JP5720255B2

JP5720255B2 - 紙再生装置及び紙再生方法

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Publication number: JP5720255B2
Application number: JP2011004113A
Authority: JP
Inventors: 利昭山上
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: JP2012144819A

Description

本発明は、水を極力利用しない乾式による紙再生技術に基づく紙再生装置及び紙再生方法に関する。

従来、オフィスなどから排出される古紙のリサイクルにおいては、古紙を水に投入し、主に機械的作用により離解して、抄き直す、所謂、湿式方式が採用されている。このような湿式方式の古紙リサイクルは大量の水を必要とするため、安価にするために処理規模を大きくする必要がある。そのため、大量の古紙の収集が不可欠であり、水処理施設の整備のメンテナンスに手間がかかる上、さらに、乾燥工程に係るエネルギーが大きくなるという問題点があった。

ところで、オフィスからは機密事項が記載された古紙も排出されることから、機密保持の観点からも、古紙を自らのオフィス内で処理することが望まれている。ところが、小規模なオフィスから排出される古紙は量が少ないため、上記のような大規模な処理に必要な量を確保することが困難である。また、上記のような大規模処理のための設備をオフィス内に設置することも現実的ではない。そこで、紙のリサイクルのために、水を極力利用しない乾式による紙再生技術がこれまでいくつか提案されている。

例えば、特許文献１（特開平１−１４８８８８号公報）の記載の発明では、二次繊維源を乾式で繊維化することで、印刷されたインクを検出困難なほど微細なインク班点にすることで、新聞印刷用のシートとして利用することが開示されている。
特開平１−１４８８８８号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術によって再生される紙は、古紙を解繊することによって得られる繊維に含まれるインク粒などの成分を除去する、所謂、脱墨工程を経ていないものであり、白色度が低く、用途が新聞印刷用紙などに限定されてしまう、という問題があった。

本発明は上記のような問題を解決するために、本発明に係る紙再生装置は、紙を粉砕して解繊する乾式解繊部と、前記乾式解繊部で解繊された解繊物を搬送する第１搬送部と、前記第１搬送部で搬送された解繊物を気流分級して脱墨する分級部と、前記分級部で脱墨された解繊物を搬送する第２搬送部と、前記第２搬送部で搬送された解繊物で紙を成形する紙成形部と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る紙再生装置は、前記分級部の前記第１搬送部との接続部の気流の流速は、前記乾式解繊部の前記第１搬送部との接続部の気流の流速より大きい。

また、本発明に係る紙再生装置は、前記分級部は、サイクロンである。

また、本発明に係る紙再生装置は、前記紙成形部は、前記第２搬送部で搬送された解繊物を空気中に分散させる分散部材、分散された解繊物を吸引する吸引部材、及び前記吸引部材で吸引された解繊物を搬送するメッシュベルトを有する。

