(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹幹軸方向に沿って縦送りされてくる被加工木材を挟み込んで圧縮し塑性変形させながら送り出す回転ロール対を包含して成り、この回転ロール対は周面が凹状に括れてパッセージ部を形成し、被加工木材の表面を包囲した状態に圧迫可能に構成されていることを特徴とする木材壁孔の座屈開口装置。
【請求項２】
回転ロール対の周面の各々に、小径部が形成されて輪鼓形を成していることを特徴とした請求項１記載の、木材壁孔の座屈開口装置。
【請求項３】
回転ロール対の周面の各々が円弧状の凹面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の、木材壁孔の座屈開口装置。
【請求項４】
複数のロール対を、被加工木材の縦送り方向に沿って直列的に配設したことを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の、木材壁孔の座屈開口装置。
【請求項５】
複数のロール対を、被加工木材の上下面および側面から包囲圧迫できるように配列したことを特徴とする請求項４記載の、木材壁孔の座屈開口装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木材の画期的な壁孔開口技術に関する提案、さらに詳しくは、木材細胞組織における半径（年輪）方向側の半径壁に対し剪断変形力を集中させることによって、当該半径壁の閉塞壁孔を効率的かつ経済的に開口させることを可能にした新方法、およびそれに用いる装置に関するものである。
【０００２】
まず、図１を参照して、本明細書が木材の細胞組織について用いる用語の意味を説明しておくと、次のとおりである。
▲１▼ 「樹幹軸方向（繊維方向)」とは、当該木材Ｗの長さ方向の意味であり、符号αをもって指示する。
▲２▼ 「半径方向（年輪方向)」とは、樹芯（当該樹木の中心）から樹皮に伸びる方向であって、樹幹軸に交差し、符号βをもって指示する。
▲３▼ 「接線方向」とは、樹芯の周りに円状に形成された年輪に接して伸びる方向であって、符号γをもって指示する。
【０００３】
【従来の技術】
木材に難燃化処理、防腐・防虫処理、染色処理、あるいは硬化処理を施す場合には、対象とする木材の壁孔(pit) を開口させ処理液剤が浸透し易い状態に木材を改質しておく必要がある。周知のとおり、木材の細胞組織の壁孔は半径方向側の半径壁Ｒに形成され、繊維状のマルゴ組織で周縁が支持された円節(torus) ｅと呼ばれる肥厚膜が壁孔ｐを閉塞しているので、木材組織内に液剤を含浸させるには閉塞している円節ｅを破壊しておく必要がある。ちなみに、円節ｅは、当該木材が伐採されて乾燥してくると、図３(a) に示すように壁孔ｐの外側寄りか、あるいは内側寄りに移動してマルゴが壁孔ｐに寄り添って付着し、円節ｅが弁体のように壁孔にピッタリと密着することになるから、液剤含浸が極めて困難なのである。
【０００４】
そのような事情から、本件発明者グループも、木材の壁孔を開口せしめる技術として、嘗て次のような提案をしたことがある。
▲１▼  木材を飽水状態に膨潤させて加熱し、木材組織内の水分を沸騰させることによって閉塞壁孔の円節を破裂させる方法（特許第 2599639号明細書：以下、沸騰法と略称）。
▲２▼  木材を構成している細胞組織の骨格成分を成して靱性と弾性を発揮せしめるセルローズと、このセルローズによって形成された骨格部を固める充填物質として機能し当該木材に剛性と硬度とを発揮せしめるヘミセルローズおよびリグニンの熱軟化温度(softening point) が、当該木材に含まれる水分値の大小によって大きく変化する点に着目して、セルローズが軟化することなくヘミセルローズとリグニンが軟化する水分値と温度条件を選択し、当該木材を横方向に圧縮することによって壁孔を閉塞している円節を破断させる方法（特許第 2887565号明細書：熱軟化点調整法と略称）。
【０００５】
しかしながら、上記▲１▼の沸騰法は、木材組織内の水分を沸騰させるときに木材全体を水の沸騰温度まで加熱しなければならないため非常な熱エネルギーが必要であって、ランニングコストが高くなるという欠点があった。
