JP5806856B2 - 円筒状積層体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱融着性成分を含む熱融着性シート材が径方向に積層された円筒状積層体を製造する円筒状積層体の製造方法に関する。

従来、円筒状積層体の製造方法としては、繊維シートを熱融着させながら巻芯に巻回する方法が知られている（特許文献１参照）。この方法では、巻芯と駆動ローラーとの間で繊維シートを熱融着させながら、駆動ローラーの回転駆動により繊維シートを巻芯に巻回する。このとき、巻芯を駆動ローラーに向けて所定の線圧を超える荷重で加圧することで、繊維シートの熱融着が促進される。

特開昭６１−１０２４７０号公報

巻芯と駆動ローラーとを用いて熱融着性シート材を加圧して円筒状積層体を製造する際に、圧力を高めることで熱融着が促進され、円筒状積層体の形状保持性を確保することが容易となる。ところが、圧力を高めることは、例えば駆動ローラーや巻芯への負荷を高めるおそれがある。

本発明の目的は、熱融着性シート材を加圧する条件を緩和しても、熱融着性シート材の熱融着を促進することができ、円筒状積層体の形状保持性を高めることの容易な円筒状積層体の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために請求項１に記載の発明は、熱融着性成分を含む熱融着性シート材を加熱しながら巻芯に巻き取る巻取工程を備え、前記熱融着性シート材が径方向に積層された円筒状積層体を製造する円筒状積層体の製造方法であって、前記巻取工程は、前記巻芯と、前記巻芯の軸に平行する軸を中心として回転駆動される駆動ローラーとにより前記熱融着性シート材を加圧しながら、前記巻芯と前記駆動ローラーとの間に前記熱融着性シート材を連続して通過させるとともに、前記駆動ローラーにより前記熱融着性シート材を加熱して前記巻芯に巻き取る工程であり、前記駆動ローラーは、第１駆動ローラーと、前記第１駆動ローラーよりも下流側に位置する第２駆動ローラーとを備え、前記第２駆動ローラーの温度を前記熱融着性成分の融点以上とし、前記第２駆動ローラーの周速度を前記第１駆動ローラーの周速度よりも速めるとともに、前記熱融着性シート材を前記第１駆動ローラーの周速度で供給することで、前記巻芯を前記第１駆動ローラーに従動させるとともに、前記熱融着性シート材として、繊維集合体からなる層を有する熱融着性シート材を用いて、その熱融着性シート材を前記第２駆動ローラーに摺接させることを要旨とする。

この製造方法によれば、第２駆動ローラーの周速度を第１駆動ローラーの周速度よりも速めるとともに、熱融着性シート材を第１駆動ローラーの周速度で供給するため、熱融着性シート材は、その搬送速度よりも周速度の速い第２駆動ローラーに摺接される。これにより、第２駆動ローラーによる熱融着性シート材の加熱が安定化することで、熱融着が促進されると推測される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の円筒状積層体の製造方法において、前記巻芯を前記第２駆動ローラーよりも高い温度となるまで予備加熱した後に、前記巻取工程を開始することを要旨とする。

この製造方法によれば、熱融着性シート材は、第２駆動ローラーよりも巻芯に密着し易くなる。これにより、巻芯への熱融着性シート材の巻き始めに皺が発生することを抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の円筒状積層体の製造方法において、前記巻取工程は、前記第１駆動ローラーの温度を前記第２駆動ローラーの温度よりも低い温度として実施されることを要旨とする。

この製造方法によれば、第１駆動ローラーから熱融着性シート材が剥離し易くなる。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の円筒状積層体の製造方法において、前記巻取工程は、前記第１駆動ローラーの温度を前記熱融着性成分の融点未満の温度として実施されることを要旨とする。

この製造方法によれば、第１駆動ローラーから熱融着性シート材がさらに剥離し易くなる。
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の円筒状積層体の製造方法において、前記巻芯の温度がＡ（℃）となるまで予備加熱した後に前記巻取工程を開始し、前記第１駆動ローラーの温度をＢ（℃）とし、前記第２駆動ローラー２２ｂの温度をＣ（℃）として前記巻取工程を実施する際に、前記熱融着性成分の融点がＴ（℃）であるとき、式（１）：Ａ＞Ｃ≧Ｔ＞Ｂの関係を満たすようにしたことを要旨とする。

この製造方法によれば、巻芯への熱融着性シート材の巻き始めに皺が発生することを抑制することができ、しかも、第１駆動ローラーから熱融着性シート材がさらに剥離し易くなる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の円筒状積層体の製造方法において、前記巻取工程では、前記巻芯よりも上流側の前記熱融着性シート材を前記第１駆動ローラーと、その第１駆動ローラーに従動するガイドローラーとにより挟持して搬送することを要旨とする。

この製造方法によれば、熱融着性シート材の供給速度を第１駆動ローラーの周速度に容易に合わせることができる。
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の円筒状積層体の製造方法において、前記巻取工程では、線圧に換算して１００ｇ／ｃｍ未満の荷重が前記巻芯に印加されることを要旨とする。

このように、熱融着性シート材を加圧する条件を緩和することで、駆動ローラーや巻芯への負荷が低減される。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の円筒状積層体の製造方法において、前記巻芯の直径が４０ｍｍ以下であることを要旨とする。

上記のように直径が比較的小さい巻芯を用いた場合では、巻取工程において、巻芯に印加される荷重を高めるに従って巻芯の撓みが発生し易くなる。この点、巻芯に印加される荷重を上記のように緩和することができるため、巻芯の撓みを抑制することができるようになる。

本発明によれば、熱融着性シート材を加圧する条件を緩和しても、熱融着性シート材の熱融着を促進することができ、円筒状積層体の形状保持性を高めることの容易な円筒状積層体の製造方法が提供される。

