JP2024042249A - Sheet manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シート製造装置に関する。 The present invention relates to a sheet manufacturing apparatus.
従来、特許文献1に示すように、被解繊物を大気中で解繊する解繊部と、解繊された解繊物に樹脂を含む添加物を大気中で混合する混合部と、解繊物と添加物とを混合した混合物を調湿する調湿部と、調湿した混合物を加圧する加圧部と、加圧された混合物を加熱する加熱部と、を備えるシート製造装置が知られている。 Conventionally, as shown in Patent Document 1, a defibration section defibrates a material to be defibrated in the atmosphere, a mixing section mixes an additive containing a resin to the defibrated material in the atmosphere, and a defibration section that defibrates the defibrated material in the atmosphere. A sheet manufacturing apparatus is known that includes a humidity control section that controls the humidity of a mixture of fibers and additives, a pressure section that pressurizes the controlled mixture, and a heating section that heats the pressurized mixture. It is being
しかしながら、上記装置では、十分な強度を有するシートを製造するために結着剤として樹脂が必要であった。近年、樹脂を用いなくても十分な強度を有するシートの製造方法が求められている。 However, the above-mentioned apparatus requires a resin as a binder in order to produce a sheet with sufficient strength. In recent years, there has been a demand for a method for producing sheets that have sufficient strength without using resin.
シート製造装置は、繊維を含む材料を気流によって堆積させてウェブを形成する堆積部と、前記ウェブの一方面の側から水分を付与する加湿部と、加湿された前記ウェブに対して加圧箇所において加圧して、シートに形成する加圧部と、を備え、前記加圧部は、前記加圧箇所において前記ウェブの前記一方面と接触する第1ローラーと、前記加圧箇所において前記ウェブの他方面と接触する第2ローラーとを有し、前記ウェブの前記一方面が前記加圧箇所を始点として所定の長さにわたって前記第1ローラーの表面と接触するように、前記ウェブが搬送され、前記第1ローラーは加熱機構を有し、前記ウェブの前記一方面が前記第1ローラーの表面と接触している間に、前記第1ローラーが前記ウェブに対して加熱を行う。 The sheet manufacturing apparatus includes a deposition section that deposits fiber-containing material using an airflow to form a web, a humidification section that applies moisture from one side of the web, and a pressurizing section to the humidified web. a first roller that contacts the one side of the web at the pressing location, and a first roller that contacts the one side of the web at the pressing location; a second roller in contact with the other surface, and the web is conveyed such that the one surface of the web contacts the surface of the first roller over a predetermined length starting from the pressurizing point, The first roller has a heating mechanism, and the first roller heats the web while the one surface of the web is in contact with the surface of the first roller.
まず、シート製造装置1の構成について説明する。シート製造装置1は、シートSを形成する装置である。
図1に示すように、シート製造装置1は、例えば、供給部10と、粗砕部11と、解繊部20と、選別部40と、第1ウェブ形成部45と、回転体49と、混合部50と、堆積部60と、ウェブ搬送部80と、加湿部90と、加圧部100と、切断部120と、を含む。さらに、シート製造装置1は、上記各部の駆動機構を制御する制御部(プロセッサー)を備える。
First, the configuration of the sheet manufacturing apparatus 1 will be explained. The sheet manufacturing apparatus 1 is an apparatus that forms sheets S.
As shown in FIG. 1, the sheet manufacturing apparatus 1 includes, for example, a
供給部10は、粗砕部11に原料を供給する。供給部10は、例えば、粗砕部11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、各種繊維を含む材料である。
The
繊維としては、特に限定されず、広範な繊維材料を用いることができる。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)などを例示できる。繊維は、更に詳しくは、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等が挙げられ、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。 The fibers are not particularly limited, and a wide variety of fiber materials can be used. Examples of fibers include natural fibers (animal fibers, vegetable fibers), chemical fibers (organic fibers, inorganic fibers, organic-inorganic composite fibers), and the like. More specifically, the fibers include fibers made of cellulose, silk, wool, cotton, hemp, kenaf, flax, ramie, jute, Manila hemp, sisal hemp, softwood, hardwood, etc., and these may be used alone. However, they may be mixed as appropriate and used, or they may be used as regenerated fibers that have been purified.
繊維の原料としては、例えば、パルプ、古紙、古布等が挙げられる。また、繊維は、各種の表面処理がされていてもよい。また、繊維の材質は、純物質であってもよいし、不純物及びその他の成分など、複数の成分を含む材質であってもよい。また、繊維として、古紙やパルプシートなどを乾式で解繊した解繊物を用いてもよい。 Examples of raw materials for fibers include pulp, used paper, old cloth, and the like. Further, the fibers may be subjected to various surface treatments. Further, the material of the fiber may be a pure substance or may be a material containing a plurality of components such as impurities and other components. Further, as the fiber, a defibrated material obtained by dry defibrating waste paper, pulp sheet, etc. may be used.
繊維の長さは、特に限定されないが、独立した1本の繊維で、その繊維の長手方向に沿った長さは、1μm以上5mm以下、好ましくは、2μm以上3mm以下、より好ましくは3μm以上2mm以下である。 The length of the fiber is not particularly limited, but it is a single independent fiber, and the length of the fiber along the longitudinal direction is 1 μm or more and 5 mm or less, preferably 2 μm or more and 3 mm or less, and more preferably 3 μm or more and 2 mm. It is as follows.
