JP3809408B2

JP3809408B2 - Method and apparatus for producing surface compressed wood material

Info

Publication number: JP3809408B2
Application number: JP2002267083A
Authority: JP
Inventors: 泰司山本; 順一児玉; 雅文井上
Original assignee: 山本ビニター株式会社; 雅文井上
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2022-09-12
Also published as: JP2004098619A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表層部分を選択的に圧縮した木質材料を製造する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、木材を圧縮した状態で水蒸気加熱することによって、圧密木材を製造する技術が知られている。圧密木材は、強度的に強く、構造材としても利用される等広い用途を有している。更に、近年では、木材の表層部分のみを選択的に圧密化し、全体寸法をさほど変更させることなく、強度特性、表面性能などの物性を向上したものが製造され、床材等を代表に広く利用されてきている。表層圧密木材の製造に関しては、特許文献１〜８に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平5-42510号公報
【特許文献２】
特開平8-258010号公報
【特許文献３】
特開平9-262804号公報
【特許文献４】
特開平9-262805号公報
【特許文献５】
特開平9-262806号公報
【特許文献６】
特開平9-290406号公報
【特許文献７】
特開平9-290407号公報
【特許文献８】
特許第3032769号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平5-42510号公報に記載の製造方法は、表面層に特殊な樹脂を注入して表面層を軟化させて圧縮するもので、構造的にも、工程的にも複雑さがある。また、その他の公報に記載の製造方法は、基本的に含水率調整された木材を加熱しながら表層部分のみを選択的に軟化する温度に加熱する必要がある等の困難な加熱処理が要求され、あるいは加熱中に表層に水分補給を行いつつ圧縮するという煩雑さが要求されるなど容易な処理とはいえない面がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、表層部分に対して圧縮変形の履歴を付与し、この履歴を利用して表層部分を効果的に圧縮（固定化乃至は永久固定化）する表層圧縮木質材料の製造方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、表層部分を選択的に圧縮した木質材料を製造する装置であって、木質材料の表層部分をロール体を用いて水中で選択的に圧縮する第１圧縮装置と、第１圧縮装置によって圧縮変形の履歴を付与された前記表層部分を加熱しつつ平板でプレスする第２圧縮装置とを有することを特徴とする表層圧縮木質材料の製造装置。
【０００７】
請求項５記載の発明は、表層部分が選択的に圧縮された木質材料を製造する方法であって、木質材料の表層部分をロール体を用いて水中で選択的に圧縮する第１圧縮工程と、第１圧縮工程による圧縮変形の履歴を付与された前記表層部分を加熱しつつ平板でプレスする第２圧縮工程とを有する表層圧縮木質材料の製造方法。
【０００８】
これらの発明によれば、第１圧縮装置で木質材料の表面がロール体の周面によって選択的に圧縮変形される。圧縮変形された表層部分には圧縮変形履歴が残留するため、第２圧縮工程では、木質材料の全体を加熱しても、この履歴が残留している部分が容易に選択圧縮された状態で、固定化処理される。固定化処理は、加熱温度、時間等の加熱条件によって、表層部分の選択的な圧縮変形を永久固定でき、あるいはドライングセットのような半固定とすることができる。
【０００９】
すなわち、これらの発明によれば、第１圧縮工程で圧縮変形された表層部分は少なくともロール体の出口で元の寸法形状に回復しようとするが、このとき、木質材料は水中に浸漬されるので、膨張時に水分を材内に吸水することとなる。従って、表層部分のみに集中的に吸水が行われる。表層にのみ吸水処理が施された木材は、例えば容器などに収納されて密閉状態にされ、この履歴が付与された寸法分だけ第２圧縮工程で圧縮された状態、すなわち吸水が施された表層部分が圧縮された状態で、かつその部分に水分が含有されている状態で、圧密化（永久固定）されるに充分な温度、例えば１８０℃以上で選択的に加熱されることにより、水蒸気処理されたと同様に永久固定化される。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の表層圧縮木質材料の製造装置において、木質材料の厚みＴ、圧縮時の厚みＨ、ロール体の直径ｒとするとき、ロール体による木質材料に対する圧入力角度θ（＝ cos ‐ ¹ [ １−（Ｔ−Ｈ）／ｒ ] ）が１５°以下であることを特徴とする。この発明によれば、樹種、圧縮変形される表層部分の寸法に依存するが、圧入力角度が１５°以下であれば、後端の割れはほぼ生じることはない。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１〜２のいずれかに記載の表層圧縮木質材料の製造装置において、前記第１圧縮装置は、木質材料を、その圧縮する面を少なくとも圧縮寸法以上露呈した出代を残して両側面から挟み込む挟持部材を備えることを特徴とする。この発明によれば、第１圧縮工程で表層部分を圧縮変形する際に、木質材料自身が左右側に膨らもうとするが、挟持部材で左右側を挟み込む（拘束する）ことで、表層部分が厚み方向に効果的に圧縮変形される。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の表層圧縮木質材料の製造装置において、前記第１圧縮装置は出代に対する圧縮寸法を１／３〜３／４の範囲とすることを特徴とする。この発明によれば、出代に対する圧縮寸法が１／３より小さいと挟持部材の機能が十分に発揮できず、すなわち、出代部分で木質材料が左右に押し広げられた形状となり、一方、３／４より大きいと圧縮時に圧縮部分が挟持部材の上端から左右を越えてはみだし潰れてしまい、木材が破損する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る表層圧縮木質材料製造手順を示す図である。図１において、第１圧縮工程Ｐ１は平板状の木質材料、例えば木材ＷＢの表層部分を、圧縮予定側の面にロール体が配置されたロールプレスで圧縮し、表層部分に圧縮変形履歴を付与する工程である。第２圧縮工程Ｐ２は圧縮変形履歴が付与された木材ＷＢの表層部分を加熱しつつ平板でプレスして固定化乃至は永久固定化する工程である。
【００１４】
図２は、第１圧縮工程Ｐ１で採用するロールプレスの概略構造の一実施形態を示す図で，（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。図２において、ロールプレス１は、下側ロール部２と、上側ロール体３及び枠材４を有する。下側ロール部２は所定距離離間して側壁５等に軸支された互いに平行な前後ロール対２ａと、その間に張設された無端ベルト２ｂ及び前後ロール対２ａのロール上面を結ぶ線上に近接して複数並設されたロール２ｃとから構成されている。上側ロール体３は直径ｒで、前後ロール対２ａと平行かつ下側ロール部２の無端ベルト２ｂ上面に対して所定寸法離間して配置されている。枠材４は木材ＷＢを挟み込む拘束具として機能するもので、断面コ字状を有し、底部４ａの上面に対して高さ寸法ｈの側壁４ｂを有する。この第１圧縮工程Ｐ１で、厚み寸法Ｔの直方体形状を有する木材ＷＢを圧縮する場合、圧縮寸法が（Ｔ−Ｈ）となる。
【００１５】
前後ロール対２ａが回転すると、無端ベルト２ｂ上に載置された厚み寸法Ｔの直方体形状を有する木材ＷＢが図中左方向に搬送され、無端ベルト２ｂと上側ロール体３との間に挟み込まれ、この部分が圧縮される。無端ベルト２ｂによる搬送により無端ベルト２ｂと上側ロール体３との間を通過すると、圧縮された部位が徐々に元の状態に復帰する。図２（ａ）において、木材ＷＢの内、表層側のハッチングで示す部分は、圧縮部分を示す。この部分には圧縮変形履歴が付与されている。
【００１６】
以上のように、木材の厚み寸法Ｔ、圧縮時の厚み寸法Ｈ、上側ロール体３の直径ｒとするとき、上側ロール体３による木材に対する圧入力角度θは、θ＝cos-1（１−（Ｔ−Ｈ）／ｒ）で表される。圧入力角度θは樹種や、厚み寸法Ｔに対する圧縮寸法などに関連するが、通常は１５°を越えると、搬送木材の後端木口面に歪みが蓄積して割れを生じる可能性が出てくる。従って、圧入力角度θは１５°以下であることが好ましい。なお、木材の長さを予め長めに製作しておき、後端部分をその分、切断するようにすれば、多少の木口割れが生じていても製品上、問題はなくなる。この場合、２０°〜３０°程度としてもよい。
