JP4884287B2 - 薄型積層単板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、単板を積層させた極薄型の積層単板に関するものである。

従来、反りや捻り等の形状変形の生じやすい単板の積層構造に関する先行特許文献としては、以下のようなものが存在している。
特許文献１は、薄板（単板）の裏面に不織布層を接着形成して木目シートに構成し、その木目シートを透明プラスチック板材の表面に接着するものである。
特許文献２は、一定の含水率以下に乾燥された心板に表裏単板を接着剤を介して重ね合わせ状態で多数組、山形状の成形部材上に積層して冷圧することにより、成形部材の上面形状に沿った凸状の反りを有する多数組の合板を形成し、この合板をホットプレスに挿入して平板状の合板に圧締めし、圧締め後の復元力によって上記反りが小さくなった床板用合板を得て、この床板用合板の表面に化粧生単板を接着した際に、該化粧生単板の乾燥時における収縮によって床板用合板の反りを相殺させるように構成されたものである。
特許文献３は、底壁と、この底壁に交差して延在する周壁とを有するトレーにおいて、当該トレーが複数の薄板状の材料からなり、これら材料の同じ性質を示す方向が互いに交差して貼り合わされて構成されるものである。
特許文献４は、木質材を加熱、加圧している密閉空間に、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圧入して密閉空間を所定の圧力に加圧して木質材を永久固定させたものである。

特開２００２−１４４４８３号公報 特開平０８−１３２４０２号公報 特開平０９−１６９３２８号公報 特許第３００２１９７号公報

しかしながら、上記先行特許文献には、以下のような課題があった。
（１）特許文献１は、単板の形状変形を防止するために、厚手の非変形素材（透明プラスチック板材）と組み合わせており、単板と芯材のみの組み合わせとはなっていない。
（２）特許文献２は、合板を圧締めして圧締め後の復元力によって反りを小さくするものであるが、これは床板用の厚手の合板に可能な技術であって、薄型の積層単板に使用できる技術ではない。
（３）特許文献３は、同じ性質を示す単板を交差させて反りを相殺させるものであるが、単板そのものの形状変形を防止するものとはなっていない。
（４）特許文献４は、木質材の処理工程において密閉空間を用意し、その密閉空間で加熱・加圧することで木質材に水分を与えずに永久固定を実現させるものであるが、開放された環境下での処理に比べて設備・作業等の負担が大きい。

これら先行特許文献に対して、本発明は、形状変形が無くフレキシブル（柔軟）性と復元性を有する極薄型の積層単板を提供することを目的とし、鋭意研究・開発の末に本発明を完成するに至った。

