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
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備えた混合粉砕装置および混合用溶融方法であって、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うちの少なくとも２枚は、回転方向においてお互いの対向間隔が狭まるような取り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、脱水された材料にバインダーを含浸させるもの。
【発明の詳細な説明】
【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ー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填成形材料の木粉充填比率は重量比で５０％を少し超えているのが現状である。
従来の木粉充填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１２％以下の粒度１５０μｍ前後の木粉を使用し、熱蒸気またはオイルにて約１６０℃程度に熱した混合溶融機に前述した木粉を重量比で５０％入れ、混合羽根を回転させ約２０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（ＰＰ、ＰＥ、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５０％入れ混合羽根を約２０分程回転させ単純混合させるものであった。その後、ゲル状の混合品を冷却機（冷却水：２０℃、流量：１００Ｌ／ｍｉｎ）に入れ約１５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った。
【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ー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びバインダーが、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ーが含浸されたら、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、イチョウ、アオギリ、サクラ、ヤナギ、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、廃材の高充填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モータ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
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ーが、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ーが含浸されたら、前記混合容器内から取り出される
ものである。
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１０に記載の第１０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５０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１１に記載の第１１発明）の混合溶融方法は、
前記第１０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１２に記載の第１２発明）の混合溶融方法は、
前記第１１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１３に記載の第１３発明）の混合溶融方法は、
前記第１２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
ものである。
本発明（請求項１４に記載の第１４発明）のバインダー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ーが、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ーが含浸されたら、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ー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１５に記載の第１５発明）のバインダーが含浸されたセルロース系材料の成形方法は、
前記第１４発明において、
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、押出成形によって行われる
ものである。
本発明（請求項１６に記載の第１６発明）のバインダーが含浸されたセルロース系材料の成形方法は、
前記第１５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
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、前記材料が混合粉砕され、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（混合粉砕装置一台）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って 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っ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復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ーが、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ーが含浸されたら、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ー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ー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ー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１０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５０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１１発明の混合溶融方法は、前記第１０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１２発明の混合溶融方法は、前記第１１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ことが出来るという効果を奏する。
上記構成より成る第１３発明の混合溶融方法は、前記第１２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、脱水されバインダーが含浸された前記セルロー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１４発明のバインダー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ーが、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ーが含浸されたら、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ー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１５発明のバインダーが含浸されたセルロース系材料の成形方法は、前記第１４発明において、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１６発明のバインダーが含浸されたセルロース系材料の成形方法は、前記第１５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ブロック図である。
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。
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、粉砕、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填成形材料（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１０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１０ａないし１０ｆ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１２が配設され、前記複数の羽根部材１０ａないし１０ｆ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１７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（ＰＰ、ＰＥ、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）等と共に前記らせん状羽根部材１２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１０ａないし１０ｆ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ー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っ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ー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１２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６０℃→２００℃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（ＰＰ、ＰＥ、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）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つのモノグリノー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ー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ーが含浸され微細片によって、木質廃材及び植物廃材の比率が重量比で８０％〜９０％の高充填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１０ａなしい１０ｆ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１４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ーを前記混合容器３に供給するらせん状羽根部材１２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１７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ー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、機台ベース２上に横向に円筒形の混合容器３と、前記材料投入部１４および前記らせん状羽根部材１２が配設される供給容器１３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挿配置され、該回転羽根軸５の一端（図１中右端）をプーリー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り、その両端にロータリージョイント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１０ａ〜１０ｆが、前記回転軸の円周方向の１８０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１０ａ〜１０ｆ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１０ａ及び１０ｆ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１１，１１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１５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１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ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１５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１０ｂおよび１０ｄ、１０ｃおよび１０ｅ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１５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１１のモーター側は、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、１２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ューであり、１３は、該供給スクリュー１２を包囲している材料供給箱、１４は、該材料供給箱１３の上方に設けられたホッパーであり、該ホッパー１４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１５が設けられている。