JP2007038585A - 木材の加工方法および圧縮木製品 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数や工数を増やすことなく、容易にかつ低コストで木材の補強を行うことができる木材の加工方法および圧縮木製品を提供する。
【解決手段】木材繊維方向に沿った表面を備えるとともに、前記木材繊維方向と交差する方向を指向する稜線を有し、前記表面からリブ状に突起する突起部を備えた木材を原木から形取り、この形取った木材を圧縮する。この圧縮の際には、少なくとも前記木材繊維方向に沿った表面の肉厚方向に圧縮力を加える。
【選択図】 図５

Description

本発明は、木材を所定の形状に加工する木材の加工方法および木材を圧縮して形成した圧縮木製品に関する。

近年、自然素材である木材が注目されている。木材はさまざまな木目を有するため、原木から形取る箇所に応じて個体差が生じ、その個体差が製品ごとの個性となる。また、長期の使用によって生じる傷や色合いの変化自体も、独特の風合いとなって使用者に親しみを生じさせることがある。これらの理由により、合成樹脂や軽金属を用いた製品にはない、個性的で味わい深い製品を生み出すことのできる素材として木材が注目されており、その加工技術も飛躍的に進歩しつつある。

従来、かかる木材の加工技術として、吸水軟化した１枚の木材を圧縮し、その木材を圧縮方向と略平行に切断して板状の一次固定品を得た後、この一次固定品を加熱吸水させながら所定の３次元形状に成形する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、軟化処理した状態で圧縮した一枚の木材を仮固定し、この木材を型に入れて回復させることによって型成形する技術も知られている（例えば、特許文献２を参照）。これらの技術では、木材の個体差や種類、加工後の木材の強度やその用途などを含むさまざまな点を考慮して、木材の肉厚や圧縮率が決められる。

特許第３０７８４５２号公報 特開平１１−７７６１９号公報

ところで、木材を圧縮成形する場合には、木材の繊維方向に沿った方向の強度に比べて、その繊維方向と交差する方向の強度が一般的に弱くなってしまう。この問題を解決するために、木材の繊維方向と交差する方向の強度を補強するための適当な補強部材を設けることも考えられるが、その場合には、補強部材を取り付ける分だけ部品点数や作業工数が増加し、コストがかかるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、部品点数や作業工数を増やすことなく、容易にかつ低コストで木材の補強を行うことができる木材の加工方法および圧縮木製品を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１記載の発明は、木材を所定の形状に加工する木材の加工方法であって、木材繊維方向に沿った表面を備えるとともに、前記木材繊維方向と交差する方向を指向する稜線を有し、前記表面からリブ状に突起する突起部を備えた木材を原木から形取る形取工程と、前記形取工程で形取られた木材を圧縮する圧縮工程と、を含むことを特徴とする。

本発明における「リブ状」には、稜線方向に一様に突起している部分の方が突起していない部分よりも顕著に多いような全ての形状が含まれるものとする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記圧縮工程は、少なくとも前記木材繊維方向に沿った表面の肉厚方向に圧縮力を加えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記木材繊維方向に沿った表面は平面をなすことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項記載の発明において、前記突起部の稜線は、前記木材繊維方向と略直交する方向を指向することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項記載の発明において、前記圧縮工程は、一対の金型によって前記加工対象の木材を挟持して圧縮力を加えることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、木材を圧縮することによって所定の形状に加工された圧縮木製品であって、木材繊維方向に沿った表面を有する部分の繊維密度が、前記木材繊維方向に沿って変化することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記木材繊維方向と交差する方向を指向する稜線を有し、前記木材繊維方向に沿った表面からリブ状に突起する突起部を備えた木材の少なくとも前記表面の肉厚方向に圧縮力を加えることによって形成されたことを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項６または７記載の発明において、前記木材繊維方向に沿った表面は平面をなすことを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項７または８記載の発明において、前記突起部の稜線は、前記木材繊維方向と略直交する方向を指向することを特徴とする。

