(57)【要約】【課題】連続的に短時間で木材表面にくっきりした凹凸模様を、木材の割れや歪みなどが発生せずに形成することのできる木材の模様形成方法と、この模様形成方法によって模様が付与された木材を提供すること。【解決手段】加熱水蒸気２により軟化させた木材１の表面に、回転するエンボスロール３の外周面４に有する成形面５を接触させ、成形面に形成された模様パターンに対応する凹凸模様７を木材表面に圧縮成形する際に、エンボスロールの温度を２００〜４００℃とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱水蒸気により軟化させた木材の表面に、回転するエンボスロールの外周面に有する成形面を接触させ、成形面に形成された模様パターンに対応する凹凸模様を木材表面に圧縮成形し、この圧縮成形を連続的に行う木材の模様形成方法であって、圧縮成形時のエンボスロールの温度を２００〜４００℃とすることを特徴とする木材の模様形成方法。
【請求項２】
圧縮成形後の木材の含水率を１０％以下にすることを特徴とする請求項１に記載の木材の模様形成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載された木材の模様形成方法によって表面に凹凸模様が形成されたことを特徴とする模様が付与された木材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木材に凹凸模様を形成し、意匠性を向上させる木材の模様形成方法と、この模様形成方法によって模様が付与された木材に関する。
【背景技術】
【０００２】
意匠性に優れた木目模様を有する突き板や単板などが、木質の床材、壁材などの木質建材の表面材に利用されている。このような突き板や単板などには、木目の美しいナラ、ブナ、カバなどの木材が広く用いられている。
【０００３】
そして、木材の意匠性を高める技術として、従来、表面を研磨し、部位による硬さの違いを利用して表面に凹凸を形成する浮造りという手法が知られている。
【０００４】
一方、成形型を用いて木材を圧締し、木材表面に凹凸模様を形成することが可能である。比重が低く、軟らかい樹種の木材には、１．０ｍｍ程度の深さの凹凸模様を表面に容易に形成することができる。このような成形型を用いた圧縮成形による木材表面の模様形成に関して、圧縮状態に置いた木材を高温の水蒸気下に加熱することによって、セルロースの結晶構造の変化に起因して木材が硬化し、形状が固定することが知られている（特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、木材表面の模様形成をバッチ処理で行っているため、圧縮成形に要する時間が長時間となり、大量生産に向かないという生産性の面での問題がある。また、木材のサイズが大きい場合には大判の模様型が必要であり、模様型には、木材表面に形成する凹凸模様に対応して各種のものが必要とされるため、高額な投資が必要であり、経済性の面でも問題がある。
【０００６】
これに対し、特許文献２、３には、木材の圧縮成形を連続的に行う技術が記載され、特に特許文献３には、圧縮成形をロールプレスによって行う技術が記載されている。
【０００７】
しかしながら、両特許文献に記載された技術は、木材の高密度・高強度化などの物性向上のために、圧縮された状態で形状を固定するものであり、この技術が木材表面の模様形成に適用可能であるかどうかは、いずれの特許文献にも記載されてなく、また、予測不可能である。
【０００８】
一般には、ロールプレスなどによる圧締は、高い圧力が木材に加わり、部分的に高比重にまで圧縮可能であるが、木材は可塑性が低いため、深い凹凸模様を木材表面に形成することは難しいと考えられる。また、深い凹凸模様を形成しようとすると、木材の座屈が起こり、割れや歪みなどが発生する危険性が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−４６１０６号公報
