(57)【要約】【課題】  パーティクルボード(ＰＢ)や中密度ファイバーボード(ＭＤＦ)といった、木質ボードの生産性を向上させるとともに、高品質の製品を製造することができる方法を実現する。【解決手段】  接着剤を混合したチップや解繊したファイバーなどの木質材を一定の厚みに敷きならすフォーミング工程、一定の厚みに敷きならされた木質材を所定の厚みに熱圧するホットプレス工程によって製造される木質ボードの製造法において、ホットプレス工程の前工程として高周波予備加熱工程を配置する。被加工物に高周波予備加熱を施すことによって被加工物の内部が加熱され、続く外部加熱であるホットプレスとの相乗効果によってホットプレスの時間を短縮して生産性を向上し、高品質の製品を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着剤を混合したチップや解繊したファイバーなどの木質材を一定の厚みに敷きならすフォーミング工程と、一定の厚みに敷きならされた木質材を高周波誘電加熱によって加熱する高周波予備加熱工程と、高周波誘電加熱によって予備加熱された木質材を一定の高温に加熱するとともに、所定の厚みにまで熱圧成形するホットプレス工程を有することを特徴とする木質ボードの製造法。
【請求項２】
高周波予備加熱工程を通過した木質材をホットプレス工程に連続供給し、ホットプレス工程において、連続供給された木質材を連続式に熱圧成形することを特徴とする請求項１記載の木質ボードの製造法。
【請求項３】
高周波予備加熱工程を通過した木質材をホットプレス工程に断続供給し、ホットプレス工程において、断続供給された木質材を数段に積み重ね、該数段に積み重ねられた状態で木質材を多段式に熱圧成形することを特徴とする請求項１記載の木質ボードの製造法。
【請求項４】
高周波予備加熱工程における加熱は、被加工物の中心部において接着剤が硬化し始めない温度である請求項１ないし３のいずれかに記載の木質ボードの製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パーティクルボード(ＰＢ)や中密度ファイバーボード(ＭＤＦ)などに代表される木質ボードの製造法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
木質ボードは、主として建築用材や造作材料として利用される。木質ボードは、用途に応じて品質が異なり、例えばパーティクルボードや中密度ファイバーボードは、主として窓枠、ドア、フローリング、キャビネットなどに広く利用されている。パーティクルボードの一般的な製造法は、各種の木材を小片化した原材料用の木質小片を、フレーカーによって一定の大きさのチップに切削し、ドライヤーによって乾燥させたチップをスクリーンによって大小に篩い分ける。大小に篩い分けた表層用チップと芯層用チップにそれぞれ熱硬化性接着剤を混合し、熱硬化性接着剤が混合されたチップを、製品の外層及び内層として必要な量を敷きならして大きな厚みの状態とし、ホットプレスを用いて所定の厚みに熱圧成形し、これをサンディング、裁断することによってパーティクルボードとして完成させている。
【０００３】
また、上記パーティクルボードの製造法には、連続的に熱圧する連続式と、多段に積み重ねて熱圧する多段式とが知られている。連続式のパーティクルボードの製造法においては、一定速度で移動するコンベア上に、チップを大きな厚みに敷きならし、予備プレス工程を配置することによって、ある程度の小さな厚みに仮圧締し、これを連続式のホットプレス工程に導入している。一方、多段式のパーティクルボードの製造法においては、コンベア上に一定の大きさのコール板を配置し、その上に一定量のチップを敷きならし、コール板上にチップが敷きならされた被加工物(マット)を、多段に積み重ね、その状態で多段式のホットプレス工程で熱圧するものである。
【０００４】
