(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置において、
流体を保持する第一のタンク（１２）と、
前記第一のタンク（１２）内に配置された複数の材料ホルダ（４０）であって、背部分（６２）を有する製本され且つ折り重ねられた材料（６０）を保持する構造とされた前記複数の材料ホルダ（４０）と、
前記材料（６０）が前記材料ホルダ（４０）内に配置されたとき、前記材料（６０）の背部分（６２）に対して略平行な方向に向けて所定の速度で材料（６０）と流体との間にての相対的な動作を発生させるシステム（１２０）と、
前記材料（６０）が前記ホルダ（４０）内に配置されたとき、前記材料（６０）の背部分（６２）の略全体を流体に露呈させるのに十分なだけ、前記背部分（６２）に対して略垂直な方向に向けて追加の量の流体を前記材料（６０）に対して向ける噴霧ノズル（５０）とを備える、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
複数の噴霧ノズル（５０）が設けられ、
前記噴霧ノズル（５０）の各々が、前記複数の材料ホルダ（４０）の異なる１つに対し対面する関係にて前記第一のタンク（１２）内に配置される、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
前記第一のタンク（１２）が出口管（１３０）を備え、
前記出口管（１３０）を介して流体を前記第一のタンク（１２）から前記ノズル（５０）へ排出し、前記第一のタンク（１２）内に再導入し得るように、前記噴霧ノズル（５０）が前記出口管（１３０）に流体的に接続される、装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、
ポンプ（７４）と、
ヒータ（７６）と、
前記第一のタンク（１２）と前記噴霧ノズル（５０）との間で前記出口管（１３０）に沿って配置された、流体中のあらゆる微粒子物質の凝集を防止する手段（７８）とを更に備える、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置において、
第二のタンク（１２）であって、前記第一のタンク（１２）の前記出口管（１３０）に流体的に接続された前記第二のタンク（１２）と、
前記出口管（１３０）から前記第二のタンク（１２）又は前記噴霧ノズル（５０）の一方への流体の流量を制御する弁手段（１８０）とを更に備える、装置。
【請求項６】
請求項２に記載の装置において、
前記噴霧ノズル（５０）が、略平坦な円弧状のパターンにて噴霧を向け得る構造とされた、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、
前記材料ホルダ（４０）を前記第一のタンク（１２）内で回転させる手段（１１０）を更に備える、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置において、
前記材料（６０）の背部分（６２）を中心とする円弧方向に沿って、前記流体と前記材料（６０）との間に相対的な動作を発生させる手段を更に備える、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、
前記第一のタンク（１２）が円筒状であり、
前記第一のタンクが、貫通する中心の長手方向軸線と、取り外し可能な密封蓋（１８）とを有し、
前記複数の材料ホルダ（４０）が、前記軸線の周りで半径方向に配置される、装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、
前記材料（６０）と流体との間にて略平行な方向に向けて動作を生じさせる前記装置（１２０）が、
その軸線に沿って前記第一のタンク（１２）内に配置された軸（３０）であって、前記材料ホルダ（４０）が半径方向に取り付けられた前記軸と、
モータ手段（１２１）と、
前記モータ手段（１２１）に作用可能に接続された部材（１２８）であって、
前記材料（６０）が前記材料ホルダ（４０）内に配置されたとき、前記第一のタンク（１２）の軸線に沿って前記軸（３０）を前記所定の速度にて往復運動させ、前記材料（６０）を前記略平行な方向に向けて動かす前記部材（１２８）とを備える、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、
前記軸に対して回転動作を付与し得るように前記軸（３０）に作用可能に接続された第二のモータ手段（１１２）を更に備える、装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の装置において、
複数の噴霧ノズル（５０）が設けられ、
前記噴霧ノズル（５０）の各々が、前記複数の材料ホルダ（４０）の異なる１つに対し対面する関係にて前記第一のタンク（１２）内にて半径方向に配置される、装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、
前記噴霧ノズル（５０）が、略平坦な円弧状パターンにて噴霧を向け得る構造とされた、装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置において、
前記噴霧ノズル（５０）が、前記第一のタンク（１２）の中心軸線に対して略平行な線に沿って方向決めされた長手方向スリット（１６０）を有し、
材料（６０）が前記材料ホルダ（４０）内に配置されたとき、略平坦なパターンの噴霧を材料（６０）の背部分（６２）に向け得るようにした、装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の装置において、
