JP3580536B2 - 着色木材の形成装置および形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家具、建材、楽器等に用いられる表面に凹凸模様を有する着色木材の形成装置および形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面に凹凸模様を有する木材は、その装飾性の観点から各種用途への利用が期待される。
木材の表面に凹凸模様を形成する方法としては、彫刻刀などで木材の表面を彫る方法が古くから知られている。しかし、その彫刻による凹凸模様を形成する場合には、彫刻作業に時間を要する他、均一な凹凸模様を得難いなどという問題がある。
【０００３】
上記の事情から、近年高温高圧の水蒸気雰囲気下で例えば木材を加熱軟化させてプレスすることにより、所望の形状を有する成形木材とする方法が、開発されている。
【０００４】
例えば、特開平５−８２０２号公報においては、木材を水蒸気雰囲気内に置いて加熱することにより軟化させ、木材をプレス状態のままで高温高圧の雰囲気内に置くことにより、木材を形状固定させ、曲げ木を形成することとしている。
【０００５】
また、例えば、特開平１０−２３５６１９号公報においては、成形木材の平坦部の厚さ、凸部模様の頂点の高さおよび平坦部表面に対する立ち上がり角度を適正な範囲内に設定することによって、凸部模様を形成し、かつ割れなどの欠陥がない成形木材を形成することとしている。
【０００６】
上記の従来の水蒸気処理により成形木材を形成する方法では、金型の面精度を高めることなどにより、転写後の木材表面を良好にすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の水蒸気処理により成形木材を形成する方法では、圧縮率の高い凹部では、そこだけ水蒸気処理が進み、材料表面に液状化物質が形成されて木材が黒ずんだりしてしまい、材料によっては、その色むらが激しいことから美観を損ねてしまうという問題があった。
従って、製品として出荷するためには、成形後の木材を研磨して、その後、着色塗装を行って、上記の水蒸気処理による色むらをなくし、最後に耐候性や耐久性の観点からの仕上げの上塗り塗装を施す必要があることから、製造工程が増加し、製造コストが高いという問題があった。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、従って、本発明は、水蒸気処理後に、研磨工程および塗装工程を経なくても、装飾性に優れている着色木材の形成装置および形成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の着色木材の形成装置は、木質材料へ模様を転写する型を有する第１のプレス金型と、前記木質材料と前記第１のプレス金型を収容し、かつ、離型のための突き出し治具を挿入し得る開口部を備えた金枠と、前記金枠との間に前記木質材料と前記第１のプレス金型を挟むスペーサとを有する被プレス部と、前記被プレス部を収容し、内部に所定の圧力を有する水蒸気が供給される圧力容器と、前記圧力容器内において、前記被プレス部の前記金枠および前記スペーサをプレスするプレス部とを有する。
【００１０】
例えば、前記第１のプレス金型との間に前記木質材料を挟む第２のプレス金型をさらに有する。
【００１１】
好適には、前記第１のプレス金型および前記第２のプレス金型からなる一対のプレス金型は、一方のプレス金型の凹部と、他方のプレス金型の凸部とが略重なり合う互いに反転形状の凹凸模様を有する。
【００１２】
好適には、前記木質材料は、少なくともアガチス、ポプラ、カツラのいずれかを含む。
【００１３】
さらに、上記の目的を達成するため、本発明の着色木材の形成方法は、木質材料を水蒸気雰囲気内で加熱して軟化させる工程と、前記木質材料を加熱状態として当該木質材料の凸部模様を形成するための圧縮方向とは異なる方向に圧縮する予備圧縮工程と、前記木質材料を圧縮して、当該木質材料の少なくとも一方の面に凸部模様を形成する工程と、前記木質材料を圧縮状態のままで所定の圧力に設定された水蒸気雰囲気内で硬化させて形状固定し、かつ当該木質材料表面を濃色化する工程とを有する。
【００１４】
好適には、前記凸部模様を形成する工程において、前記木質材料の両面に凹凸模様を形成し、凸部模様が形成された面に対向する他方の面において、反転形状の凹部模様を有し、厚さがその内部において略均一な着色木材を形成する。
【００１５】
好適には、前記木質材料として、少なくともアガチス、ポプラ、カツラのいずれかを含む木質材料を用いる。
【００１６】
上記の本発明によれば、少なくともアガチス、ポプラ、カツラのいずれかを含む木質材料が水蒸気雰囲気内において加熱されることにより、水蒸気および水蒸気により加熱されたプレス金型の熱を吸収して、加熱軟化される。
この加熱軟化した状態で、プレス金型を動作させて木質材料を圧縮して、当該木質材料に凹凸模様を転写し、当該圧縮状態を維持したままで、所定の圧力に設定された高温の水蒸気雰囲気に置かれることにより、木質材料は高温の水蒸気によって化学変化を起こして圧縮による成形が固定され、かつ当該水蒸気処理によって、木質材料が濃色化されて着色木材となり、その後の加熱や吸水により、当該成形が戻ることのない安定した着色木材が形成されることとなる。
【００１７】
上記の着色木材は、例えば木質材料として、アガチスを用いた場合には、水蒸気処理後に、茶色のメタリック塗装をしたような質感を有する着色木材が得られる。
また、例えば木質材料として、ポプラを用いた場合には、水蒸気処理後に、ぼかし塗装をしたように、凹凸部に陰影を有する着色木材が得られる。
また、例えば木質材料として、カツラを用いた場合には、水蒸気処理後に、全体的に均一な茶色の着色木材が得られる。
したがって、各材料において、水蒸気処理後に、美観を損ねるような色むらが発生せず、また耐光性にも優れているため、後に研磨工程および着色塗装工程を経なくても装飾性に優れた着色木材が得られることとなる。
ここで、木質材料に凹凸模様を転写するプレス金型として、一方のプレス金型の凹部と、他方のプレス金型の凸部とが略重なり合う互いに反転形状の凹凸模様を有するプレス金型を使用することで、転写後の着色木材の厚さが略均一になることから、圧縮率が略均一となり、形状固定の過程において、割れ、剥離、繊維方向の裂けなどの不利益を抑制することができる。
また、凸部模様を形成する工程の前に、木質材料を加熱状態として、当該木質材料に模様を形成するための圧縮方向とは異なる方向に圧縮する予備圧縮工程を設けることで、当該予備圧縮された木材は、極めて圧縮成形しやすい状態となり、その後の圧縮成形をスムーズに行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の着色木材、着色木材の形成装置および形成方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
第１実施形態
図１（ａ）は、本発明の着色木材の形成装置により形成された着色木材の１例を示す斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、着色木材１０は、アガチス、ポプラ、カツラのいずれかの樹種からなる板状の木材（木質材料）が圧縮成形されて、実質的に表面平滑とされた平板部１１の表面に所定形状に盛り上がって突出した凸部模様１２が明瞭かつ外観美麗に形成されている。
【００２１】
上記の着色木材１０は、木材の略繊維方向に対して略直角の方向（放射方向あるいは接線方向）に圧縮されている。
なお、繊維（Ｔｅｘｔｉｌｅ ）方向Ｌは木目に沿った方向であり、放射方向（Ｒａｄｉａｌ） Ｒは、繊維方向Ｌに直交しており樹木の中心から外側あるいは外側から中心に向かう方向をいい、接線（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ） 方向Ｔは年輪に対する接線の方向をいう。
【００２２】
ここで、着色木材１０の裏面に表面の凸部模様に対して反転形状の凹部模様が形成されていてもよい。
図１（ｂ）は、着色木材１０の裏面に表面の凸部模様に対して反転形状の凹部模様が形成されている場合における図１（ａ）のＡ−Ａ線における概略拡大断面図である。
図１（ｂ）に示すように、着色木材１０の表面に例えば高さａの凸部模様１２ａを有する場合に、その直下の裏面に深さａの凹部模様１３ａを有している。
【００２３】
