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技術 リグノセルロースを含有している材料を繊維にするためのリファイナ用の精整面

出願人 メトソペーパインコーポレイテッド
発明者 フータネン,ユハ・ペッカカルビネン,レイヨ
出願日 2003年7月1日 (18年7ヶ月経過) 出願番号 2004-518812
公開日 2005年10月20日 (16年4ヶ月経過) 公開番号 2005-531403
状態 特許登録済
技術分野 破砕・粉砕(1) 紙(4)
主要キーワード 対向圧力 圧力状況 流体フィルム 出口チャンネル クリヤラ ディスクリファイナ 表面要素 ディスク型リファイナ
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2005年10月20日)のものです。
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図面 (17)

課題・解決手段

本発明は、リグノセルロースを含有している材料を繊維にするためのリファイナ用の精整面に関し、そのリファイナは2つの同軸回転精整面を有している。繊維にされている材料は両方とも溝およびバーを有する精整面の間に供給される。本発明によれば、前記精整面の前記バーの少なくとも幾つかはそれらの外面上に、前記精整面が相対的に回転するとき、互いから離れて前記精整面を押す力がそれらの間に発生されるように他方の精整面のバーの到来方向から出発してより低くなる斜面を有している。

概要

背景

木材等のごとき、リグノセルロースを含有している材料は種々の繊維パルプを製造するためにディスク型および円錐型リファイナ内で繊維にされる。ディスク型リファイナおよび円錐型リファイナはそれらの両方に精整面を有する2つのリファイナディスクを有している。ディスク型リファイナは円盤状のリファイナディスクを有しそして円錐型リファイナは円錐状のリファイナディスクを有している。リファイナディスクはそれらの同軸回転精整面により互いに対して取り付けられている。リファイナディスクの一方はその場合に固定のリファイナディスク、すなわち固定子に関連して回転するか、または両方のディスクが相対的に反対方向に回転する。リファイナディスクの精整面は、代表的には、溝および突起、または、以下でバーと呼ばれる、それらの間のブレードバーを有している。これらの溝およびバーの形状はそれ自体多数の異なる方法に変化することができる。したがって、精整面は、例えば、リファイナディスクの半径方向において、それらの各々に異なる形状の溝およびバーを有する2つまたはそれ以上の円形部分に分割され得る。同様に、各円上のバーおよび溝の数および密度、およびそれらの形状および傾斜は互いに異なってもよい。したがって、バーは精整面の半径全体に沿って連続してもよくまたは半径方向において幾つかの連続するバーであってもよい。

リファイナディスクは精整面間の距離が、リファイナディスクの中心におけるより長く、そして精整面間のギャップ、すなわち、精整領域リファイナ内で処理および繊維にすることが所望のごとくなされるように外方に向かって狭いように形成される。繊維にされるべき材料が常に顕著な量の水分を含有するため、多くの方法でディスク型リファイナの作動および性質に影響を及ぼす、大量の蒸気が繊維にする間中発生される。

リファイナの作動を制御するために、精整面を互いから適宜な距離に動かし得ることが必要である。このために、ローダが、一方のリファイナディスクを第2のリファイナディスクに向かって押すかまたは一方のリファイナディスクをリファイナ内の内部圧力状態に依存して第2のリファイナディスクから引き離すように一方のリファイナディスクに作用するように代表的には接続される。リファイナの精整面間の圧力によって発生される力は通常のリファイナにおいて例えば瞬時の蒸気圧、精整面のジオメトリによって影響を及ぼされる精整材料の流れ、精整室の対向圧力および他の多数の要因に依存して負または正である。かくして、幾つかの用途において精整面間のギャップが十分に小さいとき、精整面が互いに接触しかつ過剰な磨耗および多分同様により大きな損傷を生じる危険がある。低い負荷力が使用されかつディスク間圧力状況が正から負へ変化する、特別な状況において、この危険は十分に高い。

