JP3107482B2 - 木質材の熱処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は木質材の熱処理方法に関
し、特に、木質材の寸法安定性あるいは表面特性などを
改善することにより建築用あるいは家具用などとして有
効に用いることのできる圧密化木質材を簡易にかつ安定
的に生産することを可能とした木質材の熱処理方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、良質の広葉樹材が減少して充分な
供給が得られなくなったため、広葉樹材の代替材料とし
て針葉樹材、中質繊維板（ＭＤＦ）、パーチクルボード
などが注目されている。しかし、針葉樹は広葉樹に比較
して一般的に柔らかく、建築用あるいは家具用材料とし
て用いるには、表面硬度や表面の耐磨耗性などの表面特
性、水分や熱に対する耐久性、及び強度などに問題があ
った。ＭＤＦやパーチクルボードは水分に対する厚み方
向の膨潤が大きな問題であった。

【０００３】そのため、針葉樹であれば煮沸したり、水
蒸気処理を施して軟化させた後、平盤プレス機で熱圧し
て針葉樹を最初の厚みの２０〜７０％位の厚みにまで圧
密化する技術が公知になっている。針葉樹を圧密化する
と、前述した表面特性や耐久性及び強度などに顕著な効
果が得られるが、水分と熱の一方あるいは両方の作用に
より、圧密化された針葉樹材が元の状態に戻ろうとする
力が働き、せっかく圧密化されて性能が向上した針葉樹
材が元の状態近くにまで復元してしまう欠点があった。

【０００４】圧密化した木質材をオートクレープ内に入
れ１６０〜２２０℃の高圧水蒸気で数分間処理すること
により、圧密化した木質材の復元を防止する方法も提案
されているが、この方法は高圧水蒸気の木質材内部（特
に木質材中央部）への浸透が難しく、処理効果が均一で
なく、木質材の中央部と周辺部の処理状態が往々にして
異なる場合があった。

【０００５】本出願人は、従来の木質材の処理方法の持
つ不都合を解決すべく鋭意研究を重ね、圧密化した木質
材が水分や熱によって元の厚みに復元することを防止で
きるだけでなく、木質材全体にわたって均一にかつ効率
よく木質材を処理することのできる木質材の新規な処理
方法を発案し既に出願している（特願平５−２８９５７
号：特開平６−２３８６１５号公報）。

【０００６】この処理方法は、オートクレープ内で木質
材を処理することなく、従来の木材処理で用いられる熱
盤を持つ圧締装置を利用した方法であり、圧締装置の熱
盤間に処理すべき木質材を配置し、さらにその周囲に弾
性シリコン材などの弾性密封材料及びステンレス材など
の厚さ規制治具とを配置したのち、該熱盤により木質材
を加熱、圧縮して、木質材そのものが有する水分を蒸気
化することにより木質材を圧密化する方法であり、木材
の圧締や複合材の製造に用いられる通常の熱盤を持つ圧
締装置を用いて行うことができることから、処理自体が
簡素化される利点を有している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の熱盤を持つ圧締
装置を利用した木質材の熱処理方法はそれ自体で有効な
ものであるが、処理すべき木質材を圧締装置の熱盤の上
に配置する毎にその周囲に弾性密封材料及び厚さ規制治
具とを配置しまた圧密処理の後にそれらを取り去ること
が必要であることから、比較的小寸法の木質材を多数圧
密化しようとする場合などにおいて煩雑な作業となるこ
とは否めない。また、処理温度が高い場合には発生する
内部蒸気圧が大きくなり、弾性密封材料及び厚さ規制治
具とがその圧力の影響で移動したり変形する恐れがあ
り、発生した水蒸気が気密に保持されない場合が起こり
うる。また、基本的に従来使用している熱盤などの表面
を加圧及び圧密面として用いることを前提とするもので
あることから、処理される木質材の表面は熱盤などの表
面状態に依存することとなり、それ以上のあるいは異な
った表面特性を持つものを得ることは困難である。

