JP3602488B2 - 木材の乾燥方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は木材の乾燥方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘電加熱と熱気加熱とを併用した複合乾燥により木材を乾燥する方法が知られている。この乾燥方法は、誘電加熱により木材を内部から乾燥するとともに、熱気加熱により木材を外部から同時に乾燥するもので、高速乾燥を実現する有力な手段である。しかしながら、この方法では、木材の割れの抑制に対する配慮が何らなされておらず木材の割れを効果的に防ぐには問題があった。特に、スギやヒノキのような針葉樹の芯持ちの柱材に対して、上記乾燥方法を適用すると割れがしばしば発生するという問題があった。
【０００３】
一方、木材の割れを抑制して乾燥する方法も種々提案されている。すなわち、特開平６−２５７９４６号公報には、乾燥室に収容した木材を乾球温度１００〜１５０℃及び望ましい湿球温度として９０℃以上の条件下で乾燥し、木材の変形及び表面の割れの発生を抑制する方法が記載されている。また、特開２００１−１１６４５３号公報には、蒸煮により木材の中心部を８０〜１３０℃の高温に上げた後、８０〜１３０℃程度の湿度制御しない低湿熱風で乾燥を継続することで、粘弾性的特性による割れを抑制する効果を発揮させる乾燥方法が記載されている。
【０００４】
また、特開平１０−７６５０１号公報には、外部加熱による乾燥と内部加熱による乾燥の２段階の乾燥工程を有する心持ち柱材の割れ抑制乾燥方法であって、前段の外部加熱による乾燥を高温高湿度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う方法が記載されている。この方法は、乾燥処理を前段と後段とに分け、前段は熱気による外部加熱を引張応力下で行わせることにより、木材表層部に引張セット(ドライングセット)を形成し、後段では主としてマイクロ波加熱により内部加熱を行うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平６−２５７９４６号公報記載の方法は、制御方法として乾球温度と湿球温度との温度差を最初は小さく、漸次大きくする方法であるため、木材表層部に迅速に有効な含水率傾斜を生成することができず、十分な引張セット(ドライングセット)を形成することに限界があり、かえって木材に対して多くの割れが生じるといった欠点がある。
【０００６】
また、特開２００１−１１６４５３号公報記載の方法も、特開平６−２５７９４６号公報と同様な問題を有する。また、特開平１０−７６５０１号公報記載の方法は、前段の乾燥を高湿度雰囲気下で行うため、木材表層部に形成される含水率傾斜の大きさに限界があり、この木材表層部に形成されるドライングセット量を充分に確保できない。このように、従来の方法では、木材の表層部における割れ発生の抑制にも一定の限界があるという問題があった。
【０００７】
本発明はこれらの課題を解決するためになされたものであり、木材の割れの発生を一層抑制し、乃至は乾燥時間の短縮を可能にする木材の乾燥方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、低湿度の雰囲気下で少なくとも中温度以上の所定温度に保つようにし、木材表層部の含水率が、木材表層部の引張応力を最大にする含水率になるまで木材を乾燥し、木材表層部にドライングセットを形成する第１乾燥工程と、ドライングセットが形成された木材に対して、所定の含水率になるまで少なくとも誘電加熱により乾燥する第２乾燥工程とからなることを特徴とする木材乾燥方法である。
【０００９】
この発明によれば、木材を低湿度雰囲気下で少なくとも中温以上に加熱して乾燥するため、木材表層部に大きな含水率傾斜が生じ、木材表層部に高いレベルでドライングセットが形成される。また、木材を十分に高温に加熱して乾燥するため、ドライングセットが形成された部分は、粘弾性特性を持つ状態となる。このため、木材の乾燥初期の過程で生じる木材表層部の引張応力に起因する割れも効率的に抑制される。更に、木材の乾燥後期の過程において木材表層部に生じる圧縮応力により、乾燥初期の段階で生じた微細な割れが閉じられ、閉塞効果が発揮される。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の木材の乾燥方法において、第１乾燥工程は、平衡含水率６％以下に対応する所定の温度と湿度による雰囲気下で木材を乾燥して木材表層部にドライングセットを形成することを特徴とする。この発明によれば、木材は、平衡含水率６％以下の低湿度雰囲気下で乾燥されるため、木材表層部には効率的にドライングセットが形成される。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の木材の乾燥方法において、第１乾燥工程は、誘電加熱及び熱気加熱の少なくとも一方により木材の温度を８０℃以上に加熱することを特徴とする。この発明によれば、誘電加熱と熱気加熱とを併用して木材の材温を８０℃以上の温度に保ち第１乾燥工程を行うことにより木材表層部に粘弾性特性を持たせることが可能となり、また、熱気加熱及び内部加熱双方の加熱に要するエネルギーが低減される。更に、誘電加熱と熱気加熱とを併用して木材を高温に加熱した場合、熱気加熱のみで木材を加熱する場合に比べて、雰囲気温度を低くして木材の乾燥が行われ、乾燥装置の耐熱設計を低温に設定して行うことができ、乾燥装置の低コスト化が図れる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、第２乾燥工程は、木材中心部の含水率が３０％以下となるまで乾燥することを特徴とする。この発明によれば、木材は第２乾燥処理により木材中心部の含水率が３０％以下となるまで乾燥されるため、木材内部が収縮し、木材表面において生じる引張り応力が圧縮応力に転換し、いわゆる材面割れの閉塞効果が発揮される。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の木材乾燥方法において、高湿度の雰囲気下で木材を乾燥することによりドライングセットを緩和させる工程を含むことを特徴とする。この発明によれば、第２乾燥工程は、ドライングセットを緩和する工程を含んでいるため、木材の平均含水率が例えば１０％以下となるような過乾燥を施した場合であっても、木材表層部は、木材中心部の収縮に伴って生じる大きな圧縮応力に対応するように変形され、内部割れが抑制される。すなわち、強固なドライングセットを保持した状態で、木材の平均含水率が１０％以下となるような過乾燥を施した場合、木材表層部は、ドライングセットが強く形成されているため、木材内部からの大きな圧縮応力に対応して変形することができず、内部割れが生じてしまう。特に、スギのような木材を複数本まとめて乾燥させた場合、乾燥後期において、各木材の平均含水率のバラツキは大きくなり、中には平均含水率が１０％以下となるような過乾燥される木材が存在してしまう。本発明では、第２乾燥工程において、ドライングセットを緩和したため、このような過乾燥された木材についての木材内部からの大きな収縮による内部割れが抑制されることとなる。
【００１４】
また、本発明によれば、第１乾燥工程で形成されたドライングセットを緩和するにとどめ、ドライングセットを１００％開放するわけではないため、ドライングセット形成時に若干生じた木材表層部の割れに対する閉塞効果も発揮される。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の木材の乾燥方法において、第２乾燥工程は、誘電加熱及び熱気加熱を併用して乾燥することを特徴とする。この発明によれば、第２乾燥工程は、誘電加熱及び熱気加熱を併用し、木材は内部及び外部から同時に乾燥されるため、乾燥処理のより一層の高速化が図れる。
【００１６】
請求項７記載の発明は、容器内に収容された木材に乾燥処理を施す加熱装置と、容器内の湿度を調整する湿度調整装置と、各装置の動作を制御すると共に前記加熱装置に熱気加熱と誘電加熱とを行わせる制御部とを備えた木材乾燥装置であって、前記制御部は、容器内の雰囲気を低湿度とし、かつ少なくとも中温度以上の所定温度に制御しながら、木材表層部の含水率が、木材表層部の引張応力を最大にする含水率になるまで少なくとも熱気加熱により木材を乾燥し、木材表層部にドライングセットを形成する第１乾燥処理を施し、ドライングセットが形成された木材に対し、前記所定温度より低い温度の雰囲気に制御しながら所定の含水率になるまで少なくとも誘電加熱による第２乾燥処理を施すことを特徴とする木材乾燥装置である。この発明によれば、第１の乾燥処理及び第２の乾燥処理を実施する木材乾燥装置が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る木材乾燥装置の一実施形態を示した側面断面図である。図１に示すように、木材乾燥装置は、乾燥対象木材を収納する乾燥容器１と、乾燥容器１の内部に所定温度の蒸気を生成するボイラ２と、誘電加熱を行う高周波発生部３と、本装置の動作を制御する制御部１０とを備える。
