JP4384627B2 - 木材の加工方法および圧縮木製品 - Google Patents

Description

本発明は、木材を圧縮することによって３次元形状に加工する木材の加工方法および木材を圧縮成形した圧縮木製品に関する。

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、その加工技術も飛躍的に進歩しつつある。

従来、かかる木材の加工技術として、吸水軟化した一枚の木材を圧縮し、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）。さらに、軟化処理した状態で圧縮した一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）。このような加工技術を用いて圧縮成形された木材（圧縮木材）は、電子機器の外装体としても適用し得る程度の強度を有することが知られている（例えば、特許文献３を参照）。

上述した圧縮木材では、表面から水分などが浸透することによって劣化してしまう場合があった。この問題を解決するためにコーティング処理を行うのが一般的であるが、木材表面をコーティング材で覆うと、自然素材としての木材の風合いが失われてしまう恐れがあった。また、表面に傷が付くとコーティング層が剥離してしまうため、その剥離した箇所から水分が浸透して劣化が進み、木材の耐久性が損なわれるという問題もあった。

このような問題を解決するための技術として、木材の表面を改質して耐久性などを向上させる木材の表面処理方法も提案されている。例えば、下記特許文献４では、室温で固体である木材含浸用の無溶媒溶融物を加熱および加圧によって木材に含浸させる技術が開示されている。

特許第３０７８４５２号公報 特開平１１−７７６１９号公報 特開２００５−１５３３６４号公報 特開２００３−７３６０８号公報

上記特許文献４に記載された従来技術によれば、室温で固体である溶融物を木材に含浸させるので、木材の表面が傷付いたとしても水分などの浸透が抑えられ、木材の耐久性は維持される。しかしながら、その従来技術では、木材を加熱溶融された溶融物に浸漬して含浸させるため、木材の表面が溶融物によって層状に覆われることになり、結局はコーティング処理と同様に木材の風合いが失われてしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、木材の風合いを保ちながら、その木材の強度および耐久性を向上させることができる木材の加工方法および圧縮木製品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、請求項１記載の発明は、木材を一対の金型によって３次元形状に加工する木材の加工方法において、前記一対の金型のうち少なくとも一方の金型が有する表面であって前記木材の表面と接触する表面に対し、温度が５〜３５℃の状態で液体であり、沸点が２３０℃以上である油を付着させる油付着工程と、前記油付着工程によって油が付着した金型を含む前記一対の金型によって前記木材を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。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記３次元形状は皿状であり、前記油付着工程は、前記皿状となる木材の表面のうち皿の外側となる表面と接触する金型の表面に前記油を付着させることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、一対の金型を用いて木材を圧縮することによって形成された圧縮木製品であって、前記一対の金型のうち少なくとも一方の金型が有する表面であって前記木材の表面と接触する表面に対し、温度が５〜３５℃の状態で液体であり、沸点が２３０℃以上である油を付着させ、この油が付着した金型を含む前記一対の金型によって前記木材を挟持して圧縮力を加えることにより、前記木材の表層の少なくとも一部に前記油を含浸させたことを特徴とする。

本発明によれば、原木から形取った木材を一対の金型によって３次元形状に加工する際、前記一対の金型のうち少なくとも一方の金型が有する表面であって前記木材の表面と接触する表面に対し、温度が５〜３５℃の状態で液体であり、沸点が２３０℃以上である油を付着させ、油が付着した金型を含む前記一対の金型によって前記木材を挟持して圧縮力を加えることにより、木材の風合いを保ちながら、その木材の強度および耐久性を向上させることが可能となる。

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。本発明の一実施の形態に係る木材の加工方法においては、まず、所定の形状をなす木材を原木から形取る（形取工程）。図１は、この形取工程の概要を模式的に示す図である。同図に示す木材１は、原木である無圧縮状態の無垢材１０（木目１０Ｇを有する）から切削等によって形取られ、略長方形状の表面をなす平板状の主板部１ａと、この主板部１ａ表面の長手方向に略平行な２辺の各々から主板部１ａ表面に対して所定の角度をなして延出する二つの側板部１ｂと、主板部１ａ表面の短手方向に略平行な２辺の各々から主板部１ａ表面に対して所定の角度をなして延出する二つの側板部１ｃとを備え、皿状（椀状、シェル状、箱状等の形状を含む）をなす。この木材１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。

