(57)【要約】  紙及び紙ベース産品の製造に使用される紙料、特に植物由来の葉柄組織を主たる原料とするものを得るため、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を略側方から切断し、９５％以上の繊維が目標値近傍に集まる繊維長分布を呈することとなるよう複数本の繊維を形成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙及び紙ベース産品の製造に使用される紙料であって、植物由来の葉柄組織を主たる原料とし、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を略側方から切断することで形成された複数本の繊維を含み、９５％以上の繊維が目標値近傍に集まる繊維長分布を呈する紙料。
【請求項２】
請求項１記載の紙料であって、９８％以上の繊維が上記目標値近傍に集まる繊維長分布を呈する紙料。
【請求項３】
請求項１又は２記載の紙料であって、上記葉柄組織が、バショウ属、エンセテ属等、バショウ科に属するバナナ草から得られた組織である紙料。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の紙料であって、上記葉柄組織が、ムサ・アクミナータ種、ムサ・バルビシアーナ種、ムサ・パラディシアカ種ムサ・サピエンタム種ハイブリッド等、食用果実が実るバナナ草の偽茎から得られた組織である紙料。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の紙料であって、上記目標値が約１．０〜１２．０ｍｍの範囲内の紙料。
【請求項６】
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の紙料であって、上記目標値が約１．０〜２．０ｍｍの範囲内の紙料。
【請求項７】
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の紙料であって、上記目標値が約３．０〜４．０ｍｍの範囲内の紙料。
【請求項８】
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の紙料であって、上記目標値が約４．０〜６．０ｍｍの範囲内の紙料。
【請求項９】
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の紙料であって、上記目標値が約７．０〜１２．０ｍｍの範囲内の紙料。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の紙料であって、上記葉柄繊維が、バショウ科に属するバナナ草の偽茎を回転させつつ繊維束間を分離させることで偽茎外層から繊維質のシートを分離させるシート分離プロセスを通じ、そのバナナ草の葉柄組織から得られたものである紙料。
【請求項１１】
請求項１０記載の紙料であって、上記シート分離プロセスが、偽茎の略全長に亘り繊維束を無傷に保つことで繊維入りの連続なシートを分離させるプロセスである紙料。
【請求項１２】
請求項１０又は１１記載の紙料であって、上記シート分離プロセスが、偽茎を作業機に搬入するステップと、偽茎を支持し作業機内でその長軸を中心に回動させるステップと、回転中の偽茎に対し略全長に亘り繊維分離装置を接触させることでその偽茎から繊維入りの連続なシートを分離させるステップと、を有する紙料。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載の紙料であって、上記葉柄繊維を切断するための切断装置が、低速又は高速のスリッタ、低速又は高速の切断ディスク、或いは切断刃又は砥石車付のシュレッダアレイアレイを有し、任意の切断幅に設定することが可能な装置である紙料。
【請求項１４】
請求項１３記載の紙料であって、上記葉柄繊維が、その向きに対し８５〜９５°の角度をなす切断装置で切断されている紙料。
【請求項１５】
請求項１４記載の紙料であって、上記葉柄繊維が、その向きに対し約９０°の角度をなす切断装置で切断されている紙料。
【請求項１６】
紙及び紙ベース産品の製造に使用される紙料を製造する装置であって、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を植物から分離させる手段と、９５％以上の繊維が目標値近傍に集まる繊維長分布を呈する紙料が得られるようそれら葉柄繊維を略側方から切断する手段と、を備える装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の装置であって、上記葉柄組織が、バショウ属、エンセテ属等、バショウ科に属するバナナ草から得られた組織である装置。
【請求項１８】
請求項１６又は１７記載の装置であって、上記目標値が約１．０〜１２．０ｍｍの範囲内の装置。
【請求項１９】
請求項１６乃至１８のうちいずれか一項記載の装置であって、偽茎を回転させつつ繊維束間を分離させることで偽茎外層から繊維質のシートを分離させるシート分離装置を備える装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の装置であって、偽茎が搬入される作業機と、作業機内でその長軸を中心に回動させうるよう偽茎を支持する支持部材と、回転中の偽茎に対し略全長に亘り接触してその偽茎から繊維入りの連続なシートを分離させる繊維分離装置と、を備える装置。
【請求項２１】
請求項１６乃至２０のうちいずれか一項記載の装置であって、上記葉柄繊維を切断する切断装置として、所定の切断幅に設定された低速又は高速のスリッタ、低速又は高速の切断ディスク、或いは切断刃又は砥石車付のシュレッダアレイを有し任意の切断幅に設定可能なものを備える装置。
【請求項２２】
