JP2014104626A - 木質ストランドの配向積層装置 - Google Patents

Abstract

【課題】厚さ、幅、長さの異なる木質ストランドを低コストで配向させることができる木質ストランドの配向積層装置を提供する。
【解決手段】回転する円盤間に木質ストランドを落下させることにより木質ストランドを略平行に揃える配向部と、該配向部に木質ストランドを供給する供給部と、該配向部から落下し積層した木質ストランドを搬送する搬送部とを有する木質ストランドの配向積層装置であって、前記配向部は、平行な複数の回転軸と各回転軸の軸方向に複数の円盤とを有し、隣り合う円盤の間隔は、１０〜６０ｍｍであり、前記供給部は、木質ストランドを散布することにより前記配向部全体に木質ストランドを供給する木質ストランドの配向積層装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、厚さ、幅、長さの異なる木質ストランドを低コストで配向させることができる木質材片の配向積層装置に関する。

木質材片を、結合剤を用いて結合した極めて高い機械的強度を有し、構造材としても使用することができるものが存在する。このような木質系複合材料では、木質材片を、木質材片の繊維方向（異方性材料の高強度方向）と同方向に配向させることにより、その繊維方向の機械的強度を飛躍的に向上させている。
このような木質系複合材料の製造では、まず、木質材片に結合剤を付着した後、この結合剤が付着した木質材片を積層した積層マットを作製する。得られる木質系複合材料が高い機械的強度を発現するためには、積層マットにおいて木質材片がその繊維方向に充分に配向していることが極めて重要である。

木質材片の配向積層装置としては、結合剤が付着した木質材片を自然落下させ、配向板の間を通過させて配向させる原理を利用した種々の装置が考案されている。例えば、特許文献１〜３には、同軸上で複数枚の円盤を、一定間隔をおいて配置し、円盤を回転させながらその円盤同士の間に結合剤が付着した木質材片を通過させることによって木質材片を配向させる装置が開示されている。

木質材片のなかでも、原木から切削機によって切削する等によって得られた木質ストランドからは、従来用いられてきた木質チップに比べ、軽量で機械的強度の高い木質系複合材料が得られる。このような木質ストランドは、厚さのばらつきは小さいものの、幅や長さのばらつきが大きく、従来の木質チップの配向に用いていた配向積層装置にそのまま供すると、１軸方向に充分に配向させることができないという問題があった。そのため、配向積層装置に供する前に予め木質ストランドの分級を行う必要があるが、分級を行うことにより、コストが高くなったり材料歩留まりが落ちたりするという問題があった。

特表平９−５００３４０号公報 特表平１０−５０３４３８号公報 特表平１０−５０３９７８号公報

本発明は、厚さ、幅、長さの異なる木質ストランドを低コストで配向させることができる木質ストランドの配向積層装置を提供することを目的とする。

本発明は、回転する円盤間に木質ストランドを落下させることにより木質ストランドを略平行に揃える配向部と、該配向部に木質ストランドを供給する供給部と、該配向部から落下し積層した木質ストランドを搬送する搬送部とを有する木質ストランドの配向積層装置であって、上記配向部は、平行な複数の回転軸と各回転軸の軸方向に複数の円盤とを有し、隣り合う円盤の間隔は１０〜６０ｍｍであり、上記供給部は、木質ストランドを散布することにより上記配向部全体に木質ストランドを供給する木質ストランドの配向積層装置である。
以下に本発明を詳述する。

本発明者らは、木質ストランドを散布することにより配向部全体に木質ストランドを供給し、かつ、配向部における隣り合う円盤の間隔が特定の範囲である木質ストランドの配向積層装置を用いることにより、厚さ、幅、長さの異なる木質ストランドを低コストで配向させることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
なお、本明細書において上記「木質ストランド」とは、木材を細かく削って得た、薄く細長い木片を意味する。

