2000年5月 紙パ技協誌

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紙 パ 技 協 誌 2000年5月

第54巻 第5号(通巻第590号) 和文概要


フォイルアレンジメントの基本―長網マシンのフォイル―
株式会社堀河製作所 椎名 徹

 脱水エレメント導入の歴史は我が国に於いて30年以上となり,その間,脱水能力の増強と地合い向上が数多くのマシンに大きな効果が見られる今般ではあるが,諸説紛々,確たる定説がない事実は奇異である。これはワイヤーパート全体の脱水挙動と地合構成との関係に個々のフォイルがどのように係り合っているか,ということを総合的に究明する機会が極々少なかったためと推察される。
 ワイヤーパートのフォイル配列の必要性は操業条件に応じるべきではあるが,プロセスは地合構成上,抄物,坪量,抄速等の抄造条件によって無数に存在し,紙匹に対し影響を及ぼす。
 これにより,抄造条件にて模索するものであり,脱水理論定義は成り立ちにくく,むしろ長年の技術経験に基づく推理,推測が要因の究明に継がる。当社の30年に渡る実績に於けるデーターを基にフォイルの基本的な使用方法と地合構成の要点とフォイル配列,地合対策の一部を単純化したものを紹介する。
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フォーミングファブリックデザインのコンセプト
日本フイルコン株式会社 技術開発部 渡辺 岳敏 技術サービス部 佐藤 謙一

 紙の高品質化と共に高生産性の要求によって,抄紙機は広幅高速化になり,本報では広幅高速マシンに対応した地合,印刷適正,ワイヤーマーク,プロファイル,寿命等に良好なフォーミングファブリックのデザインコンセプトについて記述する。
 紙の地合は,フォーミングゾーンにおける効果的なタービュランスもしくは対向ブレードによるパルスの与え方が重要なファクターとなっているが,ファブリックから地合,ワイヤーマーク,印刷適正に影響する要因として,ファブリックの表面密度,表面空間率,立体空間率,脱水性能等がある。紙のプロファイルに影響を及ぼす要因は,ファブリックの剛性や接触材の異常摩耗による脱水ムラ等がある。また,ファブリックの寿命は,填料の品質,成分の配合比等による影響が大きく,更にファブリックの摩耗サイドの織り構造もしくは摩耗を受け持つ糸径による摩耗体積によって耐摩耗性が変わってくる。
 今後,抄紙機が高速になるほどフォーミングファブリックの水持ちが,スプラッシュ,湿紙水分の増加等操業性に悪影響を及ぼすことが出てくるため,マシンの特性及び抄造条件にあったフォーミングファブリックデザインを選定していくことが重要となってくる。
 高速マシンに向けてのフォーミングファブリックデザインの特に重要なポイントは,剛性を有し,表面の緻密性を有しながら高脱水性を確保し,耐摩耗性が高く,保水性の少ないファブリックとなってくる点を紹介する。
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最新のプレスパート―印刷用紙抄紙機タンデムニプコフレックスプレス―
石川島播磨重工業株式会社 生産システム事業部開発部 泰井 修