【特許文献２】特許第３５１０６９９号公報
【特許文献３】特許第４１２２４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、連続的に短時間で木材表面にくっきりした凹凸模様を、木材の割れや歪みなどが発生せずに形成することのできる木材の模様形成方法と、この模様形成方法によって模様が付与された木材を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の特徴を有している。
【００１２】
第１の発明は、加熱水蒸気により軟化させた木材の表面に、回転するエンボスロールの外周面に有する成形面を接触させ、成形面に形成された模様パターンに対応する凹凸模様を木材表面に圧縮成形し、この圧縮成形を連続的に行う木材の模様形成方法であって、圧縮成形時のエンボスロールの温度を２００〜４００℃とすることを特徴としている。
【００１３】
第２の発明は、木材の模様形成方法に関し、上記第１の発明の特徴において、圧縮成形後の木材の含水率を１０％以下にすることを特徴としている。
【００１４】
第３の発明は、木材に関し、上記第１または第２の特徴を有する木材の模様形成方法によって、表面に凹凸模様が形成されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
上記第１および第３の発明によれば、木材の圧縮成形に先立ち、木材を加熱水蒸気により軟化させるため、木材に可塑性を付与することができ、木材表面に深いくっきりとした凹凸模様を圧縮成形により形成することが可能である。また、圧縮成形に用いる模様型として、模様パターンが形成された成形面を外周面に有するエンボスロールを用いるため、凹凸模様の凹部が形成される箇所の木材表面に圧力が加わりやすくなり、凹部は十分深くなり、立体的な凹凸模様が木材表面に形成される。しかも、木材表面の模様形成を連続的に行うことができ、模様形成のために要する時間が短縮化される。そして、圧縮成形時のエンボスロールの温度を２００〜４００℃とするため、成形面に接触する木材は部分的に流動し、エンボスロールの成形面に形成された模様パターンに対応した凹凸模様が木材表面に形成しやすくなる。その結果、深いくっきりとした凹凸模様を、木材の割れや歪みなどが発生せずに、木材表面に形成することができる。また、高温のエンボスロールとの接触により木材を乾燥させながら、凹凸模様の固定が可能となる。
【００１６】
上記第２および第３の発明によれば、上記効果に加え、圧縮成形後の木材の含水率を１０％以下にすることによって、凹凸模様が表面に形成された木材の反りや歪みなどを小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の木材の模様形成方法の第１実施形態を示した工程図である。
【図２】本発明の木材の模様形成方法の第２実施形態を示した工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の木材の模様形成方法では、あらかじめ加熱水蒸気により木材を軟化させ、軟化した木材の表面に、回転するエンボスロールの外周面に有する成形面を接触させ、成形面に形成された模様パターンに対応する凹凸模様を木材表面に圧縮成形する。そして、圧縮成形時のエンボスロールの温度を２００〜４００℃の高温とする。
【００１９】
模様形成の対象とする木材は、樹種について特に制限はなく、たとえば、ポプラ、ブナ、シナノキ、キリ、ラワン、メランチ、ファルカルタ、ユーカリ、ゴム、アガチスなどとすることができる。圧縮成形する際の木材の形態は、たとえば、ロータリー単板、スライス単板や突き板、これらを積層し、複合化した合板、または基材の表面にそれら単板または合板を貼った木質板材などで、厚さ０．２ｍｍ〜３０ｍｍ程度のものが例示される。木質板材に使用される基材については、木質単板、木質単板を積層し、複合化した合板、ＬＶＬ（Laminated Veneer Lumber）材などが例示され、さらに、ＭＤＦ（Medium Density Fiberboard中密度繊維板）、パーティクルボードなどのボード類も例示される。
