JP3292952B2 - 木材の形状固定処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、木材を建築用資材
の製品として出荷する前に施される木材の形状固定処理
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】山林から伐採された原木は、先ず、直材
と曲がり材とに分別される。このうち、直材について
は、そのまま製材加工され乾燥した後、直ぐに建築資材
として使用しても差ほど問題は起こらないが、曲がり材
については製材・乾燥後に曲がりや狂いが発生し易いと
いう問題があった。また、直材であってもアテや芯ず
れ、不完全乾燥などの理由により、後日、曲がりや狂い
が発生することがある。

【０００３】積層集成材は、狂いも少なく、強度も高い
ことから近年使用が増加しているが、接着剤が人体に与
える健康問題や製造コストが高いという問題があり、需
要者のニーズに真に答えるものではない、このため、自
然素材だけで構成された狂わない強い木材の開発が望ま
れて来た。

【０００４】そこで、木材を塑性加工して曲げ戻し加工
あるいは圧縮加工を行い、その形状を変形させると共
に、強度を高め、その後固定化する塑性加工手段が採ら
れる。この木材の塑性加工は、概略、可塑化・変形・固
定化の工程によりなる。すなわち、木材を可塑化、すな
わち軟化させた後、矯正固定して変形させ、そのままそ
の形状に固定するものである。また、木材を含水率２０
％以下にすると、強度も増し狂いも無くなると言われて
いるが、含水を２０％以下にするためには、高いコスト
と長い時間が必要とされる。さらに、従来の熱乾燥処理
方法であると、一回の熱処理だけで乾燥処理するため、
理想的な乾燥（含水率２０％以下）ができたとしても、
木材が水を含むと回復し、再び元の形状に戻ってしまう
という問題があった。

【０００５】木材を可塑化させる方法としては、以下の
ような方法がある。 （１）煮沸・燃焼ガス・水蒸気による加熱方法 木材を沸騰水中又は燃焼ガス、水蒸気中で加熱する方法
であり、木材の細胞壁の構成成分が熱軟化するため、木
材は柔らかくなり、大きく変形させることができる状態
となる。 （２）マイクロ波による加熱方法 含水状態の木材に、マイクロ波を照射する方法であり、
木材全体を短時間に加熱することができる。 上記いずれの方法を用いても、可塑化（軟化）した木材
を、矯正して変形させた状態のまま、乾燥させることに
より形状を固定できる。しかし、これらの方法によって
固定化された変形形状は、木材が水を含むと回復し、再
び元の形状に戻ってしまうという問題があった。

【０００６】この形状回復を解決するために、回復を抑
制する固定化方法として、以下の方法がある。 （３）合成樹脂含浸による固定化 水溶性の合成樹脂（例えば、フェノール樹脂）を含浸さ
せた木材を熱軟化させて変形し、その後、樹脂を硬化さ
せることによって固定化する方法である。この方法で
は、木材が疎水化され、変形後の回復も抑制され、有効
な固定が行われる。しかし、硬化した樹脂によって、本
来、木材が有する吸湿性や通気性などの優れた特性を失
活してしまうという問題がある。 （４）高圧蒸気下での固定化 木材を加圧し、且つ高温の水蒸気下で熱軟化させる方法
であり、短時間で変形形状の固定化が行われるのが特徴
である。しかし、このような高温、高圧の条件を達成す
るための装置には、圧力釜内にボイラーから高圧水蒸気
を導入する機構を持つ高価で大規模な装置が必要とされ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、木材を
狂わなく強くする方法は種々あるが、木材形状の固定と
材木強化を実現しているものは、樹脂含浸を併用させた
方法と、高温による圧密化処理があるに過ぎない。しか
し、これらの方法は、木材特性の失活やコストが嵩むな
どの欠点がある。また、木材の含水率を２０％以下に下
げると強く狂い難くなるが、長い時間が必要で、設備費
が高く、管理が難しく、芯部の含水率が下がり難く均一
な乾燥が困難であるという問題がある。この場合、後日
の吸湿により狂いが発生することもある。また、古来よ
り燃焼ガス（煙）で燻す乾燥方法があるが、煙は多量の
水分を含んでいるため、この燃焼ガスにより含水率２０
％以下に乾燥させることは困難と考えられる。理想的な
乾燥を行なうには、湿熱風や水分を含む燃焼ガスにより
一次熱処理し、その後、乾熱風で材内を加熱し、水分を
除去して乾燥するための二次熱処理をするのが良い。本
発明は、上記問題点に鑑み、木材本来の持つ有益な特性
を残したまま、圧密化することにより強度を強めたり、
変形後の木材形状を固定する方法を提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の木材の形状固定方法は、含水状態（含水率
２０％以上）の木材を、水分を与えながら材内が６０℃
〜１００℃の温度になるように保温又は加熱して可塑化
しながら外力を与えて矯正固定し、この状態で自然冷却
して養生させる一次処理工程と、この一時処理工程で得
られた木材を、矯正固定した状態のまま、再度水分を与
えながら、材内が６０℃〜１００℃の温度になるように
再保温又は再加熱し、この状態で常温まで自然冷却させ
て乾燥させる二次処理工程、又は、一時処理工程で得ら
れた木材を、矯正固定した状態のまま、乾熱風等を使用
して材内を再加熱しながら水分を除去して乾燥させる二
次処理工程のいずれかの工程からなることを特徴とす
る。本発明により処理する木材は、含水率の高い木材が
好適である。これは、材内が加熱されたときに、水分が
熱伝導の媒体となり芯部まで熱が均一に伝わり、細胞内
や細胞壁の構成成分に無理なく変化を起こさせるのに有
効だからである。したがって、含水率の低い木材では、
水分を含ませた湿熱気で加熱処理を行なうのが良い。ま
た、含水状態の表皮付き丸太は、表皮がラップの役目を
果すため好適に処理できる。

