JP2002046104A

JP2002046104A - 木材成形装置および木材成形方法

Info

Publication number: JP2002046104A
Application number: JP2000232364A
Authority: JP
Inventors: Kozo Kanayama; 公三金山; Yuzo Furuta; 裕三古田; Eiji Iwanaga; 英治岩永; Noboru Okago; 昇大籠
Original assignee: Rhythm Watch Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Rhythm Watch Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2002-02-12
Anticipated expiration: 2020-07-31
Also published as: JP3669571B2

Abstract

(57)【要約】【課題】模様の圧縮深さや曲率の制限を大きく改善で
き、装飾性に優れ、かつ材料表面および中の割れ、剥
離、繊維方向の裂けを低減でき、量産レベルにおいて安
定した品質を図ることが可能な成形木材を形成する木材
成形装置および木材成形方法を提供する。【解決手段】内部に所定の圧力を有する水蒸気が供給さ
れる圧力容器１と、前記圧力容器１の内部に対向配置さ
れた、木質材料１０ａへ転写する凹凸模様を有する一対
のプレス金型（７，８）と、前記プレス金型（７，８）
を動作させて前記木質材料１０ａを圧縮して、当該木質
材料１０ａに凹凸模様を転写させる駆動手段２とを有
し、前記一対のプレス金型（７，８）は、一方のプレス
金型の凹部と、他方のプレス金型の凸部とが略重なり合
う互いに反転形状の凹凸模様を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家具、建材、楽器
等に用いられる表面に凹凸模様を有する成形木材を得る
ための木材成形装置および木材成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】表面に凹凸模様を有する板状の木材ある
いは木粉末などの木質材料は、その装飾性の観点から各
種用途への利用が期待される。木材の表面に凹凸模様を
形成する方法としては、彫刻刀などで木材の表面を彫る
方法が古くから知られている。しかし、その彫刻による
凹凸模様を形成する場合には、彫刻作業に時間を要する
他、均一な凹凸模様を得難いなどという問題がある。一
方、木粉末をフェノール樹脂により接着することにより
形成されているハードボードやＭＤＦなどに、彫刻など
による２次加工により凹凸模様を施す場合には、上記の
木材での問題に加えて、生分解性のないフェノールを含
んだ廃材が出ることから、環境への配慮の観点から好ま
しくない。また、フェノール樹脂などの接着剤を使用す
るため、工程数が増加してしまうという問題もある。

【０００３】上記の事情から、近年高温高圧の水蒸気雰
囲気下で木質材料を加熱軟化させてプレスすることによ
り、所望の形状を有する成形木材とする方法が、開発さ
れている。

【０００４】例えば、特開平５−８２０２号公報におい
ては、木材を水蒸気雰囲気内に置いて加熱することによ
り軟化させ、木材をプレス状態のままで高温高圧の雰囲
気内に置くことにより、木材を形状固定させ、曲げ木を
形成することとしている。

【０００５】また、例えば、特開平１０−２３５６１９
号公報においては、木材の平坦部の厚さ、凸部模様の頂
点の高さおよび平坦部表面に対する立ち上がり角度を適
正な範囲内に設定することによって、凸部模様を形成
し、かつ割れなどの欠陥がない加工木材を形成すること
としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水蒸気処理による木材成形方法は、特開平５−８２０２
号公報のように、板状の木材から曲げ木を形成するため
に使用されており、木材の表面に装飾性の優れた模様を
形成する方法としては適用されていない。また、特開平
１０−２３５６１９号公報では、模様の圧縮の深さ、曲
率、圧縮率を大きく制限することにより加工を可能にし
ているが、デザイン的な制約が大きく装飾性に欠けるこ
ととなる。

【０００７】上述したように、水蒸気処理による木材成
形方法によって、木質材料に装飾性の優れた凹凸模様を
量産レベルで形成することは実際には非常に難しい。す
なわち、装飾性を重視して、圧縮率が模様の凹部と凸部
で大きく変わってしまうような凹凸模様を形成すると、
成形木材の表面あるいは内部に、割れ、剥離、繊維方向
の裂けなどが増大してしまう他、圧縮率の高い凹部で
は、そこだけ水蒸気処理が進み、材料表面に液状化物質
が形成されて成形木材が黒ずんだりしてしまい、美観を
損ねてしまうという問題がある。また、圧縮率が高いと
水分の蒸発が妨げられるため、生産性が悪くなってしま
うという問題もある。反対に、量産レベルでの不良率を
低減するために、形成する凸部模様の高さ、あるいは凹
部模様の深さを調整して上記の問題を回避しようとする
と、不完全な転写になってしまうため、装飾性に優れる
成形木材を形成することができなくなってしまうという
問題がある。

