JP4303217B2 - 木質合成板建材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、建築物のデッキ、テラス、フェンス、手摺り、柱、ベンチなどに使用される建築資材のうち、特に、建築廃材などの木粉と熱可塑性樹脂との混合材を原料として成形される木質合成板建材の製造方法に関するものである。

従来における建築資材としては、木材が一般的に使用されていたが、最近では、建築木材等を利用した木粉と熱可塑性樹脂とを混合して成形した建築用の木質合成板建材が知られるようになり、デッキ、フェンス、内装パネル、外壁化粧材などの各種建築資材および各種家具類の材料などに使用されるようになっている。（例えば、特許文献１参照）

また、この種の木質合成板建材のうち、デッキ材などでは所定の強度を発揮できるように断面の肉厚を大きくする必要があるが、断面を中実のまま押出し成形すると、成形しにくいこと、材料を余分に必要とすること、重量が大きくなってコストが高くなること、などの理由から、断面内に板の長さ方向に沿った中空の空洞部を設けることが行われている。（例えば、特許文献３参照）

特開２００２−１８７１１６号公報 特開平９−２１６５００号公報 特開２００３−３６６０号公報

上記の特許文献１，２に記載された木質合成板建材は、いずれも、いかにすれば天然木に近い木目模と色調とが再現された、木質感のある木質合成板を成形できるか、という点に目的があるため、製造工程としては、木材と熱可塑性合成樹脂との合成材を、表面が平坦なまま押出し成形したのち、この成形品の表面をサンディングによって研削処理し、これによって合成材に木質感のある表面が形成できるような粗面としてから、次の工程で木目模様を印刷し、最後に塗料により上塗りするという工程を経ることになる。

そのため、木目模様を印刷により表現しようとする点で、製造工程が複雑でコスト高となり、また、印刷や塗料の耐久性、耐水性が優れない等、本願発明が目的とするデッキ材のような外装材としては、不向きであるという問題を有している。

また、従来におけるこの種の木質合成板建材では、経済性を目的として、原料樹脂に容器包装リサイクル法に規定されているような、廃棄処理された熱可塑性合成樹脂を使用することが知られているが、この種の原料樹脂は種々雑多な種類が混合しているために、このリサイクル樹脂を主原料として５０％近くも大量に使用すると、成形された製品の表面に完全に溶解されずに残存した未処理細片が表出して、良質な製品が得られにくく、かつ、未処理細片が溶解したとしても温度条件等が異なるために成形性を悪くするという問題を有している。そのため、この種のリサイクル樹脂は、配合される樹脂４０〜６０重量％の半分程度を補う添加材としてしか使用できないという問題があった。

さらに、特許文献３の木質合成板建材のように、断面内に板の長さ方向に沿った中空の空洞部を設ける建材では、できる限り素材の量を節約する目的から、中空状空洞部のスペースを大きくする傾向があるが、十分な配慮もなく空洞部のスペースを大きくすると、空洞部のスペースを大きくした部分と大きくしない部分とでは、断面各部分の肉厚に対する温度低下に伴う熱収縮が均等に得られず、これによって、スペースの大きい板厚部分の板表面に熱収縮による凹み変形が発生し、均一な品質の製品を製造できないという問題を有している。

本発明は、従来におけるこの種の木質合成板建材の問題点を解消するために、合成板建材の表面に木目模様を印刷処理したり塗料を塗布することなく、また、原料としてリサイクルされた再生プラスチックを全体の５０重量％近く使用しても、表出する細片が著しい色違いや未溶解の状態のまま表れて目立つようなことがなく、表面に明快な木質状の筋目が形成された木質感のある木質建材を能率的に製造でき、かつ、断面内に板の長さ方向に沿って設けられる空洞状の中空部を、断面全体にわたって各部分の押出し圧力と熱収縮が均等に得られるような形状とすることにより、板面に熱収縮による凹み変形が発生しないようにした木質合成板建材の製造方法を提供するものである。

