【手続補正書】
【提出日】平成16年12月13日(2004.12.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  木材の改質化方法、及び木材の改質化装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  乾燥した木材を入れた密閉容器内を減圧して所定時間保持する工程と、減圧状態の前記密閉容器内で木材を水又は所定の薬剤を溶解させた水に浸漬して所定時間保持する工程と、前記木材を水又は所定の薬剤を溶解させた水に浸漬した状態で前記密閉容器内を高圧にして所定時間保持する工程と、を含むことを特徴とする木材の改質化方法。
【請求項２】
前記水は弱酸性水であることを特徴とする、請求項１に記載の木材の改質化方法。
【請求項３】
乾燥した木材を入れた密閉容器内を減圧して所定時間保持する工程と、減圧状態の前記密閉容器内へアルカリ金属の水酸化物の水溶液を供給し、前記木材を当該水溶液に浸漬して所定時間保持する工程と、前記木材を前記水溶液に浸漬した状態で前記密閉容器内を高圧にして所定時間保持する工程と、前記木材を所定時間水又は所定の薬剤を溶解させた水に浸漬する工程と、を含むことを特徴とする木材の改質化方法。
【請求項４】  前記薬剤は、防腐剤であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの請求項に記載の木材の改質化方法。
【請求項５】  前記薬剤は、難燃剤であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか1つの請求項に記載の木材の改質化方法。
【請求項６】  木材が供給されるトレイが内部に設置され、該木材を減圧状態にて保持できる密閉容器と、
減圧状態の前記密閉容器内に水又は所定の薬剤を溶解させた水を供給する給水配管と、
前記木材を水又は所定の薬剤を溶解させた水に浸漬させた状態で、前記密閉容器内を室内圧力４〜７ｋｇｆ／ｃｍ2に加圧する加圧装置と、
を含むことを特徴とする木材の改質化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、乾燥した板状の木材を曲げ加工ないしねじり加工するのに先立ってこれを可塑化させる等、木材の性状を改質化する方法、及びその方法の実施に使用する改質化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
板状の乾燥木材を曲げ加工ないしねじり加工するには、材料を十分に可塑化させた後、これを一定形状に変形保持した状態で乾燥させる。
木材を可塑化させる従来技術として、例えば特公平１−３９８８１号公報には、乾燥した木材を密閉容器に入れて減圧下におき、その後当該密閉容器に水蒸気を充填して木材の導管内に選択的に水分を含浸させるとともに、加熱して当該木材を軟化膨潤状態とすることが提案されている。
例えば特公平２−６０４８１号公報には、乾燥した木材を入れた密閉容器内を減圧した上で当該木材に水を接触させて当該木材の導管内に水を含浸させ、次いで前記木材を蒸気加熱して軟化膨潤状態とすることが提案されている。
また、特公平４−６７４８６号公報には、木材にアルカリ金属の水酸化物の水溶液を含浸させ、所定時間放置したのち水洗し、酸で中和後再び水洗して、次ぎに水と相溶性のある高沸点の液体を木材内に含浸させることが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特公平１−３９８８１号及び特公平２−６０４８１号に開示された乾燥木材の可塑化方法によれば、水分を含んだ板状の木材を蒸気加熱するのであるが、蒸気加熱の際に木材は蒸煮状態に置かれ、木材を煮沸した場合と同様に後の工程で所定形状に変形保持した状態で乾燥（加熱乾燥）させると木材が収縮し、その収縮率はそれぞれ木材の状態によって異なるから、均質な曲げ加工木材を製造することができなかった。