【００１７】
また、木材ＷＢの厚みのうち、枠材４の側壁４ｂより露呈する木材の高さ寸法（Ｔ−ｈ）を出代といい、この出代寸法（Ｔ−ｈ）に対する圧縮寸法（Ｔ−Ｈ）の関係は、２／５程度が好適であり、また１／３〜３／４程度が好ましい。１／３より小さいと枠材４の機能が発揮できず、また３／４より大きいと圧縮時に圧縮部分が枠材４の側壁４ｂ上面から左右を越えてはみだし、潰れてしまうから、及び全体が圧縮され、表層部分の選択的圧縮ができなくなるからである。
【００１８】
図３〜図７は、出代と圧縮量との関係を説明する図で、厚み２０mmの杉を例にして第１圧縮工程Ｐ１を実験した場合における、横軸の木材の表裏（厚み）方向寸法と縦軸の密度とを示す図である。なお、密度は第１圧縮工程Ｐ１とほぼ同寸法だけ第２圧縮工程Ｐ２を実施した後に測定したものである。図３は、圧縮前の状態を示すデータ図、図４は、出代２mm、圧縮量（寸法）１．４mmの場合のデータ図、図５は、出代４mm、圧縮量（寸法）２．７mmの場合のデータ図、図６は、出代６mm、圧縮量（寸法）４mmの場合のデータ図、図７は、出代１０mm、圧縮量（寸法）６．７mmの場合のデータ図を示している。
【００１９】
図３において、圧縮前の木材の密度は０．３５〜０．３８ｇ／cm³で、厚み方向に略均一であることが分かる。図４では、出代に対する圧縮量はほぼ７／１０であり、表層部分の２mm程度が選択的に高い密度、すなわち圧縮変形されていることが分かる。図５では、出代に対する圧縮量はほぼ２／３であり、表層部分の４mm程度が選択的に高い密度、すなわち圧縮変形されていることが分かる。図６では、出代に対する圧縮量はほぼ２／３であり、表層部分の４mm程度が選択的に高い密度、すなわち圧縮変形されていることが分かる。図７では、出代に対する圧縮量はほぼ７／１０であるが、圧縮量が木材の厚みの２／３と大きいため、表裏方向に略比例するように密度が上昇しており、選択的な圧縮変形ができていない。
【００２０】
第２圧縮工程Ｐ２は、第１圧縮工程を施した木材ＷＢに対して加熱処理と圧縮処理とを行うもので、平板プレスを利用して行われる。すなわち、第１圧縮工程Ｐ１で圧縮変形履歴が付与された木材ＷＢは、後に、第２圧縮工程Ｐ２が施されるときには、この圧縮変形履歴を有する部位が他の部位（図２（ａ）のハッチングを施されていない部分）に対して小さい応力（プレス圧力）で圧縮、すなわち圧縮変形し易くなるため、この表層部分の選択的な圧縮変形を平板プレスで実現することが可能となる。第２圧縮工程は、密閉状態で水蒸気を供給しながら熱板等で短時間（例えば数分）だけ高温とする水蒸気処理、数時間かけて熱板で高温加熱する熱処理、電極間に挟持して高周波による誘電加熱を短時間（数分）行う内部加熱処理によって、後述する理由によって永久固定することができ、あるいは熱処理を数分程度の短時間だけ行うことによる通常の固定化（ドライングセット；水分が供給されるとほぼ元の状態に復元してしまうため、適用場所などが限定される。）処理された表層圧縮木材を製造することが可能となる。
【００２１】
図８は、第１圧縮工程Ｐ１における圧縮変形履歴が付与された寸法に対する、第２圧縮工程Ｐ２の実行時における、平板プレスによる加える応力（kgf／cm²）と、木材表層部分の圧縮変形（ひずみ（mm））寸法を示す図である。図中、実線で示す線図Ｌ１は第１圧縮工程Ｐ１が施されていない場合の図、破線で示す線図Ｌ２は第１圧縮工程Ｐ１での圧縮変形履歴の寸法が４mmの場合の図、一点鎖線で示す線図Ｌ３は第１圧縮工程Ｐ１での圧縮変形履歴の寸法が８mmの場合の図、二点鎖線で示す線図Ｌ４は第１圧縮工程Ｐ１での圧縮変形履歴の寸法が１２mmの場合の図である。
【００２２】
線図Ｌ１では、応力３５（kgf／cm²）という大きな応力を加えるまでは木材が変形しないが、これを越えると、あるひずみまでは比較的容易にひずみが増大しており、その後は応力とほぼ比例するようにひずみが増大している。線図Ｌ２では、２mmまでは容易に（すなわち、小さい応力で）変形し、この後、４〜５mm程度までは応力の増加が少ない状態で変形し、この後は応力とほぼ比例するようにひずみが増大している。線図Ｌ３では、２mm強までは容易に変形し、この後、８mmまで応力の増加が少ない状態で変形し、この後は応力とほぼ比例するようにひずみが増大している。線図Ｌ４では、２mm強までは容易に変形し、この後、１０mmまで応力の増加が少ない状態で変形し、この後は応力とほぼ比例するようにひずみが増大している。
【００２３】
このように、線図Ｌ２の場合には、第１圧縮工程Ｐ１で４mmの圧縮変形履歴が付与されているため、４mmまでの変形に必要な応力と、４mm以上の変形に必要な応力の大きさに差がある。線図Ｌ３の場合には、第１圧縮工程Ｐ１で８mmの圧縮変形履歴が付与されているため、８mmまでの変形に必要な応力と、８mm以上の変形に必要な応力の大きさに差がある。線図Ｌ４の場合には、第１圧縮工程Ｐ１で１２mmの圧縮変形履歴が付与されているため、１２mmまでの変形に必要な応力と、１２mm以上の変形に必要な応力の大きさに差がある。
【００２４】
図９は、本発明に係る表層圧縮木質材料製造装置の外観図であり、図１０はその構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。表層圧縮木質材料製造装置は、吸水処理装置１０、密閉圧縮加熱装置２０、エアコンプレッサ３０及び制御操作部４０を備えると共に、適用される木材に対する前処理装置もある。前処理装置としては、伐採した生材を例えば年輪に直交する方向の厚み寸法を所定寸法とした長尺の木材を製造する装置、所要の乾燥処理を施して所定の低含水率に調整する装置がある。あるいは所定形状で乾燥処理された後に、本製造システムに適用可能な寸法に裁断する処理装置であってもよい。
【００２５】
吸水処理装置１０は、水を貯留する貯水タンク１１と材圧縮部１２とから構成される。貯水タンク１１は所要の深さ寸法を有する長方形をなし、その一部に材圧縮部１２を装備するための延設部１１１が形成されている。
【００２６】
材圧縮部１２は、貯水タンク１１の底面に固設等された基台１２１と、基台１２１上に幅方向所定間隔を置いて立設された１対のロール支持枠１２２と、この１対のロール支持枠１２２に軸支された上下に一対の小径のロール対１２３と、その上部適所に配置され、ロール対１２３の一方に回転力を付与する駆動手段としてのモータ１２４と、ロール対１２２間に木材ＷＢをガイドするガイド部材１２５とを備える。
【００２７】
ロール対１２３を構成する上下のロールは同径で、かつ平行に配置されると共に、両ロール面の離間距離は製造目標となる材の厚み寸法に一致する寸法に設定されている。ロール対１２３は、図１０に示すように上下両ロール面の対向する位置の接線が左側（前方側）に所定角度傾斜するように角度設定して配置されており、同様にガイド部材１２５も同一角度に傾斜させて配置されている。ガイド部材１２５はロール対１２３の入り口手前まで延設され、処理対象木材ＷＢを確実にロール対１２３に挟持される位置までガイドするようにしている。これらにより、ガイド部材１２５の上面に沿ってロール対１２３側に送られた処理対象木材ＷＢは同一傾斜を維持しながらロール対１２３に挟持され、ロールプレスされつつ通過し、そのまま貯水タンク１１に貯留されている水の中へ浸漬するようにしている。貯水タンク１１の水位は、少なくとも上下両ロール面の対向する位置近傍乃至はそれ以上の深さに設定されており、これにより、ロール対１２３でロールプレス（圧縮）された木材ＷＢがロール対１２３の出口で圧縮状態が開放されて元の寸法形状に回復するまでの間に少なくとも水中に浸漬させるようにしている。
【００２８】
ロール対１２３の上ロールとモータ１２４の回転軸との間は双方の回転軸に設けたギアによる噛合により、乃至はベルト掛け等によりモータ回転力がロール対１２３に伝達されるようにし、ロール対１２３の表面に所定速度（移送速度）を付与している。なお、図では示していないが、ガイド部材１２５の繰り出し方向基端に材押込手段を設け、処理対象木材ＷＢがロール対１２３に挟持される際に生じる反力に抗して確実な圧入を行わせるのが好ましい。
【００２９】
図１１は、吸水処理装置での休止の原理を示す図で、（ａ）は圧縮と回復（復元）乃至吸水の状態を示し、（ｂ）は吸水の状態を示している。すなわち、（ａ）において、例えば年輪方向に小径のロール対１２３によってその表層部分が選択的に圧縮変形される際に、木材ＷＢの表層部の繊維細胞が押しつぶされ、細胞内に存在していた空気が後方に押しやられ、後端の木口面から抜けることになる。一方、ロール対１２３を通過した時点から木材ＷＢの表層部分は元の寸法に回復しようとする。この回復時には、押しつぶされた繊維細胞が広がるが、その時に生じる細胞内での負圧によって、周囲の流体、すなわち水が吸引されるここととなる。表層以外の部分は圧縮されていないため、ロール対１２３を通過した後も、寸法の回復はなく、従って吸水現象は生じない。このため、木材ＷＢは前述の前処理で乾燥され、全体的に含水率が低いにも拘わらず、表層部分のみ含水率が相対的に高くなる。そして、木材ＷＢの回復はロール対１２３を受けた後の瞬時ではなく、ある時間をかけて行われることに着目して、（ｂ）に示すように、所要の含水量が吸引されるまで水中に浸漬するようにしている。図９には示していないが、図１０（ｂ）のようにロール対１２３の出口側に水面より僅かに低い高さに複数のロール群等を配置しておくこととで、ロール対１２３を通過した木材ＷＢを浮かすことなく、そのまま水中に継続して保持することが可能となる。
