JP2021188206A - 繊維構造体製造装置、繊維構造体製造方法、繊維構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】型崩れしにくい繊維構造体を製造する。【解決手段】繊維構造体製造装置は、繊維を含有する繊維原料を粉砕して解繊する解繊部と、前記解繊部で解繊された解繊物を搬送する搬送部と、前記搬送部で搬送される前記解繊物に溶融材料を混入する溶融材料混入部と、前記溶融材料が混入された混合物を堆積させて繊維状ウエブを成形する繊維状ウエブ成形部と、前記繊維状ウエブに形状維持シートを供給するシート供給部と、前記形状維持シートが供給された前記繊維状ウエブを加熱加圧して繊維構造体を形成する加熱加圧機構と、を有し、前記シート供給部は、前記形状維持シートの前記繊維状ウエブと接する側の表面を毛羽立たせて前記形状維持シートを供給する。【選択図】図４

Description

本発明は、繊維構造体製造装置、繊維構造体製造方法、及び繊維構造体に関する。

従来、古紙を乾式で解繊した解繊物と熱可塑性樹脂とを混合して連続したウエブを形成し、形成されたウエブを、金属製の網状ベルト等の通気性運送用支持体で挟んだ状態で加熱することで古紙ボードを製造する方法が知られている。

特開平９−１５１３号公報

しかしながら、上記の製造方法では、単にウエブを挟んで加熱加圧するのみなので、古紙ボードの表面部分の繊維がほぐれ易く、型崩れを起こしてしまう、という課題がある。

繊維構造体製造装置は、繊維を含有する繊維原料を粉砕して解繊する解繊部と、前記解繊部で解繊された解繊物を搬送する搬送部と、前記搬送部で搬送される前記解繊物に溶融材料を混入する溶融材料混入部と、前記溶融材料が混入された混合物を堆積させて繊維状ウエブを成形する繊維状ウエブ成形部と、前記繊維状ウエブに形状維持シートを供給するシート供給部と、前記形状維持シートが供給された前記繊維状ウエブを加熱加圧して繊維構造体を形成する加熱加圧機構と、を有し、前記シート供給部は、前記形状維持シートの前記繊維状ウエブと接する側の表面を毛羽立たせて前記形状維持シートを供給する。

繊維構造体製造方法は、繊維を含有する繊維原料を粉砕で解繊し、解繊された解繊物を搬送し、搬送される前記解繊物に溶融材料を混入し、前記溶融材料が混入された混合物を堆積させて繊維状ウエブを成形し、前記繊維状ウエブと接触させる側の表面を毛羽立たせた形状維持シートを、前記繊維状ウエブに供給し、前記形状維持シートが供給された前記繊維状ウエブを加熱加圧して繊維構造体を成形する。

繊維構造体製造方法は、繊維を含有する繊維原料を粉砕で解繊し、解繊された解繊物を搬送し、搬送される前記解繊物に溶融材料を混入し、表面を毛羽立たせた第１形状維持シートの前記表面上に、前記溶融材料が混入された混合物を堆積させて繊維状ウエブを成形し、前記繊維状ウエブに対して、前記第１形状維持シートが配置された側と反対側に、表面を毛羽立たせた第２形状維持シートの前記表面が前記繊維状ウエブに接触するように、前記第２形状維持シートを供給し、前記第１形状維持シートの毛羽立たせた前記表面と、前記第２形状維持シートの毛羽立たせた前記表面と、で挟まれた状態の前記繊維状ウエブを加熱加圧して繊維構造体を成形する。

繊維構造体は、上記繊維構造体製造方法により製造される。

繊維構造体の製造方法を示すフローチャート。 繊維構造体製造装置の概略構成を示す模式図。 毛羽立ち状態を示す模式図。 毛羽立たせ部の構成を示す概略図。 繊維構造体の構成を示す模式図。 繊維構造体の構成を示す模式図。 ピーリングテストの試験方法を示す概略図。 ピーリングテストの試験結果を示す図。 他の毛羽立たせ部の構成を示す概略図。 他の毛羽立たせ部の構成を示す概略図。

以下、本発明の実施形態について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繊維構造体Ｍの製造方法を示すフローチャートである。図２は本発明の実施形態に係る繊維構造体製造装置１の概略構成を示す模式図である。本実施形態に係る繊維構造体製造装置１は、水を極力利用しない乾式によって、古紙を新たな繊維構造体Ｍに再生する技術に基づくものである。

