(57)【要約】【課題】木粉固化成形体及びその製造方法において、木粉固化成形体が生分解性と再利用性を有する環境に優しい材料からなり、優れた切削性を有し切削工具を傷めず、適度な硬さと強度を有し精密な切削加工が可能で、しかも靭性を有し薄物成形が可能なこと。【解決手段】木粉固化成形体１の製造方法は、大鋸屑・間伐材チップ２を水分２０重量％以下に乾燥する乾燥工程（Ｓ１０）と、粉砕機で微粉砕して平均粒子径１５０μｍの木粉とする粉砕工程（Ｓ１１）と、木粉をポリオール樹脂３，エポキシ樹脂４，イソシアネート樹脂６と混合する第１混合工程・第２混合工程（Ｓ１２，Ｓ１３）と、常温で２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を掛けてプレス成形して木粉ブロックとする常温プレス成形工程（Ｓ１４）と、木粉ブロックを静置して未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去する養生工程（Ｓ１５）、または高周波加熱工程（Ｓ１６）を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大鋸屑（おがくず）及び／または間伐材のチップを水分２０重量％以下に乾燥したものを微粉砕して平均粒子径が３０μｍ〜２５０μｍの範囲内の木粉とし、該木粉１００重量部を３重量部〜３０重量部の範囲内のポリオール樹脂及び０．０６重量部〜１．５重量部の範囲内のエポキシ樹脂と混合した後に、前記木粉１００重量部に対して３重量部〜３０重量部の範囲内のイソシアネート樹脂と混合して、常温で１０ｋｇ／ｃｍ2 〜５００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内の圧力を掛けてプレス成形した後に、静置して内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去してなることを特徴とする木粉固化成形体。
【請求項２】
大鋸屑（おがくず）及び／または間伐材のチップを水分２０重量％以下に乾燥したものを微粉砕して平均粒子径が３０μｍ〜２５０μｍの範囲内の木粉とし、該木粉１００重量部を３重量部〜３０重量部の範囲内のポリオール樹脂及び０．０６重量部〜１．５重量部の範囲内のエポキシ樹脂と混合した後に、前記木粉１００重量部に対して３重量部〜３０重量部の範囲内のイソシアネート樹脂と混合して、更に樹皮を粉砕して繊維状にしたもの及び／または天然有機繊維を前記木粉１００重量部に対して５重量部〜７０重量部の範囲内で混合して、常温で１０ｋｇ／ｃｍ2 〜５００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内の圧力を掛けてプレス成形した後に、静置して内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去してなることを特徴とする木粉固化成形体。
【請求項３】
静置して内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去する代わりに、内部温度が４０℃〜８０℃の範囲内になるように高周波加熱して、内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の木粉固化成形体。
【請求項４】
前記大鋸屑及び前記間伐材のチップ並びに前記樹皮は針葉樹の大鋸屑または針葉樹の間伐材のチップ或いは針葉樹の樹皮であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の木粉固化成形体。
【請求項５】
前記木粉固化成形体は、厚さが３ｍｍ以下の薄い部分を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の木粉固化成形体。
【請求項６】
大鋸屑（おがくず）及び／または間伐材のチップを水分２０重量％以下に乾燥する乾燥工程と、
乾燥した大鋸屑及び／または間伐材のチップを粉砕機で微粉砕して平均粒子径３０μｍ〜２５０μｍの範囲内の木粉とする粉砕工程と、
前記木粉１００重量部を３重量部〜３０重量部の範囲内のポリオール樹脂及び０．０６重量部〜１．５重量部の範囲内のエポキシ樹脂と混合して中間混合木粉とする第１混合工程と、
前記中間混合木粉を更に３重量部〜３０重量部の範囲内のイソシアネート樹脂と混合して最終混合木粉とする第２混合工程と、
前記最終混合木粉に常温で１０ｋｇ／ｃｍ2 〜５００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内の圧力を掛けてプレス成形して木粉ブロックとする常温プレス成形工程と、
前記木粉ブロックを静置して内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去する養生工程、
とを具備することを特徴とする木粉固化成形体の製造方法。
【請求項７】
前記第２混合工程と前記常温プレス成形工程の間に、
前記最終混合木粉に、樹皮を粉砕して繊維状にしたもの及び／または天然有機繊維を前記最終混合木粉中に含まれる木粉１００重量部に対して５重量部〜７０重量部の範囲内で混合して新たな最終混合木粉とする繊維混合工程を具備することを特徴とする請求項６に記載の木粉固化成形体の製造方法。
【請求項８】
前記養生工程の代わりに、
前記木粉ブロックを内部温度が４０℃〜８０℃の範囲内になるように高周波加熱して、内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去する高周波加熱工程を具備することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の木粉固化成形体の製造方法。
【請求項９】
