JP3940678B2 - 木材から成る成形体、およびこの成形体を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、丸木材（Rundhoelzern）または挽き木材（Schnittholz）（以下、構成木材とも記す）から成る成形体、および、この成形体を製造するための方法に関する。これら成形体は、原理的に、全ての針葉樹材の種類、および広葉樹材の種類から、それに属して、林業において大量に生じる、質の悪い針葉樹（間伐材（Seitenware）、軟質の丸木材、節だらけの木材）から製造され得る。

木材断面は、材料を節約する構造にとって、あまり適していない。ボックス形の成形体またはＩ字形の成形体のような、著しい負荷能力を有する経済的な断面形状は、木構造内において、ただ高い応力の場合にだけ使用される。これら経済的な断面形状の手工業の製造は費用がかかり、且つ、挽き木材または木製加工材料から成る個別の断面の組合せによって行われる。接着剤と並んで、しばしば、ピン形状の結合手段が使用され、これらピン形状の結合手段は、しかしながら、構造の剛性損失を誘起する。湾曲された断面形状の使用は、大抵の場合、円形の中実な断面に限定される。樹皮を剥がされた丸太（Stammholz）の使用は制限されているので、丸木材（Rundhoelzern）、または中空成形体を製造するために、かんなで仕上げる、および切断するような加工技術が使用される。比較的に大きな寸法の場合、湾曲された断面形状、または中空体は、現今、ただ高い経費の浪費のもとでだけ、角材の組合せによって製造される。

木材は、多孔性の、不均質の材料である。この木材は、様々に配設された空隙を備えている。これら空隙は、細胞内に含まれており、または、細胞によって囲繞されている。熱湿潤法（thermo-hygrischem Wege）で、リグニンは可塑化され、従って、細胞壁が、圧力のもとで折畳まれ、且つ、空隙が減少される。

木材構成要素の熱的な変化は、既に１００℃未満で始まり、且つ、２００℃から、ヘミセルロースの分解を誘起する。加熱によって誘起される相変化（固体／液体）は、異なる温度の条件のもとで、個別の構成要素において行なわれる。

ドイツ特許第６０１１６２号明細書（特許文献１）から、木材を圧縮するための方法および装置が公知であり、その際、この木材は、ほぼ繊維方向に対して垂直方向に、多面的に互いに押圧され、且つ、押圧された状態において、場合によっては、熱処理、もしくは浸透が行われる。この圧縮は、２度の（zweifach）連続的な加圧によって行なわれ、従って、この圧縮が、先に公知の解決策においてよりも、より均等に、且つより完全に行なわれる。

ドイツ特許第６３６４１３号明細書（特許文献２）から、合成樹脂を浸透された木材片を、加熱された型枠内において、繊維方向に沿って圧縮する、木材成形部材を製造するための方法が公知である。

木材を、繊維長手方向において圧縮すること、および、その後、ほぼこの繊維長手方向に対して垂直方向に位置する軸線を中心にして湾曲することは、久しい以前から、例えばドイツ特許第３１８１９７号明細書（特許文献３）から公知である。家具工業において、この方法は、家具板、その他これに類するものの周囲に接着剤が塗布された積層板（Umleimfurnieren）の屈撓性を増大するために使用される。良材の広葉樹材から成る圧縮強化湾曲木材の場合、０．２５までの曲率半径に対する厚さの比率ｔ／ｒを有する変形数が可能である。

特別の成形加圧機、曲げ機、または圧延機でもって、柔軟な木材の種類の非常に薄い丸はぎ単板（Schaelfurnier）を有する積層板（Furniere）、および合板（Sperrholz）は、平面的、および２度湾曲された状態で変形され得る。

更に、強化木、いわゆるリグノストーン（Lignostone）へと、外側の圧力によって、積層板を圧縮する方法は公知である。この製品でもって、１４６０ｋｇ／ｍ³ の最大の密度が得られる。見掛け密度の増大によって、硬さ、および強度に関しての機械的な特性は、基本的に改善される。加圧されたヨーロッパブナ積層板（Rotbuchenfurniere・）は、鋼の大きさの範囲の引張り強さ、および曲げ強さを有している。

