JP4176030B2 - 圧縮コンポジット製品の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮製品の形成方法に関し、より詳細には、振動圧縮での圧縮コンポジット製品の形成方法に関する。

プレスでは、樹脂被膜木質エレメントのマットを同プレス内に置き、圧縮力を同マットに加えることによって、配向性ストランド・ボード、平行ストランド・ランバーおよび分離した木質エレメントから製造される他の強化（エンジニアド）木質製品が、製造される。いろいろなソースからの熱が加えられ、マットがプレス内に在る間、実質的に樹脂を硬化させる。熱はマイクロ波エネルギー、ラジオ周波数エネルギー、蒸気噴射および類似のものの形で加えられ得る。

図1に示すように、現行のプレス装置は、材料３８aを所望の形状に連続的に圧縮するように設定された一対の対向プラテン４０aを有する。各プラテン４０aに隣接して、ローラー装置３５上を走るプレス・ベルト３７が在る。ベルト３７およびローラー装置３５の組合せは、プラテン４０aが連続的に圧縮力を材料３８aに加えている間、プラテン４０aを通る材料３８aの運動を可能にする。この木質コンポジット製品の形成方法は、多くの点で問題がある。

現行の連続プレスのデザインは、エネルギーの適用を妨げる。プレス・ベルト、ベアリング装置および必須潤滑剤は、熱エネルギーの製品への適用にとって、重大な障害となっている。高温プラテン技術（hot platen technology）による製品の加熱は、結果として不均一な加熱プロフィール（profile）をもたらし、これは、製品全体に不均一な密度プロフィールを与える。

一定圧力が加えられると、それも、時々、製品結果に悪影響を与える。上記マットは、通常は層状に形成された木質エレメントの組合せである。圧力が加えられると、しばしば該木質層に捕らえられる空気や水分のポケットが出来る。エネルギーが加えられると、木質の自然の水分が、捕らえられた空気の領域で、蒸気ポケットを形成し得る。したがって、破裂とか、他の製品欠陥が結果として出来、それにより所期の目的に不適合の製品となる。

本発明は、圧縮製品の形成方法である。該方法は、圧縮段階と解放段階の間で振動しているプレスに材料を導入することを含む。該材料は、圧縮されて解放されるとき圧縮回復反応時間（compression recovery response time）（材料が実質的に圧縮寸前に膨張するのに必要な時間量）を有する。圧縮製品は、圧縮段階の間材料を圧縮し、解放段階の間材料を解放することを繰返すことにより形成される。

本発明は、圧縮木質製品を形成する方法を更に含む。該方法は分離した樹脂加工木質エレメントのマット・アセンブリーを圧縮段階と解放段階との間で振動する振動プレスに導入することを含む。該マット・アセンブリーが圧縮木質製品に形成されている間、同マット・アセンブリーの温度は制御される。

［実施例］
本発明は振動プレス過程を使用して圧縮材料製品を形成する装置と方法を提供するものである。図2を参照すると、現在好適な一実施例は圧縮材料形成システム２０を有している。該圧縮材料形成システム２０は、材料３８ｂに振動圧縮力を加えるために使用する振動圧縮システム２２を有している。更に、材料温度制御システム２４は材料３８ｂの温度を形成過程の間制御するために使用する。材料運搬システム２６は所望により、材料を圧縮材料形成システム２０を通して動かすために具備される。その上、材料処理システム２８が材料３８ｂを形成過程の間処理するのに随意的に具備される。圧縮材料形成システム２０の詳細は以下に詳述される。

本発明の処理を受ける材料３８ｂは好ましくは、硬化し強化された製品３２を形成するために、圧力と熱を同時に受けることができる分離した樹脂加工木質エレメントのマット・アセンブリー３０（図３）からなる。該木質エレメントは公知のいかなる形であってもよい。本発明で使用可能な木質エレメントの適切で非限定的な例は、木材チップ、フレーク、ストランド、ベニヤ、ファイバー、粒子およびウェーハである。

本発明により製造された製品３２(図３)は、該当技術で知られた公知の強化コンポジット木質製品である。製品３２の適切な例は、パーティクルボード、配向性ストランド・ボード、ファイバー・ボード、ウェーハ板、ベニヤ合板、単板積層材、平行ストランド・ランバーおよび積層ビームであるがこれに限られるものではない。

