(57)【要約】加工木材製品の調製方法であって、この調製方法は、木材の半径−長手方向の面に複数のキャビティを形成するために、１００ないし４０００ジュール／ｃｍ３のマイクロ波エネルギを有し、０．１ないし１０ＧＨｚの周波数を有するマイクロ波を、０．１ないし１００秒間、木材に照射することより、湿気の多い木材を加工するステップを有し、このとき、少なくともキャビティのいくつかは、木材の半径方向、接線方向、および／または長手方向に延びるチャンネルを介して内部接続する。この調製方法は、さらに、加工された木材を乾燥させるステップと、加工された木材に接着成分を含浸させるステップと、加工ステップ中に形成されたキャビティおよびチャンネルを少なくとも部分的に閉じ、木材成分を接着成分により接着させるために、含浸させた木材を加圧するステップとを有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工木材製品の調製方法であって、
木材の半径−長手方向の面に複数のキャビティを形成するために、１００ないし４０００ジュール／ｃｍ３のマイクロ波エネルギを有し、０．１ないし１０ＧＨｚの周波数を有するマイクロ波を、０．１ないし１００秒間、木材に照射することより、湿気の多い木材を加工するステップを有し、このとき、少なくともキャビティのいくつかは、木材の半径方向、接線方向、および／または長手方向に延びるチャンネルを介して内部接続し、
この調製方法は、さらに、
加工された木材を乾燥させるステップと、
加工された木材に接着成分を含浸させるステップと、
加工ステップ中に形成されたキャビティおよびチャンネルを少なくとも部分的に閉じ、木材成分を接着成分により接着させるために、含浸させた木材を加圧するステップと、を有することを特徴とする調製方法。
【請求項２】
請求項１に記載の調製方法であって、
加工ステップ中、マイクロ波処理により、木材の細胞膜および細胞壁が破壊され、
木材が硬材種であれば、マイクロ波処理により、木材の道菅のチロースを破壊することを特徴とする調整方法。
【請求項３】
請求項１に記載の調製方法であって、
加工ステップ中、木材の体積が乾燥時に比べて１５％まで増大することを特徴とする調整方法。
【請求項４】
請求項１に記載の調製方法であって、
乾燥ステップ中、木材を、マイクロ波の照射、対流、またはその他の手法により乾燥させることことを特徴とする調整方法。
【請求項５】
請求項１に記載の調製方法であって、
含浸ステップ中、浸漬させることにより、または加圧容器内で圧力含浸させることにより、木材を含浸させることを特徴とする調整方法。
【請求項６】
請求項１に記載の調製方法であって、
加圧ステップ中、主に木材の接線方向において、含浸させた木材に加圧することを特徴とする調整方法。
【請求項７】
請求項１に記載の調製方法であって、
接着成分は、ジフェニルメタン−ジイソシアネート、フェノールホルムアルデヒドおよびメラミン尿素ホルムアルデヒドなどのホルムアルデヒド系樹脂、およびスターチおよびカゼインなどの速乾性樹脂または接着剤を含むグループから選択された樹脂であることを特徴とする調整方法。
【請求項８】
請求項１に記載の調製方法であって、
接着成分は、少なくとも１つの他の添加剤を含み、
添加剤は、燃焼抑制剤、殺菌剤、殺虫剤、撥水剤、木材の安定性を改善する化学処理剤、および着色剤を含むグループから選択されることを特徴とする調整方法。
【請求項９】
請求項１に記載の調製方法であって、
加工木材製品は、木材の乾燥重量と比較して、約１ないし４０％の接着成分を含むことを特徴とする調整方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の調製方法であって、
加圧ステップ中、含浸させた木材のさまざまな部位に異なる圧力を付加して、所望の形状を有する製品を生産することを特徴とする調整方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の調製方法であって、
木材の全体または特定部分に、マイクロ波を照射することを特徴とする調整方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の調製方法であって、
特定部分は、木材の外側部分を含むことを特徴とする調整方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の調製方法であって、
加工木材製品が長手方向に沿って異なる特性を有する領域を含むように、長手方向に沿った木材の領域にマイクロ波を照射することを特徴とする調整方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の調製方法により形成された加工木材製品。
【請求項１５】
低密度の加工木材製品の調製方法であって、
