円筒状積層体の製造方法、及び円筒状積層体の製造装置
【課題】円筒状積層体の外径及び重量のばらつきを低減することの容易な円筒状積層体の製造方法、及び円筒状積層体の製造装置を提供する。
【解決手段】巻取工程では、巻芯２１と駆動ローラー２２とにより不織布１２を加圧しながら、巻芯２１と駆動ローラー２２との間に不織布１２を連続して通過させ、駆動ローラー２２により不織布１２を加熱して巻芯２１に巻き取ることで、半製品を得る。さらに、製造方法は、巻取工程で得られた半製品を巻芯２１とともに駆動ローラー２２により回転させながら加熱及び加圧して縮径させ、円筒状積層体１１の外径に合わせる縮径工程を備える。巻取工程及び縮径工程における加圧は、巻芯２１に荷重を加えることで実施される。縮径工程では、荷重を巻取工程における荷重よりも増大させる。
【解決手段】巻取工程では、巻芯２１と駆動ローラー２２とにより不織布１２を加圧しながら、巻芯２１と駆動ローラー２２との間に不織布１２を連続して通過させ、駆動ローラー２２により不織布１２を加熱して巻芯２１に巻き取ることで、半製品を得る。さらに、製造方法は、巻取工程で得られた半製品を巻芯２１とともに駆動ローラー２２により回転させながら加熱及び加圧して縮径させ、円筒状積層体１１の外径に合わせる縮径工程を備える。巻取工程及び縮径工程における加圧は、巻芯２１に荷重を加えることで実施される。縮径工程では、荷重を巻取工程における荷重よりも増大させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱融着性成分を含む熱融着性シート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、及び円筒状積層体の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円筒状積層体の製造方法、円筒状積層体の製造装置としては、繊維シートを熱融着させながら巻芯に巻回する方法及び装置が知られている（特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−１０２４７０号公報
【特許文献２】特開昭５５−２４５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
巻芯と駆動ローラーとを用いて熱融着性シートを加圧して円筒状積層体を製造する際に、巻芯に供給する熱融着性シートの長さを規定することで熱融着性シートの供給量を決定し、所定の外径を有する円筒状積層体が得られるようになる。ところが、熱融着性シートは、例えばロット毎や、同一ロットの長さ方向において、嵩密度のばらつきが存在する。従って、異なるロットの熱融着性シートを用いたり、同一ロットの熱融着性シートを部分的に用いたりした場合、熱融着性シートの嵩密度に応じて、円筒状積層体の外径や重量のばらつきが生じ易くなる。
【０００５】
本発明の目的は、円筒状積層体の外径及び重量のばらつきを低減することの容易な円筒状積層体の製造方法、及び円筒状積層体の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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を加熱して前記円筒状積層体の外径よりも拡径するまで前記巻芯に巻き取ることで半製品を得る工程であり、前記巻取工程で得られた前記半製品を前記巻芯とともに前記駆動ローラーにより回転させながら加熱及び加圧して縮径させることで前記円筒状積層体の外径に合わせる縮径工程を備え、前記巻取工程及び前記縮径工程における前記加圧は、前記巻芯又は前記駆動ローラーに荷重を加えることで実施され、前記縮径工程は、前記荷重を前記巻取工程における前記荷重よりも増大させる工程であることを要旨とする。
【０００７】
この製造方法によれば、巻取工程において、熱融着性シートを加圧しながら巻芯に巻き取るため、例えば所定の嵩密度よりも嵩密度の低い熱融着性シートを用いた場合、所定の嵩密度の熱融着性シートよりも厚み方向に圧縮され易くなる。また例えば、所定の嵩密度よりも嵩密度の高い熱融着性シートを用いた場合、所定の嵩密度の熱融着性シートよりも厚み方向に圧縮され難くなる。このように巻取工程によって巻芯の外周に積層された熱融着性シートの嵩密度が調整されるため、得られる円筒状積層体の外径を所定の外径に合わせたとき、円筒状積層体の重量のばらつきが抑制される。さらに、縮径工程では、巻取工程で巻芯に加える荷重よりも増大させた荷重により、半製品を縮径させるため、半製品の外径を円筒状積層体の所定の外径に合わせることが容易となる。
【０００８】
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、前記巻取工程において、前記巻芯の外周に積層された熱融着性シートの積層厚みに基づき前記熱融着性シートを切断することで、前記巻取工程に供する前記熱融着性シートの供給量が決定されることを要旨とする。
【０００９】
上記の巻芯への熱融着性シートの巻き取りが進行するに伴って、巻芯の外周に積層された熱融着性シートの積層厚みに基づいて、巻取工程に供する熱融着性シートの供給量が決定されるため、円筒状積層体の重量の精度を高めることが容易となる。
【００１０】
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、前記巻取工程において、前記巻芯と前記駆動ローラーとの間の圧力を計測し、前記圧力の低下に基づき前記荷重を増大させることで前記縮径工程が開始されることを要旨とする。
【００１１】
ここで、上記巻取工程では、巻芯に荷重を加えることで熱融着性シートを一定の圧力で加圧している。この巻取工程では、巻芯と駆動ローラーとの間に熱融着性シートが常時供給されているため、巻芯に加えた荷重よりも巻芯と駆動ローラーとの間の圧力は高まることになる。そして、巻芯と駆動ローラーとの間への熱融着性シートの供給が完了すると、巻芯と駆動ローラーとの間の圧力は低下することになる。上記製造方法では、巻芯と駆動ローラーとの間の圧力を計測し、圧力の低下に基づき前記荷重を増大させることで縮径工程が開始される。これにより、巻取工程の終了後、円滑に縮径工程を開始させることが容易となる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の円筒状積層体の製造方法において、前記熱融着性シートの切断からの経過時間をタイマにより計時し、その計時結果に基づき前記縮径工程を開始させることを要旨とする。
【００１３】
この方法によれば、熱融着性シートの切断からの経過時間に応じて縮径工程を自動で開始させることができるようになる。これにより、円滑に縮径工程を開始させることが容易となる。
【００１４】
請求項５に記載の発明の円筒状積層体の製造装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の円筒状積層体の製造方法に用いられ、前記駆動ローラーと、前記巻芯に荷重を印加する加圧装置とを備える円筒状積層体の製造装置であって、前記巻芯の外周に積層された熱融着性シートの積層厚みを検出する検出手段を備えることを要旨とする。
【００１５】
この構成によれば、巻芯の外周に積層された熱融着性シートの積層厚みを検出した結果に基づいて、円筒状積層体の所定の外径に合わせること、すなわち縮径工程を終了させることが容易となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、円筒状積層体の外径及び重量のばらつきを低減することの容易な円筒状積層体の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は、実施形態の円筒状積層体を示す斜視図、（ｂ）は、製造装置を示す概略図。
【図２】（ａ）は、製造装置の概略を示す平面図、（ｂ）及び（ｃ）は、加圧部の概略を示す側面図。
【図３】円筒状積層体の製造を示すフローチャート。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、製造工程における荷重について説明する説明図。
【図５】円筒状積層体の製造において、荷重設定、圧力、及び巻芯の変位についての推移を示すタイムチャート。
【図６】製造装置の変更例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
＜熱融着性シート＞
