JP2994331B2 - 木材の圧縮成形方法とそれに用いる装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、木材の物性を改良
するために、この木材を軟化させて圧縮するといった方
式の圧縮成形方法とそれに用いる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような木材の圧縮成形については、
例えば特開平9-076206号公報に開示されている技術が公
知である。この技術では、軟化状態にある木材を圧力容
器内で圧縮した後に別の治具内に移し、この治具内にお
いて木材を積極的に体積緩和させ、木材の表面を治具の
内面に圧着させて乾燥している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記公報に開示されて
いる技術に限らず、軟化した木材を圧力容器内で圧縮し
た後、直ちにこの圧力容器内から取り出すと、木材は自
然に体積緩和を起こし、所望する形状あるいは表面硬度
が得られない。しかし、だからといって加熱軟化した木
材の温度が軟化点以下に下がるまで長時間にわたって圧
力容器内に木材を入れたままにしておくのでは、作業効
率がわるい。

【０００４】本発明は前記の課題を解決しようとするも
ので、その一つの目的は、加熱軟化させた木材を圧力容
器内において加圧圧縮した後、この圧力容器内を一定の
静圧に保ったままで木材の温度をその軟化点以下まで冷
却することにより、圧縮木材の体積緩和を短時間で回避
することである。また本発明の他の目的は、軟化木材を
加圧するための圧力容器内への高温流体の供給、あるい
は加圧木材を冷却するための圧力容器内での高温流体と
冷却流体との置換を短時間で行えるようにすることであ
る。本発明の他の目的は、加圧圧縮時の木材を高温流体
以上の温度に保持し、かつ冷却時における木材の予備冷
却を可能とすることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
加熱軟化させた木材を入れた圧力容器の内部に高温流体
を供給し、この圧力容器内を所定の圧力に維持して木材
を加圧圧縮した後、この圧力容器内を一定の静圧に保っ
たままで高温流体と冷却流体とを置換することにより、
木材の温度がその軟化点以下になるまで冷却することを
特徴とする。このように圧力容器内を一定の静圧に保っ
たままで、その内部の高温流体と冷流体とを置換するこ
とにより、圧縮木材は一定の圧力で加圧されたまま、そ
の温度が軟化点以下になるまで冷却される。したがって
圧縮木材が比較的短時間で体積緩和を起こさない状態と
なり、その作業効率が向上する。

【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の木
材の圧縮成形方法であって、高温流体と冷却流体とを置
換することによる冷却は、圧力容器内の温度を50℃下げ
るのに要する時間を1時間以内としたことを特徴とす
る。これによって圧縮木材の体積緩和がより効果的に回
避される。

【０００７】請求項３記載の発明は、請求項１記載の木
材の圧縮成形方法に用いる装置であって、木材を入れて
密閉することが可能な圧力容器と、高温流体及び冷却流
体が個々に貯められたそれぞれのタンクと、高温流体の
タンクを圧力容器に連通させてこの圧力容器内に高温流
体を供給して所定の圧力に維持する加圧手段と、冷却流
体のタンクを圧力容器に連通させてこの圧力容器内を一
定の静圧に保ったままでその内部から高温流体を排出
し、代わりに冷却流体を供給することが可能な冷却手段
とを備えている。この圧縮成形装置によれば、請求項１
記載の発明と同じ効果に加え、木材の加圧時における圧
力容器内への高温流体の供給あるいは冷却時における圧
力容器内での高温流体と冷却流体との置換が短時間で行
われる。

【０００８】請求項４記載の発明は、請求項３記載の木
材の圧縮成形装置であって、冷却手段が圧力容器内から
高温流体を排出するためのリリーフ弁を備え、このリリ
ーフ弁の吹き出し圧が圧力容器内の圧縮圧と同じ値に設
定されている。これにより圧力容器内を一定の静圧に保
ったまま、その内部の高温流体と冷却流体とを置換する
といった処理がリリーフ弁といった比較的廉価な部品の
採用によって実現できる。

【０００９】請求項５記載の発明は、請求項３記載の木
材の圧縮成形装置であって、前記圧力容器が、その内部
を間接的に加熱あるいは冷却することが可能なジャケッ
トを備えている。このようにジャケットを利用して圧力
容器内を加熱あるいは冷却することにより、加圧時の木
材を高温流体以上の温度に保持でき、または加圧木材の
冷却に先だって予備冷却することが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は木材の圧縮成形装置の外観を表した正面
図、図２は図１の平面図、図３及び図４は圧縮成形装置
の機能を表すための概要図である。この装置の圧力容器
１０は両端部が開放された円筒状容器で、図１で示すよ
うに架台１２の上に横向きに設置されている。そして圧
力容器１０の一方の開放端部（図面の左側端部）はセル
フロック式の蓋１４が設けられた木材の出し入れ口であ
り、他方の開放端部はカバー１６がボルト・ナットによ
って脱着可能に取り付けられたメンテナンス用の開口で
ある。

