JP2007021870A - 高周波誘電加熱による厚物の加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
大きな厚みの被加熱物を、高周波誘電加熱によって全体をなるべく均一な温度に加熱する。
【解決手段】
大きな厚みの被加熱物(例えば薄い木材を積み重ねたブロック２)を、上部電極と下部電極の間に位置させ高周波誘電加熱によって加熱するに際し、上部電極11が電源側電極であり下部電極12がアース側電極である高周波誘電加熱と、上部電極13がアース側電極であり下部電極14が電源側電極である高周波誘電加熱を行なう。大きな厚みの被加熱物を高周波誘電加熱すると、電源側電極の近傍がアース側電極近傍よりも高温に加熱されるが、極性の異なる高周波誘電加熱を行なうことによって全体を均一に加熱することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、大きな厚みの被加熱物を、高周波誘電加熱によってなるべく均一に加熱する方法に関する発明である。

各種の木材の加工その他、誘電体を乾燥や接着(加熱接着)あるいは解凍などのために加熱する工程において、高周波誘電加熱を利用する工程が多数存在する。特に、木材の加熱手段として、従来から高周波誘電加熱が利用されている。例えば、集成材の接着工程において、端面に接着剤を塗布したラミナーを押圧した状態で高周波誘電加熱することによって、効率的に加熱接着することが行われている。しかしながら、高周波誘電加熱によって被加熱物全体を、均一に加熱することができる厚みは、比較的薄いもの(一般に300mm程度以下)に限られている。特許文献１や２における高周波誘電加熱工程においても、例えば厚みが１ｍにも達する大きな厚みの加熱を行なうことは、考慮されていない。
特開平６−２０６２０５ 特開２０００−１２７１１１

上記、従来技術の欠点に鑑み、本発明は大きな厚みの被加熱物(例えば1ｍ程度)を、効率的かつなるべく均一な温度に加熱することができる、高周波誘電加熱による厚物の加熱方法を実現することを目的とするものである。これにより、例えば大きな厚みの木材、積み重ねた木材といった、大きな厚みの木質材料などの誘電体全体を均一に加熱することを可能とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明は、大きな厚みの被加熱物を、上部電極と下部電極の間に位置させ高周波誘電加熱によって加熱する。その際、請求項１記載の発明は、上部電極が電源側電極であり下部電極がアース側電極である高周波加熱装置による加熱と、上部電極がアース側電極であり下部電極が電源側電極である高周波誘電加熱装置による加熱を行なうことによって被加熱物全体を加熱する。

請求項２記載の発明は、大きな厚みの被加熱物を加熱するための高周波誘電加熱装置を、上部電極と下部電極とを、電源側電極とアース側電極に切り替え可能とする。そして、上部電極が電源側電極であり下部電極がアース側電極である加熱と、上部電極がアース側電極であり下部電極が電源側電極である加熱とを切り替えることによって、被加熱物全体を加熱する。

請求項３記載の発明は、被加熱物として、集成材を構成するラミナーや合板及び単板積層材を構成する単板であり、該ラミナーや単板といった薄板を多数積み重ねて大きな厚みとした集積物を、高周波誘電加熱によって加熱することである。

高周波誘電加熱は、上部電極と下部電極の間の被加工物を内部発熱によって加熱するものである。そして、被加熱物の発熱温度は、被加熱物の厚みが小さいものであるときは上部電極と下部電極の中間位置が最も発熱する。しかしながら、被加熱物の厚みが大きいものであるときは、発熱の分布が電源側電極の近傍に偏り、全体を均一に加熱することができない。これに対し、請求項１及び２記載の本発明によれば、大きな厚みである被加熱物を、上部電極が電源側電極である高周波誘電加熱と、下部電極が電源側電極である高周波誘電加熱を行なうことによって全体として比較的均一な温度に加熱をすることができる。

請求項１記載の発明によれば、上部電極が電源側電極であり下部電極がアース側電極である高周波加熱装置による加熱と、上部電極がアース側電極であり下部電極が電源側電極である高周波誘電加熱装置による加熱を行なうため、間歇的に送る二つの円滑な工程によって、被加熱物全体を比較的均一な温度に加熱することができる。

請求項２記載の発明によれば、高周波誘電加熱装置の上部電極と下部電極を、電源側とアース側に切り替え可能とする。そして、上部電極が電源側電極であり下部電極がアース側電極である加熱と、上部電極がアース側電極であり下部電極が電源側電極である加熱とを切り替えて被加熱物全体を加熱することによって、一台の高周波誘電加熱装置を用いて経済的に被加熱物全体を比較的均一な温度に加熱することができる。

請求項３記載の発明は、被加熱物が、集成材を構成するラミナーや合板及び単板積層材を構成する単板であり、これらを多数積み重ねて大きな厚みとしたブロックを、高周波誘電加熱によって内部まで比較的均一に加熱する。該ラミナーや単板といった薄板を多数積み重ねて大きな厚みとした集積物(ブロック) は、木質材料が保温性に優れた物性を有するため急速に冷却されることがなく、接着や乾燥のための予備加熱工程として実施した場合に、予備加熱を行なった集積物(ブロック)から、一枚ずつ取り出しても、常に昇温されたものが供給され、安定した接着状態や乾燥炉における乾燥時間を短縮することができる。

