(57)【要約】【課題】光による経年変色が抑制され、寸法安定性に優れ、形状加工時に欠けや色調の差の問題が生じにくく、木の風合いが維持された熱処理木材が効率よく得られる熱処理木材の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の熱処理木材の製造方法は、密閉空間内に無垢材である被処理木材を収容して、該密閉空間の内圧を５０ｋＰａ以下に維持する減圧処理工程と、該減圧処理工程により酸素含有量が低下した被処理木材を収容する密閉空間に過熱水蒸気を導入して、該被処理木材を１７０℃以上の温度に加熱する過熱水蒸気処理工程と、該過熱水蒸気処理工程後の被処理木材に対して変色促進処理を施す変色促進工程とを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉空間内に無垢材である被処理木材を収容して、該密閉空間の内圧を５０ｋＰａ以下に維持する減圧処理工程と、該減圧処理工程により酸素含有量が低下した被処理木材を収容する密閉空間に過熱水蒸気を導入して、該被処理木材を１７０℃以上の温度に加熱する過熱水蒸気処理工程と、該過熱水蒸気処理工程後の被処理木材に対して変色促進処理を施す変色促進工程とを含む、熱処理木材の製造方法。
【請求項２】
前記減圧処理工程においては、前記密閉空間の内圧を２０ｋＰａ以下に維持し、前記過熱水蒸気処理工程においては、前記被処理木材を１８０℃以上に加熱する、請求項１に記載の熱処理木材の製造方法。
【請求項３】
前記減圧処理工程から前記過熱水蒸気処理工程への切り替えを、前記密閉空間の密閉状態を維持しながら行う、請求項１又は２に記載の熱処理木材の製造方法。
【請求項４】
前記過熱水蒸気処理工程は、前記密閉空間の内圧を１１０ｋＰａ以下に維持しつつ行う、請求項１〜３の何れか１項に記載の熱処理木材の製造方法。
【請求項５】
前記変色促進工程においては、過熱水蒸気処理工程後の被処理木材に、塩素系又は酸素系の酸化剤を含む液を塗布した後、加熱又は紫外線の照射を行う、請求項１〜４の何れか１項に記載の熱処理木材の製造方法。
【請求項６】
前記加熱又は紫外線の照射後の前記被処理木材を水洗する、請求項５に記載の熱処理木材の製造方法。
【請求項７】
製造する熱処理木材の用途が、床暖房対応の無垢床材である、請求項１〜６の何れか１項に記載の熱処理木材の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の熱処理木材の製造方法で得られる熱処理木材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理木材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
丸太から製材した無垢材を、木の風合いを活かしながら、建築物の内装材や家具用部材として用いることが行われている。しかし、木材は、光により分解し易いリグニンを含むため、太陽光暴露下で経年変色するという問題がある。例えば、無垢材を床材として使用した場合、日光が当たる部分と、絨毯等の遮蔽物により日光が当たらない部分とがあると、１，２年の経過後に両者に色の差が生じて、遮蔽物を除去したときに見栄えが悪くなる。他方、表面の経年変色を隠すために、顔料を含む塗料で木材を塗装すれば、木の風合いが失われる。
また、無垢材は、吸放湿や温度変化により寸法が変化し易く、例えば、無垢材を、床暖房用の床材として使用した場合には、表裏面に生じる湿度差や温度差により、床材の継ぎ目に隙間（目すき）が生じたり、床材に反りが生じることがある。
【０００３】
特許文献１には、熱プレス装置の熱盤間に形成した密封空間内で木材を加熱した後、該密封空間において該木材を高圧水蒸気で処理し、次いで、それらの熱処理により生じる木材の茶系色化を、漂白剤に浸漬して矯正する技術が提案されている。その提案に係る技術によれば、熱処理により木材の寸法安定性は向上する一方、熱処理により木材が部分的に炭化して脆弱化し、例えば、床材同士を連結するための実加工を施した場合などには、雄実等に意図しない欠けが生じ易くなる。また、漂白剤に浸漬して色彩色調を調整するため、漂白剤が残留する問題もある。