本発明によれば、木材繊維方向に沿った表面を備えるとともに、前記木材繊維方向と交差する方向を指向する稜線を有し、前記表面からリブ状に突起する突起部を備えた木材を原木から形取り、この形取った木材を圧縮することにより、部品点数や作業工数を増やすことなく、容易にかつ低コストで木材の補強を行うことが可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、実施の形態と称する）を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の構成を示す斜視図である。また、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。これらの図に示す圧縮木製品１は、略長方形の表面をなす平板状の主板部１ａと、主板部１ａの長手方向に沿うとともにその主板部１ａに対して所定の角度をなして延出する二つの側板部１ｂと、主板部１ａの短手方向に沿うとともにその主板部１ａに対して所定の角度をなして延出する二つの側板部１ｃとを備え、全体として略椀状をなす。この圧縮木製品１の肉厚ｒは、ほぼ均一である。

圧縮木製品１の木材繊維方向Ｌは、主板部１ａの長手方向に略平行である。また、圧縮木製品１の木目方向は主板部１ａの長手方向に沿っており、この意味で図１に示す圧縮木製品１は柾目材である。

次に、本実施の形態に係る木材の加工方法を説明する。以後の説明では、上述した構成を有する圧縮木製品１を形成する場合について説明するが、この実施の形態に係る木材の加工方法は、他の構成を有する圧縮木製品に対しても適用可能である。

まず、圧縮木製品１の原材料となる木材を、原木である無圧縮状態の無垢材から形取る（形取工程）。この際には、形取る木材の容積が、後述する圧縮工程によって減少する分の容積を予め加えた分の容積となるようにする。無垢材としては、檜、檜葉、桐、杉、松、桜、欅、黒檀、竹、チーク、マホガニー、ローズウッドなどの中から、圧縮木製品１の用途などに応じて最適なものを選択すればよい。

図３は、無垢材から形取った木材の構成を示す斜視図である。同図に示す木材１１は圧縮木製品１と同様に略椀状をなす柾目材であり、主板部１１ａ（加工後の主板部１ａに対応）、側板部１１ｂおよび１１ｃ（加工後の側板部１ｂおよび１ｃにそれぞれ対応）を備える。この木材１１は、主板部１１ａの表面からリブ状に突起する３つの突起部１２が、平坦部１３と交互にかつ規則的に形成されている。図３にも示すように、各突起部１２の稜線方向Ｍは互いに平行であって主板部１１ａの木材繊維方向Ｌと直交する方向を指向している。このような形状をなす木材１１は、例えばＮＣ加工技術を用いた切削加工によって形成することができる。

なお、本実施の形態における「リブ状」には、稜線方向に一様に突起している部分の方が突起していない部分よりも顕著に多いような全ての形状が含まれるものとする。

続いて、上記の如く形取った木材１１を圧縮する（圧縮工程）。この圧縮工程に際して、木材１１を高温高圧の水蒸気雰囲気中に所定時間放置することにより、水分を過剰に吸収させて軟化させる。ここでいう高温高圧とは、温度が１００〜２３０℃、より好ましくは１８０〜２３０℃程度であり、圧力が０.１〜３ＭＰａ（メガパスカル）、より好ましくは０.４５〜２.５ＭＰａ程度の状態を指す。なお、上述した水蒸気雰囲気中で木材１１を放置する代わりに、例えば木材１１をマイクロウェーブの如き高周波の電磁波によって加熱してもよい。

この後、軟化させたときと同様の水蒸気雰囲気中で木材１１を一対の金型によって挟持し、木材１１に対して所定の圧縮力を加える。図４は、一対の金型４１および５１を用いた木材１１の圧縮工程の概要を示す図である。また、図５は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。これらの図に示すように、圧縮時に木材１１の上方から圧縮力を加える金型４１は、木材１１の主板部１１ａから側板部１１ｂおよび１１ｃに向かってそれぞれ湾曲する内側面に嵌合する形状をなす凸部４２を有する。木材１１の内側面のうち主板部１１ａから側板部１１ｃに湾曲する曲面１１ａｃ内側面の曲率半径をＲＩとし、凸部４２のうち曲面１１ａｃに当接する曲面の曲率半径をＲＡとすると、この二つの曲率半径の間には、ＲＩ＞ＲＡという関係がある。

