JP4194955B2 - 繊維ボードの製造方法、熱可塑性樹脂繊維の切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、繊維ボードの製造方法および熱可塑性樹脂繊維の切断装置に関する。

植物繊維と熱可塑性樹脂繊維とから製造される繊維ボードが従来知られている。例えば、特許文献１に記載の繊維ボードが知られている。
特許文献１に係る繊維ボードは、植物繊維と熱可塑性樹脂繊維とを開繊して混綿し（開繊処理）、これらを加熱した後、冷間プレスすることで成形されている。

そして上記した熱可塑性樹脂繊維は、従来、図１，６に示す製造装置によって製造されていた。すなわち図１に示すように、先ず熱可塑性樹脂の原料ペレットＰをホッパー１０に投入する。そしてこれらを結晶化装置１１によって結晶化させ、チップ乾燥機１２によって加水分解防止処理を行う。次に、押出し機１３によって熱可塑性樹脂を溶融させ、紡糸機１５によって繊維状にする。かくしてトウ（延伸・捲縮処理をしていない熱可塑性樹脂繊維）が成形されていた。
そして図６に示すようにトウを湯洗し、延伸機７１によって延伸させていた（延伸処理）。そしてクリンパー７２によって熱可塑性樹脂繊維を捲縮させ、乾燥機７３で乾燥させ、切断装置７４（例えば、特許文献２に係る切断装置）によって定寸カットしていた。そしてこれらを圧縮梱包機７５によって固まり状（ベール）にしていた。
なおトウを延伸させている理由は、紡糸させただけの状態では、熱可塑性樹脂繊維の結晶の配向が不十分であって引張り強度が弱いからである。そして延伸させることで配向性を十分にし引張り強度を強くするためである。
特開２００２−３７１４５５号公報 特開平５−２７９９２５号公報

ところが繊維ボードに利用される熱可塑性樹脂繊維は、加熱処理によって溶融される。そのため熱可塑性樹脂繊維は、引張り強度をとりわけ強くする必要がなかった。
そこで本発明は、従来必要であった延伸処理等を省略することで製造工程数を低減し得る繊維ボードの製造方法を提供することを課題とする。あるいはその製造方法に適した熱可塑性樹脂繊維の切断装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために本発明は、各請求項に記載の通りの構成を備える繊維ボードの製造方法、または熱可塑性樹脂繊維の切断装置であることを特徴とする。

請求項１に係る熱可塑性樹脂繊維の切断装置によると、切断装置は、延伸・捲縮処理をしていない熱可塑性樹脂繊維を切断するために以下の構成を備えている。
すなわち切断装置は、熱可塑性樹脂繊維を巻取る回転体と、その回転体の外周に沿って巻取られた熱可塑性樹脂繊維を回転体の外周側方から回転体軸中心側に押す押込み手段とを有する。回転体は、上板部と下板部とこれらの間に立設された複数の切断刃を有し、複数の切断刃は、回転体軸中心側から外周側方に向けて放射線状に伸び、かつ外周側方先端に刃先部を有する。そして熱可塑性樹脂繊維が刃先部外周外方位置にて巻取られる構成である。下板部には開口部が形成されている。また押込み手段は、回転体の回転を止めた状態において、回転体に巻取られた熱可塑性樹脂繊維を回転体軸中心側に押すことで、熱可塑性樹脂繊維を切断刃によって切断し、該切断された熱可塑性樹脂繊維が切断刃間を通りかつ下板部に形成された開口部を通って回転体から排出される構成になっている。

したがって切断装置は、回転体によって熱可塑性樹脂繊維を巻取る。そして回転体の回転を止め、押込み手段によって熱可塑性樹脂繊維を回転体の外周側方から回転体軸中心側へ押す。そして回転体に設けられた切断刃によって熱可塑性樹脂繊維を切断する構成になっている。
ところで従来の熱可塑性樹脂繊維の切断装置は、例えば特許文献２に係る構成を有していた。特許文献２に係る切断装置は、熱可塑性樹脂繊維を巻取る回転体と、回転体の外周に沿って巻取られた熱可塑性樹脂繊維を回転体軸中心側へ常に押す圧力ロータとを有していた。そして回転体と圧力ロータは、それぞれが回転し、回転体に設けられた切断刃によって熱可塑性樹脂繊維を切断していた。そのため熱可塑性樹脂繊維は、回転体と圧力ロータによって常に張力を受けており、とりわけ切断の際に大きな張力を受けていた。
ところが本発明における切断対象物は、延伸・捲縮処理をしていない熱可塑性樹脂繊維であって引張り強度が弱いものであった。したがって従来の切断装置によって切断を試みた場合は、切断対象物が切断刃と異なる位置において切れてしまい、所定の長さに切断することができなかった。

