JP2010090528A - 紙匹を成形するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製紙機械の速度を増してもファイン及び充填材の望ましくない分配等の有害な変化が生じない、製紙機械において紙料から紙匹を成形するための装置・方法を提供する。
【解決手段】ループ状で連続パスを走行するフォーミングワイヤ上または１対の収束フォーミングワイヤ間での紙匹の形成を開始するための装置及びそれを用いる方法を提供する。該装置は、フォーミングシューの多孔質フェース面全般にわたりフォーミングワイヤ上またはフォーミングワイヤ間に紙料の流れを噴射するヘッドボックスを備える。またフォーミングシューのフェース面の多孔質部に、近接するフォーミングワイヤにより絞り出された水を、制御された方法でフォーミングシューにより走行させて製紙機械から取り除くことができるようにするための複数の開口、例えばドリル穴、小スロット、ハニカム穿孔などを、設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、通常は紙料と呼ばれる木材パルプ繊維の含水スラリーからの紙匹成形に関するものであり、特に、フォーミングシューの多孔質面上の或る位置において、紙の成形の初期段階に走行フォーミングワイヤに対して（走行フォーミングワイヤ間に）紙料の流れを噴射することにより高速で紙を成形する方法及び装置に関する。また、本発明は特に、フォーミングワイヤを支持するフォーミングシューのフェースにおいて多孔質面に溝が形成されており、その溝が実質上フォーミングワイヤの走行方向に小角度をなして延在しているようなフォーミングシューを利用した紙匹の成形に関する。別の好適実施例では、多孔質面は複数の開口を有する。

木材パルプ繊維の含水スラリーから紙を製造する場合、長網式フォーミングパートなどのシングルフォーミングワイヤまたはいわゆるギャップフォーマなどのツインフォーミングワイヤ機械で初期の成形を行う。ここでは、フォーミングワイヤ間のヘッドボックスから噴射される紙料の流れ上で、収束する共走行経路に１対のループ状の対向フォーミングワイヤを方向づけ、フォーミングワイヤを介して紙料中の水を排出し、木材パルプ繊維をフォーミングワイヤ上または共走行フォーミングワイヤの間にランダムに配置することにより紙匹の成形を開始する。

製造する紙または板紙の種類によって、異なる種類の紙料を用いる。良質紙を製造するために異なる紙料から搾水し得る速度は、多数の要素、例えば紙製品、製造する紙製品の所望の厚さ、製紙機械の設計速度、最終紙製品のファイン、繊維、充填材の所望レベル等の関数である。

製紙機械のフォーミングパートでフォーミングシューを用いて１枚または２枚のフォーミングワイヤをガイドすることは、当分野では既知である。また、いわゆるフォーミングロールを用いることも既知である。フォーミングロールは、フォーミングワイヤを通過する水及びフォーミングワイヤの外面上を搬送される紙料からフォーミングロールに入る水を受容するために、小孔カバーから製造されることもある。

更に、フォーミングシューの前縁の下流から始まり流れ方向（即ち製紙機械上を紙匹が走行する方向）に小角度をなして延在するような溝を表面に有するようなフォーミングシューを用いることも既知である。

製紙機械のフォーミングパート内には、フォイルブレード、真空ボックス、ターニングロール、サクションロール、開曲面ロールなど既知の様々な種類の装置があり、これらは発生期の紙匹を成形する際の搾水速度、時間及び位置の最適化を模索するべく種々の構造及び順序で用いられる。製紙は、可能な限り速い単なる搾水だけでは高品質の紙製品を作り出さない点で厄介である。換言すれば、例えば６，０００ｆｔ／ｍｉｎ（２，０００ｍ／ｍｉｎ）程度の高速での高品質紙製品の生産は、搾水速度、搾水方法、搾水継続時間及びフォーミングワイヤ上またはフォーミングワイヤ間の紙料からの搾水位置の関数である。

過去において、製紙機械の速度が低かった場合、例えば３，０００〜４，０００ｆｔ／ｍｉｎ（９１４〜１２１９ｍ／ｍｉｎ）であった場合には、紙製品の所望の品質を得るために上記要素の相対適用を異なるものとすることができた。更に殆どのプロセスにおいて、より速い速度で製品を生産しつつ製品の品質を維持または向上させることが望ましい場合には、所望の品質を維持または達成するために生産速度を低下させなければならなくなるか、或いは生産速度をより速くするために所望の品質を犠牲にしなければならなくなる事態をもたらすような予期せぬ問題にしばしば直面する。

フォーミングシューの表面構造が曲面であるか平面であるかに拘らず、フォーミングシューのための既存のブレードエレメント即ちフォイルは時として、ブレードエレメントの縦方向に沿いに延在する複数のブレードエレメント間に形成された複数のスロットを有する。スロットは、フォーミングワイヤの走行方向に垂直な幅方向に配列されたブレードエレメント上において前縁を画定する。このような配列は、十分に機能する。フォーミングシュー／フォイルの前縁上において紙料の流れがフォーミングワイヤに噴射され、それによって紙料の流れの一部がフォーミングワイヤを通ってシュー／フォイルの下を通過する。各フォイル、ブレードエレメントまたはフォーミングシューは、ボトムを大気に開放するか、或いは準大気圧源に接続して、フォイルまたはフォーミングシューのフェースまたはトップ面を画定するような隣接したフォイルまたはブレードエレメント間のスロットに注水することにより脱水プロセスを向上させる。

