(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分の存在下での木材の加熱により木材成分を分解して自己接着成分を生成させる加熱・自己接着成分生成工程を行い、次いで接着成分を生成させた木材を、圧縮を行うことなく所定の含水率まで乾燥する乾燥工程を行い、その後乾燥させた木材を圧縮し圧縮状態に固定化する圧縮・固定工程を行うことを特徴とする圧縮木材製造方法。
【請求項２】
請求項１において、加熱・自己接着成分生成工程を、加圧水蒸気下に行うことを特徴とする圧縮木材製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、乾燥工程で、木材を気乾含水率以下に乾燥することを特徴とする圧縮木材製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３項のいずれかの方法において、圧縮・固定工程で、木材を追加加熱しながら加工処理することを特徴とする圧縮木材製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、圧縮状態の木材（以下圧縮木材という）を得るための方法に関するものであり、より詳しくは木材を圧縮して高比重の木材を、工程設計の自由度が高く、作業効率を向上させて製造することのできる、新しい圧縮木材製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来から、例えば、スギ材のように、低比重の木材の強度等を向上させる目的で、これらの木材を圧縮して高比重化することが行われている。このような圧縮木材を得る方法については、木材をその圧縮状態に固定化するために、水蒸気雰囲気下で木材を圧縮する場合と、樹脂材料を木材に注入して加熱圧縮する場合とがある。
【０００３】
これら従来の方法は、いずれも、加熱処理、圧縮加工を同時に行うと共に、木材の加熱、圧縮工程において、同時に固定化処理も行うものであった。そして、従来の、水蒸気雰囲気下で木材を加熱圧縮する方法の場合には、一工程で圧縮加工と固定化処理を同時にできるものの、同時の処理・加工であるがゆえに、圧縮木材中に発生した水蒸気によって木材が破壊される恐れがあった。したがって、圧縮された木材を良好な状態で得るためには、圧縮しようとする木材の状態に応じて加熱や加圧条件等の厳密な調整が必要とされていた。
【０００４】
また、圧縮加工後、加熱状態にある木材の取り扱い上の安全性を確保するため、十分な冷却時間を設け、この圧縮加工材の冷却を待って圧縮木材を取り出す必要があった。このため、冷却に要する時間やコストの掛かるものであった。
【０００５】
この出願の発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、木材に応じて加熱・加圧条件や冷却時間等の厳しい調整を必要とすることなく、工程管理が容易でかつ自由度の高い圧縮木材の製造方法を提供することを課題としている。
【０００６】
すなわち、高価な特別の設備を必要とすることなく、従前の設備、技術を活用して、木材を、圧縮した高比重の木材を、従来品と同等または同等以上の性能を備えるものとして容易に製造することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するものとして、この出願の発明は、第一には、水分の存在下での木材の加熱により木材成分を分解して自己接着成分を生成する加熱・自己接着成分生成工程を行い、次いで接着成分を生成させた木材を、圧縮を行うことなく所定の含水率まで乾燥する乾燥工程を行い、その後乾燥させた木材を圧縮し圧縮状態に固定する圧縮・固定工程を行うことを特徴とする圧縮木材製造方法を提供する。
【０００８】
この方法では、水分の存在下に木材を加熱して自己接着成分を生成させた後に所定の含水率に乾燥し、次いで、乾燥状態の木材を圧縮されるため、圧縮・固定工程における木材の内部圧上昇による破壊がなく、なおかつ冷却を経ずに解圧することができる。
【０００９】
また、この出願の発明は、第二には、前記加熱・自己接着成分生成工程を、加圧水蒸気下に行う圧縮木材の製造方法を提供する。
【００１０】
自己接着成分を生成させる加熱工程を加圧水蒸気下で行うこの第二の発明の製造方法によれば、後段で実行される圧縮固定工程において、木材の圧縮後の形状の固定化が一層容易となる。
【００１１】
また、木材は加圧水蒸気下で高温高圧下に晒されるので、木材内部の水分が気化させられ、これによって、木材組織を破壊させて、木材内部の外部への流通をスムーズにするため、その後の乾燥処理を容易に行うことができる。
