JP2006231756A - 木材成形品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 木材成形品の製造方法において、各圧縮工程において、簡素な金型を用いても圧縮抵抗を低減することができ、それぞれにおけるプレス力を低減し、成形品への成形負荷を低減することができ、外観に優れた木材成形面が得られるようにする。
【解決手段】 １次ブランク部材２を１次圧縮工程で屈曲部となる屈曲形成部の裏面側に逃げ部２ｃが形成された部材として形成する１次ブランク形成工程と、１次ブランク部材２の一部に最終的な３次元形状と略同形状の金型面を有する１次金型により圧縮成形して高圧縮部２０ａを形成した１次圧縮品に加工する１次圧縮工程と、１次圧縮品２０を切削加工して高圧縮部２０ａに転写された３次元形状を表面に残した２次ブランク部材を形成する２次ブランク加工工程と、２次ブランク部材を、最終的な３次元形状を転写するための２次金型により圧縮成形する２次圧縮工程とを設ける方法とする。
【選択図】 図３
【解決手段】 １次ブランク部材２を１次圧縮工程で屈曲部となる屈曲形成部の裏面側に逃げ部２ｃが形成された部材として形成する１次ブランク形成工程と、１次ブランク部材２の一部に最終的な３次元形状と略同形状の金型面を有する１次金型により圧縮成形して高圧縮部２０ａを形成した１次圧縮品に加工する１次圧縮工程と、１次圧縮品２０を切削加工して高圧縮部２０ａに転写された３次元形状を表面に残した２次ブランク部材を形成する２次ブランク加工工程と、２次ブランク部材を、最終的な３次元形状を転写するための２次金型により圧縮成形する２次圧縮工程とを設ける方法とする。
【選択図】 図３
Description
本発明は、木材成形品の製造方法に関する。比較的薄肉で略一定の肉厚を有する３次元形状を有する高強度の構造体、例えば一方に開口を有する箱、筐体、容器、カバー、シェル状部材などの構造体を木材の圧縮成形により製造する木材成形品の製造方法に関する。
従来、板状の木材を高温水蒸気雰囲気で金型によりプレス成形することで、３次元形状の木材成形品を製作することが提案されている。
一般に木材は、細胞壁が木の伸長方向に延びた木質繊維の集合体であるため、繊維方向と繊維方向に直交する方向とでは、強度に著しい異方性が存在する。例えば木材を繊維方向と直交する軸回りに曲げると、木質繊維には主として引張力が作用するため比較的高強度となっているが、繊維方向に平行な軸回りに曲げると、木質繊維間が容易に引き裂かれるために割れが生じる。
そのため、成形時に木質繊維間に働く引張力により、木質繊維が引き裂かれないようにするために予め木質繊維間を１次圧縮したブランク板材を形成してから、さらに２次圧縮を行って成形することが知られている。
例えば、特許文献１には、角棒状の製材を繊維方向と直交する方向に圧縮してからスライスすることで板状の一次固定品を形成し、その外周を拘束した状態で成形金型に取り付けて、加熱・吸水処理、成形処理を行い、３次元形状を有する二次固定品を得る木材の加工方法が記載されている。
また特許文献２には、同じく繊維方向に直交する方向に圧縮してからスライスした板材を繊維方向と平行な軸回りに曲げて、その状態に仮固定し、曲げの凸方向をプレス型の凸方向に合わせて三次元成形を行う木質材の三次元加工方法が記載されている。
特開平８−２５３０１号公報（第２−４頁、図２、３、６、７、１１）
特開平１１−７７６１９号公報（第３−５頁、図３、４、６）
一般に木材は、細胞壁が木の伸長方向に延びた木質繊維の集合体であるため、繊維方向と繊維方向に直交する方向とでは、強度に著しい異方性が存在する。例えば木材を繊維方向と直交する軸回りに曲げると、木質繊維には主として引張力が作用するため比較的高強度となっているが、繊維方向に平行な軸回りに曲げると、木質繊維間が容易に引き裂かれるために割れが生じる。
そのため、成形時に木質繊維間に働く引張力により、木質繊維が引き裂かれないようにするために予め木質繊維間を１次圧縮したブランク板材を形成してから、さらに２次圧縮を行って成形することが知られている。
例えば、特許文献１には、角棒状の製材を繊維方向と直交する方向に圧縮してからスライスすることで板状の一次固定品を形成し、その外周を拘束した状態で成形金型に取り付けて、加熱・吸水処理、成形処理を行い、３次元形状を有する二次固定品を得る木材の加工方法が記載されている。
また特許文献２には、同じく繊維方向に直交する方向に圧縮してからスライスした板材を繊維方向と平行な軸回りに曲げて、その状態に仮固定し、曲げの凸方向をプレス型の凸方向に合わせて三次元成形を行う木質材の三次元加工方法が記載されている。
しかしながら、上記のような従来の木材加工品の製造方法には以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、３次元形状に曲げられた外周側では、金型に沿って予め圧縮された木質繊維間が圧縮を解除されることにより伸びることができるため、二次固定品を成形する２回目の圧縮成形で繊維間の引き裂きが起こらないものの、脱型後の製品の圧縮率が不均一となり、強度の異方性や圧縮率の相違による変色などが生じるという問題がある。
また、木材は、樹脂とは異なり収縮変形は比較的容易であるが、流動体でないため、引張り力に対する伸び変形が難しく、圧縮力と交差する方向への滑り変形も木質繊維の方向により著しい異方性を示す。つまり変形しやすい方向が制約されてしまう。
そのため、平面状のブランク木材に外側に凸の形状を形成する外表面に強い引張り力が作用し木質繊維が切断され、木質繊維が連続する場合に比べて木材の外観が著しく劣化するという問題がある。
また、３次元形状に成形する際、変形しにくい方向に圧縮される部位での圧縮抵抗が大きくなる。例えば、特許文献１の技術でも予め圧縮されていない方向であって、木質繊維を折り曲げる方向の成形では圧縮抵抗が大きくなってしまう。
また、例えば函状の圧縮成形では、函の側面部を金型のスライド方向と直交する方向に圧縮する必要があるが、一方向にスライドする金型ではそのような圧縮力成分は小さくなってしまうので、函の側面部からの圧縮抵抗が大きくなるという問題がある。そのため、大きなプレス力を必要としたり、そのような方向の圧縮面に激しい擦れが生じて外観を損なわれたりするといった問題がある。
この場合、函の底部だけでなく函の側面部の法線方向にもスライドする多方向のスライド金型を用いることも考えられるが、その場合、金型の製造コストが増大するとともに成形工程が複雑化するという問題がある。
特許文献２に記載の技術では、特許文献１と同様な作用を有するとともに、曲げた状態で仮固定してから３次元成形を行うことで、成形中の折り曲げに伴う形状変化を低減することができるため、成形時の歪み変化を比較的低減できるものの、脱型後の製品に強度の異方性が残存する点、引張り力により外観が劣化しやすい点、２次圧縮において、スライド方向に略直交する方向に厚みを有する板面の圧縮抵抗が大きい点は、特許文献１の場合と同様である。
特許文献１に記載の技術では、３次元形状に曲げられた外周側では、金型に沿って予め圧縮された木質繊維間が圧縮を解除されることにより伸びることができるため、二次固定品を成形する２回目の圧縮成形で繊維間の引き裂きが起こらないものの、脱型後の製品の圧縮率が不均一となり、強度の異方性や圧縮率の相違による変色などが生じるという問題がある。
また、木材は、樹脂とは異なり収縮変形は比較的容易であるが、流動体でないため、引張り力に対する伸び変形が難しく、圧縮力と交差する方向への滑り変形も木質繊維の方向により著しい異方性を示す。つまり変形しやすい方向が制約されてしまう。
そのため、平面状のブランク木材に外側に凸の形状を形成する外表面に強い引張り力が作用し木質繊維が切断され、木質繊維が連続する場合に比べて木材の外観が著しく劣化するという問題がある。
また、３次元形状に成形する際、変形しにくい方向に圧縮される部位での圧縮抵抗が大きくなる。例えば、特許文献１の技術でも予め圧縮されていない方向であって、木質繊維を折り曲げる方向の成形では圧縮抵抗が大きくなってしまう。
また、例えば函状の圧縮成形では、函の側面部を金型のスライド方向と直交する方向に圧縮する必要があるが、一方向にスライドする金型ではそのような圧縮力成分は小さくなってしまうので、函の側面部からの圧縮抵抗が大きくなるという問題がある。そのため、大きなプレス力を必要としたり、そのような方向の圧縮面に激しい擦れが生じて外観を損なわれたりするといった問題がある。
