JP2009137079A - 木材の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】木材を軟化させる時間を短縮することができる木材の成形方法を提供する。
【解決手段】木材の表面から当該木材の内部へ穴をあける穴あけ工程（ステップＳ２）と、穴あけ工程で穴をあけた木材を、高温高圧の水蒸気雰囲気中で軟化させる軟化工程（ステップＳ３）と、軟化工程で軟化させた木材を圧縮することによって所定の形状に変形する圧縮工程（ステップＳ４）と、を有する。穴あけ工程であける穴の深さは、穴をあける位置の木材の板厚に応じて定めればよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、木材を所定の形状に圧縮成形する木材の成形方法に関する。

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、その成形技術も飛躍的に進歩しつつある。

従来、木材の成形技術として、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スライス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１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）。

特許第３０７８４５２号公報 特開平１１−７７６１９号公報

しかしながら、上述した従来技術では、木材を軟化させるために多くの時間を費やさなければならず、木材を短時間で効率的に圧縮成形することの妨げとなっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、木材を軟化させる時間を短縮することができる木材の成形方法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、本発明に係る木材の成形方法は、木材の表面に有底の穴をあける穴あけ工程と、前記穴あけ工程で穴をあけた前記木材を軟化させる軟化工程と、前記軟化工程で軟化させた前記木材を圧縮することによって所定の形状に変形する圧縮工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る木材の成形方法は、上記発明において、前記穴あけ工程で前記木材の表面にあける穴の深さは、穴をあける位置の前記木材の板厚に応じて定められることを特徴とする。

また、本発明に係る木材の成形方法は、上記発明において、前記穴あけ工程は、前記木材の繊維方向と略直交する方向に延びる穴をあけることを特徴とする。

また、本発明に係る木材の成形方法は、上記発明において、前記木材の長手方向は当該木材の繊維方向と略平行であり、前記穴あけ工程で前記木材の表面にあける穴の単位面積当たりの数は、前記木材の長手方向の中央部が当該長手方向の両端部よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明に係る木材の成形方法は、上記発明において、前記軟化工程は、大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で行うことを特徴とする。

本発明によれば、木材を軟化させる前に、その木材の表面から内部へ穴をあけることにより、軟化の際の水蒸気雰囲気中で木材が水分を吸収しやすくなる。したがって、木材を軟化させる時間を短縮することができる。

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。なお、以下の説明で参照する図面は模式的なものであって、同じ物体を異なる図面で示す場合には、寸法や縮尺等が異なる場合もある。

図１は、本発明の一実施の形態に係る木材の成形方法の処理の概要を示すフローチャートである。木材を成形する際には、まず所定の形状をなす木材を原木から形取る（ステップＳ１）。図２は、この形取工程の概要を模式的に示す図である。形取工程では、無圧縮状態にある無垢材などの原木１から、略皿状をなす木材２を切削等によって形取る。原木１は、ヒノキ、ヒバ、桐、杉、松、桜、欅、黒檀、紫檀、竹、チーク、マホガニー、ローズウッドなどの中から最適な素材を選択することができる。

木材２は、略長方形の表面を有する平板状の主板部２ａと、主板部２ａの表面で対向する二つの長辺部の各々から主板部２ａに対して湾曲して延在する二つの側板部２ｂと、主板部２ａの表面で対向する二つの短辺部の各々から主板部２ａに対して湾曲して延在する二つの側板部２ｃと、を備える。木材２は、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容積を有する。なお、図２では、木材２の木目Ｇが木材２の繊維方向と略平行な柾目材である場合を示しているが、これは一例に過ぎず、板目材などでもよい。

続いて、木材２の表面に有底の穴をあける（ステップＳ２）。図３は、木材２に穴をあけた状態を示す断面図である。図３において、穴２１は、皿状をなす木材２のくぼんだ側の表面に複数個設けられている。具体的には、木材２の主板部２ａではほぼ均一な深さの穴がほぼ等間隔で形成されている。一方、側板部２ｂは、先端に向かうにつれて肉厚が徐々に薄くなっており、穴２１の深さも肉厚が薄くなるにつれて浅くなっている。このステップＳ２では、例えば千枚通しを用いて穴２１を形成してもよいし、先鋭端が規則的に並んだ専用の治具を用いることによって複数の穴２１を一括して形成してもよい。なお、穴２１の数や径は、木材２の材質、形状、大きさ等の条件に応じて適宜定めればよい。

