JP4593044B2 - 加圧ウォータジェットを使用してシート材料を処理するためのデバイス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結合力を付与したりおよび／または外観性を改良したりする目的でとりわけ不織布構造を処理するために使用される針のようにして構造に対して作用する加圧ウォータジェットを使用してシート材料を処理するためのデバイスに対してなされた改良に関するものである。
【０００２】
例えば米国特許明細書第３，２１４，８１９号および米国特許明細書第３，４８５，７０６号から明らかなように、数十年にわたって使用されているこのような技術においては、シート構造に対して、１つまたは複数の連続したインジェクタレールからのウォータジェットを作用させる。この場合、ウェブは、多孔質または穴開きのコンベヤベルトによって、あるいは、回転ロールによって、支持されている。ベルトやロールには、真空吸引源が接続されており、水を回収することができるようになっている。
【０００３】
このような装置における不可欠的な部材の１つは、ウォータジェットまたはウォータニードルを形成するためのシステムである。このシステムは、通常、『インジェクタ』と称される。
【０００４】
本発明は、より詳細には、新規なタイプのインジェクタに関するものである。
【０００５】
【従来の技術】
現在使用されているインジェクタは、米国特許明細書第３，４８５，７０６号における第４２図およびこれに関連する説明に従って、製造することができる。より詳細な実施態様は、例えば米国特許明細書第３，６１３，９９９号や欧州特許出願公開明細書第４００ ２４９号（米国特許明細書第５，０５４，３４９号）に開示されている。後者の文献は、非常に高圧でもって（１００ｂａｒ以上）水を放出し得るだけでなく微小ジェットを挿通させる穴開きプレートを容易に着脱できるような構造を有したタイプのインジェクタが開示されている。
【０００６】
添付の図１に示すように、そのようなインジェクタは、全体的に連続したインジェクタレールの形態とされていて、例えば不織布とされた処理対象をなすシート材料（Ｆ）の移動方向に対して横向きに延在している。インジェクタレールの長さは、シート材料の幅に適合したものとされている。このインジェクタレールは、単一の個別モジュールから形成することも、あるいは、互いに並置された複数のモジュールから形成することも、できる。
【０００７】
このようなインジェクタレールは、水圧に基づくすべての変形に耐え得るようなメインボディ（１）と、このメインボディ（１）の上部に設けられたチャンバ（２）と、を備えている。チャンバ（２）は、円筒形状とされていて、ポンプ（図示せず）からパイプ（３）を介して加圧水が供給されるようになっている。
【０００８】
チャンバ（２）内には、カートリッジ（４）が配置されている。カートリッジ（４）は、例えば、フィルタとしてだけでなく分散体としても機能するフィルタ布が内張りされた穴開きシリンダとして構成されている。
【０００９】
チャンバ（２）内に供給された加圧水は、その後、インジェクタの幅全体にわたって規則的ピッチでもって互いに離間された複数の円筒形穴（５）を通って流通する。穴（５）の直径は、一般的には、４ｍｍ〜１０ｍｍであり、互いに隣接している２つの穴間に位置する壁の厚さは、３〜５ｍｍである。
【００１０】
出口端を場合によっては先細り形状とすることができるこのようなシリンダ穴（５）は、下部チャンバ（６）内へと連通している。下部チャンバの底部には、微***付きのプレート（７）が配置されている。微***の直径は、５０〜５００μｍとすることができ、好ましくは１００〜２００μｍとすることができる。この微***により、例えば不織布ウェブといったような被処理材料（Ｆ）の表面に対して直接的に作用するウォータジェットまたはウォータニードル（８）を形成することができる。
【００１１】
穴開きプレート（７）は、例えば欧州特許出願公開明細書第４００ ２４９号の開示によれば、長さ方向ジョー（９）を介して、インジェクタのメインボディに対して保持されている。この長さ方向ジョーは、液圧シリンダの作用を受け、これにより、インジェクタに沿って配置されたクロスバーとプルロッドとからなるシステムによって、クランプ作用を受ける。