上記目的を達成するために、第１の発明は、目付け（坪量）が３０ｇ／ｍ²〜２００ｇ／ｍ²であって、水分を吸収するための天然繊維又は人工繊維が一部または全部に含まれる和紙または不織布を用いて、その和紙または不織布の両面に１０ｇ／ｍ²〜５００ｇ／ｍ²の接着剤をメッシュ状あるいは開口穴を有する形態に塗布した後、厚さ０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの単板を重ねて単板水分蒸発・接着剤溶融・接着剤溶融面による遮蔽・密着・単板の形状記憶目的で加熱圧縮した後に接着剤が満遍なく広がることで和紙または不織布を用いた芯材と単板を確実に接着した、フレキシブル（柔軟）性と復元性を有する総厚が０．２ｍｍ〜５ｍｍの平滑あるいは二次元または三次元形状を有する薄型積層単板の製造方法である。
ここで、「天然繊維」とは、楮・三椏・セルロースをいい、「人工繊維」とは、レイヨンをいう。
「接着剤」とは、例えば、熱可塑性接着剤として、ホットメルト樹脂，酢酸ビニル樹脂等、ゴム系接着剤などを使用すると良い。但し、これらに限られるものではない。
また、「接着剤」の形態としては、エマルジョンタイプ，溶剤タイプ，メッシュシート状等の接着剤でも可能である。
「単板」には、難燃又は不燃品とするために、単板に難燃剤又は不燃剤を含浸処理したものを使用することもできるが、塗装材に油性難燃剤又は不燃剤を添加して塗布することもできる。
「二次元形状」とは、Ｘ軸・Ｙ軸で断面形状を示すことのできる湾曲形状などを意味し、「三次元形状」とは、Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸で断面形状を示すことのできるプロペラ形状などを意味する。
第２の発明は、単板の材質・太さ・木材切り目方向・カット方法・圧縮された単板・人工単板を選ぶことなく、スライスされた単板を同種または任意に組み合わせて使用することを特徴とする薄型積層単板の製造方法である。
ここで、「単板の材質」には、黒檀、紫檀、欅、樫、柘植、桐、檜、杉、松、胡桃、桜、ブナ、オーク、白樺、ウォールナット、バルサ、などがあるが、これらに限定されることなく、様々な材質のものを使用できる。同様に「木材の太さ」も特に限定するものではなく、様々な太さのものを使用できる。
「木材の切り目方向」には、柾目・正目（樹皮から中心へ年輪とほぼ垂直になるように製材され、縦にまっすぐに通った木目のあるもの）、板目（樹皮から樹皮へ年輪に沿うように製材され、山形や波形の木目のあるもの）、年輪目（木材を輪切りにして製材され、年輪の木目のあるもの）等がある。
「カット方法」による単板には、ロータリ単板（ロータリレースという機械でスライスした単板），スライスド単板（つき板とも言われ、スライサという機械で加工した単板），ハーフロータリ単板（前２者の中間的な加工で、銘木などの加工に使用されるもの）等がある。
第３の発明は、１００℃〜１２０℃以下の温度に設定した加熱式金型を１０ＭＰａ以下、好ましくは５ＭＰａ以下で圧縮し、加熱金型と接触した単板植物細胞内の水分を５秒から１５秒間加熱することで単板の水分を蒸発させ、和紙または不織布に塗布された接着層の隙間を経て、単板より低温乾燥状態にある和紙または不織布に単板蒸発水分を吸水させて単板植物細胞内の水分を除去し単板の変形の発生を防止処理したことを特徴とする薄型積層単板の製造方法である。
当該発明は、非乾燥状態にある酢酸ビニル樹脂を和紙または不織布に塗布して使用する際、水分を組成内に有する接着剤の接着時に生ずる組成水分の単板内への浸透を防止するとともに、同時に単板残留水分を蒸発除去することもできる（次の第４の発明との併用で確実になる）。
ここで、「単板の植物細胞」とは、大径道管，木繊維，小径道管，軸方向柔組織等をいう。
第４の発明は、単板の植物細胞内に接着剤を浸透させるために、和紙または不織布の厚さを０．０５ｍｍ〜１．２ｍｍとすることで、金型高温環境下で溶融した接着剤の和紙または不織布への過剰浸透を防止し、金型高圧圧縮時に、接着剤を単板の破断された植物細胞内に応力的に浸透させて形成したことを特徴とする薄型積層単板の製造方法である。
第５の発明は、金型の圧力を９０％から９９．５％で予備プレスし、金型の形状及び熱を単板に伝えるとともに、単板の水分を除去しながら、単板の低い熱伝導性を利用して接着剤に時間差で金型の熱を伝え、接着剤が溶融した段階で、木質細胞を破壊しない圧力強いては木質細胞が圧縮後復元する１００％圧力でプレスすることで、単板の細胞内に残る空気を瞬間プレスで押し出し、必要に応じてさらに再度金型の圧力を９０％から９９．５％に戻すことで、単板植物細胞復元力により溶融した接着剤を植物細胞内に吸引して浸透させて冷却形成したことを特徴とする薄型積層単板の製造方法である。
第６の発明は、植物細胞内に浸透した接着剤を加圧継続状態のまま、上下の金型で１０秒間常温（雰囲気温度以下）冷却し、溶融した接着剤を細胞外部および植物細胞内で固化させて平滑あるいは二次元または三次元形状を維持させたことを特徴とする薄型積層単板の製造方法である。
第７の発明は、平滑あるいは二次元または三次元形状に加圧成形された薄型単板の表裏面および積層面を含む木口を塗装膜２０μｍ〜８０μｍの塗膜厚に処理して、大気中の湿度水分の浸入を防止したことを特徴とする薄型積層単板の製造方法である。
単板表面に施された塗装膜を構成する塗料としては、密蝋，漆等がある。また、その他に、ニトロセルロース系塗料，アルキド樹脂系塗料，アミノアルキド樹脂系塗料，アクリル樹脂系塗料，アミノアクリル樹脂系塗料，ビニル樹脂系塗料，エナメル系塗料，エポキシ系塗料，ウレタン系塗料，油性系塗料，油ワニス類，樹脂ワニス類，ポリウレタン樹脂系塗料，ポリエステル樹脂系塗料，塩化ゴム系塗料，シリコン樹脂系塗料，フタール酢酸樹脂系塗料，カシュウ塗料，フッ素樹脂系塗料等があるが、これらに限られるものではない。

