(57)【要約】【課題】充分な乾燥速度が得られると共に、過剰な加熱による木材の劣化が起こらず木材の内部まで充分に乾燥させることができる木材乾燥方法及び装置を提供する。【解決手段】乾燥室の内部に炭素膜を有し、前記乾燥室への加熱により前記炭素膜から輻射熱を発生させて木材を加熱し、該木材の芯部温度を維持することで乾燥させる。【選択図】図１
2011218718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥室の内部に炭素膜を有し、前記乾燥室への加熱により前記炭素膜から輻射熱を発生させて木材を加熱し、該木材の芯部温度を維持することで乾燥させる木材の乾燥方法。
【請求項２】
燃焼室を設け、燃焼による煙成分を前記乾燥室の内部に供給することを特徴とする請求項１に記載の木材の乾燥方法。
【請求項３】
煙成分の供給部材を設け、前記煙成分が前記供給部材を通過することを特徴とする請求項２に記載の木材の乾燥方法。
【請求項４】
前記煙成分を前記炭素膜に付着させることを特徴とする請求項２又は３に記載の木材の乾燥方法。
【請求項５】
前記芯部温度は６５℃以上９５℃未満を維持することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の木材の乾燥方法。
【請求項６】
内面に炭素膜を有するとともに木材を収容して乾燥する乾燥室と、燃焼により煙成分を発生させる燃焼室と、該燃焼室と前記乾燥室とを接続し前記煙成分を前記乾燥室の内部に供給する供給部材と、前記木材の芯部に取り付けて芯部温度を測定する温度制御装置とを備え、前記燃焼室の燃焼による煙成分が前記供給部材を通じて前記乾燥室の内部に供給され、前記乾燥室の内面の前記炭素膜からの輻射熱を得て前記木材の前記芯部温度を維持するよう構成されてなることを特徴とする木材の乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木材を乾燥させる乾燥方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
木材は、伐採した直後から水分が乾燥するにしたがって物理的な諸特性が変化するため、実際に使用する前に充分に乾燥させて特性を安定化させておくことが重要である。木材を乾燥させる場合、自然乾燥によると充分に乾燥するまでは数年から数十年単位までの多大な時間を要する。従って、この乾燥時間を短縮し、なおかつその過程で木材の品質を劣化させない技術が強く望まれている。
【０００３】
特許文献１には、燃焼室の熱風を遠赤外線増殖用のセラミックス又は高密度溶岩等を通り抜けさせた後に加熱室に充満させ、加熱室内の木材に遠赤外線を輻射・浸透させることで、材内温度を１００℃にして木材を構成する細胞間の壁孔が破壊された壁孔壁を有する壁孔壁破壊木材を製造する方法が開示されている。遠赤外線の浸透によって材内温度を急激に高め、細胞間を閉塞する壁孔を破壊することで、細胞内の水分が容易に抜け出るのを助長し、乾燥時間を短縮するとともに、均一に乾燥させて木材の品質を高く保とうとするものである。
【０００４】
特許文献２には、処理すべき木材の発火点以下の温度であって６０〜１５０℃の水蒸気を含む雰囲気ガス中に、処理すべき木材の材温を５０〜１００℃に一定時間密閉に近い状態で保持する木材の内部応力緩和除去及び乾燥処理方法が開示されている。この技術は、木材を処理する木材処理室の床に炭材を敷き、壁面に加熱のための燃焼室から発生したススを付着させてスス層を形成させており、炭材とスス層からの輻射によって木材を遠赤外線によって加熱し、熱効率を高めようとしている。上記木材の材温によって木材の主成分であるリグニン、ヘミセルロースの熱軟化点を降下させて木材組織の細胞を流動させつつ材内の水分の蒸散をさせ、木材の曲がりを防ぎつつ乾燥させようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７０９２１８号公報
【特許文献２】特開平８−２６７４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者が特許文献１の技術によって木材の乾燥を試みたところ、品質の劣化しない木材を得ることが困難であることが判った。材内温度が、すなわち材中心部に埋め込んだ温度センサで測定した温度が、１００℃となるよう乾燥しようとすると、木材の表面近くでは１４０℃を超える高温となり、木材表面の細胞が変形して木材が激しく劣化した。その結果、木材の強度が著しく低下し、温度差によって木材が割れる現象が発生した。このような不都合を回避するため、表面近くが１００℃となるように制御すると、材内温度が低くなり、細胞間の壁孔が破壊されず、木材が内部まで乾燥されなかった。これは、この技術では木材はその大半が熱風によって加熱されるため、その熱風に接する表面部のみが過剰に加熱され、内部が加熱されにくいためであると考察される。