紙及び紙ベース産品の製造に使用される紙料を製造する方法であって、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を植物から分離させるステップと、９５％以上の繊維が目標値近傍に集まる繊維長分布を呈する紙料が得られるようそれらの葉柄繊維を略側方から切断するステップと、を有する方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法であって、上記葉柄組織が、バショウ属、エンセテ属等、バショウ科に属するバナナ草から得られた組織である方法。
【請求項２４】
請求項２２又は２３記載の方法であって、上記目標値が約１．０〜１２．０ｍｍの範囲内の方法。
【請求項２５】
請求項２２乃至２４のうちいずれか一項記載の方法であって、偽茎を回転させつつ繊維束間を分離させることで偽茎外層から繊維質のシートを分離させるシート分離プロセスにより、上記葉柄繊維を取得するステップを有する方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法であって、上記シート分離プロセスが、偽茎の略全長に亘り繊維束を無傷に保ちながら繊維入りの連続なシートを分離させるプロセスである方法。
【請求項２７】
請求項２５又は２６記載の方法であって、上記シート分離プロセスが、偽茎を作業機に搬入するステップと、偽茎を支持し作業機内でその長軸を中心に回動させるステップと、回転中の偽茎に対し略全長に亘り繊維分離装置を接触させることでその偽茎から繊維入りの連続なシートを分離させるステップと、を有する方法。
【請求項２８】
請求項２２乃至２７のうちいずれか一項記載の方法であって、上記葉柄繊維を切断するステップを有し、それを担う切断装置が、低速又は高速のスリッタ、低速又は高速の切断ディスク、或いは切断刃又は砥石車付のシュレッダアレイを有し任意の切断幅に設定可能な装置である方法。
【請求項２９】
請求項２８記載の方法であって、上記葉柄繊維を、その向きに対し８５〜９５°の角度をなす方向から上記切断装置で切断する方法。
【請求項３０】
請求項２８記載の方法であって、上記葉柄繊維を、その向きに対し約９０°の角度をなす方向から上記切断装置で切断する方法。
【請求項３１】
請求項１乃至１５のうちいずれか一項記載の紙料で製造された産品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本国際特許出願は、２００８年１２月２４日付豪州暫定特許出願第２００８９０６６２２号に基づく優先権主張を伴うものである。この参照を以て、当該暫定特許出願の内容を本願に繰り入れるものとする。
【０００２】
本発明は紙及び紙ベース産品、例えば新聞紙、コピー用紙、ティッシュペーパ、ボール紙、工作用紙、包装紙等の製造に使用される素材に関する。本発明に係る素材は本件技術分野で紙料と通称されてきた素材の一種であり、クラフト紙製造工程等で原料として使用することができる。特に、従来は化学的又は機械的なパルプ化プロセスで製造されていたセルロース繊維入りのパルプに代え使用できるものである。
【０００３】
本発明に係る紙料は、このほか、従来はセルロース繊維質素材で製造されていた様々な産品の製造に使用することができる。例えば、パネルボード、パーティクルボード（ＰＢ）、中密度繊維板（ＭＤＦ）、高密度繊維板（ＨＤＦ）、ベース床パネル、壁パネル、天井パネル等、使った紙料の木目が現れることから集成材と呼ばれる産品の製造である。
【背景技術】
【０００４】
ここで、本発明に至る経緯を明らかにすべく本発明の技術的背景について説明する。なお、以下の説明は、本願特許請求の範囲に記載の発明がその優先日にいずれかの国で公に知られ若しくは用いられ又は刊行物に記載されていたと認める趣旨のものではない。紙又は紙ベース産品の製造を例にしているけれども、それは説明を簡略化するためであり、紙料の最終用途を限定する趣旨のものではない。
【０００５】
まず、製紙原料としては過去数千年に亘り草質植物が重宝されていたが、少なくともここ一世紀ほどは木質植物が主たる製紙用繊維源、パルプ化技術が主たる繊維処理技術として利用されている。実際のところ、その間のパルプ需要が、世界的にも注目される甚だしい環境的・生態学的問題のうち幾つかの原因となっている。
【０００６】
よく知られているように、木材から紙を製造するには重工業的生産プロセスが必要になる。これは、大量のエネルギ消費及び処理水を使用し大量の廃棄物をもたらすプロセスになることが多い。また、使用している化学物質の廃棄や再利用に困難や危険が伴うことも珍しくない。更に、化学的であれ機械的であれパルプ化プロセスであるので、生産される紙料の状態や形状を常に適切なものにすることができず、得られた紙料を後続の製紙プロセスでうまく使用できない場合がある。
【０００７】
そのため、製紙に使用できる別の繊維質植物や、パルプ化に代わる別の技術に、多大な注目が集まりつつある。樹木に代わる良質な繊維源として認識されているものの一つがバナナ草である。
【０００８】
バナナ草は大型の多年草であり、その地下茎が大きくふくらんでできた球茎やそこから天高く伸びる苗条（シュート）を有している。苗条の内部では幾本もの葉柄が渦をなして重なり合っている。その葉柄の基部は大きくふくらんで葉枕となっている。葉枕同士は広範に重なり合っている。その重なり合い部分が、幹のように頑丈な偽茎の外層となっている。偽茎の中心には頂花序が育つ内層があり、その内層は芯とも呼ばれている。他方、葉柄の先端部は偽茎から離れる方向に反っており、その先には大きな卵形の葉身が付いている。個々の偽茎は９〜１８個月かけて３〜８ｍ程度の高さまで成長するのが一般的であり、成熟すると柔軟且つ高密度な芯を強靱且つ低密度な外層が取り巻く構造となる。
【０００９】
