特開 2022-176311 木質調樹脂成形品およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022176311

(43)【公開日】2022-11-25

(54)【発明の名称】木質調樹脂成形品およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/27 20060101AFI20221117BHJP

   B29C 45/00 20060101ALI20221117BHJP

【ＦＩ】

B29C45/27

B29C45/00

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022160644

(22)【出願日】2022-10-05

(62)【分割の表示】P 2021070060の分割

【原出願日】2017-12-27

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度、環境省、セルロースナノファイバー製品製造工程の低炭素化対策の立案事業委託業務 （セルロースナノファイバー製品製造工程におけるＣＯ２排出削減に関する技術開発）、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001298

【氏名又は名称】弁理士法人森本国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西野 彰馬

(72)【発明者】

【氏名】浜辺 理史

(72)【発明者】

【氏名】七星 栄将

(72)【発明者】

【氏名】峯 英生

(57)【要約】

【課題】複数種類のペレットの混合や着色剤等の使用を一切行わず、セルロース系複合樹脂におけるセルロースを変性させることで生成される２－フルアルデヒド（フルフラール）と呼ばれる褐色化成分を生成させ、その生成量を制御することで、天然の木の経年変化および成長によって生まれる自然な変色・色むらを成形品に形成しつつ、成形品の基本的な色味をコントロールする。
【解決手段】 セルロース系繊維複合樹脂を用いた成形品である。アスペクト比が５以上のセルロース系繊維が母材となるベース樹脂に４０質量％以上含まれており、ウェルドラインを有し、成形品中の任意の第一領域は、第一領域以外の第二領域よりウェルドラインに近く、第一領域のフルフラールの含有量は第二領域のフルフラールの含有量よりも多く、第一領域の色は第二領域の色よりも濃く、第一領域の色と第二領域の色との色差ΔＥが３以上である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セルロース系繊維複合樹脂を用いた成形品であって、
アスペクト比が５以上のセルロース系繊維が母材となるベース樹脂に４０質量％以上含まれており、
ウェルドラインを有し、
成形品中の任意の第一領域は、第一領域以外の第二領域よりウェルドラインに近く、
第一領域のフルフラールの含有量は第二領域のフルフラールの含有量よりも多く、
第一領域の色は第二領域の色よりも濃く、
第一領域の色と第二領域の色との色差ΔＥが３以上である、
ことを特徴とする成形品。

【請求項2】

第一領域の色と第二領域の色との色差ΔＥが６．５５以上であることを特徴とする請求項１記載の成形品。

【請求項3】

複数のウェルドラインを有することを特徴とする請求項１または２記載の成形品。

【請求項4】

成形品の厚みをｔとしたときに、前記成形品の表面の０．１％以上９９．９％以下の範囲で、成形品の最表面から厚み方向に０．０５×ｔ以下の範囲にセルロース系繊維が拘束されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の成形品。

【請求項5】

複数のゲートにおける各ゲートからそれぞれ射出された樹脂どうしにより形成されたウェルドラインを有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載の成形品。

【請求項6】

ウェルドラインの方向は、樹脂の射出方向に沿った方向と、樹脂の射出方向と交差する方向と、複数のゲートからの樹脂の合流方向との少なくともいずれかであることを特徴とする請求項５記載の成形品。

【請求項7】

成形品を製造するに際し、
アスペクト比が５以上のセルロース系繊維が母材となるベース樹脂に４０質量％以上含まれているセルロース系繊維複合樹脂を用い、
成形品にウェルドラインを形成し、
成形品中の任意の第一領域は、第一領域以外の第二領域よりウェルドラインに近い位置とし、
第一領域のフルフラールの含有量を第二領域のフルフラールの含有量よりも多くさせ、
第一領域の色を第二領域の色よりも濃くさせ、
第一領域の色と第二領域の色との色差ΔＥを３以上とする、
ことを特徴とする成形品の製造方法。

【請求項8】

第一領域を構成するセルロース系繊維複合樹脂を、１８０℃以上の温度で処理することを特徴とする請求項７記載の成形品の製造方法。

【請求項9】

成形時の金型温度を２０℃～１００℃とすることを特徴とする請求項７または８記載の成形品の製造方法。

【請求項10】

成形時の金型温度を２０℃～４０℃として、成形品の表面の近傍に繊維をトラップさせることを特徴とする請求項９記載の成形品の製造方法。

【請求項11】

複数のゲートから金型の成形空間に樹脂を射出させるとともに、射出された樹脂どうしを異なる方向から角度をもって合流させることを特徴とする請求項７または８記載の成形品の製造方法。

【請求項12】

金型内に射出された樹脂をヒーターにより加熱することで、成形品におけるヒーターに近い第一領域とヒーターから遠い第二領域とを形成することを特徴とする請求項７記載の成形品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は木質調樹脂成形品およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

木の風合いを表面に表現した木質調樹脂成形品の製造方法としては、例えば着色剤を用いて色むらや色の濃淡(マーブル調成形等)で木目を付与することで、木質感を得る方法が一般的である。

【0003】

しかしながら、上記の方法では、木目の色を表すことはできても、表面の微細な凹凸による触感、風合い、質感まで表すことは困難である。このため、プラスチック感が残ってしまうという課題がある。