【００１８】
乾燥容器１は、５面が金属製の壁で包囲された直方体の形状を有する。各壁を内部に断熱樹脂層を含む３層構造とすることで強度の確保と軽量化を図っている。乾燥容器１の前面に形成された収納口には木材を出し入れすると共に乾燥容器１内を密閉状態とするドア５が取り付けられている。
【００１９】
乾燥容器１の天井面の幅方向中央部には、例えば木材間に熱気が循環するように乾燥容器１の側壁面に向けて送風を行う所要数例えば２個のファン９、９が適所に配設されている。ファン９は、回転軸が図略のモータの出力軸に噛合されており、モータの駆動力が伝達されて回転する。モータは後述する制御部１０に接続されており、制御部１０からの駆動信号を受けてファン９を好ましくは、所定周期で正逆回転させる。
【００２０】
ボイラ２は、例えば、乾燥容器１の外側に床置きされている。ボイラ２には発生蒸気を乾燥容器１内の上部空間適所に導入し、放出口２１１から放出する蒸気配管２１と、発生蒸気を乾燥容器１内を循環させる蒸気配管２２が接続されている。蒸気配管２１、２２にはそれぞれ調整バルブ２１ａ、２２ａが介設され、調整バルブ２１ａ、２２ａを開閉することで、蒸気の供給が制御される。蒸気温度は本実施形態では１２０℃に設定されている。蒸気配管２２は乾燥容器１内の上部空間適所であって水平面上で乾燥容器１の側壁面に沿ってファン９、９を取り囲むように環状に形成された配管が上下方向に所定段数、例えば３段配設された放熱部２２１を有する。乾燥容器１は蒸気配管２１からの放出蒸気で湿度調整（図略の開閉弁を介して流量を調整することで）が行われ、放熱部２２１からの放熱で温度調整（図略の開閉弁を介して流量を調整することで）が行われるようになっている。放熱部２２１からの熱で加熱された空気がファン９の回転により乾燥容器１内を対流されることで、乾燥容器１内の温度分布が均一となる。
【００２１】
乾燥容器１の天井壁には、排気部４が設けられている。排気部４は、乾燥容器１の天井壁に立設されており、乾燥容器１内の雰囲気空気を強制的に調整排出する。排気部４は筒体４０を備えると共に、その内部には水平軸４１回りに回転して筒体４０の開度を調節するダンパ４２が設けられている。乾燥容器１の天井壁外側には、水平軸４１を軸回りに回動してダンパ４２の開度を変更するアクチュエータ４３が設けられている。アクチュエータ４３を動作させることで、ダンパ４２の開度が調整される。筒体４０の下部には、図略の電動モータにより回転される排気ファン４４が設けられており、排気ファン４４が回転することで、乾燥容器１内の雰囲気空気は筒体４０を介して排気され、これにより熱量や水分量が抜かれて温度、湿度の調整を行うようにしている。
【００２２】
乾燥容器１は、本実施形態では１台の台車６が収納可能な容積を有している。台車６は水平な床盤とその下面の４個の車輪を有して構成されている。乾燥容器１の床面には奥側からドア５に向かって１対のレール８が敷設されており、レール８に沿って台車６が乾燥容器１に対して出し入れされる。
【００２３】
台車６には、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる平板状の電極部７が用意されている。電極部７は本実施形態では３枚からなり、中間の陽極電極板７１と、その上下両側の陰極電極板７２、７３とからなる。陰極電極板７３は台車６の床盤上に敷設乃至は取り付けられている。
【００２４】
木材Ｗは所定サイズの断面形状を有する所定長をなす、例えば長尺体である。図１では詳細に示していないが、木材Ｗは、陰極電極板７３上で所定方向に所定ピッチを有して複数本平行配置される木材段部を桟木を介在させて順次積層することで山積みされている。木材Ｗは複数段だけ山積みされ、その中間段に陽極電極板７１が介設され、最上段に陰極電極板７２が載置されている。このように木材Ｗを所定ピッチを有し、かつ桟木を介して山積みすることで、木材Ｗの側面に万遍なく蒸気及び加熱された雰囲気空気が浴びせられ、後述する複合乾燥に適する。
【００２５】
高周波発生部３の陽極部からの配線は乾燥容器１の側壁に形成された孔を貫通して陽極電極板７１に接続され、陰極部からの配線は乾燥容器１の側壁の他の位置に図略の絶縁体を介して形成された孔を貫通して陰極電極板７２，７３に並列的に接続されている。なお、乾燥容器１内の適所には乾球温度計１０７及び湿球温度計１０８(図２参照)が配設されている。
【００２６】
図２は、制御側から見た、一実施形態を示すブロック図である。高周波発生部３は、高周波電源回路３０と、所定の周波数（例えば、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）の高周波電力（例えば１ｋＷ〜数十ｋＷのような比較的小〜中電力）を発生し、電極部７に高周波電力を供給する高周波発生回路３１と、高周波電源回路３０と電極部７との間に介設され、高周波発生回路３１の出力インピーダンスと木材Ｗを含む負荷側のインピーダンスとを整合させる整合回路３２とからなる。陽極電極板７１と陰極電極板７２間に積層された木材Ｗ、陽極電極板７１と陰極電極板７３間に積層された木材Ｗはそれぞれの電極板間に生じる高周波電磁界により誘電加熱されて乾燥される。
【００２７】
整合回路３２は、例えばコンデンサ及びインダクタンスの少なくとも一方が可変構造を有して構成された公知のもので、可変コンデンサの容量及び可変インダクタンスのインダクタンスを調整することで高周波発生部３の出力インピーダンスと木材Ｗを含む負荷側のインピーダンスとの整合を図る。例えば、可変コンデンサはコンデンサ電極の対面距離を漸次変更するように一方のコンデンサ電極を移動制御し、可変インダクタンスはＬ成分を発揮する長尺のアルミ板の迂回長を漸次変更するように短絡部材を移動制御する等すればよい。木材Ｗの乾燥が進行して木材の含水率が変化すると、木材Ｗの誘電率が変化して木材Ｗのインピーダンスが大きくなるように変化する。整合回路３２は、例えば負荷側からの反射レベルを、図略の公知の検出手段で検出するなどして、木材Ｗのインピーダンスの変化をその変化に追随するよう可変コンデンサまたは可変インダクタンスの一方をあるいは双方を変化させる。あるいは予め実験などを通じて材種、断面積、重量、初期含水量などをパラメータとして経時方向の調整量をメモリ部などに複数記憶しておき、処理に先立って選定された調整量に基づいてタイマ管理で変更制御する態様としてもよい。
【００２８】
制御部１０は、ボイラ２の調整バルブ２１ａ，２２ａ、高周波発生回路３１、整合回路３２、乾球温度計１０７及び湿球温度計１０８に接続されている。制御部１０は、高周波発生回路３１のオン、オフ動作を指示する高周波電源制御部１０１と、高周波の印加時間及び蒸気供給時間を管理するタイマ１０２と、整合回路３２の可変コンデンサ及び可変インダクタンスを変化させる整合制御部１０３と、調整バルブ２１ａの開閉を指示して乾燥容器１内への蒸気の供給を制御する湿度調整制御部１０４と、調整バルブ２２ａの開閉を指示して乾燥容器１内への熱気の供給を制御する熱気供給制御部１０５とを備えると共に、本乾燥制御プログラムや乾燥処理に必要なデータを格納する記憶部１０６を備える。
【００２９】
湿度調整制御部１０４及び熱気供給制御部１０５は、乾球温度計１０７及び湿球温度計１０８からの温度情報を連続的に取り込み、乾燥容器１内の雰囲気が制御すべき湿度を維持するように調整バルブ２１ａの開閉を制御すると共に、制御すべき温度を維持するように調整バルブ２２ａの開閉を制御する。なお、調整バルブ２１ａ，２２ａの開閉制御としてその開度を調整するようにして、より細かな調整を行うようにしてもよい。記憶部１０６に格納されるデータとしては、乾燥対象である木材Ｗの木種、形状、初期含水率等の木材情報に対応する乾燥工程スケジュールである。
【００３０】
次に、木材乾燥処理について説明する。
【００３１】
図３は、木材乾燥方法の第１実施形態を示すタイミングチャートである。本木材乾燥方法は、蒸煮工程Ｐ１、第１乾燥工程Ｐ２及び第２乾燥工程Ｐ３を有する。
蒸煮工程Ｐ１は、第１乾燥工程Ｐ２に先立って、木材Ｗを高温状態にする前工程である。乾燥対象木材Ｗを台車６に搭載し、乾燥容器１に投入した後、湿度調整御部１０４によりボイラ２の蒸気配管２１の調整バルブ２１ａが開成され、蒸気が乾燥容器１内へ供給される。これにより木材Ｗは蒸気により蒸煮される。本実施形態では蒸煮工程Ｐ１は約１２時間に設定されており、木材Ｗの温度を約９５℃まで上昇させるようにしている。
【００３２】
