专利名称：用于制造成形木制品的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造成形木制品的方法，更具体地说涉及一种 通过对木质材料进行压縮成形来制造相对较薄且厚度大致恒定的高强度 结构的方法，所述结构例如为一侧开口的箱、壳体、容器、罩或壳状部 件。
背景技术：
传统上，己经提出了通过利用成型模具在高温水蒸汽环境中对板状 木质材料进行压制成形而制造三维形状的成形木制品。通常，由于木质材料是其中细胞壁沿木材的生长方向延伸的木纤维 的集合，因而沿纤维方向的强度与沿垂直于纤维方向的强度显著不同。 例如，若使木质材料绕垂直于纤维方向的轴线弯曲，则作用在木纤维上 的主要是拉伸力，因而木质材料呈现相对较高的强度。然而，若使木质 材料绕平行于纤维方向的轴线弯曲，则木质材料易于被扯开，强度较低 并容易产生裂纹。公知应通过对作为木纤维集合的木质材料进行初次压縮而获得坯料 板，并且应通过二次压縮而使该坯料板进一步成形，从而不会在成形时 由于作用在木纤维中的拉伸力而将木纤维扯开。例如，日本未审专利申请第一次公开No.H08-25301描述了一种用于 加工木质材料的方法，在该方法中通过沿与纤维方向垂直的方向压缩方 木并将其切片而形成板状的初始定型品(primarily fixed article),将该初始定型品安放在成型模具中并限制其周边，然后通过加热该初始定型品、 使其吸水并对其进行成形而得到具有三维形状的二次定型品。日本未审专利申请第一次公开No.Hll-77619也描述了一种用于对木质材料进行三维加工的方法，在该方法中沿与纤维方向垂直的方向压
縮木质材料并将其切片而得到木制板，使该木制板绕平行于纤维方向的 轴线弯曲并如此暂时定型，然后进行三维成形以使弯曲木制板的凸部与 压模的凸部相符。然而，上述用于制造成形木制品的传统方法中仍留有以下问题。在日本未审专利申请第一次公开No.H08-25301详述的技术中，当在 第一次压縮成形中根据成型模具压缩的木纤维被从压縮释放时，在三维 形状的弯曲木质材料外周边处的木纤维之间的间隔会变长。因此，在形 成二次定型品的二次压縮成形中不会将木纤维扯开。然而，在将制品从 成型模具移除后产品的压縮率变得不均匀，由于压縮率的差异而致使强 度和颜色的不均匀。此外，尽管与树脂不同，木质材料相对来说容易收縮，然而因为木 质材料不是流体，所以其难以由于拉伸力而延长。而且，沿与压縮力作 用方向相交方向的滑动变形根据木纤维方向而变化显著。存在两种方向，即木质材料易于变形的方向以及其难以变形的方向。因此，若在向外弯曲的平坦木质坯料材料的外表面上作用强的拉伸力，则木纤维被切断， 从而与木纤维连续的情况相比，木质材料的外观受到显著破坏。当对木质材料进行三维成形时，在木质材料被沿变形困难的方向压 縮的部分，压縮阻力增大。例如，在日本未审专利申请第一次公开No.H08-25301描述的技术中，若沿未预先压縮的方向压縮木质材料而使 其木纤维重叠，则压縮阻力增大。例如，在压縮木质材料使其形成为箱形时，有必要沿与成型模具的 滑动方向垂直的方向压縮箱的侧部。然而，在沿一个方向滑动的成型模 具中，这样的压縮力分量减小。因此，来自该箱的侧部的压縮阻力增大。 为此，需要大的压制力，因而在沿这样的方向的压縮面上产生显著摩擦， 从而使木质材料的外观受损。在该情况下，认为应当使用不仅可沿箱的 底部的法向滑动而且可沿箱侧部的法向滑动的多方向成型模具。然而， 在这种情况下，成型模具的制造成本相应增大，同时成形加工复杂。日本未审专利申请第一次公开No.Hll-77619中所述的技术具有与 日本未审专利申请第一次公开No.H08-25301中所述的技术相同的功能。
由于在制品弯曲并暂时定型的状态下进行三维成形，因而能够减少由于 成形期间的弯曲而引起的形状变化。因此，能够降低变形时的应变。然 而，从成型模具释放出的产品中存在强度各向异性，并且由于拉伸力而 使外观受损。而且，在二次压縮中，在与成型模具的滑动方向大致垂直 的方向上具有厚度的表面的压縮阻力增大。这些问题与日本未审专利申请第一次公开No.H08-25301所述的技术中所涉及到的问题相同。鉴于上述问题而研制出本发明。因此，本发明的目的在于提供一种 用于制造成形木制品的方法，通过该方法，在各个压缩步骤中利用简单 的成型模具即可减少压縮阻力，可减少各个压縮步骤中的压制力从而减 小成形制品上的成形载荷，并可获得具有优异外观的成形木制品。发明内容根据本发明的用于制造成形木制品的方法是用于通过从原木切削出 初次坯件并将该初次坯件形成为厚度大致均匀的最终三维形状而制造成形木制品的方法，该方法包括初次压縮步骤，在该步骤中，通过具有形状与所述成形木制品的最 终三维形状大致相同的模具表面的初次成型模具对从原木切削出的初次 坯件进行压缩，从而将该初次坯件加工成初次压縮品，该初次压縮品具 有在所述初次压縮坯件的与压縮率高于周围部分的模具表面相对应的部分附近形成的高压縮部；二次坯料加工步骤，在该步骤中，对所述初次压縮品进行切削而将其加工成表面保持转印(transfer)到所述高压縮部上的三维形状的二次 坯件；以及二次压縮步骤，在该步骤中，利用二次成型模具对所述二次坯件进 行压縮并将所述最终三维形状转印到该二次坯件上。根据本发明，由于在初次压縮步骤中，将与成形木制品的最终三维 形状大致相同的形状转印到初次坯件上，并且将初次压缩品加工成在转 印有与最终三维形状大致相同的形状的部分附近形成压縮率高于周围部 分的高压縮部，因而可以在压縮阻力相对较低的状态下将三维形状转印
