JP4327642B2 - 木質材加熱成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレス空間において成形型で加熱状態でプレスして成形される木質材をプレスする木質材加熱成形装置に関する。

加熱加圧成形材は、水素結合、水熱合成等のように、水と熱を利用して成形できる材料である。具体的には、セメント及びケイカル材料等の無機原料、紙パルプ等のセルロース原料、木質原料、プラスチック等の有機原料等があげられる。さらに具体的な使用例は、例えば、珪酸カルシウム材料で水熱によるトバモライト生成を物理的圧縮下で行うことにより、緻密化による高強度成形物の製造が可能となり、高強度断熱材、及び無機成形材として土木・建築用途に使用できる。また、紙パルプ等のセルロース繊維を水熱条件下で成形することによりセルロースの形状記憶効果を利用した成形が可能となり、接着剤を必要としない紙パルプの乾式成形が可能で、緩衝材や各種機能材料に使用できる。さらに、木質原料等を水熱条件下で加圧状態で物理的に圧縮を加えることにより、再結合や塑性変形加工を行うことができる。この場合、水熱処理後に、急速に冷却して短時間での精密成形が可能となる。又、木材を加圧拘束しながらの乾燥用途にも使用可能である。さらに、プラスチック等の有機原料を水熱条件下で成形することにより、各種素材の分解と合成を同時に行うこともできる。

本発明者は、この用途に使用できる装置として、特許文献１に係るプレス装置を開発した。このプレス装置は、図１に示すように、木質材等の加熱加圧成形材Ｗを、気密に密閉する状態でプレスするプレス板２１と、プレス板２１を加熱加圧成形材Ｗに押圧する押圧機構２２と、プレス板２１を所定の温度に加熱する加熱機構とを備える。さらに、プレス装置は、プレス板２１の内部に形成している気密の密閉室２３に、空気、窒素ガス、炭酸ガス等の、水蒸気を加えない加圧気体を供給する加圧気体源２４を連結している。加圧気体源２４は、密閉室２３の加熱加圧成形材Ｗをプレス板２１でプレスする状態として、密閉室２３に加圧空気を圧入し、密閉室２３を所定の圧力に上昇させる。

この装置は、加熱加圧成形材Ｗの両面をプレス板２１でプレスすると共に、加熱加圧成形材Ｗを密閉室２３において水熱成形できる温度と圧力に加熱して加圧する。さらに、加熱加圧成形材Ｗを加熱、加圧している密閉室２３に、空気、窒素ガス、炭酸ガス等の気体を圧入して、密閉室２３を所定の圧力に加圧して加熱加圧成形材Ｗを水熱成形する。

また本発明者は、特許文献１を改良した特許文献２に係るプレス装置を開発した。このプレス装置は、図２に示すように、熱加圧成形材をプレスして成形する成形型１と、この成形型１を加熱加圧成形材Ｗに押圧する押圧機構２と、成形型１を所定の温度に加熱する加熱機構とを備える。さらに、この加熱加圧成形材のプレス装置は、気密に密閉できると共に開閉できる耐圧容器３内に設けた圧力制御室６に成形型１を配設しており、この耐圧容器３の圧力制御室６に、空気、窒素ガス、炭酸ガス等の水蒸気を加えない加圧気体を供給する加圧気体源７を連結している。成形型１が圧力制御室６で加熱加圧成形材Ｗを加熱してプレスする状態で、圧力制御室６を加圧空気で加圧しており、圧力制御室６を所定の圧力に保持する状態で、加熱加圧成形材Ｗを成形型１で加熱、加圧して成形する。このプレス装置は、成形型１の押圧機構２をシリンダ９とし、このシリンダ９のロッド９Ａを耐圧容器３に気密に貫通させて、成形型１をプレスできる。さらに、成形型１には、加熱機構と冷却機構とを内蔵することができる。また、圧力制御室６には、加圧気体源７と真空ポンプ１４を連結することができる。この装置は、加圧気体源７で圧力制御室６を加圧して、加熱加圧成形材Ｗを加熱状態でプレスした後、圧力制御室６を真空ポンプ１４で減圧して加熱加圧成形材Ｗを冷却することができる。

また一方で、特許文献３に示すようなオートクレーブを使用する方法も開発されている。この方法では、図３に示すように、気密に密閉された筒状のオートクレーブ２５内に成形型を配設している。この装置は、高温高圧の水蒸気を釜内に供給して昇温・昇圧を行い、釜内で物理的圧縮力を加えながら、ここに配置している成形型でプレスして成形するものである。この装置は、気密に密閉しているオートクレーブ２５内に成形型を配設しているので、成形型をプレスする状態で、内部を気密に密閉する必要がなく、図１に示す装置の弊害を解消できる。

しかしながら、このような装置において木質原料として廃材等を粉砕したチップ状のものを使用する場合は、コール板等の上面に積み上げた状態で崩れやすく、これが原因でプレス成形時に不具合が生じる問題があった。一般に、木質原料を加圧成形して木質材を得る場合、プレス成形の前にプリプレスを行う。これによって木質原料はある程度の形状を維持した塊状となる。例えば、木質原料が繊維状のＭＤＦのような材料では、これらが互いに絡まり合って塊状態が維持されるので、コール板等に載置しても崩れ難い。しかしながら、チップのような塊状では、プリプレスによってあまり体積を圧縮できず、互いの結合力も弱いので、コール板上に積み上げると直立を保持する力が弱く、脆く崩れやすい状態となる。このため、図１４に示すように、コール板３４Ａに載置されたチップ等の木質原料が部分的に崩れて、プレス空間を構成する左プレート２６Ｃと下プレート２６Ｂとの間で、コール板３４Ａを挿入するために設けられた隙間Ｇに一部が入り込んでしまう。この状態では、プレス空間を気密に閉塞しようとしても、隙間部分に挟まれて存在する木質原料のために密閉できず、気密性が保たれず漏れが生じるため、減圧、加熱が不十分となって、加熱成形が不十分あるいは品質が低下するという問題があった。
特許第３００２１９７号公報 特開２００２−２４８６４１号公報 特許第２５６９３７６号公報