シート製造装置1では、加湿部90において水分を付与するので、水素結合を形成する能力のある繊維を用いると、形成されるシートSの機械的強度を高めることができる。そのような繊維としては、セルロースが挙げられる。
In the sheet manufacturing apparatus 1, since moisture is applied in the
シートSにおける繊維の含有量は、例えば、50質量%以上99.9質量%以下、好ましくは、60質量%以上99質量%以下、より好ましくは70質量%以上99質量%以下である。混合物を形成する際に配合を行うことで、このような含有量とすることができる。 The content of fibers in the sheet S is, for example, 50% by mass or more and 99.9% by mass or less, preferably 60% by mass or more and 99% by mass or less, and more preferably 70% by mass or more and 99% by mass or less. Such a content can be achieved by blending when forming a mixture.
粗砕部11は、供給部10によって供給された原料を、大気中等の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。粗砕部11は、粗砕刃12を有し、粗砕刃12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11としては、例えば、シュレッダーを用いる。粗砕部11によって裁断された原料は、ホッパー14で受けてから管15を介して、解繊部20に移送される。
The coarse crushing section 11 shreds the raw material supplied by the
解繊部20は、粗砕部11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。
The
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、すなわち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、すなわちダマを形成している状態で存在してもよい。
The material that has passed through the
解繊部20は、乾式で解繊を行う。ここで、液体中ではなく、大気中等の気中において、解繊等の処理を行うことを乾式と称する。解繊部20としては、例えば、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16を介して、選別部40に移送される。なお、解繊部20から選別部40に解繊物を搬送させるための気流は、解繊部20が発生させる気流を利用してもよいし、ブロアー等の気流発生装置を設け、その気流を利用してもよい。
The
選別部40は、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は、例えば、ドラム部41と、ドラム部41を収容するハウジング部43と、を有する。ドラム部41としては、例えば、篩を用いる。ドラム部41は、網を有し、網の目開きの大きさより小さい繊維又は粒子、すなわち網を通過する第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、すなわち網を通過しない第2選別物と、を分けることができる。例えば、第1選別物は、管17を介して、堆積部60に移送される。第2選別物は、排出口44から管18を介して、解繊部20に戻される。具体的には、ドラム部41は、モーターによって回転駆動される円筒の篩である。ドラム部41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。
The sorting section 40 introduces the defibrated material defibrated by the
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、管17に搬送する。第1ウェブ形成部45は、例えば、メッシュベルト46と、張架ローラー47と、サクション機構48と、を有する。
The first
サクション機構48は、選別部40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。これにより、第1選別物は、移動するメッシュベルト46上に堆積する。
The
メッシュベルト46には、選別部40の開口を通過した第1選別物が堆積される。メッシュベルト46は、張架ローラー47によって張架され、第1選別物を通し難く空気を通す構成である。メッシュベルト46は、張架ローラー47が自転することによって移動する。メッシュベルト46が連続的に移動しながら、選別部40を通過した第1選別物が連続的に降り積もることにより、メッシュベルト46上にウェブVが形成される。
The first sorted material that has passed through the opening of the sorting section 40 is deposited on the
サクション機構48は、メッシュベルト46の下方に設けられる。サクション機構48は、下方に向く気流を発生させることができる。サクション機構48によって、選別部40により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。これにより、選別部40からの排出速度を大きくすることができる。
The
ウェブVは、選別部40及び第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17へ投入され、堆積部60へと搬送される。
The web V passes through the sorting section 40 and the first
回転体49は、ウェブVを切断する。図示の例では、回転体49は、基部49aと、基部49aから突出している突部49bと、を有する。突部49bは、例えば、板状の形状を有する。図示の例では、突部49bは4つ設けられ、4つの突部49bが等間隔に設けられる。基部49aが方向Rに回転することにより、突部49bは、基部49aを軸として回転することができる。回転体49によってウェブVを切断することにより、例えば、堆積部60に供給される単位時間当たりの繊維量の変動を小さくすることができる。
The rotating
回転体49は、第1ウェブ形成部45の近傍に設けられる。図示の例では、回転体49は、ウェブVの経路において下流側に位置する張架ローラー47aの近傍に設けられる。回転体49は、突部49bがウェブVと接触可能な位置であって、ウェブVが堆積されるメッシュベルト46と接触しない位置に設けられる。これにより、メッシュベルト46が突部49bによって摩耗することを抑制することができる。突部49bとメッシュベルト46との間の最短距離は、例えば、0.05mm以上0.5mm以下である。これは、メッシュベルト46が損傷を受けずにウェブVを切断することが可能な距離である。
The rotating
混合部50は、選別部40を通過した第1選別物(繊維)と、結着剤としての澱粉と、を混合する。混合部50は、澱粉を供給する澱粉供給部52と、第1選別物と澱粉とを搬送する管54と、ブロアー56と、を有する。図示の例では、澱粉は、澱粉供給部52からホッパー19を介して管54に供給される。管54は、管17に接続される。
The mixing
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選別物と澱粉とを混合させながら、搬送することができる。なお、第1選別物と澱粉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。
In the
澱粉供給部52としては、スクリューフィーダーや、ディスクフィーダーなどを用いる。
As the
澱粉供給部52から供給される澱粉は、複数のα-グルコース分子がグリコシド結合によって重合した高分子である。澱粉は、直鎖状であってもよいし、分岐を含んでもよい。
The starch supplied from the
澱粉は、各種植物由来のものを用いることができる。澱粉の原料としては、トウモロコシ、小麦、米等の穀類、ソラマメ、緑豆、小豆等の豆類、ジャガイモ、サツマイモ、タピオカ等のイモ類、カタクリ、ワラビ、葛等の野草類、サゴヤシ等のヤシ類が挙げられる。 Starch derived from various plants can be used. Starch sources include cereals such as corn, wheat, and rice; beans such as broad beans, mung beans, and red beans; tubers such as potato, sweet potato, and tapioca; wild plants such as dogtooth violets, bracken, and kudzu; and palms such as sago palm.