【０００８】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、従って、本発明は、模様の圧縮深さや曲率の
制限を大きく改善でき、装飾性に優れ、かつ材料表面お
よび内部の割れ、剥離、繊維方向の裂けを低減でき、量
産レベルにおいて安定した品質を図ることが可能な成形
木材を形成する木材成形装置および木材成形方法を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の木材成形装置は、内部に所定の圧力を有す
る水蒸気が供給される圧力容器と、前記圧力容器の内部
に対向配置された、木質材料へ転写する凹凸模様を有す
る一対のプレス金型と、前記プレス金型を動作させて前
記木質材料を圧縮して、当該木質材料に凹凸模様を転写
させる駆動手段とを有し、前記一対のプレス金型は、一
方のプレス金型の凹部と、他方のプレス金型の凸部とが
略重なり合う互いに反転形状の凹凸模様を有している。

【００１０】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の木材成形方法は、木質材料を所定の圧力を有する水
蒸気雰囲気内に置いて加熱軟化させる工程と、前記木質
材料を少なくとも両面から圧縮して、木質材料の両面に
凹凸模様を形成する工程と、前記木質材料を圧縮状態の
ままで所定の圧力を有する水蒸気雰囲気に置いて硬化さ
せて形状固定する工程とを有し、形状固定後の成形木材
の厚さがその内部において略均一であり、凸部模様が形
成される面と対向する他方の面に反転形状の凹部模様を
有する成形木材を形成する。

【００１１】前記凹凸模様を形成する工程の前に、前記
木質材料を加熱状態として当該木質材料の前記凹凸模様
を形成するための圧縮方向とは異なる方向に圧縮する予
備圧縮工程をさらに有する。

【００１２】好適には、前記加熱軟化させる工程におい
て、前記木質材料が軟化する温度になる圧力を有する水
蒸気雰囲気内に置いて前記木質材料を加熱軟化させる。

【００１３】好適には、前記形状固定する工程におい
て、前記木質材料が硬化する温度になる圧力を有する水
蒸気雰囲気内に置いて前記木質材料を形状固定する。

【００１４】上記の本発明によれば、板状の木材、ある
いは木粉末などからなる木質材料が所定の圧力の水蒸気
雰囲気内において加熱されることにより、水蒸気を吸収
して内部温度が上昇し、加熱軟化されることになる。こ
の加熱軟化された状態で、プレス金型を動作させて木質
材料を圧縮して、当該木質材料に凹凸模様を転写し、当
該圧縮状態を維持したままで、所定の圧力を有する水蒸
気雰囲気に置かれることにより、木質材料は水蒸気によ
って化学変化を起こして圧縮による成形が固定され、そ
の後の加熱や吸水により、当該成形が戻ることのない安
定した成形木材が形成される。上記の作用において、木
質材料に凹凸模様を転写するプレス金型として、一方の
プレス金型の凹部と、他方のプレス金型の凸部とが略重
なり合う互いに反転形状の凹凸模様を有するプレス金型
を使用することで、転写後の成形木材の厚さが略均一に
なることから、圧縮率が略均一となり、形状固定の過程
において、割れ、剥離、繊維方向の裂けなどの不利益を
抑制することができることとなる。また、圧縮工程の前
に、木質材料を加熱状態として当該木質材料に凹凸模様
を形成する方向とは異なる方向に圧縮する予備圧縮工程
を設けることで、当該予備圧縮された木材は、極めて圧
縮成形しやすい状態となり、その後の圧縮成形をスムー
ズに行うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の木材成形装置お
よび成形方法の実施の形態について、図面を参照して説
明する。

【００１６】図１（ａ）は、本発明の木材成形装置によ
り形成された成形木材の１例を示す斜視図であり、図１
（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線における概略拡大断面
図である。

【００１７】図１に示すように、成形木材１０は、板状
の木材、あるいは木粉末などの木質材料が圧縮成形され
て、実質的に表面平滑とされた平板部１１の表面に所定
形状に盛り上がって突出した凸部模様１２が明瞭かつ外
観美麗に形成されている。

【００１８】成形木材１０は、木質材料として板状の木
材を使用した場合には、略繊維方向に対して略直角の方
向（放射方向あるいは接線方向）に圧縮されている。こ
こで、繊維（Textile ）方向Ｌとは木目に沿った方向で
あり、放射（Radial) 方向Ｒは、繊維方向Ｌに直交して
おり樹木の中心から外側あるいは外側から中心に向かう
方向をいい、接線（Tangential) 方向Ｔとは年輪に対す
る接線の方向をいう。

【００１９】成形木材１０の表面には、例えば凸部模様
が形成されており、また、成形木材１０の裏面には表面
の凸部模様に対して反転形状の凹部模様が形成されてい
る。すなわち、図１（ｂ）に示すように、成形木材１０
の表面には例えば高さａの凸部模様１２ａが形成されて
おり、その直下の裏面には深さａの凹部模様１３ａが形
成されている。従って、表面の凸部模様１２ａと裏面の
凹部模様１３ａとは、互いに反転形状となっている。

