JP5716665B2 - 繊維シートの製造装置 - Google Patents
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Description
本願は、2009年7月24日に、日本に出願された特願2009−173136号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
乾燥セクションには、フェルト布(毛布)からなる無端ベルトが設けられている。このフェルト布(毛布)上にウエブを転載し、フェルト布(毛布)をシリンダードライヤー表面に接触させてウエブを乾燥させることにより、繊維シートを生成する。
そこで本発明は、微細繊維からなるウエブの破損を防止しつつ繊維シートを抄造することが可能な、繊維シートの製造装置の提供を課題とする。
この構成によれば、複数の無端ベルト間でウエブを受け渡す必要がないので、微細繊維の採用によりウエブの強度が弱くなっても、受け渡しに伴うウエブの破損を回避することができる。したがって、微細繊維からなる繊維シートを確実に抄造することができる。
本発明の1つの側面としては、前記無端ベルトがメッシュワイヤーから形成される場合、前記メッシュの目開き寸法は5μm以上50μm以下に形成されていることを特徴とする。なお、前記目開き寸法は10μm以上40μm以下に形成されていることがより好ましい。
目開き寸法が50μmを超える場合は、分散液に含まれる微細繊維がメッシュ空孔から抜け落ち易くなり、抄造が困難になる。また目開き寸法が5μm未満の場合は、分散液に含まれる分散媒がメッシュ空孔を透過し難くなり、搾水および乾燥に長時間を要することになる。したがって、目開き寸法を5μm以上50μm以下とすることにより、微細繊維からなる繊維シートを確実かつ効率的に抄造することができる。
また、目開き寸法を5μm以上50μm以下とすることで、無端ベルトの上面の凹凸が小さくなる。これにより、無端ベルトの上面で湿式抄造される繊維シートの凹凸を小さくすることが可能になり、平坦性に優れた繊維シートを形成することができる。また、無端ベルトから繊維シートを容易に分離することができる。
この構成によれば、搾水セクションにおいて分散液の吐出および分散媒の搾水を連続して行うことができる。
この構成によれば、搾水手段により強制的に分散媒を搾水することができるので、搾水作業を効率的に行うことができる。
この構成によれば、分散媒の上方からも第2搾水手段により強制的に分散媒を搾水することができるので、搾水作業を極めて効率的に行うことができる。
一般に、微細繊維を含む分散液の粘度は、通常の繊維を含む分散液に比べて高いので、吐出された分散液の厚さが厚くなるとともに、分散液の厚さが不均一になる。これに対して本発明では、プレートにより吐出された分散液の上面を均すことができるので、分散液の厚さが均一になるとともに、分散液の厚さを薄くすることができる。したがって、厚さが薄くかつ均一な繊維シートを形成することができる。
この構成によれば、シリンダードライヤーによりウエブが加熱され、ウエブに残留していた分散媒が蒸発し、蒸発した分散媒が無端ベルトの空孔を通って毛布に吸収される。これにより、蒸発した分散媒が再びウエブに付着するのを防止することができるので、ウエブを確実かつ効率的に乾燥させることができる。
この構成によれば、巻き取られた状態の繊維シートを製造することができる。
この構成によれば、所定長さに裁断されて積層された状態の繊維シートを製造することができる。
本発明は、上記の任意の特徴を、それぞれ単独で、または2もしくは3以上の特徴を適宜組み合わせて有することができる。
本実施形態は、微細繊維を含む分散液から繊維シートを抄造する装置に関するものである。繊維シートは、微細繊維の集合体(不織布状、紙状)で構成される。微細繊維として、パルプを微細化したセルロース繊維を使用することができる。分散液は、水または有機溶媒または水と有機溶媒との混合液等からなる分散媒に、微細繊維を分散させて調製する。