図１に示す場合、無垢材１０から形取る木材１の長手方向とその木材１の繊維方向Ｌとが略平行であって主板部１ａの表面が柾目面をなすように形取りを行っているが、これはあくまでも一例に過ぎない。他にも、木材１の長手方向がその木材１の繊維方向Ｌと略平行であり、主板部１ａの表面が板目面、追柾面をなすように形取ることもできる。また、木材１の長手方向がその木材１の繊維方向Ｌと略直交し、主板部１ａの表面が木口面をなすように形取ることもできる。このように、木材を原木からどのように形取るかは、その木材に対して要求する強度や美観等の条件に応じて定められる。このような事情に鑑み、以後の説明で参照する図面においては、木目を省略して記載する。

なお、無垢材１０は、檜、檜葉、桐、杉、松、桜、欅、黒檀、竹、チーク、マホガニー、ローズウッドなどの中から、加工した木材の用途等に応じて最適なものを選択すればよい。また、木材を原木から形取る際には平板状に形取ってもよい。

図２は、本実施の形態に係る木材の加工方法において使用する金型の構成および木材１を圧縮する前の状態を示す図であり、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。これらの図に示すように、木材１は、一対の金型５１および６１によって挟持され、圧縮力が加えられる。この一対の金型のうち、圧縮時に木材１の上方から圧縮力を加える金型５１は、木材１の主板部１ａから側板部１ｂおよび１ｃに各々立ち上がって湾曲する曲面の内側面に嵌合する形状をなす凸部５２を有する。木材１の内側面のうち、主板部１ａから側板部１ｂに立ち上がって湾曲する曲面１ａｂ内側面の曲率半径をＲＩとし、凸部５２のうち曲面１ａｂに当接する曲面の曲率半径をＲＡとすると、この二つの曲率半径は、ＲＩ＞ＲＡという関係を満たす。

これに対し、圧縮時に木材１の下方から圧縮力を加える金型６１は、木材１の主板部１ａから側板部１ｂおよび１ｃに各々立ち上がって湾曲する曲面の外側面を嵌入する凹部６２を有する。木材１の主板部１ａから側板部１ｂに立ち上がって湾曲する曲面１ａｂ外側面の曲率半径をＲＯとし、凹部６２のうち曲面１ａｂの外側面に当接する曲面の曲率半径をＲＢとすると、この二つの曲率半径は、ＲＯ＞ＲＢという関係を満たす。

金型６１の凹部６２の表面（皿状をなす木材１の表面のうち皿の外側に相当する表面と接触する金型の表面）には、油１０１が付着している。この油１０１は、木材１を金型５１と６１の間にセットする前に、常温（５〜３５℃程度）または常温よりも高い温度を有する状態で凹部６２の表面に付着される。この油付着工程で適用する油１０１としては、少なくとも常温で液体であるような種類のものを適用する。これにより、油１０１を凹部６２の表面に付着させる際には、刷毛やローラーによって油１０１を塗布するか、あるいはスプレーによって油１０１を吹き付ければよいので、油付着工程を容易にかつ迅速に行うことが可能となる。

油付着工程によって金型６１の凹部６２の表面に油１０１を付着させた後、金型５１および６１によって木材１を圧縮する（圧縮工程）。この圧縮工程を行うに際して、木材１を大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中に所定時間放置することにより、水分を過剰に吸収させて軟化させる。ここでいう高温高圧とは、温度が１００〜２３０℃、より好ましくは１８０〜２３０℃、さらに好ましくは１８０〜２００℃程度であり、圧力が０.１〜３.０ＭＰａ（メガパスカル）、より好ましくは０.４５〜２.５ＭＰａ、さらに好ましくは１.０〜１.６ＭＰａ程度の状態を指す。なお、上述した水蒸気雰囲気中で木材１を放置して軟化させる代わりに、例えば木材１をマイクロウェーブの如き高周波の電磁波によって加熱して軟化させてもよい。

