(57)【要約】【課題】原木から形取った木材が節を有していても成形することが可能な木材の成形方法を提供する。【解決手段】一対の金型の間の所定位置に木材を配置した状態でその木材が一対の金型の相対的な移動方向と略直交する繊維方向を有するように原木から木材を形取る形取工程と、形取工程で形取った木材に繊維方向と交差する繊維方向を有する節が存在する場合に該節の一部を切削する切削工程と、切削工程で節の一部を切削した木材を大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で一対の金型の間の所定位置に配置し、この配置した木材を一対の金型によって挟持して圧縮力を加える圧縮工程と、を有する。【選択図】        図１
2010042529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の金型を用いて木材に圧縮力を加えることによって前記木材を成形する木材の成形方法であって、
前記一対の金型の間の所定位置に前記木材を配置した状態で前記木材が前記一対の金型の相対的な移動方向と略直交する繊維方向を有するように原木から前記木材を形取る形取工程と、
前記形取工程で形取った前記木材に前記繊維方向と交差する繊維方向を有する節が存在する場合に該節の一部を切削する切削工程と、
前記切削工程で前記節の一部を切削した前記木材を大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で前記一対の金型の間の前記所定位置に配置し、この配置した前記木材を前記一対の金型によって挟持して圧縮力を加える圧縮工程と、
を有することを特徴とする木材の成形方法。
【請求項２】
前記切削工程は、
前記節の部分の厚さを該節の周囲の部分における圧縮後の厚さ以下とすることを特徴とする請求項１記載の木材の成形方法。
【請求項３】
前記一対の金型のうち少なくとも一方の金型は、前記木材と当接する表面に弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の木材の成形方法。
【請求項４】
前記一対の金型の一方の金型が凸部を有するとともに、他方の金型が前記凸部と対応した形状をなす凹部を有し、
前記弾性部材は前記凹部に設けられていることを特徴とする請求項３記載の木材の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原木から形取った木材を所定の形状に圧縮成形する木材の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
【特許文献１】特許第３０７８４５２号公報
【特許文献２】特開平１１−７７６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術では、成形対象の木材に節が存在している場合、節の部分は硬度が高い上、圧縮力を加えることによって座屈等の不具合を発生してしまうことがあるため、形取りを行った時点で廃材とせざるを得なかった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、原木から形取った木材が節を有していても成形することが可能な木材の成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、一対の金型を用いて木材に圧縮力を加えることによって前記木材を成形する木材の成形方法であって、前記一対の金型の間の所定位置に前記木材を配置した状態で前記木材が前記一対の金型の相対的な移動方向と略直交する繊維方向を有するように原木から前記木材を形取る形取工程と、前記形取工程で形取った前記木材に前記繊維方向と交差する繊維方向を有する節が存在する場合に該節の一部を切削する切削工程と、前記切削工程で前記節の一部を切削した前記木材を大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で前記一対の金型の間の前記所定位置に配置し、この配置した前記木材を前記一対の金型によって挟持して圧縮力を加える圧縮工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る木材の成形方法は、上記発明において、前記切削工程は、前記節の部分の厚さを該節の周囲の部分における圧縮後の厚さ以下とすることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る木材の成形方法は、上記発明において、前記一対の金型のうち少なくとも一方の金型は、前記木材と当接する表面に弾性部材が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る木材の成形方法は、上記発明において、前記一対の金型の一方の金型が凸部を有するとともに、他方の金型が前記凸部と対応した形状をなす凹部を有し、前記弾性部材は前記凹部に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一対の金型の間の所定位置に配置した状態で一対の金型の相対的な移動方向と略直交する繊維方向を有するように原木から形取った木材に木材本体の繊維方向と交差する繊維方向を有する節が存在している場合、節の部分を切削してから圧縮を行うため、節の部分に本体と同じ圧縮力を加えないで済む。したがって、原木から形取った木材が節を有していても成形することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。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とともに形取った木材の構成を示す図である。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。
【００１４】
図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。図２および図３に示す木材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を原木１から形取る際には、後述する木材２の圧縮工程（ステップＳ５）で使用する一対の金型（金型１１、１２）の間に木材２を配置した状態で、木材２が一対の金型の相対的な移動方向と略直交する繊維方向Ｌ１を有するように形取りを行う。この点については、圧縮工程の説明を行う際に再度言及する。木材２には、主板部２ａの厚さ方向へ貫通する節Ｋが存在している。この節Ｋの繊維方向Ｌ２は、その周囲の部分の繊維方向Ｌ１と交差している。なお、図３では、この節Ｋの繊維方向Ｌ２が、その周囲の部分の繊維方向Ｌ１と略直交している場合を例示してある。
【００１５】
以上のように形取られた木材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、形取工程で形取る木材は、板目材や木口材などでもよい。
【００１６】
