ヘッドボックスの分類と特性

ヘッドボックスは抄紙機の主要構成部品であり、原料分配、流量均質化、噴射といった機能を担います。その性能は、紙の成形性、坪量分布、そして製品全体の品質に直接影響を与えます。構造設計と動作原理に基づき、ヘッドボックスは主に開放型、エアクッション型、全流量油圧型、複合全流量エアクッション型、多層成形型の5種類に分類されます。

1. オープンタイプのヘッドボックス

動作原理

ボックスの上部は外気に開放されている。ストックジェットの速度は、ヘッドボックス内のストックレベルによって発生する静圧によって制御される。

利点

• シンプルな構造、低い投資コスト、そして容易なメンテナンス。
• 操作が簡単で、低速生産や低坪量の紙に適しています。

デメリット

• 動作速度は制限されており、一般的には200m/分以下である。
• 在庫水準が不安定だと、機械間の坪量均一性が悪くなり、筋状のムラが発生しやすくなる。
• 空気が容易に混入するため、紙の成形に悪影響を及ぼす。

応用

文化用紙、ティッシュペーパー、板紙、不織布の低速生産ライン。

2. エアークッション型ヘッドボックス

動作原理

ボックス全体は完全に密閉されています。圧縮空気は材料表面の上部に充填され、圧力安定化のためのエアクッションを形成します。材料の流速は空気圧を調整することで制御され、流れの整流のために流れ均質化ロールが装備されています。

利点

• エアクッション圧が安定した低ストックレベル。ストック速度の調整範囲が広く、応答性も良好。
• 開放型に比べて、機械間の均一性が向上し、空気の混入も少なくなります。
• 適用可能な機械速度：200～500m/分。

デメリット

• 比較的複雑な構造のため、安定した圧縮空気供給システムが必要となる。
• 均質化ロールは原料が付着しやすいため、定期的な清掃とメンテナンスが必要です。
• 600m/分を超える速度では微細な乱流が不十分となり、繊維の凝集が起こりやすくなる。

応用

文化用紙、包装用紙、白段ボール用の中速生産ライン。

3. フルフロー油圧ヘッドボックス

動作原理

大型貯水槽を必要としない、全流式構造として設計されています。原料はポンプ圧によってテーパーヘッダー、段付きディフューザー、およびフォイルを通して供給されます。高強度の微細乱流が発生し、繊維を効果的に分散させます。

利点

• 高強度かつ微細な乱流により、優れた繊維分散が実現し、凝集が最小限に抑えられます。
• 優れた機械間坪量均一性と、卓越した紙質。
• 最大500～1200m/分の高速抄紙機に適しています。
• 高精度な機械間坪量制御を実現する希釈水調整システムを搭載。

デメリット

• 高度な製造・設置精度が求められる複雑な構造で、コストも高額です。
• 複雑な流路は詰まりやすく、毎日の入念なメンテナンスが必要となる。
• 在庫の安定性や圧力の変動に敏感であるため、自動制御システムには高い要求が課せられる。

応用

高級文化用紙、塗工紙、薄紙用の高速生産ライン。

4. フルフローエアクッションヘッドボックス

動作原理

本体はフルフロー構造を採用し、補助エアクッションと組み合わせる。エアクッション室は小さな穴を通して貯水池に接続され、液面変動を抑制する。

利点

• 油圧式ヘッドボックスの高い乱流性と、エアクッション式ヘッドボックスの圧力安定性という利点を統合しています。
• 優れた耐変動性を持ち、600～1000m/分の速度で安定した動作を実現します。
• 優れた機械間均一性と柔軟な希釈水調整機能。

デメリット

• 調達費用と維持費用が高額な、最も複雑な構造物。
• エアクッションシステムとフルフローシステム間の協調制御における困難。

応用

高級紙・板紙向けの高速広幅生産ライン。

5. 多層成形ヘッドボックス

動作原理

Z方向の積層成形を実現します。各層には独立した材料分配、流量調整、供給ユニットが備えられています。異なる配合の材料が同時に噴射され、複合材成形が行われます。

利点

• 層状バッチングに対応：表面層に高品質パルプ、芯層に再生パルプを使用することで、品質を向上させながら生産コストを削減できます。
• 各層の坪量と繊維配向を個別に制御可能。
• 完成した紙は、高い強度、良好な表面性能、および強力な層間結合力を備えています。

デメリット

• 大規模な構造物、高額な投資費用、そして複雑な制御システム。
• 層の位置合わせと層間接合の制御に関して、厳格な要件が課せられる。

応用

高品質の板紙、ライナーボード、段ボール、液体包装用紙。

主なタイプの比較

選考ガイドライン

1. マシンスピード速度が200m/分未満の場合は開放型、200～500m/分の場合はエアクッション型、500m/分を超える場合は油圧型または複合型を選択してください。
2. 品質要件高級紙や薄紙にはフルフロー油圧式ヘッドボックスを、標準紙にはエアクッション式を、板紙には多層式を選択してください。
3. 予算コスト管理を重視する場合は、開放型またはエアクッション型を優先し、高品質を追求する場合は、油圧型または多層型を選択してください。
4. 株式の特徴短繊維や凝集しやすい原料には高乱流油圧式ヘッドボックスを、長繊維にはエアクッション式ヘッドボックスを適用する。