(57)【要約】【課題】水分を添加せずに良好なシートを製造するシート製造装置を提供する。【解決手段】本発明に係るシート製造装置は、繊維を含む原料を空気中で解繊する解繊部と、前記解繊部で解繊処理された解繊物から気流により前記繊維以外のものの少なくとも一部を除去した分級物を排出する分級部と、前記分級物の少なくとも一部に樹脂を含む添加物を空気中で供給する添加物供給部と、前記分級物と前記添加物が混合した混合物を堆積してウェブを形成する堆積部と、前記ウェブを加熱し、前記繊維同士を前記樹脂で結着してシートを形成する加熱部と、を備え、前記解繊部から前記加熱部までの間に水分を添加しない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維を含む原料を空気中で解繊する解繊部と、
前記解繊部で解繊処理された解繊物から気流により前記繊維以外のものの少なくとも一部を除去した分級物を排出する分級部と、
前記分級物の少なくとも一部に樹脂を含む添加物を空気中で供給する添加物供給部と、
前記分級物と前記添加物が混合した混合物を堆積してウェブを形成する堆積部と、
前記ウェブを加熱し、前記繊維同士を前記樹脂で結着してシートを形成する加熱部と、を備え、
前記解繊部から前記加熱部までの間に水分を添加しないことを特徴とするシート製造装置。
【請求項２】
前記添加物供給部は、自動で前記添加物を供給し、
さらに、前記原料を自動で供給する原料供給部を有する請求項１に記載のシート製造装置。
【請求項３】
前記堆積部は、回転する１つの円筒部材を有し、前記円筒部材内に搬送された前記混合物を、前記円筒部材の円筒面の複数の開口を通過させることで堆積する請求項１または２に記載のシート製造装置。
【請求項４】
前記分級部は気流で前記解繊物を分級し、前記解繊物のうちで比較的サイズの大きいものを前記分級物として排出する請求項１〜３のいずれか一項に記載のシート製造装置。
【請求項５】
繊維を含む原料を空気中で解繊する工程と、
解繊処理された解繊物から気流により前記繊維以外のものの一部を除去した分級物を排出する分級工程と、
前記分級物の少なくとも一部に樹脂を含む添加物を空気中で供給する添加物供給工程と、
前記分級物と前記添加物が混合した混合物を堆積してウェブを形成する堆積工程と、
前記ウェブを加熱し、前記繊維同士を前記樹脂で結着してシートを形成する形成工程と、を備え、
前記解繊工程から前記形成工程までの間に水分を添加しないことを特徴とするシート製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート製造装置、シート製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、古紙などの原料を解繊し、所定の含水率に調整し、樹脂を含ませ、加熱加圧することで古紙ボードを製造する製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１４４３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、所定の含水率に調整されている。つまり、水分を添加している。これにより、繊維間の結着力として、水酸基に由来する水素結合を誘起する効果がある一方で、水を供給しなければならないという課題が発生する。最近では、水を用いずに古紙ボードなどのシートを製造する要求が高まっている。しかし、水を用いない分、強度が低下するという課題も発生する。
【０００５】
本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するものであり、本発明の目的の１つは、水を用いずに、機械的強度の良好なシートを製造することのできるシート製造装置、シート製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るシート製造装置の一態様は、繊維を含む原料を空気中で解繊する解繊部と、前記解繊部で解繊処理された解繊物から気流により前記繊維以外のものの少なくとも一部を除去した分級物を排出する分級部と、前記分級物の少なくとも一部に樹脂を含む添加物を空気中で供給する添加物供給部と、前記分級物と前記添加物が混合した混合物を堆積してウェブを形成する堆積部と、前記ウェブを加熱し、前記繊維同士を前記樹脂で結着してシートを形成する加熱部と、を備え、前記解