しかしながら、より経済的に紙製品を製造するために製紙機械の速度を増すにつれて、生産された紙製品の外観及び内部構造と併せて製紙装置の運転能力に関する新たな現象が現れ始める。このような変化の大部分は、望ましいものではない。

このような現象は、例えばファイン及び充填材の望ましくない分配など様々な形態を取ることができ、第１パスの保持またはファイン材料の保持率が減少する。これらの変化及び欠点は、紙製品にとって有害であり、ヒートシール適性に影響する。

米国特許第５７１８８０５号明細書 欧州特許出願公開第００６２９８３号 米国特許第５７３０８４１号明細書 米国特許第５５８２６８８号明細書

製紙機械のフォーミングパートのフォーミングシューまたはフォイルセクションにより生じるような上記の欠点、不足及び、紙製品の生産及び品質に影響する要素は、本発明によって取り除かれたり軽減されたりしてきた。

本発明においては、多孔質面を有するフォーミングシューを用いる。好適実施例では、多孔質面はフェース面の一部において複数の平行な溝の形状をなし得る。別の好適実施例では、多孔質面は、複数の小開口の形状、例えばドリル穴、スロット、ハニカムなどの形状をなし得る。

フォーミングシューは曲り前縁ノーズ面及び溝を有し、好適実施例ではフォーミングシューは先ず、そこで滑らかに連続する始端（即ち溝のボトム面）を有するノーズの下流部に形成される。溝は、流れ方向即ちフォーミングワイヤの走行方向に小角度をなして延在する。また、フォーミングシュー上のノーズ面との最初の共通部分のポイントから溝深さが徐々に増す。

好適実施例において、各溝はフォーミングシューを貫通して延在せず、フォーミングシューのもとで大気圧に曝されない。更に好適実施例では各溝は、或る距離の間、流れ方向に小角度をなして延在し、それによって溝の始端が流れ方向において少なくとも１つの隣接する溝の終端と重畳し、それによって流れ方向に走行するフォーミングワイヤの所与のポイントがフォーミングシュー上の走行パスにおいて少なくとも２つの溝の一部を通過する。

好適実施例では更に、多孔質フォーミングシューの曲率半径は、例えば、流れ方向に約４５．７２ｃｍ（１８インチ）延在するフェース面を有するフォーミングシュー上の複合半径であり、流れ方向の最初の１０．１６ｃｍ（４インチ）長さに対する半径は最大約１５２．４ｃｍ（６０インチ）、好適には約７６．２ｃｍ〜１０１．６ｃｍ（３０〜４０インチ）であり、流れ方向下流方向の次の１０〜１２インチに対する半径は約２．５４ｍ〜５．０８ｍ（１００〜２００インチ）であり、フェース面長さの最後の２〜４インチに対する半径は約２５．４ｃｍ（１０インチ）である。しかしながら、複合半径が２つの半径を有し、シュー内に流れ方向に長さ約１７．７８ｃｍ（７インチ）のブレードを２つの別々に有し得ることは本発明の特許請求の範囲内であると考えられ且つそのように意図される。両ブレード間には、例えば約２．５４ｃｍ（１インチ）以下の小スロットを有し得る。例えばフェース面の最初の１０．１６ｃｍ（４インチ）に対しては半径を１０１．６ｃｍ（４０インチ）、全長約３８．１ｃｍ（１５インチ）のフォーミングシューにおけるフェース面の残りに対しては半径を約２．５４ｍ〜５．０８ｍ（１００〜２００インチ）とし得る。

曲率半径が、フォーミングシュー前縁即ちノーズ部から中間部即ちフォーミングシューの多孔質部を介して多孔質または非多孔質のフォーミングシュー後縁を通過して連続的にフレンチカーブ方式で変化するとも考えられる。これは、連続的に変化する複合曲線になり得る。所与の位置での瞬間半径は、紙料の流れを噴射するポイント及び多孔質部上での搾水速度が所望のように一定またはほぼ一定になるようにし得る。

更に、溝付きフォーミングシューの曲率は、実質上直線である後縁面または連続曲線を伴うノーズ部に対する単純な曲線から構成されるとも考えられる。直線後縁面構造は、おそらく単一のフォーミングワイヤにのみ用いることになる。直線面の長さは、おそらく約１７．７８ｃｍ（７インチ）を超えない長さにすることになる。例えば、フェース面に対するそのような連続曲線の半径は、長さ約２０．３２ｃｍ（８インチ）のフェース面に対して約６３．５〜１５２．４ｃｍ（２５〜６０インチ）の範囲とし得る。以上のことは、本発明の特許請求の範囲内であるように意図される。