概要

本発明は、リグノセルロースを含有している材料を繊維にするためのリファイナ用の精整面に関し、そのリファイナは2つの同軸回転精整面を有している。繊維にされている材料は両方とも溝およびバーを有する精整面の間に供給される。本発明によれば、前記精整面の前記バーの少なくとも幾つかはそれらの外面上に、前記精整面が相対的に回転するとき、互いから離れて前記精整面を押す力がそれらの間に発生されるように他方の精整面のバーの到来方向から出発してより低くなる斜面を有している。

目的

本発明の目的は、この危険がそれによって実質上回避されるリファイナ用の精整面を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

リファイナが、繊維にされている材料がそれらの間に供給されかつ両方ともそれに溝およびバーを有する2つの同軸回転精整面を有し、そして前記精整面の前記バーの少なくとも幾つかはそれらの外面上に、前記精整面が相対的に回転するとき、互いから離れて前記精整面を押す力がそれらの間に発生されるように他方の精整面のバーの到来方向から出発してより低くなる斜面を有する、リグノセルロースを含有している材料を繊維にするためのリファイナ用の精整面において、前記斜面は前記バーの全体幅より狭いことを特徴とするリファイナ用の精整面。

請求項2

前記斜面は前記バーの幾つかにのみであることを特徴とする請求項1に記載の精整面。

請求項3

前記斜面は、前記精整面のバー間の最小クリヤランス(H2)が予め定義され、最大クリヤランス(H1)と最小クリヤランス(H2)との間の比がH1/H2=2.2±50%であるように設計されることを特徴とする請求項1または2に記載の精整面。

請求項4

前記比はH1/H2=2.2±20%であることを特徴とする請求項3に記載の精整面。

請求項5

前記比はH1/H2=2.2であることを特徴とする請求項3に記載の精整面。

請求項6

前記斜面は前記バーの全体の長さより短いことを特徴とする先行する請求項のいずれか1項に記載の精整面。

請求項7

異なる傾斜を有する幾つかの斜面を有することを特徴とする先行する請求項のいずれか1項に記載の精整面。

請求項8

前記斜面は軸方向に連続して形成されることを特徴とする請求項7に記載の精整面。

請求項9

異なる傾斜を有する前記斜面は前記精整面の周部方向に交互に形成されることを特徴とする請求項7に記載の精整面。

請求項10

前記斜面の少なくとも幾つかの傾斜は前記バーの長手方向に変化することを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の精整面。

技術分野

0001

本発明は、リファイナが、繊維にされている材料がそれらの間に供給されかつ両方ともそれに溝およびバーを有する2つの同軸回転精整面を有する、リグノセルロースを含有している材料を繊維にするためのリファイナ用の精整面に関する。

背景技術

0002

木材等のごとき、リグノセルロースを含有している材料は種々の繊維パルプを製造するためにディスク型および円錐型リファイナ内で繊維にされる。ディスク型リファイナおよび円錐型リファイナはそれらの両方に精整面を有する2つのリファイナディスクを有している。ディスク型リファイナは円盤状のリファイナディスクを有しそして円錐型リファイナは円錐状のリファイナディスクを有している。リファイナディスクはそれらの同軸回転精整面により互いに対して取り付けられている。リファイナディスクの一方はその場合に固定のリファイナディスク、すなわち固定子に関連して回転するか、または両方のディスクが相対的に反対方向に回転する。リファイナディスクの精整面は、代表的には、溝および突起、または、以下でバーと呼ばれる、それらの間のブレードバーを有している。これらの溝およびバーの形状はそれ自体多数の異なる方法に変化することができる。したがって、精整面は、例えば、リファイナディスクの半径方向において、それらの各々に異なる形状の溝およびバーを有する2つまたはそれ以上の円形部分に分割され得る。同様に、各円上のバーおよび溝の数および密度、およびそれらの形状および傾斜は互いに異なってもよい。したがって、バーは精整面の半径全体に沿って連続してもよくまたは半径方向において幾つかの連続するバーであってもよい。