次に、木材２を大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で所定時間放置し、水分を過剰に吸収させることによって十分に軟化させる（ステップＳ３）。ここでいう高温高圧とは、温度が１００〜２３０℃程度であり、圧力が０.１〜３.０ＭＰａ（メガパスカル）程度の状態を指す。このような水蒸気雰囲気は、例えば圧力容器を用いることによって実現することができる。圧力容器を用いる場合には、その圧力容器の中に木材２を放置することによって軟化工程が行われる。

木材２には、上述した穴あけ工程によって複数の穴２１が形成されている。このため、木材２は、穴２１を介して水蒸気が内部に進入しやすい構成となっており、穴２１を設けない場合と比較して、水分の吸収が速い。したがって、木材２を軟化させるのに要する時間、より具体的には木材２が後述する圧縮工程で割れ等を生じない程度にまで軟化する時間を短縮することができる。

なお、ステップＳ３では、木材２の表面に水分を供給した後、マイクロウェーブの如き高周波の電磁波によって木材２を加熱して軟化させてもよいし、木材２を煮沸することによって軟化させてもよい。

この後、軟化した木材２を圧縮する（ステップＳ４）。このステップＳ４では、木材２を軟化させた時と同じ水蒸気雰囲気中で一対の金型によって木材２を挟持して圧縮力を加えることにより、木材２を所定の３次元形状に変形する。圧力容器の中で木材２を軟化する場合には、引き続きその圧力容器の中で木材２を圧縮すればよい。

図４は、圧縮工程の概要を示すとともに、圧縮工程で使用する一対の金型の構成を示す図である。図５は、図４のＡ−Ａ線断面図である。図４および図５に示すように、木材２は、一対の金型７、８によって挟持され、所定の圧縮力が加えられる。

圧縮工程の際に木材２の上方から圧縮力を加える金型７は、木材２の窪んでいる側の表面であって穴２１が形成された表面に当接可能な凸部７１を備えたコア金型である。側板部２ｂの主板部２ａから湾曲する部分の表面であって金型７と対向する側の表面の曲率半径をＲＩとし、この表面に当接する凸部７１の表面の曲率半径をＲＡとすると、二つの曲率半径ＲＩ，ＲＡは、ＲＩ＞ＲＡという関係を満たす。

これに対して、圧縮工程の際に木材２の下方から圧縮力を加える金型８は、木材２の突起している側の表面に当接可能な凹部８１を備えたキャビティ金型である。側板部２ｂの主板部２ａから湾曲する部分の表面であって金型８と対向する側の表面の曲率半径をＲＯとし、この表面に当接する凹部８１の表面の曲率半径をＲＢとすると、二つの曲率半径ＲＯ、ＲＢは、ＲＯ＞ＲＢという関係を満たす。

金型７、８は、木材２を挟持した後、型締め用の治具によって型締めされる。図６は、型締めされた金型７、８が木材２に圧縮力を加えている状態を示す図であり、木材２の変形がほぼ完了した状態を示す図である。同図に示すように、木材２は、金型７、８から圧縮力を受けることによって金型７と金型８との隙間に相当する３次元形状に変形する。

図６に示す状態で木材２に所定時間（１〜数十分、より好ましくは５〜１０分程度）圧縮力を加えた後、金型７、８を型締めした状態を保持したまま、上述した水蒸気よりさらに高温の水蒸気を金型７、８の周囲に加えることにより、木材２の形状を固定化する（ステップＳ５）。この固定化処理を圧力容器中で行う場合には、圧縮工程における水蒸気よりもさらに高温の水蒸気を圧力容器へ吹き込めばよい。

続いて、金型７，８および木材２を大気中へ開放し、木材２を乾燥させる（ステップＳ６）。この際には、金型７、８の型締め状態を解除し、金型７または８を木材２から離間することによって木材２の乾燥を促進させるようにしてもよい。

図７は、乾燥後の木材２の主板部２ａの構成を示す部分断面図である。図７において、木材２に設けられた穴２１は、金型７、８によって圧縮されたことによってふさがっている。この際、穴２１が形成されていた部分は、軟化工程における軟化の度合いが大きいため、穴２１が設けられていない部分よりも圧縮率（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）が大きい。したがって、乾燥後の木材２は、穴２１が形成されていた部分の密度が、穴２１が形成されていない部分の密度よりも大きい。換言すれば、穴２１が形成された部分は、穴２１が形成されていない部分よりも硬い。