 今まで板紙抄紙機に使われてきたシュープレスが,最近になって印刷用紙抄紙機に導入されたことで,プレスパートに技術革新が起こった。ここではシュープレスを持った印刷用紙抄紙機プレスパートの変遷を述べる。
 シュープレスが新聞用紙抄紙機に使われたのは1994年Perlen社PM5(スイス)が最初で,これはVoith社のフレキソニッププレス(Flexonip press)であった。このフレキソニッププレス(Flexonip press)は,既設プレスパートのNo.1,2プレスを改造することなく,ストレートスルーのNo.3プレスに設置された。これにより大幅なプレス出口湿紙水分の減少と品質(平滑性,両面性)の改善が達成され,シュープレスが板紙抄紙機だけでなく印刷用紙抄紙機にも有効であることが証明された。1996年にHolmen社Braviken PM53(スウェーデン)で,デュオセントリプレス(DuoCentri Press)のNo.3プレスにシュープレスを設置したデュオセントリニプコフレックスプレス(DuoCentri NipcoFlex Press)が稼働した。これにより今まで印刷用紙抄紙機の高速化で問題となっていたNo.3プレス出口での紙切れが減少し,操業を大幅に安定させることができた。さらなるプレス出口水分の減少と紙切れの原因となるオープンドローをなくすために,ダブルフェルトのシュープレスを2台並べたタンデムニプコフレックスプレス(Tandem NipcoFlex Press)が設計され,新聞用紙抄紙機,SC用紙抄紙機とも第1号機が今年末に稼働する予定である。
 今後はこのタンデムニプコフレックスプレス(Tandem NipcoFlex Press)が高速の印刷用紙抄紙機プレスパートの主流となることは間違いない。
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抄紙機のプレスパートにおけるフエルトの役割―搾水メカニズムとフエルトの設計―
日本フエルト株式会社 研究開発第1部 設楽 豊久

 抄紙機のプレスパートで使用されるフエルトに必要な機能は大きく分けて,搾水,湿紙運搬,紙面平滑化の各機能である。フエルトの搾水性は,乾燥用蒸気使用量に密接な関係があり,エネルギーコストを左右する極めて重要な性能である。
 これまでプレスにおける搾水に関する研究は,多くの研究者によって行なわれて来た。1960年Wahl‐strmによって発表された搾水メカニズムは,今日でも広く受け入れられている搾水理論である。彼はニップでの搾水過程を4相に分けて考察し,さらにニップ後の湿紙水分比をニップ最高圧力,流れ抵抗,圧力の均一性,再湿潤の項目を考慮に入れて表したプレスモデル式を考えた。
 ニップ最高圧力は,湿紙を圧縮して湿紙内部の水を絞り出すのに必要な力である。このニップ最高圧力は,マシン的要素,フエルト的要素で決定される。流れ抵抗は,湿紙とフエルトに圧力が作用し,繊維の細胞壁内,繊維間,フエルト中を水が流れようとする時に生じる抵抗である。圧力の均一性は,プレスにおける搾水,特に低坪量において重要な役割を占める。再湿潤は,ニップ後半,ニップ後においてフエルトから湿紙に水が移項することで,湿紙とフエルトの体積膨脹によるもの,毛細管作用によるもの,水膜分離によるものがある。
 フエルトの搾水性は生産コスト削減の重要な因子であるが,フエルトは搾水性以外の性能についても十分な性能を持っていなければならない。したがって,それぞれの抄紙機に最適なフエルトを設計するには製紙メーカーと緊密に打ち合わせることが必要である。
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最新プレス用フェルトデザイン
市川毛織株式会社 第一技術部 染谷 恒

 ここ数年,高速洋紙用シュープレスが積極的に導入されており,抄紙用具への要望も強まり,プレス用フェルトは品質的転換期に入ろうとしている。
 我々はシュープレス下での厳しい要求機能(走行安定性,搾水性,防汚性及びマーク性)を満たすフェルトとベルトの標準的組合せとして,シートサイドに極めてファインな基布を有したラミネートタイプの2重品又は3重品と溝切りタイプを推奨する。特に溝切りベルトのもと「坪量軽減」「高密度化」によって積極的にスプラッシュを出させた結果,湿紙水分が低下した市場事例が出てきている。
 現在,抄速2,000m/min以上を目的としたノードロータイプの次世代抄紙機が稼働し始めたが,従来の機能に加えて「シート二面性」「再湿潤」に対応できる高機能のフェルトの開発が急務になっている。
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最新のプレスセクションコンセプト―オプティプレスによるスピードへの挑戦―
住友重機械工業株式会社 機械事業本部製紙・工作機械事業センター技術グループ 三浦 博