このように、着色木材１０の一方の面に例えば凸部模様１２ａを形成し、当該凸部模様１２ａに対して反転形状の凹部模様１３ａを他方の面に形成することにより、着色木材１０内の厚さを略一定（ｔｂ１＝ｔｂ２＝ｔｂ３）にすることができる。
ここで、圧縮成形前の木材の厚さをｔａ 、圧縮成形後の着色木材の厚さをｔｂとすると、圧縮率ｃは、下記の式（１）によって表せられる。
【００２４】
【数１】
ｃ（％）＝（（ｔａ −ｔｂ ）／ｔａ ）×１００ （１）
【００２５】
従って、圧縮成形後の着色木材１０内の厚さが略一定（ｔｂ１＝ｔｂ２＝ｔｂ３）であることから、圧縮率が着色木材１０内で略均一とすることができ、圧縮成形時における、割れ、剥離、繊維方向の裂けなどを抑制することができる。
【００２６】
なお、上記のように、反転形状を形成することによる圧縮率の均一化を図らなくても、割れなどの弊害が無い場合には、片面のみに凹凸模様を形成してもよい。
また、アガチス、ポプラ、カツラについては、上記のように裏面に反転形状の凹部模様を形成することによる圧縮率の均一化を図らなくても、割れなどの弊害が少ない材料である。
【００２７】
次に、上記の着色木材を形成する本実施形態の着色木材の形成装置について説明する。
【００２８】
図２（ａ）は本実施形態の着色木材の形成装置を示す概略構成図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における概略拡大断面図である。
図２に示す着色木材の形成装置は、圧力容器１と、成形プレス部（駆動手段）２と、被成形プレス部３と、制御装置２０と、コンプレッサー３０と、ボイラー４０などから構成されている。
【００２９】
圧力容器１は、高温高圧の状態に耐えられるように例えば高強度の鋼またはステンレスで製作された有底筒体からなり、その開口部には、蓋１ａが開閉可能に取り付けられている。この圧力容器１には、配管２１を通して水蒸気が内部に供給され、かつ配管２２を通して圧力容器１の内部を除圧するための排気が行われ、かつ配管２３を通して圧力容器１内に残留した水等が外部に排出される。
【００３０】
成形プレス部２は、圧力容器１の上部外側に適当な手段にて取り付け固定されたプレスシリンダー２ａと、圧力容器１の周壁を気密に貫通するピストンロッド２ｂと、ピストンロッド２ｂの先端部に取り付け固定された可動プレス板２ｃにより構成されている。
【００３１】
制御装置２０は、各種の制御を行うものであり、コンプレッサー（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ： 圧縮機）３０による空気圧により各々の弁（２１ａ、２２ａ、２３ａ）を制御する。
具体的には、水蒸気用弁２１ａを調整することにより、ボイラー４０から圧力容器１への水蒸気の供給を調整し、圧力容器１内の水蒸気圧を制御する。
また、排気用弁２２ａを調整することにより、圧力容器１内の排気を制御する。
また、ドレン用弁２３ａを調整することにより、圧力容器１内に残留した水等の排出を制御をする。
また、蓋１ａやプレスシリンダー２ａとも接続されており、扉の開閉制御やプレス制御を行う。
なお、圧力容器１中に設けられた不図示の温度計や圧力計を介して、制御装置２０により、温度、圧力をモニタ可能としている。
【００３２】
被成形プレス部３は、架台４に取り付けられた固定プレス板５に載置されている。
図３に被成形プレス部３の構成を表す斜視図を示す。
図３（ａ）に示すように、コの字型の溝を有する金枠６に、下型７、木材１０ａ、上型８、スペーサ９をセットすることにより、図３（ｂ）に示すような被成形プレス部３が構成されることになる。
スペーサ９は、着色木材１０の厚さを決定するためのもので、所望の着色木材１０の厚さに応じて適当に交換することができることとなっている。
【００３３】
本実施形態では、上型８の木材に接する面に、木材に転写するための不図示の凹凸模様を形成しており、また、下型７には模様は形成されておらず平坦となっている。
なお、着色木材１０の裏面に表面の凸部模様に対して反転形状の凹部模様を形成する場合には、下型７にも上型８に形成された凹凸模様に対して、反転形状の凹凸模様を形成してもよい。この場合には、上型８と下型７の対向面を合わせると上型の例えば凸模様が下型の例えば凹模様にはめ込まれるようになっている。
【００３４】
次に、上記の本実施形態の着色木材の形成装置を用いた着色木材の形成方法について説明する。
ここで、本発明の着色木材の形成方法には、アガチス、ポプラ、カツラのいずれかの樹種からなる気乾状態の木材を使用することが好ましい。
樹種として、アガチス、ポプラ、カツラのいずれかを使用する理由については、後述の実施例において説明する。
ここで、気乾状態とは、空気中で乾燥した場合における含水状態をいい、内部には水分を含んだ状態である。気乾状態における含水率は、木材の乾燥方法や湿度により変化するが平均して８〜１５％程度である。
気乾状態の木材を使用するのは、一般的に材料の入手が容易だからである。
なお、気乾状態の木材は、例えば天然乾燥の他、温度や湿度を制御した乾燥機による人工乾燥など、適当な方法により形成される。
【００３５】
図４は、本発明に係る着色木材の形成方法を説明するための各工程における時間−温度のグラフであり、図５は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線における概略拡大断面図を表したものであり、図５（ａ）は圧縮前の状態、図５（ｂ）は圧縮後の状態を示している。
【００３６】
まず、金枠６に、下型７、木材１０ａ、上型８、およびスペーサ９をセットして、被成形プレス部３を形成する。
【００３７】
次に、圧力容器１の開口部の蓋１ａを開いて、圧力容器１を開放し、上記の被成形プレス部３を圧力容器１の内部に搬入して、固定プレス板５の上に載置する。
【００３８】
次に、図５（ａ）に示すように、圧力容器１の蓋１ａを閉じて、圧力容器１を密封した後、圧力容器１の内部に配管２１を通して、水蒸気を供給し、５分程度（ｔ１ ）で木材の軟化温度として温度を８０℃程度（Ｔ１ ）にまで上昇させ、この水蒸気雰囲気内で被成形プレス部３を加熱する。
そして、この軟化温度Ｔ１ の状態で木材１０ａを３０分程度（ｔ２ ）加熱すると木材１０ａは水蒸気および水蒸気によって加熱された金型の熱を吸収して、軟化する。
上記の木材の水蒸気処理による軟化機構は、木材の主成分であるヘミセルロースおよびリグニンが軟化して低分子化し、かつ木材の主成分であるセルロースが水蒸気により非晶質領域において結合が切断され、結晶形態が変化するためと考えられている。
【００３９】
次に、図５（ｂ）に示すように、プレスシリンダー２により可動プレス板２ｃを降下させて、固定プレス板５上に載置された被成形プレス部３のスペーサ９を押圧し、上型８により木材に所望の模様を転写する。
なお、この時、木材１０ａを断面積比で４／５〜１／３程度に圧縮してもよい。
この木材１０ａの圧縮の程度は、スペーサ９の金枠６から突き出た高さにより、調整することができる。
【００４０】
次に、圧縮された木材１０ａをプレス状態のままで、圧力容器１内に水蒸気を供給して、２０分程度（ｔ３ ）で１８０℃程度の形状固定温度Ｔ２ にまで上昇させて、当該形状固定温度Ｔ２ で２０分程度（ｔ４ ）、水蒸気で加熱することにより、木材１０ａは、高温の水蒸気によって化学変化を起こして、プレス成形による変形が固定化され、かつ当該水蒸気処理によって、木材が濃色化されて着色木材１０となる。なお、圧力容器１内の蒸気圧を、１０ｋｇ／ｃｍ２ 程度に調整することにより、１８０℃程度の温度となる。
上記の高温高圧の水蒸気処理によって圧縮成形された木材１０ａの形状固定化の機構は、主として木材中のセルロースの結晶構造変化に起因していると考えられている。
また、上記の木材１０ａが着色する機構は、水蒸気処理によって、木材中のヘミセルロースの一部が分解され、フルフラール類が生じることによるものと考えられている。なお、水蒸気処理後の着色木材は、水蒸気処理により閉鎖していた木材の膜孔が開くため、木材中への薬剤の投入が容易になり、木材の内部まで防腐、防虫処理が容易に行え、乾燥時間も短縮できるという長所がある。
【００４１】
次に、圧力容器１の内部を配管２２を通して１分程度（ｔ５ ）間欠的に排気させて除圧し、その後、圧力容器１の開口部の蓋１ａを開いて圧力容器１を開放して、１８０分程度（ｔ６ ）だけ放置して温度を４０℃程度（Ｔ３ ）にまで下げる。なお、冷却するための時間ｔ６ を短縮するために、強制冷却（空冷、水冷）などを行ってもよい。
