(57)【要約】本発明の目的は、従来同種の熱機械的精砕繊維を製造するのに必要とされていた１トン当りのエネルギより低いエネルギで熱機械的精砕繊維を製造するための方法及び装置を提供するにある。本発明は、まずチップ、水及び蒸気の混合物を第１リファイナ中に送給し、そこでチップを破砕して、その後この第１リファイナからの材料の流れを第２リファイナに送給して繊維を最終的なろ水レベルまで破砕するように少なくとも２個のリファイナを組み合わせることに基づくものである。蒸気及び繊維の材料の流れは、リファイナのローターの回転エネルギにより少なくとも第１リファイナにおいて前方に送給されるため、蒸気の逆流が殆ど起こらない。第１リファイナを退出する材料の流れを第２リファイナに完全に送給し、第２リファイナに達する前には材料の流れからの蒸気の抽出は行わない。
2006506547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立したリファイナ又は単一リファイナ中の組み合わせリファイナ領域により行う少なくとも２個のリファイナ段を用いる、木材チップからの繊維を製造する方法であって、
少なくとも木材チップと水とを第１リファイナ（３）段に送給する工程と、
この第１リファイナ（３）段を用いて前記木材チップを繊維に解離する工程と、
前記第１リファイナ（３）段から蒸気及び繊維の流れを移送する工程と、
精砕した繊維及び蒸気の流れを第２リファイナ（７）段に送給する工程と、
この第２リファイナ（７）段から繊維及び蒸気の流れを移送する工程と
を少なくとも有する製造方法において、
精砕した繊維と蒸気との混合物の流れを、リファイナのロータの回転エネルギにより、少なくとも前記第１リファイナ（３）段において前方に送出し、従って蒸気の逆流が殆ど起こらないように送出し、
前記混合物の流れから蒸気を分離することなく、前記第１リファイナ段を退出する繊維及び蒸気の混合物の全てを第２リファイナ段中に移送し、
少なくとも前記第１リファイナ（３）段の出口と前記第２リファイナ（７）段のインフィードとの間で一定であるか又は減少している断面を有する流路を通して、前記混合物を送給する
ことよりなることを特徴とする繊維の製造方法。
【請求項２】
前記第１リファイナ中に供給され、また第１リファイナ中で形成される蒸気が、精砕される材料の搬送媒体を形成する請求項１に記載の繊維の製造方法。
【請求項３】
処理中の繊維の滞留時間が、リファイナ段の間にサイクロンを用いる同様の処理の５０％より短い請求項１又は２に記載の繊維の製造方法。
【請求項４】
前記第２リファイナ（７）の後に繊維から蒸気を分離し、この蒸気の少なくとも一部を前記第１リファイナ（３）に送給して戻す請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維の製造方法。
【請求項５】
前段のハウジングから後段への圧力を、繊維の特性を向上させるために自由に選択することができる請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維の製造方法。
【請求項６】
前記第２リファイナ（７）の後に繊維から蒸気を分離し、この蒸気を前記第１リファイナ（３）に送給して戻す請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維の製造方法。
【請求項７】
少なくとも前記第１リファイナ（３）の出口と前記第２リファイナ（７）のインフィードとの間で材料の流れの媒体速度を一定に保つ、又は好ましくは加速させるのが好ましい請求項１〜６のいずれか一項に記載の繊維の製造方法。
【請求項８】
蒸気を、処理から１回のみ分離する請求項１〜７のいずれか一項に記載の繊維の製造方法。
【請求項９】
木材チップからの繊維材料を製造する装置であって、
個別のリファイナ又は単一リファイナ中のリファイナ段よりなる少なくとも２個のリファイナ段と、
木材チップを第１リファイナ段（３）中に送給する手段と、
この第１リファイナ（３）段を用いて木材チップを繊維に解離する工程と、
前記第１リファイナ（３）段を退出する材料を第２リファイナ（７）段に移動させる手段と
を少なくとも有する製造装置において、
少なくとも前記第１リファイナ（３）段の出口と前記第２リファイナ（７）段のインフィードとの間の流路の断面が、一定であるか、又は好ましくは減少しているのが好ましいことを特徴とする繊維材料の製造装置。
【請求項１０】
前記第２リファイナを退出する材料の流れから蒸気を分離するサイクロン（１０）を有する請求項９に記載の繊維材料の製造装置。
【請求項１１】
