以下、本発明の解繊装置、再生処理装置および解繊方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の再生処理装置の第1実施形態を備えるシート製造装置を示す概略側面図である。図2は、本発明の解繊装置の第1実施形態を示す断面図である。図3は、図2に示す解繊装置で解繊される前後での原料の状態を示す拡大模式図である。図10は、従来の解繊装置で解繊される前後での原料の状態を示す拡大模式図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図1に示すように、互いに直交する3軸をx軸、y軸およびz軸とする。また、x軸とy軸を含むxy平面が水平となっており、z軸が鉛直となっている。また、各軸の矢印が向いた方向を「+」、その反対方向を「-」と言う。また、図1および図2の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。また、図1のx軸-側を「上流側」、x軸+側を「下流側」と言う。
図1および図2に示すように、シート製造装置100は、再生処理装置10と、シート形成部20と、切断部21と、ストック部22と、回収部27と、を備えている。また、再生処理装置10は、原料供給部11と、粗砕部12と、解繊装置13と、選別部14と、第1ウェブ形成部15と、細分部16と、混合部17と、ほぐし部18と、第2ウェブ形成部19と、制御部28と、を備えている。これらのうち、原料供給部11、粗砕部12および解繊装置13は、上流側に設置されている。
また、図1および図2に示すように、シート製造装置100は、加湿部231と、加湿部232と、加湿部233と、加湿部234と、加湿部235と、加湿部236とを備えている。その他、シート製造装置100は、ブロアー173と、ブロアー261と、ブロアー262と、ブロアー263とを備えている。
また、シート製造装置100では、原料供給工程と、粗砕工程と、解繊処理工程と、選別工程と、第1ウェブ形成工程と、分断工程と、混合工程と、ほぐし工程と、第2ウェブ形成工程と、シート形成工程と、切断工程とがこの順に実行される。
以下、各部の構成について説明する。
図1に示すように、原料供給部11は、粗砕部12に原料M1を供給する原料供給工程を行なう部分である。この原料M1は、繊維30と、繊維30同士を接着する接着剤40とを含む材料50からなるシート状材料、すなわち、ケミカルボンド不織布である。図3は、シート状のケミカルボンド不織布を粗砕部12において粗砕した状態の原料(粗砕片)M2と、この粗砕片M2が解繊された状態を矢印のαで示したものである。
繊維30としては、天然繊維、再生繊維、合成繊維が挙げられる。親水性繊維は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
天然繊維としては、コットン、麻、羊毛、パルプなどの天然セルロース繊維が挙げられる。再生繊維としては、レーヨン、キュプラなどの再生セルロース繊維が挙げられる。合成繊維としては、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基のような親水性官能基およびアミド結合のような親水性結合のうちの少なくとも一方を有する熱可塑性樹脂で構成される合成繊維等が挙げられる。
材料50中の繊維30の含有量は、特に限定されず、例えば、50質量%以上、95質量%以下であるのが好ましく、70質量%以上、85質量%以下であるのがより好ましい。
接着剤40としては、ガラス転移温度が室温以下、すなわち、25℃以下の樹脂を含むホットメルト接着剤が挙げられ、例えば、ポリアクリル酸樹脂、ポリアクリル酸エステル樹脂、低密度ポリエチレン樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、合成ゴム、共重合ポリアミド樹脂および共重合ポリエステル樹脂等が挙げられる。
繊維30には、接着剤40が塗り広げられて付着した状態となっており、繊維30同士は、接着剤40によって結着している。
材料50中の接着剤40の含有量は、特に限定されず、例えば、5質量%以上、40質量%以下であるのが好ましく、10質量%以上、30質量%以下であるのがより好ましい。
粗砕部12は、原料供給部11から供給された原料M1を大気中等の気中で粗砕する粗砕工程を行なう部分である。粗砕部12は、一対の粗砕刃121と、シュート122とを有している。
一対の粗砕刃121は、互いに反対方向に回転することにより、これらの間で原料M1を粗砕して、すなわち、裁断して粗砕片M2にすることができる。粗砕片M2の形状や大きさは、解繊装置13における解繊処理に適しているのが好ましく、例えば、1辺の長さが100mm以下の小片であるのが好ましく、10mm以上、70mm以下の小片であるのがより好ましい。
シュート122は、一対の粗砕刃121の下方に配置され、例えば漏斗状をなすものとなっている。これにより、シュート122は、粗砕刃121によって粗砕されて落下してきた粗砕片M2を受けることができる。
また、シュート122の上方には、加湿部231が一対の粗砕刃121に隣り合って配置されている。加湿部231は、シュート122内の粗砕片M2を加湿するものである。この加湿部231は、気化式、超音波式、加熱式のいずれでもよい。加湿空気が粗砕片M2に供給されることにより、粗砕片M2が静電気によってシュート122等に付着するのを抑制することができる。
シュート122は、管241を介して、解繊装置13に接続されている。シュート122に集められた粗砕片M2は、管241を通過して、解繊装置13に搬送される。