これに対し、圧縮時に木材１１の下方から木材１１に対して圧縮力を加える金型５１は、木材１１の主板部１１ａから側板部１１ｂおよび１１ｃに立ち上がって湾曲する外側面を嵌入する凹部５２を有する。木材１１の外側面のうち曲面１１ａｃ外側面の曲率半径をＲＯとし、凹部５２のうち曲面１１ａｃの外側面に当接する曲面の曲率半径をＲＢとすると、この二つの曲率半径の間には、ＲＯ＞ＲＢという関係がある。

なお、図示はしないが、主板部１１ａから側板部１１ｂに立ち上がって湾曲する曲面の内側面の曲率半径も、この内側面に当接する金型４１の曲面の曲率半径より大きい。また、主板部１１ａから側板部１１ｂに立ち上がって湾曲する曲面の外側面の曲率半径も、この外側面に当接する金型５１の曲面の曲率半径より大きい。

以後の説明では、主板部１１ａの突起部１２の肉厚をＲ₁とし、平坦部１３の肉厚をＲ₂（＜Ｒ₁）とする（図５を参照）。

図６は、以上の構成を有する金型４１および５１によって木材１１を挟持、圧縮している状態（木材１１の変形がほぼ完了した状態）を示す図であり、図５と同じ切断面を有する縦断面図である。図６に示すように、木材１１は圧縮されることによって金型４１と金型５１との隙間に相当する３次元形状に変形する。この際には、突起部１２が平坦部１３よりも先に圧縮力を受け始める。その後、木材１１が図６に示す状態まで変形されると、突起部１２と平坦部１３との区別はなくなって主板部１１ａが平板状をなす。

図６に示す状態で所定時間放置した後、金型４１と金型５１を離間させて圧縮を解除し、上述した水蒸気雰囲気を解いて木材１１を乾燥させることにより、圧縮木製品１が完成する。主板部１１ａの肉厚方向の圧縮率（圧縮による木材の肉厚の減少分ΔＲとその木材の圧縮前の肉厚Ｒの比の値ΔＲ／Ｒ）は、０.４〜０.７程度である。したがって、突起部１２の圧縮率Ｃ₁＝（Ｒ₁−ｒ）／Ｒ₁および平坦部１３の圧縮率Ｃ₂＝（Ｒ₂−ｒ）／Ｒ₂が前述した範囲に含まれる圧縮率の値をとるように、突起部１２の肉厚Ｒ₁と平坦部１３の肉厚Ｒ₂とを設定すればよい。なお、突起部１２の肉厚Ｒ₁と平坦部１３の肉厚Ｒ₂との間にはＲ₁＞Ｒ₂が成り立つので、圧縮率Ｃ₁およびＣ₂は、Ｃ₁＞Ｃ₂という関係を満たす。

ここで、具体的な数値例を挙げる。圧縮前の突起部１２の肉厚Ｒ₁を５ｍｍ、平坦部１３の肉厚Ｒ₂を３ｍｍとし、圧縮後の主板部１ａの肉厚ｒを１.６ｍｍとすると、突起部１２の圧縮率Ｃ₁は０.６８となる一方、平坦部１３の圧縮率Ｃ₂は０.４７となる。

この圧縮工程では、木材１１に含まれるセルロース、ヘミセルロース、リグニン等の成分が十分軟化しているため、突起部１２と平坦部１３との境界付近でしわが寄ったり段差が生じたりするのを防ぐことができる。このようなしわや段差の発生を確実に防止するという意味においては、突起部１２と平坦部１３との境界が、図５にも示すようなＲ形状をなしていればより好ましい。かかる場合には、木材１１の繊維のうち、突起部１２の突起方向に曲がっている繊維の一部が切削等によって切断されないで済むため、Ｒ形状をなしていない場合に比べて長さのある繊維をより多く残すことができ、強度的な観点から見ても好ましい。