第１乾燥工程Ｐ２は蒸煮工程Ｐ１引き続いて行われる。第１乾燥工程Ｐ２は、高温低湿度雰囲気下で木材Ｗに熱気加熱を施すものである。湿度調整制御部１０４及び熱気調整制御部１０５は、乾燥容器１内の雰囲気が乾球温度を１２０℃、湿球温度を９０℃の高温低湿度を保つように調整バルブ２１ａ，２２ａの開閉を制御する。この間、木材Ｗは材温が徐々に上昇し、やがて１００℃となる。木材Ｗを低湿度雰囲気下にさらすことで、木材内部は高含水状態にある一方、表面は低湿度雰囲気にあることから、表層部から水分が急激にぬけ、この表層部に大きな含水率傾斜が生じる。乾球温度１２０℃と湿球温度９０℃の温度差３０℃に対応する平衡含水率を低く、例えば６％以下、好ましくは４％以下となるようにすることで、効果的な含水率傾斜が得られる。
【００３３】
この間、木材Ｗの表層部は水分が減少して行く結果、図５に示すように、材の接線方向に生じる引張り応力（正側）が含水率の低下に伴って上昇する。従って、このままでは木材Ｗの表層部に割れを生じる可能性がある。しかし、このとき材温は高温状態にあることから木材Ｗの表層部は粘弾性特性を示すため、引張り応力にも拘わらず割れを生じにくい状態となっている。そして、乾燥が継続して含水率が３０〜３５％程度まで低下すると、引張応力が最大を示し、この付近（時点）で第１乾燥工程Ｐ２を終了させる。従って、木材Ｗは最大引張り応力を受けたまま固定化、すなわちドライングセットが形成されることとなる。第１乾燥工程Ｐ２は木材表層部にドライングセットが形成される時間として好適な時間、本実施形態では約６〜２４時間が設定されている。
【００３４】
第１乾燥工程Ｐ２が終了すると、引き続き第２乾燥工程Ｐ３を開始する。第２乾燥工程Ｐ３では誘電加熱が主体として行われる。すなわち高周波電源制御部１０１は高周波発生回路３１に対して高周波の発生を指示する。高周波発生回路３１は電極部７に高周波電力を供給し、木材Ｗへの誘電加熱を開始させる。木材Ｗは誘電加熱により内部から乾燥され、内部の多量の水分が外方に抜けていき、これにより材内部での含水率の均一化の方向に向かいながら、含水率の低下が図れる。又、誘電加熱を採用することで熱気加熱のみでは乾燥が困難な木材内部の乾燥をより短時間で行うことができる。このとき、高周波電源制御部１０１は、木材Ｗの均一乾燥を実現するため、経験的乃至はシミュレーションにより得られた記憶部１０６のタイムスケジュールに従って高周波発生回路３１をオン・オフ制御する。
【００３５】
第２乾燥工程Ｐ３では、乾球温度８５℃、湿球温度８２℃に設定されており、湿度調整制御部１０４及び熱気調整制御部１０５は、乾燥容器１内の雰囲気を上記各温度となるように調整する目的で制御される。乾球温度８５℃、湿球温度８２℃とする場合は木材Ｗの平衡含水率１３．８％に対応する。この含水率１３．８％は気乾状態に近いため、木材Ｗの過乾燥を防ぎ乾燥完了後の木材Ｗの寸法安定性が確保される。従って、木材Ｗは仕上げの含水率として好ましい値となるように乾燥される。また、この間、木材Ｗの表層部に形成されているドライングセットは内部からの水分の放出を受けて多少軟化し、図５に示すように含水率の低下に伴って引張応力から圧縮応力に移行し、材面割れを閉じる方向に作用する。このため、第１乾燥工程Ｐ２において木材Ｗの材面に微細な割れが生じていたとしても、この割れは第２乾燥工程Ｐ３の後期において生じる圧縮応力により閉じる。また、高湿度の雰囲気下で木材を乾燥するため、木材表層部に形成されたドライングセットが緩和され、誘電加熱による木材中心部の大きな収縮に伴う木材表層部への圧縮応力に対して、木材表層部は十分に変形することができ、内部割れを抑制することができる。
【００３６】
以上説明したように本実施形態によれば、第１乾燥工程Ｐ２において木材表層部に高いレベルのドライングセットを形成したため、木材の割れを抑制され、かつ第２乾燥工程Ｐ３において誘電加熱を行ったため、木材を短時間で乾燥することができる。
【００３７】
次に、木材乾燥方法の第２実施形態について、図４に示すタイミングチャートを用いて説明する。第２実施形態に係る木材乾燥方法は、第１乾燥工程Ｐ１２として誘電加熱と熱気加熱とを併用した態様である。
【００３８】
まず、第１実施形態同様、木材Ｗに対して蒸煮工程Ｐ１１を１２時間行い、木材Ｗの材温を約９５℃にする。蒸煮工程Ｐ１１が終了すると、次に、第１乾燥工程Ｐ１２を開始する。
【００３９】
第１乾燥工程Ｐ１２は、中温低湿度雰囲気下で木材Ｗに対して熱気加熱と誘電加熱を施すものである。湿度調整制御部１０４及び熱気調整制御部１０５は、乾燥容器１内の雰囲気が乾球温度を９５℃、湿球温度を６５℃の中温低湿度を保つように調整バルブ２１ａ、２２ａの開閉を制御する。同時に、高周波電源制御部１０１は、木材Ｗの材温が９５〜１００℃を保つように高周波電源回路３１を間欠的に作動させる。このため、木材Ｗの温度は９５〜１００℃となる。本実施形態では、高周波電源制御部１０１は、経験的乃至はシミュレーションによって得られた記憶部１０６のタイムスケジュールに従って木材Ｗの温度が９５℃〜１００℃程度を保つように制御する。
【００４０】
木材Ｗの表面を低湿度雰囲気下にさらすことで、木材内部は高含水率状態にある一方、表面は低湿度雰囲気にあることから、表層部から水分が急激に抜け、この表層部にドライングセットを形成するための有効な含水率傾斜が生じる。したがって、第１乾燥工程Ｐ１２により、木材Ｗ表層部に高いレベルのドライングセットが形成される。
【００４１】
第１乾燥工程Ｐ１２が終了すると、誘電加熱を主とした第２乾燥工程Ｐ１３が開始される。この第２乾燥工程Ｐ１３は、第１実施形態に係る第２乾燥工程Ｐ３と同一条件下で同一時間行なわれる。第２乾燥工程Ｐ１３により、木材Ｗは内部から加熱され、熱気加熱のみでは困難な木材内部の乾燥を高速に行うことができる。
【００４２】
このように第２実施形態によれば、第１乾燥工程Ｐ１２において、誘電加熱と熱気加熱とを併用して、木材の材温を１００℃程度の高温としたため、乾燥容器１の雰囲気温度を熱気加熱のみで行う場合に比べて高温にする必要がない。このため、乾燥容器１を構成する部材を、耐熱性が低いもので設計することができ、乾燥装置のコストを低減することができる。
【００４３】
このように、低湿度雰囲気下で木材を中温度以上(８０℃以上)にして乾燥することにより木材表層部に広範囲にドライングセットを形成する第１乾燥工程Ｐ１２及びドライングセットが形成された木材を誘電加熱により乾燥する第２乾燥工程Ｐ１３により、高速乾燥を行うことができ、かつ、木材の割れを著しく減少することができる。また、第２乾燥工程は、乾燥室１の雰囲気を高湿度状態で乾燥するため、ドライングセットが緩和され内部割れを抑制することができる。
【００４４】
なお、本発明は以下の形態を採ることができる。
【００４５】
(１)第１、第２実施形態では、第２乾燥工程Ｐ３、Ｐ１３における乾燥開始時間及び乾燥終了時間の制御をタイムスケジュールに基づいてタイマ１０２により時間を計測することにより行っているが、本発明はこれに限定されず、電極部７に載置された木材Ｗの中の１本乃至は複数本をサンプルとし、サンプルとされた木材に温度計を刺し込み、この温度計の検出温度（材温度）をもとに、誘電加熱の制御を行ってもよい。
【００４６】
(２)第１、第２実施形態では、第２乾燥工程Ｐ３、Ｐ１３における乾燥開始時間及び乾燥終了時間の制御をタイムスケジュールに基づいてタイマ１０２により時間を計測することにより行っているが、本発明はこれに限定されず、電極部７に載置された木材Ｗの中の１本乃至は複数本をサンプルとし、この木材の含水率を含水率センサーを用いて計測し、計測された含水率をもとに誘電加熱の制御を行ってもよい。
【００４７】
(３)第１、第２実施形態では、第２乾燥工程Ｐ３、Ｐ１３における乾燥開始時間及び乾燥終了時間の制御をタイムスケジュールに基づいてタイマ１０２により時間を計測することにより行っているが、本発明はこれに限定されず、木材Ｗの重量を計測し、計測した重量の変化量に基づいて誘電加熱の制御を行ってもよい。この場合、レール８下に重量計を配置し、この重量計で木材Ｗの重量を測定すればよい。
【００４８】
(４)第１、第２実施形態においては、第１乾燥工程の事前処理として蒸煮工程Ｐ１、Ｐ１１を施したが、これに限定されず、蒸煮工程Ｐ１、Ｐ１１を省略し、第１乾燥工程から乾燥を開始してもよい。
【００４９】
(５)第１実施形態は、第１乾燥工程Ｐ２において、乾燥室１の雰囲気を乾球温度を１２０℃、湿球温度を９０℃に保ち熱気加熱を行っているが、これに限定されず、第２実施形態のように、乾燥室１の雰囲気を乾球温度９５℃、湿球温度６５℃として熱気加熱を行ってもよい。乾燥室１の雰囲気を乾球温度９５℃、湿球温度６５℃としても木材Ｗの材温は８０℃以上となるため、木材Ｗの表層部には粘弾性特性を持った状態でドライングセットが形成される。このように乾球温度９５℃、湿球温度６５℃として熱気乾燥を行うと、乾燥室１の耐熱温度を乾球温度９５℃湿球温度６５℃に設定して設計することができ、乾燥装置の低コスト化を図ることができるとともに、熱気乾燥に費やされるエネルギーを少なくすることができる。