前記大鋸屑及び前記間伐材のチップ並びに前記樹皮は針葉樹の大鋸屑または針葉樹の間伐材のチップ或いは針葉樹の樹皮であることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１つに記載の木粉固化成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記木粉ブロックは、厚さが３ｍｍ以下の薄い部分を有することを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１つに記載の木粉固化成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大鋸屑（おがくず）等を原料としてなる生分解性を有するブロック状の木粉固化成形体及びその製造方法に関するものであり、特に、強度とともに高い靭性及び適度な柔軟性を兼ね備え、優れた切削性と再利用性とを有しており、薄型製品の製作に適した木粉固化成形体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モックアップモデル用材料、マスターモデル用材料、検査ゲージ用モデル用材料等の模型素材用ブロックは、切削加工によって所望の形状を付与されて、モデルや検査ゲージとして使用される。近年、木型職人の減少、コンピュータ技術の飛躍的進歩、モデル製作の短納期化の要請等に伴って、ＮＣ（数値制御）マシンによる切削加工でモデルや検査ゲージを製作する技術が主流となっている。
【０００３】
従来、このような切削加工の素材となるモデル製作用ブロックとしては、炭酸カルシウム等の無機材料を有機合成樹脂からなるバインダーを用いてブロックに成形した無機材料系ブロック素材が用いられてきた。しかし、このような無機材料系ブロック素材は、硬度が高いために切削用の刃を傷め易く、切削工具の寿命が短くなり、また切削加工の際に舞い上がる粉塵によって作業環境が悪化するという問題を生じていた。
【０００４】
そこで、かかる問題を解決すべく、特許文献１に記載の発明がなされている。この特許文献１に記載の技術においては、液状の芯物質を含むマイクロカプセルを樹脂組成物に含有させた切削加工性樹脂形成性材料を提供している。これによって、硬度が低くて切削用の刃を傷め難く、切削粉塵の発生が少量で、かつ、強度低下の少ない模型素材用樹脂成形品が得られるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３１３６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、液状の芯物質を含むマイクロカプセルを樹脂組成物に含有させているため、切削加工性樹脂素材が軟らかいものとなり、切り立った部分を有するモデルを製作した場合には、切削加工において切り立った部分の角が取れて丸くなってしまい、モデルの微小部分についての精密な切削加工ができない。更に、切削屑は硬化した有機合成樹脂であるため再使用することができず、廃棄処分するしかないため、環境負荷物質となってしまう。一方、切削加工性樹脂素材の硬度が高過ぎると、靭性・柔軟性が不足して、特に薄型製品を成形した場合に割れ易くまた欠け易くなるという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであって、大鋸屑（おがくず）等を原料としてなり生分解性と再利用性を有する環境に優しい材料からなる成形体であって、かつ、優れた切削性を有し切削工具を傷めることがなく、しかも優れた強度と靭性・柔軟性を兼ね備えることによって、薄型の成形体とした場合でも割れたり欠けたりすることなく、精密な切削加工が可能な木粉固化成形体及びその製造方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る木粉固化成形体は、大鋸屑（おがくず）及び／または間伐材のチップを水分２０重量％以下に乾燥したものを微粉砕して平均粒子径が３０μｍ〜２５０μｍの範囲内の木粉とし、該木粉１００重量部を３重量部〜３０重量部の範囲内のポリオール樹脂及び０．０６重量部〜１．５重量部の範囲内のエポキシ樹脂と混合した後に、前記木粉１００重量部に対して３重量部〜３０重量部の範囲内のイソシアネート樹脂と混合して、常温で１０ｋｇ／ｃｍ2 〜５００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内の圧力を掛けてプレス成形した後に、静置して内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去してなるものである。
【０００９】
請求項２に係る木粉固化成形体は、大鋸屑（おがくず）及び／または間伐材のチップを水分２０重量％以下に乾燥したものを微粉砕して平均粒子径が３０μｍ〜２５０μｍの範囲内の木粉とし、該木粉１００重量部を３重量部〜３０重量部の範囲内のポリオール樹脂及び０．０６重量部〜１．５重量部の範囲内のエポキシ樹脂と混合した後に、３重量部〜３０重量部の範囲内のイソシアネート樹脂と混合して、更に樹皮を粉砕して繊維状にしたもの及び／または天然有機繊維を前記木粉１００重量部に対して５重量部〜７０重量部の範囲内、より好ましくは３０重量部〜６０重量部の範囲内で混合して、常温で１０ｋｇ／ｃｍ2 〜５００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内の圧力を掛けてプレス成形した後に、静置して内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去してなるものである。
【００１０】
請求項３に係る木粉固化成形体は、請求項１または請求項２の構成において、静置して内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去する代わりに、内部温度が４０℃〜８０℃の範囲内、より好ましくは４０℃〜６０℃の範囲内になるように高周波加熱して、内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去してなるものである。
【００１１】
請求項４に係る木粉固化成形体は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記大鋸屑及び前記間伐材のチップ並びに前記樹皮は針葉樹の大鋸屑または針葉樹の間伐材のチップ或いは針葉樹の樹皮であるものである。
【００１２】
請求項５に係る木粉固化成形体は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成において、前記木粉固化成形体は、厚さが３ｍｍ以下の薄い部分を有するものである。