木材の半径−長手方向の面に複数のキャビティを形成するために、１００ないし４０００ジュール／ｃｍ３のマイクロ波エネルギを有し、０．１ないし１０ＧＨｚの周波数を有するマイクロ波を、０．１ないし１００秒間、木材に照射することより、湿気の多い木材を加工するステップを有し、このとき、少なくともキャビティのいくつかは、木材の半径方向、接線方向、および／または長手方向に延びるチャンネルを介して内部接続し、
この調製方法は、さらに、
加工された木材を乾燥させるステップと、
加工された木材に接着成分を含浸させるステップと、を有することを特徴とする調製方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の調製方法により形成された低密度の加工木材製品。
【請求項１７】
加工木材製品であって、
加工木材製品は、木材の半径−長手方向の面に複数の木目を有し、
木目は、加工木材製品の繊維を一体に接着する接着成分を含み、
木目は、接着成分を含浸させておいた開口キャビティが半径−長手方向の面に形成された加工木材製品を加圧することにより形成され、
少なくともキャビティのいくつかは、加工木材製品の半径方向、接線方向、および／または長手方向に延びるチャンネルを介して内部接続することを特徴とする加工木材製品。
【請求項１８】
請求項１７に記載の加工木材製品であって、
接着成分は、ジフェニルメタン−ジイソシアネート、フェノールホルムアルデヒドおよびメラミン尿素ホルムアルデヒドなどのホルムアルデヒド系樹脂、およびスターチおよびカゼインなどの速乾性樹脂または接着剤を含むグループから選択された樹脂であることを特徴とする加工木材製品。
【請求項１９】
請求項１７に記載の加工木材製品であって、
加工木材製品は、木材の乾燥重量と比較して、約１ないし４０％の接着成分を含むことを特徴とする加工木材製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工木材製品およびその調整方法に関する。とりわけ本発明は、木材の半径−長手方向の面に数多くのキャビティを形成するためにマイクロ波処理を施した木材を用いて形成された加工木材製品に関する。少なくともいくつかのキャビティは、半径方向、接線方向、および／または長手方向に延びるチャンネルを介して内部接続している。含浸処理によりキャビティに接着成分を充填させた後、加圧して、キャビティを少なくとも部分的に閉じることにより、木材製品を形成する。
【０００２】
木製材料は、例えば建築業界において広く知られ、活用されている。木製材料として、例えば、合板および単板積層材(ＬＶＬ：積層ベニア材)がある。しかし、単板積層材は、見た目が自然でないこと、特性が均一でないこと、ベニア材を形成する技術が複雑で高価であること、素材の高い品質が要求されることなど、いくつかの問題点を有する。
【０００３】
本発明は、上記および他の材料、木製材料またはそれ以外の材料の代わりに用いることができ、上述の問題点のいくつか、またはすべてを軽減できる加工木材製品を提供する。この加工木材製品は、好適にも、強度が高く、寸法が安定し、外観および構造が自然であり、ラジアータマツやダグラスファの芯材などのグレードの低い材料を用いて調製することができる。また好適にも、この加工木材製品の調製方法によれば、ＬＶＬ調製に必要な技術と比較して簡便な技術を必要とし、この加工木材製品を安価に調製できる。
【０００４】
（発明の開示）
本発明によれば、加工木材製品の調製方法が提供され、この方法は、木材の半径−長手方向の面に複数のキャビティを形成するために、１００ないし４０００ジュール／ｃｍ３のマイクロ波エネルギを有し、０．１ないし１０ＧＨｚの周波数を有するマイクロ波を、０．１ないし１００秒間、木材に照射することより、湿気の多い木材を加工するステップを有し、このとき、少なくともキャビティのいくつかは、木材の半径方向、接線方向、および／または長手方向に延びるチャンネルを介して内部接続する。この調製方法は、さらに、加工された木材を乾燥させるステップと、加工された木材に接着成分を含浸させるステップと、加工ステップ中に形成されたキャビティおよびチャンネルを少なくとも部分的に閉じ、木材成分を接着成分により接着させるために、含浸させた木材を加圧するステップと、を有する。
【０００５】
前段で開示された方法を用いて形成される加工木材製品が提供される。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、加工木材製品が提供され、この加工木材製品は、木材の半径−長手方向の面に複数の木目を有し、木目は、加工木材製品の繊維を一体に接着する接着成分を含み、木目は、接着成分を含浸させておいた開口キャビティが半径−長手方向の面に形成された加工木材製品を加圧することにより形成され、少なくともキャビティのいくつかは、加工木材製品の半径方向、接線方向、および／または長手方向に延びるチャンネルを介して内部接続する。
