JP2009241362A - 物理的処理による木材の加飾法 - Google Patents

Abstract

【課題】立体感があり、かつ、変化に富んだ装飾用の板材を簡単な設備で短時間で製造する。
【解決手段】（１）前記板材として、少なくとも心材部を一部に含んでいる板材を用いること。（２）前記ホットプレスは、加圧部の温度を１００℃〜２００℃に加熱しておくこと。（３）前記ホットプレスは、圧縮のためのストローク動作を行う加圧部を平坦面とすると共に、前記板材を載置する台部も平坦面とし、該台部及び加圧部は、前記板材が圧縮時に水平方向に広がろうとするのを妨げない様に構成されていること。（４）前記加圧部は、前記板材を所定の圧縮率まで圧縮した状態を１分〜５分程度保持した後、開放されること。（５）開放後は、前記板材を自然冷却又は空冷すること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、立体感のある板材の製造方法に関する。

スギ・ヒノキ・カラマツなどの針葉樹の多くは建築用や家具用として利用されてきた。しかし、従来より用いられている住宅等の内装材は、平面的で単調であるため、装飾性を付与するための木材の加飾法が、種々提案されている。

特許文献１（特開平１０−２３５６１９；マイウッド株式会社）は、図６（Ａ）に示す様に、プレス成形機３０を用いて、含水率２５％及び２９％のスギ板目材に対して凹凸模様を形成した圧盤面３４ａにて圧縮成形する方法を提案している。具体的には、プレス成形機の圧盤面温度を１１０℃として、圧盤面３４ａ，３４ｂ間に板目材を挿入して圧縮成形し、加圧状態を保持しながら圧盤面温度を１７０℃まで昇温して１時間保持した後、加圧状態を保持しながら圧盤面３４ａ，３４ｂを冷却し、圧盤面温度が４０℃になった時点で解圧するという方法を例示している。

特許文献２（特開２０００−１５３５１０；岐セン株式会社）は、図６（Ｂ）に示す様に、金属板２０を介在させてプレス成形することによって金型２１の凹凸模様を木材の上面に転写する方法を提案している。この提案においても、圧縮木材１１の波形を固定化するため、耐圧容器内で木材１６の表面に形成された波形状をそのままに保ちながら、水蒸気で１７０〜２００℃に加熱し、３０分間その状態を保持した後、容器内の水蒸気を容器外部へ排出するとともに、容器内を大気圧と同じ圧力に戻し、その後、木材１６を空冷による自然冷却又は水冷による強制冷却によって６０〜６５℃まで冷却する処理が例示されている。

特許文献３（特開２００２−１９２５０８；岐セン株式会社，山本ビニター株式会社）は、図６（Ｃ）に示す様に、木質材料をプレス機１２を使って所定の形状に圧縮成形した後、その圧縮成形された木質材料の形状をプレス機１２及び高周波発振器１３を使って固定化する方法が提案されている。

特許文献４（特開２００２−４６１０４；独立行政法人産業技術総合研究所，リズム時計工業株式会社）は、図６（Ｄ）に示す様に、水蒸気が供給される圧力容器１の内部に対向配置された凹凸模様を有する一対のプレス金型（７，８）を動作させて木質材料１０ａを圧縮して凹凸模様を転写させる方法を提案している。この方法は、水蒸気雰囲気内における加熱軟化工程、凹凸模様を形成する圧縮工程に加えて、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が必要であるとしている。

特許文献５（特開２００２−１７０８；岡久 繁之）は、図７（Ａ）に示す様に、木目方向に対して直角或いは略直角方向に鉋盤の鉋３を当てて一定深さ、一定間隔で曲面凹状部１ｄ，１ｄ，・・・が形成されるように、鉋３と板材１とを相対的に上下移動させながら加工していく方法を提案している。

特許文献６（実用新案登録第３１１３９４４号；株式会社丸庄）は、図７（Ｂ）に示す様に、木材の節のまわりを深さ０．１〜７ｍｍ程度、さらに節の端から幅１０〜７０ｍｍに彫り込み、その部分を研磨して製造した装飾材を家具に用いることを提案している。
特開平１０−２３５６１９（００２７〜００３０、図１，図５） 特開２０００−１５３５１０（要約，００３１〜００３２、図３） 特開２００２−１９２５０８（要約、図３） 特開２００２−４６１０４（要約、請求項２、図１，図２） 特開２００２−１７０８（要約、図１，図３） 実用新案登録第３１１３９４４号（要約、図１，図３）

