JP6631952B2

JP6631952B2 - 木材処理方法

Info

Publication number: JP6631952B2
Application number: JP2016023276A
Authority: JP
Inventors: 森　健次; 健次森; 鈴木　伸一; 伸一鈴木
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2036-02-10
Also published as: JP2017140757A

Description

本発明は、被処理木材を処理する木材処理方法に関する。

従来より、容器内においてフリッチ材等の被処理木材に高圧高温水蒸気処理を施し、着色等を施す木材処理方法が知られている。例えば、下記特許文献１には、含水率が３５％〜１１０％のフリッチを高圧水蒸気処理する方法が開示されている。

特開２００９−２８５８７５号公報

しかしながら、上記のような含水率の木材を高圧水蒸気処理した後に、乾燥木材として利用する際には、乾燥処理が必要となるが、加水分解によって劣化が生じ易いため、特に乾燥後に割れや反り等が生じ易くなることが考えられ、更なる改善が望まれる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、処理後の木材を低含水率としながらも、処理後の木材の割れや反りを効果的に抑制し得る木材処理方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る木材処理方法は、含水率２５％以下の乾燥木材からなる被処理木材を、高圧高温水蒸気を供給して容器内において加熱処理する工程と、前記容器内が大気圧となるまで排気した後に、該容器内を減圧する真空発生源を起動させて前記容器内の温度が７０℃以下となるように該容器内を降圧して前記加熱処理後の木材を冷却する工程と、該容器内から取り出した木材を、含水率２５％以下となるように乾燥させる工程と、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る木材処理方法は、上述のような構成としたことで、処理後の木材を低含水率としながらも、処理後の木材の割れや反りを効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る木材処理方法の一例を模式的に示す概略フローチャートである。（ａ）は、同木材処理方法を実行する木材処理装置の一例を含むシステム構成の一例を模式的に示す概略側面図、（ｂ）は、同木材処理装置の概略縦断面図、（ｃ）は、同木材処理方法における乾燥処理工程の一例を模式的に示す概略側面図である。同木材処理方法によって処理された木材の実施例と比較例とを評価試験の結果とともに示す表である。

以下に本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本実施形態に係る木材処理方法の一例を模式的に示す図である。
なお、以下の実施形態における含水率は、乾量基準含水率である。
本実施形態に係る木材処理方法は、含水率２５％以下の乾燥木材からなる被処理木材１を、高圧高温水蒸気を供給して容器１０内において加熱処理し、容器１０内から取り出した木材１Ａを、含水率２５％以下となるように乾燥させる構成とされている。

被処理木材１としては、生材（生木）等の未乾燥木材ではなく、乾燥処理が施された含水率が２５％以下のいわゆるＤ２５程度の木材としてもよい。また、被処理木材１としては、含水率が２０％以下のいわゆるＤ２０程度の木材でもよく、さらには、含水率が１５％以下のいわゆるＤ１５程度の木材でもよい。また、この被処理木材１は、予め乾燥処理が施されたものでもよい。
また、被処理木材１としては、長尺角柱状とされたフリッチ材としてもよい。また、この被処理木材１は、種々の樹種からなるものでもよい。また、この被処理木材１の長さ、厚さ及び幅寸法は、処理後や集成後になされる研磨等による寸法調整を考慮して適宜、設定された寸法としてもよい。なお、被処理木材１としては、長尺角柱状とされたものに限られず、平板状とされたものや、その他、種々の形状とされたものとしてもよい。

この被処理木材１を加熱処理する容器（蒸気釜）１０としては、耐圧性を有し、図２（ａ）に示すように、一方向に開口する横長円筒形状の容器本体１１と、この容器本体１１の開口を密閉するように閉止する開閉蓋１２と、を備えた構成とされたものとしてもよい。また、容器本体１１内には、図２（ｂ）に示すように、被処理木材１が載置されるプレート状の載置部やこの載置部を容器本体１１に対して容易に出し入れするためのローラー等が設けられたものとしてもよい。また、開閉蓋１２は、適宜の緊締手段によって、容器本体１１を気密的に封止し、かつ容器本体１１に対して着脱自在または開閉自在とされたものとしてもよい。