この場合、函の底部だけでなく函の側面部の法線方向にもスライドする多方向のスライド金型を用いることも考えられるが、その場合、金型の製造コストが増大するとともに成形工程が複雑化するという問題がある。
特許文献２に記載の技術では、特許文献１と同様な作用を有するとともに、曲げた状態で仮固定してから３次元成形を行うことで、成形中の折り曲げに伴う形状変化を低減することができるため、成形時の歪み変化を比較的低減できるものの、脱型後の製品に強度の異方性が残存する点、引張り力により外観が劣化しやすい点、２次圧縮において、スライド方向に略直交する方向に厚みを有する板面の圧縮抵抗が大きい点は、特許文献１の場合と同様である。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、各圧縮工程において、簡素な金型を用いても圧縮抵抗を低減することができ、それぞれにおけるプレス力を低減し、成形品への成形負荷を低減することができ、外観に優れた木材成形面が得られる木材成形品の製造方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、木材を切り出して１次ブランク部材を形成し、１次圧縮時に少なくとも一部に成形品の最終的な３次元形状と略同形状を形成し、その後２次圧縮を行って、前記１次ブランク部材を、最終的に略一定肉厚を有する３次元形状に成形する木材成形品の製造方法であって、前記１次ブランク部材を形成する際に、前記最終的な３次元形状と略同形状が形成される部位に略対応する裏面側の部位に前記１次圧縮の逃げ部を切削加工する１次ブランク形成工程と、前記１次ブランク部材を、一部に前記最終的な３次元形状と略同形状の金型面を有する１次金型により圧縮成形して、前記金型面近傍に相対的な高圧縮部を形成した１次圧縮品に加工する１次圧縮工程と、前記１次圧縮品を切削加工して、前記高圧縮部に転写された３次元形状を表面に残した２次ブランク部材を形成する２次ブランク加工工程と、前記２次ブランク部材を、前記最終的な３次元形状を転写するための２次金型により圧縮成形する２次圧縮工程とを設けた方法とする
この発明によれば、１次ブランク形成工程において、最終的な３次元形状と略同形状が形成される部位に略対応する裏面側の部位に１次圧縮の逃げ部を切削加工し、１次圧縮工程において１次ブランク部材の一部に３次元形状を転写してその近傍に高圧縮部を形成した１次圧縮品を加工するので、逃げ部が形成された分だけ１次圧縮工程の成形負荷が軽減され、逃げ部の裏面側で引張り力による木質繊維の断裂などを防止することができる。そして比較的圧縮抵抗が少ない状態で１次圧縮品に３次元形状を転写することができる。そして、２次ブランク加工工程では、その３次元形状を表面に残し、それ以外の部分を切削加工して２次ブランク部材を形成する。その際、１次ブランク形成工程で加工され１次圧縮工程で圧縮された凹部は除去加工される。そして２次ブランク部材を２次金型により圧縮して最終的な３次元形状を転写する。したがって、２次ブランク部材の形状を適宜調整することにより、２次圧縮工程で成形する３次元形状の圧縮抵抗、圧縮量を低減することができる。そのため、２次圧縮工程におけるプレス力や木材成形品への成形負荷を低減することができる。また、１次ブランク形成工程による逃げ部の切削跡が最終的な成形品に残らない。
また、１次圧縮品に形成され２次ブランク部材に残された３次元形状は、１次圧縮工程において比較的圧縮抵抗が少ない状態で成形されるため表面の外観に優れており、２次圧縮工程において２次金型の３次元形状に略沿って圧縮されるために、例えば２次圧縮による金型との擦れなどにより外観が劣化することなく再圧縮される。
この発明によれば、１次ブランク形成工程において、最終的な３次元形状と略同形状が形成される部位に略対応する裏面側の部位に１次圧縮の逃げ部を切削加工し、１次圧縮工程において１次ブランク部材の一部に３次元形状を転写してその近傍に高圧縮部を形成した１次圧縮品を加工するので、逃げ部が形成された分だけ１次圧縮工程の成形負荷が軽減され、逃げ部の裏面側で引張り力による木質繊維の断裂などを防止することができる。そして比較的圧縮抵抗が少ない状態で１次圧縮品に３次元形状を転写することができる。そして、２次ブランク加工工程では、その３次元形状を表面に残し、それ以外の部分を切削加工して２次ブランク部材を形成する。その際、１次ブランク形成工程で加工され１次圧縮工程で圧縮された凹部は除去加工される。そして２次ブランク部材を２次金型により圧縮して最終的な３次元形状を転写する。したがって、２次ブランク部材の形状を適宜調整することにより、２次圧縮工程で成形する３次元形状の圧縮抵抗、圧縮量を低減することができる。そのため、２次圧縮工程におけるプレス力や木材成形品への成形負荷を低減することができる。また、１次ブランク形成工程による逃げ部の切削跡が最終的な成形品に残らない。
また、１次圧縮品に形成され２次ブランク部材に残された３次元形状は、１次圧縮工程において比較的圧縮抵抗が少ない状態で成形されるため表面の外観に優れており、２次圧縮工程において２次金型の３次元形状に略沿って圧縮されるために、例えば２次圧縮による金型との擦れなどにより外観が劣化することなく再圧縮される。
ここで、１次圧縮の逃げ部は、圧縮率を低減するための形状であり、例えば、凹部や厚さを低減する傾斜面などの形状である。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の木材成形品の製造方法において、前記１次ブランク形成工程で形成される前記１次ブランク部材の前記逃げ部が、前記１次圧縮工程で圧縮成形される際に前記１次金型の金型面の３次元形状の屈曲部に当接する部位の略裏面側に設けられる方法とする。
この発明によれば、１次ブランク部材の１次圧縮の逃げ部が、１次金型の金型面の３次元形状の屈曲部に当接する部位の略裏面側に設けられるので、１次金型の屈曲部から圧縮力を受ける際に逃げ部により圧縮率が軽減される。そのため、屈曲部に当接する部位で引張り力が低減されるので、成形負荷が軽減されるとともに木質繊維の断裂を防止することができる。
この発明によれば、１次ブランク部材の１次圧縮の逃げ部が、１次金型の金型面の３次元形状の屈曲部に当接する部位の略裏面側に設けられるので、１次金型の屈曲部から圧縮力を受ける際に逃げ部により圧縮率が軽減される。そのため、屈曲部に当接する部位で引張り力が低減されるので、成形負荷が軽減されるとともに木質繊維の断裂を防止することができる。
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の木材成形品の製造方法において、前記２次ブランク部材は、その肉厚が、前記高圧縮部が相対的に厚く形成された部位では薄く、相対的に薄く形成された部位では厚くなるように切削加工される方法とする。
この発明によれば、２次ブランク加工工程において、１次圧縮品に形成された高圧縮部が相対的に厚い（薄い）部分では、２次ブランク部材の板厚を薄く（厚く）なるように切削加工するので、２次ブランク部材を２次圧縮工程で圧縮する際、予め形成された高圧縮部近傍の２次圧縮の圧縮率は相対的に小さく、それ以外の部分の２次圧縮の圧縮率は相対的に大きくなる。そのため、全体として、圧縮率の均一性が良好な木材成形品を製造することができる。
この発明によれば、２次ブランク加工工程において、１次圧縮品に形成された高圧縮部が相対的に厚い（薄い）部分では、２次ブランク部材の板厚を薄く（厚く）なるように切削加工するので、２次ブランク部材を２次圧縮工程で圧縮する際、予め形成された高圧縮部近傍の２次圧縮の圧縮率は相対的に小さく、それ以外の部分の２次圧縮の圧縮率は相対的に大きくなる。そのため、全体として、圧縮率の均一性が良好な木材成形品を製造することができる。
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の木材成形品の製造方法において、前記２次ブランク部材は、その肉厚が、前記２次金型のスライド方向に厚みを有する部分に比べて、前記２次金型のスライド方向に交差する方向に厚みを有する部分で相対的に薄くなるように切削加工される方法とする。
この発明によれば、２次ブランク部材を、２次金型のスライド方向に厚みを有する部分で肉厚が厚く、スライド方向に交差する方向に厚みを有する部分で薄くなるように切削加工するので、２次圧縮時の圧縮抵抗を低減することができる。