【００４２】
次に、被成形プレス部３を圧力容器１から取り出して、着色木材を金型から離型することにより図１に示す着色木材１０に至る。
【００４３】
上記の本実施形態の着色木材、着色木材の形成装置および形成方法によれば、木材として、アガチス、ポプラ、カツラのいずれかを使用することにより、水蒸気処理による圧縮成形後の着色木材には、美観を損ねるような色むらのない、耐光性に優れた、外観が美麗な着色木材を形成することができる。
従って、水蒸気処理による圧縮成形後に、着色塗装工程や研磨工程を有することなく、耐候性や耐久性の観点からの仕上げの上塗り塗装工程のみで、製品化することができるため、製造工程の削減による製造コストの低減を図ることができる。
また、下型７として、上型８に形成された凹凸模様に対して、反転形状の凹凸模様を有するものを使用することで、圧縮率を比較的均一にできることから、圧縮成形後の着色木材における表面あるいは内部の割れ、剥離、繊維方向の裂けなどの不利益を最小限に抑制することもでき、量産レベルにおいて、安定した品質を図れることが可能となる。
また、圧縮率を比較的均一にすることで、着色木材の物性が均質となるため、軟化・形状固定の反応機構が安定し、量産レベルでの品質が確保されることから、合理化かつ省力化を図ることができる。
さらに、圧縮率を比較的均一にすることで、着色木材の強度等の物性が均質となり、安定した品質を有する着色木材を形成することができる。
【００４４】
第２実施形態
本実施形態では、実質的には第１実施形態と同様であるが、木材がプレス時に横方向に広がり、圧縮成形後、着色木材１０の金型（上型８および下型７の他、金枠６を含む）からの離型が困難な場合もあるため、被成形プレス部３を以下に示すような構造とする。
図６（ａ）は図３（ｂ）においてＡ方向から見た被成形プレス部３の圧縮後の正面図、図６（ｂ）は図３（ｂ）においてＢ方向からみた被成形プレス部３の圧縮後の側面図である。
図６（ａ）では、圧縮後の着色木材１０の金型からの離型の困難さを考慮して、金枠６の溝に、例えば角度ｘ（例えば２度）のテーパーを設けて、かつ、金枠６の底面に開口部６ａを設けている。
これにより、上型８および下型７に挟まれた着色木材１０を、開口部６ａに挿入し、かつ下型７を押圧することが可能な高さの突起部１５ａを有する突き出し治具１５を使用して離型することができる。
具体的には、図７（ａ）に示すように、突き出し治具１５上に、突起部１５ａが開口部６ａに挿入されるようにして金枠６を設置し、突き出し治具１５に対して金枠６を降下させることで、突起部１５ａにより下型７が押され、上型８および下型７に挟まれた着色木材１０が金枠６から押し出されることになる。
その後、図７（ｂ）に示すように、上型８と下型７を離反させることにより、着色木材１０が金型から離型されることになる。
【００４５】
第３実施形態
本実施形態においても、実質的には第１実施形態と同様であるが、木材がプレス時に横方向に広がり、圧縮成形後、着色木材１０の金型（上型８および下型７の他、金枠６を含む）からの離型が困難な場合もあるため、被成形プレス部３を以下に示すような構造とする。
図８（ａ）は着色木材１０を間に有する上型８および下型７の平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の木材１０ａの平面図、図８（ｃ）は図８（ａ）においてＤ方向からみた側面図を示したものである。
図８（ａ）に示すように、あらかじめ下型７の例えば四隅にクランプ１６を設置して下型７を金枠６に固定しておき、木材１０ａも図８（ｂ）に示すように、クランプ１６が形成された下型７の形状に合わせ、かつ金型（７，８）からはみ出るように加工したものを使用して、下型７上に設置して圧縮成形を行う。
圧縮成形後、着色木材１０の金型（７，８）からはみ出した部分に力を加えて上方へ引き上げて、金枠６に固定された下型７から離型させる。その後、上型８から離型させることにより、着色木材１０が金型から離型されることになる。
【００４６】
第４実施形態
本実施形態においても、実質的には第１実施形態と同様であるが、木材がプレス時に横方向に広がり、圧縮成形後、着色木材１０の金型（上型８および下型７の他、金枠６を含む）からの離型が困難な場合もあるため、被成形プレス部３を以下に示すような構造とする。
図９は、着色木材１０を間に有する上型８および下型７の概略構成図を示したものである。
図９に示す上型８と下型７は、それぞれ開口部（８ａ、７ａ）を有している。
本実施形態では、第２実施形態と同様にして金枠６から上型８および下型７に挟まれた着色木材１０を取り出した後、開口部（８ａ、７ａ）に挿入し、かつ着色木材１０を押圧することが可能な高さの突起部１５ａを有する突き出し治具１５を使用する。
すなわち、突き出し治具１５上に、突起部１５ａ部分が開口部（８ａ、７ａ）に挿入されるようにして上型８および下型７に挟まれた着色木材１０を設置し、突き出し治具１５に対して下型７を降下させることで、突起部１５ａにより着色木材１０が押され、上型８および下型７に挟まれた着色木材１０が下型７から離型されることになる。同様にして、着色木材１０を上型からも離型することにより、着色木材１０が金型から離型されることになる。
【００４７】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本発明の着色木材の形成方法の各工程における温度、時間、圧力などの製造条件は、木材１０ａの元となる樹木の種類、木材１０ａの大きさ、木材１０ａの物理的性質（比重、含水率等）等によって、種々の条件を採用することができる。
また、圧縮成形する方向は、本実施形態において説明した方向に限定されるものではなく、種々の方向に圧縮成形することができる。
また、木材１０ａに転写する凹凸模様の形状に特に限定はなく、例えば、直線状や曲線状、格子状などを組み合わせた模様の他、記号、数字、文字など、およびこれらを組み合わせたものであってもよい。
また、片面のみに凹凸模様を形成する場合に、上型８および下型７のいずれか一方を省略することも可能である。
【００４８】
また、圧縮工程前に、予備圧縮工程を設けることも効果的である。
例えば、加熱状態で、木材に模様を転写するための圧縮方向とは異なる方向に、木材を予備圧縮した後に、本実施形態における圧縮工程を行う。
加熱状態で予備圧縮された木材は、極めて圧縮成形しやすい状態となる。
これにより、その後の圧縮成形をスムーズに行うことができ、すなわち、割れ、裂け、剥離を低減でき、安定した品質を確保することが可能となる。また、成形プレス前に予備圧縮を行うので、工程上も非常に効率的である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００４９】
【実施例】
以下に、本発明に係る着色木材の形成装置を用いて、着色木材を形成した実施例について説明する。
【００５０】
まず、板状の木材として、ペルポック、ラミン、メランティ、アガチス、ポプラ、アルダー、アユース、雲杉、ラジアータパイン、米松、ゴム、セン、ブナ、ナラ、スギ、ヒノキ、カラマツ、カツラ、ナトーの１９種類を使用して、本発明に係る着色木材の形成装置により、片面のみに凹凸模様を有する着色木材を形成した。
【００５１】
ここで、本実施例で使用した木材の物性として、全乾比重、気乾比重、含水率（％）について、算出した。
【００５２】
上記の物性値の算出方法としては、まず、各木材についての全乾状態のＴ方向長さ（ｍｍ）、Ｒ方向長さ（ｍｍ）、Ｌ方向長さ（ｍｍ）、全乾重量（ｇ）を測定し、全乾比重を算出した。
次に、各木材について気乾状態のＴ方向長さ（ｍｍ）、Ｒ方向長さ（ｍｍ）、Ｌ方向長さ（ｍｍ）、気乾重量（ｇ）を測定し、気乾比重を算出した。
ここで、Ｌ方向とは木材の繊維（Ｔｅｘｔｉｌｅ ）方向、Ｒ方向とは放射（Ｒａｄｉａｌ）方向、Ｔ方向とは接線（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ） 方向を意味する。
また、全乾状態とは、木材を１００〜１１０℃で重量変化がなくなるまで乾燥した状態で、木材中に吸収された水分がほとんどない状態をいう。
また、気乾状態とは、空気中で乾燥した状態で、内部には水分を含む状態をいう。
上記の全乾比重および気乾比重とは、全乾状態あるいは気乾状態時における重量を容積で割ったものを意味する。
【００５３】
含水率ｕ（％）は、全乾重量をＷ０ 、気乾重量をＷｕ とすると、下記の式（２）によって算出される。
【００５４】