また、畑で栽培されているバナナ草の寿命は一般に１〜２年ほどしかない。これは、一回開花（及び結実）すると葉身や偽茎が枯死し始めるからである。そのため、通常は、葉身や偽茎を何らかの手だてで除去する必要がある。それらを単純に伐採するだけでも、地下茎からの偽茎再成長を促し、次期栽培を開始させることができる。
【００１０】
こうした栽培で収穫されるバナナの量は、２００２年の１年間で約６８００万トン（そのうち２／３以上がインド、ブラジル、中国、エクアドル又はフィリピン産）にも達していた。そのことからすれば、ほとんど用途がないためこれまではバナナ生産者に無価値と見なされてきた偽茎にも、明らかに再生可能資源としての価値が潜んでいるといえよう。そのことを踏まえ、またその繊維に備わる良好な特性及び性質を活かすべく、バナナの偽茎を用い製紙する試みが従来から多々なされている。
【００１１】
まず、非特許文献１では、１９７０年代半ば当時、「ムサ・サピエンタム(Musa sapientum)種及びムサ・パラディシアカ(Musa paradisiaca)種のバナナから茎繊維を採取しパルプ化及び製紙したときの品質が研究されている。得られた紙から判断する限り、バナナ茎繊維の使用は技術的にも経済的にも実用的でない」という状況があったと概括されている。これは、その当時の技術が未熟で、バナナ茎繊維を製紙に有効活用できなかったことを表している。
【００１２】
バナナ偽茎繊維の特性が製紙に適しているはずだとの認識はその後も絶えなかった。非特許文献２では、「…長繊維素材に窮している熱帯雨林諸国でも、プランテインやバナナの偽茎をパルプや紙の自力生産に利用できるはずである」と結論づけている。
【００１３】
実際のところ、バナナ草から生まれる廃棄物、例えばその偽茎、芯、葉柄、更には葉身、未成熟の花序、残った果実等を、既存の又は改善を施した手法でパルプ化及び製紙しようという試みが幾度もなされている。その種のプロセスについては特許文献１に簡略な概記があるのでそちらも参照されたい。
【００１４】
問題なのは、そうした廃棄物の多くに、かなり多量の水分及び乳液分と共に、その取扱や処理が困難な各種樹脂成分及び粘着成分が含まれていることである。製紙に相応しい特性を備えた実用的な繊維を得るには、それらの液体、特に乳液分（ラテックス）を初めとする天然ゴム成分を取り除く必要がある。これが技術的に見て難しいのは明らかであり、バナナ草から生まれる廃棄物を経済的にパルプ化及び製紙できない一因となっていた。大量に製紙したい場合はことにそうである。ブティック紙やアート紙の製紙以外では経済的に見合わない。更に、化学物質の大量廃棄という難題も製紙業者に課される。
【００１５】
また、豪州では、バナナ繊維とビートルナッツ(Areca catechu L.)の殻を併用してパルプ化すれば少量だが上質紙を製造できると報告されている。しかし、豪州国内の研究者等は、パルプ化プロセスでバナナ繊維を抽出する際の歩留まりが低すぎ、経済的でないと結論づけている。実際、ある豪州国内報告によれば、生の偽茎４０〜８０ポンド（１８〜３６ｋｇ）をパルプ化して得られる繊維のうち使用できるものの量は、１〜４オンス（２８〜１１３ｇ）に留まっている。これは、生の偽茎１３２トンから紙が１トンしか得られない、ということである。結局、偽茎は断裁して畑に残し次の作物に有機肥料として与えた方がよい、そうすれば豪州バナナ栽培業の役に立つ、ということになる。
【００１６】
そして、バナナ草をパルプ化せずに利用することも提案されている。例えば特許文献２（出願人：Papyrus Australia Limited）や特許文献３（発明者：Charles O Tappan）に記載のプロセスである。これらの文献には、パルプ化プロセスにまつわる問題を回避するため、バナナ草の偽茎から直に繊維質シートを製造してそれらを積層等するプロセスが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第５９５８１８２号明細書
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２００６／０２９４６９号パンフレット
【特許文献３】米国特許第１９８１８８３号明細書
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】"Banana Stem Fibre for Papermaking" by S. K. Singhai, J. K. Garg and B. Biswas for the Indian Pulp and Paper Journal, August-September 1975, 30(2), pp 13 to 15
【非特許文献２】"Plantain (M. Paradisiaca L) Pseudostem; A Fibre Source For Tropical Countries" by Nicholas A Darkwa of the Forestry Research Institute of Ghana, published in Book 2, TAPPI Proceedings, 1998 for the 1998 Pulping Conference in Montreal Quebec
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、既存のパルプ化プロセスに木材を投ずる手法に代わる更に新たな手法を提供し、より良質な紙料が得られるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の発明者が探求してきたのは、植物の葉柄例えばバショウ科(Musaceae)に属するバナナ草の葉柄から紙料を製造できる手法、特にその繊維長分布が狭く製紙に適する紙料を簡便な技術で経済的且つ大量に製造できる新たな手法を提供することである。
【００２１】