【0004】

このような課題に対し、特許文献１に示される方法が開発されている。図１０は、特許文献１に記載された木質調樹脂成形品の製造方法を示す図である。

【0005】

図１０において、符号４０はベント式押出成形機（以下、「押出機」と略称する）であり、この押出機４０は、円筒状のシリンダ４１と、このシリンダ４１の内部に設けられたスクリュー４２と、シリンダ４１の後端部に設けられたホッパ（第一のホッパ）４３と、シリンダ４１の中央部先端側に形成されたベント孔４４と、シリンダ４１の先端に設けられてペレット溶融物に所望の形状を付与するダイ４５とを備えた単軸式の公知の押出機である。

【0006】

この押出機４０には、ベント孔４４に連通して第二のホッパ４６が連結されており、この第二のホッパ４６には、生地材ペレットかあるいは木質形成材ペレットの一方が供給され貯留される。また、第一のホッパ４３には、生地材ペレットと木質形成材ペレットとのうち、第二のホッパ４６に貯留されたペレットとは別のペレットが供給され貯留される。これら第一、第二のホッパ４３、４６は、それぞれ貯留されたペレットを所定量シリンダ４１内のスクリュー４２に向けて供給するよう構成されたもので、それぞれホッパローダ（図示略）に連結され、これによってペレットが自動供給されるものとなっている。

【0007】

スクリュー４２には、ベント孔４４が形成された位置と対応する位置に深溝部４２ａが形成されている。第二のホッパ４６からのペレットは、深溝部４２ａにて、第一のホッパ４３から投入されシリンダ４１内を加熱溶融されつつスクリュー４２によって運ばれたペレット溶融物中に支障なく投入され混入される。押出機４０の成形温度、すなわちペレットの加熱溶融温度は、ペレットを形成する樹脂の種類によって異なる。例えば塩化ビニルを用いた場合には、１８０～２１０℃程度とされる。

【0008】

生地材ペレットと木質形成材ペレットとの混合比は、得られる成形品の色相や各ペレット中の有色顔料の比率に基づいて適宜決定される。通常は、生地材ペレット：木質形成材ペレット＝９０：１０～９９：１（質量比）とされる。これらペレットをそれぞれどちらのホッパに供給するかを決定するにあたっては、これらペレットの混合比に基づき、配合比率の高い方を第一のホッパ４３に、低い方を第二のホッパ４６に供給するのが好ましい。つまり第一ホッパに生地材ペレットを供給し、第二ホッパに木質形成材ペレットを供給するのが好ましい。なぜなら、配合比率の高い方を第一のホッパ４３に供給して十分に溶融させるようにすれば、逆にした場合に比べ成形不良が生ずることがより防止できるからである。

【0009】

このような押出機４０によって成形を行うと、第一のホッパ４３から供給されたペレットは、シリンダ４１内に投入されここで加熱溶融されつつスクリュー４２によって前方に押し出される。また、第二のホッパ４６から供給されたペレットは、ベント孔４４を通ってシリンダ４１内に投入され、スクリュー４２の深溝部４２ａに供給される。すると、深溝部４２ａ以前に比べ深溝部４２ａのシリンダ４１内容積が大きくなることから、深溝部４２ａにて十分な空隙を形成するものとなり、これによって第二のホッパ４６からのペレットは、第一のホッパ４３からの溶融物による大きな応力を受けることなくこの空隙に供給されて、この第一のホッパ４３からの溶融物中に混入される。第二のホッパ４６からのペレットは、シリンダ４１内にて加熱溶融されつつ、スクリュー４２によって第一のホッパ４３からのペレット溶融物に混合されて、この第一のホッパ４３からのペレット溶融物とともに押し出される。生地材ペレットと木質形成材ペレットとは、このようにして溶融され混合されてダイ４５から押し出され、所望する形状に成形された木質成形品となる。

【0010】

このような製造方法によれば、生地材ペレットと木質形成材ペレットとが溶融して成形方向に流れ、これにより、各樹脂、担持セルロース微粉粒（表面粒付きセルロース系微粉粒）、第一の有色顔料、第二の有色顔料がそれぞれ混ざり合う。しかし、ダイ４５に近いベント孔４４から上述の一方のペレットを供給することで、両ペレットの溶融時間に差をつけ、これによりペレット間に温度差をつけていることから、これらペレットは十分均一に混ざり合うまでには至らず、また、当然両ペレット中の第一の有色顔料と第二の有色顔料も十分均一に混ざらない。したがって、得られる成形品には、図１１に示すようにその内部および表層部にて有色顔料による着色部２０、・・・が不均一に散在する。また、成形品表面では、例えば板状に成形した場合に、着色部２０は、図１２に示すように筋状であるものの連続的でなく断続的に独立したものであり、またその濃淡が不均一でしかも筋の太さも不均一に形成される。

【0011】

また、特に成形品の表層部においては、木質形成材ペレット中の白色顔料粒子１０を担持したセルロース系微粉粒１１が着色部２０の上にくると、白色顔料により着色部２０の色が隠蔽される。すると、図１２に示した表面に見える着色部２０（筋状の模様）の濃淡にさらに不均一さが増し、これによって着色部２０はいっそう天然の木目模様に近いものとなる。また、特に白色顔料として酸化チタンを用いた場合、セルロース系微粉粒１１が熱的、化学的に安定な酸化チタンを担持していることにより、セルロース系微粉粒１１にアルカリ処理等の化学処理を施すことなく、成形時におけるセルロース微粉粒１１の分解を抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開平１０－３０５４７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