上記の半径に関連して、フォーミングワイヤの各位置が流れ方向に走行するような実質上幅方向に延在する個々の溝を有しないことによって、フォーミングワイヤの外面上を搬送される紙料は、脱水作業中に比較的静かに溝上を通過する。これは、フォーミングワイヤが走行する比較的短時間の間に溝が実質上同一方向に同一長さ延在するためであるが、この時間は、スロットが幅方向に延在する場合にスロットが紙料の下を通過し得る時間より長い。溝の流れ方向特性は、排水の流れの方向を向け直す。これは、排出された流れがブレードに衝突する際に、紙匹へ戻される流れが少ないことを意味する。

小孔等の複数の開口によりフェース面が多孔性である場合には、個々の開口の小サイズは、小開口を含まないフェース面の面積と関係して同一の利点を提供する。逆流、紙匹の再流動化及びファイン材料の剥離を回避するべく、スロットは図１１に示すように或る角度をなしている。

多孔質面の予期された構造に拘らず、本発明は、先行技術で行われていたように、多孔質面上のフォーミングシューの曲りフェース面に紙料の流れを噴射し、フォーミングシューの前縁上には噴射しないというコンセプトを更に具現化する。

更に、フォイル、フォイルボックスまたはフォーミングシューのスロット及びそれに続くランド面積の急速な変化がもたらす先行アレンジメントにおけるフォーミングワイヤのトップでの紙料の急速なパルセーションは、本発明において緩和されている。なぜなら、水の一部を多孔質面に通過させることによって紙料の流れの噴射力を吸収し、それによってパルスの形成を減少させる多孔質面の能力に起因して、フォーミングワイヤ上の紙料の小面積即ち木材パルプ繊維の含水スラリーの小面積が、幾分長い時間の間、多孔質面を形成する複数の溝またはその他の手段に曝されるからである。このパルス吸収は、次の連続ブレードエレメントの接近してくる前縁が同時に幅方向の特定のラインを通過しないように機械の走行方向に小角度をなして延在する溝の形態か、多孔質面の開口全般にわたりフォーミングワイヤ上に存在する紙料の形態かのいずれかをとる。

この動作はまた、フォーミングシューのフェース面上を通過する紙料中のパルセーションを緩和するのみならず、幅方向の紙匹ベースの重量変化を等しくするように機能する。このことは、紙匹の成形を維持または向上させつつ、より速い製紙機械速度を可能にするのに役立つ。

従って、本発明の特色は、製紙機械のフォーミングパートにおける紙料の脱水を向上させるための方法及び装置を提供し、多孔質フォーミングシュー上のフォーミングワイヤにヘッドボックスが紙料の流れを吐出する際に、紙成形の初期段階で発生期の紙匹を成形することにある。

本発明の別の特色は、多孔質面を有するフォーミングシューを用いて紙匹を成形する方法及び装置を提供することにある。

本発明の別の特色は、流れ方向に小角度をなして延在する複数の溝を有するフォーミングシューを用いて紙料から搾水することにより紙匹を成形する方法及び装置を提供することにある。

本発明の別の特色は、複数の小開口を含む表面を有するフォーミングシューを形成する方法及び装置を提供することにある。

本発明の更に別の特色は、下流方向に実質上一定の排水を提供するような多孔質面を有するフォーミングシューを用いて紙匹を成形する方法及び装置を提供することにある。

当業者は、添付図面と併せて好適実施例を読むことにより、本発明の上記及びその他の特色及び利点について容易に識別し得ることになる。

フォーミングシューの始端からフォーミングシューの終端まで溝が延在しているような本発明の溝付きフォーミングシューの側面図である。 溝を詳細に示すような図１の線Ａ−Ａに沿ったフォーミングシューの側面図である。 図１に示すフォーミングシューの平面図であり、フォーミングシューのフェース面におけるノーズ面の始端から互いに平行に延在するような複数のスロットを示す。 フォーミングシュー上で収束する２枚の共走行ワイヤ間に紙料の流れを噴射するためのヘッドボックスと組み合わせた本発明のフォーミングシューの平面図である。 フォーミングシュー及び、図３に示すものと類似のフォーミングシュー上に紙料の流れを噴射するためのヘッドボックスを示す別の平面図である。 後シューよりも前シューのフェース面の曲率半径が小さい１対の溝付きフォーミングシューの側面図である。 流れ方向に関連して濾過コンシステンシーの割合に対して測定された溝角度を示すグラフである。 濾過コンシステンシーの割合に対して測定された溝幅を示すグラフである。 排水対して測定された出口溝深さを示すグラフである。 単一の曲率半径、フォーミングシューを貫通して延在する複数の孔を有するような曲りフェース面を有するフォーミングシューの側面図である。 流れ方向の長さに沿って曲率が小さな半径から大きな半径まで連続して変化するような曲りフェース面を有するフォーミングシューの側面図である。 長さに沿って曲率が連続して変化するような曲りフェース面を有するフォーミングシューの側面図である。 タンデムな３つのフォーミングシューが含まれるフォーミングシュー装置の側面図である。 多孔質面が複数の孔を有するような本発明のフォーミングシューの実施例の側面図である。 多孔質面が複数の孔を有するような本発明のフォーミングシューの実施例の側面図である。 多孔質面が複数の孔を有するような本発明のフォーミングシューの実施例の側面図である。 図１１Ａ〜Ｃに示すような、フェース面の孔を示すフォーミングシューの平面図である。