到初次压縮品上。在二次坯料加工步骤中，通过适当切削初次压縮品而 在该初次压縮品的表面上留下与最终三维形状大致相同的形状，来调整 二次坯件的形状，并且在二次压縮步骤中，通过二次成型模具压縮二次 坯件并将最,三维形状转印到该二次坯件上。也就是说，在二次压縮步 骤之前调整二次坯件的形状，因此可降低在二次压縮步骤中压縮的二次 坯件的压縮阻力和压缩量。因此，可降低二次压縮步骤中所需的压制力， 并可以通过减少施加在成形木制品上的载荷而防止成形木制品出现裂 纹。此外，由于在初次压縮步骤中形成且在二次坯料加工步骤中未被切 削而保留的部分在初次压縮步骤中产生相对较低的压縮阻力，因而其表 面的外观优异。由于在二次压缩步骤中，该部分被压縮成符合二次成型 模具的三维形状，因而即使在二次压縮中其外观也不会由于例如与二次 成型模具摩擦而变差。优选的是，所述用于制造成型木制品的方法还包括初次坯料成形步 骤，该步骤用于在从原木切削出所述初次坯件时在该初次坯件的一部分的后侧上形成卸荷部(reliefportion)，所述部分待形成为与所述成形木制 品的最终三维形状大致相同的形状。这里，形成所述卸荷部用以减少压縮率。该卸荷部例如是在初次坯 件上形成的凹坑或形成为使初次坯件的厚度变薄的锥形部。根据本发明，在初次压縮步骤中，初次坯件上的载荷根据如此形成 的卸荷的量而减少。因此，可以防止木纤维由于作用在卸荷部的后侧上 的拉伸力而断裂。而且，在二次坯料加工步骤中，初次压縮品被加工成二次坯件，且 三维形状被转印成留在其表面上的高压縮部。然而，此时，由于消除了 卸荷部，最终成形木制品上未留有在初次坯料成形步骤中切削出的卸荷 部的任何痕迹。在根据本发明的用于制造成形木制品的方法中，优选的是，所述卸 荷部形成在与所述初次成型模具的模具表面上的弯曲部接触的部分的后 侧上。
根据本发明，由于所述卸荷部设置在所述初次坯件的与所述初次成 型模具的模具表面上的弯曲部接触的部分的后侧上，因而通过该卸荷部 减轻了在初次压縮步骤中从初次成型模具的弯曲部作用在初次坯件上的 压縮力，从而降低了压縮率。因此，由于减小了与弯曲部接触的部分处 的拉伸力，因而减小了成形木制品上的载荷，并可以防止木纤维被撕开。在根据本发明的用于加工成形木制品的方法中，优选的是，将所述 二次坯件切削成使其厚度在所述高压缩部形成为相对较厚的部分处较 小，在所述高压縮部形成为相对较薄的部分处较大。根据本发明，由于在二次坯料加工步骤中，将初次压縮品切削成使 其厚度可在所述高压縮部形成为相对较厚的部分处较小，而在所述高压 縮部形成为相对较薄的部分处较大，因而在二次坯料加工步骤中切削成 厚度较小的高压缩部在二次压縮步骤中的压縮率相对较小，而在二次坯 料加工步骤中切削成厚度变大的高压縮部在二次压縮步骤中的压縮率相 对较大。因此，可以制造压缩率整体均匀的成形木制品。在根据本发明的用于制造成形木制品的方法中，优选的是，将所述 二次坯件切削成使得厚度在与所述二次成型模具的滑动方向相交方向上 的部分比厚度在所述二次成型模具的滑动方向上的部分薄。根据本发明，由于在二次坯料加工步骤中将初次压縮品切削成使得 厚度在与二次成型模具的滑动方向相交的方向上的部分比厚度在二次成 型模具的滑动方向上的部分薄，因而可使厚度在与二次成形模具的滑动 方向相交方向上的部分的压缩力在二次压縮步骤中较小。因此，减小了 二次压縮步骤中的压縮阻力。据此，通过使成型模具仅沿一个方向滑动， 就可以容易地形成具有三维形状的成形木制品。此外，为了更有效地减少二次压縮步骤中的压縮阻力，优选的是使 厚度在沿与二次成形模具的滑动方向相交方向上的部分根据交叉角的减 小而变薄。例如，优选的是，使沿与二次成形模具的滑动方向大致相同 的方向延伸的部分最薄。在根据本发明的用于制造成形木制品的方法中，优选的是，所述成 形木制品最终呈现三维形状，该三维形状具有沿与所述二次成型模具的
滑动方向大致垂直的方向延伸的底部以及从该底部的周边朝所述二次成 型模具的滑动方向弯曲的侧部，并且优选的是，通过所述初次压縮步骤 将与所述侧部大致相同的形状转印到所述初次坯件上，且所述初次坯件 的转印有与该侧部形状大致相同的部分是所述高压縮部。根据本发明，在初次压缩步骤中，与成形木制品的从沿与二次成型 模具的滑动方向大致垂直的方向延伸的底部周边朝该二次成形模具的滑 动方向弯曲的侧部的形状大致相同的形状被转印到初次坯件上，并且使 转印有与该侧部形状大致相同的部分成为高压缩部。因此，当通过使二 次成型模具沿一个方向滑动而进行成形时，即使容易成形得较差的成形 木制品的侧部也可在初次压缩步骤中以高精度成形，并且在二次压縮步 骤中使精度不会变差地对该制品进行压縮。因此，可以制造具有高表面 加工精度和优异外观的成形木制品。按照根据本发明的用于制造成形木制品的方法，可以减少初次压縮 步骤和二次压縮步骤中所需的压制力，并可以减少作用在成形木制品上 的载荷，从而可以防止成形木制品产生裂纹并防止木纤维被撕开。此外， 可以利用沿一个方向滑动的简单成型模具容易地制造具有高表面加工精 度和优异外观的成形木制品。
