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JP6589335B2 - シート製造装置及びシート製造方法 - Google Patents

シート製造装置及びシート製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、シート製造装置、シート製造方法及びシートに関する。
繊維状の物質を堆積させ、堆積させた繊維の相互間に結合力を働かせてシート状あるいはフィルム状の成形体を得ることは古くから行われている。その典型例として、水を用いた抄造(抄紙)によって紙を製造することが挙げられる。抄造法で製造される紙は、一般に、例えば木材等に由来するセルロースの繊維が互いに絡み合い、バインダー(紙力増強剤(デンプン糊、水溶性樹脂等))によって互いに部分的に結着されている構造を有するものが多い。
しかし、抄造法は湿式であるため、大量の水を使用する必要があり、また、紙が形成された後、脱水・乾燥等の必要が生じ、そのために費やすエネルギーや時間が非常に大きい。また、使用した水は、排水として適切に処理する必要がある。したがって昨今の省エネルギー、環境保護等の要請に応えることは難しくなってきている。また抄造法に用いる装置は、水、電力、排水設備等の大型のユーティリティーが必要となることが多く、小型化することは難しい。これらの観点から、抄造法に代る紙の製造方法として、乾式法と称する水を全く又はほとんど用いない方法が期待されている。
特許文献1には、古紙を乾式解繊し接着剤と混合して得た層状成形体に、樹脂含浸シートを積層して熱及び圧力を加えて得られる古紙ボードが開示されている。
特開2002−144305号公報
ところで、紙等では、例えば、ハサミなしで紙をきれいに切り離したり、所定の位置で折りやすくするための、ミシン目、目打ち線等が形成されることがある。係るミシン目等は、紙が製造された後にさらに機械装置を用いて形成されたり、これを形成するための工程を追加して形成されることが多い。紙等でこのようなミシン目等を設けるために、そのための構成や工程が必要となる事情は、紙が抄造法で製造される場合でも、上記特許文献1のように乾式法で製造される場合でも同様である。
また、ハサミなしでシートを切り離したり、所定の位置で折りやすくするには、必ずしもミシン目や目打ち線を形成する必要はないとも考えられる。
本発明の幾つかの態様に係る目的の一つは、所定の位置でシートを切り離したり、折り目を付けやすいシートを容易に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。また、本発明の幾つかの態様に係る目的の一つは、製造が容易で、所定の位置でシートを切り離したり折り目を付けやすいシートを提供することにある。
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するために為されたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。
本発明に係るシート製造装置の一態様は、
繊維を含む原料を大気中で解繊する解繊部と、
前記解繊部により解繊された解繊物と樹脂とを、大気中で混合する混合部と、
前記混合部により混合された混合物を堆積させる堆積部と、
前記堆積部により堆積された堆積物の一部に液体を付与する液体付与部と、
前記液体付与部により前記液体が付与された堆積物を加熱してシートを成形する加熱部と、を備えることを特徴とする。
このようなシート製造装置によれば、液体が付与された部分で、樹脂と繊維とが結着されにくく、係る部分の機械的強度を小さくすることができる。これにより、液体が付与された位置でシートを切り離したり、折り目を付けやすいシートを容易に製造することができる。
本発明に係るシート製造装置において、
前記堆積物を加圧する加圧部を備えてもよく、
前記液体付与部は、前記加圧部により加圧された堆積物に、前記液体を付与してもよい。
このようなシート製造装置によれば、堆積物が加圧された後に液体が付与されるため、液体が付与される領域のにじみ等が抑制される。これにより、液体が付与された位置でよりシャープにシートを切り離したり、折り目を付けやすいシートを容易に製造することができる。
本発明に係るシート製造装置において、
前記加熱部により加熱されたシートの側端部を切断する切断部を備えてもよく、
前記液体付与部は、前記シートの側端部に対応する前記堆積物の側端部の少なくとも一部に、前記液体を付与してもよい。
このようなシート製造装置によれば、シートから切断される側端部が、樹脂と繊維との結着が無い又は緩やかな領域を有するものとなる。そのため、例えば、側端部を再利用する場合に、解繊をより容易に行うことができる。
本発明に係るシート製造装置において、
前記液体は、色材を含んでもよい。
このようなシート製造装置によれば、液体が付与された部分を容易に識別できるシートを製造することができる。
本発明に係るシート製造方法の一態様は、
繊維を含む原料を大気中で解繊する解繊工程と、
前記解繊工程で解繊された解繊物と樹脂とを、大気中で混合する混合工程と、
前記混合工程で混合された混合物を堆積させる堆積工程と、
前記堆積工程で堆積された堆積物の一部に液体を付与する液体付与工程と、
前記液体付与工程で前記液体が付与された堆積物を加熱してシートを成形する加熱工程と、を有することを特徴とする。
このようなシート製造方法によれば、製造されるシートにおいて、液体が付与された部分で、樹脂と繊維とが結着されにくく、係る部分の機械的強度を小さくすることができる。これにより、液体が付与された位置で切り離したり、折り目を付けやすいシートを容易に製造することができる。
本発明に係るシート製造方法において、
前記液体が付与された前記シートの部分を折り曲げ、当該部分を加熱して固定する固定工程を有してもよい。
このようなシート製造方法によれば、所定の位置で折り曲げられて折り曲げの姿勢が固定されたシートを容易に製造することができる。
本発明に係るシート製造方法において、
前記液体が付与された前記シートの部分を、シートに重ねて当該部分を加熱して接着する接着工程を有してもよい。
