JP6292650B2

JP6292650B2 - 植物成形体の製造方法

Info

Publication number: JP6292650B2
Application number: JP2012155747A
Authority: JP
Inventors: 恒久三木; 公三金山; 宏行杉元; 彰一立木; 大介国立
Original assignee: MIYAKICHI GLASS CO., LTD.; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: MIYAKICHI GLASS CO., LTD.; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2032-07-11
Also published as: WO2014010597A1; JP2014015031A

Description

本発明は、植物系材料に温度と圧力を加えることによって得られる植物成形体、および、その製造方法に関する。

木材は、古くから建材として使用されている。木材の利用可能性を向上させ、さらなる用途拡大を図るために、木材に対して種々の加工を行う技術が開発されてきた。例えば、木材の賦型技術として曲げ加工が開発されている。また、強度性能向上技術として圧縮加工および薬液含浸処理を併用した強化木材などが研究開発されている。

しかしながら、このような従来の加工技術では、節や枝などのない良質の木質素材のみが加工対象となり、歩留まりが悪くコスト高になる問題があった。また、３次元的な形状を付与するためには切削に頼るところが多く、これにより生産性が低くなるなどの問題があった。

このような状況下において、微粉末状の木質素材とポリエチレンやポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂とを混合した後、押出し成形された木材・プラスチック複合材（ＷｏｏｄＰｌａｓｔｉｃＣｏｍｐｏｓｉｔｅ：ＷＰＣ）が、環境に配慮した木質材料として屋外及び屋内の両方の用途に普及しつつある。このような複合材の製造時には、重量比で５０％程度となるように配合された熱可塑性樹脂によって、押出し成形時の加熱過程において混合物に適度な流動性が付与され、任意形状に変形される。さらに、複合材の製造工程では、その後の冷却過程において形状が固定される。

この複合材においては、木質素材の微粉末のサイズ及び樹脂との混合程度が、得られる押出し材の物理的・機械的性質に多大な影響を及ぼす。そのため、より細かいサイズへの粉砕及び分級が必要とされるとともに、樹脂との接着性を高める界面活性剤の使用が余儀なくされている。また、複合材自体の性能は熱可塑性樹脂に大きく依存し、木質素材は樹脂の使用削減のための増量剤としてしか機能していない。

特許文献１および２には、本願発明者らが開発した植物系材料の流動成形の技術が開示されている。この技術は、植物細胞間の位置変化により植物系材料に大きな変形を与える賦型技術である。この技術を利用することで、植物系素材にバインダ（結合剤）を添加することによって、賦型と同時に高強度化・寸法安定化を施すことが可能となる。そのため、当該技術は、上述した従来の木材の加工技術と比較して高い生産性を見込める技術である。

特許第４５０２８４８号公報特開第４８４９６０９号公報

ところで、上述したような加工が施された植物系材料を建材に利用する場合には、建材が使用される建造物の大きさに合わせたサイズや形状にすることが要求される。このような中で、長尺物や複雑断面を有する植物成形体を得るためには、植物系材料をより易軟化・易流動化させること、および、植物系材料の流動化と硬化の制御をより厳密に行うことが課題となる。しかしながら、植物系材料の易軟化・易流動化を実現すべく、含水率の高い熱硬化性樹脂を含浸させた植物系材料を成形すると、硬化の制御が困難であり、成形が不可能になるという問題が発生する。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされてものであり、より長尺な形状の植物成形体の製造が可能となる植物成形体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の植物成形体の製造方法は、上記の課題を解決するために、植物系材料を薬剤で処理する工程と、前記薬剤で処理された前記植物系材料を成形機に投入し、該成形機内で加熱および加圧しながら、材料投入部の幅よりも狭い幅の入口を有する成形型に流し込む工程と、前記成形型内において、該成形型に設けられた出口に向かって前記植物系材料を押出しつつ、該成形型内の温度を変化させながら前記植物系材料を圧縮することによって前記植物系材料を固化させた後に前記出口から前記植物系材料を押出して、植物成形体を得る工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の植物成形体の製造方法では、薬剤で処理された植物系材料を成形機内の材料投入部に投入し、該材料投入部内で植物系材料を加熱及び加圧することで、該植物系材料を流動化させる。そして、植物系材料を加熱及び加圧した状態で、材料投入部の幅よりも狭い幅の入口を有する成形型に流し込む。その後、成形型内において、該成形型に設けられた出口に向かって植物系材料を押出しつつ、成形型内の温度を変化させながら前記植物系材料を圧縮することによって植物系材料を固化させた後に、成形型の出口から植物系材料を押出す。