【０００７】
本発明者は、充分に乾燥され品質も劣化しない木材を得るためには、木材の表面温度が上がり過ぎず、木材の芯部を乾燥するために充分な一定の温度に維持することが必要であると考察した。そこで、遠赤外線を含む輻射によって、木材の内部と表面とを均一に加熱できる可能性について着目した。しかしながら、特許文献１に開示されている遠赤外線増殖用のセラミックスや溶岩を通り抜けた熱風を加熱室に充満させる方法では、遠赤外線によって木材が加熱されるという効果はほとんど得られないものであった。
【０００８】
そこで、本発明者は特許文献２の炭材とスス層からの輻射によって木材を加熱する技術に着目し、この技術による木材の乾燥を試みた。しかしながら、この技術では木材の材温を５０〜１００℃とすることができなかった。木材の表面は高温となって木細胞が破壊され、木材内部は温度が上がらず乾燥が行われなかった。燃焼室の煙のススをそのまま壁面に付着させるという方法では、ススは粗くなり、壁面に付着しにくいのみならず、密に層を形成しにくい。従って、スス層が含むススの量が少なくなるので、このスス層から得られる輻射が少なくなる。そのため、床の炭材及びこのスス層によっては、遠赤外線を含む輻射の効果が少ないものであった。
【０００９】
こうした背景に鑑みて、本発明者は、木材に対して遠赤外線を含む輻射を有効に行うことができる手段を設けることが必要であると考察した。その結果、炭素からの輻射を充分に得ることが必要であるという知見を得て、煙のススの壁面への付着によるスス層よりも確実かつ多量の輻射とその加熱が得られる構成について、試行錯誤と研究を積み重ねていった。
【００１０】
本発明は上述した背景に基づいてなされたものであり、その目的は、充分な乾燥速度が得られると共に、過剰な加熱による木材の劣化が起こらず木材の内部まで充分に乾燥させることができる木材乾燥方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の木材乾燥方法は、乾燥室の内部に炭素膜を有し、乾燥室への加熱により炭素膜から輻射熱を発生させて木材を加熱し、木材の芯部温度を維持することで乾燥させることにある。
【００１２】
炭素膜は、炭素を含有する粒子を含んで膜状をなしているので、膜の略全面に炭素を備える。乾燥室を加熱することで炭素膜が加熱され、炭素膜の略全面から炭素の輻射熱が発生する。輻射熱による加熱は対象との距離や、熱媒体に熱が移動することによる損失なしに熱を伝達し、輻射熱が与えられる対象を効率よく均一に加熱する。そのため、木材は乾燥室の内部にある炭素膜からの輻射熱によって表面のみの温度が上がりすぎることがなく表面と芯部とが均一に加熱される。木材が均一に加熱され、芯部の温度条件を一定に維持することによって木材の略全体に対して一定の乾燥状態が得られる。乾燥の状態を芯部温度の設定によって正確に再現することができ、歩留まりを上げ、最適な条件と乾燥スケジュールを選択することができる。木材の芯部と表面とが均一に乾燥されることで、木材の曲がりが除去される。
【００１３】
また、本発明の木材乾燥方法は、燃焼室を設け、燃焼による煙成分を乾燥室の内部に供給することが好ましい。燃焼による煙成分は乾燥室の内部に供給されると、乾燥室の内部を加熱させる。煙成分の働きによって間接的な煙加熱が行われ、併せて炭素膜からの輻射熱が発生する。乾燥室の内部の雰囲気温度も上昇し、木材を乾燥させる芯部温度を維持しやすくなる。
【００１４】
また、本発明の木材乾燥方法は、煙成分の供給部材を設け、煙成分が供給部材を通過することが好ましい。供給部材によって煙成分の供給量や粒子の状態及び流れる方向といった状態が調節され、炭素膜に煙成分を付着しやすく構成される。木材に燃焼室で燃焼した直後の高温の煙成分があったとしても、直接当って木材の一部が過剰に熱せられることが防がれる。煙成分の供給量によって乾燥室の内部の温度が調節される。
【００１５】
また、本発明の木材乾燥方法は、煙成分を炭素膜に付着させることが好ましい。炭素膜に煙成分のうちの炭素成分が付着されてゆくことで炭素膜が成長し膜状に厚さを増し、単位面積あたりの炭素の量が増加して発する輻射熱が多くなる。煙成分が付着する際に炭素膜の加熱が起こる。これらの働きにより、炭素膜から輻射熱が多量に得られる。
【００１６】