従来の繊維シートの繊維は、繊維径が10〜100μm(繊維長が0.3〜1mm)であるのに対して、本実施形態で抄造する繊維シートの繊維は、繊維径が0.005〜1μm(繊維長が0.05〜0.6mm)の微細繊維である。このような微細繊維で繊維シートを構成すれば、繊維シートの薄膜化および空孔率の増加が可能になり、しかも空孔径の縮小が可能になる。この繊維シートを蓄電デバイスのセパレータに採用すれば、蓄電デバイスの蓄電性能を向上させることができる。
図1は、本実施形態に係る繊維シートの製造装置の概略構成図である。繊維シートの製造装置1は、微細繊維を含む分散液3aを無端ベルト(メッシュワイヤーまたはメンブレンフィルター)10上に吐出し、吐出された分散液3aから分散媒を搾水してウエブ3bを生成する搾水セクション20と、ウエブ3bを乾燥させて繊維シート3cを生成する乾燥セクション40と、生成された繊維シート3cを無端ベルト10からはがして巻き取る巻取セクション60とを備えている。そして本実施形態では、搾水セクション20から乾燥セクション40および巻取セクション60にかけて連続した1本の無端ベルト10が配設され、搾水セクション20で生成されたウエブ3bが無端ベルト10に載置されたまま乾燥セクション40および巻取セクション60に搬送されるようになっている。
図2は、無端ベルトとして採用しうるメッシュワイヤー10を法線方向から見た場合の拡大図である。メッシュワイヤー10は、ステンレス等の金属またはポリエステル等の樹脂からなる線材11を、メッシュ状に編み込んで形成されている。メッシュワイヤー10を構成する線材11の線径Bは10〜40μmとされている。具体的な線径Bは、例えばφ20μmまたはφ34μmとすることができる。またメッシュワイヤー10のメッシュ空孔12の目開き寸法Aは5〜50μmとされている。目開き寸法Aが50μmを超える場合は、分散液に含まれる微細繊維(繊維長50〜600μm)がメッシュ空孔12から抜け落ち易くなり、抄造が困難になるからである。また目開き寸法Aが5μm未満の場合は、分散液に含まれる分散媒がメッシュ空孔12を透過し難くなり、搾水および乾燥に長時間を要するからである。目開き寸法Aの好ましい範囲は10〜40μmである。
図1に示すように、搾水セクション20には、分散液3aの吐出部20aおよび分散媒の搾水部30が設けられている。吐出部20aには、走行中の無端ベルト10の上面に分散液3aを吐出するダイヘッド22と、吐出された分散液3aの上面を均すプレート24とが設けられている。搾水部30には、分散液3aから分散媒を強制的に搾水する吸引装置(搾水手段)32が設けられている。
プレート24は、樹脂材料等により平板状に形成されている。プレート24は、無端ベルト10の上面に直立した状態から、その上端部を無端ベルト10の走行方向の下流側に傾けて配置されている。プレート24の下端部は、図3に示すような平面でもよいし、先細り形状でもよい。プレート24は、ダイヘッド22の下流側に設けられている。本実施形態では、複数のダイヘッド22a,22bの下流側にそれぞれプレート24a,24bが設けられているが、複数のダイヘッドの下流側に1個のプレートが設けられていてもよい。
これに対して本実施形態では、ダイヘッド22の下流側に配置されたプレート24により、吐出された分散液3aの上面を均すことができる。これにより、微細繊維を含む分散液3aを吐出した場合でも、分散液3aの上面が平坦化されて厚さが均一になるとともに、分散液3aの厚さを薄くすることができる。したがって、厚さが薄くかつ均一な繊維シートを形成することができる。
この変形例において、吸引装置32および第2吸引装置132を駆動すると、分散液3aの下方から分散媒が無端ベルト10を通って吸引装置32に吸引されるとともに、分散液3aの上方から分散媒が第2無端ベルト110を通って第2吸引装置132に吸引される。したがって、より短時間で分散液3aから分散媒を搾水することが可能になり、搾水作業を極めて効率的に行うことができる。
図8および図9は、搾水部の変形例の概略構成図を示している。本発明のような長網型抄紙機では、通常、ワイヤー(無端ベルト)は水平に保持されているが、この変形例として両面脱水のツインワイヤー方式、縦型両面脱水方式(図8)も使用可能である。