 1990年代の印刷筆記用紙へのシュープレスの適用は,既存抄紙機及び新設抄紙機の生産性,走行安定性等を飛躍的に向上させた。現在,抄紙機の運転速度上昇の制限となっている主要因の一つはセンターロールでの紙離れである。今日シュープレスを使用した新聞用紙用抄紙機の運転速度は1,700m/minに達しようとし,上質紙では1,300m/minを超えている。この制限速度を取り除くために,バルメット社では1998年夏依頼OptiPressと称するクローズドコンセプトのプレスセクションを導入してきた。このコンセプトでは2,000m/minでの運転をも可能にする。
 ストレートに連続する2つのニップで構成され紙匹を完全にサポートするOptiPressは,抄紙機の走行安定性を改善する近代的なツールといえる。さらに,瞬時に全幅での通紙が可能であることにもより,製紙設備全体への効率向上にも寄与する。
 シュープレスはプレスセクション後の紙匹の品質についても顕著な効果を見せてきた。4番プレスはもはや紙の両面性のコントロールに必要なものでなくなった。パイロットテストやWillamette Hawesvilleでの実機経験により,この新しいプレスコンセプトの持つ品質への優位性が明らかになった。
 Optipressは工業デザインをも取り入れ,オペレータの操作性,メンテナンス性についても十分な検討を行った。フェルト替え・ベルト替えも容易であり,足場は広く,各所へのアクセスも容易になるように設計されている。
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プレスのセラミックロール・ドクターリング―研究・開発テストの解析および日本・欧米のドクター運用情報を紹介―
相川鉄工株式会社 技術部 中村洋三郎

 この数年,各製紙工場の新増設抄紙機のプレスにセラミックカバーロールが採用され,併せて既設抄紙機にもセラミック化への動きが活発となってきた。
 弊社が平成9年2月に開催した技術発表会で,セラミックカバーロール用のドクターブレード選定について紹介してから2年半が経過し,今回の発表のためにセラミックカバーロール用に採用され稼動している各ドクターの運用状況を国内と欧米も調査して,合計55台分の詳細な運用情報を北米と欧州各国から得ることができた。 今回のセミナー発表では,米国のT.W.S.(Thermo Web Systems)サーモ・ウエブ・システムス社によって発表された「各セラミックカバーロールとブレード材質に関する研究・開発テストとその解析について」の概要訳文を前半で述べると共に,後半で各国から入手できた運用情報の中から代表的なものを抜粋して可能な限りの内容を紹介した。 それらの情報からドクター装置は,ほとんどが自動刃当り調整タイプのダブルドクター方式であり,各セラミックカバーロールとブレード材質との関連についても,僅かではあるがブレード選定方向が固まって来たように感じられる。 例えば,米国ではグラスまたはカーボン樹脂系と研磨樹脂ブレードが主流。カナダもカーボン樹脂系ブレードが主流であるが,米国・欧州など他国に比較してブレード寿命が長く興味深い。また,フランスと英国でもロールカバーの違いがあるものの,世界の大勢の動きはカーボン樹脂系ブレードが主流である。
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高温・高濃度・ディスク・ディスパージョンシステムの応用―これからの古紙処理技術を変えるKRIMAディスクディスパージョンシステム―
石川島産業機械株式会社(IIM) 原質機械営業技術部 江口 正和

