(57)【要約】【課題】  木由来の粉体からなる新規な構造体である高密度成形炭化物を提供すること。【解決手段】  特定の粒度を有する木由来の原料粉の１００重量部に対して、２０重量％以下の水分含有量の穀粉を、乾燥重量比で５〜４０重量％の割合で混合したものを主たる原料とする成形材料を、加熱加圧成形して高密度成形体を得た。  さらに、得られた高密度成形体を炭化処理することによって、木由来の粉体からなる高密度炭化物を製造するようにした。【選択図】  図１
2005254775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２０重量％以下の水分含有量および１０メッシュパスより細かい粒度を有する木由来の原料粉の１００重量部に対して、２０重量％以下の水分含有量を有する穀粉を、各乾燥重量比率で５〜４０重量部の割合で混合したものを主たる原料として成形材料を準備し、
かかる成形材料を所定の成形型に充填して、１２０〜２４０℃の加熱温度および１０〜１００ＭＰａの圧力で加圧し、その後に冷却することにより目的とする形状の高密度成形体を得る成形工程と、
該高密度成形体を、酸素を遮断した雰囲気下で５００〜３０００℃の温度で加熱することにより炭化する炭化処理工程と
を、含むことを特徴とする木由来の粉体からなる高密度炭化物の製造方法。
【請求項２】
前記木由来の原料粉として、木粉とペーパースラッジの少なくとも一方を採用した請求項１に記載の高密度炭化物の製造方法。
【請求項３】
前記穀粉として、糠と小麦粉の少なくとも一方を採用した請求項１又は２に記載の高密度炭化物の製造方法。
【請求項４】
前記成形材料を構成する木由来の原料粉が、４００メッシュパスより粗い粒度である請求項１に記載の高密度炭化物の製造方法。
【請求項５】
前記成形工程において、射出成形装置と押出成形装置の何れかを用いて前記成形材料を前記成形型に充填する請求項１乃至４の何れかに記載の高密度炭化物の製造方法。
【請求項６】
２０重量％以下の水分含有量および１０メッシュパスより細かい粒度を有する木由来の原料粉の１００重量部に対して、２０重量％以下の水分含有量を有する穀粉を、各乾燥重量比率で５〜４０重量部の割合で混合したものを主たる原料として成形材料を準備し、
かかる成形材料を所定の成形型に充填して、１２０〜２４０℃の加熱温度および１０〜１００ＭＰａの圧力で加圧し、その後に冷却することにより目的とする形状の高密度成形体を得る成形工程を、
含むことを特徴とする木由来の粉体からなる高密度成形体の製造方法。
【請求項７】
前記成形材料を構成する木由来の原料粉が、４００メッシュパスより粗い粒度である請求項６に記載の高密度成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然の植物繊維の一種である木粉やペーパースラッジなどを原料として成形されることにより、接着剤や化学処理を採用することなく多様の形状を付与することが出来、しかも、一般的な合成樹脂と同等の強度特性を得ることも可能となる、木由来の粉体からなる新規な高密度成形体の製造方法に関するものである。
【０００２】
また、本発明は、そのような天然の木粉やペーパースラッジを原料として接着剤や化学処理を採用することなく成形された木製樹脂様成形体を利用することによって実現される、製造が簡易で且つ複雑な形状まで容易に付与することの出来る、従来にない木由来の粉体からなる新規な高密度炭化物の製造方法も、対象とする。
【背景技術】
【０００３】
現代の社会において、ポリエチレンやポリプロピレン，ポリスチレン，塩化ビニル樹脂などの合成樹脂材は広範な分野に亘る各種製品の材料として利用されているが、近年では、それが大量に出回ることに伴い、分解され難いことに加えて焼却時に有害物質が発生し易く廃棄処理が困難であることや、環境ホルモン等として作用するおそれのあることなど、幾つかの問題が指摘されるに至っている。
【０００４】
このような状況下、天然物である木材などの有効利用が再注目されており、木材を利用した成形体としては、従来から、例えばパーティクルボードやファイバボード等が周知である（特許文献１（特開平１１−３４２５０４号）等参照。しかしながら、このような木材を利用した従来の成形体においては、何れも、木材の小片やファイバとフェノール樹脂等の合成樹脂材との複合材として形成されているに過ぎず、必ずしも天然材料と言えるものではなかったのであり、環境ホルモン等として人体への悪影響も指摘されているホルムアルデヒド等の使用も懸念される。
【０００５】
一方、近年では、木粉を原料とする成形物は、工業的な生産過程にのせることの出来る可能性があることや、木屑や加工屑等まで効率的に利用することが出来ること等から、研究が進められている。具体的には、例えば「第２８回木材の化学加工研究会シンポジウム講演集（１９９８）」（非特許文献１）の中の「木粉あるいはタンニンを原材料としたプラスチック様成形物」には、「接着剤や化学修飾を用いないで、エレメントを再構築するために、エレメントの大きさ、さらには圧力と熱可塑によるエレメントの変形に注意して、エレメント間の高度な密着およびその状態の保持を試みた。その結果、全乾の微粉末を高温・高圧下で圧締することで、エンジニアリングプラスチックに匹敵する強度を有するプラスチック様材料が製造できることが明らかになった。」ことが開示されている。
【０００６】
