(57)【要約】【課題】  従来、内部応力を強く残す広葉樹種等の原木又は製材品は、加熱による木材の傷みを極力抑えて、歩留まりよく高品質に木材を乾燥させることが困難であった。【解決手段】  密閉圧力容器内を減圧して行う１００℃以下の温度での蒸煮により木材を加熱する加熱工程と、加熱工程を経た木材を、密閉断熱室に収容して、密閉断熱室内の雰囲気ガスを循環させながら、循環している雰囲気ガスを冷却除湿装置により除湿するとともに加熱装置により加温することにより木材を乾燥させる乾燥工程と、からなることを特徴とする木材の乾燥方法を提供する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉圧力容器内に木材を挿置して、容器内を減圧して行う１００℃以下の温度での蒸煮により木材を加熱する加熱工程と、
加熱工程を経た木材を、密閉断熱室に収容して、密閉断熱室内の雰囲気ガスを循環させながら、循環している雰囲気ガスを冷却除湿装置により除湿するとともに加熱装置により加温することにより木材を乾燥させる乾燥工程と、からなることを特徴とする、
木材の乾燥方法。
【請求項２】
密閉圧力容器内に木材を挿置して、容器内を減圧して行う１００℃以下の温度での蒸煮により木材を加熱する加熱工程と、
加熱工程を経た木材を、任意の加工手段により任意の形状に加工する加工工程と、
加工工程を経た加工済木材を、密閉断熱室に収容して、密閉断熟室内の雰囲気ガスを循環させながら、循環している雰囲気ガスを冷却除湿装置により除湿するとともに加熱装置により加温することにより加工済木材を乾燥させる乾燥工程と、からなることを特徴とする、
木材の乾燥方法。
【請求項３】
水を収容した貯水槽に木材を浸漬して、木材を湿潤させて含水率を調整する含水率調整工程を、前記加熱工程の前工程として行うことを特徴とする、
請求項１又は請求項２に記載の木材の乾燥方法。
【請求項４】
前記加熱工程での容器内を減圧して行う蒸煮による加熱は、容器内の温度が７０℃から９０℃となるように行うことを特徴とする、
請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の木材の乾燥方法。
【請求項５】
前記乾燥工程での乾燥は、密閉断熱室内の温度が３０℃から８０℃、湿度が３０％から１００％の範囲で行うことを特徴とする、
請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の木材の乾燥方法。
【請求項６】
前記乾燥工程で用いる加熱装置は、遠赤外線ヒータであることを特徴とする、
請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の木材の乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、主として原木又は製材品を高品質に乾燥させる方法に関する。なお、本願では、原木及び製材品を総称して木材という。
【背景技術】
【０００２】  建築用材、とりわけ化粧材等の内装用途に用いられる木材や、化粧用途に用いられる構造材には、高い寸法安定性や、経年的にも割れ、曲がり等が生じない高品質性が求められている。さらに、近年では無垢材の質感や天然木の香りが内装用途や家具用途等で評価され、木材を高品質に乾燥加工して用いる需要が高まってきている。【０００３】  無垢材に対する需要では、近年、木目の美しさや堅さ等から、タモ、ケヤキ、ナラ、サクラ、セン等に代表される広葉樹種の木材に対する需要が高まっているが、これら広葉樹種の原木は、一般的に、成長過程での内部応力（成長応力）を強く残しているため、木材乾燥が不十分であると加工後や施工後において、狂い（形状変形）が持続的に生じるなど、取扱いが難しい木材とされている。また、針葉樹種にも、カラマツなど内部応力を強く残すものや、スギなど生来木材内部の水分傾斜が顕著に生じているものでは、高品質に乾燥させることが困難であるとされている。【０００４】  従来、こうした広葉樹種や針葉樹種で経年的な狂いの少ない乾燥木材を生産するためには、天然乾燥で３年から１０年と長い期間をかけるなどの手間隙を要するものとなっており、化粧用途の木材への需要の高まりの一方で、その手間隙ゆえにコストが非常に高いことや、乾燥木材の供給量が確保しにくいことなどの問題があり、木材利用の普及の制約となっていた。【０００５】  木材の乾燥については、木材の含有水分を除去して平衡含水率以下まで乾燥させると同時に、前記の成長応力を緩和するために、木材組成物質のうちヘミセルロースやリグニンを加熱によって変質させて木材を軟化せしめることで応力開放し、狂いや割れのない歩留まりのよい乾燥木材を生産するための技術開発が各方面で取り組まれている。【０００６】  木材を歩留まりよく乾燥させる技術としては、各種の方法が知られている。