また、本発明に係る紙再生装置は、前記メッシュベルトは、形成された紙を搬送するとともに、形成された紙に水分を噴霧する水分噴霧器を有する。

また、本発明に係る紙再生装置は、前記水分噴霧器によって水分を噴霧された紙を加熱する加熱ローラーを有する。

また、本発明に係る紙再生装置は、前記分級部で解繊物から分級された分級部を搬送する第３搬送部と、前記第３搬送部で搬送された分級物を吸引する吸引部と、を有する。

また、本発明は上記のような問題を解決するために、本発明に係る紙再生装置は、印刷された古紙を解繊する乾式解繊部と、前記乾式解繊部で解繊された解繊物を搬送する第１搬送部と、前記第１搬送部で搬送された前記解繊物を気流分級する分級部と、前記分級部で気流分級された前記解繊物で紙を成形する紙成形部と、を有し、前記分級部と前記第１搬送部との接続部の気流の流速は、前記乾式解繊部と前記第１搬送部との接続部の気流の流速より大きいことを特徴とする。
また、本発明に係る紙再生装置は、前記分級部は、サイクロンである。
また、本発明に係る紙再生装置は、前記分級部で前記解繊物から分級された分級物を搬送する第３搬送部と、前記第３搬送部で搬送された前記分級物を吸引する吸引部と、を有する。
また、本発明に係る紙再生装置は、前記第３搬送部で搬送された前記分級物を回収する受け部を有する。
また、本発明に係る紙再生装置は、前記分級部で気流分級された前記解繊物を搬送する第２搬送部を有し、前記紙成形部は、前記第２搬送部で搬送された前記解繊物を空気中に分散させる分散部材、分散された前記解繊物を吸引する吸引部材、及び前記吸引部材で吸引された前記解繊物を搬送するメッシュベルトを有する。
また、本発明に係る紙再生装置は、前記メッシュベルトの穴径は、６０〜１２５μｍである。
また、本発明に係る紙再生方法は、印刷された古紙を乾式解繊部で解繊する工程と、解繊された解繊物を第１搬送部で搬送する工程と、前記第１搬送部で搬送された解繊物を分級部で気流分級する工程と、前記分級工程で気流分級された解繊物で紙を成形する工程と、を有し、前記分級部と前記第１搬送部との接続部の気流の流速は、前記乾式解繊部と前記第１搬送部との接続部の気流の流速より大きいことを特徴とする。

以上、本発明の紙再生装置及び紙再生方法は、分級部によって、古紙の繊維をインク粒と脱墨繊維とに気流分級し、前記脱墨繊維で紙を成形するので、本発明の紙再生装置及び紙再生方法によれば、白色度が向上した、新聞印刷用紙以外の用途に幅広く利用することが可能な紙を再生することが可能となる。

本発明の実施形態に係る紙再生装置の概略構成を示す模式図である。本発明の他の実施形態に係る紙再生装置の概略構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る紙再生装置の概略構成を示す模式図である。本実施形態に係る紙再生装置は、水を極力利用しない乾式によって、古紙を新たな紙に再生する技術に基づくものである。

本実施形態に係る紙再生装置に供給する古紙としては、例えば、オフィスで現在主流となっているＡ４サイズの古紙などを用いる。このような古紙を紙再生装置の粗砕機１０に投入することで、粗砕機１０の粗砕刃１１によって古紙を数センチ角の紙片に分断する。また、このような粗砕機１０には、古紙を連続的に投入するための自動送り機構５が設けられていることが好ましい。自動送り機構５における投入速度的は生産性を考えると高いほうがよいが、高すぎると、処理のための装置が大掛かりになるので、１０〜１００ｐｐｍが望ましい。

粗砕機１０における粗砕刃１１は通常のシュレッダーの刃の切断幅を広げたような装置とすることで対応が可能である。粗砕刃１１で数センチ角に分断された粗砕紙片は、ホッパー１２から粗砕紙導入管２０を経て次工程である解繊工程へと導かれる。

粗砕紙導入管２０は乾式解繊機３０の導入口３１に連通しており、導入口３１から乾式解繊機３０内に導かれた粗砕紙は、回転するローター３４と、ステーター３３と間で解繊される。乾式解繊機３０は気流も発生する機構となっており、解繊された繊維はこの気流に乗って排出口３２から第１搬送管４０へと導かれる。

ここで、乾式解繊機３０の具体例につき説明する。乾式解繊機３０には、例えば、ディスクリファイナーや、ターボミル（ターボ工業株式会社製）、セレンミラー（増幸産業業株式会社製）、特開平６−９３５８５号公報で開示されているような、風発生機構を備えた乾式古紙解繊装置を利用することができる。このような乾式解繊機３０へ投入する紙片のサイズは、通常のシュレッダーにより排出されるものでもよいが、紙の強度を考慮する
と、シュレッダーで排出される機密処理用の細かい紙片（例えば４ｍｍ幅）より大きい方がよいが、大きすぎると乾式解繊機３０への投入が困難になるので、数センチ角に千切ったものが望ましい。

また、風発生機構を備える乾式解繊機３０においては、自らの発生する気流によって、導入口３１から、紙片を気流と共に吸引し、解繊処理し、排出口３２側へと搬送する。

例えば、ターボミル形式である、インペラーミル２５０（株式会社セイシン企業製）では、出口側に１２枚のブレードを設置することで、８０００ｒｐｍ（周速約１００ｍ／ｓ）のとき、約３ｍ³／ｍｉｎの風量を発生することができる。このときの導入口３１側で
の風速は約４ｍ／ｓでありこの気流に乗って紙片は導入される。導入された紙片は、高速回転するブレードと、ステーターの間で解繊され、排出口３２から排出される。排出速度は排出管径φ１００で約６．５ｍ／ｓである。

