JP3503302B2 - 木材の連続圧縮加工方法及び装置並びに設備 - 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、木材の連続圧縮加
工方法及び装置並びに設備に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】木材を圧縮して、圧縮状態のまま固定す
ることができれば、木材の硬度が上昇するなど、木材の
性質を変えることができる。

【０００３】木材を圧縮する場合、一般に、プレスによ
る手段と、圧延による手段とが考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、プレスによっ
て木材を圧縮する場合、プレス荷重を掛けたままの状態
で長時間放置することによって木材を圧縮状態で固定す
ることができるので、満足の行く製品を作ることが出来
る反面、圧縮しようとする木材と同じかそれ以上の大き
さの金型を用意する必要があるため、基準寸法が３ｍや
６ｍや９ｍなどという長尺の板材を圧縮加工するのには
向いていないという問題があった。

【０００５】又、圧延によって木材を圧縮する場合、基
準寸法が３ｍや６ｍや９ｍなどの長尺の板材を通すこと
が容易である反面、木材の変形は金属材料のような塑性
変形ではなく粘弾性変形であるため、圧延ロール間のロ
ールギャップを出た木材は変形が徐々に回復してほとん
ど元の状態に戻ってしまうことから、単に圧延ロールを
通すだけでは高い圧縮率を得ることができなかった。そ
のため、圧延機を複数スタンド設けて繰返し圧延するこ
とが行われているが、このようにした場合でも、最終的
に得られる圧縮率は２０％程度であり、木材全体の改質
に必要な６０％以上の圧縮率を得るには遠く及ばなかっ
た。

【０００６】本発明は、上述の実情に鑑み、長尺の板材
であっても高い圧縮率で固定し得るようにした木材の連
続圧縮加工方法及び装置並びに設備を提供することを目
的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では以下の手段を用いた。

【０００８】即ち、本発明は、木材を圧延ロールで圧延
し、圧延によって圧縮された圧縮木材を圧延ロールの出
側に設けられた得ようとする製品の断面形状と等しい形
状の型空間を有する案内型枠へ強制的に押込んで通過さ
せることにより、圧縮された木材を圧縮状態のまま固定
させることを特徴とする木材の連続圧縮加工方法にかか
るものである。

【０００９】又、木材を圧延ロールで圧延し、圧延によ
って圧縮された圧縮木材を圧延ロールの出側に設けられ
た得ようとする製品の断面形状と等しい形状の型空間を
有する案内型枠へ強制的に押込んで高温高圧の雰囲気を
通過させることにより、圧縮された木材を圧縮状態のま
ま固定させることを特徴とする木材の連続圧縮加工方法
にかかるものである。

【００１０】この場合において、木材を圧延ロールで圧
延する前に、予め、木材の先端を尖らせ、含水させ、昇
温させるようにしても良い。

【００１１】又、本発明は、圧延ロールの出側に、圧延
ロールによって圧縮された木材を押込み状態で通過させ
ることにより、圧縮状態のまま固定可能な、得ようとす
る製品の断面形状と等しい形状の型空間を有する案内型
枠を配置したことを特徴とする木材の連続圧縮加工装置
にかかるものである。

【００１２】この場合において、案内型枠に木材を高温
高圧に加熱する高温高圧加熱装置を設けても良い。

【００１３】高温高圧加熱装置は、案内型枠に高温高圧
の蒸気を導入する蒸気導入装置であっても、マイクロ波
によって木材を高温高圧に加熱するマイクロ波発生装置
であっても良い。

【００１４】又、案内型枠に木材の送りを補助するため
の木材送り用補助装置を設けても良い。

【００１５】木材送り用補助装置は、木材の送りを案内
するローラ駆動装置であっても、潤滑液によって木材の
摺動性を向上する潤滑液供給装置であっても、これらを
組合せたものであっても良い。

