(57)【要約】      （修正有）【課題】外部圧力を吸収することができ、ひいては、これまでの制限された用途からさらに広い用途に使用することができる新たな木材の加工処理方法を提案する。【解決手段】木材を水蒸気雰囲気内又は常温常圧下で煮沸することにより軟化させる軟化工程と、軟化された木材１を一方の部材３と他方の部材２とにより挟持し、一方及び他方の部材３，２の双方又は一方の部材３を駆動させることにより、機械的に圧縮し、所定の期間内この状態を保持する圧縮保持工程と、一方及び他方の部材３，２が互いに離間するよう駆動し、又は上記一方の部材３を他方の部材２から離間するよう駆動させ、圧縮された木材１を軟化工程時における体積未満の体積となるまで復元させるとともに、雰囲気内の温度を上昇させ又は雰囲気の温度を上昇させ得る環境に木材を配置するとともに該温度を上昇させ、所定の時間内この状態を保持する復元保持工程と、を備えてなる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材を０．１〜０．５ＭＰａの水蒸気雰囲気内又は常温常圧下で煮沸することにより軟化させる軟化工程と、
上記雰囲気内又は常温常圧下で、上記軟化された木材を一方の部材と他方の部材とにより挟持し、上記一方及び他方の部材の双方又は一方の部材を駆動させることにより、該木材が約１／３〜２／３の体積となるように、又は断面積で１／３〜２／３となるように、機械的に圧縮し、所定の期間内この状態を保持する圧縮保持工程と、
上記雰囲気内又は常温常圧下で、上記一方及び他方の部材が互いに離間するよう駆動し、又は上記一方の部材を他方の部材から離間するよう駆動させ、上記圧縮された木材を、上記軟化工程時における体積未満の体積となるまで復元させるとともに、上記雰囲気内の温度を上昇させ又は雰囲気の温度を上昇させ得る環境に上記木材を配置するとともに該温度を上昇させ、所定の時間内この状態を保持する復元保持工程と、を備えてなることを特徴とする木材の改質処理方法。
【請求項２】
前記圧縮保持工程では、木材を木材の半径方向又は接線方向若しくはこれらの合成方向に圧縮することを特徴とする請求項１記載の木材の改質処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木材の改質処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
木材は、含水率の変化により膨張又は収縮するとともに、柔軟性に欠くことから、これまで建築材料や家具等のような限定された用途に使用されている。因みに、建築材料として使用される場合においても、その用途は広くなく、例えば、床材に使用される場合においては、含水率（湿度）の変化による膨張・収縮により床全体の変形を招く場合が多いことから、こうした変化の少ない硬質で高価な種類の木材が使用され、杉などの木材は安価である一方床材としては適当でない。なお、こうした湿度による変化を防止するために樹脂を注入した加工木材が実施されているが、温度変化による寸法精度に欠け、床暖房には適さない。また、木材は、柔軟性・弾力性に欠くことから、外部圧力を吸収する率が少なく、とりわけ柾の方向と同じ方向に荷重が作用した場合には、極めて脆弱であり割れる場合が多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、木材は、含水率や温度変化により膨張・収縮するとともに、柾目方向に対する耐荷重性に弱く、且つ柔軟性・弾力性に欠き、こうした特性によりその用途はこれまで大きく制約されている。
【０００４】
