(57)【要約】【課題】紙原料層を走行させながら水分を除去して抄紙を行なう抄紙機及び抄紙方法に関し、紙原料層をより効率良く脱水できるようにする。【解決手段】ヘッドボックス２から噴射した紙原料液１ａを層状に保持してこの紙原料層１を走行させながら水分を除去して抄紙を行なう抄紙機において、上記の水分を除去するパートに、水分除去を促進するために紙原料層１を加熱する加熱手段として設けられ、紙原料層１に蒸気を供給し蒸気の凝縮作用により紙原料層１を加熱する蒸気式加熱手段６と、紙原料層１が予め設定された目標温度になるように、蒸気式加熱手段６を通過する際の紙原料層１の原料濃度状態に対応して蒸気式加熱手段６による蒸気供給状態を調整する調整手段１１とを設ける構成にする。【選択図】        図１
2004332131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドボックスから噴射した紙原料液を層状に保持してこの紙原料層を走行させながら水分を除去して抄紙を行なう抄紙機において、
上記の水分を除去するパートに、該水分除去を促進するために該紙原料層を加熱する加熱手段として設けられ、該紙原料層に蒸気を供給し該蒸気の凝縮作用により該紙原料層を加熱する蒸気式加熱手段と、
該紙原料層が予め設定された目標温度になるように、該蒸気式加熱手段を通過する際の該紙原料層の原料濃度状態に対応して該蒸気式加熱手段による蒸気供給状態を調整する調整手段とが設けられている
ことを特徴とする、抄紙機。
【請求項２】
上記の水分除去パートは、ヘッドボックスから噴射した該紙原料液を層状に保持してこの紙原料層を走行させながら水分を脱水して紙層を形成するフォーマ、又は、該フォーマで紙層形成された該紙原料層を加圧して水分をさらに脱水するプレスパートである
ことを特徴とする、請求項１記載の抄紙機。
【請求項３】
該フォーミングパートは、該紙原料層の両面にワイヤをそなえたツインワイヤフォーマとして構成されている
ことを特徴とする、請求項２記載の抄紙機。
【請求項４】
該蒸気式加熱手段には該紙原料層への蒸気の供給を案内する蒸気ボックスが設けられ、該蒸気ボックスは、先端の開口部周縁を該ワイヤに当接又は近接させるようにして配置されている
ことを特徴とする、請求項３記載の抄紙機。
【請求項５】
該蒸気ボックスの先端の開口部周縁には、該蒸気ボックスの内外をシールするシール手段が設けられている
ことを特徴とする、請求項４記載の抄紙機。
【請求項６】
該シール手段は、該蒸気ボックスの先端開口部周縁に取り付けられて該ワイヤに当接するシール部材である
ことを特徴とする、請求項５記載の抄紙機。
【請求項７】
該シール手段は、該蒸気ボックスの先端開口部周縁よりも該紙原料層の走行方向上流側に設けられ、気体を噴射することにより該紙原料層の伴流の該蒸気ボックス内への進入を抑制する気体噴射装置である
ことを特徴とする、請求項５記載の抄紙機。
【請求項８】
該紙原料層を挟んで該蒸気ボックスと反対側に該蒸気ボックスから噴射された蒸気を吸引するサクションボックスがそなえられている
ことを特徴とする、請求項４〜７のいずれか１項に記載の抄紙機。
【請求項９】
該サクションボックスの該紙原料層の走行方向下流側端部は、該蒸気ボックスの該走行方向下流側端部よりも下流側に配置されている
ことを特徴とする、請求項８記載の抄紙機。
【請求項１０】
該紙原料層を挟んで該蒸気ボックスと反対側であって該紙原料層の走行方向下流に、該サクションボックスの他にさらにもう１つサクションボックスがそなえられている
ことを特徴とする、請求項８又は９記載の抄紙機。
【請求項１１】
該紙原料層の走行方向下流側のサクションボックスの吸引力は、上流側のサクションボックスの吸引力よりも大きく設定されている
ことを特徴とする、請求項１０記載の抄紙機。
【請求項１２】
該蒸気ボックス内が該紙原料層の幅方向に複数に分割されると共に、該サクションボックス内が、該蒸気ボックス内の分割と対応するように該紙原料層の幅方向に複数に分割され、
該蒸気ボックス内及び該サクションボックス内の各分割領域単位で蒸気の噴射状態及び蒸気の吸引状態の調整が可能になっている
ことを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の抄紙機。
【請求項１３】
該蒸気式加熱手段により供給される該蒸気は、該紙原料層に衝突噴流として作用することにより該紙原料層を加熱する
ことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の抄紙機。
【請求項１４】
該調整手段を自動調整する制御手段をそなえている
ことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の抄紙機。
【請求項１５】
該蒸気式加熱手段の近傍に、該蒸気式加熱手段を通過する際の該紙原料層の原料濃度を検出するための原料濃度検出手段が設けられ、
該制御手段は、該原料濃度検出手段による検出情報に基づいて、該紙原料層が該目標温度まで昇温するように該蒸気式加熱手段による蒸気供給状態を制御することを特徴とする、請求項１４記載の抄紙機。
【請求項１６】
該蒸気式加熱手段の設置箇所よりも該紙原料層の走行方向下流側に、該紙原料層を加熱する加熱手段として、該紙原料層に高温空気を吹き付けて該高温空気の衝突噴流により該紙原料層を加熱する空気噴流式加熱手段がそなえられている
ことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の抄紙機。
【請求項１７】
該加熱手段として、該紙原料層の一面から加熱を行なう第１の加熱手段と、該紙原料層の他面から加熱を行なう第２の加熱手段とが、設けられている