しかしながら、上記特許文献１の方法では、木質感を表すために目的とする色むらや濃淡に合わせて、最低でも生地材ペレットと木質成形材ペレットとの２種類を用意する必要があり、また２種類の材料を別々に投入するため、ホッパを２つ以上使用する必要がある等の、材料的および設備的制約があり、このため製造コストが高い。また、特許文献１では、その段落００６２に記載のように、セルロース微粉粒が添加された木質形成材ペレットは供給ペレットの１以上１０ｗｔ％以下であり、最少でも９０ｗｔ％は生地ペレット（添加剤含む）である。このため、木の風合い、つまり表面の微細凹凸や光沢や色むら等の木質感が低い。仮に、木質感を向上させるために添加しているセルロース微粉粒の割合を増加させると、セルロースの形状が微粉粒であるため、樹脂が脆化するという課題を有している。

【0014】

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、複数種類のペレットの混合や着色剤等の使用を一切行わず、セルロース系複合樹脂におけるセルロースを変性させることで生成される、より詳しくは２－フルアルデヒド等の褐色化成分（以下、「フルフラール」と称する）を生成させ、その生成量を制御することで、天然の木の経年変化および成長によって生まれる自然な変色・色むらを成形品に形成しつつ、成形品の基本的な色味をコントロールすることを目的とする。さらに、金型の構造および成形時のゲート位置に関して、あえてウェルドラインが発生するよう設計し配置することで、また、セルロース系繊維複合樹脂中の繊維を成形品表面の極近傍にトラップすることで、成形品における色の濃淡を生じさせ、これによって、材料的な制約や設備的な制約がなく、しかも高強度かつ本物に近い印象の木質成形品を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

この目的を達成するため、本発明のセルロース系繊維複合樹脂を用いた成形品は、
アスペクト比が５以上のセルロース系繊維が母材となるベース樹脂に４０質量％以上含まれており、
ウェルドラインを有し、
成形品中の任意の第一領域は、第一領域以外の第二領域よりウェルドラインに近く、
第一領域のフルフラールの含有量は第二領域のフルフラールの含有量よりも多く、
第一領域の色は第二領域の色よりも濃く、
第一領域の色と第二領域の色との色差ΔＥが３以上である、
ことを特徴とする。

【0016】

本発明の成形品によれば、第一領域の色と第二領域の色との色差ΔＥが６．５５以上であることが好ましい。

【0017】

本発明の成形品によれば、複数のウェルドラインを有することが好ましい。

【0018】

本発明の成形品によれば、成形品の厚みをｔとしたときに、前記成形品の表面の０．１％以上９９．９％以下の範囲で、成形品の最表面から厚み方向に０．０５×ｔ以下の範囲にセルロース系繊維が拘束されていることが好ましい。

【0019】

本発明の成形品よれば、複数のゲートにおける各ゲートからそれぞれ射出された樹脂により形成されたウェルドラインを有することが好ましい。

【0020】

本発明の成形品によれば、ウェルドラインの方向は、樹脂の射出方向に沿った方向と、樹脂の射出方向と交差する方向と、複数のゲートからの樹脂の合流方向との少なくともいずれかであることが好ましい。

【0021】

本発明の成形品の製造方法は、
アスペクト比が５以上のセルロース系繊維が母材となるベース樹脂に４０質量％以上含まれているセルロース系繊維複合樹脂を用い、
成形品にウェルドラインを形成し、
成形品中の任意の第一領域は、第一領域以外の第二領域よりウェルドラインに近い位置とし、
第一領域のフルフラールの含有量を第二領域のフルフラールの含有量よりも多くさせ、
第一領域の色を第二領域の色よりも濃くさせ、
第一領域の色と第二領域の色との色差ΔＥを３以上とする、
ことを特徴とする。

【0022】

本発明の製造方法によれば、第一領域を構成するセルロース系繊維複合樹脂を、１８０℃以上の温度で処理することが好ましい。

【0023】

本発明の製造方法によれば、成形時の金型温度を２０℃～１００℃とすることが好ましい。

【0024】

本発明の製造方法によれば、成形時の金型温度を２０℃～４０℃として、成形品の表面の近傍に繊維をトラップさせることが好ましい。

【0025】

本発明の製造方法によれば、複数のゲートから金型の成形空間に樹脂を射出させるとともに、射出された樹脂どうしを異なる方向から角度をもって合流させることが好ましい。

【0026】

本発明の製造方法によれば、金型内に射出された樹脂をヒーターにより加熱することで、成形品におけるヒーターに近い第一領域とヒーターから遠い第二領域とを形成することが好ましい。

【発明の効果】

【0027】

本発明の木質成形品によれば、木質感、色むら、木目を表すために複数種類の材料および特殊な成形機を用いる必要がなく、また、金型の構造を工夫することで木目の数や色の濃淡をコントロールすることができ、したがって従来よりも更に天然の木材に近く、しかも高強度な木質成形品を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の実施例１の成形品を示す図である。

【図2】本発明の実施例１の成形品の製造工程を示す図である。

【図3】本発明の実施例１の成形品の別の例を示す図である。

【図4】本発明の実施例３の成形品を示す図である。

【図5】図４に記載の成形品を製造するときの樹脂の流動推移を示す図である。

【図6】本発明の実施例４の成形品を示す図である。

【図7】図６に記載の成形品を製造するときの樹脂の流動推移を示す図である。

【図8】本発明の実施例５の成形品を示す図である。

【図9】本発明の実施例６における、ヒーターにより木目調を形成する様子およびそのための金型構造を示す図である。

【図10】従来の木質調樹脂成形品の製造方法を示す図である。

【図11】図１０に示される方法で製造された成形品の内部構造を示す図である。

【図12】図１０に示される方法で製造された成形品の外観を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