【００５０】
(６)第２実施形態は、第１乾燥工程Ｐ１２において、乾燥室１の雰囲気を乾球温度９５℃、湿球温度６５℃として熱気加熱及び誘電加熱を併用した乾燥を行っているが、これに限定されず、第１実施形態のように乾燥室１の雰囲気を乾球温度１２０℃、湿球温度９０℃として熱気加熱及び誘電加熱を併用した乾燥を行ってもよい。乾燥室１の雰囲気を乾球温度１２０℃、湿球温度９０℃に保ち、熱気加熱と、誘電加熱とを併用することにより、第１乾燥工程Ｐ１２の乾燥時間を更に短縮することができる。
【００５１】
(７)第１、第２実施形態は、第２乾燥工程Ｐ３、Ｐ１３において、乾燥室１の雰囲気を乾球温度９５℃、湿球温度６５℃の低湿度にして熱気加熱及び誘電加熱を併用した乾燥を行っているが、これに限定されず、内部割れが発生しにくい木材を乾燥する場合や木材Ｗの使用目的から内部割れが生じてもかまわないような場合は、乾球温度及び湿球温度を制御しない雰囲気下において木材Ｗに対して熱気加熱及び誘電加熱を併用した乾燥を行ってもよい。
【００５２】
(８)第１、第２実施形態は、第２乾燥工程Ｐ３、Ｐ１３において、乾燥室１の雰囲気を高湿度にして木材Ｗの乾燥を行うことにより、第１乾燥工程Ｐ２、Ｐ１２で木材表層部に形成されたドライングセットを緩和して、乾燥後期において生じる木材Ｗの内部割れを抑制しているが、これに限定されることなく、例えば、第２乾燥工程の開始時に木材Ｗを蒸煮処理することにより、木材Ｗの表層部に形成されるドライングセットを緩和し、湿度制御しない雰囲気下で木材を乾燥してもよい。
【００５３】
(９)第１、第２実施形態は、第２乾燥工程において、誘電加熱と熱気加熱とを併用した乾燥形態を採用したが、これに限定されず、誘電加熱のみを行う態様であってもよい。
【００５４】
【実施例】
次に、本発明に係る木材乾燥方法の効果を確認するために行った試験について説明する。本試験は、本発明に係る木材の乾燥方法と比較例としての複合乾燥による木材の乾燥との木材に生じた割れ長さを測定し、測定結果を対比することにより行った。
【００５５】
本発明に係る木材の乾燥方法は、初期重量の異なる４８本の木材に対して蒸煮処理、第１乾燥処理、第２乾燥工程を順番に施すことにより行った。蒸煮処理は１２時間、第１乾燥処理は２４時間、第２乾燥工程は木材の平均含水率が１５％となるまで行った。
【００５６】
一方、複合乾燥による木材の乾燥方法は、初期重量の異なる４８本の木材に対して、蒸煮処理、複合乾燥を順番に施すことにより行った。蒸煮処理は１２時間、複合乾燥は木材の平均含水率が１５％となるまで行った。
【００５７】
木材の平均含水率の測定は、乾燥対象とされた木材を全数、全乾法で測定して行った。
【００５８】
そして、測定対象となったそれぞれの木材に生じた割れの長さを測定した。１本の木材には複数本の割れが生じるが、各割れの長さを合計したものをその木材に生じた累積割れ長さとした。測定にあたり、割れの長さ１５ｃｍ以下のものは除外した。
【００５９】
なお、本試験に用いた木材は、いずれも長さ３ｍのスギ芯持ち柱材を使用した。
【００６０】
図６(ａ)は、本発明に係る木材乾燥方法を施したときの各木材に対する累積割れ長さを示したグラフであり、横軸は乾燥対象とされた４８本の木材を初期重量の軽いもの順に示しており、縦軸は各木材に対応する累積割れ長さを示している。図６(ｂ)は、比較例に係る木材の乾燥方法を施したときの各木材に対する累積割れ長さを示したグラフであり、横軸は乾燥対象とされた４８本の木材を初期重量の軽いもの順に示しており、縦軸は各木材に対応する累積割れ長さを示している。
【００６１】
図６（ａ）及び（ｂ）のグラフから各乾燥方法による累積割れ長さ比率を算出した。累積割れ長さ比率は、以下のようにして算出した。まず、各木材の累積割れ長さの合計値を求める。次いで、この合計値を木材長３００ｃｍを４倍した値(１２００)で割り除算値を求める。この除算値を１００倍した値を累積割れ長さ比率とした。この計算を本発明に係る木材乾燥方法に適用すると、累積割れ比率は３．８％と算出された。一方、複合乾燥に適用すると、累積割れ長さ比率は１５．２％と算出された。本発明に係る木材の乾燥方法により、木材の割れが大幅に減少した。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、木材を高温に加熱して乾燥するため、ドライングセットが形成された部分は、粘弾性を持つ状態となり、木材の乾燥初期の過程で生じる木材表層部の引張応力に起因する割れを抑制することができる。また、木材の乾燥後期の過程において木材表層部に生じる圧縮応力により、乾燥初期の段階で若干生じた割れが閉じられ、閉塞効果を発揮することができる。
【００６３】
請求項２記載の発明によれば、木材は、平均含水率６％以下の低湿度雰囲気下で乾燥されるため、木材表層部にドライングセットを形成することができる。
【００６４】
請求項３記載の発明によれば、誘電加熱と熱気加熱とを併用して木材の材温を８０℃以上の温度に保ち第1乾燥工程を行うことが可能となり、この場合、熱気加熱及び内部加熱双方の加熱に要するエネルギーを低減することができる。また、誘電加熱と熱気加熱とを併用して木材を高温に加熱した場合、熱気加熱のみで木材を加熱する場合に比べて、雰囲気温度を低くして木材の乾燥が行えるため、木材の変色、耐朽性、及び耐蟻性の低下を防ぐことができるとともに、乾燥装置の耐熱設計を低温に設定して行うことができ、乾燥装置の低コスト化を図ることができる。
【００６５】
請求項４記載の発明によれば、木材は第２乾燥処理により木材中心部の含水率が３０％以下となるまで乾燥されるため、木材内部が収縮し、木材表面において生じる引張り応力を圧縮応力に転換し、いわゆる材面割れの閉塞効果を発揮することができる。
【００６６】
請求項５記載の発明によれば、第２乾燥工程は、ドライングセットを緩和する工程を含んでいるため、第１乾燥工程により木材表層部に形成されたドライングセットが緩和され、内部割れを抑制することができる。
【００６７】
請求項６記載の発明によれば、乾燥処理のより一層の高速化を図ることができる。
【００６８】
請求項７記載の発明によれば、第１乾燥工程及び第２乾燥工程を実施する木材乾燥装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】木材乾燥装置の一実施形態を示す側面断面図である。
【図２】制御側から見た、一実施形態を示すブロック図である。
【図３】木材乾燥方法の第１実施形態に係るタイムスケジュールを示す図である。
【図４】木材乾燥方法の第２実施形態に係るタイムスケジュールを示す図である。
【図５】含水率と応力の関係を示す特性曲線図である。
【図６】サンプル木材に対する累積割れ長さを示す図表であり、（ａ）は本発明に係る乾燥方法を施したときの累積割れ長さを示したものであり、(ｂ)は比較例に係る乾燥方法を施したときの累積割れ長さを示したものである。
【符号の説明】
１ 乾燥容器
２ ボイラ
２１、２２ 蒸気配管
２１ａ，２２ａ 調整バルブ
２２１ 放熱部
３ 高周波発生部
３０ 高周波電源回路
３１ 高周波発生回路
３２ 整合回路
４ 排気部
５ ドア
６ 台車
７ 電極部
７１ 陽極電極板
７２、７３ 陰極電極板
９ ファン
１０ 制御部
１０１ 高周波電源制御部
１０２ タイマ
１０３ 整合制御部
１０４ 湿度調整制御部
１０５ 熱気供給制御部
１０６ 記憶部
１０７ 乾球温度計
１０８ 湿球温度計
【発明の属する技術分野】
本発明は木材の乾燥方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘電加熱と熱気加熱とを併用した複合乾燥により木材を乾燥する方法が知られている。この乾燥方法は、誘電加熱により木材を内部から乾燥するとともに、熱気加熱により木材を外部から同時に乾燥するもので、高速乾燥を実現する有力な手段である。しかしながら、この方法では、木材の割れの抑制に対する配慮が何らなされておらず木材の割れを効果的に防ぐには問題があった。特に、スギやヒノキのような針葉樹の芯持ちの柱材に対して、上記乾燥方法を適用すると割れがしばしば発生するという問題があった。
【０００３】
一方、木材の割れを抑制して乾燥する方法も種々提案されている。すなわち、特開平６−２５７９４６号公報には、乾燥室に収容した木材を乾球温度１００〜１５０℃及び望ましい湿球温度として９０℃以上の条件下で乾燥し、木材の変形及び表面の割れの発生を抑制する方法が記載されている。また、特開２００１−１１６４５３号公報には、蒸煮により木材の中心部を８０〜１３０℃の高温に上げた後、８０〜１３０℃程度の湿度制御しない低湿熱風で乾燥を継続することで、粘弾性的特性による割れを抑制する効果を発揮させる乾燥方法が記載されている。