ことを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の抄紙機。
【請求項１８】
ヘッドボックスから噴射した紙原料液を層状に保持してこの紙原料層を走行させながら水分を除去して抄紙を行なう抄紙方法において、
該紙原料層が予め設定された目標温度になるように、該加熱対象箇所における該紙原料層に蒸気を供給し該蒸気の凝縮作用により該紙原料層を加熱して、その後、該紙原料層から水分を吸収して除去する
ことを特徴とする、抄紙方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙原料層を走行させながら水分を除去して抄紙を行なう抄紙機及び抄紙方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、抄紙機では、ヘッドボックスから噴射したパルプ懸濁液（紙原料液）をワイヤ等により層状に保持してこの紙原料層（以下、湿紙ともいう）を走行させながら水分を除去して抄紙を行なうようになっている。
抄紙機における脱水手法は種々開発されており、例えば特許文献１には、図８（ａ）に示すように、フォーマ（フォーミングパート又は紙層形成パートともいう）の最終部における走行路上に、湿紙１表面に蒸気を供給する蒸気ボックス６０をそなえた抄紙機が開示されている。
【０００３】
このような抄紙機では、蒸気発生源１０からの蒸気を、蒸気導入管を通して蒸気ボックス６０に供給し、ワイヤ３０上に保持されている湿紙１に蒸気を接触させることで凝縮させて伝熱する。
また、フォーマの最終部では、湿紙１は脱水完了前の状態、即ち、脱水が進んで空隙が形成された状態あるいは多孔質の状態になっていると考えられ、サクションボックス７０によりワイヤ３０を介して湿紙１下面を吸引することで、蒸気はこのような空隙や多孔に入り込み湿紙１内部に浸透する。この結果、蒸気の潜熱が水の顕熱に変換されて湿紙が昇温され、脱水率が向上する。
【０００４】
フォーマを走行する湿紙１の脱水率は一様ではなく、一般に湿紙１の幅方向中央部では、幅方向左右端部よりも脱水率が低い。そこで、図８（ｂ）に示すように、脱水率が比較的低いとされる湿紙１の幅方向中央部に幅方向左右側よりも多量の蒸気を接触させるために、蒸気ボックス６０内部を幅方向において複数分割して蒸気供給室６１を形成し、各蒸気供給室６１に対応するバルブ１１開度を適宜操作することで、幅方向中央部に位置する蒸気供給室６１に、幅方向左右側に位置する蒸気供給室６１の蒸気よりも多量の蒸気を供給する技術が開発されている。
【０００５】
また、特許文献２にも、このように湿紙に蒸気を接触させることで湿紙を昇温する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５５−１３７２９３号公報
【特許文献２】
米国特許第５１４９４０１号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者らは、蒸気加熱による湿紙の脱水率に関する鋭意研究を重ねるうち、脱水率をさらに高めるために蒸気供給量を増加しても、逆に脱水率が低下してしまう場合があることを見出した。これは、蒸気供給量を増加させるとともに、凝縮して水になる量が増加することが原因と考えられる。
【０００８】
しかしながら、上述した従来の抄紙機では、このような蒸気供給量に対する脱水率変化については着目しておらず、必ずしも最適な蒸気供給量を設定しているとはいえず、脱水を効率良く行なうという点では課題を残している。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、抄紙機において、紙原料層をより効率良く脱水できるようにした、抄紙機及び抄紙方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の抄紙機は、ヘッドボックスから噴射した紙原料液を層状に保持してこの紙原料層を走行させながら水分を除去して抄紙を行なう抄紙機において、上記の水分を除去するパートに、該水分除去を促進するために該紙原料層（湿紙）を加熱する加熱手段として設けられ、該紙原料層に蒸気を供給し該蒸気の凝縮作用により該紙原料層を加熱する蒸気式加熱手段と、該紙原料層が予め設定された目標温度になるように、該蒸気式加熱手段を通過する際の該紙原料層の原料濃度状態に対応して該蒸気式加熱手段による蒸気供給状態を調整する調整手段とが設けられていることを特徴としている。
【００１０】
なお、ここでいう蒸気とは、飽和蒸気とは限らず、例えば加熱蒸気，湿り空気等であってもよい。また、上記の紙原料層の原料濃度状態をリアルタイムに検出してこの検出情報に基づいて蒸気供給量を調整したり、あるいは、紙原料層の原料濃度状態を予め求めておき、この予め求められた原料濃度状態に基づいて蒸気供給量を調整したりしてもよい。
【００１１】
請求項２記載の本発明の抄紙機は、請求項１記載の構成において、上記の水分除去パートは、ヘッドボックスから噴射した該紙原料液を層状に保持してこの紙原料層を走行させながら水分を脱水して紙層を形成するフォーマ（フォーミングパート又は紙層形成パートともいう）、又は、該フォーマで紙層形成された該紙原料層を加圧して水分をさらに脱水するプレスパートであることを特徴としている。
【００１２】
請求項３記載の本発明の抄紙機は、請求項２記載の構成において、該フォーミングパートは、該紙原料層の両面にワイヤをそなえたツインワイヤフォーマとして構成されていることを特徴としている。なお、本発明は必ずしもツインワイヤに限定されるものではなく、紙原料層の片面だけを保持する片面長網であっても良い。
【００１３】