そこで、本発明は、上述した木材が有する課題を解決するために提案されたものであって、外部圧力を吸収することができ、ひいては、これまでの制限された用途からさらに広い用途に使用することができる新たな木材の加工処理方法を提案することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述した目的を達成するために提案されたものであり、第１の発明（請求項１記載の発明）は、木材を０．１〜０．５ＭＰａの水蒸気雰囲気内又は常温常圧下で煮沸することにより軟化させる軟化工程と、上記雰囲気内又は常温常圧下で、上記軟化された木材を一方の部材と他方の部材とにより挟持し、上記一方及び他方の部材の双方又は一方の部材を駆動させることにより、該木材が約１／３〜２／３の体積となるように、又は断面積で１／３〜２／３となるように、機械的に圧縮し、所定の期間内この状態を保持する圧縮保持工程と、上記雰囲気内又は常温常圧下で、上記一方及び他方の部材が互いに離間するよう駆動し、又は上記一方の部材を他方の部材から離間するよう駆動させ、上記圧縮された木材を、上記軟化工程時における体積未満の体積となるまで復元させるとともに、上記雰囲気内の温度を上昇させ又は雰囲気の温度を上昇させ得る環境に上記木材を配置するとともに該温度を上昇させ、所定の時間内この状態を保持する復元保持工程と、を備えてなるものである。
【０００６】
なお、この第１の発明において、加工処理される木材は、針葉樹の杉、檜、松や広葉樹のカバ，セン，ケヤキ等の従来木材として使用されているものであれば足り、特にその種類が限定されるものではない。また、この発明において、加工処理される木材の形状に関しても特に限定されるものではないが、後述する圧縮保持工程や復元保持工程若しくは切断加工の容易性を考慮すれば、直方体状に成形されたものを用いることが好ましい。そして、この発明では、軟化工程と、圧縮保持工程と、復元保持工程を備えている。そして、上記軟化工程は、二つの手段を選択的に採用することができる。第１の手段は、木材を０．１〜０．５ＭＰａの水蒸気雰囲気内で軟化させる方法である。この第１の方法における軟化温度は、加工処理する木材の種類にもよるが、少なくとも木材を十分軟化できる温度であれば良く、通常は摂氏８０度〜１５０度の範囲とする。すなわち、上記軟化工程で選択的に採用される第１の軟化手段は、０．１〜０．５ＭＰａの圧力で約摂氏８０度〜１５０度の温度の水蒸気雰囲気において、木材を軟化させるものである。次に、第２の手段は、常温常圧下で木材煮沸する方法である。この煮沸温度は、少なくとも木材を十分軟化できる程度であれば良く、約摂氏８０度〜１００度の温度であれば良い。そして、上記第１の手段を採用する場合も第２の手段を採用する場合も、軟化工程に要する時間は、加工処理する木材の種類や体積に応じて適宜設定すれば良く、軟質の木材で体積も小さな場合は、数十分、比較的硬質の木材で体積も大きな場合であれば数時間程度とすれば良い。
【０００７】
また、上記第１の発明において、上記圧縮保持工程においては、先ず、上記第１の手段又は第２の手段により軟化した木材を圧縮し、この圧縮した状態で所定時間保持する。特に、軟化した木材の圧縮程度は、軟化した木材が元の木材の体積の約１／３〜２／３、又は元の木材の断面積が約１／３〜２／３とする。これらの圧縮程度も、上述したように、加工処理する木材の種類により一様ではなく、適宜設定する。なお、このように、軟化した木材を圧縮する場合には、例えば、一方の部材と他方の部材との間に軟化した木材を配置し、これら一方及び他方の部材の双方を駆動させ、該木材を挟み且つ一方の部材と他方の部材とが接近するように圧縮する方法や、載置台などの他方の部材上に軟化した木材を載置し、上方から一方の部材を下降駆動させ、該一方の部材と他方の部材とにより木材を挟みながら圧縮する方法を採用することができる。また、上記木材の圧縮方法は、上記一方及び他方の部材のみならず、上述したように、木材が立方体状に成形されている場合には、四方から圧縮する方法を採用しても良い。また、上述した方法の何れかにより軟化した木材を圧縮した場合には、その圧縮状態を所定の時間保持する必要がある。こうした保持時間も、加工処理する木材の種類や体積によるが、約１０〜３０分程度保持すれば良い。こうした圧縮保持工程により、軟化した木材を構成する細胞は、それまで断面円形状の状態から変形して折り畳まれた状態となる。なお、こうした圧縮保持工程は、上記軟化工程において、水蒸気を用いた場合、同じ雰囲気下で行っても良いし、その雰囲気から常温常圧下の雰囲気下に移行させ、その雰囲気下で行っても良い。また、この圧縮保持工程は、上記軟化工程において、水（湯）により煮沸する手段を用いた場合には、該湯から軟化した木材を取り出し、常温常圧下で圧縮し保持しても良い。
