(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸の周囲に異なる性質を有する少なくとも２層からなる発泡体フォームで形成される吸・排水ローラであって、該ローラ表層部が内層部より高い吸水性を有し、前記内層部は、前記表層部より高い排水性を有し、高い吸水性を有する表層部の圧縮硬度は、０．００５〜０．３ＭＰａの範囲であり、高い排水性を有する内層部よりも０．００４ＭＰａ以上高く、高い吸水性を有する表層部の発泡体フォームが、高い排水性を有する内層部に比べて微細なセル径を有し、内層部が粗大なセル径を有し、前記高い吸水性を有する表層部が吸水後、圧縮されることにより前記高い排水性を有する内層部から主に排水することを特徴とする吸・排水ローラ。
【請求項２】
前記異なる性質を有する少なくとも２層からなる発泡体フォームの通気度が、１ｃｍ３／ｃｍ２／ｓｅｃ以上であることを特徴とする請求項１記載の吸・排水ローラ。
【請求項３】
前記表層部の発泡体フォームの微細なセル径が、１０〜２０００μｍであることを特徴とする請求項１記載の吸・排水ローラ。
【請求項４】
前記異なる性質を有する少なくとも２層からなる発泡体フォームが、ポリオールとポリイソシアネートを反応させてなるポリウレタンフォームであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の吸・排水ローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水を吸収する吸・排水体に関し、特に水を利用する製造業、食品加工業等の脱水工程に用いて好適な吸・排水体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばプリント基板、半導体等の電子部品製造時における水洗浄後に付着している水の脱水や、例えば乾海苔の加工時に海苔原料に含まれている水を除去する等の食品加工分野等においては、脱水工程が必要であり、この部位にはロール状やブロック状をした吸水体が用いられている。
【０００３】
一般的には、吸水速度が速く、保水性の良いポリビニルアルコール系吸水フォームが多く用いられている。また、取扱い易さという点からポリウレタン系フォームの吸水性を向上させるための検討が多数なされている。例えば特開平１０−１１５３１２には、ポリウレタンフォームを圧縮成形することによりセルを微細化し吸水性能を向上させたプリント基板製造時の連続脱水工程に用いる吸水ロールが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの吸水体は、吸水性と保水性に優れているが、全体がほぼ均一層となっているため、水を吸収した後、脱水するために吸水体を圧縮させると吸水した水が吸水面からも排水され、被脱水物にも水が戻り効率の良い脱水を行うことができないという問題があった。
【０００５】
また、特開平１０−１１５３１２の場合、ポリウレタンフォームの吸水性を向上させるために圧縮成形していることから吸水速度が速まり保水性も向上するが、全体がほぼ均一層となっていることから吸水した水が吸水面からも排水され脱水効率が劣るという問題があった。また、吸水性を更に向上させるために圧縮率を大きくすると、密度が上がり空隙率が低下することから吸水量が上がらず、また通気性も低下し復元速度が遅くなるとともに吸水した水の排出がしにくくなるという問題があった。
【０００６】
この吸・排水性能は、毛細管現象理論により説明される。
フォームを例にして説明すると、水との接触角が９０度以下（親水性）の吸水フォームは、セル径を小さくすればするほど吸水速度が上がる。
従って、従来の全体がほぼ均一層となっている吸水フォームは、吸水性を上げる為にセルを微細にすることによって達成される。
【０００７】