図１及び２を参照すると、通常符号１０で示すフォーミングシューはボディ２４を有し、ボディ２４には製紙機械のフォーミングパートの取付金具に滑り可能に係合するためのＴ型スロット１２が含まれる。フォーミングシューのトップはフェース面１４を有し、フェース面１４は複数のランド領域１６を有し、ランド領域１６は複数の平行な溝を画定する。ランド領域及び溝は、矢印２０の方向にフォーミングシューの有効幅を横断する方向に実質上平行配列に並んで延在する。

溝は、正確にではないが実質上は矢印２２の方向に、フェース面１４を横断するように、フォーミングシューのフェースに流れ方向に延在する。矢印２２はフォーミングワイヤの走行方向を表しているので、溝は矢印２２に平行に延在しないが、矢印２２に関連して小角度をなす。各溝は他の溝と実質上一致するので、１つ１つの溝について個々に示すことはしない。

製紙業界用語では、流れ方向とはフォーミングパートからリールへの方向であり、フォーミングパートでは木材パルプ繊維の含水スラリー（通常は紙料と呼ばれる）が紙匹に成形され始め、リールでは更に先のプロセスのためにスプールにドライ紙匹が巻回され、例えばプリンティング操作で用いるために均一ロールに巻回される。このように、フォーミングワイヤは矢印２２で示す方向に走行する。フォーミングワイヤには紙料が付着し、紙匹の成形プロセスが開始する。

この定義に従えば、上流とはヘッドボックス（ウエットエンド）の方向であり、下流とはリール（ドライエンド）に向かってフォーミングワイヤが走行する方向である。

同様の理由付けにより、幅方向は、流れ方向と垂直または直角をなすように延在するような、製紙機械の幅を横断する方向である。

フォーミングシューはボディ２４を有し、ボディ２４は、フォーミングシューが動作位置にある時に図２に示すように流れ方向と垂直に配置された、共延在の前縁２６及び後縁２７と共に流れ方向に延在する。

フォーミングシューボディのフェース面は、湾曲したノーズ２８を有する。フォーミングシューが動作位置にある場合、フェース面の残りの部分に関連して上流方向に下向きに湾曲するようにフェース面のノーズ位置を配置する。前縁２６に最も近いノーズの表面は、平滑で、連続していて、溝がなく、そこを通過する水を通さない。
フェース面１４のノーズ部２８は、フェース面の下流部分の半径１７より小さな半径１５を有するのが好ましい。例えば、シューの表面は複合半径を有する曲線により形成される。流れ方向に１８インチ幅で延在するフェース面を有するシュー上では、例えばノーズの最初の１０．１６ｃｍ（４インチ）は約７６．２〜１０１．６ｃｍ（３０〜４０インチ）の半径を、次のフェース面の１２インチは約２５４ｃｍ（１００インチ）の半径を、後縁２インチまたはシューの２インチは例えば半径が約３８１〜５０８ｃｍ（１５０〜２００インチ）の半径を有し得る。

多孔質後縁部において紙匹からの搾水速度を向上させると、曲率半径は中間部の曲率半径に関連して再度小さくなる。ノーズ２８が単純連続曲線であれば、ノーズ部下流のフェースの残りは、例えば約５０８ｃｍ（２００インチ）の、より大きな半径を有する曲線から構成し得る。

同様に、多孔質部フェース面の曲率は、ノーズ部２８から開始する２つ以上の半径から構成し得る。半径は例えば（図９Ａ）、最初は約７６．２〜１０１．６ｃｍ（３０〜４０インチ）、次に約２５４ｃｍ（１００インチ）まで増加し、最後は約５０８ｃｍ（２００インチ）とし得る。

シュー（図９）のノーズ及びフェース面に単純連続曲線を用いる場合、半径は例えば約２５４〜５０８ｃｍ（１００〜２００インチ）とし得る。搾水を強化するべく曲率半径をフォーミングシューのフェース面に沿って連続的に変化させることができると考えられる。

シューの全フェース幅２９（即ちシューが動作位置にある場合の流れ方向の距離）は、好適実施例では約３８．１〜４５．７２ｃｍ（１５〜１８インチ）である。これは、ノーズ部２８から後縁部３１まで延在するフェース面全般にわたり２つ以上の半径を用いる構造に対して十分な広さを提供する。フェース面は幅方向に沿って非多孔質部２８、中間多孔質部１９、後縁部３１に分割される。

図４及び図５に示すような２つのフォーミングシューをタンデム配列で用いるような好適実施例では、フォーミングシューは、各ブレードのフェース面幅が約１２．７〜２０．３２ｃｍ（５〜８インチ）、シューまたはブレードセグメント間の間隔が例えば約１．２７〜１０．１６ｃｍ（０．５〜４．０インチ）であるような１対のシューまたはブレードを有し得る。このような好適実施例では、第１（前縁）シュー／ブレードは約７６．２〜１５２．４ｃｍ（３０〜６０インチ）の範囲にある単一の曲率半径を有することになる。この半径は、複合半径である。第２（後縁）シュー／ブレードは約２５４〜５０８ｃｍ（１００〜２００インチ）の範囲にある単一の曲率半径を有することになる。

