WO2004076044A1

WO2004076044A1 - 混合粉砕装置、混合溶融方法およびバインダーが含浸されたセルロース系材料の成形方法

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Publication number: WO2004076044A1
Application number: PCT/JP2004/002347
Authority: WO
Inventors: Masachika Morimoto
Original assignee: M & F Technology Co., Ltd.
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2004-09-10
Also published as: EP1604732A1; US7896638B2; JP4489017B2; JPWO2004076044A1; EP1604732A4; CN1756592A; HK1089987A1; US20070003654A1; CN100369660C; DE602004030320D1; ATE490021T1; EP1604732B1

Description

明細書混合粉砕装置、混合溶融方法およびバインダ一が含浸されたセルロース系材料の成形方法技術分野本発明は、セルロース系材料、すなわち木質材料及び植物材料を高い比率で利用するためのあるいは木質廃材及び植物廃材を高い比率で再利用するための混合粉砕装置、混合溶融方法及びバインダ一が含浸されたセルロース系材料の成形方法に関するものである。背景技術合成樹脂の意匠性付与の手段として木粉を合成樹脂に練り込む方法がとられているが、合成樹脂と木粉は一般的に相溶性に乏しく、従来市販されている大半の木粉充塡成形材料の木粉充塡比率は重量比で 5 0 %を少し超えているのが現状である。

従来の木粉充塡成形材料の製造方法は、単純混合と呼ばれていて、スギ、ヒノキ、マツ等の人工乾燥後の含水率が 1 2 %以下の粒度 1 5 0 前後の木粉を使用し、熱蒸気またはオイルにて約 1 6 0 °C程度に熱した混合溶融機に前述した木粉を重量比で 5 0 %入れ、混合羽根を回転させ約 2 0分程乾燥し含水率を 0 . 3 %以下にする。その後、バインダーとして熱可塑性樹脂（P P、 P E、生分解性樹脂など）、相溶化剤（反応性ポリオレフィン系オリゴマー、無水マレイン酸など）等を重量比で 5 0 %入れ混合羽根を約 2 0分程回転させ単純混合させるものであつた。その後、ゲル状の混合品を冷却機（冷却水： 2 0 °C、流量： 1 0 0 L / m i n ) に入れ約 1 5分程羽根を回転させ冷却造粒するものであった。いずれも市販品の木粉を使用して乾燥工程、混合溶融工程および造粒工程の各工程を経て製造しているのであり、材料の含水率など全く気にする事無く、小片化した状態であれば微粉砕、乾燥、溶融混合、造粒を全て一工程（混合溶融装置一台）で行うものでなく、しかも短い熱履歴で処理できるものではなく、廃材については再利用までの環境負荷が大きく、コスト面及び生産性の面で問題があつた。発明の開示そこで本発明者は、駆動源によって回転駆動され、回転自在に支持された回転軸に複数の羽根部材が配設され材料の混合粉砕が行われる混合容器を備えた混合粉砕装置において、材料投入部に対応する回転軸に投入された材料を前記混合容器に供給するらせん状羽根部材が配設され、前記複数の羽根部材は、前記回転軸の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸に配設された少なくとも 2個の羽根'部材によって構成され、前記羽根部材の前記回転軸に対する取付け角は、前記回転軸に取り付けられる根元部から半径方向外方の先端部まで同一であり、前記混合容器の側壁に該混合容器内で混合粉砕された材料を取り出す取出部が配設され、前記混合容器内において、前記木質材料およびまたは植物材料および前記バインダーが混合粉砕され、剪断、摩擦および圧縮による発熱により含有水分が脱水された前記木質材料およびまたは植物材料に溶融した前記バインダ一が含浸されるという本発明の第 1の技術的思想に着眼した。また本発明者は、駆動源によって回転駆動される回転軸に配設された複数の羽根部材によって混合容器内においてセルロース系材料の混合粉砕が行われる混合溶融方法において、材料投入部より投入された小片化したセルロース系材料およぴバインダ一が、前記混合容器内の前記回転軸の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸に配設された少なくとも 2個の羽根部材によつて、混合粉砕され、該混合容器内における前記セルロース系材料の剪断、摩擦および圧縮による発熱により含有水分が脱水された前記セルロース系材料に溶融したバインダ一が含浸され、前記セルロース系材料に溶融したバインダ一が含浸されたら、前記混合容器内から取り出されるという本発明の第 2の技術的思想に着眼した。本発明は、材料の含水率など全く気にする事無く、小片化した状態であれば微粉砕、乾燥、脱水混合、造粒を全て一工程 (混合溶融装置一台) でそれも短い熱履歴で処理できるものであり、廃材については再利用までの環境負荷が小さく、コスト面及び生産性の面を改善することを目的とするものである。

本発明においては、トチノキ、イチヨウ、ァォギリ、サクラ、ャナギ、ポプラ等の街路樹として植えられている木々の剪定枝葉やスギ、ヒノキ、マツ、カラマッ等の剪定枝葉、スギ、ヒノキ、マツ、カラマツ等の間伐材、スギ、ヒノキ、マッ、カラマツ等の樹皮、製材所から出るスギ、ヒノキ、マツ等の端材やおがくず、集成材等の木質材および木質廃材、ならびに小麦の茎や葉、お茶の葉、籾殻等の植物材および植物廃材等のセルロース系材料の含水率など全く気にする事無く、小片化または細片化した状態であれば微粉砕、乾燥、溶融混合、造粒を全て一工程（混合溶融装置一台）でそれも短い熱履歴で処理できるようにするもので、利用および再利用までの環境負荷が少ないものである。

また本発明は、従来の技術ではコスト面及び生産性の面で問題となっていた、剪定枝葉等の木質端廃材および木質廃材及び小麦の茎や葉等の植物材および植物廃材の有効利用および再利用法を提供し、廃材の高充塡化により使用率を増大させ廃材の再利用の促進を進めるものである。

