JP2017200751A - Surface layer carbonization method for wood or woody material and product produced by the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface layer carbonization method for wood or woody material which solves defects of conventionally known Sho-Sugi-Ban and thermally treated wood, can enhance antiseptic property, weather resistance, termite prevention property and the like almost without lowering a mechanical strength of wood or a woody material or using a chemical agent, and also prevents cracking on a surface layer.SOLUTION: A surface layer carbonization method for wood or woody material includes: bringing a high-temperature gas impermeable member such as a hot plate into contact with wood and heating a wood surface in a state where volatilization of a thermally decomposed volatile component of the wood is suppressed to carbonize the wood from the surface to the internal part of the wood in such a degree as not to substantially lower a mechanical strength of the wood without causing cracking. A carbonized layer having a desired depth is obtained by limiting a temperature and heating time of the hot plate to a specific range. The specific range is expanded by impregnating the wood material surface layer with water glass.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、木材或いは木質材料の表面層炭化方法に関する。   The present invention relates to a method for carbonizing a surface layer of a wood or woody material.

木材の防腐性、耐候性等を高めるために、その表面を火炎に曝して炭化することが古くから知られている。例えばカンナ屑や新聞紙を燃やして板の片面を焼き、焼かれた面が外部に面するようにして家屋の外壁や塀に用いると、風雨に曝されても100年近く持つことが知られている。現在ではこのような方法は殆ど行われなくなり、ガスバーナーやオイルバーナーで板を焼いて、その表面層を炭化することが一部で実施されている。このような方法で形成された炭化層は厚いが、表面が平滑、平坦ではなく、無数のヒダ(ヒビ割れのような外観で、以後ヒビ割れを単にクラックと記載する)が形成されている。この表面層は機械的強度が小さく、手指で軽く擦っただけで黒い粉が指に付着する。また、手で強く擦った場合や、器物がぶつかるとクラックの部分を境として容易に剥離してしまう。このクラックの底部分の炭化層の厚さはクラックが無い部分の厚さより大幅に小さい。このクラックから水が浸入する恐れがあるので、クラックの発生は避ける必要がある。クラックが形成されなければ表面層が炭化された板の寿命が更に延びることは明白である。   In order to improve the antisepticity, weather resistance, etc. of wood, it has long been known to carbonize the surface by exposing it to a flame. For example, if burnt cannabis or newspaper is used to burn one side of a board and the baked side faces the outside, it is known to have nearly 100 years even when exposed to wind and rain. Yes. At present, such a method is hardly performed, and a part of the surface layer is carbonized by baking a plate with a gas burner or an oil burner. Although the carbonized layer formed by such a method is thick, the surface is not smooth and flat, and innumerable creases (appears like cracks, hereinafter, cracks are simply referred to as cracks). This surface layer has a low mechanical strength, and black powder adheres to the finger just by lightly rubbing it with a finger. Moreover, when it rubs strongly with a hand or when an object collides, it will peel easily on the part of a crack. The thickness of the carbonized layer at the bottom of the crack is much smaller than the thickness of the portion without the crack. Since there is a risk of water entering from these cracks, it is necessary to avoid the occurrence of cracks. Obviously, if the crack is not formed, the life of the plate whose surface layer is carbonized is further extended.

図1の(a)、(b)、(c)は本発明者が、エゾ松の板A(厚さ24mm、幅60mm、長さ65mm)、杉辺材B(厚さ14mm、幅45mm、長さ90mm)および杉辺材C(厚さ14mm、幅45mm、長さ65mm)の表面にガスバーナー(キンボシ株式会社製HBA−1700G)の炎(1000℃以上)を吹付けたことにより、多数のクラックが形成された表面の写真である。写真(a)はエゾ松Aに30秒間、写真(b)は杉辺材Bに30秒間、写真(c)は杉辺材Cに10秒間ガスバーナーの炎を吹き付けて焼いたものである。図2はそれらのクラックの1本を含む断面の顕微鏡写真であり、写真(a)はエゾ松Aの、写真(b)は杉辺材Bの、写真(c)は杉辺材Cの断面顕微鏡写真である。図2から分かるように、クラックの断面はクレーターの断面状であり、クラックの底部の炭化層の厚さはクラックが無い部分の厚さより大幅に小さくなっている。図2の写真(a)のクラック底部の炭化層の厚さが1.0mmであるのに対し、クラックの無い部分の炭化層の厚さは1.7mmである。図2の写真(b)のクラック底部の炭化層の厚さが0.8mmであるのに対しクラックの無い部分の厚さは1.8mmである。このようにクラックの部分では炭化層の厚さが大幅に小さくなっている。   1 (a), (b), and (c), the inventor has shown that the pine board A (thickness 24 mm, width 60 mm, length 65 mm), cedar wood B (thickness 14 mm, width 45 mm, length) 90 mm) and cedar wood material C (thickness 14 mm, width 45 mm, length 65 mm), a gas burner (HBA-1700G manufactured by Kinboshi Co., Ltd.) flame (1000 ° C. or higher) was sprayed on the surface, It is the photograph of the surface in which the crack was formed. The photo (a) was baked by blowing a flame of a gas burner on Ezo pine A for 30 seconds, the photo (b) was blown by cedar wood B for 30 seconds, and the photo (c) was baked on cedar wood C by 10 seconds. FIG. 2 is a photomicrograph of a cross section including one of those cracks. Photo (a) is a cross-sectional microscope of Ezomatsu A, photo (b) is Sugibe wood B, and photo (c) is a cross-section microscope of Sugibe wood C. It is a photograph. As can be seen from FIG. 2, the cross section of the crack is the cross section of the crater, and the thickness of the carbonized layer at the bottom of the crack is significantly smaller than the thickness of the portion where there is no crack. The thickness of the carbonized layer at the bottom of the crack in the photograph (a) in FIG. 2 is 1.0 mm, whereas the thickness of the carbonized layer at the portion without the crack is 1.7 mm. The thickness of the carbonized layer at the bottom of the crack in the photograph (b) in FIG. 2 is 0.8 mm, whereas the thickness of the portion without the crack is 1.8 mm. Thus, the thickness of the carbonized layer is greatly reduced in the crack portion.

クラックが形成される理由は、板が空気中で高温の炎に曝され、熱分解して生じた揮発成分が表面の一部分で燃えると、その部分で優先的に揮発・燃焼し、その部分の体積が急激に減少したためであるか、或いは高温の炎に曝された全面から熱分解成分が揮発、燃焼して体積が減少し、浅い湖の水が干上がって湖底の泥が乾燥した際に発生するクラックのようになると考えられる。   The reason for the formation of cracks is that when a plate is exposed to a high-temperature flame in the air and the volatile components generated by thermal decomposition burn on a part of the surface, it preferentially volatilizes and burns on that part, This may be due to a sudden decrease in volume, or when pyrolysis components volatilize and burn from the entire surface exposed to a high-temperature flame, the volume decreases, and the shallow lake water dries out and the mud at the bottom of the lake dries out. It seems to be like a crack.

図3は本発明者が市販のガスバーナー(藤原産業株式会社 ワンタッチガストーチSK−11)を用いてエゾ松の板(断面が14×45mm)に火炎(1000℃以上)を放射し、火炎の放射時間に対する炭化層の厚さをプロットしたグラフである。このガスバーナーの火炎の強さは、前述のキンボシ株式会社製のそれより遥かに弱いものであった。火炎の強さとエゾ松表面からバーナーまでの距離を一定に保ち、それぞれ同一放射時間で3個ずつのサンプルを作成し、それらの炭化層厚をプロットし、その多項式近似曲線を示している。放射時間が4秒以上になるとクラックが発生するのが目視で分かる。更に放射を続けるとクラックが増加する。放射時間が4秒の時のクラックが無い部分の炭化層の厚さは約0.4mmである。このようにクラックが発生しない範囲で炭化できる炭化層の厚さは非常に小さいのである。   FIG. 3 shows that the inventor used a commercially available gas burner (Fujiwara Sangyo Co., Ltd. One Touch Gas Torch SK-11) to radiate a flame (1000 ° C. or higher) to a pine pine board (cross section: 14 × 45 mm). It is the graph which plotted the thickness of the carbonization layer with respect to. The flame strength of this gas burner was much weaker than that of the aforementioned Kimbosi Co., Ltd. product. Three samples were prepared at the same radiation time while keeping the strength of the flame and the distance from the surface of the Ezo pine to the burner, plotting their carbonized layer thickness, and showing the polynomial approximation curve. It can be seen visually that cracking occurs when the radiation time is 4 seconds or longer. Furthermore, cracks increase as radiation continues. The thickness of the carbonized layer where there is no crack when the radiation time is 4 seconds is about 0.4 mm. Thus, the thickness of the carbonized layer that can be carbonized in a range where cracks do not occur is very small.

特許文献1には、木材の表面をガスバーナーで加熱し、0.2mmの厚さの炭化層を形成することにより、高吸湿性を有する腐朽防止木材が得られることが示されている。このように薄い炭化層が表面層に形成されるだけでも、腐朽防止効果があることが知られているが、このように薄い炭化層では、十分な耐候性、防腐性、防蟻性は得られない。外壁や塀などの風雨に曝される場所で使用される建材としては、通常3mmの厚さが要求される。ガスバーナーによる表面炭化では、この厚さの炭化層を得ようとすると、表面にクラックが発生してしまうのである。   Patent Document 1 shows that an anti-rotation wood having high hygroscopicity can be obtained by heating the surface of wood with a gas burner to form a carbonized layer having a thickness of 0.2 mm. It is known that even if such a thin carbonized layer is formed on the surface layer, it has an anti-corrosion effect, but such a thin carbonized layer provides sufficient weather resistance, antiseptic properties, and ant-proof properties. I can't. As a building material used in places exposed to wind and rain such as outer walls and fences, a thickness of 3 mm is usually required. In the surface carbonization by a gas burner, if an attempt is made to obtain a carbonized layer having this thickness, cracks will occur on the surface.

特許文献3には、460℃の溶融亜鉛に赤松の全体を10秒間浸漬して、表面に炭化層を設けること、及び300℃の溶融塩に赤松を5〜10秒間浸漬して、表面に炭化層を設けることが記載されている。   In Patent Document 3, the whole of red pine is immersed in 460 ° C. molten zinc for 10 seconds to provide a carbonized layer on the surface, and the red pine is immersed in 300 ° C. molten salt for 5 to 10 seconds to carbonize on the surface. It is described that a layer is provided.

しかし、本発明の図9及び表2に示されているように、500℃の溶融スズに15秒間浮かせた場合、表面層にクラックが発生する。本発明の図9及び表2には示されていないが、本発明者の実験結果によれば、500℃の溶融スズに木材を10秒間浮かせた場合、クラックは発生しないが、その時の炭化層の厚さは0.45〜0.52mmと非常に小さかった。300℃の溶融塩の代わりに、300℃のスズ浴に木材を10秒間浸漬した実験によれば、表面炭化層の厚さは0.2mm程度である。   However, as shown in FIG. 9 and Table 2 of the present invention, when floating in molten tin at 500 ° C. for 15 seconds, cracks are generated in the surface layer. Although not shown in FIG. 9 and Table 2 of the present invention, according to the experiment results of the present inventor, when wood is floated on molten tin at 500 ° C. for 10 seconds, cracks do not occur, but the carbonized layer at that time The thickness was very small, 0.45-0.52 mm. According to an experiment in which wood is immersed in a 300 ° C. tin bath for 10 seconds instead of 300 ° C. molten salt, the thickness of the surface carbonized layer is about 0.2 mm.

特許文献3に示された条件によって得られる炭化層の厚さでは、実用上十分な厚さの炭化層ではなく、防腐性、耐候性、防蟻性等の性能が不十分である。外壁や塀などの風雨に曝される場所で使用される建材としては、通常3mmの厚さが要求される。また、特許文献3には、炭化層を厚くするための条件は示されておらず、また、厚くするための条件下で炭化した場合に生じるクラックの発生についての記載が全く無い。当然この文献には、炭化層を0.7mm以上にした場合に生じるクラックの発生を、どのように防止するかについての記載もない。   The thickness of the carbonized layer obtained under the conditions shown in Patent Document 3 is not a carbonized layer having a practically sufficient thickness, and performance such as antiseptic properties, weather resistance, and ant-proof properties is insufficient. As a building material used in places exposed to wind and rain such as outer walls and fences, a thickness of 3 mm is usually required. Further, Patent Document 3 does not show conditions for increasing the thickness of the carbonized layer, and does not describe any cracks that may occur when carbonized under the conditions for increasing the thickness. Naturally, this document does not describe how to prevent the occurrence of cracks that occur when the carbonized layer is 0.7 mm or more.

特許文献4には、三次元加工のための金型により、木材を加圧挟持し、金型の一方を木材の炭化温度よりも高温にして、木材の一方の面を炭化することが記載されている。しかし、このような条件下で、如何にしてクラックが発生しないように炭化できるのかについては、何の記載も示唆もない。本発明では、金型を使用するのではなく、後述のように熱板を接触させた状態で、加熱温度と加熱時間を広範囲に検討することにより、クラックを発生させない方法を見つけたのである。   Patent Document 4 describes that wood is pressed and clamped by a mold for three-dimensional processing, and one side of the wood is carbonized by setting one of the molds to a temperature higher than the carbonization temperature of the wood. ing. However, there is no description or suggestion as to how carbonization can be performed so that cracks do not occur under such conditions. In the present invention, instead of using a metal mold, a method that does not cause cracks has been found by extensively examining the heating temperature and the heating time in a state where the hot plate is in contact as described later.

特許文献4の発明の課題は、炭化層を導電性にして電磁遮蔽の目的に使用することである。しかるに、木材を炭化して導電性にするためには、非特許文献4のV−5頁、16行〜18行に記載されているように、木材を不活性雰囲気において、800℃以上の高温で炭化することが必要である。約600℃の温度までは、体積抵抗率が1012Ω・cm以上の絶縁性であり、これを超える600〜700℃の加熱温度では、体積抵抗率が10〜10Ω・cmの半導体に転じ、800℃を超えると10Ω・cm以下の導電性を示すようになって、昇温とともに導電性は向上することが示されている。木材を空気中で800℃の金属に接触させると、木材の表面には瞬時にクラックが発生する。そして800℃の金属板を、木材表面から離すと、木材表面は燃えだしてしまう。 An object of the invention of Patent Document 4 is to make a carbonized layer conductive and use it for the purpose of electromagnetic shielding. However, in order to carbonize wood to make it conductive, as described in Non-Patent Document 4, page V-5, lines 16 to 18, high temperature of 800 ° C. or higher in an inert atmosphere. It is necessary to carbonize. Up to a temperature of about 600 ° C., the insulating material has a volume resistivity of 10 12 Ω · cm or more, and at a heating temperature of 600 to 700 ° C. exceeding this, a semiconductor having a volume resistivity of 10 2 to 10 9 Ω · cm. When the temperature exceeds 800 ° C., conductivity of 10 Ω · cm or less is shown, and it is shown that the conductivity is improved as the temperature rises. When wood is brought into contact with a metal at 800 ° C. in the air, cracks are instantaneously generated on the surface of the wood. When the metal plate at 800 ° C. is separated from the wood surface, the wood surface starts to burn.

特許文献4には、ガスバーナーによって木材表面を炭化して導電性にすることが記載されている。実際には、ガスバーナーで短時間焼いても、炭化層は導電性にならない。何故ならば、ガスバーナーにより木材が燃焼すると、気化熱により木材表面の温度上昇が抑制されるからである。このことは、人工衛星が地球に帰還する際に、空気との摩擦熱により燃え尽きないようにする原理して知られている。木材を燃焼して導電性の炭化層を得るには、木材の内部が赤熱するまで燃焼し、空気の無い所で冷却するか、水をかけて鎮火することが必要である。数mm厚の木材を、このように燃焼したのでは、燃え尽きてしまう。従って、ガスバーナーで木材表面を導電性にすることは、現実には不可能である。   Patent Document 4 describes that a wood surface is carbonized by a gas burner to make it conductive. Actually, even if baked for a short time with a gas burner, the carbonized layer does not become conductive. This is because when the wood burns with the gas burner, the temperature rise on the wood surface is suppressed by the heat of vaporization. This is known as the principle of preventing the satellite from burning out due to frictional heat with the air when returning to the earth. In order to burn wood and obtain a conductive carbonized layer, it is necessary to burn until the inside of the wood is red-hot and cool it in a place without air, or quench it with water. If wood of several mm thickness is burned in this way, it will burn out. Therefore, it is actually impossible to make the wood surface conductive with a gas burner.

以上に述べた火炎による炭化方法に代わって、最近では薬剤による木材の防腐処理が一般的になっている。この目的のために多種の薬剤が開発され、使用されている。薬剤を木材の内部に浸透させるために、木材に割れ目や穴を形成したり、減圧下で薬剤を注入したり、薬剤の減圧注入後加圧して更に内部深く注入させたり、色々な工程が使用されている。しかし、木材を建材或いは土木材料として使用する場合、薬剤が人間や自然環境に与える影響が懸念されている。   In place of the above-mentioned carbonization method using flame, recently, wood preservative treatment using chemicals has become common. A variety of drugs have been developed and used for this purpose. In order to infiltrate the drug inside the wood, various processes are used, such as forming cracks and holes in the wood, injecting the drug under reduced pressure, pressurizing after the reduced pressure injection of the drug, and injecting further into the interior Has been. However, when wood is used as a building material or civil engineering material, there is a concern about the influence of drugs on humans and the natural environment.

一方、北欧では数10年前から、木材を高温処理して防腐性、耐候性、耐熱性、防蟻性等を高めることが行われている。例えば、木材を180〜220℃の水蒸気が存在する雰囲気に2時間〜20時間前後放置すると、木材内部まで均一に着色(軽い炭化が行われたと考えられている)し、処理温度が高いほど着色が濃くなり、防腐性、耐候性等が向上する。日本でも最近知られるようになったが、まだあまり普及していない。北欧ではサーモウッドと呼ばれ、広く使われている。上記の温度範囲が選ばれているのは、この温度より低いと効果が殆ど現れず、この温度より高いと、木材の機械的強度が急激に低下するためであることが非特許文献1の第4章の5−4頁に記載されている。この高温処理により防腐性、耐候性等はかなり向上するが、防蟻性は殆ど無いと記載されている。非特許文献1の17−4及び18−4頁には、220℃の処理温度では防腐性能は不十分であるので、地中での使用は推奨しないと記載されている。しかし、第4章の18−4頁の図13−4には、処理温度が240℃以上であれば防腐性能及び防蟻性能は完全であることが示されている。また、220℃の処理温度でも機械的強度は処理前の木材より低下しているので、基礎部分や構造材料としては使用しないように警告されている。機械的強度と防腐性能がほどほどに満足される程度に処理温度と処理時間が選ばれているのがサーモウッドの製造法の特徴である。本発明によれば、サーモウッドの製造法における温度より高温で炭化することができるだけでなく、機械的強度を維持することが可能である。サーモウッドは表面から内部まで木材全体が炭化されている。   On the other hand, in Scandinavia, it has been practiced for several decades to improve the antiseptic properties, weather resistance, heat resistance, ant repellency, etc. by treating wood with high temperatures. For example, if wood is left in an atmosphere where water vapor of 180 to 220 ° C. is present for about 2 to 20 hours, the inside of the wood is uniformly colored (it is considered that light carbonization has been performed), and the higher the processing temperature, the more colored. Increases the antiseptic and weather resistance. Although it has recently become known in Japan, it has not yet become widespread. In Scandinavia it is called thermowood and is widely used. The reason why the above temperature range is selected is that if the temperature is lower than this temperature, the effect hardly appears, and if the temperature is higher than this temperature, the mechanical strength of the wood sharply decreases. It is described on page 5-4 of Chapter 4. It is described that this high-temperature treatment significantly improves antiseptic properties, weather resistance, etc., but has almost no ant-repellent properties. Non-Patent Document 1, pages 17-4 and 18-4 describe that the use in the ground is not recommended because the antiseptic performance is insufficient at a processing temperature of 220 ° C. However, FIG. 13-4 on page 18-4 of Chapter 4 shows that the antiseptic performance and the ant proof performance are perfect when the processing temperature is 240 ° C. or higher. Further, since the mechanical strength is lower than that of the wood before treatment even at a treatment temperature of 220 ° C., it is warned not to use it as a base part or a structural material. A feature of the thermowood production method is that the processing temperature and the processing time are selected so that the mechanical strength and the antiseptic performance are moderately satisfied. According to the present invention, not only can carbonization be performed at a temperature higher than that in the thermowood production method, but also mechanical strength can be maintained. Thermowood is carbonized entirely from the surface to the inside.

特許文献2には木材を高温の気体雰囲気で加熱すること以外に、高温の液体(例えば、シリコン系オイル、パラフィン)或いは高温の粒状物(例えば、砂)の浴に長時間接触させて木材の内部まで炭化処理してサーモウッド化する方法が記載されている。これらの液体や粒状物は熱伝導率が非常に小さいので、木材に熱を伝達する効率が悪い。熱伝導率が小さいので、表面層をある程度の深さ(例えは5mm前後)まで炭化しようとすると、数10分以上の時間をかけて炭化しないとならないので、砂の温度が高温の場合には木材が発火、燃焼する恐れがある。   In Patent Document 2, in addition to heating wood in a high-temperature gas atmosphere, the wood is kept in contact with a bath of high-temperature liquid (for example, silicon-based oil, paraffin) or high-temperature granular material (for example, sand) for a long time. A method is described in which the inside is carbonized to form a thermowood. These liquids and particulates have very low thermal conductivity, so the efficiency of transferring heat to the wood is poor. Since the thermal conductivity is small, if the surface layer is carbonized to a certain depth (for example, around 5 mm), it must be carbonized over several tens of minutes, so if the sand temperature is high, Wood may catch fire or burn.

非特許文献2には100℃以上に加熱した溶融ワックス、180℃〜220℃に加熱した菜種油、綿実油等で熱処理することが記載されている。更に鉱物油やシリコンオイルによる熱処理についても記載されている。しかし、これらのオイルでは木材を炭化させるほど高温に加熱するのが困難であるという問題がある。ワックス、鉱物油、植物油、シリコンオイル等は240℃以上に加熱すると成分が揮発したり、燃えたりする問題があるので最高使用温度が制限される。又、繰り返し使用により油が劣化するという問題もある。更に、後述(特に実施例5)のように、全表面が同時に加熱されることによる問題が発生する。   Non-Patent Document 2 describes heat treatment with molten wax heated to 100 ° C. or higher, rapeseed oil heated to 180 ° C. to 220 ° C., cottonseed oil, or the like. It also describes heat treatment with mineral oil and silicon oil. However, these oils have a problem that it is difficult to heat to a high temperature as the wood is carbonized. Waxes, mineral oils, vegetable oils, silicone oils, etc. have a problem that the components volatilize or burn when heated to 240 ° C. or higher, so the maximum use temperature is limited. There is also a problem that the oil deteriorates by repeated use. Furthermore, as will be described later (particularly, Example 5), there arises a problem that the entire surface is heated simultaneously.

非特許文献3には放射加熱による合板の炭化についての研究結果が記載されている。放射加熱により、合板の表面から内部に向かって10mm前後の深さに炭化されることが示されているが、クラックについての記載は全く無い。しかし、非特許文献3に記載されているような強力な放射加熱を行うと極めて短時間でクラックが発生してしまうことが確認された。   Non-Patent Document 3 describes the results of research on carbonization of plywood by radiant heating. Although it is shown that carbonization is carried out to a depth of about 10 mm from the surface of the plywood toward the inside by radiant heating, there is no description of cracks. However, it has been confirmed that cracks are generated in a very short time when strong radiation heating as described in Non-Patent Document 3 is performed.

電気炉或いは高温度のチャンバーで木材を加熱することは公知であるが、例えば角材を、内部の温度が300℃の電気炉に入れて、表面が十分に着色(濃い茶褐色〜黒色)するまで放置すると、角材のコーナーが強く炭化されてもろくなるという問題がある。更に、表面が十分に着色するまでの時間は数分ないし10数分であるが、これを電気炉から取り出して室温に冷却後に角材を切断して断面を観察すると内部深くまで着色が進んでおり、表面層炭化を行うことが困難である。表面層炭化の深さを小さくおさえると、表面の着色が不十分になってしまうのである。このような現象は、前記の砂による加熱の場合も同様であることが確認された。このような現象が起こるのは、木材が四方(周囲)から同時に加熱されるためであることが判明した。   It is known to heat wood in an electric furnace or a high-temperature chamber. For example, square wood is put in an electric furnace with an internal temperature of 300 ° C. and left until the surface is sufficiently colored (dark brown to black). Then, there is a problem that the corner of the square bar becomes brittle even if it is strongly carbonized. Furthermore, the time until the surface is sufficiently colored is several minutes to several tens of minutes, but when this is taken out of the electric furnace and cooled to room temperature, the square material is cut and the cross section is observed. It is difficult to perform surface layer carbonization. If the depth of the surface layer carbonization is kept small, the coloring of the surface becomes insufficient. Such a phenomenon was confirmed to be the same in the case of heating with the sand. It has been found that this phenomenon occurs because wood is simultaneously heated from all sides (periphery).

古くから焼き印技術が用いられている。例えば、木箱やかまぼこの台板、或いは皮革の表面に焼き印を形成することも一般的である。これらのケースでは、焼き型が赤熱するほど高温に加熱され、瞬間的に対象物に押し当てられるのが特徴である。また、焼き印はその部分が熱分解により蒸発してかなり窪んでいるのも特徴の一つである。これらのケースでは焼き印形成が短時間(ほぼ瞬間的)で終わることが要求されており、焼き型を赤熱するほど高温に加熱し、瞬間的ないし非常に短時間の押し当てで終了されている。焼き印方式では、表面を十分に濃く着色(炭化)することが可能であるが、内部深くまで炭化することは困難である。   The branding technique has been used for a long time. For example, it is common to form a brand name on a wooden box, a kamaboko base plate, or a leather surface. These cases are characterized by being heated to a high temperature as the baking mold becomes red-hot and instantaneously pressed against the object. Also, one of the features of the brand mark is that the portion is considerably depressed by evaporation due to thermal decomposition. In these cases, it is required that the formation of the burning mark be completed in a short time (almost instantaneously), and the baking mold is heated to a high temperature as it is red-heated, and is completed by the momentary or very short time pressing. In the branding method, the surface can be colored (carbonized) sufficiently deeply, but it is difficult to carbonize deep inside.

約400℃以上に加熱された熱ペン、電気鏝等で木材、皮、樹脂板等にフリーハンドで画像を描くことが趣味として知られている。これらの趣味においても、上記の焼き印技術においても、短時間で刻印或いは描画することが求められるので、当然焼き型や鏝の温度は400℃程度の高温であることが必要である。温度が低いと焼き型を押し当てている時間、或いは鏝を一箇所に押し当てている時間が長くなり実用が困難になる。このように焼き印技術や鏝による描画では、非常に高温の焼き型或いは鏝が使用されるのであるが、このように高温の焼き型や鏝を数秒間同じ場所に押し当てていると、その部分が非常に濃く(黒く)炭化され、表面を指で擦ると黒い粉が指に付着するばかりでなく、炭化された部分がかなり窪んでしまうのである。焼き印形成やフリーハンドでの描画の場合はこのような現象はあまり問題にならないが、建築等に使用されるような木材の大きな面積を有する表面層を均一に炭化する場合は大きな問題になるのである。また、焼き印や熱ペン技術で炭化深さを大きくしようとして、木材表面の同一場所にコテや熱ペンを押し当てていると、必要な厚さの炭化深さが得られないうちにクラックが発生してしまう。   It is known as a hobby to draw freehand images on wood, leather, resin plates, etc. with a hot pen, electric scissors or the like heated to about 400 ° C. or more. In these hobbies as well as in the above-mentioned branding technique, it is required to imprint or draw in a short time. Therefore, the temperature of the mold and the bowl is naturally required to be about 400 ° C. If the temperature is low, the time during which the baking mold is pressed or the time during which the ridge is pressed in one place becomes long, making practical use difficult. As described above, in the image-printing technique and the drawing by the wrinkle, a very high-temperature baking mold or wrinkle is used, but when the high-temperature baking mold or wrinkle is pressed against the same place for several seconds, that portion Is very darkened (blackened), and when the surface is rubbed with a finger, not only the black powder adheres to the finger, but also the carbonized part becomes considerably depressed. Such a phenomenon is not so much a problem in the case of stamping or freehand drawing, but it becomes a big problem when carbonizing a surface layer with a large area of wood as used in construction etc. is there. In addition, if you try to increase the carbonization depth by using the branding or thermal pen technology, if a trowel or thermal pen is pressed against the same place on the wood surface, cracks will occur before the carbonization depth of the required thickness is obtained. Resulting in.

以上のような背景技術に鑑み、本発明者は火炎方式による炭化は空気中で行われることが問題であると推測し、ハンダ浴に木の角材を浸漬したところ、クラックの無い見事な炭化層が得られることを発見した。次に、火炎より遥かに温度が低い熱風(ヒートガン)を吹き付けたところ、ガスバーナーによる炭化の場合より遥かに軽減されたが、クラックが発生しやすいことが分かった。火炎による加熱、ハンダ浴による加熱及び熱風による加熱を比較し、火炎や熱風による加熱では熱分解成分が自由に揮発できるのに対し、ハンダ浴による加熱では熱分解成分の揮発が防止されるのでクラック発生が防止されるのであるという仮説を立てた。そこで、ホットプレートの上に木の角材を置いて加熱したところ、ハンダ浴と同様にクラックが無く厚い炭化層が得られることを発見した。また、木の角材の上にガラス板を載せ、その上方から赤外線を放射して加熱したところ、クラックの発生が大幅に改善された。これらの結果から、加熱による熱分解成分の揮発が防止されていると考えられる。更に、木材の表面層に水ガラスを含浸させてから熱風加熱をしたところ、やはりクラックの発生が大幅に改善された。木材の表面層に水ガラスを含浸させると、他の加熱方式においても大きな効果があることが分かった。水ガラスの存在が熱分解成分の揮発を防止したのである。これらの結果から本発明が導かれたのである。   In view of the background art as described above, the present inventor speculates that the problem is that carbonization by the flame method is performed in the air, and when a wooden square is immersed in a solder bath, a stunning carbonized layer without cracks. I found out that Next, when hot air (heat gun) having a temperature much lower than that of the flame was blown, it was found that cracking was likely to occur, although it was much reduced compared with carbonization by a gas burner. Compared with heating by flame, heating by solder bath and heating by hot air, heating by flame or hot air can volatilize freely, but heating by solder bath prevents volatilization of pyrolysis components, so cracks The hypothesis is that the occurrence will be prevented. Therefore, when a wooden square was placed on a hot plate and heated, it was found that a thick carbonized layer without cracks was obtained as in the case of a solder bath. In addition, when a glass plate was placed on a wooden timber and heated by emitting infrared rays from above, the generation of cracks was greatly improved. From these results, it is considered that volatilization of the pyrolysis component due to heating is prevented. Furthermore, when the surface layer of wood was impregnated with water glass and heated with hot air, the generation of cracks was greatly improved. It was found that impregnation with water glass on the surface layer of wood has a great effect even in other heating methods. The presence of water glass prevented the pyrolysis components from volatilizing. The present invention was derived from these results.

特許文献5には、難燃剤を含浸させた木材に、更に、水ガラスを含浸させることが記載されている。その目的は、木材表面を840℃の炎に炙り、木材が燃焼して裏側に貫通し、燃焼した部分が脱落するのを遅延させるためである。水ガラスで処理されない場合は、28分で裏側に貫通したが、処理された場合は30分で貫通している。引用文献5の発明では、水ガラスが「高温過熱下で溶融してガラス状態となって炭化残渣を固定するように作用し、」と記載されている。これに対して本発明では、450℃以下にしか加熱されないので、水ガラスがガラス状態に溶融することはない。また、本発明では、木材が燃焼する温度領域を含んでいない。特許文献5には、水ガラスがクラック発生に、どのように影響するのかについて、全く考察も記載もない。   Patent Document 5 describes that wood impregnated with a flame retardant is further impregnated with water glass. The purpose is to delay the fall of the burned part by burning the wood surface into a flame at 840 ° C., burning the wood and penetrating to the back side. When not treated with water glass, it penetrated to the back side in 28 minutes, but when treated, it penetrated in 30 minutes. In the invention of Cited Document 5, the water glass is described as “acts so as to melt into a glass state under high temperature overheating to fix the carbonized residue”. On the other hand, in this invention, since it heats only to 450 degrees C or less, water glass does not fuse | melt to a glass state. Moreover, in this invention, the temperature area | region where wood burns is not included. In Patent Document 5, there is no consideration or description as to how water glass affects the occurrence of cracks.

特開2002−283308号公報JP 2002-283308 A 特許第3898764号公報Japanese Patent No. 3898764 特開平−226303号公報JP-A-226303 特開2007−98640号公報JP 2007-98640 A 特開2004−181804号公報JP 2004-181804 A

ThermoWood Handbookフィンランドサーモウッド協会発行(2003年8月4日)Published by ThermoWood Handbook Finnish Thermo Wood Association (August 4, 2003) 桃原郁夫著 熱処理と耐久性 日本木材保存協会発行 会誌「木材保存」 Vol.31-1 (2005)Momohara Ikuo Heat Treatment and Durability Published by Japan Wood Conservation Society Journal “Wood Preservation” Vol.31-1 (2005) 上杉三郎著 放射加熱による合板の炭化 林業試験場研究報告 第340号 (1986)Saburo Uesugi Carbonization of plywood by radiant heating Forestry Experiment Station Research Report No. 340 (1986) 京都大学名誉教授 石原茂久著 木材から木炭へ―木炭は機能性材料になり得るか― 木材の科学と利用技術VIII 5.木質系材料の炭素化による新展開 日本木材学会編(2004)4. Professor Emeritus, Kyoto University Shigehisa Ishihara From wood to charcoal-Can charcoal become a functional material? New development by carbonization of woody materials Japan Wood Society (2004)

本発明の課題は、従来公知の焼杉やサーモウッドの欠点を克服し、特に太い(厚い)木材或いは木質材料の機械的強度を実質的に低下させずに、また防腐剤の如き薬剤を使用すること無く、木材或いは木質材料の表面層にクラックを発生させることなく、木材或いは木質材料の少なくとも一部の表面層を均一に、0.7mm以上の厚さに炭化(黒色〜茶色に着色される)することによって、防腐性、耐候性、防蟻性等を高めることができる表面層炭化方法を提供すること、及び該方法により得られた製造物を提供することである。   The object of the present invention is to overcome the disadvantages of the conventionally known burned cedar and thermowood, in particular without using a chemical such as a preservative, without substantially reducing the mechanical strength of thick (thick) wood or woody materials. Without cracking the surface layer of wood or wood material, at least a part of the surface layer of wood or wood material is uniformly carbonized to a thickness of 0.7 mm or more (colored from black to brown) ) To provide a surface layer carbonization method capable of enhancing antiseptic properties, weather resistance, ant repellency, and the like, and to provide a product obtained by the method.

本発明の課題を解決する第1の方法は、熱分解成分の揮発を防止しながら、木材或いは木質材料の炭化される領域の表面に、その表面温度が240℃〜450℃に保たれるように制御された熱エネルギーを供給することにより、前記領域をその表面から内部に向かって0.7mm以上の必要な深さ、即ち希望の深さに炭化することである。   A first method for solving the problems of the present invention is to keep the surface temperature of 240 ° C. to 450 ° C. on the surface of a carbonized region of wood or woody material while preventing volatilization of pyrolysis components. The region is carbonized to a required depth of 0.7 mm or more, that is, a desired depth, from the surface toward the inside by supplying controlled thermal energy.

本発明の第1の方法において熱分解成分の揮発を防止する方法Aは、木材或いは木質材料の炭化される領域の少なくとも一部の表面を覆うように、気体不透過性の部材を接触させた状態で、該部材から制御された熱エネルギーを供給することにより、前記領域をその表面から内部に向かって必要な即ち希望の深さに炭化することである。本発明において、「気体不透過性の部材を木材に接触させる」の中の「接触」の意は「密着」と同意であり、例えば木材平板の炭化時に、木材平板から発生する熱分解成分が、自由に揮発するのを防止するために、木材平板の表面を被覆するように金属板を密着させるという意味で用いられている。   Method A for preventing volatilization of pyrolysis components in the first method of the present invention is to contact a gas-impermeable member so as to cover at least a part of the surface of the wood or wood material to be carbonized. In a state, by supplying controlled thermal energy from the member, the region is carbonized from its surface inward to the required or desired depth. In the present invention, the meaning of “contact” in “contacting a gas-impermeable member with wood” is the same as “adhesion”. For example, during carbonization of a wood flat plate, the pyrolysis component generated from the wood flat plate is In order to prevent volatilization freely, it is used in the sense that the metal plate is closely attached so as to cover the surface of the wood flat plate.

前記気体不透過性部材から熱エネルギーを供給する方法は、240℃〜450℃の熔融金属、熱板、熱箔、熱ロールのいずれかの気体不透過性部材を、前記木材或いは木質材料の表面に接触させることである。気体不透過性部材の温度と、接触している時間を15秒以上で制御することにより、木材或いは木質材料の表面から内部に向かって0.7mm以上の必要な深さに炭化することができる。   The method for supplying thermal energy from the gas impermeable member is a method of supplying a gas impermeable member of molten metal, hot plate, hot foil, or hot roll at 240 ° C. to 450 ° C. to the surface of the wood or wood material. Is to contact. By controlling the temperature of the gas-impermeable member and the contact time with 15 seconds or more, it is possible to carbonize to a required depth of 0.7 mm or more from the surface of the wood or wood material toward the inside. .

熱分解成分の揮発を防止する方法Bは、気体不透過性で且つ赤外線を透過するガラス板の如き部材を、前記木材或いは木質材料の表面に接触させ、該部材を透過して木材或いは木質材料の表面を240℃〜450℃に保ちつつ赤外線を照射することである。赤外線のエネルギー強度と照射時間を制御することにより、木材或いは木質材料の表面から内部に向かって0.7mm以上の必要な深さに炭化することである。   Method B for preventing volatilization of pyrolytic components is a method in which a member such as a glass plate which is impermeable to gas and transmits infrared rays is brought into contact with the surface of the wood or wood material, and the wood or wood material is transmitted through the member. Is to irradiate infrared rays while maintaining the surface of 240 ° C to 450 ° C. By controlling the energy intensity and irradiation time of infrared rays, carbonization is performed to a necessary depth of 0.7 mm or more from the surface of the wood or woody material toward the inside.

熱分解成分の揮発を防止する方法Cは、木材或いは木質材料の表面層に水ガラスを含浸させた後に、上記A或いはBの方法を適用するか、或いは木材或いは木質材料の表面層に水ガラスを含浸させた後に、その表面温度が240℃〜450℃になるように赤外線を照射することである。木材或いは木質材料の表面層に含浸された水ガラスが熱分解成分の揮発を防止し、クラックの発生を防止するのである。   Method C for preventing volatilization of pyrolytic components is to apply the method A or B after impregnating the surface layer of wood or wood material with water glass, or water glass to the surface layer of wood or wood material. Is impregnated with infrared rays so that the surface temperature is 240 ° C to 450 ° C. Water glass impregnated in the surface layer of wood or woody material prevents volatilization of the pyrolysis component and prevents the generation of cracks.

本発明の課題を解決する第2の方法は、木材或いは木質材料の炭化される領域の表面に、280℃〜480℃の温度の熱風を吹き付けることにより、前記領域をその表面から内部に向かって必要な深さ即ち希望の深さに炭化することである。ガスバーナー炎の温度より遥かに低い温度の熱風を吹き付けることにより、クラックの発生が大幅に改善されたのである。本発明の課題を解決する第2の方法においても、熱風を吹き付ける前に木材に水ガラスを含浸させるのが極めて有効である。   A second method for solving the problem of the present invention is to blow hot air at a temperature of 280 ° C. to 480 ° C. on the surface of the carbonized region of the wood or woody material, so that the region is directed from the surface toward the inside. Carbonization to the required depth, ie the desired depth. The generation of cracks was greatly improved by blowing hot air at a temperature much lower than that of the gas burner flame. Also in the second method for solving the problems of the present invention, it is very effective to impregnate wood with water glass before blowing hot air.

本発明において、気体不透過性とは、完全に気体を透過させないということではなく、実質的に透過させないということである。即ち、炭化処理を行なっている間に、発生した熱分解成分が、部材を通りぬけて行かない程度の気体不透過性を有することである。例えば、陶器、素焼きのように非常にゆっくりとガスを透過させるような多孔性のものでも良い。   In the present invention, gas impermeability does not mean that gas is not completely transmitted, but does not substantially transmit gas. That is, the thermal decomposition component generated during the carbonization treatment has a gas impermeability that does not pass through the member. For example, it may be a porous material that allows gas to pass through very slowly, such as pottery or unglazed.

本発明においては、「木材或いは木質材料」を以後は簡単に木材と称する。本発明によれば温度と時間を制御して炭化することによって、木材はその表面から内部に向かって、必要な深さまでしか炭化されないので、それより内部は元の木材と同じ機械的強度を保有する。また木材の表面層はサーモウッドの製造法による場合より遥かに強く、即ち高温で炭化することができるので防腐性、防蟻性等の性能はサーモウッドより遥かに優れたものを得ることができる。更に防腐薬剤を使用する必要がないので、人体や環境への悪影響の無いものを得ることができる。本発明方法によれば、従来行われていた燃焼法やガスバーナー方式では実現が不可能だった表面炭化層の均一な厚さ及び耐久性が得られる。即ち、クラックが無く、十分な厚さを有し、表面の色も茶褐色〜黒色とすることが可能であり、しかも表面を指で擦っても着色粉が殆ど取れない表面炭化層が得られる。更に、本発明方法によれば、木材の片面或いは一部の面のみ、或いは面の一部分を表面層炭化することも容易にできる。また、曲面や複雑な形状の木材の表面層を炭化することができる。例えば、ホゾ或いはホゾ穴を有する角材、溝や穴を有する角材の表面層を容易に炭化することができ、非常に多くの用途が考えられる。表面層炭化した木材を建築現場で、ノコギリで切断した際、切断面に炭化されていない部分が露出するが、この面を現場で炭化することができる。   In the present invention, “wood or woody material” is hereinafter simply referred to as wood. According to the present invention, by carbonizing by controlling the temperature and time, the wood is only carbonized from the surface to the inside to the required depth, so that the inside has the same mechanical strength as the original wood. To do. In addition, the surface layer of wood is much stronger than in the case of the manufacturing method of thermowood, that is, it can be carbonized at high temperature, so that performances such as antiseptic and ant repellency can be obtained far superior to thermowood. . Furthermore, since it is not necessary to use a preservative, a product having no adverse effects on the human body and the environment can be obtained. According to the method of the present invention, it is possible to obtain a uniform thickness and durability of the surface carbonized layer, which could not be realized by the conventional combustion method and gas burner method. That is, there can be obtained a surface carbonized layer which is free from cracks, has a sufficient thickness, can have a surface color of brown to black, and can hardly remove colored powder even if the surface is rubbed with a finger. Furthermore, according to the method of the present invention, it is possible to easily carbonize the surface layer of only one surface or a part of the surface of the wood or a part of the surface. In addition, the surface layer of wood having a curved surface or a complicated shape can be carbonized. For example, it is possible to easily carbonize a square member having a tenon or a tenon hole, or a square member having a groove or a hole, and a great many applications can be considered. When the surface layer carbonized wood is cut with a saw at a construction site, a non-carbonized portion is exposed on the cut surface, and this surface can be carbonized on the site.

図1はガスバーナーで炭化された木材表面のクラック発生状況を示す写真である。FIG. 1 is a photograph showing the occurrence of cracks on the wood surface carbonized by a gas burner. 図2は図1の木材のクラックが発生した部分の断面の顕微鏡写真である。FIG. 2 is a photomicrograph of a cross section of a portion where cracks in the wood of FIG. 1 occur. 図3はガスバーナーにより作成したサンプルの炭化層の厚さをプロットしたグラフであり、クラックが発生し始める条件を示している。FIG. 3 is a graph in which the thickness of the carbonized layer of a sample prepared by a gas burner is plotted, and shows the conditions under which cracks start to occur. 図4は熔融金属方式により炭化された炭化物の表面写真(a)とクラックが発生した部分の断面顕微鏡写真(b)である。FIG. 4 is a surface photograph (a) of a carbide carbonized by the molten metal method and a cross-sectional micrograph (b) of a cracked portion. 図5は本発明の熱板方式の1具体例の側断面図である。FIG. 5 is a side sectional view of one specific example of the hot plate system of the present invention. 図6は熱風方式において、熱風の温度が高い場合にクラックが発生したサンプルの表面写真(a)とクラックの断面顕微鏡写真(b)を示す。FIG. 6 shows a surface photograph (a) and a cross-sectional micrograph (b) of a crack in which a crack is generated when the temperature of the hot air is high in the hot air method. 図7は熱風方式によって炭化したものの表面写真を示す。写真(a)は空気の熱風、写真(b)は炭酸ガスの熱風を用いた場合のものである。FIG. 7 shows a photograph of the surface of carbonized by the hot air method. Photo (a) shows the case where hot air of air is used, and photo (b) shows the case where hot air of carbon dioxide gas is used. 図8は本発明の熱板方式の1具体例の側断面図である。FIG. 8 is a side sectional view of one specific example of the hot plate system of the present invention. 図9は本発明の溶融金属方式により作成されたサンプルを並べて撮影した表面写真である。FIG. 9 is a surface photograph taken by arranging samples prepared by the molten metal method of the present invention. 図10は実施例1において作成されたサンプルの炭化深さをプロットしたグラフである。FIG. 10 is a graph in which the carbonization depth of the sample prepared in Example 1 is plotted. 図11は実施例2において作成されたサンプルの炭化深さをプロットしたグラフである。FIG. 11 is a graph plotting the carbonization depth of the sample prepared in Example 2. 図12は実施例3において作成されたサンプルの炭化深さをプロットしたグラフである。FIG. 12 is a graph in which the carbonization depth of the sample prepared in Example 3 is plotted. 図13は実施例4において作成されたサンプルの炭化深さをプロットしたグラフである。FIG. 13 is a graph plotting the carbonization depth of the sample prepared in Example 4. 図14は実施例5において作成されたサンプルの断面写真である。FIG. 14 is a cross-sectional photograph of the sample prepared in Example 5. 図15は比較例1において作成されたサンプルの各種写真である。FIG. 15 shows various photographs of the sample created in Comparative Example 1. 図16は比較例2において作成されたサンプルの各種写真である。FIG. 16 shows various photographs of the sample created in Comparative Example 2.

熱分解成分の揮発を防止する方法Aにおいて使用される溶融金属は、240℃以上の温度で溶融する金属で、高温溶融状態で空気中に於いて比較的安定であること、比較的安価であること、高温溶融状態で空気中において揮発しないこと、環境に悪影響がないこと等が望ましい。これらの条件をほぼ満足するものとして、スズ或いははんだに代表されるスズ合金があげられる。この中でスズは、広く鋼材の表面処理に使用されているので特に望ましい。鉛も使用可能であるが、環境に悪影響があるので好ましくない。必ずしも金属である必要は無く、熱伝導率が大きい溶融塩のようなものが存在すれば、それも使用できる筈である。   The molten metal used in Method A for preventing volatilization of pyrolysis components is a metal that melts at a temperature of 240 ° C. or higher, is relatively stable in air in a high-temperature molten state, and is relatively inexpensive. In addition, it is desirable that it does not volatilize in the air in a high-temperature molten state and that it does not adversely affect the environment. As a material that substantially satisfies these conditions, tin or a tin alloy represented by solder can be cited. Of these, tin is particularly desirable because it is widely used for the surface treatment of steel materials. Lead can also be used, but it is not preferable because it adversely affects the environment. It does not necessarily need to be a metal, and if there is something like a molten salt with a high thermal conductivity, it should be usable.

熱分解成分の揮発を防止する方法Aの一つである溶融金属方式では、高温溶融金属の浴に木材を浮かべたり、一部或いは全部を浸漬して処理するのであるが、木材の比重は金属に較べて非常に小さいので、木材を金属浴に浮かしただけでは一部分しか浴に浸漬されない。そこで丸太状、円柱状、或いは角柱状木材を木材の長さ方向の軸を中心として回転させるか、適当な治具で木材を浴内部に沈めてやるか、或いは浴に浮いている木材の上から溶融金属を流して浴面より上に出ている部分の木材にも溶融金属を接触させるか、更にこれらの方法の組み合わせを用いて木材表面層が均一に加熱されるようにすることができる。木材が板状の場合、その片面のみ処理する場合は浴に浮かすだけでよいが、両面を処理する場合は板の片面を処理した後裏返すことによって達成される。板の一面は表面層炭化され、反対面は木材の地肌を残したままにしておくことも可能である。又、木材の含水率は通常10数%或いはそれ以上であり、この状態の木材を高温浴に浸漬すると激しく水蒸気ガスがでるので、あらかじめ適当な方法により木材を乾燥しておいてもよい。木材を充分に乾燥しておけば、本発明による処理を施した後も、長期間変形が発生しにくいので、割れや反りが生じにくい利点もある。   In the molten metal method, which is one of the methods A for preventing volatilization of pyrolysis components, wood is floated in a bath of high-temperature molten metal, or part or all of it is treated by treatment. Therefore, only a part of the wood is immersed in the bath. Therefore, log, columnar or prismatic wood is rotated around the longitudinal axis of the wood, or the wood is submerged in the bath with an appropriate jig, or on the wood floating in the bath. The molten metal is allowed to flow through the portion of the wood that is above the bath surface and the molten metal is contacted, or a combination of these methods can be used to uniformly heat the wood surface layer. . When the wood is plate-shaped, if only one side is treated, it is only necessary to float in the bath. However, when treating both sides, this is achieved by treating one side of the plate and turning it over. One side of the board can be carbonized on the surface and the other side can be left with a wood background. Further, the moisture content of the wood is usually over 10% or more, and when the wood in this state is immersed in a high-temperature bath, steam gas is generated vigorously. Therefore, the wood may be dried in advance by an appropriate method. If the wood is sufficiently dried, even after the treatment according to the present invention, deformation is not likely to occur for a long period of time, so that there is an advantage that cracking and warping are unlikely to occur.

溶融金属は必ずしも浴槽に入れられている必要は無く、上方から木材にかけ流すか、或いは流下した溶融金属を回収して加熱し、再び木材にかけ流すという具合に循環使用してもよい。このようにすれば処理浴槽は小さくて済む。   The molten metal is not necessarily placed in the bathtub, and may be circulated and used by pouring it over the wood from above, or collecting and heating the molten metal that has flowed down and pouring it over the wood again. In this way, the processing bath can be small.

本発明の一つの最も重要な点は、表面層は充分に炭化されるが、内部は炭化されないことである。炭化された表面層により防腐性、耐候性、防蟻性、防湿性等を発現し、内部は炭化されずに元の木材のままであることにより、機械的強度を保持させるのである。従って、木材を高温浴に接触させている時間及び高温浴の温度が極めて重要な要因である。接触時間が短すぎると炭化表面層の厚さが小さく、長すぎると内部まで炭化が進み機械的強度が低下してしまう。高温浴の温度が低いと炭化速度が小さく、温度が高すぎるとクラックが発生する場合がある。望ましい接触時間と浴温度は、木材の材質、及び太さ、厚さ等の形状により異なるが、接触時間は15秒〜120分、浴温度は約240〜450℃の範囲が適当である。更に望ましい範囲は280℃〜380℃である。この温度範囲において、クラックが発生しない状態で炭化深さを大きくすることができ、また表面を指で擦っても黒い粉が取れにくい。   One most important aspect of the present invention is that the surface layer is fully carbonized but the interior is not carbonized. The carbonized surface layer exhibits antiseptic properties, weather resistance, ant proof properties, moisture proof properties, etc., and the mechanical strength is maintained by keeping the original wood without being carbonized. Therefore, the time during which the wood is in contact with the high temperature bath and the temperature of the high temperature bath are extremely important factors. If the contact time is too short, the thickness of the carbonized surface layer is small, and if it is too long, carbonization proceeds to the inside and the mechanical strength decreases. If the temperature of the high temperature bath is low, the carbonization rate is low, and if the temperature is too high, cracks may occur. The desired contact time and bath temperature vary depending on the material of the wood and the shape such as thickness and thickness, but the contact time is suitably from 15 seconds to 120 minutes, and the bath temperature is suitably from about 240 to 450 ° C. A more desirable range is 280 ° C to 380 ° C. In this temperature range, the carbonization depth can be increased without cracks, and black powder is difficult to remove even if the surface is rubbed with a finger.

溶融金属方式によれば、炭化は高温溶融金属浴中或いは溶融金属に接触された状態で行われるので、空気(酸素)からほぼ遮断された状態で炭化される。従って、表面に図1のようなクラックが発生しないで均一に炭化される理由は、被炭化中の表面が溶融金属によって塞がれているので、木材中の熱分解による揮発可能成分の揮発が防止され、その結果表面層の体積が減少しにくいためであると考えられる。更に、揮発分が表面層内の道管、仮道管等の内壁に付着し、更に壁孔を通して内部にも閉じ込められる。その結果、空気中炭化であれば外に揮発或いは燃焼する成分が表面層及び更に深い部分に残るので、いわゆるタール分が表面層及び更に深い部分に多く存在し、表面層及び更に深い部分の空隙を一層小さくするので防湿性が高く、風雨に曝された場合の劣化防止に有利になる。又、タール分が表面層に多く存在するので、防蟻性、防腐性にとっても有利である。空気中で火炎炭化される場合は、これらの揮発成分、タール分等は容易に燃焼してしまうか、揮発してしまうのである。   According to the molten metal system, carbonization is performed in a high temperature molten metal bath or in contact with the molten metal, so that carbonization is performed while being substantially shielded from air (oxygen). Therefore, the reason why the surface is carbonized uniformly without the occurrence of cracks as shown in FIG. 1 is that the surface to be carbonized is blocked by molten metal. This is probably because the volume of the surface layer is hardly reduced. Further, the volatile matter adheres to the inner walls of the road pipe, temporary road pipe and the like in the surface layer, and is further confined inside through the wall hole. As a result, if it is carbonized in the air, components that volatilize or burn outside will remain in the surface layer and deeper portions, so that a large amount of so-called tar content exists in the surface layer and deeper portions, and voids in the surface layer and deeper portions. Therefore, the moisture resistance is high, which is advantageous for preventing deterioration when exposed to wind and rain. In addition, since a large amount of tar is present in the surface layer, it is advantageous for ant protection and antiseptic properties. In the case of flame carbonization in the air, these volatile components, tar components and the like are easily burned or volatilized.

溶融金属方式においても、溶融金属の温度が高すぎたり、溶融金属と木材との接触時間が長すぎると、クラックが発生することがある。前述の望ましい温度範囲及び接触時間はこのような観点から決められたのである。図4は杉辺材ブロック(断面16×20mm、長さ30mm)を、20×30mmの面を下にして450℃の熔融スズの浴に約8mmの深さに2分間浸漬した後に、表面に形成されているクラックを示す写真(図4(a))と、クラックの断面顕微鏡写真(図4(b))である。ガスバーナーにより発生したクラック(図1)とは外観が全く異なっている。断面顕微鏡写真から明らかなように、クラックは炭化層の浅い部分にしか到達していない。   Even in the molten metal system, cracks may occur if the temperature of the molten metal is too high or the contact time between the molten metal and wood is too long. The above-mentioned desirable temperature range and contact time are determined from this viewpoint. FIG. 4 shows a cedar wood block (cross section 16 × 20 mm, length 30 mm) immersed in a bath of molten tin at 450 ° C. with a 20 × 30 mm surface for 2 minutes to a depth of about 8 mm, and then on the surface. It is the photograph (FIG.4 (a)) which shows the formed crack, and the cross-sectional microscope picture (FIG.4 (b)) of a crack. The appearance is completely different from the cracks generated by the gas burner (FIG. 1). As apparent from the cross-sectional micrograph, the crack reaches only the shallow part of the carbonized layer.

溶融金属方式によれば、実施例1に記載されているようにクラックが発生しない状態で炭化される層の厚さを約0.5〜10数mm程度に容易にコントロールすることができる。従って、炭化による木材強度の低下は無視できる程度に小さくすることができる。この理由は下記のように考えられる。柱、梁、土台等の構造材として使われる木材は、通常かなり太いものである。柱の場合、断面の一辺は通常10.5〜12cmである。このように太い木材は、その表面層が炭化されてその部分の機械的強度が小さくなっても、その内側は元の木材の強度を有する。例えば、12cm角の木材で、炭化表面層の厚さが(木材の太さ方向)2mmの場合、炭化する前の木材の断面積の約3.3%が炭化され、炭化する前の木材断面の約96.7%が元の木材強度を有することになる。木材が構造材として用いられない場合は、木材の全断面積に対して炭化層の断面積を更に大きくしても構わない。柱の場合、表面に黒色の炭化層が露出するのを避けたいなら、炭化層の上に薄い木材を貼り付けることもできる。構造材でない場合、例えば、合板ならば炭化した板を内部に積層し、表面には炭化層が露出しないようにしてもよい。また、板の一面のみ炭化し、炭化層が表側にならないように(直接見えないように)使用することもできる。LVL、CLT材の場合も、同様に炭化層を有する板を内部に積層することもできる。   According to the molten metal method, as described in Example 1, it is possible to easily control the thickness of the layer carbonized in a state where no cracks are generated to about 0.5 to several tens of millimeters. Therefore, the decrease in the wood strength due to carbonization can be reduced to a negligible level. The reason is considered as follows. Wood used as a structural material such as columns, beams and foundations is usually quite thick. In the case of a pillar, one side of the cross section is usually 10.5 to 12 cm. Thus, even if the surface layer is carbonized and the mechanical strength of the portion is reduced, the thick wood has the strength of the original wood. For example, when the thickness of the carbonized surface layer is 2 mm (in the thickness direction of the wood) with 12 cm square wood, about 3.3% of the cross-sectional area of the wood before carbonization is carbonized, and the wood cross section before carbonization About 96.7% will have the original wood strength. When wood is not used as a structural material, the cross-sectional area of the carbonized layer may be further increased with respect to the total cross-sectional area of the wood. In the case of a pillar, if it is desired to avoid exposing the black carbonized layer on the surface, a thin wood can be pasted on the carbonized layer. When not a structural material, for example, if it is a plywood, a carbonized plate may be laminated inside so that the carbonized layer is not exposed on the surface. Further, it can be used such that only one surface of the plate is carbonized so that the carbonized layer does not face the front side (so as not to be seen directly). In the case of LVL and CLT materials, a plate having a carbonized layer can be similarly laminated inside.

本発明の溶融金属方式では、木材を溶融金属の浴に浸漬した場合、木材が丸棒であれば表面から内部に向かって同心円状に炭化されていくが、木材が角材の場合は同心角状には炭化されない。この理由は角材の角部では、角の両側の面から熱が加わるので平面部よりも強く加熱されるためである。その結果、炭化後の角材の断面には、同心角状と同心円状の中間的な、角が丸みを帯びた炭化層が形成されるのである。この現象は電気炉で木材を加熱炭化する場合も同様である。このような現象が起こると、角材の角部の炭化度が側面部よりも進んでいるので、機械的に弱くなるのがこの方法の欠点である。また、角材内部の非炭化部の面積が小さくなるので、角材の機械的強度も小さくなる欠点がある。角材が非常に太い場合はこのような現象はあまり問題にならない。本発明においては、一つの面だけを加熱することができるので、このような問題は起こさないようにすることができる。   In the molten metal system of the present invention, when wood is immersed in a molten metal bath, if the wood is a round bar, it is carbonized concentrically from the surface to the inside, but if the wood is a square, it is concentric square Is not carbonized. The reason for this is that, at the corner of the square bar, heat is applied from both sides of the corner, so that it is heated more strongly than the flat portion. As a result, a carbonized layer with rounded corners is formed between the concentric square shape and the concentric circle shape in the cross section of the square bar after carbonization. This phenomenon is the same when wood is heated and carbonized in an electric furnace. When such a phenomenon occurs, the carbonization degree of the corner portion of the square bar is more advanced than that of the side surface portion, and it is a disadvantage of this method that it becomes mechanically weak. Moreover, since the area of the non-carbonized portion inside the square member is reduced, there is a disadvantage that the mechanical strength of the square member is also reduced. If the square is very thick, this phenomenon is not a problem. In the present invention, since only one surface can be heated, such a problem can be prevented.

溶融金属方式において、上記のような問題を避ける方法として、例えば角材を横にして角材の自重により溶融金属の浴面に浮かせて任意の時間加熱炭化し、次いで角材を転がして隣の面が下になるように浮かせて任意の時間加熱炭化する。このようにして次々に別の面を加熱炭化するのである。角材の自重により、角材は溶融金属の浴に少しだけ沈むので、角材の面は一様に加熱され、角部がより強く加熱されることが極めて少なくなるのである。   In the molten metal method, as a method of avoiding the above-mentioned problems, for example, a square is placed sideways, floated on the molten metal bath surface by its own weight, heated and carbonized for an arbitrary time, and then the square is rolled and the adjacent surface is lowered. Heat and carbonize for an arbitrary time. In this way, another surface is heated and carbonized one after another. Due to the dead weight of the square, the square is slightly submerged in the molten metal bath, so that the surface of the square is uniformly heated, and the corners are extremely less heated.

溶融金属方式により製作された炭化木材の表面に、ごく稀ではあるがタール分が析出してベタつきが生ずることがある。そのような場合、表面のタール分を除去するために、タール分を溶解する有機溶剤で洗い流すことができる。また、表面を短時間(数秒程度)ガスバーナー等の強い火炎で燃焼除去することができる。長時間火炎に曝すと、焼杉の場合のように表面にクラックが発生するので、2〜3秒程度にするのがよい。表面に塗料を塗布して、ベタつきを防ぐことも可能である。   On the surface of carbonized wood manufactured by the molten metal method, a tar content sometimes precipitates and may become sticky. In such a case, in order to remove the tar content on the surface, it can be washed away with an organic solvent that dissolves the tar content. Further, the surface can be burned and removed with a strong flame such as a gas burner for a short time (about several seconds). When exposed to a flame for a long time, cracks are generated on the surface as in the case of baked cedar, so it is preferable to set it to about 2 to 3 seconds. It is also possible to prevent stickiness by applying a paint to the surface.

溶融金属方式により製作された炭化木材を、実際に工事或いは建築の現場で使用する場合、例えばのこぎりで必要な長さに切断することがある。切断面は炭化されていないので、その部分が露出した状態になると、そこから木材の劣化が始まってしまう恐れがある。そこで、そのような場合、本発明の他の方式である熱風或いは赤外線方式により、露出した切断面を炭化することができる。   When the carbonized wood produced by the molten metal method is actually used at a construction or construction site, it may be cut to a necessary length by, for example, a saw. Since the cut surface is not carbonized, the wood may start to deteriorate when the portion is exposed. Therefore, in such a case, the exposed cut surface can be carbonized by hot air or infrared rays, which is another method of the present invention.

溶融金属方式によって表面層を炭化する場合、木材の表面に割れ、ささくれ、或いは窪みがあったりすると、溶融金属槽から表面層炭化された木材を引き上げる際に、上記の割れ目や、ささくれ部、窪みに溶融金属が入り込んで残る恐れがある。このような現象を抑えるために、木材が炭化処理される前に、表面をカンナがけ、研摩等により平滑にしておくことが望ましい。また、炭化された木材を溶融金属槽から引き上げる際に、金属の溶融温度以上の高温高圧気体を吹きつけて付着している溶融金属を除去することもできる。溶融金属浴の表面には金属の酸化膜やスラグが存在するので、これらが炭化された木材の表面に付着していることもある。このような場合、冷却後に高圧エアージェットで吹き飛ばすことも可能である。また、刷毛で擦って落とすこともできる。その他適当な方法で除去することができる。木材表面にヤニが存在すると、金属酸化膜やスラグが付着し易いので、木材はあらかじめいわゆる脱脂処理されていることが望ましい。   When carbonizing the surface layer by the molten metal method, if the surface of the wood is cracked, raised, or dented, the above-mentioned cracks, ridged portions, dents are raised when the surface layer carbonized wood is pulled up from the molten metal tank. There is a risk that molten metal may enter and remain in In order to suppress such a phenomenon, it is desirable that the surface be smoothed by polishing and polishing before the wood is carbonized. Further, when the carbonized wood is pulled up from the molten metal tank, it is possible to remove the adhered molten metal by blowing a high-temperature high-pressure gas that is equal to or higher than the melting temperature of the metal. Since a metal oxide film and slag exist on the surface of the molten metal bath, they may adhere to the surface of the carbonized wood. In such a case, it is possible to blow off with a high-pressure air jet after cooling. It can also be scraped off with a brush. It can be removed by other appropriate methods. If ani exists on the surface of the wood, a metal oxide film or slag is likely to adhere to it, so that it is desirable that the wood has been so-called degreased in advance.

溶融金属の表面が空気に長時間曝されていると、特に溶融温度が高いほど、表面が酸化されて金属酸化物が形成される。その結果、溶融金属浴面に酸化物の膜ができる。又、木材を溶融金属浴に浸漬或いは接触すると、メカニズムは不明であるがスラグ状のものが発生する。酸化膜やこのスラグ状のものを含めて、いわゆるスラグが溶融金属浴表面に溜まる。そこで、必要に応じて浴面からそのスラグを除去することが望ましい。スラグを浴槽の端の方に追いやってもよい。溶融金属槽の下部から溶融金属を送り込み、浴槽の一部から溶融金属が溢れる構造とし、浴面に発生したスラグが常に浴槽外に流れだすようにすることもできる。浴槽の上部から、常に溶融金属が溢れ出るようにしておき、その液面に木材が接触するようにしながら、木材をスライドさせて炭化することもできる。   When the surface of the molten metal has been exposed to air for a long time, the surface is oxidized and a metal oxide is formed, particularly as the melting temperature is higher. As a result, an oxide film is formed on the molten metal bath surface. When wood is immersed or brought into contact with a molten metal bath, a slag-like material is generated although the mechanism is unknown. So-called slag is accumulated on the surface of the molten metal bath, including the oxide film and the slag. Therefore, it is desirable to remove the slag from the bath surface as necessary. You may drive slag towards the edge of the bathtub. It is also possible to feed the molten metal from the lower part of the molten metal tank so that the molten metal overflows from a part of the bath so that the slag generated on the bath surface always flows out of the bath. The molten metal always overflows from the upper part of the bath, and the wood can be slid and carbonized while the wood is in contact with the liquid surface.

溶融金属浴面に金属酸化物が発生しないようにするため、溶融金属浴面を不活性ガスで覆ってもよい。例えば、溶融金属浴槽を密閉室内に配置し、その室内に窒素ガスを送ることによって、窒素ガス雰囲気にすることができる。   In order to prevent generation of metal oxides on the molten metal bath surface, the molten metal bath surface may be covered with an inert gas. For example, a molten metal bathtub can be placed in a sealed chamber and a nitrogen gas atmosphere can be obtained by sending nitrogen gas into the chamber.

木材は通常10%以上の含水率を有しており、木材を溶融金属浴に浸漬或いは接触すると、木材中の水分が加熱されて水蒸気ガスとして木材から揮発し、金属浴の中を上昇して浴面から吹き出す。この際、溶融金属が、噴出するガスに押し上げられて微小な金属液滴となって飛散する現象が発生することがある。特に道管或いは仮道管が露出している場合、そこからのガス噴出が激しいので道管或いは仮道管の露出部が溶融金属層の深い所にあると、溶融金属の飛散が激しくなる。この現象を軽減ないし防止するために、あらかじめ木材を脱水処理しておくことが有効である。   Wood usually has a moisture content of 10% or more. When wood is immersed or brought into contact with a molten metal bath, moisture in the wood is heated and volatilizes from the wood as water vapor gas, and rises in the metal bath. Blow out from the bath. At this time, a phenomenon may occur in which the molten metal is pushed up by the gas to be ejected and scattered as fine metal droplets. In particular, when the road pipe or the temporary road pipe is exposed, gas ejection from the road pipe or the temporary road pipe is vigorous. Therefore, if the exposed portion of the road pipe or the temporary road pipe is in the deep portion of the molten metal layer, the molten metal scatters intensely. In order to reduce or prevent this phenomenon, it is effective to dehydrate the wood in advance.

木材中の水分が完全に除去されても、高温浴により加熱された木材中のミクロフィブリルやリグニンが熱分解され、分解された成分の一部が木材からガスとして揮発し、水蒸気ガスと同じように高温浴面から噴出して金属を飛散させる。高温浴槽が木材サイズに比べて十分に大きければ、溶融金属が飛散しても、浴槽の外に飛び出す恐れはない。しかし、溶融金属が飛散すると、空気との接触面積が増大するので、金属酸化物が多く発生する恐れがある。これら2つの問題を解決する簡便な方法として、溶融金属浴面に溶融金属の飛散防止材として、溶融金属より比重が小さく、溶融金属に溶けずまた溶融金属と反応しない微小な物質例えば微小なガラスビーズの層を設けることが有効である。木材から発生するガスは浴面から噴出する際、金属を飛散させようとするが、浴面上部にガラスビーズの層があると、金属の飛散は防止される。ガスはガラスビーズの間隙を通って空気中に出て行く。   Even if the moisture in the wood is completely removed, microfibrils and lignin in the wood heated by the high-temperature bath are thermally decomposed, and some of the decomposed components are volatilized as gas from the wood, just like water vapor gas The metal is spattered from the hot bath surface. If the hot tub is sufficiently larger than the wood size, there is no risk of jumping out of the tub even if the molten metal scatters. However, when the molten metal is scattered, the contact area with the air increases, so that a large amount of metal oxide may be generated. As a simple method for solving these two problems, as a molten metal scattering prevention material on the surface of the molten metal, a specific material having a specific gravity smaller than that of the molten metal, not dissolved in the molten metal, and not reacting with the molten metal, for example, minute glass It is effective to provide a layer of beads. The gas generated from the wood tries to scatter metal when it is ejected from the bath surface. However, if there is a glass bead layer on the upper surface of the bath surface, metal scatter is prevented. The gas exits into the air through the gap between the glass beads.

飛散防止材の存在は溶融金属の表面酸化を軽減する効果もある。ガラスビーズのサイズは約1mm〜約5mm径が適当である。小さすぎると木材を浴から引き上げる際に、炭化された木材表面に付着しやすくなる。サイズが大きすぎると、隙間から金属が飛散する恐れが有る他に、金属の酸化防止効果が小さくなる。ビーズのサイズは均一である必要はなく、分布を有していてもよい。ビーズ層の厚さは、約5mm〜20mmが適当である。ビーズ層の厚さが小さいと、金属の飛散防止及び酸化防止の効果が小さくなる。厚すぎるのは無駄である。ビーズとしてはガラスビーズ、シリカビーズ、アルミナビーズ等を利用することができる。ビーズのように球体でなくても顆粒状、棒状、平板状のもので、高温で安定な材質のものであれば使用可能である。これらのもののサイズは上記のビーズと同程度であればよい。   The presence of the anti-scattering material also has the effect of reducing the surface oxidation of the molten metal. The size of the glass beads is suitably about 1 mm to about 5 mm. If it is too small, it tends to adhere to the carbonized wood surface when the wood is pulled up from the bath. If the size is too large, the metal may be scattered from the gap, and the antioxidant effect of the metal is reduced. The size of the beads need not be uniform and may have a distribution. An appropriate thickness of the bead layer is about 5 mm to 20 mm. When the thickness of the bead layer is small, the effects of preventing metal scattering and oxidation are reduced. Too thick is useless. As beads, glass beads, silica beads, alumina beads and the like can be used. Even if it is not a sphere like a bead, it can be used if it is granular, rod-like, or flat and is made of a material that is stable at high temperatures. The size of these may be about the same as the above beads.

溶融金属浴に浸漬される部分の木材をアルミ箔でカバーしてから浸漬すると、木材から発生した揮発成分が溶融金属に接触する割合が大幅に減少し、スラグの発生を著しく低減できる。アルミ箔の合わせ目部分から揮発成分が溶融金属浴内で漏れることがあっても、木材が直接溶融金属浴に浸漬される場合より遥かにスラグの発生は少ない。   When the wood immersed in the molten metal bath is covered with aluminum foil and then immersed, the proportion of volatile components generated from the wood in contact with the molten metal is greatly reduced, and the generation of slag can be significantly reduced. Even if the volatile components leak from the joint portion of the aluminum foil in the molten metal bath, the generation of slag is much less than when the wood is directly immersed in the molten metal bath.

通常、木材は長さ方向が道管或いは仮道管の方向と一致しており、木材の両端面(切り口)は道管或いは仮道管の方向に対して直角である。木材が高温に加熱されて熱分解により発生したガスは、道管或いは仮道管の方向には流れやすく、それと直角の方向には流れにくい。従って、木材を溶融金属浴に浸漬すると、木材の端面(切り口)からは激しくガスがでるが、木材の他の表面からは発生が少ないのである。その結果、木材の端面は炭化されにくいことがある。木材の端面以外の表面が十分に炭化されているのに、端面が炭化不足の場合、端面のみを追加で炭化するのが望ましい。追加の炭化が必要な場合は、本発明の熱風或いは赤外線方式が適している。   In general, the length direction of the wood coincides with the direction of the road pipe or the temporary road pipe, and both end faces (cuts) of the wood are perpendicular to the direction of the road pipe or the temporary road pipe. The gas generated by pyrolysis when the wood is heated to a high temperature is likely to flow in the direction of the road pipe or the temporary road pipe, and hardly flows in the direction perpendicular thereto. Accordingly, when wood is immersed in a molten metal bath, gas is emitted violently from the end face (cut) of the wood, but there is little generation from other surfaces of the wood. As a result, the end face of the wood may be difficult to be carbonized. If the surface other than the end face of the wood is sufficiently carbonized, but the end face is insufficiently carbonized, it is desirable to additionally carbonize only the end face. If additional carbonization is required, the hot air or infrared system of the present invention is suitable.

