(57)【要約】  ケナフ等の、産業上利用可能な植物外皮繊維と植物茎芯を、熱や薬品を使わず、水と機械的処理による物理作用だけで、高速に植物外皮繊維と植物茎芯に分離する方法とシステムを提供する。  粉砕ローラーを備えた植物茎粉砕手段に植物茎を投入し、植物茎から植物外皮を剥離させ、植物外皮と植物茎芯との比重差を利用して植物外皮と植物茎芯を分離し、植物外皮だけを植物外皮圧延手段に送り、圧延ローラーにより植物外皮を延展してシート状にして、植物外皮繊維解繊・洗浄手段へ送り、植物外皮繊維以外の植物成分を高圧水噴射で洗い流して植物外皮繊維のみを得るようにして、植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る。
2007116473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法において、
植物茎を粉砕することにより植物茎芯から植物外皮を剥離させる植物茎粉砕工程と、
該植物茎粉砕工程で剥離された植物外皮と植物茎芯の混合物を植物外皮と植物茎芯とに分離する植物外皮・茎芯分離工程と、
分離された植物外皮を延展してシート状にする植物外皮圧延工程と、
シート状にされた植物外皮に含まれる植物外皮繊維以外の植物成分を流動除去し、植物外皮繊維を解繊・洗浄する植物外皮繊維解繊・洗浄工程と、
を含むことを特徴とする植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法。
【請求項２】
前記植物外皮・茎芯分離工程が、前記植物茎粉砕工程で剥離された植物外皮と植物茎芯を分離用水槽に投入し、水面に浮上した植物茎芯を水槽表面で掬い取り、水槽外へ搬出すると共に、水槽底に沈降した植物外皮を水槽外へ搬出するものであることを特徴とする請求項１に記載の植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法。
【請求項３】
前記植物茎を植物茎粉砕工程に投入してから、解繊・洗浄された植物外皮繊維が得られるまでの時間が５〜６０分であることを特徴とする請求項１又は２に記載の植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法。
【請求項４】
前記植物茎が、該植物が立ち枯れする前に収穫され、収穫後４８時間以内のもの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植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法。
【請求項５】
植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得るための植物茎の連続処理システムであって、
植物茎を粉砕することにより植物茎芯から植物外皮を剥離させる植物茎粉砕手段と、
該植物茎粉砕手段の下部に配設されており、かつ植物茎粉砕手段から自然落下した粉砕により生じた植物外皮及び植物茎芯の混合物を植物外皮と植物茎芯に分離する植物外皮・茎芯分離手段と、
分離された植物外皮を延展してシート状にする植物外皮圧延手段と、
シート状にされた植物外皮に含まれる植物外皮繊維以外の植物成分を流動除去し、植物外皮繊維を解繊・洗浄する植物外皮繊維解繊・洗浄手段と、
前記植物外皮・茎芯分離手段から植物外皮圧延手段へ植物外皮を搬送すべく、植物外皮・茎芯分離手段と植物外皮圧延手段の間に配設される第１の植物外皮搬送手段と、
前記植物外皮圧延手段から植物外皮繊維解繊・洗浄手段へシート状にされた植物外皮を搬送すべく、植物外皮圧延手段と植物外皮繊維解繊・洗浄手段の間に配設される第２の植物外皮搬送手段と、
を備えたことを特徴とする植物茎の連続処理システム。
【請求項６】
前記植物茎粉砕手段の前に植物茎搬送手段を備え、
前記植物外皮繊維解繊・洗浄手段が、植物外皮繊維捕集・搬出手段を有しており、
前記植物茎搬送手段が、原料植物茎設置場所から植物茎粉砕手段へ植物茎を搬送すべく、原料植物設置場所と植物茎粉砕手段との間に配設され、
前記植物外皮繊維捕集・搬出手段が、植物外皮繊維解繊・洗浄手段で解繊・洗浄された植物外皮繊維を捕集して植物外皮繊維回収容器へ搬出するためのものであることを特徴とする請求項５に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項７】
前記植物茎粉砕手段が、内方向へ同速回転するよう対置してなる一対のローラーの間に植物茎を通すことにより植物茎を粉砕し、植物茎芯から植物外皮を剥離させるものであり、かつ前記ローラーが、植物茎が接するローラー表面に凹凸を有し、一方のローラーの膨出部が他方のローラーの窪みに対向しているものであることを特徴とする請求項５又は６に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項８】
前記植物外皮・茎芯分離手段が、分離用水槽を有し、植物外皮が水に沈み植物茎芯が水に浮くことを利用して植物外皮と植物茎芯とを分離するものであることを特徴とする請求項５に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項９】
前記植物外皮・茎芯分離手段が、水面に浮上した植物茎芯を水槽表面で掬い取り、分離用水槽外へ搬出するための植物茎芯捕集・搬出手段と、分離用水槽の底に始端部が位置し、それと対向する位置で分離用水槽の水面上に終端部が位置するように配設され、水槽底に沈降した植物外皮を第１の植物外皮搬送手段の始端部へ搬出する植物外皮搬出手段を有することを特徴とする請求項８に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項１０】
前記植物外皮圧延手段が、内方向へ同速回転するよう対置してなる一対のローラーの間に植物外皮を通すことにより植物外皮を延展してシート状にするものであり、かつ前記ローラーが、植物外皮が接するローラー表面に凹凸を有し、一方のローラーの膨出部が他方のローラーの窪みに対向しているものであることを特徴とする請求項５に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項１１】
前記ローラーが、ローラーの回転軸に対して垂直方向の断面が歯車状の凹凸を有することを特徴とする請求項７又は１０に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項１２】
前記ローラーが、ローラー表面に円錐、四角錐、円錐台、四角錐台、半球から選ばれるいずれかの突起が付いたものであることを特徴とする請求項７又は１０に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項１３】
前記植物外皮繊維解繊・洗浄手段が、高圧水噴射機から噴射された高圧水流によってシート状にされた植物外皮に含まれる植物外皮繊維以外の植物成分を流動除去し、植物外皮繊維を解繊・洗浄するものであることを特徴とする請求項５に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項１４】
前記植物外皮繊維解繊・洗浄手段が、延展されシート状となった植物外皮が乗せられ移動する搬送用コンベアと、該搬送用コンベア上部に搬送方向に沿って複数固定配設された高圧水噴射機を有するものであることを特徴とする請求項１３に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項１５】
前記搬送用コンベアが、植物外皮繊維は落ちないが、水は通り抜ける間隙あるいは孔を有したベルト体を備えているものであることを特徴とする請求項１４に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項１６】
前記植物外皮繊維解繊・洗浄手段が、搬送方向に長く、該長手方向に植物外皮あるいは植物外皮繊維を浸漬しながら移動搬送できる構造をした水槽を有しており、その水槽の上部に前記長手方向に沿って複数配列された高圧水噴射機を有するものであることを特徴とする請求項１３に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項１７】
前記複数配列された高圧水噴射機が、水槽上部から下方に向かって水流が噴射されるように設置されており、水槽の中の水が上下方向に回転するように、前記水槽の長手方向に平行な長手方向の中心線より水槽の側面寄りに配列されていることを特徴とする請求項１６に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項１８】
前記複数配列された高圧水噴射機が、鉛直線から水槽の長手方向側面部へ向かって１〜２０度傾けて設置されていることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項１９】
前記高圧水噴射機へ供給される水の圧力が３〜１５ＭＰａであることを特徴とする請求項１３に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項２０】
前記高圧水噴射機が、直線状に水を噴射するものであり、かつ高圧水噴射機ノズル内部にノズル内部を流れる水の力により回転し、その回転により噴射される水流の方向を変える回転子を有し、高圧水噴射機から噴射される直線状の水流が、ノズルを頂点とする円錐の側面を形成するように回転するものであることを特徴とする請求項１３に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項２１】
前記水槽が、複数の搬送方向に長い部分水槽からなり、該部分水槽それぞれが搬送方向に沿って直列に配設されたものであり、各部分水槽が上流側の部分水槽にある植物外皮繊維を下流側の部分水槽に搬出するための植物外皮繊維捕集・搬出手段を有することを特徴とする請求項１７に記載の植物茎の連続処理システム。
【請求項２２】
見かけ比重が０．５〜１．１の範囲であるケナフ茎を原料として請求項１乃至３のいずれかに記載の方法により得られるケナフ外皮繊維を更に乾燥工程を通すことにより乾燥させたことを特徴とするケナフ外皮繊維塊。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法、植物茎の処理システム、及び、その方法から得られるケナフ外皮繊維塊に係り、特に、植物茎の連続処理プロセスラインに用いるのに好適な、植物茎から解繊・洗浄された植物外皮繊維（ファイバー）と植物茎芯（コア）を、短時間で連続して得ることが可能な、植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法、植物茎の処理システム、及び、その方法から得られるケナフ外皮繊維塊に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学合成物質は、自然界に廃棄されると有害な性質を保持したまま長期間存在し、生態系に悪影響を与える。近年は、このような問題から、環境負荷を軽減するため化学合成された人工物と同等の特性・機能を有する自然界の物質をできるだけ有効利用しようという社会要請がある。もちろん植物も有効利用の対象である。【０００３】
そのような観点から、石油系の合成樹脂に換わる生分解性樹脂の普及が叫ばれている。しかしながら、一般的に生分解性樹脂は耐熱性・耐衝撃性に対して弱いという欠点を有する。この生分解性樹脂の欠点を補うため、さまざまな添加剤・充填剤が検討されているが、中でもケナフの茎に含まれるケナフ外皮繊維が有効であると言われている。【０００４】
また、ケナフ茎の芯の部分は、樹脂充填剤、パーティクルボード、建築用材料、紙パルプ等として利用することができる。【０００５】
ケナフは豪州などで大規模栽培されており、大量のケナフの茎を外皮と外皮以外の部位に簡便かつ効率よく分離し繊維を抽出する方法と装置が切望されている。【０００６】
従来技術においては、微生物発酵により植物茎を腐らせ、水を加え破砕しつつ攪拌して繊維を取り出す方法が特開２００２−１１５１８８号公報に記載されている。また、ケナフの茎を微生物分解処理し、茎を水中で攪拌して繊維と芯とを分離し、外皮繊維を回収する技術が特開２００１−３３６０２２号公報に記載されている。【０００７】
しかし、微生物を用いた発酵法では、発酵や浸漬に要する時間が長く、水を大量に必要とするため、水資源が豊富な場合はよいが、そうでない場合には実施が困難であるという問題があった。【０００８】
また、大規模栽培されるケナフの利用法として、ケナフの茎を芯と外皮に分離した後、一定長に切断し、水と混合し、攪拌粉砕し、水煮の工程を経て化学処理を施さずに、植物繊維を取り出す方法が特許第２９６００６３号に開示されている。しかし、特許第２９６００６３号には方法が開示されているだけであり、記載された方法を効率よく実現する装置について具体的に明示されていない。【０００９】
また、特開２００１−２８８６８６号公報では、生ケナフを圧搾して絞り汁を搾取し、絞り汁を搾取された生ケナフの表皮を水洗いで剥離する前処理を施してから切断し、生チップを作製する方法が開示されている。しかし、この方法は多くの水を必要とする問題があるし、記載された方法を効率よく実現する装置については具体的に明示されていない。【００１０】
また、特開２００５−２２０５０５号公報では、植物茎を外皮と芯に分離した後、外皮をプレスし、プレスした外皮を水に浸して外皮繊維を結合するゴム分を微生物により分解し、最後に外皮繊維を高圧水流で洗浄する方法が開示されている。この方法においても、微生物によるガム質の分解工程が含まれているため、植物茎から外皮繊維を抽出するまでに最低１週間はかかる。【００１１】
また、特開２００５−１３１８９４号公報では、靭皮植物を粉砕してその靭皮を茎芯から剥離させ、その靭皮と茎芯をコンベア上に乗せ、振動を加えながら運搬することにより靭皮と茎芯を分離する装置が開示されている。しかし、この方法では靭皮と茎芯の分離が完全ではなく、また、分離された靭皮から靭皮繊維を得る方法については何も明示されていない。【００１２】
このような状況から、発明者らは以前にケナフ茎を高圧水流で処理することによりケナフ外皮繊維を得る技術を国際公開ＷＯ２００５／１１３８６５号公報で提案した。この技術では、装置にケナフ茎を投入するだけで、自動的にケナフ茎から外皮繊維が分離・回収される。また、この装置では水は循環使用されるため、ケナフ茎を処理するために大量の水を使用するということはない。しかし、この装置ではケナフ茎を１本ずつ処理する仕組みとなっていたため、大規模栽培されたケナフを大量に処理するには適さないという問題があった。
【発明の開示】
【００１３】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、一度に大量の植物茎の処理が可能であり、かつ、植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を短時間で連続して得る方法、及び、その方法による植物茎の連続処理システム、及び、その方法により得られるケナフ外皮繊維塊を提供することを課題とする。