この発明によれば、２次ブランク部材を、２次金型のスライド方向に厚みを有する部分で肉厚が厚く、スライド方向に交差する方向に厚みを有する部分で薄くなるように切削加工するので、２次圧縮時の圧縮抵抗を低減することができる。
２次圧縮時の圧縮抵抗をより効率的に低減するには、スライド方向に交差する方向に厚みを有する部分の肉厚を、その交差角度が浅くなるにつれてより薄くなるようにすることが好ましい。例えば、スライド方向と略同方向に延びる部分の肉厚は最も薄くすることが好ましい。
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の木材成形品の製造方法において、前記略一定肉厚を有する３次元形状が、前記２次金型のスライド方向に略直交する方向に延びる底部と、該底部の周辺から前記２次金型のスライド方向に向かって屈曲する側面部とを有する形状であって、前記１次圧縮工程において前記側面部の形状と略同形状が転写された高圧縮部が形成される方法とする。
この発明によれば、スライド方向に略直交する方向の底部の周辺からスライド方向に向かって屈曲された側面部の形状と略同形状を、１次圧縮工程において高圧縮部として転写するので、一方向へのスライドにより圧縮成形を行う金型構造の場合に木材の成形性が悪化しやすい側面部の形状が１次圧縮工程で精度よく形成され、２次圧縮工程で劣化されることなく再圧縮される。
この発明によれば、スライド方向に略直交する方向の底部の周辺からスライド方向に向かって屈曲された側面部の形状と略同形状を、１次圧縮工程において高圧縮部として転写するので、一方向へのスライドにより圧縮成形を行う金型構造の場合に木材の成形性が悪化しやすい側面部の形状が１次圧縮工程で精度よく形成され、２次圧縮工程で劣化されることなく再圧縮される。
本発明の木材成形品の製造方法によれば、１次ブランク形成工程、１次圧縮工程、２次ブランク加工工程、２次圧縮工程を設け、１次ブランク形成工程において１次ブランク部材に１次圧縮の逃げ部を形成し、１次圧縮工程で２次金型の最終的な３次元形状に略沿う形状の一部を形成し、２次ブランク加工工程において２次ブランク部材の形状を適宜調整してから２次圧縮工程を行うことにより、１次圧縮工程および２次圧縮工程におけるプレス力や木材成形品への成形負荷を低減することができ、一方向にスライドする簡素な金型を用いて、表面性や外観に優れた木材成形品を容易に製造することができるという効果を奏する。
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る木材成形品の製造方法について説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る木材成形品の製造方法で製造された木材成形品について説明するための斜視説明図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る木材成形品の１次ブランク形成工程で形成される１次ブランク部材のそれぞれ成形面裏面側、成形面表面側から見た斜視説明図である。図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る木材成形品の製造方法の１次圧縮工程について説明するための断面説明図である。図４（ｃ）は、同じく２次ブランク加工工程について説明するための断面説明図である。図４（ｄ）、同じく２次圧縮工程について説明するための断面説明図である。図５は、同じく２次圧縮工程が完了した状態について説明するための断面説明図である。図３〜５の各断面説明図の断面方向は、いずれも図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する。
本発明の実施形態に係る木材成形品の製造方法について説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る木材成形品の製造方法で製造された木材成形品について説明するための斜視説明図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る木材成形品の１次ブランク形成工程で形成される１次ブランク部材のそれぞれ成形面裏面側、成形面表面側から見た斜視説明図である。図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る木材成形品の製造方法の１次圧縮工程について説明するための断面説明図である。図４（ｃ）は、同じく２次ブランク加工工程について説明するための断面説明図である。図４（ｄ）、同じく２次圧縮工程について説明するための断面説明図である。図５は、同じく２次圧縮工程が完了した状態について説明するための断面説明図である。図３〜５の各断面説明図の断面方向は、いずれも図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する。
本実施形態の木材成形品の製造方法は、比較的薄肉で略一定の肉厚を有する３次元形状を有する高強度の構造体、例えば一方に開口を有する箱、筐体、容器、カバー、シェル状部材などの構造体のような木材成形品を圧縮成形により製造する方法である。
以下、図１（ａ）、（ｂ）に示すような木材成形品１を例にとって説明する。
以下、図１（ａ）、（ｂ）に示すような木材成形品１を例にとって説明する。
木材成形品１は、平面視矩形状の底部１ａの周辺から垂直方向に対してわずかに斜め外側に４つの側面部１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅが延ばされ、上方に略矩形状の上側開口部１ｆを有する函状の構造体であり、木材を圧縮成形して製造された部材である。本実施形態では、側面部１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅの端部には、略同一平面に整列した開口側端部１ｇが形成されている。以下、上側開口部１ｆの内側の範囲の凹部を内面と称し、内面の裏面側を外面と称する。
すなわち、底部１ａと側面部１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅとで形成される稜線部の外面側には、Ｒ状をなして金型に沿って折り曲げられた屈曲部１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅが形成されている。
このような木材成形品１の形状を以下では、最終的な３次元形状と称する。
底部１ａ、側面部１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅは、それぞれの板厚が異なっていてもよいが、本実施形態では、一定厚さｔであるとして説明する。また、木材成形品１の底部１ａから上側開口部１ｆまでの高さはＨである。ここで、Ｈ＞ｔである。また、図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う側面部１ｃ、底部１ａ、側面部１ｅの外面側の長さをＬｓと表す。
すなわち、底部１ａと側面部１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅとで形成される稜線部の外面側には、Ｒ状をなして金型に沿って折り曲げられた屈曲部１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅが形成されている。
このような木材成形品１の形状を以下では、最終的な３次元形状と称する。
底部１ａ、側面部１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅは、それぞれの板厚が異なっていてもよいが、本実施形態では、一定厚さｔであるとして説明する。また、木材成形品１の底部１ａから上側開口部１ｆまでの高さはＨである。ここで、Ｈ＞ｔである。また、図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う側面部１ｃ、底部１ａ、側面部１ｅの外面側の長さをＬｓと表す。
圧縮成形後の密度を規定する圧縮率は、必要に応じて適宜の圧縮率を採用できるが、例えば筐体などに用いる場合などでは、略均一な強度を有することが好ましく、最終的に略均一な密度が得られる圧縮率とすることが好ましい。
なお、木材は、空孔を有する木質繊維からなり、またそれらの粗密により木目、節などが形成されており、微視的に不均一な構成を有する。したがって、密度とは、巨視的な意味で用いており、乾燥時における見かけ上の平均的な密度のことを意味する（以下も同様）。