本発明はそのための具体的手段として、熱可塑性合成樹脂と木粉の混合材を押出し成形して得た基板からなる木質合成板建材の製造方法であり、基板の成形に際して、基板の断面に、基板の側面と平行な向きの複数個の縦孔状中空部が所定間隔毎に基板の長さ方向に沿って貫通するように設けられおり、前記中空部は、横幅の間隔と、中空部上下両端と基板の上下両面の間のそれぞれの肉厚部の厚さと、両側に設けられる隔壁の厚さとが、いずれも基板の板厚の１０％から３０％の範囲内に設けられていて、かつ、中空部のうちの幾つかは、隣接する中空部間の隔壁に水平方向に切欠いた横孔が設けられている。

一方、基板の表面には、基板の長さ方向に沿って、高さ、深さおよび幅寸法が互いに不規則な、多数の凸条を有する波形面が設けられていて、成形された基板の表面に、研削装置により前記凸条の表面に対する押圧力を調整しつつ凸条の頂部を切削することで、各凸条頂部の切削された面における木粉の色と原料樹脂の色との混合した色調と、切削力を受けにくい凹溝谷部に露呈する原料樹脂層の豊かな色調とが対照的に表されていることを特徴としている。

熱可塑性合成樹脂と木粉との混合材を押出し成形する際には、成形の過程で基板の表面に熱収縮などの原因により凹みが生することがあるが、このような凹みの発生に伴う影響をを抑制するため、凹みが発生する部分には、予め凸条の頂部の高さ位置が大きめに設けられるように成形しておき、成形後に予め高めに設けておいた凸条の頂部をブラッシング装置などにより切削することで、基板の表面を木質感のある均一な平面に調整することが好ましい。

基板の断面に設けられる複数個の貫通中空部は、基板の長さ方向に沿って、間隔をおいて平行に貫通するように配列された縦長のＩ形孔と、隣接する一対のＩ形孔の中間部を横孔により水平に連結したＨ形孔との組合わせから構成されることが好ましい。

また、基板は、長さ方向に沿った両側面に、固定金具を介して根太などに係合するための凹溝が設けられている形状のものと、基板の長さ方向に沿った両側面に凹溝が設けられずに、平坦な面となっている形状のものとを用意することが好ましい。

原料樹脂は、主原料として、リサイクル処理された再生プラスチック４０〜６０重量％および木粉３０〜５９重量％、副原料として相溶化剤、成型性改良剤、顔料を１〜１０重量％使用することで構成することが好ましい。

この発明に係る木質合成板建材では、従来より知られる表面に木目模様を印刷するような比較的板厚の薄い木質合成板ではなく、例えばデッキ材などのようなエクステリア材であって、強度の要求される板厚の大きい木質合成板を、木粉と熱可塑性合成樹脂との混合材により成形するものであるが、成形される基板は、長さ方向に沿った断面内に、形状の均一化された複数個の中空部が配置されるように設けられるので、板厚の大きい木質合成板でも、比較的早い成形速度で能率的に押出し成形することができ、しかも強度があって軽量な基板を成形することができる。

また、この木質合成板建材は、木粉と熱可塑性合成樹脂との混合材を押出し成形する際に、基板の表面に、高さ、深さおよび幅寸法が互いに不規則な、多数の凸条を有する波形面を設け、成形後に、この凸条の頂部を研削装置により切削するので、波形面に、各凸条頂部の切削された面における木粉の色と原料樹脂の色が混合した色調と、切削力を受けにくい凹溝谷部に露呈する原料樹脂層の豊かな色調とが対照的に表されて、不規則な縞模様による木質感のある合成板建材とすることができる。

本発明の木質合成板建材は、主原料として再生プラスチックを全体の５０％近く使用するので、成形された製品の表面の一部に完全に溶解されずに残存した未処理の細片が表出することがあるとしても、製品の表面に高さ、深さ、幅寸法の不規則な凸条と凹溝とによる波形面が形成され、さらに、この波形面における凸条の頂部がブラッシング装置により切削されることで、基板の表面に自然な感じの木質感のある縞模様の筋目を形成することができるので、残存した未処理の細片は、この多様に変化した木質感のある縞模様の筋目の中に溶け込まれて、表面的に違和感のない建材とすることができる。

