(57)【要約】【課題】本発明の課題は、合成木材等の従来の切削加工用材料の機械的物性、切削性および寸法安定性のレベルを維持しつつ、リサイクル可能な材料を提供することである。【解決手段】二水石膏（Ａ）と結晶化度が６５％以上である結晶性セルロース（Ｂ）とを含有してなり、二水石膏（Ａ）と結晶性セルロース（Ｂ）の合計重量に対して、好ましくは結晶性セルロース（Ｂ）を１５〜４０％重量含有してなる切削加工用材料。本材料は、α型半水石膏（Ｃ１）と結晶性セルロース（Ｂ）を混練し、そこに水を添加して製造する方法が好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
二水石膏（Ａ）と結晶化度が６５％以上である結晶性セルロース（Ｂ）とを含有してなる切削加工用材料。
【請求項２】
二水石膏（Ａ）と結晶性セルロース（Ｂ）の合計重量に対して、結晶性セルロース（Ｂ）を１５〜４０重量％含有してなる請求項１に記載の切削加工用材料。
【請求項３】
請求項１または２に記載の切削加工用材料を成形してなる成形物。
【請求項４】
請求項３に記載の成形物を切削加工してなる治具。
【請求項５】
請求項３に記載の成形物を切削加工してなる模型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削加工用材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、切削加工用材料としては天然木材や、ビスフェノールのアルキレンオキサイド（以下ＡＯと略記）付加物、脂肪族ポリオール、芳香族ポリイソシアネートおよび脱水剤の混合物をメカニカルフロス法により発泡させて得られる発泡ポリウレタン成形品、いわゆる合成木材と呼ばれる、切削加工用ポリウレタン樹脂成形品が使用されている（例えば、特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３２９７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年環境問題に配慮し、切削粉や廃材などの再利用が課題となっている。従来の切削加工用材料は基本的に焼却によって廃棄されるため、二酸化炭素の削減が困難であり、これを最小限に抑える必要が生じてきた。そのため従来の性能、例えば切削性、強度や寸法安定性を維持しつつ、リサイクル可能な材料の要求が高まってきている。
本発明の課題は、合成木材等の従来の切削加工用材料の機械的物性、切削性および寸法安定性のレベルを維持しつつ、リサイクル可能な材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、二水石膏（Ａ）と結晶化度が６５％以上である結晶性セルロース（Ｂ）とを含有してなる切削加工用材料；該切削加工用材料を成形してなる成形物；該成形物を切削加工してなる治具；該成形物を切削加工してなる模型である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の切削加工用材料は、合成木材等の従来の切削加工用材料の機械的物性および切削性のレベルを維持しつつ、寸法安定性、耐熱性に優れるリサイクル可能な材料である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の切削加工用材料は、二水石膏（Ａ）と結晶性セルロース（Ｂ）とを含有してなる材料であり、（Ａ）中に（Ｂ）が均一に分散されてなるものが好ましい。
【０００８】
［二水石膏（Ａ）］
二水石膏（Ａ）は硫酸カルシウム二水和物のことであり、天然品、人工品いずれも含まれる。
石膏ボードなどに使用され、建築材料として幅広く用いられる材料であり、約２１％に相当する結晶水が含まれている。
【０００９】
［結晶性セルロース（Ｂ）］  
結晶性セルロース（Ｂ）の結晶化度は、強度の観点から６５％以上であり、好ましくは７０％以上である。