なお、製造された繊維構造体Ｍは、音を吸収する吸音材、外部からの衝撃を吸収する緩衝材（梱包材）、としても使用することが可能である。吸音材としての繊維構造体Ｍは、各種家電製品などの内部に配設されることで、装置外部への動作音を抑制することが可能である。また、家電製品のみならず各種建材、あるいは、音響調整のためコンサートホールなどに配設される吸音材として利用することも可能である。

本発明の実施形態に係る繊維構造体Ｍの製造方法は、繊維を含有する繊維原料を粉砕で解繊する解繊工程（ステップＳ１１）と、解繊された解繊物を搬送し、搬送される解繊物に溶融材料を混入する混入工程（ステップＳ１２）と、表面を毛羽立たせた第１形状維持シートＮ１の表面上に、溶融材料が混入された混合物を堆積させて繊維状ウエブＳを成形する繊維状ウエブ成形工程（ステップＳ１３）と、繊維状ウエブＳに対して、第１形状維持シートＮ１が配置された側と反対側に、表面を毛羽立たせた第２形状維持シートＮ２の表面が繊維状ウエブＳに接触するように、第２形状維持シートＮ２を供給する第２形状維持シート供給工程（ステップＳ１４）と、第１形状維持シートＮ１の毛羽立たせた表面と、第２形状維持シートＮ２の毛羽立たせた表面と、で挟まれた状態の繊維状ウエブＳを加熱加圧して繊維構造体Ｍを成形する成形工程（ステップＳ１５）と、を含む。
以下、繊維構造体Ｍを製造可能な繊維構造体製造装置１の構成について説明する。

本実施形態に係る繊維構造体製造装置１に供給する繊維を含有するシート原料Ｓａとしては、環境面を考慮して古紙、例えば使用済み段ボールや、古新聞紙も使用可能だが、リサイクルルートが十分確立されていないオフィス古紙を、たとえば、オフィスで現在主流となっているＡ４サイズの一般古紙や、機密古紙などを用いることを想定している。このような繊維を含有するシート原料Ｓａを繊維構造体製造装置１の粗砕機１０に投入することで、粗砕機１０の粗砕刃１１によって繊維を含有するシート原料Ｓａ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、繊維を含有するシート原料Ｓａ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における投入速度は生産性を考えると高いほうがよい。

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片（紙片）は、定量供給機５０を通じてホッパー１２から粗砕片（紙片）導入管２０を経て次工程である解繊工程へと導入されてもよい。

定量供給機５０は、解繊機に定量的に材料が投入されれば、いずれの方法でもよいが、振動フィーダーが好適である。

振動フィーダーでは、軽い紙片は静電気などに影響され、搬送が一定にならない傾向があるので、前工程の粗砕機１０で重送等することで、ブロック状にしておくことが好ましい。ブロックのサイズは一個あたり０．５〜２ｇにしておくのが好適である。

振動フィーダーには、粗砕機１０から連続でもよいが、フレキシブルコンテナーに一回貯めて供給してもよい。このときフレキシブルコンテナーがバッファーになり、古紙回収の増減による製造装置への影響を少なくすることができる。フレキシブルコンテナーによる供給は、生産量にもよるが、１時間程度生産できる量がよい。フレキシブルコンテナーから一度に大量に振動フィーダーに供給されると、振動フィーダーの振動に影響がでるので、フレキシブルコンテナーからも徐々に投入することがよい。徐々に投入する方法は、フレキシブルコンテナーを傾斜させたり、モーター等で揺動を与えたり、エアシリンダーで部分的に突っつく方法等がとれる。

粗砕紙（紙片）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（紙片）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から搬送部を構成する搬送管４０へと導かれる。

ここで、解繊部を構成する乾式解繊機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（フロイントターボ株式会社製）、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等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、製造される繊維構造体Ｍ（例えば、再生紙）の強度を考慮すると、大きすぎると乾式解繊機３０への投入が困難になるので、粗砕機１０から排出される粗砕片（紙片）サイズは、数センチ角にな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、粗砕片（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。解繊機は、投入された粗砕片（紙片）を綿状に解繊する。

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粗砕片（紙片）は導入される。導入された粗砕片（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（紙片）を導入口３１に導く気流を発生させるブロア等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、粗砕片（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繊維構造体Ｍ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、にじみ防止剤等の紙への塗工・添加材料（製紙用薬剤）等も粉砕され、数十μｍ以下の粒となるまで粉砕される（以下、インク粒・製紙用薬剤）。したがって、乾式解繊機３０からのアウトプットは、粗砕片（紙片）の解繊により得られる繊維とインク粒・製紙用薬剤である。

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には、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から排出（φ１００で断面積約７８ｃｍ²）された解繊物（解繊繊維）は、搬送管４０及び搬送管６０を通過して、繊維状ウエブ成形機１００へと導かれる。