图1是表示通过根据本发明第一实施方式的方法制造的成形木制品 的立体图。图2是表示通过根据本发明第一实施方式的方法制造的成形木制品 的剖视图(沿图1中的线A-A剖取)。图3是表示在根据本发明第一实施方式的方法的初次压縮步骤中的初次成型模具和待被该初次成型模具压縮的初次坯件的剖视图。图4是表示在根据本发明第一实施方式的方法的初次压縮步骤中的初次成型模具和被该初次成型模具压縮的作为初次压缩品的初次坯件的 剖视图。图5是表示在根据本发明第一实施方式的方法的二次坯料加工步骤
中的二次坯件的剖视图。图6是表示在根据本发明第一实施方式的方法的二次压縮步骤中的 型芯模具、型腔模具和待被型芯模具和型腔模具压縮的二次坯件的剖视 图。图7是表示在根据本发明第一实施方式的方法的二次压縮步骤中的 型芯模具、型腔模具和被型芯模具和型腔模具压缩的作为成形木制品的 二次坯件的剖视图。图8是用于说明在根据本发明第一实施方式的方法中二次压縮步骤的功能的剖视图。图9是用于说明在用于制造成形木制品的传统方法中压缩步骤的功 能的剖视图。图10也是用于说明在用于制造成形木制品的传统方法中压缩步骤 的功能的剖视图。图11是表示在根据本发明第二实施方式的方法的初次坯料成形步骤 中形成的初次坯件在从其成形表面的后侧看时的立体图。图12是表示在根据本发明第二实施方式的方法的初次坯料成形步 骤中形成的初次坯件在从其成形表面的前侧看时的立体图。图13是表示在根据本发明第二实施方式的方法的初次压縮步骤中 的初次成型模具和待通过该初次成型模具压縮的初次坯件的剖视图。图14是表示在根据本发明第二实施方式的方法的初次压縮步骤中 的初次成型模具和被该初次成型模具压縮的作为初次压縮品的初次坯件 的剖视图。图15是表示在根据本发明第二实施方式的方法的二次坯料加工步 骤中的二次坯件的剖视图。图16是表示在根据本发明第二实施方式的改进方案的方法的初次 压縮步骤中的初次成型模具和待被该初次成型模具压縮的初次坯件的剖 视图。图17是表示在根据本发明第二实施方式的改进方案的方法的初次 压縮步骤中的初次成型模具和被该初次成型模具压縮的作为初次压縮制
品的初次坯件的剖视图。
具体实施方式
参照附图对根据本发明的用于制造成形木制品的方法的第一实施方 式进行描述。图1是表示通过根据本实施方式的方法制造的成形木制品的立体图。图2是沿图1的线A-A剖取的剖视图。图3是表示在根据该实施方式的方法的初次压缩步骤中的初次成型模具和待被该初次成型模具压縮的初次坯件的剖视图。图4是表示在根据该实施方式的方法的初次压縮 步骤中的初次成型模具和被压縮的初次压縮品的剖视图。图5是表示根 据该实施方式的方法的二次坯料加工步骤中的二次坯件的剖视图。图6 是表示在根据该实施方式的方法的二次压縮步骤中的型芯模具、型腔模 具和待被型芯模具和型腔模具压縮的二次坯件的剖视图。图7表示在根 据该实施方式的方法的二次压縮步骤中的型芯模具、型腔模具和被压縮 的成形木制品的剖视图。图3至图7所示的任一剖面均对应于沿图1的 线A-A剖取的剖面。根据本实施方式的用于制造成形木制品的方法是用于制造厚度相对 较小且大致均匀的高强度三维结构的方法，所述三维结构例如具有诸如 箱、壳体、容器、罩、壳状部件等的结构的成形木制品。以下，利用图1和图2所示的成形木制品作为实施例对该方法进行 描述。成形木制品1是箱状结构，其包括在平面图中为矩形的底部la以及 沿大致垂直于底部la的方向从该底部la的相应侧直立的四个侧部lb、 lc、 ld和le。成形木制品1具有大致矩形的上开口 lf以及侧部lb、 lc、 ld和le，所述侧部相对于与底部la垂直的方向略向外倾斜。在本实施 方式中，在侧部lb、 lc、 ld和le的上边缘上形成大致排列在同一平面 内的开口边缘部lg。以下，将上开口 lf的内侧称为"内表面"，将内表 面的后侧称为"外表面"。即，在由底部la和侧部lb、 lc、 ld和le形成 的脊部的外表面侧上形成有光滑弯曲部1B、 1C、 1D和1E，它们通过成
型模具弯曲。以下，将这样的成形木制品1的形状称为"最终三维形状"。在该实施方式中，底部la和侧部lb、 lc、 ld和le的相应厚度用t 表示，从成形木制品1的底部la到上开口 lf的高度用H表示。这里，H 大于t。而且，如图2所示，侧部lc、底部la和侧部le的外表面沿图1 中的线A-A的长度用Ls表示。而且，底部la和侧部lb、 lc、 ld和le 都具有相同厚度。然而，它们的厚度也可彼此不同。作为详细尺寸的实 施例，例如优选的是t-1.6mm， H-8.0mm。在这种情况下，高度H是厚 度t的五倍，箱状结构的深度是厚度t的四倍。压縮率决定成形完毕之后的密度，必要时对其适当设定。例如，当 成形木制品用于壳体等时，优选的是其强度大致均匀，因而优选的是压 缩率使得可最终得到大致均匀的密度。木质材料由具有许多微孔的木纤维构成，并且根据木质材料的密度 形成有木纹和节。也就是说，在用显微镜观看时木质材料的构造不均匀。 因此，在该实施方式中所用的术语"密度"是指宏观密度，其表示木质 材料干燥时的表观平均密度(以下描述也是如此)。该实施方式中的成形木制品1的木纤维方向沿侧部lb和ld的纵向。 采用斜纹理(cross grain)木材，使得可容易地利用表面上的木纹变化来 进行设计。而且，为避免混乱，在图1和图2中省略了木纹。不过，即 使使用直纹理木材，也可如以下所述制造成形木制品。对于木质材料的种类没有特殊限制。例如，可优选采用日本扁柏、 日本雪松(hibacedar)、泡桐、柚木、桃花心木、日本柳杉、松木、樱桃 木、竹子等。