(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材を水蒸気加熱により軟化した後、該木材を中心部から外側に押し拡げる形で圧密化し、しかる後、この圧密の状態で軟化のときよりも高温な水蒸気加熱によりその圧密の形態を固定するようにしたことを特徴とする木材の圧密化方法。
【請求項２】
中実木材を、水蒸気加熱により軟化してほぼ同じか、若しくは少し小さめの内周を有する外装体に装填した後、或いは、ほぼ同じ内周を有する外装体に装填して水蒸気加熱により軟化した後、該中実木材の中心部に先端の尖った棒状または管状の内装体を圧入することにより、木材を中心部から外側に押し拡げて圧密化するようにした請求項１の木材の圧密化方法。
【請求項３】
薄板単板を中心部に空間を有するように巻いたもの、若しくは予め中心部をくり貫いた中空木材を、水蒸気加熱により軟化してほぼ同じか、若しくは少し小さめの内周を有する外装体に装填した後、或いは、ほぼ同じ内周を有する外装体に装填して水蒸気加熱により軟化した後、該中空木材の中心部空間に大きめの外周を有する棒状または管状の内装体を圧入することにより、木材を中心部から外側に押し拡げて圧密化するようにしたことを特徴とする請求項１の木材の圧密化方法。
【請求項４】
薄板単板を中心部に空間を有するように巻いたもの、若しくは予め中心部をくり貫いた中空木材を、水蒸気加熱により軟化してほぼ同じか、若しくは少し小さめの内周を有する外装体に装填した後、或いは、ほぼ同じ内周を有する外装体に装填して水蒸気加熱により軟化した後、該中空木材の中心部空間に外側に張り出し可能な内装体を挿入してこれを外側に張り出すことにより、木材を中心部から外側に押し拡げて圧密化するようにしたことを特徴とする請求項１の木材の圧密化方法。
【請求項５】
上記外装体を分割型とし、その内面に凸凹模様を施して木材の表面に様々な文様を与えるようにしたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかの木材の圧密化方法。
【請求項６】
２分割した木材を水蒸気加熱により軟化させ、その分割面に接着剤を塗布した後、該分割木材の分割面間に棒状または環状の内装体を挟み込み、これを分割木材とほぼ同じか、若しくは少し小さめの内周を有する分割型外装体によりプレスすることにより、木材を中心部から外側に押し拡げて圧密化するようにしたことを特徴とする請求項１の木材の圧密化方法。
【請求項７】
上記分割型外装体の内面に凸凹模様を施して木材の表面に様々な文様を与えるようにしたことを特徴とする請求項６の木材の圧密化方法。
【請求項８】
上記方法において木材を圧密化して固定した後、上記内装体を抜き取って中空状の圧密化木材を得るようにしたことを特徴とする請求項２〜７のいずれかの木材の圧密化方法。
【請求項９】
上記方法において木材を圧密化して固定した後、上記内装体を抜き取らず内装体と木材とを複合化した圧密化木材を得るようにしたことを特徴とする請求項２〜７のいずれかの木材の圧密化方法。
【請求項１０】
上記方法において木材を圧密化して固定した後、上記内装体を抜き取って補強心材を充填し、木材と補強心材とを複合化した圧密化木材を得るようにしたことを特徴とする請求項２〜７のいずれかの木材の圧密化方法。
【請求項１１】
断面形状が円形また多角形からなる上記外装体を用いて、円形または多角形に形成された圧密化木材を得るようにしたことを特徴とする請求項２〜１０のいずれかの木材の圧密化方法。
【請求項１２】
木材とほぼ同じか、若しくは少し小さめの内周を有し、内部に木材を装填する外装体と、先端の尖った棒状または管状の内装体と、上記外装体に装填される水蒸気加熱により軟化した木材に上記内装体を圧入する手段とからなることを特徴とする木材の圧密化装置。
【請求項１３】
中心部に空間を有する中空木材とほぼ同じか、若しくは少し小さめの内周を有し、内部に中空木材を装填する外装体と、先端が尖り、中空木材の内周より大きめの外周を有する棒状または管状の内装体と、上記外装体に装填される水蒸気加熱により軟化した木材に上記内装体を圧入する手段とからなることを特徴とする木材の圧密化装置。
【請求項１４】
中心部に空間を有する中空木材とほぼ同じか、若しくは少し小さめの内周を有し、内部に中空木材を装填する外装体と、中空木材の中心部空間に挿入可能で、適宜の手段で外側に張り出し可能な内装体とからなることを特徴とする木材の圧密化装置。