同様に、ドイツ工業規格ＤＩＮ７７０７による合成樹脂−圧縮木材、および、絶縁−強化木材（Isolier-Vollhoelzer）も、従来技術に所属している。

加圧圧力、木材湿度、温度、および時間に関しての、この方法の変形によって、機械的な特性、寸法安定性、および、耐久性、並びに、動物性の、および植物性の有害生物に対する抵抗力は、目的に合致して変化、もしくは改善される。
ドイツ連邦共和国特許公開第１９７ ４３ ７０３号明細書（特許文献４）から、液体静力学的な加圧機によって、木材を成形するための方法が公知である。この方法によって、１０から８０重量パーセントの含水量を有する一次木材が、軟化された状態に変換され、この軟化された木材が、成形のために、圧力液体の液体静力学的な圧力に曝され、且つ、この木材の加圧された状態が、処理によって固定化される。一次木材に比して改善された外観、および改善された材料特性を有する圧縮された木材は、その際に型枠を使用すること無しに得られる。

更に、成形可能性を向上し、且つ、撥水性の浸透手段を備える、多数の可塑化方法（例えば、過熱蒸気による処理、水蒸気処理）が公知であり、これら方法は、自体で親水性の木材表面の疎水化の結果として、水分吸収性の低減によって、調質効果（Verguetungseffekt）を永続的に維持する。その目的のために、１つの例は、カリグナム（Calignum）の名称のもとで公知の強化木であり、このカリグナムが、加圧の前に選択的に浸透され、且つ、その結果として湿度貯留において膨潤することなく、且つ従って、寸法安定性が維持される。

１００℃と２００℃との間の温度、および、５から３０ＭＰａまでの加圧圧力は、加圧工程のために一般的に適しているが、しかしながら様々に、形状安定性に影響を及ぼすことが判明した。蒸気爆発の危険、および、これに伴う細胞構造の破壊を最低限に抑えるために、木材内において含有される水分が、有利な影響にもかかわらず、成形可能性に限定されねばならないことは、顧慮されるべきである。従って、森林からの生々しい木材の圧縮は、加熱段階、および乾燥段階を前提条件として必要とする。更に、圧縮木材の、湿った環境内において戻り変形する、いわゆる「メモリー効果（Memory-Effekt・）」が、蒸気処理および再冷却のような目的に合致したプロセス制御によって除去されることは公知である。

国際公開第９４／２０２７３号パンフレット（特許文献５）から、丸木材から加圧された木材を製造するために方法が公知である。その際、この丸木材は、成形装置内において、繊維方向に対して横方向に、角材へと加圧され、且つ、その後に、この木材を可塑化可能にするために、１００℃以上の温度に加熱される。引き続いて、可塑化温度以下の温度までに冷却され、従って、得られた形状が維持される。このようにして得られた角材は、積層材、または板材へと接着剤で固着される。この方法によって、抵抗力のある、および硬質な木材から成る構造部材が得られる。
ドイツ特許第６０１１６２号明細書 ドイツ特許第６３６４１３号明細書 ドイツ特許第３１８１９７号明細書 ドイツ連邦共和国特許公開第１９７ ４３ ７０３号明細書 国際公開第９４／２０２７３号パンフレット