また両側一対の１６，１６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、１７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１７は、軸１８により回転可能に支持され該軸１８はロータリーシリンダー１９、１９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ー２０、２０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、２１は制御盤で、前記モーター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て該制御盤２１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１７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１０ａ〜１０ｆ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ーが、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ーが含浸され、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ーが含浸されたら、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、イチョウ、アオギリ、サクラ、ヤナギ、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１０ａ〜１０ｆの先端周速が、毎秒５メートルないし毎秒５０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モータ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１７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未る。
また製造過程で発生する不良品等も粉砕し、１００％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１７を一気に開けることにより解圧して一旦乾燥させ、蒸気爆砕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に示されるように回転羽根軸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。
モーター８により該回転羽根軸５を介して羽根１０ａ〜１０ｆを回転させる。羽根１０ａ〜１０ｆの先端速度が毎秒約５ｍの状態において、事前計量してホッパー１４に装填している細片化した木質廃材（スギ：重量比８５％）とバインダー（ＰＰ：重量比１２％、無水マレイン酸：３％）をシャッター１５を開いて材料供給箱１３へ供給した後、シャッター１５を閉じる。そして供給スクリュー１２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、ホッパー１４が空になったらシャッター１５を閉め、羽根１０ａ〜１０ｆの先端速度が毎秒約３０ｍになるまで該モーター８の回転を上げていき、羽根１０ａ〜１０ｆの先端速度が毎秒約３０ｍの状態において約４０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、内部エネルギー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６０℃から２００℃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、バインダーが一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１０ａ〜１０ｆ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、モーター８にかかるトルク数値で１３０％前後となる。高速で回転している羽根１０ａ〜１０ｆ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側のプーリー６とモーター８側のプーリー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。
モーター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２１に送り、該制御盤２１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１０ａ〜１０ｆの先端速度が毎秒約３０ｍの高速回転の状態において、ロータリーシリンダー１９、１９を駆動させ、軸１８を介して連結されている排出口蓋１７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填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２１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１７の開閉制御が行われる。
本実施例におけるスギの高充填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８５％）とバインダー（ＰＰ：重量比１２％、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５５％、廃プラ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もの）および比較例３（木粉５５％、樹脂４５％）の各測定値も表１に示した。
【表１】
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。
また実施例の曲げヤング率は、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填成形材料（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１５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１５度以外の角度に設定することが出来るとともに、図１０（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、一例としてロータリーシリンダー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、例えばシリンダー内をピ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アクチュエー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、粉砕および溶融された材料の状態をモータ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備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インダー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、廃材の高充填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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【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ー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填成形材料の木粉充填比率は重量比で５０％を少し超えているのが現状である。
従来の木粉充填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１２％以下の粒度１５０μｍ前後の木粉を使用し、熱蒸気またはオイルにて約１６０℃程度に熱した混合溶融機に前述した木粉を重量比で５０％入れ、混合羽根を回転させ約２０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（ＰＰ、ＰＥ、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５０％入れ混合羽根を約２０分程回転させ単純混合させるものであった。その後、ゲル状の混合品を冷却機（冷却水：２０℃、流量：１００Ｌ／ｍｉｎ）に入れ約１５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った。
【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ー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びバインダーが、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ーが含浸されたら、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、イチョウ、アオギリ、サクラ、ヤナギ、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、廃材の高充填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モータ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
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ーが、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ーが含浸されたら、前記混合容器内から取り出される
ものである。
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１０に記載の第１０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５０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１１に記載の第１１発明）の混合溶融方法は、
前記第１０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１２に記載の第１２発明）の混合溶融方法は、
前記第１１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１３に記載の第１３発明）の混合溶融方法は、
前記第１２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
ものである。
本発明（請求項１４に記載の第１４発明）のバインダー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ーが、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ーが含浸されたら、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ー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１５に記載の第１５発明）のバインダーが含浸されたセルロース系材料の成形方法は、