【００１３】
請求項６に係る木粉固化成形体の製造方法は、大鋸屑（おがくず）及び／または間伐材のチップを水分２０重量％以下に乾燥する乾燥工程と、乾燥した大鋸屑及び／または間伐材のチップを粉砕機で微粉砕して平均粒子径３０μｍ〜２５０μｍの範囲内、より好ましくは５０μｍ〜１５０μｍの範囲内の木粉とする粉砕工程と、前記木粉１００重量部を３重量部〜３０重量部の範囲内のポリオール樹脂及び０．０６重量部〜１．５重量部の範囲内のエポキシ樹脂と混合して中間混合木粉とする第１混合工程と、前記中間混合木粉を更に前記木粉１００重量部に対して３重量部〜３０重量部の範囲内のイソシアネート樹脂と混合して最終混合木粉とする第２混合工程と、前記最終混合木粉に常温で１０ｋｇ／ｃｍ2 〜５００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内の圧力を掛けてプレス成形して木粉ブロックとする常温プレス成形工程と、前記木粉ブロックを静置して内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去する養生工程とを具備するものである。
【００１４】
請求項７に係る木粉固化成形体の製造方法は、請求項６の構成において、前記第２混合工程と前記常温プレス成形工程の間に、前記最終混合木粉に、樹皮を粉砕して繊維状にしたもの及び／または天然有機繊維を前記最終混合木粉中に含まれる木粉１００重量部に対して５重量部〜７０重量部の範囲内、より好ましくは３０重量部〜６０重量部の範囲内で混合して新たな最終混合木粉とする繊維混合工程を具備するものである。
【００１５】
請求項８に係る木粉固化成形体の製造方法は、請求項６または請求項７の構成において、前記養生工程の代わりに、前記木粉ブロックを内部温度が４０℃〜８０℃の範囲内、より好ましくは４０℃〜６０℃の範囲内になるように高周波加熱して、内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去する高周波加熱工程を具備するものである。
【００１６】
請求項９に係る木粉固化成形体の製造方法は、請求項６乃至請求項８のいずれか１つの構成において、前記大鋸屑及び前記間伐材のチップ並びに前記樹皮は針葉樹の大鋸屑または針葉樹の間伐材のチップ或いは針葉樹の樹皮であるものである。
【００１７】
請求項１０に係る木粉固化成形体の製造方法は、請求項６乃至請求項９のいずれか１つの構成において、前記木粉ブロックは、厚さが３ｍｍ以下の薄い部分を有するものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る木粉固化成形体は、大鋸屑（おがくず）及び／または間伐材のチップを水分２０重量％以下に乾燥したものを微粉砕して平均粒子径が３０μｍ〜２５０μｍの範囲内の木粉とし、該木粉１００重量部を３重量部〜３０重量部の範囲内のポリオール樹脂及び０．０６重量部〜１．５重量部の範囲内のエポキシ樹脂と混合した後に、前記木粉１００重量部に対して３重量部〜３０重量部の範囲内のイソシアネート樹脂と混合して、常温で１０ｋｇ／ｃｍ2 〜５００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内の圧力を掛けてプレス成形した後に、静置して内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去してなる。
【００１９】
大鋸屑、間伐材のチップを水分２０重量％以下に乾燥することによって、これらを微粉砕する際に、水分が大量に放出されてスラリー状態となって微粉砕を妨げる事態が防止される。また、微粉砕して平均粒子径３０μｍ〜２５０μｍの範囲内の木粉とすることによって、木粉がウィスカー状になって、充填性が大幅に向上する。
【００２０】
そして、この微粉末の木粉１００重量部に対して、３重量部〜３０重量部の範囲内のポリオール樹脂及び０．０６重量部〜１．５重量部の範囲内のエポキシ樹脂と混合した後に、木粉１００重量部に対して３重量部〜３０重量部の範囲内のイソシアネート樹脂と均一に混合することによって、ウィスカー状の木粉に対して有機合成樹脂バインダーがウィスカーのヒゲ状の隙間に絡みつく。したがって、この状態で金型に充填して圧力を掛けることによって、微粉末の木粉同士に強固な結合が生じて、緻密で高強度の成形体を得ることができる。
【００２１】
ここで、エポキシ樹脂を混合することによって、ポリオール樹脂とイソシアネート樹脂との間に生ずる二次元的な結合に加えて、エポキシ樹脂による三次元的な結合が形成され、これによって柔軟性が付与されて、高強度であるだけでなく靭性も高い成形体となる。これによって、薄い部分を有する成形体を製造した場合や、製造した成形体を薄く切削加工等する場合においても、薄い部分が割れたり欠けたりすることがなく、強靭な製品とすることができる。
【００２２】
また、微粉末の木粉に対して、ポリオール樹脂及びエポキシ樹脂を先に混合して、その後からイソシアネート樹脂を混合するという手順を取ることによって、ポリオール樹脂及びエポキシ樹脂のみを木粉に混合したものは、常温で放置しても状態が変化せずに保存でき、硬化したりしないため大量に作り置きをすることができる。そして、プレス成形する直前にイソシアネート樹脂を混合すれば良い。これによって、混合機の内壁に混合物が付着することもなく、混合機が汚れることもない。
【００２３】
これに対して、微粉末の木粉にイソシアネート樹脂を混合したものは、木粉中に含まれる水分によって硬化が始まるため、長時間の保存に耐えない。また、ポリオール樹脂とイソシアネート樹脂を同時に微粉末の木粉に混合すると、一部硬化した樹脂とともに混合物が混合機の内壁に付着して、清掃が困難になる。
【００２４】
更に、常温プレスによって成形できることから、外部からの均一な加熱が不要であるため、極めて厚い成形体を成形することができ、５００ｍｍt までの厚さの木粉ブロックを成形することが可能である。更に、加熱機構が不要であることから、プレス成形機及び金型の構造が簡単になるという作用効果が得られ、その結果、１０００ｍｍ×２０００ｍｍ程度の広い面積を有する木粉ブロックを成形することも可能となる。
【００２５】