続いて、木材２に本体の繊維方向Ｌ１と交差する繊維方向Ｌ２を有する節が存在する場合（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、節Ｋの部分を切削することによって節Ｋの部分の厚さを薄くする（ステップＳ３）。図４は、切削工程後の木材２の構成を示す図であり、図３と同じ切断面における断面図である。図４において、節Ｋの部分は、主板部２ａのくぼんだ側から切削されて薄肉化している。このように木材２の一方の面のみから切削した方が、厚さの調整を行いやすい。
【００１７】
ところで、切削後の節Ｋの部分の厚さ（肉厚）は、圧縮後の節Ｋの周囲の部分の厚さ以下であればより好ましい。このように節Ｋの部分の厚さを調整することにより、後述する圧縮工程において節Ｋの部分には厚さ方向の圧縮力がほとんど加わらなくなる。したがって、節Ｋの部分に座屈等の不具合が発生するのを防止することができる。以下の説明では、切削工程において、節Ｋの部分の厚さを圧縮後の節Ｋの周囲の部分の厚さまで切削したものとする。
【００１８】
木材２に本体の繊維方向と交差する繊維方向を有する節が存在しない場合（ステップＳ２，Ｎｏ）、後述するステップＳ４へ進む。
【００１９】
ステップＳ４では、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て水分を過剰に吸収させることにより、木材２を軟化させる（ステップＳ４）。水蒸気は、温度が１００〜２３０℃程度であり、圧力が０.１〜３.０ＭＰａ（メガパスカル）程度である。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、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２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を煮沸して軟化させてもよい。
【００２０】
この後、軟化させた木材２を圧縮する（ステップＳ５）。この圧縮工程では、軟化工程と同じ水蒸気雰囲気中で一対の金型によって木材２を挟持して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。
【００２１】
図５は、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６は、図５のＢ−Ｂ線断面図であり、木材２に関しては図３と同じ断面を示している。図５および図６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。なお、上記ステップＳ１でも説明したように、木材２は、金型１１、１２の間に設置した状態で、木材２の本体の繊維方向Ｌ１が金型１１、１２の相対的な移動方向（図５および図６の上下方向）と略直交するように形取られている。
【００２２】
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平滑面状の凹部１１１を備えたキャビティ金型である。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。
【００２３】
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平滑面状の凸部１２１を備えたコア金型である。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。
【００２４】
金型１１、１２は、木材２を挟持した後、型締め用の装置（図示せず）によって型締めされる。図７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が金型１１と金型１２との隙間に相当する３次元形状に変形した状態を示す図である。図７に示す状態に達すると、木材２の肉厚は節Ｋの部分とそれ以外の部分とで等しくなる。圧縮工程では、図７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。
【００２５】
上述したように、金型１１、１２を型締めしてから図７に示す状態に達するまでの間、節Ｋの部分は厚さ方向への圧縮力をほとんど受けないが、木材２が変形する際に節Ｋの下方に木材２の本体が回り込むことによって厚さ方向にわずかな圧縮力を受けることもある。ただし、このような場合に受ける圧縮力はきわめて小さいため、節Ｋが座屈してしまうようなことはない。
【００２６】
圧縮工程が終了した後、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Ｓ６）。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。
【００２７】
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Ｓ７）。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、節Ｋの部分を除く木材２の圧縮率が０.５０〜０.７０程度であることに相当する。以後、乾燥工程まで終了した木材２を「木材３」と称する。図８は、木材３の構成を示す斜視図である。木材３は、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を有する。
【００２８】
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９は、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、一対の加熱整形用金型である金型３１、３２によって木材３を挟持する。
【００２９】
図９で木材３の上方に位置する金型３１は、木材３の突出している側の表面に当接する平滑面状の凹部３１１を備える。一方、図９で木材３の下方に位置する金型３２は、木材３の窪んでいる側の表面に当接する平滑面状の凸部３２１を備える。金型３１、３２を型締めしたときの金型３１と金型３２との隙間の形状は、木材３の整形後の形状に対応している。整形後の形状は、加熱整形工程前の木材３の形状をわずかに変形することによって得られる形状であることが望ましい。このように、加熱整形工程の前後で木材３の形状が大きく変化しないようにすることで、木材３を整形する際に割れ等の不具合が発生するのを防止することができる。
【００３０】
金型３１、３２の内部には、熱を発生するヒータ３３、３４がそれぞれ取り付けられている。ヒータ３３、３４は温度制御機能を有する制御装置３５に接続されており、制御装置３５の制御のもとで発熱し、金型３１、３２にそれぞれ熱を加える。制御装置３５は、木材３を挟持している時の金型３１、３２の温度が１５０〜２００℃程度の高温で略一定となるようにヒータ３３、３４をそれぞれ制御する。
【００３１】
ヒータ３３、３４によってそれぞれ加熱された金型３１、３２を型締めし、木材３を挟持した状態で所定時間経過させると、木材３の内部にある樹液の一部が木材３の表面にしみ出してきてその表面に深い色合いとつやが生じる。
【００３２】