本発明（請求項 1に記載の第 1発明）の混合粉碎装置は、

駆動源によって回転駆動され、回転自在に支持された回転軸に複数の羽根部材が配設され材料の混合粉砕が行われる混合容器を備えた混合粉砕装置において、

材料投入部に対応する回転軸に投入された材料を前記混合容器に供給するらせん状羽根部材が配設され、前記複数の羽根部材は、前記回転軸の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸に配設された少なくとも 2個の羽根部材によって構成され、

前記羽根部材の前記回転軸に対する取付け角は、前記回転軸に取り付けられる根元部から半径方向外方の先端部まで同一であり、

前記混合容器の側壁に該混合容器内で混合粉砕された材料を取り出す取出部が配設され、

前記混合容器内において、前記材料が混合粉砕され、剪断、摩擦および圧縮による発熱により含有水分が脱水される

ものである。本発明（請求項 2に記載の第 2発明）の混合粉砕装置は、

前記第 1発明において、

前記羽根部材が、矩形の板状部材によって構成されている

ものである。本発明（請求項 3に記載の第 3発明）の混合粉砕装置は、

前記第 2発明において、

前記駆動源が、前記回転軸にベルトその他の回転連絡手段を介して連絡する乇一夕によって構成されている

ものである。本発明（請求項 4に記載の第 4発明）の混合粉砕装置は、

前記第 3発明において、

冷却媒体を、前記回転軸の一端から他端に供給するとともに、混合容器の壁内に供給循環させる冷却装置を備えている

ものである。本発明（請求項 5に記載の第 5発明）の混合粉砕装置は、

前記第 4発明において、

前記回転軸の両端を軸支する軸受け部に、該軸受け部の軸方向の両端を連通する溝が形成され、

前記混合容器内における前記材料の剪断、摩擦および圧縮による発熱により脱水された脱水成分の排出を可能にするように構成されものである。本発明（請求項 6に記載の第 6発明）の混合粉砕装置は、

前記第 5発明において、

前記混合容器内における材料の混合粉砕および乾燥状態に応じた前記モー夕の主軸に作用する負荷トルクの変化に基づき、前記混合容器の前記取出部に配設された開閉部材の開閉を制御して、混合粉砕された材料を取り出す開閉制御装置を備えている

ものである。本発明（請求項 7に記載の第 7発明）の混合溶融方法は、

駆動源によつて回転駆動される回転軸に配設された複数の羽根部材によって混合容器内においてセル口一ス系材料の混合粉砕が行われる混合溶融方法において材料投入部より投入された小片化したセルロース系材料およびバィンダ一が、前記混合容器内の前記回転軸の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸に配設された少なくとも 2個の羽根部材によって、混合粉砕され、該混合容器内における前記セルロース系材料の剪断、摩擦および圧縮による発熱により含有水分が脱水された前記セルロース系材料に溶融したバインダーが含浸され、

前記セルロース系材料に溶融したバインダ一が含浸されたら、前記混合容器内から取り出される

ものである。 PC漏賺 ₀₂₃₄₇

本発明（請求項 8に記載の第 8発明）の混合溶融方法は、

前記第 7発明において、

前記セルロース系材料が、前記木質材料およびまたは植物材料であるものである。本発明（請求項 9に記載の第 9発明）の混合溶融方法は、

前記第 8発明において、

前記木質材料およびまたは植物材料が、前記木質廃材およびまたは植物廃材である

ものである。本発明（請求項 1 0に記載の第 1 0発明）の混合溶融方法は、

前記第 9発明において、

前記羽根部材の先端周速が、毎秒 5メートルないし毎秒 5 0メートルの範囲内になるように前記駆動源としてのモータによって前記回転軸が回転駆動されている

ものである。本発明（請求項 1 1に記載の第 1 1発明）の混合溶融方法は、

前記第 1 0発明において、

前記モータと前記回転軸とは、急激な過渡的回転変動には追従しないように回転連絡されている

ものである。本発明（請求項 1 2に記載の第 1 2発明）の混合溶融方法は、

前記第 1 1発明において、

前記モータの主軸に作用する負荷トルクの変化を監視する

ものである。本発明（請求項 1 3に記載の第 1 3発明）の混合溶融方法は、前記第 1 2発明にお、て、

監視している前記モータの主軸に作用する負荷トルクが、前記混合容器内における材料の混合粉砕および乾燥状態に応じて前記モ一タの主軸にかかる負荷トルクが上昇して最大値に達した後低下して最小値に達した後、一定時間経過したら、前記混合容器の取出部より混合粉碎、脱水され前記バインダ一が含浸された前記セルロース系材料を取り出す

ものである。本発明（請求項 1 4に記載の第 1 4発明）のバインダーが含浸されたセル口— ス系材料の成形方法は、

材料投入部より投入された小片化したセルロース系材料およびバインダ一が、混合容器内の駆動源によって回転駆動される回転軸の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸に配設された少なくとも 2個の羽根部材によって、混合粉砕され、該混合容器内におけるセルロース系材料の剪断、摩擦および圧縮による発熱により含有水分が脱水された前記セル口一ス系材料に溶融したバインダ一が含浸され、

前記セル口一ス系材料に溶融したバインダ一が含浸されたら、前記混合容器内から取り出され、

前記混合容器内から取り出された溶融した前記バィンダ一が含浸された前記セルロース系材料を加熱および加圧することにより成形する

ものである。本発明（請求項 1 5に記載の第 1 5発明）のバインダーが含浸されたセル口一ス系材料の成形方法は、

前記第 1 4発明において、

前記バインダ一が含浸された前記セルロース系材料の成形が、押出成形によつて行われる

ものである。本発明（請求項 1 6に記戟の第 1 6発明）のバインダーが含浸されたセル口一ス系材料の成形方法は、.