また、澱粉として加工澱粉、変性澱粉を用いてもよい。加工澱粉としては、アセチル化アジピン酸架橋澱粉、アセチル化澱粉、酸化澱粉、オクテニルコハク酸澱粉ナトリウム、ヒドロキシプロピル澱粉、ヒドロキシプロピル化リン酸架橋澱粉、リン酸化澱粉、リン酸物エステル化リン酸架橋澱粉、尿素リン酸化エステル化澱粉、澱粉グリコール酸ナトリウム、高アミロースコーンスターチ等が挙げられる。また、変性澱粉としてのデキストリンは、澱粉を加工又は変性して得られるものを好適に用いることができる。 Furthermore, processed starch or modified starch may be used as the starch. Processed starches include acetylated adipic acid cross-linked starch, acetylated starch, oxidized starch, sodium octenyl succinate starch, hydroxypropyl starch, hydroxypropylated phosphate cross-linked starch, phosphorylated starch, phosphate esterified phosphate cross-linked starch, Examples include urea phosphorylated esterified starch, sodium starch glycolate, and high amylose corn starch. Moreover, as the modified starch, dextrin obtained by processing or modifying starch can be suitably used.
シート製造装置1において、結着剤として澱粉を用いることにより、合成樹脂を用いる場合に比べて環境負荷を低減できる。また、澱粉を含む繊維(第1選別物)に水分が付与された後に加圧加熱されることで、澱粉の糊化による繊維間の結合、及び、繊維間の水素結合の少なくとも一方が生じ、シートSに十分な強度を持たせることができる。なお、繊維間の水素結合のみでシートSに十分な強度を持たせることができる場合は、澱粉を用いずにシートSを製造することもできる。澱粉を用いずにシートSを製造する場合、シート製造装置1は澱粉供給部52を備えていなくてもよい。
In the sheet manufacturing apparatus 1, by using starch as a binder, the environmental impact can be reduced compared to when synthetic resin is used. In addition, by adding moisture to the fibers (first sorted material) containing starch and then pressurizing and heating the fibers, at least one of bonding between the fibers due to gelatinization of the starch and hydrogen bonding between the fibers occurs, and the sheet S can have sufficient strength. Note that if the sheet S can have sufficient strength only through hydrogen bonding between the fibers, the sheet S can also be manufactured without using starch. When manufacturing the sheet S without using starch, the sheet manufacturing apparatus 1 does not need to be equipped with a
シートSにおける澱粉の含有量は、例えば、0.1質量%以上50質量%以下、好ましくは、1質量%以上40質量%以下、より好ましくは1質量%以上30質量%以下である。混合物を形成する際に配合を行うことで、このような含有量とすることができる。 The starch content in the sheet S is, for example, 0.1% by mass or more and 50% by mass or less, preferably 1% by mass or more and 40% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 30% by mass or less. Such a content can be achieved by blending when forming a mixture.
