JP5097604B2 - 木材の成形方法 - Google Patents

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）。

特許第３０７８４５２号公報 特開平１１−７７６１９号公報

しかしながら、上記従来技術では、圧縮成形後の木材の表面に微小な亀裂が生じることがあった。このような亀裂の中には、適切な補修を行えば強度的にも美観的にも問題が生じるおそれのないレベルの亀裂があるにもかかわらず、現状では亀裂が入った木材を全て破棄しているため、成形品の歩留まりを向上させる上での障害となっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、成形品の歩留まりを向上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、前記圧縮工程で圧縮力が加えられた前記木材を乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥工程で乾燥させられた前記木材の表面に生じている亀裂に接着剤を注入する接着剤注入工程と、前記接着剤注入工程で接着剤が注入された前記木材を大気中で一対の整形用金型によって挟持することによって所定の形状に整形する整形工程と、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、前記接着剤は、澱粉系または蛋白系の天然接着剤であ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、澱粉系の天然接着剤であ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、前記整形工程は、前記一対の整形用金型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。

本発明に係る木材の成形方法によれば、成形対象の木材を圧縮して乾燥させた後、その木材の表面に生じている亀裂に接着剤を注入し、接着剤を注入した木材を一対の整形用金型によって挟持して整形するため、微小な亀裂や木目から木材が剥離することによって生じた亀裂などの場合には亀裂が修復され、強度的にも美観的にも問題のない品質の成形品を得ることができる。したがって、成形品の歩留まりを向上させることができる。

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Ｓ１で形取る木材は、板目材や木口材などでもよい。

続いて、ステップＳ１で形取った木材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Ｓ２）。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Ｓ２で軟化させた木材を圧縮する（ステップＳ３）。このステップＳ３では、ステップＳ２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３は、ステップＳ３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、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。

圧縮工程の際に木材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、圧縮工程の際に木材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５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５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Ｓ３では、図５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Ｓ３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Ｓ４）。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Ｓ５）。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Ｓ５の乾燥工程まで終了した木材２を「木材３」と称する。

図６は、木材３の構成を示す斜視図である。同図に示す木材３は、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３ａおよび側板部３ｂ、３ｃを備える。木材３には、側板部３ｂの湾曲部分に長手方向に沿って亀裂Ｃ１が生じている。また、木材３には、側板部３ｃの湾曲部分の木目Ｇと木質部分の一部との間に亀裂Ｃ２が生じている。このように、圧縮して乾燥させた後の木材３に亀裂が生じている場合（ステップＳ６，Ｙｅｓ）、その亀裂に接着剤ｇｌを注入する（ステップＳ７）。図７は、ステップＳ７の接着剤注入工程の概要を示す図である。図７において、接着剤ｇｌはスポイト６１を用いて亀裂Ｃ１、Ｃ２へ注入される。

ステップＳ７で使用する接着剤ｇｌは澱粉系または蛋白系の天然接着剤であれば好ましく、澱粉系の天然接着剤であればより好ましい。ここで、澱粉系の天然接着剤とは、例えば続飯（そくい）、正麩（しょうふ）などの植物由来の接着剤をいう。また、蛋白系の天然接着剤とは、膠（にかわ）やカゼインなどの動物性蛋白質または大豆蛋白などの植物性蛋白質を主成分とする接着剤をいう。また、亀裂は微小な幅しか有していない場合が多いので、そのような場合にも対応できるように、接着剤ｇｌとして天然接着剤を水で希釈したものを適用することが望ましい。これにより、図７に示す亀裂Ｃ１、Ｃ２のように微小な亀裂であっても、毛細管現象によってその亀裂内部に接着剤ｇｌを充填させることができる。

圧縮して乾燥させた後の木材３に亀裂が生じていない場合（ステップＳ６，Ｎｏ）には、接着剤ｇｌを注入することなく、後述するステップＳ８に進む。

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Ｓ８）。図８は、ステップＳ８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。一方、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。金型２１、２２の内部には、熱を発生するヒータ３１、３２がそれぞれ取り付けられている。ヒータ３１、３２は、温度制御機能を有する制御装置３３に接続されており、制御装置３３の制御のもとで発熱し、金型２１、２２にそれぞれ熱を加える。

制御装置３３は、木材３を挟持している時の金型２１、２２の温度が略一定（例えば１８０〜２００℃程度の高温）となるようにヒータ３１、３２をそれぞれ制御する。ヒータ３１、３２によってそれぞれ加熱された金型２１、２２が木材３の表面に当接すると、木材３の内部にある樹液の一部が木材３の表面に染み出してきてその表面に深い色合いとつやが生じる。

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Ｓ８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Ｓ８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、２２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。