根据该实施方式的用于制造成形木制品的方法包括初次坯料成形步 骤、初次压縮歩骤、二次坯料加工步骤和二次压縮步骤。在以下描述中，由于是基于沿图1的线A-A剖取的剖面进行描述， 因而不对剖视图中未显现的侧部lb和ld进行描述。然而，除非特别指 明，例如对侧部lc和le来说成立的对侧部lb和ld也可成立。在侧部 lc、 le和lb、 ld之间，仅存在宽度方向上的形状差异以及由于从原木切 削的切削方向而产生的相对于纤维方向的取向差异。 初次坯料成形步骤用于形成初次坯件以形成初次压縮品。在该实施 方式中，从原材料切削出块状初次坯件2，该初次坯件在其平面图中的面 积大于成形木制品1的面积，而其厚度大于成形木制品1的高度H。如图3和图4所示，在初次压縮步骤中，利用初次成型模具10A和 10B对初次坯件2进行成形，初次压縮制品20的一部分成形表面的形状 与成形木制品1的最终三维形状大致相同。将初次坯件2设在初次成型模具10A和10B之间。在初次成型模具 10A和10B中的至少一个上形成有形状与最终三维形状的一部分一致的 模具表面。如图3所示，在该实施方式中，使初次成型模具IOA和IOB沿垂直 方向滑动以沿垂直方向压缩初级坯件2。此时，向初次坯件2喷射温度例 如为12(TC到20(TC的加压水蒸汽以使其软化。可选的是，可将初次坯件 2在温度为4(TC以上的热水中加热预定时间，之后可在温度为12(TC到 20CTC的加压环境中对其进行压縮。此时，优选的是将初次成型模具10A 和iOB加热到与上述相同的温度。接着，如图4所示，维持夹紧状态直至模具表面的形状转印到初次 坯件2上并定型在其上。进而，保持夹紧状态预定时间，并且在干燥之 后将初次坯件2从成型模具释放。在该实施方式中，初次成型模具10A的模具表面10a形成为大致平 坦，使得其可推压初次坯件2的上表面，从而初次坯件2的上表面在被 压縮时可易于沿模具表面10a运动。另一方面，初次成型模具的模具表 面10b设有在平面图中为矩形的并且从模具底部突出的突部10c，并且在 突部内侧的中部形成与最终三维形状的外表面侧相符的三维形状。在模 具表面10b上相对于弯曲部1B、 1C、 1D和1E形成均具有曲面的内弯部 10d，它们具有与弯曲部1B、 1C、 1D和1E大致相同的曲率，从而弯曲 成形部2d可沿内弯部10d弯曲。当进行压缩时，初次坯件2的下表面2a根据模具表面10b的三维形 状被压縮。此时，压縮力沿初次坯件2的厚度方向传递，并进一步分散 传递到模具表面10a。因此，初次坯件2根据模具表面10b和突部10c的 形状而在其相应部位受到不均匀的压縮力。在本步骤中，由于木纤维被高温水蒸汽软化，初次坯件2易于通过 压缩而变形。因此，基于压縮的变形首先在从模具表面10b接收大压縮 力的部分进行，例如在突部10c附近的部分，并形成密度大于其周围部分的高压縮部20a。这样，由于在形成了高压缩部20a时压縮力减小，因 而根据距突部10c的距离而形成密度低于高压縮部20a的低压縮部20b。 因而，如图4所示，除了突部10c附近以外，在沿着与成形木制品1的 底部la的外表面对应的模具表面10b的多个部分处未形成高压縮部20a。 如图4所示，在远离突部10c的部分处，厚度为H。的初次坯件2以大致 均匀的压縮率被压縮，使得厚度大致变为H,(这里，H^Hq)。这里，优 选的是厚度H、约为厚度Ho的三分之二。也就是说，有关低压缩部的压 縮率为33°/。左右。这里，高压縮部20a和低压縮部20b之间的密度差是相对的。高压 縮部20a设定成使其密度不超过成形木制品1至少所需的密度。若存在 密度可能超过成形木制品1所需密度的任何部分，则可与该部分相对应 地在模具表面10a上设置适当形状的卸荷部。因此，由于在初次压縮步骤中，根据成形木制品1的形状大致形成 了该成形木制品1的最终三维形状的仅仅一部分，因而压縮阻力小，从 而即使用相对较小的压制力也可以容易地进行压縮。此外，由于尽管在 突部10c附近形成高压縮部20a，但是在与模具表面10b相邻的绝大部分 处形成了低压縮部20b，因而与将初次坯件放置在成型模具10A和10B 之间并使其接受均匀压縮以仅形成高压縮部20a的情况相比，减小了高 压縮部20b上的变形载荷，从而可以防止木纤维被撕裂并可以防止成形 木制品与模具表面摩擦。初次成型模具IOA和IOB仅沿一个方向滑动，并且可具有仅一部分 必须是高度精密且形状复杂的模具表面。因此，初次成型模具IOA和10B 非常简单。如图5所示，在二次坯料加工步骤中，保留转印有模具表面10b的 底部的初次成形表面21a以及侧部的初次成形表面21c和21e，而切除初
