(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バインダーを付着させた繊維または木質エレメントを複数の中子とともに積層し、この積層物を一体に熱圧成形し、
熱圧成形後前記中子を引き抜き、リブを有する空孔を形成することを特徴とする中空パネルの製造方法。
【請求項２】
前記木質エレメントを木質薄片とすることを特徴とする請求項１記載の中空パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は中空パネルの製造方法に関し、繊維または木質エレメントを原料とする板材を積層して構成され、高剛性、軽量な中空パネル得ることができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、木材資源の不足や、森林の保護が問題となってきており、森林伐採は今後益々困難となることは明らかである。したがって、原料木材を大量に使用して製造される合板などの板材は、その供給が不安定あるいは供給不足となり、価格も高騰することが予想される。よって、従来廃材とされていた木質薄片や、木材片の木質繊維などを有効に利用して得られる木質パネルが注目され、従来合板を使用していた用途への応用が強く望まれている。
【０００３】
このような木質パネルとしては、例えば、図８、９、１０に示すようなものが知られている。
図８に示す木質パネルは、ペーパーハニカム１の両面に、このペーパーハニカム１よりも厚みの薄い木質平板２、２を積層したものである。
また、図９に示す木質パネルは、芯材３の両面に、この芯材３よりも厚みが薄く、木質薄片をバインダーを用いて接着し成形一体化した木質薄片集積板から形成された表層４、４が積層されたものである。
また、図１０に示す木質パネルは、樹脂などを成形した波型板５を、木質平板６、６で挟みこんだものである。
【０００４】
図８、９、１０に示したような木質パネルは、高剛性、軽量であるという点で優れているが、製造工程が複雑であるため、製造コストが高いという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、繊維または木質エレメントを原料とする板材を積層して構成される高剛性、軽量な中空パネルを安価に得ることができる中空パネルの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、本発明の請求項１記載中空パネルの製造方法は、バインダーを付着させた繊維または木質エレメントを複数の中子とともに積層し、この積層物を一体に熱圧成形し、
熱圧成形後前記中子を引き抜き、リブを有する空孔を形成するものである。
【０００７】
また、本発明の請求項２記載の中空パネルの製造方法は、前記木質エレメントを木質薄片とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の中空パネルの製造方法によって得られるパネルの一例を示す概略斜視図である。
この例のパネル１０は、繊維または木質エレメントにバインダーを付着させ、次いで、このバインダーが付着した繊維または木質エレメントを複数の中子とともに積層し、この積層物を一体に熱圧成形してバインダーにより一体に結合し、熱圧成形後、中子をこの成形物から引き抜き、リブ１２で区切られている複数の空孔１１をパネル１０の長手方向に貫通するように形成したものである。
【０００９】
本発明で用いられる繊維としては、草、茎、藁などの植物系の繊維、または布を解繊して得られる繊維（フリース）などが挙げられる。また、木質エレメントとしては、木質薄片、木質繊維、木質チップ、木質パーティクルなどが挙げられる。特に、木材薄片であれば、建材として要求される強度が得られる。
ここでは、木質薄片を例示して、本発明の中空パネルの製造方法を、図１〜３を用いて説明する。
本発明で用いられる木質薄片としては、特に限定されず、各種針葉樹、広葉樹の薄片を用いることができる。具体的には、アスペン、ラジアータパイン、ロッジポールパイン、スギ、ヒノキ、アカマツ、エゾマツ、トドマツなどの薄片が挙げられる。
これらの広葉樹または針葉樹の木材をディスクフレーカーなどを用いて、薄片とする。
【００１０】