加熱整形工程において木材３を金型３１、３２によって挟持し続ける時間および金型３１、３２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の形状のほか、木材３の原材料である原木１の種類、産地、生育環境、生育状態なども含まれる。また、「木材３に付与すべき性質」には、成形後の木材３の表面の色合いやツヤ、成形後の木材３の強度などが含まれる。
【００３３】
加熱整形工程の後、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、切削によって木材３の端面を揃えたり所定の孔や切り欠きなどを形成したりする。
【００３４】
図１０は、以上説明した圧縮木製品の製造方法によって成形された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、デジタルカメラの前面側（被写体と対向する側）を外装する外装体であり、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を備える。主板部４ａ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４１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４２とを有する。側板部４ｂは、シャッターボタンを表出する半円筒形状の切り欠き４３を有する。
【００３５】
図１１は、圧縮木製品４によって前面側が外装されるデジタルカメラの構成を示す斜視図である。同図に示すデジタルカメラ１００は、撮像部１０１と、フラッシュ１０２と、シャッターボタン１０３とを有する。撮像部１０１およびフラッシュ１０２が表出するデジタルカメラ１００の前面側は圧縮木製品４によって外装される。一方、デジタルカメラ１００の背面側は、木材２を用いて圧縮木製品４と同様に形成される圧縮木製品５によって外装される。このように、本実施の形態に係る木材の成形方法によって整形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１.６〜２.０ｍｍ程度であればより好ましい。
【００３６】
なお、本実施の形態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のほか、食器、各種筐体、平板状または柱状体形状の建材などを形成する場合にも適用可能である。
【００３７】
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、一対の金型の間の所定位置に配置した状態で一対の金型の相対的な移動方向と略直交する繊維方向を有するように原木から形取った木材に木材本体の繊維方向と交差する繊維方向を有する節が存在している場合、節の部分を切削してから圧縮を行うため、節の部分に本体と同じ圧縮力を加えないで済む。したがって、原木から形取った木材が節を有していても成形することが可能となる。
【００３８】
また、本実施の形態によれば、節の一部を切削する際に節の部分の厚さを節の周囲の部分における圧縮後の厚さ以下としているため、節の部分が圧縮によって座屈等の不具合が発生するのを防止することができる。
【００３９】
図１２は、本実施の形態に係る木材の成形方法の圧縮工程で使用する金型の別な構成を示す図である。同図に示す金型１３は、木材２に当接する凹部１３１の表面が薄いゴムなどからなる弾性部材１４によって構成されている。このようにして金型１３の表面であって木材２と当接する表面に弾性部材１４を設けたことにより、節Ｋの部分に圧縮力が加わったとしてもその圧縮力の一部を弾性部材１４が吸収することができる。したがって、節Ｋの部分が圧縮によって座屈等の不具合を発生するのを一段と確実に防止することができる。
【００４０】
なお、本発明は、上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、本発明は、節の繊維方向が木材本体の繊維方向と４５°程度の角度をなして交差している場合をも含むものである。但し、この場合は、節の部分も座屈を生じることなくある程度は圧縮されるので、必ずしも節の部分の厚さを節の周囲の部分における圧縮後の厚さ以下となるまで切削する必要はない。この例からも明らかなように、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。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る木材の成形方法の切削工程の概要を示す図である。
【図５】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６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】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。
【図８】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終了後の木材の構成を示す斜視図である。
【図９】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。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る木材の成形方法によって成形された圧縮木製品の構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す圧縮木製品が外装するデジタルカメラの構成を示す斜視図である。
【図１２】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で使用する金型の別な構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  原木
２、３  木材
２ａ、３ａ、４ａ  主板部
２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ、４ｂ、４ｃ  側板部
４、５  圧縮木製品
１１、１２、１３、３１、３２  金型
１４  弾性部材
３３、３４  ヒータ
３５  制御装置
４１、４２  開口部
４３  切り欠き
１００  デジタルカメラ
１０１  撮像部
１０２  フラッシュ
１０３  シャッターボタン
１１１、１３１、３１１  凹部
１２１、３２１  凸部
Ｇ  木目
Ｋ  節
【図１】
2010042529.tif 000003
【図２】
2010042529.tif 000004
【図３】
2010042529.tif 000005
【図４】
2010042529.tif 000006
【図５】
2010042529.tif 000007
【図６】
2010042529.tif 000008
【図７】
2010042529.tif 000009
【図８】
2010042529.tif 000010
【図９】
2010042529.tif 000011
【図１０】
2010042529.tif 000012
【図１１】
2010042529.tif 000013
【図１２】
2010042529.tif 000014