JP2021183740A - 繊維構造体製造装置、繊維構造体製造方法、および繊維構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施形態に係る繊維構造体製造装置1の概略構成を示す模式図である。
繊維構造体製造装置1は、オフィスなどで発生する古紙などのリサイクル材を主原料とし、水を極力利用しない乾式によって、新たな繊維構造体として再生させる装置である。ここでは、製造する繊維構造体として、例えば、油や水などを吸収可能な液体吸収材Poを例に取って説明する。なお、主原料としては、セルロース繊維を含んだものであればよく、紙の他、木材などを使用することも可能である。
粗砕部20は、互いに噛み合い回転駆動する一対の粗砕刃21、ホッパー22を含み構成されている。粗砕部20は、投入された古紙Piを粗砕刃21によって数センチ角の紙片に分断し、搬送管24を介して解繊部30に供給する。
なお、繊維構造体製造装置1は、原料投入部10および粗砕刃21を備えずに、分断された紙片を原料として、ホッパー22から供給する構成であってもよい。
解繊された繊維および分離粒子は、ローター32が発生させる気流に乗って搬送管34から分級部40に搬送される。
搬送管34を介してサイクロン41に導かれた繊維および分離粒子は、サイクロン41により、繊維と分離粒子とに分級される。分級された繊維は、搬送管46を介して、堆積部60に搬送される。また、分級された分離粒子は、排出管42を介して排出容器44に排出される。
分級部40による分級工程によってインクやトナーを含む分離粒子が除かれるため、堆積部60に搬送される繊維は、脱墨された繊維となる。なお、ここで言う分級は、繊維と分離粒子とが完全に分離することを意味するものではなく、また、脱墨は、繊維にまったくインクやトナーなどが含まれなくなることを意味するものではない。
添加剤としては、溶融することで、繊維間の結合を図り、製造する液体吸収材Poに適度な強度を持たせるための繊維状の樹脂の他に、液体吸収材Poの耐火性能を高めるための難燃剤などが使用される。
分散機構は、ハウジング61およびハウジング61に覆われたフォーミングドラム62などから構成されている。フォーミングドラム62は、回転可能に構成された円筒体であり、円筒体の回転側面には、複数の小孔が設けられている。
添加剤が添加された繊維は、搬送管46から導かれて、回転するフォーミングドラム62の内部に投入される。フォーミングドラム62を回転駆動させ、フォーミングドラム62の内容物、つまり添加剤が添加された繊維を、小孔を通してフォーミングドラム62の外側に放出することにより、添加剤が均一に混ざりながら、分散された繊維が、フォーミングドラム62の下方に設けられた堆積機構に向けて降下する。
メッシュベルト63は、張架ローラー64に張架され回動する無端のメッシュ状のベルトであり、フォーミングドラム62の鉛直下方の空気中に、繊維が堆積する堆積領域を構成する。
サクション装置65は、メッシュベルト63が構成する堆積領域の下方に設けられ、メッシュベルト63を介して空気を吸引することで、空気中に分散された繊維および添加剤をメッシュベルト63上に堆積させることができる。
メッシュベルト63を回転駆動させながら、サクション装置65により、空気中に分散された繊維をメッシュベルト63上に、具体的には、メッシュベルト63上に供給される後述の第1シートN1上に吸引して堆積させることにより、長尺の繊維ウエブPwが形成されていく。
第1シートN1と第2シートN2は、堆積部60で形成される繊維ウエブPwをラミネートする長尺シートである。第1シートN1は、繊維ウエブPwを形成する際に繊維が堆積する土台となる底面を構成するシートであり、第2シートN2は、形成された繊維ウエブPwを、その上面側からラミネートするシートである。
