(57)【要約】【課題】廃木材、非木材系原料等からシート成形用の微細繊維材料を、苛性ソーダ等の薬液を使用せず、簡便に、短時間で製造する粉砕機を提供する。【解決手段】石臼型円盤状グラインダーから構成される粉砕手段を少なくとも２組使用し、グラインダー間の面間距離を上流側から順次狭めたことにより、粉砕処理量の増大と、粉砕効果の両方を満足できる粉砕機を可能とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側筒体と下流側筒体及びその長手方向に配置された回転軸から構成され、上流側回転軸には螺旋溝或いは螺旋羽根が設置され、下流側筒体の中には回転軸に固定された石臼型グラインダー及び筒体に固定された石臼型グラインダーからなる少なくとも２組の粉砕手段が配置されており、上流側から配列した粉砕手段により、原料の粉砕を連続的に実施することを特徴とする石臼型粉砕機。
【請求項２】
最下流の粉砕手段を構成する石臼型グラインダー間の面間距離は２００μｍ以下であり、その上流側の粉砕手段を構成する石臼型グラインダーの面間距離は、隣接する下流の粉砕手段のそれと同等か或いは大きいことを特徴とする請求項第１項に記載の石臼型粉砕機。
【請求項３】
粉砕手段を構成する石臼型グラインダー間の面間距離が２ｍｍから１０ｍｍの上流領域の粉砕手段、該面間距離が１ｍｍから５ｍｍの中間領域の粉砕手段及び該面間距離が２００μｍ以下である下流領域の粉砕手段を各々少なくとも１組配置していることを特徴とする請求項第１項、第２項記載の石臼型粉砕機。
【請求項４】
粉砕手段を構成する石臼型グラインダーの一方が回転軸に固定された円盤状グラインダーであり、他方が筒体に固定された中央部を回転軸が貫通しているドーナツ型グラインダーであることを特徴とする請求項第１項、第２項及び第３項に記載の石臼型粉砕機。
【請求項５】
石臼型グラインダーは取り外し可能で、且つ夫々の面間距離を調節できることを特徴とする請求項第１項、第２項、第３項及び第４項に記載の石臼型粉砕機。
【請求項６】
原料が合成繊維或いは天然繊維からなる織布或いは不織布であることを特徴とする請求項第１項、第２項、第３項、第４項及び第５項に記載の石臼型粉砕機。
【請求項７】
原料が芝であることを特徴とする請求項第１項、第２項、第３項、第４項及び第５項に記載の石臼型粉砕機。
【請求項８】
原料を粉砕する微細繊維化工程、水に懸濁する分散工程、シート状製品とする漉き工程及び乾燥工程を含むシート製造設備であって、微細繊維化工程に用いる粉砕機が、請求項第１項から第５項に記載の粉砕方法及び粉砕機であることを特徴とするシート製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】      本発明は、特に木片、剪定枝、植物幹、樹皮、古紙、織布、不織布、ゴム片等を粉砕し、微細繊維化した後シート化するための粉砕機及びこの粉砕機を組み込んだシート製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】      従来利用されてきた製紙用木材パルプは、大量生産、大量消費には適しているものの、次のような問題点を抱えていた。第１の問題点は、通常実施されているパルプの製造においては、苛性ソーダと硫化ナトリウムを主成分とする薬液をチップに加えて蒸解するために、製造工程で発生する亜硫酸ガス等が大気を汚染し、蒸解廃液や製紙工程での廃液が水質を汚染するという点にある。第２の問題点は、木材伐採による森林破壊である。森林破壊は、地球温暖化の一因ともいわれ、気象や生態系に大きな影響を与えている。
そのため資源問題、環境問題を考慮し、ジュートやケナフ等の非木材植物原料を利用する地球に優しい代替原料が検討されている。代替材料としては、他に剪定枝や廃材としての木片の利用も数多く提案されている。
また最近は、このような製紙に関する提案に加え、廃棄物としての織布や不織布、その他の原料を粉砕し、シート状製品、塊状製品にする試みも見られるようになった。