【数２】
ｕ（％）＝（（Ｗｕ −Ｗ０ ）／Ｗ０ ）×１００ （２）
【００５５】
図１０に、全乾比重、気乾比重、気乾状態の含水率の算出結果を示す。
なお、図１０には、各木材について３つのサンプルの気乾状態と全乾状態の重量、Ｔ方向、Ｒ方向、およびＬ方向の寸法を測定し、全乾比重、気乾比重、含水率を算出した平均値を掲載してある。
【００５６】
図１０に示す気乾状態の木材を用いて、本実施形態に係る着色木材の形成装置において、上型８の凹凸模様のみを木材の片面に転写して、図１（ａ）に示すような凹凸模様を片面に有する着色木材を形成した。
ここで、圧縮成形に使用した木材は、Ｔ方向の長さが４９．０（ｍｍ）、Ｒ方向の長さが１２（ｍｍ）、Ｌ方向の長さが２８０（ｍｍ）ものを使用し、Ｒ方向に圧縮成形した（図１（ａ）参照）。
また、圧縮成形後の着色木材の長さは、Ｔ方向の長さが４９．０（ｍｍ）、Ｒ方向の長さが平坦部において６（ｍｍ）、Ｌ方向の長さが２８０（ｍｍ）であった。
また、上型８および下型７は、幅（Ｔ方向に対応）が５０（ｍｍ）、厚み（Ｒ方向に対応）が１２（ｍｍ）、長さ（Ｌ方向に対応）が３００（ｍｍ）で、材質はアルミ製のものを使用した。
また、上型８は、木材へ転写する凹凸模様が形成されているものを使用し、下型７には、凹凸模様が形成されていない平坦なものを使用した。
【００５７】
つぎに、製造条件について図４を参照して説明する。
金枠６に、下型７、各木材１０ａ、上型８、スペーサ９をセットして、被成形プレス部３を形成し、圧力容器１へ搬入後、圧力容器１の蓋１ａを閉じて、圧力容器１内に、水蒸気を供給し、時間５分（ｔ１ ）で温度を木材の軟化温度として８０℃（Ｔ１ ）にまで上昇させた。
そして、軟化工程では、この軟化温度８０℃（Ｔ１ ）の状態で木材１０ａを３０分（ｔ２ ）だけ加熱して、木材１０ａを軟化させた。
次に、形状固定の工程では、３０〜２５０ｋｇ×２の力でプレスした。
そして、木材１０ａをプレス状態のままで、圧力容器１内に水蒸気を供給して、２０分（ｔ３ ）で１７５℃（Ｔ２ ）にまで上昇させて、当該形状固定温度１７５℃（Ｔ２ ）を保ちながら、２０分（ｔ４ ）間加熱して形状固定を行った。なお、圧力容器１内の蒸気圧を、９．０ｋｇ／ｃｍ２ 程度に調整することにより、１７５℃程度の温度を維持することができる。
【００５８】
次に、形状固定後、圧力容器１の内部を配管２２を通して１分間（ｔ５ ）間欠的に排気し、その後、圧力容器１の開口部の蓋１ａを開いて圧力容器１を開放して、１８０分（ｔ６ ）だけ放置して温度を４０℃（Ｔ３ ）にまで下げた後、着色木材１０を取り出した。
【００５９】
これにより、図１１に示す各木材についての結果が得られた。
図１１において、割れは、剥離、繊維方向の裂けなども含めた、片面のみに凹凸模様を形成した場合における圧縮成形後の着色木材の表面および内部状態の評価である。
また、色むらとは、圧縮成形後の濃色した着色木材の表面状態における、色むらの評価である。
また、転写性とは、上型８の凹凸模様が、着色木材にどれだけ美麗に転写されたかの評価である。
図１１に示すように、木材の種類により、水蒸気処理後の着色状態が異なり、高温高圧水蒸気処理による圧縮成形後に、研磨および着色塗装工程が不要なものと必要なものが存在した。
【００６０】
上記の実施例により、木材として、アガチスを用いた場合には、茶色のメタリック塗装をしたような質感を有する着色木材が得られた。
また、ポプラを用いた場合には、水蒸気処理後に、ぼかし塗装をしたように、凹凸部に陰影を有する着色木材が得られた。
また、カツラを用いた場合には、水蒸気処理後に、全体的に均一な茶色の着色木材が得られた。
上記の着色木材を３１．４Ｌａｎｇｌｅｙ ／時間で２００時間、紫外線を照射する耐光試験を行ったところ、変色などの弊害は一切生じなかった。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、木質材料として、アガチス、ポプラ、カツラのいずれかを使用することにより、水蒸気処理による圧縮成形後の着色木材には、美観を損ねるような色むらのない、耐光性に優れた着色木材を形成することができる。
また、上記の材料を使用することにより、割れ、剥離、繊維方向に裂けなどの不利益の少ない良好な着色木材を形成することができる。
従って、水蒸気処理による圧縮成形後に、着色塗装工程や研磨工程を有することなく、耐候性や耐久性の観点からの仕上げの上塗り塗装工程のみで、製品化することができるため、製造工程の削減による製造コストの低減を図ることができる。
ここで、木質材料に凹凸模様を転写するプレス金型として、一方のプレス金型の凹部と、他方のプレス金型の凸部とが略重なり合う互いに反転形状の凹凸模様を有するプレス金型を使用することで、転写後の着色木材の厚さが略均一になることから、圧縮率が略均一となり、形状固定の過程において、割れ、剥離、繊維方向の裂けなどの不利益を抑制することができ、量産レベルにおいて、安定した品質を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の着色木材の１例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、着色木材の裏面に表面の凸部模様に対して反転形状の凹部模様が形成されている場合における図１（ａ）のＡ−Ａ線における概略拡大断面図である。
【図２】図２（ａ）は本実施形態の着色木材の形成装置を示す概略構成図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における概略拡大断面図である。
【図３】図３（ａ）はセット前の被成形プレス部の構成を表す斜視図、図３（ｂ）はセット後の被成形プレス部の構成を表す斜視図である。
【図４】図４は、本発明に係る着色木材の形成方法を説明するための各工程における時間−温度のグラフを示したものである。
【図５】図５は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線における概略拡大断面図の各工程における被成形プレス部の状態を表し、図５（ａ）は圧縮前の状態、図５（ｂ）は圧縮後の状態を示している。
【図６】図６は、第２実施形態を示したものであり、図６（ａ）は図３（ｂ）においてＡ方向から見た被成形プレス部の圧縮後の正面図、図６（ｂ）は図３（ｂ）においてＢ方向からみた被成形プレス部の圧縮後の側面図である。
【図７】図７は、第２実施形態における着色木材の離型方法の１例を示したものである。
【図８】図８は、第３実施形態を示したものであり、図８（ａ）は着色木材を間に有する上型および下型の平面図、図８（ｂ）は使用する木材の平面図、図８（ｃ）は図８（ａ）においてＤ方向からみた側面図を示したものである。
【図９】図９は、第４実施形態を示したものである。
【図１０】図１０は、本実施例で使用した各木材についての全乾比重、気乾比重、含水率（％）の算出結果を示したものである。
【図１１】図１１は、本実施例における圧縮成形後の着色木材の評価結果を示したものである。
【符号の説明】
１…圧力容器、１ａ…蓋、２…成形プレス部、２ａ…プレスシリンダー、２ｂ…ピストンロッド、２ｃ…可動プレス板、３…被成形プレス部、４…架台、５…固定プレス板、６…金枠、７…下型、８…上型、９…スペーサ、１０…着色木材、１０ａ…木材、１１…平坦部、１２…凸部模様、１５…突き出し治具、１５ａ…突起部、１６…クランプ、２０…制御装置、２１，２２，２３…配管、２１ａ，２２ａ，２３ａ…弁、３０…コンプレッサー、４０…ボイラー。
【発明の属する技術分野】
本発明は、家具、建材、楽器等に用いられる表面に凹凸模様を有する着色木材の形成装置および形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面に凹凸模様を有する木材は、その装飾性の観点から各種用途への利用が期待される。
木材の表面に凹凸模様を形成する方法としては、彫刻刀などで木材の表面を彫る方法が古くから知られている。しかし、その彫刻による凹凸模様を形成する場合には、彫刻作業に時間を要する他、均一な凹凸模様を得難いなどという問題がある。
【０００３】
上記の事情から、近年高温高圧の水蒸気雰囲気下で例えば木材を加熱軟化させてプレスすることにより、所望の形状を有する成形木材とする方法が、開発されている。
【０００４】
例えば、特開平５−８２０２号公報においては、木材を水蒸気雰囲気内に置いて加熱することにより軟化させ、木材をプレス状態のままで高温高圧の雰囲気内に置くことにより、木材を形状固定させ、曲げ木を形成することとしている。