解繊装置13は、高速回転する回転刃134を有し、粗砕片M2を気中で、すなわち、乾式で解繊する解繊処理工程を行なう部分である。この解繊装置13での解繊処理により、粗砕片M2から解繊物M3を生成することができる。ここで「解繊する」とは、複数の繊維30が結着されてなる粗砕片M2の大部分を、1本1本に解きほぐすことをいう。そして、この解きほぐされたものが解繊物M3となる。解繊物M3の形状は、線状や帯状である。また、解繊装置13の構成については、後に詳述する。
解繊装置13は、回転刃134の回転により、粗砕部12から選別部14に向かう空気の流れ、すなわち、気流を発生させることができる。これにより、粗砕片M2を管241から解繊装置13に吸引することができる。また、解繊処理後、解繊物M3を、管242を介して選別部14に送り出すことができる。
管242の途中には、ブロアー261が設置されている。ブロアー261は、選別部14に向かう気流を発生させる気流発生装置である。これにより、選別部14への解繊物M3の送り出しが促進される。
選別部14は、解繊物M3を、繊維の長さの大小によって選別する選別工程を行なう部分である。選別部14では、解繊物M3は、第1選別物M4-1と、第1選別物M4-1よりも大きい第2選別物M4-2とに選別される。第1選別物M4-1は、その後のシートSの製造に適した大きさのものとなっている。その平均長さは、1μm以上、30mm以下であるのが好ましい。一方、第2選別物M4-2は、例えば、解繊が不十分なものや、解繊された繊維同士が過剰に凝集したもの等が含まれる。
選別部14は、ドラム部141と、ドラム部141を収納するハウジング部142とを有する。
ドラム部141は、円筒状をなす網体で構成され、その中心軸回りに回転する篩である。このドラム部141には、解繊物M3が流入してくる。そして、ドラム部141が回転することにより、網の目開きよりも小さい解繊物M3は、第1選別物M4-1として選別され、網の目開き以上の大きさの解繊物M3は、第2選別物M4-2として選別される。
第1選別物M4-1は、ドラム部141から落下する。
一方、第2選別物M4-2は、ドラム部141に接続されている管243に送り出される。管243は、ドラム部141と反対側、すなわち、下流側が管241に接続されている。この管243を通過した第2選別物M4-2は、管241内で粗砕片M2と合流して、粗砕片M2とともに解繊装置13に流入する。これにより、第2選別物M4-2は、解繊装置13に戻されて、粗砕片M2とともに解繊処理される。
また、ドラム部141からの第1選別物M4-1は、気中に分散しつつ落下して、ドラム部141の下方に位置する第1ウェブ形成部15に向かう。第1ウェブ形成部15は、第1選別物M4-1から第1ウェブM5を形成する第1ウェブ形成工程を行なう部分である。第1ウェブ形成部15は、メッシュベルト151と、3つの張架ローラー152と、吸引部153とを有している。
メッシュベルト151は、無端ベルトであり、第1選別物M4-1が堆積する。このメッシュベルト151は、3つの張架ローラー152に掛け回されている。そして、張架ローラー152の回転駆動により、メッシュベルト151上の第1選別物M4-1は、下流側に搬送される。
第1選別物M4-1は、メッシュベルト151の目開き以上の大きさとなっている。これにより、第1選別物M4-1は、メッシュベルト151の通過が規制され、よって、メッシュベルト151上に堆積することができる。また、第1選別物M4-1は、メッシュベルト151上に堆積しつつ、メッシュベルト151ごと下流側に搬送されるため、層状をなし、y軸方向に所定の幅を有する第1ウェブM5として形成される。
また、第1選別物M4-1には、例えば塵や埃等が混在しているおそれがある。塵や埃は、例えば、粗砕や解繊によって生じることがある。そして、このような塵や埃は、後述する回収部27に回収されることとなる。
吸引部153は、メッシュベルト151の下方から空気を吸引するサクション機構である。これにより、メッシュベルト151を通過した塵や埃を空気ごと吸引することができる。
また、吸引部153は、管244を介して、回収部27に接続されている。吸引部153で吸引された塵や埃は、回収部27に回収される。
回収部27には、管245がさらに接続されている。また、管245の途中には、ブロアー262が設置されている。このブロアー262の作動により、吸引部153で吸引力を生じさせることができる。これにより、メッシュベルト151上における第1ウェブM5の形成が促進される。この第1ウェブM5は、塵や埃等が除去されたものとなる。また、塵や埃は、ブロアー262の作動により、管244を通過して、回収部27まで到達する。
ハウジング部142は、加湿部232と接続されている。これにより、ハウジング部142内には、加湿空気が供給される。この加湿空気により、第1選別物M4-1を加湿することができ、よって、第1選別物M4-1がハウジング部142の内壁に静電力によって付着してしまうのを抑制することもできる。
選別部14の下流側には、独立した加湿部235が配置されている。これにより、第1ウェブM5に水分を供給することができ、よって、第1ウェブM5の水分量が調整される。この調整により、静電力による第1ウェブM5のメッシュベルト151への吸着を抑制することができる。これにより、第1ウェブM5は、メッシュベルト151が張架ローラー152で折り返される位置で、メッシュベルト151から容易に剥離される。
加湿部235の下流側には、細分部16が配置されている。細分部16は、メッシュベルト151から剥離した第1ウェブM5を分断する分断工程を行なう部分である。細分部16は、回転可能に支持されたプロペラ161と、プロペラ161を収納するハウジング部162とを有している。そして、回転するプロペラ161により、第1ウェブM5を分断することができる。分断された第1ウェブM5は、細分体M6となる。また、細分体M6は、ハウジング部162内を下降する。