搬送管６０からは、溶融材料搬送管６１が枝分かれしている。
溶融材料ホッパー１３から投入される溶融材料は、溶融材料調整バルブ６５によってその分量が調整され、この溶融材料搬送管６１を経て搬送管６０に供給され、溶融材料混入部を構成する搬送管６０で搬送されている解繊繊維に溶融材料を混入させることができるようになっている。搬送量は、供給機を秤にのせその減量分を測定しバルブ開度を調整する方法で、精度をあげることもできる。

溶融材料搬送管６１の管径は搬送管６０の管径より小さくすることが望ましい。風速が向上し気流中で溶融材料が分散しやすくなるからである。

溶融材料は、解繊繊維により繊維構造体Ｍを成形したときに成形体としての強度を保ったり、紙粉・繊維の飛散を防止に寄与したりするものである。溶融材料は、解繊繊維中に添加され、加熱されることで、解繊繊維と融着する。溶融材料は、搬送性から室温＋２０℃で個体であり、加熱工程により溶融するものなら、繊維状、粉状どのようなものでもよいが、２００℃以下で溶融するものが紙の黄変等がなくよい。さらに、エネルギー的に１６０℃以下で溶融するものがよい。

また、溶融材料は、加熱成形時に溶融する熱可塑性樹脂を含むことが望ましい。さらには、解繊綿繊維と絡みやすい繊維状が低密度品を作成する場合のぞましい。さらに、芯鞘構造の複合繊維が望ましい。芯鞘構造の溶融材料は、鞘部が低温で溶融し接着機能を発揮し、芯部が繊維状となって残留し形状を維持するので好ましい。例えば、ＥＳファイバービジョン株式会社製ＥＴＣ、ＩＮＴＡＣＫシリーズ、帝人ファイバー株式会社製乾式不織布用ポリエステルファイバー テトロン（商標）等がよい。

また、溶融繊維の線径は、０．５以上２．０ｄｔｅｘ以下がよい。この線径より太いと十分な第１シートＮ１（第２シートＮ２）と繊維状ウエブ（解繊綿シート）Ｓとの間の接着強度が十分に得られず、また、細いと繊維の製造上芯鞘構造の場合、芯と鞘の中心のずれや、また、繊維の直線排出が困難な点、工程中解繊繊維径以下の径になるので、静電気による影響が大きい、混合にムラがでる等の問題がある。

また、溶融樹脂繊維の長さとしては、１ｍｍから１０ｍｍ程度がよい、１ｍｍ以下では、接着強度が不足し繊維構造体Ｍの形状維持が困難になり、１０ｍｍ以上では、気流中で繊維同士が糸玉をつくり、分散性を落とすからである。

また、搬送管６０においては、溶融材料搬送管６１が枝分かれしている下方で、機能材料搬送管６２が枝分かれしている。製品内に使われる部材としては、難燃剤粉が好適に使用される。ホッパー１４から投入される機能材料としての難燃剤粉は、機能材料調整バルブ６６によってその分量が調整され、この機能材料搬送管６２を経て、搬送管６０に供給され、搬送管６０で搬送されている、溶融材料が混入された解繊繊維に難燃剤粉を混入させることができるようになっている。搬送量は、供給機を秤にのせその減量分を測定しバルブ開度を調整する方法で、精度をあげることもできる。

機能材料搬送管６２の管径は搬送管６０の管径より小さくすることが望ましい。風速が向上し気流中で機能材料が分散しやすくなるからである。

難燃剤は、解繊繊維により繊維状ウエブＳを成形したときに、繊維状ウエブＳに難燃性を付与するために添加されるものであり、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウム等の水酸化物、ホウ酸やホウ酸アンモニウム等のホウ酸化合物、ポリリン酸アンモニウム、リン酸エステル等のリン系の有機材料、メラミン、イソシアヌレート等の窒素含有物等のものを用いることができる。中でもメラミンリン酸系の複合剤がよい。

難燃剤としては、固体の難燃剤が望ましい。固体難燃剤の平均粒径は１μｍ以上５０μｍ以下であることが望ましい。平均粒径が１μｍより小さいと、後のサクション工程で繊維状ウエブＳとして堆積させる際、気流で搬送しにくくなる。また、５０μｍより大きくなると繊維への付着力が小さくなり脱落しやすくなり、ムラとなり、十分な難燃性を発揮できない。