上記木質ストランドとなる原料材の樹種としては、スギ、ヒノキ、マツ、スプルース、パイン、ファー等の針葉樹や、ラワン、ポプラ、アスペン、ファルカタ等の広葉樹が挙げられる。また、これらの森林から生産される植物材料だけでなく、竹、コウリャン等の森林以外で生産される植物材料も用いることができる。これらの樹種は単独であってもよいし、二種以上を併用してもよい。
原料材に利用できる形態としては、例えば、上記樹種の丸太、間伐材等の原木や、工場や住宅建築現場で発生する端材や、部材輸送後に廃棄される廃パレット材や、建築解体時に発生する解体廃材等が挙げられる。
なかでも、特に軽量で高強度の木質系複合材料が得られることから、密度０．５ｇ／ｃｍ^３以下の樹種が好適であり、密度０．４ｇ／ｃｍ^３以下のもの、例えば、スギ、アスペン、ファルカタ等がより好適である。

上記原料材を木質ストランドにする加工方法としては、例えば、スライサーでベニア加工したものをロータリーカッターによって短冊状にする方法や、フレーカーの回転刃によって丸太を切削して木質ストランドにする方法等が挙げられる。

上記木質ストランドは、厚さが０．１〜１．０ｍｍ、繊維方向長さが２０ｍｍ以上、平均長さ／厚さが１００〜５００、平均長さ／幅が５〜３０であるものが好ましい。厚さ、幅、長さがこの範囲内であれば、厚さ、幅、長さにばらつきがあっても木質ストランドを本発明の木質ストランドの配向積層装置を用いて充分に配向させることができ、軽量で機械的強度の高い木質系複合材料を得ることができる。より好ましくは、厚さが０．１〜０．８ｍｍが９０％以上、繊維方向長さが４０〜７０ｍｍでかつ、平均値６０ｍｍに対し±２０％の範囲内にある木質ストランドが８０％以上、平均長さ／厚さが１００〜３００、平均長さ／幅が１０〜２０である。

上記木質ストランドは、含水率を１５％以下に調整してから、本発明の木質ストランドの配向積層装置に供することが好ましい。含水率を１５％以下、より好ましくは５％以下に調整することにより、生産時の木質系複合材料の品質バラツキを小さくすることができる。
上記木質ストランドの含水率を１５％以下に調整する方法としては、例えば、温調したオーブン中に一定時間木質ストランドを放置する方法等が挙げられる。例えば、１０５℃のオーブン中に２４時間放置すると、木質ストランドの含水率はほぼ５％以下になる。

上記木質ストランドには、通常、本発明の木質ストランドの配向積層装置に供される前に結合剤が付着される。
上記結合剤としては、例えば、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、イソシアネート樹脂、酢酸ビニル系樹脂等の熱硬化型樹脂や熱可塑型樹脂系の接着剤や、天然物成分又は天然物から精製、抽出、変性等によって得られた天然物由来の接着剤等の、合板やパーティクルボード等に用いられる従来公知の木材工業用接着剤が挙げられる。これらの結合剤は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

上記天然物由来の接着剤としては、具体的には例えば、ゼラチン、カゼイングルー、大豆グルー、にかわ、アルブミン等のタンパク質系接着剤や、でんぷん、デキストリン、米糊、グルコマンナンなどのデンプン系接着剤や、キチン・キトサン等の動物系接着剤や、セルロース系接着剤、リグニン系接着剤、タンニン系接着剤等が挙げられる。

上記結合剤は、木質ストランドに対し１〜２０重量％の範囲で付着させることが好ましい。上記結合剤の付着量が１重量％未満であると、接着が不充分となり、２０重量％を超えて付着させても材料コストが嵩む割に接着性能が上がらず、かえって釘打ち性能が低下したり、外観が木質的でなくなったりする等の問題が生じる。

上記木質ストランドに結合剤を付着させる方法としては、例えば、上記結合剤が液状である場合には、上記木質ストランドに噴霧する方法や、上記木質ストランドと撹拌混合して予め木質ストランドに担持させた状態でフォーミング機に供給する方法等が挙げられる。また、上記結合剤が粉末状である場合には、上記木質ストランドと攪拌混合して予め木質ストランドに担持させた状態でフォーミング機に供給する方法等が挙げられる。