本発明においては、繊維のアスペクト比（繊維長／繊維径）が５以上のセルロース系繊維が、母材となるベース樹脂に対して、４０質量％以上含まれているセルロース系繊維複合樹脂を用いることが好ましい。アスペクト比が５未満の場合は、繊維形状から粉体形状に近づき、このため強度の向上効果が低く、また、表面近傍に拘束させる「繊維浮き」を生じさせる場合に木質感が損なわれるという不都合が生じやすい。セルロース系繊維の含有率が４０質量％未満の場合は、せん断発熱量の低下及び褐色化成分フルフラールの成生量の低下をきたして、色の濃淡に顕著な差異を付与することが困難になるという不都合が生じやすい。

【0030】

そして本発明においては、上記のセルロース系繊維複合樹脂を用いて、セルロース系繊維が変性を開始する１８０℃以上になるように、意図的に、樹脂温度・金型温度・圧縮発熱・せん断発熱を制御しながら成形する。それにより、褐色化成分であるフルフラールを生成させる。ただし、セルロース系繊維の完全な炭化を防止するために、２６０℃以下で処理することが望ましい。そして、その際に、成形品にあえてウェルドラインが生じるように、金型の構造として、樹脂流入口であるゲートの近傍に樹脂の流動を阻害する障害物を設置したり、ゲート数を多点にしたりする。これによって木目調の仕上がりとすることができる。特に天然の木の風合いを出すために、金型温度を比較的低温（２０℃～１００℃）にする。特に、金型温度を４０℃以下とすることで、複合樹脂中の繊維が樹脂内部に沈み込むのを阻害して、成形品表面のごく近傍に繊維をトラップさせる。こうすることによって、天然のセルロース系繊維複合樹脂を、着色剤等を使わずに、自然に変色（フルフラールの生成）したことを活用しつつ、金型構造を工夫することで、ウェルドラインによる木目（色の濃淡）および木質感（繊維トラップ）を表すものである。

【0031】

ゲートとしては、製品部外から樹脂を流入させ、成形後に製品から除去するタブゲートを、好ましく用いることができる。

【0032】

本発明において使用することができるセルロース系繊維複合樹脂としては、たとえば木材から抽出された漂白済みの針葉樹のパルプを、直径１００μｍ程度、長さ５００μｍ程度になるよう予備粉砕し、それによって粉末状になったパルプを、混練機で母材となるたとえばポリプロピレンと混ぜ合わせて混練することで得られる、セルロース系繊維複合樹脂を挙げることができる。

【0033】

上記の原料を用いた場合に、混練機の設定温度は、たとえば１９０℃とすることができる。このとき、極力パルプが変色（褐色化）しないように、低温で混練することができる。また、混練機内で生じるせん断力により繊維の解繊（繊維を解きほぐし直径が微細化すること）が生じ、混練前の粉末状パルプに比べ、混練後のセルロース系繊維複合樹脂ペレット内の繊維アスペクト比（繊維長／繊維径）を高くすることができる。このような製造方法によってペレットを得ることができるが、そのペレットは、セルロース系繊維が熱の影響で変色等を起こさないため、白色（パルプ色）のままとすることができる。上記製造方法によって製造されたセルロース系繊維複合樹脂ペレットは、射出成形前にＧＣ／ＭＳによって成分分析した際に、変色（褐色化）を発生させるフルフラール成分は検出されないものとすることができる。

【0034】

セルロース系繊維の種類は、特に限定されず、針葉樹、広葉樹、竹等、セルロース繊維が抽出できる素材であればよい。さらに、上記のように繊維は平均アスペクト比が５以上であることが好ましく、その条件のもとで直径がμｍオーダーからｎｍオーダーの範囲で自由に選定できる。幅広い色味を表すために、セルロース系繊維は、漂白済みでリグニン成分が除去されたものが望ましく、紙などの原料となる漂白パルプを用いることが好ましい。

【0035】

金型構造において、成形品にウェルドラインを形成することを目的とした、樹脂の流動を阻害するための、ゲート近傍の障害物の数は、配置できる範囲で任意に設定することができる。障害物の数によってウェルドラインの数を制御することで、所望の木目の数にすることができる。またゲート近傍に障害物を配置する際に、障害物どうしのピッチ（配置間隔）に差を設けることで、せん断発熱差を生じさせ、それによって生成されるフルフラールの量を局所的に変えることができる。こうすると、木目毎の色味にも差異（濃淡）を生じさせることが可能となる。

【0036】

多点ゲートにてウェルドラインを生じさせて木目を表す場合は、各ゲートからの射出タイミングに差異を設けたり、射出速度を段付にしたりすることで、木目に揺らぎを付与することができる。

【0037】

ゲート近傍に障害物を設置する方法および多点ゲートを用いる方法のいずれの方法で木目（ウェルドライン）を表す場合においても、射出速度を加減することにより、樹脂合流界面で圧縮される空気の量および樹脂合流時のせん断発熱量を変化させることができる。その結果、高速で射出すれば木目(ウェルドライン)を濃くすることができ、また低速で射出すれば木目（ウェルドライン）を薄くすることができる。これによって、木目毎の濃淡も制御することができる。