さらに、この発明の木質合成板建材では、基板が軽量化され、かつ、成形が能率的に行えるようにするために、基板の長さ方向に沿った断面内に設けられる中空部を、該中空部の横幅間隔と、中空部上下両端と基板の上下両面の間のそれぞれの肉厚部の厚さと、両側に設けられる隔壁の厚さとが、いずれも基板の板厚さの１０％から３０％の範囲内に設けられるＩ形孔と、このＩ形孔を基本形パターンとするＨ形孔としたので、基板の断面内に中空部を成形する際の断面全体に対する樹脂材料の押出し圧力と熱収縮とを均一化してバランスのとれた形状とすることができる。

上記のように、中空部は、基板が軽量化され、かつ、成形が能率的に行えるようにするために、縦長のＩ形孔だけでなく、これらのＩ形孔を横孔により連結したＨ形孔を設けて軽量化を図るが、このＨ形孔が設けられる部分は、中空となるスペースがＩ形孔の部分に比較して大きくなることで、成形品の表面に肉厚部樹脂が冷却することに伴う収縮により凹みが発生する。

このような問題に対し、本発明の木質合成板建材では、Ｈ形孔のような大きなスペースが設けられた肉厚部が収縮することで、基板の表面に凹みが生ずることを抑制するために、凹みが発生すると予測される部分に、予め凸条の高さ位置を大きめに設けておき、成形後にこの部分の凸条の頂部をブラッシング装置などにより切削することで、基板の表面に生じる凹みを修正し、かつ、凸条頂部を切削することで木質感のある均一な平面に調整することができる。

本発明の木質合成板建材の成形に際しては、基板の断面に設けられる複数個の中空部が、間隔をおいて基板の長さ方向に沿って平行に貫通するように配列された縦長のＩ形孔と、隣接する一対のＩ形孔の中間部を横孔により水平に連結したＨ形孔とを組合わせて構成することが好ましい。また、基板の表面には、基板の長さ方向に沿って、高さ、深さおよび幅寸法の不規則な、多数の凸条を有する波形面を設けて、その後ブラッシング装置により、この凸条の頂部を切削し、各凸条頂部の切削された面における木粉の色と原料樹脂の色との混合した色調と、あまり切削されない凹条谷部に露呈された原料樹脂層の豊かな色調とが、対照的に表現されるようにすることが好ましい。

次に、本発明に係る木質合成板建材の製造方法を、デッキ材について実施した例について説明すると、このデッキ材は、主原料として容器包装リサイクル法に規定されているポリエチレン、ポリプロピレン等のようなプラスチック製容器包材を処理して得た再生熱可塑性合成樹脂２を５１重量％、建築廃材などを２００〜３００μｍ程に粉砕した木粉３を４１重量％、これに副原料としてカルシュウムステイン、ポリエチレンワックス、炭カル、流動パラフィン、グリセリン等の相溶化剤及び成型性改良剤と、それに顔料の合計８重量％の割合で混合した原料を押出し成形し、基板１を成形する。

成形に際しては、基板１の断面に、複数個の中空部４が、間隔をおいて基板１の長さ方向に沿って平行に貫通するように配列形成されるとともに、基板１の表面には、図１および図３に示すように、基板１の長さ方向に沿って、高さＴ、深さＤおよび幅Ｗが互いに不規則な、多数の凸条６とその間の凹溝５とを有する波形面を成形する。

基板１の断面に設けられる複数個の貫通中空部４は、基板１の長さ方向に沿って、間隔をおいて平行に貫通するように配列された縦長のＩ形孔７と、隣接する一対のＩ形孔７，７の中間部を横孔９により互いに水平に連結したＨ形孔８との組合わせから基本的に構成されている。

このＨ形孔８は、基板１の強度を低下することなく、適切な軽量化を図ることができ、かつ、成形を能率的に行えるという利点を有するので、図１に示す基板１の板幅Ｙが大きい場合には多く設けられるように、Ｉ形孔７の数とのバランスを考慮して配列される。

中空部４は、図３に示すように、横幅Ｒ１の間隔と、中空部上下両端４ａと基板１の上下両面（図３の鎖線Ｌ）の間の幅Ｒ２で示す肉厚部Ｅの厚さと、それぞれの中空部４の間の幅Ｒ３で示す隔壁Ｆの厚さとが、いずれも基板１の板厚Ｋの１０％から３０％の範囲内に設けられており、また、この中空部４のうちの幾つかは、互いに隣接するＩ形孔７，７間の隔壁Ｆに、水平方向に切欠いた横孔９を設けることで連通されるように構成されている。なお、この横孔９の厚さＲ４は中空部４の横幅Ｒ１と同じ大きさとすることが好ましい。