なお、木材は、空孔を有する木質繊維からなり、またそれらの粗密により木目、節などが形成されており、微視的に不均一な構成を有する。したがって、密度とは、巨視的な意味で用いており、乾燥時における見かけ上の平均的な密度のことを意味する（以下も同様）。
本実施形態の木材からの切り出し方向は、側面部１ｂ、１ｄの長手方向が木材の繊維方向に沿う方向となっている。そして、表面の木目線の変化などをデザイン上、利用しやすいように板目材を採用している。図１では、煩雑になるので木目線を省略している。ただし、柾目材を用いても以下と同様に製造することができる。
木材の種類としては特に限定されない。例えば檜、檜葉、桐、チーク、マホガニー、杉、松、桜、竹などを好適に採用することができる。
木材の種類としては特に限定されない。例えば檜、檜葉、桐、チーク、マホガニー、杉、松、桜、竹などを好適に採用することができる。
本実施形態の木材成形品の製造方法は、１次ブランク形成工程、１次圧縮工程、２次ブランク加工工程、および２次圧縮工程とからなる。
なお、以下の説明では、図１のＡ−Ａ線に沿う断面で説明するため、断面図に現われない側面部１ｂ、１ｄなどには言及しないが、特に断らない限り、例えば側面部１ｃ、１ｅについて成り立つことは側面部１ｂ、１ｄについても成立する。これらの間には、幅形状の違いと、木材からの切り出し方向による繊維方向に対する向きの違いがあるだけである。
なお、以下の説明では、図１のＡ−Ａ線に沿う断面で説明するため、断面図に現われない側面部１ｂ、１ｄなどには言及しないが、特に断らない限り、例えば側面部１ｃ、１ｅについて成り立つことは側面部１ｂ、１ｄについても成立する。これらの間には、幅形状の違いと、木材からの切り出し方向による繊維方向に対する向きの違いがあるだけである。
１次ブランク形成工程は、１次圧縮品を形成するための１次ブランク部材を形成する工程である。本実施形態の１次ブランク部材２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、長辺×短辺×高さが、Ｌ０×Ｗ０×Ｈ０の平面視略矩形状のブロック部材を厚さがＨ０以上の母材から切り出し、木材成形品１の外面を形成する表面２ａの裏面側の裏面２ｂに断面Ｖ字溝状の逃げ部２ｃ（１次圧縮の逃げ部）を形成したものである。表面２ａは、本実施形態では、木質繊維方向に沿った平面として切り出されている。符号３は、表面に見える木目線を模式的に示したものである。
長辺Ｌ０は、それぞれ木材成形品１の側面部１ｃ、底部１ａ、側面部１ｅの外側面の長さと略同等または長い設定とされ、短辺Ｗ０は、側面部１ｂ、底部１ａ、側面部１ｄ、の外側面の長さと略同等または長い設定とされる。例えば、長辺Ｌ０の長さは、図１（ｂ）の長さＬｓと略同等またはＬｓより長く設定されている。
ここで、略同等または長いとは、表面２ａにより略木材成形品１の外面を形成できる程度の長さであることを意味する。例えば、長辺Ｌ０などの方が短くても吸水時の伸びや引張り力の伸びにより同等以上の長さとなる場合や、後で余分の長さを切断できるように、長辺Ｌ０などの方がＬｓよりもわずかに長い場合などを含む。
長辺Ｌ０は、それぞれ木材成形品１の側面部１ｃ、底部１ａ、側面部１ｅの外側面の長さと略同等または長い設定とされ、短辺Ｗ０は、側面部１ｂ、底部１ａ、側面部１ｄ、の外側面の長さと略同等または長い設定とされる。例えば、長辺Ｌ０の長さは、図１（ｂ）の長さＬｓと略同等またはＬｓより長く設定されている。
ここで、略同等または長いとは、表面２ａにより略木材成形品１の外面を形成できる程度の長さであることを意味する。例えば、長辺Ｌ０などの方が短くても吸水時の伸びや引張り力の伸びにより同等以上の長さとなる場合や、後で余分の長さを切断できるように、長辺Ｌ０などの方がＬｓよりもわずかに長い場合などを含む。
逃げ部２ｃは、１次ブランク部材２を１次圧縮する際の成形負荷を軽減するために設けられるものである。そして、図３（ａ）に示すように、裏面２ｂから、例えば断面が略Ｖ字状に切削加工することにより形成する。
逃げ部２ｃは、後述する１次金型による１次圧縮の際、成形面が引っ張られ過ぎないような大きさ・部位に形成される。本実施形態では、１次金型により、最終的な３次元形状と略同形状を有する形状として、屈曲部１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅと略同形状を形成するので、それらに対応する屈曲形成部２ｄ（図２（ｂ）参照）の裏面側に設けられる。
逃げ部２ｃは、後述する１次金型による１次圧縮の際、成形面が引っ張られ過ぎないような大きさ・部位に形成される。本実施形態では、１次金型により、最終的な３次元形状と略同形状を有する形状として、屈曲部１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅと略同形状を形成するので、それらに対応する屈曲形成部２ｄ（図２（ｂ）参照）の裏面側に設けられる。
１次圧縮工程は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、１次金型１０Ａ、１０Ｂを用いて１次ブランク部材２を圧縮成形し、一部の成形面が木材成形品１の最終的な３次元形状と略同一形状とされた１次圧縮品２０を形成する工程である。
すなわち、１次ブランク部材２を、最終的な３次元形状の一部に略沿う形状の金型面が少なくともいずれかに形成された１次金型１０Ａ、１０Ｂに対してセットする。
すなわち、１次ブランク部材２を、最終的な３次元形状の一部に略沿う形状の金型面が少なくともいずれかに形成された１次金型１０Ａ、１０Ｂに対してセットする。
そして、図３（ａ）に示すように、１次金型１０Ａ、１０Ｂを図示上下方向にスライドし、１次ブランク部材２を上下方向に圧縮する。
このとき、１次ブランク部材２を軟化させるために、例えば１２０℃〜２００℃程度の高温高圧水蒸気を噴射しつつ圧縮を行う。または、４０℃以上の熱湯で所定時間煮沸した後、１２０℃〜２００℃程度の高温高圧環境下で圧縮を行ってもよい。また、１次金型１０Ａ、１０Ｂも同等の温度に加温することが好ましい。
このとき、１次ブランク部材２を軟化させるために、例えば１２０℃〜２００℃程度の高温高圧水蒸気を噴射しつつ圧縮を行う。または、４０℃以上の熱湯で所定時間煮沸した後、１２０℃〜２００℃程度の高温高圧環境下で圧縮を行ってもよい。また、１次金型１０Ａ、１０Ｂも同等の温度に加温することが好ましい。
そして、金型面の形状が転写され、固定されるまで、型締めを保持する（図３（ｂ）参照）。このまま所定時間、型締めを保持し、水分を乾燥させてから脱型する。
本実施形態では、１次金型１０Ａは、１次ブランク部材２の図示上面側を押圧するとともに、圧縮時に１次ブランク部材２の上面が金型面１０ａに沿って移動しやすいように、略平面からなる金型面１０ａを備えている。
また、１次金型１０Ｂは、金型ベースから平面視矩形状の突起部１０ｃが突出され、その中央に最終的な３次元形状の外面側に略沿う３次元形状が形成された金型面１０ｂを備えている。金型面１０ｂには、木材成形品１の屈曲部１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅに対応して、それらの断面方向のＲと略同じＲ形状が形成された内Ｒ部１０ｄが形成され、屈曲形成部２ｄを内Ｒ部１０ｄに沿って湾曲させることができるようになっている。
また、１次金型１０Ｂは、金型ベースから平面視矩形状の突起部１０ｃが突出され、その中央に最終的な３次元形状の外面側に略沿う３次元形状が形成された金型面１０ｂを備えている。金型面１０ｂには、木材成形品１の屈曲部１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅに対応して、それらの断面方向のＲと略同じＲ形状が形成された内Ｒ部１０ｄが形成され、屈曲形成部２ｄを内Ｒ部１０ｄに沿って湾曲させることができるようになっている。
そのため、圧縮が行われると、１次ブランク部材２の表面２ａが金型面１０ｂの３次元形状に沿って圧縮される。その際、圧縮力は１次ブランク部材２の厚さ方向に伝搬し、金型面１０ａに分散して伝達される。
そのため、１次ブランク部材２は、金型面１０ｂおよび突起部１０ｃの形状に応じて、部位により不均一な圧縮力を受ける。
そのため、１次ブランク部材２は、金型面１０ｂおよび突起部１０ｃの形状に応じて、部位により不均一な圧縮力を受ける。
