JP2009113375A - バイオプラスチック及びバイオプラスチック成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】木質系材料を含有し、且つ、良好な耐衝撃性及び剛性に優れるバイオプラスチックを提供する。
【解決手段】バイオプラスチックを、５０〜７０質量％の木質系材料と、合計５０〜３０質量％の樹脂材料及び耐衝撃向上剤とを混合して構成し、好ましくは、木質系材料を６０質量％とし、樹脂材料をポリプロピレンで２０〜３０質量％とし、耐衝撃向上剤をポリエチレンで２０〜１０質量％として構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、木質系材料と樹脂材料とを混合してなるバイオプラスチック及びこれを用いたバイオプラスチック成形品に関する。

例えば、配電盤は、高さ方向に長尺な垂直箱を備えており、この垂直箱内に複数のユニット室が高さ方向に並んで設けられている。各ユニット室には、電動機を制御するためのユニットが載置されるようになっており、各ユニット室の前面に、扉が回動可能に設けられている。
この扉には、扉を閉じた状態でもユニット室に載置されたユニットを操作することができるように、開口部が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２８９８３５号公報

使用するユニットの台数がユニット室の部屋数よりも少ない場合には、ユニットを収納しないユニット室の扉の開口部は、閉塞部材（成形品）で塞がれている。これは、垂直母線に達するような異物がユニット室に入らないようにするためである。

閉塞部材は、開口部の前面を塞ぐ板状の蓋部（基板部）と、蓋部の前記開口部側に位置する面から突出する係合爪部とを有して構成された樹脂の一体成形品である。そして、閉塞部材の係合爪部を開口部へ挿入させると、係合爪部の先端部が扉の開口部縁部の前面側に当接することにより開口部縁部に対して反対方向へ反れる（弾性変形する）。引き続き係合爪部を開口部へ挿入させると、係合爪部の先端部が開口部縁部の前面側から外れ、係合爪部が扉の開口部縁部の背面側に引っ掛かる構成である。

ここで、閉塞部材の材料には、安価で且つ変形し易い石油系樹脂（例えば、ＡＢＳ樹脂）が使用されている。そして、ユニットの増設等の理由により、扉に取付けた閉塞部材が不要になった場合には、閉塞部材は扉から取外されて一般的に焼却処分される。しかし、このような処理は二酸化炭素の排出量が多くなり、大気汚染等の環境負荷が大きく、問題となっている。

これに対処するため最近では、石油系樹脂の替わりに木質系材料と樹脂材料とを混合してなるバイオプラスチック（純粋の生分解性プラスチックは含まない。）を使用して、木質系材料の含有量に相当する石油系樹脂の量を減らすことが考えられており、これにより、閉塞部材を焼却処分したときの二酸化炭素の発生を少なくすることが可能になる。
このため、バイオプラスチックに含有される木質系材料の量を多くすることが望まれるが、このようにすると、閉塞部材は、硬度が増し、変形し難くなり、脆くなる。従って、閉塞部材を扉の開口部に取付けるときの、係合爪部が変形する際に、係合爪部が破損する虞がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐衝撃性及び剛性に優れるバイオプラスチック及びこれを用いたバイオプラスチック成形品を提供することである。

本発明のバイオプラスチックは、５０〜７０質量％の木質系材料と、合計５０〜３０質量％の樹脂材料及び耐衝撃向上剤とを混合してなることを特徴としている（請求項１の発明）。
本発明のバイオプラスチック成形品は、開口部が形成された基板の一方の面に位置し前記開口部を塞ぐ基板部と、前記基板部の前記開口部側に位置する面から突出する係合爪部とを備え、前記基板部及び前記係合爪部は、請求項１又は２に記載のバイオプラスチックで一体成形されていることを特徴としている（請求項３の発明）。

本発明のバイオプラスチックによれば、５０〜７０質量％の木質系材料と、合計５０〜３０質量％の樹脂材料及び耐衝撃向上剤とを混合して構成したので、木質系材料を含有しない石油系樹脂のみからなる材料に比べて、木質系材料の含有量に相当する分石油系樹脂の使用量を減らすことができて焼却処分したときの二酸化炭素の発生を少なくすることができ、且つ、耐衝撃性及び剛性に優れる、という効果を奏する。

本発明のバイオプラスチック成形品は、係合爪部が弾性変形したときに破損することを防止することができる。

以下、本発明を、配電盤の扉に適用した一実施形態を図面を参照して説明する。
図２に示すように、配電盤１は、高さ方向に長尺な垂直箱２を備えており、この垂直箱２は、水平配線処理室３、複数のユニット室４等が高さ方向に並ぶように分割されて構成され、又、上下方向に延びる垂直配線処理室５が分割されて構成されている。ユニット室４には、電動機（図示せず）を制御するためのユニット６が載置されるようになっている。