【０００６】
一方、上記▲２▼のソフティング・ポイント利用法は、なるほど、熱エネルギーは節約できたのであるが、被処理木材の含水分の調整が面倒であり、その分、効率の面で今一つとの不満が残った。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、先に提案した上記▲１▼および▲２▼における木材の壁孔の開口方法に前述のごとき技術的限界があったのに鑑みて為されたもので、対象とする被処理木材の壁孔を効率的かつ経済的に開口させることができる新方法およびそれを合理的に遂行できる新装置を提供することを技術的課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するために採用した手段】
即ち、本発明者は、上記技術的課題を解決するために、樹幹軸方向αに沿って縦送りされてくる被加工木材Ｗを挟み込んで圧縮し塑性変形させながら送り出す回転ロール対を包含して成り、この回転ロール対は周面が凹状に括れてパッセージ部を形成し、被加工木材Ｗの表面を包囲した状態に圧迫可能に構成するという機構手段を採用した点に特徴がある。
【００１０】
しかして、本発明者らが木材の壁孔を効率的に開口させるために採用した最も独創的な発想は、木材が略正方形または六角形の壁体で囲われた中空細胞の集合であって、図２に示すように半径方向βの半径壁Ｒには規則的に円節ｅが並んでおり、そのような半径壁Ｒの円節ｅに剪断変形力が与えられると、その半径壁Ｒが簡単に座屈してしまう性質があることを発見し、この性質を利用して木材細胞組織を構成する半径壁Ｒに応力を集中させた点である。ちなみに、本発明者らの研究によれば、木材を構成する単位細胞のサイズは、樹幹軸方向（繊維方向）αでは１〜６mm程度あるのに対し、半径方向βでは 0.03 〜0.06mm程度しかなく、木材細胞は樹幹軸方向αへの縦サイズが半径方向βへの横サイズの33倍〜100 倍もの差があるため、構造的にマッチ箱のように半径方向の半径壁Ｒは非常に座屈し易いという性質があることが確認されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的内容を好ましい実施形態を挙げ添附図面を参照しながら、詳しく説明するものとする。
【００１２】
〔実施形態Ａ＝座屈開口法〕
スギ生木を枝打ちした長さ３ｍ、直径30cmの芯持ち丸材（含水率:150%)を、湿度75 %、気温15℃の雰囲気下において、ほゞ全周囲に亘り求心方向に加圧して体積比40 %（実施品１)、体積比50%(実施品２）、および体積比60%(実施品３）を得た。
【００１３】
〔実施形態Ｂ＝座屈開口法〕
長さ３ｍ、直径25cmのカラマツの芯持ち丸材（含水率：60%)を、湿度75 %、気温15℃の雰囲気下において、ほゞ全周囲に亘り求心方向に加圧して体積比40 %（実施品４)、体積比50%(実施品５）、および体積比60%(実施品６）を得た。
【００１４】
〔実施形態Ｃ＝座屈開口法〕
長さ３ｍ、直径28cmのベイマツの芯持ち丸材（含水率：60%)を、湿度75 %、気温15℃の雰囲気下において、ほゞ全周囲に亘り求心方向に加圧して体積比40 %（実施品７)、体積比50%(実施品８）、および体積比60%(実施品９）を得た。
【００１５】
上記の実施品１〜３（スギ)、実施品４〜６（カラマツ)、および実施品７〜９（ベイマツ）の液浸透性能の変化を、各々、圧縮率（体積比０%)の同一種比較品と較べてみたところ、縦方向の吸液性能は図４のように、また横方向への吸液性能は図５のような結果が得られた。なお、吸液性能試験に用いた試験液は、酸性染料(Patent Blue) ２w%、無水炭酸ナトリウム１w%、結晶硫酸ナトリウム10w%、および残部水の染料液である。
【００１６】
これらの実験結果からみても明らかなとおり、上記第１〜第３実施形態による座屈開口法を施したスギ、カラマツ、およびベイマツの吸液性能は２倍以上に向上しているのである。
【００１７】
〔座屈開口装置の実施形態〕