まず、本発明に係りとりわけ紙及び紙ベース産品の製造に使用される紙料は、植物由来の葉柄組織を主たる原料とし、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を略側方から切断することで形成された複数本の繊維を含み、９５％以上の繊維が目標値近傍に集まる繊維長分布を呈するものである。
【００２２】
本紙料は様々な種類の葉柄から製造することができる。但し、植物の種類によって葉柄の使いやすさは異なってくる。例えば、小型の植物には、葉柄の長さや幅が小さすぎて経済的に処理できない、葉柄の基部にあるふくらみ即ち葉枕が肉厚不足でバナナ草の偽茎のように頑丈な外層が生じない、等の難点がある。本紙料は、そうした植物の葉柄からでも製造することができる。中肋や茎に限らず様々な部分を使用できるからである。
【００２３】
本紙料はこうした植物由来の葉柄組織を主たる原料とするものである。「主たる」原料と表現したのは、本紙料が基本的には植物由来の葉柄組織由来の繊維で形成されることを明らかにすると共に、汚濁が残っていてもかまわないことを明らかにするためである。これは、植物由来天然産品に係る分野で習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）にとり自明な通り、汚濁乃至不要物質を完全には避け得ない点を踏まえている。
【００２４】
本紙料の製造に最適な葉柄組織がとれる植物は、バショウ属(Musa)、エンセテ属(Ensete)等、バショウ科に属するバナナ草であろう。そのため、以下の説明では、キャベンディッシュ、レディフィンガ等の名で周知のムサ・アクミナータ種(Musa acuminata)や、ムサ・バルビシアーナ種(Musa balbisiana)や、プランテインとも呼ばれるムサ・パラディシアカ種とムサ・サピエンタム種のハイブリッドを始め、食用果実が実るバナナ草の偽茎から葉柄組織を採取し、本紙料を製造する例を想定している。
【００２５】
本紙料の製造にバナナ草の葉柄が適するのは、それに含まれる葉柄繊維の長手方向同士がほぼ揃っており、且つ本発明で役立つ形態学的特徴が幾つか備わっているためである。それを概括すると以下の通りとなる。まず、その葉柄がまっすぐではなく緩やかな正曲率を呈している。次に、その上面に溝があるため中肋が円形断面ではなくＵ字状断面を呈しており、そのＵ字の上端から外向きに葉身が拡がっている。そして、その葉身を中肋につないでいる多数の繊維が、葉柄に沿い平行に走り更に葉脈となって葉身内を走っている。
【００２６】
また、その組織は、木質部を有する管状維管束が長手方向に通っておりある程度の強度を有する外層の内側を、幾本かの大きな空洞が縦貫する構造になっている。空洞同士は細長い柔組織隔壁で仕切られている。柔組織隔壁は管状繊維束をほとんど含んでおらず、ある小区画毎に存する横断層を介し相互につながっている。その横断層は多孔質な星状柔組織で形成されている。このように、葉柄組織は中空や中実ではなく半中空であり、複数本の繊維束がほぼ同じ方向に向かい整然と延びる秩序だった構造となっている。本願では、植物由来の葉柄繊維に備わるこの複雑な形態学的構成を指し、「その長手方向がほぼ揃っている」と表現している。
【００２７】
得られる葉柄繊維の長手方向をほぼ揃えるには、その採取元となる植物として、バショウ属、エンセテ属等、バショウ科に属するバナナ草を使用するのが望ましい。例えば、ムサ・アクミナータ種（キャベンディッシュ、レディフィンガ等の名で周知）、ムサ・バルビシアーナ種、ムサ・パラディシアカ種（別名プランテイン）ムサ・サピエンタム種ハイブリッド等、食用果実が実るバナナ草の偽茎から植物由来の葉柄組織を取得することで、その長手方向がほぼ揃った葉柄繊維を得ることができる。
【００２８】
その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を略側方から切断し、９５％以上の繊維が目標値近傍に集まる繊維長分布を呈するよう複数本の繊維を形成する際には、その目標値を約１．０〜１２．０ｍｍの範囲内の値とするのが望ましい。１２．０ｍｍ超の値とすることもできる。葉柄繊維の切断で形成される繊維における繊維長分布の拡がりと、得られる紙料との間には、次の通り
・約１．０〜２．０ｍｍ：上質印刷紙、筆記用紙等の原料となりうる紙料
・約３．０〜４．０ｍｍ：新聞紙、ティッシュペーパ、一部の包装紙等の原料となりうる紙料
・約４．０〜６．０ｍｍ：強度が求められる包装紙の原料となりうる紙料や、パネルボード、ＭＤＦ等の製造に使用できる紙料
・約７．０〜１２．０ｍｍ：その他の産品例えばベース床パネル、壁パネル、天井パネル等の製造に使用できる紙料
・約１２．０ｍｍ超、例えば約１００ｍｍ程度：配向性ストランドボード（ＯＳＢ）等、従来の集成材ならフレーク状又はウェハ状の大きな木材繊維ストランドが用いられていた産品の製造に使用できる紙料
という関係がある。９８％以上の繊維が上掲の目標値近傍に集まる繊維長分布であればなお望ましい。
【００２９】
従って、本紙料を製造するための方法及び装置では、葉柄繊維切断束工程乃至手段として、例えば約１．０〜１２．０ｍｍの範囲に亘り、繊維長の目標値を０．１ｍｍ刻み、０．５ｍｍ刻み又は１．０ｍｍ刻みで調整できるものを使用するのが望ましい。なお、本願で約１．０ｍｍ、約３．０ｍｍ等と「約」を冠しているのは、いわゆる当業者には自明な通り、１．０ｍｍ、３．０ｍｍ等の値「ぴったり」から若干ずれていてもかまわないからである。どの程度のずれが許容されるかは、その紙料の最終使用条件や、その紙料の製造工程乃至手段の精度で左右される。
【００３０】
ただ、許容されるずれは若干のずれ、例えば刻み幅に対し１０％以内のずれである。例えば、刻み幅が１．０ｍｍならずれは±０．１ｍｍ以内が望ましい。自明な通り、その長さが等しい繊維間では上掲の目標値からのずれも同程度となる。
【００３１】