さらに、本発明の木材乾燥方法は、芯部温度が６５℃以上９５℃未満を維持することが好ましい。木材の表面の温度が劣化を招くほど上がることがないので、品質が維持される。この芯部温度によって、木材の内部まで壁孔が破壊されて水分が壁孔から逃げることで乾燥し、充分な乾燥速度が得られる。木材の内部のリグニンやヘミセルロースが流動して木材の内部応力が解消され、曲がりの軽減された木材となる。
【００１７】
本発明の木材乾燥装置は、内面に炭素膜を有するとともに木材を収容して乾燥する乾燥室と、燃焼により煙成分を発生させる燃焼室と、燃焼室と乾燥室とを接続し煙成分を乾燥室の内部に供給する供給部材と、木材の芯部に取り付けて芯部温度を測定する温度制御装置とを備え、燃焼室の燃焼による煙成分が供給部材を通じて乾燥室の内部に供給され、乾燥室の内面の炭素膜からの輻射熱を得て木材の芯部温度を維持するよう構成されている。
【００１８】
燃焼室で発生した煙成分は供給部材を通じて供給量や粒子の状態及び流れる方向が調節されつつ乾燥室の内部に供給される。乾燥室の内部で煙成分は乾燥室の内面の炭素膜に付着しつつ炭素膜を加熱させる。加熱された炭素膜は木材に多量の輻射をもたらし、木材を均一に加熱させる。温度制御装置によって芯部温度を測定することで温度を維持しつつ乾燥が行われる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、乾燥室を加熱することで炭素膜が加熱されて炭素の輻射熱が発生するので、木材表面のみの温度が上がりすぎることがなく表面と芯部とを均一に加熱することができ、芯部の温度条件を一定に維持することによって木材の略全体に対して一定の乾燥状態を得ることができる。乾燥の状態を芯部温度の設定によって正確に再現することができ、歩留まりを上げ、最適な条件と乾燥スケジュールを選択することができる。木材の芯部と表面とが均一に乾燥されることで、木材の曲がりが除去される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態における木材乾燥装置の構成を概略的に示す側断面図である。
【図２】図１の木材乾燥装置の正面図である。
【図３】図１の木材乾燥装置における供給部材の構造を詳しく示す一部切欠斜視図である。
【図４】図１に示した木材の一部構造を示す斜視図である。
【図５】図１の木材乾燥装置で木材を加熱する状況について要部を拡大して示す正面断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における木材乾燥装置の構成を概略的に示す正面断面図である。
【図７】図６の木材乾燥装置における供給部材の構造をより詳しく示す一部切欠斜視図である。
【図８】本発明の実施例２の乾燥された木材の断面を示す顕微鏡拡大写真である。
【図９】本発明の比較例２の乾燥された木材の断面を示す顕微鏡拡大写真である。
【図１０】本発明の実施例３の処理材と比較例３のグリーン材の製材時の表面を示す写真である。
【図１１】本発明の実施例３の処理材と比較例３のグリーン材の製材時の曲がりについて示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１の実施形態］
図１に示すように、第１の実施形態における木材乾燥装置１は、内部に炭素膜５０を有し木材４０を収容して乾燥する乾燥室１０と、燃焼により煙成分を発生させる燃焼室２０と、燃焼室２０と乾燥室１０とを接続し煙成分５１を乾燥室１０の内部に供給する供給部材３０とを備えている。木材４０の芯部には温度測定装置４１が備えられている。
【００２２】
乾燥室１０はコンクリートを材料とする周囲壁面、床及び天井によって囲まれ、それらの内面１４に炭素膜５０が付着層として構成される。炭素膜５０は壁面、天井面、床面の所望面域、好ましくは全域に配置されている。乾燥室１０は、床に設置された支持部材７０の上に戴置された木材４０を乾燥させるための区画であり、木材４０は上下左右に間隔をおいて多数収納される。
【００２３】
上記炭素膜５０は、炭素を含有する膜状のものである。炭素を含む細かい粒子が分散した膜で、その膜が厚さｔを持つことで、膜の面積に対して一様に略隙間なく炭素を含む粒子が分布している。本実施形態では、炭素膜５０は煙成分５２が内面に一様に付着して膜状となったものである。煙成分５２は、木質燃料２１の不完全燃焼により生じた煤などの固体粒子、タール状などをなす液体有機物などの炭素を豊富に含む成分、その他の水蒸気及びその他の有機物を含む、高熱の気体、液体及び固体の混合物を指すものとする。煙成分５２に含まれていた煤などが、炭素を含む細かい粒子である。炭素膜５０は、この煙成分５２の液相、固相の粒子が互いに付着してある程度の厚さｔとなっているものである。炭素膜５０は、黒色の煤などが密に存在することで、全体が黒色を呈している。
【００２４】