前記材料（６０）を乾燥させる手段（９２、９４）を更に備える、装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置において、
前記乾燥手段が、前記第一のタンク（１２）に形成された排液口と、ガス循環式の乾燥システムとを備える、装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の装置において、
前記乾燥手段が真空乾燥システムを備える、装置。
【請求項１８】
両面を有し且つ背部分（６２）を画成するシート状材料（６０）に処理媒体を接触させる方法において、
前記材料（６０）を処理媒体中に配置するステップと、
前記処理媒体が前記材料（６０）の略全てに接触するのに効果的な時間、前記材料（６０）の背部分（６２）に対して略平行な方向に向けて所定の速度にて前記材料（６０）と前記処理媒体との間に相対的な動作を生じさせるステップと、
前記材料（６０）の背部分（６２）の略全体が処理媒体に接触するのに効果的な時間、前記材料（６０）の背部分（６２）に対して略垂直な方向に前記材料に向けて前記処理媒体を導くステップと、
余剰な処理媒体を前記材料（６０）から除去するステップとを備える、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、
前記処理媒体が前記材料を脱酸処理する処理種を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法において、
前記材料（６０）の背部分（６２）に対して略平行な方向に向けて所定の速度にて前記材料（６０）と前記処理媒体との間に相対的な動作を生じさせる動作を生じさせる前記ステップが、前記材料（６０）をタンク（１２）内に配置するステップと、前記材料（６０）の背部分（６２）に対して略平行な方向に向けて処理媒体を前記材料（６０）の上方に亙って流動させるステップとを含む、方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の方法において、
前記材料（６０）の背部分（６２）に対して略平行な方向に向けて所定の速度にて前記材料（６０）と前記処理媒体との間に相対的な動作を生じさせる動作を生じさせる前記ステップが、ある量の処理材料（６０）を保持するタンク（１２）内に前記材料（６０）を沈めるステップと、前記材料（６０）の背部分（６２）に対して平行な方向に向けて前記材料（６０）を前記処理媒体を通じて動かすステップとを含む、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、
前記材料（６０）の背部分（６２）に対して平行な方向に向けて前記材料（６０）を前記処理媒体を通じて動かす前記ステップが、前記材料（６０）を前記平行な方向に向けて往復運動させるステップを含む、方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、
前記材料（６０）の背部分（６２）に対して略垂直な方向に前記材料に向けて前記処理媒体を導く前記ステップが、タンク（１２）内に配置され且つ前記材料（６０）に対し対面する関係に位置決めされた噴霧ノズル（５０）から処理媒体を前記材料（６０）に向けて噴霧するステップを含む、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、
前記噴霧が前記材料（６０）の背部分（６２）に対して略平行となるように前記噴霧を略平坦な円弧状のパターンにて向けるステップを更に含む、方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、
前記噴霧が約３．７８乃至１１．２５リットル以下／分の範囲内の量にて向けられる、方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法において、
前記処理媒体を前記材料（６０）に向けて噴霧する前記ステップが、前記材料（６０）の背部分（６２）に対して略平行な方向に向けて所定の速度にて前記材料（６０）と前記処理媒体との間に相対的な動作を生じさせる動作を生じさせる前記ステップと同時に為される、方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法において、
前記材料（６０）の背部分（６２）に対して略平行な方向に向けて所定の速度にて前記材料（６０）と前記処理媒体との間に相対的な動作を生じさせる動作を生じさせる前記ステップの間、前記材料（６０）を回転させて、部分的なヘリカル状動作を生じさせるステップを更に含む、方法。
【請求項２８】
請求項１８に記載の方法において、
前記処理媒体が前記材料（６０）の略全てに接触するのに効果的な時間、前記材料（６０）の背部分（６２）に対して略平行な方向に向けて所定の速度にて前記材料（６０）と前記処理媒体との間に相対的な動作を生じさせる前記ステップが、前記材料（６０）に対して圧力を付与するステップと、前記時間の少なくとも一部の間、同時に為される、方法。
【請求項２９】
請求項１８に記載の方法において、
前記材料（６０）の背部分（６２）を中心とする円弧方向に沿って、前記処理媒体と前記材料（６０）との間に相対的な動作を生じさせるステップを更に含む、方法。
【請求項３０】
背部分（６２）を有する、折り重ねられ且つ製本されたシート状材料（６０）を処理するクローズドシステムにおいて、
次のものを備える、少なくとも１つの処理装置（１０）と、
ｉ．処理媒体を保持するタンク（１２）；
ii．前記シート状材料（６０）を保持し得るように前記タンク（１２）内に配置された複数の材料ホルダ（４０）；
iii．前記材料（６０）が前記材料ホルダ（４０）内に配置されたとき、材料（６０）の背部分（６２）に対して略平行な方向を向けて所定の速度で材料（６０）と処理媒体との間に相対的な動作を生じさせるシステム（１２０）；
