な発明で得る利点の一例として、製紙機械が低コンシステンシで作動する際の物理的特性および生産性について、図１２におけるマスバランスに示す。それらの利点は、今までのシステムの代わりに、図２１、図２２、図２３および図２４により取り付けた新規な発明で作動することにより得ることができる。
【００７６】
この新規な発明に伴うマスバランスについて、図１２に示す。この新規な発明で作動することによる利点は、以下に示すとおりである。
Ｉ．この新規な発明での作業によれば、今までのシステムでの作業よりエネルギー消費が低下する。
II．機械やパイプのような現在の装置を大きなものに変える必要がない。
III. 繊維スラリーを加温するのに必要な蒸気または燃料が少なくなることから、大気への放出物が低下する。
IV. 水処理ユニットに送る固形物が少なくなることから、環境に優しいものとなる。
Ｖ．水システム内の固形物がより少なくなる。
VI. 化学物質（化学薬品）の使用量が減少する。
VII. この新規な発明は、コンシステンシの削減に加えて、製紙に必要な３つの水力学的プロセスを同時に作り出すことから、今までのシステムでの作業より新規な発明での作業による紙質が改善される。
VIII. この新規な発明で運転しする作動する場合、設計のフローを越えることがないため、ヘッドボックス１、スクリーン２７および３２のような機械内部の設計作動速度が、常に設計範囲内に位置する。
IX. この新規な発明による繊維の損失は少量である。
Ｘ．成形テーブルではなく、成形ファブリックを離れた直後の同じ排水を再循環させる。
XI. 他の供給源からの繊維汚染がない。この利点により、プロセスはより安定する。
XII. 成形セクション４には温度変化がない。
XIII. システム内に空気が混入しない。
XIV. 保持率が変化しない。
XV. この新規な発明内部の体積が少量であることから、紙のグレード変更が容易である。
XVI. 連続的な再循環プラグ流である。
XVII. 図３０に示すように、表面６９のラジアル設計によって、横方向上の繊維マットの変動性を減少する流れ５８を均等にする。
XVIII. ブレードの初期部分に、ろ過プロセスが存在しない。
XIX. ワイヤとブレード間の摩擦が最小であり、また、成形テーブル上の総流量が低減するため、ワイヤを駆動する動力が低減する。
XX. 水が連続的に流れているため、ブレードにきょう雑物が集積しない。
XXI. ワイヤ上の繊維を、同じ水で再分散し、かつ活性化する。
XXII. 繊維保持率が増す。
XXIII. 成形が改善される。
XXIV. 必要に応じてシートの直角度が制御される。
XXV. 排液も制御される。
XXVI. 繊維が、シートの厚み全体にわたって均一に分散される。
XXVII. 紙の物性が、それらの必要に応じて改善あるいは制御される。
【００７７】
図２５は、自己希釈、複数の剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分をもつ新規なこの発明を示し、成形ファブリック１１と中心プレート４８との間には一定のギャップＤ１がある。
【００７８】
図２６は、自己希釈、複数の剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分をもつ新規なこの発明を示し、成形ファブリック１１と中心プレート４９との間に次第に増大するギャップＤ２、Ｄ３およびＤ４がある。
【００７９】
図２７は、自己希釈、複数の剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分をもつ新規なこの発明を示し、成形ファブリック１１と中心プレート５０との間にオフセットした平らな面７２がある。
【００８０】
図２８は、自己希釈、複数の剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分をもつ新規な発明を示し、成形ファブリック１１と中心プレート５０との間のオフセットした平らな面の詳細を示している。面７２Ａはステップ７２による表面７２Ｂのオフセットであり、ここで観察される水力学的な動作は、カブレラの米国特許出願公開番号：ＵＳ２００９／０３０１６７７Ａ１、発明の名称「繊維マット成形装置および紙シートの成形のための水力学プロセス維持方法」の中に詳しく述べられている。
【００８１】
図２９は、自己希釈、複数の剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分をもつ新規な発明を示し、排出する水のアクティビティと量を制御するために、中心プレート５２の排水エリアにピボット点をもつ。ピボット点によって、プロセスの必要性に応じて部分５２Ａを調整することができる。
【００８２】
図３０は、自己希釈、複数の剪断、マイクロアクティビティおよび排液部分をもつ新規な発明を示し、以下に示すような異なる部分の詳細な内容を伴う。
【００８３】
Ａ．自己希釈および剪断部分５４：
この部分は、サポート３７の先端で始まり、ラジアル部分６９の端部で終了する。この部分の長さは、機械速度と、繊維スラリー１Ａに導入すべき水の量５８に依存する。ストリームフロー５８は、ストリームフロー５７および６２により構成され、そして、ストリームフロー６２は、チャネル７４の通路に一緒になり、それにより、連続的であり、かつ均一な流れを生じ、後にフロー５７と合流してフロー１Ｂとなるように成形ファブリック１１内に送られる。ストリームフロー６２の量は、ゲート３８を通ってパージされる水の量４２で制御される。
