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JP7064638B1 - 木質複合材、内装材、床材及び防音床材 - Google Patents

木質複合材、内装材、床材及び防音床材 Download PDF

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JP7064638B1 JP2021090487A JP2021090487A JP7064638B1 JP 7064638 B1 JP7064638 B1 JP 7064638B1 JP 2021090487 A JP2021090487 A JP 2021090487A JP 2021090487 A JP2021090487 A JP 2021090487A JP 7064638 B1 JP7064638 B1 JP 7064638B1
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Abstract

【課題】寸法変化が南洋合板並みであり、かつ400kg/m3程度の低密度が容易に達成でき、表面に化粧シート等の表面化粧材が貼れる程度に表面性の優れた木質板材が得られるようにする。【解決手段】木質ボードAと、その片面に位置する0.5~2.0mmの厚さを有するMDFからなる表面材Bとが、樹脂含浸紙を含む接着層Dによって接合一体化された木質複合材Cとする。木質ボードAは、繊維方向に沿った表裏面を有する多数の木質小薄片が集合状態で積層されて接着一体化されてなり、木質小薄片は、厚さtが0.05~0.20mm、繊維方向に沿った繊維方向寸法(長さ)が10~35mm、繊維方向と直交する方向に沿った繊維直交方向寸法(幅)が0.5~35mmで、厚さtや大きさのばらつきが小さくて均一に揃ったものとする。【選択図】図1

Description

本発明は木質複合材、それを用いた内装材、床材及び防音床材に関する。
従来、内装材として施工される床材の基材にラワン合板等の南洋材合板が一般的に用いられているが、南洋材合板は、原料の枯渇や環境破壊防止の点で入手自体が難しくなっている。また、合板の樹種を針葉樹とした針葉樹合板は、原料枯渇の点では問題がないが、床材に必要な表面性が不足するという難がある。この表面性の改善のために、針葉樹等の合板を基材としたMDF(中密度繊維板)との練合せ品を床材とすることも行われている。
ところが、直貼り構造の防音フロアでは、床の厚さが薄いので、合板基材とMDFとの練合せ品の床材の裏面に複数の裏溝を加工すると、表面のMDFが通常フロアと同じように例えば2.7mm厚の厚いMDFである場合、その裏溝加工に伴って基材としての合板が切断されてしまい、床材の伸縮は表面のMDFに依存することになる。MDFは表面性がよいものの、寸法安定性が十分ではないので、床材はMDFの伸び縮みが支配的となり、直貼り防音床として突き上げや目隙の原因となるのは避けられない。
他方、床の厚さを12mm程度として、基材下側に3mm程度の厚さの緩衝材を貼る仕様では、厚さ9mmの合板が基材となるが、この場合、防音性能を出すためには、合板の密度が600kg/m以下であること、さらに剛性を下げるために床材の幅方向に裏面から深さ6mmで幅1mmの複数の裏溝を10mmピッチ程度で入れることが要求される。
そこで、このような合板に置き換わる基材として、従来、例えば特許文献1に示されるようにOSB(Oriented StrandBoard)を利用することが知られている。OSBは配向性ストランドボードと称される木質ボードであり、例えば幅15~25mm、長さ150~250mm程度の細長い木材切削片である多数の木質ストランドを集合して一体的に成形される。
特願平9-63262号公報
しかし、OSBの基材は強度が高いものの、その表面性が十分ではない。そのため、OSB基材の表面にMDF等の表面材を貼り付けて表面性を得る必要があるが、表面材の厚さが薄いと、その表面材がOSB基材表面の凹凸の影響を受けて、やはり良好な表面性を得るのが困難となる。尚、特許文献1の技術では、OSBの目止め剤が塗布された表面に接着剤により紙を接着し、その紙を研摩して一部又は全部を除去することにより、OSBの表面を平滑化するようにしている。
また、OSBやMDFは南洋材合板と比較して密度が大きく、防音性能を出すために400kg/m程度の低い密度は容易に得難いという問題がある。
本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は、合板に置き換わる木質板材の構成を特定することにより、その木質板材の寸法変化を南洋合板並みとし、かつ木質板材の密度を400kg/m程度の低密度に容易に達成でき、その表面性を化粧シート等の表面化粧材が貼れる程度に優れたものとすることにある。
上記の目的を達成すべく、この発明では、木質薄片の厚さを含む大きさを微小な範囲に限定した木質小薄片を設け、その多数の木質小薄片を集合状態で積層して木質ボードとするようにした。
具体的には、第1の発明は、木質ボードと、その木質ボードの片面に一体的に接合され、0.5~2.0mmの厚さを有する表面材とを備えた木質複合材が対象である。この木質複合材における上記木質ボードは、繊維方向に沿った表裏面を有する細長形状の多数の木質小薄片が集合状態で積層されて接着一体化されてなり、その木質小薄片は、表裏面間の厚さが0.05mm以上0.20mm以下、繊維方向に沿った長さが10mm以上35mm以下、繊維方向と直交する方向に沿ったが0.5mm以上5mm以下であることを特徴とする。
本発明における上記「木質小薄片」は以下のものと定義する。「木質小薄片」は、OSB用途に原木から切削されてOSBの構成材料として通常使用される「切削片」に対し、この「切削片」と同様に原木から切削されるものであるが、「切削片」の通常一般の厚さの範囲外でそれよりも薄くて小さい薄片を「木質薄片」としたとき、「木質小薄片」は、当該「木質薄片」と同じ厚さ範囲でかつ「木質薄片」よりも小さい薄片をいう。また、木質小薄片の厚さ、繊維方向寸法及び繊維直交方向寸法はいずれも平均値である。
