JP5248948B2 - 圧縮木製品の製造方法および圧縮木製品 - Google Patents

Description

本発明は、木材を所定の３次元形状に圧縮成形する圧縮木製品の製造方法および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、その成形技術も飛躍的に進歩しつつある。

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）。

上記の如く木材を圧縮成形する際には、木材の表面に装飾を施すこともある。木材の表面に装飾を施す技術としては、圧縮前の木材の表面に塗料を塗布した後、その木材を上述した従来技術にしたがって圧縮成形する技術が知られている（例えば、特許文献３を参照）。

特許第３０７８４５２号公報 特開平１１−７７６１９号公報 特開２００６−２９７７９６号公報

しかしながら、上記特許文献３に記載された技術を用いて圧縮前の木材の表面の一部に塗料を塗布する場合、圧縮によって木材が大きく変形することに加え、圧縮後の形状に至るまでの変形の仕方が木材ごとに異なるため、塗料を塗布した部分の圧縮後の形状を予測することは困難であった。また、木材の圧縮は高温高圧の水蒸気雰囲気中で行われるため、木材の表面に塗布した塗料の多くが飛散してしまうおそれがあった。したがって、例えば文字や記号などを含むパターンを木材の表面に個体差なく鮮明な状態で形成したい場合、上記特許文献３に記載された技術が適しているとは言い難かった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、成形後の木材の表面に木材ごとの個体差が少なくかつ鮮明なパターンを形成することができる圧縮木製品の製造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、本発明に係る圧縮木製品の製造方法は、原木から形取った木材を大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で軟化させる軟化工程と、前記軟化工程で軟化した前記木材に前記水蒸気雰囲気中で圧縮力を加えることによって前記木材を変形させる圧縮工程と、前記圧縮工程で圧縮力を加えて変形させた前記木材の表面にインクを塗布することによって文字、数字、記号、図形、絵および模様の少なくともいずれか一つからなるパターンを形成するパターン形成工程と、前記パターン形成工程で前記パターンが形成された前記木材を大気中で加熱しながら所定の形状に整形する加熱整形工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る圧縮木製品の製造方法は、上記発明において、前記加熱整形工程は、前記所定の形状に対応する一対の加熱整形用金型を１５０〜２００℃に加熱し、この加熱した一対の加熱整形用金型によって前記木材を挟持することを特徴とする。

また、本発明に係る圧縮木製品の製造方法は、上記発明において、前記一対の加熱整形用金型は、前記パターンの表面および該パターンの近傍の前記木材の表面に当接する面が平滑面をなしていることを特徴とする。

また、本発明に係る圧縮木製品の製造方法は、上記発明において、前記パターン形成工程は、前記インクを前記木材の表面に印刷することを特徴とする。

また、本発明に係る圧縮木製品は、大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で圧縮力を加えることによって成形された木材を備える圧縮木製品であって、前記木材の表面にインクを用いて形成され、文字、数字、記号、図形、絵および模様の少なくともいずれか一つからなるパターンを有し、前記木材の表面と前記パターンの表面とが面一であることを特徴とする。

本発明によれば、大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で圧縮力を加えて変形させた後、その木材の表面にインクを塗布することによってパターンを形成するため、パターンの形状が大きく変化することはない。また、パターン形成後に大気中で木材の加熱整形を行うことによってパターンの木材への定着化を図るため、インクが加熱整形を行う前に飛散してしまうこともない。したがって、成形後の木材の表面に木材ごとの個体差が少なくかつ鮮明なパターンを形成す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。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。

図１は、本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造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、形取工程の概要を模式的に示す図である。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。

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、これは一例に過ぎない。すなわち、形取工程で形取る木材は、板目材や木口材などでもよい。

続いて、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Ｓ２）。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。

この後、軟化させた木材２を圧縮する（ステップＳ３）。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。

図３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４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図３および図４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。

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。

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。

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５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の変形がほぼ完了した状態を示す図である。図５に示すように、木材２は、金型１１、１２から圧縮力を受けることにより、金型１１、１２を型締めしたときの金型１１と金型１２との隙間に相当する３次元形状に変形する。圧縮工程では、図５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。

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Ｓ４）。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。

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Ｓ５）。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、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６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。

次に、木材３の表面にインクを塗布することによって所定のパターンを形成する（ステップＳ６）。図７は、パターン形成工程の概要を示す図である。同図に示す木材３は、図６のＢ−Ｂ線断面に相当している。本実施の形態においては、パターンを形成する際、台座２１に載置された主板部３ａの表面に対して凸状の版２２に付着させたインク２３を印刷し、版２２に応じたパターンを形成する。図８は、パターンが形成された木材３の構成を示す斜視図である。図８において、主板部３ａの表面には、パターンとして「ＣＡＭＥＲＡ」という文字列５１が形成されている。なお、パターンを形成する際の印刷方法は上述した凸版印刷法に限られるわけではなく、凹版印刷法、平板印刷法または孔版印刷法を適用することも可能である。

この後、大気中で木材３に熱を加えつつ木材３を整形する（ステップＳ７）。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。

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。

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℃程度で略一定となるようにヒータ３３、３４をそれぞれ制御する。