このようにして得られる木粉を用いた成形物にあっては、人体や環境への悪影響が非常に小さく、しかも、「得られた成形物は、プラスチック様の外観を呈しながらも、紙のように煮沸で容易に分解し、リサイクルが可能であると共に、優れた生分解性を示した。」（非特許文献１）ことが認められている。
【０００７】
ところが、かくの如き木粉等を用いた成形体を実用化するためには、未だ大きなハードルがあったのである。かかるハードルは、強度を安定して確保するためには、非常に高温および高圧での処理が必要となることである。例えば、高温での処理が必要となることに関して、前述の非特許文献１では「成形物は、１８０℃、１０分の条件では、木粉を固めただけの外観を示す。しかし、圧締温度、圧締時間の増大に伴い部分的にプラスチック様の外観を示すようになり、２２０℃、１０分あるいは２４０℃、６分では、試料全体において、プラスチック様の外観を示すに至った。」とされている。また、高圧での処理が必要となることに関して、非特許文献１では、１００ＭＰａ程度の成形圧力が採用されるものと記載されている。
【０００８】
要するに、合成樹脂材料からなる接着剤を採用しないで、天然植物材料である木粉だけから成形体を得ようとすると、成形条件を相当に高温，高圧としなければ、実用上で十分な強度を有する成形体を得ることが難しかったのである。
【０００９】
それに加えて、合成樹脂材料からなる潤滑剤を採用しないで、天然植物材料である木粉だけを成形材料として成形しようとすると、その流動性が非常に悪いことから、相当の高圧をかけなければ複雑な形状や小幅の内法寸法を有する成形型に対して、そのキャビティに安定して充填することが難しく、薄肉部分や複雑な形状を有する成形体を製造することが難しかったのである。
【００１０】
そして、このように、木粉の成形に際して高温加熱が必要となるということは、製造エネルギーが多く必要となるだけでなく、木材の熱劣化を生ずる温度域に近づくことから、木粉が熱作用で変質してしまい、外観が悪くなったり、異臭が発生する等の問題が発生し易く、熱管理が難しい等という問題もあった。また、木粉の成形に際して高圧処理が必要となるということは、製造エネルギーが多く必要となるだけでなく、成形装置の大型化と設備費用の増大が避けられず、更に、成形時の圧力分布の点から成形品の形状や寸法が制限され易いという問題がある。
【００１１】
なお、このような問題に対処するための方策として、例えば、木粉のエレメントサイズを十分に小さくすることも考えられるが、エレメントサイズを細かくすると、木粉製造が面倒となると共に、取扱いも難しくなり、コストが嵩む。また、それに加えて、小さいエレメントサイズのものを採用すると、成形に際して高温加熱した際に内部に水蒸気が滞留し易くなって、所謂パンク（破壊）の状態が発生し、成形不良となることが多いという問題がある。それ故、現実的に細かいエレメントサイズだけを採用することは難しいのである。
【００１２】
また、特許文献１（特公昭３８−２６７７３号公報）には、木粉を含む繊維状細片を主原料として密閉下に加熱加圧することにより、接着剤の使用を必要とせずに硬質成形物を製造する方法として、主原料である木材の細片にガラス繊維を混合したり、主原料である木材等の植物繊維をセミケミカル法等の特定の手法で解離させる事前処理を施すこと等によって、成形圧力を下げる技術が提案されており、前記非特許文献１にも、亜塩素酸ナトリウム処理による木粉のリグニンネットワーク切断処理を事前に施したり、木粉のリグニンネットワークを切断するために事前に爆砕処理を施すことによって、成形温度を下げる手法が開示されている。
【００１３】
しかしながら、このような補強材の混合や、特別な化学的な前処理を採用することは、結局、目的とする成形品の製造に必要とされる労力やコストが増大することから実施が難しくなる。また、特に化学的な処理剤を採用することは、製品である成形品への化学的な影響だけでなく、工場排水や排気等が自然環境に及ぼす影響も懸念されることから、望ましいことではないのである。
【００１４】
また、木粉と同様に、木由来の材料である古紙を再利用して成形体を得ることも検討されているが、古紙を材料として成形体を得ようとすると、古紙自体が圧縮後の復元が大きい等の理由から、成形体の強度や成形性が、より一層、得難くなってしまうという問題があった。
【００１５】
一方、木製品の用途の一つとして、近年、炭化物が、それが有する環境浄化作用等に関して注目されている。このような木質炭化物は、装飾品の他、建築用やガーデニング用、その他の日用品として、適当な形状を付与した各種製品として提供されることとなるが、一般に木質炭化物は、適当な形状を付与した後に炭化処理することによって、或いは炭化処理した後に粒状物を接着成形することによって、得られる。
【００１６】
しかしながら、前者の成形後の炭化処理では、炭化後の強度を確保することが難しく、一部の高硬度の木材をそのまま炭化した備長炭など、高価なものとなってしまうという問題がある。炭化後に接着成形する後者の方法では、接着剤の使用が、環境問題等の原因となり易く、炭化物に使用できる接着剤そのものが非常に高価であるという問題もある。しかも、何れの方法によっても、複雑な形状や薄肉の部材寸法を備えた炭化製品を得ることは、極めて困難であり、製品形状や寸法、強度等に関して、木質炭化物の設計自由度が、極めて小さいものであった。
【００１７】
