(57)【要約】【課題】表層部分に対して圧縮変形の履歴を付与し、この履歴を利用して表層部分を効果的に圧縮（固定化乃至は永久固定化）した表層圧縮木質材料を製造する。【解決手段】小径のロール対１２３を有し、ロール対１２３の間に所要厚みを有する木材ＷＢを通して表層を所定寸法分だけ圧縮変形して圧縮変形履歴を付与すると共に、圧縮された木材ＷＢをロール対１２３の出口でタンク１１の水の中に浸漬する吸水処理装置１０と、吸水処理された木材ＷＢを容器２２内に収納して密閉状態とし、かつ前記所定寸法分だけ圧縮しつつ加熱する密閉圧縮加熱装置２０とを備えて表層のみを圧密した木材ＷＢを製造する。【選択図】　　　図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層部分を選択的に圧縮した木質材料を製造する装置であって、木質材料の表層部分をロール体を用いて選択的に圧縮する第１圧縮装置と、第１圧縮装置によって圧縮変形の履歴を付与された前記表層部分を加熱しつつ平板でプレスする第２圧縮装置とを有する表層圧縮木質材料の製造装置。
【請求項２】
前記ロール体は小径であることを特徴とする請求項１記載の表層圧縮木質材料の製造装置。
【請求項３】
前記ロール体は圧縮時における木質材料の割れ限界時の直径に比して大径であることを特徴とする請求項２記載の表層圧縮木質材料の製造装置。
【請求項４】
木質材料の厚みＴ、圧縮時の厚みＨ、ロール体の直径ｒとするとき、ロール体による木質材料に対する圧入力角度θ（＝ｃｏｓ―１［１−（Ｔ−Ｈ）／ｒ］）が１５°以下であることを特徴とする請求項３記載の表層圧縮木質材料の製造装置。
【請求項５】
前記第１圧縮装置は、木質材料を、その圧縮する面を少なくとも圧縮寸法以上露呈した出代を残して両側面から挟み込む挟持部材を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表層圧縮木質材料の製造装置。
【請求項６】
前記第１圧縮装置は出代に対する圧縮寸法を１／３〜３／４の範囲とすることを特徴とする請求項５記載の表層圧縮木質材料の製造装置。
【請求項７】
前記第１圧縮装置は、木質材料を液中で圧縮するものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の表層圧縮木質材料の製造装置。
【請求項８】
表層部分が選択的に圧縮された木質材料を製造する方法であって、木質材料の表層部分をロール体で圧縮する第１圧縮工程と、第１圧縮工程による圧縮変形の履歴を付与された前記表層部分を加熱しつつ平板でプレスする第２圧縮工程とを有する表層圧縮木質材料の製造方法。
【請求項９】
前記第１圧縮工程は、液中で行われることを特徴とする請求項８記載の表層圧縮木質材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表層部分を選択的に圧縮した木質材料を製造する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、木材を圧縮した状態で水蒸気加熱することによって、圧密木材を製造する技術が知られている。圧密木材は、強度的に強く、構造材としても利用される等広い用途を有している。更に、近年では、木材の表層部分のみを選択的に圧密化し、全体寸法をさほど変更させることなく、強度特性、表面性能などの物性を向上したものが製造され、床材等を代表に広く利用されてきている。表層圧密木材の製造に関しては、特許文献１〜８に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−４２５１０号公報
【特許文献２】
特開平８−２５８０１０号公報
【特許文献３】
特開平９−２６２８０４号公報
【特許文献４】
特開平９−２６２８０５号公報
【特許文献５】
特開平９−２６２８０６号公報
【特許文献６】
特開平９−２９０４０６号公報
【特許文献７】
特開平９−２９０４０７号公報
【特許文献８】
特許第３０３２７６９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平５−４２５１０号公報に記載の製造方法は、表面層に特殊な樹脂を注入して表面層を軟化させて圧縮するもので、構造的にも、工程的にも複雑さがある。また、その他の公報に記載の製造方法は、基本的に含水率調整された木材を加熱しながら表層部分のみを選択的に軟化する温度に加熱する必要がある等の困難な加熱処理が要求され、あるいは加熱中に表層に水分補給を行いつつ圧縮するという煩雑さが要求されるなど容易な処理とはいえない面がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、表層部分に対して圧縮変形の履歴を付与し、この履歴を利用して表層部分を効果的に圧縮（固定化乃至は永久固定化）する表層圧縮木質材料の製造方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、表層部分を選択的に圧縮した木質材料を製造する装置であって、木質材料の表層部分をロール体を用いて選択的に圧縮するロール体で圧縮する第１圧縮装置と、第１圧縮装置によって圧縮変形の履歴を付与された前記表層部分を加熱しつつ平板でプレスする第２圧縮装置とを有する表層圧縮木質材料の製造装置。