熱分解成分の揮発を防止する方法Aの一つである熱板方式では、熱板として金属板例えばいわゆるホットプレートとして知られている加熱装置が一般的であるが、それに類するものも使用できる。熱溶融している金属の代わりに熱板が使用されるので、温度条件も熱溶融金属の場合と殆ど同じである。炭化される木材の形状に応じて、平板状、レール状、アングル状、曲面状等の熱板の使用が可能である。例えば杭の如き円柱状の木材を加熱する場合は、筒状の加熱炉が適している。この場合、炉壁と木材とのギャップを出来るだけ小さくすることが望ましい。筒状加熱炉を長さ方向に平行に2分割し、木材を挿入し易いようにしておき、挿入後に合体させて筒状にしてもよい。2分割加熱炉を蝶板で結合しておくのが便利である。熱板は金属板の表面が耐熱性保護膜で覆われたものでもよい。熱板は十分な熱容量を持っているか、常にエネルギーが供給されて表面温度が維持されることが望ましい。例えばニクロム線の如き通電発熱体と温度制御機構を内蔵した熱板装置が利用できる。また、熱伝導性の大きな熱板であることが望ましい。アルミ箔、銅箔のような薄い金属箔でも金属板と同様に使用できる。例えばアルミ箔で木材表面をカバーし、その上から熱風を吹き付けながらアルミ箔の温度を高温に保つこともできる。金属板、金属箔等を赤外線で加熱して熱板とする場合、赤外線を反射しないように少なくとも表面が黒色の如く赤外線を吸収する色に処理されていることが望ましい。   In the hot plate method, which is one of the methods A for preventing volatilization of the pyrolysis component, a heating device known as a metal plate, for example, a so-called hot plate is generally used as the hot plate, but a similar device can also be used. Since a hot plate is used in place of the metal that is hot-melted, the temperature conditions are almost the same as in the case of the hot-melt metal. Depending on the shape of the wood to be carbonized, it is possible to use a hot plate having a flat plate shape, rail shape, angle shape, curved surface shape, or the like. For example, in the case of heating a columnar wood such as a pile, a cylindrical heating furnace is suitable. In this case, it is desirable to make the gap between the furnace wall and the wood as small as possible. The cylindrical heating furnace may be divided into two parallel to the length direction so that the wood can be easily inserted, and after the insertion, they may be combined into a cylindrical shape. It is convenient to connect the two-part heating furnace with a butterfly plate. The heat plate may be a metal plate whose surface is covered with a heat-resistant protective film. It is desirable that the hot plate has a sufficient heat capacity or is always supplied with energy to maintain the surface temperature. For example, a hot plate apparatus incorporating an energization heating element such as a nichrome wire and a temperature control mechanism can be used. Moreover, it is desirable that the heat plate has a large thermal conductivity. Thin metal foil such as aluminum foil and copper foil can be used in the same manner as the metal plate. For example, the surface of wood can be covered with aluminum foil, and the temperature of the aluminum foil can be kept high while blowing hot air from above. When a metal plate, metal foil or the like is heated with infrared rays to form a heat plate, it is desirable that at least the surface is treated with a color that absorbs infrared rays so that the infrared rays are not reflected.

熱板へのエネルギー供給方法は上記の方法以外に、木材やオイルの燃焼熱を利用することもできる。例えば、廃木材や間伐材の枝等を燃焼室で燃焼させ、燃焼室の上壁を平坦な鉄板にしておき、この鉄板を熱板とすることができる。このようにすれば、廃木材や間伐材の有効利用になるばかりでなく、環境にも有益である。   In addition to the above method, the energy supply method to the hot plate can use the heat of combustion of wood or oil. For example, waste wood, thinned wood branches or the like are burned in a combustion chamber, the upper wall of the combustion chamber is made a flat iron plate, and this iron plate can be used as a hot plate. In this way, not only is it possible to effectively use waste wood and thinned wood, but it is also beneficial to the environment.

熱板へのエネルギー供給方法として、熱熔融状態の熔融金属を利用することもできる。例えば、熱熔融金属浴の上に金属板を載せ、この金属板を熱板として使うことができる。金属板の代わりにアルミ箔を浮かべ、その上に木材を置いても同様に加熱することができる。図5は熔融金属浴の上にアルミ箔を浮かべ、その上に木材を載せ木材の上に力を加えて木材を少し沈ませた状態の即断面図である。図5において、1は木材、2はアルミ箔、4は熔融状態の金属浴、5は金属浴の容器である。木材1の上に力6を加えると、木材1はアルミ箔2を変形させて浴中に少し沈む。即ち金属浴に木材を載せたアルミ箔のボートが浮かんでいるような状態である。木材の自重が大きい場合は上から力を加えなくとも木材は少し沈む。浴中のアルミ箔は、金属浴の浮力により浴中の木材の下部の周辺部末端において上方に折れ曲り、木材下部の周辺部末端に密接するため、熱分解成分の揮発が抑制される。これによって末端の炭化部のクラック発生が抑制される。アルミ箔の使用は極めて簡便で有効である。木材のコーナー部のアルミ箔にしわができることもあるが、木材の下面及び側面に接するアルミ箔は完全に平坦になり、炭化への影響はない。   As a method for supplying energy to the hot plate, a molten metal in a hot melt state can be used. For example, a metal plate can be mounted on a hot-melt metal bath, and this metal plate can be used as a hot plate. It is possible to heat similarly by floating an aluminum foil instead of a metal plate and placing wood on it. FIG. 5 is an immediate cross-sectional view of a state in which an aluminum foil is floated on a molten metal bath, a timber is placed on the aluminum foil, and a force is applied to the timber to slightly sink the timber. In FIG. 5, 1 is wood, 2 is aluminum foil, 4 is a molten metal bath, and 5 is a metal bath container. When a force 6 is applied on the wood 1, the wood 1 deforms the aluminum foil 2 and sinks a little in the bath. In other words, an aluminum foil boat with wood on a metal bath is floating. If the weight of the timber is large, the timber will sink slightly without applying force from above. The aluminum foil in the bath bends upward at the peripheral end of the lower part of the wood in the bath due to the buoyancy of the metal bath, and is in close contact with the peripheral end of the lower part of the wood, so that volatilization of the thermal decomposition component is suppressed. This suppresses the occurrence of cracks at the carbonized portion at the end. The use of aluminum foil is extremely simple and effective. Although the aluminum foil at the corner of the wood may be wrinkled, the aluminum foil in contact with the lower and side surfaces of the wood is completely flat and has no effect on carbonization.

熱板方式では、熱板と木材が接触されるが、木材の表面は一般に粗面であるので、熱板と木材の間には空気層が存在している。溶融金属方式では、溶融金属が自由に変形可能なので、木材表面が粗面であっても木材と溶融金属との間には空気層が存在しない。従って、熱板方式の場合は、木材の表面層炭化のされ方が溶融金属を使用する場合とかなり異なるであろうと推測された。ところが、驚くべきことに殆ど同じように炭化されたのである。木材と熱板は接触しているので、加熱により木材から発生した揮発成分が自由に木材表面から逃げることが防止され、木材内部に閉じ込められるのだと推測される。   In the hot plate method, the hot plate and the wood are brought into contact with each other. However, since the surface of the wood is generally rough, an air layer exists between the hot plate and the wood. In the molten metal method, since the molten metal can be freely deformed, there is no air layer between the wood and the molten metal even if the surface of the wood is rough. Therefore, in the case of the hot plate method, it was speculated that the method of carbonizing the surface layer of wood would be considerably different from the case of using molten metal. However, it was surprisingly almost the same carbonized. Since the wood and the hot plate are in contact, it is assumed that the volatile components generated from the wood by heating are prevented from freely escaping from the surface of the wood and are confined inside the wood.

熱板方式では、通常熱板は平板状なので、木材の一つの面しか加熱できない。一つの面の加熱が終了したら次の面の加熱が行われる。複数の面を同時に加熱するためには、それに適した形状の熱板を準備しなければならない。例えば、相隣る2つの面を同時に加熱するためには、アングル状の熱板が必要になる。アングル状の熱板で加熱すると角部の炭化が優先的に進む問題が発生するが、アングルの角部にスリット状の隙間を設けることによりこの問題を解決することができる。角材状の木材表面層を炭化する場合、2枚の熱板でサンドイッチした状態で加熱すると、2つの面を同時に炭化することができる。平板状の熱板で木材の一つの面を加熱する場合は、溶融金属方式で木材を浴面に浮かして加熱するのと殆ど同じ効果と結果が得られる。   In the hot plate method, since the hot plate is usually flat, only one surface of the wood can be heated. When the heating of one surface is completed, the next surface is heated. In order to simultaneously heat a plurality of surfaces, it is necessary to prepare a hot plate having a shape suitable for the surface. For example, in order to heat two adjacent surfaces simultaneously, an angle-shaped hot plate is required. When heated with an angle-shaped hot plate, the problem of preferential carbonization of the corners occurs. However, this problem can be solved by providing slit-like gaps at the corners of the angle. When carbonizing a square-like wood surface layer, two surfaces can be carbonized simultaneously by heating in a state sandwiched between two hot plates. When one surface of wood is heated with a flat hot plate, almost the same effect and result are obtained as when the wood is floated on the bath surface and heated by the molten metal method.

炭化される木材と熱板とは、接触した状態で保持されて静止していてもよいが、木材と熱板とが接触した状態で相対的にスライドするように移動させてもよい。例えば、熱板の上に木材を載せ、熱板は固定しておいて、木材を熱板の上で、設定した時間接触させつつスライドするように移動させてもよい。温度の違う、或いは同一温度の熱板を複数個並べて配置し、それらの上で木材を順次スライドしながら移動するようにしてもよい。   The wood to be carbonized and the heat plate may be held in contact and may be stationary, but may be moved so as to slide relative to each other while the wood and the heat plate are in contact with each other. For example, wood may be placed on a hot plate, the hot plate may be fixed, and the wood may be moved to slide on the hot plate while being in contact for a set time. A plurality of hot plates having different temperatures or the same temperature may be arranged side by side, and the wood may be moved while sequentially sliding on them.

熱板或いは溶融金属で木材表面を加熱炭化する前に、木材表面に赤外線を照射するか、或いは熱風を吹き付けて加熱することによって、木材表面を予備炭化することができる。この場合、予備炭化の段階で、木材表面にクラックが発生しない条件で加熱することが必要である。   Prior to heating and carbonization of the wood surface with a hot plate or molten metal, the wood surface can be pre-carbonized by irradiating the wood surface with infrared rays or heating by blowing hot air. In this case, it is necessary to heat in the pre-carbonization stage under the condition that no cracks are generated on the wood surface.

次に熱分解成分の揮発を防止する方法Bについて説明する。その方法に使用される気体不透過性部材としては、ガラス板、石英板、セラミック板等の赤外線透過性で且つ気体を透過させない部材である。赤外線とは、遠赤外線、近赤外線の一部、可視光線の一部をも含むが、主として近赤外線或いは/及び遠赤外線を含む赤外線のことである。本発明に好適な遠赤外線光源の具体例として、石英ガラス管ヒーターが挙げられる。家庭用、工業用として広く使用されており、比較的安価に入手可能である。以下この方法Bを赤外線方式とも記載する。赤外線を木材表面に照射すると、木材表面の温度はいくらでも上昇していく。この点が前記の溶融金属、熱板、熱風による加熱方式と大きく異なる点である。溶融金属、熱板、熱風による加熱では木材表面の温度は、これらの熱源の温度より上昇することは無いが、赤外線の場合はエネルギーが木材表面に加速度的に蓄積されて温度が上昇していく。そこで木材表面の温度が450℃を超えないように、赤外線の放射エネルギー或いは照射時間を制御することが必要である。   Next, Method B for preventing volatilization of the pyrolysis component will be described. The gas impermeable member used in the method is a member that is transparent to infrared rays and does not transmit gas, such as a glass plate, a quartz plate, and a ceramic plate. Infrared rays include far infrared rays, part of near infrared rays, and part of visible rays, but mainly infrared rays including near infrared rays and / or far infrared rays. A specific example of a far infrared light source suitable for the present invention is a quartz glass tube heater. It is widely used for home and industrial use and is available at a relatively low cost. Hereinafter, this method B is also referred to as an infrared system. When infrared rays are irradiated on the wood surface, the temperature of the wood surface will increase as much as possible. This point is greatly different from the heating method using the molten metal, hot plate and hot air. In the case of heating with molten metal, hot plate, hot air, the temperature of the wood surface does not rise above the temperature of these heat sources, but in the case of infrared light, energy is accumulated on the wood surface at an accelerated rate and the temperature rises. . Therefore, it is necessary to control infrared radiation energy or irradiation time so that the temperature of the wood surface does not exceed 450 ° C.

赤外線を木材に照射すると木材が焦げることは非特許文献3からも明らかであるが、非特許文献3にはクラックについての記載が無い。赤外線発生源(ヒーター、ランプ等)のエネルギー強度、発生源から木材までの距離、照射時間等を適当に選ぶことにより、木材表面の温度を450℃以下に保ちながら加熱すればクラックが発生しないことを見つけた。また、木材表面に石英板、ガラス板等の気体不透過性透明部材を密着して覆い、これを通して照射することにより、クラックが発生せずに表面から内部に向かって溶融金属方式や熱板方式と同程度に炭化できる。   Although it is clear from Non-Patent Document 3 that wood is burnt when irradiated with infrared rays, Non-Patent Document 3 has no description of cracks. By appropriately selecting the energy intensity of the infrared source (heater, lamp, etc.), the distance from the source to the wood, the irradiation time, etc., cracks will not occur if heated while keeping the temperature of the wood surface below 450 ° C. I found In addition, a gas-impermeable transparent member such as a quartz plate or glass plate is closely attached to the surface of the wood and irradiated through it, so that molten metal method or hot plate method is applied from the surface to the inside without generating cracks. Can be carbonized to the same extent.

炭化される木材と透明部材(ガラス板、石英板等)とを相対的に移動させてもよい。例えば、赤外線ランプを固定して配置し、その下方に配置された透明部材の下面に接触させながら、搬送装置の上に載せた木材をスライドさせてもよい。この場合、木材表面の荒れや凹凸に対応させるために、透明部材が上下に可動できるようにしておくのが望ましい。木材の上に透明部材が置かれた状態で、木材と透明部材を一緒に移動させてもよい。木材の上に透明部材を載せ、その上方に赤外線ランプを配置し、赤外線ランプを移動させることもできる。   The wood to be carbonized and the transparent member (glass plate, quartz plate, etc.) may be moved relatively. For example, an infrared lamp may be fixedly disposed, and the wood placed on the transport device may be slid while contacting the lower surface of the transparent member disposed below the infrared lamp. In this case, it is desirable that the transparent member be movable up and down in order to cope with roughness and unevenness of the wood surface. The wood and the transparent member may be moved together in a state where the transparent member is placed on the wood. It is also possible to place a transparent member on wood, place an infrared lamp above it, and move the infrared lamp.

木材と赤外線ランプが、上記と上下が逆の関係になってもよい。この場合、木材の炭化される面に、透明部材が接触するように配置される。また、複数本の赤外線ランプを配置してもよい。後述の実施例4から明らかなように、透明部材が配置されると、透明部材が無い場合に比べて炭化速度が低下している。従って、クラックの発生が起こらない範囲で、透明部材を配置しない状態で炭化し(0060項で述べた予備炭化と同様である)、その部分を通過してから透明部材を配置してもよい。例えば、複数本の赤外線ランプを平行に配置し、初めの1本〜複数本は、透明部材を配置せずに木材の被炭化面を照射し、次の1〜複数本は、木材の被炭化面に透明部材を接触させた状態で、木材の被炭化面を照射するように配置してもよい。このように配置することによって、炭化の効率を上げることが可能である。木材に赤外線を照射して予備炭化する代わりに、熱風を吹き付けて予備炭化してもよい。   The wood and the infrared lamp may have an upside down relationship with the above. In this case, it arrange | positions so that a transparent member may contact the carbonized surface of wood. A plurality of infrared lamps may be arranged. As will be apparent from Example 4 described later, when the transparent member is arranged, the carbonization rate is reduced as compared with the case where there is no transparent member. Therefore, as long as cracks do not occur, the transparent member may be carbonized without the transparent member disposed (similar to the preliminary carbonization described in the paragraph 0060), and the transparent member may be disposed after passing through that portion. For example, a plurality of infrared lamps are arranged in parallel, the first one to a plurality are irradiated with the carbonized surface of the wood without a transparent member, and the next one to a plurality are carbonized to the wood. You may arrange | position so that the to-be-carbonized surface of wood may be irradiated in the state which made the transparent member contact the surface. By arranging in this way, it is possible to increase the efficiency of carbonization. Instead of pre-carbonization by irradiating wood with infrared rays, pre-carbonization may be performed by blowing hot air.

上記のように、木材と透明部材或いは熱板を相対的にスライドさせる場合に共通して言えることであるが、木材の先端が、熱板或いは透明部材の端部に到達する際に、木材の先端が熱板或いは透明部材の端部に衝突して移動が妨害される恐れがある。これを避けるために、木材の先端と出会う熱板或いは透明部材の端部は、テーパー状に加工されていることが望ましい。   As mentioned above, it can be said in common when the wood and the transparent member or the hot plate are relatively slid, but when the tip of the wood reaches the end of the hot plate or the transparent member, The tip may collide with the end of the hot plate or the transparent member and the movement may be hindered. In order to avoid this, it is desirable that the end of the hot plate or transparent member that meets the tip of the wood be processed into a taper shape.

次に熱分解成分の揮発を防止する方法Cについて述べる。その方法は、水ガラスを表面層に含浸させた木材を使用することが基本である。本発明に使用される水ガラスとして、例えば1号珪酸ナトリウム溶液(例えば水ガラス1号)を使用する場合、これを原液(非常に粘稠な流体)として水で希釈して、ケイ酸ナトリウムの重量が約20〜60%の水溶液として使用することが好ましい。20%以下だと水ガラスの効果が小さく、60%以上だと木材表面に水ガラスの膜が形成されやすい。単位面積当たりの含浸量で表現すると15g/m〜80g/mの範囲が好ましい。水ガラスを木材に供給する方法は、公知の塗布法、水ガラス水溶液に木材を浸漬後に引き上げて乾燥する方法等適当な方法を用いることができる。水ガラスの使用は本発明の課題を解決するためのA及びBの方法においても適用することができる。 Next, method C for preventing volatilization of the pyrolysis component will be described. The method is based on the use of wood in which a surface layer is impregnated with water glass. When using, for example, No. 1 sodium silicate solution (for example, No. 1 water glass) as the water glass used in the present invention, it is diluted with water as a stock solution (very viscous fluid), It is preferably used as an aqueous solution having a weight of about 20-60%. If it is 20% or less, the effect of water glass is small, and if it is 60% or more, a water glass film is likely to be formed on the wood surface. Preferably in the range of to the 15g / m 2 ~80g / m 2 expressed by impregnation amount per unit area. As a method of supplying water glass to wood, a suitable method such as a known coating method, a method of lifting wood after dipping it in a water glass aqueous solution and drying it can be used. The use of water glass can also be applied in the methods A and B for solving the problems of the present invention.

本発明において、木材に含浸させる水ガラスの量は、水ガラス水溶液を適当な方法により木材に供給し、乾燥後に木材表面に水ガラスの膜が形成されない程度であることが望ましい。具体的には水ガラス水溶液の水ガラスの割合が大きい場合、木材表面に水ガラスの膜が形成される。水ガラスの割合が小さくても、複数回の塗布により木材表面に水ガラスの膜が形成される。水ガラスの膜が明確に形成されると、本発明方法により加熱した際に、木材表面の水ガラス膜が発泡して白い発泡膜が形成される。この現象は加熱温度が高い時に特に顕著である。このような発泡現象が発生しても、加熱を続けていくと発泡膜で覆われた木材は炭化されるので、炭化の妨害にはならない。木材の炭化が進むにつれて、初め白かった発泡膜は次第に黒化していき、冷却後にスポンジやブラシで擦るだけで簡単に除去することができる。従って、形成される炭化層には悪影響は無いのであるが、取扱い上面倒なのでこのような現象が起こらないようにすることが望ましい。   In the present invention, it is desirable that the amount of water glass impregnated in the wood is such that a water glass film is not formed on the wood surface after the water glass aqueous solution is supplied to the wood by an appropriate method and dried. Specifically, when the proportion of water glass in the water glass aqueous solution is large, a water glass film is formed on the wood surface. Even if the ratio of water glass is small, a water glass film is formed on the surface of the wood by multiple application. When the water glass film is clearly formed, when heated by the method of the present invention, the water glass film on the surface of the wood foams to form a white foam film. This phenomenon is particularly remarkable when the heating temperature is high. Even if such a foaming phenomenon occurs, if the heating is continued, the wood covered with the foamed film is carbonized, so that it does not interfere with the carbonization. As the carbonization of wood progresses, the foam film that was initially white gradually becomes black and can be easily removed by simply rubbing with a sponge or brush after cooling. Accordingly, the carbonized layer to be formed does not have an adverse effect, but it is desirable to prevent such a phenomenon from occurring because the handling surface is inclined.

本発明の課題を解決する第2の方法は、木材或いは木質材料の炭化される領域の表面に、280℃〜480℃の温度の熱風を吹き付けることにより、前記領域をその表面から内部に向かって必要な深さ即ち希望の深さに炭化することである。この第2の方法を以後熱風方式と記載する。本発明者は、高温溶融金属と同程度の温度の熱風を木材表面に吹き付けることにより、高温溶融金属の場合と同程度の厚さのクラックが無い炭化層が得られるのではないかと推測し、実施してみたところ溶融金属の場合ほど厚い炭化層は得られなかったが、ガスバーナーの火炎による場合より遥かに厚い炭化層が得られることを発見した。火炎の温度は1000℃前後も有り、短時間の処理の間にクラックが発生してしまうのである。クラックが発生しない程度の短時間処理では、炭化層の厚さは極めて小さく、ごく表面に近い層のみしか炭化されないのである。ところが、480℃以下の熱風であれば、熱風の温度と吹き付け時間を制御することにより、クラックの発生無しに3mm程度の厚さに炭化できる。溶融金属方式や熱板方式と比較して、クラックが発生しない範囲で得られる炭化層の厚さは小さいが、用途によってはそれでも十分である。   A second method for solving the problem of the present invention is to blow hot air at a temperature of 280 ° C. to 480 ° C. on the surface of the carbonized region of the wood or woody material, so that the region is directed from the surface toward the inside. Carbonization to the required depth, ie the desired depth. This second method is hereinafter referred to as a hot air method. The present inventor speculates that a carbonized layer without cracks having the same thickness as that of a high-temperature molten metal can be obtained by blowing hot air having a temperature similar to that of the high-temperature molten metal on the surface of the wood. In practice, it was found that a thickened carbonized layer was not obtained as in the case of molten metal, but a much thicker carbonized layer was obtained than in the case of a gas burner flame. The temperature of the flame is about 1000 ° C., and cracks occur during a short time of processing. In a short time treatment that does not cause cracks, the thickness of the carbonized layer is extremely small, and only the layer close to the surface is carbonized. However, if the hot air is 480 ° C. or less, it can be carbonized to a thickness of about 3 mm without generating cracks by controlling the temperature of the hot air and the blowing time. Compared with the molten metal method or hot plate method, the thickness of the carbonized layer obtained in a range where cracks do not occur is small, but this is sufficient depending on the application.

熱風による炭化の場合であっても、熱風の温度が高く、吹き付けている時間が長くなると、ガスバーナーの場合と類似のクラックが発生する。図6はエゾ松(厚さ14mm、幅45mm、長さ58mm)を、ヒートガン(熱風温度480℃)で2分間加熱、炭化したサンプルの写真である。写真(a)はクラックが多数発生した表面の写真、写真(b)はその中の1本のクラック近傍の断面顕微鏡写真である。このように熱風でも高温になると短時間の吹き付けでも、ガスバーナーによる炭化と同様にクラックが発生するが、熱風炭化とガスバーナー炭化では断面の形状が大きく違っていることが分かる。図2のクラック断面周辺は窪んでいるが、図6のクラック断面周辺は逆に膨らんでいる。このような相違が起こる理由は、ガスバーナー方式では燃焼が起こるが、熱風方式では燃焼が起こらないためであると推測される。   Even in the case of carbonization with hot air, if the temperature of the hot air is high and the blowing time becomes long, cracks similar to those in the case of the gas burner are generated. FIG. 6 is a photograph of a sample obtained by heating and carbonizing Ezo pine (thickness 14 mm, width 45 mm, length 58 mm) with a heat gun (hot air temperature 480 ° C.) for 2 minutes. A photograph (a) is a photograph of the surface where many cracks are generated, and a photograph (b) is a cross-sectional micrograph of the vicinity of one crack. As described above, even when hot air is used or when the temperature is high, cracks are generated as in the case of carbonization by the gas burner even when sprayed for a short time. However, it can be seen that the shape of the cross section differs greatly between hot air carbonization and gas burner carbonization. Although the crack cross-section periphery of FIG. 2 is depressed, the crack cross-section periphery of FIG. 6 swells conversely. The reason why such a difference occurs is presumed to be that combustion occurs in the gas burner method, but combustion does not occur in the hot air method.

ガスバーナーによる火炎処理も、熱風吹付けによる処理も空気中で行われるので、熱分解した木材中の揮発成分が酸化(燃焼)してクラックが発生し易い可能性があると考えられたので、炭酸ガスの熱風で処理したところ、空気の熱風処理と殆ど差が無いことが確認された。図7は空気の熱風と炭酸ガスの熱風によるエゾ松(厚さ14mm、幅45mm、長さ57mm)の炭化結果を比較した写真である。写真(a)は空気熱風により炭化されたサンプル、写真(b)は炭酸ガス熱風により炭化されたサンプルの写真である。両者の熱風の温度(480℃)と吹付け時間(60秒)は全く同じである。図7から分かるように、空気でも炭酸ガスでも炭化状況に殆ど相違が無いことが確認された。従って、熱分解した成分の揮発が防止されていることが、溶融金属や熱板による炭化処理の重要な条件であることが分かる。熱風方式においても、例えば表面に金属板或いは金属泊を置き、その上から熱風を吹き付けると、金属板或いは金属箔が高温になり熱板方式と同様に炭化できることも確認された。木材を金属箔或いは薄い金属板でカバーしその上から熱風を吹き付ける方法は、実用的で非常に有効である。金属箔で木材をカバーし、その上から熱風を吹き付ける方法は、特に現場での作業に好都合である。   Since flame treatment with gas burners and treatment with hot air blowing are performed in the air, it was thought that the volatile components in the pyrolyzed wood may be oxidized (burned) and cracks are likely to occur. When treated with hot air of carbon dioxide gas, it was confirmed that there was almost no difference from the hot air treatment of air. FIG. 7 is a photograph comparing the carbonization results of Ezo pine (thickness 14 mm, width 45 mm, length 57 mm) with hot air of carbon and hot air of carbon dioxide gas. Photo (a) is a sample carbonized with hot air and photo (b) is a photo of a sample carbonized with carbon dioxide hot air. Both hot air temperatures (480 ° C.) and spraying time (60 seconds) are exactly the same. As can be seen from FIG. 7, it was confirmed that there was almost no difference in the carbonization state between air and carbon dioxide gas. Therefore, it is understood that prevention of volatilization of pyrolyzed components is an important condition for carbonization treatment with molten metal or a hot plate. Also in the hot air method, for example, when a metal plate or a metal stay was placed on the surface and hot air was blown from above, the metal plate or the metal foil became high temperature, and it was confirmed that it could be carbonized as in the hot plate method. A method of covering wood with a metal foil or a thin metal plate and blowing hot air over the metal foil is practical and very effective. The method of covering wood with metal foil and blowing hot air over it is particularly convenient for work in the field.

熱分解した木材の揮発性成分の揮発を、木材の表面を覆っている溶融金属或いは熱板が防止しているという上記の推測が正しければ、木材の表面に樹脂(塗料、接着剤等も含む)や無機物(水ガラス、ポリシロキサン等)の薄膜を形成した後に、熱風を吹き付けて炭化処理を行うことが有利であると推測される。樹脂系の薄膜であれば、熱風により薄膜自体も炭化されるが、薄膜の炭化膜が揮発成分の透過を防止できれば推測が正しいことになる。水ガラスやポリシロキサンは炭化されないが、木材の表面層に含浸されて揮発成分の透過を防止すると期待される。   If the above assumption that the molten metal or hot plate covering the surface of the wood prevents volatilization of the volatile components of the pyrolyzed wood is correct, the surface of the wood will also contain a resin (including paint, adhesive, etc.) ) Or an inorganic substance (water glass, polysiloxane, etc.), and then it is presumed that it is advantageous to perform carbonization treatment by blowing hot air. If it is a resin-based thin film, the thin film itself is also carbonized by hot air, but if the thin carbonized film can prevent the transmission of volatile components, the guess is correct. Water glass and polysiloxane are not carbonized, but are expected to be impregnated into the surface layer of wood to prevent the transmission of volatile components.

そこで具体例として、市販の塗料(固形主成分がアクリル樹脂のクリヤーラッカー)、市販の水溶性接着剤(主成分はポリビニルアルコール)を乾燥厚さが20〜30μmになるように、杉材(厚さ5mm、幅14mm)に塗布し、乾燥後に熱風を吹き付けてクラックの発生状況を確認した。いずれの場合も塗膜が有る方が、クラックが発生しにくいことが確認された。しかし、その効果は僅かであり、塗膜無しで2分間の加熱でクラックが発生したものが、塗膜を設けることにより2分30秒でクラックが発生するという程度の改善であった。塗膜が薄いので揮発成分が通過したのであると考えられる。次いで、市販の水ガラス水溶液を表面層に含浸させたところ、クラックが発生しにくく、且つ炭化深さも大きくできることが確認された。水ガラス成分が揮発成分の揮発を防止したのであると考えられる(実施例7参照)。更に、炭化後の表面を指で擦った場合、黒い粉が指に殆ど付着しなくなることも確認された。これらの事実は本発明の一つの特徴である。水ガラスの他に、市販のポリシロキサンを木材の表面層に含浸させても同様の効果があることが判明したが、水ガラスの効果の方が遥かに大きいことが確認された。更に、コスト的にも水ガラスの方が圧倒的に有利である。水ガラスの効果は以上のようにして発見された。   Therefore, as a specific example, a commercially available coating material (clear lacquer whose solid main component is an acrylic resin) and a commercially available water-soluble adhesive (main component is polyvinyl alcohol) are cedar (thickness) so that the dry thickness is 20 to 30 μm. 5 mm, width 14 mm), and after drying, hot air was blown to confirm the occurrence of cracks. In any case, it was confirmed that cracks were less likely to occur when the coating film was present. However, the effect was slight, and what was cracked by heating for 2 minutes without a coating film was an improvement to the extent that cracks were generated in 2 minutes and 30 seconds by providing the coating film. It is thought that the volatile component passed because the coating film was thin. Subsequently, when the surface layer was impregnated with a commercially available water glass aqueous solution, it was confirmed that cracks hardly occur and the carbonization depth could be increased. It is considered that the water glass component prevented the volatilization of the volatile component (see Example 7). Further, it was also confirmed that when the carbonized surface was rubbed with a finger, black powder hardly adhered to the finger. These facts are one feature of the present invention. In addition to water glass, it was found that a similar effect was obtained when a surface layer of wood was impregnated with a commercially available polysiloxane, but it was confirmed that the effect of water glass was much greater. Furthermore, water glass is overwhelmingly advantageous in terms of cost. The effect of water glass was discovered as described above.

溶融金属或いは熱板と、熱風では、熱容量、熱伝導等が違うので、溶融金属或いは熱板の方が炭化能力が大きい。溶融金属或いは熱板による炭化では、240〜280℃の温度範囲でも数分間〜数10分間の加熱で十分な炭化の度合い(黒化度)と炭化の深さが得られるのに対し、熱風による加熱では、この温度範囲では前記の時間範囲の加熱で殆ど着色されないか、薄く着色される程度である。熱風を吹き付ける速度を大きくするほど炭化の度合いも大きくなることが確認されたが、この温度範囲では実用的な吹付け速度(風速)では十分に炭化できないことが判明した。熱風の温度範囲は280〜480℃が望ましい。更に望ましくは300〜400℃の範囲である。280℃以下の温度の熱風では、表面層を炭化するのに非常に長時間を必要とするので非現実的である。480℃以上では10秒前後でクラックが発生し、しかも炭化深さが小さいので実用的ではない。   Since molten metal or hot plate and hot air have different heat capacity, heat conduction, etc., molten metal or hot plate has a larger carbonization capacity. In carbonization with molten metal or hot plate, heating for several minutes to several tens of minutes can achieve a sufficient degree of carbonization (degree of blackening) and carbonization depth even in the temperature range of 240 to 280 ° C. In the heating, in this temperature range, the color is hardly colored by the heating in the above time range or is lightly colored. It was confirmed that the degree of carbonization increased as the speed of blowing hot air was increased, but it was found that carbonization could not be sufficiently performed at a practical blowing speed (wind speed) in this temperature range. The temperature range of the hot air is preferably 280 to 480 ° C. More desirably, it is in the range of 300 to 400 ° C. Hot air at a temperature of 280 ° C. or lower is unrealistic because it takes a very long time to carbonize the surface layer. At 480 ° C. or higher, cracks occur in about 10 seconds, and the carbonization depth is small, which is not practical.

従来から電気炉、加熱炉等で木材を熱処理することは実施されているが、炉内の空気は静止或いは撹拌ないし循環されている程度である。本発明の熱風方式による炭化では従来よりも高い温度範囲でしかも吹付けていることが特徴である。従来の木材の熱処理では、木材の内部まで処理することが目的であり、長時間をかけて木材の全表面を同時に加熱していた。これに対し、本発明では従来よりも高温の熱風を木材の一部(一つの面)に吹き付けることが特徴である。そのために熱風を高速で吹き付けることは極めて重要である。静止ないし循環程度の雰囲気では、表面層を十分に炭化しようとすると内部深くまで弱く炭化され、その結果木材の機械的強度が低下してしまうのである。ある程度以上の風速で吹き付けることにより、内部深くまで炭化されずに表面層を十分に炭化することができるのである。比較例2および比較例3を参照することにより、この相違を容易に理解することができる。   Conventionally, wood has been heat-treated in an electric furnace, a heating furnace or the like, but the air in the furnace is still or is stirred or circulated. The carbonization by the hot air system of the present invention is characterized by spraying in a higher temperature range than before. In the conventional heat treatment of wood, the purpose is to treat the inside of the wood, and the entire surface of the wood is simultaneously heated over a long time. On the other hand, the present invention is characterized in that hot air having a temperature higher than that of the prior art is blown onto a part (one surface) of wood. Therefore, it is extremely important to blow hot air at high speed. In a static or circulating atmosphere, if the surface layer is sufficiently carbonized, it is weakly carbonized deep inside, resulting in a decrease in the mechanical strength of the wood. By spraying at a wind speed of a certain level or more, the surface layer can be sufficiently carbonized without being carbonized deep inside. By referring to Comparative Example 2 and Comparative Example 3, this difference can be easily understood.

上述のように本発明の熱風方式では熱風の風速が極めて重要である。望ましい風速の範囲は毎秒4m以上、更に望ましくは毎秒6m以上である。上限は熱風装置或いは周囲の環境により制限される。現実的には毎秒15〜20mの風速が上限である。木材に熱風を吹き付ける向きは、木材の表面に対してほぼ直角から30度程度の範囲が望ましい。この角度がこの範囲を超えて大きくなるほど、木材を加熱する効率が悪くなる。   As described above, the wind speed of hot air is extremely important in the hot air system of the present invention. A desirable wind speed range is 4 m / sec or more, and more desirably 6 m / sec or more. The upper limit is limited by the hot air device or the surrounding environment. Actually, the upper limit is a wind speed of 15 to 20 m per second. The direction in which the hot air is blown onto the wood is desirably in a range of approximately 30 to 30 degrees with respect to the surface of the wood. The greater this angle is beyond this range, the less efficient the wood is heated.

熱風発生装置としては市販のいわゆるヒートガンがあげられる。市販のヒートガンは手軽に入手でき、使用方法も簡単であるが、熱風の温度、風量等が必ずしも十分ではないことがある。木材の小さな面積とか、板や柱の切断面を炭化するには十分であるが、広い面積を炭化するのには能力が不足である。そのような場合には、大容量の熱源を用いて熱交換器を加熱し、加熱された熱交換器を通過した熱風を利用することができる。大容量の熱源としては、発熱量の大きな電熱ヒーター、ガスバーナー、オイルバーナー等がある。この大容量の熱源で熱交換器を加熱し、加熱された熱交換器を通過した熱風を吹き付けるのである。ガスバーナーであれば、コンパクトで大容量の炭化装置が可能である。エネルギーを節約するために、吹付けに使用された熱風を回収し、再び熱交換器を通過させることもできる。   A commercially available so-called heat gun can be used as the hot air generator. Commercially available heat guns are easily available and easy to use, but the temperature and volume of hot air may not always be sufficient. It is sufficient to carbonize a small area of wood or a cut surface of a plate or a pillar, but lacks the ability to carbonize a large area. In such a case, the heat exchanger can be heated using a large-capacity heat source, and hot air that has passed through the heated heat exchanger can be used. As a large-capacity heat source, there are an electric heater, a gas burner, an oil burner and the like having a large calorific value. The heat exchanger is heated with this large-capacity heat source, and hot air that has passed through the heated heat exchanger is blown. If it is a gas burner, a compact and large-capacity carbonization apparatus is possible. In order to save energy, the hot air used for spraying can be recovered and passed again through the heat exchanger.

以上に本発明の各種方式について説明したが、これらの方式と従来方式の特徴とをまとめたのが表1である。表1には水ガラスの効果は含まれていない。表1から明らかなように、溶融金属方式、熱板方式、赤外線方式(赤外線透過性で気体不透過性部材有りの場合)及びガスバーナー(木材の上に金属板を載せ、金属板にガスバーナー炎放射)による結果は酷似している。これに対して、大気中に露出している木材に、熱風方式と赤外線方式で炭化を行う場合は全く違う特徴を有している。気体不透過性部材が接触している方式ではクラックの発生無しに大きな厚さの炭化層(炭化深さ)を得ることが可能であるが、気体不透過性部材が接触していない方式では、クラックが発生しない条件では小さな厚さの炭化層しか得られない。   The various systems of the present invention have been described above. Table 1 summarizes these systems and the features of the conventional system. Table 1 does not include the effect of water glass. As is clear from Table 1, molten metal method, hot plate method, infrared method (in the case of infrared transmissive and gas impermeable member) and gas burner (a metal plate is placed on wood and a gas burner is mounted on the metal plate) The results from (flame radiation) are very similar. On the other hand, wood exposed to the atmosphere has completely different characteristics when carbonized by the hot air method and infrared method. In the method in which the gas impermeable member is in contact, it is possible to obtain a carbonized layer (carbonization depth) with a large thickness without occurrence of cracks, but in the method in which the gas impermeable member is not in contact, Only a small thickness of the carbonized layer can be obtained under conditions where no cracks are generated.

以上に説明した本発明の各方法において、木材の端部(コーナー、エッジ、縁、稜を含む)が優先的に炭化され、その結果面内より先にクラックが発生する傾向があるので、それを防止するために端部を金属薄板、金属箔等でカバーすることが有効である。例えば、熱板方式の具体例として、熱板の上に木材の角材を置いて加熱する場合、角材と熱板の接触部の角材の4辺(全周)から揮発成分が煙となって上昇する。揮発成分が空間に速やかに連続的に逃げることは、クラックの発生を促進することになるので、角材全体を金属箔例えばアルミ箔で被覆するか、或いは少なくとも木材の端部とその近傍の熱板と接触する面と側面を被覆するとよい。   In each of the methods of the present invention described above, the ends (including corners, edges, edges, and ridges) of the wood are preferentially carbonized, and as a result, cracks tend to occur before in-plane. In order to prevent this, it is effective to cover the end with a thin metal plate, a metal foil or the like. For example, as a specific example of the hot plate method, when a wood timber is placed on the hot plate and heated, the volatile component rises as smoke from the four sides (entire circumference) of the square at the contact portion between the square and the hot plate. To do. Since the volatile component escapes quickly and continuously into the space, the occurrence of cracks is promoted. Therefore, the entire square is covered with a metal foil such as an aluminum foil, or at least the end of the wood and a hot plate in the vicinity thereof. It is good to coat | cover the surface and side surface which contact with.

図8は角材の熱板に面する表面の端部の4辺(角部)をアルミ箔でカバーする具体例を示す側断面図である。図8において、1は角材、2はアルミ箔、3は熱板である。図ではアルミ箔の厚さが誇張して描がれているが、実際の厚さは13〜17μ程度である。驚いたことに木材1と熱板3が接触しておらず、これだけの微小間隙があってもよいことが判明した。その理由は角材1の周囲がアルミ箔2で覆われているので熱分解成分がこの間隙内に閉じ込められるからであると考えられる。上記のように熱板と対面する角材の周囲をアルミ箔でカバーすることにより、角材の端部が面内より先にクラックを発生することが防止される。角材1と熱板3との間には微小間隔が存在するが、アルミ箔が存在する部分とは炭化の度合いに差が無いことが確認された。この間隙がどれだけ大きくなっても炭化の度合いに影響が無いかを確認するため、アルミ箔を複数枚重ねて実験を繰り返し、約0.3mmまでは影響が無いことを確認した。アルミ箔ではなく0.3mm以下の金属板でもよい。このように大きな間隙が存在しても、熱分解成分の揮発を防止できるのである。角材と熱板との間隙が0.3mmを超えると、アルミ箔で被覆されていない部分の炭化の度合いが低下することが認められた。実際にはアルミ箔2と角材1との間に微小な間隙が存在し、熱分解成分の一部はこの間隙を通って揮発するが、揮発の防止効果は存在しているのである。   FIG. 8 is a side sectional view showing a specific example in which four sides (corner portions) of the end portion of the surface facing the hot plate of the square member are covered with aluminum foil. In FIG. 8, 1 is a square bar, 2 is an aluminum foil, and 3 is a hot plate. In the drawing, the thickness of the aluminum foil is exaggerated, but the actual thickness is about 13 to 17 μm. Surprisingly, it was found that the wood 1 and the hot plate 3 are not in contact with each other, and there may be such a small gap. The reason is considered to be that the pyrolysis component is confined in the gap because the periphery of the square member 1 is covered with the aluminum foil 2. By covering the periphery of the square member facing the hot plate with aluminum foil as described above, it is possible to prevent the end of the square member from cracking before the in-plane. Although there is a minute gap between the square 1 and the hot plate 3, it was confirmed that there is no difference in the degree of carbonization from the portion where the aluminum foil is present. In order to confirm how much the gap becomes large, the experiment was repeated with a plurality of aluminum foils stacked, and it was confirmed that there was no effect up to about 0.3 mm. A metal plate of 0.3 mm or less may be used instead of the aluminum foil. Even if such a large gap exists, volatilization of the pyrolysis component can be prevented. It was recognized that when the gap between the square bar and the hot plate exceeds 0.3 mm, the degree of carbonization in the portion not covered with the aluminum foil is lowered. Actually, there is a minute gap between the aluminum foil 2 and the square 1 and a part of the pyrolysis component volatilizes through this gap, but there is an effect of preventing volatilization.

実際に木材特に板の表面層炭化を行う場合は、木材のサイズについて注意が必要である。板の短辺が10cm程度以上になる場合、片面のみ強く炭化すると炭化部が熱収縮するので、炭化面が凹になるようにカールすることがある。そこで、両面を交互に炭化するのが望ましい。また、両面を同時に短時間加熱した後しばらく放置冷却し、再び両側から加熱をするという方法を繰り返せばカールを防ぐことができる。板の厚さが小さい場合は特に注意が必要である。板が非常に厚い場合或いは太い角材の場合にはこのような注意は不要である。   When actually carrying out carbonization of the surface layer of wood, in particular, a plate, attention must be paid to the size of the wood. When the short side of the plate is about 10 cm or more, the carbonized portion is thermally contracted if only one surface is strongly carbonized, so that the carbonized surface may be curled so as to be concave. Therefore, it is desirable to alternately carbonize both sides. Further, curling can be prevented by repeating a method of heating both surfaces simultaneously for a short time, then allowing to cool for a while and then heating again from both sides. Special care must be taken when the thickness of the plate is small. Such care is not necessary when the plate is very thick or thick square.

本発明方法によれば、上記のように従来の方法より遥かに優れた炭化層を有する木材が得られる。しかし、炭化された表面層には道管、仮道管、壁孔、その他木材に由来する微小な孔が多数残っているので、長年月に亘って風雨を完全に遮断することは困難である。そこで、本発明方法により得られた炭化層に、適当な材料を塗布或いは含浸させて諸特性を一層長期間維持できるようにすることも有効である。この目的のためには、公知の諸技術を利用することができる。例えば、水ガラスを含浸させる方法、特許文献2に記載の樹脂を塗布或いは含浸させる方法等を利用することができる。又、本発明方法により得られる表面層炭化された木材は、茶色〜黒色の色合いを有するが、これらの色以外の外観を希望する場合は、希望の色に塗装着色してもよい。炭化層の機械的強度を上げたい場合(例えば指で強く擦ると黒い粉が指にとれてくるのを防止したい場合)は、表面を塗装することによりその欠点を解決することができる。   According to the method of the present invention, a wood having a carbonized layer far superior to the conventional method as described above can be obtained. However, since the carbonized surface layer has many small holes derived from road pipes, temporary pipes, wall holes, and other wood, it is difficult to completely block wind and rain for many years. . Therefore, it is also effective to apply or impregnate an appropriate material to the carbonized layer obtained by the method of the present invention so that various characteristics can be maintained for a longer period of time. Various known techniques can be used for this purpose. For example, a method of impregnating water glass, a method of applying or impregnating a resin described in Patent Document 2, and the like can be used. Moreover, the surface layer carbonized wood obtained by the method of the present invention has a brown to black hue, but if an appearance other than these colors is desired, it may be painted to the desired color. When it is desired to increase the mechanical strength of the carbonized layer (for example, when it is desired to prevent black powder from being taken off by a finger when rubbed strongly with a finger), the drawback can be solved by painting the surface.

本発明は木材に限定されるものではなく、一般に木質材料と呼ばれるものにも適用できる。木質材料として合板、集成材、OSB、パーティクルボード(特にMDFが好適)、LVL、CLT、圧縮木材等が含まれる。高温高圧水蒸気で圧縮された木材は、元の木材の1/2〜1/3に圧縮され、その外観は高級感のある褐色に変化し、耐久性、防腐性等が向上することが知られている。この圧縮木材に本発明方法を適用すると、一層防腐性、防蟻性等を高めることができる。   The present invention is not limited to wood, but can also be applied to what is generally called woody material. Examples of the wood material include plywood, laminated wood, OSB, particle board (particularly MDF is preferable), LVL, CLT, and compressed wood. It is known that wood compressed with high-temperature and high-pressure steam is compressed to 1/2 to 1/3 of the original wood, its appearance changes to a high-grade brown color, and durability, antiseptic properties, etc. are improved. ing. When the method of the present invention is applied to this compressed wood, the antiseptic property, the ant-proof property and the like can be further enhanced.

本発明の溶融金属方式の一つの応用例として、極めて短時間で木炭を製造することが挙げられる。具体例として、直径20mmの樫の棒を400℃の溶融スズ浴に5分間浸漬したところ、棒の中心までほぼ炭化された。表面にはかなりクラックが発生しているが、木炭としては問題ない。従来の木炭製造方法では、林業試験場「木材工業ハンドブック」によると400℃での木炭収率は30%とされている。それに対して本具体例(5分浸漬)では55.9%であった。400℃の溶融スズに12分間浸漬し、完全に気化ガスが発生しなくなった時点での棒の色は真黒で収率は33%となり、上記ハンドブックの値とほぼ同じになった。わずか12分で木炭が完成するメリットがある。   One application of the molten metal system of the present invention is to produce charcoal in a very short time. As a specific example, when a rod of 20 mm in diameter was immersed in a 400 ° C. molten tin bath for 5 minutes, it was almost carbonized to the center of the rod. Although cracks are generated on the surface, there is no problem as charcoal. In the conventional charcoal production method, according to the forestry test site “Wood Industry Handbook”, the charcoal yield at 400 ° C. is 30%. On the other hand, in this specific example (5 minutes immersion), it was 55.9%. When the rod was immersed in molten tin at 400 ° C. for 12 minutes and no vaporized gas was completely generated, the color of the rod was true black and the yield was 33%, which was almost the same as the value in the handbook. There is an advantage that charcoal is completed in just 12 minutes.

以下に本発明の実施例を記載する。以下の実施例では、木材と熱板との間、木材と熱風との間、及び木材と赤外線との間に相対運動が無い状態が記載されているが、これらの間に相対運動が有ってもよい。例えば、回転する熱ロールの上を木材が移動する系でもよい。また、木材の上を熱ロールが回転しながら移動してもよい。この際、熱ロールは複数個であってもよい。平板状の熱板の上をロール状の木材を転がしながら加熱することも可能である。これらの場合、木材と加熱部材との接触部の幅が小さく、熱分解揮発成分が容易に揮発するので、木材の加熱される面が気体不透過性の部材、例えばアルミ箔で覆われているのが望ましい。ローラが回転しながら移動する他に、熱分解成分の揮発防止部材と木材とがスライドして相対移動してもよい。また、移動する木材に熱風を吹き付けながら、或いは赤外線を照射しながら相対移動させてもよい。   Examples of the present invention will be described below. In the following examples, there is described a state in which there is no relative motion between the wood and the hot plate, between the wood and hot air, and between the wood and infrared rays, but there is relative motion between them. May be. For example, a system in which wood moves on a rotating heat roll may be used. Moreover, you may move, rotating a hot roll on wood. At this time, a plurality of heat rolls may be provided. It is also possible to heat the rolled wood while rolling it on a flat hot plate. In these cases, the width of the contact portion between the wood and the heating member is small, and the pyrolysis volatile component easily volatilizes, so that the heated surface of the wood is covered with a gas-impermeable member, for example, aluminum foil Is desirable. In addition to the roller moving while rotating, the pyrolysis component volatilization preventing member and the wood may slide relative to each other. Moreover, you may make it move relatively, spraying hot air on the moving wood, or irradiating infrared rays.

図9は溶融金属方式において、溶融金属としてスズを用いた場合の熔融温度と加熱時間を変化させて作成したサンプルの炭化された側の表面写真である。木材として、縦20mm、横(仮道管方向)30mm、高さ16mmの杉辺材を使用した。スズはステンレス製のバットに入れ、バットをガスコンロの上に載せてコンロの火力を調節して熔融スズの温度を調整した。熔融したスズの深さが50mm程度になるようにスズを熔解した。角材をステンレス製のトングで咥えて角材が熔融スズの中に表面から、高さ方向の約10mm程度浸漬するように保持した。熔融スズに浸漬されている部分の角材の表面にはスラグが発生するので、15秒に1回程度の頻度で浸漬した状態で場所を変えたり、角材を持ち上げてスラグの無い場所に浸漬したりした。全体の浸漬時間が30秒以下の短い場合は、5秒に1回程度の頻度で上記の場所替えを実施した。図9には本発明の範囲外の温度で作成したサンプルの写真も表示した。450℃を超えた加熱処理では1分で顕著なクラックが発生し、しかも表面を指で軽く擦るだけで黒い粉が付着し、また、炭化層の厚さは2mm以下と小さいことが判明したので、本発明の加熱温度範囲を450℃以下とした。   FIG. 9 is a surface photograph of the carbonized side of a sample prepared by changing the melting temperature and the heating time when tin is used as the molten metal in the molten metal method. As the wood, cedar wood having a length of 20 mm, a width (direction of the temporary road pipe) of 30 mm, and a height of 16 mm was used. The tin was placed in a stainless steel bat, and the temperature of the molten tin was adjusted by adjusting the heating power of the stove by placing the bat on the gas stove. Tin was melted so that the melted tin had a depth of about 50 mm. The square was held with stainless steel tongs and held so that the square was immersed in the molten tin from the surface by about 10 mm in the height direction. Since slag is generated on the surface of the square material that is immersed in the molten tin, the location can be changed while being immersed once every 15 seconds, or the square material can be lifted and immersed in a place without slag. did. When the whole immersion time was as short as 30 seconds or less, the above place change was performed at a frequency of about once every 5 seconds. FIG. 9 also shows a photograph of a sample prepared at a temperature outside the scope of the present invention. When heat treatment exceeds 450 ° C, significant cracks occurred in 1 minute, and black powder adhered by lightly rubbing the surface with fingers, and the thickness of the carbonized layer was found to be as small as 2 mm or less. The heating temperature range of the present invention was set to 450 ° C. or lower.

表2は、図9のサンプル作成と同様にして熔融スズへの浸漬時間を更に長くした場合に炭化の深さがどのように変化するかを測定した結果を示す。各サンプルは天然物であり、バラつきがあるので各温度と時間に対応するサンプルを3個ずつ作成し、3個の炭化深さを記入した。溶融金属の温度を240℃から420℃の範囲で、浸漬時間を40分までの範囲内でサンプルを作成した。炭化後の各サンプルの縦の長さ20mmの中央部を仮道管に対して平行な方向に鋭利なナイフ(カッターナイフ)で縦割りし、その断面を顕微鏡で観測しながら炭化層の深さを測定した。カッターナイフで縦割りした面が荒れている場合は、カンナがけして平滑な見やすい面にしてから観測した。表2の中で×印は、その温度と時間でクラックが発生したことを示す。   Table 2 shows the results of measuring how the depth of carbonization changes when the immersion time in molten tin is further increased in the same manner as the sample preparation in FIG. Since each sample is a natural product and varies, three samples corresponding to each temperature and time were prepared and three carbonization depths were entered. Samples were prepared at a molten metal temperature in the range of 240 ° C. to 420 ° C. and an immersion time of up to 40 minutes. The center of each sample after carbonization, which is 20 mm long, is divided vertically with a sharp knife (cutter knife) in a direction parallel to the tracheid tube, and the depth of the carbonized layer is observed while observing the cross section with a microscope. Was measured. When the surface divided vertically by the cutter knife was rough, the surface was observed after making it smooth and easy to see. In Table 2, an x mark indicates that a crack occurred at that temperature and time.

図10は、表2の各温度と浸漬時間における3個のサンプルの炭化深さの平均値をプロットしたグラフである。340℃より低い熔融温度では、40分までしか測定していないが、浸漬時間を更に増加することにより、炭化深さを15mm前後まで増大させることが、実施例2の熱板方式の結果から明らかである。340℃では20分の浸漬でクラックが発生しないが、25分の浸漬時間ではクラックが発生したので、グラフは340℃、20分のポイントで止まっている。図10において、グラフの点線で表示されている部分は、木材表面層に水ガラスが含浸されている場合に、360℃で加熱したデータである。これについては実施例7で詳細に記載されている。   FIG. 10 is a graph in which the average value of the carbonization depth of three samples at each temperature and immersion time in Table 2 is plotted. The melting temperature lower than 340 ° C. measured only up to 40 minutes, but it is clear from the result of the hot plate method of Example 2 that the carbonization depth is increased to about 15 mm by further increasing the immersion time. It is. At 340 ° C., cracks do not occur after immersion for 20 minutes, but cracks occurred at immersion times of 25 minutes, so the graph stops at 340 ° C. for 20 minutes. In FIG. 10, the portion indicated by the dotted line in the graph is data heated at 360 ° C. when the glass surface layer is impregnated with water glass. This is described in detail in Example 7.

表3は、木材として縦20mm、横(仮道管方向)30mm、高さ16mmの杉辺材を使用し、熱板の温度と加熱時間の変化によって炭化の深さがどのように変化するかを測定した結果を示す。熱板装置としてホットプレート(アズワン株式会社 ND−1)を使用した。実施例1と同様に、各温度と時間に対応するサンプルを3個ずつ作成し、3個のサンプルの炭化深さを記入した。熱板の温度を240℃から340℃の範囲で、加熱時間を15秒から120分までの範囲内でサンプルを作成した。ホットプレートの最高温度は350℃なので、それ以上の温度では実施例1の溶融スズの上に、10mm厚で100×100mmサイズのアルミ板を置き、その上に角材を乗せて炭化した。表3ではこの場合も含めてホットプレートと記載されている。炭化後の各サンプルの中央部を仮道管の方向にカッターナイフで縦割りし、その断面を顕微鏡で観測しながら炭化層の深さを測定した。カッターナイフで縦割りした面が荒れている場合は、カンナがけして見やすい面にしてから観測した。表3の中で×印は、その温度と時間でクラックが発生したことを示す。   Table 3 shows how cedar wood with a height of 20 mm, a width of 30 mm (in the direction of the temporary road pipe), and a height of 16 mm is used as wood, and how the depth of carbonization changes depending on the temperature and heating time of the hot plate The result of having measured is shown. A hot plate (As One Co., Ltd. ND-1) was used as a hot plate apparatus. Similarly to Example 1, three samples corresponding to each temperature and time were prepared, and the carbonization depth of the three samples was entered. Samples were prepared with the temperature of the hot plate in the range of 240 ° C. to 340 ° C. and the heating time in the range of 15 seconds to 120 minutes. Since the maximum temperature of the hot plate was 350 ° C., an aluminum plate having a thickness of 10 mm and a size of 100 × 100 mm was placed on the molten tin of Example 1 at a temperature higher than that, and a square was placed thereon and carbonized. In Table 3, it is described as a hot plate including this case. The center of each sample after carbonization was divided vertically with a cutter knife in the direction of the temporary canal, and the depth of the carbonized layer was measured while observing the cross section with a microscope. When the surface divided by the cutter knife was rough, it was observed after making it easy to see. In Table 3, x indicates that cracks occurred at that temperature and time.

上記のようにアルミ板を熔融スズの上に浮かべる代わりに、アルミ箔を浮かべその上に木材を置いても同様に加熱することができた。厚さ13μ、サイズ90×60mmのアルミ箔を熔融スズ浴の上に浮かべ、上記と同サイズの木材をアルミ箔の中央部に置いても、アルミ箔は木材の重力により殆ど沈下しなかった。そこで、木材をトングでくわえて8mm程度押し下げたところ、図5に示されているように、浴中のアルミ箔は、木材の下部の周辺部末端において上方に折れ曲り、木材下部の周辺部末端に密接するため、熱分解成分の揮発が防止された。その結果、アルミ板の場合には末端の炭化部にクラックが発生するような温度と時間でもクラックの発生が防止された。   Instead of floating the aluminum plate on the molten tin as described above, it was possible to heat similarly by floating an aluminum foil and placing wood on it. Even when an aluminum foil having a thickness of 13 μm and a size of 90 × 60 mm was floated on the molten tin bath, and the same size of wood was placed in the center of the aluminum foil, the aluminum foil hardly sunk due to the gravity of the wood. Therefore, when the wood was pushed down with a tongue and pushed down about 8 mm, the aluminum foil in the bath was bent upward at the lower peripheral end of the wood as shown in FIG. In this way, volatilization of the pyrolysis component was prevented. As a result, in the case of an aluminum plate, the generation of cracks was prevented even at a temperature and time at which cracks occurred at the carbonized portion at the end.

図11は、表3の各温度と加熱時間における3個のサンプルの炭化深さの平均値をプロットしたグラフである。280℃以下の熱板温度では、加熱時間を更に延長することが可能である。炭化深さは15mm前後までクラックの発生なく到達させることができた。図10と図11から、溶融金属方式と熱板方式では、殆ど同じ結果が得られることが分かった。図11において、グラフの点線で表示されている部分は、木材表面層に水ガラスを含浸させ、340℃で加熱した場合のデータである。これについては実施例7で詳細に説明するが、水ガラスを含浸させることにより、含浸させない場合より長い時間の加熱でも或いはより高温でもクラックの発生が無く、炭化深さも大きくなることを示している。   FIG. 11 is a graph in which the average value of the carbonization depth of three samples at each temperature and heating time in Table 3 is plotted. At a hot plate temperature of 280 ° C. or lower, the heating time can be further extended. The carbonization depth could reach up to about 15 mm without cracks. From FIG. 10 and FIG. 11, it was found that almost the same results were obtained with the molten metal method and the hot plate method. In FIG. 11, the portion indicated by the dotted line in the graph is data when the wood surface layer is impregnated with water glass and heated at 340 ° C. This will be described in detail in Example 7, but it is shown that by impregnating with water glass, cracking does not occur even when heated for a longer time or at a higher temperature than when not impregnated, and the carbonization depth increases. .

表4は、縦20mm、横(仮道管方向)30mm、高さ16mmの杉辺材に、熱風発生装置として市販のヒートガン(エボリューションパワーツール株式会社 ヒートガン熱風機HDG200JP)を用いて20mm×30mmの面に熱風を吹き付け、熱風の温度と熱風吹き付け時間によって炭化の深さがどのように変化するかを測定した結果を示す。各サンプルは天然物であり、バラつきがあるので各温度と時間に対応するサンプルを3個ずつ作成し、3個のサンプルの炭化深さを記入した。熱風の温度を280℃から480℃の範囲で、吹き付け時間を20分までの範囲内でサンプルを作成した。280℃以下では長時間の加熱でも炭化が不十分であった。炭化後の各サンプルの縦の長さの中央部を仮道管の方向にカッターナイフで縦割りし、その断面を顕微鏡で観測しながら炭化層の深さを測定した。カッターナイフで縦割りした面が荒れている場合は、カンナがけして見やすい面にしてから観測した。表4の中で×印は、その温度と時間でクラックが発生したことを示す。   Table 4 shows 20 mm × 30 mm using a commercially available heat gun (Evolution Power Tool Co., Ltd. Heat Gun Hot Air Machine HDG200JP) as a hot air generating device on a cedar wood having a length of 20 mm, a width (direction of the temporary road pipe) of 30 mm, and a height of 16 mm. The result of measuring how the depth of carbonization changes with the temperature of hot air and the time of hot air blowing is shown. Since each sample is a natural product and varies, three samples corresponding to each temperature and time were prepared and the carbonization depth of the three samples was entered. Samples were prepared with the hot air temperature in the range of 280 ° C. to 480 ° C. and the spraying time in the range of up to 20 minutes. Below 280 ° C., carbonization was insufficient even after prolonged heating. The center of the vertical length of each sample after carbonization was divided vertically with a cutter knife in the direction of the temporary canal, and the depth of the carbonized layer was measured while observing the cross section with a microscope. When the surface divided by the cutter knife was rough, it was observed after making it easy to see. In Table 4, x indicates that cracking occurred at that temperature and time.

図12は、表4の各温度と熱風吹き付け時間における3個のサンプルの炭化深さの平均値をプロットしたグラフである。炭化深さは3mm前後までしか到達させられないことが分かった。しかし、用途によってはこの程度の炭化深さであっても十分である。熱風方式は現場で簡単に炭化できることが最大の魅力である。例えば、現場で切断した木材の切断面に熱風を吹き付けることにより容易に炭化させることができる。   FIG. 12 is a graph in which the average values of the carbonization depths of the three samples at each temperature and hot air blowing time in Table 4 are plotted. It was found that the carbonization depth can be reached only up to around 3 mm. However, this level of carbonization is sufficient for some applications. The biggest attraction of the hot air method is that it can be carbonized easily on site. For example, it can be easily carbonized by blowing hot air onto a cut surface of wood cut on site.

表4のデータは木材の表面層に水ガラスを含浸させていない場合のものであるが、実施例7のA角材(水ガラス含浸量が29.0g/m)を熱風方式で加熱し、クラックの発生状況を観察し、炭化深さを測定した。角材の水ガラス含浸面に360℃の熱風を、時間をパラメータとして吹き付けた。水ガラスの含浸が無い角材では、クラックが発生しない加熱時間は4分までであったのに、A角材のクラックが発生しない加熱時間が15分まで延びた。実に3倍以上に延びたのである。また、炭化深さも2.31mmから4.78mmまで2倍に増加した。これらの結果が図12の点線グラフで示されている。更に、炭化された面を指で擦っても黒い粉が殆ど付着しないようになった。 The data in Table 4 is for the case where the surface layer of wood is not impregnated with water glass, but the A square material of Example 7 (water glass impregnation amount is 29.0 g / m 2 ) is heated by a hot air method, The occurrence of cracks was observed and the carbonization depth was measured. Hot air of 360 ° C. was blown on the square glass impregnated surface with time as a parameter. In the square member not impregnated with water glass, the heating time in which cracks did not occur was up to 4 minutes, but the heating time in which cracks in the A square member did not occur extended to 15 minutes. It really stretched more than three times. Moreover, the carbonization depth also increased by a factor of 2 from 2.31 mm to 4.78 mm. These results are shown by the dotted line graph in FIG. Further, even when the carbonized surface was rubbed with a finger, black powder hardly adhered.

熱風方式では、加熱中に木材表面が気体不透過性部材で覆われていないので、加熱により発生した熱分解気化成分が自由に木材表面から発散する。そのために炭化深さが小さいにもかかわらずクラックが発生すると考えられる。例えば、360℃の熱風を使用した場合は5分でクラックが発生するが、同温度の熱板を使用した場合は10分でクラックが発生している。380℃では、熱風では3分で、熱板では5分でクラックが発生しているように、加熱中の木材表面が気体不透過性部材で覆われているとクラック発生が防がれていることが分かる。   In the hot air method, since the wood surface is not covered with the gas-impermeable member during heating, the pyrolytic vapor components generated by the heating freely diverge from the wood surface. Therefore, it is considered that cracks occur despite the small carbonization depth. For example, when hot air at 360 ° C. is used, cracks occur in 5 minutes, but when a hot plate at the same temperature is used, cracks occur in 10 minutes. At 380 ° C., cracking is prevented when the heated wood surface is covered with a gas-impermeable member so that cracking occurs in 3 minutes with hot air and 5 minutes with a hot plate. I understand that.

赤外線ランプとして、石英ガラス管ヒーター(外形12mm、有効発光長さ約200mm、出力560W)を使用し、このヒーターの両端に100Vの交流電圧を印加してスイッチでオンオフできるようにした。木材として縦20mm、横(仮道管方向)30mm、高さ16mmの杉辺材を使用し、赤外線ランプの表面からサンプル表面までの距離を10mm又は20mmとした。同一加熱時間に対してそれぞれ3個のサンプルを作成した。照射時間が長くなると或いはランプ(ヒーターと同意)とサンプルとの距離が小さいと木材表面の温度上昇が速く、煙が発生した。クラックが発生しない条件に注目して測定した。10mmより小さい距離では1〜2分間の照射で煙が激しく発生し、3〜5分間の照射で発火に至ることもあった。被炭化面が開放されているとクラック発生なしに深く炭化できないが、角材の上に石英板を載せ、その上から赤外線を照射するとクラックが発生しにくいことが確認できた。   A quartz glass tube heater (outer diameter 12 mm, effective light emission length of about 200 mm, output 560 W) was used as the infrared lamp, and an AC voltage of 100 V was applied to both ends of the heater so that it could be turned on and off with a switch. Sugibe wood having a length of 20 mm, a width (direction of the temporary road pipe) of 30 mm, and a height of 16 mm was used as wood, and the distance from the surface of the infrared lamp to the sample surface was set to 10 mm or 20 mm. Three samples were prepared for the same heating time. When the irradiation time became longer or when the distance between the lamp (consent with the heater) and the sample was small, the temperature of the wood surface increased rapidly and smoke was generated. The measurement was conducted paying attention to the conditions under which cracks do not occur. At a distance of less than 10 mm, smoke was intensely generated by irradiation for 1 to 2 minutes, and ignition was sometimes caused by irradiation for 3 to 5 minutes. When the surface to be carbonized is open, it cannot be deeply carbonized without cracking. However, it was confirmed that cracks are unlikely to occur when a quartz plate is placed on a square and irradiated with infrared rays from above.

表5に測定結果を示した。表5のランプと木材の距離にQが付されているのは、木材の表面に厚さ2.4mmの石英板を載せた場合を示している。表5から分かるように石英板が無い場合は、3分間の照射で木材にクラックが発生してしまうが、石英板が有る場合は10分間の照射で初めてクラックが発生した。しかも炭化深さが、石英板が無い場合の2倍程度に増大することが確認された。この実施例からも、加熱中に木材表面が気体不透過性部材で覆われていないと、加熱により発生した気化成分が木材表面から気化することによりクラックが発生し易いことが確認された。表5の中で×印は、その温度と時間でクラックが発生したことを示す。   Table 5 shows the measurement results. Q in the distance between the lamp and the wood in Table 5 indicates a case where a quartz plate having a thickness of 2.4 mm is placed on the surface of the wood. As can be seen from Table 5, when there was no quartz plate, cracks occurred in the wood after 3 minutes of irradiation, but when there was a quartz plate, cracks occurred for the first time after 10 minutes of irradiation. Moreover, it has been confirmed that the carbonization depth increases to about twice that when there is no quartz plate. Also from this example, it was confirmed that when the wood surface was not covered with a gas-impermeable member during heating, the vaporized component generated by heating vaporizes from the wood surface, and thus cracks are likely to occur. In Table 5, x indicates that cracking occurred at that temperature and time.

図13は、表5における各測定点の3個のサンプルの炭化深さの平均値をプロットしたグラフである。図13からも、石英板(気体不透過性、赤外線透過性)の効果が明確に分かる。図10、図11、図12ではグラフの形が類似していたが、図13のグラフの形はこれらと全く相違していることが分かる。つまり図13においては、時間とともに炭化深さは急上昇している。この相違は、前三者では木材表面の温度は一定であるのに対し、後者では木材表面に蓄積されるエネルギーが時間とともに上昇し、木材表面の温度が時間とともに上昇するということによると考えられる。クラックを発生させない条件として、木材表面の温度が450℃を超えないようにすることが重要である。   FIG. 13 is a graph in which the average values of the carbonization depths of the three samples at each measurement point in Table 5 are plotted. FIG. 13 clearly shows the effect of the quartz plate (gas impermeability, infrared transmissivity). 10, 11, and 12 have similar graph shapes, but it can be seen that the shape of the graph in FIG. 13 is completely different. That is, in FIG. 13, the carbonization depth increases rapidly with time. This difference is thought to be due to the fact that the temperature of the wood surface is constant in the former three, whereas the energy accumulated on the wood surface increases with time and the temperature of the wood surface increases with time in the latter. . As a condition for preventing cracks, it is important that the temperature of the wood surface does not exceed 450 ° C.

後記の実施例7のA角材(水ガラス含浸量29.0g/m)及びB角材(水ガラス含浸量72.9g/m)をサンプルとし、石英板を使用しない場合と同様にしてA角材、B角材を赤外線方式で加熱し、クラックの発生状況を観察し、炭化深さを測定した。角材の水ガラスが含浸されている面をヒーターと対面させた。ヒーターと角材表面との距離10mmとした場合はA角材を、距離20mmとした場合はB角材を使用した。図13において、点線で表示されているグラフが、木材の表面層に水ガラスを含浸させた場合のデータである。左側の点線グラフは木材とランプとの距離が10mm、右側の点線グラフは20mmの場合である。距離が10mmでは、クラックが発生しない時間が2倍にのび、しかも炭化深さが2.24mmから3.68mmに増大した。また、距離が20mmの場合でも、クラックが発生しない時間が2倍にのび、炭化深さは4.97mmから9.10mmに増大した。このように、水ガラスが表面層に含浸されていることにより、クラックが発生しない照射時間が大幅に延び、しかも、炭化深さも大幅に増大したのである。更に、炭化された面を指で擦っても黒い粉が殆ど付着しないようになった。 The A square timber in the examples below 7 (water glass impregnated amount 29.0 g / m 2) and B square bar (water glass impregnated amount 72.9 g / m 2) and samples, A as in the case not using the quartz plate Square and B squares were heated by an infrared method, the occurrence of cracks was observed, and the carbonization depth was measured. The surface of the square bar impregnated with water glass was made to face the heater. When the distance between the heater and the square bar surface was 10 mm, A square bar was used, and when the distance was 20 mm, B square bar was used. In FIG. 13, the graph displayed with a dotted line is data when the surface layer of wood is impregnated with water glass. The dotted line graph on the left is the case where the distance between the wood and the lamp is 10 mm, and the dotted line graph on the right is 20 mm. When the distance was 10 mm, the time during which cracks did not occur doubled, and the carbonization depth increased from 2.24 mm to 3.68 mm. Even when the distance was 20 mm, the time during which cracks did not occur doubled and the carbonization depth increased from 4.97 mm to 9.10 mm. Thus, by impregnating the surface layer with water glass, the irradiation time during which cracks do not occur is greatly extended, and the carbonization depth is also greatly increased. Further, even when the carbonized surface was rubbed with a finger, black powder hardly adhered.

断面が30mm角のエゾ松角材の先端から50mmまでの部分を、300℃の溶融スズに5分間浸漬後引き上げた。炭化後の表面は均一に炭化されており、ほぼ真黒でクラックは皆無であり、指で擦っても黒い粉は殆どとれなかった。先端から15mmの所で長さ方向に直角にバンドソーで切断し、切断面を撮影した写真が図14の(a)である。次に、断面が45mm角のエゾ松角材を2本用意し、その先端から25mmまでの部分を、300℃の溶融スズに1本は4分間、他方は10分間浸漬した後引き上げ、炭化部の先端から10mmの所で長さ方向に直角にバンドソーで切断し、切断面を撮影した写真がそれぞれ図14の(b)及び(c)である。図14の(a)、(b)、(c)から、角材の太さが小さいほど炭化層の断面が円に近づき、浸漬時間が長いほど円に近づくことが分かる。   A portion from the tip of the pine cone having a cross section of 30 mm square to 50 mm was immersed in molten tin at 300 ° C. for 5 minutes and then pulled up. The carbonized surface was uniformly carbonized, almost black and free from cracks, and even when rubbed with a finger, black powder was hardly removed. FIG. 14A shows a photograph of the cut surface taken by cutting with a band saw at a position 15 mm from the tip at a right angle in the length direction. Next, two pine cones with a 45 mm square cross section were prepared, and the portion from the tip to 25 mm was dipped in molten tin at 300 ° C. for 4 minutes and the other was immersed for 10 minutes, then pulled up, and the tip of the carbonized part (B) and (c) in FIG. 14 are photographs obtained by cutting with a band saw perpendicularly to the length direction at a distance of 10 mm from the top and photographing the cut surface. 14A, 14B, and 14C, it can be seen that the smaller the thickness of the square, the closer the cross section of the carbonized layer is to a circle, and the longer the immersion time, the closer to the circle.