0003

リファイナディスクは精整面間の距離が、リファイナディスクの中心におけるより長く、そして精整面間のギャップ、すなわち、精整領域がリファイナ内で処理および繊維にすることが所望のごとくなされるように外方に向かって狭いように形成される。繊維にされるべき材料が常に顕著な量の水分を含有するため、多くの方法でディスク型リファイナの作動および性質に影響を及ぼす、大量の蒸気が繊維にする間中発生される。

0004

リファイナの作動を制御するために、精整面を互いから適宜な距離に動かし得ることが必要である。このために、ローダが、一方のリファイナディスクを第2のリファイナディスクに向かって押すかまたは一方のリファイナディスクをリファイナ内の内部圧力状態に依存して第2のリファイナディスクから引き離すように一方のリファイナディスクに作用するように代表的には接続される。リファイナの精整面間の圧力によって発生される力は通常のリファイナにおいて例えば瞬時の蒸気圧、精整面のジオメトリによって影響を及ぼされる精整材料の流れ、精整室の対向圧力および他の多数の要因に依存して負または正である。かくして、幾つかの用途において精整面間のギャップが十分に小さいとき、精整面が互いに接触しかつ過剰な磨耗および多分同様により大きな損傷を生じる危険がある。低い負荷力が使用されかつディスク間圧力状況が正から負へ変化する、特別な状況において、この危険は十分に高い。

0005

本発明の目的は、この危険がそれによって実質上回避されるリファイナ用の精整面を提供することにある。本発明の精整面は、この精整面のバーの少なくとも幾つかがそれらの外面上に、前記精整面が相対的に回転するとき、互いから離れて前記精整面を押す力がそれらの間に常に発生されるように第2の精整面のバーの到来方向から出発してより低くなる斜面を有することを特徴とする。

0006

本発明の必須の概念は、精整面のバーの少なくとも幾つかにおいて、バーの外面が、斜面が第2の精整面のバーの到来方向にあるように斜面付けされることである。これは、精整面間に常に正の力がありかつそのため精整面は別個支持力なしに互いに向かって動くことができない状況を発生する。

0007

本発明は添付図面において詳細に説明される。

発明を実施するための最良の形態

0008

図1は通常のディスク型リファイナの概略断面側面図である。ディスク型リファイナは2つの同軸的に取り付けられた精整面(リファイニングサーフェイス)1および2を有している。この実施の形態において、一方の精整面1は軸4によって回転させられる回転リファイナディスク3上にある。この場合に、他方の精整面2は固定のリファイナディスク5、すなわち、固定子上にある。リファイナディスク3および5の精整面1および2はそれらに直接形成されるかまたはそれ自体公知の方法において別個の精整部分から形成される。さらに、図1は、それらの間のギャップを調整するようにリファイナディスク5に向かって押されることができるように軸4を介してリファイナディスク3に作用するように接続されるローダ6を示している。リファイナディスク3は図に示されないモータを使用することによってそれ自体公知の方法において軸4によって回転させられる。

0009

リグノセルロースを含有しかつ繊維にされている材料は、精整面1および2間のギャップへ、すなわち、繊維にされかつ材料中の水分が蒸発されながら破砕される精整領域へ一方の精整面1の中間の開口7を通して供給される。繊維にされる繊維パルプ材料は、リファイナディスク間にそれらの間のギャップの外縁、すなわち、精整領域から室8へ出てかつ出口チャンネル9を通って室8を出る。