上記のように、基板１の断面に設けられる中空部４をＩ形孔７とＨ形孔８とにより構成した場合には、図６に示したように、下方の根太材１６等に基板１を固定するべく、基板１の表面から裏面方向に向けて取付けネジ１２を挿通する際に、ネジ１２がＩ形孔７内を貫通するように挿入すれば、板面に対してネジ１２を楽に挿通できるとともに、Ｉ形孔よりも幅の広い空間内にネジを挿着する場合に比較して、基板の強度を損なうことなく、かつ、有効に締め付けることができる。このような利点は、Ｉ形孔のみならず、Ｈ形孔８の場合でも、このＨ形孔８を形成するいずれか一方のＩ形孔に、ネジ１２を挿通すればよいので同様に得られる。

また、図１に示すように、基板１の両側面１ａには、この基板１を、図示しない下面の根太材等に固定金具１０により固定する際に、この固定金具１０を係止するための接合溝１１が基板１の長さ方向に沿って設けられている。このデッキ材の実施例の場合、接合溝１１は、一個のＩ形孔７と基板の側面１ａとの間に設けられた横孔９とにより構成される。

一方、基板１は、上記デッキ材とは別の用途のもの、例えば、図７に示すような柱部材などに使用するためのものとして、基板１の長さ方向に沿った両側面あるいは片面に接合溝１１を設けずに、基板１の表面に設けられる多数の凹溝５および凸条６を有するような平坦な面１３としてもよい。

図２に示すように、木粉３を混入した原料樹脂２は、金型１７内で押出し力を受けて流動する際に、内部に木粉３が分散された状態で流動するので、木粉３を移動するための力を抵抗力として受けるが、金型１７の内面と接する成形物の表面部分では、樹脂２が金型１７と接触することで流れ易くなるため、成形物としての基板１の表面部分には、成形物の内部に比較して、木粉３の含有量の少ないリッチな樹脂層２ａが形成される。

また、樹脂２と木粉３の混合材を金型１７から押し出す際には、図３に示すように、基板１の表裏両面に、基板１の長さ方向に沿って、高さＴ、深さＤおよび幅Ｗの不規則な、多数の凹条５とその間の凸溝６が成形されるように押出す。
なお、基板１の表裏両面に設けられる凹溝５および凸条６の大きさは、実際には図１に示されたような大きさであり、図３は、凹溝５および凸条６の形状の違いを理解し易いように、拡大して表している。

一方、前に述べたように、このデッキ材では、成形が能率的に行えるようにするため、基板１の断面内に縦長のＩ形孔７やＨ形孔８のような中空部４を設けて軽量化を図るが、図４に示すように、Ｈ形孔８のような中空部４は、中空となる横幅間隔ＣのスペースがＩ形孔７の場合に比較して大きいので、基板１の表面に肉厚部樹脂が冷却することに伴う収縮により凹みが発生することがある。

上記のように、基板１の断面内にＩ形孔７やＨ形孔８などの中空部４を設けると、成形の過程で、基板１の表面に図４に示すような熱収縮の原因により凹み１４を生ずることがあるが、このような凹みの発生を抑制するため、本発明は、図３に示すように、凹み１４が発生する部分における凸条６の高さＴを、隣接する凸条６よりも高めに設けられるようにしておき、後にワイヤブラシロール等の研削装置による表面処理を行う。

この時の研削装置による表面処理は、基板表面の波形面における全ての凸条６の頂部に対して行われることが好ましいが、凹み１４の発生を予測して予め凸条６の高さＴを高めに設けておいた部分では、押圧力を強くするなど調整して、この部分の頂部の高さを他の凸条部分の頂部と同じ高さレベルになるように加工する。

その結果、図５に示すように、凸条６の頂部は木粉３が多量に露出した原料樹脂層２ｃの比較的明るい色調と、また、凸条頂部の両肩部、つまり凸条６と凹条５の中間の傾斜部６ａでは、削り量が十分でないために木粉３が見えたり見えないような樹脂層２ｂの中間的な明るさの色調と、さらに、凹条５の谷部では、切削力が及ばないために、木粉３の露出が見られない樹脂層２ａの濃度のある色調とが、対照的に表されることになり、基板１の表面を木質感のある均一な平面とする。