【００２０】このように、成形木材１０の一方の面に例
えば凸部模様１２ａを形成し、当該凸部模様の反転形状
の凹部模様１３ａを他方の面に形成することにより、成
形木材１０内の厚さを略一定（ｔ_b1＝ｔ_b2＝ｔ_b3）にす
ることができる。ここで、圧縮成形前の木質材料の厚さ
をｔ_a 、圧縮形成後の成形木材の厚さをｔ_b とすると、
圧縮率ｃは、下記の式（１）によって表せられる。

【００２１】

【数１】ｃ（％）＝（（ｔ_a −ｔ_b ）／ｔ_a ）×１００（１）

【００２２】従って、圧縮成形後の成形木材内の厚さが
略一定（ｔ_b1＝ｔ_b2＝ｔ_b3）であることから、圧縮率が
成形木材内で略均一となっている。

【００２３】次に、上記の成形木材を形成する本実施形
態の木材成形装置について説明する。

【００２４】図２（ａ）は本実施形態の木材成形装置を
示す概略構成図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−
Ｂ線における概略拡大断面図である。図２に示す木材成
形装置は、圧力容器１と、成形プレス部２と、被成形プ
レス部３と、制御装置２０と、コンプレッサー３０と、
ボイラー４０などから構成されている。

【００２５】圧力容器１は、高温高圧の状態に耐えられ
るように例えば高強度の鋼またはステンレスで製作され
た有底筒体からなり、その開口部には、蓋１ａが開閉可
能に取り付けられている。この圧力容器１には、配管２
１を通して水蒸気が内部に供給され、かつ配管２２を通
して圧力容器１の内部を除圧するための排気が行われ、
かつ配管２３を通して圧力容器１内に残留した水等が外
部に排出される。

【００２６】成形プレス部２は、圧力容器１の上部外側
に適当な手段にて取り付け固定されたプレスシリンダー
２ａと、圧力容器１の周壁を気密に貫通するピストンロ
ッド２ｂと、ピストンロッド２ｂの先端部に取り付け固
定された可動プレス板２ｃにより構成されている。

【００２７】制御装置２０は、各種の制御を行うもので
あり、コンプレッサー（compressor: 圧縮機）３０によ
る空気圧により各々の弁（２１ａ、２２ａ、２３ａ）を
制御することとしている。具体的には、圧力容器１内の
水蒸気圧の制御を、水蒸気用弁２１ａを調整することに
より、ボイラー４０から供給される水蒸気の供給を調整
して行う。また、圧力容器１の排気制御を排気用弁２２
ａを調整することにより行う。また、圧力容器１内に残
留した水の排出制御をドレン用弁２３ａを調整すること
により行う。また、蓋１ａやプレスシリンダー２ａとも
接続されており、扉の開閉制御やプレス制御を行う。な
お、圧力容器１中に設けられた不図示の温度計や圧力計
を介して、制御装置２０により、温度、圧力をモニタ可
能としている。

【００２８】被成形プレス部３は、架台４に取り付けら
れた固定プレス板５に載置されている。図３に被成形プ
レス部３の構成を表す斜視図を示す。図３（ａ）に示す
ように、コの字型の溝を有する金枠６に、下型７、木質
材料１０ａ、上型８、スペーサ９をセットすることによ
り、図３（ｂ）に示すような被成形プレス部３が構成さ
れることになる。上型８と下型７からなるプレス金型の
対向面には、木質材料に転写するための不図示の凹凸模
様が形成されている。この上型８と下型７の凹凸模様
は、互いに反転形状の凹凸模様を有しており、従って上
型８と下型７の対向面を合わせると上型の例えば凸模様
が下型の例えば凹模様にはめ込まれるように形成されて
いる。スペーサ９は、成形木材１０の厚さを決定するた
めのもので、所望の成形木材１０の厚さに応じて適当に
交換することができることとなっている。

【００２９】次に、上記の本実施形態の木材成形装置を
用いた木材成形方法について説明する。ここで、本発明
の木材成形方法には、気乾状態の木質材料を使用するこ
とが好ましい。ここで、気乾状態とは、空気中で乾燥し
た場合における含水状態をいい、内部には水分を含んだ
状態である。気乾状態における含水率は、木材の乾燥方
法や湿度により変化するが平均して８〜１５％程度であ
る。気乾状態の木質材料を使用するのは、一般的に材料
の入手が容易だからである。なお、気乾状態の木質材料
は、例えば天然乾燥の他、温度や湿度を制御した乾燥機
による人工乾燥など、適当な方法により形成される。

【００３０】図４は、本発明に係る木材成形方法を説明
するための各工程における時間−温度のグラフであり、
図５は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線における概略断面図の各
工程における被成形プレス部の状態を表し、図５（ａ）
は圧縮前の状態、図５（ｂ）は圧縮後の状態を示してい
る。