このようなシート製造方法によれば、接着剤等を使用することなく、同一のシート又は他の(別の)シートと容易に接着することができる。
本発明に係るシートの一態様は、
繊維と樹脂とを混合した混合物を堆積させ、当該堆積物を加熱して得られ、前記繊維と前記樹脂との結着が他の部分よりも弱い部分を有する。
このようなシートによれば、繊維と樹脂との結着が他の部分よりも弱い部分において、切り離したり、折り目を付けやすい。
実施形態に係るシート製造装置を模式的に示す図。 図1の符号Aで示した破線で囲まれた部分の拡大模式図。 実施形態のシート製造装置によるシートの製造、及び、シートの使用態様の一例を示す模式図。 実施形態のシート製造装置によるシートの製造、及び、シートの使用態様の一例を示す模式図。 実施形態のシート製造装置によるシートの製造、及び、シートの使用態様の一例を示す模式図。 実施形態のシート製造装置によるシートの製造、及び、シートの使用態様の一例を示す模式図。
以下に本発明の幾つかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお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。
本実施形態のシート製造装置は、繊維を含む原料を大気中で解繊する解繊部と、前記解繊部により解繊された解繊物と樹脂とを、大気中で混合する混合部と、前記混合部により混合された混合物を堆積させる堆積部と、前記堆積部により堆積された堆積物の一部に液体を付与する液体付与部と、前記液体付与部により前記液体が付与された堆積物を加熱してシートを成形する加熱部と、を備えることを特徴とする。
1. シート製造装置
1.1. 構成
まず、本実施形態に係るシート製造装置について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係るシート製造装置100を模式的に示す図である。
シート製造装置100は、図1に示すように、供給部10と、製造部102と、制御部140と、を備える。製造部102は、シートを製造する。製造部102は、粗砕部12と、解繊部20と、分級部30と、選別部40と、第1ウェブ形成部45と、混合部50と、堆積部60と、第2ウェブ形成部70と、シート形成部80と、切断部90と、を有している。
供給部10は、粗砕部12に原料を供給する。供給部10は、例えば、粗砕部12に原料を連続的に投入するための自動投入部である。供給部10によって供給される原料は、例えば、古紙やパルプシートなどの繊維を含むものである。
粗砕部12は、供給部10によって供給された原料を、空気中で裁断して細片にする。細片の形状や大きさは、例えば、数cm角の細片である。図示の例では、粗砕部12は、粗砕刃14を有し、粗砕刃14によって、投入された原料を裁断することができる。粗砕部12としては、例えば、シュレッダーを用いる。粗砕部12によって裁断された原料は、ホッパー1で受けてから管2を介して、解繊部20に移送(搬送)される。
解繊部20は、粗砕部12によって裁断された原料を解繊する。ここで、「解繊する」とは、複数の繊維が結着されてなる原料(被解繊物)を、繊維1本1本に解きほぐすことをいう。解繊部20は、原料に付着した樹脂粒やインク、トナー、にじみ防止剤等の物質を、繊維から分離させる機能をも有する。
解繊部20を通過したものを「解繊物」という。「解繊物」には、解きほぐされた解繊物繊維の他に、繊維を解きほぐす際に繊維から分離した樹脂(複数の繊維同士を結着させるための樹脂)粒や、インク、トナーなどの色剤や、にじみ防止材、紙力増強剤等の添加剤を含んでいる場合もある。解きほぐされた解繊物の形状は、ひも(string)状や平ひも(ribbon)状である。解きほぐされた解繊物は、他の解きほぐされた繊維と絡み合っていない状態(独立した状態)で存在してもよいし、他の解きほぐされた解繊物と絡み合って塊状となった状態(いわゆる「ダマ」を形成している状態)で存在してもよい。
解繊部20は、大気中(空気中)において乾式で解繊を行う。具体的には、解繊部20としては、インペラーミルを用いる。解繊部20は、原料を吸引し、解繊物を排出するような気流を発生させる機能を有している。これにより、解繊部20は、自ら発生する気流によって、導入口22から原料を気流と共に吸引し、解繊処理して、解繊物を排出口24へと搬送することができる。解繊部20を通過した解繊物は、管3を介して、分級部30に移送される。
分級部30は、解繊部20を通過した解繊物を分級する。具体的には、分級部30は、解繊物の中で比較的小さいものや密度の低いもの(樹脂粒や色剤や添加剤など)を分離して除去する。これにより、解繊物の中で比較的大きいもしくは密度の高いものである繊維の占める割合を高めることができる。
分級部30としては、気流式分級機を用いる。気流式分級機は、旋回気流を発生させ、分級されるもののサイズと密度とにより受ける遠心力の差によって分離するものであり、気流の速度および遠心力の調整によって、分級点を調整することができる。具体的には、分級部30としては、サイクロン、エルボージェット、エディクラシファイヤーなどを用いる。特に図示のようなサイクロンは、構造が簡便であるため、分級部30として好適に用いることができる。
分級部30は、例えば、導入口31と、導入口31が接続された円筒部32と、円筒部32の下方に位置し円筒部32と連続している逆円錐部33と、逆円錐部33の下部中央に設けられている下部排出口34と、円筒部32上部中央に設けられている上部排出口35と、を有している。
分級部30において、導入口31から導入された解繊物をのせた気流は、円筒部32で円周運動に変わる。これにより、導入された解繊物には遠心力がかかり、分級部30は、解繊物のうちで樹脂粒やインク粒よりも大きく密度の高い繊維(第1分級物)と、解繊物のうちで繊維よりも小さく密度の低い樹脂粒や色剤や添加剤など(第2分級物)と、に分離することができる。第1分級物は、下部排出口34から排出され、管4を介して、選別部40に導入される。一方、第2分級物は、上部排出口35から管5を介して受け部36に排出される。