【０００８】本発明は、本出願人がすでに提案している
上記の木質材の熱処理方法をさらに改善した方法を提供
することを目的としており、より具体的には、圧締装置
による圧密化処理の前後の作業がきわめて簡易であり、
処理温度にかかわらず安定した圧密化処理を行うことが
でき、さらに、圧締装置の熱盤などの表面状態に依存し
ない表面特性を持つ圧密化木質材を得ることのできる、
木質材の熱処理方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決しかつ
目的を達成するために、本発明は、無垢材又は木質繊
維、木質チップあるいは木質切削片などを熱圧成形して
作られるＭＤＦ又はパーチクルボードのような木質加工
材料である木質材の熱処理方法であって、耐圧性と耐熱
性を持ちかつ開放及び密閉自在な剛性容器の内部に前記
処理すべき木質材を収容した後に、該剛性容器を密封状
態とし加熱することにより、剛性容器内に収容された木
質材内部に含有された水分を水蒸気化し、場合によって
は圧密化することを特徴とする木質材の熱処理方法を開
示する。

【００１０】木質材を収容した剛性容器を密封状態とし
かつ加熱する方法に特に制限はないが、従来知られた、
熱盤を持つ圧締装置によって行うこともでき、加熱手段
を持つロールプレスあるいはベルトプレスによって行う
こともできる。いずれの場合であっても高周波加熱を加
熱方法として用いることは処理時間の短縮及び処理の均
一化の観点から有効であり、それを単独の加熱手段とし
て用いてもよく熱盤などの加熱手段と併用して用いても
よい。

【００１１】本発明はさらに、無垢材又は木質繊維、木
質チップあるいは木質切削片などを熱圧成形して作られ
るＭＤＦ又はパーチクルボードのような木質加工材料で
ある木質材の熱処理方法であって、容器本体と蓋部分と
からなりかつ耐圧性と耐熱性を持つ剛性容器の前記容器
本体内に前記処理すべき木質材を収容し、その上に前記
蓋部分を配置した後、該剛性容器を密封状態とし加熱す
ることにより、剛性容器内に収容された木質材内部に含
有された水分を水蒸気化するに際して、処理すべき木質
材の表面と前記容器本体の底面との間あるいは処理すべ
き木質材の表面と前記蓋部分の裏面との間のいずれか一
方または双方に好ましくはシリコンゴムシートのような
シート状部材を配置し、その状態で前記蓋部分を設置し
た後、該剛性容器を密封状態とし加熱することを特徴と
する木質材の熱処理方法をも開示する。この方法によれ
ば、用いるシート状部材の物性に応じた表面特性を持つ
製品を容易に製造することが可能となることに加え、密
封性を一層向上させることができる。なお、前記のよう
に、本発明において木質材とは、無垢材だけでなくＭＤ
Ｆ又はパーチクルボードのような木質繊維、木質チップ
あるいは木質切削片などを熱圧成形して作られる木質加
工材料も含むものであり、等しく目的は達せられる。ま
た、無垢材としては一般に柔らかいとされている針葉樹
材に本発明を適用することにより特に効果を発揮する
が、広葉樹材の場合にも適用可能である。

【００１２】以下、添付の図面も参酌しつつ本発明によ
る木材の熱処理方法をより詳細に説明する。まず、本発
明において木質材とは、無垢材だけでなくＭＤＦやパー
チクルボードなどの加工材料も含むものであり、等しく
目的は達せられる。また、無垢材としては一般に柔らか
いとされている針葉樹材に本発明を適用することにより
特に効果を発揮するが、広葉樹材の場合にも適用可能で
ある。

【００１３】圧密に用いる剛性容器１は好ましくは、図
１に示すように内部に木質材収容のための空間Ｓを持つ
容器本体１０と平板状の蓋部分１０とのように、木質材
の圧縮方向に分離可能な２つの部材により構成される。
剛性容器１の素材としてステンレス鋼が好適であるがこ
れに限定されるものではなく、圧密時の温度と圧力に対
する耐性を持つ材料を任意に用いうる。例えば、鉄材、
アルミ材なども用いることができる。また、容器本体１
０と蓋部分２０とを同じ材料で構成することは必ずしも
必要もなく、ステンレス鋼により容器本体を作り、エポ
キシ系、シリコン系、ポリカーボネート系のような耐熱
性樹脂材料により蓋部体を作るようにしてもよい。その
場合には、剛性容器全体として軽量化が図られ取り扱い
が容易となる利点がある。