【００１４】
発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、一度に大量の植物茎を処理することができ、効率的に植物茎芯及び植物外皮繊維を得ることができる植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を短時間で連続して得る方法、及びその方法による植物茎の連続処理システムを考案し、更にその方法により得られる特徴的なケナフ外皮繊維塊を見出し本発明に至った。
【００１５】
本発明の本質は、原料である植物茎を植物茎芯と繊維成分を多く含む植物外皮とに分離し、植物茎芯は回収し、植物外皮は粉砕し、シート状に延展し、さらにそのシート状植物外皮から植物外皮繊維以外の植物成分を除去し植物外皮繊維を連続的に得るプロセスを見出したことである。
【００１６】
すなわち請求項１の本発明は、図１に示す如く、植物茎粉砕工程Ｓ１、植物外皮・茎芯分離工程Ｓ２、植物外皮圧延工程Ｓ３、植物外皮繊維解繊・洗浄工程Ｓ４からなる植物茎（原材料）１０から植物外皮繊維１８と植物茎芯１２を得る方法において、植物茎粉砕工程Ｓ１が、植物茎１０を粉砕することにより植物茎芯１２から植物外皮１４を剥離させるものであり、植物外皮・茎芯分離工程Ｓ２が、前記植物茎粉砕工程Ｓ１で剥離された植物外皮と植物茎芯の混合物を植物外皮１４と植物茎芯１２とに分離するものであり、植物外皮圧延工程Ｓ３が、分離された植物外皮１４を延展してシート１６状にするものであり、植物外皮繊維解繊・洗浄工程Ｓ４が、シート１６状にされた植物外皮に含まれる植物外皮繊維以外の植物成分を流動除去し、植物外皮繊維１８を解繊・洗浄するものであることを特徴とする植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法である。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１に記載された前記植物外皮・茎芯分離工程Ｓ２が、植物茎粉砕工程Ｓ１で剥離された植物外皮と植物茎芯を分離用水槽に投入し、植物外皮が水に沈み植物茎芯が水に浮くことを利用して植物外皮と植物茎芯とを分離するものであり、かつ前記分離用水槽の中に投入された植物外皮及び植物茎芯の混合物のうち、水面に浮上した植物茎芯を水槽表面で掬い取り、水槽外へ搬出すると共に、水槽底に沈降した植物外皮を水槽外へ搬出するものであることを特徴とする植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法である。
【００１８】
請求項３の発明は、前記植物茎１０を植物茎粉砕工程Ｓ１に投入してから、解繊・洗浄された植物外皮繊維１８が得られるまでの時間が５〜６０分であることを特徴とする請求項１又は２記載の植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法である。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１に記載された植物茎１０が、該植物が立ち枯れする前に収穫され、収穫後４８時間以内のものであることを特徴とする植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法である。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１に記載された植物茎１０から植物外皮繊維１８と植物茎芯１２を得る方法による植物茎の連続処理システムであって、図２に示す如く、植物茎粉砕手段３００と、植物外皮・茎芯分離手段４００と、第１の植物外皮搬送手段５００と、植物外皮圧延手段７００と、第２の植物外皮搬送手段８００と、植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００とからなり、前記植物茎粉砕手段３００が、植物茎を粉砕することにより植物茎芯１２から植物外皮１４を剥離させるものであり、前記植物外皮・茎芯分離手段４００が、植物茎粉砕手段３００の下部に配設されており、かつ植物茎粉砕手段３００から自然落下した粉砕により生じた植物外皮及び植物茎芯の混合物を植物外皮１４と植物茎芯（コア）１２に分離するものであり、前記第１の植物外皮搬送手段５００が、植物外皮・茎芯分離手段４００から植物外皮圧延手段７００へ植物外皮１４を搬送すべく、植物外皮・茎芯分離手段４００と植物外皮圧延手段７００の間に配設されているものであり、前記植物外皮圧延手段７００が、植物外皮１４を延展してシート１６状にするものであり、前記第２の植物外皮搬送手段８００が、植物外皮圧延手段７００から植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００へシート１６状にされた植物外皮を搬送すべく、植物外皮圧延手段７００と植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００の間に配設されているものであり、前記植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００が、シート１６状にされた植物外皮に含まれる植物外皮繊維以外の植物成分を流動除去し、植物外皮繊維（ファイバー）１８を解繊・洗浄するものであることを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００２１】
即ち、本発明の植物茎の連続処理システムは、図２に示すように、植物茎粉砕手段３００と、植物外皮・茎芯分離手段４００と、植物外皮圧延手段７００と、植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００を連続させたものである。また、当該システムは、植物茎１０を植物外皮１４と植物茎芯１２に分離する手段２００と、植物外皮１４から植物外皮繊維１８を得る手段６００の二つに大別される。図３は、植物茎から植物芯と植物外皮繊維が得られるまでの材料の流れを示したものである。
【００２２】
請求項６の発明は、前記植物茎粉砕手段3００の前に植物茎搬送手段１００を備え、前記植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００が、植物外皮繊維捕集・搬出手段を有しており、前記植物茎搬送手段１００が、原料植物茎設置場所から植物茎粉砕手段３００へ植物茎１０を搬送すべく、原料植物設置場所と植物茎粉砕手段３００との間に配設されているものであり、前記植物外皮繊維捕集・搬出手段が、植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００で解繊・洗浄された植物外皮繊維１８を捕集して植物外皮繊維回収容器へ搬出するためのものであることを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００２３】
請求項７の発明は、前記植物茎粉砕手段３００が、内方向へ同速回転するよう対置してなる一対のローラーの間に植物茎１０を通すことにより植物茎を粉砕し、植物茎芯１２から植物外皮１４を剥離させるものであり、かつ前記ローラーが、植物茎が接するローラー表面に凹凸を有し、一方のローラーの膨出部が他方のローラーの窪みに対向しているものであることを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００２４】
請求項８の発明は、前記植物外皮・茎芯分離手段４００が、分離用水槽を有し、植物外皮１４が水に沈み植物茎芯１２が水に浮くことを利用して植物外皮と植物茎芯とを分離するものであることを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００２５】
請求項９の発明は、前記植物外皮・茎芯分離手段４００が、水面に浮上した植物茎芯１２を水槽表面で掬い取り、分離用水槽外へ搬出するための植物茎芯捕集・搬出手段と、分離用水槽の底に始端部が位置し、それと対向する位置で分離用水槽の水面上に終端部が位置するように配設され、水槽底に沈降した植物外皮１４を第１の植物外皮搬送手段５００の始端部へ搬出する植物外皮搬出手段を有することを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００２６】
請求項１０の発明は、前記植物外皮圧延手段７００が、内方向へ同速回転するよう対置してなる一対のローラーの間に植物外皮１４を通すことにより植物外皮を延展してシート１６状の植物外皮にするものであり、かつ前記ローラーが、植物外皮が接するローラー表面に凹凸を有し、一方のローラーの膨出部が他方のローラーの窪みに対向しているものであることを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００２７】
請求項１１の発明は、請求項７又は１０のローラーが、ローラーの回転軸に対して垂直方向の断面が歯車状の凹凸を有することを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００２８】
請求項１２の発明は、請求項７又は１０のローラーが、ローラー表面に円錐、四角錐、円錐台、四角錐台、半球から選ばれるいずれかの突起が付いたものであることを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００２９】
請求項１３の発明は、前記植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００が、高圧水噴射機から噴射された高圧水流によってシート１６状にされた植物外皮に含まれる植物外皮繊維以外の植物成分を流動除去し、植物外皮繊維１８を解繊・洗浄するものであることを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００３０】
請求項１４の発明は、前記植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００が、植物外皮シート１６が乗せられ移動する搬送用コンベアと、該搬送用コンベア上部に搬送方向に沿って複数固定配設された高圧水噴射機を有するものであることを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００３１】
請求項１５の発明は、前記搬送用コンベアが、植物外皮繊維は落ちないが、水は通り抜ける間隙あるいは孔を有したベルト体を備えているものであることを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００３２】
請求項１６の発明は、前記植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００が、搬送方向に長く、該長手方向に植物外皮あるいは植物外皮繊維を浸漬しながら移動搬送できる構造をした水槽を有しており、その水槽の上部に前記長手方向に沿って複数配列された高圧水噴射機を有するものであることを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００３３】
請求項１７の発明は、前記複数配列された高圧水噴射機が、水槽上部から下方に向かって水流が噴射されるように設置されており、水槽の中の水が上下方向に回転するように、前記水槽の長手方向に平行な長手方向の中心線より水槽の側面寄りに配列されていることを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００３４】
請求項１８の発明は、前記複数配列された高圧水噴射機が、鉛直線から水槽の長手方向側面部へ向かって１〜２０度傾けて設置されていることを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００３５】
請求項１９の発明は、前記高圧水噴射機へ供給される水の圧力が３〜１５ＭＰａであることを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００３６】
請求項２０の発明は、前記高圧水噴射機が、直線状に水を噴射するものであり、かつ高圧水噴射機ノズル内部にノズル内部を流れる水の力により回転し、その回転により噴射される水流の方向を変える回転子を有し、高圧水噴射機から噴射される直線状の水流がノズルを頂点とする円錐の側面を形成するように回転するものであることを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００３７】
請求項２１の発明は、前記水槽が、複数の搬送方向に長い部分水槽からなり、該部分水槽それぞれが搬送方向に沿って直列に配設されたものであり、各部分水槽が上流側の部分水槽にある植物外皮繊維を下流側の部分水槽に搬出するための植物外皮繊維捕集・搬出手段を有することを特徴とする植物茎の連続処理システムである。
【００３８】
請求項２２の発明は、見かけ比重が０．５〜１．１の範囲であるケナフ茎を原料として前記の方法により得られる水分を多量に含むケナフ外皮繊維を更に乾燥工程に通すことにより乾燥させたことを特徴とするケナフ外皮繊維塊である。
【００３９】
本発明は、熱や薬品を使わず、水と機械的処理による物理的作用だけで、植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法及びその方法による植物茎の連続処理システムであるため、以下のような利点がある。
１．電力供給と水のある場所であれば、場所を選ばず植物栽培地でも設置できる。
２．薬剤・薬品の使用が無用で、使用するのは電力と水だけであるため、環境を汚さない。
３．機械的処理および高圧水処理による物理作用だけで処理するため処理が迅速である。
【００４０】
また、本発明の方法によって得られるケナフ外皮繊維塊は白色度が高く、製品化する際に漂白剤を用いる必要が無い。従来のケナフ繊維を漂白しないで生分解性樹脂の充填剤に用いた場合、出来上がった樹脂が薄茶色になるという問題があったが、本発明の外皮ケナフ繊維塊を用いれば樹脂が着色するという問題は無い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明により植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法の手順を示すフローチャート
【図２】本発明に係る植物茎連続処理システムの構成を示すブロック図
【図３】同じく材料の流れを説明する図
【図４】植物茎粉砕機の斜視構造図
【図５】同じく側面図
【図６】同じく要部を示す拡大斜視図
【図７】同じくローラーの変形例を示す拡大斜視図
【図８】植物外皮・茎芯分離機の斜視構造図