前記材料の流れから分離した蒸気の少なくとも一部を前記第１リファイナ（３）中に送給する戻りステムライン（１２）を有する請求項１０に記載の繊維材料の製造装置。
【請求項１２】
前記リファイナ段を２個の個別のリファイナにより形成した請求項９に記載の繊維材料の製造装置。
【請求項１３】
前記リファイナ段を単一の２段リファイナにより形成した請求項９に記載の繊維材料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１個のリファイナ（精砕機）を用いた精砕（refining）処理による熱機械的精砕繊維を製造する方法に関するものである。
更に、本発明は、この方法を実施するための装置にも関するものである。
【０００２】
精砕処理においては、リファイナの固定子とロータとの間の狭い空隙中に、木材をチップの形態で水と共に送給する。この空隙の断面は、リファイナの中央部から外側周縁に向かって狭くなっている。これらロータ及び固定子の表面には、木材を繊維に破砕するための端縁を有するバーを設ける。チップは、リファイナを通過する間に、解離されフィブリル化される。精砕処理は、１個のリファイナ中で行うこともできるし、又は連続するリファイナ中で連続して行うこともできる。
【０００３】
チップは、リファイナの中央部に送給されて、まず破砕用バーの端縁に衝突し、チップはピースに破砕される。これらピースが、リファイナのロータ及び固定子の端縁に衝突し且つ互いに衝突するようになるとピースの精砕処理が始まる。遠心力により、この粗い木材及び繊維の混合物が固定子及びロータ板間のディスク空隙の径方向外方に押し出され、この空隙が狭くなり始める。これらのロータ、固定子及び繊維間の相互作用により、繊維材料を、解離し最終的なろ水レベルまでフィブリル化する。繊維とロータのバー端縁との間の衝突、繊維間の衝突、繊維とセグメント表面との間の摩擦、及び繊維相における内部摩擦により多量のエネルギが消費される。このエネルギは、熱に変換され、この熱により水及び繊維の温度が上昇するため、水が蒸発して蒸気になる。この蒸気は、ディスク空隙中の繊維の流れに重大な影響を与える。リファイナ前後での圧力の条件に応じて、一部の蒸気が逆流蒸気としてチップ送給部に向かって流れ、他の蒸気は繊維の流れと共に前方に流れる。ディスク空隙が狭いため蒸気の流れが制限されてしまい、このためディスク空隙中の温度及び圧力が、リファイナのハウジング又は送給部のものより著しく増大するおそれがある。精砕処理で発生する熱は、木材及び繊維の流動特性を変化させ、最終的な繊維の品質に重大な影響を与える。
【０００４】
精砕処理においては２個の連続したリファイナを用いることがよくある。このような処理においては、第１リファイナから一旦精砕した原料繊維が蒸気と共に排出され、この蒸気及びチップの排出速度を利用して繊維を第２リファイナへ移送する。第１リファイナ中で多量の蒸気が発生するため、チップを第２リファイナに送給する前に流れから過剰な蒸気を除去する必要がある。従って、第１リファイナの流出物をサイクロンに送りそこで過剰な蒸気を分離する。分離した蒸気は、第１リファイナ段に送給することができる。解離した繊維をこのサイクロンから第２リファイナに送給し、この第２リファイナ中で更に精砕処理を行い最終的なろ水度にする。この第２リファイナの後に、繊維及び蒸気の混合物を第２サイクロン中に送給し蒸気と繊維とを分離する。
【０００５】
この種の処理は、製造される繊維の１トン当り多量のエネルギを必要とする。必要となるエネルギ量を増大させる要因の１つが、リファイナ中で蒸気が発生することである。蒸気は、リファイナ内において固定子とロータとの間で、又はロータからロータに、特に第１リファイナから第２リファイナに精砕した繊維を移送させるために必要である。この処理において繊維を移送させるには多量の蒸気を必要とする。この過剰の蒸気は、繊維の流れを第２リファイナに送給する前に、この繊維の流れから除去する必要がある。更に、蒸気又は水は、リファイナ板間の摩擦により加熱された繊維を冷却するためにも必要である。繊維の濃度が適正でないと、リファイナ中での材料の滞留時間が長くなるおそれがあり、材料が過熱されて黒化するするおそれがある。滞留時間が長くなることにより、精砕の効果や繊維の品質も変化する。
【０００６】
従来の処理では、リファイナ段間で繊維から蒸気を分離している。蒸気は、代表的には抄紙機に使用するので、第１段リファイナのハウジング及び第２段リファイナの送給部に対する圧力が極めて高くなるようにする必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、従来同種の熱機械的精砕繊維を製造するのに必要とされていた１トン当りのエネルギより低いエネルギで熱機械的精砕繊維を製造するための方法及び装置を提供するにある。