【００１２】
さらに、この出願の発明は、第３には、圧縮木材の製造方法において、前記木材の乾燥工程で、木材を気乾含水率以下に乾燥する圧縮木材製造方法を提供する。
【００１３】
例えば、木材を、気乾含水率、すなわち、木材を大気中に放置して、平衡に達したときの含水率以下に乾燥させる場合には、後段の圧縮・固定工程において、木材内部の水蒸気により木材が破裂されないように準備することができると共にこの乾燥状態での保管も容易となる。
【００１４】
また、この出願の発明は、第４には、前記圧縮・固定工程で、木材を追加加熱しながら加工する圧縮木材製造方法を提供する。
【００１５】
追加加熱しながら圧縮加工する場合には、木材中に含まれる接着成分により効果的に圧縮変形を固定することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、この出願の発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１７】
この出願の第１の発明の圧縮木材製造方法は、水分の存在下に木材を加熱して自己接着成分を生成させる加熱・接着成分生成工程を行い、次いで自己接着成分生成木材を所定の含水率まで乾燥させる乾燥工程を行い、その後乾燥木材を所定の圧縮状態に固定化する圧縮・固定工程を行う。
【００１８】
この方法では、種々の木材を使用することができるが、好ましくは比較的低比重の木材が使用される。低比重木材を用いる場合には、強度の増大等の大きな効果が得られる。低比重の木材としては、例えば、スギ、ヒノキ、サワラ、ファルカタ、ポプラ等を利用することができる。また、好ましくは板状部材の製造に適用される。
【００１９】
水分の存在下に木材を加熱して自己接着成分を生成させる加熱・接着成分生成工程は、後段の、圧縮固定工程における固定化を促進するために実施される。
【００２０】
好ましくは、木材のヘミセルロースやリグニン等を分解して接着成分を生成させるのに適した条件下で行われる。
【００２１】
例えば、この自己接着成分生成を伴う加熱工程では、水分の存在は、木材内部のものと、外部より加えるものとの少なくともいずれかのものが考慮されることになる。例えば、加熱と同時に水蒸気による加圧も並行して行われるのが好ましい。この水蒸気で加熱と同時に加圧を行うことにより、接着性成分を生成するためのヘミセルロース等の加水分解が促進される。また、木材を加圧水蒸気下に晒すことで、その木材組織を軟化させることができ、これにより、さらに、乾燥工程における割れや狂い（変形）を抑制することができる。この水蒸気加熱は、低含水率の木材を使用する場合に好適である。
【００２２】
また、使用材料として、高含水率の木材を使用することもでき、この場合には、別の方法等を採用することができる。例えば、その木材に含まれる水分によって十分水蒸気を確保することができるので、加圧水蒸気雰囲気を形成するための水分を外部から添加する必要がないか、あるいは、少なくとも添加水分を減少することができる。
【００２３】
このため、加熱方法としては、燻煙等、水分を供給しない方法を採用することもできる。ただ、蒸煮、加水等外部から水分を供給し、加熱して水蒸気とする所定の水分を確保する形態が好ましい。
【００２４】
加熱・自己接着成分生成工程を、加圧水蒸気下で行う場合、加熱温度は樹種や木材の形状によって異なるが、好ましくは、６０℃以上２３０℃以下に加熱する。加熱がこの温度範囲であると、ヘミセルロース及びリグニンの分解によって良好に接着性成分を生成することができるとともに、褐色化や臭気の発生等を抑制することができる。より好ましくは１１０℃以上２００℃以下に加熱する。
【００２５】
加熱し自己接着成分を生成させる工程の木材の含水率は、０％以上から飽和状態までの範囲とすることができる。好ましくは、８％以上４０％以下であり、この場合には、自己接着性成分が効率的に生成できると共に事後の乾燥を一層容易とすることができる。
【００２６】
加熱温度は６０℃以上２３０℃以下で行うのが好ましい。２３０℃を超えると、圧力が高くなり過ぎるおそれがあり、木材の破裂や繊維方向の割れが生じてしまう。また、木材の分解が起こり、褐色化したり、焦げ付いたりすることもある。一方、温度が６０℃未満であると、自己接着成分の生成に長時間を必要とするものとなる。加熱温度は、より好ましくは１１０℃以上２００℃以下であり、この範囲の加熱温度に加熱すると褐色化を防ぐことができ、且つ接着成分を良好に生成することができる。
【００２７】
乾燥工程では、加熱工程終了後の木材中の水分を減少させることができる。その後木材は、乾燥後継続して圧縮・固定工程を行うか、乾燥後一旦保存した上で次の圧縮・固定工程に備えられる。