本発明で用いられる木質薄片は、厚さの絶対値が０．０５〜１．０ｍｍ、厚さの平均値が０．１０〜０．４５ｍｍのものが好適に用いられるが、これに限定されるものではない。ここで、木質薄片の厚さの絶対値とは、用いる木質薄片を無作為に２００個以上抽出したときの最小と最大の厚さを意味し、厚さの平均値とは抽出したサンプル（木質薄片）の厚さを平均した値を意味するものとする。木質薄片の厚さの絶対値が０．０５未満であると、これを成形して得られるパネルの強度および剛性が低下し、プレス前のフォーミング時の嵩が増加し、生産性が不利になるとともに成形後の密度も増加してしまう。また、厚さの絶対値が１．０ｍｍを超えると、表面の平滑性が低下してしまう。
【００１１】
また、木質薄片の長さは、２０．０〜１５０．０ｍｍの範囲が望ましい。木質薄片の長さは、成形品の形状に応じて適宜選択する。木質薄片の長さの絶対値は、目標長さ（平均値）に対して±１０ｍｍ以内が好ましい。ここで、木質薄片の長さの絶対値とは、用いる木質薄片を無作為に５０個以上抽出したときの最小と最大の長さを意味し、長さの平均値とは、目的とする値を意味する。
【００１２】
また、木質薄片の幅は、絶対値が１．００〜５０．００ｍｍ、平均値が５．００〜３５．００ｍｍの範囲内であることが好ましい。ここで、木質薄片の幅の絶対値とは、用いる木質薄片を無作為に５０個以上抽出したときの最小と最大の幅を意味し、幅の平均値とは抽出したサンプル（木質薄片）の幅を平均した値を意味するものとする。木質薄片の幅の絶対値が１．００ｍｍ未満であると、幅方向の接着不良となり、強度低下を引き起こしてしまう。また、幅の絶対値が５０．００ｍｍを超えると、木質薄片がカールしたり、折れ曲がり易く、バインダーとの混合時に折れ曲がった内側までバインダーが付着し難く、また、成形時に空気の抜けが悪く、ボイド（泡）が発生し易くなり、これらに起因して木質薄片が剥離したり、さらには得られる中空パネルの表面の平滑度が低下してしまう。
【００１３】
また、パネル１０をなす木質薄片の配列は、特に制限されるものではないが、木目方向をほぼ一方向に揃えて配列されたものであってもよく、あるいは三層構造にし、隣接する層をなす木質薄片の木目方向を直交方向、下層の木目方向を平行方向としてもよい。さらに、目的とするパネル１０の強度や剛性に応じて同一方向に配列する木質薄片の割合を変更できる。また、木質薄片の木目方向はランダムにしてもよい。
【００１４】
本発明で用いられるバインダーとしては、それ自体が発泡する発泡性バインダー樹脂、非発泡性バインダー樹脂、およびこれらの混合物のいずれも用いることができる。中でも、発泡性バインダー樹脂が好適に用いられる。発泡性バインダー樹脂は、木質薄片同士の交差点にのみ樹脂分を存在させ、木質薄片の小さな隙間を、発泡セルで押し広げるようにすることにより、樹脂分の使用量を少なくし、得られる中空パネル１０を低密度化させることができる。さらに、発泡セルによって、パネル１０の断熱・防音効果を向上させることができる。
【００１５】
発泡性バインダー樹脂としては、自己発泡する発泡性樹脂、またはフェノール、ユリア、エポキシ、アクリルなどの非発泡性樹脂に発泡剤を加えた混合系発泡性樹脂のいずれを用いてもよいが、剛性の向上と密度の低い木質の中空パネルを得る点から自己発泡する発泡性樹脂から構成されているのが好ましい。自己発泡する発泡性樹脂の例としては、発泡性ポリウレタン樹脂、イソシアネート系樹脂、好ましくはＰＭＤＩ（ポリメリックＭＤＩまたは粗ＭＤＩ）を挙げることができる。発泡性ポリウレタン樹脂やイソシアネート系樹脂を用いると、水分と反応し易く、イソシアネート基（−ＮＣＯ）が水と反応して自己発泡するため、反応時間が早くなりプレス時間を短縮することができる。
【００１６】
特に、ＰＭＤＩを用いるとバインダーの接着力が強靭となる。また、このＰＭＤＩは低温で発泡硬化するため反応時間が速く、具体的には熱圧成形時の温度を１４０〜２００℃、さらには１４０〜１８０℃程度まで下げることができ、時間も目的とする板厚（ｍｍ）×１０〜１５秒程度と短くて済むので熱圧成形工程を短縮できる。また、ＰＭＤＩをバインダーとして用いる場合は、上述のように成形温度が１４０〜１８０℃と低温であるので離型剤の分解を抑えることができ、離型性が良好で、成形作業効率が向上する。
【００１７】