【０００８】
本発明は、まずチップ、水及び蒸気の混合物を第１リファイナ中に送給し、そこでチップを破砕して、その後この第１リファイナからの材料の流れを第２リファイナ中に送給して繊維を最終的なろ水レベルまで破砕するように少なくとも２個のリファイナを組み合わせることに基づくものである。蒸気及び繊維の材料の流れは、リファイナのロータの回転エネルギにより少なくとも第１リファイナにおいて前方に送出されるため、蒸気の逆流が殆ど起こらない。第１リファイナを退出する材料の流れを第２リファイナに完全に送給し、第２リファイナに導入する前では材料の流れからの蒸気の抽出を行わない。
【０００９】
より具体的には、本発明による精砕方法は、請求項１に記載の特徴部分により特徴付けられるものである。
【００１０】
本発明の方法を実施するための装置は、請求項９に記載の特徴部分により特徴付けられるものである。
【００１１】
本発明によれば重要な利点が得られる。
本発明の最も重要な利点は、繊維を製造するのに必要なエネルギの量が減少することにある。更に、本発明による処理条件を変えることにより、製造される繊維の特性、例えば色や繊維長さを変化させることができるようになる。このことが繊維の品質の向上になるかは、最終的な紙製品を形成するのにいかなる特性が求められるかによる。異なる種類の製品には異なる繊維の特性が要求されるため、本発明により製造する繊維は、ある製品に対しては他より適したものとなり、従って品質の向上は紙等級の仕様に応じたものになる。しかし、本発明によれば、繊維の滞留時間及び他の処理パラメータの制御をより良好に行うかとができ、それにより繊維を具体的な条件に対してより正確に形成することができ、従って、品質が向上する。
【００１２】
リファイナ中での繊維の平均滞留時間が既知の装置より短くなり、また最高温度も低くなる。温度レベルのばらつきもより小さくなる。このため、繊維が黒化するおそれが少なくなり、より明るい色の繊維を製造することができる。前段のハウジングから次段への圧力は、繊維の特性を向上させるために自由に選択することができる。動作圧力がより低くなることにより、機械の応力が低減されるため、装置のベアリング、フレーム及び他の部品を低負荷向けに設計することができる。リファイナ中の温度を制御するための水又は蒸気のインフィードは必要でなく、リファイナ中で蒸気は発生しない。
【００１３】
本発明の目的及び特徴は、添付の図面に関連して説明する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかし、図面は説明のみを目的とするものであり、本発明を限定するものでなく、本発明は特許請求の範囲を参照すべきものであることを理解されたい。
【００１４】
図面は、繊維製造ラインの主要部を示す。この製造ラインの第１の装置がサイロ１であり、この中に予加工した木材チップを送給する。このサイロ１の底部には、第１送給スクリュ２があり、これにより木材チップをサイロ１からラインにおける後工程に送る。製造ライン中で次に存在するのが第１リファイナ３であり、第２送給スクリュ４によりこのリファイナ３内にチップを送給する。このリファイナ３は、リファイナ３のロータを回転させる電気モータ５により駆動する。このロータは、静止した固定子に対して作動し、これら固定子とロータとの間の空隙を精砕されるチップが移動する。この場合、ロータの回転力により、チップ及び蒸気の混合物を空隙中で前方に押し出すので、チップを送給するのに空隙に対して過加圧を使用しない。このため、余分な蒸気を使用する必要がなく、混合物の濃度を最適に保つことができる。
【００１５】
蒸気と一旦精砕した繊維との混合物を、ロータの回転力により第１リファイナ３から第２リファイナ７のインフィードライン６に送給する。この第２リファイナ７は、電気モータ８により駆動する。第１リファイナ３を退出する全ての材料は第２リファイナ７に入り、この中で繊維を最終的な所望のろ水度（freeness）まで精砕する。第１リファイナの場合と同様に、リファイナのロータの回転力により、繊維／蒸気混合物を押し出して第２リファイナの周縁まで移動させ、混合物を出口ライン９から送出する。第１リファイナを退出する全ての材料が第２リファイナ７に移動する。このことは、繊維材料をリファイナのロータの回転力のみによって移動させており、繊維材料の移動のためにリファイナに対する圧力差を生ずるための余分な蒸気をリファイナに加える必要はないためなしうることである。従って、リファイナ間で蒸気を分離する必要がなく、第１リファイナを退出する繊維／蒸気混合物の濃度は、第２リファイナに送給するのに適したものとなる。最後に、第２リファイナ７を退出する材料の流れをサイクロン１０に送給し、ここで繊維から蒸気を分離し、繊維を送給スクリュ１１により更に搬送する。繊維から分離した蒸気は、戻りライン１２を通して第１リファイナ３に戻したり、又はライン１３を通して他の用途に用いたりすることができる。