選別部40は、分級部30を通過した第1分級物(解繊部20により解繊された解繊物)を導入口42から導入し、繊維の長さによって選別する。選別部40としては、例えば、篩(ふるい)を用いる。選別部40は、網(フィルター、スクリーン)を有し、第1分級物に含まれる、網の目開きの大きさより小さい繊維または粒子(網を通過するもの、第1選別物)と、網の目開きの大きさより大きい繊維や未解繊片やダマ(網を通過しないもの、第2選別物)と、を分けることができる。例えば、第1選別物は、ホッパー6で受けてから管7を介して、混合部50に移送される。第2選別物は、排出口44から管8を介して、解繊部20に戻される。具体的には、選別部40は、モーターによって回転することができる円筒の篩である。選別部40の網としては、例えば、金網、切れ目が入った金属板を引き延ばしたエキスパンドメタル、金属板にプレス機等で穴を形成したパンチングメタルを用いる。
第1ウェブ形成部45は、選別部40を通過した第1選別物を、混合部50に搬送する。第1ウェブ形成部45は、メッシュベルト46と、張架ローラー47と、吸引部(サクション機構)48と、を含む。
吸引部48は、選別部40の開口(網の開口)を通過して空気中に分散された第1選別物をメッシュベルト46上に吸引することができる。第1選別物は、移動するメッシュベルト46上に堆積し、ウェブVを形成する。メッシュベルト46、張架ローラー47および吸引部48の基本的な構成は、後述する第2ウェブ形成部70のメッシュベルト72、張架ローラー74およびサクション機構76と同様である。
ウェブVは、選別部40および第1ウェブ形成部45を経ることにより、空気を多く含み柔らかくふくらんだ状態に形成される。メッシュベルト46に堆積されたウェブVは、管7へ投入され、混合部50へと搬送される。
混合部50は、選別部40を通過した第1選別物(第1ウェブ形成部45により搬送された第1選別物)と、樹脂を含む添加物と、を混合する。混合部50は、添加物を供給する添加物供給部52と、第1選別物と添加物とを搬送する管54と、ブロアー56と、を有している。図示の例では、添加物は、添加物供給部52からホッパー9を介して管54に供給される。管54は、管7と連続している。
混合部50では、ブロアー56によって気流を発生させ、管54中において、第1選別物と添加物とを混合させながら、搬送することができる。なお、第1選別物と添加物とを混合させる機構は、特に限定されず、高速回転する羽根により攪拌するものであってもよいし、V型ミキサーのように容器の回転を利用するものであってもよい。
添加物供給部52としては、図1に示すようなスクリューフィーダーや、図示せぬディスクフィーダーなどを用いる。添加物供給部52から供給される添加物は、複数の繊維を結着させるための樹脂を含む。樹脂が供給された時点では、複数の繊維は結着されていない。樹脂は、シート形成部80を通過する際に溶融して、複数の繊維を結着させる。
添加物供給部52から供給される樹脂は、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂であり、例えば、AS樹脂、ABS樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、などである。これらの樹脂は、単独または適宜混合して用いてもよい。添加物供給部52から供給される添加物は、繊維状であってもよく、粉末状であってもよい。
なお、添加物供給部52から供給される添加物には、繊維を結着させる樹脂の他、製造されるシートの種類に応じて、繊維を着色するための着色剤や、繊維の凝集を防止するための凝集防止材、繊維等が燃えにくくするための難燃剤が含まれていてもよい。混合部50を通過した混合物(第1選別物と添加物との混合物)は、管54を介して、堆積部60に移送される。
堆積部60は、混合部50を通過した混合物を導入口62から導入し、絡み合った解繊物(繊維)をほぐして、空気中で分散させながら降らせる。さらに、堆積部60は、添加物供給部52から供給される添加物の樹脂が繊維状である場合、絡み合った樹脂をほぐす。これにより、堆積部60は、第2ウェブ形成部70に、混合物を均一性よく堆積させることができる。
堆積部60としては、回転する円筒の篩を用いる。堆積部60は、網を有し、混合部50を通過した混合物に含まれる、網の目開きの大きさより小さい繊維または粒子(網を通過するもの)を降らせる。堆積部60の構成は、例えば、選別部40の構成と同じである。
なお、堆積部60の「篩」は、特定の対象物を選別する機能を有していなくてもよい。すなわち、堆積部60として用いられる「篩」とは、網を備えたもの、という意味であり、堆積部60は、堆積部60に導入された混合物の全てを降らしてもよい。
第2ウェブ形成部70は、堆積部60を通過した通過物を堆積して、ウェブWを形成する。第2ウェブ形成部70は、例えば、メッシュベルト72と、張架ローラー74と、サクション機構76と、を有している。
メッシュベルト72は、移動しながら、堆積部60の開口(網の開口)を通過した通過物を堆積する。メッシュベルト72は、張架ローラー74によって張架され、通過物を通しにくく空気を通す構成となっている。メッシュベルト72は、張架ローラー74が自転することによって移動する。メッシュベルト72が連続的に移動しながら、堆積部60を通過した通過物が連続的に降り積もることにより、メッシュベルト72上にウェブWが形成される。メッシュベルト72は、例えば、金属製、樹脂製、布製、あるいは不織布等である。
サクション機構76は、メッシュベルト72の下方(堆積部60側とは反対側)に設けられている。サクション機構76は、下方に向く気流(堆積部60からメッシュベルト72に向く気流)を発生させることができる。サクション機構76によって、堆積部60により空気中に分散された混合物をメッシュベルト72上に吸引することができる。これに
より、堆積部60からの排出速度を大きくすることができる。さらに、サクション機構76によって、混合物の落下経路にダウンフローを形成することができ、落下中に解繊物や添加物が絡み合うことを防ぐことができる。
以上のように、堆積部60および第2ウェブ形成部70(ウェブ形成工程)を経ることにより、空気を多く含み柔らかくふくらんだ状態のウェブWが形成される。メッシュベルト72に堆積されたウェブWは、シート形成部80へと搬送される。