【０００８】
また、本発明においては、上述した圧縮保持工程の終了後に、復元保持工程を行う。この復元保持工程は、先ず、それまで木材を圧縮していた一方の部材及び他方の部材の双方又は一方の部材を、保持した木材から離間するように駆動させるか、他方の部材である載置台上に木材が載置されている場合には、それまで下降している一方の部材を上昇させ、圧縮された木材を復元させる。但し、この復元させる程度は、少なくとも加工処理される前の木材の体積よりも小さな体積となるまでとし、好ましくは、加工処理される前の木材の体積の約５％〜３０％程度とする。なお、元の体積と同じにまで復元させた場合には、木材の細胞が元の安定した状態に戻ることとなり、後に説明する作用効果は奏しない。そして、このように圧縮した木材を復元させる雰囲気は、上記圧縮保持工程がなされた雰囲気と同じ雰囲気下で行うことができる。すなわち、上記軟化工程及び圧縮保持工程において、共に水蒸気を用いたい場合には、その雰囲気下で行うことも可能であるし、圧縮保持工程が常温常圧下で行われた場合には、そのままの雰囲気下で行うことも可能である。
【０００９】
そして、本発明においては、この復元保持工程は、上述した要領で圧縮された木材を復元保持するものであるが、この保持状態においては、それまでの工程における温度よりも上昇させる必要がある。すなわち、それまで圧縮していた一方及び他方の部材の何れか一方を木材から離間させると、木材は自然に復元するが、復元された木材が加工処理する前の木材の体積の約５％〜３０％程度を超えて復元することがないようにその状態を保持する（軟化工程時における体積未満の体積となるよう保持する）必要があり、その保持状態における雰囲気は、それまでの温度よりも高温とする必要がある。例えば、軟化工程において水蒸気を用いて摂氏１２０度で木材を軟化させた場合、或いは、摂氏１００度で煮沸した場合には、例えば摂氏約１３０度〜１７０度が適当であり、こうした軟化工程で用いた温度よりも低い温度で保持した場合には、後述する作用効果は実現しない。そして、こうした温度条件下で復元された木材の保持時間は、やはり木材の種類や体積更には温度に応じて一様ではないが、約１０分〜３０分程度が適当である。そして、こうした各種の工程を経て、加工処理された木材が常温常時圧の雰囲気に放置されることにより、外部からの荷重を作用させなければ、加工処理する前の木材よりも体積が小さく、上記圧縮保持工程において圧縮された体積よりもやや大きな体積の加工木材としてその形状が保持される。
【００１０】
また、第２の発明（請求項２記載の発明）は、上記第１の発明において、前記圧縮保持工程では、木材を半径方向又は接線方向若しくはこれらの合成方向に圧縮することを特徴とするものである。
【００１１】
この第２の発明では、加工処理する木材の圧縮方向を半径方向又は接線方向若しくはこれらの合成方向に限定したものである。すなわち、上記圧縮保持工程においては、幾重にも半径方向に積層された年輪の積層方向（Ｒ方向）又は木材の接線方向（Ｔ方向）若しくはこれらの合成方向（Ｒ方向＋Ｔ方向）に木材を圧縮するものであり、木材の繊維方向（Ｌ方向）に圧縮する方法を含まない。
【発明の効果】
【００１２】
上記第１の発明（請求項１記載の発明）に係る木材の改質処理方法によれば、軟化した木材を圧縮保持することにより、該木材を構成する細胞が圧縮されるが、次いで行われる復元保持工程において温度を上昇させることより、圧縮された細胞が途中まで復元され、その状態が固定される。そして、こうした工程により、各細胞には弾性が付与されるものと考えられる。このことは、上記工程により加工処理された木材を、例えば、厚さ２ｃｍ、長さ１５ｃｍ、幅３ｃｍの棒状に切断し手で圧縮すると、加工処理されない木材に比べ大きく縮むとともに、引っ張ると従来の木材と比べて大きく伸びる。また、上記棒状に成形された木材を、両端を支持した上で、中央の部位を下方に押圧して荷重を加えると、割れることなく全体が大きく湾曲する。こうした現象は、湾曲した上面側の細胞が収縮する一方、下面側の細胞が伸張することにより生ずる現象である。また、このように加工処理された木材をまた、上記スティック状に切断したものではなく、厚さ０．５ｍｍ程度の薄い板状に切断した場合には、その含水率に拘わらず、細い径（約３ｍｍ程度）となるように筒状に丸めることが可能となる。こうした現象からすれば、上記工程により、各細胞に弾性が付与されるものと考えられる。また、こうした加工処理された木材では、含水率により膨張・収縮するが、両サイドが固定されている場合は、細胞の蛇腹構造ないしはバネ構造の作用により、木材自身が膨張してもその力を吸収し、その結果、そりやくるいを生ずることがない。
