(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェノール樹脂を含浸し、軟化した木質材料へ転写する凹凸模様を有する一対のプレス金型と、
前記木質材料を挟んだ前記一対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一対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し、
前記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している
木材成形装置。
【請求項２】
前記木質材料を所定の温度に加熱して、圧縮成形後の木質材料を硬化させて形状固定を行う加熱手段をさらに有する
請求項１記載の木材成形装置。
【請求項３】
フェノール樹脂を木質材料に含浸させる含浸工程と、
前記フェノール樹脂を含浸した木質材料を加熱して軟化させる軟化工程と、
前記木質材料を加熱状態として当該木質材料の凹凸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、
前記木質材料を少なくとも両面から圧縮して、木質材料の両面に凹凸模様を形成する圧縮工程と、
前記木質材料を圧縮状態のままで加熱して硬化させる硬化工程とを有し、
形状固定後の成形木材の厚さがその内部において略均一であり、凸部模様が形成される面と対向する他方の面に、反転形状の凹部模様を有する成形木材を形成する
木材成形方法。
【請求項４】
前記含浸工程において、
平均分子量が２００〜５００の低分子量フェノール樹脂を木質材料に含浸させる
請求項３記載の木材成形方法。
【請求項５】
前記含浸工程において、
低分子量フェノール樹脂の濃度が３〜１５重量％の水溶液に木質材料を浸漬させて、フェノール樹脂を含浸させる
請求項４記載の木材成形方法。
【発明の詳細な説明】
【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装飾木材を得るための木材成形装置および木材成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面に凹凸模様を有する板状の木材あるいは木粉末などからなる木質材料は、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。
一方、木粉末をフェノール樹脂により接着することにより形成されているハードボードやＭＤＦなどに、彫刻などによる２次加工により凹凸模様を施す場合には、上記の木材での問題に加えて、生分解性のないフェノールを含んだ廃材が出ることから、環境への配慮の観点から好ましくない。
【０００３】
上記の事情から、近年、低分子量フェノール樹脂を木質材料に含浸させて、乾燥軟化させてプレスし、形状固定することにより、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。
ここで、本明細書において、低分子量フェノール樹脂とは、フェノールをモノメチロール化したもの（サリニゲン）、ジメチロール化したもの、およびトリメチロール化したもの、ならびにこれらのメチロール化合物を重合させたものをいう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のフェノール樹脂含浸による木質材料の成形方法では、以下に示すような問題がある。
【０００５】
すなわち、板状などの木材を使用する場合に、装飾性を重視して、圧縮率が模様の凹部と凸部で大きく変わってしまうような凹凸模様を形成すると、成形木材の表面あるいは内部に、割れ、剥離、繊維方向の裂けなどが増大してしまうという問題がある。また、圧縮率が高いとフェノール揮発材や水分の蒸発が妨げられるため、生産性が悪くなってしまうという問題もある。
反対に、量産レベルでの不良率を低減するために、形成する凸部模様の高さ、あるいは凹部模様の深さを調整して上記の問題を回避しようとすると、不完全な転写になってしまうため、装飾性に優れる成形木材を形成することができなくなってしまうという問題がある。
【０００６】
一方、木粉末を使用する場合には、板状の木材に比して、割れなどが生じることが少ないが、同様に模様の凹凸部で圧縮率の大きな差異が生じると、圧縮率が高い部分では、フェノール揮発材や水分の蒸発が妨げられるため、生産性が悪くなってしまうという問題がある。
また、成形後の内部の例えば強度などの物性にバラツキが生じ、強度の弱い部分から亀裂などが生じることにより、安定した品質を有する製品を提供できないという問題もある。
【０００７】
