加工装置、木材加工模具及木材加工方法

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例(以下简称为实施例)。

第一实施例

图1是通过根据本发明第一实施例的木材加工方法形成的压缩木制品的结构立体图。图2是沿图1的线A-A剖取的剖视图。图1和图2所示的压缩木制品1包括：表面为大致矩形的主板1a；两个侧板1b，它们从主板1a的相应的较长侧延伸，并与该主板1a形成预定角；和两个侧板1c，它们从主板1a的相应的较短侧延伸，并与该主板1a形成预定角。整个压缩木制品1为大致碗状形状。压缩木制品1的厚度(以下用附图标记“r”表示)基本均匀。除了尺寸以外，沿图1的线B-B剖取的剖面与图2的沿线A-A剖取的剖面具有基本相同的形状。

下面描述根据第一实施例的木材加工方法。在以下描述中，将描述具有上述结构的压缩木制品1的制造。然而，应当指出，根据第一实施例的木材加工方法显然可应用具有不同结构的压缩木制品。

首先，从未压缩的原木获取作为压缩木制品1的材料的木制件。图3是示意性表示如何从原木获取作为压缩木制品1的材料的木制件的说明图。在获取工序中，从原木50获取大致碗状的木制件51，使得获取的木制件51在体积上比成品大出待在稍后所述的压缩工序中减少的量。这样获取的木制件51具有主板51a、侧板51b和侧板51c，它们分别对应于图1所示的压缩木制品1的主板1a、侧板1b和侧板1c，并且在整个木制件中具有基本均匀的厚度(以下用附图标记“r₀”表示木制件51的厚度)。

在仅作为例示示例的图3中，从原木50获取的木制件51的纵向和木制件51的木纤维方向L示出为基本彼此平行，而主板51a具有直纹理表面。另选的是，可这样获取木制件51，使得其纵向与木制件51的木纤维方向L基本平行，并且主板51a具有平纹理表面或者带有平纹理和直纹理的中间纹理图案的表面。在第一实施例中，可以考虑木制件的需要强度、外观等以最合适的方式从原木50获取木制件51。因此，在以下描述所参考的附图中并未特别示出纹理50G。

在获取工序中，可获取板状木制件，使其纵向基本平行于原木50的木纤维方向。第一实施例中所采用的原木50可以选自最适合于压缩木制品1使用目的的原木，例如：日本扁柏、柏雪松(hiba cedar)、泡桐、日本柳杉、松木、樱桃木、榉木、黑檀木、竹子、柚木、桃花心木和蔷薇木。

之后，对在获取工序中获取的木制件51进行压缩。在第一实施例中，在两个分开的步骤中压缩木制件51。在进行压缩过程中，首先将木制件51留置在高温高压水蒸汽环境中预定时间。在描述中，“高温”是指在大约100至230摄氏度(℃)范围内的温度，更优选的是在大约180至230 ℃范围内的温度，而“高压”是指在大约0.1至3兆帕(MPa)范围内的压力，更优选的是在大约0.45至2.5MPa范围内的压力。因此，木制件51过度吸水而软化。

然后，在相同的水蒸汽环境中进行一次压缩(初次压缩工序)。图4是表示如何进行一次压缩工序的说明图，并且该图是木制件51的沿与图2相似的剖面的垂直剖视图。如图4所示，在初次压缩工序中，将待压缩的木制件51夹在一对金属模具61和71之间，所述金属模具的形状对应于木制件51的期望成品形状，之后通过金属模具61和71向被夹持的木制件51施加预定程度的压缩力。

在这两个金属模具61和71之中，用于在压缩期间从木制件51的上方向该木制件51施加压缩力的金属模具61具有向下的突起62。突起62的侧表面具有与木制件51的侧板51b和51c的内表面基本相同的形状。此外，突起62的向下突出高度H大于碗状木制件51的内表面的深度h(H＞h)。另一方面，用于在压缩期间从木制件51的下方向该木制件51施加压缩力的金属模具71具有向下的凹部72。凹部72的形状与侧板51b和51c的外表面的形状基本相同。

图5是在金属模具61从图4所示的状态下降以便接近金属模具71之后，夹在两个金属模具61和71之间并被压缩的木制件51的剖视图，并且该图是沿与图4中的相同的剖面的剖视图。如图5所示，木制件51变形成与形成在突起62和凹部72之间的间隙相对应的三维形状。

在初次压缩工序中，由于突起62和凹部72为上述形状，因而在厚度方向与压缩力的作用方向基本平行的主板51a上作用大的压缩力，由此木制件51在压缩之后的厚度r₁小于压缩之前的厚度r₀。另一方面，由于在侧板51b和51c上仅施加较小的压缩力，因而它们的厚度在压缩之后仍为r₀。因此，在初次压缩工序之后，主板51a的厚度r₁变得小于侧板51b和51c的厚度r₀(r₁＜r₀)。可以考虑到木制件51的材料和压缩木制品的使用用途来将主板5 1a的压缩率设定成最优值。根据设定的压缩率确定木制件51的形状(厚度r₀、深度h等)和金属模具61和71的形状(突起62的向下突出高度H等)。

在将木制件51留置在图5中所示的压缩状态中预定时间之后，使金属模具61升高以释放经受了初次压缩工序的木制件51’。然后使另一模具81下降以将木制件51’夹在模具81(第一模具)和金属模具71(第二模具)之间并对其进行压缩(压缩工序)。该压缩工序也在与初次压缩工序相同的水蒸汽环境中进行。为与初次压缩工序加以区别，以下将第一实施例的本压缩工序称为二次压缩工序。