請求項４記載の本発明の抄紙機は、請求項３記載の構成において、該蒸気式加熱手段には該紙原料層への蒸気の供給を案内する蒸気ボックスが設けられ、該蒸気ボックスは、先端の開口部周縁を該ワイヤに当接又は近接させるようにして配置されていることを特徴としている。
請求項５記載の本発明の抄紙機は、請求項４記載の構成において、該蒸気ボックスの先端の開口部周縁には、該蒸気ボックスの内外をシールするシール手段が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
請求項６記載の本発明の抄紙機は、請求項５記載の構成において、該シール手段は、該蒸気ボックスの先端開口部周縁に取り付けられて該ワイヤに当接するシール部材であることを特徴としている。
請求項７記載の本発明の抄紙機は、請求項５記載の構成において、該シール手段は、該蒸気ボックスの先端開口部周縁よりも該紙原料層の走行方向上流側に設けられ、気体を噴射することにより該紙原料層の伴流の該蒸気ボックス内への進入を抑制する気体噴射装置であることを特徴としている。また、この場合、気体噴射装置が上流側に向けて湿紙に対する噴射角を約１５〜４０°として気体を噴射することが好ましい。
【００１５】
請求項８記載の本発明の抄紙機は、請求項４〜７のいずれか１項に記載の構成において、該紙原料層を挟んで該蒸気ボックスと反対側に該蒸気ボックスから噴射された蒸気を吸引するサクションボックスがそなえられていることを特徴としている。
請求項９記載の本発明の抄紙機は、請求項８記載の構成において、該サクションボックスの該紙原料層の走行方向下流側端部は、該蒸気ボックスの該走行方向下流側端部よりも下流側に配置されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項１０記載の本発明の抄紙機は、請求項８又は９記載の構成において、該紙原料層を挟んで該蒸気ボックスと反対側であって該紙原料層の走行方向下流に、該サクションボックスの他にさらにもう１つサクションボックスがそなえられていることを特徴としている。
請求項１１記載の本発明の抄紙機は、請求項１０記載の構成において、該紙原料層の走行方向下流側のサクションボックスの吸引力は、上流側のサクションボックスの吸引力よりも大きく設定されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項１２記載の本発明の抄紙機は、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の構成において、該蒸気ボックス内が該紙原料層の幅方向に複数に分割されると共に、該サクションボックス内が、該蒸気ボックス内の分割と対応するように該紙原料層の幅方向に複数に分割され、該蒸気ボックス内及び該サクションボックス内の各分割領域単位で蒸気の噴射状態及び蒸気の吸引状態の調整が可能になっていることを特徴としている。
【００１８】
請求項１３記載の本発明の抄紙機は、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の構成において、該蒸気式加熱手段により供給される該蒸気は、該紙原料層に衝突噴流として作用することにより該紙原料層を加熱することを特徴としている。
請求項１４記載の本発明の抄紙機は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の構成において、該調整手段を自動調整する制御手段をそなえていることを特徴としている。
【００１９】
請求項１５記載の本発明の抄紙機は、請求項１４記載の構成において、該蒸気式加熱手段の近傍に、該蒸気式加熱手段を通過する際の該紙原料層の原料濃度を検出するための原料濃度検出手段が設けられ、該制御手段は、該原料濃度検出手段による検出情報に基づいて、該紙原料層が該目標温度まで昇温するように該蒸気式加熱手段による蒸気供給状態を制御することを特徴としている。また、上記の原料濃度検出手段は、例えば水分率センサであり、この水分率センサにより検出された紙原料層の水分率から原料濃度を推定することができる。
【００２０】
請求項１６記載の本発明の抄紙機は、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の構成において、該蒸気式加熱手段の設置箇所よりも該紙原料層の走行方向下流側に、該紙原料層を加熱する加熱手段として、該紙原料層に高温空気を吹き付けて該高温空気の衝突噴流により該紙原料層を加熱する空気噴流式加熱手段がそなえられていることを特徴としている。
【００２１】
請求項１７記載の本発明の抄紙機は、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の構成において、該加熱手段として、該紙原料層の一面から加熱を行なう第１の加熱手段と、該紙原料層の他面から加熱を行なう第２の加熱手段とが、設けられていることを特徴としている。
請求項１８記載の本発明の抄紙機は、ヘッドボックスから噴射した紙原料液を層状に保持してこの紙原料層を走行させながら水分を除去して抄紙を行なう抄紙方法において、該紙原料層が予め設定された目標温度になるように、該加熱対象箇所における該紙原料層に蒸気を供給し該蒸気の凝縮作用により該紙原料層を加熱して、その後、該紙原料層から水分を吸収して除去することを特徴としている。なお、上述したように、ここでいう蒸気とは、飽和蒸気とは限らず、例えば加熱蒸気，湿り空気等であってもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
〔１〕第１実施形態