前記第１４発明において、
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、押出成形によって行われる
ものである。
本発明（請求項１６に記載の第１６発明）のバインダーが含浸されたセルロース系材料の成形方法は、
前記第１５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
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、前記材料が混合粉砕され、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（混合粉砕装置一台）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って 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っ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復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ーが、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ーが含浸されたら、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ー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ー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ー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１０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５０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１１発明の混合溶融方法は、前記第１０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１２発明の混合溶融方法は、前記第１１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ことが出来るという効果を奏する。
上記構成より成る第１３発明の混合溶融方法は、前記第１２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、脱水されバインダーが含浸された前記セルロー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１４発明のバインダー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ーが、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ーが含浸されたら、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ー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１５発明のバインダーが含浸されたセルロース系材料の成形方法は、前記第１４発明において、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１６発明のバインダーが含浸されたセルロース系材料の成形方法は、前記第１５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ブロック図である。
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。
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、粉砕、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填成形材料（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１０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１０ａないし１０ｆ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１２が配設され、前記複数の羽根部材１０ａないし１０ｆ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１７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（ＰＰ、ＰＥ、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）等と共に前記らせん状羽根部材１２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１０ａないし１０ｆ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ー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っ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ー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１２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６０℃→２００℃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（ＰＰ、ＰＥ、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）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つのモノグリノー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ー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ーが含浸され微細片によって、木質廃材及び植物廃材の比率が重量比で８０％〜９０％の高充填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１０ａなしい１０ｆ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１４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ーを前記混合容器３に供給するらせん状羽根部材１２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１７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ー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、機台ベース２上に横向に円筒形の混合容器３と、前記材料投入部１４および前記らせん状羽根部材１２が配設される供給容器１３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挿配置され、該回転羽根軸５の一端（図１中右端）をプーリー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り、その両端にロータリージョイント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１０ａ〜１０ｆが、前記回転軸の円周方向の１８０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１０ａ〜１０ｆ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１０ａ及び１０ｆ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１１，１１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１５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１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ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１５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１０ｂおよび１０ｄ、１０ｃおよび１０ｅ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１５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１１のモーター側は、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、１２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ューであり、１３は、該供給スクリュー１２を包囲している材料供給箱、１４は、該材料供給箱１３の上方に設けられたホッパーであり、該ホッパー１４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１５が設けられている。また両側一対の１６，１６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、１７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１７は、軸１８により回転可能に支持され該軸１８はロータリーシリンダー１９、１９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ー２０、２０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、２１は制御盤で、前記モーター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て該制御盤２１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１７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１０ａ〜１０ｆ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ーが、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ーが含浸され、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ーが含浸されたら、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、イチョウ、アオギリ、サクラ、ヤナギ、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１０ａ〜１０ｆの先端周速が、毎秒５メートルないし毎秒５０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モータ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１７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未る。
また製造過程で発生する不良品等も粉砕し、１００％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１７を一気に開けることにより解圧して一旦乾燥させ、蒸気爆砕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に示されるように回転羽根軸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。
