JP3580514B2 - 心持ち柱材の割れ抑制乾燥方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築用柱材として用いられるスギ、ヒノキ等の心持ち木材の乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、木材の乾燥方法として、乾燥時間の短縮と、乾燥後の特性を良くするために種々の乾燥法が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平３−１８１７７７号公報には、木材を高周波によって内部加熱することにより蒸気圧を上げ、内部水分を中央部から表層側に移動させて、含水率が中央部で低く、表層側で高くなる状態まで前乾燥させた後、外部加熱法によって、水分を表層部から発散させて表層部の含水率が中央部の含水率よりも低くなる状態まで後乾燥させることが記載されている。
【０００４】
また、特開平４−３０６４８１号公報には、木材を高温高圧容器内で加熱して軟化させた状態で、圧縮して水分を絞り出した後、圧縮状態を開放して圧縮前よりも若干圧縮した状態に復元させて乾燥することが記載されている。
【０００５】
ところが、心持ち木材の乾燥は、壁材等の内側に位置した表面から見えない木材いわゆる見えがくれ材、あるいは、室内から見える位置にあるいわゆる見えがかり材により、その乾燥方法は変える必要がある。
【０００６】
見えがかり材においては一面に背割りを施して他の三材面には材面割れを起こさないようにして、乾燥機により人工乾燥するか、背割りをクサビで広げながら天然乾燥した後、さらに、大きく開く背割りにより変形した横断面を製材後、かんな、あるいはモルダーによって仕上げる。
【０００７】
しかし、柱の横断面が比較的大きいことから中心部まで充分乾燥できないため、住宅部材として使用中の湿度の変化などが原因で背割りの開きにより横断面が変形し、壁材の浮き上がりが生じる等の問題が度々生じる。
【０００８】
そのため、急速乾燥と乾燥時の割れの発生防止を考慮したマイクロ波による内部加熱による乾燥法が試みられたが、大量処理や品質安定性に問題を残す。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、このような心持ち柱材の乾燥に際して、乾燥中ばかりでなく乾燥後の材面割れの抑制にある。
【００１０】
すなわち、この発明は、乾燥中ばかりでなく乾燥後の材面割れが抑制できる品質安定性に優れた柱材を作り出す生木材の短時間で乾燥する方法を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、内部乾燥方法と外部乾燥方法の特徴を活かした心持ち柱材の２段階乾燥法であって、乾燥処理を前段と後段に分け、外部加熱により、横断面の外周部を引張応力下で乾燥させて若干の引張セットを生じさせ、後段では、マイクロ波加熱あるいは高周波加熱による内部加熱によって、中心部を比較的高温にし、乾燥しづらい中心部の含水率を短時間で下げると共に圧縮セットを生じさせ、これによって、横断面内の含水率分布を均一に仕上げることができ、乾燥後は材面割れの原因となる材面引張応力を逆に圧縮応力になるように仕上げることができることを見出し本発明を完成した。
【００１２】
すなわち、この発明は、外部加熱による乾燥と内部加熱による乾燥の２段階の乾燥段階を有する心持ち柱材の割れ抑制乾燥方法であって、第１段階の外部加熱による乾燥を高温高湿の雰囲気下で生材の平均含水率が繊維飽和点に達するまで行なうことを特徴とする心持ち柱材の割れ抑制乾燥方法である。
【００１３】
第１段階の外部加熱による乾燥後の平均含水率は、５０％から３０％であり、その後の第２段階の内部加熱による乾燥後の平均含水率が２０％以下である。
【００１４】
ここでいう平均含水率とは、横断面内の含水率の平均を意味する。
【００１５】
これによって、乾燥中ばかりでなく乾燥後の材面割れが抑制でき、品質安定性に優れた柱材を短時間で生木を乾燥し仕上げることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
前段の外部加熱は、温湿度条件のムラも考えられるため、乾球温度を８０°Ｃ以上で乾湿球温度差を５°Ｃ以下の高温高湿条件を作り易い蒸気式乾燥法の適用が、引張応力下においては、割れが少なく、しかも引張セットを大きく生じさせる。
【００１７】