ハウジング部162は、加湿部233と接続されている。これにより、ハウジング部162内には、加湿空気が供給される。この加湿空気により、細分体M6がプロペラ161やハウジング部162の内壁に静電力によって付着してしまうのを抑制することもできる。
細分部16の下流側には、混合部17が配置されている。混合部17は、細分体M6と樹脂P1とを混合する混合工程を行なう部分である。この混合部17は、樹脂供給部171と、管172と、ブロアー173とを有している。
管172は、細分部16のハウジング部162と、ほぐし部18のハウジング部182とを接続しており、細分体M6と樹脂P1との混合物M7が+z軸側に通過する流路である。
管172の途中には、成形用樹脂供給部171が接続されている。成形用樹脂供給部171は、x軸方向に延在するスクリューフィーダー174を有している。このスクリューフィーダー174が回転駆動することにより、成形用樹脂P1を粉体または粒子として管172に供給することができる。管172に供給された成形用樹脂P1は、細分体M6と混合されて混合物M7となる。
なお、成形用樹脂P1は、後の工程で繊維同士を結着させるものであり、例えば、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂等を用いることができるが、熱可塑性樹脂を用いるのが好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、AS樹脂、ABS樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、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等のポリエステル、ナイロン6、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6-12、ナイロン6-66等のポリアミド、ポリフェニレンエーテル、ポリアセタール、ポリエーテル、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマー、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。好ましくは、熱可塑性樹脂としては、ポリエステルまたはこれを含むものを用いる。
なお、樹脂供給部171から供給されるものとしては、成形用樹脂P1の他に、例えば、繊維を着色するための着色剤、繊維の凝集や樹脂P1の凝集を抑制するための凝集抑制剤、繊維等を燃えにくくするための難燃剤、シートSの紙力を増強するための紙力増強剤等が含まれていてもよい。または、予めそれらを樹脂P1に含ませて複合化したものを成形用樹脂供給部171から供給してもよい。
また、管172の途中には、樹脂供給部171よりも下流側にブロアー173が設置されている。ブロアー173が有する羽根等の回転部の作用により、細分体M6と樹脂P1とが混合される。また、ブロアー173は、ほぐし部18に向かう気流を発生させることができる。この気流により、管172内で、細分体M6と樹脂P1とを撹拌することができる。これにより、混合物M7は、細分体M6と成形用樹脂P1とが均一に分散した状態で、ほぐし部18に流入することができる。また、混合物M7中の細分体M6は、管172内を通過する過程でほぐされて、より細かい繊維状となる。
ほぐし部18は、混合物M7における、互いに絡み合った繊維同士をほぐすほぐし工程を行なう部分である。ほぐし部18は、ドラム部181と、ドラム部181を収納するハウジング部182とを有する。
ドラム部181は、円筒状をなす網体で構成され、その中心軸回りに回転する篩である。このドラム部181には、混合物M7が流入してくる。そして、ドラム部181が回転することにより、混合物M7のうち、網の目開きよりも小さい繊維等が、ドラム部181を通過することができる。その際、混合物M7がほぐされることとなる。
ハウジング部182は、加湿部234と接続されている。これにより、ハウジング部182内には、加湿空気が供給される。この加湿空気により、ハウジング部182内を加湿することができ、よって、混合物M7がハウジング部182の内壁に静電力によって付着してしまうのを抑制することもできる。
また、ドラム部181でほぐされた混合物M7は、気中に分散しつつ落下して、ドラム部181の下方に位置する第2ウェブ形成部19に向かう。第2ウェブ形成部19は、混合物M7から第2ウェブM8を形成する第2ウェブ形成工程を行なう部分である。第2ウェブ形成部19は、メッシュベルト191と、張架ローラー192と、吸引部193とを有している。
メッシュベルト191は、無端ベルトであり、混合物M7が堆積する。このメッシュベルト191は、4つの張架ローラー192に掛け回されている。そして、張架ローラー192の回転駆動により、メッシュベルト191上の混合物M7は、下流側に搬送される。
また、メッシュベルト191上のほとんどの混合物M7は、メッシュベルト191の目開き以上の大きさである。これにより、混合物M7は、メッシュベルト191を通過してしまうのが規制され、よって、メッシュベルト191上に堆積することができる。また、混合物M7は、メッシュベルト191上に堆積しつつ、メッシュベルト191ごと下流側に搬送されるため、層状をなし、y軸方向に所定の幅を有する第2ウェブM8として形成される。
吸引部193は、メッシュベルト191の下方から空気を吸引するサクション機構である。これにより、メッシュベルト191上に混合物M7を吸引することができ、よって、混合物M7のメッシュベルト191上への堆積が促進される。
吸引部193には、管246が接続されている。また、この管246の途中には、ブロアー263が設置されている。このブロアー263の作動により、吸引部193で吸引力を生じさせることができる。