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について説明する。本実施形態では、熱融着性シートとして繊維集合体である不織布が用いられる。不織布は、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、不織布の構造を維持させるという観点から、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好ましい。
【００２２】
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。
【００２３】
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、天然繊維、及び高強度繊維を含む。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。高強度繊維の具体例は、例えば、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、及びポリパラフェニレンベンゾオキサゾール繊維を含む。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
不織布の目付は、例えば１０〜１００ｇ／ｍ２の範囲とされる。
＜製造装置＞
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。円筒状積層体１１の製造には、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示す製造装置が用いられる。製造装置は、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を備えている。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
駆動ローラー２２は、第１駆動ローラー２２ａとそれよりも下流側（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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２３が装着されている。加圧装置２３には、図示を省略した流体圧シリンダーが備えられ、流体圧シリンダーの作動により巻芯２１に所定の荷重が印加されるようになっている。
【００３４】
詳述すると、加圧装置２３は、図２（ａ）に示すように巻芯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。図２（ｂ）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２（ｂ）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。こうした構成により、流体圧シリンダーは、連結部２４、及び加圧部２３ａ，２３ｂを介して巻芯２１の両端部に荷重を印加する。
【００３５】
図１（ｂ）に示すように、製造装置には、巻芯２１の位置を検出する位置センサ５１が装備されている。この位置センサ５１により、巻芯２１の上方への変位が計測される。位置センサ５１としては、例えば光学式センサ、近接センサ、超音波式センサ等が用いられる。また、製造装置には、巻芯２１と駆動ローラー２２との間の圧力を計測する圧力センサ５２が装備されている。圧力センサ５２としては、例えばロードセル、圧縮素子等が用いられる。
【００３６】
図１（ｂ）及び図２（ａ）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。
【００３７】
第１駆動ローラー２２ａの上流側（ガイドローラー２６の上流側）には、不織布１２を切断する切断装置２７が備えられている。この切断装置２７としては、切断刃及びプレス機を備えた周知の装置を用いることができる。
【００３８】
加圧装置２３、切断装置２７、位置センサ５１、及び圧力センサ５２は、制御装置に接続されている。制御装置には、製造工程で必要とされるデータ、プログラム等を記憶させる記憶部、各種演算を行う演算部、各種センサの検出結果から時間当たりの変化量を求めるためのタイマ等が搭載されている。
【００３９】
＜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ことが好ましい。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。
【００４０】
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。
【００４１】
（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ことが好ましい。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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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。
【００４６】
（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。
【００４７】
（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。
【００４８】
＜円筒状積層体１１の製造＞
次に、円筒状積層体１１の製造について説明する。
まず、巻芯２１の長さに応じた幅寸法の不織布１２のロールを準備する。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。
【００４９】
続いて、図３に示すように、ステップＳ１０１において、加圧装置２３による巻芯２１への荷重を所定の荷重に設定する巻芯荷重設定（荷重：ａ１）と、位置センサ５１による巻芯２１の検出位置をゼロにする巻芯変位ゼロ設定（変位：ｐ０）とを実行する。巻芯荷重設定及び巻芯変位ゼロ設定が完了すると、巻取工程が開始される（ステップＳ１０２：巻き取り開始）。
【００５０】
巻取工程において、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。このようにして不織布１２は巻芯２１に一周巻き付けられる。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
このようにステップＳ１０２において、不織布１２の巻き取りが開始されると、ステップＳ１０３へと進む。
ステップＳ１０３では、巻芯２１の変位がｐ１になったか否かを判定する。ここで、巻芯２１への不織布１２の巻き取りが進行するに伴って、巻芯２１と駆動ローラー２２とが離間する。すなわち、巻芯２１の変位ｐ１は、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の積層厚み（積層された不織布１２全体の肉厚）に応じて増大する。
【００５４】
上述した巻芯２１の変位ｐ１は、円筒状積層体１１の外径よりも拡径するまで、巻芯２１に不織布１２を巻き取るように設定される。すなわち、変位ｐ１は、最終製品の円筒状積層体１１の厚み（肉厚）よりも厚くなるように設定される。なお、変位ｐ１は、製造する円筒状積層体１１の厚み（肉厚）に対して、好ましくは１．１０倍〜１．２０倍の範囲に設定される。
【００５５】
ステップＳ１０３において、変位がｐ１になった旨の判定がなされた場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０４へと進む。一方、ステップＳ１０３において、変位がｐ１になっていない旨の判定がなされた場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）には、このステップＳ１０３が繰り返される。
【００５６】
ステップＳ１０４において、切断装置２７による不織布１２の切断が実行されると、ステップＳ１０５へと進む。
ステップＳ１０５では、圧力センサ５２により検出される圧力が閾値未満になったか否かを判定する。ステップＳ１０５において、圧力が閾値未満になった旨の判定がなされた場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０６へと進む。一方、ステップＳ１０５において、圧力が閾値未満になっていない旨の判定がなされた場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）には、このステップＳ１０５が繰り返される。
【００５７】
ここで、ステップＳ１０５における閾値は、巻取工程が終了したか否かを判定するように設定される。この点について、図４を参照して説明する。