こうして得られた成形体は、木粉１００重量部に対して６．１重量部〜６２重量部の範囲内の有機合成樹脂バインダーを混合したものであるが、木粉の比重に対して有機合成樹脂バインダーの比重が大きいため、体積％にすると、有機合成樹脂バインダーは成形体の１ｖｏｌ％〜数ｖｏｌ％に過ぎない。したがって、この成形体を静置して内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去することによって、天然の木材から切り出したブロックと比較して、年輪や節がなく繊維方向性も少なく、切削性と強度と靭性と寸法安定性とを有する木粉固化成形体となる。
【００２６】
また、有機合成樹脂バインダーの量が成形体の１ｖｏｌ％〜数ｖｏｌ％と非常に少ないため、高圧でプレス成形しても成形体が金型のキャビティ面に付着せず、金型に離型剤を塗布しなくても簡単に離型することができる。これによって、プレス成形がより効率良くできるとともに、成形体に離型剤が付着していないため塗料の付着性が良好であり、モデルとして表面を色分けする場合にも塗装が容易であり、ブロックを接着する場合の接着性も良好である。
【００２７】
更に、成形性に優れており、手で握るだけで固まるものであるため、１０ｋｇ／ｃｍ2 〜５０ｋｇ／ｃｍ2 程度の低圧力でも成形できることから、高圧力のプレス装置を必ずしも用いなくても良く、低コストで得られる木粉固化成形体となる。
【００２８】
また、１５０ｋｇ／ｃｍ2 〜５００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内の高圧力を掛けて成形した場合には、微粉末の木粉が極めて高密度に充填されて、天然の木材より緻密で比重が大きい木粉固化成形体となる。これによって、殆ど木粉のみからなる木粉固化成形体であるため、極めて優れた切削性を有し、切削工具を傷付けることなく切削工具の寿命を延ばすことができ、しかも適度な硬さと緻密な構造を有するため、切り立った部分も鋭い角を残して切削することができ、モデルの微小部分についても精密な切削加工が可能となる。
【００２９】
更に、殆ど木粉のみからなる木粉固化成形体であるため、切削屑を木粉固化成形体の原料として再利用することができ、生分解性をも有するため廃棄しても環境負荷物質とはならない。そして、切削加工時においては微小な粉塵を発生するが、比重が非常に小さいため集塵が容易であり、作業環境を悪化させる恐れもない。
【００３０】
このようにして、大鋸屑（おがくず）等を原料としてなり生分解性と再利用性を有する環境に優しい材料からなる成形体であって、かつ、優れた切削性を有し切削工具を傷めることがなく、しかも優れた強度と靭性・柔軟性を兼ね備えることによって、薄型の成形体とした場合でも割れたり欠けたりすることなく、精密な切削加工が可能な木粉固化成形体となる。
【００３１】
請求項２に係る木粉固化成形体は、請求項１に係る木粉固化成形体の原料に、更に木粉１００重量部に対して５重量部〜７０重量部の範囲内の、樹皮を粉砕して繊維状にしたもの及び／または天然有機繊維を混合して、プレス成形してなるものであるから、請求項１に記載の効果に加えて、樹皮粉砕繊維（樹皮を粉砕して繊維状にしたもの）及び／または天然有機繊維が木粉固化成形体を内部から強化して、より強度的に優れた成形体を得ることができる。
【００３２】
特に、平板状や曲面形状を有する厚さの薄い成形体の場合には、厚さが薄くても優れた強度を確保することができるという作用効果が得られる。そして、樹皮を粉砕して繊維状にしたもの及び天然有機繊維も天然素材であるから、いずれも生分解性を有しており、環境に優しい材料である。
【００３３】
ここで、木粉１００重量部に対して３０重量部〜６０重量部の範囲内の、樹皮を粉砕して繊維状にしたもの及び／または天然有機繊維を混合することによって、樹皮粉砕繊維及び／または天然有機繊維が木粉固化成形体を内部から強化する効果がより確実に得られるとともに、木粉によって形成される緻密な内部構造を維持することができるため、より好ましい。なお、樹皮粉砕繊維及び天然有機繊維が木粉固化成形体を内部から強化する効果は、これらの繊維の長さが長いほど顕著になる。
【００３４】
請求項３に係る木粉固化成形体は、静置して内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去する代わりに、内部温度が４０℃〜８０℃の範囲内になるように高周波加熱して、内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去してなる。
【００３５】
静置して内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去するには、成形体のひび割れを防ぐために、加熱せずに常温で１２時間〜２４時間を要するが、高周波加熱によって内部温度が４０℃〜８０℃の範囲内になるように加熱すれば、僅か数分間で内部の未反応部分が完全反応するとともに残留応力が除去されて、安定した状態になる。これによって、製造時間が短縮されて木粉固化成形体を低コスト化することができる。なお、内部温度が４０℃〜６０℃の範囲内になるように高周波加熱することによって、より穏やかに未反応部分が完全反応するとともに残留応力が除去されるため、より好ましい。
【００３６】
請求項４に係る木粉固化成形体においては、大鋸屑及び間伐材のチップ並びに樹皮が、針葉樹の大鋸屑または針葉樹の間伐材のチップ或いは針葉樹の樹皮である。
【００３７】
スギ（杉）・ヒノキ（檜）等の針葉樹は、我が国において広く分布しており、建材等として大量に使用されているため、大鋸屑や間伐材並びに樹皮を容易に大量に入手することができる。また、針葉樹の微細組織はウィスカー状であり、微粉砕して木粉とすることが容易である。したがって、原料収集と国土保全上は、大鋸屑及び間伐材のチップ並びに樹皮としては、針葉樹の大鋸屑または針葉樹の間伐材のチップ或いは針葉樹の樹皮を用いることが好ましい。
【００３８】
請求項５に係る木粉固化成形体は、厚さが３ｍｍ以下の薄い部分を有するものであることから、単に木粉に高圧力を掛けて高強度の成形体としただけでは、切削加工等を実施する際に薄い部分が割れたり欠けたりする恐れがあるが、本発明に係る木粉固化成形体は、ポリオール樹脂、エポキシ樹脂及びイソシアネート樹脂によって三次元構造を形成することによって、柔軟性が付与されて高靭性であるため割れたり欠けたりする恐れがなく、薄物製品や薄い部分を有する製品に応用することができる。