その後、上記同様の水蒸気雰囲気中で木材１を圧縮する。図４は、軟化した木材１を所定の位置に配置した後、金型５１を下降させて金型６１との間で木材１を挟持し、この挟持した木材１に対して所定の圧縮力を加えている状態を示す図であり、木材１の圧縮力による変形がほぼ完了した状態を示す図である。図４に示すように、木材１は金型５１および６１から圧縮力を受けることにより、金型５１と金型６１との隙間に相当する３次元形状に変形される。この際、凹部６２の表面に付着していた油１０１は、圧縮力を受けることによって木材１の外側面に徐々に浸透していき、油含浸部Ｐを形成する。

図５および図６は、油１０１が木材１に浸透する前および後の木材１の表層の一部をそれぞれ模式的に示す図であり、より具体的には、木材１が針葉樹（檜、檜葉など）である場合の圧縮前（図５）と圧縮後（図６）の木材１の表層の繊維方向Ｌに垂直な断面を模式的に示す図である。これらの図に示すように、木材１は細胞壁Ｗに囲まれて連続する仮導管Ｔを有し、図５に示す圧縮前の状態において、この仮導管Ｔが比較的大きい開口を有している。これに対して、図６に示す圧縮後の状態では、細胞壁Ｗが圧縮方向に潰され、仮導管Ｔの開口が細隙化している。油１０１は、主にこのような細隙化した仮導管Ｔを通じて表面から適当な深さの範囲に浸透することによって油含浸部Ｐを形成している。このため、木材１の表層に浸透した油１０１は、木材１を乾燥させた後も仮導管Ｔの内部に留まる。なお、木材１が広葉樹（桐、欅など）の場合には、上述した仮導管Ｔの役割を導管が担う。

ところで、圧縮工程において木材１に油１０１が浸透していくためには、油１０１の沸点が上記水蒸気雰囲気中でも気化しない程度の値を有している必要がある。すなわち、上記水蒸気雰囲気における温度の上限は２３０℃程度なので、油１０１の沸点は２３０℃以上でなければならない。この条件に加えて、油１０１は温度が５〜３５℃程度（常温）の状態で液体でなければならない。これらの条件を満たす油としては、例えばシリコンオイル、エンジンオイル、潤滑油などを挙げることができる。これらの油は、常温で液体であり、かつ沸点が少なくとも２６０℃以上であることが知られている。

木材１に所定時間（１〜数十分、より好ましくは５〜１０分程度）圧縮力を加えた後、上記水蒸気雰囲気を解いて木材１を乾燥させ、金型５１と金型６１を離間させて圧縮を解除することによって圧縮工程が終了する。この圧縮工程の結果、木材１の肉厚は、圧縮前の肉厚の３０〜５０％程度となる。

一般に、圧縮が解除された木材には、元の形状に戻ろうとする応力が作用する。本実施の形態では、木材１の表面（外側面）と金型６１の凹部６２の表面との密着度が、木材１の表面（内側面）と金型５１の凸部５２との密着度よりも高くなる。このため、金型５１が上昇した後も木材１が金型６１から離型しにくくなる可能性があるが、凹部６２の表面に油１０１が付着しているので、金型６１からの離型も容易であり、木材１の表面を傷つけて美観を損ねる恐れがない。

なお、圧縮工程で金型５１を金型６１に対して上下動させる際には、しかるべき駆動手段を用いて金型５１を電気的に駆動させるようにしてもよいし、金型５１と金型６１とをねじで連結し、このねじを手動または自動で締めることによって金型５１を金型６１に対して上下動させるようにしてもよい。

図７は、以上説明した木材の加工方法によって形成された圧縮木製品の構成を示す斜視図である。また、図８は、図７のＢ−Ｂ線断面を模式的に示す縦断面図である。これらの図７および図８に示す圧縮木製品２は、木材１の主板部１ａ、二つの側板部１ｂ、および二つの側板部１ｃにそれぞれ対応する主板部２ａ、二つの側板部２ｂ、および二つの側板部２ｃを備える。また、主板部２ａから湾曲して側板部２ｂおよび２ｃに至る外側面には、油１０１による油含浸部Ｐが形成されている。この油含浸部Ｐの浸透の深さは、圧縮木製品２の肉厚、圧縮率、木材の密度等によって変わってくるが、例えば使用時に受ける可能性がある傷の深さなどを考慮し、この考慮した深さよりも大きい値を有するようにしておけばより好ましい。