しかし、これら原料を粉砕し、細かい繊維状にする技術には、まだ問題点も多い。例えば、粉砕が不十分で繊維として利用し難い、粉砕が過剰で微粉体になり、本来の目的に合わない。或いは処理する量が制限され、製造コスト増大により実用に適さない等の問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】      特許文献１では、従来の石臼を改良した提案がなされている。この方法は穀物の微細な粉体を製造するには適しているが、粉砕が過剰であるため、繊維状製品を得るには不適である。特許文献２も、目的とする製品は微粉体である。これらの技術を利用して繊維材料を粉砕した場合、生成物は微粉体となり、抄紙による紙製品、シート製品の製造には適さない。処理量も少なく、大量処理に適さない。特許文献３では、ケナフの皮を直接二枚の石臼状挽き具の面間に挿入し、粉砕するため簡単にパルプ状製品が得られる点で優れている。しかし、この方法では要求される繊維寸法を得るためには、材料の投入量を微量に制限し、石臼状挽き具面間隔を極度に狭める必要があった。生産性を高めるためには、石臼状挽き具の面間隔を広げ、原料投入量を大幅に増大させる必要があり、その場合は粉砕が不十分になるため、原料および中間処理材料を装置に複数回繰り返し投入する必要がある等まだ十分満足できる状態にはなかった。また石臼状挽き具の面積の増大は技術的に難しく、仮に大面積の石臼状挽き具が製造できても、非常に高価になると推測されていた。
【特許文献１】特開２００６−１５８９９７
【特許文献２】特開２０１０−８９０５６
【特許文献３】特開２００５−２９９０３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】      本発明は、前記の現状を考慮し、比較的柔軟な材料にも適用可能で、繊維形状を保持したまま微細繊維化できる、操作も単純な粉砕機及びこの粉砕機を組み込んでいるシート製造設備を提供することを目的とした。
本発明の第１の目的は、苛性ソーダ等の薬液を用いない、その結果として気体状汚染物質を排出しない、同時に水質汚染のない微細繊維質材料製造用の粉砕機である。第２の目的は、生産性が高く、製品製造コストを低減できる粉砕機の提供である。第３の目的は、大量処理に適した自動化がし易い装置の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】      本発明における粉砕機は、上流の入口と下流の出口を備えた、上流側と下流側の内径が異なる或いは等しい２つの室を形成する筒体及びこの筒体の長手方向に配置された回転軸を有し、回転軸の一方の端部に駆動源としてのモーターを備え、他端は支持体で支持されている。回転軸の上流側には、螺旋状切り込み或いは螺旋状羽根が設置されており、回転軸の回転により入口から投入された原料を下流側へ移送する機能を有する。一方、回転軸の下流側には、回転軸に固定可能な円盤状石臼型グラインダー及び回転軸が中央を貫通し、周辺部が筒体に固定されたドーナツ状石臼型グラインダーの組み合わせからなる粉砕手段が、少なくとも２組、好ましくは３組以上配置されている。最下流の粉砕手段の２枚の石臼型グラインダーの面間距離は２００μｍ以下であり、該粉砕手段の上流に位置する粉砕手段の２枚の石臼型グラインダーの面間距離は、隣接する下流の粉砕手段の石臼型グラインダーの面間距離と同等か或いは大きいことを特徴とする。この粉砕機は、大量に、且つ定量的に原料を移送可能であり、粉砕手段への原料の噛み込みが改善されたため、粉砕も大量に、定量的に実施できる。
【発明の効果】
【０００６】      本発明には、幾つかの利点がある。第１の利点は、石臼型の円盤状グラインダーを用いることで、少量の水分の存在のみで原料の微細化が可能となり、苛性ソーダ等の薬液を使用せずに木材のみならず、ジュートやケナフ等の非木材原料或いは廃木材、織布或いは不織布廃材等の微細繊維化が可能となった。第２の利点は、回転軸を水平に配置したことにより、回転軸の一端をモーターに、他端を支持体で保持でき、垂直方向の配置で予想される軸ブレがなく、安定した操業が確保された。第３の利点は、粉砕機上流側の回転軸に螺旋構造を付与したことで、安定した原料供給が可能になった。第４の利点は、入手し易い小型の石臼型の円盤状グラインダーを使用でき、それを多段に設置することが容易になったことで、処理量の増大が図れた。第５の利点は、複数の石臼型グラインダーを配置できることから、各粉砕手段を石臼型グラインダー面間距離の大きい上流側から、面間距離の小さい下流側まで順番に並べることにより、原料の噛み込みが著しく改善され、処理量を大幅に改善できた点を強調できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】      本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の装置の横断面概念説明図である。チップ化された原料は、原料投入口５より矢印１１に従って投入され、上流側筒体１の中を、回転軸３の回転に伴い、螺旋羽根７により下流側へ移送される。次いで、下流側筒体２に設置された、回転軸に固定された円盤状の石臼型グラインダー８及び筒体２に固定されたドーナツ状の石臼型グラインダー８’からなる粉砕手段により粉砕され、最終的には出口６から矢印１２に従って排出される。最上流にある粉砕手段には別に水の供給手段が備えられており、一定量の水が連続的に或いは間欠的に供給される。