つまり、第1シート供給部71は、形成された繊維ウエブPwが搬送される方向において、メッシュベルト63が構成する堆積領域の上流側に設けられ、メッシュベルト63の移動に合わせ、第1シートN1を堆積領域に、またその下流方向へと繰り出す。また、第2シート供給部72は、堆積領域の下流側において、搬送される繊維ウエブPwの上側に設けられ、第2シートN2を、更に下流側に設けられたバッファー部80の方向に繰り出しながら繊維ウエブPwの上面に積層させる。
また、堆積部60は、第1シートN1のみを用いる場合には、第2シート供給部72を備える必要は無く、第1シートN1をも用いない場合には、第1シート供給部71を備える必要も無い。
なお、いずれの構成であっても、メッシュベルト63には、サクション装置65によって吸引された繊維が絡みつく場合があるので、メッシュベルト63には、絡みついた繊維を除去するクリーニング機構を設けることが好ましい。
バッファー部80は、搬送される繊維ウエブPwの上下からニップして繊維ウエブPwの移動に伴って回転する2つのローラー対81と、軸位置が上下に移動可能に支持され、繊維ウエブPwの移動に伴って回転するローラー82とを備えている。2つのローラー対81は、繊維ウエブPwの搬送方向の前後において、軸位置が固定されて設けられ、ローラー82は、2つのローラー対81の間の空間において、繊維ウエブPwを下方から支持して繊維ウエブPwの搬送に合わせて上下に移動する。ローラー82の上下動は、メッシュベルト63の回転による繊維ウエブPwの連続搬送と、加熱加圧部100以降の繊維ウエブPwの間欠搬送との間で、繊維ウエブPwに掛かる張力が大きく変動しないように制御されることが好ましい。
なお、搬送方向とは、堆積部60で形成された繊維ウエブPwが、バッファー部80、加熱加圧部100、冷却部110、搬送部120、切断部130を経て、収容部140に収容されるまでの搬送経路における繊維ウエブPwの移動方向である。
加熱加圧部100は、加熱し加圧する平板として、互いに対向して配置された下平板101と上平板102とを有している。下平板101および上平板102の幅方向の長さ、つまり繊維ウエブPwの搬送方向と交差する方向の長さは、共に繊維ウエブPwの幅を上回る長さである。また、それぞれの平板には、ヒーターが備えられおり、所望の温度に加熱可能に構成されている。下平板101と上平板102とが、油圧プレスやエアプレス、あるいは機械プレスなどのプレス機構を用いて相対的に移動し、下平板101と上平板102との間に繊維ウエブPwを挟み込み、所定の温度と所定の圧力で加熱加圧することにより、繊維ウエブPwに含まれる樹脂を溶融させて、繊維に絡ませることができる。また、下平板101と上平板102とで繊維ウエブPwを加圧することで、繊維ウエブPwには、表裏の関係に位置する主面が形成される。
溶融し繊維に絡んだ樹脂は、冷却されて固化することで、堆積した繊維同士を結着させる。また、第1シートN1および第2シートN2をラミネートする場合においては、樹脂が溶融し、冷却されて固化することで、第1シートN1が繊維ウエブPwの底面に接着され、第2シートN2が繊維ウエブPwの上面に接着され、それぞれ繊維ウエブPwの主面を構成する。
冷却部110におけるこの冷却工程を経て、溶融し繊維に絡んだ樹脂が冷却されて固化し、つまり、樹脂が繊維同士を結着し、繊維ウエブPwは、表裏の関係に位置する主面を有する繊維構造体としての態様となる。
搬送部120は、テーブル121、搬送アーム122などによって構成されている。
テーブル121は、繊維ウエブPwの搬送方向に延在して、搬送される繊維ウエブPwを、その下方から支持する平板状のガイドテーブルである。
搬送アーム122は、テーブル121との間に繊維ウエブPwを把持し、搬送方向に移動することによって繊維ウエブPwに搬送力を付与し、繊維ウエブPwをテーブル121に摺接させながら移動させることができる。搬送アーム122は、繊維ウエブPwに当接する面に複数のスパイクピンを有し、テーブル121との間に繊維ウエブPwを把持する際に、このスパイクピンを繊維ウエブPwの上面に刺すように押圧する。搬送アーム122は、スパイクピンを繊維ウエブPwの上面に刺した状態で、搬送方向に所定のピッチの長さ移動することで、繊維ウエブPwを所定のピッチだけ搬送することができる。搬送アーム122は、所定のピッチの搬送が完了すると、テーブル121との間の把持を解除し、つまり、スパイクピンが繊維ウエブPwの上面から離間する方向に移動し、次いで、テーブル121との間に繊維ウエブPwを把持する位置に戻り、再び、テーブル121との間に繊維ウエブPwを把持する。