本発明において「多孔質」は、近接するフォーミングワイヤを介して紙料から排出される水を受容する溝または開口を有するようなフォーミングシューのフェース面の中間部及び後縁部を表現するために用いる語である。開口は、孔、スロット、ハニカムなどの形状をなし得る。多孔質能力を与えるのが溝であるかまたは開口であるかにより、水はオープンエンド（溝）またはフォーミングシュー（開口）を経由して排出される。

図１及び図２に示すように、各溝は前方共通部分３０を有し、前方共通部分３０は、溝の実質上直線であるボトム面３２と、ボトム面３２が下向きに湾曲した非多孔質ノーズ面と交差する位置との間の移行を円滑にする。従って、前縁２６に向いている上フェース面の下向きに湾曲したノーズ部に延在する溝の一部は、溝の下流部ほどの深さはない。しかしながら、溝の始端においてより高い真空が望ましい場合には、溝の始端が突然開始することも考えられる。これによりシュー全体を取付金具上で回転させて、シュー上の特定の位置で溝に入る水の量を制御することによって、脱水速度の制御が可能になる。また、下流方向の溝がこのように漸進的に依存することにより、溝から溢れさせることなく溝に入る追加の水を収容する。

曲りフェース面では、溝の最大深さは、流れ方向においてフォーミングシューの中心または中間にあり得る。

フォーミングシューが動作位置にある場合に幅方向に延在するフォーミングシューの作業幅のためのフェース面は、フォーミングワイヤ下のシューの縦方向長さに沿って幅方向に横向きに延在する。各溝は、上縁３７、３９で終了する２つの平行な側面３４、３６（図１Ａ）及びボトム面３２により画定されており、全ての溝が実質上流れ方向に延在するが、流れ方向に対して図２に角度βで示すような小角度（好適実施例では例えば約２°〜２０°）をなして延在する。好適実施例ではボトム面３２は（深さを増しつつ）直線であるが、曲線とすることもできると考えられる。図２に示すように、フォーミングシューの作業幅は、実質上フォーミングシューの面の全般にわたり矢印３８の右側にフォーミングシュー右側の類似のポイント（図示せず）まで延在する。

図１及び図２に更に関連して、動作位置において、前縁２６及び後縁２７が各々フォーミングシューの長さ方向に沿って幅方向に延在するように、製紙機械にフォーミングシューを取り付ける。従って、縦長さが幅方向において製紙機械の幅の方向に延在するようにフォーミングシューを取り付ける。

従って、複数の溝は同一の取決めにより実質上フォーミングシューの幅方向に沿って延在し、このフォーミングシューの幅は製紙機械の流れ方向に延在する。

図３を参照されたい。本発明のフォーミングシューを利用したツインワイヤ紙匹成形装置が示されている。この装置では、トップ及びボトムフォーミングワイヤ４０、４２が、フォーミングシュー１０上を共走行収束（co-running convergence）で走行するようにガイドされている。下方フォーミングワイヤ４０は、ノーズ２８を含むフォーミングシューのフェース面全体の上でガイドされている。トップフォーミングワイヤは、フェース面の多孔質部上で更に下流のボトムフォーミングワイヤと共に収束に向かう。

ヘッドボックス（図示せず）からのノズル４４により、フォーミングシューのフェース面の多孔質部または非多孔質部上で両フォーミングワイヤ間の収束領域４８に紙料の流れ４６を噴射する。スライス（図４）と呼ばれる開口５２を有するヘッドボックスもある。スライスは、例えばノズル４４などの紙料の流れを噴射するためのノズルに類似している。この収束は、フォーミングシューの比較的長い幅の全般にわたり、紙料から溝１８への排水を穏やかに推進及び促進する。下方フォーミングワイヤ４２上またはフォーミングワイヤ４０、４２間に紙料の流れを衝突させるポイント４９は、フォーミングシューのフェース面の多孔質部（即ち図３に示す溝）上にあるのが好ましい。しかしながら、紙料の流れの衝突点を非多孔質部上に設けることもできると考えられる。ボトムフォーミングワイヤを介して排水する速度は、開口多孔質面及び個々の溝の断面により制御する。その際、フォーミングシューの下の大気圧に開放された経路手段を用いるか、或いはそのような経路手段をシューにより準大気圧（即ち真空）にするかいずれかにより、フォーミングシューによる排水はないという事実を踏まえて制御を行う。

或いは図２に示すように、溝のオープンエンド５０を経由し、フォーミングシューの後縁２７において搾水を行う。

走行フォーミングワイヤの平面に関連したフォーミングシューの位置関係（attitude）次第では、水を排出する際に水を少量でも含んでいれば、末広の溝は真空を生じさせることができる。真空の量は、機械速度、溝深さ、溝角度などの要素による。真空は、排水の関数でもある。従って、各溝で僅かな真空を作り出すための十分な開口量を提供し且つ追加の水を受容するために、下流方向に溝深さを増す。