結晶化度が６５％未満であると、強度が不足するため、従来の切削加工用材料の性能が得られなくなる。結晶化度の測定方法としては、通常Ｘ線回折法で行い、微粉砕したセルロース粒子をアルミホルダーに押しつけ、Ｘ線回折の回折角度を５〜３０°まで操作して測定する。このとき、結晶性セルロースには２つの結晶散乱ピークが生じる。これに対し、非晶質部分はバックグラウンド散乱となる。結晶化度は全散乱ピーク面積に対する結晶散乱ピーク面積の比率で求められる。
【００１０】
結晶性セルロース（Ｂ）としては、植物（例えば木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ、再生パルプ、古紙）、動物（例えばホヤ類）、藻類、微生物（例えば酢酸菌（アセトバクター））、微生物産生物等を起源とするものであって、そのうち結晶化度が６５％以上のものが使用できる。好ましいものは植物由来のセルロース繊維である。
セルロースは結晶性部分と非晶性部分を有する。結晶化度が６５％未満のものは、非晶性部分を加水分解して除去することにより結晶化度が６５％以上の結晶性セルロース（Ｂ）とすることにより、使用することができる。
（Ｂ）の製造方法としては、一般的には、パルプ等のセルロース繊維含有材料を酸性雰囲気下加熱して加水分解した後、濾別して乾燥することで得ることが出来る。
【００１１】
結晶性セルロース（Ｂ）の平均繊維長は、二水石膏への分散性の観点から５〜１０００μｍ、さらに好ましくは１０〜５００μｍ、より好ましくは１５〜２５０μｍである。
（Ｂ）の平均繊維長が５〜１０００μｍであると、二水石膏に分散しやすく好ましい。
【００１２】
本発明の切削加工用材料は、二水石膏（Ａ）と結晶性セルロース（Ｂ）とを含有してなり、（Ａ）と（Ｂ）の合計重量に基づいて（Ｂ）を好ましくは１５〜４０重量％、さらに好ましくは２０〜３５重量％含有する。
【００１３】
［半水石膏（Ｃ）］
二水石膏（Ａ）中に結晶性セルロース（Ｂ）が分散された本発明の切削加工用材料は、（Ａ）と（Ｂ）を混練して製造することはできず、（Ａ）の代わりに半水石膏（Ｃ）を使用することが必要である。
半水石膏（Ｃ）は、硫酸カルシウムの０．５水和物であり、α型半水石膏（Ｃ１）及びβ型半水石膏（Ｃ２）がある。両者とも実際の構造（結晶系）上の相違はない。
α型は、水 蒸気又は水の中で転移して結晶の形が整って緻密であるのに対して、β型は、殆ど二水石膏の形のままで水が抜けたポーラスな状態になっている。
α型は少ない水で練和（撹拌）できるため、高密度となり高強度となるのに対して、β型は多い水が必要で、低密度となり、比較的低強度となる。
水和の反応速度については、本質的にはβ型の方が早い。本発明においては、（Ｃ）は（Ｃ１）又は（Ｃ２）１種単独で用いても、（Ｃ１）及び（Ｃ２）２種を併用してもよいが、（Ｃ１）は（Ｃ２）と比較して少ない水で練和（撹拌）でき、高密度となり高強度となるので（Ｃ１）が好ましい。
【００１４】
＜本発明の切削加工用材料の製造方法＞
本発明の切削加工用材料は、結晶性セルロース（Ｂ）と半水石膏（Ｃ）と水とを混練し、流動性を付与して金型に流し込み、乾燥させて板状に成型することで製造することができる。
半水石膏（Ｃ）は水と反応することで二水石膏（Ａ）となる。
（Ｃ）、（Ｂ）、水の混練は、
（１）まず（Ｃ）と（Ｂ）を混練し、そこに水を添加する方法、
（２）（Ｃ）と水を混練後、（Ｂ）を添加する方法、
（３）（Ｂ）と水を混練後、（Ｃ）を添加する方法、
（４）３成分一括に加えて混練する方法
等が挙げられるが、作業性と結晶性セルロースの石膏への分散性の観点から（１）の方法が好ましい。
各成分の重量比率は、好ましくは半水石膏（Ｃ）５６〜７９重量部、結晶セルロース（Ｂ）１５〜４０重量部、水４〜６重量部である。
混練はプラネタリーミキサー、ディスパー等で行うことができる。
【００１５】
上記の方法で得られた混練物を成型金型に流し込み、温度２５〜４０℃で硬化させ、セルロース含有二水石膏とする。好ましくは型板で６０〜９０分押圧する。乾燥した後、金型から脱型し、適宜サイズカットして、本発明の切削加工用材料を得ることができる。
