JP3957452B2 - 木材の改質化方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、乾燥した板状の木材を曲げ加工ないしねじり加工するのに先立ってこれを可塑化させる等、木材の性状を改質化する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
板状の乾燥木材を曲げ加工ないしねじり加工するには、材料を十分に可塑化させた後、これを一定形状に変形保持した状態で乾燥させる。
木材を可塑化させる従来技術として、例えば特公平1−39881号公報には、乾燥した木材を密閉容器に入れて減圧下におき、その後当該密閉容器に水蒸気を充填して木材の導管内に選択的に水分を含浸させるとともに、加熱して当該木材を軟化膨潤状態とすることが提案されている。
例えば特公平2−60481号公報には、乾燥した木材を入れた密閉容器内を減圧した上で当該木材に水を接触させて当該木材の導管内に水を含浸させ、次いで前記木材を蒸気加熱して軟化膨潤状態とすることが提案されている。
また、特公平4−67486号公報には、木材にアルカリ金属の水酸化物の水溶液を含浸させ、所定時間放置したのち水洗し、酸で中和後再び水洗して、次ぎに水と相溶性のある高沸点の液体を木材内に含浸させることが提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
特公平1−39881号及び特公平2−60481号に開示された乾燥木材の可塑化方法によれば、水分を含んだ板状の木材を蒸気加熱するのであるが、蒸気加熱の際に木材は蒸煮状態に置かれ、木材を煮沸した場合と同様に後の工程で所定形状に変形保持した状態で乾燥(加熱乾燥)させると木材が収縮し、その収縮率はそれぞれ木材の状態によって異なるから、均質な曲げ加工木材を製造することができなかった。
また、特公平4−67486号公報に開示されたアルカリ処理された木材は、著しい可塑性を示す一方、変形状態で乾燥させる際に著しく収縮する。同公報では、この収縮を防ぐため木材を酸で中和しさらに水洗した後、水と相溶性のある高沸点の液体(ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールメタアクリレート、グリセリン、エチレングリコール等)を木材内に含浸させているが、なお十分に収縮を防ぐことはできなかった。またこの方法では、水洗が不十分な場合には成形後の木材が変色することがあった。
【0004】
本発明の目的は、木材の曲げ加工時又はねじり加工時に収縮や割れ,変色等がなく、均質に加工するとすることができるように木材を可塑化し、改質化する方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る木材の改質化方法は、前述の課題を解決するため以下のように構成したものである。
すなわち、請求項1に記載の木材の改質化方法は、加熱することなく木材の含水率を向上させる木材の改質化方法であって、乾燥した木材を入れた密閉容器内を60torr以下に減圧して1 時間以内の時間で保持する工程と、減圧状態の前記密閉容器内で木材を水に浸漬して2〜4時間保持する工程と、前記木材を水に浸漬した状態で前記密閉容器内を4〜7kgf/cm 2 の圧力にして9〜14時間保持する工程と、を含むことを特徴としている。
【0006】
請求項2に記載の木材の改質化方法は、請求項1の木材の改質化方法において、前記水が弱酸性水であることを特徴としている。
【0007】
請求項3に記載の木材の改質化方法は、加熱することなく木材の含水率を向上させる木材の改質化方法であって、乾燥した木材を入れた密閉容器内を60torr以下に減圧して1 時間以内の時間で保持する工程と、減圧状態の前記密閉容器内へアルカリ金属の水酸化物の水溶液を供給し、前記木材を当該水溶液に浸漬させて2〜4時間保持する工程と、前記木材を前記水溶液に浸漬した状態で前記密閉容器内を4〜7kgf / cm 2 の圧力にして9〜14時間保持する工程と、前記木材を所定時間水に浸漬して前記水溶液を水と置換させる工程と、を含むことを特徴としている。
請求項4に記載の木材の改質化方法は、加熱することなく木材の含水率を向上させる木材の改質化方法であって、乾燥した木材を入れた密閉容器内を60torr以下に減圧して 1 時間以内の時間で保持する工程と、減圧状態の前記密閉容器内で木材を、所定の薬剤を溶解させた水に浸漬して2〜4時間保持する工程と、前記木材を水に浸漬した状態で前記密閉容器内を4〜7kgf/cm 2 の圧力にして9〜14時間保持する工程と、を含むことを特徴としている。
請求項5に記載の木材の改質化方法は、請求項4に記載の木材の改質化方法において、前記薬剤が、難燃剤であることを特徴としている。