次压縮品20的所有其它部分，从而形成待利用稍后所述的二次成型模具 压縮的二次坯件21。以这样的方式形成二次坯件21，即切除弯曲成形部分2d的外侧以及与模具表面10a接触的部分，保留从底部的初次成形表面21a高度 为H2的部分，并在剩余部分中形成幵口侧边缘21g，在开口侧边缘21g 的内部形成凹切削面21f。在图5中，切除的部分用虚线表示。这样，二次坯件21为与成形木制品1类似的具有开口的箱状结构。 二次坯件21的外表面与成形木制品1的最终三维形状大致相同，并且在 二次坯件21的内部形成切削面21f。切削面21f被切削成使得在高压缩部20a形成为较厚的部分处，二 次坯件21的厚度较小，在高压縮部20a形成为较薄的部分处，二次坯件 21的厚度较大。这里，各个部分都可认为是薄的，甚至在厚度为零时。 例如，如图5所示，由于在二次坯件21的底部上未形成高压縮部20a， 其从底部的初次成形表面21a的厚度设定成厚度t3，该厚度为最大厚度 (这里，t3>t)。在二次坯件21的侧部，由于高压縮部20a的厚度从底部 的初次成形表面21a朝开口侧边缘21g逐渐增大，因此二次坯件21被切 削成使得该侧部在开口侧边缘21g处的厚度为t,(这里，t3〉t^t)，而在 切削面21f的底部附近厚度为t2 (这里，tgt2〉t,)。在该实施方式中，由 于在开口侧边缘21g附近，几乎整个侧部都形成为高压縮部20a，因而使 厚度^等于t (t,二t),或者说将压縮率设定成不超过所谓的临界压縮率， 在临界压縮率下木质材料的孔在二次压縮中完全闭合从而不能进一步压 縮，在其它情况下，厚度t,大于t (t,>t)。这样，切削面21f的侧部从开口侧边缘21g朝底部比侧部的初次成 形表面21c和21e倾斜得更和缓。在二次坯件21的侧部处，高压縮部20a 的厚度朝幵口侧边缘21g逐渐增大，而低压缩部20b的厚度朝开口侧边 缘21g逐渐减小。优选的是，在通过例如实验或者数值模拟找出在初次压缩步骤中形 成的高压縮部20a和低压縮部20b的密度分布之后，将诸如厚度t,、 12和 b的尺寸(即，待加工的切削面21f的形状)设定成在二次压縮步骤后获
得成形木制品1所需的密度。也就是说，相对于成形木制品1所需的厚度t和密度p研究高压縮部20a的厚度和密度短缺量，并将切削面21f的 形状设定成保留低压縮部20b来弥补该短缺量。因此，可通过设定切削面21f的形状而使成形木制品1的密度均匀 或有变化。而且，木质材料被压缩后的密度分布致使表面上出现着色分 布。因此，在外观比较重要的使用中，优选的是使密度不均匀性最小。此外，从减少二次压縮期间的压縮阻力的角度出发，优选的是将切 削面21f设定成在二次坯件21的以小角度与二次成型模具的滑动方向相 交的侧部处厚度较小。如图6和图7所示，在二次压縮步骤中，利用型芯模具30A和型腔 模具30B (它们都是二次成型模具)对二次坯件21进行压縮以形成成形 木制品1。为了形成成形木制品1，在型芯模具30A和型腔模具30B上 分别形成模具表面30a和30b，它们被加工成用于转印最终三维形状的形 状。首先，将二次坯件21设定成其底部的初次成形表面21a和其侧部的 初次成形表面21c和21e可以与模具表面30b'贴合，而切削面21f可面向 模具表面30a。如图6所示，使型芯模具30A和型腔模具30B沿一个方 向滑动以沿垂直方向压縮二次坯件21。此时，向二次坯件21喷射温度例 如为12(TC到20(TC的加压水蒸汽以使其软化。可选的是，可将二次坯件 21在温度为40'C以上的热水中加热预定时间，之后可在温度为12(TC到 20(TC的加压环境中对其进行压縮。此时，优选的是将型芯模具30A和型 腔模具30B加热到与上述相同的温度。接着，如图7所示，维持夹紧状态直至模具表面的形状转印到二次 坯件21上并定型在其上。进而，保持夹紧状态预定时间，并且在干燥之 后将二次坯件21从成型模具释放。经过该步骤，通过压縮二次坯件21 而形成了成形木制品1。也就是说，通过压縮二次坯件21的切削面21f 的底部，使成形木制品1的底部la形成为厚度从t3减小到t，并通过压 縮切削部21f的侧部，使侧部lb、 lc、 ld和le形成为厚度从t,至t2减小 到t。
对本步骤的操作进行描述。图8是描述根据该实施方式的二次压縮步骤的操作的剖视图。图9 和图IO是描述用于制造成形木制品的现有技术方法中的压缩步骤的操作的剖视图。图8至图IO是与图1中的A-A剖面对应的剖面的主要部分的 放大图。如图8所示，在该步骤中，由于二次坯件21的切削面21f的侧部从 幵口侧边缘21g向底部逐渐倾斜，因此当型芯模具30A下降使得模具表 面30a可低于开口侧边缘21g而比模具表面30b高出h,(这里，h,>t3) 时，该模具开始与二次坯件21接触。随着型芯模具30A的进一步滑动， 在切削面21f的侧部分处，模具表面30a的侧表面从该模具表面30a的前 边缘(即，从切削面21f的侧表面的底部)逐渐压縮二次坯件21，并最 终压縮开口侧边缘21g的附近。此外，在切削面21f的底部处，在模具表面30a比模具表面30b高 出t3以下之后，对整个底部进行压縮。而且，由于二次坯件21的外表面(例如，底部的初次成形表面21a 和侧部的初次成形表面21c)具有与模具表面30b相符的三维形状，因而 该外表面受到沿与成型模具的相应表面垂直方向的压縮力，从而被压縮 成完全符合模具表面30b的形状。然而，所述外表面基本上不沿模具表 面30b的方向滑动。因此，基本上不会与模具表面30b发生摩擦。此外，在初次压縮步骤中对整个二次坯件21进行部分压縮，二次压 縮步骤中所需的压縮量降低了 ，降低的压縮量为底部的初次成形表面21a 和侧部的初次成形表面21c已被压縮的量。因此，由于使压缩阻力变小， 因此即使压制力较小也可容易地压縮二次坯件21 。相比之下，在通过用于制造成形木制品的现有技术方法制造如本实 施方式中的具有底部和侧部的三维形状的成形木制品的情况下，会产生 以下问题。首先，如图9所示，对利用三维坯料6的情况进行描述，通过将木 质材料切削成形状为尺寸略大于压縮成形后的形状而获得所述三维坯 料。即使在三维坯料6不被初次压縮或者该三维坯料是从均匀地初次压