本工程においては、木質繊維は高温水蒸気により軟化しているので、圧縮変形が生じやすくなっており、金型面から大きな圧縮力を受ける部位、例えば突起部１０ｃの近傍では圧縮変形が進行し、相対的に密度が高い高圧縮部２０ａが形成される。
一方、逃げ部２ｃは、周囲から圧縮されてより容積が収縮された溝部２０ｃへと変形される。このため、逃げ部２ｃがない場合に比べて近傍での圧縮率が緩和される。すなわち、突起部１０ｃにより過大な圧縮力が発生して、高圧縮部２０ａの圧縮率が木材の空孔が完全につぶれて圧縮不可能となるいわゆる限界圧縮率を超えることを防止することができる。
このように、突起部１０ｃから遠ざかるにつれて相対的に密度が低い低圧縮部２０ｂが形成される。したがって、図３（ｂ）に示すように、木材成形品１の底部１ａの外面形状に相当する金型面１０ｂにおいては、突起部１０ｃの近傍を除いての高圧縮部２０ａは発生しない。
そして、突起部１０ｃから離れた部位では、図３（ｂ）に示すように、厚さＨ０の１次ブランク部材２が略厚さＨ１（ただし、Ｈ１＜Ｈ０）となる略一定の圧縮率での圧縮が進行する。ここで、厚さＨ１は、厚さＨ０の２／３程度であることが好ましい。つまり相対的な低圧縮率の一例としては、３３％程度とすることが好ましい。
一方、逃げ部２ｃは、周囲から圧縮されてより容積が収縮された溝部２０ｃへと変形される。このため、逃げ部２ｃがない場合に比べて近傍での圧縮率が緩和される。すなわち、突起部１０ｃにより過大な圧縮力が発生して、高圧縮部２０ａの圧縮率が木材の空孔が完全につぶれて圧縮不可能となるいわゆる限界圧縮率を超えることを防止することができる。
このように、突起部１０ｃから遠ざかるにつれて相対的に密度が低い低圧縮部２０ｂが形成される。したがって、図３（ｂ）に示すように、木材成形品１の底部１ａの外面形状に相当する金型面１０ｂにおいては、突起部１０ｃの近傍を除いての高圧縮部２０ａは発生しない。
そして、突起部１０ｃから離れた部位では、図３（ｂ）に示すように、厚さＨ０の１次ブランク部材２が略厚さＨ１（ただし、Ｈ１＜Ｈ０）となる略一定の圧縮率での圧縮が進行する。ここで、厚さＨ１は、厚さＨ０の２／３程度であることが好ましい。つまり相対的な低圧縮率の一例としては、３３％程度とすることが好ましい。
ここで、高圧縮部２０ａと低圧縮部２０ｂとの密度差は相対的なものであるが、高圧縮部２０ａは、少なくとも木材成形品１に必要とされる密度を超えないように設定される。
木材成形品１に必要とされる密度を超えそうな場合には、例えば、逃げ部２ｃの大きさや形状を適宜に設定したり、そのような部位に対応する金型面１０ａに適宜の逃げ形状を設けたりするなどしておくとよい。
木材成形品１に必要とされる密度を超えそうな場合には、例えば、逃げ部２ｃの大きさや形状を適宜に設定したり、そのような部位に対応する金型面１０ａに適宜の逃げ形状を設けたりするなどしておくとよい。
このように１次圧縮工程では、木材成形品１の最終的な３次元形状の一部のみを略その形状に沿って圧縮成形するので、圧縮抵抗は少なく、比較的プレス力が小さくても容易に圧縮することができる。
また、突起部１０ｃの近傍に高圧縮部２０ａが形成されるものの、隣接する大部分の領域には低圧縮部２０ｂが形成されるので、一様な圧縮を受けて高圧縮部２０ａのみが１次金型１０Ａ、１０Ｂに挟持されて形成される場合に比べて、高圧縮部２０ａに対する変形負荷が低減され、木質繊維の割れや金型面に対する擦れの発生を防止できる。
特に、内Ｒ部１０ｄでは、１次ブランク部材２が屈曲されることにより高密度となりやすいが、屈曲形成部２ｄの裏面側に逃げ部２ｃを設けるので、逃げ部２ｃがない場合に比べて高圧縮部２０ａの密度を低減することができる。それにより屈曲形成部２ｄの引張り力が低減され、成形面の引張り変形やそれによる木質繊維の断裂などを防止することができる。
また、突起部１０ｃの近傍に高圧縮部２０ａが形成されるものの、隣接する大部分の領域には低圧縮部２０ｂが形成されるので、一様な圧縮を受けて高圧縮部２０ａのみが１次金型１０Ａ、１０Ｂに挟持されて形成される場合に比べて、高圧縮部２０ａに対する変形負荷が低減され、木質繊維の割れや金型面に対する擦れの発生を防止できる。
特に、内Ｒ部１０ｄでは、１次ブランク部材２が屈曲されることにより高密度となりやすいが、屈曲形成部２ｄの裏面側に逃げ部２ｃを設けるので、逃げ部２ｃがない場合に比べて高圧縮部２０ａの密度を低減することができる。それにより屈曲形成部２ｄの引張り力が低減され、成形面の引張り変形やそれによる木質繊維の断裂などを防止することができる。
ここで、底部１次成形面２１ａ、側面部１次成形面２１ｃ、２１ｅなどは、１次ブランク部材２の表面２ａが略長さが変わることなく、また表面２ａが木質繊維方向に沿った平面とされることにより、表面に露出する木質繊維が切断されることなく、金型面１０ｂに沿う３次元形状に成形されている。したがって、表面２ａの木目線３が圧縮力や引張り力の影響や切削跡などによりほとんど乱されることなく、また金型面１０ｂとの擦れによるケバ立ちなどの外観不良も起こすことなく良好な外観を保った状態で１次圧縮されている。
また、１次金型１０Ａ、１０Ｂは、スライド方向が一方向のもっとも簡素な金型であり、高精度で複雑な形状を有する金型面も一部に限られるため、簡素な金型となっている。
また、１次金型１０Ａ、１０Ｂは、スライド方向が一方向のもっとも簡素な金型であり、高精度で複雑な形状を有する金型面も一部に限られるため、簡素な金型となっている。
２次ブランク加工工程は、図４（ｃ）に示すように、金型面１０ｂが転写された表面である底部１次成形面２１ａ、側面部１次成形面２１ｃ、２１ｅなどを残して切削加工し、後述する２次金型で圧縮するための２次ブランク部材２１を形成するための工程である。
２次ブランク部材２１は、１次圧縮品２０を金型面１０ａに当接した（図示上面）側から平面切削して開口側端面２１ｇを形成し、その内側に凹穴状の切削加工面２１ｆを形成したものである。図４（ｃ）において、切除部などは二点鎖線により示している。
すなわち、木材成形品１と同様なタイプの開口を有する函状の構造体であり、その外面が木材成形品１の最終的な３次元形状と略同一とされ、内面が切削加工面２１ｆにより形成されている。
２次ブランク部材２１は、１次圧縮品２０を金型面１０ａに当接した（図示上面）側から平面切削して開口側端面２１ｇを形成し、その内側に凹穴状の切削加工面２１ｆを形成したものである。図４（ｃ）において、切除部などは二点鎖線により示している。
すなわち、木材成形品１と同様なタイプの開口を有する函状の構造体であり、その外面が木材成形品１の最終的な３次元形状と略同一とされ、内面が切削加工面２１ｆにより形成されている。
切削加工面２１ｆは、本実施形態では溝部２０ｃが残存する部位よりも内側に彫り込まれ、溝部２０ｃが成形品の露出面に現われないようになっている。そのため、表面に溝面などが残らない良好な切削面が形成されている。
切削加工面２１ｆは、高圧縮部２０ａが相対的に厚く（薄く）形成されている部位では、２次ブランク部材２１の板厚が薄く（厚く）なるように切削加工される。ここで、それぞれが薄いという場合、厚さ０の場合も含むものとする。
例えば、図４（ｃ）に示すように、２次ブランク部材２１の底部では、高圧縮部２０ａが形成されないので、底部１次成形面２１ａからの厚さを、例えば最も厚い厚さｔ３（ただし、ｔ３＞ｔ）とする。
このとき２次ブランク部材２１の側面部では、高圧縮部２０ａの厚さが、底部１次成形面２１ａ側から開口側端面２１ｇ側に向けて漸増しているので、例えば、開口側端面２１ｇで厚さｔ１（ただし、ｔ３＞ｔ１≧ｔ）、切削加工面２１ｆの底部近傍では、厚さｔ２（ただし、ｔ３≧ｔ２＞ｔ１）となるように切削加工する。本実施形態では、開口側端面２１ｇ近傍でほとんど高圧縮部２０ａとされているので、厚さｔ１は、ｔ１＝ｔとするか、またはｔ１＞ｔとする場合でも２次圧縮時にいわゆる限界圧縮率を超えない程度の値とする。
このように、切削加工面２１ｆの側部は、開口側端面２１ｇから底部に向かって側面部１次成形面２１ｃ、２１ｅなどよりも緩やかに傾斜した傾斜面とされている。
そして、２次ブランク部材２１の側面部では、高圧縮部２０ａは開口側端面２１ｇに向けて漸増するのに対して、低圧縮部２０ｂは同方向に向けて漸減する形状となっている。
厚さｔ１、ｔ２、ｔ３などの寸法、すなわち切削加工面２１ｆを形成するための加工形状は、１次圧縮工程で形成される高圧縮部２０ａと低圧縮部２０ｂとの密度分布を、例えば実験、数値シミュレーションなどにより調べておき、２次圧縮工程後に木材成形品１に必要とされる密度が得られるように設定することができる。