【００１３】
したがって、この発明によれば、これまでの制限された用途からさらに広い用途に使用することができる。例えば、上記加工処理方法により製造された木材をシート状に加工した木製シートを、半径が僅か数ミリの円柱状の部材の周囲に接着するもとも可能であるし、水平面と側面とに上記木製シートを一体的に接着することも可能となる。また、フローリング材とした場合には、外力が作用しても、その外力を吸収することができることから、従来のフローリング材のような変形を防ぐことができる。
【００１４】
また、第２の発明（請求項２記載の発明）では、圧縮保持工程では、木材を半径方向又は接線方向若しくはこれらの合成方向に圧縮することから、柾目板の場合、これまで年輪と年輪との間において割れが生じやすいという従来の課題を有効に解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態に係る木材の加工処理方法を、図面を参照しながら工程順に詳細に説明する。
【００１６】
先ず、木材を０．１〜０．５ＭＰａの水蒸気雰囲気内で軟化させる（軟化工程）。この軟化工程において、木材を０．１〜０．５ＭＰａの水蒸気雰囲気内に置くと、該雰囲気中の水蒸気を吸収するとともに、木材自体の温度も上昇し、木材の軟化が進行する。なお、上記雰囲気内に数分ないし数十分放置することにより、上記木材の温度は、摂氏８０度〜１５０度に加熱される。また、こうした軟化工程は、加工処理する木材を収容することができる内部空間を備えた所定の高温高圧容器であって、上記内部空間内に高温の水蒸気を放出する水蒸気発生装置を備えたものを使用することができる。
【００１７】
そして、こうした軟化工程が終了すると、次いで、圧縮保持工程を行う。この圧縮保持工程では、上述した軟化工程で軟化した木材１を、例えば、図１中の（ａ）に示す載置台２（本発明を構成する他方の部材）上に載置し、この載置台２の上方に配置された昇降駆動部材３（本発明を構成する一方の部材）を下降させ（図１中（２）参照）、載置台２と昇降駆動部材３とにより上記木材１を圧縮する。なお、図示しない高温高圧容器内に、上記載置台２や昇降駆動部材３が配置されている場合には、載置台２上に加工処理する木材を上記条件下で軟化させた後に、そのままの状態（雰囲気内）で、上記昇降駆動部材３を下降させることにより、該木材１を圧縮させる。また、この木材１に対する圧縮方向は、該木材１の半径方向である。そして、この圧縮程度は、上記軟化した木材１が約１／３〜２／３の体積、又は断面積で１／３〜２／３とする。こうした圧縮により、図２中（ａ）に示すように、それまで円形に近い状態となっている木材１の細胞は、同図中（ｂ）に示すように、空間部分が小さくなる。そして、この木材の加工処理方法においては、こうした圧縮状態を数分間（約１０〜２０分程度）で良い。
【００１８】
そして、上記圧縮保持工程が終了すると、次いで、復元保持工程を行う。この復元保持工程は、図１中（ｂ）に示す状態から、上記昇降駆動部材３を、上記軟化工程で軟化された木材１の高さの１０％程度上昇させるとともに、雰囲気内の温度を摂氏１５０度まで上昇させ、その高さにて該昇降駆動部材３を固定する。こうした昇降駆動部材３の動作により、それまで圧縮されていた木材１は、再び変形が一部回復（復元）し該昇降駆動部材３の下面の位置で保持される。この保持時間は、およそ１０〜２０分程度で良い。そして、こうした復元保持工程により、それまで図２中（ｂ）に示されるように、空間が小さくなった木材１の細胞は、同図（ｃ）に示すように、やや回復する。そして、上記復元保持工程が終了すると、上記雰囲気中から加工処理された木材１を取り出す。
【００１９】