繊部から前記加熱部までの間に水分を添加しないことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るシート製造方法の一態様は、繊維を含む原料を空気中で解繊する工程と、解繊処理された解繊物から気流により前記繊維以外のものの一部を除去した分級物を排出する分級工程と、前記分級物の少なくとも一部に樹脂を含む添加物を空気中で供給する添加物供給工程と、前記分級物と前記添加物が混合した混合物を堆積してウェブを形成する堆積工程と、前記ウェブを加熱し、前記繊維同士を前記樹脂で結着してシートを形成する形成工程と、を備え、前記解繊工程から前記形成工程までの間に水分を添加しないことを特徴とする。
【０００８】
このようなシート製造装置やシート製造方法によれば、水分を添加せずに繊維同士を樹脂で結着してシートを形成している。また、原料を解繊した後で、解繊物から繊維以外のものを除去している。これにより、繊維以外のものが除去されるため、繊維以外のものが含まれることでシートの強度が劣化することを抑制し、シートの強度を良好にすることができる。
【０００９】
本発明に係るシート製造装置において、前記添加物供給部は、自動で前記添加物を供給し、さらに、前記原料を自動で供給する原料供給部を有するのが望ましい。
【００１０】
原料を自動で供給することで、安定した量を供給できる。樹脂の供給は自動で安定的に行われるため、原料も安定的に供給されないと、繊維と樹脂との混合比率が変わってしまう。このようなシート製造装置によれば、供給される樹脂に対し、安定的に繊維を供給できるので、シートの強度を良好にすることができる。
【００１１】
本発明に係るシート製造装置において、前記堆積部は、回転する１つの円筒部材を有し、前記円筒部材内に搬送された前記混合物を、前記円筒部材の円筒面の複数の開口を通過させることで堆積するのが望ましい。
【００１２】
このようなシート製造装置によれば、回転する円筒部材の円筒面の複数の開口を混合物が通過することで、均一に堆積させることができる。この際、繊維中に樹脂も分散されるため、樹脂密度の少ない部分で強度が低下することを抑制でき、シートの強度を良好にすることができる。
【００１３】
本発明に係るシート製造装置において、前記分級部は気流で前記解繊物を分級し、前記解繊物のうちで比較的サイズの大きいものを前記分級物として排出するのが望ましい。
【００１４】
このようなシート製造装置によれば、解繊物に含まれる繊維のうちでも比較的短い繊維を除去することができる。このような短繊維がウェブに含まれると、繊維と繊維とを結着させるのに交点が多くなり、樹脂が多く必要となる。分級部により短繊維を除去することで、繊維と繊維の交点を少なくでき、水分を添加しなくてもシート強度を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係るシート製造装置の概略を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施形態について説明する。以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。本発明の効果を有する範囲において、一部を除いたり、変形したり、公知の技術を用いたり、実施形態同士を組み合わせてもよい。
【００１７】
図１は、本実施形態に係るシート製造装置１を概略的に示す模式図である。シート製造装置１は、繊維を含む原料Ｐｕを解繊し、新たなシートＰｒを製造する技術に基づく。シート製造装置は、原料供給部１０と、粗砕部２０と、解繊部３０と、分級部４０と、選別部５０と、添加物供給部６０と、堆積部７０と、加圧部９０と、加熱部１００と、を備える。
【００１８】
原料供給部１０は、粗砕部２０に原料としての古紙Ｐｕを供給する。原料供給部１０は複数枚の古紙Ｐｕを積載し上下移動可能な積載部１１と、積載された古紙Ｐｕを粗砕部２０に向けて１枚ずつ自動的に供給する自動送り機構１２とを備えている。自動送り機構１２により１枚ずつ定期的に古紙Ｐｕを供給するので、定量的に供給することができる。原料は、古紙の他に、パルプシートや不織布など繊維を含むものであってもよい。
【００１９】
粗砕部２０は、供給された古紙Ｐｕを細片に裁断する。粗砕部２０は、一対の回転する粗砕刃２１を備える。古紙Ｐｕは回転する粗砕刃２１の間を通り裁断される。細片は配管２０１を通り解繊部３０へ搬送される。