【００１４】容器本体１０が蓋部分２０と面接合する部
分には好ましくは耐熱シリコン材料のような密封材３０
を取りつける。図３に示すように、収容した木質材４０
の周囲に弾性シリコン材のような密封材３０Ａを別途配
置することもでき、この場合には、密封材３０は必ずし
も必要ではない。また、剛性容器１が処理すべき木質材
４０と接する面はすべてあるいは部分的に鏡面であって
もよく、微細な凹凸加工が施してあってもよい。前者の
場合には表面が平坦なつや有り状態の圧密化木質材を得
ることができ、後者の場合にはつや消しされた表面を持
つ圧密化木質材を得ることができる。

【００１５】さらに、図３に示すように蓋部分２０の裏
面と木質材４０との間には容器本体１０の開放側の全面
を覆うようにして厚さ0.３〜1.０ｍｍ好ましくは0.３〜
0.５ｍｍ程度のテフロンシートのような樹脂シート、シ
リコンゴムシート、離型紙などのシート状部材２０Ａを
目的に応じて介在させてもよく、それにより剛性容器
（例えは蓋部分）の表面特性とは異なった表面特性を持
つ圧密化木質材を得ることができることに加え、剛性容
器と木質材との離間を良くすることができ作業性が向上
する。なお、このシート状部材２０Ａの面積は好ましく
は剛性容器１０の断面積と同じが幾分広いものとする。
それにより、容器本体１０と蓋部分１０との接合面の密
封性を高めることが可能となる。特に図示しないが、必
要に応じて容器本体１０の底面部と木質材４０との間に
も同様にシート状部材を配置してもよい。

【００１６】特にシート状部材２０Ａとしてシリコンゴ
ムシートを図３に示すような態様で用いる場合には、シ
リコンゴムシートの持つ高い密着性により容器内の密封
性が向上し木質材から生じる蒸気が剛性容器外への流出
するのをより確実に防止することができ高い圧密化を持
つ製品が得られると共に、シリコンゴムシートの持つ高
い弾性率により、木質材表面の硬度分布に応じた凹凸を
表面に持つより意匠性の高い圧密化製品を得ることがで
きる効果がある。

【００１７】容器本体１０の内部に形成される空間Ｓの
断面形状は処理しようとする木質材４０を収容し得る形
状であれば任意であるが、図２に示すように木質材の断
面形状よりも幾分大きい断面形状とすることは実用上好
ましい態様である。図２ではその一方の長さのみを示し
ているが、容器本体１０の横幅Ｗは木質材４０の横幅ｗ
よりも幾分大きく（すなわちＷ＞ｗ）形成されている。
一方、その深さＨは処理しようとする木質材４０の処理
前の厚さｈより浅い（低い）（すなわちＨ＜ｈ）ものと
する。

【００１８】木質材４０の熱処理に際して、先ず剛性容
器１から蓋部分２０を取り外し、処理しようとする木質
材４０を容器本体１０の内部空間に収容する（その際
に、前記のように容器の底部にあるいは図３に示すよう
に蓋部分２０と木質材との間にシリコンゴムシートのよ
うなシート状部材を配置してもよい）。その状態では図
２に示すように、木質材４０の厚み方向の一部、すなわ
ち（ｈ−Ｈ）の部分は容器本体１０の上縁部分よりも突
出した状態となる。木質材１０の突出した表面上に蓋部
分２０を載置した状態で、圧締装置の熱盤間に配置す
る。