また、図例では、容器１０（容器本体１１）の下部に、高圧高温水蒸気供給源１３からの高圧高温水蒸気を容器１０内に供給する水蒸気供給管や、液化した水蒸気等を容器１０内から排出するドレン管、排水管等を接続した構成としている。また、容器１０（容器本体１１）の上部に、容器１０内を減圧する真空発生源１４に接続された吸引管や容器１０内からの蒸気乃至はガスを排出する排気管等を接続した構成としている。また、これら各管路に、開閉弁（ＯＮ／ＯＦＦ弁）をそれぞれに設けた例を示している。なお、容器１０の具体的構成は、図示したものに限られず、高圧高温水蒸気による被処理木材１の加熱処理が可能な構成であれば、どのようなものでもよい。また、容器１０に、容器１０内の温度を測定する温度センサーや、圧力を測定する圧力センサー等を設けた構成としてもよい。また、容器１０の各機器を作動制御する制御部を適所に設けた構成としてもよい。

以下、同木材処理方法の具体的工程の一例について、図１及び図２を参照して説明する。
まず、図２（ｂ）に示すように、被処理木材１を容器１０内に収納して密閉し、容器１０内に高圧高温水蒸気を供給して被処理木材１を加熱処理する加熱処理工程を実行する（ステップ１００）。図例では、容器１０内に、複数本の被処理木材１を複数列状に横並びに配し、かつ複数段状に積み重ねるように配した例を示している。また、隣り合う被処理木材１同士の間に隙間が形成されるように配した例を示している。また、図例では、複数本の被処理木材１を、横方向に間隔を空けてかつ上下方向に桟部材２を介在させて配した例を示している。なお、容器１０内における被処理木材１の配置態様は、このような態様に限られず、その他、種々の変形が可能である。

この加熱処理工程においては、容器１０内が所定の加熱目標温度（例えば、容器１０内の雰囲気温度が１０５℃〜１６０℃程度）となるように高圧高温水蒸気を供給するようにしてもよい。また、この加熱処理工程においては、水蒸気供給管、ドレン管及び排気管の開閉弁を開放させ、他の開閉弁を閉鎖した状態で、容器１０内の空気を水蒸気に置換した後に、排気管の開閉弁を閉とし、昇圧昇温させるようにしてもよい。また、容器１０内の温度が所定の加熱目標温度となるように、水蒸気供給管及び排気管の開閉弁を開閉制御するようにしてもよい。
本実施形態では、容器１０内の温度が１２０℃以上となるように容器１０内に高圧高温水蒸気を供給して被処理木材１を容器１０内において加熱処理する構成としている。
また、容器１０内に高圧高温水蒸気を間欠的に供給する態様としてもよい。また、容器１０内の温度が上記のような加熱目標温度となれば、所定時間が経過するまで加熱処理工程を継続させる保持工程を実行するようにしてもよい。

次いで、容器１０内を大気圧以下に降圧し、加熱処理後の木材１Ａを冷却する冷却工程を実行する（ステップ１０１）。この冷却工程は、容器１０内の温度が所定の冷却目標温度（例えば、８０℃〜１０℃程度）となるまで実行するようにしてもよい。
本実施形態では、容器１０内を降圧して容器１０内の温度が７０℃以下となるように、加熱処理後の木材１Ａを冷却する構成としている。この際、水蒸気供給管の開閉弁を閉とし、排気管の開閉弁を開放させ、容器１０内の雰囲気圧力が大気圧となるまで降圧するようにしてもよい。この際、容器１０内の圧力が急激に変動しないように徐々に降圧するようにしてもよい。また、大気圧となれば、容器１０の排気弁を開放（または閉鎖）させた状態で、容器１０内の温度が７０℃以下となるまで放置して冷却するようにしてもよい。

本実施形態では、容器１０内が大気圧よりも減圧状態となるように降圧させた状態で、加熱処理後の木材１Ａを冷却する構成としている。この場合は、排気管の開閉弁を閉鎖させ、真空発生源１４を作動させ、吸引管の開閉弁を開放させて容器１０内を減圧するようにしてもよい。また、この際、容器１０内の圧力が大気圧を上回った高圧状態において強制的に減圧するようにしてもよいが、好ましくは、上記のように大気圧となるまで排気した後に、減圧するようにしてもよい。
また、例えば、容器１０内の圧力（ゲージ圧）が−０．０６ＭＰａ〜−０．１ＭＰａ程度となるように容器１０内を減圧するようにしてもよく、好ましくは、−０．０８ＭＰａ以下となるように容器１０内を減圧するようにしてもよい。また、加熱処理後の木材１Ａの心部の温度が８０℃以下となるように冷却するようにしてもよく、好ましくは、６０℃以下となるように冷却するようにしてもよい。