中密度ファイバーボード(ＭＤＦ)の一般的な製造法は、木質小片を解繊し、解繊したファイバーに熱硬化性接着剤を混合し乾燥させた後、製品として必要な量のファイバーを敷きならして大きな厚みの状態とし、これを仮圧締した上でホットプレスを用いて所定の厚みに熱圧成形し、サンディングや裁断することによって中密度ファイバーボードとして完成させている。
すなわち、外部加熱である連続式のホットプレス工程によって熱圧して、中密度ファイバーボードを完成させている。
セルロース系繊維板の製造法として、高周波誘電加熱を利用することが、例えば特許文献１に開示されるように公知である。
【特許文献１】特開平５−１８５５２４
【特許文献２】特開平６−９１６１１
【特許文献３】特開２００３−２５３０９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
木質ボードの製造法では、木質ボードとしての強度を実現するために、ホットプレス工程において木質材が十分に加熱接着されること、材料に含まれる水分が蒸発する際、接着力に打ち勝ってしまう(いわゆるパンクと呼ばれる)現象を発生させないため、木質材に含まれる水分が一定値以下に抜けきれていることが必要である。
従来の木質ボードの製造法では、上記の条件を満足させるため、比較的長時間熱圧する必要があり、生産性を向上する上において障害となっていた。
すなわち、外部加熱であるホットプレス工程において、チップやファイバーといった木質材と混合されている熱硬化性接着剤が、十分な接着強度を発現する温度に加熱し、かつ木質材に含まれる水分を除去するためには、ある程度長時間熱圧する必要があり、生産性を向上させる(熱圧時間の短縮)ことが困難であった。
【０００６】
仮に、ホットプレス工程の温度を高温とし、加熱時間を短縮しようとしても、外部加熱であるため被加工物の表面温度だけが高温となり、中心部の温度を短時間で上昇させることは困難である。また、内部の水分が抜けきらない状況が生じ、表面の過加熱により、解圧後に蒸気が膨張して接着層が破損するパンク現象が発生する。また、パンク現象が発生しない状況においても、接着力の不足により、解圧後にボード厚みが目標に到達せず、板材としての強度が不足するため、高品質の製品を得ることができない。このように、従来の製造法ではホットプレス工程での熱圧時間短縮に限界があり、生産性を向上することが困難であった。
上記、従来技術の欠点に鑑み、本発明は高品質の木質ボードを、能率的に製造できる製造法を実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記、目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、接着剤を混合したチップや解繊したファイバーなどの木質材を一定の厚みに敷きならすフォーミング工程と、一定の厚みに敷きならされた木質材を高周波誘電加熱によって加熱する高周波予備加熱工程と、高周波誘電加熱によって予備加熱された木質材を一定の高温に加熱するとともに、所定の厚みにまで熱圧成形するホットプレス工程とで構成する。
【０００８】
請求項２記載の発明は、高周波予備加熱工程を通過した木質材をホットプレス工程に連続供給し、ホットプレス工程において、連続供給された木質材を連続的に熱圧成形することである。
【０００９】
請求項３記載の発明は、高周波予備加熱工程を通過した木質材をホットプレス工程に断続供給し、断続供給された木質材を数段に積み重ね、該数段に積み重ねられた状態で木質材を多段式に熱圧成形することである。
すなわち、請求項２記載の発明は連続式の製造法、請求項３記載の発明は多段式の製造法に係るものである。
【００１０】
