JP4449065B2 - 木質深底容器 - Google Patents

Description

本発明は、食品やその他の包装用として使用される樹脂性容器やダンボール箱・木箱の代替品として使用される木質容器とその製造方法に関し、特に天然木を使用した深底容器とその製造方法に関するものである。

近年、ゴミ問題、環境問題への意識の高揚から、石油由来の化学合成樹脂とは異なり、土中に埋設して腐らせたり、焼却といった廃棄処理が容易な木質容器に高い関心が寄せられ、この種の木質容器が種々提案されている。一般に、木質容器は木材単板あるいは積層した単板を成型プレスして製造される。
しかしながら、そもそも木材は樹脂や金属と異なり、延性や展性に富む材料ではない。そのため一定限度以上の変形を生じるような型を使用して積層木板を成型プレスすると、変形量の大きな部分で亀裂や割れが生じるという問題があった。このため、従来の木質容器の深さは、深いものでも３ｃｍ程度であり、６ｃｍを超えるような深底の容器は未だ製造できていないのが実状である。また、従来の木質容器のほとんどが成型加工時に接着剤を使用しているため、廃棄処理が困難であるばかりでなく、食品用の容器等への利用には衛生上の問題がある。
これらの問題を解決するために、接着剤を使用することなく、天然木のみを使用した「木質深底容器とその製造方法」が提案されている（特許文献「ＰＣＴ／ＪＰ０２／０８４３８」参照。）。この従来技術の「木質深底容器とその製造方法」の主要な特徴は、板厚１ｍｍ〜２ｍｍの少なくとも２枚の板状木材を、それぞれの繊維方向が交差するように重ねて圧着成型してなることであり、また、板厚１ｍｍ〜２ｍｍで含水率が１０％〜３０％の少なくとも２枚の板状木材を、それぞれの繊維方向が交差するように重ねた後、接着剤を使用することなく、１８０℃〜２００℃に熱した金型を用いプレス機により圧縮して成型することである。本発明により、深さ６ｃｍを超える深底の木質容器を実現することが開示されている。
しかしながら、上記特許文献の従来技術では、深さ６ｃｍ程度の容器でも、一個当たりのプレス成型時間が４分〜５分掛かり、容器形状のバラツキも大きく、製造歩留まりも悪いため、量産しても製造原価が高くなり実用的ではなかった。また、嵩のある食品を入れるためには、深さ１０ｃｍを超える木質容器を低コストで量産しなければならず、従来技術では実現できなかった。

