JPS6050920B2 - ヘツドボツクス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、製紙工程中においてヘッドボックス内の繊
維懸濁液の繊維の分散状態の良否を直接に判定し、必要
なら直ちに適切な処置をとつて繊維の分散を良好にして
ワイヤー上に流出させて高品 質紙を製造するために用
いるヘッドボックスに関するものである。

現在市場に出廻つている紙の大部分は繊維をで きる
だけ均一に水中に分散させた懸濁液をヘッドボックスか
らワイヤー上に流出させ、脱水して抄き取ることによつ
て造られているが、繊維は極めて短時間のうちに寄り集
まつてフロック（繊維凝集塊）を形成する性質を持つて
いるので、地合むら（坪量の局所的な変動）のない紙を
得ることは容易ではない。

地合が悪いと外観、強度、印刷の仕上がり状態、加工適
性などの点で紙の商品価値は著しく損なわれる。紙の地
合を向上させるための最も効果的な方法は懸濁液中の繊
維の濃度を低くすることであるが、この方法によると消
費水量、消費電力量などが多くなり省資源、省エネルギ
ーの時代の趨勢に逆行する。また繊維分散を完全に行な
うにはスライス開口部近くで流水に激しい擾乱を与えれ
ば容易に達成されるが、このような方法ではスライス開
口部から流出する流れは一Ｊ様でなく、坪量分布に大き
な変動のある紙すなわち地合の悪い紙しか得られない。
またフロックの生成を防止し繊維の分散を良くするため
の方法としては上記方法の他に後記するいくつかの方法
が従来も行なわれている。しかしながらこれらの方法の
実施は繊維の分散状態をサンプリングした試料について
測定してから実施していたので、実施の時期がおくれた
り新しい好条件を見出すのに時間を要して、不良な紙製
品を多量に造つてしまう欠点があつた。

本発明者等は種々研究を重ねた結果、ヘッドボックスに
直接に且つ位置を選定して測定装置を連結することによ
り製紙工程中の繊維分散状態そのものを知つて直ちに対
策をとることにより好結果の得られることを見出し、高
品質紙を製造する方法（以下において、高品質紙の製造
方法と言うことがある）と共に該方法に使用される本発
明に係るヘッドボックスを完成した。

本発明は前記の如き欠点がなくヘッドボックス内を流動
中の繊維懸濁液の分散状態を直接に判定して直ちに適切
な処置をとる高品質紙の製造方法の実施に使用されるヘ
ッドボックスを提供することを目白勺とする。

すなわち本発明は、抄紙に際して繊維懸濁液をワイヤー
上に流出させるヘッドボックスであつ，て、スライス開
口部の上流側に設置された上板と下板とが平行で且つ該
上板と該下板との一者以上が上下摺動自在に装着されて
おり、且つ前記スライス開口部に接近した上流側にヘッ
ドボックス内を流動する繊維懸濁液に投光する光源と該
光源よンリ投光され繊維懸濁液を通過した光又は繊維懸
濁液より反射した光を受光する受光部とが設けられてい
ることを特徴とするヘッドボックスに関するものである
。

先ず本発明に係るヘッドボックスを説明する前５に、該
ヘッドボックスが使用される高品質紙の製造方法につい
て説明する。

一般に、繊維の懸濁液をヘッドボックスに流し、スライ
ス開口部からワイヤー上に流出せしめて大部分の水を分
離する抄紙工程に続いてプレ３ス、乾燥、カレンダーの
各工程を経てロールに捲き取る紙の製造方法は従来行な
われている。

上記工程におけるヘッドボックスの主目的は既に生じて
いるフロックを消滅させ、或はフロック生成を防止する
ことである。ところでフロックの生成に４・対してはそ
の要因から次のようなフロック生成を防止し、或はフロ
ックを破壊する方法が従来も行なわれている。（１）繊
維懸濁液中の繊維濃度の増減。