【０００５】
また、例えば、特開平１０−２３５６１９号公報においては、成形木材の平坦部の厚さ、凸部模様の頂点の高さおよび平坦部表面に対する立ち上がり角度を適正な範囲内に設定することによって、凸部模様を形成し、かつ割れなどの欠陥がない成形木材を形成することとしている。
【０００６】
上記の従来の水蒸気処理により成形木材を形成する方法では、金型の面精度を高めることなどにより、転写後の木材表面を良好にすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の水蒸気処理により成形木材を形成する方法では、圧縮率の高い凹部では、そこだけ水蒸気処理が進み、材料表面に液状化物質が形成されて木材が黒ずんだりしてしまい、材料によっては、その色むらが激しいことから美観を損ねてしまうという問題があった。
従って、製品として出荷するためには、成形後の木材を研磨して、その後、着色塗装を行って、上記の水蒸気処理による色むらをなくし、最後に耐候性や耐久性の観点からの仕上げの上塗り塗装を施す必要があることから、製造工程が増加し、製造コストが高いという問題があった。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、従って、本発明は、水蒸気処理後に、研磨工程および塗装工程を経なくても、装飾性に優れている着色木材の形成装置および形成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の着色木材の形成装置は、木質材料へ模様を転写する型を有する第１のプレス金型と、前記木質材料と前記第１のプレス金型を収容し、かつ、離型のための突き出し治具を挿入し得る開口部を備えた金枠と、前記金枠との間に前記木質材料と前記第１のプレス金型を挟むスペーサとを有する被プレス部と、前記被プレス部を収容し、内部に所定の圧力を有する水蒸気が供給される圧力容器と、前記圧力容器内において、前記被プレス部の前記金枠および前記スペーサをプレスするプレス部とを有する。
【００１０】
例えば、前記第１のプレス金型との間に前記木質材料を挟む第２のプレス金型をさらに有する。
【００１１】
好適には、前記第１のプレス金型および前記第２のプレス金型からなる一対のプレス金型は、一方のプレス金型の凹部と、他方のプレス金型の凸部とが略重なり合う互いに反転形状の凹凸模様を有する。
【００１２】
好適には、前記木質材料は、少なくともアガチス、ポプラ、カツラのいずれかを含む。
【００１３】
さらに、上記の目的を達成するため、本発明の着色木材の形成方法は、木質材料を水蒸気雰囲気内で加熱して軟化させる工程と、前記木質材料を加熱状態として当該木質材料の凸部模様を形成するための圧縮方向とは異なる方向に圧縮する予備圧縮工程と、前記木質材料を圧縮して、当該木質材料の少なくとも一方の面に凸部模様を形成する工程と、前記木質材料を圧縮状態のままで所定の圧力に設定された水蒸気雰囲気内で硬化させて形状固定し、かつ当該木質材料表面を濃色化する工程とを有する。
【００１４】
好適には、前記凸部模様を形成する工程において、前記木質材料の両面に凹凸模様を形成し、凸部模様が形成された面に対向する他方の面において、反転形状の凹部模様を有し、厚さがその内部において略均一な着色木材を形成する。
【００１５】
好適には、前記木質材料として、少なくともアガチス、ポプラ、カツラのいずれかを含む木質材料を用いる。
【００１６】
上記の本発明によれば、少なくともアガチス、ポプラ、カツラのいずれかを含む木質材料が水蒸気雰囲気内において加熱されることにより、水蒸気および水蒸気により加熱されたプレス金型の熱を吸収して、加熱軟化される。
この加熱軟化した状態で、プレス金型を動作させて木質材料を圧縮して、当該木質材料に凹凸模様を転写し、当該圧縮状態を維持したままで、所定の圧力に設定された高温の水蒸気雰囲気に置かれることにより、木質材料は高温の水蒸気によって化学変化を起こして圧縮による成形が固定され、かつ当該水蒸気処理によって、木質材料が濃色化されて着色木材となり、その後の加熱や吸水により、当該成形が戻ることのない安定した着色木材が形成されることとなる。
【００１７】
上記の着色木材は、例えば木質材料として、アガチスを用いた場合には、水蒸気処理後に、茶色のメタリック塗装をしたような質感を有する着色木材が得られる。
また、例えば木質材料として、ポプラを用いた場合には、水蒸気処理後に、ぼかし塗装をしたように、凹凸部に陰影を有する着色木材が得られる。
また、例えば木質材料として、カツラを用いた場合には、水蒸気処理後に、全体的に均一な茶色の着色木材が得られる。
したがって、各材料において、水蒸気処理後に、美観を損ねるような色むらが発生せず、また耐光性にも優れているため、後に研磨工程および着色塗装工程を経なくても装飾性に優れた着色木材が得られることとなる。
ここで、木質材料に凹凸模様を転写するプレス金型として、一方のプレス金型の凹部と、他方のプレス金型の凸部とが略重なり合う互いに反転形状の凹凸模様を有するプレス金型を使用することで、転写後の着色木材の厚さが略均一になることから、圧縮率が略均一となり、形状固定の過程において、割れ、剥離、繊維方向の裂けなどの不利益を抑制することができる。
また、凸部模様を形成する工程の前に、木質材料を加熱状態として、当該木質材料に模様を形成するための圧縮方向とは異なる方向に圧縮する予備圧縮工程を設けることで、当該予備圧縮された木材は、極めて圧縮成形しやすい状態となり、その後の圧縮成形をスムーズに行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の着色木材、着色木材の形成装置および形成方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
第１実施形態
図１（ａ）は、本発明の着色木材の形成装置により形成された着色木材の１例を示す斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、着色木材１０は、アガチス、ポプラ、カツラのいずれかの樹種からなる板状の木材（木質材料）が圧縮成形されて、実質的に表面平滑とされた平板部１１の表面に所定形状に盛り上がって突出した凸部模様１２が明瞭かつ外観美麗に形成されている。
【００２１】
上記の着色木材１０は、木材の略繊維方向に対して略直角の方向（放射方向あるいは接線方向）に圧縮されている。
なお、繊維（Ｔｅｘｔｉｌｅ ）方向Ｌは木目に沿った方向であり、放射方向（Ｒａｄｉａｌ） Ｒは、繊維方向Ｌに直交しており樹木の中心から外側あるいは外側から中心に向かう方向をいい、接線（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ） 方向Ｔは年輪に対する接線の方向をいう。
【００２２】
ここで、着色木材１０の裏面に表面の凸部模様に対して反転形状の凹部模様が形成されていてもよい。
図１（ｂ）は、着色木材１０の裏面に表面の凸部模様に対して反転形状の凹部模様が形成されている場合における図１（ａ）のＡ−Ａ線における概略拡大断面図である。
図１（ｂ）に示すように、着色木材１０の表面に例えば高さａの凸部模様１２ａを有する場合に、その直下の裏面に深さａの凹部模様１３ａを有している。
【００２３】
このように、着色木材１０の一方の面に例えば凸部模様１２ａを形成し、当該凸部模様１２ａに対して反転形状の凹部模様１３ａを他方の面に形成することにより、着色木材１０内の厚さを略一定（ｔｂ１＝ｔｂ２＝ｔｂ３）にすることができる。
ここで、圧縮成形前の木材の厚さをｔａ 、圧縮成形後の着色木材の厚さをｔｂとすると、圧縮率ｃは、下記の式（１）によって表せられる。
【００２４】
【数１】
ｃ（％）＝（（ｔａ −ｔｂ ）／ｔａ ）×１００ （１）
【００２５】
従って、圧縮成形後の着色木材１０内の厚さが略一定（ｔｂ１＝ｔｂ２＝ｔｂ３）であることから、圧縮率が着色木材１０内で略均一とすることができ、圧縮成形時における、割れ、剥離、繊維方向の裂けなどを抑制することができる。
【００２６】
なお、上記のように、反転形状を形成することによる圧縮率の均一化を図らなくても、割れなどの弊害が無い場合には、片面のみに凹凸模様を形成してもよい。
また、アガチス、ポプラ、カツラについては、上記のように裏面に反転形状の凹部模様を形成することによる圧縮率の均一化を図らなくても、割れなどの弊害が少ない材料である。
【００２７】
