JP2007112029A - 表層塑性加工木材及び表層塑性加工木材製造装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 木材NWを人工乾燥機1で乾燥して乾燥木材DWが形成され、この乾燥木材DWを水槽5の水中に浸漬することで全表層に対して水分が浸透され表層含水木材SWWが形成され、この表層含水木材SWWが加熱・冷却プレス盤10により加熱圧縮されたのち冷却されて表層塑性加工木材SPWが形成される。これにより、表層塑性加工木材SPWは元の木材NWからの体積の低下が少なく、圧縮された両面の表層部分のみに高密度塑性加工領域が形成される。このため、表層塑性加工木材SPWは、表層部分の硬度が高い高密度塑性加工領域により表面の傷付き易さが解消され、両面の表層におけるバランスが良いため周囲環境条件が変化したときの歪みの発生がなく寸法安定性が向上される。
【選択図】図1
Description
ここで、木材を圧縮して高密度化することは元の木材の体積を低下することを意味している。木材の価格は一般に、元の木材の体積を基準として流通している。ところで、元の木材の厚みに対して圧縮率が50〔%〕以上となるように全体的に圧縮したものでは、体積の低下が大きくなる。しかしながら、上記木材の圧縮率を50〔%〕以上とする高密度化加工にかかる種々の費用を加味して算出される価格は、体積の低下に見合うだけの付加価値が認められないことに起因して、余り高く設定できないことから商品として成り立ち難いという問題があった。
ここで、特許文献1では、含水状態の木材の任意部分として例えば、木材の表層のみを圧縮ローラにて圧縮して圧密化し、安定処理液を含浸させ形状安定処理を行うことで表層塑性加工木材(部分圧密木材)が得られるとある。
また、特許文献2では、木材表面を圧延ロールにより潰し、この木材の変形を加熱装置による加熱及び冷却装置による冷却を経て固定することで表層塑性加工木材(表面に圧密化層が形成された木材)が得られるとある。
そして、特許文献3では、表層部分に対して圧縮変形の履歴を付与し、この履歴を利用して表層部分に含水処理された木材を圧縮し、加熱処理を行うことで表層塑性加工木材(表層のみが圧密された木材)が得られるとある。
更に、特許文献4では、木材を繊維飽和点以下の低含水率に乾燥した後に、加熱プレス装置に挿入して加熱圧縮することで表裏面が圧密化処理された表層塑性加工木材(表裏部分のみが硬質層とされた木質材)が得られるとある。
また、特許文献1、2の表層塑性加工木材は、木材の片側のみの表面を圧縮変形して形成されており、表裏面で膨張率や収縮率が異なることから、周囲環境条件が変化したときには歪みが発生して寸法安定性が損なわれるという不具合があった。
そして、特許文献3では、ロール体を用いて木材の両面の表層部分に対して圧縮変形の履歴を付与するとあるが構造的、かつ、工程的にも複雑であり、含水処理以前に圧縮変形処理を行うことは、そのときの木材の含水率によって圧縮変形される厚みが均一とならないため、最終的に得られる表層塑性加工木材の表層部分の圧縮率が一定とならず、品質にばらつきが生じるという問題があった。
更に、特許文献4では、繊維飽和点以下に含水率調整された木材を加熱圧縮することで表裏部分のみが圧密化された硬質層が形成されるとあるが、全体的に含水率調整された木材に対して仕上がり厚みを設定する規制治具を用いた加熱圧縮処理では、発明者らの実験研究によれば、表層塑性加工木材における表層部分のみの圧縮率を50〔%〕以上として所望の表層硬度を得ることは無理であった。
なお、表層塑性加工木材の厚みの範囲が20〔mm〕以上に規定されているのは、これ未満の厚みの薄いものでは圧縮代が少なくなり過ぎて表層から内側に高密度塑性加工領域を2.5〜5.0〔mm〕形成し難いためである。また、表層塑性加工木材の厚みの範囲が50〔mm〕以下に規定されているのは、これ以上厚みのあるものでは内層部分の表層部分に対する厚みの比率が大きくなって、内層部分の奥の方まで圧縮され易くなるため、圧縮により表層部分のみに圧縮率が50〔%〕以上となる高密度塑性加工領域を2.5〜5.0〔mm〕形成することが難しいためである。