（ａ）は、本実施形態の円筒状積層体を示す斜視図、（ｂ）は、巻取工程の概略を示す側面図。 巻取工程の概略を示す平面図。 （ａ）及び（ｂ）は加圧部の概略を示す側面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）に示されるように、円筒状積層体１１は、円柱状の中空部を有し、径方向に熱融着性シート材が積層されることで形成される。円筒状積層体１１の形状は、径方向において接する熱融着性シート材が熱融着されることで保持されている。本実施形態の円筒状積層体１１は、内径が４０ｍｍ以下であるとともに肉厚が０．５〜９．５ｍｍであり、小型フィルターとして利用される。

＜熱融着性シート材＞
まず、円筒状積層体１１の製造に用いられる熱融着性シート材について説明する。本実施形態の熱融着性シート材は、繊維集合体である不織布が用いられる。この不織布には、熱融着性成分として熱融着性繊維を含んで構成されている。熱融着性繊維としては、熱可塑性樹脂を含むものであれば、特に限定されず、例えば、フィルターに要求される耐熱性、耐薬品性等に応じて適宜選択することができる。

熱可塑性樹脂の具体例は、例えば、オレフィン系樹脂、エステル系樹脂、アミド系樹脂、スチレン系樹脂、セルロース系樹脂、ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、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、ポリエーテルケトン、及び熱可塑性ポリイミドを含む。オレフィン系樹脂の具体例は、例えば、ポリエチレン、及びポリプロピレンを含む。ポリエステル系樹脂の具体例は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、及び芳香族ポリエステルを含む。ポリアミド系樹脂の具体例は、例えば、ポリアミド６、及びポリアミド６６を含む。スチレン系樹脂の具体例は、例えば、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、及びアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体を含む。セルロース系樹脂の具体例は、例えば、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、及びセルロースブチレートを含む。ビニル系樹脂の具体例は、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、及びエチレン−酢酸ビニル共重合体を含む。フッ素系樹脂の具体例は、例えば、四フッ化エチレンペルフルオロアルコキシビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、及びポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）を含む。

熱融着性繊維は、単独種の熱可塑性樹脂から形成したものでもよいし、複数種の熱可塑性樹脂を複合したものであってもよい。複数種の熱可塑性樹脂を複合した熱融着性繊維としては、例えば、芯鞘型複合繊維、及びサイドバイサイド型複合繊維が挙げられる。なお、異なる種類の熱融着性繊維から構成した不織布を用いる場合、各熱融着性繊維のうち、最も融点の低い熱融着性繊維のみにより熱融着させることが不織布の構造を維持させるという観点から好ましい。

ここで、融点は、ＤＳＣ（示差走査熱量測定）で得られる吸熱曲線において吸熱ピークとなる温度である。示差走査熱量測定は、昇温速度を１０℃／ｍｉｎとし、吸熱ピークの発現する温度よりも高い温度まで昇温し、その温度で１０分間保持した後、１０℃／ｍｉｎの降温速度で３０℃まで冷却し、再度昇温速度を１０℃／ｍｉｎとして吸熱ピークの温度を求める。なお、明確な吸熱ピークが存在しない場合は、軟化点で代用する。軟化点は、同じくＤＳＣで得られる吸熱曲線における変曲点を軟化点とする。

不織布は、熱融着性繊維以外の繊維として、非熱融着性繊維を含む構成であってもよい。非熱融着性繊維の具体例は、例えば、無機繊維、熱硬化性樹脂繊維、及び天然繊維を含む。無機繊維の具体例は、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、及び金属繊維を含む。熱硬化性樹脂繊維の具体例は、例えば、エポキシ樹脂繊維、フェノール樹脂繊維、不飽和ポリエステル系繊維、ポリイミド系繊維、及びポリウレタン系繊維を含む。天然繊維の具体例は、例えば、セルロース繊維、及びシルク繊維を含む。

不織布は、単独種の非熱融着性繊維を含んでいてもよいし、複数種の非熱融着性繊維を含んでいてもよい。
不織布を構成する繊維には、必要に応じて、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、スリップ防止剤、アンチブロッキング剤、滑剤、着色剤、難燃剤、可塑剤、及び充填剤を含有させることもできる。

不織布の種類としては、例えば、サーマルボンド不織布、ニードルパンチ不織布、ウォーターパンチ不織布、メルトブロー不織布等が挙げられる。不織布は、湿式不織布であってもよいし、乾式不織布であってもよい。また、不織布は、短繊維不織布であってもよいし、長繊維不織布であってもよい。不織布の目付は、例えば１０〜１００ｇ／ｍ^２の範囲とされる。

＜巻取装置＞
円筒状積層体１１は、不織布１２を加熱しながら巻芯２１に巻き取る巻取工程を通じて製造される。巻取工程では、図１（ｂ）及び図２に示す巻取装置が用いられる。巻取装置は、巻芯２１と、巻芯２１の軸に平行する軸を中心として回転駆動される駆動ローラー２２とを備えている。

巻芯２１は、金属製であり、製造する円筒状積層体１１の内径に合わせた直径を有するものを用いる。本実施形態では、円筒状積層体１１を内径が４０ｍｍ以下の小型フィルターとして利用すべく、巻芯２１の直径（外径）は、４０ｍｍ以下とされる。巻芯２１の直径の下限は、例えば５ｍｍ以上とされる。

巻芯２１の長さ（全長）は、例えば３００ｍｍ〜２０００ｍｍとされる。巻芯２１の長さが３００ｍｍ以上の場合、製造効率を高めることができる。一方、巻芯２１の長さが２０００ｍｍを超える場合、巻芯２１が撓み易くなることで、巻芯２１に不織布を巻回することが困難となるおそれがある。

巻芯２１の直径（Ｄ）に対する巻芯２１の長さ（Ｌ）の比率（Ｌ／Ｄ）は、好ましくは２０以上であり、より好ましくは４０以上であり、さらに好ましくは５０以上である。この比率（Ｌ／Ｄ）が２０以上であることで、製造効率の確保が容易となる。なお、この比率（Ｌ／Ｄ）の上限は、巻芯２１の剛性を確保するという観点から、２５０以下であることが好ましい。