前記第 1 5発明において、

前記セル口一ス系材料が、前記木質廃材およびまたは植物廃材であるものである。上記構成より成る第 1発明の混合粉砕装置は、駆動源によって回転駆動され、回転自在に支持された回転軸に複数の羽根部材が配設され材料の混合粉砕が行われる混合容器を備えた混合粉砕装置において、材料投入部に対応する回転軸に投入された材料を前記混合容器に供給するらせん状羽根部材が配設され、前記複数の羽根部材は、前記回転軸の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸に配設された少なくとも 2個の羽根部材によって構成され、前記羽根部材の前記回転軸に対する取付け角は、前記回転軸に取り付けられる根元部から半径方向外方の先端部まで同一であり、前記混合容器の側壁に該混合容器内で混合粉砕された材料を取り出す取出部が配設され、前記混合容器内において、前記材料が混合粉碎され、剪断、摩擦および圧縮による発熱により前記材料の含有水分が脱水されるので、材料の含水率など全く気にする事無く、小片化した状態であれば微粉砕、乾燥、脱水混合、造粒を全て一工程（混合粉碎装置一台）でそれも短い熱履歴で処理できるものであり、廃材については再利用までの環境負荷が小さく、コスト面及び生産性の問題を解消するという効果を奏する。上記構成より成る第 2発明の混合粉砕装置は、前記第 1発明において、前記羽根部材が、矩形の板状部材によって構成されているので、シンプルな構成によつて前記材料の混合粉砕および脱水を実現し、保守を容易にして、寿命を伸ばすという効果を奏する。上記構成より成る第 3発明の混合粉砕装置は、前記第 2発明において、前記駆動源が、前記回転軸にベルトその他の回転連絡手段を介して連絡するモータによつて構成されているので、前記駆動源を構成する前記モータの配置の自由度が高いという効果を奏する。上記構成より成る第 4発明の混合粉砕装置は、前記第 3発明において、前記冷却装置が、冷却媒体を前記回転軸の一端から他端に供給するとともに、混合容器の壁内に供給循環させるので、前記回転軸および混合容器の壁を冷却して温度上昇を抑制するという効果を奏する。上記構成より成る第 5発明の混合粉碎装置は、前記第 4発明において、前記回転軸の両端を軸支する軸受け部に形成された前記軸受け部の軸方向の両端を連通する溝によって、前記混合容器内における前記材料の剪断、摩擦および圧縮による発熱により脱水された脱水成分の排出を可能にするという効果を奏する。上記構成より成る第 6発明の混合粉砕装置は、前記第 5発明において、前記開閉制御装置が、前記混合容器内における材料の混合粉砕および乾燥状態に応じた前記モータの主軸に作用する負荷トルクの変化に基づき、前記混合容器の前記取出部に配設された開閉部材の開閉を制御して、混合粉砕された材料を取り出すので、含有水分が脱水された前記材料の取り出しを可能にするという効果を奏する

上記構成より成る第 7発明の混合溶融方法は、駆動源によって回転駆動される回転軸に配設された複数の羽根部材によって混合容器内においてセルロース系材料の混合粉砕が行われる混合溶融方法において、材料投入部より投入された小片化したセルロース系材料およびバインダ一が、前記混合容器内の前記回転軸の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸に配設された少なくとも 2個の羽根部材によって、混合粉砕され、該混合容器内における前記セルロース系材料の剪断、摩擦および圧縮による発熱により含有水分が脱水された前記セル口一ス系材料に溶融したバインダ一が含浸され、前記セル口一ス系材料に溶融したバインダ一が含浸されたら、前記混合容器内から取り出されるので、脱水された前記セルロース系材料にバインダ一が均一に含浸されるため、前記セルロース系材料の含水率など全く気にする事無く、小片化した状態であれば微粉砕、乾燥、脱水混合、造粒を全て一工程（混合溶融装置一台）でそれも短い熱履歴で処理できるものであり、廃材については成形材としての再利用までの環境負荷が小さく、コス卜面及び生産性の問題を解消するという効果を奏する。上記構成より成る第 8発明の混合溶融方法は、前記第 7発明において、前記セルロース系材料が、前記木質材料およびまたは植物材料であるので、脱水された前記木質材料およびまたは植物材料にバインダ一が均一に含浸されるため、前記木質材料およびまたは植物材料の含水率など全く気にする事無く、小片化した状態であれば微粉砕、乾燥、脱水混合、造粒を全て一工程（混合溶融装置一台）でそれも短い熱履歴で処理できるものであり、廃材については成形材としての再利用までの環境負荷が小さく、コスト面及び生産性の問題を解消するという効果を奏する。上記構成より成る第 9発明の混合溶融方法は、前記第 8発明において、前記木質材料およびまたは植物材料が、前記木質廃材およびまたは植物廃材であるので、脱水された前記木質廃材およびまたは植物廃材にバインダ一が均一に含浸されるため、前記木質廃材およびまたは植物廃材の含水率など全く気にする事無く、小片化した状態であれば微粉砕、乾燥、脱水混合、造粒を全て一工程（混合溶融装置一台）でそれも短い熱履歴で処理できるものであり、廃材については成形材としての再利用までの環境負荷が小さく、コス卜面及び生産性の問題を解消するという効果を奏する。上記構成より成る第 1 0発明の混合溶融方法は、前記第 9発明において、前記羽根部材の先端周速が、毎秒 5メ一トルないし毎秒 5 0メートルの範囲内になるように前記駆動源としてのモータによって前記回転軸が回転駆動されているので、前記混合容器内における微粉砕、乾燥、脱水混合、造粒を望ましい状態において行うことが出来るという効果を奏する。上記構成より成る第 1 1発明の混合溶融方法は、前記第 1 0発明において、前記モータと前記回転軸とは、急激な過渡的回転変動には追従しないように回転連絡されているので、前記混合容器内における回転している羽根部材に作用している負荷トルクの急激な過渡的変化をモータの主軸に作用しないようにしたので、モータの寿命を伸ばすという効果を奏する上記構成より成る第 1 2発明の混合溶融方法は、前記第 1 1発明において、前記モータの主軸に作用する負荷トルクの変化'を監視するので、前記混合容器内における微粉砕、乾燥、脱水混合、造粒の状態を把握するごとが出来るという効果を奏する。上記構成より成る第 1 3発明の混合溶融方法は、前記第 1 2発明において、監視している前記モータの主軸に作用する負荷トルクが、前記混合容器内における材料の混合粉砕および乾燥状態に応じて前記モータの主軸にかかる負荷トルクが上昇して最大値に達した後低下して最小値に達した後、一定時間経過したら、前記混合容器の取出部より混合粉砕、脱水されバインダ一が含浸された前記セル口 —ス系材料を取り出すので、脱水された前記セルロース系材料の生成を可能にするという効果を奏する。上記構成より成る第 1 4発明のバインダ一が含浸されたセルロース系材料の成形方法は、材料投入部より投入された小片化したセルロース系材料およびバインダ一が、混合容器内の駆動源によつて回転駆動される回転軸の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸に配設された少なくとも 2個の羽根部材によって、混合粉砕され、該混合容器内におけるセルロース系材料の剪断、摩擦および圧縮による発熱により含有水分が脱水された前記セルロース系材料に溶融したバインダ一が含浸され、前記セルロース系材料に溶融したバインダ —が含浸されたら、前記混合容器内から取り出され、前記混合容器内から取り出された溶融した前記バインダ一が含浸された前記セル口一ス系材料を加熱および加圧することにより成形するので、溶融した前記バインダ一が含浸された前記セルロース系材料の強固な成形品を得ることが出来るという効果を奏する。上記構成より成る第 1 5発明のバインダ一が含浸されたセルロース系材料の成形方法は、前記第 1 4発明において、前記バインダ一が含浸された前記セルロース系材料の成形が、押出成形によって行われるので、溶融した前記バインダーが含浸された前記セルロース系材料の強固な成形品の連続成形を可能にするという効果を奏する。上記構成より成る第 1 6発明のバインダ—が含浸されたセルロース系材料の成形方法は、前記第 1 5発明において、前記セルロース系材料が、前記木質廃材およびまたは植物廃材であるので、前記木質廃材およびまたは植物廃材による強固な成形品の連続成形を可能にするという効果を奏する。図面の簡単な説明図 1は、本発明の実施形態および実施例の混合溶融装置を示す正面図である。図 2は、本実施形態および実施例の混合溶融装置における回転羽根軸を示す部分拡大図である。