ほぐし部18の下流側には、加湿部236が配置されている。これにより、第2ウェブM8に水分を供給することができ、よって、第2ウェブM8の水分量が調整される。この調整により、静電力による第2ウェブM8のメッシュベルト191への吸着を抑制することができる。これにより、第2ウェブM8は、メッシュベルト191が張架ローラー192で折り返される位置で、メッシュベルト191から容易に剥離される。
なお、加湿部231~加湿部236までに加えられる合計水分量は、例えば、加湿前の材料100質量部に対して0.5質量部以上、10質量部以下であるのが好ましい。
第2ウェブ形成部19の下流側には、シート形成部20が配置されている。シート形成部20は、第2ウェブM8からシートSを形成するシート形成工程を行なう部分である。このシート形成部20は、加圧部201と、加熱部202とを有している。
加圧部201は、一対のローラー203を有し、ローラー203の間で第2ウェブM8を加熱せずに加圧することができる。これにより、第2ウェブM8の密度が高められる。なお、このときの加熱の程度としては、例えば、樹脂P1を溶融させない程度であるのが好ましい。そして、この第2ウェブM8は、加熱部202に向けて搬送される。なお、一対のカレンダーローラー203のうちの一方は、図示しないモーターの作動により駆動する主動ローラーであり、他方は、従動ローラーである。
加熱部202は、一対の加熱ローラー204を有し、加熱ローラー204の間で第2ウェブM8を加熱しつつ、加圧することができる。この加熱加圧により、第2ウェブM8内では、樹脂P1が溶融して、この溶融した樹脂P1を介して繊維同士が結着する。これにより、シートSが形成される。そして、このシートSは、切断部21に向けて搬送される。なお、一対の加熱ローラー204の一方は、図示しないモーターの作動により駆動する主動ローラーであり、他方は、従動ローラーである。
シート形成部20の下流側には、切断部21が配置されている。切断部21は、シートSを切断する切断工程を行なう部分である。切断により、所望の形状、大きさのシートSが得られる。そして、このシートSは、さらに下流側に搬送されて、ストック部22に蓄積される。
このようなシート製造装置100が備える各部は、制御部28と電気的に接続されている。そして、これら各部の作動は、制御部28によって制御される。
制御部28は、CPU(Central Processing Unit)281と、記憶部282とを有している。CPU281は、例えば、各種の判断や各種の命令等を行なうことができる。
記憶部282は、例えば、シートSを製造するプログラム等の各種プログラムや、各種検量線、テーブル等が記憶されている。
また、この制御部28は、シート製造装置100に内蔵されていてもよいし、外部のコンピューター等の外部機器に設けられていてもよい。また、外部機器は、例えば、シート製造装置100とケーブル等を介して通信される場合、無線通信される場合、例えばインターネット等のようなネットワークがシート製造装置100を介して接続されている場合等がある。
また、CPU281と、記憶部282とは、例えば、一体化されて、1つのユニットとして構成されていてもよいし、CPU281がシート製造装置100に内蔵され、記憶部282が外部のコンピューター等の外部機器に設けられていてもよいし、記憶部282がシート製造装置100に内蔵され、CPU281が外部のコンピューター等の外部機器に設けられていてもよい。
次に、解繊装置13について詳細に説明する。
図2に示すように、解繊装置13は、解繊処理工程を行う部分であり、解繊部131と、粗砕片M2を供給するポートである供給部132と、解繊部131で解繊された解繊物M3を排出するポートである排出部133と、冷却部5とを有する。
解繊処理工程は、粗砕片M2、すなわち、材料50を供給する工程と、供給された材料50を回転刃134により解繊する工程と、解繊された解繊物M3を排出する工程と、を有している。材料50を供給する工程は、供給部132で行われ、材料50を解繊する工程は、解繊部131で行われ、解繊物M3を排出する工程は、排出部133で行われる。
解繊部131は、高速回転する複数の回転刃134と、各回転刃134を同心的に支持するシャフト135と、回転刃134およびシャフト135を収納する筐体136と、シャフトを回転可能に支持する一対の軸受け137と、シャフト135の一端部に接続された回転駆動源138とを有する。
解繊部131では、1つの回転刃134は、例えば、シャフト135に対し放射状に配された複数の刃を有し、この回転刃134がシャフトの軸方向に沿って複数配置されている。筐体136の解繊部131の内壁には、一部もしくは全周面に図示しない突起状の固定刃が設けられている。従って、回転刃134と固定歯との間に供給された材料が入り込んで、その際に発生した剪断力によって解繊される。また、シャフト135は、筐体136の壁部に対向設置された一対の軸受け137に回転可能に支持されている。
また、シャフト135の図4中左側の端部は、筐体136の外側に突出して設けられており、その突出した部分が回転駆動源138に接続されている。回転駆動源138は、図示しないモータードライバーや、変速機等を有している。このモータードライバーは、図1に示す制御部28および図示しない電源と電気的に接続されており、電源からの通電により、制御部28で設定されたプログラムに従って作動が制御される。
回転駆動源138の回転力は、シャフト135に伝達され、シャフト135とともに各回転刃134が同方向に回転する。これにより、筐体136内に気流、特に、旋回流が発生し、供給部132から供給された粗砕片M2が筐体136内を図4中右側に移送される。また、この移送の際、粗砕片M2、すなわち、材料50が高速回転する回転刃134と接触したり、回転刃134と筐体136の内壁面や固定刃との間に挟まれたりして、粗砕片M2が解繊されて解繊物M3となる。そして、この解繊物M3は、前記旋回流に乗って排出部133から外側に排出される。