【００３１】まず、金枠６に、下型７、木質材料１０
ａ、上型８、およびスペーサ９をセットして、被成形プ
レス部３を形成する。

【００３２】次に、圧力容器１の開口部の蓋１ａを開い
て、圧力容器１を開放し、上記の被成形プレス部３を圧
力容器１の内部に搬入して、固定プレス板５の上に載置
する。

【００３３】次に、図５（ａ）に示すように、圧力容器
１の蓋を閉じて、圧力容器１を密封した後、圧力容器１
の内部に配管２１を通して、水蒸気を供給し、５分程度
（ｔ ₁ ）で温度を木材の軟化温度として８０℃程度（Ｔ
₁ ）にまで上昇させ、この水蒸気雰囲気内で被成形プレ
ス部３を加熱する。そして、この軟化温度Ｔ₁ の状態で
木質材料１０ａを３０分程度（ｔ₂ ）加熱すると、木質
材料１０ａは水蒸気および水蒸気によって加熱された金
型の熱を吸収して、軟化する。上記の木質材料の水蒸気
による軟化機構は、木材の主成分であるヘミセルロース
およびリグニンが軟化して低分子化し、かつ木材の主成
分であるセルロースが高温高圧の水蒸気により非晶質領
域において結合が切断され、結晶形態が変化するためと
考えられている。

【００３４】次に、図５（ｂ）に示すように、プレスシ
リンダー２ａにより可動プレス板２ｃを降下させて、固
定プレス板５上に載置された被成形プレス部３のスペー
サ９を押圧し、上型８および下型７により木質材料１０
ａに所望の模様を転写する。なお、この時、木質材料１
０ａを断面積比で４／５〜１／３程度に圧縮してもよ
い。この木質材料１０ａの圧縮の程度は、スペーサ９の
金枠６から突き出た高さにより、調整することができ
る。

【００３５】次に、圧縮された木質材料１０ａをプレス
状態のままで、圧力容器１内に水蒸気を供給することに
より、２０分程度（ｔ₃ ）で１８０℃程度の形状固定温
度Ｔ ₂ にまで上昇させて、当該形状固定温度Ｔ₂ で２０
分程度（ｔ₄ ）、水蒸気によって加熱することにより、
木質材料１０ａは、高温の水蒸気によって化学変化を起
こして、プレス成形による変形が固定化される。なお、
圧力容器１内の蒸気圧を、１０ｋｇ／ｃｍ² 程度に調整
することにより、１８０℃程度の温度を維持することが
できる。上記の高温高圧の水蒸気処理によって圧縮成形
された木質材料１０ａの形状固定化の機構は、主として
木材中のセルロースの結晶構造変化に起因していると考
えられている。

【００３６】次に、圧縮成形による木質材料１０ａの変
形が固定化されると、圧力容器１の内部を配管２２を通
して１分程度（ｔ₅ ）間欠的に排気させて除圧し、その
後、圧力容器１の開口部の蓋１ａを開いて圧力容器１を
開放して、１８０分程度（ｔ ₆ ）だけ放置して温度を４
０℃程度（Ｔ₃ ）にまで下げる。なお、冷却するための
時間ｔ₆ を短縮するために、強制冷却（空冷、水冷）な
どを行ってもよい。

【００３７】次に、被成形プレス部３を圧力容器１から
取り出して、成形木材を金型から離型することにより図
１に示す成形木材１０に至る。

【００３８】上記の本実施形態に係る木材成形装置およ
び木材成形方法では、木質材料として、板状の木材を使
用する場合と木粉末を使用する場合とで、それぞれ以下
の効果を有する。

【００３９】板状の木材を使用する場合この場合には、圧縮率が比較的均一なことから、成形木
材における表面あるいは内部の割れ、剥離、繊維方向の
裂けなどの不利益を最小限に抑制しながら、上型８と下
型７からの木材への模様の転写性を向上することがで
き、量産レベルにおいて、安定した品質を図ることが可
能となる。また、木材への圧縮率が比較的均一なことか
ら、上型８と下型７の仕上げの面精度により、成形木材
１０の表面の面精度が決まるため、後に研磨をすること
なく品質の安定化を図ることができる。また、圧縮成形
時に割れが生じたとしても、上型８および下型７により
拘束されているため、上型８および下型７の形状で固定
することができ、後に研磨を少し行うことにより、良好
な表面の面精度を保持することができる。従って、木材
へ転写する模様の圧縮の深さ、曲率、圧縮率の制限を大
きく改善でき、デザイン的な自由度を増大させることが
できる。また、圧縮率を比較的均一にできることから、
成形木材の物性が均質となるため、軟化・形状固定の反
応機構が安定し、量産レベルでの品質が確保されること
から、合理化かつ省力化を図ることができる。

【００４０】木粉末を使用する場合この場合には、圧縮率が比較的均一なことから、成形木
材の強度等の物性が均質となり、安定した品質を有する
成形木材を形成することができる。圧縮率が比較的均一
なことから、圧縮によって濃色化した部分の色むらが少
なく、後の着色塗装が容易となる。また、木材に比して
さらに割れなどが生じにくくなるため、凹凸模様を無理
なく大きく形成できる。

