(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略粒状の木質系材料にこの木質系材料同士を結合させるための結合材料を添加し、水分を使用せず両者を加熱しながら混合して結合される軽量骨材であって、
上記結合材料は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂と、水硬性材料との組み合わせであると共に、上記加熱および混合前に、上記木質系材料が７０〜９９．９質量％であり上記結合材料が０．１〜３０質量％であることを特徴とする軽量骨材。
【請求項２】
上記水硬性材料は、セメント又はスラグであることを特徴とする請求項１に記載の軽量骨材。
【請求項３】
上記軽量骨材を使用して建築用材が作成されたときに当該建築用材の機能を調整するための物性を有した第三の機能性材料が上記加熱および混合前において添加されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の軽量骨材。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の軽量骨材をセメントに配合して硬化させることによって得られることを特徴とする建築用材。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の軽量骨材の粒度と所定の結合材に対する質量％とを調整しつつ当該軽量骨材を当該結合材に配合して硬化させることによって、その硬化後の強度又は比重のいずれかまたはその組み合わせが調整されることを特徴とする建築用材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽量骨材、建築用材および建築用材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セメントを主成分としてコンクリート等の建築用材を製造する際には当該セメントの他にも砂利等を配合するが、コンクリートの軽量化を図るために砂利の代替品として従来から軽量骨材が使用されている。従来の軽量骨材としては、頁岩を粉砕，造粒，焼成して得られる多くの微少な気泡を有した骨材や、ガラスを使用したもの等が存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の軽量骨材はコンクリートの軽量化以外にコンクリートの機能向上に何ら寄与せず、むしろ、靱性および強度が弱いことから、コンクリートの機能を低下させることもあった。具体的には、軽量骨材の強度が弱く容易に割れるため、コンクリート自体の強度を強くすることができず、また、ビスや釘等による加工を施すことができなかった。
本発明は、上記課題にかんがみてなされたものであり、軽量でしかもビス等の加工や高強度等の諸機能を実現させることが可能な軽量骨材、建築用材および建築用材の製造方法の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、略粒状の木質系材料にこの木質系材料同士を結合させるための結合材料を添加し、水分を使用せず両者を加熱しながら混合して結合される軽量骨材であって、上記結合材料は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂と、水硬性材料との組み合わせであると共に、上記加熱および混合前に、上記木質系材料が７０〜９９．９質量％であり上記結合材料が０．１〜３０質量％である構成としてある。すなわち、本発明にかかる軽量骨材は木質系材料を結合させたものであるため、上記セメント等の骨材として使用される砂利等と比較して軽量であり、また、軽量骨材自体の靱性によりビス等を食い込ませることができるので、本発明にかかる軽量骨材を使用して作成した建築用材にビス等の加工を施すことができる。さらに、木質系材料からなるので軽量骨材自体に弾性があり、建築用材内に配合されたときに当該建築用材の曲げ強度および引っ張り強度を向上させることができる。
【０００５】
ここで、上記木質系材料は軽量骨材に靱性を与えてビス等の加工を可能できればよく、木粉，木毛，木片，木質繊維，木質パルプ，木質繊維束等を採用可能であるし、竹繊維，麻繊維，バカス，モミガラ，稲わら等セルロースを主成分とする材料を混合してもよい。上記結合材は木質系材料同士を結合させることができればよく、種々の材料を採用可能である。上記加熱および混合の過程で木質系材料同士を固めるものであっても良いし、加熱および混合の過程で木質系材料同士を凝縮させ、建築用材に配合された後に固めるものであっても良いし、加熱および混合して流動体とし、冷却過程で固めるものであっても良い。
【０００６】