図 3は、本実施形態および実施例の混合溶融装置のシステム全体を示すスケルトンプロック図である。

図 4は、本実施形態および実施例における回転羽根軸の羽根部材と回転軸との関係を示す部分拡大側面図である。 2004/002347 図 5は、本実施形態および実施例における混合容器の排出口に配設された開閉自在の開閉部材を示す断面図である。

図 6は、本実施形態および実施例における 6枚の羽根部材の回転軸に対する配設形態を示す部分拡大図である。

図 7は、本実施形態および実施例における混合容器内の材料の混合、粉碎、脱水、溶融の状態におけるモータ主軸の負荷トルクの変化を示す線図である。図 8は、本発明の実施例に係わる高充塡成形材料（木質廃材（スギ） +バインダー）の顕微鏡写真である。

図 9は、本発明の実施例における比較用の木質廃材 (スギ) の細片物の顕微鏡写真である。

図 1 0は、.本発明のその他の実施形態における羽根部材の例を説明するための部分拡大説明図である。発明を実施するための最良の形態以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。

(第 1実施形態）

本第 1実施形態の混合粉砕装置および該混合粉砕装置を用いた混合溶融方法は、図 1および図 2に示されるように駆動源としてのモータ 8によって回転駆動され、回転自在に支持された回転軸 5に複数の羽根部材 1 0 aないし 1 0 ίが配設され材料の混合粉碎が行われる混合容器 3を備えた混合粉碎装置において、材料投入部に対応する回転軸に投入された材料を前記混合容器に供給するらせん状羽根部材 1 2が配設され、前記複数の羽根部材 1 0 aないし 1 0 f の少なくとも 2 枚は、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸 5 に配設され、前記混合容器 3の側壁に該混合容器内で混合粉砕された材料を取り出す取出部 1 7が配設され、前記混合容器 3内において、前記材料が混合粉砕され、剪断、摩擦および圧縮による発熱により含有水分が脱水されるものである。本第 1実施形態においては、セルロース系材料としての細片化した木質廃材及び植物廃材とバインダーの熱可塑性樹脂（P P、 P E、生分解性樹脂など）、相溶化剤 (反応性ポリオレフィン系ォリゴマー、無水マレイン酸など) 等と共に前記らせん状羽根部材 1 2を介して前記混合容器 3内に供給し、相対する複数の回転羽根 1 0 aないし 1 0 ίの高速回転により、細片化した木質廃材及び植物廃材とバインダ一が高速で衝突を繰り返す。

この際の前記混合容器 3内における木質廃材及び植物廃材の挙動は、未だ学術的に必ずしも明らかにになつているものではないが、その時の衝突エネルギーにより、細片物から微粉砕物となり、最終的に微粉粒となり、その間の衝突エネルギ一は内部エネルギーに変換され、微粉粒それ自体の温度上昇が起こる。

また同時期に包囲された前記混合容器 3の内面に微粉粒を押し付けるように打撃しかつ押し進める前記回転羽根 1 2の作用による熱運動効果（内部摩擦加熱）が起こり、前記した内部エネルギーによる温度上昇と相乗的に働き、同時に回転羽根軸に連続的に設けた後述する脱水成分排出用の溝を介して材料混合容器 3内へ空気が大量に流入し、急激な温度上昇（約 1、 2秒の間に 6 0 °C→ 2 0 0 °C超 ) が起こる事になる。