ここで、前述したように、シート製造装置100に供される原料M1は、図10に示すように、繊維30と、ガラス転移温度が室温以下、すなわち、25℃以下の樹脂を含むホットメルト接着剤である接着剤40を含んでいる。繊維30には、接着剤40が塗り広げられて付着した状態となっており、繊維30同士は、接着剤40によって結着している。
このような原料M1を粗砕した粗砕片M2を解繊すると、解繊している最中に繊維30および接着剤40の温度が上昇する。これは、回転刃134や筐体136内壁との摩擦や、回転駆動源138の熱がシャフト135を介して筐体136内に伝達されること等に起因する。
接着剤40の温度が上昇すると、粘着性が高まり、図10において解繊にかけられた状態を矢印で示したように、繊維30に絡みつくこととなる。その結果、繊維30を解繊しようとしても再粘着して、1本1本ほぐすことが困難になり、解繊物M3中の繊維30同士が再結着して、塊いわゆる「ダマ」が生じる。この状態で第2ウェブM8を形成し、シートSに成形すると、供給が不安定になったり、塊のまま搬送され、厚さムラが目立ち、シートSの品質の低下を招く。なお、図10中では、αが解繊を示している。
そこで、このような問題を解決すべく、本発明の解繊装置13では、排出部133から排出される解繊物M3の温度が25℃未満となるように冷却部5によって冷却しつつ解繊を行う構成とした。以下、冷却部5について説明する。
冷却部5は、筐体136の外側に設けられ、筐体136を冷却する筐体冷却部5Aを有する。筐体冷却部5Aは、筐体136の外周部を覆うように筐体136の外側に設けられた冷却チャンバー51と、冷却チャンバー51に連通するように接続され、冷却チャンバー51内に冷媒Rを供給するポートである冷媒供給部52と、冷却チャンバー51の冷媒供給部52とは異なる位置に設けられ、冷却チャンバー51内の冷媒Rを排出するポートである冷媒排出部53と、を有している。
冷却チャンバー51は、筐体136の外周部のうち、軸受け137が設置されている面以外の側壁139を覆うように設けられている。この側壁139は、内面が解繊物M3と接触または接近する部位であるため、この側壁139を覆う構成であることにより、解繊物M3をより直接に冷却することができる。
冷媒供給部52は、図示しない冷媒供給源に接続されており、例えば、0℃以上、20℃以下程度に冷却された状態の冷媒Rを冷却チャンバー51内に供給する。冷媒Rとしては、特に限定されず、例えば、水等の液体や、空気、窒素ガス、代替フロンガス等の期待等が挙げられる。冷媒Rがスズである場合、ウオータージャケットを構成する。
そして、供給された冷媒Rは、冷却チャンバー51内を循環しつつ、筐体136内の熱を筐体136の側壁139を介して吸熱しつつ、冷媒排出部53から排出される。また、冷媒供給部52と冷媒排出部53とは、筐体136を介して反対側に設けられている。これにより、冷媒Rの循環路を十分に長くすることができ、冷媒Rがムラなく筐体136の吸熱を行うことができる。
なお、放熱面積を増大させるために、側壁139の外面に放熱フィン等のヒートシンクや、ラビリンスを設置してもよい。また、冷却チャンバー51に代え、筐体136の外周に螺旋状の管を巻き付け、この管体内に冷媒Rを流す構成としてもよい。
解繊装置13では、このような冷却部5によって解繊部131を冷却しつつ解繊を行う。本発明では、排出部133から排出される解繊物M3の温度が25℃未満となるように冷却を行う。これにより、解繊されている途中の解繊物M3の接着剤40は、自身のガラス転移温度未満の温度で解繊されることとなる。よって、図10に示すように、接着剤40の粘度が低くなり繊維30に絡みつくのを防止することができる。すなわち、図3に示すように、良好に解繊を行うことができ、その後の工程で、接着剤40が付着している繊維30と、接着剤40が付着していない繊維30とを分離することができる。その結果、解繊物M3にダマが生じるのを防止することができ、第2ウェブM8に厚さムラが生じるのを防止しつつ、可及的に厚さが均一な第2ウェブM8、ひいては、可及的に厚さが均一なシートSを製造することができる。
排出部133から排出される解繊物M3の温度が25℃未満となるように冷却するのは、冷媒Rの温度を以下のような方法で設定することにより実現することができる。
この方法としては、例えば、排出部133内に図示しない温度センサーを設けて、その検出温度を解繊物M3の温度とみなし、冷媒Rの温度を調整する方法や、解繊部131の作動条件と、冷媒Rの温度と、解繊物M3の温度との関係を示す検量線または多次元テーブルを実験的に求め、これらに基づいて冷媒Rの温度を決定する方法等が挙げられる。
なお、冷媒供給部52と冷媒排出部53とは、図示しない循環回路によって接続され、かつ、循環回路の途中に冷媒Rの温度を調節する熱交換部が設けられているのが好ましい。これにより、冷媒Rの使用量が増大してしまうのを抑制することができる。さらに、冷媒Rを貯留しておく貯留部を別途設置するのを省略することができる。よって、装置の小型化および簡素化に寄与する。
以上説明したように、解繊装置13は、繊維30と、ガラス転移温度が25℃以下の樹脂20とを含み、繊維30に樹脂20が付着した状態の材料50を供給する供給部132と、供給部132から供給された材料50を解繊する解繊部131と、解繊部131によって解繊された解繊物M3を排出する排出部133と、排出部133から排出される解繊物M3の温度が25℃未満となるように冷却する冷却部5と、を備える。
また、解繊装置13が実行する解繊方法は、繊維30と、ガラス転移温度が25℃以下の樹脂20とを含み、繊維30に樹脂20が付着した状態の材料50を空気とともに供給する工程と、供給された材料50を解繊する工程と、解繊された解繊物M3を排出する工程と、を有する。そして、材料50を解繊する工程では、排出される解繊物M3の温度が25℃未満となるように冷却しつつ解繊を行う。