【０００４】
また、特許文献２には、木材の表面の化粧材として使用されるスライス単板の着色方法として、スライスする前の木材を高圧水蒸気により加熱することによって、該木材の内部に耐光性の高い重合性着色物を生成させる技術が提案されている。しかし、木材の表面に化粧材として使用されるスライス単板に高圧水蒸気処理により着色しても、建築物の内装材や家具用部材等として用いられる部材に高い寸法安定性は得らない。即ち、引用文献２には、無垢材に、床暖房対応の床材に要求される高い寸法安定性を得る方法は何ら記載されていない。
【０００５】
また、特許文献３には、高周波により木材の内部のみを熱処理することで、木材の寸法安定性を向上させつつ、木材表面の茶系色化を抑制する技術が提案されている。しかし、その技術によれば、木材の内部が加熱により茶系色化するため、例えば、熱処理木材に、床材同士を連結するための実加工を施した場合などには、茶系色化した内部が表面に露出し、他の部分との間に色の差を生じる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４５１８３号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５５９１号公報
【特許文献３】特開２００８−１３７２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、従来技術が有する種々の欠点を解消し得る熱処理木材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、密閉空間内に無垢材である被処理木材を収容して、該密閉空間の内圧を５０ｋＰａ以下に維持する減圧処理工程と、該減圧処理工程により酸素含有量が低下した被処理木材を収容する密閉空間に過熱水蒸気を導入して、該被処理木材を１７０℃以上の温度に加熱する過熱水蒸気処理工程と、該過熱水蒸気処理工程後の被処理木材に対して変色促進処理を施す変色促進工程とを含む、熱処理木材の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の熱処理木材の製造方法によれば、光による経年変色が抑制され、寸法安定性に優れ、形状加工時に欠けや色調の差の問題が生じにくく、木の風合いが維持された熱処理木材が効率よく得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、被処理木材の形状の一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の被処理木材の幅方向の両端面に実加工を施してなる無垢床材を示す断面図である。
【図３】図３は、実施例における気圧及び温度の変化を示すグラフである。
【図４】図４は、減圧処理及び過熱水蒸気処理を行った場合及び減圧処理及び過熱水蒸気処理を行わない場合の、多湿条件から過乾燥条件に変化させたときの幅収縮率を示すグラフである。
【図５】図５は、減圧処理及び過熱水蒸気処理後に変色促進処理を行った場合及び行わない場合の、経時変色加速試験の前後の色差「ΔＥ」を示すグラフである
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明をその好ましい実施態様に基づいて説明する。
本発明の好ましい実施態様においては、無垢材である被処理木材に、減圧処理及び過熱水蒸気処理をこの順に施す。これらの処理を施す被処理木材は、無垢材である。無垢材とは、接合部を持たない木材及び木口部分のみ長さ方向に接合されたフィンガージョイント材を意味し、集成材、合板、ＬＶＬ、パーティクルボード等は含まれない。
