JP2015205486A - シート製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排出部が小型な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１００は、積載した単票の古紙を供給する供給部と、供給部から供給された古紙を空気中で解繊する解繊部と、解繊部で解繊された解繊物を気流で分級し除去する分級部と、分級部で除去されなかった解繊物に空気中で添加物を混合する混合部と、混合部で混合された混合物を用いて単票のシートを成形する成形部と、シートを受けて積載する排出部と、を含み、古紙一枚当たりにおいて、分級部で除去されたものの重量は、混合される添加物の重量よりも大きく、排出部の最大積載可能重量は、供給部の最大積載可能重量よりも小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート製造装置に関する。

従来、シート製造装置においては、繊維を含む原料を水に投入し、主に機械的作用により離解して、抄き直す、いわゆる湿式方式が採用されている。このような湿式方式のシート製造装置は、大量の水が必要であり、装置が大きくなる。さらに、水処理施設の整備のメンテナンスに手間がかかる上、乾燥工程に係るエネルギーが大きくなる。そこで、小型化、省エネルギーのために、水を極力利用しない乾式によるシート製造装置が提案されている。

例えば、特許文献１には、乾式解繊機において紙片を繊維状に解繊して、紙を成形する紙再生装置が記載されている。

特開２０１２−１４４８１９号公報

上記のような古紙再生装置では数千枚の古紙を原料としてシートを製造するので、全ての古紙を再生するのに数時間かかることになる。この間、作業者が監視し続けることは困難なので、無人で稼働できることが望ましい。

そのためには、古紙を供給する供給部の最大積載可能重量の紙を、全てシートに製造したときに、排出部において製造されたシートの全てを積載可能である必要がある。例えば、紙を供給し紙を排出する装置としてプリンターが挙げられるが、プリンターでは、供給部の最大積載可能重量と排出部の最大積載可能重量は同じ、又は、排出部の最大積載可能重量の方が供給部の最大積載可能重量よりも大きいのが一般的である。

しかし、シート製造装置では数千枚の古紙を積載するため、排出部の最大積載可能重量を、例えば、供給部の最大積載可能重量と同じ、又はこれより大きくすると、排出部の構成が大きくなってしまう。

本発明の幾つかの態様に係る目的の１つは、排出部が小型なシート製造装置を提供することにある。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様また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、積層された単票の古紙を供給する供給部と、前記供給部から供給された古紙を空気中で解繊する解繊部と、前記解繊部で解繊された解繊物を気流で分級し除去する分級部と、前記分級部で除去されなかった前記解繊物に空気中で添加物を混合する混合部と、前記混合部で混合された混合物を用いて単票のシートを成形する成形部と、前記シートを受けて積載する排出部と、を含み、前記古紙一枚当たりにおいて、前記分級部で除去されたものの重量は、混合される前記添加物の重量よりも大
きく、前記排出部の最大積載可能重量は、前記供給部の最大積載可能重量よりも小さい。

このようなシート製造装置は、古紙から除去される重量が供給される重量よりも大きいため、供給部に供給した古紙の重量よりも排出部で受けるシートの重量のほうが小さい。したがって、排出部が供給部よりも小型にでき、空間利用効率を高めることができる。

本発明に係るシート製造装置において、前記排出部は、前記シートの重量により上下移動可能な積載部を有してもよく、前記積載部の最大積載可能重量は、前記積載部が最も下がった状態における積載重量であってもよい。

このようなシート製造装置によれば、積載されたシートの重量により積載部が上下する。積載部が上下しない場合、シートが落下する際の落差が大きくなり、シートが水平に積載されなかったり、シートが折れたりする。積載部を上下することで、製造されるシートを所定の落差で落下させて積層することができるので、シートの折れ等を生じにくく、良好なシートを提供することができる。

本発明に係るシート製造装置において、前記排出部は、前記シートの重量がより大きい場合の方がより小さい場合よりも、下方に位置するように前記積載部を移動させる移動部を有してもよい。

このようなシート製造装置によれば、移動部により積載部を移動させることで、良好に良好に移動させることができる。

本発明に係るシート製造装置において、前記排出部は、前記シートの重量がより大きい場合の方がより小さい場合よりも、下方に位置するように前記積載部を付勢する付勢部を有してもよい。

このようなシート製造装置によれば、積載部を移動させる際に、駆動のためのエネルギーが不要であり、簡易な製造装置にすることができる。

実施形態に係るシート製造装置を模式的に示す図。 実施形態の供給部を模式的に示す図。 実施形態の排出部を模式的に示す図。

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。なお以下に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。

また、本明細書では、シート製造装置において、製造されるシートの材料（古紙Ｕ、解繊物、ウェブＷ、シートＳ等）の流れ（概念的な流れを含む）に対して、「上流」、「下流」等の表現を用いる。また、「上流側（下流側）」という表現は、構成の位置を相対的に特定する場合に用い、例えば、「ＡがＢの上流側（下流側）にある」などという場合には、Ａの位置がＢの位置に対して、シートＳの材料の流通方向に照らして上流（下流）にあることを指す。

