JP2011152682A - 圧縮木製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】曲面を含む３次元形状をなし、寸法安定性に優れるとともに意匠性にも優れた圧縮木製品を得る。
【解決手段】略椀状をなす木材からなるブランク材を軟化させる軟化工程と、前記軟化工程で軟化した前記ブランク材に圧縮力を加えることによって前記軟化工程前とは異なる略椀状に変形する圧縮工程と、前記圧縮工程で変形した前記ブランク材の形状を固定化する固定化工程と、前記固定化工程で形状を固定化した前記ブランク材を乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥工程で乾燥させた前記ブランク材を大気中で加熱しながら該ブランク材の形状と略相似する形状に整形する加熱整形工程と、を有し、前記乾燥工程後であって前記加熱整形工程前の前記ブランク材が、略椀状における内側面の形状が外側面の形状より前記加熱整形工程後に到達すべき最終形状に近く、かつ前記外側面の表面積が前記最終形状における外側面の表面積より大きくなるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、木材を所定の三次元形状に圧縮成形する圧縮木製品の製造方法に関する。

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出来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。

従来より、木材の圧縮成形技術として、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三次元形状を有する木材を成形する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この技術では、まず木材を軟化させた状態で木材を圧縮して仮固定を行う。その後、仮固定した木材をスライスした板材を金型にセットし、高圧水蒸気内で再度板材を軟化させ、曲げ処理を行なう。続いて、曲げ処理を行なった湾曲状の部材を再度金型にセットして再び軟化させ、プレス機によってプレスすることにより、最終形状を得る。

また、別な木材の圧縮成形技術として、抗膨潤能（ＡＳＥ）を向上させることによって寸法安定性が向上した木材を製造するために、木材に蒸気加熱加圧処理を施した後、二次工程としてその木材に加熱加圧処理を行う技術が知られている（例えば、特許文献２を参照）。この技術では、実施例として、平板状の木材に対して加熱加圧処理を行うことにより、その木材の寸法安定性が向上することの記載がなされている。

特開平１１−７７６１９号公報 特許第２８５５１３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、木材の軟化工程を複数回繰り返して行わなければなかった。このため、木材内部に含まれる抽出物が木材の外部に出てしまい、それらの抽出物が木材の表面に染み出すことによって生じる色、艶が得られず、木材特有の風合いを醸し出すことができなかった。

また、上記特許文献２に記載の技術は、実施例として平板状の木材の場合のみを取り扱っているため、例えば曲面を含む複雑な３次元形状を有する木材の場合のように、その形状の違いから異なる製法が必要とされる状況下において、いかにして木材の寸法安定性を向上させることができるかが不明であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、曲面を含む３次元形状をなし、寸法安定性に優れるとともに意匠性にも優れた圧縮木製品を得ることができる圧縮木製品の製造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、本発明に係る圧縮木製品の製造方法は、木材を圧縮することによって曲面を含む３次元形状を有する圧縮木製品を製造する圧縮木製品の製造方法であって、略椀状をなす木材からなるブランク材を軟化させる軟化工程と、前記軟化工程で軟化した前記ブランク材に圧縮力を加えることによって前記軟化工程前とは異なる略椀状に変形する圧縮工程と、前記圧縮工程で圧縮力を加えることによって変形した前記ブランク材の形状を固定化する固定化工程と、前記固定化工程で形状を固定化した前記ブランク材を乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥工程で乾燥させた前記ブランク材を大気中で加熱しながら該ブランク材の形状と略相似する形状に整形する加熱整形工程と、を有し、前記乾燥工程後であって前記加熱整形工程前の前記ブランク材は、略椀状における内側面の形状が外側面の形状より前記加熱整形工程後に到達すべき最終形状に近く、かつ前記外側面の表面積が前記最終形状における外側面の表面積より大きいことを特徴とする。

また、本発明に係る圧縮木製品の製造方法は、上記発明において、前記乾燥工程後であって前記加熱整形工程前の前記ブランク材の容積は、前記最終形状の容積より大きいことを特徴とする。