図４は、図３に示したものと類似であるが、２つのフォーミングシューをタンデムに用いたツインワイヤ成形装置を示す。図４には、ヘッドボックススライス開口５２及び、前フォーミングシューの多孔質部上でトップ及びボトムフォーミングワイヤを収束にガイドするためのワイヤターニングロール５４、５６も示してある。この場合、各シューのフェース面の溝により多孔質特性が与えられる。複数のフォイル６０を有する曲り脱水部５８がフォーミングシューの下流にあり、フォイル６０は、紙匹を更に緩やかに脱水するべく発生期の紙匹を間に挟んだフォーミングワイヤが走行する長い半径の曲り経路を画定するように配列されている。

最後に図４では、第１フォーミングシュー１０の下流にある第２フォーミングシュー１０ａに、上記で説明した溝以外の開口を設けることもできる。２つ以上のフォーミングシューをシューセグメント構造で用いて、２つ以上の半径を含むような複合半径を有するフォーミングパートを形成し、被選択流れ方向位置でのペーパーマット成形の望ましい度合いと一致した或る望ましい排水状態を提供し、または促進し得ることが考えられる。このような構造については図５に示す。Ｒ₅₁は約７６．２〜１０１．６ｃｍ（３０〜４０インチ）、Ｒ₅₂は約３８１〜５０８ｃｍ（１５０〜２００インチ）とし得る。

ツインワイヤの紙匹成形装置を図３及び図４に示したが、本発明は、ツインワイヤ紙匹成形装置と同時に上述の方法と同じ方法でシングルワイヤの紙匹成形装置にも適用し得ると考えられる。シングルワイヤ紙匹形成装置は、脱水プロセス中に紙料をフォーミングワイヤ上に維持するためにより水平に配置することになる。シングルワイヤ装置においては、溝シューの実施例での多孔質面が実質上平面に形成された溝の形状を取ることになる。このような装置では、紙料の流れを噴射するポイントはチップの上またはチップの前に配置することになる。

図２及び図３を参照すると、運転中は、その上部または間に紙料が噴射されるようなフォーミングワイヤが、溝のボトム面とノーズの表面間の共通部分３０における溝の始端を越えて走行する際に、下方フォーミングワイヤを介して水を搾り出す。先ず、少なくともフォーミングワイヤ４２がノーズの無孔または平滑前縁面上を瞬間的に通過し、紙料からフォーミングワイヤの隙間に水を排出する。フォーミングシューのフェース上でフォーミングワイヤがガイドされているので、フォーミングワイヤが溝のボトム面の平滑共通部分３０上を通過する際に、水は非常に穏やかにフォーミングワイヤから出て溝の最初の比較的浅い部分に入る。

好適実施例では、フォーミングワイヤが下流方向に通過する際に、フォーミングシュー上のフォーミングワイヤ４２の下面を通って徐々に排出される水をより多く受容するように、ノーズ２８の下流方向に溝１８の深さが徐々に（滑らかに）増している。水は、各溝のバックエンド３１のオープンエンド５０から排出される。

溝は、ワイヤの走行方向に対して好適実施例では約２°〜２０°、より好適には６°の小角度をなして延在するので、溝の上縁３７、３９が、これと同一の小角度でループ状フォーミングワイヤの内面を遮断し、それによってループ状フォーミングワイヤの下内面から徐々に水を溝に排出して取り除く。

更に、好適実施例では、溝深さ（より正確には出口溝深さ）は約０．１２７〜１．９０５ｃｍ（０．０５〜０．７５インチ）、好適には０．５０８ｃｍ（０．２０インチ）、溝幅は約０．１５８７〜１．９０５ｃｍ（０．０６２５〜０．７５インチ）、好適には０．６３５ｃｍ（０．２５インチ）であるが、特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなくパラメータを若干変更することができると考えられる。また、好適実施例ではシューのフェース面のランド幅が溝幅に等しいが、ランド幅と溝幅が同じである必要はない。例えば、溝幅をランド幅より大きくすることもできる。

好適実施例では、フォーミングシューの幅を横断する溝の低角及び長さに関連して、共通部分３０と呼ばれる各溝の始端がそのようになっているので、溝の共通部分３０（即ち始端）上を通過するフォーミングワイヤの下面にある位置の特定の点が、近接する溝の後縁位置３１（図２）上も通過することになる。しかしながら、機械速度、溝幅及び溝深さなどの運転パラメータによっては、ループ状フォーミングワイヤの内面にある特定の点は、近接していない溝（例えば近接する溝から一度除去された溝など）の後縁部上を通過し得る。そのような場合には、フォーミングシューのフェース面の多孔質部上を走行する際に、走行点は２つ以上の溝の上を通過することになる。

ヘッドボックスからの紙料の流れの衝突ポイント４９は、ノーズ面における溝の始端の共通部分３０を越えたところにある。フォーミングシューのノーズ部及びフェース面全体の溝の配列は、フォーミングシューへの紙料衝突と搾水プロセスとの相互作用を向上させ、形成初期段階での紙匹の形成を向上させる。

図６は、製造されたペーパーシートのトップからボトムまで測定した濾過コンシステンシーの割合に対して流れ方向からの溝の角度をプロットしたグラフである。この点については、コンシステンシー割合の差が小さければ小さいほど、シート全体にわたって良質なペーパーシートが製造される。図６に示すように、溝角度が約２°以下の場合には、シートは品質目的で合格となるよりも不均一になる傾向にある。約２°から約２０°の間の場合には、濾過コンシステンシーの割合は良質のペーパーシートに許容できる。溝角度が約６°の場合には、製造されるペーパーシート全体にわたって濾過コンシステンシーの最適割合が達成される。