【００１１】図３，４で示すように前記圧力容器１０の
外周には容器内とは独立したジャッケット１８が、この
圧力容器１０のほぼ全長にわたって形成されている。ま
た圧力容器１０の内部には、木材を搬入して固定するた
めの台車２０を案内するレール２２が設けられている。
なお圧力容器１０の仕様の一例を示すと、内径450mm、
全長3,500mmのステンレス製で、耐圧圧力3.0MPa、耐熱
温度180℃である。

【００１２】図１で示す架台１２には、圧力容器１０の
上方において二つのタンク３０，５０が個々に独立して
設置されている。これらのタンク３０，５０は、一般水
道に接続された水取入れ口３２，５２及びエアー取入れ
口３６，５４をそれぞれ備えている。

【００１３】また一方のタンク３０はスチーム取入れ口
３４を備え、ここから加熱用のスチームを吹き込むこと
により、タンク３０内の水を高温水にすることができ
る。このスチーム取入れ口３４からタンク３０内に吹き
込まれるスチームの流量を調整することによって温水の
温度制御が可能となっている。なお両タンク３０，５０
の仕様の一例を示すと、それぞれ容量500リットルのス
テンレス製で、耐圧圧力は0.4MPaである。そして個々に
圧力計、温度計、液位計を備えている。

【００１４】前記タンク３０の底部にはバルブ３９を備
えた高温水取出し口３８が、またタンク５０の底部には
バルブ５８を備えた水取出し口５６が設けられている。
これらの高温水取出し口３８及び水取出し口５６は、共
通の供給パイプ４０によって前記圧力容器１０の内部に
通じている。したがってバルブ３９，５８を切り替える
ことにより、タンク３０の高温水取出し口３８あるいは
タンク５０の水取出し口５６を圧力容器１０に対して選
択的に連通させることが可能である。

【００１５】前記供給パイプ４０の途中には圧力源とし
ての二連のポンプ４６が直列に設けられ、圧力容器１０
の内部に高温水あるいは水を高圧で送り込むことができ
る。そしてポンプ４６の入口側にはゴミ捕集用のストレ
ーナ４４が設けられ、かつポンプ４６と圧力容器１０と
の間には逆止弁４８が設けられてポンプ４６の異常に対
しても圧力容器１０の内部圧力を保持できるようになっ
ている。なお前記ポンプ４６には例えば多段渦巻きポン
プが使用され、毎分100リットルの吐出流量及び吐出圧
力3.0MPaの性能を確保している。

【００１６】また圧力容器１０も、その内部に加熱用の
スチームを吹き込むためのスチーム取入れ口４２を備え
ている。このスチーム取入れ口４２から吹き込まれるス
チームを圧力容器１０の内部で均一に分散させるため
に、多数の吹き出し孔を有する配管（図示外）が圧力容
器１０内の上部において、ほぼ全長にわたって配置され
ている。なおスチーム取入れ口４２から供給されるスチ
ームは、制御弁などによって温度制御が可能である。

【００１７】前記圧力容器１０にはバルブ６２を備えた
エアー抜きパイプ６０が設けられており、このバルブ６
２を開けることによって後で説明する圧力容器１０内の
加圧時に、この圧力容器１０内のエアー抜きを行うこと
ができる。また圧力容器１０には、後述する圧力容器１
０内の冷却時に水を排出するための水抜きパイプ６４が
設けられている。この水抜きパイプ６４はその途中で３
系統に分かれており、各系統にはバルブ６６とリリーフ
弁６８とがそれぞれ設けられている。これによって複数
の圧力設定、バルブ６６などが故障したときの代替使用
が可能となる。

【００１８】前記ジャッケット１８には、その内部に加
熱用のスチームを吹き込むためのスチーム取入れ口７０
と、ドレーンパイプ７２とが設けられている。さらにジ
ャッケット１８には、その内部に冷却用の水を送り入れ
るための水取入れ口７４と、水を循環させるための水取
出し口７６とを備えている。