【００２０】
模様形成のための圧縮成形に先立つ木材の軟化処理は、１００℃以上の高温に加熱された加熱水蒸気を用いて行われ、たとえば、加熱水蒸気を木材表面に向けて噴射し、接触させることによって行うことができる。加熱水蒸気の噴射は、木材を密閉した容器の中に入れて行っても、密閉せずに行ってもよく、いずれの場合にも、蒸気圧を０．５ＭＰａ以上として行うことができる。噴射時間は数秒から１分程度を目安とすることができ、木材の樹種、性質などによって異なるが、一般に、加熱水蒸気との接触によって、木材の表面温度が１５０℃以上で、含水率が５０％以上となるようにすることが、木材の軟化のために好ましい。木材は、水分の存在下で１５０℃以上の高温に加熱されると、木材の主成分であるヘミセルロースが熱分解し始め、また、リグニンが可塑化するため、可塑化し、変形しやすくなる。この状態において木材に圧力を加えると、木材は大きく変形する。
【００２１】
軟化した木材は、流動しやすくなり、引き続いて行われるエンボスロールを模様型とする圧縮成形時に、木材が部分的に流動し、エンボスロールの外周面に有する成形面に形成された模様パターンに木材表面が追随して変形し、所望の凹凸模様が木材表面に形成されやすくなる。
【００２２】
圧縮変形は、模様パターンが形成された成形面を外周面に有するエンボスロールを用いて行われる。エンボスロールの材質としては、樹脂または金属などが例示されるが、圧縮成形時のエンボスロールは２００〜４００℃の高温にするため、エンボスロールには、スチール製などの金属製のものが好ましい。エンボスロールの成形面に形成する模様パターンは、木材表面に形成する凹凸模様を、彫りの深い、くっきりと明瞭なものとし、立体的にするために、最大深さが５．０ｍｍ程度までのものとすることが好ましい。
【００２３】
このようなエンボスロールによって、凹凸模様の凹部が形成される箇所の木材表面に圧力が加わりやすくなり、凹部は十分深くなり、立体的な凹凸模様が木材表面に形成可能となる。そして、圧縮成形時のエンボスロールの温度を２００〜４００℃とするため、エンボスロールの成形面に接触する木材は、あらかじめ軟化していることから、部分的に流動し、成形面に形成された模様パターンに対応した凹凸模様が木材表面に形成する。深いくっきりとした凹凸模様が、木材の割れや歪みなどが発生せずに、木材表面に形成される。エンボスロールの温度が２００℃より低いと、軟化した木材であっても流動しにくく、凹凸模様の形成には適さず、また、４００℃より高いと、木材表面の炭化が生じ始め、品質の低下をきたす。
【００２４】
また、圧縮成形時のエンボスロールの温度を２００〜４００℃にすることは、凹凸模様の形成に有効であるばかりでなく、高温のエンボスロールとの接触により、軟化処理によって水分を含んだ木材を乾燥させることができ、しかも、凹凸模様の固定が可能となるという利点もある。
【００２５】
一般に、密閉下で、高温の水蒸気によって軟化させるとともに、木材表面に模様形成する場合には、開放後、木材は、含水率が高いため、乾燥にともない大きく変形する。このような変形を抑制するために、開放せずに模様型によって圧締したままの状態で冷却する必要がある。
【００２６】
本発明の木材の模様形成方法は、２００〜４００℃のエンボスロールによって軟化した木材の表面に模様形成を行うため、木材の乾燥と凹凸模様の固定が圧縮変形時に同時に行われる。したがって、冷却は不要であり、また、バッチ処理も解消され、木材表面の模様形成を連続的に行うことができ、模様形成のために要する時間が短縮化される。
【００２７】
なお、圧縮成形後の木材の含水率を１０％以下にすることによって、凹凸模様が表面に形成された木材の反りや歪みなどを小さく抑えることができる。
【００２８】
また、エンボスロールによる圧縮成形は、木材の表面に対してばかりでなく、表裏両面に対して行うことも可能である。