【００３９】
請求項６に係る木粉固化成形体の製造方法においては、まず乾燥工程において、大鋸屑、間伐材のチップを水分２０重量％以下に乾燥することによって、粉砕工程で粉砕機によってこれらを微粉砕する際に、水分が大量に放出されてスラリー状態となって微粉砕を妨げる事態が防止される。
【００４０】
続いて、第１混合工程において、この微粉末の木粉１００重量部に対して、３重量部〜３０重量部の範囲内のポリオール樹脂及び０．０６重量部〜１．５重量部の範囲内のエポキシ樹脂を均一に混合することによって、ウィスカー状の木粉に対してポリオール樹脂及びエポキシ樹脂がウィスカーのヒゲ状の隙間に絡みついて、中間混合木粉とされる。ここで、木粉１００重量部に対して５重量部〜２０重量部の範囲内のポリオール樹脂及び０．３重量部〜１．０重量部の範囲内のエポキシ樹脂を混合することが、製品としての木粉固化成形体の特性をより確実に得ることができるため、より好ましい。
【００４１】
このような中間混合木粉を、第２混合工程において、更に３重量部〜３０重量部の範囲内のイソシアネート樹脂と混合して最終混合木粉とし、常温プレス成形工程において、金型に充填して、１０ｋｇ／ｃｍ2 〜５００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内、より好ましくは５０ｋｇ／ｃｍ2 〜２５０ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内の圧力を掛けることによって、微粉末の木粉同士に強固な三次元構造の結合が生じて、緻密で高強度の成形体を得ることができる。
【００４２】
また、常温プレスによって成形できることから、外部からの均一な加熱が不要であるため、極めて厚い成形体を成形することができ、５００ｍｍt までの厚さの木粉ブロックを成形することが可能である。更に、加熱機構が不要であることから、プレス成形機及び金型の構造が簡単になるという作用効果が得られ、その結果、１０００ｍｍ×２０００ｍｍ程度の広い面積を有する木粉ブロックを成形することも可能となる。
【００４３】
こうして得られた成形体は、木粉１００重量部に対して６．１重量部〜６２重量部の範囲内の有機合成樹脂バインダーを混合したものであるが、木粉の比重に対して有機合成樹脂バインダーの比重が大きいため、体積％にすると、有機合成樹脂バインダーは成形体の１ｖｏｌ％〜数ｖｏｌ％に過ぎない。したがって、養生工程において、この成形体を静置して内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去することによって、天然の木材から切り出したブロックと比較して、年輪や節がなく繊維方向性も少なく、切削性と強度と靭性と寸法安定性とを有する木粉固化成形体となる。
【００４４】
また、有機合成樹脂バインダーの量が成形体の１ｖｏｌ％〜数ｖｏｌ％と非常に少ないため、高圧でプレス成形しても成形体が金型のキャビティ面に付着せず、金型に離型剤を塗布しなくても簡単に離型することができる。これによって、常温プレス成形工程がより効率良く実施できるとともに、成形体に離型剤が付着していないため塗料の付着性が良好であり、モデルとして表面を色分けする場合にも塗装が容易であり、ブロックを接着する場合の接着性も良好である。
【００４５】
更に、成形性に優れており、手で握るだけで固まるものであるため、１０ｋｇ／ｃｍ2 〜５０ｋｇ／ｃｍ2 程度の低圧力でも成形できることから、高圧力のプレス装置を必ずしも用いなくても良く、低コストで得られる木粉固化成形体となる。
【００４６】
また、１５０ｋｇ／ｃｍ2 〜５００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内の高圧力を掛けて成形した場合には、微粉末の木粉が極めて高密度に充填されて、天然の木材より緻密で比重が大きい木粉固化成形体となる。これによって、殆ど木粉のみからなる木粉固化成形体であるため、極めて優れた切削性を有し、切削工具を傷付けることなく切削工具の寿命を延ばすことができ、しかも適度な硬さと緻密な構造を有するため、切り立った部分も鋭い角を残して切削することができ、モデルの微小部分についても精密な切削加工が可能となる。
【００４７】
更に、殆ど木粉のみからなる木粉固化成形体であるため、切削屑を木粉固化成形体の原料として再利用することができ、生分解性をも有するため廃棄しても環境負荷物質とはならない。そして、切削加工時においては微小な粉塵を発生するが、比重が非常に小さいため集塵が容易であり、作業環境を悪化させる恐れもない。
【００４８】
このようにして、大鋸屑（おがくず）等を原料としてなり生分解性と再利用性を有する環境に優しい材料からなる成形体であって、かつ、優れた切削性を有し切削工具を傷めることがなく、しかも優れた強度と靭性・柔軟性を兼ね備えることによって、薄型の成形体とした場合でも割れたり欠けたりすることなく、精密な切削加工が可能な木粉固化成形体の製造方法となる。
【００４９】
請求項７に係る木粉固化成形体の製造方法においては、第２混合工程と常温プレス成形工程の間に、最終混合木粉に、樹皮を粉砕して繊維状にしたもの及び／または天然有機繊維を最終混合木粉中に含まれる木粉１００重量部に対して５重量部〜７０重量部の範囲内、より好ましくは３０重量部〜６０重量部の範囲内で混合して新たな最終混合木粉とする繊維混合工程を具備する。
【００５０】
これによって、請求項６に記載の効果に加えて、樹皮粉砕繊維（樹皮を粉砕して繊維状にしたもの）及び／または天然有機繊維が木粉固化成形体を内部から強化して、より強度的に優れた成形体を得ることができる製造方法となる。特に、平板状や曲面形状を有する厚さの薄い成形体を製造する場合には、厚さが薄くても優れた強度を確保することができるという作用効果が得られる。そして、樹皮を粉砕して繊維状にしたもの及び天然有機繊維も天然素材であるから、いずれも生分解性を有しており、環境に優しい材料である。
【００５１】