また、変色促進処理を行う対象の熱処理後の被処理木材は、無垢材を本実加工なの加工により製品に近い形状まで加工したものであることが望ましい。
被処理木材とする無垢材の原木の樹種は、特に制限されず、いかなる樹種であっても良い。また、針葉樹であっても広葉樹であっても良いが、広葉樹は、導管部分の材中酸素量が多く高温処理により導管周辺に部分的な炭化が生じ易いので、本発明の効果が一層顕著に表れやすい。
無垢材の原木の樹種としては、例えば、レッドオーク、ホワイトオーク等のブナ科の広葉樹、チーク等のシソ科の広葉樹、ウォルナット等のクルミ科の広葉樹、メイプル等のカエデ科の広葉樹、チェリー等のバラ科の広葉樹、スギ、マツ、ヒノキ等の針葉樹が挙げられる。
【００１２】
被処理木材とする無垢材の大きさは、特に制限されないが、床材用の熱処理木材を製造する場合（床暖房対応の無垢床材の場合を含む）の一例を挙げると、例えば、長手方向の長さＬが２０〜１００ｃｍ、幅Ｗが８〜２０ｃｍ、厚みＴが１．５〜２．５ｃｍの板状である（図１参照）。
【００１３】
（減圧処理工程）
減圧処理には、例えば、内圧を２０ｋＰａ以下に減圧可能な減圧室を備えた減圧及び加熱処理装置を用いることができる。減圧室は、円筒状のものであっても良いし、円筒状以外の形状、例えば立方体状であっても良い。減圧室には、内部に被処理木材を出し入れするための、開閉可能な扉が設けられている。また、減圧室には、電磁弁等の弁の制御により減圧室の内外の連通状態と非連通状態とを切り替え可能な吸排気管、減圧室を密閉した状態で作動させることにより内部を２０ｋＰａ以下まで減圧可能な真空ポンプ、所望により減圧室内に蒸気を噴射可能な蒸煮装置、、過熱水蒸気の導入装置、及びスプリンクラーによる冷却加湿装置が取り付けられている。
【００１４】
過熱水蒸気の導入装置は、減圧室内に向かって開口する導入管を介して、減圧室内に直接、過熱水蒸気を導入可能に構成されている。過熱水蒸気は、１００℃で蒸発した飽和水蒸気をさらに高温に加熱した水蒸気である。過熱水蒸気を発生させる機構としては、各種公知の機構を採用することができ、１００℃で蒸発した飽和水蒸気を、その飽和水蒸気が通る配管を、バーナーで２次加熱する間接加熱法、１００℃で蒸発した飽和水蒸気を通す流路内に、電熱線により発熱する発熱体等を配置して加熱する直接加熱法等を採用することができる。
【００１５】
減圧処理に収容する被処理木材は、例えば、減圧室内に設置した金属等の耐熱性の素材からなる棚や台等の支持体上に複数並べて配置する。そして、被処理木材の配置後、減圧室の扉を閉鎖して内部を密閉する。また、真空ポンプを作動し減圧室内の空気を排出して内部を減圧する。なお、図３に示す実施例のグラフに示されるように、減圧の開始時には、減圧室内に水蒸気を導入して被処理木材を１００℃以上（好ましくは１１０℃以上）に加熱する蒸煮処理を行うことが、減圧乾燥に伴う蒸発熱損失による材温の低下を抑制する観点から好ましい。
【００１６】
減圧処理工程においては、被処理木材を収容した密閉空間内を、５０ｋＰａ以下まで減圧することが好ましく、より好ましくは３０ｋＰａ以下、更に好ましくは２０ｋＰａ以下まで減圧する。被処理木材を、斯かる減圧下におく時間（処理時間）は、被処理木材の厚みや圧力に応じて適宜に決定できるが、例えば、密閉空間（減圧室）の内圧を２０ｋＰａ以下とする場合、好ましくは１０分以上であり、より好ましくは１時間以上であり、更に好ましくは２時間以上であり、密閉空間（減圧室）の内圧を５０ｋＰａ以下とする場合、好ましくは１時間以上であり、より好ましくは３時間以上であり、更に好ましくは５時間以上である。
減圧処理は、図３に示す実施例のグラフに示されるように、密閉空間（減圧室）内の被処理木材の温度を６０〜９０℃の範囲、特に７０〜８０℃の範囲に維持しながら行うことが、連続して減圧乾燥する点から好ましい。
【００１７】
