(57)【要約】【課題】軸方向に配向した繊維組織とその他の組織からなる天然系素材を、前記繊維組織に損傷を与えることなく加圧圧縮すると共に、加熱処理を施して固定化し効率的に緻密化処理出来る加圧緻密化処理装置を提供する。【解決手段】木材、竹材など組織内に軸方向の繊維組織を含む天然系素材１６を、耐圧性を有する円筒部１１とこの円筒部１１の上下を密封するための上蓋部１２と下蓋部１３とからなる高圧容器１０内に収納し、前記軸方向に垂直な方向から加圧流体によって二次元的もしくは軸対称的に加圧圧縮して緻密化しつつ／または緻密化した後、加熱処理を施して固定化するための加圧緻密化処理装置であって、前記上蓋部１２に高圧容器１０内に加熱気体を導入するための加熱気体導入孔２１が設けられ、前記下蓋部１３に排気孔２２が設けられてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材、竹材など組織内に軸方向の繊維組織を含む天然系素材を、耐圧性を有する円筒部とこの円筒部の上下を密封するための上蓋部と下蓋部とからなる高圧容器内に収納し、前記軸方向に垂直な方向から加圧流体によって二次元的もしくは軸対称的に加圧圧縮して緻密化しつつ／または緻密化した後、加熱処理を施して固定化するための加圧緻密化処理装置であって、前記上蓋部に高圧容器内に加熱気体を導入するための加熱気体導入孔が設けられ、前記下蓋部に排気孔が設けられてなることを特徴とする天然系素材の加圧緻密化処理装置。
【請求項２】
前記高圧容器内に、軸方向に有孔部を設けられた円柱状有孔弾性体が収納され、この円柱状有孔弾性体の有孔部に装填された天然系素材が緻密化されることを特徴とする請求項１に記載の天然系素材の加圧緻密化処理装置。
【請求項３】
前記円柱状有孔弾性体とこの有孔部に装填された天然系素材との間に、多孔性断熱材が介設されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の天然系素材の加圧緻密化処理装置。
【請求項４】
前記加熱気体導入孔に接続された加熱気体用配管に保温材が装着されてなることを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の天然系素材の加圧緻密化処理装置。
【請求項５】
前記天然系素材の外周に電気絶縁性を有する緩衝材が配設され、更に、この緩衝材の外周にジュール発熱させるための導電性粉末からなる発熱体が配設されると共に、この発熱体の外周に電気絶縁性を有する断熱材が配設されてなることを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか一つの項に記載の天然系素材の加圧緻密化処理装置。
【請求項６】
前記天然系素材の外周に温度検出手段が配設され、前記天然系素材の温度を検出しながらその温度が所定温度となるように、前記発熱体への投入電力が制御されてなることを特徴とする請求項１乃至５のうちの何れか一つの項に記載の天然系素材の加圧緻密化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木材、竹材など組織内に軸方向の繊維組織を含む天然系素材を、流体圧力を作用させて、前記軸方向に垂直な方向から二次元的もしくは軸対称的に加圧圧縮して緻密化しつつ／または緻密化した後、加熱処理して固定化する加圧緻密化処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点から天然資源の有効利用が重要視されて、自動車や家電製品等の部材としての利用が進みつつある。これらの分野では、天然のケナフの繊維にポリ乳酸をマトリックスとなるように加えて複合化し、天然系複合材としての利用が検討されているが、木材や竹材を、これらの欠点である低密度に起因する強度不足を補正することによって、そのままに近い形態での利用も検討されている。
【０００３】
後者の場合、基本的に高密度化の処理が必要であり、このための研究開発が行われて、種々のプロセスが提案されている。最も単純な処理方法としては、高圧の水蒸気雰囲気内で木材を軟化させた後、高圧条件下で圧縮成形・固定化処理する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば木材全体が緻密化される。