なお、このような問題に鑑み、特許文献３（特開２００１−４８６４８号公報）には、チップ状若しくは繊維状のリグノセルロース材料を用いた成形体に対して炭化処理を施すことにより、木質炭化物を製造する方法が提案されている。しかしながら、このような成形体を得るに際しては、前述のように、非常な高温高圧下での成形が必要となり、しかも複雑な形状や薄肉な形状の成形体を得ることが極めて困難であった。そこで、かかる特許文献３には、フェノール樹脂などの合成樹脂材料からなる接着剤を採用することが提案されているが、そのような接着剤を採用することは、結局、環境的に望ましいものでなく、環境ホルモン等として人体への悪影響も懸念される。
【００１８】
【非特許文献１】矢野博之  他３名共著、「第２８回木材の化学加工研究会シンポジウム講演集（１９９８）」、第２７頁〜第３５頁（木粉あるいはタンニンを原材料としたプラスチック様成形物）
【特許文献１】特開平１１−３４２５０４号
【特許文献２】特公昭３８−２６７７３号公報
【特許文献３】特開２００１−４８６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、天然の植物繊維だけを原料とし、接着剤としても合成樹脂材料を添加することなく、またガラス繊維等の補強材の添加や、化学的な前処理も必要とすることなく、十分に低温で、且つ十分に低圧で、木由来の粉体からなる高密度成形体を得ることの出来る、新規な方法を提供することを目的とする。
【００２０】
また、本発明は、合成樹脂材料からなる接着剤の添加も必要とすることなく、複雑な形状や、薄肉の形状を有するものまで、容易に且つ十分な強度と寸法制度をもって提供することの出来る、木由来の粉体からなる高密度炭化物の新規な製造方法を提供することも、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様と、更にその実施形態を記載する。なお、以下に記載の各態様や実施形態において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。また、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載され、或いはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものであることが理解されるべきである。
【００２２】
（木由来の粉体からなる高密度成形体の製造方法に関する発明）
木由来の粉体からなる高密度成形体の製造方法に関する本発明の特徴とするところは、（ａ）２０重量％以下の水分含有量および１０メッシュパスより細かい粒度を有する木由来の原料粉の１００重量部に対して、２０重量％以下の水分含有量を有する穀粉を、各乾燥重量比率で５〜４０重量部の割合で混合したものを主たる原料として成形材料を準備し、（ｂ）かかる成形材料を所定の成形型に充填して、１２０〜２４０℃の加熱温度および１０〜１００ＭＰａの圧力で加圧し、その後に冷却することにより目的とする形状の高密度成形体を得る成形工程を、含む木由来の粉体からなる高密度成形体の製造方法にある。
【００２３】
本発明の大きな特徴の一つは、植物の一種である木由来の粉状物を原料として採用するだけでなく、同じく植物由来の天然材料の一種である穀粉を、それと組み合わせて利用したことにある。そして、これら何れも植物由来の材料のみを採用して、合成樹脂材料からなる接着剤を使用することなく、木粉成形体を得るようにしたことに大きな特徴を有しているのである。
【００２４】
また、本発明の更に別の大きな特徴の一つは、かかる成形に際して、従来の木粉を利用した成形体に比して十分に低温且つ低圧で、十分な強度を発揮し得る樹脂様成形体を得ることを可能にしたことにある。
【００２５】
すなわち、本発明者は、多くの実験と研究によって、木由来の粉状体を原料として成形体を製造するに際して、穀粉を適当量だけ加えて混合することにより、成形に際して、成形材料としての木由来の原料粉の流動性を飛躍的に高めることが出来ると共に、得られる成形体の強度も高度に発現されることを、見い出したのであり、そのような新たな知見に基づいて、本発明が完成され得たのである。
【００２６】
要するに、本発明では、木粉等の木由来の原料粉に対して、所定割合で糠等の穀物の粉体を混合したものを成形材料として採用することで、従来の木粉のみからなる成形材料に比して、温度に関しても、圧力に関しても、簡易な領域で目的とする成形体を、十分な精度と強度で安定して成形することが出来るのである。それ故、複雑な形状の成形体や薄肉の寸法の成形体を容易に且つ安定した高品質をもって製造することが出来るのである。そして、このような高密度成形体である成形体は、一般の合成樹脂成形物と比しても十分な実用強度を容易に発現し得ることも、確認されている。
【００２７】
さらに、本発明では、このような成形体を炭化処理することによって、非常に高強度で且つ合成樹脂材料を含まない天然植物資源に由来する炭化物を、製品として容易に製造することが可能となるのであり、それ故、従来では困難であった複雑な形状や薄肉の形状を有する木質炭化物からなる製品を、有利に提供することが出来るのである。
【００２８】