（過熱水蒸気処理工程）
過熱水蒸気処理は、減圧処理工程により酸素含有量が低下した状態の被処理木材が収容されている密閉空間に過熱水蒸気を導入して開始し、被処理木材を１７０℃以上の温度で加熱する。前述した減圧処理により、被処理木材中に含まれる空気の含有量が大幅に低下し、それに伴い酸素含有量も、減圧処理前の被処理木材に比べて大幅に減少している。本実施態様においては、その酸素含有量が低下した状態の被処理木材に対して過熱水蒸気を接触させることにより、減圧処理しない場合に生じ易い、被処理木材の部分的な炭化を効果的に抑制することができる。
これに対して、減圧処理後に、減圧室の扉を開いたり、吸排気管により減圧室の内外を連通させたりして内部が大気圧と同じとなると、減圧処理により空気や酸素含有量が低下した被処理木材の空気や酸素の含有量が元に戻り、過熱水蒸気による熱処理時に被処理木材に部分的な炭化が生じ易くなる。斯かる観点から、過熱水蒸気処理は、密閉空間内から被処理木材を取り出さず、且つ密閉状態も維持された状態のまま行うことが好ましく、換言すれば減圧処理工程から過熱水蒸気処理工程への切り替えは、密閉空間の密閉状態を維持しながら行うことが好ましい。また、過熱水蒸気処理は、酸素含有量が低下した状態の被処理木材が収容されている密閉空間に過熱水蒸気を導入して開始することが好ましく、後述する高温処理が終了するまで、外気を流入させないことがより一層好ましい。
【００１８】
過熱水蒸気処理においては、被処理木材を１７０℃以上の温度に加熱する。被処理木材を１７０℃以上の温度に加熱することにより、得られる熱処理木材の寸法安定性が大幅に向上する。その理由は、吸湿により木材の寸法を大きく変化させる木材中の成分であるヘミセルロース等が、過熱水蒸気による加熱処理により、被処理木材中の全域において効率よく分解することなどにある。
熱処理木材の寸法安定性の向上やヘミセルロースの分解効率の向上の観点から、過熱水蒸気処理工程は、被処理木材を１７０℃以上に加熱する高温処理工程を含むことが好ましく、１８０℃以上に加熱する高温処理工程を含むことがより好ましく、１９０℃以上に加熱する高温処理工程を含むことが更に好ましい。同様の観点から、１７０℃以上に加熱する高温処理の時間は１２０分以上、１８０℃以上に加熱する高温処理の時間は９０分以上、１９０℃以上に加熱する高温処理の時間は６０分以上であることが好ましい。高温処理の温度は２２０℃以下、特に２１０℃以下であることが好ましく、２００℃以下が更に好ましい。なお、ここでいう温度は、被処理木材の表面の温度であり、例えば、熱電対温度計によって測定する。
【００１９】
過熱水蒸気処理工程は、高温処理工程の前に材温均等昇温工程を具備することが好ましい。高温処理工程の温度に達するまでの昇温は、密閉空間（減圧室）内の導入する過熱水蒸気によるものであるが、その昇温過程に、図３に示す実施例のグラフに示されるように、昇温を停止する時間を設けることで、被処理木材の表裏面と内部の温度をほぼ均等に昇温させることができ、得られる熱処理木材の色調の均質性が向上する。
【００２０】
なお、過熱水蒸気により１７０℃以上に加熱する高温処理工程は、従来の高圧高温水蒸気による加熱とは異なり、１１０ｋＰａ以下に維持して行うことができ、図３に示す実施例のグラフに示されるようにほぼ大気圧と同じ気圧下に行うこともできる。密閉空間の内圧を１１０ｋＰａ以下の圧力に維持して１７０℃以上の高温で処理できることは、設備運転時の安全性を確保する等の点で好ましい。なお、高温処理工程においては、ヘミセルロースの分解等により生じたガスを排気し、密閉空間の内圧を１１０ｋＰａ以下、より好ましくは１０５ｋＰａ以下に維持することも好ましい。このような排気は、密閉空間の密閉状態の解除とは考えない。
【００２１】