【０００４】
また、テーブルの天板や階段のステップ板、床材などでは、傷の発生防止のために軽量かつ表面のみ硬い材料を製造する方が好ましく、近年では表面層のみを緻密化（硬化）させる方法が実用化もしくは提案されている。基本的には、表面部のみを加熱して軟化させて加圧する方法が採用されており、熱板プレスや熱圧ロールプレスが用いられている（特許文献２参照）。
【０００５】
これらの多くの従来技術では、加圧圧縮は一方向にプレスもしくはロールで加圧することにより行われるが、ガスや水等の流体を加圧して、流体圧力をゴム等の弾性体を介して等方的に圧縮する方法も提案されており、古くは１９１０年代の英国特許（特許文献３参照）において、９０〜１５０℃に加熱した木材を少なくとも２００ｋｇ／ｃｍ2（≒２０ＭＰａ）の圧力で流体（アスファルト）を用いて圧縮する方法が提案されている。
【０００６】
次に、他の従来技術に係る木材の圧力処理用装置について図６を用いて説明する。図６は、従来技術に係る木材の圧力処理用装置の概略断面図である。この従来技術によれば、主として板材を含めて矩形断面の細長い木材要素３５ａ，３５ｂ，３５ｃを高圧容器３１内で木材要素３５ａ，３５ｂ，３５ｃを、隔膜３４を介して、更には気密なケーシング材３３に収納して、圧力媒体によって加えられた圧力で緻密化する方法が提案されており、案内面３６ａ，３６ｂを持つ部材を使用して特定の面を案内面に沿った形状で成形することも提案されている（特許文献４参照）。
【０００７】
これらの従来技術では、供試材を加熱した状態で加圧することを特徴としており、加圧緻密化処理の直前に加熱処理を行うか、加圧処理自体を１２０〜２００℃の高温下で行うことを特徴としている。多くの場合、対象とする天然系素材は板材であって、熱圧ロールや平板上のプレスでの緻密化処理が主体であるが、これらの装置では、床材等の板材にしか適用出来ないという欠点を有している。
【０００８】
更に、等方圧による加圧緻密化処理では、流体の圧力は天然系素材の繊維方向と垂直な方向は勿論、繊維方向である軸方向にも圧縮を受けるが、繊維方向の圧縮は繊維の弾性率が１５０〜３００ＧＰａと大きいため、通常の加圧圧力１００〜１０００ＭＰａでは弾性変形するのみであり、減圧後には復元してしまい、実際は軸方向に垂直な方向の圧力しか緻密化には寄与しておらず、非効率的であるという欠点を有する。
【特許文献１】特開平３−２３１８０２号公報
【特許文献２】特公平４−３７２２号公報
【特許文献３】英国特許ＧＢ１００．７９２号公報
【特許文献４】特表平１１−５０３３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、木材、竹材などの様に、軸方向に配向した繊維組織とその他の組織からなる天然系素材を、前記繊維組織に損傷を与えることなく加圧圧縮すると共に、加熱処理を施して固定化し効率的に緻密化処理出来る加圧緻密化処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置が採用した手段は、木材、竹材など組織内に軸方向の繊維組織を含む天然系素材を、耐圧性を有する円筒部とこの円筒部の上下を密封するための上蓋部と下蓋部とからなる高圧容器内に収納し、前記軸方向に垂直な方向から加圧流体によって二次元的もしくは軸対称的に加圧圧縮して緻密化しつつ／または緻密化した後、加熱処理を施して固定化するための加圧緻密化処理装置であることを特徴とするものである。
【００１１】
同時に、この加圧緻密化処理装置は、前記上蓋部に高圧容器内に加熱気体を導入するための加熱気体導入孔が設けられ、前記下蓋部に排気孔が設けられてなることを特徴とするものである。尚、ここにおける「垂直」または「軸対称」の意味は、夫々ほぼ垂直またはほぼ軸対称であれば良く、完全に垂直または軸対称であることを要しない。
【００１２】