本発明では粉砕手段を少なくとも２組使用し、上流側の粉砕手段を構成する２枚の石臼型グラインダー間の面間距離を下流側のそれより大きくすることにより原料の噛み込みを大幅に改善したことが特徴である。石臼型グラインダーの一方は、固定手段１０により回転軸３上に固定でき、他方の石臼型グラインダーは筒体２に固定される。両者の面間距離の調節は、回転軸に固定する時或いは筒体に固定する時の何れであっても差支えはない。
図３に石臼型グラインダー間の面間距離が異なる場合の原料の噛み込みの模式図を示す。石臼型グラインダーの面上には凹型の溝を設けて、噛み込みをし易くしてはあるが、面間距離が小さい場合噛み込みは必ずしも容易ではない。本発明では面間距離の異なる複数の粉砕手段を直列に並べたことにより当初の原料および粉砕された中間材料の大きさに対応した噛み込みを実現し、処理量の増大を可能とした。
本発明の粉砕手段によれば、石臼型グラインダー上の溝の存在も含め、原料の噛み込み作用、引き裂き作用、叩解作用、擦り作用が微妙に、且つ効果的に作用し微細化した繊維を得ることができる。
本発明で微細繊維にまで粉砕する原料は、廃木材、伐採した剪定枝のような木材原料、バナナやパイナップルの茎や葉、ジュートやケナフ或いは芝のような非木材系原料、廃棄された合成繊維或いは天然繊維からなる織布或いは不織布等から選択でき、繊維質のものであれば特に限定されない。
粉砕する原料は、粉砕機の大きさに合わせ、操作に支障がない大きさまでチップ化されていればよく、大きさ、形状はその範囲で任意に選択可能である。
【実施例】
【実施例１】
【０００８】      長さ１〜２ｃｍの木材チップを使用し、円盤状グラインダー間の面間距離を５ｍｍとした粉砕機に循環水と共に投入した。粉砕機を通過した粗粉砕物は１時間当たり約１００ｋｇであった。
【実施例２】
【０００９】      円盤状グラインダー間の面間距離を２００μｍにした以外は実施例１と同様な操作で粉砕を実施した。１時間当たりの粉砕物の粒度は細かくなったが、通過量は１時間当たり６ｋｇであった。実施例１と比較した結果を表１に示す。【００１０】
【表１】
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【実施例３】
【００１１】      本発明の粉砕機に準じた粉砕手段を３組使用し、粉砕手段を構成するグラインダー間の面間距離を上流側から夫々５ｍｍ、２ｍｍ及び２００μｍとし、これに長さ１〜２ｃｍの木材チップを投入して粉砕した。粉砕機を通過した粉砕物は１時間当たり約９０ｋｇであった。
【実施例４】
【００１２】      グラインダー間の面間距離を３組とも２００μｍにした以外は実施例３と同様な操作で粉砕を実施した。１時間当たりの粉砕物の通過量は１時間当たり６ｋｇであった。実施例１と比較した結果を表１に示す。【００１３】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】  本発明における粉砕機の一実施例の横断面概略説明図である。
【産業上の利用可能性】
【００１５】      本発明による粉砕機及びこの粉砕機を組み込んだシート製造設備は、例えば衣類廃材、産業廃材、木材屑、廃ゴム等のリサイクル、並びに樹皮、剪定枝、或いはケナフ等の炭酸ガス削減に寄与する植物等の有効利用に期待できる。
【符号の説明】
【００１６】  １    上流側筒体
２    下流側筒体
３    回転軸
４    モーター
５    原料投入口
６    粉砕物排出口
７    螺旋羽根
８    回転軸に固定された円盤状の石臼型グラインダー
８’  筒体に固定されたドーナツ状の石臼型グラインダー
９    回転軸支持体
１０    石臼型グラインダー固定手段
１１    原料の流れ
１２    粉砕物の流れ
１３    水の投入口
１４    撹拌羽根
１５    粉砕物と水の懸濁液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年5月21日(2013.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【図１】本発明における粉砕機の一実施例の横断面概略説明図である。
【図２】本発明における製造工程の説明図である。
【図３】本発明におけるグラインダー間隙距離と粉砕される固体の噛み込みのし易さを示す概念図である。