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、プレス空間の気密性を確実に維持した状態で加熱あるいは加圧成形が可能な木質材加熱成形装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の木質材加熱成形装置は、木質原料で構成された木質材を蒸気雰囲気中で加熱成形し多面体の木質材を成形する木質材加熱成形装置であって、木質原料Ｍを少なくとも６面で囲んで気密に密閉されたプレス空間を構成し、プレス空間で木質原料Ｍを加熱成形するための少なくとも６枚のプレス板２６と、少なくとも一のプレス板２６を木質原料に押圧するための押圧部２９と、前記プレス空間を構成するプレス板２６の内、上下に可動自在な側面を構成するプレス板２６と、底面を構成するプレス板２６との間の隙間Ｇを閉塞する可動式の閉塞部３９とを備えており、この閉塞部３９は金属板である。

また、本発明の他の木質材加熱成形装置は、木質原料で構成された木質材を蒸気雰囲気中で加熱成形し多面体の木質材を成形する木質材加熱成形装置であって、木質原料Ｍを少なくとも６面で囲んで気密に密閉されたプレス空間を構成し、プレス空間で木質原料Ｍを加熱成形するための少なくとも６枚のプレス板２６と、少なくとも一のプレス板２６を木質原料に押圧するための押圧部２９と、前記プレス板の内、水平方向に対向するプレス板の少なくとも一方に、プレス板表面を摺動可能に装着されたガイド板３９Ａとを備えている。この木質材加熱成形装置は、前記プレス板２６の下端と底面を構成するプレス板２６との間の隙間Ｇを前記ガイド板３９Ａで閉塞するよう構成している。

さらに、本発明の他の木質材加熱成形装置は、さらに前記プレス板は、プレス板２６自体を所定の温度に加熱するための加熱部３０と、前記プレス空間に蒸気を送出するために、蒸気を通す蒸気通路３１を内部に備えると共に、蒸気通路３１と連通して木質原料Ｍに蒸気を噴出するための蒸気噴出孔３２を複数設けている。

以上説明した通り、本発明の木質材加熱成形装置によれば、プレス成型時のプレス空間の気密性を維持して、適切な条件で加熱成形を行うことができる。それは、本発明の木質材加熱成形装置が、底面を構成するプレス板と垂直壁面を構成するプレス板との間の隙間を閉塞部で閉塞しているからである。閉塞部は自重で落下すること等により下端を底面と接触できるので、確実に隙間が閉塞され、この部分に木質材の破片等を挟み込むことなく、プレス空間の気密性を維持できる。これによって、適切な条件下での加熱成形が実現され、加熱のエネルギーが蒸気漏れ等で損なわれることなく、適切な条件で効率よく加熱成形が行える。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための木質材加熱成形装置を例示するものであって、本発明は木質材加熱成形装置を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらにまた、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

図４〜図７に、本発明の一実施の形態に係る木質材加熱成形装置を示す。この図に示す木質材加熱成形装置は、プレス空間を構成する６枚の閉塞プレート２６と、プレス空間を減圧するための減圧ポンプ２７と、プレス空間に蒸気を送出するための蒸気送出機構２８と、押圧プレート２６Ａを木質原料Ｍに押圧するための押圧部２９とを備えている。

［木質原料Ｍ］
木質材を構成する木質原料Ｍには、廃材などを粉砕してチップ化したものが使用される。粉砕されたチップはベルトコンベアに供給され、乾燥機に搬送されて乾燥される。そしてチップの大きさに応じて分級されて、直径が１ｍｍ以下のチップや粉体は排除され、また大きいものは再度粉砕される。このようにして大きさの揃ったチップは接着材を塗布、混入してホーミングに投入する。そしてホーミングからコール板３４Ａ上に散布し、コール板３４Ａに載置した状態で重量を測定し、既定値以上のものは再度戻される。このようにして所定の条件を満たすもののみをプレス空間が形成される位置まで搬送する。また必要に応じて木質原料Ｍをプリプレスする等の処理を行っても良い。プレス空間は、木質原料Ｍの上下前後左右の６面を閉塞プレート２６で覆うように構成される。プレス空間は、プレス成形後の木質材の大きさに応じて設定される。木質原料Ｍのチップの個々の大きさは、例えば厚さ１〜８ｍｍ、長さ２０〜１５０ｍｍ等とする。

［閉塞プレート２６］
閉塞プレート２６は、閉塞プレート２６自体を加熱するための加熱部３０と、蒸気を通す蒸気通路３１とを内部に備える。さらに閉塞プレート２６の表面には、図８および図９に示すように、蒸気通路３１と連通して木質原料Ｍに蒸気を噴出するための蒸気噴出孔３２を複数設けている。蒸気通路３１は、図９の閉塞プレート２６の横断面図に示すように、所定間隔で蒸気噴出孔３２を木質原料Ｍとの接触面に開口している。また蒸気通路３１は、蒸気送出機構２８によって蒸気を供給する蒸気供給源Ｓと連通される。閉塞プレート２６に設けた蒸気噴出孔３２を介して、プレス空間と、蒸気を供給する蒸気供給源Ｓとが連結される構成により、閉塞プレート２６が木質原料Ｍをプレスする状態で、蒸気噴出孔３２から木質原料Ｍの表面に蒸気を噴出し、木質原料Ｍを閉塞プレート２６で加熱、加圧状態でプレスして圧縮する。なお蒸気通路３１および蒸気噴出孔３２は、好ましくは押圧プレート２６Ａと下プレート２６Ｂに設ける。側面の左・右プレート２６Ｃ、２６Ｄに蒸気噴出孔を設けると、木質原料のチップ等が蒸気噴出孔に詰まって蒸気が十分に噴出されないおそれがあるため、木質原料と直接接触しない面に蒸気噴出孔を設けてこのような問題を回避できる。