【０００７】
請求項８記載の発明は、表層部分が選択的に圧縮された木質材料を製造する方法であって、木質材料の表層部分をロール体で圧縮する第１圧縮工程と、第１圧縮工程による圧縮変形の履歴を付与された前記表層部分を加熱しつつ平板でプレスする第２圧縮工程とを有する表層圧縮木質材料の製造方法。
【０００８】
これらの発明によれば、第１圧縮装置で木質材料の表面がロール体の周面によって選択的に圧縮変形される。圧縮変形された表層部分には圧縮変形履歴が残留するため、第２圧縮工程では、木質材料の全体を加熱しても、この履歴が残留している部分が容易に選択圧縮された状態で、固定化処理される。固定化処理は、加熱温度、時間等の加熱条件によって、表層部分の選択的な圧縮変形を永久固定でき、あるいはドライングセットのような半固定とすることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の表層圧縮木質材料の製造装置において、前記ロール体は小径であることを特徴とする。この発明によれば、ロール体の径が大きいと、プレス状態が平板プレスの場合に類似するようになり、木質材料の厚み方向全体に対して応力がほぼ均等に作用し、全体を均等に圧縮変形することとなるが、ロール体の径がある程度小径であると、ロール体との接触が部分的となることから、その部位の近傍のみが効果的に圧縮されることとなる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の表層圧縮木質材料の製造装置において、前記ロール体は圧縮時における木質材料の割れ限界時の直径に比して大径であることを特徴とする。この発明によれば、ロール体の径が小さすぎると、前端から順次後端に向けて圧縮変形処理される木質材料の後端側にひずみが蓄積して後端面に割れを生ずる可能性が高くなることから、ある程度の径を備えるものであることが好ましい。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の表層圧縮木質材料の製造装置において、木質材料の厚みＴ、圧縮時の厚みＨ、ロール体の直径ｒとするとき、ロール体による木質材料に対する圧入力角度θ（＝ｃｏｓ―１［１−（Ｔ−Ｈ）／ｒ］）が１５°以下であることを特徴とする。この発明によれば、樹種、圧縮変形される表層部分の寸法に依存するが、圧入力角度が１５°以下であれば、後端の割れはほぼ生じることはない。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の表層圧縮木質材料の製造装置において、前記第１圧縮装置は、木質材料を、その圧縮する面を少なくとも圧縮寸法以上露呈した出代を残して両側面から挟み込む挟持部材を備えることを特徴とする。この発明によれば、第１圧縮工程で表層部分を圧縮変形する際に、木質材料自身が左右側に膨らもうとするが、挟持部材で左右側を挟み込む（拘束する）ことで、表層部分が厚み方向に効果的に圧縮変形される。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の表層圧縮木質材料の製造装置において、前記第１圧縮装置は出代に対する圧縮寸法を１／３〜３／４の範囲とすることを特徴とする。この発明によれば、出代に対する圧縮寸法が１／３より小さいと挟持部材の機能が十分に発揮できず、すなわち、出代部分で木質材料が左右に押し広げられた形状となり、一方、３／４より大きいと圧縮時に圧縮部分が挟持部材の上端から左右を越えてはみだし潰れてしまい、木材が破損する。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の表層圧縮木質材料の製造装置において、前記第１圧縮装置は、木質材料を液中で圧縮するものであることを特徴とする。また、請求項９記載の発明は、請求項８記載の表層圧縮木質材料の製造方法において、前記第１圧縮工程は、液中で行われることを特徴とする。これらの発明によれば、第１圧縮工程で圧縮変形された表押す部分は少なくともロール体の出口で元の寸法形状に回復しようとするが、このとき、木質材料は液中、例えば水中に浸漬されるので、膨張時に水分を材内に吸水することとなる。従って、表層部分のみに集中的に吸水が行われる。表層にのみ吸水処理が施された木材は、例えば容器などに収納されて密閉状態にされ、この履歴が付与された寸法分だけ第２圧縮工程で圧縮された状態、すなわち吸水が施された表層部分が圧縮された状態で、かつその部分に水分が含有されている状態で、圧密化（永久固定）されるに充分な温度、例えば１８０℃以上で選択的に加熱されることにより、水蒸気処理されたと同様に永久固定化される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る表層圧縮木質材料製造手順を示す図である。図１において、第１圧縮工程Ｐ１は平板状の木質材料、例えば木材ＷＢの表層部分を、圧縮予定側の面にロール体が配置されたロールプレスで圧縮し、表層部分に圧縮変形履歴を付与する工程である。第２圧縮工程Ｐ２は圧縮変形履歴が付与された木材ＷＢの表層部分を加熱しつつ平板でプレスして固定化乃至は永久固定化する工程である。
