JP5140280B2 - 機能性材料 - Google Patents
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このような機能性材料は、抗菌剤や防カビ剤などの機能剤を、樹脂製の材料等では、材料自体に混合して成型が行われたり、あるいは種々の基材や建築材料に表面処理として、機能剤を含有した塗料を塗装したりすることにより、機能性が付与されていた。
前者のように、材料自体に機能剤を混合する処理では、機能剤が表面部に一部しか露出せず、材料内部に混合された機能剤の性能の発揮がなされず、混合した機能剤に無駄が生じ、コスト高となる問題があった。
後者の基材や建築材料の表面に機能剤を含有した塗料を塗装する表面処理では、建築材料の表面へ直接塗装するため、含有した機能剤の性能が十分に発揮されるものではあるが、建築材料の表面の一部のみに機能性を付与したい場合にも、一部への塗装では、建築材料表面の色調等が崩れ、意匠性に乏しくなるため、建築材料表面の全面に塗装する必要があり、コスト高となる問題があった。
このものは、熱可塑性樹脂シート、印刷層、接着層、エチレンービニルアルコール共重合体(EVOH)フィルムをこの順に積層して、表面層となる該EVOHフィルム表面に、エンボス加工を施してエンボス模様を形成し、該エンボス模様の凹部に、ワイピング加工により、抗菌剤を添加したインキを充填して、化粧シートに抗菌性を付与したものである。
さらに、基材の表面に塗装や化粧シートを貼着する必要がない場合でも、機能剤が含有された塗料の塗装や、機能剤が混合された化粧シートを貼着する必要がありコスト高となる問題があった。
また、本発明の機能性材料は、形成された微細穴に、機能剤含有溶液をインクジェット塗装噴射装置により充填して、表面処理されているので、機能剤が基材内部にも混合されたものやワイピング加工等により機能性が付与されたものに比し、機能剤含有溶液に無駄が生じず、低コストとなる。
さらに、機能剤含有溶液をインクジェット塗装噴射装置により噴出する構成としているので、制御が容易であり、建築材料の所望の部位に機能性を付与することができる。すなわち、機能性を付与したい部位に、微細穴を形成して、該微細穴に機能剤含有溶液を充填することができるので、機能性を付与する必要がある箇所のみに限定して機能性を付与することができ、低コストなものとなる。
さらにまた、建築材料の表面部に形成した微細穴に、機能剤含有溶液を充填する構成としているので、種々の機能剤が有するそれぞれの性能を、長期に亘って持続させることができる。
特に、前記したように、インクジェット塗装噴射装置により、機能剤含有溶液を充填して表面処理がなされるので、機能剤含有溶液の充填箇所を、細かく制御することが可能である。例えば、形成した複数の微細穴に、異なる性能を有する機能剤を含有した機能剤含有溶液を、交互に充填することも可能であり、施工箇所に応じて複数の機能性を付与した機能性材料とすることもできる。
特に、前記したように、インクジェット塗装噴射装置により、機能剤含有溶液を充填して表面処理がなされるので、例えば、微細穴を密に形成することで、複雑かつ細かい模様などを印刷することも可能となる。
また、着色剤を、建築材料の表面部と同色のものとすれば、前記機能剤含有溶液が、前記微細穴に充填されても、外観が損なわれることがない。
図1乃至図3は、本発明に係る機能性材料の実施形態の一例を示し、図1(a)は、同実施形態に係る機能性材料の形成工程の一工程を示す概略断面図、(b)は、機能性材料の一例を示す概略断面図、図2は、同実施形態に係る機能性材料の形成工程を説明するための概略平面図、図3(a)、(b)、(c)は、同実施形態に係る機能性材料の形成工程の他の工程をそれぞれ示す概略断面図である。
建築材料11として、本実施形態では、板状に形成された無垢の木材11を用いているが、大きさや種類は特に限定されず、建築物の内装建材、外装建材として従来から汎用されている、例えば、他の木質系材料、樹脂材料、窯業系材料などにも本実施形態の適用が可能である。
