(57)【要約】【課題】表層にポーラス構造を有するポーラス材料における表面を簡単な構成によって板厚の減少を抑えつつ短時間に硬化させることができる表面硬化方法および表面硬化装置を提供する。【解決手段】表面硬化装置１００は、ポーラス材料ＷＫを着脱自在に保持するワーク保持台１０１およびポーラス材料ＷＫの表層に対してしごき加工を行う加工工具１１０を備えている。加工工具１１０は、本体部１１１の側面の一部に本体部１１１の幅方向に沿って線状に延びる刃部１１２が形成されて構成されている。本体部１１１は、ポーラス材料ＷＫの表層におけるポーラス構造よりも剛性を有する剛性体を略直方体状に形成されている。刃部１１２は、ポーラス材料ＷＫの表面を扱いてせん断変形させるための部分であり、本体部１１１の平面部１１１ａの幅方向に沿って断面形状が台形状に突出して形成されている。この加工工具１１０は、工具変位機構１２０によって変位される。【選択図】  図１
2014083737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層にポーラス構造を有するポーラス材料における表面を硬化させる表面硬化方法であって、
少なくとも前記ポーラス構造よりも剛性を有する剛性体で構成されるとともに同剛性体の一部に線状に延びる刃部を有する加工工具を用意しておき、
前記加工工具における前記刃部の先端部を前記ポーラス材料の表面より内部側に位置させた状態で前記ポーラス材料に対して相対変位させることにより前記表層を扱いてせん断変形させるしごき加工ステップを含むことを特徴とする表面硬化方法。
【請求項２】
請求項１に記載した表面硬化方法において、
前記しごき加工ステップは、
前記刃部を構成する面のうちの前記加工工具の進行方向前側に位置する面を同進行方向前側に向かって傾斜した状態で前記加工工具を前記ポーラス材料に対して相対変位させることを特徴とする表面硬化方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した表面硬化方法において、
前記ポーラス材料は、木材であることを特徴とする表面硬化方法。
【請求項４】
請求項３に記載した表面硬化方法において、
前記しごき加工ステップは、
前記加工工具における前記刃部の先端部を前記ポーラス材料の表面に対して１ｍｍ以下の範囲で内部側に位置させた状態で相対変位させることを特徴とする表面硬化方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載した表面硬化方法において、
前記しごき加工ステップは、複数回繰り返し実行されることを特徴とする表面硬化方法。
【請求項６】
表層にポーラス構造を有するポーラス材料における表面を硬化させる表面硬化装置であって、
前記ポーラス材料を着脱自在に保持するワーク保持手段と、
少なくとも前記ポーラス構造よりも剛性を有する剛性体で構成されるとともに同剛性体の一部に線状に延びる刃部を有する加工工具と、
前記加工工具における前記刃部の先端部を前記ポーラス材料の表面より内部側に位置させた状態で前記ポーラス材料に対して相対変位させることにより前記表層を扱いてせん断変形させるしごき加工手段とを含むことを特徴とする表面硬化装置。
【請求項７】
請求項６に記載した表面硬化装置において、
前記しごき加工手段は、
前記刃部を構成する面のうちの前記加工工具の進行方向前側に位置する面を同進行方向前側に向かって傾斜した状態で前記加工工具を前記ポーラス材料に対して相対変位させることを特徴とする表面硬化装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載した表面硬化装置において、
前記ポーラス材料は、木材であることを特徴とする表面硬化装置。
【請求項９】
請求項８に記載した表面硬化装置において、
前記しごき加工手段は、
前記加工工具における前記刃部の先端部を前記ポーラス材料の表面に対して１ｍｍ以下の範囲で内部側に位置させた状態で相対変位させることを特徴とする表面硬化装置。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のうちのいずれか１つに記載した表面硬化装置において、