例えば、遮蔽された乾燥室内に木材を収納して、遠赤外線の照射により木材の水分を蒸発し、乾燥室内を高湿度に保ちながら木材を乾燥させて、木材からの水分蒸発速度を一定にする方法（特許文献１参照）や、輻射熱方式の加熱方式により比較的低温で木材を乾燥させることで、熱風等の高温乾燥による反りや変色を防ぐ方法（特許文献２参照）など、木材の穏やかな脱水乾燥を促進する技術が知られている。また、除湿器により空気を冷却除湿したうえで、再び空気を加温し、乾燥室内の加温空気を循環させる乾燥方法（特許文献３参照）等も公知となっている。
【特許文献１】    特開平９−３１４５１３号公報
【特許文献２】    特開平９−３１８２５１号公報
【特許文献３】    特開平１０−３２５６７７号公報
【０００７】  また、作用の異なる複数工程を経て木材を乾燥する技術も知られている。
例えば、木材を燃焼ガスなどの１００℃以上の高温の熱風により加熱し、木材組織に弾力性を与えるとともに、木材内部の水分や樹脂をにじみ出させる工程と、前記工程を経た木材を１００℃以下の低温の雰囲気の中で乾燥させる方法（特許文献４参照）や、木材を蒸煮等により加熱して木材を軟化せしめる工程と、前記工程を経た木材を屋外に載置して大気温下で乾燥させる方法（特許文献５）等が知られている。
【特許文献４】    特開平１１−１０５０１２号公報
【特許文献５】    特開２００１−１０５４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  前記特許文献１及び特許文献２の技術によれば、木材表面から内部に伝熱して木材を軟化改質すると同時に、木材からの水分を滲み出させるという、加熱と乾燥を同一プロセスで行う方法があり、製材された板材などには適するものの、例えば大径の原木（丸太）などでは、木材芯部位から表面部位までの温度勾配と湿度勾配（水分傾斜）を均質に保ちながら乾燥する必要があるため、高品質に木材を乾燥させるためには長時間を要するものとなっていた。また、特許文献３の技術によれば、穏やかに水分を取り去ることはできるものの、木材の加熱が不足するために、内部応力を十分に開放することができず、乾燥後の木材の変形を十分には抑制することが困難であった。【０００９】  また、特許文献４及び特許文献５の技術では、加熱と乾燥を別プロセスとすることで、それぞれに求められる作用の調整を行えるものであるが、特許文献４では、その技術範囲において、木材表面からの高温加熱によるものとなっているとともに、木材の加熱プロセスでの湿度勾配（水分傾斜）の調整の技術思想が欠けており、温度勾配や湿度勾配の不均一化による改質の不十分化が懸念されるものであるとともに、表面硬化や変色など木材表面部の傷みを防ぐことが困難なものであった。また、特許文献５では、大気温下で乾燥することとなり、温度の低下具合や乾燥の進行状態を同時に制御調整することが困難なものであった。【００１０】  従来技術では、いずれも固有の有利性を有するものの、例えば、前述のような内部応力を強く残す木材を、木材の傷みや加工後の変形を極力抑えて歩留まりよく高品質に乾燥させることが困難であった。とりわけ、需要が高まりつつある厚さや太さや幅を持った木材を提供することは従来技術では非常に困難なものとなっていた。