图6至图8是示意性表示如何通过根据本发明第一实施例的加工装置进行二次压缩工序的说明图。图6至图8是木制件51’的沿与图4和图5中所示的木制件51的剖面相对应的剖面的垂直剖视图。

下面将描述根据第一实施例的加工装置的主要部件的结构。根据第一实施例的加工装置包括模具81(第一模具)和模具71(第二模具)，模具71和模具81夹持木制件51’以向该木制件51’施加压缩力。模具81是根据第一实施例的木材加工模具，其包括：橡胶模具82，该橡胶模具由诸如硅橡胶之类的材料制成，并用于抵靠木制件51’的内表面以向其施加压缩力；大致长方体的金属模具83，其安装到橡胶模具82的上端；以及金属模具84，其围绕金属模具83，并且在二次压缩工序期间，在其底面处抵靠木制件51’的侧板51’b和51’c的上端。金属模具83可相对于金属模具84垂直运动。

橡胶模具82成锥形，使得其水平宽度向下略微减小，如图6所示。橡胶模具82的底面为大致矩形，其面积略小于木制件51’的装配到模具71的凹部72中的主板51’a的内表面的面积。金属模具84的底面内周在角部处倒圆。

当具有上述结构的模具81朝木制件51’下降时，橡胶模具82的底面抵靠木制件51’的主板51’a，如图7所示。在该状态下，橡胶模具82和木制件51’之间仍存在间隙。之后，当金属模具83进一步下降时，该金属模具83相对于保持静止的金属模具84可垂直运动，橡胶模具82被沿垂直方向推动而变形。于是，木制件51’与橡胶模具82接触的区域从主板51’a的中央向其周边逐渐增大，从而逐渐填充橡胶模具82与木制件51’之间的间隙。橡胶模具82的锥形形状和金属模具84的底面内周的角部的圆形形状用于使橡胶模具82能平滑变形。

当木制件51’和模具81之间的间隙完全被橡胶模具82填充并且橡胶模具82到达可向木制件51’施加预定压缩力的位置时，使金属模具83停止下降并使金属模具83保持在该位置预定时间。图8是示意性表示被橡胶模具82压缩的木制件51’的图。在图8所示的状态下，由于橡胶模具82的特性，该橡胶模具82向木制件51’的每一部位施加均匀的压缩力。

在将木制件51’在图8所示的状态下留置预定时间之后，将木制件51’从压缩状态释放并干燥。这样就完成了图1和图2所示的压缩木制品1。通过这两个压缩工序，压缩木制品1的密度(比重)和强度变得基本均匀。由木制件51制成的压缩木制品1在厚度方向上的压缩率的平均值(平均压缩率)大约在0.5至0.7的范围内，而图2所示的厚度r大约在从原木50获取的木制件51在压缩之前的厚度r₀(参见图4)的30％至50％的范围内。

这里，在确定压缩木制品1的成品形状的二次压缩工序中的平均压缩率优选高于初次压缩工序中的平均压缩率。在第一实施例的初次压缩工序中，由于主板的压缩率为(r₀-r₁)/r₀，而侧板的压缩率为零，因而平均压缩率为(r₀-r₁)/2r₀。另一方面，在二次压缩工序中，由于主板的压缩率为(r₁-r)/r₁，而侧板的压缩率为(r₀-r)/r₀，因而平均压缩率为{r₀(r₁-r)+r₁(r₀-r)}/2r₀r₁。因此，二次压缩工序中的平均压缩率大于初次压缩工序中的平均压缩率的条件为r₁＞r。换言之，在从木制件51形成压缩木制品1的过程中，为使二次压缩工序中的平均压缩率高于初次压缩工序中的平均压缩率，在二次压缩工序中使主板变薄就足够了。

图9是如上述形成的压缩木制品1的应用示例的立体图，更具体地说是采用压缩木制品1作为外壳的数码相机的外部结构立体图。图9所示的数码相机100包括由压缩木制品1形成的两个罩盖2和3结合而成的壳状外壳。压缩木制品1被加工成具有适当的开口、切口部等而用作罩盖2和3。该外壳容纳有各种电子元件和光学元件(未示出)，以实现数码相机100的功能。所述电子元件和光学元件例如为执行与成像处理等有关的驱动控制的控制电路、诸如电荷耦合器件(CCD)或互补型金属氧化物半导体(CMOS)的固态成像装置、以及用于输入输出声音的诸如麦克风或扬声器之类的音频装置。

图10是罩盖2和3的示意结构立体图。如图10所示，罩盖2和3由设有适当的开口或切口部的压缩木制品1形成。罩盖2的主板2a包括用于露出具有成像透镜的成像单元4的圆柱形开口21、以及用于露出闪光灯5的长方体开口22。罩盖2的侧板2b和2c分别具有半圆柱形切口部23和长方体切口部24。罩盖2和3具有基本均匀的厚度，该厚度的值更优选为大约1.6毫米(mm)。

另一方面，罩盖3的主板3a具有长方体开口31以露出显示单元6，该显示单元由液晶显示器、等离子显示器或有机电致发光(EL)显示器等实现，用于显示图像信息或文本信息。罩盖3的侧板3b具有半圆柱形切口部32，其与罩盖2的切口部23一起形成开口41，以露出快门按钮7。此外，侧板3c具有切口部33，其与罩盖2的切口部24一起形成开口42，以露出与外部装置连接的连接接口(例如，DC输入端子、USB连接端子)。