なお、図示の例では、ウェブWを調湿する調湿部78が設けられている。調湿部78は、ウェブWに対して水や水蒸気を添加して、ウェブWと水との量比を調節することができる。
シート形成部80は、メッシュベルト72に堆積したウェブWを加圧加熱してシートSを成形する。シート形成部80では、ウェブWにおいて混ぜ合された解繊物および添加物の混合物に、熱を加えることにより、混合物中の複数の繊維を、互いに添加物(樹脂)を介して結着することができる。
シート形成部80としては、例えば、加熱ローラー(ヒーターローラー)、熱プレス成形機、ホットプレート、温風ブロワー、赤外線加熱器、フラッシュ定着器を用いる。図示の例では、シート形成部80は、第1結着部82と第2結着部84とを備え、結着部82,84がそれぞれ一対の加熱ローラー86を備えている。結着部82,84を加熱ローラー86として構成したことにより、結着部82,84を板状のプレス装置(平板プレス装置)として構成した場合に比べて、ウェブWを連続的に搬送しながらシートSを成形することができる。なお、加熱ローラー86の数は、特に限定されない。
切断部90は、シート形成部80によって成形されたシートSを切断する。図示の例では、切断部90は、シートSの搬送方向と交差する方向にシートSを切断する第1切断部92と、搬送方向に平行な方向にシートSを切断する第2切断部94と、を有している。第2切断部94は、例えば、第1切断部92を通過したシートSを切断する。
以上により、所定のサイズの単票のシートSが成形される。切断された単票のシートSは、排出部96へと排出される。
1.2.繊維
本実施形態のシート製造装置100において、繊維は原料の一部として使用される。係る繊維としては、天然繊維(動物繊維、植物繊維)、化学繊維(有機繊維、無機繊維、有機無機複合繊維)などが挙げられる。更に詳しくは、繊維としては、セルロース、絹、羊毛、綿、大麻、ケナフ、亜麻、ラミー、黄麻、マニラ麻、サイザル麻、針葉樹、広葉樹等からなる繊維が挙げられ、これらを単独で用いてもよいし、適宜混合して用いてもよいし、精製などを行った再生繊維として用いてもよい。また、繊維は、乾燥されていてもよいし、水、有機溶剤等の液体が含有又は含浸されていてもよい。さらに繊維は、各種の表面処理が施されていてもよい。
本実施形態のシートに含まれる繊維は、独立した1本の繊維としたときに、その平均的な直径(断面が円でない場合には長手方向に垂直な方向の長さのうち、最大のもの、又は、断面の面積と等しい面積を有する円を仮定したときの当該円の直径(円相当径))が、平均で、1μm以上1000μm以下である。
本実施形態のシートに含まれる繊維の長さは、特に限定されないが、独立した1本の繊維として、その繊維の長手方向に沿った長さは、1μm以上5mm以下である。また、繊
維の平均の長さは、長さ−長さ加重平均繊維長として、20μm以上3600μm以下である。さらに、繊維の長さは、ばらつき(分布)を有してもよい。
本明細書では、繊維というときには、繊維1本のことを指す場合と、複数の繊維の集合体(例えば綿のような状態)のことを指す場合とがある。繊維は、被解繊物を解繊処理することにより繊維状に解きほぐされた繊維(解繊物)であってもよい。ここで被解繊物としては、例えば、パルプシート、紙、古紙、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、段ボールなどの、繊維が絡み合い又は結着されたものを指す。また、本明細書において、被解繊物は、本実施形態のシート若しくは使用後の該シート(古シート)であってもよい。また、被解繊物には、レーヨン、リヨセル、キュプラ、ビニロン、アクリル、ナイロン、アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリイミド、炭素、ガラス、金属からなる繊維等(有機繊維、無機繊維、有機無機複合繊維)が含まれてもよい。
1.3.樹脂
本実施形態のシート製造装置100では、樹脂は、添加物供給部52から添加物として供給される。すなわち添加物供給部52から供給される添加物は、複数の繊維を結着させるための樹脂を含む。樹脂が供給された時点では、複数の繊維は結着されていない。樹脂は、シート形成部80を通過する際に溶融又は軟化して、複数の繊維を結着させる。
本実施形態では、添加物供給部52から供給される添加物は、例えば、樹脂粒子の表面の少なくとも一部が無機微粒子で覆われた複合体(粒子)であってもよい。また、複合体は、単独または適宜他の物質と混合して用いてもよい。
本実施形態のシート製造装置100では、樹脂は、添加物供給部52から供給され、混合部50、堆積部60を通過する際に、摩擦帯電作用を受ける。そして、帯電した樹脂は、繊維に付着するとともに、繊維とともにメッシュベルト72に堆積され、ウェブWとなった状態においても繊維に付着(静電的に吸着)する。
樹脂(樹脂粒子の成分)の種類としては、天然樹脂、合成樹脂のいずれでもよく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよい。本実施形態のシート製造装置100においては、樹脂は、常温で固体である方が好ましく、シート形成部80における熱によって繊維を結着することに鑑みれば熱可塑性樹脂がより好ましい。
天然樹脂としては、ロジン、ダンマル、マスチック、コーパル、琥珀、シェラック、麒麟血、サンダラック、コロホニウムなどが挙げられ、これらを単独又は適宜混合したものが挙げられ、また、これらは適宜変性されていてもよい。
合成樹脂のうち熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。
また、合成樹脂のうち熱可塑性樹脂としては、AS樹脂、ABS樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、などが挙げられる。
また、樹脂は、共重合体化や変性を行った種のものでもよく、このような樹脂の系統としては、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系共重合樹脂、オレフィ
ン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、N−ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂等が挙げられる。