缩过的部件切削出的情况下，也使三维坯料6的厚度大于在上述实施方 式中的厚度。例如，假设底部的厚度为To，侧部的厚度分别为t6和t7， 期望有以下表达式，即:T(^t3， t6〉"和必2。在上述现有技术的制造方法中，由于三维坯料6是三维切削出的，因此使得其制造比较麻烦。此外，当利用型芯模具30A和型腔模具30B 压缩三维坯料6时，压縮率大于在该实施方式中的压縮率。因此，有必 要准备可满足该压縮率的大的压制力。而且，成型模具30a在比模具表面30b高出h2 (这里，h2>h》的位 置处开始与三维坯料6接触，该位置比上述实施方式中的更接近开口侧 边缘6g。因此，侧部首先被压縮，从而底部在周围部分受限且周围部分 未确保卸荷的情况下被压缩。结果，侧部和成型模具之间的摩擦增大， 并使得底部的压縮率不均匀，从而使成形木制品的外观变差。接着对从坯料板5制造相同形状的成形木制品的方法进行描述。如图10所示，当利用型芯模具30A和型腔模具30B压縮坯料板5 时，首先，在使模具表面30a的前边缘与坯料板5接触的同时使坯料板5 弯曲。此时，在弯曲部处易于产生裂纹。在用于成形以使厚度均匀的成 型模具中，相对于滑动方向倾斜的模具表面之间的距离比垂直于滑动方 向的模具表面之间的距离更快地变窄。因此，随着成型模具的滑动，侧 部比底部先压縮。例如，在图9中，假设侧部的厚度为ts，底部的厚度为 TQ，则在压縮步骤中t5小于To。因此，在底部被充分压縮之前，在侧部 产生大的压縮阻力，并且侧部首先被压縮。底部在周围部分受限的情况 下进行压縮，其中侧部和底部在被彼此显著拉伸的同时被压縮。因此， 在侧部处，与成型模具的摩擦增大，同时使得底部的压縮率不均匀，从 而使得成形木制品的外观变差。如上所述，根据上述实施方式的制造方法，由于压縮步骤分两步进 行，因而即使利用比上述的用于制造成形木制品的现有技术方法小的压 制力也可容易地对木质材料进行压縮成形。此外，由于在初次压縮步骤中，木质材料在压縮阻力较低的情况下 从未压縮状态被压縮，并形成三维形状的一部分，因而可以在二次坯件上形成高质量的压縮表面，同时可以减少二次坯件的切削量。因此，可 容易地加工二次坯件。而且，优选的是，例如通过安装在高压容器中的型芯模具30A和型腔模具30B进行初次压縮步骤和二次压缩步骤，从而可有效地进行压缩。在以上描述中，分别设置在初次压縮步骤中使用的初次成型模具10B和在二次压縮步骤中使用的型腔模具30B。然而，在初次成型模具 10B的模具表面10b的形状与成形木制品1的最终三维形状相同的情况 下，初次成型模具IOB可同时用作二次压縮步骤中所用的型腔模具。在以上描述中，描述了这样的实施例，其中在初次压缩步骤中仅在 初次压縮品的外表面上形成成形木制品的三维形状的一部分。然而，若 初次压缩品的内表面上存在压縮表面需要进行高质量加工的部分，则也 可在初次压縮品的内表面上形成在二次压縮步骤中留下的三维形状。此 外，可仅在内表面侧形成所述三维形状。在以上描述中，描述了这样的实施例，其中在二次坯料加工步骤中 对压縮木品进行切削，且全部保留在初次压缩步骤中形成的三维形状的 部分。然而，也可对在初次压缩步骤中形成的三维形状的部分进行切削， 只要二次坯件具有可进行再压縮的厚度即可。例如，使在初次成型模具 上形成的三维形状形成可容易制造的略大且近似的三维形状，并在二次 坯料加工步骤中切除初次压縮品的一部分，其中可调整压縮率和形状。以上描述描述了设置两个压縮步骤的实施例。然而，必要时可设置 另一压縮步骤。例如，可增设零次压缩步骤作为初次压缩步骤的预处理, 其中在从原木切削出的块状初次坯件上简单地形成不均匀的形状，而不 形成对应于最终三维形状的形状。因此，例如，在形成具有复杂形状的 初次压縮品的情况下，初次坯件的形状可形成为使得进一步降低初次压 縮步骤中的成形载荷。以上描述描述了长方体坯件的实施例。然而，初次坯件的形状不限 于此。可按照成形木制品的形状适当更改该形状。例如，可采用诸如柱 形、半球形、锥形等的各种形状。例如，相应于根据该实施方式的成形 木制品的相应部分的曲面形状设置上述初次坯件中形成的部分的曲面形状。参照附图对根据本发明的用于制造成形木制品的方法的第二实施方 式进行描述。以下主要描述与第一实施方式的不同之处。通过根据本实施方式的用于制造成形木制品的方法制造的成形木制 品与图1和图2中所示的第一实施方式中的成形木制品1类似。图11是在根据该实施方式的方法的初次坯料成形歩骤中形成的初次 坯件在从其成形表面的后侧看时的立体图。图12是在根据该实施方式的 方法的初次坯料成形步骤中形成的初次坯件在从其成形表面的前侧看时 的立体图。图13是表示在根据该实施方式的方法的初次压縮步骤中的初次成型模具和初次坯件的剖视图。图14是表示在根据该实施方式的方法的初次压縮步骤中的初次成型模具和被压縮的初次压縮品的剖视图。图15是表示在根据该实施方式的方法的二次坯料加工步骤中的二次坯件的 剖视图。图13至图15中所示的剖面与沿图1的线A-A剖取的剖面相对应。如图11和图12所示，该实施方式的初次坯件102是从厚度为H。以 上的基材切削出的长方体块状件，其长度为L。，宽度为W。，高度为H。， 并且在初次坯料成形步骤中，在形成成形木制品1外表面的表面102a的 后侧102b上形成V形槽状的卸荷部102c (用于初次压縮的卸荷)。沿木 纤维方向将表面102a切削成平坦的。在表面102a上显现木纹103。长度 L。设定成与成形木制品1的侧部lc、底部la和侧部le的外表面的总长 度大致相同或比其长，宽度W。设定成与成形木制品1的侧部lb、底部 la和侧部ld的外表面的总长度大致相同或比其长。例如，长度L。设定 成与图2中的长度Ls大致相同或比Ls长。这里，"与外表面的长度大致相同或比其长"的长度是指可供表面 102a形成成形木制品1的外表面的长度。例如，这包括虽然长度L。开始 比U短，但通过由吸水或拉伸力引起的延长而变为等于或大于Ls的情况， 以及长度L。略大于U从而可在稍后切除额外长度的情况。设置卸荷部102c用以减少对初次坯件102进行初次压縮时的成形载 荷。通过切削出具有例如大致V形剖面的槽而在初次坯件102的后侧上