そして、高密度塑性加工領域が、圧縮された両面の表層から内側の2.5〜5.0〔mm〕に形成されているとは、表層塑性加工木材の厚み20〜50〔mm〕に対して、表層部分に要求される圧縮率が50〔%〕以上で木材に存在する空隙がなくなることで決まる最大割合〔%〕までの高密度塑性加工領域における厚みを特定するものであり、この圧縮率により木材の厚みが大きく低下することのないように、使用目的に見合った必要な厚みが設定される。なお、高密度塑性加工領域として形成される2.5〜5.0〔mm〕には、最終的に製品化されるときの切削代も含まれている。
なお、本発明による表層塑性加工木材は、両面の高密度な表層と元の木材の密度とほぼ同等の内層とが一体的に連続する構造であり、両面の表層とその内側の内層との間には明らかな密度差が見られる。しかしながら、表層や内層における密度は均一ではなく、それらの密度は連続し、表面に近いほど高く内側になるに連れて徐々に低下したものとなる。
本発明による表層塑性加工木材は、圧縮された両面の表層部分では、圧縮率が50〔%〕以上とされるが、その内層の中心部分では殆ど圧縮されないようにされるため、原材料である木材の元の厚みを基準とし、木材の圧縮後、即ち、表層塑性加工木材の厚みから換算した圧縮率は、15〜40〔%〕と表層部分の圧縮率より低い値に設定されることとなる。つまり、この木材の厚みに対する圧縮率は、表層塑性加工木材の厚みが50〔mm〕に近くなるほど低くなって15〔%〕の設定となり、表層塑性加工木材の厚みが20〔mm〕に近くなるほど高くなって40〔%〕の設定となるのである。
ここで、木材の元の厚みに対する圧縮率が15〔%〕であって木材の圧縮後、即ち、表層塑性加工木材の厚みが20〜50〔mm〕であるとすると、木材の元の厚みが約23.5〜33.3〔mm〕であることを意味し、木材の元の厚みに対する圧縮率が40〔%〕で表層塑性加工木材の厚みが20〜50〔mm〕であるとすると、木材の元の厚みが約58.8〜83.3〔mm〕であることを意味する。
なお、表層塑性加工木材を形成するときの木材の元の厚みに対する圧縮率は、最終的に必要とされる木材の両面の表層から内側に形成される高密度塑性加工領域の範囲や木材の樹種等が考慮され設定される。
また、乾燥木材の少なくとも加熱圧縮される面の表層に水分を浸透させるとは、加熱圧縮される乾燥木材の板目面または柾目面の表層のみに水分を浸透させておけばよいことを意味するが、本願発明の実施の形態によっては、選択的に水分を浸透させることなく、乾燥木材の全表層に水分を浸透させてもよいこと、特定の面に水を噴霧すること等を意味する。
そして、プレス盤の圧縮スピードとしては、水分が浸透されている木材の両面の表層のみを選択的に所望の圧縮率とすることができる加熱圧縮の速さ、即ち、未だ乾燥状態である木材の内層になるべく影響を与えることのないような加熱圧縮の速さが要求され、木材の樹種や乾燥木材の含水率等をパラメータとして予め実験等によって最適値が設定される。
また、乾燥木材の少なくとも加熱圧縮される面の表層に水分を浸透させるとは、加熱圧縮される乾燥木材の板目面または柾目面の表層のみに水分を浸透させておけばよいことを意味するが、本願発明の実施の形態によっては、選択的に水分を浸透させることなく、乾燥木材の全表層に水分を浸透させてもよいことを意味する。
そして、プレス盤の圧縮スピードとしては、水分が浸透されている木材の両面の表層のみを選択的に所望の圧縮率とすることができる加熱圧縮の速さ、即ち、未だ乾燥状態である木材の内層になるべく影響を与えることのないような加熱圧縮の速さが要求され、木材の樹種や乾燥木材の含水率等をパラメータとして予め実験等によって最適値が設定される。
更に、本発明を実施する場合の圧縮固定工程は、加熱圧縮工程を経た木材を密閉状態に保持されているときの圧縮空間内を介して木材の周囲面として圧縮面側の表面、更にはその内部とで出入りする高温高圧の蒸気圧を供給、排出するように制御するものであればよい。
また、本発明を実施する場合の定着工程は、圧縮固定工程を経た木材が圧縮状態を保持したまま、木材の両面の表層から内側に形成された高密度塑性加工領域を安定させる、即ち、木材を完全に固定化して定着させるように温度及び圧力を制御するものであればよい。
ここで、乾燥木材を水中に所定時間浸漬するということは、加熱圧縮される面を含めて全表層に水分を浸透させることを意味するが、加熱圧縮される面以外に水分が浸透されていても、それが表層のみであれば実質的に問題がないためである。