なお、樹脂には、繊維を着色するための着色剤や、繊維等が燃えにくくするための難燃剤が含まれていてもよい。これらの少なくとも一種を含む場合には、樹脂にこれらを溶融混練により配合することで容易に得ることができる。
混合部50において、上述の繊維と樹脂とが混ぜ合されるが、それらの混合比率は、製造されるシートSの強度、用途等により適宜調節されることができる。製造されるシートSがコピー用紙等の事務用途であれば、繊維に対する樹脂の割合は、5質量%以上70質量%以下であり、混合部50において良好な混合を得る観点、及び混合物をシート状に成形した場合に、重力及びサクション機構76による気流によって樹脂が脱離しにくくする観点からは、5質量%以上50質量%以下が好ましい。
1.4.液体付与部
本実施形態のシート製造装置100は、液体付与部150を有する。図2は、図1の符号Aで示した破線で囲まれた部分に相当し、加圧部160、液体付与部150及びシート形成部80の一部を含む構成を示している。
液体付与部150は、シート製造装置100において、ウェブWが形成される構成(堆積部60)よりも下流側に設けられる。また、液体付与部150は、ウェブWが加熱されてシートSとされる構成(シート形成部80)よりも上流側に設けられる。本実施形態のシート製造装置100では、シート形成部80の第1結着部82(加熱部)の上流に設けられている。
液体付与部150は、堆積部60により堆積された堆積物(ウェブW)の一部に液体を付与する。液体付与部150は、堆積物の全体に対して液体を付与するものではなく、少なくともこの点でウェブWを調湿する上述の調湿部78とは相違している。また、液体付与部150は、液体を付与するものであり、調湿部78で付与される水とは量及び液滴径が異なっている。より具体的には、液体付与部150によりウェブWに付与される、ウェブWの単位面積当たりの液体の質量は、調湿部78で例えばミストとして付与される水分のウェブWの単位面積当たりの質量の10倍から300倍程度であり、ウェブWの単位面積あたりの質量の10%から300%程度である。また液体付与部150で付与する液滴径は、調湿部78で付与するミストの粒径1〜10μmに対して2倍から100倍程度である。
液体付与部150によりウェブWに付与される液体の量は、ウェブWにおける繊維及び樹脂の種類や量、液体の蒸発熱、加熱部(シート形成部80)によって与えられる熱量、シートSとなった際の付与した領域の機械的強度等を勘案して適宜に設定される。
液体付与部150は、例えば、インクジェット記録方式の記録ヘッド152により構成される。図2の例では、記録ヘッド152が描かれている。記録ヘッド152は、いわゆるライン型のヘッドであってもよいし、シリアル型のヘッドであってもよい。記録ヘッド152がライン型のヘッドである場合には、記録ヘッド152の走査を行うための構成が不要となり装置の小型化が可能となる場合がある。
記録ヘッド152の記録方式は、記録ヘッド152のノズル孔から液体を液滴として吐出して該液滴をウェブWに付着させることができれば、特に制限されない。例えば、記録ヘッド152の方式としては、静電吸引方式、ポンプ圧力により液滴を噴射させる方式、
圧電素子を用いる方式、液体を微小電極で加熱発泡させ液滴を噴射させる方式、などを挙げることができる。液体付与部150は、記録ヘッド152の他に、筐体、記録ヘッド152のキャリッジ機構、各種駆動部、各種制御部、センサー類、トレイ、操作パネル等の構成を適宜含むことができる。
液体付与部150が記録ヘッド152により構成されることにより、ウェブWの任意の位置に、任意の量の液体を非常に正確に付与することができる。液体付与部150は、記録ヘッド152以外にも、図示しない注液ノズルやスプレーノズル等によって構成されてもよい。液体付与部150が、記録ヘッド152によって構成されると、ウェブWに対して、より位置精度高く液体を付与することができるため好ましい。
液体付与部150によってウェブWに付与される液体は、特に限定されず、水、有機溶剤、及び、それらの混合物、並びに、それらを溶媒とした溶液、及び、それらを媒体とした分散体のいずれであってもよい。これらの中でも、液体は、蒸発のために要する熱(蒸発熱)が大きい点で、水を主成分とすることが好ましい。すなわち、液体は、水、水溶液、水分散液等であることが好ましい。また、水としては、イオン交換水、限外ろ過水、逆浸透水、蒸留水などの純水又は超純水を用いることが好ましい。特にこれらの水を紫外線照射又は過酸化水素添加などにより滅菌処理した水は、長期間に亘りカビやバクテリアの発生を抑制することができるので好ましい。
さらに、液体は、色材を含んでもよい。色材を含む液体としては、例えば、水系の着色インクである。また、液体付与部150が記録ヘッド152で構成される場合には、液体は、インクジェットインクとすることができる。色材としては、顔料、染料のいずれも使用することができ、色材の濃度についても特に限定されない。また、液体に色材を含有させる場合には、一般的なインクに用いられる界面活性剤、分散剤、定着剤等を含有させてもよい。液体が色材を含むことにより、シートSが製造された際に、色材の発色により、液体が付与された部分を視認することができる。これにより、シートSを加工する場合などの目印として機能させることができる。
本実施形態のシート製造装置100では、液体付与部150は、ウェブWの片側の面からのみ液体を付与する記録ヘッド152により構成されている。しかし、図示しないが、記録ヘッド152は、ウェブWの両面に液体を付与できるように設けられてもよい。さらに、液体付与部150は、複数の記録ヘッド152を有してもよく、また、記録ヘッド152に限らず他の構成(液体ノズル等)を併用してもよい。
1.4.加圧部
図2(a)に示すように、本実施形態のシート製造装置100は、加圧部160を有している。加圧部160は、シート製造装置100において、ウェブWが形成される構成(堆積部60)よりも下流側に設けられる。また、加圧部160は、ウェブWが加熱されてシートSとされる構成(シート形成部80)よりも上流側に設けられる。本実施形態のシート製造装置100では、加圧部160は、堆積部60よりも下流側であって液体付与部150よりも上流側に設けられている。なお、図2(b)に示すように、加圧部160は、液体付与部150よりも下流側であって加熱部(第1結着部82)よりも上流側に設けられてもよい。