0010

図2は通常の円錐型リファイナの概略断面側面図である。円錐型リファイナは中心軸に関連して円錐精整領域を形成する2つの精整面(リファイニングサーフェイス)1および2を有している。この実施の形態において、第2の精整面1は軸4によって回転させられる回転精整円錐3内にある。この場合に、他方の精整面2は固定精整円錐5、すなわち、固定子内にある。精整円錐3および5の精整面1および2はそれらに直接形成されるかまたはそれ自体公知の方法において別個の精整部分から形成されることができる。さらに、図2は、それらの間のギャップを調整するように精整円錐5に向かって押されることができるように軸4を介して精整円錐3に作用するように接続されるローダ6を示している。精整円錐3は図において示されないモータを使用することによりそれ自体公知の方法において軸4によって回転させられる。

0011

リグノセルロースを含有しかつ繊維にされている材料は、精整面1および2間のギャップへ、すなわち、繊維にされかつ材料中の水分が蒸発されながら破砕される精整領域へ一方の精整面2の中間の開口7を通して供給される。繊維にされる繊維パルプ材料は、リファイナ円錐間にそれらの間のギャップの外縁、すなわち、精整領域から室8へ出てかつ出口チャンネル9を通って室8を出る。

0012

図3は軸の方向から見られたディスクリファイナの代表的な精整面の概略断面図である。精整面はリファイナの周部方向において同一位置で交互に溝10およびバーを有している。例として、精整面はここでは形状において異なる溝およびバーを有する2つの半径方向に連続する円に分割される。したがって、外方円のバーは、精整面の外方縁部上の材料がリファイナの外方に向かってポンピングされる方法にあるように図3の矢印Aによって示される回転方向において少なくとも部分的に屈曲されることができる。リファイナディスクに直接形成されるかまたはそれ自体公知の方法において種々の表面要素から形成される、この型の精整面は幾つかの形状において存在しかつ本発明によって応用され得る。

0013

図4aないし4cは対向する精整面1および2およびそれらの溝10およびバー11の断面を示しているリファイナ周辺の方向の概略断面図である。例として、右方の精整面2は固定され、すなわち、固定子、そして左方の精整面1は回転する、すなわち、固定子に関連して図4aないし4cの矢印Aで示される方向に動く。両方の精整面は可動にするかまたはそれ自体公知の方法において同軸的に回転することができる。精整面は代表的には垂直でありかつ水平軸のまわりに回転するが、本発明は、また、精整面が水平である解決に適用され得る。

0014

図4aは回転する精整面上に溝10が、そしてそれらの間にバー11がある場合を示している。バー11は、横輪郭において種々の形状を、しかし走行方向において繊維が切断されるときカッタとして或る程度作用する斜面(ベベル)12があるように、有することができる。第2の精整面は溝20およびそれらの間にバー21を有している。溝10および20は多数の形状を有することができる。第2の精整面2上のバーの少なくとも幾つかにおいて、外方面22は、集中している、すなわち、第1の精整面のバー11の到来方向からバー21の背部端に向かって低くなる斜面23を有している。第2の精整面2のバー21の外方面22の部分は、精整面のバー間の材料が擦り減らされかつそれらの間でより小さく破砕されるように均一にすることができる。相対的に回転している精整面の運動は繊維にされている材料を作りそしてディスク型リファイナ内の蒸気およびガスは斜面23においてバー11および21の外方面間で押圧し、それは互いに離れて精整面を押す上昇力を生じる。バーの半径方向において斜面23の形状、サイズおよび位置を適宜に計画しかつ設計することによって、精整面1および2を互いから離れて押す力がそれらに常に作用する状況が発生する。この結果として、精整面は互いに決して接触せず、しかも互いから引き離そうとし、そしてそれらの間の距離は、外側からともに精整面を押す支持装置の支持力を単に調整することによって容易にかつ信頼し得るように調整されることができる。

0015

図4b可動回転子1、すなわち、軸のまわりに回転している回転子のバー11が斜面13を有する、実施の形態を示している。これらの作動は図4aにおける作動にそれ自体対応している。

0016

図4cは両方の精整面1および2のバー11および21が対応する斜面13および23を有する実施の形態を示している。この方法で、精整面を互いから離して押している力は斜面が1つのみの精整面のバー上にあるときより強くなされる。