【００１９】前記のように、熱盤としては、木材の圧締
や複合材の製造に用いられる通常の熱盤を任意に用い得
るがこれに限定されない。さらに、従来知られた加熱ロ
ールプレスあるいは加熱ベルトプレスを用いてもよい。
その場合には、それらプレスの上流側に木質材を収容し
た剛性容器を配置し、圧縮と加熱を行いながら下流側に
移動させていくことにより熱処理が進行する。さらに、
加熱手段としてマイクロ波加熱を含む高周波加熱（本明
細書において、以下高周波加熱という）を、単独である
いは熱盤と共に用いてもよく、いずれの場合にも処理さ
れる木質材の近傍に公知のマイクロ波発生装置あるいは
高周波発生装置を備えるようにする。

【００２０】処理に際し、木質材を収容した剛性容器１
を配置した後に、図２に示すように熱盤５０、５０相互
を剛性容器１に接するまで接近させ、さらに蓋部分２０
が容器本体１０と接触するまで接近させる。それにより
木質材４０は剛性容器１内で圧縮されかつ封止状態に置
かれる。その状態で熱盤による加熱をさらに継続して行
う。この時の加熱温度は木質材内部に含有された水分が
蒸発する温度以上の温度であることが必要である。加熱
温度を段階的に変えるようにしてもよく、例えは当初は
２００℃程度とし時間と共に次第に低温としていくこと
によりあるいは所定時間経過後より低温で加熱すること
により木質材の表面の熱による変色を可能な限り防止す
ることが可能となる。熱盤による加熱に代えあるいは熱
盤による加熱に加えて高周波加熱を用いる場合には木質
材内部から水分が一律に蒸気化することから一層均一な
熱処理が行われまた処理サイクルの一層の短縮化が図ら
れる。

【００２１】本発明において、剛性容器内に収容する木
質材４０の初期厚さを剛性容器１の内部空間の深さＨと
ほぼ同じ厚さのものを用いるようにしてもよい。その場
合は特に木質材に対して圧縮処理は施されず、内部水分
の蒸気化による熱処理のみが行われる。針葉樹材のよう
に圧密処理を施して緻密化と共に表面状態の向上を必要
とするような場合には最終製品の厚さよりも厚い材料を
用意することが好ましいがパーチクルボードのように特
に圧密を必要としない材料の場合には上記のような処理
が可能である。

【００２２】

【００２３】所定の加熱を終えた後に、解圧を行う。解
圧は一定時間をかけて徐々に行うようにしてもよく、ま
た熱盤に冷却水を供給していわゆるコールドの状態で行
ってもよい。実験によればコールド状態で解圧を行う場
合には得られた最終製品の寸法変化率は他の解圧の場合
に比べて小さくまた表面状態も美しく仕上げることがで
きる。

【００２４】上記のように本発明においては、剛性容器
の内部空間の深さ（高さ）Ｈは処理しようとする木質材
の圧密後の厚さとなる。従って、内部空間の深さＨは得
ようとする最終製品毎に適宜定められるが、前記したよ
うにシート状部材とは別個に耐熱性と耐圧性のある薄板
状部材を内部空間の底部に敷くことにより同じ深さの空
間を持つ容器本体を用いても異なった厚みを持つ圧密後
の製品を得ることが可能である。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。 〔実施例１〕木質材として、含水率２０％、厚さｈ＝３
０ｍｍ、幅ｗ＝１５０ｍｍ、長さｌ＝６００ｍｍの杉材
を用意し、それを図１、図２に示す形状のステンレス製
剛性容器に入れて、圧縮と加熱を行った。ステンレス製
剛性容器１の容器本体１０に形成した内部空間の寸法
は、高さＨ＝１２ｍｍ、幅Ｗ＝１６０ｍｍ、長さＬ＝６
１０ｍｍであり、蓋部分２０として厚さ１０ｍｍのステ
ンレス板を用いた。また、容器本体１０の上縁には耐熱
弾性シリコンパッキン３０をその４周に取り付けた。