この第1の発明では、木質複合材は木質ボードに表面材が接合一体化されたものであり、そのうちの木質ボードは、表裏面間の厚さが0.05mm以上0.20mm以下、繊維方向に沿った長さが10mm以上35mm以下、繊維方向と直交する方向に沿ったが0.5mm以上5mm以下である細長形状の多数の木質小薄片が集合状態で積層されかつ接着一体化されて構成されている。すなわち、このように木質ボードは、大きさが狭い範囲に限定された木質小薄片のみで構成され、その小薄片は厚さが極めて薄く、0.05~0.20mmという狭い範囲内に収まっているので、多数の小薄片は厚さのばらつきが小さくて均一な厚さに揃ったものになる。また、小薄片の長さ及びも一定範囲内にあるので、木質ボードは大きさが一定範囲内に揃った小薄片が集合して均質なものとなる。そのため、木質ボードの強度が高くなるだけでなく、吸放湿による反りが発生し難くなり、南洋材合板と同程度の良好な寸法安定性が得られる。また、均一な大きさの多数の小薄片を集合させて積層するので、その製造も容易となる。
また、木質ボードは、均一な大きさに揃った多数の小薄片で構成されているので、その密度が通常のOSBのように高くなることはなく、400kg/m程度の低密度でも容易に得られる。
さらに、木質ボードの多数の小薄片は均一な大きさに揃っているので、通常のOSBのように木質ボードの表面に大きな凹凸は生じず、木質ボードは表面性に優れたものとなり、この表面に表面材が接着一体化された木質複合材の表面性も良好になる。そのため、表面材が0.5~2.0mmという厚さの薄いものであっても、木質複合材は表面材の表面に化粧シート等の表面化粧材が施工できる程度の優れた表面性が得られる。
そして、このような木質複合材は、木質ボードに表面材を接着するだけで製造されるので、木質複合材を容易に製造することができる。
第2の発明は、第1の発明の木質複合材において、木質ボードの木質小薄片は、長さが20mm以下、が5mm以下の細長形状であることを特徴とする。このことで、木質小薄片は、繊維方向寸法を長さとし、繊維直交方向寸法を幅とした細長形状となり、大きさの揃った細長形状の多数の木質小薄片によって木質ボードの寸法安定性及び表面性がさらに向上する。
第3の発明は、第1又は第2の発明の木質複合材において、木質ボードは、第1層と、該第1層の少なくとも表面材側の面に積層一体化された第2層とを備え、この第2層の木質小薄片の大きさは、第1層の木質小薄片よりも小さいことを特徴とする。
この第3の発明では、木質ボードは第1層と第2層とを備えた複層構造であり、少なくとも表面材側に位置する第2層の木質小薄片の大きさが第1層よりも小さいので、この第2層の木質小薄片の微細化によって木質ボードの表面性のさらなる向上を図ることができ、木質ボードはMDFと同様に優れた表面性を有するものとなる。また、木質ボードの製造の際、均一な大きさの多数の第1層用の木質小薄片を集合させた集合体と、それよりも小さくて均一な大きさの多数の第2層用の木質小薄片を集合させた集合体とを順に積層一体化するだけで複層構造の木質ボードを製造することができ、その製造も容易となる。
第4の発明は、第1~第3の発明のいずれか1つの木質複合材において、表面材が中密度繊維板(MDF)からなることを特徴とする。この中密度繊維板は表面性が良いので、木質ボードの表面に接合して表面材とするのに好適であり、その中密度繊維板の厚さが薄い場合でも、その表面にシート等の表面化粧材が貼着されたときの表面性を確保することができる。また、中密度繊維板は木質ボードよりも密度が高いため、表面性のみならず表面硬度を向上させることが可能になる。
第5の発明は、第1~第4の発明のいずれか1つの木質複合材において、表面材は木質ボードと接着層としての樹脂含浸紙を介して接合されていることを特徴とする。
この第5の発明では、木質ボードと表面材とを接合する樹脂含浸紙は、接着層として一定の厚さを有する。そのため、仮に木質ボードの吸放湿により凹凸が発生しても、その凹凸は厚さのある接着層によって吸収されて表面材に影響することがキャンセルされ、木質複合材の表面性、化粧性を良好に維持することができる。
第6の発明は内装材に係り、この内装材は第1~第5の発明のいずれか1つの木質複合材を備え、表面材上に表面化粧材が施工されていることを特徴とする。
また、第7の発明は床材に係り、この床材は第1~第5の発明のいずれか1つの木質複合材を備え、表面材上に表面化粧材が施工されていることを特徴とする。
さらに、第8の発明は防音床材に係り、この防音床材は第1~第5の発明のいずれか1つの木質複合材を備え、表面材上に表面化粧材が施工され、木質ボードの裏面に緩衝材が接合されていることを特徴とする。
これら第6~第8の発明では、南洋材合板と同程度の良好な寸法安定性を有し、表面化粧材による表面性に優れた内装材、床材及び防音床材が容易に得られる。
特に、第8の発明では、防音床材の剛性を下げるために、木質ボードの裏面に裏溝加工を施したとしても、木質ボードが残るように加工することができ、床材の伸縮は表面材ではなく木質ボードに依存して、南洋合板並みの寸法変化を保つことができる。このことで防音床材に施工後の反りやたわみが発生し難くなり、これまでの南洋合板製の基材を備えた防音床材と同じように使用することができる。
以上説明した如く、本発明によると、厚さ0.5~2.0mmの薄い表面材が接着一体化されて木質複合材となる木質ボードを、繊維方向に沿った表裏面を有する多数の木質小薄片が集合状態で積層されて接着一体化されてなるものとし、木質小薄片の厚さを0.05~0.20mm、繊維方向寸法を10~35mm、繊維直交方向寸法を0.5~35mmとしたことにより、木質ボードを構成する多数の小薄片はばらつきの小さい均一な大きさに揃ったものになり、木質ボードの強度を高くすることができるとともに、南洋材合板と同程度の良好な寸法安定性及び表面性が得られ、さらには木質ボード及び木質複合材を容易に製造することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る木質複合材の断面図である。 図2は、木質ボードの断面図である。 図3は、木質ボードの要部拡大断面図である。 図4は、第1木質小薄片を概略的に示す拡大斜視図である。 図5は、第2木質小薄片を概略的に示す図4相当図である。 図6は、木質複合材の製造工程を示す図である。 図7は、木質小薄片の集合体であるマットから木質ボードを熱圧する状態を示す拡大断面図である。 図8は、木質ボードの特性を他の材料のボードと比較して示す図である。 図9は、木質小薄片の厚さを変えて木質ボードの表面を倍率12倍で観察したときの表面粗さを示す図である。 図10は、木質小薄片の厚さを変えて木質ボードの表面を倍率80倍で観察したときの表面粗さを示す図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