燃焼室２０は、例えば、木質燃料２１を燃焼させ、木材４０を乾燥させ炭素膜５０を形成ないし成長させるための煙成分５１を生成するための燃焼炉である。木質燃料２１の樹種は問わず、雑木及び間伐材等を適宜利用できる。燃焼室２０は乾燥室１０と隣接して設けられ、通煙窓２２を複数開口して乾燥室１０と連通している。本実施形態では、上下左右方向にそれぞれ３列ずつ、合計９つの通煙窓２２が、燃焼室２０の上部近くの内壁に互いに離れて設けられている。
【００２５】
供給部材３０は、燃焼室２０と乾燥室１０とを接続する位置として、本実施形態では各通煙窓２２の乾燥室１０側に突出して設けられている。供給部材３０は、図３に示すように、筒状のケーシング３３に煙吸入口３１と煙排出口３２を備え、煙吸入口３１は燃焼室２０と連通しており、煙排出口３２は乾燥室１０と連通することで、燃焼室２０から発生した煙成分５１を乾燥室１０の内部に供給できるようになっている。
【００２６】
本実施形態では、煙吸入口３１にはケーシング３３内に向かう気流を発生させるファン３４が備えられている。このファン３４は図示しない操作回路に接続されており、その作動や風速を制御できるように構成されている。煙排出口３２には、図示しない蝶番をその上端部に有する開閉可能なフラップ３５が設けられている。フラップ３５は、輸送等の非動作時や、長期的に通煙窓２２を閉塞するとき以外は、図３に示すように、開いた状態に固定支持されている。フラップの支持位置は、ケーシング３３の上部の平面に対してフラップ３５の面が下向き斜めに鋭角をなし、煙排出口３２からの気流を一部遮って下向きとする位置になっている。
【００２７】
供給部材３０は、ケーシング３３内に、外周面が網状面構造を有しており、回転可能な円筒状の容器６０を備えている。この容器６０内には複数の硬質粒状物６１が収容されている。
【００２８】
ここで、網状面構造とは、微小な固体が通過可能なメッシュや多孔の面構造で、微小な固体を吸着しにくい材料が望ましく、本実施形態では、耐熱性カーボンメッシュで構成されている。網状面構造のサイズは、硬質粒状物６１より大きな寸法のものが選択される。円筒状の容器６０は、煙吸入口３１から煙排出口３２への通煙通路を塞ぐような大きさで通路方向に交差配置され、円筒状の端面に設けられる回転軸６３がモータ６２に連結されている。上記モータ６２は低速回転され、例えば約４回転／分で回転可能となっている。
【００２９】
硬質粒状物６１は、複数の粒状物の相互の衝突を通じて、接触する煙成分５２を撹拌、分別する働きを持つ粒状物である。硬質粒状物６１は、相互に衝突することで煙成分５２を磨り潰す硬度を有していると同時に、相互の衝突を続けても破損しない弾力性を備えていることが望ましい。硬質粒状物６１は接触する煙成分５２を加熱して活性化できるように、容易に高温化できる材料であることも望ましい。こうした素材として、各種金属や鉱物、硬質の合成樹脂がある。粒状物とは、その径が０．５〜３０ｍｍ程度の大きさの固体を指す。本実施形態では、粉状のトルマリンに０．２％の希土類を加え、樹脂材料による防錆塗料によって固め、径がおよそ１０ｍｍの略球状の粒状物としたものを用いている。
【００３０】
図１に示すように、木材４０を乾燥室１０内で支持する支持部材７０は、木材４０の重量を支えられる強度と耐熱性を持つ材料で構成されており、しかも、木材４０への熱の輻射を阻害しない隙間の多い形状と高さを有するように構成されている。本実施形態では、支持部材７０は、例えば鋼材を組んで構成されており、その高さが木材４０の径ｒの３〜５倍のものである。支持部材７０は木材４０を移動させやすいように、下部に車輪７１が設けられ台車となっている。この支持部材７０の上にスペーサとなる桟木４４を挟んで、木材４０を配列して戴置し、天井からの輻射熱が阻害されないように天井まである程度の距離を残した高さまで桟木積みにより積み上げている。本実施形態では、桟木４４は木材４０と長さは略同じで幅と高さが約３ｃｍ程度の角材である。木材４０の左右方向にもスペーサとして断面三角形状の桟木４６を挟んでいる。なお、桟木４４を省き、配列した一段目の木材４０上に、この木材４０の長手方向と垂直方向に二段目の木材４０を配列し、三段目以降も同様に木材４０を互い違いとなるよう積み上げてもよい。また、木材４０を上下には互い違いに積み上げ、隣り合う左右には桟木４４又は４６をスペーサとして挟むように配置してもよい。
【００３１】
木材４０としては、その種類及び状態は問わない。即ち、伐採からの期間、乾燥状態、大きさなどは特に規制されず、樹木種及びその部位も問わず、スギ、カラマツなどの乾燥しにくく、曲がりが生じやすい種を含めあらゆる樹木種の各部位のものも利用できる。
【００３２】