［加熱部３０］
加熱部３０は、図１０の閉塞プレート２６の縦断面図に示すように、閉塞プレート２６内部に配設された流体通路３３に、熱媒体の流体を通過させることで構成される。熱媒体は、各閉塞プレート２６に封入して循環させて使用するか、熱媒体供給部から各閉塞プレート２６に必要な熱媒体を供給する。この場合、熱媒体は還流させて再利用することもできるし、使い捨て式としてもよい。熱媒体としては、加熱された水や蒸気、サーモオイル等の流体が使用される。あるいは、ヒータを閉塞プレート２６に内蔵して電気的に加熱する方法としてもよい。熱媒体の流体の温度やヒータの温度は、閉塞プレート２６が所望の温度となるように設定される。この加熱部は、好ましくは木質原料Ｍと接触するすべて面のプレートに設けられる。この例では、上プレート２６Ｇを含むすべての閉塞プレート２６と押圧プレート２６Ａに設けられており、これによって木質原料Ｍは周囲全面から均等に加熱されて、内部まで均一に加熱されて蒸気が浸透する。

また温度センサにより閉塞プレート２６の温度を検出し、この値で熱媒体の供給源をフィードバック制御して温度制御するように構成してもよい。あるいは、木質原料Ｍに噴射する加熱された蒸気を熱媒体として併用してもよい。これによって、閉塞プレート加熱用の熱媒体を別途用意することなく、装置を簡素かつ安価に構成することができる。これらの熱媒体を流体通路３３に通過させて、閉塞プレート２６の温度を上昇させる。この構成は、閉塞プレート２６で構成されるプレス空間内の雰囲気を加熱するのでなく、閉塞プレート２６や押圧プレート２６Ａ自体を加熱して加熱したプレートを直接木質原料Ｍに接触させているので、極めて熱伝導がよい。またオートクレーブを使用した場合は雰囲気を加熱する間接的な加熱方式であるため、外部の容器自体は加熱されておらず、オートクレーブを開放して高温の蒸気が低温の容器に接触すると復水が生じるが、本発明の実施の形態によれば閉塞プレート２６自体の温度が高いため、復水が生じない。

［プレス空間］
閉塞プレート２６は、図４〜図７に示すように、プレス空間の上下を閉塞する上プレート２６Ｇと下プレート２６Ｂ、左右を閉塞する左プレート２６Ｃと右プレート２６Ｄ、および前後を閉塞する前プレート２６Ｅと後プレート２６Ｆの６枚で構成される。この６枚の閉塞プレート２６で木質原料Ｍの周囲６面を囲み、プレス空間を構成する。ただ、成形する木質材の形状によっては、７面以上で構成してもよい。例えばプレス空間内に配置する押圧プレート２６Ａをく字状に折曲して上面が山形の木質材を成形することもできる。あるいは、閉塞プレート２６は表面を平面状とする構成に限られず、曲面を備えていてもよい。

［押圧プレート２６Ａ］
プレス空間内において、木質原料Ｍの上面には、上プレート２６Ｇに挿通されてプレス空間内で押圧する押圧プレート２６Ａが配置される。押圧プレート２６Ａは上方に押圧部２９を連結しており、押圧部２９で木質原料Ｍを下方に押圧する。押圧部２９は油圧シリンダが利用できる。油圧シリンダのロッドは、上プレート２６Ｇを気密に挿通させて押圧プレート２６Ａの背面に固定される。貫通孔は、内面にリング溝を設けて、ここにパッキンを嵌入している。このパッキンは、油圧シリンダのロッドを摺動させて気密性を向上する。パッキンは、耐熱特性に優れたものを使用する。上プレート２６Ｇは、図４に示すようにまずプレス空間の上面を閉塞し、その後図５に示すように、押圧プレート２６Ａが押圧部２９で木質原料Ｍを上面から押圧して加圧成形する。この例では下プレート２６Ｂは水平に固定されており、押圧部を設けず木質原料Ｍを載置した状態で下面から保持する。

また上プレート２６Ｇは、図６に示すように上プレート引上シリンダ５２で上昇、下降される。図６の例では、前プレート２６Ｅと後プレート２６Ｆを上プレート２６Ｇに固定して、これらを上プレート引上シリンダ５２で同時に上下動させているが、前プレート２６Ｅおよび後プレート２６Ｆを個別に駆動する駆動機構を設けることもできる。

［左・右プレート２６Ｃ、２６Ｄ］
押圧プレート２６Ａで押圧する際に、水平方向で木質部材を保持する一対の閉塞プレート２６を構成する左プレート２６Ｃと右プレート２６Ｄは、上方に可動自在とする。図１１および図１２に示す左プレート２６Ｃは、クランク式に上下動してプレス空間を広げる方向に左右の壁を構成する。クランク３６は回転軸を中心に回転し、左プレート２６Ｃを上昇位置に上昇、あるいは固定位置に下降させる。

また図１１の例では、クランク３６を下降させた位置で支持するためのストッパ４３を、左プレート２６Ｃの側方で基台４４にストッパ４３を突出させている。ストッパ４３の上面をクランク３６の回転軸に当接させることで、左プレート２６Ｃの固定位置を調整できる。クランク３６は、図７の平面図に示すように２枚のクランクプレートを並行に（図１１において紙面の奥行き方向）並べており、２枚のクランクプレートを貫通するように回転軸を挿通している。ストッパ４３は、クランク３６を下降させた際に２枚のクランクプレートの間で回転軸に当接して、左プレート２６Ｃが正確に固定位置で静止されるよう支持する。ストッパ４３は、伸縮自在に構成されており、先端の高さを変更することで左プレート２６Ｃと下プレート２６Ｂとの間隔を調整できる。これにより、後述の通り固定位置にある左プレート２６Ｃと下プレート２６Ｂとの間に、木質材搬送排出機構３４を挿入できる隙間を構成できる。

固定位置にある左プレート２６Ｃと右プレート２６Ｄは、プレス空間の横方向の間隔と一致するように設定される。図１１では説明のためクランク３６を１つのみ図示しているが、図１２に示すように左プレート２６Ｃはクランク３６を上下に２つ以上備えており、これらのクランク３６が平行に回転することによって左プレート２６Ｃは垂直姿勢を保ったまま左斜め上方に上昇させる。またクランク３６は、左プレート２６Ｃの長手方向に沿って所定の間隔で複数、図７の例では２カ所に設けられている。この左プレート２６Ｃは図１２（ａ）に示すように、固定位置から上方のクランク３６に回転自在に連結された左右プレート引上シリンダ３７によって、図１２（ｂ）に示すように引き上げられる。