このような本発明によれば、解繊されている途中の解繊物M3の接着剤40を、そのガラス転移温度未満の温度で解繊することができる。よって、図10に示すように、接着剤40の粘度が低くなり繊維30に絡みつくのを防止することができる。すなわち、図3に示すように、良好に解繊を行うことができ、その後の工程で、接着剤40が付着している繊維30と、接着剤40が付着していない繊維30とを分離することができる。その結果、解繊物M3にダマが生じるのを防止することができ、第2ウェブM8に厚さムラが生じるのを防止しつつ、可及的に厚さが均一な第2ウェブM8、ひいては、可及的に厚さが均一なシートSを製造することができる。
また、冷却部5は、回転刃134を収納する筐体136の外側に設けられ、筐体136を冷却する筐体冷却部5Aを有しており、筐体136と接触することにより解繊部131の冷却を行う構成である。このように解繊部131の周囲から冷却を行うことにより、外部からの熱が解繊部131に伝達されてしまうのを防止することができる。よって、より確実に冷却を行うことができる。また、冷却温度の制御も容易である。
また、再生処理装置10は、解繊装置13と、解繊装置13で解繊された解繊物M3を堆積させて第2ウェブM8を形成する堆積部である第2ウェブ形成部19と、を備える。これにより、前述した解繊装置13の利点を享受しつつ、可及的に厚さが均一な第2ウェブM8を製造することができる。
<第2実施形態>
図4は、本発明の解繊装置の第2実施形態を示す断面図である。
以下、この図を参照して本発明の解繊装置、再生処理装置および解繊方法の第2実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、冷却部の構成が異なること以外は前記第1実施形態と同様である。
図4に示すように、筐体冷却部5Aは、冷却素子54と、放熱ブロック55とを有する。また、冷却素子54は、例えば、ペルチェ素子等の熱電素子を用いることができ、通電により自身に熱移動が生じ、対象物を吸熱、すなわち、冷却することができる。筐体冷却部5Aでは、この複数の冷却素子54の吸熱側が筐体136の側壁139に接触して設けられている。
また、放熱ブロック55は、筐体136の側壁139を、冷却素子54ごと覆うように設けられている。放熱ブロック55は、冷却素子54が放熱側の熱を外部に効率よく拡散する機能を有するとともに、外部からの熱が筐体136に伝達されるのを阻止する機能を有する。
このような筐体冷却部5Aによれば、解繊部131の周囲から冷却を行うことにより、外部からの熱が解繊部131に伝達されてしまうのを抑制することができる。よって、より確実に冷却を行うことができ、解繊を良好に行うことができ、品質の高いシートSが得られる。また、冷却温度の制御も容易である。さらに、冷却素子54は、設置位置および個数を選ばないため、筐体136の形状に応じて所望の配置とすることができる。また、所望の部分を集中的に冷却することができる。
<第3実施形態>
図5は、本発明の解繊装置の第3実施形態を示す断面図である。
以下、この図を参照して本発明の解繊装置、再生処理装置および解繊方法の第3実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、冷却部の構成が異なること以外は前記第1実施形態と同様である。
図5に示すように、冷却部5は、解繊部131に冷気Cを供給する冷気供給部5Bを有している。これにより、後述するように、粗砕片M2を予め冷却することができ、排出部133から排出される解繊物M3の温度を25℃未満とすることができる。
冷気供給部5Bは、冷気供給源56と、冷気供給源56と供給部132とを接続する接続部57と、接続部57の途中に設けられたバルブ58とを有する。
冷気供給源56は、例えば、図示しない冷気発生装置および送気ポンプ等を有する構成とすることができる。また、冷気Cを圧縮充填したボンベであってもよい。冷気供給源56は、冷気Cを発生させ、接続部57を介して供給部132に供給することができる。冷気Cの温度は、特に限定されないが、例えば、結露しない温度であればよいが、0℃以上、15℃以下程度とされる。
また、接続部57の途中には、バルブ58が設けられており、冷気Cを供給する状態と、遮断した状態とを切り替えることができる。バルブ58は、手動で開閉操作を行う主動バルブであってもよく、電気的に開閉操作を行う電磁バルブであってもよい。電磁バルブの場合、図1に示す制御部28と電気的に接続され、その作動が制御されるのが好ましい。
冷気供給源56から供給された冷気Cは、供給部132内で粗砕片M2、すなわち、材料50と合流し、解繊する前に粗砕片M2を冷却することができる。そして、冷却された粗砕片M2を解繊した際、解繊物M3の温度は多少上がることとなるが、排出部133から排出される解繊物M3の温度が25℃未満となるように予め冷却を行うことにより、解繊されている途中の解繊物M3の接着剤40を、そのガラス転移温度未満の温度で解繊することができる。その結果、解繊物M3にダマが生じるのを防止することができ、第2ウェブM8に厚さムラが生じるのを防止しつつ、可及的に厚さが均一な第2ウェブM8、ひいては、可及的に厚さが均一なシートSを製造することができる。
なお、冷気Cとしては、空気が用いられるが、その他の組成のガス、または、空気との混合ガスであってもよい。
また、本実施形態では、冷気Cを供給部132に供給する構成であったが、これに限定されず、例えば、解繊部131に直接供給してもよい。
また、冷気Cを回収する図示しない回収部を有し、回収した気体を再利用する構成であってもよい。
<第4実施形態>
図6は、本発明の解繊装置の第4実施形態を示す断面図である。