【００３０】
吸水量は、本方式の方が従来の吹付け方式や単に浸漬する方式に比して数倍得られ、また、本方式の場合における吸水量は移送速度による変化、貯留水の温度差による変化はさほどないものの、浸漬時間に比例することが実験により確かめられた。
【００３１】
密閉圧縮加熱装置２０は、４本の支柱２１１により支持されたプレス機２１と、支柱２１１間に上下方向に移動可能に積載された複数個、本実施形態では５段の容器２２とを備える。
【００３２】
プレス機２１は支柱２１１の上端部に固定された圧縮シリンダ装置２１２とその左右に一対の昇降ガイド２１３とこれらの下端に取り付けられたプレス盤２１４、及び下部のプレス基台２１５を備える。この構成によりプレス盤２１４が支柱２１１に沿って昇降可能にされている。プレス盤２１４とプレス基台２１５との間には５段分の容器２２が積載配設されている。
【００３３】
容器２２は、下部容器２３と上蓋２４とから構成され、両者で形成される内空間に処理対象木材ＷＢが収容された状態で圧縮加熱処理が施されるようになっている。下部容器２３と上蓋２４の両方あるいは一方（すなわち、少なくとも一方）には、その肉厚内にニクロム線等の電熱線を這わす（張り巡らす）ための孔が穿孔されており、この中に電熱線を挿入して熱盤を形成し、外部電源より電力を供給して２００℃程度に発熱可能にされている。熱盤としては、電熱による他、穿孔された孔内に高温蒸気（２００℃程度）を供給することによっても実現可能である。なお、５段目（最下段）の下部容器２３はプレス基台２１５の上面に固定されており、１段目の上蓋２４はプレス盤２１４の下面に固定されている。
【００３４】
図１２は、容器の構造と上蓋との締結、及び加熱処理の手順を説明する図である。図１２に示す容器は処理対象木材ＷＢの木口側から見た図で、紙面の奥行き方向に長尺寸法を有している。下部容器２３は長方形をなす底部２３１と、その４辺で立直した側壁２３２とを有し、底部２３１に処理対象木材ＷＢを搭載するようになっている。処理対象木材ＷＢの搭載位置を囲むようにして密封用のゴムなどからなるシール材２３３が周設されている。長尺側の側壁２３２の内壁面には凹溝２３４が形成され、少なくとも一方側は、後述のロックピン２５を嵌挿するために短尺方向の端面に達している。
【００３５】
一方、上蓋２４は天板２４１と、その４辺で立直した側壁２４２とを有し、上蓋２４の適所には、図（ａ）に示すように、不活性気体としての空気を投入するための孔（破線で示す）が穿孔されている。側壁２４２は、下部容器２３の側壁２３２の内壁に接して嵌合する形状サイズに形成されており、かつ長尺方向の外壁面には、嵌合状態で凹溝２３４と対面する位置に凹溝２４３が形成されている。従って、下部容器２３に上蓋２４が被せられた状態で、凹溝２４３と凹溝２３４とで形成される左右の直線状の各角孔に、図（ｃ）に示すようにロックピン２５がそれぞれ嵌挿されることにより、容器２２の密閉状態がロックされ、ロックピン２５が抜かれれば、開成可能となる。凹溝２４３と凹溝２３４を角形とすることで、高いロック性能を維持している。また、下部容器２３の側壁２３２と上蓋２４の側壁２４２の高さ寸法は処理対象木材ＷＢの最終的な厚さ寸法に一致するように設定されている。
【００３６】
続いて、（ａ）〜（ｈ）の各工程を説明する。（ａ）で、上蓋２４が開けられて吸水処理された処理対象木材ＷＢが収納される。この時点では、下部容器２３及び上蓋２４の少なくとも一方は２００℃に加熱されている。処理対象木材ＷＢは先の吸水処理工程において元の形状にほぼ回復していることから、その厚みは側壁２３２，２４２の高さ寸法以上である。すなわち、圧縮予定寸法分だけ厚みが大きいことになる。そのため、上蓋２４を被せた状態で前述のプレス機２１で押圧操作が行われる。この様子を、（ｂ）の矢印で示しており、上蓋２４が下部容器２３に当接した状態で、（ｃ）に示すようにロックピン２５が嵌挿され、両者が拘束される。
【００３７】
続いて、（ｄ）に示すようにエアコンプレッサ３０から配管３１を経て圧縮空気が投入され、容器内を昇圧する。投入される空気は表層に対する選択的圧密化のために水分の低いものが好ましい。また、内部空気圧としては６kgh/cm²乃至はそれ以上が好ましい。そして、（ｅ）に示すように、この状態を所定時間だけ維持する。加熱時間は処理対象木材ＷＢの厚み乃至は圧縮寸法とか材寸法によりそれぞれ好ましい時間に設定可能であるが、例えば数分程度である。（ｅ）に示す熱処理が開始されると、処理対象木材ＷＢの表層に吸水された水分が急激に加熱される結果、表層部のみが他の部分に比べて高温（１８０℃〜２００℃）となり、この部分のみが熱処理される。すなわち、この熱処理によって、圧縮変形された状態で内在している弾性回復力が解放される。すなわち変形回復の原動力はミクロフィブリルおよびマトリックスに蓄積された弾性回復力であるから、圧縮変形した状態で、１８０℃〜２００℃の高温に晒すことでこれらの回復力を局所的に解放することができ、この結果、圧縮変形を永久固定することが可能となる。
【００３８】
続いて、（ｆ）では容器２２内が高温、高圧状態であるから、この容器２２を直ぐに開成（開放）すると、木材ＷＢは急激な減圧により破損する可能性が高い。そこで、配管３１を介して内部の圧力を所定時間、例えば数分（３〜５分）かけて、徐々に開放、すなわち常圧に戻す。この後、（ｇ）で、ロックピン２５を抜いて、上蓋２４を分離可能にし、最後に（ｈ）で、上蓋２４を開成して、処理された木材ＷＢを取り出す。この（ａ）から（ｈ）までの処理工程が繰り返されることで、次々に表層圧密木材ＷＢが製造される。このようにして製造された表層圧密木材ＷＢは、表面強度（曲げ強度含む）、平滑性が高く、また光沢もあり、構造材の他、化粧材としても利用できるなど、利用範囲は広い。
【００３９】
図１３は、プレス機による圧縮加熱処理の手順について説明する図である。この構造では、容器Ａ〜Ｄは、各下部容器２３が直ぐ下段の容器２２の上蓋２４と図略の連結具によって一体連結されている。さて、図１３では、今、５段の容器（１段目から容器Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅという）の３段目まで処理対象木材ＷＢがセットされており、（ａ）〜（ｄ）の手順で、２段目の容器Ｂに処理対象木材ＷＢをセットするものとする。先ず、（ａ）で、容器Ｂのロックピン２５を抜き、プレス機２１を動作させて、プレス盤２１４を所定距離だけ上昇する。すると、各容器はロックピン２５を抜かない限り下段の容器を一体で持ち上げるため、容器Ａと容器Ｂの上蓋２４が、（ｂ）に示すように持ち上げられる。ここで、処理対象木材ＷＢを容器Ｂの下部容器２３内にセットする。次いで、プレス盤２１４を降下させ、所要のプレス圧になるまでプレス機２１を作動させる。この状態で、容器Ｂにロックピン２５を嵌挿し、続いて、エアコンプレッサ３０から配管３１を介して容器Ｂ内が所定圧に達するまで乃至は予め設定された所定量の空気の投入が行われる。容器Ｂへの処理対象木材ＷＢのセットが終了すると、次に、容器Ａに対して、そのロックピン２５が抜かれ、同様の操作が行われる。このようにして全ての容器Ａ〜Ｅへ処理対象木材ＷＢのセットが終了する。
【００４０】
この後、最初に処理対象木材ＷＢがセットされた容器Ｅに対して、加熱時間及び減圧（解圧）時間（すなわち、処理時間）が経過すると、容器Ｅのロックピン２５が抜かれ、プレス機２１が操作されて、容器Ｅのみが分離され、処理後の木材ＷＢが取り出され、この状態で未処理の処理対象木材ＷＢがセットされ、容器Ｅが閉塞され、ロックピン２５が嵌挿される。続いて、容器Ｄに対して、処理時間が終了すると、同様に処理木材ＷＢと未処理木材ＷＢの交換が行われ、このようにして、順次、処理時間が経過する毎に、該当する容器のロックピン２５を抜いて処理木材ＷＢと未処理木材ＷＢの交換を行うことで、効率の高い木材処理が可能となる。
【００４１】
エアコンプレッサ３０は５段分の容器２２に所要圧の空気を供給するためのものである。制御操作部４０は、各容器に電熱用の電力を供給する電源ボタン、プレス機２１を昇降動作させる各操作釦、各容器に選択的に空気を所要圧に達するまで供給し、また停止するボタンなどを備える。また、容器１個について処理時間が仮に１０分とすると、２分間隔で処理木材ＷＢと未処理木材ＷＢの交換を行うことを報知するタイマ及び報知手段を備えていてもよい。
【００４２】
なお、本発明は、以下の態様を採用することが可能である。
【００４３】
（１）ロール対１２３は予め両側のロール支持枠１２２への取り付けにより、軸支されているとして説明したが、ロール支持枠１２２の一方をその基部で蝶番などにより折り畳み可能な構造とすれば、径の異なるロールを上下側共に交換できる。なお、ロール対を構成する上下のロールは同一径とすることで、処理対象木材ＷＢの両面の表層に同一寸法分だけ圧密化した部分を形成できるが、用途などによっては、上下ロールの径を異なるものとしてもよい。例えば、上面側を下面側に対してより厚い圧密寸法を得たい場合には、下ロールをより大径にすればよい。