左プレート２６Ｃと右プレート２６Ｄを上昇位置に持ち上げることで、水平方向に木質原料Ｍを搬送可能な空間が得られる。これによって、木質原料Ｍをプレス空間が形成される定位置まで木質材搬送排出機構３４でもって水平方向に搬送可能となる。木質材搬送排出機構３４は、コンベア式のスチールベルトやコール板３４Ａ等が利用できる。この木質材搬送排出機構３４は簡単な構成で木質原料Ｍをプレス空間の形成される定位置まで搬送し、プレス成形された木質材を搬送することができる。

またクランク式としたことにより、左・右プレート２６Ｃ、２６Ｄは図１１に示すように上方に持ち上げられると垂直に上昇するのでなく、回転運動により後退する。このように、プレス空間を広げる方向に左・右プレート２６Ｃ、２６Ｄが若干シフトする結果、プレス成形された木質板の脱型がスムーズに行われ、取り出しが容易になる。

これによって、左右のプレートはプレス空間を構成するための定位置に配置でき、正確な位置決めが容易に実現される。特に、プレス空間を拡張する方向に後退するように、斜め上方に移動するため、木質材の脱型がスムーズに行えるという利点がある。脱型時に閉塞プレート２６を垂直に上昇させる方式では、木質材表面との摩擦が抵抗となるため、閉塞プレート２６の引き上げに強い力が必要となる。特に圧縮成形においては、圧縮の反作用で接触面では木質材が膨張する方向に力が働くため、摩擦が大きくなる。これに対して、クランク３６を利用する構成では、垂直でなく斜めに上昇される。これによって、閉塞プレート２６が木質材から離すとともに、閉塞プレート２６を持ち上げてプレス空間の水平方向を開口し、木質材を排出する排出経路を設けることができる。このようにクランク３６で可動する閉塞プレート２６は、一の動作で脱型の際に必要な、木質材の分離と排出を実行できる。

さらに、クランク移動式の閉塞プレート２６は、圧縮成形時においても動力不要で確実に押圧力を保持できるという利点がある。固定位置に下降された閉塞プレート２６はクランク３６が突っ張りとなるため、機械的に確実に固定されて、上方から押圧プレート２６Ａを押圧して木質材が横方向に広がろうとする力を逃がさず、確実に捉えて反作用で木質材の側面が押圧される。このように、クランク３６は動力無しで押圧力を機械的に確実に保持する。しかもクランク３６自体は極めてシンプルな構成であるため、設営も容易である。なお上図では左プレートを例にとり説明したが、右プレートも同様の構成としている。

なお押圧部２９は、上記の例に限られず、例えば押圧プレート２６Ａを固定して下プレート２６Ｂを押し上げて押圧する方式や、左右または前後のプレートを押圧する構成、あるいはこれらを組み合わせて押圧する構成としてもよい。また押圧部として油圧シリンダを使用する構成に限られず、カムやクランク機構等を代用あるいは併用してもよい。また押圧部は、すべての閉塞プレートに設ける必要はなく、押圧機構に応じて特定の閉塞プレートのみを押圧する構成とできる。例えば密閉されたプレス空間内で木質原料Ｍの長手方向の側面のみを押圧し、前後の端面は非接触状態とすることもできる。本発明の実施の形態では、密閉されたプレス空間を先に構成してから押圧する方式を採用している。まずプレス空間で密閉空間を形成することで圧力を制御し、確実に加熱加圧できる環境として高品質な木質材を形成できるからである。

［木質材搬送排出機構３４］
木質原料Ｍを搬送、排出する木質材搬送排出機構３４は、図１３に示すようにコール板３４Ａをフリーベア（登録商標）等のベアリング３８で滑動させる方式が利用できる。木質原料Ｍの搬送経路上に所定間隔でベアリング３８を設け、この上を木質原料Ｍ等を載置したコール板３４Ａを摺動させる。コール板３４Ａはベアリング３８で点接触して床面から浮いた状態となるので、水平方向にスムーズに滑動でき、左・右プレート２６Ｃ、２６Ｄを上昇させた状態でプレス空間の定位置に木質原料Ｍを配置、および成形後の搬送を行える。コール板３４Ａには、図７に示すようにコール板３４Ａがプレス空間に配置された状態で、下プレート２６Ｂの蒸気噴出孔３２と対応する位置に、蒸気噴出孔３２と同等または若干大きいコール板穴３５が設けられる。これによって、コール板３４Ａを狭着した状態でプレス成形する際に、下プレート２６Ｂからの蒸気がコール板３４Ａを介して木質原料Ｍの下面に噴射される。

また木質材搬送排出機構３４は、コール板３４Ａに変わって、エンドレス式のベルトで木質原料Ｍ等を搬送することもできる。ベルトには、例えば耐熱性、可撓性、熱伝導性に優れ、摩擦の少ないテフロン（登録商標）ベルトやスチールベルト等が利用できる。

［減圧ポンプ２７］
プレス空間には、プレス空間内を減圧するための減圧ポンプ２７が連結されている。閉塞プレート２６には、減圧ポンプ２７と連結するための貫通孔が設けられる。貫通孔は蒸気噴出孔と共通化して、減圧ポンプと蒸気を供給する蒸気供給源Ｓとを切替弁で切り替えるように構成してもよいし、蒸気噴出孔と別途設けてもよい。

プレス空間を加熱あるいは加圧する前に一旦減圧するのは、接着材が硬化しない程度の低圧の蒸気を木質材内部まで入り込みやすくするためである。大気圧から減圧すると、低圧の蒸気が木質材内部に浸透し易くなり、木質材全体が均一に軟化される。この状態から加圧しながら高温の蒸気を噴射することで、効率よく木質原料Ｍが加熱され、短時間で木質材を形成できる。またこの方法によれば、厚い木質材を構成することが可能となる。例えば、通常の方法では、１ｍｍ厚のパーチクルボードやＭＤＦを加熱成形する場合、所定の温度まで加温するまでに約１０〜３０秒といった時間がかかる。この方法で４０ｍｍ厚のものを加圧するには、さらにその４０倍の時間がかかることになる。これに対して、前記の方法では極めて短時間に加熱できるので、例えば厚さが４０ｍｍ〜２００ｍｍといった厚いボード状の木質材を短時間で作成することが可能となる。