また、結合材料は上記加熱および混合を実施することにより木質系材料同士を結合させることができればよく、加熱および混合を行うための装置は種々のものを採用可能であるし、加熱および混合の過程で木質系材料を結合させることができれば好適である。その構成の一例として、上記加熱および混合された材料を、造粒機又は押出機のいずれかまたはその組み合わせによってペレット化する構成を採用可能である。
【０００７】
すなわち、造粒機は材料を投入する容器等に振動や回転を与えて微粒状の材料を結合させてペレット化する装置であり、振動や回転と同時に加熱可能である。従って、造粒機を使用すると上記木質系材料と結合材料を加熱しながら混合し、ペレット状にすることができる。押出機は多数の穴に流動体を通過させてペレット状にする装置であり、上記加熱混合によって木質系材料と結合材料とからなる流動体が生成されている状況においてかかる流動体をペレット状にすることができる。
【０００８】
さらに、木材を粉末状又は顆粒状のいずれかまたはその組み合わせに形成して上記木質系材料を得ることができる。すなわち、木材は木質系材料であり、かかる木質系材料が粉末状であったり顆粒状であることによって上記結合材料が各粉末や顆粒相互の間に介在することができ、結合材料によって結合させることが可能な木質系材料を得ることができる。ここで、粉末状や顆粒状の木材を得るといっても、本発明のためだけに木材を用意したり粉砕したりする必要があるわけではない。
【０００９】
すなわち、木材は家具工場や建築現場等あらゆる場面で常用されており、これらの場面で木材の切り屑が発生すればこのような切り屑を集めれば本発明における木質系材料として使用することができる。また、本発明のために木材を粉砕して粉末状や顆粒状にするにしても、所定の木材本体を家具や建築用材等の原料にした後には多量の廃材が発生するので、このような廃材を粉砕すればよい。さらに、家具や建築用材が廃棄されたときには当該廃棄物を粉砕すればよい。このような構成によれば木質系材料のコストが非常に低くなり、また、ゴミを低減することに大きく寄与することができるし、廃棄物リサイクルを促進することもできる。
【００１０】
さらに、上記結合材料は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂と、水硬性材料との組み合わせである。すなわち、熱硬化性樹脂であれば略粒状の木質系材料と容易に混合され、加熱する過程によって木質系材料同士を容易に結合させることができる。熱硬化性樹脂としては種々の樹脂を採用可能であり、例えば、フェノール樹脂，ユリア樹脂，メラミン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，エポキシ樹脂等を使用可能である。
【００１１】
熱可塑性樹脂であれば加熱の過程で略粒状の木質系材料と容易に混合され、混合された状態の流動体となり、加熱を停止した後の冷却過程で木質系材料同士を容易に結合させることができる。熱可塑性樹脂としては種々の樹脂を採用可能であり、例えば、ポリエチレン，ポリスチレン，ポリメチルメタアクリレート，塩化ビニル，ナイロン，ポリプロピレン，ポリカーボネート，ポリアセタール，ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンテレフタレート，変性ポリフエニレンエーテル等を使用可能である。
【００１２】
無機系固化材も木質系材料と容易に混合され、結合させることができる。特に、請求項２に記載した発明のように、水分の添加によって硬化するセメント、スラグ等の水硬性材料であれば、この軽量骨材を使用したときに軽量骨材の周りのセメントが硬化する際に軽量骨材自体も硬化して好適である。上述のような熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂、或いは無機系固化材を使用すると、軽量骨材がセメント等の内部に配合されたときに当該セメントと軽量骨材との界面が強固に結合するため、両者の界面が結合しない上記頁岩による軽量骨材がセメント等に配合されたときと比べてセメント自体の強度が非常に大きくなる。
【００１３】
さらに、本発明では、上記加熱および混合前に上記木質系材料を７０〜９９．９質量％とし、上記結合材料が０．１〜３０質量％としてある。すなわち、木質系材料は軽量骨材に靱性を与え、ビス等の加工を可能にする作用を有しており、７０質量％以上にすると好適な靱性が得られる。また、結合材料は木質系材料同士を結合させる作用があり、０．１質量％以上添加すると当該木質系材料同士を結合させ、十分に固まらせることができる。
【００１４】
さらに、請求項３にかかる発明は、上記軽量骨材を使用して建築用材が作成されたときに当該建築用材の機能を調整するための物性を有した第三の機能性材料が上記加熱および混合前において添加される構成としてある。すなわち、建築用材は建築物の骨格等になるとともに、その使用態様や使用対象によって種々の機能が要求される。軽量骨材に第三の機能性材料が添加されると、建築用材にその機能を発揮させることができる。