【００４１】第２実施形態本実施形態では、実質的には第１実施形態と同様である
が、木質材料として板状の木材を使用した場合に、プレ
ス時に横方向に広がることによる成形木材１０の上型
８、下型７および金枠６からの離型が困難な場合もある
ため、被成形プレス部を以下に示すような構造にする。
図６（ａ）は図３（ｂ）においてＡ方向から見た被成形
プレス部３の圧縮後の正面図、図６（ｂ）は図３（ｂ）
においてＢ方向からみた被成形プレス部３の圧縮後の側
面図である。図６（ａ）に示すように、圧縮後の成形木
材１０の金型（上型８および下型７の他、金枠６を含
む）からの離型の困難さを考慮して、金枠６の溝におい
て、例えば角度ｘ（例えば２度）のテーパーを設けてい
る。また、金枠６の底面に開口部６ａを設け、上型８お
よび下型７に挟まれた成形木材１０を、開口部６ａに挿
入し、かつ下型７を押圧することが可能な高さの突起部
１５ａを有する突き出し治具１５を使用して離型する。
上記の構造により、図７（ａ）に示すように、突き出し
治具１５上に、突起部１５ａが開口部６ａに挿入される
ようにして金枠６を設置し、突き出し治具１５に対して
金枠６を降下させることで、突起部１５ａにより下型７
が押され、上型８および下型７に挟まれた成形木材１０
が金枠６から押し出されることになる。その後、図７
（ｂ）に示すように、上型８と下型７を離反させること
により、成形木材１０が金型から離型されることにな
る。

【００４２】第３実施形態本実施形態においても、実質的には第１実施形態と同様
であるが、木質材料として板状の木材を使用した場合
に、プレス時に横方向に広がることによる成形木材１０
の上型８、下型７および金枠６からの離型が困難な場合
もあるため、被成形プレス部を以下に示すような構造に
する。図８（ａ）は上型８および下型７に挟まれた成形
木材１０の平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の木材１０
の平面図、図８（ｃ）は図８（ａ）においてＤ方向から
みた側面図を示したものである。図８（ａ）に示すよう
に、あらかじめ下型７の例えば四隅にクランプ１６を設
置して下型７を金枠６に固定しておき、成形対象の木質
材料１０ａも図８（ｂ）に示すように、クランプ１６が
形成された下型７の形状に合わせ、かつ金型（７，８）
からはみ出るように加工したものを使用して、下型７上
に設置して圧縮成形を行う。圧縮成形後、成形木材１０
の金型（７，８）からはみ出した部分に力を加えて上方
へ引き上げて、金枠６に固定された下型７から離型させ
る。その後、上型８から離型させることにより、成形木
材１０が金型から離型されることになる。

【００４３】第４実施形態本実施形態においても、実質的には第１実施形態と同様
であるが、木質材料として板状の木材を使用した場合
に、プレス時に横方向に広がることによる成形木材１０
の上型８、下型７および金枠６からの離型が困難な場合
もあるため、被成形プレス部を以下に示すような構造に
する。図９は、上型８および下型７に挟まれた成形木材
１０の概略構成図を示したものである。図９に示す上型
８と下型７では、それぞれ開口部（８ａ、７ａ）を設け
てある。そして、第２実施形態と同様にして金枠６から
上型８および下型７に挟まれた成形木材１０を取り出し
た後、開口部（８ａ、７ａ）に挿入し、かつ成形木材１
０を押圧することが可能な高さの突起部１５ａを有する
突き出し治具１５を使用する。すなわち、突き出し治具
１５上に、突起部１５ａ部分が開口部（８ａ、７ａ）に
挿入されるようにして上型８および下型７に挟まれた成
形木材１０を設置し、突き出し治具１５に対して下型７
を降下させることで、突起部１５ａにより成形木材１０
が押され、上型８および下型７に挟まれた成形木材が下
型７から離型されることになる。同様にして、成形木材
１０を上型からも離型することにより、成形木材１０が
金型から離型されることになる。

【００４４】第５実施形態本実施形態では、実質的には第１実施形態と同様である
が、木質材料として木粉末を使用した場合に、被成形プ
レス部の構造を以下に示すような構造にする。図１０
（ａ）は、木粉末に使用する金枠６の上面図を示したも
のであり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）においてＥ方
向から見た側面図である。図１０に示す金枠６では、金
枠６の開放されている側面に、ボルトなどにより、側板
１７を取り付けることとしたものである。また、図１０
（ｂ）に示すように、金枠６の底面に開口部６ａを設
け、第２実施形態と同様に、上型８および下型７に挟ま
れた成形木材１０を、金枠６から取り出すこととしたも
のである。上記の構造とするのは、木粉末を使用する場
合には、金枠６の側面が開放されていると、当該開放さ
れている側面から木粉末が溢れてしまい、その結果、成
形木材の厚さの不均一による圧縮率の変動を防止するた
めである。