また、特公平４−６７４８６号公報に開示されたアルカリ処理された木材は、著しい可塑性を示す一方、変形状態で乾燥させる際に著しく収縮する。同公報では、この収縮を防ぐため木材を酸で中和しさらに水洗した後、水と相溶性のある高沸点の液体（ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールメタアクリレート、グリセリン、エチレングリコール等）を木材内に含浸させているが、なお十分に収縮を防ぐことはできなかった。またこの方法では、水洗が不十分な場合には成形後の木材が変色することがあった。
【０００４】
本発明の目的は、木材の曲げ加工時又はねじり加工時に収縮や割れ，変色等がなく、均質に加工するとすることができるように木材を可塑化し、改質化する方法及び装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る木材の改質化方法は、前述の課題を解決するため以下のように構成したものである。
すなわち、請求項１に記載の木材の改質化方法は、乾燥した木材を入れた密閉容器内を減圧して所定時間保持する工程と、減圧状態の前記密閉容器内で木材を水又は所定の薬剤を溶解させた水に浸漬して所定時間保持する工程と、前記木材を水又は所定の薬剤を溶解させた水に浸漬した状態で前記密閉容器内を高圧にして所定時間保持する工程と、を含むことを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載の木材の改質化方法は、請求項１の木材の改質化方法において、前記水が弱酸性水であることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載の木材の改質化方法は、乾燥した木材を入れた密閉容器内を減圧して所定時間保持する工程と、減圧状態の前記密閉容器内へアルカリ金属の水酸化物の水溶液を供給し、前記木材を当該水溶液に浸漬して所定時間保持する工程と、前記木材を前記水溶液に浸漬した状態で前記密閉容器内を高圧にして所定時間保持する工程と、前記木材を所定時間水又は所定の薬剤を溶解させた水に浸漬する工程と、を含むことを特徴としている。
請求項４に記載の木材の改質化方法は、請求項１〜３のいずれか１つの請求項に記載の木材の改質化方法において、前記薬剤が、防腐剤であることを特徴としている。
請求項５に記載の木材の改質化方法は、請求項１〜４のいずれか１つの請求項に記載の木材の改質化方法において、前記薬剤が、難燃剤であることを特徴としている。
請求項６に記載の木材の改質化装置は、木材が供給されるトレイが内部に設置され、該木材を減圧状態にて保持できる密閉容器と、減圧状態の前記密閉容器内に水又は所定の薬剤を溶解させた水を供給する給水配管と、前記木材を水又は所定の薬剤を溶解させた水に浸漬させた状態で、前記密閉容器内を室内圧力４〜７ｋｇｆ／ｃｍ2に加圧する加圧装置と、を含むことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、本発明に係る木材の改質化方法及び改質化装置の好適な実施形態を説明する。
図１は以下の実施形態で使用される密閉容器とその付属設備を示す概略断面図、図２は可塑化木材を変形保持した状態の一例を示す正面図、図３は可塑化木材を変形保持した状態の他の例を示す正面図である。
【０００９】
第１実施形態
乾燥した板状の木材１を入れた密閉容器２内は、真空ポンプ３を作動させて減圧され、この減圧状態は所定時間保持される。密閉容器２内には棚又はトレイ２０が設置され、木材１は減圧開始前に前記棚又はトレイ２０上に供給される。
木材１には通常５〜１５ｗｔ％の含水率のものが使用され、その厚みは１５ｍｍ以下であるのが好ましい。
密閉容器２内の好ましい真空度や減圧下での保持時間は、木材１の種類や状態によって異なるが、要は木材１内のガスが脱気されればよいので、６０ｔｏｒｒ（≒７９９９Ｐａ、１ｔｏｒｒ≒１３３．３２２Ｐａで換算）以下、保持時間１時間以内を一応の目安とし、木材１の種類や状態に応じて適宜決定する。
木材１はこのように減圧下で所定時間保持される間、内部のガスが脱気され、後工程で水が効率よく吸収される。
【００１０】