IV．前記材料（６０）が前記ホルダ（４０）内に配置されたとき、前記材料（６０）の背部分（６２）の略全体を流体に露呈させるのに十分なだけ、前記背部分（６２）に対して略垂直な方向に向けて追加の量の流体を前記材料（６０）に対して向ける噴霧装置（５０）；
貯蔵タンク（７２）と、
前記処理媒体を前記貯蔵タンク（７２）及び前記処理装置（１０）に対し且つ前記タンク及び前記処理装置から搬送する手段（７０）と、
処理後に前記材料（６０）を乾燥させる手段と、
乾燥中に前記材料（６０）から除去した処理媒体を循環させ且つ前記除去した処理媒体を前記貯蔵タンク（７２）に戻す手段（８０）とを備える、クローズドシステム。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
本発明は、全体として、シート状の物に処理媒体を接触させる方法及びその装置に関する。より具体的には、本発明は、本、雑誌、新聞、文書等のようなセルロース状の材料を脱酸処理する改良された方法及びその装置に関する。
発明の背景の説明
紙、本及び新聞が劣化することは周知であり、図書館及び記録保管所の蔵書の永続性にとって脅威であることが認識されている。その脅威の程度は、セルロース系の物を製造するのに使用されるセルロース及び製造方法の型式に大部分、依存する。しかしながら、空気汚染、自然光及び人工光への露呈、微生物の攻撃及び物理的な取り扱いのような多数の環境ファクタも劣化の１つの原因となる。劣化の最も一般的な形態は、セルロース材料中に存在する酸性種によるセルロース系構造体に対する酸性の攻撃であり、このことは、紙製品の有効寿命を数世紀から数年に短くする可能性がある。セルロース系材料中に酸性の種が存在することの主たる原因は、セルロース系材料を製造するために使用する方法及び空気汚染である。
セルロース系材料の酸による攻撃の結果、セルロース構造体が破壊されて、紙は弱体化し且つ脱色する。殆どの状況にて、使用するのに適正な不透明度及び十分な品質の紙を製造するためには、パルプ繊維は種々の化学薬剤で処理しなければならないから、木パルプ繊維で製造された紙は、特に、攻撃を受け易い。紙の製造に使用される化学薬剤の多くは、酸性であり、また、酸と、完成した紙製品のセルロースマトリックス内に残る、酸性種の残る量とを採用する方法によって析出する。セルロース系材料の酸の攻撃は、空気汚染によって更に悪化し、その空気汚染は、要するに、加水分解して酸を形成する硫黄、窒素及び炭素系酸化物のような、永続的な化学物質の発生源を提供する。空気中にこれらの化学物質が存在することは、固有の酸性の紙製品に対する攻撃を悪化させるのみならず、時間の経過と共に、最初に、アルカリ性又は中性である紙製品に酸性状態をも生じさせる。空気汚染に起因する加速した劣化は、多くの図書館及び記録保管所の蔵書等は、都会地にあり、高レベルの工業的汚染物質に露呈され易い点にて顕著な長時間の関心事である。このため、酸の攻撃による紙の劣化を防止することは、当然に、現在、紙に存在する酸性状態を中立化することと、時間の経過と共に導入された酸性種を中立化することとの２つの別個の問題点である。
セルロース系材料中の酸性種を中立化することと、時間の経過に伴う、酸性状態の発生を緩和し得るようにアルカリ性バッファを提供する化学物質及び方法を開発することとのために相当な量の研究が為されている。液体及び蒸気の両方を処理する技術を含む、酸性種を中立化するため、アルカリ種を使用する多岐に亙る方法が開発されている。これらは、例えば、米国特許第3,676,055号（メトキシドマグネシウム及びメタノール）、米国特許第3,676,182号（アルカリ炭酸塩）及び米国特許第3,969,549号（蒸発性金属アルキル）がある。しかしながら、これらの方法の化学物質及び技術は、液体浸漬技術を使用するにも拘わらず、製本物の処理が不完全であることに加えて、毒性、悪臭、高コスト、種々のインキ及び紙との反応性及び溶融性のような多数の欠点がある。
1985年6月11日付けでクンドロット（Kundrot）に付与された米国特許第4,522,843号には、有害な中立反応製品を形成しないアルカリ性種であって、大多数のインキ、染料及びセルロース系材料に対して不活性であるアルカリ性残留物及び液体担体を提供し得るように容易に配置することのできるアルカリ性種により、従来技術の欠点の多くを解決する、不活性ガス及び液体担体により担持された基本的な金属酸化物、過酸化物又は塩から成るアルカリ性粒子の分散物を使用することが開示されている。このクンドロットの特許の好適な実施の形態は、クロロフルオロメタン（即ち、フレオン）担体中に分散させたＭｇＯ2粒子から成る処理溶液を提供するものである。このクロロフルオロメタンが入手し得ないことは、クンドロットの特許を商標的に実施不可能にしている。
1995年4月25日付けでレイナー（Leiner）及びその他の者に付与された米国特許第5,409,736号（以下、「第'736号特許」と称する）には、アルカリ性粒子に対する適当な液体担体として、クンドロットの方法にて使用されたクロロフルオロメタン化合物に代えて、過フッ化担体に関連する界面活性剤を使用することが開示されている。この第'736号特許により開示された処理溶液化合物及び方法は、本発明と共に使用され且つ引用して本明細書に含めてある。
クンドロットの特許には、沈んだ一冊の本の上方に方向決めされ、本の背部分に対し略平行に広く拡がる噴霧を向ける噴霧ノズルを使用することが開示されている。この技術は、本等が製本される箇所であり、本明細書にて、製本した材料の「溝」と称する場合がある、本の中心付近のシート領域に接触するのに十分に効果的ではない。