前記しごき加工手段は、複数回繰り返し実行することを特徴とする表面硬化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表層にポーラス構造を有するポーラス材料における表面を硬化させる表面硬化方法および表面硬化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、木材の表層を圧縮して同部分の密度を高めることにより材料表面を硬化させる表面硬化処理が行なわれている。例えば、下記特許文献１には、加熱されたヒートローラとこのヒートローラに対して所定の隙間を介して対向配置されたバックアップローラとを備え、これら一対のローラ間に木質材料を通して圧縮することにより木材の表面を硬化する熱圧縮処理装置が開示されている。また、下記特許文献２には、先端部が球面に形成された棒状の加工工具を高速回転させて木材に押し付けることによる摩擦熱と圧力とによって木材表面を硬化させる木材の加工装置がそれぞれ開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−７２００９号公報
【特許文献２】特開２００８−１８８８１１号公報
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に示された熱圧縮処理装置においては、ヒートローラを加熱する熱源が必要となるため装置構成が複雑化、大型化および加工コストの増大を招来するとともに、一対のローラによって木材全体の厚さが大きく減少するという問題がある。
【０００５】
また、上記特許文献２に示された木材の加工装置においては、棒状に形成された加工工具によって木材表面に対して局所的に加工を行うため、木材表面を均一な硬度で平滑に加工することが困難であるとともに加工時間が長いという問題がある。また、さらに、上記特許文献２に示された木材の加工装置においては、木材表面に対する加工工具の押し込み量が１ｍｍ以下では表面を十分に硬化させることができないため、結果として木材の厚さの減少が大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、表層にポーラス構造を有するポーラス材料における表面を簡単な構成によって板厚の減少を抑えつつ短時間に硬化させることができる表面硬化方法および表面硬化装置を提供することにある。
【発明の概要】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、表層にポーラス構造を有するポーラス材料における表面を硬化させる表面硬化方法であって、少なくともポーラス構造よりも剛性を有する剛性体で構成されるとともに同剛性体の一部に線状に延びる刃部を有する加工工具を用意しておき、加工工具における刃部の先端部をポーラス材料の表面より内部側に位置させた状態でポーラス材料に対して相対変位させることにより前記表層を扱いてせん断変形させるしごき加工ステップを含むことにある。
【０００８】
このように構成した本発明の特徴によれば、表面硬化方法は、剛性体の一部に線状に延びる刃部を有する加工工具における前記刃部をポーラス材料の表面より内部側に位置させた状態で相対変位させることによりポーラス材料の表層をせん断変形させている。これにより、ポーラス材料の表層は、同表層における気孔を介して存在する組織同士がせん断変形により互いに近接または密着して相対密度（単に「密度」でも同義）が高くなる。この結果、ポーラス材料における表面硬度は、せん断変形した組織自身の硬度に近づくため、結果としてポーラス材料における表面硬度が上昇する。また、この場合、本発明に係る表面硬化方法は、ポーラス材料における表層を従来技術のように圧縮変形させるものではなくせん断変形させるものであるため、加工範囲が表層に集中してポーラス材料の板厚の減少を抑えることができる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、前記表面硬化方法において、しごき加工ステップは、刃部を構成する面のうちの加工工具の進行方向前側に位置する面を同進行方向前側に向かって傾斜した状態で加工工具をポーラス材料に対して相対変位させることにある。
【００１０】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、表面硬化方法は、ポーラス材料の表面をしごき加工を行う際、刃部における加工工具の進行方向前側の面を同進行方向前側に向かって傾斜した状態としているため、ポーラス材料の表層を円滑にせん断変形させることができる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、前記表面硬化方法において、ポーラス材料は、木材であることにある。
【００１２】
この場合、前記表面硬化方法において、しごき加工ステップは、加工工具における刃部の先端部をポーラス材料の表面に対して１ｍｍ以下の範囲で内部側に位置させた状態で相対変位させるとよい。
