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植物系材料の成形体の製造方法及びその成形体 NEW コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P170014552
整理番号 2009001779 ( H21/07/13 )
掲載日 2017年8月29日
出願番号 特願2009-178319
公開番号 特開2010-052426
登録番号 特許第5500541号
出願日 平成21年7月30日(2009.7.30)
公開日 平成22年3月11日(2010.3.11)
登録日 平成26年3月20日(2014.3.20)
優先権データ
  • 特願2008-196362 (2008.7.30) JP
発明者
  • 神代 圭輔
  • 金山 公三
  • 三木 恒久
  • 杉元 宏行
出願人
  • 国立研究開発法人産業技術総合研究所
発明の名称 植物系材料の成形体の製造方法及びその成形体 NEW コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】植物系材料に直接的な加圧及び間接的な圧縮力を加え、賦形して一体化することにより成形体を製造する方法及びその成形体を提供する。
【解決手段】植物系材料を、金型内の一箇所ないし複数箇所に、その繊維方向を考慮して供給し、複動のプレス手段で、金型の動作を制御しつつ直接的に加圧することによって、材料を構成する細胞間に剪断力を作用させ、該細胞の位置関係を変化させ、材料を流動させること、それによって、金型内の所定の自由空間に移動させ、金型内の該自由空間に充填し、間接的に圧縮力を加え、賦形して一体化することにより所定の成形体とする、該成形体の製造方法、及びその成形体製品。
【効果】植物系材料の本来的な繊維構造を反映させた任意の三次元形状の薄肉成形体を製造し、提供することができる。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


木材や竹等の植物系材料は、再生産が可能であり、埋蔵資源である石油を原料として作られるプラスチックに替わる材料として、最近、注目されている材料である。該植物系材料を、所定の三次元形状に成形するために、先行技術として、例えば、圧縮成形木材及びそれを用いた電子機器の外装材に関して、板状の木材を金型で加圧して成形する方法(特許文献1)、が提案されている。



また、他の先行技術として、例えば、圧縮木材の成形方法として、棒状の木材を金型で加圧して成形する方法(特許文献2)、木質系の熱硬化性樹脂成形材料の成形方法として、粉末化した木材に樹脂を混入して流動性を持たせ、これを金型に流し込み、冷却・固化させる方法(特許文献3)、等が提案されている。



しかしながら、板状の木材や棒状の木材を、金型で加圧して成形する方法では、材料を構成する細胞が、加圧により圧縮されることを利用して木材を変形させるため、その変形量に制約があり、製作可能な形状が限定されるという問題がある。また、木材粉末を原材料とする方法では、木材の粉末化に多大な時間とエネルギーを要し、更に、混入する樹脂の使用によって、環境負荷が増大するという問題がある。



これまで、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術の諸問題を解決するとともに、木材や竹等の植物系材料を、特殊な装置及び工程、化学薬品等を用いることなく、簡便な手段及び方法で、効率よく所望の形状に成形することを可能とする新しい植物系材料の成形体の製造技術の開発を行って来た。



その過程で、本発明者らは、植物系材料を金型に供給し、プレス手段で加圧し、金型内の所定の自由空間に材料を移動させ、構成細胞間に剪断力を作用させ、細胞の位置関係を変化させて変形させ、金型内の上記空間に充填し、圧縮力を加え、賦形して一体化し、例えば、深底構造等を有する成形体とすることにより、簡便な装置及び工程により、三次元形状の所望の形状に成形する方法を既に提案している(特許文献4、非特許文献1)。



しかし、先に提案した、深底構造等を有する成形体の成形技術には、作製可能な成形体の形状及び繊維配向の制御が制限されるという問題点があり、当技術分野においては、成形体の形状及び繊維配向の制御が制限されることがなく、上記諸問題を解決することを可能とする新しい植物系材料の成形体の製造技術及びその製品を開発することが強く要請されていた。