本発明の木質ストランドの配向積層装置は、回転する円盤間に木質ストランドを落下させることにより木質ストランドを略平行に揃える配向部と、該配向部に木質ストランドを供給する供給部と、該配向部から落下し積層した木質ストランドを搬送する搬送部とを有する。

上記配向部は、平行な複数の回転軸と各回転軸の軸方向に複数の円盤とを有する。回転する円盤間に木質ストランドを落下させることにより木質ストランドを略平行に揃えることができる。
なお、本明細書において、上記「略平行」とは、ある木質ストランドの長さ方向（長手方向）と別の木質ストランドの長さ方向との角度が２４°以内であることを意味し、略平行に揃うことを「配向する」ともいう。

配向効率を高める観点から、各回転軸の円盤は、隣の回転軸の円盤間に配置されることが好ましく、隣の回転軸の円盤間の略中央に配置されることがより好ましい。

隣り合う円盤の間隔の好ましい下限は１０ｍｍ、好ましい上限は６０ｍｍである。隣り合う円盤の間隔が１０ｍｍ未満であると、円盤間に落下せずに、円盤上に残ったり円盤間に詰まったりする木質ストランドが多くなる。隣り合う円盤の間隔が６０ｍｍを超えると、落下した木質ストランドの配向性が悪くなる。隣り合う円盤の間隔の好ましい上限は３０ｍｍである。
また、隣り合う円盤の間隔は、木質ストランドの幅に対して、５〜２０ｍｍ大きいことが好ましい。
なお、本明細書において、上記「隣り合う円盤の間隔」とは、回転軸の軸方向の間隔を意味する。また、各回転軸の円盤が、隣の回転軸の円盤間に配置される場合、上記「隣り合う円盤の間隔」は、隣り合う回転軸の円盤の軸方向の間隔を意味する。

隣り合う回転軸の円盤は、直径が異なっていてもよい。隣り合う回転軸の円盤の直径が異なることにより、木質ストランドが落下しやすくなり、供給量を増やすことができる。
具体的には、隣り合う回転軸の円盤の直径の差が１０〜６０ｍｍであることが好ましい。
また、同一の回転軸において、直径が小さい円盤と直径が大きい円盤とを交互に配置していてもよい。直径が小さい円盤と直径が大きい円盤とを交互に配置することにより、木質ストランドを更に落下しやすくすることができる。
具体的には、直径の差が１０〜６０ｍｍである円盤を交互に配置することが好ましい。

円盤の回転数の好ましい下限は周速で１ｍ／ｍｉｎ、好ましい上限は２０ｍ／ｍｉｎである。円盤の回転数が１ｍ／ｍｉｎ未満であると、円盤上に木質ストランドがたまり、その上に更に木質ストランドが供給され、木質ストランドが落下しなくなることがある。円盤の回転数が２０ｍ／ｍｉｎを超えると、木質ストランドが落下せずに末端まで運ばれることが多くなることがある。円盤の回転数のより好ましい下限は３ｍ／ｍｉｎ、より好ましい上限は１０ｍ／ｍｉｎである。

上記配向部は、配向補助器具を有することが好ましい。上記配向補助器具は、円盤間に落下せずに円盤上に残り、円盤の回転に応じて円盤上を移動する木質ストランドと接触して該木質ストランドの方向を変化させ、該木質ストランドを円盤間に落下させる役割を有する。
上記配向補助器具の形状は、棒状、板状等、いずれの形状であってもよいが、棒状が好ましい。

上記供給部は、木質ストランドを散布することにより上記配向部全体に木質ストランドを供給する。木質ストランドを散布することにより、木質ストランドの供給位置を上記配向部全体に分散させることができ、円盤間に落下せずに円盤上に残ったり、円盤間に詰まったりする木質ストランドを少なくすることができる。

上記供給部は、木質ストランドを散布した際に飛散の程度の小さい木質ストランドを更に飛散させて配向部全体に供給する第２の散布機構を有することが好ましい。このような２段階の散布機構を有することにより、更に木質ストランドの供給位置を上記配向部全体に分散させることができる。