【００１３】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、表面硬化方法は、ポーラス材料として木材を用いているため、木材の表面を厚さの減少を抑えながら硬化させることができる。この場合、本発明者によるシミュレーションによれば、机の天板に使用される木製板材に対して本発明に係る表面硬化方法を適用することにより、厚さの減少を１ｍｍ以下に抑えた状態で相対密度を０.６から０.９６まで上昇させることができることを確認した。なお、相対密度０.９６とは、鉛筆の硬度における概ね「Ｈ」に相当する。また、本発明における木材には、木材自体は当然であるが、加工した木材によって構成される木材由来の木質材料も含むものである。また、１回のしごき加工の深さを１ｍｍ以下に抑えることによってポーラス材料の表面を平滑に仕上げることができ、加工後の美観および塗料を塗布した場合における塗料の乗りを向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の他の特徴は、前記表面硬化方法において、しごき加工ステップは、複数回繰り返し実行されることにある。
【００１５】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、表面硬化方法は、しごき加工ステップが複数回に亘って繰り返し実行されることにより、ポーラス材料ＷＫの表層におけるクラック、割れおよび表面荒れを抑制しながら表面の硬度を効果的に上昇させることができる。
【００１６】
また、本発明は表面硬化方法の発明として実施できるばかりでなく、ポーラス材料における表面を硬化させる表面硬化装置の発明としても実施できるものである。
【００１７】
具体的には、表層にポーラス構造を有するポーラス材料における表面を硬化させる表面硬化装置であって、ポーラス材料を着脱自在に保持するワーク保持手段と、少なくともポーラス構造よりも剛性を有する剛性体で構成されるとともに同剛性体の一部に線状に延びる刃部を有する加工工具と、加工工具における刃部の先端部をポーラス材料の表面より内部側に位置させた状態でポーラス材料に対して相対変位させることにより前記表層を扱いてせん断変形させるしごき加工手段とを含むようにすればよい。
【００１８】
この場合、前記表面硬化装置において、しごき加工手段は、刃部を構成する面のうちの加工工具の進行方向前側に位置する面を同進行方向前側に向かって傾斜した状態で加工工具をポーラス材料に対して相対変位させるとよい。
【００１９】
また、これらの場合、前記表面硬化装置において、ポーラス材料は、木材であるとよい。
【００２０】
また、この場合、前記表面硬化方法において、しごき加工手段は、加工工具における刃部の先端部をポーラス材料の表面に対して１ｍｍ以下の範囲で内部側に位置させた状態で相対変位させるとよい。このように、１回のしごき加工の深さを１ｍｍ以下に抑えることによってポーラス材料の表面を平滑に仕上げることができ、加工後の美観および塗料を塗布した場合における塗料の乗りを向上させることができる。
【００２１】
また、これらの場合、前記表面硬化装置において、しごき加工手段は、複数回繰り返し実行するようにするとよい。これらによっても、上記表面硬化方法と同様の作用効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る表面硬化方法の実施に用いる表面硬化装置における一部の外観構成および内部構成の概略を示した斜視図である。
【図２】図１に示す表面硬化装置によるしごき加工の過程における加工前の状態を模式的に示す側面図である。
【図３】図１に示す表面硬化装置によるしごき加工の過程における加工中の状態を模式的に示す側面図である。
【図４】図１に示す表面硬化装置によるしごき加工の過程における加工後の状態を模式的に示す側面図である。
【図５】本発明者によるシミュレーション結果であり、刃部の突出量を０.５ｍｍとした場合におけるしごき加工によるポーラス材料ＷＫの相対密度の変化を色の違いで表した断面解析図である。
【図６】本発明者によるシミュレーション結果であり、刃部の突出量を更に０.５ｍｍ突出させた場合におけるしごき加工によるポーラス材料ＷＫの相対密度の変化を色の違いで表した断面解析図である。
【図７】本発明の変形例に係る表面硬化方法の実施に用いる表面硬化装置における加工工具の外観構成の概略を示した斜視図である。