本発明の植物成形体の製造方法によれば、上記の一連の工程により、成形型の出口からは所定の形状に固化された植物成形体が得られる。そして、材料投入部に対して連続して植物系材料を投入しながら、上記の一連の工程を実施することで、植物系材料の連続的な押出し加工が可能となり、成形型の出口からは長尺の植物成形体を得ることが可能となる。

本発明の植物成形体の製造方法において、前記成形型の温度は、前記薬剤で処理された植物系材料の物性の温度依存性に基づいて設定されることが好ましい。
薬剤で処理された植物系材料の物性の温度依存性とは、当該植物系材料の粘度が温度によってどのように変化するかの指標であり、例えば、熱機械測定、およびこれに準ずる測定方法によって求めることができる。

上記の方法によれば、例えば熱機械測定等によって得られた植物系材料の物性の温度依存性に基づいて、植物系材料の軟化温度及び硬化温度を求め、これにより成形型の温度を設定することができる。したがって、成形型の温度を適切に設定することができ、得られる植物成形体の性状をより良好なものとすることができる。

また、本発明の植物成形体は、薬剤を含浸させた植物系材料に圧力および温度を加えることによって、該植物系材料を一旦流動化させた後に成形された植物成形体であって、該植物成形体の横断面の最大径に対する該植物成形体の長手方向の長さの比が１０以上の長尺状であることを特徴とする。

本発明の植物成形体は、薬剤を含浸させた植物系材料に圧力および温度を加えることによって、該植物系材料を一旦流動化させた後に成形されて固化された長尺状の植物成形体である。

そして、本発明の植物成形体は、該植物成形体の横断面の最大径に対する該植物成形体の長手方向の長さの比が１０以上の長尺状の形状を有している。ここで、植物成形体の横断面（植物成形体の長手方向に交差する断面）の最大径に対する該植物成形体の長手方向の長さの比をアスペクト比と呼ぶ。すなわち、本発明の植物成形体は、このアスペクト比（植物成形体の横断面：植物成形体の長手方向の長さ）が１：１０以上となっている。

本発明の植物成形体は、上記のような長尺状の形状を有していることで、枠材などの建材として好適に利用することができる。なお、本発明の植物成形体は、例えば、上述の本発明の植物成形体の製造方法によって製造することができる。

本発明の植物成形体は、該植物成形体の長手方向と交差する幅方向に該植物系材料を構成する細胞が圧縮されているとともに、該圧縮された細胞が前記長手方向に沿って配列した細胞構造を有していてもよい。

本発明の植物成形体は、上記のような細胞構造を有することで、長手方向に対して強度が高く、また、線膨張率が比較的低いという性質を有することができる。

（ａ）は、本発明の一実施形態の植物成形体の製造方法に使用する製造装置を示す側面図である。（ｂ）は、（ａ）に示す製造装置に備えられた金型を示す平面図である。（ｃ）は、（ａ）に示す製造装置に備えられた金型を出口側から見た側面図である。図１の（ａ）に示す製造装置に備えられた金型を示す斜視図である。（ａ）〜（ｂ）は、本発明の一実施形態の植物成形体の製造方法の工程を示す模式図である。（ｃ）は、（ａ）〜（ｂ）の工程によって得られる薬液を含浸させた植物系材料を示す模式図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態の植物成形体の製造方法の工程を示す模式図である。薬液を含浸させた植物系材料の温度と貯蔵弾性係数との関係を示すグラフである。図１の（ａ）に示す製造装置で製造された植物成形体を示す斜視図である。本発明の一実施形態の植物成形体の製造方法において、植物系材料内部の細胞構造の変化を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
（１）植物成形体の製造装置について
図１の（ａ）には、本発明の植物成形体の製造方法を実施するための製造装置（成形機）１の構成を示す。図１の（ａ）に示す製造装置１は、主な構成部材として、パンチ１１、材料投入部１２、ヒータ設置部１３、及び、金型１４を備えている。

パンチ１１は、製造装置１内に投入された植物系材料に対して圧力を加えるための加圧工具である。材料投入部１２は、植物系材料が投入される部分である。製造装置１においては、パンチ１１と材料投入部１２とが、ピストンとシリンダーに相当するような構成を有している。

