(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荒挽した角断面形状の対象材の少なくとも２面の板目の中心からずれた位置に、８００〜１５００箇所／m2の密度でインサイジング加工を施し、この加工材を、次式を満たす条件で乾燥することを特徴とする角材の乾燥方法。
Ｚ＝(ａ＋ｂx＋ｃy)／（１＋ｄx＋ｅx2＋ｆy）
但し、Ｚ：絶対湿度（ｇ／ｍ３）、x：含水率（％）、y：乾球温度（℃）、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ：近似式の定数であり、ａ：−９．４５９，ｂ：−０．１５７４，ｃ：０．７１６５，ｄ：−９．６７１４×１０−５，ｅ：６．０４４５×１０−５，ｆ：−０．００８０６である。
【請求項２】
インサイジング加工を、対象材の４面に、インサイジング傷深さを７〜２０ｍｍとしてそれぞれ複数列施すことを特徴とする請求項１に記載の角材の乾燥方法。
【請求項３】
インサイジング傷の深さに差異を設けることを特徴とする請求項２に記載の角材の乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は角断面の心持ち木材の割れを抑制して乾燥する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
柱、桁、梁などのひき角類は、一般に原木を荒挽工程で４面カットし、その状態で水分含有量が規定内になるように乾燥し、乾燥後、各面が規定寸法になるように修正挽きするのを通例としている。
ところが、住宅用建築用に心持ち（樹木の髄部分）を含んで製材された木材は、その乾燥時に表面ならびに内部に乾燥応力による割れが発生しやすい。こうした割れは欠点と評価され、その商品価値を大きく損なうので、従来より解決が要望されていたが、実効のある方法が確立されていなかった。
【０００３】
従来、防腐剤の注入性を高める目的で荒挽材の表面を傷つけるインサイジング加工を施し、この状態で乾燥することが行われていたが、前記目的のための手段であるため、割れ防止の効果は不十分であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、割れや狂い等の欠点発生の抑制効果が非常に高い実用的な心持ち角材の乾燥方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため本発明は、インサイジングパターンと乾燥条件を組み合わせた最適加工条件を見出したもので、すなわち、荒挽した角断面形状の対象材の少なくとも２面の板目の中心からずれた位置に、８００〜１５００箇所／m2の加工密度でインサイジングを施し、この加工材を、次式を満たす条件にて乾燥することを特徴としている。
Ｚ＝(ａ＋ｂx＋ｃy)／（１＋ｄx＋ｅx2＋ｆy）
但し、Ｚ：絶対湿度（ｇ／ｍ３）、x：含水率（％）、y：乾球温度（℃）、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ：近似式の定数であり、ａ：−９．４５９，ｂ：−０．１５７４，ｃ：０．７１６５，ｄ：−９．６７１４×１０−５，ｅ：６．０４４５×１０−５，ｆ：−０．００８０６である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、特定のインサイジング加工条件と特定の乾燥条件を組み合わせた乾燥処理を行うことにより、板目の中心に集中しやすい応力を分散して小さくすることができると共に、乾燥にともなう応力を必要最小限に抑制することができるので、割れの非常に少ない品質良好な角材を歩留まりよく得ることができる。
しかも、インサイジング加工の密度を粗くするので、加工も能率的に行なうことができると共に、木材の強度も低下させないですむ。
本発明は、心持ち柱材はもちろんのこと心持ち梁材にも有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
好適には、インサイジング加工を、対象材の４面に、インサイジング傷深さ７〜２０ｍｍの範囲ものをそれぞれ複数列施す。
これによれば、乾燥にともなう応力を抑制するのに最適なインサイジングとすることができる。