【００１６】
図２は、第１圧縮工程Ｐ１で採用するロールプレスの概略構造の一実施形態を示す図で，（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。図２において、ロールプレス１は、下側ロール部２と、上側ロール体３及び枠材４を有する。下側ロール部２は所定距離離間して側壁５等に軸支された互いに平行な前後ロール対２ａと、その間に張設された無端ベルト２ｂ及び前後ロール対２ａのロール上面を結ぶ線上に近接して複数並設されたロール２ｃとから構成されている。上側ロール体３は直径ｒで、前後ロール対２ａと平行かつ下側ロール部２の無端ベルト２ｂ上面に対して所定寸法離間して配置されている。枠材４は木材ＷＢを挟み込む拘束具として機能するもので、断面コ字状を有し、底部４ａの上面に対して高さ寸法ｈの側壁４ｂを有する。この第１圧縮工程Ｐ１で、厚み寸法Ｔの直方体形状を有する木材ＷＢを圧縮する場合、圧縮寸法が（Ｔ−Ｈ）となる。
【００１７】
前後ロール対２ａが回転すると、無端ベルト２ｂ上に載置された厚み寸法Ｔの直方体形状を有する木材ＷＢが図中左方向に搬送され、無端ベルト２ｂと上側ロール体３との間に挟み込まれ、この部分が圧縮される。無端ベルト２ｂによる搬送により無端ベルト２ｂと上側ロール体３との間を通過すると、圧縮された部位が徐々に元の状態に復帰する。図２（ａ）において、木材ＷＢの内、表層側のハッチングで示す部分は、圧縮部分を示す。この部分には圧縮変形履歴が付与されている。
【００１８】
以上のように、木材の厚み寸法Ｔ、圧縮時の厚み寸法Ｈ、上側ロール体３の直径ｒとするとき、上側ロール体３による木材に対する圧入力角度θは、θ＝ｃｏｓ−１（１−（Ｔ−Ｈ）／ｒ）で表される。圧入力角度θは樹種や、厚み寸法Ｔに対する圧縮寸法などに関連するが、通常は１５°を越えると、搬送木材の後端木口面に歪みが蓄積して割れを生じる可能性が出てくる。従って、圧入力角度θは１５°以下であることが好ましい。なお、木材の長さを予め長めに製作しておき、後端部分をその分、切断するようにすれば、多少の木口割れが生じていても製品上、問題はなくなる。この場合、２０°〜３０°程度としてもよい。
【００１９】
また、木材ＷＢの厚みのうち、枠材４の側壁４ｂより露呈する木材の高さ寸法（Ｔ−ｈ）を出代といい、この出代寸法（Ｔ−ｈ）に対する圧縮寸法（Ｔ−Ｈ）の関係は、２／５程度が好適であり、また１／３〜３／４程度が好ましい。１／３より小さいと枠材４の機能が発揮できず、また３／４より大きいと圧縮時に圧縮部分が枠材４の側壁４ｂ上面から左右を越えてはみだし、潰れてしまうから、及び全体が圧縮され、表層部分の選択的圧縮ができなくなるからである。
【００２０】
図３〜図７は、出代と圧縮量との関係を説明する図で、厚み２０ｍｍの杉を例にして第１圧縮工程Ｐ１を実験した場合における、横軸の木材の表裏（厚み）方向寸法と縦軸の密度とを示す図である。なお、密度は第１圧縮工程Ｐ１とほぼ同寸法だけ第２圧縮工程Ｐ２を実施した後に測定したものである。図３は、圧縮前の状態を示すデータ図、図４は、出代２ｍｍ、圧縮量（寸法）１．４ｍｍの場合のデータ図、図５は、出代４ｍｍ、圧縮量（寸法）２．７ｍｍの場合のデータ図、図６は、出代６ｍｍ、圧縮量（寸法）４ｍｍの場合のデータ図、図７は、出代１０ｍｍ、圧縮量（寸法）６．７ｍｍの場合のデータ図を示している。
【００２１】
図３において、圧縮前の木材の密度は０．３５〜０．３８ｇ／ｃｍ３で、厚み方向に略均一であることが分かる。図４では、出代に対する圧縮量はほぼ７／１０であり、表層部分の２ｍｍ程度が選択的に高い密度、すなわち圧縮変形されていることが分かる。図５では、出代に対する圧縮量はほぼ２／３であり、表層部分の４ｍｍ程度が選択的に高い密度、すなわち圧縮変形されていることが分かる。図６では、出代に対する圧縮量はほぼ２／３であり、表層部分の４ｍｍ程度が選択的に高い密度、すなわち圧縮変形されていることが分かる。図７では、出代に対する圧縮量はほぼ７／１０であるが、圧縮量が木材の厚みの２／３と大きいため、表裏方向に略比例するように密度が上昇しており、選択的な圧縮変形ができていない。
【００２２】