【図９】同じく側面図
【図１０】植物外皮圧延機の斜視構造図
【図１１】同じく側面図
【図１２】同じく上部を示す拡大斜視図
【図１３】同じく下部を示す拡大斜視図
【図１４】植物外皮繊維解繊・洗浄機の斜視構造図
【図１５】同じく側面図
【図１６】同じく高圧水噴射ノズルの変形例を示す図
【図１７】同じく水槽の変形例を示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。【００４３】
まず、本発明により植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法について説明する。本発明により植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法は、図１に示した如く、植物茎粉砕工程Ｓ１、植物外皮・茎芯分離工程Ｓ２、植物外皮圧延工程Ｓ３、植物外皮繊維解繊・洗浄工程Ｓ４からなる。【００４４】
以下、図１を用いて本発明の方法における植物茎処理の流れを説明する。植物茎粉砕工程Ｓ１に投入された植物茎（原材料）１０は、植物茎粉砕工程Ｓ１で粉砕され、植物茎芯１２から植物外皮１４が剥離する。植物茎粉砕工程Ｓ１で剥離された植物外皮と植物茎芯の混合物は次に植物外皮・茎芯分離工程Ｓ２で植物外皮１４と植物茎芯１２とに分離される。分離された植物外皮１４は、植物外皮圧延工程Ｓ３へ投入され、そこで延展され植物外皮シート１６にされる。植物外皮シート１６は植物外皮繊維解繊・洗浄工程Ｓ４へ投入され、植物外皮シート１６に含まれる植物外皮繊維以外の植物成分が流動除去され、植物外皮繊維１６が解繊・洗浄される。【００４５】
前記植物茎粉砕工程Ｓ１は、図３に示した如く、植物茎粉砕手段３００の粗目粉砕ローラー３１０と中目粉砕ローラー３２０により、植物茎１０を粉砕する。【００４６】
前記植物外皮・茎芯分離工程Ｓ２は、植物茎粉砕工程Ｓ１で剥離された植物外皮１４と植物茎芯１２を、植物外皮・茎芯分離手段４００の分離用水槽４１０に投入し、植物茎芯と植物外皮の比重差により、植物外皮１４が水に沈み植物茎芯１２が水に浮くことを利用して植物外皮１４と植物茎芯１２とを分離するものであり、かつ分離用水槽４１０の中に投入された植物外皮及び植物茎芯の混合物のうち、水面に浮上した植物茎芯１２を、例えば植物芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０と植物芯搬出櫛形ローラー４３０を用いて水槽表面で掬い取り、水槽外へ搬出する植物茎芯捕集・搬出工程と、水槽底に沈降した植物外皮１４を、例えば水中桟付コンベア４４０を用いて水槽外へ搬出する植物外皮搬出工程からなるものである。【００４７】
前記植物外皮圧延工程Ｓ３は、植物外皮圧延手段７００の細目圧延ローラー７１０により植物外皮１４を噛み潰し、延展することよってなされる。【００４８】
前記植物外皮繊維解繊・洗浄工程Ｓ４は、植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００の高圧水噴射機９２０による高圧水９２１の噴射洗浄により高圧水流で植物外皮シート１６を処理して、植物外皮シート１６から植物外皮繊維以外の植物成分を除去し、植物外皮繊維１８を解繊し、洗浄することによってなされる。【００４９】
本発明において、植物茎を植物茎粉砕工程に投入してから、解繊・洗浄された植物外皮繊維が得られるまでの時間は５〜６０分であり、好ましくは１０〜３０分である。本発明の方法に於いて最も時間のかかる工程は植物外皮繊維解繊・洗浄工程であり、植物外皮繊維解繊・洗浄工程手前までに要する時間は３０秒〜３分である。全工程にかかる時間が５分より短いと解繊・洗浄を充分に行うことができない。また、全工程に要する時間が６０分であれば植物外皮繊維解繊は完全に解繊され、洗浄されているため、それ以上時間をかけても時間とエネルギーを浪費するだけである。【００５０】
次に本発明による植物茎の連続処理システムについて説明する。当該システムは、図２に示した如く、植物茎粉砕手段３００と、植物外皮・茎芯分離手段４００と、第１の植物外皮搬送手段５００と、植物外皮圧延手段７００と、第２の植物外皮搬送手段８００と、植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００とからなる。【００５１】
植物茎搬送手段１００が、原料植物茎設置場所から植物茎粉砕手段３００へ植物茎１０を搬送すべく、原料植物設置場所と植物茎粉砕手段３００との間に配設されているものであり、前記植物外皮・茎芯分離手段４００が、植物茎粉砕手段３００の下部に配設されており、かつ植物茎粉砕手段３００から自然落下した粉砕により生じた植物外皮及び植物茎芯の混合物を植物外皮１４と植物茎芯１２に分離するものであり、前記第１の植物外皮搬送手段５００が、植物外皮・茎芯分離手段４００から植物外皮圧延手段７００へ植物外皮１４を搬送すべく、植物外皮・茎芯分離手段４００と植物外皮圧延手段７００の間に配設されているものであり、前記植物外皮圧延手段７００が、植物外皮を延展して植物外皮シート１６にするものであり、前記第２の植物外皮搬送手段８００が、植物外皮圧延手段７００から植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００へ植物外皮シート１６を搬送すべく、植物外皮圧延手段７００と植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００の間に配設されているものであり、前記植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００が、植物外皮シート１６に含まれる植物外皮繊維外の植物成分を除去し、植物外皮繊維１８を解繊・洗浄するものである。【００５２】
本発明の植物茎の連続処理システムへの植物茎の供給は、当該システムの前に備えられた植物茎搬送手段１００によりなされ、該植物茎搬送手段１００は原料植物茎設置場所から植物茎粉砕手段３００へ植物茎１０を搬送すべく、原料植物設置場所と植物茎粉砕手段３００との間に配設されているものである。即ち、図４に示す如く、適当な長さに切断した植物茎１０を搬送桟付コンベア１１０などの植物茎搬送手段１００により植物茎粉砕手段３００上部に位置する植物茎粉砕手段入口部へ落とし込む方法で行うことができる。このとき、最終目的物である植物外皮繊維が生分解性樹脂の充填剤である場合は、切断する植物茎の長さが５〜１０ｃｍ程度であることが好ましい。【００５３】
本発明に用いる植物茎粉砕手段３００は、図４乃至図６に示す如く、内方向へ同速回転するよう対置してなる少なくとも一対のローラーの間に植物茎１０を通すことにより植物茎を粉砕し、植物茎芯１２から植物外皮１４を剥離させるものであり、かつ前記ローラーが、植物茎が接するローラー表面に凹凸を有し、一方のローラーの膨出部が他方のローラーの窪みに対向しているものである。前記ローラーの形状は植物茎１０を効率よく噛み潰すものであればどのような形態のものでもよいが、ローラーの回転軸に対して垂直方向の断面が歯車状の凹凸であるもの、あるいはローラー表面に円錐、四角錐、円錐台、四角錐台、半球などの突起が付いたものが好適に用いられる。図６に断面が歯車状のローラー、図７に突起が付いたローラー３３０の例を示す。このようにローラー表面に凹凸があることにより、植物茎の粉砕が効果的に行われ、植物外皮と植物茎の剥離が促進される。【００５４】
一対のローラーを用いて、1回だけ植物茎をローラーの間に通してもよいが、複数のローラーを用いて複数回植物茎を噛み潰したほうが効率的に植物外皮が剥離する。使用するローラーの数は２〜１５が好ましく、４〜８が更に好ましい。植物茎が２回以上ローラー間を通過する場合、前段でローラー間のクリアランスが比較的大きい粗目粉砕ローラー３１０を通過させ、次にクリアランスが粗目ローラーより狭い中目粉砕ローラー３２０を通過させることにより、前段のローラーの負荷を少なくし、しかも植物茎１０から植物外皮１４の剥離を完全なものとすることができる。【００５５】
前記の断面が歯車状のローラーを用いた場合、粗目粉砕ローラー３１０の好ましい歯車ピッチおよび歯の溝から頂点までの好ましい高さは、それぞれ３０〜４０ｍｍ、１０〜２０ｍｍであり、中目粉砕ローラー３２０の好ましい歯車ピッチおよび歯の溝から頂点までの好ましい高さは、それぞれ３５〜４５ｍｍ、１０〜２０ｍｍである。【００５６】
本発明に用いる植物外皮・茎芯分離手段４００は、植物外皮１４と植物茎芯１２が分離できればどのような形式のものでも使用できるが、植物外皮と植物茎芯の比重差を利用したものが効率的である。植物外皮と植物茎芯の比重差を利用した分離方法としては、植物外皮と植物茎芯の混合物に風を当てて飛ばされる距離の違いにより分離する方法、植物外皮と植物茎芯の混合物を振動あるいは流動させ比重差により上下層に分離する方法、植物外皮と植物茎芯の混合物を分離用水槽に投入し水上に浮く植物茎芯と水中に沈む植物外皮とに分離する方法などが挙げられる。水を用いて分離するいわゆる浮遊分離という技術は古くから知られており、様々な分野で利用されているが、乾燥していないケナフの場合、植物外皮の比重が１より高く、植物茎芯の比重が１より低いため、この方法が適している。【００５７】
分離用水槽を用いる方法では、図８及び図９に例示する如く、前段の植物外皮粉砕手段３００で処理された植物外皮と植物茎芯の混合物は直接、植物外皮・茎芯分離手段４００の水槽４１０に落下する。分離用水槽４１０の水面に浮上する植物茎芯１２は植物茎芯捕集・搬出手段によりかき集められて植物外皮・茎芯分離手段４００から植物茎芯回収容器（図形省略）内へ搬出される。前記植物茎芯捕集・搬出手段は植物茎芯捕集手段と植物茎芯搬出手段とからなり、水面上に浮遊している植物茎芯１２は水面上に複数基連ねて設置された植物芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０のような植物茎芯捕集手段で植物茎芯搬出口４３８に掃き寄せられ、植物芯搬出櫛形ローラー４３０のような植物茎芯搬出手段で植物茎芯１２だけを植物茎芯回収容器内へ搬出する。【００５８】
一方、水中に沈む植物外皮１４は、分離用水槽４１０の底に始端部が位置し、それと対向する位置で分離用水槽４１０の水面上に終端部が位置するように配設された水中桟付コンベア４４０などの植物外皮搬出手段の上に堆積し、堆積した植物外皮は植物外皮搬出手段により搬送され、植物外皮・茎芯分離手段４００から搬出され、第１の植物外皮搬送手段５００の始端部上へ落下する。植物茎芯１２および植物外皮１４を植物外皮・茎芯分離手段４００から搬出する際に、分離用水槽４１０の水も一部同伴され排出されるため、水槽の水面レベルを保つため水槽に水を供給することが好ましい。【００５９】
前記植物外皮・茎芯分離手段４００から搬出された植物外皮１４は、図１０に例示するような搬送桟付コンベア５１０などの第１の植物外皮搬送手段５００により植物外皮圧延手段７００の上部に位置する植物外皮圧延手段入口部へ落とし込まれる。本発明に用いる植物外皮圧延手段７００は植物外皮１４を圧延してシート１６状にするためのものであり、前記植物茎粉砕手段３００と類似の構造をしたものを利用することができる。即ち、図１０乃至図１３に例示する如く、表面に凹凸があり、一方のローラーの膨出部が他方のローラーの窪みに対向し、かつ内方向へ同速回転するよう対置してなる少なくとも一対のローラーの間に植物外皮１４を通して該植物外皮を噛み潰すことにより、植物外皮を延展してシート１６状にするものである。  【００６０】
前記ローラーの形状は植物外皮を効率よく噛み潰すものであればどのような形態のものでもよいが、ローラーの回転軸に対して垂直方向の断面が歯車状の凹凸であるもの、あるいはローラー表面に円錐、四角錐、円錐台、四角錐台、半球などの突起が付いたものが好適に用いられる。一対のローラーを用いて、1回だけ植物外皮をローラーの間に通してもよいが、複数のローラーを用いて複数回植物外皮を噛み潰したほうが後段での植物外皮繊維の解繊が容易になる。使用するローラーの数は２〜４０が好ましく、５〜２０が更に好ましい。植物外皮圧延手段７００で使用されるローラー間のクリアランスが植物茎粉砕手段３００で使用されるローラー間のクリアランスより更に狭められた細目圧延ローラー７１０、７２０を使用することにより、より植物外皮が噛みほぐされ、植物外皮を構成する植物外皮繊維が荒くほぐされ、解繊が容易な状態となる。【００６１】
前記の断面が歯車状のローラーを用いた場合、細目圧延ローラー７１０、７２０の好ましい歯車ピッチおよび歯の溝から頂点までの好ましい高さは、それぞれ１０〜２０ｍｍ、３〜１０ｍｍである。【００６２】
前記植物外皮圧延手段７００から搬出された植物外皮シート１６は、図１４に例示するような搬送桟付コンベア８１０などの第２の植物外皮搬送手段８００により植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００の上部に位置する植物外皮繊維解繊・洗浄手段入口部へ落とし込まれる。本発明における植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００は、前段の植物外皮圧延手段７００において噛み潰された植物外皮から植物外皮繊維以外の植物成分を流動除去し、植物外皮繊維１８を解繊・洗浄するためのものである。植物外皮から植物外皮成分以外の植物成分を除去するためには、一般的に植物外皮を微生物の存在する水に浸し、微生物の力で繊維以外の植物成分を分解するいわゆるレッティングという方法が用いられる。しかしこの方法ではレッティング工程だけで１週間程度の時間を要し、作業の効率性が極めて悪い。  【００６３】
植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００の好ましい形態においては、高圧水噴射機から噴射された高圧水流で植物外皮を処理することにより植物外皮に含まれる植物外皮以外の植物成分を流動除去し、植物外皮繊維を解繊・洗浄する。【００６４】
高圧水流で植物外皮を処理する好適な方法として、搬送用コンベア上を延展されシート状となった植物外皮が乗せられ移動し、前記搬送用コンベア上部に搬送方向に沿って複数固定配設された高圧水噴射機から植物外皮に向かって高圧水が噴射され、植物外皮が解繊・洗浄される方法がある。搬送用コンベアのベルト体には、植物外皮繊維は落ちないが、水は通り抜けるような間隙や孔があることが好ましい。そのようなベルト体として網状のもの、メッシュのような織物状のもの、短冊形のプレートが連なったものであり、隣り合うプレート間にスリットの入ったものなどが挙げられる。【００６５】