【図８】本発明の他の変形例に係る表面硬化方法の実施に用いる表面硬化装置における加工工具の外観構成の概略を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る表面硬化方法および表面硬化装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る表面硬化方法の実施に用いる表面硬化装置１００における一部の外観構成および内部構成の概略を示した斜視図である。また、図２は、図１に示す表面硬化装置１００によるしごき加工の過程を模式的に示す側面図である。なお、本明細書において参照する各図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表していることがあるため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。
【００２４】
この表面硬化装置１００は、ポーラス材料ＷＫにおける表層を扱く（しごく）ことによってせん断変形させて表面を硬化させるための機械装置である。また、ポーラス材料ＷＫは、表層内に無数の気泡によって多孔質状に構成されたポーラス構造を有した材料である。本実施形態においては、ポーラス材料ＷＫは、板状に形成した木材によって構成されている。なお、木の種類としては、杉、ヒノキまたはヒバなどの針葉樹のほか、栗、欅または楓などの広葉樹を広く採用することができる。なお、図１においては、ポーラス材料ＷＫを二点鎖線で示している。
【００２５】
表面硬化装置１００は、ワーク保持台１０１を備えている。ワーク保持台１０１は、この表面加工装置１００による加工対象であるポーラス材料ＷＫを着脱自在に保持する部分であり、鋼材を略Ｌ字状に形成して構成されている。より具体的には、ワーク保持台１０１は、主として、主受圧部１０２と副受圧部１０４とで構成されており、図示しない支持台に固定的に支持されている。
【００２６】
主受圧部１０２は、ポーラス材料ＷＫの表層にしごき加工を行う際にポーラス材料ＷＫに対してしごき方向に作用する押圧力を受ける板状の部分であり、同押圧力が作用する方向（しごき方向）に対して直交する方向に形成された受圧面１０２ａを有して構成されている。この主受圧部１０２における受圧面１０２ａ上には、緩衝体１０３が設けられている。緩衝体１０３は、ポーラス材料ＷＫを保持する際および加工を行う際におけるポーラス材料ＷＫの損傷を防止するための部材であり、ゴムなどの弾性材料を板状に形成して構成されている。
【００２７】
副受圧部１０４は、ポーラス材料ＷＫの表層にしごき加工を行う際にポーラス材料ＷＫに対して作用するしごき加工方向に直交する方向への押圧力を受ける板状の部分であり、同押圧力が作用する方向（しごき加工方向に直交する方向）に直交する方向に形成された受圧面１０４ａを有して構成されている。すなわち、副受圧部１０４は、しごき加工方向に沿って延びて主受圧部１０２に直交して形成されている。この副受圧部１０４には、受圧面１０４ａに直交する２つの側面にしごき加工方向に沿って互いに対向する２つのガイド体１０５がそれぞれ設けられている。
【００２８】
ガイド体１０５は、後述する加工工具１１０をポーラス材料ＷＫの表層に沿って案内するための板状の部材であり、副受圧部１０４の長手方向（ポーラス材料ＷＫのしごき加工方向）に沿って副受圧部１０４の両側面からそれぞれ張り出した状態で両側面に溶接によって固定的に設けられている。これらのガイド体１０５における各先端部１０５ａは、それぞれ内側に屈曲して形成されており、加工工具１１０に嵌合可能に形成されている。すなわち、副受圧部１０４の両側面にそれぞれ形成された２つのガイド体１０５は、互いに対象に形成されている。なお、図２〜図３においては、ガイド体１０５を二点鎖線で示している。
【００２９】
加工工具１１０は、ポーラス材料ＷＫの表層を扱いてせん断変形させるための工具であり、ポーラス材料ＷＫの表層におけるポーラス構造よりも剛性を有する剛性体によって構成されている。より具体的には、加工工具１１０は、略直方体状に形成された本体部１１１の側面の一部に刃部１１２が形成されて構成されている。
【００３０】
本体部１１１は、刃部１１２を支持する部分であり、鋼材をポーラス材料ＷＫのしごき加工方向に沿って延びる略直方体状に形成して構成されている。この場合、本体部１１１には、ポーラス材料ＷＫにおいて硬化させる加工表面よりも幅広の平面部１１１ａが形成されており、この平面部１１１ａに刃部１１２が形成されている。
【００３１】
刃部１１２は、ポーラス材料ＷＫの表面を扱いてせん断変形させるための部分であり、本体部１１１の平面部１１１ａの幅方向に沿って凸状に突出して形成されている。より具体的には、刃部１１２は、本体部１１１と同一の材料によって側面視において断面形状が先端部に向かって幅が狭まる略台形状に形成されている。この場合、刃部１１２の平面部１１１ａからの突出量は、ポーラス材料ＷＫの表面に対する最終的なしごき加工の深さ以上の突出量に設定されている。また、台形状の刃部１１２を構成する２つの傾斜面１１２ａは、本実施形態においては平面部１１１ａに対してそれぞれ４５°に設定されている。