【００２８】
乾燥後続けて圧縮固定工程を行う場合は、圧縮工程後に木材内部の水蒸気によって木材が破壊されない程度に乾燥させることが好ましい。
【００２９】
例えば、含水率３〜１５％にまで乾燥させることが好ましい。
【００３０】
また、乾燥工程後、木材を保存・保管する場合には、含水率３％〜２０％まで乾燥させるのが好ましい。この範囲では、木材の腐食や変形等を良好に防いで保存しておくことができる。より好ましくは、気乾含水率まで乾燥させておく。
【００３１】
これによって、一時的保存ではあるが、生産管理が容易となる。
【００３２】
乾燥は、公知の種々の方法によって行うことができる。高温下で、強制的に乾燥するようにしてもよいし、常温で自然乾燥するように行ってもよい。
【００３３】
圧縮固定工程では、乾燥後の木材を所定の圧縮率まで圧縮状態に固定化して圧縮木材を形成する。圧縮加工は、公知の種々の方法を用いて行うことができる。
【００３４】
自己接着成分を生成させる工程及び、乾燥工程を経た木材は、既に固定化のための前処理が施されているため、容易に圧縮状態を固定化することができる。
【００３５】
また、圧縮・固定時に追加的に加熱することができ、この場合には、木材中に含まれる接着性成分により効果的に圧縮変形の固定が行われる。
【００３６】
例えば、熱プレス等は、これらによって圧縮すると、圧縮と加熱とを効果的に行うことができるため、圧縮固定化の手段として好ましい。
【００３７】
圧縮に要する圧力は、樹種や材質、及び圧縮率によって適宜変化させることができる。
【００３８】
この圧縮に要する圧力は、例えば、スギの厚さ１０ｍｍの板材を５０％圧縮する場合、１０Ｋｇ／ｃｍ2 以上であることが必要であった。
【００３９】
圧縮固定工程で加熱する場合は、１００℃以上２３０℃以下に加熱するのが好ましい。この範囲にあると接着剤成分を適度に軟化させられるとともに、木材の過度の分解を抑制することができる。より好ましい加熱温度は、樹種、形状によって異なる。例えばスギの場合、１４０℃以上２００℃以下に加熱するのが好ましい。
【００４０】
この圧縮固定工程では、木材は１％以上８０％以下の圧縮率に圧縮することができる。
【００４１】
圧縮後は、そのまま放置して自然冷却することができる。
【００４２】
この乾燥工程を含んだ方法によって製造される圧縮木材では、圧縮時の含水率が低いため、木材中の水蒸気による木材の破裂等の損傷が抑制されている。このため、冷却を待つことなく、圧縮後の木材を取り扱うことができる。
【００４３】
この出願の製造方法では、加熱し自己接着成分を生成させる加熱・接着成分生成工程と、圧縮・固定工程とを別々に行うため、製造計画や工程設計の自由度を高めることができる。
【００４４】
具体的には、予め、圧縮固定工程前に、木材に固定化のための処理が施され、水分が減少しているため、圧縮固定工程における加熱温度、加熱時間、付加圧力の調整が容易であり、また、圧縮固定工程の安全性も高くなっている。また、工程の各条件の自由度も高くなっている。
【００４５】
このため、圧縮しようとする木材の状態、所望される圧縮材料の諸性質を加熱し自己接着成分を生成させる工程と、圧縮固定化工程の各条件を調製することによって柔軟に調製することができる。
【００４６】
また、乾燥工程で、所定の含水率以下に乾燥させることにより、接着性成分を含有する木材を長期保存して、次の圧縮・固定工程に備えておくことができる。このため、乾燥状態の木材を保管しておくことで、要望に応じて適当な量の木材を適当な圧縮率に圧縮加工して迅速に供給することができる。
【００４７】
また、乾燥後に圧縮固定するため、圧縮後の割れや狂いの発生が抑制され、不良品の発生が抑制される。
【００４８】
また、圧縮固定は、含有水分が少ないため、内部圧力の上昇は少なく、常温、常圧下に直ぐ取り出して置くことができる。
【００４９】
この出願の発明により製造される圧縮木材は、加熱し自己接着成分を生成させる工程、圧縮固定工程が別々の条件で行われるため、種々の性質、即ち自己接着成分の生成、圧縮状態の固定化が良好に付与されると共に、圧縮木材の強度向上が期待できる。
【００５０】
また、加熱し自己接着成分を生成させる工程、乾燥工程後の木材では、内部応力が開放されている。このため、割れ、ひび、変形等の発生が軽減され、歩留りが良い。
【００５１】
そこで以下に実施例を説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない
【００５２】
【実施例】