第２圧縮工程Ｐ２は、第１圧縮工程を施した木材ＷＢに対して加熱処理と圧縮処理とを行うもので、平板プレスを利用して行われる。すなわち、第１圧縮工程Ｐ１で圧縮変形履歴が付与された木材ＷＢは、後に、第２圧縮工程Ｐ２が施されるときには、この圧縮変形履歴を有する部位が他の部位（図２（ａ）のハッチングを施されていない部分）に対して小さい応力（プレス圧力）で圧縮、すなわち圧縮変形し易くなるため、この表層部分の選択的な圧縮変形を平板プレスで実現することが可能となる。第２圧縮工程は、密閉状態で水蒸気を供給しながら熱板等で短時間（例えば数分）だけ高温とする水蒸気処理、数時間かけて熱板で高温加熱する熱処理、電極間に挟持して高周波による誘電加熱を短時間（数分）行う内部加熱処理によって、後述する理由によって永久固定することができ、あるいは熱処理を数分程度の短時間だけ行うことによる通常の固定化（ドライングセット；水分が供給されるとほぼ元の状態に復元してしまうため、適用場所などが限定される。）処理された表層圧縮木材を製造することが可能となる。
【００２３】
図８は、第１圧縮工程Ｐ１における圧縮変形履歴が付与された寸法に対する、第２圧縮工程Ｐ２の実行時における、平板プレスによる加える応力（ｋｇｆ／ｃｍ２）と、木材表層部分の圧縮変形（ひずみ（ｍｍ））寸法を示す図である。図中、実線で示す線図Ｌ１は第１圧縮工程Ｐ１が施されていない場合の図、破線で示す線図Ｌ２は第１圧縮工程Ｐ１での圧縮変形履歴の寸法が４ｍｍの場合の図、一点鎖線で示す線図Ｌ３は第１圧縮工程Ｐ１での圧縮変形履歴の寸法が８ｍｍの場合の図、二点鎖線で示す線図Ｌ４は第１圧縮工程Ｐ１での圧縮変形履歴の寸法が１２ｍｍの場合の図である。
【００２４】
線図Ｌ１では、応力３５（ｋｇｆ／ｃｍ２）という大きな応力を加えるまでは木材が変形しないが、これを越えると、あるひずみまでは比較的容易にひずみが増大しており、その後は応力とほぼ比例するようにひずみが増大している。線図Ｌ２では、２ｍｍまでは容易に（すなわち、小さい応力で）変形し、この後、４〜５ｍｍ程度までは応力の増加が少ない状態で変形し、この後は応力とほぼ比例するようにひずみが増大している。線図Ｌ３では、２ｍｍ強までは容易に変形し、この後、８ｍｍまで応力の増加が少ない状態で変形し、この後は応力とほぼ比例するようにひずみが増大している。線図Ｌ４では、２ｍｍ強までは容易に変形し、この後、１０ｍｍまで応力の増加が少ない状態で変形し、この後は応力とほぼ比例するようにひずみが増大している。
【００２５】
このように、線図Ｌ２の場合には、第１圧縮工程Ｐ１で４ｍｍの圧縮変形履歴が付与されているため、４ｍｍまでの変形に必要な応力と、４ｍｍ以上の変形に必要な応力の大きさに差がある。線図Ｌ３の場合には、第１圧縮工程Ｐ１で８ｍｍの圧縮変形履歴が付与されているため、８ｍｍまでの変形に必要な応力と、８ｍｍ以上の変形に必要な応力の大きさに差がある。線図Ｌ４の場合には、第１圧縮工程Ｐ１で１２ｍｍの圧縮変形履歴が付与されているため、１２ｍｍまでの変形に必要な応力と、１２ｍｍ以上の変形に必要な応力の大きさに差がある。
【００２６】
図９は、本発明に係る表層圧縮木質材料製造装置の外観図であり、図１０はその構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。表層圧縮木質材料製造装置は、吸水処理装置１０、密閉圧縮加熱装置２０、エアコンプレッサ３０及び制御操作部４０を備えると共に、適用される木材に対する前処理装置もある。前処理装置としては、伐採した生材を例えば年輪に直交する方向の厚み寸法を所定寸法とした長尺の木材を製造する装置、所要の乾燥処理を施して所定の低含水率に調整する装置がある。あるいは所定形状で乾燥処理された後に、本製造システムに適用可能な寸法に裁断する処理装置であってもよい。
【００２７】
吸水処理装置１０は、水を貯留する貯水タンク１１と材圧縮部１２とから構成される。貯水タンク１１は所要の深さ寸法を有する長方形をなし、その一部に材圧縮部１２を装備するための延設部１１１が形成されている。
【００２８】
材圧縮部１２は、貯水タンク１１の底面に固設等された基台１２１と、基台１２１上に幅方向所定間隔を置いて立設された１対のロール支持枠１２２と、この１対のロール支持枠１２２に軸支された上下に一対の小径のロール対１２３と、その上部適所に配置され、ロール対１２３の一方に回転力を付与する駆動手段としてのモータ１２４と、ロール対１２２間に木材ＷＢをガイドするガイド部材１２５とを備える。
【００２９】
ロール対１２３を構成する上下のロールは同径で、かつ平行に配置されると共に、両ロール面の離間距離は製造目標となる材の厚み寸法に一致する寸法に設定されている。ロール対１２３は、図１０に示すように上下両ロール面の対向する位置の接線が左側（前方側）に所定角度傾斜するように角度設定して配置されており、同様にガイド部材１２５も同一角度に傾斜させて配置されている。ガイド部材１２５はロール対１２３の入り口手前まで延設され、処理対象木材ＷＢを確実にロール対１２３に挟持される位置までガイドするようにしている。これらにより、ガイド部材１２５の上面に沿ってロール対１２３側に送られた処理対象木材ＷＢは同一傾斜を維持しながらロール対１２３に挟持され、ロールプレスされつつ通過し、そのまま貯水タンク１１に貯留されている水の中へ浸漬するようにしている。貯水タンク１１の水位は、少なくとも上下両ロール面の対向する位置近傍乃至はそれ以上の深さに設定されており、これにより、ロール対１２３でロールプレス（圧縮）された木材ＷＢがロール対１２３の出口で圧縮状態が開放されて元の寸法形状に回復するまでの間に少なくとも水中に浸漬させるようにしている。