次に断面が30mm角と45mm角のエゾ松角材を長さ40mmに切断した。これらの角材を、長さ方向が水平になるように300℃の溶融スズの表面に浮かせ、30mm角の角材は5分毎に、45mm角の角材は10分毎に長さ方向の全ての面が溶融スズ浴に接するようにして回転した。このようにして長さ方向の4面が炭化された後、スズ浴から取り出して放冷した。30mm角の角材は合計20分、45mm角の角材は合計40分間スズ浴に浮かせていた。冷却後、長さ方向に対して直角に中央部をバンドソーで切断し、それぞれの切断面を撮影した写真が図14の(d)及び(e)である。いずれのものの炭化層の最内部の形状が正方形に近い。図14から明らかなように、4面を同時に溶融金属浴に浸漬するよりも、1面ずつ浸漬していく方が角材の形状に沿って炭化され、炭化層の厚さの制御も確実になる。また、角材の断面外形も完全な正方形が維持されている。それに対して角材全体をスズ浴に浸漬した場合は、角材の断面外形が図14の(c)から分かるように少し歪んでいる。
(比較例1)
Next, 30 mm square and 45 mm square pine cones were cut to a length of 40 mm. These squares are floated on the surface of molten tin at 300 ° C. so that the length direction is horizontal, 30 mm squares every 5 minutes, and 45 mm squares every 10 minutes in all directions. Was rotated in contact with the molten tin bath. After the four surfaces in the length direction were carbonized in this manner, the steel was taken out of the tin bath and allowed to cool. 30 mm squares were floated in a tin bath for a total of 20 minutes, and 45 mm squares were floated for a total of 40 minutes. (D) and (e) of FIG. 14 are photographs in which the central part is cut with a band saw at right angles to the length direction after cooling and the respective cut surfaces are photographed. The innermost shape of the carbonized layer of any one is close to a square. As is apparent from FIG. 14, it is carbonized along the shape of the square material and the control of the thickness of the carbonized layer is ensured when dipping one surface at a time rather than dipping the four surfaces simultaneously in the molten metal bath. . Moreover, the square shape of the cross-section of the square bar is maintained as a perfect square. In contrast, when the entire square bar is immersed in a tin bath, the cross-sectional outer shape of the square bar is slightly distorted as can be seen from FIG.
(Comparative Example 1)

通常の電気炉で加熱炭化した場合の問題点を示すために、次のようなテストを実施した。電気炉(米国Paragon Industries, Inc.製 MODEL VIKING 66)内に内径230mm、高さ220mmの常滑焼き瓶を入れ、その中に瓶の内壁に沿って長さ150mmの3本のセラミック製アングル棒を、ほぼ正三角形の頂点の位置にそれぞれ立て、その上にステンレス製金網(線径0.45mm、目開き2.09mm、10メッシュ)を水平に敷いて、電気炉を300℃に昇温した。常滑焼き瓶及び金網が完全に300℃になるように、炉内設定温度が300℃に到達してから1時間以上経過した後に、断面が30mm角、長さ50mmのエゾ松角材を金網の上に、一方の断面が下になるように垂直に載せ、300℃で5分間加熱した後、電気炉から取り出し放冷した。このように2重構造にしたのは、電気炉内のヒーターからの赤外線がサンプルに照射されないようにするためである。次に、同様にして断面が45mm角、長さ50mmのエゾ松角材も300℃で5分間加熱した後、電気炉から取り出した。次いで上記と同様に2種のエゾ松角材を用意し、加熱時間をそれぞれ10分間としたサンプルを作成した。   In order to show the problems when carbonizing by heating in a normal electric furnace, the following tests were conducted. Place a Tokoname-yaki jar with an inner diameter of 230 mm and a height of 220 mm in an electric furnace (MODEL VIKING 66, manufactured by Paragon Industries, Inc., USA). Then, each was placed at the position of the apex of a regular triangle, and a stainless steel wire mesh (wire diameter: 0.45 mm, mesh opening: 2.09 mm, 10 mesh) was laid horizontally thereon, and the electric furnace was heated to 300 ° C. After 1 hour or more has passed since the set temperature in the furnace reached 300 ° C., so that the Tokoname jar and the wire mesh are completely at 300 ° C., a 30 mm square cross section of 50 mm long pine cones on the wire mesh The sample was placed vertically so that one of the cross-sections was down, heated at 300 ° C. for 5 minutes, then taken out of the electric furnace and allowed to cool. The double structure is used in order to prevent the sample from being irradiated with infrared rays from the heater in the electric furnace. Next, similarly, the pine cones having a cross section of 45 mm square and a length of 50 mm were heated at 300 ° C. for 5 minutes and then taken out from the electric furnace. Next, two kinds of pine cones were prepared in the same manner as described above, and samples each having a heating time of 10 minutes were prepared.

図15は上記サンプルの写真で、図15(a)、図15(b)は断面がそれぞれ30mm角、45mm角のエゾ松を300℃で5分間加熱したもの、図15(c)、(d)は断面が30mm角、45mm角のエゾ松を300℃で10分間加熱したものである。図15の最上段の写真は各サンプルの上面(金網から遠い方の面)、2段目の写真は各サンプルの側面(中央の水平な直線は炭化後の切断部)、3段目の写真は各サンプルの底面、最下段の写真は各サンプルの切断面のそれぞれの写真である。図15から明らかなように、このような通常の電気炉による加熱ではコーナー部が優先的に炭化され、コーナーから遠い面内の炭化は非常に遅い速度でしか進まないのである。コーナー部の炭化は進みすぎて、指で擦ると容易に黒い粉が指に付着するようになった。本発明の溶融金属方式や熱板方式で、一つの面だけを加熱する場合はこのようなことが無く、加熱される面内が均一に炭化される。また、コーナー部だけが強く炭化されることもない。図15(d)の最上段の写真には3個のクラック(割れ)が、3段目の写真には6個のクラックが確認できる。加熱により熱分解した成分が自由に空間に揮発できるため、角材が収縮した際に発生したためと考えられる。更に、外形も正方形から少し歪んでいることも分かる。金網が有る分だけ加熱の度合いが大きく、炭化が進むと同時にクラックも多く発生したのである。これに対して本発明では、熱分解した成分の揮発が防止されるため、熱収縮が起こりにくく従って、クラックも発生しにくいのである。
(比較例2)
FIG. 15 is a photograph of the above sample, and FIGS. 15 (a) and 15 (b) are obtained by heating a pine pine having a cross section of 30 mm square and 45 mm square at 300 ° C. for 5 minutes, FIGS. 15 (c) and 15 (d). Is a pine pine having a cross section of 30 mm square and 45 mm square heated at 300 ° C. for 10 minutes. The top photo in FIG. 15 is the top surface of each sample (surface far from the wire mesh), the second photo is the side of each sample (the central horizontal straight line is the cut portion after carbonization), and the third photo Is the bottom of each sample, and the bottom photo is the cut surface of each sample. As is apparent from FIG. 15, in such heating by a normal electric furnace, the corner portion is preferentially carbonized, and the carbonization in the plane far from the corner proceeds only at a very low speed. The carbonization of the corner portion has progressed too much, and black powder can easily adhere to the finger when rubbed with the finger. When only one surface is heated by the molten metal method or hot plate method of the present invention, such a situation does not occur, and the heated surface is uniformly carbonized. Further, only the corner portion is not strongly carbonized. In the uppermost photograph in FIG. 15D, three cracks can be confirmed, and in the third photograph, six cracks can be confirmed. This is probably because the components thermally decomposed by heating can volatilize freely in the space and are generated when the square bar contracts. It can also be seen that the outer shape is slightly distorted from the square. The degree of heating was large as much as there was a wire mesh, and many cracks occurred as carbonization progressed. On the other hand, in the present invention, since the volatilization of the pyrolyzed component is prevented, thermal shrinkage hardly occurs, and therefore cracks hardly occur.
(Comparative Example 2)

本発明と電気炉での加熱炭化との差異を一層明確に示すために次のようなテストを実施した。比較例1の金網に代えて厚さ10mm、サイズ100mm×160mmの鉄板を用い、断面が45mm角、長さ50mmのエゾ松角材を、比較例1と同様にして10分間加熱した。加熱後すぐに電気炉からサンプルを取出し、放冷した。図16(a)は得られたサンプルの上面の写真で、比較例1の図15(a)の上面とほぼ同じ形状に炭化されていることが分かる。図16(b)はサンプルの側面写真(中央の水平な直線は切断部)で、図15(d)の側面写真とほぼ同じである。図16(c)はサンプルの底面写真で、底面が金属板に接していたのでほぼ均一に、且つ濃く炭化されている。図16(d)はサンプルの切断面の写真である。コーナー部が濃く炭化されているが、面内はあまり炭化されていないことが分かる。上面(図16(a))には1本のクラック(割れ)が発生しているが、底面には割れが全く無かった。このように被炭化面が気体不透過性の部材で覆われていると、炭化が均一に行われると同時に割れも発生しにくいことが確認された。図15(d)の底面(金網に接していた面)では、炭化の進み方が上面よりやや大きくなっているが、クラックが6本も発生していた。金網の隙間から熱分解成分が揮発したためと考えられる。この事実によっても、本発明の気体不透過性部材の効果が確認された。図16(e)は実施例5の図14(c)のサンプル(溶融スズに10分間浸漬されていた45mm角エゾ松)の先端(底面)の写真である。図16(c)から明らかなように、鉄板に接していた面は炭化の度合いも均一性もほぼ完全である。図16(c)と図16(e)を比較すると、図16(c)の方が濃度が小さいが、これは本比較例の鉄板が完全な熱板ではなく、サンプルを載せたことにより鉄板の温度が低下し、300℃に回復するのに時間を要したためである。
(比較例3)
In order to more clearly show the difference between the present invention and carbonization by heating in an electric furnace, the following test was conducted. An iron plate having a thickness of 10 mm and a size of 100 mm × 160 mm was used in place of the wire mesh of Comparative Example 1, and a pine cone having a cross section of 45 mm square and a length of 50 mm was heated for 10 minutes in the same manner as in Comparative Example 1. Immediately after heating, the sample was taken out of the electric furnace and allowed to cool. FIG. 16A is a photograph of the upper surface of the obtained sample, and it can be seen that it is carbonized in substantially the same shape as the upper surface of FIG. FIG. 16B is a side view of the sample (the horizontal line in the center is a cut portion), which is almost the same as the side view of FIG. FIG. 16C is a photograph of the bottom surface of the sample. Since the bottom surface was in contact with the metal plate, it was carbonized almost uniformly and deeply. FIG. 16D is a photograph of the cut surface of the sample. It can be seen that the corner is heavily carbonized, but the surface is not carbonized much. One crack (break) occurred on the upper surface (FIG. 16 (a)), but there was no crack at the bottom. In this way, it was confirmed that when the carbonized surface was covered with a gas-impermeable member, carbonization was performed uniformly and at the same time, cracking was difficult to occur. In the bottom surface (surface in contact with the wire mesh) in FIG. 15D, the progress of carbonization is slightly larger than the top surface, but as many as six cracks were generated. This is probably because the pyrolysis component volatilized from the gaps in the wire mesh. This effect also confirmed the effect of the gas-impermeable member of the present invention. FIG. 16 (e) is a photograph of the tip (bottom surface) of the sample of FIG. 14 (c) of Example 5 (45 mm square spruce pine immersed in molten tin for 10 minutes). As is apparent from FIG. 16 (c), the surface in contact with the iron plate is almost completely carbonized and uniform. When FIG. 16 (c) and FIG. 16 (e) are compared, FIG. 16 (c) has a lower concentration. This is because the iron plate of this comparative example is not a complete hot plate, but a sample is placed on it. This is because it took time to recover to 300 ° C.
(Comparative Example 3)

市販の川砂(セメントに砂利とともに混合して使用する為の砂)を常滑焼の瓶(内径165mm、高さ175mm)の約8分目の高さまで入れた。これを比較例1の電気炉に入れて300℃に2時間保った後、断面が30mm角、長さ200mmのエゾ松角棒をこの砂の中に、先端から50mm位が砂の中に入るように約45℃の傾斜で斜めに刺し込んだ。エゾ松角棒の先端は砂に入りやすいように、あらかじめ槍状に加工しておいた。角棒を挿入して5分間放置後とりだしたところ、比較例1と同様に角部が優先的に炭化され、面内は殆ど炭化されていなかった。   Commercially available river sand (sand used for mixing cement with gravel) was placed in a Tokoname ware bottle (inner diameter 165 mm, height 175 mm) to a height of about 8 minutes. After putting this in the electric furnace of Comparative Example 1 and keeping it at 300 ° C. for 2 hours, an Ezo pine bar having a cross section of 30 mm square and a length of 200 mm is placed in this sand, and about 50 mm from the tip is in the sand. Was inserted diagonally at an inclination of about 45 ° C. The tip of the Ezo pine bar was processed into a bowl shape in advance so that it could easily enter the sand. When the square bar was inserted and left for 5 minutes, the corner was preferentially carbonized as in Comparative Example 1, and the in-plane was hardly carbonized.

市販のMDF板(厚さ14mm)、市販のラジアタパイン集成材(厚さ18mm)、市販のベニヤ合板(厚さ12mm)、市販のOSB合板(厚さ12mm)を20×30mmサイズに3個ずつ切断してそれぞれ3枚のサンプルを用意した。実施例2のホットプレートを300℃に設定し、これら4種の切断された板4枚1組のサンプルを同時にホットプレートにのせ10分間加熱した。この操作を各組について同様に行い、4種の木材についてそれぞれ3個のサンプルの炭化層厚を測定しその平均値を算出した。その結果、MDF板は4.93mm、集成材は4.28mm、ベニヤ合板は4.72mm、OSB合板は4.40mmであった。いずれも実施例2の結果に近い結果になった。   Cut commercially available MDF board (thickness 14 mm), commercially available radial tapain laminated timber (thickness 18 mm), commercially available veneer plywood (thickness 12 mm), and commercially available OSB plywood (thickness 12 mm) into 20 x 30 mm sizes. Three samples were prepared for each. The hot plate of Example 2 was set to 300 ° C., and a set of four types of four cut plates was simultaneously placed on the hot plate and heated for 10 minutes. This operation was performed in the same manner for each group, and the thickness of the carbonized layer of three samples was measured for each of four types of wood, and the average value was calculated. As a result, the MDF plate was 4.93 mm, the laminated material was 4.28 mm, the veneer plywood was 4.72 mm, and the OSB plywood was 4.40 mm. In either case, the results were close to those of Example 2.

水ガラスを木材表面層に含浸させると、実施例1及び実施例2の両方式による木材の表面層炭化が一層有効に行われることを示す。すなわち、クラックが発生しない範囲で加熱時間或いは加熱温度を増加することができ、しかも炭化深さをより大きくすることができるのである。   It is shown that when the wood surface layer is impregnated with water glass, the surface layer carbonization of the wood according to both the examples 1 and 2 is more effectively performed. That is, the heating time or heating temperature can be increased within the range where cracks do not occur, and the carbonization depth can be further increased.

水ガラス(昭和科学株式会社 1号珪酸ナトリウム溶液(水ガラス1号、非常に粘稠な流体)、以後単に水ガラスと記載)を水で希釈し、水ガラスの重量割合が34%及び58%の水溶液を作成した。これらの水溶液を実施例1と同様の多数の杉角材に少量滴下しガラス棒で均一に広げた後、水平に放置乾燥した。乾燥後の木材表面にはガラス質の膜は形成されておらず、木材表面層に含浸されたと推測される。木材表面と断面の含浸部分は色が少し濃くなっており、含浸の深さは0.2mm程度であった。水ガラスを木材に含浸させ、それを十分に乾燥させた後の木材の平均重量増加は、水ガラス34%液では0.47%、58%液では1.10%であった。前者をA角材、後者をB角材と命名する。平均塗布量に換算すると、それぞれA角材が29.0g/m、B角材が72.9g/mであった。 Water glass (Showa Science Co., Ltd. No. 1 sodium silicate solution (water glass No. 1, very viscous fluid), hereinafter simply referred to as water glass) is diluted with water, and the weight ratio of water glass is 34% and 58%. An aqueous solution of was prepared. A small amount of these aqueous solutions was dripped onto a large number of cedar timbers similar to those in Example 1, spread uniformly with a glass rod, and then allowed to dry horizontally. A glassy film was not formed on the dried wood surface, and it is assumed that the wood surface layer was impregnated. The wood surface and the impregnated portion of the cross section were slightly darker in color, and the depth of impregnation was about 0.2 mm. The average weight increase of the wood after impregnating the wood with water glass and fully drying it was 0.47% for the water glass 34% solution and 1.10% for the 58% solution. The former is named A square and the latter is named B square. In terms of average coating weight, A square timber each 29.0g / m 2, B square bar was 72.9 g / m 2.

A角材を実施例1と同様に、360℃の溶融スズに水ガラス含浸面を下にして約10mm程度浸漬し、15秒に1回程度の頻度で浸漬した状態で場所を変えたり、角材を持ち上げたりしてスラグの無い場所に浸漬するようにした。5分後にA角材を引き上げて放置冷却した。同様にして合計3個のサンプルを作成し、炭化深さを測定した。3個のサンプルの平均炭化深さは6.54mmであった。クラックは発生していなかった。次に、同様にしてA角材を10分間、360℃の溶融スズに浸漬した後、クラックの発生状況観察、炭化深さの測定をしたところ、クラックの発生はなく、3個の平均炭化深さは9.26mmであった。次いでA角材を同様にして15分間同温度の溶融スズに浸漬した。3個の角材のうち2個にクラックが発生した。B角材について同様の実験をしたところ、3個のうち1個にクラックが発生した。13分の段階ではいずれの場合もクラックは発生していなかった。水ガラスを含浸していない角材は、クラックが発生しないのは5分までであったが、水ガラスを含浸しているとクラックが発生しない時間が2倍に延び、しかも炭化深さも2倍近くまで増加した。これらの結果が図10の点線で示されている。他の温度条件でも類似の効果が得られる。更に驚いたことに、水ガラスを含浸させた場合は、炭化面を指で擦っても黒い粉が殆ど指に付着しないことが確認された。水ガラスが含浸されていない角材で上記と同様なテストを行い、同じ炭化深さのサンプルを比較したところ、水ガラスが含浸されている方が遥かに指に汚れが付着しにくかった。この効果は実用上非常に有利である。   As in Example 1, the square A was immersed in molten tin at 360 ° C. for about 10 mm with the water glass impregnated surface down, and the location was changed by immersing it once every 15 seconds. It was lifted up and immersed in a place without slag. After 5 minutes, the A square was pulled up and allowed to cool. Similarly, a total of three samples were prepared and the carbonization depth was measured. The average carbonization depth of the three samples was 6.54 mm. Cracks did not occur. Next, after the A square was immersed in molten tin at 360 ° C. for 10 minutes in the same manner, the occurrence of cracks was observed and the carbonization depth was measured. Was 9.26 mm. Subsequently, the square A was similarly immersed in molten tin at the same temperature for 15 minutes. Cracks occurred in two of the three square bars. When the same experiment was performed on the B square, a crack occurred in one of the three pieces. In any case, cracks did not occur at the stage of 13 minutes. The squares not impregnated with water glass did not generate cracks for up to 5 minutes, but when impregnated with water glass, the time during which cracks did not occur doubled and the carbonization depth was nearly doubled. Increased to. These results are shown by the dotted lines in FIG. Similar effects can be obtained at other temperature conditions. Surprisingly, it was confirmed that when water glass was impregnated, black powder hardly adhered to the finger even when the carbonized surface was rubbed with the finger. A test similar to the above was performed on a square bar that was not impregnated with water glass, and samples having the same carbonization depth were compared. As a result, it was found that the sample impregnated with water glass was much less likely to get dirt on the fingers. This effect is very advantageous in practice.

A角材、B角材を実施例2と同様に、340℃のホットプレートに水ガラス含浸面を下にして載せ、加熱時間をパラメータとしてクラックの発生状況の観察及び炭化深さを測定した。その結果、A角材は20分までクラックが発生せず、30分でクラックが発生した。B角材は30分までクラックが発生しなかった。図11から分かるように水ガラスを含浸していない角材は、340℃の加熱温度でクラックが発生しないのは15分までであったから、クラックが発生しない時間が2倍に伸び、しかも炭化深さも5割程度増加している。これらの結果が図11の点線で示されている。他の温度条件でも類似の効果が得られた。上記の溶融スズでの炭化の場合と同様に、炭化面を指で擦っても黒い粉が殆ど指に付着しないことが確認された。   In the same manner as in Example 2, the A square bar and the B square bar were placed on a hot plate at 340 ° C. with the water glass impregnated surface down, and the occurrence of cracks and the carbonization depth were measured using the heating time as a parameter. As a result, the A square member did not crack until 20 minutes, and cracked after 30 minutes. The B square did not crack until 30 minutes. As can be seen from FIG. 11, in the square material not impregnated with water glass, cracks did not occur at a heating temperature of 340 ° C. until 15 minutes, so the time during which cracks did not occur doubled and the carbonization depth also increased. It has increased by about 50%. These results are shown by the dotted lines in FIG. Similar effects were obtained at other temperature conditions. As in the case of carbonization with molten tin, it was confirmed that black powder hardly adhered to the finger even when the carbonized surface was rubbed with the finger.

実施例3と同寸法の杉辺材を、厚さ13μmのアルミ箔で杉辺材の上面と側面をカバーした。杉辺材の上面とアルミ箔との間に空隙が生じないように、アルミ箔をしごいて密着させた。アルミ箔が浮き上がらないように側面にも押しつけた。このように準備したサンプルのアルミ箔でカバーされた面(上面)を下にして、実施例2と同様にして340℃のホットプレートの上に載せ、15分間加熱した。冷却後、アルミ箔を取り除いて炭化面を観察したところ、アルミ箔が無い場合に比べて面状は非常にきめ細かく平滑であった。クラックも発生していなかった。炭化層の厚さはアルミ箔が無い場合に9mm程度であったのに対し、アルミ箔がある場合は10mm程度と、やや増加していた。炭化面を指で擦っても黒い粉は殆ど付着しなかった。   The cedar wood having the same dimensions as in Example 3 was covered with an aluminum foil having a thickness of 13 μm on the upper and side surfaces of the cedar wood. The aluminum foil was squeezed and adhered so that no gap was formed between the upper surface of the cedar wood and the aluminum foil. The aluminum foil was also pressed against the side so that it did not rise. The surface (upper surface) covered with the aluminum foil of the sample thus prepared was placed on a hot plate at 340 ° C. in the same manner as in Example 2 and heated for 15 minutes. After cooling, the aluminum foil was removed and the carbonized surface was observed. As a result, the surface shape was very fine and smooth compared to the case without the aluminum foil. There were no cracks. The thickness of the carbonized layer was about 9 mm when there was no aluminum foil, whereas it slightly increased to about 10 mm when there was an aluminum foil. Even when the carbonized surface was rubbed with a finger, black powder hardly adhered.

実施例3と同寸法の杉辺材4個を作業台の上に5mmの間隔をあけて2行2列に並べ、それらの上面(20×30mmの表面)に5mm厚でサイズが100mm角のステンレス板を載せた。4個のサンプルがステンレス板のほぼ中央部になるように配置した。ステンレス板の上方からガスバーナー(藤原産業株式会社 ワンタッチガストーチSK−11)の炎を、ステンレス板の全面に均一に放射されるように移動させながら1分間放射したところ、少し煙が発生した。そこで、30秒間消火し煙が完全に出なくなってから20秒間放射したところ、再び煙が少し発生した。そこで、また30秒間消火して煙が消えてから20秒間放射という具合に、以後30秒間消火と20秒間放射を9回繰り返した。合計11回の繰り返しを行なった。最後の20秒放射後、放冷しステンレス板を外して角材の炭化表面を観察したところ、クラックの発生はなく、3個のサンプルの炭化表面層の厚さは平均で5.82mmであった。煙の発生状況から、サンプル表面の温度は常に340℃以下に保たれたと推定される。   Four cedar woods having the same dimensions as in Example 3 are arranged in 2 rows and 2 columns on a workbench with an interval of 5 mm, and the upper surface (surface of 20 × 30 mm) is 5 mm thick and the size is 100 mm square. A stainless steel plate was placed. Four samples were arranged so as to be approximately in the center of the stainless steel plate. When the flame of the gas burner (Fujiwara Sangyo Co., Ltd. One-touch gas torch SK-11) was radiated for 1 minute from the upper side of the stainless steel plate so as to be emitted uniformly over the entire surface of the stainless steel plate, a little smoke was generated. Therefore, after extinguishing the fire for 30 seconds and radiating for 20 seconds after smoke completely disappeared, a little smoke was generated again. Then, after extinguishing again for 30 seconds, after the smoke disappeared, 20 seconds were emitted, and after that, the fire extinguishing for 30 seconds and the radiation for 20 seconds were repeated 9 times. A total of 11 repetitions were performed. After the last 20 seconds of radiation, the sample was allowed to cool, the stainless steel plate was removed, and the carbonized surface of the square was observed. No cracks were generated, and the average thickness of the carbonized surface layers of the three samples was 5.82 mm. . From the state of smoke generation, it is estimated that the temperature of the sample surface was always kept below 340 ° C.

次に上記のステンレス板に代えて厚さ1mm、サイズ60×50mmの鉄板を、実施例3と同じ杉角材1個の上に載せ、上記と同様にしてガスバーナーを10秒間放射したところ、煙が少し発生した。そこで、10秒間消火したら煙が出なくなった。この繰り返しを12回行なった。その後放置して冷却後鉄板を外してサンプルの表面炭化層の厚さを測定したら、2.39mmであった。炭化された面は非常に平滑でクラックもなかった。煙の発生状況から判断してサンプルの表面温度は300℃以下に保たれたと推定される。次に上記の鉄板の代わりに、厚さ0.3mm、サイズ60×50mmの鉄板を上記と同様の杉角材1個の上に載せ、上記と同じサイクルでガスバーナー放射と消火を繰り返そうとして、ガスバーナーを10秒間放射したところ、角材から激しく煙が発生し、端部が着火したがまもなく自然に消えた。鉄板を外して炭化された面を観察したところ、クラックが多数発生していた。サンプルの表面温度は450℃以上になったと推定される。そこで、ガスバーナー放射と消火のサイクルを5秒間放射、10秒間消火の繰り返しとし、この繰り返を5回行った後放置冷却した。クラックの発生はなく表面炭化層の厚さは2.09mmであった。このように角材の上に載せる金属板の厚さが小さくなると、ガスバーナー放射により金属板の温度が急激に上昇するので、金属板の厚さに応じて、ガスバーナー放射と消火の時間を適当に選ぶことが重要である。   Next, instead of the stainless steel plate, an iron plate having a thickness of 1 mm and a size of 60 × 50 mm was placed on the same cedar square material as in Example 3, and a gas burner was emitted for 10 seconds in the same manner as described above. A little occurred. So, after the fire was extinguished for 10 seconds, the smoke stopped. This was repeated 12 times. Then, after standing to cool and removing the iron plate, the thickness of the surface carbonized layer of the sample was 2.39 mm. The carbonized surface was very smooth and free from cracks. Judging from the state of smoke generation, it is presumed that the surface temperature of the sample was kept below 300 ° C. Next, instead of the above iron plate, an iron plate having a thickness of 0.3 mm and a size of 60 × 50 mm was placed on one cedar square material similar to the above, and the gas burner radiation and extinguishing were repeated in the same cycle as above. When the gas burner was radiated for 10 seconds, intense smoke was generated from the squares, and the edges ignited but soon disappeared spontaneously. When the steel plate was removed and the carbonized surface was observed, many cracks were generated. The surface temperature of the sample is estimated to be 450 ° C. or higher. Therefore, the gas burner radiation and fire extinguishing cycle was repeated for 5 seconds, and fire extinguishing for 10 seconds. There was no generation of cracks, and the thickness of the surface carbonized layer was 2.09 mm. When the thickness of the metal plate placed on the square bar is reduced in this way, the temperature of the metal plate rapidly rises due to gas burner radiation. It is important to choose

実施例3と同寸法の杉辺材の上面(20×30mmの表面)に、1mm厚でサイズが60mm×50mmの鉄板を載せ、実施例3と同じヒートガンを用い、鉄板に340℃の熱風を5分間吹き付けたところ、木材の表面は殆ど着色しなかった。そこで、熱風の温度を400℃に上げて10分間加熱したところ、少し濃く(茶褐色)なった。表面層の炭化深さは2.46mmであった。次に、上記の厚さ1mmの鉄板の代わりに厚さ0.3mm、サイズ60×50mmの鉄板を用いて同様の実験を行なったところ、クラックが無く厚さが3.21mmの黒色炭化層が得られた。一方、厚さ17μのアルミ箔で杉辺材の上面(20×30mmの表面)と側面(高さ方向の表面全体)をカバーし、杉辺材の上面とアルミ箔との間に空隙が生じないように、アルミ箔をしごいて密着させた。このように準備したサンプルの、アルミ箔の上方から400℃の熱風を5分間吹き付けた後、アルミ箔を取り除いたところ、炭化層の表面に多数のクラックが発生していた。アルミ箔が薄い金属なので、400℃の熱風によりサンプル表面の温度が400℃近くになり、しかも加熱時間が5分と長くなったのでクラックが発生したのである。鉄板或いはアルミ箔が熱板になり熱板方式と同様に木材が加熱されたのであるが、金属板の厚さが大きいと熱風による加熱の効率が悪く、逆にアルミ箔のように薄くなると、加熱されやすいので温度と時間を適当に選ぶことが重要である。   An iron plate having a thickness of 1 mm and a size of 60 mm × 50 mm is placed on the upper surface (20 × 30 mm surface) of the cedar wood having the same dimensions as in Example 3, and using the same heat gun as in Example 3, hot air at 340 ° C. When sprayed for 5 minutes, the surface of the wood was hardly colored. Then, when the temperature of the hot air was raised to 400 ° C. and heated for 10 minutes, it became a little dark (brown). The carbonization depth of the surface layer was 2.46 mm. Next, when a similar experiment was performed using an iron plate having a thickness of 0.3 mm and a size of 60 × 50 mm instead of the iron plate having a thickness of 1 mm, a black carbonized layer having no crack and a thickness of 3.21 mm was obtained. Obtained. On the other hand, the upper surface (20 × 30 mm surface) and side surface (the whole surface in the height direction) of the cedar wood are covered with an aluminum foil having a thickness of 17 μm. The aluminum foil was squeezed so that there was no contact. The sample prepared in this manner was sprayed with hot air at 400 ° C. for 5 minutes from above the aluminum foil, and then the aluminum foil was removed. As a result, many cracks were generated on the surface of the carbonized layer. Since the aluminum foil is a thin metal, the temperature of the sample surface was brought close to 400 ° C. by hot air at 400 ° C., and the heating time was increased to 5 minutes, so cracks occurred. The iron plate or aluminum foil became a hot plate and the wood was heated in the same way as the hot plate method, but if the thickness of the metal plate is large, the efficiency of heating with hot air is bad, conversely when it becomes thin like an aluminum foil, It is important to select an appropriate temperature and time because it is easily heated.

角材サンプルとして実施例3と同寸法の杉辺材を用い、その上面(20×30mmの表面)に、1mm厚でサイズが60mm×50mmの黒色表面処理された鉄板を載せ、実施例4と同様に石英ガラス管ヒーターを、ヒーターからサンプルの上面までの距離が10mmになるように配置した。ヒーターに電圧を印加して、2分間赤外線を照射した後、5秒間電圧印加を停止し、次いで25秒間電圧を印加した後、5秒間電圧印加を停止した。以後このように25秒間電圧印加、5秒間電圧印加停止を16回繰り返した後、放冷してからサンプルを確認したところ、炭化された面は非常に平滑でクラックの発生も無かった。このようにして作成された2個のサンプルの表面炭化層の平均厚さは3.70mmであった。電圧印加のオンオフを繰り返した間中煙の発生は殆どなかったので、サンプル表面の温度は300℃以下に保たれたと推定される。尚、黒色鉄板の代わりにアルミ箔を用いて同様の実験を行なったところ、角材は殆ど着色しなかった。即ち、アルミ箔が赤外線を反射してあまり加熱されなかったのである。従って、この目的のためには赤外線をよく吸収する部材が必要である。   A cedar wood having the same dimensions as in Example 3 was used as a square material sample, and a black surface-treated iron plate having a thickness of 1 mm and a size of 60 mm × 50 mm was placed on the upper surface (surface of 20 × 30 mm), as in Example 4. A quartz glass tube heater was disposed so that the distance from the heater to the upper surface of the sample was 10 mm. After applying voltage to the heater and irradiating with infrared rays for 2 minutes, voltage application was stopped for 5 seconds, voltage was applied for 25 seconds, and then voltage application was stopped for 5 seconds. Thereafter, after applying voltage application for 25 seconds and stopping application of voltage for 16 seconds in this manner, the sample was checked after being allowed to cool. The carbonized surface was very smooth and free from cracks. The average thickness of the surface carbonized layer of the two samples thus prepared was 3.70 mm. It was estimated that the temperature of the surface of the sample was kept at 300 ° C. or lower because there was almost no smoke during repeated ON / OFF of voltage application. In addition, when the same experiment was conducted using an aluminum foil instead of the black iron plate, the square bar was hardly colored. That is, the aluminum foil reflected infrared rays and was not heated very much. Therefore, a member that absorbs infrared rays well is required for this purpose.

実施例12は熱ロールを板状木材の面上で回転移動して木材の表面層を炭化する例であるが、ヒーターを内蔵した熱ロールの入手が困難であるため、その代用として熱熔融金属浴にアルミロールを浮かべたものを利用した。アルミロールとして、直径30mm、長さ100mmのものを用いた。実施例1と同様にしてステンレス製バット内に熔融されたスズ浴にアルミロールを浮かべたところ、アルミロールは浴面から垂直に約18mmが浴面から露出した。スズ浴の温度は400℃に設定した。次いで断面が30×14mm、長さ300mmの杉板を、30×14mmの面がアルミロールに接するように、且つアルミロールと杉板が直交するようにアルミロールの上に載せ、少し荷重をかけてアルミロールの約3分の2がスズ浴に浸漬される状態で、杉板をゆっくり水平に移動させた。杉板を移動させるとアルミロールは杉板の移動に同期してゆっくり回転した。杉板を5分間かけて50mm移動させた。この間、煙は発生しなかった。従ってアルミロールと杉板が接している部分の杉板の表面温度は340℃以下であったと推定される。炭化された面は十分に黒化しており、炭化深さは1.19mmであった。以上の実験から熱ロールにより木材表面を炭化できることが確認された。   Example 12 is an example in which the heat roll is rotated and moved on the surface of the plate-like wood to carbonize the surface layer of the wood, but it is difficult to obtain a heat roll with a built-in heater. The thing which floated the aluminum roll in the bath was used. An aluminum roll having a diameter of 30 mm and a length of 100 mm was used. When an aluminum roll was floated on a tin bath melted in a stainless steel bat in the same manner as in Example 1, about 18 mm of the aluminum roll was exposed from the bath surface perpendicularly from the bath surface. The temperature of the tin bath was set to 400 ° C. Next, put a cedar board with a cross section of 30 x 14 mm and a length of 300 mm on the aluminum roll so that the 30 x 14 mm surface is in contact with the aluminum roll and the aluminum roll and the cedar board are orthogonal to each other, and apply a little load. The cedar board was slowly moved horizontally in a state where about two-thirds of the aluminum roll was immersed in the tin bath. When the cedar board was moved, the aluminum roll rotated slowly in synchronization with the movement of the cedar board. The cedar board was moved 50 mm over 5 minutes. During this time, no smoke was generated. Therefore, it is estimated that the surface temperature of the cedar board where the aluminum roll and the cedar board are in contact was 340 ° C. or less. The carbonized surface was sufficiently blackened, and the carbonization depth was 1.19 mm. From the above experiments, it was confirmed that the wood surface can be carbonized by a hot roll.

実施例2と同様にしてホットプレートを340℃に設定加熱した。このホットプレートの上に直径20mm、長さ30mmの樫丸棒を載せ、ゆっくり回転させながら移動し、8分かけて約半周回転した時点で樫丸棒をホットプレートから取り出して放置、冷却した。冷却後、炭化深さを測定したところ、1.34mmであった。   The hot plate was heated to 340 ° C. in the same manner as in Example 2. A testicle rod having a diameter of 20 mm and a length of 30 mm was placed on the hot plate, moved while slowly rotating, and when it was rotated about half a round over 8 minutes, the testicle rod was taken out of the hot plate and allowed to cool. After cooling, the carbonization depth was measured and found to be 1.34 mm.

次に、上記と同寸法の樫丸棒と、13μ厚のアルミ箔でほぼ半周をカバーした同寸法の樫丸棒を並べて340℃のホットプレートの上に載せ、15分間放置後アルミ箔でカバーしてない方の樫丸棒をトングでつかんで持ち上げ、樫丸棒のホットプレートに接していた部分を観察したところ、クラックは発生していなかった。この確認作業に要した時間は7〜8秒である。そこで、直ぐにこの樫丸棒を同じ場所が加熱されるようにホットプレートの上に戻し、両者を5分間追加加熱した後ホットプレートから外して放置冷却した。アルミ箔でカバーされてない樫丸棒の方には多数の大きなクラックが発生していたが、アルミ箔でカバーした方の樫丸棒にはクラックが全く発生していなかった。このようにホットプレートとの接触面積が小さい場合、アルミ箔でカバーする効果は絶大である。   Next, testicle bars with the same dimensions as above and testicle bars with the same dimensions covering almost half of the circumference with 13μ thick aluminum foil are placed on a hot plate at 340 ° C, left for 15 minutes, and then covered with aluminum foil The untested testicle rod was lifted by grasping it with tongs, and when the portion of the testicle rod that was in contact with the hot plate was observed, no cracks were generated. The time required for this confirmation work is 7 to 8 seconds. Therefore, this testicle rod was immediately returned to the hot plate so that the same place was heated, and both were additionally heated for 5 minutes, then removed from the hot plate and allowed to cool. A number of large cracks occurred on the testicle bar not covered with the aluminum foil, but no crack occurred on the testicle bar covered with the aluminum foil. Thus, when the contact area with the hot plate is small, the effect of covering with the aluminum foil is tremendous.

実施例2において熱板方式により、ホットプレートの温度を340℃とし、15分間加熱したサンプルの炭化面を指で擦っても殆ど黒い粉は付着しないが、ティッシュペーパーで強く擦ると少し黒い粉がティッシュペーパーに付着した。このようなサンプルの炭化面に、実施例7と同様にして水ガラスを含浸させたところ、ティッシュペーパーで強く擦っても全く粉が付着しなくなった。水ガラスの代わりに塗料(アトムサポート株式会社 水性スプレー アイボリー)をスプレー塗布したところ、外観はアイボリーになった。十分に乾燥後、粘着テープ(住友スリーエム株式会社 スコッチ超透明テープS)を貼付けた後、剥離したところ、いずれも部分的に剥離した。テープに付着して剥離した部分には炭化層が薄く付着していた。炭化層は表面側ほど比較的に脆いので、水ガラス及び水性スプレーが炭化層内部まで到達していないことが原因と考えられる。炭化層は比較的親油性なので、水性塗布剤は炭化層との接着性が良くないことも考えられる。   In Example 2, the temperature of the hot plate was set to 340 ° C. by the hot plate method, and even if the carbonized surface of the sample heated for 15 minutes was rubbed with a finger, almost no black powder adhered. Adhered to tissue paper. When the carbonized surface of such a sample was impregnated with water glass in the same manner as in Example 7, no powder adhered even when rubbed strongly with tissue paper. When paint was applied instead of water glass (Atom Support Co., Ltd. water-based spray ivory), the appearance became ivory. After fully drying, after sticking an adhesive tape (Sumitomo 3M Co., Ltd. Scotch Super Transparent Tape S) and then peeling off, all peeled off partially. The carbonized layer was thinly attached to the part that adhered to the tape and peeled off. The carbonized layer is relatively fragile on the surface side, and it is considered that water glass and aqueous spray do not reach the inside of the carbonized layer. Since the carbonized layer is relatively lipophilic, it is considered that the aqueous coating agent does not have good adhesion to the carbonized layer.

次に、上記と同様の炭化サンプルの表面にポリシロキサンの有機溶剤液(品川白煉瓦株式会社製(現品川リフラクトリーズ株式会社) NIC−C5 テトラメトキシシランの加水分解物であるポリシロキサンをキシレンと酢酸ブチルの混合溶剤に溶解したもの)をスポイトで3滴滴下し、ガラス棒で全面に広げた。滴下された液は10数秒で浸透したので、この操作を再度繰り返した後、放置して自然乾燥させた。溶剤が完全に乾燥後、サンプルの表面をティッシュペーパーで強く擦っても黒い粉は付着しなかった。次に、上記と同様にして粘着テープ剥離テストを行なったところ、全く剥離しなかった。   Next, an organic solvent liquid of polysiloxane (manufactured by Shinagawa White Brick Co., Ltd. (current Shinagawa Refractories Co., Ltd.) NIC-C5) 3 drops of a solution in a mixed solvent of butyl acetate and a dropper were spread with a dropper and spread over the entire surface with a glass rod. Since the dropped liquid permeated in several tens of seconds, this operation was repeated again and then left to dry naturally. After the solvent was completely dried, no black powder adhered even when the surface of the sample was strongly rubbed with tissue paper. Next, when an adhesive tape peeling test was performed in the same manner as described above, no peeling occurred.

上記のポリシロキサンに代えて有機溶剤系塗料(アトムサポート株式会社 ラッカースプレーE 茶色)を1回スプレー塗布した。塗膜は非常に平滑で光沢があった。3時間乾燥後に上記と同様にして粘着テープ剥離テストを行なったところ、全く剥離しなかった。   Instead of the above polysiloxane, an organic solvent-based paint (Atom Support Co., Ltd. Lacquer Spray E, brown) was sprayed once. The coating was very smooth and glossy. When the adhesive tape peeling test was performed in the same manner as described above after drying for 3 hours, no peeling occurred.

本発明により得られた木材は、従来の炭化方法によって得られる木材(サーモウッド)より機械的強度が大きいので、サーモウッドでは困難であった構造材としての利用が可能である。また、サーモウッドの炭化温度より高い温度で炭化できるので、より大きな防腐効果を得ることが可能である。本発明は田畑や庭等の野外で使用される焼き杭に利用することもできる。その他木材が利用される殆どの分野に利用することができる。間伐材の有効利用をはじめ日本の木材産業の発展に貢献できると考えられる。   The wood obtained by the present invention has higher mechanical strength than wood (thermo wood) obtained by a conventional carbonization method, and can therefore be used as a structural material that was difficult with thermo wood. Moreover, since carbonization can be performed at a temperature higher than the carbonization temperature of the thermowood, a greater antiseptic effect can be obtained. The present invention can also be used for grilled piles used outdoors such as fields and gardens. It can be used in most other fields where wood is used. It is thought that it can contribute to the development of the Japanese timber industry, including the effective use of thinned wood.

1 木材
2 アルミ箔
3 熱板
4 熱熔融金属浴
5 熱熔融金属浴の容器
6 木材に加わる力
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wood 2 Aluminum foil 3 Hot plate 4 Hot melt metal bath 5 Hot melt metal bath container 6 Force applied to wood

特許文献3に示された条件によって得られる炭化層の厚さでは、実用上十分な厚さの炭化層ではなく、防腐性、耐候性、防蟻性等の性能が不十分である。外壁や塀などの風雨に曝される場所で使用される建材としては、通常3mmの厚さが要求される。また、特許文献3には、炭化層を厚くするための条件は示されておらず、また、厚くするための条件下で炭化した場合に生じるクラックの発生についての記載が全く無い。当然この文献には、炭化層を0.7mm以上にした場合に生じるクラックの発生を、どのように防止するかについての記載もない。また、木材全体を浸漬した場合、後述の0104項及び0105項に記載したような問題が発生する。 The thickness of the carbonized layer obtained under the conditions shown in Patent Document 3 is not a carbonized layer having a practically sufficient thickness, and performance such as antiseptic properties, weather resistance, and ant-proof properties is insufficient. As a building material used in places exposed to wind and rain such as outer walls and fences, a thickness of 3 mm is usually required. Further, Patent Document 3 does not show conditions for increasing the thickness of the carbonized layer, and does not describe any cracks that may occur when carbonized under the conditions for increasing the thickness. Naturally, this document does not describe how to prevent the occurrence of cracks that occur when the carbonized layer is 0.7 mm or more. In addition, when the entire wood is immersed, problems such as those described in the following items 0104 and 0105 occur.

本発明においては、「木材或いは木質材料」を以後は簡単に木材と称する。本発明によれば温度と時間を制御して炭化することによって、木材はその表面から内部に向かって、必要な深さまでしか炭化されないので、それより内部は元の木材と同じ機械的強度を保有する。また木材の表面層はサーモウッドの製造法による場合より遥かに強く、即ち高温で炭化することができるので防腐性、防蟻性等の性能はサーモウッドより遥かに優れたものを得ることができる。更に防腐薬剤を使用する必要がないので、人体や環境への悪影響の無いものを得ることができる。本発明方法によれば、従来行われていた燃焼法やガスバーナー方式では実現が不可能だった表面炭化層の均一な厚さ及び耐久性が得られる。即ち、クラックが無く、十分な厚さを有し、表面の色も茶褐色〜黒色とすることが可能であり、しかも表面を指で擦っても着色粉が殆ど取れない表面炭化層が得られる。更に、本発明方法によれば、木材の片面或いは一部の面のみ、或いは面の一部分を表面層炭化することも容易にできる。また、曲面や複雑な形状の木材の表面層を炭化することができる。例えば、ホゾ或いはホゾ穴を有する角材、溝や穴を有する角材の表面層を容易に炭化することができ、非常に多くの用途が考えられる。表面層炭化した木材を建築現場で、ノコギリで切断した際、切断面に炭化されていない部分が露出するが、この面を現場で炭化することができる。
従来、ガスバーナーで表面炭化層を形成した後、表面に発生したクラックを除去するため、及び手を触れた際に汚れがつかないように、表面をブラシで擦って脆い表面層を除去する工程が行われることがあった。しかし、このような工程が行われたのでは、折角作成した厚い炭化層が薄くなってしまう欠点があった。本発明によれば、このような問題も解決される。
In the present invention, “wood or woody material” is hereinafter simply referred to as wood. According to the present invention, by carbonizing by controlling the temperature and time, the wood is only carbonized from the surface to the inside to the required depth, so that the inside has the same mechanical strength as the original wood. To do. In addition, the surface layer of wood is much stronger than in the case of the manufacturing method of thermowood, that is, it can be carbonized at high temperature, so that performances such as antiseptic and ant repellency can be obtained far superior to thermowood. . Furthermore, since it is not necessary to use a preservative, a product having no adverse effects on the human body and the environment can be obtained. According to the method of the present invention, it is possible to obtain a uniform thickness and durability of the surface carbonized layer, which could not be realized by the conventional combustion method and gas burner method. That is, there can be obtained a surface carbonized layer which is free from cracks, has a sufficient thickness, can have a surface color of brown to black, and can hardly remove colored powder even if the surface is rubbed with a finger. Furthermore, according to the method of the present invention, it is possible to easily carbonize the surface layer of only one surface or a part of the surface of the wood or a part of the surface. In addition, the surface layer of wood having a curved surface or a complicated shape can be carbonized. For example, it is possible to easily carbonize a square member having a tenon or a tenon hole, or a square member having a groove or a hole, and a great many applications can be considered. When the surface layer carbonized wood is cut with a saw at a construction site, a non-carbonized portion is exposed on the cut surface, and this surface can be carbonized on the site.
Conventionally, a process of removing a brittle surface layer by rubbing the surface with a brush to remove cracks generated on the surface after forming the surface carbonized layer with a gas burner and so as not to get dirty when touched by hand Was sometimes done. However, when such a process is performed, there is a defect that the thick carbonized layer formed at the corner becomes thin. According to the present invention, such a problem is also solved.

本発明は、木材或いは木質材料の表面層炭化方法に関する。   The present invention relates to a method for carbonizing a surface layer of a wood or woody material.

木材の防腐性、耐候性等を高めるために、その表面を火炎に曝して炭化することが古くから知られている。例えばカンナ屑や新聞紙を燃やして板の片面を焼き、焼かれた面が外部に面するようにして家屋の外壁や塀に用いると、風雨に曝されても100年近く持つことが知られている。現在ではこのような方法は殆ど行われなくなり、ガスバーナーやオイルバーナーで板を焼いて、その表面層を炭化することが一部で実施されている。このような方法で形成された炭化層は厚いが、表面が平滑、平坦ではなく、無数のヒダ(ヒビ割れのような外観で、以後ヒビ割れを単にクラックと記載する)が形成されている。この表面層は機械的強度が小さく、手指で軽く擦っただけで黒い粉が指に付着する。また、手で強く擦った場合や、器物がぶつかるとクラックの部分を境として容易に剥離してしまう。このクラックの底部分の炭化層の厚さはクラックが無い部分の厚さより大幅に小さい。このクラックから水が浸入する恐れがあるので、クラックの発生は避ける必要がある。クラックが形成されなければ表面層が炭化された板の寿命が更に延びることは明白である。   In order to improve the antisepticity, weather resistance, etc. of wood, it has long been known to carbonize the surface by exposing it to a flame. For example, if burnt cannabis or newspaper is used to burn one side of a board and the baked side faces the outside, it is known to have nearly 100 years even when exposed to wind and rain. Yes. At present, such a method is hardly performed, and a part of the surface layer is carbonized by baking a plate with a gas burner or an oil burner. Although the carbonized layer formed by such a method is thick, the surface is not smooth and flat, and innumerable creases (appears like cracks, hereinafter, cracks are simply referred to as cracks). This surface layer has a low mechanical strength, and black powder adheres to the finger just by lightly rubbing it with a finger. Moreover, when it rubs strongly with a hand or when an object collides, it will peel easily on the part of a crack. The thickness of the carbonized layer at the bottom of the crack is much smaller than the thickness of the portion without the crack. Since there is a risk of water entering from these cracks, it is necessary to avoid the occurrence of cracks. Obviously, if the crack is not formed, the life of the plate whose surface layer is carbonized is further extended.

図1の(a)、(b)、(c)は本発明者が、エゾ松の板A(厚さ24mm、幅60mm、長さ65mm)、杉辺材B(厚さ14mm、幅45mm、長さ90mm)および杉辺材C(厚さ14mm、幅45mm、長さ65mm)の表面にガスバーナー(キンボシ株式会社製HBA−1700G)の炎(1000℃以上)を吹付けたことにより、多数のクラックが形成された表面の写真である。写真(a)はエゾ松Aに30秒間、写真(b)は杉辺材Bに30秒間、写真(c)は杉辺材Cに10秒間ガスバーナーの炎を吹き付けて焼いたものである。図2はそれらのクラックの1本を含む断面の顕微鏡写真であり、写真(a)はエゾ松Aの、写真(b)は杉辺材Bの、写真(c)は杉辺材Cの断面顕微鏡写真である。図2から分かるように、クラックの断面はクレーターの断面状であり、クラックの底部の炭化層の厚さはクラックが無い部分の厚さより大幅に小さくなっている。図2の写真(a)のクラック底部の炭化層の厚さが1.0mmであるのに対し、クラックの無い部分の炭化層の厚さは1.7mmである。図2の写真(b)のクラック底部の炭化層の厚さが0.8mmであるのに対しクラックの無い部分の厚さは1.8mmである。このようにクラックの部分では炭化層の厚さが大幅に小さくなっている。   1 (a), (b), and (c), the inventor has shown that the pine board A (thickness 24 mm, width 60 mm, length 65 mm), cedar wood B (thickness 14 mm, width 45 mm, length) 90 mm) and cedar wood material C (thickness 14 mm, width 45 mm, length 65 mm), a gas burner (HBA-1700G manufactured by Kinboshi Co., Ltd.) flame (1000 ° C. or higher) was sprayed on the surface, It is the photograph of the surface in which the crack was formed. The photo (a) was baked by blowing a flame of a gas burner on Ezo pine A for 30 seconds, the photo (b) was blown by cedar wood B for 30 seconds, and the photo (c) was baked on cedar wood C by 10 seconds. FIG. 2 is a photomicrograph of a cross section including one of those cracks. Photo (a) is a cross-sectional microscope of Ezomatsu A, photo (b) is Sugibe wood B, and photo (c) is a cross-section microscope of Sugibe wood C. It is a photograph. As can be seen from FIG. 2, the cross section of the crack is the cross section of the crater, and the thickness of the carbonized layer at the bottom of the crack is significantly smaller than the thickness of the portion where there is no crack. The thickness of the carbonized layer at the bottom of the crack in the photograph (a) in FIG. 2 is 1.0 mm, whereas the thickness of the carbonized layer at the portion without the crack is 1.7 mm. The thickness of the carbonized layer at the bottom of the crack in the photograph (b) in FIG. 2 is 0.8 mm, whereas the thickness of the portion without the crack is 1.8 mm. Thus, the thickness of the carbonized layer is greatly reduced in the crack portion.

クラックが形成される理由は、板が空気中で高温の炎に曝され、熱分解して生じた揮発成分が表面の一部分で燃えると、その部分で優先的に揮発・燃焼し、その部分の体積が急激に減少したためであるか、或いは高温の炎に曝された全面から熱分解成分が揮発、燃焼して体積が減少し、浅い湖の水が干上がって湖底の泥が乾燥した際に発生するクラックのようになると考えられる。   The reason for the formation of cracks is that when a plate is exposed to a high-temperature flame in the air and the volatile components generated by thermal decomposition burn on a part of the surface, it preferentially volatilizes and burns on that part, This may be due to a sudden decrease in volume, or when pyrolysis components volatilize and burn from the entire surface exposed to a high-temperature flame, the volume decreases, and the shallow lake water dries out and the mud at the bottom of the lake dries out. It seems to be like a crack.

図3は本発明者が市販のガスバーナー(藤原産業株式会社 ワンタッチガストーチSK−11)を用いてエゾ松の板(断面が14×45mm)に火炎(1000℃以上)を放射し、火炎の放射時間に対する炭化層の厚さをプロットしたグラフである。このガスバーナーの火炎の強さは、前述のキンボシ株式会社製のそれより遥かに弱いものであった。火炎の強さとエゾ松表面からバーナーまでの距離を一定に保ち、それぞれ同一放射時間で3個ずつのサンプルを作成し、それらの炭化層厚をプロットし、その多項式近似曲線を示している。放射時間が4秒以上になるとクラックが発生するのが目視で分かる。更に放射を続けるとクラックが増加する。放射時間が4秒の時のクラックが無い部分の炭化層の厚さは約0.4mmである。このようにクラックが発生しない範囲で炭化できる炭化層の厚さは非常に小さいのである。   FIG. 3 shows that the inventor used a commercially available gas burner (Fujiwara Sangyo Co., Ltd. One Touch Gas Torch SK-11) to radiate a flame (1000 ° C. or higher) to a pine pine board (cross section: 14 × 45 mm). It is the graph which plotted the thickness of the carbonization layer with respect to. The flame strength of this gas burner was much weaker than that of the aforementioned Kimbosi Co., Ltd. product. Three samples were prepared at the same radiation time while keeping the strength of the flame and the distance from the surface of the Ezo pine to the burner, plotting their carbonized layer thickness, and showing the polynomial approximation curve. It can be seen visually that cracking occurs when the radiation time is 4 seconds or longer. Furthermore, cracks increase as radiation continues. The thickness of the carbonized layer where there is no crack when the radiation time is 4 seconds is about 0.4 mm. Thus, the thickness of the carbonized layer that can be carbonized in a range where cracks do not occur is very small.

特許文献1には、木材の表面をガスバーナーで加熱し、0.2mmの厚さの炭化層を形成することにより、高吸湿性を有する腐朽防止木材が得られることが示されている。このように薄い炭化層が表面層に形成されるだけでも、腐朽防止効果があることが知られているが、このように薄い炭化層では、十分な耐候性、防腐性、防蟻性は得られない。外壁や塀などの風雨に曝される場所で使用される建材としては、通常3mmの厚さが要求される。ガスバーナーによる表面炭化では、この厚さの炭化層を得ようとすると、表面にクラックが発生してしまうのである。   Patent Document 1 shows that an anti-rotation wood having high hygroscopicity can be obtained by heating the surface of wood with a gas burner to form a carbonized layer having a thickness of 0.2 mm. It is known that even if such a thin carbonized layer is formed on the surface layer, it has an anti-corrosion effect, but such a thin carbonized layer provides sufficient weather resistance, antiseptic properties, and ant-proof properties. I can't. As a building material used in places exposed to wind and rain such as outer walls and fences, a thickness of 3 mm is usually required. In the surface carbonization by a gas burner, if an attempt is made to obtain a carbonized layer having this thickness, cracks will occur on the surface.

特許文献3には、460℃の溶融亜鉛に赤松の全体を10秒間浸漬して、表面に炭化層を設けること、及び300℃の溶融塩に赤松を5〜10秒間浸漬して、表面に炭化層を設けることが記載されている。   In Patent Document 3, the whole of red pine is immersed in 460 ° C. molten zinc for 10 seconds to provide a carbonized layer on the surface, and the red pine is immersed in 300 ° C. molten salt for 5 to 10 seconds to carbonize on the surface. It is described that a layer is provided.

しかし、本発明の図9及び表2に示されているように、500℃の溶融スズに15秒間浮かせた場合、表面層にクラックが発生する。本発明の図9及び表2には示されていないが、本発明者の実験結果によれば、500℃の溶融スズに木材を10秒間浮かせた場合、クラックは発生しないが、その時の炭化層の厚さは0.45〜0.52mmと非常に小さかった。300℃の溶融塩の代わりに、300℃のスズ浴に木材を10秒間浸漬した実験によれば、表面炭化層の厚さは0.2mm程度である。   However, as shown in FIG. 9 and Table 2 of the present invention, when floating in molten tin at 500 ° C. for 15 seconds, cracks are generated in the surface layer. Although not shown in FIG. 9 and Table 2 of the present invention, according to the experiment results of the present inventor, when wood is floated on molten tin at 500 ° C. for 10 seconds, cracks do not occur, but the carbonized layer at that time The thickness was very small, 0.45-0.52 mm. According to an experiment in which wood is immersed in a 300 ° C. tin bath for 10 seconds instead of 300 ° C. molten salt, the thickness of the surface carbonized layer is about 0.2 mm.

特許文献3に示された条件によって得られる炭化層の厚さでは、実用上十分な厚さの炭化層ではなく、防腐性、耐候性、防蟻性等の性能が不十分である。外壁や塀などの風雨に曝される場所で使用される建材としては、通常3mmの厚さが要求される。また、特許文献3には、炭化層を厚くするための条件は示されておらず、また、厚くするための条件下で炭化した場合に生じるクラックの発生についての記載が全く無い。当然この文献には、炭化層を0.7mm以上にした場合に生じるクラックの発生を、どのように防止するかについての記載もない。   The thickness of the carbonized layer obtained under the conditions shown in Patent Document 3 is not a carbonized layer having a practically sufficient thickness, and performance such as antiseptic properties, weather resistance, and ant-proof properties is insufficient. As a building material used in places exposed to wind and rain such as outer walls and fences, a thickness of 3 mm is usually required. Further, Patent Document 3 does not show conditions for increasing the thickness of the carbonized layer, and does not describe any cracks that may occur when carbonized under the conditions for increasing the thickness. Naturally, this document does not describe how to prevent the occurrence of cracks that occur when the carbonized layer is 0.7 mm or more.

特許文献4には、三次元加工のための金型により、木材を加圧挟持し、金型の一方を木材の炭化温度よりも高温にして、木材の一方の面を炭化することが記載されている。しかし、このような条件下で、如何にしてクラックが発生しないように炭化できるのかについては、何の記載も示唆もない。本発明では、金型を使用するのではなく、後述のように熱板を接触させた状態で、加熱温度と加熱時間を広範囲に検討することにより、クラックを発生させない方法を見つけたのである。   Patent Document 4 describes that wood is pressed and clamped by a mold for three-dimensional processing, and one side of the wood is carbonized by setting one of the molds to a temperature higher than the carbonization temperature of the wood. ing. However, there is no description or suggestion as to how carbonization can be performed so that cracks do not occur under such conditions. In the present invention, instead of using a metal mold, a method that does not cause cracks has been found by extensively examining the heating temperature and the heating time in a state where the hot plate is in contact as described later.

特許文献4の発明の課題は、炭化層を導電性にして電磁遮蔽の目的に使用することである。しかるに、木材を炭化して導電性にするためには、非特許文献4のV−5頁、16行〜18行に記載されているように、木材を不活性雰囲気において、800℃以上の高温で炭化することが必要である。約600℃の温度までは、体積抵抗率が1012Ω・cm以上の絶縁性であり、これを超える600〜700℃の加熱温度では、体積抵抗率が10〜10Ω・cmの半導体に転じ、800℃を超えると10Ω・cm以下の導電性を示すようになって、昇温とともに導電性は向上することが示されている。木材を空気中で800℃の金属に接触させると、木材の表面には瞬時にクラックが発生する。そして800℃の金属板を、木材表面から離すと、木材表面は燃えだしてしまう。 An object of the invention of Patent Document 4 is to make a carbonized layer conductive and use it for the purpose of electromagnetic shielding. However, in order to carbonize wood to make it conductive, as described in Non-Patent Document 4, page V-5, lines 16 to 18, high temperature of 800 ° C. or higher in an inert atmosphere. It is necessary to carbonize. Up to a temperature of about 600 ° C., the insulating material has a volume resistivity of 10 12 Ω · cm or more, and at a heating temperature of 600 to 700 ° C. exceeding this, a semiconductor having a volume resistivity of 10 2 to 10 9 Ω · cm. When the temperature exceeds 800 ° C., conductivity of 10 Ω · cm or less is shown, and it is shown that the conductivity is improved as the temperature rises. When wood is brought into contact with a metal at 800 ° C. in the air, cracks are instantaneously generated on the surface of the wood. When the metal plate at 800 ° C. is separated from the wood surface, the wood surface starts to burn.

特許文献4には、ガスバーナーによって木材表面を炭化して導電性にすることが記載されている。実際には、ガスバーナーで短時間焼いても、炭化層は導電性にならない。何故ならば、ガスバーナーにより木材が燃焼すると、気化熱により木材表面の温度上昇が抑制されるからである。このことは、人工衛星が地球に帰還する際に、空気との摩擦熱により燃え尽きないようにする原理して知られている。木材を燃焼して導電性の炭化層を得るには、木材の内部が赤熱するまで燃焼し、空気の無い所で冷却するか、水をかけて鎮火することが必要である。数mm厚の木材を、このように燃焼したのでは、燃え尽きてしまう。従って、ガスバーナーで木材表面を導電性にすることは、現実には不可能である。   Patent Document 4 describes that a wood surface is carbonized by a gas burner to make it conductive. Actually, even if baked for a short time with a gas burner, the carbonized layer does not become conductive. This is because when the wood burns with the gas burner, the temperature rise on the wood surface is suppressed by the heat of vaporization. This is known as the principle of preventing the satellite from burning out due to frictional heat with the air when returning to the earth. In order to burn wood and obtain a conductive carbonized layer, it is necessary to burn until the inside of the wood is red-hot and cool it in a place without air, or quench it with water. If wood of several mm thickness is burned in this way, it will burn out. Therefore, it is actually impossible to make the wood surface conductive with a gas burner.

以上に述べた火炎による炭化方法に代わって、最近では薬剤による木材の防腐処理が一般的になっている。この目的のために多種の薬剤が開発され、使用されている。薬剤を木材の内部に浸透させるために、木材に割れ目や穴を形成したり、減圧下で薬剤を注入したり、薬剤の減圧注入後加圧して更に内部深く注入させたり、色々な工程が使用されている。しかし、木材を建材或いは土木材料として使用する場合、薬剤が人間や自然環境に与える影響が懸念されている。   In place of the above-mentioned carbonization method using flame, recently, wood preservative treatment using chemicals has become common. A variety of drugs have been developed and used for this purpose. In order to infiltrate the drug inside the wood, various processes are used, such as forming cracks and holes in the wood, injecting the drug under reduced pressure, pressurizing after the reduced pressure injection of the drug, and injecting further into the interior Has been. However, when wood is used as a building material or civil engineering material, there is a concern about the influence of drugs on humans and the natural environment.

一方、北欧では数10年前から、木材を高温処理して防腐性、耐候性、耐熱性、防蟻性等を高めることが行われている。例えば、木材を180〜220℃の水蒸気が存在する雰囲気に2時間〜20時間前後放置すると、木材内部まで均一に着色(軽い炭化が行われたと考えられている)し、処理温度が高いほど着色が濃くなり、防腐性、耐候性等が向上する。日本でも最近知られるようになったが、まだあまり普及していない。北欧ではサーモウッドと呼ばれ、広く使われている。上記の温度範囲が選ばれているのは、この温度より低いと効果が殆ど現れず、この温度より高いと、木材の機械的強度が急激に低下するためであることが非特許文献1の第4章の5−4頁に記載されている。この高温処理により防腐性、耐候性等はかなり向上するが、防蟻性は殆ど無いと記載されている。非特許文献1の17−4及び18−4頁には、220℃の処理温度では防腐性能は不十分であるので、地中での使用は推奨しないと記載されている。しかし、第4章の18−4頁の図13−4には、処理温度が240℃以上であれば防腐性能及び防蟻性能は完全であることが示されている。また、220℃の処理温度でも機械的強度は処理前の木材より低下しているので、基礎部分や構造材料としては使用しないように警告されている。機械的強度と防腐性能がほどほどに満足される程度に処理温度と処理時間が選ばれているのがサーモウッドの製造法の特徴である。本発明によれば、サーモウッドの製造法における温度より高温で炭化することができるだけでなく、機械的強度を維持することが可能である。サーモウッドは表面から内部まで木材全体が炭化されている。   On the other hand, in Scandinavia, it has been practiced for several decades to improve the antiseptic properties, weather resistance, heat resistance, ant repellency, etc. by treating wood with high temperatures. For example, if wood is left in an atmosphere where water vapor of 180 to 220 ° C. is present for about 2 to 20 hours, the inside of the wood is uniformly colored (it is considered that light carbonization has been performed), and the higher the processing temperature, the more colored. Increases the antiseptic and weather resistance. Although it has recently become known in Japan, it has not yet become widespread. In Scandinavia it is called thermowood and is widely used. The reason why the above temperature range is selected is that if the temperature is lower than this temperature, the effect hardly appears, and if the temperature is higher than this temperature, the mechanical strength of the wood sharply decreases. It is described on page 5-4 of Chapter 4. It is described that this high-temperature treatment significantly improves antiseptic properties, weather resistance, etc., but has almost no ant-repellent properties. Non-Patent Document 1, pages 17-4 and 18-4 describe that the use in the ground is not recommended because the antiseptic performance is insufficient at a processing temperature of 220 ° C. However, FIG. 13-4 on page 18-4 of Chapter 4 shows that the antiseptic performance and the ant proof performance are perfect when the processing temperature is 240 ° C. or higher. Further, since the mechanical strength is lower than that of the wood before treatment even at a treatment temperature of 220 ° C., it is warned not to use it as a base part or a structural material. A feature of the thermowood production method is that the processing temperature and the processing time are selected so that the mechanical strength and the antiseptic performance are moderately satisfied. According to the present invention, not only can carbonization be performed at a temperature higher than that in the thermowood production method, but also mechanical strength can be maintained. Thermowood is carbonized entirely from the surface to the inside.

特許文献2には木材を高温の気体雰囲気で加熱すること以外に、高温の液体(例えば、シリコン系オイル、パラフィン)或いは高温の粒状物(例えば、砂)の浴に長時間接触させて木材の内部まで炭化処理してサーモウッド化する方法が記載されている。これらの液体や粒状物は熱伝導率が非常に小さいので、木材に熱を伝達する効率が悪い。熱伝導率が小さいので、表面層をある程度の深さ(例えは5mm前後)まで炭化しようとすると、数10分以上の時間をかけて炭化しないとならないので、砂の温度が高温の場合には木材が発火、燃焼する恐れがある。   In Patent Document 2, in addition to heating wood in a high-temperature gas atmosphere, the wood is kept in contact with a bath of high-temperature liquid (for example, silicon-based oil, paraffin) or high-temperature granular material (for example, sand) for a long time. A method is described in which the inside is carbonized to form a thermowood. These liquids and particulates have very low thermal conductivity, so the efficiency of transferring heat to the wood is poor. Since the thermal conductivity is small, if the surface layer is carbonized to a certain depth (for example, around 5 mm), it must be carbonized over several tens of minutes, so if the sand temperature is high, Wood may catch fire or burn.

非特許文献2には100℃以上に加熱した溶融ワックス、180℃〜220℃に加熱した菜種油、綿実油等で熱処理することが記載されている。更に鉱物油やシリコンオイルによる熱処理についても記載されている。しかし、これらのオイルでは木材を炭化させるほど高温に加熱するのが困難であるという問題がある。ワックス、鉱物油、植物油、シリコンオイル等は240℃以上に加熱すると成分が揮発したり、燃えたりする問題があるので最高使用温度が制限される。又、繰り返し使用により油が劣化するという問題もある。更に、後述(特に実施例5)のように、全表面が同時に加熱されることによる問題が発生する。   Non-Patent Document 2 describes heat treatment with molten wax heated to 100 ° C. or higher, rapeseed oil heated to 180 ° C. to 220 ° C., cottonseed oil, or the like. It also describes heat treatment with mineral oil and silicon oil. However, these oils have a problem that it is difficult to heat to a high temperature as the wood is carbonized. Waxes, mineral oils, vegetable oils, silicone oils, etc. have a problem that the components volatilize or burn when heated to 240 ° C. or higher, so the maximum use temperature is limited. There is also a problem that the oil deteriorates by repeated use. Furthermore, as will be described later (particularly, Example 5), there arises a problem that the entire surface is heated simultaneously.

非特許文献3には放射加熱による合板の炭化についての研究結果が記載されている。放射加熱により、合板の表面から内部に向かって10mm前後の深さに炭化されることが示されているが、クラックについての記載は全く無い。しかし、非特許文献3に記載されているような強力な放射加熱を行うと極めて短時間でクラックが発生してしまうことが確認された。   Non-Patent Document 3 describes the results of research on carbonization of plywood by radiant heating. Although it is shown that carbonization is carried out to a depth of about 10 mm from the surface of the plywood toward the inside by radiant heating, there is no description of cracks. However, it has been confirmed that cracks are generated in a very short time when strong radiation heating as described in Non-Patent Document 3 is performed.

電気炉或いは高温度のチャンバーで木材を加熱することは公知であるが、例えば角材を、内部の温度が300℃の電気炉に入れて、表面が十分に着色(濃い茶褐色〜黒色)するまで放置すると、角材のコーナーが強く炭化されてもろくなるという問題がある。更に、表面が十分に着色するまでの時間は数分ないし10数分であるが、これを電気炉から取り出して室温に冷却後に角材を切断して断面を観察すると内部深くまで着色が進んでおり、表面層炭化を行うことが困難である。表面層炭化の深さを小さくおさえると、表面の着色が不十分になってしまうのである。このような現象は、前記の砂による加熱の場合も同様であることが確認された。このような現象が起こるのは、木材が四方(周囲)から同時に加熱されるためであることが判明した。   It is known to heat wood in an electric furnace or a high-temperature chamber. For example, square wood is put in an electric furnace with an internal temperature of 300 ° C. and left until the surface is sufficiently colored (dark brown to black). Then, there is a problem that the corner of the square bar becomes brittle even if it is strongly carbonized. Furthermore, the time until the surface is sufficiently colored is several minutes to several tens of minutes, but when this is taken out of the electric furnace and cooled to room temperature, the square material is cut and the cross section is observed. It is difficult to perform surface layer carbonization. If the depth of the surface layer carbonization is kept small, the coloring of the surface becomes insufficient. Such a phenomenon was confirmed to be the same in the case of heating with the sand. It has been found that this phenomenon occurs because wood is simultaneously heated from all sides (periphery).

古くから焼き印技術が用いられている。例えば、木箱やかまぼこの台板、或いは皮革の表面に焼き印を形成することも一般的である。これらのケースでは、焼き型が赤熱するほど高温に加熱され、瞬間的に対象物に押し当てられるのが特徴である。また、焼き印はその部分が熱分解により蒸発してかなり窪んでいるのも特徴の一つである。これらのケースでは焼き印形成が短時間(ほぼ瞬間的)で終わることが要求されており、焼き型を赤熱するほど高温に加熱し、瞬間的ないし非常に短時間の押し当てで終了されている。焼き印方式では、表面を十分に濃く着色(炭化)することが可能であるが、内部深くまで炭化することは困難である。   The branding technique has been used for a long time. For example, it is common to form a brand name on a wooden box, a kamaboko base plate, or a leather surface. These cases are characterized by being heated to a high temperature as the baking mold becomes red-hot and instantaneously pressed against the object. Also, one of the features of the brand mark is that the portion is considerably depressed by evaporation due to thermal decomposition. In these cases, it is required that the formation of the burning mark be completed in a short time (almost instantaneously), and the baking mold is heated to a high temperature as it is red-heated, and is completed by the momentary or very short time pressing. In the branding method, the surface can be colored (carbonized) sufficiently deeply, but it is difficult to carbonize deep inside.