図４（ａ）に示すように、巻取工程前では、ステップＳ１０１において設定した荷重ａ１に基づく圧力（圧力ｂ１という）が圧力センサ５２により検出される。そして、巻取工程の開始に伴って、巻芯２１と第１駆動ローラー２２ａとの間に常時供給される不織布１２により、巻芯２１は上方に押し上げられる。このため、図４（ｂ）に示すように、巻取工程中では、前記荷重ａ１と、巻芯２１を押し上げる力ｆとを合わせた力（圧力ｂ２という）が圧力センサ５２により検出される。
【００５８】
続いて、切断された不織布１２の端部まで巻芯２１に巻き取られると、図４（ｃ）に示すように、巻芯２１を押し上げる力ｆが働かなくなる結果、荷重ａ１に基づく圧力（圧力ｂ１）が圧力センサ５２により検出される。
【００５９】
このように巻取工程が終了すると、巻芯２１と駆動ローラー２２との間の圧力が低下する。このため、前記圧力を計測し、その圧力の低下に基づいて巻取工程が終了したか否かを判定することができる。なお、ステップＳ１０５における閾値は圧力ｂ２以下、かつ圧力ｂ１を超える範囲に適宜設定される。
【００６０】
巻取工程が終了すると、最終製品の円筒状積層体１１よりも外径の大きい半製品１１ａが得られる。続いて、半製品１１ａの外径を縮径させる縮径工程が実施される。縮径工程では、半製品１１ａを巻芯２１とともに駆動ローラー２２により回転させながら加熱及び加圧する。縮径工程は、図４（ｄ）に示すように、巻芯２１への荷重ａ１を荷重ａ２に増大させることで開始される。すなわち、ステップＳ１０６において、巻芯２１への荷重が荷重ａ２に変更されると、ステップＳ１０７へと進む。縮径工程における駆動ローラー２２の条件は、巻取工程における駆動ローラー２２の条件と同じ条件とされる。
【００６１】
縮径工程では、半製品１１ａの外径が最終製品の円筒状積層体１１の外径となるまで継続される。すなわち、ステップＳ１０７では、巻芯２１の変位が最終製品の円筒状積層体１１の外径に相当する変位ｐ３になったか否かを判定する。
【００６２】
ステップＳ１０７において、巻芯２１の変位がｐ３になった旨の判定がなされた場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０８へと進む。一方、ステップＳ１０７において、巻芯２１の変位がｐ３になっていない旨の判定がなされた場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）には、このステップＳ１０７が繰り返される。
【００６３】
ステップＳ１０８では、巻芯２１への荷重が解除されるとともに、駆動ローラー２２の回転が停止される。そして、製造装置から巻芯２１とともに円筒状積層体１１が取り出される。
【００６４】
以上詳述した一連の製造工程における作用について、タイムチャートを参照して説明する。図５に示すように、時刻ｔ０では、荷重ａ１の設定により、圧力がｂ１となる。時刻ｔ１において、巻取工程の開始とともに、圧力がｂ１からｂ２に高まる。巻取工程の開始に伴って、巻芯２１が変位し、時間の経過とともに巻芯２１の変位量は増大する。
【００６５】
こうした巻取工程では、不織布１２を加圧しながら巻芯２１に巻き取るため、例えば所定の嵩密度よりも嵩密度の低い不織布１２を用いた場合、所定の嵩密度の不織布１２よりも厚み方向に圧縮され易くなる。また例えば、所定の嵩密度よりも嵩密度の高い不織布１２を用いた場合、所定の嵩密度の不織布１２よりも厚み方向に圧縮され難くなる。このように巻取工程によって巻芯２１の外周に積層された不織布１２の嵩密度が調整される。
【００６６】
続いて、時刻ｔ２では、巻芯２１の変位がｐ１に到達したことを契機として不織布１２が切断される。時刻ｔ３では、圧力がｂ２からｂ１に低下し、巻取工程が終了する。このときの巻芯２１の変位は、切断装置２７で切断された部位までの不織布１２が供給されて巻き取られることで、ｐ１よりも増大したｐ２となる。
【００６７】
このように巻取工程に供される不織布１２の供給量が、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の積層厚みに基づき決定されるため、得られる円筒状積層体１１の重量の精度を高めることが容易となる。
【００６８】
続いて、時刻ｔ４では、時刻ｔ３における圧力の低下を契機として荷重ａ１から荷重ａ２に増大されることで、前記圧力がｂ１からｂ３に高まる。このように、巻芯２１と駆動ローラー２２との間の圧力を計測し、圧力の低下に基づき荷重を増大させることで縮径工程が開始される。このため、巻取工程の終了後、円滑に縮径工程を開始させることが容易となる。
【００６９】
縮径工程は、巻芯２１の変位がｐ３となる時刻ｔ５まで継続され、この時点で終了される。この縮径工程では、巻芯２１に加える荷重を巻取工程で巻芯２１に加える荷重よりも増大させているため、半製品１１ａの外径を円筒状積層体１１の所定の外径に合わせることが容易となる。
【００７０】
巻芯２１を有する円筒状積層体１１は、製造装置から取り出された後に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。
【００７１】
円筒状積層体１１は、必要に応じて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。
【００７２】
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、不織布１２を加圧しながらに巻き取るため、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の嵩密度が調整される。すなわち、例えば、異なるロットの不織布１２を用いたり、同一ロットの不織布１２を部分的に用いたりした場合であっても、巻芯２１に巻回されることで不織布１２の嵩密度のばらつきが低減される。このため、得られる円筒状積層体１１の外径を所定の外径に合わせたとき、円筒状積層体１１の重量のばらつきが抑制される。さらに、縮径工程では、巻取工程で巻芯２１に加える荷重よりも増大させた荷重により、半製品１１ａを縮径させるため、半製品１１ａの外径を円筒状積層体１１の所定の外径に合わせることが容易となる。従って、円筒状積層体１１の外径及び重量のばらつきを低減することが容易となる。
【００７３】
（２）巻取工程に供される不織布１２の供給量が、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の積層厚みに基づき決定されるため、円筒状積層体１１の重量の精度を高めることが容易となる。
【００７４】
（３）巻芯２１と駆動ローラー２２との間の圧力を計測し、その圧力の低下に基づき前記荷重を増大させることで縮径工程が開始される。これにより、巻取工程の終了後、円滑に縮径工程を開始させることが容易となる。
【００７５】
（４）円筒状積層体１１の製造装置は、巻芯２１の位置を検出する位置センサ５１を備えている。この位置センサ５１は、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の積層厚みを検出する検出手段とされる。この構成によれば、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の積層厚みを検出した結果に基づいて、円筒状積層体１１の所定の外径に合わせること、すなわち縮径工程を終了させることが容易となる。
【００７６】
（５）切断装置２７は、巻芯２１により近い位置に配置されることが好ましいが、例えば、切断装置２７の設置が困難となるおそれがあり、また、得られた円筒状積層体１１を装置から取り出すことが困難になるおそれがある。従って、切断装置２７は、巻芯２１から所定の間隔をおいて配置することになる。この場合、例えば、巻取工程の終了までの時間を設定して縮径工程を開始させることもできるものの、例えば、駆動ローラー２２の周速度を変更するに伴って、不織布１２の切断から縮径工程の開始までの時間を決定する制御が必要になる。この点、上記（２）に記載の方法によれば、前記圧力の低下に基づき縮径工程が開始されるため、例えば、圧力の計測による工程管理を利用して、縮径工程の開始についても制御することができる。
【００７７】
（６）用いる不織布１２の目付に応じて、巻取工程で巻き取る不織布１２の長さを設定すれば、得られる円筒状積層体１１の重量の精度は高まるものの、製造条件の設定が煩雑になる。この点、本実施形態の製造方法では、巻芯２１の変位に基づいて不織布１２が切断される。すなわち、巻芯２１の変位に基づいて不織布１２の供給量が決定されることで、不織布１２の目付に応じて不織布１２の長さを設定するという手間を回避することができる。