以下、本発明に係る高周波誘電加熱による厚物の加熱方法を、集成材製造工程の予備加熱として実施した実施形態を、添付の図面に基づいて説明する。
図１は、二台の高周波誘電加熱装置を使用するラミナーの予備加熱装置の側面図、図２は、一台の高周波誘電加熱装置を使用する、ラミナーの予備加熱装置の側面図、図３は、高周波誘電加熱による加熱分布を示す略図、図４は集成材の製造工程の一例を示す流れ図である。

本発明に係る、高周波誘電加熱による厚物の加熱方法を含む、集成材の製造工程全体を図４に基づいて説明する。
間伐材などから製材し、一定幅(例えば125〜130mm)、一定長さ(例えば３〜６ｍ)に調製したラミナー１，１は、図４の(ａ)に示すように、所定枚数を積み重ねてブロック２(集積物)として供給される。ブロック２の高さ(厚み)は、通常１ｍ前後に積み重ねられ、集成材の製造に際して、一枚づつ取り出して、端面に接着剤を塗布し、接着工程に供給される。

このとき、材料の温度にバラツキがあると加熱接着の状態にもバラツキを生じる。すなわち、材料の温度が低いと接着不良を生じ易い。特に外気温度が低い冬季に接着不良を発生する可能性があることを意味する。この欠点を解消するために、図４の(ｂ)に示すように、下部電極３と上部電極４の間にブロック２を挟み込み、高周波電流を印加してブロック２全体を昇温する予備加熱を行なう。

図４の(ｃ)に示すように、予備加熱して待機させたブロック２から、ラミナー１，１を取り出し、図４の(ｄ)に示す高周波加熱接着装置５(板材接ぎ機)によってラミナー１，１を接着し、図４の(ｅ)に示すように集成材６を完成させる。高周波加熱接着装置５(板材接ぎ機)は、下部電極７において押圧手段によって、ラミナー１，１の接着面どうしを密接させた状態で、下部電極７と上部電極８の間に高周波電流を印加し、高周波誘電加熱によって接着面を加熱し、接着するものである。

上記工程における、ブロック２全体を昇温させる予備加熱のための高周波誘電加熱は、二回の加熱操作によってブロック２全体を加熱する。
図１に示す実施形態は、二台の高周波誘電加熱装置９，9’を使用してブロック２の予備加熱を行なう。すなわち、搬入装置10によってブロック２が送り込まれる高周波誘電加熱装置９は、上部電極11が電源側電極、下部電極12がアース側電極である。高周波誘電加熱装置９によって加熱されたブロック２は、もう一台の高周波誘電加熱装置9’に送られ、再度加熱される。二台目の高周波誘電加熱装置9’は、上部電極13がアース側電極、下部電極14が電源側電極である。二台目の高周波誘電加熱装置9’によって加熱されたブロック２は、搬出装置15によって機外に搬出される。

図２に示す実施形態は、一台の高周波誘電加熱装置９による二回の加熱操作でブロック２を加熱する。すなわち、搬入装置10によってブロック２が、高周波誘電加熱装置９に送り込まれる。ブロック２が送り込まれる高周波誘電加熱装置９は、上部電極４及び下部電極３のいずれもが、電源回路を切り替えることによって電源側電極又はアース側電極として機能するようにしてある。これにより、上部電極４を電源側電極とする加熱を一定時間継続した後、切り替えて下部電極３を電源側電極とする加熱を一定時間継続することによって高周波誘電加熱による予備加熱を完了し、ブロック２は搬出装置15によって機外に搬出される。

高周波誘電加熱の特性として、電極の間隔が大きなもの、換言すれば被加工物の厚みが大きなものでは、電源電極の近傍がより高温に加熱され、全体を均一に加熱することができない。そのため、本発明は、極性を変更した二回の高周波誘電加熱によって、全体を均一に加熱するものである。その状況を図３に基づいて説明すると、上部電極が電源側電極である一回目の高周波誘電加熱によって、上部電極近くの内部が最も加熱される図３(ａ)に示す加熱分布状態となる。続く、下部電極が電源電極である二回目の高周波誘電加熱では、下部電極近くの内部が最も加熱される図３(ｂ)に示す加熱分布状態で加熱される。

すなわち、図３の(ａ)に示す加熱分布状態の一回目の高周波誘電加熱と、図３の(ｂ)に示す加熱分布状態の二回目の高周波誘電加熱によって、図３の(ｃ)に示すように、全体として均一な状態に加熱することができる。
上記説明では、一回目の高周波誘電加熱として上部電極を電源側電極としているが、一回目の高周波誘電加熱を、下部電極が電源側電極、上部電極がアース側電極である高周波誘電加熱とすることもできるのは、勿論である。