切断部130は、繊維ウエブPwの搬送方向と交差する方向に繊維ウエブPwを切断するカッター131を備えている。カッター131には、例えば、超音波カッター、ロータリーカッター、トムソン式カッターなど各種形態を採用することが可能である。
なお、切断部130は、上記のカッター131に加え、繊維ウエブPwを繊維ウエブPwの搬送方向に切断するカッターを備えてもよい。
切断部130では、所定の位置にカッター131を設けることで、切断部130に搬送された繊維ウエブPwを所定の位置で切断し、つまり、切断部130におけるこの切断工程では、繊維構造体を切断し、所定のサイズ、所定の形状の繊維構造体としての液体吸収材Poが形成される。切断された繊維構造体としての液体吸収材Poは、収容部140に収容される。
本実施形態の繊維構造体製造装置1は、搬送部120による、加熱加圧部100の加熱された平板の搬送方向の長さWより短い所定のピッチの搬送と、加熱加圧部100による加圧と、を交互に繰り返すことにより、加圧を所定回数行う第1領域P1と、加圧を所定回数より多い回数行う第2領域P2と、を有する繊維構造体を形成することを特徴としている。
また、本実施形態の繊維構造体製造方法としては、搬送工程による、加熱加圧部100の加熱された平板の搬送方向の長さWより短い所定のピッチの搬送と、加熱加圧工程による加圧とを交互に繰り返すことにより、加圧を所定回数行う第1領域P1と、加圧を所定回数より多い回数行う第2領域P2と、を有する繊維構造体を形成することを特徴としている。
第2領域P2は、第1領域P1に比較して、加熱加圧部100によって加熱加圧する回数が多いため、繊維を結着する際の樹脂の溶融状態に起因した硬度の高い領域となる。
以下に、図2〜図11を参照して、液体吸収材Poの様々な態様を形成する具体的な実施例について説明する。
図2〜図5において、W、W1〜W3は、加熱加圧部100の加熱された平板の搬送方向における長さを示している。また、L1〜L3は、搬送部120が搬送する所定のピッチの長さを示している。
図2は、実施例1として、加熱加圧部100の加熱された平板の搬送方向における長さW、搬送部120が搬送する所定のピッチの長さL1において、L1<W<L1×2のピッチL1で搬送を行って製造した際の繊維ウエブPwの様子を示している。図2の上から順に、下平板101と上平板102とによる加圧と、ピッチL1の搬送とが交互に行われている様子を示している。
L1<Wであり、W<L1×2であるため、繊維ウエブPwには、加熱加圧部100によって加圧が行われない先端部の領域を除き、加熱加圧部100によって所定回数として1回加圧が行われる第1領域P1と、所定回数より多い2回加圧が行われる第2領域P2とが形成される。また、2回加圧が行われる第2領域P2の搬送方向における長さRは、R=W−L1>0である。
図3は、実施例2として、加熱加圧部100の加熱された平板の搬送方向における長さW、搬送部120が搬送する所定のピッチの長さL2において、L2×2<W<L2×3のピッチL2で搬送を行って製造した際の繊維ウエブPwの様子を示している。図3の例は、図2に示す実施例1のピッチL1に対してその半分のピッチL2での搬送を行う場合を示している。なお、図3では、2回目以降、順次、加圧および搬送が行われた繊維ウエブPwのみを示している。
L2×2<Wであり、W<L2×3であるため、繊維ウエブPwには、加熱加圧部100によって加圧が行われない、また、1回しか加圧が行われない先端部の領域を除き、所定回数としての2回加圧が行われる第1領域P1、所定回数より多い3回加圧が行われる第2領域P2とが形成される。また、3回加圧が行われる第2領域P2の搬送方向における長さRは、R=W−L2×2>0である。