なお、風発生機構を備えていない乾式解繊機３０を用いる場合には、粗紙片を導入口３１に導く気流を別途設けるようにすればよい。

乾式解繊機３０における解繊工程では、紙片の形がなくなるまでパルプを繊維状に解繊することが、後の工程において成形される紙のムラがなくなるので好ましい。このとき、印刷されたインクやトナー、にじみ防止材等の紙への塗工材料等も粉砕され、数十μｍの粒となるまで粉砕される（以下インク粒）。したがって、乾式解繊機３０からのアウトプットは、紙片の解繊により得られる繊維とインク粒である。

また、乾式解繊機３０として、例えば、ディスクリファイナーを用いる場合、円盤状の面に半径方向に刃が形成されているが、円周にふちのある刃が望ましい。また、ローター３４側の回転刃と、ステーター３３側の固定刃のギャップは紙片の厚さ程度、例えば１００−１５０μｍ程度に維持することが望ましい。このとき解繊物は回転刃の発生する気流により外周に移動し、排出口３２から排出される。

乾式解繊機３０の排出口３２から気流に乗った解繊物は、第１搬送管４０からサイクロン５０に導入される。ここで、第１搬送管４０の途中には管径縮小部４５が設けられている。この管径縮小部４５は第１搬送管４０において、繊維を搬送する気流の調整を行う調整部として機能する。すなわち、このような調整部においては、第１搬送管４０の搬送断面の調整を行うことで、第１搬送管４０における繊維を搬送する気流の調整を行っている。その結果、サイクロン５０の導入口５１における気流速度が、乾式解繊機３０の排出口３２における気流速度より大きいように調整される。

サイクロン５０においては脱墨工程が実施され、第１搬送管４０で搬送された繊維をインク粒と脱墨繊維とに気流分級する。なお、本発明においてはサイクロン５０に代えて他の種類の気流式分級器を利用することできるが、なかでもサイクロンは簡便な構造で望ましい。サイクロン以外の気流式分級器としては、例えば、エルボージェットやエディクラシファイヤ等が用いられる。気流式分級器は旋回気流を発生させ、混合物をその遠心力とサイズによって分離、分級するもので、気流の速度、遠心力の調整により、分級点を調整できる。

サイクロン５０によって脱墨を行う上では、接線入力方式のサイクロンが比較的簡便な構造であり望ましい。このサイクロン５０は、導入口５１と、導入口５１が接線方向についた円筒部５２、円筒部５２に続く逆円錐部５３、逆円錐部５３の頂点に設けられる下部取出口５４、円筒部５２上部中央に設けられる微粉排出のための上部排気口５５から構成される。気流に乗った解繊物（繊維とインク粒の混合物）は約１０−２０ｍ／ｓで導入口
５１から導入されるのが望ましい。

脱墨工程においては、サイクロン５０の導入口５１から導入された解繊物をのせた気流は、外径φ１００−３００ｍｍ程度の円筒部５２で円周運動に変わり、遠心力がかかり、気流との相乗効果で、繊維は絡み合い大きくなり、インク粒が分離され、逆円錐部５３へと移動し、分離したインク粒は空気とともに微粉として上部排気口５５へ導出され、脱墨が進行する。

ところで、サイクロン５０への導入速度は高い方が有利である。また、乾式解繊機３０での排出風速よりサイクロン導入部での速度が低いと第１搬送管４０の中に、解繊物が滞留することになり、サイクロン５０へ導入部の単位長あたりの密度が高くなり脱墨性能が低下する。

そこで、本発明に係る紙再生装置においては、第１搬送管４０の途中には管径縮小部４５を設けて、サイクロン５０の導入口５１における気流速度が、乾式解繊機３０の排出口３２における気流速度より大きいように調整されている。