駆動ローラー２２は、第１駆動ローラー２２ａと第１駆動ローラーよりも下流側（不織布１２の搬送方向における下流側）に位置する第２駆動ローラー２２ｂとから構成されている。第１駆動ローラー２２ａ及び第２駆動ローラー２２ｂは、同一径となるように形成され、各駆動ローラー２２ａ，２２ｂの軸が水平かつ平行になるように設置されている。第１駆動ローラー２２ａと第２駆動ローラー２２ｂとの間隔は、巻芯２１の直径よりも短い間隔とされ、各駆動ローラー２２ａ，２２ｂの上側に巻芯２１が支持されるようになっている。各駆動ローラー２２ａ，２２ｂは、図示しない回転駆動装置にそれぞれ連結され、独立して回転駆動される。

各駆動ローラー２２ａ，２２ｂは、それらの表面温度がそれぞれ所定の温度となるように独立して制御される。各駆動ローラー２２ａ，２２ｂの加熱手段としては、電気ヒーターや熱媒体を利用した周知のものを採用することができる。各駆動ローラー２２ａ，２２ｂの外周面には、めっきや高分子材料等による被覆層を設けることで、耐久性を高めたり、外周面の摩擦力を調整したりすることもできる。

各駆動ローラー２２ａ，２２ｂの直径（外径）は、加熱の効率や剛性を十分に得るという観点から、巻芯２１の直径よりも大きいことが好ましく、巻芯２１の直径の２倍から４０倍程度の大きさであることがより好ましい。

各駆動ローラー２２ａ，２２ｂに支持される巻芯２１には、下方（各駆動ローラー２２ａ，２２ｂ）へ向けて加圧する加圧装置が装着される。加圧装置は、巻芯２１の両端部にそれぞれ配置される加圧部２３ａ，２３ｂと、加圧部２３ａ，２３ｂを連結する連結部２４とを備えている。また、加圧装置は、連結部２４に接続される流体圧シリンダーと、それを制御する制御部とを備え、巻芯２１は、加圧部２３ａ，２３ｂを介して一定の圧力で加圧制御されるようになっている。すなわち、巻芯２１の両端部における加圧により、巻芯２１は各駆動ローラー２２ａ，２２ｂに対して均一となるように加圧される。

図３（ａ）に示すように、加圧部２３ａは巻芯２１に接する一対の回転体２５を備え、それら回転体２５によって巻芯２１を加圧する。本実施形態の回転体２５は円筒状をなし、その回転軸は、巻芯２１と平行になるように位置している。回転体２５は、図３（ａ）に矢印で示す方向の圧力を巻芯２１に伝達する。加圧部２３ｂについては、加圧部２３ａと同様の構成であるため、その説明を省略する。

図１（ｂ）及び図２に示すように、第１駆動ローラー２２ａの上方には、その第１駆動ローラー２２ａに従動するガイドローラー２６が装着されている。ガイドローラー２６は、巻芯２１よりも上流側の不織布１２を第１駆動ローラー２２ａと挟持した状態で第１駆動ローラー２２ａの回転駆動に従動する。これにより、不織布１２は、第１駆動ローラー２２ａの周速度で供給されるとともに搬送される。こうしたガイドローラー２６の外周面にめっきや高分子材料等による被覆層を設けることで、耐久性や平滑性を高めたり、外周面の摩擦力を調整したりすることできる。本実施形態のガイドローラー２６は、その自重により第１駆動ローラー２２ａに向けて加圧することで、不織布１２を挟持するタッチローラーである。また、ガイドローラー２６は、不織布１２の全幅にわたって接触する長さに設定されることで、巻芯２１と第１駆動ローラー２２ａとの間に供給される不織布１２における皺の発生を抑制する。

ガイドローラー２６の温度は、第１駆動ローラー２２ａからの伝熱によって適度に調整される。すなわち、ガイドローラー２６は、加熱手段を備えずに構成されている。ガイドローラー２６の直径は、自重による加圧、及び皺の発生を抑制する働きを考慮して選択することができる。ガイドローラー２６の直径は、概ね２０〜１３０ｍｍ程度とされる。

＜製造条件＞
次に、円筒状積層体１１の製造条件の詳細について説明する。
（巻芯２１の予備加熱）
巻芯２１は、不織布１２に含まれる熱融着性成分の融点以上であり、第２駆動ローラー２２ｂの温度よりも高い温度となるまで予備加熱される。巻芯２１の予備加熱は、熱融着性成分の融点Ｔ＋５（℃）から前記融点Ｔ＋４５（℃）の範囲とすることが好ましい。

巻芯２１の予備加熱が熱融着性成分の融点Ｔ＋５（℃）以上の場合、熱融着性成分が十分に加熱されることで、巻芯２１に不織布１２を円滑に密着させることができる。一方、巻芯２１の予備加熱が熱融着性成分の融点Ｔ＋４５（℃）を超える場合、熱融着性成分が過剰に加熱されることで、不織布１２の構造への影響が大きくなるおそれがある。具体的には、巻芯２１に接触する不織布１２の細孔が潰れる現象、すなわちフィルム化が進行することで、フィルターとしての機能に影響を及ぼすおそれがある。

巻芯２１の加熱方法としては、収容容器に収容した巻芯２１を、例えば温風等の熱媒体や電気ヒーター等により、所定の温度となるように加熱する方法が好適である。なお、巻芯２１に、ラバーヒーターを巻き付けて、所定の温度まで加熱することもできる。