形成卸荷部102c，如图13所示。在适当部位以适当尺寸形成卸荷部102c， 使得在利用稍后所述的初次成型模具进行初次压縮时，初次坯件的成形表面不被过度拉伸。在该实施方式中，初次坯件102的表面102a通过初 次成型模具而形成为与弯曲部1B、1C、1D和1E的形状大致相同的形状， 使该表面的形状变成与最终三维形状大致相同。因此，如图12所示，在 与这些弯曲部1B、 1C、 1D和1E对应的弯曲成形部102d的后侧上设置 卸荷部102c。由于在初次压缩步骤中，木纤维通过高温水蒸汽而被软化，因而初 次坯件102易于通过压縮而变形。因此，基于压縮的变形首先在初次坯 件102的从模具表面10b接受大压縮力的部分进行，例如在突部10c附 近，并如图14所示，形成密度大于其周围部分的高压縮部20a。另一方 面，卸荷部102c被其周围压縮，其容积减小，从而变形成槽部120c。因 此，与不设置卸荷部102c的情况相比，减小了卸荷部102c附近的压縮 率。因而，可以防止由突部10c产生过大的压縮力。因此，可以防止高 压縮部120a的压縮率超过使木质材料的孔完全闭合从而不能进一步压縮 的所谓临界压缩率。这里，高压縮部120a设定成使其密度不超过成形木制品1至少所需 的密度。若存在密度可能超过成形木制品1所需密度的任何部分，有利 的是适当设定卸荷部102c的尺寸和形状，或者可对应于该部分而在模具 表面10a上设置适当形状的卸荷部。因此，由于在初次压縮步骤中，根据成形木制品1的形状大致形成 了该成形木制品1的最终三维形状的仅仅一部分，因而压缩阻力小，从 而即使用相对较小的压制力也可以容易地进行压縮。此外，尽管在内弯 部10d处，初次坯件102弯曲且密度易于增大，然而由于在弯曲成形部 102d的后侧上设置了卸荷部102c,因此与不设置卸荷部102c的情况相 比，可以降低高压縮部20a的密度。因此，可降低弯曲成形部102d处的 拉伸力，从而可以防止成形表面发生拉伸变形并可以防止木纤维被撕开。这里，相对于底部的初次成形表面121a以及侧部的初次成形表面 121c和121e，初次坯件102的表面102a形成沿木纤维方向的表面，且表
面102a的长度基本不变，从而露在该表面上的木纤维不被切削，并且表 面102a按照模具表面10b的三维形状成形。因此，表面102a的木纹103 基本上不会由于压縮力和拉伸力的影响或者由于切痕而混乱。而且，不 会由于与模具表面10b的摩擦引起的起毛而使外观受损，从而在确保满 意外观的情况下进行初次压缩。
在二次坯料加工步骤中，切削面121f比槽部120c的深度凹入更深， 从而使槽部120c不露在成形品的表面上。因此，切削面121f变成不留下 任何凹槽的光滑切削面。
如上所述，对于根据本实施方式的制造方法，由于使在形成有弯曲 部的部分的后侧上形成有卸荷部102c的初次坯件102与具有形成的成形 木制品的最终三维形状的一部分的模具表面10b接触，因而可减少初次 坯件102的后侧上的压縮力，从而不会在与模具表面接触的表面上产生 过大的拉伸力。因此，由于初次压縮品120的成形表面不过度延长而被 撕开并且不与模具表面摩擦，因而可得到具有优异外观的成形表面。而且，根据内表面上的三维形状的不均匀性对应于弯曲部在外表面 上设置初次坯件102的卸荷部102c，其中例如当在内表面上形成有成形 制品的凹部时，在进行初次压縮时，形成在外表面上的卸荷部102c受到 拉伸力而变宽。因此，缓和了内表面上的压缩力。此外，即使卸荷部102c 闭合，与不设置卸荷部相比也可降低密度。
在以上描述中，在初次坯料成形步骤中，对其中设置剖面为大致V 形的槽形卸荷部102c的实施例进行了描述。然而，为使弯曲部易于变形 并使初次压縮制品的密度适当，优选的是适当设定槽部的尺寸和形状。 例如，优选的是使设置在四个角部(在此处底部la、侧部lb和lc从三 个方向弯曲)的弯曲部处的卸荷部102c大于例如设在仅底部la和恻部 lb彼此相交的脊线上的弯曲部处的卸荷部102c。在以上描述中，描述了这样的实施例，其中卸荷部102c在初次压縮 后包含于在二次坯料加工步骤中切削初次压縮制品20时被切除的区域 中。然而，例如在成形木制品1的内表面上不要求表面加工精度和优异 外观的情况下，卸荷部102c可在压縮完毕之后留在切削面21f上。也就