パネル１０を構成する木質薄片に対するバインダーの割合は、木質薄片１００重量部（絶乾重量）に対して３．５〜２０重量部とすることが好ましい。バインダーの添加量を変更することにより、得られるパネル１０の密度および強度を変更することもできる。
バインダーには、必要に応じて、硬化剤、硬化触媒、硬化促進剤、希釈剤、増粘剤、分散剤、撥水剤などを添加してもよい。
【００１８】
また、木質薄片は、予めアセチル化しておくことが好ましい。木質薄片をアセチル化する場合は、その木質薄片を含水率３％以下、好ましくは１％以下になるまで乾燥した後、酢酸、無水酢酸、クロル酢酸などの気化蒸気に接触させて気相中でアセチル化（アセチル化度１２〜２０％）することが好ましい。このように上記木質薄片をアセチル化することにより、耐水性が得られ、パネル１０に寸法安定性を付与できる。
【００１９】
次に、木質薄片の表面上に、木質薄片を結合するためのバインダーを付着させる。木質薄片とバインダーとの混合は、通常、スプレー方式で塗布する方法が用いられる。例えば、低速で回転する回転ドラム内に、上記のように大きさと含水率が調整された木質薄片を入れ、この回転ドラム内で木質薄片が自然落下する際にバインダーを木質薄片にスプレー塗布する方法が好適である。
【００２０】
バインダーをスプレー方式で木質薄片に塗布する場合、予め溶剤に溶解して溶液として塗布する。なお、均一分散良好なスプレー装置を使用する場合は、溶剤での希釈は不要である。
次に、バインダーが木質薄片に付着した木質薄片は、バインダー中に含まれる水やアセトンなどの溶剤を乾燥除去した後、プレス成形機を用いてフォーミングされてパネル１０とされる。
【００２１】
図２に示すように、長さ８００〜２５００ｍｍ、幅８００〜１３００ｍｍ、高さ５０〜３００ｍｍのフォーミング用枠１４の底部にフォーミング用板１５を設けて、パネル１０の下部平板部分を形成するバインダーを塗布した木質薄片１７を散布し、一層目（図中のａの部分）とする。
次いで、木質薄片１７の一層目の上に、図１に示した空孔１１を形成するための台形状アルミニウム棒からなる中子１８を等間隔で配置する。さらに、この中子１８の上に、パネル１０を形成する木質薄片１７を散布し、二層目（図中のｂの部分）とする。
次いで、木質薄片１７の二層目の上に、中子１８を二層目に配置した中子１８の間に入るように等間隔で配置する。この時、ここで配置する中子１８の台形形状は、二層目に配置した中子１８の台形形状と上下逆向きになるようにする。さらに、この中子１８の上に、パネル１０の上部平板部分を形成する木質薄片１７を散布し、三層目（図中のｃの部分）とする。
次いで、三層目の上にフォーミング用板１６を乗せる。
【００２２】
ところで、本発明で用いられる中子は、その断面形状が台形状のものに限られず、任意の断面形状を有する棒状体である。また、中子の断面形状の大きさは、形成されるパネルの厚みに応じて、適宜決定される。
また、本発明で用いられる中子は、金属など熱圧成形時に加えられる熱や圧力により変形、変質しない材質からなるものである。
【００２３】
次に、上記のように木質薄片１７を積層した積層体を、温度１４０〜２２０℃、圧力１５〜４０ｋｇ／ｃｍ2で、６〜１５分間熱圧成形する。
木質薄片１７を積層した積層体を、その厚みが１／３〜１／３０となるまで熱圧成形することで、木質薄片をバインダーにより結合したパネル１０が得られる。
【００２４】
次に、図３に示すように、熱圧成形したパネル１０を冷却した後、中子１８をパネル１０から引き抜く。そして、中子１８を引き抜いた後、パネル１０の外周をトリミングし、中空構造のパネル１０を得る。
パネル１０の表面のトリミングには、チップソーなどが用いられる。
【００２５】
このようにして製造されたパネル１０の密度は０．３〜１．０ｇ／ｃｍ3、好ましくは０．５〜０．８ｇ／ｃｍ3とされ、いわゆるＭＤＦ、ハードボード、パーティクルボード、フレークボード、ランダムストランドボード、ウェファーボードに類するものとなる
【００２６】
本発明の中空パネルの製造方法によれば、パネル１０の芯層部分と表層部分を一体成形することができるため、製造工程が簡素化され、製造コストを低減することができる。また、パネル１０は中空構造となるため軽量化することができ、また、この中空構造をなす空孔１１が空気層となるから、遮音性および断熱性が向上する。また、パネル１０の空孔１１の間にリブ１２を設け、かつ、パネル１０の水平方向の両端部１３、１３は厚みを有する壁となるから、パネル１０の剛性が向上する。