また、好適には、前記条件において、インサイジング傷の深さに差異を設ける。
これによれば、インサイジング傷の深さの差異より、板目の中心に集中する応力を深いインサイジング傷が吸収分散することができ、乾燥応力を適切に緩和して、割れの発生を顕著に抑制することができる。
【実施例１】
【０００８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施態様を説明するが、本発明はかかる実施態様に限定されるものではない。
図１と図２は本発明を木柱の製造に適用した第１実施態様を示しており、まず、図１のように、丸太原木１を鋸挽きして４面カットし、断面正方形状の荒挽材２を作る。１００は取り除かれた各背板である。この荒挽材２は、図２(ａ)のように各面２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの中央域に板目部分２００が現れ、角付近を含む側部域には目切りされた柾目部分２０１，２０１が現れている。２０２は髄である。
【０００９】
従来ではこうした荒挽材２をそのまま乾燥していたが、本発明は、乾燥前、すなわち、荒挽直後あるいは荒挽と同時期に、所定のパターンと加工密度のインサイジング傷４を形成する乾燥前処理を施す。
この乾燥前処理は、インサイジング傷４を意図的に板目の中心ＣＬからずらして施し、しかもインサイジング傷群の加工密度を、約８００〜１５００箇所／m2の範囲とする。前記加工は少なくとも荒挽材２の２面に施されることが必要であり、図示するものでは、図２（ｂ）のように、荒挽材２の各面２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに施している。
【００１０】
詳しく加工条件を説明すると,本発明においてインサイジング傷４を板目の中心（通常の場合、材の幅方向中心である）ＣＬからずらすのは、板目面の中心に乾燥応力が最も集中するので、ここにインサイジング傷を設けること、かえって乾燥割れを助長させることを知見したことによる。
インサイジング傷４のうち最も板目中心ＣＬに近い列の板目中心ＣＬからのずらし距離Ｌ1は、一般的に少なくとも１０ｍｍである。その理由は、１０ｍｍ以下では前記応力がまだ大きいので、割れ防止の効果が十分とならないからである。上限はないが、あまり離れていては応力緩和効果が乏しくなり、しかもインサイジング傷４が３列以上である場合に最も外側列のインサイジング傷が割れの現れにくい柾目部分に加工されるのを避ける点から、通常約３０ｍｍとすることが好ましい。
【００１１】
前記インサイジング傷４の深度Ｄは、通常、木材表面から７ｍｍ〜２０ｍｍの範囲である。その理由は、７ｍｍ以下では応力緩和効果が小さく、未加工と同じだからである。乾燥に伴う応力緩和の点からはできるだけ深いことが好ましい。本発明は、インサイジング加工密度が小さいため深さを大にすることができるが、２０ｍｍ以上では木材の強度低下につながるおそれがあるので上限を２０ｍｍとした。
インサイジング傷４の形態は、点でなくある程度の長さを有している限り、線状、溝状など任意であり、平面形状も、直線状、非直線状、三日月状、アーモンド状など任意である。傷の長さがあまり短いと水分の放散効率がよくなく、あまり長いと割れをかえって助長する可能性があるので、５〜２０ｍｍ、好適には８〜１２ｍｍの範囲である。傷の幅は応力によって幅方向に開く傾向があり、あまり幅広であると割れを誘発する可能性があるので、０．５〜１０ｍｍ、好適には１〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００１２】
インサイジング傷４は材の長手方向で1列でもよい。しかし、実際上は板目の乾燥応力緩和を1列でまかなうのは傷深さを大きくしても難しいので、通常は、複数列であり、材の幅方向寸法によって選定する。一般的な１０５〜１５０ｍｍ幅の柱角材の場合には２〜５列とし、一般的な１２０〜２６０ｍｍ幅の梁材の場合には、３〜７列で加工する。
同じ列におけるインサイジング傷４の間隔Ｌ２は、１０〜２０ｍｍとすることが好ましい。その理由は、１０ｍｍ以下では微小な乾燥応力により加工部分同士がつながる恐れがあり、２０ｍｍ以上では乾燥応力の分散効果が小さくなるからである。
【００１３】