ところで、図８では、油含浸部Ｐを木材とは分離した個別の領域であるかの如く記載しているが、これは図８が模式図であるためであり、実際の油含浸部Ｐは、図５および図６を参照して説明したように、細胞壁に囲まれた導管または仮導管の内部に油１０１が浸透することによって形成されていることは勿論である。

図９は、圧縮木製品２の一適用例を示す図であり、より具体的には圧縮木製品２から形成されるカバー部材によって外装されたデジタルカメラの外観構成を示す斜視図である。同図に示すデジタルカメラ８１は、撮像レンズを含む撮像部８２、フラッシュ８３、およびシャッターボタン８４を備え、二つのカバー部材３および４によって外装されて成る。デジタルカメラ８１の内部には、撮像処理等に関する駆動制御を行う制御回路、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子、音声の入出力を行うマイクロフォンやスピーカ、および制御回路の制御のもと各機能部材を駆動する駆動回路を含み、デジタルカメラ８１の機能を実現する各種電子的部材および光学的部材が収納される（図示せず）。

図１０は、デジタルカメラ８１の外装材をなすカバー部材３および４の概略構成を示す斜視図である。このうち、デジタルカメラ８１の前面側を外装するカバー部材３は、圧縮木製品２の主板部２ａ、ならびに側板部２ｂおよび２ｃにそれぞれ対応する主板部３ａ、ならびに側板部３ｂおよび３ｃを備える。このうち、主板部３ａには、撮像部８２を表出する円筒形状の開口部３１およびフラッシュ８３を表出する直方体形状の開口部３２が形成されている。また、側板部３ｂには、半円筒形状の切り欠き３３が形成されている。

他方、デジタルカメラ８１の背面側を外装するカバー部材４は、圧縮木製品２の主板部２ａ、ならびに側板部２ｂおよび２ｃにそれぞれ対応する主板部４ａ、ならびに側板部４ｂおよび４ｃを備える。このうち、主板部４ａには、画像情報や文字情報を表示するために液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、または有機ＥＬディスプレイ等を用いて実現される表示部（図示せず）を表出する直方体形状の開口部４１が形成されている。また、側板部４ｂには、カバー部材３に形成された切り欠き３３と組み合わさってシャッターボタン８４を表出するための開口部３４１をなす半円筒形状の切り欠き４２が形成されている。カバー部材３および４はほぼ均一な肉厚を有しており、その外側面には油含浸部Ｐが形成されている（点線領域）。

カバー部材３および４がそれぞれ有する開口部や切り欠きは、カバー部材３および４の原材料である木材１を無垢材１０から形取る際に一括して形成してもよいし、木材１の圧縮工程を行った後に切削または穿孔等によって形成してもよい。また、ファインダを取り付けたり、操作指示入力ボタンを表出したりするための開口部や切り欠きを設けてもよいし、外部機器との接続用インタフェース（ＤＣ入力端子やＵＳＢ接続端子等を含む）を表出する開口部を設けてもよい。さらに、デジタルカメラ８１の内部に設けられるスピーカが発生する音声を外部に出力するために複数の小さい孔部から成る音声出力用孔部を設けてもよい。

なお、圧縮木製品２は、デジタルカメラ以外の小型携帯用電子機器、例えば、携帯電話、ＰＨＳまたはＰＤＡ等の携帯型通信端末、携帯型オーディオ装置、ＩＣレコーダ、携帯型テレビ、携帯型ラジオ、各種家電製品のリモコン、デジタルビデオなどの外装材としても適用可能である。また、圧縮木製品２は、電子機器の外装材以外にも、例えばめがねケースや食器等として適用することができる。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、原木から形取った木材を一対の金型によって３次元形状に加工する際、前記一対の金型のうち少なくとも一方の金型が有する表面であって前記木材の表面と接触する表面に対し、温度が５〜３５℃の状態で液体であり、沸点が２３０℃以上である油を付着させ、油が付着した金型を含む前記一対の金型によって前記木材を挟持して圧縮力を加えることにより、木材の風合いを保ちながら、その木材の強度および耐久性を向上させることが可能となる。