なお、澱粉供給部52では、澱粉に加え、製造されるシートSの種類に応じて、繊維を着色するための着色剤や、繊維の凝集や澱粉の凝集を抑制するための凝集抑制剤、繊維等を燃え難くするための難燃剤が含まれていてもよい。混合部50を通過した混合物は、管54を介して、堆積部60に移送される。
In addition to starch, the
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、絡み合った繊維をほぐして、空気中で分散させながら降らせる。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。
The
堆積部60は、例えば、ドラム部61と、ドラム部61を収容するハウジング部63と、を有する。ドラム部61としては、回転する円筒の篩を用いる。ドラム部61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又は粒子を降らせる。ドラム部61の構成は、例えば、ドラム部41の構成と同じである。
The
なお、ドラム部61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、ドラム部61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、ドラム部61は、ドラム部61に導入された混合物の全てを降らしてもよい。
Note that the "sieve" of the
堆積部60は、第2ウェブ形成部70を備える。第2ウェブ形成部70は、ドラム部61を通過した混合物を堆積して、ウェブWを形成する。第2ウェブ形成部70は、例えば、第1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、を有する。
The
第1メッシュベルト72には、堆積部60の開口を通過した混合物が堆積される。第1メッシュベルト72は、張架ローラー74によって張架され、混合物を通し難く空気を通す構成である。第1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。第1メッシュベルト72が連続的に移動しながら、堆積部60を通過した混合物が連続的に降り積もることにより、第1メッシュベルト72上にウェブWが形成される。
The mixture that has passed through the opening of the
サクション機構76は、第1メッシュベルト72の下方に設けられる。サクション機構76は、下方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、ドラム部61により空気中に分散された混合物を第1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、落下中に繊維や澱粉が絡み合うことを防ぐことができる。
The
以上のように、堆積部60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。
As described above, by passing through the
第1メッシュベルト72上におけるウェブWの搬送方向の下流側にはウェブ搬送部80が配置される。ウェブ搬送部80は、第1メッシュベルト72上のウェブWを、第1メッシュベルト72から剥がして加圧部100に向けて搬送する。
図2に示すように、ウェブ搬送部80は、搬送ベルトとしての第2メッシュベルト81と、複数のローラー82と、吸引部としてのサクション機構83と、を有する。第2メッシュベルト81は、複数のローラー82によって張架され、空気を通す構成となっている。第2メッシュベルト81は、ローラー82の自転により回転駆動可能に構成される。サクション機構83は、第2メッシュベルト81を挟んでウェブWに対して対向する位置に配置される。サクション機構83は、吸気ファン(図示せず)を備え、当該吸気ファンの吸引力によって第2メッシュベルト81に上向き(+Z方向)の気流を発生させる。この気流によってウェブWを吸引する。
A
As shown in FIG. 2, the
これにより、ウェブWを第1メッシュベルト72から剥がし、第1メッシュベルト72から剥がされたウェブWの上面である他方面Wbを、第2メッシュベルト81に接触させることができる。そして、ウェブWの他方面Wbが、第2メッシュベルト81に接触して、ウェブWが保持された状態で搬送される。
Thereby, the web W can be peeled off from the
ウェブ搬送部80の下方には加湿部90が配置される。加湿部90は、第2メッシュベルト81と対向するように配置される。加湿部90は、第2メッシュベルト81に接触しているウェブWの下面である一方面Wa側から水分を付与する。加湿部90では、水分として、加湿空気(例えば、水蒸気やミスト)をウェブWに付与する。
A
図2に示すように、加湿部90は、水を貯留可能な容器91と、当該容器91の底部に配置された圧電振動子92と、を備える。容器91の上部には加湿空気を排出する排出口93が形成される。排出口93が、ウェブWの一方面Waと対向するように容器91が配置される。圧電振動子92を駆動させることで、水中に超音波が発生し、容器91内にミスト(加湿空気)が発生する。発生したミストは容器91の排出口93を介してウェブWの一方面Waに向けて付与される。ウェブWの下方から水分を付与することで、加湿部90やその付近に結露が発生した場合でも、水滴がウェブWに落下することがない。すなわち、例えば、ウェブWに対して上方から水分を付与した場合、加湿部90やその付近に水分が付着し、水滴として落下し、水滴がウェブWに付着するおそれがある。この場合、ウェブWに対する水分の付与が不均一となる。しかしながら、本実施形態では水滴の落下等が抑制され、シートSの品質に影響を及ぼすことを避けられる。
As shown in FIG. 2, the
サクション機構83は、第2メッシュベルト81を挟んで加湿部90と対向する位置に配置される。サクション機構83は、加湿部90から排出されたミストを吸引する。排出口93から排出されたミストは、排出口93に対向して配置されたサクション機構83に吸引される。これにより、ミストはウェブWを介してサクション機構83に吸引されるので、ウェブWの厚み方向において水分を付与できる。
The
加湿部90において水分が付与されたウェブWの含水率は、例えば、12質量%以上40質量%以下である。当該ウェブ含水率により、繊維間の水素結合を効果的に形成でき、シートSの強度を増加させることができる。
The moisture content of the web W to which moisture has been added in the
ウェブ搬送部80及び加湿部90の下流には加圧部100が配置される。水分が付与されたウェブWは、加圧部100へと搬送される。
A
加圧部100は、加湿されたウェブWに対して加圧して、シートSを形成する。加圧部100は、ウェブWの一方面Waと接触する第1ローラー101とウェブWの他方面Wbと接触する第2ローラー102とを有する。第1ローラー101と第2ローラー102とでウェブWを挟み込んで加圧してシートSを形成する。なお、加圧部100の詳細な構成は後述する。
加圧部100の下流には切断部120が配置される。加圧部100によって形成されたシートSは切断部120へと搬送される。
The pressurizing
A
切断部120は、加圧部100によって形成されたシートSを切断する。図示の例では、切断部120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122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124と、を有する。第2切断部124は、第1切断部122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が形成される。切断された単票のシートSは、受け部130に排出される。
The
Through the above steps, a cut sheet S of a predetermined size is formed. The cut sheet S is discharged to the receiving
次に、加圧部100の詳細な構成について説明する。まず、加圧部100におけるニップ部Np(加圧箇所)の形態について説明する。
上記の様に、本実施形態では、結着剤として澱粉を用いてシートSを形成するシート製造装置1を実現するものである。ここで、澱粉を用いたシート製造プロセスでは、澱粉を含むウェブWに水分を付与する必要があり、ウェブW中の水分量が比較的多くなることから、例えば、加圧した際に皺等が発生しやすく、シートSの平滑度を保つことが難しくなる。
そこで、本実施形態の加圧部100は平滑なシートSを形成可能に構成される。以下、具体的に説明する。
Next, the detailed configuration of the
As described above, this embodiment realizes the sheet manufacturing apparatus 1 that forms the sheet S using starch as a binder. Here, in the sheet manufacturing process using starch, it is necessary to add moisture to the web W containing starch, and since the amount of moisture in the web W is relatively large, for example, wrinkles etc. may occur when pressurized. This easily occurs, making it difficult to maintain the smoothness of the sheet S.