図７は、圧縮工程を経て完成した圧縮木製品１の主板部１ａに沿った密度分布を模式的に示す説明図である。同図においては、横軸が主板部１ａにおける位置を表し、縦軸が繊維密度を表している。この図７に示すように、圧縮前に突起部１２が形成されていた位置の繊維密度は、平坦部１３が形成されていた位置の繊維密度よりも大きい。図３からも明らかなように、突起部１２は稜線方向Ｍに沿って一様に突起していたので、圧縮後の主板部１ａには、木材繊維方向Ｌと直交する方向（もとの稜線方向Ｍに平行な方向）に沿って繊維密度が他よりも大きい箇所が形成されている。すなわち、圧縮木製品１は、木材繊維方向Ｌと直交する方向に対して補強されていることがわかる。

図８は、圧縮木製品１の一適用例を示す図であり、より具体的には、圧縮木製品１から形成されるカバー部材によって外装されたデジタルカメラの外観構成を示す斜視図である。同図に示すデジタルカメラ１００は、撮像レンズを含む撮像部１０１、フラッシュ１０２、およびシャッターボタン１０３を備え、二つのカバー部材２および３によって外装されて成る。このデジタルカメラ１００の内部には、撮像処理等に関する駆動制御を行う制御回路、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子、および音声の入出力を行うマイクロフォンやスピーカ、制御回路の制御のもと各機能部材を駆動する駆動回路を含み、デジタルカメラ１００の機能を実現する各種電子的部材および光学的部材が収納される（図示せず）。

図９は、デジタルカメラ１００の外装材をなすカバー部材２および３の概略構成を示す斜視図である。このうち、デジタルカメラ１００の前面側を外装するカバー部材２の主板部２ａには、撮像部１０１を表出する円筒形状の開口部２１およびフラッシュ１０２を表出する直方体形状の開口部２２が形成されている。また、このカバー部材２の側板部２ｂには、半円筒形状の切り欠き２３が設けられている。

他方、デジタルカメラ１００の背面側を外装するカバー部材３の主板部３ａには、画像情報や文字情報を表示するために液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、または有機ＥＬディスプレイ等を用いて実現される表示部（図示せず）を表出する直方体形状の開口部３１が形成されている。このカバー部材３の側板部３ｂには、カバー部材２の切り欠き２３と組み合わさってシャッターボタン１０３を表出するための開口部２３１をなす半円筒形状の切り欠き３２が設けられている。

上述した開口部や切り欠き以外にも、ファインダ取付用の開口部や、操作指示信号の入力を受け付ける入力キー表出用の開口部を設けてもよいし、外部機器との接続用インタフェース（ＤＣ入力端子やＵＳＢ接続端子等を含む）を表出する開口部を設けてもよい。さらに、デジタルカメラ１００内部のスピーカが発生する音声を出力する音声出力用孔部を設けてもよい。

本実施の形態に係る圧縮木製品は、デジタルカメラ以外の電子機器、例えば、携帯電話、ＰＨＳまたはＰＤＡ等の携帯型通信端末、携帯型オーディオ装置、ＩＣレコーダ、携帯型テレビ、携帯型ラジオ、各種家電製品のリモコン、デジタルビデオなどの外装材としても適用可能である。このような小型の携帯用電子機器の外装材として圧縮木製品を適用する場合、圧縮後の肉厚を１.６ｍｍ程度とするのが最も好ましい。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、木材繊維方向に沿った表面を備えるとともに、前記木材繊維方向と交差する方向を指向する稜線を有し、前記表面からリブ状に突起する突起部を備えた木材を原木から形取り、この形取った木材を圧縮することにより、部品点数や作業工数を増やすことなく、容易にかつ低コストで木材の補強を行うことが可能となる。