高圧水流で植物外皮を処理するもう一つの好適な方法として、図１４及び図１５に例示する如く、搬送方向に長く、該長手方向に植物外皮あるいは植物外皮繊維を浸漬しながら移動搬送できる構造をした高圧水噴射洗浄用水槽９１０に植物外皮シート１６を落とし込み、その水槽の上部に前記長手方向に沿って複数配列された高圧水噴射機９２０のノズルから水槽９１０に向かって高圧水９２１が噴射され、植物外皮が解繊・洗浄される方法がある。このとき、水槽９１０の中の水が上下方向に回転するように、高圧水噴射機９２０のノズルを水槽９１０の長手方向に平行な長手方向の中心線より水槽の側面寄りに配列させることが好ましい。こうすることにより、水槽中の植物外皮を均一に高圧水流に当てることができる。更に、高圧水噴射機９２０のノズルを、水流が水路の中心方向から水槽の側面方向へ向かって噴出するよう僅かに傾けることにより、水の回転がより顕著になり植物外皮へ高圧水流をより効率的に当てることができる。その傾きは鉛直線から１〜２０度が好ましく、２〜１０度が更に好ましい。傾きが１度より小さいと水の回転を促進する効果が小さく、２０度より大きいと高圧水流が水槽の側面壁に当たる割合が増え逆に効率が悪化する。  【００６６】
水槽９１０に設置する高圧水噴射機９２０のノズルの数は２〜３０個であることが好ましく、５〜１５個が更に好ましい。植物外皮繊維を完全に解繊するためには、高圧水噴射機９２０のノズルへ供給される水の圧力（元圧）は３〜１５ＭＰａであることが好ましく、５〜１０ＭＰａであることが更に好ましい。元圧が５ＭＰａより低いと、繊維以外の植物成分を除去する力が弱く、植物外皮繊維の解繊も充分に進まない。また、元圧が１５ＭＰａより高いと、昇圧するための機器のコストが高くなるとともに、植物外皮繊維の解繊にとどまらず切断もおこるため、植物外皮繊維の回収率が低下する。高圧水噴射機９２０のノズルのタイプとしてはノズルから真っ直ぐに直線状に噴射するものでもよいが、図１６（Ａ）（平面図）及び（Ｂ）（側面図）に例示する如く、高圧水噴射機のノズル９２０内部に、ノズル内部に流れる水の力により回転し、その回転により噴射される水の方向を変える回転子９２３を有し、高圧水噴射機から噴射される直線状の水がノズルを頂点とする円錐９２４の側面を形成するように回転するものであるものが好ましい。そのようなタイプの高圧水噴射機を用いることにより、高圧水流９２１を均一に植物外皮に当てることができる。その高圧水流の開きとしては、前記水流が形成する円錐の頂角が５〜４０度であることが好ましく、１０〜３０度が更に好ましい。前記円錐の頂角が５度より小さいと、旋回の効果があまり見られず、４０度より大きいと、高圧水流が水槽の側面壁に当たる割合が増え逆に効率が悪化する。このような高圧水噴射機のノズルとしてマルヤマエクセル株式会社製のＭ旋回タイプのものがある。【００６７】
また、前記の水槽が、図１７に例示する如く、複数の搬送方向に長い部分水槽９１０Ａ、９１０Ｂ、９１０Ｃからなり、該部分水槽それぞれが搬送方向に沿って直列に配設されたものとすることができる。各部分水槽が上流側の部分水槽にある植物外皮繊維を下流側の部分水槽に搬出するための櫛形ローラー９３０Ａ、９３０Ｂ、９３０Ｃのような植物外皮繊維捕集・搬出手段を有しており、植物外皮は高圧水流により解繊・洗浄を受けながら上流側の部分水槽から下流側の部分水槽へ順次送られていく。このように部分水槽を複数繋げることにより、植物外皮を何度も高圧水流に晒すことになり、解繊を完全なものとすることができる。【００６８】
また、このような直列に連結された水槽のラインを複数並列に並べることもできる。この場合、それぞれのラインの最上流にある水槽に植物外皮粉砕手段でシート状に延展された植物外皮がほぼ均等に供給される。水槽の数は並列に２〜４ライン並べ、直列に２〜６個接続するのが好ましい。【００６９】
また、この植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００は植物外皮繊維の洗浄も兼ねているため、最も下流に位置する水槽９２０Ｃにはなるべく濁りのない水を用いることが好ましい。植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００全体で使用する水の量を節約するため、最も下流に位置する水槽９２０Ｃから流出する水を昇圧ポンプ９１６Cで加圧し、一つ上流側の高圧水噴射機への供給水とすることができる。その排水を更に順次上流側の水源とすることにより、全体での水の使用量を大きく削減することができる。このようにすると、最も上流の水槽９２０Ａでは最も濁った水を用いることになるが、その最も上流の水槽９２０Ａからの排水は、更に植物外皮・茎芯分離手段４００で使用されるメイクアップ水として利用することができる。【００７０】
本発明に用いる植物茎としては、強度の高い植物外皮繊維が得られる植物茎であればなんでもよいが、ケナフ、ジュート、アマ、アサ、カラムシ、コウゾ、ミツマタ、ガンピなどの靭皮植物の茎、あるいはサトウキビ、ケナフ、ヒマワリ、セイタカアワダチソウ、タチアオイなどの背の高い直立性の１年草の茎が好ましい。特に、収穫性の高さ、栽培の容易さ、栽培に対する規制の有無、外皮繊維の強度などを勘案するとケナフ茎が最も優れている。また、ケナフ茎の見かけ比重は０．５〜１．１のものが好ましく、０．８〜０．９９のものが更に好ましい。そのようなケナフ茎としては、収穫して間もない、好ましくは収穫して４８時間以内の、更に好ましくは収穫して２４時間以内の、あまり乾燥していないケナフ茎がある。また、ケナフを収穫するのは、立ち枯れする前に収穫することが好ましい。このようなケナフ茎から得られたケナフ外皮繊維は白色であり、製品あるいは半製品として使用する場合に、ケナフ外皮繊維を漂白する必要がない。【００７１】
一方、高度に乾燥しているケナフ茎では、植物外皮と植物茎芯の比重差が小さく、植物外皮・茎芯分離手段における分離効率が低くなる。植物茎が非常に乾燥している場合、好ましくは乾燥した植物茎が水を吸収し見かけ比重が０．５〜１．１となるように植物茎を水に浸しておくとよい。それにより、植物茎外皮と植物茎芯の比重差が再び増加し、植物外皮・茎芯分離手段での分離効率が改善される。【００７２】
ケナフ茎を本発明のシステムで処理して得られるケナフ外皮繊維は洗浄後のものであり、まだ多量の水分を含んでいる。したがって、ケナフ外皮繊維を出荷する前に乾燥工程を通して乾燥する必要がある。乾燥手段としては、天日乾燥、乾燥機による乾燥が挙げられる。乾燥後は、圧縮機により圧縮し、バンドがけして梱包することにより搬送が容易となる。【００７３】
前記の乾燥したケナフ外皮繊維の平均繊維径は３０〜３００μｍであり、好ましくは６０〜２００μｍである。平均繊維径は３０〜３００μｍであれば、生分解性樹脂と混ぜたときに、生分解性樹脂に対する充分な強度向上効果が得られる。しかし、平均繊維径が３００μｍより大きいと、生分解性樹脂に対する強度向上効果が小さく好ましくない。また、平均繊維径を３０μｍより小さくしても、生分解性樹脂に対する強度向上効果に大きな変化は無く、繊維径を小さくすることに必要なエネルギーが無駄に使われることになる。この平均繊維径の調節は、主に本発明のシステムにおける植物外皮繊維解繊・洗浄手段の条件（植物外皮繊維解繊・洗浄手段における植物外皮の滞留時間、高圧水噴射機の数、高圧水噴射機に供給される水の圧力等）によって決まる。【００７４】
本発明の方法によれば、植物外皮に含まれる植物外皮繊維以外の植物成分（ペクチン、リグニン等）が効率的に除去される。特にペクチンを多量に含むケナフ外皮繊維を生分解性樹脂と混ぜた場合、生分解性樹脂が茶色く着色するという問題がある。本発明の乾燥ケナフ外皮繊維に含まれるペクチン量は、０．１〜５重量％であり、好ましくは０．５〜３重量％である。【００７５】
一方、ケナフ茎を本発明のシステムで処理して得られるケナフ茎芯は、平均的な大きさが５〜５０ｍｍ程度のチップ状のものである。ケナフ茎芯は多孔質であり、そのかさ比重は０．１〜０．２ｇ／ｃｍ３程度である。【００７６】
以下に、本発明の実施例を示すが、本発明は実施例に示された内容に制限されるものではない。
【実施例】
【００７７】
図３は本発明の植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る植物茎の連続処理システムにおける材料の流れを示したものである。  【００７８】
適当な長さに切断された植物茎１０は、図４に示す如く、搬送桟付コンベア１１０で植物茎粉砕手段３００の入口部に搬送され、そこから植物茎粉砕手段３００へ投入される。植物茎粉砕手段３００の内部では、植物茎は最初にローラー間のクリアランスが比較的大きい粗目粉砕ローラー３１０を通過し、次にクリアランスが粗目粉砕ローラー３１０より狭い中目粉砕ローラー３２０を通過し、植物茎１０から植物外皮１４が剥離される。ここで、粗目粉砕ローラー３１０の歯車のピッチは例えば３４ｍｍ、高さは例えば１６ｍｍ、中目粉砕ローラー３２０の歯車ピッチは例えば３８．５ｍｍ、高さは例えば１４．８ｍｍとすることができる。【００７９】
植物茎芯１２と植物外皮１４は混ざったまま、図８に示す如く、植物外皮・茎芯分離手段４００の分離用水槽４１０中に落ちる。植物茎芯１２は、内部に気泡を含むために水に浮遊するが、植物外皮１４は噛み潰されているために繊維の隙間に毛細管現象で水を吸って沈み込む。水面上に浮遊している植物茎芯１２は水面上に複数基連ねて設置された植物芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０で植物茎芯搬出口４３８に掃き寄せられ、植物茎芯搬出櫛形ローラー４３０で植物茎芯１２だけを搬出する。一方、水槽内に沈み込んだ植物外皮１４は、底面から植物外皮搬出口４４２にかけて斜めに設けられた水中桟付コンベア４４０上に積もり、水中から植物外皮搬出口へ搬出される。【００８０】
植物外皮搬出口４４２から出た植物外皮１４は、図１０に示す如く、搬送桟付コンベア５１０で植物外皮圧延手段７００の始端部に搬送され、そこから植物外皮圧延手段７００に投入される。植物外皮圧延手段７００の内部では、ローラー間のクリアランスが更に狭められた細目圧延ローラー７１０、７２０により植物外皮１４が噛みほぐされ、植物外皮を構成する植物外皮繊維が荒くほぐされ、解繊が容易な状態の植物外皮シート１６となる。ここで、細目圧延ローラー７１０、７２０の歯車のピッチは例えば１５ｍｍ、高さは例えば６．５ｍｍとすることができる。【００８１】
植物外皮圧延手段７００を出た植物外皮シート１６は、図１４に示す如く、搬送桟付コンベア８１０で植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００の入口部に搬送され、そこから植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００へ投入される。植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００内部では、高圧水流で植物外皮を処理し、植物外皮繊維以外の植物成分を洗い落とし、植物外皮繊維を解繊および洗浄する。解繊された植物外皮繊維１８は、外皮繊維搬出櫛型ローラー９３０で掃き寄せられて、植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００から搬出され、容器９４０に受けられ、当該システムから搬出される。【００８２】
図４は、植物茎粉砕手段３００として用いられる植物茎粉砕機の斜視構造図で、その動作の様子を示す図であり、図５は同側面図である。図６は植物茎粉砕機の粉砕ローラーの斜視構造図で、ローラーの動きだけで植物茎１０を噛み潰す様子を示す図である。植物茎粉砕機の構造と動作は、以下の通りである。【００８３】
植物茎粉砕機フレーム３０２の最上部に搬送桟付コンベア１１０の先端が位置し、適当な長さに切断された植物茎１０を搬入する。その真下にローラー軸３１２の回りを回転する粗目粉砕ローラー３１０と、このローラー３１０にスプロケット３１４、駆動チェーン３１６を介して動力を伝える駆動モーター３１８が横並びに位置し、搬送桟付コンベア１１０で植物茎粉砕機に供給された植物茎１０は、スプロケット３１４と駆動チェーン３１６で駆動モーター３１８の動力を受けて矢印方向に駆動する対の粗目粉砕ローラー３１０を通過して噛み潰される。粗目粉砕ローラー３１０の真下には、ローラー軸３２２の回りを回転する中目粉砕ローラー３２０と、このローラー３２０にスプロケット３２４、駆動チェーン３２６を介して動力を伝える２つめの駆動モーター３２８が横並びに位置し、一度噛み潰された植物茎は、真下に並んだ複数の中目粉砕ローラー３２０を通過することで、更に噛み潰される。粗目粉砕ローラー３１０と中目粉砕ローラー３２０を通過することで、植物茎１０は、植物茎芯１２と植物外皮１４に剥がされた状態で植物茎粉砕機から搬出される。【００８４】
本実施例では、歯車状の粗目粉砕ローラー３１０を１対の２本、同じく歯車状の中目粉砕ローラー３２０を２対の４本設けているが、各ローラーの形状や本数は、これに限定されず、例えば一方又は双方を、図７に例示したような突起付ローラー３３０とすることもできる。【００８５】
図８は、植物外皮・茎芯分離手段４００として用いられる植物外皮・茎芯分離機の斜視構造図で、その作動の様子を示す図であり、図９は同側面図で、櫛形ローラーを持たない空転スプロケットを介して駆動チェーン４３４を張った様子を示すものである。その構造と動作は、以下の通りである。【００８６】
底面を斜めにした分離用水槽４１０内に、底面に沿って斜めに設置した水中桟付コンベア４４０と、複数の植物茎芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０と搬出口に設置した植物茎芯搬出櫛形ローラー４３０を供えた分離用水槽４１０を植物外皮・茎芯分離機フレーム４０２で支え、分離用水槽４１０真下の植物外皮・茎芯分離機フレーム４０２内にスプロケット４３２、駆動チェーン４３４を介して２種類の櫛形ローラー４２０、４３０を駆動するための動力を伝える駆動モーター４３６を設置する構造である。植物茎芯１２と植物外皮１４は、植物茎粉砕機から分離用水槽４１０内に落とされ、植物茎芯１２は、その内部気泡によって水面上に浮かぶので、矢印方向に回転する複数の植物茎芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０で搬出口方向に掃き寄せて、搬出口に設置し矢印方向に回転する植物茎芯搬出櫛形ローラー４３０で抽出して容器（図示省略）に取り搬出する。植物茎芯１２と植物外皮１４が落とし込まれる場所は、図９に示すように、複数ある植物茎芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０の中間あたりであり、水面上に浮かぶ植物茎芯は植物茎芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０で植物茎芯搬出口４３８方向へ掃き寄せられるため、植物茎芯が植物茎芯搬出口と対向するように配置された植物外皮搬出口４４２へ移動することはない。【００８７】