0017

図5は本発明の寸法付けのより詳細な概略図である。簡単化のために、両側の1つの精整面のみを示している。図は両方の精整面のバーの端面間の最小距離H1および最小距離、すなわちクリヤランスH2を示している。

0018

幾つかの要因が精整面を互いから話して押している力の大きさに影響を及ぼす。これらはバーの傾斜での精整面の相互の速度、リファイナ内の材料および水蒸気の量、および斜面の寸法、傾斜および形状を含んでいる。

0019

上記を基礎にして、確立され得るのは、一定の環境において、斜面によって得られる最大の力が流体力学から知られる式によって定義されることができるということであり、例えば、これは、1994年、ニューヨークマグロヒル社のメカニカルエンジニアリングのマグローヒルシリーズの「流体フィルム潤滑の基礎」でビー・ジェイ・ハムロックによって、以下のように開示されている。




ここで、kc=H1 / H2(バーの端面の入力および出力クリヤランス間の比)、
Vb=精整面間の速度、および
lb=斜面の長さ

0020

最大の力は変数kcに関連して関数FTの最大点を計算することによって得られる。最大の力は2.2のkc値により得られる。

0021

図6aないし6cは、精整面間の距離が変化するとき、精整面間に作用している力が必然的のように対応して変化しなければならないことを考慮することができる、本発明の好適な実施の形態を示している。この実施の形態は、例として、リファイナディスク全体に沿って半径方向のバーまたはバーまたはその1部分のみを形成するバーにすることができる一方のリファイナディスクのバー22を示している。この実施の形態は、傾斜において異なっている3つの斜面を有し、そして斜面の各々の作動が精整面間の特定の距離で最も好都合である、解決に使用する。この方法で、精整面間の距離が変化するとき、必要な押圧力を達成するように当該距離で最良に作動する斜面を利用することができる。図6aはリファイナディスクの表面から見た実施の形態を示しており、図6bは矢印Bの方向から見たようなバー22の頂面を示し、そして図6cは矢印Cの方向から、すなわち、バーの端部から見られたようなバー22を示している。これらは斜面がバー22に沿って異なる点でどのように異なるかを示している。1またはそれ以上の斜面でもよい。この解決においては、3つの斜面がある。

0022

図7aないし7cは本発明の第2の好適な実施の形態を示している。この実施の形態は対応する方向から図6aないし6cにおけると同様な解決を示している。しかしながら、この実施の形態は、同一の傾斜を有する連続する斜面の組み合わせでなく、しかも斜面の傾斜は、斜面23の傾斜のサイズがバー22の一端から他端に変化するようにバー22の一端から他端に最も好ましくは連続して変化することによって上に示した代替例から異なっている。製造するためには、もちろん、一端で最大の傾斜をかつ他端で最低の傾斜を有するのが好都合である。同様に、図7bはバー22の横方向における斜面の幅が必ずしも一定でなく、しかも変化し得るかまたは作動状態に依存して異なる方法において設計されることができることをとくに示している。

0023

図8aないし8cは本発明の第3の好適な実施の形態を示している。この実施の形態は対応する方向から図6aないし6cにおけると同様な解決を示している。しかしながら、この実施の形態は、同一の傾斜を有する連続する斜面の組み合わせでなく、しかも斜面の傾斜は、バー22がこのバー22の長手方向に少なくとも2つの平行な斜面1bおよび1b’を有し、そして斜面がバー22の矢印Cから、すなわち、バー22の端部から見られるように異なる角度にあることによって上に示した代替例から異なっている。