搬送管６０を経て、溶融材料、機能材料が混入された解繊繊維は、繊維状ウエブ成形部を構成する繊維状ウエブ成形機１００に導入される。

第１形状維持シート供給部を構成する第１シート供給ローラー８１からは、第１シート（第１形状維持シート）Ｎ１が繊維状ウエブ成形機１００に供給される。この第１シート供給ローラー８１から供給される第１シートＮ１は、毛羽立たせ部２００により繊維状ウエブＳ側の面が毛羽立たせられ、繊維状ウエブ成形機１００で形成される繊維状ウエブＳの底面（第１面）の土台部となる。

ここで、本発明における第１シートＮ１は、例えば、織布や不織布のいずれも利用することができる。サクション装置１１０による気流が第１シートＮ１を介して作用し、第１シートＮ１上に混合した解繊物と溶融材料や機能材料とが適切に堆積することができる。このサクションにより、乾式解繊機３０によって細かくなった、古紙添加物、印刷インク粒が混合解繊材料から除去される。シートの目開きは、１００μ以下が望ましい。第１シートＮ１は、製品の外観になるもので、着色されていてもよい。このように第１シートＮ１として、本実施形態においては、スパンボンド法によって製造されたポリエステル長繊維不織布である東洋紡株式会社製エクーレ（登録商標）３１５１Ａを用いた。

繊維状ウエブ成形機１００の概略について説明する。繊維状ウエブ成形機１００は、概略、解繊した繊維を気中（例えば、空気）に均一に分散させる分散機構と、これにより分散された解繊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。

分散機構はフォーマードラムを有しており、回転するフォーマードラム内に混合解繊材料と混合気体（混合空気）が同時に供給される。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、溶融材料、機能材料が混入された解繊繊維が吐出されるようになっている。ドラムメッシュ孔径は混合解繊材料のサイズにもよるが、円形でもよいが、５ｍｍ×２５ｍｍ程度の長孔が生産性と均一性を両立でき望ましい。

混合気体（混合空気）は、解繊材料と、溶融材料、機能材料と、を混合させて、均一化し、フォーマードラムの穴を通過させる。

フォーマードラム下には、整流板が設置され、幅方向の均一性を調整することができる。整流板の下には、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。サクションボックスを介して、搬送気体（搬送空気）と混合気体（混合空気）を吸引する。「吸引気体量」＞「搬送気体量＋混合気体量」にしておくことで、解繊時に発生した紙粉や材料の吹き出しを防ぐことができる。吸引気体には、第１シートＮ１とメッシュベルト１２２を通過した、微粉（廃粉）が混じっているので、分離するために、下流にサイクロンや、フィルター集塵機を設置することが望ましい。

繊維状ウエブ成形機１００の下方においては、張架ローラー１２１のうちの少なくとも１つが駆動回転することで、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。クリーニングはエアーに因るクリーニングを行ってもよい。

メッシュベルト１２２は吸引空気量を確保し、材料を保持できる強度をもっていれば金属製でも、樹脂製でも、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繊維状ウエブＳ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。

第１シート供給ローラー８１からは、第１シートＮ１が、このメッシュベルト１２２の移動と同じ速度で移動するように、メッシュベルト１２２上に供給される。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、窓以外から気体（例えば、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。

以上のような構成において、搬送管６０によって搬送された解繊繊維は、繊維構造体Ｍを成形するための繊維状ウエブ成形機１００に導入される。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上の第１シートＮ１に堆積される。このとき、メッシュベルト１２２と第１シートＮ１とを移動させることにより、第１シートＮ１上に均一なシート状の解繊繊維を堆積させて繊維状ウエブＳを構成することができる。この解繊繊維の堆積物（繊維状ウエブ）Ｓが加熱・加圧されてシート状の繊維構造体Ｍとなる。

繊維状ウエブ成形機１００において、解繊繊維を堆積するときの堆積量と後のプレス工程で、完成する繊維構造体Ｍの密度が決定される。例えば、１０ｍｍ厚の密度０．１〜０．１５程度の繊維構造体Ｍを得るときには、約４０〜６０ｍｍ程度堆積させる。

なお、本実施形態においては、溶融樹脂繊維及び難燃剤を、搬送管６０で搬送されている解繊繊維に混入するために、それぞれを個別に供給する搬送管を溶融材料搬送管６１及び機能材料搬送管６２として設けてそれぞれ搬送管６０に接続しているが、溶融材料及び機能材料を混合してから一つの搬送管で解繊繊維を搬送する搬送管６０に接続して供給してもよいし、繊維状ウエブ成形機１００において設けるようにしてもよい。このような場合、例えば、フォーミングドラム１０１内に、定量した溶融樹脂繊維及び難燃剤を混入させるようにする。