従来の技術において記載した単純混合と異なり、前記混合容器 3内が一瞬のうちに高温高圧の状態となり、細胞内腔や細胞間隙等の空隙中に存在する自由水と、細胞壁中に含まれている結合水が抜けた隙間に、木材においてセルロースに次いで多い割合のリグニンが媒介となりバインダーの熱可塑性樹脂（P P、 P E、生分解性樹脂など）、相溶化剤（反応性ポリオレフィン系オリゴマー、無水マレィン酸など）が入り込み単純混合では全く見られない木材を構成するセルロース等と均一にそして強い結合力を持って一体化するのである（図面 8の写真）。すなわち前記リグニンは、 3つのモノグリノ一ルの重合体からなる 3次元網目状構造をした天然高分子であり、バインダーの高分子との親和性によって脱水状態のセルロース成分に溶融したバインダ一が含浸されたと考えることが出来る。したがって、前記混合容器 3から取り出された脱水状態のセルロース成分に溶融したバインダ一が含浸され微細片によつて、木質廃材及び植物廃材の比率が重量比で 8 0 %〜9 0 %の高充塡成形材料の製造を可能にするとともに、工程を単純化することができ、コスト面及び生産性の面で大きな効果が得られることを可能にするものである。

(第 2実施形態）

第 2実施形態の混合粉砕装置は、図 1ないし図 6に示されるように駆動源によつて回転駆動され、回転自在に支持された回転軸 5に複数の羽根部材 1 0 aなしい 1 0 f が配設され材料の混合粉砕が行われる混合容器 3を備えた混合粉砕装置において、材料投入部 1 4に対応する回転軸 5に投入された木質材料およびまたは植物材料およびバインダ一を前記混合容器 3に供給するらせん状羽根部材 1 2 が配設され、前記複数の羽根部材は、前記回転軸の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸に配設された複数の羽根部材によって構成され、前記羽根部材の前記回転軸に対する取付け角は、前記回転軸に取り付けられる根元部から半径方向外方の先端部まで同一であり、前記混合容器 3の側壁に該混合容器内で混合粉砕された材料を取り出す取出部 1 7が配設され、前記混合容器内において、前記材料が混合粉砕され、剪断、摩擦および圧縮による発熱により含有水分が脱水され、含有水分が脱水された前記木質材料およびまたは植物材料に溶融した前記バインダ一が含浸されるものである。本第 2実施形態の混合粉砕装置について、図面を用いて具体的に説明する。図 1において、一例としての混合溶融装置 1を示す。この混合溶融装置 1においては、機台べ一ス 2上に横向に円筒形の混合容器 3と、前記材料投入部 1 4および前記らせん状羽根部材 1 2が配設される供給容器 1 3が複数の脚部によって配置される。

両端の脚部に配置された軸受 4， 4により回転羽根軸 5を水平に支持して、該回転羽根軸 5が該混合容器 3の中心と同軸的に貫揷配置され、該回転羽根軸 5の一端（図 1中右端) をプーリ一 6と Vベルト 7を介して駆動源としてのモーター

8と回転連絡している。

回転羽根軸 5は、軸心部に冷却水供給用の小径の孔部が形成された中空状であ P T/JP2004/002347 り、その両端にロータリ一ジョイント 9が設けられ、該ロータリージョイント 9 を通して冷却水を該回転羽根軸 5の内部に軸方向に供給するように構成されている。混合容器 3中を貫通して配置された回転羽根軸 5の外周には図 2に示されるように計 6枚の横断面形状矩形であるとともに、全体形状矩形の羽根 1 0 a〜 1 0 f が、前記回転軸の円周方向の 1 8 0度の角度間隔の部位における軸方向において対向して突設されている。羽根 1 0 a ~ 1 0 f の厚さは、図 2に示されるように外周側略 4割の部分が内周側に比べて厚く形成されており、材料の混合、粉砕および溶融が、効果的に行われるように構成されている。

そのうちの軸方向の両端部の羽根 1 0 a及び 1 0 f は図 1の右側面から見た場合の時計回りに回転したとき、その前縁が混合容器 3の両端の垂直壁 1 1 , 1 1 の内面と殆ど隙間なく摺接するように羽根の先端から根元まで約 1 5度の取付け角度で傾斜して回転羽根軸 5の外周に固着されている。

また中間部の 4枚の羽根 1 0 b、 1 0 c、 1 0 d、 1 0 eは回転羽根軸 5の外周面に千鳥状に各羽根の先端から根元まで約 1 5度の角度で傾斜して固着され回転時の前縁が該混合容器 3の両端を向く方向に各々配置されている。すなわち 4 枚の羽根 1 0 bおよび 1 0 d、 1 0 cおよび 1 0 eは、図 2および図 6に示されるように軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角（円周方向に対する角度）は 1 5度になるように前記回転軸 5に配設されている。また、前記混合容器 3の両端壁 1 1のモータ—側は、該混合容器 3の一方の端壁に開設された混合容器 3の材料供給口であり、 1 2は、回転羽根軸 5の外周に形成された螺旋状の材料供給スクリユーであり、 1 3は、該供給スクリュー 1 2 を包囲している材料供給箱、 1 4は、該材料供給箱 1 3の上方に設けられたホッパーであり、該ホッパー 1 4には材料を投入した後混合粉砕溶融時には気密に閉止し得る開閉自在のシャッター 1 5が設けられている。また両側一対の 1 6， 1

6は、回転羽根軸 5に固設された円滑な回転を得るためのバランスホイールである混合容器 3の周壁中には連続した通水路が形成され、冷却水を循環させることにより該混合容器 3を冷却し得るように構成されている。また-, 1 7は、混合容器 3の底壁部に設けられた造粒された材料を取り出すための排出口蓋で、該排出口蓋 1 7は、軸 1 8により回転可能に支持され該軸 1 8は口一タリ一シリンダ一 1 9 , 1 9と連結され、開閉できるように構成されている。

また、図 2に示される両側のカラ一 2 0、 2 0は、空気を混合容器 3に送るためのもので回転羽根軸 5の回転により空気が混合容器 3に送られるように両端の各々の連続した溝は右ネジ、左ネジの螺旋溝で構成されている。また、 2 1は制御盤で、前記モータ一 8と接続ケーブルを介して連結されており、該モーター 8より主軸の負荷トルクが連続的に電気信号とし該制御盤 2 1 に入力されるように構成されている。

