圧縮木材成形用金型およびそれを用いた圧縮木材成形品の製造方法
【課題】 圧縮木材成形用金型およびそれを用いた圧縮木材成形品の製造方法において、圧縮木材成形品を木材の外観を損なうことなく金型面から容易に離型せしめ、製造効率を向上することができるようにする。
【解決手段】 圧縮木材成形用金型１として、凸形状のコア金型面５ａを備える上金型部２と、凹形状のキャビティ金型面９ａを備える下金型部３とを備え、キャビティ金型面９ａから、成形空間Ｓ側に突き出し可能に押し出しピン１１を設けた構成とする。そして、押し出しピン１１のピン先面１１ａをキャビティ金型面９ａに整列させた状態でブランク木材の圧縮成形を行い、上金型部２、下金型部３をそれぞれ離間させつつ、押し出しピン１１を突き出して脱型工程を行う。
【解決手段】 圧縮木材成形用金型１として、凸形状のコア金型面５ａを備える上金型部２と、凹形状のキャビティ金型面９ａを備える下金型部３とを備え、キャビティ金型面９ａから、成形空間Ｓ側に突き出し可能に押し出しピン１１を設けた構成とする。そして、押し出しピン１１のピン先面１１ａをキャビティ金型面９ａに整列させた状態でブランク木材の圧縮成形を行い、上金型部２、下金型部３をそれぞれ離間させつつ、押し出しピン１１を突き出して脱型工程を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮木材成形用金型およびそれを用いた圧縮木材成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、木材を金型で圧縮成形して、例えば、板材、函、収容容器、外装体などの種々の３次元形状を有する圧縮木材成形品を製造することが提案されている。このような圧縮木材成形品は、表面に木目模様が露出するなど、木材特有の表面性を備えるため、合成樹脂や金属などにない風合いや外観を備える材料として注目されている。
例えば、特許文献１には、年輪の径方向に圧縮した板状の木材を成形凸型と成形凹型とを備えた上型と下型とからなる成形金型により、トレイ状の３次元形状の成形品を加工する木材の加工方法が記載されている。
この成形金型は、下型に設けられたガイド支柱に沿って上型がスライド移動可能とされ、プレス機により上型を下降させ、下型上に配置された板状の木材を圧縮するものである。
また、特許文献２には、凹形状を有するプレス型と凸形状を有するプレス型とにより湾曲された板材を、一方に開口を有する函状の小物入れ用の器に圧縮成形する木質材の三次元加工方法が記載されている。
【特許文献１】特開平８−２５３０１号公報（図５−８）
【特許文献２】特開平１１−７７６１９号公報（図７、８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の圧縮木材成形用金型およびそれを用いた圧縮木材成形品の製造方法には、以下のような問題があった。
木材は、生長方向に伸びた木質繊維からなり、年輪の径方向に、例えば導管などの多数の空隙が形成されている。そのため、年輪の径方向には容易に圧縮されるものの、圧縮荷重を解除すると、ある程度は元の形状に復帰するものである。この特性は、金型による成形とは言え、成形収縮により形状が収縮する熱可塑性樹脂の射出成形や、成形収縮や変形がきわめて小さい熱硬化性樹脂の圧縮成形の場合と根本的に異なるものである。
そのため、特許文献１、２では、木材に熱水を浸透させたり、木材を高温水蒸気処理したりすることにより、軟化させて圧縮を行い、圧縮後、所定時間型締めを保持することにより、金型面に沿って形状が固定されるのを待って脱型するようにしている。
この場合、確かに金型面に沿う形状に固定されるものの、木材は、強度異方性が大きい不均質な材質であり、かつ合成樹脂のような成形流動性もないので、金型により均等に圧縮力を受けても、木材の内部の残留応力を均等化することは困難である。そのため、金型面に沿う変形に抵抗する方向に残留応力が発生することは避けられず、形状が固定されたとしても、変形が戻ろうとする方向により強く金型を押圧して密着した状態となり、離型性を悪化させるという問題がある。そのため脱型工程が煩雑となったり脱型後の表面性が劣化したりして製造効率が悪くなるという問題がある。
このような離型性を改善するために、離型剤を用いることも考えられるものの、離型剤は、木材へ浸透するため、例えば変色や表面光沢の変化などを招き、成形品の外観を損ねやすいという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、圧縮木材成形品を木材の外観を損なうことなく金型面から容易に離型せしめ、製造効率を向上することができる圧縮木材成形用金型およびそれを用いた圧縮木材成形品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、少なくとも２つの金型面を対向方向に移動して木材を圧縮することにより、３次元形状を有する圧縮木材成形品を形成する圧縮木材成形用金型であって、前記２つの金型面が、対向位置において略対応する凹形状と凸形状とを少なくとも一対有し、前記２つの金型面の少なくともいずれかのうち、前記凹形状が形成された領域に、前記圧縮された木材を離型せしめる押し出し部材が設けられた構成とする。
この発明によれば、２つの金型面を対向方向に移動して木材を圧縮してから脱型するときに、２つの金型面の少なくともいずれかのうち凹形状が形成された領域に設けられた押し出し部材により圧縮された木材を押し出して脱型することができる。そのため、互いに対向する２つの金型面のうち凸形状の金型面よりも凹形状の金型面の側に強く密着する傾向のある圧縮後の木材を容易に離型することができる。
【０００６】
ここで、３次元形状は、３次元的な凹凸や湾曲を有する形状であり、一方向に沿う断面形状が略同一とならない形状を意味し、例えば、平板形状、平板を２次元的に屈曲あるいは湾曲させた形状、柱形状は除外する。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の圧縮木材成形用金型において、前記２つの金型面が、凹形状からなる雌型金型面と、凸形状からなる雄型金型面とからなる構成とする。
この発明によれば、圧縮された木材を凹形状からなる雌型金型面から容易に離型させることができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、少なくとも２つの金型面が対向位置で略対応する凹形状と凸形状とを少なくとも一対有し、前記２つの金型面の少なくともいずれかのうち、前記凹形状が形成された領域に前記対向方向に向けて突き出し可能な押し出し部材を設けた圧縮木材成形用金型を用いた圧縮木材成形品の製造方法であって、前記２つの金型面の間に配置した木材を、前記２つの金型面を対向方向に移動して前記３次元形状に圧縮する圧縮工程と、該圧縮工程で圧縮された木材を、前記２つの金型面を対向方向に離間させつつ、前記押し出し部材を前記対向方向に向けて突き出して離型せしめて取り出す脱型工程とを備える方法とする。
この発明によれば、請求項１に記載の発明の圧縮木材成形用金型を直接用いた圧縮木材成形品の製造方法となっているので、請求項１に記載の発明と同様な作用効果を備える。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の圧縮木材成形品の製造方法において、前記脱型工程で、前記２つの金型面の離間を開始してからわずかに遅延して押し出し部材を突き出す方法とする。
この発明によれば、脱型工程において２つの金型面の離間を開始してからわずかに遅延して押し出し部材を突き出すので、同時に突き出す場合よりも、圧縮された木材と凹形状の金型面との隙間を離しやすくなり、圧縮された木材が押し出し部材により強く押圧されて突き出し跡などを発生するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の圧縮木材成形用金型およびそれを用いた圧縮木材成形品の製造方法によれば、互いに対向する２つの金型面のうち凸形状の金型面よりも凹形状の金型面の側に強く密着する傾向のある圧縮後の木材を容易に離型することができるので、木材表面の外観を損なうことなく円滑に脱型して圧縮木材成形品の製造効率を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１２】