従って、本発明の課題は、木材から成る成形体を、木材組織の基本的な破壊無しに、木材の圧縮によって、製造することである。

この課題は本発明に従い、
丸木材または挽き木材から成る、木材板から成形される成形体を製造するための方法において、
この木材板を構成する構成木材である丸木材または挽き木材の内の少なくとも１つの構成木材が、全木材板長さにわたって、一次元的にこの木材板平面に対して平行に、木材繊維に対して横方向に圧縮され、且つ、
これら構成木材が、互いに並列して配置され、および、この木材板へと結合され、その際、これら構成木材の繊維が互いに平行の状態にあり、
この木材板が、これら圧縮された構成木材の内の少なくとも１つの構成木材の湾曲によって、成形体へと、変形され形状賦与され、その際、この木材板の湾曲が、一つまたは多数の軸線を中心にして行なわれ、且つ、この木材板に対するこれら軸線の投影が、基本的に、これら構成木材の内の少なくとも１つの構成木材の繊維方向と一致している、
上記丸木材または挽き木材から成る、木材板から成形される成形体を製造するための方法
によって解決される。
更に、本発明は、
丸木材または挽き木材から成る、木材板から成形される成形体を製造するための方法によって製造された、丸木材または挽き木材から成る、木材板から成形される成形体において、
この成形体が、構成木材である少なくとも１つの丸木材または挽き木材から成る木材板から、湾曲され形状賦与されていること、
この木材板が、ほぼ互いに平行に配設された構成木材からつなぎ合わされていること、
この木材板の湾曲が、一つまたは多数の軸線を中心にして行なわれていること、
この木材板に対するこれら軸線の投影が、基本的に、これら構成木材の内の少なくとも１つの構成木材の繊維方向と一致していること、
且つ、これら構成木材の内の少なくとも１つの構成木材が、全木材板長さにわたって、一次元的に木材板平面に対して平行に、木材繊維方向に対して横方向に圧縮されていることを特徴とする、丸木材または挽き木材から成る、木材板から成形される成形体によって解決される。

有利な成形体の実施態様、および方法は、従属請求項の対象である。

成形体は、同じ木材容積における原木断面に比して、著しくより大きな負荷能力を有している。原材料木材は、最大限に利用される。

木材板は、板材、もしくは、それらの幅狭側において互いに結合されている構成木材から構成される。木構造内における、特に高い強度要求のために、これら板材、もしくは構成木材は、同様にこれらに幅広側でもって、互いに結合されている。実施例において、この目的のために、および意図をもって、木材をより良く利用するために、丸木材は、片側または両側で圧縮され、且つ、これらの部材が、特別に丈夫な木材板へと結合される。

実施例および図において詳細に示されているように、開いている、閉じられた、波形の成形体、またはそのような湾曲された母線を有する成形体が、製造され得る。もちろん、これら成形体の組合せによる形状多様性は、変形されていない構成木材と重なり合って、または協働で、更に向上される。

有利な実施形態において、板材、もしくは木材板は、変形する前に、付加的に、主平面に向けての方向において圧縮され、且つ、これによって、公知のように、これら板材、もしくは木材板の密度および硬さは増大される。

成形状態における最大に可能な曲げ半径は、圧縮度、および板厚さに依存する。

圧縮、または／および湾曲に対する準備作業のために、木材板、もしくは構成木材は、公知の熱湿潤剤、または／および化学物質でもって、柔軟にされ、もしくは可塑化される。

技術的なプロセスにおいて、簡単な方法で、殺真菌薬、耐火剤（Brandhemmern）、または樹脂でもっての、構成木材の浸透は、組み込まれる。

更に別の有利な実施形態は、成形体上に、形状賦与の後、単板（化粧板）、または工業用織物が、片側、または両側に付着される場合に与えられる。従って、製品は、視覚的に価値が引きあげられ、保護され、または補強され得る。

次に、実施例に基づいて、本発明を詳しく説明する。

図１において、本発明の方法が、ステップでもって図示されている。ステップａ）からｃ）までは、その際に、それぞれ１つの断面、即ち、ａ）が構成木材の断面、ｂ）が木材板の断面、および、ｃ）が成形体断面を示している。構成木材板、および、成形体の長手方向延長は、それぞれに、この構成木材の繊維長手方向に対して平行の状態にある。複数の構成木材は、このステップｂ）において、１つの木材板として配設される。陰影を付けて図示された２つの構成木材（中間材料）は、前もって、ステップａ）において、矢印の方向、即ち、この構成木材の繊維長手方向に対して横方向に、および木材板平面に対して平行に圧縮されている。この目的のために、１３０〜１６０℃の加圧温度が得られるまで、この構成木材は、先ず第一に加熱される。このことは、加圧機内における接触加熱装置によって、さもなければ、マイクロ波加熱装置によって行われる。その後、この構成木材は、５から３０ＭＰａまでの圧力でもって圧縮される。