 古紙パルプの配合率アップやこれまでは利用されなかった低質な古紙の経済的再生技術の確立の中心となる 「高温・高濃度・ディスク・ディスパージョン・システム 」を紹介する。これまでの古紙処理システムでは,様々なスクリーンやクリーナを重ねても最終工程に微小・微量な夾雑物が残存しているのが実態であり,最近では,これらを除去するために原質工程のスリット幅をより狭いものにしたり,微小スリットスクリーンやクリーナを2・3段にシリーズに連ねたりすることが一般的であったが,いづれの方法もシステムの複雑化,各原単位の高騰等の製造コストアップ,歩留まりの低下,紙力に有効な長繊維の流失等を招き,その効果も決して高いとはいえなかった。
 本編で紹介する新しい古紙処理システムとは,従来のシステムでは離解することさえ困難であった耐水紙などの難離解性古紙の分散はもとより,上述の原質最終工程で残存する微細・微量な夾雑物を「熱エネルギー(90〜120℃の高温)と「機械エネルギー(高濃度下の高速ディスクディスパージョン)」によって分散,漂白(DIPの場合)し,その後,洗浄・脱水メカニズムで夾雑物を分離し,白水系でそれらを除去するシステムである。本システムがM/C前に設置されることによって前段の精選工程を大幅に簡略化でき,歩留りを落さず,見栄えの良い,紙力の高いパルプが得られる。
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オンラインマルチニップカレンダー
バルメットInc.(Appleton Division) マルチ・トゥオミスト
バルメット株式会社 山崎 秀彦

 カレンダーの技術革新がさまざまな用紙グレードの仕上げの仕方を変えつつある。これは,より高速で,より良好な表面と構造的な特長を有した紙の製造を可能とし,以前に比べてより一層オンラインへのポテンシャルを提供してくれる。バルメットは新しいオプティロードマルチニップカレンダーを開発し,既にオフラインマシンでは世界で多くの実績を上げている。
 オプティロードの最大の特徴は,独特のロール自重リリーフ機構を用いて全てのニップを通じて均等線圧を達成できることにある。加えて,ポリマーカバーロールを使用していることと,ホットロールとポリマーカバーロールの独特の配置は従来のスーパーカレンダーを超える性能の達成が可能である。
 さらに,オンラインマシンの技術も確立し,既にオンラインオプティロードが稼動している。1台目はフィンランドのStora Enso社Varkaus社PM4に導入され(98年11月稼動),新聞用紙,ディレクトリ用紙の製造を行っている。2台目はカナダのIrving Paper社PM2に(99年2月稼動),3台目はオーストリアのSteyrermhl社PM3に(99年4月稼動)導入され,新聞用紙の品質向上と付加価値のあるSC用紙の製造を行っている。また,新しいオプティコンセプト抄紙機では,最大限にオンラインカレンダーを利用することになる。2000年6月稼動予定のドイツのHaindl Papier社の新設LWC抄紙機Augsburg PM3には8本ロールのオンラインオプティロードが設置される。今後,LWC紙,塗工紙へのオンライン適用が期待されている。
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紙の破壊靭性値としてのJ積分,Jcおよびき裂先端開口変位CTODc
京都大学大学院 農学研究科 平野 大信,山内 龍男

 J積分やき裂先端開口変位(CTOD)のような紙の破壊靭性評価において,安定き裂進展開始点の決定は大変重要である。幅の小さい試片では,切り欠き先端での応力集中を示す塑性変形は観測されず,さらに破壊靭性試験中に安定き裂進展を生じることなく不安定き裂が最大荷重点から進行する。これらの結果はJ積分およびCTODの概念が幅の小さい試片では適用できないことを示す。市販の機械抄き紙としてロール紙を用い,その両側切り欠き(DENT)試片における安定き裂進展開始時点でのJ積分(Jc)と不安定き裂開始点すなわち最大荷重時点でのそれ(Jmax)を比較した。Jmaxは試片幅により変化し,またJcよりかなり大きい値を示す。一方Jcは最大荷重時点以前から安定き裂進展が生じる限り試片幅によらずほぼ一定の値を示し,これは材料定数としての破壊靭性値と考えられる。本研究で用いたJ積分値決定法(RPM法)では切り欠き長さが幅に対し十分長いことを前提にしているが,片側切り欠き長さを試片幅の1/3としたDENT試片を用いる本研究の条件では切り欠きは十分長いと考えられる。試片幅が小さくなければ,安定き裂進展開始点でのCTOD(CTODc)も試片幅によらず一定であり,これも材料に固有の破壊靭性値を与えると考えられる。
(本文75ページ)