高温処理工程後には、過熱水蒸気の導入装置による過熱水蒸気の導入や所望により使用した他の加熱装置を停止し、密閉空間内を冷却する。密閉空間内の冷却は、水蒸気を注入し続けることによって行うことが好ましく、温度が十分に下がった後には、密閉空間の扉を開放させて冷却を促進しても良い。また、密閉空間内の冷却はスプリンクラーを用いて散水することによって、加熱処理済みの被処理木材を、冷却と同時に加湿することも好ましい。そして、密閉空間内の温度が充分に下がった後、加熱処理済みの被処理木材を密閉空間（減圧室）から取り出す。
【００２２】
（変色促進工程）
上述した過熱水蒸気処理、特に１７０℃以上に加熱する高温処理においては、木材中のヘミセルロース等の成分が加熱により分解し、その分解産物がリグニン等の他の成分と反応して濃い色の着色物質を生じため、被処理木材はこげ茶色等の濃い色に変色し易い。他方、そのような着色物質は、太陽光等の紫外線により分解し、その分解に起因して被処理木材の色に変化が生じる。
本発明においては、着色物質の分解に伴う被処理木材の変色を促進させることにより、被処理木材の経年変色を強制的に生じさせ、それにより得られる熱処理木材の経年変色を抑制する。
【００２３】
被処理木材に対する変色促進処理は、例えば、被処理木材に、塩素系又は酸素系の酸化剤を含む液を塗布した後、加熱又は紫外線の照射を行う。塩素系の酸化剤としては、次亜塩素酸又はその塩（ナトリウム塩等）、亜塩素酸又はその塩（ナトリウム塩等）、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム等が挙げられ、酸素系の酸化剤としては、過酸化水素、過炭酸ナトリウム、過ほう酸ナトリウム、モノ過硫酸ナトリウム等が挙げられる。ナトリウム塩に代えて、カリウム塩やカルシウム塩等を用いることもできる。また、酸化剤を含む液は、例えば水溶液であり、酸化剤を含む液の塗布方法としては、刷毛塗りやスプレーによる塗布、スポンジロールコータ―等が好ましい。紫外線の照射には、紫外線ランプ等を用いても良いが、太陽光に曝すことが好ましい。また、塩素系又は酸素系の酸化剤を含む液は、市販の漂白剤を用いることもでき、それらは所望により適宜の濃度に希釈して用いる。酸化剤を含む液の塗布後の加熱には、例えば、熱風乾燥機等を用いることができる。
【００２４】
また、変色促進処理は、過熱水蒸気処理工程後の被処理木材に対して、最終商品の形態とするための形状加工等の加工を行った後に行うことも好ましい。ここでいう加工には、プレーナー加工、面取り加工、穴あけ加工、溝加工、本実加工等が挙げられる。変色促進処理として、酸化剤による処理及び加熱又は紫外線の照射を行った後の被処理木材は、残留する漂白剤を低減させるために水洗した後、乾燥させることが好ましい。
【００２５】
本発明によれば、例えばこのようにして、熱処理木材が得られる。
本発明で得られる熱処理木材は、過熱水蒸気により１７０℃以上の高温に加熱したことによって、寸法安定性が向上しており、また、表面及び内部が比較的均質に加熱されることによって、形状加工時に色調の差の問題が生じにくい。また、過熱水蒸気処理に先立ち減圧処理を行うことによって、木材に部分的な炭化も生じにくい。そのため、例えば、図２に示すように、無垢床材として使用するために、幅方向の両端面２，３に、床材同士を連結する実加工を施した場合にも、雄実５や、雄実５と重なる雌実６の肉薄部分等に意図しない欠けが生じ難く、また実加工によって露出した部分と他の部分との間の色彩に大きな差も生じにくい。また、過熱水蒸気後の被処理木材に変色促進処理を施すことによって、光による経年変色も生じにくい。
【００２６】
本発明で得られる熱処理木材は、このような性質の全部又は一部を活かして、木造建築物等の内装材や家具の構成部材等として好ましく用いられ、例えば、床材、特に床暖房用の床材として好ましく用いられる。また、熱処理木材は、表面の全部又は一部を、木の風合いを損なわない範囲で塗装しても良く、例えば染料系の塗料で薄く塗装したり、オイルフィニッシュなどで塗装しても良い。