【０００７】
木材へのマイクロ波照射を含む加工ステップにより、木材の木放射組織を拡張させて、放射組織の面、および／または半径方向、長手方向、および接線方向の放射組織に隣接したキャビティを形成する。すなわち、マイクロ波処理により、この領域にある木材を拡張させる。加工処理により、木材の細胞孔膜および細胞壁を破壊し、硬材種の道菅または道菅部分のチロースを破壊し、これによりチャンネルが形成される。チャンネルは、木材の半径方向、接線方向、および／または長手方向に形成され、少なくともいくつかのキャビティを内部接続する。好適な実施形態において、加工ステップ中、木材の体積が乾燥時に比べて１５％まで増大する。
【０００８】
マイクロ波処理後、任意ではあるが、従来から利用可能な任意の適当な手段を用いて、加工木材を、乾燥させてもよい。好適には、乾燥ステップ中、マイクロ波の照射、対流、またはその他の手法を用いて、木材を乾燥させる。同様に、マイクロ波処理後、木材の透水性が増大するため、任意の適当な手段を用いて、接着成分を木材に含浸させることができる。例えば、含浸ステップ中、浸漬させることにより、または加圧容器内で圧力含浸させることにより、木材を含浸させてもよい。さらに、含浸させた木材に、所望するように圧力を加えてもよいが、好適には、加圧ステップ中、主に木材の接線方向において、含浸させた木材に加圧する。
【０００９】
接着成分は、木材が加圧されたとき加工木材の繊維を効率よく一体に接合できる、加工木材に含浸させる任意の成分を有していてもよい。しかし、好適な実施形態において、
接着成分は、ジフェニルメタン−ジイソシアネート、フェノールホルムアルデヒドおよびメラミン尿素ホルムアルデヒドなどのホルムアルデヒド系樹脂、およびスターチおよびカゼインといった植物または動物材料から得られた接着剤などのパネル製品で用いられる速乾性樹脂または接着剤を含むグループから選択された樹脂である。
【００１０】
また、最終的製品の技術的特性を改善するために、他の添加剤を、接着成分に加えるか、個別に接着成分に加えてもよい。例えば、燃焼抑制剤、殺菌剤、殺虫剤、撥水剤、または木材の安定性を改善する化学処理剤を接着成分に添加してもよい。さらに、着色剤を接着成分に添加して、最終的製品の物理的外観を変えることもできる。このように、接着成分に着色剤を添加することにより、ある木材から別の木材を模写することができる。例えば、加工されたラジアータマツにより暗い色の接着成分を含浸させることにより、加圧・切断した後の最終的製品の外観をオークのように見せることができる。
【００１１】
加熱処理、プラズマの使用、部分的にパルプ状にすること、または例えばアセチル化または表面活性剤を用いた化学的な変性処理により、樹脂によらない接合を実現することができる。
【００１２】
加圧ステップ中に加えられる圧力は、上述のように、好適には、主に木材の接線方向に加えられるが、任意の適当な圧力を所定時間加えて、キャビティの少なくともいくつかを内部接続するチャンネルとキャビティを、少なくとも部分的に閉じて、好ましい結果を得る。木材が元の寸法に戻るような圧力をかける。択一的には、最終的な加工木材製品が元の木材サンプルよりも大きい寸法を有するように、より小さい圧力をかけるか、最終的な加工木材製品が元の木材サンプルよりも小さい寸法を有するように、より大きい圧力をかける。加えられる圧力の大きさは、最終的な加工木材製品の強度特性に影響を与えることが理解される。また、加工木材製品に含浸させた異なる接着成分および接着成分の異なる特定量（百分率）により、加工木材製品の物理的および機械的特性が変化する。好適には、加工木材製品は、木材の乾燥重量と比較して、約１ないし４０％の接着成分を含む。さらに、加工木材製品のさまざまな形状を得るような圧力を、含浸させた加工木材製品に加えてもよい。例えば、矩形、球形、だ円形、または他の形状を有する加工木材製品を形成するような圧力を加工木材製品に加えてもよい。同様に、加圧処理中、材料のさまざまな部位に異なる圧力を加えて、さまざまな形状を有する製品を形成することができる。
【００１３】
上述のように、木製構造物にマイクロ波加工して、接着剤を含浸させた後、鋳型などを用いて折り曲げ、そして接着剤を硬化させることにより、家具製品および建具製品の折れ曲がった、あるいは湾曲した木材製品および構成部品を素早く作成する方法を提供できることが理解される。
【００１４】