上記のそれぞれ異なる色調のうち、樹脂が多く削り取られ凸条６の頂部は、削り取られることによって、木粉３が露出した光の反射率の少ない樹脂層２ｃとなり、凸条６と凹条５の間の傾斜部６ａでは、光の反射率が前記の樹脂層２ｃよりも大きく、色調も明るい樹脂層２ｂとなり、また、凹溝５の谷部では、図２に示したようなリッチな樹脂がそのまま残されるて、光の反射率も大きく色合いも豊かな樹脂層２ａを形成することができる。

基板１の断面内に中空部４を設けることによって、基板１の表面に収縮による凹み１４を生ずることがあるので、このような凹み１４が発生する部分には、予め凸条６の高さＴを高めに設けておけば、後に研削装置により基板１の表面を押圧力を調整しつつ、凸条６の頂部およびその両肩部が削られるように切削することによって、木質感の富んだ木質合成板建材を得ることができる。

この発明の木質合成板建材では、成形された基板に後の工程で、木目模様を印刷したり、塗料により上塗り処理を施す必要がないので、従来のこの種のデッキ構造に比較してはるかに経済的で、利用可能性の高いものである。

本発明の木質合成板建材をデッキ材に実施した構成を示す斜視図。 この木質合成板建材の成形直後の断面形状を示す部分拡大断面図。 この木質合成板建材の構成を示す部分拡大断面図。 成形後に発生する凹みなどの現象を説明する部分拡大断面図。 基板の表面を研削処理した後の部分拡大断面図。 基板の固定手段として、基板中空部にネジを挿着する状態の断面図。 側面に接合溝を有しない基板の使用例を示す斜視図。

符号の説明

１：基板、
２：熱可塑性合成樹脂、
２ａ，２ｂ，２ｃ：樹脂層、
３：木粉、
４：中空部、
５：凹溝、
６：凸条、
６ａ：傾斜部、
７：Ｉ形孔、
８：Ｈ形孔、
９：横孔、
１０：固定金具、
１１：接合溝、
１２：ネジ、
１３：平坦面、
１４：凹み、
１６：根太材、
１７：金型

Claims (3)

1. 熱可塑性合成樹脂と木粉の混合材を押出し成形して得た基板からなる木質合成板建材の製造方法であり、
   基板の成形に際して、基板の断面に、基板の側面と平行な向きの複数個の縦孔状中空部が所定間隔毎に基板の長さ方向に沿って貫通するように設けられており、
   前記中空部は、横幅の間隔と、中空部上下両端と基板の上下両面の間のそれぞれの肉厚部の厚さと、両側に設けられる隔壁の厚さとが、いずれも基板の板厚の１０％から３０％の範囲内に設けられていて、
   かつ、中空部のうちの幾つかは、隣接する中空部間の隔壁に水平方向に切欠いた横孔が設けられており、
   基板の表面には、基板の長さ方向に沿って、高さ、深さおよび幅寸法が互いに不規則な、多数の凸条を有する波形面が設けられていて、
   成形された基板の表面に、研削装置により前記凸条の表面に対する押圧力を調整しつつ凸条の頂部を切削することで、各凸条頂部の切削された面における木粉の色と原料樹脂の色との混合した色調と、切削力を受けにくい凹溝谷部に露呈する原料樹脂層の色調とが対照的に表されていることを特徴とする木質合成板建材の製造方法。
2. 基板の断面に設けられる複数個の貫通する中空部が、基板の長さ方向に沿って間隔をおいて平行に配列された縦長のＩ形孔と、隣接する一対のＩ形孔の中間部隔壁を横孔により水平に連結したＨ形孔との組合わせから構成される請求項１の木質合成板建材の製造方法。
3. 主原料として、リサイクル処理された再生プラスチック４０〜６０重量％および木粉３０〜５９重量％、副原料として相溶化剤、成型性改良剤、顔料を１〜１０重量％使用する請求項１の木質合成板建材の製造方法。

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