上述开口或切口部可在从原木50获取木制件的同时形成。另选的是，所述开口或切口部可以在初次压缩工序或二次压缩工序之后通过切割或冲压而形成。另选的是，可以在适当的位置设置其他开口，以安装取景器或用于露出可供使用者输入操作指令信号的操作键。还另选的是，可以在适当的位置设置音频输出孔，以输出由嵌入在外壳中的扬声器发出的声音。

当将压缩木制品1作为外壳应用于上述数码相机100时，露在外壳表面上的木材的纹理和不均匀性用于防滑，因此可以提高数码相机100的可操作性。因此，除了数码相机以外，由根据第一实施例的木材加工方法制成的压缩木制品作为外壳材料还可应用于各种电子装置，例如：诸如便携式电话、个人手持电话系统(PHS)或个人数字助理(PDA)的便携式通信终端，便携式音频装置，IC记录器，便携式电视机，便携式收音机，用于各种家用电器的遥控器及数码摄像机。

根据上述的本发明第一实施例，在第一模具中，至少抵靠待加工的木制件表面的部分由至少具有粘性和弹性之一的材料制成，而第二模具由金属制成。木制件被夹在第一模具和第二模具之间并被压缩，据此不管待加工的木制件的形状如何，都可使木制件的密度均匀。因此，可使木制件在压缩之后具有均匀强度而不管其形状如何。

此外，根据第一实施例，在压缩之后，可减小木制件内的残余应力，从而制造难以断裂且不太可能随时间而改变形状的具有高形状稳定性的压缩木制品。具体地说，通过在压缩过程中使用橡胶模具，可均匀施加压缩力，因而即使在诸如木材硬节之类的部分(这些部分比其他部分硬，从而更有可能在通过金属模具进行的压缩中产生裂纹)中也不会产生裂纹等，据此可提高成品率。

可不进行初次压缩工序而紧接着木材的获取工序之后利用橡胶模具进行二次压缩工序。

另选的是，可在二次压缩工序之后进一步对木制件进行成形工序，使得该木制件具有与期望形状更相符合的形状。成形工序可作为三次压缩工序(最终压缩工序)而实现，其中在与初次或二次压缩工序中所采用的相同的水蒸汽环境中采用尺寸精度比橡胶模具更高的预定金属模具。通过所述三次压缩工序，可使木制件具有更高精度的预定形状。

另选的是，成形工序可以以表面切削工序的形式而实现，其中通过切削使木制件的表面成形。切削工序适用于木制件具有仍比木制件的其他部分厚的硬节部分并且期望该部分平坦时。通过所述切削工序，与三次压缩工序类似，可使木制件具有更高精度的预定形状。这里，三次压缩工序和切削工序都可以作为成形工序而以任意顺序进行。此外，当如上所述紧接着获取工序之后利用橡胶模具进行压缩工序时，可在压缩工序之后进行成形工序。

在第一实施例中，在第二压缩工序中，采用为弹性体的橡胶模具向木制件施加压缩力。然而，也可应用由诸如包含更普通的聚合物凝胶或粘土的粘弹性体之类的其他材料制成的模具来代替橡胶模具。换言之，可应用至少具有粘性和弹性之一的材料制成的模具作为模具81。

第二实施例

图11是通过根据本发明第二实施例的木材加工方法形成的压缩木制品的结构立体图。图12是沿图11的线C-C的剖视图。图11和图12所示的压缩木制品11包括：表面为大致矩形的主板11a；两个侧板11b，它们从主板11a的与主板11a的纵向基本平行的相应侧延伸，并与该主板11a形成预定角；和两个侧板11c，它们从主板11a的与主板11a的横向基本平行的相应侧延伸，并与该主板11a形成预定角。压缩木制品11的厚度(由r₂表示)基本均匀，并且主板11a具有平纹理表面。除了尺寸以外，沿图11的线D-D剖取的剖面与图12中所示的沿线C-C剖取的剖面具有基本相同的形状。

下面描述根据第二实施例的木材加工方法。在以下描述中，描述具有上述形状的压缩木制品11的制造。然而，应当指出，根据第二实施例的木材加工方法显然可应用于具有不同形状的压缩木制品。

首先，从原木获取作为压缩木制品11的材料的木制件。图13是通过切割等从未压缩的原木获取的木制件的结构立体图。图14是沿图13的线E-E的剖视图。图中所示的木制件111比成形的压缩木制品11(参见图11)更像碗状，并且其外表面111a和内表面111b为具有基本均匀厚度(由r₃表示)的光滑弯曲表面。木制件111在体积上比成品大出待在稍后所述的压缩工序中减少的量。除了尺寸以外，沿图13的线F-F剖取的剖面与图14中所示的沿线E-E剖取的剖面具有基本相同的形状。

图15是表示获取具有上述结构的木制件111的位置的示意图，更具体地说是表示原木50中的与图14所示的剖面对应的位置的示意剖视图。为了制造具有图11所示的带有平纹理表面的主板11a的压缩木制品11，必须以具有平纹理表面的方式从原木获取木制件111。因此，在从原木50获取木制件111时，这样获取木制件111，即，使得木制件111的侧表面的曲率大致大于图15所示的纹理50G的曲率。

另选的是，可采用直纹理木制件或者具有平纹理和直纹理之间的中间纹理图案的木制件作为木制件111。因而，可根据诸如由木制件制成的压缩木制品的用途，压缩木制品的需要强度、外观等之类的各种条件确定从原木50获取待加工的木制件的方式。

随后，对如上述获取的木制件111进行压缩(压缩工序)。在压缩工序之前，将木制件111留置在与第一实施例中相同的高温高压水蒸汽环境中预定时间。因此，木制件111过度吸水而软化。然后，另选的是，例如可在压缩之前通过诸如微波之类的高频电磁波加热木制件111。