横方向において圧縮される構成木材の圧縮度は、達成しようとされている変形に応じて、係数１と３との間で、自由に選択可能である。この圧縮の後、この構成木材は、木材構成要素、および結合部を、再び強固な状態に移行するために、型枠内において保持され、且つ、７０℃未満までに冷却される。この冷却は、合目的に、成形装置の外側で、得られた形状の維持のもとで行われる。

圧縮された構成木材は、木材板内において、交互に、圧縮されていない構成木材と共に接し合って並べられており、且つ、幅狭側において、互いに接着剤で固定されている。圧縮された、および圧縮されていない半製品の組合せに相応して、これら木材板は、中間製品として、成形体に対する諸断面要件に関して、寸法に適合して裁断され得る。

この方法の更なる実施のために、この木材板は、７０と２００℃との間の温度、および６％と繊維飽和状態（Fasersaettigung）との間の湿度までにされ、且つ、Ｕ字形の成形体へと成形装置内において成形される。成形状態は、中間材料内における圧縮された部分の伸びのもとで行われ、その際、外側に位置する層が、特に強度に伸長される。

図２において図示された、第２の実施形態の場合、構成木材は、これら構成木材の幅広側でもって、木材板内において配設されており、且つ互いに結合されている。全ての構成木材は、圧縮されている。この実施形態において、この圧縮は、この木材板が提示された矢印方向において、即ちこの木材板に対して平行に、および繊維方法に対して横方向に圧縮されていることによって実現されている。このような木材板は、有利には、管体の製造のために適している。この木材板の圧縮に引き続いて、即座に変形が可能であり、このことによって、木材の再度の加熱は行う必要がない。

図３による実施形態においては、ステップａ）のように、樹皮を剥がされた丸木材を出発点としている。この丸木材は、先ず第一に、ステップｂ）において、繊維方向に対して横方向に圧縮される。圧縮の後、この中間材料は、ステップｃ）のように、幹芯を分離された状態で切断される。このことによって、２つの中間材料が与えられる。これら圧縮された中間材料は、ここでステップｄ）のように、１つの木材板へと、図示に相応して、この木材板の上側面において最も高い圧縮度を、および下側面において最も低い圧縮度を有しているようにして、接着剤で固着される。成形状態において、この高い圧縮は、この木材板の上側面において、十分に後戻りされ、他方では、これとは反対に、この下側面が、ただ僅かの密度の変化だけを被る。このように圧縮された木材板は、有利には、支柱へと変形され得る。

図４による実施形態において、同様に、ステップａ）のように、樹皮を剥がされた丸木材を出発点としている。この丸木材は、ステップｂ）において、互いに直交して且つ繊維方向に対して横方向に位置する、２つの方向において圧縮される。この後、この圧縮された構成木材は、２つの中心断面、および２つの対角線断面を通って、８つの３角形の部材に切断される。これら部材は、その際に、ステップｃ）において見て取れるように、１つの木材板内において配設されている。これら部材の主圧縮方向が木材板平面に対して平行に位置することは留意される。この木材板から、例えば、波形の成形体が成形されている。

図５において、複数の可能な成形体が示されている。長円形から円形までの断面、並びに、角を丸くされた角部を備えた３角形または矩形の断面を有する、開いているまたは閉じられた木材成形体が、製造可能である。同様に、小さな、または大きな曲率半径を有する波形の成形体も、製造され得る。同様に、円錐形の成形体も示されている。この場合、曲げ半径は、長手方向軸線の経過と共に増大する。上側の断面において、最も小さな直径でもって始まる場合、内側に位置する細胞は、逓増してより強く伸長される。この原理によって製造された円錐台は、図６において図示されている。

図７において、同様に、成形体軸線に依存して、曲げ半径が変化している。中心において、内側に位置する細胞は、端面の近傍においてよりも、より強く伸長されている。この方法において、樽が製造される。