しかしながら、これは毛細管現象により水の引き込みを大きくするためには効果があるが、裏を返せば吸収した水をフォームから排出しにくくなるという結果となり、毛細管現象だけでは吸水性、保水性を向上させることができても、排水性という点で満足するものは得られないことになる。
この点は、連続的に吸水・排水を要求される各種製造・加工ラインの脱水工程で使用する場合は、圧縮・緩和の繰り返しに追随することができず脱水効率の低さが工程速度を低下させる要因となっていた。
特に半導体等の電子部品分野や食品加工分野における連続脱水工程では、こうした考えが重要となっており、繰り返し性に優れた吸水フォームが強く望まれていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題の少なくとも一つを解決するため、異なる性質を有する部分を備えた吸・排水体から構成することにより、吸水から排水までの水の流れの方向性を持たせることを要旨とするもので、以下の構成を採用した。
すなわち、軸の周囲に異なる性質を有する少なくとも２層からなる発泡体フォームで形成される吸・排水ローラであって、該ローラ表層部が内層部より高い吸水性を有し、前記内層部は、前記表層部より高い排水性を有し、高い吸水性を有する表層部の圧縮硬度は、０．００５〜０．３ＭＰａの範囲であり、高い排水性を有する内層部よりも０．００４ＭＰａ以上高く、高い吸水性を有する表層部の発泡体フォームが、高い排水性を有する内層部に比べて微細なセル径を有し、内層部が粗大なセル径を有し、前記高い吸水性を有する表層部が吸水後、圧縮されることにより前記高い排水性を有する内層部から主に排水することにより解決される。
【０００９】
これは、高い吸水性を有する部分から主に吸水し、吸水後の吸・排水体を、圧縮することにより高い排水性を有する部分から主に排水するという、吸・排水の水の流れの方向性を持たせることができ、吸水性能と排水性能の両機能を備えたことで可能にした。
【００１０】
吸・排水体の材料としては、ポリウレタン系吸水フォーム、ポリビニルアルコール系吸水フォーム等の親水性の発泡体や親水性に優れた不織布・フェルト状物等があり、これらの同一材料で吸水性能等の性質の異なるもの同士の組み合わせでも、異種材料同士の組み合わせでもよい。例えば、親水性に優れた不織布やフェルト状物と、排水性の良好な目の粗い親水性に優れたフェルト状物や粗大セルを有する吸水フォームとの組み合わせであっても良い。
【００１１】
また、吸水後、吸・排水フォームで形成したローラを圧縮した時に高い排水性を有する部分が先に撓みやすくなり、高い排水性を有する部分から排水しやすくなり、脱水効率が向上する。
【００１２】
また、高い吸水性を有する表層部の発泡体フォームが、高い排水性を有する内層部に比べて微細なセル径を有し、前記内層部が粗大なセル径を有することにより、微細セル部から主に吸水し、吸水後のフォームを圧縮することにより粗大セル部から主に排水するという、吸・排水の水の流れの方向性を持たせることとなる。そして、ここで用いるフォームは、同一材料同士の組み合わせに限らず、例えば、微細なセル径を有するポリビニルアルコール系吸水フォームと、排水性の良好な粗大なセル径を有するポリウレタン系吸水フォームとの組み合わせも可能である。この場合は、ポリビニルアルコール系吸水フォームが水を吸収することにより膨潤するので、水膨潤率が同程度のポリエーテル系ポリウレタン吸水フォームと組み合わせると良い。
【００１３】
また、前記異なる性質を有する少なくとも２層からなる発泡体フォームの通気度が、１ｃｍ３／ｃｍ２／ｓｅｃ以上であることにより、圧縮後の復元速度が速くなるので、連続脱水工程での圧縮、緩和の繰り返しに追随できる。
【００１４】
また、前記表層部の発泡体フォームの微細なセル径が、１０〜２０００μｍであることにより、圧縮後の復元速度が速く、圧縮・緩和の繰り返しによる各種製造・加工ラインの脱水工程で使用してもその工程速度を速くすることができる。
【００１５】