前記混合容器 3内における材料の混合粉砕および乾燥状態に応じた前記モータ 8の主軸に作用する負荷トルクの変化に基づき、前記混合容器 3の前記取出部に配設された開閉部材 1 7の開閉のタイミングを制御して、混合粉砕された材料を取り出す開閉制御装置を備えているものである。上記構成より成る混合溶融装置を用いた本第 2実施形態の混合溶融方法は、駆動源としてのモータ 8によって回転駆動される回転軸 5に配設された複数の羽根部材 1 0 a〜 1 0 f によって混合容器内においてセルロース系材料である木質材料およびまたは植物材料の混合粉砕が行われる混合溶融方法において、材料投入部より投入された小片化したセルロース系材料としての木質材料およびまたは植物材料およびバインダ一が、前記混合容器 3内の前記回転軸 5の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸 5に配設された少なくとも 2 個の羽根部材によって、混合粉砕され、該混合容器 3内における前記セルロース系材料の剪断、摩擦および圧縮による発熱により含有水分が脱水された前記セルロース系材料に溶融したバインダ—が含浸され、前記セルロース系材料としての木質材料およびまたは植物材料に溶融したバインダ一が含浸されたら、前記混合容器内から取り出されるものである。前記セルロース系材料は、前記木質材料およびまたは植物材料であり、前記木質材料およびまたは植物材料は、前記木質廃材およびまたは植物廃材を用いて再利用することが出来る。

すなわち、前記木質廃材およびまたは植物廃材は、トチノキ、イチヨウ、ァォギリ、サクラ、ャナギ、ポプラ等の街路樹として植えられている木々の剪定枝葉やスギ、ヒノキ、マツ、カラマツ等の剪定枝葉、スギ、ヒノキ、マツ、カラマツ等の間伐材、スギ、ヒノキ、マツ、カラマツ等の樹皮、製材所から出るスギ、ヒノキ、マツ等の端材やおがくず、集成材等の木質材および木質廃材、ならびに小麦の茎や葉、お茶の葉、籾殻等の植物材および植物廃材等のセルロース系材料の含水率など全く気にする事無く、小片化または細片化した状態のものであれば良いのである。前記羽根部材 1 0 a〜 1 0 f の先端周速が、毎秒 5メートルないし毎秒 5 0メ一トルの範囲内になるように前記駆動源としてのモータ 8によって前記回転軸が回転駆動されており、前記モータ 8 と前記回転軸 5 とは、急激な過渡的回転変動には追従しないように回転連絡されており、前記モータ 8の主軸に作用する負荷トルクの変化を監視して、図 7に示されるように監視している前記モータ 8の主軸に作用する負荷トルクが、前記混合容器 3内における材料の混合粉砕および乾燥状態に応じて前記乇一タ 8の主軸にかかる負荷トルク Tが上昇して最大値 Xに達した後低下して最小値 I に達した後、一定時間 tが経過したら、前記混合容器 3の取出部 1 7より混合粉砕、脱水され前記バインダ一が含浸された前記セル口ース系材料としての前記木質廃材およびまたは植物廃材を取り出すものである。このように本第 2実施形態の混合溶融装置および混合溶融方法は、木質廃材及び植物廃材を再利用するもので、木の風合いがあり、木の香りがする、静電気の発生が少ないとともに、紫外線吸収後の物性低下が少なく、水分呼吸をする等により木に近い成形品を得るための原材料を提供するものである。

また既存の成形機、金型、二次加工用木工機が、そのまま使用できるため特殊な設備は全く必要がないとともに、木質廃材及び植物廃材を細片化した状態から微粉砕、乾燥、溶融混合、造粒を短時間に全て一工程、すなわち混合溶融装置一台でこなし、外部加熱を一切使用していないので、製造コストを大幅に低減でき、バインダーに生分解性樹脂を使用することにより、より自然にやさしい成形品を得ることが出来る。

また製造過程で発生する不良品等も粉砕し、 1 0 0 %利用して成形が可能で、繰返し再利用ができるとともに、また木質廃材及び植物廃材を高い比率で再利用するため、資源の有効利用の点で誠に有益な効果を奏するものである。

すなわち、本第 2実施形態においては、前記混合容器 3内において上記加熱処理を施した木質材料が、自己接着性と熱流動性を発現することを利用するもので、前記混合容器 3内において蒸気加熱した木質材料を前記開閉部材 1 7を一気に開けることにより解圧して一旦乾燥させ、蒸気爆枠生成物を熱プレス等により加熱、加圧することにより、成形体を作製できるのである。

蒸気加熱処理した木質材料は、接着性成分を保有し、接着剤無しで成形できるとともに、加熱、加圧することにより、流動することが分かっている。木質材料だけを原料として、強固なプラスチック様の成形体を製造することが出来るものである。

(実施例）

実施例の混合溶融装置 1および混合溶融方法は、図 1および図 3に示されるよ Ίに回転羽根軸 5の内部を軸方向に及び混合容器 3の壁部内に鉢巻き状に各々冷却水を循環させて、回転羽根軸 5および混合容器 3を冷却する。

モータ一 8により該回転羽根軸 5を介して羽根 1 0 a〜 1 0 f を回転させる。羽根 1 0 a〜l 0 f の先端速度が毎秒約 5 mの状態において、事前計量してホッパ一 1 4に装塡している細片化した木質廃材（スギ：重量比 8 5 % ) とバインダ

— ( P P ：重量比 1 2 %、無水マレイン酸： 3 % ) をシャッター 1 5を開いて材料供給箱 1 3へ供給した後、シャッター 1 5を閉じる。そして供給スクリュー 1 2の回転により混合容器 3内に材料が供給押し入れられる。すなわち、ホッパ一 1 4が空になつたらシャツ夕一 1 5を閉め、羽根 1 0 a ~ 1 0 f の先端速度が毎秒約 3 0 mになるまで該モーター 8の回転を上げていき、羽根 1 0 a〜 1 0 f の先端速度が毎秒約 3 0 mの状態において約 4 0秒ほど維持する。