なお、本発明において、木由来の原料粉や穀粉の水分含有量が、２０重量％を越えると、成形時の加熱によって成形材料の中で発生する水蒸気が多くなって、水蒸気が表面に抜けることによって発生すると考えられる成形品表面の荒れが問題となり易いことが確認されている。また、本発明において、木由来の原料粉の粒度が１０メッシュパスより粗くなると、それを成形することが非常に困難となり、目的とする形状の成形体を滑らかな表面形状をもって得ることが極めて困難であることが確認されている。更にまた、原料粉の１００重量部に対する穀粉の混合割合が、５重量部に満たないと、穀粉の混合に基づく上述の如き成形条件の向上効果等が有効に発揮され難いことが確認されており、一方、原料粉の１００重量部に対する穀粉の混合割合が、４０重量部を越えると、穀粉に含まれる油分が成形品に残留し、これが成形後に滲み出してくることに起因するであろうと考えられる成形品表面のべたつき等が問題となり易いことが確認されている。
【００２９】
ところで、本発明では、前記成形材料を構成する木由来の原料粉として、木粉またはペーパースラッジ、或いはそれらの混合物を採用することが望ましい。特に木粉は製材工程や廃木処理工程等で発生する産業廃棄物であり、ペーパースラッジは紙材の再利用工程等で発生する産業廃棄物であることから、これらを原料粉として採用することによって資源の有効利用が図られる。特に木粉を採用することによって強度や成形精度を一層有利に確保することが出来るが、ペーパースラッジを採用した場合でも、本発明に従えば、十分な強度と成形精度を得ることが可能となるのであり、そこに大きな技術的意義が存するのである。
【００３０】
また、本発明では、前記成形材料を構成する穀粉として、糠または小麦粉、或いはそれらの混合物を採用することが望ましい。特に、糠を採用することにより、資源の有効利用が実現されるのであり、また、小麦粉を採用することにより、成形体の一層の高強度化が実現可能となる。
【００３１】
すなわち、糠とは、「穀物、主に玄米を精白する際に生ずる、果皮・種皮・外胚乳などの粉状の混合物」であるが、これを従来は廃棄していたのが殆どであった。一部では、古紙の再利用のために、古紙に混練して（必要に応じて廃木も混合して）古紙の繊維内に浸透させることで糠を単に糊として利用することにより、古紙利用のパネル（建材）などの開発が検討されているに過ぎなかった。それを、本発明によれば、積極的に利用することが出来るのである。
【００３２】
また、本発明においては、前記成形材料を構成する木由来の原料粉が、４００メッシュパスより粗い粒度であることが望ましい。このような粒度を採用することにより、加熱加圧下で成形する成形工程における所謂パンクの発生に伴う成形不良が、一層有利に防止され得る。なお、このパンクの発生原因は、未だ明確にされていないが、所定の含水量とされた木粉等の原料粉を含む成形材料を圧密して加熱加圧下で成形する際に、内部に発生する水蒸気が加圧下で成形体内部に滞留し、これが加熱によって小爆発して成形表面に露呈したり、内部に応力として残留し、或いは内部の熱分解物を発生させることによるものであろうと考えられる。即ち、原料粉が細か過ぎると、成形時における水分（水蒸気）の抜けが悪くなって、これが内部圧力として残留し、成形圧を除去した際に亀裂等を発生する原因となるのであろうと考えられる。
【００３３】
そして、本発明者等が検討した結果によれば、木粉等からなる木由来の原料粉の粒度が小さい程、パンク状態が発生し易い傾向にあるが、糠等の穀粉を混合することによって、成形材料の流動性が向上する結果、成形温度や成形圧力を下げることが可能になることと相俟って、パンク状態の発生が抑えられる傾向にあることが確認されている。この理由は、未だ十分に明らかになっていないが、木粉等の原料粉に比して特性の異なる糠等の穀粉が、異なる種類の繊維質や油脂等を含んでいること等により、圧密したときの構造上の相違等によって水蒸気の抜け道が出来易いこと等によるものであろうと考えられる。
【００３４】
また、本発明では、前記成形工程において、射出成形装置または押出成形装置を用いて前記成形材料を前記成形型に充填することが望ましい。特に、本発明方法は、プレス成形などの各種の成形方法によって実現することが可能であるが、特に、木由来の原料粉の流動性が、穀粉の添加によって向上されることにより、その流動性を利用した射出成形や押出成形によって、より高度な量産性を得ることが可能となるのである。
【００３５】
（木由来の粉体からなる高密度炭化物の製造方法に関する発明）
木由来の粉体からなる高密度炭化物の製造方法に関する本発明の特徴とするところは、（ａ）２０重量％以下の水分含有量および１０メッシュパスより細かい粒度を有する木由来の原料粉の１００重量部に対して、２０重量％以下の水分含有量を有する穀粉を、各乾燥重量比率で５〜４０重量部の割合で混合したものを主たる原料として成形材料を準備し、（ｂ）かかる成形材料を所定の成形型に充填して、１２０〜２４０℃の加熱温度および１０〜１００ＭＰａの圧力で加圧し、その後に冷却することにより目的とする形状の高密度成形体を得る成形工程と、（ｃ）該高密度成形体を、酸素を遮断した雰囲気下で５００〜３０００℃の温度で加熱することにより炭化する炭化処理工程とを、含む木由来の粉体からなる高密度炭化物の製造方法にある。
【００３６】
このような本発明方法においては、前述の如く、本発明に従って得られた高強度で且つ寸法精度にも優れた高密度成形体の特性を、特定条件下での炭化処理によって、更に向上させることが出来るのである。
【００３７】