つまり、必要な板厚ｔおよび密度ρに対して、高圧縮部２０ａの厚さおよび密度が不足する量を調べ、それらを補う低圧縮部２０ｂが残されるように切削加工面２１ｆの形状を設定する。
したがって、切削加工面２１ｆの形状設定により、木材成形品１の密度を一定にしたり、可変したりすることができる。木材の圧縮後の密度分布は、表面の着色分布となって現われるので、外観を重視する用途では、密度のバラツキが少ないようにすることが好ましい。
例えば、図４（ｃ）に示すように、２次ブランク部材２１の底部では、高圧縮部２０ａが形成されないので、底部１次成形面２１ａからの厚さを、例えば最も厚い厚さｔ３（ただし、ｔ３＞ｔ）とする。
このとき２次ブランク部材２１の側面部では、高圧縮部２０ａの厚さが、底部１次成形面２１ａ側から開口側端面２１ｇ側に向けて漸増しているので、例えば、開口側端面２１ｇで厚さｔ１（ただし、ｔ３＞ｔ１≧ｔ）、切削加工面２１ｆの底部近傍では、厚さｔ２（ただし、ｔ３≧ｔ２＞ｔ１）となるように切削加工する。本実施形態では、開口側端面２１ｇ近傍でほとんど高圧縮部２０ａとされているので、厚さｔ１は、ｔ１＝ｔとするか、またはｔ１＞ｔとする場合でも２次圧縮時にいわゆる限界圧縮率を超えない程度の値とする。
このように、切削加工面２１ｆの側部は、開口側端面２１ｇから底部に向かって側面部１次成形面２１ｃ、２１ｅなどよりも緩やかに傾斜した傾斜面とされている。
そして、２次ブランク部材２１の側面部では、高圧縮部２０ａは開口側端面２１ｇに向けて漸増するのに対して、低圧縮部２０ｂは同方向に向けて漸減する形状となっている。
厚さｔ１、ｔ２、ｔ３などの寸法、すなわち切削加工面２１ｆを形成するための加工形状は、１次圧縮工程で形成される高圧縮部２０ａと低圧縮部２０ｂとの密度分布を、例えば実験、数値シミュレーションなどにより調べておき、２次圧縮工程後に木材成形品１に必要とされる密度が得られるように設定することができる。
つまり、必要な板厚ｔおよび密度ρに対して、高圧縮部２０ａの厚さおよび密度が不足する量を調べ、それらを補う低圧縮部２０ｂが残されるように切削加工面２１ｆの形状を設定する。
したがって、切削加工面２１ｆの形状設定により、木材成形品１の密度を一定にしたり、可変したりすることができる。木材の圧縮後の密度分布は、表面の着色分布となって現われるので、外観を重視する用途では、密度のバラツキが少ないようにすることが好ましい。
また、２次圧縮時の圧縮抵抗を低減するという点からも、２次金型のスライド方向に略沿って、わずかに斜めに交差する２次ブランク部材２１の側面部で薄肉となるように切削加工面２１ｆを設定することが好ましい。
２次圧縮工程は、図４（ｄ）、図５に示すように、コア金型３０Ａ（２次金型）、キャビティ金型３０Ｂ（２次金型）を用いて２次ブランク部材２１を圧縮成形し、木材成形品１を形成する工程である。コア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂには、それぞれ木材成形品１を成形するために最終的な３次元形状を転写するための形状に加工された金型面３０ａ、金型面３０ｂが形成されている。
まず、２次ブランク部材２１を、底部１次成形面２１ａ、側面部１次成形面２１ｃ、２１ｅなどを金型面３０ｂと合わせるとともに、切削加工面２１ｆが金型面３０ａと対向するようにセットする。そして、コア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂを一方向にスライドし、２次ブランク部材２１を図示上下方向に圧縮する（図４（ｄ）参照）。
このとき、２次ブランク部材２１を軟化させるために、例えば１２０℃〜２００℃程度の高温高圧水蒸気を噴射しつつ圧縮を行う。または、４０℃以上の熱湯で所定時間煮沸した後、１２０℃〜２００℃程度の高温高圧環境下で圧縮を行ってもよい。また、コア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂも同等の温度に加温することが好ましい。
このとき、２次ブランク部材２１を軟化させるために、例えば１２０℃〜２００℃程度の高温高圧水蒸気を噴射しつつ圧縮を行う。または、４０℃以上の熱湯で所定時間煮沸した後、１２０℃〜２００℃程度の高温高圧環境下で圧縮を行ってもよい。また、コア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂも同等の温度に加温することが好ましい。
そして、金型面の形状が転写され、固定されるまで、型締めを保持する（図５参照）。このまま所定時間、型締めを保持し、水分を乾燥させてから、脱型する。
本工程により２次ブランク部材２１が圧縮成形されて木材成形品１が形成される。すなわち、２次ブランク部材２１の切削加工面２１ｆの底部が圧縮されて厚さｔ３から厚さｔとされた底部１ａが形成され、切削加工面２１ｆの側部が圧縮されて厚さｔ１〜ｔ２から厚さｔとされた側面部１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅが形成される。
本工程の作用について説明する。
図６は、本発明の実施形態に係る２次圧縮工程の作用について説明するための図１（ａ）のＡ−Ａ断面視の動作説明図である。図７（ａ）、（ｂ）は、従来の木材成形品の製造方法に係る圧縮工程の作用について説明するための図１（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する断面視の動作説明図である。
図６は、本発明の実施形態に係る２次圧縮工程の作用について説明するための図１（ａ）のＡ−Ａ断面視の動作説明図である。図７（ａ）、（ｂ）は、従来の木材成形品の製造方法に係る圧縮工程の作用について説明するための図１（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する断面視の動作説明図である。
図６に示すように、本工程では、コア金型３０Ａがスライドする際、２次ブランク部材２１の切削加工面２１ｆの側部が開口側端面２１ｇから底部にかけて緩やかに傾斜しているために、金型面３０ａが開口側端面２１ｇより下降して金型面３０ｂから高さｈ１（ただし、ｈ１＞ｔ３）の位置で２次ブランク部材２１と接触を開始する。
そして、さらにスライドされるにつれ、切削加工面２１ｆの側部では、金型面３０ａの側面が金型面３０ａの先端側、すなわち切削加工面２１ｆの側部の底部側から徐々に２次ブランク部材２１を圧縮していき、最後に開口側端面２１ｇ近傍が圧縮される。
また、切削加工面２１ｆの底部では、金型面３０ｂから高さｔ３以下となってから底部全体で圧縮が進行する。
そして、さらにスライドされるにつれ、切削加工面２１ｆの側部では、金型面３０ａの側面が金型面３０ａの先端側、すなわち切削加工面２１ｆの側部の底部側から徐々に２次ブランク部材２１を圧縮していき、最後に開口側端面２１ｇ近傍が圧縮される。
また、切削加工面２１ｆの底部では、金型面３０ｂから高さｔ３以下となってから底部全体で圧縮が進行する。
また、底部１次成形面２１ａ、側面部１次成形面２１ｃなどの２次ブランク部材２１の外側面は、金型面３０ｂに略沿う３次元形状とされているので、表面垂直方向に圧縮力を受けて金型面３０ｂに完全に沿う形状に圧縮されるものの、金型面３０ｂに沿う方向にはほとんど滑り移動しない。そのため、金型面３０ｂとの擦れがほとんど発生しない。
さらに、２次ブランク部材２１は１次圧縮工程により全体が部分的に圧縮され、２次圧縮工程で必要とされる圧縮量も底部１次成形面２１ａ、側面部１次成形面２１ｃなどがすでに圧縮されている分だけ低減されている。その結果、圧縮抵抗が小さくなりプレス力が小さくても容易に圧縮できるものである。
これに対して、本実施形態と同様に底部と側面部とを有する３次元形状を有する木材成形品を従来の製造方法で製造する場合には、次のような問題が起こる。
まず、図７（ａ）に示すように、木材を圧縮成形後の形状よりもやや大きい３次元形状に切削加工した３次元ブランク６を用いる場合について説明する。３次元ブランク６は、１次圧縮されていない場合でも、均一に１次圧縮された部材から切削する場合でも、本実施形態と比べて、３次元ブランク６の肉厚が厚くなる。例えば、底部の厚さＴ０はＴ０≧ｔ３であり、側面部の厚さｔ６〜ｔ７は、それぞれｔ６＞ｔ１、ｔ７≧ｔ２である。