乾燥終了後の木材２の肉厚は、圧縮前の木材２の肉厚の３０〜５０％程度であれば好ましい。これは、木材２の圧縮率が０.５０〜０.７０程度であることに相当する。なお、上述したように、穴２１が形成されていた部分の圧縮率は、穴２１が形成されていない部分の圧縮率よりも大きい。この意味で、上述した圧縮率の数値は、木材２の肉厚方向の平均値である。

木材２を乾燥させた後、木材２に対して切削や穿孔等の処理を施すことにより、木材２を所定の最終形状に整形する（ステップＳ７）。

図８は、以上説明した木材の成形方法によって成形した木材の一例である電子機器用外装体の構成を示す図である。同図に示す電子機器用外装体９０は、二つのカバー部材３、４が組み合わさって成る。カバー部材３、４は木材２からそれぞれ形成され、全体として一つの筐体をなしている。

電子機器用外装体９０は、図９に示すようにデジタルカメラ１００を外装する。デジタルカメラ１００の前面側（被写体と対向する側）を外装するカバー部材３は、木材２の主板部２ａ、および側板部２ｂ、２ｃにそれぞれ対応する主板部３ａ、および側板部３ｂ、３ｃを備える。主板部３ａは、デジタルカメラ１００の撮像部１０１を表出する円筒形状の開口部３１と、デジタルカメラ１００のフラッシュ１０２を表出する直方体形状の開口部３２とを有する。側板部３ｂは、半円筒形状の切り欠き３３を有する。

デジタルカメラ１００の背面側（撮影者と対向する側）を外装するカバー部材４は、木材２の主板部２ａ、および側板部２ｂ、２ｃにそれぞれ対応する主板部４ａ、および側板部４ｂ、４ｃを備える。主板部４ａは、液晶、プラズマまたは有機ＥＬ等を用いて実現されるデジタルカメラ１００の表示部を表出する直方体形状の開口部４１を有する。側板部４ｂは、半円筒形状の切り欠き４２を有する。この切り欠き４２は、カバー部材３の切り欠き３３と組み合わさってデジタルカメラ１００のシャッターボタン１０３を表出する開口部３４１をなす。

木材２から形成されるカバー部材３、４では、圧縮によって穴２１がふさがれた痕跡はデジタルカメラ１００を組み立てた時に内部に隠れるため、穴２１がデジタルカメラ１００の意匠性に影響を及ぼすことはない。

なお、本実施の形態に係る木材の成形方法は、デジタルカメラ以外の電子機器用外装体を形成する際にも適用可能である。このうち、携帯型の電子機器用外装体を形成する場合には、成形後の木材の肉厚が１.６〜２.０ｍｍ程度であればより好ましい。

また、本実施の形態に係る木材の成形方法は、食器、各種筐体、建材などを成形する場合にも適用可能である。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、木材を軟化させる前に、その木材の表面から内部へ穴をあけることにより、軟化の際の水蒸気雰囲気中で木材が水分を吸収しやすくなる。したがって、木材を圧縮する前に軟化させる時間を短縮することができる。

また、本実施の形態によれば、穴をあけた部分と穴をあけていない部分とで木材の密度を変化させることができる。従来の木材の圧縮成形技術では、圧縮成形後の木材の表面の密度はどの表面でも略同じになるのが一般的であった。これに対して、本実施の形態においては、異なる表面の密度を変えることが可能となる（図７参照）。

なお、本実施の形態に係る木材の成形方法は、形取る木材の形状によらずに適用可能である。具体的には、例えば図１０に示す木材５のように、肉厚が極端に異なるように形取った木材に対しても適用可能である（第２例）。この場合、木材５にあける穴５１の深さを、木材５の肉厚と略比例するようにすると、木材５を板厚によらず均一に軟化させることができる。

図１１は、本実施の形態に係る木材の成形方法を適用可能な木材の形状の別な例（第３例）を示す斜視図である。同図に示す木材６は、板状をなしており、その長手方向が木材６の繊維方向Ｆと略平行である。このように形取られた木材６を成形する場合、木材６の導管または仮導管の断面が露出している木口面６ａ（繊維方向Ｆと直交する面）の方が、柾目面６ｂ、６ｃ（繊維方向Ｆと平行な面）よりも水分を吸収しやすい。このため、木材６を形取ったままの状態すなわち図１１に示す状態で木材６に水分を吸収させようとすると、木材６の水分の吸収量に場所ごとのばらつきが生じてしまう。そこで、木材６を軟化させる前に、柾目面６ｂや６ｃに繊維方向Ｆと直交する方向へ延びる有底の穴をあけることにより、柾目面６ｂや６ｃからの水分の吸収量を増やして木口面６ａからの水分の吸収に近づけるようにする。この際、柾目面６ｂや６ｃへあける穴の密度（単位面積当たりの数）の分布は、木口面６ａの表面積と柾目面６ｂおよび６ｃの表面積の和との比や、柾目面６ｂ、６ｃの長手方向の長さなどの諸条件に応じて適宜定めればよい。