【００２９】
圧縮成形の際に木材に加える圧力は、形成しようとする凹凸模様の深さ、木材の密度などによって適宜設定することができる。一般には、１５〜１５０ｋｇ/ｃｍの範囲の線圧が例示される。これは、線圧が１５０ｋｇ/ｃｍを超えると、木材に座屈破壊が生じやすくなるからである。
【００３０】
また、木材の送りスピードとしては、エンボスロールとの接触時間、圧力の大きさなどを勘案し、０．５〜２０ｍ/分の範囲に設定することが好ましい。
【００３１】
図１に、本発明の木材の模様形成方法の第１実施形態を示しているが、本実施形態では、木材１の表面に加熱水蒸気２を噴射して接触させ、木材１の表面を加熱するとともに、木材１の含水率を高くし、軟化させる。自動ラインなどによって木材１を、図１図中の矢印方向に搬送させながら、加熱水蒸気２の下方を通過させることができる。
【００３２】
軟化処理後、木材１が冷却されない内に、たとえば軟化処理直後などに、エンボスロール３を用いた木材１の圧縮成形を行う。エンボスロール３は、外周面４に成形面５を有し、成形面５には、木材１の表面に形成する所望の凹凸模様に対応する模様パターンが、一定またはランダムなものとして形成されている。エンボスロール３に対向して下側に木材１を裏面側から支持するバックアップロール６が設けられている。木材１は、エンボスロール３とバックアップロール６の間に供給され、図１図中の矢印方向に搬送される。エンボスロール３は、２００〜４００℃に昇温されている。一方、バックアップロール６は、昇温されず、室温などのほぼ常温とされている。
【００３３】
木材１は、回転するエンボスロール３の下側を通過する際に、エンボスロール３の成形面５により表面が圧縮され、成形面５に形成された模様パターンが転写される。圧縮成形後の木材１の表面には、エンボスロール３の成形面５に形成された模様パターンに対応する凹凸模様７が形成される。
【００３４】
図２に示した第２実施形態は、木材１の表裏両面に凹凸模様７を形成する点において図１に示した第１実施形態と相違している。図２において図１に示した第１実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３５】
第２実施形態では、木材１の軟化処理を表裏両面に行っている。木材１の表裏両面に加熱水蒸気２を噴射し、接触させている。また、木材１の表面の模様形成を行うエンボスロール３ａに対向して下側に、木材１の裏面の模様形成を行うエンボスロール３ｂを設けている。エンボスロール３ａとエンボスロール３ｂでは、それぞれの外周面４ａ、４ｂに有する成形面５ａ、５ｂに形成された模様パターンの凹凸が逆となっている。つまり、成形面５ａの模様パターンにおける凸部には、成形面５ｂの模様パターンの凹部が対応し、成形面５ａの模様パターンにおける凹部には、成形面５ｂの模様パターンの凸部が対応している。
【００３６】
このようなエンボスロール３ａ、３ｂを用いた圧縮成形によって、木材１には、図２に示したような凹凸模様７が表裏面に形成される。
【実施例】
【００３７】
以下の実施例１、２は、図１に示した第１実施形態にしたがって木材の表面に凹凸模様を形成したものである。実施例３は、図２に示した第２実施形態にしたがって木材の表面に凹凸模様を形成した。
（実施例１）
キリの挽き板（１０ｍｍ厚）の表面に、蒸気圧が１ＭＰａの加熱水蒸気を、１ｍｍφ径の噴射口が複数形成されたプレートから５秒間噴射した。この後、２００℃に昇温した、最大深さが２．０ｍｍの木目調の模様パターンが形成された成形面を外周面に有するエンボスロール（φ２００ｍｍ）と、昇温していないバックアップロールの間に、キリの挽き板を供給した。そして、圧力６７ｋｇ/ｃｍ、送り速度１２ｍ/分の条件で圧縮成形した。圧縮成形後、最大深さが２．０ｍｍの木目調の凹凸模様が表面に形成された木質板が得られた。
【００３８】