また、前記異なる性質を有する少なくとも２層からなる発泡体フォームが、ポリオールとポリイソシアネートを反応させてなるポリウレタンフォームであることにより、適度な柔軟性を持たせることができ、乾燥状態でも吸水状態でも形状が安定し、その取り扱い性が良好となる。
【００１６】
また、軸の周囲に少なくとも異なる性質を有する２層からなる吸水ローラであって、該ローラ表層部が内層部より高い吸水性を有し、前記内層部は、前記表層部分より高い排水性を有することにより、ロール表面から吸水された水は、軸の周囲に形成された内層部から主に排水される。そのため、吸水から排水への水の流れの方向性を持たせることができ、吸水性能と排水性能の両機能を備えた脱水効率に優れた吸水ロールが得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は、本発明の実施の一形態を示す吸・排水機能を有する吸・排水体３の斜視図で、他の部分より高い吸水性を有する部分１（以下『吸水部』という）と、前記他の部分は吸水部より高い排水性を有する部分２（以下『排水部』という）から構成され、両層はともに親水性で可撓性を有する積層体からなっている。
【００１８】
次に本発明の吸・排水体の吸・排水の原理について、図２に基づき説明する。
図２の（ａ）は、吸・排水体３で被脱水物５に付着した脱水すべき水４を吸水する前段階を示し、（ｂ）は、吸・排水体３を被脱水物５に接触させ更に圧縮すると先に排水部２が撓み、その後、吸水部１が撓んだときの圧縮された状態を示す。（ｃ）は、圧縮力を解除したときの緩和途中の状態を示し、このときに圧縮されていた吸・排水体３が（ａ）に示す元の形態に復元する状態を示す。このときに吸水部１が先に復元することにより矢印方向に被脱水物の水を吸い上げる作用を行い、吸水部１から吸水された水は、その後、排水部２が復元することにより自然な流れで排水部にまで移行される。（ｄ）は、吸・排水体３が復元した状態で吸水部１および排水体２が保水した状態を示す。
この保水状態の後、吸・排水体３を（ｂ）のように圧縮すると保水された水は矢印で示すように排水部から排水される。連続脱水工程においては、（ｂ）から（ｄ）の工程を繰り返すことにより連続的な吸・排水が行われる。
【００１９】
このように本発明においては、吸・排水体３を圧縮、緩和を繰り返すことにより、吸水から排水までの水の流れの方向性を持たせることができ吸水性と排水性の優れた吸・排水体が得られる。
なお、本発明で使用される吸・排水体３は、異なる性質を有する部分を少なくとも２層備えていればよく、例えば、図５に示すような中間に排水部３を形成し、その上下に吸水部１を備えた３層以上の構造、また、下面と側面に吸水部１を設けた構造等であってもよく、その目的に応じ適宜選択すればよい。
【００２０】
次に異層構造を有するポリウレタンフォームの例で説明すると、図１の吸水部１が微細セル部１に該当し、排水部２が粗大セル部に該当するので、同一の番号を用いて説明する。微細セル部１は、セル径が微細なため毛細管現象により高い吸水性を有し、粗大セル部２は、微細セル部１と比較しセル径が大きい分吸水性が劣る反面、高い排水性を有する。
【００２１】
そして、この吸・排水フォームの微細セル部１から水を吸水させ、その後、該フォームの全面を上方から圧縮することにより、吸水されている水は粗大セル部２から主に排水される。このように吸水から排水までの水の流れの方向性を持たせたことにより吸水性と脱水性能に優れた吸・排水フォームが得られる。
【００２２】
そしてセル径の異なった部分を有する積層構造とすることにより高い吸水性を有する微細セル部１が吸水速度を速め、また粗大セル部２は、外力を加えない限り保水性を有しており空隙率が高い分吸水できる量が多くなる。したがって、吸水・脱水を連続的に繰り返す各種製造・加工業等の脱水の工程速度を速めることができる。
【００２３】
また微細セル部と粗大セル部を有する積層構造を持つ吸・排水フォームの製造方法としては、厚さ方向に層構造が形成されるように熱プレス等の圧縮成形を行なってもよいし、それぞれに作られたフォームを接着剤や熱融着等で張り合わせる方法などがあるが、これらに限定されるものではない。