之后，在与上述相同的水蒸汽环境中压缩木制件111。图16是根据第二实施例的木材加工模具和加工装置的主要部件的结构的垂直剖视图，并且示意性示出了如何进行压缩工序。如图16所示，根据第二实施例的加工装置包括模具131和金属模具141，它们夹持待加工的木制件111并向其施加压缩力。这里，在图16中所示的木制件111的剖面与图14中的剖面相反。在图16中，木制件111的内表面111b示出为位于外表面111a上方。

模具131是根据第二实施例的木材加工模具，其包括：橡胶模具132，该橡胶模具由诸如硅橡胶(弹性体)之类的材料制成，并用于抵靠作为木制件111的其中一个表面的内表面111b；以及大致长方体的可动的金属模具133，其安装到橡胶模具132的上端并且可沿垂直方向运动。橡胶模具132包括：突起134，其在图16中向下突出，并用于抵靠木制件111的内表面111b的至少一部分；以及端面挤压部135，其保持木制件111的端面111c，并在压缩时沿与端面111c的厚度方向基本垂直的方向向该端面111c施加压缩力。这里，可以通过根据所采用的橡胶模具132的硬度在该橡胶模具132的外周上设置金属模具而约束橡胶模具132的变形。

在压缩时从下方向木制件111施加压缩力的金属模具141具有凹部142，该凹部适合于木制件111的外表面111a。凹部142的边缘143被倒圆，据此防止在压缩木制件111时，由于在外表面111a中向外表面111a中的抵靠边缘143的部分过度施加应力而在木制件111中产生裂纹。

图17是橡胶模具132和金属模具141的剖视图，其中模具131降低，使得橡胶模具132可以抵靠金属模具141。如图17所示，木制件111的外表面111a抵靠金属模具141的凹部142的中央部分。突起134的下端部附近抵靠木制件111的内表面111b的中央部分。由于外表面111a的形状与凹部142的形状差别很大，因此在该状态下，在外表面111a的外周部和凹部142之间形成间隙。另一方面，尽管内表面111b的形状与突起134的形状之间的差异不如外表面111a的形状与凹部142的形状之间的差异显著，但是内表面111b的形状与突起134的形状不完全匹配。因而，在内表面111b的外周与突起134之间也形成间隙。因此，紧随金属模具131从图17中所示的状态开始下降之后，压缩力仅作用在木制件111的中央部分附近。

图18是正从图17所示的状态下降的模具131的剖视图。如图18所示，随着模具131的下降，橡胶模具132自身被可动的金属模具133和木制件111挤压而逐渐变形，从而内表面111b与橡胶模具132接触的区域从木制件111的表面的中央部分向其周边部分逐渐扩展。同时，橡胶模具132的端面挤压部135抵靠端面111c，以沿与该端面111c的厚度方向垂直的方向向其施加压缩力。因此，木制件111的表面上的作用有压缩力的区域随模具131的下降而逐渐扩展，据此通过变形而使外表面111a和金属模具141之间的间隙以及内表面111b和橡胶模具132之间的间隙逐渐减小。同时，木制件111的厚度从中央部分向周边部分逐渐减小。

在变形时，外表面111a在抵靠边缘143并在其上滑动的同时变形。优选用诸如特氟隆(Teflon)(注册商标)等的材料涂覆边缘143的表面，以减小边缘143和木制件111之间产生的动态摩擦力，从而进一步利于木制件111的滑动运动。为防止裂纹也优选设置这样的涂层。

如以上所述，通过将橡胶模具132应用于夹持木制件111的模具131，橡胶模具132在压缩时的逐渐变形可减轻木制件111的急剧变形。因此，与通过一对金属模具夹持并压缩木制件的传统技术相比，木制件111不会经受过度施加的压缩力，因而即使木制件通过压缩而显著变形时，也可防止在木制件111中产生裂纹等。

之后，橡胶模具132完全填充了木制件111与该橡胶模具132之间的间隙，并向木制件111施加预定的压缩力。然后，使可动的金属模具133停止下降。图19是在压缩工序中的木制件111的剖视图，其中木制件111的变形接近完成。在图19所示的状态下，由于作为弹性体的橡胶模具132的特性，由橡胶模具132向整个木制件111施加均匀的压缩力，而不管其部位如何。在留置于图19中所示的状态下预定时间后，使模具131与金属模具141分开。

随后，在与上述压缩工序中相同的水蒸气环境中，使进行成形所采用的与模具131不同的金属模具(以下称为成形金属模具)下降，并将木制件111夹持在成形金属模具和金属模具141之间以进行成形(成形工序)。图20是在成形工序中正被压缩的木制件111的剖视图，其中木制件111的变形接近完成，并且该图是沿与图17中相同的剖面的垂直剖视图。

在成形工序中从上方向木制件111施加压缩力的成形金属模具151具有突起152，该突起适合于木制件111的内表面111b。突起152形成为使得在上述压缩工序中未被橡胶模具132充分压缩的部分(例如，木制件111的端面111c附近)适当成形。在将木制件111留置在图20所示的压缩状态下预定时间之后，使金属模具141与金属模具151分开以从压缩和水蒸气环境释放木制件111，然后使木制件111干燥。这样就完成了图11所示的压缩木制品11。

在压缩工序和成形工序之后，压缩木制品11的厚度r₂是从原木50获取的未压缩的木制件111的厚度r₃的大约30％至50％。换言之，木制件的压缩率(r₃-r₂)/r₃大约在0.5至0.7的范围内。在压缩工序和成形工序中的压缩率可根据木制件111的木材种类、压缩木制品11的用途等而变化。例如，可以是在压缩工序中厚度基本上不变而仅木制件的形状显著变化，而在成形工序中主要沿厚度方向压缩木制件。