【実施例】
【００２７】
次に、実施例及び比較例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２８】
レッドオーク、ウォルナット、メイプル及びチェリーから製材した無垢の板材（長さ３００ｍｍ、幅１２５ｍｍ、厚み２２ｍｍ）を、各樹種毎に４５本以上用意し、各樹種について、５本以上の板材を、本発明の処理を行わない未処理の試験片として残す一方、４０本以上の板材を、減圧及び加熱処理装置の減圧室に収容し、その減圧室内の圧力及び板材の温度を、図３に示すグラフのように変化させて、減圧処理、過熱水蒸気処理及びその後の冷却を行った後、減圧室内から取り出した。
【００２９】
減圧処理及び過熱水蒸気処理を行った熱処理後の板材を、それぞれの樹種について、２０本以上の板材を変色促進処理（エイジング処理）を行わない未処理群として残す一方、２０本以上の板材については、下記条件にて変色促進処理（エイジング処理）を行った。
使用した「酸化剤を含む液」：アールジェイ株式会社製の塩素系漂白剤「サンフレッシュ」の水による２倍希釈液
処理方法：酸化剤を含む液を、ハケにより、板材の表面に４０ｇ／ｍ2塗布した後、直射日光下に１時間放置して乾燥した後、ブラシを用いて流水で水洗した。その後、直射日光下に３時間放置して乾燥した。
【００３０】
（湿度の変化に対する寸法安定性の評価）
減圧処理、過熱水蒸気処理及び変色促進処理を行った「熱処理群」についての幅収縮率と、減圧処理、過熱水蒸気処理及び変色促進処理の何れの処理も行わなかった「未処理群」についての幅収縮率とを測定し、図４に、各樹種毎に、「熱処理群」についての結果（平均値）と「未処理群」についての結果（平均値）とを左右に並べて示した。
幅収縮率は、各板材を温度２３度、相対湿度９０％の多湿条件下に放置し、１６８時間放置後に測定した幅Ｗ１（図１中Ｗに相当する幅）と、それらの板材を４０℃で２４時間乾燥した後の幅Ｗ２とを測定し、それらの測定値に基づき下記式により算出した。
幅収縮率（％）＝〔（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１〕×１００
【００３１】
（変色促進処理による経年変色効果の評価）
減圧処理、過熱水蒸気処理及び変色促進処理を行った「エイジング処理群」と、減圧処理及び過熱水蒸気処理を行い変色促進処理は行わない「エイジング未処理群」とのそれぞれについて、ウエザーメーター（岩崎電気製の「アイスーパーＵＶテスター」）を用いて下記条件にて経時変色加速試験を行った。
そして、コニカミノルタセンシング株式会社製の色彩色差計（ＣＲ−４００）を用いて、経時変色加速試験の前後それぞれの板材表面についてＬ*ａ*ｂ*表色系のＬ*値、ａ*値、ｂ*値を計測し、経時変色加速試験の前後の色差「ΔＥ」を算出した。その結果を図５に示す。
（経時変色加速試験の条件）
照射強度９０ｍＷ／ｃｍ2，照射中温度６３〜７０℃、４時間の照射と４時間の結露条件（３５℃，９８％ＲＨ）とを６サイクル（屋内環境２年間使用を想定）。
【００３２】
図４に示す結果から、本発明における減圧処理及び過熱水蒸気処理を行うことにより、寸法安定性を向上させることができることが判る。また図５に示す結果から、減圧処理及び過熱水蒸気処理後に変色促進処理を行うことにより、その後に生じる色の経年変化を抑制することができることが判る。
【符号の説明】
【００３３】
１  被処理木材
５  雄実
６  雌実
【図１】
2016030404.tif 000002
【図２】
2016030404.tif 000003
【図３】
2016030404.tif 000004
【図４】
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【図５】
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