次いで、減圧状態の密閉容器２内には給水配管５より水４が供給され、木材１を水４に浸漬した状態で所定時間保持する。水４は木材１が蒸気加熱されない（蒸煮の状態にならない）程度の温度以下（５０℃以下）の温水であるのが好ましく、また、水４には防腐剤や難燃剤等の薬剤を溶解させることができる。
給水配管５には図示しない給水タンクが接続されているとともに、バルブ５０が取り付けられている。
木材１を減圧下で水４に浸漬して保持する時間は、木材１の樹種や厚み及び密閉容器２内の真空度等により異なるが、概ね２〜４時間程度とし、水の浸透性の悪い木質の材料であればこの範囲で浸漬時間を長くし、水の浸透性の良い木質の材料であれば、浸漬時間を短くするように加減する。
木材１を減圧下で水に浸漬し、この状態を所定時間保持することにより、木材１の組織中に水を効率的に浸透させる。
【００１１】
さらに、密閉容器２へ接続された加圧配管６のバルブ６０を操作し、木材１を水に浸漬した状態で加圧配管６の図示しないコンプレッサにより密閉容器２内を高圧にして所定時間保持し、木材１の組織中への水の浸透を一層促進させ、当該木材を軟化膨潤状態にする。
密閉容器２内の設定圧力や保持時間は木材２の樹種や厚みにより異なるが、木質や水の浸透性の良否等により、室内圧力４〜７ｋｇｆ／ｃｍ2 （≒３９２〜６８６ｋＰａ、１ｋｇｆ／ｃｍ2 ≒９８ｋＰａで換算）、保持時間９〜１４時間程度の範囲内で加減調整する。保持時間が９時間未満であると木材の膨潤化が不十分になり易く、１４時間を超える時間は膨潤化に寄与することが少なく無駄になる。
前記工程により木材１の可塑化の工程は終了する。
【００１２】
前述の工程の後、排水配管５ａのバルブ５１を操作し、当該排水配管５ａを通じて密閉容器２内の水を給水配管５中の給水タンクへ還流させる。
その後、密閉容器２から排気して当該密閉容器２内を大気圧（常圧）に戻し、木材１を取り出し、図２で示すような成形型７に挟んで固定した状態で図示しない乾燥室に供給し、この状態で当該木材１を乾燥させる。乾燥工程では熱風乾燥するのが効率的である。
乾燥後木材１を成形型７から外し、必要な表面加工を行って製品とする。可塑化した木材１をねじれ状に曲げ加工するには、例えば図３のように一対の成形治具８，８により木材１の両端を挟んでねじり、この状態で乾燥室に供給して乾燥させる。
【００１３】
前記実施形態の木材の改質化方法によれば、乾燥した板状の木材１を減圧下で所定時間保持することにより木質内から脱気し、当該木材１を減圧下で水に浸漬して所定時間保持することにより脱気後の木質内へ水を浸透させ、さらに水への浸漬下で加圧し、この状態を所定時間保持するので木材１が十分な軟化膨潤状態になり、収縮や割れ，変色等がなく円滑かつ均質に曲げ加工ないしねじり加工することができる可塑性のある木材へと改質化できる。
なお、水４に防腐剤や難燃剤等の薬剤を溶解させた場合は、可塑化の過程で、防腐性、難燃性の高い木材へと改質化される。
【００１４】
第２実施形態
多くの針葉樹材は第１実施形態の改質化方法で処理することにより、当該木材を収縮や割れ，変色等がなく円滑かつ均質に曲げ加工ないしねじり加工することができる状態に可塑化することができる。
しかし、例えばカラマツやベイマツ等のように水の浸透性がややわるい木材を対象とする場合には、前記水には微量（１〜２ｗｔ％）の酢酸等（木になじみ易い木酢液等を使用するのが好ましい。）を加えた弱酸性水を用いるとより円滑に曲げないしねじり加工することができる可塑性のある木材へと改質化することができる。
この実施形態の改質化方法における他の構成や作用・効果は、第１実施形態の場合と同様であるのでそれらの説明は省略する。
【００１５】
第３実施形態
水によっては可塑化し難い広葉樹材を対象とする場合には、第１実施形態における水に代えてアルカリ金属の水酸化物の水溶液を使用する。
すなわち先ず、乾燥した板状の木材１を入れた密閉容器２内を減圧して所定時間保持する。気密容器２内の真空度とその保持時間については、第１実施形態の場合とほぼ同様な基準により決定される。
【００１６】