図4は、実施例3として、加熱加圧部100の加熱された平板の搬送方向における長さW、搬送部120が搬送する所定のピッチの長さL3において、L3×3<W<L3×4のピッチL3で搬送を行って製造した際の繊維ウエブPwの様子を示している。図4の例は、図2に示す実施例1のピッチL1に対してその3分の1のピッチL3での搬送を行う場合を示している。なお、図4では、2回目以降、順次、加圧および搬送が行われた繊維ウエブPwのみを示している。
L3×3<Wであり、W<L3×4であるため、繊維ウエブPwには、加熱加圧部100によって加圧が行われない、また、2回までしか加圧が行われない先端部の領域を除き、所定回数としての3回加圧が行われる第1領域P1、所定回数より多い4回加圧が行われる第2領域P2とが形成される。また、4回加圧が行われる第2領域P2の搬送方向における長さRは、R=W−L3×3>0である。
実施例1〜実施例3では、加熱加圧部100の加熱された平板の搬送方向における長さWに対して、搬送部120が搬送する所定のピッチの長さを変化させる場合の例について説明したが、本実施例では、加熱加圧部100の加熱された平板の搬送方向における長さWnと、搬送部120が搬送する所定のピッチの長さLnとの関係は、実施例1の場合の関係のまま、つまり、Ln<Wn<Ln×2の関係において、加熱加圧部100の加熱された平板の搬送方向における長さWをn分の1に短く構成した場合の例を説明する。加熱加圧部100の平板の搬送方向における長さWを短くすることによって、繊維構造体製造装置1を小型化することができる。
図5に示すように、Ln<Wnであり、Wn<Ln×2であるため、繊維ウエブPwには、加熱加圧部100によって加圧が行われない先端部の領域を除き、加熱加圧部100によって所定回数として1回加圧が行われる第1領域P1と、所定回数より多い2回加圧が行われる第2領域P2とが形成される。また、2回加圧が行われる第2領域P2の搬送方向における長さRは、R=Wn−Ln>0である。
また、図5において、一点鎖線で囲む領域は、切断して得られる液体吸収材Ponの個体の例である。加熱加圧部100の平板の搬送方向における長さWを短くしても、加熱加圧部100による加圧と、搬送部120による搬送の回数を増やすことによって、同じ大きさの液体吸収材Ponを得ることができる。なお、nを大きくするほど、液体吸収材Ponの内部に分割されて形成される第2領域P2の数が多くなる。
次に実施例5として、切断部130で繊維ウエブPwを切断する際の切断位置の違いによる液体吸収材Poのバリエーションについて説明する。
図6に一点鎖線で囲む領域は、切断して得られる液体吸収材Ponの個体となる領域である。図6では、1つの繊維ウエブPwにおいて、異なる態様の液体吸収材Po4〜Po8を示しているが、実際には、これらのいずれかが選択され、同一の態様の液体吸収材Ponが連続的に製造される。
第1領域P1を切断するため、第2領域P2、つまり硬度の高い領域は、主面の延在方向における一方の端部と他方の端部との間に設けられる構成となる。
図7には、液体吸収材Po5の斜視図を示している。下平板101および上平板102の幅方向の長さ、つまり繊維ウエブPwの搬送方向と交差する方向の長さは、共に繊維ウエブPwの幅を上回る長さであるため、図7に示すように、第2領域P2、つまり硬度の高い領域は、製造段階における搬送方向と交差する方向に主面を横断して設けられる。
なお、液体吸収材Po4、Po5は、それぞれ切断する第1領域P1の位置が異なり、液体吸収材Po4は、両切断端面の間の中央領域に、主面を横断する1つの第2領域P2を有している。また、液体吸収材Po5は、両切断端面の間の中央領域に、主面を横断する2つの第2領域P2を有している。