【００４５】本発明の木材成形装置および成形方法の実
施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、本発明
の各工程における温度、時間、圧力などの製造条件は、
木質材料１０ａの元となる樹木の種類、木質材料１０ａ
の大きさ、木質材料１０ａの物理的性質（比重、含水率
等）等によって、種々の条件を採用することができる。
また、圧縮成形する方向は、本実施形態において説明し
た方向に限定されるものではなく、種々の方向に圧縮成
形することができる。また、木質材料１０ａに転写する
凹凸模様の形状に特に限定はなく、例えば、直線状や曲
線状、格子状などを組み合わせた模様の他、記号、数
字、文字など、およびこれらを組み合わせたものであっ
てもよい。

【００４６】また、圧縮工程前に、予備圧縮工程を設け
ることも効果的である。例えば、加熱状態で、圧縮成形
を行う方向とは異なる方向に木材を予備圧縮した後に、
本実施形態における圧縮工程を行う。加熱状態で予備圧
縮された木材は、極めて圧縮成形しやすい状態となる。
これにより、その後の圧縮成形をスムーズに行うことが
でき、すなわち、割れ、裂け、剥離を低減でき、安定し
た品質を確保することが可能となる。また、成形プレス
前に予備圧縮を行うので、工程上も非常に効率的であ
る。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の
変更が可能である。

【００４７】

【実施例】以下に、本発明に係る木材成形装置を用い
て、成形木材を形成した実施例について説明する。

【００４８】まず、板状の木材として、ペルポック、ラ
ミン、メランティ、アガチス、ポプラ、アルダー、アユ
ース、雲杉、ラジアータパイン、米松、ゴム、セン、ブ
ナ、ナラ、スギ、ヒノキ、カラマツ、カツラ、ナトーの
１９種類を使用し、木粉末として大きさが３５５μｍの
スギとヒノキを混合したものを使用して、従来の片面の
みに凹凸模様を形成する圧縮成形を行った。

【００４９】ここで、本実施例で使用した木材の物性と
して、全乾比重、気乾比重、含水率（％）について、算
出した。

【００５０】上記の物性値の算出方法としては、まず、
各木材についての全乾状態のＴ方向長さ（ｍｍ）、Ｒ方
向長さ（ｍｍ）、Ｌ方向長さ（ｍｍ）、全乾重量（ｇ）
を測定し、全乾比重を算出した。次に、各木材について
気乾状態のＴ方向長さ（ｍｍ）、Ｒ方向長さ（ｍｍ）、
Ｌ方向長さ（ｍｍ）、気乾重量（ｇ）を測定し、気乾比
重を算出した。ここで、Ｌ方向とは木材の繊維（Textil
e ）方向、Ｒ方向とは放射（Radial)方向、Ｔ方向とは
接線（Tangential) 方向を意味する。また、全乾状態と
は、木材を１００〜１１０℃で重量変化がなくなるまで
乾燥した状態で、木材中に吸収された水分がほとんどな
い状態をいう。また、気乾状態とは、空気中で乾燥した
状態で、内部には水分を含む状態をいう。上記の全乾比
重および気乾比重とは、全乾状態あるいは気乾状態時に
おける重量を容積で割ったものを意味する。

【００５１】含水率ｕ（％）は、全乾重量をＷ₀ 、気乾
重量をＷ_u とすると、下記の式（２）によって算出され
る。

【００５２】

【数２】ｕ（％）＝（（Ｗ_u −Ｗ₀ ）／Ｗ₀ ）×１００（２）

【００５３】図１１に、全乾比重、気乾比重、気乾状態
の含水率の算出結果を示す。なお、図１１には、各木材
について３つのサンプルの気乾状態と全乾状態の重量、
Ｔ方向、Ｒ方向、およびＬ方向の寸法を測定し、全乾比
重、気乾比重、含水率を算出した平均値を掲載してあ
る。また、木粉末については、含水率のみを掲載した。

【００５４】図１１に示す気乾状態の木材・木粉末を用
いて、本実施形態に係る木材成形装置において上型８の
凹凸模様のみを木材の片面に転写して、図１（ａ）に示
すような凹凸模様を片面に有する成形木材を形成した。
ここで、圧縮成形に使用した木材は、Ｔ方向の長さが４
９．０（ｍｍ）、Ｒ方向の長さが１２（ｍｍ）、Ｌ方向
の長さが２８０（ｍｍ）ものを使用し、Ｒ方向に圧縮成
形した（図１（ａ）参照）。また、圧縮成形後の成形木
材の長さは、Ｔ方向の長さが４９．０（ｍｍ）、Ｒ方向
の長さが平坦部において６（ｍｍ）、Ｌ方向の長さが２
８０（ｍｍ）であった。また、上型８および下型７は、
幅（Ｔ方向に対応）が５０（ｍｍ）、厚み（Ｒ方向に対
応）が１２（ｍｍ）、長さ（Ｌ方向に対応）が３００
（ｍｍ）のものを使用し、材質はアルミ製のものを使用
した。また、上型８は、木材へ転写する凹凸模様が形成
されているものを使用し、下型７には、凹凸模様が形成
されていない平坦なものを使用した。