次ぎに、減圧状態の前記密閉容器２内へアルカリ金属の水酸化物の水溶液を供給し、木材１を当該水溶液に浸漬して所定時間保持する。保持時間の目安については、第１実施形態の場合とほぼ同様である。
アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）が好ましく使用される。これらのアルカリ金属の水酸化物の５〜２０％（ｗｔ％）水溶液を調製し、これを減圧状態の密閉容器２へ供給する。
減圧下で木材１をアルカリ金属の水酸化物の水溶液（以下単に「アルカリ水溶液」という。）へ所定時間浸漬することにより、当該水溶液を木材１へ含浸させる。
【００１７】
さらに、木材１をアルカリ水溶液に浸漬した状態で密閉容器２内を高圧にして所定時間保持する。密閉容器２内の設定圧力や保持時間は、第１実施形態の方法の場合とほぼ同様な基準で設定される。
密閉容器２内を高圧にして所定時間保持することにより、アルカリ水溶液を木材１の組織内へできるだけ短時間で浸透させ、その可塑化を促進させる。
【００１８】
次いで、密閉容器２内から前記水溶液を排出し、当該密閉容器２内を常圧まで減圧した後、当該密閉容器２から木材１を取り出し、これを所定時間水（温水、所定の薬剤を溶解させた水を含む）に浸漬する。
浸漬時間はアルカリ水溶液が水とほぼ完全に置換されるまでの時間であり、木材１の樹種や厚みにより異なるが、通常１〜３時間の範囲内で設定する。
【００１９】
以上で木材１の可塑化処理を終了するが、アルカリ水溶液が木材１の組織内へ浸透して木材１が可塑化した後、アルカリ水溶液が水と置換されても木材１に付与された可塑性は維持される。水４に防腐剤や難燃剤等の薬剤を溶解させた場合は、アルカリ水溶液との置換の過程で、防腐性、難燃性の高い木材へと改質化される。
その後は第１実施形態の場合と同様な要領により、木材１を曲げ加工又はねじり加工する。
【００２０】
第３実施形態の改質化方法によれば、木材１へアルカリ水溶液が十分に浸透することによって好ましく可塑化され、この可塑性はアルカリ水溶液が水と置換されても失われないので、木材を割れがなく円滑かつ均質に曲げ加工又はねじり加工することができる可塑性のある木材へと改質化できる。
木材に含浸したアルカリが水と置換されているので、曲げ加工又はねじり加工の際に収縮することはなく、また変色することもない。なお、この水に防腐剤や難燃剤等の薬剤を溶解させた場合は、置換の過程で、防腐性、難燃性の高い木材へと改質化される。
【００２１】
実施例−１
密閉容器内に板厚６ｍｍ，含水率約１０％のヒノキ板からなる木材１０枚を投入し、密閉容器内を２０ｔｏｒｒに減圧し、１時間経過後、密閉容器内に水（室温）を供給して木材を水に浸漬し、３時間放置した。
その後、密閉容器内を４ｋｇｆ／ｃｍ2 まで加圧して１２時間放置した後、密閉容器内の水を排出し、密閉容器内を常圧に戻し、木材を取り出して図２のような成形型７に挟んで固定した状態で、加熱乾燥させた。
その結果、各木材をそれぞれ曲率半径４０ｍｍで図２のような波形に曲げ加工することができた。各木材の収縮はなく、均一な形状及びサイズに加工することができ、それらの変色は認められなかった。
【００２２】
実施例−２
密閉容器内に板厚５ｍｍ，含水率約１０％のカラマツの板からなる木材１０枚を投入し、密閉容器内を１５ｔｏｒｒに減圧し、１時間経過後、密閉容器内に木酢液の２％水溶液を供給して木材を当該水溶液に浸漬し、３時間放置した。
その後、密閉容器内を５ｋｇｆ／ｃｍ2 まで加圧して１２時間放置した後、密閉容器内の水溶液を排出し、密閉容器内を常圧に戻し、木材を取り出して図２のような成形型７に挟んで固定した状態で、加熱乾燥させた。
その結果、各木材をそれぞれ曲率半径６０ｍｍで図２のような波形に曲げ加工することができた。各木材の収縮はなく、均一な形状及びサイズに加工することができ、それらの変色は認められなかった。
【００２３】
実施例−３
密閉容器内に板厚５ｍｍ，含水率約１０％のシナノキの板からなる木材１０枚を投入し、密閉容器内を１０ｔｏｒｒに減圧し、１時間経過後、密閉容器内に水酸化ナトリウムの１５％水溶液を供給して木材を当該水溶液に浸漬し、２．５時間放置した。