図8には、液体吸収材Po6の斜視図を示している。下平板101および上平板102の幅方向の長さは、共に繊維ウエブPwの幅を上回る長さであるため、図8に示すように、第2領域P2、つまり硬度の高い領域は、液体吸収材Po6〜Po8の主面の延在方向における端部において、主面を横断して設けられる。
なお、液体吸収材Po6〜Po8は、それぞれ切断する第2領域P2の位置が異なり、液体吸収材Po7は、両切断端面の間の中央領域にも、主面を横断する1つの第2領域P2を有している。また、液体吸収材Po8は、両切断端面の間の領域に主面を横断する2つの第2領域P2を有している。
具体的には、例えば、繊維構造体製造装置1は、切断部130の下流側に、液体吸収材Poを折り畳む折り曲げ部150を備え、所定の位置で液体吸収材Poを折り曲げ、液体吸収材Poを畳んでから収容部140に収容するように構成してもよい。
折り曲げ部150は、図9に示すように、第1折りローラー対151、第2折りローラー対152、ガイド部材153、フィードローラー対154などから構成されている。第1折りローラー対151、第2折りローラー対152は、それぞれ駆動ローラーとピンチローラーとにより構成されている。
また、繊維構造体製造装置1は、折り曲げ部150を備えずに、繊維構造体製造装置1とは別に折り曲げ機構を設けて、液体吸収材Poを折り畳むようにしてもよい。
本実施例の液体吸収材Poは、繊維ウエブPwを折り曲げ、折り畳んだ状態で提供される場合の例である。図10に示す液体吸収材Po9、図11に示す液体吸収材Po10は、いずれも切断後の液体吸収材Poを折り畳んで構成した液体吸収材の例である。
液体吸収材Po9は、4か所の第2領域P2を折り曲げて折り畳んだ構成の液体吸収材Poである。また、液体吸収材Po9は、切断も第2領域P2で行われているため、折り畳まれた状態の液体吸収材Po9の端部は、いずれも第2領域P2で構成されている。つまり、硬度の高い領域は、液体吸収材Po9の主面の延在方向における端部に設けられている。
また、液体吸収材Po10は、4か所の第1領域P1を折り曲げて折り畳んだ構成の液体吸収材Poである。また、液体吸収材Po10は、切断も第1領域P1で行われているため、折り畳まれた状態の液体吸収材Po10の端部は、いずれも第1領域P1で構成されている。第2領域P2、つまり、硬度の高い領域は、液体吸収材Po10の主面の延在方向における一方の端部と他方の端部との間に設けられている。
繊維構造体製造装置1は、樹脂と繊維とを含む材料を気中で堆積させて繊維ウエブPwを生成する堆積部60と、生成された繊維ウエブPwを搬送方向に搬送する搬送部120と、搬送された繊維ウエブPwを加熱された下平板101と上平板102とで加圧し、樹脂を溶融させる加熱加圧部100と、を備えている。また、繊維構造体製造装置1は、搬送部120による搬送方向の平板の長さより短い所定のピッチの搬送と、加熱加圧部100による加圧と、を交互に繰り返すことにより、加圧を所定回数行う第1領域P1と、加圧を所定回数より多い回数行う第2領域P2と、を有する液体吸収材Poを形成する。そのため、繊維構造体製造装置1によって製造される液体吸収材Poにおいて、第2領域P2は、加熱加圧処理がオーバーラップして行われる領域となり、加熱加圧処理されていない領域が生じないようにすることができる。その結果、例えば、加熱加圧処理されていない領域が強度欠損部になってしまうことが無くなり、強度や剛性などの品質、また、例えば液体吸収材Poが紙であるならば紙力などの品質が確保された液体吸収材Poを提供することができる。
繊維構造体製造装置1Aでは、搬送管34、搬送管46に代わり、解繊部30と堆積部60とを接続する搬送管34Aを備え、添加材投入部50が有するホッパー51は、搬送管34Aに連通する。
バッファー部80Aは、2つのローラー対81の間の空間において、繊維ウエブPwを上方から押圧しながら繊維ウエブPwの搬送に合わせて上下に移動するローラー82Aを有する。ローラー82Aの上下動は、メッシュベルト63の回転による繊維ウエブPwの連続搬送と、加熱加圧部100以降の繊維ウエブPwの間欠搬送との間で、繊維ウエブPwに掛かる張力が大きく変動しないように制御される。
