JPS6320958B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は懸濁繊維を高濃度な場合にも良好に分
散させることができる抄紙機のヘツドボツクス内
での紙料繊維の分散方法及びその装置に関するも
のである。

抄紙機のヘツドボツクスは、紙料を抄紙機の幅
方向及び流れ方向に均一に分配すると共に紙料中
の懸濁繊維を均一に分散させて、均一な紙料流と
して抄網上に噴出させることを目的とするが、か
かる目的を完全に満たすことは容易でない。殊に
ヘツドボツクス内の紙料中の繊維濃度が高濃度
（１％以上）の場合は、紙料の見掛け粘度が増大
し、紙料中で形成される繊維の網目構造の強度が
著しく増大するため、上記の如き均一な紙料流と
することがますます困難となる。

従来、高濃度の紙料中の懸濁繊維を均一に分散
させるための方法、装置が数多く提案されてい
る。第１図及び第２図はそれぞれ従来の分散装置
例の断面説明図。第３図イ，ロ及びハはそれぞれ
第２図中の１部分についての変形例を示す図、第
４図は従来の他の分散装置例の断面説明図であ
る。第１図に示す装置（特開昭49−20408号）は
射入部、転向部及び送出通路を備えたヘツドボツ
クスであり、次のように作用する。すなわち、射
入部Ａから流入した紙料を射入口Ａ１を経て転向
部の壁面Ｂに衝突させ、直角に方向を変えさせた
後、狭部Ｃを通過させて加速し、更に底面Ｄに衝
突させて方向を約90゜転じさせることにより、紙
料中の繊維を均一に分散させ、一様な分散状態の
断面を持つた流れとして送出通路Ｅより流出させ
るのである。第２図に示す装置（特開昭50−
83508号）は第１図の装置を改良したもので、送
出通路Ｅの一部に抄造通路Ｆが設けられている。
第２図の抄造通路Ｆは流路断面が拡大と縮小とを
交互に複数回繰り返している構造を有している
が、この他、第３図イ，ロ及びハの各図に示す如
く流路断面が一定の厚さを維持し湾曲或いは屈曲
して流れ方向を変えている変形例も提案されてい
る。第４図に示す装置（特開昭57−35092号）で
は、頂板Ｇと底板Ｈとで形成される漸次その流路
断面を縮小せしめられるスライス室にスライス
開口部Ｊに向つて収束する抑流素子Ｋが複数個設
けられ、抑流素子Ｋ間には隣接する抑流素子Ｋ面
が互に接近または離隔する（つまり流路が拡大と
縮小とを繰り返す）滑らかな表面を持つ抑流通路
Ｌが形成されている。すなわち、これら従来の高
濃度紙料用分散装置は、流路に狭部、方向転換す
る転向部、流路断面の拡大と縮小とを繰り返す拡
縮部などを設けることにより、紙料中の部位によ
つて生じる速度差を利用して懸濁繊維の網目構造
を引きちぎり分散させるものである。しかしなが
ら紙料中の懸濁繊維の網目構造の強度は濃度と共
に指数関数的に増加するため、濃度１％以上、殊
に３％程度の高濃度紙料に対しては上記の如き従
来の分散装置では充分な効果は得られていない、
そして従来の分散装置において分散を向上させる
ため流路断面を可能な限り小さくして剪断力を高
めようとしても紙料の懸濁繊維による流路の目詰
りが生じて困難である。

本発明者らは、上記従来の欠点なく高濃度な紙
料中の繊維を充分に分散することができる分散方
法及び装置を提供することを目的に研究した結
果、紙料の流れを２つに分割してそれぞれの流路
で従来の如き分散を行い、その後２つの分割流を
大きな対向角で衝突せしめることにより目的を達
成できることを究明して本発明を成した。

すなわち本発明の一つは、ヘツドボツクス内の
スライス出口上流の流路において、紙料の流れを
２分して分岐流を形成せしめ、それぞれの分岐流
で該分岐流の断面の拡大と縮小とを複数回繰り返
させてそれぞれ剪断力と微小渦流とにより紙料中
の懸濁繊維を一分散せしめた後、該分岐流をその
対向角が90゜〜180゜となる状態で衝突させること
によつて二次分散を行わしめ、次いで合流した紙
料を整流してスライス出口より流出させることを
特徴とする抄紙機ヘツドボツクス内での紙料繊維
の分散方法に関するものである。