図９は、ステップＳ８の加熱整形工程を経た後の木材３の構成を示す図である。木材３に生じていた亀裂Ｃ１、Ｃ２は、加熱整形工程の際に若干の圧縮力を受けることにより、接着剤ｇｌを介して貼り合わされる。この結果、図９においては、亀裂Ｃ１が線状の筋となる一方、亀裂Ｃ２は消滅している。このようにして木材３が修復されることにより、亀裂部分の強度的な問題は解消される。また、亀裂Ｃ１の痕跡である線状の筋は、細かい木目Ｇとほとんど区別がつかないため、美観的に問題となることはない。

以上説明したステップＳ８の後、木材３の最終形状への仕上げを行う（ステップＳ９）。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１０は、以上説明した木材の成形方法によって成形した木材の一例である電子機器用外装体の構成を示す図である。同図に示す電子機器用外装体１００は、二つのカバー部材４、５が組み合わさって成る。カバー部材４、５は仕上げ工程が終了した木材３を用いてそれぞれ形成され、全体として一つの筐体をなしている。

電子機器用外装体１００は、図１１に示すようにデジタルカメラ１０１を外装する。デジタルカメラ１０１の前面側（被写体と対向する側）を外装するカバー部材４は、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１０１の撮像部１０２を表出する円筒形状の開口部４１と、デジタルカメラ１０１のフラッシュ１０３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、半円筒形状の切り欠き４３を有する。

デジタルカメラ１０１の背面側（撮影者と対向する側）を外装するカバー部材５は、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５ａ、および側板部５ｂ、５ｃを備える。主板部５ａは、液晶、プラズマまたは有機ＥＬ等を用いて実現されるデジタルカメラ１０１の表示部を表出する直方体形状の開口部５１を有する。側板部５ｂは、半円筒形状の切り欠き５２を有する。この切り欠き５２は、カバー部材４の切り欠き４３と組み合わさってデジタルカメラ１０１のシャッターボタン１０４を表出する開口部４５１をなす。

カバー部材４，５の肉厚は互いに等しく、１.６〜２.０ｍｍ程度であれば好ましい。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、成形対象の木材を圧縮して乾燥させた後、その木材の表面に生じている亀裂に接着剤を注入し、接着剤を注入した木材を一対の整形用金型によって挟持して整形するため、微小な亀裂や木目から木材が剥離することによって生じた亀裂などの場合には亀裂が修復され、強度的にも美観的にも問題のない品質の成形品を得ることができる。したがって、成形品の歩留まりを向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、接着剤として植物由来の澱粉系の天然接着剤を適用するため、接着剤を木材と同化させやすい。さらに、成形品を分別することなく廃棄しても環境汚染の問題がなく、かつ焼却によっても有害なガスが発生しないため、環境にやさしい成形品を提供することができる。

また、本実施の形態によれば、整形を行う際に木材を一対の整形用金型によって加熱するため、接着剤に含まれる水分が蒸発し、接着力を向上させることができる。

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、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圧縮工程の概要を示す図である。 図３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乾燥工程まで終了した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接着剤注入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の加熱整形工程まで終了した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によって形成された電子機器用外装体の構成を示す図である。 図１０の電子機器用外装体が外装す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、３ａ、４ａ、５ａ 主板部
２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ、４ｂ、４ｃ、５ｂ、５ｃ 側板部
４、５ カバー部材
１１、１２、２１、２２ 金型
３１、３２ ヒータ
３３ 制御装置
４１、４２、５１、４５１ 開口部
４３、５２ 切り欠き
６１ スポイト
１００ 電子機器用外装体
１０１ デジタルカメラ
１０２ 撮像部
１０３ フラッシュ
１０４ シャッターボタン
１１１、２１１ 凹部
１２１、２２１ 凸部
Ｃ１、Ｃ２ 亀裂
Ｇ 木目
ｇｌ 接着剤

Claims (4)

1. 原木から形取っ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前記木材を変形させる圧縮工程と、
   前記圧縮工程で圧縮力が加えられた前記木材の形状を保持したまま前記圧縮工程よりも高温下で前記木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が固定化された前記木材を乾燥させる乾燥工程と、
   前記乾燥工程で乾燥させられた前記木材の表面に生じている亀裂に接着剤を注入する接着剤注入工程と、
   前記接着剤注入工程で接着剤が注入された前記木材を大気中で一対の整形用金型によって挟持することによって所定の形状に整形する整形工程と、
   を有することを特徴とする木材の成形方法。
2. 前記接着剤は、澱粉系または蛋白系の天然接着剤であることを特徴とする請求項１記載の木材の成形方法。
3. 前記接着剤は、澱粉系の天然接着剤であることを特徴とする請求項２記載の木材の成形方法。
4. 前記整形工程は、
   前記一対の整形用金型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１〜３のいずれか一項記載の木材の成形方法。

Images