この出願の発明の圧縮材料の製造方法を実施するための圧縮材料の製造装置は、オートクレーブ等の加熱・加圧容器とすることができる。この加熱・加圧容器内で木材を処理加工することができる。加熱・加圧容器には、搬入口が設けられ、また、水蒸気の供給を受ける水蒸気供給ライン及び水蒸気を排出する水蒸気排出ラインが設けられる。
【００５３】
以下に、木材を加水分解するための水蒸気による加熱・加圧処理を含み、加熱処理の後に圧縮加工をする場合の圧縮材料の製造方法について、図１のフロー図にしたがって、説明する。
【００５４】
まず、処理加工する木材としてスギ等の低比重の木材を、加熱・加圧容器内に搬入する。この場合木材の含水率は８％〜４０％である。
【００５５】
次いで、加熱・加圧容器内に水蒸気供給ラインを通じて６０〜２３０℃の加圧水蒸気を導入して加熱すると、低比重の木材は水蒸気によって加熱・加圧され、同時にこの木材は加水分解によってヘミセルロースやリグニン等から自己接着成分を生成する（加熱・自己接着成分生成工程（１））。
【００５６】
木材を所定の時間加熱後、乾燥処理を行って木材の水分を減少させ、含水率を３〜１５％にする（乾燥工程（２））。これは、次工程の圧縮加工時に受ける圧縮力により、木材内部の残存する水蒸気によって木材が破壊されないようにするためである。
【００５７】
その後、所定の含水率に乾燥したスギ等の木材を圧縮手段によって、圧縮程度を１〜８０％の範囲で圧縮し、その圧縮状態を所定時間保形維持することによって固定化し、圧縮木材を得る（圧縮・固定工程（３））。
【００５８】
上記製造方法により得られた圧縮木材は、圧縮後の割れや狂いの発生が非常に少なく、不良品の発生を抑制し、歩留りの良い生産を可能とするものであった。
【００５９】
なお、加熱・加圧容器型の処理缶における木材の加熱手段としては、二重構造の処理缶として外部から加熱したり、搬入した加工処理木材を並べ置く処理缶の床に設置する熱プレート等による方法も可能である。また、この処理缶は、必ずしも密閉構造である必要はなく開放型の構造のものも可能です。この場合は積極的な加圧はできない。
【００６０】
以上のように、圧縮木材を得る製造方法において、この出願の発明に係る圧縮木材は、加熱し自己接着成分を生成させる工程と、圧縮・固定工程を別々の条件で加工が行われるものであって、木材を加熱し自己接着成分を生成させる加熱・接着成分生成工程（１）を行い、次いで圧縮を行うことなく加熱・接着成分生成木材を所定の含水率までに低減乾燥する乾燥工程（２）を行い、その後所定の含水率に乾燥された乾燥木材を圧縮しその圧縮状態に固定する圧縮・固定工程（３）を行うものである。
【００６１】
そして、各工程における諸条件等は、まとめると次のようなものである。
（１）  本処理加工に供する木材等は、低比重木材として、スギ、ヒノキ、サワラ、ファルタカ、ポプラ等である。
（２）  処理加工前の木材は、その含水率の観点から０〜飽和状態の範囲のものが使用でき、高含水率の木材を使用することもできる。木材の含水率は、自己接着性成分生成の効率化及び事後乾燥処理の容易化の観点から、好ましくは、８％以上４０％以下であった。
（３）  この発明の製造方法は板状部材の製造に好適であった。
（４）  加熱・接着成分生成工程（１）における加熱方法で、水蒸気加熱の場合、加熱温度は褐色化や臭気抑制の考慮から６０℃〜２３０℃が好ましく、１１０〜２００℃が最適であった。
（５）  加熱・接着成分生成工程（１）における加熱方法には、水蒸気加熱の他に、水分を供給しない方法として単なる加熱方法が採用できる。ただし、この燻煙加熱方法のおいては、蒸煮、加水等による水分の供給が好ましい。
（６）  加圧水蒸気を使用する場合には、蒸気圧等を調整制御し、乾燥工程における乾燥時間や含水率の制御をすることができる。
（７）  乾燥工程（２）においては、次の圧縮工程での木材破壊の防止を考慮して木材の含水率３％〜１５％に乾燥することが好ましい。
【００６２】
【発明の効果】
以上、この出願の発明によれば、工程設計の自由度が高い圧縮材料の製造方法を提供することができる。すなわち、従来の加熱、圧縮を同時に行う方法と異なり、加熱し自己接着成分を生成させる工程、乾燥工程、圧縮固定工程を別々にすることにより、工程中での材料の保管できること、圧縮後に冷却工程が不要であることから、熱効率と作業効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この出願の発明による圧縮木材の製造方法における処理フローを例示した図である。
【符号の説明】
１  加熱・接着成分生成工程
２  乾燥工程
３  圧縮・固定工程
【図１】
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