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、低分子量フェノール樹脂を用いて木質材料を処理するに際し、模様の圧縮深さや曲率の制限を大きく改善でき、装飾性に優れ、かつ材料表面および内部の割れ、剥離、繊維方向の裂け等を低減でき、量産レベルにおいて安定した品質を図ることが可能な成形木材を形成する木材成形装置および木材成形方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の木材成形装置は、フェノール樹脂を含浸し、軟化した木質材料へ転写する凹凸模様を有する一対のプレス金型と、前記木質材料を挟んだ前記一対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一対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し、前記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している。
【０００９】
好適には、前記木質材料を所定の温度に加熱して、圧縮成形後の木質材料を硬化させて形状固定を行う加熱手段をさらに有する。
【００１０】
さらに、上記の目的を達成するため、本発明の木材成形方法は、フェノール樹脂を木質材料に含浸させる含浸工程と、前記フェノール樹脂を含浸した木質材料を加熱して軟化させる軟化工程と、前記木質材料を加熱状態として当該木質材料の凹凸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、前記木質材料を少なくとも両面から圧縮して、木質材料の両面に凹凸模様を形成する圧縮工程と、前記木質材料を圧縮状態のままで加熱して硬化させる硬化工程とを有し、形状固定後の成形木材の厚さがその内部において略均一であり、凸部模様が形成される面と対向する他方の面に、反転形状の凹部模様を有する成形木材を形成する。
【００１１】
上記の本発明によれば、板状の木材、あるいは木粉末などの木質材料が、その細胞壁にフェノール樹脂を含浸した状態で加熱乾燥されることにより、内部温度が上昇し、軟化されることになる。
この軟化した状態で、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、加熱されることにより、フェノール樹脂が細胞壁中で硬化して、圧縮による木材の成形が固定され、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成形木材が形成されることとなる。
上記の作用において、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、転写後の成形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、軟化、形状固定の反応機構が安定し、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こととなる。
【００１２】
好適には、前記圧縮工程の前に、前記木質材料を加熱状態として当該木質材料の前記凹凸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さらに有する。
これにより、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。
【００１３】
好適には、前記含浸工程において、平均分子量が２００〜５００の低分子量フェノール樹脂を木質材料に含浸させる。
これは、平均分子量が２００より小さいと、単位フェノール骨格当たりに含有されるメチロール基の数が少ないため架橋密度が小さくなり、成形木材を硬化させる効果が小さく、安定した形状を有する成形木材を提供することが困難になるからである。
また、平均分子量が５００より大きいと、木質材料の細胞壁に保持されるフェノール樹脂が少なくなり、木質材料を軟化および硬化させる効果が小さく、安定した形状を有する成形木材を提供することが困難になるからである。
【００１４】
好適には、前記含浸工程において、低分子量フェノール樹脂の濃度が３〜１５重量％の水溶液に木質材料を浸漬させ、フェノール樹脂を含浸させる。
また、フェノール樹脂溶液中の低分子量フェノール樹脂の濃度は、５〜１０重量％であることが更に好ましい。
これは、フェノール樹脂の濃度が３重量％より低いと、木質材料の細胞壁に保持されるフェノール樹脂が少なくなり、後の硬化工程において、成形木材の形状固定の度合いが低く、安定した形状を有する成形木材を提供することが困難になるからである。
また、１５重量％より高いと、得られる成形木材の比重が大きくなりすぎてしまうからである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の木材成形装置および木材成形方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
第１実施形態
図１（ａ）は、本発明の木材成形装置により形成された成形木材の１例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線における概略拡大断面図である。