また、水分噴霧器１３０を設け、これにより噴霧する水分に、機能材料としての水溶性の難燃剤（例えば、株式会社三和ケミカル製 アピノン１４５）を添加することで、成形された繊維状ウエブＳに難燃性を付与することもできる。

第２形状維持シート供給部を構成する第２シート供給ローラー８２からは、第２シート（第２形状維持シート）Ｎ２が、繊維状ウエブ成形機１００・水分噴霧器１３０の後工程に供給される。この第２シート供給ローラー８２から供給される第２シートＮ２は、毛羽立たせ部２１０により繊維状ウエブＳの上面に当たる側を毛羽立たせ、繊維状ウエブ成形機１００で形成される繊維状ウエブＳの上面（第２面）のカバー部となる。

ここで、本発明における第２シートＮ２は、例えば、織布や不織布のいずれも利用することができる。本実施形態においては、第２シートＮ２として、第１シートＮ１と同様の、スパンボンド法によって製造されたポリエステル長繊維不織布である東洋紡株式会社製エクーレ（登録商標）３１５１Ａを用いた。

なお、本実施形態においては、第１シート供給ローラー８１から第１シートＮ１を繊維状ウエブ成形機１００に供給し、第１シートＮ１上に繊維状ウエブＳを形成した後に、第２シート供給ローラー８２から第２シートＮ２を供給し、繊維状ウエブＳの上面をカバーするような工程が採用されているが、繊維状ウエブ成形機１００の後段（下流側）に、第１シート供給ローラー８１及び第２シート供給ローラー８２を設けておき、繊維状ウエブ成形機１００で形成された繊維状ウエブＳを第１シートＮ１と第２シートＮ２とでサンドイッチ状に挟むような工程を採用することもできる。

第２シート供給ローラー８２から供給された第２シートＮ２によって、その第２面側をカバーされた繊維状ウエブＳは、その後、加熱加圧機構１５０に到達する。

加熱加圧される前段階の繊維構造体Ｍは、繊維状ウエブＳの第１面部に第１シートＮ１が配され、繊維状ウエブＳの第２面部に第２シートＮ２が配された状態となる。図３に、第１シートＮ１と繊維状ウエブＳとの界面の拡大模式図を示す。第１シートＮ１側から繊維状ウエブＳに向けて、毛羽立ちした部分Ｆが侵入する形態になる。この侵入部分は、繊維状ウエブＳ、とりわけ溶融繊維と絡むと融着し、アンカー効果をもたらし、シートの剥離強度を上げる。
毛羽立たせ部２００，２１０における毛羽立たせ方式は、いくつかあるが、図４にその一形態を模式的に示す。返しのついたニードル２２０を複数本設置（１本／ｃｍ²程度）したもので、例えば、パンチングメタル上に支持された第１及び第２シートＮ１，Ｎ２を貫通させ引き抜くことで、引き抜き側に毛羽立たせることが可能となる、ニードル２２０の本数を増やすことで毛羽立ちを多くすることができるが、第１及び第２シートＮ１，Ｎ２そのものの強度が低下するので、適度に合わせる必要がある。

続いて、繊維状ウエブＳは加熱加圧機構１５０へと搬送される。加熱加圧機構１５０は、第１基板１５１と、昇降可能に構成された第２基板１５２とで、搬送物である繊維状ウエブＳを挟み、繊維状ウエブＳを加熱と同時に加圧するようになっている。第１基板１５１及び第２基板１５２には、ヒーターが内蔵されており、これにより、第１基板１５１及び第２基板１５２に挟まれる繊維状ウエブＳを加熱させることができるようになっている。

繊維状ウエブＳは加熱加圧機構１５０で加圧・加熱されることで、混入されている溶融材料が加熱され、解繊繊維と密接に融着することで、繊維構造体Ｍとしての強度保持、形状維持、繊維構造体からの繊維の飛散防止に寄与する。

また、溶融材料が溶融し、固化することで、繊維状ウエブＳの第１面部において第１シートＮ１が繊維状ウエブＳに接着され、繊維状ウエブＳの第２面部において第２シートＮ２が繊維状ウエブＳに接着される。この接着強度は、シート界面を毛羽立たせることで、アンカー効果により一層強固なものにすることができる。

また、加熱加圧機構１５０での加圧・加熱により、繊維状ウエブＳはさらに繊維構造体Ｍとしての強度を向上させることができる。

加熱工程と加圧工程とを分離して行うこととしてもよいが、加熱加圧は材料に同時に加えることが望ましい。加熱時間は、材料の芯付近の溶融繊維が溶融できる温度まで上昇する時間を確保することが望ましい。また、加熱加圧はバッチ処理のため、加熱時間を確保するために、前段にバッファーを設けることが望ましい。バッファーは、いわゆるダンサーローラー（架橋ローラー）１４１を上下させることで実現することができる。第２シートＮ２の供給の前に設置してもよい。