また、本発明に係る圧縮木製品の製造方法は、上記発明において、前記固定化工程は、大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で前記ブランク材の固定化を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る圧縮木製品の製造方法は、上記発明において、前記圧縮工程は、大気よりも高温高圧であり、かつ前記固定化工程を行う水蒸気雰囲気よりも低温低圧の水蒸気雰囲気中で前記ブランク材に圧縮力を加えることを特徴とする。

また、本発明に係る圧縮木製品の製造方法は、上記発明において、前記圧縮工程および前記固定化工程は、一対の凸金型および凹金型によって前記ブランク材を挟持し、前記凸金型の凸部の表面は、前記最終形状の内側面と等しい形状をなし、前記凹金型の凹部の表面積は、前記最終形状の外側面の表面積より大きいことを特徴とする。

また、本発明に係る圧縮木製品の製造方法は、上記発明において、前記加熱整形工程は、前記凸金型と同じ形状の凸部が形成された加熱整形用凸金型と、前記最終形状の外側面と等しい形状の表面を有する凹部が形成された加熱整形用凹金型とによって前記ブランク材を挟持することを特徴とする。

本発明によれば、木材を固定化する前の軟化は一回であるため、抽出物の流出を極力押さえられる。また、大気中で木材を加熱整形する際には、略椀状をなすブランク材の外側のみが圧縮によって変形するため、加熱整形時の引っ張り力を極力抑えることができ、割れを防ぎつつ寸法安定化を図ることができる。したがって、曲面を含む３次元形状をなし、寸法安定性に優れるとともに意匠性にも優れた圧縮木製品を得ることができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法の概要を示すフローチャートである。 図２は、本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法の形取工程の概要を模式的に示す図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法の圧縮工程の概要を模式的に示す図である。 図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。 図５は、本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法の圧縮工程において、ブランク材の変形がほぼ完了した状態を示す図である。 図６は、本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法の乾燥工程終了後のブランク材の構成を示す斜視図である。 図７は、本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法の加熱整形工程の概要を模式的に示す図である。 図８は、加熱整形用凹金型と凹金型との関係を示す図である。 図９は、本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法の加熱整形工程において、一対の加熱整形用凹金型と加熱整形用凸金型とを型締めした状態を模式的に示す図である。 図１０は、本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法の加熱整形工程後のブランク材の構成を示す斜視図である。 図１１は、本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法によって製造された圧縮木製品の適用例であるデジタルカメラの外装体の構成を示す斜視図である。 図１２は、図１１に示す外装体によって外装されるデジタルカメラの外観構成を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）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圧縮木製品の製造方法の処理の概要を示すフローチャートである。まず、原木から略椀状をなすブランク材を形取る（ステップＳ１）。図２は、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、略椀状をなすブランク材２を切削等によって形取る。

ブランク材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。ブランク材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、主板部２ａの木目Ｇがブランク材２の繊維方向と略平行な板目材を形取った場合を示しているが、形取工程で形取るブランク材は柾目材や木口材でもよい。また、ブランク材２の形状はあくまでも一例に過ぎない。すなわち、ここでいう略椀状には、椀状のほか皿状や函形状などの形状も含まれるものとする。

次に、形取ったブランク材２を、高温高圧の水蒸気雰囲気中で所定時間放置して、ブランク材２を軟化させる（ステップＳ２）。この水蒸気雰囲気は、圧力が０．１〜０．８ＭＰａ程度であり、温度が１００〜１７０℃程度である。このような水蒸気雰囲気は、圧力容器を用いることによって実現される。圧力容器を用いる場合には、上記水蒸気雰囲気を有する圧力容器の中にブランク材２を放置することによって軟化させればよい。なお、高温高圧の水蒸気雰囲気中でブランク材２を軟化させる代わりに、マイクロ波によってブランク材２を加熱して軟化させてもよい。またブランク材２を煮沸して軟化させてもよい。