【００１６】更に、本発明は、上記木材の連続圧縮加工
装置の入側に、木材の先端部を尖らせる先端加工装置
と、木材に含水させる含水装置と、木材を加熱する加熱
装置を設けたことを特徴とする木材の連続圧縮加工設備
にかかるものである。

【００１７】又、木材の連続圧縮加工装置の出側に、圧
縮された木材を切断する切断装置と、乾燥させる乾燥装
置とを設けたことを特徴とする木材の連続圧縮加工設備
にかかるものである。

【００１８】上記手段によれば、以下のような作用が得
られる。

【００１９】先ず、木材を先端加工装置へ送り、先端加
工装置で木材の先端を多少なりとも尖らせる。

【００２０】次に、先端加工装置で先端を加工された木
材に含水装置で水を含水させる。

【００２１】更に、水を含水された木材を加熱装置で加
熱する。

【００２２】こうして含水及び加熱されて軟化された木
材を、圧延ロールによって圧延し、圧縮させる。予め、
含水及び加熱されて軟化させておいた木材は、このよう
な処理をしなかった場合に比べて、容易に圧延ロールで
圧縮させることができる。

【００２３】このように圧延ロールを用いた場合、圧延
ロールの噛み込み部分のみで木材に荷重が掛けられるこ
とになるので、木材全体に対し一度にプレス荷重を掛け
なければならないプレスに比べてはるかに少ない荷重で
効率良く木材を圧縮することができる。しかも、圧縮す
る木材に長さ制限がなく、圧延ロール自体が木材を引き
込んだり送り出したりする機能を有しているのでプレス
の場合のような複雑なワーク送給装置がいらないという
利点を有している。更に、上記により、プレスに比べて
設備を小型化し、設備コストを大幅に削減することがで
きるという利点も得られる。尚、先端加工装置で木材の
先端部を多少なりとも尖らせておくことにより、圧縮木
材をスムーズに圧延ロールに噛み込ませることができる
ようになる。

【００２４】そして、圧延ロールで圧縮された圧縮木材
は、単に圧延ロールを通しただけでは変形が回復してし
まうので、圧延ロールを出た直後に圧延ロールの送り力
により案内型枠へ強制的に押込まれて、案内型枠で圧縮
状態のまま固定されてから押出される。この際、先端加
工装置で木材の先端部を多少なりとも尖らせておくこと
により、圧縮木材をスムーズに案内型枠へ導入させるこ
とができるようになる。

【００２５】ここで、木材の変形は金属材料のような塑
性変形ではなく粘弾性変形であるため、圧縮木材から除
荷を始めると、回復が余り進まないうちに荷重が急激に
下がり、荷重が０になってから回復が進行し、最終的に
は２０％程度の残留変形が残ることがわかった。

【００２６】そこで、圧縮木材が数％回復したところに
案内型枠の入口を設けておけば、圧縮に要する力に比べ
て極く小さい力で圧縮木材を固定することができること
になる。

【００２７】しかも、圧縮木材の固定に必要な時間は、
案内型枠に高温高圧の蒸気を導入する蒸気導入装置や、
マイクロ波によって圧縮木材を高温高圧に加熱するマイ
クロ波発生装置などの高温高圧加熱装置を設けて案内型
枠内の圧縮木材を高温高圧に加熱させるようにした場合
には、およそ１０分間であるので、圧縮木材が約１０分
かけて案内型枠内を通過するようにすれば良いことにな
る。ところが、圧縮木材を案内型枠へ通過させる際に
は、圧縮木材と案内型枠との間に生じる摩擦力によって
抵抗がかかるので、案内型枠はできるだけ短くした方が
良い。そこで、圧縮木材の圧延速度をゆっくりにするこ
とにより案内型枠を短くすることができるようにする。
例えば、圧延速度を３ｍｍ／ｓｅｃとすれば、１０分間
に圧縮木材は１．８ｍ進むことになるので、案内型枠の
長さは約１．８ｍで済むようになる。尚、案内型枠の長
さ及び圧延速度は、上記により適宜選定すれば良い。