また、本明細書において、乾式とは、液体中ではなく大気中（空気中）でという意味である。乾式の範疇には、乾燥状態、及び不純物として存在する液体（水等）又は意図的に
添加される液体（水等）、水蒸気、ミスト等が存在する状態、が含まれる。また、乾式の態様と、抄紙等で行われる湿式の態様とでは、装置全体あるいは製造される紙の量に対する水の使用量が全く異なることに注意する。すなわち、乾式の態様において、系内に水が存在する場合の水の量は、湿式に比較して桁違いに少ない。

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。図２は、本実施形態に係るシート製造装置１００の供給部１０の例を模式的に示す図である。図３は、本実施形態に係るシート製造装置１００の排出部９０の例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、解繊部２０と、分級部３０と、混合部４０と、成形部７０と、排出部９０と、を含む。シート製造装置１００は、筐体１を有し、供給部１０及び排出部９０が筐体１の外側に配置され、供給部１０及び排出部９０に対して外部からユーザーが容易にアクセスできるようになっている。また、図１の例では、供給部１０及び排出部９０以外の構成は、筐体１の内側に設けられているが、その一部は外側に設けられてもよく、位置関係も特に限定されない。筐体１は、金属、樹脂等の材質の骨組み、カバー等により適宜に設計され得る。

１．２．供給部
シート製造装置１００は、供給部１０を含む。図１の例では、供給部１０は筐体１から外側に突出するように設けられている。供給部１０は、シート製造装置１００の筐体１の内側に設けられても、外側に設けられてもよい。

供給部１０は、単票の古紙Ｕを解繊部２０に供給する。供給部１０は、単票の古紙Ｕを積層して搭載することができる。供給部１０は、シート状の単票の古紙Ｕを多数積層して収容可能な箱体である。供給部１０は、搭載される古紙Ｕの重量等に合わせて、適宜、金属、樹脂等の材質で形成される。

供給部１０は、単票の古紙Ｕを積層して搭載できる限りその構成は特に限定されない。なお、単票とは、例えば、市販のプリンター用紙のように、Ａ３サイズやＡ４サイズに、１枚ずつ裁断してある状態をいう。図２に示す例では、供給部１０は、箱体１８の内部に上下移動可能な積載部１１を有している。当該積載部１１の上に、単票の古紙Ｕが積層される。積載部１１の上下移動は、例えば積層された単票の古紙Ｕのうち最も上に位置する古紙Ｕが、取り出しローラー１２に対して付勢されるように行われる。積層された古紙Ｕの付勢は、図２（ａ）、図２（ｂ）の例では、積載部１１の下方に設けられた付勢部としての圧縮バネ１３が、箱体１８から積載部１１を上方に付勢することにより行われ、図２（ｃ）、図２（ｄ）の例では、リードスクリュー１４が回転することにより、リードスクリュー１４の溝に噛み合うように積載部１１に設けられたツメ１５を持ち上げることにより行われる。リードスクリュー１４は、図示せぬモーターによって駆動される。また、図示しないが積層された古紙Ｕの付勢は、ラックアンドピニオン等の機構により行ってもよい。

供給部１０には、最大積載可能重量が存在する。供給部１０の最大積載可能重量は、積載部１１が最も下方に位置する状態で、積層した古紙Ｕが供給可能である状態における単票の古紙Ｕの全体の重量である。なお、カタログや取扱説明書で、積載可能重量を示していればその値であり、積載可能枚数を示していれば、積載可能枚数に１枚当たりの古紙の重量をかけたものが積載可能重量となる。ここで、古紙には、密度の大小や、坪量（１ｍ²あたりの重量（ｇ／ｍ²））の大小がある。そのため、供給部１０の最大積載可能重量は
積載される古紙により異なる。なお、積載部１１が最も下方に位置する状態となったときの単票の古紙Ｕの枚数も、古紙の密度や坪量によって異なることになる。

供給部１０は、シート製造装置１００によって製造されるシートＳに含まれる繊維を、古紙Ｕとして供給する。古紙Ｕに含まれる繊維は、解繊部２０によって解繊され、シートＳの材料の一部となる。

１．３．解繊部
本実施形態のシート製造装置１００は、解繊部２０を有する。解繊部２０は、供給部１０から供給された古紙Ｕを空気中で解繊する。解繊部２０は、古紙Ｕ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。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）（古紙Ｕ）を、繊維１本１本に解きほぐすことをいう。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、トナーなどのインク粒、にじみ防止材や紙力増強剤などの添加剤等の粒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。なお、乾式とは、液体中ではなく大気中（空気中）でという意味である。乾式の範疇には、乾燥状態と、不純物として存在する液体または意図的に添加される液体が存在する状態とが含まれる。

解繊部２０の構成は、特に限定されないが、例えば、回転部（回転子）とこれを覆う固定部とを含み、回転部と固定部との間に隙間（ギャップ）が形成されたものを挙げることができる。解繊部２０がこのように構成される場合には、回転部が回転した状態で原料（古紙Ｕ）がギャップに導入されることにより、解繊が行われる。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することがより好ましい。この場合、解繊部２０は、自ら発生する気流によって、導入口２１から、原料を気流と共に吸引し、解繊処理して、排出口２２へと搬送することができる。なお、気流発生機構を有していない解繊部２０を用いる場合には、原料を導入口２１に導く気流や、排出口２２から解繊物を吸出する気流を発生する機構を外付けで設けてもよい。解繊部２０を通過した解繊物は、管８２を介して、分級部３０に移送される。