次いで、冷却された木材１Ａを容器１０内から取り出し、乾燥工程を実行する（ステップ１０２）。この乾燥工程は、天然乾燥でもよいが、図２（ｃ）に示すように、適宜の乾燥装置１５内において木材１Ａに乾燥処理を施し、含水率２５％以下に乾燥処理された処理木材１Ｂを得るようにしてもよい。図例では、乾燥装置１５内に、上記同様、複数本の木材１Ａを、隣り合う木材１Ａ同士の間に隙間が形成されるように、複数列状に横並びに配し、かつ複数段状に桟部材２を介在させて積み重ねるように配した例を示している。
このような乾燥装置１５としては、乾燥装置１５内の加熱管に蒸気を供給して乾燥装置１５内の温度を段階的に上昇させながら、乾燥装置１５内の湿度（相対湿度）を段階的に低下させるように調整する制御がなされる公知の蒸気式乾燥装置としてもよい。また、このような乾燥装置１５としては、その他、ヒートポンプ式の除湿機を設けた除湿式乾燥装置や、減圧と加熱とによって乾燥する減圧式乾燥装置などの公知の乾燥装置としてもよく、また、熱風や輻射式ヒータを用いた乾燥等でもよい。

また、この乾燥工程における所定の目標含水率は、２５％以下でもよく、また、２０％以下でもよく、さらには、１５％以下でもよい。このような目標含水率となるように乾燥させる態様としては、例えば、乾燥装置１５内の木材１Ａの含水率を含水率計等によって測定し、目標含水率となれば、乾燥を終了させるような態様としてもよい。また、例えば、乾燥処理後の処理木材１Ｂが所定の含水率となるように、実験的または経験的に定められた乾燥時間が経過するまで乾燥処理を実行する態様としてもよい。つまり、過去に乾燥処理された処理木材１Ｂの含水率を、全乾法に基づいた計算式に従い算出したり、含水率計によって測定したりすることで、所定の目標含水率となるまでに要する乾燥時間を設定するようにしてもよい。

なお、上記のような加熱処理及び乾燥処理がなされた処理木材１Ｂは、表面にスライサーや研磨等の平滑化処理や、その他、適宜、用途に応じた加工がなされるものとしてもよい。例えば、複数本の処理木材１Ｂを集成し、薄板状に研磨スライスしてスライス単板として用いられるものとしてもよい。また、このようなスライス単板を適宜の基材に積層した積層板、または、処理木材１Ｂ自体を、床材や壁材、天井材、造作材等の建材や、家具材、工芸品等として用いられるものとしてもよい。

本実施形態に係る木材処理方法は、上述のような構成としたことで、処理後の木材（処理木材）１Ｂを低含水率としながらも、処理木材１Ｂの割れや反りを効果的に抑制することができる。
つまり、含水率２５％以下の乾燥木材からなる被処理木材１を、高圧高温水蒸気を供給して容器１０内において加熱処理し、容器１０内から取り出した木材１Ａを、含水率２５％以下となるように乾燥させる構成としている。従って、含水率が２５％超、例えば、３５％以上の生材（生木）等を高圧高温水蒸気処理した後に乾燥させる方法と比べて、高圧高温水蒸気処理後の含水率を低くすることができ、乾燥させた後の割れや反り等を効果的に抑制することができる。また、高圧高温水蒸気処理した後の木材１Ａの乾燥時間の短縮化を図ることができる。また、乾燥された処理木材１Ｂの含水率が低いため、種々の用途に用いることができる。また、生木を被処理木材とする方法と比べて、輸送や保管の際における取扱性を向上させることもできる。

また、本実施形態では、容器１０内の温度が１２０℃以上となるように容器１０内に高圧高温水蒸気を供給して被処理木材１を容器１０内において加熱処理する構成としている。従って、効果的に熱着色が施された処理木材１Ｂを得ることができる。
また、本実施形態では、加熱処理を施した後、容器１０内を降圧して容器１０内の温度が７０℃以下となるように、加熱処理後の木材１Ａを冷却する構成としている。従って、容器１０内を降圧することで、加熱処理後の木材１Ａ内部の水分の沸点が低下し、その水分が沸騰・気化する際の気化熱で加熱処理後の木材１Ａの冷却を効果的に行うことができる。また、容器１０外との温度差が比較的に小さくなるように冷却した後に、容器１０内から加熱処理後の木材１Ａが取り出されることとなる。従って、容器１０内から木材１Ａを取り出した際における温度変化を小さくすることができ、冷却後における割れ等を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、加熱処理を施した後、容器１０内が大気圧よりも減圧状態となるように降圧させた状態で、加熱処理後の木材１Ａを冷却する構成としている。従って、容器１０内を大気圧まで降圧させて放置冷却するような方法と比べて、沸点をより低下させることができるので、加熱処理後の木材１Ａ内部の水分をより気化させ易くなり、その気化熱によって冷却がより促進される。これにより、冷却工程に要する時間を短縮することができ、また、加熱処理後の木材１Ａ内部の水分をより気化させることができるので、加熱処理後の木材１Ａの含水率を低下させることができ、その後の乾燥に要する時間を短縮することができる。