【００１７】
図１に示すように、成形木材１０は、フェノール樹脂を含浸した板状の木材、あるいは木粉末などの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。
【００１８】
成形木材１０は、例えば板状の木材を使用した場合には、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。
ここで、繊維（Ｔｅｘｔｉｌｅ  ）方向Ｌとは木目に沿った方向であり、放射（Ｒａｄｉａｌ）  方向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とは年輪に対する接線の方向をいう。
【００１９】
成形木材１０の表面には、例えば凸部模様が形成されており、成形木材１０の裏面には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。
すなわち、図１（ｂ）に示すように、成形木材１０の表面には例えば高さａの凸部模様１２ａが形成されており、その直下の裏面には深さａの凹部模様１３ａが形成されている。従って、表面の凸部模様１２ａと裏面の凹部模様１３ａとは、互いに反転形状となっている。
【００２０】
このように、成形木材１０の一方の面に例えば凸部模様１２ａを形成し、当該凸部模様の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、成形木材１０内の厚さを略一定（ｔｂ１＝ｔｂ２＝ｔｂ３）にすることができる。
ここで、圧縮成形前の木質材料の厚さをｔａ  、圧縮成形後の成形木材の厚さをｔｂ  とすると、圧縮率ｃは、下記の式（１）によって表せられる。
【００２１】
【数１】
ｃ（％）＝（（ｔａ  −ｔｂ  ）／ｔａ  ）×１００        （１）
【００２２】
従って、圧縮成形後の成形木材内の厚さが略一定（ｔｂ１＝ｔｂ２＝ｔｂ３）であることから、圧縮率が成形木材内で略均一となっている。
【００２３】
次に、上記の成形木材を形成する本実施形態の木材成形装置および木材成形方法について説明する。
本発明の木材成形方法は、大別して、フェノール樹脂含浸工程と、乾燥軟化工程と、圧縮および硬化工程と、取り出し工程の４つの工程から成る。以下、各工程において、使用する装置とともに説明する。
【００２４】
ここで、本発明の木材成形方法には、気乾状態の木質材料を使用することが好ましい。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。
気乾状態の木質材料を使用するのは、一般的に材料の入手が容易だからである。
なお、気乾状態の木質材料は、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。
【００２５】
フェノール樹脂含浸工程
図２（ａ）は本工程に使用する含浸装置の概略構成図である。
図２（ａ）に示す含浸装置は、圧力容器１と、水槽３と、制御装置２０と、コンプレッサー３０などから構成されている。
【００２６】
圧力容器１は、低圧、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は、配管２１を通して圧力容器１内の圧力が制御され、かつ配管２２を通して圧力容器１内の排気が行われ、かつ配管２３を通して圧力容器１内に残留した水溶液等が外部に排出される。
【００２７】
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（２２ａ、２３ａ）を制御する。具体的には、圧力容器１中に設けられた不図示の圧力計を介して、圧力をモニタしながら、配管２１を通じて圧力容器１内の圧力を不図示の真空ポンプを介して減圧し、また、コンプレッサー３０を介して加圧する。
また、減圧あるいは加圧された圧力容器１内の圧力を、外部雰囲気に通ずる配管２２の排気用弁２２ａを調整することにより、常圧に戻す。
また、減圧あるいは加圧することにより発生した圧力容器１内の水溶液の排出制御を、ドレン用弁２３ａを調整することにより行う。
また、蓋１ａとも電気的に接続されており、扉の開閉制御を行う。
なお、不図示の時計を介して、各工程における時間などをモニタ可能としている。
【００２８】
図２（ｂ）は、水槽３の概略拡大断面図である。
図２（ｂ）に示すように、フェノール樹脂水溶液３１を有する水槽３内に、例えば板状の木材１０ａが沈んでおり、当該木材１０ａの浮上を防止するために木材を被覆して、ネット３２および重り３３が設置されている。
【００２９】
なお、本発明に用いられる低分子量フェノール樹脂は、硬化に寄与する架橋密度を高めるため、単位フェノール骨格当たりにできるだけ、多くのメチロール基を含有していることが好ましい。
すなわち、フェノール樹脂含浸工程で含浸されるフェノール樹脂の平均分子量は、２００〜５００であることが好ましい。