本発明の請求項２に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置が採用した手段は、請求項１に記載の天然系素材の加圧緻密化処理装置において、前記高圧容器内に、軸方向に有孔部を設けられた円柱状有孔弾性体が収納され、この円柱状有孔弾性体の有孔部に装填された天然系素材が緻密化されることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項３に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置が採用した手段は、請求項１または２に記載の天然系素材の加圧緻密化処理装置において、前記円柱状有孔弾性体とこの有孔部に装填された天然系素材との間に、多孔性断熱材が介設されてなることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項４に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置が採用した手段は、請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の天然系素材の加圧緻密化処理装置において、前記加熱気体導入孔に接続された加熱気体用配管に保温材が装着されてなることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項５に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置が採用した手段は、請求項１乃至４のうちの何れか一つの項に記載の天然系素材の加圧緻密化処理装置において、前記天然系素材の外周に電気絶縁性を有する緩衝材が配設され、更に、この緩衝材の外周にジュール発熱させるための導電性粉末からなる発熱体が配設されると共に、この発熱体の外周に電気絶縁性を有する断熱材が配設されてなることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の請求項６に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置が採用した手段は、請求項１乃至５のうちの何れか一つの項に記載の天然系素材の加圧緻密化処理装置において、前記天然系素材の外周に温度検出手段が配設され、前記天然系素材の温度を検出しながらその温度が所定温度となるように、前記発熱体への投入電力が制御されてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置によれば、木材、竹材など組織内に軸方向の繊維組織を含む天然系素材を、耐圧性を有する円筒部とこの円筒部の上下を密封するための上蓋部と下蓋部とからなる高圧容器内に収納し、前記軸方向に垂直な方向から加圧流体によって二次元的もしくは軸対称的に加圧圧縮して緻密化しつつ／または緻密化した後、加熱処理を施して固定化するための加圧緻密化処理装置であって、前記上蓋部に高圧容器内に加熱気体を導入するための加熱気体導入孔が設けられ、前記下蓋部に排気孔が設けられてなるので、収縮変形を防止して繊維組織を破壊することなく、加圧緻密化処理と固定化処理とを同時に／または連続して処理可能な天然系素材の加圧緻密化処理装置を提供し得る。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置によれば、前記高圧容器内に、軸方向に有孔部を設けられた円柱状有孔弾性体が収納され、この円柱状有孔弾性体の有孔部に装填された天然系素材が緻密化されるので、前記天然系素材への軸方向に垂直な方向から二次元的もしくは軸対称的に加圧圧縮することが確実に実現可能となる。
【００１９】
更に、本発明の請求項３に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置によれば、前記円柱状有孔弾性体とこの有孔部に装填された天然系素材との間に、多孔性断熱材が介設されてなるので、高圧容器内の加熱気体の流れを阻害することなく一様な流れを形成させて、前記天然系素材の均一な加熱が可能となる。
【００２０】
また更に、本発明の請求項４に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置によれば、前記加熱気体導入孔に接続された加熱気体用配管に保温材が装着されてなるので、周囲の環境温度の変動に影響されない一定温度の加熱気体を供給できる。
【００２１】