請求項6に記載の木材の改質化方法は、請求項4に記載の木材の改質化方法において、前記薬剤が、防腐剤であることを特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、本発明に係る木材の改質化方法及び改質化装置の好適な実施形態を説明する。
図1は以下の実施形態で使用される密閉容器とその付属設備を示す概略断面図、図2は可塑化木材を変形保持した状態の一例を示す正面図、図3は可塑化木材を変形保持した状態の他の例を示す正面図である。
【0009】
第1実施形態
乾燥した板状の木材1を入れた密閉容器2内は、真空ポンプ3を作動させて減圧され、この減圧状態は所定時間保持される。密閉容器2内には棚又はトレイ20が設置され、木材1は減圧開始前に前記棚又はトレイ20上に供給される。
木材1には通常5〜15wt%の含水率のものが使用され、その厚みは15mm以下であるのが好ましい。
密閉容器2内の好ましい真空度や減圧下での保持時間は、木材1の種類や状態によって異なるが、要は木材1内のガスが脱気されればよいので、60torr(≒7999Pa、1torr≒133.322Paで換算)以下、保持時間1時間以内を一応の目安とし、木材1の種類や状態に応じて適宜決定する。
木材1はこのように減圧下で所定時間保持される間、内部のガスが脱気され、後工程で水が効率よく吸収される。
【0010】
次いで、減圧状態の密閉容器2内には給水配管5より水4が供給され、木材1を水4に浸漬した状態で所定時間保持する。水4は木材1が蒸気加熱されない(蒸煮の状態にならない)程度の温度以下(50℃以下)の温水であるのが好ましく、また、水4には防腐剤や難燃剤等の薬剤を溶解させることができる。
給水配管5には図示しない給水タンクが接続されているとともに、バルブ50が取り付けられている。
木材1を減圧下で水4に浸漬して保持する時間は、木材1の樹種や厚み及び密閉容器2内の真空度等により異なるが、概ね2〜4時間程度とし、水の浸透性の悪い木質の材料であればこの範囲で浸漬時間を長くし、水の浸透性の良い木質の材料であれば、浸漬時間を短くするように加減する。
木材1を減圧下で水に浸漬し、この状態を所定時間保持することにより、木材1の組織中に水を効率的に浸透させる。
【0011】
さらに、密閉容器2へ接続された加圧配管6のバルブ60を操作し、木材1を水に浸漬した状態で加圧配管6の図示しないコンプレッサにより密閉容器2内を高圧にして所定時間保持し、木材1の組織中への水の浸透を一層促進させ、当該木材を軟化膨潤状態にする。
密閉容器2内の設定圧力や保持時間は木材2の樹種や厚みにより異なるが、木質や水の浸透性の良否等により、室内圧力4〜7kgf/cm2 (≒392〜686kPa、1kgf/cm2 ≒98kPaで換算)、保持時間9〜14時間程度の範囲内で加減調整する。保持時間が9時間未満であると木材の膨潤化が不十分になり易く、14時間を超える時間は膨潤化に寄与することが少なく無駄になる。
前記工程により木材1の可塑化の工程は終了する。
【0012】
前述の工程の後、排水配管5aのバルブ51を操作し、当該排水配管5aを通じて密閉容器2内の水を給水配管5中の給水タンクへ還流させる。
その後、密閉容器2から排気して当該密閉容器2内を大気圧(常圧)に戻し、木材1を取り出し、図2で示すような成形型7に挟んで固定した状態で図示しない乾燥室に供給し、この状態で当該木材1を乾燥させる。乾燥工程では熱風乾燥するのが効率的である。
乾燥後木材1を成形型7から外し、必要な表面加工を行って製品とする。可塑化した木材1をねじれ状に曲げ加工するには、例えば図3のように一対の成形治具8,8により木材1の両端を挟んでねじり、この状態で乾燥室に供給して乾燥させる。
【0013】
前記実施形態の木材の改質化方法によれば、乾燥した板状の木材1を減圧下で所定時間保持することにより木質内から脱気し、当該木材1を減圧下で水に浸漬して所定時間保持することにより脱気後の木質内へ水を浸透させ、さらに水への浸漬下で加圧し、この状態を所定時間保持するので木材1が十分な軟化膨潤状態になり、収縮や割れ,変色等がなく円滑かつ均質に曲げ加工ないしねじり加工することができる可塑性のある木材へと改質化できる。
なお、水4に防腐剤や難燃剤等の薬剤を溶解させた場合は、可塑化の過程で、防腐性、難燃性の高い木材へと改質化される。
【0014】
第2実施形態
多くの針葉樹材は第1実施形態の改質化方法で処理することにより、当該木材を収縮や割れ,変色等がなく円滑かつ均質に曲げ加工ないしねじり加工することができる状態に可塑化することができる。