他の木質系材料としては、少なくとも表面層が木質系であれば良く、集成材、合板、パーティクルボード、木質繊維板等にも適用が可能である。あるいはこれらを基材として、または樹脂製のものを基材として、その表面に、木質単板などの化粧層を貼着したもの等にも適用可能である。
また、樹脂材料としては、少なくとも表面層が樹脂系であれば良く、プラスチック等の合成樹脂、あるいは、集成材、合板、パーティクルボード、木質繊維板などに樹脂製シートの化粧層を貼着したもの、樹脂製の化粧コーティングを施したもの等にも適用可能である。
さらに、窯業系材料としては、外壁や屋根等に用いられる、レンガ、瓦、セラミックスや、セメントを主成分として補強繊維や無機質充填材を含有したセメント系の窯業系材料等にも適用可能である。
また、形状も図例のような板状のものに限られず、角柱状、円柱状、円錐状等の様々な形状の建築材料にも適用可能である。
さらに、機能性材料10が用いられる施工箇所としては、内装及び外装に使用可能であり、例えば、扉、床、階段、框、柱、手摺り、棚、キッチンパネル、天井、各種家具のキャビネットや天板、内壁、外壁、屋根等に好適である。
基台20は、建築材料11の形状や大きさに合わせて形成されており、搬送ラインの一部をなし、後記するように機能性材料10が形成されると、例えば、ベルトコンベアなどの搬送手段(不図示)により、機能性材料10が次工程に向けて搬送される構成としている。
ニードルヘッド案内棹22は、基台20を挟んで装置本体21aに対して対向配置された案内棹支持部24と、装置本体21aとにより支持されている。
ニードルヘッド23は、ニードルヘッド案内棹22に沿って、白抜矢印X方向(建築材料11の幅方向)に移動可能に構成されており、裏面には、建築材料11に向けて上下に突出駆動する複数のニードル23a(図3(b)参照)を有している。
ニードル23aは、尖頭に形成され、例えば、後記する微細穴11bの直径が20μm〜2mm程度となるように形成されており、本実施形態では、図3(b)に示すように、白抜矢印X方向に沿って一列に4本のニードル23aが配設されている。
ノズルヘッド案内棹26は、基台20を挟んで装置本体25aに対して対向配置された案内棹支持部28と、装置本体25aとにより支持されている。
ノズルヘッド27は、ノズルヘッド案内棹26に沿って、白抜矢印X方向に移動可能に構成されており、裏面には、後記する機能剤含有溶液12aを噴出する複数の噴出ノズル27a(図1(a)参照)を有している。
噴出ノズル27aの噴出口の口径は、微細穴11bの直径に応じて適宜選択可能であるが、5μm〜500μm程度が好ましく、あるいは、後記する機能剤含有溶液12aが噴出されて着弾した際のドット径が、10μm〜1mm程度となるような口径とすることが好ましい。
尚、噴出ノズル27aから後記する機能剤含有溶液12aを噴出するためのインクジェットのノズル駆動方式は、特に限定されず、微細穴11bの径や建築材料11の表面部11aの物性、後記する機能剤含有溶液12aの物性等に応じて、適宜公知のものが選択可能であり、ドロップオンデマンドピエゾ方式、ドロップオンデマンドバルブ方式、コンティニュアス帯電偏向方式など任意のものが適用可能である。
また、機能剤含有溶液12aは、前記したインクジェットのノズル駆動方式や建築材料11の表面部11aの物性、例えば、浸透性等に応じて、前記した各構成素材を適宜選択することが好ましく、微細穴11bに含浸せず乾燥固化した際に微細穴11bに固定化されるものとすることが好ましく、アクリル系、メタクリル系、ウレタン系、フッ素系等の樹脂が含有されたものとすることが好ましい。
尚、粒子を溶剤に分散させる場合は、用いられる粒子としてその粒子径が数nm〜数μmのものが好ましく、沈殿等が生じないよう適宜、公知の分散媒を混合することが好ましい。
また、機能剤含有溶液12aの前記した各構成素材の混合比は、建築材料11の物性や施工箇所、樹脂や溶剤、機能剤の物性に応じて適宜選択可能である。