しかしながら、特許文献１〜４の圧縮成形による加飾方法には、以下の問題がある。
［１］プレス機以外に、専用の治具や金型、水蒸気供給設備などが必要になる。
［２］凹凸模様が同一形状となり単調である。
［３］圧縮成形前の軟化処理や成形後の固定化処理などが必要となり、処理時間が長くなる。

また、特許文献５，６の切削・研削等の機械加工による加飾法は、模様に変化を容易に与えることができるが、加工設備が必要な上に、加工に時間がかかり、また、熟練を要するなどの問題がある。

そこで、本発明は、立体感があり、かつ、変化に富んだ装飾材を、製材所等が元々備えている様な簡単な設備を用いて短時間で製造することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明の板材の加飾方法は、板材をホットプレスを用いて圧縮して装飾材を製造する方法であって、以下の構成を備えていることを特徴とする。
（１）前記板材として、少なくとも心材部を一部に含んでいる板材を用いること。
（２）前記ホットプレスは、加圧部の温度を１００℃〜２００℃に加熱しておくこと。
（３）前記ホットプレスは、圧縮のためのストローク動作を行う加圧部を平坦面とすると共に、前記板材を載置する台部も平坦面とし、該台部及び加圧部は、前記板材が圧縮時に横方向に広がろうとするのを妨げない様に構成されていること。
（４）前記加圧部は、前記板材を所定の圧縮率まで圧縮した状態を１分〜５分程度保持した後、開放されること。
（５）開放後は、前記板材を自然冷却又は空冷すること。

なお、「板材」としては、一般的な乾燥状態（気乾状態（含水率１５％）〜繊維飽和点（含水率３０％）の範囲内）のものを用いる。

ここで、（４）の構成における圧縮率は、加圧前の板材の板厚を１／２〜１／３の板厚まで圧縮する圧縮率としておくとよい。

また、板材としては、スギ・ヒノキ・カラマツ等の針葉樹が適している。これら針葉樹は、軟質であると共に、心材と辺材の材色が明確に分かれている傾向にある。そして、用いる板材としては、「心材部と辺材部が共に存在する板材」又は「ほぼ心材部だけからなる板材」とすることがより望ましい。

「心材」とは、木の中心部の古い組織の部分で、通常、茶色系統の濃い色合いの部分として観察される。当該部分は、伐採前において既に仮導管の有縁壁孔が塞がれて仮導管同士が分断された状態となっている。一方、「辺材」とは、木の表面近くの新しい組織の部分で、通常、白っぽい色合いの部分として観察される。当該部分は、活細胞で構成され、伐採前においては有縁壁孔を介して仮導管同士が導通した状態となっている。

本発明によれば、ホットプレスによる圧縮時には板材は水平方向へは変形自由である。そして、１分〜５分程度の短時間の加熱圧縮の後、直ちに圧力開放状態として自然冷却又は空冷とする際に、心材の中央内部に閉じこめられた空気又は水蒸気の爆発的な膨張によると推定される現象が発生する。一方、板材の縁は、これらの現象は発生せず、圧縮された厚さからの回復はほとんど生じない。また、辺材部にあっては、中央部においても、空気又は水蒸気の爆発的な膨張現象は認められず、板厚の回復はあっても極僅かに留まる。その理由については明らかではないが、実験を繰り返すことによって、辺材部は心材部とは回復の仕方に大きな差があることが分かった。

この結果、「心材部と辺材部とが共に存在する板材」を用いた場合、辺材部は圧縮された状態のままとなり、心材部の中央部を中心に表裏に膨らんだ状態の立体的な表面形状へと加飾することができる。

また、「ほぼ心材部だけからなる板材」を用いた場合、板材の縁の部分は圧縮された状態のままとなり、中央部に向かって全体に表裏に膨らんだ状態の立体的な表面形状へと加飾することができる。

なお、（２）の構成における加圧部の温度は、後述する実験結果から、より望ましくは、１５０℃〜２００℃とするとよい。この温度範囲においては、１分程度であっても心材部は８０％以上の回復率となり、表面の立体感が際だつからである。また、「心材部と辺際部が共に存在する板材」を用いる場合には、１５０℃〜２００℃で２分〜５分圧縮した状態を保持した後開放することにより、辺材部はほとんど回復せず、心材部が大きく回復することにより、立体感がより際だったものとなるからである。

また、心材部と辺材部が混在する板材において厚さの差を十分に発現させ、かつ、材色、特に明度の観点からは、ホットプレス温度１５０〜２００℃で、処理時間を１分〜４分程度が望ましい。