上部電極と下部電極の極性が異なる二回の高周波誘電加熱を実施する上において、上記したように、二台の高周波誘電加熱装置を直列に配置する方法と、一台の高周波誘電加熱装置を使用し、電気的な切り替えによって上部電極と下部電極の極性を変更する二つの方法が考えられる。二台の高周波誘電加熱装置を使用する方法では、電極の極性を切り替えるなどの操作が必要でなく、ブロック２の流れを円滑に行なわせることができる実益がある。一方、高周波誘電加熱装置の上部電極と下部電極の極性を変更する方法では、高周波誘電加熱装置が一台であって経済的であるとともに、ライン全体を短く構成することができる実益がある。

搬出装置14から搬出されるブロック２は、加熱された状態であるが、必ずしも直ちに次の工程に供給されるとは限らず、常温の室内に待機させておく場合もある。また、ラミナー１を一枚ずつ取り出す場合においても、ブロック２を一時的に保留しておく必要が生じる他、下段位置のラミナーは上段位置のラミナーよりも長時間常温の室内にさらされる。このような場合であっても、木質材自体が保温性に優れた材質であることから、急激に冷却されることがなく、ラミナーの予備加熱の効果は比較的長時間維持することができる。

大きな厚みであるブロック２は、ヒータによって加熱される熱板などの外部加熱手段によって加熱することも考えられるが、大きな厚みの木質材を外部加熱によって加熱しようとしても、内部まで効果的に加熱することができない。また従来公知の高周波誘電加熱装置によって高周波誘電加熱しようとしても、全体を均一に加熱することができない。したがって、公知の方法でブロックを加熱するには、一旦小さなブロックに分割して加熱し、再度大きな厚みのブロックとして合体させる必要がある。これに対し、本発明では、大きな厚みのブロックをそのままの状態で加熱することができる特長を有する。

図４には、集成材の製造工程を例示しているが、本発明は、合板や単板積層材(ＬＶＬ)の製造工程における、単板の予備加熱にも利用することができる他、大きな厚みの被加熱物を比較的均一な温度に加熱する場合に広く利用することができる。
すなわち、合板や単板積層材(ＬＶＬ)の製造工程においては、原木から削り出し一定の大きさに調製した単板を張り合わせて製造する。合板と単板積層材(ＬＶＬ)との基本的な違いは、単板の積層方向の違いである。

合板や単板積層材(ＬＶＬ)の製造工程においては、単板を多数積み重ねて１ｍ程度のブロック(単板ブロック)としたものが供給され、単板ブロックから取り出した単板を一枚づつ乾燥炉に供給し、乾燥状態の単板を張り合わせて合板や単板積層材が製造される。この際、単板が一般的に高含水率であることから、長い乾燥炉の中を通過させて乾燥させているのが実情である。このような、単板ブロックを本発明方法によって予備加熱することによって、単板の全体を均一に加熱して乾燥時間を大幅に短縮させ、生産効率を向上させることができる。単板の予備加熱は、高温である必要はなく、効率よく加熱することができる温度とする。予備加熱温度が、例え僅かな温度上昇であっても、その分乾燥工程における昇温のための加熱時間を短縮し、必要な熱量を軽減することができ、全体として乾燥装置における乾燥時間を大幅に短縮し、生産効率を向上させることができる。

図１は本発明に係る高周波誘電加熱による厚物の加熱方法を実施する、ラミナーの予備加熱装置の側面図、 図２は本発明の別の実施形態を示す、ラミナーの予備加熱装置の側面図、 図３は高周波誘電加熱による加熱分布を示す略図、 図４は集成材の製造工程の一例を示す流れ図である。

符号の説明

１…ラミナー、 ２…ブロック、 ３，７，12，14…下部電極、 ４，８，11，13…上部電極、 ５…高周波加熱接着装置、 ６…集成材、 ９，9’…高周波誘電加熱装置、 10…搬入装置、 15…搬出装置。

Claims (3)

1. 大きな厚みの被加熱物を、上部電極と下部電極の間に位置させ高周波誘電加熱によって加熱するに際し、高周波誘電加熱を上部電極が電源側電極であり下部電極がアース側電極である高周波誘電加熱装置による加熱と、上部電極がアース側電極であり下部電極が電源側電極である高周波誘電加熱装置による加熱とで全体を加熱することを特徴とする高周波誘電加熱による厚物の加熱方法。
2. 大きな厚みの被加熱物を、上部電極と下部電極の間に位置させて高周波誘電加熱によって加熱するに際し、高周波誘電加熱装置は上部電極と下部電極を電源側電極とアース側電極とに切り替え可能とし、高周波誘電加熱を上部電極が電源側電極であり下部電極がアース側電極である加熱と、上部電極がアース側電極であり下部電極が電源側電極である加熱とを切り替えて加熱することを特徴とする高周波誘電加熱による厚物の加熱方法。
3. 被加熱物が、集成材を構成するラミナーや合板及び単板積層材を構成する単板であり、該ラミナーや単板といった薄板を多数積み重ねて大きな厚みとした集積物を、高周波誘電加熱によって加熱する請求項１又は２記載の高周波誘電加熱による厚物の加熱方法。

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