【００４４】
（２）さらに、圧密寸法を調整する場合には、ロールの交換の他、少なくとも上ロールを軸支するロール支持枠１２２の部分を上下方向にスライド可能な構成にしておけば、所要のロール間寸法に調整することが可能となる。この場合、圧密寸法とロール径が対応することから、それぞれのタイプ毎に予めそれぞれのタイプ（ロール間距離が調整可能とすれば、更に好ましい）を製造し、準備しておいてもよい。
【００４５】
（３）ロール対１２３はタンク１０に貯留された水の中に完全に浸漬された位置としてもよい。この場合、ロール対１２３は上ロールが前方に傾斜して配置する必要はなく、完全に上下位置であってもよく、各ロールが水平に平行となる姿勢であってもよい。また、ロール対１２３は軸が水平となる姿勢にする必要はなく、垂直であってもよい。
【００４６】
（４）密閉圧縮加熱処理は、多段方式に限定されず、１容器ずつ処理を施すものであってもよい。又、多段式であっても、全段を一括で処理する、いわゆるバッチ式のタイプとしてもよい。
【００４７】
（５）図２において、枠材４を採用したが、必ずしも必須ではない。また、一体式の枠材４に代えて、木材ＷＢの側面に当接して連れ回りするロール部材６を拘束用として採用してもよいし、押圧部材７を拘束用として配置する態様でもよい。すなわち、図１４は拘束用の部材の他の実施形態を示す図で、（ａ）は供回り式のロール部材６の態様を示す平面図、（ｂ）は摺動式の押圧部材７の態様を示す平面図である。なお、図中、白抜き矢印は木材ＷＢの移送方向を示す。図１４（ａ）において、ロール部材６は上側ロール体３（図２）の左右に配置されるもので、木材ＷＢの側面に平行で、同図の紙面方向に垂直な回動軸６１に軸支され、木材ＷＢの側面に所要の押圧状態で当接するものである。ロール部材６は図では示していないが、その軸６１の一方が、あるいはユニバーサル式で双方が広狭方向に移動可能に連結されてなり、木材ＷＢの幅に応じて所望の位置で位置ロックし得る構造を有していることが好ましい。また、ロール部材６はロール厚み及び高さが、図２に示す所定の出代寸法を有するように位置設定されている。なお、図では省略しているが、このロール部材６は好ましくは両方の軸６１を支持する台部を有し、この台部が木材ＷＢに対して昇降（図の紙面方向）可能にされる態様では、種々の高さを有する木材ＷＢに対して所望の出代寸法の設定が可能となる。また、図１４（ｂ）において、押圧部材７は上側ロール体３（図２）の左右に対象に配置されるもので、プランジャ７１を出没させる、例えば油圧シリンダ７０と、プランジャ７１の先端に取り付けられた押圧体７２とから構成されている。押圧体７２は互いに向き合う構成とされ、木材ＷＢの幅に応じてプランジャ７１の突出位置を設定することで、所要の押圧力で木材の側面を押圧する。押圧体７２は少なくとも木材ＷＢと当接する部分乃至はその表面が低摩擦係数を有する材料で構成乃至は表面加工されてなり、押圧状態での木材ＷＢのスムースな移送を確保している。なお、押圧体７２の木材ＷＢに対する出代寸法は図１４（ａ）の場合と同軸、図２のように設定され、好ましくは木材ＷＢのサイズに合わせて高さ方向に位置設定可能にされている。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１、８記載の発明によれば、表層部分に対して圧縮変形の履歴を付与することで、この履歴を利用して表層部分を効果的に圧縮（固定化乃至は永久固定化）した表層圧縮木質材料を製造することができる。
【００４９】
請求項２記載の発明によれば、ロール体の径が大きいと、プレスの仕方が平板プレスの場合に近づき、木質材料の厚み方向全体に対して応力が作用し、全体を圧縮変形することとなるが、ロール体の径がある程度小径であると、ロール体と接する部位の近傍のみを効果的、選択的に圧縮することができる。
【００５０】
請求項３記載の発明によれば、ロール体として、圧縮時における木質材料の割れ限界時の直径に比して大径のものを採用したので、ロール体の径が小さすぎるるために前端から順次後端に向けて圧縮変形処理される木質材料の後端側にひずみが蓄積して後端面に割れを生ずるということを防止できる。
【００５１】
請求項４記載の発明によれば、圧入力角度を１５°以下とすることで後端の割れの発生をほぼ防止できる。
【００５２】
請求項５記載の発明によれば、第１圧縮工程で表層部分を圧縮変形する際に、木質材料自身が左右側に膨らもうとするが、挟持部材で左右側を挟み込むため、表層部分を厚み方向に効果的に圧縮変形し得る。
【００５３】
請求項６記載の発明によれば、出代に対する圧縮寸法を１／３から３／４としたので、表層部分を厚み方向に効果的に圧縮変形することができる。
【００５４】
請求項７、９記載の発明によれば、第１圧縮工程で圧縮変形された表押す部分は少なくともロール体の出口で元の寸法形状に回復しようとするが、このとき、木質材料は液中、例えば水中に浸漬されるので、膨張時に水分を材内に吸水することとなる。従って、表層部分のみに集中的に吸水が行われる。表層にのみ吸水処理が施された木材は、例えば容器などに収納されて密閉状態にされ、この履歴が付与された寸法分だけ第２圧縮工程で圧縮された状態、すなわち吸水が施された表層部分が圧縮された状態で、かつその部分に水分が含有されている分、圧密化（永久固定）されるに充分な温度、例えば１８０℃以上で選択的に加熱され、水蒸気処理されたと同様に永久固定化された表層圧縮木質材料を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表層圧縮木質材料製造手順を示す図である。
【図２】第１圧縮工程Ｐ１で採用するロールプレスの概略構造の一実施形態を示す図で，（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】出代と圧縮量との関係を説明する図で、厚み２０mmの杉を例にして第１圧縮工程Ｐ１を実験した場合における、横軸の木材の表裏（厚み）方向寸法と縦軸の密度とを示すものであって、圧縮前の状態を示すデータ図である。
【図４】出代と圧縮量との関係を説明する図で、厚み２０mmの杉を例にして第１圧縮工程Ｐ１を実験した場合における、横軸の木材の表裏（厚み）方向寸法と縦軸の密度とを示すものであって、出代２mm、圧縮量（寸法）１．４mmの場合のデータ図である。
【図５】出代と圧縮量との関係を説明する図で、厚み２０mmの杉を例にして第１圧縮工程Ｐ１を実験した場合における、横軸の木材の表裏（厚み）方向寸法と縦軸の密度とを示すものであって、出代４mm、圧縮量（寸法）２．７mmの場合のデータ図である。
【図６】出代と圧縮量との関係を説明する図で、厚み２０mmの杉を例にして第１圧縮工程Ｐ１を実験した場合における、横軸の木材の表裏（厚み）方向寸法と縦軸の密度とを示すものであって、出代６mm、圧縮量（寸法）４mmの場合のデータ図である。
【図７】出代と圧縮量との関係を説明する図で、厚み２０mmの杉を例にして第１圧縮工程Ｐ１を実験した場合における、横軸の木材の表裏（厚み）方向寸法と縦軸の密度とを示すものであって、出代１０mm、圧縮量（寸法）６．７mmの場合のデータ図である。
【図８】第１圧縮工程Ｐ１における圧縮変形履歴が付与された寸法に対する、第２圧縮工程Ｐ２の実行時における、平板プレスによる加える応力（kgf／cm²）と、木材表層部分の圧縮変形（ひずみ（mm））寸法を示す図である。
【図９】本発明に係る表層圧縮木質材料の製造装置の外観図である。
【図１０】表層圧縮木質材料製造装置の構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図１１】吸水処理装置での休止の原理を示す図で、（ａ）は圧縮と回復（復元）乃至吸水の状態を示し、（ｂ）は吸水の状態を示す図である。
【図１２】容器の構造と上蓋との締結、及び加熱処理の手順を説明する図である。
【図１３】プレス機による圧縮加熱処理の手順について説明する図である。
【図１４】拘束用の部材の他の実施形態を示す図で、（ａ）は供回り式のロール部材の態様を示す平面図、（ｂ）は摺動式の押圧部材の態様を示す平面図である。
【符号の説明】
１ロールプレス
２下側ロール部
３上側ロール体
４枠体
１０吸水処理装置
１１貯水タンク
１１１延設部
１２材圧縮部
１２１基台
１２２ロール支持枠
１２３ロール対
１２４モータ
１２５ガイド部材
２０密閉圧縮加熱装置
２１プレス機
２１１支柱
２１２圧縮シリンダ装置
２１３昇降ガイド
２１４プレス盤
２１５プレス基台
２２容器
２３下部容器
２３１底部
２３２側壁
２３３シール材
２３４凹溝
２４上蓋
２４１天板
２４２側壁
２４３凹溝
２５ロックピン
３０エアコンプレッサ
３１配管
４０制御操作部
ＷＢ木材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a method and an apparatus for producing a wood material in which a surface layer portion is selectively compressed.