【０００４】
また、特開平１０−７６５０１号公報には、外部加熱による乾燥と内部加熱による乾燥の２段階の乾燥工程を有する心持ち柱材の割れ抑制乾燥方法であって、前段の外部加熱による乾燥を高温高湿度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う方法が記載されている。この方法は、乾燥処理を前段と後段とに分け、前段は熱気による外部加熱を引張応力下で行わせることにより、木材表層部に引張セット(ドライングセット)を形成し、後段では主としてマイクロ波加熱により内部加熱を行うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平６−２５７９４６号公報記載の方法は、制御方法として乾球温度と湿球温度との温度差を最初は小さく、漸次大きくする方法であるため、木材表層部に迅速に有効な含水率傾斜を生成することができず、十分な引張セット(ドライングセット)を形成することに限界があり、かえって木材に対して多くの割れが生じるといった欠点がある。
【０００６】
また、特開２００１−１１６４５３号公報記載の方法も、特開平６−２５７９４６号公報と同様な問題を有する。また、特開平１０−７６５０１号公報記載の方法は、前段の乾燥を高湿度雰囲気下で行うため、木材表層部に形成される含水率傾斜の大きさに限界があり、この木材表層部に形成されるドライングセット量を充分に確保できない。このように、従来の方法では、木材の表層部における割れ発生の抑制にも一定の限界があるという問題があった。
【０００７】
本発明はこれらの課題を解決するためになされたものであり、木材の割れの発生を一層抑制し、乃至は乾燥時間の短縮を可能にする木材の乾燥方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、低湿度の雰囲気下で少なくとも中温度以上の所定温度に保つようにし、木材表層部の含水率が、木材表層部の引張応力を最大にする含水率になるまで木材を乾燥し、木材表層部にドライングセットを形成する第１乾燥工程と、ドライングセットが形成された木材に対して、所定の含水率になるまで少なくとも誘電加熱により乾燥する第２乾燥工程とからなることを特徴とする木材乾燥方法である。
【０００９】
この発明によれば、木材を低湿度雰囲気下で少なくとも中温以上に加熱して乾燥するため、木材表層部に大きな含水率傾斜が生じ、木材表層部に高いレベルでドライングセットが形成される。また、木材を十分に高温に加熱して乾燥するため、ドライングセットが形成された部分は、粘弾性特性を持つ状態となる。このため、木材の乾燥初期の過程で生じる木材表層部の引張応力に起因する割れも効率的に抑制される。更に、木材の乾燥後期の過程において木材表層部に生じる圧縮応力により、乾燥初期の段階で生じた微細な割れが閉じられ、閉塞効果が発揮される。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の木材の乾燥方法において、第１乾燥工程は、平衡含水率６％以下に対応する所定の温度と湿度による雰囲気下で木材を乾燥して木材表層部にドライングセットを形成することを特徴とする。この発明によれば、木材は、平衡含水率６％以下の低湿度雰囲気下で乾燥されるため、木材表層部には効率的にドライングセットが形成される。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の木材の乾燥方法において、第１乾燥工程は、誘電加熱及び熱気加熱の少なくとも一方により木材の温度を８０℃以上に加熱することを特徴とする。この発明によれば、誘電加熱と熱気加熱とを併用して木材の材温を８０℃以上の温度に保ち第１乾燥工程を行うことにより木材表層部に粘弾性特性を持たせることが可能となり、また、熱気加熱及び内部加熱双方の加熱に要するエネルギーが低減される。更に、誘電加熱と熱気加熱とを併用して木材を高温に加熱した場合、熱気加熱のみで木材を加熱する場合に比べて、雰囲気温度を低くして木材の乾燥が行われ、乾燥装置の耐熱設計を低温に設定して行うことができ、乾燥装置の低コスト化が図れる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、第２乾燥工程は、木材中心部の含水率が３０％以下となるまで乾燥することを特徴とする。この発明によれば、木材は第２乾燥処理により木材中心部の含水率が３０％以下となるまで乾燥されるため、木材内部が収縮し、木材表面において生じる引張り応力が圧縮応力に転換し、いわゆる材面割れの閉塞効果が発揮される。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の木材乾燥方法において、高湿度の雰囲気下で木材を乾燥することによりドライングセットを緩和させる工程を含むことを特徴とする。この発明によれば、第２乾燥工程は、ドライングセットを緩和する工程を含んでいるため、木材の平均含水率が例えば１０％以下となるような過乾燥を施した場合であっても、木材表層部は、木材中心部の収縮に伴って生じる大きな圧縮応力に対応するように変形され、内部割れが抑制される。すなわち、強固なドライングセットを保持した状態で、木材の平均含水率が１０％以下となるような過乾燥を施した場合、木材表層部は、ドライングセットが強く形成されているため、木材内部からの大きな圧縮応力に対応して変形することができず、内部割れが生じてしまう。特に、スギのような木材を複数本まとめて乾燥させた場合、乾燥後期において、各木材の平均含水率のバラツキは大きくなり、中には平均含水率が１０％以下となるような過乾燥される木材が存在してしまう。本発明では、第２乾燥工程において、ドライングセットを緩和したため、このような過乾燥された木材についての木材内部からの大きな収縮による内部割れが抑制されることとなる。
【００１４】
また、本発明によれば、第１乾燥工程で形成されたドライングセットを緩和するにとどめ、ドライングセットを１００％開放するわけではないため、ドライングセット形成時に若干生じた木材表層部の割れに対する閉塞効果も発揮される。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の木材の乾燥方法において、第２乾燥工程は、誘電加熱及び熱気加熱を併用して乾燥することを特徴とする。この発明によれば、第２乾燥工程は、誘電加熱及び熱気加熱を併用し、木材は内部及び外部から同時に乾燥されるため、乾燥処理のより一層の高速化が図れる。
【００１６】
請求項７記載の発明は、容器内に収容された木材に乾燥処理を施す加熱装置と、容器内の湿度を調整する湿度調整装置と、各装置の動作を制御すると共に前記加熱装置に熱気加熱と誘電加熱とを行わせる制御部とを備えた木材乾燥装置であって、前記制御部は、容器内の雰囲気を低湿度とし、かつ少なくとも中温度以上の所定温度に制御しながら、木材表層部の含水率が、木材表層部の引張応力を最大にする含水率になるまで少なくとも熱気加熱により木材を乾燥し、木材表層部にドライングセットを形成する第１乾燥処理を施し、ドライングセットが形成された木材に対し、前記所定温度より低い温度の雰囲気に制御しながら所定の含水率になるまで少なくとも誘電加熱による第２乾燥処理を施すことを特徴とする木材乾燥装置である。この発明によれば、第１の乾燥処理及び第２の乾燥処理を実施する木材乾燥装置が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る木材乾燥装置の一実施形態を示した側面断面図である。図１に示すように、木材乾燥装置は、乾燥対象木材を収納する乾燥容器１と、乾燥容器１の内部に所定温度の蒸気を生成するボイラ２と、誘電加熱を行う高周波発生部３と、本装置の動作を制御する制御部１０とを備える。
【００１８】
乾燥容器１は、５面が金属製の壁で包囲された直方体の形状を有する。各壁を内部に断熱樹脂層を含む３層構造とすることで強度の確保と軽量化を図っている。乾燥容器１の前面に形成された収納口には木材を出し入れすると共に乾燥容器１内を密閉状態とするドア５が取り付けられている。
【００１９】
乾燥容器１の天井面の幅方向中央部には、例えば木材間に熱気が循環するように乾燥容器１の側壁面に向けて送風を行う所要数例えば２個のファン９、９が適所に配設されている。ファン９は、回転軸が図略のモータの出力軸に噛合されており、モータの駆動力が伝達されて回転する。モータは後述する制御部１０に接続されており、制御部１０からの駆動信号を受けてファン９を好ましくは、所定周期で正逆回転させる。
【００２０】