しかし、例えばカラマツやベイマツ等のように水の浸透性がややわるい木材を対象とする場合には、前記水には微量(1〜2wt%)の酢酸等(木になじみ易い木酢液等を使用するのが好ましい。)を加えた弱酸性水を用いるとより円滑に曲げないしねじり加工することができる可塑性のある木材へと改質化することができる。
この実施形態の改質化方法における他の構成や作用・効果は、第1実施形態の場合と同様であるのでそれらの説明は省略する。
【0015】
第3実施形態
水によっては可塑化し難い広葉樹材を対象とする場合には、第1実施形態における水に代えてアルカリ金属の水酸化物の水溶液を使用する。
すなわち先ず、乾燥した板状の木材1を入れた密閉容器2内を減圧して所定時間保持する。気密容器2内の真空度とその保持時間については、第1実施形態の場合とほぼ同様な基準により決定される。
【0016】
次ぎに、減圧状態の前記密閉容器2内へアルカリ金属の水酸化物の水溶液を供給し、木材1を当該水溶液に浸漬して所定時間保持する。保持時間の目安については、第1実施形態の場合とほぼ同様である。
アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウム(NaOH)や水酸化カリウム(KOH)が好ましく使用される。これらのアルカリ金属の水酸化物の5〜20%(wt%)水溶液を調製し、これを減圧状態の密閉容器2へ供給する。
減圧下で木材1をアルカリ金属の水酸化物の水溶液(以下単に「アルカリ水溶液」という。)へ所定時間浸漬することにより、当該水溶液を木材1へ含浸させる。
【0017】
さらに、木材1をアルカリ水溶液に浸漬した状態で密閉容器2内を高圧にして所定時間保持する。密閉容器2内の設定圧力や保持時間は、第1実施形態の方法の場合とほぼ同様な基準で設定される。
密閉容器2内を高圧にして所定時間保持することにより、アルカリ水溶液を木材1の組織内へできるだけ短時間で浸透させ、その可塑化を促進させる。
【0018】
次いで、密閉容器2内から前記水溶液を排出し、当該密閉容器2内を常圧まで減圧した後、当該密閉容器2から木材1を取り出し、これを所定時間水(温水を含む)に浸漬する。
浸漬時間はアルカリ水溶液が水とほぼ完全に置換されるまでの時間であり、木材1の樹種や厚みにより異なるが、通常1〜3時間の範囲内で設定する。
【0019】
以上で木材1の可塑化処理を終了するが、アルカリ水溶液が木材1の組織内へ浸透して木材1が可塑化した後、アルカリ水溶液が水と置換されても木材1に付与された可塑性は維持される。
その後は第1実施形態の場合と同様な要領により、木材1を曲げ加工又はねじり加工する。
【0020】
第3実施形態の改質化方法によれば、木材1へアルカリ水溶液が十分に浸透することによって好ましく可塑化され、この可塑性はアルカリ水溶液が水と置換されても失われないので、木材を割れがなく円滑かつ均質に曲げ加工又はねじり加工することができる可塑性のある木材へと改質化できる。
木材に含浸したアルカリが水と置換されているので、曲げ加工又はねじり加工の際に収縮することはなく、また変色することもない。
【0021】
実施例−1
密閉容器内に板厚6mm,含水率約10%のヒノキ板からなる木材10枚を投入し、密閉容器内を20torrに減圧し、1時間経過後、密閉容器内に水(室温)を供給して木材を水に浸漬し、3時間放置した。
その後、密閉容器内を4kgf/cm2 まで加圧して12時間放置した後、密閉容器内の水を排出し、密閉容器内を常圧に戻し、木材を取り出して図2のような成形型7に挟んで固定した状態で、加熱乾燥させた。
その結果、各木材をそれぞれ曲率半径40mmで図2のような波形に曲げ加工することができた。各木材の収縮はなく、均一な形状及びサイズに加工することができ、それらの変色は認められなかった。
【0022】
実施例−2
密閉容器内に板厚5mm,含水率約10%のカラマツの板からなる木材10枚を投入し、密閉容器内を15torrに減圧し、1時間経過後、密閉容器内に木酢液の2%水溶液を供給して木材を当該水溶液に浸漬し、3時間放置した。
その後、密閉容器内を5kgf/cm2 まで加圧して12時間放置した後、密閉容器内の水溶液を排出し、密閉容器内を常圧に戻し、木材を取り出して図2のような成形型7に挟んで固定した状態で、加熱乾燥させた。
その結果、各木材をそれぞれ曲率半径60mmで図2のような波形に曲げ加工することができた。各木材の収縮はなく、均一な形状及びサイズに加工することができ、それらの変色は認められなかった。
【0023】
実施例−3
密閉容器内に板厚5mm,含水率約10%のシナノキの板からなる木材10枚を投入し、密閉容器内を10torrに減圧し、1時間経過後、密閉容器内に水酸化ナトリウムの15%水溶液を供給して木材を当該水溶液に浸漬し、2.5時間放置した。