繊維濃度が高い程フロックが生成し易いからこの濃度を
調整する。

（２）流量を増減することにより繊維懸濁液のヘッドボ
ックス内での流速の増減。

懸濁液中の繊維は一定速度勾配を持つ層流状態において
はフロックを形成し易く、また生成したフロックは流れ
の剪断力で破壊される。

従つて流量を増減することによつて適切な流速に調整す
る。（３）繊維懸濁液中に添加する薬液（主として界面
活性剤）の添加量の増減。

添加量不足の場合はフロックは形成し易いからこの量を
調整する。

（４）繊維懸濁液中の繊維長の調整。

繊維長が長い程フロックは形成し易いからこの繊維長を
調整する。

しかしながら、本発明に係るヘッドボックスは、以上の
ように従来行なわれていた方法とは異なる以下の方法を
実施するのに使用されるものである。

（４）ヘッドボックス内の相対摩擦面の増減。

すなわちフロックを破壊する流れの剪断力は流体と摩擦
する壁面の近くに強く発生するから、流量に対する壁面
すなわち相対摩擦面が多い程フロックは破壊され易い。
従つてこの相対摩擦面を調製する。（Ｂ）流量の増減な
しに行なう繊維懸濁液のヘッドボックス内での流速の増
減。

懸濁液中の繊維は一定速度勾配を持つ層流状態において
はフロックを形成し易く、また生成したフロックは流れ
の剪断力で破壊されるが、この繊維懸濁液のヘッドボッ
クス内での流速を繊維懸濁液の流量を変更することなく
増減する。

従来は、フロックの生成を防止し或はフロックを破壊す
るための処置（以下、このような処置を対フロク処置と
言う）として繊維懸濁液の構成や流動状態などによつて
上記（１）〜（４）の諸方法のうちの１以上を選択して
実施していたのであるが、前記高品質紙の製造方法にお
いてはその必要な時期及び程度をヘッドボックス内を流
動する繊維懸濁液に投光する光源と該光源より投光され
繊維懸濁液を通過した光又は繊維懸濁液より反射した光
（以下においてそれぞれ通過光又は反射光と略記する）
を受光する受光部とを設け、該受光部により受光された
検知量を光電変換器に導いて光量の変動を種々な変換値
に変換し分析することによつて繊維懸濁液中の繊維の分
散状態を検知して知るのであり、時間的ズレなく必要な
対フロック処置を迅速に行なうことができるのである。

本発明は上記の高品質紙の製造方法の実施に使用される
ヘッドボックスに関するものである。光源及び受光部と
しては通常の光学的分析に用いられるものを使用するこ
とが出来、受光部は光電変換器に連結される。検知の対
象を繊維懸濁液の反射光のみについて行なう場合は光源
と反射光受光部としてそれらが一体にまとめられている
市販の光学検出センサー（以下、ライトプローブと言う
）が便利である。ライトプローブは複数の光学繊維から
成り、このうち一部は発光体から出る光の往路で残部は
受光した光の帰路であつて、一端は検出端となり、他端
においては往路光学繊維と帰路光学繊維とは区分されて
それぞれ発光体及び光電変換器に連絡される。発光体の
光は往路光学繊維を経て検出端を光源として懸濁液中に
投光される。反射光は検出端から入り帰路光学繊維を経
て光電変換器に導かれる。以下、図面を用いて本発明に
係るヘッドボックスを詳細に説明する。

第１図はライトプローブ１個が設置されていて流路数が
１つのヘッドボックスの１例の主要部を長さ方向に平行
な垂直面で切断した端面図、第２図は光源と通過光を受
光する受光部との１組が設けられていて流路数が１つの
ヘッドボックスの１例の主要部を長さ方向に平行な垂直
面で切断した端面図、第３図は流路毎に１個のライトプ
ローブが設けられていて流路数が２つのヘッドボックス
の１例の主要部を長さ方向に平行な垂直面で切断した端
面図、第４図は２個のライトプローブが繊維懸濁液の流
動方向と平行に設けられていて流路数が１つのヘッドボ
ックスの１例の主要部を長さ方向と平向な垂直面で切断
した端面図、第５図は流動方向と直角な方向に４個のラ
イトプローブが設けられているヘッドボックスの１例の
主要部の平面図、第６図は本発明において使用する検知
手段の１例における各部の関係の概略を示す説明図、第
７図は通過光又は反射光の光強弱の変動波形を周波数分
析して得られるスペクトル曲線の２つの例を示す図であ
る。