【００３２】
また、この本体部１１１には、平面部１１１ａに直交する２つの側面に長手方向に沿って嵌合溝１１３がそれぞれ形成されている。嵌合溝１１３は、加工工具１１０をポーラス材料ＷＫに沿って変位させるための部分であり、前記ワーク保持台１０１における２つのガイド体１０５における各先端部１０５ａがそれぞれ摺動可能に嵌合する凹状に形成されている。すなわち、加工工具１１０は、ガイド体１０５における各先端部１０５ａをスライド変位することによりワーク保持台１０１に対して往復変位するように構成されている。
【００３３】
そして、この加工工具１１０は、平面部１１１ａに対向する背面１１１ｂに形成された取付孔１１１ｃを介して工具進退機構１２０によって図示上下方向に沿って可動的に支持されている。工具進退機構１２０は、作業者の指示に従って保持した加工工具１１０をワーク保持台１０１に対して図示上下方向に往復変位させることができる図示しない油圧機構を備えた機械装置である。なお、図１においては、工具進退機構２０は、図示を省略している。
【００３４】
（表面硬化装置１００の作動）
次に、このように構成された表面硬化装置１００の作動について説明する。まず、作業者は、ポーラス材料ＷＫを用意する。本実施形態においては、直方体状に形成した木材をポーラス材料ＷＫとする。次に、作業者は、工具進退機構１２０を操作することによって加工工具１１０をワーク保持台１０１から離隔させた後、ポーラス材料ＷＫをワーク保持台１０１にセットする。具体的には、作業者は、ポーラス材料ＷＫにおける加工対象面を表面硬化装置１００における加工工具１１０側に向けた向きでワーク保持台１０１における主受圧部１０２上に緩衝体１０３を介して配置する。すなわち、ワーク保持台１０１が、本発明に係るワーク保持手段に相当する。
【００３５】
次に、作業者は、ポーラス材料ＷＫにおける加工面の表面から内部側への加工工具１１０の刃部１１２の先端部の突出量Ｐを調整する。この場合、刃部１１２の先端部の突出量Ｐは、ポーラス材料ＷＫに対する加工工具１１０の加工深さである。この突出量Ｐの調整作業は、ワーク保持台１０１内におけるポーラス材料ＷＫの張り出し量を調整することにより行う。より具体的には、作業者は、ワーク保持台１０１における副受圧部１０４の受圧面１０４ａとポーラス材料ＷＫとの間に鋼板製のスペーサ１３０を介在させることにより行う。
【００３６】
すなわち、作業者は、加工工具１１０の刃部１１２の先端部をポーラス材料ＷＫの表面から内部側に所定量だけ突出させるために必要な厚さのスペーサ１３０を受圧面１０４ａとポーラス材料ＷＫの背面との間に挿入する。この場合、刃部１１２の先端部をポーラス材料ＷＫの表面から内部側に突出させる突出量Ｐは、ポーラス材料ＷＫが木材の場合、１ｍｍ未満が好適である。そして、これらの作業によってワーク保持台１０１内にポーラス材料ＷＫが加工面を加工工具ＷＫ側に露出させるとともに突出量Ｐと同量だけ張り出した状態でされる。なお、この場合、ポーラス材料ＷＫを受圧面１０４ａに密着させた状態において刃部１１２の先端部をポーラス材料ＷＫの表面から内部側に所定量だけ突出させることができていれば、スペーサ１３０は不要である。なお、図１においては、スペーサ１３０を二点鎖線で示している。
【００３７】
次に、作業者は、ポーラス材料ＷＫに対してしごき加工を行う。具体的には、作業者は、工具進退機構１２０を操作することによって加工工具１１０を図示下方（図示破線矢印参照）に変位させる。これにより、加工工具１１０は、図３に示すように、図示下方に変位する（図示破線矢印参照）。この加工工具１１０の変位過程においては、加工工具１１０の嵌合溝１１３内にガイド体１０５の先端部１０５ａが嵌合することによって加工工具１１０は、ポーラス材料ＷＫに対する距離および変位方向が規定された状態で変位する。そして、加工工具１１０は、刃部１１２がポーラス材料ＷＫにおける一方の端部である図示上端部に接触することによりしごき加工を開始する。
【００３８】
この場合、加工工具１１０は、刃部１１２がポーラス材料ＷＫの表層を構成するポーラス組織（図示せず）を加工工具１１０の進行方向に向かって押し倒してせん断変形させながら変位する。また、この場合、加工工具１１０は、刃部１１２における加工工具１１０の進行方向前側の傾斜面１１２ａを同進行方向前側に向かって傾斜した状態としているため、ポーラス材料ＷＫの表層を円滑にせん断変形させることができる。これらにより、ポーラス材料ＷＫは、表層内における気孔が潰されてセルロース同士が近接または密着することにより相対密度が上昇するため、表面硬度が上昇する。すなわち、この加工工具１１０をワーク保持台１０１に対して変位させることによりポーラス材料ＷＫの表層をせん断変形させる工程が、本発明に係るしごき加工ステップに相当する。