上記の方法で得られた混練物を成形型ではなく無端ベルト上に供給して乾燥硬化させ、本発明の切削加工用材料を得ることもできる。
【００１６】
本発明の切削加工用材料は、寸法増加が極めて小さい、割れや歪みが極めて発生しにくいことから、デザインモデル、マスターモデル等の模型、検査治具等の切削加工材料等として幅広く用いられ極めて有用である。
また、熱変形温度が高いことから耐熱性にも優れ、耐熱性が要求される成形型としても使用できる。
【００１７】
本発明の切削加工用材料は、ＮＣマシンと呼ばれるコンピュータ制御の工作機械のうち、通常、ＮＣフライス盤やマシニングセンタによって切削加工（機械加工）されたり、のこぎり、のみ、かんな等を使用して切削加工（手加工）され、最後に仕上がり面をサンドペーパーで平滑にされて治具となる。
機械加工において使用される刃物は、ボールエンドミルやフラットエンドミルであり一般にハイス、超硬と呼ばれる材質のものが使用される。機械加工は主として３段階の切削工程からなり、初期が粗加工、中期が中加工、最後が仕上げ加工と呼ばれる。
本発明の切削加工用材料は、粗加工では好ましくは刃物の直径が２０〜３０ｍｍ、刃物送り速度１，０００〜３，０００ｍｍ／分、刃物回転数２００〜５，０００ｒｐｍで切削される。次に、中加工では好ましくは刃物直径１０〜２０ｍｍ、送り速度１，０００〜２，０００ｍｍ／分、回転数１，０００〜３，０００ｒｐｍ、仕上げ加工では刃物直径５〜１０ｍｍ、送り速度５００〜１，５００ｍｍ／分、回転数１，０００〜２，０００ｒｐｍで切削される。得られた治具は自動車内装用検具、外装用検具、その他単品検具、手持ち検具、ＡＳＳＹ検具等に使用される。
【００１８】
本発明の切削加工用材料の線膨張係数は好ましくは３×１０−６〜３０×１０−６／℃、より好ましくは３×１０−６〜２５×１０−６／℃、さらに好ましくは３×１０−６〜１５×１０−６／℃である。該線膨張係数が３０×１０―６／℃を超えると温度変化による成形品の歪みが発生しやすくなる。
該線膨張係数は、セルロースファイバーの添加量の変更により低減することができる。
【００１９】
切削加工時、本発明の切削加工用材料の切削抵抗は好ましくは１５０Ｎ以下である。
切削抵抗が１５０Ｎ以下では、切削性が良い。
本発明において、切削抵抗とは、材料をＮＣマシンで切削（切削刃：超硬スロウアウェイチップ、１枚刃、１６ｍｍφ、回転数：５０００ｒｐｍ、送り速度：２０００ｍｍ／分、切り込み深さ：３ｍｍ）したときに、切削刃が刃物送り方向から受ける抵抗力を４成分動力計で測定した値を指す。
【００２０】
本発明の切削加工用材料は、粉砕したものを焼成することで、二水石膏（Ａ）はそのまま半水石膏（Ｃ）として再利用することで、容易にリサイクルが可能である。
焼成は例えば電気加熱炉を使用して３００〜４００℃で行うのが好ましい。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２２】
実施例および比較例に使用した原料の組成、記号等は次の通りである。
α型半水石膏（Ｃ−１）     ：硫酸カルシウムの０．５水和物［商品名「Ｂ−                                      １２」、ノリタケ（株）製］
β型半水石膏（Ｃ−２）     ：硫酸カルシウムの０．５水和物［商品名「ＴＡ−８５                               Ｎ」、ノリタケ（株）製］
結晶性セルロース（Ｂ−１） ：結晶セルロース［商品名「セオラス  ＴＧ−Ｆ２０」、                             旭化成ケミカルズ(株)製］
結晶化度７５％
結晶性セルロース（Ｂ−２） ：結晶セルロース［商品名「セオラス ＦＤ−３０１」、旭
化成ケミカルズ(株)製］
結晶化度７５％
結晶性セルロース（Ｂ−３） ：粉末セルロース［商品名「ＫＣフロックＷ−４００ 
Ｇ」、日本製紙ケミカル(株)製］
結晶化度７４％
セルロース（Ｂ−４’）     : 粉末状パルプ［商品名「ＮＳＰＰ」、日本製紙ケミカル 
（株）製]