【００７８】
（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。
・前記巻取工程に供する不織布１２の長さは、ステップＳ１０３において決定しているが、例えば不織布１２の目付を予め測定し、その目付に応じて、巻取工程に供する不織布１２の長さを決定してもよい。
【００７９】
・前記縮径工程は、巻芯２１と駆動ローラー２２との間の圧力の低下に基づき開始される。例えば、巻芯２１と駆動ローラー２２との間に不織布１２が供給されているか否かを検出するセンサを設けるとともに、そのセンサの検出結果に基づいて縮径工程を開始してもよい。また例えば、不織布１２の切断からの経過時間をタイマにより計時し、その計時結果に基づき縮径工程を開始してもよい。この場合、不織布１２の切断からの経過時間に応じて縮径工程を自動で開始させることができるようになる。これにより、円滑に縮径工程を開始させることが容易となる。より具体的には、タイマによる計時結果が、予め設定した開始時間に至ったときに、縮径工程を開始させるように製造装置を制御する。開始時間は、例えば、切断装置により切断された時点において巻き取られていない不織布１２の長さと不織布１２の供給速度とから巻取工程が完了する時間を算出し、当該時間又は当該時間に所定時間を加えた時間に設定される。
【００８０】
なお、前記実施形態のように、巻取工程において圧力を計測することは、工程管理のうえで有効であり、その圧力の計測結果を縮径工程の開始の判断に利用することは、製造装置の制御を簡略化できる点で有効である。
【００８１】
・前記巻取工程では、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の積層厚みを、巻芯２１の位置を検出する位置センサ５１を検出手段として用いて検出している。例えば、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の最外面の位置を検出する位置センサ５１を検出手段として用いることで、前記積層厚みを検出するように変更することもできる。なお、検出手段としては、巻芯２１の外周面又は巻芯２１の外周に積層された不織布１２の最外面に接触する接触式の検出手段であってもよい。
【００８２】
・前記駆動ローラー２２は、第１及び第２駆動ローラー２２ａ，２２ｂから構成されているが、図６に示すように、一つの駆動ローラー２２と巻芯２１とにより不織布１２の加熱及び加圧するように構成してもよい。この駆動ローラー２２は、前記実施形態の第２駆動ローラー２２ｂの条件とされる。
【００８３】
・前記製造装置において、前記ガイドローラー２６を省略することもできる。
・前記縮径工程における駆動ローラー２２の条件は、巻取工程における駆動ローラー２２の条件と同じ条件とされているが、縮径工程において、駆動ローラー２２の条件（温度又は周速度）を変更してもよい。
【００８４】
・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。
【００８５】
・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２（ｃ）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。
【００８６】
・前記巻取工程及び縮径工程における加圧は、巻芯２１に荷重を加えることにより実施されているが、駆動ローラー２２のみに荷重を加えたり、巻芯２１と駆動ローラー２２との両方に荷重を加えたりすることで、前記加圧を実施することもできる。
【００８７】
・前記巻取工程及び縮径工程における加圧は、一定の荷重を巻芯２１に加えることにより実施されている。例えば、巻芯２１に加える荷重を徐々に増大又は減少させることで、巻取工程又は縮径工程を実施してもよい。この場合であっても、縮径工程における荷重は、巻取工程完了直前よりも荷重を増大させることで、半製品１１ａの外径を円筒状積層体１１の所定の外径に合わせることが容易となる。但し、工程管理を容易にするという観点から、前記実施形態のように、前記巻取工程及び縮径工程における加圧は、一定の荷重を巻芯２１に加えることにより実施されることが好ましい。
【００８８】
・例えば、内径が４０ｍｍ以下の小型フィルターの製造では、用いる不織布１２の長さが比較的短いため、不織布１２の嵩密度のばらつきが、得られるフィルターの外径及び重量のばらつきに影響し易くなる。この点、外径及び重量のばらつきを抑制することの容易な前記製造方法が特に有効となる。しかし、前記製造方法は、内径が４０ｍｍを超える円筒状積層体の製造に適用してもよく、この場合であっても、円筒状積層体の外径や重量のばらつきを低減できる点で有効である。
【００８９】
・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。
【００９０】
・前記製造方法は、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、前記製造方法は、巻芯２１に巻回可能な可撓性を有し、所定の嵩密度を有する熱融着性シートを用いて、円筒状積層体を製造する方法として有効である。熱融着性シートの厚みは、例えば、０．０１〜１４ｍｍの範囲とされる。この場合、熱融着性シートとしては、繊維集合体に限らず、例えば、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。また、例えば、熱融着性シートが、繊維集合体、発泡体状物、又は網状物と、樹脂フィルム状物との複層構造の場合であっても、前記製造方法は有効である。熱融着性シートが複層構造の場合では、熱融着性シートの少なくとも片面が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駆動ローラー２２に接するように巻取装置に供給することが好ましい。
【００９１】
・前記製造方法では、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が巻回された円筒状積層体を得ることができる。この場合、第２の巻取工程として、前記製造方法の巻取工程を適用する。
【００９２】
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）前記巻芯と前記駆動ローラーとの間の圧力を計測する圧力センサを備え、前記圧力の低下に基づき前記荷重を増大させることで前記縮径工程が開始される円筒状積層体の製造装置。
【００９３】
（ロ）前記熱融着性シートを切断する切断装置を備え、前記巻取工程において、前記巻芯の位置に基づき前記熱融着性シートを切断することで、前記巻取工程に供する前記熱融着性シートの供給量が決定される円筒状積層体の製造装置。
【符号の説明】
【００９４】
１１…円筒状積層体、１１ａ…半製品、１２…不織布（熱融着性シート）、２１…巻芯、２２…駆動ローラー、２３…加圧装置、５１…位置センサ（検出手段）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱融着性成分を含む熱融着性シート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、及び円筒状積層体の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円筒状積層体の製造方法、円筒状積層体の製造装置としては、繊維シートを熱融着させながら巻芯に巻回する方法及び装置が知られている（特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−１０２４７０号公報
【特許文献２】特開昭５５−２４５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
巻芯と駆動ローラーとを用いて熱融着性シートを加圧して円筒状積層体を製造する際に、巻芯に供給する熱融着性シートの長さを規定することで熱融着性シートの供給量を決定し、所定の外径を有する円筒状積層体が得られるようになる。ところが、熱融着性シートは、例えばロット毎や、同一ロットの長さ方向において、嵩密度のばらつきが存在する。従って、異なるロットの熱融着性シートを用いたり、同一ロットの熱融着性シートを部分的に用いたりした場合、熱融着性シートの嵩密度に応じて、円筒状積層体の外径や重量のばらつきが生じ易くなる。
【０００５】