この様な条件で材内の平均含水率が５０％から３０％の間になるまで乾燥することにより、柱材横断面の中心部はまだかなり高い含水率を示すものの、外周部は平衡含水率（乾球温度８０°Ｃ、湿球温度７５°Ｃの場合約１２％）から繊維飽和点（約３０％）以下の低い含水率まで乾燥しており、繊維飽和点以下の乾燥段階で生じる収縮により引張応力が発生するとともに、引張応力下で収縮するため比較的延びた状態で乾燥終了後は固定してしまう引張セットを生じる。
【００１８】
後段のマイクロ波加熱あるいは高周波加熱による乾燥過程では柱材横断面の中心温度が、１０３〜１０７°Ｃの１０５°Ｃの前後になるように制御して乾燥する。この中心温度は１１０°Ｃ以上になると内部割れが大きく発生し、場合によっては材面にまで割れが伸びてしまう。一方中心温度が低いと乾燥時間がかかり実用面で大きな問題となるので、１０５°Ｃ前後が望ましい。
【００１９】
この後段の過程では、マイクロ波加熱および高周波加熱の加熱選択性のため、含水率が低く水が少ない横断面内の外周部は中心部ほど温度は上がらず、含水率の低下は高含水率である中心部が主なものとなる。ここでは、高温条件下において圧縮応力下で乾燥、収縮するため、横断面の中でも中心部は乾燥終了後比較的縮んだ状態で固定する。すなわち、圧縮セットを生じる。
【００２０】
【実施例】
３０〜３３年生の１番あるいは２番玉の３ｍスギ丸太から得た木口断面が、１０．５ｃｍ×１０．５ｃｍ、長さ５０ｃｍの心持ち正角材を、材面応力・横断面内含水率分布測定用とマイクロ波乾燥時の材内温度測定用として２本ずつを供試材とした。なお、各供試材とも両木口面をシリコンシーリング剤でコーティングした。これらをマイクロ波乾燥と熱風乾燥の順序をかえて比較実験した。すなわち、生材から含水率３０〜５０％までと、さらに約２０％までの乾燥を、マイクロ波→熱風の順番（以下Ｍ→Ａと記す）と熱風→マイクロ波の順番（以下Ａ→Ｍと記す）の２種類のシステムで行った。
【００２１】
マイクロ波乾燥では、供試材の中央に埋め込んだアルコール温度計が継続的に１０５°Ｃを示すように、マイクロ波を断続発振させた。発振機出力は供試材１ｃｍ^３当たり０．２Ｗとし、装置内のターンテーブルを水平に回転させ、照射の均一化を図った。
【００２２】
なお、熱風乾燥は乾球温度８０°Ｃ・乾湿球温度差５°Ｃ（相対湿度８１％）の一定条件下で行った。
【００２３】
含水率は、初期含水率（２ｃｍ厚の横断面材を全乾法で測定）より得られる推定全乾重量をもとに、乾燥速度の算出および重量の含水率換算のために行った。マイクロ波乾燥では５分毎に装置に備付の重量計で、熱風乾燥では任意の時間毎に装置外に取り出して測定した。
【００２４】
その結果、Ｍ→Ａ、Ａ→Ｍの両乾燥システムの乾燥速度を前段同士、後段同士で比較すると、前段ではマイクロ波乾燥は熱風乾燥の約２４倍、後段では約２２倍の速度であった。また、両システムの前段と後段の乾燥速度をマイクロ波乾燥同士、熱風乾燥同士で比較すると、マイクロ波乾燥では前段は後段の約２．７倍、熱風乾燥では約２．９倍の速度であった。
【００２５】
図１は、供試材に外部加熱と内部加熱を複合して施したときの含水率の変化を示すもので、Ｍ→Ａ、Ａ→Ｍの両乾燥システムの各々の１実験ずつの含水率経過を示す。この図は心材率の等しい（約９６％）材で比較したものである。同図に示すように、Ｍ→Ａ、Ａ→Ｍを対比すると、乾燥移行含水率が３０〜５０％までは、すなわち繊維飽和点以上では、熱風乾燥Ａを、乾燥速度の速い前段で行うのがよく、その分、複合乾燥を短い時間で終了することができるということがわかる。
【００２６】
次に、任意の時間毎に、材面割れの幅と長さを測定した。割れ幅は発生したすべての割れのうち最大幅を実験値として採用した。割れ長さは、全面の累計長さを調べた。また、マイクロ波、熱風の各乾燥終了時に、含水率分布測定の材と隣接した横断面材の表面から、厚さ４ｍｍの薄層を切り取り、その部分の解放ひずみ（ひずみゲージを用いて測定）とヤング係数（曲げ試験によって測定）から材面応力を求めた。応力測定は、マイクロ波照射面、照射反対面、および側面の３面で行った。さらに、生材時およびマイクロ波、熱風の各乾燥終了時に、厚さ２ｃｍの横断面材を採取し、その横断面を２５等分割して、横断面内含水率分布を全乾法で測定した。
【００２７】
図２と図３は、両システムのマイクロ波、熱風各乾燥終了時の材面応力、横断面内含水率分布を示すもので、図２は、比較例として、内部加熱と外部加熱（Ｍ→Ａ）の順に施した複合乾燥による乾燥終了時の状態を示す。また、図３は、この発明の実施例として、外部加熱と内部加熱との順（Ａ→Ｍ）に施した複合乾燥による乾燥終了時の材面応力、横断面内含水率分布を示す。両図の立体グラフの奥がマイクロ波照射面を示しており、周辺部に記した数字が材面応力をｋｇｆ／ｃｍ^２によって示している。