また、チップの接着材には水性高分子イソシアネート系接着剤（水性ビニルウレタン系接着剤）が好ましい。この接着材は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を含む水性エマルジョンを主剤に、イソシアネート系化合物を架橋剤とする複合系接着剤である。イソシアネートが水と反応するため、蒸気によって硬化促進が行われ高い接着性が得られる。

減圧ポンプ２７には真空ポンプなどが利用できる。好適には、ジェットエジェクタコンデンサが利用できる。プレス空間内を減圧する際、チップの粉塵や接着材などがポンプに入り込むため、通常の機械的真空ポンプではこれらがポンプ装置内に入り込み、装置の寿命を短くする。そこで、ジェットエジェクタコンデンサを利用すると、高速で循環する水流によって減圧する機構であるため機械的な動作部分がなく、機械的真空ポンプよりも高い耐久性と信頼性が得られる。

減圧ポンプ２７は、プレス空間を減圧して、木質原料Ｍを冷却、乾燥する。減圧ポンプ２７でプレス空間を減圧する装置は、脱型した木質原料Ｍを、より少ない含水率に乾燥できると共に、冷却して取り出しできる特長がある。このように、減圧ポンプ２７は冷却機構としても機能する。ただ、閉塞プレートに熱交換機など他の冷却機構を備えてもよい。以上のように減圧ポンプ２７によって木質原料Ｍを乾燥させることができるが、乾燥処理が不要な場合は減圧ポンプを設けない構成とすることもできる。

これによって、閉塞プレート２６は木質原料Ｍに密着された状態で、加熱部３０で閉塞プレート２６を加熱することによって木質原料Ｍを表面から加熱すると共に、蒸気噴出孔３２から木質原料Ｍ表面に蒸気を噴射して、蒸気と熱で木質原料Ｍを軟化させる。この状態で押圧部２９で閉塞プレート２６を押圧して木質原料Ｍをプレス成形する。さらに、加熱に加えて加圧部でプレス空間を加圧して、木質原料Ｍを加熱成形する。その後、プレス空間を減圧ポンプ２７で減圧して木質原料Ｍを冷却、乾燥させる。

［閉塞部３９］
さらに、側面の閉塞プレート２６は、下端に生じる隙間Ｇを閉塞するための閉塞部３９を備えている。具体的には、左・右プレート２６Ｃ、２６Ｄは図１５および図１６に示すように、それぞれの表面に摺動可能なガイド板３９Ａを備えている。このガイド板３９Ａは、木質原料Ｍの漏れを防止して気密性を維持する。

木質原料Ｍはコール板３４Ａに載置されてプレス空間の所定位置まで搬送される。図１４および図１５に示すように、木質原料Ｍがコール板３４Ａに載置されたまま、周囲で閉塞プレート２６を移動させてプレス空間内を構成するため、下プレート２６Ｂと左プレート２６Ｃの間には、コール板３４Ａを挿入するための隙間を例えば２〜８ｍｍ設ける必要がある。

しかしながら、図１４に示すように、コール板３４Ａと左プレート２６Ｃの間に僅かな隙間Ｇが生じるため、この隙間Ｇから木質原料Ｍが漏れることがある。特に、木質原料Ｍを構成する木質原料として廃材を粉砕した木材チップを利用する場合、チップは崩れやすいため、隙間Ｇに進入する。隙間Ｇにチップが入ると、左プレート２６Ｃを降下させてプレス空間を密閉することができず、密閉空間の加減圧が不十分となって木質原料Ｍの品質やエネルギー効率が低下する。

そこで、この木質材加熱成形装置では、図１５および図１６に示すように閉塞部３９としてガイド板３９Ａを設けて、木質原料Ｍの侵入を阻止している。ガイド板３９Ａは左プレート２６Ｃの表面で上下に摺動可能としている。例えば、左プレート２６Ｃに設けられた溝やレール等に沿って、垂直に自由に上下動するよう固定されておらず、自重で下端が落ちるようになっている。またガイド板３９Ａの大きさは、プレス空間内で左プレート２６Ｃと略等しい横幅とし、上下高さは投入される木質原料Ｍの高さ以上とする。これによって、図１５に示すようにコール板３４Ａがプレス空間に位置する状態で、ガイド板３９Ａはコール板３４Ａ上に下端を接触して左プレート２６Ｃとの間の隙間Ｇを閉塞するので、この隙間からチップ状の木質原料Ｍが漏れることなくガイド板３９Ａは左プレート２６Ｃの表面で下面をコール板３４Ａに密着でき、プレス空間の気密性が保たれる。

ガイド板３９Ａの上端は、左プレート２６Ｃの表面に接近するように折曲している。これによって、左プレート２６Ｃとガイド板３９Ａとの隙間から木質原料Ｍの破片やゴミ等が侵入し難くできる。さらに上端が広くなるので、押圧プレート２６Ａが降下する際にガイド板３９Ａの上端に接触して降下の障害となる事態が回避される。図に示すガイド板３９Ａは、左プレート２６Ｃよりも高さの低い矩形状としている。ガイド板３９Ａは下端をコール板３４Ａとの間で隙間なく閉塞できるよう直線状とし、また側面の形状は左プレート２６Ｃと略一致する形状とする。ただ、上端の形状は特に限定されず、例えば円弧状等他の形状としてもよい。

これらの図に示す閉塞プレートは、コール板３４Ａを狭着したまま押圧する。プレス前のコール板３４Ａがプレス空間の所定位置に搬送されるとき、コール板３４Ａの先端がガイド板３９Ａの下面に潜り込んでこれを持ち上げ易いように、コール板３４Ａ先端の上端を鈍角にしたエッジを設けることが好ましい。

ガイド板３９Ａは熱伝導性の良い金属板で構成される。これによってガイド板３９Ａを備えた閉塞プレート２６で加熱成形する際、閉塞プレート２６の加熱部３０で発生された熱量が効率よくガイド板３９Ａを介して木質原料Ｍに熱伝導される。なお、ガイド板３９Ａを備える閉塞プレート２６には、上述の通り蒸気噴出孔３２を設けない。この部分から木質原料Ｍのチップが漏れ出すのを防止するためである。