これは、平均分子量が２００より小さいと、単位フェノール骨格当たりに含有されるメチロール基の数が少ないため架橋密度が小さくなり、成形木材を硬化させる効果が小さく、安定した形状を有する成形木材を提供することが困難になるからである。
また、平均分子量が５００より大きいと、木質材料の細胞壁に保持されるフェノール樹脂が少なくなり、木質材料を軟化および硬化させる効果が小さく、安定した形状を有する成形木材を提供することが困難になるからである。
【００３０】
また、フェノール樹脂水溶液３１中の低分子量フェノール樹脂の濃度は、３〜１５重量％であることが好ましく、５〜１０重量％であることが更に好ましい。これは、フェノール樹脂の濃度が３重量％より低いと、木質材料の細胞壁に保持されるフェノール樹脂が少なくなり、後の硬化工程において、成形木材の形状固定の度合いが低く、安定した形状を有する成形木材を形成することが困難になるからである。
また、１５重量％より高いと、得られる成形木材の比重が大きくなりすぎてしまうからである。
【００３１】
上記の含浸装置を使用したフェノール樹脂の木質材料への含浸方法について説明する。
まず、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、上記の水槽３を圧力容器１の内部に搬入して、架台２の上に載置する。
次に、圧力容器１の蓋を閉じて、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、真空引きを行い、圧力を大気圧を基準として例えば−７４０ｍｍＨｇ程度に減圧し、当該減圧した状態を６０分維持し、その後、排気用弁２２ａを調整して配管２２により常圧に戻した後、圧力容器１内を大気圧を基準として例えば＋８ｋｇ／ｃｍ２  程度に加圧し、当該加圧した状態を１０分程度維持することにより、フェノール樹脂を木材１０ａの細胞壁中に含浸させる。
【００３２】
なお、木粉末を使用する場合には、上記の工程において、減圧および加圧の操作は、省略してフェノール樹脂を含浸することができる。
【００３３】
乾燥・軟化工程
図３に乾燥・軟化工程に使用する送風乾燥機の断面図を示したものである。
フェノール樹脂含浸工程後の木材１０ａを、各木材１０ａが互いに接しないように送風乾燥機に搬入して、送風乾燥を行う。
【００３４】
本実施形態では、乾燥を以下の３工程で行う。
まず、３０℃で送風乾燥を行う。この送風乾燥を行う時間は、木材の大きさに応じて適宜決定されるが、２４時間前後である。なお、この送風乾燥工程は、後の送風乾燥において急激な乾燥による木材の変形や落ち込み等を防止するためにできるだけ長い方が好ましい。
次に、６０℃で送風乾燥を行う。この送風乾燥を行う時間も、木材の大きさに応じて適宜決定されるが、４８時間前後である。
次に、８０℃で送風乾燥を行う。この送風乾燥を行う時間も、木材の大きさに応じて適宜決定されるが、７２時間前後である。
なお、３０℃での送風乾燥の代わりに、自然乾燥を行うことも可能である。
また、余りに高い温度で急激に乾燥すると、乾燥速度が速くなりすぎて、木材のそり、ねじれなどの変形や、落ち込みが生ずるので好ましくない。
【００３５】
圧縮および硬化工程
図４（ａ）は、本実施形態に係る木材成形装置の正面図であり、図４（ｂ）は木材成形装置の側面図である。
図４に示す木材成形装置は、成形室４０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４１と、成形室４０の周壁を貫通するピストンロッド４２と、ピストンロッド４２の先端部に取り付け固定された、ヒータ４３ａを内蔵する可動ヒータプレス板４３とを備えている。
また、成形室４０内の下部には、架台４４に固定された、ヒータ４５ａを内蔵する固定ヒータプレス板４５を備えている。
【００３６】
制御装置４６は、プレスシリンダー４１、可動ヒータプレス板４３に内蔵されたヒータ４３ａ、固定ヒータプレス板４５に内蔵されたヒータ４５ａと接続されており、可動ヒータプレス板４３のプレス制御（例えば、力、速度）や、ヒータ（４３ａ，４５ａ）を介して可動および固定ヒータプレス板（４３，４５）の温度制御を行う。
【００３７】
圧縮成形は、乾燥・軟化した木質材料１０ａを金型で挟んで被成形プレス部を構成し、当該被成形プレス部を上記の木材成形装置に搬入して行う。
図５に被成形プレス部の構成を表す斜視図を示す。
図５（ａ）に示すように、コの字型の溝を有する金枠６に、下型７、木質材料１０ａ、上型８、スペーサ９をセットすることにより、図５（ｂ）に示すような被成形プレス部４が構成させることになる。
上型８と下型７からなるプレス金型の対向面には、木質材料に転写するための不図示の凹凸模様が形成されている。この上型８と下型７の凹凸模様は、互いに反転形状の凹凸模様を有しており、従って上型８と下型７の対向面を合わせると上型８の例えば凸模様が下型７の例えば凹模様にはめ込まれるように形成されている。
