JP5597041B2 - 木材の調湿方法，及び単板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、木材の調湿方法，及び単板の製造方法に関する。

従来から、伐採後の木材は、製品に加工される前に十分に乾燥されることで、含水率が均一な状態に調整される（例えば特許文献１参照）。

ここで含水率を均一に近づけるのは次の理由による。伐採後の木材は、部位ごとの含水率が均一ではなくばらつきがあるため、部位によって膨張率が異なった状態となっている。仮に、部位によって膨張率が異なる状態で加工を行なうと、加工後の乾燥により、部位によって収縮率に差が生じてしまい、反りやひび割れ等の問題が生じてしまうからである。

特開２００４−１２３７号公報

ところが特許文献１に示された方法で乾燥された木材は、十分な乾燥により低い含水率となっており、水分をほとんど含んでいないため硬い。そのため製品加工時に機械的な負担を増大させてしまうという問題を生じさせる。

そこで製品加工時の機械的な負担を減らすべく、乾燥させ過ぎず且つ含水率を均一に調整する方法としては、煮沸や高圧蒸気による湿熱処理が挙げられる。ところが、この煮沸や高圧蒸気による湿熱処理によれば、木材は含水率が高くなりすぎてしまうため、作業時において、切削部分（切除部分）同士が付着し合って作業性を低下させてしまうという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、木材の含水率を一定の範囲に調整したうえで、そのばらつきを抑制することが可能な、木材の調湿方法，及び単板の製造方法を提供することにある。

本発明の木材の調湿方法は、木材の収容された容器内に高圧蒸気を供給することで、当該木材を略均一な温度分布となるように加熱する加熱工程と、前記加熱工程により処理された木材を、その表層部分の温度がその中央層部分の温度よりも低い温度分布となるように冷却する冷却工程と、前記冷却工程後、前記表層部分の温度がその中央層部分の温度よりも低い温度分布となった前記木材が収容された容器内を減圧することで、この木材を乾燥させる減圧乾燥工程とを含むことを特徴とする。

この木材の調湿方法において、冷却工程は前記木材を冷却水により冷却するものであることが好ましい。

また、本発明の単板の製造方法は、木材の収容された容器内に高圧蒸気を供給することで、当該木材を略均一な温度分布となるように加熱する加熱工程と、前記加熱工程により処理された木材を、その表層部分の温度がその中央層部分の温度よりも低い温度分布となるように冷却する冷却工程と、前記冷却工程後、前記表層部分の温度がその中央層部分の温度よりも低い温度分布となった前記木材が収容された容器内を減圧することで、この木材を乾燥させる減圧乾燥工程と、この減圧乾燥工程により処理された木材を所定の厚みにスライスすると共に、所定のサイズにカットして単板を生成する加工工程とを含むことを特徴とする。

本発明の木材の調湿方法，及び単板の製造方法によれば、木材の含水率を一定の範囲に調整したうえで、しかもそのばらつきを抑制することができる。

本発明の一実施形態の各工程の流れを説明する概略図である。 本実施形態の木材含水率調整装置を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面に基づいて説明する。図１には本実施形態の木材調湿方法の概略を示し、図２には本実施形態の木材含水率調整装置の概略を示す。

本実施形態の木材含水率調整装置は、機械加工前の木材６の含水率を、およそ４０〜１００％の範囲の所望の値に調整し、しかもばらつきを抑制して略均一なものとするための装置である。この木材含水率調整装置は、図２に示されるように、木材６が収容される圧力容器２と、圧力容器２内に高圧蒸気を供給する蒸気供給手段３と、圧力容器２内を加圧又は減圧する加圧・減圧手段４と、圧力容器２内の木材６を冷却する冷却手段５とを備えている。また、木材含水率調整装置は、蒸気供給手段３，加圧・減圧手段４，冷却手段５のこれらの動作を制御する制御装置を備えている。