本紙料の利用上の長所としては、まず、繊維の並び方が十分に秩序だっている点がある。これは、この紙料を使用し製造される産品の多くで有益なことである。例えば、先に示したＰＢ、ＭＤＦ等の集成材では、既知の通り、粘着性の樹脂で繊維同士が相互接着されているため、繊維の並び方が不規則であることが多い。繊維の並び方が不規則であるので、製造に際し樹脂と繊維の混合物を加圧した後も、樹脂で満たされていない泡状空間がある程度は残存する。泡状空間が残存していると、その分は低密度且つ軽量になるため産品の種類によっては都合がよいが、反面で強度が低下すること否めない。
【００３２】
これに対し、本紙料では、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維が、ある狭い繊維長分布を呈する繊維が得られるよう略側方から切断されている。従って、本紙料を用いることで、ＰＢやＭＤＦに類しているが繊維が非常に秩序だって並んでいる産品、例えば（ほぼ）全ての繊維が繊維束内で互いに平行に並んでおりその繊維束同士が直交している産品を製造することができる。実際、繊維の並び方が十分に秩序立っている産品は、従来通り繊維の並び方が不規則な同種の産品に比べ、強度等の特性に秀でたものになる。従って、本紙料を用いることで、似た特性の産品を軽量且つ肉薄に製造することも可能になる。
【００３３】
次に、バナナ草の偽茎等を繊維源とし製造されているので、本紙料はその耐水性及び防火性に長けている。従って、本紙料を使用することで、従来の集成材型産品に比べ、更に優れた特性の産品を製造することができる。なお、従来の集成材型産品でも秀逸な特性例えば高い耐水性を実現することが可能だが、一般に、そのための特別な処置乃至工程を製造プロセスに付加することを余儀なくされる。
【００３４】
更に、本紙料の製造に当たっては、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を植物由来の葉柄組織から得るプロセスとして、偽茎を回転させつつ偽茎外周に沿い繊維束間を分離させて偽茎外層から繊維質シートを分離させるプロセスを使用することができる。こうしたプロセスであれば、偽茎の略全長に亘り繊維束が途切れなく延びる繊維入りの連続なシートを好適に得ることができる。
【００３５】
特に望ましいのは、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を植物由来の葉柄組織から得るプロセスとして、上掲の特許文献２の記載に従い、偽茎外層から繊維質シートを分離させるプロセスを使用することである。なお、当該文献に記載されている事項のうちシート分離プロセスのあり方に関するもの全てを、この参照を以て本願に繰り入れることとする。
【００３６】
バショウ科に属するバナナ草の偽茎からシートを分離させるプロセスとして理想的なのは、例えば、偽茎を作業機に搬入するステップと、偽茎を支持し作業機内でその長軸を中心に回動させるステップと、回転中の偽茎に対し略全長に亘り繊維分離装置を接触させることでその偽茎から繊維入りの連続なシートを分離させるステップと、を有するプロセスである。シートを分離させる際には、偽茎のうち芯の部分を残すようにするとよい。これは、芯に含まれる繊維が紙料での使用にあまり適しておらず、本紙料の製造に当たり葉柄繊維として利用するに相応しくないためである。
【００３７】
偽茎の外周から連続なシートが分離していく様子は、ちょうど、トイレットロールからペーパが一巻き引き出される様子に似ている。得られるシートの差し渡しは、幅方向には偽茎の全長が上限となり、長手方向には後の取扱に差し支えがない長さが上限となる。無論、長手方向に沿ったシートの差し渡しは、使用する偽茎の直径や得たいシートの厚みでも制限される。
【００３８】
こうして偽茎からシートを分離させた後は、そのシートに含まれておりその長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を、必要な繊維長を目標として略側方から切断する。この切断プロセスを担う切断装置は、分離されたシートを受け入れ、切断刃又は砥石車として構成された低速又は高速の切断ディスクに通す構成とするのが望ましい。この構成であれば、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を略側方から切断することや、その切断幅を任意値に設定することが可能である。切断する方向は、切断ディスクが繊維方向に対し８５〜９５°の角度をなす方向とするのが望ましい。その角度が約９０°であるとなおよい。こうした切断装置で得られるストリップは、繊維方向がほぼ同じ長さに亘り平行に延びるものとなる。
【００３９】
この切断装置に更なる切断機構を付加することもできる。例えば、略側方からの切断で形成された繊維を直交方向から再度切断し又は分離させ、ストリップ内で平行に延びている繊維を断片化する機構である。得られた繊維断片を相応の形態にすれば、次に述べる通り後続のプロセスで好適に使用することができる。
【００４０】
例えば、上掲の望ましいシート分離プロセス及び切断プロセスを使用し得られた繊維断片を、水分が２０〜９０％になるまで加圧し、積み重ねて束ね、そしてそれを包んで縛りミル用の紙料等として配分すればよい。或いは、上掲の望ましいシート分離プロセス及び切断プロセスを使用し得られた繊維断片を、フィルタシステム上でスラリ化及び整形して湿潤な繊維質マットを作成し、それを乾燥ステーションに通して約１０〜１５％の水分を含む繊維質シートを作成し、そしてそれを束ねて同様に配分すればよい。
【００４１】
また、本発明に係る装置は、とりわけ紙及び紙ベース産品の製造に使用される紙料を製造する装置であって、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を植物から分離させる手段と、９５％以上の繊維が目標値近傍に集まる繊維長分布を呈する紙料が得られるようそれらの葉柄繊維を略側方から切断する手段と、を備える。