以下、この図を参照して本発明の解繊装置、再生処理装置および解繊方法の第4実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、冷却部の構成が異なること以外は前記第3実施形態と同様である。
図6に示すように、冷却部5は、解繊部131にドライアイスDを供給するドライアイス供給部5Cを有する。これにより、後述するように、粗砕片M2を予め冷却することができ、排出部133から排出される解繊物M3の温度が25℃未満とすることができる。ドライアイスDは、昇華型の冷却剤の一種である。
ドライアイス供給部5Cは、粒状のドライアイスDが貯留される貯留部59と、貯留部59と供給部132とを接続する接続部57と、接続部57の途中に設けられたバルブ58とを有する。
ドライアイス供給部5Cから供給されたドライアイスDは、供給部132内で粗砕片M2、すなわち、材料50と合流し、解繊する前に粗砕片M2を冷却することができる。さらに、解繊中もドライアイスDが撹拌または粉砕・撹拌されて、解繊物M3と接触して冷却することができる。そして、解繊に伴う解繊物M3の温度上昇に抗して、排出部133から排出される解繊物M3の温度が25℃未満となるように予め冷却がなされることにより、解繊されている途中の解繊物M3の接着剤40を、そのガラス転移温度未満の温度で解繊することができる。その結果、解繊物M3にダマが生じるのを防止することができ、第2ウェブM8に厚さムラが生じるのを防止しつつ、可及的に厚さが均一な第2ウェブM8、ひいては、可及的に厚さが均一なシートSを製造することができる。
また、冷却剤としてドライアイスDを用いることにより、吸熱に伴い液体を経ることなく昇華して気体となるため、解繊物M3中の繊維30等に悪影響を与えることなく解繊を行うことができる。さらに、解繊装置13を経たドライアイスDは、略全量が気化した状態となるため、ドライアイスDを回収する作業を省略することができる。
貯留部59に貯留されるドライアイスDの平均粒径は、1μm以上、200μm以上であるのが好ましく、5μm以上、100μm以下であるのがより好ましい。これにより、ドライアイスDの粒子が粗砕片M2、すなわち、材料50と万遍なく接触することができ、効率よく粗砕片M2または解繊物M3を解繊することができる。
また、解繊部131に供給される粗砕片M2の供給量Xと、解繊部131に供給されるドライアイスDの供給量Yとの比X/Yは、1/3以上、3以下であるのが好ましく、1以上2以下であるのがより好ましい。これにより、粗砕片M2および解繊物M3の冷却を過不足なく行うことができる。
なお、本実施形態では、ドライアイスDを供給部132に供給する構成であったが、これに限定されず、例えば、解繊部131に直接供給してもよい。
<第5実施形態>
図7は、本発明の解繊装置の第5実施形態を示す断面図である。図8は、図7に示す解繊装置で解繊される前後での原料の状態を示す拡大模式図である。
以下、これらの図を参照して本発明の解繊装置、再生処理装置および解繊方法の第5実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、冷却部の構成が異なること以外は前記第3実施形態と同様である。
図7に示すように、解繊装置13は、接着剤40の結着性を阻害する第2材料である阻害材M9を供給する阻害材供給部5Dを有する。阻害材供給部5Dは、阻害材M9を貯留する阻害材貯留部51Dと、阻害材貯留部51Dと供給部132とを接続する接続部57と、接続部57の途中に設けられたバルブ58とを有する。
阻害材M9は、本実施形態では、セルロース繊維を含む紙由来のものであり、例えば、小片状、綿状、シート状、粒状のいずれの形態であってもよい。これらに含まれるセルロース繊維とは、化合物としてのセルロースを主成分とし繊維状をなすものであればよく、セルロースの他に、ヘミセルロース、リグニンを含むものであってもよい。また、阻害材M9は、例えば、古紙を解繊して再生、製造されたリサイクルペーパーや、CMC粉等であってもよい。
図8は、材料50(粗砕片M)と阻害材M9とが混合された状態で解繊装置13に投入され、解繊処理が進むにつれて解繊された材料50(粗砕片M)および阻害材M9の状態過程を示した図である。なお、図8中では、αが解繊を示し、βが混合を示している。
このように、第2材料である阻害材M9は、30℃で固体のものである。すなわち、阻害材M9のガラス転移温度は、接着剤40のガラス転移温度よりも高い。粗砕片M2と阻害材M9とが解繊部131で解繊されて温度が上昇し、接着剤40の粘度が低くなるが、図8に示すように、解繊部131にてせん断されて短くなった阻害材M9が、材料50と混合されて、粘度が低くなった接着剤40の表面に付着する。これにより、粘度が低くなった接着剤40が表面に露出する面積が十分に小さくなる。よって、粘度が低くなった接着剤40が周囲の繊維30に絡みつくのを防止することができる。すなわち、繊維30の接着剤40表面への再結着が防止される。これによって、図8に示すように、良好に解繊を行うことができ、その後の工程で各繊維30が1本1本ほぐされて適切に解繊された状態の繊維を得ることができる。
第2材料である阻害材M9は、紙由来のものであれば、阻害材M9が解繊物M3とともに下流側に搬送されて、第2ウェブM8に混じっていたとしても異物混入とならない。このため、阻害材M9を除去する作業を省略することができ、製造に有利である。
また、セルロース繊維の平均繊維長さは、特に限定されないが、0.01mm以上、10mm以下であるのが好ましく、0.1mm以上、1mm以下であるのがより好ましい。これにより、阻害材M9が接着剤40の表面に付着した際に、表面を隙間なく覆うことができる。よって、解繊物M3にダマが生じるのをより効果的に防止することができる。また、解繊中に接着剤40が変形して接着剤が露出したとしてもその露出した部分に隙間なく付着して覆うことができる。