木材４０の芯部４２には、温度制御装置が端部に取り付けられる。木材４０の芯部４２とは、表面ではない中心部であり、本実施形態では、木材４０を輪切りにした際の略中心部及びその周辺を指す。芯部４２の端部は、木材４０の端部から内部側に径の半分であるｒ以上離れた部分とする。木材４０の表面から、この芯部４２の端部に向けて温度センサ挿入口４５が穿たれ、芯部温度センサ４１が差し込まれている。芯部温度センサ４１は先端部分に温度感知部を有するセンサであり、木材４０の表面から内部に向けて差し込まれ、温度感知部が芯部４２に位置するようになっている。本実施形態では、温度制御装置は図４に示す芯部温度センサ４１と、この芯部温度センサ４１に接続され温度を測定、記録する外部回路（図示せず）を備える。芯部温度センサ４１は木材４０ごとに芯部４２の両端部に、計２箇所ずつ配置されていることが望ましい。
【００３３】
図１に示すように、乾燥室１０には温度を管理するための複数の室内温度センサ１１が設けられている。乾燥室１０内の位置によって、特に上部と下部とでは対流により温度差が発生するので、室内温度センサ１１は、乾燥室１０の壁面における上下位置や左右位置（図１にて右側位置である燃焼室２０に近い位置、図１にて左側位置である燃焼室２０から離れた位置）にそれぞれ複数設けられている。本実施形態では、乾燥室１０の上下に２列、左右に３列の室内温度センサ１１が設けられている。
【００３４】
燃焼室２０の天井には、排気及び酸素供給のための排気孔２３が設けられている。燃焼室２０には、排気孔２３の作用に加えて燃焼室内の酸素量を調節するための送風や気圧の調節のための減圧（バキューム）を行うための気圧調節装置２４が接続されている。
【００３５】
この木材乾燥装置１には、不完全燃焼物を再燃焼させ、その排気を外部に放出して排気するための再燃焼炉１２が設けられている。図１及び図２に示すように、この再燃焼炉１２は乾燥室１０の天井上に設けられて支柱１６で支えられ、配管１３で燃焼室２０の排気孔２３及び乾燥室１０と接続されている。乾燥室１０を囲む壁面の一部には、木材４０の出し入れに用いる扉１５が設けられている。扉１５は本実施形態では乾燥室１０の、燃焼室２０とは逆側の位置（図１での左側位置、図２での正面）に設けられている。
【００３６】
次に、この木材乾燥装置１を用いた木材乾燥方法について、図１及び図５を用いて説明する。木材４０は支持部材７０の上に支持され、乾燥室１０の扉１５を開けて、木材４０を支持部材７０の車輪７１を利用して乾燥室１０内部に移動させ収納される。
【００３７】
乾燥室１０の内面１４には炭素膜５０を予め設けておくことができる。また、図１に示すように、燃焼室２０内の木質燃料２１を燃焼させ、煙成分５１を発生させる。煙成分５１の温度の目安は９０〜１３０℃、望ましくは木材４０と炭素膜５０に充分な熱を供給するために１００〜１２０℃である。燃焼室２０での燃焼は室内温度センサ１１を用いて乾燥室１０内の温度を観測しつつ調節する。このとき、木質燃料２１の燃焼は、二次燃焼させる際の煙の発生と同じ条件の煙が発生するように行う。二次燃焼はあらかじめ不完全燃焼を起こして発生した生成物を完全に燃焼させる現象であるが、その条件下では煙、特に不完全燃焼により細かく巻き上がった煤を多量に含む黒色の煙成分５１が多量に発生する。
【００３８】
煙成分５１は、供給部材３０のファン３４によって通煙窓２２を介して供給部材３０に送り込みされ煙吸入口３１から煙排出口３２に向かう方向に流れる気流となって容器６０に当たり、網状面構造を通過して硬質粒状物６１と衝突する。硬質粒状物６１は煙成分５１が当たると、硬質粒状物６１の相互の間に入り込んだ液体や固体の粒子を磨り潰してある程度小さくすると共に、その粒子を撹拌し、様々な成分が気体中にある程度一様に分布した煙成分５２とする。本実施形態では、硬質粒状物６１の粒径と回転速度によって、煙成分５２は炭素を含む径が１μｍ未満の微粒子を多く含んだものとなっている。また、硬質粒状物６１の表面の分子が煙成分５１の成分の一部を吸着し、煙成分５１の分別を行う。例えば径の大きすぎる煤やその他の粒子など、内面１４や他の成分に被着しにくく炭素膜５０の成長を妨げる成分について、硬質粒状物が吸着除去することがある。また、本実施形態の硬質粒状物６１は煙成分５１に含まれる一部の揮発性有機物を吸着する。
【００３９】
硬質粒状物６１と衝突した後の煙成分５２は、容器６０から放出され、煙排出口３２を介して乾燥室１０内に放出される。煙成分５２は、煙排出口３２のフラップ３５によって乾燥室１０の床側に流れ、対流によって天井側にも流れる。そのため、煙成分５２は乾燥室１０の内面１４の炭素膜５０の全面に一様に当ることとなる。
【００４０】