【0038】

金型内にヒーターを設置として、成形品を局所的に加熱することで、その加熱された箇所の色目を濃くすることができ、それによって木目調に仕上げることもできる。

【0039】

本発明によれば、目標とする木質感、色むら、木目を形成するために複数種類のペレットを用意する必要がなくなり、また射出成形機にて成形する場合でも、混色成形機や二色成形機等の特殊な成形機を用いず、汎用の成形機で成形することが可能である。また、繊維状のセルロースの添加量を増加することで、比例的に成形品の引張や曲げ特性を向上させることができる。

【実施例0040】

（実施例１）
繊維のアスペクト比が５以上のセルロース系繊維が４０質量％添加された複合樹脂にて検討を実施した。

【0041】

図１は、実施例１の木質成形品の形状を示す。図２は、実施例１の木質成形品の製造工程における樹脂の流動推移を示す。図３は、図１に示す形状の成形品について、樹脂温度、金型温度を変えて成形したときの成形品外観を示す。

【0042】

図１（ａ）は実施例１の成形品１００の形状を示す。図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、セルロース系繊維が４０質量％添加された複合樹脂は、成形機において、ランナー（図示略）を経て樹脂流入口すなわちゲート１０１、１０２の２点から射出される。成形機のシリンダ温度は、母材であるポリプロピレンを溶融し、褐色化成分であるフルフラールを生成させ、さらに、セルロース系繊維の完全な炭化を防ぐため、１８０℃以上２６０℃以下の範囲とされるのが好ましい。さらに好ましくは、２００℃以上２３０℃以下の範囲である。実施例１では、２００℃と２３０℃との２条件で成形した。また、金型温度は。２０℃以上１００℃以下の範囲で設定することが好ましく、４０℃以上８０℃以下の範囲がさらに好ましい。実施例１では、金型の温度は４０℃と８０℃とに設定した。つまり、上記シリンダ温度２種類（２００℃と２３０℃）について、それぞれ２種類の金型温度（４０℃と８０℃）で成形した。すなわち、計４条件で成形した。

【0043】

図２（ａ）に示すように、２つのゲート１０１、１０２から射出された複合樹脂は、射出直後に、樹脂合流界面２０１の位置で合流する。このとき密閉された金型内に残存している空気は、射出された樹脂の影響を受け、樹脂合流界面２０１およびその近傍で圧縮され発熱する。また、各ゲート１０１、１０２から射出された樹脂は、合流した瞬間に互いに交じり合うことで、せん断発熱を生じる。これらの発熱により、樹脂合流界面２０１の近傍では、複合樹脂中のセルロース系繊維がシリンダ内で変性して生じたフルフラールよりさらにフルフラールが増加する。その結果、樹脂合流界面２０１およびその近傍では、それ以外の領域に比べ、複合樹脂の色が濃くなる。

【0044】

図２（ｂ）に示すように、圧縮およびせん断発熱により、樹脂合流界面２０１およびその近傍において、それ以外の領域に比べより多く生成されたフルフラールは、ウェルドライン２０２に沿って生成される。その結果、複合樹脂は、色の濃淡が目視で認識できるレベルで木目を形成しながら流動していく。

【0045】

図２（ｃ）に示すように、樹脂流動末端２０３まで樹脂が流動して充填されることで、成形品１００が得られる。図２（ｂ）に示すように形成されたウェルドライン２０２は、樹脂流動末端２０３の位置まで樹脂が流動するにつれて徐々に長さが増加する。すると、ウェルドライン２０２に沿った木目も、成形品１００の表面の長手方向に沿って線状に形成される。

【0046】

図３（ａ）～（ｄ）において、木質成形品３０１～３０４は、それぞれ樹脂温度２００℃、２３０℃、金型温度４０℃、８０℃の組合せでそれぞれ成形されたものである。

【0047】

図３（ａ）に示される成形品３０１(樹脂温度２００℃、金型温度４０℃にて成形)において、ウェルドライン２０２上に形成された木目の領域(色の濃い領域)ではない、木目以外の領域において、分光測定器による色調測定の結果、明暗を意味するＬ＊の値、赤と緑の尺度ａ＊、黄と青の尺度ｂ＊の値が、それぞれ、Ｌ１＊＝６４．８９、ａ１＊＝９．０３、ｂ１＊＝３１．２３、であった。一方、ウェルドライン２０２上に形成された木目(フルフラール)の領域において、分光測定器による色調測定の結果、Ｌ＊、Ａ＊、ｂ＊の値がそれぞれ、Ｌ２＊＝５８．６２、ａ２＊＝１０．４９、ｂ２＊＝２９．８８、であった。以上の結果から、上記２色間の差を表す色差ΔＥは、以下の式より

【0048】

【数1】

【0049】

となった。つまり、明暗を意味するＬ＊の値、赤と緑の尺度ａ＊、黄と青の尺度ｂ＊に差異があり、ウェルドライン２０２上に形成された木目の領域とそれ以外の領域での色差ΔＥは６．５５となった。すなわち、人間の目視で認識できる色差ΔＥが３以上のため、成形品の表面に色の差、濃淡が表されたことになった。すなわち、ウェルドライン２０２に近い領域の色がウェルドライン２０２から遠い領域の色よりも濃いという結果になった。