【００３０】
ロール対１２３の上ロールとモータ１２４の回転軸との間は双方の回転軸に設けたギアによる噛合により、乃至はベルト掛け等によりモータ回転力がロール対１２３に伝達されるようにし、ロール対１２３の表面に所定速度（移送速度）を付与している。なお、図では示していないが、ガイド部材１２５の繰り出し方向基端に材押込手段を設け、処理対象木材ＷＢがロール対１２３に挟持される際に生じる反力に抗して確実な圧入を行わせるのが好ましい。
【００３１】
図１１は、吸水処理装置での休止の原理を示す図で、（ａ）は圧縮と回復（復元）乃至吸水の状態を示し、（ｂ）は吸水の状態を示している。すなわち、（ａ）において、例えば年輪方向に小径のロール対１２３によってその表層部分が選択的に圧縮変形される際に、木材ＷＢの表層部の繊維細胞が押しつぶされ、細胞内に存在していた空気が後方に押しやられ、後端の木口面から抜けることになる。一方、ロール対１２３を通過した時点から木材ＷＢの表層部分は元の寸法に回復しようとする。この回復時には、押しつぶされた繊維細胞が広がるが、その時に生じる細胞内での負圧によって、周囲の流体、すなわち水が吸引されるここととなる。表層以外の部分は圧縮されていないため、ロール対１２３を通過した後も、寸法の回復はなく、従って吸水現象は生じない。このため、木材ＷＢは前述の前処理で乾燥され、全体的に含水率が低いにも拘わらず、表層部分のみ含水率が相対的に高くなる。そして、木材ＷＢの回復はロール対１２３を受けた後の瞬時ではなく、ある時間をかけて行われることに着目して、（ｂ）に示すように、所要の含水量が吸引されるまで水中に浸漬するようにしている。図９には示していないが、図１０（ｂ）のようにロール対１２３の出口側に水面より僅かに低い高さに複数のロール群等を配置しておくこととで、ロール対１２３を通過した木材ＷＢを浮かすことなく、そのまま水中に継続して保持することが可能となる。
【００３２】
吸水量は、本方式の方が従来の吹付け方式や単に浸漬する方式に比して数倍得られ、また、本方式の場合における吸水量は移送速度による変化、貯留水の温度差による変化はさほどないものの、浸漬時間に比例することが実験により確かめられた。
【００３３】
密閉圧縮加熱装置２０は、４本の支柱２１１により支持されたプレス機２１と、支柱２１１間に上下方向に移動可能に積載された複数個、本実施形態では５段の容器２２とを備える。
【００３４】
プレス機２１は支柱２１１の上端部に固定された圧縮シリンダ装置２１２とその左右に一対の昇降ガイド２１３とこれらの下端に取り付けられたプレス盤２１４、及び下部のプレス基台２１５を備える。この構成によりプレス盤２１４が支柱２１１に沿って昇降可能にされている。プレス盤２１４とプレス基台２１５との間には５段分の容器２２が積載配設されている。
【００３５】
容器２２は、下部容器２３と上蓋２４とから構成され、両者で形成される内空間に処理対象木材ＷＢが収容された状態で圧縮加熱処理が施されるようになっている。下部容器２３と上蓋２４の両方あるいは一方（すなわち、少なくとも一方）には、その肉厚内にニクロム線等の電熱線を這わす（張り巡らす）ための孔が穿孔されており、この中に電熱線を挿入して熱盤を形成し、外部電源より電力を供給して２００℃程度に発熱可能にされている。熱盤としては、電熱による他、穿孔された孔内に高温蒸気（２００℃程度）を供給することによっても実現可能である。なお、５段目（最下段）の下部容器２３はプレス基台２１５の上面に固定されており、１段目の上蓋２４はプレス盤２１４の下面に固定されている。
【００３６】
図１２は、容器の構造と上蓋との締結、及び加熱処理の手順を説明する図である。図１２に示す容器は処理対象木材ＷＢの木口側から見た図で、紙面の奥行き方向に長尺寸法を有している。下部容器２３は長方形をなす底部２３１と、その４辺で立直した側壁２３２とを有し、底部２３１に処理対象木材ＷＢを搭載するようになっている。処理対象木材ＷＢの搭載位置を囲むようにして密封用のゴムなどからなるシール材２３３が周設されている。長尺側の側壁２３２の内壁面には凹溝２３４が形成され、少なくとも一方側は、後述のロックピン２５を嵌挿するために短尺方向の端面に達している。
【００３７】
一方、上蓋２４は天板２４１と、その４辺で立直した側壁２４２とを有し、上蓋２４の適所には、図（ａ）に示すように、不活性気体としての空気を投入するための孔（破線で示す）が穿孔されている。側壁２４２は、下部容器２３の側壁２３２の内壁に接して嵌合する形状サイズに形成されており、かつ長尺方向の外壁面には、嵌合状態で凹溝２３４と対面する位置に凹溝２４３が形成されている。従って、下部容器２３に上蓋２４が被せられた状態で、凹溝２４３と凹溝２３４とで形成される左右の直線状の各角孔に、図（ｃ）に示すようにロックピン２５がそれぞれ嵌挿されることにより、容器２２の密閉状態がロックされ、ロックピン２５が抜かれれば、開成可能となる。凹溝２４３と凹溝２３４を角形とすることで、高いロック性能を維持している。また、下部容器２３の側壁２３２と上蓋２４の側壁２４２の高さ寸法は処理対象木材ＷＢの最終的な厚さ寸法に一致するように設定されている。
