Processing method for lumber

本発明は、木材を圧縮することによって所定の形状に加工する木材の加工方法に関する。

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、同じ形状を有していても多様な木目模様を実現し、製品ごとの個体差を出すためには、例えば湾曲した表面を有するような形取りを行う必要も生じる。 しかしながら、そのような形取りを行うと、圧縮によって変形する度合いが大きくなり、成形が困難になってしまうことが多かった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多様な木目模様を実現しつつも、成形が容易な木材の加工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、本発明の一態様は、木材を圧縮することによって所定の形状に加工する木材の加工方法であって、高温かつ湿潤状態に置かれた加工対象である木材の原材に曲げを加える曲げ工程と、前記曲げ工程で曲げが加えられた原材から、該原材の中で曲げが加わった箇所の一部を少なくとも含むブランク材を形取る形取工程と、前記形取工程で形取ったブランク材に対して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圧縮工程と、を有することを特徴とする。

また、上記発明において、前記原材は平板状をなし、前記曲げ工程は、前記原材のいずれかの表面に沿って曲げを加えるとしてもよい。

また、上記発明において、前記原材は丸太であり、前記曲げ工程は、長手方向が交差し、かつ径方向に積層された複数の原材に対して一括して曲げを加えるとしてもよい。

また、上記発明において、前記圧縮工程は、前記ブランク材を挟持可能な複数の金型によって前記ブランク材に対して圧縮力を加えるとしてもよい。

また、上記発明において、前記圧縮工程は、前記ブランク材を、曲面を含む３次元的な形状に成形するとしてもよい。

また、上記発明において、前記形取工程は、前記ブランク材の少なくとも一つの表面が、前記原材で曲げが加えられた部分の複数の木目と交差するように形取るとしてもよい。

本発明によれば、高温かつ湿潤状態に置かれた加工対象である木材の原材に曲げを加える曲げ工程と、前記曲げ工程で曲げが加えられた原材から、該原材の中で曲げが加わった箇所の一部を少なくとも含むブランク材を形取る形取工程と、前記形取工程で形取ったブランク材に対して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圧縮工程と、を有することにより、多様な木目模様を実現しつつも、成形が容易な木材の加工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。 なお、以下の説明で参照する図面はあくまでも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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る木材の加工方法の概要を示すフローチャートである。 本実施の形態１では、まず、加工対象である木材の原材１に曲げを加える（ステップＳ１）。 図２は、本実施の形態１で使用する原材の構成を示す斜視図である。 また、図３は、図２の矢視Ａ方向の側面図である。 図２および図３に示す原材１は、平板状をなす板目材である。 この原材１は、例えば無圧縮状態の無垢材から削り出され、長手方向と略平行な繊維方向Ｌを有する。 原材１の表面の木目Ｇは概ね長手方向に沿っている。 また、原材１の繊維方向Ｌと略直交する側面（図２の左下方の側面）の木目Ｇは年輪状をなしている。 なお、原材１を削り出す無垢材は、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木材の用途等に応じて最適なものを選択すればよい。

図４は、原材１に対する曲げの加え方を模式的に示す図であり、図３と同じ方向（図２の矢視Ａ方向）から見た図である。 図４に示す場合、原材１の長手方向の中心を通り、原材１の短手方向に平行な直線を折り目とし、原材１の長手方向の両端部をその長手方向の中心部に対して曲げている。 したがって、原材１は、図２の矢視Ａ方向から見て「への字」型に変形する。 これに伴って、木目Ｇも図４の中心付近で「への字」型に折れ曲がる。 このようにして原材１に対して曲げを加える際には、例えば梃子などの治具を用いることによって、折り目としたい部分を支点として、両端部を図４に示す矢印方向に曲げればよい。 なお、曲げを加える際の折り目の位置は、原材１の木目Ｇの走り方や原材１から形取る木目模様などに応じて決めればよい。 また、図４とは逆の方向に曲げて「逆への字」型としてもよい。

