愛知県工業技術センター研究報告第３６号（２０００）

研究論文

熱プレスによる木材の圧縮加工−薄板を用いた敷居滑りの作製−
福田聡史＊ １

高須恭夫＊ １

森川豊 ＊１

Compressive Deformation Process of Wood Using Hot Press― Preparation of Threshold Veneer from Thin Wood Plate ―Satoshi FUKUTA,Yasuo TAKASU and Yutaka MORIKAWA

木材薄板の圧縮加工による敷居滑りの作製を行い、以下の成果を得た。
1)

特殊な治具等を使用することなく、180℃以上の高温加熱により圧縮加工を試みた結果、木口、木端面をシールすることにより、変形固定効果が向上することがわかった。また、樹種、密度や加熱温度、時間の違いにより変形固定性能や色調などの外観が異なることがわかった。
2)

密閉プレス治具を利用した圧縮加工では、特に加工工程の短縮化を目指し、治具の冷却を僅か、あるいは冷却せずに試料を取り出すための加工条件を検討し、加工時間を短縮することができた。
3)

耐摩耗性と滑り抵抗の評価を行なった結果、圧縮加工によりその性能は向上し、樹脂含浸製品とほぼ同等の性能が得られた。

１．はじめにプレスし、急激に加熱することにより木材中の水分の天然の高分子材料である木材は、持続的再生産が可蒸散よりも早く木材の温度を上昇させ変形の固定を行能な資源であり、また、触感など感覚的に優れた性質う方法であり、特に薄物の圧縮加工には適しているとを有することから、その一層の活用が望まれている。

考えられる。

また近年、建物の内装材・家具から発生する揮発性有密閉プレス治具による加工方法は、井上らにより提機化合物による健康被害や、ある種の化学物質の環境案された方法で 2) 、密閉された治具内で木材中の水分毒性などが大きな問題となっており、人工的な有害物を保持したまま圧縮加熱を行うことにより、180℃・数質を含まない木材の使用法が注目されている。そこで、分間の処理により、変形固定を行う方法である。ただ

本研究では、他の多くの人工材料に代替でき、かつ環し、プレスからの試料の取り出しに際して、試料内部境的・健康的に優れた木質材料の開発を目的に、木質の水蒸気圧によるパンクを防ぐためにプレスの冷却を高強度材料の作製について検討を行った。

要する。そのため、本研究では、冷却工程を短縮する

木材の圧縮加工は、圧密化により、表面の硬さ、耐摩耗性の向上など、その物理的性質の向上が期待でき、人工的な有害物質を使用することなく、その加工が可ための加工条件の検討も行った。
今回、これら 2 つの加工方法で作製を行い、試作評価を試みた。

能である。今回の薄板の圧縮加工による敷居滑りの作製は、これら圧縮木材の物性的、環境的に優れた点に２．実験方法着目している。

２. １

加工方法は、高温加熱による加工方法と密閉プレス治具による加工方法を用いた。

供試材

供試材は、イエローポプラ、ラジアタパイン、ベイマツ、ベイヒバ、ラバーウッド、木曽ヒノキ、スギ辺

高温加熱による加工方法は、既報 1) において高須ら材、スプルースの気乾材を用い、加工条件を検討するにより提案された方法で、密閉プレス法よりも高温で過程で、外観なども考慮し、供試材を適宜選択した。
供試材寸法は、幅 20，50 ㎜、繊維方向長さ 280 ㎜、厚*1 応用技術部

さは 2 ㎜，3 ㎜とした。

21

愛知県工業技術センター研究報告

２. ２

第３６号（２０００）

圧縮加工

２. ２. １が大きいことを示す。

高温加熱による圧縮加工

高温加熱による圧縮加工では、変形固定を得るために、木材中の水分の蒸散を防ぐことが必要となる。そ

回復量(mm)× 100
圧縮量(mm)
回復後全乾厚さ(mm)−圧縮後厚さ(mm)＝× 100
試験前厚さ(mm)−圧縮後厚さ(mm)回復率(%)＝

こで、エポキシ樹脂接着剤を木口面のみおよび木口面と木端面両方に塗布した。接着剤は 5 分硬化タイプのものを用い、硬化した後、熱プレスで圧縮加工を行っ２. ３. ２た。