次に、上記の着色木材を形成する本実施形態の着色木材の形成装置について説明する。
【００２８】
図２（ａ）は本実施形態の着色木材の形成装置を示す概略構成図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における概略拡大断面図である。
図２に示す着色木材の形成装置は、圧力容器１と、成形プレス部（駆動手段）２と、被成形プレス部３と、制御装置２０と、コンプレッサー３０と、ボイラー４０などから構成されている。
【００２９】
圧力容器１は、高温高圧の状態に耐えられるように例えば高強度の鋼またはステンレスで製作された有底筒体からなり、その開口部には、蓋１ａが開閉可能に取り付けられている。この圧力容器１には、配管２１を通して水蒸気が内部に供給され、かつ配管２２を通して圧力容器１の内部を除圧するための排気が行われ、かつ配管２３を通して圧力容器１内に残留した水等が外部に排出される。
【００３０】
成形プレス部２は、圧力容器１の上部外側に適当な手段にて取り付け固定されたプレスシリンダー２ａと、圧力容器１の周壁を気密に貫通するピストンロッド２ｂと、ピストンロッド２ｂの先端部に取り付け固定された可動プレス板２ｃにより構成されている。
【００３１】
制御装置２０は、各種の制御を行うものであり、コンプレッサー（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ： 圧縮機）３０による空気圧により各々の弁（２１ａ、２２ａ、２３ａ）を制御する。
具体的には、水蒸気用弁２１ａを調整することにより、ボイラー４０から圧力容器１への水蒸気の供給を調整し、圧力容器１内の水蒸気圧を制御する。
また、排気用弁２２ａを調整することにより、圧力容器１内の排気を制御する。
また、ドレン用弁２３ａを調整することにより、圧力容器１内に残留した水等の排出を制御をする。
また、蓋１ａやプレスシリンダー２ａとも接続されており、扉の開閉制御やプレス制御を行う。
なお、圧力容器１中に設けられた不図示の温度計や圧力計を介して、制御装置２０により、温度、圧力をモニタ可能としている。
【００３２】
被成形プレス部３は、架台４に取り付けられた固定プレス板５に載置されている。
図３に被成形プレス部３の構成を表す斜視図を示す。
図３（ａ）に示すように、コの字型の溝を有する金枠６に、下型７、木材１０ａ、上型８、スペーサ９をセットすることにより、図３（ｂ）に示すような被成形プレス部３が構成されることになる。
スペーサ９は、着色木材１０の厚さを決定するためのもので、所望の着色木材１０の厚さに応じて適当に交換することができることとなっている。
【００３３】
本実施形態では、上型８の木材に接する面に、木材に転写するための不図示の凹凸模様を形成しており、また、下型７には模様は形成されておらず平坦となっている。
なお、着色木材１０の裏面に表面の凸部模様に対して反転形状の凹部模様を形成する場合には、下型７にも上型８に形成された凹凸模様に対して、反転形状の凹凸模様を形成してもよい。この場合には、上型８と下型７の対向面を合わせると上型の例えば凸模様が下型の例えば凹模様にはめ込まれるようになっている。
【００３４】
次に、上記の本実施形態の着色木材の形成装置を用いた着色木材の形成方法について説明する。
ここで、本発明の着色木材の形成方法には、アガチス、ポプラ、カツラのいずれかの樹種からなる気乾状態の木材を使用することが好ましい。
樹種として、アガチス、ポプラ、カツラのいずれかを使用する理由については、後述の実施例において説明する。
ここで、気乾状態とは、空気中で乾燥した場合における含水状態をいい、内部には水分を含んだ状態である。気乾状態における含水率は、木材の乾燥方法や湿度により変化するが平均して８〜１５％程度である。
気乾状態の木材を使用するのは、一般的に材料の入手が容易だからである。
なお、気乾状態の木材は、例えば天然乾燥の他、温度や湿度を制御した乾燥機による人工乾燥など、適当な方法により形成される。
【００３５】
図４は、本発明に係る着色木材の形成方法を説明するための各工程における時間−温度のグラフであり、図５は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線における概略拡大断面図を表したものであり、図５（ａ）は圧縮前の状態、図５（ｂ）は圧縮後の状態を示している。
【００３６】
まず、金枠６に、下型７、木材１０ａ、上型８、およびスペーサ９をセットして、被成形プレス部３を形成する。
【００３７】
次に、圧力容器１の開口部の蓋１ａを開いて、圧力容器１を開放し、上記の被成形プレス部３を圧力容器１の内部に搬入して、固定プレス板５の上に載置する。
【００３８】
次に、図５（ａ）に示すように、圧力容器１の蓋１ａを閉じて、圧力容器１を密封した後、圧力容器１の内部に配管２１を通して、水蒸気を供給し、５分程度（ｔ１ ）で木材の軟化温度として温度を８０℃程度（Ｔ１ ）にまで上昇させ、この水蒸気雰囲気内で被成形プレス部３を加熱する。
そして、この軟化温度Ｔ１ の状態で木材１０ａを３０分程度（ｔ２ ）加熱すると木材１０ａは水蒸気および水蒸気によって加熱された金型の熱を吸収して、軟化する。
上記の木材の水蒸気処理による軟化機構は、木材の主成分であるヘミセルロースおよびリグニンが軟化して低分子化し、かつ木材の主成分であるセルロースが水蒸気により非晶質領域において結合が切断され、結晶形態が変化するためと考えられている。
【００３９】
次に、図５（ｂ）に示すように、プレスシリンダー２により可動プレス板２ｃを降下させて、固定プレス板５上に載置された被成形プレス部３のスペーサ９を押圧し、上型８により木材に所望の模様を転写する。
なお、この時、木材１０ａを断面積比で４／５〜１／３程度に圧縮してもよい。
この木材１０ａの圧縮の程度は、スペーサ９の金枠６から突き出た高さにより、調整することができる。
【００４０】
次に、圧縮された木材１０ａをプレス状態のままで、圧力容器１内に水蒸気を供給して、２０分程度（ｔ３ ）で１８０℃程度の形状固定温度Ｔ２ にまで上昇させて、当該形状固定温度Ｔ２ で２０分程度（ｔ４ ）、水蒸気で加熱することにより、木材１０ａは、高温の水蒸気によって化学変化を起こして、プレス成形による変形が固定化され、かつ当該水蒸気処理によって、木材が濃色化されて着色木材１０となる。なお、圧力容器１内の蒸気圧を、１０ｋｇ／ｃｍ２ 程度に調整することにより、１８０℃程度の温度となる。
上記の高温高圧の水蒸気処理によって圧縮成形された木材１０ａの形状固定化の機構は、主として木材中のセルロースの結晶構造変化に起因していると考えられている。
また、上記の木材１０ａが着色する機構は、水蒸気処理によって、木材中のヘミセルロースの一部が分解され、フルフラール類が生じることによるものと考えられている。なお、水蒸気処理後の着色木材は、水蒸気処理により閉鎖していた木材の膜孔が開くため、木材中への薬剤の投入が容易になり、木材の内部まで防腐、防虫処理が容易に行え、乾燥時間も短縮できるという長所がある。
【００４１】
次に、圧力容器１の内部を配管２２を通して１分程度（ｔ５ ）間欠的に排気させて除圧し、その後、圧力容器１の開口部の蓋１ａを開いて圧力容器１を開放して、１８０分程度（ｔ６ ）だけ放置して温度を４０℃程度（Ｔ３ ）にまで下げる。なお、冷却するための時間ｔ６ を短縮するために、強制冷却（空冷、水冷）などを行ってもよい。
【００４２】
次に、被成形プレス部３を圧力容器１から取り出して、着色木材を金型から離型することにより図１に示す着色木材１０に至る。
【００４３】
上記の本実施形態の着色木材、着色木材の形成装置および形成方法によれば、木材として、アガチス、ポプラ、カツラのいずれかを使用することにより、水蒸気処理による圧縮成形後の着色木材には、美観を損ねるような色むらのない、耐光性に優れた、外観が美麗な着色木材を形成することができる。
従って、水蒸気処理による圧縮成形後に、着色塗装工程や研磨工程を有することなく、耐候性や耐久性の観点からの仕上げの上塗り塗装工程のみで、製品化することができるため、製造工程の削減による製造コストの低減を図ることができる。
また、下型７として、上型８に形成された凹凸模様に対して、反転形状の凹凸模様を有するものを使用することで、圧縮率を比較的均一にできることから、圧縮成形後の着色木材における表面あるいは内部の割れ、剥離、繊維方向の裂けなどの不利益を最小限に抑制することもでき、量産レベルにおいて、安定した品質を図れることが可能となる。