図面中、１は移動上板てあつて、固定上板２、リップ板
７、固定下板３（第３図においては移動下板４及びリッ
プ板７″も加わる）、及び両側の側板５，６（第５図に
のみ表わされている）と共に各図における左方から右方
へ繊維懸濁液の流れる流路を形成している。

第１〜５図に示す如く移動上板１のスライス開口部８に
近接した上流の位置に少なくとも１組の光源と受光部と
の組（第１，３，４及び５図ではライトプローブ１０）
を設けることにより、検知された分散状態がワイヤー上
に流出せしめられる繊維懸濁液の分散状態そのものか或
は殆んどそれと同じものである。第１図では１個のライ
トプローブ１０が、また第３図では流路が２つあつてそ
の流路毎にそれぞれライトプローブ１０と１『とが設け
られており、第４図では２組以上の光源と受光部との組
（図面では２個のライトプローブ１０，１『）がヘッド
ボックス内での繊維懸濁液の流動方向（以下、単に流動
方向と略記する）に平行に設けられていて繊維懸濁液中
のフロックの破壊又は生成状況の時間的変化を知ること
ができ、第５図では２組以上の光源と受光部との組（図
面では４個のライトプローブ１０，１『，１『，１『″
″）が流動方向と直角に設けられていて繊維懸濁液の幅
方向の分散の均一状況を知ることができて一層適切な対
フロック処置を加えることができる。第１，３，４，５
各図のヘッドボックスでは反射光が検知される。また第
２図では移動上板１と固定下板３とのスライス開口部８
に近接した位置にそれぞれ光源又は受光部１１と受光部
又は光源１２とが設けられている。この１１と１２とは
一方が光源単独であれば他方は受光部単独である関係に
あり、何れが光源単独は受光部単独であつても良く、こ
の場合は通過光が検知される。上板又は下板への光源と
受光部との取付け状態は各図に示されるように、光−源
又は受光部（ライトプローブの場合は検出端）の端面が
取り付けられる上板又は下板と同一平面上にあることが
繊維懸濁液の流動状態を乱さないので好ましい。ライト
プローブ（又は光源と受光部）と光電分析器等との連結
状態の一例は第６図の如くである。かかる検知手段では
発光体１３の光は光往路１４を経てライトプローブ１０
より投光され、反射光は同じくライトプローブ１０より
入つて光帰路１５、フォトセル１６を経て周波数分析器
１７などより例えば後記するように分析される。移動上
板１は両端部に固定上板２の摺動部２ａと摺動する摺動
部１ａ及びリップ板７と摺動する摺動部１ｂが設けられ
ていて、固定上板２、リップ板７、及び両側板５，６と
の水密性を保つて上下方向への摺動は自在である。また
第３図においては更に移動下板４は移動上板１と同様に
両端部に固定下板３の摺動部３ａと摺動する摺動部４ａ
及びリップ板７″と摺動する摺動部４ｂが設けられてお
り、固定下板３、リップ板７″及び側板５，６との水密
性を保つて上下方向への摺動は自在である。そしてリッ
プ板７，７″は予め正確な位置に設置され側板５，６に
固定されることによりスライス開口部８の開度調節が行
なわれている。従つて移動上板１及び／又は移動下板４
を上下に摺動せしめることにより流路の断面積は変化し
、そのためヘッドボックス内を流動する繊維懸濁液の流
速の増減の調節が容易に出来、また繊維懸濁液が接する
両側板５，６の接触面積が増減す２ることにより、ヘッ
ドボックス内の相対的摩擦面の増減の調節が可能である
。特に第３図においては仕切板９が移動上板１と移動下
板４との中間に肉厚部９ａを上流側にして両側板に固定
して設けられていて流路数を２としており、仕切板９を
有２しない場合に較べて相対摩擦面がほぼ２倍となり、
流れの剪断力を流路の全断面について効果的に発生せし
めてフロックを破壊する効果は非常に大きい。この仕切
板９は第３図では１枚の場合を示しているが、２枚以上
にすることも可能であ３る。本発明に係るヘッドボック
スを使用して繊維の分散状態を評価し、必要に応じて対
フロック処置を行なう方法の例を説明する。