本発明の過程により処理される前の材料３８ｂの含水率は、通常、重量で０％から２０％へと広範に亘る。しかし、この含水率範囲は単に一般のガイドラインであって、それから逸脱することができる。材料３８ｂの最適な含水率は、好ましくはケースバイケースの原則で決定されるが、その決定をするために含水レベルとマット・アセンブリー３０の寸法とを関連づけるのは当業者の技術の範囲内である。ゼロに近い含水率を有する材料３８ｂを処理することは可能であるが、このような条件の下での木質の塑性には限界があるのであまり好ましくはない。含水接着剤を用いることにより含水率は増加され得る。

木質に関して本発明の実施において用いられる樹脂は、アルカリ・フェノール樹脂が好ましい。しかし、熱を加えると硬化率が加速される接着剤ならいかなる接着剤であってよい。例えば、水溶性および非水溶性アルカリ・フェノール樹脂および酸性フェノール樹脂、レゾルシノール・ホルムアルデヒド樹脂、ユリアホルムアルデヒド樹脂およびイソシアネート樹脂が用いられ得る。樹脂は、材料３８ｂに所望の量で加えられ得る。長い木質ストランドを用いるとき、樹脂率はしばしば木質の乾燥重量の約１％から約１０％の範囲に亘る。加えられる樹脂の量はほとんどの場合、木質の乾燥重量の約２％から約５％の間になろう。

振動プレス・システム２２は、プラテン４０ｂの振動運動を誘起するために種々の公知の構造を使うことが可能であり、そのような構造は本発明の範囲を制限するものではない。例えば、上記振動は、空気圧又は油圧起動シリンダ(図示せず)を起動させるように設定されたコントローラー２７(図６)により誘起され得る。同様に、コントローラー２７は、振動運動を誘起するために適切な電磁駆動メカニズムを作動するように構成され得る。

コントローラー２７は多くの容認可能な方法で実行できるように適切に構成される。例えば、ある実施例においては、適切な操作を実行するように構成されたプロセッサー又はマイクロプロセッサー(図示せず)により実行される。インテル社から入手できるPentium(登録商標)シリーズや類似のものといった、該当技術で公知のいかなるプロセッサーも制限なく容認できる。もう一つの方法として、プラテン４０ｂの制御は、電子計算機チップ、油圧式調節システムにより実行され、或いは、手動で実行される。従って、本発明の範囲は振動運動の発生方法により限定されるものではない。

図３から図５は、振動プレス・システム２２の振動プレス・サイクル３４を示す。本発明によれば、単一の振動プレス・サイクル３４は、一つの全圧縮段階４４と一つの全解放段階４６を含む。圧縮段階４４は、材料３８ｂがプラテン４０ｂからの圧縮力の下にある、振動プレス・サイクル３４の段階である。逆に、解放段階４６は、材料３８ｂがプレスに加えられる圧縮力から実質的に完全に解放された、振動プレス・サイクル３４の段階である。

解放段階４６は、材料３８ｂに関して少なくとも１個のプラテン４０ｂの運動を適切にコントロールすることにより発生する。より詳細には、圧縮段階４４の後、少なくとも１個のプラテン４０ｂが、材料３８ｂが圧縮力の解放の際に膨張する割合より早い割合で材料３８ｂから離される。解放段階４６の間、材料３８ｂは弾性領域４２内で一定の膨張割合で膨張するであろう。材料３８ｂが実質的に圧縮前寸法に膨張するのに必要な時間量は、圧縮回復反応時間６６である。当業者にも理解されるように、多くのファクターが圧縮回復反応時間６６に影響するであろう。例えば、制限するわけではないが、材料寸法、材料成分、樹脂硬化状態（もし関連性があれば）、材料３８ｂに加えられた圧縮量、および所望の弾性領域４２の大きさは、全て圧縮回復反応時間６６に影響を及ぼすファクターである。

振動プレス・サイクル３４は、解放段階４６の間に材料を解放するように選択されるのが好ましい。特別の実施例において、振動プレス・サイクル３４は、解放段階４６が材料３８ｂの圧縮回復反応時間６６より短い周期で起こる。より詳細には、少なくとも１個のプラテン４０ｂが、材料の圧縮回復反応時間６６より早い割合で材料３８ｂを解放し、つづいて、材料３８ｂを再圧縮するように適切に制御される。上述のごとく、種々のファクターが同材料の圧縮回復反応時間６６に影響を及ぼす。従って、所定の材料に対する適切な圧縮回復反応時間６６の決定は、当業者による実験を通して決定されるのが好ましい。