本発明の実施形態に係る圧縮木材成形用金型について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る圧縮木材成形用金型の構成について説明するための鉛直方向の断面説明図である。図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る圧縮木材成形用金型を用いて製造される圧縮木材成形品の一例について説明するための斜視説明図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の裏面側（図示Ｂ方向）から見た斜視説明図である。
【００１３】
本実施形態の圧縮木材成形用金型１は、例えば板材などからなるブランク木材を、互いに対向して一方向（例えば、本実施形態では上下方向）に相対的にスライド移動する２つの金型である上金型部２と下金型部３とにより、比較的薄肉で略一定の肉厚を有する３次元形状を有する高強度の構造体、例えば一方に開口を有する箱、筐体、容器、カバー、シェル状部材などの構造体のような圧縮木材成形品を成形するためのものである。以下では、その一例として、例えば図２（ａ）、（ｂ）に示すような圧縮木材成形品１００を圧縮成形するものとして説明する。
【００１４】
圧縮木材成形品１００は、図２（ａ）に示すように、平面視Ｄ字で、下面側に緩やかなドーム状に張り出した底面部の外周から上側に立設された側面部が設けられ、上側に開口する函体を構成している。
そして、Ｄ字状の略直線部の幅寸法は、Ｗとされ、その直線部からＤ字の湾曲の頂点までの距離はＬとされる。
函体の開口部には、同一平面上に整列した開口部端面１００ｄが形成されている。
圧縮木材成形品１００の内面は、これら底面部、側面部の形状に応じて、平面視Ｄ字状で下方に緩やかに張り出した湾曲を有する内側底面１００ａ、内側側面１００ｂ、１００ｃを備え、全体として凹形状を形成している。
ここで、内側側面１００ｃは、内側底面１００ａのＤ字状の略直線部を形成する側面を示し、内側側面１００ｂは、同じくＤ字状のＵ字部を形成する側面を示している。また符号１０１は、圧縮木材成形品１００の表面に露出した木目線を模式的に示したものである。
圧縮木材成形品１００の外面は、内側底面１００ａ、内側側面１００ｂ、１００ｃの裏面側にそれぞれ略同様の形状を形成する外側底面１００Ａ、外側側面１００Ｂ、１００Ｃが形成され、全体として凸形状を形成している。そして、底面部、側面部の厚さは、いずれも略一定の厚さｔとされている。
【００１５】
開口部端面１００ｄから外側底面１００Ａのドームの頂点までの高さ寸法は、Ｈとされている。そのため、圧縮木材成形品１００の内面側の深さは、開口部端面１００ｄから（Ｈ−ｔ）である。ここで、Ｈ＞ｔである。
具体的な寸法の例としては、例えば、ｔ＝１．６ｍｍ、Ｈ＝８ｍｍといった寸法などが可能である。この場合には、高さＨは厚さｔの５倍であり、函形状の深さとしては厚さｔの４倍となる。
【００１６】
このような函体は、例えば、携帯電話、リモコン、カメラなどの電子機器の外装体などとしても好適である。
【００１７】
圧縮木材成形品１００を形成するためのブランク木材の種類としては、特に限定されない。例えば檜、檜葉、桐、チーク、マホガニー、杉、松、桜、竹などを好適に採用することができる。
圧縮木材成形品１００の圧縮率は、必要な表面強度などから決まる所定密度が得られるような圧縮率をブランク木材の気乾密度に応じて適宜設定することができる。
【００１８】
圧縮木材成形用金型１の上金型部２の概略構成は、図１に示すように、上金型本体５、押圧プレート部４、および保持プレート６からなる。なお、図１の断面方向は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面に対応している。
上金型本体５は、内側底面１００ａ、内側側面１００ｂ、１００ｃの形状を転写する凸形状の金型面であるコア金型面５ａ（雄型金型面）と、開口部端面１００ｄの形状を転写する端部金型面５ｂとを図示下端側に備えている。そして側面には、保持プレート６に対して図示上下方向へスライド移動するための側面スライド部５ｃを備えている。上金型本体５の図示上端側は、押圧プレート部４と接合されている。
【００１９】
押圧プレート部４は、上金型本体５の上端に接合された平板状の支持板で、後述する複数のスライドロッド７に対して、スライド移動可能に嵌合する複数のスライドロッドガイド孔４ｃが設けられている。
【００２０】
保持プレート６は、中央部に上金型本体５の側面スライド部５ｃとスライド移動可能に嵌合するスライドガイド孔６ａと、後述する複数のスライドロッド７に対してスライド移動可能に嵌合する複数のスライドロッドガイド孔６ｄとを備える略平板状の部材である。
スライドガイド孔６ａの上端側には、ブランク部材が圧縮される際に、変形とともに円滑に滑り移動できるように傾斜面６ｂが設けられている。
保持プレート６の下面は、下金型部３と密着して当接するためのプレート下面６ｃが設けられている。プレート下面６ｃには、保持プレート６が下金型部３に当接したときに、上下方向に着脱可能な状態で下金型部３に対して水平方向に位置決めできるように、後述する複数のガイドピン８に嵌合する複数の位置決め穴６ｅが設けられている。
【００２１】
下金型部３は、基体であるブロック状の下金型保持プレート１０の中央部の上面側に下金型本体９が入れ子状に設けられ、下金型保持プレート１０の下面側に、下金型本体９、下金型保持プレート１０をそれぞれ上下方向に貫通する押し出しピン１１（押し出し部材）が設けられたものである。
【００２２】
下金型保持プレート１０の上面側のプレート上面１０ａ上には、スライドロッドガイド孔４ｃ、６ｄに嵌合する断面形状で鉛直方向に延された複数のスライドロッド７と、位置決め穴６ｅに嵌合して保持プレート６を水平方向に位置決めする複数のガイドピン８とがそれぞれ鉛直方向に立設されている。スライドロッド７の本数は、２〜４本程度が好まし。
下金型保持プレート１０の下面側には、押し出しピン１１を収容して上下方向に可動に収容するための穴部である押し出しピン収容部１０ｂが設けられている。
【００２３】
下金型本体９は、下金型保持プレート１０に組み込まれた状態で、プレート上面１０ａに整列する金型本体上面９ｂを備え、金型本体上面９ｂの中央部に圧縮木材成形品１００の外側底面１００Ａ、外側側面１００Ｂ、１００Ｃの形状を転写する凹形状の金型面であるキャビティ金型面９ａ（雌型金型面）が設けられている。
キャビティ金型面９ａには、外側底面１００Ａに対応する領域の所定位置、例えば、図２（ｂ）に示す押し出しピン押圧位置１０２に対応する位置に貫通孔１２が設けられている。そして貫通孔１２は、下金型保持プレート１０にも貫通して、押し出しピン収容部１０ｂまで延されている。
【００２４】
押し出しピン１１は、圧縮成形後に、圧縮木材成形品１００を金型から脱型する際、キャビティ金型面９ａから突き出して、圧縮木材成形品１００を押し出すことにより離型させる適宜断面の軸状部材である。
押し出しピン１１は、貫通孔１２に対して進退可能に嵌合されている。そのため、圧縮成形時は、ピン先面１１ａが、キャビティ金型面９ａ上で貫通孔１２を塞ぐように配置されるとともに、キャビティ金型面９ａとともに外側底面１００Ａに転写する形状の一部を形成している。一方、脱型時は、ピン先面１１ａの他端側に設けられた押し出しヘッド１１ｂを介してキャビティ金型面９ａ上の空間に突き出し可能とされている。
押し出しピン１１の突き出しは、自動または手動により突き出しのための動力を加えることができる適宜の突き出し手段により行われる。
例えば、自動的に行う場合、上金型部２の動作に連動して、ジャッキやプレス機などの機械力により動力を供給することができる。また、手動で行う場合は、例えば、手動ジャッキやハンマーによる突き出し力を押し出しヘッド１１ｂに作用させる。
【００２５】
このように圧縮木材成形用金型１では、図１に示すように、コア金型面５ａ、端部金型面５ｂ、キャビティ金型面９ａ、ピン先面１１ａで囲まれた圧縮木材成形品１００の外形に一致する成形空間Ｓが形成されるものである。すなわち、押圧プレート部４をプレス機などにより押下して、上金型本体５をスライドロッド７に沿って降下させて端部金型面５ｂが保持プレート６のプレート下面６ｃと整列した状態とし、プレート下面６ｃと、プレート上面１０ａ、金型本体上面９ｂとを密着させるように配置するとともに、押し出しピン１１のピン先面１１ａをキャビティ金型面９ａに整列させた状態とすることにより成形空間Ｓが形成される。
【００２６】