以下、具体例を挙げて説明する。乾式解繊機３０から排出（φ１００で断面積約７８ｃｍ²）された解繊物が、（１）１００ｍｍ×５０ｍｍの一定の角断面（断面積約５０ｃｍ²）を有する第１搬送管４０からサイクロン５０の導入口５１から導入されて気流分級された場合における、サイクロン５０で回収した微粉の回収量は２．９重量％（紙再生装置に供給した古紙の総量を１００重量％として）であり、後の成形工程で再生された紙の白色度は８２（Ｘｌｉｔｅ-Ｌ値）であった。また、このとき、サイクロン５０の導入口５１
での気流速度は１０ｍ／ｓであった。

乾式解繊機３０から排出された解繊物が、（２）１００ｍｍ×５０ｍｍの角断面から１００ｍｍ×４０ｍｍの角断面（断面積約４０ｃｍ²）となる管径縮小部４５を有する第１
搬送管４０からサイクロン５０の導入口５１から導入されて気流分級された場合における、サイクロン５０で回収した微粉の回収量は３．８重量％（紙再生装置に供給した古紙の総量を１００重量％として）であり、後の成形工程で再生された紙の白色度は８８（Ｘｌｉｔｅ-Ｌ値）であった。また、このとき、サイクロン５０の導入口５１での気流速度は
１２．５ｍ／ｓであった。

乾式解繊機３０から排出された解繊物が、（３）１００ｍｍ×５０ｍｍの角断面（断面積約３０ｃｍ²）から１００ｍｍ×３０ｍｍの角断面となる管径縮小部４５を有する第１
搬送管４０からサイクロン５０の導入口５１から導入されて気流分級された場合における、サイクロン５０で回収した微粉の回収量は４．９重量％（紙再生装置に供給した古紙の総量を１００重量％として）であり、後の成形工程で再生された紙の白色度は９１（Ｘｌｉｔｅ-Ｌ値）であった。また、このとき、サイクロン５０の導入口５１での気流速度は
１６．７ｍ／ｓであった。

なお、乾式解繊機３０から排出された解繊物をサイクロン５０によって分級せずに再生紙を成形した場合の白色度は７９（Ｘｌｉｔｅ-Ｌ値）であった。

（１）乃至（３）のいずれの場合においても、サイクロン５０で回収した微粉には、綿状の短繊維も若干含まれているが、インク粒が多量に含まれており、脱墨されていることが確認された。

以上のような脱墨工程によれば、サイクロン５０における上部排気口５５から気流にのって排出されるものは、第３搬送管７０を経て、受け部９０に回収される。この受け部９
０で回収されるものには、前述したようにインク粒が多量に含まれた短繊維混合物が回収されることとなる。

また、前記の脱墨工程によれば、サイクロン５０における下部取出口５４から排出されるものは脱墨された繊維であり、この脱墨繊維は第２搬送管６０から紙成形機１００に導入される。紙成形機１００は、例えば特表２００８−５０８４４３号公報に記載されているようなものを利用することができる。

紙成形機１００の概略について説明する。紙成形機１００は、概略、脱墨した繊維を空気中に均一に分散させる機構と、これにより分散された脱墨繊維をメッシュベルト１２２上に吸引する機構と、を有している。

紙成形機１００におけるフォーミングドラム１０１の表面には小孔スクリーンが設けられており、これから脱墨繊維が吐出されるようになっている。また、フォーミングドラム１０１の内部には、回転可能なニードルロール１０２が設けられており、フォーミングドラム１０１の表面の小孔スクリーンに目詰まりが生じないように、脱墨繊維を浮かすようになっている。なお、２つのフォーミングドラム１０１は不図示の箇所で連通するようになっている。以上のような構成により、脱墨した繊維を空気中に均一に分散させる。

紙成形機１００の下方においては、張架ローラー１２１によって張架されるメッシュが形成されているエンドレスのメッシュベルト１２２が配されている。張架ローラー１２１のうちの少なくとも自転することで、このメッシュベルト１２２は図中矢印に示す方向に移動するようになっている。また、メッシュベルト１２２はこれに当接するクリーニングブレード１２３によって表面の汚れ等が除去される。