木質ストランドを散布する方法としては、例えば、複数の突起を有するロール体により一定量の木質ストランドを掻き飛ばす方法、風力を利用して木質ストランドを吹き飛ばす方法等が挙げられる。

上記配向部から落下した木質ストランドは、配向したまま搬送部で積層され、搬送される。
上記搬送部での搬送手段としては、例えば、ベルトコンベア、コンベア上に載置したコール板等が挙げられる。

上記配向部の円盤と上記搬送部との間の距離（配向した木質ストランドの落下距離）の好ましい下限は１ｃｍ、好ましい上限は５ｃｍである。上記配向部の円盤と上記搬送部との間の距離が１ｃｍ未満であると、搬送部に落下積層した木質ストランドが円盤と接触し、抵抗となってコンベア上を滑り、搬送されなくなる。更には円盤内に木質ストランドが詰まってしまうことがある。上記配向部の円盤と上記搬送部との間の距離が５ｃｍを超えると、落下した木質ストランドの配向性が悪くなる。上記配向部の円盤と上記搬送部との間の距離のより好ましい下限は２ｃｍ、より好ましい上限は４ｃｍである。

上記搬送部によって搬送された木質ストランドを、加熱圧縮する熱圧成形することにより、木質系複合材料を製造することができる。本発明の木質ストランドの配向積層装置を用いれば、原木から切削機によって切削して得られた木質ストランドでも充分配向させることができるため、軽量で機械的強度の高い木質系複合材料を得ることができる。

本発明によれば、厚さ、幅、長さの異なる木質ストランドを低コストで配向させることができる木質ストランドの配向積層装置を提供することができる。

図１は、本発明の木質ストランドの配向積層装置の一例を示す斜視図である。 図２は、図１の木質ストランドの配向積層装置の側面図である。 図３は、配向部における円盤の配置の一例を示す平面図である。 図４は、配向部における円盤の配置の別の一例を示す平面図である。 図５は、配向部における円盤の配置の別の一例を示す平面図である。

以下に図面を用いて本発明の木質ストランドの配向積層装置を更に詳しく説明するが、本発明は、これら図面に示した実施形態のみに限定されない。

図１は、本発明の木質ストランドの配向積層装置の一例を示す斜視図であり、図２は、図１の木質ストランドの配向積層装置の側面図である。
図１及び図２に示したように、本発明の木質ストランドの配向積層装置１は、供給部２と、配向部３と、搬送部４とを有し、供給部２から配向部３へと供給された木質ストランド５は、搬送部４へ落下し、積層して搬送される。

供給部２は、第１の散布機構Ａ６と第２の散布機構Ｂ７との２段階の散布機構を有する。散布機構Ａ６は、複数の突起を有する２つのロール体からなり、散布機構Ｂ７は、複数の板を備えたロール体からなる。まず、散布機構Ａ６が高速回転することにより、木質ストランド５が掻き飛ばされる。このとき、飛散の程度の小さい木質ストランド５は、高速回転する散布機構Ｂ７上に落下し、散布機構Ｂ７により更に飛散される。このようにして供給部２から配向部３全体に木質ストランド５が分散して供給される。

配向部３は、平行な複数の回転軸８と各回転軸８の軸方向に複数の円盤９とを有する。円盤９は、供給部２から最も離れた位置にある回転軸８のもの以外は、図１、図２における反時計回りの方向に回転し、供給部２から最も離れた位置にある回転軸８のものは、図１、図２における時計回りに回転する。
配向部３に供給された木質ストランド５は、大部分がそのまま円盤９間から搬送部４へ落下するが、一部は円盤９間から落下せず、そのまま円盤９上に残る。円盤９上に残った木質ストランド５は、円盤９の回転に応じて円盤９上を移動する。配向部３には棒状の配向補助器具１０が設けられており、円盤９上を移動する木質ストランド５が配向補助器具１０と接触すると、該木質ストランド５の方向が変化し、該木質ストランド５を円盤９間に落下させることができる。配向補助器具１０は、図２において矢印で示したように回転させることにより、木質ストランド５の落下効率を更に向上させることができる。