本発明の請求項５に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置によれば、前記天然系素材の外周に電気絶縁性を有する緩衝材が配設され、更に、この緩衝材の外周にジュール発熱させるための導電性粉末からなる発熱体が配設されると共に、この発熱体の外周に電気絶縁性を有する断熱材が配設されてなる。
【００２２】
従って、前記発熱体は、異なる形状や寸法を有する天然系素材の加圧緻密化処理にも何回でも使用できる上、加圧処理時の変形に対する追従性が高い。また、加熱・加圧処理後には、前記天然系素材から沁み出した樹脂成分によって固化しても、容易に粉末状態に再生して再使用することが可能であり、経済性の観点でも好ましい。また、前記発熱体の外周に、電気絶縁性の緩衝材が配設されたので漏電や感電の恐れが無い。
【００２３】
また、本発明の請求項６に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置によれば、前記天然系素材の外周に温度検出手段が配設され、前記天然系素材の温度を検出しながらその温度が所定温度となるように、前記発熱体への投入電力が制御されてなるので、前記天然系素材の加熱温度を精度良く所定温度に保持可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態１に係る天然系素材の緻密化処理装置について、以下図１乃至４を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置の要部を示す模式的縦断面図、図２は図１の天然系素材が円柱状木材である場合の矢視Ｘ−Ｘを示す模式的断面図、図３は図１の天然系素材が複数の小径円柱状木材である場合の矢視Ｘ−Ｘを示す模式的断面図、図４は図１の天然系素材が四角柱状木材である場合の矢視Ｘ−Ｘを示す模式的断面図である。
【００２５】
図１において、本発明の実施の形態１に係る組織内に軸方向の繊維組織を含む天然系素材の加圧緻密化処理装置は、耐圧性を有する円筒部１１と、この円筒部１１の上端を密封するための上蓋部１２と、前記円筒部１１の下端を密封するための下蓋部１３とからなる高圧容器１０を備えている。ここで、前記上蓋部１２はリング状上蓋１２ａと上プラグ１２ｂとにより、前記下蓋部１３はリング状下蓋１３ａと下プラグ１３ｂとにより構成されている。符号２０は、前記上蓋部１２を上部より押圧支持するプレスフレームである。
【００２６】
そして、本発明の実施の形態１に係る加圧緻密化処理装置は、この高圧容器１０の円筒部１１内面に加圧空間１４が形成されるように、両端に耳部１５ａを有する弾性体からなる円筒状メンブラン１５が装着されると共に、この円筒状メンブラン１５の内側には、加圧流体による加圧圧縮力を天然系素材である円柱状木材１６に伝達するため、円形断面を有する有孔部１７ａを軸方向に設けられた円柱状有孔弾性体１７が収納されている。
【００２７】
同時に、この円柱状有孔弾性体１７の有孔部１７ａに、多孔性断熱材１８を介して前記天然素材１６が装填出来るように構成されている。そして、前記加圧空間１４に加圧流体が導入され、前記円筒状メンブラン１５が加圧された時に、前記円柱状木材１６が、その軸方向に垂直な方向から二次元的もしくは軸対称的に加圧圧縮されるよう構成されている。
【００２８】
また、上蓋部１２を構成するリング状上蓋１２ａには、高圧容器１０の内部に加熱気体を供給するための加熱気体導入孔２１が、下蓋部１３を構成するリング状下蓋１３ａには、前記加熱気体導入孔２１から供給された加熱気体や天然系素材１６から発生したガス成分を、高圧容器内部から排出するための排気孔２２が設けられている。
【００２９】
即ち、前記加圧緻密化処理装置において、円筒状メンブラン１５外面及びその両端の耳部１５ａと円筒部１１内面とで形成された加圧空間１４に、加圧ポンプ（図示せず）により加圧された加圧流体が、加圧流体導入孔１４ａを介して導入され、前記円柱状木材１６は、円筒状メンブラン１５の内側に配置された円柱状有孔弾性体１７を介して、二次元的もしくは軸対称的に求心方向の加圧圧縮力を受けるのである。この加圧圧縮力により、前記円柱状木材１６は求心方向に収縮し、この変形は圧力を除去しても弾性的な回復分を除いて変形状態が維持される。
【００３０】