【請求項１５】
２分割した木材とほぼ同じか、若しくは少し小さめの内周を有する外装体と、棒状または管状の内装体と、２分割した木材の間に上記内装体を挟み込んだ状態で、上記外装体で木材をプレスする手段とからなることを特徴とする木材の圧密化装置。
【請求項１６】
上記外装体の断面形状が、円形または多角形からなることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかの木材の圧密化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木材の機械的強度や硬度を高めるための圧密化方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、木材の圧密化技術は実用化の段階にきており、圧密化の方法も種々の方法が試みられている。圧密化の目的は、材の木質組織を密にすることにより、機械的強度や硬度を高めることによる木質の高級化や、成形加工が従来の切削加工等に比較して容易になることによる生産性の向上等により、木材の利用価値を高めることにあり、特に軟質材、若しくは間伐材の有効利用に期待されている。
【０００３】
圧密化の方法には、下記（１）〜（４）に示すようなものが代表として挙げられる。
（１）金型に装填された木材を水蒸気加熱により軟化させた後、プレスする。
（２）材を予め水蒸気加熱により軟化させた後、原寸より断面積の小さいさや管に絞  りながら押し込む。
（３）材を熱板プレス機で圧縮する。
（４）材を加熱ロールで連続的に圧延する。
【０００４】
尚、通常は上記（１）〜（４）に示された各方法とも、この圧密の状態で更に高熱の水蒸気で処理して、圧密化の形状を固定させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した圧密化方法は、いずれも木材を外側から圧縮しているため、材積が減少して材料である木材の使用量がたくさんいるという不利益が生じるとともに、圧縮率を大きく取ると木材が破壊する虞がある。しかも、材積を減少して圧密化されるため、単位面積当りの重量が重くなるとともに、丸材を形成する場合、外径が縮径されるため、曲げ強度が上がらない。更に、上記（２）に示されたダイス方式の場合は、圧縮率を大きく取ると圧入時に木材が座屈してしまうことがある。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、材積を減少することなく圧密化して機械的強度や硬度を向上することが可能な木材の圧密化方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため、本発明は、木材を水蒸気加熱により軟化した後、該木材を中心部から外側へ押し拡げる形で圧密化し、しかる後、この圧密の状態で軟化のときよりも高温な水蒸気加熱によりその圧密の状態を固定するようにしたものである。
【０００８】
本発明によれば、水蒸気加熱により軟化した木材を、中心部から外側へ押し広げる形で圧縮するから、材積を減少することなく圧密化して強度や硬度を向上することが可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明の第１の実施例を示すもので、同図において、１は圧密化しようとする中実の木材、２は断面が円筒形をした金属製の外装体で、木材１の外周とほぼ同じ内周を有する。３は先端の尖った断面が円形をした丸棒体からなる金属製の内装体で、圧入用油圧シリンダー４のピストンロッド４ａの先端部に一体に取付けられ、圧入用油圧シリンダー４のピストンロッド４ａの伸縮動作により前進および後退するようになっている。５は内装体４に対向配置された固定板で、内装体３との間に外装体２を取付ブラケット６を介して一体に固定するようになっている。
次に、上記実施例の圧密化方法について説明する。
【００１１】
まず、圧密化しようとする木材１を外装体２に装填し、これを水蒸気で処理すると、木材１は水蒸気により加熱されて軟化される。
【００１２】