縦型両面脱水方式(図8)の両面脱水ワイヤー(無端ベルト)は、両面から微細繊維を含む分散液3aを脱水するものである。吸引装置32および132で両面から脱水するために倍量の脱水効果がある。
さらに、ワイヤー(無端ベルト)が傾斜した傾斜型ワイヤー方式(図9)も使用可能である。傾斜したワイヤーゾーンを持つためワイヤー上に、分散液供給口221から導入した多量の微細繊維を含む分散液3aを載せることができる。この方式は微細繊維を含む分散液3aが側方から流出することを防ぐため、ワイヤー部分の両端部に壁220を設けている。
また、この微細繊維を含む分散液3aを壁内で完全に密閉した形式にして内圧を上げることで脱水効率を高めることもできる。前述したように傾斜ワイヤー方式はワイヤー(無端ベルト)上に多量の微細繊維を含む分散液3aを載せることができるため、低濃度の分散液で坪量を増やして抄紙することが可能となり、シート膜厚を大きくするための有効な手段である。
図1に戻り、乾燥セクション40には、シリンダードライヤーで構成された第1ドライヤー42および第2ドライヤー52と、第1ドライヤー42の外周に沿って配置されたフェルト布(毛布)44とが設けられている。
第1ドライヤー42および第2ドライヤー52は、シリンダードライヤーで構成されている。シリンダードライヤーは、シリンダーの内部に熱媒体を導入して外周面を高温に保持し、外周面上に配置された試料に含まれる液体成分を蒸発させて試料を乾燥させるものである。なお、乾燥セクション40を覆うようにフード49が設けられている。
フェルト布44は、毛布からなり、乾燥セクション40内を循環走行する。フェルト布(毛布)44は、第1ドライヤー42の半径方向において無端ベルト10の外側に配置されている。フェルト布(毛布)44は、無端ベルト10と同様に、第1ドライヤー42の約半周に渡り外周面に沿って配置されている。フェルト布(毛布)44は、第1ドライヤー42の外周面に沿って無端ベルト10と同じ角速度で走行するようになっている。
以上により、ウエブ3bの乾燥が完了して繊維シート3cが形成される。
図1に戻り、巻取セクション60には、無端ベルト10から繊維シート3cを分離する一対の分離ローラ62a,62bと、繊維シート3cを巻き取る巻取りリール64とが設けられている。
一対の分離ローラ62a,62bは、無端ベルト10の両側に配置されている。一対の分離ローラ62a,62bで無端ベルト10および繊維シート3cを挟み込むことにより、繊維シート3cが無端ベルト10から分離して一方の分離ローラ62aの表面に転移する。
巻取りリール64は、分離ローラ62aの表面から繊維シート3cを引き離して巻き取るようになっている。この構成によれば、巻き取られた状態の繊維シートを製造することができる。
この構成によれば、複数の無端ベルト間でウエブ3bを受け渡す必要がないので、微細繊維の採用によりウエブ3bの強度が弱くなっても、受け渡しに伴うウエブ3bの破損を防止することができる。したがって、微細繊維からなる繊維シート3cを確実に抄造することができる。
目開き寸法Aが50μmを超える場合は、分散液に含まれる微細繊維がメッシュ空孔12から抜け落ち易くなり、抄造が困難になる。また目開き寸法Aが5μm未満の場合は、分散液に含まれる分散媒がメッシュ空孔12を透過し難くなり、搾水および乾燥に長時間を要することになる。したがって、目開き寸法Aを5〜50μmとすることにより、微細繊維からなる繊維シートを確実かつ効率的に抄造することができる。
例えば、本発明に係る繊維シートの製造装置で製造された微細繊維からなる繊維シートは、坪量が0.1〜1000g/m2であることが好ましく、1〜500g/m2であることがさらに好ましく、5〜100g/m2であることが特に好ましい。坪量が0.1g/m2未満になるとシート強度が極端に弱くなり、連続生産が困難となる。坪量が1000g/m2より超えると脱水に非常に時間がかかり、生産性が極端に低下して好ましくない。