加圧部160は、一対のカレンダーローラー162であり、ウェブWに対して圧力を印加する。ウェブWに圧力が印加されることにより、ウェブWの厚さが小さくなり、ウェブWの密度が高められる。加圧部160は、第1結着部82(加熱部)によってウェブWに印加される圧力よりも高い圧力をウェブWに印加することができる。
加圧部160は、必須の構成ではないが、加圧部160が液体付与部150よりも上流側に設けられることにより、ウェブWの密度を高め、繊維間の空隙が狭くなる。これにより、液体付与部150によって付与される液体が、ウェブWの平面でにじむ(濡れ拡がる)ことを抑制することができる。これにより、液体付与部150によって付与される液体が拡がりにくくなり、よりエッジのシャープな未結着領域156を形成することができる。
1.5.液体の付与による効果
液体は、ウェブWに付与された際に、ウェブWを構成する繊維や樹脂を濡らす。ウェブWの液体が付与された部分では、加熱部(第1結着部82)によって加熱される際に、液体が気化するための気化熱として、樹脂の軟化(溶融)のための熱が奪われる。また、ウェブWの液体が付与された部分では、繊維(又は樹脂)の表面が濡れることによって両者の接着(結着)の妨げとなる。
これにより、ウェブWの液体が付与された部分では、樹脂が軟化(溶融)しにくいこと、及び、樹脂が軟化(溶融)してもしなくても繊維と接着しにくいこと、の少なくとも一方の現象が生じる。すなわち、ウェブWの液体が付与された部分では、加熱部において繊維と樹脂とが結着しにくくなる。
液体付与部150によりウェブWの一部に液体が付与された状態で、加熱部(シート形成部80)を経てシートSとなると、シートSにおいて、繊維と樹脂との結着が強い部分(液体が付与されなかった部分)及び弱い部分(液体が付与された部分)を形成することができる。換言すると、本実施形態のシート製造装置100では、繊維と樹脂との結着が他の部分よりも弱い部分を有するシートSを形成することができる。なお、本明細書では、シートSにおける繊維と樹脂との結着が他の部分よりも弱い部分(領域)のことを「未結着部分(領域)」と称することがある。上記の通り、未結着領域(未結着部分)という文言は、繊維と樹脂との結着が他の領域(部分)よりも弱い領域(部分)であるが、当該領域(部分)で結着が生じていない場合と、弱い結着が生じている場合と、を含む意味で用いる。すなわち、未決着領域(部分)という語句は、繊維と樹脂とが全く結着していない領域(部分)を指すものではない。
シートSの繊維と樹脂との結着が弱い部分は、機械的強度が他の部分よりも小さく、例えば、引き裂きや折り曲げ等が容易となっている。例えば、液体を付与する際に、平面的に見て線状に付与することにより、シートSを係る線に沿って切り離しやすくなる(図3(c)参照)。また、例えば、液体を付与する際に、平面的に見て線状に付与することにより、シートSを係る線に沿って折り曲げやすくなる(図4(c)参照)。
図3及び図4は、本実施形態のシート製造装置100によってシートSが製造される態様の一例を示す模式図である。図3(a)は、ウェブWに、液体付与部150により液体が付与され、液体付与領域154が形成された様子を示している。図3(b)は、図3(a)のウェブWがシート形成部80(加熱部)を経ることにより、シートSとなり、ウェブWの液体付与領域154に対応する位置に、未結着領域156が形成された様子を示している。図3(c)は、シートSを未結着領域156で切り離す様子を示している。
図3に示すように、液体が付与された領域は、シートSとなった際に未結着領域156となり、機械的強度を小さくすることができる。これにより、シートSを未結着領域156において切り離しやすくなる。本実施形態のシート製造装置100では、このような機械的強度の弱い部分をシートSの製造時に容易に形成することができる。そのため、本実施形態のシート製造装置100により、従来のミシン目や目打ち線を形成して行われたような切り離すための補助的なシートSの構造を、容易に形成することができる。なお、本
実施形態のシート製造装置100によれば、未結着領域156の配置される位置を、任意に設定することができるため、この点においても、例えば、シートSのデザイン性等の面で有利である。
図4(a)はウェブWに、液体付与部150により液体が付与され、液体付与領域154が形成された様子を示している。図4(b)は、図4(a)のウェブWがシート形成部80(加熱部)を経ることにより、シートSとなり、ウェブWの液体付与領域154に対応する位置に、未結着領域156が形成された様子を示している。図4(c)は、シートSを未結着領域156で折り曲げた様子を示している。そして、図4(d)は、固定手段170の一例である赤外線ヒーター172によって未結着領域156の固定を行って固定領域158とする様子を示している。
シートSの繊維と樹脂との結着が弱い部分においても繊維及び樹脂が存在しているため、例えば、当該部分を加熱することにより、繊維と樹脂とを結着することができる。したがって、図4に示すように、シートSの繊維と樹脂との結着が弱い部分を折り曲げて、適宜の方法で加熱することにより、シートSを折り曲げた状態で形状を固定することができる。本実施形態のシート製造装置100では、このような機械的強度の弱い部分をシートSの製造時に容易に形成することができ、かつ、当該部分を加熱することにより、繊維と樹脂とを結着して構造的に固定して固定領域158とすることができる。なお、本実施形態のシート製造装置100によれば、未結着領域156の配置される位置を、任意に設定することができるため、この点においても、例えば、シートSのデザイン性等の面で有利である。これらの効果は、未結着領域156における樹脂が、加熱により周辺の繊維と接着することにより得られる。