しかし、いずれにしても、インサイジング傷群の加工密度は約８００〜１５００箇所／m2の範囲、好適には、１０００〜１４００箇所／m2とする。これは、通常行われていた加工密度３８００箇所／m2に比べてきわめて粗であり、従来のものが各面に対して１００％であるとすると、本発明は約１０〜３０％である。
このように加工密度を粗にした理由は、割れの発生を低減できることを幾多の実験の結果、知見したことによる。すなわち、木材の強度を落とさない範囲で材面に高密度の加工を行うことは、防腐剤の注入性を高めるような目的の場合は適当といえるが、心持ち角材の割れを抑制させる目的としては必要以上の加工であり,乾燥応力が集中する板目面の中心付近に加工を施すことでかえって乾燥割れを助長させていた。そこで、必要最小限数と思われるインサイジング加工をしかも加工位置を乾燥応力が集中する板目面の中心からずらして応力分散効果を狙った結果,乾燥割れを抑制する効果が現れたのである。
【００１４】
下限を８００箇所／m2としたのは、これ未満では乾燥割れを抑制できるような応力分散効果が期待できないからである。上限を１５００箇所／m2としたのは、それ以上多くしても応力緩和の効果は増さず、かえって乾燥割れを助長し、比較的小さな割れが多く生じさせるからである。１０００〜１４００箇所／m2は、柱材面に３列程度で千鳥状にインサイジング傷を配する場合、１０ｃｍ2あたり１０〜１４個となるので、材面が減少しかつ内部割れが現れない好適な範囲である。
【００１５】
各列のインサイジング傷４は隣り合う他列同士では、材の長手方向で位相がずれるように設けられることが好ましい。各面のインサイジング傷４の配置は、縦横の中心線で分割される面において同じ領域であることが好ましい。すなわち、図２の例では、面２ａでは図に向かって板目中心線ＣＬの右側に設けているので、他の面２ｂ、２ｃ、２ｄにおいても同じ領域に設けるのである。このようにすることで、応力の緩和を各面でバランスよくすることができる。
【００１６】
各面におけるインサイジング傷４の深さＤは前記の深度範囲内において、各列で同等でもよいが、異なっていてもよい。それは、深さが異なるほうが応力分散効果が良く現れるからであり、図示するものでは、幅方向の中心線ＣＬと片側の端を結んだ中心線上にもっとも深い深度のインサイジング傷４０を、その両側に相対的に伸度の浅いインサイジング傷４１を、それぞれ全長にわたり設けている。
この態様は、乾燥応力が木材の割れに達する際に板目の中心に集中する応力を深いインサイジング傷４０が吸収分散し,さらに両側のインサイジング傷４１がその分散を助けることになるので推奨される。
【００１７】
補足説明すると、乾燥が進行して表面に割れを生じさせるほどの応力が発生したときに、板目の中心に集中する応力をインサイジング加工によって分散させるが、このとき長さ方向に１列では応力分散が少ないので相対的に板目の中心に割れが生じる。これを両脇に少なくとも１列ずつ増やすことで更なる応力分散を行が行われ、板目の中心には大きな割れが少なくなる。ただ、それでも、応力の分散がまだ足りない場合、加工列を増やして応力分散をさせるか、真ん中の列のインサイジング傷を意図的に深くしてインサイジング加工部分の応力にともなう開きを大きくすることが考えられるが、前者は、表面積に対する加工密度が増すことになる。後者は、インサイジング傷を深くすると、浅い傷よりも傷口は乾燥にともない広くなりやすく、応力が分散するので、加工密度を増さずに割れの抑止効果を高くできる利点がある。なお、深度の大きいインサイジング傷４０は複数列に設けてもよいし、全部深いインサイジング傷としてもよい。
前記インサイジング加工は、錐、ノミ、カッターなどの手工具で施してもよいが、好適には機械で自動的に施される。たとえば、刃物を備えたドラムを回転させつつ材を長手方向に移動させることにより機械的に行う。
【００１８】
以上のようにインサイジング傷４を形成した前加工済み荒挽材２は、次いで乾燥されるが、その処理前に、初期蒸煮処理を行う。これは表面割れの減少に効果的であるとして従来より行われている処理であり、温度：８５〜９５℃、湿度：１００％、時間：８〜２４時間で行えばよい。
乾燥方法は、人工乾燥、天然乾燥、天然乾燥と人工乾燥の併用など任意であるが、通常は、蒸気式木材乾燥装置を用いた人工乾燥で行う。