【００１６】
本発明の重要な特徴の一つは、第１リファイナ端部の出口から始まり、第２リファイナのインフィード、最終的には第２リファイナの固定子及びロータ間の空隙で終端する繊維／蒸気混合物の流路の断面が、その流路の長さに亘り拡大しないことにある。混合物の速度を加速させる必要がある場合には、この流路の断面が小さくなるようにすることができる。第２リファイナ７のインフィードライン６に亘る圧力は一定であり、場合によって必要となる混合物の加速は、このインフィードラインのチャンネルの断面を小さくすることにより全て達成することができる。リファイナのインフィードライン中では、材料の流れの速度が減少しないようにすべきである。このことは、繊維の平均滞留時間又は材料の流れの平均速度に係るものであり、その理由は、材料の流れの僅かな部分については、処理の異なる部分で速度及び滞留時間が大きく異なる場合があるためである。リファイナ間の送給器は不要である。
【００１７】
本発明の他の特徴は、リファイナ内で殆ど蒸気を発生させないことである。繊維の搬送媒体を形成するのに必要な全ての蒸気は第１リファイナ中に送給し、また、極めて微量の水を第１リファイナに加えるだけで、形成される蒸気の大部分はチップの水分から蒸発する。このため、リファイナの少量のエネルギが、蒸気を形成するための熱に変換されるに過ぎない。第１リファイナ中で余分な蒸気を殆ど形成しないため、リファイナ間にサイクロンを設けて蒸気を分離する必要がない。リファイナ段の間にサイクロンが存在しないため、繊維の滞留時間は、サイクロンを用いる処理の５０％になる。リファイナのエネルギバランスを制御するため、例えば処理を冷却するために処理中に水を加えない場合には、他の方法により処理のエネルギバランスを制御する必要があることは明らかである。本発明によれば、このことは、処理中に材料の流れを移動させる精砕ロータのポンプ作用を用いることにより達成する。リファイナの回転エネルギは、繊維に対する作用及び蒸気／繊維混合物の移送のために向けられるため、処理中に多量の水を送給することによりリファイナを冷却する必要はない。繊維を送給するためにリファイナに対して僅かな圧力差のみ必要とされるので、他の目的のために蒸気を発生させる必要もない。前段のハウジングから後段への圧力は、繊維の特性を向上させるために自由に選択することができる。処理が適切に行われていることの証は、リファイナに逆流する蒸気がない又は殆どないことである。
【００１８】
上述した例は、２個のリファイナ段を用いる方法を説明したものである。所望に応じ、リファイナ段の数を増やすことができるのは明らかである。この場合、本発明による２個の連続するリファイナ段は、処理において任意の部分に位置づけることができる。本発明は、リファイナ段が本発明により動作するようにした単一の２段リファイナにより達成することもできる。主として３種の高濃度のリファイナが存在する、即ち単一ディスク、二重ディスク及び円錐ディスクのものである。メッツォ・ペーパー社による代表的なリファイナでは、平坦リファイナ領域に続いて円錐リファイナ領域が存在する。
【００１９】
本発明の好適例に適用した本発明の基礎となる新規な特徴について図示し、説明し且つ指摘してきたが、当業者が、本発明の範囲を逸脱することなく本発明の細部及び形態に関して種々の省略、置換及び変更をなし得ることを理解されたい。例えば、実質的に同じ結果が得られる構成要素及び工程の双方又はいずれか一方の全ての組み合わせも、本発明の範囲内にあることを明確に意図するものである。説明した一実施例から構成要素を他に置換することも完全に意図するところであり、また想定されている。更に、図面は必ずしも実際に縮尺通りに描いておらず、これらは本質的に概念的なものに過ぎないことも理解されたい。従って、本発明は特許請求の範囲の記載によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、繊維製造ラインの主要部を示す線図である。
【図１】
2006506547.tif 000003
【国際調査報告】
2006506547.tif 000004
2006506547.tif 000005
2006506547.tif 000006