ここで、繊維混合工程において、木粉１００重量部に対して３０重量部〜６０重量部の範囲内の、樹皮を粉砕して繊維状にしたもの及び／または天然有機繊維を混合することによって、樹皮粉砕繊維及び／または天然有機繊維が木粉固化成形体を内部から強化する効果がより確実に得られるとともに、木粉によって形成される緻密な内部構造を維持することができるため、より好ましい。
【００５２】
請求項８に係る木粉固化成形体の製造方法においては、養生工程の代わりに、木粉ブロックを内部温度が４０℃〜８０℃の範囲内になるように高周波加熱して、内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去する高周波加熱工程を具備する。
【００５３】
静置して内部の未反応部分を完全反応させるとともに残留応力を除去するには、成形体のひび割れを防ぐために、加熱せずに常温で１２時間〜２４時間を要するが、高周波加熱によって内部温度が４０℃〜８０℃の範囲内になるように加熱すれば、僅か数分間で内部の未反応部分が完全反応するとともに残留応力が除去されて、安定した状態になる。これによって、製造時間が短縮されて木粉固化成形体を低コスト化することができる。なお、内部温度が４０℃〜６０℃の範囲内になるように高周波加熱することによって、より穏やかに未反応部分が完全反応するとともに残留応力が除去されるため、より好ましい。
【００５４】
請求項９に係る木粉固化成形体の製造方法においては、大鋸屑及び間伐材のチップ並びに樹皮が、針葉樹の大鋸屑または針葉樹の間伐材のチップ或いは針葉樹の樹皮である。
【００５５】
スギ（杉）・ヒノキ（檜）等の針葉樹は、我が国において広く分布しており、建材等として大量に使用されているため、大鋸屑や間伐材並びに樹皮を容易に大量に入手することができる。また、針葉樹の微細組織はウィスカー状であり、微粉砕して木粉とすることが容易である。したがって、原料収集と国土保全上は、大鋸屑及び間伐材のチップ並びに樹皮としては、針葉樹の大鋸屑または針葉樹の間伐材のチップ或いは針葉樹の樹皮を用いることが好ましい。
【００５６】
請求項１０に係る木粉固化成形体の製造方法においては、木粉ブロックは厚さが３ｍｍ以下の薄い部分を有するものであることから、単に木粉に高圧力を掛けて高強度の木粉ブロックとしただけでは、切削加工等を実施する際に薄い部分が割れたり欠けたりする恐れがあるが、本発明に係る木粉固化成形体の製造方法は、ポリオール樹脂、エポキシ樹脂及びイソシアネート樹脂によって三次元構造を形成することによって、柔軟性が付与されて高靭性であるため割れたり欠けたりする恐れがなく、薄物製品や薄い部分を有する製品に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は本発明の実施例１に係る木粉固化成形体の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】図２（ａ）は本発明の実施例１に係る木粉固化成形体の製造方法によって製造した木粉固化成形体の斜視図、（ｂ）は縦断面図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の実施例１に係る木粉固化成形体を切削加工して製作した椀の斜視図、（ｂ）は縦断面図である。
【図４】図４は本発明の実施例２に係る木粉固化成形体の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】図５（ａ）は本発明の実施例２に係る木粉固化成形体の製造方法によって製造した木粉固化成形体の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
本発明を実施するに際しては、大鋸屑及び／または間伐材のチップを水分２０重量％以下に乾燥したものを微粉砕して、平均粒子径が３０μｍ〜２５０μｍの範囲内の木粉とする必要がある。ここで、木粉の平均粒子径は、レーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックによって測定した値であって、平均粒子径が３０μｍ〜２５０μｍの範囲内、より好ましくは５０μｍ〜１５０μｍの範囲内であり、かつ、粒子径２５０μｍを超える木粉が１０重量％以下であり、粒子径１００μｍ未満の木粉が３０重量％以下であることが好ましい。
【００５９】
ここで、微粉砕して平均粒子径３０μｍ〜２５０μｍの範囲内の木粉とするためには、周速５０ｍ／秒〜８０ｍ／秒の範囲内の微粉砕機を用いるのが好ましい。このような微粉砕機としては、例えば河本鉄工（株）製のミクロンコロイドミル等がある。また、微粉末の木粉に対して、ポリオール樹脂及びエポキシ樹脂並びにイソシアネート樹脂を均一に混合するためには、周速２０ｍ／秒〜３０ｍ／秒の範囲内の高速攪拌分散機を用いるのが好ましい。このような高速攪拌分散機としては、例えばホソカワミクロン（株）製の横型タービライザー等がある。
【００６０】
木粉固化成形体の原料となる大鋸屑及び／または間伐材のチップとしては、スギの大鋸屑及び間伐材のチップを始めとして、広くスギ以外の木材の大鋸屑や間伐材のチップ等を用いることができ、広葉樹の大鋸屑や間伐材のチップを用いることもできる。特に、スギ（杉）・ヒノキ（檜）を始めとする針葉樹の大鋸屑や間伐材のチップを用いることが、上述した理由から、より好ましい。
【００６１】
また、ポリオール樹脂としては、ポリオキシエチレングリセルエーテル、ポリオキシプロピレングリセルエーテル、ポリオキシブチレングリセルエーテル等を用いることができる。更に、エポキシ樹脂としては、液状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等を用いることができ、イソシアネート樹脂としては、ポリエチレンポリフェニールポリイソシアネート等を用いることができる。また、「天然有機繊維」としては、木綿繊維（デニム生地の繊維等を含む）、麻繊維、稲藁の繊維、等を用いることができる。
【００６２】