根据待加工的压缩木制品的形状和用途，可以仅通过压缩工序而以足够的精度获得木制件的期望三维形状。因而，成形工序不总是必需的。

在上述两个工序(压缩工序，成形工序)中，加工装置可设有用于对模具131或成形金属模具151进行电驱动的驱动单元，以实现模具131或成形金属模具151相对于金属模具141的垂直运动，使得模具131或成形金属模具151可被电驱动，并可控制施加于木制件111的压缩力。另选的是，模具131或成形金属模具151可以旋拧在金属模具141上，从而可通过手动或自动旋拧而实现模具131或成形金属模具151相对于金属模具141的垂直运动，并可控制施加于木制件111的压缩力。

还另选的是，在成形工序中可通过切削使待加工的木制件表面成形。切削工序适用于木制件在压缩工序之后仍具有比木制件的其他部分厚的硬节部分并且期望该部分平坦时。

例如可在压力容器内实现压缩工序中的高温高压水蒸汽环境。于是，由于压力容器中仅有有限的空间，因而待驱动的模具或金属模具的行程不能设定得太长。然而，当采用上述模具131时，由于橡胶模具132变形，因而可将行程设定得比普通金属模具的长，从而即使在有限的空间中也可更自由地施加压缩力。

根据上述的本发明第二实施例，在压缩期间，当向待加工的木制件施加压缩力时，压缩力所作用的区域从木制件的中央部分向其周边部分逐渐扩展。因此，即使当通过压缩使木制件显著变形时，也可制造期望形状的木制件而不会产生裂纹。因此，可提高压缩木制品生产的成品率。

此外，根据第二实施例，由于木材加工模具包括橡胶模具，该橡胶模具在压缩时变形从而向木制件的整个表面施加均匀的压缩力。因此，不管待加工的木制件的形状如何都可使木制件的密度均匀，并且可使压缩木制件具有均匀的强度。

第二实施例的变型例

接下来描述第二实施例的变型例。图21是根据第二实施例的变型例的木材加工模具和加工装置的主要部件的结构的垂直剖视图，并且该图是示意性表示如何进行其中对从原木50获取的平面木制件112进行压缩的压缩工序的图。用于从木制件112上方向该木制件112施加压缩力的模具161(木材加工模具)包括：橡胶模具162；以及大致长方体的可动的金属模具163，其安装到橡胶模具162的上端。用于从木制件112的下方向该木制件112施加压缩力而采用的金属模具141与上述第二实施例中的相同。

作为模具161的一部分的橡胶模具162包括：突起164，正好在施加压缩力之前，该突起抵靠平面木制件112的其中一个表面(图21中的上表面)的中央部分；以及端面挤压部165，该端面挤压部在压缩时抵靠木制件112的端面，并沿与端面的厚度方向基本垂直的方向向该端面施加压缩力。

当可动的金属模具163从图21中所示的状态下降时，橡胶模具162的突起164自身变形，从而橡胶模具162与木制件112的表面接触的区域从木制件112的中央部分向其周边部分逐渐扩展，由此使木制件112变形。当木制件112的下表面的中央部分抵靠凹部142时，压缩力开始沿木制件的厚度方向作用在该木制件的中央部分上，从而使木制件112变薄。之后，随着木制件112的下表面的抵靠凹部142的区域向周边部分逐渐扩展，作用有压缩力的区域也逐渐扩展。这里，如上所述，端面挤压部165向木制件112的端面持续施加压缩力。最终，木制件112的整个下表面抵靠金属模具141的凹部142，直至木制件112具有图19所示的剖面形状。后继工序与第二实施例中的相同(包括成形工序)。

这里，可采用由诸如包含更普通的聚合物凝胶的粘弹性体之类的其他材料制成的模具代替为弹性体的橡胶模具作为木材加工模具。换言之，在与待加工的木制件抵靠的部分，可采用至少具有粘性和弹性之一的材料作为木材加工模具材料。

第三实施例

图22是通过根据本发明第三实施例的木材加工方法形成的压缩木制品的结构的示意立体图。图23是沿图22的线G-G的剖视图。图22和图23所示的压缩木制品12包括：表面为大致矩形的主板12a；两个侧板12b，它们从主板12a的与主板12a的纵向基本平行的相应侧延伸，并与该主板12a形成预定角；和两个侧板12c，它们从主板12a的与主板12a的横向基本平行的相应侧延伸，并与该主板12a形成预定角。压缩木制品12的厚度(由r₄表示)基本均匀，并且主板12a具有平纹理表面。除了尺寸以外，沿图22的线H-H剖取的剖面与图23的沿线G-G剖取的剖面具有基本相同的形状。

下面描述压缩木制品12的成形所采用的木材加工方法。在以下描述中，描述具有上述形状的压缩木制品12的制造。然而，应当指出，这里所述的木材加工方法显然可应用于具有不同形状的压缩木制品。

首先，从原木获取作为压缩木制品12的材料的木制件。图24是在加工之前通过切割等从未压缩的原木获取的木制件的示意结构立体图。图25是沿图24的线I-I的剖视图。图中所示的木制件211比成形的压缩木制品12(参见图22)更像碗状，并且其外表面211a和内表面211b为具有基本均匀的厚度(由r₅表示)的光滑弯曲表面。木制件211的外部形状在平面视图中(从图25的上方观看)基本上类似于具有圆角的矩形。木制件211在体积上比成品大出待在稍后所述的压缩工序中减少的量。除了尺寸以外，沿图24的线J-J剖取的剖面与图25的沿线I-I剖取的剖面具有基本相同的形状。