その後、密閉室内を5kgf/cm2 まで加圧して10時間放置した後、密閉容器内を常圧に戻し、木材を取り出して水に浸漬し2時間放置し、その後図2のような成形型7に挟んで固定した状態で、加熱乾燥させた。
その結果、各木材をそれぞれ曲率半径30mmで図2のような波形に曲げ加工することができた。各木材の収縮はなく、均一な形状及びサイズに加工することができ、それらの変色は認められなかった。
【0024】
【発明の効果】
請求項1の発明に係る木材の改質化方法によれば、乾燥した板状の木材を減圧下で所定時間保持することにより木質内から脱気し、当該木材を減圧下で水に浸漬して所定時間保持することにより脱気後の木質内へ水を浸透させ、さらに水への浸漬下で加圧し、この状態を所定時間保持するので、木材の組織内に水が十分に含浸して木材が十分な軟化膨潤状態になり、収縮や割れ,変色等がなく円滑かつ均質に木材を曲げ加工ないしねじり加工することができる。
【0025】
請求項2の発明に係る木材の改質化方法によれば、請求項1の発明に係る木材の改質化方法において、水に弱酸性水を用いるので、水がやや浸透し難い樹種であっても水を十分に含浸させることができる。これにより、木材の可塑化が促進され、収縮させることなくより円滑に曲げ加工ないしねじり加工することができる。
【0026】
請求項3の発明に係る木材の改質化方法によれば、減圧下における木材のアルカリ水溶液への浸漬と、高圧下における木材のアルカリ水溶液への浸漬とにより木材組織内への含浸が促進されて十分に可塑化し、その後の水への浸漬によりアルカリが水と置換される。このアルカリと水との置換によっても木材の可塑性は失われないので、木材を割れがなく円滑かつ均質に曲げ加工又はねじり加工することができる。
また、木材中のアルカリが水と置換されているので、曲げ加工又はねじり加工の際に収縮することはなく、また変色することもない。
請求項4の発明に係る木材の改質化方法によれば、薬剤が木材の組織内に十分に入り込み、薬剤の有する性状を備えた木材へと改質化することができる。
請求項5の発明に係る木材の改質化方法によれば、難燃剤が木材の組織内に十分に入り込み、燃えにくい木材へと改質化することができる。
請求項6の発明に係る木材の改質化方法によれば、防腐剤が木材の組織内に十分に入り込み、腐食しにくい木材へと改質化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施するための設備である密閉容器とその付属設備を示す概略断面図である。
【図2】可塑化木材を変形保持した状態の一例を示す正面図である。
【図3】可塑化木材を変形保持した状態の他の例を示す正面図である。
【符号の説明】
1 木材
2 密閉容器
20 棚又はトレイ
3 真空ポンプ
4 水
5 給水配管
50 バルブ
5a 排水配管
51 バルブ
6 加圧配管
60 バルブ
7 成形型
8 成形治具
Claims (6)
- 加熱することなく木材の含水率を向上させる木材の改質化方法であって、
乾燥した木材を入れた密閉容器内を60torr以下に減圧して1 時間以内の時間で保持する工程と、
減圧状態の前記密閉容器内で木材を水に浸漬して2〜4時間保持する工程と、
前記木材を水に浸漬した状態で前記密閉容器内を4〜7kgf/cm 2 の圧力にして9〜14時間保持する工程と、
を含むことを特徴とする木材の改質化方法。 - 前記水は弱酸性水であることを特徴とする、請求項1に記載の木材の改質化方法。
- 加熱することなく木材の含水率を向上させる木材の改質化方法であって、
乾燥した木材を入れた密閉容器内を60torr以下に減圧して1 時間以内の時間で保持する工程と、
減圧状態の前記密閉容器内へアルカリ金属の水酸化物の水溶液を供給し、前記木材を当該水溶液に浸漬させて2〜4時間保持する工程と、
前記木材を前記水溶液に浸漬した状態で前記密閉容器内を4〜7kgf / cm 2 の圧力にして9〜14時間保持する工程と、
前記木材を所定時間水に浸漬して前記水溶液を水と置換させる工程と、を含むことを特徴とする木材の改質化方法。 - 加熱することなく木材の含水率を向上させる木材の改質化方法であって、
乾燥した木材を入れた密閉容器内を60torr以下に減圧して 1 時間以内の時間で保持する工程と、
減圧状態の前記密閉容器内で木材を、所定の薬剤を溶解させた水に浸漬して2〜4時間保持する工程と、
前記木材を水に浸漬した状態で前記密閉容器内を4〜7kgf/cm 2 の圧力にして9〜14時間保持する工程と、
を含むことを特徴とする木材の改質化方法。 - 前記薬剤は、難燃剤であることを特徴とする請求項4に記載の木材の改質化方法。
- 前記薬剤は、防腐剤であることを特徴とする請求項4に記載の木材の改質化方法。
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