これに対して本発明に係る切断装置は、回転体によって巻取られた熱可塑性樹脂繊維を回転体の外周側方から回転体軸中心側に押す押込み手段を有している。しかも押込み手段は、回転体の回転を止めた状態において熱可塑性樹脂繊維を押す構成になっている。
したがって本発明に係る切断装置は、従来の切断装置に比べて、熱可塑性樹脂繊維に対して張力を与えにくい構成になっている。特に切断時において張力を与えにくい構成になっている。かくして延伸・捲縮処理をしていない熱可塑性樹脂繊維は、切断刃と異なる位置において切れることが防止され、切断刃によって所定の長さに確実に切断され得る。

請求項２に記載の発明によると、請求項１に記載された切断装置を利用して、延伸・捲縮処理をしていない熱可塑性樹脂繊維を所定長さに切断する。そして切断された熱可塑性樹脂繊維と植物繊維とを混綿し、これらを加熱処理およびプレス処理することで繊維ボードを製造する。
すなわち熱可塑性樹脂繊維は、延伸・捲縮処理をしていない状態のまま（トウの状態のまま）繊維ボードの原料として利用される。したがって熱可塑性樹脂繊維の延伸・捲縮処理が不要となる。かくして熱可塑性樹脂繊維の製造工程数、および繊維ボードの製造工程数が少なくなる。

実施の形態を図１〜５にしたがって説明する。
先ず、延伸・捲縮処理をしていない熱可塑性樹脂繊維であるトウの製造方法について説明する。
図１に示すように熱可塑性樹脂の原料ペレットＰをホッパー１０に投入する（図４、ステップＳ１０）。そしてこれらを結晶化装置１１によって結晶化させる（図４、ステップＳ１１）。なお結晶化装置１１における設定温度は、１１０℃である。また結晶化装置１１には、ブロッキングを防止するための攪拌装置が設けられている。
次に、チップ乾燥機１２によって加水分解防止処理を行う（図４、ステップＳ１２）。なおチップ乾燥機１２における設定乾燥温度は、１１０℃〜１４０℃である。

続いて押出し機１３によって熱可塑性樹脂を溶融し、原料を流動状態にする。そしてその原料をフィルター１４に向けて押出す（図４、ステップＳ１３）。そしてフィルター１４によって原料の不純物を取除く。
次に、紡糸機１５によって原料を所定径となる状態において連続的に吐出させ、それを順次、冷却固化させる。かくして熱可塑性樹脂が繊維状に成形される（図４、ステップＳ１４）。
そして繊維状の熱可塑性樹脂を引取機１６によって引取り、熱可塑性樹脂繊維を紡糸機１５によって連続的に紡糸する。そして熱可塑性樹脂繊維をパン１７に集約させる。
以上のようにしてトウＴ（延伸・捲縮処理をしていない状態の熱可塑性樹脂繊維）を製造する。

次に、トウＴを所定長さに切断する切断装置２（ロータリーカッター）について説明する。
切断装置２は、図２に示すようにトウＴを導くガイドローラ３と、ガイドローラ３によって導かれたトウＴを巻取る回転体４とを有する。そしてトウＴの先端を挟持するクランプ手段７と、トウＴを回転体４の外周側方から回転体軸中心側に押す複数の押込み手段６とを有する。

回転体４は、図３に示すように上板部４０と下板部４２を有する。そして上板部４０と下板部４２の間には、複数の切断刃４１を有し、回転体軸中心Ｃには、回転軸部４３を有する。
上板部４０は、円盤状であって中心部に回転軸部４３が貫通された状態で取付けられている。下板部４２は、ドーナツ状であって、中心部には略円孔状に形成された開口部４２ａが形成されている。
切断刃４１は、上板部４０と下板部４２の間に板厚方向に立設した状態で取付けられている。そして複数の切断刃４１は、図２に示すように回転体軸中心Ｃ側から外周側方に向けて放射線状に伸びており、これら複数の切断刃４１は、周方向に所定のピッチ幅で等間隔で位置している。そして切断刃４１は、外周側先端において刃先部４１ａを有する。かくして回転体４は、略円柱状および水車状に構成されている。

また回転軸部４３の上方位置には、図３に示すようにモータ５が設けられている。そしてモータ５によって回転軸部４３にトルクが付与され、回転体４が回転体軸中心Ｃに回転する。
クランプ手段７は、図２に示すようにトウＴの先端を把持する構成になっている。そしてクランプ手段７は、回転体４側に取付けられている。したがってクランプ手段７によってトウＴの先端が把持され、回転体４が回転されることで、トウＴが回転体４の外周に沿って巻取られる。