【０００９】また、請求項３に係る木材の形状固定処理
装置は、熱風が通過可能な間隙を有するように、多数の
処理木材を多段に積載する載置台と、前記載置台を開閉
自在に被覆するドーム屋根を有する加熱処理室と、乾熱
風、湿熱風、燃焼ガス又は外気のうち少なくとも一種の
送風を選択して行う熱風発生装置とから成り、木材の加
熱処理と乾燥処理を行うことを特徴とする。

【００１０】本発明方法の要旨は、木材を可塑化させ変
形させた後、水分を付与した状態で、再度加熱すること
により木材の変形形状を固定するものである。本発明に
より処理することができる木材の種類はとくに限定され
ず、針葉樹でも広葉樹でもその太さや長さに関係なく処
理することができる。とくに含水率の高い木材や皮付の
木材に対して好適である。これは、木材内部の組織が煮
えた状態になり、細胞壁の変化に有効だからである。し
たがって、含水率の低い木材では、処理室内で散水して
水分を含ませた状態にするのが良い。

【００１１】含水木材に熱を与えると、木材成分が軟化
し、自然に冷却乾燥することにより固化される。すなわ
ち、軟化しているとき、プレスで外圧を与えると木材繊
維を傷めず変形できることは、木材の塑性加工や成形木
材を作る方法として一般的に行われている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明方法を従来方法と比
較して説明する。まず、木材の軟化点温度を知り得るべ
く、下記の試験を行なった。尚、木材の圧縮方向は全て
繊維と直交する方向とした。

【００１３】

【試験例１】まず、縦３２ｍｍ×横４５ｍｍ×高さ５０
ｍｍのブロック状の杉材を１５分間煮沸した後、縦方向
に２０ｍｍまで圧縮し、含水且つ圧縮固定したままの状
態で、常温で自然冷却し乾燥したものを試料１（一次加
熱圧縮処理乾燥材）とした。また、縦３２ｍｍ×横４５
ｍｍ×高さ５０ｍｍのブロック状の杉材を１５分間煮沸
した後、縦方向に２０ｍｍまで圧縮し、含水且つ圧縮固
定したままの状態で、常温で自然冷却した後、再度、１
５分間煮沸し、常温で自然冷却したものを（二次加熱圧
縮処理材）試料２とした。

【００１４】次いで、これらの試料１及び試料２につい
て、それぞれ、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０
℃、９０℃、１００℃の熱水中に浸漬した後の形状の回
復度を調べた。その結果を図１のグラフに示す。グラフ
から明らかなように、試料１（一次加熱圧縮処理乾燥
材）は、含水と同時に大きく形状回復するが、試料２
（二次加熱圧縮処理材）は６０℃を境に急激な形状の回
復が見られた。すなわち、含水状態で６０℃以上に加熱
することにより、木材が軟化することが予想できる。