Therefore, the
図2及び図3に示すように、加圧部100は、第1ローラー101と第2ローラー102とを有する。第1ローラー101及び第2ローラー102の各回転軸は、X軸に沿った方向に沿って配置される。第1ローラー101及び第2ローラー102のX軸に沿った寸法長さは、搬送されるウェブWのX軸に沿った寸法長さよりも長い。これにより、第1ローラー101と第2ローラー102とでウェブWのX軸に沿った全体領域をニップすることができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
そして、本実施形態では、第1ローラー101の表面が第2ローラー102の表面より硬くなるように構成される。具体的には、第1ローラー101は、金属から成り、第2ローラー102は、金属とその表面を覆うゴムとから成る。
さらに詳細には、第1ローラー101は、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等の中空の芯金111を備える。第1ローラー101の表面には、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、ETFE(テトラフルオロチレン・エチレン共重合体)等のフッ素樹脂、あるいはシリコーン樹脂等による表面層112が設けられる。表面層112を設けることにより、ウェブW(シートS)に対する離型性を高めることができる。また、芯金111の摩耗や損傷を抑制できる。
第2ローラー102は、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等の中空の芯金114を備える。芯金114の表面は、ゴムとしてのシリコンゴムやウレタンゴム等による弾性層115によって覆われる。弾性体の硬さは、好ましくはアスカ―C30以上70以下、さらに好ましくはアスカ―C40以上60以下である。弾性層の厚みは1mm以上10mm以下、さらに好ましくは1mm以上5mm以下が好ましい。さらに、弾性層115の表面は、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、ETFE(テトラフルオロチレン・エチレン共重合体)等のフッ素樹脂層もしくはフッ素樹脂を含むチューブで構成された表面層116によって覆われる。表面層116を設けることにより、ウェブW(シートS)に対する離型性を高めることができる。また、弾性層115の摩耗や損傷を抑制できる。
In this embodiment, the surface of the
More specifically, the
The
第1ローラー101と第2ローラー102とによって、ウェブWに対して加圧することで、ウェブWは薄化し、ウェブW内における繊維密度が高まる。ウェブWに対する第1ローラー101と第2ローラー102とによる圧力は、好ましくは0.1Mpa以上15MPa以下、より好ましくは0.2Mpa以上10MPa以下、さらに好ましくは0.4Mpa以上8MPa以下である。このような圧力の範囲であれば、繊維の劣化が抑制でき、製造したシートSを解繊した解繊物を原料にして再び強度の良好なシートSを製造することができる。
By applying pressure to the web W by the
また、本実施形態の第1ローラー101及び第2ローラー102は、加熱機構として、それぞれ加熱用のヒーター113,117(例えば、ハロゲンヒーター)を内蔵している。第1ローラー101、第2ローラー102、及び各ヒーター113,117は、温度検知部によって各温度が取得され、取得された温度に基づいて各ヒーター113,117の駆動が制御される。これにより、第1ローラー101及び第2ローラー102の各表面温度を所定の温度に維持することが可能となる。例えば、第1ローラー101の表面温度は、好ましくは100℃以上130℃以下であり、第2ローラー102の表面温度は、好ましくは80℃以上100℃以下である。
Further, the
本実施形態の加圧部100は、ウェブWに対して加圧と加熱とが同時に実行されるので、シートSの生産性を向上させることができる。また、シート製造装置1の構成を簡素化できる。また、ウェブWに含まれる水分が温度上昇した後に蒸発するとともに、ウェブWの厚さが薄くなって繊維密度が高められる。熱により水分と澱粉とが温度上昇し、圧力により繊維密度が高まること加え、澱粉が糊化し、その後水分が蒸発することにより糊化した澱粉を介して複数の繊維同士が結着する。さらに、熱により水分が蒸発し、圧力により繊維密度が高まることにより、水素結合によって複数の繊維が結着する。
Since the
ここで、澱粉と繊維とを含むウェブWに水分を付与した場合、加圧部100において確実にウェブW内の繊維を結着させてシートSを形成する必要がある。ウェブW中に水分が残っている場合、繊維の結着が不十分となり、シートSに皺等が発生しやすいからである。
そのため、第1ローラー101と第2ローラー102とによってウェブWを挟み込んだニップ部Npにおいて、ニップ幅Nwを十分確保する必要がある。ニップ部Npは、ウェブWに対して第1ローラー101と第2ローラー102とによって加圧する加圧箇所を指し、ニップ幅Nwは、ニップ部NpにおけるウェブWの搬送方向における寸法である。すなわち、ニップ幅Nwは、第1ローラー101と第2ローラー102とによるウェブWのニップ開始位置からニップ終了位置までの長さ寸法である。そして、ニップ幅Nwは、ニップ部NpのX軸に沿ってほぼ一定の寸法で形成される。
Here, when moisture is added to the web W containing starch and fibers, it is necessary to form the sheet S by reliably binding the fibers in the web W in the
Therefore, in the nip portion Np where the web W is sandwiched between the
ニップ幅Nwを十分確保することにより、ウェブWの加熱加圧時間が確保されるため、シートSに含まれる繊維が確実に結着され、機械的強度がより良好なシートSを形成することができる。なお、ニップ幅Nwを確保するため、例えば、第1ローラー101及び第2ローラー102ともに表面がゴムからなるソフトローラーを用いた構成が考えられる。これにより、各ソフトローラーの弾性変形によってニップ幅Nwが確保される。しかしながら、各ソフトローラーがともに弾性変形するため、ニップ部Npにおいて圧力のばらつきが大きくなりすくなり、皺が発生しやすい。従って、平滑なシートSを形成することができない。一方、第1ローラー101及び第2ローラー102ともに金属ローラー(ハードローラー)を用いた場合、弾性変形が生じないので、ニップ幅Nwを十分に確保できず、ウェブWの加圧加熱時間を確保できないため、繊維の結着が不十分となる。