一方の植物外皮１４は、噛み潰された植物繊維の毛細管現象により水を吸い込み、水中に沈んで行き、斜めの水槽底面に沿って斜めに設置し矢印方向に回転している水中桟付コンベア４４０に堆積し、植物茎芯搬出口４３８と対向する植物外皮搬出口４４２から水槽４１０外へ搬出される。【００８８】
本実施例では、植物芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０は、そのローラー軸から３本の櫛が傾斜した放射状に伸びる物が３本設けられ、植物茎芯搬出櫛形ローラー４３０は、そのローラー軸から６本の櫛が傾斜した放射状に伸びる物が１本設けられているが、各ローラー４２０、４３０の本数や櫛の本数、形状は、これに限定されない。【００８９】
図１０は、植物外皮圧延手段として用いられる植物外皮圧延機の斜視構造図であり、その作動の様子を示す図である。図１１は、同側面図で、圧延ローラーを持たない空転スプロケットを介して駆動チェーン７１６、７２６を張った様子を示すものである。植物外皮圧延機の構造と動作は、以下の通りである。【００９０】
植物外皮圧延機フレーム７０２の最上部に搬送桟付コンベア５１０の先端が位置し、植物外皮・茎芯分離機で抽出した植物外皮１４を搬入する。その真下に、図１２に詳細に示す如く、縦方向に並んだ、ローラー軸７１２の回りを回転する複数の細目圧延ローラー７１０と、該ローラー７１０にスプロケット７１４、駆動チェーン７１６を介して動力を伝える駆動モーター７１８が横並びに位置し、ローラーの動きだけで植物外皮１０を噛みほぐし、延展して植物外皮シート１６とする。一連の細目圧延ローラー７１０の真下には、図１３に詳細に示す如く、ローラー同士の並びを鏡に映したように勝手違いに組んだ、縦方向に交互に並んだ、ローラー軸７２２の回りを回転する複数の細目圧延ローラー７２０と、該ローラー７２０にスプロケット７２４、駆動チェーン７２６を介して動力を伝える２つめの駆動モーター７２８が横並びに位置し、ローラーの動きだけで植物外皮シート１０を更に噛みほぐし、延展する。一連の細目圧延ローラー７１０を通過して、すぐに、同様な細目圧延ローラー７２０を、もう一度通過することで、植物外皮１０は更に繊維がほぐれて、互いの繊維が絡み合いシート状に変化して植物外皮シート１６となる。【００９１】
本実施例では、歯車状の細目圧延ローラー７１０を上段に７本、同じく歯車状の細目圧延ローラー７２０を下段に逆向きに７本設けているが、各ローラーの形状や本数は、これに限定されず、例えば一方又は双方を、図７に例示したような突起付ローラー３３０とすることもできる。又、上段と下段で歯車や突起の形状を変えることもできる。【００９２】
図１４は、植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００として用いられる植物外皮繊維解繊・洗浄機の斜視構造図であり、その作動の様子を示す図である。図１５は、同側面図で、外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０と付着繊維清掃櫛９３２やその他の部品の位置関係を示した図である。植物外皮繊維解繊・洗浄機の構造と動作は、以下の通りである。【００９３】
植物外皮繊維解繊・洗浄機フレーム９０２上に、洗浄水循環パイプ９１２が取り付けられた高圧水噴射洗浄槽９１０を設置し、植物外皮繊維解繊・洗浄機フレーム９０２に取り付けたサイドパネル支柱９０４で支えるサイドパネル９０６に、先端に高圧水噴射ノズルを取り付けた複数の給水パイプ９２２と、付着繊維清掃櫛９３２を持った外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０を取り付けた構造である。【００９４】
高圧水噴射洗浄槽９１０の投入口にかかった搬送桟付コンベア８１０で植物外皮シート１６を水槽９１０内に投入し、高圧水噴射洗浄槽９１０の中央に連続して並んだ複数の高圧水噴射ノズルからの矢印で示す高圧水９２１の噴射で植物外皮シート１６の繊維以外の植物成分を洗い落とし、繊維だけになって、高圧水噴射の水圧と循環する洗浄水の流れによって搬出口付近に流れ寄る植物外皮繊維を、矢印方向に回転する外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０で高圧水噴射洗浄槽９１０外に掃き出して植物外皮繊維１８を得て搬出する。【００９５】
洗浄に使って汚れた洗浄水は、洗浄水排水パイプ９１２を通って外部に引き出され、洗浄水フィルター９１４を通して濾過して、洗浄水貯水槽９１５に貯留され、洗浄水昇圧ポンプ９１６で加圧された後、洗浄水循環パイプ９１８を通って、再び、給水パイプ９２２から高圧水噴射ノズルに再循環される。植物外皮を高圧水流で処理している間に、飛沫などによって高圧水噴射洗浄槽９１０の外に水が出てしまい、高圧水噴射洗浄槽９１０の水が不足した場合は、不足した分だけを追加補給する。【００９６】
高圧水洗浄後、繊維だけで綿状になった植物外皮繊維１８は、水を含んでいると、外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０の櫛の部分に付着しやすくなるので、外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０の櫛の部分を、回転する毎に搬出口に設けた付着繊維清掃櫛９３２に通過させることで付着繊維を落とし、ローラー櫛の部分は、常にきれいな状態で洗浄槽９１０に戻る。【００９７】
本実施例では、外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０は、そのローラー軸から６本の櫛が各卍状に伸びる物が１本設けられているが、ローラー９３０の本数や櫛の本数、形状は、これに限定されない。又、高圧水噴射ノズルの本数、配置や、付着繊維清掃櫛９３２の構成も、実施例に限定されない。【００９８】
図１５に示した植物外皮繊維解繊・洗浄機と同じものを複数台つなぐことにで、より一層の洗浄と高速処理が可能となる。図１７は、植物外皮繊維解繊・洗浄機の水槽を３台搬送方向に沿って直列に接続したものである。各部分水槽９１０Ａ、９１０Ｂ、９１０Ｃが上流側の部分水槽にある植物外皮繊維を下流側の部分水槽に搬出するための外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０Ａ、９３０Ｂ、９３０Ｃを有しており、植物外皮は高圧水流により解繊・洗浄を受けながら上流側の部分水槽から下流側の部分水槽へ順次送られていく。最下流の部分水槽９２０Ｃから外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０Ｃにより、解繊・洗浄された植物外皮繊維が植物外皮繊維回収容器９４０内へ搬出される。最下流の部分水槽９２０Ｃからの排水は、洗浄水排水パイプ９１２Ｃ、洗浄水貯水槽９１５Ｃを通って洗浄水昇圧ポンプ９１６Ｃへ送られ、加圧された循環水は洗浄水循環パイプ９１８Ｃを通って一つ上流の部分水槽９２０Ｂの給水パイプ９２２Ｂへ送られる。最下流水槽９２０Ｃから一つ上流の部分水槽９２０Ｂからの排水は、同様にして更に上流（図１７の例では最上流）の部分水槽９２０Ａの高圧水として使われる。最上流の部分水槽９２０Ａからの排水は、一部植物外皮・茎芯分離機のメイクアップ水として使われる他は廃棄される。なお、部分水槽の数は３台に限定されず、２台又は４台以上であっても良い。【００９９】
また、植物外皮圧延機で繊維をほぐした植物外皮シート１６を受ける搬送桟付コンベア８１０を二方向に分岐させることで、鏡に映したような勝手違いの植物外皮繊維解繊・洗浄機を作り、サイドパネル９０６側で背合わせにして並列で運用することで、更に高速化が図れる。
【産業上の利用の可能性】
【０１００】
本発明の植物茎から植物外皮繊維および植物茎芯を得る方法およびシステムは、（１）加熱などの時間とエネルギーを多く使う処理がなく、噛み潰し、噛みほぐし、延展、高圧水洗浄だけで植物茎を植物外皮と植物茎芯に分離して、高速・大量に産業上利用可能な植物茎芯と植物外皮繊維を得られる。（２）薬剤・薬品を使わないので、廃棄処理費用がかからず、製造コストを大幅削減できる。（３）薬剤・薬品を使わないので、環境を汚すことなく、植物栽培地でも設置でき自然との共存が可能である。
【０１０１】
以上のことから、産業上、利用可能な植物茎ならば種類を選ばず、植物外皮繊維は生分解性樹脂の強化繊維として、植物茎芯はパーティクルボードやパルプの原料として、およびそれに限定されることなくあらゆる分野で大いに役立つ。
【図１】
2007116473.tif 000003
【図２】
2007116473.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2007116473.tif 000014
【図１３】
2007116473.tif 000015
【図１４】
2007116473.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年10月10日(2008.10.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状にされた植物外皮に含まれる植物外皮繊維を解繊するに際して、
搬送方向に長く、該長手方向に植物外皮あるいは植物外皮繊維を浸漬しながら移動搬送できる構造をした高圧水噴射洗浄用水槽に植物外皮シートを落とし込み、
その水槽の上部に前記長手方向に沿って複数配列された高圧水噴射機のノズルから水槽の側面寄りに向かって高圧水を噴射することにより、
水槽の中の水を上下方向に回転させながら、シート状にされた植物外皮に含まれる植物外皮繊維以外の植物成分を流動除去し、植物外皮繊維を解繊・洗浄することを特徴とする植物外皮繊維の解繊方法。
【請求項２】
シート状にされた植物外皮に含まれる植物外皮繊維を解繊する装置であって、
搬送方向に長く、該長手方向に植物外皮あるいは植物外皮繊維を浸漬しながら移動搬送できる構造をした水槽と、
その水槽の上部に前記長手方向に沿って複数配列された高圧水噴射機とを有し、
前記複数配列された高圧水噴射機が、水槽上部から下方に向かって水流が噴射されるように設置されており、水槽の中の水が上下方向に回転するように、前記水槽の長手方向に平行な長手方向の中心線より水槽の側面寄りに配列されていることを特徴とする植物外皮繊維の解繊装置。
【請求項３】
前記複数配列された高圧水噴射機が、鉛直線から水槽の長手方向側面部へ向かって１〜２０度傾けて設置されていることを特徴とする請求項２に記載の植物外皮繊維の解繊装置。
【請求項４】
前記高圧水噴射機へ供給される水の圧力が３〜１５ＭＰａであることを特徴とする請求項２に記載の植物外皮繊維の解繊装置。
【請求項５】
前記高圧水噴射機が、直線状に水を噴射するものであり、かつ高圧水噴射機ノズル内部にノズル内部を流れる水の力により回転し、その回転により噴射される水流の方向を変える回転子を有し、高圧水噴射機から噴射される直線状の水流が、ノズルを頂点とする円錐の側面を形成するように回転するものであることを特徴とする請求項２に記載の植物外皮繊維の解繊装置。
【請求項６】
前記水槽が、複数の搬送方向に長い部分水槽からなり、該部分水槽それぞれが搬送方向に沿って直列に配設されたものであり、各部分水槽が上流側の部分水槽にある植物外皮繊維を下流側の部分水槽に搬出するための植物外皮繊維捕集・搬出手段を有することを特徴とする請求項２に記載の植物外皮繊維の解繊装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物外皮繊維の解繊方法及び装置に係り、特に、植物茎の連続処理プロセスラインに用いるのに好適な、植物茎から解繊・洗浄された植物外皮繊維（ファイバー）と植物茎芯（コア）を、短時間で連続して得ることが可能な、植物外皮繊維の解繊方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学合成物質は、自然界に廃棄されると有害な性質を保持したまま長期間存在し、生態系に悪影響を与える。近年は、このような問題から、環境負荷を軽減するため化学合成された人工物と同等の特性・機能を有する自然界の物質をできるだけ有効利用しようという社会要請がある。もちろん植物も有効利用の対象である。
【０００３】
そのような観点から、石油系の合成樹脂に換わる生分解性樹脂の普及が叫ばれている。しかしながら、一般的に生分解性樹脂は耐熱性・耐衝撃性に対して弱いという欠点を有する。この生分解性樹脂の欠点を補うため、さまざまな添加剤・充填剤が検討されているが、中でもケナフの茎に含まれるケナフ外皮繊維が有効であると言われている。
【０００４】
また、ケナフ茎の芯の部分は、樹脂充填剤、パーティクルボード、建築用材料、紙パルプ等として利用することができる。
【０００５】
ケナフは豪州などで大規模栽培されており、大量のケナフの茎を外皮と外皮以外の部位に簡便かつ効率よく分離し繊維を抽出する方法と装置が切望されている。
【０００６】
従来技術においては、微生物発酵により植物茎を腐らせ、水を加え破砕しつつ攪拌して繊維を取り出す方法が特許文献１に記載されている。また、ケナフの茎を微生物分解処理し、茎を水中で攪拌して繊維と芯とを分離し、外皮繊維を回収する技術が特許文献２に記載されている。
【０００７】
しかし、微生物を用いた発酵法では、発酵や浸漬に要する時間が長く、水を大量に必要とするため、水資源が豊富な場合はよいが、そうでない場合には実施が困難であるという問題があった。
【０００８】
また、大規模栽培されるケナフの利用法として、ケナフの茎を芯と外皮に分離した後、一定長に切断し、水と混合し、攪拌粉砕し、水煮の工程を経て化学処理を施さずに、植物繊維を取り出す方法が特許文献３に開示されている。しかし、特許文献３には方法が開示されているだけであり、記載された方法を効率よく実現する装置について具体的に明示されていない。
【０００９】
また、特許文献４では、生ケナフを圧搾して絞り汁を搾取し、絞り汁を搾取された生ケナフの表皮を水洗いで剥離する前処理を施してから切断し、生チップを作製する方法が開示されている。しかし、この方法は多くの水を必要とする問題があるし、記載された方法を効率よく実現する装置については具体的に明示されていない。
【００１０】
また、特許文献５では、植物茎を外皮と芯に分離した後、外皮をプレスし、プレスした外皮を水に浸して外皮繊維を結合するゴム分を微生物により分解し、最後に外皮繊維を高圧水流で洗浄する方法が開示されている。この方法においても、微生物によるガム質の分解工程が含まれているため、植物茎から外皮繊維を抽出するまでに最低１週間はかかる。
【００１１】
また、特許文献６では、靭皮植物を粉砕してその靭皮を茎芯から剥離させ、その靭皮と茎芯をコンベア上に乗せ、振動を加えながら運搬することにより靭皮と茎芯を分離する装置が開示されている。しかし、この方法では靭皮と茎芯の分離が完全ではなく、また、分離された靭皮から靭皮繊維を得る方法については何も明示されていない。
【００１２】