ヒータ設置部１３には、植物成形体の各製造工程において植物系材料を加熱するための複数のヒータ１５が設けられている。
金型１４は、材料投入部１２から投入された植物系材料を所定の形状に成形するための凹部を有する金型である。図１の（ｂ）は、金型１４の平面図である。図１の（ｃ）は、出口部分の側面図である。また、図２は、金型１４の斜視図である。図１の（ｂ）に示すように、本実施の形態では、金型１４に設けられた凹部の平面形状は、杓子のような形状を有している。但し、これは本発明の一例であり、本発明はこれに限定はされない。

図１の（ａ）に示すように、金型１４上にヒータ設置部１３が設けられている。この構成により、材料投入部１２から投入された植物系材料が、パンチ１１によって加圧されながら金型１４中を流れて成形される製造プロセスにおいて、金型１４の各部分を所定温度に加熱することができる。

次に、図１の（ａ）から図１の（ｃ）を参照しながら、金型１４の各部分について説明する。図１の（ａ）及び図１の（ｂ）に示すように、金型１４は、材料供給部１４ａ、絞り部１４ｂ、および、形状固定部１４ｃに分けられる。形状固定部１４ｃには、入口１４ｄと出口１４ｅとが存在する。また、図１の（ｃ）に示すように、形状固定部１４ｃにおいては、凹部の底面が部分的に突起した突起部１４ｆが設けられている。

（２）植物成形体の製造方法について
続いて、上述した製造装置１を使用して実施される植物成形体の製造方法について説明する。なお、ここで説明する植物成形体の製造方法は本発明の一例であり、本発明の植物成形体の製造方法は製造装置１を用いて実施するものに限定はされない。図３の（ａ）から図３の（ｃ）、及び、図４の（ａ）から図４の（ｃ）には、本発明の植物成形体の製造方法の一実施形態の各工程を示す。

まず、図３の（ａ）に示すように、熱硬化性樹脂を重量比０．１〜５０％で溶かした溶液２２中に植物系材料２１を浸漬させて、液中減圧・加圧方式によって、植物系材料中に熱硬化性樹脂（薬剤）と溶媒を注入する。ここで使用する熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂などである。また、使用する溶媒は、水、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ノルマルブチルアルコール、エチレングリコール、キシレン、ベンゼン、トルエン、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エステル、ノルマルヘキサン、エーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ＤＭＦ、ＤＭＳＯなどである。

次に、図３の（ｂ）に示すように、液中から薬液を含浸させた植物系材料（薬剤含浸木材とも呼ぶ）を取り出し、樹脂の硬化温度より十分低い温度で送風乾燥し、溶媒を除去する。その温度において、恒量を確認したのち、所定の湿度条件にて養生し、薬剤含浸木材に水分を気相条件で与える。薬剤含浸木材に対して水等の溶媒成分を気相条件で与えることにより、液状の状態で与える場合と比較して、溶媒成分を木材中に均一に分布させることができる。

以上の図３の（ａ）から図３の（ｂ）の工程は、植物系材料を製造装置１へ投入する前の植物系材料の前処理工程である。この前処理工程に使用される植物系材料は、合板等の製造と同様の方法で得られた板状のベニヤ（単板）である。植物系材料の原料となる植物の種類は、例えば針葉樹、広葉樹などの樹木、タケ（竹）、キリ（桐）、草などの草木類などである。また、使用される樹木の部位としては、幹の他に枝、節などの部位も可能である。

図３の（ｃ）には、前処理工程を経た後の植物系材料２１を示す。本実施の形態では、図３の（ｃ）に示すように、植物系材料は厚さ３〜５ｍｍ程度の板状の円形部材となっている。しかし、本発明においては、植物系材料の形状はこれに限定はされず、製造装置１に投入できる大きさに切断されたものであればよい。

なお、植物系材料の前処理の方法については、上記の特許文献１及び２や、特開２０１０−５２４２６、特開２０１０−１５５３９３、特開２０１０−１５５３９４を参照して行ってもよい。