煙成分５２は乾燥室１０の内面１４や木材４０の表面４３に被着し厚さｔ１の膜を形成し、さらに内面１４や木材の表面４３には煙成分５２に含まれる炭素を含む厚さｔの炭素膜５０が積層されていく。煙成分５２が炭素膜５０を加熱する作用は、燃焼室２０の煙成分５２を発する前からあらかじめ内面１４に厚さｔの炭素膜５０が形成されている場合も同様である。炭素膜５０は、煙成分５２が供給されると厚さｔからさらに成長する。
【００４１】
木材４０は、煙成分５２が直接接触することによる熱伝導によっても加熱される。煙成分５２からの伝導熱は、炭素膜５０に伝わるため、木材４０の表面に直接当たることがなく、木材４０の表面のみが過剰に加熱されて劣化の原因となることがない。
【００４２】
木材４０の芯部４２の温度は、芯部温度センサ４１で計測し、木質燃料２１の量の調節、排気孔２３による排気量の調節、気圧調節装置２４による酸素流入量又は気圧の調節、供給部材３０のファン３４の速度調節などを行うことにより、最適値に制御することができる。
【００４３】
木材４０の乾燥は、その芯部温度が、６５℃以上９５℃未満の値に維持されるように行われる。芯部温度が６５℃を下回ると芯部４２が充分に加熱されず、細胞の壁孔が破壊されず、芯部４２全体が乾燥されない。さらにリグニンやヘミセルロースが軟化せず、木材４０に内部応力が残り、曲がりが生じて充分に良好な品質が得られない。９５℃以上となると芯部４２の細胞も破壊され劣化する可能性があり、表面温度はさらに高くなっているため劣化するおそれが大きい。充分に乾燥が得られかつ曲がりが除去でき、表面の劣化が少ない範囲としては、芯部温度は７０℃以上９０℃未満が特に望ましい。
【００４４】
上述の芯部温度を維持しつつ乾燥させるためには、燃焼室２０の煙成分５１の発生開始より木材の芯部温度を上述した温度まで上昇させた後、その温度で一定の乾燥時間を維持することが必要である。本実施形態の木材乾燥装置１では、乾燥室１０への煙成分５２の供給開始より３時間（板）〜６時間（丸太）で芯部温度を６５〜９５℃まで上げることができる。その後は上述した芯部温度を２４〜９６時間前後、継続して維持する。木材の曲がりを除去するには、３０時間以上を継続して乾燥する必要がある。
【００４５】
本実施形態では、上記芯部温度を９６時間維持した後、燃焼室２０の燃焼を停止し排気して冷却する。乾燥室１０内の温度が室温前後となるまで半日〜１日前後を置く。その後、扉１５を開いて支持部材７０の車輪７１を利用して木材４０を搬出し、風乾する処理を行う。
【００４６】
本実施形態の乾燥方法では、木材４０の芯部温度を制御しながら乾燥を行い、木材の表面の温度と芯部の温度との間に大きな差がない。そのため、木材の芯部温度を制御することで木材の略全体を均一な温度で加熱することができ、略全体を均一に乾燥させることができる。そのため、木材４０の部分、例えば内部と表面の温度差や乾燥の度合いの差が原因で木材４０に割れが生ずるといったこともない。
【００４７】
本実施形態の乾燥方法では、木材の略全体において均一に水分が除去されることと、リグニンやヘミセルロースが加熱によって軟化することで、木材４０の曲がりをほぼ除去することができる。一般に樹木は外力に対抗するための内部応力を備えており、内部に曲がりが発生している。樹木の伐採後は、この曲がりにより木材の反り、割れ又はねじれなどが大きくなる。一部の樹木種は、木材としたときにこの曲がりが大きくなるため、利用できる用途が限られるか、あるいは利用できずに伐採後も廃棄されている。しかし近年、木材の枯渇と環境問題への配慮から、用途が限られている樹木種の木材や、廃棄されることの多かった樹木種の木材としての利用も望まれている。本実施形態の乾燥方法では、従来の乾燥では出来なかった杉柱の芯部の乾燥を可能にし、曲がりが大きく建築材料としては適さない樹種（カラマツ等）も、使用可能となっており、いずれも桁、土台、柱などに問題なく使用できることを確認している。
【００４８】
本実施形態の乾燥方法では、木材４０の組織を破壊しないまま乾燥させる。この木材４０は、一定温度を維持する乾燥の過程で組織間の水分の流通を妨げる壁孔が破壊されているので、内部まで細胞に水分が閉じ込められて加熱によって熱膨張し組織を破壊するといったことがなく、均一に水分が抜けて乾燥される。さらに、この細胞間が流通可能な組織に対して防虫や耐火のための薬剤を注入し浸透させることが容易に行える。そのため本実施形態の乾燥方法では、機能性の高い木材４０を容易に得ることもできる。
【００４９】
［第２の実施形態］
図６に示すように、木材乾燥装置１Ａは、図１の木材乾燥装置１における供給部材３０に加えて、供給部材３０Ａ及び３０Ｂが乾燥室１０の壁面に設けられ、燃焼室２０から乾燥室１０に供給された煙成分５２をこれら供給部材３０Ａ及び３０Ｂに供給するように構成されてなる。
【００５０】