本発明の範囲は、解放段階４６の周期の幅によって限定されるものではないが、本発明に基づいて使用されたとき所望の結果に到達するための好ましい周期の幅が見つかっている。特別の実施例において、本発明の振動プレス・サイクル３４は約１Hzから約４００Hzの間で実施されるのが好ましい。

図３でよく分かるように、圧縮ベクトル３６は、圧縮段階４４の開始に実質的に等しい瞬間の、プラテン４０ｂの合成運動ベクトルを示している。現在好適な一実施例においては、圧縮ベクトル３６は、振動プレス・システム２２内の材料流れ方向５０に実質的に直角である。このやり方で、方向矢印５０が示すように材料３８ｂが水平経路に沿って移動する圧縮材料形成システム２０にとって、圧縮ベクトル３６は、実質的に垂直方向となるであろう。

本発明によれば、プラテン４０ｂが、材料３８ｂが膨張しているのより早い割合で材料３８ｂから離れるとき、解放領域４３が解放段階４６中に作られる。図５でよく分かるように、材料厚さ６４に対するプラテン４０ｂのストローク６２は、なによりも所望の解放領域４３を作るように適切に選択される。当業者は、解放領域４３が適切な解放段階４６を受け入れる大きさであることが好ましいと、理解するであろう。更に、解放領域４３は、圧縮材料形成システム２０により材料３８ｂの動きに影響を与えることなく、プラテン４０ｂの再位置決めを可能にする大きさとされる。

図６は、本発明の独自の側面を示している。プラテン４０ｂは、プレス過程（pressing process）の間、材料３８ｂに直接接触するように形成されている。しかしながら、(適切であれば)マイクロ波エネルギー分配の制御を助けるために、プラテン４０ｂはステンレス・スティール(図示せず)のような材料で裏打ちできることに注意すべきである。以下に、より詳細に述べてある温度制御システム２４は、材料３８ｂの正確な温度制御に到達するために、いかなるプラテン裏打ち材料(図示せず)も加熱する必要性を除去するように適切に形成されている。

プラテン４０ｂは、一般的にアルミニウム又は他の材料であり、マット・アセンブリー３０が振動プレス・システム２０に入るとき、マット・アセンブリー３０を受けるように設定した先細の(テーパー)入り口部分４８を有するように形成されている。テーパーの量は、当業者により適切に決定される。しかし、本発明の特別の実施例においては、約７度のテーパーが十分であることが分かっている。しかし、それより大きい又は小さいテーパーをもつ入り口部分４８を有するプラテン４０ｂは、本発明の範囲内と考えられる。更に、プラテン４０ｂの両端部に位置する入り口部分４８を有するプラテン４０ｂもまた、本発明の範囲内である(図示せず)。

温度制御システム２４は、随意的に少なくとも１個のプラテン４０ｂと連通し、材料３８ｂの温度を制御するために材料３８ｂにエネルギーを加えるのに使用される構造と構成エレメントを有する。例えば、温度制御システム２４は、材料温度を樹脂硬化温度のような所望の温度に上げるのに使用され得る。逆に、温度制御システム２４は、材料３８ｂを選択的に冷やすのに使用され得る。又更に、温度制御システム２４は、本発明のいくつかの側面に基づいて選択的に加熱するのと選択的に冷やすのと両方に使用され得る。

温度制御システム２４は、特別の実施例で使用されるエネルギーを加えるのに適切に形成された温度制御ユニット５４を有する。温度制御ユニット５４は、当業者に広く知られた多くの形態をとり得る。例えば、温度制御ユニット５４は、マイクロ波発生器、ラジオ周波数ジェネレーター、蒸気噴射ジェネレーター、ホット・プラテン、コールド・プラテン、高温流体ジェネレーター、低温流体ジェネレーター、又はそれらの組み合わせであり得る。簡単にするために、温度制御ユニット５４は、ただ１個のプラテン４０ｂと連通して示されている。しかし、この形態は本発明の範囲を限定するものではない。むしろ当業者は、温度制御ユニット５４が１個のプラテン４０ｂか両プラテン４０ｂと連通し得ると理解するであろう。さらに、温度制御ユニット５４は、エネルギーを上記材料の表面又は側面に加えるように適切に形成し得る。又更に、温度制御システム２４は、プレス前、プレス中、又はプレス後の配置において用い得る。当業者は、温度制御ユニット５４が温度制御ユニット５４を利用するために必要な公知の構造全てを有することを理解するであろう。より詳細には、もし温度制御ユニット５４がマイクロ波発生器であるなら、適切なマイクロ波窓を有する適切な導波菅ジェネレーター(図示せず)が温度制御ユニット５４の一部となる。温度制御ユニット５４がラジオ周波数ジェネレーターか類似のものである場合、同様の構造が使用されるであろう。蒸気ジェネレーターが使用されるとき、適切なホースと付属品(図示せず)が同様に使用されるだろうし、本発明の範囲内と看做される。