【００１２】
シール部材（図示せず）が、穴開きプレート（７）とメインボディ（１）の底面との間に、配置される。
【００１３】
ウォータニードルを形成するという目的のために、穴開きプレートに対して加圧水を印加して分散させるというこのようなシステムにおいては、また、そのために下部チャンバ（６）に対して連通する穴（５）を使用するというシステムにおいては、インジェクタの長さ全体にわたって正確に分散させることができ、各オリフィスを通って同量の水が噴射される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、そのような手段であると、特に不織布ウェブの処理に使用する場合において、インジェクタ内の水圧が５０ｂａｒを超えた時には、被処理製品に欠陥が発生することが、既にわかっている。
【００１５】
図２は、そのような欠陥の発生理由を概略的に示している。
【００１６】
図２は、製造速度を増大させることが要望された場合におよび／または重い製品を取り扱う場合に、円筒形穴（２）内における供給水圧が増大したときには、下部チャンバ内の、互いに隣接した２つの穴（５）を離間させている壁の直下に位置した領域（１０）のところに、乱流領域が形成される。このような乱流は、ウォータジェットへと伝達され、これは、その場所におけるエネルギーの急激な実質的な低減をもたらす。よって、ジェット（Ｊ１）は、乱流領域の直下において拡散するようになる。一方、穴（５）の下方においては、ジェット（Ｊ２）からの流通は、一方向性のままであり、安定的で乱流形成がない。
【００１７】
不織布ウェブの処理時には、流れにおけるそのような不均衡が、ファイバどうしの結合の有効性に直接的な影響をもたらし、製品内におけるファイバどうしの絡み合いを不均一なものとする。特に密度に関して不均一さをもたらす。
【００１８】
したがって、図１に概略的に示すように、低密度バンド（Ｂ）が、最終製品において発生する。これら低密度バンドは、非常に不規則な表面性をもたらすものであり、低密度バンドの発生位置は、穴どうしの間に位置した乱流領域と正確に一致する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
そのようなタイプのインジェクタに対する改良が案出され、それが本発明の主題を形成している。そのような改良は、上記課題を解決することができるとともに、４００ｂａｒあるいはそれ以上といったような高圧での加圧水の供給を可能とし、さらに、加圧水供給チャンバと処理ジェットすなわち処理ニードルを形成するための穴付きプレートとの間において安定であってかつ乱流のない加圧水流を得ることができ、これにより、ジェットどうしを完全に同一なものとして、すべてのジェットが被処理製品に対して同じ作用をもたらすことができる。
【００２０】
したがって、概して言えば、ウォータジェットまたはウォータニードルを使用してシート材料（不織布、織物複合体、フィルム、紙、等）を処理し得る本発明によるインジェクタは、
−加圧水を供給するためのボディであるとともに、このボディの長さ全体にわたって延在する供給チャンバを備えており、この供給チャンバ内に加圧水がフィルタを通して供給されるようになっている、ボディと；
−処理水の除去を可能とする吸引力が付与されている搬送部材（ドラムまたはコンベヤベルト）によって搬送されてくる処理対象をなすシート材料の表面に向けて放射されるウォータニードルを形成する複数の微***が形成されているプレートに向けて、加圧水を処理幅全体にわたって分散させるための分散領域と；
を具備してなり、
加圧水が、供給チャンバから穴付きプレートへと、チャネルを通って導かれ、チャネルが、供給チャンバの周縁部から穴付きプレートの表面にまで、インジェクタの長さ全体にわたって矩形横断面でもって延在しており、チャネルを形成している両側壁の離間距離と高さとに基づいて、一方向性の安定したかつ乱流のない水流が得られるようになっていることを特徴としている。
【００２１】