【００２８】又、圧縮木材の種類や形状によっては、案
内型枠をより長くしなければ圧縮木材を固定できないよ
うなことがあるが、このような場合には、案内型枠に圧
縮木材の送りを補助するための木材送り用補助装置を設
けることにより、案内型枠が長くなっても圧縮木材の送
りを確保することができる。

【００２９】該木材送り用補助装置としては、潤滑液供
給装置によって、案内型枠に潤滑液を供給することによ
り、圧縮木材の摺動性を向上させるのが有効である。

【００３０】又、ローラ駆動装置で圧縮木材を強制的に
送るようにしても良い。

【００３１】尚、潤滑液供給装置とローラ駆動装置は同
時に備えることも可能である。

【００３２】こうして、案内型枠から押出されて圧縮状
態に固定された圧縮木材は、その後、切断装置で所要寸
法に切断され、乾燥装置で乾燥されて、製品とされる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。

【００３４】図１〜図６は、本発明の第一の実施の形態
である。

【００３５】長尺の板状をした木材１を搬送する搬送ラ
イン２に、木材１の先端部３を尖らせる先端加工装置４
と、木材１に含水させる含水装置５と、木材１を加熱す
る加熱装置６を設ける。

【００３６】そして、加熱装置６の出側に圧延装置７を
設ける。

【００３７】該圧延装置７は、図２に示すように、駆動
モータ８及びユニバーサルジョイント９を介して駆動さ
れる水平な一対の圧延ロール１０の両端部を軸箱１１に
よって支承し、該軸箱１１をハウジング１２に昇降自在
に収容すると共に、ハウジング１２と軸箱１１との間に
圧下モータ１３及び圧下スクリュウ１４を介装したもの
である。

【００３８】更に、圧延装置７の出側に、圧延ロール１
０によって圧縮された圧縮木材１５を押込み状態で通過
させることにより、圧縮状態のまま固定可能な、圧縮木
材１５の搬送方向１６へ延びる得ようとする製品の断面
形状と等しい断面の型空間１７を有する案内型枠１８を
配置する。尚、案内型枠１８は圧延装置７のハウジング
１２などに固定する。

【００３９】案内型枠１８には、圧延ロール１０間のロ
ールギャップ１９の近くまで挿入可能なよう、圧延ロー
ル１０側の端部に、圧延ロール１０とほぼ同一曲率のテ
ーパ状切欠部２０が形成されている。

【００４０】又、案内型枠１８に圧縮木材１５を高温高
圧に加熱する高温高圧加熱装置２１を設ける。該高温高
圧加熱装置２１としては、案内型枠１８に高温高圧の蒸
気を導入する蒸気導入装置を用いても、マイクロ波によ
って圧縮木材１５を高温高圧に加熱するマイクロ波発生
装置を用いても良い。

【００４１】更に、案内型枠１８に圧縮木材１５の送り
を補助するための木材送り用補助装置２２を設ける。該
木材送り用補助装置２２は、図３に示すように、案内型
枠１８に形成された潤滑液供給孔２３から型空間１７へ
潤滑液を供給することにより圧縮木材１５の摺動性を向
上するようにした潤滑液供給装置２４を用いても良い。

【００４２】又、木材送り用補助装置２２は、図４・図
５に示すような、圧縮木材１５の送りを案内するローラ
駆動装置２５としても良い。

【００４３】該ローラ駆動装置２５は、案内型枠１８の
両側部に形成されたローラ配置用貫通穴２６に、駆動モ
ータ２７を介して駆動される対の駆動ローラ２８を配置
し、各駆動ローラ２８の両端部を支障する軸箱２９をハ
ウジング３０に近接離反動可能に収容し、対応する軸箱
２９間に伸縮動可能なシリンダ３１を介装したものであ
る。