さらに、機能剤含有溶液12aに、更に染料、顔料等の着色剤を添加する構成としてもよい。これによれば、建築材料11の表面部11aに機能性を付与することができるとともに、着色も可能となる。特に、インクジェット塗装噴射装置25により、機能剤含有溶液12aを充填して表面処理がなされるので、例えば、微細穴11bを密に形成することで、複雑かつ細かい模様などを建築材料11の表面に印刷することができる。
また、機能剤含有溶液12aに着色剤を添加する場合においては、建築材料11の表面部11aの色に合わせた着色剤を添加しても良い。これによれば、微細穴11bに充填された機能剤含有溶液12aにより形成される機能剤含有部12bが目立ち難くなり、よって、機能性材料10の外観を損なわず、意匠性に優れたものとなる。
まず、基台20の上に建築材料11を載置し(図3(a)参照)、ニードル駆動装置21を駆動し、ニードルヘッド23をX−Y移動させ、ニードル23aを突出駆動させて、建築材料11の表面部11aの所望の部位に複数の微細穴11bを形成する(図3(b)及び(c)参照)。
このように、表面部11aに複数のニードル23aにより機械的に微細穴11bを形成する構成としているので、同大かつ確実に複数の微細穴11bを形成することができる。
尚、この際、建築材料11の全面に、一定の間隔で微細穴11bを形成してもよいが、機能性材料10の施工箇所に応じて、機能性を付与したい所望の部位にのみ微細穴11bを形成する構成としてもよい。
また、この際、制御装置30のメモリ等に予め記憶されたプログラムに基づいてニードル駆動装置21を制御する構成としてもよく、あるいは、制御装置30を操作し所望の部位に複数の微細穴11bを形成し、その微細穴形成データをメモリ等に記憶する構成としてもよい。
さらにまた、微細穴11bとしては、その直径が例えば、20μm〜500μm程度とすることが好ましい。20μm以上とすることで、充填された機能剤の固定化がなされて、その性能を長期に発揮することができる。また、500μm以下とすることで、木屑等が生じることもなく、機能剤含有溶液12aが充填されなかった場合にも、建築材料11の表面に変化を与えず、見栄えを害するおそれもほぼない。
このノズルヘッド27の移動制御は、制御装置30のメモリ等に予め記憶されたプログラムに基づいて制御する構成としてもよく、あるいは、前記のように微細穴11bの形成の際に制御装置30に記憶された微細穴形成データに基づいて、制御する構成としてもよい。さらには、距離センサーや光学センサー等により形成された微細穴11bを検知して、ノズルヘッド27を移動制御する構成としてもよい。
尚、噴出ノズル27aから噴出する機能剤含有溶液12aの液滴数は、微細穴11bの大きさや液滴の大きさに応じて、適宜設定することが好ましく、該液滴が乾燥固化して機能剤含有部12bが形成された際に、微細穴11bを略閉塞し、建築材料11の微細穴11bが形成されていない他の表面と平滑になるような量に設定することが好ましい。
さらに、複数の機能性を建築材料11の表面部11aに付与したい場合には、形成した複数の微細穴11bに、異なる性能を有した機能剤を含有した機能剤含有溶液12aを、交互に充填する構成としてもよい。
さらにまた、機能性を付与したい部位にのみ機能剤含有部12bを形成する構成としてもよく、例えば、玄関扉の外周縁近傍部位、キッチンキャビネットや柱の床面近傍の裾部のみ等に防虫剤が含有された機能剤含有部12bを形成する構成としてもよい。
特に、本実施形態では、機能剤含有溶液12aをインクジェット塗装噴射装置25により噴出する構成としているので、制御が容易であり、建築材料11の所望の部位に機能性を付与することができる。すなわち、機能性を付与したい部位に、微細穴11bを形成して、微細穴11bに機能剤含有溶液12aを充填することができるので、機能性を付与する必要がある箇所のみに限定して機能性を付与することができ、低コストなものとなる。