本発明で得られる繊維シートの厚さは0.1〜1000μmが好ましく、1〜500μmがさらに好ましく、5〜500μmが特に好ましい。厚さが0.1μm未満になるとシート強度が極端に弱くなり、連続生産が困難となる。厚さが1000μmより超えると脱水に非常に時間がかかり、生産性が極端に低下して好ましくない。
本発明で得られる繊維シートの用途としては、蓄電デバイスに限られず、各種フィルター等の様々な用途に利用することが可能である。
24a…第1プレート 24b…第2プレート 32…吸引装置(搾水手段) 40…乾燥セクション 42…第1ドライヤー(シリンダードライヤー) 44…フェルト布(毛布) 60…巻取セクション 110…第2無端ベルト(第2メッシュワイヤーまたは第2メンブレンフィルター) 132…第2吸引装置(第2搾水手段) 160…裁断セクション 220…壁 221…分散液供給口
Claims (10)
- 微細繊維を含む分散液から繊維シートを抄造する装置であって、
前記分散液を無端ベルトの上面に吐出し、吐出された前記分散液から分散媒を搾水してウエブを生成する搾水セクションと、
前記ウエブを乾燥させて繊維シートを生成する乾燥セクションと、を備え、
前記搾水セクションから前記乾燥セクションにかけて連続して配設された前記無端ベルトを有し、前記搾水セクションで生成された前記ウエブが前記無端ベルトに載置されたまま前記乾燥セクションに搬送され、前記乾燥セクションの下流側で生成された前記繊維シートを前記無端ベルトから剥離することを特徴とする繊維シートの製造装置。 - 前記無端ベルトはメッシュワイヤーから形成され、前記メッシュワイヤーのメッシュの目開き寸法が5μm以上50μm以下に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の繊維シートの製造装置。
- 前記無端ベルトはメンブレンフィルターであり、前記メンブレンフィルターの空孔の平均孔径が1.0μm以上10.0μm以下に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の繊維シートの製造装置。
- 前記搾水セクションには、前記分散液を吐出するダイヘッドまたはスプレーヘッドが設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の繊維シートの製造装置。
- 前記搾水セクションにおける前記無端ベルトの下方には、吐出された前記分散液から前記分散媒を搾水する搾水手段が設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の繊維シートの製造装置。
- 前記搾水セクションにおける前記無端ベルトの上方には、前記無端ベルトと対向する第2無端ベルトが配置され、
前記第2無端ベルトの上方には、吐出された前記分散液から前記分散媒を搾水する第2搾水手段が設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の繊維シートの製造装置。 - 前記搾水セクションには、吐出された前記分散液の上面を均すプレートが設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の繊維シートの製造装置。
- 前記乾燥セクションでは、シリンダードライヤーの外周面上に、半径方向内側から外側にかけて前記ウエブ、前記無端ベルトおよび毛布を順に配置して、前記ウエブを乾燥させることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の繊維シートの製造装置。
- 前記乾燥セクションの下流側に、生成された前記繊維シートを前記無端ベルトから剥離して巻き取る巻取セクションが設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の繊維シートの製造装置。
- 前記乾燥セクションの下流側に、生成された前記繊維シートを前記無端ベルトから剥離し裁断して積層する裁断セクションが設けられていることを特徴とする請求項1ないし請
求項8のいずれか1項に記載の繊維シートの製造装置。
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