JP6393998B2 - シート製造装置、シート製造装置の制御方法 - Google Patents

シート製造装置、シート製造装置の制御方法 Download PDF

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    • D21H11/00Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
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Description

本発明は、シート製造装置、およびシート製造装置の制御方法に関する。
従来、オフィスから排出される古紙には、機密事項が記載された古紙も含まれていることから、機密保持の観点からも、古紙を自らのオフィス内で処理できることが望まれている。小規模なオフィスでは水を大量に使用する湿式のシート製造装置は向かないため、構造が簡略化された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1参照)。
特開2012−144819号公報
しかしながら、上記のシート製造装置では、例えば、紙(古紙)を解繊する解繊部の温度が変化すると空気密度が変動してしまい、空気流による搬送力が一定とならず、解繊状態が不安定となってしまう、という課題があった。これは古紙に限らず、他の原料を解繊する場合にも起こる課題であった。
本発明は、上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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例にかかるシート製造装置は、被解繊物を解繊して解繊物を生成する解繊部と、前記解繊部の温度を取得する温度取得部と、前記解繊部から搬送される前記解繊物を含む空気の質量流量を変更する制御部と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、取得した解繊部の温度に基づき、解繊物を含む空気の質量流量を変更させるため、解繊部の温度の変化により生じる空気の質量流量の変化を調整でき、安定した解繊駆動が可能となる。これにより、解繊状態が安定し品質の高いシートを製造することができる。
[適用例2]上記適用例にかかるシート製造装置の前記制御部では、取得した前記温度がより高い場合には、取得した前記温度がより低い場合よりも前記質量流量を大きくすることを特徴とする。
解繊部の温度がより高い場合には、空気の密度が減少してしまい、解繊物の搬送性が低
下する。そうすると、より解繊された解繊過多状態となって短繊維化が進行してしまい、
シートを形成した場合にシートの強度が低下してしまう。そこで、この構成によれば、解
繊部の温度がより高い場合には、より低い場合よりも質量流量を大きくすることにより解
繊物の搬送性を向上させることができる。これにより、解繊過多状態を解消させることが
できる。
また、本発明にかかるシート製造装置では、被解繊物を解繊して解繊物を生成する解繊部と、前記解繊部の温度を取得する第1温度取得部と、前記解繊部から搬送される前記解繊物を含む空気の質量流量を変更する制御部と、を有し、前記制御部は、取得した前記温度がより高い場合には、取得した前記温度がより低い場合よりも前記質量流量を大きくすることを特徴とするシート製造装置。
[適用例3]上記適用例にかかるシート製造装置では、前記解繊物を吸引する吸引部を有し、前記制御部は、取得した前記温度がより高い場合には、取得した前記温度がより低い場合よりも前記吸引部の吸引力を大きくすることを特徴とする。
この構成によれば、取得した温度がより高い場合には、吸引部の吸引力を大きくすることにより空気の質量流量を大きくすることができる。これにより、解繊物の搬送性を向上させることができる。
[適用例4]上記適用例にかかるシート製造装置では、前記解繊部は、回転する回転刃を備え、前記制御部は、取得した前記温度がより高い場合には、取得した前記温度がより低い場合よりも前記回転刃の回転速度を大きくすることを特徴とする。
この構成によれば、取得した温度がより高い場合には、回転刃の回転速度をより大きくすることにより空気の質量流量を大きくし、解繊物の搬送性を向上させることができる。
[適用例5]上記適用例にかかるシート製造装置の前記温度取得部では、前記解繊部の内部の温度を取得することを特徴とする。