供給部材３０Ａは、乾燥室１０の互いに向合う壁面における上下方向の略中央位置に左右方向（図６にて右側位置である燃焼室２０に近い位置と左側位置である燃焼室２０から離れた位置への方向又はその逆方向）に沿って複数配列されている。また、供給部材３０Ｂは、乾燥室１０の床面における略中央部に左右方向に沿って複数配列されている。これら供給部材３０Ａ及び３０Ｂは、壁面又は床面に窪みが穿たれて埋め込まれるように設置されている。
【００５１】
図７に示すように、各供給部材３０Ａは、一方の側面３６にファン３４を備えた煙吸入口３１Ａ及び煙排出口３２Ａを設けてなるケーシング３３Ａを備えている。煙排出口３２Ａは、スペースを省くために縦長の長方形状となっている。煙吸入口３１Ａ及び煙排出口３２Ａが設けられた側面３６が、乾燥室１０の内部に面している。
【００５２】
各供給部材３０Ｂは、煙吸入口３１Ａ及び煙排出口３２Ａが平面３７に設けられていること以外は、供給部材３０Ａと同様の構造を有している。煙吸入口３１Ａ及び煙排出口３２Ａが設けられた平面３７が、乾燥室１０の内部に面している。
【００５３】
これら供給部材３０Ａ及び３０Ｂは、乾燥室１０内の煙成分５２を煙吸入口３１Ａから吸い込み、煙成分５２をさらに撹拌、分別する。煙成分５２は供給部材３０Ａ及び３０Ｂの周囲の内面１４や木材４０の表面に接触するので、乾燥室１０内の内面１４や木材４０の表面の全体にわたって煙成分５２が行き渡り、炭素膜５０の形成が促進される。
【００５４】
本実施形態におけるその他の構成及び作用については図１の実施形態における木材乾燥装置１の場合と同一であるため、同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
［その他の実施形態及び変更態様］
上述した実施形態の変更態様として、炭素膜５０に輻射を行わせるための手段として、炭素膜５０を加熱する手段が別に設けられていてもよい。例えば、乾燥室１０の内面１４の温度を上昇させ、炭素膜５０を過熱させる手段が設けられていてもよい。供給部材が複数の硬質粒状物を衝突させる手段は、回転以外であってもよい。例えば振動、撹拌などを行ってもよい。
【実施例】
【００５６】
［試験１］
内部表面がコンクリート製の周囲壁、床及び天井によって囲まれた乾燥室１０と、燃焼室２０と、燃焼室２０から乾燥室１０への煙通路に設けられた供給部材３０とを備えた木材乾燥装置１を用いて乾燥試験を行った。供給部材３０は、粉状のトルマリンに０．２％の希土類を加え、樹脂材料による防錆塗料によって固め、略球状の粒状物とした硬質粒状物６１を容器内に多数収容したものを用いた。
【００５７】
実施例１として、この木材乾燥装置１の乾燥室１０に、伐採後のカラマツの丸木を桟木４４（６０ｍｍ×６０ｍｍの角パイプ）を入れて隙間を確保しつつ収納し、燃焼室２０で雑木及び間伐材を木質燃料２１として燃焼させて乾燥を開始した。比較例１として、供給部材３０を備えていないこと以外は同条件として乾燥を行った。
【００５８】
乾燥室１０における木材の種々の位置における芯部温度を芯部温度センサ４１を用いて測定すると共に、燃焼室２０及び乾燥室１０内の種々の位置における室内の温度を室内温度センサ１１を用いて測定し、芯部温度が６５〜９５℃を維持する範囲内になるように燃焼室２０の木質燃料２１の量を調整した。その温度測定結果（℃）を表１に示す。ただし、表１において、複数の欄は温度測定した位置をそれぞれ表わしており、複数の列は温度測定した時刻をそれぞれ表わしている。また、表１において、扉１５から乾燥室１０内部を見て右側を「右」、左側を「左」、手前側（扉１５に近い側）を「手前」、奥側（燃焼室２０に近い側）を「奥」としてその位置を表わしている。
【００５９】
【表１】
2011218718.tif 000003
【００６０】
比較例１は、芯部温度を６５〜９５℃にしようとすると室温が１４０℃を超え、木材の表面劣化が避けられなかったため中止した。比較例１に用いた乾燥室１０の内面１４にはススが付着していたが、このススは膜状や層をなしておらず、スス同士の隙間を透かして内面１４のコンクリートが目視でき、ススの付着量が少ないものだった。このススは手で払うと剥がれ、内面１４への付着が弱く互いに付着して成長することがないことも付着量が少ない理由と思われた。このススは、木材に対してほとんど輻射熱を与えられないものと認められた。
【００６１】
実施例１は、開始から６〜７時間で目標とする芯部温度に到達した。以後は、室内の温度が燃焼室２０の温度にしたがって上下したが、芯部温度はほとんど上下せず、安定に保たれていた。以後、芯部温度が安定に保った状態を続け、４日目に炉を停止し、１０時間冷却してから木材４０を乾燥室１０から搬出した。