請求項４記載の発明は、高周波予備加熱工程における加熱は、被加工物の中心部において接着剤が硬化し始めない温度であることである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、高周波予備加熱工程において、被加工物の厚みの中間部分における温度を上昇させ、続いてホットプレス工程で被加工物の両面から熱圧する。したがって、全体として短時間に被加工物全体を一定温度に加熱し、生産性を向上させることができる。また、被加工物全体が比較的均等な温度に加熱され、部分的に過剰な加熱を行なうことがないとともに、高周波予備加熱工程において被加工物の内部の含水率を減少させることになるため、パンク現象が発生しにくい強度的に安定した高品質の木質ボードを製造することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、連続式の製造法において本発明を応用する具体的構成に係るものであって、被加工物を一定速度で移動させる高周波予備加熱工程を配置することによって被加工物の送り速度を早め、生産効率を上げることができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、本発明を多段式の製造法に応用するものであって、被加工物を高周波予備加熱することによって、ホットプレスによるプレス時間を短縮し、生産効率を向上させることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、高周波予備加熱によって接着剤を劣化させることなく高品質の製品を能率的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る木質ボードの製造法の好ましい実施形態を、添付の図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る木質ボードの製造法を、連続式で実施する装置の一例を示す装置全体の概略図、図２は本発明に係る木質ボードの製造法を、多段式で実施する装置の一例を示す装置全体の概略図、図３は本発明を利用した連続式のパーティクルボード(ＰＢ)製造工程の流れ図、図４は本発明を利用した連続式の中密度ファイバーボード(ＭＤＦ)製造工程の流れ図、図５は本発明を利用した多段式のパーティクルボード(ＰＢ)製造工程の流れ図である。
【００１６】
パーティクルボードの製造には、建築用廃材や合板用廃材など各種の木質小片を利用し、トラックなどで搬入された木質小片は、サイロで保管する。図１、図３に示すように、サイロに保管された木質小片は、フレーカーによって一定の大きさに切削してチップとし、乾燥工程である程度乾燥させ、乾燥させたチップを一時貯留する。乾燥させたチップは、スクリーニング工程によって粒度の小さな表層用と芯層用とに篩い分け、接着剤混合工程において表層用チップと芯層用チップにそれぞれ熱硬化性接着剤を混合し、フォーミング工程に供給する。フォーミング工程に供給するチップの含水率は、表層用チップと芯層用チップとでは相違するが、表層用チップで25％以下、芯層用チップで15％以下である。
【００１７】
フォーミング工程では、フォーミング装置２によって一定速度で移動するコンベア１上に、熱硬化性接着剤が混合されたチップ３を一定の厚みとなるように供給する。すなわち、製品の厚みに応じて必要な量のチップ３を、製品の層構造にしたがって敷きならす。このときの厚みは、空気の混合状態などによって異なるが、最終製品の厚みに比較して大きな厚みとなる。フォーミング工程によって敷きならされたチップ３は、コンベア１によって予備プレス工程に送られる。すなわち、コンベア１上のチップ３は、プレスコンベア４によって仮圧締される。予備プレス工程においては、敷きならされたチップをおよそ二分の一程度の厚みに圧縮する。
【００１８】
予備プレス工程に続いて高周波予備加熱工程を配置する。高周波予備加熱工程として配置される高周波加熱装置５は、コンベアの搬送側ベルトの下側に配置する下部電極5aと、コンベア上の予備圧縮された被加工物７の上方に配置し、被加工物７が接触せずに通過する位置に配置した上部電極5bとで構成される。高周波予備加熱工程を通過した被加工物７は、ホットプレス工程に供給される。ホットプレス工程に配置される連続式ホットプレス装置６は、加熱手段を備えた下加圧ベルト6a(スチールベルト)と上加圧ベルト6b(スチールベルト)によって被加工物を挟圧しながら先方に移動させるものであり、所定の厚みにするため加熱圧締し、接着剤を充分に硬化させて成形を完了する。