1995年6月6日付けでレイナー及びその他の者に付与された、米国特許第5,422,147号（以下、「第'147号特許」と称する）には、製本物の処理の効果を著しく改良する方法及び装置が開示されている。当該発明者は、材料の背部分と処理媒体とを相対的に平行に動かすことにより、１頁当りの処理の程度、及び頁毎の処理の相違を少なくすることの双方の点にて顕著な改良を実現することができることを知った。第'147号特許に記載された装置の一つの好適な実施の形態は、処理媒体中にセルロース系材料を浸漬させることと、その後に、液体溶剤とセルロース系材料同士を材料の背部分に対して略平行な方向に向けて相対的に動かすこととを可能にする。この相対的な動きは、セルロース系材料又は処理媒体の一方の動き、又はその双方の動きによって生じる。この相対的な平行動作は、セルロース系材料のシートが分離して、処理媒体が浸透することを可能にするのに役立つと考えられる。また、この動きは、処理媒体が製本物の背部分を横断するように流れて、これにより、処理媒体でより完全にカバーすることも可能にする。
大量の脱酸処理方法、又はその他の任意の方法が商業的に実現可能であるか否かは、コスト効果的で且つ適時な仕方にて材料を十分に処理することが可能であるか否かに依存する。第'147号特許に記載された装置及び方法は、脱酸処理の程度及び時間の点にて優れた結果を提供するが、大量に脱酸処理する方法が商業的に可能であり且つ関心を引くためには、セルロース系材料の大量処理を行うための更により効率的で且つ有効な方法及び装置を開発することを必要とする。従って、本発明の１つの目的は、セルロース系材料の脱酸処理を効率的に且つコスト効果的に行うための改良された方法及び装置を提供することである。
発明の概要
本発明の方法及び装置により上記の目的及びその他が達成される。本発明の装置は、処理流体を保持するタンクと、該タンク内に配置され且つ背部分を有する製本し且つ折り重ねた材料を保持する構造とされた複数の材料ホルダと、材料が材料ホルダ内に配置されたとき、材料の背部分に対し略平行な方向に向けて材料と流体を所定の速度にて相対的に動かすシステムと、材料の略全体を流体に露呈させるのに十分な圧力を材料に付与する手段とを備えている。この圧力は、材料の背部分に対し略垂直な方向に向けて流体を材料に導くことにより付与されることが好ましい。
この流体の導き手段は、複数の噴霧ノズルを備え、該ノズルの各々は、複数の材料ホルダの異なる１つに対し対面する関係でタンク内に配置されるようにすることが好ましい。これらの噴霧ノズルは、略平坦な円弧状パターンにて噴霧を導き得るような構造とされることが好ましい。この噴霧ノズルは、材料の背部分に向けて略平坦なパターンとした噴霧を導き得るように、タンクの中心軸線に対して略平行な線に沿って方向決めされた長手方向スリットを有している。このタンクは、出口管を有することが好ましく、また、噴霧ノズルは、タンクから流体を出口管を通じてノズルに排出し、タンクに再度導入すべく出口管に流体的に接続されることが好ましい。また、該装置は、ポンプと、フィルタ、ヒータと、あらゆる粒子物質が流体中にて凝集するのを防止する手段とを備え、該防止手段は、タンクと噴霧ノズルとの間の出口管に沿って配置された超音波発生器のようなものとする。
該タンクは、種々の形状とすることができるが、中央の長手方向軸線が貫通する円筒状であることが好ましい。また、該タンクは、取り外し可能な密封蓋を有することもできる。タンクの中心軸線の周りにて材料ホルダを半径方向に配置することが好ましい。
材料と液体とを略平行な方向に動かすシステムは、その軸線に沿ってタンク内に配置された軸を有することができ、この軸には、材料ホルダ、モータ手段及びモータ手段に作用可能に接続された部材とが半径方向に取り付けられている。材料ホルダ内に材料が配置されたとき、この部材は、その材料を略平行な方向に動かすため、軸をタンクの軸線に沿って所定の速度にて往復運動させる。該装置は、材料の背部分に対し略円弧状の方向に向けて流体と材料とを相対的に動かす手段を更に備えることができ、該手段は、例えば、材料ホルダをタンク内にて回転させる手段とすることができる。このため、軸に対しかかる回転動作を付与すべく該軸に作用可能に接続された第二のモータ手段が設けられることが好ましい。
また、該装置は、別個のユニットとして、又は処理タンク内部に設けられた、材料の乾燥手段を含むことができる。この乾燥手段は、ガス循環式乾燥システム又は真空乾燥システムを含むことができる。タンクが乾燥装置であるならば、該タンクは、処理流体をタンクから排出し、乾燥段階が開始する前に、その流体を保持タンク又は第二の処理タンクに導く排液管を有している。
また、本発明は、少なくとも１つの処理装置と、貯蔵タンクと、処理流体又は媒体を貯蔵タンク及び処理装置へ且つ該貯蔵タンク及び処理装置から運ぶ手段と、処理後に材料を乾燥させる手段と、乾燥中に材料から除去された処理流体又は媒体を再循環させ且つその除去した処理流体又は媒体を貯蔵タンクに戻す手段とから成るクローズドシステムも備えている。また、タンクの出口管に流体的に接続された少なくも１つの第二のタンクと、出口管から第二のタンク又は噴霧ノズルの一方への流体の流れを制御する手段とを設けることもできる。
使用時、両表面を有し、背部分を画成する複数のシートを有する材料、例えば、本、雑誌、新聞、文書等を処理媒体を保持するタンク内に配置すると、その材料の背部分に対して略平行な方向に向けて材料と処理媒体とが所定の速度にて相対的に動き、また、処理媒体が略全ての材料に接触するのに効果的な時間、処理媒体は、材料の背部分に対し略垂直な方向に材料に向けて導かれる。次に、好ましくは、空気のような加熱ガスにより、又は真空乾燥により乾燥させることで、余分な処理材料を材料から除去する。