ボイラ２は、例えば、乾燥容器１の外側に床置きされている。ボイラ２には発生蒸気を乾燥容器１内の上部空間適所に導入し、放出口２１１から放出する蒸気配管２１と、発生蒸気を乾燥容器１内を循環させる蒸気配管２２が接続されている。蒸気配管２１、２２にはそれぞれ調整バルブ２１ａ、２２ａが介設され、調整バルブ２１ａ、２２ａを開閉することで、蒸気の供給が制御される。蒸気温度は本実施形態では１２０℃に設定されている。蒸気配管２２は乾燥容器１内の上部空間適所であって水平面上で乾燥容器１の側壁面に沿ってファン９、９を取り囲むように環状に形成された配管が上下方向に所定段数、例えば３段配設された放熱部２２１を有する。乾燥容器１は蒸気配管２１からの放出蒸気で湿度調整（図略の開閉弁を介して流量を調整することで）が行われ、放熱部２２１からの放熱で温度調整（図略の開閉弁を介して流量を調整することで）が行われるようになっている。放熱部２２１からの熱で加熱された空気がファン９の回転により乾燥容器１内を対流されることで、乾燥容器１内の温度分布が均一となる。
【００２１】
乾燥容器１の天井壁には、排気部４が設けられている。排気部４は、乾燥容器１の天井壁に立設されており、乾燥容器１内の雰囲気空気を強制的に調整排出する。排気部４は筒体４０を備えると共に、その内部には水平軸４１回りに回転して筒体４０の開度を調節するダンパ４２が設けられている。乾燥容器１の天井壁外側には、水平軸４１を軸回りに回動してダンパ４２の開度を変更するアクチュエータ４３が設けられている。アクチュエータ４３を動作させることで、ダンパ４２の開度が調整される。筒体４０の下部には、図略の電動モータにより回転される排気ファン４４が設けられており、排気ファン４４が回転することで、乾燥容器１内の雰囲気空気は筒体４０を介して排気され、これにより熱量や水分量が抜かれて温度、湿度の調整を行うようにしている。
【００２２】
乾燥容器１は、本実施形態では１台の台車６が収納可能な容積を有している。台車６は水平な床盤とその下面の４個の車輪を有して構成されている。乾燥容器１の床面には奥側からドア５に向かって１対のレール８が敷設されており、レール８に沿って台車６が乾燥容器１に対して出し入れされる。
【００２３】
台車６には、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる平板状の電極部７が用意されている。電極部７は本実施形態では３枚からなり、中間の陽極電極板７１と、その上下両側の陰極電極板７２、７３とからなる。陰極電極板７３は台車６の床盤上に敷設乃至は取り付けられている。
【００２４】
木材Ｗは所定サイズの断面形状を有する所定長をなす、例えば長尺体である。図１では詳細に示していないが、木材Ｗは、陰極電極板７３上で所定方向に所定ピッチを有して複数本平行配置される木材段部を桟木を介在させて順次積層することで山積みされている。木材Ｗは複数段だけ山積みされ、その中間段に陽極電極板７１が介設され、最上段に陰極電極板７２が載置されている。このように木材Ｗを所定ピッチを有し、かつ桟木を介して山積みすることで、木材Ｗの側面に万遍なく蒸気及び加熱された雰囲気空気が浴びせられ、後述する複合乾燥に適する。
【００２５】
高周波発生部３の陽極部からの配線は乾燥容器１の側壁に形成された孔を貫通して陽極電極板７１に接続され、陰極部からの配線は乾燥容器１の側壁の他の位置に図略の絶縁体を介して形成された孔を貫通して陰極電極板７２，７３に並列的に接続されている。なお、乾燥容器１内の適所には乾球温度計１０７及び湿球温度計１０８(図２参照)が配設されている。
【００２６】
図２は、制御側から見た、一実施形態を示すブロック図である。高周波発生部３は、高周波電源回路３０と、所定の周波数（例えば、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）の高周波電力（例えば１ｋＷ〜数十ｋＷのような比較的小〜中電力）を発生し、電極部７に高周波電力を供給する高周波発生回路３１と、高周波電源回路３０と電極部７との間に介設され、高周波発生回路３１の出力インピーダンスと木材Ｗを含む負荷側のインピーダンスとを整合させる整合回路３２とからなる。陽極電極板７１と陰極電極板７２間に積層された木材Ｗ、陽極電極板７１と陰極電極板７３間に積層された木材Ｗはそれぞれの電極板間に生じる高周波電磁界により誘電加熱されて乾燥される。
【００２７】
整合回路３２は、例えばコンデンサ及びインダクタンスの少なくとも一方が可変構造を有して構成された公知のもので、可変コンデンサの容量及び可変インダクタンスのインダクタンスを調整することで高周波発生部３の出力インピーダンスと木材Ｗを含む負荷側のインピーダンスとの整合を図る。例えば、可変コンデンサはコンデンサ電極の対面距離を漸次変更するように一方のコンデンサ電極を移動制御し、可変インダクタンスはＬ成分を発揮する長尺のアルミ板の迂回長を漸次変更するように短絡部材を移動制御する等すればよい。木材Ｗの乾燥が進行して木材の含水率が変化すると、木材Ｗの誘電率が変化して木材Ｗのインピーダンスが大きくなるように変化する。整合回路３２は、例えば負荷側からの反射レベルを、図略の公知の検出手段で検出するなどして、木材Ｗのインピーダンスの変化をその変化に追随するよう可変コンデンサまたは可変インダクタンスの一方をあるいは双方を変化させる。あるいは予め実験などを通じて材種、断面積、重量、初期含水量などをパラメータとして経時方向の調整量をメモリ部などに複数記憶しておき、処理に先立って選定された調整量に基づいてタイマ管理で変更制御する態様としてもよい。
【００２８】
制御部１０は、ボイラ２の調整バルブ２１ａ，２２ａ、高周波発生回路３１、整合回路３２、乾球温度計１０７及び湿球温度計１０８に接続されている。制御部１０は、高周波発生回路３１のオン、オフ動作を指示する高周波電源制御部１０１と、高周波の印加時間及び蒸気供給時間を管理するタイマ１０２と、整合回路３２の可変コンデンサ及び可変インダクタンスを変化させる整合制御部１０３と、調整バルブ２１ａの開閉を指示して乾燥容器１内への蒸気の供給を制御する湿度調整制御部１０４と、調整バルブ２２ａの開閉を指示して乾燥容器１内への熱気の供給を制御する熱気供給制御部１０５とを備えると共に、本乾燥制御プログラムや乾燥処理に必要なデータを格納する記憶部１０６を備える。
【００２９】
湿度調整制御部１０４及び熱気供給制御部１０５は、乾球温度計１０７及び湿球温度計１０８からの温度情報を連続的に取り込み、乾燥容器１内の雰囲気が制御すべき湿度を維持するように調整バルブ２１ａの開閉を制御すると共に、制御すべき温度を維持するように調整バルブ２２ａの開閉を制御する。なお、調整バルブ２１ａ，２２ａの開閉制御としてその開度を調整するようにして、より細かな調整を行うようにしてもよい。記憶部１０６に格納されるデータとしては、乾燥対象である木材Ｗの木種、形状、初期含水率等の木材情報に対応する乾燥工程スケジュールである。
【００３０】
次に、木材乾燥処理について説明する。
【００３１】
図３は、木材乾燥方法の第１実施形態を示すタイミングチャートである。本木材乾燥方法は、蒸煮工程Ｐ１、第１乾燥工程Ｐ２及び第２乾燥工程Ｐ３を有する。
蒸煮工程Ｐ１は、第１乾燥工程Ｐ２に先立って、木材Ｗを高温状態にする前工程である。乾燥対象木材Ｗを台車６に搭載し、乾燥容器１に投入した後、湿度調整御部１０４によりボイラ２の蒸気配管２１の調整バルブ２１ａが開成され、蒸気が乾燥容器１内へ供給される。これにより木材Ｗは蒸気により蒸煮される。本実施形態では蒸煮工程Ｐ１は約１２時間に設定されており、木材Ｗの温度を約９５℃まで上昇させるようにしている。
【００３２】
第１乾燥工程Ｐ２は蒸煮工程Ｐ１引き続いて行われる。第１乾燥工程Ｐ２は、高温低湿度雰囲気下で木材Ｗに熱気加熱を施すものである。湿度調整制御部１０４及び熱気調整制御部１０５は、乾燥容器１内の雰囲気が乾球温度を１２０℃、湿球温度を９０℃の高温低湿度を保つように調整バルブ２１ａ，２２ａの開閉を制御する。この間、木材Ｗは材温が徐々に上昇し、やがて１００℃となる。木材Ｗを低湿度雰囲気下にさらすことで、木材内部は高含水状態にある一方、表面は低湿度雰囲気にあることから、表層部から水分が急激にぬけ、この表層部に大きな含水率傾斜が生じる。乾球温度１２０℃と湿球温度９０℃の温度差３０℃に対応する平衡含水率を低く、例えば６％以下、好ましくは４％以下となるようにすることで、効果的な含水率傾斜が得られる。
【００３３】
この間、木材Ｗの表層部は水分が減少して行く結果、図５に示すように、材の接線方向に生じる引張り応力（正側）が含水率の低下に伴って上昇する。従って、このままでは木材Ｗの表層部に割れを生じる可能性がある。しかし、このとき材温は高温状態にあることから木材Ｗの表層部は粘弾性特性を示すため、引張り応力にも拘わらず割れを生じにくい状態となっている。そして、乾燥が継続して含水率が３０〜３５％程度まで低下すると、引張応力が最大を示し、この付近（時点）で第１乾燥工程Ｐ２を終了させる。従って、木材Ｗは最大引張り応力を受けたまま固定化、すなわちドライングセットが形成されることとなる。第１乾燥工程Ｐ２は木材表層部にドライングセットが形成される時間として好適な時間、本実施形態では約６〜２４時間が設定されている。