図１〜図３は本発明の第１実施形態としての抄紙機を説明するためのもので、図１は抄紙機を模式的に示す構成図、図２は蒸気ボックス及びサクションボックスを模式的に示す図であって、（ａ）は湿紙走行方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、図３は湿紙の原料濃度に対する脱水率（脱水促進効果）の変化を示すグラフである。
【００２３】
本抄紙機では、図１に示すように、ツインワイヤフォーマを採用しており、パルプ懸濁液（紙原料液）１ａがヘッドボックス２によりワイヤ３ａ，３ｂ間に噴射供給されると、これらワイヤ３ａ，３ｂ間で層状に保持され湿紙（紙原料層）１の状態となり、この湿紙１は、ワイヤ３ａ，３ｂの張力により脱水を行なうフォーミングロール４や、搬送経路を湾曲させることにより脱水を行なうブレードシュー５等により脱水されるようになっている。
【００２４】
また、ここではブレードシュー５の下流側において、湿紙１は、蒸気ボックス６により昇温されるとともに、この蒸気ボックス６と湿紙１を挟むように設置されたサクションボックス７により吸引されて脱水される。ここで、本実施形態に係る蒸気ボックス６及びサクションボックス７についてより詳細に説明する。
図２（ａ），（ｂ）に示すように、加熱手段としての蒸気ボックス（蒸気式加熱手段）６は、蒸気ボックス本体６ａ，保温体６ｂ，シール部材（シール手段）６ｃをそなえて構成されている。
【００２５】
蒸気ボックス本体６ａは、例えば走行方向長さ約１００〜１０００ｍｍの機長を有し、内部空間が湿紙１幅方向において仕切壁６ｄにより複数の蒸気供給室６ｅに分割されている。また、仕切壁６ｄにより分割された各蒸気供給室６ｄには、蒸気発生源１０からの蒸気を取り入れるための蒸気導入口６ｆと、ワイヤ３ａに対向する面に先端開口部６ｇとが形成されている。なお、本実施形態では、蒸気ボックス本体６ａの先端開口部６ｇにシール部材６ｃが装備され、このシール部材６ｃがワイヤ３ａに当接している。
【００２６】
また、各蒸気供給室６ｅに、蒸気発生源１０からの蒸気を供給することで、ワイヤ３ａ，３ｂ及び湿紙１の温度を約４０〜１００℃に加熱できるようになっている。なお、供給される蒸気を、湿紙１に衝突噴流としても作用させることが可能で、湿紙１を効率良く加熱できるようになっている。
保温体６ｂは、例えば断熱材又は断熱層を有する保温構造、あるいは電気ヒータ，加熱蒸気ジャケット，高温空気ジャケット等の加温装置であり、蒸気ボックス本体６ａの外壁に取付けられ、蒸気ボックス本体６ａを保温するようになっている。これにより、蒸気ボックス本体６ａの内壁面（即ち、蒸気供給室６ｅの内壁面）における蒸気凝縮や結露を防止できるようになっている。
【００２７】
シール部材６ｃは、各蒸気供給室６ｅの先端開口部６ｇ周縁にワイヤ３ａと当接するように装着されており、蒸気ボックス本体６ａ及び各蒸気供給室６ｅの内外をシールするように機能している。これにより、蒸気ボックス本体６ａ内部及び各蒸気供給室６ｅ内部の密閉性が確保されるようになっている。なお、このシール部材６ｃには、シール性の観点からは、例えばゴム等の弾性材料が適しているが、一方で耐熱性も要求されるため、ベークライト等の熱に強い材料も適している。もちろん、耐熱ゴム等の弾性と耐熱性とを併せもつ材料がより好適である。
【００２８】
このシール部材６ｃがない場合、先端開口部６ｇ上流側とワイヤ３ａとの隙間から伴流空気が進入するため、蒸気の湿紙１への接触が妨げられるおそれがあるが、上記のシール部材６ｃを装備することで、各蒸気供給室６ｅ内における湿紙１全体に蒸気を確実に接触させることができる。つまり、蒸気が凝縮して湿紙１に付着する効率（凝縮付着効率）が低下してしまうのを防止できるようになっている。
【００２９】
なお、各蒸気供給室６ｅに接続された供給管毎にバルブ（調整手段）１１が設けられており、蒸気ボックス６に供給される蒸気は、蒸気発生源１０からこれらのバルブ１１を介して供給されるようになっている。また、コントローラ１２により各バルブ１１の開閉動作を制御することで、蒸気供給室６ｅ内の蒸気供給量を別々に調整できるようになっている。なお、本実施形態でいう蒸気は、飽和蒸気，加熱蒸気，湿り空気のいずれであってもよい。
【００３０】
サクションボックス７は、例えば蒸気ボックス６と同様の機長もしくは蒸気ボックス６よりも短い機長を有し、内部空間が湿紙１幅方向において蒸気ボックス本体６ａと同様の幅で仕切壁により複数の吸引室７ｅに分割されている。また、仕切壁７ｄにより分割された各吸引室７ｅには、図示しない吸引装置に接続された吸引口７ｆと、ワイヤ３ｂに対向する面に先端開口部７ｇとが形成されている。さらに、サクションボックス７は、先端開口部７ｇがワイヤ３ｂ面に当接するように設置されている。
【００３１】
なお、一般に蒸気ボックス６とワイヤ３ａ，３ｂとは等しい幅で設定されるが、例えば蒸気ボックス６の幅がワイヤ３ａ，３ｂの幅よりも大きい場合、この先端開口部６ｇの露出部分から蒸気が漏れてしまうのを防止するために、前記露出部分に当接（又は近接）して蒸気の漏れを防止する部材が備えられていることが好ましい。本実施形態では、サクションボックス７の幅が蒸気ボックス６の幅と略等しく形成されており、このサクションボックス７が上記部材の機能を果たしている。
【００３２】
そして、このような蒸気ボックス６及びサクションボックス７により、湿紙１が加熱昇温されて脱水されるようになっている。具体的には、蒸気ボックス６内に供給された蒸気は、ワイヤ３ａ表面及び湿紙１表面近傍において凝縮して高温水となる。そして、サクションボックス７の吸引作用により高温水が湿紙１内部へ入り込み、この高温水の熱伝達により湿紙１全体が昇温されるとともに、湿紙１内部の水分がサクションボックス７により吸引されて湿紙１が脱水されるようになっている。
【００３３】