産業上の利用分野


本発明は、植物系材料の成形体の製造方法及びその成形体に関するものであり、更に詳しくは、植物系材料を、型に供給して直接的に加圧し、型内の所定の自由空間に材料を移動させ、該材料を構成する細胞に剪断力を作用させて、その位置関係を変化させて流動させ、型内の上記自由空間に充填し、該材料に間接的に圧縮力を加え、賦形して一体化することにより、所望の薄肉形状の成形体を作製する、該成形体の製造方法及びその製品に関するものである。本発明は、再生産可能な資源として、その活用が高く期待されている木材や竹等の植物系材料を、化学薬品等を使用することなく、簡便な装置及び工程により、三次元形状の薄肉成形体を作製することを可能とする、植物系材料の成形体の新規製造技術及びその製品を提供するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
シリンダー、該シリンダー内に挿入して材料を加圧するためのポンチ、及びコーン形状金型部から構成される複動のプレス成形手段と、これに付属する加圧手段及び加熱手段を配設した成形装置を用いた前方押出し及び圧縮成形法を適用して、該材料に圧力を加えることにより成形して成形体を製造する方法であって、
1)原材料の植物系材料を、シリンダー部及び金型の一箇所ないし複数箇所に供給し、加圧手段で該材料を直接的に加圧することにより、材料を構成する細胞間に剪断力を作用させて該細胞の位置関係を変化させて材料を変形させ、それによって、材料を金型内の所定の自由空間に移動させ、金型内の該自由空間に充填する、
2)その際に、記複動のプレス成形手段の上下に配置された金型を同じ軸上に沿って複動させて、金型の材料に間接的に圧縮力を加えて該材料を構成する細胞の変形、流動を生じさせることで繊維配向を制御する、
3)その後、金型を加圧することで材料に更に圧縮力を加えて該材料を賦形して一体化する、
4)上記1)~3)の工程により、成形過程において、シリンダー部及び金型に供給された材料が細胞レベルで乖離し、成形後に賦形されて一体化した組織から構成されていて、かつ、原材料の構成成分の熱分解が抑えられている所望の成形体とする、
ことを特徴とする成形体の製造方法。

【請求項2】
植物系材料を、単一ないし複数のバルク体として、金型内に供給する、請求項1に記載の成形体の製造方法。

【請求項3】
金型内に供給する植物系材料の配置及び/又は供給量を調整することにより、得られる成形体の繊維配向を制御する、請求項1に記載の成形体の製造方法。

【請求項4】
成形の温度、圧力、時間及び/又は原材料の含水率を調整することにより、成形体の構成成分の熱分解を抑制する、請求項1に記載の成形体の製造方法。

【請求項5】
植物系材料が、竹、又は木材である、請求項1に記載の成形体の製造方法。

【請求項6】
薄肉の三次元形状を有する成形体を作製する、請求項1に記載の成形体の製造方法。

【請求項7】
金型を冷却した後又は冷却せずに、該金型から成形体を取り出す、請求項1に記載の成形体の製造方法。

【請求項8】
請求項1~7のいずれか1項に記載された製造方法でシリンダー、該シリンダー内に挿入して材料を加圧するためのポンチ、及びコーン形状金型部から構成される複動のプレス成形手段と、これに付属する加圧手段及び加熱手段を配設した成形装置を用いた前方押出し及び圧縮成形法を適用して作製された三次元形状を有する成形体であって、
植物系材料を原料とし、植物系材料のバルク体を構成する細胞がコーン形状金型部で流動後、該金型部のコーン形状に賦形されて一体化した組織構造を有し、成形過程において、シリンダー部及び金型に供給された単一又は複数のバルク体の材料が細胞レベルで乖離し、成形後に賦形されて一体化した組織から構成されていて、かつ、該原材料の構成成分の熱分解が抑えられていることを特徴とする成形体。

【請求項9】
植物系材料が、竹、又は木材である、請求項8に記載の成形体。

【請求項10】
成形体が、薄肉の三次元形状の成形体である、請求項8に記載の成形体。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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