また、本実施の形態によれば、油含浸部を有する表面からの空気や水分などの出入りが制限される。このため、例えば水分が浸透して木材が膨潤して変形したり、木材繊維が腐食されたり、汚れが入り込んで汚損されたりするのを防止することができる。加えて、油含浸部は外部から受ける傷などの深さを考慮して形成されているので、仮に木材の表面が傷付けられたとしても油が剥離することがなく、木材の強度や耐久性を維持することができる。

さらに、本実施の形態によれば、木材が滑らかな金型の表面に沿って密着して圧縮成形され、その表層に油含浸部が形成されるため、木材表面の平滑性、光沢性に優れるものとなっている。このため、コーティング処理を別工程として行わなくても、工業製品の外装材などに好適な表面を形成することができる。加えて、その表面が樹脂やワックスなどのコーティング層で覆われないため、表面の溶融物層を除去するための表面研磨などの工程を行うことなく、木材表面の触感、色彩、および質感といった木材の風合いを保持することができる。

なお、上記一実施の形態に係る木材の加工方法の油付着工程では、金型６１の凹部６２の表面に油１０１を付着させた後、圧縮工程によって木材１の外側面に油含浸部Ｐを形成したが、これとは逆に、金型５１の凸部５２の表面に油１０１を付着させ、圧縮工程によって木材１の内側面に油含浸部を形成してもよい。

また、油付着工程において、金型５１の凸部５２および金型６１の凹部６２の各々に対して同じまたは異なる種類の油を付着させることにより、木材１の内側面と外側面の両方に油含浸部を形成してもよい。

このように、本発明は、ここでは記載していないさまざま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加工方法における形取工程を模式的に示す図である。 本発明の一実施の形態に係る木材の加工方法において使用する金型の構成および木材を圧縮する前の状態を示す図である。 図２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加工方法における圧縮工程において木材を圧縮している状態を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の圧縮前の木材の繊維方向に垂直な断面の構造を模式的に示す図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の圧縮後の木材の繊維方向に垂直な断面の構造を模式的に示す図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の構成を示す斜視図である。 図７のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品を外装材として適用したデジタルカメラの外観構成を示す斜視図である。 図９のデジタルカメラを外装するカバー部材の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 木材
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ 主板部
１ｂ、１ｃ、２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ、４ｂ、４ｃ 側板部
１ａｂ 曲面
２ 圧縮木製品
３、４ カバー部材
１０ 無垢材
１０Ｇ 木目
３１、３２、４１、３４１ 開口部
３３、４２ 切り欠き
５１、６１ 金型
５２ 凸部
６２ 凹部
８１ デジタルカメラ
８２ 撮像部
８３ フラッシュ
８４ シャッターボタン
１０１ 油
Ｌ 繊維方向
Ｐ 油含浸部
Ｔ 仮導管
Ｗ 細胞壁

Claims (3)

1. 木材を一対の金型によって３次元形状に加工する木材の加工方法において、
   前記一対の金型のうち少なくとも一方の金型が有する表面であって前記木材の表面と接触する表面に対し、温度が５〜３５℃の状態で液体であり、沸点が２３０℃以上である油を付着させる油付着工程と、
   前記油付着工程によって油が付着した金型を含む前記一対の金型によって前記木材を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加工方法。
2. 前記３次元形状は皿状であり、
   前記油付着工程は、前記皿状となる木材の表面のうち皿の外側となる表面と接触する金型の表面に前記油を付着させることを特徴とする請求項１記載の木材の加工方法。
3. 一対の金型を用いて木材を圧縮することによって形成された圧縮木製品であって、
   前記一対の金型のうち少なくとも一方の金型が有する表面であって前記木材の表面と接触する表面に対し、温度が５〜３５℃の状態で液体であり、沸点が２３０℃以上である油を付着させ、この油が付着した金型を含む前記一対の金型によって前記木材を挟持して圧縮力を加えることにより、前記木材の表層の少なくとも一部に前記油を含浸させたことを特徴とする圧縮木製品。

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