加熱加圧が終了した後は、素早く繊維構造体Ｍを移動させ、次の加圧材料をセットする必要がある。そのために、加熱加圧の出口に針を侵入させて保持し引っ張り出す機構を設けることが好適である。加熱加圧表面は、繊維の付着の発生の可能背があるため、付着しにくいＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：Poly Tetra Fluoro Ethylene）等のシートで覆うことが好適である。また、表層クリーニング機構を有しているのがなお良い。または、一定時間ごとにＰＴＦＥシートを一定時間毎に巻き取る方法が良い。また、装置が稼働していないときは、加熱加圧の機構は搬送方向と交差した方向に移動して退避した状態となっている。

なお、本実施形態では、加熱加圧機構１５０を第１基板１５１と、昇降可能に構成された第２基板１５２とで構成したが、加熱・加圧ローラーで構成するようにしてもよい。加熱・加圧ローラーでは、連続作成が可能になるので、バッファーは必要ではない。

上記のようにして再生されて得られた繊維構造体Ｍのシートは、裁断機１６０によって所望のサイズ・形状にカットされ、原反としスタッカー１７０などに積載され冷却される。裁断機１６０は超音波カッター等が好適にもちいられる。超音波カッターの切断は、繊維構造体Ｍの幅方向の一方向に切断してもよいし、一方向と逆方向の往復で切断してもよい。また、超音波カッター以外には、ロータリーカッターや八角のロータリーカッター等を用いてもよい。原反はその後トムソン型等で型抜きされ、所望のサイズ・形状に成形され再生繊維構造体Ｍとなり、音を吸音する吸音材、衝撃（外力）を吸収する緩衝材（梱包材）、成形型の材料等として好適に利用することができる。

図５Ａ及び図５Ｂには、本発明の実施形態に係る繊維構造体Ｍの製造過程での変化の様子が示されている。図５Ａは、加熱加圧機構１５０にて熱、圧力が加えられる前の繊維構造体Ｍの状態が、図５Ｂは、完成後、すなわち、加熱加圧機構１５０にて熱、圧力が加えられた後の繊維構造体Ｍの状態が示されている。
加熱加圧される前の繊維構造体Ｍは、繊維状ウエブＳの第１面部に第１シートＮ１が配され、繊維状ウエブＳの第２面部に第２シートＮ２が配された状態となる。繊維状ウエブＳ中に示される糸状のものは、溶融材料である溶融樹脂繊維を示している。機能材料である難燃剤は、図示省略し、繊維状ウエブＳ中に示していない。

どちらの繊維構造体Ｍも第１シートＮ１と第２シートＮ２に挟持された繊維状ウエブＳの層構造を有する点には変わりないが、図５Ｂでは加熱加圧機構１５０による熱と圧力の印加により、その厚さＨが、印加前の厚さＨ１の約１／１０程度となっている。本実施形態では、このように第１シートＮ１、第２シートＮ２で挟持したことで、製造後の繊維構造体Ｍの表面の毛羽立ちを抑え、扱いやすさの向上が図られている。なお、これら第１シートＮ１、第２シートＮ２の少なくとも一方を有さない形態としてもよい。

ここで、繊維状ウエブＳと、第１シートＮ１、第２シートＮ２それぞれの間の接着強度について試験を行い、溶融樹脂繊維の繊維径として適切なものを選定したので、これについて詳述する。

図６は繊維状ウエブＳと、第１シートＮ１（又は、第２シートＮ２）との間の接着強度の強さを定量化するために行われたピーリングテストの試験方法の概略を示す図である。図６において、サンプルとして用いた繊維構造体Ｍは、幅が約２０ｍｍ、長さが約１２０ｍｍである。繊維構造体Ｍはその一端を台Ｔ１と抑え板Ｔ２とで挟持し、他端において第１シートＮ１を１５ｍｍ程度剥ぎ、第１シートＮ１の剥いだ部分をクランプＴ３で挟み、このクランプＴ３に錘Ｔ４を吊り下げ、連続してピールされる最小錘重量を測定した。そして、最小錘重量（ｋｇ）×９．８／幅ｍｍにより、単位幅当たりの剥離強さ（Ｎ／ｍ）を計算した。