特に、炭化処理の対象物である高密度成形体が、前述の如き特定の方法によって製造された植物由来物だけからなる新規な物であることから、これを本発明に従う高温での炭化処理によっても、環境汚染となる化学物質の問題もなく、しかも、もともと成形体として高強度であったものを、その強度特性を活かして、特に炭化条件によっては更なる強度の向上を図りつつ、硬度な炭化物を得ることが可能となるのである。
【００３８】
なお、本発明方法によって製造される炭化物の種類は特に限定されるものでなく、室内の置物等として採用する他、例えば加熱装置に適用することで遠赤外線効果を利用することも可能である。
【００３９】
特に、本発明方法に従えば、前述の高密度成形体の製造方法に関する本発明における説明から明らかなように、合成樹脂材料等を採用しなくても、木由来の原料粉に対して穀粉を混合させて高度な流動性を実現することが出来、それによって複雑な形状の成形体も高精度に得ることが出来ることから、それを利用して特定の炭化処理を施すことによって、非常に高強度で且つ合成樹脂材料を含まない天然植物資源に由来する炭化物を、製品として容易に製造することが可能となるのであり、従来では困難であった複雑な形状や薄肉の形状を有する木質炭化物からなる製品までも、有利に提供することが可能となるのである。
【００４０】
なお、高密度炭化物の製造方法に関する本発明においても、その炭化対象物である高密度成形体を得る工程は、前述の高密度成形体の製造方法に関する本発明と同様であり、前述した好ましい態様が、何れも、本発明において好適に採用され得ることは、言うまでもない。
【発明の効果】
【００４１】
上述の説明および後述する実施例の説明から明らかなように、木由来の粉体からなる高密度成形体の製造方法に関する本発明方法に従えば、天然植物由来の材料だけを採用し、合成樹脂材料からなる接着材を必要とすることなく、十分な強度で、目的とする各種形状の硬質の成形品としての高密度成形体を成形することが可能となる。そこにおいて、特に、本発明では、糠等の穀粉を採用したことにより、成形体の機械的強度を十分に確保しつつ、流動性の向上に基づいて成形性が飛躍的に向上され得たのであり、非常に実用性に高い「木由来の粉体からなる高密度成形体」が実現され得ることとなるのである。
【００４２】
また、木由来の粉体からなる高密度炭化物の製造方法に関する本発明方法に従えば、従来では極めて困難であった複雑形状や薄肉形状の炭化物を、環境問題の原因となる接着剤を採用することなく、容易に且つ優れた強度をもって製造することが出来るのであり、炭化物に関して、要求されて実現できなかった形状の設計自由度の向上が、極めて効果的に達成され得るのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、上述せる如き本発明を具体的に明らかにするために、本発明の実施例について、実測データを参照しつつ、説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例および上述の本発明に関する具体的な記載によって、何等限定的に解釈されるものでなく、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。
【００４４】
〔実施例Ａ〕
本実施例に際しては、図１に示されているように、先ず、ステップ：Ｓ１において、製材廃材である檜材のオガ粉を採用し、これを篩い分けすることで２００〜４００メッシュパスの粒度を有する、木由来の原料粉としての木粉を得た。
【００４５】
次に、ステップ：Ｓ２において、穀粉としての精米の廃棄物である米糠を取得し、上述の原料粉としての木粉と、かかる米糠を、それぞれ、通気性の良好な日陰の大気中に放置して水分調整を行い、含有水分量を１０重量％（全乾状態の木粉および米糠の重量に対する含有水分量の割合）程度とした気乾状態とした。
【００４６】
その後、ステップ：Ｓ３において、上述のステップ：Ｓ２で得られた気乾状態の木粉と米糠を、相互に混合，混練することにより、成形材料を得た。なお、両者気乾状態で、木粉に対して米糠を１０重量％だけ混合した実施例１の成形材料と、２０重量％だけ混合した実施例２の成形材料と、３０重量％だけ混合した実施例３の成形材料を、それぞれ得た。また、それらと別に、米糠を混合しない、檜の木粉（気乾状態）のみからなる成形材料を、比較例として得た。
【００４７】
続いて、ステップ：Ｓ４において、かかる木粉と米糠の混合物からなる成形材料（実施例１〜３及び比較例）を、所定の成形型に充填し、続くステップ：Ｓ５で、温度と圧力を管理した下で加熱加圧成形を行うことにより、外径寸法：φ６０mm，肉厚寸法：１．５mmの円板形状を有する実施例１，実施例２，実施例３及び比較例の各試験成形体を、バインダーレスで成形した。なお、工業生産に際しては、射出成形機を利用して目的とする成形品を連続射出成形したり、押出成形機を用いて連続的に押出成形すること等で、有利に実施され得るが、ここでは試験用の金型を用いた加圧成形によって成形した。
【００４８】
成形条件は次のとおりである。
（ｉ）実施例１〜３の成形条件
圧締圧：４０ＭＰａで、１８０℃×９分加熱して圧縮成形した。
（ii）比較例の成形条件
圧締圧：１２０ＭＰａで、１８０℃×９分加熱して圧縮成形した。
【００４９】