１．３．１．被解繊物
本明細書において、被解繊物とは、シート製造装置１００の原材料を含む、単票の古紙Ｕ、単票の紙、単票のシートＳ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、シート製造装置１００によって製造された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。

１．３．２．解繊物
本実施形態のシート製造装置１００において、解繊物は、製造されるシートＳの材料の一部として使用される。解繊物は、上述の被解繊物を解繊処理して得られる繊維を含む。

本実施形態で使用される解繊物に含まれる繊維は、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以下が好ましい。

本実施形態で使用される解繊物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以下が好ましい。繊維の長さが短い場合は、樹脂によって結着されにくいため、シートの強度が不足する場合があるが、上記範囲であれば十分な強度のシートを得ることができる。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以下が好ましい。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り、また、解繊物というときには、複数の繊維が含まれる材料のことを指し、繊維の集合という意味及びシートＳの原料となる材料（粉体状又は綿状の物体）という意味を含むものとする。

１．４．分級部
本実施形態のシート製造装置１００は分級部３０を有する。分級部３０は、解繊部２０を通過した解繊物を分級する。分級部３０は、解繊部２０で解繊された解繊物のうちで比較的小さいものを気流で分級し除去する。解繊物は主に繊維が含まれており、その他に、樹脂粒やインク粒や添加剤が含まれる。このうち、比較的小さいものには、樹脂粒やインク粒や添加剤の他、繊維の中でも比較的短い短繊維が含まれる。なお、樹脂粒やインク粒や添加剤は古紙の種類によって含まれる場合と含まれない場合がある。

分級部３０としては、気流式分級機を用いることができる。気流式分級機は、旋回気流を発生させ、解繊物のサイズや密度により受ける遠心力の差によって分離するものであり、気流の速度及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。以下では、分級部３０として、サイクロンを用いた場合について説明する。

図１に示すように、分級部３０は、少なくとも導入口３１と、下部に設けられている下部排出口３４と、上部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、円周運動せられ、これにより、導入された解繊物には、遠心力がかかって、第１分級物（解きほぐされた繊維）と、第１分級物より小さく密度の低い第２分級物（樹脂粒、インク粒等）（上述の比較的小さい解繊物に相当する。）と、に分離される。図示の例では、第１分級物は、下部排出口３４から排出され、管８６を通ってほぐし部５１の導入口５２に導入される。一方、第２分級物は、上部排出口３５から管８４を通って分級部３０の外部の受け部３６に排出される。

なお、分級部３０により第１分級物と第２分級物に分離すると記載したが、正確に分離できる訳ではない。第１分級物のうち比較的小さいものや密度の低いものは第２分級物とともに外部に排出される場合がある。第２分級物のうち比較的密度の高いものや第１分級物に絡まってしまったものは第１分級物とともに管８６へ導入される場合もある。このため、比較的小さい解繊物とは、ある大きさ以下のものとは断定できない。除去したものと除去されなかったものを比較すると、個々の大きさの平均値は除去したものの方が小さくなるので、比較的小さい解繊物とは、除去されなかった解繊物に比べて、それぞれの大きさの平均値が小さいものと言える。

分級部３０で除去される第２分級物（樹脂粒、インク粒等）の重量は、後述する混合部４０にて混合される添加物の重量よりも大きくなる。理想的には、分級部３０によって、
繊維以外のものを除去したいが、前述したように完全に分離して除去することはできない。また、繊維の中でも短い繊維は除去する。このため、１枚の古紙に含まれる繊維全てを使用することができない。ここで、除去された分と同等量の樹脂を添加物として混合した場合、１枚の古紙から１枚のシートを作成することができる。しかし、樹脂の量が多くなるためコスト高となったり、繊維の割合が異なるため、紙を成形した場合には風合いが異なることになる。そのため、繊維の量に応じて添加物を加えるのが望ましい。この場合、除去される第２分級物の重量よりも添加する添加物の重量の方が小さくなる。

分級部３０を通過した解繊物は、管８６へ導入され、シート状に成形されるまでの間に、混合部４０において添加物と混合される。

１．５．混合部
本実施形態のシート製造装置１００は、混合部４０を有する。混合部４０は、分級部３０で除去されなかった解繊物に空気中で添加物を混合する。混合部４０は、解繊部２０を通過した解繊物の繊維（繊維材）と、添加物とを混合する機能を有する。また、添加物は、樹脂と他の成分との複合体であってもよい。複合体は、樹脂を主成分として他のものと一体に形成された粒子をいう。係る他のものとは、着色材や凝集抑制剤などをいうが、主成分となる樹脂と異なる形状や大きさや材質や機能を有するものも含まれる。本明細書において「繊維と添加物とを混ぜ合せる」とは、一定容積の空間（系）内で、繊維と繊維との間に添加物を位置させることをいう。

混合部４０は、繊維（繊維材）と添加物とを混ぜ合せることができれば、その構成、構造及び機構等は特に限定されない。また、混合部４０における混ぜ合せの処理の態様は、回分処理（バッチ処理）であっても、逐次処理、連続処理のいずれであってもよい。また、混合部４０は、手動で動作されても自動で動作されてもよい。