アッシュ（セイタカユーカリ）を用いて形成された加工木材製品が、（乾燥時に比較して）６ないし１４％のジフェニルメタン−ジイソシアネート（ＭＤＩ）樹脂を含浸させ、マイクロ波加工され、そして当初の天然の材木の断面寸法に相当する寸法を有するように加圧されたとき、天然の木材と比較して、半径方向において１．５〜２．１倍、接線方向において１．３〜１．６倍の折れ曲げ強度を有する。加工木材製品に含まれる接着成分は、主に半径−長手方向面に配置されるので、加工木材製品の半径方向の折れ曲げ強度は、接線方向のそれに比べてより大きい。（半径方向および接線方向の表面における）加工木材製品の硬さは、通常、天然の木材の硬さの１．４〜２．３倍である。軟材を基にした構造的材木と本発明の加工木材製品との比較を表１に示す。
【表１】
2004520976.tif 000002
【００１５】
上記の表１から、本発明による加工木材製品は、他の木製材料と比較して、良好な強度および実用的特性を備えている。
【００１６】
最初の木材のマイクロ波加工処理、加工木材の乾燥処理、木材の含浸処理、および最後の木材の加圧処理に関するこの方法のパラメータは、例えば、木材の種類、当初の水分含有率、処理すべき材木の寸法、接着成分の特性、および最終的な製品に対する要求に依存して変化することが理解されよう。また、最初のマイクロ波処理は、木材全体に対して行ってもよいし、木材の特定領域に行ってもよいことが理解されよう。特定の領域は、木材の外側部分を含む。つまり、木材の中央部分は、未処理のままとしてもよい。択一的には、最終的な加工木材製品が長手方向に沿って高い強度と低い強度を有する領域を含むように、長手方向に沿った木材の領域にマイクロ波を照射してもよい。
【００１７】
本発明の択一的な態様によれば、低密度の加工木材製品の調製方法が提供され、この調製方法は、木材の半径−長手方向の面に複数のキャビティを形成するために、１００ないし４０００ジュール／ｃｍ３のマイクロ波エネルギを有し、０．１ないし１０ＧＨｚの周波数を有するマイクロ波を、０．１ないし１００秒間、木材に照射することより、湿気の多い木材を加工するステップを有し、このとき、少なくともキャビティのいくつかは、木材の半径方向、接線方向、および／または長手方向に延びるチャンネルを介して内部接続する。この調製方法は、さらに、加工された木材を乾燥させるステップと、加工された木材に接着成分を含浸させるステップと、を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を以下に説明する。
【００１９】
図１を参照すると、サンプル(a)、(b)、(c)およびサンプル(d)、(e)、(f)は、態様Ａおよび態様Ｂによる半径方向および接線方向における横断面を有する。サンプル(a)および(d)は、放射組織１０を含む湿気の多い天然の木材である。マイクロ波処理すると、サンプル(b)において、木放射組織が破壊されて、拡張することにより形成されるキャビティ１２が半径−長手方向面に形成され、木材の体積が１５％まで増大する。寸法ｌ２は寸法ｌ１より大きい。浸漬処理後、キャビティは樹脂のような接着成分で充填される。接線方向に圧縮処理した後、キャビティを閉じた加工木材製品（サンプル(c)）が形成される。圧縮処理後、寸法ｌ３は寸法ｌ１と等しくなる。圧縮の度合いに依存するが、木材製品の接線方向の寸法は、天然の木材サンプルの寸法ｌ１より大きくても小さくてもよい。加工木材製品サンプル(c)の強度特性は、天然の木材サンプル(a)のそれと比較してより強い。
【００２０】
サンプル(d)において、外郭層だけがマイクロ波処理（マイクロ波変性）されて、サンプル(e)は両側の表面層にキャビティを有する。含浸処理および圧縮処理の後、加工木材製品サンプル(f)は、負荷が接線方向に加えられたとき、より良好な折り曲げ強度を有するように形成される。このように処理された表面は、同様に、未処理の木材よりも高い硬度を有する。閉じたキャビティにより、寸法が安定した木材を提供することができる。
【００２１】
図２を参照すると、サンプル(g)は、放射組織２０を含む湿気の多い天然の木材である。木材の領域１８（サンプル(h)）をマイクロ波処理すると、半径−長手方向面にキャビティが形成される。含浸処理および圧縮処理を施した後、キャビティを閉じた加工木材製品（サンプル(i)）が形成され、このとき天然の木材（サンプル(g)）よりも高い強度特性を有する領域２４が得られる。
【００２２】
図３を参照すると、材木を加工するためのマイクロ波装置２６、木材を樹脂に漬け込むための樹脂槽３０、樹脂材料を圧縮して樹脂を供給するための連続的または静的な圧縮機３２、樹脂槽に沿って木材を搬送するためのクロスコンベヤ３４、任意であるが、余分な樹脂を取り除くための予備圧縮機３６、樹脂材料を接着させるための高温圧縮機３８、鋸装置４０、および完成製品の格納庫４２が生産ラインに配備されている。
【００２３】
次の実施例を参照しながら、本発明を以下に説明するが、この実施例は、説明のためだけのものであって、本発明をいかようにも限定すると解釈すべきでない。
【実施例１】
【００２４】
初期データ：
切断処理された材木の横断面