さらに、ステップ：Ｓ６で、成形型のままで所定温度まで冷却した後、ステップ：Ｓ７で脱型することにより、実施例１，実施例２，実施例３及び比較例である試験体としての成形体（何れも、木由来の粉体からなる高密度成形体）を得た。得られた円板形状を有する成形体のうち、実施例２と比較例のものについて比重を測定したところ、実施例２の比重は１．４４であり、比較例の比重は１．４６であった。
【００５０】
そして、このようにして得られた実施例２の成形体と比較例の成形体について、曲げ強度物性を測定した。その結果を、図２において、グラフをもって示す。なお、かかる曲げ強度物性の測定は、試料を一対の支持体間に跨がって掛け渡した状態下で、中央部分を押圧することにより、成形体が破壊に至る荷重を実測することによって行った。
【００５１】
一方、上述の如き成形とは別に、１００メッシュパスの粒度の木粉を採用し、上述のステップ：Ｓ１〜Ｓ３の工程に従って、前述のものと同様に１０重量％の米糠を混合した実施例１の成形材料と、２０重量％の米糠を混合した実施例２の成形材料と、３０重量％の米糠を混合した実施例３の成形材料と、米糠を混合しない木粉のみからなる比較例の成形材料を、準備し、それら各成形材料を用いて、流動性を測定した。その結果を図３及び図４に示す。
【００５２】
なお、かかる流動性の測定に際しては、図５に示されている如き成形金型８を採用し、内径：φ３０ｍｍの成形用の内孔を備えた外径：φ５０ｍｍ，軸方向高さ：５０ｍｍの厚肉円筒形状を有する外周金型１０の軸方向両側から、それぞれ、軸方向厚さ：１０ｍｍ，外径：φ３０ｍｍの厚肉円板形状を有する上金型１２と下金型１４を嵌め入れて、それら上下金型１２，１４間に成形キャビティを形成した。なお、上金型１２の中心軸上には、口径：φ２ｍｍの貫通孔１８が形成されている。
【００５３】
そして、所定の加熱温度下（図３，４に明記されているように、１２０℃〜１８０℃の管理温度）で、これら上下金型１２，１４に対し、円環状の押圧金具１６（内径：φ１０ｍｍ，軸方向高さ：３０ｍｍ，外径：φ３０ｍｍ）を介して軸方向の圧締力：１５０ＭＰａを加えることによって、ホットプレスにて加熱圧締した。なお、金型は、何れも、常温状態のものをホットプレスに挿入した。９分間の圧締によって上金型１２の貫通孔１８を通じて成形キャビティから押圧金具１６の孔内に噴出した成形材料の量を測定することによって、実施例１〜３及び比較例としての各成形材料の流動性を評価した。
【００５４】
これら図２，３，４に結果が示された各種の実験データからも明らかなように、本発明に従って木粉に米糠を適当量だけ混合せしめた成形材料を採用して得られた実施例１〜３の成形体（木由来の粉体からなる高密度成形体）においては、良好な流動性をもって成形することが容易であり、しかも、十分な強度を発揮し得ることが理解される。なお、図２，４では、実施例２のものだけを示したが、実施例１，３のものも略同様な特性が得られることを確認した。また、実施例１〜３の成形体では、木粉の粉末状態を外観で全く認めることが出来ない程、十分に高密度な外観を呈していることも確認した。
【００５５】
特に、図２に示した測定結果から、米糠を加えない木粉のみからなる比較例としての成形材料においては１２０ＭＰａの成形圧が必要な場合に、本実施例２の成形材料を採用することにより、４０ＭＰａの低い成形圧で、略同等の曲げ強度を備えた成形体としての高密度成形体を、良好な品質安定性をもって製造することが出来るのであり、その強度や外観，物性も十分に実用性のある領域の特性が実現され得るのである。
【００５６】
また、成形に際しての温度条件についてみると、図４に示された結果から、本実施例２の成形材料では、充填する木粉の加熱温度（成形温度）を１６０℃以上とすることで、非常に大きな流動性を得ることが出来るのであり、これは木粉のみからなる比較例の成形材料が１８０℃としてもなお極めて悪い流動性しか発揮し得ないことを考慮すれば、飛躍的な流動性すなわち成形性の向上が図られ得ることが明らかである。
【００５７】
また、米糠の木粉に対する混合割合としては、図３に示された結果から、特に、乾燥状態の重量比率で、木粉と米糠の全体重量に対する米糠の混合量を２０重量％以上とすることにより、より優れた流動性すなわち成形性が実現されることが認められる。
【００５８】
なお、本実施例１〜３の成形材料を用いて、４０ＭＰａの圧締力で加圧成形することによって得られた成形体は、目視結果により、木粉等の材料の粒子が殆ど視認されない程に高密度であって、且つ全体的に一体的で一様な物であり、触感によって、表面が平滑であることを確認した。
【００５９】
また、採用する木粉の粒度に関しては、特に４００メッシュパスよりも粒子サイズが大きい粒度を採用することにより、高温で成形圧力が低いような場合でも、パンク等の発生が一層有利に回避されて、性状や強度のばらつきもなく、目的とする物性の成形体を一層安定して得ることの出来ることを確認した。
【００６０】
次いで、上述のごとくして得られた実施例１、実施例２，実施例３および比較例の成形材料からなる成形体（高密度成形体ともいう）について、これを密閉された加熱炉に投入し、酸素の供給を制限（実質的に遮断）した状態下、ステップ：Ｓ８における炭化処理を施した。この炭化処理は、５００〜３０００℃の範囲、より好ましくは７５０〜１５００℃の範囲で実施される。また、処理時間は、成形体の大きさや肉厚寸法等にもよるが、一般に、６０〜３０００分の処理時間が採用される。なお、炭化処理温度が低過ぎると、炭化処理に多くの時間が必要となるだけでなく、大きな強度が得られ難い。一方、炭化処理温度が高過ぎると、設備コストが嵩むという実用化の問題等が発生する。尤も、炭化処理温度と炭化処理時間は、原料粉の種類や成形圧力などによって、上述の範囲内で適当に調節されるものであることは言うまでもない。