混合部４０における混ぜ合せの処理としては、流体力学的な混合を例示することができる。流体力学的な混ぜ合せの処理としては、例えば、大気等の気流中に繊維（解繊物）及び添加物を導入して気流中で相互に拡散させる方法が挙げられる。係る大気等の気流中に繊維及び添加物を導入する方法では、繊維が気流によって流動（移送）されている管等に添加物を投入してもよい。係る方法の場合には、管等の中の気流は、乱流であるほうが混ぜ合せの効率がよくなることがあるためより好ましい。

混合部４０は、シート製造装置１００における原料（の一部）の流れ方向において、分級部３０の下流側であって、成形部７０の結着部６０の上流側に設けられる。混合部４０によって混ぜ合された混合物（繊維と添加物との混合物）は、ほぐし部５１等の他の構成によってさらに混ぜ合されてもよい。

図１に示す例では、混合部４０は、管８６及び添加物供給部４２からなっている。この例では、気流により繊維を流動させた状態で添加物（樹脂）を導入する。混合部４０に管８６を採用する場合における気流の発生手段としては、図示せぬブロワーなどが挙げられ、上記の機能が得られる限り、適宜に使用することができる。

管８６への添加物の導入は、弁の開閉操作や作業者の手で行うこともできるが、図１に示す添加物供給部４２としての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て行うことができる。これらのフィーダーを用いることにより、気流の流れ方向における添加物の含有量（添加量）の変動を小さくすることができるためより好ましい。

混合部４０の処理能力は、シート製造装置１００の製造能力（スループット）に応じて適宜設計、調節することができる。混合部４０の処理能力の調節は、管８６内の繊維及び
添加物を移送するための気体の流量や、繊維や添加物の導入量、移送量等を変化させることにより行うことができる。

添加物供給部４２は、供給口８７から管８６に空気中で添加物を供給する。すなわち、添加物供給部４２は、解繊物が流れる経路に（図示の例では分級部３０とほぐし部５１との間に）、添加物を供給する。管８６を繊維及び添加物が通過する結果、混合物が形成される。したがって本実施形態のシート製造装置１００では、混合部４０は、添加物供給部４２及び管８６を含んで構成されている。

添加物供給部４２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。添加物が供給された時点では、複数の繊維は結着されていない。添加物に含まれる樹脂は、成形部７０の結着部６０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４２から供給される添加物に含まれる樹脂は、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂であり、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。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４２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。添加物が繊維状である場合、添加物の繊維長は、解繊物の繊維長以下であることが好ましい。具体的には、添加物の繊維長は、３ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下である。添加物の繊維長が３ｍｍより大きいと、解繊物と均一性よく混合することが困難となる場合がある。添加物が粉末状である場合、添加物の粒径（直径）は、１μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは２μｍ以上２０μｍ以下である。添加物の粒径が小さいと、添加物を小さく加工するコストが高くなることがあり、添加物の粒径が大きいと、解繊物中に均一に分散しにくくなることがあり解繊物中の繊維同士を結着させる結着力が低下する場合がある。

添加物供給部４２から供給される添加物の量は、製造されるシートの種類に応じて、適切に設定されるが、分級部３０において除去されたものの重量よりも小さい重量で添加される。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を供給してもよい。

１．６．成形部
本実施形態のシート製造装置１００は成形部７０を有する。成形部７０は、混合部４０で混合された混合物を用いて単票のシートＳを成形する。成形部７０は、図１に示すように、ほぐし部５１、シート成形部５５、結着部６０及び切断部８０を有する。

ほぐし部５１は、混合部４０を通過した混合物を導入口５２から導入し、空気中で分散させながら降らせる。図示の例では、シート成形部５５にて、ほぐし部５１から降ってきた混合物を空気中で堆積してウェブＷを形成する。ほぐし部５１は、絡み合った解繊物（繊維）をほぐす。さらに、ほぐし部５１は、添加物供給部４２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。また、ほぐし部５１は、シート成形部５５に混合物を均一に堆積させる作用を有する。

ほぐし部５１としては、篩（ふるい）を用いる。ほぐし部５１は、網（フィルター、スクリーン）を有し、混合部４０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。具体的には、ほぐし部５１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。ほぐし部５１の網は、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。

なお、ほぐし部５１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、ほぐし部５１として用いられる「篩」とは、網（フィルター、スクリーン）を備えたもの、という意味であり、ほぐし部５１は、ほぐし部５１に導入された混合物（混合部４０を通過した混合物）の全てを降らしてもよい。

シート成形部５５は、ほぐし部５１の複数の開口を通過した通過物を堆積する。シート成形部５５は、例えば、メッシュベルト５６と、張架ローラー５７と、サクション機構５８と、を有している。

メッシュベルト５６は、移動しながら、ほぐし部５１の複数の開口を通過した通過物を、堆積するものである。メッシュベルト５６は、張架ローラー５７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５６は、張架ローラー５７が自転することによって移動する。メッシュベルト５６が連続的に移動しながら、ほぐし部５１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５６上にウェブＷが形成される。

メッシュベルト５６は、金属製、樹脂製、布製、あるいは不織布等であることができ、ほぐし部５１を通過した通過物が堆積でき、気流を通過させることができれば、どのようなものでもあってもよい。メッシュベルトの穴径（直径）は、例えば、６０μｍ以上２５０μｍ以下である。メッシュベルトの穴径が６０μｍより小さいと、サクション機構５８によって安定した気流を形成することが困難な場合がある。メッシュベルトの穴径が２５０μｍより大きいと、メッシュの間に例えば混合物の繊維が入り込んで、製造されるシートの表面の凹凸が大きくなる場合がある。サクション機構５８は、例えば、メッシュベルト５６の下に所望のサイズの窓を開けた密閉箱を形成し、窓以外から空気を吸引し箱内を外気より負圧にすることで構成されている。