圧力容器２は、木材６の搬入部及び搬出部となる開口部２１を有しており、この開口部２１は開閉自在な扉２２により閉塞される。この圧力容器２は、この扉２２が閉じられると、その内部が密閉空間となり、加圧・減圧手段４により内部の圧力を自在に調整可能となっている。圧力容器２は、大気に連通した空気抜き管２３が接続されており、この空気抜き管２３には電磁弁からなる空気抜き弁２４が接続されている。この空気抜き弁２４が開かれることで、加圧又は減圧された圧力容器２の内部の圧力が大気圧に戻される。また圧力容器２は、外部の排水設備に連通するドレン管２５が連通接続されており、このドレン管２５には電磁弁からなるドレン排水電磁弁２６が接続されている。このドレン管２５により、蒸気が凝縮した際に生ずる凝縮水や、冷却手段５として用いられる冷却水５１の残水等を外部に排出することができる。

圧力容器２は、その内部に、圧力を測定する圧力センサー２７と、温度を測定する温度センサー２８とが設けられており、これらは制御装置に接続されている。

蒸気供給手段３は、高圧蒸気を圧力容器２内に供給するための部分であり、本実施形態では高温・高圧の飽和水蒸気を圧力容器２内に供給する。蒸気供給手段３は、少なくとも大気圧以上の高圧な飽和水蒸気を生成するボイラ３１と、このボイラ３１と圧力容器２とを連通接続する蒸気供給管３２とを有しており、この蒸気供給管３２にはボイラ３１からの蒸気の供給を閉止する電磁弁により構成された蒸気供給弁３３が接続されている。この蒸気供給弁３３が開放している間は、圧力容器２に蒸気が供給され続けるため、内部の圧力が次第に大きくなっていく。

加圧・減圧手段４は、圧力容器２の圧力を所望の圧力に調整するためのものである。加圧・減圧手段４は、容器２内を昇圧させる加圧ポンプ４２からなる昇圧装置４１と、容器２内を減圧させる真空ポンプ４４からなる減圧装置４３とを有している。さらに加圧・減圧手段４は、減圧装置４３の上流側の配管から分岐して接続された圧力調整弁４５を有しており、この圧力調整弁４５により圧力容器２の圧力値の微調整を可能とする。

冷却手段５は、圧力容器２内に収容された木材６を冷却するためのものであり、本実施形態においては冷却水５１を圧力容器２内で循環させる水冷式の冷却手段５となっている。冷却手段５は、水道水の温度を調整して冷却水５１を生成する水温調整装置５２と、この水温調整装置５２と圧力容器２とを連通する給水管５３と、圧力容器２内の冷却水５１を排出する排水管５４とを有している。給水管５３と排水管５４とにはそれぞれ給水電磁弁５５と排水電磁弁５６とが接続されている。また冷却手段５は、冷却水５１を圧力容器２内で循環させる循環装置５７を有している。循環装置５７としては、例えば、圧力容器２内の冷却水５１に一定の水流を作るように冷却水噴出口を一方向に臨ませた噴出ノズルと、吸込口と、噴出ノズルと吸込口とを接続すると共に循環ポンプを有する循環路とを備えたものが挙げられる。

制御装置は、上述の各種弁（空気抜き弁２４・ドレン排水電磁弁２６・蒸気供給弁３３・圧力調整弁４５・給水電磁弁５５・排水電磁弁５６）の開閉動作や、加圧・減圧手段４の動作、冷却手段５の動作を制御する。各種弁の制御としては、温度センサー２８や圧力センサー２７の測定値と、使用者の設定する設定圧力値や設定温度値とを比較して、必要な弁の開閉制御を行なったり、また各工程に応じて弁の開閉制御を行なったりする。制御装置は、マイクロプロセッサーを主構成要素とするコンピュータによって構成されている。

このような構成の木材含水率調整装置を用いて、木材６の含水率の調整を行なうには、次のようにして行なう。

まず、台車などに載置された木材６（フリッチ材）を開口部２１から圧力容器２内に搬入し、扉２２を閉めてこの開口部２１を閉塞する。そして圧力容器２内を密閉状態に保ったうえで、加熱工程，冷却工程，減圧乾燥工程を順に実施していく。