（各駆動ローラー２２ａ，２２ｂの周速度）
第２駆動ローラー２２ｂの周速度は、第１駆動ローラー２２ａの周速度よりも速くなるように設定される。第２駆動ローラー２２ｂの周速度（Ｒ２）と第１駆動ローラー２２ａの周速度（Ｒ１）との速度差（各駆動ローラー２２ａ，２２ｂの速度差＝Ｒ２−Ｒ１）は、０．５ｍ／ｍｉｎ以上であることが好ましく、１ｍ／ｍｉｎ以上であることが好ましい。各駆動ローラー２２ａ，２２ｂの速度差が０．５ｍ／ｍｉｎ以上の場合、円筒状積層体１１の圧縮強度を高める効果が顕著に得られ易くなる。なお、各駆動ローラー２２ａ，２２ｂの速度差は、安定した製造を実現するという観点から、１５ｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、１２ｍ／ｍｉｎ以下であることがより好ましい。

また、第１駆動ローラー２２ａの周速度（Ｒ１）に対する第２駆動ローラー２２ｂの周速度（Ｒ２）の速度比（各駆動ローラー２２ａ，２２ｂの速度比＝Ｒ２／Ｒ１）は、１．２５以上であることが好ましく、１．５０以上であることがより好ましい。

各駆動ローラー２２ａ，２２ｂの速度比が１．２５以上の場合、円筒状積層体１１の圧縮強度を高める効果が顕著に得られ易くなる。なお、各駆動ローラー２２ａ，２２ｂの速度比は、安定した製造を実現するという観点から、４４以下であることが好ましく、４０以下であることが好ましい。

第１駆動ローラー２２ａの周速度は、製造効率を確保するとともに安定した製造を実現するという観点から、０．５〜１０ｍ／ｍｉｎの範囲に設定されることが好ましい。
（各駆動ローラー２２ａ，２２ｂの温度）
第１駆動ローラー２２ａの温度は、熱融着性成分の融点付近まで予備加熱した不織布１２、又は、予備的に熱融着された不織布１２を第２駆動ローラー２２ｂへ供給すべく設定される。第１駆動ローラー２２ａの温度は、不織布１２の加熱に要する熱量が確保されるように適宜調節することができる。例えば、高目付の不織布１２を用いる場合では、低目付の不織布１２を用いる場合よりも、第１駆動ローラー２２ａの温度を高めることが好ましい。また、第１駆動ローラー２２ａと不織布１２とが接する時間は、不織布１２の搬送速度や、流れ方向において第１駆動ローラー２２ａと接している不織布１２の長さにより変化する。この点、第１駆動ローラー２２ａと不織布１２とが接する時間が短くなるに従って、第１駆動ローラー２２ａの温度を高めることで、不織布１２の加熱に要する熱量を確保することができる。

第２駆動ローラー２２ｂの温度は、熱融着性成分の融点以上とされる。第２駆動ローラー２２ｂの温度は、不織布１２の熱融着をより強固にし、円筒状積層体１１の圧縮強度をより高めるという観点から、好ましくは熱融着性成分の融点Ｔ＋１（℃）以上であり、より好ましくは熱融着性成分の融点Ｔ＋５（℃）以上である。第２駆動ローラー２２ｂの温度は、例えば熱融着性成分の熱変性を抑制するという観点から、熱融着性成分の融点Ｔ＋３５（℃）以下の範囲であることが好ましい。

上記第１駆動ローラー２２ａの温度は、その第１駆動ローラー２２ａから不織布１２を剥離し易くするという観点から、第２駆動ローラー２２ｂの温度よりも低いことが好ましく、熱融着性成分の融点未満であることがより好ましい。第１駆動ローラー２２ａの温度は、第１駆動ローラー２２ａからの不織布１２の剥離性を高めるとともに、不織布１２の予備加熱を促進するという観点から、熱融着性成分の融点Ｔ−１０（℃）から前記融点Ｔ−５（℃）の範囲であることがさらに好ましい。

（巻芯２１の予備加熱と各駆動ローラー２２ａ，２２ｂの温度との関係）
巻芯２１を予備加熱する温度をＡ（℃）、第１駆動ローラー２２ａの温度をＢ（℃）、第２駆動ローラー２２ｂの温度をＣ（℃）とし、熱融着性成分の融点がＴ（℃）であるとき、式（１）：Ａ＞Ｃ≧Ｔ＞Ｂの関係を満たすことが好ましい。

（加圧条件）
加圧部２３ａ，２３ｂにより巻芯２１に印加される荷重は、各駆動ローラー２２ａ，２２ｂや巻芯２１への負荷を低減するという観点から、巻芯２１の線圧に換算して１００ｇ／ｃｍ未満であることが好ましく、５０ｇ／ｃｍ未満であることがより好ましい。一方、加圧部２３ａ，２３ｂにより巻芯２１に印加される荷重は、熱融着を促進するという観点から、３ｇ／ｃｍ以上であることが好ましい。

（不織布１２の供給）
不織布１２の供給速度は、第１駆動ローラー２２ａの周速度とされる。本実施形態では、不織布１２を第１駆動ローラー２２ａとガイドローラー２６とにより挟持させることで、不織布１２の供給速度を規制し、不織布１２を第１駆動ローラー２２ａの周速度で供給及び搬送する。

＜円筒状積層体１１の製造＞
次に、円筒状積層体１１の製造について作用とともに説明する。
まず、巻芯２１の長さ及びフィルターの外径に応じた寸法の不織布１２を準備する。不織布１２の幅寸法は、加圧部２３ａ，２３ｂの間隔よりも狭い範囲とされることで、不織布１２と加圧部２３ａ，２３ｂとの接触が回避される。