【００２６】杉材を収容した容器本体とその上部に載置
した蓋部分とを熱盤を持つ圧締装置の下方熱盤に配置
し、熱盤を２００℃に設定した後、圧力５０ｋｇｆ／ｃ
ｍ² で熱盤を移動させ、蓋部分２０を容器本体１０の上
縁と接触させた。その状態で５分間、１０分間の加熱を
継続して行い、その後、熱盤に冷却水を供給し５分間後
解圧して、熱盤間から剛性容器を取り出して、圧密化し
た木質材を得た。当初厚み３０ｍｍであった杉材は１２
ｍｍに圧縮された（圧縮率６０％）。

【００２７】〔実施例２〕実施例１で使用した材料を使
用し、ここでは高周波の印加が可能な熱盤を有している
プレスを使用した。剛性容器は、ステンレス製の容器本
体とポリカーボネート製の蓋部分とからなるものを用い
た。熱盤を１８０℃に設定した後、圧力５０ｋｇｆ／ｃ
ｍ² で熱盤を移動させ、蓋部分２０を容器本体１０の上
縁と接触させた。その状態で１3.５６ＭＨｚ、出力２０
０Ｖ ８ｋｗの高周波を２分間、４分間照射後、熱盤に
冷却水を供給し５分間後解圧して、熱盤間から剛性容器
を取り出して、圧密化した木質材を得た。当初厚み３０
ｍｍであった杉材は１２ｍｍに圧縮された（圧縮率６０
％）。

【００２８】〔実施例３〕実施例２と同様な処理を行っ
た。但し、ポリカーボネート製の蓋部分を載置する前
に、木質材表面に0.２ｍｍのＰＥＴシートを積層しその
上に蓋部分を載置し、圧縮と加熱を行った。 〔実施例４〕実施例２と同様な処理を行った。但し、剛
性容器本体の内底部に厚さ0.４ｍｍのシリコンゴムシー
トを敷きつめ、その上に木質材料を配置した。さらに、
ポリカーボネート製の蓋部分を載置する前に、木質材表
面に同じシリコンゴムシートを容器本体の開放側の全面
を覆うようにして積層し、その上に蓋部分を載置して圧
縮と加熱を行った。

【００２９】〔比較例〕実施例１、２で使用した材料を
使用し、本出願人の先の出願に係る木質材の熱処理方法
（特願平５−２８９５７号参照）に準じて処理を行っ
た。すなわち、杉材を圧締装置の下方熱盤に配置し、該
杉材の４周に高さ３２mm、幅３０mmの弾性シリコン材を
密封部材として、さらに該密封部材の４周に高さ１２m
m、幅５０mmのステンレス材を厚さ規制治具として配置
した。熱盤を２００℃に設定した後、圧力５０ｋｇｆ／
ｃｍ² で熱盤を移動させ、熱盤が厚さ規制治具により移
動を拘束されるまで接近させて、木質材を圧縮した。

【００３０】その状態で１０分間、２０分間の加熱を継
続して行い、その後、熱盤に冷却水を供給し５分間後解
圧して、熱盤間から圧密化した木質材を取り出した。当
初厚み３０ｍｍであった杉材は１２ｍｍに圧縮された
（圧縮率６０％）。得られた最終製品それぞれについて
煮沸槽内で２時間煮沸したのち絶乾させ、それぞれの厚
みを測定し、次式により放射方向の厚さ回復率を端部と
中央部において測定した。その結果を表１に示す。 回復率＝（２時間煮沸後絶乾後厚さ−圧密後の厚さ）／
（圧密前の厚さ−圧密後の厚さ）×１００％

【００３１】

【表１】

【００３２】〔考察〕表１から明らかなように本発明に
よる木質材の熱処理方法によれば、短い処理時間（加熱
時間）で回復度が一層小さい圧密化木質材が得られてい
ることが分かる。また、熱盤の上に厚さ規制治具などを
配置することなく、剛性容器に処理すべき木質材を収容
して熱盤上に配置しかつ処理後に取り出すようにしたの
で処理に当たっての操作が簡素化されると共に、いずれ
の場合も、シリコンパッキンなどの変形及び破損はまっ
たく見られず、処理はすべて内部まで均一でかつ完全で
あった。また、実施例３の場合には表面に配置したＰＥ
Ｔシートの影響で蓋部分との離間が容易でありかつ表面
の艶も明瞭であった。さらに実施例４の場合にはシリコ
ンゴムシートに接していた面に微細な凹凸が形成されて
おり、木質材としてのリアリティが高く意匠性に富んだ
製品が得られた。