【００１９】引きつづいて木材を圧縮成形する手順につ
いて説明する。まず前記の両タンク３０，５０の内部に
それぞれの水取入れ口３２，５２から水を入れ、さらに
タンク３０についてはスチーム取入れ口３４から内部に
スチームを吹き込み、かつ温度コントローラを所定温度
（約85℃）に設定して水の加熱を開始する。これと並行
して処理の対象となる木材に対し、木屑などのゴミが圧
力容器１０内で浮遊するのを抑えるための布や網を被せ
た状態で前記台車２０に載せ、鎖で固定する。そして圧
力容器１０の前記蓋１４を開け、前記台車２０を圧力容
器１０の中に押し込んでセットボルトなどで固定し、蓋
１４を閉めてロックする。

【００２０】この後、圧力容器１０の内部へ前記スチー
ム取入れ口４２からスチームを吹き込んで前記の木材を
加熱し、木材を軟化させるために1時間程度はスチーム
を供給し続けて圧力容器１０内の温度を維持する。木材
が軟化したらスチームの供給を止め、前記タンク３０の
高温水を供給パイプ４０を通じて圧力容器１０の内部に
送り込む。ここで前記ポンプ４６を起動させ、圧力容器
１０内の水圧を所定値（約2.0MPa）に維持して木材の圧
縮を開始する。

【００２１】なお圧力容器１０に対する供給パイプ４０
の流入口側には、測定レンジの切り替え及び積算表示が
可能な形式の電磁流量計（図示外）が設けられており、
この流量計で計測表示された高温水の供給量に基づき、
木材の圧縮量を測定してその圧縮率を推算し、圧力調整
を行う。また流量計の流量値が一定時間ゼロを示せば、
木材の圧縮行程が終了したものと判断でき、圧縮不足あ
るいは時間的なロスを防ぐことができる。

【００２２】圧縮木材の冷却に際しては、タンク５０に
おける前記水取出し口５６のバルブ５８を開けてからタ
ンク３０の高温水取出し口３８のバルブ３９を閉める。
そして圧力容器１０における前記水抜きパイプ６４のリ
リーフ弁６８の入口弁を開くのであるが、このリリーフ
弁６８は予め圧力容器１０内の圧縮圧と同じ値の吹き出
し圧（約2.0MPa）に設定されている。したがって圧力容
器１０の内部は一定の静圧に保たれたまま、高温水が水
抜きパイプ６４を通って排出され、代わりに冷水が送り
込まれる。このように高温水と冷水とを置換することに
より、圧力容器１０内の圧縮木材は一定の圧力で加圧さ
れたまま、その温度が軟化点以下になるまで急速に冷却
される。

【００２３】圧縮木材の体積緩和を回避するには前記の
ように木材を加圧したままで急速冷却、すなわち圧力容
器１０内の温度（水温）を50℃下げるのに要する時間を
1時間以内の速さとし、好ましくは木材の軟化点よりも
低い温度（40℃以下）まで下げると、よい結果が得られ
る。このように圧力容器１０内を冷却した後、1時間程
度経過すると圧縮木材は芯まで冷める。その後、圧力容
器１０内の水を排出し、前記蓋１４を開いて圧縮木材を
台車２０に載せたままで圧力容器１０の外に取り出して
作業の1サイクルを終える。

【００２４】図５は木材の圧縮成形時における圧力容器
１０内の温度変化を表したグラフである。この場合の測
定データでは、木材を加熱して圧縮した後に冷却を開始
してから20分足らずで、圧力容器１０内の温度が約80℃
から20℃に下がっている。なおこの実験の対象となった
木材は、直径が約190mmで全長が2,000mmの丸太材であ
る。

【００２５】前記のように圧力容器１０内を高温水によ
って加圧している状態において、前記ジャッケット１８
内にスチーム取入れ口７０からスチームを吹き込むこと
により、圧力容器１０内の木材を高温水以上の温度に保
持できる。また圧力容器１０内の高温水と冷水とを置換
するのに先立ち、ジャッケット１８内に水取入れ口７４
から水を送り込んで予備冷却を行うことにより、高温水
で満たされている圧力容器１０内に、いきなり冷水を送
り込むことによる弊害、例えばバルブ類の劣化を避ける
ことができる。

【００２６】以上の説明から明らかなように前記タンク
３０の高温水取出し口３８、供給パイプ４０及びポンプ
４６が主体となって圧力容器１０内を加圧するための
「加圧手段」が構成されており、また前記タンク５０の
水取出し口５６、供給パイプ４０、ポンプ４６及び圧力
容器１０の水抜きパイプ６４に設けられているリリーフ
弁６８などが主体となって圧力容器１０内を一定の静圧
に保ったままで冷却する「冷却手段」が構成されてい
る。