サクション機構５８は、メッシュベルト５６の下方（ほぐし部５１側とは反対側）に設けられている。サクション機構５８は、下方に向く気流（ほぐし部５１からメッシュベルト５６に向く気流）を発生させることができる。サクション機構５８によって、ほぐし部５１により空気中に分散された混合物をメッシュベルト５６上に吸引することができる。これにより、空気中に分散させた混合物を吸引することができ、ほぐし部５１からの排出速度を大きくすることができる。その結果、シート製造装置１００の生産性を高くすることができる。また、サクション機構５８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、ほぐし部５１およびシート成形部５５（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。次いで、図１に示すように、メッシュベルト５６に堆積されたウェブＷは、メッシュベルト５６の回転移動により搬送される。そして、メッシュベルト５６に堆積されたウェブＷは、メッシュベルト５６から剥がされ、結着部６０へと搬送される。

結着部６０は、シート成形部５５に（メッシュベルト５６に）堆積したウェブＷを加圧加熱してシートを成形する。結着部６０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。添加物の構成成分の１つである樹脂が、熱可塑性樹脂である場合
には、そのガラス転移温度（軟化点）または融点付近以上の温度に加熱すると、樹脂が軟化したり溶けたりし、その後温度が低下した際に固化する。樹脂が軟化して繊維に絡み合うように接触し、樹脂が固化することで繊維と添加物とを互いに結着することができる。また、固化する際に他の繊維が結着することで、繊維と繊維を結着する。添加物の樹脂が、熱硬化性樹脂である場合には、軟化点以上の温度に加熱してもよいし、硬化温度（硬化反応を生じる温度）以上に加熱しても繊維と樹脂とを結着することができる。なお、樹脂の融点、軟化点、硬化温度等は、繊維の融点、分解温度、炭化温度よりも低いことが好ましく、そのような関係となるように両者の種類を組み合わせて選択することが好ましい。

結着部６０の具体的な構成としては、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、フラッシュ定着器などが挙げられる。図示の例では、結着部６０は、ローラーによりウェブＷを挟み込んで加熱および加圧するように構成されており、一対の加熱ローラー６１を有している。図示の例では、結着部６０は、第１結着部６０ａと第２結着部６０ｂとを備え、第１結着部６０ａおよび第２結着部６０ｂがそれぞれ一対の加熱ローラー６１を備えている。結着部６０を加熱ローラー６１として構成したことにより、結着部６０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を成形することができる。なお、加熱ローラー６１の数は、特に限定されない。

結着部６０は、ローラー等によって構成できる他、板状のプレス装置によっても構成することができる。また、シート製造装置１００では、結着部６０は、ウェブＷに対して加圧も行うが、後述の加圧部が設けられる場合には、結着部６０による加圧力が、加圧部の加圧力より小さくなるように設定されることが好ましい。結着部６０よりも加圧部の加圧力の方を大きくすることにより、加圧部によってウェブＷに含まれる繊維間の距離を十分短くでき、その状態で加熱加圧することにより高密度で高強度の紙を形成することができる。また、シート製造装置１００では、加熱の後に加圧してもよい。

本明細書において、「繊維と樹脂（添加物）とを結着する」とは、繊維と樹脂とが離れにくい状態や、繊維と繊維との間に樹脂が配置され、繊維と繊維とが樹脂を介して離れ難くなっている状態をいう。また、結着とは、接着を含む概念であって２種以上の物体が接触して離れにくくなった状態を含む。また繊維と繊維とが樹脂を介して結着した際に、繊維と繊維とが平行に又は交差してもよいし、１本の繊維に複数の繊維が結着してもよい。

切断部８０は、図１に示すように、結着部６０よりも下流側に配置される。切断部８０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８０ａ及び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８０ｂを有する。第１切断部８０ａは、カッターを備え、連続状のシートＳを所定の長さに設定された切断位置に従って枚葉状に裁断する。また、第１切断部８０ａよりシートＳの搬送方向の下流側には、シートの搬送方向に沿ってシートＳを切断する第２切断部８０ｂが配置されている。第２切断部８０ｂは、カッターを備え、シートＳの搬送方向における所定の切断位置に従って裁断（切断）する。

以上の構成を備えた成形部７０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９０へと排出される。

１．７．排出部
シート製造装置１００は、排出部９０を含む。排出部９０は、成形部７０で成形された単票のシートＳを受ける。図１の例では、排出部９０は筐体１から外側に突出するように設けられている。排出部９０は、シート製造装置１００の筐体１の内側に設けられても、外側に設けられてもよい。排出部９０は、単票のシートＳを積層して受け、単票のシート
Ｓを積層して搭載することができる。排出部９０は、シート状の単票のシートＳを多数積層して収容可能な箱体である。排出部９０は、搭載されるシートＳの重量等に合わせて、適宜、金属、樹脂等の材質で形成される。