続いて、上記のように製造条件を設定した巻取装置に不織布１２を供給することで巻取工程を開始する。このとき、不織布１２は、第１駆動ローラー２２ａの周速度で供給及び搬送される。第１駆動ローラー２２ａとガイドローラー２６との間を連続して通過した不織布１２は、第１駆動ローラー２２ａにより加熱されながら、第１駆動ローラー２２ａと巻芯２１との間に供給される。そして、不織布１２は、予備加熱した巻芯２１に熱融着し、巻芯２１に巻き付く。ここで、不織布１２が巻芯２１よりも第１駆動ローラー２２ａ又は第２駆動ローラー２２ｂに密着し易い状態の場合、巻芯２１への不織布１２の巻き始めにおいて、皺が発生するおそれがある。この点、巻芯２１は、第２駆動ローラー２２ｂの温度よりも高い温度とされているため、不織布１２は、第２駆動ローラー２２ｂよりも巻芯２１に密着し易くなる。これにより、巻芯２１への不織布１２の巻き始めに皺が発生することを抑制することができる。

このようにして不織布１２は巻芯２１に一周巻き付けられる。このとき、不織布１２は、第１駆動ローラー２２ａの周速度で連続して供給されているため、不織布１２が巻き付けられた巻芯２１は、第１駆動ローラー２２ａの回転駆動に従動する。

巻芯２１と第１駆動ローラー２２ａとの間を連続して通過する不織布１２は、巻芯２１と第１駆動ローラー２２ａとの間で加熱及び加圧される。これにより熱融着性成分の融点付近まで予備加熱した不織布１２、又は、予備的に熱融着された不織布１２を第２駆動ローラー２２ｂへ供給する。

そして、巻芯２１と第２駆動ローラー２２ｂとの間に到達した不織布１２は、巻芯２１と第２駆動ローラー２２ｂとの間を連続して通過する際に、加熱及び加圧される。これにより、不織布１２は、既に巻芯２１に巻回されている不織布１２と熱融着される。このとき、第２駆動ローラー２２ｂの周速度は、第１駆動ローラー２２ａの周速度よりも速くなるように設定されている。また、不織布１２の供給速度は、第１駆動ローラー２２ａの周速度とされている。このため、不織布１２は、その搬送速度よりも周速度の速い第２駆動ローラー２２ｂに摺接される。これにより、第２駆動ローラー２２ｂによる不織布１２の加熱が安定化することで、熱融着が促進されると推測される。

所定の長さの不織布１２を巻芯２１に巻回することで、巻取工程は完了される。これにより、巻芯２１を有した円筒状積層体１１が得られる。次に、巻芯２１の加圧が解除されるとともに、円筒状積層体１１の巻回された巻芯２１は巻取装置から取り外される。続いて、円筒状積層体１１の巻回された巻芯２１は、冷却工程に供される。冷却工程では、室温又は所定温度に温度調整された室内に、円筒状積層体１１の巻回された巻芯２１を静置する。この冷却工程により、巻芯２１の外周面と円筒状積層体１１の内周面との密着力を低下させることで、円筒状積層体１１から巻芯２１を容易に抜き取ることができるようになる。

＜円筒状積層体１１の物性＞
本実施形態の製造方法で得られた円筒状積層体１１の形状保持性は、圧縮強度で示される。圧縮強度は、円筒状積層体１１の側面（外周面）を圧縮する圧縮試験により測定することができる。具体的には、外径、内径、及び全長が一定の円筒状積層体１１の側面を圧縮したときの応力−ひずみ曲線から、円筒状積層体１１が破壊したときの応力を読み取り、圧縮強度とする。この圧縮強度が高いほど、円筒状積層体１１の形状保持性は優れる。圧縮強度は、積層される不織布１２同士の熱融着の状態に依存する。すなわち、熱融着の進行により圧縮強度は高められるようになる。円筒状積層体１１に求められる圧縮強度は、外径、内径、不織布１２の種類等により異なるが、例えば５〜８５ｋｇの範囲とされる。

円筒状積層体１１は、所定の長さに裁断される。これにより、複数個のフィルターが得られる。得られたフィルターは、例えば圧縮空気ライン用のエアフィルターとして利用される。本実施形態のフィルターは、形状保持性が確保されているため、寸法精度に優れ、またフィルターとしての性能が安定して発揮され易い。

以上詳述した本実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
（１）巻取工程においては、第２駆動ローラー２２ｂの周速度を第１駆動ローラー２２ａの周速度よりも速めるとともに、不織布１２を第１駆動ローラー２２ａの周速度で供給している。これにより、第２駆動ローラー２２ｂによる熱融着が促進されると推測される。こうした巻取工程によって、円筒状積層体１１の圧縮強度を高めることが容易となる。従って、不織布１２を加圧する条件を緩和しても、不織布１２の熱融着を促進することができ、円筒状積層体１１の形状保持性を高めることが容易となる。

（２）巻取工程は、巻芯２１を第２駆動ローラー２２ｂよりも高い温度となるまで予備加熱した後に開始される。このため、不織布１２は、第２駆動ローラー２２ｂよりも巻芯２１に密着し易くなる。これにより、巻芯２１への不織布１２の巻き始めに皺が発生することを抑制することができる。

（３）巻取工程は、第１駆動ローラー２２ａの温度を第２駆動ローラー２２ｂの温度よりも低い温度として実施されることが好ましい。これにより、第１駆動ローラー２２ａから不織布１２が剥離し易くなる。従って、不織布１２が第１駆動ローラー２２ａから第２駆動ローラー２２ｂへ円滑に搬送されるため、巻取工程におけるトラブルの発生を低減することができる。

（４）巻取工程は、第１駆動ローラー２２ａの温度を熱融着性成分の融点未満の温度として実施されることがさらに好ましい。この場合、第１駆動ローラー２２ａから不織布１２がさらに剥離し易くなるため、上記（３）に記載の作用効果を高めることができる。

（５）巻芯２１の温度がＡ（℃）となるまで予備加熱した後に巻取工程を開始している。この巻取工程においては、第１駆動ローラー２２ａの温度をＢ（℃）、第２駆動ローラー２２ｂの温度をＣ（℃）とし、熱融着性成分の融点がＴ（℃）であるとき、式（１）：Ａ＞Ｃ≧Ｔ＞Ｂの関係を満たすことが好ましい。この場合、巻芯２１への不織布１２の巻き始めに皺が発生することを抑制することができ、しかも、不織布１２が第１駆動ローラー２２ａから第２駆動ローラー２２ｂへ円滑に搬送されるため、巻取工程におけるトラブルの発生を低減することができる。

