JP2009255345A - 木材の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】木材の表面に所望の濃淡模様を生じさせることができる木材の成形方法を提供する。
【解決手段】原木から形取った木材の表面の一部に該木材と同じ種類の木材の樹液を吸収させる樹液吸収工程（ステップＳ２）と、樹液吸収工程で樹液を吸収させた木材に大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で圧縮力を加えることによって木材を変形させる圧縮工程（ステップＳ４）とを行う。圧縮工程で圧縮した木材を大気中で加熱しつつ整形する加熱整形工程（ステップＳ７）をさらに行ってもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、木材を圧縮することによって所定の３次元形状に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、かかる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）。

上述した従来技術では、大気中で乾燥させた状態（気乾状態）にある木材を軟化処理して圧縮成形するのが一般的である。気乾状態にある木材では、その木材を構成する分子と結合する結合水の一部が蒸発するのに伴って樹液の一部も蒸発している。このため、気乾状態にある木材を用いると、圧縮後の木材の表面が乾燥しすぎてつやが出ないことがあった。このような問題点を解決するため、繊維飽和点以上の含水率を有する状態の木材を圧縮することにより、木材表面のつや出しを圧縮と同時に行う技術が開示されている（例えば、特許文献３を参照）。

特許第３０７８４５２号公報 特開平１１−７７６１９号公報 特開２００７−１６０７３０号公報

ところで、上記特許文献３に記載の技術では、圧縮の際に木材の表面に染み出す樹液の量が均一とは限らないため、圧縮後の木材の表面に、染み出した樹液の量に応じた濃淡模様が生じることがある。この濃淡模様は、木材の木目模様とあいまって木材ごとに異なる風合いを醸し出す役割を担っているが、上記特許文献３に記載の技術の場合、そのような濃淡模様の形状や発生箇所を意図的に制御することはできなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、木材の表面に所望の濃淡模様を生じさせ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、原木から形取った木材の表面の一部に該木材と同じ種類の木材の樹液を吸収させる樹液吸収工程と、前記樹液吸収工程で樹液を吸収させた前記木材に大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で圧縮力を加えることによって前記木材を変形させる圧縮工程と、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、前記圧縮工程で圧縮力を加えた前記木材を大気中で加熱しつつ整形する加熱整形工程をさらに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、前記加熱整形工程は、一対の加熱整形用金型を用いて前記木材を挟持するとともに、前記一対の加熱整形用金型のうち少なくとも一方の金型温度を上昇させることによって前記木材を加熱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、前記木材は、前記圧縮工程の際に繊維飽和点以上の含水率を有する状態にあることを特徴とする。

本発明における「含水率」とは、｛（木材の乾燥前の重量−全乾状態の重量）／全乾状態の重量｝×１００（％）で定義される量のことである。ここでいう「全乾状態」とは、木材の細胞壁に含まれて木材を構成する分子と結合する結合水がほとんどなくなった状態のことであり、この全乾状態における含水率はほぼ０％である。また、本発明における「繊維飽和点」とは、木材に含まれる水分のうち、細胞内腔や細胞壁の間隙にある自由水が存在せず、結合水のみが存在する状態における含水率のことである。

本発明に係る木材の成形方法によれば、原木から形取った木材の表面の一部に該木材と同じ種類の木材の樹液を吸収させた後、この木材を大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で圧縮することによって所定の形状に変形させるため、樹液を吸収させた部分には他の部分と色合いの異なる模様が生じる。したがって、木材の表面に所望の濃淡模様を生じさせることが可能となる。

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。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ればよい。

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、これは一例に過ぎない。すなわち、このステップＳ２で形取る木材は、板目材や木口材などでもよい。

次に、ステップＳ１で形取った木材２の表面の一部に、木材２と同じ種類の木材から抽出した樹液を吸収させる（ステップＳ２）。図３は、この樹液吸収工程の概要を示す図である。図３では、樹液Ｊを収容する注射器５１の注射針の先端を木材２の主板部２ａの突出した側の表面に刺し、この表面の表層部に樹液Ｊを注入することによって少しずつ吸収させる場合を示している。この樹液吸収工程では、木材２の表面で樹液Ｊを吸収させる領域を個々の木材２に対して個別に設定することができる。なお、注射器５１を用いる代わりに、筆、刷毛、スプレー、スポイトまたはピペットなどを用いて木材２の表面に樹液を吸収させるようにしてもよい。

図４は、樹液吸収工程が終了した木材２の構成を示す図である。図４においては、樹液Ｊを吸収させた樹液吸収領域Ｐを網掛け表示しているが、木材２や樹液Ｊの色によっては樹液吸収領域Ｐを視覚的に捉えることができない場合もある。