本発明は、乾燥工程を次の近似式を満足する条件で行う。このように乾燥条件を特定したのは、前記した表面の加工パターンおよび加工密度でのインサイジング加工による割れ抑制の効果は、最適乾燥条件を組み合わされて大きく現れるからである。図３はこの最適最適乾燥条件の範囲を示している。
【００１９】
Ｚ＝(ａ＋ｂx＋ｃy)／（１＋ｄx＋ｅx2＋ｆy）
但し  x：含水率（％）、y：乾球温度（℃）、Ｚ：絶対湿度（ｇ／ｍ３）、a、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは近似式の定数であり、ａ：−９．４５９，ｂ：−０．１５７４，ｃ：０．７１６５，ｄ：−９．６７１４×１０−５，ｅ：６．０４４５×１０−５，ｆ：−０．００８０６である。
【００２０】
具体的には、乾燥温度は、５０〜９５℃である。下限を５０℃としたのは、建築用針葉樹の人工乾燥工程を経済的な時間で行う場合の最低値と考えられるからであり。また、９５℃は、乾燥装置の耐久性を維持するため、また建築用乾燥材の材色を変えない品質を保つための最高温度だからである。
相対湿度は５９〜８２％が適当である。その理由は、上限の８２％は乾燥初期の値であり,インサイジング加工を行うことで乾燥初期の割れが抑制できる最低値であり,下限の５９％は乾燥末期の割れを抑制できる最高値だからである。乾湿球温度差は４〜１３．５℃であり、その結果、絶対湿度Ｚは１５．７〜２１３．７ｇ／ｍ3である。
【００２１】
本発明においては、上記のように、加工密度：８００〜２０００箇所／m2の範囲でインサイジング傷を施し、かつそれらインサイジング傷を、板目の中心からずらして加工した状態とし、この状態で前記のような特定の条件で乾燥を行うことにより、水分が蒸発していく過程での収縮が急激に起きなくなり、収縮による木材自体の歪みにともない発生する応力とくに板目の中心に集中しやすい応力を分散して小さくすることができ、このため、表面ならびに内部に割れが極めて少なく、小さなものとなる。
【００２２】
すなわち、木材は水分が蒸発していく過程で乾燥にともなう収縮が生じる。この収縮により木材自体に歪みが生じる。この歪みにともない応力が発生する。この歪みによる応力は、乾燥が進行するにしたがって木材に変形や割れの現象を生じさせる。
心持ち材の場合、この乾燥にともなう応力は、表面ならびに内部に割れを生じさせる。それは乾燥にともない髄に対して変形量が大きい接線方向である板目が表面に現れているからである。特に柱材の場合は４面ともに板目であり、乾燥にともなう割れは必然的に生じる。
この場合、板目の中心付近にインサイジング加工をすると、応力が大きい箇所なのでかえって割れを助長させやすい。本発明は、意図的にインサイジング傷４を板目の中心からずらして加工したことにより、乾燥にともなって板目の中心に集中しやすい応力を分散して小さくすることができたのである。
【００２３】
このように乾燥が終わったならば、乾燥済み荒挽材を規定寸法たとえば１２０×１２０ｍｍとなるように修正挽きを行い、これで、後に割れや歪の発生することが少ない品質良好な角材製品が得られる。前記インサイジング傷は修正挽きで除去してもよいし、一部残存させてもよい。
【００２４】
次に本発明の具体例を比較例と共に説明する。
１）試験材：人工林で生育した約３０年生の直径１６０〜２００ｍｍの杉材を用いた。これを１１４×１１４ｍｍの正角、長さ３ｍに荒挽した。初期含水率は６０〜１００％であった。試験材はそれぞれ１２本づつとした。
【００２５】
２）乾燥前処理
本発明：インサイジング加工
オイスター型の刃物を備えたドラムにより機械的に行った。４面に対し、正板目から２ｃｍずらした位置に１５ｍｍの深度、長さ１０ｍｍのインサイジング傷を一列加工し、さらにその両側に深度１０ｍｍ、長さ１０ｍｍのインサイジング傷を１列づつ、それぞれ全長にわたり加工した。図４はこの状態を示している。インサイジング加工密度は１１４０箇所／ｍ２とした。
比較例１：インサイジング加工なし。
比較例２：インサイジング加工。材の４面にそれぞれ深度１０ｍｍのインサイジング傷を正板目を含めて満遍なくそれぞれ全長にわたり加工した。インサイジング加工密度は３８００箇所／ｍ２であり、図５はこの状態を示している。