【００２７】
また、本発明によれば、図４に示すように、水平方向の両端部の一方に接合用の雄形係止部２２を、他方に接合用の雌形係止部２３を有し、かつ空孔２１を有する中空構造のパネル２０を形成するには、木質繊維の長さや、木質薄片の大きさを揃えておけば、木口が滑らかに形成できるので、成形後、切削加工などにより、係止部を形成する。一体に成形する場合、パネル２０のフォーミング用枠に、雄形係止部２２および雌形係止部２３の形成部を設け、図２に示した中空パネルの製造方法と同様に、熱圧成形により容易に一体に成形することができる。
【００２８】
また、図５に示すように、パネル３０は、その空孔３１の間のリブ３２に、ケーブル３３を埋め込んだ構造となっている。
本発明の中空パネルの製造方法を用いて、このパネル３０を成形するには、図２に示した中子１８を配置する際に、その中子１８の近傍にケーブル３３を配置し、その後、熱圧成形により一体に成形することにより得られる。ケーブル３３としては、電話線、光ファイバケーブル、電線などが挙げられる。
【００２９】
また、本発明によれば、図６に示すように、その外形に凹凸を有するパネル４０も一体に成形することができる。
この場合、パネル４０のフォーミングに用いられるフォーミング板に、パネル４０の凹凸形成部を形成し、図２に示した中空パネルの製造方法と同様に、任意形状の中子を用いて、熱圧成形により容易に一体に成形することができる。
あるいは、図６に示すような形状の空孔４１、４２、４３を有する中空パネルを熱圧成形により一体に成形して、中空パネルの表面を切削加工して凹凸を形成し、パネル４０を得ることもできる。
このようなパネル４０は、ドアなどの定尺幅の装飾板などに用いられる。
【００３０】
また、本発明によれば、図７に示すように、その外形に凹凸を有するパネル５０も一体に成形することができる。
この場合、パネル５０のフォーミングに用いられるフォーミング板に、パネル５０の凹凸形成部を形成し、図２に示した中空パネルの製造方法と同様に、任意形状の中子を用いて、熱圧成形により容易に一体に成形することができる。
あるいは、図７に示すような形状の空孔５１、５２を有する中空パネルを熱圧成形により一体に成形して、中空パネルの表面を切削加工して凹凸を形成し、パネル５０を得ることもできる。
このようなパネル５０は、ドアなどの框や額などのフレーム、飾り枠などに用いられる。
【００３１】
以下、図２を用いて具体例を示す。
含水率８０〜１３０％の丸太から、ディスクフレーカーを用いて、長さが２５ｍｍ程度、幅５〜２５ｍｍ程度、厚さ０．３ｍｍ（平均値）の木質薄片１７を作製した。
次に、この木質薄片１７を熱風乾燥機を用いて、１００℃で２４時間乾燥した。乾燥後の木質薄片１７の含水率は約２％であった。
【００３２】
次に、得られた木質薄片１７、１５３３ｇを低速で回転する回転ドラム内に入れ、ドラム内で木質薄片１７が自然落下する際にバインダーをスプレー塗布した。
バインダーとして、粗ポリメチレン・ジフェニル・ジイソシアネート（住友バイエルウレタン社製、商品名；スミジュール４４Ｖ２０）１３４ｇ、水性フェノールバインダー（群栄化学工業社製、商品名；レジトップＰＬ−４６００）８９ｇを水７４ｇに溶解した溶液、パラフィンワックスエマルジョン（中京油脂株式会社社製、商品名；セロゾール４２８）６０ｇを用いた。
バインダーの塗布量は、木質薄片１７の絶乾重量１００重量部に対して、スミジュール４４Ｖ２０：９重量部、ＰＬ−４６００：３重量部、セロゾール４２８：２重量部の割合とした。
塗布順序は、セロゾール４２８、ＰＬ−４６００の水溶液、スミジュール４４Ｖ２０とした。
【００３３】
次いで、バインダーが塗布された木質薄片１７中の水分を乾燥除去した後、木質薄片１７をプレス成形機を用いて成形した。
長さ３３０ｍｍ、幅３００ｍｍ、高さ３００ｍｍのフォーミング用枠１４の底部にフォーミング用板１５を設けて、パネル１０の下部平板部分を形成するバインダーを塗布した木質薄片１７、５１９ｇを散布し、一層目とする。