【００３９】
そして、表面硬化装置１００は、図４に示すように、加工工具１１０における刃部１１２がポーラス材料ＷＫにおける他方の端部である図示下端部より下方位置まで変位することにより、ポーラス材料ＷＫへの１回目のしごき加工が終了する。次に、作業者は、必要に応じて２回目のしごき加工を行う。この２回目のしごき加工は、１回のしごき加工では不完全な場合や不十分な場合にそれぞれ行われる。具体的には、例えば、１回のしごき加工では、せん断変形させたポーラス材料ＷＫの表層部分が弾性力によって形状に戻り（復元）が生じる場合、せん断変形させた材料表面の粗さが大きい場合、材料表面の硬度が不足している場合などがある。
【００４０】
そして、この場合、２回目のしごき加工は、加工工具１１０における刃部１１２がしごき加工方向に沿って対象な形状に形成されているため、加工工具１１０をポーラス材料ＷＫにおける他方の端部側から一方の端部側、すなわち、図示上方に変位させることにより行うことができる。したがって、作業者は、２回目のしごき加工を行う場合においては、ポーラス材料ＷＫの張り出し量を１回目のしごきの加工の後変更することなくそのままの状態で、または１回目のしごきの加工における張り出し量よりも増加させた状態で、工具進退機構１２０を操作することによって加工工具１１０を図示上方に変位させる。この場合、現状のポーラス材料ＷＫの張り出し量を変更する場合には、作業者は、現状のスペーサ１３０に代えてまたは加えて新たなスペーサ１３０を受圧面１０４ａとポーラス材料ＷＫの背面との間に設置することにより、ポーラス材料ＷＫの張り出し量を再調整することができる。
【００４１】
そして、加工工具１１０が図示上方に変位する２回目のしごき加工においては、前記１回目のしごき加工と同様に、加工工具１１０における刃部１１２がポーラス材料ＷＫの表面をせん断変形させながら変位する。この場合、前記したように、加工工具１１０は、刃部１１２における加工工具１１０の進行方向前側の傾斜面１１２ａを同進行方向前側に向かって傾斜した状態であるため、ポーラス材料ＷＫの表層を円滑にせん断変形させることができる。これらにより、ポーラス材料ＷＫは、表層内における気孔が消失してセルロース同士が近接または密着することにより相対密度が上昇して表面硬度が上昇する。
【００４２】
そして、加工工具１１０における刃部１１２がポーラス材料ＷＫにおける一方の端部である図示上端部より上方位置まで変位することにより、ポーラス材料ＷＫへの２回目のしごき加工が終了する。次に、作業者は、前記２回目のしごき加工と同様に、必要に応じて３回目のしごき加工を行う。また、作業者は、ポーラス材料ＷＫに対するしごき加工を終了する場合には、工具進退機構１２０を操作することによって加工工具１１０をワーク保持台１０１から離隔させた後、ポーラス材料ＷＫをワーク保持台１０１から取り除く。これにより、ポーラス材料ＷＫに対する表面硬化処理が終了する。
【００４３】
ここで、本発明者による相対密度のシミュレーションについて説明しておく。本発明者
は、杉の板材からなるポーラス材料ＷＫに対して上記実施形態に係る加工工具１１０を用いてしごき加工を行った際におけるポーラス材料ＷＫの表面の相対密度の変化をコンピュータシミュレーションによって解析した。
【００４４】
図５は、加工工具１１０における刃部１１２の先端部をポーラス材料ＷＫの表面に対して０.５ｍｍだけ内部側に位置させた状態、すなわち、刃部１１２の突出量Ｐを０.５ｍｍとした場合におけるしごき加工によるポーラス材料ＷＫの相対密度の変化を色の違いで表した断面解析図である。図５によれば、ポーラス材料ＷＫの相対密度は、しごき加工前に０.５であったのに対してしごき加工後は０.８６程度にまで上昇したことを確認することができる。また、この場合、ポーラス材料ＷＫは、相対密度の変化がポーラス材料ＷＫの表層に限られているとともに、厚さの減少も刃部１１２の突出量に略対応していることを確認することができる。
【００４５】