そこで本発明者らは、鋭意研究の結果、深さ１０ｃｍを超える木質深底容器を低コストで量産できる製造方法と、その製造方法によって作られた深底容器を発明するに至った。もちろん、深さ６ｃｍ以上の木質容器も低コストで量産可能であるし、接着剤を使用することなく、天然木のみを使用している。
本発明は、板厚１ｍｍ〜２ｍｍの少なくとも２枚の板状木材を、一方の板状木材が実質的に一方向（短手方向）の容器壁面を形成し、片方の板状木材が実質的に前記容器壁面と直交する方向（長手方向）の容器壁面を形成する形状に加工し、板状木材のそれぞれの繊維方向が交差するように重ねた後、１８０℃〜２８０℃に熱した金型を用いプレス機により圧縮して成型することを第１の特徴とする。
また、板厚１ｍｍ〜２ｍｍの少なくとも２枚の板状木材に予め切り込みや切欠きによる曲がり代を形成し、板状木材のそれぞれの繊維方向が交差するように重ねた後、１８０℃〜２８０℃に熱した金型を用いプレス機により圧縮して成型することを第２の特徴とする。
本発明では、少なくとも２枚の単板を、一方の板状木材が実質的に一方向（短手方向）の容器壁面を形成し、片方の板状木材が実質的に前記容器壁面と直交する方向（長手方向）の容器壁面を形成する形状に加工し、単板の繊維方向が互いに交差するように積層してプレス成型加工することで、容器の隣り合う壁面同士の熱圧着される重合部分の繊維方向が略平行となり、接合強度が大幅に向上する。また、プレス成型前の単板に予め曲がり代を形成しておくことにより、曲げ加工時に単板の変形を誘導して不要な曲がりを抑制し、亀裂や割れの発生を大幅に低減することができる。さらに、積層した単板が円滑に金型内部に導入されるように、金型に傾斜導入面を設けている。この傾斜導入面は水平面に対して傾斜角度が３０°〜８０°の範囲で設定される。
また、容器底部は圧縮され、上部は伸びるために単板一枚では亀裂が入りやすいが、単板を編み込んで重ね合わせることで、とくに角部の伸びに対応することができ、縁のリブの成型が可能で、丸、舟形等の様々な形状の容器を成型することができる。かぎ込みや編み込みを使用する場合は、幅の狭い材料が使用可能となる。容器が広く大きい場合は、強度を上げるために積層の枚数を増やし、厚みを大きく設定することで、成型が可能である。
本発明に係る木質深底容器は、浅底容器は勿論のこと、容器の深さ１０ｃｍを超える深底に成型することができるので、容器に収納できる収納物の形状・使用の目的等の範囲が広がるばかりでなく、板状木材の圧縮加工により容器を成型するため、接着剤の使用を要せず、特に食品用に用いるのに適した容器を提供することができる。
また、成型中の高温加熱により木材中の雑菌等が殺菌されるので、食品用の容器としての衛生面での安全性も得られる。
更に、本発明に係る木質深底容器は、天然木のみを原料としているため、使用後の廃棄処理が容易であるばかりでなく、使用後の容器を回収して破砕することで良質な木材チップを得る事ができ、優れたリサイクル性を有している。

第１図は本発明に用いる金型の一例を示す分解斜視図、第２図は積層用単板の平面図、第３図は積層単板の重ね合せ状態を示す斜視図、第４図は本発明に係る深底木質容器を示す斜視図、第５図は金型の短手方向側面図、第６図は加圧速度と押し込み所要時間との関係の試験結果を示すグラフ、第７図は熱圧時間の試験結果を示すグラフ、第８図乃至第１０図は、幅狭な板材同士の接合方法を示す説明図、第１１図及び第１２図は深底木質容器の製造方法の他の実施例を示す説明図である。

本発明に係る木質トレイの材料として使用できる樹種としては、針葉樹、広葉樹、竹皮等、特に種類を限定しないが、その中でもとくに比重が小さく材質が柔らかいスギ材が曲げ加工の容易さの点から適している。また、スギ材には防菌作用を有する抽出成分が含まれており、木材の持つ高い吸湿性と相俟って、ラップ等で密閉されたトレイ内部の抗菌及び調湿機能が得られるので、食品用の容器材料として最適である。
本発明で使用可能な単板の板厚は、板厚１ｍｍ〜２ｍｍの板状又はシート状のものが良い。すなわち、板厚１ｍｍ未満だと、積層した単板同士のめり込み効果が得られず、板厚が２ｍｍを超えると、単板の曲げ剛性が高く曲げ加工が困難になると共に、加熱による軟化が不均一となり成型時に成型応力による亀裂や割れが生じるおそれがある。
また、単板の形状は、少なくとも２枚の単板の一方の単板が実質的に長手方向の容器壁面を形成し、他方の単板が、実質的に短手方向の容器壁面を形成するように形成し、これにより、プレス成型した際に角部の重合部分の繊維方向が略平行になり、接合強度が向上する。そして、それぞれの単板には、切り込みや切欠きによる曲げ代を形成する。これにより、曲がり部の変形を誘導し、単板全体の変形を安定させることができる。
単板の含水率は、１０％以下では曲げ剛性が高くなり加工が困難になるが、それ以外の含水率では加工が可能である。但し、含水率３０％以上の生材状態では熱圧時に発生する水蒸気を上手く逃がしてやらないとパンクが生じる。また、高含水率材では水分を蒸発させるために余分なエネルギーが必要となるばかりでなく、製品の色が黒ずんでしまうことがある。また、飽水状態で保管している間に雑菌などが繁殖するおそれがある。したがって、気乾かそれよりやや含水率の高い状態、すなわち、含水率１０〜３０％が好適である。
単板の加熱温度、すなわち金型の加熱温度は、リグニンの軟化点である１３０℃以上であれば良いが、本発明の製造方法では、単板同士のみによる接合を得るために１８０℃〜２８０℃の温度が必要である。特に、２００℃付近まで加熱した場合、ほとんどの雑菌を死滅させることができるので、食品用の容器として使用した場合、衛生面で有益である。
単板の熱圧時間は、熱圧温度を高くするほど短くて済む傾向にあり、例えば熱圧温度２２０℃では、熱圧時間を６０秒にしても接合率は約８０％であるが、熱圧温度を２４０℃にすると熱圧時間４５秒で接合率が１００％になる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