【００３８】
続いて、（ａ）〜（ｈ）の各工程を説明する。（ａ）で、上蓋２４が開けられて吸水処理された処理対象木材ＷＢが収納される。この時点では、下部容器２３及び上蓋２４の少なくとも一方は２００℃に加熱されている。処理対象木材ＷＢは先の吸水処理工程において元の形状にほぼ回復していることから、その厚みは側壁２３２，２４２の高さ寸法以上である。すなわち、圧縮予定寸法分だけ厚みが大きいことになる。そのため、上蓋２４を被せた状態で前述のプレス機２１で押圧操作が行われる。この様子を、（ｂ）の矢印で示しており、上蓋２４が下部容器２３に当接した状態で、（ｃ）に示すようにロックピン２５が嵌挿され、両者が拘束される。
【００３９】
続いて、（ｄ）に示すようにエアコンプレッサ３０から配管３１を経て圧縮空気が投入され、容器内を昇圧する。投入される空気は表層に対する選択的圧密化のために水分の低いものが好ましい。また、内部空気圧としては６ｋｇｈ／ｃｍ２　　乃至はそれ以上が好ましい。そして、（ｅ）に示すように、この状態を所定時間だけ維持する。加熱時間は処理対象木材ＷＢの厚み乃至は圧縮寸法とか材寸法によりそれぞれ好ましい時間に設定可能であるが、例えば数分程度である。（ｅ）に示す熱処理が開始されると、処理対象木材ＷＢの表層に吸水された水分が急激に加熱される結果、表層部のみが他の部分に比べて高温（１８０℃〜２００℃）となり、この部分のみが熱処理される。すなわち、この熱処理によって、圧縮変形された状態で内在している弾性回復力が解放される。すなわち変形回復の原動力はミクロフィブリルおよびマトリックスに蓄積された弾性回復力であるから、圧縮変形した状態で、１８０℃〜２００℃の高温に晒すことでこれらの回復力を局所的に解放することができ、この結果、圧縮変形を永久固定することが可能となる。
【００４０】
続いて、（ｆ）では容器２２内が高温、高圧状態であるから、この容器２２を直ぐに開成（開放）すると、木材ＷＢは急激な減圧により破損する可能性が高い。そこで、配管３１を介して内部の圧力を所定時間、例えば数分（３〜５分）かけて、徐々に開放、すなわち常圧に戻す。この後、（ｇ）で、ロックピン２５を抜いて、上蓋２４を分離可能にし、最後に（ｈ）で、上蓋２４を開成して、処理された木材ＷＢを取り出す。この（ａ）から（ｈ）までの処理工程が繰り返されることで、次々に表層圧密木材ＷＢが製造される。このようにして製造された表層圧密木材ＷＢは、表面強度（曲げ強度含む）、平滑性が高く、また光沢もあり、構造材の他、化粧材としても利用できるなど、利用範囲は広い。
【００４１】
図１３は、プレス機による圧縮加熱処理の手順について説明する図である。この構造では、容器Ａ〜Ｄは、各下部容器２３が直ぐ下段の容器２２の上蓋２４と図略の連結具によって一体連結されている。さて、図１３では、今、５段の容器（１段目から容器Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅという）の３段目まで処理対象木材ＷＢがセットされており、（ａ）〜（ｄ）の手順で、２段目の容器Ｂに処理対象木材ＷＢをセットするものとする。先ず、（ａ）で、容器Ｂのロックピン２５を抜き、プレス機２１を動作させて、プレス盤２１４を所定距離だけ上昇する。すると、各容器はロックピン２５を抜かない限り下段の容器を一体で持ち上げるため、容器Ａと容器Ｂの上蓋２４が、（ｂ）に示すように持ち上げられる。ここで、処理対象木材ＷＢを容器Ｂの下部容器２３内にセットする。次いで、プレス盤２１４を降下させ、所要のプレス圧になるまでプレス機２１を作動させる。この状態で、容器Ｂにロックピン２５を嵌挿し、続いて、エアコンプレッサ３０から配管３１を介して容器Ｂ内が所定圧に達するまで乃至は予め設定された所定量の空気の投入が行われる。容器Ｂへの処理対象木材ＷＢのセットが終了すると、次に、容器Ａに対して、そのロックピン２５が抜かれ、同様の操作が行われる。このようにして全ての容器Ａ〜Ｅへ処理対象木材ＷＢのセットが終了する。
【００４２】
この後、最初に処理対象木材ＷＢがセットされた容器Ｅに対して、加熱時間及び減圧（解圧）時間（すなわち、処理時間）が経過すると、容器Ｅのロックピン２５が抜かれ、プレス機２１が操作されて、容器Ｅのみが分離され、処理後の木材ＷＢが取り出され、この状態で未処理の処理対象木材ＷＢがセットされ、容器Ｅが閉塞され、ロックピン２５が嵌挿される。続いて、容器Ｄに対して、処理時間が終了すると、同様に処理木材ＷＢと未処理木材ＷＢの交換が行われ、このようにして、順次、処理時間が経過する毎に、該当する容器のロックピン２５を抜いて処理木材ＷＢと未処理木材ＷＢの交換を行うことで、効率の高い木材処理が可能となる。
【００４３】