【００４４】そして、案内型枠１８の出側に、図１に示
すように、圧縮木材１５を切断する切断装置３２と、圧
縮木材１５を乾燥させる乾燥装置３３とを設ける。

【００４５】尚、木材１の搬送ライン２は、含水装置５
の出側と、切断装置３２の出側で、それぞれ搬送方向１
６を９０度変換されるようになっているが、これに限ら
ず任意のレイアウトとすることが可能である。

【００４６】次に、本実施の形態の作動について説明す
る。

【００４７】木材１の搬送ライン２上に置かれた長尺の
板状をした木材１を先端加工装置４へ送り、先端加工装
置４で木材１の先端を多少なりとも尖らせる。この際、
図１では、木材１の幅方向を上下に向けた状態で木材１
の先端を加工するようにしているが、必ずしもこのよう
にする必要はない。

【００４８】次に、先端加工装置４で先端を加工された
木材１に含水装置５で水を含水させる。

【００４９】更に、水を含水された木材１を加熱装置６
で加熱する。

【００５０】こうして含水及び加熱されて軟化された木
材１を、圧延装置７の圧延ロール１０によって圧延し、
圧縮させる。予め、含水及び加熱されて軟化させておい
た木材１は、このような処理をしなかった場合に比べ
て、容易に圧延装置７で圧縮させることができる。

【００５１】この際、圧延装置７の圧下モータ１３を駆
動して圧下スクリュウ１４を回転させ、ハウジング１２
に対し軸箱１１を上下動させることにより、圧延ロール
１０間のロールギャップ１９を圧縮後の圧縮木材１５の
板厚よりも僅かに狭くなるように調整しておく。

【００５２】このように圧延装置７を用いた場合、圧延
ロール１０間のロールギャップ１９の部分のみで木材１
に荷重を掛けることになるので、木材１全体に対し一度
にプレス荷重を掛けなければならないプレスに比べては
るかに少ない荷重で効率良く木材１を圧縮することがで
きる。しかも、圧縮する木材１に長さ制限がなく、圧延
ロール１０自体が木材１を引き込んだり送り出したりす
る機能を有しているのでプレスの場合のような複雑なワ
ーク送給装置がいらないという利点を有している。更
に、上記により、プレスに比べて設備を小型化し、設備
コストを大幅に削減することができるという利点も得ら
れる。尚、先端加工装置４で木材１の先端部３を多少な
りとも尖らせておくことにより、圧縮木材１５をスムー
ズに圧延装置７に噛み込ませることができるようにな
る。

【００５３】そして、圧延装置７で圧縮された圧縮木材
１５は、単に圧延ロール１０を通しただけでは変形が回
復してしまうので、圧延装置７を出た直後に、圧延ロー
ル１０の送り力により案内型枠１８の型空間１７へ強制
的に押込まれて、案内型枠１８で圧縮状態のまま固定さ
れてから押出される。この際、先端加工装置４で木材１
の先端部３を多少なりとも尖らせておくことにより、圧
縮木材１５をスムーズに案内型枠１８へ導入させること
ができるようになる。

【００５４】ここで、板目面方向から荷重を掛けて行っ
た時の木材１の圧縮特性は、図６の木材１の歪と荷重と
の関係を示すグラフに、線イで示すような負荷曲線で表
わされ、圧縮状態から荷重を取り去って行った時の圧縮
木材１５の回復特性は、線ロで示すような除荷曲線で表
わされる。

【００５５】上記除荷曲線ロによれば、圧縮木材１５か
ら除荷を始めると、回復が余り進まないうちに荷重が急
激に下がり、荷重が０になってから回復が進行し（回復
域ハ）、最終的には２０％程度の残留変形（残留変形域
ニ）が残ることがわかる。

【００５６】そして、圧縮木材１５の歪を固定するため
に必要な荷重は、ほぼ除荷曲線ロに一致することが確認
されているので、圧縮木材１５が数％回復したところ
（例えば点ホの位置、具体的には、ロールギャップ１９
から１０数ｍｍ離れたところ）に案内型枠１８の入口を
設けておけば、圧縮に要する力に比べて極く小さい力で
圧縮木材１５を固定することができることになる。