更に、樹皮粉砕繊維（樹皮を粉砕して繊維状にしたもの）を混合する場合には、樹皮を熱風乾燥機によって水分２０重量％以下に乾燥する乾燥工程を実施した後に、粉砕工程において、粉砕機で微粉砕して微細な繊維とする必要がある。ここで、粉砕機としては、例えば、ホソカワミクロン（株）製のピンミル機を用いることができる。このピンミル機を使用して、スギの樹皮の粉砕を行ったところ、得られた樹皮粉砕繊維の長さは３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であり、太さは０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲内であった。
【実施例】
【００６３】
実施例１
以下、本発明を具体化した実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。まず、本発明の実施例１に係る木粉固化成形体及びその製造方法について、図１乃至図３を参照して説明する。
【００６４】
図１は本発明の実施例１に係る木粉固化成形体の製造方法を示すフローチャートである。図２（ａ）は本発明の実施例１に係る木粉固化成形体の製造方法によって製造した木粉固化成形体の斜視図、（ｂ）は縦断面図である。図３（ａ）は本発明の実施例１に係る木粉固化成形体を切削加工して製作した椀の斜視図、（ｂ）は縦断面図である。
【００６５】
まず、本実施例１に係る木粉固化成形体の製造方法について、図１を参照して説明する。図１に示されるように、最初に、スギの大鋸屑及び間伐材チップ２を、熱風乾燥機によって、水分２０重量％以下に乾燥する乾燥工程を実施する（ステップＳ１０）。水分２０重量％以下に乾燥したスギの大鋸屑及び間伐材チップ２を、粉砕工程において、粉砕機で微粉砕して微細な木粉とする（ステップＳ１１）。ここで、粉砕機としては、河本鉄工（株）製のミクロンコロイドミルを使用して、粉砕タービン羽の周速を５０ｍ／秒〜８０ｍ／秒として、粉砕を行った。得られた木粉の平均粒子径を、日機装（株）製のレーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックで測定したところ、平均粒子径は１５０μｍであった。
【００６６】
次に、第１混合工程を実施する（ステップＳ１２）。すなわち、木粉１００重量部に対して９．６重量部のポリオール樹脂３及び０．４重量部のエポキシ樹脂４を添加して、混合機（ＴＣＸ−１４）で均一に混合して中間混合木粉５を製造した。ここで、ポリオール樹脂３としては、ポリオキシプロピレングリセルエーテルである三洋化成工業（株）製の「サンニックスＧＰ−４００」を、エポキシ樹脂４としては、多官能基型のエポキシ樹脂であるナガセケムテックス（株）製の「デナコールＥＸ」を使用した。こうして製造した中間混合木粉５は、室温で長期間の保存に耐えるため、プレス成形するたびに必要な量だけを使用して次の第２混合工程を実施することによって、効率的かつ経済的な木粉固化成形体の製造が可能となる。
【００６７】
続いて、第２混合工程を実施する（ステップＳ１３）。すなわち、中間混合木粉５中の木粉１００重量部に対して１０重量部のイソシアネート樹脂６を添加して、混合機（ＴＣＸ−８）（「ＴＣＸ−１４」と同一形式で、容量の小さいもの）で均一に混合して、最終混合木粉７を製造した。ここで、イソシアネート樹脂６としては、ポリエチレンポリフェニールポリイソシアネートであるＢＡＳＥ  ＩＮＯＡＣ  ポリウレタン（株）製の「ルプラネートＭ−２０Ｓ」を使用した。
【００６８】
この最終混合木粉７は、常温プレス成形工程において、プレス成形機の金型の中に充填されて、常温で２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を掛けてプレス成形されて、木粉ブロックとなる（ステップＳ１４）。本実施例１においては、薄物成形体として、図２に示されるような椀を削り出すための成形体１となる木粉ブロックを成形したが、常温プレスであり外部からの均一な加熱が不要であるため、厚物成形体としては、５００ｍｍt までの厚さの木粉ブロックを成形することが可能である。
【００６９】
また、上下の金型のキャビティ表面に微細孔を設けて、フィルターを介して真空ポンプで吸引できる装置を設けることによって、金型に最終混合木粉７を充填する際や、プレス成形する際に、金型内の余分な空気や発生するガスを除去できるため、より安定した密度と強度を有する木粉ブロックを成形することができるので、より好ましい。
【００７０】
こうして得られた木粉ブロックを金型から離型した後、養生工程において、恒温・恒湿環境に約２４時間静置して、内部の未反応部分を完全反応させるとともに、残留応力を除去する（ステップＳ１５）。これによって、天然の木材から切り出したブロックと比較して、年輪や節がなく繊維の方向性の少ない、切削性と強度と寸法安定性とを有し、天然の木材よりも緻密な構造を有する木粉固化成形体１を得ることができる。
【００７１】
ここで、ステップＳ１５の養生工程の代わりに、得られた木粉ブロックを金型から離型した後、高周波加熱工程において、高周波加熱によって内部温度が４０℃〜８０℃の範囲内、より好ましくは４０℃〜６０℃の範囲内になるように加熱することによって、僅か数分間で内部の未反応部分が完全反応するとともに残留応力が除去されて、安定した状態になる（ステップＳ１６）。これによって、製造時間が短縮されて木粉固化成形体１を、より低コストで製造することができる。
【００７２】
次に、こうして製造された本実施例１に係る木粉固化成形体１の切削加工について、図２及び図３を参照して説明する。上述したように、本実施例１においては、図２に示されるような椀を削り出すための木粉固化成形体１を製造して、この木粉固化成形体１をＮＣ（数値制御）切削機で切削加工することによって、図３に示されるような製品としての椀１Ａを製作した。切削加工によって発生した切削屑は、回収して、上述した製造方法による木粉固化成形体１の原料として再利用することができる。また、再利用せずに廃棄した場合でも、土中の微生物によって生分解されるため、環境に負荷をかけることがない。
【００７３】
ここで、図２（ｂ）に示される木粉固化成形体１の厚さは、ｔ１＝２．０ｍｍ、ｔ２＝２．５ｍｍと薄いが、本実施例１に係る木粉固化成形体１は、エポキシ樹脂を混合することによって、ポリオール樹脂とイソシアネート樹脂との間に生ずる二次元的な結合に加えて、エポキシ樹脂による三次元的な結合が形成され、これによって柔軟性が付与されて、高強度であるだけでなく高靭性であるため、切削加工時に薄い部分が割れたり欠けたりすることがなく、強靭な製品とすることができる。