次に、圧縮木材成形用金型１を用いた本実施形態の圧縮木材成形品の製造方法について説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る圧縮木材成形品の製造方法における各工程について説明するための工程説明図である。図４（ｃ）、（ｄ）は、同じく図３に続く各工程について説明するための工程説明図である。ここで図３、４は、いずれも図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面を示す。図５は、本発明の実施形態に係る圧縮木材成形品の製造方法における凸形状の金型面と押し出し部材の移動の様子を模式的に示すグラフである。横軸は時間を示し、縦軸は、適宜の基準位置からの鉛直方向の高さを示す。
【００２７】
本実施形態の圧縮木材成形品の製造方法の概略工程は、圧縮工程、および脱型工程からなる。
圧縮工程は、ブランク部材１３を圧縮し、金型面に沿って圧縮された形状を固定する工程である。
ブランク部材１３は、あらかじめ、厚さｔよりも厚い木材で、圧縮木材成形品１００の形状に略沿った形状の３次元形状を有する３次元ブランクを用いてもよいが、本実施形態では、圧縮木材成形品１００を平面に展開した形状と略同じ大きさに外形が切り出された厚さｔ０（ただし、ｔ０＞ｔ）の平板からなる平板ブランクを用いている。
【００２８】
まず、図３（ａ）に示すように、保持プレート６を下金型保持プレート１０、下金型本体９上で密着する位置に配置し、上金型本体５を上方に引上げた状態で、保持プレート６と上金型本体５との間に、ブランク部材１３をセットする。
【００２９】
そして、図３（ｂ）に示すように、押圧プレート部４に押圧力Ｐを加えることにより、押圧プレート部４および上金型本体５を、スライドロッド７に沿って徐々に下降させ、ブランク部材１３を圧縮していく。
ブランク部材１３は、まず上面がコア金型面５ａと当接して、その形状にならって凹状に変形され、下面の端部が傾斜面６ｂに沿って滑りながら下方に移動する。
そして、ブランク部材１３が屈曲されて、コア金型面５ａとキャビティ金型面９ａとの間に挟まれた状態で圧縮が進行する。側面スライド部５ｃとスライドガイド孔６ａとが嵌合すると、ブランク部材１３は、成形空間Ｓの中に閉じ込められ、上金型本体５の下降により成形空間Ｓが狭まるにつれて圧縮されていく。
図４（ｃ）は、成形空間Ｓが圧縮木材成形品１００と同形状となる位置まで上金型本体５が下降された圧縮状態の最終段階を示す。
【００３０】
このような圧縮の過程では、ブランク部材１３を軟化させるために、例えば１２０℃〜２００℃程度の高温高圧水蒸気を噴射しつつ圧縮を行う。または、４０℃以上の熱湯で所定時間煮沸した後、１２０℃〜２００℃程度の高温高圧環境下で圧縮を行ってもよい。いずれの場合でも、上金型本体５および下金型本体９も上記高温雰囲気と同等の温度に加温することが好ましい。
また、このような条件で圧縮を行うためには、圧縮木材成形用金型１と圧縮に用いるプレス機などを高圧容器内に配置して行うと安定した高温高圧環境が得られて好都合である。
【００３１】
木材は、木質繊維と交差する方向に圧縮されると、木質繊維内の空隙が縮小して圧縮されていくが、圧縮力を解除すると、ある程度までは、圧縮前の形状に戻ろうとするという特徴がある。このような戻り変形を抑制して、圧縮力を解除したときも転写された金型面の形状が保持されるためには圧縮された形状の固定を行う必要がある。
このような固定手段として、固定すべき形状のまま所定時間高温状態を維持してから常温まで冷却して脱型することが知られている。所定時間は、木材の種類や圧縮率などに応じて適宜設定する。例えばあらかじめ同材質で実験を行うなどして設定しておく。
【００３２】
そこで、図４（ｃ）の状態のまま、所定時間、型締めを保持し、コア金型面５ａ、端部金型面５ｂ、キャビティ金型面９ａの形状が転写されるまで放置する。
そして、一定時間経過した後、高温高圧水蒸気の供給を停止し、型締めを保持したまま冷却し、水分を乾燥させる。この過程により、転写された形状が固定される。
【００３３】
次に、脱型工程を行う。
脱型工程は、上金型本体５、下金型本体９を鉛直方向に相対的に離間させることにより、上下に型開きし、圧縮成形された圧縮木材成形品１００をコア金型面５ａ、キャビティ金型面９ａから離型させ、圧縮木材成形用金型１の外部に取り出す工程である。
上記に説明したように、圧縮木材成形品１００は、転写形状が十分固定されているが、木材は、強度異方性が大きい不均質な材質であり、かつ合成樹脂のような成形流動性もないので、金型により均等に圧縮力を受けても、木材の内部の残留応力を均等化することは困難である。そのため、金型面に沿う変形に抵抗する方向に残留応力が発生する。言い換えれば、金型面に沿う形状に固定される場合にも、金型面を押圧する荷重は場所により異なっている。
そのため、本実施形態のように、凹形状と凸形状とが対向した金型面により圧縮される場合、圧縮木材成形品１００は、凸形状のコア金型面５ａに比べて、凹形状のキャビティ金型面９ａ側をより強く押圧した状態で固定される。その結果、内側底面１００ａ、内側側面１００ｂ、１００ｃとコア金型面５ａとの密着性に比べて、外側底面１００Ａ、外側側面１００Ｂ、１００Ｃとキャビティ金型面９ａとの密着性が高い状態で固定される。
つまり、型開きしても、圧縮木材成形品１００がキャビティ金型面９ａ側に取られた状態となり、このままでは脱型困難となる恐れがある。
【００３４】
そこで、本実施形態では、キャビティ金型面９ａ側から、圧縮木材成形品１００を押し出し可能な押し出しピン１１を設けることにより、圧縮木材成形品１００の離型を円滑に行えるようになっている。
すなわち、本実施形態の脱型工程では、上金型本体５と保持プレート６とを上側にスライド移動するとともに、押し出しピン１１を上方に突き出す。
このとき、押し出しピン１１により外側底面１００Ａにピン跡などを残さないために、上金型本体５と押し出しピン１１との相対的な位置関係を、ピン先面１１ａとコア金型面５ａとで挟まれる領域の厚さが常に厚さｔ以上となる状態で突き出す。
【００３５】
このように、ピン先面１１ａとコア金型面５ａとの間隔がｔ以上であればよいが、ｔよりわずかに大きくなるような形状で突き出すようにすれば、圧縮木材成形品１００が成形空間Ｓで遊ぶことが無くなり、ピン先面１１ａが圧縮木材成形品１００の底面部の決まった位置のみに当接するのでより好ましい。なお、押し出しピン１１は、キャビティ金型面９ａと外側底面１００Ａとの間に離型のきっかけとなる微細な隙間を形成できれば十分なので、圧縮木材成形品１００の底面部をわずかに弾性変形させる程度の押し出し量でも十分な効果をあげることができる。
ただし、図示のように、圧縮木材成形品１００全体がキャビティ金型面９ａから明瞭に持ち上がる程度の高さ、例えば数ミリから数センチまで押し出してもよい。そうすれば、圧縮木材成形品１００を矢印のように外側に搬出するために把持しやすくなり好都合である。
【００３６】
次に、押し出しピン１１と上金型本体５の移動の具体的なタイミングを、図５を参照して説明する。
図５において、折れ線Ｑ０Ｑ１Ｑ２Ｑ３は、押し出しピン１１のピン先面１１ａの移動位置を適宜の基準位置から測った高さにより示したものである。また、折れ線Ｐ０Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４Ｐ５は、ピン先面１１ａに対向する位置のコア金型面５ａの移動位置を同様の基準位置から測った高さにより示したものである。
ここで、時間軸の原点Ｏは、動作開始時を示し、時刻Ｔ１は圧縮開始時、時刻Ｔ２は図４（ｃ）の状態となった圧縮完了時、時刻Ｔ３は固定過程の終了、すなわち圧縮工程が終了し、脱型工程が開始される時刻を示す。
なお、図５は、模式図のため、単調な移動変化を直線で表しているが、グラフ上の単調曲線で表されるような移動を行ってもよい。
【００３７】
時刻ＯからＴ３までの変化は、上記の圧縮工程の説明をグラフ化したものである。
すなわち、コア金型面５ａは、高さｚ０からｚ２（ただし、ｚ０＞ｚ２）に下降し、時間（Ｔ３−Ｔ２）の間、高さｚ２に保持される。
一方、ピン先面１１ａは、時刻Ｏから時刻Ｔ３まで、一定高さｚ１（ただし、ｔ＝ｚ２−ｚ１）に保持されている。
【００３８】
脱型工程は、時刻Ｔ３から開始される。
まず、コア金型面５ａを直線Ｐ３Ｐ４に沿って引上げ、時刻Ｔ６で圧縮開始前の位置ｚ０に到達すると、その位置を保持する。
一方、ピン先面１１ａは、時刻Ｔ３と同じか、わずかに遅延した時刻Ｔ４（Ｔ４≧Ｔ３）から、直線Ｑ１Ｑ２に沿って突き出し、時刻Ｔ５（ただし、Ｔ５≦Ｔ６）において高さｚ３まで到達すると突き出しを停止する。