図1は本発明の実施形態に係る木質複合材Cを示す。この木質複合材Cの総厚さは3~36mmであり、厚さ3~6mm未満の薄物タイプの木質複合材Cは、例えばトラック等の車両の荷台に用いられる荷台用内壁材、室内に施工されるクッションフロアの床材、化粧面材、内装建材(蹴込板等)等の内装材等として施工される。厚さ6~12mm程度の中厚タイプの木質複合材Cは、例えば室内に施工される防音床材用の基材、土足用床基材、玄関造作材等として施工される。厚さ12~36mm程度の厚物タイプの木質複合材Cは、床基材や造作材、収納棚板などの内装建材やクロス下地などの内装建材下地材等として施工される。このように、木質複合材Cは、既存の台板用合板の代替材として用いられる。
木質複合材Cは、基材としての木質ボードAと、その木質ボードAの表面に積層されて接着により一体的に接合された表面材Bとを備えている。木質複合材Cが床材や内装材等に施工されるときには、図示しないが、表面材Bの表面に表面化粧材としての化粧シート等が貼着されて施工される。
上記表面材Bは、例えば厚さ0.5~2.0mmの薄厚のMDF(中密度繊維板)が用いられる。このMDFは表面性が良いので、木質ボードAの表面に接合して表面材Bとするのに好適である。木質複合材Cの総厚さ(3~36mm)のうち表面材Bの占める厚さの割合は複合材の1/2未満とし、木質ボートAの厚さは50%以上とするのが望ましい。尚、表面材BはMDFに限定されず、他のものを用いることができる。
上記基材としての木質ボードAの密度は、その全体で400~800kg/mとされている。本発明の特徴は木質ボードAにあり、木質ボードAは、既存の台板用合板の代替材として用いられる。この木質ボードAについて以下に詳細に説明する。
図2は木質ボードAを示し、この木質ボードAは、芯層としての第1層A1と、この第1層A1の表面(表面材B側の面)及び裏面(表面材Bと反対側の面)の両面にそれぞれ積層一体化された表裏層としての2つの第2層A2,A2とを備えた3層構造とされている。第1層A1の厚さは、木質ボードA全体の総厚さの例えば70~80%(50%以上)であり、2つの第2層A2,A2の厚さはいずれも同10~15%である。具体的には、例えば第1層A1の厚さが6mm、第2層A2,A2の厚さが共に1mmであり、木質ボードAの総厚さが8mmである。或いは、第1層A1の厚さは5.6mm、第2層A2,A2の厚さは共に1.4mmで、木質ボードAの総厚さは8.4mmである。
図3に拡大して示すように、第1層A1及び2つの第2層A2,A2の3層は、いずれも繊維方向に沿った表裏面を有する多数の木質小薄片1,1,…,2,2,…が集合状態で積層されて接着一体化されてなり、第1層A1の第1木質小薄片1と第2層A2の第2木質小薄片2とは、いずれも1種類の厚さを有し、後述するように大きさのみが第1層A1及び第2層A2の間で異なっている。
第1及び第2木質小薄片1,2について説明すると、図4及び図5に拡大して示すように、木質小薄片1,2の厚さtは0.05~0.20mmである。この薄い厚さtの木質小薄片1,2により木質ボードAの特性が決定づけられている。上記木質小薄片1,2の厚さtは平均値である。
木質小薄片1,2は、導管や仮導管等による繊維1a,2aを有し、その繊維1a,2aに沿った方向の繊維方向寸法d1が、繊維方向と直交する方向に沿った繊維直交方向寸法d2と同じ正方形状かそれよりも長い細長形状(短冊形状)である。繊維方向寸法d1を長さとし、繊維直交方向寸法d2を幅とすると、長さd1は10~35mm、好ましくは10~20mm(20mm以下)である。また、幅d2は0.5~35mm、好ましくは0.5~5mm(5mm以下)である。木質小薄片1,2の長さd1及び幅d2はいずれも平均値とする。
換言すれば、本発明に係る木質小薄片1,2は、通常一般のOSBのエレメントとして使用されるストランド(本発明では切削片ともいう)とは異なり、そのストランド(切削片)が例えば繊維方向に沿う長さが長いものでは150~250mm、幅が15~25mm、厚さが例えば一般的には0.6~2mm程度であるのに対し、それよりも厚さt及び大きさが遙かに小さい小薄片である。本実施形態に係る木質小薄片1,2は、後述するように、図示しないが、原木から切削されたままの木質薄片(切削後木質薄片ともいう)が破砕されてそれよりも小さくなったものであり、その切削後の木質薄片とは異なるものを定義する意味で、その切削後の木質薄片に対して「木質小薄片」という。
木質小薄片1,2に用いられる樹種は特に限定されず、例えば南洋樹や広葉樹を用いてもよいし、それ以外の樹種を用いてもよい。例えばスギ、ヒノキ、ベイマツ等のファー材、アカシア、アスペン、ポプラ、パイン系(ハードパイン、ソフトパイン、ラジアータパイン等)、バーチ、ゴム(ゴムの木)等があるが、これらの樹種に限定されず、さらに様々な樹種を用いることができる。様々な樹種としては、トドマツ、カラマツ、エゾマツ、サワラ、ヒバ、カヤ、栂、槙、種々の松、桐、楓、樺(白樺)、椎、ブナ、樫、樅、櫟、楢、楠、ケヤキ等の国産材、米ヒノキ、米ヒバ、米杉、米樅、スプルース、米栂、レッドウッド等の北米材、アガチス、ターミナリア、ラワン、メランチ、ジュンコン、カメレレ、カランパヤン、アンベロイ、メリナ、チーク、アピトン、センゴンラウト等の南洋材、バルサ、セドロ、マホガニー、リグナムバイタ、アカシアマンギューム、地中海松、竹、コウリャン、カメレレのような他の外材等があり、どのような材料でも使用可能である。