【００２０】
解繊部３０は、被解繊物を空気中で乾式で解繊処理する。解繊部３０は、被解繊物を繊維状に解きほぐした解繊物を生成する。解繊部３０は、回転する羽根（図示せず）を有し、羽根へ衝突させたり、回転により生じる圧力変動により被解繊物を解きほぐす。解繊部３０内を流れる気流により、被解繊物は解繊部３０内を移動しながら徐々に解きほぐされていく。解繊部３０内を流れる気流は、解繊部３０の上流から空気を送り込んだり、羽根の回転により気流を発生したり、解繊部３０の下流から吸引したりして、気流を発生させる。被解繊物を解きほぐすことにより、繊維を切断して短くしてしまうことを抑制する。
【００２１】
被解繊物は、粗砕部２０により裁断された細片などの解繊部３０への入力物であり、解繊物は解繊部３０からの出力物である。また解繊部３０は、原料を繊維と繊維以外のものに離す機能も有する。繊維以外のものとは、原料に付着したり含まれているインク、トナーなどの色剤や、樹脂、にじみ防止剤、デンプンなどの添加剤である。解繊物は、繊維と繊維以外のものが分離した状態で混ざりあった状態となる。なお、解繊物に含まれる繊維は１本１本に解きほぐされたものであることが望ましいが、解きほぐされていない未解繊片や、繊維同士が絡み合った塊状のものも含まれることがある。解繊物は配管２０２を通り、第１ブロワー１５１により分級部４０へ搬送される。
【００２２】
分級部４０は、解繊物を気流により分級する。分級部４０は、円筒状の筒部４１と、筒部４１の下部に接続する円錐部４２を有し、解繊物は筒部４１の導入口４０ａから気流により導入される。導入された気流は筒部４１と円錐部４２に沿って旋回した気流となる。このとき、解繊物は、解繊物のサイズと密度により受ける遠心力の差によって分離され分級される。これにより、解繊物のうちで比較的大きくもしくは密度の高い繊維と、比較的小さいもしくは密度の低い色剤や添加剤とに分級される。なお、繊維のうちでも比較的短い繊維と長い繊維に分級されることもある。比較的大きくもしくは密度の高いものは、気流に乗って円錐部４２の下部に設けられた下部取出口４０ｂから排出される。比較的小さいもしくは密度の低いものは、筒部４１の上部に設けられた上部排出口４０ｃから排出され、配管２０６を通り、受け部４５に回収される。受け部４５に回収されたものは、新たなシートを作る際には不要となるため、除去されたことになる。そして、下部取出口４０ｂから排出されたものは分級物として配管２０３を通り選別部５０に送られる。
【００２３】
分級部４０は、解繊物を分級し、繊維以外のものを除去する。そして、分級物を生成する。分級物は前述したように、繊維を含む。ただし、分級部４０は、繊維と繊維以外のものとを完全に分級することはできない。気流では繊維から分離しきれない色剤や添加剤が繊維と一緒に分級物に混ざることもある。そのため、分級物とは繊維を主に含んでいるが、繊維以外のものも含むこととする。また、解繊物から除去される繊維以外のものとは、繊維以外のもの全てではなく、少なくとも一部となる。
【００２４】
選別部５０は、分級物のうちで、比較的大きいものを大気中で除去する。選別部５０は、円筒状で回転するふるい（スクリーン）５１を有する。ふるい５１には複数の開口がある。複数の開口は、網状のものでもよいし、板状のものに複数の孔を開けたものでもよい。分級物は、ふるい５１に導入され、ふるい５１が回転することで、遠心力によりふるい５１の開口を通過するものと通過しないものに選別される。開口を通過するものは、主に開口の大きさよりも小さいものであり、分級物のうちで比較的短い繊維が主となる。開口を通過しないものは、主に開口の大きさよりも大きいものであり、未解繊片や繊維同士が絡みあった塊状のものや、分級物のうちで比較的長い繊維である。開口を通過しないものは、配管２０５，２０１を通り、再び解繊部３０で解繊される。ふるい５１の周囲は覆い５２で覆われており、開口を通過したものが装置内に飛散しない。開口を通過したものは、シューター５６で集められ、配管２０４を通り、堆積部７０へ送られる。なお、開口を通過しないものが、製造するシートに影響を与えないものであれば、選別部５０は無くてもよい。その場合、分級物は堆積部７０へ送られることになる。一方、選別部５０がある場合でも、堆積部７０へ送られるのは分級物の一部である。
【００２５】