より一般に、本実施の形態１においては、平板状をなす原材１の表面に沿って曲げを加えることができる。 例えば、原材１の長手方向にそれぞれ正および負の曲率を有する上型および下型を用意し、これらの間で原材１を一定時間挟持することにより、上型および下型の各曲率に倣った形状に原材１を曲げることもできる。 この場合、曲げの程度は図４に示す場合より小さくなるが、ブランク材を原材１から形取るとき、その形取位置によらず曲げによって変化した木目を得ることができるという利点がある。

以上述べた原材１の曲げの加え方に共通するのは、曲げ工程の前後で原材１の体積がほとんど変化しない点である。 この意味において、本実施の形態１における曲げ工程は、圧縮作用を実質上有しない変形工程ということもできる。

ところで、ステップＳ１において、原材１は、上記の如く曲げ応力が作用しても割れ等を生じない程度に軟化していなければならない。 そのため、このステップＳ１では、原材１が高温かつ湿潤状態に置かれた状態で行われる。 ここでいう高温かつ湿潤状態は、例えば温度が６０〜１６０℃、湿度が６０〜１００％の雰囲気である。 本実施の形態においては、曲げ工程を行うに先立って、前述した雰囲気に原材１を２０〜１２０分放置することにより、原材１を軟化させておく。 なお、雰囲気の温湿度や放置時間は、原材１の種類、大きさ、形状、曲げを加える方向などを考慮して定めればよい。

原材１を上記同様の高温かつ湿潤状態とする方法としては、他にも、原材１を煮沸する方法、水分を含んだ原材１にマイクロウェーブを照射する方法等、周知の方法を採用することができる。

次に、ステップＳ１で曲げ加工を行った原材１から所定の形状をなすブランク材を切削等によって形取る（ステップＳ２）。 図５は、このステップＳ２の形取工程の概要を模式的に示す図である。 図５では、原材１から皿状をなすブランク材２を切削等によって形取る場合を模式的に示している。 この形取りを行う際には、原材１の曲げが加わった箇所の一部を含むようにブランク材２を形取る。 より具体的には、ブランク材２の表面が、原材１の木目Ｇの曲率よりも概ね大きい曲率で湾曲し、原材１の複数の木目と交差する皿状をなすように形取る。 この意味で、図５において原材１の側面の内部に記載されている円弧形状（斜線部）は、同図右下部のブランク材２のＤ−Ｄ線断面に相当している。 このステップＳ２で形取られたブランク材２の容積は、後述するステップＳ４の圧縮工程で減少する分の容積を予め加えた容積を有する。 ここでいう「皿状」とは、椀状、シェル状、箱状、船形状等の曲面を含む３次元的な形状一般を意味するものであり、図５に示す形状はあくまでも一例に過ぎない。 なお、形取工程では、平板状をなすブランク材を原材１から形取ってもよい。

続いて、ブランク材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、水分を過剰に吸収させることによって十分に軟化させる（ステップＳ３）。 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、このステップＳ３では、上述した水蒸気雰囲気中でブランク材２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ブランク材２を加熱して軟化させてもよい。

この後、ステップＳ３で十分に軟化したブランク材２を圧縮する（ステップＳ４）。 図６は、圧縮工程の概要を示す図であり、ブランク材２については図５と上下を逆転して記載している。 また、図７は、金型５１がブランク材２に当接し、ブランク材２に金型５１および６１からの圧縮力が加わり始めた状態を示す図であり、図６に示すブランク材２、ならびに金型５１および６１のＥ−Ｅ線断面に相当する縦断面を示す図である。 これらの図でブランク材２の上方から圧縮力を加える金型５１は、ブランク材２の窪み部分に相当する曲面（内側面）に当接可能な凸部５２を備えたコア金型である。 これに対し、図６および図７においてブランク材２の下方から圧縮力を加える金型６１は、ブランク材２の突出部分に相当する曲面（外側面）に当接可能な凹部６２を備えたキャビティ金型である。

このステップＳ４では、軟化工程と同じ水蒸気雰囲気中で金型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ブランク材２を挟持して圧縮力を加えることにより、ブランク材２を所定の３次元形状に成形する。 本実施の形態１では、金型５１を下降させて金型６１へ近づけていく場合を説明する。