耐摩耗性試験

圧縮率は約 50％となるように、スペーサーにより圧スガ摩耗試験機を用いた。研磨紙は SiC 研削材 180

縮後の厚さを規制した。加熱温度は、200、210℃とし、メッシュのものを使用し、摩耗回数は 400 回、載荷荷

加熱時間は、圧縮が完了した後 5、10、15 分とした。

重は 14.7N とし、試験前後の厚さの変化を摩耗量とし所定の時間加熱した後、直ちに熱板に冷却水を流し、てマイクロメーターで測定した。

供試材を冷却し、熱板温度が 70℃程度に達してから取２. ３. ３り出した。

滑り抵抗の評価として、動摩擦係数の測定を行い、供試材の加熱温度は、その厚さが数㎜と薄いことから、熱板温度を供試材の温度と見なした。
２. ２. ２

滑り抵抗

相手材はブナ材柾目面（幅 20 ㎜、長さ 25 ㎜）とし、載荷荷重は 4.9N の一定荷重で試験を行った。

密閉プレス治具による圧縮加工

密閉プレス治具による圧縮加工の概略図を図 １に示す。供試材は圧縮と同時にパッキンに密閉された空間

３．実験結果及び考察
３. １

高温加熱による圧縮加工内で水蒸気処理が施される。圧縮率は 25〜60％とした。

図 ２、図 ３にそれぞれ、ラジアタパインとイエロー

加熱温度は 180、200℃とし、加熱時間は、治具内部のポプラの供試材を所定の条件で加工したものの写真を

水蒸気圧力が 0.6MPa に到達してから 10 分とした。水示す。また、それぞれの回復率を表 １、表 ２に示す。

蒸気圧力はプレス治具に取り付けた圧力ゲージにより木口シールを施していないラジアタパインの供試材測定した。 所定加熱時間の後、治具内の水蒸気を開放（図 ２上）は、中央、端ともに回復率は高く、十分なした。その後の供試材の取り出し条件は、高温加熱に変形固定効果が得られなかった。木口から蒸気が抜けよる方法と同様に、熱板に冷却水を流し、供試材を冷るため、中央と比較して端の回復率は高くなったと考却し、その温度が 70℃程度に達してから取り出した。

えられる。それに対して、木口シールを施したラジア

２. ２. ３

タパインの供試材（図 ２下）は、水蒸気の抜けが抑制

冷却工程の短縮化

供試材を取り出すためのプレス熱板の冷却、次の加されたため、回復率は中央、端ともにほぼ 0％になっ工のための加熱工程はコスト、加工時間の面で問題であった。本研究では、冷却工程の短縮化を図ることを目的とし、密閉プレス治具による加工において、樹種、シール無し

取り出し条件の検討を行った。取り出し条件は蒸気解放後、即時取り出しおよび 5 分保持後とした。
２. ３

評価

２. ３. １

木口シール

回復率

供試材を取り出した後に、端（木口側から 20 ㎜）お供試材寸法：50㎜（幅）×3㎜（厚さ）×280㎜（長さ）
加熱温度：210℃
加熱時間：5min 圧縮率：50％

よび中央部から、繊維方向に 10 ㎜幅の短冊状の試料を

図２

採取し、回復率を調べた。回復率は、試料に水を減圧加工後の外観（ラジアタパイン）注入し、さらに 1 時間煮沸した後全乾にして、圧縮方向の厚さから次式により回復率を求めた。この値が小割れさいほど回復が小さい、すなわち変形回復の抑制効果

圧 力ゲ ー ジ

木口シール

パ ッ キン

木口・木端シール
反り
供試材寸法：
50㎜（幅）× 2㎜（厚さ）× 280㎜（長さ）
加熱温度：210℃
加熱時間：10min 圧縮率：50％

図１

22密閉プレス治具

図３

加工後の外観（イエローポプラ）

愛知県工業技術センター研究報告

表１
場所

回復率（ラジアタパイン）

シール方法

回復率(%)
褐色部分

木口シール

045

木口シール

表２

場所

木口シール

1

ベイマツ加工品60

回復率(%)
褐色部分

白色部分

0240

木口・木端シール
木口シール

端

図４

回復率（イエローポプラ）

シール方法

中央

供試材寸法：
50㎜（幅）×2㎜（厚さ）× 280㎜（長さ）
加熱温度：210℃
加熱時間：10min 圧縮率：50％

56

シール無し

端白色部分
43

シール無し

中央

第３６号（２０００）0

木口・木端シール

62
0

上：ベイヒバ未加工供試材

中４：ベイヒバ加工品

下：イエローポプラ加工品

供試材寸法：20㎜、50㎜（幅）× 2㎜（厚さ）× 280㎜（長さ）
加熱温度：180℃
加熱時間：0.6MPa以上で10min 圧縮率：50％

図５たと考えられる。加工により供試材は全体的に褐色化

ベイヒバ（未加工供試材・加工品）、イエローポプラ加工品

したが、木端面や目切れした部分（楕円で囲った部分）で、変色しない部分が観察され、その部分の回復率はイエローポプラ高くなった。これは、木端面から蒸気が抜けたためと上：未加工供試材考えられる。

下：加工後（圧縮率５５％）

イエローポプラ（図 ３）でも、木口シールを施した場合（図 ３上）は、ラジアタパインと同様に、木端にラバーウッド近い白色の部分は回復率が高かった。それに対し、木上：未加工供試材

口・木端面をシールした供試材（図 ３下）では、試料下：加工後（圧縮率６０％）全面にわたり褐色化し変形固定効果が得られた。今回のイエローポプラの処理条件では、加工時に繊維方向ラジアタパインに割れが生じたり、加工後に反りが生じた。今後、そ上：未加工供試材の原因を検討し、適当な条件を探ることが必要である。

下２枚：加工後（圧縮率５０％）

図 ４にベイマツ加工品の写真を示す。ベイマツは材色の濃淡が激しく、表面に凹凸が目立った。これは、供試材寸法：50㎜（幅）× 2㎜（厚さ）× 280㎜（長さ）
加熱温度：200℃
加熱時間：0.6MPa以上で10min