[0002]
[Prior art]
  2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for producing consolidated wood by heating with water vapor in a compressed state is known. Consolidated wood is strong in strength and has a wide range of uses such as being used as a structural material. Furthermore, in recent years, only the surface layer of wood has been selectively consolidated, and products with improved physical properties such as strength characteristics and surface performance have been manufactured without significantly changing the overall dimensions. Has been. Patent Documents 1 to 8 have proposed the production of surface consolidated wood.
[0003]
[Patent Document 1]
          Japanese Patent Laid-Open No. 5-42510
[Patent Document 2]
          JP-A-8-258010
[Patent Document 3]
          Japanese Patent Laid-Open No. 9-262804
[Patent Document 4]
          JP-A-9-262805
[Patent Document 5]
          JP-A-9-262806
[Patent Document 6]
          JP-A-9-290406
[Patent Document 7]
          JP-A-9-290407
[Patent Document 8]
          Japanese Patent No. 3032769
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
  The manufacturing method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-42510 is a method in which a special resin is injected into the surface layer and the surface layer is softened and compressed, and is complicated in structure and process. In addition, the manufacturing methods described in other publications require a difficult heat treatment such as the need to heat only the surface layer portion while heating the wood whose moisture content has been adjusted basically. In addition, there is a problem that it cannot be said to be an easy process, for example, it requires the complexity of compressing the surface layer while replenishing water during heating.
[0005]
  The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. A history of compression deformation is imparted to the surface layer portion, and the surface layer portion is effectively compressed (fixed or permanently fixed) using this history. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for producing a surface layer compressed wood material.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  The invention according to claim 1 is an apparatus for producing a wood material in which a surface layer portion is selectively compressed, and the surface layer portion of the wood material is formed using a roll body.In the waterA first compression device that selectively compresses, and a second compression device that presses with a flat plate while heating the surface layer portion that has been given a history of compression deformation by the first compression device.To be characterized byManufacturing equipment for surface layer compressed wood material.
[0007]
  The invention according to claim 5 is a method for producing a wood material in which the surface layer portion is selectively compressed, and the surface layer portion of the wood material is rolled.Selectively in water usingThe manufacturing method of the surface compression woody material which has the 1st compression process to compress and the 2nd compression process of pressing the said surface layer part provided with the log | history of the compressive deformation by a 1st compression process with a flat plate.
[0008]
  According to these inventions, the surface of the wood material is selectively compressed and deformed by the peripheral surface of the roll body in the first compression device. Since the compression deformation history remains in the surface layer portion that has been compressed and deformed, in the second compression step, even if the entire wood material is heated, the portion where this history remains is easily and selectively compressed, Immobilized. In the fixing treatment, the selective compressive deformation of the surface layer portion can be permanently fixed or semi-fixed like a drying set depending on the heating conditions such as heating temperature and time.
[0009]
  That is, according to these inventions, the surface layer portion compressed and deformed in the first compression step tries to recover to the original size and shape at least at the outlet of the roll body, but at this time, the wooden material is immersed in water. During the expansion, water is absorbed into the material. Therefore, water absorption is concentrated on only the surface layer portion. Wood whose water absorption treatment has been applied only to the surface layer is housed in, for example, a container and sealed, and is compressed in the second compression step by the dimension to which this history is applied, that is, the surface layer subjected to water absorption. Steam treatment by selectively heating at a temperature sufficient to be consolidated (permanently fixed), for example, 180 ° C. or higher, in a state where the portion is compressed and moisture is contained in the portion. Permanently fixed in the same way.
[0010]
  Claim2The described invention is claimed.1In the manufacturing apparatus of the surface layer compression wood material of description,When the thickness T of the wood material, the thickness H when compressed, and the diameter r of the roll body, the pressure input angle θ (= cos - ¹ [ 1- (TH) / r ] ) Is 15 ° or less. According to this invention, although it depends on the tree species and the size of the surface layer part to be compressed and deformed, if the pressure input angle is 15 ° or less, the rear end crack hardly occurs.
[0011]
  Claim3The described invention is claimed.1 or 2In the manufacturing apparatus of the surface layer compression wood material of description,The first compression device includes a sandwiching member that sandwiches the wood material from both side surfaces, leaving a margin that exposes the surface to be compressed at least the compression dimension. According to this invention, when compressing and deforming the surface layer portion in the first compression step, the wood material itself tries to swell to the left and right sides, but the surface layer portion is sandwiched (restrained) by the sandwiching member. Is effectively compressed and deformed in the thickness direction.
[0012]
  Claim4The described invention is claimed.3In the manufacturing apparatus of surface layer compression woody material of statement, The 1st compression device isThe compression dimension with respect to the allowance is in the range of 1/3 to 3/4. According to the present invention, if the compression dimension with respect to the allowance is smaller than 1/3, the function of the clamping member cannot be sufficiently exerted, that is, the wood material is pushed to the left and right at the allowance, while 3 If it is greater than / 4, the compressed part will protrude beyond the left and right sides of the sandwiching member during compression and the wood will be damaged.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  FIG. 1 is a diagram showing a procedure for producing a surface layer compressed wood material according to the present invention. In FIG. 1, the first compression step P1 compresses a surface layer portion of a flat wooden material, for example, wood WB, with a roll press in which a roll body is arranged on the surface to be compressed, and gives a compression deformation history to the surface layer portion. It is a process to do. The second compression step P2 is a step of fixing or permanently fixing the surface layer portion of the wood WB to which the compression deformation history has been given by pressing it with a flat plate while heating.
[0014]
  2A and 2B are diagrams showing an embodiment of a schematic structure of a roll press employed in the first compression step P1, where FIG. 2A is a side view and FIG. 2B is a front view. In FIG. 2, the roll press 1 includes a lower roll portion 2, an upper roll body 3, and a frame material 4. The lower roll portion 2 is close to a line connecting a pair of parallel front and rear rolls 2a that are axially supported by the side wall 5 and the like, and a top surface of the endless belt 2b and the roll upper surfaces of the front and rear roll pairs 2a. And a plurality of rolls 2c arranged side by side. The upper roll body 3 has a diameter r and is arranged parallel to the front and rear roll pair 2a and spaced apart from the upper surface of the endless belt 2b of the lower roll portion 2 by a predetermined dimension. The frame member 4 functions as a restraining tool for sandwiching the wood WB, has a U-shaped cross section, and has a side wall 4b having a height dimension h with respect to the upper surface of the bottom portion 4a. In the first compression step P1, when the wood WB having a rectangular parallelepiped shape with the thickness dimension T is compressed, the compression dimension becomes (TH).
[0015]
  When the pair of front and rear rolls 2a rotate, the wood WB having a rectangular parallelepiped shape with a thickness T placed on the endless belt 2b is conveyed in the left direction in the figure and is sandwiched between the endless belt 2b and the upper roll body 3. This part is compressed. When passing between the endless belt 2b and the upper roll body 3 by the conveyance by the endless belt 2b, the compressed portion gradually returns to the original state. In FIG. 2A, a portion indicated by hatching on the surface layer side of the wood WB indicates a compressed portion. A compression deformation history is given to this portion.
[0016]
  As described above, when the thickness dimension T of the wood, the thickness dimension H when compressed, and the diameter r of the upper roll body 3, the pressure input angle θ with respect to the wood by the upper roll body 3 is θ = cos−1 (1− (TH) / r). The pressure input angle θ is related to the tree type, the compression size with respect to the thickness dimension T, etc. Normally, if it exceeds 15 °, there is a possibility that distortion will accumulate on the rear end of the conveying wood and cracks may occur. . Therefore, the pressure input angle θ is preferably 15 ° or less. If the length of the timber is made long in advance and the rear end portion is cut by that amount, there will be no problem in terms of the product even if some crevice cracks occur. In this case, it is good also as about 20 degrees-30 degrees.
[0017]
  Further, of the thickness of the wood WB, the height dimension (Th) of the wood exposed from the side wall 4b of the frame member 4 is referred to as the allowance, and the compression dimension (TH) relative to the allowance dimension (Th). ) Is preferably about 2/5, and preferably about 1/3 to 3/4. If it is smaller than 1/3, the function of the frame member 4 cannot be exhibited, and if it is larger than 3/4, the compressed portion protrudes beyond the left and right sides from the upper surface of the side wall 4b of the frame member 4 during compression, and is collapsed. This is because the surface layer portion cannot be selectively compressed.
[0018]
  FIGS. 3 to 7 are diagrams for explaining the relationship between the allowance and the amount of compression. In the case of experimenting the first compression process P1 using a cedar having a thickness of 20 mm as an example, the front and back (thickness) directions of the wood on the horizontal axis It is a figure which shows a dimension and the density of a vertical axis | shaft. The density is measured after the second compression step P2 is performed by substantially the same size as the first compression step P1. 3 is a data diagram showing a state before compression, FIG. 4 is a data diagram when the allowance is 2 mm, and the compression amount (dimension) is 1.4 mm, and FIG. Data diagram for 7mm, Fig. 6 shows data for output 6mm, compression amount (dimension) 4mm, Fig. 7 shows data for output 10mm, compression amount (dimension) 6.7mm ing.