この構成によれば、解繊部の内部の温度を取得するため、容易に温度を取得することができる。
[適用例6]上記適用例にかかるシート製造装置では、前記解繊部は、解繊物の搬送方向に対する上流側及び下流側のそれぞれに上流搬送路及び下流搬送路が接続され、前記温度取得部では、前記上流搬送路の内部、及び前記下流搬送路の内部の温度を取得することを特徴とする。
この構成によれば、解繊部よりも上流側、及び下流側の温度を取得するため、容易に温
度を取得することができる。
また、本発明にかかるシート製造装置では、前記解繊部は、解繊物の搬送方向に対する上流側及び下流側のそれぞれに上流搬送路及び下流搬送路が接続され、前記上流搬送路の内部の温度を取得する第2温度取得部と、前記下流搬送路の内部の温度を取得する第3温度取得部とを備えていてもよい。
また、本発明にかかるシート製造装置の制御方法では、被解繊物を解繊して解繊物を生成する解繊部の温度を取得し、前記温度に応じて、前記解繊部から搬送される前記解繊物を含む空気の質量流量を制御し、前記制御部は、取得した前記温度がより高い場合には、取得した前記温度がより低い場合よりも前記質量流量を大きくさせることを特徴とする。
シート製造装置の構成を示す概略図。 シート製造装置の構成を示す別の概略図。 解繊部周辺の構成を示す概略図。 シート製造装置の制御方法を示すフローチャート。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各部材等を認識可能な程度の大きさにするため、各部材等の尺度を実際とは異ならせて示している。
まず、シート製造装置の構成について説明する。シート製造装置は、例えば、古紙やパルプシートなどの原料(被解繊物)を新たなシートに再生する技術に基づくものである。そして、被解繊物を解繊して解繊物を生成する解繊部と、解繊部の温度を取得する温度取得部と、解繊部から搬送される解繊物を含む空気の質量流量を変更する制御部と、を有する装置である。なお、本実施形態にかかるシート製造装置に供給する解繊物としての原料は、例えば、オフィスで現在主流となっているA4サイズ等の古紙(原料PU)などである。以下、具体的に説明する。
図1、図2は、シート製造装置の構成を示す概略図である。図1、図2に示すように、シート製造装置1は、供給部10と、粗砕部20と、解繊部30と、分級部40と、受け部45と、添加物投入部60と、成形部70と、水分噴霧部120と、加圧部80と、加熱加圧部90と、裁断部100と、を備えている。さらに、解繊部30の温度を取得する温度取得部110と、空気の流量質量を調整するブロワー34を備えている。そして、シート製造装置1では、これらの部材を制御する制御部(不図示)を備えている。
供給部10は、粗砕部20に被解繊物としての原料PUを供給するものである。供給部10は、例えば、複数の原料PUを重ねて載置するトレー11と、トレー11に載置された原料PUを粗砕部20に連続して投入可能な自動送り機構12等を備えている。
粗砕部20は、供給された原料PUを数センチメートル角の細片に裁断するものである。粗砕部20では、粗砕刃21を備え、通常のシュレッダーの刃の切断幅を広げたような装置を構成している。これにより、供給された原料PUを容易に細片に裁断することができる。そして、細片は、上流搬送路25を通って解繊部30に供給される。
解繊部30は、回転する回転刃を備え、粗砕部20から供給された細片を繊維状(綿状)に解繊するものである。なお、本実施形態の解繊部30は、水中での解繊ではなく気中で解繊を行う乾式解繊である。
解繊部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(増幸産業株式会社製)、風発生機構を備えた乾式解繊装置を適宜適用することができる。このような乾式の解繊部30へ投入する細片のサイズは、通常のシュレッダーにより排出されるものと同様のサイズであればよい。
解繊部30の解繊処理により、印刷されたインクやトナー、にじみ防止材等の原料への塗工材料等も繊維に付着した状態から解放される(以下、これらを「インク粒」という)。したがって、解繊部30から排出される解繊物は、細片の解繊により得られる繊維とインク粒である。