また、このような蒸気ボックス６内では昇温過程が進行中であり、蒸気ボックス６内に進入した湿紙１は蒸気ボックス６内で次第に昇温されるが、湿紙１全体が昇温されるには遅れが発生する。そこで、本抄紙機では、図１に示すように、蒸気ボックス６内で昇温され脱水効果が高くなった状態の湿紙１を、蒸気ボックス６下流側に設置したサクションロール８，サクションボックス９によりさらに脱水するようになっている。これにより、より効率良く脱水することができ、脱水率を向上させることができる。
【００３４】
ところで、前述したように、本発明者らは、脱水率をさらに高めるために蒸気供給量を増加しても、却って脱水率が低下してしまう場合があることを見出した。これは、蒸気供給量を増加すると供給熱量を高められる一方で、凝縮して水になる量が増加してしまい水分率の増加を招くためと考えられ、脱水率を向上させるには蒸気供給量をどのように設定するかが重要となる。
【００３５】
そこで、一定のサクション条件下において、湿紙１の紙原料濃度に応じて脱水率がどのように変化するかを調べた。その結果を図３に示す。
図３は、蒸気供給量を大とした場合と小とした場合とにおける昇温効果による脱水向上特性と、サクション圧力を一定とした場合の脱水抵抗による脱水低下特性とを示している。
【００３６】
例えば、蒸気供給による脱水促進効果の特性は、図３中のラインＭ１，Ｍ２で示すように、蒸気供給量が大きい場合も小さい場合も、原料濃度が高ければ高いほど水分は少なく湿紙１の質量は低いため熱容量は小さくなり、湿紙１の温度上昇は大きくなって、脱水率が高まる（即ち、湿紙１の昇温効果により脱水率が向上する）。ラインＭ１，Ｍ２を比較するとわかるが、当然ながら蒸気供給量が大きい場合（Ｍ１）の方が、小さい場合（Ｍ２）よりも脱水率は高くなる。
【００３７】
一方、サクション圧力を一定とした場合、吸引による脱水促進効果の特性は、図３中のラインＳで示すように、原料濃度が高ければ高いほど脱水抵抗は大きくなって、脱水率は低くなる。
したがって、蒸気供給が大の場合、ラインＭ１で示される蒸気供給による脱水促進効果と、ラインＳで示される吸引による脱水促進効果とを足し合わせたものが実質的な脱水促進効果の特性であり、この脱水促進効果は図３中にラインＬ１で示すように、ある原料濃度まで上昇した後次第に下降するという山なりの特性を持つことになる。
【００３８】
同様に、蒸気供給量が小の場合、実質的な脱水促進効果の特性は、このラインＭ２で示される蒸気供給による脱水促進効果と、ラインＳで示される吸引による脱水促進効果とを足し合わせたもの、即ち、ラインＬ２となる。
一般に、脱水向上率に相当する脱水速度ｖはダルシー則に従い、式（１）で表わされる。
【００３９】
【数１】
2004332131.tif 000003
【００４０】
この式（１）において、上下差圧ΔＰ，湿紙脱水抵抗係数Ｒｍａｔ，ワイヤ脱水抵抗係数Ｒｗが一定であるとし、脱水速度ｖと水粘度μとの関係に着目すると、脱水速度ｖは水粘度μと反比例の関係にある。また、水粘度μと湿紙温度との間には、湿紙温度が高くなると水粘度μは小さくなるという関係がある。つまり、湿紙温度が高くなると脱水速度ｖは大きくなるという関係がある。
【００４１】
通常、このダルシー則に従って、加熱蒸気により湿紙１は昇温されるため脱水速度が大きくなり脱水率が大きくなっていくが、これと同時に、原料濃度が増加するに従って脱水抵抗が増加するため、図３に示すような山なりの特性となり、蒸気供給状態に対応した最も効率のよい原料濃度が存在するのである。
【００４２】
したがって、脱水率を向上させるには、このような特性を考慮し、湿紙１の原料濃度に応じて最適な蒸気供給量を設定することが好ましい。このため、本抄紙機には、図１に示すように、蒸気ボックス６上流側近傍に、且つ、湿紙１幅方向において各蒸気供給室６ｅの位置に対応する位置（即ち、湿紙１の加熱対象箇所）に、湿紙１の水分率〔原料濃度に対応する，原料濃度（％）＝１００−水分率（％）〕を検出する水分率センサ（原料濃度検出手段）１３が設けられている（図１では１つのみ示す）。
【００４３】
そして、コントローラ１２は、各蒸気供給室６ｅを通過する湿紙１の温度が目標湿紙温度（湿紙１の原料濃度に対応するように予め設定された目標温度）になるように、各水分率センサ１３からの検出情報に基づいて、各バルブ１１の開閉動作を調整し各蒸気供給室６ｅの蒸気供給状態をリアルタイムで制御するようになっている。例えば、ある地点に蒸気供給室６ｅが配置され、この地点に進入する湿紙１の基準原料濃度が１２％であるものとして、もし水分率センサ１３により湿紙１の原料濃度が１０％であると検出されたら、コントローラ１２は蒸気供給量を増加させるようにバルブ１１を制御し、もし水分率センサ１３により湿紙１の原料濃度が１４％であると検出されたら、コントローラ１２は蒸気供給量を低減させるようにバルブ１１を制御する。
【００４４】
また、蒸気ボックス６内及びサクションボックス７内の各分割領域単位で蒸気の噴射状態及び蒸気の吸引状態を調整することができるので、湿紙１幅方向における脱水調整を容易に行なうことができる。
【００４５】
さらに、ワイヤ３ａを介して湿紙１に蒸気を供給するので、蒸気ボックス６の先端開口部６ｇ周縁と湿紙１とが接触して湿紙１が破壊されてしまうことはなく、また、高温の蒸気が湿紙１に直接接触することにより生じるパルプの変質や変色を防止することができる。つまり、従来のような湿紙１に直接蒸気を吹き付ける構成の場合、湿紙１に損傷を与えないように蒸気ボックス６と湿紙１との間に隙間を設ける必要があり蒸気放出が多大であったが、本抄紙機では湿紙１の両面をワイヤ３ａ，３ｂで支持するツインワイヤを用いているため、蒸気ボックス６をワイヤに接触させることで湿紙１に損傷を与えないようにして上記の隙間をなくすことができ、従来に比べて蒸気放出量を抑制できる。すなわち、蒸気の損失を防止でき、供給蒸気を効率良く利用することができる。