排出部９０は、図３に示すように、単票の古紙Ｕを積層して搭載できる限りその構成は特に限定されない。図３に示す例では、排出部９０は、箱体９８の内側に、上下移動可能な積載部９１を有している。図３において、箱体９８の左方にシート製造装置１００の筐体１があり、製造されたシートＳは左から右へ移動する。そして、積載部９１の上に、単票のシートＳが積層される。移動するシートＳを受け入れやすく、かつ、シートＳが箱体を通過して箱体内積層できないことがないように、箱体の壁の上端の位置は左側が低く右側が高くなっている。

積載部９１の上下移動は、例えば積層された単票のシートＳのうち最も上に位置するシートＳが、所定の高さの位置になるように行われる。

積載部が上下しない場合、排出されたシートＳと、積層されたシートＳの最も上に位置するシートＳとの高さの差が大きくなる。そのため、排出されたシートＳが落下する際の落差が大きくなる。このため、シートが水平に積載されなかったり、シートがずれて積層したり、シートが折れたりする。一方、積載部９１を上下移動することで、製造されるシートＳが落下する際の落差を小さくでき、ずれずに積層することができる。そのため、シートＳの折れ等を生じにくく、良好なシートＳを提供することができる。

また、排出部９０の積載部９１は、製造されるシートＳの枚数がより多い（重量がより大きい）場合の方が、枚数がより少ない（重量がより小さい）場合よりも、下方に位置するように移動させる。このようにすると、上記と同様に、製造されるシートＳの折れ等を生じにくく、良好なシートＳを製造することができる。

以下、排出部９０の幾つかの例を図３を参照して説明する。図３（ａ）の例では、箱体９８の内側の積載部９１の下方に、箱体９８から積載部９１を上方へ付勢する付勢部としての圧縮バネ９３が設けられている。圧縮バネ９３は積載部９１を上方に付勢する。積載部９１に積載されたシートＳの重量により、圧縮バネ９３にかかる荷重が変わり、圧縮バネ９３の長さは変化する。これにより、積載部９１に積載するシートＳの重量がより多い場合の方がより少ない場合よりも、積載部９１は下方に位置することになる。シートＳを積載したときに、シートＳの最も上のシートＳと排出されるシートＳとの落差が大きくならないような位置に積載部９１が位置するように圧縮バネ９３は設計される。なお、付勢部としては、圧縮バネの代わりに引張バネや弾性部材でもよく、ダンパー等を含んでもよい。付勢部を設けることにより、モーターなどの駆動装置を設ける必要がなく、簡易な装置にすることができる。なお、図３（ａ）では圧縮バネ９３の外径が徐々に小さくなっている。これにより、最大限に圧縮したときの密着高さを小さくすることができる。また、図３（ａ）では圧縮バネ９３の外径が下側のほうが小さいがその逆でもよい。

図３（ｂ）の例では、積載部９１を能動的に上下させる移動部としてリードスクリュー９４を採用している。リードスクリュー９４が積載部９１に設けられたツメ９５を持ち上げることにより、積載部９１を能動的に上下させる。リードスクリュー９４の溝は、ツメ９５に対応しており、図示せぬモーター等によってリードスクリュー９４が回転することにより、積載部９１を能動的に上下させることができる。リードスクリュー９４は、シートＳが１枚排出される毎に所定量回転する。１枚毎ではなく複数枚毎に所定量回転してもよい。これにより、積載部９１に積載するシートＳの枚数がより多い場合の方がより少ない場合よりも、積載部９１は下方に位置することになる。ここで、シート製造装置１００は同じ仕様のシートＳを製造するため、１枚当たりのシートＳの重量はほぼ一定である。
シートＳの枚数とシートＳの重量は比例する関係になる。つまり、積載部９１に積載するシートＳの重量がより大きい場合の方がより小さい場合よりも、積載部９１は下方に位置することになる。また、図示しないが、移動部は、ラックアンドピニオン等の機構により行ってもよい。

図３（ｃ）に示す例は、移動部として、複数のリードスクリュー９４が設けられ、各リードスクリュー９４に対応する位置に、積載部９１のツメ９５を配置した例である。これにより、図３（ｂ）に示す例に比べてより多くのシートＳが積載された場合でも積載部９１を能動的に上下させることができる。このようなリードスクリューを複数含む構成は、上述の供給部１０に対しても適用することができる。

シート製造装置１００の規模に依存するが、古紙Ｕの枚数やシートＳの枚数が千枚を越える程度となると、積載部９１を上下移動させるために強い力が必要となるため、リードスクリューを複数設けることが好ましい。

排出部９０には、最大積載可能重量が存在する。排出部９０の最大積載可能重量は、単票のシートＳが積層され積載部９１が最も下方に位置する状態で、排出されたシートＳを受けられる最大の積載枚数におけるシートＳの全体の重量である。このため、例えばユーザーが手でシートＳを積載することで、さらに積載できたとしても、シート製造装置１００で製造したシートＳを受けられる状態でない場合は、最大積載可能重量とはみなさない。なお、カタログや取扱説明書で、積載可能重量を示していればその値であり、積載可能枚数を示していれば、積載可能枚数に１枚当たりのシートＳの重量を乗じたものが積載可能重量となる。