本発明の目的は、円筒状積層体の外径及び重量のばらつきを低減することの容易な円筒状積層体の製造方法、及び円筒状積層体の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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を加熱して前記円筒状積層体の外径よりも拡径するまで前記巻芯に巻き取ることで半製品を得る工程であり、前記巻取工程で得られた前記半製品を前記巻芯とともに前記駆動ローラーにより回転させながら加熱及び加圧して縮径させることで前記円筒状積層体の外径に合わせる縮径工程を備え、前記巻取工程及び前記縮径工程における前記加圧は、前記巻芯又は前記駆動ローラーに荷重を加えることで実施され、前記縮径工程は、前記荷重を前記巻取工程における前記荷重よりも増大させる工程であることを要旨とする。
【０００７】
この製造方法によれば、巻取工程において、熱融着性シートを加圧しながら巻芯に巻き取るため、例えば所定の嵩密度よりも嵩密度の低い熱融着性シートを用いた場合、所定の嵩密度の熱融着性シートよりも厚み方向に圧縮され易くなる。また例えば、所定の嵩密度よりも嵩密度の高い熱融着性シートを用いた場合、所定の嵩密度の熱融着性シートよりも厚み方向に圧縮され難くなる。このように巻取工程によって巻芯の外周に積層された熱融着性シートの嵩密度が調整されるため、得られる円筒状積層体の外径を所定の外径に合わせたとき、円筒状積層体の重量のばらつきが抑制される。さらに、縮径工程では、巻取工程で巻芯に加える荷重よりも増大させた荷重により、半製品を縮径させるため、半製品の外径を円筒状積層体の所定の外径に合わせることが容易となる。
【０００８】
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、前記巻取工程において、前記巻芯の外周に積層された熱融着性シートの積層厚みに基づき前記熱融着性シートを切断することで、前記巻取工程に供する前記熱融着性シートの供給量が決定されることを要旨とする。
【０００９】
上記の巻芯への熱融着性シートの巻き取りが進行するに伴って、巻芯の外周に積層された熱融着性シートの積層厚みに基づいて、巻取工程に供する熱融着性シートの供給量が決定されるため、円筒状積層体の重量の精度を高めることが容易となる。
【００１０】
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、前記巻取工程において、前記巻芯と前記駆動ローラーとの間の圧力を計測し、前記圧力の低下に基づき前記荷重を増大させることで前記縮径工程が開始されることを要旨とする。
【００１１】
ここで、上記巻取工程では、巻芯に荷重を加えることで熱融着性シートを一定の圧力で加圧している。この巻取工程では、巻芯と駆動ローラーとの間に熱融着性シートが常時供給されているため、巻芯に加えた荷重よりも巻芯と駆動ローラーとの間の圧力は高まることになる。そして、巻芯と駆動ローラーとの間への熱融着性シートの供給が完了すると、巻芯と駆動ローラーとの間の圧力は低下することになる。上記製造方法では、巻芯と駆動ローラーとの間の圧力を計測し、圧力の低下に基づき前記荷重を増大させることで縮径工程が開始される。これにより、巻取工程の終了後、円滑に縮径工程を開始させることが容易となる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の円筒状積層体の製造方法において、前記熱融着性シートの切断からの経過時間をタイマにより計時し、その計時結果に基づき前記縮径工程を開始させることを要旨とする。
【００１３】
この方法によれば、熱融着性シートの切断からの経過時間に応じて縮径工程を自動で開始させることができるようになる。これにより、円滑に縮径工程を開始させることが容易となる。
【００１４】
請求項５に記載の発明の円筒状積層体の製造装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の円筒状積層体の製造方法に用いられ、前記駆動ローラーと、前記巻芯に荷重を印加する加圧装置とを備える円筒状積層体の製造装置であって、前記巻芯の外周に積層された熱融着性シートの積層厚みを検出する検出手段を備えることを要旨とする。
【００１５】
この構成によれば、巻芯の外周に積層された熱融着性シートの積層厚みを検出した結果に基づいて、円筒状積層体の所定の外径に合わせること、すなわち縮径工程を終了させることが容易となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、円筒状積層体の外径及び重量のばらつきを低減することの容易な円筒状積層体の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は、実施形態の円筒状積層体を示す斜視図、（ｂ）は、製造装置を示す概略図。
【図２】（ａ）は、製造装置の概略を示す平面図、（ｂ）及び（ｃ）は、加圧部の概略を示す側面図。
【図３】円筒状積層体の製造を示すフローチャート。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、製造工程における荷重について説明する説明図。
【図５】円筒状積層体の製造において、荷重設定、圧力、及び巻芯の変位についての推移を示すタイムチャート。
【図６】製造装置の変更例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
＜熱融着性シート＞
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について説明する。本実施形態では、熱融着性シートとして繊維集合体である不織布が用いられる。不織布は、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、不織布の構造を維持させるという観点から、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好ましい。
【００２２】
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。
【００２３】
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、天然繊維、及び高強度繊維を含む。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。高強度繊維の具体例は、例えば、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、及びポリパラフェニレンベンゾオキサゾール繊維を含む。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
不織布の目付は、例えば１０〜１００ｇ／ｍ２の範囲とされる。
＜製造装置＞
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。円筒状積層体１１の製造には、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示す製造装置が用いられる。製造装置は、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を備えている。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
駆動ローラー２２は、第１駆動ローラー２２ａとそれよりも下流側（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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２３が装着されている。加圧装置２３には、図示を省略した流体圧シリンダーが備えられ、流体圧シリンダーの作動により巻芯２１に所定の荷重が印加されるようになっている。
【００３４】
詳述すると、加圧装置２３は、図２（ａ）に示すように巻芯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。図２（ｂ）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２（ｂ）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。こうした構成により、流体圧シリンダーは、連結部２４、及び加圧部２３ａ，２３ｂを介して巻芯２１の両端部に荷重を印加する。
【００３５】