【００５７】しかも、圧縮木材１５の固定に必要な時間
は、案内型枠１８に高温高圧の蒸気を導入する蒸気導入
装置や、マイクロ波によって圧縮木材１５を高温高圧に
加熱するマイクロ波発生装置などの高温高圧加熱装置２
１を設けて案内型枠１８内の圧縮木材１５を高温高圧に
加熱させるようにした場合には、およそ１０分間である
ので、圧縮木材１５が約１０分かけて案内型枠１８内を
通過するようにすれば良いことになる。ところが、圧縮
木材１５を案内型枠１８へ通過させる際には、圧縮木材
１５と案内型枠１８との間に生じる摩擦力によって抵抗
がかかるので、案内型枠１８はできるだけ短くした方が
良い。そこで、圧縮木材１５の圧延速度をゆっくりにす
ることにより案内型枠１８を短くすることができるよう
にする。例えば、圧延速度を３ｍｍ／ｓｅｃとすれば、
１０分間に圧縮木材１５は１．８ｍ進むことになるの
で、案内型枠１８の長さは約１．８ｍで済むようにな
る。尚、案内型枠１８の長さ及び圧延速度は、上記のよ
うに決定することができるので、搬送ライン２の構成な
どに応じて適宜選定すれば良い。

【００５８】又、圧縮木材１５の種類や形状によって
は、案内型枠１８をより長くしなければ圧縮木材１５を
固定できないようなことがあるが、このような場合に
は、案内型枠１８に圧縮木材１５の送りを補助するため
の木材送り用補助装置２２を設けることにより、案内型
枠１８が長くなっても圧縮木材１５の送りを確保するこ
とができる。

【００５９】該木材送り用補助装置２２としては、潤滑
液供給装置２４によって、案内型枠１８に形成された潤
滑液供給孔２３から型空間１７へ潤滑液を供給すること
により、圧縮木材１５の摺動性を向上させるのが有効で
ある。

【００６０】又、ローラ駆動装置２５の一対の駆動ロー
ラ２８で圧縮木材１５を強制的に送るようにしても良
い。

【００６１】この際、ローラ駆動装置２５は、シリンダ
３１を伸縮動させ、軸箱２９を介して対の駆動ローラ２
８を近接離反動させることにより、ローラ配置用貫通穴
２６を介して案内型枠１８内の圧縮木材１５を挾持さ
せ、この状態で駆動モータ２７を駆動することにより、
駆動ローラ２８を回転させ、圧縮木材１５を送給させる
ようにする。

【００６２】尚、潤滑液供給装置２４とローラ駆動装置
２５は同時に備えることも可能である。

【００６３】こうして、案内型枠１８から押出されて圧
縮状態に固定された圧縮木材１５は、その後、切断装置
３２で所要寸法に切断され、乾燥装置３３で乾燥され
て、製品とされる。

【００６４】図７は、本発明の第二の実施の形態であ
る。

【００６５】上記実施の形態では、通常の圧延ロール１
０を用いて板状をした木材１を圧縮するようにしていた
が、本実施の形態では、孔型の圧延ロール３４を用いる
ようにしている。

【００６６】これにより、丸太状の木材３５を圧縮加工
して角柱状の型空間３６を有する案内型枠３７へ通すこ
とにより、角材状の圧縮木材を得ることができるように
なる。

【００６７】上記以外については、前記実施の形態と同
様の構成を備えており、同様の作用・効果を得ることが
できる。

【００６８】尚、本発明は、上述の実施の形態にのみ限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の木材の連
続圧縮加工方法及び装置並びに設備によれば、長尺の板
材であっても高い圧縮率で固定することができるという
優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態の全体概略平面図で
ある。