以上のように、プレス空間の側面を構成する閉塞プレート２６に、摺動可能な閉塞部３９を設けて二重構造とすることにより、崩れ落ちる木質原料Ｍの破片を堰き止めて、下プレート２６Ｂと左プレート２６Ｃとの隙間に入り込むのを回避している。これによって、隙間部分に異物を挟み込むことなく、閉塞プレート２６を密閉して気密状態が保たれる。この結果蒸気漏れ等が防止できるので、加熱や加圧のエネルギーが損なわれることなく、適切な条件で加熱成形が行える。閉塞部３９は自重で落下して下端面をコール板３４Ａと接触するため、隙間Ｇは確実に閉塞される。なお、自重による落下に限られず、機械的に上昇位置、下降位置を切り替える方式とすることもできる。さらに閉塞部３９は、上記の構成に限られない。例えばガイド板は、左プレートの表面から突出している必要はなく、図１７に示すように左プレート２６Ｃ表面と同一平面で左プレート２６Ｃの下端から摺動自在に突出するガイド板３９Ｂを設けることもできる。このガイド板３９Ｂは、左プレート２６Ｃの表面に設けれられた段差部に上下に摺動自在に挿入されている。

なお、以上の説明では図１４、図１５に基づいて左プレート２６Ｃについて説明したが、右プレート２６Ｄについても同様であることは言うまでもない。

［加熱成形の手順］
上記の木質材加熱成形装置で木質原料Ｍを加熱成形する手順を、図１８〜図２５に基づき説明する。図１８は、閉塞プレート２６を分解した状態を正面から見た横断面図を示し、図１９は図１８を側面から見た縦断面図を示す。また図２０は左・右プレート２６Ｃ、２６Ｄを降下させた状態を正面から見た横断面図を示し、図２１は同様に図２０を側面から見た縦断面図を示し、一方図２２は木質原料Ｍを載置したコール板３４Ａを挿入し上プレート２６Ｇを降下させた状態を正面から見た横断面図を示し、図２３は図２２を側面から見た縦断面図を示し、さらに図２４は閉塞プレート２６を閉塞して密閉空間を構成し木質原料Ｍを押圧する状態を正面から見た横断面図を示し、図２５は図２４を側面から見た縦断面図を示している。

これらの図に示す木質材加熱成形装置は、図１８の横断面図に示すように押圧プレート２６Ａが、押圧面に近接して蒸気通路３１を設け、蒸気通路３１と連通された蒸気噴出孔３２を押圧面に開口している。これら蒸気噴出孔３２の数及び位置は、対向するプレート同士で略一致させ、木質原料Ｍに対して均一に噴射される。また蒸気通路３１の外側（押圧プレート２６Ａの内部側）に熱媒体を流して押圧プレート２６Ａを加熱する流体通路３３を設けている。一方、図１９の縦断面図に示すように前・後プレート２６Ｅ、２６Ｆが上昇フレーム５０を介して上プレート２６Ｇと連結されている（図においては前プレート２６Ｅのみ図示）。これによって、前・後プレート２６Ｅ、２６Ｆと上プレート２６Ｇは、上プレート引上シリンダ５２によって同時に上昇、下降される。

まず、図１８に示すように左右プレート引上シリンダ３７で左・右プレート２６Ｃ、２６Ｄが上昇され、さらに上プレート２６Ｇも押圧部２９のシリンダにより上昇された状態で、プレス空間を開放する。この状態で、図２０に示すように左右プレート引上シリンダ３７を押し出してクランク３６を回動させて左・右プレート２６Ｃ、２６Ｄが下降され、プレス空間の左右の隔壁を固定する。このとき、図２１に示すように前・後プレート２６Ｅ、２６Ｆは上プレート２６Ｇと共に上昇位置に保持される。そして木質原料Ｍを載置したコール板３４Ａを前後方向、すなわち図１９の左右方向から搬送する。この状態で前・後プレート２６Ｅ、２６Ｆおよび上プレート２６Ｇは、図２２、図２３に示すように上プレート引上シリンダ５２を押し出して下降させる。この結果、水平面内において閉塞プレート２６の内一対の側板（左・右プレート２６Ｃ、２６Ｄ）を他の一対の側壁（前・後プレート２６Ｅ、２６Ｆ）が挟み込む構造となる。そして図２４、図２５に示すように上プレート２６Ｇを左・右プレート２６Ｃ、２６Ｄに密着させてプレス空間を密閉する。プレス空間は気密状態を維持するよう、パッキンやシールで各部の隙間を適宜閉塞している。このとき、ガイド板３９は図１５に示すように下降して下端をコール板３４Ａの上面と接し、隙間を閉塞するので、隙間に木質原料Ｍが侵入して左・右プレート２６Ｃ、２６Ｄと下プレート２６Ｂで蒸気漏れが起こる事態を回避できる。

この状態で、図５に示す減圧ポンプ２７を動作させて一旦プレス空間を減圧する。そして図５および図２４に示すように押圧プレート２６Ａを降下させて木質原料Ｍを閉塞プレート２６で密着し、各プレートで加熱する。各プレートは予め流体通路３３に熱媒体を流してプレート表面を加熱している。さらに上下の押圧プレート２６Ａと下プレート２６Ｂに内蔵された蒸気通路３１を流れる蒸気を蒸気噴出孔３２から噴射して、蒸気と熱で木質原料Ｍを軟化させる。同時にプレス空間内を加圧して、この状態で閉塞プレート２６を下方に押圧してプレスし、木質原料Ｍを加熱加温成形する。その後、プレス空間を減圧ポンプ２７で減圧して木質原料Ｍを冷却、乾燥させる。所定の時間経過後、プレス空間を上記図１８〜図２５と逆の手順で開放して脱型する。すなわち押圧プレート２６Ａを押圧部２９で上昇させ、上プレート２６Ｇおよび前・後プレート２６Ｅ、２６Ｆを上プレート引上シリンダ５２で引き上げ、さらに左・右プレート２６Ｃ、２６Ｄを左右プレート引上シリンダ３７で引き上げてクランク３６を回動させ、後退しながら上昇させる。そしてコール板３４Ａで木質原料Ｍを搬出する。