図８には、構成木材の、概略的に図示された細胞構造についての図が書いてある。この部分図ａ）は、圧縮されていない細胞構造を示している。圧縮の後、空隙は、部分図ｂ）の図により、強く低減されている。係数３までの圧縮度ほどの構成木材の圧縮が、この場合に可能である。円筒形の中空成形体を製造するための成形状態において、部分図ｃ）の図示によって、上側の領域は、本来の細胞構造に達するまで伸長される。
下側の領域は、ずっと圧縮されたままである。

方法を具体的に説明するための、色々な本発明による実施形態の図である。 方法を具体的に説明するための、色々な本発明による実施形態の図である。 方法を具体的に説明するための、色々な本発明による実施形態の図である。 方法を具体的に説明するための、色々な本発明による実施形態の図である。 色々な、本発明による成形体の図である。 色々な、本発明による成形体の図である。 色々な、本発明による成形体の図である。 細胞の幾何学的形状の変形を具体的に説明するための、概略図である。

Claims (10)

1. 丸木材または挽き木材から成る、木材板から成形される成形体を製造するための方法において、
   この木材板を構成する構成木材である丸木材または挽き木材の内の、少なくとも１つの構成木材が、全木材板長さにわたって、一次元的にこの木材板平面に対して平行に、木材繊維に対して横方向に圧縮され、且つ、
   これら構成木材が、互いに並列して配置され、および、この木材板へと結合され、その際、これら構成木材の繊維が互いに平行の状態にあり、
   この木材板が、これら圧縮された構成木材の内の少なくとも１つの構成木材の湾曲によって、成形体へと、変形され形状賦与され、その際、この木材板の湾曲が、一つまたは多数の軸線を中心にして行なわれ、且つ、この木材板に対するこれら軸線の投影が、基本的に、これら構成木材の内の少なくとも１つの構成木材の繊維方向と一致していることを特徴とする上記丸木材または挽き木材から成る、木材板から成形される成形体を製造するための方法。
2. 木材板は、圧縮された、および圧縮されていない構成木材から形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 丸木材は、１つの方向において圧縮され、圧縮方向および繊維方向へと分割され、且つ、
   半分体が互いに並列して、丸木材半分体の分割面が木材板の一方の側へと位置しているように、木材板内において配設され、且つ結合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 成形体は、形状賦与の後、片側、または両側に、単板、または工業用織物でもって被覆されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 構成木材、または木材板は、形状賦与の前、または後に、殺真菌性の、または／および、耐火性の薬剤、または／および樹脂でもって浸透されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 構成木材、または木材板は、圧縮及び／または湾曲の前に、熱湿潤的に、または、化学物質を用いて柔軟にされ、もしくは、可塑化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 成形体の形状は、形状賦与の後、永続的に固定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 請求項１から７のいずれか一つに記載の、丸木材または挽き木材から成る、木材板から成形される成形体を製造するための方法によって製造された、丸木材または挽き木材から成る、木材板から成形される成形体において、
   この成形体が、構成木材である少なくとも１つの丸木材または挽き木材から成る木材板から、湾曲され形状賦与されていること、
   この木材板が、ほぼ互いに平行に配設された構成木材からつなぎ合わされていること、
   この木材板の湾曲が、一つまたは多数の軸線を中心にして行なわれていること、
   この木材板に対するこれら軸線の投影が、基本的に、これら構成木材の内の少なくとも１つの構成木材の繊維方向と一致していること、
   且つ、これら構成木材の内の少なくとも１つの構成木材が、全木材板長さにわたって、一次元的に木材板平面に対して平行に、木材繊維方向に対して横方向に圧縮されていることを特徴とする、丸木材または挽き木材から成る、木材板から成形される成形体。
9. 木材板は、板材および構成木材、または構成木材から成り、これら板材、または構成木材の幅広側が、互いに結合されていることを特徴とする請求項８に記載の成形体。
10. 木材板は、板材および構成木材、または構成木材から成り、これら板材、または構成木材の幅狭側が、互いに結合されていることを特徴とする請求項８に記載の成形体。

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