さらに、歩留まりの観点からは、ホットプレス温度１００〜１５０℃で処理時間１〜５分（回復率の観点をも含めると、より望ましくは２〜５分、さらに望ましくは３〜５分）程度とするとよい。また、歩留まりの観点において、ホットプレス温度１５０〜２００℃で処理時間１〜３分（より望ましくは１〜２分）程度とするとよい。

以上より、立体感、明度変化、歩留まりといった全ての観点からは、ホットプレス温度１００〜２００℃で処理時間２〜３分、あるいは、ホットプレス温度１００〜１５０℃で処理時間１〜５分、若しくは、ホットプレス温度１５０〜２００℃で処理時間１〜３分とするとよい。

よって、「立体感があり、かつ、変化に富んだ装飾材を、製材所等が元々備えている様な簡単な設備を用いて短時間で製造する」という課題に対して、「少なくとも心材部を含む板材をホットプレス温度１００〜２００℃で処理時間１〜５分の範囲内で、横方向に広がろうとするのを妨げない様に加熱圧縮した後、開放状態で冷却する方法」が課題解決手段として導かれる。

本発明によれば、短時間で低コストに高付加価値の装飾材を製造することができ、住宅等での木材利用を増加させ、もって、木材の需要拡大が図られ林業振興に寄与することができる。

発明を実施するための最良の形態として、スギ板材を用いて本発明の加飾法を実施した実施例を説明する。

スギ板材を屋内で乾燥させ、１００（Ｗ）×２００（Ｌ）×１５（Ｄ）ｍｍの大きさに調製して供試材とした。各供試材は心材部と辺材部とを共に含むものとし、数例だけ心材部のみからなる板材も作成した。

次に、各供試材の重量および心材部、辺材部の材色をカラーテスター（Ｌ*ａ*ｂ*表色系、Ｌ*：明度)で測定した。重量計測結果より求められる各供試材（心材部と辺材部が共に含まれているもの）の含水率は１５〜２０％程度であった。これは一般的な乾燥状態（気乾状態（含水率１５％）〜繊維飽和点（含水率３０％）の範囲内）である。なお、木材を乾燥させるときは辺材部の方が先に乾燥し易いことから、心材部だけに着目するならば含水率は、前記計測値よりも若干大きくなっていると思われる。

この供試材を、ホットプレス(高木金属工業(株)製の水冷却付電熱式ＯＵＢ−Ｅ−１００型）で、温度１００、１５０、２００℃、処理時間６０、１２０、１８０、２４０、３００秒の各条件で、５ｍｍの厚さまで圧縮し（圧縮率６７％）、解放後の供試材の厚みをデジタルノギスで測定し、下記式にて回復率を求めた。
回復率（％）＝（処理後の厚み−５mm）／１０mm×１００・・・（式１）

また、心材、辺材部の材色をカラーテスターで測定するとともに、目視により破裂の有無を調査した。なお、加熱はホットプレスとの接触による伝熱によるものとし、圧縮によって板が横に広がるのが妨げられない様に供試材から十分に距離を離して高さ５ｍｍのスペーサを配置して圧縮率を一定に保つ様にした。

［結果と考察］
ホットプレスの条件別による心材部と辺材部の回復率を図１に示す。なお、試験数は、２００℃については処理時間毎に６０秒が６例、１２０秒が１０例、１８０秒が８例、２４０秒が１０例、３００秒が４例としたが、１５０℃及び１００℃については各処理時間共に１０例とした。図１は、各条件の平均値を示している。なお、温度及び処理条件が同じ試験結果は、回復率の個体差はほとんどなかった。

（１）２００℃
心材部の回復率は処理時間に関係なく９０％以上（９３〜９７％）となった。また、辺材部は処理時間に関係なく、回復率は０〜３％程度に収まった。

（２）１５０℃の場合
心材部の回復率は８０〜８６％となり、処理時間による差は僅かであることが分かる。また、辺材部については、処理時間６０秒で１６％とやや高い値を示したものの、それ以外では３％程度に収まった。

（３）１００℃の場合
心材部の回復率は６８〜７５％となり、１５０℃，２００℃に比べると回復率がやや小さかった。また、処理時間が長くなると回復率が増加する傾向が認められた。辺材部の回復率は、処理時間６０秒で２８％、１２０秒で１９％、１８０秒で１５％、２４０秒で４％、処理時間３００秒で１１％と、全体的な傾向としては処理時間が長くなるとともに小さくなった。