図７は、ピーリングテストの試験結果を示し、毛羽立たせのニードル２２０の配置濃度を１０本/ｃｍ²にしたもの１回処理、半ピッチずらして２回処理（２０本/ｃｍ²）、毛羽立ち処理なし、の各条件における剥離強さ（Ｎ／ｍ）を示す。図７に示すように、ニードル２２０を用いて毛羽立たせ処理を行った方が、毛羽立たせ処理なしに比べて剥離強さが向上することがわかる。具体的には、毛羽立たせ処理を行った方が、毛羽立たせ処理なしに比べて約４倍から５倍剥離強さが高くなった。

次に本発明の他の実施形態を説明する。図８は、他の毛羽立たせ部２３０の構成を示す。図８に示すように、毛羽立たせ部２３０は、第１シートＮ１を支持する支持台２３１と、支持された第１シートＮ１を搬送方向に搬送する搬送ローラー２３２ａ，２３２ｂと、支持された第１シートＮ１の表面に接触可能な回転ローラー２３３と、を備える。回転ローラー２３３の表面は凹凸部２３４を備える。そして、第１シートＮ１を支持台２３１の上に通過させるときに、回転ローラー２３３の表面を第１シートＮ１に押し当てる。回転ローラー２３３は、搬送ローラー２３２ａ，２３２ｂによる第１シートＮ１の搬送方向に抵抗になるように回転する。これにより、第１シートＮ１を毛羽立たせることができる。なお、回転ローラー２３３の表面は、カーディングに使われるような、フック状の細い金属ワイヤーで覆われたものが好適である。また、第２シートＮ２に対しても同様の処理を施すことができる。

さらに本発明の他の実施形態を説明する。図９は支持台のない構成で、他の毛羽立たせ部２４０の構成を示す。図９に示すように、毛羽立たせ部２４０は、第１シートＮ１を搬送方向に搬送する搬送ローラー２４２ａ，２４２ｂと、搬送ローラー２４２ａ，２４２ｂに対して搬送方向の上流側に設けられ、第１シートＮ１を搬送方向に搬送する搬送ローラー２４３ａ，２４３ｂと、搬送方向の搬送ローラー２４２ａ，２４２ｂと搬送ローラー２４３ａ，２４３ｂとの間に配置され、搬送ローラー２４２ａ，２４２ｂと搬送ローラー２４３ａ，２４３ｂとによって支持された第１シートＮ１の表面に接触可能な回転ローラー２４５と、を備える。回転ローラー２４５の表面は返しの付いたフック部２４６を備える。回転ローラー２４５は自重で第１シートＮ１の表面に接触する。

そして、搬送ローラー２４２ａ，２４２ｂで第１シートＮ１をニップした状態で搬送ローラー２４３ａ，２４３ｂの第１シートＮ１への保持力を弱める。これにより、自重で回転ローラー２４５が降下する。これに伴い、搬送ローラー２４３ａ，２４３ｂ側から第１シートＮ１が供給され、搬送ローラー２４２ａ，２４２ｂと搬送ローラー２４３ａ，２４３ｂとの間で第１シートＮ１が弛んだ状態となる。
次いで、所定のタイミングで搬送ローラー２４３ａ，２４３ｂで第１シートＮ１をニップする。その後、搬送ローラー２４２ａ，２４２ｂを駆動させ、第１シートＮ１を搬送方向に搬送させる。このとき、回転ローラー２４５は、搬送ローラー２４２ａ，２４２ｂによる第１シートＮ１の搬送方向に抵抗になるように回転する。そして、搬送ローラー２４２ａ，２４２ｂと搬送ローラー２４３ａ，２４３ｂとの間で第１シートＮ１が張った状態となっていく。巻きかけが多くなる分、引っ掛かりが多くなり、毛羽立たせしやすくなる。次いで、所定のタイミングで搬送ローラー２４２ａ，２４２ｂの駆動を停止する。以降、上記の間欠動作を繰り返し行う。
なお、搬送ローラー２４２ａ，２４２ｂと搬送ローラー２４３ａ，２４３ｂとを同時に駆動させ、一定速度で搬送される第１シートＮ１に対して回転ローラー２４５を接触させて毛羽立たせてもよい。また、第１シートＮ１の搬送速度や回転ローラー２４５の回転速度を変化させることで動脈駆動させてもよい。

本発明の繊維構造体Ｍとして要求される繊維構造体製造装置１、繊維構造体Ｍとして要求される繊維構造体製造方法は、溶融樹脂繊維が混入された繊維状ウエブＳの第１面と、第１面と対向する第２面に形状維持シート（第１シートＮ１、第２シートＮ２）を毛羽立たせて供給し、形状維持シート（第１シートＮ１、第２シートＮ２）が供給された繊維状ウエブＳを加熱すると同時に加圧し、形状維持シート（第１シートＮ１、第２シートＮ２）を繊維状ウエブＳに接着するので、本発明の繊維構造体製造装置１、繊維構造体製造方法によれば、シートの接着強度が向上し型崩れなどを起こすことなくハンドリング性に優れると共に、繊維構造体Ｍとして様々な用途において要求される特性を確保することができる。