図１（ｂ）に示すように、製造装置には、巻芯２１の位置を検出する位置センサ５１が装備されている。この位置センサ５１により、巻芯２１の上方への変位が計測される。位置センサ５１としては、例えば光学式センサ、近接センサ、超音波式センサ等が用いられる。また、製造装置には、巻芯２１と駆動ローラー２２との間の圧力を計測する圧力センサ５２が装備されている。圧力センサ５２としては、例えばロードセル、圧縮素子等が用いられる。
【００３６】
図１（ｂ）及び図２（ａ）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。
【００３７】
第１駆動ローラー２２ａの上流側（ガイドローラー２６の上流側）には、不織布１２を切断する切断装置２７が備えられている。この切断装置２７としては、切断刃及びプレス機を備えた周知の装置を用いることができる。
【００３８】
加圧装置２３、切断装置２７、位置センサ５１、及び圧力センサ５２は、制御装置に接続されている。制御装置には、製造工程で必要とされるデータ、プログラム等を記憶させる記憶部、各種演算を行う演算部、各種センサの検出結果から時間当たりの変化量を求めるためのタイマ等が搭載されている。
【００３９】
＜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ことが好ましい。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。
【００４０】
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。
【００４１】
（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ことが好ましい。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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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。
【００４６】
（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。
【００４７】
（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。
【００４８】
＜円筒状積層体１１の製造＞
次に、円筒状積層体１１の製造について説明する。
まず、巻芯２１の長さに応じた幅寸法の不織布１２のロールを準備する。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。
【００４９】
続いて、図３に示すように、ステップＳ１０１において、加圧装置２３による巻芯２１への荷重を所定の荷重に設定する巻芯荷重設定（荷重：ａ１）と、位置センサ５１による巻芯２１の検出位置をゼロにする巻芯変位ゼロ設定（変位：ｐ０）とを実行する。巻芯荷重設定及び巻芯変位ゼロ設定が完了すると、巻取工程が開始される（ステップＳ１０２：巻き取り開始）。
【００５０】
巻取工程において、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。このようにして不織布１２は巻芯２１に一周巻き付けられる。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
このようにステップＳ１０２において、不織布１２の巻き取りが開始されると、ステップＳ１０３へと進む。
ステップＳ１０３では、巻芯２１の変位がｐ１になったか否かを判定する。ここで、巻芯２１への不織布１２の巻き取りが進行するに伴って、巻芯２１と駆動ローラー２２とが離間する。すなわち、巻芯２１の変位ｐ１は、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の積層厚み（積層された不織布１２全体の肉厚）に応じて増大する。
【００５４】
上述した巻芯２１の変位ｐ１は、円筒状積層体１１の外径よりも拡径するまで、巻芯２１に不織布１２を巻き取るように設定される。すなわち、変位ｐ１は、最終製品の円筒状積層体１１の厚み（肉厚）よりも厚くなるように設定される。なお、変位ｐ１は、製造する円筒状積層体１１の厚み（肉厚）に対して、好ましくは１．１０倍〜１．２０倍の範囲に設定される。
【００５５】
ステップＳ１０３において、変位がｐ１になった旨の判定がなされた場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０４へと進む。一方、ステップＳ１０３において、変位がｐ１になっていない旨の判定がなされた場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）には、このステップＳ１０３が繰り返される。
【００５６】
ステップＳ１０４において、切断装置２７による不織布１２の切断が実行されると、ステップＳ１０５へと進む。
ステップＳ１０５では、圧力センサ５２により検出される圧力が閾値未満になったか否かを判定する。ステップＳ１０５において、圧力が閾値未満になった旨の判定がなされた場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０６へと進む。一方、ステップＳ１０５において、圧力が閾値未満になっていない旨の判定がなされた場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）には、このステップＳ１０５が繰り返される。
【００５７】
ここで、ステップＳ１０５における閾値は、巻取工程が終了したか否かを判定するように設定される。この点について、図４を参照して説明する。
図４（ａ）に示すように、巻取工程前では、ステップＳ１０１において設定した荷重ａ１に基づく圧力（圧力ｂ１という）が圧力センサ５２により検出される。そして、巻取工程の開始に伴って、巻芯２１と第１駆動ローラー２２ａとの間に常時供給される不織布１２により、巻芯２１は上方に押し上げられる。このため、図４（ｂ）に示すように、巻取工程中では、前記荷重ａ１と、巻芯２１を押し上げる力ｆとを合わせた力（圧力ｂ２という）が圧力センサ５２により検出される。
【００５８】
続いて、切断された不織布１２の端部まで巻芯２１に巻き取られると、図４（ｃ）に示すように、巻芯２１を押し上げる力ｆが働かなくなる結果、荷重ａ１に基づく圧力（圧力ｂ１）が圧力センサ５２により検出される。
【００５９】
このように巻取工程が終了すると、巻芯２１と駆動ローラー２２との間の圧力が低下する。このため、前記圧力を計測し、その圧力の低下に基づいて巻取工程が終了したか否かを判定することができる。なお、ステップＳ１０５における閾値は圧力ｂ２以下、かつ圧力ｂ１を超える範囲に適宜設定される。
【００６０】
巻取工程が終了すると、最終製品の円筒状積層体１１よりも外径の大きい半製品１１ａが得られる。続いて、半製品１１ａの外径を縮径させる縮径工程が実施される。縮径工程では、半製品１１ａを巻芯２１とともに駆動ローラー２２により回転させながら加熱及び加圧する。縮径工程は、図４（ｄ）に示すように、巻芯２１への荷重ａ１を荷重ａ２に増大させることで開始される。すなわち、ステップＳ１０６において、巻芯２１への荷重が荷重ａ２に変更されると、ステップＳ１０７へと進む。縮径工程における駆動ローラー２２の条件は、巻取工程における駆動ローラー２２の条件と同じ条件とされる。
【００６１】
縮径工程では、半製品１１ａの外径が最終製品の円筒状積層体１１の外径となるまで継続される。すなわち、ステップＳ１０７では、巻芯２１の変位が最終製品の円筒状積層体１１の外径に相当する変位ｐ３になったか否かを判定する。
【００６２】
ステップＳ１０７において、巻芯２１の変位がｐ３になった旨の判定がなされた場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０８へと進む。一方、ステップＳ１０７において、巻芯２１の変位がｐ３になっていない旨の判定がなされた場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）には、このステップＳ１０７が繰り返される。
【００６３】
ステップＳ１０８では、巻芯２１への荷重が解除されるとともに、駆動ローラー２２の回転が停止される。そして、製造装置から巻芯２１とともに円筒状積層体１１が取り出される。
【００６４】
以上詳述した一連の製造工程における作用について、タイムチャートを参照して説明する。図５に示すように、時刻ｔ０では、荷重ａ１の設定により、圧力がｂ１となる。時刻ｔ１において、巻取工程の開始とともに、圧力がｂ１からｂ２に高まる。巻取工程の開始に伴って、巻芯２１が変位し、時間の経過とともに巻芯２１の変位量は増大する。