図１２は、木材６に対してあける穴の密度分布の設定例を示す図であり、具体的には木材６の長手方向に沿った穴の密度分布の設定例を示す図である。同図に示す密度分布曲線Ｐは、水分を吸収しにくい木材６の長手方向（長さＬ）の中央部に形成される穴の密度が、その長手方向の端部すなわち木口面６ａの近傍に形成される穴の密度よりも大きい。なお、柾目面６ｂや６ｃの短手方向に沿った穴の密度は均一である。このような密度分布曲線Ｐにしたがって木材６の表面に穴をあけることにより、木材６が軟化工程の際に吸収する水分の吸収量の場所ごとのばらつき、特に木材６が軟化工程で吸収した水分の長手方向に沿った吸収量のばらつきを抑制することができ、木材６を均一に軟化させることができる。

図１３は、穴あけ工程を行った後の木材６の構成を示す部分断面図である。図１３において、柾目面６ｂには、先鋭端を有する複数の穴６１が上述した密度分布曲線Ｐにしたがって規則的に形成されている。図示はしないが、柾目面６ｃに対しても、図１３と同様に穴６１を形成することができる。

なお、木材６に対して穴あけを行う際には、図１４に示すように、径が均一な穴６２を一方の柾目面６ｂに形成してもよい。この穴６２は、例えば細径のドリルを用いることによって形成される。

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、本発明は上述した一実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、本発明において、木材の表面にあける穴の断面形状は、上記以外の形状でもかまわない。

また、本発明において、原木を丸太の状態に形取った木材の表面に穴をあけた後、その丸太を軟化、圧縮することも可能である。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々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木材の成形方法の概要を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る木材の成形方法の形取工程の概要を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る木材の成形方法の穴あけ工程によって穴をあけた木材の構成を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る木材の成形方法の圧縮工程の概要を示す図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の一実施の形態に係る木材の成形方法の圧縮工程において木材の変形がほぼ完了した状態を示す断面図である。 圧縮後の木材の主板部の構成を示す部分断面図である。 本発明の一実施の形態に係る木材の成形方法によって形成された電子機器用外装体の構成を示す図である。 図８の電子機器用外装体が外装するデジタルカメラ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成形方法を適用可能な木材（第２例）の穴あけ工程後の構成を示す部分断面図である。 本発明の一実施の形態に係る木材の成形方法を適用可能な木材（第３例）の構成を示す斜視図である。 図１１に示す木材の長手方向に沿った穴の密度分布の設定例を示す図である。 図１１に示す木材の穴あけ工程後の構成を示す部分断面図である。 図１１に示す木材の穴あけ工程後の別な構成を示す部分断面図である。

符号の説明

１ 原木
２、５、６ 木材
２ａ、３ａ、４ａ 主板部
２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ 側板部
３、４ カバー部材
６ａ 木口面
６ｂ、６ｃ 柾目面
７、８ 金型
２１、５１、６１、６２ 穴
３１、３２、４１ 開口部
７１ 凸部
８１ 凹部
９０ 電子機器用外装体
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
３４１ 開口部
Ｇ 木目

Claims (5)

1. 木材の表面に有底の穴をあける穴あけ工程と、
   前記穴あけ工程で穴をあけた前記木材を軟化させる軟化工程と、
   前記軟化工程で軟化させた前記木材を圧縮することによって所定の形状に変形する圧縮工程と、
   を有することを特徴とする木材の成形方法。
2. 前記穴あけ工程で前記木材の表面にあける穴の深さは、穴をあける位置の前記木材の板厚に応じて定められることを特徴とする請求項１記載の木材の成形方法。
3. 前記穴あけ工程は、
   前記木材の繊維方向と略直交する方向に延びる穴をあけることを特徴とする請求項１または２記載の木材の成形方法。
4. 前記木材の長手方向は当該木材の繊維方向と略平行であり、
   前記穴あけ工程で前記木材の表面にあける穴の単位面積当たりの数は、前記木材の長手方向の中央部が当該長手方向の両端部よりも大きい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成形方法。
5. 前記軟化工程は、
   大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で行う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成形方法。

Images