このように、押し出しピン１１を上金型本体５の上昇と同時か、またはわずかに遅延して突き出すことにより、ピン先面１１ａとコア金型面５ａとの間の隙間を厚さｔ以上に保持することができる。そのため、圧縮木材成形品１００の外側底面１００Ａに押し出しピン１１による圧縮負荷をかけることなく、圧縮木材成形品１００をキャビティ金型面９ａから離型させることができる。
【００３９】
ここで、時刻Ｔ４は、ピン先面１１ａとコア金型面５ａとの間の距離が、厚さｔより確実に大きくなるように、時刻Ｔ３に対して遅延させることが好ましい。そうすれば、押し出しピン１１の押し出し速度を正確に制御できない場合などにも、押し出しピン１１による圧縮負荷が圧縮木材成形品１００にかかることを防止することができる。そのため、外側底面１００Ａに押し出しピン１１のピン跡などがつくことなく、良好な外観のまま脱型することができる。
【００４０】
また、押し出しピン１１の移動量を正確に制御できる場合には、移動開始時刻を同時としても、押し出しピン１１と上金型本体５の移動速度に差をつけることにより、確実に隙間をｔより大きくすることができる。図６は、そのような移動速度差を設けた場合の例について説明するための模式的なグラフである。横軸は時間を示し、縦軸は、適宜の基準位置からの鉛直方向の高さを示す。
【００４１】
図６において、折れ線Ｑ０ｑ１ｑ２Ｑ３は、押し出しピン１１のピン先面１１ａの移動位置を適宜の基準位置から測った高さにより示したものである。また、折れ線Ｐ０Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４Ｐ５は、図５と同じ折れ線を表す。
この場合、押し出しピン１１と、上金型本体５とは、時刻Ｔ３で同時に移動させるが、押し出しピン１１の移動速度を上金型本体５の移動速度よりも低速とする。すなわち、図６において、押し出しピン１１の移動速度を表す直線ｑ１ｑ２の傾きが、直線Ｐ３Ｐ４の傾きよりも小さくなるように、点ｑ２に到達する時刻Ｔ７を設定する。
このようにすれば、ピン先面１１ａとコア金型面５ａとの隙間は、時刻Ｔ３でｔとなり、時間が経つにつれてｔよりも増大していく。
【００４２】
以上に説明したように、本実施形態の圧縮木材成形用金型１およびそれを用いた圧縮木材成形品の製造方法によれば、凹形状を有する金型面に押し出しピンを設けることにより、凹形状を有する金型に密着し易い３次元形状の圧縮木材成形品を容易に離型して脱型工程を円滑に行うことができるので、製造効率を向上することができるという利点がある。
【００４３】
なお、上記の説明では、圧縮木材成形品１００の外側底面１００Ａが良好な外観が求められる面として説明したが、外側底面１００Ａが裏面であり、特に良好な外観特性が求められない場合には、圧縮木材成形品１００に割れなどが発生しない程度であれば、押し出しピン１１によりピン跡がつく程度に突き出してもよい。つまり、脱型工程において、ピン先面１１ａとコア金型面５ａとの隙間がｔより小さくなるような突き出しを行ってもよい。
【００４４】
また、上記の説明では、２つの金型面が、凹形状からなる雌型金型面と、凸形状からなる雄型金型面とからなる場合について説明したが、それぞれの金型面に凹凸形状が混在し、凹形状と凸形状とが対向する部分が複数設けられている場合に適用するように変形して実施してもよい。
図７は、本発明の実施形態に係る圧縮木材成形用金型の変形例について説明するための模式的な断面図である。
【００４５】
本変形例の圧縮木材成形用金型５０は、断面が略Ｓ字状の凹凸を備える圧縮木材成形品を成形するためのもので、上金型部５０Ａと下金型部５０Ｂとからなる。
上金型部５０Ａは、凹形状の凹金型面部５０ｂ（凹形状の金型面）と、凸形状の凸金型面部５０ｄ（凸形状の金型面）を備え、凹金型面部５０ｂに進退可能な押し出しピン５１Ａ（押し出し部材）を備える。押し出しピン５１Ａの先端面は、凹金型面部５０ｂに整列するピン先面５１ａが形成されている。
また、下金型部５０Ｂは、上金型部５０Ａの凹金型面部５０ｂと凸金型面部５０ｄとに対向してそれぞれ対をなす、凸形状の凸金型面部５０ａ（凸形状の金型面）と凹形状の凹金型面部５０ｃ（凹形状の金型面）とを備え、凹金型面部５０ｃに進退可能な押し出しピン５１Ｂ（押し出し部材）を備える。押し出しピン５１Ｂの先端面は、凹金型面部５０ｃに整列するピン先面５１ｂが形成されている。
そして、圧縮木材成形用金型５０によれば、これら凹金型面部５０ｂ、ピン先面５１ａ、凸金型面部５０ｄ、凹金型面部５０ｃ、ピン先面５１ｂ、凸金型面部５０ａにより囲まれた成形空間Ｒを形成することができる。
【００４６】
このような圧縮木材成形用金型５０によれば、圧縮された木材が密着して離型しにくい凹金型面部５０ｂ、５０ｃにそれぞれ押し出しピン５１Ａ、５１Ｂを備えるので、脱型工程において、圧縮木材成形品を容易に離型することができ、製造効率を向上することができる。
【００４７】
また、上記の説明では、押し出し部材が凹形状の金型面に対して１つずつ設けられている例で説明したが、押し出し部材は、離型のための荷重バランスを考慮して、複数設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る圧縮木材成形用金型の構成について説明するための鉛直方向の断面説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る圧縮木材成形用金型を用いて製造される圧縮木材成形品の一例について説明するための斜視説明図、およびその裏面側から見た斜視説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る圧縮木材成形品の製造方法における各工程について説明するための工程説明図である。
【図４】同じく図３に続く各工程について説明するための工程説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る圧縮木材成形品の製造方法における凸形状の金型面と押し出し部材の移動の様子を模式的に示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に係る圧縮木材成形品の製造方法における凸形状の金型面と押し出し部材の間に移動速度差を設けた場合の例について説明するための模式的なグラフである。
【図７】本発明の実施形態に係る圧縮木材成形用金型の変形例について説明するための模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、５０ 圧縮木材成形用金型
２、５０Ａ 上金型部
３、５０Ｂ 下金型部
５ 上金型本体
５ａ コア金型面（雄型金型面）
５ｂ 端部金型面
５ｃ 側面スライド部
６ 保持プレート
６ａ スライドガイド孔
６ｂ 傾斜面
６ｃ プレート下面
６ｄ スライドロッドガイド孔
６ｅ 位置決め穴
７ スライドロッド
８ ガイドピン
９ 下金型本体
９ａ キャビティ金型面（雌型金型面）
９ｂ 金型本体上面
１０ 下金型保持プレート
１０ａ プレート上面
１１、５１Ａ、５１Ｂ 押し出しピン（押し出し部材）
１１ａ、５１ａ、５１ｂ ピン先面
１３ ブランク部材（木材）
５０ａ、５０ｄ 凸金型面部（凸形状の金型面）
５０ｂ、５０ｃ 凹金型面部（凹形状の金型面）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮木材成形用金型およびそれを用いた圧縮木材成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、木材を金型で圧縮成形して、例えば、板材、函、収容容器、外装体などの種々の３次元形状を有する圧縮木材成形品を製造することが提案されている。このような圧縮木材成形品は、表面に木目模様が露出するなど、木材特有の表面性を備えるため、合成樹脂や金属などにない風合いや外観を備える材料として注目されている。
例えば、特許文献１には、年輪の径方向に圧縮した板状の木材を成形凸型と成形凹型とを備えた上型と下型とからなる成形金型により、トレイ状の３次元形状の成形品を加工する木材の加工方法が記載されている。
この成形金型は、下型に設けられたガイド支柱に沿って上型がスライド移動可能とされ、プレス機により上型を下降させ、下型上に配置された板状の木材を圧縮するものである。
また、特許文献２には、凹形状を有するプレス型と凸形状を有するプレス型とにより湾曲された板材を、一方に開口を有する函状の小物入れ用の器に圧縮成形する木質材の三次元加工方法が記載されている。