選別部５０と堆積部７０の間（選別部５０がない場合には分級部４０と堆積部７０の間）には、添加物を大気中で供給する添加物供給部６０を有する。添加物供給部６０は、添加物を貯留する貯留部６１と、貯留された添加物を配管２０４に設けられた供給口６３へ導入する導入部６２を有する。導入部６２はスクリューフィーダーであるが、ディスクフィーダーや気流により導入してもよい。図１では、添加物を配管２０４に供給しているが、これに限らず、選別部５０の覆い５２内に供給したり、シューター５６へ供給したり、堆積部７０に供給してもよい。分級物と添加物は第２ブロワー１５２により混ぜ合わせられながら堆積部７０へ送られる。
【００２６】
添加物は、樹脂を含む。樹脂は、複数の繊維を結着させる。係る樹脂の種類としては、天然樹脂、合成樹脂のいずれでもよい。また、本実施形態のシート製造装置１においては、後述する加熱部１００における熱によって繊維を結着するため、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよい。樹脂は、常温で固体である方が好ましい。添加物は、繊維状であってもよく、粉末状であってもよい。添加物が繊維状である場合、添加物の繊維長は、分級物の繊維長以下であることが好ましい。なお、添加物は、樹脂以外に、その他の成分を含有してもよい。その他の成分としては、凝集抑制剤、着色材、有機溶剤、界面活性剤、防黴剤・防腐剤、酸化防止剤・紫外線吸収剤、酸素吸収剤等が挙げられる。
【００２７】
堆積部７０は、分級物と添加物との混合物を堆積してウェブＷを形成する。堆積部７０は、複数の開口を有し、回転可能な円筒部材７１を有する。複数の開口は、網状のものでもよいし、板状のものに複数の孔を開けたものでもよい。円筒部材７１は、導入された混合物を、回転する円筒部材７１の遠心力により開口を通過させる。円筒部材７１の開口の大きさは、ふるい５１の開口の大きさよりも大きいもしくは同じである。ふるい５１の開口を通過してきた分級物は、円筒部材７１の開口を通過可能である。そして、円筒部材７１の開口を通過できずに目詰まったり塞いだりすることがない。円筒部材７１の複数の開口は同じ大きさで等間隔に配置される。そのような開口から万遍なく混合物は通過するので、堆積したウェブＷは均一な厚み、密度となる。また、配管２０４にて搬送される過程で繊維同士が絡み合った場合でも、円筒部材７１は開口を通過させることでほぐすこともできる。円筒部材７１の周囲は覆い７２で覆われていて、開口を通過した混合物が装置内に飛散することを防止する。
【００２８】
円筒部材７１の下方には、無端状のメッシュベルト７３を有する。メッシュベルト７３は複数の張架ローラー７４によって周回する。円筒部材７１に対して、メッシュベルト７３を介して反対側には吸引部７５が配置される。円筒部材７１の開口を通過した混合物は浮遊しやすいが、吸引部７５で吸引されることで速やかにメッシュベルト７３上に堆積する。この際に、メッシュベルト７３は周回しながら移動するため、混合物が板状に均一に堆積したウェブＷとなる。
【００２９】
ウェブＷはメッシュベルト７３の周回とともに移動し、さらに搬送ローラー７６によりメッシュベルト７３よりも下流に搬送される。メッシュベルト７３の下流には、第１切断部８０が配置される。第１切断部８０は、ウェブＷの搬送方向と交差する方向にウェブＷを切断する。一対の切断前ローラー８１と一対の切断後ローラー８２によりウェブＷにテンションをかけた状態で、ウェブＷを切断する。
【００３０】
切断されたウェブＷは、加圧部９０、加熱部１００へ搬送される。加圧部９０は、一対の加圧ローラー９１によりウェブＷを加圧する。加圧されたウェブＷは一対の加熱ローラー１０１により加熱される。ウェブＷを加圧することで、ウェブＷは複数の繊維が接近した状態となる。その状態でウェブＷを加熱することで、添加物中の樹脂が溶融または硬化して、繊維同士を結着する。これにより、ウェブＷを所望の厚みのシートＰｒに形成することができる。なお、加圧ローラー９１や加熱ローラー１０１は複数あってもよい。また、ローラーではなく平板プレスにより、加圧や加熱、もしくは加熱兼加圧をしてもよい。そして、ウェブＷを第２切断部１２０により、ウェブＷの搬送方向に沿って切断し、所望の大きさのシートＰｒを形成する。シートＰｒはスタッカー１３０に貯留される。
【００３１】