图26是表示获取具有上述结构的木制件211的位置的示意图，更具体地说是示意性表示原木中的与图25所示的剖面对应的位置的剖视图。为了制造具有图22所示的带有平纹理表面的主板12a的压缩木制品12，必须以具有平纹理表面的方式从原木获取木制件211。因此，在从原木50获取木制件211时，这样获取木制件211，即，使得木制件211的侧表面的曲率大致大于图26所示的纹理50G的曲率。

可采用除平纹理木制件以外的木制件作为木制件211。例如，可采用直纹理木制件、具有平纹理和直纹理之间的中间纹理图案的木制件或者端面纹理(end grain)木制件。因而，可根据诸如由木制件制成的压缩木制品的用途，压缩木制品的需要强度、外观等之类的各种条件确定从原木50获取待加工的木制件的方式。

随后，对如上述获取的木制件211进行压缩(压缩工序)。在压缩工序之前，将木制件211留置在与第一实施例中的相同的高温高压水蒸汽环境中预定时间。因此，木制件211过度吸水而软化。另选的是，例如可在压缩之前通过诸如微波之类的高频电磁波加热木制件211。

图27是根据本发明第三实施例的加工装置的主要部件的结构立体图。图27中所示的加工装置200包括：上模具231(第一模具)，其从待加工的木制件211上方向该木制件211施加压缩力；下模具241(第二模具)，其从木制件211下方向该木制件211施加压缩力；以及引导模具251，其固定地设置在下模具241的上表面上以沿运动方向引导上模具231。

图28是加工装置200的主要部件的结构的剖视图，并且示意性表示如何进行木制件211的压缩工序，该图是沿图27的线K-K的垂直剖视图。以下将参考图27和图28详细描述加工装置200的主要部件的结构。

上模具231包括：橡胶模具232，该橡胶模具由诸如硅橡胶(弹性体)之类的材料制成，并用于可变形地抵靠作为木制件211的其中一个表面的内表面211b；以及大致长方体的可动的金属模具233，其安装到橡胶模具232的上端并且可沿垂直方向运动。橡胶模具232包括：突起234，其向下突出，并用于抵靠木制件211的内表面211b的至少一部分；以及端面挤压部235，其保持木制件211的端面211c，并在压缩时沿与端面211c的厚度方向基本垂直的方向向该端面211c施加压缩力。在图28中，木制件211的剖面与图25中的剖面相反地示出，并且木制件211的内表面211b示出为位于外表面211a上方。

下模具241由金属实施，并具有适合于木制件211的外表面211a的凹部242。凹部242的形状与压缩木制品12的主板12a的外表面的形状匹配。

引导模具251是由金属或硬树脂制成的中空长方体形状。引导模具251的内表面形成有引导部252，该引导部这样形成为具有基本方形的锥台形状，即：从彼此相对的两个表面中的一个表面向另一表面贯通构成引导模具251的主体的长方体。因此，引导模具251中形成的空间向下成锥形，使得在组装加工装置200时，使上表面上的开口在面积上大于下表面上的开口。因此，形成为引导部252的截面并为水平面的矩形沿垂直方向向下减小。引导部252的下表面上的开口基本为矩形形式，其与下模具241的凹部242的上端上的开口形状一致。引导模具251和下模具241组装成使得相应的一致开口相叠加。另选的是，引导模具251和下模具241可形成为整体部件。

在压缩木制件211时，从引导部252的上表面上的开口(即，从具有较大截面积的开口)插入上模具231。如以上所述，在引导部252的截面上并在水平面上的基本矩形形状沿垂直方向向下减小。因此，上模具231的外周在其下降期间抵靠引导部252，并且在抵靠之后，上模具231的外周沿着引导部252向下滑动到预定位置。

在图28中，引导部252的倾角与凹部242的上端部附近的倾角基本上相匹配，并且引导部与凹部的表面平滑地对准。更具体地说，只要引导部252的下表面上的开口具有与凹部242的上端上的开口基本相同的形状，并且在它们之间没有台阶就是令人满意的。中空形状的形状取决于待制造的压缩木制品的成品形状。根据期望的成品形状，所述中空形状可基本上为平截头形状，例如截棱锥、截圆锥、截椭圆锥等。

接下来参照图28描述由具有上述结构的加工装置200进行的压缩工序。将木制件211放置在使端面211c的外缘抵靠引导部252并被其支撑的位置。之后，当上模具231下降时，突起234的下端部首先抵靠木制件211的内表面211b的中央部分。在图28中所示的状态下，内表面211b的形状与突起234的形状不完全匹配，因此在内表面211b的周边和突起234之间存在间隙。

图29是正从图28所示的状态下降的上模具231的剖视图。如图29中所示，随着上模具231的下降，橡胶模具232自身被可动的金属模具233和木制件211挤压而变形，从而内表面211b与橡胶模具232接触的区域从木制件211的表面的中央部分向其周边部分逐渐扩展。同时，橡胶模具232的端面挤压部235抵靠端面211c，以沿与该端面211c的厚度方向垂直的方向向其施加压缩力。因此，木制件211的表面上的作用有压缩力的区域随模具231的下降而逐渐扩展，据此通过变形而使外表面211a和下模具241之间的间隙以及内表面211b和橡胶模具232之间的间隙逐渐减小。接着，木制件211的中央部分附近的厚度首先变小，然后周边部分的厚度变小，最终整个厚度减小。