【特許文献１】特開平８−２５３０１号公報（図５−８）
【特許文献２】特開平１１−７７６１９号公報（図７、８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の圧縮木材成形用金型およびそれを用いた圧縮木材成形品の製造方法には、以下のような問題があった。
木材は、生長方向に伸びた木質繊維からなり、年輪の径方向に、例えば導管などの多数の空隙が形成されている。そのため、年輪の径方向には容易に圧縮されるものの、圧縮荷重を解除すると、ある程度は元の形状に復帰するものである。この特性は、金型による成形とは言え、成形収縮により形状が収縮する熱可塑性樹脂の射出成形や、成形収縮や変形がきわめて小さい熱硬化性樹脂の圧縮成形の場合と根本的に異なるものである。
そのため、特許文献１、２では、木材に熱水を浸透させたり、木材を高温水蒸気処理したりすることにより、軟化させて圧縮を行い、圧縮後、所定時間型締めを保持することにより、金型面に沿って形状が固定されるのを待って脱型するようにしている。
この場合、確かに金型面に沿う形状に固定されるものの、木材は、強度異方性が大きい不均質な材質であり、かつ合成樹脂のような成形流動性もないので、金型により均等に圧縮力を受けても、木材の内部の残留応力を均等化することは困難である。そのため、金型面に沿う変形に抵抗する方向に残留応力が発生することは避けられず、形状が固定されたとしても、変形が戻ろうとする方向により強く金型を押圧して密着した状態となり、離型性を悪化させるという問題がある。そのため脱型工程が煩雑となったり脱型後の表面性が劣化したりして製造効率が悪くなるという問題がある。
このような離型性を改善するために、離型剤を用いることも考えられるものの、離型剤は、木材へ浸透するため、例えば変色や表面光沢の変化などを招き、成形品の外観を損ねやすいという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、圧縮木材成形品を木材の外観を損なうことなく金型面から容易に離型せしめ、製造効率を向上することができる圧縮木材成形用金型およびそれを用いた圧縮木材成形品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、少なくとも２つの金型面を対向方向に移動して木材を圧縮することにより、３次元形状を有する圧縮木材成形品を形成する圧縮木材成形用金型であって、前記２つの金型面が、対向位置において略対応する凹形状と凸形状とを少なくとも一対有し、前記２つの金型面の少なくともいずれかのうち、前記凹形状が形成された領域に、前記圧縮された木材を離型せしめる押し出し部材が設けられた構成とする。
この発明によれば、２つの金型面を対向方向に移動して木材を圧縮してから脱型するときに、２つの金型面の少なくともいずれかのうち凹形状が形成された領域に設けられた押し出し部材により圧縮された木材を押し出して脱型することができる。そのため、互いに対向する２つの金型面のうち凸形状の金型面よりも凹形状の金型面の側に強く密着する傾向のある圧縮後の木材を容易に離型することができる。
【０００６】
ここで、３次元形状は、３次元的な凹凸や湾曲を有する形状であり、一方向に沿う断面形状が略同一とならない形状を意味し、例えば、平板形状、平板を２次元的に屈曲あるいは湾曲させた形状、柱形状は除外する。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の圧縮木材成形用金型において、前記２つの金型面が、凹形状からなる雌型金型面と、凸形状からなる雄型金型面とからなる構成とする。
この発明によれば、圧縮された木材を凹形状からなる雌型金型面から容易に離型させることができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、少なくとも２つの金型面が対向位置で略対応する凹形状と凸形状とを少なくとも一対有し、前記２つの金型面の少なくともいずれかのうち、前記凹形状が形成された領域に前記対向方向に向けて突き出し可能な押し出し部材を設けた圧縮木材成形用金型を用いた圧縮木材成形品の製造方法であって、前記２つの金型面の間に配置した木材を、前記２つの金型面を対向方向に移動して前記３次元形状に圧縮する圧縮工程と、該圧縮工程で圧縮された木材を、前記２つの金型面を対向方向に離間させつつ、前記押し出し部材を前記対向方向に向けて突き出して離型せしめて取り出す脱型工程とを備える方法とする。
この発明によれば、請求項１に記載の発明の圧縮木材成形用金型を直接用いた圧縮木材成形品の製造方法となっているので、請求項１に記載の発明と同様な作用効果を備える。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の圧縮木材成形品の製造方法において、前記脱型工程で、前記２つの金型面の離間を開始してからわずかに遅延して押し出し部材を突き出す方法とする。
この発明によれば、脱型工程において２つの金型面の離間を開始してからわずかに遅延して押し出し部材を突き出すので、同時に突き出す場合よりも、圧縮された木材と凹形状の金型面との隙間を離しやすくなり、圧縮された木材が押し出し部材により強く押圧されて突き出し跡などを発生するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の圧縮木材成形用金型およびそれを用いた圧縮木材成形品の製造方法によれば、互いに対向する２つの金型面のうち凸形状の金型面よりも凹形状の金型面の側に強く密着する傾向のある圧縮後の木材を容易に離型することができるので、木材表面の外観を損なうことなく円滑に脱型して圧縮木材成形品の製造効率を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１２】
本発明の実施形態に係る圧縮木材成形用金型について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る圧縮木材成形用金型の構成について説明するための鉛直方向の断面説明図である。図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る圧縮木材成形用金型を用いて製造される圧縮木材成形品の一例について説明するための斜視説明図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の裏面側（図示Ｂ方向）から見た斜視説明図である。
【００１３】
本実施形態の圧縮木材成形用金型１は、例えば板材などからなるブランク木材を、互いに対向して一方向（例えば、本実施形態では上下方向）に相対的にスライド移動する２つの金型である上金型部２と下金型部３とにより、比較的薄肉で略一定の肉厚を有する３次元形状を有する高強度の構造体、例えば一方に開口を有する箱、筐体、容器、カバー、シェル状部材などの構造体のような圧縮木材成形品を成形するためのものである。以下では、その一例として、例えば図２（ａ）、（ｂ）に示すような圧縮木材成形品１００を圧縮成形するものとして説明する。
【００１４】
圧縮木材成形品１００は、図２（ａ）に示すように、平面視Ｄ字で、下面側に緩やかなドーム状に張り出した底面部の外周から上側に立設された側面部が設けられ、上側に開口する函体を構成している。
そして、Ｄ字状の略直線部の幅寸法は、Ｗとされ、その直線部からＤ字の湾曲の頂点までの距離はＬとされる。
函体の開口部には、同一平面上に整列した開口部端面１００ｄが形成されている。
圧縮木材成形品１００の内面は、これら底面部、側面部の形状に応じて、平面視Ｄ字状で下方に緩やかに張り出した湾曲を有する内側底面１００ａ、内側側面１００ｂ、１００ｃを備え、全体として凹形状を形成している。
ここで、内側側面１００ｃは、内側底面１００ａのＤ字状の略直線部を形成する側面を示し、内側側面１００ｂは、同じくＤ字状のＵ字部を形成する側面を示している。また符号１０１は、圧縮木材成形品１００の表面に露出した木目線を模式的に示したものである。
圧縮木材成形品１００の外面は、内側底面１００ａ、内側側面１００ｂ、１００ｃの裏面側にそれぞれ略同様の形状を形成する外側底面１００Ａ、外側側面１００Ｂ、１００Ｃが形成され、全体として凸形状を形成している。そして、底面部、側面部の厚さは、いずれも略一定の厚さｔとされている。
【００１５】
開口部端面１００ｄから外側底面１００Ａのドームの頂点までの高さ寸法は、Ｈとされている。そのため、圧縮木材成形品１００の内面側の深さは、開口部端面１００ｄから（Ｈ−ｔ）である。ここで、Ｈ＞ｔである。