（６）巻取工程では、巻芯２１よりも上流側の不織布１２を第１駆動ローラー２２ａと、その第１駆動ローラー２２ａに従動するガイドローラー２６とにより挟持して搬送している。この場合、不織布１２の供給速度を第１駆動ローラー２２ａの周速度に容易に合わせることができる。

（７）巻取工程は、線圧に換算して１００ｇ／ｃｍ未満の荷重が巻芯２１に印加されるように実施することが好ましい。このように、不織布１２を加圧する条件を緩和することで、駆動ローラー２２や巻芯２１への負荷が低減されるため、駆動ローラー２２や巻芯２１の耐久性を確保することができるようになる。

（８）直径が比較的小さい巻芯２１を用いた場合では、巻取工程において、巻芯２１に印加される荷重を高めるに従って巻芯２１の撓みが発生し易くなる。こうした巻芯２１の撓みに追従して、得られる円筒状積層体１１も撓むことで、例えば円筒状積層体１１の寸法精度の確保や巻芯２１の抜き取りが困難となるおそれがある。特に、直径が４０ｍｍ以下とされる比較的小さい巻芯２１を用いて円筒状積層体１１を製造する場合、巻芯２１が撓み易くなる。このとき、例えば巻芯２１の長さをより短くすることで、巻芯２１の撓みは抑制されるものの、円筒状積層体１１の製造効率の低下を招くことになる。この点、上述したように巻芯２１に印加される荷重を線圧に換算して１００ｇ／ｃｍ未満とすることで、巻芯２１の撓みを抑制することができるようになる。従って、直径が比較的小さい巻芯２１を用いて、小型の円筒状積層体１１を製造する際に、円筒状積層体１１の製造効率を高めることができる。

（変更例）
なお、前記実施形態を次のように変更して構成してもよい。
・前記実施形態では、巻芯２１を予備加熱した後に巻取工程を実施しているが、予備加熱を省略してもよい。例えば巻芯２１の外周面の少なくとも一部に粘着剤を塗布したり、粘着テープを貼着したりすることで、巻芯２１に不織布１２を仮固定することで、不織布１２を巻き始めることもできる。

・前記実施形態では、ガイドローラー２６として自重で押圧するタッチローラーを採用しているが、加圧手段を備えたニップローラーに変更してもよい。また、前記ガイドローラー２６は、不織布１２の全幅にわたって接触する長さに設定されている。この点、例えば一対のガイドローラーを不織布１２の両端部等において部分的に接触するように設けることもできる。また、ガイドローラー２６としては、溝加工が施されたガイドローラーに変更することで、不織布１２に皺が発生することをさらに抑制することも可能である。

・前記実施形態では、一本のガイドローラー２６によって不織布１２を押圧しているが、複数のガイドローラー２６によって不織布１２を押圧してもよい。また、加熱手段を備えたガイドローラー２６に変更することで、ガイドローラー２６が温度制御されるように構成してもよい。

・前記ガイドローラー２６を省略しても、不織布１２を第１駆動ローラー２２ａの周速度で供給することができる。例えば、第１駆動ローラー２２ａの外周面の摩擦力を第２駆動ローラー２２ｂの外周面の摩擦力よりも高めることで、不織布１２を第１駆動ローラー２２ａの周速度で供給することができる。また例えば、第１駆動ローラー２２ａの周速度と同期する一対の供給用ローラーを設けることで、不織布１２を第１駆動ローラー２２ａの周速度で供給することができる。また例えば、第２駆動ローラー２２ｂの直径よりも大きい第１駆動ローラー２２ａを用いて、巻芯２１から第１駆動ローラー２２ａへの加圧条件を第２駆動ローラー２２ｂへの加圧条件よりも高めることで、不織布１２を第１駆動ローラー２２ａの周速度で供給することができる。

・前記加圧部２３ａ，２３ｂは、一対の回転体２５を備えているが、例えば図３（ｂ）に示すように、下面に逆Ｖ字状のテーパ面を形成した加圧部２３ａ，２３ｂを採用することもできる。このテーパ面には、巻芯２１の回転に伴って巻芯２１の外周面が摺接される。テーパ面は、材料の選択や表面粗さの設定によって摩擦力を小さくすることで、巻芯２１の回転に対する抵抗を小さくすることが好ましい。また、巻芯２１を周知の軸受構造で支持し、その軸受構造を介して加圧する加圧部に変更してもよい。

・前記実施形態では、巻芯２１を各駆動ローラー２２ａ，２２ｂに向けて加圧しているが、巻芯２１を回転可能に支持するとともに、各駆動ローラー２２ａ，２２ｂを巻芯２１に向けて加圧する加圧装置によって、巻芯２１と各駆動ローラー２２ａ，２２ｂとの間の不織布１２を加圧してもよい。

・前記実施形態では、内径が４０ｍｍ以下の円筒状積層体１１の製造に適用しているが、内径が４０ｍｍを超える円筒状積層体１１の製造に適用してもよい。この場合であっても、不織布１２を加圧する条件を緩和しても、円筒状積層体１１の形状保持性を高めることが容易となる。

・前記円筒状積層体１１は、エアフィルターとして利用されるが、これに限定されず、エア以外の気体用のフィルターや液体用のフィルターとして利用してもよい。円筒状積層体１１をフィルターとして用いる場合、熱融着性シート材は、少なくとも繊維集合体からなる層を有することが好ましい。繊維集合体としては、前記不織布１２の他に、織布及び紙が挙げられる。熱融着性成分としては、熱融着性繊維以外に、例えば不定形の熱融着性バインダーを含む繊維集合体であってもよい。なお、繊維集合体からなる層を含む熱融着性シート材は、例えば、多孔質フィルムと繊維集合体とが積層された多層構造であってもよい。