続いて、製造装置１を用いて、前処理を行った植物系材料２１の流動化及び成形（形状付与及び形状固定）を行う。本発明の植物成形体の製造方法においては、植物系材料の流動化の工程における軟化温度、植物系材料の成形（形状付与および形状固定）工程における硬化温度、および、植物系材料に加える圧力、並びに、成形に使用される金型の各部分の寸法を適宜調整する。これにより、得られる植物成形体の性状を安定化させたり、強度を向上させたりすることができる。なお、金型の形状（特に出口の断面形状）を変化させ、かつ、植物系材料の粘度（軟化と硬化のバランス）を制御することによって、植物成形体内の繊維配向を制御し、これにより得られる植物成形体の強度を変化させることもできる。また、植物成形体の表面状態は、成形後にコーティング層を形成することで良好にすることも可能である。

植物系材料２１の流動化及び成形を行うにあたって、予め熱機械測定によって、薬剤含浸木材の軟化温度および硬化温度を把握しておく。図５には、この熱機械測定の結果によって得られた温度と貯蔵弾性係数との関係を示す。図５に示すグラフは、フェノール樹脂を薬剤として使用した場合の薬剤含浸木材の熱機械測定の結果である。

木材中に薬剤が含浸された場合には、種々の相互作用によって、薬剤の熱特性が変化する場合がある。特に、成形に際して重要となる木材の軟化・流動化の挙動（軟化・流動化する温度域）を、薬剤単独の測定によって判断することは困難である。図５によると、１回目の昇温過程（図５における硬化前）において５０℃を越えたあたりから貯蔵弾性係数（ＭＰａ）が急激に減少し、１２０℃付近で最小値を示すことがわかる。これは、この温度域（５０℃〜１２０℃）で、木材が軟化していることを示している。さらに高い温度（具体的には、１３０℃以上）になると、逆に貯蔵弾性係数（ＭＰａ）は急激に増加しており、熱硬化樹脂の硬化が始まったことがわかる。また、温度を一旦１３０℃以上に上昇させて木材を硬化させた後は、温度を変化させても木材の貯蔵弾性係数は大きくは変化しない（図５における硬化後）。

上記の熱機械測定の結果に基づいて、製造装置１を用いた植物系材料２１の成形プロセスにおける温度条件を設定する。一例では、図５に示すような軟化温度（Ｔｓ）及び硬化温度（Ｔｈ）を設定することができる。この軟化温度（Ｔｓ）および硬化温度（Ｔｈ）は、製造装置１のヒータ設置部１３における各ヒータ１５の設定温度として反映される。

本実施例においては、上述したような熱機械測定によって、薬剤含浸木材の軟化温度および硬化温度を予め把握し、製造装置１の温度設定を行っているが、本発明はこのような手法に必ずしも限定はされない。製造装置１の温度設定を行うに際しては、薬剤含浸木材の物性の温度依存性に基づいて、軟化温度および硬化温度を算出し、得られた結果を製造装置１の温度設定に反映させればよい。

ところで、本実施の形態の製造装置１においては、図１の（ａ）に示すように、金型１４は、材料供給部１４ａ、絞り部１４ｂ、および、形状固定部１４ｃの各部分を有している。材料供給部１４ａでは、供給された植物系材料２１（薬剤含浸木材）を加熱及び加圧することで植物系材料２１を軟化させる（図４の（ａ）参照）。絞り部１４ｂは、材料供給部１４ａで軟化された植物系材料２１が流動化し、さらに下流側の形状固定部１４ｃへ流れ込む部分であり、金型１４の横幅（Ｗ）がＷ₁からＷ₂へと狭められる（図４の（ｂ）参照）。

形状固定部１４ｃは、入口１４ｄと出口１４ｅを有している。図１の（ｃ）に示すように、出口１４ｅ部分の断面形状は、矩形の一辺に凹みを有する形状となっており、これにより、得られる植物成形体の断面形状を同様の形状とすることができる。

形状固定部１４ｃは、上記のように、入口１４ｄから出口１４ｅが貫通するような構造となっている。そして、絞り部１４ｂから形状固定部１４ｃの出口１４ｅへと向かう植物系材料２１の押出し方向には、金型１４に設けられた凹部の断面積を縮小する絞り構造（押出し角度、押出し長さ、およびそれらに応じた断面減少率）が設定されている。なお、形状固定部１４ｃの入口１４ｄは、例えば図５のグラフから得られる薬剤含浸木材の軟化温度（Ｔｓ）に調整されており、形状固定部１４ｃの出口１４ｅは、例えば図５のグラフから得られる薬剤含浸木材の硬化温度（Ｔｈ）に調整されている。