また、同様の理由から、セルロース繊維の平均繊維幅は、5μm以上、50μm以下であるのが好ましく、7μm以上、40μm以下であるのがより好ましい。
また、同様の理由から、セルロース繊維の平均アスペクト比、すなわち平均幅に対する平均長さの比率は、3以上、600以下であるのが好ましく、10以上、400以下であるのがより好ましい。
供給部132から供給される第1材料である材料50の単位時間当たりの供給量Aおよび第2材料である阻害材M9の単位時間当たりの供給量Bの比A/Bは、1/3以上、3以下であるのが好ましく、1/2以上、2以下であるのがより好ましい。これにより、材料50に対して過不足なく阻害材M9を供給することができ、上記効果をより確実に発揮することができる。
このように、解繊装置13は、繊維30とガラス転移温度が25℃以下の樹脂である接着剤40とを含み、繊維30に接着剤40が付着した状態の第1材料である材料50と、接着剤40の結着性を阻害する第2材料である阻害材M9とを供給する供給部132と、供給部132から供給された材料50と阻害材M9とが混合した状態で材料50を解繊する解繊部131と、を備える。
また、解繊装置13が実行する解繊方法は、繊維30とガラス転移温度が25℃以下の樹脂である接着剤40とを含み、繊維30に接着剤40が付着した状態の第1材料である材料50と、接着剤40の結着性を阻害する第2材料である阻害材M9とを供給部132から供給する工程と、供給された材料50と阻害材M9とが混合した状態で材料50を解繊する工程と、を有する。
これにより、阻害材M9が、材料50と混合されて接着剤40の表面に付着する。これにより、粘度が低くなった接着剤40が表面に露出する面積が十分に小さくなる。よって、粘度が低くなった接着剤40が周囲の繊維30に絡みつくのを防止することができる。すなわち、図8に示すように、良好に解繊を行うことができ、その後の工程で各繊維30が1本1本ほぐされて適切に解繊された状態の繊維を得ることができる。その結果、解繊物M3にダマが生じるのを防止することができ、第2ウェブM8に厚さムラが生じるのを防止しつつ、可及的に厚さが均一な第2ウェブM8、ひいては、可及的に厚さが均一なシートSを製造することができる。
<第6実施形態>
図9は、本発明の解繊装置の第6実施形態で解繊される前後での原料の状態を示す拡大模式図である。
以下、この図を参照して本発明の解繊装置、再生処理装置および解繊方法の第6実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、阻害材の構成材料が異なること以外は前記第5実施形態と同様である。
図9は、材料50(粗砕片M)と阻害材M9とが混合された状態で解繊装置13に投入され、解繊処理が進むにつれて解繊された材料50(粗砕片M)および阻害材M9の状態過程を示した図である。なお、図9中では、αが解繊を示し、βが混合を示している。
図9に示すように、阻害材M9は、30℃で固体の樹脂粒子で構成されている。この樹脂粒子としては、ガラス転移温度が25℃以上であれば特に限定されず、例えば、AS樹脂、ABS樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、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等のポリエステル、ナイロン6、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6-12、ナイロン6-66等のポリアミド、ポリフェニレンエーテル、ポリアセタール、ポリエーテル、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマー、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの材料は、第1実施形態で説明したように、第2ウェブM8を製造する際に解繊物M3に混合する樹脂P1として用いることができるものであるため、阻害材M9が解繊物M3とともに下流側に搬送されて、第2ウェブM8に混じっていたとしても異物混入とならない。
樹脂粒子の平均粒径は、1μm以上、500μm以下であるのが好ましく3μm以上、400μm以下であるのがより好ましい。これにより、阻害材M9が接着剤40の表面に付着した際に、表面を隙間なく覆うことができる。よって、解繊物M3にダマが生じるのをより効果的に防止することができる。また、解繊中に接着剤40が変形して接着剤が露出したとしてもその露出した部分に隙間なく付着して覆うことができる。
樹脂粒子の平均粒径としては、例えば、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定した体積平均の粒度MVD(Mean Volume Diameter)を用いることできる。レーザー回折・散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置、すなわち、レーザー回折式粒度分布測定装置では、粒度分布を体積基準で測定することができる。
なお、樹脂粒子の形状としては、特に限定されず、粒状、針状、鱗片状等が挙げられる。
このような本実施形態によっても、前記第5実施形態と同様の効果を得ることができる。
以上、本発明の解繊装置、再生処理装置および解繊方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、解繊装置および再生処理装置を構成する各部や各工程は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物や工程が付加されていてもよい。
また、本発明の解繊装置、再生処理装置および解繊方法は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成や特徴を組み合わせたものであってもよい。