木質小薄片1,2の物性に関し、その密度は好ましくは250kg/m以上、より好ましくは300kg/m以上であり、また好ましくは800kg/m以下、より好ましくは500kg/m以下、さらに好ましくは400kg/m以下である。密度が250kg/m未満であると、同密度・同強度の木質ボードAを形成するために必要なマットの厚さが大きくなるとともに、熱圧工程P6(プレス成形工程)での熱圧プレス処理に係るプレス圧を高める必要がある。
また、木質小薄片1,2の含水率は、2~20%程度であることが好ましく、2~8%であることがより好ましい。含水率が2%未満の場合、熱圧工程P6での熱圧プレス処理において軟化に時間がかかってプレス時間が長くなり、強度が下がる虞れがある。一方、木質小薄片1,2の含水率が20%を超えると、同熱圧プレス処理において加熱・圧縮に時間がかかるためであり、さらには接着剤の硬化が阻害されて強度が下がる虞れがある。
上記木質ボードA内において、多数の木質小薄片1,1,…,2,2,…は、その繊維1a,2aに沿った方向である繊維方向(長さ方向)が基準方向に配向されていてもよいが、この繊維方向の配向性は必須ではなく、繊維方向がランダムに配向されていてもよい。尚、繊維方向(長さ方向)が基準方向に配向されているとは、木質ボードA内において、全ての木質小薄片1,1,…,2,2,…の繊維1a,2aが正確に同一方向を向いていること、換言すると、配向された木質小薄片1,1,…,2,2,…の繊維方向が互いに平行になっていることを限定しない。一部の木質小薄片1,1,…,2,2,…として、繊維方向が基準方向に対してある程度(例えば20°程度)傾いている木質小薄片1,2が含まれていてもよい。
上記のように、木質ボードAの第1層A1(芯層)を構成している第1木質小薄片1と、第2層A2,A2(表裏層)を構成している第2木質小薄片2とは、いずれも同じ厚さt(=0.05~0.20mm)であるが、厚さ以外の寸法が互いに異なっており、第2層A2の第2木質小薄片2は、その大きさである繊維方向寸法d1及び繊維直交方向寸法d2が共に第1層A1の第1木質小薄片1よりも小さくて、該第1木質小薄片1よりも微細薄片となっており、例えば0.02~1mmメッシュを通過するサイズに限定されている。
そして、上記木質ボードAと、MDFからなる表面材Bとは、一定以上の厚さ、例えば厚さ0.05~0.2mmの接着層Dを介して接合されている。この接着層Dとして樹脂含浸紙が好適に用いられる。樹脂含浸紙を用いた接着構造は、例えば硬化したメラミン含浸紙を接着剤で貼り合わせた構造や、メラミン等の未硬化含浸紙を挟んで熱圧硬化で貼り合せた構造がある。樹脂含浸紙の他に、木質ボードA又は表面材Bの接着面に、例えば固形分塗布量15g/尺以上で塗布された例えば酢酸ビニル系の樹脂、PUR接着剤(poly urethanereactive)ホットメルト等で接着層Dを構成することもできる。
次に、上記木質複合材Cを製造する方法について図6により説明する。この製造方法は、木質薄片製造工程P1、第1木質小薄片製造工程P2、第2木質小薄片製造工程P3、接着剤塗布工程P4、マットフォーミング工程P5、熱圧工程P6(プレス成形工程)及び表面材接合工程P7(MDF接合工程)を有する。
(木質薄片製造工程P1)
材料となる丸太や間伐材等の原木を必要な場合には短くカットして樹皮を除去した後、場合によっては含水率の調整を行い、外刃型や内刃型の切削装置(ストランダー)により切削して、OSBの構成材料として通常使用されるOSB用切削片よりも薄くて小さい多数の木質薄片(切削後木質薄片)を形成する。建築現場等で発生する端材や廃材、廃パレット材から形成することもできる。切削装置は一般的なものが用いられる。切削装置に原木を送り込む速度により木質薄片の厚さを調整する。この切削により形成された木質薄片(切削後木質薄片)は、実施形態の木質ボードAを構成する第1及び第2木質小薄片1,2とは異なり、それよりも繊維直交方向の大きさが大きいものである。
このとき、各木質薄片の表裏面に繊維が直線状に表れるように切削し、その切削厚さが第1及び第2木質小薄片1,2の厚さtとなるように切削する。以降の工程では、基本的に第1及び第2木質小薄片1,2の厚さtが切削後木質薄片の厚さから変わらず、この切削後木質薄片の厚さがそのまま第1及び第2木質小薄片1,2の厚さtとなるからである。
この工程P1で得られた切削後木質薄片を篩(例えばΦ5mm以上のメッシュ)等に通過させて、切削後木質薄片の大きさを選別(分級)すること(分級工程)により、その篩を通過した木質薄片が、次の第1木質小薄片製造工程P2を経た後に得られる第1木質小薄片1,1,…に匹敵する(第1木質小薄片1,1,…の大きさの範囲に含まれる)大きさの木質薄片として得られる場合もある。その場合には、当該木質薄片は、第1木質小薄片製造工程P2にかけられることなく、第1木質小薄片1,1,…として、接着剤塗布工程P4で用いることができる。
(木質小薄片製造工程P2)
次いで、上記切削後、必要に応じて分級した木質薄片(切削後木質薄片)をハンマーミル、ピンミル、ジェットミル等の刃物を使用しない粉砕機や、ナイフフレーカーやカッターミル等の刃物を使用した粉砕機を用いて粉砕し、切削直後の木質薄片の繊維直交方向の大きさよりも小さくして、木質ボードAの第1層A1(芯層)を構成する第1木質小薄片1,1,…を形成する。このとき、切削後木質薄片を繊維方向(長さ方向)に沿って割れるように幅方向に粉砕すると、細長形状の第1木質小薄片1,1,…を作ることができる。つまり、切削後木質薄片に繊維方向に直交する繊維直交方向に沿って力(衝撃)を加えると、割れ難いが、繊維方向に平行に沿って力を加えると、簡単に割れるようになる。切削後木質薄片がカールしていても、その粉砕により平面状に分割される。尚、切削後木質薄片に加える力の方向は上記の繊維方向に平行な方向に限定されない。切削後木質薄片に対してランダムな方向に力を加えると、通常、切削後木質薄片は力の弱い部分から割れていく(力の弱い方向に割れ易い)。切削後木質薄片の各繊維がつながる力(繊維直交方向の力)は繊維方向の力よりも圧倒的に弱いため、上記の一般的な粉砕機で木質薄片をランダムな方向に粉砕すれば(力を加えると)、切削後木質薄片が繊維方向に沿って割れて繊維直交方向に短くなり、細長形状の第1木質小薄片1,1,…が得られる。