上記発明によれば、以下の効果を有する。
（１）総厚が０．２ｍｍ〜５ｍｍの極薄で形状変形がなく、フレキシブル（柔軟）性と復元性を有する平滑（平板）あるいは二次元（湾曲形状）または三次元形状（湾曲＋捻り形状）の積層単板を提供できる。
（２）単板の反り・捻りを単板の材質やカット方法等によらずその積層構造・積層工法において防止するので、単板を選ばずに使用できる。
（３）単板の残留水分を積層工程中に効率よく和紙または不織布に吸水できるので、単板に形状安定性（反り・捻りの防止）を与える。
（４）接着剤を単板及び芯材（和紙又は不織布）に確実・均等および立体的に浸透させることができ、その結果、接着性能はもとより積層単板に形状安定性（反り・捻りの防止）及びフレキシブル（柔軟）性と復元性を与える。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る薄型積層単板の構造を示す説明用切欠図である。
図１に示すように、薄型積層単板１０は、芯材２０の両面に接着剤３０，３０を介して単板４０，４０を張り合わせ、その表面に大気中の湿度水分の侵入防止のための塗装面５０を施したものである。

芯材２０には、和紙又は不織布を用い、目付け（坪量）が３０ｇ／ｍ²〜２００ｇ／ｍ²であって、吸水性を有する天然繊維が一部または全部に含まれるものが好ましい。
また、芯材２０の両面に塗布される接着剤３０，３０は、１０ｇ／ｍ²〜５００ｇ／ｍ²の量でメッシュ状あるいは開口穴を有する形態に塗布されたものである。
そして、厚さ０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの単板４０，４０を重ねて単板水分蒸発・接着剤溶融・接着剤溶融面による遮蔽・密着・単板の形状記憶目的で加熱圧縮する。
このような総厚０．２ｍｍ〜５ｍｍの極薄型の積層構造とすることで、反りや捻り等の変形がなく、フレキシブル（柔軟）性と復元性を有する平滑あるいは二次元または三次元形状を有する薄型積層単板を提供できる。
以下、作業工程図に基づいて、その理由を詳細に説明する。

図２は、本発明に係る薄型積層単板１０の作業工程を示す作業工程図である。
まずは、図２に示す作業工程中「水分蒸発」に係る部分を説明する。
図３〜図６は、順に非加圧状態・加圧状態初期・中期・後期を示し、加圧圧縮時における単板４０からの水分蒸発のメカニズムを示すイメージ図である。
図３（非加圧状態）に示すように芯材２０の両面に単板４０，４０を重ねて金型６０，６０により上下方向から加熱圧縮すると、図４（加圧状態初期）に示すように単板４０中の水分４１が蒸発を始める。この時、単板４０と芯材２０に介在する接着剤３０はメッシュ状あるいは開口穴を有する形態に塗布されているので、この水分４１は図５（加圧状態中期）に示すようにこの接着層の隙間を通過して、芯材２０に吸収される。これによって、単板４０中の水分４１を確実に除去し、単板４０の変形発生を防止処理したものである。ここで、水分４１の接着層通過には、接着層の隙間からの自然通過だけでなく、溶解した接着層にその水分蒸発の圧力によってピンホール状の隙間が形成されて破砕噴出する場合もある。
なお、単板４０中の水分４１を蒸発させるために、加熱式金型の温度は１００℃〜１２０℃に設定し、１０ＭＰａ以下で圧縮することが好ましい。

また、図６（加圧状態後期）に示すように、単板４０の加熱圧縮後には、接着剤３０は満遍なく広がり芯材２０と単板４０を確実に接着する。
図７に示すグラフが示すように、単板４０の温度上昇と接着剤３０の温度上昇には、単板の植物細胞の断熱作用によってズレが生じる。接着剤３０の温度上昇が遅れるために、接着剤３０の溶解よりも単板４０からの水分４１の蒸発が早く起こり、接着層の隙間を通過して芯材２０による水分４１の吸水が可能になる。その逆に、加熱圧縮後は、接着剤３０が満遍なく広がることで、芯材２０から単板４０への水分の移動を接着層により阻止される。