スペーサ９は、成形木材１０の厚さを決定するためのもので、所望の成形木材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。
【００３８】
次に、本実施形態に係る木材成形装置を使用して、圧縮成形を行い、かつフェノール樹脂を硬化させて成形木材の形状固定を行う方法について説明する。
図６は、図４（ａ）のＦ部分の拡大図を示したものである。
まず、図６（ａ）に示すように、固定ヒータプレス板４５上に木材１０ａをセットしていない状態の金型を載置して、可動ヒータプレス板４３を金型に接触させて、金型を例えば１６０℃程度に加熱する。
【００３９】
次に、金型を木材成形装置から取り出し、加熱乾燥後の約８０℃の木材１０ａをセットして被成形プレス部４を形成し、図６（ｂ）に示すように、例えば１６０℃に加熱された固定ヒータプレス板４５上に、被成形プレス部４を載置して、木材１０ａを加熱する。
【００４０】
次に、図６（ｃ）に示すように、可動ヒータプレス板４３を降下させて、被成形プレス部４のスペーサ９をプレスして、当該プレス状態のまま、可動および固定ヒータプレス板（４３，４５）を例えば１６０℃に維持して、例えば３０分程度、木材１０ａの加熱を行う。
【００４１】
上記の工程により、木材１０ａの細胞壁中に含浸されているフェノール樹脂が硬化され、圧縮成形された木材１０ａの形状固定が行われる。
【００４２】
取り出し工程
次に、成形木材を取り出すことにより、図１に示す成形木材に至る。
【００４３】
上記の本実施形態に係る木材成形装置および木材成形方法では、木質材料として、板状の木材を使用する場合と木粉末を使用する場合とで、それぞれ以下の効果を有する。
【００４４】
板状の木材を使用する場合
この場合には、圧縮率が比較的均一なことから、成形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しながら、上型８と下型７からの木材への模様の転写性を向上することができ、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。
また、木材への圧縮率が比較的均一なことから、上型８と下型７の仕上げの面精度により、成形木材１０の表面の面精度が決まるため、後に研磨をすることなく品質の安定化を図ることができる。
また、圧縮成形時に割れが生じたとしても、上型８および下型７により拘束されているため、上型８および下型７の形状で固定することができる。
また、木材へ転写する模様の圧縮の深さ、曲率、圧縮率の制限を大きく改善でき、デザイン的な自由度を増大させることができる。
【００４５】
木粉末を使用する場合
この場合には、圧縮率が比較的均一なことから、成形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成形木材を形成することができる。
圧縮率が比較的均一なことから、圧縮によって濃色化した部分の色むらが少なく、後の着色塗装が容易となる。
また、木材に比してさらに割れなどが生じにくくなるため、凹凸模様を無理なく大きく形成できる。
【００４６】
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、木質材料として板状の木材を使用した場合に、プレス時に横方向に広がることによる成形木材１０の上型８、下型７および金枠６からの離型が困難な場合もあるため、被成形プレス部を以下に示すような構造にする。
図７（ａ）は図５（ｂ）においてＡ方向から見た被成形プレス部４の圧縮後の正面図、図７（ｂ）は図５（ｂ）においてＢ方向からみた被成形プレス部４の圧縮後の側面図である。
図７（ａ）に示すように、圧縮後の成形木材１０の金型（上型８および下型７の他、金枠６を含む）からの離型の困難さを考慮して、金枠６の溝において、例えば角度ｘ（例えば２度）のテーパーを設けている。
また、金枠６の底面に開口部６ａを設け、上型８および下型７に挟まれた成形木材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。
上記の構造により、図８（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に挟まれた成形木材１０が金枠６から押し出されることになる。その後、図８（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、成形木材１０が金型から離型されることになる。
【００４７】
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、木質材料として板状の木材を使用した場合に、プレス時に横方向に広がることによる成形木材１０の上型８、下型７および金枠６からの離型が困難な場合もあるため、被成形プレス部を以下に示すような構造にする。