【００１９】
ホットプレス工程によって成形が完了した被加工物７は、サンディング工程によって表面仕上げが施され、製品寸法に裁断して出荷される。前記、フォーミング工程における敷きならしの厚みは、最終製品の厚みによって相違するが、予備プレス工程において敷きならした厚みの略50％程度の厚みに圧縮され、ホットプレス工程においてサンディング工程による厚み減少分を加味した所定の厚みに熱圧する。
【００２０】
中密度ファイバーボード(ＭＤＦ)では、供給された木質小片をスクリーニング工程、チップクリーニング工程によって砂などの異物を除去し、蒸気で蒸して繊維を取り出す解繊工程によって得られたファイバーに熱硬化性接着剤を混合し、該熱硬化性接着剤を混合したファイバーを含水率20％以下に乾燥する。乾燥工程によって乾燥されたファイバーは一時保管され、必要に応じてフォーミング工程に供給し、フォーミング工程においてコンベア１上に一定の厚みに敷きならす。以下、前記パーティクルボードの場合と同じように、予備プレス工程、高周波予備加熱工程、ホットプレス工程を経て成形を完了し、サンディング工程を経て製品寸法に裁断し、中密度ファイバーボードとして完成させる。
【００２１】
木質ボードの製造法として、上記連続式の製造法だけでなく、多段式の製造法があり、その概略の工程を図５に示している。
各種の木質小片を切削して得られたチップは、乾燥工程、スクリーニング工程、接着剤混合工程を経てフォーミング工程に供給される。フォーミング装置２の下方には、チェーンコンベアなどの移送手段８を配置し、この移送手段８によってコール板９と通称される一定寸法の支持板が移送される。一定寸法のコール板９は、その先頭部分に一定幅のクロスバー10が固定してある。上記、コール板９は隙間なく配置され、移送手段８によって一定速度で先方に送られ、その上にチップ３を製品の厚みに応じた必要量の厚みに敷きならされる。チップを敷きならされた状態は、マットと通称される。
【００２２】
フォーミング工程の先方には、高周波加熱装置５を配置する。この、高周波加熱装置５は、コール板９の下方に位置する下部電極5aと、敷きならされた被加工物(マット)の上方に位置する上部電極5bとで構成され、下部電極と上部電極の間を一定速度で通過する、コール板９上の被加工物を予備加熱する。予備加熱された被加工物は、マットカット装置11によってクロスバー上のチップを排除し、コール板上に一定寸法の大きさの被加工物(マット)が載置された状態とし、分離コンベア12によって一枚づつ取り出し、ローダー13に一旦集積する。
【００２３】
続いて、ローダー13に集積した被加工物を、多段式ホットプレス装置14に供給し、熱圧して所定の厚みの木質ボードを完成させ、完成した木質ボードは、排出装置15によって機外に排出する。
多段式ホットプレス装置14は、熱盤16と熱盤16の間に被加工物(マット)を挟み込んで複数枚を集積した状態でシリンダー17によって加圧し、被加工物を熱圧する。すなわち、一度に複数の木質ボードを完成させるものである。
【００２４】
次に、高周波予備加熱工程について詳細に説明する。フォーミング工程(予備プレス工程を含む)において、一定の厚みに形成された被加工物７は、高周波電流(周波数40.46ＭＨｚ以下)が印加される高周波加熱装置５の下部電極5aと上部電極5bの間を通過する際に高周波誘電加熱される。高周波誘電加熱は、誘電体である被加工物７を内部発熱させるものであり、中心部分がより高温に加熱される特性を有する。高周波予備加熱における加熱温度は、特に高温に加熱する必要はない。例えば、摂氏１〜５度程度の昇温によっても大きな効果を発揮する。
【００２５】
図示実施例の、連続式及び多段式の木質ボードの製造法においては、高周波予備加熱工程を被加工物が一定速度で通過し、その間に誘電加熱される。ホットプレス工程における熱圧時間を短縮することができる結果、被加工物の移送速度を上げて生産効率を上げることが可能となる。本発明者らの実験によれば、被加工物の内部温度が摂氏１〜５度程度上昇する高周波予備加熱を行うことによって、被加工物の熱圧時間を１０〜３０％短縮させることができた。