本発明の材料運搬システム２６は、種々の形態を取り得る。形態はどうあれ、当業者は材料運搬システム２６の機能は振動プレス・システム２０を通して材料３８ｂを動かすことであると理解するであろう。本発明では、現在当該技術で知られている公知のいかなる材料運搬システム２６も使用することができる。例えば、外部牽引手段３３がプレスを通して上記材料を引っ張るのに使用され得る。更に材料運搬システム２６は、材料３８ｂをプレス内に効果的に押すことによりプレスを通して材料を押し入れるように形成することができる。更に、該材料運搬システムは、プレスを通して材料３８ｂを押すことと引くことの両方を行う構成を有し得る。この構成は該当技術では周知のことなので、詳細な説明はこの議論には含めない。

図５において、別の材料運搬システム２６が開示されている。より詳細には、ベルト又はコンベヤー・システム２５が示されている。コンベヤー・システム２５は、材料３８ｂを振動プレス・システムを通して支持し、或いは運ぶように配置されている。適切なコンベヤー・システム２５が該当技術においてよく知られているので、本出願では詳細には論じていない。当業者は、コンベヤー・システム２５が実質的に圧縮段階４４中に移動を停止し、解放段階４６中に移動するように形成可能であると、理解するであろう。代わりに、コンベヤー・システム２５は圧縮段階４４と解放段階４６の間中、実質的に常に移動することができる。

特に図２と図３を参照すると、材料処理システム２８は材料３８ｂが振動プレスシステム２０内にある間、同材料を処理するように形成されるのが好ましい。材料処理システム２８は、適切色素又は着色料、難燃材、又は防腐材の付加を含む。しかし、材料処理システム２８によって加えられる製品の性質は、本発明の範囲を制限するものではない。従って、いかなる適切な製品も材料処理システム２８によって導入することが可能である。

材料処理ユニット５２は、いかなる処理製品の導入も制御できるように適切に形成されている。材料処理ユニット５２の形態は、本発明を制限するものではない。このように、いかなる公知の構造も材料処理ユニット５２として使用され得る。例えば、該材料処理ユニットは、本発明による種々の処理製品の一時貯蔵および配置でよく使われる、適切なポンプを有するリザーバ、計量装置、検出装置であってよい。

上述した温度制御ユニット５４のときのように、材料処理ユニット５２は、材料処理ユニット５２を意図したように機能させるのに必要ないかなる構造も有している。例えば、材料処理ユニット５２は、処理製品を材料３８ｂに配送するのに、材料処理ユニット５２によって利用されるいかなるホース、導管、ノズル、拡散器や経路（pathway）も有している。

現在好適な一実施例において、材料処理システム２８は製品を、解放段階４６の間、振動プレス・システム２０内の材料３８b上に導入するように設定される。しかしながら、材料処理システム２８は、該材料が振動プレス・システム２０の圧縮部分内に在る前、中、後に、同製品を導入するように形成し得る。

上記のように、本発明の実施例を図示し、説明したが、本発明は、その精神と範囲から離れることなく、多くの変更で実施され得る。従って、本発明の範囲は本実施例の開示により限定されるものではない。その代わり、本発明は後続の請求項を参照することによって全面的に決定されるものである。

従来の技術に基づくプレス部分の概略図である。 本発明の実施例に基づく振動プレス過程のシステム図である。 本発明の１つの側面に基づく振動プレス過程概略図である。 本発明の１つの側面に基づく振動プレス過程のもう１つの側面の概略図である。 本発明に基づく、時間に関するプレス・ストロークと材料厚さの間の関係グラフである。 本発明の１つの側面に基づくプレス・プラテンの側面図である。

符号の説明

３５ローラー装置
３７プレス・ベルト
３８a材料
４０aプラテン
３８ｂ材料
４０ｂプラテン
２０圧縮材料形成システム
２２振動圧縮システム
２４材料温度制御システム
２５コンベヤー・システム
２６材料運搬システム
２７コントローラー
２８材料処理システム
３０マット・アセンブリー
３２製品
３４振動プレス・サイクル
３６圧縮ベクトル
４２弾性領域
４３解放領域
４４圧縮段階
４６解放段階
４８入り口部分
５０材料流れ方向、方向矢印
５２材料処理ユニット
５４温度制御ユニット
６６圧縮回復反応時間