次に、本発明を適用して製作される座屈開口装置の好ましい実施形態を図６〜図９に参照して説明する。
【００１８】
図６〜図９において、符号１は送出用ロールコンベアであり、閉塞壁孔が開口処理された処理済の木材Ｗを搬出してゆくものである。
【００１９】
同図中に指示される符号21・21・・・・は、被処理木材Ｗを上側から加圧して送り出す上側プレスロール、符号22・22・・・・は下側から木材Ｗを加圧して送り出す下側プレスロールであって、上側のプレスロール21と下側のプレスロール22は各々対向的に配設されてロール対を構成している。これらのロール対（21・22)・(21・22)・・・・・は、被処理木材Ｗを必要な厚みに圧下可能なるごとく下流に至るほど、相互の間隔を逓次的に狭く設定できるよう間隔調整自在に構成してある。また、本実施形態におけるロール対を構成するプレスロール21および22は、中央部位が小径に細く括れて輪鼓（りゅうご）形状になっており、輪鼓状に括れたロール面は被処理木材Ｗの周面を包囲した状態で圧迫しながら通過させるパッセージ部を作出している。ちなみに、このパッセージ部の幅は、プレスロール21および22の輪鼓壁21ａおよび22ａの位置をアジャスト・スクリューロッド21ｂ・22ｂの進退調整することによって拡縮調節することが可能であり、また上下のプレスロール21・22の回転速度も、各々別個に調節することが可能である。
【００２０】
本実施形態における複数のプレスロール21・21・・・・および22・22・・・・が構成するロール対列は圧縮ロール機構Ｐｒを構成し、本実施形態では何れも油圧モータ23の回転駆動力がユニバーサルジョイント24によって伝達されて回転されるドライブロールとして機能し、かつ、油圧シリンダ25の伸出力で被処理木材Ｗを加圧する圧延ロールとして機能する（図７参照）。図６中の符号22ａは、下側プレスロール22の圧力を調節するためのボールネジである。また、図７中の符号25は、油圧モータ23を所要の回転速度に減速（減速比:1/6）するための減速ギアボックスである。本発明においては、被処理木材Ｗを幹軸方向に沿って縦送りに圧縮しながら送り出すようになっている。ちなみに、本実施形態においては圧縮搬送速度を１ m/min〜3m/minの範囲で調節可能であり、圧縮率は０〜50%(100kg/cm2 ) の範囲内で自由に調節できる。
【００２１】
上側プレスロール21・21・・・・および下側プレスロール22・22・・・・を回転させるところの上記油圧源Ｐから油圧モーター23への回転駆動力の伝達は３位置４方向流路切換弁27ａの電磁切換によって制御され、また、上側プレスロール21・21・・・・の加圧は３位置４方向流路切換弁27ｂの電磁切換により同各ロールの両端部に連繋された油圧シリンダ26・26・・・・で制御される（図８参照)。なお、下側プレスロール22・22・・・・の加圧操作はボールネジ22ａ・22a・・・・で行う（図６参照)。
【００２２】
つぎに、符号３・３・・・・で指示するものは、下流の処理液注入槽１に向けて並んだ上流側のプレスロール21・22と下流側のプレスロール21・22との間に配設された左右一対のサポートロールであり、左右の間隔を調節規制することによって木材Ｗの過度の圧潰を抑制し組織破壊を防止するものである。これらのサポートロールは、回転自在にフリーに縦向きに軸支されており、アジャストボルト31によって左右間隔が調整可能になっている（図９参照）。このサポートロール３・３・・・・の形状も、上記ロール対（21・22）を構成するプレスロールと同様に輪鼓形になっている。
【００２３】
しかして、上記圧縮ロール機構Ｐｒへの木材Ｗの供給は、供給コンベア４が木材Ｗを載置して幹軸方向へ縦送りし、圧縮ロール機構Ｐｒの最上流に誘導することによって為される。
【００２４】
本明細書に具体的に説明する実施形態例は概ね上記のとおりであるが、本発明は前述の実施形態に限定して解釈されるべきではなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能である。
【００２５】