モーター８により該回転羽根軸５を介して羽根１０ａ〜１０ｆを回転させる。羽根１０ａ〜１０ｆの先端速度が毎秒約５ｍの状態において、事前計量してホッパー１４に装填している細片化した木質廃材（スギ：重量比８５％）とバインダー（ＰＰ：重量比１２％、無水マレイン酸：３％）をシャッター１５を開いて材料供給箱１３へ供給した後、シャッター１５を閉じる。そして供給スクリュー１２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、ホッパー１４が空になったらシャッター１５を閉め、羽根１０ａ〜１０ｆの先端速度が毎秒約３０ｍになるまで該モーター８の回転を上げていき、羽根１０ａ〜１０ｆの先端速度が毎秒約３０ｍの状態において約４０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、内部エネルギー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６０℃から２００℃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、バインダーが一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１０ａ〜１０ｆ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、モーター８にかかるトルク数値で１３０％前後となる。高速で回転している羽根１０ａ〜１０ｆ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側のプーリー６とモーター８側のプーリー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。
モーター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２１に送り、該制御盤２１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１０ａ〜１０ｆの先端速度が毎秒約３０ｍの高速回転の状態において、ロータリーシリンダー１９、１９を駆動させ、軸１８を介して連結されている排出口蓋１７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填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２１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１７の開閉制御が行われる。
本実施例におけるスギの高充填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８５％）とバインダー（ＰＰ：重量比１２％、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５５％、廃プラ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もの）および比較例３（木粉５５％、樹脂４５％）の各測定値も表１に示した。
【表１】
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。
また実施例の曲げヤング率は、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填成形材料（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１５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１５度以外の角度に設定することが出来るとともに、図１０（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、一例としてロータリーシリンダー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、例えばシリンダー内をピ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アクチュエー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、粉砕および溶融された材料の状態をモータ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備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インダー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、廃材の高充填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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【特許請求の範囲】
【請求項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
ことを特徴とする混合粉砕装置。
【請求項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。
【請求項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
ことを特徴とする請求項２に記載の混合粉砕装置。
【請求項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。
【請求項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
ことを特徴とする請求項４に記載の混合粉砕装置。
【請求項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。
【請求項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ーが、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ーが含浸されたら、前記混合容器内から取り出される
ことを特徴とする混合溶融方法。
【請求項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。
【請求項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
ことを特徴とする請求項８に記載の混合溶融方法。
【請求項１０】
前記羽根部材の先端周速が、毎秒５メートルないし毎秒５０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
ことを特徴とする請求項９に記載の混合溶融方法。
【請求項１１】
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
ことを特徴とする請求項１０に記載の混合溶融方法。
【請求項１２】
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
ことを特徴とする請求項１１に記載の混合溶融方法。
【請求項１３】
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
ことを特徴とする請求項１２に記載の混合溶融方法。
【請求項１４】
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ーが、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ーが含浸されたら、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ー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ーが含浸されたセルロース系材料の成形方法。
【請求項１５】
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、押出成形によって行われる
ことを特徴とする溶融した請求項１４に記載のバインダーが含浸されたセルロース系材料の成形方法。
【請求項１６】
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１５に記載のバインダーが含浸されたセルロース系材料の成形方法。
【請求項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
ことを特徴とする混合粉砕装置。
【請求項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。
【請求項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
ことを特徴とする請求項２に記載の混合粉砕装置。
【請求項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。
【請求項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
ことを特徴とする請求項４に記載の混合粉砕装置。
【請求項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。
【請求項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ーが、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ーが含浸されたら、前記混合容器内から取り出される
ことを特徴とする混合溶融方法。
【請求項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。
【請求項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
ことを特徴とする請求項８に記載の混合溶融方法。
【請求項１０】
前記羽根部材の先端周速が、毎秒５メートルないし毎秒５０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
ことを特徴とする請求項９に記載の混合溶融方法。
【請求項１１】
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
ことを特徴とする請求項１０に記載の混合溶融方法。
【請求項１２】
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
ことを特徴とする請求項１１に記載の混合溶融方法。
【請求項１３】
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
ことを特徴とする請求項１２に記載の混合溶融方法。
【請求項１４】
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ーが、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ーが含浸されたら、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ー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ーが含浸されたセルロース系材料の成形方法。
【請求項１５】
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、押出成形によって行われる
ことを特徴とする溶融した請求項１４に記載のバインダーが含浸されたセルロース系材料の成形方法。
【請求項１６】
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１５に記載のバインダーが含浸されたセルロース系材料の成形方法。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０７６０４４
【国際公開日】平成１６年９月１０日（２００４．９．１０）
【発行日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０２９４３（Ｐ２００５−５０２９４３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００２３４７
【国際出願日】平成１６年２月２７日（２００４．２．２７）
【出願人】（３０４００６５４０）株式会社エムアンドエフ・テクノロジー (8)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年９月１０日（２００４．９．１０）
【発行日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００２３４７
【国際出願日】平成１６年２月２７日（２００４．２．２７）
【出願人】（３０４００６５４０）株式会社エムアンドエフ・テクノロジー (8)
【Ｆターム（参考）】
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