In the dry fiber web forming system, to improve the wind path of the air flow method and equipment

【発明の詳細な説明】 乾燥繊維ウェブ形成システムにおける、風道の気流を改良する方法 及び機器 本申請書は１９９５年１２月８日出願の米国特許仮出願第６０／００８，３６ ８号の恩典を請求する。 発明の分野本発明は、概括的に無作為に配向された繊維から形成されたウェブに関し、より具体的には、ウェブを形成するための圧密（consolidation）スクリーンの方向に導く風道を通過する、空気及び繊維の空気力学に関する。 発明の背景 EI． du Pont de Nemours and Company（DuPont ^(R) ）社は長年、Sontara ^(R)スパンレース生地を製造してきた。 該方法は、繊維の詰め綿（batt）を個々の繊維に分散させること、及びスクリーンコンベヤーベルト上にウェブとして繊維を広げること（laying）、を含む。 該方法は、１９７４年３月１９日に公布のZafiro gluに対する米国特許第３，７９７，０７４号明細書に公表され、該明細は引用により本明細書に取り込まれている。 Sontara ^(R)スパンレース生地の製造に関する、継続して存在する問題の１つは、あらゆる僅かな気流及び、小さい渦（eddi es）、大きい渦（vortexes）、及び乱流等のような気流の偏りに対する、個々の繊維フィラメントの極端な敏感さである。 あらゆる種類の乱流、大きい渦又は小さい渦が形成する、最も面倒な場所の１つは恐らく、ウェブを形成するために、 空気及び繊維をスクリーン圧密ベルトに運搬している、風道内である。 エアレイ（airlay）の風道中の気流は、かき取った（doffed）繊維を受け取り、ウェブ形成のために、それをベルトに運ぶための、かなり具体的な標準をもつ。 気流は分散機ロールに対して具体的な範囲内の速度をもたねばならず、それは乱流及び大きい渦を実質的にもってはならない。 このような具体的な気流を提供するために、空気は濾過され、線流化されて、最小の乱流をもつようにされる。 濾過及び、特に線流化は、かき取り速度よりもずっと遅い速度で最も有効に達成されることが見いだされた。 従って、気流は低速度で線流化され、濾過され、そして、実質的に乱流又は大きい渦を誘発又は形成せずに、より小さいディメンションの風道中に気流を導くことにより加速される。 これがどんなに成功して達成されるかに関係なく、概括的に線状の、非乱流の気流は不安定で、最終的には、 風道の周囲の壁に沿って、過剰で、許容できない乱流を引き起こすであろう。 従って、本製法立案者の目的は、小さい渦及び乱流が、ウェブに欠陥及び不整を引き起こす規模に達する前に、繊維をロールから外して、スクリーン圧密ベルト上に乗せることである。 図１において、通常のエアレイを概括的に、参照番号１０により示している。 エアレイ１０は、時計方向に回転する分散機ロール２０を含んでなる。 分散機ロール２０はその外面の周りに歯を含み、供給ロール２２及び２３において詰め綿Ｂから繊維をつまみあげる。 繊維は分散機の囲い板（shroud）の下方の供給ロール２２及び２３から風道４０に運ばれる。 風道４０は底壁４２、上壁４４及び側壁（図示されていない）を含んでなる。 風道４０は分散機ロール２０の外面の一部分の概括的に接線方向に伸び、分散機ロール２０の外面の一部分に対して底壁４２に開口するようになっている。 送風機（図示されていない）は、分散機ロール２０の外面に沿って又はその上を通過するように、風道４０を通過する気流を形成する。 ロール上の繊維は、分散機ロール２０上の歯から、かき取り板４１上の気流中に、遠心力によりかき取られる。 空気及び繊維は風道を、スクリーン圧密べルト５０の方向に降下してくる。 ベルト５０の下方には、繊維をベルトに運んだ空気を、ベルト５０を通り抜けて吸引するため、そしてまたベルト５０に繊維を固定するため、の真空ダクト６０がある。 図１において特に重要で興味深いものは、風道４０を降下する空気のスピードを概括的に表す、一連の、スピードもしくは速度分布曲線である。 第１のスピード曲線７１及び７２は風道４０の上部付近にあり、期待されるように、気流は、 向かい合う壁４２及び４４に沿って僅かにより遅い動きで、風道４０を横切って対称的であることを示している。 