図７は、製造されたペーパーシートのトップからボトムまで測定した濾過コンシステンシーの割合（左縦座標）及びカヤニー（Kajaani）フォーミング法により測定したペーパーシートのフォーメーションに対して溝幅をプロットしたグラフである。図から読み取れるように、濾過の差と製造される紙匹シートのフォーメーションの最適な組合せは、溝幅が約０．３１７５〜０．９５２５ｃｍ（０．１２５〜０．３７５インチ）の範囲内である場合に達成される。

図８は、フォーミングワイヤの下の溝への排水に対して溝深さをプロットしたグラフである。溝への排水量は多ければ多いほど良い。この図から読み取れるように、最適な溝深さは、溝深さが約０．３１７５〜１．２７ｃｍ（０．１２５〜０．５０インチ）の範囲内である場合に達成される。

図９、図９Ａ、図１０、図１１Ａ〜Ｃ及び図１２は、近接するフォーミングワイヤにより絞り出された水を、制御された方法でフォーミングシューにより走行させて製紙機械から取り除くことができるようにするための複数の開口、例えばドリル穴、小スロット、ハニカム穿孔などが、フォーミングシューのフェース面の多孔質部に存在するような本発明の別の実施例に関連する。

図９及び図９Ａを参照すると、図９Ａは、多孔質部１９がノーズ部２８から後縁部２１の端へ下流に延在しているようなフェース面１４を有するフォーミングシューを示している。後縁部は、図２及び図９Ａに関連して、要望通りに多孔質または非多孔質とすることができる。図９において、ノーズ部２８の曲率半径はＲ₉₁、中間多孔質部１９の曲率半径はＲ₉₂、後縁部２１の曲率半径はＲ₉₃で、全て同一の半径である。

図９Ａにおいて、ノーズ部２８、中間（多孔質）部１９及び後縁（非多孔質）部２１の対応する曲率半径は、異なるものであり且つ弓状面に沿って連続的に変化する。これは、Ｒ_9A1、Ｒ_9A2及びＲ_9A3が各々小から大まで変化する程度までフレンチカーブと類似している。ここでのコンセプトは、機械速度、紙料コンシステンシー、所望の紙製品など他のパラメータの関数として搾水速度の制御が可能なことである。

図９Ｂにおいて、フォーミングシューのフェース面は小半径Ｒ（３０〜４０インチ）から大半径Ｒ（１００〜２００インチ）まで常に変化し、減少Ｒ（１０インチ）に戻る。これは、Ｒ_9B1からＲ_9B2までの範囲にある複数の半径によって示される。

３つの別々のフォーミングシュー１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃがタンデムに取り付けられ、それによりシューの脱水機能が与えられているようなフォーミングシュー装置を図１０に示す。全ての実施例においてそうであるように、フォーミングワイヤ４０、４２を前フォーミングシュー上のフェース面１４の多孔質部１９と接触させ、それによって、ヘッドボックスノズル４６またはヘッドボックススライス５２から紙料の流れ４６が噴射された際に多孔質フェース面を介して水を即時に排出する。

前フォーミングシュー１０Ａのフェース面１４の曲率半径は、Ｒ₁₀₁である。矢印２２で示される流れ方向における第２フォーミングシュー１０Ｂのフェース面の曲率半径は、Ｒ₁₀₂である。同様に、第３フォーミングシュー１０Ｃの曲率半径はＲ₁₀₃である。好適実施例では、半径Ｒ₁₀₁は約７６．２〜１５２．４ｃｍ（３０〜６０インチ）、半径Ｒ₁₀₂は約３８１〜５０８ｃｍ（１５０〜２００インチ）、終端の半径Ｒ₁₀₃は約２５．４ｃｍ（１０インチ）またはそれ以下である。半径は、フレンチカーブと類似した滑らかな様式で連続的に変化し得る。図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃにおいて、フォーミングシュー上のフェース面の多孔質部を形成する開口６２を異なる角度例えばα₁、α₂、α₃で配置し、それによって、走行方向に対して前向きに角度をなし、フォーミング装置から排水するためにそこを通過する水を受容する方法を変えることができる。従ってα₁は、中心軸がフォーミングシューに入るような接平面に垂直の中心軸６４により形成された孔を表す。同様にして、α₂は中心軸からフェース面の位置における接平面への垂線までで約２２．５°とし得る。α₃は、例えば孔がフェース面に入るような接平面への垂線と中心軸の間で４５°とし得る。

図１２は、フォーミングシューの中間部及びおそらく後縁部においてドリル穴などの孔により多孔質機構（即ち開口６２）が与えられるような或る実施例の平面図における均一性を示す。フォーミングシューのフェース面の小孔領域にある隙間は、個々の小孔のサイズが小さい（即ち例えばドリル穴の直径は約０．７６ｃｍ（０．３０インチ）である）ので、比較的穏やかな方法で水を通過させることができる。これにより、搾水の制御が可能になる。

