JP3924196B2 - フォーミング型およびこのフォーミング型を用いた積層マットの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォーミング型およびこのフォーミング型を用いた積層マットの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、住宅解体に伴う廃木材の処理が問題となっており、廃木材のリサイクル利用が求められている。しかし、主要なリサイクル用途であるパーティクルボードやパルプなどの需要は頭打ちとなっているため、新たなリサイクル技術と用途が熱望され、さまざまな研究が行われている。
【０００３】
そこで、天然木材、工場や住宅建築現場で発生する端材、部材輸送後に廃棄される廃パレット材、建築解体時に発生する解体廃材等を破砕して得られた木質材料片（木質チップ）と結合剤との混合物を、木質材料片の長手方向を略同じ方向に配向させた状態でマット状に積層し、得られた積層マットを蒸気加熱プレス装置を用いて蒸気や熱盤等で加熱しながらプレス成形する木質系複合材料の製造方法がすでに提案されている（特開２００１−３４１１１０号公報）。すなわち、この製造方法によれば、木質材料片の繊維方法がほぼ同一方向に並んでいるので、廃木材を破砕して得た１５ｍｍ以下の短い木質材料片を用いた場合であっても、構造材としても使用できる高強度な木質系複合材料を得ることができる。
【０００４】
また、上記木質系複合材料の製造方法では、以下に説明するような方法で積層マットを得るようにしている。すなわち、まず、図６に示すように、予め結合剤が塗布された木質材料片を、上部開口の外枠部１１０と、この外枠部１１０内を所定幅の複数の分割枠部１２０に水平方向に区切るとともに、外枠部の上下方向にスライド自在な外枠部１１０の高さ寸法と略同じ高さ寸法か少し高い寸法の仕切り板１３０とを備えたフォーミング型１００の上方から図示していないがディスクオリエンター等の配向装置を用いて木質材料片の繊維方法を分割枠部の長手方向に配向させながらフォーミング型１００内に供給する。そして、図６に示すように、各分割枠部１２０内に略外枠部１１０の上端付近まで木質材料片２００が充填されると、充填を停止し、外枠部１１０から仕切り板１３０を取り除き、必要に応じて外枠部を取り除いて積層マット３００を得るようになっている。
【０００５】
しかし、上記の従来のフォーミング型は、厚さの厚い積層マットを形成しようとした場合、次のような問題があった。
（１）仕切り板が大きくなるため、仕切り板の重量が重くなるとともに、木質材料片との接触面積も大きくなるため、仕切り板を引き上げる際に摩擦抵抗も大きくなる。したがって、仕切り板を引き上げるのに大きな力が必要となる。
（２）仕切り板と木質材料片との摩擦が大きいので、仕切り板を引き抜く際に木質材料片の配向状態が乱れる恐れ、得られる木質系複合材料の部分的な強度低下を招く恐れがある。
【０００６】
（３）仕切り板が引き抜かれた後、積層マットの仕切り板があった部分に隙間が生じ、得られる木質系複合材料の部分的な強度低下を招く恐れがある。
（４）分割枠部内で木質材料片同士が絡み合って、所謂ブリッジ現象を起こし、積層マット内に空隙が生じ、得られる木質系複合材料の部分的な強度低下を招く恐れがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情に鑑みて、厚い積層マットを製造する場合にも仕切り板が小さくて軽量のものにすることができるとともに、常に木質材料片の配向状態が良好で隙間等のない均質な積層マットを製造することができるフォーミング型このフォーミング型を用いた積層マットの製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のフォーミング型は、上部開口の外枠部と、この外枠部内を水平方向に所定幅で区切り、他の仕切り板との間または外枠部の内壁面との間に分割枠部を形成し、外枠部の上下方向にスライド自在な少なくとも１枚の仕切り板とを備え、上部開口から供給される木質材料片を仕切り板によって分割枠部の長手方向に配向させつつ、分割枠部内に木質材料片を充填可能になっているフォーミング型において、前記仕切り板の上下方向の寸法が、外枠部の上下方向の寸法より小さく、供給される木質材料片の厚みより大きいことを特徴としている。