図９（ａ）は上型８および下型７に挟まれた成形木材１０の平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の木材の平面図、図９（ｃ）は図９（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（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、成形対象の木材１０ａも図９（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、成形木材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、成形木材１０が金型から離型されることになる。
【００４８】
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、木質材料として板状の木材を使用した場合に、プレス時に横方向に広がることによる成形木材１０の上型８、下型７および金枠６からの離型が困難な場合もあるため、被成形プレス部を以下に示すような構造にする。
図１０は、上型８および下型７に挟まれた成形木材１０の概略構成図を示したものである。図１０に示す上型８と下型７では、それぞれ開口部（８ａ、７ａ）を設けてある。
そして、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に挟まれた成形木材１０を取り出した後、開口部（８ａ、７ａ）に挿入し、かつ成形木材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に挟まれた成形木材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により成形木材１０が押され、上型８および下型７に挟まれた成形木材が下型７から離型されることになる。同様にして、成形木材１０を上型からも離型することにより、成形木材１０が金型から離型されることになる。
【００４９】
第５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、木質材料として木粉末を使用した場合に、被成形プレス部の構造を以下に示すような構造にする。図１１（ａ）は、木粉末に使用する金枠６の上面図を示したものであり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）においてＥ方向から見た側面図である。
図１１に示す金枠６では、金枠６の開放されている側面に、ボルトなどにより、側板１７を取り付けることとしたものである。
また、図１１（ｂ）に示すように、金枠６の底面に開口部６ａを設け、第２実施形態と同様に、上型８および下型７に挟まれた成形木材１０を、金枠６から取り出すこととしたものである。
上記の構造とするのは、木粉末を使用する場合には、金枠６の側面が開放されていると、当該開放されている側面から木粉末が溢れてしまい、その結果、成形木材の厚さの不均一による圧縮率の変動を防止するためである。
【００５０】
本発明の木材成形装置および成形方法の実施形態は、上記の説明に限定されない。
例えば、本発明の各工程における温度、時間などの製造条件は、木質材料１０ａの元となる樹木の種類、木質材料１０ａの大きさ、木質材料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、木質材料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、取り出し工程において、成形木材の離型を容易にするため、あらかじめ金型に離型剤を塗布しておいてもよい。尚、この離型剤としては、大豆レシチンとトルエンを重量比１：９で混合したものなどがある。
【００５１】
また、圧縮および硬化工程前に、予備圧縮することも効果的である。
例えば、加熱状態で、圧縮成形を行う方向とは異なる方向に板状の木材を予備圧縮した後に、本実施形態における圧縮および硬化工程を行う。
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。
【００５２】
【実施例】
以下に、本発明に係る木材成形装置を用いて、成形木材を形成した実施例について説明する。
【００５３】
第１実施例
まず、Ｒ方向の長さが１０ｍｍ、Ｌ方向の長さが４．３３ｍｍ、Ｔ方向の長さが１．３ｍｍのヒノキを用いて、フェノール樹脂を含浸させたときの各温度における木材の動的弾性率を測定した。
【００５４】
図１２は、フェノール樹脂を含浸させた場合における木材の温度と動的弾性率のグラフである。なお、弾性率は、木材のＲ方向（放射方向）における引っ張り弾性率を示している。
図１２に示すように、フェノール含浸した木材は、約５０℃程度までは、弾性率が高いが、５０℃以上の温度になると徐々に弾性率が低下していく。