【００６５】
こうした巻取工程では、不織布１２を加圧しながら巻芯２１に巻き取るため、例えば所定の嵩密度よりも嵩密度の低い不織布１２を用いた場合、所定の嵩密度の不織布１２よりも厚み方向に圧縮され易くなる。また例えば、所定の嵩密度よりも嵩密度の高い不織布１２を用いた場合、所定の嵩密度の不織布１２よりも厚み方向に圧縮され難くなる。このように巻取工程によって巻芯２１の外周に積層された不織布１２の嵩密度が調整される。
【００６６】
続いて、時刻ｔ２では、巻芯２１の変位がｐ１に到達したことを契機として不織布１２が切断される。時刻ｔ３では、圧力がｂ２からｂ１に低下し、巻取工程が終了する。このときの巻芯２１の変位は、切断装置２７で切断された部位までの不織布１２が供給されて巻き取られることで、ｐ１よりも増大したｐ２となる。
【００６７】
このように巻取工程に供される不織布１２の供給量が、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の積層厚みに基づき決定されるため、得られる円筒状積層体１１の重量の精度を高めることが容易となる。
【００６８】
続いて、時刻ｔ４では、時刻ｔ３における圧力の低下を契機として荷重ａ１から荷重ａ２に増大されることで、前記圧力がｂ１からｂ３に高まる。このように、巻芯２１と駆動ローラー２２との間の圧力を計測し、圧力の低下に基づき荷重を増大させることで縮径工程が開始される。このため、巻取工程の終了後、円滑に縮径工程を開始させることが容易となる。
【００６９】
縮径工程は、巻芯２１の変位がｐ３となる時刻ｔ５まで継続され、この時点で終了される。この縮径工程では、巻芯２１に加える荷重を巻取工程で巻芯２１に加える荷重よりも増大させているため、半製品１１ａの外径を円筒状積層体１１の所定の外径に合わせることが容易となる。
【００７０】
巻芯２１を有する円筒状積層体１１は、製造装置から取り出された後に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。
【００７１】
円筒状積層体１１は、必要に応じて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。
【００７２】
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、不織布１２を加圧しながらに巻き取るため、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の嵩密度が調整される。すなわち、例えば、異なるロットの不織布１２を用いたり、同一ロットの不織布１２を部分的に用いたりした場合であっても、巻芯２１に巻回されることで不織布１２の嵩密度のばらつきが低減される。このため、得られる円筒状積層体１１の外径を所定の外径に合わせたとき、円筒状積層体１１の重量のばらつきが抑制される。さらに、縮径工程では、巻取工程で巻芯２１に加える荷重よりも増大させた荷重により、半製品１１ａを縮径させるため、半製品１１ａの外径を円筒状積層体１１の所定の外径に合わせることが容易となる。従って、円筒状積層体１１の外径及び重量のばらつきを低減することが容易となる。
【００７３】
（２）巻取工程に供される不織布１２の供給量が、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の積層厚みに基づき決定されるため、円筒状積層体１１の重量の精度を高めることが容易となる。
【００７４】
（３）巻芯２１と駆動ローラー２２との間の圧力を計測し、その圧力の低下に基づき前記荷重を増大させることで縮径工程が開始される。これにより、巻取工程の終了後、円滑に縮径工程を開始させることが容易となる。
【００７５】
（４）円筒状積層体１１の製造装置は、巻芯２１の位置を検出する位置センサ５１を備えている。この位置センサ５１は、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の積層厚みを検出する検出手段とされる。この構成によれば、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の積層厚みを検出した結果に基づいて、円筒状積層体１１の所定の外径に合わせること、すなわち縮径工程を終了させることが容易となる。
【００７６】
（５）切断装置２７は、巻芯２１により近い位置に配置されることが好ましいが、例えば、切断装置２７の設置が困難となるおそれがあり、また、得られた円筒状積層体１１を装置から取り出すことが困難になるおそれがある。従って、切断装置２７は、巻芯２１から所定の間隔をおいて配置することになる。この場合、例えば、巻取工程の終了までの時間を設定して縮径工程を開始させることもできるものの、例えば、駆動ローラー２２の周速度を変更するに伴って、不織布１２の切断から縮径工程の開始までの時間を決定する制御が必要になる。この点、上記（２）に記載の方法によれば、前記圧力の低下に基づき縮径工程が開始されるため、例えば、圧力の計測による工程管理を利用して、縮径工程の開始についても制御することができる。
【００７７】
（６）用いる不織布１２の目付に応じて、巻取工程で巻き取る不織布１２の長さを設定すれば、得られる円筒状積層体１１の重量の精度は高まるものの、製造条件の設定が煩雑になる。この点、本実施形態の製造方法では、巻芯２１の変位に基づいて不織布１２が切断される。すなわち、巻芯２１の変位に基づいて不織布１２の供給量が決定されることで、不織布１２の目付に応じて不織布１２の長さを設定するという手間を回避することができる。
【００７８】
（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。
・前記巻取工程に供する不織布１２の長さは、ステップＳ１０３において決定しているが、例えば不織布１２の目付を予め測定し、その目付に応じて、巻取工程に供する不織布１２の長さを決定してもよい。
【００７９】
・前記縮径工程は、巻芯２１と駆動ローラー２２との間の圧力の低下に基づき開始される。例えば、巻芯２１と駆動ローラー２２との間に不織布１２が供給されているか否かを検出するセンサを設けるとともに、そのセンサの検出結果に基づいて縮径工程を開始してもよい。また例えば、不織布１２の切断からの経過時間をタイマにより計時し、その計時結果に基づき縮径工程を開始してもよい。この場合、不織布１２の切断からの経過時間に応じて縮径工程を自動で開始させることができるようになる。これにより、円滑に縮径工程を開始させることが容易となる。より具体的には、タイマによる計時結果が、予め設定した開始時間に至ったときに、縮径工程を開始させるように製造装置を制御する。開始時間は、例えば、切断装置により切断された時点において巻き取られていない不織布１２の長さと不織布１２の供給速度とから巻取工程が完了する時間を算出し、当該時間又は当該時間に所定時間を加えた時間に設定される。
【００８０】
なお、前記実施形態のように、巻取工程において圧力を計測することは、工程管理のうえで有効であり、その圧力の計測結果を縮径工程の開始の判断に利用することは、製造装置の制御を簡略化できる点で有効である。
【００８１】
・前記巻取工程では、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の積層厚みを、巻芯２１の位置を検出する位置センサ５１を検出手段として用いて検出している。例えば、巻芯２１の外周に積層された不織布１２の最外面の位置を検出する位置センサ５１を検出手段として用いることで、前記積層厚みを検出するように変更することもできる。なお、検出手段としては、巻芯２１の外周面又は巻芯２１の外周に積層された不織布１２の最外面に接触する接触式の検出手段であってもよい。
【００８２】
・前記駆動ローラー２２は、第１及び第２駆動ローラー２２ａ，２２ｂから構成されているが、図６に示すように、一つの駆動ローラー２２と巻芯２１とにより不織布１２の加熱及び加圧するように構成してもよい。この駆動ローラー２２は、前記実施形態の第２駆動ローラー２２ｂの条件とされる。
【００８３】
・前記製造装置において、前記ガイドローラー２６を省略することもできる。
・前記縮径工程における駆動ローラー２２の条件は、巻取工程における駆動ローラー２２の条件と同じ条件とされているが、縮径工程において、駆動ローラー２２の条件（温度又は周速度）を変更してもよい。
【００８４】
・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。
【００８５】