ユニット６は、前方へ突出した円柱状のダイヤル７を有しており、ダイヤル７の先端にはつまみ部８が形成されている。ダイヤル７は、遮断器用の回動式操作ダイヤルであり、つまみ部８を回動して遮断器の「ＯＮ」、「ＯＦＦ」及び「ＴＲＩＰ」の切替えが行われる。又、ユニット６のダイヤル７の隣には、電動機の制御を行うためのマルチモータリレーのスイッチキー群からなる操作部９及び電動機等の動作状態等を示す表示部１０が設けられている。

各ユニット室４の前面には、基板としての扉１１が回動可能に設けられている。扉１１は、金属製の板を加工して製作されており、図３に示すように、ユニット室４の前面に位置する扉本体１２は矩形状に形成され、図２乃至図７に示すように、扉１１の外周縁部１３は後方へ折曲げられている。又、扉本体１２の、ユニット室４に収納されるユニット６のダイヤル７に対応する部分には、ダイヤル７よりもやや大きい円環状の開口部１４が形成され、ユニット６の操作部９及び表示部１０に対応する部分には、操作部９及び表示部１０を一体に囲う矩形状の開口部１５が形成されている。そして、ユニット６がユニット室４に収納された状態で扉１１を閉じると（例えば、図２中の最下段に位置するユニット室４参照）、ユニット６のつまみ部８が扉１１の開口部１４から突出するように構成されている。尚、ユニット６の操作部９及び表示部１０は、扉１１の開口部１５から突出しない構成である。これにより、扉１１が閉じた状態でも、つまみ部８及び操作部９が可能になり、又、表示部１０を見ることができる。

扉本体１２の開口部１４の外周側には、図３に示すように、孔部１６，１６が形成されている。孔部１６，１６は、開口部１４を中心とした対称の位置に形成されている。
扉１１の開口部１４の周縁には、図２に示すように、矩形枠状の化粧枠１７が設けられている。化粧枠１７の中央部には、ダイヤル７及びつまみ部８を挿通させる孔部１８が形成されている。この化粧枠１７の、孔部１６，１６に対応する部分には、図示しない孔部が形成されており、この孔部と孔部１６，１６が一致するようにして、化粧枠１７が扉本体１２にねじ１９，１９で取付けられている。尚、図示はしないが、化粧枠１７の孔部１８の周囲には、つまみ部８の停止位置に対応して「ＯＮ」、「ＴＲＩＰ」、「ＯＦＦ」及び「ＲＥＳＥＴ」等の表示が付されている。

ここで、ユニット６を収納しないユニット室４の扉１１（例えば、図２中のユニット室４のうちの上段から４段目〜６段目参照）には、扉１１の開口部１４及び開口部１５を塞ぐ閉塞部材２１及び２２が取付けられている。

閉塞部材２１は、図４乃至図７に示すように、扉１１の前面に位置し扉１１の開口部１４及び孔部１６，１６を塞ぐ矩形板状の蓋部２３と、この蓋部２３の前記開口部１４側に位置する面から当該開口部１４を通って後方へ突出する係合爪部２４とを備えて構成されている。係合爪部２４は、扉１１の開口部縁部１４ａのうちの複数個所、例えば扉１１の中心を通る水平線上の２箇所に形成されている。各係合爪部２４は、先端が尖った形状をなしており、この先端部に、先端に向かうに連れて開口部１４の内周側に近づく傾斜面２４ａを有している。

又、蓋部２３の孔部１６（開口部１４）側に位置する面の、孔部１６，１６に対応する部位には、孔部１６，１６を通って後方へ突出する位置決め凸部２５，２５が形成されている。この位置決め凸部２５，２５は、スリットを有して縮径可能であり、扉１１の孔部１６，１６に圧入状態で挿入される。

閉塞部材２２は、扉１１の前面に位置し扉１１の開口部１５を塞ぐ矩形板状の蓋部２６と、この蓋部２６の前記開口部１５側に位置する面から当該開口部１５を通って後方へ突出する係合爪部、例えば係合爪部２７とを備えて構成されている。係合爪部２７は、扉１１の開口部１５の上下左右の辺の各中央の計４箇所に形成されている。各係合爪部２７は、先端が尖った形状をなしており、この先端部に、先端に向かうに連れて開口部１５の内周側に近づく傾斜面２７ａを有している。
尚、本実施形態では、閉塞部材２１，２２が後述するバイオプラスチックで一体に成形されたバイオプラスチック成形品であり、蓋部２３，２６が基板部となる。