【００１５】
ここで、本発明にかかる軽量骨材は、水分を使用せず加熱および混合によって結合させるので、製造工程において水分の調整が必要なく、しかも、水硬化性の材料であるセメント等を添加することができる。また、建築用材の機能としては種々のものがあり、たとえば、電磁波の進入防止機能を持たせるためにはフェライト材等を添加すればよいし、破壊時に破壊片が四散することを防止するためには繊維質の材料を添加すればよい。むろん、建築用材に要求される機能は他にも様々であり、かかる機能を調整するための種々の物性を有する第三の機能性材料を添加することができる。
【００１６】
さらに、請求項４にかかる発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の軽量骨材をセメントに配合して硬化させることによって建築用材を得る。すなわち、本発明にかかる軽量骨材を建築用材に使用すると、軽量かつ高強度ででビス等の加工が可能な建築用材を得ることができ、さらに種々の機能を有した建築用材にすることができる。
【００１７】
さらに、上記軽量骨材の粒度と上記結合材に対する質量％とを調整することによってその強度又は比重のいずれかまたはその組み合わせを調整することもできる。すなわち、軽量骨材の粒度を調整すれば建築用材の基材である結合材に対する質量％が同じであっても基材内の軽量骨材の分布状況を変化させることができ、主に建築用材の強度を調整することができる。また、結合材に対する質量％を調整すれば、主に比重を調整することができる。むろん、強度や比重を調整するために、常に粒度と上記結合材に対する質量％とを個別に調整すればよいとは限らず、両者を調整して強度と比重とを所望のものにすると好適である。
【００１８】
以上説明した軽量骨材や建築用材において、その製造方法に発明の重要な技術的思想が含まれていると捉えることも可能である。そこで、建築用材の製造方法としても発明は成立し、請求項５に記載の発明はかかる製造方法に対応させた構成としてある。むろん、請求項５において請求項２〜請求項４に対応させた方法の発明が成立することは言うまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ビス等を食い込ませることが可能な軽量骨材を提供でき、この軽量骨材を使用して作成した建築用材にビス等の加工を施すことができ、建築用材の強度を向上させ、乾燥収縮を緩和することができる。また、木質系材料同士を容易に結合させることができる。さらに、軽量骨材に好適な靱性を与え、また、確実に固まらせることができる。
また、木質系材料を容易に結合させることができる。
さらに、木質系材料のコストが非常に低くなり、また、ゴミを低減することに大きく寄与することができるし、廃棄物リサイクルを促進することもできる。
さらに、請求項２にかかる発明によれば、軽量骨材の周りのセメントが硬化する際に軽量骨材自体も硬化する。
さらに、請求項３にかかる発明によれば、建築用材に種々の機能を発揮させることが可能な軽量骨材を提供することができる。
【００２０】
さらに、請求項４にかかる発明によれば、軽量でしかもビス等の加工が可能であり、高強度であり、さらに種々の機能を有した建築用材にすることができる。
さらに、請求項５にかかる発明によれば、軽量でありつつもビス等の加工が可能であり、高強度であり、さらに種々の機能を有した建築用材の製造方法を提供することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
（１）軽量骨材および建築用材の製造：
（２）建築用材の構成：
（３）他の実施形態：
【００２２】
（１）軽量骨材および建築用材の製造：
図１は、本発明にかかる軽量骨材を製造し、さらにその軽量骨材を使用して建築用材を製造する過程を示す流れ図である。軽量骨材の主原料である木質系材料を種々の工場等で発生する廃材から得る態様が本発明の好適な実施形態であり、図１に示す廃材１０が粉砕されて略粒状の木質系材料１１に形成される。この木質系材料１１の粒径は種々の径が採用可能であり、後述する熱硬化性樹脂１２によって木質系材料同士が結合できるような粒径であればよい。
【００２３】
本実施形態においては、上記木質系材料１１に対して結合材料として熱硬化性樹脂１２を添加するようになっており、造粒機内に配設される有底円筒状の混合容器２０に対して、木質系材料１１と熱硬化性樹脂１２とを投入する。ここでの投入量は木質系材料１１が７０〜９９．９質量％となり、熱硬化性樹脂１２が０．１〜３０質量％となるように両者の質量比率を調整する。
【００２４】