By ensuring a sufficient nip width Nw, the heating and pressurizing time of the web W is ensured, so that the fibers contained in the sheet S are reliably bonded, and a sheet S with better mechanical strength can be formed. In order to ensure the nip width Nw, for example, a configuration using soft rollers with rubber surfaces for both the
本実施形態によれば、互いに硬さの異なる第1ローラー101と第2ローラー102とでウェブWをニップした際、第2ローラー102の表面は、第1ローラー101の押し圧によって安定して凹んだ状態となる。これにより、一定のニップ幅Nwが保持され、ニップ部Np内における圧力が安定する。この状態でウェブWを加熱加圧することができるので、ウェブW内の繊維を確実に結着することができ、平滑なシートSを形成することができる。
According to this embodiment, when the web W is nipped between the
また、ウェブWの一方面Wa側から水分が付与されるので、ウェブWの厚み方向において一方面Wa側の方が、他方面Wb側に比べ水分量が多い。このため、ウェブWをニップした際、熱伝導性のよい金属製の硬い第1ローラー101の加熱により、一方面Wa側から他方面Wb側に向けて水分を移動させることができる。これにより、ウェブWの厚み方向の全体に水分が行き渡った状態で加圧加熱されるので、シートS面内の強度の均一性を高めることができる。
さらに、ウェブWは第1ローラー101側が高温で加熱されるので、ウェブW中の蒸気が低温側の第2ローラー102側に接触する他方面Wbに拡がりやすくなる。また、ウェブWにおいて水分が多い一方面Wa側をより高温で加熱することで他方面Wbへの水分の拡散が促され、加熱効率が向上する。
In addition, since moisture is applied from one side Wa of the web W, the one side Wa has a larger amount of moisture in the thickness direction of the web W than the other side Wb. Therefore, when the web W is nipped, the moisture can be moved from the one side Wa to the other side Wb by the heating of the
Furthermore, since the web W is heated to a high temperature on the side of the
なお、第1ローラー101及び第2ローラー102ともにソフトローラーを用いた構成とした場合、ニップ部Npにおいて各ソフトローラーの表面の伸縮によりシートSの厚みむらが発生してしまう。本実施形態によれば、ウェブWにおける水分が多く含まれる一方面Waがより硬い第1ローラー101側に張り付きやすく、ウェブWを第1ローラー101側に倣わせた状態でニップ可能となる。このとき、ウェブWの一方面Waは第1ローラー101側にピニングされ、他方面Wbは第2ローラー102側でスリップした状態でニップされるので、平滑なシートSを形成することができる。
In addition, in the case where both the
また、本実施形態の第1ローラー101の表面は、凹凸を有する。この場合、表面粗さ計によって計測される表面粗さは、Ra(算術平均粗さ)で好ましくは2μm以上8μm以下、さらに好ましくは3μm以上6μm以下である。また、Rz(最大高さ)で好ましくは15μm以上70μm以下、さらに好ましくは25μm以上50μm以下である。第1ローラー101の表面の凹凸は、例えば、ブラスト処理や溶射によって形成される。
Moreover, the surface of the
第1ローラー101の表面は、非常に微小な凹凸が形成されるため、シートSの平滑度を確保した上で、シートSの第1面Sa(ウェブWの一方面Waに対応する面)と第2面Sb(ウェブWの他方面Wbに対応する面)との面質差を軽減することができる。詳細には、ウェブWを第1ローラー101と第2ローラー102との間で加圧する際に、ウェブW内における繊維密度が高い部分は厚みが厚く、繊維密度が低いところは厚みが薄くなる。ここで、第1ローラー101及び第2ローラー102ともにソフトローラーとした場合は、両ローラーが弾性変形するため、ウェブW内の凹凸は一方面Wa及び他方面Wbにほぼ均等に発生する。これにより、シートSにおける第1面Saと第2面Sbとの面質差は低減される。しかし、本実施形態では、一方の第1ローラー101が金属製であるため、弾性変形せず、ニップした際、ウェブW内の凹凸が柔らかい表面を有する第2ローラー102側に偏る。そのため、シートSにおける第2ローラー102側の第2面Sbが比較的粗い面となり、第1ローラー101側の第1面Saが平滑面となり、シートSにおける第1面Saと第2面Sbとの面質差が発生してしまう。そこで、第1ローラー101の表面に微小な凹凸を形成することで第1ローラー101側の第1面Saも比較的粗い面になる。従って、シートSの第1面Saと第2面Sbとの面質差を軽減することができる。また、シートSの第1面Saと第2面Sbとを手指で触った際、シートSの第1面Saと第2面Sbとの質感が同様であり、違和感が低減される。また、例えば、シートSに対してプリンター等で画像を形成した際、第1面Saと第2面Sbとにおいて同様の画像品質を保持することができる。
Since the surface of the
次に、加圧部100におけるウェブWの巻き掛け形態について説明する。
上記したように、本実施形態では澱粉を用いたシート製造プロセスを採用する。ここで、ウェブWは加湿部90によって水分が付与されるため、変形や破断等の発生が起こりやすく、取り扱いが困難である。
そこで、本実施形態の加圧部100はウェブWを安定した状態で取り扱い可能に構成される。以下、具体的に説明する。
Next, the winding manner of the web W in the