また、２つのフォーミングドラム１０１の鉛直下方には、メッシュベルト１２２を介する形で、鉛直下方に向けた気流を発生させるサクション装置１１０が設けられている。このようなサクション装置１１０によって、空気中に分散された脱墨繊維をメッシュベルト１２２上に吸引する。

以上のような構成において、第２搬送管６０によって搬送された脱墨繊維は、紙を成形するための紙成形機１００に導入される。紙成形機１００において、脱墨された繊維はサイクロン５０中で絡み合っているので、ニードルロール１０２等で再度ほぐされることとなる。ほぐされた脱墨繊維は、フォーミングドラム１０１表面の小孔スクリーンを通過し、サクション装置１１０による吸引力によって、メッシュベルト１２２上に堆積される。このとき、メッシュベルト１２２を移動させることにより、均一なシート状の脱墨解繊物を堆積することができる。この脱墨解繊物が再生紙（Ｐ）となる。

メッシュベルト１２２は金属性でも、樹脂性でも、不織布でも脱墨繊維が堆積でき、気流を通過させることができれば、どのようなものでもよいが、メッシュの穴径が大きすぎると紙Ｐを成形したときの凸凹になるので、前記穴径は６０−１２５μ程度が望ましい。また、６０μ以下では、サクション装置１１０による安定した気流を形成しづらい。サクション装置１１０はメッシュベルト１２２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真空にすることで形成することができる。

メッシュベルト１２２上に堆積された脱墨繊維のシートは、そのままプレスしたのでは紙強度が不足するので、水分噴霧器１３０によって水分を噴霧添加することで繊維間の水素結合を増強する。

その後、水分噴霧器１３０によって水分を噴霧された再生紙（Ｐ）はメッシュベルト１
２２の移動に伴い、ヒーターローラー１４０を通過するが、このヒーターローラー１４０によって加熱・加圧されることで、繊維間隔を短くし繊維間の接触点が増やされる。これにより、再生紙（Ｐ）はさらに紙としての強度を向上し、余分な水分を乾燥させることで、すぐれた紙にすることができる。乾燥は、プレスローラー内にヒーターを設置することで、加圧と乾燥を同時にすることが望ましい。なお、水分噴霧器１３０で噴霧する水分には澱粉やＰＶＡ等のいわゆる紙力増強剤を添加しておくことで、紙力を増強することが可能である。

上記のようにして得られた再生紙（Ｐ）は表面平滑性を向上させるため、カレンダーローラー１５０によって処理をすることもできる。カレンダーローラー１５０で処理された再生紙（Ｐ）は、裁断機１６０によって所望のサイズにカットされ、スタッカー１７０などに積載される。

以上のような本発明の紙再生装置及び紙再生方法は、サイクロン５０などの分級部によって、古紙の繊維をインク粒と脱墨繊維とに気流分級し、前記脱墨繊維で紙を成形するので、本発明の紙再生装置及び紙再生方法によれば、白色度が向上した、新聞印刷用紙以外の用途に幅広く利用することが可能な紙を再生することが可能となる。また、本発明の紙再生装置及び紙再生方法によれば、利用する水分が最低限の水分ですむので、装置を小型化しても、湿式方式に比べ、乾燥に時間がかからず、１０ｐｐｍ以上の高い生産性が望める。

次に本発明の他の実施形態を説明する。図２は本発明の他の実施形態に係る紙再生装置の概略構成を示す模式図である。図２において、先の実施形態と同様の参照符号が付された構成については、先のものと同様であるので説明を省略する。

本実施形態が先の実施形態と異なる第１の点は、本実施形態においては、サクション装置１１０によって吸引された気流を、第４搬送管１８０を用いて、乾式解繊機３０の導入口３１に導いている点である。これによって、粗砕機１０からの粗砕紙片は、気流の付勢を得て乾式解繊機３０内に進入することとなる。このような構成によれば、乾式解繊機３０の排出口３２における気流速度は、先の実施形態の気流速度よりさらに高めることができる。そして、結果的に、サイクロン５０の導入口５１における気流速度も、先の実施形態の気流速度よりさらに高めることができ、サイクロン５０における脱墨効率向上を期待することができる。