約400℃以上に加熱された熱ペン、電気鏝等で木材、皮、樹脂板等にフリーハンドで画像を描くことが趣味として知られている。これらの趣味においても、上記の焼き印技術においても、短時間で刻印或いは描画することが求められるので、当然焼き型や鏝の温度は400℃程度の高温であることが必要である。温度が低いと焼き型を押し当てている時間、或いは鏝を一箇所に押し当てている時間が長くなり実用が困難になる。このように焼き印技術や鏝による描画では、非常に高温の焼き型或いは鏝が使用されるのであるが、このように高温の焼き型や鏝を数秒間同じ場所に押し当てていると、その部分が非常に濃く(黒く)炭化され、表面を指で擦ると黒い粉が指に付着するばかりでなく、炭化された部分がかなり窪んでしまうのである。焼き印形成やフリーハンドでの描画の場合はこのような現象はあまり問題にならないが、建築等に使用されるような木材の大きな面積を有する表面層を均一に炭化する場合は大きな問題になるのである。また、焼き印や熱ペン技術で炭化深さを大きくしようとして、木材表面の同一場所にコテや熱ペンを押し当てていると、必要な厚さの炭化深さが得られないうちにクラックが発生してしまう。   It is known as a hobby to draw freehand images on wood, leather, resin plates, etc. with a hot pen, electric scissors or the like heated to about 400 ° C. or more. In these hobbies as well as in the above-mentioned branding technique, it is required to imprint or draw in a short time. Therefore, the temperature of the mold and the bowl is naturally required to be about 400 ° C. If the temperature is low, the time during which the baking mold is pressed or the time during which the ridge is pressed in one place becomes long, making practical use difficult. As described above, in the image-printing technique and the drawing by the wrinkle, a very high-temperature baking mold or wrinkle is used, but when the high-temperature baking mold or wrinkle is pressed against the same place for several seconds, that portion Is very darkened (blackened), and when the surface is rubbed with a finger, not only the black powder adheres to the finger, but also the carbonized part becomes considerably depressed. Such a phenomenon is not so much a problem in the case of stamping or freehand drawing, but it becomes a big problem when carbonizing a surface layer with a large area of wood as used in construction etc. is there. In addition, if you try to increase the carbonization depth by using the branding or thermal pen technology, if a trowel or thermal pen is pressed against the same place on the wood surface, cracks will occur before the carbonization depth of the required thickness is obtained. Resulting in.

以上のような背景技術に鑑み、本発明者は火炎方式による炭化は空気中で行われることが問題であると推測し、ハンダ浴に木の角材を浸漬したところ、クラックの無い見事な炭化層が得られることを発見した。次に、火炎より遥かに温度が低い熱風(ヒートガン)を吹き付けたところ、ガスバーナーによる炭化の場合より遥かに軽減されたが、クラックが発生しやすいことが分かった。火炎による加熱、ハンダ浴による加熱及び熱風による加熱を比較し、火炎や熱風による加熱では熱分解成分が自由に揮発できるのに対し、ハンダ浴による加熱では熱分解成分の揮発が防止されるのでクラック発生が防止されるのであるという仮説を立てた。そこで、ホットプレートの上に木の角材を置いて加熱したところ、ハンダ浴と同様にクラックが無く厚い炭化層が得られることを発見した。また、木の角材の上にガラス板を載せ、その上方から赤外線を放射して加熱したところ、クラックの発生が大幅に改善された。これらの結果から、加熱による熱分解成分の揮発が防止されていると考えられる。更に、木材の表面層に水ガラスを含浸させてから熱風加熱をしたところ、やはりクラックの発生が大幅に改善された。木材の表面層に水ガラスを含浸させると、他の加熱方式においても大きな効果があることが分かった。水ガラスの存在が熱分解成分の揮発を防止したのである。これらの結果から本発明が導かれたのである。   In view of the background art as described above, the present inventor speculates that the problem is that carbonization by the flame method is performed in the air, and when a wooden square is immersed in a solder bath, a stunning carbonized layer without cracks. I found out that Next, when hot air (heat gun) having a temperature much lower than that of the flame was blown, it was found that cracking was likely to occur, although it was much reduced compared with carbonization by a gas burner. Compared with heating by flame, heating by solder bath and heating by hot air, heating by flame or hot air can volatilize freely, but heating by solder bath prevents volatilization of pyrolysis components, so cracks The hypothesis is that the occurrence will be prevented. Therefore, when a wooden square was placed on a hot plate and heated, it was found that a thick carbonized layer without cracks was obtained as in the case of a solder bath. In addition, when a glass plate was placed on a wooden timber and heated by emitting infrared rays from above, the generation of cracks was greatly improved. From these results, it is considered that volatilization of the pyrolysis component due to heating is prevented. Furthermore, when the surface layer of wood was impregnated with water glass and heated with hot air, the generation of cracks was greatly improved. It was found that impregnation with water glass on the surface layer of wood has a great effect even in other heating methods. The presence of water glass prevented the pyrolysis components from volatilizing. The present invention was derived from these results.

特許文献5には、難燃剤を含浸させた木材に、更に、水ガラスを含浸させることが記載されている。その目的は、木材表面を840℃の炎に炙り、木材が燃焼して裏側に貫通し、燃焼した部分が脱落するのを遅延させるためである。水ガラスで処理されない場合は、28分で裏側に貫通したが、処理された場合は30分で貫通している。引用文献5の発明では、水ガラスが「高温過熱下で溶融してガラス状態となって炭化残渣を固定するように作用し、」と記載されている。これに対して本発明では、450℃以下にしか加熱されないので、水ガラスがガラス状態に溶融することはない。また、本発明では、木材が燃焼する温度領域を含んでいない。特許文献5には、水ガラスがクラック発生に、どのように影響するのかについて、全く考察も記載もない。   Patent Document 5 describes that wood impregnated with a flame retardant is further impregnated with water glass. The purpose is to delay the fall of the burned part by burning the wood surface into a flame at 840 ° C., burning the wood and penetrating to the back side. When not treated with water glass, it penetrated to the back side in 28 minutes, but when treated, it penetrated in 30 minutes. In the invention of Cited Document 5, the water glass is described as “acts so as to melt into a glass state under high temperature overheating to fix the carbonized residue”. On the other hand, in this invention, since it heats only to 450 degrees C or less, water glass does not fuse | melt to a glass state. Moreover, in this invention, the temperature area | region where wood burns is not included. In Patent Document 5, there is no consideration or description as to how water glass affects the occurrence of cracks.

特開2002−283308号公報JP 2002-283308 A 特許第3898764号公報Japanese Patent No. 3898764 特開平−226303号公報JP-A-226303 特開2007−98640号公報JP 2007-98640 A 特開2004−181804号公報JP 2004-181804 A

ThermoWood Handbookフィンランドサーモウッド協会発行(2003年8月4日)Published by ThermoWood Handbook Finnish Thermo Wood Association (August 4, 2003) 桃原郁夫著 熱処理と耐久性 日本木材保存協会発行 会誌「木材保存」 Vol.31-1 (2005)Momohara Ikuo Heat Treatment and Durability Published by Japan Wood Conservation Society Journal “Wood Preservation” Vol.31-1 (2005) 上杉三郎著 放射加熱による合板の炭化 林業試験場研究報告 第340号 (1986)Saburo Uesugi Carbonization of plywood by radiant heating Forestry Experiment Station Research Report No. 340 (1986) 京都大学名誉教授 石原茂久著 木材から木炭へ―木炭は機能性材料になり得るか― 木材の科学と利用技術VIII 5.木質系材料の炭素化による新展開 日本木材学会編(2004)4. Professor Emeritus, Kyoto University Shigehisa Ishihara From wood to charcoal-Can charcoal become a functional material? New development by carbonization of woody materials Japan Wood Society (2004)

本発明の課題は、従来公知の焼杉やサーモウッドの欠点を克服し、特に太い(厚い)木材或いは木質材料の機械的強度を実質的に低下させずに、また防腐剤の如き薬剤を使用すること無く、木材或いは木質材料の表面層にクラックを発生させることなく、木材或いは木質材料の少なくとも一部の表面層を均一に、0.7mm以上の厚さに炭化(黒色〜茶色に着色される)することによって、防腐性、耐候性、防蟻性等を高めることができる表面層炭化方法を提供すること、及び該方法により得られた製造物を提供することである。   The object of the present invention is to overcome the disadvantages of the conventionally known burned cedar and thermowood, in particular without using a chemical such as a preservative, without substantially reducing the mechanical strength of thick (thick) wood or woody materials. Without cracking the surface layer of wood or wood material, at least a part of the surface layer of wood or wood material is uniformly carbonized to a thickness of 0.7 mm or more (colored from black to brown) ) To provide a surface layer carbonization method capable of enhancing antiseptic properties, weather resistance, ant repellency, and the like, and to provide a product obtained by the method.

本発明の課題を解決する第1の方法は、熱分解成分の揮発を防止しながら、木材或いは木質材料の炭化される領域の表面に、その表面温度が240℃〜450℃に保たれるように制御された熱エネルギーを供給することにより、前記領域をその表面から内部に向かって0.7mm以上の必要な深さ、即ち希望の深さに炭化することである。   A first method for solving the problems of the present invention is to keep the surface temperature of 240 ° C. to 450 ° C. on the surface of a carbonized region of wood or woody material while preventing volatilization of pyrolysis components. The region is carbonized to a required depth of 0.7 mm or more, that is, a desired depth, from the surface toward the inside by supplying controlled thermal energy.

本発明の第1の方法において熱分解成分の揮発を防止する方法Aは、木材或いは木質材料の炭化される領域の少なくとも一部の表面を覆うように、気体不透過性の部材を接触させた状態で、該部材から制御された熱エネルギーを供給することにより、前記領域をその表面から内部に向かって必要な即ち希望の深さに炭化することである。本発明において、「気体不透過性の部材を木材に接触させる」の中の「接触」の意は「密着」と同意であり、例えば木材平板の炭化時に、木材平板から発生する熱分解成分が、自由に揮発するのを防止するために、木材平板の表面を被覆するように金属板を密着させるという意味で用いられている。   Method A for preventing volatilization of pyrolysis components in the first method of the present invention is to contact a gas-impermeable member so as to cover at least a part of the surface of the wood or wood material to be carbonized. In a state, by supplying controlled thermal energy from the member, the region is carbonized from its surface inward to the required or desired depth. In the present invention, the meaning of “contact” in “contacting a gas-impermeable member with wood” is the same as “adhesion”. For example, during carbonization of a wood flat plate, the pyrolysis component generated from the wood flat plate is In order to prevent volatilization freely, it is used in the sense that the metal plate is closely attached so as to cover the surface of the wood flat plate.

前記気体不透過性部材から熱エネルギーを供給する方法は、240℃〜450℃の熔融金属、熱板、熱箔、熱ロールのいずれかの気体不透過性部材を、前記木材或いは木質材料の表面に接触させることである。気体不透過性部材の温度と、接触している時間を15秒以上で制御することにより、木材或いは木質材料の表面から内部に向かって0.7mm以上の必要な深さに炭化することができる。   The method for supplying thermal energy from the gas impermeable member is a method of supplying a gas impermeable member of molten metal, hot plate, hot foil, or hot roll at 240 ° C. to 450 ° C. to the surface of the wood or wood material. Is to contact. By controlling the temperature of the gas-impermeable member and the contact time with 15 seconds or more, it is possible to carbonize to a required depth of 0.7 mm or more from the surface of the wood or wood material toward the inside. .

熱分解成分の揮発を防止する方法Bは、気体不透過性で且つ赤外線を透過するガラス板の如き部材を、前記木材或いは木質材料の表面に接触させ、該部材を透過して木材或いは木質材料の表面を240℃〜450℃に保ちつつ赤外線を照射することである。赤外線のエネルギー強度と照射時間を制御することにより、木材或いは木質材料の表面から内部に向かって0.7mm以上の必要な深さに炭化することである。   Method B for preventing volatilization of pyrolytic components is a method in which a member such as a glass plate which is impermeable to gas and transmits infrared rays is brought into contact with the surface of the wood or wood material, and the wood or wood material is transmitted through the member. Is to irradiate infrared rays while maintaining the surface of 240 ° C to 450 ° C. By controlling the energy intensity and irradiation time of infrared rays, carbonization is performed to a necessary depth of 0.7 mm or more from the surface of the wood or woody material toward the inside.

熱分解成分の揮発を防止する方法Cは、木材或いは木質材料の表面層に水ガラスを含浸させた後に、上記A或いはBの方法を適用するか、或いは木材或いは木質材料の表面層に水ガラスを含浸させた後に、その表面温度が240℃〜450℃になるように赤外線を照射することである。木材或いは木質材料の表面層に含浸された水ガラスが熱分解成分の揮発を防止し、クラックの発生を防止するのである。   Method C for preventing volatilization of pyrolytic components is to apply the method A or B after impregnating the surface layer of wood or wood material with water glass, or water glass to the surface layer of wood or wood material. Is impregnated with infrared rays so that the surface temperature is 240 ° C to 450 ° C. Water glass impregnated in the surface layer of wood or woody material prevents volatilization of the pyrolysis component and prevents the generation of cracks.

本発明の課題を解決する第2の方法は、木材或いは木質材料の炭化される領域の表面に、280℃〜480℃の温度の熱風を吹き付けることにより、前記領域をその表面から内部に向かって必要な深さ即ち希望の深さに炭化することである。ガスバーナー炎の温度より遥かに低い温度の熱風を吹き付けることにより、クラックの発生が大幅に改善されたのである。本発明の課題を解決する第2の方法においても、熱風を吹き付ける前に木材に水ガラスを含浸させるのが極めて有効である。   A second method for solving the problem of the present invention is to blow hot air at a temperature of 280 ° C. to 480 ° C. on the surface of the carbonized region of the wood or woody material, so that the region is directed from the surface toward the inside. Carbonization to the required depth, ie the desired depth. The generation of cracks was greatly improved by blowing hot air at a temperature much lower than that of the gas burner flame. Also in the second method for solving the problems of the present invention, it is very effective to impregnate wood with water glass before blowing hot air.

本発明において、気体不透過性とは、完全に気体を透過させないということではなく、実質的に透過させないということである。即ち、炭化処理を行なっている間に、発生した熱分解成分が、部材を通りぬけて行かない程度の気体不透過性を有することである。例えば、陶器、素焼きのように非常にゆっくりとガスを透過させるような多孔性のものでも良い。   In the present invention, gas impermeability does not mean that gas is not completely transmitted, but does not substantially transmit gas. That is, the thermal decomposition component generated during the carbonization treatment has a gas impermeability that does not pass through the member. For example, it may be a porous material that allows gas to pass through very slowly, such as pottery or unglazed.

本発明においては、「木材或いは木質材料」を以後は簡単に木材と称する。本発明によれば温度と時間を制御して炭化することによって、木材はその表面から内部に向かって、必要な深さまでしか炭化されないので、それより内部は元の木材と同じ機械的強度を保有する。また木材の表面層はサーモウッドの製造法による場合より遥かに強く、即ち高温で炭化することができるので防腐性、防蟻性等の性能はサーモウッドより遥かに優れたものを得ることができる。更に防腐薬剤を使用する必要がないので、人体や環境への悪影響の無いものを得ることができる。本発明方法によれば、従来行われていた燃焼法やガスバーナー方式では実現が不可能だった表面炭化層の均一な厚さ及び耐久性が得られる。即ち、クラックが無く、十分な厚さを有し、表面の色も茶褐色〜黒色とすることが可能であり、しかも表面を指で擦っても着色粉が殆ど取れない表面炭化層が得られる。更に、本発明方法によれば、木材の片面或いは一部の面のみ、或いは面の一部分を表面層炭化することも容易にできる。また、曲面や複雑な形状の木材の表面層を炭化することができる。例えば、ホゾ或いはホゾ穴を有する角材、溝や穴を有する角材の表面層を容易に炭化することができ、非常に多くの用途が考えられる。表面層炭化した木材を建築現場で、ノコギリで切断した際、切断面に炭化されていない部分が露出するが、この面を現場で炭化することができる。   In the present invention, “wood or woody material” is hereinafter simply referred to as wood. According to the present invention, by carbonizing by controlling the temperature and time, the wood is only carbonized from the surface to the inside to the required depth, so that the inside has the same mechanical strength as the original wood. To do. In addition, the surface layer of wood is much stronger than in the case of the manufacturing method of thermowood, that is, it can be carbonized at high temperature, so that performances such as antiseptic and ant repellency can be obtained far superior to thermowood. . Furthermore, since it is not necessary to use a preservative, a product having no adverse effects on the human body and the environment can be obtained. According to the method of the present invention, it is possible to obtain a uniform thickness and durability of the surface carbonized layer, which could not be realized by the conventional combustion method and gas burner method. That is, there can be obtained a surface carbonized layer which is free from cracks, has a sufficient thickness, can have a surface color of brown to black, and can hardly remove colored powder even if the surface is rubbed with a finger. Furthermore, according to the method of the present invention, it is possible to easily carbonize the surface layer of only one surface or a part of the surface of the wood or a part of the surface. In addition, the surface layer of wood having a curved surface or a complicated shape can be carbonized. For example, it is possible to easily carbonize a square member having a tenon or a tenon hole, or a square member having a groove or a hole, and a great many applications can be considered. When the surface layer carbonized wood is cut with a saw at a construction site, a non-carbonized portion is exposed on the cut surface, and this surface can be carbonized on the site.

図1はガスバーナーで炭化された木材表面のクラック発生状況を示す写真である。FIG. 1 is a photograph showing the occurrence of cracks on the wood surface carbonized by a gas burner. 図2は図1の木材のクラックが発生した部分の断面の顕微鏡写真である。FIG. 2 is a photomicrograph of a cross section of a portion where cracks in the wood of FIG. 1 occur. 図3はガスバーナーにより作成したサンプルの炭化層の厚さをプロットしたグラフであり、クラックが発生し始める条件を示している。FIG. 3 is a graph in which the thickness of the carbonized layer of a sample prepared by a gas burner is plotted, and shows the conditions under which cracks start to occur. 図4は熔融金属方式により炭化された炭化物の表面写真(a)とクラックが発生した部分の断面顕微鏡写真(b)である。FIG. 4 is a surface photograph (a) of a carbide carbonized by the molten metal method and a cross-sectional micrograph (b) of a cracked portion. 図5は本発明の熱板方式の1具体例の側断面図である。FIG. 5 is a side sectional view of one specific example of the hot plate system of the present invention. 図6は熱風方式において、熱風の温度が高い場合にクラックが発生したサンプルの表面写真(a)とクラックの断面顕微鏡写真(b)を示す。FIG. 6 shows a surface photograph (a) and a cross-sectional micrograph (b) of a crack in which a crack is generated when the temperature of the hot air is high in the hot air method. 図7は熱風方式によって炭化したものの表面写真を示す。写真(a)は空気の熱風、写真(b)は炭酸ガスの熱風を用いた場合のものである。FIG. 7 shows a photograph of the surface of carbonized by the hot air method. Photo (a) shows the case where hot air of air is used, and photo (b) shows the case where hot air of carbon dioxide gas is used. 図8は本発明の熱板方式の1具体例の側断面図である。FIG. 8 is a side sectional view of one specific example of the hot plate system of the present invention. 図9は本発明の溶融金属方式により作成されたサンプルを並べて撮影した表面写真である。FIG. 9 is a surface photograph taken by arranging samples prepared by the molten metal method of the present invention. 図10は実施例1において作成されたサンプルの炭化深さをプロットしたグラフである。FIG. 10 is a graph in which the carbonization depth of the sample prepared in Example 1 is plotted. 図11は実施例2において作成されたサンプルの炭化深さをプロットしたグラフである。FIG. 11 is a graph plotting the carbonization depth of the sample prepared in Example 2. 図12は実施例3において作成されたサンプルの炭化深さをプロットしたグラフである。FIG. 12 is a graph in which the carbonization depth of the sample prepared in Example 3 is plotted. 図13は実施例4において作成されたサンプルの炭化深さをプロットしたグラフである。FIG. 13 is a graph plotting the carbonization depth of the sample prepared in Example 4. 図14は実施例5において作成されたサンプルの断面写真である。FIG. 14 is a cross-sectional photograph of the sample prepared in Example 5. 図15は比較例1において作成されたサンプルの各種写真である。FIG. 15 shows various photographs of the sample created in Comparative Example 1. 図16は比較例2において作成されたサンプルの各種写真である。FIG. 16 shows various photographs of the sample created in Comparative Example 2. 図17は、実施例1と実施例2のデータをもとに、横軸に木材表面温度、縦軸に加熱時間を対数で表示し、クラック発生直前の温度をプロットしたグラフである。FIG. 17 is a graph plotting the temperature immediately before the occurrence of a crack, with the horizontal axis representing the wood surface temperature and the vertical axis representing the heating time logarithmically based on the data of Example 1 and Example 2. 図18は、横軸に木材表面温度、縦軸にクラック発生がない最大炭化層厚を表示して、実施例2のデータをプロットしたグラフである。FIG. 18 is a graph plotting the data of Example 2 with the horizontal axis representing the wood surface temperature and the vertical axis representing the maximum carbonized layer thickness without cracking.

熱分解成分の揮発を防止する方法Aにおいて使用される溶融金属は、240℃以上の温度で溶融する金属で、高温溶融状態で空気中に於いて比較的安定であること、比較的安価であること、高温溶融状態で空気中において揮発しないこと、環境に悪影響がないこと等が望ましい。これらの条件をほぼ満足するものとして、スズ或いははんだに代表されるスズ合金があげられる。この中でスズは、広く鋼材の表面処理に使用されているので特に望ましい。鉛も使用可能であるが、環境に悪影響があるので好ましくない。必ずしも金属である必要は無く、熱伝導率が大きい溶融塩のようなものが存在すれば、それも使用できる筈である。   The molten metal used in Method A for preventing volatilization of pyrolysis components is a metal that melts at a temperature of 240 ° C. or higher, is relatively stable in air in a high-temperature molten state, and is relatively inexpensive. In addition, it is desirable that it does not volatilize in the air in a high-temperature molten state and that it does not adversely affect the environment. As a material that substantially satisfies these conditions, tin or a tin alloy represented by solder can be cited. Of these, tin is particularly desirable because it is widely used for the surface treatment of steel materials. Lead can also be used, but it is not preferable because it adversely affects the environment. It does not necessarily need to be a metal, and if there is something like a molten salt with a high thermal conductivity, it should be usable.

熱分解成分の揮発を防止する方法Aの一つである溶融金属方式では、高温溶融金属の浴に木材を浮かべたり、一部或いは全部を浸漬して処理するのであるが、木材の比重は金属に較べて非常に小さいので、木材を金属浴に浮かしただけでは一部分しか浴に浸漬されない。そこで丸太状、円柱状、或いは角柱状木材を木材の長さ方向の軸を中心として回転させるか、適当な治具で木材を浴内部に沈めてやるか、或いは浴に浮いている木材の上から溶融金属を流して浴面より上に出ている部分の木材にも溶融金属を接触させるか、更にこれらの方法の組み合わせを用いて木材表面層が均一に加熱されるようにすることができる。木材が板状の場合、その片面のみ処理する場合は浴に浮かすだけでよいが、両面を処理する場合は板の片面を処理した後裏返すことによって達成される。板の一面は表面層炭化され、反対面は木材の地肌を残したままにしておくことも可能である。又、木材の含水率は通常10数%或いはそれ以上であり、この状態の木材を高温浴に浸漬すると激しく水蒸気ガスがでるので、あらかじめ適当な方法により木材を乾燥しておいてもよい。木材を充分に乾燥しておけば、本発明による処理を施した後も、長期間変形が発生しにくいので、割れや反りが生じにくい利点もある。   In the molten metal method, which is one of the methods A for preventing volatilization of pyrolysis components, wood is floated in a bath of high-temperature molten metal, or part or all of it is treated by treatment. Therefore, only a part of the wood is immersed in the bath. Therefore, log, columnar or prismatic wood is rotated around the longitudinal axis of the wood, or the wood is submerged in the bath with an appropriate jig, or on the wood floating in the bath. The molten metal is allowed to flow through the portion of the wood that is above the bath surface and the molten metal is contacted, or a combination of these methods can be used to uniformly heat the wood surface layer. . When the wood is plate-shaped, if only one side is treated, it is only necessary to float in the bath. However, when treating both sides, this is achieved by treating one side of the plate and turning it over. One side of the board can be carbonized on the surface and the other side can be left with a wood background. Further, the moisture content of the wood is usually over 10% or more, and when the wood in this state is immersed in a high-temperature bath, steam gas is generated vigorously. Therefore, the wood may be dried in advance by an appropriate method. If the wood is sufficiently dried, even after the treatment according to the present invention, deformation is not likely to occur for a long period of time, so that there is an advantage that cracking and warping are unlikely to occur.

溶融金属は必ずしも浴槽に入れられている必要は無く、上方から木材にかけ流すか、或いは流下した溶融金属を回収して加熱し、再び木材にかけ流すという具合に循環使用してもよい。このようにすれば処理浴槽は小さくて済む。   The molten metal is not necessarily placed in the bathtub, and may be circulated and used by pouring it over the wood from above, or collecting and heating the molten metal that has flowed down and pouring it over the wood again. In this way, the processing bath can be small.

本発明の一つの最も重要な点は、表面層は充分に炭化されるが、内部は炭化されないことである。炭化された表面層により防腐性、耐候性、防蟻性、防湿性等を発現し、内部は炭化されずに元の木材のままであることにより、機械的強度を保持させるのである。従って、木材を高温浴に接触させている時間及び高温浴の温度が極めて重要な要因である。接触時間が短すぎると炭化表面層の厚さが小さく、長すぎると内部まで炭化が進み機械的強度が低下してしまう。高温浴の温度が低いと炭化速度が小さく、温度が高すぎるとクラックが発生する場合がある。望ましい接触時間と浴温度は、木材の材質、及び太さ、厚さ等の形状により異なるが、接触時間は15秒〜120分、浴温度は約240〜450℃の範囲が適当である。更に望ましい範囲は280℃〜380℃である。この温度範囲において、クラックが発生しない状態で炭化深さを大きくすることができ、また表面を指で擦っても黒い粉が取れにくい。   One most important aspect of the present invention is that the surface layer is fully carbonized but the interior is not carbonized. The carbonized surface layer exhibits antiseptic properties, weather resistance, ant proof properties, moisture proof properties, etc., and the mechanical strength is maintained by keeping the original wood without being carbonized. Therefore, the time during which the wood is in contact with the high temperature bath and the temperature of the high temperature bath are extremely important factors. If the contact time is too short, the thickness of the carbonized surface layer is small, and if it is too long, carbonization proceeds to the inside and the mechanical strength decreases. If the temperature of the high temperature bath is low, the carbonization rate is low, and if the temperature is too high, cracks may occur. The desired contact time and bath temperature vary depending on the material of the wood and the shape such as thickness and thickness, but the contact time is suitably from 15 seconds to 120 minutes, and the bath temperature is suitably from about 240 to 450 ° C. A more desirable range is 280 ° C to 380 ° C. In this temperature range, the carbonization depth can be increased without cracks, and black powder is difficult to remove even if the surface is rubbed with a finger.

溶融金属方式によれば、炭化は高温溶融金属浴中或いは溶融金属に接触された状態で行われるので、空気(酸素)からほぼ遮断された状態で炭化される。従って、表面に図1のようなクラックが発生しないで均一に炭化される理由は、被炭化中の表面が溶融金属によって塞がれているので、木材中の熱分解による揮発可能成分の揮発が防止され、その結果表面層の体積が減少しにくいためであると考えられる。更に、揮発分が表面層内の道管、仮道管等の内壁に付着し、更に壁孔を通して内部にも閉じ込められる。その結果、空気中炭化であれば外に揮発或いは燃焼する成分が表面層及び更に深い部分に残るので、いわゆるタール分が表面層及び更に深い部分に多く存在し、表面層及び更に深い部分の空隙を一層小さくするので防湿性が高く、風雨に曝された場合の劣化防止に有利になる。又、タール分が表面層に多く存在するので、防蟻性、防腐性にとっても有利である。空気中で火炎炭化される場合は、これらの揮発成分、タール分等は容易に燃焼してしまうか、揮発してしまうのである。   According to the molten metal system, carbonization is performed in a high temperature molten metal bath or in contact with the molten metal, so that carbonization is performed while being substantially shielded from air (oxygen). Therefore, the reason why the surface is carbonized uniformly without the occurrence of cracks as shown in FIG. 1 is that the surface to be carbonized is blocked by molten metal. This is probably because the volume of the surface layer is hardly reduced. Further, the volatile matter adheres to the inner walls of the road pipe, temporary road pipe and the like in the surface layer, and is further confined inside through the wall hole. As a result, if it is carbonized in the air, components that volatilize or burn outside will remain in the surface layer and deeper portions, so that a large amount of so-called tar content exists in the surface layer and deeper portions, and voids in the surface layer and deeper portions. Therefore, the moisture resistance is high, which is advantageous for preventing deterioration when exposed to wind and rain. In addition, since a large amount of tar is present in the surface layer, it is advantageous for ant protection and antiseptic properties. In the case of flame carbonization in the air, these volatile components, tar components and the like are easily burned or volatilized.

溶融金属方式においても、溶融金属の温度が高すぎたり、溶融金属と木材との接触時間が長すぎると、クラックが発生することがある。前述の望ましい温度範囲及び接触時間はこのような観点から決められたのである。図4は杉辺材ブロック(断面16×20mm、長さ30mm)を、20×30mmの面を下にして450℃の熔融スズの浴に約8mmの深さに2分間浸漬した後に、表面に形成されているクラックを示す写真(図4(a))と、クラックの断面顕微鏡写真(図4(b))である。ガスバーナーにより発生したクラック(図1)とは外観が全く異なっている。断面顕微鏡写真から明らかなように、クラックは炭化層の浅い部分にしか到達していない。   Even in the molten metal system, cracks may occur if the temperature of the molten metal is too high or the contact time between the molten metal and wood is too long. The above-mentioned desirable temperature range and contact time are determined from this viewpoint. FIG. 4 shows a cedar wood block (cross section 16 × 20 mm, length 30 mm) immersed in a bath of molten tin at 450 ° C. with a 20 × 30 mm surface for 2 minutes to a depth of about 8 mm, and then on the surface. It is the photograph (FIG.4 (a)) which shows the formed crack, and the cross-sectional microscope picture (FIG.4 (b)) of a crack. The appearance is completely different from the cracks generated by the gas burner (FIG. 1). As apparent from the cross-sectional micrograph, the crack reaches only the shallow part of the carbonized layer.

溶融金属方式によれば、実施例1に記載されているようにクラックが発生しない状態で炭化される層の厚さを約0.5〜10数mm程度に容易にコントロールすることができる。従って、炭化による木材強度の低下は無視できる程度に小さくすることができる。この理由は下記のように考えられる。柱、梁、土台等の構造材として使われる木材は、通常かなり太いものである。柱の場合、断面の一辺は通常10.5〜12cmである。このように太い木材は、その表面層が炭化されてその部分の機械的強度が小さくなっても、その内側は元の木材の強度を有する。例えば、12cm角の木材で、炭化表面層の厚さが(木材の太さ方向)2mmの場合、炭化する前の木材の断面積の約3.3%が炭化され、炭化する前の木材断面の約96.7%が元の木材強度を有することになる。木材が構造材として用いられない場合は、木材の全断面積に対して炭化層の断面積を更に大きくしても構わない。柱の場合、表面に黒色の炭化層が露出するのを避けたいなら、炭化層の上に薄い木材を貼り付けることもできる。構造材でない場合、例えば、合板ならば炭化した板を内部に積層し、表面には炭化層が露出しないようにしてもよい。また、板の一面のみ炭化し、炭化層が表側にならないように(直接見えないように)使用することもできる。LVL、CLT材の場合も、同様に炭化層を有する板を内部に積層することもできる。   According to the molten metal method, as described in Example 1, it is possible to easily control the thickness of the layer carbonized in a state where no cracks are generated to about 0.5 to several tens of millimeters. Therefore, the decrease in the wood strength due to carbonization can be reduced to a negligible level. The reason is considered as follows. Wood used as a structural material such as columns, beams and foundations is usually quite thick. In the case of a pillar, one side of the cross section is usually 10.5 to 12 cm. Thus, even if the surface layer is carbonized and the mechanical strength of the portion is reduced, the thick wood has the strength of the original wood. For example, when the thickness of the carbonized surface layer is 2 mm (in the thickness direction of the wood) with 12 cm square wood, about 3.3% of the cross-sectional area of the wood before carbonization is carbonized, and the wood cross section before carbonization About 96.7% will have the original wood strength. When wood is not used as a structural material, the cross-sectional area of the carbonized layer may be further increased with respect to the total cross-sectional area of the wood. In the case of a pillar, if it is desired to avoid exposing the black carbonized layer on the surface, a thin wood can be pasted on the carbonized layer. When not a structural material, for example, if it is a plywood, a carbonized plate may be laminated inside so that the carbonized layer is not exposed on the surface. Further, it can be used such that only one surface of the plate is carbonized so that the carbonized layer does not face the front side (so as not to be seen directly). In the case of LVL and CLT materials, a plate having a carbonized layer can be similarly laminated inside.

本発明の溶融金属方式では、木材を溶融金属の浴に浸漬した場合、木材が丸棒であれば表面から内部に向かって同心円状に炭化されていくが、木材が角材の場合は同心角状には炭化されない。この理由は角材の角部では、角の両側の面から熱が加わるので平面部よりも強く加熱されるためである。その結果、炭化後の角材の断面には、同心角状と同心円状の中間的な、角が丸みを帯びた炭化層が形成されるのである。この現象は電気炉で木材を加熱炭化する場合も同様である。このような現象が起こると、角材の角部の炭化度が側面部よりも進んでいるので、機械的に弱くなるのがこの方法の欠点である。また、角材内部の非炭化部の面積が小さくなるので、角材の機械的強度も小さくなる欠点がある。角材が非常に太い場合はこのような現象はあまり問題にならない。本発明においては、一つの面だけを加熱することができるので、このような問題は起こさないようにすることができる。   In the molten metal system of the present invention, when wood is immersed in a molten metal bath, if the wood is a round bar, it is carbonized concentrically from the surface to the inside, but if the wood is a square, it is concentric square Is not carbonized. The reason for this is that, at the corner of the square bar, heat is applied from both sides of the corner, so that it is heated more strongly than the flat portion. As a result, a carbonized layer with rounded corners is formed between the concentric square shape and the concentric circle shape in the cross section of the square bar after carbonization. This phenomenon is the same when wood is heated and carbonized in an electric furnace. When such a phenomenon occurs, the carbonization degree of the corner portion of the square bar is more advanced than that of the side surface portion, and it is a disadvantage of this method that it becomes mechanically weak. Moreover, since the area of the non-carbonized portion inside the square member is reduced, there is a disadvantage that the mechanical strength of the square member is also reduced. If the square is very thick, this phenomenon is not a problem. In the present invention, since only one surface can be heated, such a problem can be prevented.

溶融金属方式において、上記のような問題を避ける方法として、例えば角材を横にして角材の自重により溶融金属の浴面に浮かせて任意の時間加熱炭化し、次いで角材を転がして隣の面が下になるように浮かせて任意の時間加熱炭化する。このようにして次々に別の面を加熱炭化するのである。角材の自重により、角材は溶融金属の浴に少しだけ沈むので、角材の面は一様に加熱され、角部がより強く加熱されることが極めて少なくなるのである。   In the molten metal method, as a method of avoiding the above-mentioned problems, for example, a square is placed sideways, floated on the molten metal bath surface by its own weight, heated and carbonized for an arbitrary time, and then the square is rolled and the adjacent surface is lowered. Heat and carbonize for an arbitrary time. In this way, another surface is heated and carbonized one after another. Due to the dead weight of the square, the square is slightly submerged in the molten metal bath, so that the surface of the square is uniformly heated, and the corners are extremely less heated.

溶融金属方式により製作された炭化木材の表面に、ごく稀ではあるがタール分が析出してベタつきが生ずることがある。そのような場合、表面のタール分を除去するために、タール分を溶解する有機溶剤で洗い流すことができる。また、表面を短時間(数秒程度)ガスバーナー等の強い火炎で燃焼除去することができる。長時間火炎に曝すと、焼杉の場合のように表面にクラックが発生するので、2〜3秒程度にするのがよい。表面に塗料を塗布して、ベタつきを防ぐことも可能である。   On the surface of carbonized wood manufactured by the molten metal method, a tar content sometimes precipitates and may become sticky. In such a case, in order to remove the tar content on the surface, it can be washed away with an organic solvent that dissolves the tar content. Further, the surface can be burned and removed with a strong flame such as a gas burner for a short time (about several seconds). When exposed to a flame for a long time, cracks are generated on the surface as in the case of baked cedar, so it is preferable to set it to about 2 to 3 seconds. It is also possible to prevent stickiness by applying a paint to the surface.

溶融金属方式により製作された炭化木材を、実際に工事或いは建築の現場で使用する場合、例えばのこぎりで必要な長さに切断することがある。切断面は炭化されていないので、その部分が露出した状態になると、そこから木材の劣化が始まってしまう恐れがある。そこで、そのような場合、本発明の他の方式である熱風或いは赤外線方式により、露出した切断面を炭化することができる。   When the carbonized wood produced by the molten metal method is actually used at a construction or construction site, it may be cut to a necessary length by, for example, a saw. Since the cut surface is not carbonized, the wood may start to deteriorate when the portion is exposed. Therefore, in such a case, the exposed cut surface can be carbonized by hot air or infrared rays, which is another method of the present invention.

溶融金属方式によって表面層を炭化する場合、木材の表面に割れ、ささくれ、或いは窪みがあったりすると、溶融金属槽から表面層炭化された木材を引き上げる際に、上記の割れ目や、ささくれ部、窪みに溶融金属が入り込んで残る恐れがある。このような現象を抑えるために、木材が炭化処理される前に、表面をカンナがけ、研摩等により平滑にしておくことが望ましい。また、炭化された木材を溶融金属槽から引き上げる際に、金属の溶融温度以上の高温高圧気体を吹きつけて付着している溶融金属を除去することもできる。溶融金属浴の表面には金属の酸化膜やスラグが存在するので、これらが炭化された木材の表面に付着していることもある。このような場合、冷却後に高圧エアージェットで吹き飛ばすことも可能である。また、刷毛で擦って落とすこともできる。その他適当な方法で除去することができる。木材表面にヤニが存在すると、金属酸化膜やスラグが付着し易いので、木材はあらかじめいわゆる脱脂処理されていることが望ましい。   When carbonizing the surface layer by the molten metal method, if the surface of the wood is cracked, raised, or dented, the above-mentioned cracks, ridged portions, dents are raised when the surface layer carbonized wood is pulled up from the molten metal tank. There is a risk that molten metal may enter and remain in In order to suppress such a phenomenon, it is desirable that the surface be smoothed by polishing and polishing before the wood is carbonized. Further, when the carbonized wood is pulled up from the molten metal tank, it is possible to remove the adhered molten metal by blowing a high-temperature high-pressure gas that is equal to or higher than the melting temperature of the metal. Since a metal oxide film and slag exist on the surface of the molten metal bath, they may adhere to the surface of the carbonized wood. In such a case, it is possible to blow off with a high-pressure air jet after cooling. It can also be scraped off with a brush. It can be removed by other appropriate methods. If ani exists on the surface of the wood, a metal oxide film or slag is likely to adhere to it, so that it is desirable that the wood has been so-called degreased in advance.

溶融金属の表面が空気に長時間曝されていると、特に溶融温度が高いほど、表面が酸化されて金属酸化物が形成される。その結果、溶融金属浴面に酸化物の膜ができる。又、木材を溶融金属浴に浸漬或いは接触すると、メカニズムは不明であるがスラグ状のものが発生する。酸化膜やこのスラグ状のものを含めて、いわゆるスラグが溶融金属浴表面に溜まる。そこで、必要に応じて浴面からそのスラグを除去することが望ましい。スラグを浴槽の端の方に追いやってもよい。溶融金属槽の下部から溶融金属を送り込み、浴槽の一部から溶融金属が溢れる構造とし、浴面に発生したスラグが常に浴槽外に流れだすようにすることもできる。浴槽の上部から、常に溶融金属が溢れ出るようにしておき、その液面に木材が接触するようにしながら、木材をスライドさせて炭化することもできる。   When the surface of the molten metal has been exposed to air for a long time, the surface is oxidized and a metal oxide is formed, particularly as the melting temperature is higher. As a result, an oxide film is formed on the molten metal bath surface. When wood is immersed or brought into contact with a molten metal bath, a slag-like material is generated although the mechanism is unknown. So-called slag is accumulated on the surface of the molten metal bath, including the oxide film and the slag. Therefore, it is desirable to remove the slag from the bath surface as necessary. You may drive slag towards the edge of the bathtub. It is also possible to feed the molten metal from the lower part of the molten metal tank so that the molten metal overflows from a part of the bath so that the slag generated on the bath surface always flows out of the bath. The molten metal always overflows from the upper part of the bath, and the wood can be slid and carbonized while the wood is in contact with the liquid surface.

溶融金属浴面に金属酸化物が発生しないようにするため、溶融金属浴面を不活性ガスで覆ってもよい。例えば、溶融金属浴槽を密閉室内に配置し、その室内に窒素ガスを送ることによって、窒素ガス雰囲気にすることができる。   In order to prevent generation of metal oxides on the molten metal bath surface, the molten metal bath surface may be covered with an inert gas. For example, a molten metal bathtub can be placed in a sealed chamber and a nitrogen gas atmosphere can be obtained by sending nitrogen gas into the chamber.

木材は通常10%以上の含水率を有しており、木材を溶融金属浴に浸漬或いは接触すると、木材中の水分が加熱されて水蒸気ガスとして木材から揮発し、金属浴の中を上昇して浴面から吹き出す。この際、溶融金属が、噴出するガスに押し上げられて微小な金属液滴となって飛散する現象が発生することがある。特に道管或いは仮道管が露出している場合、そこからのガス噴出が激しいので道管或いは仮道管の露出部が溶融金属層の深い所にあると、溶融金属の飛散が激しくなる。この現象を軽減ないし防止するために、あらかじめ木材を脱水処理しておくことが有効である。   Wood usually has a moisture content of 10% or more. When wood is immersed or brought into contact with a molten metal bath, moisture in the wood is heated and volatilizes from the wood as water vapor gas, and rises in the metal bath. Blow out from the bath. At this time, a phenomenon may occur in which the molten metal is pushed up by the gas to be ejected and scattered as fine metal droplets. In particular, when the road pipe or the temporary road pipe is exposed, gas ejection from the road pipe or the temporary road pipe is vigorous. Therefore, if the exposed portion of the road pipe or the temporary road pipe is in the deep portion of the molten metal layer, the molten metal scatters intensely. In order to reduce or prevent this phenomenon, it is effective to dehydrate the wood in advance.

木材中の水分が完全に除去されても、高温浴により加熱された木材中のミクロフィブリルやリグニンが熱分解され、分解された成分の一部が木材からガスとして揮発し、水蒸気ガスと同じように高温浴面から噴出して金属を飛散させる。高温浴槽が木材サイズに比べて十分に大きければ、溶融金属が飛散しても、浴槽の外に飛び出す恐れはない。しかし、溶融金属が飛散すると、空気との接触面積が増大するので、金属酸化物が多く発生する恐れがある。これら2つの問題を解決する簡便な方法として、溶融金属浴面に溶融金属の飛散防止材として、溶融金属より比重が小さく、溶融金属に溶けずまた溶融金属と反応しない微小な物質例えば微小なガラスビーズの層を設けることが有効である。木材から発生するガスは浴面から噴出する際、金属を飛散させようとするが、浴面上部にガラスビーズの層があると、金属の飛散は防止される。ガスはガラスビーズの間隙を通って空気中に出て行く。   Even if the moisture in the wood is completely removed, microfibrils and lignin in the wood heated by the high-temperature bath are thermally decomposed, and some of the decomposed components are volatilized as gas from the wood, just like water vapor gas The metal is spattered from the hot bath surface. If the hot tub is sufficiently larger than the wood size, there is no risk of jumping out of the tub even if the molten metal scatters. However, when the molten metal is scattered, the contact area with the air increases, so that a large amount of metal oxide may be generated. As a simple method for solving these two problems, as a molten metal scattering prevention material on the surface of the molten metal, a specific material having a specific gravity smaller than that of the molten metal, not dissolved in the molten metal, and not reacting with the molten metal, for example, minute glass It is effective to provide a layer of beads. The gas generated from the wood tries to scatter metal when it is ejected from the bath surface. However, if there is a glass bead layer on the upper surface of the bath surface, metal scatter is prevented. The gas exits into the air through the gap between the glass beads.

飛散防止材の存在は溶融金属の表面酸化を軽減する効果もある。ガラスビーズのサイズは約1mm〜約5mm径が適当である。小さすぎると木材を浴から引き上げる際に、炭化された木材表面に付着しやすくなる。サイズが大きすぎると、隙間から金属が飛散する恐れが有る他に、金属の酸化防止効果が小さくなる。ビーズのサイズは均一である必要はなく、分布を有していてもよい。ビーズ層の厚さは、約5mm〜20mmが適当である。ビーズ層の厚さが小さいと、金属の飛散防止及び酸化防止の効果が小さくなる。厚すぎるのは無駄である。ビーズとしてはガラスビーズ、シリカビーズ、アルミナビーズ等を利用することができる。ビーズのように球体でなくても顆粒状、棒状、平板状のもので、高温で安定な材質のものであれば使用可能である。これらのもののサイズは上記のビーズと同程度であればよい。   The presence of the anti-scattering material also has the effect of reducing the surface oxidation of the molten metal. The size of the glass beads is suitably about 1 mm to about 5 mm. If it is too small, it tends to adhere to the carbonized wood surface when the wood is pulled up from the bath. If the size is too large, the metal may be scattered from the gap, and the antioxidant effect of the metal is reduced. The size of the beads need not be uniform and may have a distribution. An appropriate thickness of the bead layer is about 5 mm to 20 mm. When the thickness of the bead layer is small, the effects of preventing metal scattering and oxidation are reduced. Too thick is useless. As beads, glass beads, silica beads, alumina beads and the like can be used. Even if it is not a sphere like a bead, it can be used if it is granular, rod-like, or flat and is made of a material that is stable at high temperatures. The size of these may be about the same as the above beads.

溶融金属浴に浸漬される部分の木材をアルミ箔でカバーしてから浸漬すると、木材から発生した揮発成分が溶融金属に接触する割合が大幅に減少し、スラグの発生を著しく低減できる。アルミ箔の合わせ目部分から揮発成分が溶融金属浴内で漏れることがあっても、木材が直接溶融金属浴に浸漬される場合より遥かにスラグの発生は少ない。   When the wood immersed in the molten metal bath is covered with aluminum foil and then immersed, the proportion of volatile components generated from the wood in contact with the molten metal is greatly reduced, and the generation of slag can be significantly reduced. Even if the volatile components leak from the joint portion of the aluminum foil in the molten metal bath, the generation of slag is much less than when the wood is directly immersed in the molten metal bath.

通常、木材は長さ方向が道管或いは仮道管の方向と一致しており、木材の両端面(切り口)は道管或いは仮道管の方向に対して直角である。木材が高温に加熱されて熱分解により発生したガスは、道管或いは仮道管の方向には流れやすく、それと直角の方向には流れにくい。従って、木材を溶融金属浴に浸漬すると、木材の端面(切り口)からは激しくガスがでるが、木材の他の表面からは発生が少ないのである。その結果、木材の端面は炭化されにくいことがある。木材の端面以外の表面が十分に炭化されているのに、端面が炭化不足の場合、端面のみを追加で炭化するのが望ましい。追加の炭化が必要な場合は、本発明の熱風或いは赤外線方式が適している。   In general, the length direction of the wood coincides with the direction of the road pipe or the temporary road pipe, and both end faces (cuts) of the wood are perpendicular to the direction of the road pipe or the temporary road pipe. The gas generated by pyrolysis when the wood is heated to a high temperature is likely to flow in the direction of the road pipe or the temporary road pipe, and hardly flows in the direction perpendicular thereto. Accordingly, when wood is immersed in a molten metal bath, gas is emitted violently from the end face (cut) of the wood, but there is little generation from other surfaces of the wood. As a result, the end face of the wood may be difficult to be carbonized. If the surface other than the end face of the wood is sufficiently carbonized, but the end face is insufficiently carbonized, it is desirable to additionally carbonize only the end face. If additional carbonization is required, the hot air or infrared system of the present invention is suitable.

熱分解成分の揮発を防止する方法Aの一つである熱板方式では、熱板として金属板例えばいわゆるホットプレートとして知られている加熱装置が一般的であるが、それに類するものも使用できる。熱溶融している金属の代わりに熱板が使用されるので、温度条件も熱溶融金属の場合と殆ど同じである。炭化される木材の形状に応じて、平板状、レール状、アングル状、曲面状等の熱板の使用が可能である。例えば杭の如き円柱状の木材を加熱する場合は、筒状の加熱炉が適している。この場合、炉壁と木材とのギャップを出来るだけ小さくすることが望ましい。筒状加熱炉を長さ方向に平行に2分割し、木材を挿入し易いようにしておき、挿入後に合体させて筒状にしてもよい。2分割加熱炉を蝶板で結合しておくのが便利である。熱板は金属板の表面が耐熱性保護膜で覆われたものでもよい。熱板は十分な熱容量を持っているか、常にエネルギーが供給されて表面温度が維持されることが望ましい。例えばニクロム線の如き通電発熱体と温度制御機構を内蔵した熱板装置が利用できる。また、熱伝導性の大きな熱板であることが望ましい。アルミ箔、銅箔のような薄い金属箔でも金属板と同様に使用できる。例えばアルミ箔で木材表面をカバーし、その上から熱風を吹き付けながらアルミ箔の温度を高温に保つこともできる。金属板、金属箔等を赤外線で加熱して熱板とする場合、赤外線を反射しないように少なくとも表面が黒色の如く赤外線を吸収する色に処理されていることが望ましい。   In the hot plate method, which is one of the methods A for preventing volatilization of the pyrolysis component, a heating device known as a metal plate, for example, a so-called hot plate is generally used as the hot plate, but a similar device can also be used. Since a hot plate is used in place of the metal that is hot-melted, the temperature conditions are almost the same as in the case of the hot-melt metal. Depending on the shape of the wood to be carbonized, it is possible to use a hot plate having a flat plate shape, rail shape, angle shape, curved surface shape, or the like. For example, in the case of heating a columnar wood such as a pile, a cylindrical heating furnace is suitable. In this case, it is desirable to make the gap between the furnace wall and the wood as small as possible. The cylindrical heating furnace may be divided into two parallel to the length direction so that the wood can be easily inserted, and after the insertion, they may be combined into a cylindrical shape. It is convenient to connect the two-part heating furnace with a butterfly plate. The heat plate may be a metal plate whose surface is covered with a heat-resistant protective film. It is desirable that the hot plate has a sufficient heat capacity or is always supplied with energy to maintain the surface temperature. For example, a hot plate apparatus incorporating an energization heating element such as a nichrome wire and a temperature control mechanism can be used. Moreover, it is desirable that the heat plate has a large thermal conductivity. Thin metal foil such as aluminum foil and copper foil can be used in the same manner as the metal plate. For example, the surface of wood can be covered with aluminum foil, and the temperature of the aluminum foil can be kept high while blowing hot air from above. When a metal plate, metal foil or the like is heated with infrared rays to form a heat plate, it is desirable that at least the surface is treated with a color that absorbs infrared rays so that the infrared rays are not reflected.

熱板へのエネルギー供給方法は上記の方法以外に、木材やオイルの燃焼熱を利用することもできる。例えば、廃木材や間伐材の枝等を燃焼室で燃焼させ、燃焼室の上壁を平坦な鉄板にしておき、この鉄板を熱板とすることができる。このようにすれば、廃木材や間伐材の有効利用になるばかりでなく、環境にも有益である。   In addition to the above method, the energy supply method to the hot plate can use the heat of combustion of wood or oil. For example, waste wood, thinned wood branches or the like are burned in a combustion chamber, the upper wall of the combustion chamber is made a flat iron plate, and this iron plate can be used as a hot plate. In this way, not only is it possible to effectively use waste wood and thinned wood, but it is also beneficial to the environment.

熱板へのエネルギー供給方法として、熱熔融状態の熔融金属を利用することもできる。例えば、熱熔融金属浴の上に金属板を載せ、この金属板を熱板として使うことができる。金属板の代わりにアルミ箔を浮かべ、その上に木材を置いても同様に加熱することができる。図5は熔融金属浴の上にアルミ箔を浮かべ、その上に木材を載せ木材の上に力を加えて木材を少し沈ませた状態の即断面図である。図5において、1は木材、2はアルミ箔、4は熔融状態の金属浴、5は金属浴の容器である。木材1の上に力6を加えると、木材1はアルミ箔2を変形させて浴中に少し沈む。即ち金属浴に木材を載せたアルミ箔のボートが浮かんでいるような状態である。木材の自重が大きい場合は上から力を加えなくとも木材は少し沈む。浴中のアルミ箔は、金属浴の浮力により浴中の木材の下部の周辺部末端において上方に折れ曲り、木材下部の周辺部末端に密接するため、熱分解成分の揮発が抑制される。これによって末端の炭化部のクラック発生が抑制される。アルミ箔の使用は極めて簡便で有効である。木材のコーナー部のアルミ箔にしわができることもあるが、木材の下面及び側面に接するアルミ箔は完全に平坦になり、炭化への影響はない。   As a method for supplying energy to the hot plate, a molten metal in a hot melt state can be used. For example, a metal plate can be mounted on a hot-melt metal bath, and this metal plate can be used as a hot plate. It is possible to heat similarly by floating an aluminum foil instead of a metal plate and placing wood on it. FIG. 5 is an immediate cross-sectional view of a state in which an aluminum foil is floated on a molten metal bath, a timber is placed on the aluminum foil, and a force is applied to the timber to slightly sink the timber. In FIG. 5, 1 is wood, 2 is aluminum foil, 4 is a molten metal bath, and 5 is a metal bath container. When a force 6 is applied on the wood 1, the wood 1 deforms the aluminum foil 2 and sinks a little in the bath. In other words, an aluminum foil boat with wood on a metal bath is floating. If the weight of the timber is large, the timber will sink slightly without applying force from above. The aluminum foil in the bath bends upward at the peripheral end of the lower part of the wood in the bath due to the buoyancy of the metal bath, and is in close contact with the peripheral end of the lower part of the wood, so that volatilization of the thermal decomposition component is suppressed. This suppresses the occurrence of cracks at the carbonized portion at the end. The use of aluminum foil is extremely simple and effective. Although the aluminum foil at the corner of the wood may be wrinkled, the aluminum foil in contact with the lower and side surfaces of the wood is completely flat and has no effect on carbonization.

熱板方式では、熱板と木材が接触されるが、木材の表面は一般に粗面であるので、熱板と木材の間には空気層が存在している。溶融金属方式では、溶融金属が自由に変形可能なので、木材表面が粗面であっても木材と溶融金属との間には空気層が存在しない。従って、熱板方式の場合は、木材の表面層炭化のされ方が溶融金属を使用する場合とかなり異なるであろうと推測された。ところが、驚くべきことに殆ど同じように炭化されたのである。木材と熱板は接触しているので、加熱により木材から発生した揮発成分が自由に木材表面から逃げることが防止され、木材内部に閉じ込められるのだと推測される。   In the hot plate method, the hot plate and the wood are brought into contact with each other. However, since the surface of the wood is generally rough, an air layer exists between the hot plate and the wood. In the molten metal method, since the molten metal can be freely deformed, there is no air layer between the wood and the molten metal even if the surface of the wood is rough. Therefore, in the case of the hot plate method, it was speculated that the method of carbonizing the surface layer of wood would be considerably different from the case of using molten metal. However, it was surprisingly almost the same carbonized. Since the wood and the hot plate are in contact, it is assumed that the volatile components generated from the wood by heating are prevented from freely escaping from the surface of the wood and are confined inside the wood.

熱板方式では、通常熱板は平板状なので、木材の一つの面しか加熱できない。一つの面の加熱が終了したら次の面の加熱が行われる。複数の面を同時に加熱するためには、それに適した形状の熱板を準備しなければならない。例えば、相隣る2つの面を同時に加熱するためには、アングル状の熱板が必要になる。アングル状の熱板で加熱すると角部の炭化が優先的に進む問題が発生するが、アングルの角部にスリット状の隙間を設けることによりこの問題を解決することができる。角材状の木材表面層を炭化する場合、2枚の熱板でサンドイッチした状態で加熱すると、2つの面を同時に炭化することができる。平板状の熱板で木材の一つの面を加熱する場合は、溶融金属方式で木材を浴面に浮かして加熱するのと殆ど同じ効果と結果が得られる。   In the hot plate method, since the hot plate is usually flat, only one surface of the wood can be heated. When the heating of one surface is completed, the next surface is heated. In order to simultaneously heat a plurality of surfaces, it is necessary to prepare a hot plate having a shape suitable for the surface. For example, in order to heat two adjacent surfaces simultaneously, an angle-shaped hot plate is required. When heated with an angle-shaped hot plate, the problem of preferential carbonization of the corners occurs. However, this problem can be solved by providing slit-like gaps at the corners of the angle. When carbonizing a square-like wood surface layer, two surfaces can be carbonized simultaneously by heating in a state sandwiched between two hot plates. When one surface of wood is heated with a flat hot plate, almost the same effect and result are obtained as when the wood is floated on the bath surface and heated by the molten metal method.

炭化される木材と熱板とは、接触した状態で保持されて静止していてもよいが、木材と熱板とが接触した状態で相対的にスライドするように移動させてもよい。例えば、熱板の上に木材を載せ、熱板は固定しておいて、木材を熱板の上で、設定した時間接触させつつスライドするように移動させてもよい。温度の違う、或いは同一温度の熱板を複数個並べて配置し、それらの上で木材を順次スライドしながら移動するようにしてもよい。   The wood to be carbonized and the heat plate may be held in contact and may be stationary, but may be moved so as to slide relative to each other while the wood and the heat plate are in contact with each other. For example, wood may be placed on a hot plate, the hot plate may be fixed, and the wood may be moved to slide on the hot plate while being in contact for a set time. A plurality of hot plates having different temperatures or the same temperature may be arranged side by side, and the wood may be moved while sequentially sliding on them.

熱板或いは溶融金属で木材表面を加熱炭化する前に、木材表面に赤外線を照射するか、或いは熱風を吹き付けて加熱することによって、木材表面を予備炭化することができる。この場合、予備炭化の段階で、木材表面にクラックが発生しない条件で加熱することが必要である。   Prior to heating and carbonization of the wood surface with a hot plate or molten metal, the wood surface can be pre-carbonized by irradiating the wood surface with infrared rays or heating by blowing hot air. In this case, it is necessary to heat in the pre-carbonization stage under the condition that no cracks are generated on the wood surface.

図17は、実施例1及び実施例2のデータをもとに、木材表面温度とクラック発生直前の加熱時間をプロットしたものである。縦軸は対数表示になっており、データの指数近似曲線が表示されている。図17には、各木材表面温度に対して、指数近似曲線以下の加熱時間内で加熱すれば、クラックを発生させないで加熱できることが示されている。本発明において解明されたのである。図17の指数近似曲線、下限温度及び下限時間の3本の線で囲まれた三角形の内部が、本発明の領域である。FIG. 17 is a plot of the wood surface temperature and the heating time immediately before the occurrence of cracks based on the data of Example 1 and Example 2. The vertical axis is a logarithmic display, and an exponential approximation curve of data is displayed. FIG. 17 shows that heating can be performed without generating cracks by heating each wood surface temperature within a heating time that is less than or equal to the exponential approximation curve. It was elucidated in the present invention. The inside of the triangle surrounded by three lines of the exponential approximation curve, the lower limit temperature, and the lower limit time in FIG. 17 is the region of the present invention.

図18は実施例2のデータを、横軸に木材表面温度、縦軸にクラックが発生しない最大炭化層の厚さにしてプロットしたグラフである。図18の曲線は多項式近似曲線である。この近似曲線より下の範囲で、0.7mm以上の範囲が本発明の炭化層厚の範囲である。FIG. 18 is a graph in which the data of Example 2 is plotted with the horizontal axis representing the wood surface temperature and the vertical axis representing the maximum carbonized layer thickness at which cracks do not occur. The curve in FIG. 18 is a polynomial approximation curve. In the range below the approximate curve, the range of 0.7 mm or more is the range of the thickness of the carbonized layer of the present invention.

次に熱分解成分の揮発を防止する方法Bについて説明する。その方法に使用される気体不透過性部材としては、ガラス板、石英板、セラミック板等の赤外線透過性で且つ気体を透過させない部材である。赤外線とは、遠赤外線、近赤外線の一部、可視光線の一部をも含むが、主として近赤外線或いは/及び遠赤外線を含む赤外線のことである。本発明に好適な遠赤外線光源の具体例として、石英ガラス管ヒーターが挙げられる。家庭用、工業用として広く使用されており、比較的安価に入手可能である。以下この方法Bを赤外線方式とも記載する。赤外線を木材表面に照射すると、木材表面の温度はいくらでも上昇していく。この点が前記の溶融金属、熱板、熱風による加熱方式と大きく異なる点である。溶融金属、熱板、熱風による加熱では木材表面の温度は、これらの熱源の温度より上昇することは無いが、赤外線の場合はエネルギーが木材表面に加速度的に蓄積されて温度が上昇していく。そこで木材表面の温度が450℃を超えないように、赤外線の放射エネルギー或いは照射時間を制御することが必要である。   Next, Method B for preventing volatilization of the pyrolysis component will be described. The gas impermeable member used in the method is a member that is transparent to infrared rays and does not transmit gas, such as a glass plate, a quartz plate, and a ceramic plate. Infrared rays include far infrared rays, part of near infrared rays, and part of visible rays, but mainly infrared rays including near infrared rays and / or far infrared rays. A specific example of a far infrared light source suitable for the present invention is a quartz glass tube heater. It is widely used for home and industrial use and is available at a relatively low cost. Hereinafter, this method B is also referred to as an infrared system. When infrared rays are irradiated on the wood surface, the temperature of the wood surface will increase as much as possible. This point is greatly different from the heating method using the molten metal, hot plate and hot air. In the case of heating with molten metal, hot plate, hot air, the temperature of the wood surface does not rise above the temperature of these heat sources, but in the case of infrared light, energy is accumulated on the wood surface at an accelerated rate and the temperature rises. . Therefore, it is necessary to control infrared radiation energy or irradiation time so that the temperature of the wood surface does not exceed 450 ° C.

赤外線を木材に照射すると木材が焦げることは非特許文献3からも明らかであるが、非特許文献3にはクラックについての記載が無い。赤外線発生源(ヒーター、ランプ等)のエネルギー強度、発生源から木材までの距離、照射時間等を適当に選ぶことにより、木材表面の温度を450℃以下に保ちながら加熱すればクラックが発生しないことを見つけた。また、木材表面に石英板、ガラス板等の気体不透過性透明部材を密着して覆い、これを通して照射することにより、クラックが発生せずに表面から内部に向かって溶融金属方式や熱板方式と同程度に炭化できる。   Although it is clear from Non-Patent Document 3 that wood is burnt when irradiated with infrared rays, Non-Patent Document 3 has no description of cracks. By appropriately selecting the energy intensity of the infrared source (heater, lamp, etc.), the distance from the source to the wood, the irradiation time, etc., cracks will not occur if heated while keeping the temperature of the wood surface below 450 ° C. I found In addition, a gas-impermeable transparent member such as a quartz plate or glass plate is closely attached to the surface of the wood and irradiated through it, so that molten metal method or hot plate method is applied from the surface to the inside without generating cracks. Can be carbonized to the same extent.

炭化される木材と透明部材(ガラス板、石英板等)とを相対的に移動させてもよい。例えば、赤外線ランプを固定して配置し、その下方に配置された透明部材の下面に接触させながら、搬送装置の上に載せた木材をスライドさせてもよい。この場合、木材表面の荒れや凹凸に対応させるために、透明部材が上下に可動できるようにしておくのが望ましい。木材の上に透明部材が置かれた状態で、木材と透明部材を一緒に移動させてもよい。木材の上に透明部材を載せ、その上方に赤外線ランプを配置し、赤外線ランプを移動させることもできる。   The wood to be carbonized and the transparent member (glass plate, quartz plate, etc.) may be moved relatively. For example, an infrared lamp may be fixedly disposed, and the wood placed on the transport device may be slid while contacting the lower surface of the transparent member disposed below the infrared lamp. In this case, it is desirable that the transparent member be movable up and down in order to cope with roughness and unevenness of the wood surface. The wood and the transparent member may be moved together in a state where the transparent member is placed on the wood. It is also possible to place a transparent member on wood, place an infrared lamp above it, and move the infrared lamp.

木材と赤外線ランプが、上記と上下が逆の関係になってもよい。この場合、木材の炭化される面に、透明部材が接触するように配置される。また、複数本の赤外線ランプを配置してもよい。後述の実施例4から明らかなように、透明部材が配置されると、透明部材が無い場合に比べて炭化速度が低下している。従って、クラックの発生が起こらない範囲で、透明部材を配置しない状態で炭化し(0060項で述べた予備炭化と同様である)、その部分を通過してから透明部材を配置してもよい。例えば、複数本の赤外線ランプを平行に配置し、初めの1本〜複数本は、透明部材を配置せずに木材の被炭化面を照射し、次の1〜複数本は、木材の被炭化面に透明部材を接触させた状態で、木材の被炭化面を照射するように配置してもよい。このように配置することによって、炭化の効率を上げることが可能である。木材に赤外線を照射して予備炭化する代わりに、熱風を吹き付けて予備炭化してもよい。   The wood and the infrared lamp may have an upside down relationship with the above. In this case, it arrange | positions so that a transparent member may contact the carbonized surface of wood. A plurality of infrared lamps may be arranged. As will be apparent from Example 4 described later, when the transparent member is arranged, the carbonization rate is reduced as compared with the case where there is no transparent member. Therefore, as long as cracks do not occur, the transparent member may be carbonized without the transparent member disposed (similar to the preliminary carbonization described in the paragraph 0060), and the transparent member may be disposed after passing through that portion. For example, a plurality of infrared lamps are arranged in parallel, the first one to a plurality are irradiated with the carbonized surface of the wood without a transparent member, and the next one to a plurality are carbonized to the wood. You may arrange | position so that the to-be-carbonized surface of wood may be irradiated in the state which made the transparent member contact the surface. By arranging in this way, it is possible to increase the efficiency of carbonization. Instead of pre-carbonization by irradiating wood with infrared rays, pre-carbonization may be performed by blowing hot air.

上記のように、木材と透明部材或いは熱板を相対的にスライドさせる場合に共通して言えることであるが、木材の先端が、熱板或いは透明部材の端部に到達する際に、木材の先端が熱板或いは透明部材の端部に衝突して移動が妨害される恐れがある。これを避けるために、木材の先端と出会う熱板或いは透明部材の端部は、テーパー状に加工されていることが望ましい。   As mentioned above, it can be said in common when the wood and the transparent member or the hot plate are relatively slid, but when the tip of the wood reaches the end of the hot plate or the transparent member, The tip may collide with the end of the hot plate or the transparent member and the movement may be hindered. In order to avoid this, it is desirable that the end of the hot plate or transparent member that meets the tip of the wood be processed into a taper shape.

次に熱分解成分の揮発を防止する方法Cについて述べる。その方法は、水ガラスを表面層に含浸させた木材を使用することが基本である。本発明に使用される水ガラスとして、例えば1号珪酸ナトリウム溶液(例えば水ガラス1号)を使用する場合、これを原液(非常に粘稠な流体)として水で希釈して、ケイ酸ナトリウムの重量が約20〜60%の水溶液として使用することが好ましい。20%以下だと水ガラスの効果が小さく、60%以上だと木材表面に水ガラスの膜が形成されやすい。単位面積当たりの含浸量で表現すると15g/m〜80g/mの範囲が好ましい。水ガラスを木材に供給する方法は、公知の塗布法、水ガラス水溶液に木材を浸漬後に引き上げて乾燥する方法等適当な方法を用いることができる。水ガラスの使用は本発明の課題を解決するためのA及びBの方法においても適用することができる。 Next, method C for preventing volatilization of the pyrolysis component will be described. The method is based on the use of wood in which a surface layer is impregnated with water glass. When using, for example, No. 1 sodium silicate solution (for example, No. 1 water glass) as the water glass used in the present invention, it is diluted with water as a stock solution (very viscous fluid), It is preferably used as an aqueous solution having a weight of about 20-60%. If it is 20% or less, the effect of water glass is small, and if it is 60% or more, a water glass film is likely to be formed on the wood surface. Preferably in the range of to the 15g / m 2 ~80g / m 2 expressed by impregnation amount per unit area. As a method of supplying water glass to wood, a suitable method such as a known coating method, a method of lifting wood after dipping it in a water glass aqueous solution and drying it can be used. The use of water glass can also be applied in the methods A and B for solving the problems of the present invention.

本発明において、木材に含浸させる水ガラスの量は、水ガラス水溶液を適当な方法により木材に供給し、乾燥後に木材表面に水ガラスの膜が形成されない程度であることが望ましい。具体的には水ガラス水溶液の水ガラスの割合が大きい場合、木材表面に水ガラスの膜が形成される。水ガラスの割合が小さくても、複数回の塗布により木材表面に水ガラスの膜が形成される。水ガラスの膜が明確に形成されると、本発明方法により加熱した際に、木材表面の水ガラス膜が発泡して白い発泡膜が形成される。この現象は加熱温度が高い時に特に顕著である。このような発泡現象が発生しても、加熱を続けていくと発泡膜で覆われた木材は炭化されるので、炭化の妨害にはならない。木材の炭化が進むにつれて、初め白かった発泡膜は次第に黒化していき、冷却後にスポンジやブラシで擦るだけで簡単に除去することができる。従って、形成される炭化層には悪影響は無いのであるが、取扱い上面倒なのでこのような現象が起こらないようにすることが望ましい。   In the present invention, it is desirable that the amount of water glass impregnated in the wood is such that a water glass film is not formed on the wood surface after the water glass aqueous solution is supplied to the wood by an appropriate method and dried. Specifically, when the proportion of water glass in the water glass aqueous solution is large, a water glass film is formed on the wood surface. Even if the ratio of water glass is small, a water glass film is formed on the surface of the wood by multiple application. When the water glass film is clearly formed, when heated by the method of the present invention, the water glass film on the surface of the wood foams to form a white foam film. This phenomenon is particularly remarkable when the heating temperature is high. Even if such a foaming phenomenon occurs, if the heating is continued, the wood covered with the foamed film is carbonized, so that it does not interfere with the carbonization. As the carbonization of wood progresses, the foam film that was initially white gradually becomes black and can be easily removed by simply rubbing with a sponge or brush after cooling. Accordingly, the carbonized layer to be formed does not have an adverse effect, but it is desirable to prevent such a phenomenon from occurring because the handling surface is inclined.

本発明の課題を解決する第2の方法は、木材或いは木質材料の炭化される領域の表面に、280℃〜480℃の温度の熱風を吹き付けることにより、前記領域をその表面から内部に向かって必要な深さ即ち希望の深さに炭化することである。この第2の方法を以後熱風方式と記載する。本発明者は、高温溶融金属と同程度の温度の熱風を木材表面に吹き付けることにより、高温溶融金属の場合と同程度の厚さのクラックが無い炭化層が得られるのではないかと推測し、実施してみたところ溶融金属の場合ほど厚い炭化層は得られなかったが、ガスバーナーの火炎による場合より遥かに厚い炭化層が得られることを発見した。火炎の温度は1000℃前後も有り、短時間の処理の間にクラックが発生してしまうのである。クラックが発生しない程度の短時間処理では、炭化層の厚さは極めて小さく、ごく表面に近い層のみしか炭化されないのである。ところが、480℃以下の熱風であれば、熱風の温度と吹き付け時間を制御することにより、クラックの発生無しに3mm程度の厚さに炭化できる。溶融金属方式や熱板方式と比較して、クラックが発生しない範囲で得られる炭化層の厚さは小さいが、用途によってはそれでも十分である。   A second method for solving the problem of the present invention is to blow hot air at a temperature of 280 ° C. to 480 ° C. on the surface of the carbonized region of the wood or woody material, so that the region is directed from the surface toward the inside. Carbonization to the required depth, ie the desired depth. This second method is hereinafter referred to as a hot air method. The present inventor speculates that a carbonized layer without cracks having the same thickness as that of a high-temperature molten metal can be obtained by blowing hot air having a temperature similar to that of the high-temperature molten metal on the surface of the wood. In practice, it was found that a thickened carbonized layer was not obtained as in the case of molten metal, but a much thicker carbonized layer was obtained than in the case of a gas burner flame. The temperature of the flame is about 1000 ° C., and cracks occur during a short time of processing. In a short time treatment that does not cause cracks, the thickness of the carbonized layer is extremely small, and only the layer close to the surface is carbonized. However, if the hot air is 480 ° C. or less, it can be carbonized to a thickness of about 3 mm without generating cracks by controlling the temperature of the hot air and the blowing time. Compared with the molten metal method or hot plate method, the thickness of the carbonized layer obtained in a range where cracks do not occur is small, but this is sufficient depending on the application.

熱風による炭化の場合であっても、熱風の温度が高く、吹き付けている時間が長くなると、ガスバーナーの場合と類似のクラックが発生する。図6はエゾ松(厚さ14mm、幅45mm、長さ58mm)を、ヒートガン(熱風温度480℃)で2分間加熱、炭化したサンプルの写真である。写真(a)はクラックが多数発生した表面の写真、写真(b)はその中の1本のクラック近傍の断面顕微鏡写真である。このように熱風でも高温になると短時間の吹き付けでも、ガスバーナーによる炭化と同様にクラックが発生するが、熱風炭化とガスバーナー炭化では断面の形状が大きく違っていることが分かる。図2のクラック断面周辺は窪んでいるが、図6のクラック断面周辺は逆に膨らんでいる。このような相違が起こる理由は、ガスバーナー方式では燃焼が起こるが、熱風方式では燃焼が起こらないためであると推測される。   Even in the case of carbonization with hot air, if the temperature of the hot air is high and the blowing time becomes long, cracks similar to those in the case of the gas burner are generated. FIG. 6 is a photograph of a sample obtained by heating and carbonizing Ezo pine (thickness 14 mm, width 45 mm, length 58 mm) with a heat gun (hot air temperature 480 ° C.) for 2 minutes. A photograph (a) is a photograph of the surface where many cracks are generated, and a photograph (b) is a cross-sectional micrograph of the vicinity of one crack. As described above, even when hot air is used or when the temperature is high, cracks are generated as in the case of carbonization by the gas burner even when sprayed for a short time. However, it can be seen that the shape of the cross section differs greatly between hot air carbonization and gas burner carbonization. Although the crack cross-section periphery of FIG. 2 is depressed, the crack cross-section periphery of FIG. 6 swells conversely. The reason why such a difference occurs is presumed to be that combustion occurs in the gas burner method, but combustion does not occur in the hot air method.