１．８．供給部と排出部との間の関係
本実施形態のシート製造装置１００は、上述の通り、分級部３０によって除去される物質の重量が、混合部４０において添加される添加物の重量よりも大きい。これにより、古紙から新たな紙を再生しようとした場合、１枚の古紙から１枚の新たな紙は再生できない。例えば、１０００枚の古紙から９００枚の紙を製造することになる。なお、枚数の比較は古紙と製造する紙が共に同じ坪量である場合に有効である。同じ坪量でない場合は重量で比較するとよい。その場合、原料となる古紙の重量よりも、新たに製造された紙の重量の方が小さくなる。つまり、排出部９０に積載したシートの重量は、供給部１０に積載した古紙の重量よりも小さくすることができる。

そのため、供給部１０の最大積載可能重量まで供給部１０に単票の古紙Ｕが積載された状態でシート製造装置１００を運転し、全ての古紙Ｕを供給したとしても、排出部９０に排出されるシートＳの重量は、供給部１０の最大積載可能重量よりも小さくなる。供給部１０の最大積載可能重量で積載した古紙Ｕを供給して製造されたシートＳの重量にマージン分を追加した重量を排出部９０の最大積載可能重量としてもよいし、製造されたシートＳの重量を排出部９０の最大積載可能重量としてもよい。また、シートＳを全て製造し終える前に、ユーザーが排出部９０からシートＳを取り出すことを前提とする場合は、排出部９０の最大積載可能重量よりも小さくてもよい。いずれにしても、排出部９０の最大積載可能重量は、供給部１０の最大積載可能重量よりも小さくでき、排出部９０を小型化できる。したがって、排出部９０を構成する部材に要求される強度やコストを小さく抑えることができる。これにより排出部９０の小型化を図ることができる。

また、古紙Ｕと同じ密度や同じ坪量のシートＳを製造する場合には、上述の供給部１０の最大積載可能重量、及び、排出部９０の最大積載可能重量は、それぞれ、供給部１０の最大積載可能枚数、及び、排出部９０の最大積載可能枚数と言い換えることができる。すなわち、係る条件においては、供給部１０の最大積載可能枚数は、排出部９０の最大積載
可能枚数よりも多く設計される。換言すると、排出部９０の最大積載可能枚数は、供給部１０の最大積載可能枚数よりも少ない。また、供給部１０の最大積載可能枚数は、排出部９０の最大積載可能枚数よりも多くなると言うことは、供給部１０の積載部の高さ（大きさ）の方が排出部９０の積載部の高さ（大きさ）よりも高い（大きい）ということになる。

１．９．その他の構成
本実施形態のシート製造装置１００は、上述の構成の他に、例えば、粗砕部、加圧部、選別部等の構成を有することができる。

１．９．１．粗砕部
供給部１０に積載された単票の古紙Ｕは、解繊部２０に供給されるが、供給部１０及び解繊部２０の間には、粗砕部が備えられてもよい。図１の例では、シート製造装置１００は、粗砕部４を含んでいる。粗砕部４は、解繊部２０の上流側に配置されている。粗砕部４は、供給部１０から供給された単票の古紙Ｕを、空気中で裁断して細片にする。細片の形状や大きさは、特に限定されないが、例えば、数ｃｍ角まで裁断する。図示の例では、粗砕部４は、粗砕刃を有し、粗砕刃によって、投入された単票の古紙Ｕを裁断する。粗砕部４の具体的な例としては、シュレッダーが挙げられる。裁断された古紙Ｕは、ホッパー１６で受けられ管８１を通じて解繊部２０の導入口２１に導かれる。

１．９．２．加圧部
本実施形態のシート製造装置１００は、図示しない加圧部を有してもよい。加圧部は、ほぐし部５１の下流側であって、結着部６０の上流側に配置されることができる。また、加圧部や結着部６０は、メッシュベルト５６からウェブＷを分離した後に設けられてもよい。加圧部はシート状に形成されたウェブＷを加熱せずに加圧する。従って、加圧部は、ヒーター等の加熱手段を有していない。すなわち、加圧部は、カレンダー処理を行う構成である。

加圧部では、ウェブＷを加圧（圧縮）することにより、ウェブＷ中の繊維同士の間隔（距離）が縮められ、ウェブＷの密度を高めることができる。加圧部は、ローラーによりウェブＷを挟み込んで加圧するように構成されることができ、一対の加圧ローラーを有する態様を採用することができる。

加圧部では、加熱されず加圧のみ行われるので、機能材中に樹脂が含まれる場合には樹脂は溶融しない。また、機能材中に樹脂が含まれない場合においては、加圧部はウェブＷの密度を高める機能を有する。加圧部では、ウェブＷが圧縮され、ウェブＷ中の繊維同士の間隔（距離）が縮められる。すなわち、高密度化されたウェブＷが形成される。加圧部の加圧力は、結着部６０による加圧力より大きくなるように設定されることが好ましい。例えば、加圧部の加圧力は、５００〜３０００ｋｇｆ、結着部６０の加圧力は、３０〜２００ｋｇｆに設定することが好ましい。このように、結着部６０よりも加圧部の加圧力の方を大きくすることにより、加圧部によってウェブＷに含まれる繊維間の距離を十分短くでき、その状態で加熱加圧することにより薄くて高密度で高強度のシート（紙）を形成することができる。