木質系材料１１は軽量骨材に靱性を与える作用を有しており、同木質系材料１１の質量比率が大きくなるほど靱性が高くなる。熱硬化性樹脂１２は木質系材料１１同士を結合させる作用を有しており、同熱硬化性樹脂１２の質量比率が大きくなるほど容易かつ確実に木質系材料１１の結合体を固めることができる。この質量比率は軽量骨材あるいは軽量骨材を使用した建築用材に要求される性質に応じて適宜好ましい比率を選択可能である。
【００２５】
造粒機においては混合容器２０を加熱しながら回転させることができ、同混合容器２０内に上記木質系材料１１と熱硬化性樹脂１２とを投入した状態で加熱，回転させると、両者が結合する。この結合体はペレット状に形成される。造粒機内の混合容器２０による混合によってペレット状にすることもできるし、混合後の材料を適宜カッティングしてペレット状に形成しても良い。このようにして形成されたペレット状の結合体が本発明にかかる軽量骨材３０である。
【００２６】
この軽量骨材３０は建築用材に配合される。本実施形態にかかる建築用材はセメントを主成分としており、砂利の代替材として軽量骨材が使用されることによって、砂利を使用した場合と比較して軽量の建築用材を得るものである。建築用材の原料は攪拌容器４０内に投入されて攪拌されるようになっており、上記軽量骨材３０の他、主にセメント原料粉４１と水４２とが投入される。これらの軽量骨材３０とセメント原料粉４１と水４２とは攪拌容器４０内で攪拌され、流動体の建築用材原料となる。この流動体の建築材料原料は、所定の形状を有する建築用材の雌型に流し込まれる。流し込まれた建築材料原料は時間の経過とともに固化して建築用材５０となり、種々の建築物に使用される。
【００２７】
（２）建築用材の構成：
図２は、角柱状に形成した建築用材５０の断面図である。同図に示すように、建築用材５０はセメント５１が基体となり、当該セメント５１内に複数の軽量骨材３０が略一様に分布する構造となっている。この軽量骨材３０は木質系材料１１を主成分としていることから靱性を有しており、建築用材５０に対してビス６０を使用することが可能である。図２は、建築用材５０に対してビス６０を挿入した状態を示しており、軽量骨材３０が建築用材５０内に一様に分布していることからビス６０を挿入した状態において当該ビス６０の周りに複数の軽量骨材３０が存在することとなる。
【００２８】
頁岩等の軽量骨材は靱性を有しておらず、ビス等が押しつけられると砕けてしまうため、建築用材５０内に挿入されたビス６０に対して食い込むことができないところ、本発明においてはビス６０の周りの複数の軽量骨材３０がビス６０の挿入とともに当該ビス６０に食い込んで強固に密着する。従って、ビス６０が建築用材５０内に十分な強度で保持されるため、ビス等の使用が可能となる。
【００２９】
以上述べたように本発明にかかる軽量骨材３０においては、上記砂利を使用したものに比べて軽量の建築用材を提供することができるし、頁岩系の軽量骨材と比較して靱性があることからビス等を挿入可能な建築用材を提供することができる。さらに、本発明にかかる軽量骨材３０は頁岩系の軽量骨材と比較して多くの利点があり、表１においては両者の性質を比較してある。
【００３０】
【表１】
0003559251.tif 000002
【００３１】
セメントを主成分とした建築用材は、経時的に乾燥が進行すると収縮する性質を有している。頁岩系軽量骨材を建築用材に使用した場合、頁岩系軽量骨材自体が乾燥収縮しなくても周りの建築用材が乾燥収縮したときに頁岩系軽量骨材が割れるなどして乾燥収縮を緩和する作用を有していない。しかし、本発明にかかる軽量骨材３０は有機物である木質系材料１１が主成分であり、軽量でありつつも密度が高く、建築用材５０のセメント５１が乾燥収縮したとしても軽量骨材３０が割れることがない。従って、建築用材５０の乾燥収縮を緩和することができる。
【００３２】
さらに、本発明にかかる軽量骨材３０は有機物である木質系材料１１が主成分であることから弾性を有しており、建築用材５０に使用されたときには軽量骨材５０の曲げ強度と引っ張り強度を向上させることができる。これに対して頁岩系軽量骨材は弾性を有していないので、建築用材５０の強度向上には寄与しない。さらに、軽量骨材３０は木質系材料１１と熱硬化性樹脂１２とを加熱および混合して製造されるので、この加熱および混合時に図１の点線矢印に示すように第三の素材を投入することによって容易に第三の素材が混入された軽量骨材とすることができる。
【００３３】