ヘッドボックスのスライス開口部に近接して取３り付け
られた光源から投光された繊維懸濁液を通過した通過光
又は繊維懸濁液より反射した反射光が受光部に受光され
た検知量を更に光電変換器に導いて次のような種々な変
換値に変換し分析する・
４ｒ（１）変動係数通過光又は反射
光の強度の時間経過に従つて画かれた強度の変動波形（
以下、単に変動波形と言う）の変動係数を次式によつて
算出する。

Ｆ：変動係数 〒：光強
度１の平均値 σｒ：光強度１の不偏分
散変動係数Ｆは小である程分散性が良いことを示す。

判定基準は具体的な諸条件（懸濁液の構成成分、装置、
運転条件など）により異なるから経験的に規定値を設定
する。

（１１）周波数分析 変動波形を各周波数毎の変動量に分析し、第７図に示す
ように、Ｘ軸を周波数、Ｙ軸を各周波数の光強度変動量
とするスペクトル曲線を画く。

スペクトル曲線が第７図の曲線Ａのようにピークを持つ
場合は懸濁液中におけるフロック化は強く進んでおり、
縞構造で流動していることを示しているが、スペクトル
曲線が曲線Ｂのようにピークが無く且つ低い場合は繊維
は極めて良く分散していることを示していることにより
評価する。１１１）確率密度分布 変動波形を極めて多くの光強度のレベル（変動波形の横
軸に平行な直線）で切り、光強度の各レベルの直線毎に
この直線が変動波形のクロスする頻度を縦軸とし、光強
度のレベルを横軸として頻度分布曲線を画く。

この頻度分布曲線がシャープな場合は繊維の分散は均一
であり、平担な場合は不均一であることを示すことによ
り評価する。

判定基準は前記変動係数と同様経験的に規定値を設定す
る。ｖ）インターバルタイム分布変動波形は大小フロッ
クが時間の関数として流れているものと考え、種々の時
間間隔すなわち縦軸に平行な多数の直線で変動波形を切
り、周波数毎に頻度をとつて時間間隔に対する頻度の分
布曲線を画く。

分布曲線の主要部が時間間隔の小さい方にあるときは繊
維の分散は均一であり、逆に時間間隔の大きい方にある
ときは繊維の分散は不良であることを示すことにより評
価する。判定基準は前記変動係数と同様経験的に規定値
を設定する。

以上の各分析事項のすべてについて実施する必要はなく
、そのうちの１つの事項について行なえば足りるが、２
つ以上の分析事項について分析すればそれだけ充分に繊
維の分散状態を評価することができる。

上記分析事項のうち特に（Ｉｉ）周波数分析は判定基準
の設定が不要で経験のない繊維懸濁液についても直ちに
分析出来るので好ましい評価方法である。

かくして繊維分散状態について分析、評価された繊維懸
濁液は分散状態に応じて直ちに前記した対フロック処置
を行なつて分散状態を改善することができる。

そして分散状態の良好な繊維懸濁液をワイヤー上に流出
せしめて抄紙し、ブレス、乾燥、カレンダーなどの各工
程を経てロールに捲き取ることができる。本発明に係る
ヘッドボックスを使用すれば紙を製造している現場にお
いてヘッドボックス内を流動している繊維懸濁液の分散
状態をワイヤーに流出せしめられる直前において光学的
に検知して直ちに適切な対フロック処置、例えば移動上
板及び／又は移動下板を上下に摺動せしめて繊維懸濁液
の相対的摩擦面の増減や、流量の増減なしに行なう繊維
懸濁液の流速の増減を行なうことができるため、高品質
の紙を連続的にコンスタントに製造でき、不良品の発生
は殆んどなく極めて価値あるものである。