このような単板４０からの水分４１の蒸発（除去）技術は、単板４０と接着剤３０の温度上昇のズレを利用した極めて巧妙な構造の下に成り立っている。
そして、従来からの技術に散見されるように、単板の変形を防止するためには、事前に乾燥された単板を使用することが多い。しかし、乾燥させた単板であっても、室内一般環境に保管しておく場合に、大気中の水分を吸収し、場合によっては変形してしまうおそれもある。従って、製品の均一性を保持する目的として本発明による水分除去方法は、極めて有効である。

次に、図２に示す作業工程中「追加圧（加熱）」（２段階ショット時）に係る部分を説明する。
図８は、２段階ショット時の追加圧縮状態を示すイメージ図である。
すなわち、第１段階で、金型６０の圧力を９０％から９９.５％で予備プレスし、金型６０の形状および熱を単板４０に伝えるとともに、単板４０の水分４１を除去しながら、単板の低い熱伝導性を利用して接着剤３０に時間差で金型６０の熱を伝える。
第２段階おいて、接着剤３０が溶融した段階で、木質細胞を破壊しない圧力強いては木質細胞が圧縮後復元する１００％圧力でプレスすることで（２段階ショット時）、図８に示すように単板４０の細胞内に残る空気（残留空気）４２を瞬間プレスで押し出し、必要に応じてさらに再度金型６０の圧力を９０％から９９.５％に戻すことで（図２の「追加圧解除」）、単板４０の植物細胞復元力により溶融した接着剤３０を植物細胞内に吸引して浸透させるものである。
なお、符号６１は、金型６０に設けられた加熱用のヒーターであり、符号６２は、同冷却用の水冷管である。

図９は、接着剤３０の植物細胞への浸透状態を示すイメージ図である。
図９に示すように、接着剤３０が単板４０の植物細胞へ確実に浸透しているので、芯材２０と単板４０の接着を強固なものとする。そもそも、接着剤３０は、芯材２０と単板４０の双方に浸透しなければ、高い接着及び優れたフレキシブル性・復元性効果は望めない。仮に、芯材２０の厚さや材質によって溶融した接着剤のほとんどが芯材２０に浸透してしまう可能性が高い場合でも、この方法によれば、接着剤３０を芯材２０と単板４０の双方に浸透させることが可能になる。

図８は、単板４０の積層工程区分における変形状態を示すグラフである。
単板４０の積層工程区分とは、図２に示す作業工程図の＊１〜＊４に該当する。
図８に示すグラフによれば、＊１（単板のみ）、＊２（積層接着終了時）、＊３（冷却固化終了時）、＊４（防湿塗装終了時）の各工程を単独または連続で行った場合、単板４０は大きく変形してしまうことが分かる。その一方で、上記各工程を全部又は選択的に連続又は３時間以内で作業した場合、単板４０は変形なしとなる。
ここで、予備乾燥した単板を連続して使った場合は、水分の蒸発工程（作業工程図／エ）を使わなくても後工程に進むことができる。
ただし、予備乾燥した単板の保管状態が非湿度調整環境で保管または断裁・スリット・打ち抜き工程が付加された場合は、単板細胞の乾燥状態より大気中水分が高い多湿時期または状態にある時は、短時間で空気中の湿度水分を木口やカット面から単板細胞内に吸収してしまい、再予備乾燥または後工程内での乾燥が必要となり、常に一定の工程品質を必要とする連続量産には適していない。
また、生産工程を短時間内に仕上げるためには、金型に圧縮した状態で積層単板に形状を記憶させなければならない。さらに、防湿処理を施さないと、形状の変形が発生する。
なお、工程区分における変形状態における（＊3）については、非冷却の場合は、接着剤の乾燥に時間がかかるので、量産には不向きである。

本発明は、極薄型積層単板に係る発明であるが、これは、ブラインド，カード・木目を利用した非収縮変形ＩＣカード、襖用建具仕切り板、扇風機プロペラ、家電製品外装品、電球カバーシェード、スプーン、ヘラ、本の表紙，帽子の鍔、メガホン，等幅広い用途に利用できる。