同時に、前記加熱気体導入孔２１から供給された加熱気体によって、円柱状木材１６を加熱したり、前記排気孔２２から前記加熱気体や円柱状木材１６から発生したガス成分を排出することが出来るのである。
【００３１】
この様な構成からなる本発明の実施の形態１に係る加圧緻密化処理装置の機能につき、以下天然系素材１６の加圧緻密化処理工程に沿って説明する。木材や竹材等の天然系素材は、前記加圧緻密化装置の高圧容器１０に収納可能な長さに切断された後、大気中で乾燥炉を用いて乾燥処理を行ったものが一般的に使用される。前記乾燥温度は８５〜１２０℃の範囲で行い、この温度での保持時間は、前記天然系素材の寸法、特に厚さに依存し、竹材のように厚さ１０ｍｍ以下の薄いものでは6時間以上、木材で厚さ５０ｍｍ以上のものでは１２〜４８時間の乾燥処理を行うことが好ましい。
【００３２】
尚、前記乾燥温度が１２０℃を越えると、天然系素材の一部変質が生じるので好ましくない。前記乾燥処理は、緻密化を阻害する余分な水分の除去が目的であり、水の蒸気圧が十分で、かつ、水の蒸散を制御している弁構造組織が軟化する温度が１２０℃である。
【００３３】
この様な乾燥処理により、木材・竹材の組織内部に包含された水のうち、いわゆる自由水と呼ばれる導管内の水の中でも閉塞状態にある導管内の水も除去される。この乾燥処理を行って閉空間内の水の除去がされていないと、加圧圧縮を行ってもこの水を包含した部分は圧縮されないために十分な緻密化が出来ない。
【００３４】
このような状態となった木材・竹材は、室温下での加圧でも高密度に緻密化が進み、１００ＭＰａ以上の圧力で加圧することによって、容易に木材の真密度といわれる１．５×１０３ｋｇ／ｍ３に近い密度にまで緻密化されるが、この加圧圧縮により緻密化された木材・竹材は、煮沸水に暴露されると復元してしまうので、加熱しながら加圧緻密化もしくは加圧処理後に加熱することによって固定化処理が行なわれる。
【００３５】
本発明に係る加圧緻密化処理装置は、加熱下で、天然系素材を軸方向に垂直な方向に二次元的もしくは軸対称的に加圧圧縮するための装置であって、例えば、温度１５０℃で予備加熱した天然系素材を本装置内で加圧して緻密化処理を行ない、次いで本装置内に温度１７０℃の加熱水蒸気を導入して連続的に固定化処理を行なったり、温度１７０℃の加熱下で加圧圧縮による緻密化処理と変形防止のための固定化処理とを、同時に行うことを可能とするものである。
【００３６】
前記後者による加圧緻密化処理の場合は、温度１５０〜１８０℃の加熱下で加圧圧縮するのが好ましい。従って、処理対象の天然系素材を前記装置内に装填する前に、ある程度の温度に予備加熱しておくことが、加圧緻密化処理時間を短縮する上で好ましく、例えば温度１００〜１５０℃の範囲に予備加熱しておくことが推奨される。
【００３７】
この理由は、上記自由水の一部が閉空間に閉じ込められたままであるために、加圧された高圧時には圧縮状態にあっても、大気圧下に減圧後には元へ戻ってしまうためと考えられる。元の木材や竹材に含まれている水分の量は、自然乾燥の有無や保存状態にもよって異なり１０〜１３０％の範囲であるが、前記乾燥処理後には５〜１０％程度となる。この残留水分は、リグニンやセルロースなどの成分と結合した結合水であって、加圧処理時の変形の容易化にも寄与するものである。乾燥処理の温度を１５０℃以上に高くすると、この結合水までもが除去されてしまうため好ましくない。
【００３８】
この様にして予備加熱された天然系素材１６は、図１に示す如く、本発明の実施の形態１に係る加圧緻密化処理装置の高圧容器１０の内部に軸方向の繊維組織を揃えた状態で装填されて、加熱気体導入孔２１より加熱気体を供給しつつ、円筒状メンブラン１５と円筒容器１１の内面とによって形成された加圧空間１４に加圧流体が供給されて、その内側に配設された円柱状有孔弾性体１７とセラミック粉末等からなる多孔性断熱材１８を介して、軸対称的に求心方向の圧縮力を受ける。尚、ここにおける「揃える」の意味は、概ね揃っていれば良く、完全に揃えることまでは要しない。
【００３９】
このような加圧圧縮力により、前記円柱状木材１６は求心方向に収縮し、加熱気体による加熱によりこの収縮変形は固定化されるので、加圧流体による加圧力を解除し、加熱気体を排気孔２２から排出して温度を室温に戻しても、弾性的な回復分を除いて圧縮変形された状態が維持されるのである。