Claims (17)

1. 材料の両側にプラテンを有し、かつ少くとも一方のプラテンが圧縮段階と解放段階の間で振動するプレスに、圧縮回復反応時間を有する材料を導入すること；と、
   圧縮段階の間、上記材料を圧縮すること；と、
   上記解放段階の間上記プラテンの少くとも一方が上記材料と接触しないように、解放段階の間上記材料を解放すること；とを含み、上記解放段階が材料の圧縮回復反応時間より小さく、上記解放段階の間上記少くとも一方のプラテンが材料の圧縮回復反応時間よりも早い速度で材料から離れるようにした
   圧縮木質製品を形成するために材料を圧縮する方法。
2. 請求項１の方法であって、上記振動（振動数）が約１Hzから約４００Hzの振動数で起こる方法。
3. 請求項１の方法であって、上記材料がプレス内にあるとき、同材料を加熱するか冷やすかの少なくとも一つにより、材料の温度を制御することを更に含む方法。
4. 請求項３の方法であって、上記材料の温度制御は、蒸気噴射、マイクロ波エネルギー、ラジオ周波数、ホット・プラテン、コールド・プラテン、高温流体、低温流体の少なくとも一つを適用することを含む方法。
5. 請求項１の方法であって、上記材料が樹脂処理した分離した木質エレメントのマット・アセンブリーである方法。
6. 請求項５の方法であって、木質エレメントがチップ、フレーク、ストランド、ベニヤ、ファイバー、粒子、およびウェーハの、少なくとも一つである方法。
7. 請求項１の方法であって、振動プレスによって加えられる圧縮力のベクトルが同振動プレスを通る材料の運動方向に実質的に直角である方法。
8. 請求項１の方法であって、上記材料上に追加の製品を適用することを更に含む方法。
9. 請求項８の方法であって、追加製品が、難燃材製品、着色剤製品、染料製品および防腐剤製品の少なくとも一つを含む方法。
10. 請求項１の方法であって、解放時間中、振動プレスを通して材料を運搬することを更に含む方法。
11. 請求項１の方法であって、上記圧縮製品が配向性ストランド・ボード、ベニヤ合板、配向性ストランド・ランバー、配向性ベニヤ・ランバー、ファイバー・ボード、ウエーハ・ボード、積層ビームの少なくとも一つである方法。
12. 圧縮木質製品を形成する方法であって、（ａ）樹脂加工した分離した木質エレメントのマット・アセンブリーを、プラテンを有するプレスに導入するステップで、該プラテンは圧縮段階と解放段階の間で振動しており、該マット・アセンブリーは圧縮回復反応時間を有するステップ；と、
    （ｂ）上記圧縮段階の間、上記マット・アセンブリーを圧縮し、
    （ｃ）上記解放段階の間,上記マット・アセンブリーを解放し、
    （ｄ）製品が形成される迄、（ｂ）及び（ｃ）のステップを繰り返すステップ；とを含み、上記解放段階が材料の圧縮回復反応時間より小さく、上記解放段階の間上記少くとも一方のプラテンが材料の圧縮回復反応時間よりも早い速度で材料から離れるようにした方法。
13. 請求項１２の方法であって、上記プレス内の上記マット・アセンブリーの温度を、同マット・アセンブリーを熱するか同マット・アセンブリーを冷やすかの少なくとも一つにより、制御することを更に含む方法。
14. 請求項１３の方法であって、上記マット・アセンブリーの温度制御は、蒸気噴射、マイクロ波エネルギー、ラジオ周波数、ホット・プラテン、コールド・プラテン、高温流体、低温流体の少なくとも一つを適用することを含む方法。
15. 請求項１２の方法であって、上記分離した樹脂処理木質製品がチップ、フレーク、ストランド、ベニヤ、ファイバー、粒子、およびウェーハの、少なくとも一つである方法。
16. 請求項１２の方法であって、上記圧縮製品が配向性ストランド・ボード、ベニヤ合板、配向性ストランド・ランバー、配向性ベニヤ・ランバー、ファイバーボード、ウェーハ・ボードおよび積層ビームの少なくとも一つである方法。
17. 請求項１２の方法であって、さらにプラテンの横方向運動を介してプレスを通してマット・アセンブリを運搬することを含む、方法。

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