ガスバーナーによる火炎処理も、熱風吹付けによる処理も空気中で行われるので、熱分解した木材中の揮発成分が酸化(燃焼)してクラックが発生し易い可能性があると考えられたので、炭酸ガスの熱風で処理したところ、空気の熱風処理と殆ど差が無いことが確認された。図7は空気の熱風と炭酸ガスの熱風によるエゾ松(厚さ14mm、幅45mm、長さ57mm)の炭化結果を比較した写真である。写真(a)は空気熱風により炭化されたサンプル、写真(b)は炭酸ガス熱風により炭化されたサンプルの写真である。両者の熱風の温度(480℃)と吹付け時間(60秒)は全く同じである。図7から分かるように、空気でも炭酸ガスでも炭化状況に殆ど相違が無いことが確認された。従って、熱分解した成分の揮発が防止されていることが、溶融金属や熱板による炭化処理の重要な条件であることが分かる。熱風方式においても、例えば表面に金属板或いは金属泊を置き、その上から熱風を吹き付けると、金属板或いは金属箔が高温になり熱板方式と同様に炭化できることも確認された。木材を金属箔或いは薄い金属板でカバーしその上から熱風を吹き付ける方法は、実用的で非常に有効である。金属箔で木材をカバーし、その上から熱風を吹き付ける方法は、特に現場での作業に好都合である。   Since flame treatment with gas burners and treatment with hot air blowing are performed in the air, it was thought that the volatile components in the pyrolyzed wood may be oxidized (burned) and cracks are likely to occur. When treated with hot air of carbon dioxide gas, it was confirmed that there was almost no difference from the hot air treatment of air. FIG. 7 is a photograph comparing the carbonization results of Ezo pine (thickness 14 mm, width 45 mm, length 57 mm) with hot air of carbon and hot air of carbon dioxide gas. Photo (a) is a sample carbonized with hot air and photo (b) is a photo of a sample carbonized with carbon dioxide hot air. Both hot air temperatures (480 ° C.) and spraying time (60 seconds) are exactly the same. As can be seen from FIG. 7, it was confirmed that there was almost no difference in the carbonization state between air and carbon dioxide gas. Therefore, it is understood that prevention of volatilization of pyrolyzed components is an important condition for carbonization treatment with molten metal or a hot plate. Also in the hot air method, for example, when a metal plate or a metal stay was placed on the surface and hot air was blown from above, the metal plate or the metal foil became high temperature, and it was confirmed that it could be carbonized as in the hot plate method. A method of covering wood with a metal foil or a thin metal plate and blowing hot air over the metal foil is practical and very effective. The method of covering wood with metal foil and blowing hot air over it is particularly convenient for work in the field.

熱分解した木材の揮発性成分の揮発を、木材の表面を覆っている溶融金属或いは熱板が防止しているという上記の推測が正しければ、木材の表面に樹脂(塗料、接着剤等も含む)や無機物(水ガラス、ポリシロキサン等)の薄膜を形成した後に、熱風を吹き付けて炭化処理を行うことが有利であると推測される。樹脂系の薄膜であれば、熱風により薄膜自体も炭化されるが、薄膜の炭化膜が揮発成分の透過を防止できれば推測が正しいことになる。水ガラスやポリシロキサンは炭化されないが、木材の表面層に含浸されて揮発成分の透過を防止すると期待される。   If the above assumption that the molten metal or hot plate covering the surface of the wood prevents volatilization of the volatile components of the pyrolyzed wood is correct, the surface of the wood will also contain a resin (including paint, adhesive, etc.) ) Or an inorganic substance (water glass, polysiloxane, etc.), and then it is presumed that it is advantageous to perform carbonization treatment by blowing hot air. If it is a resin-based thin film, the thin film itself is also carbonized by hot air, but if the thin carbonized film can prevent the transmission of volatile components, the guess is correct. Water glass and polysiloxane are not carbonized, but are expected to be impregnated into the surface layer of wood to prevent the transmission of volatile components.

そこで具体例として、市販の塗料(固形主成分がアクリル樹脂のクリヤーラッカー)、市販の水溶性接着剤(主成分はポリビニルアルコール)を乾燥厚さが20〜30μmになるように、杉材(厚さ5mm、幅14mm)に塗布し、乾燥後に熱風を吹き付けてクラックの発生状況を確認した。いずれの場合も塗膜が有る方が、クラックが発生しにくいことが確認された。しかし、その効果は僅かであり、塗膜無しで2分間の加熱でクラックが発生したものが、塗膜を設けることにより2分30秒でクラックが発生するという程度の改善であった。塗膜が薄いので揮発成分が通過したのであると考えられる。次いで、市販の水ガラス水溶液を表面層に含浸させたところ、クラックが発生しにくく、且つ炭化深さも大きくできることが確認された。水ガラス成分が揮発成分の揮発を防止したのであると考えられる(実施例7参照)。更に、炭化後の表面を指で擦った場合、黒い粉が指に殆ど付着しなくなることも確認された。これらの事実は本発明の一つの特徴である。水ガラスの他に、市販のポリシロキサンを木材の表面層に含浸させても同様の効果があることが判明したが、水ガラスの効果の方が遥かに大きいことが確認された。更に、コスト的にも水ガラスの方が圧倒的に有利である。水ガラスの効果は以上のようにして発見された。   Therefore, as a specific example, a commercially available coating material (clear lacquer whose solid main component is an acrylic resin) and a commercially available water-soluble adhesive (main component is polyvinyl alcohol) are cedar (thickness) so that the dry thickness is 20 to 30 μm. 5 mm, width 14 mm), and after drying, hot air was blown to confirm the occurrence of cracks. In any case, it was confirmed that cracks were less likely to occur when the coating film was present. However, the effect was slight, and what was cracked by heating for 2 minutes without a coating film was an improvement to the extent that cracks were generated in 2 minutes and 30 seconds by providing the coating film. It is thought that the volatile component passed because the coating film was thin. Subsequently, when the surface layer was impregnated with a commercially available water glass aqueous solution, it was confirmed that cracks hardly occur and the carbonization depth could be increased. It is considered that the water glass component prevented the volatilization of the volatile component (see Example 7). Further, it was also confirmed that when the carbonized surface was rubbed with a finger, black powder hardly adhered to the finger. These facts are one feature of the present invention. In addition to water glass, it was found that a similar effect was obtained when a surface layer of wood was impregnated with a commercially available polysiloxane, but it was confirmed that the effect of water glass was much greater. Furthermore, water glass is overwhelmingly advantageous in terms of cost. The effect of water glass was discovered as described above.

溶融金属或いは熱板と、熱風では、熱容量、熱伝導等が違うので、溶融金属或いは熱板の方が炭化能力が大きい。溶融金属或いは熱板による炭化では、240〜280℃の温度範囲でも数分間〜数10分間の加熱で十分な炭化の度合い(黒化度)と炭化の深さが得られるのに対し、熱風による加熱では、この温度範囲では前記の時間範囲の加熱で殆ど着色されないか、薄く着色される程度である。熱風を吹き付ける速度を大きくするほど炭化の度合いも大きくなることが確認されたが、この温度範囲では実用的な吹付け速度(風速)では十分に炭化できないことが判明した。熱風の温度範囲は280〜480℃が望ましい。更に望ましくは300〜400℃の範囲である。280℃以下の温度の熱風では、表面層を炭化するのに非常に長時間を必要とするので非現実的である。480℃以上では10秒前後でクラックが発生し、しかも炭化深さが小さいので実用的ではない。   Since molten metal or hot plate and hot air have different heat capacity, heat conduction, etc., molten metal or hot plate has a larger carbonization capacity. In carbonization with molten metal or hot plate, heating for several minutes to several tens of minutes can achieve a sufficient degree of carbonization (degree of blackening) and carbonization depth even in the temperature range of 240 to 280 ° C. In the heating, in this temperature range, the color is hardly colored by the heating in the above time range or is lightly colored. It was confirmed that the degree of carbonization increased as the speed of blowing hot air was increased, but it was found that carbonization could not be sufficiently performed at a practical blowing speed (wind speed) in this temperature range. The temperature range of the hot air is preferably 280 to 480 ° C. More desirably, it is in the range of 300 to 400 ° C. Hot air at a temperature of 280 ° C. or lower is unrealistic because it takes a very long time to carbonize the surface layer. At 480 ° C. or higher, cracks occur in about 10 seconds, and the carbonization depth is small, which is not practical.

従来から電気炉、加熱炉等で木材を熱処理することは実施されているが、炉内の空気は静止或いは撹拌ないし循環されている程度である。本発明の熱風方式による炭化では従来よりも高い温度範囲でしかも吹付けていることが特徴である。従来の木材の熱処理では、木材の内部まで処理することが目的であり、長時間をかけて木材の全表面を同時に加熱していた。これに対し、本発明では従来よりも高温の熱風を木材の一部(一つの面)に吹き付けることが特徴である。そのために熱風を高速で吹き付けることは極めて重要である。静止ないし循環程度の雰囲気では、表面層を十分に炭化しようとすると内部深くまで弱く炭化され、その結果木材の機械的強度が低下してしまうのである。ある程度以上の風速で吹き付けることにより、内部深くまで炭化されずに表面層を十分に炭化することができるのである。比較例2および比較例3を参照することにより、この相違を容易に理解することができる。   Conventionally, wood has been heat-treated in an electric furnace, a heating furnace or the like, but the air in the furnace is still or is stirred or circulated. The carbonization by the hot air system of the present invention is characterized by spraying in a higher temperature range than before. In the conventional heat treatment of wood, the purpose is to treat the inside of the wood, and the entire surface of the wood is simultaneously heated over a long time. On the other hand, the present invention is characterized in that hot air having a temperature higher than that of the prior art is blown onto a part (one surface) of wood. Therefore, it is extremely important to blow hot air at high speed. In a static or circulating atmosphere, if the surface layer is sufficiently carbonized, it is weakly carbonized deep inside, resulting in a decrease in the mechanical strength of the wood. By spraying at a wind speed of a certain level or more, the surface layer can be sufficiently carbonized without being carbonized deep inside. By referring to Comparative Example 2 and Comparative Example 3, this difference can be easily understood.

上述のように本発明の熱風方式では熱風の風速が極めて重要である。望ましい風速の範囲は毎秒4m以上、更に望ましくは毎秒6m以上である。上限は熱風装置或いは周囲の環境により制限される。現実的には毎秒15〜20mの風速が上限である。木材に熱風を吹き付ける向きは、木材の表面に対してほぼ直角から30度程度の範囲が望ましい。この角度がこの範囲を超えて大きくなるほど、木材を加熱する効率が悪くなる。   As described above, the wind speed of hot air is extremely important in the hot air system of the present invention. A desirable wind speed range is 4 m / sec or more, and more desirably 6 m / sec or more. The upper limit is limited by the hot air device or the surrounding environment. Actually, the upper limit is a wind speed of 15 to 20 m per second. The direction in which the hot air is blown onto the wood is desirably in a range of approximately 30 to 30 degrees with respect to the surface of the wood. The greater this angle is beyond this range, the less efficient the wood is heated.

熱風発生装置としては市販のいわゆるヒートガンがあげられる。市販のヒートガンは手軽に入手でき、使用方法も簡単であるが、熱風の温度、風量等が必ずしも十分ではないことがある。木材の小さな面積とか、板や柱の切断面を炭化するには十分であるが、広い面積を炭化するのには能力が不足である。そのような場合には、大容量の熱源を用いて熱交換器を加熱し、加熱された熱交換器を通過した熱風を利用することができる。大容量の熱源としては、発熱量の大きな電熱ヒーター、ガスバーナー、オイルバーナー等がある。この大容量の熱源で熱交換器を加熱し、加熱された熱交換器を通過した熱風を吹き付けるのである。ガスバーナーであれば、コンパクトで大容量の炭化装置が可能である。エネルギーを節約するために、吹付けに使用された熱風を回収し、再び熱交換器を通過させることもできる。   A commercially available so-called heat gun can be used as the hot air generator. Commercially available heat guns are easily available and easy to use, but the temperature and volume of hot air may not always be sufficient. It is sufficient to carbonize a small area of wood or a cut surface of a plate or a pillar, but lacks the ability to carbonize a large area. In such a case, the heat exchanger can be heated using a large-capacity heat source, and hot air that has passed through the heated heat exchanger can be used. As a large-capacity heat source, there are an electric heater, a gas burner, an oil burner and the like having a large calorific value. The heat exchanger is heated with this large-capacity heat source, and hot air that has passed through the heated heat exchanger is blown. If it is a gas burner, a compact and large-capacity carbonization apparatus is possible. In order to save energy, the hot air used for spraying can be recovered and passed again through the heat exchanger.

以上に本発明の各種方式について説明したが、これらの方式と従来方式の特徴とをまとめたのが表1である。表1には水ガラスの効果は含まれていない。表1から明らかなように、溶融金属方式、熱板方式、赤外線方式(赤外線透過性で気体不透過性部材有りの場合)及びガスバーナー(木材の上に金属板を載せ、金属板にガスバーナー炎放射)による結果は酷似している。これに対して、大気中に露出している木材に、熱風方式と赤外線方式で炭化を行う場合は全く違う特徴を有している。気体不透過性部材が接触している方式ではクラックの発生無しに大きな厚さの炭化層(炭化深さ)を得ることが可能であるが、気体不透過性部材が接触していない方式では、クラックが発生しない条件では小さな厚さの炭化層しか得られない。   The various systems of the present invention have been described above. Table 1 summarizes these systems and the features of the conventional system. Table 1 does not include the effect of water glass. As is clear from Table 1, molten metal method, hot plate method, infrared method (in the case of infrared transmissive and gas impermeable member) and gas burner (a metal plate is placed on wood and a gas burner is mounted on the metal plate) The results from (flame radiation) are very similar. On the other hand, wood exposed to the atmosphere has completely different characteristics when carbonized by the hot air method and infrared method. In the method in which the gas impermeable member is in contact, it is possible to obtain a carbonized layer (carbonization depth) with a large thickness without occurrence of cracks, but in the method in which the gas impermeable member is not in contact, Only a small thickness of the carbonized layer can be obtained under conditions where no cracks are generated.

以上に説明した本発明の各方法において、木材の端部(コーナー、エッジ、縁、稜を含む)が優先的に炭化され、その結果面内より先にクラックが発生する傾向があるので、それを防止するために端部を金属薄板、金属箔等でカバーすることが有効である。例えば、熱板方式の具体例として、熱板の上に木材の角材を置いて加熱する場合、角材と熱板の接触部の角材の4辺(全周)から揮発成分が煙となって上昇する。揮発成分が空間に速やかに連続的に逃げることは、クラックの発生を促進することになるので、角材全体を金属箔例えばアルミ箔で被覆するか、或いは少なくとも木材の端部とその近傍の熱板と接触する面と側面を被覆するとよい。   In each of the methods of the present invention described above, the ends (including corners, edges, edges, and ridges) of the wood are preferentially carbonized, and as a result, cracks tend to occur before in-plane. In order to prevent this, it is effective to cover the end with a thin metal plate, a metal foil or the like. For example, as a specific example of the hot plate method, when a wood timber is placed on the hot plate and heated, the volatile component rises as smoke from the four sides (entire circumference) of the square at the contact portion between the square and the hot plate. To do. Since the volatile component escapes quickly and continuously into the space, the occurrence of cracks is promoted. Therefore, the entire square is covered with a metal foil such as an aluminum foil, or at least the end of the wood and a hot plate in the vicinity thereof. It is good to coat | cover the surface and side surface which contact with.

図8は角材の熱板に面する表面の端部の4辺(角部)をアルミ箔でカバーする具体例を示す側断面図である。図8において、1は角材、2はアルミ箔、3は熱板である。図ではアルミ箔の厚さが誇張して描がれているが、実際の厚さは13〜17μ程度である。驚いたことに木材1と熱板3が接触しておらず、これだけの微小間隙があってもよいことが判明した。その理由は角材1の周囲がアルミ箔2で覆われているので熱分解成分がこの間隙内に閉じ込められるからであると考えられる。上記のように熱板と対面する角材の周囲をアルミ箔でカバーすることにより、角材の端部が面内より先にクラックを発生することが防止される。角材1と熱板3との間には微小間隔が存在するが、アルミ箔が存在する部分とは炭化の度合いに差が無いことが確認された。この間隙がどれだけ大きくなっても炭化の度合いに影響が無いかを確認するため、アルミ箔を複数枚重ねて実験を繰り返し、約0.3mmまでは影響が無いことを確認した。アルミ箔ではなく0.3mm以下の金属板でもよい。このように大きな間隙が存在しても、熱分解成分の揮発を防止できるのである。角材と熱板との間隙が0.3mmを超えると、アルミ箔で被覆されていない部分の炭化の度合いが低下することが認められた。実際にはアルミ箔2と角材1との間に微小な間隙が存在し、熱分解成分の一部はこの間隙を通って揮発するが、揮発の防止効果は存在しているのである。   FIG. 8 is a side sectional view showing a specific example in which four sides (corner portions) of the end portion of the surface facing the hot plate of the square member are covered with aluminum foil. In FIG. 8, 1 is a square bar, 2 is an aluminum foil, and 3 is a hot plate. In the drawing, the thickness of the aluminum foil is exaggerated, but the actual thickness is about 13 to 17 μm. Surprisingly, it was found that the wood 1 and the hot plate 3 are not in contact with each other, and there may be such a small gap. The reason is considered to be that the pyrolysis component is confined in the gap because the periphery of the square member 1 is covered with the aluminum foil 2. By covering the periphery of the square member facing the hot plate with aluminum foil as described above, it is possible to prevent the end of the square member from cracking before the in-plane. Although there is a minute gap between the square 1 and the hot plate 3, it was confirmed that there is no difference in the degree of carbonization from the portion where the aluminum foil is present. In order to confirm how much the gap becomes large, the experiment was repeated with a plurality of aluminum foils stacked, and it was confirmed that there was no effect up to about 0.3 mm. A metal plate of 0.3 mm or less may be used instead of the aluminum foil. Even if such a large gap exists, volatilization of the pyrolysis component can be prevented. It was recognized that when the gap between the square bar and the hot plate exceeds 0.3 mm, the degree of carbonization in the portion not covered with the aluminum foil is lowered. Actually, there is a minute gap between the aluminum foil 2 and the square 1 and a part of the pyrolysis component volatilizes through this gap, but there is an effect of preventing volatilization.

実際に木材特に板の表面層炭化を行う場合は、木材のサイズについて注意が必要である。板の短辺が10cm程度以上になる場合、片面のみ強く炭化すると炭化部が熱収縮するので、炭化面が凹になるようにカールすることがある。そこで、両面を交互に炭化するのが望ましい。また、両面を同時に短時間加熱した後しばらく放置冷却し、再び両側から加熱をするという方法を繰り返せばカールを防ぐことができる。板の厚さが小さい場合は特に注意が必要である。板が非常に厚い場合或いは太い角材の場合にはこのような注意は不要である。   When actually carrying out carbonization of the surface layer of wood, in particular, a plate, attention must be paid to the size of the wood. When the short side of the plate is about 10 cm or more, the carbonized portion is thermally contracted if only one surface is strongly carbonized, so that the carbonized surface may be curled so as to be concave. Therefore, it is desirable to alternately carbonize both sides. Further, curling can be prevented by repeating a method of heating both surfaces simultaneously for a short time, then allowing to cool for a while and then heating again from both sides. Special care must be taken when the thickness of the plate is small. Such care is not necessary when the plate is very thick or thick square.

本発明方法によれば、上記のように従来の方法より遥かに優れた炭化層を有する木材が得られる。しかし、炭化された表面層には道管、仮道管、壁孔、その他木材に由来する微小な孔が多数残っているので、長年月に亘って風雨を完全に遮断することは困難である。そこで、本発明方法により得られた炭化層に、適当な材料を塗布或いは含浸させて諸特性を一層長期間維持できるようにすることも有効である。この目的のためには、公知の諸技術を利用することができる。例えば、水ガラスを含浸させる方法、特許文献2に記載の樹脂を塗布或いは含浸させる方法等を利用することができる。又、本発明方法により得られる表面層炭化された木材は、茶色〜黒色の色合いを有するが、これらの色以外の外観を希望する場合は、希望の色に塗装着色してもよい。炭化層の機械的強度を上げたい場合(例えば指で強く擦ると黒い粉が指にとれてくるのを防止したい場合)は、表面を塗装することによりその欠点を解決することができる。   According to the method of the present invention, a wood having a carbonized layer far superior to the conventional method as described above can be obtained. However, since the carbonized surface layer has many small holes derived from road pipes, temporary pipes, wall holes, and other wood, it is difficult to completely block wind and rain for many years. . Therefore, it is also effective to apply or impregnate an appropriate material to the carbonized layer obtained by the method of the present invention so that various characteristics can be maintained for a longer period of time. Various known techniques can be used for this purpose. For example, a method of impregnating water glass, a method of applying or impregnating a resin described in Patent Document 2, and the like can be used. Moreover, the surface layer carbonized wood obtained by the method of the present invention has a brown to black hue, but if an appearance other than these colors is desired, it may be painted to the desired color. When it is desired to increase the mechanical strength of the carbonized layer (for example, when it is desired to prevent black powder from being taken off by a finger when rubbed strongly with a finger), the drawback can be solved by painting the surface.

本発明は木材に限定されるものではなく、一般に木質材料と呼ばれるものにも適用できる。木質材料として合板、集成材、OSB、パーティクルボード(特にMDFが好適)、LVL、CLT、圧縮木材等が含まれる。高温高圧水蒸気で圧縮された木材は、元の木材の1/2〜1/3に圧縮され、その外観は高級感のある褐色に変化し、耐久性、防腐性等が向上することが知られている。この圧縮木材に本発明方法を適用すると、一層防腐性、防蟻性等を高めることができる。   The present invention is not limited to wood, but can also be applied to what is generally called woody material. Examples of the wood material include plywood, laminated wood, OSB, particle board (particularly MDF is preferable), LVL, CLT, and compressed wood. It is known that wood compressed with high-temperature and high-pressure steam is compressed to 1/2 to 1/3 of the original wood, its appearance changes to a high-grade brown color, and durability, antiseptic properties, etc. are improved. ing. When the method of the present invention is applied to this compressed wood, the antiseptic property, the ant-proof property and the like can be further enhanced.

本発明の溶融金属方式の一つの応用例として、極めて短時間で木炭を製造することが挙げられる。具体例として、直径20mmの樫の棒を400℃の溶融スズ浴に5分間浸漬したところ、棒の中心までほぼ炭化された。表面にはかなりクラックが発生しているが、木炭としては問題ない。従来の木炭製造方法では、林業試験場「木材工業ハンドブック」によると400℃での木炭収率は30%とされている。それに対して本具体例(5分浸漬)では55.9%であった。400℃の溶融スズに12分間浸漬し、完全に気化ガスが発生しなくなった時点での棒の色は真黒で収率は33%となり、上記ハンドブックの値とほぼ同じになった。わずか12分で木炭が完成するメリットがある。   One application of the molten metal system of the present invention is to produce charcoal in a very short time. As a specific example, when a rod of 20 mm in diameter was immersed in a 400 ° C. molten tin bath for 5 minutes, it was almost carbonized to the center of the rod. Although cracks are generated on the surface, there is no problem as charcoal. In the conventional charcoal production method, according to the forestry test site “Wood Industry Handbook”, the charcoal yield at 400 ° C. is 30%. On the other hand, in this specific example (5 minutes immersion), it was 55.9%. When the rod was immersed in molten tin at 400 ° C. for 12 minutes and no vaporized gas was completely generated, the color of the rod was true black and the yield was 33%, which was almost the same as the value in the handbook. There is an advantage that charcoal is completed in just 12 minutes.

以下に本発明の実施例を記載する。以下の実施例では、木材と熱板との間、木材と熱風との間、及び木材と赤外線との間に相対運動が無い状態が記載されているが、これらの間に相対運動が有ってもよい。例えば、回転する熱ロールの上を木材が移動する系でもよい。また、木材の上を熱ロールが回転しながら移動してもよい。この際、熱ロールは複数個であってもよい。平板状の熱板の上をロール状の木材を転がしながら加熱することも可能である。これらの場合、木材と加熱部材との接触部の幅が小さく、熱分解揮発成分が容易に揮発するので、木材の加熱される面が気体不透過性の部材、例えばアルミ箔で覆われているのが望ましい。ローラが回転しながら移動する他に、熱分解成分の揮発防止部材と木材とがスライドして相対移動してもよい。また、移動する木材に熱風を吹き付けながら、或いは赤外線を照射しながら相対移動させてもよい。   Examples of the present invention will be described below. In the following examples, there is described a state in which there is no relative motion between the wood and the hot plate, between the wood and hot air, and between the wood and infrared rays, but there is relative motion between them. May be. For example, a system in which wood moves on a rotating heat roll may be used. Moreover, you may move, rotating a hot roll on wood. At this time, a plurality of heat rolls may be provided. It is also possible to heat the rolled wood while rolling it on a flat hot plate. In these cases, the width of the contact portion between the wood and the heating member is small, and the pyrolysis volatile component easily volatilizes, so that the heated surface of the wood is covered with a gas-impermeable member, for example, aluminum foil Is desirable. In addition to the roller moving while rotating, the pyrolysis component volatilization preventing member and the wood may slide relative to each other. Moreover, you may make it move relatively, spraying hot air on the moving wood, or irradiating infrared rays.

図9は溶融金属方式において、溶融金属としてスズを用いた場合の熔融温度と加熱時間を変化させて作成したサンプルの炭化された側の表面写真である。木材として、縦20mm、横(仮道管方向)30mm、高さ16mmの杉辺材を使用した。スズはステンレス製のバットに入れ、バットをガスコンロの上に載せてコンロの火力を調節して熔融スズの温度を調整した。熔融したスズの深さが50mm程度になるようにスズを熔解した。角材をステンレス製のトングで咥えて角材が熔融スズの中に表面から、高さ方向の約10mm程度浸漬するように保持した。熔融スズに浸漬されている部分の角材の表面にはスラグが発生するので、15秒に1回程度の頻度で浸漬した状態で場所を変えたり、角材を持ち上げてスラグの無い場所に浸漬したりした。全体の浸漬時間が30秒以下の短い場合は、5秒に1回程度の頻度で上記の場所替えを実施した。図9には本発明の範囲外の温度で作成したサンプルの写真も表示した。450℃を超えた加熱処理では1分で顕著なクラックが発生し、しかも表面を指で軽く擦るだけで黒い粉が付着し、また、炭化層の厚さは2mm以下と小さいことが判明したので、本発明の加熱温度範囲を450℃以下とした。   FIG. 9 is a surface photograph of the carbonized side of a sample prepared by changing the melting temperature and the heating time when tin is used as the molten metal in the molten metal method. As the wood, cedar wood having a length of 20 mm, a width (direction of the temporary road pipe) of 30 mm, and a height of 16 mm was used. The tin was placed in a stainless steel bat, and the temperature of the molten tin was adjusted by adjusting the heating power of the stove by placing the bat on the gas stove. Tin was melted so that the melted tin had a depth of about 50 mm. The square was held with stainless steel tongs and held so that the square was immersed in the molten tin from the surface by about 10 mm in the height direction. Since slag is generated on the surface of the square material that is immersed in the molten tin, the location can be changed while being immersed once every 15 seconds, or the square material can be lifted and immersed in a place without slag. did. When the whole immersion time was as short as 30 seconds or less, the above place change was performed at a frequency of about once every 5 seconds. FIG. 9 also shows a photograph of a sample prepared at a temperature outside the scope of the present invention. When heat treatment exceeds 450 ° C, significant cracks occurred in 1 minute, and black powder adhered by lightly rubbing the surface with fingers, and the thickness of the carbonized layer was found to be as small as 2 mm or less. The heating temperature range of the present invention was set to 450 ° C. or lower.

表2は、図9のサンプル作成と同様にして熔融スズへの浸漬時間を更に長くした場合に炭化の深さがどのように変化するかを測定した結果を示す。各サンプルは天然物であり、バラつきがあるので各温度と時間に対応するサンプルを3個ずつ作成し、3個の炭化深さを記入した。溶融金属の温度を240℃から420℃の範囲で、浸漬時間を40分までの範囲内でサンプルを作成した。炭化後の各サンプルの縦の長さ20mmの中央部を仮道管に対して平行な方向に鋭利なナイフ(カッターナイフ)で縦割りし、その断面を顕微鏡で観測しながら炭化層の深さを測定した。カッターナイフで縦割りした面が荒れている場合は、カンナがけして平滑な見やすい面にしてから観測した。表2の中で×印は、その温度と時間でクラックが発生したことを示す。   Table 2 shows the results of measuring how the depth of carbonization changes when the immersion time in molten tin is further increased in the same manner as the sample preparation in FIG. Since each sample is a natural product and varies, three samples corresponding to each temperature and time were prepared and three carbonization depths were entered. Samples were prepared at a molten metal temperature in the range of 240 ° C. to 420 ° C. and an immersion time of up to 40 minutes. The center of each sample after carbonization, which is 20 mm long, is divided vertically with a sharp knife (cutter knife) in a direction parallel to the tracheid tube, and the depth of the carbonized layer is observed while observing the cross section with a microscope. Was measured. When the surface divided vertically by the cutter knife was rough, the surface was observed after making it smooth and easy to see. In Table 2, an x mark indicates that a crack occurred at that temperature and time.

図10は、表2の各温度と浸漬時間における3個のサンプルの炭化深さの平均値をプロットしたグラフである。340℃より低い熔融温度では、40分までしか測定していないが、浸漬時間を更に増加することにより、炭化深さを15mm前後まで増大させることが、実施例2の熱板方式の結果から明らかである。340℃では20分の浸漬でクラックが発生しないが、25分の浸漬時間ではクラックが発生したので、グラフは340℃、20分のポイントで止まっている。図10において、グラフの点線で表示されている部分は、木材表面層に水ガラスが含浸されている場合に、360℃で加熱したデータである。これについては実施例7で詳細に記載されている。   FIG. 10 is a graph in which the average value of the carbonization depth of three samples at each temperature and immersion time in Table 2 is plotted. The melting temperature lower than 340 ° C. measured only up to 40 minutes, but it is clear from the result of the hot plate method of Example 2 that the carbonization depth is increased to about 15 mm by further increasing the immersion time. It is. At 340 ° C., cracks do not occur after immersion for 20 minutes, but cracks occurred at immersion times of 25 minutes, so the graph stops at 340 ° C. for 20 minutes. In FIG. 10, the portion indicated by the dotted line in the graph is data heated at 360 ° C. when the glass surface layer is impregnated with water glass. This is described in detail in Example 7.

表3は、木材として縦20mm、横(仮道管方向)30mm、高さ16mmの杉辺材を使用し、熱板の温度と加熱時間の変化によって炭化の深さがどのように変化するかを測定した結果を示す。熱板装置としてホットプレート(アズワン株式会社 ND−1)を使用した。実施例1と同様に、各温度と時間に対応するサンプルを3個ずつ作成し、3個のサンプルの炭化深さを記入した。熱板の温度を240℃から340℃の範囲で、加熱時間を15秒から120分までの範囲内でサンプルを作成した。ホットプレートの最高温度は350℃なので、それ以上の温度では実施例1の溶融スズの上に、10mm厚で100×100mmサイズのアルミ板を置き、その上に角材を乗せて炭化した。表3ではこの場合も含めてホットプレートと記載されている。炭化後の各サンプルの中央部を仮道管の方向にカッターナイフで縦割りし、その断面を顕微鏡で観測しながら炭化層の深さを測定した。カッターナイフで縦割りした面が荒れている場合は、カンナがけして見やすい面にしてから観測した。表3の中で×印は、その温度と時間でクラックが発生したことを示す。   Table 3 shows how cedar wood with a height of 20 mm, a width of 30 mm (in the direction of the temporary road pipe), and a height of 16 mm is used as wood, and how the depth of carbonization changes depending on the temperature and heating time of the hot plate The result of having measured is shown. A hot plate (As One Co., Ltd. ND-1) was used as a hot plate apparatus. Similarly to Example 1, three samples corresponding to each temperature and time were prepared, and the carbonization depth of the three samples was entered. Samples were prepared with the temperature of the hot plate in the range of 240 ° C. to 340 ° C. and the heating time in the range of 15 seconds to 120 minutes. Since the maximum temperature of the hot plate was 350 ° C., an aluminum plate having a thickness of 10 mm and a size of 100 × 100 mm was placed on the molten tin of Example 1 at a temperature higher than that, and a square was placed thereon and carbonized. In Table 3, it is described as a hot plate including this case. The center of each sample after carbonization was divided vertically with a cutter knife in the direction of the temporary canal, and the depth of the carbonized layer was measured while observing the cross section with a microscope. When the surface divided by the cutter knife was rough, it was observed after making it easy to see. In Table 3, x indicates that cracks occurred at that temperature and time.

上記のようにアルミ板を熔融スズの上に浮かべる代わりに、アルミ箔を浮かべその上に木材を置いても同様に加熱することができた。厚さ13μ、サイズ90×60mmのアルミ箔を熔融スズ浴の上に浮かべ、上記と同サイズの木材をアルミ箔の中央部に置いても、アルミ箔は木材の重力により殆ど沈下しなかった。そこで、木材をトングでくわえて8mm程度押し下げたところ、図5に示されているように、浴中のアルミ箔は、木材の下部の周辺部末端において上方に折れ曲り、木材下部の周辺部末端に密接するため、熱分解成分の揮発が防止された。その結果、アルミ板の場合には末端の炭化部にクラックが発生するような温度と時間でもクラックの発生が防止された。   Instead of floating the aluminum plate on the molten tin as described above, it was possible to heat similarly by floating an aluminum foil and placing wood on it. Even when an aluminum foil having a thickness of 13 μm and a size of 90 × 60 mm was floated on the molten tin bath, and the same size of wood was placed in the center of the aluminum foil, the aluminum foil hardly sunk due to the gravity of the wood. Therefore, when the wood was pushed down with a tongue and pushed down about 8 mm, the aluminum foil in the bath was bent upward at the lower peripheral end of the wood as shown in FIG. In this way, volatilization of the pyrolysis component was prevented. As a result, in the case of an aluminum plate, the generation of cracks was prevented even at a temperature and time at which cracks occurred at the carbonized portion at the end.

図11は、表3の各温度と加熱時間における3個のサンプルの炭化深さの平均値をプロットしたグラフである。280℃以下の熱板温度では、加熱時間を更に延長することが可能である。炭化深さは15mm前後までクラックの発生なく到達させることができた。図10と図11から、溶融金属方式と熱板方式では、殆ど同じ結果が得られることが分かった。図11において、グラフの点線で表示されている部分は、木材表面層に水ガラスを含浸させ、340℃で加熱した場合のデータである。これについては実施例7で詳細に説明するが、水ガラスを含浸させることにより、含浸させない場合より長い時間の加熱でも或いはより高温でもクラックの発生が無く、炭化深さも大きくなることを示している。   FIG. 11 is a graph in which the average value of the carbonization depth of three samples at each temperature and heating time in Table 3 is plotted. At a hot plate temperature of 280 ° C. or lower, the heating time can be further extended. The carbonization depth could reach up to about 15 mm without cracks. From FIG. 10 and FIG. 11, it was found that almost the same results were obtained with the molten metal method and the hot plate method. In FIG. 11, the portion indicated by the dotted line in the graph is data when the wood surface layer is impregnated with water glass and heated at 340 ° C. This will be described in detail in Example 7, but it is shown that by impregnating with water glass, cracking does not occur even when heated for a longer time or at a higher temperature than when not impregnated, and the carbonization depth increases. .

表4は、縦20mm、横(仮道管方向)30mm、高さ16mmの杉辺材に、熱風発生装置として市販のヒートガン(エボリューションパワーツール株式会社 ヒートガン熱風機HDG200JP)を用いて20mm×30mmの面に熱風を吹き付け、熱風の温度と熱風吹き付け時間によって炭化の深さがどのように変化するかを測定した結果を示す。各サンプルは天然物であり、バラつきがあるので各温度と時間に対応するサンプルを3個ずつ作成し、3個のサンプルの炭化深さを記入した。熱風の温度を280℃から480℃の範囲で、吹き付け時間を20分までの範囲内でサンプルを作成した。280℃以下では長時間の加熱でも炭化が不十分であった。炭化後の各サンプルの縦の長さの中央部を仮道管の方向にカッターナイフで縦割りし、その断面を顕微鏡で観測しながら炭化層の深さを測定した。カッターナイフで縦割りした面が荒れている場合は、カンナがけして見やすい面にしてから観測した。表4の中で×印は、その温度と時間でクラックが発生したことを示す。   Table 4 shows 20 mm × 30 mm using a commercially available heat gun (Evolution Power Tool Co., Ltd. Heat Gun Hot Air Machine HDG200JP) as a hot air generating device on a cedar wood having a length of 20 mm, a width (direction of the temporary road pipe) of 30 mm, and a height of 16 mm. The result of measuring how the depth of carbonization changes with the temperature of hot air and the time of hot air blowing is shown. Since each sample is a natural product and varies, three samples corresponding to each temperature and time were prepared and the carbonization depth of the three samples was entered. Samples were prepared with the hot air temperature in the range of 280 ° C. to 480 ° C. and the spraying time in the range of up to 20 minutes. Below 280 ° C., carbonization was insufficient even after prolonged heating. The center of the vertical length of each sample after carbonization was divided vertically with a cutter knife in the direction of the temporary canal, and the depth of the carbonized layer was measured while observing the cross section with a microscope. When the surface divided by the cutter knife was rough, it was observed after making it easy to see. In Table 4, x indicates that cracking occurred at that temperature and time.

図12は、表4の各温度と熱風吹き付け時間における3個のサンプルの炭化深さの平均値をプロットしたグラフである。炭化深さは3mm前後までしか到達させられないことが分かった。しかし、用途によってはこの程度の炭化深さであっても十分である。熱風方式は現場で簡単に炭化できることが最大の魅力である。例えば、現場で切断した木材の切断面に熱風を吹き付けることにより容易に炭化させることができる。   FIG. 12 is a graph in which the average values of the carbonization depths of the three samples at each temperature and hot air blowing time in Table 4 are plotted. It was found that the carbonization depth can be reached only up to around 3 mm. However, this level of carbonization is sufficient for some applications. The biggest attraction of the hot air method is that it can be carbonized easily on site. For example, it can be easily carbonized by blowing hot air onto a cut surface of wood cut on site.

表4のデータは木材の表面層に水ガラスを含浸させていない場合のものであるが、実施例7のA角材(水ガラス含浸量が29.0g/m)を熱風方式で加熱し、クラックの発生状況を観察し、炭化深さを測定した。角材の水ガラス含浸面に360℃の熱風を、時間をパラメータとして吹き付けた。水ガラスの含浸が無い角材では、クラックが発生しない加熱時間は4分までであったのに、A角材のクラックが発生しない加熱時間が15分まで延びた。実に3倍以上に延びたのである。また、炭化深さも2.31mmから4.78mmまで2倍に増加した。これらの結果が図12の点線グラフで示されている。更に、炭化された面を指で擦っても黒い粉が殆ど付着しないようになった。 The data in Table 4 is for the case where the surface layer of wood is not impregnated with water glass, but the A square material of Example 7 (water glass impregnation amount is 29.0 g / m 2 ) is heated by a hot air method, The occurrence of cracks was observed and the carbonization depth was measured. Hot air of 360 ° C. was blown on the square glass impregnated surface with time as a parameter. In the square member not impregnated with water glass, the heating time in which cracks did not occur was up to 4 minutes, but the heating time in which cracks in the A square member did not occur extended to 15 minutes. It really stretched more than three times. Moreover, the carbonization depth also increased by a factor of 2 from 2.31 mm to 4.78 mm. These results are shown by the dotted line graph in FIG. Further, even when the carbonized surface was rubbed with a finger, black powder hardly adhered.

熱風方式では、加熱中に木材表面が気体不透過性部材で覆われていないので、加熱により発生した熱分解気化成分が自由に木材表面から発散する。そのために炭化深さが小さいにもかかわらずクラックが発生すると考えられる。例えば、360℃の熱風を使用した場合は5分でクラックが発生するが、同温度の熱板を使用した場合は10分でクラックが発生している。380℃では、熱風では3分で、熱板では5分でクラックが発生しているように、加熱中の木材表面が気体不透過性部材で覆われているとクラック発生が防がれていることが分かる。   In the hot air method, since the wood surface is not covered with the gas-impermeable member during heating, the pyrolytic vapor components generated by the heating freely diverge from the wood surface. Therefore, it is considered that cracks occur despite the small carbonization depth. For example, when hot air at 360 ° C. is used, cracks occur in 5 minutes, but when a hot plate at the same temperature is used, cracks occur in 10 minutes. At 380 ° C., cracking is prevented when the heated wood surface is covered with a gas-impermeable member so that cracking occurs in 3 minutes with hot air and 5 minutes with a hot plate. I understand that.

赤外線ランプとして、石英ガラス管ヒーター(外形12mm、有効発光長さ約200mm、出力560W)を使用し、このヒーターの両端に100Vの交流電圧を印加してスイッチでオンオフできるようにした。木材として縦20mm、横(仮道管方向)30mm、高さ16mmの杉辺材を使用し、赤外線ランプの表面からサンプル表面までの距離を10mm又は20mmとした。同一加熱時間に対してそれぞれ3個のサンプルを作成した。照射時間が長くなると或いはランプ(ヒーターと同意)とサンプルとの距離が小さいと木材表面の温度上昇が速く、煙が発生した。クラックが発生しない条件に注目して測定した。10mmより小さい距離では1〜2分間の照射で煙が激しく発生し、3〜5分間の照射で発火に至ることもあった。被炭化面が開放されているとクラック発生なしに深く炭化できないが、角材の上に石英板を載せ、その上から赤外線を照射するとクラックが発生しにくいことが確認できた。   A quartz glass tube heater (outer diameter 12 mm, effective light emission length of about 200 mm, output 560 W) was used as the infrared lamp, and an AC voltage of 100 V was applied to both ends of the heater so that it could be turned on and off with a switch. Sugibe wood having a length of 20 mm, a width (direction of the temporary road pipe) of 30 mm, and a height of 16 mm was used as wood, and the distance from the surface of the infrared lamp to the sample surface was set to 10 mm or 20 mm. Three samples were prepared for the same heating time. When the irradiation time became longer or when the distance between the lamp (consent with the heater) and the sample was small, the temperature of the wood surface increased rapidly and smoke was generated. The measurement was conducted paying attention to the conditions under which cracks do not occur. At a distance of less than 10 mm, smoke was intensely generated by irradiation for 1 to 2 minutes, and ignition was sometimes caused by irradiation for 3 to 5 minutes. When the surface to be carbonized is open, it cannot be deeply carbonized without cracking. However, it was confirmed that cracks are unlikely to occur when a quartz plate is placed on a square and irradiated with infrared rays from above.

表5に測定結果を示した。表5のランプと木材の距離にQが付されているのは、木材の表面に厚さ2.4mmの石英板を載せた場合を示している。表5から分かるように石英板が無い場合は、3分間の照射で木材にクラックが発生してしまうが、石英板が有る場合は10分間の照射で初めてクラックが発生した。しかも炭化深さが、石英板が無い場合の2倍程度に増大することが確認された。この実施例からも、加熱中に木材表面が気体不透過性部材で覆われていないと、加熱により発生した気化成分が木材表面から気化することによりクラックが発生し易いことが確認された。表5の中で×印は、その温度と時間でクラックが発生したことを示す。   Table 5 shows the measurement results. Q in the distance between the lamp and the wood in Table 5 indicates a case where a quartz plate having a thickness of 2.4 mm is placed on the surface of the wood. As can be seen from Table 5, when there was no quartz plate, cracks occurred in the wood after 3 minutes of irradiation, but when there was a quartz plate, cracks occurred for the first time after 10 minutes of irradiation. Moreover, it has been confirmed that the carbonization depth increases to about twice that when there is no quartz plate. Also from this example, it was confirmed that when the wood surface was not covered with a gas-impermeable member during heating, the vaporized component generated by heating vaporizes from the wood surface, and thus cracks are likely to occur. In Table 5, x indicates that cracking occurred at that temperature and time.

図13は、表5における各測定点の3個のサンプルの炭化深さの平均値をプロットしたグラフである。図13からも、石英板(気体不透過性、赤外線透過性)の効果が明確に分かる。図10、図11、図12ではグラフの形が類似していたが、図13のグラフの形はこれらと全く相違していることが分かる。つまり図13においては、時間とともに炭化深さは急上昇している。この相違は、前三者では木材表面の温度は一定であるのに対し、後者では木材表面に蓄積されるエネルギーが時間とともに上昇し、木材表面の温度が時間とともに上昇するということによると考えられる。クラックを発生させない条件として、木材表面の温度が450℃を超えないようにすることが重要である。   FIG. 13 is a graph in which the average values of the carbonization depths of the three samples at each measurement point in Table 5 are plotted. FIG. 13 clearly shows the effect of the quartz plate (gas impermeability, infrared transmissivity). 10, 11, and 12 have similar graph shapes, but it can be seen that the shape of the graph in FIG. 13 is completely different. That is, in FIG. 13, the carbonization depth increases rapidly with time. This difference is thought to be due to the fact that the temperature of the wood surface is constant in the former three, whereas the energy accumulated on the wood surface increases with time and the temperature of the wood surface increases with time in the latter. . As a condition for preventing cracks, it is important that the temperature of the wood surface does not exceed 450 ° C.

後記の実施例7のA角材(水ガラス含浸量29.0g/m)及びB角材(水ガラス含浸量72.9g/m)をサンプルとし、石英板を使用しない場合と同様にしてA角材、B角材を赤外線方式で加熱し、クラックの発生状況を観察し、炭化深さを測定した。角材の水ガラスが含浸されている面をヒーターと対面させた。ヒーターと角材表面との距離10mmとした場合はA角材を、距離20mmとした場合はB角材を使用した。図13において、点線で表示されているグラフが、木材の表面層に水ガラスを含浸させた場合のデータである。左側の点線グラフは木材とランプとの距離が10mm、右側の点線グラフは20mmの場合である。距離が10mmでは、クラックが発生しない時間が2倍にのび、しかも炭化深さが2.24mmから3.68mmに増大した。また、距離が20mmの場合でも、クラックが発生しない時間が2倍にのび、炭化深さは4.97mmから9.10mmに増大した。このように、水ガラスが表面層に含浸されていることにより、クラックが発生しない照射時間が大幅に延び、しかも、炭化深さも大幅に増大したのである。更に、炭化された面を指で擦っても黒い粉が殆ど付着しないようになった。 The A square timber in the examples below 7 (water glass impregnated amount 29.0 g / m 2) and B square bar (water glass impregnated amount 72.9 g / m 2) and samples, A as in the case not using the quartz plate Square and B squares were heated by an infrared method, the occurrence of cracks was observed, and the carbonization depth was measured. The surface of the square bar impregnated with water glass was made to face the heater. When the distance between the heater and the square bar surface was 10 mm, A square bar was used, and when the distance was 20 mm, B square bar was used. In FIG. 13, the graph displayed with a dotted line is data when the surface layer of wood is impregnated with water glass. The dotted line graph on the left is the case where the distance between the wood and the lamp is 10 mm, and the dotted line graph on the right is 20 mm. When the distance was 10 mm, the time during which cracks did not occur doubled, and the carbonization depth increased from 2.24 mm to 3.68 mm. Even when the distance was 20 mm, the time during which cracks did not occur doubled and the carbonization depth increased from 4.97 mm to 9.10 mm. Thus, by impregnating the surface layer with water glass, the irradiation time during which cracks do not occur is greatly extended, and the carbonization depth is also greatly increased. Further, even when the carbonized surface was rubbed with a finger, black powder hardly adhered.

断面が30mm角のエゾ松角材の先端から50mmまでの部分を、300℃の溶融スズに5分間浸漬後引き上げた。炭化後の表面は均一に炭化されており、ほぼ真黒でクラックは皆無であり、指で擦っても黒い粉は殆どとれなかった。先端から15mmの所で長さ方向に直角にバンドソーで切断し、切断面を撮影した写真が図14の(a)である。次に、断面が45mm角のエゾ松角材を2本用意し、その先端から25mmまでの部分を、300℃の溶融スズに1本は4分間、他方は10分間浸漬した後引き上げ、炭化部の先端から10mmの所で長さ方向に直角にバンドソーで切断し、切断面を撮影した写真がそれぞれ図14の(b)及び(c)である。図14の(a)、(b)、(c)から、角材の太さが小さいほど炭化層の断面が円に近づき、浸漬時間が長いほど円に近づくことが分かる。   A portion from the tip of the pine cone having a cross section of 30 mm square to 50 mm was immersed in molten tin at 300 ° C. for 5 minutes and then pulled up. The carbonized surface was uniformly carbonized, almost black and free from cracks, and even when rubbed with a finger, black powder was hardly removed. FIG. 14A shows a photograph of the cut surface taken by cutting with a band saw at a position 15 mm from the tip at a right angle in the length direction. Next, two pine cones with a 45 mm square cross section were prepared, and the portion from the tip to 25 mm was dipped in molten tin at 300 ° C. for 4 minutes and the other was immersed for 10 minutes, then pulled up, and the tip of the carbonized part (B) and (c) in FIG. 14 are photographs obtained by cutting with a band saw perpendicularly to the length direction at a distance of 10 mm from the top and photographing the cut surface. 14A, 14B, and 14C, it can be seen that the smaller the thickness of the square, the closer the cross section of the carbonized layer is to a circle, and the longer the immersion time, the closer to the circle.

次に断面が30mm角と45mm角のエゾ松角材を長さ40mmに切断した。これらの角材を、長さ方向が水平になるように300℃の溶融スズの表面に浮かせ、30mm角の角材は5分毎に、45mm角の角材は10分毎に長さ方向の全ての面が溶融スズ浴に接するようにして回転した。このようにして長さ方向の4面が炭化された後、スズ浴から取り出して放冷した。30mm角の角材は合計20分、45mm角の角材は合計40分間スズ浴に浮かせていた。冷却後、長さ方向に対して直角に中央部をバンドソーで切断し、それぞれの切断面を撮影した写真が図14の(d)及び(e)である。いずれのものの炭化層の最内部の形状が正方形に近い。図14から明らかなように、4面を同時に溶融金属浴に浸漬するよりも、1面ずつ浸漬していく方が角材の形状に沿って炭化され、炭化層の厚さの制御も確実になる。また、角材の断面外形も完全な正方形が維持されている。それに対して角材全体をスズ浴に浸漬した場合は、角材の断面外形が図14の(c)から分かるように少し歪んでいる。
(比較例1)
Next, 30 mm square and 45 mm square pine cones were cut to a length of 40 mm. These squares are floated on the surface of molten tin at 300 ° C. so that the length direction is horizontal, 30 mm squares every 5 minutes, and 45 mm squares every 10 minutes in all directions. Was rotated in contact with the molten tin bath. After the four surfaces in the length direction were carbonized in this manner, the steel was taken out of the tin bath and allowed to cool. 30 mm squares were floated in a tin bath for a total of 20 minutes, and 45 mm squares were floated for a total of 40 minutes. (D) and (e) of FIG. 14 are photographs in which the central part is cut with a band saw at right angles to the length direction after cooling and the respective cut surfaces are photographed. The innermost shape of the carbonized layer of any one is close to a square. As is apparent from FIG. 14, it is carbonized along the shape of the square material and the control of the thickness of the carbonized layer is ensured when dipping one surface at a time rather than dipping the four surfaces simultaneously in the molten metal bath. . Moreover, the square shape of the cross-section of the square bar is maintained as a perfect square. In contrast, when the entire square bar is immersed in a tin bath, the cross-sectional outer shape of the square bar is slightly distorted as can be seen from FIG.
(Comparative Example 1)

通常の電気炉で加熱炭化した場合の問題点を示すために、次のようなテストを実施した。電気炉(米国Paragon Industries, Inc.製 MODEL VIKING 66)内に内径230mm、高さ220mmの常滑焼き瓶を入れ、その中に瓶の内壁に沿って長さ150mmの3本のセラミック製アングル棒を、ほぼ正三角形の頂点の位置にそれぞれ立て、その上にステンレス製金網(線径0.45mm、目開き2.09mm、10メッシュ)を水平に敷いて、電気炉を300℃に昇温した。常滑焼き瓶及び金網が完全に300℃になるように、炉内設定温度が300℃に到達してから1時間以上経過した後に、断面が30mm角、長さ50mmのエゾ松角材を金網の上に、一方の断面が下になるように垂直に載せ、300℃で5分間加熱した後、電気炉から取り出し放冷した。このように2重構造にしたのは、電気炉内のヒーターからの赤外線がサンプルに照射されないようにするためである。次に、同様にして断面が45mm角、長さ50mmのエゾ松角材も300℃で5分間加熱した後、電気炉から取り出した。次いで上記と同様に2種のエゾ松角材を用意し、加熱時間をそれぞれ10分間としたサンプルを作成した。   In order to show the problems when carbonizing by heating in a normal electric furnace, the following tests were conducted. Place a Tokoname-yaki jar with an inner diameter of 230 mm and a height of 220 mm in an electric furnace (MODEL VIKING 66, manufactured by Paragon Industries, Inc., USA). Then, each was placed at the position of the apex of a regular triangle, and a stainless steel wire mesh (wire diameter: 0.45 mm, mesh opening: 2.09 mm, 10 mesh) was laid horizontally thereon, and the electric furnace was heated to 300 ° C. After 1 hour or more has passed since the set temperature in the furnace reached 300 ° C., so that the Tokoname jar and the wire mesh are completely at 300 ° C., a 30 mm square cross section of 50 mm long pine cones on the wire mesh The sample was placed vertically so that one of the cross-sections was down, heated at 300 ° C. for 5 minutes, then taken out of the electric furnace and allowed to cool. The double structure is used in order to prevent the sample from being irradiated with infrared rays from the heater in the electric furnace. Next, similarly, the pine cones having a cross section of 45 mm square and a length of 50 mm were heated at 300 ° C. for 5 minutes and then taken out from the electric furnace. Next, two kinds of pine cones were prepared in the same manner as described above, and samples each having a heating time of 10 minutes were prepared.

図15は上記サンプルの写真で、図15(a)、図15(b)は断面がそれぞれ30mm角、45mm角のエゾ松を300℃で5分間加熱したもの、図15(c)、(d)は断面が30mm角、45mm角のエゾ松を300℃で10分間加熱したものである。図15の最上段の写真は各サンプルの上面(金網から遠い方の面)、2段目の写真は各サンプルの側面(中央の水平な直線は炭化後の切断部)、3段目の写真は各サンプルの底面、最下段の写真は各サンプルの切断面のそれぞれの写真である。図15から明らかなように、このような通常の電気炉による加熱ではコーナー部が優先的に炭化され、コーナーから遠い面内の炭化は非常に遅い速度でしか進まないのである。コーナー部の炭化は進みすぎて、指で擦ると容易に黒い粉が指に付着するようになった。本発明の溶融金属方式や熱板方式で、一つの面だけを加熱する場合はこのようなことが無く、加熱される面内が均一に炭化される。また、コーナー部だけが強く炭化されることもない。図15(d)の最上段の写真には3個のクラック(割れ)が、3段目の写真には6個のクラックが確認できる。加熱により熱分解した成分が自由に空間に揮発できるため、角材が収縮した際に発生したためと考えられる。更に、外形も正方形から少し歪んでいることも分かる。金網が有る分だけ加熱の度合いが大きく、炭化が進むと同時にクラックも多く発生したのである。これに対して本発明では、熱分解した成分の揮発が防止されるため、熱収縮が起こりにくく従って、クラックも発生しにくいのである。
(比較例2)
FIG. 15 is a photograph of the above sample, and FIGS. 15 (a) and 15 (b) are obtained by heating a pine pine having a cross section of 30 mm square and 45 mm square at 300 ° C. for 5 minutes, FIGS. 15 (c) and 15 (d). Is a pine pine having a cross section of 30 mm square and 45 mm square heated at 300 ° C. for 10 minutes. The top photo in FIG. 15 is the top surface of each sample (surface far from the wire mesh), the second photo is the side of each sample (the central horizontal straight line is the cut portion after carbonization), and the third photo Is the bottom of each sample, and the bottom photo is the cut surface of each sample. As is apparent from FIG. 15, in such heating by a normal electric furnace, the corner portion is preferentially carbonized, and the carbonization in the plane far from the corner proceeds only at a very low speed. The carbonization of the corner portion has progressed too much, and black powder can easily adhere to the finger when rubbed with the finger. When only one surface is heated by the molten metal method or hot plate method of the present invention, such a situation does not occur, and the heated surface is uniformly carbonized. Further, only the corner portion is not strongly carbonized. In the uppermost photograph in FIG. 15D, three cracks can be confirmed, and in the third photograph, six cracks can be confirmed. This is probably because the components thermally decomposed by heating can volatilize freely in the space and are generated when the square bar contracts. It can also be seen that the outer shape is slightly distorted from the square. The degree of heating was large as much as there was a wire mesh, and many cracks occurred as carbonization progressed. On the other hand, in the present invention, since the volatilization of the pyrolyzed component is prevented, thermal shrinkage hardly occurs, and therefore cracks hardly occur.
(Comparative Example 2)

本発明と電気炉での加熱炭化との差異を一層明確に示すために次のようなテストを実施した。比較例1の金網に代えて厚さ10mm、サイズ100mm×160mmの鉄板を用い、断面が45mm角、長さ50mmのエゾ松角材を、比較例1と同様にして10分間加熱した。加熱後すぐに電気炉からサンプルを取出し、放冷した。図16(a)は得られたサンプルの上面の写真で、比較例1の図15(a)の上面とほぼ同じ形状に炭化されていることが分かる。図16(b)はサンプルの側面写真(中央の水平な直線は切断部)で、図15(d)の側面写真とほぼ同じである。図16(c)はサンプルの底面写真で、底面が金属板に接していたのでほぼ均一に、且つ濃く炭化されている。図16(d)はサンプルの切断面の写真である。コーナー部が濃く炭化されているが、面内はあまり炭化されていないことが分かる。上面(図16(a))には1本のクラック(割れ)が発生しているが、底面には割れが全く無かった。このように被炭化面が気体不透過性の部材で覆われていると、炭化が均一に行われると同時に割れも発生しにくいことが確認された。図15(d)の底面(金網に接していた面)では、炭化の進み方が上面よりやや大きくなっているが、クラックが6本も発生していた。金網の隙間から熱分解成分が揮発したためと考えられる。この事実によっても、本発明の気体不透過性部材の効果が確認された。図16(e)は実施例5の図14(c)のサンプル(溶融スズに10分間浸漬されていた45mm角エゾ松)の先端(底面)の写真である。図16(c)から明らかなように、鉄板に接していた面は炭化の度合いも均一性もほぼ完全である。図16(c)と図16(e)を比較すると、図16(c)の方が濃度が小さいが、これは本比較例の鉄板が完全な熱板ではなく、サンプルを載せたことにより鉄板の温度が低下し、300℃に回復するのに時間を要したためである。
(比較例3)
In order to more clearly show the difference between the present invention and carbonization by heating in an electric furnace, the following test was conducted. An iron plate having a thickness of 10 mm and a size of 100 mm × 160 mm was used in place of the wire mesh of Comparative Example 1, and a pine cone having a cross section of 45 mm square and a length of 50 mm was heated for 10 minutes in the same manner as in Comparative Example 1. Immediately after heating, the sample was taken out of the electric furnace and allowed to cool. FIG. 16A is a photograph of the upper surface of the obtained sample, and it can be seen that it is carbonized in substantially the same shape as the upper surface of FIG. FIG. 16B is a side view of the sample (the horizontal line in the center is a cut portion), which is almost the same as the side view of FIG. FIG. 16C is a photograph of the bottom surface of the sample. Since the bottom surface was in contact with the metal plate, it was carbonized almost uniformly and deeply. FIG. 16D is a photograph of the cut surface of the sample. It can be seen that the corner is heavily carbonized, but the surface is not carbonized much. One crack (break) occurred on the upper surface (FIG. 16 (a)), but there was no crack at the bottom. In this way, it was confirmed that when the carbonized surface was covered with a gas-impermeable member, carbonization was performed uniformly and at the same time, cracking was difficult to occur. In the bottom surface (surface in contact with the wire mesh) in FIG. 15D, the progress of carbonization is slightly larger than the top surface, but as many as six cracks were generated. This is probably because the pyrolysis component volatilized from the gaps in the wire mesh. This effect also confirmed the effect of the gas-impermeable member of the present invention. FIG. 16 (e) is a photograph of the tip (bottom surface) of the sample of FIG. 14 (c) of Example 5 (45 mm square spruce pine immersed in molten tin for 10 minutes). As is apparent from FIG. 16 (c), the surface in contact with the iron plate is almost completely carbonized and uniform. When FIG. 16 (c) and FIG. 16 (e) are compared, FIG. 16 (c) has a lower concentration. This is because the iron plate of this comparative example is not a complete hot plate, but a sample is placed on it. This is because it took time to recover to 300 ° C.
(Comparative Example 3)

市販の川砂(セメントに砂利とともに混合して使用する為の砂)を常滑焼の瓶(内径165mm、高さ175mm)の約8分目の高さまで入れた。これを比較例1の電気炉に入れて300℃に2時間保った後、断面が30mm角、長さ200mmのエゾ松角棒をこの砂の中に、先端から50mm位が砂の中に入るように約45℃の傾斜で斜めに刺し込んだ。エゾ松角棒の先端は砂に入りやすいように、あらかじめ槍状に加工しておいた。角棒を挿入して5分間放置後とりだしたところ、比較例1と同様に角部が優先的に炭化され、面内は殆ど炭化されていなかった。   Commercially available river sand (sand used for mixing cement with gravel) was placed in a Tokoname ware bottle (inner diameter 165 mm, height 175 mm) to a height of about 8 minutes. After putting this in the electric furnace of Comparative Example 1 and keeping it at 300 ° C. for 2 hours, an Ezo pine bar having a cross section of 30 mm square and a length of 200 mm is placed in this sand, and about 50 mm from the tip is in the sand. Was inserted diagonally at an inclination of about 45 ° C. The tip of the Ezo pine bar was processed into a bowl shape in advance so that it could easily enter the sand. When the square bar was inserted and left for 5 minutes, the corner was preferentially carbonized as in Comparative Example 1, and the in-plane was hardly carbonized.

市販のMDF板(厚さ14mm)、市販のラジアタパイン集成材(厚さ18mm)、市販のベニヤ合板(厚さ12mm)、市販のOSB合板(厚さ12mm)を20×30mmサイズに3個ずつ切断してそれぞれ3枚のサンプルを用意した。実施例2のホットプレートを300℃に設定し、これら4種の切断された板4枚1組のサンプルを同時にホットプレートにのせ10分間加熱した。この操作を各組について同様に行い、4種の木材についてそれぞれ3個のサンプルの炭化層厚を測定しその平均値を算出した。その結果、MDF板は4.93mm、集成材は4.28mm、ベニヤ合板は4.72mm、OSB合板は4.40mmであった。いずれも実施例2の結果に近い結果になった。   Cut commercially available MDF board (thickness 14 mm), commercially available radial tapain laminated timber (thickness 18 mm), commercially available veneer plywood (thickness 12 mm), and commercially available OSB plywood (thickness 12 mm) into 20 x 30 mm sizes. Three samples were prepared for each. The hot plate of Example 2 was set to 300 ° C., and a set of four types of four cut plates was simultaneously placed on the hot plate and heated for 10 minutes. This operation was performed in the same manner for each group, and the thickness of the carbonized layer of three samples was measured for each of four types of wood, and the average value was calculated. As a result, the MDF plate was 4.93 mm, the laminated material was 4.28 mm, the veneer plywood was 4.72 mm, and the OSB plywood was 4.40 mm. In either case, the results were close to those of Example 2.

水ガラスを木材表面層に含浸させると、実施例1及び実施例2の両方式による木材の表面層炭化が一層有効に行われることを示す。すなわち、クラックが発生しない範囲で加熱時間或いは加熱温度を増加することができ、しかも炭化深さをより大きくすることができるのである。   It is shown that when the wood surface layer is impregnated with water glass, the surface layer carbonization of the wood according to both the examples 1 and 2 is more effectively performed. That is, the heating time or heating temperature can be increased within the range where cracks do not occur, and the carbonization depth can be further increased.

水ガラス(昭和科学株式会社 1号珪酸ナトリウム溶液(水ガラス1号、非常に粘稠な流体)、以後単に水ガラスと記載)を水で希釈し、水ガラスの重量割合が34%及び58%の水溶液を作成した。これらの水溶液を実施例1と同様の多数の杉角材に少量滴下しガラス棒で均一に広げた後、水平に放置乾燥した。乾燥後の木材表面にはガラス質の膜は形成されておらず、木材表面層に含浸されたと推測される。木材表面と断面の含浸部分は色が少し濃くなっており、含浸の深さは0.2mm程度であった。水ガラスを木材に含浸させ、それを十分に乾燥させた後の木材の平均重量増加は、水ガラス34%液では0.47%、58%液では1.10%であった。前者をA角材、後者をB角材と命名する。平均塗布量に換算すると、それぞれA角材が29.0g/m、B角材が72.9g/mであった。 Water glass (Showa Science Co., Ltd. No. 1 sodium silicate solution (water glass No. 1, very viscous fluid), hereinafter simply referred to as water glass) is diluted with water, and the weight ratio of water glass is 34% and 58%. An aqueous solution of was prepared. A small amount of these aqueous solutions was dripped onto a large number of cedar timbers similar to those in Example 1, spread uniformly with a glass rod, and then allowed to dry horizontally. A glassy film was not formed on the dried wood surface, and it is assumed that the wood surface layer was impregnated. The wood surface and the impregnated portion of the cross section were slightly darker in color, and the depth of impregnation was about 0.2 mm. The average weight increase of the wood after impregnating the wood with water glass and fully drying it was 0.47% for the water glass 34% solution and 1.10% for the 58% solution. The former is named A square and the latter is named B square. In terms of average coating weight, A square timber each 29.0g / m 2, B square bar was 72.9 g / m 2.

A角材を実施例1と同様に、360℃の溶融スズに水ガラス含浸面を下にして約10mm程度浸漬し、15秒に1回程度の頻度で浸漬した状態で場所を変えたり、角材を持ち上げたりしてスラグの無い場所に浸漬するようにした。5分後にA角材を引き上げて放置冷却した。同様にして合計3個のサンプルを作成し、炭化深さを測定した。3個のサンプルの平均炭化深さは6.54mmであった。クラックは発生していなかった。次に、同様にしてA角材を10分間、360℃の溶融スズに浸漬した後、クラックの発生状況観察、炭化深さの測定をしたところ、クラックの発生はなく、3個の平均炭化深さは9.26mmであった。次いでA角材を同様にして15分間同温度の溶融スズに浸漬した。3個の角材のうち2個にクラックが発生した。B角材について同様の実験をしたところ、3個のうち1個にクラックが発生した。13分の段階ではいずれの場合もクラックは発生していなかった。水ガラスを含浸していない角材は、クラックが発生しないのは5分までであったが、水ガラスを含浸しているとクラックが発生しない時間が2倍に延び、しかも炭化深さも2倍近くまで増加した。これらの結果が図10の点線で示されている。他の温度条件でも類似の効果が得られる。更に驚いたことに、水ガラスを含浸させた場合は、炭化面を指で擦っても黒い粉が殆ど指に付着しないことが確認された。水ガラスが含浸されていない角材で上記と同様なテストを行い、同じ炭化深さのサンプルを比較したところ、水ガラスが含浸されている方が遥かに指に汚れが付着しにくかった。この効果は実用上非常に有利である。   As in Example 1, the square A was immersed in molten tin at 360 ° C. for about 10 mm with the water glass impregnated surface down, and the location was changed by immersing it once every 15 seconds. It was lifted up and immersed in a place without slag. After 5 minutes, the A square was pulled up and allowed to cool. Similarly, a total of three samples were prepared and the carbonization depth was measured. The average carbonization depth of the three samples was 6.54 mm. Cracks did not occur. Next, after the A square was immersed in molten tin at 360 ° C. for 10 minutes in the same manner, the occurrence of cracks was observed and the carbonization depth was measured. Was 9.26 mm. Subsequently, the square A was similarly immersed in molten tin at the same temperature for 15 minutes. Cracks occurred in two of the three square bars. When the same experiment was performed on the B square, a crack occurred in one of the three pieces. In any case, cracks did not occur at the stage of 13 minutes. The squares not impregnated with water glass did not generate cracks for up to 5 minutes, but when impregnated with water glass, the time during which cracks did not occur doubled and the carbonization depth was nearly doubled. Increased to. These results are shown by the dotted lines in FIG. Similar effects can be obtained at other temperature conditions. Surprisingly, it was confirmed that when water glass was impregnated, black powder hardly adhered to the finger even when the carbonized surface was rubbed with the finger. A test similar to the above was performed on a square bar that was not impregnated with water glass, and samples having the same carbonization depth were compared. As a result, it was found that the sample impregnated with water glass was much less likely to get dirt on the fingers. This effect is very advantageous in practice.

A角材、B角材を実施例2と同様に、340℃のホットプレートに水ガラス含浸面を下にして載せ、加熱時間をパラメータとしてクラックの発生状況の観察及び炭化深さを測定した。その結果、A角材は20分までクラックが発生せず、30分でクラックが発生した。B角材は30分までクラックが発生しなかった。図11から分かるように水ガラスを含浸していない角材は、340℃の加熱温度でクラックが発生しないのは15分までであったから、クラックが発生しない時間が2倍に伸び、しかも炭化深さも5割程度増加している。これらの結果が図11の点線で示されている。他の温度条件でも類似の効果が得られた。上記の溶融スズでの炭化の場合と同様に、炭化面を指で擦っても黒い粉が殆ど指に付着しないことが確認された。   In the same manner as in Example 2, the A square bar and the B square bar were placed on a hot plate at 340 ° C. with the water glass impregnated surface down, and the occurrence of cracks and the carbonization depth were measured using the heating time as a parameter. As a result, the A square member did not crack until 20 minutes, and cracked after 30 minutes. The B square did not crack until 30 minutes. As can be seen from FIG. 11, in the square material not impregnated with water glass, cracks did not occur at a heating temperature of 340 ° C. until 15 minutes, so the time during which cracks did not occur doubled and the carbonization depth also increased. It has increased by about 50%. These results are shown by the dotted lines in FIG. Similar effects were obtained at other temperature conditions. As in the case of carbonization with molten tin, it was confirmed that black powder hardly adhered to the finger even when the carbonized surface was rubbed with the finger.

実施例3と同寸法の杉辺材を、厚さ13μmのアルミ箔で杉辺材の上面と側面をカバーした。杉辺材の上面とアルミ箔との間に空隙が生じないように、アルミ箔をしごいて密着させた。アルミ箔が浮き上がらないように側面にも押しつけた。このように準備したサンプルのアルミ箔でカバーされた面(上面)を下にして、実施例2と同様にして340℃のホットプレートの上に載せ、15分間加熱した。冷却後、アルミ箔を取り除いて炭化面を観察したところ、アルミ箔が無い場合に比べて面状は非常にきめ細かく平滑であった。クラックも発生していなかった。炭化層の厚さはアルミ箔が無い場合に9mm程度であったのに対し、アルミ箔がある場合は10mm程度と、やや増加していた。炭化面を指で擦っても黒い粉は殆ど付着しなかった。   The cedar wood having the same dimensions as in Example 3 was covered with an aluminum foil having a thickness of 13 μm on the upper and side surfaces of the cedar wood. The aluminum foil was squeezed and adhered so that no gap was formed between the upper surface of the cedar wood and the aluminum foil. The aluminum foil was also pressed against the side so that it did not rise. The surface (upper surface) covered with the aluminum foil of the sample thus prepared was placed on a hot plate at 340 ° C. in the same manner as in Example 2 and heated for 15 minutes. After cooling, the aluminum foil was removed and the carbonized surface was observed. As a result, the surface shape was very fine and smooth compared to the case without the aluminum foil. There were no cracks. The thickness of the carbonized layer was about 9 mm when there was no aluminum foil, whereas it slightly increased to about 10 mm when there was an aluminum foil. Even when the carbonized surface was rubbed with a finger, black powder hardly adhered.

実施例3と同寸法の杉辺材4個を作業台の上に5mmの間隔をあけて2行2列に並べ、それらの上面(20×30mmの表面)に5mm厚でサイズが100mm角のステンレス板を載せた。4個のサンプルがステンレス板のほぼ中央部になるように配置した。ステンレス板の上方からガスバーナー(藤原産業株式会社 ワンタッチガストーチSK−11)の炎を、ステンレス板の全面に均一に放射されるように移動させながら1分間放射したところ、少し煙が発生した。そこで、30秒間消火し煙が完全に出なくなってから20秒間放射したところ、再び煙が少し発生した。そこで、また30秒間消火して煙が消えてから20秒間放射という具合に、以後30秒間消火と20秒間放射を9回繰り返した。合計11回の繰り返しを行なった。最後の20秒放射後、放冷しステンレス板を外して角材の炭化表面を観察したところ、クラックの発生はなく、3個のサンプルの炭化表面層の厚さは平均で5.82mmであった。煙の発生状況から、サンプル表面の温度は常に340℃以下に保たれたと推定される。   Four cedar woods having the same dimensions as in Example 3 are arranged in 2 rows and 2 columns on a workbench with an interval of 5 mm, and the upper surface (surface of 20 × 30 mm) is 5 mm thick and the size is 100 mm square. A stainless steel plate was placed. Four samples were arranged so as to be approximately in the center of the stainless steel plate. When the flame of the gas burner (Fujiwara Sangyo Co., Ltd. One-touch gas torch SK-11) was radiated for 1 minute from the upper side of the stainless steel plate so as to be emitted uniformly over the entire surface of the stainless steel plate, a little smoke was generated. Therefore, after extinguishing the fire for 30 seconds and radiating for 20 seconds after smoke completely disappeared, a little smoke was generated again. Then, after extinguishing again for 30 seconds, after the smoke disappeared, 20 seconds were emitted, and after that, the fire extinguishing for 30 seconds and the radiation for 20 seconds were repeated 9 times. A total of 11 repetitions were performed. After the last 20 seconds of radiation, the sample was allowed to cool, the stainless steel plate was removed, and the carbonized surface of the square was observed. No cracks were generated, and the average thickness of the carbonized surface layers of the three samples was 5.82 mm. . From the state of smoke generation, it is estimated that the temperature of the sample surface was always kept below 340 ° C.