図６

秋材、春材部の密度差が大きいためと思われる。
３. ２

加工前後の様子

密閉プレス治具による圧縮加工

図 ５にベイヒバの未加工供試材・加工品とイエローポプラの加工品の写真を示す。ベイヒバ未加工供試材で加工したためと思われる。
３. ３

冷却工程の短縮化（図 ５上）と比較して、加工品（図 ５中４枚）は褐色

表 ３に加工条件毎の各樹種の結果を示す。判定とし化し、表面の平滑性、艶も向上し良好な外観であった。て良好な外観が得られたものは「○」、内部の水蒸気圧イエローポプラ（図 ５下）についても同様であった。

によって膨れ（パンク）が生じたものは「×」、少しでまた、高温加熱による方法と比較して、試料全面にわも表面に凹凸が生じたものは「△」とした。その結果、たり一様に変色した。これは全面に水蒸気処理がされ圧縮率 25％と比較して 50％では良好な外観が得られたためと考えられる。加工条件を変え、その他の樹種ず、同圧縮率でも、取り出し条件は即時に取り出す条についても同様の加工を行った場合の加工前後の供試件の方が困難であった。これは、圧縮率が高いと供試材の様子を図 ６に示す。イエローポプラ、ラジアタパ

材中の蒸気の導通が悪くなること、取り出し条件も、インともに良好な外観が得られたが、ラバーウッドに内部の蒸気の拡散する時間が、結果に影響したと考え

ついては部分的に黒色化するとともに、割れを生じた。

られる。樹種による比較で差が生じたのは、それぞれ

これは、もともと比較的密度の高い樹種を高い圧縮率の樹種の透過性が影響したものと思われる。そのため、

23

愛知県工業技術センター研究報告

表３

加工条件毎の各樹種の結果

圧縮率(%) 取り出し条件
５０５０２５

第３６号（２０００）

即 時

樹種

ス ギ

木曽ヒノキ

×

イエローポプラ

イエローポプラ

×

スギ辺材

○

木曽ヒノキ

○

５分保持後 イエローポプラ

即 時

ベ イ ヒバ判定

ラジアタパインヒノキ
スプルース
ラバーウッド
竹△

ベイヒバ

×

木曽ヒノキ

○

イエローポプラ

○

ベイヒバ

×

フェノール樹脂含浸 Ａ
未圧縮
フェノール樹脂含浸 Ｂ

圧縮（圧縮率約５０％）

樹脂含浸製品
0.000.050.100.150.200.250.300.35

摩耗量 （㎜）

図７

スガ摩耗試験結果透過性の良いスギ辺材では蒸気の導通も良く、最も過酷な条件であっても良好な加工状態が得られたと考え

ベ イ ヒバ
モア ビ

られる。
３. ４

耐摩耗性

ラジアタパイン圧縮
ナ ラ

スガ摩耗試験の結果を図 ７に示す。圧縮加工により、

イエローポプラ圧縮

各樹種とも摩耗量は半減し、各種樹脂含浸製品とほぼ樹脂含浸製品同等の摩耗量であり、耐摩耗性は向上した。また、竹竹フェノール樹脂含浸 Ａやラバーウッドの様な比較的密度の高い樹種と比較しても、良好な結果が得られた。
３. ５

動摩擦係数

動摩擦係数の測定結果を図 ８に示す。現在敷居滑り

スギ圧縮
ベイヒバ圧縮圧縮加工無しフェノール樹脂含浸 Ｂ

各種樹脂含浸製品

ヒノキ圧縮

圧縮加工供試材（圧縮率約５０％）

ラバーウッド圧縮として利用されている樹種である、モアビ、ナラ、竹、

0.00

0.050.100.150.20

動摩擦係数

また、各種樹脂含浸製品と比較しても、圧縮加工品は図８

同等あるいは、良好な結果が得られた。これは、プレ動摩擦係数の測定結果ス熱板の平滑面により圧縮加工されたためであると考えられる。

探り、加工コストの削減に向けた新しい知見が得られた。今後、より詳細な加工条件の検討を進めるととも

４．結び
圧縮加工による木材の硬さ、耐摩耗性などの物理的に、量産を目指して、長尺な材料に対してその適応を進めていく。

性質の向上に着目し、薄板の圧縮加工により敷居滑りの作製を試みた。その結果、従来の製品に比べて優れ参考文献た外観を有し、表面の滑り性、耐摩耗性に優れた試作

1）高須、福田、森川：愛知県工業技術センター報告，品を作製することができた。また、高温加熱による加35，21(1999)

工方法、密閉プレス治具を用いた加工方法を用い、そ

2）井上の加工条件の検討を行った。木材の圧縮加工は、加工

17，5(1995)

時間の短縮化が課題の一つであったが、密閉プレス治具による加工方法においては、供試材が薄板であることに着目し、加工時間の短縮化を図るための条件を24

雅文：ＡＰＡＳＴ森と木の先端技術情報，