【０００９】
一方、本発明の請求項２に記載の積層マットの製造方法（以下、「請求項２の製造方法」と記す）は、本発明のフォーミング型の少なくとも木質材料片が積層された積層マットの製造方法において、請求項１に記載のフォーミング型の分割枠部内の少なくとも上端部に木質材料片の充填空間が常に残るように、木質材料片の供給に伴って仕切り板を上昇させながらフォーミング型内に木質材料片を充填し、積層マットを形成することを特徴としている。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の積層マットの製造方法（以下、「請求項３の製造方法」と記す）は、請求項２の製造方法において、仕切り板を振動させながら木質材料片を供給することを特徴としている。
【００１１】
本発明において、仕切り板は、できるだけ摩擦係数が小さいもの、軽量のものが好ましく、材質としては金属、プラスチック等が挙げられる。
また、木質材料片の厚さと分割枠部の内幅には、高強度の木質系複合材料を得るためにより好ましい関係があり、例えば、木質材料片の厚さが１ｍｍ〜１１ｍｍである場合、分割枠部の内幅を２０ｍｍ〜４０ｍｍとすることが好ましく、木質材料片の厚さが３ｍｍ〜５ｍｍである場合、分割枠部の内幅を２０ｍｍ〜３０ｍｍとすることが好ましい。
【００１２】
分割枠部の内幅が狭過ぎると、分割枠部内にきれいに木質材料片が落ちず、自動で生産する場合トラブルになりやすく、分割枠部の内幅が広過ぎると、木質材料片が配向しにくくなり、配向方向での必要強度がでなくなる恐れがある。
【００１３】
本発明の積層マットの製造方法において、木質材料片となる原料材の樹種としては、主に、スギ、ヒノキ、スプルース、ファー、ラジアータパイン等の針葉樹、シラカバ、アピトン、カメレレ、センゴンラウト、アスペン等の広葉樹が挙げられるが、これら森林から生産される植物材料だけでなく、竹、コウリャンといった森林以外で生産される植物材料をも含めることができる。
原料材に利用できる形態としては、特に限定されないが、例えば、上記樹種の丸太、間伐材等の生材料、工場や住宅建築現場で発生する端材、部材輸送後に廃棄される廃パレット材、建築解体時に発生する解体廃材等が挙げられる。
【００１４】
上記原料材を木質材料片にする加工方法としては、ロータリーカッターによってベニア加工したものを割り箸状に切断してスティックにする方法、フレーカーの回転刃によって丸太を切削してストランドにする方法、一軸破砕機の表面に刃物のついたロールを回転させて木材を破砕する方法等を用いることができる。
そして、上記のようにして破砕された木質材料片は、その厚さが不揃いの場合は、一定範囲の厚さの木質材料片に分級されるが、分級方法は、一定範囲の厚さで分級できるものであれば特に限定されないが、例えば、ウェーブローラー方式等の分級機を用いて分級する方法が挙げられる。なお、ウェーブローラー方式の分級機は、チップの厚さを基準に連続的に分級する装置である。
【００１５】
また、木質材料片は、含水率を一定にすることが好ましい。含水率を一定にすることで生産時の木質系複合材料の品質バラツキがなくなる。好ましい含水率としては、０〜１０％である。
含水率を一定にする方法としては、例えば、温調したオーブン中に一定時間木質材料片を放置する方法が挙げられる。因みに、５０℃のオーブンに２４時間放置すると、含水率はほぼ５％程度に保たれる。
【００１６】
本発明で用いられる結合剤としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、イソシアネート等、合板やパーティクルボードに用いられる木材工業用の接着剤が挙げられ、これらの結合剤は、単独或いは数種類を併用しても良い。