【００４０】
尚、木材の組織は、スギ材やヒノキ材のような多くの針葉樹では年輪に代表される密な濃色の組織部分と疎な淡色の組織部分から構成され、かつ一様ではない。このため、円形断面の木材を加圧処理すると、疎な淡色部分がより多く圧縮され、断面形状は非円形状のいびつな形状となる。
【００４１】
また、木材に枝が出ていた部分を採取して円柱状木材１６として形成した場合には、枝を除去した痕部にはこの枝の軸方向組織が半径方向に向いているために圧縮されても収縮量は少なくなり、加圧処理後には周囲から突出していびつな形状となる。そのため前記円柱状有孔弾性体１７に損傷を与え易く、これを防止するために円柱状木材１６の外周に多孔性断熱材１８を配設するのが好ましい。
【００４２】
円筒状メンブラン１５と円柱状木材１６との間に配置された前記円柱状有孔弾性体１７は、このいびつな変形により円筒状メンブラン１５が損傷を受けるのを防ぐ機能を有している。勿論、円柱状木材１６の直径は素材ごとに異なるため、この円柱状有孔弾性体１７はこの寸法や形状が若干異なっても、その形状に合わせて対応が可能という機能をも有している。円筒状メンブラン１５の内側に配置される前記円柱状有孔弾性体１７の役割は非常に重要であり、天然系素材１６の形状に応じて種々のものが使用される。
【００４３】
最も代表的な例は、前述したような円柱状木材の処理に使用するもので、図２に示す如く、有孔部１７ａの断面形状が円形状であり、その直径を円柱状木材１６の直径より少し大き目として、その隙間に前述したセラミックス粉末等からなる多孔性断熱材１８が配設される。
【００４４】
前記天然系素材が、例えば小径の円柱状木材１６ａの場合は、図３に示す様に、前記円柱状有孔弾性体１７に前記断面より大き目の複数個の有孔部１７ａを設け、前記と同様、それらの隙間に前述したセラミックス粉末等からなる多孔性断熱材１８が配設される。この多孔性断熱材１８は、前記円柱状有孔弾性体１７の損傷を防止するための緩衝材としての役割も果たす。
【００４５】
前記天然系素材が四角柱状木材１６ａの場合は、図４に示す様に、前記円柱状有孔弾性体１７に前記四角柱断面より大き目の矩形断面の有孔部１７ａを設け、前記と同様、それらの隙間に前述したセラミックス粉末等からなる多孔性断熱材１８が配設される。前記有効部１７ａの隅部は、スムーズな加圧圧縮がされるよう通常Ｒ加工（面取り加工）するのが好ましい。
【００４６】
そして、前記加熱気体導入孔２１から導入された加熱気体や加熱水蒸気は、このように配設された多孔性断熱材１８の多孔部空間を流れる際に前記天然系素材１６，１６ａ，１６ｂを加熱し、排気孔２２から系外に放出される。既に予備加熱されていれば、本装置内での加熱時間は数分で十分である。
【００４７】
加圧緻密化の圧力は、処理後の密度をどの程度とするかに依存するが、天然系素材の真密度の７０％以上の高密度化とするには、３０〜４００ＭＰａの圧力で十分である。前記圧力が３０ＭＰａ未満では十分な緻密化が図れず、４００ＭＰａを越えて大きくしても効果は余り変わらない。前記圧力は、１００〜２００ＭＰａ程度の圧力が更に良い数値範囲である。また、保持時間は、木材が粘弾性特性を示すことから、数秒程度余りの短時間では不十分であるが、1分以上であれば緻密化には問題がない。
【００４８】
更に、本発明における加圧緻密化処理装置は、天然系素材の加圧緻密化処理と、同時もしくは連続的に、加熱処理を施す加熱固定化処理を行なえることが特徴であり、そのために、加圧容器内に系外から加熱気体、更に好ましくは加熱水蒸気を供給して、前記天然系素材を加熱可能な構成としている。この場合、加熱水蒸気を用いると、固定化処理が効率的に、即ち、同一温度の加熱気体に比べ短時間で処理可能なことが知られており、例えば１７０℃であれば、５分程度で十分な固定化処理が実現される。
【００４９】
特に、長時間加熱すると、前記天然系素材内のリグニンの一部の熱分解による炭素の発生や酸化現象により、黒色化が生じることから、短時間での処理が好ましく、本発明に係る加圧緻密化処理装置はこの目的を実現するのに好適である。尚、加熱水蒸気は、加熱気体導入孔２１から供給されて、セラミックス粉末等からなる多孔性断熱材１８の多孔部を通過して天然系素材１６を加熱するが、この際に前記天然系素材１６から発生する水分やガス成分は、天然系素材１６の下方（及び上方）に配設された多孔性充填材２３を通過して、下蓋部に設けられた排気孔２２から系外に放出される。