また、切削後木質薄片に木材の節があったとしても、その節は他の部分よりも脆いので、粉砕により節が粉状になり、後の選別工程で除去される。
尚、刃物を使用した粉砕機の場合、切削後木質薄片が意図せず繊維直交方向に粉砕されてしまう虞れがあるが、刃物を使用しない粉砕機の場合には、そのような虞れは少なくなるため、刃物を使用しない粉砕機を用いて切削後木質薄片を粉砕することが好ましい。
このように切削する工程のみの1段階ではなく、その後に破砕する工程を加えて2段階の工程を経由させることで、切削片よりも薄くて小さい切削後木質薄片から、必要な大きさで節部分のない高強度の第1木質小薄片1,1,…を容易に製造することができる。
上記粉砕工程で得られた第1木質小薄片1,1,…を篩等に通過させて、第1木質小薄片1,1,…の大きさを選別(分級)する分級工程を含めてもよい。このことで、多数の第1木質小薄片1,1,…は細かくて大きさや形状がより一層均質に揃ったものになる。以上によって第1木質小薄片1が製造される。
(第2木質小薄片製造工程P3)
上記第1木質小薄片1,1,…の製造工程P2において、形成された第1木質小薄片1,1,…や、第1木質小薄片1,1,…の分級工程で除去された図示しない木質小薄片(以下、分級除去木質小薄片ともいう)から、第1木質小薄片1,1,…よりも大きさの小さい第2木質小薄片2,2,…を得ることができる。尚、上記分級工程で除去された分級除去木質小薄片とは、上記製造工程P2で形成された第1木質小薄片1以外の木質小薄片をいい、第1木質小薄片1の大きさ(厚さt、長さd1及び幅d2のうち少なくとも1つの寸法)が範囲外となる木質小薄片をいう。
具体的には、第1木質小薄片1,1,…及び/又は分級除去木質小薄片を上記製造工程P2と同様の方法を用いてさらに粉砕する。これにより、第1木質小薄片1,1,…及び/又は分級除去木質小薄片が繊維方向(長さ方向)に沿って割れるように幅方向に粉砕されて、細長形状の第1木質小薄片1,1,…と比較して、より細長形状の第2木質小薄片2,2,…が作られる。つまり、第2木質小薄片2は、第1木質小薄片1よりも幅d2の小さい薄片になる。また、当該製造工程P3におけるさらなる粉砕工程において、第1木質小薄片1,1,…及び/又は分級除去木質小薄片は、長さ方向にも粉砕される。これにより、第2木質小薄片2は、第1木質小薄片1と比較して、幅d2だけでなく、長さd1も小さい薄片になる。
また、他の方法として、上記分級除去木質小薄片を例えばΦ2のメッシュで選別し、当該メッシュを通過したものを第2木質小薄片2,2,…としてもよい。
このように、上記製造工程P2で形成された第1木質小薄片1,1,…や除去された分級除去木質小薄片を利用して、それらを破砕する工程又は分級する工程をさらに経由させることで、第1木質小薄片1,1,…よりも長さd1及び/又は幅d2の小さい第2木質小薄片2,2,…を容易に製造することができる。
尚、上記のさらなる粉砕工程で得られた第2木質小薄片2,2,…を篩等(例えばΦ2のメッシュ)に通過させて第2木質小薄片2,2,…を選別(分級)してもよい。このことで、多数の第2木質小薄片2,2,…は細かくて大きさや形状が均質に揃ったものになる。以上によって第2木質小薄片2,2,…が製造される。
(接着剤塗布工程P4)
上記第1及び第2木質小薄片製造工程P2,P3において、選別により細かくて大きさや形状が均質に揃った多数の第1木質小薄片1,1,…及び第2木質小薄片2,2,…が得られると、その後、接着剤塗布工程P4において、それら第1木質小薄片1,1,…及び第2木質小薄片2,2,…をそれぞれ個別に接着剤塗布装置に搬入して接着剤を塗布する。接着剤としては、例えばイソシアネート系の接着剤を用いることができる。その他、例えばフェノール樹脂、ユリア樹脂やメラミン樹脂等のアミン系接着剤、天然系接着剤を用いてもよい。また、接着剤と共に、一般に使用される撥水剤を併用してもよい。
(マットフォーミング工程P5)
図7左側に示すように、まず、上記接着剤の塗布された多数の第2木質小薄片2,2,…を繊維方向に配向して又は配向せずに、厚さ方向に集合させた状態で所定厚さ(高さ)まで積層する(積み重ねる)ことで、第2木質小薄片2,2,…のみで構成される第2層用マットA2′を形成する。次いで、こうして形成されたマットA2′上に、上記接着剤の塗布された多数の第1木質小薄片1,1,…を繊維方向に配向して又は配向せずに、厚さ方向に集合させた状態で所定厚さまで積層することで、第1木質小薄片1,1,…のみで構成される第1層用マットA1′を形成する。最後に、このマットA1′上に、上記と同様にして第2木質小薄片2,2,…のみで構成される別の第2層用マットA2′を形成する。このように、マットA2′、マットA1′及びマットA2′を順に積層することで、3層構造の積層マットA′を形成する。
このとき、木質ボードA全体に占める第1層A1及び各第2層A2の厚さの割合を所望の割合とするために、第1層用マットA1′及び第2層用マットA2′の厚さを調整する。例えば、各第2層A2の木質ボードA全体に占める厚さの割合が15%(第2層A2:15%、第1層A1:70、第2層A2:15%)であり、厚さ4mmの木質ボードAを形成する場合には、まず、第2層用マットA2′の厚さ(高さ)が5mm程度の厚さになるように、厚さtが0.2mmの第2木質小薄片2,2…を積み重ねる。続いて、この第2層用マットA2′上に、第1層用マットA1′の厚さが30mm程度の厚さになるように、厚さtが0.2mmの第1木質小薄片1,1,…を積み重ねる。最後に、第1層用マットA1′上に、第2層用マットA2′の厚さが5mm程度の厚さになるように、第2木質小薄片2,2…を積み重ねる。こうして、マットA2′,A1′,A2′からなる3層構造の積層マットA′の厚さ(高さ)は40mm程度の厚さになる。