As described above, in the present embodiment, a sheet manufacturing process using starch is adopted. Here, since moisture is added to the web W by the
Therefore, the pressurizing
加圧部100は、ニップ部Np(加圧箇所)においてウェブWの一方面Waと接触する第1ローラー101と、ニップ部NpにおいてウェブWの他方面Wbと接触する第2ローラー102とを有する。
図3に示すように、ウェブWの一方面Waがニップ部Npを始点として所定の長さにわたって第1ローラー101の表面と接触するように、ウェブWが搬送される。そして、ウェブWの一方面Waが第1ローラー101の表面と接触している間に、第1ローラー101がウェブWに対して加熱を行う。すなわち、ウェブWは、ニップ部Np、及びニップ部Npから所定の長さにわたって第1ローラー101に巻き掛けられる巻き掛け領域Taにおいて加熱される。巻き掛け領域Taを経ることでシートSが形成される。
The
As shown in FIG. 3, the web W is conveyed such that one surface Wa of the web W contacts the surface of the
本実施形態では、ウェブWの一方面Wa側から水分が付与されるため、他方面Wbに比べて水分量が多いので、ウェブWの一方面Waの方が張り付きやすい。この特性を利用して、ウェブWの一方面Waを第1ローラー101に張り付けた状態(巻き掛けた状態)で搬送することで、ウェブWを安定して取り扱うことができる。また、ウェブWにおいて水分量が多い一方面Wa側が第1ローラー101に巻き掛けられるので効率よく加熱することができる。
In this embodiment, since moisture is applied from one side Wa of the web W, the amount of moisture is greater than that on the other side Wb, so the one side Wa of the web W sticks more easily. Utilizing this characteristic, the web W can be stably handled by conveying the web W with one side Wa attached to the first roller 101 (wrapped around it). In addition, since the one side Wa side of the web W having a large moisture content is wound around the
また、ニップ部Npから排出されたウェブWの内部にはまだ水分が残っており、ウェブWの変形や破断しやすい状態である。本実施形態では、ニップ部Npの搬送方向下流において第1ローラー101に巻き掛け領域Taを設けることでウェブWの搬送性を高め、確実に乾燥させることができる。
また、ウェブWの自重により、搬送されるウェブWの下方に配置される第1ローラー101に巻き掛けることで、ニップ部Np後のウェブWの搬送姿勢が安定し、変形等の発生を抑制することができる。
In addition, moisture still remains inside the web W discharged from the nip portion Np, making the web W prone to deformation and breakage. In this embodiment, the
In addition, by wrapping the web W around the
第1ローラー101に対向する位置であり、かつ、ウェブWの搬送方向においてニップ部Npより下流に第3ローラー103が設けられる。また、第3ローラー103の下流には搬送ローラー対118が配置される。搬送ローラー対118の駆動によってウェブW(シートS)が下流に搬送される。そして、ニップ部Npから巻き掛け領域Taを経たウェブWは、所定の位置で第1ローラー101から剥離され、第3ローラー103の下部と接触して下流に搬送される。
ウェブWは、第3ローラー103を介して搬送されるため、ウェブWの第1ローラー101に巻き掛けられる所定の長さ(巻き掛け領域Ta)を一定に保持することができる。
A
Since the web W is conveyed via the
さらに、第1ローラー101の表面は凹凸を有するため、当該凹凸によるピン止め効果(アンカー効果)により、ニップ部Np後のウェブWの変形や破断を抑制しつつ、巻き掛け領域Taの加熱途中に収縮によるウェブWのうねりの発生も抑制できる。
Furthermore, since the surface of the
ここで、第1ローラー101は駆動ローラーであり、第2ローラー102は従動ローラーである。ウェブWが巻き掛けられる側の第1ローラー101が駆動ローラーであるため、ウェブWの搬送速度及びウェブWに対するテンションが安定し、平滑なシートSを形成できる。
Here, the
また、本実施形態では、第1ローラー101の径は、第2ローラー102の径よりも大きい。第1ローラー101の径は、例えば、110mm以上150mm以下であり、第2ローラー102の径は、例えば、80mm以上110mm未満である。
第1ローラー101の径を大きくすることで巻き掛け領域Taを確保できる。すなわち、ウェブWの加熱時間を確保できる。巻き掛け領域TaにおけるウェブWの巻き掛け寸法は、例えば、第1ローラー101の外周寸法の1/8~1/2程度、好ましくは1/8~1/4程度である。なお、巻き掛け領域Taは、ヒーター113の加熱条件等により適宜設定変更可能である。
ウェブWは、より大きなローラー周面に倣って搬送されるため、乾燥完了時のシートSの巻き癖カールが小さくなる。
また、第2ローラー102を小さくすることで加圧部100の構成を小型化できる。
Further, in this embodiment, the diameter of the
By increasing the diameter of the
Since the web W is conveyed following the larger roller circumferential surface, the curl of the sheet S upon completion of drying is reduced.