[0019]
  In FIG. 3, the density of the wood before compression is 0.35 to 0.38 g / cm.^ThreeThus, it can be seen that the film is substantially uniform in the thickness direction. In FIG. 4, the amount of compression relative to the allowance is approximately 7/10, and it can be seen that about 2 mm of the surface layer portion is selectively high-density, that is, compressed and deformed. In FIG. 5, the compression amount with respect to the allowance is approximately 2/3, and it can be seen that about 4 mm of the surface layer portion is selectively high in density, that is, compressed and deformed. In FIG. 6, the compression amount with respect to the allowance is approximately 2/3, and it can be seen that about 4 mm of the surface layer portion is selectively high-density, that is, compressed and deformed. In FIG. 7, the amount of compression with respect to the allowance is approximately 7/10, but since the amount of compression is as large as 2/3 of the thickness of the wood, the density increases so as to be approximately proportional to the front and back direction. Compressive deformation is not possible.
[0020]
  The 2nd compression process P2 performs heat processing and compression processing to wood WB which performed the 1st compression process, and is performed using a flat plate press. That is, the wood WB to which the compression deformation history is given in the first compression process P1 will be changed to the other parts (FIG. 2A) when the second compression process P2 is performed later. Since it becomes easy to compress, that is, compressively deform with a small stress (pressing pressure) with respect to the portion not hatched), this selective compressive deformation of the surface layer portion can be realized with a flat plate press. In the second compression step, steam is heated for a short time (for example, several minutes) with a hot plate while supplying water vapor in a sealed state, heat treatment is performed with a hot plate for several hours, and sandwiched between electrodes. It can be permanently fixed for a reason to be described later by internal heat treatment in which high-frequency dielectric heating is performed for a short time (several minutes), or normal fixation (driving set; moisture by performing heat treatment for only a few minutes) Is supplied, it is almost restored to its original state, so the place of application is limited.) It is possible to produce processed surface layer compressed wood.
[0021]
  FIG. 8 shows the stress (kgf / cm) applied by the flat plate press during the execution of the second compression step P2 with respect to the dimension to which the compression deformation history is given in the first compression step P1.²) And compression deformation (strain (mm)) dimensions of the surface layer portion of the wood. In the figure, a diagram L1 indicated by a solid line is a diagram when the first compression step P1 is not performed, a diagram L2 indicated by a broken line is a diagram when the dimension of the compression deformation history in the first compression step P1 is 4 mm, A diagram L3 indicated by a one-dot chain line is a diagram in the case where the size of the compression deformation history in the first compression step P1 is 8 mm, and a diagram L4 indicated by a two-dot chain line indicates the size of the compression deformation history in the first compression step P1 is 12 mm. FIG.
[0022]
  In the diagram L1, the stress is 35 (kgf / cm²The wood does not deform until a large stress is applied), but beyond this, the strain increases relatively easily up to a certain strain, and thereafter the strain increases so as to be approximately proportional to the stress. In the diagram L2, it is easily deformed up to 2 mm (ie, with a small stress), and then deformed in a state where the increase in stress is small up to about 4 to 5 mm, and thereafter, the strain is almost proportional to the stress. Has increased. In the diagram L3, it is easily deformed up to a little over 2 mm, and then deformed in a state where the increase in stress is small up to 8 mm, and thereafter the strain increases so as to be almost proportional to the stress. In the diagram L4, it is easily deformed up to a little over 2 mm, and then deformed in a state where the increase in stress is small up to 10 mm, and thereafter the strain increases so as to be almost proportional to the stress.
[0023]
  Thus, in the case of the diagram L2, since the compression deformation history of 4 mm is given in the first compression process P1, the stress necessary for deformation up to 4 mm and the stress necessary for deformation of 4 mm or more are large. There is a difference. In the case of the diagram L3, since a compression deformation history of 8 mm is given in the first compression process P1, there is a difference between the stress necessary for deformation up to 8 mm and the stress necessary for deformation greater than 8 mm. is there. In the case of the diagram L4, since the compression deformation history of 12 mm is given in the first compression process P1, there is a difference between the stress necessary for deformation up to 12 mm and the stress necessary for deformation of 12 mm or more. is there.
[0024]
  FIG. 9 is an external view of a surface layer compressed wood material manufacturing apparatus according to the present invention, FIG. 10 is a configuration diagram thereof, (a) is a side view, and (b) is a front view. The surface layer compressed wood material production apparatus includes a water absorption treatment device 10, a hermetic compression heating device 20, an air compressor 30, and a control operation unit 40, and also includes a pretreatment device for applied wood. As a pretreatment device, for example, a device for producing a long timber with a predetermined thickness of a thickness dimension in a direction perpendicular to the annual rings, and a device for performing a required drying treatment to adjust to a predetermined low water content There is. Alternatively, it may be a processing device that is cut into dimensions applicable to the present manufacturing system after being dried in a predetermined shape.
[0025]
  The water absorption treatment device 10 includes a water storage tank 11 that stores water and a material compression unit 12. The water storage tank 11 has a rectangular shape having a required depth, and an extending portion 111 for mounting the material compressing portion 12 is formed in a part thereof.
[0026]
  The material compression unit 12 includes a base 121 fixed to the bottom surface of the water storage tank 11, a pair of roll support frames 122 erected on the base 121 at a predetermined interval in the width direction, and the pair A pair of small-diameter rolls 123 vertically supported by the roll support frame 122, a motor 124 serving as a driving unit disposed at an appropriate position above the roll support 123 and applying a rotational force to one of the roll pairs 123, and the roll pair 122. A guide member 125 for guiding the wood WB is provided therebetween.
[0027]
  The upper and lower rolls constituting the roll pair 123 have the same diameter and are arranged in parallel, and the separation distance between both roll surfaces is set to a dimension that matches the thickness dimension of the material to be manufactured. As shown in FIG. 10, the roll pair 123 is arranged at an angle so that the tangents of the opposing positions of the upper and lower roll surfaces are inclined to the left side (front side) by a predetermined angle. Similarly, the guide member 125 is also the same. It is arranged at an angle. The guide member 125 is extended to just before the entrance of the roll pair 123 so as to guide the processing target wood WB to a position where it is securely held between the roll pair 123. Accordingly, the processing target wood WB sent to the roll pair 123 side along the upper surface of the guide member 125 is sandwiched between the roll pair 123 while maintaining the same inclination, passes while being roll-pressed, and is stored in the water storage tank 11 as it is. So that it is immersed in the water. The water level of the water storage tank 11 is set to a depth at least near the position where both the upper and lower roll surfaces face each other, or more, so that the wood WB roll-pressed (compressed) by the roll pair 123 is transferred to the roll pair 123. It is made to immerse at least in water until a compression state is open | released at the exit of this, and it returns to the original dimension shape.
[0028]
  Between the upper roll of the roll pair 123 and the rotating shaft of the motor 124, the rotational force of the motor is transmitted to the roll pair 123 by meshing with the gears provided on both rotating shafts, or by belt hanging. A predetermined speed (transfer speed) is applied to the surface of 123. Although not shown in the figure, a material pushing means is provided at the proximal end of the guide member 125 in the feeding direction, and reliable press-fitting is performed against a reaction force generated when the processing target wood WB is held between the roll pair 123. Preferably.
[0029]
  FIG. 11 is a diagram showing the principle of pause in the water absorption treatment device, where (a) shows the state of compression and recovery (restoration) or water absorption, and (b) shows the state of water absorption. That is, in (a), for example, when the surface layer portion is selectively compressed and deformed by the roll pair 123 having a small diameter in the annual ring direction, the fiber cells in the surface layer portion of the wood WB are crushed and exist in the cells. The air is pushed backward and escapes from the end of the rear end. On the other hand, the surface layer portion of the wood WB attempts to recover to the original size from the time when it passes through the roll pair 123. During this recovery, the crushed fiber cells spread, but the surrounding fluid, that is, water, is sucked by the negative pressure generated in the cells at that time. Since portions other than the surface layer are not compressed, there is no dimensional recovery even after passing through the roll pair 123, and therefore no water absorption phenomenon occurs. For this reason, the wood WB is dried by the above-described pretreatment, and the moisture content is relatively high only in the surface layer portion even though the moisture content is generally low. Then, paying attention to that the recovery of the wood WB is performed not over the moment after receiving the roll pair 123 but over a certain period of time, as shown in (b), until the required water content is aspirated. So that it is immersed in Although not shown in FIG. 9, by arranging a plurality of roll groups etc. at a height slightly lower than the water surface on the outlet side of the roll pair 123 as shown in FIG. The passed wood WB can be kept in the water as it is without floating.
[0030]
  The amount of water absorption can be obtained several times in this method compared to the conventional spraying method or simply dipping method, and the amount of water absorption in this method varies with the transfer speed and changes due to the temperature difference of the stored water. Although not so much, it was confirmed by experiments that it was proportional to the immersion time.