【００２８】
図２に示す比較例のＭ→Ａのマイクロ波乾燥終了時点では、材面応力は平均すると小さな圧縮応力を示したが、熱風乾燥に移行すると比較的早い段階で材面割れが生じ、ほとんどの供試材で材面応力が測定できなかった。含水率分布は、マイクロ波乾燥終了後では、内部加熱であるにもかかわらず、初期の材内含水率による加熱ムラなどが起因して、内層部の含水率が下がるとは限らなかった。しかも、内層部の含水率が繊維飽和点近辺まで下がっても、後段の熱風乾燥では外層部しか乾燥せずに、その結果内層部が高い含水率傾斜を示したと考えられる。
【００２９】
一方、図３に示すこの発明の実施例としてのＡ→Ｍの熱風乾燥終了時点では、材面応力は大きな引張を示したが、後段のマイクロ波乾燥では圧縮へ移行して、割れの危険性が少なくなった。含水率分布は、熱風乾燥終了後では、外層部が低く内層部が高い大きな含水率傾斜を示したが、後段では内層部ヘマイクロ波のエネルギーが確実に投入され、その結果均一な含水率分布に仕上げることができた。よって、仕上がり含水率をうまく調整できれば、その後の品質安定性の向上、すなわち、割れ防止も期待される。
【００３０】
図２と図３に示す両システムの材面応力と割れの推移を図４と図５に、また、割れ幅の推移を両システムを対比して図６に示す。割れについては累積長を材長で割った値を示している。図４は比較例の場合、図５はこの発明の場合を示している。両図を対比して、図４に示すＭ→Ａでは、後段の熱風乾燥で著しい割れが発生し、そのままの状態で乾燥が終了した。一方、図５に示すＡ→Ｍのこの発明の例では、Ｍ→Ａに比べて割れ発生は非常に少なかった。しかも、たとえ前段で引張応力の発現のために割れが生じても、後段の最終段階では圧縮応力の発現のために割れが閉じる傾向が見られ、その後の割れ増大の危険性も小さいと考えられる。また割れ幅も、図６に示すＭ→Ａに比べてＡ→Ｍの方が非常に小さい傾向が見られた。
【００３１】
【発明の効果】
（１） スギ、ヒノキ等建築用心持ち柱材などの比較的大断面材は乾燥後期の中心部の水分を取る際の乾燥時間が非常にかかるのが一般的であるが、この方法により乾燥後期は従来の蒸気式乾燥に比べ数十分の一の乾燥時間で横断面内の含水率を均一に仕上げることが可能となる。
【００３２】
（２） 横断面内外周部の引張セットと中心部の圧縮セットにより、乾燥終了時には材面割れの原因となる材面の引張応力は見られず、逆に圧縮応力となる。すなわち、柱材を製品として使用する際に変化する周囲の湿度条件等により材面の含水率が少々変化しても、それによる割れ発生の可能性はかなり抑えられることとなる。
【００３３】
（３） つまり、乾燥中ばかりでなく乾燥後の材面割れが抑制でき、品質安定性に優れた柱材を短時間で生木を乾燥し仕上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】供試材に外部加熱と内部加熱を複合して施したときの含水率の変化を示す。
【図２】比較例として、内部加熱と外部加熱との順に施した複合乾燥による乾燥終了時の材面応力、横断面内含水率分布を示す。
【図３】この発明の外部加熱と内部加熱との順に施した複合乾燥による乾燥終了時の材面応力、横断面内含水率分布を示す。
【図４】比較例として、内部加熱と外部加熱との順に施した複合乾燥の材面応力と割れの推移を示す。
【図５】この発明の外部加熱と内部加熱との順に施した複合乾燥による材面応力と割れの推移を示す。
【図６】両システムの割れ幅の推移を対比して示す。

Claims (3)

1. 外部加熱による乾燥と内部加熱による乾燥の２段階の乾燥段階を有する心持ち柱材の割れ抑制乾燥方法であって、
   第１段階の外部加熱による乾燥を高温高湿の雰囲気下で生材の平均含水率が繊維飽和点に達するまで行なうことを特徴とする心持ち柱材の割れ抑制乾燥方法。
2. 第１段階の外部加熱による乾燥後の平均含水率を５０％から３０％とし、且つ、その後の第２段階の内部加熱による乾燥を、乾燥後の平均含水率が２０％以下とする請求項１に記載の心持ち柱材の割れ抑制乾燥方法。
3. 外部加熱が蒸気加熱であり、内部加熱がマイクロ波加熱あるいは高周波加熱である請求項１または請求項２に記載の心持ち柱材の割れ抑制乾燥方法。

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