そして、温度が約１３０℃の所Ｆ以上の温度になると、木材の弾性率は、徐々に増していき、温度が１６０℃程度で、十分な弾性率となっている。
これにより、本実施形態の乾燥・軟化工程では、３０〜８０℃で木材を送風乾燥しているが、上記の温度で木材が軟化していることが確認できた。
また、本実施形態の硬化工程では、１６０℃前後でフェノール樹脂を含浸した木材を加熱しているが、当該温度でフェノール樹脂を含浸した木材が硬化することが確認できた。
【００５５】
第２実施例
本実施例では、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、木粉末として大きさが３５５μｍのスギとヒノキを混合したものを使用して、従来の片面のみに凹凸模様を形成するための圧縮成形を行った。
【００５６】
ここで、本実施例で使用した木質材料の物性として、全乾比重、気乾比重、含水率（％）について、算出した。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
【数２】
ｕ（％）＝（（Ｗｕ  −Ｗ０  ）／Ｗ０  ）×１００        （２）
【００６０】
図１３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１３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。
また、木粉末については、含水率のみを掲載した。
【００６１】
図１３に示す気乾状態の木質材料を用いて、本実施形態に係る木材成形装置において、上型８の凹凸模様のみを木質材料の片面に転写して、図１（ａ）に示すような凹凸模様を片面に有する成形木材を形成した。
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、圧縮成形後の成形木材の長さは、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）のものを使用し、材質はアルミ製のものを使用した。
また、上型８は、木質材料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。
【００６２】
つぎに、製造条件について説明する。
フェノール樹脂含浸工程
まず、フェノール樹脂の濃度が１０重量％のフェノール樹脂水溶液に木材を沈めた水槽３を、圧力容器１の架台２上に載置し、圧力を大気圧を基準として例えば−７４０ｍｍＨｇ程度の減圧下で６０分間、その後、大気圧を基準として＋８ｋｇ／ｃｍ２  程度の加圧下で１０分間、フェノール樹脂を木材１０ａに含浸させた。
乾燥・軟化工程
次に、送風乾燥機を用いて、３０℃で２４時間、６０℃で４８時間、８０℃で７２時間送風乾燥を行った。
圧縮および硬化工程
次に、固定ヒータプレス板４５上で木質材料１０ａをセットしていない状態の金型を例えば１６０℃程度に加熱しておき、その後、木質材料１０ａをセットして、１６０℃に加熱された固定ヒータプレス板４５上で、木質材料１０ａを加熱した。
その後、可動ヒータプレス板４３によりプレスして、当該プレス状態のまま、可動および固定ヒータプレス板（４３，４５）を例えば１６０℃に維持したまま、３０分間、木質材料１０ａを加熱することにより形状固定を行った。
取り出し工程
次に、上記の木材を取り出すことにより、図１（ａ）に示すような凹凸模様を片面に有する成形木材を形成した。
【００６３】
これにより、図１４に示す各木材についての結果が得られた。
図１４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成形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成形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、成形木材にどれだけ美麗に転写されたかの評価である。
また、フェノール樹脂含浸性の評価は、フェノール樹脂が含浸されやすいか否かの評価である。
図１４に示すように、上型８に形成された凹凸模様のみを転写して、片面のみに凹凸模様を形成した場合には、割れがなく転写性も良好な木材は少なく、またフェノール樹脂含浸による圧縮成形の適用が、好適なものと不適なものとが存在した。
【００６４】
例えば、好適なものとして、割れ、転写性を中心に評価すると、ポプラ、アルダー、カツラなどであった。
それ以外は、不適なものであり、程度の差はあるが表面に割れが生じていた。
【００６５】
次に、上記の板状の木材のうちペルポックについて、およびスギ・ヒノキ混合の木粉末について、本発明の木材成形装置および成形方法を適用してみた。
なお、製造条件は、平坦な下型に代えて、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が形成された下型７を使用し、その他は上記と同様の条件で行った。