是说，可适当设定卸荷部102c的深度。接下来对第二实施方式的改进方案进行描述。所述改进方案是这样的实施例，其改变了根据第二实施方式在初次 坯件中形成的卸荷部的形状。以下，主要描述与上述第二实施方式的不 同之处。图16和图17是用于描述根据所述改进方案的方法中的初次压縮步骤的剖视图。如图16和图17所示，在该改进方案中，利用初次坯件125而不是 根据上述第二实施方式的初次坯件102进行初次压縮步骤，使得形成初 次压縮品126。如图16所示，初次坯件125为这样的初次坯件，其设有 倾斜切削部125c (用于初次压縮的卸荷部)来代替初次坯件102的卸荷 部102c。倾斜切削部125c为通过对长度为L。、宽度为W。、高度为H0 的长方体初次坯件125的后侧122b上的脊部进行切削而形成的和缓倾斜 的平面。从而，如图17所示，可以适当设定突部10c附近的高压縮部120a 的尺寸和压縮率。此外，在该改进方案中，尽管倾斜切削部125c类似于曲线，然而其 可被倒角成类似于平面或者可适当改变，使得剖面形状变成例如波纹的 曲面。倾斜切削部125c的尺寸设定方式类似于卸荷部102c的情况。根据该改进方案，通过适当改变倾斜切削部125c的切削量和形状， 更能应付由于突部10c的形状而产生高压縮部。此外，在上述第二实施方式中，描述了在长方体块状件上形成V形 槽卸荷部102c的初次坯件102的实施例进行了描述，而在改进方案中， 描述了在长方体块状件上形成脊部被切除的倾斜切削部125c的初次坯件 125的实施例。然而，初次坯件的形状不限于长方体，而是可按照成形木 制品的形状适当更改。例如，可采用诸如柱形、半球形、锥形等各种形 状。而且，必要时可根据初次坯件的相应形状适当更改卸荷部的形状。例如，按照根据所述实施方式的成形木制品的相应部分的曲面形状 设置在以上描述中的初次坯件102和125的各个部分中形成的曲面形状。尽管以上描述并例示了本发明的优选实施方式，然而应当理解这些
是本发明的实施例而不应视为限制。在不背离本发明的精神或范围的情 况下，可进行增添、删减、替代或其它修改。因此，不应认为本发明受 以上描述的限制，其仅由所附权利要求的范围限定。 工业应用性根据本发明的用于制造成形木制品的方法适用于通过对木质材料进 行压縮成形来制造相对较薄且厚度大致恒定的高强度结构，所述结构例 如一侧开口的箱、壳体、容器、罩或壳状部件。本申请要求2005年2月25日提交的日本专利申请No.2005-050814 以及2005年2月25日提交的日本专利申请No.2005-050815的优先权， 通过参考将其内容结合于此。
权利要求
1、一种用于制造成形木制品的方法，该方法通过从原木切削出初次坯件并将该初次坯件形成为厚度大致均匀的最终三维形状来制造成形木制品，该方法包括初次压缩步骤，在该步骤中，通过模具表面的形状与所述成形木制品的最终三维形状大致相同的初次成型模具对从原木切削出的初次坯件进行压缩，从而将该初次坯件加工成初次压缩品，该初次压缩品具有高压缩部，该高压缩部形成在所述初次坯件的与压缩率高于周围部分的模具表面相对应的部分的附近；二次坯料加工步骤，在该步骤中，对所述初次压缩品进行切削而将其加工成二次坯件，该二次坯件的表面保留有被转印到所述高压缩部上的三维形状；以及二次压缩步骤，在该步骤中，利用二次成型模具对所述二次坯件进行压缩并将所述最终三维形状转印到该二次坯件上。
2、 根据权利要求l所述的用于制造成形木制品的方法，该方法还包括初次坯料成形步骤，该步骤用于在从原木切削出所述初次坯件时在 该初次坯件的一部分的后侧上形成卸荷部，所述部分待形成为与所述成 形木制品的最终三维形状大致相同的形状。
3、 根据权利要求2所述的用于制造成形木制品的方法，其中，所述 卸荷部形成在与所述初次成型模具的模具表面上的弯曲部接触的部分的 后侧上。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的用于制造成形木制品的方法， 其中，将所述二次坯件切削成使其厚度在所述高压縮部形成为相对较厚 的部分处较小，而在所述高压縮部形成为相对较薄的部分处较大。
5、 根据权利要求1至4中任一项所述的用于制造成形木制品的方法， 其中，将所述二次坯件切削成使得厚度在与所述二次成型模具的滑动方 向相交方向上的部分比厚度在所述二次成型模具的滑动方向上的部分薄。
6、根据权利要求1至5中任一项所述的用于制造成形木制品的方法， 其中，所述成形木制品最终呈现三维形状，该三维形状具有沿着与所述 二次成型模具的滑动方向大致垂直的方向的底部以及从该底部的周边朝 向所述二次成型模具的滑动方向弯曲的侧部；并且其中，通过所述初次压缩步骤将与所述侧部大致相同的形状转印到 所述初次坯件上，并且所述初次坯件的转印有与该侧部形状大致相同的 部分是所述高压縮部。
全文摘要
本发明提供了一种用于制造成形木制品的方法。该方法通过从原木切削出初次坯件并将该初次坯件形成为厚度大致均匀的最终三维形状来制造成形木制件，该方法包括初次压缩步骤，在该步骤中，通过初次成型模具对初次坯件进行压缩，从而将该初次坯件加工成初次压缩品(20)，该初次压缩品(20)具有在所述初次压缩坯件的与模具表面相对应的部分附近形成的高压缩部(20a)；二次坯料加工步骤，在该步骤中，对所述初次压缩品进行切削而将其加工成二次坯件(21)；以及二次压缩步骤，在该步骤中，利用二次成型模具对所述二次坯件进行压缩并将所述最终三维形状转印到该二次坯件上。
文档编号B27M1/02GK101119831SQ20068000482
公开日2008年2月6日 申请日期2006年1月16日 优先权日2005年2月25日
发明者网野广之, 西村尚, 铃木达哉 申请人:奥林巴斯株式会社