また、図６は、図５に示した１回目のしごき加工の後、さらに、加工工具１１０の刃部１１２の先端部をポーラス材料ＷＫの表面に対して０.５ｍｍだけ内部側に位置させて刃部１１２の突出量Ｐを０.５ｍｍとした場合におけるしごき加工によるポーラス材料ＷＫの相対密度の変化を色の違いで表した断面解析図である。すなわち、図６は、刃部１１２の突出量Ｐを総量で１ｍｍとしてポーラス材料に対してしごき加工を行った際におけるポーラス材料ＷＫの相対密度の変化を表している。この図６によれば、ポーラス材料ＷＫの相対密度は、１回目のしごき加工前に０.８６であったのに対して２回目のしごき加工後は０.９６程度まで上昇したことを確認することができる。また、この場合、ポーラス材料ＷＫは、相対密度の変化がポーラス材料ＷＫの表層に限られているとともに、厚さの減少も刃部１１２の突出量に略対応していることを確認することができる。なお、相対密度０.９６とは、鉛筆の硬度における概ね「Ｈ」に相当する。すなわち、本発明に係る表面硬化方法および表面硬化装置１００によれば、ポーラス材料ＷＫの内部への影響および厚さの減少を抑えながら表面を効果的に硬化させることができる。
【００４６】
上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、表面硬化装置１００は、剛性体で構成された本体部１１１の一部に線状に延びる刃部１１２をポーラス材料ＷＫの表面より内部側に位置させた状態で相対変位させることによりポーラス材料ＷＫの表層をせん断変形させている。これにより、ポーラス材料ＷＫの表層は、同表層における気孔を介して存在する組織同士がせん断変形により互いに近接または密着して相対密度（単に「密度」でも同義）が高くなる。この結果、ポーラス材料ＷＫにおける表面硬度は、せん断変形した組織自身の硬度に近づくため、結果としてポーラス材料ＷＫにおける表面硬度が上昇する。また、この場合、本発明に係る表面硬化装置１００は、ポーラス材料ＷＫにおける表層を従来技術のように圧縮変形させるものではなくせん断変形させるものであるため、しごき加工時における加工工具１１０とポーラス材料ＷＫとの摩擦抵抗を抑えることができるとともにポーラス材料ＷＫの板厚の減少を抑えることができる。
【００４７】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００４８】
例えば、上記実施形態においては、表面硬化装置１００は、加工工具１１０を工具進退機構１２０によって変位させるように構成した。すなわち、ガイド体１０５、嵌合溝１１３および工具進退機構１２０が本発明に係るしごき加工手段に相当する。しかし、加工手段は、刃部１１２の先端部をポーラス材料ＷＫの表面より内部側に位置させた状態でポーラス材料ＷＫに対して相対変位させることにより表層を扱いてせん断変形させるように構成されていれば、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。
【００４９】
したがって、例えば、表面硬化装置１００は、工具進退機構１２０が加工工具１１０を正確に変位させることができれば、ガイド体１０５および嵌合溝１１３を省略してしごき加工手段を構成することができる。また、例えば、表面硬化装置１００は、工具進退機構１２０のような機械装置のみでなく、人力を直接または倍力機構などを介して間接的に本体部１１１に加えて変位させるようにすれば、工具進退機構１２０を省略してしごき加工手段を構成することができる。また、加工工具１１０とワーク保持台１０１との位置関係は相対的なものであるため、しごき加工手段は、加工工具１１０の変位に代えてまたは加えてワーク保持台１０１を加工工具１１０に対して変位させるように構成してもよい。
【００５０】
また、上記実施形態においては、加工工具１１０に刃部１１２は、本体部１１１の平面部１１１ａから略台形状に突出するとともに本体部１１１の幅方向に延びて形状した。しかし、刃部１１２は、ポーラス材料ＷＫにおける表層を構成するポーラス構造よりも剛性を有する剛性体で構成されるとともに同剛性体の一部に線状に延びて形成されていれば、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。例えば、加工工具１１０における刃部１１２は、図７に示すように、断面形状が方形に形成された本体部１１１の先端部が先鋭化したへら状に形成することもできる。このように、刃部１１２を剛性体の一部に線状に延びて形成することにより、ポーラス材料ＷＫに対して一度のしごき加工で広範囲にかつ均等に表面硬化させることができる。
【００５１】