本実施形態の成形工程においては、材料投入部１２から金型１４の材料供給部１４ａへ植物系材料２１を供給し、パンチ１１によって加圧する（図４の（ａ）参照）。そして、例えば、フェノール樹脂を含む薬剤を使用した場合には、パンチ１１による負荷圧力が１５ＭＰａ以上となると植物系材料２１の流動化が開始する。流動化開始後は、適当な圧力（金型１４の形状に応じた圧力）が植物系材料２１に負荷された状態で、パンチ１１は下方へと位置を変化させる。この位置変化の速度を調整することによって、金型１４の絞り部１４ｂに供給される植物系材料２１の量をコントロールする。

一定速度によるパンチ１１の位置変化によって、流動化した植物系材料２１が絞り部１４ｂにて変形される（図４の（ｂ）参照）。植物系材料２１が絞り部１４ｂを通過した後、形状固定部１４ｃにおいて、植物系材料２１は、含浸されたフェノール樹脂などの薬剤の硬化により形状固定が随時なされながら出口１４ｅ側へ押出される（図４の（ｃ）参照）。そして、最終的には、植物系材料２１は出口１４ａから装置外へ押出され、金型１４の横断面の形状に対応した断面を有する植物成形体３０が製造される。図６には、上記の製造方法によって製造された植物成形体３０の一例を示す。なお、図６において破線で囲んだ部分Ａは、材料供給部１４ａおよび絞り部１４ｂに残存した植物系材料２１である。

本発明の植物成形体の製造方法では、製造装置１の各部分における温度、および、パンチ１１が植物系材料２１に対して加える圧力、並びに、金型１４の各部分の寸法を適宜調整することで、得られる植物成形体の性状を調整することができる。

本実施の形態の製造装置１においては、金型１４の各部分に関して、例えば、材料供給部１４ａの温度が５０〜８０℃程度、絞り部１４ｂの温度が８０〜１００℃程度、形状固定部１４ｃにおける入口１４ｄの温度（軟化温度Ｔｓに相当）が１００〜１２０℃程度、形状固定部１４ｃにおける出口１４ｅの温度（硬化温度Ｔｈに相当）が１３０〜１５０℃程度となるように、各ヒータ１５の温度を設定する。但し、上記した各温度は本発明の一実施例であり、本発明はこれに限定はされない。温度設定の他の例としては、例えば、材料供給部１４ａから形状固定部１４ｃの入口１４ｄまでの温度を５０〜１２０℃の範囲内の温度（軟化温度Ｔｈに相当）とし、形状固定部１４ｃにおける温度（硬化温度Ｔｈに相当）を１３０〜１５０℃程度とする、２段階の温度設定とすることが挙げられる。

温度を上記のように設定した上で、金型１４の出口１４ｅから一定量の植物成形体が押出されるように、パンチ１１の下降速度を調整する。
さらにこのとき、金型１４の各部分の寸法（図１の（ｂ）および（ｃ）参照）を、Ｗ₁＝５２ｍｍ、Ｗ₂＝２０ｍｍ、Ｗ₃＝１０ｍｍ、Ｈ₁＝１０ｍｍ、Ｈ₂＝５ｍｍ、形状固定部１４ｃの長手方向の長さ＝８５ｍｍとする。但し、この寸法は本発明の一実施例であり、本発明はこれに限定はされない。

このとき、材料供給部１４ａにおける金型の断面積の最大値と形状固定部１４ｃの入口１４ｄにおける金型の断面積との比（これを、絞り比と呼ぶ）は、Ｗ₁Ｈ₁／（Ｗ₂Ｈ₁−Ｗ₃Ｈ₂）＝５２０／１５０＝３．４７となる。但し、この絞り比の値は、本発明の一実施例であり、本発明はこれに限定はされない。本発明では、形状固定部１４ｃの入口１４ｄの断面積が、材料供給部１４ａにおける断面積よりも小さくなっていればよい。

なお、本実施の形態の植物成形体の製造方法においては、材料投入部１２内に植物系材料２１が少なくなれば、さらに追加の植物系材料（薬剤含浸木材）２１を供給することによって、随時、絞り部１４ｂに植物系材料を供給することができる。これにより、植物系材料２１の連続的な押出し加工がなされる。そのため、長尺の植物成形体３０を得ることが可能である。