しかし、気流が分散機ロール２０を通過すると、その性格が変化する。 明らかに、回転している分散機ロール２０は、大体、分散機ロール２０の外面スピードにおいてそれとともに動く、空気の境界層を生成する。 境界層の少なくとも一部は、かき取り板４１により分割されて、風道４０ を通って、かき取った繊維を運搬していく。 境界層及び気流は相互作用して、かき取り板４１の下流部分の気流のスピード分布図は、底壁４２に利するように歪曲される。 継続的なスピード分布曲線７３、７４、７５及び７６はそれぞれ、気流の最も早い部分は底壁４２により近く、上壁４４から遠いことを示している。 風道４０ にはまた、風道４０の上壁４４に沿った大きい渦７７として示された、乱流領域もまた存在する。 乱流領域７７の開始部分は幾つかの因子により変動し、風道４ ０の末端に向かって厚さを増加する。 事実、エアレイ１０は、できるだけ乱流領域７７を避けるように、大部分の繊維を底壁４２に近い、より早く移動する空気中に誘導するように操作されてきた。 しかし、ある程度の繊維は不可避的に乱流領域中に運ばれ、その乱流がウェブの不規則性及びしみ（splotchiness）をもたらす。 従って、従来の当該技術分野の前記の欠点及び制約を克服し、エアレイ繊維のウェブを製造するための、改良された方法及び装置を提供することが本発明の目的である。 繊維をウェブに広げる（laying）ための、機械の風道内の空気力学の改良方法及び機器を提供することが、より具体的な目的である。 発明の要約本発明の前記及びその他の目的は、繊維を、回転分散機ロールから風道内の気流中に分散させること、並びに、繊維及び気流を圧密スクリーンの方向に誘導して、無作為に配向された繊維のウェブを形成すること、を含んでなるウェブ形成行程により実施される。 分散機ロールは概括的に風道に隣接して配置され、回転ロールは、分散機ロールの不均衡化効果を少なくとも一部は相殺する、風道内の気流に対する均衡化効果をもたらすために、風道に概括的に隣接し、概括的に分散機ロールに対して風道の反対側に配置されている。 本発明はまた、その外面の周りに複数の歯をもち、歯の上に繊維を擁するようにされた回転可能分散機ロールを含む、概括的に無作為に配向された繊維のウェブを形成するための機器として要約することができる。 前記の分散機ロールの歯から、遠心力により繊維フィラメントを分離させるためのスピードで、前記の分散機ロールを回転させるための、駆動ユニットが提供されており、風道は、回転分散機ロールの前記の外面の概括的に接線方向に、そして分散機ロールの外面に対して開口するようになっている。 該機器は更に、分散機ロールの外面に沿って通過して繊維を受け取るための気流を形成するための、風道の付いた送風機を含み、そして気流及び繊維を受け入れ、 繊維を圧密してウェブとし、気流を繊維から分離させるための、圧密スクリーンが設置されている。 該機器は特に、分散機ロールの不均衡化効果を、少なくとも一部は相殺する、風道内の気流に対して均衡化効果を提供するための、そこから風道の反対側に、概括的に分散機ロールに向かい合って配置された向かい合った回転ロール、並びに向かい合ったロールを回転させるための、前記の向かい合ったロールと連接された駆動ユニット、を含む。 図の簡単な説明本発明は、図を含む本発明の詳細な説明により、更に容易に理解されるであろう。 従って、本発明の説明のために特に適当な図をここに付記する；しかし、これらの図は説明のみの目的用であって、必ずしも実測のためのものではない。 図は簡単には以下のように説明される： 図１は、従来の当該技術として示された、通常のエアレイの概括的な立面略図であり； 図２は、本発明のエアレイの概括的な立面略図であり； 図３は、図２に示す分散機ロール及び分散機の囲い板の拡大図であり； 図４は、特に、空気及び繊維を圧密スクリーンコンベヤーに運ぶための風道を示す、第２の態様の拡大立面略図であり；そして 図５は、本発明の第３の態様の概括的な拡大立面略図である。 好ましい態様の詳細な説明次に、図について、当該技術に対する貢献及び、産業へのその応用を説明するために、本発明を、より詳細に説明する。 特に図２において、エアレイを概括的に参照番号１００により示す。 エアレイ１００は、通常詰め綿Ｂ（batt）の形態で繊維を運ぶために、コンベヤー１０５、又はその他の適当な機器から繊維を受け取る。 