この後、軟化させたブランク材２を圧縮する（ステップＳ３）。この工程では、軟化工程と同じ水蒸気雰囲気中で一対の金型を用いてブランク材２を挟持して圧縮力を加えることにより、ブランク材２を軟化工程前とは異なる略椀状に変形させる。圧力容器の中でブランク材２を軟化させた場合には、引き続きその圧力容器の中でブランク材２を圧縮すればよい。

図３は、圧縮工程の概要を示すとともに、圧縮工程で使用する金型の要部の構成を示す図である。図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図３および図４に示すように、ブランク材２は、一対の凹金型１０１、凸金型１０２によって挟持され、所定の圧縮力が加えられる。

圧縮工程の際にブランク材２の上方から圧縮力を加える凹金型１０１は、ブランク材２の突出している外側面に当接する平滑面を有する凹部１１１を備える。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凹金型１０１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。

一方、圧縮工程の際にブランク材２の下方から圧縮力を加える凸金型１０２は、ブランク材２の窪んでいる内側面に当接する平滑面を有する凸部１２１を備える。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凸金型１０２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。

図５は、圧縮工程において、凹金型１０１および凸金型１０２によってブランク材２が挟持されて所定の圧力が加えられた状態を示す図であり、ブランク材２の変形がほぼ完了した状態を示す図である。図５に示す状態で、ブランク材２は、凹金型１０１および凸金型１０２から圧縮力を受けることにより、軟化工程前とは異なる略椀状に変形する。ここでいう略椀状は、凹金型１０１と凸金型１０２が最接近した状態で凹部１１１および凸部１２１が形成する隙間に相当する形状である。ここで、凸金型１０２の凸部１２１の表面は、本実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法によって形成されるべき圧縮木製品の形状、すなわち後述する加熱整形工程（ステップＳ６）の後で到達すべき形状（以下、「最終形状」という）と同じ形状をなしている。したがって、圧縮工程後のブランク材２において、凸部１２１と対向して凹状をなす内側面の形状は、最終形状と略等しくなる。これに対して、凹金型１０１の凹部１１１の表面積は、最終形状における略椀状の外側面の表面積よりも大きい。

圧縮工程が終了した後、凹金型１０１および凸金型１０２によってブランク材２を挟持し、所定の三次元形状に保持したままの状態で、上述した水蒸気雰囲気よりもさらに高温高圧の水蒸気雰囲気を凹金型１０１および凸金型１０２の周囲に形成することにより、ブランク材２の形状を固定化する（ステップＳ４）。このときの水蒸気雰囲気は、圧力が０．６〜３．４ＭＰａ程度であるとともに、温度が１６０〜２４０℃程度であり、圧縮工程における水蒸気雰囲気よりも高温高圧となるように定められる。この固定化処理を圧力容器中で行う場合には、軟化工程における容器内圧力を上述した範囲に含まれる値とすればよい。

続いて、凹金型１０１、凸金型１０２、およびブランク材２を大気中へ放出し、ブランク材２を乾燥させる（ステップＳ５）。この際には、凹金型１０１と凸金型１０２を離間することによってブランク材２の乾燥を促進するようにしてもよい。

図６は、乾燥工程が終了したブランク材（以下、「ブランク材３」という）の構成を示す斜視図である。ブランク材３の略椀状における内側面の形状は、その外側面の形状よりも最終形状に近い。乾燥工程後のブランク材３の主板部３ａの肉厚は、圧縮工程前のブランク材２の主板部２ａの厚さの２０〜５０％程度であるのが好ましい。ここで、ブランク材３は、厚さに若干のバラツキを有している可能性がある。そのため、本実施の形態においては、ブランク材３の肉厚の最小値が、最終形状の肉厚以上となるように設定されることが望ましい。

乾燥工程の後、大気中でブランク材３を加熱しながらブランク材３と略相似する形状に整形する（ステップＳ６）。図７は、この加熱整形工程の概要を模式的に示す図である。加熱整形工程では、一対の加熱整形用凹金型２０１および加熱整形用凸金型２０２を用いてブランク材３を挟持することにより、ブランク材３を整形する。