図１０は、加熱整形工程を行う前の状態を示す部分断面図である。加熱整形工程を行う前、主板部３ａの表面には印刷されたインク２３が付着している。この後、ヒータ３３、３４によってそれぞれ熱が加えられて温度が上昇した金型３１、３２を型締めして木材３を挟持し、所定時間経過させる。金型３１、３２によって挟持された状態で木材３およびインク２３は若干の圧縮力を受け、インク２３は水分を蒸発して容積を減らしながら主板部３ａの表面に押し付けられる。この際、インク２３の一部が木材３にしみ込んでいくこともある。

図１１は、金型３１、３２が型締めされて木材３を挟持している状態を示す部分断面図である。図１１に示す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木材３の表面に深い色合いとツヤを生じるとともに、インク２３の表面すなわち文字列５１の表面が主板部３ａの表面と面一になる。なお、インク２３の厚さは主板部３ａの厚さと比べて顕著に小さいため、インク２３の木材３への食い込みが木材３に対して大きな影響を及ぼすことはない。

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。

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Ｓ８）。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。仕上げ工程を完了することにより、圧縮木製品が完成する。

図１２は、以上説明した圧縮木製品の製造方法によって製造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。

図１３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。

なお、本実施の形態に係る圧縮木製品は、デジタルカメラ以外の電子機器用外装体としても適用可能である。また、本実施の形態に係る圧縮木製品は、例えば食器、各種筐体、建材などにも適用可能である。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で圧縮力を加えて変形させた後、その木材の表面にインクを塗布することによってパターンを形成するため、パターンの形状が大きく変化することはない。また、パターン形成後に大気中で木材の加熱整形を行うことによってパターンの木材への定着化を図るため、インクが加熱整形を行う前に飛散してしまうこともない。したがって、成形後の木材の表面に木材ごとの個体差が少なくかつ鮮明なパターンを形成することが可能となる。

また、本実施の形態によれば、加熱整形工程後の木材の表面とパターン（文字列）の表面とが面一であるため、圧縮木製品を使用する際にユーザが爪でパターンの部分を引っ掛けてしまうことがない。したがって、パターンが木材から剥がれにくいという効果を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、従来の印刷時におけるインクの焼付温度（６０〜１５０℃程度）よりも高い温度環境下でインクを木材に定着させることができるため、木材とインクの密着度が高い。したがって、長期間にわたる使用にも耐え得るパターンを形成することができる。

また、本実施の形態によれば、加熱整形工程の際にインクを焼き付けてしまうため、加熱整形後の工程でインクを焼き付ける場合のように、木材の色合いやツヤがさらに変化してしまうことがない。したがって、加熱整形工程の時間や加熱整形用金型の金型温度を調整することにより、木材の色合いやツヤを自在にコントロールしながら木材表面へのインクの定着化を図ることが可能となる。

図１４は、本実施の形態の変形例に係る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６は、表面に形成されているパターンが圧縮木製品４と異なっている。圧縮木製品６は、主板部４ａの表面に星印からなる図形６１が印刷によって形成されている。このように、本実施の形態においては、木材の表面に文字だけでなく、数字、記号、図形、絵、模様またはそれらの適当な組み合わせからなるパターンを形成することができる。

なお、本発明において、木材の表面にパターンを形成する際には、印刷以外の方法によって木材の表面にインクを塗布してもよい。

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。

本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法の概要を示すフローチャートである。 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圧縮工程の概要を示す図である。 図３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。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造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。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法のパターン形成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パターン形成工程終了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加熱整形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加熱整形工程を行う前の状態を示す部分断面図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮木製品の製造方法の加熱整形工程において一対の加熱整形用金型が木材を挟持している状態を示す部分断面図である。 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が外装するデジタルカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態の変形例に係る圧縮木製品の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 原木
２、３ 木材
２ａ、３ａ、４ａ 主板部
２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ、４ｂ、４ｃ 側板部
４、５、６ 圧縮木製品
１１、１２ 金型
２１ 台座
２２ 版
２３ インク
３１、３２ 金型（加熱整形用金型）
３３、３４ ヒータ
３５ 制御装置
４１、４２ 開口部
４３ 切り欠き
５１ 文字列
６１ 図形
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、３１１ 凹部
１２１、３２１ 凸部
Ｇ 木目

Claims (5)

1. 原木から形取った木材を大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で軟化させる軟化工程と、
   前記軟化工程で軟化した前記木材に前記水蒸気雰囲気中で圧縮力を加えることによって前記木材を変形させる圧縮工程と、
   前記圧縮工程で圧縮力を加えて変形させた前記木材の表面にインクを塗布することによって文字、数字、記号、図形、絵および模様の少なくともいずれか一つからなるパターンを形成するパターン形成工程と、
   前記パターン形成工程で前記パターンが形成された前記木材を大気中で加熱しながら所定の形状に整形する加熱整形工程と、
   を有することを特徴とする圧縮木製品の製造方法。
2. 前記加熱整形工程は、
   前記所定の形状に対応する一対の加熱整形用金型を１５０〜２００℃に加熱し、この加熱した一対の加熱整形用金型によって前記木材を挟持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. 前記一対の加熱整形用金型は、前記パターンの表面および該パターンの近傍の前記木材の表面に当接する面が平滑面をなしてい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. 前記パターン形成工程は、
   前記インクを前記木材の表面に印刷することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の圧縮木製品の製造方法。
5. 大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で圧縮力を加えることによって成形された木材を備える圧縮木製品であって、
   前記木材の表面にインクを用いて形成され、文字、数字、記号、図形、絵および模様の少なくともいずれか一つからなるパターンを有し、
   前記木材の表面と前記パターンの表面とが面一であることを特徴とする圧縮木製品。

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