材料の背部分に対し略平行な方向に向けた動きを生じさせるステップは、材料をタンク内に投入することと、材料の背部分に対し略平行な方向に向けて処理媒体を材料の上方に亙って流動させることを含むことができる。これと代替的に、このステップは、ある量の処理媒体を保持するタンク内に材料を沈めることと、例えば、材料を平行な方向に往復運動させることにより、材料の背部分に対して平行な方向に向けて材料を処理媒体を通じて動かすこととを含むことができる。
材料の背部分に対して略垂直な方向に材料に向けて処理媒体を導くステップは、タンク内に配置され且つ材料に対し対面する関係に配置された噴霧ノズルから処理媒体を材料に向けて噴霧することとを含む。この噴霧は、好ましくは、約2.7気圧（2.81ｋｇ／ｃｍ2（40ｐｓｉ））にて約3.8乃至11.3リットル（1.0乃至3.0ガロン／分）以下の範囲内の量で］行われることが好ましい。この噴霧は、材料を材料の背部分に対して平行な方向に動かすステップと同時に且つこのステップの全体に亙って行い、又は平行な移動ステップ中に断続的に行うことができる。これと代替的に、この噴霧は、相対的な平行な動きが停止する前に、行われるようにしてもよい。
また、この方法は、材料の背部分に対して平行な方向に材料を動かすステップ中に、材料を回転させて、部分的なヘリカル動作を生じさせるステップを含むことも好ましい。このステップは、処理時間の全体、又は少なくともその一部分、又は少なくとも噴霧時間の間に、相対的な平行動作と同時に行い、回転が材料の上方に亙る噴霧をカバーするのに役立ち得るようにすることができる。
従って、本発明は、セルロース系材料の大量の脱酸処理の際に従来から伴う問題点に対する有効な解決策を提供するものである。これらの有利な点及びその他のことは、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
同様の部材は同様の参照番号で表示する添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態に関して、単に一例として以下に説明する。添付図面において、
図１は、頂部被駆動動作の配置状態とした、本発明の処理装置の一つの好適な実施の形態の概略図的な側面断面図である。
図２は、本ホルダの１つの部分に配置された本を示す、ノズルの面に沿った本発明の処理装置の平面断面図である。
図３は、真空再循環システムを備える、脱酸処理システムの概略図的な線図である。
図４は、２段式のガス循環式システム及び真空再循環式システムを備える、脱酸処理システムの概略図的線図である。
図５は、本発明の処理システムの斜視図である。
好適な実施の形態の詳細な説明
本発明の処理装置１０の好適な実施の形態が図１乃至図５に図示されている。本発明を限定することを目的とするのではなくて、本発明の現在の好適な実施の形態を説明する目的のためにのみ、全体として図面を参照しつつ、この処理装置１０の作用に関して説明する。図５を参照すると、少なくとも１つの処理装置１０と、回収システム７０とを含む処理システムが提供される。該処理装置１０は、全体として、タンク１２と、該タンク１２内に配置された材料ホルダ４０とを備えている。処理すべき材料６０は、材料ホルダ４０内に固着される。該材料ホルダ４０を往復運動させ且つ回転可能に動かす手段が設けられ、また、材料の背部分に対して略垂直な方向に向けて流体処理媒体を材料６０に向けて導く噴霧ノズル５０が設けられる。本明細書に記載した本発明の主たる対象である材料は、両頁を接続する背部分又は折り重ね線を有するように、製本し又は折り重ねたセルロース系材料である。上述したように、頁が互いに接続される箇所である背部分又は折り重ね線の領域は、従来、完全に脱酸処理することが困難であった溝状領域を形成する。本明細書にて使用するように、材料の背部分とは、製本した本、小冊紙、パンフレット等、又は雑誌、新聞又はその他の折り重ねた文書の折り重ね線を意味し、全体として、隣接する溝である。１つ以上の可能な配置を使用して該装置１０の好適な実施の形態に関しセルロース系材料の脱酸処理について説明するが、当業者は、種々の具体的な処理の必要性に適合するように本発明は、処理装置を適宜に改変することが可能であることが理解されよう。
一つの好適な実施の形態において、該タンク１２は円筒状の形態であり、タンク底部１４と、タンク壁１６と、タンク頂部又は蓋１８とを備えている。該タンク１２は、円筒体の中心軸線が垂直配置されるように図面にて方向決めされている。該タンクは、異なる方向に方向決めすることも可能である。タンク壁１６及びタンク底部は、ステンレス鋼で出来たものであることが好ましい。しかしながら、真空を吸引することに起因する圧力差に耐えるのに十分な強度があり、また、処理化学薬剤との全ての反応に対して適当に抵抗性のある任意の材料が許容可能である。タンク蓋１８は、クランプ１９又はボルトのような任意の従来の手段によりタンク壁１６に取り外し可能に密封可能であり、又は軽量ではあるが、構造的に堅牢なプラスチック又は金属で製造し、蓋１８を容易に取り外してタンク１２の内部にアクセスし得るようにすることが好ましい。タンク１２内で材料取り扱い装置４０が移動するのに十分な空隙を提供する一方にて、タンク１２の全体容積を最小にする点にて円筒状の形状のタンク１２であることが好ましい。矩形又は環状の形状のような、円筒体以外のタンクの形状も本発明の使用に適しており、処理化学薬剤の封じ込めが問題にならないならば、開放したタンクの設計とすることができる。