押込み手段６は、図２に示すようにシリンダー６０とプッシャー６１を有する。
シリンダー６０は、例えば油圧または気圧を利用してプッシャー６１を往復直線運動させる。
プッシャー６１は、シリンダー６０によって回転体４に対して近接・離間するように進退動する。そして回転体４の外周側方から回転体軸中心側に進出し、切断刃４１間に入り込む。
以上のようにして切断装置２が構成されている。

以下、切断装置２によってトウＴを切断する方法について説明する。
先ず、トウＴをガイドローラ３によって回転体４側へ導く（図２参照）。次にトウＴの先端をクランプ手段７によって把持する。そして回転体４をモータ５によって回転させる。これによりトウＴを回転体４の外周に沿って巻き取る。そして巻き取られたトウＴは、図３に示すように切断刃４１の刃先部４１ａ上方位置に配置される。
そしてトウＴを回転体４の外周に一から十周程度巻き取り、その後、回転体４の回転を止める。

そして回転体４の回転を止めた状態において、プッシャー６１を回転体４外方から回転体軸中心側に進出させる（図２参照）。これによりトウＴが、プッシャー６１によって回転体４の外周側方から回転体軸中心側に押される。そしてトウＴの一部が、切断刃４１の刃先部（４１ａ）に押し当てられ、その位置にてトウＴが切断される。
切断されたトウＴは、図３に示すように上板部４０と下板部４２の間に進出したプッシャー６１によって回転体軸中心Ｃ側へ押される。そして開口部４２ａに達したトウＴは、開口部４２ａからパン８に向けて落下し、パン８に集約される。
以上のようにしてトウＴの切断工程がなされ（図４、ステップＳ１５）、その工程を繰り返す。
そしてパン８に集約させたトウＴを圧縮梱包機によって圧縮させ、固まり状態（ベール）にする（図４、ステップＳ１６）。

次に、繊維ボードの製造方法について図５にしたがって説明する。
先ず、固まり状態としたトウＴと植物繊維とを準備する（ステップＳ２０）。そしてこれらを開繊し、混綿する（ステップＳ２１）。そしてこれらを加熱した後（加熱処理）、冷間プレスする（プレス処理）（ステップＳ２２）。かくして繊維ボードが形成される。
なお加熱温度は、トウＴを十分に溶融させる温度であって、例えば１８０〜２６０℃である。そのためトウＴは、繊維の形態をとどめない状態で冷えて固まり、植物繊維間のバインダーとなる。
以上のように成形された繊維ボードは、二次材料として利用されることが多い。例えば加熱プレスされることで、自動車のドアトリム用基材のハードボードの形状に加工されて利用される。

なお「植物繊維」には、ケナフ、ヤシ、パーム、サイザル麻、マニラ麻、コウゾ、ヘンプ、ワラ、バガス等を原料とする非木材繊維や、針葉樹や広葉樹等を原料とする木材繊維や、機械パルプ、化学パルプ、セミケミカルパルプ、及びこれらのリサイクルパルプ、更には、これらのパルプを原料として合成される人造の各種セルロース系繊維が広く含まれるものとする。
「熱可塑性樹脂繊維」は、加熱すると柔らかくなり可塑性（応力に応じて変形する性質）を有する繊維であって、好適には、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等を原料とする繊維である。

「トウ」の繊維の径は、４〜１８ｄｔｅｘであり、好ましくは一般のトウの繊維径６ｄｔｅｘよりも太い径であることが好ましい。例えば７〜８ｄｔｅｘであることが好ましい。そして太い径にすることでトウＴは、切断刃４１と異なる位置にて切れてしまうことが防止される。かくしてトウＴは、確実に切断刃４１によって所定長さに切断され得る。

そして「トウ」を切断する際の長さは、混綿時における植物繊維の長さとほぼ同じ長さであることが好ましい。同じ長さにすることで、トウと植物繊維とが絡みやすく、混綿時におけるトウの分散性が高くなるからである。
なお混綿時におけるトウの長さと、植物繊維の長さとをほぼ同じ長さにするためには、切断装置２によって切断する際のトウの長さを植物繊維よりも２０〜５０ｍｍ長くなるようにすることが好ましく、例えば５０〜１００ｍｍにすることが好ましい。なぜならトウは、引張り張力が弱く、混綿時において植物繊維よりも切れやすいからである。