続いて、ステップＳ２で樹液Ｊを吸収させた木材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させる。なお、上述した水蒸気雰囲気中で木材２を放置して軟化させる代わりに、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、ステップＳ３で軟化させた木材を圧縮する（ステップＳ４）。このステップＳ４では、ステップＳ３と同じ水蒸気雰囲気中で一対の金型によって木材２に圧縮力を加えることにより、木材２を所定の３次元形状に変形させる。圧力容器の中で木材２を軟化させた場合には、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５は、ステップＳ４の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要部の構成を示す図である。図６は、図５のＡ−Ａ線断面図である。図５および図６に示すように、木材２は、一対の金型１１、１２によって挟持され、所定の圧縮力が加えられる。

木材２の上方から圧縮力を加える金型１１は、木材２の突出している側の表面に当接する凹部１１１を備えたキャビティ金型である。木材２の主板部２ａから側板部２ｂにかけて湾曲する部分の表面であって金型１１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１１１の表面の曲率半径をＲＡとすると、二つの曲率半径ＲＯ，ＲＡは、ＲＯ＞ＲＡという関係を満たす。

これに対して、木材２の下方から圧縮力を加える金型１２は、木材２の窪んでいる側の表面に当接する凸部１２１を備えたコア金型である。木材２の主板部２ａから側板部２ｂにかけて湾曲する部分の表面であって金型１２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１２１の表面の曲率半径をＲＢとすると、二つの曲率半径ＲＩ，ＲＢは、ＲＩ＞ＲＢという関係を満たす。

金型１１、１２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７は、型締めされた金型１１、１２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。図７に示すように、木材２は、金型１１、１２から圧縮力を受けることによって金型１１と金型１２との隙間に相当する３次元形状に変形する。ステップＳ４では、図７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）圧縮力を加え続ける。

ステップＳ４が終了した後、金型１１、１２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１１、１２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１１、１２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１１、１２の型締め状態を解除し、金型１１または１２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。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。以後、ステップＳ６の乾燥工程まで終了した木材２を「木材３」と称する。

この後、大気中で木材３に熱を加えつつ木材３の形状を整形する（ステップＳ７）。図８は、ステップＳ７の加熱整形工程の概要を模式的に示す図である。本実施の形態では、一対の加熱整形用金型である金型２１、２２によって木材２を挟持することにより、木材３の加熱整形を行う。

図８で木材３の上方に位置する金型２１は、木材３の突出している側の表面に当接する凹部２１１を備える。金型２１の内部には、熱を発生するヒータ３１が取り付けられている。ヒータ３１は、温度制御機能を有する制御装置３２に接続されており、制御装置３２の制御のもとで発熱し、金型２１に熱を加える。他方、図８で木材３の下方に位置する金型２２は、木材３の窪んでいる側の表面に当接する凸部２２１を備える。

制御装置３２は、木材３を挟持している時の金型２１の温度が略一定の温度（例えば１８０〜２００℃程度の高温）となるようにヒータ３１を制御する。ヒータ３１に制御された高温の金型２１が木材３に当接すると、木材３の内部にある樹液の一部が木材３の表面染み出してきてその表面に深い色合いとつやが生じる。この際、内部にある樹液の量が他の部分よりも相対的に多い樹液吸収領域Ｐは、他の部分よりも色合いが濃くなる。したがって、加熱整形工程を経た後の木材３の表面には、染み出した樹液の量に応じた濃淡模様が生じる。

本実施の形態においては、ステップＳ４の圧縮工程を行うことによって木材３の表面に濃淡模様が生じている可能性もあるが、この段階では木材３の表面の色合いが全体的に薄く、濃淡模様が顕在化していないことがある。このように木材３の表面に濃淡模様が顕在化していない場合であっても、加熱整形工程を行うことによって木材３の表面の色合いが全体的に濃くなり、濃淡模様が顕在化するようになる。

ところで、金型２１、２２は、木材３を挟持した状態で木材３に対して若干の圧縮力を加えるが、この圧縮力の大きさは、木材３の形状をほとんど変えずに表面の硬度を上げることができる程度の値であることが望ましい。これは、ステップＳ７の加熱整形工程を木材３が軟化していない状態で大気中で行うため、木材３を大きく変形させることができないからである。

ステップＳ７において木材３を金型２１、２２によって挟持する時間や金型２１の金型温度は、木材３が有する特性や、加工後の木材３に付与すべき性質等に応じて定めればよい。なお、ここでいう「木材３が有する特性」には、木材３の種類、産地、生育環境、生育状態などが含まれる。また、「木材３に付与すべき性質」には、加工後の木材表面の色、つや、および加工後の木材の強度などが含まれる。