【００３４】
第１乾燥工程Ｐ２が終了すると、引き続き第２乾燥工程Ｐ３を開始する。第２乾燥工程Ｐ３では誘電加熱が主体として行われる。すなわち高周波電源制御部１０１は高周波発生回路３１に対して高周波の発生を指示する。高周波発生回路３１は電極部７に高周波電力を供給し、木材Ｗへの誘電加熱を開始させる。木材Ｗは誘電加熱により内部から乾燥され、内部の多量の水分が外方に抜けていき、これにより材内部での含水率の均一化の方向に向かいながら、含水率の低下が図れる。又、誘電加熱を採用することで熱気加熱のみでは乾燥が困難な木材内部の乾燥をより短時間で行うことができる。このとき、高周波電源制御部１０１は、木材Ｗの均一乾燥を実現するため、経験的乃至はシミュレーションにより得られた記憶部１０６のタイムスケジュールに従って高周波発生回路３１をオン・オフ制御する。
【００３５】
第２乾燥工程Ｐ３では、乾球温度８５℃、湿球温度８２℃に設定されており、湿度調整制御部１０４及び熱気調整制御部１０５は、乾燥容器１内の雰囲気を上記各温度となるように調整する目的で制御される。乾球温度８５℃、湿球温度８２℃とする場合は木材Ｗの平衡含水率１３．８％に対応する。この含水率１３．８％は気乾状態に近いため、木材Ｗの過乾燥を防ぎ乾燥完了後の木材Ｗの寸法安定性が確保される。従って、木材Ｗは仕上げの含水率として好ましい値となるように乾燥される。また、この間、木材Ｗの表層部に形成されているドライングセットは内部からの水分の放出を受けて多少軟化し、図５に示すように含水率の低下に伴って引張応力から圧縮応力に移行し、材面割れを閉じる方向に作用する。このため、第１乾燥工程Ｐ２において木材Ｗの材面に微細な割れが生じていたとしても、この割れは第２乾燥工程Ｐ３の後期において生じる圧縮応力により閉じる。また、高湿度の雰囲気下で木材を乾燥するため、木材表層部に形成されたドライングセットが緩和され、誘電加熱による木材中心部の大きな収縮に伴う木材表層部への圧縮応力に対して、木材表層部は十分に変形することができ、内部割れを抑制することができる。
【００３６】
以上説明したように本実施形態によれば、第１乾燥工程Ｐ２において木材表層部に高いレベルのドライングセットを形成したため、木材の割れを抑制され、かつ第２乾燥工程Ｐ３において誘電加熱を行ったため、木材を短時間で乾燥することができる。
【００３７】
次に、木材乾燥方法の第２実施形態について、図４に示すタイミングチャートを用いて説明する。第２実施形態に係る木材乾燥方法は、第１乾燥工程Ｐ１２として誘電加熱と熱気加熱とを併用した態様である。
【００３８】
まず、第１実施形態同様、木材Ｗに対して蒸煮工程Ｐ１１を１２時間行い、木材Ｗの材温を約９５℃にする。蒸煮工程Ｐ１１が終了すると、次に、第１乾燥工程Ｐ１２を開始する。
【００３９】
第１乾燥工程Ｐ１２は、中温低湿度雰囲気下で木材Ｗに対して熱気加熱と誘電加熱を施すものである。湿度調整制御部１０４及び熱気調整制御部１０５は、乾燥容器１内の雰囲気が乾球温度を９５℃、湿球温度を６５℃の中温低湿度を保つように調整バルブ２１ａ、２２ａの開閉を制御する。同時に、高周波電源制御部１０１は、木材Ｗの材温が９５〜１００℃を保つように高周波電源回路３１を間欠的に作動させる。このため、木材Ｗの温度は９５〜１００℃となる。本実施形態では、高周波電源制御部１０１は、経験的乃至はシミュレーションによって得られた記憶部１０６のタイムスケジュールに従って木材Ｗの温度が９５℃〜１００℃程度を保つように制御する。
【００４０】
木材Ｗの表面を低湿度雰囲気下にさらすことで、木材内部は高含水率状態にある一方、表面は低湿度雰囲気にあることから、表層部から水分が急激に抜け、この表層部にドライングセットを形成するための有効な含水率傾斜が生じる。したがって、第１乾燥工程Ｐ１２により、木材Ｗ表層部に高いレベルのドライングセットが形成される。
【００４１】
第１乾燥工程Ｐ１２が終了すると、誘電加熱を主とした第２乾燥工程Ｐ１３が開始される。この第２乾燥工程Ｐ１３は、第１実施形態に係る第２乾燥工程Ｐ３と同一条件下で同一時間行なわれる。第２乾燥工程Ｐ１３により、木材Ｗは内部から加熱され、熱気加熱のみでは困難な木材内部の乾燥を高速に行うことができる。
【００４２】
このように第２実施形態によれば、第１乾燥工程Ｐ１２において、誘電加熱と熱気加熱とを併用して、木材の材温を１００℃程度の高温としたため、乾燥容器１の雰囲気温度を熱気加熱のみで行う場合に比べて高温にする必要がない。このため、乾燥容器１を構成する部材を、耐熱性が低いもので設計することができ、乾燥装置のコストを低減することができる。
【００４３】
このように、低湿度雰囲気下で木材を中温度以上(８０℃以上)にして乾燥することにより木材表層部に広範囲にドライングセットを形成する第１乾燥工程Ｐ１２及びドライングセットが形成された木材を誘電加熱により乾燥する第２乾燥工程Ｐ１３により、高速乾燥を行うことができ、かつ、木材の割れを著しく減少することができる。また、第２乾燥工程は、乾燥室１の雰囲気を高湿度状態で乾燥するため、ドライングセットが緩和され内部割れを抑制することができる。
【００４４】
なお、本発明は以下の形態を採ることができる。
【００４５】
(１)第１、第２実施形態では、第２乾燥工程Ｐ３、Ｐ１３における乾燥開始時間及び乾燥終了時間の制御をタイムスケジュールに基づいてタイマ１０２により時間を計測することにより行っているが、本発明はこれに限定されず、電極部７に載置された木材Ｗの中の１本乃至は複数本をサンプルとし、サンプルとされた木材に温度計を刺し込み、この温度計の検出温度（材温度）をもとに、誘電加熱の制御を行ってもよい。
【００４６】
(２)第１、第２実施形態では、第２乾燥工程Ｐ３、Ｐ１３における乾燥開始時間及び乾燥終了時間の制御をタイムスケジュールに基づいてタイマ１０２により時間を計測することにより行っているが、本発明はこれに限定されず、電極部７に載置された木材Ｗの中の１本乃至は複数本をサンプルとし、この木材の含水率を含水率センサーを用いて計測し、計測された含水率をもとに誘電加熱の制御を行ってもよい。
【００４７】
(３)第１、第２実施形態では、第２乾燥工程Ｐ３、Ｐ１３における乾燥開始時間及び乾燥終了時間の制御をタイムスケジュールに基づいてタイマ１０２により時間を計測することにより行っているが、本発明はこれに限定されず、木材Ｗの重量を計測し、計測した重量の変化量に基づいて誘電加熱の制御を行ってもよい。この場合、レール８下に重量計を配置し、この重量計で木材Ｗの重量を測定すればよい。
【００４８】
(４)第１、第２実施形態においては、第１乾燥工程の事前処理として蒸煮工程Ｐ１、Ｐ１１を施したが、これに限定されず、蒸煮工程Ｐ１、Ｐ１１を省略し、第１乾燥工程から乾燥を開始してもよい。
【００４９】
(５)第１実施形態は、第１乾燥工程Ｐ２において、乾燥室１の雰囲気を乾球温度を１２０℃、湿球温度を９０℃に保ち熱気加熱を行っているが、これに限定されず、第２実施形態のように、乾燥室１の雰囲気を乾球温度９５℃、湿球温度６５℃として熱気加熱を行ってもよい。乾燥室１の雰囲気を乾球温度９５℃、湿球温度６５℃としても木材Ｗの材温は８０℃以上となるため、木材Ｗの表層部には粘弾性特性を持った状態でドライングセットが形成される。このように乾球温度９５℃、湿球温度６５℃として熱気乾燥を行うと、乾燥室１の耐熱温度を乾球温度９５℃湿球温度６５℃に設定して設計することができ、乾燥装置の低コスト化を図ることができるとともに、熱気乾燥に費やされるエネルギーを少なくすることができる。
【００５０】
(６)第２実施形態は、第１乾燥工程Ｐ１２において、乾燥室１の雰囲気を乾球温度９５℃、湿球温度６５℃として熱気加熱及び誘電加熱を併用した乾燥を行っているが、これに限定されず、第１実施形態のように乾燥室１の雰囲気を乾球温度１２０℃、湿球温度９０℃として熱気加熱及び誘電加熱を併用した乾燥を行ってもよい。乾燥室１の雰囲気を乾球温度１２０℃、湿球温度９０℃に保ち、熱気加熱と、誘電加熱とを併用することにより、第１乾燥工程Ｐ１２の乾燥時間を更に短縮することができる。
【００５１】
(７)第１、第２実施形態は、第２乾燥工程Ｐ３、Ｐ１３において、乾燥室１の雰囲気を乾球温度９５℃、湿球温度６５℃の低湿度にして熱気加熱及び誘電加熱を併用した乾燥を行っているが、これに限定されず、内部割れが発生しにくい木材を乾燥する場合や木材Ｗの使用目的から内部割れが生じてもかまわないような場合は、乾球温度及び湿球温度を制御しない雰囲気下において木材Ｗに対して熱気加熱及び誘電加熱を併用した乾燥を行ってもよい。