以下、実施例により本発明を更に説明する。実施例沖水
度４００ｃｃＣＳＦの国内産広葉樹バルブに対して１０
％の填料を混入されておりバルブ濃度０．７％の上質紙
用の温度３０′Ｃ（７）繊維懸濁液を幅１０００７ｍＩ
ｎ、長さ１４旬醋の第３図に示す如き双ワイヤー用のヘ
ッドボックスの主要部に供給するに際し、移動上板と仕
切板との間隔及び移動下板と仕切板との間隔をそれぞれ
４２．５ＷＵＴＬに設定して毎分８．５ｄで供給すると
共に、ライトプローブによつて繊維懸濁液より反射した
光を受光し周波数分析によつてフロック化の程度を測定
しながら、上記移動上板と上記移動下板とを共に仕切板
側に移動させてフロックの無くなる状態を求めた処、上
記移動上板と仕切板との間隔及び上記移動下板と仕切板
との間隔がそれぞれ略２ｇＴｆ０ｎに到達した時にフロ
ックの発生は認められなくなり、上記移動上板と仕切板
との間隔及び上記移動下板と仕切板との間隔をそれぞれ
略２９ＴＩ＄Ｌと略１４？との間に調整して抄紙した処
、抄造された紙はいずれも地合むらない高品質の紙であ
つた。

【図面の簡単な説明】

第１図はライトプローブ１個が設置されていて”流路数
が１つのヘッドボックスの１例の主要部を長さ方向に平
行な垂直面で切断した端面図、第２図は光線と通過光を
受光する受光部の１組が設けられていて流路数が１つの
ヘッドボックスの１例の主要部を長さ方向に平行な垂直
面で切断した端面図、第３図は流路毎に１個のライトプ
ローブが設けられていて流路数が２つのヘッドボックス
の１例の主要部を長さ方向に平行な垂直面で切断した端
面図、第４図は２個のライトプローブが繊維懸濁液の流
動方向と平行に設けられていて流路数が１つのヘッドボ
ックスの１例の主要部を長さ方向と平行な垂直面で切断
した端面図、第５図は流動方向と直角な方向に４個のラ
イトプローブが設けられているヘッドボックスの１例の
主要部の平面図、第６図は本発明において使用する検知
手段の１例における各部の関係の概略を示す説明図、第
７図は通過光又は反射光の光強弱の変動波形を周波数分
析して得られるスペクトル曲線の２つの例を示す図であ
る。 １・・・・・・移動上板、１ａ・・・・・・摺動部、１
ｂ・・・・・・摺動部、２・・・・・・固定上板、２ａ
・・・・・・摺動部、３・・・固定下板、３ａ・・・・
・・摺動部、４・・・・・・移動下板、４ａ・・・・・
・摺動部、４ｂ・・・・・摺動部、５・・・・・・側板
、６・・・側板、７，７″・・・・・リップ板、８・・
・・・・スライス開口部、９・・・・・・仕切板、９ａ
・・・・・・肉厚部、１０，１『，１『，１０′″ζ・
・・ライトプローブ、１１・・・・・・光源又は受光部
、１２・・・・・受光部又は光源、１３・・・・・・発
光体、１４・・・・・・光往路、１５・・光帰路、１６
・・・・フォトセル、１７・・・・・・周波数分析器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 抄紙に際して繊維懸濁液をワイヤー上に流出させる
   ヘッドボックスであつて、スライス開口部の上流側に設
   置された上板と下板とが平行で且つ該上板と該下板との
   一者以上が上下摺動自在に装着されており、且つ前記ス
   ライス開口部に近接した上流側にヘッドボックス内を流
   動する繊維懸濁液に投光する光源と該光源より投光され
   繊維懸濁液を通過した光又は繊維懸濁液より反射した光
   を受光する受光部とが設けられていることを特徴とする
   ヘッドボックス。 ２ 光源と受光部との組が１組設けられている特許請求
   の範囲第１項に記載のヘッドボックス。 ３ 光源と受光部との組が繊維懸濁液の流動方向と平行
   に２組以上設けられている特許請求の範囲第１項に記載
   のヘッドボックス。 ４ 光源と受光部との組が繊維懸濁液の流動方向と直角
   に２組以上設けられている特許請求の範囲第１項に記載
   のヘッドボックス。