次に、外装体２を軟化させた木材１を装填した状態で、固定板５に内装体４に対向配置して一体に固定した後、圧入用油圧シリンダー４を作動してピストンロッド４ａを伸長し、このピストンロッド４ａの伸長動作により内装体３を前進して外装体２に装填されている木材１の中心部に圧入する。このように内装体３を木材１の中心部に圧入することにより、木材１が中心部から外周へ向けて押し拡げられるため、木材１を圧密化するとともに、木材１の外形を外装体２の内径の形に形成する。
【００１３】
この後、木材１に内装体３を圧入させた状態で、これを軟化のときよりも高温な水蒸気で加熱すると、木材１は水蒸気により圧密の形態が固定される。
【００１４】
しかる後、圧密化された木材１を冷却させた後、木材１を外装体２から取り出すとともに、木材１から内装体３を抜き取ることにより、中心に中空部を有するパイプ形状の圧密化木材を得ることができる。
【００１５】
図２は本発明の第２の実施例を示し、これはロータリー切削やフライス切削等により得られる薄板単板を、中心部に空間を有するように円筒状に巻いたもの、若しくは予め円筒状にくり貫いた木材１’を圧密化するもので、木材１’を外装体２に装填した状態で水蒸気加熱により軟化した後、先端が尖り、木材１’の内周より大きめの外周を有する棒状または管状の内装体３’を、外装体２に装填される木材１’の中心部空間に圧入用油圧シリンダー４により圧入させることにより、木材１’の厚みを圧縮するように中心部から外側へ押し拡げて木材１’を圧密化する。
【００１６】
図３は本発明の第３の実施例を示し、これはロータリー切削やフライス切削等により得られる薄板単板を、中心部に空間を有するように円筒状に巻いたもの、若しくは予め円筒状にくり貫いた木材１’を、例えば円筒を２分割した半円筒状の内装体７ａ，７ｂにより圧密化するもので、内装体７ａ，７ｂはその中心部に配設されたトルクアクチュエーター８にカム９ａ，９ｂおよびシャフト１０ａ，１０ｂを介して連結され、トルクアクチュエーター８によりカム９ａ，９ｂおよびシャフト１０ａ，１０ｂを介して径方向に張り出し可能に構成されており、木材１’を外装体２に装填した状態で水蒸気加熱により軟化した後、この木材１’の中心部空間に内装体７ａ，７ｂを挿入し、この内装体７ａ，７ｂをトルクアクチュエーター８によりカム９ａ，９ｂおよびシャフト１０ａ，１０ｂを介して径方向に張り出すことにより、木材１’の厚みを圧縮するように中心部から外側へ押し拡げて木材１’を圧密化する。
【００１７】
尚、上記第１〜第３の実施例において、熱処理後の冷却方法や木材１，１’の外装体２への装填方法、取出方法等は特にこだわらないし、また、木材１，１’を水蒸気加熱により軟化した後、外装体２へ装填するようにしてもよい。木材１，１’を水蒸気加熱により軟化した後、外装体２へ装填する場合、外装体２の内周は木材１，１’より少し小さめでもよい。
【００１８】
また、上記第２および第３の実施例おける圧密化しようとする木材１’について、薄板単板の厚みや巻き数、あるいはくり貫いた円筒木材の板厚および圧縮率等も任意であってこだわるものではないし、形状も円形、あるいは多角形にこだわるものではない。
【００１９】
また、外装体２について、その内周形状は円形に限定されることなく、多角形でも可能であり、また、分割型にして、内面に凸凹の模様を施せば、木材１の表面に様々な文様を与えることができる。
【００２０】
また、内装体３について、その材料は金属に限定されることなく、例えばプラスチック、竹、木材等でも可能であり、また、外径形状も円形に限定されることなく、多角形でも可能であり、更に、丸棒体に限定されることなく、中空体でも可能である。
【００２１】
また、内装体３について、本実施例では圧入用油圧シリンダー４のピストンロッド４ａに一体に取付け、圧密化後に木材１から抜き取るようにしているが、圧入用油圧シリンダー４のピストンロッド４ａに取付けず、圧密化後も抜き取らずに木材１と複合化するようにしてもよし、圧密化後に抜き取り、プラスチックス等の充填材を補強心材として充填してもよい。木材１と内装体３若しくは補強心材とを複合化した場合、木材のみでは得られない強度を得ることができる。
【００２２】
図４は本発明の第４の実施例を示すもので、同図において、１１ａ，１１ｂは円形を２分割した半円形の圧密化しようとする木材、１２は木材１１ａ，１１ｂ間に挟まれる円形の内装体、１３ａ，１３ａは木材１１ａ，１１ｂとほぼ同じか、少し小さい内周を有する外装体で、一方の外装体１３ａが固定され、他方の外装体１３ｂがプレス用油圧シリンダー１４のピストンロッド１４ａの先端に一体に取付けられ、プレス用油圧シリンダー１４のピストンロッド１４ａの伸縮動作により外装体１３ｂ下降および上昇するようになっている。