図７に示す状態から金型５１を下降させていくと、ブランク材２は金型５１および６１からの圧縮力によって徐々に変形していく。 その結果、ブランク材２の上面は金型５１の凸部５２の表面と密着した状態になる一方、ブランク材２の下面は金型６１の凹部６２の表面と密着した状態となる。 図８は、この密着した状態を示す図であって、圧縮工程におけるブランク材２の変形がほぼ完了した状態を示す図である。 図８に示すように、ブランク材２は、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。

圧縮後のブランク材２の肉厚は、圧縮前のブランク材２の肉厚の３０〜５０％程度であれば好ましい。 換言すると、ブランク材２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程度であれば好ましい。

なお、ステップＳ４において、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際には、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、ブランク材２に加わる圧縮力を調整するようにすればよい。 また、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。

ステップＳ４でブランク材２に所定時間（１〜数十分、より好ましくは５〜１０分程度）圧縮力を加えた後、上記水蒸気雰囲気を解いてブランク材２を乾燥させる（ステップＳ５）。 その後、金型５１と金型６１を離間させる。 この結果、ブランク材２は、その形状が固定されることとなる。 以下、ステップＳ５の後に形状が固定されたブランク材２のことを「木材３」と称する。

図９は、木材３の構成を示す斜視図である。 また、図１０は、図９のＦ−Ｆ線断面図である。 これらの図に示す木材３は、略長方形状の表面を有し平板状をなす主板部３ａと、主板部３ａ表面の長手方向に略平行な２辺の各々から主板部３ａに対して立ち上がるように延出する二つの側板部３ｂと、主板部３ａ表面の短手方向に略平行な２辺の各々から主板部３ａに対して立ち上がるように延出する二つの側板部３ｃとを備える。 側板部３ｂおよび３ｃの各端面は互いに連なっており、これらの端面が全体として周回して閉じた形状をなしている。 また、木材３の肉厚は、ほぼ均一である。 なお、図９のＨ−Ｈ線断面は、寸法や若干の形状の違いなどを除いて、図１０（図９のＦ−Ｆ線断面）と同様である。

続くステップＳ６では、木材３に切削または穿孔等の処理を施すことによって木材３を整形する（ステップＳ６）。 図１１は、ステップＳ６で整形された木材３の適用例である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、ステップＳ６の整形工程において、木材３に適当な開口部や切り欠きを形成することによって形成されたカバー部材４および５によって外装されて成り、撮像レンズを含む撮像部１０１と、フラッシュ１０２と、シャッターボタン１０３とを備える。 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）。

なお、木材３を整形することによって得られる外装体を適用可能な電子機器としては、デジタルカメラ１００の他にも、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。 これらの携帯用小型電子機器に適用する場合の外装体の肉厚は、１.６〜２.０ｍｍ程度が好適である。

以上説明した本発明の実施の形態１によれば、高温かつ湿潤状態に置かれた加工対象である木材の原材に曲げを加える曲げ工程と、前記曲げ工程で曲げが加えられた原材から、該原材の中で曲げが加わった箇所の一部を少なくとも含むブランク材を形取る形取工程と、前記形取工程で形取ったブランク材に対して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圧縮工程と、を有することにより、多様な木目模様を実現しつつも、成形が容易な木材の加工方法を提供することができる。

また、本実施の形態１によれば、予め曲げが加えられた原材からブランク材を形取るため、曲げを加えないでブランク材を形取る従来例と比較した場合、同じ木目模様を出すために、従来例ほど無理な形状のブランク材を形取る必要がない。 そのため、圧縮工程でのブランク材の変形量を最小限に止めることができる。 この結果、圧縮による割れ等の発生をより確実に防止することができ、歩留まりの向上を実現することができる。

なお、本実施の形態１に係る木材の加工方法における曲げ工程は、必ずしも上述したものに限られるわけではない。 図１２は、曲げ工程の別な例（第２例）を示す図である。 図１２では、原材１の短手方向の両端部をその短手方向の中心部に対して曲げた場合を示しており、図２の矢視Ｂ方向から見た曲げ工程の概要を模式的に示している。