【００１１】  さらに、従来技術の多くで実施される加熱では、木材を１００℃以上の高温に加熱するために、木材本来の機能性や質感を発揮させるために重要な要素である抽出成分（芳香成分、樹脂分など）が温度変性して損なわれるという問題があり、含有水分を除去しながら、上記の抽出成分を適度に温存させるといつ、相反する問題点を解決できないままとなっていた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本願発明者は、前記のような内部応力（成長応力）を残す木材を、表面を傷めることなく歩留まりよく高品質に乾燥させるとともに、木材の抽出成分を損なわないで乾燥させる方法について鋭意研究を重ねた結果、木材内部の水分傾斜（湿度勾配）を均質化させながら比較的低温により加熱及び乾燥の工程を行うことで高品質に原木や製材品を乾燥させることができることを見出した。【００１３】  本願発明者は、木材内部の水分傾斜（湿度勾配）を均質化させながら乾燥するという技術的思想に基づき、木材乾燥の工程を、主に木材内部の水分傾斜を均質化させながら熱による内部応力の開放を行う加熱工程と、主に木材内部の水分傾斜を均質化させながら含有水分を低下させ乾燥する乾燥工程との２工程に分けて、それぞれの工程の最適な具体技術の研究を行ったところ、加熱工程においては、圧力容器内を減圧して１００℃以下の温度により木材を蒸煮することで、木材内部の水分傾斜を均質化させながら熱による内部応力の開放が行えること、さらに内部応力を開放した後は、木材を収容した乾燥室内の除湿により木材内部の水分傾斜を均質化させながら含有水分を低下させ乾燥させることにより、従来技術では得られない高品質な乾燥木材の生産を行えることを見出した。【００１４】  すなわち、本願請求項１の発明は、密閉圧力容器内に木材を挿置して、容器内を減圧して行う１００℃以下の温度での蒸煮により木材を加熱する加熱工程と、加熱工程を経た木材を、密閉断熱室に収容して、密閉断熱室内の雰囲気ガスを循環させながら、循環している雰囲気ガスを冷却除湿装置により除湿するとともに加熱装置により加温することにより木材を乾燥させる乾燥工程と、からなることを特徴とする木材の乾燥方法を提供するものである。【００１５】  本願請求項２の発明は、密閉圧力容器内に木材を挿置して、容器内を減圧して行う１００℃以下の温度での蒸煮により木材を加熱する加熱工程と、加熱工程を経た木材を、任意の加工手段により任意の形状に加工する加工工程と、加工工程を経た加工済木材を、密閉断熱室に収容して、密閉断熱室内の雰囲気ガスを循環させながら、循環している雰囲気ガスを冷却除湿装置により除湿するとともに加熱装置により加温することにより加工済木材を乾燥させる乾燥工程と、からなることを特徴とする木材の乾燥方法を提供するものである。【００１６】  本願請求項３の発明は、水を収容した貯水槽に木材を浸漬して、木材を湿潤させて含水率を調整する含水率調整工程を、前記加熱工程の前工程として行うことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の木材の乾燥方法を提供するものである。【００１７】  本願請求項４の発明は、前記加熱工程での容器内を減圧して行う蒸煮による加熱が、容器内の温度が７０℃から９０℃となるように行うことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の木材の乾燥方法を提供するものである。【００１８】  請求項５の発明は、前記乾燥工程での乾燥が、密閉断熱室内の温度が３０℃から８０℃、湿度が３０％から１００％の範囲で行うことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の木材の乾燥方法を提供するものである。【００１９】  請求項６の発明は、前記乾燥工程で用いる加��装置が、遠赤外線ヒータであることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の木材の乾燥方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００２０】  本願発明の木材の乾燥方法によれば、原木又は製材品を、割れ、曲がり、木材表面の傷み等が少なく歩留まりよく高品質に乾燥することができる。とりわけ、化粧材として需要が高いものの内部応力を強く残す木材を、効率よく高品質に乾燥することができる。