【００８４】
この部分において、フロー１Ａとフロー５８との間の速度の違いを制御することにより、高い剪断効果が発現する。これらのフローが合流した後、フロー１Ａに高い希釈が生じ、そしてまた、マイクロアクティビティが始まる。表面６９のラジアル設計によって、フロー５８が安定化し、横方向における繊維マットの変動性を減少させる。
【００８５】
自己希釈および剪断部分の長さは、機械速度、坪量およびコンシステンシの減少の大きさ次第である。
【００８６】
Ｂ．低いコンシステンシ５５でのマイクロアクティビティ：
中心プレート３５の表面７０については、この明細書の初めに説明したもの、そしてまた、カブレラの米国特許出願公開番号：ＵＳ２００９／０３０１６７７Ａ１、発明の名称「繊維マット成形装置および紙シートの成形のための水力学プロセス維持方法」の中の記載とは異なる形状にすることができる。中心プレート３５の表面７０とワイヤ１１との間にはギャップがあり、この特徴により、それらの間に水を含み、マイクロアクティビティおよび剪断効果を引き起こすことができ、そして、この部分で最低あるいは最小のコンシステンシを得ることができる。
【００８７】
低いコンシステンシ部分のマイクロアクティビティの長さは、機械速度、坪量および繊維のタイプに依存する。
【００８８】
Ｃ．排液（あるいは排水）５６：
図３０および図３１のストリームフロー５９は、中心プレート３５の最後の部分で発生する。排液部分における中心プレート３５の表面７１は、成形ファブリック１１からそれて離れている。その傾斜は、７度を上回らないことが好ましいが、０．１から最高１０度までの任意の値をとることができる。排液部分の長さは、排出すべき流れの量に依存する。フロー５９は、中心プレートの最終部とトレールブレード３９との間に位置するチャネル７７を通って、フロー６０へと続く。チャネル７７は、繊維ステープリングを回避し、かつ摩擦損が最小になるように設計されており、ストリームフローはチャネル７３を通って連続し途切れない。
【００８９】
ワイヤ１１が曲がり中心プレートと接触する場合には、図３１に示すように、第２のサポートブレード３７Ｂを追加する。中心プレート３５の表面７０の端部には、ラジアル面７１Ａが連続的に続いており、それにより、ストリームフロー５９が中心プレート３５に連続的に接触するように維持する（フローの分離を回避する）。
【００９０】
図３２は、新規なこの発明の自己希釈および剪断部分における水力学の詳細な説明を示す。サポートブレード３７は、ワイヤが曲がって中心プレート５３に接触するのを防止しており、繊維スラリー１Ｂから排出されるストリームフローが、サポートブレードの下を通過し、後にその繊維スラリーに再導入されて剪断効果が生ずる。
【００９１】
図３３は、中心プレート３５を保持するジオメトリーの詳細な説明を示す。チャネル７３を作ることを助けるために、ボトムプレート６３と中心プレート３５との間に、たとえば、ボルト６５とスペーサ６６を用いることができる。
【００９２】
図３４に示す他の実施形態においては、たとえば、Ｔバー６８とスペーサ６６とを、ボトムプレート６３と中心プレート３５の間に用いることにより、中心プレート３５を保持してチャネル７３を形成するようにしている
【００９３】
図３５は、Ｔバー６８のジオメトリーの詳細な説明を示す。タップホール６８Ａの間の距離６８Ｂは、４インチと１０インチ（つまり、１０ｃｍと２５ｃｍ）の間で変動し、製紙機械ごとに特別に設計される。距離Ｌ１と距離Ｌ２は等しく、スペーサ６６またはボックスの主要構造と直接結び付けるのは、この部分である。距離Ｌ３と距離Ｌ４は互いに異なるが（この場合には、Ｌ３がＬ４より大きい）、この発明の考え方を損なうことなく、他のやり方にすることもできる。Ｔバー６８Ｃのヘッドが、この場合には、中心プレート３５に直接連結するが、任意のブレードと連結することもできる。距離Ｌ３とＬ４の違いのため、中心プレート３５および／または任意のブレードは、一方向にだけスライドする。
【００９４】
図３６、図３７、図３８、および図３９は、新規なこの発明の液圧性能についての詳細な説明を示す。図３６は、ブレード３６とサポートブレード３７Ａとにより作り出される効果であり、カブレラの米国特許出願公開番号：ＵＳ２００９／０３０１６７７Ａ１、発明の名称「繊維マット成形装置および紙シートの成形のための水力学プロセス維持方法」の中に説明されている。参照により、その内容のすべてを、この中に組み入れる。ストリームフロー５７は、サポートブレード３７の下を流れるストリームフロー６２と合流し、繊維スラリー１Ａに再導入５８される。部分５４においては、速度の異なる２つの流れの合併により高い剪断効果が生み出される。この点、大切なことは、ゲート３８がパージ流４２の量を制御する点に注目することである。
【００９５】