また、本実施形態が先の実施形態と異なる第２の点は、本実施形態においては、第３搬送管７０にブロアなどの吸引部９１が設けられ、サイクロン５０の上部排気口５５からの排出気流をより高め、さらにはサイクロン５０の導入口５１での気流速度をより高めるようにしている。この結果、先の実施形態にまして、サイクロン５０における脱墨効率向上を期待することができる。このときブロアの吸引方法は、サイクロン出口で逆流しない程度にするか、サイクロン出口を一時的に塞ぎ脱墨をし、ブロアを停止してから出口を空けることを繰り返す断続駆動をすることもできる。

また、本発明の紙再生装置及び紙再生方法によれば、装置の小型化が可能であり、オフィスにも設置が可能であるので、比較的小さいオフィスで発生する少量の機密書類の処理と同時に紙のリサイクルを行うことができる。

また、本発明の紙再生装置及び紙再生方法によれば、極力水分を使わない構成であるので、水処理設備の軽減が可能で装置構成が簡便となり、さらに、水分を乾燥させるための大規模なヒーターなどが不要なり、古紙のリサイクルにおけるエネルギー効率が高い。

また、本発明の紙再生装置及び紙再生方法によれば、比較的短い時間で紙の再生を行うことができるので、生産性が高い。

５・・・自動送り機構、１０・・・粗砕機、１１・・・粗砕刃、１２・・・ホッパー、２０・・・粗砕紙導入管、３０・・・乾式解繊機、３１・・・導入口、３２・・・排出口、３３・・・ステーター、３４・・・ローター、４０・・・第１搬送管、４５・・・管径縮小部、５０・・・サイクロン、５１・・・導入口、５２・・・円筒部、５３・・・逆円錐部、５４・・・下部取出口、５５・・・上部排気口、６０・・・第２搬送管、７０・・・第３搬送管、９０・・・受け部、９１・・・吸引部、１００・・・紙成形機、１０１・・・フォーミングドラム、１０２・・・ニードルロール、１１０・・・サクション装置、１２１・・・張架ローラー、１２２・・・メッシュベルト、１２３・・・クリーニングブレード、１３０・・・水分噴霧器、１４０・・・ヒーターローラー、１５０・・・カレンダーローラー、１６０・・・裁断機、１７０・・・スタッカー、１８０・・・第４搬送管

Claims

印刷された古紙を解繊する乾式解繊部と、
前記乾式解繊部で解繊された解繊物を搬送する第１搬送部と、
前記第１搬送部で搬送された前記解繊物を気流分級する分級部と、
前記分級部で気流分級された前記解繊物で紙を成形する紙成形部と、
を有し、
前記分級部と前記第１搬送部との接続部の気流の流速は、前記乾式解繊部と前記第１搬送部との接続部の気流の流速より大きい
ことを特徴とする紙再生装置。
前記分級部は、サイクロンである請求項１に記載の紙再生装置。
前記分級部で気流分級された前記解繊物を搬送する第２搬送部を有し、
前記紙成形部は、前記第２搬送部で搬送された前記解繊物を空気中に分散させる分散部材、分散された前記解繊物を吸引する吸引部材、及び前記吸引部材で吸引された前記解繊物を搬送するメッシュベルトを有する請求項１または２に記載の紙再生装置。
前記メッシュベルトの穴径は、６０〜１２５μｍである請求項３に記載の紙再生装置。
前記分級部で前記解繊物から分級された分級物を搬送する第３搬送部と、
前記第３搬送部で搬送された前記分級物を吸引する吸引部と、を有する請求項３または請求項４に記載の紙再生装置。
前記第３搬送部で搬送された前記分級物を回収する受け部を有する請求項５に記載の紙再生装置。
印刷された古紙を乾式解繊部で解繊する工程と、
解繊された解繊物を第１搬送部で搬送する工程と、
前記第１搬送部で搬送された解繊物を分級部で気流分級する工程と、
前記分級工程で気流分級された解繊物で紙を成形する工程と、を有し、
前記分級部と前記第１搬送部との接続部の気流の流速は、前記乾式解繊部と前記第１搬送部との接続部の気流の流速より大きいことを特徴とする紙再生方法。