【００２４】
しかし微細セル部と粗大セル部との界面を水が滞ることなく通過できなくてはならないため熱プレス法、冷間プレス法（材料を加熱し軟化させた後、材料の軟化点より低い温度の型でプレスする方法）等の圧縮成形、インラインプレス法（反応途中（生産ラインの途中）でプレスを行う方法）、ウレタン原液転写法（原液をコーティングした後、発泡させ、異なる性質を有する材料をスラブ品に転写ラミネートする方法）により製造するのが好ましい。
【００２５】
また、吸・排水フォームの脱水効率を向上させるため、いわゆる粗大セル部から優先的に排水させるためには微細セル部の圧縮硬度が粗大セル部の圧縮硬度より０．００４ＭＰａ以上高くするのが望ましい。
粗大セル部から優先的に排水させるためには微細セル部の圧縮硬度が０．００５〜０．３ＭＰａ以上であることが望ましく、微細セル部の圧縮硬度が０．００５ＭＰａ以下であると排水するために吸・排水フォームを圧縮しても中央層まで力が伝わりにくくなり、被脱水物に接触している微細なセル面からも排水されやすくなり、脱水効率は低下し、０．３ＭＰａを超えると圧縮させるための荷重が大きくなる。また被脱水物に凹凸があっても吸水フォームが密着し、また被脱水物を傷つけないためには微細セル部の圧縮硬度が０．００５ＭＰａ〜０．３ＭＰａ以下であることが望ましい。
【００２６】
また、吸水速度を向上するには、表面の微細セル部のセル径を小さくすることが有利であるが、セル径を１０μｍ以上２０００μｍ以下にすることが望ましい。セル径を１０μｍ以下にすると通気度を１ｃｍ３／ｃｍ２／ｓｅｃ以上にすることが難しく、圧縮・緩和の繰り返しによる脱水工程の場合、フォームの復元速度が遅くなるので、圧縮・緩和の工程速度を速くすることができず、またセル径を２０００  μｍ以上にすると吸水した水をフォーム中に保持することができない。さらに吸・排水を効率よく行なうためにはセル径を１０μｍ以上４００μｍ以下にする、さらに好ましくはセル径を１０μｍ以上２００μｍ以下にすることが望ましい。
【００２７】
次に、本発明の吸・排水フォームを乾海苔の製造ラインの脱水工程に用いた実施の形態について図３に基づき説明する。
現在、乾海苔を製造する場合、大部分が海苔製造機により製造されている。この海苔製造機においては、まず採取した海苔原料を水洗いした後、切断機にかけ、細断された海苔原料を海苔簀の上で所定形状に整えた後、脱水し、その後乾燥して乾海苔が製造される。
【００２８】
図３は、簀６の上に乗せられた海苔原料７が海苔製造機の脱水工程で脱水される状況を説明する概念図で、上側の吸・排水フォーム８は、微細セル部１を海苔原料７側に配置させ、下側の吸・排水フォーム８は、微細セル部１を簀６側に配置することにより、簀６および海苔原料７を上下からはさみ込むようになっている。そして、簀６上に乗せられて運ばれてきた海苔原料７は、上下から吸・排水フォーム８によってプレスされ、吸・排水フォーム８を圧縮・緩和することにより海苔原料７に含まれている水分を吸水し、その後、吸・排水フォーム８を圧縮することにより脱水される。これは前記した本発明の吸・排水原理で説明した作用と同様である。
【００２９】
また、海苔製造機用脱水フォームに用いた場合、吸・排水フォーム８はブロック状で用いられることがほとんどであるが、海苔原料７に接触する面のセルを細かくすることにより細かい海苔のフォームへの入り込みを押さえるのみでなく、海苔に接触する面以外の層を柔らかくすることにより過度に海苔原料７を脱水フォームで押さえつけることがないので海苔に傷が付かない。
また、微細セル部１から吸水し、粗大セル部２の層から排水するので海苔の脱水効率を上げることができる。
また、下方の吸・排水フォーム８を、図３のように２層構造にすることにより簀４との接触面の下方からも排水することができるので、更に脱水効率を上げることができる。
【００３０】