以上のようにして、木質材加熱成形装置は木質原料Ｍを熱圧成形する。この装置では、短時間で加熱加圧処理が行えると共に、厚みの厚い成形材を成形できる。例えばパーチクルボードやＭＤＦ等を４０ｍｍ厚など厚くしようとすると内部まで加熱するまでに長時間を有すため、一定以上厚くすることが困難になるという問題があった。これに対し、プレス空間内を減圧することで、木質原料Ｍの隙間や内部にも蒸気が入り込み、容易に軟化させることができ、また乾燥も容易である。

またこの方式では、閉塞プレート２６を組み合わせてプレス空間を構成しているため、水平方向等、プレス空間を一方向に開放でき、木質原料Ｍの搬送が容易である。例えば、円筒式のオートクレーブ型では、開口部から木質原料Ｍの挿入、取り出しを行う必要があるため、コンベアベルト等のようなものを通すことができず、搬送方法が制限され機構が複雑になるという問題があった。これに対し上記の方式では、分離・結合可能な閉塞プレート２６を組み合わせてプレス空間を構成する方式であるため、部分的にプレス空間を開放してコンベア式のベルト等を通す空間を設けることができる。これによって木質原料Ｍの搬入、搬出を容易にかつシンプルに行うことが可能となる。

さらにこの方法では、加熱加圧のための無駄な空間が極減できるため、効率が極めてよい。例えば従来の図３に示すように、成形型よりも大きいチャンバー内の雰囲気全体を加熱、加圧する方式では、成形型よりも相当大きな容積をすべて加熱、加圧する必要があり、木質原料Ｍの成形に寄与しない部分にも熱量が消費されて無駄が生じていた。これに対して本発明の実施の形態に係る手法では、図５に示すように加圧成形の成形型が形成された時点で加熱、加圧を行うめ、必要最小限の空間内にて加熱加圧が行われ、加熱加圧に寄与しない無駄な空間を極減できる。さらにこの方式では、木質原料Ｍの表面に直接水蒸気を噴射するため、熱量は直接木質原料Ｍに熱伝導される。このため、図３に示すような雰囲気を介して間接的に加熱する方式に比べて、熱効率が極めて良い。特に空気は断熱効果が高いので、熱媒体と木質原料Ｍの間に介在する空気は少ないほど好ましい。

さらに、プレス空間を構成する周囲の閉塞プレート２６自体を加熱する加熱部３０を備えており、木質原料Ｍを接触面で直接加熱することができる。このため、チャンバー内の雰囲気を加熱して間接的に加熱する方式等に比べて、極めて高い熱効率で木質原料Ｍを加熱でき、エネルギー効率に優れる。さらにオートクレーブのように円筒状のチャンバーを必要とせず、閉塞プレート２６自体に加熱部３０を内蔵してチャンバーの断熱隔壁と兼用できるため、装置を小型化できる。さらに蒸気を噴出する蒸気噴出孔３２を閉塞プレート２６に備えるため、効率よく蒸気を木質板に噴射できることに加えて、閉塞プレート２６のみでプレス空間と必要な設備が構成され、装置はさらにコンパクト化できる。

隔壁自体に加温する機能のない従来の方式では、別の部材から蒸気を吹き込み、かつ周囲の雰囲気を加熱して伝導熱により隔壁を加熱していた。また隔壁の温度が低いと、側壁に触れた高温の蒸気が復水して水になるため、温度を高く保持する必要もあった。これに対し、本実施の形態では閉塞プレート２６自体を加熱し、直接熱伝導を行え、また蒸気も閉塞プレート２６から噴射されるので、これらが極めて効率よく木質原料Ｍに与えられ、無駄なエネルギー消費を極減し低コストに、かつ省スペースで、蒸気と熱で軟化させた木質原料Ｍを閉塞プレート２６でプレスして成形する加熱成形が実現される。

上記の方法によってプレス空間内で木質材は減圧された状態で蒸気に晒され、内部まで確実に蒸気が浸透して軟化されるので、この状態でプレス成形することにより内部強度も向上させることができる。特に従来の方法では、プレス成形される表面のみが押し固められ、内部は柔らかいままの木質材となる傾向にあった。これに対して上述した方法によれば、密閉空間内で減圧状態から蒸気を供給することで内部まで確実に浸透させることができ、この状態でプレス成形して深さ方向に均質な強度となる高品質な木質材を得ることができ、商品価値を高めることが可能となる。
（断熱材４６）

図１８に示すように、押圧プレート２６Ａは、上プレート２６Ｇを貫通するシリンダによって押圧部２９と固定されている。上プレート２６Ｇのシリンダの挿入部分を気密に保つことにより、この部分でプレス空間内の蒸気が外部に漏れることなく密閉構造を維持して加熱形成を行うことができる。また図１０で説明したように、上プレート２６Ｇを含むすべての閉塞プレート２６および押圧プレート２６Ａは、それぞれプレート自体を加熱するための熱媒体を流す流体通路を内蔵する。一方で一部のプレートは断熱性を有する部材として断熱材４６を備えている。押圧プレート２６Ａおよび上プレート２６Ｇは、上面に断熱材４６を固定している。これによって、プレス空間内と外部とを熱的に遮断して、加熱成形時の熱が外部に熱伝導してプレス空間内の熱が漏れ、熱効率が悪くなる事態を回避すると共に、外部に漏れた熱で装置に悪影響を与える事態を回避できる。例えば高熱によってプレートが変形し、プレート同士の界面に隙間が生じて密閉空間が維持できなくなったり、機械的な駆動部材が熱でひずみ、動作が不良を生じるといった問題を、プレス空間内と外部とで熱的に分離することにより回避できる。これによって必要な部位にのみ熱を保持して熱効率を向上させ、他の部位を熱による損傷から保護できる。図１８の例では、断熱材４６は押圧プレート、上プレートの上面と、下プレートの下面に各々設けられている。さらに断熱材４６と外部との界面には、冷却機構を設けてもよい。これによって、断熱材４６を介して僅かに伝わる熱の影響も低減でき、断熱材４６の外側の部材を確実に保護できる。図１８の例では、押圧プレート、上プレートの上面に固定された断熱材４６のさらに上面に、冷却機構を備える冷却プレート４８を固定している。同様に下プレートの下面に固定された断熱材４６のさらに下面にも冷却プレートが固定される。図１８の例では基台４４を冷却プレートとしているが、基台と冷却プレートを別部材として、基台と断熱材の間に冷却プレートを配置することもできる。これらの冷却プレート４８は、内部に水などの冷媒を通す流体経路を備えており、水冷式に各プレートを冷却する。これによって、プレス空間内の熱が外部に伝導するのを確実に抑えて熱的分離が向上される。あるいはこれと逆に、プレートの外部を加熱することで温度差を少なくする構成とすることでプレートの変形を抑制することも可能である。