また、複数の表層塑性加工木材を厚み方向に横継ぎ接合して大きな寸法の表層塑性加工木材を形成する場合にあっても、それら表層塑性加工木材の木目の長さ方向を一致させれば、膨張率及び収縮率をほぼ等しくすることができるため接合面に負荷がかかることはなく、割れ等の発生を防止することができる。
このように、表層塑性加工木材は、殆ど圧縮されることがなく元の木材の性質を保ったままの内層が存在することで、例えば、木材本来の防音効果や断熱効果を兼ね備えたものとなる。
このように、木材の全体、即ち、表層及び内層の含水率を一旦、低下させ乾燥木材とすることで、表層及び内層における材強度を増したのち、表層のみに水分を浸透させることでその表層における材強度のみを減じて内層に比べてプレス盤で加熱圧縮され易くし、その圧縮スピードを発明者等の実験によれば、15〜100〔mm/min〕とすることで、木材全体にストレスが入り難く、表層のみが選択的に加熱圧縮され、木材の粘弾性変形による戻りをなくすため圧縮空間内が密閉状態で蒸気圧制御処理されたのち、その圧縮状態下で所定温度以下に冷却されることで両面の表層部分のみに高密度塑性加工領域を有する表層塑性加工木材が形成される。
図1は本発明の一実施の形態にかかる表層塑性加工木材を形成するための表層塑性加工木材製造装置の概略構成を示す断面図である。
まず、図4(a)に示すように、加熱・冷却プレス盤10の固定側の下プレス盤21に対して上プレス盤11を上昇させ、表層含水木材SWWが、上プレス盤11及び下プレス盤21で形成される圧縮空間IS内に載置される。
5 水槽
10 加熱・冷却プレス盤
11 上プレス盤
14 シール部材
21 下プレス盤
100 表層塑性加工木材製造装置
IS 圧縮空間
NW 木材
DW 乾燥木材
SWW 表層含水木材
SPL 高密度塑性加工領域
SPW 表層塑性加工木材
Claims (5)
- 木材の木目の長さ方向に対して垂直方向の加熱圧縮により厚みが20〜50〔mm〕に圧縮された表層塑性加工木材において、
前記圧縮された両面の表層から内側に各々圧縮率が50〔%〕以上で、前記木材に存在する空隙がなくなることで決まる最大割合〔%〕までの高密度塑性加工領域が、2.5〜5.0〔mm〕に形成されてなることを特徴とする表層塑性加工木材。 - 前記木材の厚みに対する圧縮率は、{(木材の元の厚み)−(木材の圧縮後の厚み)}/(木材の元の厚み)とするとき、15〜40〔%〕に設定することを特徴とする請求項1に記載の表層塑性加工木材。
- 木材の含水率が3〜20〔%〕となるように乾燥させて乾燥木材の少なくとも圧縮される両面の表層に水分を浸透させて表層含水木材とし、前記表層含水木材をプレス盤のプレス圧縮自在な圧縮空間内に載置し、所定温度の基で、その木目の長さ方向に対して垂直方向で、かつ、前記プレス盤の圧縮スピードが15〜100〔mm/min〕で加熱圧縮し、前記加熱圧縮した木材を密閉状態とした前記圧縮空間内に保持し、保持された前記圧縮空間内の蒸気圧を制御し、その後、圧縮状態下で所定温度以下に冷却し、所定時間後に当該圧縮を解放し、その圧縮が解放された両面の表層から内側に形成された高密度塑性加工領域を安定させてなることを特徴とする表層塑性加工木材製造装置。
- 木材の含水率が3〜20〔%〕となるように乾燥させて乾燥木材とする木材乾燥工程と、
前記木材乾燥工程を経た乾燥木材の少なくとも圧縮される両面の表層に水分を浸透させて表層含水木材とする水分付加工程と、
前記水分付加工程を経た表層含水木材をプレス盤のプレス圧縮自在な圧縮空間内に載置し、所定温度の基で、その木目の長さ方向に対して垂直方向で、かつ、前記プレス盤の圧縮スピードが15〜100〔mm/min〕で加熱圧縮する加熱圧縮工程と、
前記加熱圧縮工程を経た木材を密閉状態とした前記圧縮空間内に保持し、保持された前記圧縮空間内の蒸気圧を制御する圧縮固定工程と、
前記圧縮固定工程を経た木材を圧縮状態下で所定温度以下に冷却し、所定時間後に当該圧縮を解放し、その圧縮が解放された両面の表層から内側に形成された高密度塑性加工領域を安定させる定着工程と
からなることを特徴とする表層塑性加工木材製造方法。 - 前記水分付加工程は、前記乾燥木材を水中に所定時間浸漬させる工程としたことを特徴とする請求項4に記載の表層塑性加工木材製造方法。
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