JP2007229934A - 圧縮木製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強度の向上を図ることができ、成形が容易な圧縮木製品の製造方法を提供する。
【解決手段】加工対象の木材の表面および／または加工に用いる一対の金型のうち前記表面と対向する金型の表面に熱硬化性樹脂を主成分とする粉体を付着させる粉体付着工程と、前記粉体と接触可能な金型の温度を前記粉体が硬化する温度まで加熱した後、当該金型を含む前記一対の金型によって前記木材および前記粉体を挟持して圧縮力を加える圧縮工程と、を有する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、圧縮成形した木材を備える圧縮木製品を製造する圧縮木製品の製造方法に関する。

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）。これらの技術では、木材の個体差や種類、加工後の木材の強度やその用途などを含むさまざまな点を考慮して、木材の肉厚や圧縮率が決められる。

特許第３０７８４５２号公報 特開平１１−７７６１９号公報

ところで、圧縮成形後の木材の強度を向上させるには、その木材の肉厚をある程度厚くする必要がある。しかしながら、木材の肉厚を厚くすると、圧縮による成形の困難度が増加してしまうという問題があり、結局のところ木材を圧縮成形する際に、強度の向上を図りながら成形を容易とすることは難しいと考えられていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、強度の向上を図ることができ、成形が容易な圧縮木製品の製造方法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、一対の金型を用いて圧縮成形した木材を備える圧縮木製品を製造する圧縮木製品の製造方法であって、加工対象の木材の表面および／または前記一対の金型の少なくともいずれか一方の表面に熱硬化性樹脂を主成分とする粉体を付着させる粉体付着工程と、前記粉体と接触可能な金型の温度を前記粉体が硬化する温度まで加熱した後、当該金型を含む前記一対の金型によって前記木材および前記粉体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、前記粉体付着工程の前に、大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で前記木材を圧縮する初期圧縮工程を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記初期圧縮工程は、前記圧縮工程で用いる一対の金型とは異なる一対の金型を用いて前記木材を挟持して圧縮力を加えることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、前記初期圧縮工程における前記木材の圧縮率は、前記圧縮工程における前記木材の圧縮率よりも大きいことを特徴とする。

本発明における圧縮率とは、圧縮による木材の肉厚の減少分ΔＲとその木材の圧縮前の肉厚Ｒの比の値ΔＲ／Ｒを意味する。ここで、圧縮率の定義域は、０≦（ΔＲ／Ｒ）＜１である。

本発明によれば、加工対象の木材の表面および／または木材の加工に用いる一対の金型の少なくともいずれか一方の表面に熱硬化性樹脂を主成分とする粉体を付着させる粉体付着工程と、前記粉体と接触可能な金型の温度を前記粉体が硬化する温度まで加熱した後、当該金型を含む前記一対の金型によって前記木材および前記粉体を挟持して圧縮力を加える圧縮工程と、を有することにより、強度の向上を図ることができ、成形が容易な圧縮木製品の製造方法を提供することができる。

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圧縮木製品の製造方法においては、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Ｇ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。そこで、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、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、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。

次に、形取った木材１を圧縮する（初期圧縮工程）。図２は、この初期圧縮工程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、所定の圧縮力が加えられる。

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を備えたコア金型である。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を備えたキャビティ金型である。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の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。

以上の構成を有する金型５１および６１を用いて木材１を圧縮する前に、木材１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、例えばマイクロウェーブの如き高周波の電磁波によって木材１を加熱して軟化させてもよい。

この後、金型５１および６１の少なくとも一方を他方に対して移動することによって木材１を挟持し、所定の圧縮力を加えて木材１を徐々に所定の形状へと変形する。この際には、例えば適当な駆動手段を用いて金型５１および／または６１を電気的に移動させることにより、木材１に加わる圧縮力を調整する。なお、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４は、軟化した木材１を所定の位置に配置した後、金型５１と金型６１との間で木材１を挟持して圧縮力を加えている状態を示す図であり、木材１の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次元形状に変形する。

図４に示す状態で木材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初期圧縮工程が終了する。以後、初期圧縮工程後の木材１を「木材１１」と称する。図５は、木材１１の構成を示す斜視図である。同図に示す木材１１は、木材１の主板部１ａ、ならびに側板部１ｂおよび１ｃにそれぞれ対応する主板部１１ａ、ならびに側板部１１ｂおよび１１ｃを有する。この初期圧縮工程で木材１を圧縮した結果、木材１１の肉厚は、圧縮前の木材１の肉厚の３０〜５０％程度となる。換言すると、この初期圧縮工程における木材１の圧縮率（圧縮による木材の肉厚の減少分ΔＲとその木材の圧縮前の肉厚Ｒの比の値ΔＲ／Ｒ）は、０.５０〜０.７０程度である。