【００４６】
また、蒸気ボックス６のシール部材６ｃにより蒸気ボックス６内の密閉性が確保されるので、蒸気ボックス６の内部から外部への蒸気放出をさらに抑制することができる。
【００４７】
さらに、従来は、湿紙１内部に蒸気を浸透させることにより湿紙１を昇温して脱水する点に着目しているため、蒸気が浸透しやすい状態、即ち、フォーマ最終部の湿紙１の「脱水完了前」であって湿紙１が多孔質の状態又は空隙が形成された状態となる位置に蒸気ボックス６０及びサクションボックス７０〔図８（ａ），（ｂ）参照〕を設置する必要があった。一方、本抄紙機では、サクションボックス７の吸引作用により、湿紙１表面付近で凝縮した高温水と湿紙１内部の水分とを置換することで湿紙１を昇温して脱水する点についても着目しているため、従来のように必ずしも湿紙１内部に蒸気を浸透させる必要がない。
【００４８】
つまり、従来は蒸気ボックスを脱水完了前の位置（即ち、フォーマ出口付近）に設置しなければならなかったのに対して、本発明によれば、より上流側に設置することが可能である。これにより、フォーマにおける湿紙１の脱水を上流側から促進することが可能になる。しかも、本抄紙機では、上述のように湿紙１の原料濃度状態に応じて最適な蒸気供給を行なうので、加熱脱水効率を高めることができる。したがって、フォーマにおける脱水を極めて効率良く行なうことが可能になり、ひいてはフォーマのコンパクト化が可能となり、フォーマの設置スペースを縮小できる効果もある。
【００４９】
また、本抄紙機の蒸気凝縮による熱伝達効率は、従来の蒸気浸透による熱伝達効率の約２５倍であり、従来と比べると非常に高効率である。したがって、従来は湿紙１の昇温が不十分であったためサクションボックス７０下流側にサクションボックス９を設置したとしても高い脱水効果は得られないが、本抄紙機では湿紙１が十分に昇温されているため、サクションボックス７下流側のサクションロール８やサクションボックス１４により高い脱水効果が得られ、湿紙１の脱水を促進することが可能である。
【００５０】
なお、本実施形態では蒸気ボックス６及びサクションボックス７の内部空間を分割して各分割領域単位で蒸気の噴射状態及び蒸気の吸引状態の調整を行なう構成としたが、湿紙１幅方向における原料濃度差を無視できる場合にはこれらの内部空間を分割しない（即ち、仕切壁６ｄ，７ｄを設けない）構成としてもよい。また、この場合、各水分率センサ１３から代表原料濃度（例えば湿紙の幅方向中央部）を得て、この代表原料濃度に基づいて目標湿紙温度まで昇温するのに必要な蒸気供給状態を設定するようにしてもよい。あるいは、湿紙１幅方向において１箇所（例えば湿紙１の幅方向中央部）のみに水分率センサ１３を設置し、この水分率センサ１３から得られる原料濃度に基づいて目標湿紙温度まで昇温するのに必要な蒸気供給状態を設定するようにしてもよい。
【００５１】
さらに、本実施形態では、水分率センサ１３からの検出情報に基づいてコントローラ１２によりバルブ１１の開閉動作を自動調整するように構成したが、水分率センサ１３からの検出情報に基づいてバルブ開閉動作を作業者が手動で行なうようにしてもよい。
また、本実施形態では、蒸気ボックス６及びサクションボックス７を、紙層を形成するフォーマにそなえる構成としたが、フォーマ下流側のプレスパート（フォーマで紙層形成された紙原料層を加圧して水分をさらに脱水するパート）にそなえてももちろんよい。
【００５２】
〔２〕第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態としての抄紙機について説明する。
図４に示すように、本抄紙機は、第１実施形態の構成に加えて、サクションボックス７下流側の近接した位置にさらにもう１つのサクションボックス７Ａを備えて構成されている。
【００５３】
第１実施形態でも説明したように、蒸気ボックス６内では昇温過程が進行中であり、蒸気ボックス６内に進入した湿紙１は蒸気ボックス６内で次第に昇温されるが湿紙１全体が昇温されるまでには遅れが発生する。そこで、本抄紙機では、蒸気ボックス６内で昇温され脱水効果が高くなった状態の湿紙１を、サクションボックス７Ａによりさらに脱水するようになっている。また、サクションボックス７Ａは、脱水効果が高くなった状態の湿紙１を吸引するので、サクションボックス７の吸引力と等しくてもさらなる脱水を行なうことが可能であるが、サクションボックス７Ａの吸引力をサクションボックス７の吸引力よりも大きく設定することが好ましい。これにより、より効率良く脱水することができ、脱水率を向上させることができる。
【００５４】
〔３〕第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態としての抄紙機について説明する。
図５に示すように、本抄紙機は、第１実施形態の構成において、サクションボックス７の下流側端部が、蒸気ボックス６の下流側端部よりも下流側にくるように配置されて構成されている。
【００５５】
上述したように、蒸気ボックス６で湿紙１全体が昇温されるまでには遅れが発生するため、サクションボックス７を下流側へずらして配置することで、より効率良く湿紙１を脱水することができ、脱水率をより向上させることができる。
なお、本実施形態では、第１実施形態に係るサクションボックス７を下流側へ所定距離だけずらして配置する構成としたが、第１実施形態に係るサクションボックス７の上流側端部はそのままの位置で固定し、サクションボックス７の下流側端部だけを蒸気ボックス６の下流側端部よりも下流側に位置するように構成してもよい。
【００５６】