这里，为实现橡胶模具232的外周沿引导部252的平滑滑动运动，可预先用诸如特氟隆(注册商标)等的材料涂覆引导部252的表面。于是，木制件211也可更光滑地沿引导部252的表面滑动，从而可更确定地防止在木制件211下降时产生裂纹。这里，可用诸如特氟隆(注册商标)的材料涂覆橡胶模具232的外周。

如以上所述，当在上模具231中应用可通过施加的外力而变形的橡胶模具232时，橡胶模具232自身在压缩时变形从而减轻了木制件211的急剧变形。此外，通过由端面挤压部235向端面211c施加压力，可对木制件211沿与厚度方向垂直的方向的扩展进行约束。因此，即使当木制件211显著变形时，也不会在木制件211上作用张力。因此，木制件211可仅根据压缩力变形，从而可防止在木制件211上产生裂纹等。

之后，橡胶模具232完全填充木制件211与该橡胶模具232之间的间隙，并且当橡胶模具232向木制件211施加预定的压缩力时，使可动的金属模具233停止下降。图30是在压缩工序中的木制件211的剖视图，其中木制件211的变形接近完成。在图30所示的状态下，由于作为弹性体的橡胶模具232的特性，由橡胶模具232向整个木制件211施加均匀的压缩力，而不管其部位如何。在留置于上述状态下预定时间后，使上模具231与下模具241分开。

随后，在与所述压缩工序中相同的水蒸气环境下，使进行成形所采用的与上模具231不同的金属模具(以下称为成形金属模具)下降，并将木制件211夹持在成形金属模具和下模具241之间以进行成形(成形工序)。图31是在成形工序中正被压缩的木制件211的剖视图，其中木制件211的变形接近完成，并且该图是沿与图28等中相同的剖面的垂直剖视图。

在成形工序中从上方向木制件211施加压缩力的成形金属模具261具有突起262，该突起适合于木制件211的内表面211b。突起262在形状上与压缩木制品12的内表面精确对应，并形成为使得在上述压缩工序中未被橡胶模具232充分压缩的部分(例如，木制件211的端面211c附近)成形。在将木制件211留置在图31所示的压缩状态下预定时间之后，使下模具241与成形金属模具261分开以从压缩和水蒸气环境释放木制件211，然后使木制件211干燥。这样就完成了压缩木制品12。

根据上述加工方法这样获得的压缩木制品12的厚度r₄是从原木50获取的未压缩的木制件211的厚度r₅的大约30％至50％。换言之，木制件的压缩率(r₅-r₄)/r₅大约在0.5至0.7的范围内。在各个工序中的压缩率可根据木制件211的木材种类、压缩木制品12的用途等而变化。例如，可以是在压缩工序中厚度基本上不变而仅木制件的形状显著变化，而在成形工序中主要沿厚度方向压缩木制件。

根据待加工的压缩木制品的形状和用途，可以仅通过压缩工序而以足够的精度获得木制件的期望三维形状。因而，成形工序不总是必需的。

当上模具231或成形金属模具261沿垂直方向相对于下模具241运动时，加工装置200可设有用于电驱动上模具231或成形金属模具261的驱动单元、以及用于对该驱动单元的驱动进行控制的控制单元，使得上模具231或成形金属模具261可被电驱动并且可控制施加于木制件211的压缩力。另选的是，模具231或成形金属模具261可以旋拧在下模具241上，从而可通过手动或自动旋拧而实现上模具231或成形金属模具261相对于下模具241的垂直运动，并可控制施加于木制件211的压缩力。

还另选的是，在成形工序中可通过切削使待加工的木制件表面成形。切削工序适用于木制件在压缩工序之后仍具有比木制件的其他部分厚的硬节部分并且期望该部分平坦时。

例如可在压力容器内实现压缩工序中的高温高压水蒸汽环境。于是，由于压力容器中仅有有限的空间，因而待驱动的模具或金属模具的行程不能设定得太长。然而，当采用上述上模具231时，由于橡胶模具232变形，因而可将行程设定得比普通金属模具的长，从而即使在有限的空间中也可更自由地施加压缩力。

根据上述的本发明第三实施例，为向木制件施加压缩力而设置了以下模具，即：包括作为抵靠木制件的部分的橡胶模具的上模具、沿运动方向引导该上模具的引导模具、以及和上模具一起夹持木制件并向木制件施加压缩力的下模具，这使得即使在通过压缩而显著变形时，也可成形木制件而不产生裂纹。

此外，根据第三实施例，由于上模具包括作为抵靠木制件的部分的橡胶模具，该橡胶模具在压缩时变形从而向木制件的整个表面施加均匀的压缩力。因此，不管待加工的木制件的形状如何都可使木制件的密度均匀，并且可使压缩木制件具有均匀的强度。

此外，根据第三实施例，至少抵靠下金属模具的表面可通过压缩工序精确变形，因此当仅对压缩木制品的一个侧表面要求形状精度时，可通过压缩工序完成木材加工。因此，可根据压缩木制品的用途、需要外观等进行各种加工。

另选的是，可通过由包含更普通的聚合物凝胶的粘弹性体等形成的模具实施所述上模具。换言之，在与待加工的木制件抵靠的部分，可采用至少具有粘性和弹性之一的材料作为上模具的材料。