本発明は、木質材を加熱状態で成形型にてプレスする木質材加熱成形装置に好適に利用できる。

本発明者が先に開発したプレス装置を示す概略断面図である。 本発明者が先に開発したプレス装置を示す概略断面図である。 オートクレーブを使用するプレス装置を示す概略断面図である。 本発明の一実施の形態に係る木質材加熱成形装置でプレス空間を構成する状態を示す概略断面図である。 図４の木質材加熱成形装置でプレス空間を閉塞する状態を示す概略断面図である。 図４の木質材加熱成形装置を側面より見た概略断面図である。 図４の木質材加熱成形装置をコール板に木質材を載置しない状態で上面より見た概略平面図である。 蒸気噴射口を設けた閉塞プレートを示す概略斜視図である。 蒸気噴射口を設けた閉塞プレートを示す水平断面図である。 加熱部を設けた閉塞プレートを示す垂直断面図である。 クランク式に駆動される左プレートを示す概略正面図である。 図１１の左プレートを上下動させる状態を示す概略正面図である。 コール板に木質材を載置した状態を示す概略断面図である。 コール板と左プレートの間に生じる隙間を示す概略断面図である。 ガイド板を設けた左プレートを示す概略断面図である。 ガイド板を設けた左プレートを示す概略斜視図である。 ガイド板を設けた左プレートの他の例を示す概略断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る木質材加熱成形装置のプレス空間を分解した状態を正面から見た横断面図である。 図１８の木質材加熱成形装置を側面から見た縦断面図である。 図１８の木質材加熱成形装置の左・右プレートを降下させた状態を正面から見た横断面図である。 図２０の木質材加熱成形装置を側面から見た縦断面図である。 図１８の木質材加熱成形装置にコール板を挿入し上プレートを降下させた状態を正面から見た横断面図である。 図２２の木質材加熱成形装置を側面から見た縦断面図である。 図１８の木質材加熱成形装置の閉塞プレートを閉塞して密閉空間を構成し木質材を押圧する状態を正面から見た横断面図である。 図２４の木質材加熱成形装置を側面から見た縦断面図である。

符号の説明

１…成形型；１Ａ…上側成形型；１Ｂ…下側成形型；１Ｃ…周壁
２…押圧機構
３…耐圧容器；３Ａ…貫通孔；３Ｂ…貫通孔
４…下蓋；４Ａ…嵌着溝
５…開閉シリンダ
６…圧力制御室
７…加圧気体源
８…フレーム
９…シリンダ；９Ａ…ロッド
１０…リング溝
１１…パッキン；１２…パッキン
１３…配管
１４…真空ポンプ
１５…大気開放弁
１６…圧力制御弁
１７…開閉弁；１８…開閉弁
２１…プレス板
２２…押圧機構
２３…密閉室
２４…加圧気体源
２５…オートクレーブ
２６…閉塞プレート；２６Ａ…押圧プレート；２６Ｂ…下プレート；２６Ｃ…左プレート；２６Ｄ…右プレート；２６Ｅ…前プレート；２６Ｆ…後プレート；２６Ｇ…上プレート
２７…減圧ポンプ
２８…蒸気送出機構
２９…押圧部
３０…加熱部
３１…蒸気通路；３２…蒸気噴出孔
３３…流体通路
３４…木質材搬送排出機構；３４Ａ…コール板；３５…コール板穴
３６…クランク
３７…左右プレート引上シリンダ
３８…ベアリング
３９…閉塞部；３９Ａ、３９Ｂ…ガイド板
４３…ストッパ
４４…基台
４６…断熱材；４８…冷却プレート
５０…上昇フレーム；５２…上プレート引上シリンダ
Ｓ…蒸気供給源；Ｗ…加熱加圧成形材；Ｍ…木質材

Claims (3)

1. 木質原料で構成された木質材を蒸気雰囲気中で加熱成形し多面体の木質材を成形する木質材加熱成形装置であって、
   木質原料(M)を少なくとも６面で囲んで気密に密閉されたプレス空間を構成し、プレス空間で木質原料(M)を加熱成形するための少なくとも６枚のプレス板(26)と、
   少なくとも一のプレス板(26)を木質原料に押圧するための押圧部(29)と、
   前記プレス空間を構成するプレス板(26)の内、上下に可動自在な側面を構成するプレス板(26)と、底面を構成するプレス板(26)との間の隙間(G)を閉塞する可動式の閉塞部(39)と、を備え、
   前記閉塞部(39)が金属板であることを特徴とする木質材加熱成形装置。
2. 木質原料で構成された木質材を蒸気雰囲気中で加熱成形し多面体の木質材を成形する木質材加熱成形装置であって、
   木質原料(M)を少なくとも６面で囲んで気密に密閉されたプレス空間を構成し、プレス空間で木質原料(M)を加熱成形するための少なくとも６枚のプレス板(26)と、
   少なくとも一のプレス板(26)を木質原料に押圧するための押圧部(29)と、
   前記プレス板の内、水平方向に対向するプレス板の少なくとも一方に、プレス板表面を摺動可能に装着されたガイド板(39A)と、
   を備えており、
   前記プレス板(26)の下端と底面を構成するプレス板(26)との間の隙間(G)を前記ガイド板(39A)で閉塞するよう構成してなることを特徴とする木質材加熱成形装置。
3. 請求項１または２に記載の木質材加熱成形装置であって、さらに前記プレス板は、
   プレス板(26)自体を所定の温度に加熱するための加熱部(30)と、
   前記プレス空間に蒸気を送出するために、蒸気を通す蒸気通路(31)を内部に備えると共に、蒸気通路(31)と連通して木質原料(M)に蒸気を噴出するための蒸気噴出孔(32)を複数設けてなることを特徴とする木質材加熱成形装置。

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