次に上記のステンレス板に代えて厚さ1mm、サイズ60×50mmの鉄板を、実施例3と同じ杉角材1個の上に載せ、上記と同様にしてガスバーナーを10秒間放射したところ、煙が少し発生した。そこで、10秒間消火したら煙が出なくなった。この繰り返しを12回行なった。その後放置して冷却後鉄板を外してサンプルの表面炭化層の厚さを測定したら、2.39mmであった。炭化された面は非常に平滑でクラックもなかった。煙の発生状況から判断してサンプルの表面温度は300℃以下に保たれたと推定される。次に上記の鉄板の代わりに、厚さ0.3mm、サイズ60×50mmの鉄板を上記と同様の杉角材1個の上に載せ、上記と同じサイクルでガスバーナー放射と消火を繰り返そうとして、ガスバーナーを10秒間放射したところ、角材から激しく煙が発生し、端部が着火したがまもなく自然に消えた。鉄板を外して炭化された面を観察したところ、クラックが多数発生していた。サンプルの表面温度は450℃以上になったと推定される。そこで、ガスバーナー放射と消火のサイクルを5秒間放射、10秒間消火の繰り返しとし、この繰り返を5回行った後放置冷却した。クラックの発生はなく表面炭化層の厚さは2.09mmであった。このように角材の上に載せる金属板の厚さが小さくなると、ガスバーナー放射により金属板の温度が急激に上昇するので、金属板の厚さに応じて、ガスバーナー放射と消火の時間を適当に選ぶことが重要である。   Next, instead of the stainless steel plate, an iron plate having a thickness of 1 mm and a size of 60 × 50 mm was placed on the same cedar square material as in Example 3, and a gas burner was emitted for 10 seconds in the same manner as described above. A little occurred. So, after the fire was extinguished for 10 seconds, the smoke stopped. This was repeated 12 times. Then, after standing to cool and removing the iron plate, the thickness of the surface carbonized layer of the sample was 2.39 mm. The carbonized surface was very smooth and free from cracks. Judging from the state of smoke generation, it is presumed that the surface temperature of the sample was kept below 300 ° C. Next, instead of the above iron plate, an iron plate having a thickness of 0.3 mm and a size of 60 × 50 mm was placed on one cedar square material similar to the above, and the gas burner radiation and extinguishing were repeated in the same cycle as above. When the gas burner was radiated for 10 seconds, intense smoke was generated from the squares, and the edges ignited but soon disappeared spontaneously. When the steel plate was removed and the carbonized surface was observed, many cracks were generated. The surface temperature of the sample is estimated to be 450 ° C. or higher. Therefore, the gas burner radiation and fire extinguishing cycle was repeated for 5 seconds, and fire extinguishing for 10 seconds. There was no generation of cracks, and the thickness of the surface carbonized layer was 2.09 mm. When the thickness of the metal plate placed on the square bar is reduced in this way, the temperature of the metal plate rapidly rises due to gas burner radiation. It is important to choose

実施例3と同寸法の杉辺材の上面(20×30mmの表面)に、1mm厚でサイズが60mm×50mmの鉄板を載せ、実施例3と同じヒートガンを用い、鉄板に340℃の熱風を5分間吹き付けたところ、木材の表面は殆ど着色しなかった。そこで、熱風の温度を400℃に上げて10分間加熱したところ、少し濃く(茶褐色)なった。表面層の炭化深さは2.46mmであった。次に、上記の厚さ1mmの鉄板の代わりに厚さ0.3mm、サイズ60×50mmの鉄板を用いて同様の実験を行なったところ、クラックが無く厚さが3.21mmの黒色炭化層が得られた。一方、厚さ17μのアルミ箔で杉辺材の上面(20×30mmの表面)と側面(高さ方向の表面全体)をカバーし、杉辺材の上面とアルミ箔との間に空隙が生じないように、アルミ箔をしごいて密着させた。このように準備したサンプルの、アルミ箔の上方から400℃の熱風を5分間吹き付けた後、アルミ箔を取り除いたところ、炭化層の表面に多数のクラックが発生していた。アルミ箔が薄い金属なので、400℃の熱風によりサンプル表面の温度が400℃近くになり、しかも加熱時間が5分と長くなったのでクラックが発生したのである。鉄板或いはアルミ箔が熱板になり熱板方式と同様に木材が加熱されたのであるが、金属板の厚さが大きいと熱風による加熱の効率が悪く、逆にアルミ箔のように薄くなると、加熱されやすいので温度と時間を適当に選ぶことが重要である。   An iron plate having a thickness of 1 mm and a size of 60 mm × 50 mm is placed on the upper surface (20 × 30 mm surface) of the cedar wood having the same dimensions as in Example 3, and using the same heat gun as in Example 3, hot air at 340 ° C. When sprayed for 5 minutes, the surface of the wood was hardly colored. Then, when the temperature of the hot air was raised to 400 ° C. and heated for 10 minutes, it became a little dark (brown). The carbonization depth of the surface layer was 2.46 mm. Next, when a similar experiment was performed using an iron plate having a thickness of 0.3 mm and a size of 60 × 50 mm instead of the iron plate having a thickness of 1 mm, a black carbonized layer having no crack and a thickness of 3.21 mm was obtained. Obtained. On the other hand, the upper surface (20 × 30 mm surface) and side surface (the whole surface in the height direction) of the cedar wood are covered with an aluminum foil having a thickness of 17 μm. The aluminum foil was squeezed so that there was no contact. The sample prepared in this manner was sprayed with hot air at 400 ° C. for 5 minutes from above the aluminum foil, and then the aluminum foil was removed. As a result, many cracks were generated on the surface of the carbonized layer. Since the aluminum foil is a thin metal, the temperature of the sample surface was brought close to 400 ° C. by hot air at 400 ° C., and the heating time was increased to 5 minutes, so cracks occurred. The iron plate or aluminum foil became a hot plate and the wood was heated in the same way as the hot plate method, but if the thickness of the metal plate is large, the efficiency of heating with hot air is bad, conversely when it becomes thin like an aluminum foil, It is important to select an appropriate temperature and time because it is easily heated.

角材サンプルとして実施例3と同寸法の杉辺材を用い、その上面(20×30mmの表面)に、1mm厚でサイズが60mm×50mmの黒色表面処理された鉄板を載せ、実施例4と同様に石英ガラス管ヒーターを、ヒーターからサンプルの上面までの距離が10mmになるように配置した。ヒーターに電圧を印加して、2分間赤外線を照射した後、5秒間電圧印加を停止し、次いで25秒間電圧を印加した後、5秒間電圧印加を停止した。以後このように25秒間電圧印加、5秒間電圧印加停止を16回繰り返した後、放冷してからサンプルを確認したところ、炭化された面は非常に平滑でクラックの発生も無かった。このようにして作成された2個のサンプルの表面炭化層の平均厚さは3.70mmであった。電圧印加のオンオフを繰り返した間中煙の発生は殆どなかったので、サンプル表面の温度は300℃以下に保たれたと推定される。尚、黒色鉄板の代わりにアルミ箔を用いて同様の実験を行なったところ、角材は殆ど着色しなかった。即ち、アルミ箔が赤外線を反射してあまり加熱されなかったのである。従って、この目的のためには赤外線をよく吸収する部材が必要である。   A cedar wood having the same dimensions as in Example 3 was used as a square material sample, and a black surface-treated iron plate having a thickness of 1 mm and a size of 60 mm × 50 mm was placed on the upper surface (surface of 20 × 30 mm), as in Example 4. A quartz glass tube heater was disposed so that the distance from the heater to the upper surface of the sample was 10 mm. After applying voltage to the heater and irradiating with infrared rays for 2 minutes, voltage application was stopped for 5 seconds, voltage was applied for 25 seconds, and then voltage application was stopped for 5 seconds. Thereafter, after applying voltage application for 25 seconds and stopping application of voltage for 16 seconds in this manner, the sample was checked after being allowed to cool. The carbonized surface was very smooth and free from cracks. The average thickness of the surface carbonized layer of the two samples thus prepared was 3.70 mm. It was estimated that the temperature of the surface of the sample was kept at 300 ° C. or lower because there was almost no smoke during repeated ON / OFF of voltage application. In addition, when the same experiment was conducted using an aluminum foil instead of the black iron plate, the square bar was hardly colored. That is, the aluminum foil reflected infrared rays and was not heated very much. Therefore, a member that absorbs infrared rays well is required for this purpose.

実施例12は熱ロールを板状木材の面上で回転移動して木材の表面層を炭化する例であるが、ヒーターを内蔵した熱ロールの入手が困難であるため、その代用として熱熔融金属浴にアルミロールを浮かべたものを利用した。アルミロールとして、直径30mm、長さ100mmのものを用いた。実施例1と同様にしてステンレス製バット内に熔融されたスズ浴にアルミロールを浮かべたところ、アルミロールは浴面から垂直に約18mmが浴面から露出した。スズ浴の温度は400℃に設定した。次いで断面が30×14mm、長さ300mmの杉板を、30×14mmの面がアルミロールに接するように、且つアルミロールと杉板が直交するようにアルミロールの上に載せ、少し荷重をかけてアルミロールの約3分の2がスズ浴に浸漬される状態で、杉板をゆっくり水平に移動させた。杉板を移動させるとアルミロールは杉板の移動に同期してゆっくり回転した。杉板を5分間かけて50mm移動させた。この間、煙は発生しなかった。従ってアルミロールと杉板が接している部分の杉板の表面温度は340℃以下であったと推定される。炭化された面は十分に黒化しており、炭化深さは1.19mmであった。以上の実験から熱ロールにより木材表面を炭化できることが確認された。   Example 12 is an example in which the heat roll is rotated and moved on the surface of the plate-like wood to carbonize the surface layer of the wood, but it is difficult to obtain a heat roll with a built-in heater. The thing which floated the aluminum roll in the bath was used. An aluminum roll having a diameter of 30 mm and a length of 100 mm was used. When an aluminum roll was floated on a tin bath melted in a stainless steel bat in the same manner as in Example 1, about 18 mm of the aluminum roll was exposed from the bath surface perpendicularly from the bath surface. The temperature of the tin bath was set to 400 ° C. Next, put a cedar board with a cross section of 30 x 14 mm and a length of 300 mm on the aluminum roll so that the 30 x 14 mm surface is in contact with the aluminum roll and the aluminum roll and the cedar board are orthogonal to each other, and apply a little load. The cedar board was slowly moved horizontally in a state where about two-thirds of the aluminum roll was immersed in the tin bath. When the cedar board was moved, the aluminum roll rotated slowly in synchronization with the movement of the cedar board. The cedar board was moved 50 mm over 5 minutes. During this time, no smoke was generated. Therefore, it is estimated that the surface temperature of the cedar board where the aluminum roll and the cedar board are in contact was 340 ° C. or less. The carbonized surface was sufficiently blackened, and the carbonization depth was 1.19 mm. From the above experiments, it was confirmed that the wood surface can be carbonized by a hot roll.

実施例2と同様にしてホットプレートを340℃に設定加熱した。このホットプレートの上に直径20mm、長さ30mmの樫丸棒を載せ、ゆっくり回転させながら移動し、8分かけて約半周回転した時点で樫丸棒をホットプレートから取り出して放置、冷却した。冷却後、炭化深さを測定したところ、1.34mmであった。   The hot plate was heated to 340 ° C. in the same manner as in Example 2. A testicle rod having a diameter of 20 mm and a length of 30 mm was placed on the hot plate, moved while slowly rotating, and when it was rotated about half a round over 8 minutes, the testicle rod was taken out of the hot plate and allowed to cool. After cooling, the carbonization depth was measured and found to be 1.34 mm.

次に、上記と同寸法の樫丸棒と、13μ厚のアルミ箔でほぼ半周をカバーした同寸法の樫丸棒を並べて340℃のホットプレートの上に載せ、15分間放置後アルミ箔でカバーしてない方の樫丸棒をトングでつかんで持ち上げ、樫丸棒のホットプレートに接していた部分を観察したところ、クラックは発生していなかった。この確認作業に要した時間は7〜8秒である。そこで、直ぐにこの樫丸棒を同じ場所が加熱されるようにホットプレートの上に戻し、両者を5分間追加加熱した後ホットプレートから外して放置冷却した。アルミ箔でカバーされてない樫丸棒の方には多数の大きなクラックが発生していたが、アルミ箔でカバーした方の樫丸棒にはクラックが全く発生していなかった。このようにホットプレートとの接触面積が小さい場合、アルミ箔でカバーする効果は絶大である。   Next, testicle bars with the same dimensions as above and testicle bars with the same dimensions covering almost half of the circumference with 13μ thick aluminum foil are placed on a hot plate at 340 ° C, left for 15 minutes, and then covered with aluminum foil The untested testicle rod was lifted by grasping it with tongs, and when the portion of the testicle rod that was in contact with the hot plate was observed, no cracks were generated. The time required for this confirmation work is 7 to 8 seconds. Therefore, this testicle rod was immediately returned to the hot plate so that the same place was heated, and both were additionally heated for 5 minutes, then removed from the hot plate and allowed to cool. A number of large cracks occurred on the testicle bar not covered with the aluminum foil, but no crack occurred on the testicle bar covered with the aluminum foil. Thus, when the contact area with the hot plate is small, the effect of covering with the aluminum foil is tremendous.

実施例2において熱板方式により、ホットプレートの温度を340℃とし、15分間加熱したサンプルの炭化面を指で擦っても殆ど黒い粉は付着しないが、ティッシュペーパーで強く擦ると少し黒い粉がティッシュペーパーに付着した。このようなサンプルの炭化面に、実施例7と同様にして水ガラスを含浸させたところ、ティッシュペーパーで強く擦っても全く粉が付着しなくなった。水ガラスの代わりに塗料(アトムサポート株式会社 水性スプレー アイボリー)をスプレー塗布したところ、外観はアイボリーになった。十分に乾燥後、粘着テープ(住友スリーエム株式会社 スコッチ超透明テープS)を貼付けた後、剥離したところ、いずれも部分的に剥離した。テープに付着して剥離した部分には炭化層が薄く付着していた。炭化層は表面側ほど比較的に脆いので、水ガラス及び水性スプレーが炭化層内部まで到達していないことが原因と考えられる。炭化層は比較的親油性なので、水性塗布剤は炭化層との接着性が良くないことも考えられる。   In Example 2, the temperature of the hot plate was set to 340 ° C. by the hot plate method, and even if the carbonized surface of the sample heated for 15 minutes was rubbed with a finger, almost no black powder adhered. Adhered to tissue paper. When the carbonized surface of such a sample was impregnated with water glass in the same manner as in Example 7, no powder adhered even when rubbed strongly with tissue paper. When paint was applied instead of water glass (Atom Support Co., Ltd. water-based spray ivory), the appearance became ivory. After fully drying, after sticking an adhesive tape (Sumitomo 3M Co., Ltd. Scotch Super Transparent Tape S) and then peeling off, all peeled off partially. The carbonized layer was thinly attached to the part that adhered to the tape and peeled off. The carbonized layer is relatively fragile on the surface side, and it is considered that water glass and aqueous spray do not reach the inside of the carbonized layer. Since the carbonized layer is relatively lipophilic, it is considered that the aqueous coating agent does not have good adhesion to the carbonized layer.

次に、上記と同様の炭化サンプルの表面にポリシロキサンの有機溶剤液(品川白煉瓦株式会社製(現品川リフラクトリーズ株式会社) NIC−C5 テトラメトキシシランの加水分解物であるポリシロキサンをキシレンと酢酸ブチルの混合溶剤に溶解したもの)をスポイトで3滴滴下し、ガラス棒で全面に広げた。滴下された液は10数秒で浸透したので、この操作を再度繰り返した後、放置して自然乾燥させた。溶剤が完全に乾燥後、サンプルの表面をティッシュペーパーで強く擦っても黒い粉は付着しなかった。次に、上記と同様にして粘着テープ剥離テストを行なったところ、全く剥離しなかった。   Next, an organic solvent liquid of polysiloxane (manufactured by Shinagawa White Brick Co., Ltd. (current Shinagawa Refractories Co., Ltd.) NIC-C5) 3 drops of a solution in a mixed solvent of butyl acetate and a dropper were spread with a dropper and spread over the entire surface with a glass rod. Since the dropped liquid permeated in several tens of seconds, this operation was repeated again and then left to dry naturally. After the solvent was completely dried, no black powder adhered even when the surface of the sample was strongly rubbed with tissue paper. Next, when an adhesive tape peeling test was performed in the same manner as described above, no peeling occurred.

上記のポリシロキサンに代えて有機溶剤系塗料(アトムサポート株式会社 ラッカースプレーE 茶色)を1回スプレー塗布した。塗膜は非常に平滑で光沢があった。3時間乾燥後に上記と同様にして粘着テープ剥離テストを行なったところ、全く剥離しなかった。   Instead of the above polysiloxane, an organic solvent-based paint (Atom Support Co., Ltd. Lacquer Spray E, brown) was sprayed once. The coating was very smooth and glossy. When the adhesive tape peeling test was performed in the same manner as described above after drying for 3 hours, no peeling occurred.

本発明により得られた木材は、従来の炭化方法によって得られる木材(サーモウッド)より機械的強度が大きいので、サーモウッドでは困難であった構造材としての利用が可能である。また、サーモウッドの炭化温度より高い温度で炭化できるので、より大きな防腐効果を得ることが可能である。本発明は田畑や庭等の野外で使用される焼き杭に利用することもできる。その他木材が利用される殆どの分野に利用することができる。間伐材の有効利用をはじめ日本の木材産業の発展に貢献できると考えられる。   The wood obtained by the present invention has higher mechanical strength than wood (thermo wood) obtained by a conventional carbonization method, and can therefore be used as a structural material that was difficult with thermo wood. Moreover, since carbonization can be performed at a temperature higher than the carbonization temperature of the thermowood, a greater antiseptic effect can be obtained. The present invention can also be used for grilled piles used outdoors such as fields and gardens. It can be used in most other fields where wood is used. It is thought that it can contribute to the development of the Japanese timber industry, including the effective use of thinned wood.

1 木材
2 アルミ箔
3 熱板
4 熱熔融金属浴
5 熱熔融金属浴の容器
6 木材に加わる力
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wood 2 Aluminum foil 3 Hot plate 4 Hot melt metal bath 5 Hot melt metal bath container 6 Force applied to wood

以上のような背景技術に鑑み、本発明者は火炎方式による炭化は空気中で行われることが問題であると推測し、ハンダ浴に木の角材を浸漬したところ、クラックの無い見事な炭化層が得られることを発見した。次に、火炎より遥かに温度が低い熱風(ヒートガン)を吹き付けたところ、ガスバーナーによる炭化の場合より遥かに軽減されたが、クラックが発生しやすいことが分かった。火炎による加熱、ハンダ浴による加熱及び熱風による加熱を比較し、火炎や熱風による加熱では熱分解成分が自由に揮発できるのに対し、ハンダ浴による加熱では熱分解成分の揮発が防止されるのでクラック発生が防止されるのであるという仮説を立てた。そこで、ホットプレートの上に木の角材を置いて加熱したところ、ハンダ浴と同様にクラックが無く厚い炭化層が得られることを発見した。また、木の角材の上にガラス板を載せ、その上方から赤外線を放射して加熱したところ、クラックの発生が大幅に改善された。これらの結果から、加熱による熱分解成分の揮発が防止されていると考えられる。更に、木材の表面層に水ガラスを含浸させてから熱風加熱をしたところ、やはりクラックの発生が大幅に改善された。木材の表面層に水ガラスを含浸させると、他の加熱方式においても大きな効果があることが分かった。水ガラスの存在が熱分解成分の揮発を防止したのである。これらの結果から本発明が導かれたのである。
水ガラスは空気中の二酸化炭素によりゆっくりと珪酸に変化することが知られている。水ガラスを短時間で珪酸に変化させるために、酸性液を水ガラスに供給することも公知である。木材の表面層に含浸された水ガラスについても、同様である。酸性液として特に、酢酸水溶液を木材表面層に含浸された水ガラスに供給すれば、瞬時に珪酸に変化する。酢酸も酢酸ナトリウムも食品添加物として利用されていて安全な物質であり、本発明において有効である。
In view of the background art as described above, the present inventor speculates that the problem is that carbonization by the flame method is performed in the air, and when a wooden square is immersed in a solder bath, a stunning carbonized layer without cracks I found out that Next, when hot air (heat gun) having a temperature much lower than that of the flame was blown, it was found that cracking was likely to occur, although it was much reduced compared with carbonization by a gas burner. Compared with heating by flame, heating by solder bath and heating by hot air, heating by flame or hot air can volatilize freely, but heating by solder bath prevents volatilization of pyrolysis components, so cracks The hypothesis is that the occurrence will be prevented. Therefore, when a wooden square was placed on a hot plate and heated, it was found that a thick carbonized layer without cracks was obtained as in the case of a solder bath. In addition, when a glass plate was placed on a wooden timber and heated by emitting infrared rays from above, the generation of cracks was greatly improved. From these results, it is considered that volatilization of the pyrolysis component due to heating is prevented. Furthermore, when the surface layer of wood was impregnated with water glass and heated with hot air, the generation of cracks was greatly improved. It was found that impregnation with water glass on the surface layer of wood has a great effect even in other heating methods. The presence of water glass prevented the pyrolysis components from volatilizing. The present invention was derived from these results.
It is known that water glass slowly changes to silicic acid by carbon dioxide in the air. It is also known to supply an acidic liquid to water glass in order to change the water glass into silicic acid in a short time. The same applies to water glass impregnated in the surface layer of wood. In particular, when an aqueous acetic acid solution is supplied to the water glass impregnated in the wood surface layer as an acidic liquid, it is instantly changed to silicic acid. Both acetic acid and sodium acetate are used as food additives and are safe substances, and are effective in the present invention.

本発明は、木材或いは木質材料の表面層炭化方法に関する。   The present invention relates to a method for carbonizing a surface layer of a wood or woody material.

木材の防腐性、耐候性等を高めるために、その表面を火炎に曝して炭化することが古くから知られている。例えばカンナ屑や新聞紙を燃やして板の片面を焼き、焼かれた面が外部に面するようにして家屋の外壁や塀に用いると、風雨に曝されても100年近く持つことが知られている。現在ではこのような方法は殆ど行われなくなり、ガスバーナーやオイルバーナーで板を焼いて、その表面層を炭化することが一部で実施されている。このような方法で形成された炭化層は厚いが、表面が平滑、平坦ではなく、無数のヒダ(ヒビ割れのような外観で、以後ヒビ割れを単にクラックと記載する)が形成されている。この表面層は機械的強度が小さく、手指で軽く擦っただけで黒い粉が指に付着する。また、手で強く擦った場合や、器物がぶつかるとクラックの部分を境として容易に剥離してしまう。このクラックの底部分の炭化層の厚さはクラックが無い部分の厚さより大幅に小さい。このクラックから水が浸入する恐れがあるので、クラックの発生は避ける必要がある。クラックが形成されなければ表面層が炭化された板の寿命が更に延びることは明白である。   In order to improve the antisepticity, weather resistance, etc. of wood, it has long been known to carbonize the surface by exposing it to a flame. For example, if burnt cannabis or newspaper is used to burn one side of a board and the baked side faces the outside, it is known to have nearly 100 years even when exposed to wind and rain. Yes. At present, such a method is hardly performed, and a part of the surface layer is carbonized by baking a plate with a gas burner or an oil burner. Although the carbonized layer formed by such a method is thick, the surface is not smooth and flat, and innumerable creases (appears like cracks, hereinafter, cracks are simply referred to as cracks). This surface layer has a low mechanical strength, and black powder adheres to the finger just by lightly rubbing it with a finger. Moreover, when it rubs strongly with a hand or when an object collides, it will peel easily on the part of a crack. The thickness of the carbonized layer at the bottom of the crack is much smaller than the thickness of the portion without the crack. Since there is a risk of water entering from these cracks, it is necessary to avoid the occurrence of cracks. Obviously, if the crack is not formed, the life of the plate whose surface layer is carbonized is further extended.

図1の(a)、(b)、(c)は本発明者が、エゾ松の板A(厚さ24mm、幅60mm、長さ65mm)、杉辺材B(厚さ14mm、幅45mm、長さ90mm)および杉辺材C(厚さ14mm、幅45mm、長さ65mm)の表面にガスバーナー(キンボシ株式会社製HBA−1700G)の炎(1000℃以上)を吹付けたことにより、多数のクラックが形成された表面の写真である。写真(a)はエゾ松Aに30秒間、写真(b)は杉辺材Bに30秒間、写真(c)は杉辺材Cに10秒間ガスバーナーの炎を吹き付けて焼いたものである。図2はそれらのクラックの1本を含む断面の顕微鏡写真であり、写真(a)はエゾ松Aの、写真(b)は杉辺材Bの、写真(c)は杉辺材Cの断面顕微鏡写真である。図2から分かるように、クラックの断面はクレーターの断面状であり、クラックの底部の炭化層の厚さはクラックが無い部分の厚さより大幅に小さくなっている。図2の写真(a)のクラック底部の炭化層の厚さが1.0mmであるのに対し、クラックの無い部分の炭化層の厚さは1.7mmである。図2の写真(b)のクラック底部の炭化層の厚さが0.8mmであるのに対しクラックの無い部分の厚さは1.8mmである。このようにクラックの部分では炭化層の厚さが大幅に小さくなっている。   1 (a), (b), and (c), the inventor has shown that the pine board A (thickness 24 mm, width 60 mm, length 65 mm), cedar wood B (thickness 14 mm, width 45 mm, length) 90 mm) and cedar wood material C (thickness 14 mm, width 45 mm, length 65 mm), a gas burner (HBA-1700G manufactured by Kinboshi Co., Ltd.) flame (1000 ° C. or higher) was sprayed on the surface, It is the photograph of the surface in which the crack was formed. The photo (a) was baked by blowing a flame of a gas burner on Ezo pine A for 30 seconds, the photo (b) was blown by cedar wood B for 30 seconds, and the photo (c) was baked on cedar wood C by 10 seconds. FIG. 2 is a photomicrograph of a cross section including one of those cracks. Photo (a) is a cross-sectional microscope of Ezomatsu A, photo (b) is Sugibe wood B, and photo (c) is a cross-section microscope of Sugibe wood C. It is a photograph. As can be seen from FIG. 2, the cross section of the crack is the cross section of the crater, and the thickness of the carbonized layer at the bottom of the crack is significantly smaller than the thickness of the portion where there is no crack. The thickness of the carbonized layer at the bottom of the crack in the photograph (a) in FIG. 2 is 1.0 mm, whereas the thickness of the carbonized layer at the portion without the crack is 1.7 mm. The thickness of the carbonized layer at the bottom of the crack in the photograph (b) in FIG. 2 is 0.8 mm, whereas the thickness of the portion without the crack is 1.8 mm. Thus, the thickness of the carbonized layer is greatly reduced in the crack portion.

クラックが形成される理由は、板が空気中で高温の炎に曝され、熱分解して生じた揮発成分が表面の一部分で燃えると、その部分で優先的に揮発・燃焼し、その部分の体積が急激に減少したためであるか、或いは高温の炎に曝された全面から熱分解成分が揮発、燃焼して体積が減少し、浅い湖の水が干上がって湖底の泥が乾燥した際に発生するクラックのようになると考えられる。   The reason for the formation of cracks is that when a plate is exposed to a high-temperature flame in the air and the volatile components generated by thermal decomposition burn on a part of the surface, it preferentially volatilizes and burns on that part, This may be due to a sudden decrease in volume, or when pyrolysis components volatilize and burn from the entire surface exposed to a high-temperature flame, the volume decreases, and the shallow lake water dries out and the mud at the bottom of the lake dries out. It seems to be like a crack.

図3は本発明者が市販のガスバーナー(藤原産業株式会社 ワンタッチガストーチSK−11)を用いてエゾ松の板(断面が14×45mm)に火炎(1000℃以上)を放射し、火炎の放射時間に対する炭化層の厚さをプロットしたグラフである。このガスバーナーの火炎の強さは、前述のキンボシ株式会社製のそれより遥かに弱いものであった。火炎の強さとエゾ松表面からバーナーまでの距離を一定に保ち、それぞれ同一放射時間で3個ずつのサンプルを作成し、それらの炭化層厚をプロットし、その多項式近似曲線を示している。放射時間が4秒以上になるとクラックが発生するのが目視で分かる。更に放射を続けるとクラックが増加する。放射時間が4秒の時のクラックが無い部分の炭化層の厚さは約0.4mmである。このようにクラックが発生しない範囲で炭化できる炭化層の厚さは非常に小さいのである。   FIG. 3 shows that the inventor used a commercially available gas burner (Fujiwara Sangyo Co., Ltd. One Touch Gas Torch SK-11) to radiate a flame (1000 ° C. or higher) to a pine pine board (cross section: 14 × 45 mm). It is the graph which plotted the thickness of the carbonization layer with respect to. The flame strength of this gas burner was much weaker than that of the aforementioned Kimbosi Co., Ltd. product. Three samples were prepared at the same radiation time while keeping the strength of the flame and the distance from the surface of the Ezo pine to the burner, plotting their carbonized layer thickness, and showing the polynomial approximation curve. It can be seen visually that cracking occurs when the radiation time is 4 seconds or longer. Furthermore, cracks increase as radiation continues. The thickness of the carbonized layer where there is no crack when the radiation time is 4 seconds is about 0.4 mm. Thus, the thickness of the carbonized layer that can be carbonized in a range where cracks do not occur is very small.

特許文献1には、木材の表面をガスバーナーで加熱し、0.2mmの厚さの炭化層を形成することにより、高吸湿性を有する腐朽防止木材が得られることが示されている。このように薄い炭化層が表面層に形成されるだけでも、腐朽防止効果があることが知られているが、このように薄い炭化層では、十分な耐候性、防腐性、防蟻性は得られない。外壁や塀などの風雨に曝される場所で使用される建材としては、通常3mmの厚さが要求される。ガスバーナーによる表面炭化では、この厚さの炭化層を得ようとすると、表面にクラックが発生してしまうのである。   Patent Document 1 shows that an anti-rotation wood having high hygroscopicity can be obtained by heating the surface of wood with a gas burner to form a carbonized layer having a thickness of 0.2 mm. It is known that even if such a thin carbonized layer is formed on the surface layer, it has an anti-corrosion effect, but such a thin carbonized layer provides sufficient weather resistance, antiseptic properties, and ant-proof properties. I can't. As a building material used in places exposed to wind and rain such as outer walls and fences, a thickness of 3 mm is usually required. In the surface carbonization by a gas burner, if an attempt is made to obtain a carbonized layer having this thickness, cracks will occur on the surface.

特許文献3には、460℃の溶融亜鉛に赤松の全体を10秒間浸漬して、表面に炭化層を設けること、及び300℃の溶融塩に赤松を5〜10秒間浸漬して、表面に炭化層を設けることが記載されている。   In Patent Document 3, the whole of red pine is immersed in 460 ° C. molten zinc for 10 seconds to provide a carbonized layer on the surface, and the red pine is immersed in 300 ° C. molten salt for 5 to 10 seconds to carbonize on the surface. It is described that a layer is provided.

しかし、本発明の図9及び表2に示されているように、500℃の溶融スズに15秒間浮かせた場合、表面層にクラックが発生する。本発明の図9及び表2には示されていないが、本発明者の実験結果によれば、500℃の溶融スズに木材を10秒間浮かせた場合、クラックは発生しないが、その時の炭化層の厚さは0.45〜0.52mmと非常に小さかった。300℃の溶融塩の代わりに、300℃のスズ浴に木材を10秒間浸漬した実験によれば、表面炭化層の厚さは0.2mm程度である。   However, as shown in FIG. 9 and Table 2 of the present invention, when floating in molten tin at 500 ° C. for 15 seconds, cracks are generated in the surface layer. Although not shown in FIG. 9 and Table 2 of the present invention, according to the experiment results of the present inventor, when wood is floated on molten tin at 500 ° C. for 10 seconds, cracks do not occur, but the carbonized layer at that time The thickness was very small, 0.45-0.52 mm. According to an experiment in which wood is immersed in a 300 ° C. tin bath for 10 seconds instead of 300 ° C. molten salt, the thickness of the surface carbonized layer is about 0.2 mm.

特許文献3に示された条件によって得られる炭化層の厚さでは、実用上十分な厚さの炭化層ではなく、防腐性、耐候性、防蟻性等の性能が不十分である。外壁や塀などの風雨に曝される場所で使用される建材としては、通常3mmの厚さが要求される。また、特許文献3には、炭化層を厚くするための条件は示されておらず、また、厚くするための条件下で炭化した場合に生じるクラックの発生についての記載が全く無い。当然この文献には、炭化層を0.7mm以上にした場合に生じるクラックの発生を、どのように防止するかについての記載もない。また、木材全体を浸漬した場合、後述の段落番号0104及び段落番号0105に記載したような問題が発生する。   The thickness of the carbonized layer obtained under the conditions shown in Patent Document 3 is not a carbonized layer having a practically sufficient thickness, and performance such as antiseptic properties, weather resistance, and ant-proof properties is insufficient. As a building material used in places exposed to wind and rain such as outer walls and fences, a thickness of 3 mm is usually required. Further, Patent Document 3 does not show conditions for increasing the thickness of the carbonized layer, and does not describe any cracks that may occur when carbonized under the conditions for increasing the thickness. Naturally, this document does not describe how to prevent the occurrence of cracks that occur when the carbonized layer is 0.7 mm or more. Moreover, when the whole wood is immersed, problems as described in paragraph number 0104 and paragraph number 0105 described later occur.

特許文献4には、三次元加工のための金型により、木材を加圧挟持し、金型の一方を木材の炭化温度よりも高温にして、木材の一方の面を炭化することが記載されている。しかし、このような条件下で、如何にしてクラックが発生しないように炭化できるのかについては、何の記載も示唆もない。本発明では、金型を使用するのではなく、後述のように熱板を接触させた状態で、加熱温度と加熱時間を広範囲に検討することにより、クラックを発生させない方法を見つけたのである。   Patent Document 4 describes that wood is pressed and clamped by a mold for three-dimensional processing, and one side of the wood is carbonized by setting one of the molds to a temperature higher than the carbonization temperature of the wood. ing. However, there is no description or suggestion as to how carbonization can be performed so that cracks do not occur under such conditions. In the present invention, instead of using a metal mold, a method that does not cause cracks has been found by extensively examining the heating temperature and the heating time in a state where the hot plate is in contact as described later.

特許文献4の発明の課題は、炭化層を導電性にして電磁遮蔽の目的に使用することである。しかるに、木材を炭化して導電性にするためには、非特許文献4のV−5頁、16行〜18行に記載されているように、木材を不活性雰囲気において、800℃以上の高温で炭化することが必要である。約600℃の温度までは、体積抵抗率が1012Ω・cm以上の絶縁性であり、これを超える600〜700℃の加熱温度では、体積抵抗率が10〜10Ω・cmの半導体に転じ、800℃を超えると10Ω・cm以下の導電性を示すようになって、昇温とともに導電性は向上することが示されている。木材を空気中で800℃の金属に接触させると、木材の表面には瞬時にクラックが発生する。そして800℃の金属板を、木材表面から離すと、木材表面は燃えだしてしまう。 An object of the invention of Patent Document 4 is to make a carbonized layer conductive and use it for the purpose of electromagnetic shielding. However, in order to carbonize wood to make it conductive, as described in Non-Patent Document 4, page V-5, lines 16 to 18, high temperature of 800 ° C. or higher in an inert atmosphere. It is necessary to carbonize. Up to a temperature of about 600 ° C., the insulating material has a volume resistivity of 10 12 Ω · cm or more, and at a heating temperature of 600 to 700 ° C. exceeding this, a semiconductor having a volume resistivity of 10 2 to 10 9 Ω · cm. When the temperature exceeds 800 ° C., conductivity of 10 Ω · cm or less is shown, and it is shown that the conductivity is improved as the temperature rises. When wood is brought into contact with a metal at 800 ° C. in the air, cracks are instantaneously generated on the surface of the wood. When the metal plate at 800 ° C. is separated from the wood surface, the wood surface starts to burn.

特許文献4には、ガスバーナーによって木材表面を炭化して導電性にすることが記載されている。実際には、ガスバーナーで短時間焼いても、炭化層は導電性にならない。何故ならば、ガスバーナーにより木材が燃焼すると、気化熱により木材表面の温度上昇が抑制されるからである。このことは、人工衛星が地球に帰還する際に、空気との摩擦熱により燃え尽きないようにする原理して知られている。木材を燃焼して導電性の炭化層を得るには、木材の内部が赤熱するまで燃焼し、空気の無い所で冷却するか、水をかけて鎮火することが必要である。数mm厚の木材を、このように燃焼したのでは、燃え尽きてしまう。従って、ガスバーナーで木材表面を導電性にすることは、現実には不可能である。   Patent Document 4 describes that a wood surface is carbonized by a gas burner to make it conductive. Actually, even if baked for a short time with a gas burner, the carbonized layer does not become conductive. This is because when the wood burns with the gas burner, the temperature rise on the wood surface is suppressed by the heat of vaporization. This is known as the principle of preventing the satellite from burning out due to frictional heat with the air when returning to the earth. In order to burn wood and obtain a conductive carbonized layer, it is necessary to burn until the inside of the wood is red-hot and cool it in a place without air, or quench it with water. If wood of several mm thickness is burned in this way, it will burn out. Therefore, it is actually impossible to make the wood surface conductive with a gas burner.

以上に述べた火炎による炭化方法に代わって、最近では薬剤による木材の防腐処理が一般的になっている。この目的のために多種の薬剤が開発され、使用されている。薬剤を木材の内部に浸透させるために、木材に割れ目や穴を形成したり、減圧下で薬剤を注入したり、薬剤の減圧注入後加圧して更に内部深く注入させたり、色々な工程が使用されている。しかし、木材を建材或いは土木材料として使用する場合、薬剤が人間や自然環境に与える影響が懸念されている。   In place of the above-mentioned carbonization method using flame, recently, wood preservative treatment using chemicals has become common. A variety of drugs have been developed and used for this purpose. In order to infiltrate the drug inside the wood, various processes are used, such as forming cracks and holes in the wood, injecting the drug under reduced pressure, pressurizing after the reduced pressure injection of the drug, and injecting further into the interior Has been. However, when wood is used as a building material or civil engineering material, there is a concern about the influence of drugs on humans and the natural environment.

一方、北欧では数10年前から、木材を高温処理して防腐性、耐候性、耐熱性、防蟻性等を高めることが行われている。例えば、木材を180〜220℃の水蒸気が存在する雰囲気に2時間〜20時間前後放置すると、木材内部まで均一に着色(軽い炭化が行われたと考えられている)し、処理温度が高いほど着色が濃くなり、防腐性、耐候性等が向上する。日本でも最近知られるようになったが、まだあまり普及していない。北欧ではサーモウッドと呼ばれ、広く使われている。上記の温度範囲が選ばれているのは、この温度より低いと効果が殆ど現れず、この温度より高いと、木材の機械的強度が急激に低下するためであることが非特許文献1の第4章の5−4頁に記載されている。この高温処理により防腐性、耐候性等はかなり向上するが、防蟻性は殆ど無いと記載されている。非特許文献1の17−4及び18−4頁には、220℃の処理温度では防腐性能は不十分であるので、地中での使用は推奨しないと記載されている。しかし、第4章の18−4頁の図13−4には、処理温度が240℃以上であれば防腐性能及び防蟻性能は完全であることが示されている。また、220℃の処理温度でも機械的強度は処理前の木材より低下しているので、基礎部分や構造材料としては使用しないように警告されている。機械的強度と防腐性能がほどほどに満足される程度に処理温度と処理時間が選ばれているのがサーモウッドの製造法の特徴である。本発明によれば、サーモウッドの製造法における温度より高温で炭化することができるだけでなく、機械的強度を維持することが可能である。サーモウッドは表面から内部まで木材全体が炭化されている。   On the other hand, in Scandinavia, it has been practiced for several decades to improve the antiseptic properties, weather resistance, heat resistance, ant repellency, etc. by treating wood with high temperatures. For example, if wood is left in an atmosphere where water vapor of 180 to 220 ° C. is present for about 2 to 20 hours, the inside of the wood is uniformly colored (it is considered that light carbonization has been performed), and the higher the processing temperature, the more colored. Increases the antiseptic and weather resistance. Although it has recently become known in Japan, it has not yet become widespread. In Scandinavia it is called thermowood and is widely used. The reason why the above temperature range is selected is that if the temperature is lower than this temperature, the effect hardly appears, and if the temperature is higher than this temperature, the mechanical strength of the wood sharply decreases. It is described on page 5-4 of Chapter 4. It is described that this high-temperature treatment significantly improves antiseptic properties, weather resistance, etc., but has almost no ant-repellent properties. Non-Patent Document 1, pages 17-4 and 18-4 describe that the use in the ground is not recommended because the antiseptic performance is insufficient at a processing temperature of 220 ° C. However, FIG. 13-4 on page 18-4 of Chapter 4 shows that the antiseptic performance and the ant proof performance are perfect when the processing temperature is 240 ° C. or higher. Further, since the mechanical strength is lower than that of the wood before treatment even at a treatment temperature of 220 ° C., it is warned not to use it as a base part or a structural material. A feature of the thermowood production method is that the processing temperature and the processing time are selected so that the mechanical strength and the antiseptic performance are moderately satisfied. According to the present invention, not only can carbonization be performed at a temperature higher than that in the thermowood production method, but also mechanical strength can be maintained. Thermowood is carbonized entirely from the surface to the inside.

特許文献2には木材を高温の気体雰囲気で加熱すること以外に、高温の液体(例えば、シリコン系オイル、パラフィン)或いは高温の粒状物(例えば、砂)の浴に長時間接触させて木材の内部まで炭化処理してサーモウッド化する方法が記載されている。これらの液体や粒状物は熱伝導率が非常に小さいので、木材に熱を伝達する効率が悪い。熱伝導率が小さいので、表面層をある程度の深さ(例えは5mm前後)まで炭化しようとすると、数10分以上の時間をかけて炭化しないとならないので、砂の温度が高温の場合には木材が発火、燃焼する恐れがある。   In Patent Document 2, in addition to heating wood in a high-temperature gas atmosphere, the wood is kept in contact with a bath of high-temperature liquid (for example, silicon-based oil, paraffin) or high-temperature granular material (for example, sand) for a long time. A method is described in which the inside is carbonized to form a thermowood. These liquids and particulates have very low thermal conductivity, so the efficiency of transferring heat to the wood is poor. Since the thermal conductivity is small, if the surface layer is carbonized to a certain depth (for example, around 5 mm), it must be carbonized over several tens of minutes, so if the sand temperature is high, Wood may catch fire or burn.

非特許文献2には100℃以上に加熱した溶融ワックス、180℃〜220℃に加熱した菜種油、綿実油等で熱処理することが記載されている。更に鉱物油やシリコンオイルによる熱処理についても記載されている。しかし、これらのオイルでは木材を炭化させるほど高温に加熱するのが困難であるという問題がある。ワックス、鉱物油、植物油、シリコンオイル等は240℃以上に加熱すると成分が揮発したり、燃えたりする問題があるので最高使用温度が制限される。又、繰り返し使用により油が劣化するという問題もある。更に、後述(特に実施例5)のように、全表面が同時に加熱されることによる問題が発生する。   Non-Patent Document 2 describes heat treatment with molten wax heated to 100 ° C. or higher, rapeseed oil heated to 180 ° C. to 220 ° C., cottonseed oil, or the like. It also describes heat treatment with mineral oil and silicon oil. However, these oils have a problem that it is difficult to heat to a high temperature as the wood is carbonized. Waxes, mineral oils, vegetable oils, silicone oils, etc. have a problem that the components volatilize or burn when heated to 240 ° C. or higher, so the maximum use temperature is limited. There is also a problem that the oil deteriorates by repeated use. Furthermore, as will be described later (particularly, Example 5), there arises a problem that the entire surface is heated simultaneously.

非特許文献3には放射加熱による合板の炭化についての研究結果が記載されている。放射加熱により、合板の表面から内部に向かって10mm前後の深さに炭化されることが示されているが、クラックについての記載は全く無い。しかし、非特許文献3に記載されているような強力な放射加熱を行うと極めて短時間でクラックが発生してしまうことが確認された。   Non-Patent Document 3 describes the results of research on carbonization of plywood by radiant heating. Although it is shown that carbonization is carried out to a depth of about 10 mm from the surface of the plywood toward the inside by radiant heating, there is no description of cracks. However, it has been confirmed that cracks are generated in a very short time when strong radiation heating as described in Non-Patent Document 3 is performed.

電気炉或いは高温度のチャンバーで木材を加熱することは公知であるが、例えば角材を、内部の温度が300℃の電気炉に入れて、表面が十分に着色(濃い茶褐色〜黒色)するまで放置すると、角材のコーナーが強く炭化されてもろくなるという問題がある。更に、表面が十分に着色するまでの時間は数分ないし10数分であるが、これを電気炉から取り出して室温に冷却後に角材を切断して断面を観察すると内部深くまで着色が進んでおり、表面層炭化を行うことが困難である。表面層炭化の深さを小さくおさえると、表面の着色が不十分になってしまうのである。このような現象は、前記の砂による加熱の場合も同様であることが確認された。このような現象が起こるのは、木材が四方(周囲)から同時に加熱されるためであることが判明した。   It is known to heat wood in an electric furnace or a high-temperature chamber. For example, square wood is put in an electric furnace with an internal temperature of 300 ° C. and left until the surface is sufficiently colored (dark brown to black). Then, there is a problem that the corner of the square bar becomes brittle even if it is strongly carbonized. Furthermore, the time until the surface is sufficiently colored is several minutes to several tens of minutes, but when this is taken out of the electric furnace and cooled to room temperature, the square material is cut and the cross section is observed. It is difficult to perform surface layer carbonization. If the depth of the surface layer carbonization is kept small, the coloring of the surface becomes insufficient. Such a phenomenon was confirmed to be the same in the case of heating with the sand. It has been found that this phenomenon occurs because wood is simultaneously heated from all sides (periphery).

古くから焼き印技術が用いられている。例えば、木箱やかまぼこの台板、或いは皮革の表面に焼き印を形成することも一般的である。これらのケースでは、焼き型が赤熱するほど高温に加熱され、瞬間的に対象物に押し当てられるのが特徴である。また、焼き印はその部分が熱分解により蒸発してかなり窪んでいるのも特徴の一つである。これらのケースでは焼き印形成が短時間(ほぼ瞬間的)で終わることが要求されており、焼き型を赤熱するほど高温に加熱し、瞬間的ないし非常に短時間の押し当てで終了されている。焼き印方式では、表面を十分に濃く着色(炭化)することが可能であるが、内部深くまで炭化することは困難である。   The branding technique has been used for a long time. For example, it is common to form a brand name on a wooden box, a kamaboko base plate, or a leather surface. These cases are characterized by being heated to a high temperature as the baking mold becomes red-hot and instantaneously pressed against the object. Also, one of the features of the brand mark is that the portion is considerably depressed by evaporation due to thermal decomposition. In these cases, it is required that the formation of the burning mark be completed in a short time (almost instantaneously), and the baking mold is heated to a high temperature as it is red-heated, and is completed by the momentary or very short time pressing. In the branding method, the surface can be colored (carbonized) sufficiently deeply, but it is difficult to carbonize deep inside.

約400℃以上に加熱された熱ペン、電気鏝等で木材、皮、樹脂板等にフリーハンドで画像を描くことが趣味として知られている。これらの趣味においても、上記の焼き印技術においても、短時間で刻印或いは描画することが求められるので、当然焼き型や鏝の温度は400℃程度の高温であることが必要である。温度が低いと焼き型を押し当てている時間、或いは鏝を一箇所に押し当てている時間が長くなり実用が困難になる。このように焼き印技術や鏝による描画では、非常に高温の焼き型或いは鏝が使用されるのであるが、このように高温の焼き型や鏝を数秒間同じ場所に押し当てていると、その部分が非常に濃く(黒く)炭化され、表面を指で擦ると黒い粉が指に付着するばかりでなく、炭化された部分がかなり窪んでしまうのである。焼き印形成やフリーハンドでの描画の場合はこのような現象はあまり問題にならないが、建築等に使用されるような木材の大きな面積を有する表面層を均一に炭化する場合は大きな問題になるのである。また、焼き印や熱ペン技術で炭化深さを大きくしようとして、木材表面の同一場所にコテや熱ペンを押し当てていると、必要な厚さの炭化深さが得られないうちにクラックが発生してしまう。   It is known as a hobby to draw freehand images on wood, leather, resin plates, etc. with a hot pen, electric scissors or the like heated to about 400 ° C. or more. In these hobbies as well as in the above-mentioned branding technique, it is required to imprint or draw in a short time. Therefore, the temperature of the mold and the bowl is naturally required to be about 400 ° C. If the temperature is low, the time during which the baking mold is pressed or the time during which the ridge is pressed in one place becomes long, making practical use difficult. As described above, in the image-printing technique and the drawing by the wrinkle, a very high-temperature baking mold or wrinkle is used, but when the high-temperature baking mold or wrinkle is pressed against the same place for several seconds, that portion Is very darkened (blackened), and when the surface is rubbed with a finger, not only the black powder adheres to the finger, but also the carbonized part becomes considerably depressed. Such a phenomenon is not so much a problem in the case of stamping or freehand drawing, but it becomes a big problem when carbonizing a surface layer with a large area of wood as used in construction etc. is there. In addition, if you try to increase the carbonization depth by using the branding or thermal pen technology, if a trowel or thermal pen is pressed against the same place on the wood surface, cracks will occur before the carbonization depth of the required thickness is obtained. Resulting in.

以上のような背景技術に鑑み、本発明者は火炎方式による炭化は空気中で行われることが問題であると推測し、ハンダ浴に木の角材を浸漬したところ、クラックの無い見事な炭化層が得られることを発見した。次に、火炎より遥かに温度が低い熱風(ヒートガン)を吹き付けたところ、ガスバーナーによる炭化の場合より遥かに軽減されたが、クラックが発生しやすいことが分かった。火炎による加熱、ハンダ浴による加熱及び熱風による加熱を比較し、火炎や熱風による加熱では熱分解成分が自由に揮発できるのに対し、ハンダ浴による加熱では熱分解成分の揮発が防止されるのでクラック発生が防止されるのであるという仮説を立てた。そこで、ホットプレートの上に木の角材を置いて加熱したところ、ハンダ浴と同様にクラックが無く厚い炭化層が得られることを発見した。また、木の角材の上にガラス板を載せ、その上方から赤外線を放射して加熱したところ、クラックの発生が大幅に改善された。これらの結果から、加熱による熱分解成分の揮発が防止されていると考えられる。更に、木材の表面層に水ガラスを含浸させてから熱風加熱をしたところ、やはりクラックの発生が大幅に改善された。木材の表面層に水ガラスを含浸させると、他の加熱方式においても大きな効果があることが分かった。水ガラスの存在が熱分解成分の揮発を防止したのである。これらの結果から本発明が導かれたのである。
水ガラスは空気中の二酸化炭素によりゆっくりと珪酸に変化することが知られている。水ガラスを短時間で珪酸に変化させるために、酸性液を水ガラスに供給することも公知である。木材の表面層に含浸された水ガラスについても、同様である。酸性液として特に、酢酸水溶液を木材表面層に含浸された水ガラスに供給すれば、瞬時に珪酸に変化する。酢酸も酢酸ナトリウムも食品添加物として利用されていて安全な物質であり、本発明において有効である。
In view of the background art as described above, the present inventor speculates that the problem is that carbonization by the flame method is performed in the air, and when a wooden square is immersed in a solder bath, a stunning carbonized layer without cracks. I found out that Next, when hot air (heat gun) having a temperature much lower than that of the flame was blown, it was found that cracking was likely to occur, although it was much reduced compared with carbonization by a gas burner. Compared with heating by flame, heating by solder bath and heating by hot air, heating by flame or hot air can volatilize freely, but heating by solder bath prevents volatilization of pyrolysis components, so cracks The hypothesis is that the occurrence will be prevented. Therefore, when a wooden square was placed on a hot plate and heated, it was found that a thick carbonized layer without cracks was obtained as in the case of a solder bath. In addition, when a glass plate was placed on a wooden timber and heated by emitting infrared rays from above, the generation of cracks was greatly improved. From these results, it is considered that volatilization of the pyrolysis component due to heating is prevented. Furthermore, when the surface layer of wood was impregnated with water glass and heated with hot air, the generation of cracks was greatly improved. It was found that impregnation with water glass on the surface layer of wood has a great effect even in other heating methods. The presence of water glass prevented the pyrolysis components from volatilizing. The present invention was derived from these results.
It is known that water glass slowly changes to silicic acid by carbon dioxide in the air. It is also known to supply an acidic liquid to water glass in order to change the water glass into silicic acid in a short time. The same applies to water glass impregnated in the surface layer of wood. In particular, when an aqueous acetic acid solution is supplied to the water glass impregnated in the wood surface layer as an acidic liquid, it is instantly changed to silicic acid. Both acetic acid and sodium acetate are used as food additives and are safe substances, and are effective in the present invention.

特許文献5には、難燃剤を含浸させた木材に、更に、水ガラスを含浸させることが記載されている。その目的は、木材表面を840℃の炎に炙り、木材が燃焼して裏側に貫通し、燃焼した部分が脱落するのを遅延させるためである。水ガラスで処理されない場合は、28分で裏側に貫通したが、処理された場合は30分で貫通している。引用文献5の発明では、水ガラスが「高温過熱下で溶融してガラス状態となって炭化残渣を固定するように作用し、」と記載されている。これに対して本発明では、450℃以下にしか加熱されないので、水ガラスがガラス状態に溶融することはない。また、本発明では、木材が燃焼する温度領域を含んでいない。特許文献5には、水ガラスがクラック発生に、どのように影響するのかについて、全く考察も記載もない。   Patent Document 5 describes that wood impregnated with a flame retardant is further impregnated with water glass. The purpose is to delay the fall of the burned part by burning the wood surface into a flame at 840 ° C., burning the wood and penetrating to the back side. When not treated with water glass, it penetrated to the back side in 28 minutes, but when treated, it penetrated in 30 minutes. In the invention of Cited Document 5, the water glass is described as “acts so as to melt into a glass state under high temperature overheating to fix the carbonized residue”. On the other hand, in this invention, since it heats only to 450 degrees C or less, water glass does not fuse | melt to a glass state. Moreover, in this invention, the temperature area | region where wood burns is not included. In Patent Document 5, there is no consideration or description as to how water glass affects the occurrence of cracks.

特開2002−283308号公報JP 2002-283308 A 特許第3898764号公報Japanese Patent No. 3898764 特開平−226303号公報JP-A-226303 特開2007−98640号公報JP 2007-98640 A 特開2004−181804号公報JP 2004-181804 A

ThermoWood Handbookフィンランドサーモウッド協会発行(2003年8月4日)Published by ThermoWood Handbook Finnish Thermo Wood Association (August 4, 2003) 桃原郁夫著 熱処理と耐久性 日本木材保存協会発行 会誌「木材保存」 Vol.31-1 (2005)Momohara Ikuo Heat Treatment and Durability Published by Japan Wood Conservation Society Journal “Wood Preservation” Vol.31-1 (2005) 上杉三郎著 放射加熱による合板の炭化 林業試験場研究報告 第340号 (1986)Saburo Uesugi Carbonization of plywood by radiant heating Forestry Experiment Station Research Report No. 340 (1986) 京都大学名誉教授 石原茂久著 木材から木炭へ―木炭は機能性材料になり得るか― 木材の科学と利用技術VIII 5.木質系材料の炭素化による新展開 日本木材学会編(2004)4. Professor Emeritus, Kyoto University Shigehisa Ishihara From wood to charcoal-Can charcoal become a functional material? New development by carbonization of woody materials Japan Wood Society (2004)

本発明の課題は、従来公知の焼杉やサーモウッドの欠点を克服し、特に太い(厚い)木材或いは木質材料の機械的強度を実質的に低下させずに、また防腐剤の如き薬剤を使用すること無く、木材或いは木質材料の表面層にクラックを発生させることなく、木材或いは木質材料の少なくとも一部の表面層を均一に、0.7mm以上の厚さに炭化(黒色〜茶色に着色される)することによって、防腐性、耐候性、防蟻性等を高めることができる表面層炭化方法を提供すること、及び該方法により得られた製造物を提供することである。   The object of the present invention is to overcome the disadvantages of the conventionally known burned cedar and thermowood, in particular without using a chemical such as a preservative, without substantially reducing the mechanical strength of thick (thick) wood or woody materials. Without cracking the surface layer of wood or wood material, at least a part of the surface layer of wood or wood material is uniformly carbonized to a thickness of 0.7 mm or more (colored from black to brown) ) To provide a surface layer carbonization method capable of enhancing antiseptic properties, weather resistance, ant repellency, and the like, and to provide a product obtained by the method.

本発明の課題を解決する第1の方法は、熱分解成分の揮発を防止しながら、木材或いは木質材料の炭化される領域の表面に、その表面温度が240℃〜450℃に保たれるように制御された熱エネルギーを供給することにより、前記領域をその表面から内部に向かって0.7mm以上の必要な深さ、即ち希望の深さに炭化することである。   A first method for solving the problems of the present invention is to keep the surface temperature of 240 ° C. to 450 ° C. on the surface of a carbonized region of wood or woody material while preventing volatilization of pyrolysis components. The region is carbonized to a required depth of 0.7 mm or more, that is, a desired depth, from the surface toward the inside by supplying controlled thermal energy.

本発明の第1の方法において熱分解成分の揮発を防止する方法Aは、木材或いは木質材料の炭化される領域の少なくとも一部の表面を覆うように、気体不透過性の部材を接触させた状態で、該部材から制御された熱エネルギーを供給することにより、前記領域をその表面から内部に向かって必要な即ち希望の深さに炭化することである。本発明において、「気体不透過性の部材を木材に接触させる」の中の「接触」の意は「密着」と同意であり、例えば木材平板の炭化時に、木材平板から発生する熱分解成分が、自由に揮発するのを防止するために、木材平板の表面を被覆するように金属板を密着させるという意味で用いられている。   Method A for preventing volatilization of pyrolysis components in the first method of the present invention is to contact a gas-impermeable member so as to cover at least a part of the surface of the wood or wood material to be carbonized. In a state, by supplying controlled thermal energy from the member, the region is carbonized from its surface inward to the required or desired depth. In the present invention, the meaning of “contact” in “contacting a gas-impermeable member with wood” is the same as “adhesion”. For example, during carbonization of a wood flat plate, the pyrolysis component generated from the wood flat plate is In order to prevent volatilization freely, it is used in the sense that the metal plate is closely attached so as to cover the surface of the wood flat plate.

前記気体不透過性部材から熱エネルギーを供給する方法は、240℃〜450℃の熔融金属、熱板、熱箔、熱ロールのいずれかの気体不透過性部材を、前記木材或いは木質材料の表面に接触させることである。気体不透過性部材の温度と、接触している時間を15秒以上で制御することにより、木材或いは木質材料の表面から内部に向かって0.7mm以上の必要な深さに炭化することができる。   The method for supplying thermal energy from the gas impermeable member is a method of supplying a gas impermeable member of molten metal, hot plate, hot foil, or hot roll at 240 ° C. to 450 ° C. to the surface of the wood or wood material. Is to contact. By controlling the temperature of the gas-impermeable member and the contact time with 15 seconds or more, it is possible to carbonize to a required depth of 0.7 mm or more from the surface of the wood or wood material toward the inside. .

熱分解成分の揮発を防止する方法Bは、気体不透過性で且つ赤外線を透過するガラス板の如き部材を、前記木材或いは木質材料の表面に接触させ、該部材を透過して木材或いは木質材料の表面を240℃〜450℃に保ちつつ赤外線を照射することである。赤外線のエネルギー強度と照射時間を制御することにより、木材或いは木質材料の表面から内部に向かって0.7mm以上の必要な深さに炭化することである。   Method B for preventing volatilization of pyrolytic components is a method in which a member such as a glass plate which is impermeable to gas and transmits infrared rays is brought into contact with the surface of the wood or wood material, and the wood or wood material is transmitted through the member. Is to irradiate infrared rays while maintaining the surface of 240 ° C to 450 ° C. By controlling the energy intensity and irradiation time of infrared rays, carbonization is performed to a necessary depth of 0.7 mm or more from the surface of the wood or woody material toward the inside.

熱分解成分の揮発を防止する方法Cは、木材或いは木質材料の表面層に水ガラスを含浸させた後に、上記A或いはBの方法を適用するか、或いは木材或いは木質材料の表面層に水ガラスを含浸させた後に、その表面温度が240℃〜450℃になるように赤外線を照射することである。木材或いは木質材料の表面層に含浸された水ガラスが熱分解成分の揮発を防止し、クラックの発生を防止するのである。   Method C for preventing volatilization of pyrolytic components is to apply the method A or B after impregnating the surface layer of wood or wood material with water glass, or water glass to the surface layer of wood or wood material. Is impregnated with infrared rays so that the surface temperature is 240 ° C to 450 ° C. Water glass impregnated in the surface layer of wood or woody material prevents volatilization of the pyrolysis component and prevents the generation of cracks.

本発明の課題を解決する第2の方法は、木材或いは木質材料の炭化される領域の表面に、280℃〜480℃の温度の熱風を吹き付けることにより、前記領域をその表面から内部に向かって必要な深さ即ち希望の深さに炭化することである。ガスバーナー炎の温度より遥かに低い温度の熱風を吹き付けることにより、クラックの発生が大幅に改善されたのである。本発明の課題を解決する第2の方法においても、熱風を吹き付ける前に木材に水ガラスを含浸させるのが極めて有効である。   A second method for solving the problem of the present invention is to blow hot air at a temperature of 280 ° C. to 480 ° C. on the surface of the carbonized region of the wood or woody material, so that the region is directed from the surface toward the inside. Carbonization to the required depth, ie the desired depth. The generation of cracks was greatly improved by blowing hot air at a temperature much lower than that of the gas burner flame. Also in the second method for solving the problems of the present invention, it is very effective to impregnate wood with water glass before blowing hot air.

本発明において、気体不透過性とは、完全に気体を透過させないということではなく、実質的に透過させないということである。即ち、炭化処理を行なっている間に、発生した熱分解成分が、部材を通りぬけて行かない程度の気体不透過性を有することである。例えば、陶器、素焼きのように非常にゆっくりとガスを透過させるような多孔性のものでも良い。   In the present invention, gas impermeability does not mean that gas is not completely transmitted, but does not substantially transmit gas. That is, the thermal decomposition component generated during the carbonization treatment has a gas impermeability that does not pass through the member. For example, it may be a porous material that allows gas to pass through very slowly, such as pottery or unglazed.

本発明においては、「木材或いは木質材料」を以後は簡単に木材と称する。本発明によれば温度と時間を制御して炭化することによって、木材はその表面から内部に向かって、必要な深さまでしか炭化されないので、それより内部は元の木材と同じ機械的強度を保有する。また木材の表面層はサーモウッドの製造法による場合より遥かに強く、即ち高温で炭化することができるので防腐性、防蟻性等の性能はサーモウッドより遥かに優れたものを得ることができる。更に防腐薬剤を使用する必要がないので、人体や環境への悪影響の無いものを得ることができる。本発明方法によれば、従来行われていた燃焼法やガスバーナー方式では実現が不可能だった表面炭化層の均一な厚さ及び耐久性が得られる。即ち、クラックが無く、十分な厚さを有し、表面の色も茶褐色〜黒色とすることが可能であり、しかも表面を指で擦っても着色粉が殆ど取れない表面炭化層が得られる。更に、本発明方法によれば、木材の片面或いは一部の面のみ、或いは面の一部分を表面層炭化することも容易にできる。また、曲面や複雑な形状の木材の表面層を炭化することができる。例えば、ホゾ或いはホゾ穴を有する角材、溝や穴を有する角材の表面層を容易に炭化することができ、非常に多くの用途が考えられる。表面層炭化した木材を建築現場で、ノコギリで切断した際、切断面に炭化されていない部分が露出するが、この面を現場で炭化することができる。
従来、ガスバーナーで表面炭化層を形成した後、表面に発生したクラックを除去するため、及び手を触れた際に汚れがつかないように、表面をブラシで擦って脆い表面層を除去する工程が行われることがあった。しかし、このような工程が行われたのでは、折角作成した厚い炭化層が薄くなってしまう欠点があった。本発明によれば、このような問題も解決される。
In the present invention, “wood or woody material” is hereinafter simply referred to as wood. According to the present invention, by carbonizing by controlling the temperature and time, the wood is only carbonized from the surface to the inside to the required depth, so that the inside has the same mechanical strength as the original wood. To do. In addition, the surface layer of wood is much stronger than in the case of the manufacturing method of thermowood, that is, it can be carbonized at high temperature, so that performances such as antiseptic and ant repellency can be obtained far superior to thermowood. . Furthermore, since it is not necessary to use a preservative, a product having no adverse effects on the human body and the environment can be obtained. According to the method of the present invention, it is possible to obtain a uniform thickness and durability of the surface carbonized layer, which could not be realized by the conventional combustion method and gas burner method. That is, there can be obtained a surface carbonized layer which is free from cracks, has a sufficient thickness, can have a surface color of brown to black, and can hardly remove colored powder even if the surface is rubbed with a finger. Furthermore, according to the method of the present invention, it is possible to easily carbonize the surface layer of only one surface or a part of the surface of the wood or a part of the surface. In addition, the surface layer of wood having a curved surface or a complicated shape can be carbonized. For example, it is possible to easily carbonize a square member having a tenon or a tenon hole, or a square member having a groove or a hole, and a great many applications can be considered. When the surface layer carbonized wood is cut with a saw at a construction site, a non-carbonized portion is exposed on the cut surface, and this surface can be carbonized on the site.
Conventionally, a process of removing a brittle surface layer by rubbing the surface with a brush to remove cracks generated on the surface after forming the surface carbonized layer with a gas burner and so as not to get dirty when touched by hand Was sometimes done. However, when such a process is performed, there is a defect that the thick carbonized layer formed at the corner becomes thin. According to the present invention, such a problem is also solved.

図1はガスバーナーで炭化された木材表面のクラック発生状況を示す写真である。FIG. 1 is a photograph showing the occurrence of cracks on the wood surface carbonized by a gas burner. 図2は図1の木材のクラックが発生した部分の断面の顕微鏡写真である。FIG. 2 is a photomicrograph of a cross section of a portion where cracks in the wood of FIG. 1 occur. 図3はガスバーナーにより作成したサンプルの炭化層の厚さをプロットしたグラフであり、クラックが発生し始める条件を示している。FIG. 3 is a graph in which the thickness of the carbonized layer of a sample prepared by a gas burner is plotted, and shows the conditions under which cracks start to occur. 図4は熔融金属方式により炭化された炭化物の表面写真(a)とクラックが発生した部分の断面顕微鏡写真(b)である。FIG. 4 is a surface photograph (a) of a carbide carbonized by the molten metal method and a cross-sectional micrograph (b) of a cracked portion. 図5は本発明の熱板方式の1具体例の側断面図である。FIG. 5 is a side sectional view of one specific example of the hot plate system of the present invention. 図6は熱風方式において、熱風の温度が高い場合にクラックが発生したサンプルの表面写真(a)とクラックの断面顕微鏡写真(b)を示す。FIG. 6 shows a surface photograph (a) and a cross-sectional micrograph (b) of a crack in which a crack is generated when the temperature of the hot air is high in the hot air method. 図7は熱風方式によって炭化したものの表面写真を示す。写真(a)は空気の熱風、写真(b)は炭酸ガスの熱風を用いた場合のものである。FIG. 7 shows a photograph of the surface of carbonized by the hot air method. Photo (a) shows the case where hot air of air is used, and photo (b) shows the case where hot air of carbon dioxide gas is used. 図8は本発明の熱板方式の1具体例の側断面図である。FIG. 8 is a side sectional view of one specific example of the hot plate system of the present invention. 図9は本発明の溶融金属方式により作成されたサンプルを並べて撮影した表面写真である。FIG. 9 is a surface photograph taken by arranging samples prepared by the molten metal method of the present invention. 図10は実施例1において作成されたサンプルの炭化深さをプロットしたグラフである。FIG. 10 is a graph in which the carbonization depth of the sample prepared in Example 1 is plotted. 図11は実施例2において作成されたサンプルの炭化深さをプロットしたグラフである。FIG. 11 is a graph plotting the carbonization depth of the sample prepared in Example 2. 図12は実施例3において作成されたサンプルの炭化深さをプロットしたグラフである。FIG. 12 is a graph in which the carbonization depth of the sample prepared in Example 3 is plotted. 図13は実施例4において作成されたサンプルの炭化深さをプロットしたグラフである。FIG. 13 is a graph plotting the carbonization depth of the sample prepared in Example 4. 図14は実施例5において作成されたサンプルの断面写真である。FIG. 14 is a cross-sectional photograph of the sample prepared in Example 5. 図15は比較例1において作成されたサンプルの各種写真である。FIG. 15 shows various photographs of the sample created in Comparative Example 1. 図16は比較例2において作成されたサンプルの各種写真である。FIG. 16 shows various photographs of the sample created in Comparative Example 2. 図17は、実施例1と実施例2のデータをもとに、横軸に木材表面温度、縦軸に加熱時間を対数で表示し、クラック発生直前の温度をプロットしたグラフである。FIG. 17 is a graph plotting the temperature immediately before the occurrence of a crack, with the horizontal axis representing the wood surface temperature and the vertical axis representing the heating time logarithmically based on the data of Example 1 and Example 2. 図18は、横軸に木材表面温度、縦軸にクラック発生がない最大炭化層厚を表示して、実施例2のデータをプロットしたグラフである。FIG. 18 is a graph plotting the data of Example 2 with the horizontal axis representing the wood surface temperature and the vertical axis representing the maximum carbonized layer thickness without cracking.

熱分解成分の揮発を防止する方法Aにおいて使用される溶融金属は、240℃以上の温度で溶融する金属で、高温溶融状態で空気中に於いて比較的安定であること、比較的安価であること、高温溶融状態で空気中において揮発しないこと、環境に悪影響がないこと等が望ましい。これらの条件をほぼ満足するものとして、スズ或いははんだに代表されるスズ合金があげられる。この中でスズは、広く鋼材の表面処理に使用されているので特に望ましい。鉛も使用可能であるが、環境に悪影響があるので好ましくない。必ずしも金属である必要は無く、熱伝導率が大きい溶融塩のようなものが存在すれば、それも使用できる筈である。   The molten metal used in Method A for preventing volatilization of pyrolysis components is a metal that melts at a temperature of 240 ° C. or higher, is relatively stable in air in a high-temperature molten state, and is relatively inexpensive. In addition, it is desirable that it does not volatilize in the air in a high-temperature molten state and that it does not adversely affect the environment. As a material that substantially satisfies these conditions, tin or a tin alloy represented by solder can be cited. Of these, tin is particularly desirable because it is widely used for the surface treatment of steel materials. Lead can also be used, but it is not preferable because it adversely affects the environment. It does not necessarily need to be a metal, and if there is something like a molten salt with a high thermal conductivity, it should be usable.

熱分解成分の揮発を防止する方法Aの一つである溶融金属方式では、高温溶融金属の浴に木材を浮かべたり、一部或いは全部を浸漬して処理するのであるが、木材の比重は金属に較べて非常に小さいので、木材を金属浴に浮かしただけでは一部分しか浴に浸漬されない。そこで丸太状、円柱状、或いは角柱状木材を木材の長さ方向の軸を中心として回転させるか、適当な治具で木材を浴内部に沈めてやるか、或いは浴に浮いている木材の上から溶融金属を流して浴面より上に出ている部分の木材にも溶融金属を接触させるか、更にこれらの方法の組み合わせを用いて木材表面層が均一に加熱されるようにすることができる。木材が板状の場合、その片面のみ処理する場合は浴に浮かすだけでよいが、両面を処理する場合は板の片面を処理した後裏返すことによって達成される。板の一面は表面層炭化され、反対面は木材の地肌を残したままにしておくことも可能である。又、木材の含水率は通常10数%或いはそれ以上であり、この状態の木材を高温浴に浸漬すると激しく水蒸気ガスがでるので、あらかじめ適当な方法により木材を乾燥しておいてもよい。木材を充分に乾燥しておけば、本発明による処理を施した後も、長期間変形が発生しにくいので、割れや反りが生じにくい利点もある。   In the molten metal method, which is one of the methods A for preventing volatilization of pyrolysis components, wood is floated in a bath of high-temperature molten metal, or part or all of it is treated by treatment. Therefore, only a part of the wood is immersed in the bath. Therefore, log, columnar or prismatic wood is rotated around the longitudinal axis of the wood, or the wood is submerged in the bath with an appropriate jig, or on the wood floating in the bath. The molten metal is allowed to flow through the portion of the wood that is above the bath surface and the molten metal is contacted, or a combination of these methods can be used to uniformly heat the wood surface layer. . When the wood is plate-shaped, if only one side is treated, it is only necessary to float in the bath. However, when treating both sides, this is achieved by treating one side of the plate and turning it over. One side of the board can be carbonized on the surface and the other side can be left with a wood background. Further, the moisture content of the wood is usually over 10% or more, and when the wood in this state is immersed in a high-temperature bath, steam gas is generated vigorously. Therefore, the wood may be dried in advance by an appropriate method. If the wood is sufficiently dried, even after the treatment according to the present invention, deformation is not likely to occur for a long period of time, so that there is an advantage that cracking and warping are unlikely to occur.

溶融金属は必ずしも浴槽に入れられている必要は無く、上方から木材にかけ流すか、或いは流下した溶融金属を回収して加熱し、再び木材にかけ流すという具合に循環使用してもよい。このようにすれば処理浴槽は小さくて済む。   The molten metal is not necessarily placed in the bathtub, and may be circulated and used by pouring it over the wood from above, or collecting and heating the molten metal that has flowed down and pouring it over the wood again. In this way, the processing bath can be small.