この間に材料が細片物工程、微粉砕物工程、微粉粒工程と進行し、その過程で材料に含まれていた水分が抜け、微粉粒は全乾状態に近い状態になり、内部エネルギ—と内部摩擦加熱の相乗効果によって、一気に混合容器 3内の温度が 6 0 °C から 2 0 0 °Cを超える温度まで上昇する。

この時前記混合容器 3内が一瞬のうちに高温高圧の状態となり、細胞内腔や細胞間隙等の空隙中に存在する自由水と、細胞壁中に含まれている結合水が抜けた隙間に、バインダ一がー瞬のうちに溶融混合して木材を構成するセルロース等と均一にそして強い結合力を持って一体化する。材料が溶融混合するとき羽根 1 0 _a〜l 0 f 及び回転羽根軸.5に一瞬の内に大きな負荷トルクがかかる。本実施例においては、モータ一 8にかかるトルク数値で 1 3 0 %前後となる。高速で回転している羽根 1 0 a〜l 0 f 及び回転羽根軸 5にブレーキがかかった状態になると、該回転羽根軸 5側のプ一リ一 6とモータ ― 8側のブーリ一 6を連結している Vベルト 7においてすべりが発生し、急激な負荷トルク変動をモーター 8の主軸に伝えない構成になっている。モータ一 8にかかる負荷トルクの変動を、電気信号に変換をして前記制御盤 2

1に送り、該制御盤 2 1内で予め入力しておいた負荷トルクデータと照合させ溶融混合の終了時期を読み取り、羽根 1 0 a〜 1 0 f の先端速度が毎秒約 3 0 mの高速回転の状態において、口一タリ一シリンダー 1 9、 1 9を駆動させ、軸 1 8 を介して連結されている排出口蓋 1 7を開き、脱水され、バインダーが含浸され造粒されたスギの高充塡成形材料を排出する。前記モーター 8の負荷トルク変動の値は、木質廃材及び植物廃材の種類及び混合容器 3内に入れる木質廃材及び植物廃材の重量等で違いが出るため、最初は手動にて混合溶融装置 1を運転し、モーター 8の負荷トルク変動の数値を読み取り制御盤 2 1内にその数値を打込みデータベース化する必要があり、この予め格納されているデータに従い、前記排出口蓋 1 7の開閉制御が行われる。

本実施例におけるスギの高充塡成形材料を用いて押出成形を行い、押出成形によって得られた成形品は、木質廃材（スギ：重量比 8 5 % ) とバインダー（P P ：重量比 1 2 %、無水マレイン酸： 3 % ) である実施例について、各試験項目における各測定値を表 1に示した。

比較例としてスギ材、比較例 1 (木質廃材 5 5 %、廃ブラ P P材 3 0 %、添加剤他 1 5 % ) 、比較例 2 (中密度ファィバーボード、木の繊維を利用し、接着剤を噴霧してホットプレスしたもの）および比較例 3 (木粉 5 5 %、樹脂 4 5 % ) の各測定値も表 1に示した。

【表 1】

[基本物性比較] 実施例の値は、愛知県産業技術研究所の試験値による。

CO

実施例：フロアリングアビトン成形品 (スギ材 85% + PP12% +無水マレイン酸 3%) 比較例 1： {木質廃材 (55%)+廃ブラ PP材 (30%)+添加剤他（15%)}

比較例 2: 中密度ファイバーボード (木の繊維を利用し、接着剤を噴霧してホットプレスした物）比較例 3: {木粉 (55%)+樹脂 (459ύ)}

表 1からも明らかなようにスギ材の廃材を用いた実施例の硬さは、スギ材の 2 倍であり、縦圧縮強さは 2割強であり、摩耗量は桁違いに少ないものである。また実施例の曲げャング率は、比較例 2および比較例 3の略 2倍であり、曲げ強さは、比較例 2および比較例 3に対してそれぞれ 1割強、 4割強である。の数値にて示したものである。

図 8に、本実施例に係わる高充塡成形材料（木質廃材（スギ） +バインダー）の顕微鏡写真を示す。熱流動により仮道管（細胞）の配列がくずれ、バインダーが含浸されていることが分かる。

図 9に、本実施例に係わる木質廃材（スギ）の細片物の顕微鏡写真を示す。仮道管（細胞）が放射方向に整然と配列していることが分かる。木部の水分通導と樹体を機械的に支持する両方の機能を兼務している。

上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。また上述の実施形態および実施例においては、一例として取付け角 1 5度の矩形の横断面形状の羽根部材について説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、例えば必要に応じて取付け角を 1 5度以外の角度に設定することが出来るとともに、図 1 0 ( A ) および（B ) に示されるように中間部分が凹および凸の翼形状の断面形状の羽根部材の実施形態を必要に応じて採用することが出来るものである。さらに上述の実施形態および実施例においては、一例として口一夕リ一シリンダ一によって混合容器の排出口蓋を開閉する例について、説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、例えばシリンダ一内をビストンが直線的に移動するピストンシリンダータイプのァクチユエ一タを用いて排出口蓋を開閉する実施形態を必要に応じて採用することが出来るものである。また上述の実施形態および実施例においては、一例として混合容器内の混合、粉碎ぉよぴ溶融された材料の状態をモ一夕の主軸保護の観点より、モータの主軸の負荷トルクに着目して検出する場合について説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、例えば混合容器内の温度や、混合容器の歪その他の混合容器内の混合、粉砕および溶融された材料の状態を反映する物理量を検出する実施形態を必要に応じて採用することが出来るものである。産業上の利用可能性 · 駆動源としてのモータによって回転駆動され、回転自在に支持された回転軸に複数の羽根部材が配設され材料の混合粉砕が行われる混合容器を傭えた混合粉砕装置および混合溶融方法において、材料投入部に対応する回転軸に投入された材料を前記混合容器に供給するらせん状羽根部材が配設され、前記複数の羽根部材の少なくとも 2枚は、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸に配設され、前記混合容器の側壁に該混合容器内で混合粉砕された材料が所定の状態に達したら材料を取り出す取出部が配設され、前記混合容器内において、前記材料が混合粉砕され、剪断、摩擦および圧縮による発熱により含有水分が脱水され、脱水された材料に溶融したバィンダ一を含浸させるもので、コスト面及び生産性の面で問題となっていた、剪定枝葉等の木質端廃材および木質廃材及び小麦の茎や葉等の植物材および植物廃材の有効利用および再利用法を提供し、廃材の高充塡化により使用率を増大させ廃材の再利用の促進を進める用途に適用できるものである。