・前記実施形態の製造方法は、フィルターに用いられる円筒状積層体１１の製造のみではなく、例えば、各種構造材に用いられる円筒状積層体の製造に適用することもできる。すなわち、前記実施形態の製造方法は、巻芯２１に巻回可能な可撓性を有する熱融着性シート材を用いて円筒状積層体を製造する方法として有効である。熱融着性シート材の厚みは、例えば、０．０１〜１４ｍｍの範囲とされる。熱融着性シート材としては、繊維集合体に限らず、例えば、樹脂フィルム状物、発泡体状物、網状物等を用いてもよいし、これらの複合体を用いてもよい。熱融着性シート材が複層構造の場合では、熱融着性シート材の少なくとも片面が熱融着性を有する熱可塑性樹脂を主成分として構成される。片面のみが熱融着性を有する熱融着性シートを用いる場合は、熱融着性成分への熱伝導を効率的に行うという観点から、熱融着性を有する面が各駆動ローラー２２ａ，２２ｂに接するように巻取装置に供給することが好ましい。

・前記実施形態では、巻取工程を一段階で行っているが、巻取工程を複数の段階に分けて実施することができる。例えば、第１の巻取工程において第１の熱融着性シート材を巻き取った後に、第２の巻取工程において第２の熱融着性シート材を巻き取ることで、内周側と外周側とにおいて、異種の熱融着性シート材が巻回された円筒状積層体を得ることができる。

上記実施形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
（イ）前記製造方法において、前記巻芯の直径が４０ｍｍ以下であり、前記巻芯の直径（Ｄ）に対する巻芯の長さ（Ｌ）の比率（Ｌ／Ｄ）が２０以上であり、前記巻取工程では、線圧に換算して１００ｇ／ｃｍ未満の荷重が前記巻芯に印加される円筒状積層体の製造方法。この場合、小型の円筒状積層体を製造するに際して、形状保持性を確保し、かつ製造効率を高めることが容易である。

（ロ）前記製造方法において、前記熱融着性シート材が繊維集合体を含むとともに、前記円筒状積層体が円筒状フィルターである円筒状積層体の製造方法。
（ハ）前記製造方法において、前記第１駆動ローラー及び前記第２駆動ローラーは同一径であり、前記巻芯の両端部に荷重を加えることで、前記巻芯を前記第１駆動ローラー及び前記第２駆動ローラーに対して均一となるように加圧する円筒状積層体の製造方法。

次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。各例では、図１（ｂ）及び図２に示される巻取装置を用いて円筒状積層体を製造した。第１及び第２駆動ローラーの直径（外径）は１８０ｍｍであり、ガイドローラーの直径（外径）は、５０ｍｍである。

（実施例１）
実施例１では、表１に示す条件で、熱融着性シート材として不織布（全幅３２０ｍｍ、全長２．０ｍ）を用いて巻取工程を実施することで円筒状積層体を製造した。用いた不織布は、ポリプロピレン樹脂を芯とし、ポリエチレン樹脂を鞘とする芯鞘構造の短繊維から形成したサーマルボンド不織布（目付４０ｇ／ｍ^２）であり、ポリエチレン（融点：１３１℃）を熱融着性成分として熱融着可能なものである。

各加圧部はそれぞれ０．８ｋｇの荷重で巻芯の両端部を加圧するように、加圧制御されている。これにより、巻芯に加わる荷重は、１．６ｋｇであり、巻芯の全長は４００ｍｍであるため、巻芯に加えた線圧は、１６００（ｇ）／４０（ｃｍ）＝４０（ｇ／ｃｍ）となる。

（比較例１）
比較例１では、第２駆動ローラーの速度を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして円筒状積層体を製造した。

（比較例２）
比較例２では、巻芯に加えた線圧を表１に示すように変更した以外は、比較例１と同様にして円筒状積層体の製造を試みた。

（圧縮強度の測定）
圧縮強度は、圧縮試験により測定した。圧縮試験は、万能引張圧縮試験装置（ミネベア株式会社製、ＴＣＭ５０００）を用いて円筒状積層体の側面に平板を載置するとともに５０ｍｍ／ｍｉｎの速度で加圧し、応力−ひずみ曲線から、円筒状積層体が破断したときの応力を圧縮強度とした。

各例の圧縮強度の測定結果を表１に示す。実施例１及び比較例１の対比から、第２駆動ローラーの速度を第１駆動ローラーの速度よりも速めることで、圧縮強度が高まった。なお、比較例２では、巻芯に加えた線圧が過剰に高いため、巻芯の撓みが大きくなり、巻芯に不織布を巻き取ることができなかった。

（実施例２）
実施例２では、表２に示す条件で、熱融着性シート材として不織布（全幅３２０ｍｍ、全長２．０ｍ）を用いて巻取工程を実施することで、径寸法の異なる円筒状積層体を製造した。この不織布は、実施例１と同じサーマルボンド不織布である。

（比較例３）
比較例３では、第２駆動ローラーの速度を表２に示すように変更した以外は、実施例２と同様にして円筒状積層体を製造した。

各例の圧縮強度の測定結果を表２に示す。各例の対比から、第２駆動ローラーの速度を第１駆動ローラーの速度よりも速めることで、圧縮強度が高まった。

（実施例３）
実施例３では、表３に示す条件で、熱融着性シート材として不織布（全幅６５０ｍｍ、全長２．０ｍ）を用いて巻取工程を実施することで、長さ寸法の異なる円筒状積層体を製造した。この不織布は、実施例１と同じサーマルボンド不織布である。