エアコンプレッサ３０は５段分の容器２２に所要圧の空気を供給するためのものである。制御操作部４０は、各容器に電熱用の電力を供給する電源ボタン、プレス機２１を昇降動作させる各操作釦、各容器に選択的に空気を所要圧に達するまで供給し、また停止するボタンなどを備える。また、容器１個について処理時間が仮に１０分とすると、２分間隔で処理木材ＷＢと未処理木材ＷＢの交換を行うことを報知するタイマ及び報知手段を備えていてもよい。
【００４４】
なお、本発明は、以下の態様を採用することが可能である。
【００４５】
（１）ロール対１２３は予め両側のロール支持枠１２２への取り付けにより、軸支されているとして説明したが、ロール支持枠１２２の一方をその基部で蝶番などにより折り畳み可能な構造とすれば、径の異なるロールを上下側共に交換できる。なお、ロール対を構成する上下のロールは同一径とすることで、処理対象木材ＷＢの両面の表層に同一寸法分だけ圧密化した部分を形成できるが、用途などによっては、上下ロールの径を異なるものとしてもよい。例えば、上面側を下面側に対してより厚い圧密寸法を得たい場合には、下ロールをより大径にすればよい。
【００４６】
（２）さらに、圧密寸法を調整する場合には、ロールの交換の他、少なくとも上ロールを軸支するロール支持枠１２２の部分を上下方向にスライド可能な構成にしておけば、所要のロール間寸法に調整することが可能となる。この場合、圧密寸法とロール径が対応することから、それぞれのタイプ毎に予めそれぞれのタイプ（ロール間距離が調整可能とすれば、更に好ましい）を製造し、準備しておいてもよい。
【００４７】
（３）ロール対１２３はタンク１０に貯留された水の中に完全に浸漬された位置としてもよい。この場合、ロール対１２３は上ロールが前方に傾斜して配置する必要はなく、完全に上下位置であってもよく、各ロールが水平に平行となる姿勢であってもよい。また、ロール対１２３は軸が水平となる姿勢にする必要はなく、垂直であってもよい。
【００４８】
（４）密閉圧縮加熱処理は、多段方式に限定されず、１容器ずつ処理を施すものであってもよい。又、多段式であっても、全段を一括で処理する、いわゆるバッチ式のタイプとしてもよい。
【００４９】
（５）図２において、枠材４を採用したが、必ずしも必須ではない。また、一体式の枠材４に代えて、木材ＷＢの側面に当接して連れ回りするロール部材６を拘束用として採用してもよいし、押圧部材７を拘束用として配置する態様でもよい。すなわち、図１４は拘束用の部材の他の実施形態を示す図で、（ａ）は供回り式のロール部材６の態様を示す平面図、（ｂ）は摺動式の押圧部材７の態様を示す平面図である。なお、図中、白抜き矢印は木材ＷＢの移送方向を示す。図１４（ａ）において、ロール部材６は上側ロール体３（図２）の左右に配置されるもので、木材ＷＢの側面に平行で、同図の紙面方向に垂直な回動軸６１に軸支され、木材ＷＢの側面に所要の押圧状態で当接するものである。ロール部材６は図では示していないが、その軸６１の一方が、あるいはユニバーサル式で双方が広狭方向に移動可能に連結されてなり、木材ＷＢの幅に応じて所望の位置で位置ロックし得る構造を有していることが好ましい。また、ロール部材６はロール厚み及び高さが、図２に示す所定の出代寸法を有するように位置設定されている。なお、図では省略しているが、このロール部材６は好ましくは両方の軸６１を支持する台部を有し、この台部が木材ＷＢに対して昇降（図の紙面方向）可能にされる態様では、種々の高さを有する木材ＷＢに対して所望の出代寸法の設定が可能となる。また、図１４（ｂ）において、押圧部材７は上側ロール体３（図２）の左右に対象に配置されるもので、プランジャ７１を出没させる、例えば油圧シリンダ７０と、プランジャ７１の先端に取り付けられた押圧体７２とから構成されている。押圧体７２は互いに向き合う構成とされ、木材ＷＢの幅に応じてプランジャ７１の突出位置を設定することで、所要の押圧力で木材の側面を押圧する。押圧体７２は少なくとも木材ＷＢと当接する部分乃至はその表面が低摩擦係数を有する材料で構成乃至は表面加工されてなり、押圧状態での木材ＷＢのスムースな移送を確保している。なお、押圧体７２の木材ＷＢに対する出代寸法は図１４（ａ）の場合と同軸、図２のように設定され、好ましくは木材ＷＢのサイズに合わせて高さ方向に位置設定可能にされている。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１、８記載の発明によれば、表層部分に対して圧縮変形の履歴を付与することで、この履歴を利用して表層部分を効果的に圧縮（固定化乃至は永久固定化）した表層圧縮木質材料を製造することができる。
【００５１】
請求項２記載の発明によれば、ロール体の径が大きいと、プレスの仕方が平板プレスの場合に近づき、木質材料の厚み方向全体に対して応力が作用し、全体を圧縮変形することとなるが、ロール体の径がある程度小径であると、ロール体と接する部位の近傍のみを効果的、選択的に圧縮することができる。
【００５２】
請求項３記載の発明によれば、ロール体として、圧縮時における木質材料の割れ限界時の直径に比して大径のものを採用したので、ロール体の径が小さすぎるるために前端から順次後端に向けて圧縮変形処理される木質材料の後端側にひずみが蓄積して後端面に割れを生ずるということを防止できる。