中心軸線と、第一の端部３２と、第二の端部３４とをそれぞれ有する軸３０を使用して、材料取り扱い装置４０をタンク１２内に配置する。材料ホルダ軸３０の周りで半径方向に配置された材料ホルダ４０は、種々の高さの離間手段４９を使用して所望の高さにて材料ホルダ軸３０に固着することができる。しかしながら、クランプ止めのようなホルダ４０を軸３０に固着する任意の従来の方法でも十分である。材料ホルダ４０は、固定した一般的なリング形状の下方ストッパ４６と、調節可能な上方ストッパ４８とに設けられた仕切り板４４の形態とすることが好ましく、該下方ストッパ４６は、材料ホルダの軸３０に摺動可能に取り付けられる。仕切り板４４は、その各々が樋状部分４１を有する４つの部分を形成し得るように90°の間隔に配置されことが好ましい。仕切り板４４の各々が一冊の本を保持することができる。本、又はその他の折り重ねた材料の背部分６２が樋状部分４１内に座す。しかしながら、当業者は、軸３０の周りの仕切り板４４の数を変更し、また、仕切り板４４の間の角度を変更することにより、各材料ホルダ４０内の保持部分の数を特定の用途に応じ必要とされるように変更し得ることが理解される。また、材料ホルダ４０は、有孔とし、又は開放スラット又はウェブ材を備える構造とし、処理媒体に対する露呈面積を増大させることもできる。図２に図示するように、材料６０の外側シート、すなわちカバー６６は、帯４２により材料ホルダ４０の隣接する仕切り板４４内に固着することができる。材料６０の背部分６２は、上方ストッパ４８と下方ストッパ４６との間に接続されたワイヤー（図示せず）により支持される。帯４２に代えて、最外側のシートを固着する任意のその他の従来、例えば、グリップを使用することができる。一つの好適な実施の形態において、材料６０は、固着されて、シート６４の表面６６及び材料６０の背部分６２が重力に対して略平行となり、材料６０のシート６４が背部分６２から半径方向に自由に伸長するようにする。
図１を参照すると、中央の支持ロッド３６が、タンク１２の中心軸線に沿ってタンク蓋１８の蒸気シール２２を貫通して伸長し、材料ホルダの軸３０と適当な駆動機構とを作用可能に接続して軸３０に動作を付与する。中央の支持ロッド３６の下端３７は、タンク１２の中心軸線に沿ってタンク底部１４に取り付けられ、軸３０を支持する。これと代替的に、駆動機構との接続は、材料ホルダ軸３２、３４の他端にて又はその両端にて行うこともできる。例えば、材料ホルダ軸３０は、タンク底部１４の液体／真空シールを貫通して伸長し、軸３０を底部から駆動機構に作用可能に接続することができる。当業者には、材料ホルダ軸３０を介して材料ホルダ４０に所望の動作を付与する多数の代替的な実施の形態が本発明の範囲に属することが理解されよう。
図１を参照すると、材料ホルダ４０の回転及び往復運動は、接続ロッド１１６及び回り止めピン２５によって軸３０の第一の端部たる、上端３２にそれぞれ作用可能に接続された可変速度モータ組立体１１０及び自由輪組立体１２０によって為される。この可変速度モータ組立体１１０は、可変速度モータ１１２を含んでいる。この可変速度モータは、自由輪組立体の往復運動するアーム１２８に取り付けられ且つカップリング１１４を介して接続ロッド１１６に取り付けられる。該接続ロッド１１６は、自由輪組立体１２０の往復運動するアーム１２８及び支持軸受１１８を貫通している。支持軸受１１８は、接続ロッド１１６を支持し、ロッド１１６に付与された回転及び往復運動動作が材料ホルダ軸３０に付与されるような仕方にて回転機構と往復運動機構との間の連結機構を提供する。
材料ホルダ４０の往復運動は、自由輪組立体１２０により提供される。可変速度モータ１２１は、円形の自由輪１２２に取り付けられて円形の運動を発生させる。並進アーム１２４の第一の端部１２３は、自由輪の中心からずらした位置にて自由輪１２２に可動に取り付けられ、自由輪１２２が回転したときに並進アーム１２４の往復運動を発生させる。駆動アーム１２６は、一端にて並進アーム１２４の第二の端部１２５に接続され、その他端にて並進アーム１２８に接続される。駆動アーム１２６のすべての非往復運動動作を安定化させ且つ減衰させるために線形軸受１２７が使用される。自由輪組立体１２０により発生された動作は、軸３０に取り付けられた材料ホルダ４０と、可変速度モータ組立体１１０との双方を往復運動させる働きをする。自由輪組立体１２０及び可変速度モータ組立体１１０を結合することにより、これらの自由輪組立体１２０及び可変速度モータ組立体１１０がホルダ４０の仕切り板４４間に形成された部分内に保持されたとき、タンク１２内にて材料６０の組み合わせた回転及び往復運動を発生させる。タンク１２に処理媒体が充填されたとき、材料６０と処理媒体との間に相対的動作が生じ、この動作は、材料のシートをより良く処理し且つより広く分離させる。相対的な平行な動作及び回転動作との組み合わせば、部分的なら旋状又はヘリカル動作を生じさせる。しかしながら、本発明の好適な実施の形態において、回転動作は、往復運動に比して遅く、このため、この動作の主たる性質は、僅かに部分的なヘリカル状の傾向を伴う、線形である。例えば、25分の処理時間の間、約30.5ｃｍ（12インチ）の移動距離に亙って、軸３０が16行程／分する往復運動速度と比べて、軸３０は、タンク１２の軸線の周りで完全に２回転することが好ましい。軸３０の回転動作及び往復運動は、この過程の全体に亙って同時に為されることが好ましいが、断続的に為されるようにしてもよい。モータ１２１が軸３０を往復運動させる間に、モータ１１０のオン・オフを切り換えることができる。これと代替的に、モータ１２１は、モータ１１０が軸３０を回転させている間に、オン・オフを切り換えるようにしてもよい。