図３は、配向部における円盤の配置の一例を示す平面図である。
図３において、各回転軸８の円盤９は、隣の回転軸８の円盤９間に配置されている。隣り合う円盤９の間隔（隣り合う回転軸８の円盤９の軸方向の間隔）Ｄは１０〜６０ｍｍであり、好ましくは１０〜３０ｍｍとされる。Ｄがこの範囲であることで、厚さが０．１〜１．０ｍｍ、繊維方向長さが２０ｍｍ以上、平均長さ／厚さが１００〜５００、平均長さ／幅が５〜３０の範囲で大きさの異なる木質ストランド５を充分に配向させることができる。

図４は、配向部における円盤の配置の別の一例を示す平面図である。
図４においても、図３と同様に、各回転軸８の円盤９は、隣の回転軸８の円盤９間に配置されており、隣り合う円盤９の間隔Ｄは１０〜６０ｍｍであり、好ましくは１０〜３０ｍｍとされる。図３では、隣り合う回転軸８の円盤９は、直径Φ_１、Φ_２がそれぞれ等しいものであるが、図４では、Φ_２＞Φ_１となっている。このように隣り合う回転軸８の円盤９の直径が異なることにより、木質ストランド５が落下しやすくなり、供給量を増やすことができる。円盤９の直径Φ_１、Φ_２は、木質ストランド５の配向性が悪くならない範囲で変更できる。

図５は、配向部における円盤の配置の別の一例を示す平面図である。
図５に示したように、同一の回転軸８において、円盤９の直径が小さい（Φ_３）ものと大きい（Φ_４）ものとを交互に配置することにより、木質ストランド５を更に落下しやすくすることができる。円盤９の直径Φ_３、Φ_４は、木質ストランド５の配向性が悪くならない範囲で変更できる。

円盤９間から落下した木質ストランド５は、配向したまま搬送部４上に積層し、搬送される。図１及び図２では、搬送部４における搬送手段をベルトコンベアとしている。

本発明によれば、厚さ、幅、長さの異なる木質ストランドを低コストで配向させることができる木質ストランドの配向積層装置を提供することができる。

１ 木質ストランドの配向積層装置
２ 供給部
３ 配向部
４ 搬送部
５ 木質ストランド
６ 散布機構Ａ
７ 散布機構Ｂ
８ 回転軸
９ 円盤
１０ 配向補助器具

Claims (6)

1. 回転する円盤間に木質ストランドを落下させることにより木質ストランドを略平行に揃える配向部と、該配向部に木質ストランドを供給する供給部と、該配向部から落下し積層した木質ストランドを搬送する搬送部とを有する木質ストランドの配向積層装置であって、
   前記配向部は、平行な複数の回転軸と各回転軸の軸方向に複数の円盤とを有し、隣り合う円盤の間隔は１０〜６０ｍｍであり、
   前記供給部は、木質ストランドを散布することにより前記配向部全体に木質ストランドを供給する
   ことを特徴とする木質ストランドの配向積層装置。
2. 供給部は、木質ストランドを散布した際に飛散の程度の小さい木質ストランドを更に飛散させて配向部全体に供給する第２の散布機構を有することを特徴とする請求項１記載の木質ストランドの配向積層装置。
3. 配向部は、円盤間に落下せずに円盤上に残り、円盤の回転に応じて円盤上を移動する木質ストランドと接触して該木質ストランドの方向を変化させ、該木質ストランドを円盤間に落下させる配向補助器具を有することを特徴とする請求項１又は２記載の木質ストランドの配向積層装置。
4. 各回転軸の円盤は、隣の回転軸の円盤間に配置されることを特徴とする請求項１、２又は３記載の木質ストランドの配向積層装置。
5. 隣り合う回転軸の円盤は、直径が異なることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の木質ストランドの配向積層装置。
6. 同一の回転軸において、直径が小さい円盤と直径が大きい円盤とが交互に配置されてなることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の木質ストランドの配向積層装置。

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