まず、図７（ａ）に示すように、木材を圧縮成形後の形状よりもやや大きい３次元形状に切削加工した３次元ブランク６を用いる場合について説明する。３次元ブランク６は、１次圧縮されていない場合でも、均一に１次圧縮された部材から切削する場合でも、本実施形態と比べて、３次元ブランク６の肉厚が厚くなる。例えば、底部の厚さＴ０はＴ０≧ｔ３であり、側面部の厚さｔ６〜ｔ７は、それぞれｔ６＞ｔ１、ｔ７≧ｔ２である。
このような従来の製造方法では、３次元ブランク６を３次元切削加工するので、製造の手間がかかってしまう。
また、３次元ブランク６を、コア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂで圧縮する圧縮率が、本実施形態より大きくなり、それだけ大きなプレス力が必要となってしまう。
また、３次元ブランク６を、コア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂで圧縮する圧縮率が、本実施形態より大きくなり、それだけ大きなプレス力が必要となってしまう。
また、金型面３０ａは、本実施形態より開口側端部６ｇに近い、金型面３０ｂから高さｈ２（ただし、ｈ２＞ｈ１）の位置で当接が開始される。そのため、側面部が先行して圧縮され、周辺部を拘束され周辺部に逃げ空間がない状態で底部が圧縮される。
その結果、側面部での金型との擦れが大きくなるとともに、底部の圧縮率が不均一になり、いずれも木材成形品の外観を劣化させる原因となる。
その結果、側面部での金型との擦れが大きくなるとともに、底部の圧縮率が不均一になり、いずれも木材成形品の外観を劣化させる原因となる。
次に、同形状の木材成形品を、ブランク平板５から製造する製造方法について説明する。
図７（ｂ）に示すように、ブランク平板５をコア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂで圧縮成形する場合、まず金型面３０ａの先端でブランク平板５に当接しながら屈曲させる。このとき、屈曲部で割れなどが発生しやすい。
さらにスライドすると、略均一肉厚の成形を行う金型では、スライド方向に対して傾斜する金型面間では、スライド方向に直交する場合に比べてより急速に距離が狭まるから、底部に比べて側面部での圧縮が先行する。例えば、図７（ａ）において側面部の厚さｔ５、底面部の厚さＴ０とすると、圧縮過程でｔ５＜Ｔ０である。
このため、底面部が十分圧縮される前に側面部で大きな圧縮抵抗が発生し、側面部が先行して圧縮される。そして、周辺部が拘束された状態で、底部が圧縮され、側面部および底部が著しく引っ張られながら圧縮される。
その結果、側面部での金型との擦れが大きくなるとともに、底部の圧縮率が不均一になり、いずれも木材成形品の外観を劣化させる原因となる。
図７（ｂ）に示すように、ブランク平板５をコア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂで圧縮成形する場合、まず金型面３０ａの先端でブランク平板５に当接しながら屈曲させる。このとき、屈曲部で割れなどが発生しやすい。
さらにスライドすると、略均一肉厚の成形を行う金型では、スライド方向に対して傾斜する金型面間では、スライド方向に直交する場合に比べてより急速に距離が狭まるから、底部に比べて側面部での圧縮が先行する。例えば、図７（ａ）において側面部の厚さｔ５、底面部の厚さＴ０とすると、圧縮過程でｔ５＜Ｔ０である。
このため、底面部が十分圧縮される前に側面部で大きな圧縮抵抗が発生し、側面部が先行して圧縮される。そして、周辺部が拘束された状態で、底部が圧縮され、側面部および底部が著しく引っ張られながら圧縮される。
その結果、側面部での金型との擦れが大きくなるとともに、底部の圧縮率が不均一になり、いずれも木材成形品の外観を劣化させる原因となる。
以上に説明したように、本実施形態では、圧縮工程を少なくとも２回に分けて行うことにより、上記のような従来の木材成形品の製造方法に比べて、小さなプレス力であっても容易に圧縮成形できるという利点がある。
また、１次ブランク部材を、１次圧縮工程において最終的な３次元形状の少なくとも一部が形成された１次金型の金型面に当接して屈曲部が形成される部位の裏面側に凹部が設けられた形状とするので、裏面側の圧縮力が軽減され、金型面に当接する面に過大な引張り力が生じないので、１次圧縮品の成形面が過大に延ばされることで断裂したり、金型面と擦れたりしないので、優れた外観を有する成形面が得られるという利点がある。
また、１次圧縮工程で、未圧縮の状態から圧縮抵抗が少ない状態で木材を圧縮して一部の３次元形状を略形成しておくので、２次ブランク部材に高品質の圧縮面を形成することができるとともに、２次ブランク部材の切削量を低減できるので、２次ブランク部材の製造が容易となるという利点がある。
また、１次ブランク部材を、１次圧縮工程において最終的な３次元形状の少なくとも一部が形成された１次金型の金型面に当接して屈曲部が形成される部位の裏面側に凹部が設けられた形状とするので、裏面側の圧縮力が軽減され、金型面に当接する面に過大な引張り力が生じないので、１次圧縮品の成形面が過大に延ばされることで断裂したり、金型面と擦れたりしないので、優れた外観を有する成形面が得られるという利点がある。
また、１次圧縮工程で、未圧縮の状態から圧縮抵抗が少ない状態で木材を圧縮して一部の３次元形状を略形成しておくので、２次ブランク部材に高品質の圧縮面を形成することができるとともに、２次ブランク部材の切削量を低減できるので、２次ブランク部材の製造が容易となるという利点がある。
次に、本実施形態の変形例について説明する。
本変形例は、上記実施形態における１次ブランク部材に形成する逃げ部の形状を変えた変形例である。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態の変形例に係る木材成形品の製造方法の１次圧縮工程について説明するための断面説明図である。
本変形例は、上記実施形態における１次ブランク部材に形成する逃げ部の形状を変えた変形例である。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態の変形例に係る木材成形品の製造方法の１次圧縮工程について説明するための断面説明図である。
本変形例は、上記実施形態の１次ブランク部材２に代えて、図８に示すように、１次ブランク部材２５を用いて１次圧縮工程を行うことにより、１次圧縮品２０に代えて、１次圧縮品２６を形成するものである。
１次ブランク部材２５は、１次ブランク部材２の逃げ部２ｃに代えて、傾斜切削部２５ｃ（１次圧縮の逃げ部）を設けたものである。
傾斜切削部２５ｃは、長辺×短辺×高さが、Ｌ０×Ｗ０×Ｈ０の平面視略矩形状のブロック部材の裏面２ｂ側の稜線部を切削して、緩やかな傾斜面を形成したものである。それにより、図８（ｂ）に示すように、突起部１０ｃの近傍の高圧縮部２０ａの大きさや、その圧縮率を適宜に設定できるようにするものである。
図示では、傾斜面は曲面としているが、平面による面取りとしてもよいし、例えば断面が波形などの適宜の曲面としてもよい。傾斜切削部２５ｃの大きさの設定の仕方については、逃げ部２ｃの場合と同様である。
１次ブランク部材２５は、１次ブランク部材２の逃げ部２ｃに代えて、傾斜切削部２５ｃ（１次圧縮の逃げ部）を設けたものである。
傾斜切削部２５ｃは、長辺×短辺×高さが、Ｌ０×Ｗ０×Ｈ０の平面視略矩形状のブロック部材の裏面２ｂ側の稜線部を切削して、緩やかな傾斜面を形成したものである。それにより、図８（ｂ）に示すように、突起部１０ｃの近傍の高圧縮部２０ａの大きさや、その圧縮率を適宜に設定できるようにするものである。
図示では、傾斜面は曲面としているが、平面による面取りとしてもよいし、例えば断面が波形などの適宜の曲面としてもよい。傾斜切削部２５ｃの大きさの設定の仕方については、逃げ部２ｃの場合と同様である。
本変形例によれば、傾斜切削部２５ｃの切削量や形状を可変することにより、突起部１０ｃの形状による高圧縮部の発生に幅広く対応できるという利点がある。
なお、上記の説明の１次圧縮工程および２次圧縮工程では、例えばコア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂを高圧容器内に設置して行うとより効率的に行うことができて好ましい。
また上記の説明では、１次圧縮工程に用いる１次金型１０Ｂと２次圧縮工程に用いるキャビティ金型３０Ｂとを別部材としたが、１次金型１０Ｂの金型面１０ｂの形状が木材成形品１の最終的な３次元形状と全く同形状である場合は、２次圧縮工程に用いるキャビティ金型として１次金型１０Ｂを流用してもよい。