次に、処理後の心材部と辺材部の厚みの差を図２に示す。いずれの温度でも、処理時間が長くなるに従って厚みの差が大きくなる傾向が認められた。心材部と辺材部の厚みの差は、処理温度２００℃で最も大きく、１００℃が最も小さかった。

図３（Ａ），（Ｂ）は、試験後の供試材の様子をデジタルカメラで撮影したデータから切り出した斜視図である。図示の様に、辺材部はほとんど回復せず、心材部において大きく回復した状態となり、表面が装飾性の高い立体形状となった。なお、図３（Ｃ）はほとんどが心材部だけからなる試料について実験した結果で、板材の中央部が大きく膨らみ、周辺はほとんど回復していないものを製造することができた。

次に、各供試材について、図４に、目視により破裂が生じているか否かを確認した結果を処理条件毎の割合で示す。図示の通り、２００℃の場合、処理時間が長くなるに従って破裂する割合が増加した。１５０℃では、処理時間が３００秒のみで破裂が認められたが、その割合は１０％以下であった。一方、１００℃では全ての処理時間で破裂は生じなかった。

次に、処理前と処理後の明度の差を図５に示す。図示のとおり、２００℃の場合、処理時間が長くなるに従って明度が低下した。処理前後の明度差が１０程度までのものは材面が焼けこげた感じはなかったが、それ以上の明度差が検出された試料では材面の焼けこげが目視で確認できた。一方、１５０℃と１００℃では処理時間が長くなるに従って明度が低下する傾向は認められたが、明度低下の程度は、それぞれ２００℃の１／２および１／３程度で、いずれも目視では処理前後の明度差は感じられなかった。なお、辺材部の明度の低下は処理条件に関係なく、心材部に比べ顕著に小さかった。

これらのことから、ホットプレスを利用した板材の加飾法による製品化という観点では、温度１００℃〜２００℃の範囲で、処理時間１分〜５分で立体感のある変化に富んだ装飾材の製造が可能であることが分かった。なお、圧縮後の回復率と材色の変化の数値データに着目すると、特に、ホットプレス温度は１５０℃〜２００℃で、処理時間は１分〜４分程度が最適な範囲と考えられる。

以上、発明を実施するための最良の形態として、実験例に基づいて説明をしたが、本発明は、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内における種々の変更が可能である。

例えば、図３に示した様な処理後の製品は、片面を平らに切削・研削するなどして用いてもよいし、そのまま用いてもよい。また、住宅内装材としての使用の他、家具等の構成部材とすることもできる。また、実験では圧縮率を６７％としたが、５０％程度としてもよい。５０％以上の圧縮率とすれば、辺材部と心材部の混在する板材での厚さの差が十分に立体感を表現できると考えられる。また、図３（Ｃ）に一例のみ示した様に、ほとんどが心材部となっている板材を用いても、表面の中央部が膨らんだタイルの様な形状の素材を製造することができる。

ホットプレス温度及び処理時間と、回復率との関係を示す図表である。 ホットプレス温度及び処理時間と、処理後の心材部と辺材部の厚みの差との関係を示す図表である。 処理後の供試材の様子を示す斜視図であり、（Ａ），（Ｂ）は心材部と辺材部が共に存在する板材、（Ｃ）は心材部だけからなる板材についての例を示す。 目視による破裂発生状況の観察結果を示す図表である。 処理前後の明度差を示す図表である。 従来技術の説明図である。 従来技術の説明図である。

Claims (3)

1. 板材をホットプレスを用いて圧縮して装飾材を製造する方法であって、以下の構成を備えていることを特徴とする物理的処理による木材の加飾法。
   （１）前記板材として、少なくとも心材部を一部に含んでいる板材を用いること。
   （２）前記ホットプレスは、加圧部の温度を１００℃〜２００℃に加熱しておくこと。
   （３）前記ホットプレスは、圧縮のためのストローク動作を行う加圧部を平坦面とすると共に、前記板材を載置する台部も平坦面とし、該台部及び加圧部は、前記板材が圧縮時に横方向に広がろうとするのを妨げない様に構成されていること。
   （４）前記加圧部は、前記板材を所定の圧縮率まで圧縮した状態を１分〜５分程度保持した後、開放されること。
   （５）開放後は、前記板材を自然冷却又は空冷すること。
2. 前記板材として、心材部と辺材部が共に存在する板材を用いることを特徴とする請求項１記載の物理的処理による木材の加飾法。
3. 前記板材として、ほぼ心材部だけからなる板材を用いることを特徴とする請求項１記載の物理的処理による木材の加飾法。