比較例３：インサイジング加工。材の２面にそれぞれ深度１０ｍｍのインサイジング傷を正板目を含めて満遍なくそれぞれ全長にわたり加工した。インサイジング加工密度は３８００箇所／ｍ２である。
【００２６】
３）乾燥処理
前記含水率の各材を、７日で含水率１５〜２０％に乾燥した。このときの乾燥条件は、蒸気式木材乾燥装置を用い、乾燥初期に温度８５℃，湿度１００％の蒸煮処理を８時間行い、続いて、乾球温度８５〜９５℃，湿球温度は８１〜８２℃の条件で人工乾燥処理をした。この乾燥スケジュールは、乾球温度を乾燥終了時まで滑らかに上昇させ、湿球温度はほぼ一定のため、これに伴う相対湿度も滑らかに低下する。
【００２７】
４）試験結果
最終的な含水率測定は全乾法で行った。初期含水率は、最終含水率をもとに初期重量から再計算した。表面割れは長さと数を測定した。
試験結果を図６に示す。図６(ａ)は比較例１であり、(ｂ)は比較例２、(ｃ)は比較例３、(ｄ)は本発明である。未加工の比較例１は全体に幅広い長さの割れが入っている。比較例２，３は割れの長さ分布で２０ｍｍ前後が非常に多くなっている。本発明は、インサイジング加工の場所を正板目からずらししかも加工密度を低くし、長さ方向に対して一列だけ深い加工を施したことにより、比較例１，２，３に比べて割れの長さが減少して、短くなる効果をもたらしていることがわかる。本発明材を切断したところ、内部割れも発生していないことが確認された。したがって、本発明は心持ち柱材の人工乾燥において、割れを軽減することが可能な効果的手法であるといえる。
【００２８】
次に、本発明で規定する条件の効果を見るために、インサイジング条件を種々変えて、前記実験を行った。
Ｉ．インサイジング加工面：４面。加工密度：１９００箇所／m2
ＩＩ．インサイジング加工面：４面。加工密度：７５０箇所／m2
ＩＩＩ．インサイジング加工面：４面。インサイジング加工密度：１１４０箇所／ｍ２  インサイジング深さ：３列にそれぞれ１０ｍｍ
【００２９】
これらの結果を示すと、割れの長さ分布・数において、
Ｉ．はインサイジング加工が板目の中心にあることから乾燥割れを助長し、比較的小さな割れが多く生じた。
ＩＩ．加工密度が小さすぎるため、比較例１に近い全体に幅広い長さの割れが入っていた。
ＩＩＩ．は割れの長さ分布・数で本発明に匹敵する傾向であった。しかし、乾燥に伴う応力を分散しきれないことが原因と思われる板目の中心部分に比較的大きな割れが出現する場合があった。
以上の結果から、インサイジング加工を板目からずらしたところに行い、その加工密度を８００〜１５００箇所／m2に集中させる方法が好適である。さらに好適にはインサイジング傷深さは、深いものが１列あることが適当であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】(ａ)〜(ｃ)は荒挽工程を示す斜視図である。
【図２】(ａ)は荒挽材の斜視図、(ｂ)はインサイジング状態の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の乾燥条件範囲を示す線図である。
【図４】本発明の実験例におけるインサイジング加工状態を示す平面図である。
【図５】比較例２のインサイジング加工状態を示す平面図である。
【図６】（ａ）は比較例１の乾燥後における表面割れと長さ・個数の測定結果を示す線図、（ｂ）は比較例２の乾燥後における表面割れと長さ・個数の測定結果を示す線図、（ｃ）は比較例3の乾燥後における表面割れと長さ・個数の測定結果を示す線図、（ｄ）は本発明の乾燥後における表面割れと長さ・個数の測定結果を示す線図である。
【符号の説明】
【００３１】
２  荒挽木材
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  面
４  インサイジング傷
４０  深いインサイジング傷
４１  浅いインサイジング傷
２００  板目
ＣＬ  中心線
【図１】
0004624911.tif 000002
【図２】
0004624911.tif 000003
【図３】
0004624911.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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