具体的な寸法の例としては、例えば、ｔ＝１．６ｍｍ、Ｈ＝８ｍｍといった寸法などが可能である。この場合には、高さＨは厚さｔの５倍であり、函形状の深さとしては厚さｔの４倍となる。
【００１６】
このような函体は、例えば、携帯電話、リモコン、カメラなどの電子機器の外装体などとしても好適である。
【００１７】
圧縮木材成形品１００を形成するためのブランク木材の種類としては、特に限定されない。例えば檜、檜葉、桐、チーク、マホガニー、杉、松、桜、竹などを好適に採用することができる。
圧縮木材成形品１００の圧縮率は、必要な表面強度などから決まる所定密度が得られるような圧縮率をブランク木材の気乾密度に応じて適宜設定することができる。
【００１８】
圧縮木材成形用金型１の上金型部２の概略構成は、図１に示すように、上金型本体５、押圧プレート部４、および保持プレート６からなる。なお、図１の断面方向は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面に対応している。
上金型本体５は、内側底面１００ａ、内側側面１００ｂ、１００ｃの形状を転写する凸形状の金型面であるコア金型面５ａ（雄型金型面）と、開口部端面１００ｄの形状を転写する端部金型面５ｂとを図示下端側に備えている。そして側面には、保持プレート６に対して図示上下方向へスライド移動するための側面スライド部５ｃを備えている。上金型本体５の図示上端側は、押圧プレート部４と接合されている。
【００１９】
押圧プレート部４は、上金型本体５の上端に接合された平板状の支持板で、後述する複数のスライドロッド７に対して、スライド移動可能に嵌合する複数のスライドロッドガイド孔４ｃが設けられている。
【００２０】
保持プレート６は、中央部に上金型本体５の側面スライド部５ｃとスライド移動可能に嵌合するスライドガイド孔６ａと、後述する複数のスライドロッド７に対してスライド移動可能に嵌合する複数のスライドロッドガイド孔６ｄとを備える略平板状の部材である。
スライドガイド孔６ａの上端側には、ブランク部材が圧縮される際に、変形とともに円滑に滑り移動できるように傾斜面６ｂが設けられている。
保持プレート６の下面は、下金型部３と密着して当接するためのプレート下面６ｃが設けられている。プレート下面６ｃには、保持プレート６が下金型部３に当接したときに、上下方向に着脱可能な状態で下金型部３に対して水平方向に位置決めできるように、後述する複数のガイドピン８に嵌合する複数の位置決め穴６ｅが設けられている。
【００２１】
下金型部３は、基体であるブロック状の下金型保持プレート１０の中央部の上面側に下金型本体９が入れ子状に設けられ、下金型保持プレート１０の下面側に、下金型本体９、下金型保持プレート１０をそれぞれ上下方向に貫通する押し出しピン１１（押し出し部材）が設けられたものである。
【００２２】
下金型保持プレート１０の上面側のプレート上面１０ａ上には、スライドロッドガイド孔４ｃ、６ｄに嵌合する断面形状で鉛直方向に延された複数のスライドロッド７と、位置決め穴６ｅに嵌合して保持プレート６を水平方向に位置決めする複数のガイドピン８とがそれぞれ鉛直方向に立設されている。スライドロッド７の本数は、２〜４本程度が好まし。
下金型保持プレート１０の下面側には、押し出しピン１１を収容して上下方向に可動に収容するための穴部である押し出しピン収容部１０ｂが設けられている。
【００２３】
下金型本体９は、下金型保持プレート１０に組み込まれた状態で、プレート上面１０ａに整列する金型本体上面９ｂを備え、金型本体上面９ｂの中央部に圧縮木材成形品１００の外側底面１００Ａ、外側側面１００Ｂ、１００Ｃの形状を転写する凹形状の金型面であるキャビティ金型面９ａ（雌型金型面）が設けられている。
キャビティ金型面９ａには、外側底面１００Ａに対応する領域の所定位置、例えば、図２（ｂ）に示す押し出しピン押圧位置１０２に対応する位置に貫通孔１２が設けられている。そして貫通孔１２は、下金型保持プレート１０にも貫通して、押し出しピン収容部１０ｂまで延されている。
【００２４】
押し出しピン１１は、圧縮成形後に、圧縮木材成形品１００を金型から脱型する際、キャビティ金型面９ａから突き出して、圧縮木材成形品１００を押し出すことにより離型させる適宜断面の軸状部材である。
押し出しピン１１は、貫通孔１２に対して進退可能に嵌合されている。そのため、圧縮成形時は、ピン先面１１ａが、キャビティ金型面９ａ上で貫通孔１２を塞ぐように配置されるとともに、キャビティ金型面９ａとともに外側底面１００Ａに転写する形状の一部を形成している。一方、脱型時は、ピン先面１１ａの他端側に設けられた押し出しヘッド１１ｂを介してキャビティ金型面９ａ上の空間に突き出し可能とされている。
押し出しピン１１の突き出しは、自動または手動により突き出しのための動力を加えることができる適宜の突き出し手段により行われる。
例えば、自動的に行う場合、上金型部２の動作に連動して、ジャッキやプレス機などの機械力により動力を供給することができる。また、手動で行う場合は、例えば、手動ジャッキやハンマーによる突き出し力を押し出しヘッド１１ｂに作用させる。
【００２５】
このように圧縮木材成形用金型１では、図１に示すように、コア金型面５ａ、端部金型面５ｂ、キャビティ金型面９ａ、ピン先面１１ａで囲まれた圧縮木材成形品１００の外形に一致する成形空間Ｓが形成されるものである。すなわち、押圧プレート部４をプレス機などにより押下して、上金型本体５をスライドロッド７に沿って降下させて端部金型面５ｂが保持プレート６のプレート下面６ｃと整列した状態とし、プレート下面６ｃと、プレート上面１０ａ、金型本体上面９ｂとを密着させるように配置するとともに、押し出しピン１１のピン先面１１ａをキャビティ金型面９ａに整列させた状態とすることにより成形空間Ｓが形成される。
【００２６】
次に、圧縮木材成形用金型１を用いた本実施形態の圧縮木材成形品の製造方法について説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る圧縮木材成形品の製造方法における各工程について説明するための工程説明図である。図４（ｃ）、（ｄ）は、同じく図３に続く各工程について説明するための工程説明図である。ここで図３、４は、いずれも図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面を示す。図５は、本発明の実施形態に係る圧縮木材成形品の製造方法における凸形状の金型面と押し出し部材の移動の様子を模式的に示すグラフである。横軸は時間を示し、縦軸は、適宜の基準位置からの鉛直方向の高さを示す。
【００２７】
本実施形態の圧縮木材成形品の製造方法の概略工程は、圧縮工程、および脱型工程からなる。
圧縮工程は、ブランク部材１３を圧縮し、金型面に沿って圧縮された形状を固定する工程である。
ブランク部材１３は、あらかじめ、厚さｔよりも厚い木材で、圧縮木材成形品１００の形状に略沿った形状の３次元形状を有する３次元ブランクを用いてもよいが、本実施形態では、圧縮木材成形品１００を平面に展開した形状と略同じ大きさに外形が切り出された厚さｔ０（ただし、ｔ０＞ｔ）の平板からなる平板ブランクを用いている。
【００２８】
まず、図３（ａ）に示すように、保持プレート６を下金型保持プレート１０、下金型本体９上で密着する位置に配置し、上金型本体５を上方に引上げた状態で、保持プレート６と上金型本体５との間に、ブランク部材１３をセットする。
【００２９】
そして、図３（ｂ）に示すように、押圧プレート部４に押圧力Ｐを加えることにより、押圧プレート部４および上金型本体５を、スライドロッド７に沿って徐々に下降させ、ブランク部材１３を圧縮していく。
ブランク部材１３は、まず上面がコア金型面５ａと当接して、その形状にならって凹状に変形され、下面の端部が傾斜面６ｂに沿って滑りながら下方に移動する。
そして、ブランク部材１３が屈曲されて、コア金型面５ａとキャビティ金型面９ａとの間に挟まれた状態で圧縮が進行する。側面スライド部５ｃとスライドガイド孔６ａとが嵌合すると、ブランク部材１３は、成形空間Ｓの中に閉じ込められ、上金型本体５の下降により成形空間Ｓが狭まるにつれて圧縮されていく。
図４（ｃ）は、成形空間Ｓが圧縮木材成形品１００と同形状となる位置まで上金型本体５が下降された圧縮状態の最終段階を示す。
【００３０】