【0050】

また、金型温度が４０℃と比較的低温であるため、成形品３０１の表面近傍には繊維がランダムにトラップ(製品最表面から製品厚み方向に沿って厚みの５％以内に拘束)された繊維浮き３０５が生じており、これによって更に天然の木材のような風合いが表されていた。

【0051】

繊維浮き３０５は、樹脂温度や金型温度等の成形条件によって、製品最表面から製品厚み方向に沿って製品厚みの５％以内に拘束されるトラップ量をコントロールできる。詳細には、樹脂温度および金型温度を低く、また圧縮およびせん断発熱量を低くすると、製品表面全面に繊維浮き３０５を発生させることができる。逆に樹脂温度および金型温度を高く、また圧縮およびせん断発熱量を高くすると、繊維浮き３０５をほとんど発生させないようにすることができる。

【0052】

図３（ｂ）に示される成形品３０２（樹脂温度２００℃、金型温度８０℃にて成形）においては、成形品３０１同様に木目とそれ以外の領域でΔＥが３以上の色差が発生した。しかし、図３（ａ）に示される成形品３０１で発生した繊維浮き３０５は、発生しなかった。これは、金型の温度が高いために繊維が樹脂内部に沈み込む時間が長く、このため表面硬化開始前に繊維が成形品内部に沈み込んだことが原因したものであると考えられる。

【0053】

図３（ｃ）に示される成形品３０３（樹脂温度２３０℃、金型温度４０℃にて成形）においては、図３（ａ）に示される成形品３０１よりも全体的に成形品の色が暗く、また木目の領域とそれ以外の領域との色の濃淡もより顕著になった。成形品３０３のウェルドライン２０２上に形成された木目（フルフラール）の領域ではない、それ以外の領域において、分光測定器による色調測定の結果、Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊の値が、それぞれ、Ｌ３＊＝５０．１、ａ３＊＝９．７３、ｂ３＊＝２５．９３、であった。一方、ウェルドライン２０２上に形成された木目（フルフラール）の領域において、分光測定器による色調測定の結果、Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊の値がそれぞれ、Ｌ４＊＝４３．９、ａ４＊＝１１．０１、ｂ４＊＝２２．９９、であった。以上の結果から、上記２色間の差を表す色差ΔＥは、以下の式より

【0054】

【数2】

【0055】

となった。つまり、明暗を意味するＬ＊の値、赤と緑の尺度ａ＊、黄と青の尺度ｂ＊に差異があり、ウェルドライン２０２上に形成された木目の領域とそれ以外の領域での色差ΔＥは６．９８となり、人間の目視で認識できる色差ΔＥが３以上のため、成形品の表面に色の差、濃淡が表されたことになった。また、金型温度が比較的低温であるため、成形品３０１の表面近傍には繊維がランダムにトラップ（製品最表面から製品厚み方向に沿って厚みの５％以内に拘束）された繊維浮き３０５が生じており、これによって更に天然の木材のような風合いが表されていた。

【0056】

図３（ｄ）に示される成形品３０４（樹脂温度２３０℃、金型温度８０℃にて成形）においては、図３（ｃ）に示される成形品３０３と同様に木目の領域とそれ以外の領域とで色差が発生したが、成形品３０３で発生した繊維浮き３０５は発生しなかった。これは、金型の温度が高いために繊維が樹脂内部に沈み込む時間が長く、このため表面硬化開始前に繊維が成形品内部に沈み込んだことが原因したものであると考えられる。

【0057】

図３（ａ）に示される成形品３０１のＧＣ／ＭＳ成分分析を行なった結果、射出成形前は未検出であったフルフラールが成形品から検出された。分析試料単位質量あたりから、バイアル瓶気相部分に発生したガス量をトルエンｄ８を標品として換算したところ、フルフラールの検出量は、ウェルドラインに沿った木目部で０．２２［μｇ/ｇ］、木目以外の領域(基準色)で０．１８［μｇ/ｇ］であり、色の濃淡により０．０４［μｇ/ｇ］の差が生じた。この結果から、樹脂の加熱溶融と圧縮およびせん断発熱とによって、変色（褐色化）成分であるフルフラールが生成されたことが確認できた。かつ、成形品全体でフルフラールの量が不均一となっていることによって、色むらや木目等の木質感および風合いを表していることがわかった。

【0058】

以上の構成によって、特許文献１に記載の技術と同等以上の天然の木質感（色むら、木目、風合い）を有する木質調成形品を、セルロース系繊維を４０質量％含有した複合樹脂１種類のみを使用して成形することができた。

【0059】

成形時の樹脂温度（シリンダ温度）を昇降させることで、木目とそれ以外の領域との色味をコントロールすることができた。

【0060】

成形時の金型温度を昇降させることで、成形品の表面極近傍（成形品最表面から板厚方向に板厚の５％以内の範囲）にトラップされる繊維（繊維浮き）の量を制御することができた。詳細には、成形品の厚みをｔとし、成形品の最表面から厚み方向に０．０５×ｔ以下の範囲に繊維浮きが生じる部分の表面割合（繊維浮き領域／成形品表面積）を、０．１％以上９９％以下の間でコントロールすることができた。

【0061】

実施例１では、セルロース系繊維は針葉樹を使用した。これ以外にも、広葉樹、竹等の、セルロース繊維を抽出できる木材や植物であれば使用でき、その素材は特に限定されない。