本発明の一つの最も重要な点は、表面層は充分に炭化されるが、内部は炭化されないことである。炭化された表面層により防腐性、耐候性、防蟻性、防湿性等を発現し、内部は炭化されずに元の木材のままであることにより、機械的強度を保持させるのである。従って、木材を高温浴に接触させている時間及び高温浴の温度が極めて重要な要因である。接触時間が短すぎると炭化表面層の厚さが小さく、長すぎると内部まで炭化が進み機械的強度が低下してしまう。高温浴の温度が低いと炭化速度が小さく、温度が高すぎるとクラックが発生する場合がある。望ましい接触時間と浴温度は、木材の材質、及び太さ、厚さ等の形状により異なるが、接触時間は15秒〜120分、浴温度は約240〜450℃の範囲が適当である。更に望ましい範囲は280℃〜380℃である。この温度範囲において、クラックが発生しない状態で炭化深さを大きくすることができ、また表面を指で擦っても黒い粉が取れにくい。   One most important aspect of the present invention is that the surface layer is fully carbonized but the interior is not carbonized. The carbonized surface layer exhibits antiseptic properties, weather resistance, ant proof properties, moisture proof properties, etc., and the mechanical strength is maintained by keeping the original wood without being carbonized. Therefore, the time during which the wood is in contact with the high temperature bath and the temperature of the high temperature bath are extremely important factors. If the contact time is too short, the thickness of the carbonized surface layer is small, and if it is too long, carbonization proceeds to the inside and the mechanical strength decreases. If the temperature of the high temperature bath is low, the carbonization rate is low, and if the temperature is too high, cracks may occur. The desired contact time and bath temperature vary depending on the material of the wood and the shape such as thickness and thickness, but the contact time is suitably from 15 seconds to 120 minutes, and the bath temperature is suitably from about 240 to 450 ° C. A more desirable range is 280 ° C to 380 ° C. In this temperature range, the carbonization depth can be increased without cracks, and black powder is difficult to remove even if the surface is rubbed with a finger.

溶融金属方式によれば、炭化は高温溶融金属浴中或いは溶融金属に接触された状態で行われるので、空気(酸素)からほぼ遮断された状態で炭化される。従って、表面に図1のようなクラックが発生しないで均一に炭化される理由は、被炭化中の表面が溶融金属によって塞がれているので、木材中の熱分解による揮発可能成分の揮発が防止され、その結果表面層の体積が減少しにくいためであると考えられる。更に、揮発分が表面層内の道管、仮道管等の内壁に付着し、更に壁孔を通して内部にも閉じ込められる。その結果、空気中炭化であれば外に揮発或いは燃焼する成分が表面層及び更に深い部分に残るので、いわゆるタール分が表面層及び更に深い部分に多く存在し、表面層及び更に深い部分の空隙を一層小さくするので防湿性が高く、風雨に曝された場合の劣化防止に有利になる。又、タール分が表面層に多く存在するので、防蟻性、防腐性にとっても有利である。空気中で火炎炭化される場合は、これらの揮発成分、タール分等は容易に燃焼してしまうか、揮発してしまうのである。   According to the molten metal system, carbonization is performed in a high temperature molten metal bath or in contact with the molten metal, so that carbonization is performed while being substantially shielded from air (oxygen). Therefore, the reason why the surface is carbonized uniformly without the occurrence of cracks as shown in FIG. 1 is that the surface to be carbonized is blocked by molten metal. This is probably because the volume of the surface layer is hardly reduced. Further, the volatile matter adheres to the inner walls of the road pipe, temporary road pipe and the like in the surface layer, and is further confined inside through the wall hole. As a result, if it is carbonized in the air, components that volatilize or burn outside will remain in the surface layer and deeper portions, so that a large amount of so-called tar content exists in the surface layer and deeper portions, and voids in the surface layer and deeper portions. Therefore, the moisture resistance is high, which is advantageous for preventing deterioration when exposed to wind and rain. In addition, since a large amount of tar is present in the surface layer, it is advantageous for ant protection and antiseptic properties. In the case of flame carbonization in the air, these volatile components, tar components and the like are easily burned or volatilized.

溶融金属方式においても、溶融金属の温度が高すぎたり、溶融金属と木材との接触時間が長すぎると、クラックが発生することがある。前述の望ましい温度範囲及び接触時間はこのような観点から決められたのである。図4は杉辺材ブロック(断面16×20mm、長さ30mm)を、20×30mmの面を下にして450℃の熔融スズの浴に約8mmの深さに2分間浸漬した後に、表面に形成されているクラックを示す写真(図4(a))と、クラックの断面顕微鏡写真(図4(b))である。ガスバーナーにより発生したクラック(図1)とは外観が全く異なっている。断面顕微鏡写真から明らかなように、クラックは炭化層の浅い部分にしか到達していない。   Even in the molten metal system, cracks may occur if the temperature of the molten metal is too high or the contact time between the molten metal and wood is too long. The above-mentioned desirable temperature range and contact time are determined from this viewpoint. FIG. 4 shows a cedar wood block (cross section 16 × 20 mm, length 30 mm) immersed in a bath of molten tin at 450 ° C. with a 20 × 30 mm surface for 2 minutes to a depth of about 8 mm, and then on the surface. It is the photograph (FIG.4 (a)) which shows the formed crack, and the cross-sectional microscope picture (FIG.4 (b)) of a crack. The appearance is completely different from the cracks generated by the gas burner (FIG. 1). As apparent from the cross-sectional micrograph, the crack reaches only the shallow part of the carbonized layer.

溶融金属方式によれば、実施例1に記載されているようにクラックが発生しない状態で炭化される層の厚さを約0.5〜10数mm程度に容易にコントロールすることができる。従って、炭化による木材強度の低下は無視できる程度に小さくすることができる。この理由は下記のように考えられる。柱、梁、土台等の構造材として使われる木材は、通常かなり太いものである。柱の場合、断面の一辺は通常10.5〜12cmである。このように太い木材は、その表面層が炭化されてその部分の機械的強度が小さくなっても、その内側は元の木材の強度を有する。例えば、12cm角の木材で、炭化表面層の厚さが(木材の太さ方向)2mmの場合、炭化する前の木材の断面積の約3.3%が炭化され、炭化する前の木材断面の約96.7%が元の木材強度を有することになる。木材が構造材として用いられない場合は、木材の全断面積に対して炭化層の断面積を更に大きくしても構わない。柱の場合、表面に黒色の炭化層が露出するのを避けたいなら、炭化層の上に薄い木材を貼り付けることもできる。構造材でない場合、例えば、合板ならば炭化した板を内部に積層し、表面には炭化層が露出しないようにしてもよい。また、板の一面のみ炭化し、炭化層が表側にならないように(直接見えないように)使用することもできる。LVL、CLT材の場合も、同様に炭化層を有する板を内部に積層することもできる。   According to the molten metal method, as described in Example 1, it is possible to easily control the thickness of the layer carbonized in a state where no cracks are generated to about 0.5 to several tens of millimeters. Therefore, the decrease in the wood strength due to carbonization can be reduced to a negligible level. The reason is considered as follows. Wood used as a structural material such as columns, beams and foundations is usually quite thick. In the case of a pillar, one side of the cross section is usually 10.5 to 12 cm. Thus, even if the surface layer is carbonized and the mechanical strength of the portion is reduced, the thick wood has the strength of the original wood. For example, when the thickness of the carbonized surface layer is 2 mm (in the thickness direction of the wood) with 12 cm square wood, about 3.3% of the cross-sectional area of the wood before carbonization is carbonized, and the wood cross section before carbonization About 96.7% will have the original wood strength. When wood is not used as a structural material, the cross-sectional area of the carbonized layer may be further increased with respect to the total cross-sectional area of the wood. In the case of a pillar, if it is desired to avoid exposing the black carbonized layer on the surface, a thin wood can be pasted on the carbonized layer. When not a structural material, for example, if it is a plywood, a carbonized plate may be laminated inside so that the carbonized layer is not exposed on the surface. Further, it can be used such that only one surface of the plate is carbonized so that the carbonized layer does not face the front side (so as not to be seen directly). In the case of LVL and CLT materials, a plate having a carbonized layer can be similarly laminated inside.

本発明の溶融金属方式では、木材を溶融金属の浴に浸漬した場合、木材が丸棒であれば表面から内部に向かって同心円状に炭化されていくが、木材が角材の場合は同心角状には炭化されない。この理由は角材の角部では、角の両側の面から熱が加わるので平面部よりも強く加熱されるためである。その結果、炭化後の角材の断面には、同心角状と同心円状の中間的な、角が丸みを帯びた炭化層が形成されるのである。この現象は電気炉で木材を加熱炭化する場合も同様である。このような現象が起こると、角材の角部の炭化度が側面部よりも進んでいるので、機械的に弱くなるのがこの方法の欠点である。また、角材内部の非炭化部の面積が小さくなるので、角材の機械的強度も小さくなる欠点がある。角材が非常に太い場合はこのような現象はあまり問題にならない。本発明においては、一つの面だけを加熱することができるので、このような問題は起こさないようにすることができる。   In the molten metal system of the present invention, when wood is immersed in a molten metal bath, if the wood is a round bar, it is carbonized concentrically from the surface to the inside, but if the wood is a square, it is concentric square Is not carbonized. The reason for this is that, at the corner of the square bar, heat is applied from both sides of the corner, so that it is heated more strongly than the flat portion. As a result, a carbonized layer with rounded corners is formed between the concentric square shape and the concentric circle shape in the cross section of the square bar after carbonization. This phenomenon is the same when wood is heated and carbonized in an electric furnace. When such a phenomenon occurs, the carbonization degree of the corner portion of the square bar is more advanced than that of the side surface portion, and it is a disadvantage of this method that it becomes mechanically weak. Moreover, since the area of the non-carbonized portion inside the square member is reduced, there is a disadvantage that the mechanical strength of the square member is also reduced. If the square is very thick, this phenomenon is not a problem. In the present invention, since only one surface can be heated, such a problem can be prevented.

溶融金属方式において、上記のような問題を避ける方法として、例えば角材を横にして角材の自重により溶融金属の浴面に浮かせて任意の時間加熱炭化し、次いで角材を転がして隣の面が下になるように浮かせて任意の時間加熱炭化する。このようにして次々に別の面を加熱炭化するのである。角材の自重により、角材は溶融金属の浴に少しだけ沈むので、角材の面は一様に加熱され、角部がより強く加熱されることが極めて少なくなるのである。   In the molten metal method, as a method of avoiding the above-mentioned problems, for example, a square is placed sideways, floated on the molten metal bath surface by its own weight, heated and carbonized for an arbitrary time, and then the square is rolled and the adjacent surface is lowered. Heat and carbonize for an arbitrary time. In this way, another surface is heated and carbonized one after another. Due to the dead weight of the square, the square is slightly submerged in the molten metal bath, so that the surface of the square is uniformly heated, and the corners are extremely less heated.

溶融金属方式により製作された炭化木材の表面に、ごく稀ではあるがタール分が析出してベタつきが生ずることがある。そのような場合、表面のタール分を除去するために、タール分を溶解する有機溶剤で洗い流すことができる。また、表面を短時間(数秒程度)ガスバーナー等の強い火炎で燃焼除去することができる。長時間火炎に曝すと、焼杉の場合のように表面にクラックが発生するので、2〜3秒程度にするのがよい。表面に塗料を塗布して、ベタつきを防ぐことも可能である。   On the surface of carbonized wood manufactured by the molten metal method, a tar content sometimes precipitates and may become sticky. In such a case, in order to remove the tar content on the surface, it can be washed away with an organic solvent that dissolves the tar content. Further, the surface can be burned and removed with a strong flame such as a gas burner for a short time (about several seconds). When exposed to a flame for a long time, cracks are generated on the surface as in the case of baked cedar, so it is preferable to set it to about 2 to 3 seconds. It is also possible to prevent stickiness by applying a paint to the surface.

溶融金属方式により製作された炭化木材を、実際に工事或いは建築の現場で使用する場合、例えばのこぎりで必要な長さに切断することがある。切断面は炭化されていないので、その部分が露出した状態になると、そこから木材の劣化が始まってしまう恐れがある。そこで、そのような場合、本発明の他の方式である熱風或いは赤外線方式により、露出した切断面を炭化することができる。   When the carbonized wood produced by the molten metal method is actually used at a construction or construction site, it may be cut to a necessary length by, for example, a saw. Since the cut surface is not carbonized, the wood may start to deteriorate when the portion is exposed. Therefore, in such a case, the exposed cut surface can be carbonized by hot air or infrared rays, which is another method of the present invention.

溶融金属方式によって表面層を炭化する場合、木材の表面に割れ、ささくれ、或いは窪みがあったりすると、溶融金属槽から表面層炭化された木材を引き上げる際に、上記の割れ目や、ささくれ部、窪みに溶融金属が入り込んで残る恐れがある。このような現象を抑えるために、木材が炭化処理される前に、表面をカンナがけ、研摩等により平滑にしておくことが望ましい。また、炭化された木材を溶融金属槽から引き上げる際に、金属の溶融温度以上の高温高圧気体を吹きつけて付着している溶融金属を除去することもできる。溶融金属浴の表面には金属の酸化膜やスラグが存在するので、これらが炭化された木材の表面に付着していることもある。このような場合、冷却後に高圧エアージェットで吹き飛ばすことも可能である。また、刷毛で擦って落とすこともできる。その他適当な方法で除去することができる。木材表面にヤニが存在すると、金属酸化膜やスラグが付着し易いので、木材はあらかじめいわゆる脱脂処理されていることが望ましい。   When carbonizing the surface layer by the molten metal method, if the surface of the wood is cracked, raised, or dented, the above-mentioned cracks, ridged portions, dents are raised when the surface layer carbonized wood is pulled up from the molten metal tank. There is a risk that molten metal may enter and remain in In order to suppress such a phenomenon, it is desirable that the surface be smoothed by polishing and polishing before the wood is carbonized. Further, when the carbonized wood is pulled up from the molten metal tank, it is possible to remove the adhered molten metal by blowing a high-temperature high-pressure gas that is equal to or higher than the melting temperature of the metal. Since a metal oxide film and slag exist on the surface of the molten metal bath, they may adhere to the surface of the carbonized wood. In such a case, it is possible to blow off with a high-pressure air jet after cooling. It can also be scraped off with a brush. It can be removed by other appropriate methods. If ani exists on the surface of the wood, a metal oxide film or slag is likely to adhere to it, so that it is desirable that the wood has been so-called degreased in advance.

溶融金属の表面が空気に長時間曝されていると、特に溶融温度が高いほど、表面が酸化されて金属酸化物が形成される。その結果、溶融金属浴面に酸化物の膜ができる。又、木材を溶融金属浴に浸漬或いは接触すると、メカニズムは不明であるがスラグ状のものが発生する。酸化膜やこのスラグ状のものを含めて、いわゆるスラグが溶融金属浴表面に溜まる。そこで、必要に応じて浴面からそのスラグを除去することが望ましい。スラグを浴槽の端の方に追いやってもよい。溶融金属槽の下部から溶融金属を送り込み、浴槽の一部から溶融金属が溢れる構造とし、浴面に発生したスラグが常に浴槽外に流れだすようにすることもできる。浴槽の上部から、常に溶融金属が溢れ出るようにしておき、その液面に木材が接触するようにしながら、木材をスライドさせて炭化することもできる。   When the surface of the molten metal has been exposed to air for a long time, the surface is oxidized and a metal oxide is formed, particularly as the melting temperature is higher. As a result, an oxide film is formed on the molten metal bath surface. When wood is immersed or brought into contact with a molten metal bath, a slag-like material is generated although the mechanism is unknown. So-called slag is accumulated on the surface of the molten metal bath, including the oxide film and the slag. Therefore, it is desirable to remove the slag from the bath surface as necessary. You may drive slag towards the edge of the bathtub. It is also possible to feed the molten metal from the lower part of the molten metal tank so that the molten metal overflows from a part of the bath so that the slag generated on the bath surface always flows out of the bath. The molten metal always overflows from the upper part of the bath, and the wood can be slid and carbonized while the wood is in contact with the liquid surface.

溶融金属浴面に金属酸化物が発生しないようにするため、溶融金属浴面を不活性ガスで覆ってもよい。例えば、溶融金属浴槽を密閉室内に配置し、その室内に窒素ガスを送ることによって、窒素ガス雰囲気にすることができる。   In order to prevent generation of metal oxides on the molten metal bath surface, the molten metal bath surface may be covered with an inert gas. For example, a molten metal bathtub can be placed in a sealed chamber and a nitrogen gas atmosphere can be obtained by sending nitrogen gas into the chamber.

木材は通常10%以上の含水率を有しており、木材を溶融金属浴に浸漬或いは接触すると、木材中の水分が加熱されて水蒸気ガスとして木材から揮発し、金属浴の中を上昇して浴面から吹き出す。この際、溶融金属が、噴出するガスに押し上げられて微小な金属液滴となって飛散する現象が発生することがある。特に道管或いは仮道管が露出している場合、そこからのガス噴出が激しいので道管或いは仮道管の露出部が溶融金属層の深い所にあると、溶融金属の飛散が激しくなる。この現象を軽減ないし防止するために、あらかじめ木材を脱水処理しておくことが有効である。   Wood usually has a moisture content of 10% or more. When wood is immersed or brought into contact with a molten metal bath, moisture in the wood is heated and volatilizes from the wood as water vapor gas, and rises in the metal bath. Blow out from the bath. At this time, a phenomenon may occur in which the molten metal is pushed up by the gas to be ejected and scattered as fine metal droplets. In particular, when the road pipe or the temporary road pipe is exposed, gas ejection from the road pipe or the temporary road pipe is vigorous. Therefore, if the exposed portion of the road pipe or the temporary road pipe is in the deep portion of the molten metal layer, the molten metal scatters intensely. In order to reduce or prevent this phenomenon, it is effective to dehydrate the wood in advance.

木材中の水分が完全に除去されても、高温浴により加熱された木材中のミクロフィブリルやリグニンが熱分解され、分解された成分の一部が木材からガスとして揮発し、水蒸気ガスと同じように高温浴面から噴出して金属を飛散させる。高温浴槽が木材サイズに比べて十分に大きければ、溶融金属が飛散しても、浴槽の外に飛び出す恐れはない。しかし、溶融金属が飛散すると、空気との接触面積が増大するので、金属酸化物が多く発生する恐れがある。これら2つの問題を解決する簡便な方法として、溶融金属浴面に溶融金属の飛散防止材として、溶融金属より比重が小さく、溶融金属に溶けずまた溶融金属と反応しない微小な物質例えば微小なガラスビーズの層を設けることが有効である。木材から発生するガスは浴面から噴出する際、金属を飛散させようとするが、浴面上部にガラスビーズの層があると、金属の飛散は防止される。ガスはガラスビーズの間隙を通って空気中に出て行く。   Even if the moisture in the wood is completely removed, microfibrils and lignin in the wood heated by the high-temperature bath are thermally decomposed, and some of the decomposed components are volatilized as gas from the wood, just like water vapor gas The metal is spattered from the hot bath surface. If the hot tub is sufficiently larger than the wood size, there is no risk of jumping out of the tub even if the molten metal scatters. However, when the molten metal is scattered, the contact area with the air increases, so that a large amount of metal oxide may be generated. As a simple method for solving these two problems, as a molten metal scattering prevention material on the surface of the molten metal, a specific material having a specific gravity smaller than that of the molten metal, not dissolved in the molten metal, and not reacting with the molten metal, for example, minute glass It is effective to provide a layer of beads. The gas generated from the wood tries to scatter metal when it is ejected from the bath surface. However, if there is a glass bead layer on the upper surface of the bath surface, metal scatter is prevented. The gas exits into the air through the gap between the glass beads.

飛散防止材の存在は溶融金属の表面酸化を軽減する効果もある。ガラスビーズのサイズは約1mm〜約5mm径が適当である。小さすぎると木材を浴から引き上げる際に、炭化された木材表面に付着しやすくなる。サイズが大きすぎると、隙間から金属が飛散する恐れが有る他に、金属の酸化防止効果が小さくなる。ビーズのサイズは均一である必要はなく、分布を有していてもよい。ビーズ層の厚さは、約5mm〜20mmが適当である。ビーズ層の厚さが小さいと、金属の飛散防止及び酸化防止の効果が小さくなる。厚すぎるのは無駄である。ビーズとしてはガラスビーズ、シリカビーズ、アルミナビーズ等を利用することができる。ビーズのように球体でなくても顆粒状、棒状、平板状のもので、高温で安定な材質のものであれば使用可能である。これらのもののサイズは上記のビーズと同程度であればよい。   The presence of the anti-scattering material also has the effect of reducing the surface oxidation of the molten metal. The size of the glass beads is suitably about 1 mm to about 5 mm. If it is too small, it tends to adhere to the carbonized wood surface when the wood is pulled up from the bath. If the size is too large, the metal may be scattered from the gap, and the antioxidant effect of the metal is reduced. The size of the beads need not be uniform and may have a distribution. An appropriate thickness of the bead layer is about 5 mm to 20 mm. When the thickness of the bead layer is small, the effects of preventing metal scattering and oxidation are reduced. Too thick is useless. As beads, glass beads, silica beads, alumina beads and the like can be used. Even if it is not a sphere like a bead, it can be used if it is granular, rod-like, or flat and is made of a material that is stable at high temperatures. The size of these may be about the same as the above beads.

溶融金属浴に浸漬される部分の木材をアルミ箔でカバーしてから浸漬すると、木材から発生した揮発成分が溶融金属に接触する割合が大幅に減少し、スラグの発生を著しく低減できる。アルミ箔の合わせ目部分から揮発成分が溶融金属浴内で漏れることがあっても、木材が直接溶融金属浴に浸漬される場合より遥かにスラグの発生は少ない。   When the wood immersed in the molten metal bath is covered with aluminum foil and then immersed, the proportion of volatile components generated from the wood in contact with the molten metal is greatly reduced, and the generation of slag can be significantly reduced. Even if the volatile components leak from the joint portion of the aluminum foil in the molten metal bath, the generation of slag is much less than when the wood is directly immersed in the molten metal bath.

通常、木材は長さ方向が道管或いは仮道管の方向と一致しており、木材の両端面(切り口)は道管或いは仮道管の方向に対して直角である。木材が高温に加熱されて熱分解により発生したガスは、道管或いは仮道管の方向には流れやすく、それと直角の方向には流れにくい。従って、木材を溶融金属浴に浸漬すると、木材の端面(切り口)からは激しくガスがでるが、木材の他の表面からは発生が少ないのである。その結果、木材の端面は炭化されにくいことがある。木材の端面以外の表面が十分に炭化されているのに、端面が炭化不足の場合、端面のみを追加で炭化するのが望ましい。追加の炭化が必要な場合は、本発明の熱風或いは赤外線方式が適している。   In general, the length direction of the wood coincides with the direction of the road pipe or the temporary road pipe, and both end faces (cuts) of the wood are perpendicular to the direction of the road pipe or the temporary road pipe. The gas generated by pyrolysis when the wood is heated to a high temperature is likely to flow in the direction of the road pipe or the temporary road pipe, and hardly flows in the direction perpendicular thereto. Accordingly, when wood is immersed in a molten metal bath, gas is emitted violently from the end face (cut) of the wood, but there is little generation from other surfaces of the wood. As a result, the end face of the wood may be difficult to be carbonized. If the surface other than the end face of the wood is sufficiently carbonized, but the end face is insufficiently carbonized, it is desirable to additionally carbonize only the end face. If additional carbonization is required, the hot air or infrared system of the present invention is suitable.

熱分解成分の揮発を防止する方法Aの一つである熱板方式では、熱板として金属板例えばいわゆるホットプレートとして知られている加熱装置が一般的であるが、それに類するものも使用できる。熱溶融している金属の代わりに熱板が使用されるので、温度条件も熱溶融金属の場合と殆ど同じである。炭化される木材の形状に応じて、平板状、レール状、アングル状、曲面状等の熱板の使用が可能である。例えば杭の如き円柱状の木材を加熱する場合は、筒状の加熱炉が適している。この場合、炉壁と木材とのギャップを出来るだけ小さくすることが望ましい。筒状加熱炉を長さ方向に平行に2分割し、木材を挿入し易いようにしておき、挿入後に合体させて筒状にしてもよい。2分割加熱炉を蝶板で結合しておくのが便利である。熱板は金属板の表面が耐熱性保護膜で覆われたものでもよい。熱板は十分な熱容量を持っているか、常にエネルギーが供給されて表面温度が維持されることが望ましい。例えばニクロム線の如き通電発熱体と温度制御機構を内蔵した熱板装置が利用できる。また、熱伝導性の大きな熱板であることが望ましい。アルミ箔、銅箔のような薄い金属箔でも金属板と同様に使用できる。例えばアルミ箔で木材表面をカバーし、その上から熱風を吹き付けながらアルミ箔の温度を高温に保つこともできる。金属板、金属箔等を赤外線で加熱して熱板とする場合、赤外線を反射しないように少なくとも表面が黒色の如く赤外線を吸収する色に処理されていることが望ましい。   In the hot plate method, which is one of the methods A for preventing volatilization of the pyrolysis component, a heating device known as a metal plate, for example, a so-called hot plate is generally used as the hot plate, but a similar device can also be used. Since a hot plate is used in place of the metal that is hot-melted, the temperature conditions are almost the same as in the case of the hot-melt metal. Depending on the shape of the wood to be carbonized, it is possible to use a hot plate having a flat plate shape, rail shape, angle shape, curved surface shape, or the like. For example, in the case of heating a columnar wood such as a pile, a cylindrical heating furnace is suitable. In this case, it is desirable to make the gap between the furnace wall and the wood as small as possible. The cylindrical heating furnace may be divided into two parallel to the length direction so that the wood can be easily inserted, and after the insertion, they may be combined into a cylindrical shape. It is convenient to connect the two-part heating furnace with a butterfly plate. The heat plate may be a metal plate whose surface is covered with a heat-resistant protective film. It is desirable that the hot plate has a sufficient heat capacity or is always supplied with energy to maintain the surface temperature. For example, a hot plate apparatus incorporating an energization heating element such as a nichrome wire and a temperature control mechanism can be used. Moreover, it is desirable that the heat plate has a large thermal conductivity. Thin metal foil such as aluminum foil and copper foil can be used in the same manner as the metal plate. For example, the surface of wood can be covered with aluminum foil, and the temperature of the aluminum foil can be kept high while blowing hot air from above. When a metal plate, metal foil or the like is heated with infrared rays to form a heat plate, it is desirable that at least the surface is treated with a color that absorbs infrared rays so that the infrared rays are not reflected.

熱板へのエネルギー供給方法は上記の方法以外に、木材やオイルの燃焼熱を利用することもできる。例えば、廃木材や間伐材の枝等を燃焼室で燃焼させ、燃焼室の上壁を平坦な鉄板にしておき、この鉄板を熱板とすることができる。このようにすれば、廃木材や間伐材の有効利用になるばかりでなく、環境にも有益である。   In addition to the above method, the energy supply method to the hot plate can use the heat of combustion of wood or oil. For example, waste wood, thinned wood branches or the like are burned in a combustion chamber, the upper wall of the combustion chamber is made a flat iron plate, and this iron plate can be used as a hot plate. In this way, not only is it possible to effectively use waste wood and thinned wood, but it is also beneficial to the environment.

熱板へのエネルギー供給方法として、熱熔融状態の熔融金属を利用することもできる。例えば、熱熔融金属浴の上に金属板を載せ、この金属板を熱板として使うことができる。金属板の代わりにアルミ箔を浮かべ、その上に木材を置いても同様に加熱することができる。図5は熔融金属浴の上にアルミ箔を浮かべ、その上に木材を載せ木材の上に力を加えて木材を少し沈ませた状態の即断面図である。図5において、1は木材、2はアルミ箔、4は熔融状態の金属浴、5は金属浴の容器である。木材1の上に力6を加えると、木材1はアルミ箔2を変形させて浴中に少し沈む。即ち金属浴に木材を載せたアルミ箔のボートが浮かんでいるような状態である。木材の自重が大きい場合は上から力を加えなくとも木材は少し沈む。浴中のアルミ箔は、金属浴の浮力により浴中の木材の下部の周辺部末端において上方に折れ曲り、木材下部の周辺部末端に密接するため、熱分解成分の揮発が抑制される。これによって末端の炭化部のクラック発生が抑制される。アルミ箔の使用は極めて簡便で有効である。木材のコーナー部のアルミ箔にしわができることもあるが、木材の下面及び側面に接するアルミ箔は完全に平坦になり、炭化への影響はない。   As a method for supplying energy to the hot plate, a molten metal in a hot melt state can be used. For example, a metal plate can be mounted on a hot-melt metal bath, and this metal plate can be used as a hot plate. It is possible to heat similarly by floating an aluminum foil instead of a metal plate and placing wood on it. FIG. 5 is an immediate cross-sectional view of a state in which an aluminum foil is floated on a molten metal bath, a timber is placed on the aluminum foil, and a force is applied to the timber to slightly sink the timber. In FIG. 5, 1 is wood, 2 is aluminum foil, 4 is a molten metal bath, and 5 is a metal bath container. When a force 6 is applied on the wood 1, the wood 1 deforms the aluminum foil 2 and sinks a little in the bath. In other words, an aluminum foil boat with wood on a metal bath is floating. If the weight of the timber is large, the timber will sink slightly without applying force from above. The aluminum foil in the bath bends upward at the peripheral end of the lower part of the wood in the bath due to the buoyancy of the metal bath, and is in close contact with the peripheral end of the lower part of the wood, so that volatilization of the thermal decomposition component is suppressed. This suppresses the occurrence of cracks at the carbonized portion at the end. The use of aluminum foil is extremely simple and effective. Although the aluminum foil at the corner of the wood may be wrinkled, the aluminum foil in contact with the lower and side surfaces of the wood is completely flat and has no effect on carbonization.

熱板方式では、熱板と木材が接触されるが、木材の表面は一般に粗面であるので、熱板と木材の間には空気層が存在している。溶融金属方式では、溶融金属が自由に変形可能なので、木材表面が粗面であっても木材と溶融金属との間には空気層が存在しない。従って、熱板方式の場合は、木材の表面層炭化のされ方が溶融金属を使用する場合とかなり異なるであろうと推測された。ところが、驚くべきことに殆ど同じように炭化されたのである。木材と熱板は接触しているので、加熱により木材から発生した揮発成分が自由に木材表面から逃げることが防止され、木材内部に閉じ込められるのだと推測される。   In the hot plate method, the hot plate and the wood are brought into contact with each other. However, since the surface of the wood is generally rough, an air layer exists between the hot plate and the wood. In the molten metal method, since the molten metal can be freely deformed, there is no air layer between the wood and the molten metal even if the surface of the wood is rough. Therefore, in the case of the hot plate method, it was speculated that the method of carbonizing the surface layer of wood would be considerably different from the case of using molten metal. However, it was surprisingly almost the same carbonized. Since the wood and the hot plate are in contact, it is assumed that the volatile components generated from the wood by heating are prevented from freely escaping from the surface of the wood and are confined inside the wood.

熱板方式では、通常熱板は平板状なので、木材の一つの面しか加熱できない。一つの面の加熱が終了したら次の面の加熱が行われる。複数の面を同時に加熱するためには、それに適した形状の熱板を準備しなければならない。例えば、相隣る2つの面を同時に加熱するためには、アングル状の熱板が必要になる。アングル状の熱板で加熱すると角部の炭化が優先的に進む問題が発生するが、アングルの角部にスリット状の隙間を設けることによりこの問題を解決することができる。角材状の木材表面層を炭化する場合、2枚の熱板でサンドイッチした状態で加熱すると、2つの面を同時に炭化することができる。平板状の熱板で木材の一つの面を加熱する場合は、溶融金属方式で木材を浴面に浮かして加熱するのと殆ど同じ効果と結果が得られる。   In the hot plate method, since the hot plate is usually flat, only one surface of the wood can be heated. When the heating of one surface is completed, the next surface is heated. In order to simultaneously heat a plurality of surfaces, it is necessary to prepare a hot plate having a shape suitable for the surface. For example, in order to heat two adjacent surfaces simultaneously, an angle-shaped hot plate is required. When heated with an angle-shaped hot plate, the problem of preferential carbonization of the corners occurs. However, this problem can be solved by providing slit-like gaps at the corners of the angle. When carbonizing a square-like wood surface layer, two surfaces can be carbonized simultaneously by heating in a state sandwiched between two hot plates. When one surface of wood is heated with a flat hot plate, almost the same effect and result are obtained as when the wood is floated on the bath surface and heated by the molten metal method.

炭化される木材と熱板とは、接触した状態で保持されて静止していてもよいが、木材と熱板とが接触した状態で相対的にスライドするように移動させてもよい。例えば、熱板の上に木材を載せ、熱板は固定しておいて、木材を熱板の上で、設定した時間接触させつつスライドするように移動させてもよい。温度の違う、或いは同一温度の熱板を複数個並べて配置し、それらの上で木材を順次スライドしながら移動するようにしてもよい。   The wood to be carbonized and the heat plate may be held in contact and may be stationary, but may be moved so as to slide relative to each other while the wood and the heat plate are in contact with each other. For example, wood may be placed on a hot plate, the hot plate may be fixed, and the wood may be moved to slide on the hot plate while being in contact for a set time. A plurality of hot plates having different temperatures or the same temperature may be arranged side by side, and the wood may be moved while sequentially sliding on them.

熱板或いは溶融金属で木材表面を加熱炭化する前に、木材表面に赤外線を照射するか、或いは熱風を吹き付けて加熱することによって、木材表面を予備炭化することができる。この場合、予備炭化の段階で、木材表面にクラックが発生しない条件で加熱することが必要である。   Prior to heating and carbonization of the wood surface with a hot plate or molten metal, the wood surface can be pre-carbonized by irradiating the wood surface with infrared rays or heating by blowing hot air. In this case, it is necessary to heat in the pre-carbonization stage under the condition that no cracks are generated on the wood surface.

図17は、実施例1及び実施例2のデータをもとに、木材表面温度とクラック発生直前の加熱時間をプロットしたものである。縦軸は対数表示になっており、データの指数近似曲線が表示されている。図17には、各木材表面温度に対して、指数近似曲線以下の加熱時間内で加熱すれば、クラックを発生させないで加熱できることが示されている。本発明において解明されたのである。図17の指数近似曲線、下限温度及び下限時間の3本の線で囲まれた三角形の内部が、本発明の領域である。   FIG. 17 is a plot of the wood surface temperature and the heating time immediately before the occurrence of cracks based on the data of Example 1 and Example 2. The vertical axis is a logarithmic display, and an exponential approximation curve of data is displayed. FIG. 17 shows that heating can be performed without generating cracks by heating each wood surface temperature within a heating time that is less than or equal to the exponential approximation curve. It was elucidated in the present invention. The inside of the triangle surrounded by three lines of the exponential approximation curve, the lower limit temperature, and the lower limit time in FIG. 17 is the region of the present invention.

図18は実施例2のデータを、横軸に木材表面温度、縦軸にクラックが発生しない最大炭化層の厚さにしてプロットしたグラフである。図18の曲線は多項式近似曲線である。この近似曲線より下の範囲で、0.7mm以上の範囲が本発明の炭化層厚の範囲である。   FIG. 18 is a graph in which the data of Example 2 is plotted with the horizontal axis representing the wood surface temperature and the vertical axis representing the maximum carbonized layer thickness at which cracks do not occur. The curve in FIG. 18 is a polynomial approximation curve. In the range below the approximate curve, the range of 0.7 mm or more is the range of the thickness of the carbonized layer of the present invention.

次に熱分解成分の揮発を防止する方法Bについて説明する。その方法に使用される気体不透過性部材としては、ガラス板、石英板、セラミック板等の赤外線透過性で且つ気体を透過させない部材である。赤外線とは、遠赤外線、近赤外線の一部、可視光線の一部をも含むが、主として近赤外線或いは/及び遠赤外線を含む赤外線のことである。本発明に好適な遠赤外線光源の具体例として、石英ガラス管ヒーターが挙げられる。家庭用、工業用として広く使用されており、比較的安価に入手可能である。以下この方法Bを赤外線方式とも記載する。赤外線を木材表面に照射すると、木材表面の温度はいくらでも上昇していく。この点が前記の溶融金属、熱板、熱風による加熱方式と大きく異なる点である。溶融金属、熱板、熱風による加熱では木材表面の温度は、これらの熱源の温度より上昇することは無いが、赤外線の場合はエネルギーが木材表面に加速度的に蓄積されて温度が上昇していく。そこで木材表面の温度が450℃を超えないように、赤外線の放射エネルギー或いは照射時間を制御することが必要である。   Next, Method B for preventing volatilization of the pyrolysis component will be described. The gas impermeable member used in the method is a member that is transparent to infrared rays and does not transmit gas, such as a glass plate, a quartz plate, and a ceramic plate. Infrared rays include far infrared rays, part of near infrared rays, and part of visible rays, but mainly infrared rays including near infrared rays and / or far infrared rays. A specific example of a far infrared light source suitable for the present invention is a quartz glass tube heater. It is widely used for home and industrial use and is available at a relatively low cost. Hereinafter, this method B is also referred to as an infrared system. When infrared rays are irradiated on the wood surface, the temperature of the wood surface will increase as much as possible. This point is greatly different from the heating method using the molten metal, hot plate and hot air. In the case of heating with molten metal, hot plate, hot air, the temperature of the wood surface does not rise above the temperature of these heat sources, but in the case of infrared light, energy is accumulated on the wood surface at an accelerated rate and the temperature rises. . Therefore, it is necessary to control infrared radiation energy or irradiation time so that the temperature of the wood surface does not exceed 450 ° C.

赤外線を木材に照射すると木材が焦げることは非特許文献3からも明らかであるが、非特許文献3にはクラックについての記載が無い。赤外線発生源(ヒーター、ランプ等)のエネルギー強度、発生源から木材までの距離、照射時間等を適当に選ぶことにより、木材表面の温度を450℃以下に保ちながら加熱すればクラックが発生しないことを見つけた。また、木材表面に石英板、ガラス板等の気体不透過性透明部材を密着して覆い、これを通して照射することにより、クラックが発生せずに表面から内部に向かって溶融金属方式や熱板方式と同程度に炭化できる。   Although it is clear from Non-Patent Document 3 that wood is burnt when irradiated with infrared rays, Non-Patent Document 3 has no description of cracks. By appropriately selecting the energy intensity of the infrared source (heater, lamp, etc.), the distance from the source to the wood, the irradiation time, etc., cracks will not occur if heated while keeping the temperature of the wood surface below 450 ° C. I found In addition, a gas-impermeable transparent member such as a quartz plate or glass plate is closely attached to the surface of the wood and irradiated through it, so that molten metal method or hot plate method is applied from the surface to the inside without generating cracks. Can be carbonized to the same extent.

炭化される木材と透明部材(ガラス板、石英板等)とを相対的に移動させてもよい。例えば、赤外線ランプを固定して配置し、その下方に配置された透明部材の下面に接触させながら、搬送装置の上に載せた木材をスライドさせてもよい。この場合、木材表面の荒れや凹凸に対応させるために、透明部材が上下に可動できるようにしておくのが望ましい。木材の上に透明部材が置かれた状態で、木材と透明部材を一緒に移動させてもよい。木材の上に透明部材を載せ、その上方に赤外線ランプを配置し、赤外線ランプを移動させることもできる。   The wood to be carbonized and the transparent member (glass plate, quartz plate, etc.) may be moved relatively. For example, an infrared lamp may be fixedly disposed, and the wood placed on the transport device may be slid while contacting the lower surface of the transparent member disposed below the infrared lamp. In this case, it is desirable that the transparent member be movable up and down in order to cope with roughness and unevenness of the wood surface. The wood and the transparent member may be moved together in a state where the transparent member is placed on the wood. It is also possible to place a transparent member on wood, place an infrared lamp above it, and move the infrared lamp.

木材と赤外線ランプが、上記と上下が逆の関係になってもよい。この場合、木材の炭化される面に、透明部材が接触するように配置される。また、複数本の赤外線ランプを配置してもよい。後述の実施例4から明らかなように、透明部材が配置されると、透明部材が無い場合に比べて炭化速度が低下している。従って、クラックの発生が起こらない範囲で、透明部材を配置しない状態で炭化し(0060項で述べた予備炭化と同様である)、その部分を通過してから透明部材を配置してもよい。例えば、複数本の赤外線ランプを平行に配置し、初めの1本〜複数本は、透明部材を配置せずに木材の被炭化面を照射し、次の1〜複数本は、木材の被炭化面に透明部材を接触させた状態で、木材の被炭化面を照射するように配置してもよい。このように配置することによって、炭化の効率を上げることが可能である。木材に赤外線を照射して予備炭化する代わりに、熱風を吹き付けて予備炭化してもよい。   The wood and the infrared lamp may have an upside down relationship with the above. In this case, it arrange | positions so that a transparent member may contact the carbonized surface of wood. A plurality of infrared lamps may be arranged. As will be apparent from Example 4 described later, when the transparent member is arranged, the carbonization rate is reduced as compared with the case where there is no transparent member. Therefore, as long as cracks do not occur, the transparent member may be carbonized without the transparent member disposed (similar to the preliminary carbonization described in the paragraph 0060), and the transparent member may be disposed after passing through that portion. For example, a plurality of infrared lamps are arranged in parallel, the first one to a plurality are irradiated with the carbonized surface of the wood without a transparent member, and the next one to a plurality are carbonized to the wood. You may arrange | position so that the to-be-carbonized surface of wood may be irradiated in the state which made the transparent member contact the surface. By arranging in this way, it is possible to increase the efficiency of carbonization. Instead of pre-carbonization by irradiating wood with infrared rays, pre-carbonization may be performed by blowing hot air.

上記のように、木材と透明部材或いは熱板を相対的にスライドさせる場合に共通して言えることであるが、木材の先端が、熱板或いは透明部材の端部に到達する際に、木材の先端が熱板或いは透明部材の端部に衝突して移動が妨害される恐れがある。これを避けるために、木材の先端と出会う熱板或いは透明部材の端部は、テーパー状に加工されていることが望ましい。   As mentioned above, it can be said in common when the wood and the transparent member or the hot plate are relatively slid, but when the tip of the wood reaches the end of the hot plate or the transparent member, The tip may collide with the end of the hot plate or the transparent member and the movement may be hindered. In order to avoid this, it is desirable that the end of the hot plate or transparent member that meets the tip of the wood be processed into a taper shape.

次に熱分解成分の揮発を防止する方法Cについて述べる。その方法は、水ガラスを表面層に含浸させた木材を使用することが基本である。本発明に使用される水ガラスとして、例えば1号珪酸ナトリウム溶液(例えば水ガラス1号)を使用する場合、これを原液(非常に粘稠な流体)として水で希釈して、ケイ酸ナトリウムの重量が約20〜60%の水溶液として使用することが好ましい。20%以下だと水ガラスの効果が小さく、60%以上だと木材表面に水ガラスの膜が形成されやすい。単位面積当たりの含浸量で表現すると15g/m〜80g/mの範囲が好ましい。水ガラスを木材に供給する方法は、公知の塗布法、水ガラス水溶液に木材を浸漬後に引き上げて乾燥する方法等適当な方法を用いることができる。水ガラスの使用は本発明の課題を解決するためのA及びBの方法においても適用することができる。 Next, method C for preventing volatilization of the pyrolysis component will be described. The method is based on the use of wood in which a surface layer is impregnated with water glass. When using, for example, No. 1 sodium silicate solution (for example, No. 1 water glass) as the water glass used in the present invention, it is diluted with water as a stock solution (very viscous fluid), It is preferably used as an aqueous solution having a weight of about 20-60%. If it is 20% or less, the effect of water glass is small, and if it is 60% or more, a water glass film is likely to be formed on the wood surface. Preferably in the range of to the 15g / m 2 ~80g / m 2 expressed by impregnation amount per unit area. As a method of supplying water glass to wood, a suitable method such as a known coating method, a method of lifting wood after dipping it in a water glass aqueous solution and drying it can be used. The use of water glass can also be applied in the methods A and B for solving the problems of the present invention.

本発明において、木材に含浸させる水ガラスの量は、水ガラス水溶液を適当な方法により木材に供給し、乾燥後に木材表面に水ガラスの膜が形成されない程度であることが望ましい。具体的には水ガラス水溶液の水ガラスの割合が大きい場合、木材表面に水ガラスの膜が形成される。水ガラスの割合が小さくても、複数回の塗布により木材表面に水ガラスの膜が形成される。水ガラスの膜が明確に形成されると、本発明方法により加熱した際に、木材表面の水ガラス膜が発泡して白い発泡膜が形成される。この現象は加熱温度が高い時に特に顕著である。このような発泡現象が発生しても、加熱を続けていくと発泡膜で覆われた木材は炭化されるので、炭化の妨害にはならない。木材の炭化が進むにつれて、初め白かった発泡膜は次第に黒化していき、冷却後にスポンジやブラシで擦るだけで簡単に除去することができる。従って、形成される炭化層には悪影響は無いのであるが、取扱い上面倒なのでこのような現象が起こらないようにすることが望ましい。   In the present invention, it is desirable that the amount of water glass impregnated in the wood is such that a water glass film is not formed on the wood surface after the water glass aqueous solution is supplied to the wood by an appropriate method and dried. Specifically, when the proportion of water glass in the water glass aqueous solution is large, a water glass film is formed on the wood surface. Even if the ratio of water glass is small, a water glass film is formed on the surface of the wood by multiple application. When the water glass film is clearly formed, when heated by the method of the present invention, the water glass film on the surface of the wood foams to form a white foam film. This phenomenon is particularly remarkable when the heating temperature is high. Even if such a foaming phenomenon occurs, if the heating is continued, the wood covered with the foamed film is carbonized, so that it does not interfere with the carbonization. As the carbonization of wood progresses, the foam film that was initially white gradually becomes black and can be easily removed by simply rubbing with a sponge or brush after cooling. Accordingly, the carbonized layer to be formed does not have an adverse effect, but it is desirable to prevent such a phenomenon from occurring because the handling surface is inclined.

本発明の課題を解決する第2の方法は、木材或いは木質材料の炭化される領域の表面に、280℃〜480℃の温度の熱風を吹き付けることにより、前記領域をその表面から内部に向かって必要な深さ即ち希望の深さに炭化することである。この第2の方法を以後熱風方式と記載する。本発明者は、高温溶融金属と同程度の温度の熱風を木材表面に吹き付けることにより、高温溶融金属の場合と同程度の厚さのクラックが無い炭化層が得られるのではないかと推測し、実施してみたところ溶融金属の場合ほど厚い炭化層は得られなかったが、ガスバーナーの火炎による場合より遥かに厚い炭化層が得られることを発見した。火炎の温度は1000℃前後も有り、短時間の処理の間にクラックが発生してしまうのである。クラックが発生しない程度の短時間処理では、炭化層の厚さは極めて小さく、ごく表面に近い層のみしか炭化されないのである。ところが、480℃以下の熱風であれば、熱風の温度と吹き付け時間を制御することにより、クラックの発生無しに3mm程度の厚さに炭化できる。溶融金属方式や熱板方式と比較して、クラックが発生しない範囲で得られる炭化層の厚さは小さいが、用途によってはそれでも十分である。   A second method for solving the problem of the present invention is to blow hot air at a temperature of 280 ° C. to 480 ° C. on the surface of the carbonized region of the wood or woody material, so that the region is directed from the surface toward the inside. Carbonization to the required depth, ie the desired depth. This second method is hereinafter referred to as a hot air method. The present inventor speculates that a carbonized layer without cracks having the same thickness as that of a high-temperature molten metal can be obtained by blowing hot air having a temperature similar to that of the high-temperature molten metal on the surface of the wood. In practice, it was found that a thickened carbonized layer was not obtained as in the case of molten metal, but a much thicker carbonized layer was obtained than in the case of a gas burner flame. The temperature of the flame is about 1000 ° C., and cracks occur during a short time of processing. In a short time treatment that does not cause cracks, the thickness of the carbonized layer is extremely small, and only the layer close to the surface is carbonized. However, if the hot air is 480 ° C. or less, it can be carbonized to a thickness of about 3 mm without generating cracks by controlling the temperature of the hot air and the blowing time. Compared with the molten metal method or hot plate method, the thickness of the carbonized layer obtained in a range where cracks do not occur is small, but this is sufficient depending on the application.

熱風による炭化の場合であっても、熱風の温度が高く、吹き付けている時間が長くなると、ガスバーナーの場合と類似のクラックが発生する。図6はエゾ松(厚さ14mm、幅45mm、長さ58mm)を、ヒートガン(熱風温度480℃)で2分間加熱、炭化したサンプルの写真である。写真(a)はクラックが多数発生した表面の写真、写真(b)はその中の1本のクラック近傍の断面顕微鏡写真である。このように熱風でも高温になると短時間の吹き付けでも、ガスバーナーによる炭化と同様にクラックが発生するが、熱風炭化とガスバーナー炭化では断面の形状が大きく違っていることが分かる。図2のクラック断面周辺は窪んでいるが、図6のクラック断面周辺は逆に膨らんでいる。このような相違が起こる理由は、ガスバーナー方式では燃焼が起こるが、熱風方式では燃焼が起こらないためであると推測される。   Even in the case of carbonization with hot air, if the temperature of the hot air is high and the blowing time becomes long, cracks similar to those in the case of the gas burner are generated. FIG. 6 is a photograph of a sample obtained by heating and carbonizing Ezo pine (thickness 14 mm, width 45 mm, length 58 mm) with a heat gun (hot air temperature 480 ° C.) for 2 minutes. A photograph (a) is a photograph of the surface where many cracks are generated, and a photograph (b) is a cross-sectional micrograph of the vicinity of one crack. As described above, even when hot air is used or when the temperature is high, cracks are generated as in the case of carbonization by the gas burner even when sprayed for a short time. However, it can be seen that the shape of the cross section differs greatly between hot air carbonization and gas burner carbonization. Although the crack cross-section periphery of FIG. 2 is depressed, the crack cross-section periphery of FIG. 6 swells conversely. The reason why such a difference occurs is presumed to be that combustion occurs in the gas burner method, but combustion does not occur in the hot air method.

ガスバーナーによる火炎処理も、熱風吹付けによる処理も空気中で行われるので、熱分解した木材中の揮発成分が酸化(燃焼)してクラックが発生し易い可能性があると考えられたので、炭酸ガスの熱風で処理したところ、空気の熱風処理と殆ど差が無いことが確認された。図7は空気の熱風と炭酸ガスの熱風によるエゾ松(厚さ14mm、幅45mm、長さ57mm)の炭化結果を比較した写真である。写真(a)は空気熱風により炭化されたサンプル、写真(b)は炭酸ガス熱風により炭化されたサンプルの写真である。両者の熱風の温度(480℃)と吹付け時間(60秒)は全く同じである。図7から分かるように、空気でも炭酸ガスでも炭化状況に殆ど相違が無いことが確認された。従って、熱分解した成分の揮発が防止されていることが、溶融金属や熱板による炭化処理の重要な条件であることが分かる。熱風方式においても、例えば表面に金属板或いは金属泊を置き、その上から熱風を吹き付けると、金属板或いは金属箔が高温になり熱板方式と同様に炭化できることも確認された。木材を金属箔或いは薄い金属板でカバーしその上から熱風を吹き付ける方法は、実用的で非常に有効である。金属箔で木材をカバーし、その上から熱風を吹き付ける方法は、特に現場での作業に好都合である。   Since flame treatment with gas burners and treatment with hot air blowing are performed in the air, it was thought that the volatile components in the pyrolyzed wood may be oxidized (burned) and cracks are likely to occur. When treated with hot air of carbon dioxide gas, it was confirmed that there was almost no difference from the hot air treatment of air. FIG. 7 is a photograph comparing the carbonization results of Ezo pine (thickness 14 mm, width 45 mm, length 57 mm) with hot air of carbon and hot air of carbon dioxide gas. Photo (a) is a sample carbonized with hot air and photo (b) is a photo of a sample carbonized with carbon dioxide hot air. Both hot air temperatures (480 ° C.) and spraying time (60 seconds) are exactly the same. As can be seen from FIG. 7, it was confirmed that there was almost no difference in the carbonization state between air and carbon dioxide gas. Therefore, it is understood that prevention of volatilization of pyrolyzed components is an important condition for carbonization treatment with molten metal or a hot plate. Also in the hot air method, for example, when a metal plate or a metal stay was placed on the surface and hot air was blown from above, the metal plate or the metal foil became high temperature, and it was confirmed that it could be carbonized as in the hot plate method. A method of covering wood with a metal foil or a thin metal plate and blowing hot air over the metal foil is practical and very effective. The method of covering wood with metal foil and blowing hot air over it is particularly convenient for work in the field.

熱分解した木材の揮発性成分の揮発を、木材の表面を覆っている溶融金属或いは熱板が防止しているという上記の推測が正しければ、木材の表面に樹脂(塗料、接着剤等も含む)や無機物(水ガラス、ポリシロキサン等)の薄膜を形成した後に、熱風を吹き付けて炭化処理を行うことが有利であると推測される。樹脂系の薄膜であれば、熱風により薄膜自体も炭化されるが、薄膜の炭化膜が揮発成分の透過を防止できれば推測が正しいことになる。水ガラスやポリシロキサンは炭化されないが、木材の表面層に含浸されて揮発成分の透過を防止すると期待される。   If the above assumption that the molten metal or hot plate covering the surface of the wood prevents volatilization of the volatile components of the pyrolyzed wood is correct, the surface of the wood will also contain a resin (including paint, adhesive, etc.) ) Or an inorganic substance (water glass, polysiloxane, etc.), and then it is presumed that it is advantageous to perform carbonization treatment by blowing hot air. If it is a resin-based thin film, the thin film itself is also carbonized by hot air, but if the thin carbonized film can prevent the transmission of volatile components, the guess is correct. Water glass and polysiloxane are not carbonized, but are expected to be impregnated into the surface layer of wood to prevent the transmission of volatile components.

そこで具体例として、市販の塗料(固形主成分がアクリル樹脂のクリヤーラッカー)、市販の水溶性接着剤(主成分はポリビニルアルコール)を乾燥厚さが20〜30μmになるように、杉材(厚さ5mm、幅14mm)に塗布し、乾燥後に熱風を吹き付けてクラックの発生状況を確認した。いずれの場合も塗膜が有る方が、クラックが発生しにくいことが確認された。しかし、その効果は僅かであり、塗膜無しで2分間の加熱でクラックが発生したものが、塗膜を設けることにより2分30秒でクラックが発生するという程度の改善であった。塗膜が薄いので揮発成分が通過したのであると考えられる。次いで、市販の水ガラス水溶液を表面層に含浸させたところ、クラックが発生しにくく、且つ炭化深さも大きくできることが確認された。水ガラス成分が揮発成分の揮発を防止したのであると考えられる(実施例7参照)。更に、炭化後の表面を指で擦った場合、黒い粉が指に殆ど付着しなくなることも確認された。これらの事実は本発明の一つの特徴である。水ガラスの他に、市販のポリシロキサンを木材の表面層に含浸させても同様の効果があることが判明したが、水ガラスの効果の方が遥かに大きいことが確認された。更に、コスト的にも水ガラスの方が圧倒的に有利である。水ガラスの効果は以上のようにして発見された。   Therefore, as a specific example, a commercially available coating material (clear lacquer whose solid main component is an acrylic resin) and a commercially available water-soluble adhesive (main component is polyvinyl alcohol) are cedar (thickness) so that the dry thickness is 20 to 30 μm. 5 mm, width 14 mm), and after drying, hot air was blown to confirm the occurrence of cracks. In any case, it was confirmed that cracks were less likely to occur when the coating film was present. However, the effect was slight, and what was cracked by heating for 2 minutes without a coating film was an improvement to the extent that cracks were generated in 2 minutes and 30 seconds by providing the coating film. It is thought that the volatile component passed because the coating film was thin. Subsequently, when the surface layer was impregnated with a commercially available water glass aqueous solution, it was confirmed that cracks hardly occur and the carbonization depth could be increased. It is considered that the water glass component prevented the volatilization of the volatile component (see Example 7). Further, it was also confirmed that when the carbonized surface was rubbed with a finger, black powder hardly adhered to the finger. These facts are one feature of the present invention. In addition to water glass, it was found that a similar effect was obtained when a surface layer of wood was impregnated with a commercially available polysiloxane, but it was confirmed that the effect of water glass was much greater. Furthermore, water glass is overwhelmingly advantageous in terms of cost. The effect of water glass was discovered as described above.

溶融金属或いは熱板と、熱風では、熱容量、熱伝導等が違うので、溶融金属或いは熱板の方が炭化能力が大きい。溶融金属或いは熱板による炭化では、240〜280℃の温度範囲でも数分間〜数10分間の加熱で十分な炭化の度合い(黒化度)と炭化の深さが得られるのに対し、熱風による加熱では、この温度範囲では前記の時間範囲の加熱で殆ど着色されないか、薄く着色される程度である。熱風を吹き付ける速度を大きくするほど炭化の度合いも大きくなることが確認されたが、この温度範囲では実用的な吹付け速度(風速)では十分に炭化できないことが判明した。熱風の温度範囲は280〜480℃が望ましい。更に望ましくは300〜400℃の範囲である。280℃以下の温度の熱風では、表面層を炭化するのに非常に長時間を必要とするので非現実的である。480℃以上では10秒前後でクラックが発生し、しかも炭化深さが小さいので実用的ではない。   Since molten metal or hot plate and hot air have different heat capacity, heat conduction, etc., molten metal or hot plate has a larger carbonization capacity. In carbonization with molten metal or hot plate, heating for several minutes to several tens of minutes can achieve a sufficient degree of carbonization (degree of blackening) and carbonization depth even in the temperature range of 240 to 280 ° C. In the heating, in this temperature range, the color is hardly colored by the heating in the above time range or is lightly colored. It was confirmed that the degree of carbonization increased as the speed of blowing hot air was increased, but it was found that carbonization could not be sufficiently performed at a practical blowing speed (wind speed) in this temperature range. The temperature range of the hot air is preferably 280 to 480 ° C. More desirably, it is in the range of 300 to 400 ° C. Hot air at a temperature of 280 ° C. or lower is unrealistic because it takes a very long time to carbonize the surface layer. At 480 ° C. or higher, cracks occur in about 10 seconds, and the carbonization depth is small, which is not practical.

従来から電気炉、加熱炉等で木材を熱処理することは実施されているが、炉内の空気は静止或いは撹拌ないし循環されている程度である。本発明の熱風方式による炭化では従来よりも高い温度範囲でしかも吹付けていることが特徴である。従来の木材の熱処理では、木材の内部まで処理することが目的であり、長時間をかけて木材の全表面を同時に加熱していた。これに対し、本発明では従来よりも高温の熱風を木材の一部(一つの面)に吹き付けることが特徴である。後述のように、反りを防止するために二つの面を同時に加熱することもある。そのために熱風を高速で吹き付けることは極めて重要である。静止ないし循環程度の雰囲気では、表面層を十分に炭化しようとすると内部深くまで弱く炭化され、その結果木材の機械的強度が低下してしまうのである。ある程度以上の風速で吹き付けることにより、内部深くまで炭化されずに表面層を十分に炭化することができるのである。比較例2および比較例3を参照することにより、この相違を容易に理解することができる。 Conventionally, wood has been heat-treated in an electric furnace, a heating furnace or the like, but the air in the furnace is still or is stirred or circulated. The carbonization by the hot air system of the present invention is characterized by spraying in a higher temperature range than before. In the conventional heat treatment of wood, the purpose is to treat the inside of the wood, and the entire surface of the wood is simultaneously heated over a long time. On the other hand, the present invention is characterized in that hot air having a temperature higher than that of the prior art is blown onto a part (one surface) of wood. As will be described later, the two surfaces may be heated simultaneously to prevent warping. Therefore, it is extremely important to blow hot air at high speed. In a static or circulating atmosphere, if the surface layer is sufficiently carbonized, it is weakly carbonized deep inside, resulting in a decrease in the mechanical strength of the wood. By spraying at a wind speed of a certain level or more, the surface layer can be sufficiently carbonized without being carbonized deep inside. By referring to Comparative Example 2 and Comparative Example 3, this difference can be easily understood.

上述のように本発明の熱風方式では熱風の風速が極めて重要である。望ましい風速の範囲は毎秒4m以上、更に望ましくは毎秒6m以上である。上限は熱風装置或いは周囲の環境により制限される。現実的には毎秒15〜20mの風速が上限である。木材に熱風を吹き付ける向きは、木材の表面に対してほぼ直角から30度程度の範囲が望ましい。この角度がこの範囲を超えて大きくなるほど、木材を加熱する効率が悪くなる。   As described above, the wind speed of hot air is extremely important in the hot air system of the present invention. A desirable wind speed range is 4 m / sec or more, and more desirably 6 m / sec or more. The upper limit is limited by the hot air device or the surrounding environment. Actually, the upper limit is a wind speed of 15 to 20 m per second. The direction in which the hot air is blown onto the wood is desirably in a range of approximately 30 to 30 degrees with respect to the surface of the wood. The greater this angle is beyond this range, the less efficient the wood is heated.

熱風発生装置としては市販のいわゆるヒートガンがあげられる。市販のヒートガンは手軽に入手でき、使用方法も簡単であるが、熱風の温度、風量等が必ずしも十分ではないことがある。木材の小さな面積とか、板や柱の切断面を炭化するには十分であるが、広い面積を炭化するのには能力が不足である。そのような場合には、大容量の熱源を用いて熱交換器を加熱し、加熱された熱交換器を通過した熱風を利用することができる。大容量の熱源としては、発熱量の大きな電熱ヒーター、ガスバーナー、オイルバーナー等がある。この大容量の熱源で熱交換器を加熱し、加熱された熱交換器を通過した熱風を吹き付けるのである。ガスバーナーであれば、コンパクトで大容量の炭化装置が可能である。エネルギーを節約するために、吹付けに使用された熱風を回収し、再び熱交換器を通過させることもできる。   A commercially available so-called heat gun can be used as the hot air generator. Commercially available heat guns are easily available and easy to use, but the temperature and volume of hot air may not always be sufficient. It is sufficient to carbonize a small area of wood or a cut surface of a plate or a pillar, but lacks the ability to carbonize a large area. In such a case, the heat exchanger can be heated using a large-capacity heat source, and hot air that has passed through the heated heat exchanger can be used. As a large-capacity heat source, there are an electric heater, a gas burner, an oil burner and the like having a large calorific value. The heat exchanger is heated with this large-capacity heat source, and hot air that has passed through the heated heat exchanger is blown. If it is a gas burner, a compact and large-capacity carbonization apparatus is possible. In order to save energy, the hot air used for spraying can be recovered and passed again through the heat exchanger.

以上に本発明の各種方式について説明したが、これらの方式と従来方式の特徴とをまとめたのが表1である。表1には水ガラスの効果は含まれていない。表1から明らかなように、溶融金属方式、熱板方式、赤外線方式(赤外線透過性で気体不透過性部材有りの場合)及びガスバーナー(木材の上に金属板を載せ、金属板にガスバーナー炎放射)による結果は酷似している。これに対して、大気中に露出している木材に、熱風方式と赤外線方式で炭化を行う場合は全く違う特徴を有している。気体不透過性部材が接触している方式ではクラックの発生無しに大きな厚さの炭化層(炭化深さ)を得ることが可能であるが、気体不透過性部材が接触していない方式では、クラックが発生しない条件では小さな厚さの炭化層しか得られない。   The various systems of the present invention have been described above. Table 1 summarizes these systems and the features of the conventional system. Table 1 does not include the effect of water glass. As is clear from Table 1, molten metal method, hot plate method, infrared method (in the case of infrared transmissive and gas impermeable member) and gas burner (a metal plate is placed on wood and a gas burner is mounted on the metal plate) The results from (flame radiation) are very similar. On the other hand, wood exposed to the atmosphere has completely different characteristics when carbonized by the hot air method and infrared method. In the method in which the gas impermeable member is in contact, it is possible to obtain a carbonized layer (carbonization depth) with a large thickness without occurrence of cracks, but in the method in which the gas impermeable member is not in contact, Only a small thickness of the carbonized layer can be obtained under conditions where no cracks are generated.

以上に説明した本発明の各方法において、木材の端部(コーナー、エッジ、縁、稜を含む)が優先的に炭化され、その結果面内より先にクラックが発生する傾向があるので、それを防止するために端部を金属薄板、金属箔等でカバーすることが有効である。例えば、熱板方式の具体例として、熱板の上に木材の角材を置いて加熱する場合、角材と熱板の接触部の角材の4辺(全周)から揮発成分が煙となって上昇する。揮発成分が空間に速やかに連続的に逃げることは、クラックの発生を促進することになるので、角材全体を金属箔例えばアルミ箔で被覆するか、或いは少なくとも木材の端部とその近傍の熱板と接触する面と側面を被覆するとよい。   In each of the methods of the present invention described above, the ends (including corners, edges, edges, and ridges) of the wood are preferentially carbonized, and as a result, cracks tend to occur before in-plane. In order to prevent this, it is effective to cover the end with a thin metal plate, a metal foil or the like. For example, as a specific example of the hot plate method, when a wood timber is placed on the hot plate and heated, the volatile component rises as smoke from the four sides (entire circumference) of the square at the contact portion between the square and the hot plate. To do. Since the volatile component escapes quickly and continuously into the space, the occurrence of cracks is promoted. Therefore, the entire square is covered with a metal foil such as an aluminum foil, or at least the end of the wood and a hot plate in the vicinity thereof. It is good to coat | cover the surface and side surface which contact with.

図8は角材の熱板に面する表面の端部の4辺(角部)をアルミ箔でカバーする具体例を示す側断面図である。図8において、1は角材、2はアルミ箔、3は熱板である。図ではアルミ箔の厚さが誇張して描がれているが、実際の厚さは13〜17μ程度である。驚いたことに木材1と熱板3が接触しておらず、これだけの微小間隙があってもよいことが判明した。その理由は角材1の周囲がアルミ箔2で覆われているので熱分解成分がこの間隙内に閉じ込められるからであると考えられる。上記のように熱板と対面する角材の周囲をアルミ箔でカバーすることにより、角材の端部が面内より先にクラックを発生することが防止される。角材1と熱板3との間には微小間隔が存在するが、アルミ箔が存在する部分とは炭化の度合いに差が無いことが確認された。この間隙がどれだけ大きくなっても炭化の度合いに影響が無いかを確認するため、アルミ箔を複数枚重ねて実験を繰り返し、約0.3mmまでは影響が無いことを確認した。アルミ箔ではなく0.3mm以下の金属板でもよい。このように大きな間隙が存在しても、熱分解成分の揮発を防止できるのである。角材と熱板との間隙が0.3mmを超えると、アルミ箔で被覆されていない部分の炭化の度合いが低下することが認められた。実際にはアルミ箔2と角材1との間に微小な間隙が存在し、熱分解成分の一部はこの間隙を通って揮発するが、揮発の防止効果は存在しているのである。   FIG. 8 is a side sectional view showing a specific example in which four sides (corner portions) of the end portion of the surface facing the hot plate of the square member are covered with aluminum foil. In FIG. 8, 1 is a square bar, 2 is an aluminum foil, and 3 is a hot plate. In the drawing, the thickness of the aluminum foil is exaggerated, but the actual thickness is about 13 to 17 μm. Surprisingly, it was found that the wood 1 and the hot plate 3 are not in contact with each other, and there may be such a small gap. The reason is considered to be that the pyrolysis component is confined in the gap because the periphery of the square member 1 is covered with the aluminum foil 2. By covering the periphery of the square member facing the hot plate with aluminum foil as described above, it is possible to prevent the end of the square member from cracking before the in-plane. Although there is a minute gap between the square 1 and the hot plate 3, it was confirmed that there is no difference in the degree of carbonization from the portion where the aluminum foil is present. In order to confirm how much the gap becomes large, the experiment was repeated with a plurality of aluminum foils stacked, and it was confirmed that there was no effect up to about 0.3 mm. A metal plate of 0.3 mm or less may be used instead of the aluminum foil. Even if such a large gap exists, volatilization of the pyrolysis component can be prevented. It was recognized that when the gap between the square bar and the hot plate exceeds 0.3 mm, the degree of carbonization in the portion not covered with the aluminum foil is lowered. Actually, there is a minute gap between the aluminum foil 2 and the square 1 and a part of the pyrolysis component volatilizes through this gap, but there is an effect of preventing volatilization.

実際に木材特に板の表面層炭化を行う場合は、木材のサイズについて注意が必要である。板の短辺が10cm程度以上になる場合、片面のみ強く炭化すると炭化部が熱収縮するので、炭化面が凹になるようにカールすることがある。そこで、両面を交互に炭化するのが望ましい。また、両面を同時に短時間加熱した後しばらく放置冷却し、再び両側から加熱をするという方法を繰り返せばカール(反り)を防ぐことができる。両面を同時に短時間加熱した後しばらく放置冷却することは、必ずしも必要はなく、連続的に加熱してもよい。両面を完全に同時に加熱する必要はなく、多少のずれはあってもよい。つまり、ほぼ同時であってもよい。例えば、赤外線ヒーターで両面を加熱する場合、赤外線ヒーターが板の両側に配置されるが、赤外線ヒーターが板に対して対称に配置されずに、多少対称の位置からずれていてもよい。板の厚さが小さい場合は特に注意が必要である。板が非常に厚い場合或いは太い角材の場合にはこのような注意は不要である。 When actually carrying out carbonization of the surface layer of wood, in particular, a plate, attention must be paid to the size of the wood. When the short side of the plate is about 10 cm or more, the carbonized portion is thermally contracted if only one surface is strongly carbonized, so that the carbonized surface may be curled so as to be concave. Therefore, it is desirable to alternately carbonize both sides. Further, curling (warping) can be prevented by repeating a method in which both surfaces are simultaneously heated for a short time, left to cool for a while, and then heated again from both sides. It is not always necessary to heat both surfaces simultaneously for a short time and then to cool for a while, and they may be heated continuously. It is not necessary to heat both sides completely simultaneously, and there may be some deviation. That is, it may be almost simultaneous. For example, when both surfaces are heated with an infrared heater, the infrared heaters are arranged on both sides of the plate. However, the infrared heaters may not be arranged symmetrically with respect to the plate and may be slightly deviated from symmetrical positions. Special care must be taken when the thickness of the plate is small. Such care is not necessary when the plate is very thick or thick square.

本発明方法によれば、上記のように従来の方法より遥かに優れた炭化層を有する木材が得られる。しかし、炭化された表面層には道管、仮道管、壁孔、その他木材に由来する微小な孔が多数残っているので、長年月に亘って風雨を完全に遮断することは困難である。そこで、本発明方法により得られた炭化層に、適当な材料を塗布或いは含浸させて諸特性を一層長期間維持できるようにすることも有効である。この目的のためには、公知の諸技術を利用することができる。例えば、水ガラスを含浸させる方法、特許文献2に記載の樹脂を塗布或いは含浸させる方法等を利用することができる。又、本発明方法により得られる表面層炭化された木材は、茶色〜黒色の色合いを有するが、これらの色以外の外観を希望する場合は、希望の色に塗装着色してもよい。炭化層の機械的強度を上げたい場合(例えば指で強く擦ると黒い粉が指にとれてくるのを防止したい場合)は、表面を塗装することによりその欠点を解決することができる。   According to the method of the present invention, a wood having a carbonized layer far superior to the conventional method as described above can be obtained. However, since the carbonized surface layer has many small holes derived from road pipes, temporary pipes, wall holes, and other wood, it is difficult to completely block wind and rain for many years. . Therefore, it is also effective to apply or impregnate an appropriate material to the carbonized layer obtained by the method of the present invention so that various characteristics can be maintained for a longer period of time. Various known techniques can be used for this purpose. For example, a method of impregnating water glass, a method of applying or impregnating a resin described in Patent Document 2, and the like can be used. Moreover, the surface layer carbonized wood obtained by the method of the present invention has a brown to black hue, but if an appearance other than these colors is desired, it may be painted to the desired color. When it is desired to increase the mechanical strength of the carbonized layer (for example, when it is desired to prevent black powder from being taken off by a finger when rubbed strongly with a finger), the drawback can be solved by painting the surface.

本発明は木材に限定されるものではなく、一般に木質材料と呼ばれるものにも適用できる。木質材料として合板、集成材、OSB、パーティクルボード(特にMDFが好適)、LVL、CLT、圧縮木材等が含まれる。高温高圧水蒸気で圧縮された木材は、元の木材の1/2〜1/3に圧縮され、その外観は高級感のある褐色に変化し、耐久性、防腐性等が向上することが知られている。この圧縮木材に本発明方法を適用すると、一層防腐性、防蟻性等を高めることができる。   The present invention is not limited to wood, but can also be applied to what is generally called woody material. Examples of the wood material include plywood, laminated wood, OSB, particle board (particularly MDF is preferable), LVL, CLT, and compressed wood. It is known that wood compressed with high-temperature and high-pressure steam is compressed to 1/2 to 1/3 of the original wood, its appearance changes to a high-grade brown color, and durability, antiseptic properties, etc. are improved. ing. When the method of the present invention is applied to this compressed wood, the antiseptic property, the ant-proof property and the like can be further enhanced.

本発明の溶融金属方式の一つの応用例として、極めて短時間で木炭を製造することが挙げられる。具体例として、直径20mmの樫の棒を400℃の溶融スズ浴に5分間浸漬したところ、棒の中心までほぼ炭化された。表面にはかなりクラックが発生しているが、木炭としては問題ない。従来の木炭製造方法では、林業試験場「木材工業ハンドブック」によると400℃での木炭収率は30%とされている。それに対して本具体例(5分浸漬)では55.9%であった。400℃の溶融スズに12分間浸漬し、完全に気化ガスが発生しなくなった時点での棒の色は真黒で収率は33%となり、上記ハンドブックの値とほぼ同じになった。わずか12分で木炭が完成するメリットがある。   One application of the molten metal system of the present invention is to produce charcoal in a very short time. As a specific example, when a rod of 20 mm in diameter was immersed in a 400 ° C. molten tin bath for 5 minutes, it was almost carbonized to the center of the rod. Although cracks are generated on the surface, there is no problem as charcoal. In the conventional charcoal production method, according to the forestry test site “Wood Industry Handbook”, the charcoal yield at 400 ° C. is 30%. On the other hand, in this specific example (5 minutes immersion), it was 55.9%. When the rod was immersed in molten tin at 400 ° C. for 12 minutes and no vaporized gas was completely generated, the color of the rod was true black and the yield was 33%, which was almost the same as the value in the handbook. There is an advantage that charcoal is completed in just 12 minutes.