例えば、本発明方法の実施形態Ａ〜Ｃでは、被処理木材を単に求心方向に加圧するだけかのように説明したが、間欠的に圧力を加えて圧下したり、振動を与えながら圧力を加えて圧下することも自由であり、また温度・湿度条件も何ら制約されず、何れの変更も本発明の技術的範囲に属する。
【００２６】
また、本発明装置の実施形態例では、ロール対（21・22）を構成するプレスロールの具体的形状として輪鼓形のものだけを説明したが、プレスロールを中細の円柱形に形成することも可能であり、さらに下流に至るほど被処理木材Ｗを扁平に圧下できるよう図10・図11・図12に示す如くパッセージ部の形状を扁平化させることも可能であり、かゝる設計変更も本発明の技術的範囲に属する。
【００２７】
【発明の効果】
以上、実施形態を挙げて説明したとおり、本発明「閉塞壁孔の座屈開口法」にあっては、木材における細胞組織の半径方向側の半径壁に対し剪断変形力が集中するように付与するという物理的な応力集中手段を採用したので、先に提案した沸騰法のように大量の熱エネルギーを必要とせず、また熱軟化点調整法のように含水率や処理温度の設定に手間取ることもなく、対象とする被処理木材の壁孔を効率的かつ経済的に開口させることができる。しかも、本発明によって得られた座屈開口木材は、沸騰法で壁孔の開口処理して得た木材とは異なって圧力を解除した後も、圧縮状態が殆ど変化なく維持されるので、液剤に浸漬して含浸させる場合にも吸収性能が非常に優れているのである。
【００２８】
このように本発明は、従来における木材の細胞壁孔を開口させる技術の欠点を木材の細胞組織の構造を巧みに利用することによって解決したものであり、その産業上の利用価値は頗る大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本明細書で使用する用語の意味を説明するための木材の斜視断面説明図である。
【図２】図２は、木材の細胞組織を説明するための説明図である。
【図３】図３の(a)(b)は、本発明の座屈開口法を施すことによって木材細胞の半径壁が座屈する前後の状態を表わした説明図である。
【図４】図４は、実施形態Ａ・Ｂ・Ｃにより得られた実施品（スギ、カラマツ、ベイマツ）の縦方向の吸液性能を比較して示した棒グラフである。
【図５】図５は、実施形態Ａ・Ｂ・Ｃにより得られた実施品（スギ、カラマツ、ベイマツ）の横方向の吸液性能を比較して示した棒グラフである。
【図６】図６は、本発明の実施形態装置の主要部を示した側面図である。
【図７】図７は、同装置のロール対を駆動する機構説明図である。
【図８】図８は、同装置のロール機構部を駆動する油圧回路図である。
【図９】図９は、同装置のサポートロール部分を説明するための機構説明図である。
【図１０】図１０は、本発明における上流側プレスロールの変形例を表わした立断面図である。
【図１１】図１１は、本発明における中流側プレスロールの変形例を表わした立断面図である。
【図１２】図１２は、本発明における下流側プレスロールの変形例を表わした立断面図である。
【符号の説明】
Ｒ          半径壁
Ｔ          接線壁
Ｗ          被処理木材
ｅ          円節
ｐ          壁孔
α          樹幹軸方向（繊維方向）
β          半径方向（年輪方向）
γ          接線方向
１          送出用ロールコンベア
21        上側プレスロール
22        下側プレスロール
(21・22)    ロール対
23        油圧モータ
24        ユニバーサルジョイント
25        減速ギアボックス
26        油圧シリンダ
27ａ      流路切換弁
27ｂ      流路切換弁
３          サポートロール
31        アジャストボルト
４          供給コンベア
Ｐｒ        圧縮ロール機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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