【0062】

実施例１では母材にポリプロピレンを用いたが、ペレット製造段階でセルロース系繊維が炭化しない範囲で複合樹脂化できる樹脂であればよく、特に限定されない。

【0063】

製品へ直接ゲートを配置する場合に、その位置や数は、金型の構造上可能な範囲で任意に設定でき、特に制限されない。

【0064】

（実施例２）
セルロース系繊維複合樹脂におけるセルロース系繊維の濃度を変化させて、射出成形限界の調査を実施した。表１に、その射出成形限界の調査結果を示す。

【0065】

【表1】

【0066】

表１において、試料１は、実施例１で検討した、母材にポリプロピレンを用いセルロース系繊維を４０質量％含有する複合樹脂を、樹脂温度２３０℃、金型温度８０℃の条件で成形したサンプルである。この試料１を基準として、セルロース系繊維の濃度を５質量％間隔で増加させ、成形が可能なセルロース系繊維濃度の見極めを行なった。

【0067】

表１において、試料１～試料８および比較試料９は、セルロース系繊維４０質量％から８０質量％の範囲の複合樹脂（５質量％きざみ）を、樹脂温度２３０℃、金型温度８０℃の条件で成形したサンプルである。すなわち、試料１、２、３、４、５、６、７、８は、それぞれセルロース系繊維を４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５質量％含有する複合樹脂、比較試料９はセルロース系繊維を８０質量％含有した複合樹脂である。表１には、これらの複合樹脂で成形されたサンプルで充填性を確認した結果を示す。

【0068】

試料１～８は成形品の形状を規定する金型への充填率が１００％であり、未充填部はなかった。表１では、これを「良好」と評価した。一方、比較試料９においては、金型の末端まで樹脂が流動・充填しなかった（１００％充填ではない）。表１では、これを「不良」と評価した。以上より、上述の条件下では、セルロース系繊維を７５質量％含有した複合樹脂が、射出成形にて製品形状を満足する成形品が得られる成形限界であった。

【0069】

（実施例３）
図４は、本発明の実施例３の成形品の形状を示す。図５は、図４に記載の成形品を製造するときの樹脂の流動推移を示す。

【0070】

図４（ａ）（ｂ）（ｃ）において、成形品５００は、タブゲート（製品部外から樹脂を流入させ、成形後に製品から除去するゲート）５０１に障害物５０２を有した形状の金型を用いて、ゲート５０３の１点から樹脂を射出することにより製造される。図示の例では、障害物５０２は、ゲート５０３に向いた頂点を有する三角柱状に形成されている。

【0071】

図５（ａ）（ｂ）において、タブゲート５０１のゲート５０３から射出・流入された樹脂は、障害物５０２を境に流動方向が変化し、二手に分岐する。

【0072】

図５（ｃ）（ｄ）において、障害物５０２を境に二手に分岐した樹脂は、樹脂合流界面５０４にて再度合流し、ウェルドライン５０５を形成する。このとき、実施例１の場合と同様に、金型内部の残留空気圧縮による圧縮発熱と、樹脂合流によるせん断発熱とが生じる。この圧縮発熱とせん断発熱とによって、樹脂合流界面５０４の近傍に位置する複合樹脂中のセルロース系繊維は変性され、フルフラールを生成する。

【0073】

図５（ｅ）において、ウェルドライン５０５に沿う形でフルフラールの生成が進み、天然の木材のような風合いを有する木目５０７が形成される。

【0074】

このようにすることで、成形品５００において製品部外に位置するタブゲート５０１を介して製品部に樹脂が流入し、それによって木目や色むらを付与することができる。このため、上述の実施例１のような製品部に直接ゲートを配置する場合と比較して、ゲート直下でのヒケ等の不具合を防止することができる。

【0075】

障害物５０２は、樹脂の流動を阻害できればどんな形状でもよく、特に限定されない。

【0076】

（実施例４）
図６は本発明の実施例４の成形品の形状を示す。図７は図６に記載の成形品を製造するときの樹脂の流動推移を示す。

【0077】

図６（ａ）（ｂ）（ｃ）において、成形品７００は、タブゲート７０１に障害物７０２～７０５を有した形状の金型を用いて、ゲート７０６の１点から樹脂を射出することより製造される。

【0078】

図７（ａ）（ｂ）において、タブゲート７０１のゲート７０６から射出・流入された樹脂は、障害物７０２～７０５を境に流動方向が変化し、タブゲート７０１および障害物７０２～７０５にて形成される各隙間８０１～８０５に向けて分岐する。

【0079】

図７（ａ）～（ｅ）に示すように、隙間８０１～８０５のサイズはそれぞれ異なっており、このため隙間８０１～８０５を通過する樹脂が受ける流動抵抗８０６～８１０には差異が生じる。

【0080】

図示の隙間８０２に生じる流動抵抗８０７と隙間８０３に生じる流動抵抗８０８とでは、サイズの小さい隙間８０３すなわち障害物７０３、７０４どうしの距離が短い隙間８０３で生じる流動抵抗８０８の方が大きい。このため、流動抵抗によるせん断発熱量も隙間８０３の方が大きくなり、隙間８０３を通過する樹脂の方が、変性により生じるフルフラールの量も多くなり、フルフラール生成量（褐色化量）が、隙間８０２を通過する樹脂に比べて大きくなる。

【0081】

図７（ｅ）において、流動末端まで樹脂が流入・充填することにより得られる成形品７００は、障害物７０３～７０５の数に応じてウェルドライン８１２～８１５が形成され、ウェルドライン８１２～８１５に沿って木目（色の濃淡）が形成されている。さらに、せん断発熱差によって、それぞれのウェルドライン８１２～８１５に沿って形成された木目は、色の濃さが異なっている。