【００５５】つぎに、製造条件について図４を参照して
説明する。金枠６に、下型７、木質材料１０ａ、上型
８、スペーサ９をセットして、被成形プレス部３を形成
し、圧力容器１へ搬入後、圧力容器１の蓋１ａを閉じ
て、圧力容器１の内部に水蒸気を供給し、時間５分（ｔ
₁ ）で温度を木材の軟化温度として８０℃（Ｔ₁ ）にま
で上昇させた。そして、軟化工程では、この軟化温度８
０℃（Ｔ₁ ）の状態で木質材料１０ａを３０分（ｔ₂ ）
だけ加熱して、木質材料１０ａを軟化させた。次に、形
状固定の工程では、３０〜２５０ｋｇ×２の力でプレス
した。そして、この後、木質材料１０ａをプレス状態の
ままで、圧力容器１内に水蒸気を供給することにより、
２０分（ｔ₃ ）で１７５℃（Ｔ₂ ）にまで上昇させて、
当該形状固定温度１７５℃（Ｔ₂ ）を保ちながら、２０
分（ｔ₄ ）間加熱して形状固定を行った。なお、圧力容
器１内の蒸気圧を、９．０ｋｇ／ｃｍ² 程度に調整する
ことにより、１８０℃程度の温度を維持することができ
る。

【００５６】次に、形状固定後、圧力容器１の内部を配
管２２を通して１分間（ｔ₅ ）間欠的に排気し、その
後、圧力容器１の開口部の蓋１ａを開いて圧力容器１を
開放して、１８０分（ｔ₆ ）だけ放置して温度を４０℃
（Ｔ₃ ）にまで下げた後、成形木材１０を取り出した。

【００５７】これにより、図１２に示す各木材について
の結果が得られた。図１２において、割れは、剥離、繊
維方向の裂けなども含めた、片面のみに凹凸模様を形成
した場合における圧縮成形後の成形木材の表面および内
部状態の評価である。また、色むらとは、圧縮成形後の
濃色した成形木材の表面状態における、色むらの評価で
ある。また、転写性とは、上型８の凹凸模様が、成形木
材にどれだけ美麗に転写されたかの評価である。図１２
に示すように、上型８に形成された凹凸模様のみを転写
して、片面のみに凹凸模様を形成した場合には、割れが
なく転写性も良好な木材は少なく、また水蒸気処理によ
る圧縮成形の適用が、好適なものと不適なものとが存在
した。

【００５８】例えば、好適なものとして、割れ、転写性
を中心に評価すると、アガチス、ポプラ、雲杉、ヒノ
キ、カツラなどであった。それ以外は、不適なものであ
り、程度の差はあるが表面に割れが生じていた。

【００５９】次に、上記の板状の木材のうちペルポック
について、およびスギ・ヒノキ混合の木粉末について、
本発明の木材成形装置および成形方法を適用してみた。
なお、製造条件は、平坦な下型に代えて、上型８に形成
された凹凸模様に対して反転形状の凹凸模様が形成され
た下型７を使用し、その他は上記と同様の条件で行っ
た。これにより、圧縮成形後、表面には割れなどがな
く、転写性にも優れた良好なペルポックからなる成形木
材が形成された。また、木粉末についても、表面には割
れや色むらなどがなく、転写性にも優れた良好な成形木
材が形成された。上記の実施例により、従来の水蒸気処
理による圧縮成形において、適用が困難な木質材料にお
いても、割れなどの不利益を最小限に抑制して、高品質
な成形木材を形成できることがわかる。

【００６０】

【発明の効果】本発明の木材成形装置によれば、木質材
料へのプレス成形による圧縮率が比較的均一なことか
ら、圧縮成形後の成形木材における表面あるいは内部の
割れ、剥離、繊維方向の裂けなどの不利益を最小限に抑
制しつつ、木質材料への模様の転写性を向上させること
ができる。従って、木質材料へ転写する模様の圧縮の深
さ、曲率などの制限を大きく改善でき、デザイン的な自
由度を増大させることができる。また、木質材料へのプ
レス成形による圧縮率が比較的均一なことから、成形木
材の強度等の物性が均質となり、安定した品質を有する
成形木材を形成することができる。

【００６１】本発明の木材成形方法によれば、木質材料
へのプレス成形による圧縮率が比較的均一なことから、
圧縮成形後の成形木材における表面あるいは内部の割
れ、剥離、繊維方向の裂けなどの不利益を最小限に抑制
することができ、量産レベルにおいて、安定した品質を
図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、本発明の成形木材の１例を示す
斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に
おける概略拡大断面図である。