また、本発明の繊維構造体製造装置１及び繊維構造体製造方法によれば、極力水分を使わない（大量な水資源を消費しない）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。

なお、上記繊維構造体製造方法では、第１シートＮ１及び第２シートＮ２を供給したがこれに限定されない。他の繊維構造体製造方法として、繊維を含有する繊維原料を粉砕で解繊し、解繊された解繊物を搬送し、搬送される解繊物に溶融材料を混入し、溶融材料が混入された混合物を堆積させて繊維状ウエブＳを成形し、繊維状ウエブＳと接触させる側の表面を毛羽立たせた形状維持シートを、繊維状ウエブＳに供給し、形状維持シート（例えば、第１シートＮ１）が供給された繊維状ウエブＳを加熱加圧して繊維構造体Ｍを成形する製造方法であってもよい。すなわち、第１シートＮ１及び第２シートＮ２のうちいずれか一方のシートを供給する構成であってもよい。このようにしても、上記同様の効果を得ることができる。

１…繊維構造体製造装置、３０…乾式解繊機、４０…搬送管、６０…搬送管、８１…第１シート供給ローラー、８２…第２シート供給ローラー、１００…繊維状ウエブ成形機、１５０…加熱加圧機構、２００…毛羽立たせ部、２１０…毛羽立たせ部、２２０…ニードル、２３０…毛羽立たせ部、２３１…支持台、２３２ａ…搬送ローラー、２３２ｂ…搬送ローラー、２３３…回転ローラー、２３４…凹凸部、２４０…毛羽立たせ部、２４２ａ，２４２ｂ，２４３ａ，２４３ｂ…搬送ローラー、２４５…回転ローラー、２４６…フック部、Ｓ…繊維状ウエブ、Ｎ１…第１シート（第１形状維持シート）、Ｎ２…第２シート（第２形状維持シート）、Ｍ…繊維構造体。

Claims (5)

1. 繊維を含有する繊維原料を粉砕して解繊する解繊部と、
   前記解繊部で解繊された解繊物を搬送する搬送部と、
   前記搬送部で搬送される前記解繊物に溶融材料を混入する溶融材料混入部と、
   前記溶融材料が混入された混合物を堆積させて繊維状ウエブを成形する繊維状ウエブ成形部と、
   前記繊維状ウエブに形状維持シートを供給するシート供給部と、
   前記形状維持シートが供給された前記繊維状ウエブを加熱加圧して繊維構造体を形成する加熱加圧機構と、を有し、
   前記シート供給部は、前記形状維持シートの前記繊維状ウエブと接する側の表面を毛羽立たせて前記形状維持シートを供給する、ことを特徴とする繊維構造体製造装置。
2. 前記シート供給部は、前記形状維持シートの前記表面を毛羽立たせる毛羽立たせ部を有する請求項１に記載の繊維構造体製造装置。
3. 繊維を含有する繊維原料を粉砕で解繊し、
   解繊された解繊物を搬送し、搬送される前記解繊物に溶融材料を混入し、
   前記溶融材料が混入された混合物を堆積させて繊維状ウエブを成形し、
   前記繊維状ウエブと接触させる側の表面を毛羽立たせた形状維持シートを、前記繊維状ウエブに供給し、
   前記形状維持シートが供給された前記繊維状ウエブを加熱加圧して繊維構造体を成形する、ことを特徴とする繊維構造体製造方法。
4. 繊維を含有する繊維原料を粉砕で解繊し、
   解繊された解繊物を搬送し、搬送される前記解繊物に溶融材料を混入し、
   表面を毛羽立たせた第１形状維持シートの前記表面上に、前記溶融材料が混入された混合物を堆積させて繊維状ウエブを成形し、
   前記繊維状ウエブに対して、前記第１形状維持シートが配置された側と反対側に、表面を毛羽立たせた第２形状維持シートの前記表面が前記繊維状ウエブに接触するように、前記第２形状維持シートを供給し、
   前記第１形状維持シートの毛羽立たせた前記表面と、前記第２形状維持シートの毛羽立たせた前記表面と、で挟まれた状態の前記繊維状ウエブを加熱加圧して繊維構造体を成形する、ことを特徴とする繊維構造体製造方法。
5. 請求項３または請求項４に記載の繊維構造体製造方法により製造されたことを特徴とする繊維構造体。

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