【００２７】なお圧力容器１０内を加熱するための手段
については、前記スチーム取入れ口４２から圧力容器１
０内にスチームを吹き込む他に、圧力容器１０の内部に
電熱器などを設けてもよい。さらに木材を加熱して軟化
させるのは、圧力容器１０とは別に設置された加熱専用
容器（図示外）を利用することにより、圧力容器１０外
で行ってもよい。

【００２８】前記圧力容器１０内を一定の静圧に保った
ままで高温水と冷水とを置換するには、前記水抜きパイ
プ６４のリリーフ弁６８の他に一次圧力制御弁、差圧弁
などを含む機械方式、あるいは比例制御弁や前記ポンプ
４６の制御といった電気制御方式の採用が可能である。
いずれにおいても圧力の調整及び設定が可能であり、と
くに電気制御方式は圧力制御においても非常に操作性が
よく、自動化も容易である。

【００２９】同じく高温水と冷水とを置換する手段とし
ては、前記圧力容器１０と同じ構造の容器を用意し、そ
の内部には常に冷水を蓄えておくとともに、これら相互
の内部を閉回路で連通させておくといった構成でもよ
い。そして圧力容器１０内の加圧時には冷水容器内も加
圧し、冷却時には両容器間での循環によって圧力容器１
０内の高温水を冷水と置換する。この場合のポンプ圧、
流量は当然のことながら、冷却時のそれらを上回る必要
がある。

【００３０】前記ポンプ４６については、水圧機等に代
えてもよいが、木材に対する圧縮カは静圧に限る。しか
もこれらを加圧用、水の循環用、高温水と冷水との置換
用といったように個別に設けることもできるが、本実施
の形態のポンプ４６のように各機能を兼用してもよい。
また高温水及び冷水についても、加熱及び加圧可能なそ
の他の流体に代えることは当然可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】木材の圧縮成形装置の外観を表した正面図。

【図２】図１の平面図。

【図３】圧縮成形装置の上半分を表した概要図。

【図４】同じく圧縮成形装置の下半分を表した概要図。

【図５】木材の圧縮成形時における圧力容器内の温度変
化を表したグラフ。

【符号の説明】

１０ 圧力容器 １８ ジャッケット ３０ タンク ３８ 高温水取出し口 ４０ 供給パイプ ４２ スチーム取入れ口 ４６ ポンプ ５０ タンク ６４ 水抜きパイプ ６８ リリーフ弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大矢 昭生 愛知県名古屋市熱田区切戸町１丁目22番 地 (72)発明者 荒川 民雄 愛知県岩倉市井上町種畑20番地 マイウ ッド株式会社内 (72)発明者 竹内 政彦 愛知県岩倉市井上町種畑20番地 マイウ ッド株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−155910（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−297408（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B27K 3/00 - 5/00 B27M 1/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱軟化させた木材を入れた圧力容器の
   内部に高温流体を供給し、この圧力容器内を所定の圧力
   に維持して木材を加圧圧縮した後、この圧力容器内を一
   定の静圧に保ったままで高温流体と冷却流体とを置換す
   ることにより、木材の温度がその軟化点以下になるまで
   冷却することを特徴とする木材の圧縮成形方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の木材の圧縮成形方法であ
   って、高温流体と冷却流体とを置換することによる冷却
   は、圧力容器内の温度を50℃下げるのに要する時間を1
   時間以内としたことを特徴とする木材の圧縮成形方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の木材の圧縮成形方法に用
   いる装置であって、木材を入れて密閉することが可能な
   圧力容器と、高温流体及び冷却流体が個々に貯められた
   それぞれのタンクと、高温流体のタンクを圧力容器に連
   通させてこの圧力容器内に高温流体を供給して所定の圧
   力に維持する加圧手段と、冷却流体のタンクを圧力容器
   に連通させてこの圧力容器内を一定の静圧に保ったまま
   でその内部から高温流体を排出し、代わりに冷却流体を
   供給することが可能な冷却手段とを備えた木材の圧縮成
   形装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の木材の圧縮成形装置であ
   って、前記冷却手段が圧力容器内から高温流体を排出す
   るためのリリーフ弁を備え、このリリーフ弁の吹き出し
   圧が圧力容器内の圧縮圧と同じ値に設定されている木材
   の圧縮成形装置。
5. 【請求項５】 請求項３記載の木材の圧縮成形装置であ
   って、前記圧力容器が、その内部を間接的に加熱あるい
   は冷却することが可能なジャケットを備えている木材の
   圧縮成形装置。