Further, by making the
1…シート製造装置、10…供給部、11…粗砕部、20…解繊部、40…選別部、50…混合部、52…澱粉供給部、60…堆積部、70…第2ウェブ形成部、80…ウェブ搬送部、90…加湿部、91…容器、92…圧電振動子、93…排出口、100…加圧部、101…第1ローラー、102…第2ローラー、103…第3ローラー、111…芯金、112…表面層、113…ヒーター、114…芯金、115…弾性層、116…表面層、117…ヒーター、118…搬送ローラー対、120…切断部、130…受け部、W…ウェブ、Wa…一方面、Wb…他方面、S…シート、Sa…第1面、Sb…第2面、Np…ニップ部、Nw…ニップ幅、Ta…巻き掛け領域。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Sheet manufacturing apparatus, 10... Supply part, 11... Crushing part, 20... Defibration part, 40... Sorting part, 50... Mixing part, 52... Starch supply part, 60... Deposition part, 70... Second web formation Part, 80... Web conveyance part, 90... Humidification part, 91... Container, 92... Piezoelectric vibrator, 93... Discharge port, 100... Pressure part, 101... First roller, 102... Second roller, 103... Third Roller, 111... Core bar, 112... Surface layer, 113... Heater, 114... Core bar, 115... Elastic layer, 116... Surface layer, 117... Heater, 118... Transport roller pair, 120... Cutting section, 130... Receiving section , W...web, Wa...one side, Wb...other side, S...sheet, Sa...first side, Sb...second side, Np...nip portion, Nw...nip width, Ta...wrapping area.
Claims (6)
前記ウェブの一方面の側から水分を付与する加湿部と、
加湿された前記ウェブに対して加圧箇所において加圧して、シートに形成する加圧部と、を備え、
前記加圧部は、前記加圧箇所において前記ウェブの前記一方面と接触する第1ローラーと、前記加圧箇所において前記ウェブの他方面と接触する第2ローラーとを有し、
前記ウェブの前記一方面が前記加圧箇所を始点として所定の長さにわたって前記第1ローラーの表面と接触するように、前記ウェブが搬送され、
前記第1ローラーは加熱機構を有し、前記ウェブの前記一方面が前記第1ローラーの表面と接触している間に、前記第1ローラーが前記ウェブに対して加熱を行う、ことを特徴とするシート製造装置。 a depositing section for depositing fiber-containing material by airflow to form a web;
a humidifying unit that applies moisture from one side of the web;
a pressurizing section that presses the humidified web at a pressurizing point to form a sheet;
The pressure unit includes a first roller that contacts the one surface of the web at the pressure location, and a second roller that contacts the other surface of the web at the pressure location,
The web is conveyed such that the one side of the web contacts the surface of the first roller over a predetermined length starting from the pressurized point,
The first roller has a heating mechanism, and the first roller heats the web while the one side of the web is in contact with the surface of the first roller. sheet manufacturing equipment.
前記第1ローラーは金属から成る、ことを特徴とするシート製造装置。 The sheet manufacturing apparatus according to claim 1,
A sheet manufacturing apparatus characterized in that the first roller is made of metal.
前記第1ローラーの径は、前記第2ローラーの径よりも大きい、ことを特徴とするシート製造装置。 The sheet manufacturing apparatus according to claim 1,
A sheet manufacturing apparatus characterized in that a diameter of the first roller is larger than a diameter of the second roller.
前記第1ローラーに対向する位置であり、かつ、前記ウェブの搬送方向において前記加圧箇所より下流に設けられた第3ローラーを有し、
前記第1ローラーから剥離された前記ウェブが前記第3ローラーと接触する、ことを特徴とするシート製造装置。 The sheet manufacturing apparatus according to claim 1,
a third roller located at a position opposite to the first roller and provided downstream from the pressurizing point in the conveyance direction of the web;
A sheet manufacturing apparatus characterized in that the web peeled off from the first roller contacts the third roller.
前記第1ローラーの表面は、凹凸を有する、ことを特徴とするシート製造装置。 The sheet manufacturing apparatus according to claim 2,
A sheet manufacturing apparatus characterized in that the surface of the first roller has irregularities.
前記繊維を結合させるための澱粉を供給する澱粉供給部と、
前記澱粉と前記繊維とを混合する混合部と、を含む、ことを特徴とするシート製造装置。 The sheet manufacturing apparatus according to claim 1,
a starch supply unit that supplies starch for binding the fibers;
A sheet manufacturing device comprising: a mixing section that mixes the starch and the fibers.
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