【００２３】
次に、上記実施例の圧密化方法について説明する。
【００２４】
まず、木材１１ａ，１１ｂを水蒸気加熱により軟化した後、この木材１１ａ，１１ｂの分割面に接着剤を塗布させてその間に内装体１２を挟み込み、これを外装体１３ａ上に載置する。
【００２５】
次に、プレス用油圧シリンダー１４を作動してピストンロッド１４ａを伸長させ、このピストンロッド１４ａの伸長動作により外装体１３ｂを下降して外装体１３ａとにより木材１１ａ，１１ｂをプレスする。すると、木材１１ａ，１１ｂは内装体１２により中心部から外周へ向けて内装体１２の体積分だけ押し拡げられるため、圧密化されるとともに、木材１１ａ，１１ｂの外形を外装体１３ａ，１３ｂの内周の形に形成されると同時に、木材１１ａ，１１ｂは接着剤により接着された一体になる。
【００２６】
この後、木材１を外装体１３ａ，１３ｂで圧縮させた状態で、これを軟化のときよりも高温な水蒸気で加熱処理すると、木材１１ａ，１１ｂは水蒸気により圧密の形態が固定される。
【００２７】
しかる後、圧密化された木材１１ａ，１１ｂを冷却させた後、外装体１３ａ，１３ｂから抜き取ることにより薄い板厚を有するパイプ形状の圧密化木材を得ることができる。
【００２８】
尚、上記第４の実施例において、熱処理後の冷却方法は特にこだわらない。
【００２９】
また、内装体１２について、その材料は金属に限定されることなく、例えばプラスチック、竹、木材等でも可能であり、また、外周も円形、あるいは多角形にこだわるものではないし、更に、丸棒体に限定されることなく、中空体でも可能である。
【００３０】
また、外装体１３ａ，１３ｂについて、その内周は円形、あるいは多角形にこだわるものではない。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は木材を中心部から外側へ向けて押し拡げる形で圧密化しているから、材積を減少することなく圧密化して機械的強度や硬度を向上することができ、材料である木材の使用量を大幅に節減できる。しかも、丸材を形成する場合は、外径を維持したまま圧密化されるから、曲げ強度が向上することができる。また、角材を形成する場合は、原材料とほぼ同じ外周のものが得られるから、圧密化前より材積が増加することができる。また、金属、プラスチック等の内装体をそのまま複合化するとともに、プラスチックス等の充填材を充填して複合化すれば、木材の外観を持った高強度の部材を得ることができる。また、薄い板厚を有するパイプ形状の圧密化木材が得られるから、電気配線の導管等として利用でき、広い範囲に有効利用できるように成る。更に、外装体の内面に凸凹の模様を施せば、木材の表面に様々な文様を与えることにより商品価値を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例を示し、（ａ）は木材を圧密する装置の要部断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における拡大断面図である。
【図２】  本発明の第２の実施例を示し、（ａ）は予め中心部をくり貫いた中空木材を圧密する装置の要部断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における拡大断面図、（ｃ）は薄板単板を円筒状に巻いたものを圧密化する場合の（ａ）のＢ−Ｂ線における拡大断面図である。
【図３】  本発明の第３の実施例に用いられる装置の要部断面図である。
【図４】  本発明の第４の実施例に用いられる装置の要部断面図である。
【符号の説明】
１，１’    木材
２    外装体
３，３’    内装体
４    圧入用油圧シリンダー
５    固定板
６    取付ブラケット
７ａ，７ｂ    内装体
８    トルクアクチュエーター
９ａ，９ｂ    カム
１０ａ，１０ｂ    シャフト
１１ａ，１１ｂ    木材
１２    内装体
１３ａ，１３ｂ    外装体
１４    プレス用油圧シリンダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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