[0031]
  The hermetic compression heating apparatus 20 includes a press machine 21 supported by four columns 211, and a plurality of, in this embodiment, five-stage containers 22 stacked between the columns 211 so as to be movable in the vertical direction.
[0032]
  The press machine 21 includes a compression cylinder device 212 fixed to the upper end of a column 211, a pair of lifting guides 213 on the left and right sides thereof, a press panel 214 attached to the lower ends thereof, and a lower press base 215. With this configuration, the press board 214 can be moved up and down along the column 211. Between the press panel 214 and the press base 215, five stages of containers 22 are stacked.
[0033]
  The container 22 includes a lower container 23 and an upper lid 24, and is subjected to a compression heating process in a state in which the processing target wood WB is accommodated in an inner space formed by both. Both or one (that is, at least one) of the lower container 23 and the upper lid 24 are provided with holes for heating a heating wire such as a nichrome wire in the thickness thereof. A hot plate is formed by inserting a hot wire, and electric power is supplied from an external power source so that it can generate heat at about 200 ° C. The hot platen can be realized not only by electric heating but also by supplying high-temperature steam (about 200 ° C.) into the drilled hole. The fifth (lowermost) lower container 23 is fixed to the upper surface of the press base 215, and the first upper cover 24 is fixed to the lower surface of the press panel 214.
[0034]
  FIG. 12 is a view for explaining the procedure for fastening the container structure and the upper lid, and heat treatment. The container shown in FIG. 12 is a view as seen from the mouth end side of the processing target wood WB, and has a long dimension in the depth direction of the paper surface. The lower container 23 has a rectangular bottom portion 231 and side walls 232 upright at four sides thereof, and the processing target wood WB is mounted on the bottom portion 231. A sealing material 233 made of sealing rubber or the like is provided around the mounting position of the processing target wood WB. A concave groove 234 is formed in the inner wall surface of the long side wall 232, and at least one side reaches an end surface in the short direction in order to insert a lock pin 25 described later.
[0035]
  On the other hand, the upper lid 24 has a top plate 241 and side walls 242 upright on its four sides. As shown in FIG. A hole (shown in broken lines) is drilled. The side wall 242 is formed to have a shape and size that fits in contact with the inner wall of the side wall 232 of the lower container 23, and the outer wall surface in the longitudinal direction has a concave groove at a position facing the concave groove 234 in the fitted state. 243 is formed. Therefore, in the state where the upper lid 24 is put on the lower container 23, the lock pins 25 are respectively inserted into the left and right linear square holes formed by the concave grooves 243 and 234 as shown in FIG. The sealed state of the container 22 is locked by being inserted, and can be opened if the lock pin 25 is removed. By making the concave groove 243 and the concave groove 234 square, high locking performance is maintained. Moreover, the height dimension of the side wall 232 of the lower container 23 and the side wall 242 of the upper lid 24 is set to coincide with the final thickness dimension of the processing target wood WB.
[0036]
  Then, each process of (a)-(h) is demonstrated. In (a), the processing target wood WB subjected to the water absorption process with the upper lid 24 opened is stored. At this time, at least one of the lower container 23 and the upper lid 24 is heated to 200 ° C. Since the wood to be treated WB has almost recovered to its original shape in the previous water absorption treatment process, the thickness is equal to or greater than the height of the side walls 232 and 242. That is, the thickness is increased by the dimension to be compressed. Therefore, the pressing operation is performed by the above-described press machine 21 in a state where the upper lid 24 is covered. This state is indicated by an arrow (b). With the upper lid 24 in contact with the lower container 23, the lock pin 25 is inserted and restrained as shown in (c).
[0037]
  Subsequently, as shown in (d), compressed air is supplied from the air compressor 30 through the pipe 31 to increase the pressure in the container. The input air preferably has a low water content for selective consolidation to the surface layer. The internal air pressure is 6kgh / cm.²Or more than that is preferable. Then, as shown in (e), this state is maintained for a predetermined time. The heating time can be set to a preferable time depending on the thickness of the processing target wood WB, the compression size, or the material size, and is, for example, about several minutes. When the heat treatment shown in (e) is started, the water absorbed in the surface layer of the processing target wood WB is rapidly heated. As a result, only the surface layer portion becomes a higher temperature (180 ° C. to 200 ° C.) than the other portions. Only this part is heat-treated. That is, this heat treatment releases the elastic recovery force inherent in the compressed and deformed state. That is, the driving force for deformation recovery is the elastic recovery force accumulated in the microfibrils and the matrix, so that these recovery forces can be released locally by exposure to a high temperature of 180 ° C. to 200 ° C. in a state of compression deformation. As a result, the compression deformation can be permanently fixed.
[0038]
  Subsequently, in (f), since the inside of the container 22 is in a high temperature and high pressure state, if the container 22 is immediately opened (opened), there is a high possibility that the wood WB will be damaged by rapid decompression. Therefore, the internal pressure is gradually released through the pipe 31 over a predetermined time, for example, several minutes (3 to 5 minutes), that is, returned to normal pressure. Thereafter, in (g), the lock pin 25 is pulled out so that the upper lid 24 can be separated. Finally, in (h), the upper lid 24 is opened and the treated wood WB is taken out. By repeating the processing steps from (a) to (h), the surface layer consolidated wood WB is manufactured one after another. The surface layer consolidated wood WB manufactured in this way has a wide range of applications such as high surface strength (including bending strength), high smoothness, gloss, and use as a structural material as well as a decorative material.
[0039]
  FIG. 13 is a diagram for explaining the procedure of the compression heating process by the press. In this structure, the containers A to D are integrally connected to the upper lid 24 of the container 22 immediately below the lower containers 23 by a connector (not shown). Now, in FIG. 13, the processing target wood WB is set from the first stage to the third stage of the five-stage containers (referred to as containers A, B, C, D, E), and (a) to (d ), The processing target wood WB is set in the second stage container B. First, in (a), the lock pin 25 of the container B is pulled out, the press machine 21 is operated, and the press board 214 is raised by a predetermined distance. Then, since each container lifts the lower container together unless the lock pin 25 is removed, the upper lid 24 of the container A and the container B is lifted as shown in FIG. Here, the processing target wood WB is set in the lower container 23 of the container B. Next, the press machine 214 is lowered and the press machine 21 is operated until the required press pressure is reached. In this state, the lock pin 25 is inserted into the container B, and then a predetermined amount of air is supplied until the inside of the container B reaches a predetermined pressure through the pipe 31 from the air compressor 30. . When the setting of the processing target wood WB to the container B is completed, the lock pin 25 is then removed from the container A, and the same operation is performed. In this way, the setting of the processing target wood WB to all the containers A to E is completed.
[0040]
  Thereafter, when the heating time and the decompression (decompression) time (that is, the processing time) have elapsed for the container E in which the processing target wood WB is first set, the lock pin 25 of the container E is removed, and the press 21 Is operated, only the container E is separated, and the processed wood WB is taken out. In this state, the unprocessed wood WB to be processed is set, the container E is closed, and the lock pin 25 is inserted. Subsequently, when the processing time is finished for the container D, the treated wood WB and the untreated wood WB are similarly exchanged. In this manner, each time the processing time passes, By removing the lock pin 25 and exchanging the treated wood WB and the untreated wood WB, wood processing with high efficiency becomes possible.
[0041]
  The air compressor 30 is for supplying air of a required pressure to the containers 22 for five stages. The control operation unit 40 is a power button for supplying electric power to each container, each operation button for moving the press machine 21 up and down, and a button for selectively supplying air to each container until the required pressure is reached and stopping the button Etc. In addition, if the processing time is assumed to be 10 minutes for one container, a timer and notification means for notifying that the treated wood WB and the untreated wood WB are exchanged at intervals of 2 minutes may be provided.
[0042]
  The present invention can employ the following modes.
[0043]
  (1) The roll pair 123 has been described as being pivotally supported in advance by being attached to the roll support frames 122 on both sides. However, if one of the roll support frames 122 has a structure that can be folded at its base by a hinge or the like, Rolls with different diameters can be exchanged on both the top and bottom sides. In addition, by making the upper and lower rolls constituting the roll pair have the same diameter, it is possible to form portions that are consolidated by the same dimension on the surface layers on both surfaces of the processing target wood WB. It may be different. For example, when it is desired to obtain a larger consolidation size on the upper surface side than on the lower surface side, the lower roll may be made larger in diameter.
[0044]
  (2) Further, when adjusting the consolidation size, in addition to replacing the roll, at least the portion of the roll support frame 122 that pivotally supports the upper roll can be slid in the vertical direction. It becomes possible to adjust the dimensions. In this case, since the compaction dimension and the roll diameter correspond, each type (more preferable if the distance between rolls can be adjusted) may be manufactured and prepared in advance.
[0045]
  (3) The roll pair 123 may be a position completely immersed in the water stored in the tank 10. In this case, the roll pair 123 does not need to be disposed with the upper roll inclined forward, and may be completely in the vertical position, or may be in a posture in which each roll is parallel to the horizontal. Further, the roll pair 123 does not have to be in a posture in which the axis is horizontal, and may be vertical.
[0046]
  (4) The hermetic compression heat treatment is not limited to the multistage method, and may be performed one container at a time. Moreover, even if it is a multistage type, it may be a so-called batch type that processes all stages at once.