この第三の素材としては種々の物性を有する機能性材料を採用することができ、フェライト材を採用すれば建築用材５０に電磁波進入防止機能を持たせることができるし、繊維質の材料を採用すれば建築用材５０を破壊したときに破壊片が四散することを防止することができる。頁岩系軽量骨材は頁岩を焼成して製造するため、種々の素材を混入させることが困難である。また、頁岩系軽量骨材の精製工程にはこの焼成工程が存在するが、本発明においては造粒機等によって加熱および混合して製造可能であるので、焼成工程を全く必要とせず低コストで製造可能である。さらに、本発明にかかる軽量骨材３０は木質系材料１１を主成分としており、この木質系材料１１は廃材１０等から容易に得られるので、非常に低コストであるし、廃材を有効利用することができる。
【００３４】
さらに、結合材料が樹脂の場合には木質系材料１１の表面が樹脂で覆われているので建築用材５０製造時の吸水が遅い。これに対して頁岩系軽量骨材においては吸水が速いため、建築用材５０製造時に早期にセメントの粘度が増加し流動性を低下させてしまう。また、木質系材料１１はセメントの硬化を阻害するリグニン等を含有していることがあるが、本発明においては上述のように木質系材料１１が樹脂で覆われ吸水が遅いためセメントの硬化が阻害されない。また、軽量骨材３０は加熱混合過程を経て製造されるため、この過程において硬化阻害物質をある程度除去することができて好適である。
【００３５】
（３）他の実施形態：
上記実施形態においては、熱硬化性樹脂１２を結合材料として使用していたが、結合材料はこの熱硬化性樹脂１２以外にも種々の材料を採用可能であり、例えば熱可塑性樹脂１２０を採用しても良い。図３は、熱可塑性樹脂１２０を使用して軽量骨材を製造する過程を示す流れ図である。本実施形態においては結合材が熱可塑性であることからペレット化する工程が上記実施形態と異なっており、他の工程はほぼ同様である。略粒状の木質系材料１１は、図１と同様に廃材１０を粉砕することなどによって得られる。本実施形態においては、有底円筒状の混合容器２０に対して、木質系材料１１と熱可塑性樹脂１２０とを投入し、混合容器２０を加熱しながら回転させて両者を混合する。このとき、熱可塑性樹脂１２０が溶融するので混合容器２０の回転によって木質系材料１１と熱可塑性樹脂１２０とが混合する。
【００３６】
このように両者が混合した状態では流動体となっており、本実施形態ではこの流動体を押出機にて押し出しつつペレット状に形成する。押出部２１０は押出機の要部であり、一方の径が徐々に狭まる略筒状の本体の一方に拡大図Ａに示すような多数の流出穴２１１を有する円形板状の部材を連設して構成されている。上記流動体は当該押出部２１０に流し込まれ、冷却されながら上記流出穴２１１から押し出される。すなわち、木質系材料１１と熱可塑性樹脂１２０との混合体が流出穴２１１から押し出されることによって略同一径で固化し、これらを所望の長さに切断することによって所望の大きさにペレット化した軽量骨材３００を得る。このようにして製造された軽量骨材３００は、軽量であって建築用材に使用されたときにビス等の使用を可能にするなど、上記表１に示したような木質系軽量骨材の性質を具備している。
【００３７】
むろん、木質系材料１１同士を結合させるための結合材料としては上述の熱硬化性樹脂１２や熱可塑性樹脂１２０等に限られることはなく、無機系固化材を使用することも可能である。例えば、セメントを結合材として使用することもできる。セメントは水分によって固化する性質があるが、本発明にかかる軽量骨材は加熱および混合の過程で木質系材料１１同士を結合させる。従って、製造工程に水分を投入する工程が存在せず、水硬化性のあるセメントで木質系材料１１同士を結合させたとしても加熱および混合の過程でセメントが硬化してしまうことがない。さらに、この軽量骨材を建築用材に配合させたときには当該建築用材の製造時に投入される水分で軽量骨材内のセメントが硬化する。
【００３８】
以上説明したように、本発明においては軽量骨材の主成分を木質系材料１１とし、この木質系材料１１同士を結合させるために結合材料を添加する。そして、両者を加熱混合して結合体を製造し、軽量骨材３０とする。この軽量骨材３０は木質系材料１１を主成分としているため軽量でありつつもビス等の加工を施すことが可能である。また、軽量骨材３０自体に弾性があり、上記加熱混合の際に第三の機能性材料を投入することもできる。従って、軽量骨材３０を使用して建築用材５０を製造すると、当該建築用材５０が高強度になるとともに他の種々の機能を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】軽量骨材の製造および建築用材の製造を示す流れ図である。
【図２】建築用材の断面図である。
【図３】軽量骨材の製造を示す流れ図である。
【符号の説明】
１０…廃材
１１…木質系材料
１２…熱硬化性樹脂
２０…混合容器
３０…軽量骨材
４０…攪拌容器
４１…セメント原料粉
４２…水
５０…建築用材
５１…セメント
６０…ビス
【図１】
0003559251.tif 000003
【図２】
0003559251.tif 000004
【図３】
0003559251.tif 000005