また、圧縮率を比較的均一にすることで、着色木材の物性が均質となるため、軟化・形状固定の反応機構が安定し、量産レベルでの品質が確保されることから、合理化かつ省力化を図ることができる。
さらに、圧縮率を比較的均一にすることで、着色木材の強度等の物性が均質となり、安定した品質を有する着色木材を形成することができる。
【００４４】
第２実施形態
本実施形態では、実質的には第１実施形態と同様であるが、木材がプレス時に横方向に広がり、圧縮成形後、着色木材１０の金型（上型８および下型７の他、金枠６を含む）からの離型が困難な場合もあるため、被成形プレス部３を以下に示すような構造とする。
図６（ａ）は図３（ｂ）においてＡ方向から見た被成形プレス部３の圧縮後の正面図、図６（ｂ）は図３（ｂ）においてＢ方向からみた被成形プレス部３の圧縮後の側面図である。
図６（ａ）では、圧縮後の着色木材１０の金型からの離型の困難さを考慮して、金枠６の溝に、例えば角度ｘ（例えば２度）のテーパーを設けて、かつ、金枠６の底面に開口部６ａを設けている。
これにより、上型８および下型７に挟まれた着色木材１０を、開口部６ａに挿入し、かつ下型７を押圧することが可能な高さの突起部１５ａを有する突き出し治具１５を使用して離型することができる。
具体的には、図７（ａ）に示すように、突き出し治具１５上に、突起部１５ａが開口部６ａに挿入されるようにして金枠６を設置し、突き出し治具１５に対して金枠６を降下させることで、突起部１５ａにより下型７が押され、上型８および下型７に挟まれた着色木材１０が金枠６から押し出されることになる。
その後、図７（ｂ）に示すように、上型８と下型７を離反させることにより、着色木材１０が金型から離型されることになる。
【００４５】
第３実施形態
本実施形態においても、実質的には第１実施形態と同様であるが、木材がプレス時に横方向に広がり、圧縮成形後、着色木材１０の金型（上型８および下型７の他、金枠６を含む）からの離型が困難な場合もあるため、被成形プレス部３を以下に示すような構造とする。
図８（ａ）は着色木材１０を間に有する上型８および下型７の平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の木材１０ａの平面図、図８（ｃ）は図８（ａ）においてＤ方向からみた側面図を示したものである。
図８（ａ）に示すように、あらかじめ下型７の例えば四隅にクランプ１６を設置して下型７を金枠６に固定しておき、木材１０ａも図８（ｂ）に示すように、クランプ１６が形成された下型７の形状に合わせ、かつ金型（７，８）からはみ出るように加工したものを使用して、下型７上に設置して圧縮成形を行う。
圧縮成形後、着色木材１０の金型（７，８）からはみ出した部分に力を加えて上方へ引き上げて、金枠６に固定された下型７から離型させる。その後、上型８から離型させることにより、着色木材１０が金型から離型されることになる。
【００４６】
第４実施形態
本実施形態においても、実質的には第１実施形態と同様であるが、木材がプレス時に横方向に広がり、圧縮成形後、着色木材１０の金型（上型８および下型７の他、金枠６を含む）からの離型が困難な場合もあるため、被成形プレス部３を以下に示すような構造とする。
図９は、着色木材１０を間に有する上型８および下型７の概略構成図を示したものである。
図９に示す上型８と下型７は、それぞれ開口部（８ａ、７ａ）を有している。
本実施形態では、第２実施形態と同様にして金枠６から上型８および下型７に挟まれた着色木材１０を取り出した後、開口部（８ａ、７ａ）に挿入し、かつ着色木材１０を押圧することが可能な高さの突起部１５ａを有する突き出し治具１５を使用する。
すなわち、突き出し治具１５上に、突起部１５ａ部分が開口部（８ａ、７ａ）に挿入されるようにして上型８および下型７に挟まれた着色木材１０を設置し、突き出し治具１５に対して下型７を降下させることで、突起部１５ａにより着色木材１０が押され、上型８および下型７に挟まれた着色木材１０が下型７から離型されることになる。同様にして、着色木材１０を上型からも離型することにより、着色木材１０が金型から離型されることになる。
【００４７】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本発明の着色木材の形成方法の各工程における温度、時間、圧力などの製造条件は、木材１０ａの元となる樹木の種類、木材１０ａの大きさ、木材１０ａの物理的性質（比重、含水率等）等によって、種々の条件を採用することができる。
また、圧縮成形する方向は、本実施形態において説明した方向に限定されるものではなく、種々の方向に圧縮成形することができる。
また、木材１０ａに転写する凹凸模様の形状に特に限定はなく、例えば、直線状や曲線状、格子状などを組み合わせた模様の他、記号、数字、文字など、およびこれらを組み合わせたものであってもよい。
また、片面のみに凹凸模様を形成する場合に、上型８および下型７のいずれか一方を省略することも可能である。
【００４８】
また、圧縮工程前に、予備圧縮工程を設けることも効果的である。
例えば、加熱状態で、木材に模様を転写するための圧縮方向とは異なる方向に、木材を予備圧縮した後に、本実施形態における圧縮工程を行う。
加熱状態で予備圧縮された木材は、極めて圧縮成形しやすい状態となる。
これにより、その後の圧縮成形をスムーズに行うことができ、すなわち、割れ、裂け、剥離を低減でき、安定した品質を確保することが可能となる。また、成形プレス前に予備圧縮を行うので、工程上も非常に効率的である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００４９】
【実施例】
以下に、本発明に係る着色木材の形成装置を用いて、着色木材を形成した実施例について説明する。
【００５０】
まず、板状の木材として、ペルポック、ラミン、メランティ、アガチス、ポプラ、アルダー、アユース、雲杉、ラジアータパイン、米松、ゴム、セン、ブナ、ナラ、スギ、ヒノキ、カラマツ、カツラ、ナトーの１９種類を使用して、本発明に係る着色木材の形成装置により、片面のみに凹凸模様を有する着色木材を形成した。
【００５１】
ここで、本実施例で使用した木材の物性として、全乾比重、気乾比重、含水率（％）について、算出した。
【００５２】
上記の物性値の算出方法としては、まず、各木材についての全乾状態のＴ方向長さ（ｍｍ）、Ｒ方向長さ（ｍｍ）、Ｌ方向長さ（ｍｍ）、全乾重量（ｇ）を測定し、全乾比重を算出した。
次に、各木材について気乾状態のＴ方向長さ（ｍｍ）、Ｒ方向長さ（ｍｍ）、Ｌ方向長さ（ｍｍ）、気乾重量（ｇ）を測定し、気乾比重を算出した。
ここで、Ｌ方向とは木材の繊維（Ｔｅｘｔｉｌｅ ）方向、Ｒ方向とは放射（Ｒａｄｉａｌ）方向、Ｔ方向とは接線（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ） 方向を意味する。
また、全乾状態とは、木材を１００〜１１０℃で重量変化がなくなるまで乾燥した状態で、木材中に吸収された水分がほとんどない状態をいう。
また、気乾状態とは、空気中で乾燥した状態で、内部には水分を含む状態をいう。
上記の全乾比重および気乾比重とは、全乾状態あるいは気乾状態時における重量を容積で割ったものを意味する。
【００５３】
含水率ｕ（％）は、全乾重量をＷ０ 、気乾重量をＷｕ とすると、下記の式（２）によって算出される。
【００５４】
【数２】
ｕ（％）＝（（Ｗｕ −Ｗ０ ）／Ｗ０ ）×１００ （２）
【００５５】
図１０に、全乾比重、気乾比重、気乾状態の含水率の算出結果を示す。
なお、図１０には、各木材について３つのサンプルの気乾状態と全乾状態の重量、Ｔ方向、Ｒ方向、およびＬ方向の寸法を測定し、全乾比重、気乾比重、含水率を算出した平均値を掲載してある。
【００５６】
図１０に示す気乾状態の木材を用いて、本実施形態に係る着色木材の形成装置において、上型８の凹凸模様のみを木材の片面に転写して、図１（ａ）に示すような凹凸模様を片面に有する着色木材を形成した。
ここで、圧縮成形に使用した木材は、Ｔ方向の長さが４９．０（ｍｍ）、Ｒ方向の長さが１２（ｍｍ）、Ｌ方向の長さが２８０（ｍｍ）ものを使用し、Ｒ方向に圧縮成形した（図１（ａ）参照）。
また、圧縮成形後の着色木材の長さは、Ｔ方向の長さが４９．０（ｍｍ）、Ｒ方向の長さが平坦部において６（ｍｍ）、Ｌ方向の長さが２８０（ｍｍ）であった。
また、上型８および下型７は、幅（Ｔ方向に対応）が５０（ｍｍ）、厚み（Ｒ方向に対応）が１２（ｍｍ）、長さ（Ｌ方向に対応）が３００（ｍｍ）で、材質はアルミ製のものを使用した。