【００５３】
請求項４記載の発明によれば、圧入力角度を１５°以下とすることで後端の割れの発生をほぼ防止できる。
【００５４】
請求項５記載の発明によれば、第１圧縮工程で表層部分を圧縮変形する際に、木質材料自身が左右側に膨らもうとするが、挟持部材で左右側を挟み込むため、表層部分を厚み方向に効果的に圧縮変形し得る。
【００５５】
請求項６記載の発明によれば、出代に対する圧縮寸法を１／３から３／４としたので、表層部分を厚み方向に効果的に圧縮変形することができる。
【００５６】
請求項７、９記載の発明によれば、第１圧縮工程で圧縮変形された表押す部分は少なくともロール体の出口で元の寸法形状に回復しようとするが、このとき、木質材料は液中、例えば水中に浸漬されるので、膨張時に水分を材内に吸水することとなる。従って、表層部分のみに集中的に吸水が行われる。表層にのみ吸水処理が施された木材は、例えば容器などに収納されて密閉状態にされ、この履歴が付与された寸法分だけ第２圧縮工程で圧縮された状態、すなわち吸水が施された表層部分が圧縮された状態で、かつその部分に水分が含有されている分、圧密化（永久固定）されるに充分な温度、例えば１８０℃以上で選択的に加熱され、水蒸気処理されたと同様に永久固定化された表層圧縮木質材料を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表層圧縮木質材料製造手順を示す図である。
【図２】第１圧縮工程Ｐ１で採用するロールプレスの概略構造の一実施形態を示す図で，（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】出代と圧縮量との関係を説明する図で、厚み２０ｍｍの杉を例にして第１圧縮工程Ｐ１を実験した場合における、横軸の木材の表裏（厚み）方向寸法と縦軸の密度とを示すものであって、圧縮前の状態を示すデータ図である。
【図４】出代と圧縮量との関係を説明する図で、厚み２０ｍｍの杉を例にして第１圧縮工程Ｐ１を実験した場合における、横軸の木材の表裏（厚み）方向寸法と縦軸の密度とを示すものであって、出代２ｍｍ、圧縮量（寸法）１．４ｍｍの場合のデータ図である。
【図５】出代と圧縮量との関係を説明する図で、厚み２０ｍｍの杉を例にして第１圧縮工程Ｐ１を実験した場合における、横軸の木材の表裏（厚み）方向寸法と縦軸の密度とを示すものであって、出代４ｍｍ、圧縮量（寸法）２．７ｍｍの場合のデータ図である。
【図６】出代と圧縮量との関係を説明する図で、厚み２０ｍｍの杉を例にして第１圧縮工程Ｐ１を実験した場合における、横軸の木材の表裏（厚み）方向寸法と縦軸の密度とを示すものであって、出代６ｍｍ、圧縮量（寸法）４ｍｍの場合のデータ図である。
【図７】出代と圧縮量との関係を説明する図で、厚み２０ｍｍの杉を例にして第１圧縮工程Ｐ１を実験した場合における、横軸の木材の表裏（厚み）方向寸法と縦軸の密度とを示すものであって、出代１０ｍｍ、圧縮量（寸法）６．７ｍｍの場合のデータ図である。
【図８】第１圧縮工程Ｐ１における圧縮変形履歴が付与された寸法に対する、第２圧縮工程Ｐ２の実行時における、平板プレスによる加える応力（ｋｇｆ／ｃｍ２）と、木材表層部分の圧縮変形（ひずみ（ｍｍ））寸法を示す図である。
【図９】本発明に係る表層圧縮木質材料の製造装置の外観図である。
【図１０】表層圧縮木質材料製造装置の構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図１１】吸水処理装置での休止の原理を示す図で、（ａ）は圧縮と回復（復元）乃至吸水の状態を示し、（ｂ）は吸水の状態を示す図である。
【図１２】容器の構造と上蓋との締結、及び加熱処理の手順を説明する図である。
【図１３】プレス機による圧縮加熱処理の手順について説明する図である。
【図１４】拘束用の部材の他の実施形態を示す図で、（ａ）は供回り式のロール部材の態様を示す平面図、（ｂ）は摺動式の押圧部材の態様を示す平面図である。
【符号の説明】
１　ロールプレス
２　下側ロール部
３　上側ロール体
４　枠体
１０　吸水処理装置
１１　貯水タンク
１１１　延設部
１２　材圧縮部
１２１　基台
１２２　ロール支持枠
１２３　ロール対
１２４　モータ
１２５　ガイド部材
２０　密閉圧縮加熱装置
２１　プレス機
２１１　支柱
２１２　圧縮シリンダ装置
２１３昇降ガイド
２１４　プレス盤
２１５　プレス基台
２２　容器
２３　下部容器
２３１　底部
２３２　側壁
２３３　シール材
２３４　凹溝
２４　上蓋
２４１　天板
２４２　側壁
２４３　凹溝
２５　ロックピン
３０　エアコンプレッサ
３１　配管
４０　制御操作部
ＷＢ　木材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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