図5は、本実施形態のシート製造装置100によってシートSが製造される態様の一例を示す模式図である。図5(a)は、ウェブWに液体付与部150により液体が付与され、液体付与領域154が形成された様子を示している。図5(b)は、図5(a)のウェブWがシート形成部80(加熱部)を経ることにより、シートSとなり、ウェブWの液体付与領域154に対応する位置に、未結着領域156が形成された様子を示している。図5(c)は、シートSを未結着領域156とその他の部分とを重ね、接着手段180の一例であるヒートシーラー182によって未結着領域156とその他の領域と接着して接着領域159を形成する様子を示している。
図5に示すように、例えば、シートSの繊維と樹脂との結着が弱い部分を、他のシート(紙等)に重ね、加熱(加熱加圧)することによって、シートSと他のシートとを接着することができる。この場合、他のシートは、図示のようにシートS自体(同一シートSの他の部分)であってもよく、この場合には例えば、シートSを、筒状や袋状に成形したり、適宜の立体形状に形成することができる。また、図示しないが他のシートは、シートS自体でなくてもよく、この場合にはシートSと他の(別の)シートとを貼り合わせることができる。接着領域159は、未結着領域156における樹脂が、加熱により周辺の繊維と接着することにより得られる。また、図示の例では、未結着領域156と、繊維及び樹脂が結着された領域と、が接着されているが、未結着領域156同士の接着でもよいことは自明である。
図6は、本実施形態のシート製造装置100によってシートSが製造される態様の一例を示す模式図である。図6(a)は、ウェブW及びウェブWの側端部WS(シートSの側端部SSに対応する)の配置の一例を示す図である。図6(b)は、ウェブWの側端部WSの全部(一部でもよい)に、液体付与部150により、液体が付与され、液体付与領域154が形成された様子を示している。図6(c)は、図6(b)のウェブWがシート形成部80(加熱部)を経ることにより、シートSとなり、ウェブWの液体付与領域154
に対応する位置に、未結着領域156が形成された様子を示している。図6(d)は、シートSの側端部SSを、第2切断部94により切断した様子を示す図である。
本実施形態のシート製造装置100では、既述のとおり搬送方向に平行な方向にシートSを切断する第2切断部94を有している。すなわち、第2切断部94は、第1切断部92を通過したシートSの側端部SS(搬送方向からみて両脇の端部)を切断している。切断された側端部SSは、最終的に製造されるシートSとは分別されて適宜に回収され、又は、再利用される。例えば、側端部SSは、図示せぬ移送手段により、解繊部20に戻されて原料の一部とすることができる。このような場合には、解繊部20では、側端部SSも解繊される。
本実施形態のシート製造装置100では、図6に示すように、第1切断部92を通過したシートSの側端部SS(第2切断部94によって切断される前のシートSの側端部)に対応するウェブWの側端部WS、の少なくとも一部に対して液体を付与することができる。このようにすれば、切断された側端部SSを再利用するために解繊する場合に、当該側端部SSが繊維と樹脂との結着が弱い部分(未結着領域156)を含むことになり、解繊が容易となる。これにより側端部SSを原料として再利用する場合に、解繊のための時間やエネルギーを削減することができる。
2.シート製造方法
本実施形態のシート製造方法は、解繊工程と、混合工程と、堆積工程と、液体付与工程と、加熱工程と、を有する。より詳細には、解繊工程は、繊維を含む原料を大気中で解繊する。混合工程は、解繊工程で解繊された解繊物と樹脂とを、大気中で混合する。堆積工程は、混合工程で混合された混合物を堆積させる。液体付与工程は、堆積工程で堆積された堆積物の一部に液体を付与する。加熱工程は、液体付与工程で液体が付与された堆積物を加熱してシートを成形する。
本実施形態のシート製造方法は、例えば、上述のシート製造装置100を用いて行うことができる。例えば、解繊工程は、上述の解繊部20により行うことができる。混合工程は、上述の混合部50により行うことができる。堆積工程は、上述の堆積部60により行うことができる。液体付与工程は、上述の液体付与部150により行うことができる。加熱工程は、上述のシート形成部80(加熱部)により行うことができる。また、本実施形態のシート製造方法で使用する繊維及び樹脂は、上述のシート製造装置の項で述べたと同様であるため、詳細な説明を省略する。
本実施形態のシート製造方法によれば、ウェブWの液体付与領域154に対応するシートSにおける未結着領域156において、樹脂と繊維とが結着されにくく、係る部分の機械的強度を小さくすることができる。これにより、液体が付与された位置(未結着領域156)で、切り離したり、折り目を付けやすいシートSを容易に製造することができる。
また、本実施形態のシート製造方法は、固定工程を有してもよい。固定工程は、シートSの少なくとも未結着領域156を加熱することにより、当該領域の樹脂を溶融(軟化)させて、当該領域の繊維と樹脂とを結着させて形状を固定して固定領域158を形成する工程である。固定工程は、例えば、赤外線ヒーター、ランプヒーター、温風(熱風)ヒーター等の非接触の加熱手段、熱プレス、ヒートシーラー、ヒートローラー等の接触型の加熱手段、あるいはそれらを組み合わせて用いて行うことができる。
固定工程は、例えば、図4(c)、図4(d)に示したように、シートSの折り曲げたり変形させやすい未結着領域156を適宜の形状に変形させ、その状態で未結着領域156を加熱して行うことができる。シート製造方法が固定工程を有することにより、所定の
位置で折り曲げられ、折り曲げの形状や姿勢が固定されたシートSを容易に製造することができる。
また、本実施形態のシート製造方法は、接着工程を有してもよい。接着工程は、シートSの少なくとも未結着領域156を、他のシートと重ねて加熱することにより、当該領域の樹脂を溶融(軟化)させて、当該領域の繊維と樹脂とを結着して接着領域159を形成するとともに、他のシートと接着する工程である。接着工程は、例えば、熱プレス、ヒートシーラー、ヒートローラー等の加圧しながら接触する態様の加熱手段を用いて行うことができる。また、赤外線ヒーター、ランプヒーター、温風(熱風)ヒーター等の非接触の加熱手段等を組み合わせて用いてもよい。