図７でブランク材３の上方に位置する加熱整形用凹金型２０１は、ブランク材３の突出している側の表面に当接する平滑面を有する凹部２１１を備える。図８に示すように、凹部２１１の表面積は、図４等に示す凹金型１０１の凹部１１１の表面積よりも小さく、整形代αがほぼ均一に設けられている。なお、ブランク材３の主板部３ａと当接する部分の整形代を側板部３ｂ、３ｃと当接する部分の整形代より多く取るようにしてもよい。このように、整形代の取り方は、ブランク材３の形状や最終形状に応じて適宜変更することが可能である。

一方、図７でブランク材３の下方に位置する加熱整形用凸金型２０２は、ブランク材３の窪んでいる側の表面に当接する平滑面を有する凸部２２１を備える。凸部２２１の形状は、図４等に示す凸金型１０２の凸部１２１の形状と同じである。

図９に示すように、加熱整形用凹金型２０１と加熱整形用凸金型２０２を型締めしたときに凹部２１１と凸部２２１によって形成される隙間の形状は最終形状に対応している。この最終形状の容積は、加熱整形工程によって減少する分だけブランク材３の容積よりも小さい。この加熱整形工程後のブランク材３の形状は、最終形状と一致することが望ましいが、個々のブランク材３には個体差があるため、最終形状とは若干の誤差が生じる場合もある。

加熱整形用凹金型２０１および加熱整形用凸金型２０２の内部には、熱を発生するヒータ２０３、２０４がそれぞれ設けられている。ヒータ２０３、２０４は、温度制御機能を有する制御装置２０５にそれぞれ接続されており、制御装置２０５のもとで発熱し、加熱整形用凹金型２０１および加熱整形用凸金型２０２にそれぞれ熱を加える。制御装置２０５は、ブランク材３を挟持している時の金型温度を、木質部の非結晶領域が結晶化する温度以上であって木質部の熱分解温度以下となるように制御する。

このようして、制御装置２０５が金型温度を制御することにより、加熱整形工程の最中に木質部の結晶化が進むと同時に木質部の密度が一段と高くなるため、木質部の表面硬度が増加する。その結果、吸湿がなく形状安定性に優れた圧縮木製品を得ることができる。

また、凹部２１１と対向するブランク材３の外側表面に整形代が設けられているため、加熱整形時にブランク材３の外側表面に働く引っ張り力を極力抑えることができる。したがって、加熱整形時におけるブランク材３の表面の割れ等を防止することができる。

また、ブランク材３の表面を大気中で加熱整形することにより、木質部の細胞壁の内部に含まれている物質が表面に抽出され、その表面に色、艶が生じる。その結果、木材ならではの独特の風合いを醸し出すことができる。

図１０は、ブランク材３を加熱整形することによって得られる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、ブランク材３の主板部３ａおよび側板部３ｂ、３ｃにそれぞれ対応する主板部４ａおよび側板部４ｂ、４ｃを有する。図１０に示す破線部は、ブランク材３の外縁を示している。すなわち、圧縮木製品４の外側面の表面積がブランク材３の外側面の表面積よりも小さい形状をなす。これに対し、圧縮木製品４の内側面は、ブランク材３の内側面とほぼ同じ形状をなす。

図１１は、以上説明した圧縮木製品の製造方法によって製造された圧縮木製品の適用例であるデジタルカメラの外装体の構成を示す斜視図である。同図に示す外装体５は、デジタルカメラの前面側（被写体と対向する側）を外装するものであり、木材４の主板部４ａおよび側板部４ｂ、４ｃにそれぞれ対応する主板部５ａおよび側板部５ｂ、５ｃを備える。主板部５ａ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５１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５２とを有する。側板部５ｂは、シャッターボタンを表出する半円筒形状の切り欠き５３を有する。