【図２】図１を部分拡大した一部を省略した斜視図であ
る。

【図３】潤滑液供給装置を示す案内型枠部分の断面図で
ある。

【図４】ローラ駆動装置を示す案内型枠部分の斜視図で
ある。

【図５】図４のＶ−Ｖ矢視図である。

【図６】木材の歪と荷重との関係を示すグラフである。

【図７】本発明の第二の実施の形態の概略斜視図であ
る。

【符号の説明】

１，３５ 木材 ４ 先端加工装置 ５ 含水装置 ６ 加熱装置 １０，３４ 圧延ロール １５ 圧縮木材 １８，３７ 案内型枠 ２１ 高温高圧加熱装置 ２２ 木材送り用補助装置 ２４ 潤滑液供給装置 ２５ ローラ駆動装置 ３２ 切断装置 ３３ 乾燥装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−225903（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−31205（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−267001（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−68510（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B27K 5/06 B27D 1/00 - 5/00

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 木材を圧延ロールで圧延し、圧延によっ
   て圧縮された圧縮木材を圧延ロールの出側に設けられた
   得ようとする製品の断面形状と等しい形状の型空間を有
   する案内型枠へ強制的に押込んで通過させることによ
   り、圧縮された木材を圧縮状態のまま固定させることを
   特徴とする木材の連続圧縮加工方法。
2. 【請求項２】 木材を圧延ロールで圧延し、圧延によっ
   て圧縮された圧縮木材を圧延ロールの出側に設けられた
   得ようとする製品の断面形状と等しい形状の型空間を有
   する案内型枠へ強制的に押込んで高温高圧の雰囲気を通
   過させることにより、圧縮された木材を圧縮状態のまま
   固定させることを特徴とする木材の連続圧縮加工方法。
3. 【請求項３】 木材を圧延ロールで圧延する前に、予
   め、木材の先端を尖らせ、含水させ、昇温させる請求項
   １又は請求項２記載の木材の連続圧縮加工方法。
4. 【請求項４】 圧延ロールの出側に、圧延ロールによっ
   て圧縮された木材を押込み状態で通過させることによ
   り、圧縮状態のまま固定可能な、得ようとする製品の断
   面形状と等しい形状の型空間を有する案内型枠を配置し
   たことを特徴とする木材の連続圧縮加工装置。
5. 【請求項５】 案内型枠に木材を高温高圧に加熱する高
   温高圧加熱装置を設けた請求項４記載の木材の連続圧縮
   加工装置。
6. 【請求項６】 高温高圧加熱装置が、案内型枠に高温高
   圧の蒸気を導入する蒸気導入装置である請求項５記載の
   木材の連続圧縮加工装置。
7. 【請求項７】 高温高圧加熱装置が、マイクロ波によっ
   て木材を高温高圧に加熱するマイクロ波発生装置である
   請求項５記載の木材の連続圧縮加工装置。
8. 【請求項８】 案内型枠に木材の送りを補助するための
   木材送り用補助装置を設けた請求項４〜請求項７いずれ
   か記載の木材の連続圧縮加工装置。
9. 【請求項９】 木材送り用補助装置が、木材の送りを案
   内するローラ駆動装置である請求項８記載の木材の連続
   圧縮加工装置。
10. 【請求項１０】 木材送り用補助装置が、潤滑液によっ
    て木材の摺動性を向上する潤滑液供給装置である請求項
    ８又は請求項９記載の木材の連続圧縮加工装置。
11. 【請求項１１】 請求項４〜請求項１０の木材の連続圧
    縮加工装置の入側に、木材の先端部を尖らせる先端加工
    装置と、木材に含水させる含水装置と、木材を加熱する
    加熱装置を設けたことを特徴とする木材の連続圧縮加工
    設備。
12. 【請求項１２】 請求項４〜請求項１０の木材の連続圧
    縮加工装置の出側に、圧縮された木材を切断する切断装
    置と、乾燥させる乾燥装置とを設けたことを特徴とする
    木材の連続圧縮加工設備。