(熱圧工程P6)
このようにして得られた積層マットA′を、通常の木質ボードで行われるように、まず圧締し少し押し固めてから、熱圧プレス装置に搬入して熱盤間にセットする。熱圧プレス装置により積層マットA′を所定の圧力及び温度で熱圧プレス処理して圧縮し、かつ接着剤の硬化により一体に成形する。このことで、図2に示す木質ボードAが形成される。
このとき、図7に示すように、上記例示した40mm程度の厚さの積層マットA′は例えば4mmの木質ボードAに圧縮され、厚さが1/10程度まで圧縮される。熱圧プレス処理に係るプレス温度は、特に限定されないが、例えば100~180℃である。熱圧プレス処理に係るプレス圧は、例えば2~4N/mmであり、プレス時間は例えば1~2分間である(例えば厚さ1mm当たり10~20秒)。尚、プレス時間は、木質ボードAの厚さによって変動するものであり、1分未満で終了する場合もあれば、2分よりも長い時間を要する場合もある。また、熱圧プレス装置による熱圧プレス処理の前に、加熱装置による予備加熱処理を行ってもよい。
また、第1木質小薄片1,1,…及びそれよりも大きさの小さい第2木質小薄片2,2,…は、節部分が除去されており、ばらつきがなくて細かい範囲内の大きさのものに保たれているので、マットA1′,A2′はそれぞれ均質になる。つまり、積層マットA′全体で均質になり、このことによって木質ボードAの強度のばらつきがなくなる。つまり、大きなストランド(切削片)を用いるストランドボードでは、例えば節部分を含む不均一なマットにより部分的(スポット的)に薄くて低強度部分が生じ、強度のばらつきが出るが、それがなくなる。しかも、第1及び第2木質小薄片1,2も薄い方がマットA1′,A2′の均質性が高くなり、木質ボードAの強度が出易くなる。一般に大きなストランド(切削片)を用いるストランドボードは強度を大きくできるのに対し、本発明では切削片よりも薄くて小さい木質薄片(切削後木質薄片)を粉砕によりさらに小さくした木質小薄片1,2によって木質ボードAの均質性と強度とを兼ねている。
さらに、第1木質小薄片1,1,…は小さくて均一な大きさであり、マットA1′において、第1木質小薄片1,1,…の間に隙間が均一的に形成されている。同様に、第2木質小薄片2,2,…も第1木質小薄片1,1,…よりも小さくてより一層均一な大きさであり、マットA2′において、第2木質小薄片2,2,…の間に隙間が均一的に形成されている。そのため、仮にマットA1′の第1木質小薄片1,1,…及びマットA2′の第2木質小薄片2,2,…に比較的多量に水分が含まれた状態のままで熱圧しても、その水分の蒸発によって生成された蒸気はスムースにマットA1′,A2′から抜け出るようになる。つまり、図7左側に示すように、マットA1′内には、互いに隣接する第1木質小薄片1,1,…間に多数の微小な空隙が、また同様に、マットA2′内にも、互いに隣接する第2木質小薄片2,2,…間に多数の微小な空隙がそれぞれ存在している。これら空隙は、第1木質小薄片1,1,…及び第2木質小薄片2,2,…の繊維方向及び繊維直交方向だけでなく、厚さ方向にも連通している。また、これら空隙は、マットA1′,A2′の各々の内部で連続するだけでなく、マットA1′とマットA2′との間でも連続しており、積層マットA′全体で三次元的に連続している。そのため、木質ボードAに対する加圧を停止したときのパンクは生じ難くなる。
このような工程を経て、第1層A1及び各第2層A2の各密度(木質ボードA全体の密度)が400~800kg/mでありかつ曲げヤングが3.5~5.0GPaの木質ボードAが成形される。
尚、第1層A1の密度と各第2層A2の密度とは、同程度であってもよく、異なっていてもよい。各木質材層A1,A2の密度は、成形時のパンクを防止する観点から、異なっていることが好ましい。第1層A1と各第2層A2との密度が異なる場合、両層A1,A2の密度の差は、例えば400kg/m以上である。また、第1層A1と各第2層A2の密度の大小関係は特に限定されず、第1層A1の密度が各第2層A2の密度よりも高くてもよく、低くてもよい。木質ボードAの表面性における平滑性、色調・色均質性を向上させる観点から、各第2層A2が第1層A1よりも密度の高い高密度木質材層であることが好ましい。
また、木質ボードAは、図7右側に示すように、第1層A1及び各第2層A2の内部に、三次元的に連続する微小な空隙が多数存在している(残っている)。そのため、木質ボードAは、通気性にも優れることとなる。
(表面材接合工程P7)
上記木質ボードAを平衡含水率まで養生させてから表裏面をサンダーにより研削し、最終厚さを調整する。サンダーは、一般に使用されるものを使用でき、例えば#150番手等が挙げられる。この仕上げ工程により、木質ボードAの表面性がさらに優れたものとなる。
この厚さ調整した木質ボードAの表面にMDF(中密度繊維板)からなる表面材Bを接着層Dを介して積層し、両者を圧締して接着により一体化することで、木質複合材Cが得られる。その圧締圧力は7kg/cm以下にすることが望ましい。
この接着に用いる接着剤としては、例えば熱圧法を用いる場合、例えばメラミン系、ユリア系、フェノール系、ユリアメラミン系、酢酸ビニル系又は水性ビニルウレタン系等が好適に用いられる。冷圧法を用いる場合では、例えば変性酢酸ビニル系又は水性ビニルウレタン系等の接着剤が好適に用いられる。ロールプレス法では、例えばホットメルト接着剤又はPURホットメルト接着剤等が好適に用いられる。
接着層Dを形成する場合、既述のように、例えば硬化したメラミン含浸紙を接着剤で貼り合せる方法や、メラミン等の未硬化含浸紙を挟んで熱圧で貼り合せる方法、木質ボードA又は表面材Bの接着面に例えば酢酸ビニル系の樹脂を固形分塗布量15g/尺以上塗布する方法や、PUR接着剤を使用する方法、予めパテ等の厚さを稼ぐ緩衝層を塗った上に接着剤を塗布して貼り合せる方法がある。
上記酢酸ビニル系の樹脂で貼り合せる場合には、炭酸カルシウム等の充填剤を混ぜて接着層Dを設ける方法や、酢ビ系樹脂を塗った後、ある程度水分を飛ばしてから貼り合せる方法もある。例えば、酢酸ビニル樹脂接着剤と炭酸カルシウム粉末とを等量ずつ混ぜ、粘度調整として水を少量加えたものを例えばロールコーター等の塗布装置で塗布した後に貼り合わせればよい。このときの塗布装置はロールコーターに限定するものではなく、均質な膜が形成できれば他の装置でも構わない。