次に、閉塞部材２１，２２を扉１１に取付ける構成を図６及び図７を参照して説明する。
まず、閉塞部材２１を扉１１の開口部１４に取付ける構成に説明する。閉塞部材２１の位置決め凸部２５，２５を扉１１の孔部１６，１６に合わせながら閉塞部材２１の係合爪部２４を開口部１４へ挿入させると、係合爪部２４は、先端部に形成された傾斜面２４ａが開口部縁部１４ａの前面側に当接することにより開口部縁部１４ａに対して反対方向へ反れる（弾性変形する）。引き続き係合爪部２４を開口部１４へ挿入させると、傾斜面２４ａが開口部縁部１４ａの前面側から外れ、係合爪部２４は扉１１の開口部縁部１４ａの背面側に引っ掛かり、以って、閉塞部材２１が扉１１の開口部１４に取付けられる。

次に、閉塞部材２２を扉１１の開口部１５に取付ける構成に説明する。閉塞部材２２の各係合爪部２７と開口部縁部１５ａとが合致するように係合爪部２７を開口部１５へ挿入させると、係合爪部２７は、先端部に形成された傾斜面２７ａが開口部縁部１５ａの前面側に当接することにより開口部縁部１５ａに対して反対方向へ反れる（弾性変形する）。引き続き係合爪部２７を開口部１５へ挿入させると、傾斜面２７ａが開口部縁部１５ａの前面側から外れ、係合爪部２７は扉１１の開口部縁部１５ａの背面側に引っ掛かり、以って、閉塞部材２２が扉１１の開口部１５に取付けられる。

ここで、閉塞部材２１，２２は、木質系材料と樹脂材料とを混合してなるバイオプラスチックで成形されている。
木質系材料としては、木粉、木質繊維、木材小片、植物繊維、その他のセルロースやリグニンを主成分とするリグノセルロース材料、セルロース粉末やパルプを粉砕したもの等があり、本実施形態では、木粉を使用している。

樹脂材料としては、ポリオレフィン系樹脂があり、本実施形態では、ポリプロピレンを使用している。
耐衝撃向上剤としては、ポリエチレン、例えば直鎖状低密度ポリエチレンを使用している。
そして、上記木質系材料、樹脂材料及び耐衝撃向上剤を、図示しない混練機を用い、高温、例えば１６０℃〜１８０℃で、１０秒〜３０分間加熱混練（混合）し、射出成形して、バイオプラスチックからなる閉塞部材２１，２２が製造される。

さて、本発明者らは、上記のようにして製造されるバイオプラスチックの耐衝撃性、割れ易さ及び剛性を確認するために、図１に示す組成成分の実験例１〜５及び比較例の試料を得た。尚、木質系材料は、下記に示すように（環境に優しくするために）、できるだけ多く含ませたい要望がある。従って、バイオプラスチックとしては全体の割合のうち５０質量％以上を木質系材料で占めることが良い。しかしながら、木質系材料の割合が７０質量％を超えると、流動性が悪くなり、射出成形等で成形することができなくなる。従って、５０〜７０質量％の木質系材料と、合計５０〜３０質量％の樹脂材料及び耐衝撃向上剤とを混合してなることが好ましい。更には、６０質量％の木質系材料と、合計４０質量％の樹脂材料及び耐衝撃向上剤とを混合してなるものがより好ましい。尚、下記の実験では、木質系材料を６０質量％で行った。

以上のようにして形成した各試料について、まず耐衝撃性を測定した。耐衝撃性は、「ＪＩＳ Ｋ７１１１」に記載のシャルピー衝撃試験法に従い、シャルピー衝撃値を測定した。シャルピー衝撃値とは、試料の破壊に要したエネルギーを、試料の破壊前の断面積で割って求めた値であり、この値が高いほど靭性が良く、破壊され難い。図１では、比較例の試料のシャルピー衝撃値に対する各実験例１〜５のシャルピー衝撃値を相対的に評価した。即ち、各実験例１〜５のシャルピー衝撃値を比較例の試料のシャルピー衝撃値を１００％としたときの変化率（％）で示した。尚、実験例１〜５及び比較例の試料は、所定の大きさに切断した試験片を用い、この試験片にノッチを形成させた場合とノッチを形成させない場合との２種類で耐衝撃性の確認を行った。尚、本実験では、試験片は、長さ８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ４ｍｍに設定している。

又、図１に示す組成成分で実際の成形品（閉塞部材２１，２２）を成形し、これらの成形品を扉１１に取付けたときの成形品の係合爪部２４，２７の割れ難さの確認を行った。図１には、成形品を扉１１に取付ける際に、係合爪部２４，２７が割れなかったものを「○」で示し、割れたものを「×」で示している。