・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２（ｃ）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。
【００８６】
・前記巻取工程及び縮径工程における加圧は、巻芯２１に荷重を加えることにより実施されているが、駆動ローラー２２のみに荷重を加えたり、巻芯２１と駆動ローラー２２との両方に荷重を加えたりすることで、前記加圧を実施することもできる。
【００８７】
・前記巻取工程及び縮径工程における加圧は、一定の荷重を巻芯２１に加えることにより実施されている。例えば、巻芯２１に加える荷重を徐々に増大又は減少させることで、巻取工程又は縮径工程を実施してもよい。この場合であっても、縮径工程における荷重は、巻取工程完了直前よりも荷重を増大させることで、半製品１１ａの外径を円筒状積層体１１の所定の外径に合わせることが容易となる。但し、工程管理を容易にするという観点から、前記実施形態のように、前記巻取工程及び縮径工程における加圧は、一定の荷重を巻芯２１に加えることにより実施されることが好ましい。
【００８８】
・例えば、内径が４０ｍｍ以下の小型フィルターの製造では、用いる不織布１２の長さが比較的短いため、不織布１２の嵩密度のばらつきが、得られるフィルターの外径及び重量のばらつきに影響し易くなる。この点、外径及び重量のばらつきを抑制することの容易な前記製造方法が特に有効となる。しかし、前記製造方法は、内径が４０ｍｍを超える円筒状積層体の製造に適用してもよく、この場合であっても、円筒状積層体の外径や重量のばらつきを低減できる点で有効である。
【００８９】
・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。
【００９０】
・前記製造方法は、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、前記製造方法は、巻芯２１に巻回可能な可撓性を有し、所定の嵩密度を有する熱融着性シートを用いて、円筒状積層体を製造する方法として有効である。熱融着性シートの厚みは、例えば、０．０１〜１４ｍｍの範囲とされる。この場合、熱融着性シートとしては、繊維集合体に限らず、例えば、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。また、例えば、熱融着性シートが、繊維集合体、発泡体状物、又は網状物と、樹脂フィルム状物との複層構造の場合であっても、前記製造方法は有効である。熱融着性シートが複層構造の場合では、熱融着性シートの少なくとも片面が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駆動ローラー２２に接するように巻取装置に供給することが好ましい。
【００９１】
・前記製造方法では、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が巻回された円筒状積層体を得ることができる。この場合、第２の巻取工程として、前記製造方法の巻取工程を適用する。
【００９２】
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）前記巻芯と前記駆動ローラーとの間の圧力を計測する圧力センサを備え、前記圧力の低下に基づき前記荷重を増大させることで前記縮径工程が開始される円筒状積層体の製造装置。
【００９３】
（ロ）前記熱融着性シートを切断する切断装置を備え、前記巻取工程において、前記巻芯の位置に基づき前記熱融着性シートを切断することで、前記巻取工程に供する前記熱融着性シートの供給量が決定される円筒状積層体の製造装置。
【符号の説明】
【００９４】
１１…円筒状積層体、１１ａ…半製品、１２…不織布（熱融着性シート）、２１…巻芯、２２…駆動ローラー、２３…加圧装置、５１…位置センサ（検出手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱融着性成分を含む熱融着性シート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を加熱して前記円筒状積層体の外径よりも拡径するまで前記巻芯に巻き取ることで半製品を得る工程であり、
前記巻取工程で得られた前記半製品を前記巻芯とともに前記駆動ローラーにより回転させながら加熱及び加圧して縮径させることで前記円筒状積層体の外径に合わせる縮径工程を備え、
前記巻取工程及び前記縮径工程における前記加圧は、前記巻芯又は前記駆動ローラーに荷重を加えることで実施され、
前記縮径工程は、前記荷重を前記巻取工程における前記荷重よりも増大させる工程であることを特徴とする円筒状積層体の製造方法。
【請求項２】
前記巻取工程において、前記巻芯の外周に積層された熱融着性シートの積層厚みに基づき前記熱融着性シートを切断することで、前記巻取工程に供する前記熱融着性シートの供給量が決定され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。
【請求項３】
前記巻取工程において、前記巻芯と前記駆動ローラーとの間の圧力を計測し、前記圧力の低下に基づき前記荷重を増大させることで前記縮径工程が開始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。
【請求項４】
前記熱融着性シートの切断からの経過時間をタイマにより計時し、その計時結果に基づき前記縮径工程を開始させることを特徴とする請求項２に記載の円筒状積層体の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の円筒状積層体の製造方法に用いられ、前記駆動ローラーと、前記巻芯に荷重を印加する加圧装置とを備える円筒状積層体の製造装置であって、
前記巻芯の外周に積層された熱融着性シートの積層厚みを検出する検出手段を備えることを特徴とする円筒状積層体の製造装置。
【請求項１】
熱融着性成分を含む熱融着性シート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を加熱して前記円筒状積層体の外径よりも拡径するまで前記巻芯に巻き取ることで半製品を得る工程であり、
前記巻取工程で得られた前記半製品を前記巻芯とともに前記駆動ローラーにより回転させながら加熱及び加圧して縮径させることで前記円筒状積層体の外径に合わせる縮径工程を備え、
前記巻取工程及び前記縮径工程における前記加圧は、前記巻芯又は前記駆動ローラーに荷重を加えることで実施され、
前記縮径工程は、前記荷重を前記巻取工程における前記荷重よりも増大させる工程であることを特徴とする円筒状積層体の製造方法。
【請求項２】
前記巻取工程において、前記巻芯の外周に積層された熱融着性シートの積層厚みに基づき前記熱融着性シートを切断することで、前記巻取工程に供する前記熱融着性シートの供給量が決定され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。
【請求項３】
前記巻取工程において、前記巻芯と前記駆動ローラーとの間の圧力を計測し、前記圧力の低下に基づき前記荷重を増大させることで前記縮径工程が開始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。
【請求項４】
前記熱融着性シートの切断からの経過時間をタイマにより計時し、その計時結果に基づき前記縮径工程を開始させることを特徴とする請求項２に記載の円筒状積層体の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の円筒状積層体の製造方法に用いられ、前記駆動ローラーと、前記巻芯に荷重を印加する加圧装置とを備える円筒状積層体の製造装置であって、
前記巻芯の外周に積層された熱融着性シートの積層厚みを検出する検出手段を備えることを特徴とする円筒状積層体の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５６４４６（Ｐ２０１３−５６４４６Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９５３１６（Ｐ２０１１−１９５３１６）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００１２００１０）宇部日東化成株式会社 (203)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００１２００１０）宇部日東化成株式会社 (203)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]