そして、解繊部30は、回転刃の回転によって気流が発生する機構となっており、解繊部30内を解繊物が移動する。解繊部30と分級部40の間には解繊物を気流に乗せて搬送する下流搬送路35が設けられ、下流搬送路35には、気流の速度を制御するブロワー34が配置されている。ブロワー34によって分級するのに適した速度で解繊物は分級部40に搬送される。ブロワー34は、解繊部30から解繊物を吸引する機能を有していてもよい。この場合、ブロワー34が吸引部となる。なお、ブロワー34と解繊部30の間に別に吸引部を有していてもよい。吸引部は吸引力を制御可能である。ブロワー34などの吸引部を制御することにより、解繊部30内を移動する解繊物の量を制御でき、解繊物を含む空気の質量流量を制御することができる。
図3は、解繊部周辺の構成を示す概略図である。ここで、解繊部30周辺には、温度を取得する温度取得部110として第1温度計113、第2温度計114、及び第3温度計115が設置されている。
図3に示すように、解繊部30には、解繊部30の温度を取得する第1温度計113が設置されている。第1温度計113は、解繊部30の内部の温度を測定するものである。また、解繊部30の解繊物の搬送方向に対する上流側及び下流側のそれぞれに接続される上流搬送路25及び下流搬送路35には、上流搬送路25の内部の温度を測定する第2温度計114と、下流搬送路35の内部の温度を測定する第3温度計115が設置されている。
そして、これら第1温度計113、第2温度計114、及び第3温度計115によって取得した温度に応じて、吸引部としてのブロワー34の吸引量が制御されるように構成されている。
分級部40は、搬送された解繊物をインク粒と繊維とに分級し、インク粒を除去するものである。本実施形態の分級部40としてのサイクロン40を適用する。サイクロン40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。なお、サイクロン40に代えて他の種類の気流式分級器を利用してもよい。この場合、サイクロン40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ー等が用いられる。気流式分級器は旋回気流を発生させ、解繊物のサイズと密度により受ける遠心力の差によって分離、分級するもので、気流の速度、遠心力の調整により、分級点を調整することができる。
本実施形態のサイクロン40は、解繊部30から導入される導入口41と、導入口41が接線方向についた円筒部43と、円筒部43に続く円錐部42と、円錐部の下部に設けられる下部取出口46と、円筒部43の上部中央に設けられる微粉排出のための上部排気口44から構成される。
分級処理において、サイクロン40の導入口41から導入された解繊物をのせた気流は、円筒部43で円周運動に変わり、円錐部42へと移動する。そして、解繊物のサイズと密度により受ける遠心力の差によって分離、分級する。解繊物に含まれるものを繊維と繊維以外のインク粒の2つに分類した場合、繊維のほうがインク粒よりも大きい、もしくは密度が高い。そのため解繊物は分級処理により、繊維よりも小さく密度の低いインク粒と、インク粒より大きく密度の高い繊維とに分離される。
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44へ導出される。そして、サイクロン40の上部排気口44から比較的小さく密度の低いインク粒が排出される。そして、排出されたインク粒は、サイクロン40の上部排気口44から配管203を通って受け部45に回収される。一方、インク粒より大きく密度の高い繊維は解繊繊維としてサイクロン40の下部取出口から成形部70に向けて搬送される。
解繊繊維がサイクロン40から成形部70に搬送される配管204の途中に、解繊繊維に対して添加物を添加する添加物投入部60が設けられている。添加物としては、例えば、融着樹脂、難燃剤、白色度向上剤、紙力増強剤やサイズ剤等が挙げられる。なお、これらの添加剤の一部または全部を省略してもよいし、さらに他の添加物を投入してもよい。添加剤は、貯留部61に貯留され、図示しない投入機構によって投入口62から投入される。
解繊繊維に添加剤が混ざったものを用いてシートを成形する。そこで、解繊繊維に融着樹脂や添加剤が混ざったものを材料繊維と呼ぶ。
成形部70は、材料繊維を均一厚みに堆積させるものである。成形部70は、材料繊維を空気中に均一に分散させる機構と、材料繊維をメッシュベルト73上に吸引する機構を有している。