【００７４】
このようにして、本実施例１に係る木粉固化成形体１及びその製造方法においては、大鋸屑（おがくず）等を原料としてなり生分解性と再利用性を有する環境に優しい材料からなる成形体であって、かつ、優れた切削性を有し切削工具を傷めることがなく、しかも優れた強度と靭性・柔軟性を兼ね備えることによって、薄型の成形体とした場合でも割れたり欠けたりすることなく、精密な切削加工が可能な木粉固化成形体となる。
【００７５】
実施例２
次に、本発明の実施例２に係る木粉固化成形体及びその製造方法について、図４及び図５を参照して説明する。図４は本発明の実施例２に係る木粉固化成形体の製造方法を示すフローチャートである。図５（ａ）は本発明の実施例２に係る木粉固化成形体の製造方法によって製造した木粉固化成形体の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００７６】
まず、本実施例２に係る木粉固化成形体の製造方法について、図４を参照して説明する。図４に示されるように、最初に、スギの大鋸屑２Ａを、実施例１と同様に、熱風乾燥機によって、水分２０重量％以下に乾燥する乾燥工程を実施する（ステップＳ２０）。水分２０重量％以下に乾燥したスギの大鋸屑２Ａを、粉砕工程において、粉砕機で微粉砕して微細な木粉とする（ステップＳ２１）。ここで、粉砕機としては、河本鉄工（株）製のミクロンコロイドミルを使用して、粉砕タービン羽の周速を５０ｍ／秒〜８０ｍ／秒として、粉砕を行った。得られた木粉の平均粒子径を日機装（株）製のレーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックで測定したところ、平均粒子径は１５０μｍであった。
【００７７】
次に、第１混合工程を実施する（ステップＳ２２）。すなわち、木粉１００重量部に対して９．６重量部のポリオール樹脂３及び０．４重量部のエポキシ樹脂４を添加して、混合機（ＴＣＸ−１４）で均一に混合して中間混合木粉５Ａを製造した。ここで、ポリオール樹脂３としては、ポリオキシプロピレングリセルエーテルである三洋化成工業（株）製の「サンニックスＧＰ−４００」を、エポキシ樹脂４としては、多官能基型のエポキシ樹脂であるナガセケムテックス（株）製の「デナコールＥＸ」を使用した。
【００７８】
続いて、第２混合工程を実施する（ステップＳ２３）。すなわち、中間混合木粉５Ａ中の木粉１００重量部に対して１０重量部のイソシアネート樹脂６を添加して、混合機（ＴＣＸ−８）で均一に混合して、最終混合木粉７Ａを製造した。ここで、イソシアネート樹脂６としては、ポリエチレンポリフェニールポリイソシアネートであるＢＡＳＥ  ＩＮＯＡＣ  ポリウレタン（株）製の「ルプラネートＭ−２０Ｓ」を使用した。
【００７９】
次に、この最終混合木粉７Ａに天然有機繊維としての麻繊維８が、最終混合木粉７Ａ中に含まれる木粉１００重量部に対して４０重量部配合され、混合機によって混合される繊維混合工程が実施される（ステップＳ２４）。そして、常温プレス成形工程が実施される。すなわち、上記混合物をプレス成形機の金型の中に充填して、常温で２５０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を１分間掛けてプレス成形して、木粉成形体を製造した（ステップＳ２５）。
【００８０】
こうして得られた木粉成形体を金型から離型した後、養生工程において、恒温・恒湿環境に約１２時間静置して、内部の未反応部分を完全反応させるとともに、残留応力を除去した（ステップＳ２６）。これによって、薄物でも高靭性であって割れや欠けが発生することがない木粉固化成形体１０を得ることができる。
【００８１】
ここで、ステップＳ２６の養生工程の代わりに、得られた木粉成形体を金型から離型した後、高周波加熱工程において、高周波加熱によって内部温度が４０℃〜８０℃の範囲内、より好ましくは４０℃〜６０℃の範囲内になるように加熱することによって、僅か数分間で内部の未反応部分が完全反応するとともに残留応力が除去されて、安定した状態になる（ステップＳ２７）。これによって、製造時間が短縮されて木粉固化成形体１０を、より低コストで製造することができる。
【００８２】
このようにして製造された本実施例２に係る木粉固化成形体１０は、図５（ａ），（ｂ）に示されるように、全体に亘って厚さがほぼ一定で、厚さが薄い曲面の組み合わせからなる製品である。ここで、図５（ｂ）に示される木粉固化成形体１０の厚さｔ３は、１．８ｍｍと薄いが、エポキシ樹脂を混合することによって、ポリオール樹脂とイソシアネート樹脂との間に生ずる二次元的な結合に加えて、エポキシ樹脂による三次元的な結合が形成され、これによって柔軟性が付与されて、更に麻繊維８によって補強されることによって、高強度であるだけでなく高靭性であるため、強靭な製品とすることができる。
【００８３】
このようにして、本実施例２に係る木粉固化成形体１０及びその製造方法においては、大鋸屑（おがくず）等を原料としてなり生分解性と再利用性を有する環境に優しい材料からなる成形体であって、かつ、優れた切削性を有し切削工具を傷めることがなく、しかも優れた強度と靭性・柔軟性を兼ね備えることによって、薄型の成形体とした場合でも割れたり欠けたりすることなく、精密な切削加工が可能な木粉固化成形体となる。
【００８４】
なお、本発明の実施例で挙げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、ある数値は実施に好適な好適値を示すものであるから、上記数値を若干変更してもその実施を否定するものではない。
【符号の説明】
【００８５】
１，１０  木粉固化成形体
２  大鋸屑及び間伐材チップ
２Ａ  大鋸屑
３  ポリオール樹脂
４  エポキシ樹脂
５，５Ａ  中間混合木粉
６  イソシアネート樹脂
７，７Ａ  最終混合木粉
８  天然有機繊維
【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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