なお、図８では金型２１の内部にヒータ３１を取り付けた場合を示しているが、金型２２の内部にもヒータを取り付けることができる。この場合には、制御装置３２が、金型２１の温度と金型２２の温度とを個別に制御するようにしてもよい。

以上説明したステップＳ７の後、木材３の最終形状への仕上げを行う（ステップＳ８）。具体的には、木材３を切削するなどして、木材３の端面を揃えたり木材３に所定の孔や切り欠きなどを形成したりする。

図９は、以上説明した木材の成形方法によって木材２から成形した圧縮木製品の構成を示す斜視図である。同図に示す圧縮木製品４は、デジタルカメラの前面側（被写体と対向する側）を外装する外装体であり、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、デジタルカメラの撮像部を表出する円筒形状の開口部４１と、デジタルカメラのフラッシュを表出する直方体形状の開口部４２とを有する。側板部４ｂは、シャッターボタンを表出する半円筒形状の切り欠き４３を有する。主板部４ａの略中央部には、他の部分よりも色合いが濃い模様Ｑが生じている。この模様Ｑは、上記ステップＳ２の樹液吸収工程で樹液Ｊを吸収させた樹液吸収領域Ｐに対応している（図４を参照）。なお、図９では、模様Ｑ以外の部分の色合いが同じであるとしている。圧縮木製品４の肉厚は、１.６〜２.０ｍｍ程度であれば好ましい。

図１０は、圧縮木製品４によって前面側が外装されるデジタルカメラの構成を示す図である。同図に示すデジタルカメラ１００は、撮像部１０１と、フラッシュ１０２と、シャッターボタン１０３とを有する。撮像部１０１およびフラッシュ１０２が表出するデジタルカメラ１００の前面側は圧縮木製品４によって外装される。一方、デジタルカメラ１００の背面側は、木材２を用いて圧縮木製品４と同様に形成される圧縮木製品５によって外装される。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、原木から形取った木材の表面の一部に該木材と同じ種類の木材の樹液を吸収させた後、この木材を大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で圧縮することによって所定の形状に変形させ、この変形した木材を大気中で加熱しつつ整形しているため、樹液を吸収させた部分には他の部分と色合いの異なる模様が生じる。したがって、木材の表面に所望の濃淡模様を生じさせることが可能となる。この結果、例えば繊維密度がほぼ均一な木材のように、樹液の染み出す量が場所によらず均一で濃淡模様が生じにくい木材であっても、その表面に濃淡模様を発生させることができるようになる。

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限定されるべきものではない。例えば、上記特許文献３のように、木材を圧縮する前に木材が繊維飽和点以上の含水率を有する状態を維持させておけば、圧縮工程によって木材の表面に色合いとつやを顕在化させることができる。したがって、この場合には、加熱整形工程を行わなくてもよい。

また、本発明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、食器や各種筐体、建材などを製造する場合にも適用可能である。

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樹液吸収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樹液吸収工程終了後の木材の構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る木材の成形方法の圧縮工程の概要を示す図である。 図５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。 本発明の一実施の形態に係る木材の成形方法の加熱整形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によって形成された圧縮木製品の構成を示す図である。 図９の圧縮木製品によって外装されるデジタルカメラの構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 原木
２、３ 木材
２ａ、４ａ 主板部
２ｂ、２ｃ、４ｂ、４ｃ 側板部
４、５ 圧縮木製品
１１、１２、２１、２２ 金型
３１ ヒータ
３２ 制御装置
４１、４２ 開口部
４３ 切り欠き
５１ 注射器
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
１１１、２１１ 凹部
１２１、２２１ 凸部
Ｇ 木目
Ｊ 樹液
Ｐ 樹液吸収領域
Ｑ 模様

Claims (4)

1. 原木から形取った木材の表面の一部に該木材と同じ種類の木材の樹液を吸収させる樹液吸収工程と、
   前記樹液吸収工程で樹液を吸収させた前記木材に大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で圧縮力を加えることによって前記木材を変形させる圧縮工程と、
   を有することを特徴とする木材の成形方法。
2. 前記圧縮工程で圧縮力を加えた前記木材を大気中で加熱しつつ整形する加熱整形工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載の木材の成形方法。
3. 前記加熱整形工程は、
   一対の加熱整形用金型を用いて前記木材を挟持するとともに、前記一対の加熱整形用金型のうち少なくとも一方の金型温度を上昇させることによって前記木材を加熱することを特徴とする請求項２記載の木材の成形方法。
4. 前記木材は、前記圧縮工程の際に繊維飽和点以上の含水率を有する状態にあ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成形方法。

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