次に、本発明の吸・排水フォームを吸水ロールに適用した実施の形態について図４に基づき説明する。軸９の周囲に排水性の高い親水性の粗大セル部２からなる内層部を配置し、その外周に吸水性の高い微細セル部１からなる表層部が形成された吸・排水ロール１０とされている。本発明の吸・排水ロール１０をプリント基板等の脱水工程に適用した場合、上下に配置された吸・排水ロールの間を被脱水物である水洗浄後のプリント基板が通過すると、吸・排水ロールが圧縮されることによりロール表層部から吸水が行なわれ、吸水した水はロールの内層部から主として排水される。
【００３１】
これは、前記した本発明の吸・排水原理と同様に、吸・排水ロールが圧縮された状態から復元するときに被脱水物に付着している水を吸水し、次に運ばれてくる被脱水物の通過により圧縮されることにより排水する。この圧縮・緩和の繰り返しにより、プリント基板等の連続的に行われる脱水工程で使用してもその工程速度を早くすることができる。
【００３２】
従来の吸水ロールは圧縮させた際にすでに吸水ロールに含まれていた水を被脱水物上に排水して吸水ロールが復元するとき吸水していたため十分な脱水を行なうことができず、後工程で長時間の熱乾燥を行なわなくてはならなかった。これに対し、本発明では、吸・排水ロールが被脱水物の通過により圧縮された時に、ロールの表面からは排水されず、軸に近い内層部から排水されるため吸水した水が被脱水物上にさらに付着することはない。そして吸水ロールを復元するときに被脱水物の水を吸水するので、後工程の乾燥工程を短縮し短時間の熱乾燥ですむ。
【００３３】
［実施例］
以下に本発明の具体的な実施例を表１に示す。
本実施例で用いた吸水フォームは、ポリウレタンフォーム（縦１２０ｍｍ×横１２０ｍｍ、厚み実施例１：５０ｍｍ、実施例２：４０ｍｍ、実施例３：３０ｍｍ）を温度２００℃で、表１に示す実施例の各サンプル厚みになるように、圧縮した状態で約１０分間熱プレスすることにより、上下面のセル径が細かく中央部のセル径が大きいフォームを得た。その後、得られたフォームの四方をカットすることにより、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズとし、図５に示す３層構造から成る吸・排水フォームの実施例に供するサンプルを得た。
本発明の吸・排水フォームの実験結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
0004709973.tif 000002
【００３５】
比較例の実験結果を、表２に示す。
比較例１は、実施例１と同素材、同密度で全体が均一で異なった層を持たない吸水性ポリウレタンフォーム、比較例２は、実施例３と同素材、同密度で全体が均一で異なった層を持たない吸水性ポリウレタンフォームを示した。
【００３６】
【表２】
0004709973.tif 000003
【００３７】
［測定法］
密度は乾燥時測定している。
通気性はＪＩＳ６４００の通気性Ａ法で測定した。
５０％圧縮硬度はＪＩＳＫ６４００の硬さ試験機を用い、厚みの７５％予備圧縮、解除した後１分間保持し、再度厚みの５０％まで圧縮し直後の荷重を読み取った。
吸水速度とはサンプルに水１ｍｌを落とし、完全に吸い込むまでの時間を測定した。
吸水率はサンプルを水中に完全に沈め２４時間放置した後、取り出して表面についた水を軽く除き、重量を測った。
吸水率＝（吸水後のサンプル重量−吸水前のサンプル重量）／（吸水前のサンプル重量）×１００。
脱水後の水残存率は十分に吸水したサンプルを３０％の厚みに圧縮してフォーム中に残った水の割合である。
脱水後の水残存率＝（残った水の重量）／（初期の水の重量）×１００。
脱水量は試験サンプルが実際に脱水した水量であり、次に吸水する際の吸水できる量となる。
実施例１〜３で得られた吸・排水フォームは、吸水した状態で圧縮することにより、粗大セル部から排水することが確認できた。
特に、実施例１、２の３層構造の吸・排水フォームはいずれも吸水速度が速く、吸水率も高い、また脱水性の良い吸・排水フォームを達成した。