また、結合剤は、液状でも粉末状でも構わないが、液状の場合は一般に木質材料片に噴霧したり、木質材料片と撹拌混合して予め木質材料片に担持させた状態でフォーミング型に供給され、粉末状の場合は、一般に木質材料片と均一に混合した状態で、フォーミング型に供給される。
【００１７】
上記のようにして得られた結合剤付き木質材料片をフォーミング型に供給する方法としては、オリエンテッド・ストランド・ボード（ＯＳＢ）等の既存の木質系成形材料の製造装置で用いられるディスクオリエンター等の公知の配向手段をフォーミング型の上方に配置し、この配向手段により配向させながら供給する方法が使用できるが、上部の供給口から結合剤付き木質材料片が供給されスリット状の排出口に向かって幅が縮小する内面形状（嘴形状）の配向部を有するホッパをその排出口が各分割枠部の上部開口を臨むようにフォーミング型の上方に配置し、ホッパを介して供給する方法を用いることが好ましい。
【００１８】
すなわち、上記のようなホッパを用いることによって、フォーミング型の各分割枠部に効率よく、すなわち、ロスなく結合剤付き木質材料片を供給することが可能になる。
ホッパの内面形状はフォーミング型の形状により決まってくるが、結合剤付き木質材料片が詰まらない形状で、排出口のスリット幅を分割枠部の内幅より小さい形状にすることが好ましい。
【００１９】
フォーミング型内に形成された積層マットは、外枠部から取り出してプレス型に入れてプレス成形するようにしてもよいし、外枠部にいれた状態でプレス成形するようにしても構わない。また、フォーミング型を取り外した時に、木質材料片の積層状態が崩れる場合には、予め、フォーミング型に崩れ防止シートを配置しておき、そのシートごとプレス成形することも可能である。即ち、例えば、崩れ防止シートとして新聞紙をフォーミング型内に敷いておき、フォーミング型を取り外す際、マットを新聞紙でくるみ、紐や粘着テープで固定した状態でプレス成形してもよい。
【００２０】
プレス機としては、特に限定されないが、例えば、既存の木質系材料成形用の縦型プレス機や連続プレス機を垂直方向動作にしたものを用いることができる。
プレス機の温度条件は、通常１００℃〜２５０℃の範囲が好ましい。圧力条件は、１MPa〜１０MPaの範囲が好ましい。プレス時間は、結合剤が硬化する時間加熱と圧力を加えればよい。
【００２１】
加熱方法としては、特に限定されないが、例えば、熱盤のように木質材料片の表面から伝熱により内部に熱を伝える方法や、蒸気噴射や高周波加熱等のように内部を直接加熱する方法が挙げられる。
さらに、本発明の積層マットから得られる木質系複合材料は、プレス成形後の寸法精度や表面性を向上させるために、アニール処理や、切削、サンディング加工を行うことが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１および図２は、本発明にかかるフォーミング型の１つの実施の形態をあらわしている。
【００２３】
図１および図２に示すように、このフォーミング型１は、外枠部２と、４枚の仕切り板３とを備えている。
外枠部２は、上下に開口した矩形の筒状をしていて、その長手方向の両壁２１に仕切り板３の厚みと略幅のスリット２２が両壁２１の上端から下端近傍までそれぞれ４本ずつ平行に穿設されている。
【００２４】
仕切り板３は、表面が平滑で摩擦抵抗が少ない金属やプラスチック等の板剤で形成されているとともに、その両端部３１が外枠部２の外側に突出した状態で、スリット２２にスライド自在にはめ込まれ、仕切り板３と仕切り板３との間、あるいは、仕切り板３と外枠部２の内壁面との間に木質材料片を配向させるのに適した幅の分割枠部１１を外枠部２内の上下方向の一部に形成するとともに、図１の矢印Ｘ方向にスライドできるようになっている。また、仕切り板３の高さは、外枠部２の高さより低く、フォーミング型１内に供給される木質材料片の厚さより高くなっている。
【００２５】