加圧水のそのような層流を得るためには、チャネルを形成している両側壁の離間距離は、有利には、１ｍｍ〜１０ｍｍとされ、両側壁の高さは、５ｍｍ〜１００ｍｍとされる。このような構成に基づき、微***によって形成される各ジェットは、処理幅全体にわたって、それぞれ同一の出力エネルギーを有している。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明および本発明により得られる利点は、添付図面を参照しつつ、本発明を制限することのない例示としての以下の説明により、より明瞭に理解されるであろう。
【００２３】
図３においては、図１を参照して従来技術に関して上述したものと共通の部材については、同じ参照符号が付されている。図３において、本発明によるインジェクタ（請求項でいうところの『デバイス』）は、従来技術によるインジェクタと同様に、メインボディ（１）を備えている。このメインボディ（１）は、スチール製であり、長さが３５００ｍｍ、全体幅が２００ｍｍ、高さが２００ｍｍとされている。
【００２４】
このメインボディの上部には、直径が７０ｍｍとされた円筒形チャンバ（２）が設けられている。このチャンバ（２）には、パイプ（３）を介して加圧水が供給されるようになっている。
【００２５】
図３に示すように、加圧水は、側部から流入するものとして例示されている。しかしながら、加圧水は、メインボディの上面側からまたは背面側から流入させることもできる。
【００２６】
チャンバ（２）内には、カートリッジ（４）が配置されている。カートリッジ（４）は、フィルタ布が内張りされた穴開きシリンダとして構成されている。
【００２７】
メインボディの底面（２０）には、例えば長さ方向ジョー（９）を介して、微***付きのプレート（７）が固定されている。この例においては、微***付きのプレート（７）は、厚さが１ｍｍでありかつ幅が２５ｍであるようなスチールストリップから形成されており、少なくとも１列をなす複数のオリフィスを有している。オリフィスの直径は、好ましくは１００〜２００μｍとされ、オリフィスどうしは、０．６〜１．２ｍｍという間隔を隔てて互いに離間されている。
【００２８】
当然のことながら、例えばシール部材（２３）といたようなシール手段が、メインボディ（１）の底面（２０）と穴開きプレート（７）との間に、配置される。
【００２９】
本発明においては、ウォータジェットを形成するためにプレート（７）に対して印加される加圧水は、チャンバ（２）の周縁に延在するチャネル（２２）を通って、微***付きプレート（７）の表面へと到達する。このスリットチャネルは、１ｍｍ〜１０ｍｍという離間距離でもって互いに離間されているとともに高さが５ｍｍ〜１００ｍｍとされている互いに平行な２つの対向壁（２１）によって、形成されている。このスリットチャネルは、側方においては閉塞されている。
【００３０】
この新規な構成に基づいて、図４に示すように、加圧水が層流を形成する。そして、図４から明らかなように、乱流が形成されることが一切なく、プレート（７）のオリフィスによって形成されたウォータジェット（８）は、すべてが全く同じエネルギーを有している。
【００３１】
本発明に基づく利点を示すために、本出願人が販売している“Jetlace 2000”というタイプの装置において比較試験を行った。この装置に対して、第１シリーズの試験においては、図１に示すような従来技術によるインジェクタが設置され、第２シリーズの試験においては、本発明によるインジェクタが設置された。各試験は、同じ加圧水条件で行われた。
【００３２】
これら比較試験においては、図１に示すような従来技術によるインジェクタは、以下の特性のものとされた。
上部チャンバ（４）の直径： ５０ｍｍ
ダクト（５）の直径： ６ｍｍ
ダクト（５）間の離間距離： １０ｍｍ
ダクト（５）の高さ： ３５ｍｍ
下部チャンバ（６）の高さ： １０ｍｍ
また、微***付きプレートにおいてただ１列に形成された各微***の直径は、１２０μｍとされ、微***どうしの離間距離は、０．６ｍｍとされた。
【００３３】
第２シリーズの試験は、同じ装置において、インジェクタについては本発明によるインジェクタを使用して、行われた。ここで、上部チャンバは、従来型インジェクタと同じ直径とされた。また、取水チャンバ（４）から微***付きプレート（７）までにわたって延在するスリットチャネル（２２）の高さは、３６ｍｍとされ、このスリットチャネルを形成している互いに平行な対向壁どうしの離間距離は、３ｍｍとされた。