以下に本発明の実施例を記載する。以下の実施例では、木材と熱板との間、木材と熱風との間、及び木材と赤外線との間に相対運動が無い状態が記載されているが、これらの間に相対運動が有ってもよい。例えば、回転する熱ロールの上を木材が移動する系でもよい。また、木材の上を熱ロールが回転しながら移動してもよい。この際、熱ロールは複数個であってもよい。平板状の熱板の上をロール状の木材を転がしながら加熱することも可能である。これらの場合、木材と加熱部材との接触部の幅が小さく、熱分解揮発成分が容易に揮発するので、木材の加熱される面が気体不透過性の部材、例えばアルミ箔で覆われているのが望ましい。ローラが回転しながら移動する他に、熱分解成分の揮発防止部材と木材とがスライドして相対移動してもよい。また、移動する木材に熱風を吹き付けながら、或いは赤外線を照射しながら相対移動させてもよい。   Examples of the present invention will be described below. In the following examples, there is described a state in which there is no relative motion between the wood and the hot plate, between the wood and hot air, and between the wood and infrared rays, but there is relative motion between them. May be. For example, a system in which wood moves on a rotating heat roll may be used. Moreover, you may move, rotating a hot roll on wood. At this time, a plurality of heat rolls may be provided. It is also possible to heat the rolled wood while rolling it on a flat hot plate. In these cases, the width of the contact portion between the wood and the heating member is small, and the pyrolysis volatile component easily volatilizes, so that the heated surface of the wood is covered with a gas-impermeable member, for example, aluminum foil Is desirable. In addition to the roller moving while rotating, the pyrolysis component volatilization preventing member and the wood may slide relative to each other. Moreover, you may make it move relatively, spraying hot air on the moving wood, or irradiating infrared rays.

図9は溶融金属方式において、溶融金属としてスズを用いた場合の熔融温度と加熱時間を変化させて作成したサンプルの炭化された側の表面写真である。木材として、縦20mm、横(仮道管方向)30mm、高さ16mmの杉辺材を使用した。スズはステンレス製のバットに入れ、バットをガスコンロの上に載せてコンロの火力を調節して熔融スズの温度を調整した。熔融したスズの深さが50mm程度になるようにスズを熔解した。角材をステンレス製のトングで咥えて角材が熔融スズの中に表面から、高さ方向の約10mm程度浸漬するように保持した。熔融スズに浸漬されている部分の角材の表面にはスラグが発生するので、15秒に1回程度の頻度で浸漬した状態で場所を変えたり、角材を持ち上げてスラグの無い場所に浸漬したりした。全体の浸漬時間が30秒以下の短い場合は、5秒に1回程度の頻度で上記の場所替えを実施した。図9には本発明の範囲外の温度で作成したサンプルの写真も表示した。450℃を超えた加熱処理では1分で顕著なクラックが発生し、しかも表面を指で軽く擦るだけで黒い粉が付着し、また、炭化層の厚さは2mm以下と小さいことが判明したので、本発明の加熱温度範囲を450℃以下とした。   FIG. 9 is a surface photograph of the carbonized side of a sample prepared by changing the melting temperature and the heating time when tin is used as the molten metal in the molten metal method. As the wood, cedar wood having a length of 20 mm, a width (direction of the temporary road pipe) of 30 mm, and a height of 16 mm was used. The tin was placed in a stainless steel bat, and the temperature of the molten tin was adjusted by adjusting the heating power of the stove by placing the bat on the gas stove. Tin was melted so that the melted tin had a depth of about 50 mm. The square was held with stainless steel tongs and held so that the square was immersed in the molten tin from the surface by about 10 mm in the height direction. Since slag is generated on the surface of the square material that is immersed in the molten tin, the location can be changed while being immersed once every 15 seconds, or the square material can be lifted and immersed in a place without slag. did. When the whole immersion time was as short as 30 seconds or less, the above place change was performed at a frequency of about once every 5 seconds. FIG. 9 also shows a photograph of a sample prepared at a temperature outside the scope of the present invention. When heat treatment exceeds 450 ° C, significant cracks occurred in 1 minute, and black powder adhered by lightly rubbing the surface with fingers, and the thickness of the carbonized layer was found to be as small as 2 mm or less. The heating temperature range of the present invention was set to 450 ° C. or lower.

表2は、図9のサンプル作成と同様にして熔融スズへの浸漬時間を更に長くした場合に炭化の深さがどのように変化するかを測定した結果を示す。各サンプルは天然物であり、バラつきがあるので各温度と時間に対応するサンプルを3個ずつ作成し、3個の炭化深さを記入した。溶融金属の温度を240℃から420℃の範囲で、浸漬時間を40分までの範囲内でサンプルを作成した。炭化後の各サンプルの縦の長さ20mmの中央部を仮道管に対して平行な方向に鋭利なナイフ(カッターナイフ)で縦割りし、その断面を顕微鏡で観測しながら炭化層の深さを測定した。カッターナイフで縦割りした面が荒れている場合は、カンナがけして平滑な見やすい面にしてから観測した。表2の中で×印は、その温度と時間でクラックが発生したことを示す。   Table 2 shows the results of measuring how the depth of carbonization changes when the immersion time in molten tin is further increased in the same manner as the sample preparation in FIG. Since each sample is a natural product and varies, three samples corresponding to each temperature and time were prepared and three carbonization depths were entered. Samples were prepared at a molten metal temperature in the range of 240 ° C. to 420 ° C. and an immersion time of up to 40 minutes. The center of each sample after carbonization, which is 20 mm long, is divided vertically with a sharp knife (cutter knife) in a direction parallel to the tracheid tube, and the depth of the carbonized layer is observed while observing the cross section with a microscope. Was measured. When the surface divided vertically by the cutter knife was rough, the surface was observed after making it smooth and easy to see. In Table 2, an x mark indicates that a crack occurred at that temperature and time.

図10は、表2の各温度と浸漬時間における3個のサンプルの炭化深さの平均値をプロットしたグラフである。340℃より低い熔融温度では、40分までしか測定していないが、浸漬時間を更に増加することにより、炭化深さを15mm前後まで増大させることが、実施例2の熱板方式の結果から明らかである。340℃では20分の浸漬でクラックが発生しないが、25分の浸漬時間ではクラックが発生したので、グラフは340℃、20分のポイントで止まっている。図10において、グラフの点線で表示されている部分は、木材表面層に水ガラスが含浸されている場合に、360℃で加熱したデータである。これについては実施例7で詳細に記載されている。   FIG. 10 is a graph in which the average value of the carbonization depth of three samples at each temperature and immersion time in Table 2 is plotted. The melting temperature lower than 340 ° C. measured only up to 40 minutes, but it is clear from the result of the hot plate method of Example 2 that the carbonization depth is increased to about 15 mm by further increasing the immersion time. It is. At 340 ° C., cracks do not occur after immersion for 20 minutes, but cracks occurred at immersion times of 25 minutes, so the graph stops at 340 ° C. for 20 minutes. In FIG. 10, the portion indicated by the dotted line in the graph is data heated at 360 ° C. when the glass surface layer is impregnated with water glass. This is described in detail in Example 7.

表3は、木材として縦20mm、横(仮道管方向)30mm、高さ16mmの杉辺材を使用し、熱板の温度と加熱時間の変化によって炭化の深さがどのように変化するかを測定した結果を示す。熱板装置としてホットプレート(アズワン株式会社 ND−1)を使用した。実施例1と同様に、各温度と時間に対応するサンプルを3個ずつ作成し、3個のサンプルの炭化深さを記入した。熱板の温度を240℃から340℃の範囲で、加熱時間を15秒から120分までの範囲内でサンプルを作成した。ホットプレートの最高温度は350℃なので、それ以上の温度では実施例1の溶融スズの上に、10mm厚で100×100mmサイズのアルミ板を置き、その上に角材を乗せて炭化した。表3ではこの場合も含めてホットプレートと記載されている。炭化後の各サンプルの中央部を仮道管の方向にカッターナイフで縦割りし、その断面を顕微鏡で観測しながら炭化層の深さを測定した。カッターナイフで縦割りした面が荒れている場合は、カンナがけして見やすい面にしてから観測した。表3の中で×印は、その温度と時間でクラックが発生したことを示す。   Table 3 shows how cedar wood with a height of 20 mm, a width of 30 mm (in the direction of the temporary road pipe), and a height of 16 mm is used as wood, and how the depth of carbonization changes depending on the temperature and heating time of the hot plate The result of having measured is shown. A hot plate (As One Co., Ltd. ND-1) was used as a hot plate apparatus. Similarly to Example 1, three samples corresponding to each temperature and time were prepared, and the carbonization depth of the three samples was entered. Samples were prepared with the temperature of the hot plate in the range of 240 ° C. to 340 ° C. and the heating time in the range of 15 seconds to 120 minutes. Since the maximum temperature of the hot plate was 350 ° C., an aluminum plate having a thickness of 10 mm and a size of 100 × 100 mm was placed on the molten tin of Example 1 at a temperature higher than that, and a square was placed thereon and carbonized. In Table 3, it is described as a hot plate including this case. The center of each sample after carbonization was divided vertically with a cutter knife in the direction of the temporary canal, and the depth of the carbonized layer was measured while observing the cross section with a microscope. When the surface divided by the cutter knife was rough, it was observed after making it easy to see. In Table 3, x indicates that cracks occurred at that temperature and time.

上記のようにアルミ板を熔融スズの上に浮かべる代わりに、アルミ箔を浮かべその上に木材を置いても同様に加熱することができた。厚さ13μ、サイズ90×60mmのアルミ箔を熔融スズ浴の上に浮かべ、上記と同サイズの木材をアルミ箔の中央部に置いても、アルミ箔は木材の重力により殆ど沈下しなかった。そこで、木材をトングでくわえて8mm程度押し下げたところ、図5に示されているように、浴中のアルミ箔は、木材の下部の周辺部末端において上方に折れ曲り、木材下部の周辺部末端に密接するため、熱分解成分の揮発が防止された。その結果、アルミ板の場合には末端の炭化部にクラックが発生するような温度と時間でもクラックの発生が防止された。   Instead of floating the aluminum plate on the molten tin as described above, it was possible to heat similarly by floating an aluminum foil and placing wood on it. Even when an aluminum foil having a thickness of 13 μm and a size of 90 × 60 mm was floated on the molten tin bath, and the same size of wood was placed in the center of the aluminum foil, the aluminum foil hardly sunk due to the gravity of the wood. Therefore, when the wood was pushed down with a tongue and pushed down about 8 mm, the aluminum foil in the bath was bent upward at the lower peripheral end of the wood as shown in FIG. In this way, volatilization of the pyrolysis component was prevented. As a result, in the case of an aluminum plate, the generation of cracks was prevented even at a temperature and time at which cracks occurred at the carbonized portion at the end.

図11は、表3の各温度と加熱時間における3個のサンプルの炭化深さの平均値をプロットしたグラフである。280℃以下の熱板温度では、加熱時間を更に延長することが可能である。炭化深さは15mm前後までクラックの発生なく到達させることができた。図10と図11から、溶融金属方式と熱板方式では、殆ど同じ結果が得られることが分かった。図11において、グラフの点線で表示されている部分は、木材表面層に水ガラスを含浸させ、340℃で加熱した場合のデータである。これについては実施例7で詳細に説明するが、水ガラスを含浸させることにより、含浸させない場合より長い時間の加熱でも或いはより高温でもクラックの発生が無く、炭化深さも大きくなることを示している。   FIG. 11 is a graph in which the average value of the carbonization depth of three samples at each temperature and heating time in Table 3 is plotted. At a hot plate temperature of 280 ° C. or lower, the heating time can be further extended. The carbonization depth could reach up to about 15 mm without cracks. From FIG. 10 and FIG. 11, it was found that almost the same results were obtained with the molten metal method and the hot plate method. In FIG. 11, the portion indicated by the dotted line in the graph is data when the wood surface layer is impregnated with water glass and heated at 340 ° C. This will be described in detail in Example 7, but it is shown that by impregnating with water glass, cracking does not occur even when heated for a longer time or at a higher temperature than when not impregnated, and the carbonization depth increases. .

表4は、縦20mm、横(仮道管方向)30mm、高さ16mmの杉辺材に、熱風発生装置として市販のヒートガン(エボリューションパワーツール株式会社 ヒートガン熱風機HDG200JP)を用いて20mm×30mmの面に熱風を吹き付け、熱風の温度と熱風吹き付け時間によって炭化の深さがどのように変化するかを測定した結果を示す。各サンプルは天然物であり、バラつきがあるので各温度と時間に対応するサンプルを3個ずつ作成し、3個のサンプルの炭化深さを記入した。熱風の温度を280℃から480℃の範囲で、吹き付け時間を20分までの範囲内でサンプルを作成した。280℃以下では長時間の加熱でも炭化が不十分であった。炭化後の各サンプルの縦の長さの中央部を仮道管の方向にカッターナイフで縦割りし、その断面を顕微鏡で観測しながら炭化層の深さを測定した。カッターナイフで縦割りした面が荒れている場合は、カンナがけして見やすい面にしてから観測した。表4の中で×印は、その温度と時間でクラックが発生したことを示す。   Table 4 shows 20 mm × 30 mm using a commercially available heat gun (Evolution Power Tool Co., Ltd. Heat Gun Hot Air Machine HDG200JP) as a hot air generating device on a cedar wood having a length of 20 mm, a width (direction of the temporary road pipe) of 30 mm, and a height of 16 mm. The result of measuring how the depth of carbonization changes with the temperature of hot air and the time of hot air blowing is shown. Since each sample is a natural product and varies, three samples corresponding to each temperature and time were prepared and the carbonization depth of the three samples was entered. Samples were prepared with the hot air temperature in the range of 280 ° C. to 480 ° C. and the spraying time in the range of up to 20 minutes. Below 280 ° C., carbonization was insufficient even after prolonged heating. The center of the vertical length of each sample after carbonization was divided vertically with a cutter knife in the direction of the temporary canal, and the depth of the carbonized layer was measured while observing the cross section with a microscope. When the surface divided by the cutter knife was rough, it was observed after making it easy to see. In Table 4, x indicates that cracking occurred at that temperature and time.

図12は、表4の各温度と熱風吹き付け時間における3個のサンプルの炭化深さの平均値をプロットしたグラフである。炭化深さは3mm前後までしか到達させられないことが分かった。しかし、用途によってはこの程度の炭化深さであっても十分である。熱風方式は現場で簡単に炭化できることが最大の魅力である。例えば、現場で切断した木材の切断面に熱風を吹き付けることにより容易に炭化させることができる。   FIG. 12 is a graph in which the average values of the carbonization depths of the three samples at each temperature and hot air blowing time in Table 4 are plotted. It was found that the carbonization depth can be reached only up to around 3 mm. However, this level of carbonization is sufficient for some applications. The biggest attraction of the hot air method is that it can be carbonized easily on site. For example, it can be easily carbonized by blowing hot air onto a cut surface of wood cut on site.

表4のデータは木材の表面層に水ガラスを含浸させていない場合のものであるが、実施例7のA角材(水ガラス含浸量が29.0g/m)を熱風方式で加熱し、クラックの発生状況を観察し、炭化深さを測定した。角材の水ガラス含浸面に360℃の熱風を、時間をパラメータとして吹き付けた。水ガラスの含浸が無い角材では、クラックが発生しない加熱時間は4分までであったのに、A角材のクラックが発生しない加熱時間が15分まで延びた。実に3倍以上に延びたのである。また、炭化深さも2.31mmから4.78mmまで2倍に増加した。これらの結果が図12の点線グラフで示されている。更に、炭化された面を指で擦っても黒い粉が殆ど付着しないようになった。 The data in Table 4 is for the case where the surface layer of wood is not impregnated with water glass, but the A square material of Example 7 (water glass impregnation amount is 29.0 g / m 2 ) is heated by a hot air method, The occurrence of cracks was observed and the carbonization depth was measured. Hot air of 360 ° C. was blown on the square glass impregnated surface with time as a parameter. In the square member not impregnated with water glass, the heating time in which cracks did not occur was up to 4 minutes, but the heating time in which cracks in the A square member did not occur extended to 15 minutes. It really stretched more than three times. Moreover, the carbonization depth also increased by a factor of 2 from 2.31 mm to 4.78 mm. These results are shown by the dotted line graph in FIG. Further, even when the carbonized surface was rubbed with a finger, black powder hardly adhered.

熱風方式では、加熱中に木材表面が気体不透過性部材で覆われていないので、加熱により発生した熱分解気化成分が自由に木材表面から発散する。そのために炭化深さが小さいにもかかわらずクラックが発生すると考えられる。例えば、360℃の熱風を使用した場合は5分でクラックが発生するが、同温度の熱板を使用した場合は10分でクラックが発生している。380℃では、熱風では3分で、熱板では5分でクラックが発生しているように、加熱中の木材表面が気体不透過性部材で覆われているとクラック発生が防がれていることが分かる。   In the hot air method, since the wood surface is not covered with the gas-impermeable member during heating, the pyrolytic vapor components generated by the heating freely diverge from the wood surface. Therefore, it is considered that cracks occur despite the small carbonization depth. For example, when hot air at 360 ° C. is used, cracks occur in 5 minutes, but when a hot plate at the same temperature is used, cracks occur in 10 minutes. At 380 ° C., cracking is prevented when the heated wood surface is covered with a gas-impermeable member so that cracking occurs in 3 minutes with hot air and 5 minutes with a hot plate. I understand that.

赤外線ランプとして、石英ガラス管ヒーター(外形12mm、有効発光長さ約200mm、出力560W)を使用し、このヒーターの両端に100Vの交流電圧を印加してスイッチでオンオフできるようにした。木材として縦20mm、横(仮道管方向)30mm、高さ16mmの杉辺材を使用し、赤外線ランプの表面からサンプル表面までの距離を10mm又は20mmとした。同一加熱時間に対してそれぞれ3個のサンプルを作成した。照射時間が長くなると或いはランプ(ヒーターと同意)とサンプルとの距離が小さいと木材表面の温度上昇が速く、煙が発生した。クラックが発生しない条件に注目して測定した。10mmより小さい距離では1〜2分間の照射で煙が激しく発生し、3〜5分間の照射で発火に至ることもあった。被炭化面が開放されているとクラック発生なしに深く炭化できないが、角材の上に石英板を載せ、その上から赤外線を照射するとクラックが発生しにくいことが確認できた。   A quartz glass tube heater (outer diameter 12 mm, effective light emission length of about 200 mm, output 560 W) was used as the infrared lamp, and an AC voltage of 100 V was applied to both ends of the heater so that it could be turned on and off with a switch. Sugibe wood having a length of 20 mm, a width (direction of the temporary road pipe) of 30 mm, and a height of 16 mm was used as wood, and the distance from the surface of the infrared lamp to the sample surface was set to 10 mm or 20 mm. Three samples were prepared for the same heating time. When the irradiation time became longer or when the distance between the lamp (consent with the heater) and the sample was small, the temperature of the wood surface increased rapidly and smoke was generated. The measurement was conducted paying attention to the conditions under which cracks do not occur. At a distance of less than 10 mm, smoke was intensely generated by irradiation for 1 to 2 minutes, and ignition was sometimes caused by irradiation for 3 to 5 minutes. When the surface to be carbonized is open, it cannot be deeply carbonized without cracking. However, it was confirmed that cracks are unlikely to occur when a quartz plate is placed on a square and irradiated with infrared rays from above.

表5に測定結果を示した。表5のランプと木材の距離にQが付されているのは、木材の表面に厚さ2.4mmの石英板を載せた場合を示している。表5から分かるように石英板が無い場合は、3分間の照射で木材にクラックが発生してしまうが、石英板が有る場合は10分間の照射で初めてクラックが発生した。しかも炭化深さが、石英板が無い場合の2倍程度に増大することが確認された。この実施例からも、加熱中に木材表面が気体不透過性部材で覆われていないと、加熱により発生した気化成分が木材表面から気化することによりクラックが発生し易いことが確認された。表5の中で×印は、その温度と時間でクラックが発生したことを示す。   Table 5 shows the measurement results. Q in the distance between the lamp and the wood in Table 5 indicates a case where a quartz plate having a thickness of 2.4 mm is placed on the surface of the wood. As can be seen from Table 5, when there was no quartz plate, cracks occurred in the wood after 3 minutes of irradiation, but when there was a quartz plate, cracks occurred for the first time after 10 minutes of irradiation. Moreover, it has been confirmed that the carbonization depth increases to about twice that when there is no quartz plate. Also from this example, it was confirmed that when the wood surface was not covered with a gas-impermeable member during heating, the vaporized component generated by heating vaporizes from the wood surface, and thus cracks are likely to occur. In Table 5, x indicates that cracking occurred at that temperature and time.

図13は、表5における各測定点の3個のサンプルの炭化深さの平均値をプロットしたグラフである。図13からも、石英板(気体不透過性、赤外線透過性)の効果が明確に分かる。図10、図11、図12ではグラフの形が類似していたが、図13のグラフの形はこれらと全く相違していることが分かる。つまり図13においては、時間とともに炭化深さは急上昇している。この相違は、前三者では木材表面の温度は一定であるのに対し、後者では木材表面に蓄積されるエネルギーが時間とともに上昇し、木材表面の温度が時間とともに上昇するということによると考えられる。クラックを発生させない条件として、木材表面の温度が450℃を超えないようにすることが重要である。   FIG. 13 is a graph in which the average values of the carbonization depths of the three samples at each measurement point in Table 5 are plotted. FIG. 13 clearly shows the effect of the quartz plate (gas impermeability, infrared transmissivity). 10, 11, and 12 have similar graph shapes, but it can be seen that the shape of the graph in FIG. 13 is completely different. That is, in FIG. 13, the carbonization depth increases rapidly with time. This difference is thought to be due to the fact that the temperature of the wood surface is constant in the former three, whereas the energy accumulated on the wood surface increases with time and the temperature of the wood surface increases with time in the latter. . As a condition for preventing cracks, it is important that the temperature of the wood surface does not exceed 450 ° C.

後記の実施例7のA角材(水ガラス含浸量29.0g/m)及びB角材(水ガラス含浸量72.9g/m)をサンプルとし、石英板を使用しない場合と同様にしてA角材、B角材を赤外線方式で加熱し、クラックの発生状況を観察し、炭化深さを測定した。角材の水ガラスが含浸されている面をヒーターと対面させた。ヒーターと角材表面との距離10mmとした場合はA角材を、距離20mmとした場合はB角材を使用した。図13において、点線で表示されているグラフが、木材の表面層に水ガラスを含浸させた場合のデータである。左側の点線グラフは木材とランプとの距離が10mm、右側の点線グラフは20mmの場合である。距離が10mmでは、クラックが発生しない時間が2倍にのび、しかも炭化深さが2.24mmから3.68mmに増大した。また、距離が20mmの場合でも、クラックが発生しない時間が2倍にのび、炭化深さは4.97mmから9.10mmに増大した。このように、水ガラスが表面層に含浸されていることにより、クラックが発生しない照射時間が大幅に延び、しかも、炭化深さも大幅に増大したのである。更に、炭化された面を指で擦っても黒い粉が殆ど付着しないようになった。 The A square timber in the examples below 7 (water glass impregnated amount 29.0 g / m 2) and B square bar (water glass impregnated amount 72.9 g / m 2) and samples, A as in the case not using the quartz plate Square and B squares were heated by an infrared method, the occurrence of cracks was observed, and the carbonization depth was measured. The surface of the square bar impregnated with water glass was made to face the heater. When the distance between the heater and the square bar surface was 10 mm, A square bar was used, and when the distance was 20 mm, B square bar was used. In FIG. 13, the graph displayed with a dotted line is data when the surface layer of wood is impregnated with water glass. The dotted line graph on the left is the case where the distance between the wood and the lamp is 10 mm, and the dotted line graph on the right is 20 mm. When the distance was 10 mm, the time during which cracks did not occur doubled, and the carbonization depth increased from 2.24 mm to 3.68 mm. Even when the distance was 20 mm, the time during which cracks did not occur doubled and the carbonization depth increased from 4.97 mm to 9.10 mm. Thus, by impregnating the surface layer with water glass, the irradiation time during which cracks do not occur is greatly extended, and the carbonization depth is also greatly increased. Further, even when the carbonized surface was rubbed with a finger, black powder hardly adhered.

断面が30mm角のエゾ松角材の先端から50mmまでの部分を、300℃の溶融スズに5分間浸漬後引き上げた。炭化後の表面は均一に炭化されており、ほぼ真黒でクラックは皆無であり、指で擦っても黒い粉は殆どとれなかった。先端から15mmの所で長さ方向に直角にバンドソーで切断し、切断面を撮影した写真が図14の(a)である。次に、断面が45mm角のエゾ松角材を2本用意し、その先端から25mmまでの部分を、300℃の溶融スズに1本は4分間、他方は10分間浸漬した後引き上げ、炭化部の先端から10mmの所で長さ方向に直角にバンドソーで切断し、切断面を撮影した写真がそれぞれ図14の(b)及び(c)である。図14の(a)、(b)、(c)から、角材の太さが小さいほど炭化層の断面が円に近づき、浸漬時間が長いほど円に近づくことが分かる。   A portion from the tip of the pine cone having a cross section of 30 mm square to 50 mm was immersed in molten tin at 300 ° C. for 5 minutes and then pulled up. The carbonized surface was uniformly carbonized, almost black and free from cracks, and even when rubbed with a finger, black powder was hardly removed. FIG. 14A shows a photograph of the cut surface taken by cutting with a band saw at a position 15 mm from the tip at a right angle in the length direction. Next, two pine cones with a 45 mm square cross section were prepared, and the portion from the tip to 25 mm was dipped in molten tin at 300 ° C. for 4 minutes and the other was immersed for 10 minutes, then pulled up, and the tip of the carbonized part (B) and (c) in FIG. 14 are photographs obtained by cutting with a band saw perpendicularly to the length direction at a distance of 10 mm from the top and photographing the cut surface. 14A, 14B, and 14C, it can be seen that the smaller the thickness of the square, the closer the cross section of the carbonized layer is to a circle, and the longer the immersion time, the closer to the circle.

次に断面が30mm角と45mm角のエゾ松角材を長さ40mmに切断した。これらの角材を、長さ方向が水平になるように300℃の溶融スズの表面に浮かせ、30mm角の角材は5分毎に、45mm角の角材は10分毎に長さ方向の全ての面が溶融スズ浴に接するようにして回転した。このようにして長さ方向の4面が炭化された後、スズ浴から取り出して放冷した。30mm角の角材は合計20分、45mm角の角材は合計40分間スズ浴に浮かせていた。冷却後、長さ方向に対して直角に中央部をバンドソーで切断し、それぞれの切断面を撮影した写真が図14の(d)及び(e)である。いずれのものの炭化層の最内部の形状が正方形に近い。図14から明らかなように、4面を同時に溶融金属浴に浸漬するよりも、1面ずつ浸漬していく方が角材の形状に沿って炭化され、炭化層の厚さの制御も確実になる。また、角材の断面外形も完全な正方形が維持されている。それに対して角材全体をスズ浴に浸漬した場合は、角材の断面外形が図14の(c)から分かるように少し歪んでいる。
(比較例1)
Next, 30 mm square and 45 mm square pine cones were cut to a length of 40 mm. These squares are floated on the surface of molten tin at 300 ° C. so that the length direction is horizontal, 30 mm squares every 5 minutes, and 45 mm squares every 10 minutes in all directions. Was rotated in contact with the molten tin bath. After the four surfaces in the length direction were carbonized in this manner, the steel was taken out of the tin bath and allowed to cool. 30 mm squares were floated in a tin bath for a total of 20 minutes, and 45 mm squares were floated for a total of 40 minutes. (D) and (e) of FIG. 14 are photographs in which the central part is cut with a band saw at right angles to the length direction after cooling and the respective cut surfaces are photographed. The innermost shape of the carbonized layer of any one is close to a square. As is apparent from FIG. 14, it is carbonized along the shape of the square material and the control of the thickness of the carbonized layer is ensured when dipping one surface at a time rather than dipping the four surfaces simultaneously in the molten metal bath. . Moreover, the square shape of the cross-section of the square bar is maintained as a perfect square. In contrast, when the entire square bar is immersed in a tin bath, the cross-sectional outer shape of the square bar is slightly distorted as can be seen from FIG.
(Comparative Example 1)

通常の電気炉で加熱炭化した場合の問題点を示すために、次のようなテストを実施した。電気炉(米国Paragon Industries, Inc.製 MODEL VIKING 66)内に内径230mm、高さ220mmの常滑焼き瓶を入れ、その中に瓶の内壁に沿って長さ150mmの3本のセラミック製アングル棒を、ほぼ正三角形の頂点の位置にそれぞれ立て、その上にステンレス製金網(線径0.45mm、目開き2.09mm、10メッシュ)を水平に敷いて、電気炉を300℃に昇温した。常滑焼き瓶及び金網が完全に300℃になるように、炉内設定温度が300℃に到達してから1時間以上経過した後に、断面が30mm角、長さ50mmのエゾ松角材を金網の上に、一方の断面が下になるように垂直に載せ、300℃で5分間加熱した後、電気炉から取り出し放冷した。このように2重構造にしたのは、電気炉内のヒーターからの赤外線がサンプルに照射されないようにするためである。次に、同様にして断面が45mm角、長さ50mmのエゾ松角材も300℃で5分間加熱した後、電気炉から取り出した。次いで上記と同様に2種のエゾ松角材を用意し、加熱時間をそれぞれ10分間としたサンプルを作成した。   In order to show the problems when carbonizing by heating in a normal electric furnace, the following tests were conducted. Place a Tokoname-yaki jar with an inner diameter of 230 mm and a height of 220 mm in an electric furnace (MODEL VIKING 66, manufactured by Paragon Industries, Inc., USA). Then, each was placed at the position of the apex of a regular triangle, and a stainless steel wire mesh (wire diameter: 0.45 mm, mesh opening: 2.09 mm, 10 mesh) was laid horizontally thereon, and the electric furnace was heated to 300 ° C. After 1 hour or more has passed since the set temperature in the furnace reached 300 ° C., so that the Tokoname jar and the wire mesh are completely at 300 ° C., a 30 mm square cross section of 50 mm long pine cones on the wire mesh The sample was placed vertically so that one of the cross-sections was down, heated at 300 ° C. for 5 minutes, then taken out of the electric furnace and allowed to cool. The double structure is used in order to prevent the sample from being irradiated with infrared rays from the heater in the electric furnace. Next, similarly, the pine cones having a cross section of 45 mm square and a length of 50 mm were heated at 300 ° C. for 5 minutes and then taken out from the electric furnace. Next, two kinds of pine cones were prepared in the same manner as described above, and samples each having a heating time of 10 minutes were prepared.

図15は上記サンプルの写真で、図15(a)、図15(b)は断面がそれぞれ30mm角、45mm角のエゾ松を300℃で5分間加熱したもの、図15(c)、(d)は断面が30mm角、45mm角のエゾ松を300℃で10分間加熱したものである。図15の最上段の写真は各サンプルの上面(金網から遠い方の面)、2段目の写真は各サンプルの側面(中央の水平な直線は炭化後の切断部)、3段目の写真は各サンプルの底面、最下段の写真は各サンプルの切断面のそれぞれの写真である。図15から明らかなように、このような通常の電気炉による加熱ではコーナー部が優先的に炭化され、コーナーから遠い面内の炭化は非常に遅い速度でしか進まないのである。コーナー部の炭化は進みすぎて、指で擦ると容易に黒い粉が指に付着するようになった。本発明の溶融金属方式や熱板方式で、一つの面だけを加熱する場合はこのようなことが無く、加熱される面内が均一に炭化される。また、コーナー部だけが強く炭化されることもない。図15(d)の最上段の写真には3個のクラック(割れ)が、3段目の写真には6個のクラックが確認できる。加熱により熱分解した成分が自由に空間に揮発できるため、角材が収縮した際に発生したためと考えられる。更に、外形も正方形から少し歪んでいることも分かる。金網が有る分だけ加熱の度合いが大きく、炭化が進むと同時にクラックも多く発生したのである。これに対して本発明では、熱分解した成分の揮発が防止されるため、熱収縮が起こりにくく従って、クラックも発生しにくいのである。
(比較例2)
FIG. 15 is a photograph of the above sample, and FIGS. 15 (a) and 15 (b) are obtained by heating a pine pine having a cross section of 30 mm square and 45 mm square at 300 ° C. for 5 minutes, FIGS. 15 (c) and 15 (d). Is a pine pine having a cross section of 30 mm square and 45 mm square heated at 300 ° C. for 10 minutes. The top photo in FIG. 15 is the top surface of each sample (surface far from the wire mesh), the second photo is the side of each sample (the central horizontal straight line is the cut portion after carbonization), and the third photo Is the bottom of each sample, and the bottom photo is the cut surface of each sample. As is apparent from FIG. 15, in such heating by a normal electric furnace, the corner portion is preferentially carbonized, and the carbonization in the plane far from the corner proceeds only at a very low speed. The carbonization of the corner portion has progressed too much, and black powder can easily adhere to the finger when rubbed with the finger. When only one surface is heated by the molten metal method or hot plate method of the present invention, such a situation does not occur, and the heated surface is uniformly carbonized. Further, only the corner portion is not strongly carbonized. In the uppermost photograph in FIG. 15D, three cracks can be confirmed, and in the third photograph, six cracks can be confirmed. This is probably because the components thermally decomposed by heating can volatilize freely in the space and are generated when the square bar contracts. It can also be seen that the outer shape is slightly distorted from the square. The degree of heating was large as much as there was a wire mesh, and many cracks occurred as carbonization progressed. On the other hand, in the present invention, since the volatilization of the pyrolyzed component is prevented, thermal shrinkage hardly occurs, and therefore cracks hardly occur.
(Comparative Example 2)

本発明と電気炉での加熱炭化との差異を一層明確に示すために次のようなテストを実施した。比較例1の金網に代えて厚さ10mm、サイズ100mm×160mmの鉄板を用い、断面が45mm角、長さ50mmのエゾ松角材を、比較例1と同様にして10分間加熱した。加熱後すぐに電気炉からサンプルを取出し、放冷した。図16(a)は得られたサンプルの上面の写真で、比較例1の図15(a)の上面とほぼ同じ形状に炭化されていることが分かる。図16(b)はサンプルの側面写真(中央の水平な直線は切断部)で、図15(d)の側面写真とほぼ同じである。図16(c)はサンプルの底面写真で、底面が金属板に接していたのでほぼ均一に、且つ濃く炭化されている。図16(d)はサンプルの切断面の写真である。コーナー部が濃く炭化されているが、面内はあまり炭化されていないことが分かる。上面(図16(a))には1本のクラック(割れ)が発生しているが、底面には割れが全く無かった。このように被炭化面が気体不透過性の部材で覆われていると、炭化が均一に行われると同時に割れも発生しにくいことが確認された。図15(d)の底面(金網に接していた面)では、炭化の進み方が上面よりやや大きくなっているが、クラックが6本も発生していた。金網の隙間から熱分解成分が揮発したためと考えられる。この事実によっても、本発明の気体不透過性部材の効果が確認された。図16(e)は実施例5の図14(c)のサンプル(溶融スズに10分間浸漬されていた45mm角エゾ松)の先端(底面)の写真である。図16(c)から明らかなように、鉄板に接していた面は炭化の度合いも均一性もほぼ完全である。図16(c)と図16(e)を比較すると、図16(c)の方が濃度が小さいが、これは本比較例の鉄板が完全な熱板ではなく、サンプルを載せたことにより鉄板の温度が低下し、300℃に回復するのに時間を要したためである。
(比較例3)
In order to more clearly show the difference between the present invention and carbonization by heating in an electric furnace, the following test was conducted. An iron plate having a thickness of 10 mm and a size of 100 mm × 160 mm was used in place of the wire mesh of Comparative Example 1, and a pine cone having a cross section of 45 mm square and a length of 50 mm was heated for 10 minutes in the same manner as in Comparative Example 1. Immediately after heating, the sample was taken out of the electric furnace and allowed to cool. FIG. 16A is a photograph of the upper surface of the obtained sample, and it can be seen that it is carbonized in substantially the same shape as the upper surface of FIG. FIG. 16B is a side view of the sample (the horizontal line in the center is a cut portion), which is almost the same as the side view of FIG. FIG. 16C is a photograph of the bottom surface of the sample. Since the bottom surface was in contact with the metal plate, it was carbonized almost uniformly and deeply. FIG. 16D is a photograph of the cut surface of the sample. It can be seen that the corner is heavily carbonized, but the surface is not carbonized much. One crack (break) occurred on the upper surface (FIG. 16 (a)), but there was no crack at the bottom. In this way, it was confirmed that when the carbonized surface was covered with a gas-impermeable member, carbonization was performed uniformly and at the same time, cracking was difficult to occur. In the bottom surface (surface in contact with the wire mesh) in FIG. 15D, the progress of carbonization is slightly larger than the top surface, but as many as six cracks were generated. This is probably because the pyrolysis component volatilized from the gaps in the wire mesh. This effect also confirmed the effect of the gas-impermeable member of the present invention. FIG. 16 (e) is a photograph of the tip (bottom surface) of the sample of FIG. 14 (c) of Example 5 (45 mm square spruce pine immersed in molten tin for 10 minutes). As is apparent from FIG. 16 (c), the surface in contact with the iron plate is almost completely carbonized and uniform. When FIG. 16 (c) and FIG. 16 (e) are compared, FIG. 16 (c) has a lower concentration. This is because the iron plate of this comparative example is not a complete hot plate, but a sample is placed on it. This is because it took time to recover to 300 ° C.
(Comparative Example 3)

市販の川砂(セメントに砂利とともに混合して使用する為の砂)を常滑焼の瓶(内径165mm、高さ175mm)の約8分目の高さまで入れた。これを比較例1の電気炉に入れて300℃に2時間保った後、断面が30mm角、長さ200mmのエゾ松角棒をこの砂の中に、先端から50mm位が砂の中に入るように約45℃の傾斜で斜めに刺し込んだ。エゾ松角棒の先端は砂に入りやすいように、あらかじめ槍状に加工しておいた。角棒を挿入して5分間放置後とりだしたところ、比較例1と同様に角部が優先的に炭化され、面内は殆ど炭化されていなかった。   Commercially available river sand (sand used for mixing cement with gravel) was placed in a Tokoname ware bottle (inner diameter 165 mm, height 175 mm) to a height of about 8 minutes. After putting this in the electric furnace of Comparative Example 1 and keeping it at 300 ° C. for 2 hours, an Ezo pine bar having a cross section of 30 mm square and a length of 200 mm is placed in this sand, and about 50 mm from the tip is in the sand. Was inserted diagonally at an inclination of about 45 ° C. The tip of the Ezo pine bar was processed into a bowl shape in advance so that it could easily enter the sand. When the square bar was inserted and left for 5 minutes, the corner was preferentially carbonized as in Comparative Example 1, and the in-plane was hardly carbonized.

市販のMDF板(厚さ14mm)、市販のラジアタパイン集成材(厚さ18mm)、市販のベニヤ合板(厚さ12mm)、市販のOSB合板(厚さ12mm)を20×30mmサイズに3個ずつ切断してそれぞれ3枚のサンプルを用意した。実施例2のホットプレートを300℃に設定し、これら4種の切断された板4枚1組のサンプルを同時にホットプレートにのせ10分間加熱した。この操作を各組について同様に行い、4種の木材についてそれぞれ3個のサンプルの炭化層厚を測定しその平均値を算出した。その結果、MDF板は4.93mm、集成材は4.28mm、ベニヤ合板は4.72mm、OSB合板は4.40mmであった。いずれも実施例2の結果に近い結果になった。   Cut commercially available MDF board (thickness 14 mm), commercially available radial tapain laminated timber (thickness 18 mm), commercially available veneer plywood (thickness 12 mm), and commercially available OSB plywood (thickness 12 mm) into 20 x 30 mm sizes. Three samples were prepared for each. The hot plate of Example 2 was set to 300 ° C., and a set of four types of four cut plates was simultaneously placed on the hot plate and heated for 10 minutes. This operation was performed in the same manner for each group, and the thickness of the carbonized layer of three samples was measured for each of four types of wood, and the average value was calculated. As a result, the MDF plate was 4.93 mm, the laminated material was 4.28 mm, the veneer plywood was 4.72 mm, and the OSB plywood was 4.40 mm. In either case, the results were close to those of Example 2.

水ガラスを木材表面層に含浸させると、実施例1及び実施例2の両方式による木材の表面層炭化が一層有効に行われることを示す。すなわち、クラックが発生しない範囲で加熱時間或いは加熱温度を増加することができ、しかも炭化深さをより大きくすることができるのである。   It is shown that when the wood surface layer is impregnated with water glass, the surface layer carbonization of the wood according to both the examples 1 and 2 is more effectively performed. That is, the heating time or heating temperature can be increased within the range where cracks do not occur, and the carbonization depth can be further increased.

水ガラス(昭和科学株式会社 1号珪酸ナトリウム溶液(水ガラス1号、非常に粘稠な流体)、以後単に水ガラスと記載)を水で希釈し、水ガラスの重量割合が34%及び58%の水溶液を作成した。これらの水溶液を実施例1と同様の多数の杉角材に少量滴下しガラス棒で均一に広げた後、水平に放置乾燥した。乾燥後の木材表面にはガラス質の膜は形成されておらず、木材表面層に含浸されたと推測される。木材表面と断面の含浸部分は色が少し濃くなっており、含浸の深さは0.2mm程度であった。水ガラスを木材に含浸させ、それを十分に乾燥させた後の木材の平均重量増加は、水ガラス34%液では0.47%、58%液では1.10%であった。前者をA角材、後者をB角材と命名する。平均塗布量に換算すると、それぞれA角材が29.0g/m、B角材が72.9g/mであった。 Water glass (Showa Science Co., Ltd. No. 1 sodium silicate solution (water glass No. 1, very viscous fluid), hereinafter simply referred to as water glass) is diluted with water, and the weight ratio of water glass is 34% and 58%. An aqueous solution of was prepared. A small amount of these aqueous solutions was dripped onto a large number of cedar timbers similar to those in Example 1, spread uniformly with a glass rod, and then allowed to dry horizontally. A glassy film was not formed on the dried wood surface, and it is assumed that the wood surface layer was impregnated. The wood surface and the impregnated portion of the cross section were slightly darker in color, and the depth of impregnation was about 0.2 mm. The average weight increase of the wood after impregnating the wood with water glass and fully drying it was 0.47% for the water glass 34% solution and 1.10% for the 58% solution. The former is named A square and the latter is named B square. In terms of average coating weight, A square timber each 29.0g / m 2, B square bar was 72.9 g / m 2.

A角材を実施例1と同様に、360℃の溶融スズに水ガラス含浸面を下にして約10mm程度浸漬し、15秒に1回程度の頻度で浸漬した状態で場所を変えたり、角材を持ち上げたりしてスラグの無い場所に浸漬するようにした。5分後にA角材を引き上げて放置冷却した。同様にして合計3個のサンプルを作成し、炭化深さを測定した。3個のサンプルの平均炭化深さは6.54mmであった。クラックは発生していなかった。次に、同様にしてA角材を10分間、360℃の溶融スズに浸漬した後、クラックの発生状況観察、炭化深さの測定をしたところ、クラックの発生はなく、3個の平均炭化深さは9.26mmであった。次いでA角材を同様にして15分間同温度の溶融スズに浸漬した。3個の角材のうち2個にクラックが発生した。B角材について同様の実験をしたところ、3個のうち1個にクラックが発生した。13分の段階ではいずれの場合もクラックは発生していなかった。水ガラスを含浸していない角材は、クラックが発生しないのは5分までであったが、水ガラスを含浸しているとクラックが発生しない時間が2倍に延び、しかも炭化深さも2倍近くまで増加した。これらの結果が図10の点線で示されている。他の温度条件でも類似の効果が得られる。更に驚いたことに、水ガラスを含浸させた場合は、炭化面を指で擦っても黒い粉が殆ど指に付着しないことが確認された。水ガラスが含浸されていない角材で上記と同様なテストを行い、同じ炭化深さのサンプルを比較したところ、水ガラスが含浸されている方が遥かに指に汚れが付着しにくかった。この効果は実用上非常に有利である。   As in Example 1, the square A was immersed in molten tin at 360 ° C. for about 10 mm with the water glass impregnated surface down, and the location was changed by immersing it once every 15 seconds. It was lifted up and immersed in a place without slag. After 5 minutes, the A square was pulled up and allowed to cool. Similarly, a total of three samples were prepared and the carbonization depth was measured. The average carbonization depth of the three samples was 6.54 mm. Cracks did not occur. Next, after the A square was immersed in molten tin at 360 ° C. for 10 minutes in the same manner, the occurrence of cracks was observed and the carbonization depth was measured. Was 9.26 mm. Subsequently, the square A was similarly immersed in molten tin at the same temperature for 15 minutes. Cracks occurred in two of the three square bars. When the same experiment was performed on the B square, a crack occurred in one of the three pieces. In any case, cracks did not occur at the stage of 13 minutes. The squares not impregnated with water glass did not generate cracks for up to 5 minutes, but when impregnated with water glass, the time during which cracks did not occur doubled and the carbonization depth was nearly doubled. Increased to. These results are shown by the dotted lines in FIG. Similar effects can be obtained at other temperature conditions. Surprisingly, it was confirmed that when water glass was impregnated, black powder hardly adhered to the finger even when the carbonized surface was rubbed with the finger. A test similar to the above was performed on a square bar that was not impregnated with water glass, and samples having the same carbonization depth were compared. As a result, it was found that the sample impregnated with water glass was much less likely to get dirt on the fingers. This effect is very advantageous in practice.

A角材、B角材を実施例2と同様に、340℃のホットプレートに水ガラス含浸面を下にして載せ、加熱時間をパラメータとしてクラックの発生状況の観察及び炭化深さを測定した。その結果、A角材は20分までクラックが発生せず、30分でクラックが発生した。B角材は30分までクラックが発生しなかった。図11から分かるように水ガラスを含浸していない角材は、340℃の加熱温度でクラックが発生しないのは15分までであったから、クラックが発生しない時間が2倍に伸び、しかも炭化深さも5割程度増加している。これらの結果が図11の点線で示されている。他の温度条件でも類似の効果が得られた。上記の溶融スズでの炭化の場合と同様に、炭化面を指で擦っても黒い粉が殆ど指に付着しないことが確認された。   In the same manner as in Example 2, the A square bar and the B square bar were placed on a hot plate at 340 ° C. with the water glass impregnated surface down, and the occurrence of cracks and the carbonization depth were measured using the heating time as a parameter. As a result, the A square member did not crack until 20 minutes, and cracked after 30 minutes. The B square did not crack until 30 minutes. As can be seen from FIG. 11, in the square material not impregnated with water glass, cracks did not occur at a heating temperature of 340 ° C. until 15 minutes, so the time during which cracks did not occur doubled and the carbonization depth also increased. It has increased by about 50%. These results are shown by the dotted lines in FIG. Similar effects were obtained at other temperature conditions. As in the case of carbonization with molten tin, it was confirmed that black powder hardly adhered to the finger even when the carbonized surface was rubbed with the finger.

実施例3と同寸法の杉辺材を、厚さ13μmのアルミ箔で杉辺材の上面と側面をカバーした。杉辺材の上面とアルミ箔との間に空隙が生じないように、アルミ箔をしごいて密着させた。アルミ箔が浮き上がらないように側面にも押しつけた。このように準備したサンプルのアルミ箔でカバーされた面(上面)を下にして、実施例2と同様にして340℃のホットプレートの上に載せ、15分間加熱した。冷却後、アルミ箔を取り除いて炭化面を観察したところ、アルミ箔が無い場合に比べて面状は非常にきめ細かく平滑であった。クラックも発生していなかった。炭化層の厚さはアルミ箔が無い場合に9mm程度であったのに対し、アルミ箔がある場合は10mm程度と、やや増加していた。炭化面を指で擦っても黒い粉は殆ど付着しなかった。   The cedar wood having the same dimensions as in Example 3 was covered with an aluminum foil having a thickness of 13 μm on the upper and side surfaces of the cedar wood. The aluminum foil was squeezed and adhered so that no gap was formed between the upper surface of the cedar wood and the aluminum foil. The aluminum foil was also pressed against the side so that it did not rise. The surface (upper surface) covered with the aluminum foil of the sample thus prepared was placed on a hot plate at 340 ° C. in the same manner as in Example 2 and heated for 15 minutes. After cooling, the aluminum foil was removed and the carbonized surface was observed. As a result, the surface shape was very fine and smooth compared to the case without the aluminum foil. There were no cracks. The thickness of the carbonized layer was about 9 mm when there was no aluminum foil, whereas it slightly increased to about 10 mm when there was an aluminum foil. Even when the carbonized surface was rubbed with a finger, black powder hardly adhered.

実施例3と同寸法の杉辺材4個を作業台の上に5mmの間隔をあけて2行2列に並べ、それらの上面(20×30mmの表面)に5mm厚でサイズが100mm角のステンレス板を載せた。4個のサンプルがステンレス板のほぼ中央部になるように配置した。ステンレス板の上方からガスバーナー(藤原産業株式会社 ワンタッチガストーチSK−11)の炎を、ステンレス板の全面に均一に放射されるように移動させながら1分間放射したところ、少し煙が発生した。そこで、30秒間消火し煙が完全に出なくなってから20秒間放射したところ、再び煙が少し発生した。そこで、また30秒間消火して煙が消えてから20秒間放射という具合に、以後30秒間消火と20秒間放射を9回繰り返した。合計11回の繰り返しを行なった。最後の20秒放射後、放冷しステンレス板を外して角材の炭化表面を観察したところ、クラックの発生はなく、3個のサンプルの炭化表面層の厚さは平均で5.82mmであった。煙の発生状況から、サンプル表面の温度は常に340℃以下に保たれたと推定される。   Four cedar woods having the same dimensions as in Example 3 are arranged in 2 rows and 2 columns on a workbench with an interval of 5 mm, and the upper surface (surface of 20 × 30 mm) is 5 mm thick and the size is 100 mm square. A stainless steel plate was placed. Four samples were arranged so as to be approximately in the center of the stainless steel plate. When the flame of the gas burner (Fujiwara Sangyo Co., Ltd. One-touch gas torch SK-11) was radiated for 1 minute from the upper side of the stainless steel plate so as to be emitted uniformly over the entire surface of the stainless steel plate, a little smoke was generated. Therefore, after extinguishing the fire for 30 seconds and radiating for 20 seconds after smoke completely disappeared, a little smoke was generated again. Then, after extinguishing again for 30 seconds, after the smoke disappeared, 20 seconds were emitted, and after that, the fire extinguishing for 30 seconds and the radiation for 20 seconds were repeated 9 times. A total of 11 repetitions were performed. After the last 20 seconds of radiation, the sample was allowed to cool, the stainless steel plate was removed, and the carbonized surface of the square was observed. No cracks were generated, and the average thickness of the carbonized surface layers of the three samples was 5.82 mm. . From the state of smoke generation, it is estimated that the temperature of the sample surface was always kept below 340 ° C.

次に上記のステンレス板に代えて厚さ1mm、サイズ60×50mmの鉄板を、実施例3と同じ杉角材1個の上に載せ、上記と同様にしてガスバーナーを10秒間放射したところ、煙が少し発生した。そこで、10秒間消火したら煙が出なくなった。この繰り返しを12回行なった。その後放置して冷却後鉄板を外してサンプルの表面炭化層の厚さを測定したら、2.39mmであった。炭化された面は非常に平滑でクラックもなかった。煙の発生状況から判断してサンプルの表面温度は300℃以下に保たれたと推定される。次に上記の鉄板の代わりに、厚さ0.3mm、サイズ60×50mmの鉄板を上記と同様の杉角材1個の上に載せ、上記と同じサイクルでガスバーナー放射と消火を繰り返そうとして、ガスバーナーを10秒間放射したところ、角材から激しく煙が発生し、端部が着火したがまもなく自然に消えた。鉄板を外して炭化された面を観察したところ、クラックが多数発生していた。サンプルの表面温度は450℃以上になったと推定される。そこで、ガスバーナー放射と消火のサイクルを5秒間放射、10秒間消火の繰り返しとし、この繰り返を5回行った後放置冷却した。クラックの発生はなく表面炭化層の厚さは2.09mmであった。このように角材の上に載せる金属板の厚さが小さくなると、ガスバーナー放射により金属板の温度が急激に上昇するので、金属板の厚さに応じて、ガスバーナー放射と消火の時間を適当に選ぶことが重要である。   Next, instead of the stainless steel plate, an iron plate having a thickness of 1 mm and a size of 60 × 50 mm was placed on the same cedar square material as in Example 3, and a gas burner was emitted for 10 seconds in the same manner as described above. A little occurred. So, after the fire was extinguished for 10 seconds, the smoke stopped. This was repeated 12 times. Then, after standing to cool and removing the iron plate, the thickness of the surface carbonized layer of the sample was 2.39 mm. The carbonized surface was very smooth and free from cracks. Judging from the state of smoke generation, it is presumed that the surface temperature of the sample was kept below 300 ° C. Next, instead of the above iron plate, an iron plate having a thickness of 0.3 mm and a size of 60 × 50 mm was placed on one cedar square material similar to the above, and the gas burner radiation and extinguishing were repeated in the same cycle as above. When the gas burner was radiated for 10 seconds, intense smoke was generated from the squares, and the edges ignited but soon disappeared spontaneously. When the steel plate was removed and the carbonized surface was observed, many cracks were generated. The surface temperature of the sample is estimated to be 450 ° C. or higher. Therefore, the gas burner radiation and fire extinguishing cycle was repeated for 5 seconds, and fire extinguishing for 10 seconds. There was no generation of cracks, and the thickness of the surface carbonized layer was 2.09 mm. When the thickness of the metal plate placed on the square bar is reduced in this way, the temperature of the metal plate rapidly rises due to gas burner radiation. It is important to choose

実施例3と同寸法の杉辺材の上面(20×30mmの表面)に、1mm厚でサイズが60mm×50mmの鉄板を載せ、実施例3と同じヒートガンを用い、鉄板に340℃の熱風を5分間吹き付けたところ、木材の表面は殆ど着色しなかった。そこで、熱風の温度を400℃に上げて10分間加熱したところ、少し濃く(茶褐色)なった。表面層の炭化深さは2.46mmであった。次に、上記の厚さ1mmの鉄板の代わりに厚さ0.3mm、サイズ60×50mmの鉄板を用いて同様の実験を行なったところ、クラックが無く厚さが3.21mmの黒色炭化層が得られた。一方、厚さ17μのアルミ箔で杉辺材の上面(20×30mmの表面)と側面(高さ方向の表面全体)をカバーし、杉辺材の上面とアルミ箔との間に空隙が生じないように、アルミ箔をしごいて密着させた。このように準備したサンプルの、アルミ箔の上方から400℃の熱風を5分間吹き付けた後、アルミ箔を取り除いたところ、炭化層の表面に多数のクラックが発生していた。アルミ箔が薄い金属なので、400℃の熱風によりサンプル表面の温度が400℃近くになり、しかも加熱時間が5分と長くなったのでクラックが発生したのである。鉄板或いはアルミ箔が熱板になり熱板方式と同様に木材が加熱されたのであるが、金属板の厚さが大きいと熱風による加熱の効率が悪く、逆にアルミ箔のように薄くなると、加熱されやすいので温度と時間を適当に選ぶことが重要である。   An iron plate having a thickness of 1 mm and a size of 60 mm × 50 mm is placed on the upper surface (20 × 30 mm surface) of the cedar wood having the same dimensions as in Example 3, and using the same heat gun as in Example 3, hot air at 340 ° C. When sprayed for 5 minutes, the surface of the wood was hardly colored. Then, when the temperature of the hot air was raised to 400 ° C. and heated for 10 minutes, it became a little dark (brown). The carbonization depth of the surface layer was 2.46 mm. Next, when a similar experiment was performed using an iron plate having a thickness of 0.3 mm and a size of 60 × 50 mm instead of the iron plate having a thickness of 1 mm, a black carbonized layer having no crack and a thickness of 3.21 mm was obtained. Obtained. On the other hand, the upper surface (20 × 30 mm surface) and side surface (the whole surface in the height direction) of the cedar wood are covered with an aluminum foil having a thickness of 17 μm. The aluminum foil was squeezed so that there was no contact. The sample prepared in this manner was sprayed with hot air at 400 ° C. for 5 minutes from above the aluminum foil, and then the aluminum foil was removed. As a result, many cracks were generated on the surface of the carbonized layer. Since the aluminum foil is a thin metal, the temperature of the sample surface was brought close to 400 ° C. by hot air at 400 ° C., and the heating time was increased to 5 minutes, so cracks occurred. The iron plate or aluminum foil became a hot plate and the wood was heated in the same way as the hot plate method, but if the thickness of the metal plate is large, the efficiency of heating with hot air is bad, conversely when it becomes thin like an aluminum foil, It is important to select an appropriate temperature and time because it is easily heated.

角材サンプルとして実施例3と同寸法の杉辺材を用い、その上面(20×30mmの表面)に、1mm厚でサイズが60mm×50mmの黒色表面処理された鉄板を載せ、実施例4と同様に石英ガラス管ヒーターを、ヒーターからサンプルの上面までの距離が10mmになるように配置した。ヒーターに電圧を印加して、2分間赤外線を照射した後、5秒間電圧印加を停止し、次いで25秒間電圧を印加した後、5秒間電圧印加を停止した。以後このように25秒間電圧印加、5秒間電圧印加停止を16回繰り返した後、放冷してからサンプルを確認したところ、炭化された面は非常に平滑でクラックの発生も無かった。このようにして作成された2個のサンプルの表面炭化層の平均厚さは3.70mmであった。電圧印加のオンオフを繰り返した間中煙の発生は殆どなかったので、サンプル表面の温度は300℃以下に保たれたと推定される。尚、黒色鉄板の代わりにアルミ箔を用いて同様の実験を行なったところ、角材は殆ど着色しなかった。即ち、アルミ箔が赤外線を反射してあまり加熱されなかったのである。従って、この目的のためには赤外線をよく吸収する部材が必要である。   A cedar wood having the same dimensions as in Example 3 was used as a square material sample, and a black surface-treated iron plate having a thickness of 1 mm and a size of 60 mm × 50 mm was placed on the upper surface (surface of 20 × 30 mm), as in Example 4. A quartz glass tube heater was disposed so that the distance from the heater to the upper surface of the sample was 10 mm. After applying voltage to the heater and irradiating with infrared rays for 2 minutes, voltage application was stopped for 5 seconds, voltage was applied for 25 seconds, and then voltage application was stopped for 5 seconds. Thereafter, after applying voltage application for 25 seconds and stopping application of voltage for 16 seconds in this manner, the sample was checked after being allowed to cool. The carbonized surface was very smooth and free from cracks. The average thickness of the surface carbonized layer of the two samples thus prepared was 3.70 mm. It was estimated that the temperature of the surface of the sample was kept at 300 ° C. or lower because there was almost no smoke during repeated ON / OFF of voltage application. In addition, when the same experiment was conducted using an aluminum foil instead of the black iron plate, the square bar was hardly colored. That is, the aluminum foil reflected infrared rays and was not heated very much. Therefore, a member that absorbs infrared rays well is required for this purpose.

実施例12は熱ロールを板状木材の面上で回転移動して木材の表面層を炭化する例であるが、ヒーターを内蔵した熱ロールの入手が困難であるため、その代用として熱熔融金属浴にアルミロールを浮かべたものを利用した。アルミロールとして、直径30mm、長さ100mmのものを用いた。実施例1と同様にしてステンレス製バット内に熔融されたスズ浴にアルミロールを浮かべたところ、アルミロールは浴面から垂直に約18mmが浴面から露出した。スズ浴の温度は400℃に設定した。次いで断面が30×14mm、長さ300mmの杉板を、30×14mmの面がアルミロールに接するように、且つアルミロールと杉板が直交するようにアルミロールの上に載せ、少し荷重をかけてアルミロールの約3分の2がスズ浴に浸漬される状態で、杉板をゆっくり水平に移動させた。杉板を移動させるとアルミロールは杉板の移動に同期してゆっくり回転した。杉板を5分間かけて50mm移動させた。この間、煙は発生しなかった。従ってアルミロールと杉板が接している部分の杉板の表面温度は340℃以下であったと推定される。炭化された面は十分に黒化しており、炭化深さは1.19mmであった。以上の実験から熱ロールにより木材表面を炭化できることが確認された。   Example 12 is an example in which the heat roll is rotated and moved on the surface of the plate-like wood to carbonize the surface layer of the wood, but it is difficult to obtain a heat roll with a built-in heater. The thing which floated the aluminum roll in the bath was used. An aluminum roll having a diameter of 30 mm and a length of 100 mm was used. When an aluminum roll was floated on a tin bath melted in a stainless steel bat in the same manner as in Example 1, about 18 mm of the aluminum roll was exposed from the bath surface perpendicularly from the bath surface. The temperature of the tin bath was set to 400 ° C. Next, put a cedar board with a cross section of 30 x 14 mm and a length of 300 mm on the aluminum roll so that the 30 x 14 mm surface is in contact with the aluminum roll and the aluminum roll and the cedar board are orthogonal to each other, and apply a little load. The cedar board was slowly moved horizontally in a state where about two-thirds of the aluminum roll was immersed in the tin bath. When the cedar board was moved, the aluminum roll rotated slowly in synchronization with the movement of the cedar board. The cedar board was moved 50 mm over 5 minutes. During this time, no smoke was generated. Therefore, it is estimated that the surface temperature of the cedar board where the aluminum roll and the cedar board are in contact was 340 ° C. or less. The carbonized surface was sufficiently blackened, and the carbonization depth was 1.19 mm. From the above experiments, it was confirmed that the wood surface can be carbonized by a hot roll.

実施例2と同様にしてホットプレートを340℃に設定加熱した。このホットプレートの上に直径20mm、長さ30mmの樫丸棒を載せ、ゆっくり回転させながら移動し、8分かけて約半周回転した時点で樫丸棒をホットプレートから取り出して放置、冷却した。冷却後、炭化深さを測定したところ、1.34mmであった。   The hot plate was heated to 340 ° C. in the same manner as in Example 2. A testicle rod having a diameter of 20 mm and a length of 30 mm was placed on the hot plate, moved while slowly rotating, and when it was rotated about half a round over 8 minutes, the testicle rod was taken out of the hot plate and allowed to cool. After cooling, the carbonization depth was measured and found to be 1.34 mm.

次に、上記と同寸法の樫丸棒と、13μ厚のアルミ箔でほぼ半周をカバーした同寸法の樫丸棒を並べて340℃のホットプレートの上に載せ、15分間放置後アルミ箔でカバーしてない方の樫丸棒をトングでつかんで持ち上げ、樫丸棒のホットプレートに接していた部分を観察したところ、クラックは発生していなかった。この確認作業に要した時間は7〜8秒である。そこで、直ぐにこの樫丸棒を同じ場所が加熱されるようにホットプレートの上に戻し、両者を5分間追加加熱した後ホットプレートから外して放置冷却した。アルミ箔でカバーされてない樫丸棒の方には多数の大きなクラックが発生していたが、アルミ箔でカバーした方の樫丸棒にはクラックが全く発生していなかった。このようにホットプレートとの接触面積が小さい場合、アルミ箔でカバーする効果は絶大である。   Next, testicle bars with the same dimensions as above and testicle bars with the same dimensions covering almost half of the circumference with 13μ thick aluminum foil are placed on a hot plate at 340 ° C, left for 15 minutes, and then covered with aluminum foil The untested testicle rod was lifted by grasping it with tongs, and when the portion of the testicle rod that was in contact with the hot plate was observed, no cracks were generated. The time required for this confirmation work is 7 to 8 seconds. Therefore, this testicle rod was immediately returned to the hot plate so that the same place was heated, and both were additionally heated for 5 minutes, then removed from the hot plate and allowed to cool. A number of large cracks occurred on the testicle bar not covered with the aluminum foil, but no crack occurred on the testicle bar covered with the aluminum foil. Thus, when the contact area with the hot plate is small, the effect of covering with the aluminum foil is tremendous.

実施例2において熱板方式により、ホットプレートの温度を340℃とし、15分間加熱したサンプルの炭化面を指で擦っても殆ど黒い粉は付着しないが、ティッシュペーパーで強く擦ると少し黒い粉がティッシュペーパーに付着した。このようなサンプルの炭化面に、実施例7と同様にして水ガラスを含浸させたところ、ティッシュペーパーで強く擦っても全く粉が付着しなくなった。水ガラスの代わりに塗料(アトムサポート株式会社 水性スプレー アイボリー)をスプレー塗布したところ、外観はアイボリーになった。十分に乾燥後、粘着テープ(住友スリーエム株式会社 スコッチ超透明テープS)を貼付けた後、剥離したところ、いずれも部分的に剥離した。テープに付着して剥離した部分には炭化層が薄く付着していた。炭化層は表面側ほど比較的に脆いので、水ガラス及び水性スプレーが炭化層内部まで到達していないことが原因と考えられる。炭化層は比較的親油性なので、水性塗布剤は炭化層との接着性が良くないことも考えられる。   In Example 2, the temperature of the hot plate was set to 340 ° C. by the hot plate method, and even if the carbonized surface of the sample heated for 15 minutes was rubbed with a finger, almost no black powder adhered. Adhered to tissue paper. When the carbonized surface of such a sample was impregnated with water glass in the same manner as in Example 7, no powder adhered even when rubbed strongly with tissue paper. When paint was applied instead of water glass (Atom Support Co., Ltd. water-based spray ivory), the appearance became ivory. After fully drying, after sticking an adhesive tape (Sumitomo 3M Co., Ltd. Scotch Super Transparent Tape S) and then peeling off, all peeled off partially. The carbonized layer was thinly attached to the part that adhered to the tape and peeled off. The carbonized layer is relatively fragile on the surface side, and it is considered that water glass and aqueous spray do not reach the inside of the carbonized layer. Since the carbonized layer is relatively lipophilic, it is considered that the aqueous coating agent does not have good adhesion to the carbonized layer.

次に、上記と同様の炭化サンプルの表面にポリシロキサンの有機溶剤液(品川白煉瓦株式会社製(現品川リフラクトリーズ株式会社) NIC−C5 テトラメトキシシランの加水分解物であるポリシロキサンをキシレンと酢酸ブチルの混合溶剤に溶解したもの)をスポイトで3滴滴下し、ガラス棒で全面に広げた。滴下された液は10数秒で浸透したので、この操作を再度繰り返した後、放置して自然乾燥させた。溶剤が完全に乾燥後、サンプルの表面をティッシュペーパーで強く擦っても黒い粉は付着しなかった。次に、上記と同様にして粘着テープ剥離テストを行なったところ、全く剥離しなかった。   Next, an organic solvent liquid of polysiloxane (manufactured by Shinagawa White Brick Co., Ltd. (current Shinagawa Refractories Co., Ltd.) NIC-C5) 3 drops of a solution in a mixed solvent of butyl acetate and a dropper were spread with a dropper and spread over the entire surface with a glass rod. Since the dropped liquid permeated in several tens of seconds, this operation was repeated again and then left to dry naturally. After the solvent was completely dried, no black powder adhered even when the surface of the sample was strongly rubbed with tissue paper. Next, when an adhesive tape peeling test was performed in the same manner as described above, no peeling occurred.

上記のポリシロキサンに代えて有機溶剤系塗料(アトムサポート株式会社 ラッカースプレーE 茶色)を1回スプレー塗布した。塗膜は非常に平滑で光沢があった。3時間乾燥後に上記と同様にして粘着テープ剥離テストを行なったところ、全く剥離しなかった。   Instead of the above polysiloxane, an organic solvent-based paint (Atom Support Co., Ltd. Lacquer Spray E, brown) was sprayed once. The coating was very smooth and glossy. When the adhesive tape peeling test was performed in the same manner as described above after drying for 3 hours, no peeling occurred.

ホットプレートとしてアズワン ネオホットプレート HI−1000を用い、表面温度を270℃に到達させた。桧板(幅90mm、長さ300mm、厚さ9mm)をホットプレートの上に乗せ、30秒加熱した後素早く裏返してその反対面を30秒加熱した。このように裏返して加熱するのは、反りの発生を防止するためである。次いで、また素早く裏返して1分加熱した後、素早く裏返して1分加熱した。以後同様にして各面の合計加熱時間を10分とした。このように加熱処理された板は、茶色ないし茶褐色の外観で、見栄えも良い。このような加熱処理を板に施すことにより、板には抗菌作用があるので、台所用まな板に使用できる。また家具、内装等に使用できる。As One Neo Hot Plate HI-1000 was used as the hot plate, and the surface temperature was allowed to reach 270 ° C. A plate (width 90 mm, length 300 mm, thickness 9 mm) was placed on a hot plate, heated for 30 seconds, then turned over quickly and the opposite surface heated for 30 seconds. The reason for heating upside down is to prevent warping. Then, it was quickly turned over and heated for 1 minute, then turned over quickly and heated for 1 minute. Thereafter, the total heating time for each surface was set to 10 minutes in the same manner. The plate thus heat-treated has a brown to brownish brown appearance and looks good. By applying such heat treatment to the board, the board has an antibacterial action, so it can be used as a kitchen cutting board. It can also be used for furniture and interior decoration.

本発明により得られた木材は、従来の炭化方法によって得られる木材(サーモウッド)より機械的強度が大きいので、サーモウッドでは困難であった構造材としての利用が可能である。また、サーモウッドの炭化温度より高い温度で炭化できるので、より大きな防腐効果を得ることが可能である。本発明は田畑や庭等の野外で使用される焼き杭、柵、テーブル、犬小屋等に利用することもできる。その他木材が利用される殆どの分野に利用することができる。炭化の程度を低くすれば、茶色の外観になるので、無塗装の家具や額縁、掲示板、看板等に、また、台所用まな板や鍋敷き等の家庭用品にも利用できる。間伐材の有効利用をはじめ日本の木材産業の発展に貢献できると考えられる。 The wood obtained by the present invention has higher mechanical strength than wood (thermo wood) obtained by a conventional carbonization method, and can therefore be used as a structural material that was difficult with thermo wood. Moreover, since carbonization can be performed at a temperature higher than the carbonization temperature of the thermowood, a greater antiseptic effect can be obtained. The present invention can also be used for grilled piles , fences, tables, kennels and the like used outdoors in fields and gardens. It can be used in most other fields where wood is used. If the degree of carbonization is lowered, the appearance becomes brown, so it can be used for unpainted furniture, picture frames, bulletin boards, signboards, and other household items such as kitchen cutting boards and pans. It is thought that it can contribute to the development of the Japanese timber industry, including the effective use of thinned wood.

1 木材
2 アルミ箔
3 熱板
4 熱熔融金属浴
5 熱熔融金属浴の容器
6 木材に加わる力
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wood 2 Aluminum foil 3 Hot plate 4 Hot melt metal bath 5 Hot melt metal bath container 6 Force applied to wood

Claims (8)

木材或いは木質材料の表面に、熱分解成分が自由に揮発するのを防止する気体不透過性部材を接触させ、木材或いは木質材料の表面を加熱温度240℃〜450℃の範囲内で加熱し、加熱時間を調節することによって、表面層にクラックを発生させずに、木材或いは木質材料の表面層を0.7mm以上の厚さに炭化することを特徴とする木材或いは木質材料の表面炭化方法。   A gas-impermeable member that prevents volatilization of the pyrolysis component is brought into contact with the surface of the wood or wood material, and the surface of the wood or wood material is heated within a heating temperature range of 240 ° C. to 450 ° C., A method of carbonizing a surface of a wood or wood material, wherein the surface layer of the wood or wood material is carbonized to a thickness of 0.7 mm or more without adjusting the heating time to cause cracks in the surface layer. 気体不透過性部材が、熱溶融状態の金属、熱伝導性の良い熱板、熱金属箔、熱金属ロールのいずれかであり、加熱時間を15秒以上とすることを特徴とする請求項1に記載の木材或いは木質材料の表面層炭化方法。   The gas impermeable member is any one of a heat-melted metal, a heat plate having good heat conductivity, a heat metal foil, and a heat metal roll, and the heating time is 15 seconds or more. A method for carbonizing a surface layer of a wood or wood material as described in 1. 気体不透過性部材が、赤外線透過性であり、該部材を透過して赤外線を照射することにより、木材或いは木質材料の表面を加熱することを特徴とする請求項1に記載の木材或いは木質材料の表面層炭化方法。   2. The wood or wood material according to claim 1, wherein the gas impermeable member is infrared permeable, and the surface of the wood or wood material is heated by irradiating infrared light through the member. Surface layer carbonization method. 少なくとも1個の気体不透過性部材と、木材或いは木質材料とを、相対的にスライドさせることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の木材或いは木質材料の表面層炭化方法。 The method of carbonizing a surface layer of wood or wood material according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one gas-impermeable member and wood or wood material are slid relative to each other. . 木材或いは木質材料の表面に、気体不透過性部材が存在しない状態で前記表面を加熱して予備炭化を行なった後に、前記表面に気体不透過性部材が接触した状態で、前記表面を加熱することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の木材或いは木質材料の表面層炭化方法。   After the surface is heated and pre-carbonized in the absence of a gas-impermeable member on the surface of wood or woody material, the surface is heated with the gas-impermeable member in contact with the surface. The method for carbonizing a surface layer of wood or wood material according to any one of claims 1 to 4. 木材或いは木質材料を加熱する前に、その表面層に、水ガラスを含浸させることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の木材或いは木質材料の表面層炭化方法。   The method for carbonizing a surface layer of wood or wood material according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface layer is impregnated with water glass before heating the wood or wood material. 木材或いは木質材料が加熱される前に、その炭化される領域の表面の、少なくともその全周端部を、厚さ0.3mm以下の金属板或いは金属箔により被覆することを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の木材或いは木質材料の表面層炭化方法。   The surface of the carbonized region is covered with a metal plate or metal foil having a thickness of 0.3 mm or less before the wood or woody material is heated. A method for carbonizing a surface layer of a wood or woody material according to any one of claims 1 to 6. 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の方法により製造された製造物。   A product produced by the method according to any one of claims 1 to 7.
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