まず、材料繊維を空気中に均一に分散させる機構として、成形部70には、材料繊維が内部に投入されるフォーミングドラム71が配置されている。フォーミングドラム71は回転することにより、繊維中に添加剤を均一に混ぜることができる。フォーミングドラム71の表面には小孔スクリーンが設けられている。フォーミングドラム71を回転駆動させて、材料繊維が小孔スクリーンを通過させることにより、材料繊維を空気中に均一に分散させることができる。
一方、フォーミングドラム71の鉛直下方には、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73が配されている。メッシュベルト73は、複数の張架ローラー72によって張架され、張架ローラー72のうちの少なくとも1つが自転することで、一方向に移動するようになっている。
また、フォーミングドラム71の鉛直下方には、メッシュベルト73を介して、鉛直下方に向けた気流を発生させるサクション装置75が設けられている。サクション装置75によって、空気中に分散された材料繊維をメッシュベルト73上に吸引することができる。
材料繊維が成形部70のフォーミングドラム71内に導入されると、材料繊維は、フォーミングドラム71の表面の小孔スクリーンを通過し、サクション装置75による吸引力によって、メッシュベルト73上に堆積される。このとき、メッシュベルト73を一方向に移動させることにより、均一な厚さで材料繊維を堆積させることができる。このように堆積した材料繊維を含む堆積物をウェブWと呼ぶ。なお、メッシュベルトは金属性でも、樹脂性でも、不織布でもよく、材料繊維が堆積でき、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。なお、メッシュの穴径が大きすぎるとシートを成形したときの表面が凸凹になり、メッシュの穴径が小さすぎると、サクション装置75による安定した気流を形成しづらい。このため、メッシュの穴径は適宜調整することが好ましい。サクション装置75はメッシュベルト73の下に所望のサイズの窓を開けた密閉箱を形成し、窓以外から箱内の空気を吸引し箱内を低真空にすることで形成することができる。
ウェブWはメッシュベルト73を移動することにより図2中の矢印で示されるウェブ搬送方向に搬送される。水分噴霧部120は、搬送されるウェブWに向けて水分を噴霧添加するものである。これにより、繊維間の水素結合を増強させることができる。そして、水分を噴霧されたウェブWは、加圧部80に搬送される。
加圧部80は、搬送されたウェブWに対して加圧するものである。加圧部80は、一対の加圧ローラー81を二組備えている。水分を噴霧されたウェブWを、対向した加圧ローラー81の間を通過させることにより、ウェブWを圧縮する。そして、圧縮されたウェブWが加熱加圧部90に搬送される。
加熱加圧部90は、搬送されたウェブWに対して加熱と加圧を同時にするものである。加熱加圧部90は一対の加熱ローラー91を二組備えている。圧縮されたウェブWを、対向した加熱ローラー91の間を通過させることによって加熱するとともに加圧する。
加圧ローラー81により、繊維間隔を短くし繊維間の接触点が増やされた状態で、加熱ローラー91により融着樹脂が溶融し、繊維と繊維を結着する。これにより、シートとしての強度を向上させ、余分な水分を乾燥させることで、すぐれたシートを製造することができる。また、加熱は、加熱ローラー91内にヒーターを設置することで、ウェブWに加圧と加熱を同時にすることが望ましい。なお、加圧ローラー81および加熱ローラー91の下方にはウェブWを案内するガイド108が配置されている。
上記のようにして得られたシート(ウェブW)は裁断部100に搬送される。裁断部100は、搬送方向に裁断するカッター101と、搬送方向と直交する方向に裁断するカッター102を備え、長尺状に形成されたシートを所望のサイズに裁断する。裁断されたシートPr(ウェブW)はスタッカー160に積載される。
次に、シート製造装置の制御方法について説明する。具体的には、取得された解繊部30の温度に応じてブロワー34の吸引力を制御する制御方法について説明する。図4は制御方法を示すフローチャートである。
まず、解繊部30の温度を取得する。本実施形態では、温度取得部110としての第1温度計113と、第2温度計114と、第3温度計115と、により測定された各温度を取得する(ステップS1)。
次いで、取得した温度に応じて解繊部30から搬送される解繊物を含む空気の質量流量を制御する。
制御部は、ステップS1にて取得した温度が予め定められた温度より高いか否かを判断する(ステップS2)。解繊部30は駆動し続けると徐々に内部の温度が上がっていくため、予め定められた温度は、解繊部30を長時間駆動したときの温度で設定する。