また、図１３は、曲げ工程のさらに別な例（第３例）を示す図である。 図１３では、原材１の長手方向の両端部をその長手方向の中心部に対して曲げた場合を示しており、図２の矢視Ｃ方向から見た曲げ工程の概要を模式的に示している。

このように、原材１に対しては、さまざまな方向に曲げを加えることが可能であり、その曲げ方に応じて木目の密度の粗密を調整したり、木目模様をゆがめたりすることができる。 したがって、本実施の形態１に係る木材の加工方法によれば、従来例では得ることができないような個性的な木目模様を有する圧縮木製品を形成することが可能となる。 なお、図４、図１２、および図１３で上下逆方向へ曲げを加えることも可能であるし、それらの曲げ工程の中から複数の曲げ工程を組み合わせて行ってもよい。

本実施の形態１において、板状をなす原材に曲げを加える代わりに、削り出す前の丸太の状態の原木に対して曲げを加えてもよい。

また、本実施の形態１において、圧縮後の木材の形状が平板状をなすようにしてもよい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る木材の加工方法は、原材である複数の丸太を径方向に積層し、一括して曲げを加えることを特徴とする。

図１４〜図１６は、本実施の形態２に係る木材の加工方法の曲げ工程を説明する図である。 本実施の形態２では、曲げ工程を行うに際して、図１４に示すように、複数の丸太７を長手方向に平行に並べて一つの層を形成し、この層を構成する丸太７と隣接する層を構成する丸太７とに関して、互いの長手方向が交差し、かつ径方向に沿うように複数の層を積層した状態にしておく。 図１４に示す場合、丸太７の積層方向（図１４の鉛直方向）に隣接する層同士では、各層を構成する丸太７の長手方向が互いに直交している。 また、長手方向が互いに平行な層のうちもっとも近い二つの層同士では、各層を構成する丸太７が、積層方向に沿って重ならないように配置されている。 このように複数の丸太７を配置することにより、丸太７に圧縮をほとんど加えない状態でその丸太７の曲げだけを容易に行うことができる。

図１５は、上記の如く積層した複数の丸太７の曲げ工程の概要を示す図であり、複数の丸太７に曲げを加える前の状態を示す部分断面図である。 複数の丸太７は、所定の保持室８１の内部に配置されており、上記実施の形態１と同様の高温かつ湿潤状態にある。 図１５の丸太７の部分は、図１４の矢視Ｉ方向から見た図に相当している。 この状態で、複数の丸太７の上方から、積層された複数の丸太７の一つの層の外縁がなす面積よりも大きい表面積を有するプレス用部材９１を徐々に下降させていく。 プレス用部材９１は、適当な駆動手段によって鉛直上下方向に駆動される。

図１６は、プレス用部材９１が下降して複数の丸太７に曲げが加えられた後の状態を示す部分断面図である。 プレス用部材９１から力を受けた複数の丸太７は、徐々に曲げられ、長手方向に沿って略波形をなすように変形する。 ここでプレス用部材９１が丸太７に加える力は、丸太７の径が曲げ工程の前後で大きく変わることがない程度の力であることが望ましい。 なお、図示はしないが、図１４において中央の層を構成する丸太７の曲げが加えられた後の長手方向の形状も、その上下に隣接する層の丸太７の長手方向の形状（図１６を参照）と同様に略波形をなしている。

ところで、図１６に示す場合、最上層と最下層にそれぞれ位置する丸太７は大きな曲げによる変形は受けにくいが、図１６の水平方向に若干の曲げが加わることもある。 最上層と最下層にそれぞれ位置する丸太７を、中間層に位置する丸太７と同程度に曲げる場合には、プレス用部材９１と最上層との間、および保持室８１の底面と最下層との間に丸太７が曲がることのできる隙間を設けた上で、曲げ工程を行うようにすればよい。

図１７は、本実施の形態２に係る木材の加工方法の形取工程の概要を示す図である。 形取工程では、上記の如く曲げが加えられた丸太７に対し、その長手方向中心軸を含む略中央部から平板７１をスライスし、この平板７１からブランク材を形取る。 また、曲げが加えられた丸太７の径方向周縁部に近い部分から平板７２をスライスし、この平板７２からブランク材を形取ってもよい。 なお、ブランク材の形状によっては、丸太７の上記以外の部分からブランク材を形取ることも可能である。 また、曲げを加えた丸太７から、曲面を含む３次元形状をなすようなブランク材を形取ってもよい。