【００４２】
本装置は、偽茎を回転させつつ繊維束間を分離させることでその偽茎の外層から繊維質のシートを分離させるシート分離装置を備える構成にするのが望ましい。偽茎が搬入される作業機と、作業機内でその長軸を中心に回動させうるよう偽茎を支持する支持部材と、回転中の偽茎に対し略全長に亘り接触してその偽茎から繊維入りの連続なシートを分離させる繊維分離装置と、を備える構成にするとなおよい。実際、更に好ましいのは、本装置を上掲の特許文献２の記載に従い構成することである。
【００４３】
本装置は、更に、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を略側方から切断するための切断装置として、上述の通り、切断刃又は砥石車として構成された低速又は高速の切断ディスクを任意の切断幅に設定して作動させうるものを、備える構成とするのが望ましい。
【００４４】
更に、本発明に係る方法は、とりわけ紙及び紙ベース産品の製造に使用される紙料を製造する方法であって、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を植物から分離させるステップと、９５％以上の繊維が目標値近傍に集まる繊維長分布を呈する紙料が得られるようそれらの葉柄繊維を略側方から切断するステップと、を有する。
【００４５】
本方法は、偽茎を回転させつつ繊維束間を分離させることでその偽茎の外層から繊維質のシートを分離させるシート分離プロセスにより、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を取得する形態とするのが望ましい。実際、このシート分離プロセスを適宜実行することで、偽茎の略全長に亘り繊維束を無傷に保ちつつ、繊維入りの連続なシートを分離させることができる。
【００４６】
本方法におけるシート分離プロセスは、偽茎を作業機に搬入するステップと、偽茎を支持し作業機内でその長軸を中心に回動させるステップと、回転中の偽茎に対し略全長に亘り繊維分離装置を接触させることでその偽茎から繊維入りの連続なシートを分離させるステップと、を有する形態とするのが望ましい。実際、更に好ましいのは、本方法におけるプロセスのうち、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を植物から分離させるステップを、上掲の特許文献２の記載に従い実行することである。
【００４７】
本方法は、更に、その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を略側方から切断するステップを有し、それを担う切断装置として、上述の通り、低速又は高速のスリッタ、低速又は高速の切断ディスク、或いは切断刃又は砥石車付のシュレッダアレイを有し、その切断幅を任意値に設定可能なものを、使用する形態とするのが望ましい。
【００４８】
なお、本願にて本発明に係る方法及び装置の説明に使用する実施形態は、分離ステップ乃至手段が切断ステップ乃至手段に先行して実行乃至使用される実施形態であるが、無論、切断が分離に先行する形態で本発明に係る方法及び装置を実施することもできる。若干厳密さには欠けるが、植物「からの」分離といった表現は両形態を含む意味で使用されている。
【００４９】
また、本発明に係る紙料をどのポイントでシステムに投入するかはパルプ製造業者や製紙業者が必要に応じ決定すればよい。本紙料をどの程度の配分で使用するかもパルプ製造業者や製紙業者が任意に設定することができる。本紙料は、大抵はそのまま使用することができるが、必要とされる製紙仕様が達成されるようにするため、ミル内で紙料の繊維を幾分調整することも可能である。
【００５０】
例えば、使用前に繊維を漂白することが求められている場合は、本紙料が投入されるミルを漂白ラインの上流に設ればよい。繊維の漂白が不要なら、本紙料が投入されるミルを原料下処理工程の近くに設ければよい。繊維漂白は、一般に、印刷用、筆記用、一部のティッシュ用、一部の包装用等の紙を製造する際に求められるが、非印刷用、非筆記用等の紙を製造する際にはあまり求められないプロセスである。
【００５１】
また、本紙料は、他の繊維源から得られた紙料、他の種類の紙料等と、任意の比率で併用することができる。更に、本紙料は、多々ある既知の製紙用添加剤乃至修飾剤やその組合せと随意に併用することができる。与えられた状況に相応しいと覚しき既知形態の操作、例えば機械的な撹拌を本紙料に施すこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１ａ】一般的なバナナ草の模式的側面図である。
【図１ｂ】図１ａに示したバナナ草における偽茎基部の断面図である。
【図１ｃ】図１ｂに示した偽茎基部のＡ−Ａ線沿い断面図である。
【図１ｄ】円柱化プロセスを経た偽茎基部を図１ｃと同じ要領で示す断面図である。
【図２】その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を含むシートを偽茎から分離させる装置の動作、特にシートが分離されるにつれ偽茎が細くなっていく様子を示す図である。
【図３】その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を含むシートを受け取りそのシートから本発明に係る紙料を製造する装置の一例を示す模式図である。
【図４】その長手方向がほぼ揃っている複数本の葉柄繊維を含むシートを受け取りそのシートから本発明に係る紙料を製造する装置の別例を示す模式図である。
【図５】ラジアータマツから製造された市販の紙料に比べ、本発明に係る紙料の方が繊維長分布が狭くなることを、本発明に係る紙料から得られる分布曲線の一例を以て示す図である。