そして、このフォーミング型１を用いた本発明の積層マットの製造方法は、まず、図３に示すように、フォーミング型１を外枠部２の長手方向がベルトコンベヤ４の搬送方向に向くようにベルトコンベヤ４上に載せ、木質材料片の供給装置５の下方まで移動させる。そして、ベルトコンベヤ４を正逆回転させることによって、供給装置５の下方でフォーミング型１をその長手方向に前後動させながら、供給装置５のホッパー５１から、図４（ａ）に示すように、予め結合剤が塗布された木質材料片６をフォーミング型１内に連続的に供給する。
フォーミング型１内に供給された木質材料片６は、仕切り板３によって外枠部２の長手方向に配向されながら、仕切り板３と仕切り板３、あるいは仕切り板３と外枠部２の内壁面２３との間に形成された分割枠部１１内に入り込む。
【００２６】
そして、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、分割枠部１１内の上端部に木質材料片６の充填空間１２が常に残るように、仕切り板３を図１の矢印Ｘ方向に振動させるとともに、上方に引き上げながら木質材料片６のフォーミング型１への供給を続ける。
木質材料片６が外枠部２の所定の高さまで積層されたら、木質材料片６の供給を停止するとともに、仕切り板３を完全に外枠部２から抜き取り、積層マット７を得るようになっている。
【００２７】
このようにして得られた積層マット７を外枠部２を取り除いたのち、図５（ａ）に示すように、プレス型８に入れ、図５（ｂ）に示すように、加熱しながらプレス成形することによって木質系複合材料９が得られるようになっている。
上記積層マット７の製造方法によれば、仕切り板３の高さが、外枠部２の高さより低く、フォーミング型１内に供給される木質材料片の厚さより高くなっているので、軽量である。
【００２８】
そして、分割枠部１１内の上端部に木質材料片６の充填空間１２が常に残るように、上方に引き上げながら木質材料片６のフォーミング型１への供給を行うようにしたので、木質材料片と仕切り板３との接触面積が少なく、仕切り板３を小さな力で引き上げることができる。
しかも、同時に仕切り板３を図１の矢印Ｘ方向に振動させるようにしたので、木質材料片同士の絡みによるブリッジ現象も防ぐことができる。
【００２９】
さらに、仕切り板３が引き上げられた後の部分は、上方の木質材料片６の加重によって、下方の木質材料片６押し広げられて隙間が全くないようになる。
したがって、木質材料片６がうまく配向されて、隙間等ができるだけ少なく積層された積層マット７を得ることができるようになる。そして、この積層マット７をプレス成形すれば、均質で曲げ強度に木質系複合材料○を確実に得ることができる。
【００３０】
本発明は、状雨期の実施の形態に限定されない。たとえば、上記の実施の形態では仕切り板３が木質材料片６のと烏有に伴って、連続的に上方へ引き上げられるようになっているが、間欠的に引き上げるようにしても構わない。
【００３１】
【実施例】
以下に、本発明の具体的な実施例をその比較例と対比させながら詳しく説明する。
【００３２】
（実施例１）
木材廃棄物処理業者から購入したボード用木質材料片を、ウェーブローラー方式の分級機（たいへい社製、ウェーブローラースクリーン）を用いて、厚さ１ｍｍ〜１５ｍｍの木質材料片に分級した。
この分級した木質材料片を５０℃に保たれた加熱オーブン中で２４時間放置し、含水率を５．２重量％に調整した。
【００３３】
この含水率調整済みの木質材料片をドラムブレンダー中に入れ、ドラムブレンダー内で結合剤（イソシアネート系接着剤を木質材料片に対して５重量％の割合で噴霧塗布した。
【００３４】
縦２０００ｍｍ、横５００ｍｍ、高さ１００ｍｍの大きさで幅２ｍｍのスリットが５０ｍｍ間隔で穿設された外枠部と、厚み２ｍｍで、高さが１０ｍｍの仕切り板とを備えたフォーミング型をベルトコンベヤに載って外枠部の長手方向に前後動するようにセットし、この結合剤塗布済みの木質材料片を図３に示すような供給装置から木質材料片をフォーミング型内に分割枠部の上端部分に常に木質材料片の充填空間を残すように、仕切り板を徐々に引き上げ、厚さ１００ｍｍの積層マットを得た。得られた積層マットをフォーミング型から取り外し、伝熱タイププレス機（川崎油工社製３００トンプレス）の縦２５００ｍｍ、横５００ｍｍ、高さ１５０ｍｍの大きさの金型内に入れ、加熱温度１８０℃、加圧力３０MPaで１０分間プレスし２０００ｍｍ×５００ｍｍ×２５ｍｍのプレス成形品を得た。