また、本実施の形態によれば、平板状の主板部には、圧縮前の木材に突起部と平坦部とが交互に形成されているため、圧縮後の繊維密度が周期的に強弱を繰り返す分布となる。したがって、一つの素材の中で強度が場所ごとに異なる素材を提供することができる。

ここまで、本発明を実施するための最良の形態を詳述してきたが、本発明はかかる一実施の形態によってのみ限定されるべきではない。例えば、上記一実施の形態では、原木から形取る木材の主板部に、この主板部の木材繊維方向と直交する方向を指向する稜線を有する突起部を設ける場合について説明したが、より一般的には、主板部の木材繊維方向に交差する方向を指向する稜線を有する突起部を設ければよい。

また、本発明に係る圧縮木製品は、主板部が木材繊維方向に沿った表面を有していればよく、その表面が平面でなく曲面であっても構わない。

また、無垢材から形取る木材としては、上述した柾目材以外に、板目材、追柾材、木口材などを用いてもよく、本発明に係る木材の加工方法は、形取る木材の木目によらず実施可能である。

なお、原木から木材を形取る際にその木材に形成する突起部の形状や個数は、加工後の圧縮木製品の形状、用途、使用する木材の種類等の各種条件に応じて最適な形状や個数を設定すればよい。

このように、本発明は、ここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の構成を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の原材料である木材の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る木材の加工方法の圧縮工程の概要を示す説明図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 圧縮工程において木材圧縮時の状態を示す縦断面図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の主板部における密度分布を模式的に示す図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品を外装材として適用したデジタルカメラの外観構成を示す斜視図である。 図８のデジタルカメラを外装するカバー部材の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 圧縮木製品
２、３ カバー部材
１ａ、２ａ、３ａ、１１ａ 主板部
１ｂ、１ｃ、２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ、１１ｂ、１１ｃ 側板部
１１ 木材
１１ａｃ 曲面
１２ 突起部
１３ 平坦部
２１、２２、３１、２３１ 開口部
２３、３２ 切り欠き
４１、５１ 金型
４２ 凸部
５２ 凹部
１００ デジタルカメラ
１０１ 撮像部
１０２ フラッシュ
１０３ シャッターボタン
Ｌ 木材繊維方向
Ｍ 稜線方向
Ｒ、Ｒ₁、Ｒ₂、ｒ 肉厚

Claims (9)

1. 木材を所定の形状に加工する木材の加工方法であって、
   木材繊維方向に沿った表面を備えるとともに、前記木材繊維方向と交差する方向を指向する稜線を有し、前記表面からリブ状に突起する突起部を備えた木材を原木から形取る形取工程と、
   前記形取工程で形取られた木材を圧縮する圧縮工程と、
   を含むことを特徴とする木材の加工方法。
2. 前記圧縮工程は、
   少なくとも前記木材繊維方向に沿った表面の肉厚方向に圧縮力を加えることを特徴とする請求項１記載の木材の加工方法。
3. 前記木材繊維方向に沿った表面は平面をなすことを特徴とする請求項１または２記載の木材の加工方法。
4. 前記突起部の稜線は、前記木材繊維方向と略直交する方向を指向することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の木材の加工方法。
5. 前記圧縮工程は、
   一対の金型によって前記加工対象の木材を挟持して圧縮力を加えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の木材の加工方法。
6. 木材を圧縮することによって所定の形状に加工された圧縮木製品であって、
   木材繊維方向に沿った表面を有する部分の繊維密度が、前記木材繊維方向に沿って変化することを特徴とする圧縮木製品。
7. 前記木材繊維方向と交差する方向を指向する稜線を有し、前記木材繊維方向に沿った表面からリブ状に突起する突起部を備えた木材の少なくとも前記表面の肉厚方向に圧縮力を加えることによって形成されたことを特徴とする請求項６記載の圧縮木製品。
8. 前記木材繊維方向に沿った表面は平面をなすことを特徴とする請求項６または７記載の圧縮木製品。
9. 前記突起部の稜線は、前記木材繊維方向と略直交する方向を指向することを特徴とする請求項７または８記載の圧縮木製品。

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