【００６１】
炭化処理の後、続くステップ：Ｓ９で、処理後の成形体を炉から取り出す。これによって、目的とする製品たる木由来の粉体からなる高密度炭化物を得た。
【００６２】
得られた高密度炭化物について性状や形状等を検査したところ、炭化処理する前の高密度成形体に比して、寸法で略３０〜４０％の収縮が認められた。強度試験として前述の炭化処理前の成形体に施したのと同様な曲げ強度試験を実施したところ、何れの高密度炭化物も、数ＭＰａの値を示し、高強度を発揮し得ることが確認できた。前述の比較例としての成形体を炭化処理したもの（比較例としての高密度炭化物）も同様に試験したところ、糠を混入せしめた材料を使用した実施例の高密度炭化物が、その強度に関して、木粉のみからなる比較例としての高密度炭化物と遜色ないことを確認できた。
【００６３】
特に、米糠を混入しない材料を使用した比較例の成形材料を採用したものでは、炭化処理前の高密度成形体は実施例のものと同様に美しい平滑な外観（表面性状）を有していたが、その炭化後の高密度炭化物において、表面に小さな凹凸が多数発生していることが認められた。このような表面凹凸は、米糠を混入した材料を使用した実施例においては、殆ど認められず、最終的な高密度炭化物の状態では、米糠を混入せしめた実施例の方が比較例よりも、美しい表面形状を有していることが明白であった。
【００６４】
〔実施例Ｂ〕
本実施例では、上述の実施例Ａにおいて成形材料として、原料粉としての檜の木粉と併せて採用されていた穀粉としての米糠に代えて、小麦粉を採用した。
【００６５】
かかる小麦粉としては、市販の調理用のものを気乾状態で採用した。なお、木粉としては、実施例Ａと同じ気乾状態のものであるが、特に６０メッシュパスのもの（６０メッシュよりも細かいもの）を採用した。そして、これら木粉と小麦粉を、実施例Ａと同様にして混合し、木粉に対して小麦粉を２０重量％だけ混合した実施例としての成形材料を得た。また、それと別に、実施例Ａの比較例と同様に、小麦粉を混合しない、檜の木粉（気乾状態）のみからなる成形材料を、比較例として得た。
【００６６】
さらに、実施例Ａと同様にして、かかる木粉と小麦粉の混合物からなる実施例としての成形材料を、実施例Ａと同じ一対の金型からなる成形型を用いて、加熱温度：１８０℃，加熱時間：９分，圧力：６０ＭＰａの成形条件で、加熱加圧成形を行うことにより、外径寸法：φ６０mm，肉厚寸法：１．５mmの円板形状を有する試験用の高密度成形体を成形した。なお、工業生産に際しては、射出成形機を利用して目的とする成形品を連続射出成形したり、押出成形機を用いて成形品を連続的に成形することで、有利に実施され得るが、ここでは加圧成形によって試験成形体（高密度成形体）を得た。また、同様にして、小麦粉を混合していない比較例としての成形材料についても、同じ条件で成形を行って試験成形体（高密度成形体）を得た。
【００６７】
また、かかる試験成形体の成形とは別に、上述の実施例および比較例の各成形材料について、その流動性を、図５に示されている成形型を利用して測定したところ、小麦粉を混入しない木粉のみからなる比較例の成形材料に比して、本実施例の成形材料は、実施例Ａにおいて米糠を採用した場合と略同程度の流動性の向上効果を確認できた。
【００６８】
続いて、得られた実施例としての木由来の粉体からなる高密度成形体と、比較例としての高密度成形体に対して、それぞれ、炭化処理を施して、実施例としての高密度炭化物および比較例としての高密度炭化物を得た。
【００６９】
かかる炭化処理は、実施例Ａに従い、密閉された加熱炉に実施例および比較例の高密度成形体を投入し、酸素の供給を制限した状態下で、７８０℃×１２０分の炭化処理を施したものと、１１００℃×１２０分の炭化処理を施したものとの、２種類の条件を設定して実施した。この炭化処理の後、高密度炭化物を炉から取り出すことによって、目的とする製品（実施例）たる木由来の粉体からなる高密度炭化物およびその比較例としての高密度炭化物を得た。
【００７０】
得られた実施例としての高密度炭化物および比較例としての高密度炭化物について、それぞれ、実施例Ａと同様な曲げ強度試験を行い、その結果を、図６に示す。
【００７１】
図６に示された結果から明らかなように、実施例Ａにおいて採用した米糠に代えて小麦粉を採用した場合でも、木粉のみからなる比較例の無処理（木粉そのもの）の場合に比して、曲げ強度の向上効果が明らかに認められる。特に、図６に示された実験結果から、炭化処理の温度によっても、得られた高密度炭化物における強度が大幅に異なることが認められる。事実として、１０００℃以上の温度で炭化処理を施すことにより、８００℃以下の温度の場合に比して、良好な強度特性を得ることが出来る。
【００７２】
〔実施例Ｃ〕
本実施例では、上述の実施例Ｂにおける成形材料において、原料粉として採用されていた檜の木粉に代えてペーパースラッジを採用した。
【００７３】
かかるペーパースラッジは、紙の再生に際して発生したものを微粉末状としたものを気乾状態で採用した。なお、ペーパースラッジは、篩分けを行い、１２０メッシュパスよりも細かいものを採用した。成形材料に混入する小麦粉は、実施例Ｂと同じものである。また、それと別に、実施例Ｂの比較例と同様に、小麦粉を混合しない、ペーパースラッジ（気乾状態）のみからなる成形材料を、比較例として得た。