【0082】

このようにすることで、タブゲート７０１に配置する障害物７０２～７０５の本数および隙間を任意に設定することで、木目の本数および各木目の濃淡もコントロールすることができる。

【0083】

（実施例５）
図８は、本発明の実施例５における、障害物タブゲートを複数付けた成形品形状を示す。

【0084】

図８（ａ）において、成形品９０１には、二つのタブゲート９０２、９０３が形成されている。これらのタブゲート９０２、９０３は、それぞれタブゲート９０２、９０３からの樹脂の流動方向がなす角度９１７が１度以上９０度以下となるように形成されている。それぞれのタブゲート９０２、９０３には障害物９０７、９０８が配置されている。

【0085】

本構成によって、多点ゲートによる樹脂合流界面でのウェルドライン９０６の形成や、障害物が配置されていることによるウェルドライン９０４、９０５の形成が起こる。これによれば、木目（色の濃淡）を付与すると同時に、流動の方向が異なることによる、ウェルドライン９０４～９０６の方向転換やゆらぎを生じさせることができる。

【0086】

図８（ｂ）において、成形品９０９は、流動方向のなす角度が０度（一直線上）になるように互いに形成されたタブゲート９１０、９１１を有している。それぞれのタブゲート９１０、９１１には、障害物９１５、９１６が配置されている。

【0087】

本構成によって、多点ゲート９１０、９１１からの樹脂による合流界面が形成されることで、流動方向に垂直な方向のウェルドライン９１４が形成される。また障害物９１５、９１６が配置されていることによりウェルドライン９１２、９１３の形成が生じ、これによって木目（色の濃淡）を付与することができる。

【0088】

このような構成によれば、任意の位置、角度から複数のゲートに分けて樹脂を射出することにより、形成される木目（色の濃淡）に、ゆらぎや、任意の位置からの方向転換を付与することができる。

【0089】

また、複数のタブゲートから同一射出速度で樹脂を流入させずに、一方を高速、他方を低速で射出することで、或いは射出速度を段階に分けて速度変化させることで、木目（色の濃淡）の方向を細かく変化させることができる。

【0090】

（実施例６）
図９は、本発明の実施例６における、ヒーターにより木目調を形成する様子およびそのための金型構造を示す図である。

【0091】

図９（ａ）において、キャビティ１００５とコア１００４とで構成される金型によって成形品１００６が成形される。この金型のコア１００４側には、ヒーター１００１～１００３が設けられている。ヒーター１００１～１００３は、成形品１００６から任意の距離に配置されるとともに、ヒーター１００１～１００３同士も互いに任意の距離をおいて配置されている。

【0092】

ヒーター１００１～１００３から、成形品１００６におけるヒーター１００１～１００３に最も近い部分までの距離は、２ｍｍ以上３０ｍｍ以下が好ましく、さらに好ましくは５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。本実施例６では、成形品１００６の表面までの最短距離が５ｍｍになるように、図示のとおりの３本のヒーター１００１～１００３を配置した。

【0093】

ヒーター１００１～１００３の温度は、それぞれ任意に設定できる。本実施例６では、いずれのヒーター１００１～１００３も２３０℃に設定した。そして、樹脂温度は２００℃、金型温度は４０℃として、成形を行った。

【0094】

図９（ｂ）は、成形品１００６とヒーター１００１～１００３のみを記載したものである。この図９（ｂ）において、上記のように２３０℃に加熱されたヒーター１００１～１００３から最も近い位置の成形品１００６の表面付近では、セルロース系繊維がヒーター１００１～１００３の熱の影響を受けて、ヒーターの熱の影響を受けない部分に比べてフルフラール成生量が増加し、色が濃くなる。これにより、木目（色の濃淡）１００７～１００９が形成される。

【0095】

このような構成によれば、金型内の任意の位置にヒーターを任意の本数配置することで、木目（色の濃淡）の数を制御できる。また、ヒーターの設定温度、あるいは、成形品１００６からの最短距離を変化させることで、木目の濃淡の加減をコントロールすることができる。

【産業上の利用可能性】

【0096】

本発明の成形品は、射出成形と同等のサイクルで本物の木材のような質感を得ることができる。このため、長時間かけて木材の削出し加工で適用されていた商品の置換えに適用でき、しかも汎用の射出成形機で生産している製品の量産にも適用できる。

【符号の説明】

【0097】

１００ 成形品
１０１ ゲート
１０２ ゲート
２０１ 樹脂合流界面
２０２ ウェルドライン
５００ 成形品
５０１ タブゲート
５０２ 障害物
５０３ ゲート
５０４ 樹脂合流界面
５０５ ウェルドライン
５０７ 木目
７００ 成形品
７０１ タブゲート
７０２ 障害物
７０３ 障害物
７０４ 障害物
７０５ 障害物
７０６ ゲート
９０１ 成形品
９０２ タブゲート
９０３ タブゲート
９０４ ウェルドライン
９０５ ウェルドライン
９０６ ウェルドライン
９０９ 成形品
９１０ タブゲート
９１１ タブゲート
９１２ ウェルドライン
９１３ ウェルドライン
９１４ ウェルドライン
１００１ ヒーター
１００２ ヒーター
１００３ ヒーター
１００６ 成形品
１００７ 木目
１００８ 木目
１００９ 木目

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】