図示例の連続式及び多段式のいずれの方法においても、高周波予備加熱工程は被加工物が一定速度で移動するものとして構成しているが、ホットプレス工程の前であれば、いずれかの部分において断続的に予備加熱をするものであってもよい。
【００２６】
図６は、ホットプレス工程における被加工物の温度分布を模式的に表したものである。従来の予備加熱を行なわない場合の被加工物は、(ａ−１)に示すように全体が一定温度である。ホットプレス装置による表裏面からの加熱によって、(ａ−２)に示すように、被加工物の表裏面は急激に加熱される。表裏面からの加熱が継続されることによって、中心部も徐々に加熱され、やがて中心部も加熱接着に必要な高温に加熱される。すなわち、図６の(ａ−２)から(ａ−４)に至るには、木質材料の熱伝導率は小さいため、ある程度の時間が必要である。
【００２７】
これに対し、高周波予備加熱を行なった被加工物は、図６の(ｂ−１)に示すように、厚みの中心部分が加熱されているため、ホットプレス装置によって表裏面から熱圧した場合に、(ｂ−２)に示すように表裏面が加熱されるとともに、被加工物の厚みの中心部分に熱が伝達され、(ｂ−３)に示す全体が加熱された状態に速やかに加熱することができる。すなわち、高周波予備加熱装置の内部発熱と、ホットプレス装置の外部加熱を組み合わせることによって、被加工物を短時間で効果的に加熱することができる。これにより、被加工物７の送り速度を上げ、生産のスピードアップを図ることができる。また、全体として使用する熱量も減少させることができる。
【００２８】
高周波予備加熱工程を配置することの効果は、単に被加工物を短時間に昇温するだけでなく、被加工物の水分を減少させる作用がある。
図７は、パーティクルボードの製造工程における、被加工物７の表層18及び芯層19における水分変化を模式的に表したもので、図７の(ａ)は、高周波予備加熱を行なわない場合の被加工物中の水分変化を、図７の(ｂ)は高周波予備加熱を行なった場合の被加工物中の水分変化を表している。
【００２９】
図７の(ａ−１)は、予備プレス工程において仮圧締された被加工物７中の水分状態を示すもので、表層18及び芯層19にそれぞれ比較的多くの水分が含まれている。
(ａ−１)の状態で、ホットプレス工程において熱圧されると、表層18部分の水分が水蒸気となって芯層19部分に移動しながら熱を伝達し、全体を加熱していく。このとき、表層部分は上下の加圧ベルト6ａ，6ｂに密接しているため、水蒸気は木口方向に移動し、排出されるが効果的に排出されない。一定温度に加熱され、かつ水蒸気が排出される所定時間を経過した後、ホットプレス装置による加圧を解放することによって、図５の(ａ−３)に示す水分が抜けた状態の製品、すなわちパーティクルボードが完成する。
【００３０】
生産性を向上させようとして熱圧時間を短縮すると、例え加熱温度を高く設定しても被加工物７中の水蒸気が抜けきらず、図７の(ａ−４)に示すように、ホットプレスの解圧後に水蒸気の膨張によって接着層が破損するパンク現象が発生する。そのため、ホットプレス工程における熱圧時間を短縮することができない。
【００３１】
図７の(ｂ−１)は、予備プレス工程において仮圧締された被加工物７中の水分状態を示すもので、表層18及び芯層19にそれぞれ比較的多くの水分が含まれていることは、前記(ａ−１)の場合と同じである。(ｂ−１)に示す被加工物７を、ホットプレスによって熱圧しない状態で高周波予備加熱を行なうと、(ｂ−２)に示すように主として被加工物７の中心部分、すなわち芯層19部分が加熱される。芯層19部分が加熱される結果、水分の一部が表層18の表面及び芯層19の木口面から効果的に蒸発し、被加工物７全体の含水率が低下する。
【００３２】