詰め綿Ｂは供給ロール１１１及び１１２に配達され、それらが詰め綿Ｂ を分散機ロール１２０に配達する。 分散機ロール１２０はその軸回りを回転するために、適当な軸受けもしくはその他の既知の装置により取り付けられて、適当な駆動装置（図示されていない）により、前以て決められた回転スピードで駆動される。 図示された装置においては、詰め綿Ｂが供給ロール１１２とシュー１１５との間でつまみ上げられるように、繊維の詰め綿Ｂを分散機ロール１２０に供給するために、シュー１１５を使用している。 このように、その外面の周りに歯をもつ分散機ロール１２０が、詰め綿Ｂから繊維をつまみあげている間、詰め綿Ｂは保持されている。 分散機ロール上に繊維を提供するためには、多数の可能な集成装置があり、そして本発明は、あらゆる特定の図示又は説明された繊維配達法に限定されないことを理解しなければならない。 繊維は分散機の囲い板１３０の下の、供給ロール１１２及び供給シュー１１５から、風道１４０に運搬される。 図３において、分散機の囲い板１３０は、分散機ロール１２０の歯の上に繊維を保持する効果をもつ、分散機ロール１２０の周囲に空気の引きをもたらすようになっている。 特に、分散機の囲い板１３０には一連の溝１３２が付いている。 溝は、ロール１２０の周囲の空気の境界層が非常に厚く形成されることを、空気力学的に防止する粗い表面を形成している。 空気は分散機ロール１２０の歯の間で運ぶことができるが、歯の先端のすぐ上の空気は、表面スピードでそれらとともに運ばれることはできない。 そのように、 歯の近辺でより遅く動く空気が、繊維をロール１２０の表面に近くに保持し、歯により確実に運ばれるように、歯の上に運ばれた繊維上に引きをもたらす。 繊維が囲い板１３０の下から出て来ると、風道１４０内の気流と合流して、境界層が早急に形成され、それが繊維を歯から飛び出させ、それから持ち上げて気流中に流入させる。 ドクターブレードのような働きをする、かき取り板１４１は、少なくとも一部の境界層を分割させて、繊維が供給ロール１１１及び１１２の方向に戻って分散機ロール１２０に沿った境界層中に再連行されることを防止する。 かき取り板１ ４１の性能は、かなり鋭い前縁を与えることにより、通常の、鈍いかき取り板に比較すると改良された。 より鋭いかき取り板１４１は、通常の鈍いかき取り板が、境界層それ自体を分割させる、気圧の蓄積をもたらす傾向がある、空気の境界層をせん断する傾向がある。 更に、新規のかき取り板の設計物は、かき取り板の風道側が、スクリーン圧密ベルト１５０の方向に伸びている風道１４０の残りの部分と共通な面にある場合は、より少数の、はぐれた（stray）繊維を回収し、 そして概括的に、分散機ロール１２０のその歯の底部における、外面の接線方向の面上に配置されている。 図２において、風道１４０は、分散機ロール１２０の外面の一部の概括的に接線方向に走り、分散機ロール１２０の外面に対して開口するようになっている。 気流を形成するための送風機（図示されていない）又はその他の機器は、分散機ロール１２０の外面に沿ってもしくはその上を通過し、繊維を分散機ロール１２０上の歯から気流中に遠心力によりかき取らせるように、風道１４０を通る気流を動かすか又は形成する。 気流は乱流、大きい渦及び小さい渦がないことが好ましいので、前フィルター１４２、ハニカムひずみ取り機１４３及びフィルター１４４、１４５及び１４６のような機器を設けて、風道１４０の上流から発生するこのような乱流を除去又は実質的に排除することができる。 このようなひずみ取り及び直線化は概括的に、繊維を分散機ロール１２０ からかき取るスピードよりも遅いスピードもしくは速度で実施しなければならない。 従って、気流を所望のスピードに加速させるために、風道１４０のディメンションはフィルターの下流で縮小される。 これは米国特許出願第０８／２５９， ７２２号明細書に、より具体的に記載され公表されており、その開示は、引用により本明細書中に取り込まれるものとする。 前記のように、分散機ロール１２０上の繊維は気流中にかき取られ、スクリーンの圧密ベルト１５０の方向に気流とともに風道１４０を運搬される。 スクリーンベルト及びスクリーンコンベヤーを含む、繊維を圧密してウェブとするための種々のデザインがあり、本発明はいずれの具体的な圧密法にも限定されないことを理解しなければならない。 