加熱工程は、木材６の収容された圧力容器２内に高圧蒸気を供給することで、当該木材６を加熱する工程である。加熱工程を開始すると制御装置は、空気抜き弁２４及びドレン排水電磁弁２６を閉塞させると共に蒸気供給弁３３を開放させる。すると密閉された圧力容器２内にボイラ３１からの高圧蒸気（図１における符号Ｊ）の供給が開始される。制御装置は、温度センサー２８により検知する値が、使用者の設定する設定温度値に達するまで蒸気供給弁３３を開放させ続け、温度センサー２８が設定温度値を検知したときに当該蒸気供給弁３３を閉塞させる。つまり圧力容器２内の温度は、設定温度値（図１の例では１４０℃）まで上昇し、その後蒸気供給弁３３が閉弁することによって、その温度上昇が止まる。圧力容器２はこの状態のまま一定時間（例えば２時間）放置される。このとき、内部の温度が低下した場合には、制御装置は再び蒸気供給弁３３を開放させて、圧力容器２内の温度を上昇させ、温度を一定値に保持する。

加熱工程を経た木材６は、高含水率で且つ高温な状態となり、しかも含水率及び温度の分布が略均一な状態となる。

次いで冷却工程を実施する。冷却工程は、加熱工程により処理された木材６をその表層部分１０の温度がその中央層部分１１の温度よりも低い温度分布となるように冷却する工程である。本実施形態における冷却工程には冷却水５１による冷却が採用されている。冷却工程において、制御装置は、加熱工程を終えた直後の圧力容器２内に冷却水５１を供給させ、一定時間、この冷却水５１を圧力容器２内で循環させる。具体的には、水温調整装置５２を作動させることによって冷却水５１の温度を調節し（図１の例では５５℃）、給水電磁弁５５を開放させると共に排水電磁弁５６を閉塞させる。木材６の全てが浸るまで冷却水５１が供給されると、給水電磁弁５５を閉塞させ、循環装置５７を駆動させる。このとき、圧力容器２内は高圧状態（例えば０．３ＭＰａ）となっているのが好ましい。この高圧状態は、昇圧装置４１を駆動させることで形成するものであってもよいし、加熱工程の高圧状態をそのまま保持するものであってもよい。そして循環装置５７を所定の時間駆動させた後、木材６の表層部分１０の温度が５０℃よりも下がらないうちに、排水電磁弁５６を開放させて圧力容器２内の冷却水５１を外部に排出させる。

なお冷却工程としては、冷却水５１を用いず、加熱工程後、単に放置するだけのものであってもよいし、また、圧力容器２に送風ファンを設け、空気循環による冷却を行なうものであってもよい。

冷却工程を経た木材６は、その表層部分１０の温度がその中央層部分１１の温度よりも低い温度分布となり、含水率がおよそ１００〜１２０％の値となり、しかも部位によってばらつきが少なくほぼ均一となる。このときの木材６の表層部分１０の温度は、５０℃以上９５℃以下となる。なお、外部に排水された冷却水５１は、加熱工程後の木材６と熱交換を行なったため、冷却前の水温よりも高い温度（図１の例では７０℃）となる。

次いで減圧乾燥工程を実施する。減圧乾燥工程は、圧力容器２内を減圧することで、この木材６を乾燥させる工程である。この減圧乾燥工程は、表層部分１０の温度がその中央層部分１１の温度よりも低い温度分布となった木材６の当該表層部分１０の温度が、５０℃以上（好ましくは５０℃以上９５℃以下）の状態で処理される。制御装置は、冷却工程を終えた直後の圧力容器２において、空気抜き弁２４を開放させ、圧力容器２内の圧力を一旦大気圧に復帰させる。そして、再び空気抜き弁２４を閉塞させ、減圧装置４３の真空ポンプ４４を駆動させる。制御装置は、圧力センサー２７の検知値が設定圧力値（例えば−０．０８ＭＰａ）に達するまで真空ポンプ４４を駆動させ続け、当該圧力センサー２７が設定圧力値を検知した時点で真空ポンプ４４を停止させる。そして、一定時間（例えば３分間）放置させる。