図１２は、外装体５によって前面側が外装される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３０１は、撮像部３０２と、フラッシュ３０３と、シャッターボタン３０４とを有する。撮像部３０２およびフラッシュ３０３が表出するデジタルカメラ３０１の前面側は、外装体５によって外装される。一方、デジタルカメラ３０１の背面側は、圧縮木製品４を用いて外装体５と同様に形成される外装体６によって外装される。このように、本実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法によって製造された圧縮木製品を、デジタルカメラの外装体として適用する場合には、肉厚が１．０〜１．６ｍｍ程度となるようにすればより好ましい。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、木材を固定化する前の軟化は一回であるため、抽出物の流出を極力押さえられる。また、大気中で木材を加熱整形する際には、略椀状をなすブランク材の外側のみが圧縮によって変形するため、加熱整形時の引っ張り力を極力抑えることができ、割れを防ぎつつ寸法安定化を図ることができる。したがって、曲面を含む３次元形状をなし、寸法安定性に優れるとともに意匠性にも優れた圧縮木製品を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、木材の軟化工程が１回で済むため、製造時間を短縮して製造に要するコストを低減することができる。

なお、本発明に係る圧縮木製品の製造方法によって製造された圧縮木製品は、デジタルカメラ以外の電子機器用外装体としても適用可能である。また、本発明に係る圧縮木製品の製造方法によって製造された圧縮木製品は、例えば食器、各種筐体、建材など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。

１ 原木
２、３ ブランク材
２ａ、３ａ、４ａ、５ａ 主板部
２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ、４ｂ、４ｃ、５ｂ、５ｃ 側板部
４ 圧縮木製品
５、６ 外装体
１０１ 凹金型
１０２ 凸金型
１１１、２１１ 凹部
１２１、２２１ 凸部
２０１ 加熱整形用凹金型
２０２ 加熱整形用凸金型
２０３，２０４ ヒータ
２０５ 制御装置
３０１ デジタルカメラ
３０２ 撮像部
３０３ フラッシュ
３０４ シャッターボタン
Ｇ 木目

Claims (6)

1. 木材を圧縮することによって曲面を含む３次元形状を有する圧縮木製品を製造する圧縮木製品の製造方法であって、
   略椀状をなす木材からなるブランク材を軟化させる軟化工程と、
   前記軟化工程で軟化した前記ブランク材に圧縮力を加えることによって前記軟化工程前とは異なる略椀状に変形する圧縮工程と、
   前記圧縮工程で圧縮力を加えることによって変形した前記ブランク材の形状を固定化する固定化工程と、
   前記固定化工程で形状を固定化した前記ブランク材を乾燥させる乾燥工程と、
   前記乾燥工程で乾燥させた前記ブランク材を大気中で加熱しながら該ブランク材の形状と略相似する形状に整形する加熱整形工程と、
   を有し、
   前記乾燥工程後であって前記加熱整形工程前の前記ブランク材は、
   略椀状における内側面の形状が外側面の形状より前記加熱整形工程後に到達すべき最終形状に近く、かつ前記外側面の表面積が前記最終形状における外側面の表面積より大きいことを特徴とする圧縮木製品の製造方法。
2. 前記乾燥工程後であって前記加熱整形工程前の前記ブランク材の容積は、前記最終形状の容積より大きいことを特徴とする請求項１記載の圧縮木製品の製造方法。
3. 前記固定化工程は、
   大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で前記ブランク材の固定化を行うことを特徴とする請求項１または２記載の圧縮木製品の製造方法。
4. 前記圧縮工程は、
   大気よりも高温高圧であり、かつ前記固定化工程を行う水蒸気雰囲気よりも低温低圧の水蒸気雰囲気中で前記ブランク材に圧縮力を加えることを特徴とする請求項３記載の圧縮木製品の製造方法。
5. 前記圧縮工程および前記固定化工程は、
   一対の凸金型および凹金型によって前記ブランク材を挟持し、
   前記凸金型の凸部の表面は、前記最終形状の内側面と等しい形状をなし、
   前記凹金型の凹部の表面積は、前記最終形状の外側面の表面積より大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の圧縮木製品の製造方法。
6. 前記加熱整形工程は、
   前記凸金型と同じ形状の凸部が形成された加熱整形用凸金型と、前記最終形状の外側面と等しい形状の表面を有する凹部が形成された加熱整形用凹金型とによって前記ブランク材を挟持することを特徴とする請求項５記載の圧縮木製品の製造方法。

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