〔４〕第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態としての抄紙機について説明する。
図６に示すように、本抄紙機は、第１実施形態の構成において、蒸気ボックス６上流側端部の近傍に、上流側に向けて気体を噴射する気体噴射装置（シール手段）１４を備えて構成されている。また、この気体噴射装置１４が、上流側に向けて湿紙に対する噴射角θを約１５〜４０°として気体を噴射することが好ましい。
【００５７】
これにより、伴流空気の蒸気ボックス６内への進入をより確実に抑制することができる。なお、この気体噴射装置１４により伴流空気を十分に抑制できる場合は、蒸気ボックス６上流側のシール部材６ｃはなくてもよい。
【００５８】
〔５〕第５実施形態
次に、本発明の第５実施形態としての抄紙機について説明する。
図７に示すように、本抄紙機は、第１実施形態に係る蒸気ボックス６及びサクションボックス７のユニットを２組備えて構成されている。具体的には、蒸気ボックス６（第１の加熱手段）６及びサクションボックス７のユニットと、蒸気ボックス（第２の加熱手段）６′及びサクションボックス７′とを設け、また、蒸気ボックス６により湿紙１の一面側に蒸気を供給するとともに、蒸気ボックス６′により湿紙１の他面側にも蒸気を供給する構成とする。これにより、湿紙１の両面を均一に脱水することができ、表裏差の少ない両面均一な製品を製造することが可能となる。
【００５９】
〔６〕その他
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００６０】
一般に、蒸気ボックス６の設置位置は設計上予め決められることになるが、この設置位置における湿紙１の原料濃度（基準原料濃度）も設計段階で予測できるため、抄紙機では、この基準原料濃度に対応する目標湿紙温度となるように蒸気供給が行なわれればよい。本実施形態では、水分率センサ１３により実際の湿紙１の原料濃度状態を検出し、蒸気ボックス６を通過する湿紙１の原料濃度が上記の基準原料濃度とずれが生じた場合、このずれを補正するためにフィードバク制御により蒸気ボックス６の蒸気供給量を調整するように構成したが、このような原料濃度のずれがほとんど無視できる場合、水分率センサ１３を設けずに、オープンループで常に一定の蒸気を供給するように構成してもよい。
【００６１】
また、湿紙１の温度を検出する手段を設け、この検出情報に基づくフィードバック制御により、湿紙１が目標湿紙温度となるように蒸気供給を調整してもよい。このようにしても、効率良く湿紙１を昇温して脱水することが可能であり、脱水率を向上させることができる。
【００６２】
また、蒸気ボックス６の下流側に、高温空気を湿紙１に吹き付けて高温空気の衝突噴流により湿紙１を加熱する空気噴流式加熱手段を設けてもよい。このように構成することで、蒸気ボックス６で昇温状態となった湿紙１をさらに昇温することができ、サクションロール８やサクションボックス９等による脱水効率を向上させることが可能となる。
【００６３】
さらに、蒸気ボックス６は湿紙１の水分率が高い状態で用いると効果が高いため湿紙１の水分率が高いフォーマに設置するのが好ましいが、プレスパート上流部（入口付近）に設置してもよい。また、空気噴流式加熱手段は、フォーマにおける湿紙１の水分率よりも低い状態に用いると効果が高いためフォーマよりも湿紙１の水分率が低いプレスパートに設置するのが好ましいが、フォーマ下流部（出口付近）に設置してもよい。
【００６４】
また、上記の実施形態では、蒸気ボックス６内の密閉性を確保するためにシール部材をワイヤ３ａに当接するように構成したが、蒸気ボックス６内の密閉性が確保できれば、シール部材６ｃをワイヤ３ａに近接するように構成してもよい。また、蒸気ボックス６の先端開口部６ｇがワイヤ３ａに当接又は近接することで蒸気ボックス６内の密閉性を確保できれば、特にシール部材６ｃを設けなくてもよい。
【００６５】
また、本発明は必ずしもツインワイヤに限定されるものではなく、紙原料層の片面だけを保持する片面長網であっても良い。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜３記載の本発明の抄紙機によれば、水分を除去するパートで、調整手段により、紙原料層が予め設定された目標温度になるように、蒸気式加熱手段を通過する際の紙原料層の原料濃度状態に対応して蒸気式加熱手段による蒸気供給状態を調整するので、より効率良く紙原料層を昇温して脱水することが可能である。これにより、脱水率を向上させることができる。
【００６７】
請求項４記載の本発明の抄紙機によれば、蒸気式加熱手段には紙原料層への蒸気の供給を案内する蒸気ボックスが設けられ、該蒸気ボックスは、先端の開口部周縁をワイヤに当接又は近接させるようにして配置されているので、蒸気を効率良く紙原料層へ供給することができる。
請求項５記載の本発明の抄紙機によれば、蒸気ボックスの先端の開口部周縁には、蒸気ボックスの内外をシールするシール手段が設けられているので、蒸気をより効率良く紙原料層へ供給することができる。
【００６８】
請求項６記載の本発明の抄紙機によれば、シール手段は、蒸気ボックスの先端開口部周縁に取り付けられてワイヤに当接するシール部材であるので、蒸気ボックス内の密閉性を高めることができ、蒸気を紙原料層に効率良く供給することができる。
請求項７記載の本発明の抄紙機によれば、シール手段は、蒸気ボックスの先端開口部周縁よりも紙原料層の走行方向上流側に設けられ、気体を噴射することにより紙原料層の伴流の蒸気ボックス内への進入を抑制する気体噴射装置であるので、伴流空気の蒸気ボックス内への進入をより確実に抑制することができ、蒸気を紙原料層に効率良く供給することができる。
【００６９】