【００３３】

【発明の効果】本発明の熱処理方法を用いることによ
り、簡単な操作でかつ短時間で中央部まで充分に圧密化
された木質材を得ることができる。さらに、処理時に用
いるパッキンなどの移動や損傷もなく、長期にわたり安
定した処理を継続して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による木質材の熱処理方法を実施するの
に用いる剛性容器の一実施例を示す斜視図。

【図２】本発明による木質材の圧密時の状態を示す図。

【図３】本発明による木質材の圧密時の他の状態を示す
図。

【符号の説明】

１…剛性容器、１０…容器本体、２０…蓋部分、２０Ａ
…シート状部材、３０…弾性シリコンパッキン、４０…
木質材、５０…熱盤、Ｓ…容器本体の内部空間、Ｗ…容
器本体の内部空間の幅、ｗ…木質材の幅、Ｈ…容器本体
の内部空間の深さ、ｈ…木質材の厚さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B27K 5/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無垢材又は木質繊維、木質チップあるい
   は木質切削片などを熱圧成形して作られるＭＤＦ又はパ
   ーチクルボードのような木質加工材料である木質材の熱
   処理方法であって、耐圧性と耐熱性を持ちかつ開放及び
   密閉自在な剛性容器の内部に前記処理すべき木質材を収
   容した後に、該剛性容器を密封状態とし加熱することに
   より、剛性容器内に収容された木質材内部に含有された
   水分を水蒸気化することを特徴とする木質材の熱処理方
   法。
2. 【請求項２】 無垢材又は木質繊維、木質チップあるい
   は木質切削片などを熱圧成形して作られるＭＤＦ又はパ
   ーチクルボードのような木質加工材料である木質材の熱
   処理方法であって、耐圧性と耐熱性を持ちかつ開放及び
   密閉自在な剛性容器の内部に前記処理すべき木質材を収
   容した後に、該剛性容器を密封状態とし加熱することに
   より、剛性容器内に収容された木質材内部に含有された
   水分を水蒸気化し、圧密化することを特徴とする木質材
   の熱処理方法。
3. 【請求項３】 無垢材又は木質繊維、木質チップあるい
   は木質切削片などを熱圧成形して作られるＭＤＦ又はパ
   ーチクルボードのような木質加工材料である木質材の熱
   処理方法であって、容器本体と蓋部分とからなりかつ耐
   圧性と耐熱性を持つ剛性容器の前記容器本体内に前記処
   理すべき木質材を収容し、その上に前記蓋部分を配置し
   た後、該剛性容器を密封状態とし加熱することにより、
   剛性容器内に収容された木質材内部に含有された水分を
   水蒸気化するに際して、処理すべき木質材の表面と前記
   容器本体の底面との間あるいは処理すべき木質材の表面
   と前記蓋部分の裏面との間のいずれか一方または双方に
   シート状部材を配置し、その状態で前記蓋部分を設置し
   た後、該剛性容器を密封状態とし加熱することを特徴と
   する木質材の熱処理方法。
4. 【請求項４】 シート状部材がシリコンゴムシートであ
   る請求項３記載の木質材の熱処理方法。
5. 【請求項５】 剛性容器を密封状態として加熱する際
   に、加熱温度を段階的に変えるようにして加熱すること
   を特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の木質材の
   熱処理方法 。
6. 【請求項６】 前記段階的加熱が、当初は２００℃程度
   の加熱であり、次の 段階ではより低い温度での加熱であ
   ることを特徴とする請求項５記載の木質材の熱処理方
   法 。
7. 【請求項７】 剛性容器を密封状態として加熱する前の
   工程として、木質材を加熱する工程をさらに備えること
   を特徴とする請求項１ないし６いずれか記載の木質材の
   熱処理方法 。