このような状況から、発明者らは以前にケナフ茎を高圧水流で処理することによりケナフ外皮繊維を得る技術を特許文献７で提案した。この技術では、装置にケナフ茎を投入するだけで、自動的にケナフ茎から外皮繊維が分離・回収される。また、この装置では水は循環使用されるため、ケナフ茎を処理するために大量の水を使用するということはない。
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−１１５１８８号公報
【特許文献２】特開２００１−３３６０２２号公報
【特許文献３】特許第２９６００６３号
【特許文献４】特開２００１−２８８６８６号公報
【特許文献５】特開２００５−２２０５０５号公報
【特許文献６】特開２００５−１３１８９４号公報
【特許文献７】国際公開ＷＯ２００５／１１３８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、この装置ではケナフ茎を１本ずつ処理する仕組みとなっていたため、大規模栽培されたケナフを大量に処理するには適さないという問題があった。
【００１５】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、植物外皮繊維を短時間で連続して解繊する方法、及び、装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明を利用した植物茎の連続処理システムの本質は、原料である植物茎を植物茎芯と繊維成分を多く含む植物外皮とに分離し、植物茎芯は回収し、植物外皮は粉砕し、シート状に延展し、さらにそのシート状植物外皮から植物外皮繊維以外の植物成分を除去し植物外皮繊維を連続的に得るプロセスにある。
【００１７】
すなわち本発明を利用した植物茎の連続処理システムは、図１に示す如く、植物茎粉砕工程Ｓ１、植物外皮・茎芯分離工程Ｓ２、植物外皮圧延工程Ｓ３、植物外皮繊維解繊・洗浄工程Ｓ４からなる植物茎（原材料）１０から植物外皮繊維１８と植物茎芯１２を得る方法において、植物茎粉砕工程Ｓ１が、植物茎１０を粉砕することにより植物茎芯１２から植物外皮１４を剥離させるものであり、植物外皮・茎芯分離工程Ｓ２が、前記植物茎粉砕工程Ｓ１で剥離された植物外皮と植物茎芯の混合物を植物外皮１４と植物茎芯１２とに分離するものであり、植物外皮圧延工程Ｓ３が、分離された植物外皮１４を延展してシート１６状にするものであり、植物外皮繊維解繊・洗浄工程Ｓ４が、シート１６状にされた植物外皮に含まれる植物外皮繊維以外の植物成分を流動除去し、植物外皮繊維１８を解繊・洗浄するものであることを特徴とする植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法である。
【００１８】
請求項１の発明は、前記植物外皮繊維解繊・洗浄工程Ｓ４で、シート状にされた植物外皮に含まれる植物外皮繊維を解繊するに際して、搬送方向に長く、該長手方向に植物外皮あるいは植物外皮繊維を浸漬しながら移動搬送できる構造をした高圧水噴射洗浄用水槽に植物外皮シートを落とし込み、その水槽の上部に前記長手方向に沿って複数配列された高圧水噴射機のノズルから水槽の側面寄りに向かって高圧水を噴射することにより、水槽の中の水を上下方向に回転させながら、シート状にされた植物外皮に含まれる植物外皮繊維以外の植物成分を流動除去し、植物外皮繊維を解繊・洗浄することを特徴とする植物外皮繊維の解繊方法である。
【００１９】
請求項２の発明は、シート状にされた植物外皮に含まれる植物外皮繊維を解繊する装置であって、搬送方向に長く、該長手方向に植物外皮あるいは植物外皮繊維を浸漬しながら移動搬送できる構造をした水槽と、その水槽の上部に前記長手方向に沿って複数配列された高圧水噴射機とを有し、前記複数配列された高圧水噴射機が、水槽上部から下方に向かって水流が噴射されるように設置されており、水槽の中の水が上下方向に回転するように、前記水槽の長手方向に平行な長手方向の中心線より水槽の側面寄りに配列されていることを特徴とする植物外皮繊維の解繊装置である。
【００２０】
請求項３の発明は、前記複数配列された高圧水噴射機が、鉛直線から水槽の長手方向側面部へ向かって１〜２０度傾けて設置されていることを特徴とする請求項２に記載の植物外皮繊維の解繊装置である。
【００２１】
請求項４の発明は、前記高圧水噴射機へ供給される水の圧力が３〜１５ＭＰａであることを特徴とする請求項２に記載の植物外皮繊維の解繊装置である。
【００２２】
請求項５の発明は、前記高圧水噴射機が、直線状に水を噴射するものであり、かつ高圧水噴射機ノズル内部にノズル内部を流れる水の力により回転し、その回転により噴射される水流の方向を変える回転子を有し、高圧水噴射機から噴射される直線状の水流が、ノズルを頂点とする円錐の側面を形成するように回転するものであることを特徴とする請求項２に記載の植物外皮繊維の解繊装置である。
【００２３】
請求項６の発明は、前記水槽が、複数の搬送方向に長い部分水槽からなり、該部分水槽それぞれが搬送方向に沿って直列に配設されたものであり、各部分水槽が上流側の部分水槽にある植物外皮繊維を下流側の部分水槽に搬出するための植物外皮繊維捕集・搬出手段を有することを特徴とする請求項２に記載の植物外皮繊維の解繊装置である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明を利用した植物茎の連続処理システムは、熱や薬品を使わず、水と機械的処理による物理的作用だけで、植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法及びその方法による植物茎の連続処理システムであるため、以下のような利点がある。
１．電力供給と水のある場所であれば、場所を選ばず植物栽培地でも設置できる。
２．薬剤・薬品の使用が無用で、使用するのは電力と水だけであるため、環境を汚さない。
３．機械的処理および高圧水処理による物理作用だけで処理するため処理が迅速である。
【００２５】
また、本発明を利用した植物茎の連続処理システムの方法によって得られるケナフ外皮繊維塊は白色度が高く、製品化する際に漂白剤を用いる必要が無い。従来のケナフ繊維を漂白しないで生分解性樹脂の充填剤に用いた場合、出来上がった樹脂が薄茶色になるという問題があったが、本発明の外皮ケナフ繊維塊を用いれば樹脂が着色するという問題は無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２７】
まず、本発明を利用した植物茎の連続処理システムにより植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法について説明する。この連続処理システムにより植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法は、図１に示した如く、植物茎粉砕工程Ｓ１、植物外皮・茎芯分離工程Ｓ２、植物外皮圧延工程Ｓ３、植物外皮繊維解繊・洗浄工程Ｓ４からなる。
【００２８】
以下、図１を用いて本発明を利用した方法における植物茎処理の流れを説明する。植物茎粉砕工程Ｓ１に投入された植物茎（原材料）１０は、植物茎粉砕工程Ｓ１で粉砕され、植物茎芯１２から植物外皮１４が剥離する。植物茎粉砕工程Ｓ１で剥離された植物外皮と植物茎芯の混合物は次に植物外皮・茎芯分離工程Ｓ２で植物外皮１４と植物茎芯１２とに分離される。分離された植物外皮１４は、植物外皮圧延工程Ｓ３へ投入され、そこで延展され植物外皮シート１６にされる。植物外皮シート１６は植物外皮繊維解繊・洗浄工程Ｓ４へ投入され、植物外皮シート１６に含まれる植物外皮繊維以外の植物成分が流動除去され、植物外皮繊維１８が解繊・洗浄される。
【００２９】
前記植物茎粉砕工程Ｓ１は、図３に示した如く、植物茎粉砕手段３００の粗目粉砕ローラー３１０と中目粉砕ローラー３２０により、植物茎１０を粉砕する。
【００３０】
前記植物外皮・茎芯分離工程Ｓ２は、植物茎粉砕工程Ｓ１で剥離された植物外皮１４と植物茎芯１２を、植物外皮・茎芯分離手段４００の分離用水槽４１０に投入し、植物茎芯と植物外皮の比重差により、植物外皮１４が水に沈み植物茎芯１２が水に浮くことを利用して植物外皮１４と植物茎芯１２とを分離するものであり、かつ分離用水槽４１０の中に投入された植物外皮及び植物茎芯の混合物のうち、水面に浮上した植物茎芯１２を、例えば植物芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０と植物芯搬出櫛形ローラー４３０を用いて水槽表面で掬い取り、水槽外へ搬出する植物茎芯捕集・搬出工程と、水槽底に沈降した植物外皮１４を、例えば水中桟付コンベア４４０を用いて水槽外へ搬出する植物外皮搬出工程からなるものである。
【００３１】
前記植物外皮圧延工程Ｓ３は、植物外皮圧延手段７００の細目圧延ローラー７１０により植物外皮１４を噛み潰し、延展することによってなされる。
【００３２】
前記植物外皮繊維解繊・洗浄工程Ｓ４は、植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００の高圧水噴射機９２０による高圧水９２１の噴射洗浄により高圧水流で植物外皮シート１６を処理して、植物外皮シート１６から植物外皮繊維以外の植物成分を除去し、植物外皮繊維１８を解繊し、洗浄することによってなされる。
【００３３】
本発明を利用した方法において、植物茎を植物茎粉砕工程に投入してから、解繊・洗浄された植物外皮繊維が得られるまでの時間は５〜６０分であり、好ましくは１０〜３０分である。本発明の方法に於いて最も時間のかかる工程は植物外皮繊維解繊・洗浄工程であり、植物外皮繊維解繊・洗浄工程手前までに要する時間は３０秒〜３分である。全工程にかかる時間が５分より短いと解繊・洗浄を充分に行うことができない。また、全工程に要する時間が６０分であれば植物外皮繊維解繊は完全に解繊され、洗浄されているため、それ以上時間をかけても時間とエネルギーを浪費するだけである。
【００３４】
次に本発明を利用した植物茎の連続処理システムについて説明する。当該システムは、図２に示した如く、植物茎粉砕手段３００と、植物外皮・茎芯分離手段４００と、第１の植物外皮搬送手段５００と、植物外皮圧延手段７００と、第２の植物外皮搬送手段８００と、植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００とからなる。
【００３５】
植物茎搬送手段１００が、原料植物茎設置場所から植物茎粉砕手段３００へ植物茎１０を搬送すべく、原料植物設置場所と植物茎粉砕手段３００との間に配設されているものであり、前記植物外皮・茎芯分離手段４００が、植物茎粉砕手段３００の下部に配設されており、かつ植物茎粉砕手段３００から自然落下した粉砕により生じた植物外皮及び植物茎芯の混合物を植物外皮１４と植物茎芯１２に分離するものであり、前記第１の植物外皮搬送手段５００が、植物外皮・茎芯分離手段４００から植物外皮圧延手段７００へ植物外皮１４を搬送すべく、植物外皮・茎芯分離手段４００と植物外皮圧延手段７００の間に配設されているものであり、前記植物外皮圧延手段７００が、植物外皮を延展して植物外皮シート１６にするものであり、前記第２の植物外皮搬送手段８００が、植物外皮圧延手段７００から植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００へ植物外皮シート１６を搬送すべく、植物外皮圧延手段７００と植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００の間に配設されているものであり、前記植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００が、植物外皮シート１６に含まれる植物外皮繊維外の植物成分を除去し、植物外皮繊維１８を解繊・洗浄するものである。
【００３６】
前記植物茎の連続処理システムへの植物茎の供給は、当該システムの前に備えられた植物茎搬送手段１００によりなされ、該植物茎搬送手段１００は原料植物茎設置場所から植物茎粉砕手段３００へ植物茎１０を搬送すべく、原料植物設置場所と植物茎粉砕手段３００との間に配設されているものである。即ち、図４に示す如く、適当な長さに切断した植物茎１０を搬送桟付コンベア１１０などの植物茎搬送手段１００により植物茎粉砕手段３００上部に位置する植物茎粉砕手段入口部へ落とし込む方法で行うことができる。このとき、最終目的物である植物外皮繊維が生分解性樹脂の充填剤である場合は、切断する植物茎の長さが５〜１０ｃｍ程度であることが好ましい。
【００３７】
前記植物茎粉砕手段３００は、図４乃至図６に示す如く、内方向へ同速回転するよう対置してなる少なくとも一対のローラーの間に植物茎１０を通すことにより植物茎を粉砕し、植物茎芯１２から植物外皮１４を剥離させるものであり、かつ前記ローラーが、植物茎が接するローラー表面に凹凸を有し、一方のローラーの膨出部が他方のローラーの窪みに対向しているものである。前記ローラーの形状は植物茎１０を効率よく噛み潰すものであればどのような形態のものでもよいが、ローラーの回転軸に対して垂直方向の断面が歯車状の凹凸であるもの、あるいはローラー表面に円錐、四角錐、円錐台、四角錐台、半球などの突起が付いたものが好適に用いられる。図６に断面が歯車状のローラー、図７に突起が付いたローラー３３０の例を示す。このようにローラー表面に凹凸があることにより、植物茎の粉砕が効果的に行われ、植物外皮と植物茎の剥離が促進される。
【００３８】
一対のローラーを用いて、１回だけ植物茎をローラーの間に通してもよいが、複数のローラーを用いて複数回植物茎を噛み潰したほうが効率的に植物外皮が剥離する。使用するローラーの数は２〜１５が好ましく、４〜８が更に好ましい。植物茎が２回以上ローラー間を通過する場合、前段でローラー間のクリアランスが比較的大きい粗目粉砕ローラー３１０を通過させ、次にクリアランスが粗目ローラーより狭い中目粉砕ローラー３２０を通過させることにより、前段のローラーの負荷を少なくし、しかも植物茎１０から植物外皮１４の剥離を完全なものとすることができる。
【００３９】
前記の断面が歯車状のローラーを用いた場合、粗目粉砕ローラー３１０の好ましい歯車ピッチおよび歯の溝から頂点までの好ましい高さは、それぞれ３０〜４０ｍｍ、１０〜２０ｍｍであり、中目粉砕ローラー３２０の好ましい歯車ピッチおよび歯の溝から頂点までの好ましい高さは、それぞれ３５〜４５ｍｍ、１０〜２０ｍｍである。
【００４０】
前記植物外皮・茎芯分離手段４００は、植物外皮１４と植物茎芯１２が分離できればどのような形式のものでも使用できるが、植物外皮と植物茎芯の比重差を利用したものが効率的である。植物外皮と植物茎芯の比重差を利用した分離方法としては、植物外皮と植物茎芯の混合物に風を当てて飛ばされる距離の違いにより分離する方法、植物外皮と植物茎芯の混合物を振動あるいは流動させ比重差により上下層に分離する方法、植物外皮と植物茎芯の混合物を分離用水槽に投入し水上に浮く植物茎芯と水中に沈む植物外皮とに分離する方法などが挙げられる。水を用いて分離するいわゆる浮遊分離という技術は古くから知られており、様々な分野で利用されているが、乾燥していないケナフの場合、植物外皮の比重が１より高く、植物茎芯の比重が１より低いため、この方法が適している。