このようにしてシートは製造される。ここでシートとは、古紙や純パルプなどの繊維を含むものを原料とし、シート状にしたものを主に言う。しかし、そのようなものに限らず、ボード状やウェブ状（や凸凹を有する形状で）あってもよい。また、原料としてはセルロースなどの植物繊維やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリエステルなどの化学繊維や羊毛、絹などの動物繊維であってもよい。本願においてシートとは、紙と不織布を含む。紙は、薄いシート状にした態様などを含み、筆記や印刷を目的とした記録紙や、壁紙、包装紙、色紙、ケント紙などを含む。不織布は紙より厚いものや低密度のもので、不織布、繊維ボード、ティッシュペーパー、キッチンペーパー、クリーナー、フィルター、液体吸収材、吸音体、緩衝材、マットなどを含む。
【００３２】
本発明のシート製造装置は、解繊部３０と分級部４０と添加物供給部６０と堆積部７０と加熱部１００とを備え、解繊部３０から加熱部１００までの間に水分を添加しないことを特徴としている。そして、原料は繊維を含んでおり、添加物は樹脂を含んでいる。これにより、繊維は水分による水素結合ではなく、樹脂により結着されるので、より強固なシートを製造できる。その際に、分級部により繊維以外のものの少なくとも一部が除去されるので、原料に付着していたトナーなどの色剤や添加剤が除去され、シートとしての強度を低下させてしまうことを抑制する。なお、水分を添加しないとは、加湿を含めシート製造装置として水分を加えていないことを言う。
【００３３】
本発明のシート製造装置は、原料を自動で供給する原料供給部１０を有し、添加物供給部６０は自動で添加物を供給することを特徴としている。原料を自動で供給することで定量的に供給される。また、添加物も自動で定量的に供給される。これにより、繊維と樹脂の割合がばらつくことを抑制できる。繊維と樹脂の割合がばらつくことで、製造されるシートの強度や厚み、密度が安定しない課題を抑制できる。
【００３４】
本発明のシート製造装置の堆積部７０は、回転する１つの円筒部材７１を有し、円筒面の複数の開口を通過させることで混合物を堆積することを特徴としている。１つの円筒部材７１を回転することで混合物を通過させるので、簡易な構成で均一な厚み、密度のウェブを形成することができる。また、円筒部材７１を複数用いるのに対し、シート製造装置を小型化できる。
【００３５】
本発明のシート製造装置の分級部４０は、解繊物を気流で分級し、解繊物のうちで比較的サイズの大きいものを分級物として排出することを特徴としている。気流で分級することで、解繊物に含まれるものの中で比較的短い繊維が除去される。比較的短い繊維を含んでシートを製造すると、繊維同士の交点が多くなってしまうのに対し、結着するための樹脂が不足する。比較的短い繊維を除去することで、繊維同士を樹脂で結着し、シートとしての強度を向上することができる。なお、比較的短い繊維とは、０．３ｍｍ未満である。逆に比較的サイズの大きい繊維は０．３ｍｍ以上となる。
【００３６】
本発明のシート製造装置は、ウェブＷを第１切断部により切断後に加圧部９０により加圧をしている。また、加圧ローラー９１の直径は加熱ローラー１０１の直径よりも大きい。これにより、切られたウェブＷの先端部を、一対の加圧ローラー９１で引き込みやすくなる。そして、ウェブＷが搬送不良を起こすことを抑制する。さらに、加圧部９０は加熱部１００よりもウェブＷの搬送方向において上流側であり、加圧部９０の加圧力は加熱部１００の加圧力よりも大きい。また、加熱部１００よりも上流側に位置する加圧部９０の加圧力が、シート製造装置の中で最も加圧力が大きい。加圧部９０の加圧により複数の繊維の距離を縮めた状態で加熱することで、繊維同士を樹脂で結着しやすくすることができる。
【００３７】
本明細書において、「均一」「同じ」「等間隔」など、密度、距離、寸法などが等しいことを意味する言葉を用いている。これらは、等しいことが望ましいが、完全に等しくすることは難しいため、誤差やばらつきなどの累積で値が等しくならずにずれるのも含むものとする。
【符号の説明】
【００３８】
１…シート製造装置、１０…原料供給部、２０…粗砕部、３０…解繊部、４０…分級部、５０…選別部、６０…添加物供給部、７０…堆積部、７１…円筒部材、８０…第１切断部、９０…加圧部、９１…加圧ローラー、１００…加熱部、１０１…加熱ローラー、１２０…第２切断部、Ｗ…ウェブ、Ｐｒ…シート、Ｐｕ…原料。
【図１】
2016065339.tif 000003