再循環した処理媒体を材料６０に向けるため、タンク１２内にノズル５０が設けられている。これらのノズル５０は、材料ホルダ４０の相対的な位置に対応する高さにてタンク壁１６に半径方向に取り付けられることが好ましい。タンク１２内で使用可能なノズルの位置、数及び型式は、所望の結果が得られるように、当業者が変更可能であるが、材料ホルダ４０の数及びその休止位置に対応する高さにて約90°の間隔で周方向に４つの噴霧ノズルを取り付けることが好ましい。図１を参照すると、処理媒体は、ポンプ７４を使用して、管１３０を通じてタンク底部１４の排液口からノズル５０に再循環させる。この再循環する処理媒体は、熱交換器７６を通って流れ、処理媒体の温度を制御し、超音波撹拌器又は超音波発生器７８を介して、流体担体中でアルカリ性媒体が十分に分散されることを確実にする。管１３０に沿ってフィルタを配置することもできる。
また、材料ホルダ４０の回転及び往復運動もノズル５０の数を最小にする働きをする。ノズル５０は、約80°の円弧を形成する、略平坦で垂直に方向決めされた噴霧１５０を生じさせるように、垂直スリット１６０を有する構造とすることが好ましい（図１、図２参照）。この平坦な噴霧１５０は、材料が回転し且つ噴霧１５０を経て上下に往復運動するとき、材料６０の頁の溝部分に向けられることが好ましい。約61ｃｍの直径のタンクにおいて、該材料は、2.72気圧（2.81ｋｇ／ｃｍ2（40ｐｓｉ））の圧力にて、5.6リットル／分（1.5ガロン／分）の量で吐出するようにすることが好ましい。特に、頁の溝部分にて、処理媒体により提供される脱酸処理の効果を著しく改良する一方にて、噴霧の力により頁が丸まったり、折り重なるのを防止するためにこの寸法のタンクにとって、上記の値は、好適な量及び圧力であることが判明した。例えば、11.25リットル／分（３ガロン／分）のように、噴霧の流量が過多であるならば、頁は丸まり、折り重なってしまう。その流量が3.78リットル／分（１ガロン／分）以下のように過小であるならば、有効な処理面積、即ち、脱酸処理面積は減少する。当業者は、正確な流量及び圧力は、タンク１２の寸法及び噴霧ノズル５０と材料６０との間の距離に依存して変化することが認識されよう。重要なパラメータは、脱酸処理の効果を改良し且つ材料の頁が丸まったり、又は折り重なるのを防止することである。この噴霧は、往復運動に起因する相対的な平行な動作と相俟って、材料６０の背部分６２に対して略垂直な方向への処理媒体の動きを導き、また、回転動作と組合わさったとき、処理媒体を通じて材料に僅かにら旋状、又はヘリカル状の動きを生じさせる。この回転動作の主たる目的は、材料を噴霧を経てゆっくりと動かすことである。この噴霧は、処理時間の全体に亙って材料６０の他の動きと同時に行われることが好ましいが、断続的に為されるようにしてもよい。そのタイミングは、タンク１２の底部に設けられた排液口、及び管１３０への適当な弁を開閉することにより制御することができる。
材料の背部分６２に対して垂直な噴霧により付与される力は、問題のある溝領域の頁を付勢して、そうでない場合よりも広く開くようにし、これにより、材料が処理媒体を通じてその往復運動する線形、又はヘリカル状の経路に従うとき、処理媒体に対し頁がより大きく露呈されるようにする。その関連する部分を引用して本明細書に含めた、レイナー及びその他の者への第'147号特許に記載されたように、材料６０は、静止状態のままであり、処理媒体は、材料の背部分６２に対して略平行な方向に向けて材料６０の上方に亙って、適当な管、弁及びポンプによりタンク１２を通って流すことができる。これと代替的に、処理媒体がタンクを通って流れる間に、材料は回転し、これと同時に、上述したように、噴霧されるようにしてもよい。
図３乃至図５に図示するように、材料６０を処理するためのクローズド処理システム１００は、本発明の複数の処理装置１０（その２つを図示）と、往復運動／貯蔵システム７０と、再循環システム８０とを備えている。このクローズドシステム１００の現在の一つの好適な実施の形態は、処理装置１０に取り付けられた貯蔵／混合タンク７２と、再循環ポンプ７４とを備える再循環／混合システム７０を使用することを可能にする。処理装置１０の一つの好適な実施の形態において、再循環ポンプ７４は、貯蔵／混合タンク７２をノズル５０に接続する。タンク１２における出口ポート１２の物理的な位置は、流体処理媒体が蒸気であるか又は液体であるかに依存する。当業者は、同一の作動ループ又は追加のループ内にて追加的な再循環／貯蔵タンク７２と、再循環ポート７４と、処理装置１０とを提供し、所望の能力を実現し且つ設備の使用を最適にすることも本発明の範囲に属することが理解されよう。
バルク処理媒体を処理装置１０から貯蔵／混合タンク７２まで搬送した後に、材料６０から除去すべき残りの処理媒体を回収するため、再循環システム８０が処理装置１０に取り付けられている。特定の用途に必要な特定の回収システム８０は、当然に、一部分、その過程で使用される処理媒体に依存するが、液体処理媒体の場合、該システムは、全体として、凝縮器８２と、回収タンク８４と、熱交換器８６と、再循環ポンプ８８と、真空ポンプ９０とを備えている。液体処理媒体用の現在の好適な回収システムは、２段式乾燥機を備え、該乾燥機は、ブロア９２と、熱交換器９４とを更に備えており、熱交換器は、乾燥時間を短くし且つ工程効率を増し得るように処理装置１０に接続されている。