また上記の説明では、１次圧縮工程に用いる１次金型１０Ｂと２次圧縮工程に用いるキャビティ金型３０Ｂとを別部材としたが、１次金型１０Ｂの金型面１０ｂの形状が木材成形品１の最終的な３次元形状と全く同形状である場合は、２次圧縮工程に用いるキャビティ金型として１次金型１０Ｂを流用してもよい。
また、上記の説明では、１次圧縮工程で、木材加工品の３次元形状の一部を１次圧縮品の外面側のみに形成した例で説明したが、圧縮面の仕上がりを高品質にしたい部位が内面側にあれば、内面側に２次圧縮工程時に残しておく３次元形状を形成してもよい。また、３次元形状は内面側のみに設けてもよい。
またその場合、１次ブランク部材の凹部は、内面側の３次元形状の凹凸に応じてその屈曲部に対応する外面側に設ける。それにより、例えば内面側に成形品として凹形状が形成される場合、外面側に形成された凹部が１次圧縮時に引張り力を受けて拡がるため、内面側への圧縮力が軽減される。また、凹部がつぶされても凹部がない場合に比べて密度が低減される。
またその場合、１次ブランク部材の凹部は、内面側の３次元形状の凹凸に応じてその屈曲部に対応する外面側に設ける。それにより、例えば内面側に成形品として凹形状が形成される場合、外面側に形成された凹部が１次圧縮時に引張り力を受けて拡がるため、内面側への圧縮力が軽減される。また、凹部がつぶされても凹部がない場合に比べて密度が低減される。
また、上記の説明では、１次ブランク形成工程で、凹部として、断面が略Ｖ字状の逃げ部２ｃを設けた例で説明したが、屈曲部の変形を容易にし、１次圧縮品の密度を適正なものとするためには、凹部の大きさ、形状は適宜に設定することができる。例えば、底部１ａ、側面部１ｂ、側面部１ｃなどが３方から屈曲されてなる角部の屈曲部では、例えば底部１ａと側面部１ｂのみが交差する稜線部の屈曲部に比べてより大きな凹部を設けることが好ましい。
また、上記の説明では、２次ブランク加工工程で、１次圧縮品２０を切削する際、圧縮された逃げ部２ｃが切削領域に含まれている場合の例で説明したが、例えば、木材成形品１の内面側を良好な表面性や外観を必要としない用途に用いる場合などには、逃げ部２ｃの圧縮部が切削加工面２１ｆに露出してもよい。すなわち、逃げ部２ｃの深さは適宜に設定することができる。
また、上記の説明では、２次ブランク加工工程で、１次圧縮工程で形成した３次元形状の一部をすべて残して切削加工した例で説明したが、２次圧縮工程で再圧縮可能な板厚を残していれば、形成された３次元形状の一部を切削加工してもよい。例えば、１次金型に形成する３次元形状を型製作が容易となるやや大きめの近似的な３次元形状としておき、２次ブランク加工工程において、その一部を切削加工して圧縮率や形状を調整するようにしてもよい。
また、上記の説明では、２つの圧縮工程を備える例で説明したが、必要に応じて別の圧縮工程を設けてもよい。例えば、１次圧縮工程の前工程として、切り出したブロック状の１次ブランク部材に凹凸を設けるのみで、最終的な３次元形状に略沿った形状を設けない０次圧縮工程を設けてもよい。このようにすれば、例えば複雑な１次圧縮品形状を形成する場合に、１次ブランク部材の形状を、１次圧縮時の成形負荷がより少なくなる形状とすることができる。
また、上記の説明では、１次ブランク部材を略直方体状のブロック部材にＶ字溝状の逃げ部や、稜線部を切除した傾斜状の逃げ部が形成された形状として説明したが、１次ブランク部材の形状は、この形状に限定されるものではなく、木材成形品の形状に応じて適宜の形状とすることができる。例えば、円筒形、半球形、錐状など、適宜の形状を採用することができる。また、それぞれの形状の必要に応じて逃げ部の形状を適宜変えることができる。
例えば、上記の説明の１次ブランク部材に形成された平面視の角Ｒ形状は、本実施形態の木材成形品の平面視形状の角の丸みに対応して設けられたものである。
例えば、上記の説明の１次ブランク部材に形成された平面視の角Ｒ形状は、本実施形態の木材成形品の平面視形状の角の丸みに対応して設けられたものである。
１ 木材成形品
１ａ 底部
１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ 側面部
１ｆ 上側開口部
１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 屈曲部
２、２５ １次ブランク部材
２ａ 表面
２ｂ 裏面
２ｃ 逃げ部（１次圧縮の逃げ部）
２ｄ 屈曲形成部
１０Ａ、１０Ｂ １次金型
１０ａ、１０ｂ 金型面
１０ｃ 突起部
１０ｄ 内Ｒ部
２０、２６ １次圧縮品
２０ａ 高圧縮部
２０ｂ 低圧縮部
２０ｃ 溝部
２１ ２次ブランク部材
２１ａ 底部１次成形面
２１ｃ、２１ｅ 側面部１次成形面
２１ｆ 切削加工面
２１ｇ 開口側端面
２５ｃ 傾斜切削部（１次圧縮の逃げ部）
３０Ａ コア金型（２次金型）
３０Ｂ キャビティ金型（２次金型）
３０ａ、３０ｂ 金型面
１ａ 底部
１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ 側面部
１ｆ 上側開口部
１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 屈曲部
２、２５ １次ブランク部材
２ａ 表面
２ｂ 裏面
２ｃ 逃げ部（１次圧縮の逃げ部）
２ｄ 屈曲形成部
１０Ａ、１０Ｂ １次金型
１０ａ、１０ｂ 金型面
１０ｃ 突起部
１０ｄ 内Ｒ部
２０、２６ １次圧縮品
２０ａ 高圧縮部
２０ｂ 低圧縮部
２０ｃ 溝部
２１ ２次ブランク部材
２１ａ 底部１次成形面
２１ｃ、２１ｅ 側面部１次成形面
２１ｆ 切削加工面
２１ｇ 開口側端面
２５ｃ 傾斜切削部（１次圧縮の逃げ部）
３０Ａ コア金型（２次金型）
３０Ｂ キャビティ金型（２次金型）
３０ａ、３０ｂ 金型面
Claims (5)
- 木材を切り出して１次ブランク部材を形成し、１次圧縮時に少なくとも一部に成形品の最終的な３次元形状と略同形状を形成し、その後２次圧縮を行って、前記１次ブランク部材を、最終的に略一定肉厚を有する３次元形状に成形する木材成形品の製造方法であって、
前記１次ブランク部材を形成する際に、前記最終的な３次元形状と略同形状が形成される部位に略対応する裏面側の部位に前記１次圧縮の逃げ部を切削加工する１次ブランク形成工程と、
前記１次ブランク部材を、一部に前記最終的な３次元形状と略同形状の金型面を有する１次金型により圧縮成形して、前記金型面近傍に相対的な高圧縮部を形成した１次圧縮品に加工する１次圧縮工程と、
前記１次圧縮品を切削加工して、前記高圧縮部に転写された３次元形状を表面に残した２次ブランク部材を形成する２次ブランク加工工程と、
前記２次ブランク部材を、前記最終的な３次元形状を転写するための２次金型により圧縮成形する２次圧縮工程とを設けたことを特徴とする木材成形品の製造方法。 - 前記１次ブランク形成工程で形成される前記１次ブランク部材の前記逃げ部が、前記１次圧縮工程で圧縮成形される際に前記１次金型の金型面の３次元形状の屈曲部に当接する部位の略裏面側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の木材成形品の製造方法。
- 前記２次ブランク部材は、その肉厚が、前記高圧縮部が相対的に厚く形成された部位では薄く、相対的に薄く形成された部位では厚くなるように切削加工されることを特徴とする請求項１また２に記載の木材成形品の製造方法。
- 前記２次ブランク部材は、その肉厚が、前記２次金型のスライド方向に厚みを有する部分に比べて、前記２次金型のスライド方向に交差する方向に厚みを有する部分で相対的に薄くなるように切削加工されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の木材成形品の製造方法。
- 前記略一定肉厚を有する３次元形状が、前記２次金型のスライド方向に略直交する方向に延びる底部と、該底部の周辺から前記２次金型のスライド方向に向かって屈曲する側面部とを有する形状であって、
前記１次圧縮工程において前記側面部の形状と略同形状が転写された高圧縮部が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の木材成形品の製造方法。
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