図３８および図３９は、排液プロセスの詳細な説明を示す。そこでは、表面７１が成形ファブリック１１から離れるように傾斜している。その傾斜は、７度を上回らないことが好ましいが、０．１から最高１０度までの任意の値の分離にすることができる。この種のジオメトリーは、位置エネルギーの損失に起因して真空を作り出し、そしてまた、排出された水は、流線６０および６１の経路にしたがう。サポートブレード３７からトレールブレード３９までの距離が大きく、成形ファブリック１１が中心プレート３５に接触する場合には、サポートブレード３７Ｂを追加して取り付けることができる。また、ラジアル面７１Ａを取り付けられることにより、フロー５９が中心プレート３５から離れないようにし、フローがチャネル７７、およびその後にチャネル７３を通って連続するようにする。
【００９６】
化学薬品添加
他の実施例においては、いわゆる当業者が知るように、製紙用の化学薬品を添加し、紙の強度および機械の生産性を向上させる。紙の化学薬品は、すべて成形テーブルの前あるいは後で加える。
【００９７】
その化学薬品の効能（効率）は、成形テーブルの前で加えると、大きく低下する。なぜなら、成形部分で大きな希釈および多量の水の再循環があるからである。それに加え、化学薬品の適用量の変化に対し、時間的に即座に応答できないからである。
【００９８】
また、化学薬品を成形テーブルの後で加えるとき、その場合、通常サイズプレスで行うが、製紙機械の速度は１３〜２０％低下しているか、あるいは、紙ウエブ中の追加の水を蒸発させるためにより多くのドライヤを加えることが必要である。両方の事情により、より多くのエネルギーを用いることになる。
【００９９】
紙の各品質を得るためには、完成紙料の材料について特定の配合が必要である。その配合については、作るべき紙の仕様に応じて選択する。
【０１００】
図１３Ａに示すように、化学薬品１００は、パイプ９９を通して送り込まれ、それらは、先に排出した流れ５９に合流し混合する。化学薬品１００および排水５９は、ゾーン６０で合流し、乱流ゾーン３４Ｂを作り出す。その乱流ゾーン３４Ｂにおいて、化学薬品は完全に希釈する。混合フロー６０および６１は、チャネル７３を通って流れる。その流れは、縦方向を横切るように分けるスペーサ６６によって撹拌される。その主要な目的は、チャネル７３を作ること、およびＴバー６８を支持することである。化学薬品を送り込むパイプ９９は、横方向に離れている。離れる大きさは、製紙機械に応じて０．５〜８インチ（つまり、１．３〜２０ｃｍ）であり、好ましくは、４〜６インチ（つまり、１０〜１５ｃｍ）である。
【０１０１】
ユニットは化学薬品の添加をしてあるいは添加をせずに作動することができるが、化学薬品を添加した場合には、ゲートバルブ３８を閉じることにより、化学薬品のロスをなくすようにするのが好ましい。
【０１０２】
水と化学薬品とが混じったフロー６１は、後で新しい排液フロー５７と合流し、繊維懸濁液１Ａに再導入５８される。両方のフローは、フロー１Ｂとなり、繊維には、マイクロアクティビティゾーン５５で化学薬品が充分にしみ込み、化学薬品は、保持されずにフロー５９の一部として排出され、それにより、再び最大限に再利用される。
【０１０３】
サイズプレスに関連し、注意すべきことがある。すなわち、この段階で添加する化学薬品によって、こう解の最小化および低繊維質を伴い、紙の乾燥強度を増すことができること、サイズプレスで添加する化学薬品は、固形物が約３〜２５％で溶けていること、また、紙は、サイジング溶液を多少なりとも吸収し、プレスでバランスが除去されることである。紙によって吸収されるサイズプレス溶液は、サイズプレス後の追加のドライヤによって除去すべきである。
【０１０４】
図１３Ａは、新規な成形発明について化学薬品の投入を示している。
【０１０５】
図１３Ｂは、新規な成形発明について化学薬品の投入の詳細を示している。
【０１０６】
この新規な発明によって、成形テーブルで化学薬品の投入を行う利点は、次のとおりである。
【０１０７】
１．化学薬品が希釈されない限り、化学薬品の効能は大きい。なぜなら、この発明で用いる量は、サイロに貯えるトータル量に比べて最小であるからである。
【０１０８】
２．マイクロアクティビティゾーンで化学薬品と繊維とが良く混ざるので、化学薬品の効力はより良好である。
【０１０９】
３．化学薬品は、ファンポンプあるいは機械スクリーンで生じるような高い剪断作用を受けない。剪断作用は、化学薬品の効力を減じてしまう。
【０１１０】
４．この発明において添加する化学薬品がサイズプレスでの化学薬品と置き換わるとき、エネルギー消費を大きく削減する。なぜなら、紙が吸収する過剰な液を除去する必要がないからである。
【０１１１】
５．ドライヤにおけるサイズプレスで紙シートを再び湿らせるので、機械の速度を低減させない。
【０１１２】
６．紙の強度を横方向に制御することができる。
【０１１３】
７．適用量の変化に対し、即座に応答することができる。なぜなら、サイロの両に比べて、この発明は、最小の水量で働くからである。
【０１１４】
この発明について、最も実際的であり、しかも、好ましい実施形態と考えられるものに関連して説明してきた。しかし、この発明は、開示した実施形態に限定するものではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲の精神および考え方の中で、いろいろな変形や均等な構成を含むことを理解されたい。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【国際調査報告】
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