また、製造装置１において植物系材料と接する箇所の装置表面には、鏡面仕上げなどの平滑加工が施されていてもよい。これにより、得られる植物成形体の表面を滑らかにすることができる。さらに、薬剤含浸木材において気相条件で調整した水分量を数％程度に設定することによって、得られる植物成形体の表面性状を、装置表面の仕上げ状態に匹敵する程度に向上させることができる。

本発明の植物成形体の製造方法によれば、得られる植物成形体の細胞構造は、薬剤の添加、加圧、および加熱によって、原料である植物系材料を構成している各細胞の構造から変化している。すなわち、得られる植物成形体の細胞構造は、材料となる自然の樹木などの細胞構造からずれが生じ、細胞構造の位置変化が起こっている。このような細胞構造の変化に起因して、得られる植物成形体の表面に独特の模様を作り出すことができる。

また、得られる植物成形体においては、押出し工程における植物系材料の押出し方向に沿って細胞を配列させることができる。得られる植物成形体においては、該成形体を構成する個々の細胞が分断されておらず、細胞構造が全体として破壊されていない。本発明の製造方法によって得られる植物成形体は、このような細胞構造を有することで、長手方向に対して強度が高く、また、線膨張率が比較的低いという性質を有する。

（３）本発明の植物成形体について
続いて、本発明の植物成形体について説明する。本発明の植物成形体の一例としては、上述した製造装置１を用いて得られる植物成形体が挙げられる。

本発明の植物成形体は、薬剤を含浸させた植物系材料に圧力および温度を加えることによって、該植物系材料を一旦流動化させた後に成形された長尺状の植物成形体である。そして、本発明の植物成形体は、その長手方向と交差する幅方向に該植物系材料を構成する細胞が圧縮されているとともに、該圧縮された細胞の長手方向が植物成形体の長手方向に沿って配列している。なお、ここで長尺状とは、該植物成形体の横断面（植物成形体の長手方向に交差する断面）の最大径に対する該植物成形体の長手方向の長さの比（これをアスペクト比と呼ぶ）が１０以上、好ましくは２０以上であることをいう。また、本発明の植物成形体の長手方向の長さは、例えば７ｍ以下とすることができ、好ましくは５ｍ以下とすることができる。例えば、アスペクト比が１０以上となる植物成形体の寸法の一例としては、植物成形体の横断面の最大径が２０ｍｍであり、長手方向の長さが３００ｍｍのものが挙げられる。

本発明の植物成形体は、上述した薬剤含浸木材を上述の製造装置１を用いて流動化および成形することで得ることができる。この製法により、植物系材料が製造装置１の金型１４に設けられた絞り部１４ｂを通過することで植物系材料内の細胞構造に変化が生じ、得られる植物成形体は、長尺状の植物成形体の長手方向に沿って細胞が配列し、かつ、該長手方向と交差する幅方向に細胞が圧縮された細胞構造を有する。

図７には、上記（２）で説明した植物成形体の製造方法において、植物系材料内部の細胞構造がどのように変化するかを示している。図７では、製造装置１における流動化および成形プロセスを経ることによって、図３の（ａ）〜図３の（ｂ）に示す薬剤処理が施された植物系材料（薬剤含浸木材）において生じる細胞構造の変化を示す。

まず、製造装置１の材料投入部１２に投入された植物系材料２１は、図４の（ａ）に示すように、パンチ１１によって押し込まれ、上面及び下面の両側から圧力Ｐが加えられる（図７の（１）参照）。これにより、植物系材料２１内の細胞２４では、細胞壁が軟化して座屈し、細胞内孔が閉塞する（図７の（２）参照）。

次に、製造装置１においてパンチ１１がさらに下方へ押されることによって、図４の（ｂ）に示すように、植物系材料２１は、材料供給部１４ａから絞り部１４ｂの方へ移動する。これにより、植物系材料２１内の細胞壁自体が圧縮し、さらに植物系材料２１を構成する各細胞間ですべりが生じ、細胞構造の位置変化が起こる。これにより、植物系材料２１が流動化する（図７の（３）参照）。以上の工程において、植物系材料２１内の細胞は、圧力が加えられる方向に圧縮され、植物系材料２１が流動する方向に細長い形状になる。