【００６２】
実施例１の木材４０は含水率が１５重量％であり、芯部４１まで均一に乾燥し、表面やその近くに熱劣化やひび割れは見られなかった。廃棄した部分は木材の総重量の３％未満であった（歩留まり９７％）。従来の木材の乾燥方法のうち蒸気乾燥法では歩留まりは４０％程度であることから、実施例１に用いた乾燥法は歩留まりの向上がきわめて顕著であった。実施例１の木材４０は、その後の１か月ほどの風乾でも、ねじれ、反りなどの曲がりは発生しなかった。
【００６３】
実施例１に用いた乾燥室１０の内面１４上には、全面にわたり黒色の炭素膜５０が形成されていた。非常に細かい炭素の粒子が内面１４に密着し、手で払っても落とすことができず、タール状になっていた。この状態の炭素膜５０が、木材４０に対して有効に輻射を行ったために、均一な加熱による内部までの乾燥、乾燥速度と品質が得られたと考察された。
【００６４】
［試験２］
実施例２として試験１と同じ装置条件でスギの丸木を乾燥した乾燥材と、比較例２としてスギの丸木について蒸気を吹き付ける蒸気乾燥を行った乾燥材の断面組織を倍率７０倍で観察した。
【００６５】
実施例２及び比較例２の観察写真をそれぞれ図８及び９に示す。実施例２は細胞がほとんど壊れておらず整列し、組織の目が揃っている。比較例２は細胞の形状が歪み、特に写真の下方（木材の表面近く）では激しく崩壊しており、組織が損傷している。こうした劣化した木材は強度や表面の美観に問題が多いことが予想される。実施例２が比較例２に比べて木材として高い品質を持つことが示された。
【００６６】
［試験３］
実施例３として試験１と同じ装置条件で乾燥したカラマツの乾燥材と、比較例３として未乾燥のグリーン材を、それぞれ４０００×１２０×１２０ｍｍの角材へと製材を試みた。図１０に示すように、実施例３の木材４０は挽く途中でほとんど狂いが生ずることはなく、上記の寸法通りの柱となった。製材の過程でヤニ等の発生は全く見られなかった。一方で、比較例３の木材４０Ａは挽くたびに材にねじれ（曲がり）が生じてゆくので、真っ直ぐな柱とするためには追加でさらに挽かざるを得ず、４０００×１１０×１１０ｍｍにまでなった所で止めた。木材４０Ａは製材の中途でヤニＰが噴出してきた。
【００６７】
この実施例３と比較例３の角材４０及び４０Ａを１か月安置すると、実施例３の木材４０は安置前の図１１（ａ）に示す状態から１か月後の（ｂ）に示す状態までほとんど変化がなかったが、比較例３の木材４０Ａは大きくねじれが入った。これらの結果から、実施例３の木材４０は乾燥されてヤニ等が除去され、曲がりが生ずることもなく、桁、土台、柱や内装材にも利用できると思われた。
【００６８】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々、設計変更した形態を技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は木材の利用及び処理の問題をいずれも解決し得るものである。木材の利用される建築や素材をはじめとするあらゆる分野に役立ち、利用と処理のいずれの面の利用によっても環境問題の解決に寄与する技術となるものである。
【符号の説明】
【００７０】
１  木材乾燥装置
１０  乾燥室
１１  室内温度センサ
１２  再燃焼炉
１３  配管
１４  内面
１５  扉
１６  支柱
２０  燃焼室
２１  木質燃料
２２  通煙窓
２３  排気孔
２４  気圧調製装置
３０、３０Ａ、３０Ｂ  供給部材
３１、３１Ａ  煙吸入口
３２、３２Ａ  煙排出口
３３  ケーシング
３４  ファン
３５  フラップ
３６  ケーシング側面
３７  ケーシング平面
４０、４０Ａ  木材
４１  芯部温度センサ
４２  芯部
４３  木材の表面
４４、４６  桟木
４５  温度センサ挿入孔
５０  炭素膜
５１、５２  煙成分
５３  輻射熱
６０  容器
６１  硬質粒状物
６２  モータ
６３  回転軸
７０  支持部材
７１  車輪
ｒ  径
ｔ、ｔ１  厚さ
Ｐ  松脂
【図１】
2011218718.tif 000004
【図２】
2011218718.tif 000005
【図３】
2011218718.tif 000006
【図４】
2011218718.tif 000007
【図５】
2011218718.tif 000008
【図６】
2011218718.tif 000009
【図７】
2011218718.tif 000010
【図８】
2011218718.tif 000011
【図９】
2011218718.tif 000012
【図１０】
2011218718.tif 000013
【図１１】
2011218718.tif 000014