スクリーン圧密べルト１５０は、ガイドロール１５ ２及び１５４を含む、一連のロール、又はその他の適当な機器により運搬される。 スクリーン圧密ベルト１５０は、気流からの空気をベルト１５０を通過させて、その間に、繊維をその上部表面上でウェブＷとして回収する。 スクリーン圧密ベルト１５０は、連続的にウェブＷを形成するために、前以て決められた速度でロール１５２及び１５４に沿って運搬される。 ウェブＷの厚さ又は基礎重量はもちろん、大部分、ベルト１５０が風道１４０下で移動する速度により決定される。 ベルト１５０の下方には真空ダクト１６０が配置されている。 真空ダクト１６ ０はファン、ブロワー又はその他の適当な真空源と連接されて、そこから空気を吸引して、それによりベルト１５０を通る空気を吸引する。 真空はまた、スクリーン圧密ベルト１５０に繊維を固着させる傾向があり、ウェブＷを圧密し、繊維がベルトから吹き飛ばされるのを防止する補助をする。 分散機ロール１２０から反対側には、向い合った回転ロール１８０が配置されている。 向かい合った回転ロール１８０は、分散機ロール１２０と概括的に同様な方法で、風道１４０を通って、その表面に沿って空気を吸引するように、分散機ロール１２０と同時に回転する。 向かい合った回転ロール１８０は好ましくは、分散機ロール１２０と大体同様な速度で回転するように操作され、好ましくは、同じ駆動ユニット（図示されていない）にギア又はベルト連接することができる。 「同様な速度」の術語は具体的には、向かい合ったロール１８０が、分散機ロール１２０と本質的に同じ外面スピードをもつように回転することを意味すると考えられる。 向かい合った回転ロール１８０が分散機ロール１２０よりも小さい（大きい）直径をもつ場合は、分散機ロール１２０と同じ速度又は匹敵する外面スピードを維持するためには、向かい合ったロール１８０の回転スピード（例えばｒｐｍ）をより高く（低く）しなければならないであろう。 向かい合った回転ロール１８０は好ましくは、囲い板１８２のようなある種のカバーを含み、その外側面上に歯を含んでも含まなくてもよい。 確かに、向かい合った回転ロールを提供する目的は、風道１４０を通る気流に均衡化効果を与えることである。 従って向かい合った回転ロール１８０は、それが分散機ロール１２０と最も類似している場合に、最も優れた均衡化効果をもたらすであろう。 次に図４において、分散機ロール１２０及び向かい合った回転ロール１８０を、僅かにより大きく、より良好な縮尺で、そしてまたより近接した配置で示している。 この第２の態様は特に、風道１４０の下方部分を区画する、ヒンジの付いた壁１４２及び１４４を含む。 反対側の壁は示されていないが、適当な機械的技術分野の専門家には理解できるように、概括的に閉鎖され壁のダクトを維持しながら、壁１４２及び１４４の動きを可能にする適当な集成装置を含んでなる。 特に、壁１４２及び１４４はそれぞれ、ベルト１５０に最も近い、壁１４２及び１ ４４の端部が、相互に近付いたり遠ざかったりして、風道１４０の幅及び形態を変化させるように、シャフト１４２ａ及び１４４ａに取り付けられている。 シャフト１４２ａ及び１４４ｂはエアレイ１００の適当なブラケット又は支持構造物に固定することができる。 壁１４２及び１４４は、レバー、クランク又は単純な手動力を含む適当な装置により、それらの軸の回りを動かすことができる。 一旦好ましい配置に収められた後、壁１４２及び１４４は、壁の移動のための機構の摩擦により、又は戻り止め（detents）又はピン等のようなその他の適当な部品により、その場所に固定することができる。 分散機及び向かい合ったロール、１ ２０及び１８０との間の、壁１４２及び１４４の上方部分は、回転地点がこれらのロールに近いので、ごく僅かに動くことができる。 壁１４２及び１４４の角度を調整することにより、風道１４０を通過する気流の特性が変化する。 その隙間が広いほど、気流をより遅くすることができ、繊維がベルト１５０上に付着してウェブを形成する面積が広くなる。 一方、 気流を余り遅くすると、気流が早急に不安定になり過ぎ、乱流及び大きい渦が激発してウェブ中に分散性の劣る繊維をもたらす。 更に図４には、風道１４０内の幾つかのスピード分布曲線が示されている。 第１のスピード分布曲線１７１は、分散機及び相対するロール、１２０及び１８０ にもっとも近い上方部にある。 