取得した温度が予め定められた温度より高くない場合(ステップS2のNO)は、解繊部30を通常駆動している状態であり、この場合は吸引部としてのブロワー34は通常モードで制御され吸引する(ステップS4)。
一方、取得した温度が予め定められた温度より高い場合(ステップS2のYES)は、解繊部30を長時間駆動している状態であり、この場合のブロワー34の制御は、ステップS4の場合よりも大きい吸引力で吸引し、空気の質量流量を大きくする(ステップS3)。
本実施形態では、取得した温度が予め定められた温度より高い場合には、ブロワー34の吸引力を通常モードよりも大きくする。これにより、空気の質量流量が大きくなり、解繊物の搬送性を向上させることができる。そして、解繊部30の解繊過多状態が解消されるため、短繊維の発生が抑制される。
なお、本実施形態では、予め定められた温度よりも高いか否かで分けたが、低いか否かで分けてもよい。また、予め定められた温度を複数設け、設けた数に応じて3つ以上に分けてもよい。この場合の予め定められた温度は、長時間駆動したときの温度を含む複数の温度となる。また、予め定められた温度との比較ではなく、取得した温度同士の比較でもよい。いずれにしても、取得した温度がより高い場合の方が、より低い場合よりも質量流量がより大きくなり、吸引力はより高くなる。
以上、上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)温度取得部110によって解繊部30の温度を計測し、例えば、解繊部30の温度が高い場合には、吸引部としてのブロワー34の吸引力を上げた。これにより、解繊部30における解繊物の搬送性が向上し、解繊過多が解消され、短繊維が少なく、強度が確保されたシートを製造することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
上記実施形態では、第1温度計113は解繊部30の内部の温度を測定したが、これに限定されない。解繊部30の外側表面の温度を測定するように構成してもよい。また、第2温度計114及び第3温度計115も同様にして、上流搬送路25、及び下流搬送路35の外側表面の温度を測定する構成であってもよい。このようにしても、各部の温度変化を容易に取得できるので、上記同様の効果を得ることができる。
上記実施形態では、温度取得部110として第1温度計113と第2温度計114及び第3温度計115を設けたが、この構成に限定されない。3つの温度計を用いると、解繊部30の内部温度を把握しつつ、解繊部30上下流の温度差により、解繊部30内で解繊物の温度の上昇具合を把握できる。しかし、第1温度計113だけとして、解繊部30内の温度だけを把握してもよい。また、第2温度計114及び第3温度計115のみを備えるようにして、解繊部30の上下流の温度差を把握してもよい。また、第3温度計115だけにしてもよい。第2温度計114及び第3温度計115の2つを備えた場合においても、または第3温度計115だけを備えた場合においても、解繊部30内を通過する解繊物の温度が推測できるため、解繊部30の温度を取得しているとみなすことができる。このように温度計の数を減らすことでコストを下げることができる。
また、第1温度計113と第2温度計114及び第3温度計115に、温度計を追加してもよい。このようにすれば、さらに詳細に解繊部30および解繊部30近傍の温度を取得することができる。
上記実施形態では、ブロワー34を制御することにより、解繊部30から搬送される解繊物を含む空気の質量流量を変更したが、この構成に限定されない。例えば、解繊部30に、気流を発生させる風発生機構を配置する。具体的には、解繊部30に回転する回転刃を備え、制御部は、取得した温度に応じて当該回転刃の回転数を制御する。例えば、取得した温度が予め定められた温度より高い場合には、取得した温度が予め定められた温度より低い場合よりも回転刃の回転速度を大きくする。このようにすれば、空気の質量流量が増加するため、解繊過多状状態が解消され、適正な解繊を行うことができる。また、回転刃とは別に気流を発生する羽根を設け、回転刃とともに回転させてもよい。
上記実施形態では、ブロワー34を制御することにより、解繊部30から搬送される解繊物を含む空気の質量流量を変更したが、この構成に限定されない。例えば、成形部70のサクション装置75を制御することにより、解繊部30から搬送される解繊物を含む空気の質量流量を変更してもよい。