孔などの開口により多孔質機構が提供されるような実施例においては、特に好適実施例では図１０に示した３シューのフォーミング装置を参照すると、フェース面の曲率半径Ｒ₁₀₁、Ｒ₁₀₂、Ｒ₁₀₃は異なり、それによって多孔質面沿いの異なる位置で異なる排水速度を許容し、また走行パス沿いの異なる位置で望み通りに均一または実質上一定の排水速度を与えるように、排水速度に影響を与える。従って、図１０を参照すると、第３フォーミングシューＲ₁₀₃はフェース面の小さな曲率半径を有し、発生期の紙匹に対して増加した圧力を供給する。圧力はフォーミングワイヤ張力の一次関数であると同時に半径の逆関数だからである。紙匹は第３フォーミングシューに到達するまで更に脱水されるので、望み通りに実質上一定またはほぼ一定の排水速度を維持するべく、脱水機能に影響する圧力と等しいかそれより大きな圧力を維持するためのより大きな圧力が必要である。シューが複数あるフォーミング装置における異なる半径は、増加させた機械速度での紙匹形成を維持または向上しつつ排水速度を最適化及び増加させることを可能にする。

しかしながら、図１０を更に参照すると、Ｒ₁₀₁、Ｒ₁₀₂及びＲ₁₀₃の各半径は、図９Ｂに関連して示し且つ説明した方法で連続的に変化させ得ると考えられる。

好適実施例では、フォーミングシューの前縁が幅方向に流れ方向と直角をなして延在するが、溝が前縁と直角をなして延在し、溝を所望の小角度で製紙機械内に配列して、所望の緩やかな脱水作業を提供することができるように全フォーミングシューを僅かに非対称にすることにより、流れ方向／フォーミングワイヤ走行方向に関連して配列することが望ましいような小角度は影響を受け得ると考えられる。これに関連してコンセプトは、流れ方向と小角度をなして溝を配列することにより高速機械速度でより緩やかな脱水を提供することである。このことを行うに当たり、フォーミングシューの前縁に小角度をなして延在する溝を作り、次に幅方向に延在する前縁により動作位置にフォーミングシューを配置することによって行っても、または前縁に垂直に延在する溝を作り、幅方向に小角度をなして全フォーミングシューを非対称にすることによって行っても、或いはこれらの組合せによって行っても、溝の小角度を提供するこのような装置もまた本発明の特許請求の範囲内にあると考えられる。

Claims (4)

1. 製紙機械において紙料から紙匹を成形するための装置であって、
   前記紙匹の成形方向に走行させるための、内面及び外面を有する少なくとも１枚のループ状フォーミングワイヤと、
   流れ方向に下流に走行するような前記少なくとも１枚のフォーミングワイヤの前記外面上に紙料を被着させるためのヘッドボックスとを有し、それと併せて、
   フォーミングシュー手段が、前記少なくとも１枚のフォーミングワイヤ内の前記装置に取り付けられており、該フォーミングシュー手段が、前記少なくとも１枚のフォーミングワイヤに係合するための前縁及び曲りフェース面を有し、該フェース面には前記前縁の下流から開始してフェース面のノーズ部から下流位置まで下流に延在する多孔質部が含まれ、
   前記多孔質部は、近接するフォーミングワイヤにより絞り出された水を、制御された方法でフォーミングシューにより走行させて製紙機械から取り除くことができるようにするための複数の開口を有し、
   前記ヘッドボックスが、前記フォーミングシューの前記フェース面上の或る被選択衝突位置において前記紙料を前記少なくとも１枚のフォーミングワイヤに噴射するためのノズルまたはスライスを有し、それによって、前記フォーミングワイヤが前記フォーミングシュー上を下流に移動する際に、前記多孔質部が、前記少なくとも１枚のフォーミングワイヤによって、紙匹の成形を向上させるために制御された方法で前記紙料から水を除去することを特徴とする装置。
2. 前記多孔質部の前記複数の開口が、ドリル穴、スロット、及びハニカム穿孔のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記フォーミングワイヤを介した脱水速度を、前記フォーミングシューを通した経路に大気圧より低い圧力を加える手段によって制御することを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. フォーミングパートで前記紙匹を成形及び成形する方向に移送するための内面及び外面を有する少なくとも１枚のループ状フォーミングワイヤと、紙料の流れを下流の流れ方向に移送するための前記少なくとも１枚のフォーミングワイヤの外面に向けるためのヘッドボックスとを有する製紙機械において紙料から紙匹を成形するための方法であって、
   １）前記少なくとも１枚のループ状フォーミングワイヤの外面により下流に移動させるために、該少なくとも１枚のループ状フォーミングワイヤを、前縁及び後縁を有するフォーミングシューの曲りフェース面の一部に方向づける過程と、
   ２）前記ループ状フォーミングワイヤ内に配置された、前縁及び後縁を有する前記フォーミングシュー上の衝突位置において、前記紙料を前記ヘッドボックスから前記少なくとも１枚のループ状フォーミングワイヤに方向づける過程と、
   ３）前記フェース面の前記多孔質部を通じて、前記フォーミングシューの前記フェース面から水を除去する過程とを有し、
   前記多孔質部が、前記フォーミングシューを通じて水を導くために、複数の開口を有することを特徴とする方法。

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