0024

図8cに示した解決は、例えば、バー22の幅全体1+1b+1b’が6.5mmであり、そのさい斜面1bの幅が3mmで斜面1b’の幅が3mmであるような方法において形成されることができる。ブレード面のクリヤランス、すなわち、出口クリヤランスH2が例として0.1mmであるとき、本発明による好適な入口クリヤランスH1’は0.22mmであり、それは同時に、次いで、最も好ましい入口クリヤランスH1’の値として0.484mmを発生する第2の斜面の出口クリヤランスH2’である。入口および出口クリヤランスは上述した入口および出口クリヤランス比の式を使用して計算される。この解決に適用されるような式H1=kc×H2およびH1’=kc×H2’が計算に使用された。クリヤランス値は精整面を互いから離して押す考え得る最大の力FTmaxを発生する入口および出口クリヤランス比kc値2.2により計算される。両方の部分斜面に関して精整面を互いから離して押す力を計算することによってかつその力を合計することはこの解決の精整面を開放する力を発生する。この例において、対向する精整ブレード間の距離H2は0.1mmである。ブレードはこの値を変化することによって所望のブレード距離に最適化されることができ、それによって斜面の値はまた式により変化する。

0025

バーの斜面の幅および長さは精整面の半径方向におけるバーの数および位置および回転移転速度が判っているとき、それを基礎にして斜面によって達成されかつ互いから離れて精整面を押している力の大きさを計算できる種々の方法において設計されることができる。かくして、斜面はバー全体と同じ幅かまたはより狭くすることができる。同様に、斜面はバーと同じ位長いかまたはより短くすることができる。また、バーの幾つかのみの、例えば、第2のバー等ごとの斜面であってもよい。斜面はバーの横方向において均一かまたは凸状かまたは凹状にすることができる。同様に、斜面はバーの長手方向に幅を変化することができ、例えば、中心から外方等に向かって狭くすることができる。最大の力を達成するとしても、パラメータの値は2.2であり、この値からずれることができ、そして実際に見い出される有用な範囲はkc=2.2±50%、好ましくはkc=2.2±20%である。異なる傾斜を有する斜面は、また、異なる斜面上で半径方向にまたは代替的に精整面の周部方向に連続して形成されることができる。

0026

本発明は例として記載された上記および図面にありそしてそれにどのような方法でも限定されない。必須のものは、精整面のバーの少なくとも幾つかにおいて、バーの1縁部から、他方の精整面のバーが、精整面が動くときにそれから来るバーの縁部の他方へ集中して傾斜される斜面があるということである。精整面は代表的には垂直でかつ中心軸のまわりに回転するが、また、精整面が水平である、解決に本発明を適用することもできる。本発明は、当該技術に熟練した者に知られる、浮動モータを有するツインギャップリファイナに適用され得る。ツインギャップリファイナによる全般的な問題は、ブレードクリヤランスが、一方の精整領域に小さい流れの変化がさらにある場合に、両方の精整領域において同一にならないということである。本発明の解決はモータの作動を安定化しかつブレードの1側衝突を防止する。さらに、本発明は低密度精整および繊維板の繊維を精整するのに適用されることができる。

図面の簡単な説明

0027

通常のディスク型リファイナの概略断面図である。
通常の円錐型リファイナの概略断面図である。
精整面から見られた代表的なリファイナディスクの概略断面図である。
リファイナディスクの周部方向に切断された本発明の解決の部分概略切り欠き図である。
リファイナディスクの周部方向に切断された本発明の解決の部分概略切り欠き図である。
リファイナディスクの周部方向に切断された本発明の解決の部分概略切り欠き図である。
本発明の詳細な寸法付けの概略図である。
本発明の好適な実施の形態の概略図である。
本発明の好適な実施の形態の概略図である。
本発明の好適な実施の形態の概略図である。
本発明の第2の好適な実施の形態の概略図である。
本発明の第2の好適な実施の形態の概略図である。
本発明の第2の好適な実施の形態の概略図である。
本発明の第3の好適な実施の形態の概略図である。
本発明の第3の好適な実施の形態の概略図である。
本発明の第3の好適な実施の形態の概略図である。

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