したがって、この実施形態においては、以下に説明する作用効果を奏することができる。木質複合材Cは、木質ボードAとMDF(中密度繊維板)からなる表面材Bとが接着層Dを介して接合一体化されたものであり、そのうちの木質ボードAは、同じ厚さの範囲で大きさが異なる2種類の木質小薄片1,2で構成されている。具体的に、木質ボードAは、厚さtが極めて薄く、その厚さtの平均値が0.05~0.20mm、繊維方向に沿った繊維方向寸法d1(長さ)の平均値が10~35mm、繊維方向と直交方向に沿った繊維直交方向寸法d2(幅)の平均値が0.5~35mmの多数の第1木質小薄片1,1,…が集合状態で積層されて接着一体化により単層に構成された第1層A1と、第1木質小薄片1,1,…よりも大きさの小さい多数の第2木質小薄片2,2,…が集合状態で積層されて接着一体化により単層に構成された2つの第2層A2,A2とを含み、第1層A1の両面にそれぞれ第2層A2,A2が配置され、それらが接着一体化により3層に構成されている。
すなわち、木質ボードAの芯層を構成する第1層A1は、1種類の第1木質小薄片1,1,…のみで構成され、その第1木質小薄片1,1,…の厚さtの平均値が極めて薄く、0.05~0.20mmという狭い範囲内に収まっているので、多数の第1木質小薄片1,1,…は厚さtのばらつきが小さくて均一な厚さtに揃ったものになる。また、第1木質小薄片1,1,…の繊維方向寸法d1(長さ)の平均値が10~35mmであり、繊維直交方向寸法d2(幅)の平均値が0.5~35mmであって、これらの寸法d1,d2がいずれも一定範囲内にあるので、第1層A1は大きさが一定範囲内に揃った第1木質小薄片1,1,…が集合して均質なものとなる。そのため、第1層A1(つまり木質ボードA)の強度が高くなるだけでなく、吸放湿による反りが発生し難く、ラワン合板等の南洋材合板と同程度の良好な寸法安定性が得られ、反りや撓み等が問題となることはない。その結果、木質ボードAの寸法安定性が向上する。
また、第1層A1は、大きさが一定範囲内に揃った第1木質小薄片1,1,…が集合して均質となることで、その表裏面(第2層A2,A2との境界面)も良好な平滑面となり、そのことに起因して、この第1層A1に積層される第2層A2,A2の表裏面も平滑性及び色調・色均質性が向上する。
また、上記木質ボードAは、均一な大きさに揃った多数の第1木質小薄片1,1,…及び第2木質小薄片2,2,…で構成されているので、その木質ボードAの密度が通常のOSBのように高くなることはなく、400kg/m程度の低密度であっても容易に得られる。
一方、木質ボードAの表裏層を構成する2つの第2層A2,A2における第2木質小薄片2,2,…は、その厚さの平均値が第1層A1(芯層)における第1木質小薄片1,1,…と同じで、他の大きさ(具体的には、長さd1及び幅d2のうち少なくとも一つの寸法)が第1木質小薄片1よりも小さい細長形状であるので、第2層A2は、第1層A1に比べてより一層均一な大きさに揃っている第2木質小薄片2,2,…で構成されているものとなる。この第2木質小薄片2の大きさが第1木質小薄片1よりも小さい分だけ、各第2層A2の表面が第1層A1に比べて微細で平滑となり、このことで、木質ボードAの表面性がさらに一層向上する。これらの結果、木質ボードAの表面に、通常のOSBのような大きな凹凸が生じることはなく、木質ボードAは表面性により一層優れ、MDFと同様に優れた表面性を有するものとなる。
こうして木質ボードAの第1及び第2層A1,A2をそれぞれ構成している第1及び第2木質小薄片1,2の厚さtが0.05~0.2mmと薄くなることで、木質ボードAの表面における凹凸の程度が小さくなって、表面粗さの数値が小さくなる。そのため、その木質ボードAの表面に接合される表面材B(MDF)の厚さを0.5~2.0mm程度まで薄くしたとしても、その上に表面化粧材としての化粧シート(図示せず)を貼着する場合に、化粧シートの表面性を良好に確保することができる。
さらに、表面材Bは木質ボードAに、ある程度の厚さが保持された接着層Dにより接着されている。特に、接着層Dが樹脂含浸紙である場合には、この樹脂含浸紙の接着によって一定の厚さを有する接着層Dにより表面材Bが木質ボードAに接合されていることになる。そのため、木質ボードAにおいて吸放湿により凹凸が発生しても、その凹凸は厚さのある接着層Dで吸収され、表面材Bに影響を及ぼすことなくキャンセルされる。このことで、木質複合材Cの表面性に大きな影響が生じることはなく、その表面性、化粧性を安定して良好に維持することができる。
また、上記木質ボードAの製造時に、均一な大きさの多数の第1木質小薄片1,1,…及び第2木質小薄片2,2,…をそれぞれ集合させた集合体である第1層用及び第2層用マットA1′,A2′を、第2層用マットA2′、第1層用マットA1′及び第2層用マットA2′の順に積層一体化すればよく、木質ボードAの製造も容易となる。
上記木質複合材Cを用途の1つである直貼りフロアの床材(防音床材)として施工する例について説明すると、例えばそのフロアの総厚が12mmである場合、基材としての木質複合材C(床材)は厚さ9mmとし、その裏面に厚さ3mmの不織布等の緩衝材を接合する。このとき、木質複合材Cは、厚さ8mmの木質ボードAと厚さ1mmのMDFからなる表面材Bとを0.15mm程度の接着層Dで貼り合せたものとすればよい。
そして、床材の剛性を下げるために、木質複合材Cにおいて裏面から例えば幅1mmの複数の裏溝を10mmピッチ程度で入れる裏溝加工を施し、その溝を入れた裏面に上記緩衝材を貼ればよい。裏溝の深さは、3層の木質ボードAの第1層A1(芯層)の厚さの途中程度までとする。このように裏溝加工を施したとしても、木質ボードAに芯層が十分に残るようになる。尚、裏溝加工時に確実に木質ボードAに芯層を残すためには、木質ボードAの厚さが表面材Bの厚さの2倍以上であればよい。そのため、床材の伸縮は表面材B(MDF)に依存せず、木質ボードAに依存することになり、南洋合板並みの寸法変化を保つことができる。このことで防音フロア基材として施工後の反りやたわみが発生し難くなり、これまでの南洋合板製の基材と同じように使用することができる。