本発明では、先ず、スギ原木をスライス加工して得られた板材を、天然あるいは人工乾燥により含水率１０〜３０％程度に乾燥する。次いで、この単板を第２図に示すような単板Ａ及び単板Ｂの２種類の形状に裁断する。単板Ａは容器の内側（セット時には上側）に位置する単板であり、繊維方向が容器の長さ方向（長手方向）と平行になるものである。第２図に示すように、単板Ａの両側は、中央部より幅広の撥状に形成され、撥状部の首元には切り欠き部が形成されている。単板Ａの長さＬ１は、３００ｍｍ、両端幅Ｗ１は、１４０ｍｍ、中央部幅Ｗ１１は、８０ｍｍであり、長手方向の両端部から内側９０ｍｍの範囲内に撥状部が形成され、長手方向の両端部から内側９０ｍｍの首部に切り欠き部が形成されている。単板Ｂは容器の外側（セット時には下側）に位置する単板で、繊維方向が容器の幅方向（短手方向）と平行になるものである。単板Ｂの長さＬ２は、２９０ｍｍ、幅Ｗ２は、１８０ｍｍであり、長手方向両辺中央部（両端から１４５ｍｍの位置）に深さ３０ｍｍの切り欠き部が形成されている。
単板の含水率は恒温恒湿機を用いて２０〜２５％になるように調整した。熱圧温度を２２０℃とし、熱圧時間を６０秒とした。単板Ａ、単板Ｂ共に、板厚は約１．５ｍｍとした。
次いで、第３図に示すように、先ず、単板Ｂの繊維方向が金型（凹型２）の短手方向となるように配置し、その上に単板Ａの繊維方向が金型の長手方向となるようにして、それぞれの繊維方向が互いに交差（ここでは直交）するように積層し、積層された単板Ａ及び単板Ｂの表裏両面を第１図に示す凹型２及び凸金型３とからなる金型１に挟んでプレス装置（図示せず）により加圧圧縮して賦型した。
第１図及び第５図に示すように、使用した金型１は、凹型２及び凸型３とからなり、長手幅Ｄ：２５０ｍｍ、短手幅ｄ：２００ｍｍ、深さＨ：１０９ｍｍ、傾斜導入面４と水平面との角度θ１：３０°、及び、壁面４ａと水平面との角度θ２：７５°を有する。このとき金型１はヒーター（図示せず）により２２０℃に加熱し、加圧速度２．０ｍｍ／秒にて６０秒間加圧圧縮して賦型した。賦型加工後冷却し、第４図に示すように、木質深底容器５を得た。この場合、厚さ３ｍｍであった積層された単板Ａ及び単板Ｂは単板１枚の厚さである１．５ｍｍまで圧密化された。このように、本発明では、木材をリグニンの軟化点である１３０℃を越える温度で加熱することにより、木材の塑性変形を容易にし、単板Ａ及び単板Ｂ同士が相互のめり込みによって、相欠継ぎに似た状態で接合される。また、成型後の木質深底容器５の長手方向両側面部は、繊維方向が略平行で、部分的に単板が２〜３層に折り畳まれた状態で単板１枚の厚さまで圧縮されるため、この部分が圧密化されて容器の強度が高まる。
本発明の木質容器の製造方法において、本発明木質容器の適正製造条件を得るために各種試験を行なった。以下、その試験結果を示す。
試験例１：熱圧温度試験
深底木質容器の成型における熱圧条件を検討するため、熱圧温度を２２０℃と一定にし、熱圧時間を３０、４５及び６０秒の３段階に設定して成型試験を行った。単板の含水率は恒温恒湿機を用いて２０〜２５％になるように調整した。実験では、熱圧成型後２〜３日間養生（放置）した後に、接合部分の接合状態について評価した。前述の単板Ａ、Ｂを用い、熱圧温度２２０℃で木質容器の成型試験を行ったところ、木質容器の接合率は熱圧時間が長くなるほど増加し、製品の安定性が高くなる傾向にあった。その他の熱圧時間でも、押し込みに伴う単板の変形には差異が無く、製品の形状は判別できないほどであった。熱圧時間の違いにより、単板の重なり部分での接合状態が異なるのみであった。