上述した好適な実施の形態にて本発明を実施する際、タンク蓋１８と、材料ホルダ軸３０及び分離器４９を有する材料ホルダ４０とをタンク１２から取り外す。材料６０は、材料ホルダの下方ストッパ４６上に着座し、上方ストッパ４８は、材料６０の頂部に着座し、保持ワイヤーは、背部分６２を横断するように、下方ストッパ４６と上方ストッパ４８との間にて張り、材料６０を所定位置に保持する。材料６０の最外側シート、即ちカバー６４は、帯４２を使用して材料ホルダ４０内に固着され、シート６４が背部分６２、及び下方ストッパ４６の内側円部分から半径方向に伸長する。材料ホルダ４０は、材料ホルダ軸３０上まで摺動させ、分離器４９を使用して異なる高さに配置される。ホルダ４０が所定位置にある軸３０をタンク１２内に配置して、材料ホルダの軸３０の第二の端部３４が中央の支持ロッド３６上に着座し且つ該中央の支持ロッドと係合するようにする。タンクの頂部１８は、クランプ１９を使用してタンク壁１６に固着される。処理媒体は、管１８８を介してタンク１２内に導入されて、その工程の全体を通じて材料６０を沈める高さまでタンクを充填する。次に、処理媒体は、管１３０を介してノズル５０を通じて再循環され、噴霧１５０から材料６０の背部分６２に対して略垂直に流れ、その間に、軸３０及びホルダ４０は回転し且つ往復運動して、全ての三次元にて相対的に動く。この相対的な動作は、処理媒体が材料６０のシート６４を分離することを可能にし、これにより、処理媒体が材料６０の背部分６２に対してよりアクセスし得るようにする。材料ホルダ４０が半径方向に隔たったノズル５０を経て回転することは、シート６４を溝領域にて分離させる働きをし、処理媒体へのアクセスをより大きくする。材料６０は、セルロース材料６０中に存在する酸性種を中立化し、アルカリ性バッファを析出させるのに有効な量の処理媒体に露呈させるのに十分な時間、材料ホルダ４０の各々における材料６０の略全表面６６を露呈させる。次に、このバルク処理媒体をタンク１２から除去する。ノズル５０への流れを遮断し、それに代えて、管１８４を通る流れを多数タンクシステム内の保持タンク、即ち第二のタンク１２に導入し得るように、弁１８０が配置されている。材料６０内に余剰な媒体が残るならば、その流体は、タンク１２内にて強制的な温風、又は真空乾燥の何れかを利用して除去する。蒸気を逃すための排気管１８６が設けられる。
実施例
本の背部分に向けて略垂直方向に向けられた処理媒体の噴霧を使用して、新規な装置及び方法による脱酸処理の効果を噴霧を使用しない装置及び方法と比較すべく、広範囲に亙る一連の試験を行った。この比較試験は、次のようにして行った。即ち、その関連する部分を引用して本明細書に含めたレイナーの第'736号の特許に記載されているように、垂直に方向決めした円筒状のタンクを使用して、本の背部分を重力に対し略平行な方向に方向決めし、過フッ化アルカンから成る処理媒体を不活性の処理媒体として使用し、過フッ化ポリオキシエステルアルカン酸を界面活性剤として、また、平均直径約0.8μｍの分散したＭｇＯ2粒子を処理種として使用した。１つの技術において、材料ホルダは、16サイクル／分の速度にて約34.5ｃｍ（約12インチ）の移動距離に亙って往復運動させ、処理媒体は、25分の時間に亙ってバルク循環させた。噴霧は一切使用しなかった。
本発明の技術において、材料ホルダは、16サイクル／分の速度にて約34.5ｃｍ（約12インチ）の移動距離に亙って往復運動させた。処理媒体の一部は再循環させ且つ上述したように噴霧ノズル５０を介したタンクに再導入した。材料ホルダは、25分の露呈時間の間、完全に２回転させた。処理の長さは、析出させようとするアルカリ性残留物の比率により決定する。米国図書館会議が設定する規格である1.5％のＣａＣＯ3に相当するアルカリ性残留物を析出させるには、25分の露呈時間で十分であることが判明した。この処理後、バルク処理媒体をタンクから排出し、本を乾燥させて、頁に残った余剰な処理担体を除去した。噴霧無しの技術を使用して、160冊の本、及び本発明の噴霧技術を使用して、111冊の本の試験を行い、未処理面積の程度を測定した。以下のデータは、噴霧無しの技術を使用した場合の試験による最小の平均未処理面積の程度を表すものであり、また、本発明の噴霧技術を使用する試験による最も不良なデータ及び最も優れたデータと比較する。試験の後、処理済みの本の所定の頁をｐＨ指示薬であるクロロフェノール赤で処理した。アルカリ性領域は紫色を呈し、酸性領域は黄色を呈する。以下のデータにおいて、欄２は、高さ（上の数字）及び幅（下の数字）にて試験した頁全体の面積を示す。欄３乃至７は、処理済み頁の黄色領域の最も幅の広い箇所の高さ（上の数字）及び幅（下の数字）を示す。酸性領域は、全体として三角形を形成し、高さが正部分の長さに亙って伸長し、幅は全体として頁の中心にある。欄８に示した未処理面積は、未処理面積の各々が欄２乃至欄７に示した寸法の二等辺三角形であると想定し、頁の全体の面積で割って計算し、平均的な未処理面積のパーセントを求めた。
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全ての試験の場合、噴霧せずに処理した本における平均未処理面積は、本発明の方法及び装置により噴霧して処理した本の場合の平均0.4％と比較して約4.7％であった。このデータは、本発明の装置及び方法を使用して達成可能である驚くほど顕著な改良の証拠となるものである。材料の背部分に対して平行な方向に材料と処理流体とが相対的に動くことと、材料の背部分に向けた略垂直方向に処理流体が流れることとを組み合わせることで、その材料の問題のある溝領域にて脱酸処理をした面積の比率を予期せずレベルまで改良するものである。
本発明は、主として本に関して説明したが、この方法及び装置は、折り重ね、製本し又はルーズであるかを問わず、雑誌、新聞、地図、文書等のようなその他の型式のセルロース系材料と共に使用することができる。当業者は、本発明の範囲から逸脱せずに、本発明の方法及び装置の特定の形態に対して多数の改変例及び変更を為すことででき、かかる改変例及び変更は、上記の説明及び以下の請求の範囲に包含することを意図するものであることが理解されよう。
【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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