本発明に係る薄型積層単板の構造を示す説明用切欠図。 本発明に係る薄型積層単板の作業工程を示す作業工程図。 作業工程における積層単板の非加圧状態の説明図。 作業工程における積層単板の加圧状態初期の説明図。 作業工程における積層単板の加圧状態中期の説明図。 作業工程における積層単板の加圧状態後期の説明図。 金型圧力と単板温度及び接着剤温度との関係を示すグラフ。 ２段階ショット時の追加圧縮状態を示すイメージ図。 接着剤の植物細胞への浸透状態を示すイメージ図。 単板の積層工程区分における変形状態を示すグラフ。

符号の説明

１０ 極薄型積層単板
２０ 芯材（和紙又は不織布）
３０ 接着剤
４０ 単板
４１ 水分
４２ 残留空気
５０ 塗装面
６０ 金型
６１ ヒーター
６２ 水冷管

Claims (7)

1. 目付け（坪量）が３０ｇ／ｍ²〜２００ｇ／ｍ²であって、水分を吸収するための天然繊維又は人工繊維が一部または全部に含まれる和紙または不織布を用いて、
   その和紙または不織布の両面に１０ｇ／ｍ²〜５００ｇ／ｍ²の接着剤をメッシュ状あるいは開口穴を有する形態に塗布した後、
   厚さ０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの単板を重ねて単板水分蒸発・接着剤溶融・接着剤溶融面による遮蔽・密着・単板の形状記憶目的で加熱圧縮した後に接着剤が満遍なく広がることで和紙または不織布を用いた芯材と単板を確実に接着した、フレキシブル（柔軟）性と復元性を有する総厚が０．２ｍｍ〜５ｍｍの平滑あるいは二次元または三次元形状を有する薄型積層単板の製造方法。
2. 単板の材質・太さ・木材切り目方向・カット方法・圧縮された単板・人工単板を選ぶことなく、スライスされた単板を同種または任意に組み合わせて使用する請求項１記載の薄型積層単板の製造方法。
3. １００℃〜１２０℃以下の温度に設定した加熱式金型を１０ＭＰａ以下で圧縮し、加熱金型と接触した単板植物細胞内の水分を５秒から１５秒間加熱することで単板の水分を蒸発させ、
   和紙または不織布に塗布された接着層の隙間を経て、単板より低温乾燥状態にある和紙または不織布に単板蒸発水分を吸水させて単板の変形の発生を防止処理した請求項１又は２記載の薄型積層単板の製造方法。
4. 単板の植物細胞内に接着剤を浸透させるために、和紙または不織布の厚さを０．０５ｍｍ〜１．２ｍｍとすることで、金型高温環境下で溶融した接着剤の和紙または不織布への過剰浸透を防止し、金型高圧圧縮時に、接着剤を単板の破断された植物細胞内に応力的に浸透させて形成した請求項１〜３のいずれかに記載の薄型積層単板の製造方法。
5. 金型の圧力を９０％から９９．５％で予備プレスし、金型の形状及び熱を単板に伝えるとともに、単板の水分を除去しながら、単板の低い熱伝導性を利用して接着剤に時間差で金型の熱を伝え、接着剤が溶融した段階で、木質細胞を破壊しない圧力強いては木質細胞が圧縮後復元する１００％圧力でプレスすることで、単板の細胞内に残る空気を瞬間プレスで押し出し、必要に応じてさらに再度金型の圧力を９０％から９９．５％に戻すことで、単板植物細胞復元力により溶融した接着剤を植物細胞内に吸引して浸透させて冷却形成した請求項１〜４のいずれかに記載の薄型積層単板の製造方法。
6. 植物細胞内に浸透した接着剤を加圧継続状態のまま、上下の金型で１０秒間常温（雰囲気温度以下）冷却し、溶融した接着剤を細胞外部および植物細胞内で固化させて平滑あるいは二次元または三次元形状を維持させた請求項１〜５のいずれかに記載の薄型積層単板の製造方法。
7. 平滑あるいは二次元または三次元形状に加圧成形された薄型単板の表裏面および積層面を含む木口を塗装膜２０μｍ〜８０μｍの塗膜厚に処理して、大気中の湿度水分の浸入を防止した請求項１〜６のいずれかに記載の薄型積層単板の製造方法。

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