試験例２：加圧速度試験
深底木質容器の成型に要する時間の短縮を図るために、加圧速度を高め、単板の押し込みに要する時間の削減について検討した。加圧速度を従来技術の２ｍｍ／秒から２ｍｍ／秒毎に、使用したホットプレスの最高設定値である１０ｍｍ／秒まで高めることにより、単板の変形速度の上昇に伴う単板損傷の有無について試験を行った。熱圧温度は２２０℃とし、熱圧時間は６０秒とした。単板の含水率は２０〜２５％になるように調整した。本試験では、各種加圧速度による成型試験において、単板の押し込みに要する時間を測定した。結果を第６図に示す。押し込み所要時間の計算値は単板の押し込み深さ（距離）を１００ｍｍとして求めている。加圧速度を高めるに従い計算値との差が大きくなり、若干遅くなる傾向にあるが、加圧速度１０ｍｍ／秒においても成型時の単板の大きなずれ及び割れが発生せず、加圧速度２ｍｍ／秒の場合とほとんど相違なく成型が可能であった。単板の寸法（幅）及び形状を工夫し、単板の押し込みに伴う三次元的な変形を極力抑えられたことにより、加圧速度１０ｍｍ／秒においても単板の押し込みがスムーズに行われ、大きな損傷が発生しにくくなったものと考えられる。加圧速度を上げることにより、単板の押し込み要する時間を以前の約１／５に短縮可能であることが分かった。
試験例３：熱圧時間試験
深底木質容器の成型に要する時間の短縮を図るために、熱圧温度をこれまでの２２０℃から２４０℃に高めて設定し、４５秒以下の短い熱圧時間（５、１０、１５、２０、３０及び４５秒）での成型について検討した。単板含水率は２０〜２５％に調整した。
熱圧温度２４０℃で成型した場合の容器の接合率を第７図に示す．成型後の木質容器の接合率は、熱圧時間５秒では１６．７％、１０〜２０秒では５０％前後、３０秒では８３％、４５秒では１００％であり、熱圧時間が長くなるほど良好な接合が得られやすくなる傾向にあった。また、熱圧温度２４０℃の場合は、熱圧温度２２０℃の場合に比べて高い接合率を示すものと考えられる。
いずれの条件においても、容器上部の四隅の接合部の状態に差があるのみで、容器の形状にはほとんど差がないことから、接合率の基準をどこに設定するかによって、熱圧時間が異なってくる。例えば、完全な接合状態の製品を要求する場合には、熱圧時間を４５秒以上に設定すればよいし、あるいは、接合部が完全でなくても形状が安定していればよいという場合には、熱圧時間を１０秒程に短縮することができる。
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の応用が可能である。例えば上記実施例では、２枚の単板により容器を成型しているが、３枚以上複数の単板を積層して成型するものでも良い。また幅広な板状に裁断された単板を使用しているが、幅の狭い板材であっても第８図に示すような、重ね合わせや欠き込み（矩形、三角形）により複数枚の板材同士を接合することも可能であり、この技法を用いて幅広の単板を得ることで、間伐材等の小径木も有効に利用できる。
すなわち、第９図に示すように、板状木材Ａ及びＢを、例えば、２枚の幅狭の単板Ａ１及びＡ２、Ｂ１及びＢ２をその繊維方向が互いに平行になるように、それぞれの端部同士を重合して容器形成に必要な形状に形成するものでもよい。この場合、第１０図に示すように、単板の突き合わせ境界部分に上下交互に切り替わる切欠き６を形成して組み合せることで、プレス時のずれを防止することができる。