減圧乾燥工程を経た木材６は、冷却工程により含浸した水が温度の高い中央層部分１１から優先して蒸発してゆき、一方、表層部分１０はもともと蒸発しやすいから、これらが相俟って、結果的にばらつきが少なくほぼ均一な含水率となる（図１の例ではおよそ７０％）。また、冷却工程により生じた温度勾配は、時間の経過と共にほぼ均一な温度分布となる（図１の例では６８℃）。

上記各工程を終えた後、制御装置は、空気抜き弁２４を開放させて圧力容器２内を大気圧状態に戻す。この後、各工程を終えて得られた調湿木材を圧力容器２から取り出すことができる。

このようにして得られた調湿木材は、およそ４０〜１００％の高含水率となっており、しかも部位によって含水率にばらつきが少ない。そのため、製品加工時における機械への負担を軽減させることができ、また切削部分（切除部分）同士が付着し合って作業性が低下してしまうことも低減させる。しかも、含水率にばらつきが少ないため、加工後に乾燥を行なっても収縮率の差により不具合が生じにくいものとなる。

各工程を経て生成された調湿木材は、この後加工工程を経る。加工工程は、調湿木材を所定の厚みにスライスすると共に、所定のサイズにカットして単板を生成する工程であり、機械加工によって行なわれる。この加工工程には、木材を薄く切削し所定のサイズの単板を生成する木材加工装置が用いられ、この木材加工装置に上記調湿木材をセットして加工を行なう。ここで、木材加工装置としては、木材スライサーやロータリーレースといった公知の木材加工装置が用いられる。

加工工程を経て生成された単板は、ばらつきが少ないほぼ均一な含水率の調湿木材から生成されたものであるため、当該調湿木材と同様に、ほぼ均一な含水率となっている。そのためこの後、調湿木材から生成された単板を、自然乾燥又は人工乾燥により２０％以下の低含水率にまで乾燥させたとしても、その単板には収縮率の差が生じ難い。この結果、単板は反りや表面割れの発生を低減できるものとなる。

（実施例１）
本実施例は、調湿前の木材として、含水率が６５〜９０％、サイズが厚み４５ｍｍ×幅１２０ｍｍ×長さ６４０ｍｍのブナ材を使用して、上記各工程を順に実施した。加熱工程の条件は、高圧水蒸気により圧力容器２内を１４０℃まで上昇させ、その温度で２時間保持させる。冷却工程の条件は、５５℃の冷却水５１を用いると共に、圧力容器２内の圧力を０．３ＭＰａに保ち、循環装置５７により１０分間循環冷却を行なう。減圧乾燥工程の条件は、冷却工程を終えて大気圧に戻した後、速やかに−０．０８ＭＰａにまで減圧し、この状態で３分間保持させる。

減圧乾燥工程終了後の木材を、７等分に切断し、各部における含水率を全乾法によって算出した。なお、全乾法とは、全乾状態の木材重量に対する水分の重量の割合を示したものであり、下記の計算式が用いられる。

これらの結果を表１に示す。なお本実施例における冷却工程後の木材の表面温度は７０℃であった。表１からも分かるように、含水率がどの部位においても７０％前後の略均一な値になっているのが分かる。

（実施例２）
本実施例は、冷却工程の条件を、３５℃の冷却水５１を用いると共に、圧力容器２内の圧力を０．３ＭＰａに保ち、循環装置５７により１０分間循環冷却を行なうようにした。それ以外は、実施例１と同様にして各工程を実施した。

これらの結果を表１に示す。なお本実施例における冷却工程後の木材の表面温度は５０℃であった。表１からも分かるように、含水率がどの部位においても１００％前後の略均一な値になっているのが分かる。

（実施例３）
本実施例は、調湿前の木材として、含水率が５０〜８０％、サイズが厚み４５ｍｍ×幅１２０ｍｍ×長さ６４０ｍｍのカバ材を使用して、上記各工程を順に実施した。加熱工程の条件は、高圧水蒸気により圧力容器２内を１４０℃まで上昇させ、その温度で２時間保持させる。冷却工程の条件は、冷却水５１を用いず、単に高圧水蒸気の供給を停止して３０分放置する。なおこのとき圧力容器２内の温度は１１６℃程度である。減圧乾燥工程の条件は、冷却工程を終えて大気圧に戻した後、速やかに−０．０８ＭＰａにまで減圧し、この状態で３分間保持させる。