【００１５】次いで、本発明方法を従来方法との木材の
形状回復度を比較するべく下記の実験を行なった。

【００１６】

【実験例１】縦３２ｍｍ×横４５ｍｍ×高さ５０ｍｍの
ブロック状の杉材を、材内が６０℃以上になるように煮
沸した後、縦方向に２０ｍｍまで圧縮し、この状態で乾
燥させたものを一次加熱圧縮処理乾燥材（実験体Ａ）と
し、圧縮後、含水状態のまま圧縮固定を解放したものを
一次加熱圧縮処理含水材（実験体Ｘ）とし、圧縮後、含
水状態のまま自然冷却し、再度、材内が６０℃以上とな
るように煮沸して二次加熱処理をし、自然冷却後、速や
かに圧縮を解放したものを二次加熱圧縮処理含水材（実
験体Ｂ）として、３種類の実験体を作り寸法変化を測定
し、他の熱処理方法と比較した。

【００１７】

【実験例２】実験例１と同じ杉材ブロックを、一晩水に
浸し含水を高め、マイクロ波を３分間照射し、実験例１
と同様に、一次加熱圧縮処理乾燥材（実験体Ｃ）と、二
次加熱圧縮処理含水材（実験体Ｄ）の２種類の実験体を
作った。尚、二次加熱処理での加熱方法は、一時加熱処
理と同じくマイクロ波を３分間照射して行なった。

【００１８】

【実験例３】実験例１及び実験例２と同じ杉材ブロック
を９７℃の水蒸気によって３０分間蒸煮し、実験例１と
同様に、一次加熱圧縮処理乾燥材（実験体Ｅ）と、二次
加熱圧縮処理含水材（実験体Ｆ）の２種類の実験体を作
った。尚、二次加熱処理での加熱方法は、一時加熱処理
と同じく９７℃の水蒸気によって３０分間蒸煮して行な
った。

【００１９】上記の実験体Ａ、Ｂ、Ｘ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ
について、変形形状が固定化されているか確認するため
に、各々の試料についての処理直後及び自然乾燥時の縦
寸法、更に４０℃の熱水中に浸漬した後の縦寸法を測定
した結果を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、一次加熱だけを
行った実験体Ａ、Ｃ、Ｅは形状回復率が高く、形状の固
定化がほとんど行われていないのに対し、本願発明処理
方法により二次加熱処理を行なった実験体Ｂ、Ｄ、Ｆで
は形状はほとんど回復せず、ほぼ変形形状の固定が行わ
れていることが判る。尚、一次加熱処理後、含水状態の
まますぐに圧縮固定を解放した実験体Ｘについては、単
なる自然乾燥のみによって急激な形状回復が見られた。

【００２２】以上のことから、木材を加熱していくと、
材内温度が６０℃〜８０℃を頂点として成分軟化が始ま
り、外力を与えると変形させることができ、変形させた
ものを常温で自然冷却し、この状態で水分を除去し乾燥
（含水率２０％以下）させると、外力により材内（細胞
壁）に発生した反発力（内部応力）が乾燥により固化さ
れ、また、加熱により軟化し、外力により圧縮された細
胞中の木材成分が自然冷却により固化する。この成分に
は外力により回復力が発生するがこれも同じく自然冷却
により固化される。

【００２３】このため、一次加熱圧縮処理したものを自
然冷却後、含水状態のまま固定状態から解放すると、乾
燥するまでに形状が回復してしまう（上記実験体Ｘ）。
また、一次加熱圧縮処理した乾燥材には水分を与えるだ
けで形状が回復してしまう（上記実験体Ａ、Ｃ、Ｅ）。
この問題を解決する方法として、含水状態のまま変形固
定した状態で自然冷却し、それを再加熱し、安定処理
（二次加熱処理）や乾燥処理を行うと形状を固定できる
ことが判る。しかしながら、再加熱で安定処理（二次加
熱処理乾燥木材：上記実験体Ｂ、Ｄ、Ｆ）したものでも
再度６０℃以上の温度と水分を与えると形状が回復す
る。しかしながら、日常生活において、６０℃の温度と
水分が発生することは考えにくい。このため、建築資材
として使用しても何ら問題は起こらないと考えられる。