【００５２】
(８)第１、第２実施形態は、第２乾燥工程Ｐ３、Ｐ１３において、乾燥室１の雰囲気を高湿度にして木材Ｗの乾燥を行うことにより、第１乾燥工程Ｐ２、Ｐ１２で木材表層部に形成されたドライングセットを緩和して、乾燥後期において生じる木材Ｗの内部割れを抑制しているが、これに限定されることなく、例えば、第２乾燥工程の開始時に木材Ｗを蒸煮処理することにより、木材Ｗの表層部に形成されるドライングセットを緩和し、湿度制御しない雰囲気下で木材を乾燥してもよい。
【００５３】
(９)第１、第２実施形態は、第２乾燥工程において、誘電加熱と熱気加熱とを併用した乾燥形態を採用したが、これに限定されず、誘電加熱のみを行う態様であってもよい。
【００５４】
【実施例】
次に、本発明に係る木材乾燥方法の効果を確認するために行った試験について説明する。本試験は、本発明に係る木材の乾燥方法と比較例としての複合乾燥による木材の乾燥との木材に生じた割れ長さを測定し、測定結果を対比することにより行った。
【００５５】
本発明に係る木材の乾燥方法は、初期重量の異なる４８本の木材に対して蒸煮処理、第１乾燥処理、第２乾燥工程を順番に施すことにより行った。蒸煮処理は１２時間、第１乾燥処理は２４時間、第２乾燥工程は木材の平均含水率が１５％となるまで行った。
【００５６】
一方、複合乾燥による木材の乾燥方法は、初期重量の異なる４８本の木材に対して、蒸煮処理、複合乾燥を順番に施すことにより行った。蒸煮処理は１２時間、複合乾燥は木材の平均含水率が１５％となるまで行った。
【００５７】
木材の平均含水率の測定は、乾燥対象とされた木材を全数、全乾法で測定して行った。
【００５８】
そして、測定対象となったそれぞれの木材に生じた割れの長さを測定した。１本の木材には複数本の割れが生じるが、各割れの長さを合計したものをその木材に生じた累積割れ長さとした。測定にあたり、割れの長さ１５ｃｍ以下のものは除外した。
【００５９】
なお、本試験に用いた木材は、いずれも長さ３ｍのスギ芯持ち柱材を使用した。
【００６０】
図６(ａ)は、本発明に係る木材乾燥方法を施したときの各木材に対する累積割れ長さを示したグラフであり、横軸は乾燥対象とされた４８本の木材を初期重量の軽いもの順に示しており、縦軸は各木材に対応する累積割れ長さを示している。図６(ｂ)は、比較例に係る木材の乾燥方法を施したときの各木材に対する累積割れ長さを示したグラフであり、横軸は乾燥対象とされた４８本の木材を初期重量の軽いもの順に示しており、縦軸は各木材に対応する累積割れ長さを示している。
【００６１】
図６（ａ）及び（ｂ）のグラフから各乾燥方法による累積割れ長さ比率を算出した。累積割れ長さ比率は、以下のようにして算出した。まず、各木材の累積割れ長さの合計値を求める。次いで、この合計値を木材長３００ｃｍを４倍した値(１２００)で割り除算値を求める。この除算値を１００倍した値を累積割れ長さ比率とした。この計算を本発明に係る木材乾燥方法に適用すると、累積割れ比率は３．８％と算出された。一方、複合乾燥に適用すると、累積割れ長さ比率は１５．２％と算出された。本発明に係る木材の乾燥方法により、木材の割れが大幅に減少した。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、木材を高温に加熱して乾燥するため、ドライングセットが形成された部分は、粘弾性を持つ状態となり、木材の乾燥初期の過程で生じる木材表層部の引張応力に起因する割れを抑制することができる。また、木材の乾燥後期の過程において木材表層部に生じる圧縮応力により、乾燥初期の段階で若干生じた割れが閉じられ、閉塞効果を発揮することができる。
【００６３】
請求項２記載の発明によれば、木材は、平均含水率６％以下の低湿度雰囲気下で乾燥されるため、木材表層部にドライングセットを形成することができる。
【００６４】
請求項３記載の発明によれば、誘電加熱と熱気加熱とを併用して木材の材温を８０℃以上の温度に保ち第1乾燥工程を行うことが可能となり、この場合、熱気加熱及び内部加熱双方の加熱に要するエネルギーを低減することができる。また、誘電加熱と熱気加熱とを併用して木材を高温に加熱した場合、熱気加熱のみで木材を加熱する場合に比べて、雰囲気温度を低くして木材の乾燥が行えるため、木材の変色、耐朽性、及び耐蟻性の低下を防ぐことができるとともに、乾燥装置の耐熱設計を低温に設定して行うことができ、乾燥装置の低コスト化を図ることができる。
【００６５】
請求項４記載の発明によれば、木材は第２乾燥処理により木材中心部の含水率が３０％以下となるまで乾燥されるため、木材内部が収縮し、木材表面において生じる引張り応力を圧縮応力に転換し、いわゆる材面割れの閉塞効果を発揮することができる。
【００６６】
請求項５記載の発明によれば、第２乾燥工程は、ドライングセットを緩和する工程を含んでいるため、第１乾燥工程により木材表層部に形成されたドライングセットが緩和され、内部割れを抑制することができる。
【００６７】
請求項６記載の発明によれば、乾燥処理のより一層の高速化を図ることができる。
【００６８】
請求項７記載の発明によれば、第１乾燥工程及び第２乾燥工程を実施する木材乾燥装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】木材乾燥装置の一実施形態を示す側面断面図である。
【図２】制御側から見た、一実施形態を示すブロック図である。
【図３】木材乾燥方法の第１実施形態に係るタイムスケジュールを示す図である。
【図４】木材乾燥方法の第２実施形態に係るタイムスケジュールを示す図である。
【図５】含水率と応力の関係を示す特性曲線図である。
【図６】サンプル木材に対する累積割れ長さを示す図表であり、（ａ）は本発明に係る乾燥方法を施したときの累積割れ長さを示したものであり、(ｂ)は比較例に係る乾燥方法を施したときの累積割れ長さを示したものである。
【符号の説明】
１ 乾燥容器
２ ボイラ
２１、２２ 蒸気配管
２１ａ，２２ａ 調整バルブ
２２１ 放熱部
３ 高周波発生部
３０ 高周波電源回路
３１ 高周波発生回路
３２ 整合回路
４ 排気部
５ ドア
６ 台車
７ 電極部
７１ 陽極電極板
７２、７３ 陰極電極板
９ ファン
１０ 制御部
１０１ 高周波電源制御部
１０２ タイマ
１０３ 整合制御部
１０４ 湿度調整制御部
１０５ 熱気供給制御部
１０６ 記憶部
１０７ 乾球温度計
１０８ 湿球温度計
Claims (7)
- 低湿度の雰囲気下で少なくとも中温度以上の所定温度に保つようにし、木材表層部の含水率が、木材表層部の引張応力を最大にする含水率になるまで木材を乾燥し、木材表層部にドライングセットを形成する第１乾燥工程と、
ドライングセットが形成された木材に対して、所定の含水率になるまで少なくとも誘電加熱により乾燥する第２乾燥工程とからなることを特徴とする木材の乾燥方法。 - 第１乾燥工程は、平衡含水率６％以下に対応する所定の温度と湿度による雰囲気下で木材を乾燥して木材表層部にドライングセットを形成することを特徴とする請求項１記載の木材の乾燥方法。
- 第１乾燥工程は、誘電加熱及び熱気加熱の少なくとも一方により木材の温度を８０℃以上に加熱することを特徴とする請求項１又は２記載の木材の乾燥方法。
- 第２乾燥工程は、木材中心部の含水率が３０％以下となるまで乾燥することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の木材の乾燥方法。
- 第２乾燥工程は、高湿度の雰囲気下で木材を乾燥することによりドライングセットを緩和させる工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の木材の乾燥方法。
- 第２乾燥工程は、誘電加熱及び熱気加熱を併用して乾燥することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の木材の乾燥方法。
- 容器内に収容された木材に乾燥処理を施す加熱装置と、容器内の湿度を調整する湿度調整装置と、各装置の動作を制御すると共に前記加熱装置に熱気加熱と誘電加熱とを行わせる制御部とを備えた木材乾燥装置であって、前記制御部は、容器内の雰囲気を低湿度とし、かつ少なくとも中温度以上の所定温度に制御しながら、木材表層部の含水率が、木材表層部の引張応力を最大にする含水率になるまで少なくとも熱気加熱により木材を乾燥し、木材表層部にドライングセットを形成する第１乾燥処理を施し、ドライングセットが形成された木材に対し、前記所定温度より低い温度の雰囲気に制御しながら所定の含水率になるまで少なくとも誘電加熱による第２乾燥処理を施すことを特徴とする木材乾燥装置。
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