以上のようにして切断装置２が構成され、繊維ボードが製造される。
すなわち熱可塑性樹脂繊維は、延伸・捲縮処理をしていない状態のまま（トウＴの状態のまま）繊維ボードの原料として利用される。
したがって熱可塑性樹脂繊維の延伸・捲縮処理が不要となる。そして熱可塑性樹脂繊維の製造工程数、および繊維ボードの製造工程数が少なくなる。

また切断装置２は、図２に示すように回転体４によって巻取られたトウＴを回転体４の外周側方から回転体軸中心側に押す押込み手段６を有している。しかも押込み手段６は、回転体４の回転を止めた状態においてトウＴを押す構成になっている。
したがって切断装置２は、従来の切断装置（例えば特許文献２に係る切断装置）に比べて、熱可塑性樹脂繊維（トウＴ）に対して張力を与えにくい構成になっている。特に切断時において張力を与えにくい構成になっている。
かくしてトウＴは、切断刃４１と異なる位置において切れることが防止され、切断刃４１によって所定の長さに確実に切断され得る。

また切断装置２は、図２に示すように複数の切断刃４１を等間隔で有する。これによりトウＴを所定長さで切断し得る。また切断刃４１間のピッチ幅を変えことも可能で、容易に切断後のトウＴの長さを変えることもできる。
また切断装置２は、複数の押込み手段６を等間隔で有し、各押込み手段６は、切断刃４１間に位置している。そしてトウＴは、回転体４に対して複数周巻かれた状態において押込み手段６によって押され得る。かくして一度に多くの量が切断され得る。

（他の実施の形態）
本発明は、上記の実施の形態に限定されず、以下の形態であってもよい。
（１）すなわち上記の実施の形態では、トウを図２，３に示す切断装置２によって切断していた。しかしトウを他の装置または方式によって切断する形態であってもよい。例えばギロチン方式によって切断する形態であってもよい。
（２）また上記の実施の形態に係る加熱処理およびプレス処理は、順次別々に処理する方法であった。しかし両処理を一度に行う方法、例えば加熱プレスを利用し、冷却する処理方法であっても良い。
（３）また上記の実施の形態では、図４に示す圧縮梱包工程を行っていた。しかし圧縮梱包工程を省略することも可能である。

原料ペレットからトウを製造するための製造装置の概略図である。 切断装置の上面図である。 図２のＡ−Ａ線断面矢視図である。 原料ペレットからトウを製造する製造工程図である。 植物繊維とトウから繊維ボードを製造する製造工程図である。 従来の製造装置であって、延伸・捲縮処理した熱可塑性樹脂繊維を製造する製造装置の概略図である。

符号の説明

２…切断装置
３…ガイドローラ
４…回転体
５…モータ
６…押込み手段
７…クランプ手段
１０…ホッパー
１１…結晶化装置
１２…チップ乾燥機
１３…押出し機
１５…紡糸機
１６…引取機
４０…上板部
４１…切断刃
４１ａ…刃先部
４２…下板部
４２ａ…開口部
４３…回転軸部
６０…シリンダー
６１…プッシャー
Ｃ…回転体軸中心
Ｔ…トウ（延伸・捲縮処理をしていない状態の熱可塑性樹脂繊維）

Claims (2)

1. 延伸・捲縮処理をしていない熱可塑性樹脂繊維を切断するための熱可塑性樹脂繊維の切断装置であって、
   前記熱可塑性樹脂繊維を巻取る回転体と、その回転体の外周に沿って巻取られた熱可塑性樹脂繊維を前記回転体の外周側方から回転体軸中心側に押す押込み手段とを有し、
   前記回転体は、上板部と下板部とこれらの間に立設された複数の切断刃を有し、前記複数の切断刃は、前記回転体軸中心側から外周側方に向けて放射線状に伸び、かつ外周側方先端に刃先部を有し、前記熱可塑性樹脂繊維が前記刃先部外周外方位置にて巻取られ、前記下板部には開口部が形成されている構成であり、
   前記押込み手段は、前記回転体の回転を止めた状態において、前記回転体に巻取られた前記熱可塑性樹脂繊維を前記回転体軸中心側に押すことで、前記熱可塑性樹脂繊維を前記切断刃によって切断し、該切断された熱可塑性樹脂繊維が前記切断刃間を通りかつ前記下板部に形成された開口部を通って前記回転体から排出される構成になっていることを特徴とする熱可塑性樹脂繊維の切断装置。
2. 請求項１に記載された熱可塑性樹脂繊維の切断装置を利用して、延伸・捲縮処理をしていない熱可塑性樹脂繊維を所定長さに切断し、該切断された熱可塑性樹脂繊維と植物繊維とを混綿し、これらを加熱処理およびプレス処理することで繊維ボードを製造することを特徴とする繊維ボードの製造方法。

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