第四实施例

图32是上模具(第一模具)的结构立体图，该上模具构成根据本发明第四实施例的加工装置的一部分。图33是沿图32的线L-L的剖视图。图32和图33所示的上模具371包括大致长方体的主体372以及多个端面挤压部373，所述端面挤压部以可沿着外周方向自由运动的方式从主体372的侧表面伸出，从而在压缩时抵靠木制件的端面，并沿基本垂直于抵靠中的端面的厚度方向向木制件施加压缩力。主体372包括：保持部374，其设在侧表面上以保持各个端面挤压部373；以及底面部分375，其抵靠待加工的木制件表面并向其施加压缩力。端面挤压部373还连接至诸如弹簧的弹性件376的一端，弹性件的另一端固定至保持部374，所述端面挤压部受到沿从主体372的侧表面向外方向的弹簧力。

图34是根据第四实施例的加工装置的主要部件的结构图，并且示意性表示如何进行木制件211的压缩工序，该图是与第三实施例的图28相对应的垂直剖视图。图34中所示的加工装置300包括具有上述结构的上模具371、下模具241以及引导模具251。下模具241和引导模具251的结构与第三实施例中所述的相同。此外，以与上述上模具231相同的方式驱动上模具371。与上述第三实施例类似地从原木50获取待加工的木制件211，并在压缩之前将其留置在上述高温高压水蒸汽环境中使其软化。

在与上述相同的水蒸汽环境中，使加工装置300的上模具371下降，使得底面部分375的一部分开始抵靠木制件211的内表面211b。具体地说，底面部分375的弯曲的周边部分抵靠内表面211b的周边部分。进而，端面211c的一部分(上端部附近)抵靠端面挤压部373的底面。在图34所示的状态中，由于内表面211b的形状与底面部分375的形状不匹配，因而在内表面211b的中央部分与底面部分375的中央部分之间，以及端面211c和端面挤压部373的底面之间等等形成间隙。

图35是正从图34中所示的状态下降的上模具371的剖视图。当上模具371从图34中所示的状态下降时，端面挤压部373的底面的外周部分抵靠引导部252的表面从而受到阻力。于是，端面挤压部373抵抗弹性件376施加的弹簧力而沿主体372的重心方向逐渐缩进保持部374中。端面挤压部373的下端抵靠木制件211的端面211c，并沿与端面211c的厚度方向基本垂直的方向向端面211c施加压缩力。因此，木制件211在其边缘在引导部252的表面上向下滑动的同时下降并逐渐变形。在该工序中，底面部分375与木制件211的内表面211b之间的接触面积增大，而且端面挤压部373的底面与端面211c之间的接触面积增大。于是实现了图35中所示的状态，即：外表面211a的中央部分附近抵靠下模具241的凹部242。

之后，随着上模具371的进一步下降，木制件211的表面上的作用有压缩力的区域逐渐扩展，并且外表面211a和下模具241之间的间隙以及内表面211b和上模具371之间的间隙进一步逐渐减小。

图36是木制件211的剖视图，其中由于上模具371接近下降到最低位置，因而木制件211的变形接近完成。在图36中所示的状态下，端面挤压部373的底面面对端面211c且无间隙地与该端面接触，而且底面部分375和内表面211b也无间隙地彼此接触。当将木制件211保持在图36中所示的状态下预定时间时，木制件211的至少夹持在端面挤压部373和凹部242之间的部分可以变形成预定形状。

由于在上述压缩工序中从被端面挤压部373挤压的部分挤出的木材成分的影响，端面211c的未被端面挤压部373挤压的部分会形成扭曲形状。因而，与第三实施例类似，可通过成形金属模具对这样的部分进行成形，或者可通过切割等使端面211c的不均匀部分变平。

在第四实施例中，由于上模具371和下模具241都为金属模具，因而除了因端面挤压部373缩进而致使上模具371的形状变化外，所述模具本身的表面形状不会变化。因此，为了防止在压缩过程中木制件211产生裂纹，必须提供允许一部分木材成分逃逸到开放空间中的自由度。因此，在压缩工序期间，优选不通过端面挤压部373向以下部分施加压缩力，该部分即在压缩中逃逸的木材成分倾向于沿两个方向聚集的部分，例如加工之后形成压缩木制品12的侧板12b和侧板12c之间的边界的部分。因此，上模具371中设置的端面挤压部373的数量、尺寸或位置可根据木制件211的成品形状，即压缩木制品的形状而适当确定。

根据上述的本发明第四实施例，与第三实施例类似，为向木制件施加压缩力而设置了以下模具，即：包括可朝向外周运动的多个端面挤压部的金属上模具、沿运动方向引导该上模具的引导模具、以及和上模具一起夹持木制件并向木制件施加压缩力的下模具，这使得即使在通过压缩而显著变形时，也可使木制件成形而不产生裂纹。

此外，根据第四实施例，由于上模具也由金属制成，在木制件的抵靠上模具的部分上也可以以较高的形状精度进行压缩成形。

尽管作为本发明的示例性实施例而对第一至第四实施例进行了描述，但是应理解本发明不局限于此。本发明涵盖以上未具体描述的各种实施例，并且在所附权利要求及其等同物所限定的总体发明构思的精神或范围内可实现设计方面等的各种修改。

工业应用性

根据本发明的木材加工方法、木材加工模具以及加工装置而形成的压缩木制品可作为外壳而应用于数码相机，诸如便携式电话、个人手持电话系统(PHS)和个人数字助理(PDA)的便携式通信终端，便携式音频装置，IC记录器，便携式电视机，便携式收音机，用于各种家用电器的遥控器，以及数码摄像机。

本申请基于以下日本专利申请：2005年4月1日提交的No.2005-106385、2005年5月12日提交的No.2005-139900和2005年5月23日提交的No.2005-149978，并要求其优先权，通过引用将这三个专利申请的全部内容合并于此。