（グレードの低いラジアータマツの芯材）        １００×１００ｍｍ
長さ                                          ４〜６．５ｍ
水分含有率                                    ３５〜４５％
含浸処理前の水分含有率                        １０〜１３％
【００２５】
切断処理された木材２８（図３）は、マイクロ波装置で加工され、このときのパラメータは、周波数０．９２２ＧＨｚ、マイクロ波電力４２ｋＷ、および送出速度１２ｍｍ／秒であった。マイクロ波処理すると、木材の水分含有率は１０〜１２％となり、特に乾燥させる必要はなかった。処理された材木において、木放射組織が破壊されて、拡張することにより形成された数多くのキャビティが半径−長手方向面に形成され、キャビティにより極めて高い木材透水性が得られた。木材の厚みは、接線方向において、１１０ｍｍまで増大した。
【００２６】
連続的圧縮機３２により、キャビティ内から空気を排除することにより、含浸処理を容易にし、Rubinate-1840樹脂を含む樹脂槽３０に木材を浸漬させた。材木内に樹脂が十分染み込むように、クロスコンベヤ３４を用いて、樹脂槽の中を３０〜９０分間かけて、加工された材木を移動させた。
【００２７】
浸漬させた後、予備圧縮機３６を用いて余分な樹脂を取り除き、そして加工木材製品が未加工の材木と同じ断面積を有するように、高温圧縮機３８を用いて木材の厚みが１００ｍｍとなるまで木材を圧縮した。高温圧縮機の温度は１２０〜１３０℃で、８５〜１８０分間加えられた。
【００２８】
加圧処理した後、加工木材製品は、天然の木材と比較して、１．４〜１．９倍の強度特性が得られた。
【００２９】
硬材に関する生産方法は、上述の通りであるが、初期の水分含有率が８０〜１００％である場合、マイクロ波処理した後の水分含有率を４０〜５０％とすることができる。この水分含有率を１０〜１３％とするために、好適には、木材を乾燥させる。この場合、同じマイクロ波装置を用いることもできるが、対流式乾燥手法に比べてより高価となる。経済的理由から、１００〜１２０℃の空気温度を有する対流式窯を用いて、木材を乾燥させる。
【００３０】
同様に、硬材種を浸漬することによる含浸処理には、長時間必要であり、圧力含浸処理を行うことが好ましい。
【００３１】
当業者ならば理解されるように、ここに開示された発明は、特に説明された実施形態以外の変形例および変更例にも適用できる。本発明は、こうしたすべての変形例および変更例を含むものと理解される。また本発明は、個別的にまたは集合的に、この明細書に開示または示唆されたすべてのステップ、構造物、組成、および合成物を含み、任意の２つ以上のステップまたは構造物のすべての組み合わせを含む。
【００３２】
この明細書およびクレームを通じ、文脈において相反しない限り、"comprise（有する）"、およびその変形である"comprises"および"comprising"なる用語は、記述された物、ステップ、および物またはステップのグループを含むことを示唆し、他の物、ステップ、および物またはステップのグループを排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明に係る実施形態による加工木材製品の正面図である。
【図２】図２は、本発明に係る実施形態による加工木材製品の正面図である。
【図３】図３は、加工木材製品の生産ラインを示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０，２０  放射組織、１８  領域、２６  マイクロ波装置、２８  木材、３０  樹脂槽、３２  圧縮機、３４  クロスコンベヤ、３６  予備圧縮機、３８  高温圧縮機、４０  鋸装置、４２  格納庫。
【図１】
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【図２】
2004520976.tif 000004
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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2004520976.tif 000013
2004520976.tif 000014
2004520976.tif 000015
2004520976.tif 000016
2004520976.tif 000017
2004520976.tif 000018
2004520976.tif 000019
2004520976.tif 000020
【国際調査報告】
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2004520976.tif 000022