また本発明の他の一つは、紙料の流入口と二次
分散室とがそれぞれ両側に対向して開口している
空洞室内に流路分割体が設置されて該空洞室の内
壁と該流路分割体の外壁とで形成された流入口か
ら二次分散室までの２つの分岐流路がそれぞれ拡
縮を繰り返し且つ該二次分散室の入口で90゜〜
180゜の対向角を成しており、前記二次分散室に整
流部及びスライス出口が順次連続していることを
特徴とする抄紙機ヘツドボツクス内での紙料繊維
の分散装置に関するものである。

以下、本発明を図面によつて詳細に説明する。
第５図〜第８図はそれぞれ本発明装置の実施例を
示す縦断面図、第９図は分岐流路での流れ状態を
示す説明図、第１０図は２つの分岐流が衝突、合
流する状態を示す説明図、第１１図は本発明装置
の要部形状の拡大説明図である。

本発明方法においては、ヘツドボツクス内のス
ライス出口上流の流路において、先ず紙料の流れ
を２分して２つの分岐流を形成させる。この分岐
の開き状態は流速を低下せしめないように成る可
く急でなく緩やかなことが好ましい。次いでそれ
ぞれの分岐流では、分岐流路断面の拡大と縮小と
を複数回繰り返させ、拡大するときに発生する微
小渦流と、縮小するときの剪断力とにより紙料中
の懸濁繊維を分散させる（本発明ではこの段階で
の分散を一次分散という）。かくして一次分散せ
しめられた各分岐流同士を対向角（後に説明する
第１１図中の角θに相当）が90゜〜180゜となる状
態で衝突させることによつて、剪断作用を全紙料
に与えて繊維の網目構造の細分化と拡散とを強力
に促進する（本発明ではこの段階での分散を二次
分散という）。かくして二次分散されると同時に
合流した紙料は次いで整流されて繊維の分散状態
を安定せしめられた後、スライス出口より流出さ
せて抄紙工程に移行されるのである。

以上の如き本発明方法の実施に好適な本発明装
置について説明する。

第５図〜第８図に示すように、本発明装置は、
その基本構成部材が紙料の流入口１と二次分散室
２とがそれぞれ両側に対向して開口している空洞
室３とこの空洞室３内に設置された流路分割体４
と、二次分散室２に連続する整流部５とから成
り、空洞室３の内壁と流路分割体４の外壁とで流
入口１から二次分散室２までの２つの分岐流路
６，６が形成されており、それぞれの分岐流路
６，６では流路断面が漸次拡大する拡大部６ａと
漸次縮小する縮小部６ｂとが複数回繰り返されて
おり、且つ２つの分岐流路６，６は二次分散室２
の入口90゜〜180゜の対向角（第１１図に示す角θ）
で合流している。そして整流部５にはスライス出
口を形成するスライスリツプ７が続いている。

かかる本発明装置を、ヘツダ部、分配部、分散
部及び整流部から構成される抄紙機のヘツドボツ
クスの一般構成に位置付けすれば、第５図の如く
示される。

以下、本発明装置の態様について説明する。

第５図に示す本発明装置の実施例では、空洞室
３と流路分割体４とは共に断面がほぼ正６角形を
有して一方の６角形の各頂点が他方の６角形の各
辺のほぼ中央点に対向しており、従つて流路分割
体４の頂点では分岐流路６の縮小部６ｂを、また
空洞室３の頂点では分岐流路６の拡大部６ａを形
成している。

第６図に示す実施例では空洞室３と流路分割体
４とが共に断面がほぼ正８角形を有している以外
は第５図と同様である。第７図に示す実施例で
は、空洞室３は16角形の、また流路分割体４は８
角形のそれぞれ断面を有していて、後者の各頂点
が前者の１つ置きの頂点と対向していて縮小部６
ｂを形成し、前者の他の頂点の部分で拡大部６ａ
を形成しており、さらに分岐流路６において流入
口１から二次分散室２に進むに従い、拡大部６ａ
と縮小部６ｂとの間隔が短くなつている。第８図
に示す実施例では空洞室３の断面が16角形で、流
路分割体４の断面が星形状の16辺形をなしていて
その頂角が空洞室３の頂角に対向して分岐流路６
の縮小部６ｂを形成しており、従つて滑らかな表
面の流路分割体４の凹角と空洞室３の頂角とで形
成する拡大部６ａは第７図の場合に比べて拡大部
６ａは広く微小渦流の発生を容易にしている。但
し、流路分割体４の凹部を深くし過ぎることによ
り大きな渦流を発生させるような急激な流路断面
の拡大は避けることが望ましい。