次いで、この木質薄片１７の一層目の上に、断面形状が台形状のアルミニウム棒からなる中子１８を等間隔で配置する。さらに、この中子１８の上に、パネル１０の中空構造を形成するバインダーを塗布した木質薄片１７、６７５ｇを散布し、二層目とする。
次いで、この木質薄片１７の二層目の上に、中子１８を二層目に配置した中子１８の間に入るように等間隔で配置する。この時、ここで配置する中子１８の台形形状は、二層目に配置した中子１８の台形形状と上下逆向きになるようにする。さらに、この中子１８の上に、パネル１０の上部平板部分を形成するバインダーを塗布した木質薄片１７、６９６ｇを散布して三層目とし、積層体全体の厚みを約１２０ｍｍとする。
この積層体の上面に熱圧成形用のフォーミング用板１６を乗せる。
【００３４】
次に、厚みが約１２０ｍｍの積層体を厚みが２２ｍｍとなるように、温度１８０℃で８分間、熱圧成形した。この時の、最高圧力は７０ｋｇ／ｃｍ2であった。
次に、熱圧成形したパネル１０を室温まで冷却した後、中子１８を引き抜いた。
次に、中子１８を引き抜いた後に、パネル１０の外周をチップソーを用いてトリミングし、ワイドベルトサンダー♯１２０を用いて表面を研削し、長さ３００ｍｍ、幅２７０ｍｍ、厚み２０ｍｍのパネル１０を得た。
【００３５】
このようにして得られたパネル１０の密度を、厚み方向の密度分布（デンシィティープロファイル、Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｒｏｆｉｌｅ）を測定する密度分布測定器ｓｔａｎｄａｒｄ  ＡＴＲ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ  Ｔｙｐｅ  ＤＰＭ２０１８（ＡＴＲ社製）を用いて測定した結果、０．６ｇ／ｃｍであった。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の中空パネルの製造方法によれば、中空パネルの芯層部分と表層部分を一体成形することができるため、製造工程が簡素化され、製造コストを低くすることができる。また、パネルは中空構造であるため軽量化することができ、この中空構造をなす空孔が空気層となるから、遮音性および断熱性が向上する。また、中空パネルの空孔の間にリブを設け、かつ、中空パネルの水平方向の両端部は厚みを有する壁となるから、中空パネルの剛性が向上する。また、本発明により製造された中空パネルは、その水平方向の両端部の一方に接合用の雄形係止部を、他方に接合用の雌形係止部を有するものを容易に製造することができる。また、本発明により製造された中空パネルは、その空孔の間のリブに、ケーブルを埋め込んだ構造のものを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の中空パネルの製造方法によって製造される中空パネルの一例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の中空パネルの製造方法の製造工程の一部を示す図である。
【図３】本発明の中空パネルの製造方法の製造工程の一部を示す図である。
【図４】本発明の中空パネルの製造方法によって製造される中空パネルの他の例を示す正面図である。
【図５】本発明の中空パネルの製造方法によって製造される中空パネルの他の例を示す正面図である。
【図６】本発明の中空パネルの製造方法によって製造される中空パネルの他の例を示す正面図である。
【図７】本発明の中空パネルの製造方法によって製造される中空パネルの他の例を示す斜視図である。
【図８】従来の木質パネルの一例を示す斜視図である。
【図９】従来の木質パネルの他の例を示す斜視図である。
【図１０】従来の木質パネルの他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０・・・パネル、１１，２１，３１・・・空孔、１２，３２・・・リブ、１４・・・フォーミング用枠、１５，１６・・・フォーミング用板、１７・・・木質薄片、１８・・・中子、２２・・・雄形係止部、２３・・・雌形係止部、３３・・・ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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