また、解繊部30よりも下流側から吸引するのではなく、解繊部30よりも上流側に気流導入部を設け、解繊部30に空気を導入する導入力を制御し、気流を制御してもよい。なお、気流導入部を設けずにサクション装置75からの排気を解繊部30に導入し、制御してもよい。気流導入部からの導入力を大きくすることと吸引部により吸引力を大きくすることは同じ効果となる。
上記実施形態では、第1温度計113によって直接解繊部30の温度を取得したが、この構成に限定されない。例えば、図3に示すように、下流搬送路35に空気の流量を計測する流量計116を設け、流量計116の測定値を用いて、演算又は予め作成されたデータテーブルにより解繊部30内の温度を求めてもよい。温度が高くなると質量流量が減るため、温度を測定せずに流量を測定してもよい。このため、流量計116も温度取得部110とみなすことができる。このようにしても、上記同様の効果を得ることができる。
上記実施形態にかかるシートとは、古紙や純パルプなどの繊維を含むものを原料とし、シート状にしたものを主に言う。しかし、そのようなものに限らず、ボード状やウェブ状(や凸凹を有する形状で)あってもよい。また、原料としてはセルロースなどの植物繊維やPET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリエステルなどの化学繊維や羊毛、絹などの動物繊維であってもよい。本願においてシートとは、紙と不織布に分かれる。紙は、薄いシート状に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、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、不織布、繊維ボード、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、液体吸収材、吸音体、緩衝材、マットなどを含む。
1…シート製造装置、10…供給部、20…粗砕部、25…上流搬送路、30…解繊部、35…下流搬送路、40…分級部(サイクロン)、45…受け部、60…添加物投入部、70…成形部、80…加圧部、90…加熱加圧部、100…裁断部、110…温度取得部、113…第1温度計、114…第2温度計、115…第3温度計、116…流量計。

Claims (6)

  1. 被解繊物を解繊して解繊物を生成する解繊部と、
    前記解繊部の温度を取得する第1温度取得部と、
    前記解繊部から搬送される前記解繊物を含む空気の質量流量を変更する制御部と、を有し、
    前記制御部は、
    取得した前記温度がより高い場合には、取得した前記温度がより低い場合よりも前記質量流量を大きくすることを特徴とするシート製造装置。
  2. 請求項に記載のシート製造装置において、
    前記解繊物を吸引する吸引部を有し、
    前記制御部は、取得した前記温度がより高い場合には、取得した前記温度がより低い場合よりも前記吸引部の吸引力を大きくすることを特徴とするシート製造装置。
  3. 請求項1に記載のシート製造装置において、
    前記解繊部は、回転する回転刃を備え、
    前記制御部は、取得した前記温度がより高い場合には、取得した前記温度がより低い場合よりも前記回転刃の回転速度を大きくすることを特徴とするシート製造装置。
  4. 請求項1から請求項のいずれか一項に記載のシート製造装置において、
    前記温度取得部では、
    前記解繊部の内部の温度を取得することを特徴とするシート製造装置。
  5. 請求項1から請求項のいずれか一項に記載のシート製造装置において、
    前記解繊部は、解繊物の搬送方向に対する上流側及び下流側のそれぞれに上流搬送路及び下流搬送路が接続され、
    前記上流搬送路の内部の温度を取得する第2温度取得部と、前記下流搬送路の内部の温度を取得する第3温度取得部とを備えていることを特徴とするシート製造装置。
  6. 被解繊物を解繊して解繊物を生成する解繊部の温度を取得し、
    前記温度に応じて、前記解繊部から搬送される前記解繊物を含む空気の質量流量を制御し、
    前記制御部は、取得した前記温度がより高い場合には、取得した前記温度がより低い場合よりも前記質量流量を大きくさせることを特徴とするシート製造装置の制御方法。
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