１．９．３．選別部
シート製造装置１００は、図示しない選別部を有してもよい。選別部は、分級物を導入口から導入し、繊維の長さによって選別する。選別部としては、篩（ふるい）を用いることができる。選別部は、網（フィルター、スクリーン）を有し、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）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）と、を分けることができる。例
えば、網を通過するものは、混合部４０に移送され、網を通過しないものは、解繊部２０に戻されるように構成してもよい。具体的には、選別部は、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。選別部の網は、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ことができる。

２．その他
上記実施形態で説明したシート製造装置１００は、乾式の態様であった。しかし、本発明に係るシート製造装置は、湿式の態様であっても構わない。例えば、上述の解繊部２０の代わりに離解部（パルパー）を、分級部３０の代わりに脱墨部を、成形部７０の代わりに抄紙部を用いてもよい。

したがって、本発明に係るシート製造装置は、積載した単票の古紙を供給する供給部と、供給部から供給された古紙を湿式で離解する離解部と、離解部で離解された離解物のうちで比較的小さいものを除去する脱墨部と、脱墨部で除去されなかった離解物に添加物を混合する混合部と、混合部で混合された混合物を用いて単票のシート（紙）を成形する抄紙部と、シート（紙）を受けて積載する排出部と、を含むように構成することができる。そして、古紙一枚当たりにおいて、脱墨部で除去されたものの重量は、混合される添加物の重量よりも大きく、シート（紙）が積載される排出部の最大積載可能重量は、供給部の最大積載可能重量よりも小さくなるように構成することにより、上述の乾式の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

なおこの場合、離解部、脱墨部、抄紙部は、一般的な態様を採用することができる。例えば、離解部には、いわゆるパルパーを採用することができ、古紙Ｕを離解して再生パルプを調製する。パルパーは、槽と、槽内に設けた攪拌装置を有し、槽に導入された古紙Ｕを離解して再生パルプを含むパルプ懸濁液を調整するものであってよい。脱墨部には、パルプ懸濁液を、脱墨して脱墨パルプを調製するものを採用することができる。脱墨部の構成の一例としては、貯蔵タンクにおいて貯留されたパルプ懸濁液を導入する蛇行した流路を形成した脱墨槽と、脱墨槽の下部から多数の気泡を放出する散気装置とを有するものを例示できる。抄紙部は、脱墨されたパルプ懸濁液から湿紙を抄紙するものを採用できる。抄紙部の具体例としては、抄紙網によって、脱墨されたパルプ懸濁液を抄く態様が挙げられる。そして、抄紙された湿紙が、加熱ローラー等によって成形、裁断されることにより、シートＳを製造することができる。

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。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。

なお、シート製造装置１００によって製造されるシートＳは、シート状にしたものを主に指す。しかしシート状ものに限定されず、ボード状、ウェブ状であってもよい。本明細書におけるシートＳは、紙と不織布に分けられる。紙は、薄い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、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。

本発明は、実施の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、実施の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、実施の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、実施の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…筐体、４…粗砕部、１０…供給部、１１…積載部、１２…取り出しローラー、１３…圧縮バネ、１４…リードスクリュー、１５…ツメ、１６…ホッパー、１８…箱体、２０…解繊部、２１…導入口、２２…排出口、３０…分級部、３１…導入口、３４…下部排出口、３５…上部排出口、３６…受け部、４０…混合部、４２…添加物供給部、５１…ほぐし部、５２…導入口、５５…シート成形部、５６…メッシュベルト、５７…張架ローラー、５８…サクション機構、６０…結着部、６０ａ…第１結着部、６０ｂ…第２結着部、６１…加熱ローラー、７０…成形部、８０…切断部、８０ａ…第１切断部、８０ｂ…第２切断部、８１，８２，８４，８６…管、８７…供給口、９０…排出部、９１…積載部、９３…圧縮バネ、９４…リードスクリュー、９５…ツメ、９８…箱体、１００…シート製造装置、Ｕ…古紙、Ｗ…ウェブ、Ｓ…シート

Claims (4)

1. 積載した単票の古紙を供給する供給部と、
   前記供給部から供給された古紙を空気中で解繊する解繊部と、
   前記解繊部で解繊された解繊物を気流で分級し除去する分級部と、
   前記分級部で除去されなかった前記解繊物に空気中で添加物を混合する混合部と、
   前記混合部で混合された混合物を用いて単票のシートを成形する成形部と、
   前記シートを受けて積載する排出部と、
   を含み、
   前記古紙一枚当たりにおいて、前記分級部で除去されたものの重量は、混合される前記添加物の重量よりも大きく、
   前記排出部の最大積載可能重量は、前記供給部の最大積載可能重量よりも小さい、ことを特徴とするシート製造装置。
2. 前記排出部は、前記シートの重量により上下移動可能な積載部を有し、
   前記積載部の最大積載可能重量は、前記積載部が最も下がった状態における積載重量である、ことを特徴とする請求項１に記載のシート製造装置。
3. 前記排出部は、前記シートの重量がより大きい場合の方がより小さい場合よりも、下方に位置するように前記積載部を移動させる移動部を有する、ことを特徴とする請求項２に記載のシート製造装置。
4. 前記排出部は、前記シートの重量がより大きい場合の方がより小さい場合よりも、下方に位置するように前記積載部を付勢する付勢部を有する、ことを特徴とする請求項２に記載のシート製造装置。

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