【００３５】
このプレス成形品の６面をすべてカットし、１５００ｍｍ×４００ｍｍ×２５ｍｍの木質系複合材料のサンプルを得た。
【００３６】
（実施例２）
仕切り板を引き上げる際に、振幅１ｍｍ、振動数３Ｈｚの振動を仕切り板に与えた以外は、上記実施例１と同様にして１５００ｍｍ×４００ｍｍ×２５ｍｍの木質系複合材料のサンプルを得た。
【００３７】
（比較例１）
仕切り板として外枠部の高さより高いものを用い、木質材料片を１００ミリの高さまで各分割枠部内で積層した後、仕切り板を外枠部から引き抜いた以外は、実施例１と同様にして１５００ｍｍ×４００ｍｍ×２５ｍｍの木質系複合材料のサンプルを得た。
（比較例２）
仕切り板を用いず、外枠部内に木質材料片を供給装置から供給した以外は、実施例１と同様にして１５００ｍｍ×４００ｍｍ×２５ｍｍの木質系複合材料のサンプルを得た。
【００３８】
上記実施例１，２および比較例１，２で得られたサンプルの密度、曲げ強度、曲げ弾性率をＪＩＳ Ｚ ２１０１に準拠した方法で測定し、その結果を表１に示した。
【００３９】
【表１】

【００４０】
上記表1に示すように、本発明の積層マットの製造方法によれば、配向の乱れがなく、強度的に優れた木質系複合材料を得られることがよくわかる。また、仕切り板を振動させるようにすれば、より密に積層することができ、より強度的に優れた木質系複合材料を得られることがわかる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明にかかるフォーミング型および積層マットの製造方法は、以上のように構成されているので、厚い積層マットを製造する場合にも仕切り板が小さくて軽量のものにすることができるとともに、常に木質材料片の配向状態が良好で隙間等のない均質な積層マットを製造することができる。
そして、この積層マットをプレス成形すれば、強度的に優れた木質系複合材料をえることができる。
【００４２】
特に請求項３の製造方法のようにすれば、より緻密な積層マットを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるフォーミング型の１つの実施の形態をあらわす斜視図である。
【図２】図１のＹ−Ｙ線断面図である。
【図３】本発明にかかる積層マットの製造方法の１つの実施の形態を説明する説明図である。
【図４】フォーミング型内への木質材料片の供給状態と、仕切り板の動きとを説明する説明図である。
【図５】積層マットを用いた木質系複合材料の製造工程を説明する説明図である。
【図６】従来の積層マットの製造方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ フォーミング型
１１ 分割枠部
１２ 充填空間
２ 外枠部
３ 仕切り板

Claims (3)

1. 上部開口の外枠部と、この外枠部内を水平方向に所定幅で区切り、他の仕切り板との間または外枠部の内壁面との間に分割枠部を形成し、外枠部の上下方向にスライド自在な少なくとも１枚の仕切り板とを備え、上部開口から供給される木質材料片を仕切り板によって分割枠部の長手方向に配向させつつ、分割枠部内に木質材料片を積層状態に充填可能になっているフォーミング型において、前記仕切り板の上下方向の寸法が、外枠部の上下方向の寸法より小さく、供給される木質材料片の厚みより大きいことを特徴とするフォーミング型。
2. 少なくとも木質材料片が積層された積層マットの製造方法において、請求項１に記載のフォーミング型の分割枠部内の少なくとも上端部に木質材料片の充填空間が常に残るように、木質材料片の供給に伴って仕切り板を上昇させながらフォーミング型内に木質材料片を充填し、積層マットを形成することを特徴とする積層マットの製造方法。
3. 仕切り板を振動させながら木質材料片を供給する請求項２に記載の積層マットの製造方法。

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