（比較例４）
比較例４では、第２駆動ローラーの速度を表３に示すように変更した以外は、実施例３と同様にして円筒状積層体を製造した。

（比較例５）
比較例５では、巻芯に加えた線圧を表３に示すように変更した以外は、比較例４と同様にして円筒状積層体の製造を試みた。

各例の圧縮強度の測定結果を表３に示す。実施例３及び比較例４の対比から、第２駆動ローラーの速度を第１駆動ローラーの速度よりも速めることで、圧縮強度が高まった。比較例５では、巻芯に加えた線圧が過剰に高いため、巻芯の撓みが大きくなり、巻芯に不織布を巻き取ることができなかった。

（実施例４〜６）
実施例４〜６では、表４に示す条件で、熱融着性シート材として不織布（全幅６５０ｍｍ、全長２．０ｍ）を用いて巻取工程を実施することで、円筒状積層体を製造した。この不織布は、実施例１と同じサーマルボンド不織布である。

各例の圧縮強度の測定結果を表４に示す。実施例４及び５の結果から、圧縮強度は、各駆動ローラーの速度差が大きくなるに伴って高まる傾向にあることが分かる。実施例６では実施例４よりも巻芯に加えた線圧を低下させるとともに、各駆動ローラーの速度差を高めている。この実施例６のように、前記線圧の低下により駆動ローラーの負荷を軽減しても、各駆動ローラーの速度差を高めることで、実施例４と同等の圧縮強度が得られることが分かる。

（実施例７及び８）
実施例７及び８では、表５に示す条件で、熱融着性シート材として不織布（全幅６５０ｍｍ、全長２．０ｍ）を用いて巻取工程を実施することで、円筒状積層体を製造した。この不織布は、実施例１と同じサーマルボンド不織布である。

（比較例６）
比較例６では、各駆動ローラーの温度条件を表５に示すように変更した以外は、実施例８と同様にして円筒状積層体の製造を試みた。

（実施例９）
実施例９では、巻芯を予備加熱せずに巻取工程を実施した以外は、表３に示す実施例３と同様にして円筒状積層体を製造した。

各例の圧縮強度の測定結果を表５に示す。実施例７及び８の圧縮強度は、表３に示す比較例４よりも高くなった。但し、実施例７では、第１駆動ローラーの温度が熱融着性成分の融点以上の温度であり、また、実施例８では、第１駆動ローラーの温度が第２駆動ローラーの温度以上である。こうした実施例７及び８は、第１駆動ローラーへの不織布の密着性が高まっており、不織布の搬送がやや不安定であることが確認された。また、巻芯への不織布の巻き始めが不安定となり、巻芯側の不織布に皺が発生する場合があった。

比較例６では、第２駆動ローラーの加熱温度が熱融着性成分の融点よりも低いため、不織布が熱融着せずに、円筒状積層体を製造することができなかった。実施例９では、巻芯の予備加熱を行っていないため、巻芯への巻き始めが不安定な場合があった。これにより、実施例３よりも圧縮強度が劣る結果となったと考えられる。

１１…円筒状積層体、１２…不織布（熱融着性シート材）、２１…巻芯、２２…駆動ローラー、２２ａ…第１駆動ローラー、２２ｂ…第２駆動ローラー、２６…ガイドローラー。

Claims (8)

1. 熱融着性成分を含む熱融着性シート材を加熱しながら巻芯に巻き取る巻取工程を備え、前記熱融着性シート材が径方向に積層された円筒状積層体を製造する円筒状積層体の製造方法であって、
   前記巻取工程は、
   前記巻芯と、前記巻芯の軸に平行する軸を中心として回転駆動される駆動ローラーとにより前記熱融着性シート材を加圧しながら、前記巻芯と前記駆動ローラーとの間に前記熱融着性シート材を連続して通過させるとともに、前記駆動ローラーにより前記熱融着性シート材を加熱して前記巻芯に巻き取る工程であり、
   前記駆動ローラーは、第１駆動ローラーと、前記第１駆動ローラーよりも下流側に位置する第２駆動ローラーとを備え、
   前記第２駆動ローラーの温度を前記熱融着性成分の融点以上とし、
   前記第２駆動ローラーの周速度を前記第１駆動ローラーの周速度よりも速めるとともに、前記熱融着性シート材を前記第１駆動ローラーの周速度で供給することで、前記巻芯を前記第１駆動ローラーに従動させるとともに、前記熱融着性シート材として、繊維集合体からなる層を有する熱融着性シート材を用いて、その熱融着性シート材を前記第２駆動ローラーに摺接させることを特徴とする円筒状積層体の製造方法。
2. 前記巻芯を前記第２駆動ローラーよりも高い温度となるまで予備加熱した後に、前記巻取工程を開始することを特徴とする請求項１に記載の円筒状積層体の製造方法。
3. 前記巻取工程は、前記第１駆動ローラーの温度を前記第２駆動ローラーの温度よりも低い温度として実施されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の円筒状積層体の製造方法。
4. 前記巻取工程は、前記第１駆動ローラーの温度を前記熱融着性成分の融点未満の温度として実施されることを特徴とする請求項３に記載の円筒状積層体の製造方法。
5. 前記巻芯の温度がＡ（℃）となるまで予備加熱した後に前記巻取工程を開始し、
   前記第１駆動ローラーの温度をＢ（℃）とし、前記第２駆動ローラー２２ｂの温度をＣ（℃）として前記巻取工程を実施する際に、前記熱融着性成分の融点がＴ（℃）であるとき、式（１）：Ａ＞Ｃ≧Ｔ＞Ｂの関係を満たすようにしたことを特徴とする請求項１に記載の円筒状積層体の製造方法。
6. 前記巻取工程では、前記巻芯よりも上流側の前記熱融着性シート材を前記第１駆動ローラーと、その第１駆動ローラーに従動するガイドローラーとにより挟持して搬送することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の円筒状積層体の製造方法。
7. 前記巻取工程では、線圧に換算して１００ｇ／ｃｍ未満の荷重が前記巻芯に印加されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の円筒状積層体の製造方法。
8. 前記巻芯の直径が４０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の円筒状積層体の製造方法。

Images