【００２４】本発明方法は、例えば次のような装置によ
り実施することができる。以下、本発明装置の実施の形
態を図面に示す実施例により説明する。図２は本発明の
一実施例に係る木材の形状固定処理装置の斜視図、図３
は本発明処理装置の概略構成を示す説明図、図４はプレ
ス装置の一例を示す説明図、図５は養生ケースを示す斜
視図、図６及び図７はプレス装置の他の例を示す説明図
である。

【００２５】

【実施例１】図２及び図３に示すように、本発明に係る
形状固定処理装置は、処理すべき木材Ｗが多数収容可能
な加熱処理室１と、この加熱処理室１に併設され、加熱
処理室１内へ熱風を送風する熱風発生装置２と、加熱処
理室１と熱風発生装置２とを連結する煙道３と、熱風が
通過可能な間隙を有するように、多数の処理木材Ｗを多
段に積載する載置台４とから構成されている。ここで、
加熱処理室１は、載置台４を被覆するドーム屋根１Ａを
有しており、このドーム屋根１Ａの下端に取付けられた
車輪５でもって加熱処理室１の底板１Ｂの両側端に設け
られた一対の軌道６上を平行移動できるようにされてい
る。加熱処理室１内を開閉可能としている。

【００２６】加熱処理室１の底板１Ｂは耐火コンクリー
ト製で、その上には、同じく耐火コンクリート製のドー
ム状の屋根１Ａを開閉自在に覆設してあり、ドーム屋根
１Ａを閉じた状態において、加熱処理室１内が密閉でき
るように、ドーム屋根１Ａ下縁と底板１Ｂとの間にパッ
キング等（図示せず）を介してシールすることができる
ようにされている。また、加熱処理室１の前方には加熱
処理室１内で冷めた空気が排出される煙突７が取付けら
れている。尚、図中、８は熱風循環用のパイプ、９は循
環用ブロワーである。

【００２７】熱風発生装置２も加熱処理室１と同様に耐
火コンクリート製で、密閉された箱状に形成され、加熱
処理室１の後部近傍に配置されている。熱風発生装置２
は、蛇腹状で表面積を大きくされた放熱板２ｂを加熱す
る燃焼室２ａと、ここで、加熱された空気を送風ファン
２ｃにより加熱処理室１内に送風する構成とされてい
る。尚、燃焼室２は、耐化レンガ、耐化コンクリート、
粘土等による耐火造り。前記加熱処理室１は、石、レン
ガ、コンクリートブロックなどの保温材料を用いるもの
でもよい。

【００２８】加熱処理装置１の後端部は、２本の円筒状
の煙道３でもって熱風発生装置２と連通されている。こ
の煙道３には、処理目的に応じて乾熱風、湿熱風、燃焼
ガスを選択するための切替弁３ａ、熱循環用パイプ８に
は、外気を導入するための切替弁８ａが設けられてお
り、形状固定処理や乾燥処理のいずれにも対応できるよ
うにされている。

【００２９】以下に形状固定処理装置を用いて木材を処
理する方法について説明する。

【００３０】先ず、ドーム屋根１Ａを開放した状態で、
加熱処理室１内部に処理すべき含水状態の木材Ｗを、熱
風が通過可能な間隙を有するように、桟木４ａでもって
桟切して多段に積載し、その最上段に重石Ｐを載置す
る。次いで、ドーム屋根１Ａを移動させて加熱処理室１
を閉じ、熱風発生装置２からの熱風を加熱処理室１内へ
導入して一次加熱処理を行う。熱風発生装置２の燃料と
しては、ガス、石油、蒔を用いるが、熱風発生装置２に
代えて廃棄物の焼却炉等から発生する熱風を利用するよ
うにしても良い。

【００３１】熱風発生装置２で燃料を燃焼させることに
より発生する帯熱した空気は、煙道３を通り、加熱処理
室１内部へ流入し、加熱処理室１内部に載置した木材Ｗ
を加熱する。加熱処理室１内に流入した熱風は、温度が
低下すると加熱処理室１の底部を流動し、煙突７により
外部に排出される。図中、７ａは排気と循環気との切替
弁である。