上述した工程により得られた木材１は、こうした加工処理を施さない木材と比べて、やや体積は小さなものとなるが、以下に説明する作用効果を有する。図３に示す木材１は、上述した工程を経て加工処理した後に、長方形状の棒に切断加工したものであり、長さ方向に多数の年輪が略平行に形成された柾目板である。こうした木材１の両端側を、支持部材４，５により支持するとともに、矢印で示すように、上方の中央から下方に荷重を掛けた場合、上述した加工処理が施されていない場合には、幾重にも形成された年輪の部位で割れる。特に、含水率が低下した木材であればある程脆さの程度は著しい。しかし、上述した加工処理を施した木材１では、図３中一点鎖線で示すように、大きく湾曲する。このことは、図３に示す木材１の上面側が圧縮する一方、下面側においては伸張するものである理解することができる。また、図示は省略するが、上記加工処理を施した木材１を圧縮した場合には、上記圧縮保持工程において圧縮した位置に近い位置まで可能であるとともに、伸張した場合には、上記圧縮保持工程で圧縮する以前の状態に近い位置まで伸張させることができる。このことからすれば、上記範囲内において、木材１に柔軟性ないしは弾力性が付与されたものと理解することができる。
【００２０】
したがって、上述した木材の加工処理方法によれば、これまでの木材では用途として利用できなかった様々な分野に利用することが可能となる。
【００２１】
なお、上記実施の形態においては、直方体状に成形した木材１を加工処理したが、本発明に加工処理は、必ずしも直方体状に成形した後に行う必要は無く、任意の形状に成形した木材を加工処理しても良い。また、上記実施の形態では、水蒸気を用いて木材１を軟化させたが、常温常圧下で木材を煮沸することにより軟化させる方法を採用しても良い。さらに、上記実施の形態では、圧縮保持工程も上記軟化工程における雰囲気と同じ雰囲気下で行ったが、常温常圧下で行っても良く、さらに圧縮した木材を常温常圧下で復元させてても良い（但し、復元された木材を保持する工程では温度を摂氏１５０度程度とする）。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の加工処理方法を模式的に示す正面図であり、（ａ）は、軟質化した木材を圧縮する前の状態を示すものであり、（ｂ）は、圧縮保持している状態を示すものであり、（ｃ）は、復元保持している状態を示すものである。
【図２】加工処理の工程により木材の細胞の変化を拡大して示すものであり、（ａ）は、圧縮される前の状態を示すものであり、（ｂ）は、圧縮した後の状態を示すものであり、（ｃ）は、復元した後の状態を示すものである。
【図３】木材に荷重を作用させ湾曲した状態を模式的に示す正面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    木材
２    載置台（他方の部材）
３    昇降駆動部材（一方の部材）
【図１】
2006305842.tif 000003
【図２】
2006305842.tif 000004
【図３】
2006305842.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月28日(2005.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
そして、上記圧縮保持工程が終了すると、次いで、復元保持工程を行う。この復元保持工程は、図１中（ｂ）に示す状態から、上記昇降駆動部材３を、上記軟化工程で軟化された木材１の高さの１０％程度上昇させるとともに、雰囲気内の温度を摂氏１５０度まで上昇させ、その高さにて該昇降駆動部材３を固定する。こうした昇降駆動部材３の動作により、それまで圧縮されていた木材１は、再び変形が一部回復（復元）し該昇降駆動部材３の下面の位置で保持される。この保持時間は、およそ１０〜３０分程度で良い。そして、こうした復元保持工程により、それまで図２中（ｂ）に示されるように、空間が小さくなった木材１の細胞は、同図（ｃ）に示すように、やや回復する。そして、上記復元保持工程が終了すると、上記雰囲気中から加工処理された木材１を取り出す。