結晶化度４０％
【００２３】
切削加工用材料の製造方法
実施例１〜７、比較例１〜３
表１に示した配合比で、半水石膏と結晶性セルロース（Ｂ）（またはセルロース）を、空気雰囲気下室温２５℃にて５分間プラネタリーミキサーで撹拌混合させた後、水を加えさらに５分間撹拌混合し、スラリー状のセルロース含有石膏を得た。次いでこのスラリーを金型に流し込み１５分間硬化させ、セルロース含有二水石膏とする。乾燥は３０℃で２４時間行い、これを金型から取り出し、本発明の切削加工用材料を得た。
【００２４】
【表１】
2013177480.tif 000002
【００２５】
性能評価方法
上記により得た実施例１〜７、比較例１〜３の切削加工用材料からなる成形物について、二水石膏（Ａ）と結晶性セルロース（Ｂ）（またはセルロース）の組成比を表２に示した。また、ショアーＤ硬度、曲げ強度、線膨張係数、切削抵抗、熱変形温度、及び刃物摩耗量を以下の測定方法により測定し、結果を表２に示した。参考例として、従来の切削加工用材料である合成木材の測定結果も示した。
【００２６】
＜ショアーＤ硬度＞
直方体形状の成形物をＪＩＳ  Ｋ６２５３に従いタイプＤデュロメーターで求めこれをショアーＤ硬さとした。
【００２７】
＜曲げ強度＞
作製した成型物を８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍに切断して試験片とし、ＪＩＳ  Ｋ６９１１に準じて測定した。測定は卓上型精密万能試験機オートグラフ［型名ＡＧ−１０Ｎ（株）島津製作所製］を使用した。
【００２８】
＜線膨張係数＞
直方体形状の成形物の片端部と中央部から、それぞれタテ×ヨコ×厚さ＝１０×４×４ｍｍで切り出した試験片を各３ずつ、２５℃、５５％ＲＨで１２時間状態調節した後、線膨張係数測定機［型名「ＴＭＡ／ＳＳ６１００」、ＳＩＩ（株）製］を用いて、ＪＩＳ  Ｋ７１９７に準じて測定した。２５〜８０℃の寸法変化を測定し、３０〜６０℃における１℃あたりの平均寸法変化率を各試験片ごとに解析し、線膨張係数とした。
【００２９】
＜切削抵抗＞
作製した成形物を１００ｍｍ×２５ｍｍ×１０ｍｍに切断して試験片とし、ＮＣマシン［型番Ｍ８００（株）岩間工業所製］で切削（切削刃：超硬スロウアウェイチップ、１枚刃、１６ｍｍφ、回転数：５０００ｒｐｍ、送り速度：２０００ｍｍ／分、切り込み深さ：３ｍｍ）したときに、切削刃が刃物送り方向から受ける抵抗力を４成分動力計（ＫＩＳＴＬＥＲ製「９２７２型」、増幅器：ＫＩＳＴＬＥＲ製「チャージアンプ５０１１型」、記録計：グラフテック製「ＷＲ７７００」）で測定した。
【００３０】
＜熱変形温度＞
作製した成形物を１２７×１２．７×１２．７ｍｍに切断して試験片とし、
ＪＩＳ  Ｋ６９１１に準じて測定した。
測定は荷重たわみ温度試験機［型番Ｓ３−ＦＨ］（株）東洋精機製作所製を使用した。
【００３１】
＜刃物摩耗量＞
実施例、比較例で作成した成形物を１２７ｍｍ×２５ｍｍ×２０ｍｍに切断して試験片とし、ＮＣマシン［型番Ｍ８００（株）岩間工業所製］で切削（切削刃：ＣＰＭ２  刃直刃成形用 ハイススクエア エンドミル（ＣＰＭ−ＳＴＤＮ  １０) オーエスジー(株)、ハイス２枚刃、１０ｍｍφ、回転数：１０，０００ｒｐｍ、送り速度：２０００ｍｍ／分、切り込み深さ：３ｍｍ  ３０往復）したときの、刃物の摩耗量を光学顕微鏡にて倍率５０倍で観察した。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
表２の結果から、合成木材等の従来の切削加工用材料の機械的物性および切削性のレベルを維持しつつ、高い寸法安定性を有するため、優れた成型品であることがわかる。また、熱変形温度が高いことから耐熱性にも優れる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の切削加工用材料は、自動車内装用検具、外装用検具、その他単品検具、手持ち検具、ＡＳＳＹ検具等の検具、デザインモデル、マスターモデル等の模型等の用途に適用できる。