【００２１】  本願発明における加熱工程と乾燥工程は、言い換えるならば、木材の成長応力の均質化処理工程と、木材の成長応力の安定化処理工程に該当し、前記の特許文献４の技術と同様の技術思想を含むが、本願発明では、１００℃以下の低温により木材内部の水分傾斜を均質化させながら加熱及び乾燥を行うという、固有かつ不可欠な技術思想を実現する手段を含み、これにより木材表面部の傷みを抑え、かつ、木材中の抽出成分を適度に温存させる、という先行技術にはない特段の効果が得られるものであり、特許文献４の技術範囲のみの手段では得ることが困難な高品質な乾燥木材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】  本願発明の基本的な実施形態について以下に説明する。
本願発明は、密閉圧力容器内に木材を挿置して、容器内を減圧して行う１００℃以下の温度での蒸煮により木材を加熱する加熱工程と、加熱工程を経た木材を、密閉断熱室に収容して、密閉断熱室内の雰囲気ガスを循環させながら、循環している雰囲気ガスを冷却除湿装置により除湿するとともに加熱装置により加温することにより木材を乾燥させる乾燥工程と、からなる木材の乾燥方法である。【００２３】  加熱工程で用いる密閉圧力容器は、スチーム発生装置を具備し、スチームにより内部に挿置した生木材を蒸煮することができるようになっている。密閉圧力容器（スチームによる木材の蒸煮装置）は、既存の木材の蒸煮装置を用いることができるが、既存装置の多くが大気圧よりも高圧になる容器内圧力に耐えうるように設計されていることが多いため、本願では、容器内を大気圧より減圧して、１００℃以下で蒸煮することができる密閉圧力容器を利用する必要がある。【００２４】  密閉圧力容器は、原木（丸太）や大型生木材を挿置できる大きさを有することが望ましいが、挿置する生木材の大きさや挿置載置の方法により任意の大きさの容器を選択することができる。【００２５】  蒸煮は、木材の形状や大きさにもよるが、１００℃以下の容器内温度で概ね３０〜６０時間行う。この蒸煮により、木材の表面が乾燥することなく伝熱によって木材内部まで加熱され、木材組成物質のうち、木材の堅さや内部応力の蓄積に関係するヘミセルロースを軟化させ内部応力が開放（均質化）されていくとともに、細胞成分が変質し、細胞内の水分やリグニンの移動性が向上するため、蒸煮継続の間は、容器内の飽和水蒸気と木材内部の含水率の差異により減圧容器内に木材内の水分が移動していく。また、水分やリグニンの移動に伴って、木材内の糖分・でんぷん質が滲み出し排出されるため、木材をくすみやアク、虫害の発生を低減させることができる。容器内の水蒸気は凝縮排出機構等により容器外に排出されることで、継続的に木材の水分排出が進行するようになっている。【００２６】  前記の蒸煮の効果を発揮させつつも、できるだけ低温で加熱して木材の傷みを抑えるために本願発明者らが実証研究したところによれば、７０℃がその最低水準になるため、本願請求項４の発明のように、加熱温度は７０℃から９０℃の範囲で加熱工程を実施することが望ましい。【００２７】  蒸煮の時間は、当然に原木や生木材の大きさによって異なるとともに、樹種によっても上記の効果を得るために蒸煮する時間を調整する必要がある。また、蒸煮の温度も、圧力容器内の減圧調整と同時に、樹種などにより調整する必要がある。【００２８】  前記のように、密閉圧力容器は、蒸煮温度及び容器内圧力を調整する必要があるために、それに対応した制御機構を具備するものとなっている。その制御は、計器に基づいてこれを手動で行ってもよいし、センサー及び制御装置により予め設定された温度、圧力、加熱時間によって自動に制御できるようになっていてもよい。【００２９】  蒸煮による加熱工程においても、当然に木材内部の水分が取り除かれていくため、前記加熱制御による応力開放（均質化処理）を終了した時点で、概ね４０％前後の含水率にまで乾燥していることとなる。また、蒸煮による加熱により、���材内部の水分傾斜は均質化させることができる。【００３０】  加熱工程を終了させたうえで密閉圧力容器から木材をとり出し、次に乾燥工程を行う。乾燥工程は、前記加熱工程だけでは木材利用上十分な程度にまで乾燥していないため、機械的に乾燥を行うものである。加熱工程を経た木材は、軟化しているため加工性に優れるので、本願請求項２の発明のように、乾燥工程に入る前に、任意の加工手段により任意の形状に加工する加工工程を実施してもよい。