【００５０】
尚、加熱熱源となる加熱気体の温度は非常に重要であり、周囲の環境温度による温度変動の影響を排除するために、加熱気体導入孔２１の配管には保温材２１ａを装着しておくことが推奨される。また、加熱熱源として電力による加熱も有効であるが、高圧容器１０全体を加熱するのでは、エネルギー効率の観点や、装置全体が所定温度に昇温するまでの長時間を要すこと、容器全体が高温になることに起因する安全上の問題から現実的ではない。本発明は、以下の実施の形態２に示す如く、このような電力利用による弊害を回避して、加圧緻密化と同時に、電力による加熱を併用した加圧緻密化処理装置を提案するものである。
【００５１】
次に、本発明の実施の形態２に係る天然系素材の緻密化処理装置について、図５を参照しながら説明する。図５は本発明の実施の形態２に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置の要部を示す模式的縦断面図である。但し、本発明の実施の形態２が上記実施の形態１と相違するところは、天然系素材の加熱方式に相違があり、これ以外は上記実施の形態１と全く同構成であるから、上記実施の形態１と同一のものに同一符号を付して、その相違する点について説明する。
【００５２】
即ち、上記実施の形態１に係る天然系素材の加熱方式が加熱気体による加熱方式であるのに対し、本実施の形態２に係る加熱方式は前記天然系素材の周囲に導電性粉末からなる発熱体を配設して、この発熱体をジュール発熱させる方式である。
【００５３】
この発熱方式の構成を更に詳しく述べるならば、前記天然系素材１６の外周に電気絶縁材２５を配設すると共に、こ電気絶縁材２５と多孔性断熱材１８との間の空間に、金属粉末や炭素粉末等の導電性粉末からなる発熱体２４を配設する一方、この発熱体２４の上端部には円板状の電極部材２４ａが配設されて、上蓋部１２から電気絶縁を施して導入された給電リード線２６を経由して加熱電源（図示せず）に接続されている。
【００５４】
そして、導電性粉末からなる前記発熱体２４の下端は、下プラグ１３ｂに直接結合されて、前記下プラグ１３ｂが、通電のための他方の電極部材の役割を果たす構造となっている。このような構成からなる発熱体２４は、前記天然系素材１６の外周に配設された温度検出手段によって検出された温度が所定の温度となるように、投入される加熱電力を制御される。
【００５５】
前記温度検出手段としては熱電対や測温抵抗体等を用いることが出来るが、以下熱電対２７を用いた場合のセット方法と温度制御方法について、更に詳細に説明する。先ず、高圧容器１０を構成する下蓋部１３とこの上に搭載された円柱状有孔弾性体１７等一式を、円筒部１１の下端から下蓋部１３を外して下方に降下させた上、天然系素材１６を所定位置に収納する。その際、下蓋部１３を降下させた状態で、前記下蓋部１３の上にブロック状の多孔性充填材２３を置き、この多孔性充填材２３の上に前記天然系素材１６を収納した後、内周側に熱電対２７を取り付けたシート状の電気絶縁材２５を、前記天然系素材１６の外周に巻き付けて固定する。
【００５６】
そして、円筒形状を有する多孔性断熱材１８と円柱状有孔弾性体１７とを、前記天然系素材１６の外周側に上から落とし込む。その後、導電性粉末からなる発熱体２４を、前記電気絶縁材料２５と多孔性断熱材１８との間に形成された円環状の隙間に充填する。次いで、下蓋部１３とこの上に搭載された上記一式とを上昇させて、円筒部１１の下端に装着する。その後、上プラグ１２ｂを開けて、上部開口部から多孔性充填材２３を挿入し、この上に電極部材２４ａを載せ、更に上部の空間にも多孔性充填材２３を入れる。尚、加圧緻密化処理完了後は、上述したセット方法と同様に下蓋部１３を下方に降下させて、処理の終わった前記天然系素材１６を回収する。
【００５７】
この様にしてセットされた熱電対２７で生じる熱起電力信号を、補償導線２７ａによって系外に取り出し、適宜増幅してＰＩＤ制御回路を介して加熱電力供給用のサイリスタのゲート回路に印加させることにより、所定の時間−温度プログラムに追随する様に前記発熱体２４に投入される加熱電力を制御するのである。