【００４１】
分離用水槽を用いる方法では、図８及び図９に例示する如く、前段の植物外皮粉砕手段３００で処理された植物外皮と植物茎芯の混合物は直接、植物外皮・茎芯分離手段４００の水槽４１０に落下する。分離用水槽４１０の水面に浮上する植物茎芯１２は植物茎芯捕集・搬出手段によりかき集められて植物外皮・茎芯分離手段４００から植物茎芯回収容器（図形省略）内へ搬出される。前記植物茎芯捕集・搬出手段は植物茎芯捕集手段と植物茎芯搬出手段とからなり、水面上に浮遊している植物茎芯１２は水面上に複数基連ねて設置された植物芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０のような植物茎芯捕集手段で植物茎芯搬出口４３８に掃き寄せられ、植物芯搬出櫛形ローラー４３０のような植物茎芯搬出手段で植物茎芯１２だけを植物茎芯回収容器内へ搬出する。
【００４２】
一方、水中に沈む植物外皮１４は、分離用水槽４１０の底に始端部が位置し、それと対向する位置で分離用水槽４１０の水面上に終端部が位置するように配設された水中桟付コンベア４４０などの植物外皮搬出手段の上に堆積し、堆積した植物外皮は植物外皮搬出手段により搬送され、植物外皮・茎芯分離手段４００から搬出され、第１の植物外皮搬送手段５００の始端部上へ落下する。植物茎芯１２および植物外皮１４を植物外皮・茎芯分離手段４００から搬出する際に、分離用水槽４１０の水も一部同伴され排出されるため、水槽の水面レベルを保つため水槽に水を供給することが好ましい。
【００４３】
前記植物外皮・茎芯分離手段４００から搬出された植物外皮１４は、図１０に例示するような搬送桟付コンベア５１０などの第１の植物外皮搬送手段５００により植物外皮圧延手段７００の上部に位置する植物外皮圧延手段入口部へ落とし込まれる。本発明に用いる植物外皮圧延手段７００は植物外皮１４を圧延してシート１６状にするためのものであり、前記植物茎粉砕手段３００と類似の構造をしたものを利用することができる。即ち、図１０乃至図１３に例示する如く、表面に凹凸があり、一方のローラーの膨出部が他方のローラーの窪みに対向し、かつ内方向へ同速回転するよう対置してなる少なくとも一対のローラーの間に植物外皮１４を通して該植物外皮を噛み潰すことにより、植物外皮を延展してシート１６状にするものである。  
【００４４】
前記ローラーの形状は植物外皮を効率よく噛み潰すものであればどのような形態のものでもよいが、ローラーの回転軸に対して垂直方向の断面が歯車状の凹凸であるもの、あるいはローラー表面に円錐、四角錐、円錐台、四角錐台、半球などの突起が付いたものが好適に用いられる。一対のローラーを用いて、１回だけ植物外皮をローラーの間に通してもよいが、複数のローラーを用いて複数回植物外皮を噛み潰したほうが後段での植物外皮繊維の解繊が容易になる。使用するローラーの数は２〜４０が好ましく、５〜２０が更に好ましい。植物外皮圧延手段７００で使用されるローラー間のクリアランスが植物茎粉砕手段３００で使用されるローラー間のクリアランスより更に狭められた細目圧延ローラー７１０、７２０を使用することにより、より植物外皮が噛みほぐされ、植物外皮を構成する植物外皮繊維が荒くほぐされ、解繊が容易な状態となる。
【００４５】
前記の断面が歯車状のローラーを用いた場合、細目圧延ローラー７１０、７２０の好ましい歯車ピッチおよび歯の溝から頂点までの好ましい高さは、それぞれ１０〜２０ｍｍ、３〜１０ｍｍである。
【００４６】
前記植物外皮圧延手段７００から搬出された植物外皮シート１６は、図１４に例示するような搬送桟付コンベア８１０などの第２の植物外皮搬送手段８００により植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００の上部に位置する植物外皮繊維解繊・洗浄手段入口部へ落とし込まれる。本発明における植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００は、前段の植物外皮圧延手段７００において噛み潰された植物外皮から植物外皮繊維以外の植物成分を流動除去し、植物外皮繊維１８を解繊・洗浄するためのものである。植物外皮から植物外皮成分以外の植物成分を除去するためには、一般的に植物外皮を微生物の存在する水に浸し、微生物の力で繊維以外の植物成分を分解するいわゆるレッティングという方法が用いられる。しかしこの方法ではレッティング工程だけで１週間程度の時間を要し、作業の効率性が極めて悪い。  
【００４７】
植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００の好ましい形態においては、高圧水噴射機から噴射された高圧水流で植物外皮を処理することにより植物外皮に含まれる植物外皮以外の植物成分を流動除去し、植物外皮繊維を解繊・洗浄する。
【００４８】
高圧水流で植物外皮を処理する好適な方法として、図１４及び図１５に例示する如く、搬送方向に長く、該長手方向に植物外皮あるいは植物外皮繊維を浸漬しながら移動搬送できる構造をした高圧水噴射洗浄用水槽９１０に植物外皮シート１６を落とし込み、その水槽の上部に前記長手方向に沿って複数配列された高圧水噴射機９２０のノズルから水槽９１０に向かって高圧水９２１が噴射され、植物外皮が解繊・洗浄される方法がある。このとき、水槽９１０の中の水が上下方向に回転するように、高圧水噴射機９２０のノズルを水槽９１０の長手方向に平行な長手方向の中心線より水槽の側面寄りに配列させることが好ましい。こうすることにより、水槽中の植物外皮を均一に高圧水流に当てることができる。更に、高圧水噴射機９２０のノズルを、水流が水路の中心方向から水槽の側面方向へ向かって噴出するよう僅かに傾けることにより、水の回転がより顕著になり植物外皮へ高圧水流をより効率的に当てることができる。その傾きは鉛直線から１〜２０度が好ましく、２〜１０度が更に好ましい。傾きが１度より小さいと水の回転を促進する効果が小さく、２０度より大きいと高圧水流が水槽の側面壁に当たる割合が増え逆に効率が悪化する。
【００４９】
水槽９１０に設置する高圧水噴射機９２０のノズルの数は２〜３０個であることが好ましく、５〜１５個が更に好ましい。植物外皮繊維を完全に解繊するためには、高圧水噴射機９２０のノズルへ供給される水の圧力（元圧）は３〜１５ＭＰａであることが好ましく、５〜１０ＭＰａであることが更に好ましい。元圧が５ＭＰａより低いと、繊維以外の植物成分を除去する力が弱く、植物外皮繊維の解繊も充分に進まない。また、元圧が１５ＭＰａより高いと、昇圧するための機器のコストが高くなるとともに、植物外皮繊維の解繊にとどまらず切断もおこるため、植物外皮繊維の回収率が低下する。高圧水噴射機９２０のノズルのタイプとしてはノズルから真っ直ぐに直線状に噴射するものでもよいが、図１６（Ａ）（平面図）及び（Ｂ）（側面図）に例示する如く、高圧水噴射機のノズル９２０内部に、ノズル内部に流れる水の力により回転し、その回転により噴射される水の方向を変える回転子９２３を有し、高圧水噴射機から噴射される直線状の水がノズルを頂点とする円錐９２４の側面を形成するように回転するものであるものが好ましい。そのようなタイプの高圧水噴射機を用いることにより、高圧水流９２１を均一に植物外皮に当てることができる。その高圧水流の開きとしては、前記水流が形成する円錐の頂角が５〜４０度であることが好ましく、１０〜３０度が更に好ましい。前記円錐の頂角が５度より小さいと、旋回の効果があまり見られず、４０度より大きいと、高圧水流が水槽の側面壁に当たる割合が増え逆に効率が悪化する。このような高圧水噴射機のノズルとしてマルヤマエクセル株式会社製のＭ旋回タイプのものがある。
【００５０】
また、前記の水槽が、図１７に例示する如く、複数の搬送方向に長い部分水槽９１０Ａ、９１０Ｂ、９１０Ｃからなり、該部分水槽それぞれが搬送方向に沿って直列に配設されたものとすることができる。各部分水槽が上流側の部分水槽にある植物外皮繊維を下流側の部分水槽に搬出するための櫛形ローラー９３０Ａ、９３０Ｂ、９３０Ｃのような植物外皮繊維捕集・搬出手段を有しており、植物外皮は高圧水流により解繊・洗浄を受けながら上流側の部分水槽から下流側の部分水槽へ順次送られていく。このように部分水槽を複数繋げることにより、植物外皮を何度も高圧水流に晒すことになり、解繊を完全なものとすることができる。
【００５１】
また、このような直列に連結された水槽のラインを複数並列に並べることもできる。この場合、それぞれのラインの最上流にある水槽に植物外皮粉砕手段でシート状に延展された植物外皮がほぼ均等に供給される。水槽の数は並列に２〜４ライン並べ、直列に２〜６個接続するのが好ましい。
【００５２】
また、この植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００は植物外皮繊維の洗浄も兼ねているため、最も下流に位置する水槽９２０Ｃにはなるべく濁りのない水を用いることが好ましい。植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００全体で使用する水の量を節約するため、最も下流に位置する水槽９２０Ｃから流出する水を昇圧ポンプ９１６Ｃで加圧し、一つ上流側の高圧水噴射機への供給水とすることができる。その排水を更に順次上流側の水源とすることにより、全体での水の使用量を大きく削減することができる。このようにすると、最も上流の水槽９２０Ａでは最も濁った水を用いることになるが、その最も上流の水槽９２０Ａからの排水は、更に植物外皮・茎芯分離手段４００で使用されるメイクアップ水として利用することができる。
【００５３】
本発明に用いる植物茎としては、強度の高い植物外皮繊維が得られる植物茎であればなんでもよいが、ケナフ、ジュート、アマ、アサ、カラムシ、コウゾ、ミツマタ、ガンピなどの靭皮植物の茎、あるいはサトウキビ、ケナフ、ヒマワリ、セイタカアワダチソウ、タチアオイなどの背の高い直立性の１年草の茎が好ましい。特に、収穫性の高さ、栽培の容易さ、栽培に対する規制の有無、外皮繊維の強度などを勘案するとケナフ茎が最も優れている。また、ケナフ茎の見かけ比重は０．５〜１．１のものが好ましく、０．８〜０．９９のものが更に好ましい。そのようなケナフ茎としては、収穫して間もない、好ましくは収穫して４８時間以内の、更に好ましくは収穫して２４時間以内の、あまり乾燥していないケナフ茎がある。また、ケナフを収穫するのは、立ち枯れする前に収穫することが好ましい。このようなケナフ茎から得られたケナフ外皮繊維は白色であり、製品あるいは半製品として使用する場合に、ケナフ外皮繊維を漂白する必要がない。
【００５４】
一方、高度に乾燥しているケナフ茎では、植物外皮と植物茎芯の比重差が小さく、植物外皮・茎芯分離手段における分離効率が低くなる。植物茎が非常に乾燥している場合、好ましくは乾燥した植物茎が水を吸収し見かけ比重が０．５〜１．１となるように植物茎を水に浸しておくとよい。それにより、植物茎外皮と植物茎芯の比重差が再び増加し、植物外皮・茎芯分離手段での分離効率が改善される。
【００５５】
ケナフ茎を前記システムで処理して得られるケナフ外皮繊維は洗浄後のものであり、まだ多量の水分を含んでいる。したがって、ケナフ外皮繊維を出荷する前に乾燥工程を通して乾燥する必要がある。乾燥手段としては、天日乾燥、乾燥機による乾燥が挙げられる。乾燥後は、圧縮機により圧縮し、バンドがけして梱包することにより搬送が容易となる。
【００５６】
前記の乾燥したケナフ外皮繊維の平均繊維径は３０〜３００μｍであり、好ましくは６０〜２００μｍである。平均繊維径は３０〜３００μｍであれば、生分解性樹脂と混ぜたときに、生分解性樹脂に対する充分な強度向上効果が得られる。しかし、平均繊維径が３００μｍより大きいと、生分解性樹脂に対する強度向上効果が小さく好ましくない。また、平均繊維径を３０μｍより小さくしても、生分解性樹脂に対する強度向上効果に大きな変化は無く、繊維径を小さくすることに必要なエネルギーが無駄に使われることになる。この平均繊維径の調節は、主に本発明のシステムにおける植物外皮繊維解繊・洗浄手段の条件（植物外皮繊維解繊・洗浄手段における植物外皮の滞留時間、高圧水噴射機の数、高圧水噴射機に供給される水の圧力等）によって決まる。
【００５７】
本発明の方法によれば、植物外皮に含まれる植物外皮繊維以外の植物成分（ペクチン、リグニン等）が効率的に除去される。特にペクチンを多量に含むケナフ外皮繊維を生分解性樹脂と混ぜた場合、生分解性樹脂が茶色く着色するという問題がある。本発明の乾燥ケナフ外皮繊維に含まれるペクチン量は、０．１〜５重量％であり、好ましくは０．５〜３重量％である。
【００５８】
一方、ケナフ茎を本発明を利用したシステムで処理して得られるケナフ茎芯は、平均的な大きさが５〜５０ｍｍ程度のチップ状のものである。ケナフ茎芯は多孔質であり、そのかさ比重は０．１〜０．２ｇ／ｃｍ３程度である。
【００５９】
以下に、本発明の実施例を示すが、本発明は実施例に示された内容に制限されるものではない。
【実施例】
【００６０】
図３は本発明を利用した植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る植物茎の連続処理システムにおける材料の流れを示したものである。
【００６１】
適当な長さに切断された植物茎１０は、図４に示す如く、搬送桟付コンベア１１０で植物茎粉砕手段３００の入口部に搬送され、そこから植物茎粉砕手段３００へ投入される。植物茎粉砕手段３００の内部では、植物茎は最初にローラー間のクリアランスが比較的大きい粗目粉砕ローラー３１０を通過し、次にクリアランスが粗目粉砕ローラー３１０より狭い中目粉砕ローラー３２０を通過し、植物茎１０から植物外皮１４が剥離される。ここで、粗目粉砕ローラー３１０の歯車のピッチは例えば３４ｍｍ、高さは例えば１６ｍｍ、中目粉砕ローラー３２０の歯車ピッチは例えば３８．５ｍｍ、高さは例えば１４．８ｍｍとすることができる。
【００６２】
植物茎芯１２と植物外皮１４は混ざったまま、図８に示す如く、植物外皮・茎芯分離手段４００の分離用水槽４１０中に落ちる。植物茎芯１２は、内部に気泡を含むために水に浮遊するが、植物外皮１４は噛み潰されているために繊維の隙間に毛細管現象で水を吸って沈み込む。水面上に浮遊している植物茎芯１２は水面上に複数基連ねて設置された植物芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０で植物茎芯搬出口４３８に掃き寄せられ、植物茎芯搬出櫛形ローラー４３０で植物茎芯１２だけを搬出する。一方、水槽内に沈み込んだ植物外皮１４は、底面から植物外皮搬出口４４２にかけて斜めに設けられた水中桟付コンベア４４０上に積もり、水中から植物外皮搬出口へ搬出される。