【００７４】
さらに、実施例Ｂと同様にして、かかるペーパースラッジと小麦粉の混合物からなる実施例としての成形材料を、実施例Ｂと同様にして、加熱温度：１８０℃，加熱時間：９分，圧力：６０ＭＰａの成形条件で、加熱加圧成形を行うことにより、外径寸法：φ６０mm，肉厚寸法：１．５mmの円板形状を有する試験成形体としての高密度成形体を成形した。同様にして、小麦粉を混合していない比較例としての成形材料についても、同じ条件で成形を行って試験成形体としての高密度成形体を得た。
【００７５】
また、かかる試験成形体の成形とは別に、得られた実施例および比較例の成形材料について、その流動性を、図５に示されている成形型を利用して測定したところ、小麦粉を混入しないペーパースラッジのみからなる成形材料に比して、実施例Ｂにおいて木粉に小麦粉を混入した成形材料と略同程度の流動性の向上効果を確認できた。
【００７６】
続いて、得られた実施例としての高密度成形体と、比較例としての高密度成形体に対して、それぞれ、実施例Ｂと同一の条件下で炭化処理を施した。それによって、２種類の炭化処理温度条件を設定して炭化処理を施した、目的とする製品（実施例）たる木由来の粉体からなる高密度炭化物およびその比較例としての高密度炭化物を得た。
【００７７】
得られた実施例としての高密度炭化物および比較例としての高密度炭化物について、それぞれ、実施例Ｂと同じ曲げ強度試験を行った。得られた結果を、図７に示す。
【００７８】
図７に示された結果から明らかなように、実施例Ｂにおいて採用した木粉に代えてペーパースラッジを採用した場合でも、木粉を採用した場合と同様に、前述の如き本発明の効果が何れも有効に発揮され得ることが認められる。
【００７９】
〔実施例Ｄ〕
本実施例では、上述の実施例Ｃにおける成形材料において、原料粉としてのペーパースラッジに対して混合される穀粉として、小麦粉に代えて米糠を採用した。
【００８０】
なお、ペーパースラッジは、実施例Ｃと同じ、１２０メッシュパスよりも細かい気乾状態のものであり、米糠は、実施例Ａと同じ気乾状態のものを採用し、ペーパースラッジに対する配合量が２０重量％となるように米糠を混合して、成形材料を得た。また、米糠を配合しない、ペーパースラッジのみからなる成形材料を、無添加の比較例として、得た。
【００８１】
得られた実施例および比較例の各成形材料について、その流動性を、図５に示されている成形型を利用して測定した。測定方法は、実施例Ａと同様である。即ち、上下金型１２，１４を、円環状の押圧金具１６を介して軸方向に型閉じ及び圧締することによって型締力を成形体に及ぼして成形するに際し、上金型１２の中央に貫設した小径（φ２．1 ０mm）の貫通孔１８から成形キャビティの外部に漏れ出した成形材料の流出量を計量した。具体的には、１８０℃の加熱状態下で、１５０ＭＰａの型締力を９分間及ぼした場合の、上金型１２の貫通孔１８から漏れ出した成形材料の流出量（噴出量）を実測した。
【００８２】
得られた実施例としての木由来の粉体からなる高密度成形体および比較例としての高密度成形体における各測定値を、図８に示す。
【００８３】
図８に示された結果からも、ペーパースラッジにおいても、米糠を添加することにより、その流動性が飛躍的に向上され得て、成形性が大幅に向上されることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に従う木粉由来の高密度成形体、更にそこから得られる炭化物の製造工程の具体例を示すフロー図である。
【図２】本発明の実施例としての高密度成形体における曲げ強度の測定結果を、比較例と共に示すグラフである。
【図３】本発明に従う高密度成形体の成形に際しての糠の配合割合による影響を実測した結果を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例としての高密度成形体の成形に際しての温度条件による影響を実測した結果を、比較例と併せて示すグラフである。
【図５】本発明の実施例としての高密度成形体の成形材料の流動性を測定するために用いられる成形金型を示す分解説明図である。
【図６】本発明の別の実施例としての高密度炭化物の成形に際しての温度条件による影響を実測した結果を、比較例と併せて示すグラフである。
【図７】本発明の更に別の実施例としての高密度炭化物の成形に際しての温度条件による影響を実測した結果を、比較例と併せて示すグラフである。
【図８】本発明の更に別の実施例としての高密度成形体の成形材料の流動性を測定した結果を、比較例と共に示すグラフである。
【符号の説明】
【００８５】
８  成形金型
１０  外周金型
１２  上金型
１４  下金型
１６  押圧金具
１８  貫通孔
【図１】
2005254775.tif 000003
【図２】
2005254775.tif 000004
【図３】
2005254775.tif 000005
【図４】
2005254775.tif 000006
【図５】
2005254775.tif 000007
【図６】
2005254775.tif 000008
【図７】
2005254775.tif 000009
【図８】
2005254775.tif 000010