以上説明した初期圧縮工程に続いて、木材１１の内側面に、フェノール、ユリヤ、エポキシ等の熱硬化性樹脂を主成分とする粉体を付着させる（粉体付着工程）。この際には、常温（５〜３５℃程度）で大気圧程度の雰囲気中すなわち大気中において、粉体エアガン等によって木材１１の内側面の略全面に満遍なく吹き付ける。なお、ここで付着させる粉体の径は、数μｍ（マイクロメートル）〜数百μｍ程度である。

次に、粉体付着工程で木材１１の内側面に付着させた熱硬化性樹脂を木材１１に固着するため、大気中で一対の金型７１および８１によって挟持して木材１１に圧縮力を加える（圧縮工程）。図６は、圧縮工程の概要を示す図である。以下では、粉体状をなす熱硬化性樹脂を粉体Ｐと称する。

まず、金型７１および８１の構成を説明する。木材１１および粉体Ｐの上方から圧縮力を加える金型７１は、木材１１の内側面に嵌合する形状をなす凸部７２を備えたコア金型である。この金型７１の内部には、熱発生手段であるヒータ７３が取り付けられている。ヒータ７３は、温度制御機能を有する制御装置９１に接続されており、制御装置９１の制御のもとで発熱し、金型７１に対して熱を加える機能を有する。ヒータ７３は、発熱することによって金型７１の温度を少なくとも４００℃程度まで上昇させることができる。

これに対して、木材１１の下方から圧縮力を加える金型８１は、木材１１の外側面を嵌入する形状をなす凹部８２を備えたキャビティ金型である。

以上の構成を有する金型７１および８１を用いて木材１１および粉体Ｐを挟持する際には、ヒータ７３によって金型７１の温度を少なくとも粉体Ｐが硬化する温度まで予め加熱しておく。この硬化温度は熱硬化性樹脂の種類によって異なり、１２０〜２００℃程度の値を有するものが一般的であるが、２００℃を超えるものもある。したがって、制御装置９１では、粉体Ｐの主成分である熱硬化性樹脂の種類に応じた温度制御を行うようにすればよい。

金型７１を粉体Ｐが硬化する温度まで加熱した後、金型７１および８１を用いて木材１１および粉体Ｐを挟持し、所定の圧縮力を加える。金型７１および／または８１の駆動については、上述した初期圧縮工程における金型５１および／または６１の駆動と同様に行えばよい。

粉体Ｐは、金型７１に当接して熱が加えられることによって徐々に温度が上昇し、やがて軟化し始める。加えて、粉体Ｐは金型７１から圧縮力を受けている。この結果、粉体Ｐは軟化して変形することによって隣接する粉体Ｐ同士が繋がっていき、やがて全ての粉体Ｐが一体化して薄膜状をなす。その後、粉体Ｐが金型７１の温度と同じ温度（硬化温度）に達すると、木材１１の内側面で薄膜状をなす熱硬化性樹脂が化学反応を起こして硬化する。図７は、金型７１および８１で木材１１および粉体Ｐを挟持して圧縮力を加えている状態を示す図であり、粉体Ｐが一体化して薄膜状の樹脂部２１を形成した後の状態を示す図である。図７に示す状態で所定時間経過（数分〜数時間）させて薄膜状の樹脂部２１が完全に硬化して木材１１に圧着された後、金型７１および８１を離間することによって圧縮木製品が完成する。

以上説明した圧縮工程は大気中で行われ、木材１１は軟化していない。このため、圧縮工程では、主として樹脂部２１の木材１１への固着と木材１１の整形とを行うための微小な圧縮力を加えるようにすればよい。したがって、圧縮工程における木材１１の圧縮率は、初期圧縮工程における木材１の圧縮率（０.５０〜０.７０程度）よりも顕著に小さい。この意味で、金型８１は上記圧縮工程で用いた金型６１と略同形をなすことになるので、初期圧縮工程および圧縮工程では、同じ金型６１をキャビティ金型として適用することもできる。

ところで、粉体Ｐの主成分である熱硬化性樹脂の硬化温度が３５０℃よりも大きい場合には、金型７１の温度を３５０℃よりも大きくしなければならない。この温度は木材の一般的な炭化温度に相当しているため、金型７１によって圧縮された木材１１の内側面が炭化する場合もある。この場合には、炭化した木材１１の内側面が導電性を有するため、外部から伝搬してくる電磁波を遮蔽する機能を具備させることができる。

図８は、以上説明した圧縮木製品の製造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。同図に示す圧縮木製品２は、木材１１の主板部１１ａ、二つの側板部１１ｂ、および二つの側板部１１ｃ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、圧縮木製品２の内側面には、補強材としての機能を備えた薄膜状の熱硬化性樹脂から成る樹脂部２１が形成されている。

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１００は、撮像レンズを含む撮像部１０１、フラッシュ１０２、およびシャッターボタン１０３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１００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１００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ている（図示せず）。