【図６】本発明に従い製造された紙料のマイクロ写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
次に、本発明に係る紙料及びその製造に使用可能な装置の例を参照し、本発明の実施形態、特にその要点に関し説明する。但し、別紙図面に基づく以下の説明は、あくまで、本発明の実施形態を示すためのものであるので、発明の概要の欄で述べた事項に限定を加えるものとして解釈してはならない。
【００５４】
ここでは、本発明に係る紙料の製造に相応しい原料やその原料に備わる様々な性質に関し説明を行ってから、図２に示す装置に関し詳細に説明することにする。ここでとりあげる原料、即ち本紙料の製造に最適な葉柄が得られると思われる植物は、既に述べた通り、バショウ属、エンセテ属等、バショウ科に属するバナナ草である。
【００５５】
図１ａに、一般的なバナナ草１０及びその脇芽１１を示す。バナナ草１０は大型の多年草であり、その基部に大きなふくらみがある葉柄を幾つか有している。そのふくらみ即ち葉枕１２からは茎状の中肋１８が延びている。また、その中肋１８を軸とし、柔軟、円滑且つ多肉質な葉身１６が放射状に拡がっている。葉枕１２同士は広範に亘り重なり合い、その重なり合いで幹のように頑丈な偽茎１４の外層が形成されている。その偽茎１４の内側には頂花序が育つ空間がある。この空間即ち内層は芯２１（図１ｂ参照）とも呼ばれている。こうした偽茎１４は、地下茎に生じた球茎１５から生える芽が育ったものであり、通常のバナナ草１０では９〜１８個月かけて３〜８ｍの高さまで成長する。
【００５６】
その花序は、図１ｂに示す偽茎１４の芯２１から穂のように伸びてくる。雌花に付いた当初の未熟な果実は青く、たおやかな指のようなかたちである。十分に成長し包葉が落ちた後のバナナ果実は、寄り集まって手のような房２０となる。その中肋がしなるため、房２０は先端部を下に向けて垂れ下がる。
【００５７】
このように成熟したバナナ草の偽茎１４には外層２２と芯２１の区別がある。これは、バナナ草として成長するにつれて、葉枕同士や葉枕・中肋間の重なり合いが増すからである。このことは、図１ｃに示す生（即ち円柱化プロセス前）の偽茎１４の断面から読み取ることができる。まだバナナ草として育っていない未熟な偽茎、例えば脇芽１１には、図１ｂに示すように芯がなく、それ全体が葉柄と同じ物質で成り立っている。
【００５８】
成長の進んだバナナ草から得られる葉柄繊維は、その長手方向がほぼ揃っている。図１ｃ及び図１ｄに、葉柄に備わる形態学的特徴との関係で、本発明で好適に利用できる諸側面を示す。図示した組織では、木質部を有する管状維管束が長手方向に通っておりある程度の強度を有する外層２２の内側を、幾本かの大きな空洞が縦貫している。空洞同士の間は細長い柔組織隔壁で仕切られている。その柔組織隔壁は管状繊維束をほとんど含んでおらず、ある小区画毎に存する横断層を介し互いにつながっている。その横断層は多孔質な星状柔組織で形成されている。このように、外層２２の内側は中空でも中実でもなく半中空であり、複数本の繊維束がほぼ同じ方向に向かい整然と延びる秩序だった構造となっている。
【００５９】
本発明で使用するのは、こうした複雑な形態学的構成を備える植物性の葉柄繊維、例えばバナナ草の外層２２に備わっていて「その長手方向がほぼ揃っている」葉柄繊維である。同じバナナ草でも、芯２１にあって花序をかたちづくっている物質は、その化学的組成や形態学的構成が異なり本発明に係る紙料の製造に相応しくないので、その使用を避けるようにした方がよい。
【００６０】
また、本発明に係る方法で使用するのは、畑で栽培されているバナナ草のうち既に開花（及び結実）を経ていて葉身や葉柄や偽茎が枯死しそうなもの、即ち一般に１〜２年ほどとされる寿命を迎えているものの偽茎等である。
【００６１】
集果が終われば、そのバナナ草の偽茎を使用することができる。その使用に際しては、個々の偽茎を適当な長さに切断し、先に言及した円柱化プロセス等の下処理を施すのが望ましい。この下処理は後述する本処理と同じ要領、方法及び装置で実行可能である。即ち、本処理で使用する装置を本処理と同じ要領で動作させることで下処理を実行することができる。
【００６２】
図２に、その装置２８の大まかな動作手順及びその動作に伴う偽茎１４の変化を示す。この動作では、装置２８に繊維分離装置として備わる長手方向可動型のブレード３８を使用する。ブレード３８は、偽茎１４の長軸に対しほぼ平行に移動し、一回の移動で偽茎１４の全長をなぞれるように構成されている。なお、この図は上掲の特許文献２に記載のものを変形したものである。この参照を以て、同文献記載の着想のうちシート分離装置及びプロセスのあり方に関するものを、本願に繰り入れることとする。
【００６３】
図２（ａ）に示すように、円柱化プロセスが済み作業機に搬入された当初の偽茎１４は、その直径が初期直径、通常は約１５０ｍｍとなっている。動作開始からある程度の時間が経過し、偽茎１４から繊維入りの連続なシート６０が分離された段階では、図２（ｂ）に示すように偽茎１４の直径が例えば約７５ｍｍまで細くなっている。また、この図ではコンベアベルト６２上に偽茎１４が載っており、そのベルト６２が支持部材３６によって支持されている。上部支持ローラ３４も示されている。
【００６４】
図３に、図２に示した装置の変形例を示す。この装置では、支持部材３６に代わり支持ローラ３６ａが使用されている。このローラ３６ａは一種のノーズローラとして構成されており、そのシャフト５２上には、極薄の切断ディスク５０（又は砥石車）複数枚が、上述した繊維長の目標値に相当する間隔で規則的に配置されている。図３（ｂ）に模式的に示すように、この装置では、シートが偽茎１４から分離されてコンベアベルト６２上に載り、そのシートが略側方から切断されてストリップ状になる。そのストリップに含まれる繊維は、長手方向が互いに揃っており且つ長さが目標値即ちディスク５０間隔相当値近傍に揃っている。