請求項８記載の本発明の抄紙機によれば、サクションボックスにより、紙原料層を挟んで蒸気ボックスと反対側に蒸気ボックスから噴射された蒸気を吸引するので、紙原料層表面で凝縮した高温水を紙原料層内部まで浸透させることができる。これにより、紙原料層全体を確実に昇温させて脱水することができる。
請求項９記載の本発明の抄紙機によれば、サクションボックスの紙原料層の走行方向下流側端部は、蒸気ボックスの走行方向下流側端部よりも下流側に配置されているので、昇温状態の紙原料層の水分をさらに脱水することができ、脱水率をより向上させることができる。
【００７０】
請求項１０記載の本発明の抄紙機によれば、紙原料層を挟んで蒸気ボックスと反対側であって紙原料層の走行方向下流に、上記のサクションボックスの他にさらにもう１つサクションボックスがそなえられているので、脱水率をさらに向上させることができる。
請求項１１記載の本発明の抄紙機によれば、紙原料層の走行方向下流側のサクションボックスの吸引力は、上流側のサクションボックスの吸引力よりも大きく設定されているので、上流側の蒸気ボックスで昇温状態となった紙原料層の水分をさらに脱水することができ、脱水率をより向上させることができる。
【００７１】
請求項１２記載の本発明の抄紙機によれば、蒸気ボックス内が紙原料層の幅方向に複数に分割されると共に、サクションボックス内が、蒸気ボックス内の分割と対応するように紙原料層の幅方向に複数に分割され、蒸気ボックス内及びサクションボックス内の各分割領域単位で蒸気の噴射状態及び蒸気の吸引状態の調整が可能になっているので、各分割領域単位で脱水率を調整することができる。
【００７２】
請求項１３記載の本発明の抄紙機によれば、蒸気式加熱手段により供給される蒸気は、紙原料層に衝突噴流として作用することにより紙原料層を加熱するので、より効率良く紙原料層を昇温させて脱水することができる。
請求項１４記載の本発明の抄紙機によれば、調整手段を自動調整する制御手段をそなえているので、蒸気供給状態を自動で調整することができる。
【００７３】
請求項１５記載の本発明の抄紙機によれば、制御手段は、原料濃度検出手段による検出情報に基づいて、紙原料層が該目標温度まで昇温するように蒸気式加熱手段による蒸気供給状態を制御するので、最適な脱水効率が得られる蒸気供給状態に調整することができる。
請求項１６記載の本発明の抄紙機によれば、蒸気式加熱手段の設置箇所よりも紙原料層の走行方向下流側に、紙原料層を加熱する加熱手段として、紙原料層に高温空気を吹き付けて高温空気の衝突噴流により紙原料層を加熱する空気噴流式加熱手段がそなえられているので、蒸気式加熱手段において昇温状態となった紙原料層をさらに昇温して脱水することができ、脱水率をさらに向上させることができる。
【００７４】
請求項１７記載の本発明の抄紙機によれば、加熱手段として、紙原料層の一面から加熱を行なう第１の加熱手段と、紙原料層の他面から加熱を行なう第２の加熱手段とが、設けられているので、紙原料層の両面を均一に脱水することが可能である。
請求項１８記載の本発明の抄紙方法によれば、紙原料層が予め設定された目標温度になるように、加熱対象箇所における紙原料層に蒸気を供給し蒸気の凝縮作用により紙原料層を加熱して、その後、紙原料層から水分を吸収して除去するので、より効率良く紙原料層を昇温して脱水することが可能である。これにより、脱水率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての抄紙機を模式的に示す構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る蒸気ボックス及びサクションボックスを模式的に示すもので、（ａ）は湿紙走行方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態としての湿紙の原料濃度に対する脱水率（脱水促進効果）の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態としての抄紙機を模式的に示す構成図である。
【図５】本発明の第３実施形態としての抄紙機を模式的に示す構成図である。
【図６】本発明の第４実施形態としての抄紙機を模式的に示す構成図である。
【図７】本発明の第５実施形態としての抄紙機を模式的に示す構成図である。
【図８】従来の抄紙機に係る蒸気ボックス及びサクションボックスを模式的に示すもので、（ａ）は湿紙走行方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１  湿紙（紙原料層）
１ａ  パルプ懸濁液（紙原料液）
２  ヘッドボックス
３ａ，３ｂ  ワイヤ
４  フォーミングロール
５  ブレードシュー
６，６′，６０  蒸気ボックス（蒸気式加熱手段）
６ａ  蒸気ボックス本体
６ｂ  保温体
６ｃ  シール部材（シール手段）
６ｄ  仕切壁
６ｅ  蒸気供給室
６ｆ  蒸気導入口
６ｇ  先端開口部
７，７Ａ，７′，７０  サクションボックス
７ｄ  仕切壁
７ｅ  吸引室
７ｆ  吸引口
７ｇ  先端開口部
８  サクションロール
９  サクションボックス
１０  蒸気発生源
１１  バルブ（調整手段）
１２  コントローラ（制御手段）
１３  水分率センサ（原料濃度検出手段）
１４  気体噴射装置（シール手段）
【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】
2004332131.tif 000008
【図６】
2004332131.tif 000009
【図７】
2004332131.tif 000010
【図８】
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