このような圧縮の過程では、ブランク部材１３を軟化させるために、例えば１２０℃〜２００℃程度の高温高圧水蒸気を噴射しつつ圧縮を行う。または、４０℃以上の熱湯で所定時間煮沸した後、１２０℃〜２００℃程度の高温高圧環境下で圧縮を行ってもよい。いずれの場合でも、上金型本体５および下金型本体９も上記高温雰囲気と同等の温度に加温することが好ましい。
また、このような条件で圧縮を行うためには、圧縮木材成形用金型１と圧縮に用いるプレス機などを高圧容器内に配置して行うと安定した高温高圧環境が得られて好都合である。
【００３１】
木材は、木質繊維と交差する方向に圧縮されると、木質繊維内の空隙が縮小して圧縮されていくが、圧縮力を解除すると、ある程度までは、圧縮前の形状に戻ろうとするという特徴がある。このような戻り変形を抑制して、圧縮力を解除したときも転写された金型面の形状が保持されるためには圧縮された形状の固定を行う必要がある。
このような固定手段として、固定すべき形状のまま所定時間高温状態を維持してから常温まで冷却して脱型することが知られている。所定時間は、木材の種類や圧縮率などに応じて適宜設定する。例えばあらかじめ同材質で実験を行うなどして設定しておく。
【００３２】
そこで、図４（ｃ）の状態のまま、所定時間、型締めを保持し、コア金型面５ａ、端部金型面５ｂ、キャビティ金型面９ａの形状が転写されるまで放置する。
そして、一定時間経過した後、高温高圧水蒸気の供給を停止し、型締めを保持したまま冷却し、水分を乾燥させる。この過程により、転写された形状が固定される。
【００３３】
次に、脱型工程を行う。
脱型工程は、上金型本体５、下金型本体９を鉛直方向に相対的に離間させることにより、上下に型開きし、圧縮成形された圧縮木材成形品１００をコア金型面５ａ、キャビティ金型面９ａから離型させ、圧縮木材成形用金型１の外部に取り出す工程である。
上記に説明したように、圧縮木材成形品１００は、転写形状が十分固定されているが、木材は、強度異方性が大きい不均質な材質であり、かつ合成樹脂のような成形流動性もないので、金型により均等に圧縮力を受けても、木材の内部の残留応力を均等化することは困難である。そのため、金型面に沿う変形に抵抗する方向に残留応力が発生する。言い換えれば、金型面に沿う形状に固定される場合にも、金型面を押圧する荷重は場所により異なっている。
そのため、本実施形態のように、凹形状と凸形状とが対向した金型面により圧縮される場合、圧縮木材成形品１００は、凸形状のコア金型面５ａに比べて、凹形状のキャビティ金型面９ａ側をより強く押圧した状態で固定される。その結果、内側底面１００ａ、内側側面１００ｂ、１００ｃとコア金型面５ａとの密着性に比べて、外側底面１００Ａ、外側側面１００Ｂ、１００Ｃとキャビティ金型面９ａとの密着性が高い状態で固定される。
つまり、型開きしても、圧縮木材成形品１００がキャビティ金型面９ａ側に取られた状態となり、このままでは脱型困難となる恐れがある。
【００３４】
そこで、本実施形態では、キャビティ金型面９ａ側から、圧縮木材成形品１００を押し出し可能な押し出しピン１１を設けることにより、圧縮木材成形品１００の離型を円滑に行えるようになっている。
すなわち、本実施形態の脱型工程では、上金型本体５と保持プレート６とを上側にスライド移動するとともに、押し出しピン１１を上方に突き出す。
このとき、押し出しピン１１により外側底面１００Ａにピン跡などを残さないために、上金型本体５と押し出しピン１１との相対的な位置関係を、ピン先面１１ａとコア金型面５ａとで挟まれる領域の厚さが常に厚さｔ以上となる状態で突き出す。
【００３５】
このように、ピン先面１１ａとコア金型面５ａとの間隔がｔ以上であればよいが、ｔよりわずかに大きくなるような形状で突き出すようにすれば、圧縮木材成形品１００が成形空間Ｓで遊ぶことが無くなり、ピン先面１１ａが圧縮木材成形品１００の底面部の決まった位置のみに当接するのでより好ましい。なお、押し出しピン１１は、キャビティ金型面９ａと外側底面１００Ａとの間に離型のきっかけとなる微細な隙間を形成できれば十分なので、圧縮木材成形品１００の底面部をわずかに弾性変形させる程度の押し出し量でも十分な効果をあげることができる。
ただし、図示のように、圧縮木材成形品１００全体がキャビティ金型面９ａから明瞭に持ち上がる程度の高さ、例えば数ミリから数センチまで押し出してもよい。そうすれば、圧縮木材成形品１００を矢印のように外側に搬出するために把持しやすくなり好都合である。
【００３６】
次に、押し出しピン１１と上金型本体５の移動の具体的なタイミングを、図５を参照して説明する。
図５において、折れ線Ｑ０Ｑ１Ｑ２Ｑ３は、押し出しピン１１のピン先面１１ａの移動位置を適宜の基準位置から測った高さにより示したものである。また、折れ線Ｐ０Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４Ｐ５は、ピン先面１１ａに対向する位置のコア金型面５ａの移動位置を同様の基準位置から測った高さにより示したものである。
ここで、時間軸の原点Ｏは、動作開始時を示し、時刻Ｔ１は圧縮開始時、時刻Ｔ２は図４（ｃ）の状態となった圧縮完了時、時刻Ｔ３は固定過程の終了、すなわち圧縮工程が終了し、脱型工程が開始される時刻を示す。
なお、図５は、模式図のため、単調な移動変化を直線で表しているが、グラフ上の単調曲線で表されるような移動を行ってもよい。
【００３７】
時刻ＯからＴ３までの変化は、上記の圧縮工程の説明をグラフ化したものである。
すなわち、コア金型面５ａは、高さｚ０からｚ２（ただし、ｚ０＞ｚ２）に下降し、時間（Ｔ３−Ｔ２）の間、高さｚ２に保持される。
一方、ピン先面１１ａは、時刻Ｏから時刻Ｔ３まで、一定高さｚ１（ただし、ｔ＝ｚ２−ｚ１）に保持されている。
【００３８】
脱型工程は、時刻Ｔ３から開始される。
まず、コア金型面５ａを直線Ｐ３Ｐ４に沿って引上げ、時刻Ｔ６で圧縮開始前の位置ｚ０に到達すると、その位置を保持する。
一方、ピン先面１１ａは、時刻Ｔ３と同じか、わずかに遅延した時刻Ｔ４（Ｔ４≧Ｔ３）から、直線Ｑ１Ｑ２に沿って突き出し、時刻Ｔ５（ただし、Ｔ５≦Ｔ６）において高さｚ３まで到達すると突き出しを停止する。
このように、押し出しピン１１を上金型本体５の上昇と同時か、またはわずかに遅延して突き出すことにより、ピン先面１１ａとコア金型面５ａとの間の隙間を厚さｔ以上に保持することができる。そのため、圧縮木材成形品１００の外側底面１００Ａに押し出しピン１１による圧縮負荷をかけることなく、圧縮木材成形品１００をキャビティ金型面９ａから離型させることができる。
【００３９】
ここで、時刻Ｔ４は、ピン先面１１ａとコア金型面５ａとの間の距離が、厚さｔより確実に大きくなるように、時刻Ｔ３に対して遅延させることが好ましい。そうすれば、押し出しピン１１の押し出し速度を正確に制御できない場合などにも、押し出しピン１１による圧縮負荷が圧縮木材成形品１００にかかることを防止することができる。そのため、外側底面１００Ａに押し出しピン１１のピン跡などがつくことなく、良好な外観のまま脱型することができる。
【００４０】
また、押し出しピン１１の移動量を正確に制御できる場合には、移動開始時刻を同時としても、押し出しピン１１と上金型本体５の移動速度に差をつけることにより、確実に隙間をｔより大きくすることができる。図６は、そのような移動速度差を設けた場合の例について説明するための模式的なグラフである。横軸は時間を示し、縦軸は、適宜の基準位置からの鉛直方向の高さを示す。
【００４１】
図６において、折れ線Ｑ０ｑ１ｑ２Ｑ３は、押し出しピン１１のピン先面１１ａの移動位置を適宜の基準位置から測った高さにより示したものである。また、折れ線Ｐ０Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４Ｐ５は、図５と同じ折れ線を表す。
この場合、押し出しピン１１と、上金型本体５とは、時刻Ｔ３で同時に移動させるが、押し出しピン１１の移動速度を上金型本体５の移動速度よりも低速とする。すなわち、図６において、押し出しピン１１の移動速度を表す直線ｑ１ｑ２の傾きが、直線Ｐ３Ｐ４の傾きよりも小さくなるように、点ｑ２に到達する時刻Ｔ７を設定する。
このようにすれば、ピン先面１１ａとコア金型面５ａとの隙間は、時刻Ｔ３でｔとなり、時間が経つにつれてｔよりも増大していく。
【００４２】
以上に説明したように、本実施形態の圧縮木材成形用金型１およびそれを用いた圧縮木材成形品の製造方法によれば、凹形状を有する金型面に押し出しピンを設けることにより、凹形状を有する金型に密着し易い３次元形状の圧縮木材成形品を容易に離型して脱型工程を円滑に行うことができるので、製造効率を向上することができるという利点がある。
