JP2011189515A - 圧縮木製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】曲面を含む三次元形状の木材を製造する際、所望位置に所望パターンを形成することが可能な圧縮木製品の製造方法を提供すること。
【解決手段】大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で木材に圧縮力を加えて形状変化を生じさせる圧縮工程を有し、曲面を含む三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。圧縮工程Ｓ３の後に、木材の表面にパターンを形成する付着物を所望位置に配置し、木材と共に大気中で加熱しながら加圧力を加えることにより、木材を圧縮工程後の形状と略等しい形状に整形すると共に、付着物を木材に定着させる定着工程Ｓ６を有する。
【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、木材を所定の三次元形状に圧縮成形する圧縮成形技術として、大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で木材を軟化処理した状態で所定の三次元形状に圧縮成形する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−７７６１９号公報

ところで、特許文献１に記載の圧縮成形技術は、高温高圧の水蒸気雰囲気中で木材に圧縮処理を施すことから、圧縮処理の前後における木材の三次元形状の変化が大きいうえ、木材は非相似に変形する。このため、木材の表面にパターンを形成したい場合、そのパターンを圧縮処理の前に木材に規制すると、圧縮処理における木材の非相似な三次元形状の変化によって、パターンの位置や形状が変化してしまい、所望位置に所望パターンを形成することが難しい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って、曲面を含む三次元形状の圧縮木製品を製造する際、所望位置に所望パターンを形成することが可能な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、本発明の圧縮木製品の製造方法は、大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で木材に圧縮力を加えて形状変化を生じさせる圧縮工程を有し、曲面を含む三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、前記圧縮工程の後に、前記木材の表面にパターンを形成する付着物を所望位置に配置し、前記木材と共に大気中で加熱しながら加圧力を加えることにより、前記木材を前記圧縮工程後の形状と略等しい形状に整形すると共に、前記付着物を前記木材に定着させる定着工程を有することを特徴とする。

また、本発明の圧縮木製品の製造方法は、上記の発明において、前記付着物は、植物繊維を主成分とすることを特徴とする。

また、本発明の圧縮木製品の製造方法は、上記の発明において、前記付着物は、紙であることを特徴とする。

また、本発明の圧縮木製品の製造方法は、上記の発明において、前記定着工程は、加熱可能な一対の金型を用いて前記木材及び前記付着物を挟持することを特徴とする。

本発明によれば、圧縮工程後の定着工程で付着物を木材表面に定着させるので、木材の三次元形状の変化が小さい工程で付着物が木材表面に定着される。このため、本発明によれば、曲面を含む三次元形状の圧縮木製品を製造する際、所望位置に所望パターンを容易に形成することができるという効果を奏する。

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における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における圧縮工程の概要を模式的に示す斜視図である。 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において、圧縮工程におけるブランク材の三次元変形が略完了した状態の断面図である。 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において、乾燥工程が終了したブランク材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における定着工程の概要を模式的に示す断面図である。 図８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、一対の加熱凹金型と加熱凸金型とを形締めした状態を模式的に示す断面図である。 図９は、紙をブランク材に定着した後、紙の部分でブランク材を切断した断面図である。 図１０は、製造された圧縮木製品の斜視図である。 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たデジタルカメラを示す斜視図である。

以下に、本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

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。先ず、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等の原木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とを備えている。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の形状はあくまで一例に過ぎない。即ち、ここで言う略椀状には、椀状の他、皿状や函形状等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、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共に、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及び図４に示すように、ブランク材２は、一対の凹金型１１と凸金型１２とによって挟持され、所定の圧縮力が加えられる。

圧縮加工の際、図４に示すように、ブランク材２の上方から圧縮力を加える凹金型１１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１１ａを備えている。ブランク材２の主板部２ａから側板部２ｃにかけて湾曲する部分の表面であって凹金型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１１ａ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、圧縮加工の際、図４に示すように、ブランク材２の下方から圧縮力を加える凸金型１２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１２ａを備えている。ブランク材２の主板部２ａから側板部２ｃにかけて湾曲する部分の表面であって凸金型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１２ａ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１１及び凸金型１２によってブランク材２が挟持されて所定の圧縮力が加えられた状態を示す図であり、ブランク材２の変形が略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１１及び凸金型１２から圧縮力を受けることにより、軟化工程前とは異なる非相似の略椀状に変形する。ここで言う略椀状とは、凹金型１１と凸金型１２が閉じた際に形成される隙間に相当する形状である。この形状は、後述する定着工程（ステップＳ６）を経て得られる最終形状と略相似している。