図１０は、デジタルカメラ１００の外装体をなすカバー部材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１００の背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、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３１が形成されている。また、カバー部材３の側板部３ｂには、半円筒形状をなす切り欠き３２が形成されている。

他方、デジタルカメラ１００の前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、撮像部１０１を表出する円筒形状の開口部４１およびフラッシュ１０２を表出する直方体形状の開口部４２が形成されている。また、このカバー部材４の側板部４ｂには、カバー部材３の切り欠き３２と組み合わさってシャッターボタン１０３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４３が形成されている。

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の導電層形成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１００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が適用される電子機器としては、デジタルカメラ以外にも、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がある。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、加工対象の木材の表面および／または加工に用いる一対の金型のうち前記表面と対向する金型の表面に熱硬化性樹脂を主成分とする粉体を付着させる粉体付着工程と、前記粉体と接触可能な金型の温度を前記粉体が硬化する温度まで加熱した後、当該金型を含む前記一対の金型によって前記木材および前記粉体を挟持して圧縮力を加える圧縮工程と、を有することにより、強度の向上を図ることができ、成形が容易な圧縮木製品の製造方法を提供することができる。

また、本実施の形態によれば、初期圧縮工程で木材の形状を最終形状とし、その後の圧縮工程で熱硬化性樹脂から成る樹脂部を形成するため、樹脂部を木材表面の所望の位置に適確に付着させることができる。

さらに、本実施の形態によれば、圧縮木製品を電子機器の外装材として適用した場合、樹脂部を外部に露出させずに済むため、木材としての外観を維持しながら外装材の強度を向上させることができる。

ここまで、本発明を実施するための最良の形態を詳述してきたが、本発明は上記一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、形取工程で形取った木材の表面に熱硬化性樹脂の粉体を付着させた後、上記一実施の形態で説明した高温高圧の水蒸気雰囲気中で初期圧縮工程と圧縮工程とを一括して行うようにしてもよい。この場合、圧縮工程を温度が１８０〜２３０℃程度の雰囲気中で行うことになるため、多くの熱硬化性樹脂の場合、金型を加熱する必要はないが、前述した水蒸気雰囲気では到達することができない硬化温度を有する熱硬化性樹脂の粉体を適用する場合には、上記一実施の形態と同様、金型にヒータ等の熱発生手段を取り付けて金型温度をさらに上昇させればよい。

また、粉体付着工程では、木材に粉体を付着させる代わりに、樹脂部が形成される木材の表面と圧縮時に対向する金型の表面に粉体を付着させるようにしてもよい。さらに、粉体付着工程では、木材と金型の双方の表面の所定箇所に粉体を付着させてもよい。

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って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圧縮木製品の製造方法における形取工程の概要を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法の初期圧縮工程の概要を示す図である。 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圧縮木製品の製造方法の初期圧縮工程で木材に圧縮力を加えている状態（木材の変形がほぼ完了した状態）を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法の初期圧縮工程後の木材の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法の圧縮工程の概要を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法の圧縮工程で木材に圧縮力を加えている状態（粉体同士が繋がって薄膜状の樹脂部となった状態）を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造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。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品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。 図９に示すデジタルカメラの外装材の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１、１１ 木材
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、１１ａ 主板部
１ｂ、１ｃ、２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ、４ｂ、４ｃ、１１ｂ、１１ｃ 側板部
１ａｂ 曲面
２ 圧縮木製品
３、４ カバー部材（圧縮木製品の適用例）
１０ 無垢材
２１ 樹脂部
３１、４１、４２、３４１ 開口部
３２、４３ 切り欠き
５１、６１、７１、８１ 金型
５２、７２ 凸部
６２、８２ 凹部
７３ ヒータ
９１ 制御装置
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
Ｇ 木目
Ｌ 繊維方向
Ｐ 粉体

Claims (4)

1. 一対の金型を用いて圧縮成形した木材を備える圧縮木製品を製造する圧縮木製品の製造方法であって、
   加工対象の木材の表面および／または前記一対の金型の少なくともいずれか一方の表面に熱硬化性樹脂を主成分とする粉体を付着させる粉体付着工程と、
   前記粉体と接触可能な金型の温度を前記粉体が硬化する温度まで加熱した後、当該金型を含む前記一対の金型によって前記木材および前記粉体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圧縮木製品の製造方法。
2. 前記粉体付着工程の前に、大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で前記木材を圧縮する初期圧縮工程を有することを特徴とする請求項１記載の圧縮木製品の製造方法。
3. 前記初期圧縮工程は、前記圧縮工程で用いる一対の金型とは異なる一対の金型を用いて前記木材を挟持して圧縮力を加えることを特徴とする請求項２記載の圧縮木製品の製造方法。
4. 前記初期圧縮工程における前記木材の圧縮率は、前記圧縮工程における前記木材の圧縮率よりも大きいことを特徴とする請求項２または３記載の圧縮木製品の製造方法。

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