その後、流動化した植物系材料２１は、図４の（ｃ）に示すように、絞り部１４ａから形状固定部１４ｃの方へ押出され、形状固定部１４ｃにおいて形状付与および形状固定が行われる。形状固定された植物系材料２１は、最終的に植物成形体３０となって、形状固定部１４ｃの出口１４ｅから装置外へ押出される。この工程において、植物系材料２１内の細胞は、長手方向に細長い形状となり、かつ、各細胞の長手方向が植物系材料２１の長手方向に沿って配列する（図７の（４）参照）。

以上のようにして得られる植物成形体３０においては、細胞自体は壊れていないが、細胞の配向（組織）は、もとの植物の細胞構造から変化している。すなわち、植物成形体３０においては、細胞同士の位置関係が元の植物とは異なっている。

また、植物成形体の製造方法において、連続的に植物系材料を投入することで、得られる植物成形体３０を、前記アスペクト比（植物成形体の長手方向の長さ／植物成形体の横断面の最大径）が１０以上である長尺な形状とすることができる。このような長尺な植物成形体３０においては、木質あるいは植物組織を構成する各細胞の長手方向が植物成形体３０の長手方向に沿って配列することで、木質あるいは植物組織の繊維配向が長手方向に沿って均一に並んでいる。このような繊維配向を有することで、長手方向に対して強度が高く、また、線膨張率が比較的低いという性質を有する植物成形体が得られる。

（４）本発明の植物成形体の適用例
本発明の植物成形体は、上述のように、長尺な形状に形成することができるとともに、使用する金型の形状に応じてその断面形状を適宜変更することができる。そのため、本発明の植物成形体は、建材に好適に利用することが可能である。

さらに、本発明の植物成形体は、現在住宅の省エネルギー性能を向上させる目的で普及が推進されている断熱用の木質建材（例えば、枠材）など、樹脂とアルミ合金を使用した複合型の建材への応用が期待される。既存の複合型の建材においては、躯体（骨格となる部材）はアルミ合金で構成することで強度を維持しつつ、室内側の構成部材には、熱貫流率を始めとした断熱性能を向上させる目的でアルミ合金の躯体の表面に異型断面を有する樹脂性の枠材を取り付けている。

この異型断面を有する樹脂性の枠材の部分に、本発明の植物成形体を利用することによって、より断熱性能を高めたうえで、見た目に木質感が感じ取れる複合型の建材を提供することができる。また、本発明の植物成形体は炭化することによりアルミ合金を被覆しそれ以上の延焼を防ぐことも可能である。そのため、既存の樹脂部材を使用した複合型の建材で問題となっている難燃性能についても改善することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。但し、本発明は上述したような実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々な態様で実施し得る。

１…製造装置（成形機）、１１…パンチ、１２…材料投入部、１３…ヒータ設置部、１４…金型、１５…ヒータ、２１…植物系材料、２４…細胞、３０…植物成形体、１４ａ…（金型の）材料供給部、１４ｂ…（金型の）絞り部、１４ｃ…（金型の）形状固定部（成形型）、１４ｄ…（形状固定部の）入口、１４ｅ…（形状固定部の）出口、１４ｆ…（金型の）突起部

Claims

樹脂を含む溶液に植物系材料を浸漬させることで、前記植物性材料に前記樹脂を含浸させる工程と、
前記樹脂を含浸させた前記植物系材料を成形機に投入し、該成形機内で加熱および加圧しながら、材料投入部の幅よりも狭い幅の入口を有する成形型に流し込む工程と、
前記成形型内において、該成形型に設けられた出口に向かって前記植物系材料を押出しつつ、該成形型内の温度を変化させながら前記植物系材料を圧縮することによって前記植物系材料を固化させた後に前記出口から前記植物系材料を押出して、植物成形体を得る工程と、
を含む植物成形体の製造方法であって、
前記植物成形体を得る工程において、前記成形型内の温度を、前記樹脂を含浸させた前記植物系材料の軟化温度として前記植物系材料を圧縮した後、前記成形型内の温度を、前記植物系材料の硬化温度として前記植物系材料の圧縮することによって、前記植物系材料の前記固化がなされる、植物成形体の製造方法。
前記成形機に投入される前記植物系材料は、前記樹脂を含浸させた後、前記樹脂の硬化温度よりも低い温度で送風乾燥させたものである、請求項１に記載の植物成形体の製造方法。