圧縮工程が終了した後、ブランク材２の三次元形状を固定する（ステップＳ４）。三次元形状を固定するには、凹金型１１及び凸金型１２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状態で、上述した水蒸気雰囲気よりも更に高温高圧の水蒸気雰囲気を凹金型１１及び凸金型１２の周囲に形成する。このときの水蒸気雰囲気は、圧力が０．６〜３．４ＭＰａ程度であり、温度が１６０〜２４０℃程度である。この形状固定工程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１１と凸金型１２とを開いてブランク材２を大気中へ開放し、ブランク材２を乾燥させる（ステップＳ５）。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）を示す斜視図である。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％程度であることが好ましい。

乾燥工程の後、大気中で加熱しながら加圧力を加えることによりブランク材３の表面に付着物である紙を定着させる（ステップＳ６）。図７は、この定着工程の概要を模式的に示す断面図である。定着工程では、紙Ｐをブランク材３の表面の所望位置に配置した後、一対の加熱凹金型２１及び加熱凸金型２２によって紙Ｐをブランク材３と共に挟持する。これにより、紙Ｐは、ブランク材３と共に大気中で加熱されながら加圧力が加えられ、ブランク材３の表面の所望位置に定着される。

ここで、紙Ｐは、植物繊維を主成分とし、予め商品名，材質名等を表示する文字、ロゴマーク等のマーク、模様等、或いはこれらの組み合わせからなる所望パターンが描かれている。なお、付着物は、紙Ｐを含め、ブランク材３の表面の所望位置に所望パターンを形成することにより、ブランク材３を使用した圧縮木製品に今迄にない新たな風合いや外観を付与するものである。このため、所望パターンは上記に限定されるものではない。

このとき、図７に示すように、ブランク材３の上方に配置される加熱凹金型２１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２１ａを備えている。また、ブランク材３の下方に配置される加熱凸金型２２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２２ａを備えている。

加熱凹金型２１及び加熱凸金型２２の内部には、図７に示すように、ヒータ２３，２４がそれぞれ設けられている。ヒータ２３，２４は、温度制御機能を有する制御装置２５にそれぞれ接続されており、制御装置２５の制御のもとに通電されて発熱する。定着工程は、加熱凹金型２１によって紙Ｐを加熱しながら加圧力を加えることにより紙Ｐをブランク材３の表面に密着度を高めて定着させる。このとき、制御装置２５は、ブランク材３を挟持している際の金型温度を、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。具体的に加熱凹金型２１及び加熱凸金型２２の温度としては、ブランク材３の表面に定着させる付着物の素材によっても異なるが、好ましくは１６０〜２４０℃、より好ましくは１７０〜２２０℃、最も好ましくは１８０〜２００℃である。

定着工程では、加熱凹金型２１及び加熱凸金型２２は、図８に示すように型締めされ、制御装置２５の制御のもとに発熱するヒータ２３，２４によって加熱凹金型２１及び加熱凸金型２２を大気中で所定温度に加熱しながら加圧力を紙Ｐ及びブランク材３に加える。この大気中での加熱と加圧の結果、紙Ｐは、ブランク材３の木質部から染み出した樹液によってブランク材３に高い密着度で定着される。

また、加熱凹金型２１及び加熱凸金型２２による加熱により、ブランク材３は、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。この結果、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。なお、紙Ｐをブランク材３に定着するのに、接着剤を補助的に使用してもよい。

更に、ブランク材３は、大気中で加熱されることにより木質部の細胞壁の内部に含まれている液状物質が表面に抽出される。このため、定着工程を経たブランク材３は、表面に液状物質に起因した色、艶が生じ、定着した紙Ｐと相俟って今迄にない新たな風合いが醸し出される。

このように、加熱凹金型２１によって紙Ｐを加熱しながら大気中で加圧力を加えるので、定着工程においては、高温高圧の水蒸気雰囲気中でブランク材２の圧縮処理を行う圧縮工程に比べてブランク材３の三次元形状の変化が小さく、所望パターンを形成する紙Ｐがブランク材３の所望位置に形状を変化させることなく定着される。このため、本発明方法によれば、曲面を含む三次元形状に木材を圧縮成形する際、圧縮木製品の所望位置に所望パターンを容易に形成することができる。

図９は、紙Ｐをブランク材３に定着した後、紙Ｐの部分でブランク材３を切断した断面図である。図９において、紙Ｐは、表面が周囲のブランク材３の表面と面一になっている。これは、加熱しながら加圧することによって、紙Ｐの主成分である植物繊維がブランク材３の木質成分と同化すると共に、表面に食い込んで高い密着度で定着したためである。このようにして紙Ｐが定着されたブランク材３を使用した圧縮木製品は、リサイクルした場合はもちろんのこと、廃棄した場合でも、紙Ｐ及びブランク材３が自然に分解されて土に吸収されるため、生態系の汚染を回避することができる。なお、紙Ｐは、製造工場や製造年月日等の文字や記号を記載して製品管理用に使用する等の場合には、ブランク材３の表面ではなく、主板部３ａや側板部３ｂ，３ｃ或いはこれらに跨る位置の裏面に定着させてもよい。