その後、密閉室内を５ｋｇｆ／ｃｍ2 まで加圧して１０時間放置した後、密閉容器内を常圧に戻し、木材を取り出して水に浸漬し２時間放置し、その後図２のような成形型７に挟んで固定した状態で、加熱乾燥させた。
その結果、各木材をそれぞれ曲率半径３０ｍｍで図２のような波形に曲げ加工することができた。各木材の収縮はなく、均一な形状及びサイズに加工することができ、それらの変色は認められなかった。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１の発明に係る木材の改質化方法によれば、乾燥した板状の木材を減圧下で所定時間保持することにより木質内から脱気し、当該木材を減圧下で水又は所定の薬剤を溶解させた水に浸漬して所定時間保持することにより脱気後の木質内へ水を浸透させ、さらに水への浸漬下で加圧し、この状態を所定時間保持するので、木材の組織内に水が十分に含浸して木材が十分な軟化膨潤状態になり、収縮や割れ，変色等がなく円滑かつ均質に木材を曲げ加工ないしねじり加工することができる。木材を所定の薬剤を溶解させた水に浸漬して所定時間保持した場合、薬剤の成分が木材の組織内に十分に入り込むので、木材の性状が改質化される。
【００２５】
請求項２の発明に係る木材の改質化方法によれば、請求項１の発明に係る木材の改質化方法において、水に弱酸性水を用いるので、水がやや浸透し難い樹種であっても水や薬剤を十分に含浸させることができる。これにより、木材の可塑化が促進され、収縮させることなくより円滑に曲げ加工ないしねじり加工することができるし、薬剤の性質に応じた性状に木材を改質化させることもできる。
【００２６】
請求項３の発明に係る木材の改質化方法によれば、減圧下における木材のアルカリ水溶液への浸漬と、高圧下における木材のアルカリ水溶液への浸漬とにより木材組織内への含浸が促進されて十分に可塑化し、その後の水又は所定の薬剤を溶解させた水への浸漬によりアルカリが水や薬剤と置換される。このアルカリと水との置換によっても木材の可塑性は失われないので、木材を割れがなく円滑かつ均質に曲げ加工又はねじり加工することができる。また、所定の薬剤を溶解させた水との置換によって、薬剤の性質に応じた性状に木材を改質化させることもできる。
また、木材中のアルカリが水と置換されているので、曲げ加工又はねじり加工の際に収縮することはなく、また変色することもない。
請求項４の発明に係る木材の改質化方法によれは、前記薬剤は、防腐剤であるので、防腐剤が木材の組織内に十分に入り込み、腐食しにくい木材へと改質化することができる。
請求項５の発明に係る木材の改質化方法によれば、前記薬剤は、難燃剤であるので、難燃剤が木材の組織内に十分に入り込み、燃えにくい木材へと改質化することができる。
請求項６の発明に係る木材の改質化装置によれば、木材が供給されるトレイが内部に設置され該木材を減圧状態にて保持できる密閉容器と、減圧状態の前記密閉容器内に水又は所定の薬剤を溶解させた水を供給する給水配管と、前記木材を水又は所定の薬剤を溶解させた水に浸漬させた状態で前記密閉容器内を室内圧力４〜７ｋｇｆ／ｃｍ2に加圧する加圧装置とを含むので、木材の木質内から脱気し、当該木材を減圧下で水又は所定の薬剤を溶解させた水に浸漬して所定時間保持することにより脱気後の木質内へ水や薬剤を浸透させることができる。そして、その状態で加圧することにより、木材の組織内に水や薬液を十分に含浸させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明方法を実施するための設備である密閉容器とその付属設備を示す概略断面図である。
【図２】
可塑化木材を変形保持した状態の一例を示す正面図である。
【図３】
可塑化木材を変形保持した状態の他の例を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 木材
２ 密閉容器
２０ 棚又はトレイ
３ 真空ポンプ
４ 水
５ 給水配管
５０ バルブ
５ａ 排水配管
５１ バルブ
６ 加圧配管
６０ バルブ
７ 成形型
８ 成形治具