第８図の実施例においてを第７図と同様に流入
口１から二次分散室２に進むに従い拡大部６ａと
縮小部６ｂとの間隔が短くなり、共に縮小部６ｂ
通過後に発生する微小渦流の細分化が図られてい
る。上記の各図に示す実施例では、空洞室３及び
流路分割体４の断面は共に多角形（多辺形含む）
であるが、いずれか一方が多角形で他方が円また
は楕円であつても良く、また多角形の代わりに滑
らかに曲る波形であつても良い。更に流路分割体
４が流入口１と二次分散室２との間を移動可能に
設置しても良く、この場合は紙料中の繊維の種類
によつて分岐流路６の断面を調整して適当な分散
状態とすることができる。例えば紙料中の懸濁繊
維に長繊維（針葉系パルプ紙料繊維）が多い場合
には、繊維が絡んで分散させにくくなる。このた
め流路分割体４を二次分散室２方向に移動させて
分岐流路６の出口近くのいくつかの縮小部６ｂの
間隙を狭くすることにより、良好且つ均一な分散
状態を得ることができる。

２つの分岐流を衝突させるための２つの分岐流
路６，６は二次分散室２の入口で第１１図に示す
如く合流してその対向角θは90゜〜180゜である。
二次分散室２は大きな渦流が発生しない程度のス
ペースを有する。整流部５はその間で渦流状態が
なくなり、分散状態が安定するだけの長さを要す
る。二次分散室２の間隙の大きさTe及び長さLe
と整流部５の流路間隙の大きさToとはTo＜Te
≦2To及びTo≦Le≦５≦Toの関係にあるのが好
ましい。一例として紙料濃度１〜３％、坪量60〜
120ｇ／m²、スライスジエツトスピード200〜600
ｍ／分、抄幅3800mmの抄紙を行う場合に適当な本
発明装置は、流入口１の間隙が10〜40mm、整流部
の流路間隙Toが５〜20mm、及び分岐流路６の縮
小部６ｂの間隙５〜10mmの寸法のものが好まし
い。なお、流路分割体４の材質はAl−Mg−Si系
合金が好ましい。

本発明装置は以上の如き構成を有することによ
り次のように作用する。高濃度紙料は低濃度紙料
に比べ懸濁繊維の網目構造の強度が大きくて甚だ
分散し難い。このような高濃度紙料が流入口１か
ら流入して先ず２つの分岐流路６，６に入る。そ
して第９図に示すように、各分岐流路６において
紙料が矢印Ｘ方向に進みながら、縮小部６ｂを通
過する際に受ける側壁からの剪断力の作用と、通
過後流路の拡大部６ａで発生する微小渦流との相
乗作用を繰り返し受けて一次分散が行われる。こ
の一次分散は次の各分岐流の衝突による分散効果
を高めるための前段階として行われる分散であ
る。かくして一次分散された紙料は、第１０図に
示す如く、２つの分岐流路６，６の合流点で紙料
同士が衝突する。このとき、衝突直前の２つの分
岐流は流速Ｖで流れて来るが、衝突の対向角θが
90゜〜180゜であるから衝突部分における速度Ｖは
流出方向の速度成分V_Xに較べて非常に大きく、
従つて強い力で２つの分岐流は衝突し、しかも各
分岐流路６において側壁付近でのみ強く受ける剪
断力による分散と異なり、紙料全体にわたつて一
様に剪断力を強く受ける。それと同時に二次分散
室２に流入して繊維の網目構造の細分化と分散と
が保進されることにより二次分散が行われる。か
くして二次分散された紙料は次いで狭い通路の整
流部５に流入して渦流状態がなくなり、安定した
繊維分散状態となつてスライススリツプ７から抄
網上に噴出されるのである。