紙の表面ラフニング機構に関する研究(第2報)面外(厚さ)方向に生成する内部応力の影響とその評価
東京大学大学院 農学生命科学研究科 佐々木潔,江前敏晴,尾鍋史彦
韓国慶北大学校 農科大学 金 鳳庸

 内部応力の解放は紙の表面ラフニングの原因の一つであるといわれてきた。しかし,乾燥応力に由来する内部応力の解放がラフニングに結びつかないことがしばしばある。
 本研究ではこのような面内の内部応力ではなく,カレンダリングやウェットプレスなどの厚さ方向に作用する工程で蓄えられる面外内部応力の解放がラフニングに関係しているのではないかとの仮説を立てた。Kubtが提案した面内の内部応力を求める手法を圧縮モードに適用し面外の内部応力を求めた。時間の対数に対する応力緩和速度を初期荷重に対してプロット(Kubtプロット)すると高荷重側に直線関係を示す部分が見出された。この直線部分の傾きと位置はその紙の持つ製造履歴と密接な関係があった。理論的な議論をさらに要するものの,緩和速度が25N/log(s)となる初期応力を面外内部応力指数と便宜上定義した。結果としてカレンダリング,ウェットプレス及び叩解を強くすると,圧縮応力緩和速度が小さくなり,面外内部応力は増加した。しかし,炭酸カルシウムの内添配合量は影響しなかった。面外内部応力の解放量は紙の表面ラフニングと関係があったが,その関係は抄紙工程にも依存するものであった。さらに面外内部応力は,繊維の種類や抄紙法にもよるが紙の見かけ密度と関係があった。繊維の潰れの度合いや粘弾性が面外内部応力に密接に関係すると考えられた。
(本文81ページ)


オフ輪じわに影響をおよぼす要因について
王子製紙株式会社 製紙技術研究所 平林 哲也,藤原 誠二,福井 照信

 オフ輪ジワは,本来平坦であるべき画線部が,横方向圧縮力を受けて座屈を起した現象と考えられ,その時に発生するオフ輪ジワの波数(N)は,下記式に示されるように,・横方向圧縮力(P)・画線部の長さ(b)・画線部のガーレ剛度(S)の3つの要因により決定され,横方向圧縮力が増えると,その平方根に比例してオフ輪ジワは増大する。また,画線部の長さが長くなるか,画線部のガーレ剛度が大きくなると,その平方根に反比例してオフ輪ジワは減少する。
N=Kw√P/bS (オフ輪ジワ式)
N:しわの数(なおN≧1とする)  W:画線部の幅  P:横方向圧縮力
b:画線部の長さ  S:画線部のCD方向のガーレ剛度  K:定数(K=0.333)
 この時,画線部に作用する横方向圧縮力には,印刷時のテンションにより発生する力と,画線部と非画線部の乾燥収縮の差により発生する力とがある。
 ブリスタテスターを用いたテーブルでのオフ輪ジワ発生テストにおいて,米坪,および原紙配向性の異なるサンプルを用いて,乾燥前のしわの数(テンションじわ)と乾燥後のしわの数(乾燥収縮差により発生したしわ)より,上記式から横方向圧縮力を算出し比較した。その結果,乾燥により発生した圧縮力は,乾燥前のものの2〜4倍の値を示し,サンプルの種類の差による変動幅も大きい。即ち,オフ輪ジワを発生させる横方向圧縮力は,乾燥収縮力に依存すると考える。
 また,画線部長さを変更した場合の,実際に発生したオフ輪ジワ数と,上式を用いて算出した理論的オフ輪ジワ数を比較したところ,2つの値は良く一致した。しかし,画線部長さを非常に短くした場合は,今回は考慮していない境界部の座屈の影響が大きくなり,理論値と実験値の差が大きくなる。
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