[0047]
  (5) Although the frame member 4 is used in FIG. 2, it is not always essential. Moreover, it may replace with the integral frame material 4, and the aspect which arrange | positions the roll member 6 which contact | abuts with the side surface of the wood WB for restraint, and arrange | positions the press member 7 for restraint may be sufficient. 14A and 14B are views showing another embodiment of the restraining member, in which FIG. 14A is a plan view showing an embodiment of the rotating roll member 6 and FIG. 14B is an embodiment of the sliding pressing member 7. FIG. In the figure, the white arrow indicates the direction in which the wood WB is transferred. In FIG. 14A, the roll members 6 are arranged on the left and right sides of the upper roll body 3 (FIG. 2). The roll members 6 are parallel to the side surfaces of the wood WB and are pivoted on the rotation shaft 61 perpendicular to the paper surface direction in FIG. It is supported and comes into contact with the side surface of the wood WB in a required pressing state. Although the roll member 6 is not shown in the drawing, one of the shafts 61 or a universal type is connected so as to be movable in a wide and narrow direction, and can be locked in a desired position according to the width of the wood WB. It preferably has a structure. Further, the roll member 6 is positioned so that the roll thickness and height have the predetermined allowance shown in FIG. Although not shown in the figure, this roll member 6 preferably has a pedestal that supports both shafts 61, and this pedestal can be moved up and down (in the drawing in the drawing) relative to the wood WB. In the aspect, a desired allowance dimension can be set for the wood WB having various heights. 14B, the pressing member 7 is arranged on the left and right sides of the upper roll body 3 (FIG. 2), and is attached to the front end of the plunger 71, for example, the hydraulic cylinder 70 that makes the plunger 71 appear and disappear. The pressing body 72 is formed. The pressing bodies 72 are configured to face each other, and set the protruding position of the plunger 71 according to the width of the wood WB, thereby pressing the side surface of the wood with a required pressing force. The pressing body 72 is configured or surface-treated with a material having a low coefficient of friction at least on a portion that abuts against the wood WB or the surface thereof, and ensures smooth transfer of the wood WB in the pressed state. In addition, the allowance dimension with respect to the wood WB of the pressing body 72 is set coaxially with the case of FIG. 14A, and as shown in FIG. Yes.
[0048]
【The invention's effect】
  According to the first and eighth aspects of the invention, by applying a history of compression deformation to the surface layer portion, the surface layer portion is effectively compressed (fixed or permanently fixed) using this history. Surface compressed wood material can be produced.
[0049]
  According to invention of Claim 2, when the diameter of a roll body is large, the method of pressing approaches the case of a flat plate press, stress acts on the whole thickness direction of a wood material, and compresses and deforms the whole. However, when the diameter of the roll body is small to some extent, only the vicinity of the portion in contact with the roll body can be effectively and selectively compressed.
[0050]
  According to invention of Claim 3, since the thing of a large diameter was employ | adopted as a roll body compared with the diameter at the time of the crack limit of the wooden material at the time of compression, since the diameter of a roll body is too small, from the front end It is possible to prevent the strain from accumulating on the rear end side of the wood material that is sequentially subjected to the compressive deformation process toward the rear end and causing cracks on the rear end surface.
[0051]
  According to the fourth aspect of the present invention, the occurrence of a crack at the rear end can be substantially prevented by setting the pressure input angle to 15 ° or less.
[0052]
  According to the invention of claim 5, when compressing and deforming the surface layer portion in the first compression step, the wood material itself tries to swell to the left and right sides. It can effectively compress and deform in the thickness direction.
[0053]
  According to the invention described in claim 6, since the compression dimension with respect to the allowance is changed from 1/3 to 3/4, the surface layer portion can be effectively compressed and deformed in the thickness direction.
[0054]
  According to the seventh and ninth aspects of the present invention, the front pressing portion compressed and deformed in the first compression step tries to recover to the original size and shape at least at the outlet of the roll body. For example, since it is immersed in water, water will be absorbed into the material during expansion. Therefore, water absorption is concentrated on only the surface layer portion. Wood whose water absorption treatment has been applied only to the surface layer is housed in, for example, a container and sealed, and is compressed in the second compression step by the dimension to which this history is applied, that is, the surface layer subjected to water absorption. In the same manner as when the part is compressed and the water is contained in the part, it is selectively heated at a temperature sufficient to be consolidated (permanently fixed), for example, 180 ° C. or higher, and steam-treated. Permanently fixed surface compressed wood material can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a procedure for producing a surface-compressed wood material according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing an embodiment of a schematic structure of a roll press employed in the first compression step P1, wherein FIG. 2A is a side view and FIG. 2B is a front view.
FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the allowance and the amount of compression; in the case of experimenting the first compression process P1 using a cedar having a thickness of 20 mm as an example, the horizontal and vertical (thickness) direction dimensions and vertical dimensions of the wood It is a data figure which shows the density of an axis | shaft, Comprising: The state before compression.
FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the allowance and the amount of compression; in the case of experimenting the first compression process P1 with a cedar having a thickness of 20 mm as an example, the horizontal and vertical (thickness) direction dimensions and vertical dimensions of wood The shaft density is shown, and is a data diagram when the allowance is 2 mm and the compression amount (dimension) is 1.4 mm.
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the allowance and the amount of compression; in the case of experimenting the first compression process P1 using a cedar having a thickness of 20 mm as an example, the horizontal and vertical (thickness) direction dimensions and vertical dimensions of the wood This is a data diagram showing the density of the shaft when the allowance is 4 mm and the compression amount (dimension) is 2.7 mm.
FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the allowance and the amount of compression; in the case where the first compression process P1 is tested by taking a cedar having a thickness of 20 mm as an example, the horizontal and vertical (thickness) direction dimensions and vertical dimensions of the wood The shaft density is shown, and is a data diagram when the allowance is 6 mm and the compression amount (dimension) is 4 mm.
FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the allowance and the amount of compression, in the case where the first compression process P1 is tested by taking a cedar having a thickness of 20 mm as an example, and the horizontal and vertical (thickness) direction dimensions of the wood on the horizontal axis The shaft density is shown, and is a data diagram when the allowance is 10 mm and the compression amount (dimension) is 6.7 mm.
FIG. 8 shows the stress (kgf / cm) applied by the flat plate press during the execution of the second compression step P2 with respect to the dimension to which the compression deformation history is given in the first compression step P1.²) And compression deformation (strain (mm)) dimensions of the surface layer portion of the wood.
FIG. 9 is an external view of a manufacturing apparatus for surface layer compressed wood material according to the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram of a surface layer compressed wood material manufacturing apparatus, in which (a) is a side view and (b) is a front view.
11A and 11B are diagrams showing the principle of pause in a water absorption treatment device, where FIG. 11A shows compression and recovery (restoration) or water absorption, and FIG. 11B shows water absorption.
FIG. 12 is a diagram for explaining the procedure for fastening the container structure and the upper lid, and heat treatment.
FIG. 13 is a diagram illustrating a procedure of compression heating processing by a press machine.
14A and 14B are diagrams showing another embodiment of a restraining member, in which FIG. 14A is a plan view showing an embodiment of a rotating roll member, and FIG. 14B is a plan view showing a sliding press member. FIG.
[Explanation of symbols]
  1 Roll press
  2 Lower roll part
  3 Upper roll body
  4 Frame
  10 Water absorption treatment equipment
  11 Water storage tank
  111 Extension
  12 Material compression section
  121 base
  122 Roll support frame
  123 roll pair
  124 motor
  125 Guide member
  20 Hermetic compression heating device
  21 Press machine
  211 prop
  212 Compression cylinder device
  213 lifting guide
  214 press
  215 Press base
  22 containers
  23 Lower container
  231 bottom
  232 side wall
  233 Sealing material
  234 groove
  24 Top cover
  241 Top plate
  242 side wall
  243 groove
  25 Lock pin
  30 Air compressor
  31 Piping
  40 Control operation part
  WB wood

Claims

An apparatus for producing a wood material in which a surface layer portion is selectively compressed, the first compression device for selectively compressing the surface layer portion of the wood material in water using a roll body, and compression deformation by the first compression device apparatus for manufacturing a surface compression wood material characterized in that have a second compression device for pressing the surface layer portion granted a history of a flat plate while heating.

When the thickness T of the wood material, the thickness H when compressed, and the diameter r of the roll body, the pressure input angle θ (= cos - ¹¹ [ 1- (TH) / r ] ) Is 15 ° or less, the apparatus for producing a surface compressed wood material according to claim 1.

The said 1st compression apparatus is provided with the clamping member which pinches | interposes the wooden material from both sides | surfaces leaving the allowance which exposed the surface to compress at least more than a compression dimension. Manufacturing equipment for surface compressed wood material.

The said 1st compression apparatus makes the compression dimension with respect to a margin allowance in the range of 1/3-3/4, The manufacturing apparatus of the surface layer compression woody material of Claim 3 characterized by the above-mentioned.

A method for producing a wood material in which a surface layer portion is selectively compressed, the first compression step of selectively compressing the surface layer portion of the wood material in water using a roll body, and compression deformation by the first compression step And a second compression step of pressing the surface layer portion to which the history is given with a flat plate while heating the surface layer portion.