以下、本発明方法の実施例を示す。

実施例 １ 広葉樹系晒クラフトパルプ80％と針葉樹系晒ク
ラフトパルプ20％とから成る繊維を懸濁させた濃
度３％、水度c.s.f.450c.c.の填料を含まない紙料
を作り、第５図、第６図、第７図、及び第８図に
示した分散装置（流路分割体４の移動可能式）を
それぞれ備えた各ヘツドボツクスから噴出させ
た。各分散装置の各部寸法は次の通りであつた。
流入部１の間隙20mm、整流部５の間隙To10mm、
２つの分岐流路６，６の合流点付近の縮小部６ｂ
の間隙５mm、開き角度θ120゜、二次分散室の間隙
Te14mm、同じく長さLe30mm、スライスリツプ７
の開度3.5mm、ヘツドボツクス流路幅1000mm。な
お、スライスジエツトスピードは300ｍ／分であ
つた。上記各場合共、スライスリツプ７からの紙
料の噴出状態は滑らかな面を有していた。また、
スライスリツプ７を出て50mmの地点で噴流下に光
源を置き、噴流上100mmの位置に設置した光電管
で噴流透過光を受光し、その変動量から噴流中の
繊維の分散状態を判定したが、分散は上記いずれ
の場合も極めて良好であつた。また分散状態は高
速度写真撮影によつても良好であることが確認さ
れた。

実施例 ２ 針葉樹系晒クラフトパルプ100％の長繊維を懸
濁させた濃度３％、水度ｃ，ｓ，ｆ，400c.c.の
填料を含まない紙料を作り、第５図、第６図、第
７図及び第８図に示した分散装置をそれぞれ備え
た各ヘツドボツクスから噴出させた。各分散装置
及びヘツドボツクスは実施例１と同じものを使用
し、また、紙料噴出条件（スライスジエツトスピ
ード）や分散状態判定方法についても実施例１と
同様に実施した。上記各場合において、分散装置
の流路分割体４を移動させて紙料の分散状態を調
べたところ、２つの分岐流路６，６の合流点付近
の縮小部６ａの間隙を４mmとしたときに実施例１
と同様の良好な分散状態が得られた。

以上の如く、本発明方法及び本発明装置は、紙
料の繊維濃度が１％以上、更には３％以上の高濃
度であつても極めて良好に分散させることがで
き、また流路分割体４を移動可能にすることによ
り、繊維の種類によつて自由に流路状態を変更し
てその種類に適切な分散条件とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ従来の分散装置例
の断面説明図、第３図イ，ロ、及びハはそれぞれ
第２図中の１部分についての変形例を示す図、第
４図は従来の他の分散装置の断面説明図、第５図
〜第８図はそれぞれ本発明装置の実施例を示す縦
断面図、第９図は分岐流路での流れ状態を示す説
明図、第１０図は２つの分岐流が衝突、合流する
状態を示す説明図、第１１図は本発明装置の要部
形状の拡大説明図である。 １……流入口、２……二次分散室、３……空洞
室、４……流路分割体、５……整流部、６……分
岐流路、６ａ……拡大部、６ｂ……縮小部、７…
…スライスリツプ、Ｘ……矢印、Ａ……射入部、
Ａ１……射入口、Ｂ……転向部の壁面、Ｃ……狭
部、Ｄ……底面、Ｅ……送出通路、Ｆ……抄造通
路、Ｇ……頂板、Ｈ……底板、Ｉ……スライス
室、Ｊ……スライス開口部、Ｋ……抑流素子、Ｌ
……抑流通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヘツドボツクス内のスライス出口上流の流路
   において、紙料の流れを２分して分岐流を形成せ
   しめ、それぞれの分岐流で該分岐流の断面の拡大
   と縮小とを複数回繰り返させてそれぞれ剪断力と
   微小渦流とにより紙料中の懸濁繊維を一次分散せ
   しめた後、該分岐流をその対向角が90゜〜180゜と
   なる状態で衝突させることによつて二次分散を行
   わしめ、次いで合流した紙料を整流してスライス
   出口より流出させることを特徴とする抄紙機ヘツ
   ドボツクス内での紙料繊維の分散方法。 ２ 紙料の流入口と二次分散室とがそれぞれ両側
   に対向して開口している空洞室内に流路分割体が
   設置されて該空洞室の内壁と該流路分割体の外壁
   とで形成された流入口から二次分散室までの２つ
   の分岐流路がそれぞれ拡縮を繰り返し且つ該二次
   分散室の入口で90゜〜180゜の対向角を成しており、
   前記二次分散室に整流部及びスライス出口が順次
   連続していることを特徴とする抄紙機ヘツドボツ
   クス内での紙料繊維の分散装置。 ３ 流路分割体が流入口と二次分散室との間を移
   動可能に設置されたものである特許請求の範囲第
   ２項に記載の抄紙機ヘツドボツクス内での紙料繊
   維の分散装置。