また、第１１図に示すように、小径木を活用し、複数の幅狭の単板をその繊維方向が互いに交差するように、縦横に編み込んで、容器形成に必要な形状に形成し単板Ａ及びＢとするものでもよい。
この編み込み状の単板に関しては、これを複数枚重ねて賦型加工して容器を形成するものでもよいが、第１２図に示すように、編み込み板状木材Ｃを最下層とし、これに、２枚の単板Ａ及びＢを、この２枚の単板ＡとＢのそれぞれの繊維方向が交差するようにさらに重ねて圧縮成型するものでもよい。
尚、本発明によれば、容器の深さは必要に応じて調節自在であるので浅底容器の成型も勿論可能であり、浅底のものを容器の蓋として調製することもできる。また、容器側面部の高さに高低差を設けることもでき、容器の縁に一部切れ込みを入れる形にしたり、縁を波型に成型することも可能である。
更に容器底部に凹凸を設けることもでき、底の一部が盛り上がったものや、底部の高さに段差を設けた容器等も成型できる。また、焼印による文字や図形等の描出も可能である。
本発明は以上のように構成したので、以下の優れた効果がある。
（１）原料として接着剤を使用することなく、木材のみを使用しているので、土中に埋設して腐らせたり、焼却等の廃棄処理を容易に行なうことができる。また、回収した容器を破砕して得た木材チップを、リサイクルに用いることができる。
（２）少なくとも２枚の単板の一方の単板が実質的に長手の容器壁面を形成し、他方の単板が、実質的に短手方向の容器壁面を形成するように形成し、それぞれの繊維方向が互いに交差するように積層し、これにより、プレス成型した際に角部の重合部分の繊維方向が略平行になり、接合強度が向上する。そして、それぞれの単板には、切り込みや切欠きによる曲げ代を形成する。これにより、曲がり部の変形を誘導し、単板全体の変形を安定させ、曲げ加工時の亀裂や割れが抑制される。加えて、積層した単板が円滑に金型内部に導入されるように、金型に傾斜導入面を設けたので、様々な形状の深底の木質トレイを製造することができる。
（３）成型中の高温加熱により木材中の雑菌等が殺菌され、食品用の容器として利用した場合、衛生上極めて高い安全性が得られる。

以上のように、本発明にかかる木質深底容器は、容器に収納できる収納物の種類、形状、使用の目的の範囲が広く、使用後の廃棄処理が容易であるばかりでなく、優れたリサイクル性をも有しており、食品を含めた様々な物品を収納する容器として、広汎な分野で利用される可能性がある。

Claims (1)

1. 板厚１ｍｍ〜２ｍｍの少なくとも２枚の板状木材を、それぞれの繊維方向が交差するように重ねて圧着成形してなる木質深底容器であって、前記少なくとも２枚の板状木材のうち、一方の板状木材が実質的に一方向の容器壁面を形成し、他方の板状木材が、実質的に前記容器壁面と直交する他方向の容器壁面を形成し、且つ前記少なくとも２枚の板状木材のうち、一方の木材の繊維方向両側辺の中央部に切り欠き部を形成し、他方の板状木材の繊維方向両端に略中央部より幅広の撥状部を形成し、該撥状部の首部に切り欠き部を形成したことを特徴とする木質深底容器。

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