【００５８】
本発明の実施の形態２においても、加熱気体導入孔２１から加熱気体や加熱蒸気を並行して供給することも可能である。加熱気体と電気加熱とを併用することによって、前記発熱体２４への投入電力の調整により、より精度の高い温度制御が可能となる。また、この様に加熱気体による加熱を併用する場合にも、温度制御用に前記天然素材１６外周に前記温度検出手段を配設して、検出された温度に基づき加熱電力を制御するのが好ましい。
【００５９】
本発明の実施の形態２に係る加圧緻密化処理装置においては、前記発熱体２４として、導電性を有する粉末、即ち金属粉末や炭素粉末等を用いるが、粉末であるために天然系素材１６の寸法や形状への自由度を有し、異なる形状や寸法を有する天然系素材の加圧緻密化処理にも何回でも使用できる上、加圧処理時の変形に対する追従性が高い。また、加熱・加圧処理後には、これらの粉末材料は、前記天然系素材１６から沁み出した樹脂成分によって固化しても、容易に粉末状態に再生して再使用することが可能であり、経済性の観点でも非常に好ましい。
【００６０】
以上説明した様に、本発明に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置によれば、近年、二酸化炭素の放出による地球温暖化の影響が少ないカーボンニュートラルな材料として、また、有効利用が期待されているスギ、ヒノキ等の低密度の針葉樹林材や竹材等の天然系素材を、高密度かつ高強度を有する材料に改質することが可能となる。特に、通常の加圧緻密化処理で必要とされる緻密化後の固定化処理を、加圧緻密化と同時もしくは連続して行なうことが可能となり、加圧緻密化処理工程全体の処理時間が短縮されて生産性が改善されるという効果を有するものである。
【００６１】
更に、比強度の観点からは、一部の鉄鋼やアルミニウム材を凌ぐ構造材料として使用が可能となり、工業製品としての展開が期待される。特に、天然系素材からなる棒材を製造するには最適であり、家電製品用の部品や家具、一部の建材としての利用を可能にする等、今後環境保全にも資する材料技術を提供するものとして寄与するところ多大である。
【００６２】
尚、上記の実施の形態では、木材の例を説明したが、天然系素材としては木材や竹材に限定されず、葦材等の草類やこれらを組み合わせた素材であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置の要部を示す模式的縦断面図である。
【図２】図１の天然系素材が円柱状木材である場合の矢視Ｘ−Ｘを示す模式的断面図である。
【図３】図１の天然系素材が複数の小径円柱状木材である場合の矢視Ｘ−Ｘを示す模式的断面図である。
【図４】図１の天然系素材が四角柱状木材である場合の矢視Ｘ−Ｘを示す模式的断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る天然系素材の加圧緻密化処理装置の要部を示す模式的縦断面図である。
【図６】従来技術に係る木材の圧力処理用装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０：高圧容器，    １１：円筒部
１２：上蓋部，  １２ａ：リング状上蓋，  １２ｂ：上プラグ
１３：下蓋部，  １３ａ：リング状下蓋，  １３ｂ：下プラグ
１４：加圧空間，  １４ａ：加圧流体導入孔
１５：円筒状メンブレン，  １５ａ：耳部
１６，１６ａ：円柱状木材（天然系素材）
１６ｂ：四角柱状木材（天然系素材）
１７：円柱状有孔弾性体，  １７ａ：有孔部
１８：多孔性断熱材，    ２０：プレスフレーム
２１：加熱気体導入孔，  ２１ａ：保温材
２２：排気孔，    ２３：多孔性充填材
２４：発熱体，  ２４ａ：電極部材
２５：電気絶縁材（緩衝材），    ２６：給電リード線
２７：熱電対（温度検出手段），  ２７ａ：補償導線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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