Claims

請求の範囲

1 . 駆動源によって回転駆動され、回転自在に支持された回転軸に複数の羽根部材が配設され材料の混合粉砕が行われる混合容器を備えた混合粉碎装置において、

材料投入部に対応する回転軸に投入された材料を前記混合容器に供給するらせん状羽根部材が配設され、

前記複数の羽根部材は、前記回転軸の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸に配設された少なくとも 2個の羽根部材によって構成され、

ことを特徵とする混合粉砕装置。

2 . 前記羽根部材が、矩形の板状部材によって構成されている

ことを特徴とする請求項 1に記載の混合粉砕装置。

3 . 前記駆動源が、前記回転軸にベルトその他の回転連絡手段を介して連絡するモータによって構成されている

ことを特徵とする請求項 2に記載の混合粉砕装置。

4 . 冷却媒体を、前記回転軸の一端から他端に供給するとともに、混合容器の壁内に供給循環させる冷却装置を備えている

ことを特徴とする請求項 3に記載の混合粉砕装置。

5 . 前記回転軸の両端を軸支する軸受け部に、該軸受け部の軸方向の両端を連通する溝が形成され、

前記混合容器内における前記材料の剪断、摩擦および圧縮による発熱により脱水された脱水成分の排出を可能にするように構成されている

ことを特徵とする請求項 4に記載の混合粉砕装置。

6 . 前記混合容器内における材料の混合粉砕および乾燥状態に応じた前記モ— タの主軸に作用する負荷トルクの変化に基づき、前記混合容器の前記取出部に配設された開閉部材の開閉を制御して、混合粉砕された材料を取り出す開閉制御装置を備えている

ことを特徴とする請求項 5に記載の混合粉砕装置。

7 . 駆動源によって回転駆動される回転軸に配設された複数の羽根部材によつて混合容器内においてセルロース系材料の混合粉砕が行われる混合溶融方法において、

材料投入部より投入された小片化したセル口一ス系材料およびバィンダ一が、前記混合容器内の前記回転軸の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸に配設された少なくとも 2個の羽根部材によって、混合粉砕され、該混合容器内における前記セルロース系材料の剪断、摩擦および圧縮による発熱により含有水分が脱水された前記セル口一ス系材料に溶融したバィンダ―が含浸され、

前記セル口一ス系材料に溶融したバィンダ一が含浸されたら、前記混合容器内から取り出される

ことを特徵とする混合溶融方法。

8 . 前記セルロース系材料が、前記木質材料およびまたは植物材料であることを特徴とする請求項 7に記載の混合溶融方法。

9 . 前記木質材料およびまたは植物材料が、前記木質廃材およびまたは植物廃材である

ことを特徵とする請求項 8に記載の混合溶融方法。

1 0 . 前記羽根部材の先端周速が、毎秒 5メートルないし毎秒 5 0メートルの範囲内になるように前記駆動源としてのモ一夕によって前記回転軸が回転駆動されている

ことを特徴とする請求項 9に記載の混合溶融方法。

1 1 . 前記モータと前記回転軸とは、急激な過渡的回転変動には追従しないように回転連絡されている

ことを特徵とする請求項 1 0に記載の混合溶融方法。

1 2 . 前記モー夕の主軸に作用する負荷トルクの変化を監視する

ことを特徵とする請求項 1 1に記載の混合溶融方法。

1 3 . 監視している前記モー夕の主軸に作用する負荷トルクが、前記混合容器内における材料の混合粉砕および乾燥状態に応じて前記モー夕の主軸にかかる負荷トルクが上昇して最大値に達した後低下して最小値に達した後、一定時間経過したら、前記混合容器の取出部より混合粉砕、脱水され前記バインダーが含浸された前記セルロース系材料を取り出す

ことを特徵とする請求項 1 2に記載の混合溶融方法。

1 4 . 材料投入部より投入された小片化したセルロース系材料およびバインダ —が、混合容器内の駆動源によって回転駆動される回転軸の円周方向の一定角度間隔の部位における軸方向において対向するとともに、回転方向において互いの対向間隔が狭まるような取付け角で前記回転軸に配設された少なくとも 2個の羽根部材によって、混合粉砕され、該混合容器内におけるセルロース系材料の剪断、摩擦および圧縮による発熱により含有水分が脱水された前記セルロース系材料に溶融したバィンダ―が含浸され、

前記セル口一ス系材料に溶融したバィンダ一が含浸されたら、前記混合容器内から取り出され、

前記混合容器内から取り出された溶融した前記バインダ一が含浸された前記セルロース系材料を加熱および加圧することにより成形する

ことを特徴とする溶融したバインダ一が含浸されたセルロース系材料の成形方法

1 5 . 前記バインダーが含浸された前記セルロース系材料の成形が、押出成形によつて '仃われる

ことを特徴とする溶融した請求項 1 4に記載のバインダ一が含浸されたセル口一ス系材料の成形方法。

1 6 . 前記セルロース系材料が、前記木質廃材およびまたは植物廃材であることを特徴とする請求項 1 5に記載のバインダ一が含浸されたセルロース系材料の成形方法。