【００３２】一次処理工程の加熱処理における木材の含
水率は２０％以上であれば良いが、５０％以上あるのが
好ましい、そこで、含水率の低い木材は、水槽等に浸漬
して、予め含水率を上げておくか、水分を与えながら加
熱するのが良い。そして、木材Ｗに重石Ｐを載せ真っ直
ぐに矯正固定した状態で、材内が６０℃〜１００℃の温
度になるように加熱する。これにより木材Ｗを可塑化
（すなわち、軟化）することができる。次いで、この矯
正固定した状態で自然冷却して養生させて一次処理工程
を終了する。次ぎに、この一次処理工程で得られた木材
Ｗを、矯正固定した状態で、水分を与えながら、材内が
６０℃〜１００℃の温度になるように再加熱した後、矯
正固定した状態で自然冷却を行って二次処理工程を終了
すると、固定化された成形木材が得られる。

【００３３】各処理工程での具体的な水分付与方法は、
図３に示すように、熱風発生装置２の燃焼室２ａ内の放
熱板２ｂ上に水を滴下して水蒸気を発生させ、この水蒸
気によって加熱処理室１内を加熱することにより行う
か、又は、含水の高い蒔（木質燃料）を使用して、水分
を多量に含んだ燃焼ガスにより行なう。

【００３４】図４は、一次処理工程での矯正固定を行う
プレス装置を説明するものであり、柱状木材Ｗの四側面
を同時に押圧しながら移送する４本の無限履帯１０でも
って木材Ｗを連続的に圧縮しながら矯正して行き、圧縮
後、直ぐに図５に示すような養生ケース１１に収容し、
この状態で自然冷却させた後、水分を与えながら再加熱
するものである。これにより、密度が増した狂わない木
材が得られる。

【００３５】図６は、プレス装置の他の例を説明するも
のであり、４枚のアングル板１２をシリンダー１３でも
って柱状木材Ｗの四側面を同時に押圧して矯正し、圧縮
後、直ぐにこれらアングル板１２をバンド１４で固定す
る。そして、この状態で自然冷却させた後、水分を与え
ながら再加熱するものである。

【００３６】図７もまた、プレス装置の他の例を説明す
るものであり、断面略台形状の４枚の押圧板１５でもっ
て柱状木材Ｗの四側面を同時に圧縮矯正するものであ
る。この装置は、押圧板１５の押圧面に多数の溝条１５
ａが形成され、木材表面を強力に圧密化するのに適して
いる。圧縮後、木材Ｗの表面にできる凹凸は、プレーナ
ーにより削って平滑面に仕上げる。

【００３７】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したので、木
材本来の持つ有益な特性を残したまま、圧密化すること
により強度を強めたり、変形後の木材形状を固定化する
ことができるばかりでなく、可塑化並びに固定化処理の
ために、高価で大規模な装置を不要とし、低コストで優
れた建築用木材が得られるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】木材の形状回復状態を示すグラフである。

【図２】本発明の一実施例に係る木材の形状固定処理装
置の斜視図である。

【図３】本発明処理装置の概略構成を示す説明図であ
る。

【図４】プレス装置の一例を示す説明図である。

【図５】養生ケースを示す斜視図である。

【図６】プレス装置の他の例を示す説明図である。

【図７】プレス装置の他の例を示す説明図である。

【符号の説明】

Ｗ 木材 Ｐ 重石 １ 加熱処理装置 １Ａ ドーム屋根 １Ｂ 底板 ２ 熱風発生装置 ２ａ 燃焼室 ２ｂ 放熱板 ２ｃ 送風ファン ３ 煙道 ３ａ 切替弁 ４ 載置台 ４ａ 桟木 ５ 車輪 ６ 軌道（レール） ７ 煙突 ８ 熱風循環用パイプ ８ａ 切替弁 ９ 循環用ブロワー １０ 無限履帯 １１ 養生ケース １２ アングル板 １３ シリンダー １４ バンド １５ 押圧板 １５ａ溝条

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 含水状態（含水率２０％以上）の木材
   を、水分を与えながら材内が６０℃〜１００℃の温度に
   なるように保温又は加熱して可塑化しながら外力を与え
   て矯正固定し、この状態で自然冷却して養生させる一次
   処理工程と、この一時処理工程で得られた木材を、矯正
   固定した状態のまま、再度水分を与えながら、材内が６
   ０℃〜１００℃の温度になるように再保温又は再加熱
   し、この状態で常温まで自然冷却させて乾燥させる二次
   処理工程、又は、一時処理工程で得られた木材を、矯正
   固定した状態のまま、乾熱風等を使用して材内を再加熱
   しながら水分を除去して乾燥させる二次処理工程のいず
   れかの工程からなることを特徴とする木材の形状固定処
   理方法。