形取工程で形取った後のブランク材を用いた軟化、圧縮、乾燥、整形の各工程は、上述した実施の形態１に係る木材の加工方法と同じである。

以上説明した本発明の実施の形態２によれば、高温かつ湿潤状態に置かれた加工対象である木材の原材に曲げを加える曲げ工程と、前記曲げ工程で曲げが加えられた原材から、該原材の中で曲げが加わった箇所の一部を少なくとも含むブランク材を形取る形取工程と、前記形取工程で形取ったブランク材に対して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圧縮工程と、を有することにより、多様な木目模様を実現しつつも、成形が容易な木材の加工方法を提供することができる。

また、本実施の形態２によれば、複数の丸太を一括して曲げるため、曲げ工程に要する時間を短縮することができる。

なお、本実施の形態２において、複数の丸太７のうち積層方向に隣接する層同士では、各層を構成する丸太７が直交している必要はなく、交差しているだけでもよい。 また、同じ層を構成する丸太７同士の長手方向が平行でなくてもよい。 このように複数の丸太７を不規則に積層して曲げを加えることにより、一段と多様な木目模様を実現することが可能となる。

ここまで、本発明を実施するための最良の形態を説明してきたが、本発明は、上述した二つの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、本発明で適用する原材は板目材以外でもよく、柾目材、追柾材、または木口材などでもよい。 加えて、原材から形取るブランク材も板目材でなくても構わない。 このように、本発明において加工対象の木材を原木からどのように形取るかは、その木材を用いて加工された結果物としての圧縮木製品の用途や、その圧縮木製品に対して要求する強度の他、圧縮木製品に付与すべき木目模様を考慮した上で決定すればよい。

また、本発明に係る木材の加工方法によって加工された圧縮木製品は、上述した電子機器の外装体以外の用途にも適用することが可能である。 例えば、本発明に係る木材の加工方法によって加工された圧縮木製品を食器として適用することも可能であるし、各種筐体として適用することも可能である。 また、建材として適用することも可能である。

以上の説明からも明らかなように、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。

本発明の実施の形態１に係る木材の加工方法の概要を示すフローチャートである。

ブランク材の原材の構成を示す斜視図である。

図２の矢視Ａ方向の側面図である。

本発明の実施の形態１に係る木材の加工方法の曲げ工程の概要を示す図である。

本発明の実施の形態１に係る木材の加工方法の形取工程の概要を示す図である。

本発明の実施の形態１に係る木材の加工方法の圧縮工程の概要を示す図である。

圧縮工程において圧縮を開始した時点の状態を示す図である。

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図である。

圧縮成形後の木材の構成を示す斜視図である。

図９のＦ−Ｆ線断面図である。

本発明の実施の形態１に係る木材の加工方法によって形成された木材の適用例であるデジタルカメラの外観構成を示す斜視図である。

本発明の実施の形態１に係る木材の加工方法の曲げ工程の概要（第２例）を示す図である。

本発明の実施の形態１に係る木材の加工方法の曲げ工程の概要（第３例）を示す図である。

本発明の実施の形態２に係る木材の加工方法で使用する原材（丸太）の曲げ工程を行う際の原材の組み方を示す図である。

本発明の実施の形態２に係る木材の加工方法の曲げ工程の概要（曲げを加える前の状態）を示す図である。

本発明の実施の形態２に係る木材の加工方法の曲げ工程の概要（曲げを加えた後の状態）を示す図である。

本発明の実施の形態２に係る木材の加工方法の形取工程の概要を示す図である。

符号の説明

１ 原材 ２ ブランク材 ３ 木材 ３ａ 主板部 ３ｂ、３ｃ 側板部 ４、５ カバー部材 ７ 丸太（原材）
５１、６１ 金型 ５２ 凸部 ６２ 凹部 ７１、７２ 平板（ブランク材）
８１ 保持室 ９１ プレス用部材 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