高周波予備加熱工程を経た被加工物７を、図７の(ｂ−３)に示すように、ホットプレス工程において熱圧すると、表層18部分の水分が水蒸気となって芯層19部分に移動しながら熱を伝達し、全体を加熱していく。このとき、表層18の表面は上下の加圧ベルト6ａ，6ｂに密接しているため、水蒸気は木口方向に移動することは、図７の(ａ−２)の場合と同様である。しかしながら、図７の(ｂ−３)の場合は、既に水分が分散した状態であるため、短時間の熱圧により、図７の(ｂ−４)に示すようになる。したがって、高周波予備加熱工程を経ることによって、ホットプレス工程における熱圧時間を短縮してもパンク現象のない高品質の製品を得ることができる。
【００３３】
一般的に、パーティクルボード(ＰＢ)や中密度ファイバーボード(ＭＤＦ)の製造には、ユリア樹脂やユリア・メラミン共縮合樹脂といったアミノ系接着剤、フェノール系接着剤、イソシアネート系接着剤といった熱硬化性接着剤が使用される。
【００３４】
本発明者らは、高周波が前記熱硬化性接着剤単体に与える影響について、高周波加熱による硬化特性を検証した。その結果、熱硬化性接着剤に高周波を照射する場合に、硬化が促進される傾向が顕著であった。したがって、少なくとも熱硬化性接着剤を使用する木質ボードの製造工程で、高周波予備加熱を行なうことによって、熱圧時間を短縮させても接着強度を向上させる効果がより大きいことが判明した。
【００３５】
パーティクルボード(ＰＢ)及び中密度ファイバーボード(ＭＤＦ)においては、高周波予備加熱を行なう本発明によって、ホットプレスによる熱圧時間を短縮したものであっても、曲げ強さが従来のものより一層改善される。このことは、図８及び図９に示す物性試験結果とも一致する。図８はパーティクルボード(ＰＢ)、図９は中密度ファイバーボード(ＭＤＦ)の物性試験結果である。
図８に示す試験結果から、パーティクルボード(ＰＢ)においては、高周波予備加熱を行う本発明によって、ホットプレスによるプレスタイムを短縮したものであっても、曲げ強さや剥離強さが従来のものより優れていることが立証される。
【００３６】
図９に示す試験結果からは、中密度ファイバーボード(ＭＤＦ)においては、高周波予備加熱を行なうことによってホットプレスによるプレスタイムを短縮することができるとともに、本発明方法によって得た中密度ファイバーボードは、従来の方法によって製造された製品に比較して、曲げ強さや剥離強さに優れたものであることが立証される。
これらの結果から、本発明では生産性を向上するだけでなく、強度的に優れた高品質の製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明に係る木質ボードの製造法を、連続式で実施する装置の一例を示す装置全体の概略図。
【図２】図２は、本発明に係る木質ボードの製造法を、多段式で実施する装置の一例を示す装置全体の概略図。
【図３】図３は、本発明を利用した連続式パーティクルボード(ＰＢ)製造工程の流れ図。
【図４】図４は、本発明を利用した中密度ファイバーボード(ＭＤＦ)製造工程の流れ図。
【図５】図５は、本発明を利用した多段式パーティクルボード(ＰＢ)製造工程の流れ図。
【図６】図６は、ホットプレス工程における、被加工物の温度分布を示す模式図。
【図７】図７は、被加工物の水分変化を示す模式図。
【図８】図８は、パーティクルボード(ＰＢ)の物性試験結果。
【図９】図９は、中密度ファイバーボード(ＭＤＦ)の物性試験結果。
【符号の説明】
【００３８】
１…コンベア、  ２…フォーミング装置、  ３…チップ、  ４…プレスコンベア、  ５…高周波加熱装置、  5ａ…下部電極、  5ｂ…上部電極、  ６…連続式ホットプレス装置、  6ａ…下加圧ベルト、  6ｂ…上加圧ベルト、  ７…被加工物、  ８…移送手段、  ９…コール板、  10…クロスバー、  11…マットカット装置、  12…分離コンベア、  13…ローダー、  14…多段式ホットプレス装置、  15…排出装置、  16…熱盤、  17…シリンダー、  18…表層、  19…芯層。
【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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