これにより、圧縮成形後、表面には割れなどがなく、転写性にも優れた良好なペルポックからなる成形木材が形成された。
また、木粉末についても、表面には割れや色むらなどがなく、転写性にも優れた良好な成形木材が形成された。
上記の実施例により、従来のフェノール樹脂含浸処理による圧縮成形において、適用が困難な木質材料においても、本発明に係る木材成形装置および成形方法によって割れなどの不利益を最小限に抑制して、高品質な成形木材を形成できることがわかる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の木材成形装置によれば、木質材料へのプレス成形による圧縮率が比較的均一なことから、圧縮成形後の成形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しつつ、木質材料への模様の転写性を向上させることができる。
従って、木質材料へ転写する模様の圧縮の深さ、曲率などの制限を大きく改善でき、デザイン的な自由度を増大させることができる。
また、木質材料へのプレス成形による圧縮率が比較的均一なことから、成形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成形木材を形成することができる。
【００６７】
本発明の木材成形方法によれば、木質材料へのプレス成形による圧縮率が比較的均一なことから、圧縮成形後の成形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、本発明の成形木材の１例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、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）は本実施形態の含浸装置の概略構成図を示したものであり、図２（ｂ）は図２（ａ）の水槽の概略拡大断面図である。
【図３】図３は、乾燥・軟化工程に使用する送風乾燥機の断面図を示したものである。
【図４】図４（ａ）は本実施形態の木材成形装置の正面図であり、図４（ｂ）は木材成形装置の側面図である。
【図５】図５（ａ）はセット前の被成形プレス部の構成を表す斜視図、図５（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６】図６は、図４（ａ）のＦ部分の拡大図を示したものである。
【図７】図７は、第２実施形態を示したものであり、図７（ａ）は図５（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７（ｂ）は図５（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８】図８は、成形木材の離型方法の１例を示したものである。
【図９】図９は、第３実施形態を示したものであり、図９（ａ）は上型および下型に挟まれた成形木材の平面図、図９（ｂ）は使用する木材の平面図、図９（ｃ）は図９（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１０】図１０は、第４実施形態を示したものであり、板状の木材を使用する場合の被成形プレス部の１構成例を示したものである。
【図１１】図１１は、第５実施形態を示したものであり、木粉末を使用する場合の金枠の１構成例を示したものである。
【図１２】図１２は、フェノール樹脂を含浸した木材の温度と動的弾性率のグラフを示したものである。
【図１３】図１３は、本実施例で使用した木質材料の全乾比重、気乾比重、含水率（％）の算出結果を示したものである。
【図１４】図１４は、片面のみに凹凸模様を形成した場合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…架台、３…水槽、４…被成形プレス部、６…金枠、７…下型、８…上型、９…スペーサ、１０…成形木材、１０ａ…木質材料（木材，木粉末）、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、１７…側板、２０，４６…制御装置、２１，２２，２３…配管、２２ａ，２３ａ…弁、３０…コンプレッサー、３１…フェノール樹脂水溶液、３２…ネット、３３…重り、４１…プレスシリンダー、４２…ピストンロッド、４３…可動ヒータプレス板、４３ａ…ヒータ、４４…架台、４５…固定ヒータプレス板、４５ａ…ヒータ。
【図１】
0003580537.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003580537.tif 000012
【図１２】
0003580537.tif 000013
【図１３】
0003580537.tif 000014
【図１４】
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