接着工程は、例えば、図5(c)に示したように、シートSの未結着領域156を他のシートに重ね、その状態で未結着領域156及び他のシートを加熱加圧して行うことができる。シート製造方法が接着工程を有することにより、接着剤等を使用することなく、同一のシート又は他の(別の)シートと容易に接着することができる。
3.シート
本実施形態のシート製造装置100、又はシート製造方法によって製造されるシートSは、上述の通り、繊維と樹脂とを混合した混合物を堆積させ、当該堆積物を加熱して得られ、繊維と樹脂との結着が他の部分よりも弱い部分を有する。このようなシートSは、繊維と樹脂との結着が他の部分よりも弱い部分(未結着領域156)において、切り離したり、折り目を付けやすい。また、シートSの未結着領域156を変形させた後に加熱することにより、係る変形を固定することができる。さらに、シートSの未結着領域156に他のシートを重ねて加熱することにより、シートSと他のシートとを接着することが容易である。
シートSは、少なくとも上述の繊維及び樹脂を原料とし、シート状、ボード状、ウェブ状、又は凹凸を有する形状に成形したものである。本明細書におけるシートとは、紙と不織布に分類できる。紙は、例えば、パルプや古紙を原料としシート状に成形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、画用紙、ケント紙などを含む。不織布は、紙より厚いものや低強度のものであり、一般的な不織布、繊維ボード、ティッシュペーパー(清掃用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(廃インクや油)吸収材、吸音材、断熱材、緩衝材、マットなどを含む。なお、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。
なお、不織布の場合には、繊維と繊維との間の間隔が広い(シートの密度が小さい)。これに対して紙は、繊維と繊維との間の間隔が狭い(シートの密度が大きい)。そのため、本実施形態のシート製造装置100、又はシート製造方法によって製造されるシートSが紙であるほうが、シートとしたときの強度の均一性等の作用、機能をより顕著に発現することができる。
4.その他の事項
本明細書において、「均一」との文言は、均一な分散や混合という場合には、2種以上又は2相以上の成分を定義できる物体において、1つの成分の他の成分に対する相対的な存在位置が、系全体において一様、又は系の各部分において互いに同一若しくは実質的に等しいことを指す。また、着色の均一性や色調の均一性は、シートを平面視したときに色の濃淡がなく、一様な濃度であることを指す。
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。
本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
1…ホッパー、2…管、3,4,5…管、6…ホッパー、7,8…管、9…ホッパー、10…供給部、12…粗砕部、14…粗砕刃、20…解繊部、22…導入口、24…排出口、30…分級部、31…導入口、32…円筒部、33…逆円錐部、34…下部排出口、35…上部排出口、36…受け部、40…選別部、42…導入口、44…排出口、45…第1ウェブ形成部、46…メッシュベルト、47…張架ローラー、48…吸引部、50…混合部、52…添加物供給部、54…管、56…ブロアー、60…堆積部、62…導入口、70…第2ウェブ形成部、72…メッシュベルト、74…張架ローラー、76…サクション機構、78…調湿部、80…シート形成部、82…第1結着部、84…第2結着部、86…加熱ローラー、90…切断部、92…第1切断部、94…第2切断部、96…排出部、100…シート製造装置、102…製造部、140…制御部、150…液体付与部、152…記録ヘッド、154…液体付与領域、156…未結着領域、158…固定領域、160…加圧部、162…カレンダーローラー、V…ウェブ、W…ウェブ、S…シート、WS…側端部、SS…側端部

Claims (7)

  1. 繊維を含む原料を大気中で解繊する解繊部と、
    前記解繊部により解繊された解繊物と樹脂とを、大気中で混合する混合部と、
    前記混合部により混合された混合物を堆積させる堆積部と、
    前記堆積部により堆積された堆積物の一部に液体を付与する液体付与部と、
    前記液体付与部により前記液体が付与された堆積物を加熱してシートを成形する加熱部と、を備えることを特徴とする、シート製造装置。
  2. 前記堆積物を加圧する加圧部を備え、
    前記液体付与部は、前記加圧部により加圧された堆積物に、前記液体を付与することを特徴とする、請求項1に記載のシート製造装置。
  3. 前記加熱部により加熱されたシートの側端部を切断する切断部を備え、
    前記液体付与部は、前記シートの側端部に対応する前記堆積物の側端部の少なくとも一部に、前記液体を付与することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のシート製造装置。
  4. 前記液体は、色材を含むことを特徴とする、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のシート製造装置。
  5. 繊維を含む原料を大気中で解繊する解繊工程と、
    前記解繊工程で解繊された解繊物と樹脂とを、大気中で混合する混合工程と、
    前記混合工程で混合された混合物を堆積させる堆積工程と、
    前記堆積工程で堆積された堆積物の一部に液体を付与する液体付与工程と、
    前記液体付与工程で前記液体が付与された堆積物を加熱してシートを成形する加熱工程と、を有することを特徴とする、シート製造方法。
  6. 前記液体が付与された前記シートの部分を折り曲げ、当該部分を加熱して固定する固定工程を有することを特徴とする、請求項5に記載のシート製造方法。
  7. 前記液体が付与された前記シートの部分を、シートに重ねて当該部分を加熱して接着する接着工程を有することを特徴とする、請求項5に記載のシート製造方法。
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