図１０は、以上のようにして製造された圧縮木製品４の斜視図である。同図に示す圧縮木製品４は、ブランク材３の主板部３ａ及び側板部３ｂ，３ｃにそれぞれ対応する主板部４ａ及び側板部４ｂ，４ｃを有しており、主板部４ａの一方の側板部４ｃ寄りに紙Ｐが定着されている。

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）を外装する部品であり、圧縮木製品４の主板部４ａ及び側板部４ｂ，４ｃにそれぞれ対応する主板部５ａ及び側板部５ｂ，５ｃを有している。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とが形成されている。また、側板部５ｂには、シャッターボタンを表出する半円筒形状の切り欠き５３が形成されている。

図１２は、外装体５によって前面側が外装されたデジタルカメラを示す斜視図である。同図に示すデジタルカメラ３０は、撮像部３１と、フラッシュ３２と、シャッターボタン３３とを有している。撮像部３１及びフラッシュ３２が表出するデジタルカメラ３０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３０の背面側は、圧縮木製品４を用いて外装体５と同様に製造される外装体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係る圧縮木製品の製造方法によれば、木材の三次元形状の変化が大きい圧縮工程ではなく、その後の三次元形状の変化が小さく、安定している定着工程で付着物を木材に定着させるので、特別の装置を使用することなく圧縮木製品の所望位置に所望パターンを容易に形成することができる。

尚、上記実施の形態は、付着物として紙Ｐをブランク材３の表面に定着する場合について説明した。しかし、圧縮木製品の所望位置に所望パターンを形成することができれば、付着物は、紙に限定されるものではなく、例えば、金箔や銀箔等の金属箔、金粉や銀粉等の金属粉、磁器等の焼成体やその粉末、ビーズや星形シート等の各種装飾品でもよい。また、付着物として、圧縮処理後のブランク材に、同じ木材から採取した樹液を塗布し、筆を使用して絵の具等の塗料を直接塗布し、或いは霧吹きを使用して絵の具等の塗料をグラデーションを付けて塗布してもよいし、木材表面に施す焼印でもよい。

このとき、定着工程は、高温高圧の水蒸気雰囲気中で圧縮する圧縮工程の後に、大気中で付着物を加熱しながら加圧力を加えて木材に定着させるので、絵の具等の塗料を使用した場合には、塗料が水蒸気によって流されることがなく、パターン形状を保持して木材に定着させることができる。

また、加熱凹金型２１及び加熱凸金型２２は、制御装置２５による制御のもとにヒータ２３，２４によって温度を制御することで上述した本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法において連続して使用してもよい。このようにすると、一対の凹金型１１、凸金型１２を省略することができる。この場合、定着工程は、圧力容器を開いて大気に開放した状態で行う。

更に、上記実施の形態は、加熱凹金型２１及び加熱凸金型２２を大気中でヒータ２３，２４によって加熱し、加熱凹金型２１及び加熱凸金型２２でブランク材３を挟持することで紙Ｐをブランク材３に定着した。しかし、上記の温度でブランク材３と紙Ｐを含む付着物とを大気中で加熱しながら加圧することができれば、加熱凹金型２１及び加熱凸金型２２を用いなくてもよい。

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、上述のデジタルカメラ以外の電子機器用外装体や、例えば、食器、各種筐体或いは建材等にも適用可能である。

以上のように、本発明の圧縮木製品の製造方法は、曲面を含む三次元形状を有する圧縮木製品を製造するのに有用であり、特に、圧縮木製品の製造に際し、所望位置に所望パターンを形成するのに適している。

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
１１ 凹金型
１１ａ 凹部
１２ 凸金型
１２ａ 凸部
２１ 加熱凹金型
２２ 加熱凸金型
２１ａ 凹部
２２ａ 凸部
２３，２４ ヒータ
２５ 制御装置
３０ デジタルカメラ
３１ 撮像部
３２ フラッシュ
３３ シャッターボタン
５１，５２ 開口部
５３ 切り欠き
Ｇ 木目
Ｐ 紙

Claims (4)

1. 大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で木材に圧縮力を加えて形状変化を生じさせる圧縮工程を有し、曲面を含む三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、
   前記圧縮工程の後に、前記木材の表面にパターンを形成する付着物を所望位置に配置し、前記木材と共に大気中で加熱しながら加圧力を加えることにより、前記木材を前記圧縮工程後の形状と略等しい形状に整形すると共に、前記付着物を前記木材に定着させる定着工程を有することを特徴とする圧縮木製品の製造方法。
2. 前記付着物は、植物繊維を主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の圧縮木製品の製造方法。
3. 前記付着物は、紙であることを特徴とする請求項２に記載の圧縮木製品の製造方法。
4. 前記定着工程は、加熱可能な一対の金型を用いて前記木材及び前記付着物を挟持することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧縮木製品の製造方法。

Images