更に、図１に示す組成成分で実際の成形品（閉塞部材２１，２２）を成形し、これらの成形品を、閉塞部材２１，２２が実際に使用される使用環境温度より高い温度、例えば本試験では７０℃に加熱して、扉１１に取付けたときの成形品の剛性（曲がり難さ、変形のし難さ）の確認を行った。図１には、成形品を扉１１に取付ける際に、成形品全体が変形しなかったとき（剛性に優れるとき）を「○」で示し、変形したときを「×」で示している。

シャルピー衝撃試験の結果から、まず、耐衝撃向上剤を５〜２５質量％含む実験例１〜５は、耐衝撃向上剤を含有しない比較例の試料に比べて変化率が高くなり、耐衝撃性、即ち靱性に優れていることが理解できる。尚、ノッチの有り及び無しの２種類の実験とも、同様の靱性の特性が見られ、再現性があると判断できる。

成形品を扉１１に取付けたときの成形品の係合爪部２４，２７の割れ易さの確認の結果から、樹脂材料を１５〜３０質量％含み、耐衝撃向上剤を２５〜１０質量％含む実験例２〜５の成形品は、扉１１に取付ける際に割れなかったので、実用的であることが理解できる。

成形品を７０℃に加熱して、成形品を扉１１に取付けたときの剛性の確認の結果から、樹脂材料を２０質量％以上含み、耐衝撃向上剤の含有量が２０質量％以下である実験例１〜４及び比較例の試料は、扉１１に取付ける際に変形しなかったので、実用的であることが理解できる。

上記構成よれば、バイオプラスチックを、５０〜７０質量％の木質系材料と、合計５０〜３０質量％の樹脂材料及び耐衝撃向上剤とを混合して構成すると、木質系材料を含有しない石油系樹脂のみからなる材料に比べて、木質系材料の含有量に相当する分石油系樹脂の使用量を減らすことができ、且つ、耐衝撃性及び剛性を得ることができる。特に、木質系材料を６０質量％とし、樹脂材料はポリプロピレンで２０〜３０質量％とし、耐衝撃向上剤はポリエチレンで２０〜１０質量％としてなるバイオプラスチックは、より優れた耐衝撃性及び剛性を奏し、実用的である。

閉塞部材２１，２２は、蓋部２３，２６及び係合爪部２４，２７とを有した構成であるので、蓋部２３，２６で扉１１に形成された開口部１４，１５を塞ぐことができ、係合爪部２４，２７で閉塞部材２１，２２を扉１１に保持させることができる。そして、閉塞部材２１，２２を、上記のバイオプラスチックで構成したので、耐衝撃性及び剛性に優れたものを得ることができ、係合爪部２４，２７が弾性変形時に破損することを極力防止することができる。
蓋部２３の扉１１側に位置する面の孔部１６，１６に対応する部位に、位置決め凸部２５，２５を形成したので、位置決め凸部２５，２５と孔部１６，１６を合わせることにより、扉１１と閉塞部材２１との位置決めが容易にできる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されず、次のような変形、拡張が可能である。
閉塞部材２１は、閉塞部材２２と繋がった形状にしても良い。
本実施形態では、配電盤の扉に適用して説明したが、開口部が形成された基板に閉塞部材を設ける構成であれば、本発明を適用することができる。又、基板の材料は金属製以外にも適用できる。
その他、上記した構成部品の数、形状及び位置等について、適宜変更することができる。

本発明の一実施形態を示すバイオプラスチックの組成成分と材料特性の関係を示す図 配電盤の斜視図 扉の正面図 閉塞部材を扉に取付けた状態を示す正面図 図４中の扉と閉塞部材を、扉の中心を通る水平線を軸にして１８０度回転させた図 図４中のＡ−Ａ線に沿う断面図 閉塞部材を扉に取付ける前の状態を示す図

符号の説明

図面中、１は配電盤、１１は扉（基板）、１４及び１５は開口部、１４ａ及び１５ａは開口部縁部、２１及び２２は閉塞部材、２３及び２６は蓋部（基板部）、２４及び２７は係合爪部を示す。

Claims (4)

1. ５０〜７０質量％の木質系材料と、合計５０〜３０質量％の樹脂材料及び耐衝撃向上剤とを混合してなることを特徴とするバイオプラスチック。
2. 木質系材料は６０質量％とし、樹脂材料はポリプロピレンで２０〜３０質量％とし、耐衝撃向上剤はポリエチレンで２０〜１０質量％としたことを特徴とする請求項１に記載のバイオプラスチック。
3. 開口部が形成された基板の一方の面に位置し前記開口部を塞ぐ基板部と、前記基板部の前記開口部側に位置する面から突出する係合爪部とを備え、
   前記基板部及び前記係合爪部は、請求項１又は２に記載のバイオプラスチックで一体成形されていることを特徴とするバイオプラスチック成形品。
4. 基板は、配電盤の扉であることを特徴とする請求項３に記載のバイオプラスチック成形品。

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