また、実施例１〜３のフォームに上方から水を落としながら吸水させ、その状況を観察した。吸水した水は下方から順に保水され、上方の微細セル部まで達しても、中央の粗大セル部から漏れ出すことはなく、外部から圧縮力を加えなければ保水していることが確認できた。
【００３８】
比較例１では実施例１と同素材、同密度であるが均一層からなり、吸水した状態で圧縮すると、フォームの全面から水がにじみ出ることが確認できた。また、実施例１と比べて吸水速度が遅く、吸水率が低く、脱水効率も悪い。吸水速度が遅いのはセル径が大きいためと通気度が低いために起こる。吸水率が低いのは通気度が低く、吸水フォーム中の空気が水と置換されにくいためである。
【００３９】
吸水速度を速く、また吸水率を十分なものにするには通気度が１ｃｍ３／ｃｍ２／ｓｅｃ以上であることが望ましい。通気度が１ｃｍ３／ｃｍ２／ｓｅｃ以下であると圧縮・緩和の繰り返しによる脱水工程の場合、フォームの復元速度が遅くなるので、工程速度を速くすることができない。
熱プレスなどして吸水速度を速めても均一な層では通気度を１ｃｍ３／ｃｍ２／ｓｅｃ以上にすることが難しい。
また脱水効率を考えると、本実施例の異表面をもつ吸水フォームは柔らかくセルの粗大な層２が多くの水を吸っており、圧縮して脱水させる時はセルの粗大な層２が柔らかいことから先に圧縮されるため、均一層に比べ吸った水を効率よく排水することができる。
【００４０】
比較例２は、実施例３と同素材、同密度で全体が均一層からなっているため、吸水した状態で圧縮すると、フォームの全面から水がにじみ出ることが確認できた。比較例２は、実施例３と同素材、同密度であっても、脱水後の水残存率が悪くなるとともに脱水効率が劣る。
【００４１】
しかし、実施例３のようにたとえ層構造であっても異表面の圧縮硬度と中央層の圧縮硬度の差が小さいと、効率の良い脱水性は得られないため連続脱水工程には適さないので、それ以外の連続的に使用しない用途に適用すればよい。
連続脱水工程に適用する場合には、脱水効率をよくするためつまり中央層から優先的に排水させるためには異表面の圧縮硬度が異表面を除いた層の圧縮硬度より０．００４ＭＰａ以上高い吸水フォームが望ましい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明では、高い吸水性を有する部分から主に吸水し、吸水後の吸・排水体を、圧縮することにより高い排水性を有する部分から主に排水するという、吸水から排水までの水の流れの方向性を持たせたことにより、吸水された水が吸水部分から排水され被吸水体に水が戻ることがなくなったので、効率の良い吸・排水が可能となった。また、高い吸水性を有する部分は、吸水速度が速いことから吸水量を多くし、高い排水性を有する部分が吸水した水を容易に排水することにより、吸水性能と排水性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による吸・排水体を示す斜視図である。
【図２】本発明の吸・排水原理を説明する図である。
【図３】本発明の使用例を示す説明斜視図である。
【図４】本発明の吸・排水ロールを示す説明斜視図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る吸・排水体を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  吸水部（微細セル部）
２  排水部（粗大セル部）
３  吸・排水体
４  水
５  被脱水物
６  簀
７  海苔原料
８  脱水フォーム
９  軸
１０  吸・排水ロール
【図１】
0004709973.tif 000004
【図２】
0004709973.tif 000005
【図３】
0004709973.tif 000006
【図４】
0004709973.tif 000007
【図５】
0004709973.tif 000008