また、機能性材料10は、形成された微細穴11bに、機能剤含有溶液12aをインクジェット塗装噴射装置25により充填して、表面処理されているので、機能剤が基材内部にも混合されたものやワイピング加工等により機能性が付与されたものに比し、機能剤含有溶液12aに無駄が生じず、低コストとなる。
さらに、建築材料11の表面部11aに形成した微細穴11bに、機能剤含有溶液12aを充填する構成としているので、種々の機能剤が有するそれぞれの性能を、長期に亘って持続させることができる。
さらにまた、表面に塗装や化粧シートを貼着する必要がない建築材料の表面にも、前記したように表面処理を施すことで、機能性を付与することができる。
さらに、本実施形態では、建築材料11として無垢の木材を用いているので、機能剤含有部12bが目立ち難く、機能剤含有溶液12aが微細穴11bに充填されなかった場合にも、建築材料11の表面に変化を与えず、見栄えを害するおそれもほぼない。
さらにまた、塗装や合成樹脂製の化粧シートを貼着することにより機能性を付与する従来のものでは、無垢の木材特有の質感や肌触り、香り等が損なわれるが、本実施形態では、無垢の木材特有の質感等を損なうことなく、表面部11aに機能性を付与した機能性材料10となる。
また、ニードルヘッド23のニードル23a、ノズルヘッド27の噴出ノズル27aの個数や形状等は、図例のものに限られず、各装置の構成、微細穴の形状や大きさ等に応じて適宜選択可能である。
さらに、本実施形態では、微細穴形成手段として、ニードル駆動装置21を適用しているが、これに限られず、建築材料11の表面部11aに、機械的に複数の微細穴11bを形成できるものであれば、どのようなものでも良い。
さらにまた、本実施形態では、1つの基台20にて、微細穴11bの形成、機能剤含有部12bの形成を行っているが、各形成工程を複数の基台に亘って、搬送して行う態様としてもよいことは言うまでもない。
さらに、建築材料11は、本実施形態のように無垢の木材に限られず、前記したように合板やパーティクルボードなどの木製ボードに化粧シートを貼着したものにも適用が可能であり、この場合、特に表面層が樹脂製の表面部に、微細穴11bを形成する場合は、微細穴11bを小さく形成することが好ましい。これにより、前記無垢の木材同様に、表面に変化を与えず、見栄えを害するおそれもほぼない。
さらにまた、前記機能剤含有部12bの機能性を阻害しない限りにおいて、表面部11aに機能剤含有部12bを形成後に、例えば、通気性のある化粧シートを、更に表面に貼着する構成としてもよい。
また、微細穴11bを比較的大きく形成し、乾燥固化した機能剤含有部12bが表面に突出している場合は、スクレーパーなどで表面を平滑処理する構成としてもよい。
11 無垢の木材(建築材料、木質系材料)
11a 表面部(建築材料)
11b 微細穴
12a 機能剤含有溶液
21 ニードル駆動装置(微細穴形成手段)
25 インクジェット塗装噴射装置
Claims (4)
- 建築材料の表面部に、微細穴形成手段により、複数の微細穴を形成し、該微細穴に向けてインクジェット塗装噴射装置の噴出ノズルから機能剤含有溶液を噴出させ、該微細穴に機能剤含有溶液を充填して前記建築材料の表面部の前記微細穴の部位に、該微細穴を略閉塞し、該微細穴が形成されていない表面と平滑になるように機能剤含有部を形成していることを特徴とする機能性材料。
- 請求項1において、
前記建築材料は、木質系材料であることを特徴とする機能性材料。 - 請求項1または2において、
前記機能剤含有溶液に含有される機能剤は、防腐剤、抗菌剤、消臭剤、防虫剤、撥水剤、親水剤、光触媒のうちの少なくとも1つであることを特徴とする機能性材料。 - 請求項1乃至3のいずれか1項において、
前記機能剤含有溶液には、着色剤が添加されていることを特徴とする機能性材料。
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