得られた木質板について、表面硬さをブリネル硬さ試験（ＪＩＳ  Ｚ２１０１）により評価するとともに、寸法変化を、２０℃、６５％ＲＨから４０℃、９０％ＲＨの各平衡条件までの吸湿試験により、厚み方向の寸法変化率を測定し、評価した。結果は、表１に示したとおりである。
（実施例２）
５プライのポプラ合板（１２ｍｍ厚）の表面に、蒸気圧が０．６ＭＰａの加熱水蒸気を、１ｍｍφ径の噴射口が複数形成されたプレートから１０秒間噴射した。この後、３００℃に昇温した、最大深さが３．２ｍｍの木目調の模様パターンが形成された成形面を外周面に有するエンボスロール（φ２００ｍｍ）と、昇温していないバックアップロールの間に、ポプラ合板を供給した。そして、圧力３３ｋｇ/ｃｍ、送り速度１ｍ/分の条件で圧縮成形した。圧縮成形後、最大深さが３．１ｍｍの木目調の凹凸模様が表面に形成された木質板が得られた。
【００３９】
得られた木質板について、実施例１と同様に、表面硬さを評価するとともに、寸法変化率の測定を行い、寸法変化を評価した。結果は、表１に示したとおりである。
（実施例３）
厚さ２．０ｍｍのブナのスライス単板の両面に、蒸気圧が０．６ＭＰａの加熱水蒸気を、１ｍｍφ径の噴射口が複数形成されたプレートから１５秒間噴射した。この後、上下に対向して設けられたエンボスロール（φ２００ｍｍ）の間にスライス単板を供給した。上下のエンボスロールは、ともに、３００℃に昇温され、成形面には最大深さが５．０ｍｍの抽象的な模様パターンが形成されたものとした。また、上下のエンボスロールでは、各々の成形面に形成された模様パターンを、凹凸を逆にして配置した。そして、圧力３３ｋｇ/ｃｍ、送り速度０．５ｍ/分の条件で圧縮成形した。圧縮成形後、最大深さが４．７ｍｍの波型の凹凸模様が表面に形成された木質板が得られた。
【００４０】
得られた木質板について、実施例１と同様に、表面硬さを評価するとともに、寸法変化率の測定を行い、寸法変化を評価した。結果は、表１に示したとおりである。
（比較例１）
５プライのポプラ合板（１２ｍｍ厚）を、軟化処理を行わずに、２００℃に昇温した、最大深さが２．０ｍｍの木目調の模様パターンが形成された成形面を外周面に有するエンボスロール（φ２００ｍｍ）と、昇温していないバックアップロールの間に供給した。そして、圧力６７ｋｇ/ｃｍ、送り速度１ｍ/分の条件で圧縮した。圧縮成形後、木目調の凹凸模様が表面に形成された木質板が得られたが、凹凸模様の最大深さは１．０ｍｍにとどまった。
【００４１】
得られた木質板について、実施例１と同様に、表面硬さを評価するとともに、寸法変化率の測定を行い、寸法変化を評価した。結果は、表１に示したとおりである。
（比較例２）
軟化処理および圧縮処理を行わない、表面に凹凸模様を形成していない、未処理の５プライのポプラ合板（１２ｍｍ厚）について、実施例１と同様に、表面硬さを評価するとともに、寸法変化率の測定を行い、寸法変化を評価した。結果は、表１に示したとおりである。
【００４２】
【表１】
2010173113.tif 000003
【００４３】
表１から明らかなように、エンボスロールの成形面の模様パターンと木質板表面（表裏面）に形成された凹凸模様の深さの比較として示した模様形成割合は、実施例１−３では９４％以上であり、深い凹凸模様の形成が確認される。
【００４４】
木質板の物性評価では、未処理材（比較例２）との比較から、圧縮成形した木質板の表面のブリネル硬さが、１．５〜２倍程度向上することが確認される。また、寸法変化については、エンボスロールの温度を３００℃にして圧縮成形を行うと、２００℃の場合に比べて寸法安定性が高くなるという知見が得られる。
【符号の説明】
【００４５】
１  木材
２  加熱水蒸気
３、３ａ、３ｂ  エンボスロール
４、４ａ、４ｂ  外周面
５、５ａ、５ｂ  成形面
７  凹凸模様
【図１】
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【図２】
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