(その他の実施形態)
上記実施形態では、質複合材Cの木質ボードAは、芯層としての第1層A1と表裏層としての2つの第2層A2,A2との3層構造であるが、第1層A1と表面材B側の1つの第2層A2との2層構造としてもよく、或いは第1層A1のみの単層構造であってもよい。つまり、木質ボードAは、厚さが0.05~0.20mm、繊維方向に沿った繊維方向寸法が10~35mm、繊維方向と直交する方向に沿った繊維直交方向寸法が0.5~35mmである多数の木質小薄片(第1木質小薄片1)が集合状態で積層されて接着一体化されているものであればよいことになる。
表面材が接合されていない単層構造の木質ボードにおいて、その木質ボードを構成している木質小薄片の厚さを変えたときの表面粗さを測定した。木質小薄片の厚さは0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mmの5種類とし、木質ボードは吸水試験後のものを用いた。
比較するボードはMDFである。MDFは、一般的にシート貼り化粧材として使われているため、MDF同等の表面化粧性とするには、表面粗さが同等であることが必要とされる。
表面粗さの測定装置は、(株)キーエンス製のワンショット3D測定マイクロスコープ「VR-3000」を使用し、観察アプリケーション「VR-H1V」を用いた。モニタ倍率は12倍及び80倍で観察している。測定値は、(1)Sq:二乗平均平方根高さ(平均面からの距離の標準偏差に相当するパラメータで、高さの標準偏差に相当する)、(2)Ssk:スキューネス(「偏り度」で高さ分布の対称性を表し、「0」は高さ分布が上下に対称であることを、「>1」は山が多いことを、「<1」は谷が多いことをそれぞれ示す)、(3)Sku:クルトシス(「尖り度」で高さ分布の鋭さを表し、「Sku=3」は高さ分布が正規分布であることを、「Sku>3」は表面に鋭い山や谷が多いことを、「Sku<3」は表面が平坦であることをそれぞれ示す)、(4)Sp:最大山高さ、(5)Sv:最大谷深さ、(6)Sz:最大高さ(Sp-Sv)、(7)Sa:算術平均高さ(平均面からの各点絶対値の平均)の7つである。
モニタ倍率が12倍の測定結果を図8に、また80倍の測定結果を図9にそれぞれ示している。Sq、Saでみると、木質小薄片の厚さが0.4mmであるときと0.3mmであるときとの間に大きな差があり、特に80倍観察のときに顕著である。
Skuでみると、木質小薄片の厚さが0.3mmであるときと0.4mmであるときとの間に大きな差異がある。厚さが0.05~0.2mmであるときには、MDFと同等レベル以上の粗さとなり、際立って尖っている部分が少ない。
そして、画像でみると目立つ凹凸がないMDFと同等とするには、木質小薄片の厚さは0.2mm以下とすることが必要である。すなわち、木質複合材における木質ボードの木質小薄片の厚さが0.05~0.20mmであれば、木質ボードに凹凸のないMDF程度の表面性が得られ、延いては該木質ボード表面に表面材を接合一体化した木質複合材の表面性を表面に化粧シート等を貼るレベルまで向上できることが明らかである。
本発明は、均一な大きさに揃った木質小薄片で構成され、強度が高くて南洋材合板と同程度の良好な寸法安定性及び表面性を持つ木質ボードが得られ、その木質ボードとMDFとを接着した木質複合材を容易に製造できるので、床材や内装材等の用途に極めて有用で産業上の利用可能性が高い。
A 木質ボード
A1 第1層
A2 第2層
B 表面材(MDF)
C 木質複合材
D 接着層
P1 木質薄片製造工程
P2 第1木質小薄片製造工程
P3 第2木質小薄片製造工程
P4 接着剤塗布工程
P5 マットフォーミング工程
P6 熱圧工程
P7 表面材接合工程(MDF接合工程)
1 第1木質小薄片
2 第2木質小薄片
1a,2a 繊維
t 厚さ
d1 繊維方向寸法(長さ)
d2 繊維直交方向寸法(幅)

Claims (8)

  1. 木質ボードと、該木質ボードの片面に一体的に接合され、0.5~2.0mmの厚さを有する表面材とを備えた木質複合材であって、
    上記木質ボードは、繊維方向に沿った表裏面を有する細長形状の多数の木質小薄片が集合状態で積層されて接着一体化されてなり、
    上記木質小薄片は、上記表裏面間の厚さが0.05mm以上0.20mm以下
    上記繊維方向に沿った長さが10mm以上35mm以下
    上記繊維方向と直交する方向に沿ったが0.5mm以上5mm以下であることを特徴とする木質複合材。
  2. 請求項1の木質複合材において、
    木質ボードの木質小薄片は、長さが20mm以下、が5mm以下の細長形状であることを特徴とする木質複合材。
  3. 請求項1又は2の木質複合材において、
    木質ボードは、第1層と、該第1層の少なくとも表面材側の面に積層一体化された第2層とを備え、
    上記第2層の木質小薄片の大きさは、第1層の木質小薄片よりも小さいことを特徴とする木質複合材。
  4. 請求項1~3のいずれか1つの木質複合材において、
    表面材が中密度繊維板からなることを特徴とする木質複合材。
  5. 請求項1~4のいずれか1つの木質複合材において、
    表面材は木質ボードと樹脂含浸紙を介して接合されていることを特徴とする木質複合材。
  6. 請求項1~5のいずれか1つの木質複合材を備え、
    表面材上に表面化粧材が施工されていることを特徴とする内装材。
  7. 請求項1~5のいずれか1つの木質複合材を備え、
    表面材上に表面化粧材が施工されていることを特徴とする床材。
  8. 請求項1~5のいずれか1つの木質複合材を備え、
    表面材上に表面化粧材が施工され、
    木質ボードの裏面に緩衝材が接合されていることを特徴とする防音床材。
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