【００６３】
植物外皮搬出口４４２から出た植物外皮１４は、図１０に示す如く、搬送桟付コンベア５１０で植物外皮圧延手段７００の始端部に搬送され、そこから植物外皮圧延手段７００に投入される。植物外皮圧延手段７００の内部では、ローラー間のクリアランスが更に狭められた細目圧延ローラー７１０、７２０により植物外皮１４が噛みほぐされ、植物外皮を構成する植物外皮繊維が荒くほぐされ、解繊が容易な状態の植物外皮シート１６となる。ここで、細目圧延ローラー７１０、７２０の歯車のピッチは例えば１５ｍｍ、高さは例えば６．５ｍｍとすることができる。
【００６４】
植物外皮圧延手段７００を出た植物外皮シート１６は、図１４に示す如く、搬送桟付コンベア８１０で植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００の入口部に搬送され、そこから植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００へ投入される。植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００内部では、高圧水流で植物外皮を処理し、植物外皮繊維以外の植物成分を洗い落とし、植物外皮繊維を解繊および洗浄する。解繊された植物外皮繊維１８は、外皮繊維搬出櫛型ローラー９３０で掃き寄せられて、植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００から搬出され、容器９４０に受けられ、当該システムから搬出される。
【００６５】
図４は、植物茎粉砕手段３００として用いられる植物茎粉砕機の斜視構造図で、その動作の様子を示す図であり、図５は同側面図である。図６は植物茎粉砕機の粉砕ローラーの斜視構造図で、ローラーの動きだけで植物茎１０を噛み潰す様子を示す図である。植物茎粉砕機の構造と動作は、以下の通りである。
【００６６】
植物茎粉砕機フレーム３０２の最上部に搬送桟付コンベア１１０の先端が位置し、適当な長さに切断された植物茎１０を搬入する。その真下にローラー軸３１２の回りを回転する粗目粉砕ローラー３１０と、このローラー３１０にスプロケット３１４、駆動チェーン３１６を介して動力を伝える駆動モーター３１８が横並びに位置し、搬送桟付コンベア１１０で植物茎粉砕機に供給された植物茎１０は、スプロケット３１４と駆動チェーン３１６で駆動モーター３１８の動力を受けて矢印方向に駆動する対の粗目粉砕ローラー３１０を通過して噛み潰される。粗目粉砕ローラー３１０の真下には、ローラー軸３２２の回りを回転する中目粉砕ローラー３２０と、このローラー３２０にスプロケット３２４、駆動チェーン３２６を介して動力を伝える２つめの駆動モーター３２８が横並びに位置し、一度噛み潰された植物茎は、真下に並んだ複数の中目粉砕ローラー３２０を通過することで、更に噛み潰される。粗目粉砕ローラー３１０と中目粉砕ローラー３２０を通過することで、植物茎１０は、植物茎芯１２と植物外皮１４に剥がされた状態で植物茎粉砕機から搬出される。
【００６７】
本実施例では、歯車状の粗目粉砕ローラー３１０を１対の２本、同じく歯車状の中目粉砕ローラー３２０を２対の４本設けているが、各ローラーの形状や本数は、これに限定されず、例えば一方又は双方を、図７に例示したような突起付ローラー３３０とすることもできる。
【００６８】
図８は、植物外皮・茎芯分離手段４００として用いられる植物外皮・茎芯分離機の斜視構造図で、その作動の様子を示す図であり、図９は同側面図で、櫛形ローラーを持たない空転スプロケットを介して駆動チェーン４３４を張った様子を示すものである。その構造と動作は、以下の通りである。
【００６９】
底面を斜めにした分離用水槽４１０内に、底面に沿って斜めに設置した水中桟付コンベア４４０と、複数の植物茎芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０と搬出口に設置した植物茎芯搬出櫛形ローラー４３０を供えた分離用水槽４１０を植物外皮・茎芯分離機フレーム４０２で支え、分離用水槽４１０真下の植物外皮・茎芯分離機フレーム４０２内にスプロケット４３２、駆動チェーン４３４を介して２種類の櫛形ローラー４２０、４３０を駆動するための動力を伝える駆動モーター４３６を設置する構造である。植物茎芯１２と植物外皮１４は、植物茎粉砕機から分離用水槽４１０内に落とされ、植物茎芯１２は、その内部気泡によって水面上に浮かぶので、矢印方向に回転する複数の植物茎芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０で搬出口方向に掃き寄せて、搬出口に設置し矢印方向に回転する植物茎芯搬出櫛形ローラー４３０で抽出して容器（図示省略）に取り搬出する。植物茎芯１２と植物外皮１４が落とし込まれる場所は、図９に示すように、複数ある植物茎芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０の中間あたりであり、水面上に浮かぶ植物茎芯は植物茎芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０で植物茎芯搬出口４３８方向へ掃き寄せられるため、植物茎芯が植物茎芯搬出口と対向するように配置された植物外皮搬出口４４２へ移動することはない。
【００７０】
一方の植物外皮１４は、噛み潰された植物繊維の毛細管現象により水を吸い込み、水中に沈んで行き、斜めの水槽底面に沿って斜めに設置し矢印方向に回転している水中桟付コンベア４４０に堆積し、植物茎芯搬出口４３８と対向する植物外皮搬出口４４２から水槽４１０外へ搬出される。
【００７１】
本実施例では、植物芯掃き寄せ櫛形ローラー４２０は、そのローラー軸から３本の櫛が傾斜した放射状に伸びる物が３本設けられ、植物茎芯搬出櫛形ローラー４３０は、そのローラー軸から６本の櫛が傾斜した放射状に伸びる物が１本設けられているが、各ローラー４２０、４３０の本数や櫛の本数、形状は、これに限定されない。
【００７２】
図１０は、植物外皮圧延手段として用いられる植物外皮圧延機の斜視構造図であり、その作動の様子を示す図である。図１１は、同側面図で、圧延ローラーを持たない空転スプロケットを介して駆動チェーン７１６、７２６を張った様子を示すものである。植物外皮圧延機の構造と動作は、以下の通りである。
【００７３】
植物外皮圧延機フレーム７０２の最上部に搬送桟付コンベア５１０の先端が位置し、植物外皮・茎芯分離機で抽出した植物外皮１４を搬入する。その真下に、図１２に詳細に示す如く、縦方向に並んだ、ローラー軸７１２の回りを回転する複数の細目圧延ローラー７１０と、該ローラー７１０にスプロケット７１４、駆動チェーン７１６を介して動力を伝える駆動モーター７１８が横並びに位置し、ローラーの動きだけで植物外皮１０を噛みほぐし、延展して植物外皮シート１６とする。一連の細目圧延ローラー７１０の真下には、図１３に詳細に示す如く、ローラー同士の並びを鏡に映したように勝手違いに組んだ、縦方向に交互に並んだ、ローラー軸７２２の回りを回転する複数の細目圧延ローラー７２０と、該ローラー７２０にスプロケット７２４、駆動チェーン７２６を介して動力を伝える２つめの駆動モーター７２８が横並びに位置し、ローラーの動きだけで植物外皮シート１０を更に噛みほぐし、延展する。一連の細目圧延ローラー７１０を通過して、すぐに、同様な細目圧延ローラー７２０を、もう一度通過することで、植物外皮１０は更に繊維がほぐれて、互いの繊維が絡み合いシート状に変化して植物外皮シート１６となる。
【００７４】
本実施例では、歯車状の細目圧延ローラー７１０を上段に７本、同じく歯車状の細目圧延ローラー７２０を下段に逆向きに７本設けているが、各ローラーの形状や本数は、これに限定されず、例えば一方又は双方を、図７に例示したような突起付ローラー３３０とすることもできる。又、上段と下段で歯車や突起の形状を変えることもできる。
【００７５】
図１４は、植物外皮繊維解繊・洗浄手段９００として用いられる植物外皮繊維解繊・洗浄機の斜視構造図であり、その作動の様子を示す図である。図１５は、同側面図で、外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０と付着繊維清掃櫛９３２やその他の部品の位置関係を示した図である。植物外皮繊維解繊・洗浄機の構造と動作は、以下の通りである。
【００７６】
植物外皮繊維解繊・洗浄機フレーム９０２上に、洗浄水循環パイプ９１２が取り付けられた高圧水噴射洗浄槽９１０を設置し、植物外皮繊維解繊・洗浄機フレーム９０２に取り付けたサイドパネル支柱９０４で支えるサイドパネル９０６に、先端に高圧水噴射ノズルを取り付けた複数の給水パイプ９２２と、付着繊維清掃櫛９３２を持った外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０を取り付けた構造である。
【００７７】
高圧水噴射洗浄槽９１０の投入口にかかった搬送桟付コンベア８１０で植物外皮シート１６を水槽９１０内に投入し、高圧水噴射洗浄槽９１０の中央に連続して並んだ複数の高圧水噴射ノズルからの矢印で示す高圧水９２１の噴射で植物外皮シート１６の繊維以外の植物成分を洗い落とし、繊維だけになって、高圧水噴射の水圧と循環する洗浄水の流れによって搬出口付近に流れ寄る植物外皮繊維を、矢印方向に回転する外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０で高圧水噴射洗浄槽９１０外に掃き出して植物外皮繊維１８を得て搬出する。
【００７８】
洗浄に使って汚れた洗浄水は、洗浄水排水パイプ９１２を通って外部に引き出され、洗浄水フィルター９１４を通して濾過して、洗浄水貯水槽９１５に貯留され、洗浄水昇圧ポンプ９１６で加圧された後、洗浄水循環パイプ９１８を通って、再び、給水パイプ９２２から高圧水噴射ノズルに再循環される。植物外皮を高圧水流で処理している間に、飛沫などによって高圧水噴射洗浄槽９１０の外に水が出てしまい、高圧水噴射洗浄槽９１０の水が不足した場合は、不足した分だけを追加補給する。
【００７９】
高圧水洗浄後、繊維だけで綿状になった植物外皮繊維１８は、水を含んでいると、外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０の櫛の部分に付着しやすくなるので、外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０の櫛の部分を、回転する毎に搬出口に設けた付着繊維清掃櫛９３２に通過させることで付着繊維を落とし、ローラー櫛の部分は、常にきれいな状態で洗浄槽９１０に戻る。
【００８０】
本実施例では、外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０は、そのローラー軸から６本の櫛が各卍状に伸びる物が１本設けられているが、ローラー９３０の本数や櫛の本数、形状は、これに限定されない。又、高圧水噴射ノズルの本数、配置や、付着繊維清掃櫛９３２の構成も、実施例に限定されない。
【００８１】
図１５に示した植物外皮繊維解繊・洗浄機と同じものを複数台つなぐことにで、より一層の洗浄と高速処理が可能となる。図１７は、植物外皮繊維解繊・洗浄機の水槽を３台搬送方向に沿って直列に接続したものである。各部分水槽９１０Ａ、９１０Ｂ、９１０Ｃが上流側の部分水槽にある植物外皮繊維を下流側の部分水槽に搬出するための外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０Ａ、９３０Ｂ、９３０Ｃを有しており、植物外皮は高圧水流により解繊・洗浄を受けながら上流側の部分水槽から下流側の部分水槽へ順次送られていく。最下流の部分水槽９２０Ｃから外皮繊維搬出櫛形ローラー９３０Ｃにより、解繊・洗浄された植物外皮繊維が植物外皮繊維回収容器９４０内へ搬出される。最下流の部分水槽９２０Ｃからの排水は、洗浄水排水パイプ９１２Ｃ、洗浄水貯水槽９１５Ｃを通って洗浄水昇圧ポンプ９１６Ｃへ送られ、加圧された循環水は洗浄水循環パイプ９１８Ｃを通って一つ上流の部分水槽９２０Ｂの給水パイプ９２２Ｂへ送られる。最下流水槽９２０Ｃから一つ上流の部分水槽９２０Ｂからの排水は、同様にして更に上流（図１７の例では最上流）の部分水槽９２０Ａの高圧水として使われる。最上流の部分水槽９２０Ａからの排水は、一部植物外皮・茎芯分離機のメイクアップ水として使われる他は廃棄される。なお、部分水槽の数は３台に限定されず、２台又は４台以上であっても良い。
【００８２】
また、植物外皮圧延機で繊維をほぐした植物外皮シート１６を受ける搬送桟付コンベア８１０を二方向に分岐させることで、鏡に映したような勝手違いの植物外皮繊維解繊・洗浄機を作り、サイドパネル９０６側で背合わせにして並列で運用することで、更に高速化が図れる。
【００８３】
本発明を利用した植物茎から植物外皮繊維および植物茎芯を得る方法およびシステムは、（１）加熱などの時間とエネルギーを多く使う処理がなく、噛み潰し、噛みほぐし、延展、高圧水洗浄だけで植物茎を植物外皮と植物茎芯に分離して、高速・大量に産業上利用可能な植物茎芯と植物外皮繊維を得られる。（２）薬剤・薬品を使わないので、廃棄処理費用がかからず、製造コストを大幅削減できる。（３）薬剤・薬品を使わないので、環境を汚すことなく、植物栽培地でも設置でき自然との共存が可能である。
【００８４】
以上のことから、産業上、利用可能な植物茎ならば種類を選ばず、植物外皮繊維は生分解性樹脂の強化繊維として、植物茎芯はパーティクルボードやパルプの原料として、およびそれに限定されることなくあらゆる分野で大いに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明を利用した植物茎の連続処理システムにより植物茎から植物外皮繊維と植物茎芯を得る方法の手順を示すフローチャート
【図２】本発明を利用した植物茎連続処理システムの構成を示すブロック図
【図３】同じく材料の流れを説明する図
【図４】植物茎粉砕機の斜視構造図
【図５】同じく側面図
【図６】同じく要部を示す拡大斜視図
【図７】同じくローラーの変形例を示す拡大斜視図
【図８】植物外皮・茎芯分離機の斜視構造図
【図９】同じく側面図
【図１０】植物外皮圧延機の斜視構造図
【図１１】同じく側面図
【図１２】同じく上部を示す拡大斜視図
【図１３】同じく下部を示す拡大斜視図
【図１４】本発明に係る植物外皮繊維解繊・洗浄機の斜視構造図
【図１５】同じく側面図
【図１６】同じく高圧水噴射ノズルの変形例を示す図
【図１７】同じく水槽の変形例を示す図
【符号の説明】
【００８６】
１０…植物茎
１２…植物茎芯
１４…植物外皮
１６…植物外皮シート
１８…植物外皮繊維
９００…植物外皮繊維解繊・洗浄手段
９１０…高圧水噴射洗浄用水槽
９２０…高圧水噴射機
９２１…高圧水（流）
【国際調査報告】
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