これらの結果を表１に示す。表１からも分かるように、含水率がどの部位においても５０％前後の略均一な値になっているのが分かる。

実施例１〜３からも分かるように、木材に対し、加熱工程、冷却工程、減圧乾燥工程と順に実施することで、およそ４０〜１００％の範囲の高含水率で且つ、ばらつきが少ないほぼ均一な含水率となった調湿木材を得ることができる。また、減圧乾燥工程を開始する際の（すなわち、冷却工程後の）木材の温度が高温になるほど、最終的に得られる調湿木材の含水率は低下することがわかる。しかし、減圧乾燥工程を開始する際の木材の温度が高くなると、木材に割れが発生しやすくなるため、最終的に得られる調湿木材の目標含水率の下限値は、４０％程度にすることが好ましい。

なお、木材に含浸した水は、通常よりも蒸発しにくいため、減圧乾燥工程における圧力は、−０．０６ＭＰａよりも低くすることが望ましい。

上記実施形態における加熱工程では、高圧蒸気として高温の飽和水蒸気を使用したが、本発明の加熱工程は、蒸気を供給した後に容器内を加熱することによって容器内を高温高圧状態とするものであってもよく、実施形態のもののみに限定されない。また上記実施形態における冷却工程では、水冷によって木材を冷却したが、本発明の冷却工程は、空冷によって木材を冷却してもよく、水冷のみに限定されない。

また、加熱工程に飽和水蒸気を使用したり、冷却工程に水冷式を採用したりすることで、木材の表面乾燥割れを有効に防ぐことが可能となる。このため表面乾燥割れが発生しやすい材料に対しては、飽和水蒸気や水冷を共に使用したり、またいずれかを選択的に使用したりすることが好ましいといえる。

１０ 表層部分
１１ 中央層部分
２ 容器
２１ 開口部
２２ 扉
２３ 空気抜き管
２４ 空気抜き弁
２５ ドレン管
２６ ドレン排水電磁弁
２７ 圧力センサー
２８ 温度センサー
３ 蒸気供給手段
３１ ボイラ
３２ 蒸気供給管
３３ 蒸気供給弁
４ 加圧・減圧手段
４１ 昇圧装置
４２ 加圧ポンプ
４３ 減圧装置
４４ 真空ポンプ
４５ 圧力調整弁
５ 冷却手段
５１ 冷却水
５２ 水温調整装置
５３ 給水管
５４ 排水管
５５ 給水電磁弁
５６ 排水電磁弁
５７ 循環装置
６ 木材

Claims (3)

1. 木材の収容された容器内に高圧蒸気を供給することで、当該木材を略均一な温度分布となるように加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程により処理された前記木材を、その表層部分の温度がその中央層部分の温度よりも低い温度分布となるように冷却する冷却工程と、
   前記冷却工程後、前記表層部分の温度がその中央層部分の温度よりも低い温度分布となった前記木材が収容された容器内を減圧することで、この木材を乾燥させる減圧乾燥工程と
   を含むことを特徴とする木材の調湿方法。
2. 前記冷却工程は前記木材を冷却水により冷却するものである、請求項１記載の木材の調湿方法。
3. 木材の収容された容器内に高圧蒸気を供給することで、当該木材を略均一な温度分布となるように加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程により処理された前記木材を、その表層部分の温度がその中央層部分の温度よりも低い温度分布となるように冷却する冷却工程と、
   前記冷却工程後、前記表層部分の温度がその中央層部分の温度よりも低い温度分布となった前記木材が収容された容器内を減圧することで、この木材を乾燥させる減圧乾燥工程と、
   この減圧乾燥工程により処理された木材を所定の厚みにスライスすると共に、所定のサイズにカットして単板を生成する加工工程と
   を含むことを特徴とする単板の製造方法。

Images