また、刃部１１２の先端部の形状についても、２つの面が鈍角（上記実施形態参照）、鋭角（図７参照）または直角に交わる角部で構成することができる。この場合、表面硬化装置１００は、刃部１１２を構成する面のうちの加工工具１１０の進行方向前側に位置する面を同進行方向前側に向かって傾斜した状態で加工工具１１０をポーラス材料ＷＫに対して相対変位させることにより、ポーラス材料ＷＫの表層を円滑にせん断変形させることができる。そして、この場合、加工工具１１０における進行方向前側に位置する面を同進行方向前側に向かって傾斜させるには、加工工具１１０を傾斜した状態で変位させる方法や刃部１１２を構成する面を傾斜して形成して傾斜面１１２ａとする方法が考えられる。また、刃部１１２は、例えば、図８に示すように、断面形状を円弧状（楕円も含む）に形成することもできる。なお、図８は、図１における加工工具１１０の向きを変えて示している。
【００５２】
また、刃部１１２がポーラス材料ＷＫに接触する部分における表面粗さを十点平均粗さＲｚで好ましくは６.３以下、より好ましくは１.６以下にするとよい。これによれば、加工工具１１０によるしごき加工を円滑かつ迅速に行うことができるとともに、加工後のポーラス材料ＷＫ表面を平滑して美観をより向上させることができる。また、加工工具１１０によるしごき加工においては、加工工具１１０および／またはポーラス材料ＷＫにおける表面に予め潤滑剤（例えば、鉱物油製やシリコンオイル製）を塗布することにより、しごき加工を円滑かつ迅速に行うことができるとともに、加工後のポーラス材料ＷＫ表面を平滑して美観をより向上させることができる。これらによれば、ポーラス材料が木材の場合において、ポーラス材料表面に所謂ささくれなどの毛羽立った状態を生じさせることなく円滑にしごき加工を行うことができる。
【００５３】
また、上記実施形態においては、表面硬化装置１００は、ポーラス材料ＷＫを起立した状態で保持するとともに加工工具１１０を図示上下方向に沿って変位させるように構成した。しかし、ポーラス材料ＷＫを保持する向きや姿勢、および加工工具１１０を変位させる方向は、ポーラス材料ＷＫの形状や大きさ、および表面硬化装置１００の設置環境等に応じて適宜決定されればよく、必ずしも、上記実施形態に限定されるものではない。したがって、表面加工装置１００は、例えば、ポーラス材料ＷＫとして机の天板のような平板を加工する場合においては、ポーラス材料ＷＫを水平に保持するとともに加工工具１１０をポーラス材料ＷＫの板面に沿って水平に変位させるように構成することもできる。したがって、ポーラス材料ＷＫを保持するワーク保持台１０１もポーラス材料ＷＫへのしごき加工時にポーラス材料ＷＫの位置や向きのずれを防止できれば、どのような形態であってもよい。
【００５４】
また、上記実施形態においては、ポーラス材料ＷＫとして木材を採用した。この場合、本発明者による上記シミュレーションによれば、木材で構成したポーラス材料ＷＫにおける表面の相対密度を０.９６（鉛筆の硬度における概ね「Ｈ」に相当）に上昇させることができることを確認した。したがって、本発明に係る表面硬化方法および表面硬化装置１００は、机の天板の表面を硬化させるには好適である。しかし、本発明に係る表面硬化方法および表面硬化装置１００は、表層にポーラス構造を有するポーラス材料ＷＫに広く適用できるものであり、必ずしも、木材（木質系材料を含む）に限定されるものではない。例えば、ポーラス材料ＷＫとしては、ポーラス構造を有する金属である所謂ポーラスメタルを用いることもできる。
【００５５】
また、上記実施形態おいては、表面硬化装置１００は、ポーラス材料ＷＫに対して常温環境下でしごき加工を行うように構成した。しかし、本発明に係る表面硬化方法および表面硬化装置１００は、常温環境下以外でのしごき加工を排除するものではない。例えば、本発明に係る表面硬化方法および表面硬化装置１００は、刃部１１２および／またはポーラス材料を加熱した状態でポーラス材料ＷＫに対してしごき加工を行う熱間加工を行うようにしてもよい。この場合、上記実施形態における表面硬化装置１００は、木材からなるポーラス材料におけるセルロースが変形し易くなる温度（例えば、７０〜２３０℃）にポーラス材料ＷＫを加熱してしごき加工を行うようにするとよい。
【符号の説明】
【００５６】
ＷＫ…ポーラス材料、Ｐ…突出量、
１００…表面硬化装置、１０１…ワーク保持台、１０２…主受圧部、１０２ａ…受圧面、１０３…緩衝体、１０４…副受圧部、１０４ａ…受圧面、１０５…ガイド体、１０５ａ…先端部、
１１０…加工工具、１１１…本体部、１１１ａ…平面部、１１１ｂ…背面、１１１ｃ…取付孔、１１２…刃部、１１２ａ…傾斜面、１１３…嵌合部、
１２０…工具進退機構、
１３０…スペーサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図５】
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【図６】
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