【００６５】
形成されたストリップは、紙料として輸送され製紙等で使用される。必要ならば、ストリップを再処理することで、その長手方向がほぼ揃っている繊維の束を小分けしてより細い束にすることや、その配列を緩めて個別の繊維へとほぐすこともできる。
【００６６】
切断ディスク５０は、例えば、図２に示した装置における線速度に比肩する面速度で回転させる。ディスク５０に代え粗めの砥石車を使用する場合は、当該線速度に比べかなり高い面速度で回転させる。
【００６７】
また、切断ディスク５０は、図示しない基板、ゴムローラ、プラスチックローラ等に載せて回転させるようにするとよい。個々のディスク５０に対応するよう、その基板やローラに溝を設けてもよい。更に、ディスク５０に代え他種切断機構を使用してもよい。略側方からの切断を似た要領で行い、繊維長を目標値近傍に揃えることや、その目標値を調整することが可能な切断機構が望ましい。そうした切断機構は、例えば、シート移動方向に対し９０°の角度をなし反復移動する切断刃やテンションワイヤを適宜配置することで構成することができる。ウォータジェットやレーザを用いた切断機構でも、同様の切断機能を実現することができる。
【００６８】
図４に、図２に示した装置の更なる変形例を示す。この装置では、支持部材３６に代わり支持ローラ３６ｂが使用されている。このローラ３６ｂは上部支持ローラ３４と同様の形態であり、その上で形成されたシートはコンベアベルト６２を迂回し直にシュレッダ装置へと送られる。そのシュレッダ装置には、上部シュレッダシャフト５６及び下部シュレッダシャフト５８が備わっている。そのシャフト５６及び５８上には、切断ディスク５６ａ及び５８ａ複数枚がある間隔で規則的に配置されている（符号同順）。この構成では、ディスク５６ａ及び５８ａのうち隣り合うもの同士の間隔によって、上述した繊維長の目標値が決定される。
【００６９】
図４（ｂ）に模式的に示した通り、この装置では、偽茎１４から分離されたシートがベルトコンベア６２の下方を通り、略側方から切断されてストリップ状になる。そのストリップに含まれる繊維は、長手方向が揃っており且つその長さが目標値近傍に揃っている。
【００７０】
以上の説明から明らかな通り、上述した方法及び装置を使用することで、その繊維長分布が狭く、約１．０〜１２．０ｍｍの範囲内で定めた目標値の近傍に繊維長が分布することとなるよう、紙料を製造することができる。その紙料における繊維長は、上掲の実施形態の場合、切断ディスク間隔相当値近傍の値となる。
【００７１】
図５に、この点を裏付ける分布曲線を示す。この曲線は、本発明に係る紙料の実験的サンプル（図中の「バナナ繊維」）を作成しその繊維長分布を調べることで得られたものである。図示の通り、所定の目標値（３．１ｍｍ）に対する繊維長の差が、サンプルの約９５％以上で標準偏差の約２倍以内に収まっている。対するに、比較のため示したラジアータマツ由来の繊維では、一見して明らかな通り、より多くの繊維がより広い範囲（標準偏差に対する倍数がより大きい範囲）に亘り分布しており、またかなりの量の繊維でその繊維長が０．２ｍｍ未満又は７．０ｍｍ以上となっている。
【００７２】
図６に、上述した手法でバナナ偽茎の外層から製造した紙料のマイクロ写真を示す。このマイクロ写真には、（Ａ）５．０ｍｍ長になるよう切断された未分解の繊維束・繊維入りシート混合物と（Ｂ）非繊維質な柔組織が写っており、またそのスケール部分には１．０ｍｍ刻みのバーマークが表示されている。この写真からは、目標値（５．０ｍｍ）に対する繊維長の差が、繊維のうち約９５％の繊維で約１０％以内に収まっていることがわかる。なお、この繊維長解析に際し使用した手法は顕微鏡撮影及びフラクション化であり、その実行にはＢａｕｅｒ（登録商標）ＭｃＮｅｔｔ  Ｆｉｂｒｅ  Ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｏｒ（商品名）を使用した。
【００７３】
そして、本発明に係る紙料には、繊維乃至繊維束が所望の形状になるよう製造することが可能である。このことが非常に役立つ場合がある。実際、偽茎から分離されるシートの厚みを制御して約６．０ｍｍにし、そのシートを約６．０ｍｍ間隔の切断ディスクで切断した後、繊維束分離プロセスで約６．０ｍｍ単位の束に分離させることで、６．０×６．０×６．０ｍｍの寸法を有する略立方体の繊維束を形成することができる。即ち、集成材分野でチップと呼ばれているものに相当する形状の繊維束を得ることができる。
【００７４】
こうして得られるチップは加圧で板状にすることができる。その際、成形型の隅々までチップが入り込み、接触面が拡がるため、少量の接着剤で強い結合を実現することができる。また、端部トリミング、表面下処理、ヤスリがけ等を施さなくとも、板のほぼ全体に亘り特性を均一にすることができる。
【００７５】
なお、以上説明した実施形態はあくまで例であり、それに変形や改良を施されたものも本発明の技術的範囲に包含される。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
2012513545.tif 000004
【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２】
2012513545.tif 000007
【図３】
2012513545.tif 000008
【図４】
2012513545.tif 000009
【図５】
2012513545.tif 000010
【図６】
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【国際調査報告】
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