Claims (16)
- 樹脂と繊維とを含む材料を気中で堆積させて繊維ウエブを生成する堆積部と、
生成された前記繊維ウエブを搬送方向に搬送する搬送部と、
搬送された前記繊維ウエブを加熱された平板で加圧し、前記樹脂を溶融させる加熱加圧部と、を備え、
前記搬送部による前記搬送方向の前記平板の長さより短い所定のピッチの搬送と、前記加熱加圧部による加圧と、を交互に繰り返すことにより、前記加圧を所定回数行う第1領域と、前記加圧を前記所定回数より多い回数行う第2領域と、を有する繊維構造体を形成する繊維構造体製造装置。 - 前記搬送部は、前記第2領域に対して搬送力を付与することにより前記搬送を行う請求項1に記載の繊維構造体製造装置。
- 形成された前記繊維構造体を切断する切断部を備え、
前記切断部は、前記第2領域を切断する請求項1または請求項2に記載の繊維構造体製造装置。 - 形成された前記繊維構造体を切断する切断部を備え、
前記切断部は、前記第1領域を切断する請求項1または請求項2に記載の繊維構造体製造装置。 - 形成された前記繊維構造体を折り曲げる折り曲げ部を備え、
前記折り曲げ部は、前記第2領域を折り曲げる請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の繊維構造体製造装置。 - 形成された前記繊維構造体を折り曲げる折り曲げ部を備え、
前記折り曲げ部は、前記第1領域を折り曲げる請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の繊維構造体製造装置。 - 樹脂と繊維とを含む材料を気中で堆積させて繊維ウエブを生成する堆積工程と、
生成された前記繊維ウエブを搬送方向に搬送する搬送工程と、
搬送された前記繊維ウエブを加熱された平板で加圧し、前記樹脂を溶融させる加熱加圧工程と、を含み、
前記搬送工程による前記搬送方向の前記平板の長さより短い所定のピッチの搬送と、前記加熱加圧工程による加圧と、を交互に繰り返すことにより、前記加圧を所定回数行う第1領域と、前記加圧を前記所定回数より多い回数行う第2領域と、を有する繊維構造体を形成する繊維構造体製造方法。 - 前記搬送工程では、前記第2領域に対して搬送力を付与することにより前記搬送を行う請求項7に記載の繊維構造体製造方法。
- 形成された前記繊維構造体を切断する切断工程を含み、
前記切断工程では、前記第2領域を切断する請求項7または請求項8に記載の繊維構造体製造方法。 - 形成された前記繊維構造体を切断する切断工程を含み、
前記切断工程では、前記第1領域を切断する請求項7または請求項8に記載の繊維構造体製造方法。 - 形成された前記繊維構造体を折り曲げる折り曲げ工程を含み、
前記折り曲げ工程では、前記第2領域を折り曲げる請求項7から請求項10のいずれか一項に記載の繊維構造体製造方法。 - 形成された前記繊維構造体を折り曲げる折り曲げ工程を含み、
前記折り曲げ工程では、前記第1領域を折り曲げる請求項7から請求項10のいずれか一項に記載の繊維構造体製造方法。 - 表裏の関係に位置する主面を有し、前記主面に沿って延在する繊維構造体であって、
繊維と、前記主面の延在方向の全体に亘って前記繊維同士を結着する樹脂と、を含んで構成され、
前記繊維を結着する際の前記樹脂の溶融状態に起因した硬度の高い領域が前記主面の面内に含まれる繊維構造体。 - 前記硬度の高い領域は、前記主面を横断して設けられている請求項13に記載の繊維構造体。
- 前記硬度の高い領域は、前記主面の延在方向における端部に設けられている請求項13または請求項14に記載の繊維構造体。
- 前記硬度の高い領域は、前記主面の延在方向における一方の端部と他方の端部との間に設けられている請求項13または請求項14に記載の繊維構造体。
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