【００３４】
微***付きプレートについては、同様に、オリフィスの直径は、１２０μｍとされ、オリフィスどうしの離間距離は、０．６ｍｍとされた。
【００３５】
これら比較試験においては、幅が３８ｍｍでありかつ密度が２５０ｇ／ｍ² である不織布ウェブであって、太さ１．７ｄｔｅｘのポリエステルファイバをベースとした不織布ウェブが、処理された。
【００３６】
このウェブは、ウェブの両面に対して順次的に作用する２つのインジェクタからの作用を受けるものとされた。
【００３７】
各タイプのインジェクタの上部チャンバ内に加圧水を供給し、その際、供給圧力を次第に増加させた。
【００３８】
処理ジェットの直下にわたって不織布を同じ走行速度で走行させた場合、約５０ｂａｒの圧力までに関しては、各タイプのインジェクタを使用して得られたそれぞれの製品は、良好な一様性と同等の機械的特性とを示した。
【００３９】
しかしながら、水圧が５０ｂａｒを超えたときには、図１に示すような従来型インジェクタを使用したものについては、製品上に結合欠陥が発生した。この欠陥は、水圧が増大するにつれて増大し、図１に示すような不規則平行バンドの形成に至った。
【００４０】
これに対し、本発明によるインジェクタは、完全な結合が形成されたウェブの製造を可能とした。最大４００ｂａｒという水圧においても、視認可能な欠陥は、一切認められなかった。
【００４１】
したがって、本発明によるデバイスによれば、製品の特性を劣化させることなく製造速度を増大させることができ、また、より厚手のウェブを処理することができ、さらに、従来型インジェクタを適用できなかった様々なタイプの複合体を処理することさえできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術によるインジェクタの構造を、鉛直方向対称面における断面について概略的に示す断面図である。
【図２】 インジェクタのボディ内に供給される水圧が増大した時の乱流の発生と不規則ジェットの形成とを概略的に示す図である、
【図３】 本発明に基づいて構成されたインジェクタの全体構造を従来技術によるインジェクタの構造を、鉛直方向対称面における断面も含めて概略的に示す斜視図である。
【図４】 本発明に基づいて構成されたインジェクタの内部における加圧水の流れを概略的に示す図である。
【符号の説明】
１ メインボディ（ボディ）
２ チャンバ（供給チャンバ）
４ カートリッジ（フィルタ）
７ 微***付きプレート
８ ウォータジェット（ウォータニードル）
２１ 対向壁（側壁）
２２ チャネル、スリットチャネル

Claims (2)

1. ウォータジェットまたはウォータニードルを使用してシート材料を処理するためのデバイスであって、
   −加圧水を供給するためのボディ（１）であるとともに、このボディの長さ全体にわたって延在する供給チャンバ（２）を備えており、この供給チャンバ内に前記加圧水がフィルタ（４）を通して供給されるようになっている、ボディ（１）と；
   −処理水の除去を可能とする吸引力が付与されている搬送部材によって搬送されてくる処理対象をなす前記シート材料（Ｓ）の表面に向けて放射されるウォータニードル（８）を形成する複数の微***が形成されているプレートに向けて、前記加圧水を処理幅全体にわたって分散させるための分散領域と；
   を具備してなり、
   前記加圧水が、前記供給チャンバ（２）から前記穴付きプレート（７）へと、チャネル（２２）を通って導かれ、
   前記チャネル（２２）が、このチャネルを形成している両側壁（２１）の離間距離とこのチャネルの高さとを比較したときに、前記高さの方が前記離間距離よりも大きなものとされているという形状のスリットチャネルとされ、
   このスリットチャネルの形状に基づいて、一方向性の安定したかつ乱流のない水流が得られるようになっていることを特徴とするデバイス。
2. 請求項１記載のデバイスにおいて、
   前記チャネル（２２）を形成している前記両側壁（２１）の離間距離が１ｍｍ〜１０ｍｍとされ、高さが５ｍｍ〜１００ｍｍとされていることを特徴とするデバイス。

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