また、上型８は、木材へ転写する凹凸模様が形成されているものを使用し、下型７には、凹凸模様が形成されていない平坦なものを使用した。
【００５７】
つぎに、製造条件について図４を参照して説明する。
金枠６に、下型７、各木材１０ａ、上型８、スペーサ９をセットして、被成形プレス部３を形成し、圧力容器１へ搬入後、圧力容器１の蓋１ａを閉じて、圧力容器１内に、水蒸気を供給し、時間５分（ｔ１ ）で温度を木材の軟化温度として８０℃（Ｔ１ ）にまで上昇させた。
そして、軟化工程では、この軟化温度８０℃（Ｔ１ ）の状態で木材１０ａを３０分（ｔ２ ）だけ加熱して、木材１０ａを軟化させた。
次に、形状固定の工程では、３０〜２５０ｋｇ×２の力でプレスした。
そして、木材１０ａをプレス状態のままで、圧力容器１内に水蒸気を供給して、２０分（ｔ３ ）で１７５℃（Ｔ２ ）にまで上昇させて、当該形状固定温度１７５℃（Ｔ２ ）を保ちながら、２０分（ｔ４ ）間加熱して形状固定を行った。なお、圧力容器１内の蒸気圧を、９．０ｋｇ／ｃｍ２ 程度に調整することにより、１７５℃程度の温度を維持することができる。
【００５８】
次に、形状固定後、圧力容器１の内部を配管２２を通して１分間（ｔ５ ）間欠的に排気し、その後、圧力容器１の開口部の蓋１ａを開いて圧力容器１を開放して、１８０分（ｔ６ ）だけ放置して温度を４０℃（Ｔ３ ）にまで下げた後、着色木材１０を取り出した。
【００５９】
これにより、図１１に示す各木材についての結果が得られた。
図１１において、割れは、剥離、繊維方向の裂けなども含めた、片面のみに凹凸模様を形成した場合における圧縮成形後の着色木材の表面および内部状態の評価である。
また、色むらとは、圧縮成形後の濃色した着色木材の表面状態における、色むらの評価である。
また、転写性とは、上型８の凹凸模様が、着色木材にどれだけ美麗に転写されたかの評価である。
図１１に示すように、木材の種類により、水蒸気処理後の着色状態が異なり、高温高圧水蒸気処理による圧縮成形後に、研磨および着色塗装工程が不要なものと必要なものが存在した。
【００６０】
上記の実施例により、木材として、アガチスを用いた場合には、茶色のメタリック塗装をしたような質感を有する着色木材が得られた。
また、ポプラを用いた場合には、水蒸気処理後に、ぼかし塗装をしたように、凹凸部に陰影を有する着色木材が得られた。
また、カツラを用いた場合には、水蒸気処理後に、全体的に均一な茶色の着色木材が得られた。
上記の着色木材を３１．４Ｌａｎｇｌｅｙ ／時間で２００時間、紫外線を照射する耐光試験を行ったところ、変色などの弊害は一切生じなかった。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、木質材料として、アガチス、ポプラ、カツラのいずれかを使用することにより、水蒸気処理による圧縮成形後の着色木材には、美観を損ねるような色むらのない、耐光性に優れた着色木材を形成することができる。
また、上記の材料を使用することにより、割れ、剥離、繊維方向に裂けなどの不利益の少ない良好な着色木材を形成することができる。
従って、水蒸気処理による圧縮成形後に、着色塗装工程や研磨工程を有することなく、耐候性や耐久性の観点からの仕上げの上塗り塗装工程のみで、製品化することができるため、製造工程の削減による製造コストの低減を図ることができる。
ここで、木質材料に凹凸模様を転写するプレス金型として、一方のプレス金型の凹部と、他方のプレス金型の凸部とが略重なり合う互いに反転形状の凹凸模様を有するプレス金型を使用することで、転写後の着色木材の厚さが略均一になることから、圧縮率が略均一となり、形状固定の過程において、割れ、剥離、繊維方向の裂けなどの不利益を抑制することができ、量産レベルにおいて、安定した品質を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の着色木材の１例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、着色木材の裏面に表面の凸部模様に対して反転形状の凹部模様が形成されている場合における図１（ａ）のＡ−Ａ線における概略拡大断面図である。
【図２】図２（ａ）は本実施形態の着色木材の形成装置を示す概略構成図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における概略拡大断面図である。
【図３】図３（ａ）はセット前の被成形プレス部の構成を表す斜視図、図３（ｂ）はセット後の被成形プレス部の構成を表す斜視図である。
【図４】図４は、本発明に係る着色木材の形成方法を説明するための各工程における時間−温度のグラフを示したものである。
【図５】図５は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線における概略拡大断面図の各工程における被成形プレス部の状態を表し、図５（ａ）は圧縮前の状態、図５（ｂ）は圧縮後の状態を示している。
【図６】図６は、第２実施形態を示したものであり、図６（ａ）は図３（ｂ）においてＡ方向から見た被成形プレス部の圧縮後の正面図、図６（ｂ）は図３（ｂ）においてＢ方向からみた被成形プレス部の圧縮後の側面図である。
【図７】図７は、第２実施形態における着色木材の離型方法の１例を示したものである。
【図８】図８は、第３実施形態を示したものであり、図８（ａ）は着色木材を間に有する上型および下型の平面図、図８（ｂ）は使用する木材の平面図、図８（ｃ）は図８（ａ）においてＤ方向からみた側面図を示したものである。
【図９】図９は、第４実施形態を示したものである。
【図１０】図１０は、本実施例で使用した各木材についての全乾比重、気乾比重、含水率（％）の算出結果を示したものである。
【図１１】図１１は、本実施例における圧縮成形後の着色木材の評価結果を示したものである。
【符号の説明】
１…圧力容器、１ａ…蓋、２…成形プレス部、２ａ…プレスシリンダー、２ｂ…ピストンロッド、２ｃ…可動プレス板、３…被成形プレス部、４…架台、５…固定プレス板、６…金枠、７…下型、８…上型、９…スペーサ、１０…着色木材、１０ａ…木材、１１…平坦部、１２…凸部模様、１５…突き出し治具、１５ａ…突起部、１６…クランプ、２０…制御装置、２１，２２，２３…配管、２１ａ，２２ａ，２３ａ…弁、３０…コンプレッサー、４０…ボイラー。
Claims (7)
- 木質材料へ模様を転写する型を有する第１のプレス金型と、
前記木質材料と前記第１のプレス金型を収容し、かつ、離型のための突き出し治具を挿入し得る開口部を備えた金枠と、
前記金枠との間に前記木質材料と前記第１のプレス金型を挟むスペーサと
を有する被プレス部と、
前記被プレス部を収容し、内部に所定の圧力を有する水蒸気が供給される圧力容器と、
前記圧力容器内において、前記被プレス部の前記金枠および前記スペーサをプレスするプレス部と
を有する着色木材の形成装置。 - 前記第１のプレス金型との間に前記木質材料を挟む第２のプレス金型をさらに有する
請求項１記載の着色木材の形成装置。 - 前記第１のプレス金型および前記第２のプレス金型からなる一対のプレス金型は、一方のプレス金型の凹部と、他方のプレス金型の凸部とが略重なり合う互いに反転形状の凹凸模様を有する
請求項２記載の着色木材の形成装置。 - 前記木質材料は、少なくともアガチス、ポプラ、カツラのいずれかを含む
請求項１記載の着色木材の形成装置。 - 木質材料を水蒸気雰囲気内で加熱して軟化させる工程と、
前記木質材料を加熱状態として当該木質材料の凸部模様を形成するための圧縮方向とは異なる方向に圧縮する予備圧縮工程と、
前記木質材料を圧縮して、当該木質材料の少なくとも一方の面に凸部模様を形成する工程と、
前記木質材料を圧縮状態のままで所定の圧力に設定された水蒸気雰囲気内で硬化させて形状固定し、かつ当該木質材料表面を濃色化する工程と
を有する着色木材の形成方法。 - 前記凸部模様を形成する工程において、前記木質材料の両面に凹凸模様を形成し、
凸部模様が形成された面に対向する他方の面において、反転形状の凹部模様を有し、厚さがその内部において略均一な着色木材を形成する
請求項５記載の着色木材の形成方法。 - 前記木質材料として、少なくともアガチス、ポプラ、カツラのいずれかを含む木質材料を用いる
請求項５記載の着色木材の形成方法。
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