当然に、加熱工程において原木又は大型生木材を処理したときは、効率的に乾燥を行えるように、加工工程において板材に加工してもよい。【００３１】  本願発明での乾燥工程は、加熱工程を経た木材を、密閉断熱室に収容して、密閉断熱室内の雰囲気ガスを循環させながら、循環している雰囲気ガスを冷却除湿装置により除湿するとともに加熱装置により加温することにより木材を乾燥させるものである。多くの場合、雰囲気ガスは空気である。また、温度湿度管理上の必要及び利用エネルギー損失を低減するために、合理的には乾燥は密閉断熱室で行われる。【００３２】  密閉断熱室内は、雰囲気ガスが循環できるように、ファンやダクト類が設備されている。除湿は、冷却除湿装置により雰囲気ガス中の水分が露点以下に冷やされて凝縮し、液滴となって捕集され排出されるようになっている。このとき、雰囲気ガスも冷却されるため、除湿装置を経た雰囲気ガスは加熱装置により加温されて、再び密閉断熱室内に還送される。【００３３】  前記冷却除湿と加温による雰囲気ガスの循環により、密閉断熱室内の湿度が低下し、収容された加熱工程を経た木材の内部の水分が木材表面から雰囲気ガス中に徐々に蒸散して木材が乾燥されていく。密閉断熱室内の温度及び湿度は、冷却除湿装置と加温装置の制御により調整できるようになっている。本願発明者らの実証研究によれば、本願請求項５の発明のように、密閉断熱室内の温度は３０℃から８０℃、湿度は３０％から１００％の範囲で制御されることで、木材の反りを抑えながら乾燥を促進することができる。【００３４】  加熱装置の加熱源としては、電気式ヒータによるものや、燃料を燃焼させて熱源とするものなど任意のものを用いることができるが、雰囲気ガスの温度及び湿度をそれぞれ独立して制御する必要があることと、木材表面を傷めたり、臭いを付着させたりしないために燃焼ガスを直接に密閉断熱室に導入して用いることはできない。また、本願請求項６の発明のように、遠赤外線ヒータを用いて、熱線により穏やかに雰囲気ガスを加温するとともに、収容した木材にも熱線が当って雰囲気ガスによる表面からの加温だけでなく、木材内部も加温されるようになっていることが望ましい。【００３５】  本願発明では、木材内部の水分傾斜の均質化に最大限配慮した加熱工程と乾燥工程を行い、高品質な乾燥木材を提供するものであるが、乾燥する原木や大型木材は、伐採時点でも内部の水分傾斜が生じているとともに、伐採されてからの期間に応じて自然乾燥が進行していることが多いため、本願請求項３の発明のように、加熱工程に入る前に、貯水槽にて木材を十分に水に浸漬して木材を湿潤させて含水率が調整され水分傾斜の均質化を行う含水率調整工程を実施することが望ましい���【００３６】  上記含水率調整工程では、木材の浸漬期間は１年から３年程度の期間をかけることが望ましく、用いる水も化学成分等のない天然水（例えば地下水など）によるものであることが望ましい。時間をかけた含水率調整工程で木材のアクがゆっくりと滲み出し、かつ加熱工程に入る時点で木材内部の水分傾斜が均質化されるため、含水率調整工程を行うことは、より高品質な乾燥木材を得るときに有効である。但し、当然に予め別の場所・時点において上記含水率調整工程と同様の処理が施された原木又は大型木材を乾燥するときは、本含水率調整工程は省略することができる。【００３７】  本願発明は、前述のとおりの実施の形態により木材を乾燥させる方法を提供するものであり、本願発明の乾燥方法によって、歩留まりよく反りや割れの抑えられた高品質な乾燥木材を得ることができる。また、１００℃以下の熱処理によって、木材の付加価値ともなる抽出成分を変質させずに適度に温存できるため、木本来の香りや害虫等の忌避等の機能を十分に持った乾燥木材を提供することができる。とりわけ、本願発明によれば、内部応力が強い木材を高品質に乾燥させることができるため、各方面での木材の利用の普及に大きく寄与する乾燥技術を提供するものである。【００３８】  また、本願発明は、前述の説明に限定されることなく、本願請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されることはいうまでもない。