【００４３】
なお、上記の説明では、圧縮木材成形品１００の外側底面１００Ａが良好な外観が求められる面として説明したが、外側底面１００Ａが裏面であり、特に良好な外観特性が求められない場合には、圧縮木材成形品１００に割れなどが発生しない程度であれば、押し出しピン１１によりピン跡がつく程度に突き出してもよい。つまり、脱型工程において、ピン先面１１ａとコア金型面５ａとの隙間がｔより小さくなるような突き出しを行ってもよい。
【００４４】
また、上記の説明では、２つの金型面が、凹形状からなる雌型金型面と、凸形状からなる雄型金型面とからなる場合について説明したが、それぞれの金型面に凹凸形状が混在し、凹形状と凸形状とが対向する部分が複数設けられている場合に適用するように変形して実施してもよい。
図７は、本発明の実施形態に係る圧縮木材成形用金型の変形例について説明するための模式的な断面図である。
【００４５】
本変形例の圧縮木材成形用金型５０は、断面が略Ｓ字状の凹凸を備える圧縮木材成形品を成形するためのもので、上金型部５０Ａと下金型部５０Ｂとからなる。
上金型部５０Ａは、凹形状の凹金型面部５０ｂ（凹形状の金型面）と、凸形状の凸金型面部５０ｄ（凸形状の金型面）を備え、凹金型面部５０ｂに進退可能な押し出しピン５１Ａ（押し出し部材）を備える。押し出しピン５１Ａの先端面は、凹金型面部５０ｂに整列するピン先面５１ａが形成されている。
また、下金型部５０Ｂは、上金型部５０Ａの凹金型面部５０ｂと凸金型面部５０ｄとに対向してそれぞれ対をなす、凸形状の凸金型面部５０ａ（凸形状の金型面）と凹形状の凹金型面部５０ｃ（凹形状の金型面）とを備え、凹金型面部５０ｃに進退可能な押し出しピン５１Ｂ（押し出し部材）を備える。押し出しピン５１Ｂの先端面は、凹金型面部５０ｃに整列するピン先面５１ｂが形成されている。
そして、圧縮木材成形用金型５０によれば、これら凹金型面部５０ｂ、ピン先面５１ａ、凸金型面部５０ｄ、凹金型面部５０ｃ、ピン先面５１ｂ、凸金型面部５０ａにより囲まれた成形空間Ｒを形成することができる。
【００４６】
このような圧縮木材成形用金型５０によれば、圧縮された木材が密着して離型しにくい凹金型面部５０ｂ、５０ｃにそれぞれ押し出しピン５１Ａ、５１Ｂを備えるので、脱型工程において、圧縮木材成形品を容易に離型することができ、製造効率を向上することができる。
【００４７】
また、上記の説明では、押し出し部材が凹形状の金型面に対して１つずつ設けられている例で説明したが、押し出し部材は、離型のための荷重バランスを考慮して、複数設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る圧縮木材成形用金型の構成について説明するための鉛直方向の断面説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る圧縮木材成形用金型を用いて製造される圧縮木材成形品の一例について説明するための斜視説明図、およびその裏面側から見た斜視説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る圧縮木材成形品の製造方法における各工程について説明するための工程説明図である。
【図４】同じく図３に続く各工程について説明するための工程説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る圧縮木材成形品の製造方法における凸形状の金型面と押し出し部材の移動の様子を模式的に示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に係る圧縮木材成形品の製造方法における凸形状の金型面と押し出し部材の間に移動速度差を設けた場合の例について説明するための模式的なグラフである。
【図７】本発明の実施形態に係る圧縮木材成形用金型の変形例について説明するための模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、５０ 圧縮木材成形用金型
２、５０Ａ 上金型部
３、５０Ｂ 下金型部
５ 上金型本体
５ａ コア金型面（雄型金型面）
５ｂ 端部金型面
５ｃ 側面スライド部
６ 保持プレート
６ａ スライドガイド孔
６ｂ 傾斜面
６ｃ プレート下面
６ｄ スライドロッドガイド孔
６ｅ 位置決め穴
７ スライドロッド
８ ガイドピン
９ 下金型本体
９ａ キャビティ金型面（雌型金型面）
９ｂ 金型本体上面
１０ 下金型保持プレート
１０ａ プレート上面
１１、５１Ａ、５１Ｂ 押し出しピン（押し出し部材）
１１ａ、５１ａ、５１ｂ ピン先面
１３ ブランク部材（木材）
５０ａ、５０ｄ 凸金型面部（凸形状の金型面）
５０ｂ、５０ｃ 凹金型面部（凹形状の金型面）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの金型面を対向方向に移動して木材を圧縮することにより、３次元形状を有する圧縮木材成形品を形成する圧縮木材成形用金型であって、
前記２つの金型面が、対向位置において略対応する凹形状と凸形状とを少なくとも一対有し、
前記２つの金型面の少なくともいずれかのうち、前記凹形状が形成された領域に、前記圧縮された木材を離型せしめる押し出し部材が設けられたことを特徴とする圧縮木材成形用金型。
【請求項２】
前記２つの金型面が、凹形状からなる雌型金型面と、凸形状からなる雄型金型面とからなることを特徴とする請求項１に記載の圧縮木材成形用金型。
【請求項３】
少なくとも２つの金型面が対向位置で略対応する凹形状と凸形状とを少なくとも一対有し、前記２つの金型面の少なくともいずれかのうち、前記凹形状が形成された領域に前記対向方向に向けて突き出し可能な押し出し部材を設けた圧縮木材成形用金型を用いた圧縮木材成形品の製造方法であって、
前記２つの金型面の間に配置した木材を、前記２つの金型面を対向方向に移動して前記３次元形状に圧縮する圧縮工程と、
該圧縮工程で圧縮された木材を、前記２つの金型面を対向方向に離間させつつ、前記押し出し部材を前記対向方向に向けて突き出して離型せしめて取り出す脱型工程とを備えることを特徴とする圧縮木材成形品の製造方法。
【請求項４】
前記脱型工程で、前記２つの金型面の離間を開始してからわずかに遅延して押し出し部材を突き出すことを特徴とする請求項３に記載の圧縮木材成形品の製造方法。
【請求項１】
少なくとも２つの金型面を対向方向に移動して木材を圧縮することにより、３次元形状を有する圧縮木材成形品を形成する圧縮木材成形用金型であって、
前記２つの金型面が、対向位置において略対応する凹形状と凸形状とを少なくとも一対有し、
前記２つの金型面の少なくともいずれかのうち、前記凹形状が形成された領域に、前記圧縮された木材を離型せしめる押し出し部材が設けられたことを特徴とする圧縮木材成形用金型。
【請求項２】
前記２つの金型面が、凹形状からなる雌型金型面と、凸形状からなる雄型金型面とからなることを特徴とする請求項１に記載の圧縮木材成形用金型。
【請求項３】
少なくとも２つの金型面が対向位置で略対応する凹形状と凸形状とを少なくとも一対有し、前記２つの金型面の少なくともいずれかのうち、前記凹形状が形成された領域に前記対向方向に向けて突き出し可能な押し出し部材を設けた圧縮木材成形用金型を用いた圧縮木材成形品の製造方法であって、
前記２つの金型面の間に配置した木材を、前記２つの金型面を対向方向に移動して前記３次元形状に圧縮する圧縮工程と、
該圧縮工程で圧縮された木材を、前記２つの金型面を対向方向に離間させつつ、前記押し出し部材を前記対向方向に向けて突き出して離型せしめて取り出す脱型工程とを備えることを特徴とする圧縮木材成形品の製造方法。
【請求項４】
前記脱型工程で、前記２つの金型面の離間を開始してからわずかに遅延して押し出し部材を突き出すことを特徴とする請求項３に記載の圧縮木材成形品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３２６９２２（Ｐ２００６−３２６９２２Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５１１９９（Ｐ２００５−１５１１９９）
【出願日】平成１７年５月２４日（２００５．５．２４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２４日（２００５．５．２４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]