次に、本発明に係る木材処理方法を用いた実施例の一例と比較例とを、図３を参照して説明する。
各実施例及び比較例では、同種の木材（イエローバーチ）、同様の寸法（長さ寸法：６２０ｍｍ、厚さ寸法：３５ｍｍ、幅寸法：１１０ｍｍ）及び同数（１００本）の被処理木材を、幅方向に隙間を設けて複数列状に、かつ桟部材を介して多段状に容器内に配した。
また、各実施例では、被処理木材を、含水率１５％の乾燥木材とし、比較例では、含水率７０％の生材とした。

また、各実施例及び比較例では、容器内に高圧高温水蒸気を供給し、加熱処理を行った。この加熱処理工程においては、加熱目標温度を１３０℃、加熱処理時間を９０分とした。
また、加熱処理後の冷却工程として、実施例１では、容器内が大気圧（１００℃）となるまで徐々に排気する排気冷却を行った。実施例２及び比較例では、容器内が大気圧（１００℃）となるまで徐々に排気した後、真空発生源を起動させて容器内の温度が所定の冷却目標温度（７０℃）となるまで吸引排気して減圧する排気・減圧冷却を行った。
上記のように加熱処理・冷却され、容器内から取り出された各実施例及び比較例の木材の表面を、１５分経過後に目視観察し、表面に割れ（幅０．５ｍｍ以上で長さ５ｍｍ以上の割れ）が発生している本数（不良発生本数）を確認した。結果は、図３に示すように、実施例１では、７本、実施例２では、３本、比較例では、３本であった。

そして、上記のように冷却された各実施例及び比較例の木材（それぞれに不良分を除いた本数の木材）を、幅方向に隙間を設けて複数列状に、かつ桟部材を介して多段状に蒸気式乾燥装置内に配し、乾燥処理を行った。この乾燥処理では、各実施例及び比較例の木材の目標含水率を１２％とした。また、乾燥装置内の温度及び湿度（相対湿度）を段階的に異ならせた第１工程（温度５０℃、湿度９５％）、第２工程（温度４５℃、湿度９０％）、第３工程（温度４５℃、湿度８０％）、第４工程（温度５０℃、湿度７０％）、第５工程（温度５５℃、湿度４５％）、第６工程（温度６０℃、湿度３０％）及び第７工程（温度７０℃、湿度１５％）のそれぞれを、各実施例及び比較例の木材に対してそれぞれに工程毎に設定された乾燥時間が経過するまで行った。結果は、図３に示すように、第１工程から第７工程までの総乾燥時間が、実施例１では、２４０時間、実施例２では、１６８時間、比較例では、６２４時間であった。

上記のように乾燥され、乾燥装置内から取り出された各実施例及び比較例の木材の表面を、１５分経過後に目視観察し、表面に割れ（幅０．５ｍｍ以上で長さ５ｍｍ以上の割れ）が発生している本数（不良発生本数）を確認した。結果は、図３に示すように、実施例１では、１５本、実施例２では、８本、比較例では、３０本であった。つまり、処理後の木材の良品の本数は、実施例１では、７８本、実施例２では、８９本、比較例では、６７本となった。
上記結果から明らかなように、被処理木材を乾燥木材とした各実施例は、比較例よりも乾燥に要した時間が短く、乾燥後（処理後）の不良発生本数が少なく、良好な結果となった。また、排気・減圧冷却した実施例２は、実施例１よりも乾燥に要した時間が短く、また、不良発生本数が少なく、より良好な結果となった。

１被処理木材
１Ａ木材（容器内から取り出した木材）
１０容器

Claims

含水率２５％以下の乾燥木材からなる被処理木材を、高圧高温水蒸気を供給して容器内において加熱処理する工程と、前記容器内が大気圧となるまで排気した後に、該容器内を減圧する真空発生源を起動させて前記容器内の温度が７０℃以下となるように該容器内を降圧して前記加熱処理後の木材を冷却する工程と、該容器内から取り出した木材を、含水率２５％以下となるように乾燥させる工程と、を備えていることを特徴とする木材処理方法。
請求項１において、
前記容器内の温度が１２０℃以上となるように前記容器内に高圧高温水蒸気を供給して前記被処理木材を該容器内において加熱処理することを特徴とする木材処理方法。