【図２】図２（ａ）は本実施形態の木材成形装置を示す
概略構成図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線
における概略拡大断面図である。

【図３】図３（ａ）はセット前の被成形プレス部の構成
を表す斜視図、図３（ｂ）はセット後の被成形プレス部
の構成を表す斜視図である。

【図４】図４は、本発明に係る木材成形方法を説明する
ための各工程における時間−温度のグラフを示したもの
である。

【図５】図５は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線における概略断
面図の各工程における被成形プレス部の状態を表し、図
５（ａ）は圧縮前の状態、図５（ｂ）は圧縮後の状態を
示している。

【図６】図６は、第２実施形態を示したものであり、図
６（ａ）は図３（ｂ）においてＡ方向から見た被成形プ
レス部の圧縮後の正面図、図６（ｂ）は図３（ｂ）にお
いてＢ方向からみた被成形プレス部の圧縮後の側面図で
ある。

【図７】図７は、第２実施形態における成形木材の離型
方法の１例を示したものである。

【図８】図８は、第３実施形態を示したものであり、図
８（ａ）は上型および下型に挟まれた成形木材の平面
図、図８（ｂ）は使用する木材の平面図、図８（ｃ）は
図８（ａ）においてＤ方向からみた側面図を示したもの
である。

【図９】図９は、第４実施形態を示したものであり、木
材を使用する場合の被成形プレス部の１構成例を示した
ものである。

【図１０】図１０は、第５実施形態を示したものであ
り、木粉末試料を使用する場合の金枠の１構成例を示し
たものである。

【図１１】図１１は、本実施例で使用した各木質材料に
ついての全乾比重、気乾比重、含水率（％）の算出結果
を示したものである。

【図１２】図１２は、片面のみに凹凸模様を形成した場
合の成形木材の評価結果を示したものである。

【符号の説明】

１…圧力容器、１ａ…蓋、２…成形プレス部、２ａ…プ
レスシリンダー、２ｂ…ピストンロッド、２ｃ…可動プ
レス板、３…被成形プレス部、４…架台、５…固定プレ
ス板、６…金枠、７…下型、８…上型、９…スペーサ、
１０…成形木材、１０ａ…木質材料（木材・木粉末）、
１１…平坦部、１２…凸部模様、１５…突き出し治具、
１５ａ…突起部、１６…クランプ、１７…側板、２０…
制御装置、２１，２２，２３…配管、２１ａ，２２ａ，
２３ａ…弁、３０…コンプレッサー、４０…ボイラー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古田裕三愛知県名古屋市北区名城３−１，２−510 (72)発明者岩永英治東京都墨田区錦糸１丁目２番１号リズム時計工業株式会社内 (72)発明者大籠昇東京都墨田区錦糸１丁目２番１号リズム時計工業株式会社内Ｆターム(参考） 2B200 AA05 AA07 BB01 BB15 BB16 CA12 CA20 DA04 EA06 EC18 EC19 EF11 EF23 EF28 EG04 EG07 FA24 FA31 FA34 2B230 AA16 AA22 AA23 BA01 BA03 BA18 EA19 EA20 EA21 EB05 EB06 EB13 EB24 EB29 EC02 EC24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に所定の圧力を有する水蒸気が供給さ
れる圧力容器と、前記圧力容器の内部に対向配置された、木質材料へ転写
する凹凸模様を有する一対のプレス金型と、前記プレス金型を動作させて前記木質材料を圧縮して、
当該木質材料に凹凸模様を転写させる駆動手段とを有
し、前記一対のプレス金型は、一方のプレス金型の凹部と、
他方のプレス金型の凸部とが略重なり合う互いに反転形
状の凹凸模様を有している木材成形装置。
【請求項２】木質材料を所定の圧力を有する水蒸気雰囲
気内に置いて加熱軟化させる工程と、前記木質材料を少なくとも両面から圧縮して、木質材料
の両面に凹凸模様を形成する工程と、前記木質材料を圧縮状態のままで所定の圧力を有する水
蒸気雰囲気に置いて硬化させて形状固定する工程とを有
し、形状固定後の成形木材の厚さがその内部において略均一
であり、凸部模様が形成される面と対向する他方の面に
反転形状の凹部模様を有する成形木材を形成する木材成
形方法。
【請求項３】前記凹凸模様を形成する工程の前に、前記木質材料を加熱状態として当該木質材料の前記凹凸
模様を形成するための圧縮方向とは異なる方向に圧縮す
る予備圧縮工程をさらに有する請求項２記載の木材成形
方法。
【請求項４】前記加熱軟化させる工程において、前記木
質材料が軟化する温度になる圧力を有する水蒸気雰囲気
内に置いて前記木質材料を加熱軟化させる請求項２記載
の木材成形方法。
【請求項５】前記形状固定する工程において、前記木質
材料が硬化する温度になる圧力を有する水蒸気雰囲気内
に置いて前記木質材料を形状固定する請求項２記載の木
材成形方法。