ロールの方向に風道１４０を降りてくる空気は好ましくは、分散機及び向かい合ったロールの外面スピードよりも、少なくとも僅かに遅く移動しているので、壁の部位の空気は実際、風道１４０の中心部の気流よりも早く動いている。 しかし、固定壁における摩擦により、壁１４２及び１４ ４に最も近い空気のスピードは中心部の空気よりもより早く減速する。 このことは、その次のスピード分布曲線１７２、１７３及び１７４それぞれを観察することにより認められる。 明らかに、風道１４０の底部の、最後のスピード分布曲線１７４と同様な、平坦なスピード分布曲線を得ることが理想的であろう。 このような空気分布曲線１７４は、極めて望ましい、均一で、無作為に配向された繊維のウェブを形成するであろう個々の繊維の、幅広い分布をもたらすと信じられる。 風道１４０は底部に向かってより太くなるので、全体の気流は、繊維がベルトに衝突する前には減速するであろう。 ベルト上にある繊維を乱し、それらの自然の、無作為な配向を損なったり変更したりすることが少ないであろうため、より穏やかな衝突が好ましい。 更に、繊維にはいくらか自然の曲がり又はちじれがある可能性があるが、大部分の繊維は自然に、伸びた形状を採る傾向がある。 繊維がベルトに衝突すると、このような繊維が、そうでない場合にはウェブ及び最終的布地製品の引っ張り力及びその他の性状に与えられる可能性のある特徴を減少させる、ある種のねじれ又は巻き付いた形状に崩壊してしまう可能性がより大きい。 本発明により、風道１４０の底部の気流の、平坦なスピード分布曲線を探求するための、多数の変数及び選択肢がある。 壁１４２及び１４４の角度及び幅は調節することができ、分散機と、向かい合ったロール１２０及び１８０との相対的スピードを調節することができ、そして風道１４０を通る気流のスピードを調節することができる。 これらの変数の適当な調節により、本発明のシステムにより、ウェブに形成される大部分の繊維もしくは繊維類に対して、最適化されたスピード分布曲線１７４を得ることができる。 言い換えれば、本発明により、システムの性能及びウェブの品質の改良が今や、より可能である。 次に、本発明の第３の態様を示す図５において、向かい合った回転ロール１８ ０を、向かい合った分散機ロール１８１と置き換えるように、最初の集成装置を変更した。 向かい合った分散機ロール１８１には、最初の分散機ロール１２０と同様な、気流中に分散される繊維源が提供される。 向かい合った分散機ロール１ ８１には代替的には、第１の分散機ロール１２０からの繊維と混合するべき異なった繊維を提供することができる。 該システムは、直線化された空気及び真空に対する、本質的に同様な要求事項を有するであろうし、スクリーン圧密ベルト、 等はすでに用意されている。 図１の通常の設計体に比較すると、向かい合った分散機ロール１８１は、第１の分散機ロール１２０と連動して、風道を通る、ある程度の気流を誘導するであろうから、実際的に、気流のための馬力必要量の減少をもたらす可能性がある。 向かい合った回転ロール１８０の駆動に関しては、前記のように、第１の分散機ロール１２０のための駆動ユニット（図示されていない）をまた、ベルト又はギアで連接して、向かい合った分散機ロール１８１を回転させることができる。 以上の説明及び図は、本発明及びその操作を説明するために提示され、どんな方法でも、この申請から許可されるどんな特許によっても与えられ得る領域の範囲を制限してはならない。 明らかに、独占性の範囲が定義されており、以下の請求の範囲により測定及び決定されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マツコイ，トツド・エイ アメリカ合衆国テネシー州37075ヘンダー ソンビル・チヤールストンコート103 (72)発明者 ソーウエル，ライルス・エイチ アメリカ合衆国テネシー州37138―1908オ ールド ヒツコリー・ウイロウバウレイン 381 (72)発明者 ステイプルス，フイリツプ・オー アメリカ合衆国テネシー州37205ナツシユ ビル・リベアパーク57 (72)発明者 タツカー，レオナード・アール アメリカ合衆国テネシー州37075―5806 ヘンダーソンビル・カンタベリーレイン 105 (72)発明者 ベイリー，ジエイムズ・スチーブン アメリカ合衆国バージニア州22205アーリ ントン・ルーズベルトストリート1405