JP4598578B2 - 圧縮木材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮木材の製造方法に関する。

従来、高温高圧水蒸気の雰囲気中にて軟化させた状態で木材を圧縮成形する圧縮木材の製造方法が知られている。
例えば、特許文献１には、木材を木質繊維方向に直交する方向に圧縮してから、木質繊維方向に沿う方向に切断した板目の板材をブランク部材として切り出し、そのブランク部材を高圧容器内で１００〜１２０℃の水蒸気を充填し、約１時間経過させて軟化させ、プレス機で圧縮する木質材の三次元加工方法が記載されている。

しかしながら、上記のような従来の圧縮木材の製造方法には以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、高圧容器内でブランク部材を１００〜１２０℃の水蒸気に約１時間曝すので、水蒸気が木材に浸透することにより木材が温度上昇するとともに、木材内部に高温の水分が浸潤される。そのため、木材内部の樹液成分が水分中に溶けだしたり、空中に揮発したりする。そして圧縮していくと木質繊維間の空隙が縮小することにより、木材内部に浸潤した水分とともに樹液成分が外部に流出する。その結果、圧縮木材に加工することによりブランク部材に含まれていた樹液成分が失われたり減少したりするという問題がある。
木材の樹液成分には、木材の種類に応じた香りなどのほかに、抗菌性や防虫性などを有する種々の有用な精油成分などが含まれている。そのため、圧縮されることによりそのような樹液成分が失われたり減少したりすると、そのような樹液成分に応じた木材の特質が損なわれるという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、圧縮成形しても、樹液成分に由来する木材の特質が損なわれることを防止することができる圧縮木材の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、木材を高温高圧水蒸気の雰囲気中にて軟化させた状態で、前記木材の圧縮成形を行う圧縮木材の製造方法であって、
前記圧縮成形を行うときに、少なくとも前記木材に含まれるのと同じ樹液成分を含む補充剤が前記高温高圧水蒸気中に添加されている方法とする。
この発明によれば、高温高圧水蒸気の雰囲気中にて圧縮されることにより木材から失われたり減少したりする成分を、少なくとも木材に含まれるのと同じ樹液成分を含む補充剤により補充しつつ圧縮成形することができるので、成形された圧縮木材に含まれる樹液成分などの成分量を調整することが可能となる。したがって、木材に本来含まれている樹液成分などの量を、例えば圧縮前と同等に保ったり、増量したりすることができる。
また、補充剤を高温高圧水蒸気中に添加するので、高温高圧水蒸気が浸透する範囲に補充剤の成分を効率的に浸透させることができる。そのため、高温高圧水蒸気により流出する樹液成分と浸透する補充剤内の樹液成分とが平衡し、木材内部からの樹液成分の流出量を低減することができる。

本明細書で、高温高圧水蒸気の高温高圧とは、１００℃より高い温度およびそのような状態が可能な高圧を意味する。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の圧縮木材の製造方法において、前記補充剤に含まれる前記樹液成分が、前記木材と同種類の木材から抽出されてなる方法とする。
この発明によれば、圧縮する木材と同種類の木材から抽出された樹液成分を補充剤に含むようにするので、木材に含まれていた樹液成分の構成を容易に再現することができる。そのため、木材の種類に応じた木材の特質を容易に再現することができる。

ここで、同種類の木材とは、少なくとも生物分類上の同じ種に属することを意味する。ただし、必要に応じて、例えば、産地、生育環境、伐採時期などの条件が共通するような、より狭い範囲の同種類としてもよい。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の圧縮木材の製造方法において、前記樹液成分は、前記同種類の木材を圧縮成形する際に搾取された凝縮液から抽出されてなる方法とする。
この発明によれば、同種類の木材を圧縮成形する際に搾取された凝縮液から樹液成分を抽出するので、圧縮成形を行う木材に最も近い樹液成分を抽出することができる。そのため、圧縮前の木材の特質に最も近い特質を示す樹液成分を含有させることが可能となる。
なお、この樹液成分は、前もって同種類の別のブランク木材から抽出しておいたものを用いる。
ただし、圧縮成形を複数回に分けて行う場合には、１回目の圧縮工程でブランク木材から抽出された樹液成分を、同一のブランク木材の２回目以降の圧縮成形に利用することも可能である。また、圧縮成形を１回で行う場合でも、圧縮工程中に凝縮液を回収、樹液成分の抽出を併行して行い、高温高圧水蒸気中に添加することにより循環させてもよい。これらの場合、同種類の木材とは同一木材に他ならない。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮木材の製造方法において、前記添加される補充剤に含まれる前記樹液成分の量を変えることにより、圧縮木材に残留する樹液成分の構成比を可変できるようにした方法とする。
この発明によれば、圧縮木材に残留する樹液成分の構成比を可変できるようにするので、樹液成分に応じた木材の特質、特性を可変することができる。

本発明の圧縮木材の製造方法によれば、圧縮成形された圧縮木材に含まれる樹液成分などの成分を調整することが可能となり、木材に本来含まれている樹液成分などの量を制御することができるので、圧縮成形しても、樹液成分に由来する木材の特質を保持したり強調したりすることができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る圧縮木材の製造方法により製造される圧縮木材について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る圧縮木材について説明するための斜視説明図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

本実施形態の圧縮木材は、比較的薄肉で略一定の肉厚で形成された３次元形状を有する高強度の構造体である。そして、例えば一方に開口を有する函、筐体、容器、板状またはシェル状のカバー、外装体などに好適に用いることができるものである。
３次元形状は、一方向に沿って断面形状が変化する板状またはシェル状の３次元形状であれば、どのような形状であってもよいが、以下では、簡単のため図１に示すような函状の木材成形品１（圧縮木材）を例にとって説明する。

木材成形品１は、平面視矩形状の底部１ａの周辺から垂直方向に対してわずかに斜め外側に４つの側面部１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅが延ばされ、上方に略矩形状の上側開口部１ｆを有する函状の構造体であり、木材を圧縮成形して製造された部材である。本実施形態では、側面部１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅの端部には、略同一平面に整列した開口側端部１ｇが形成されている。以下、上側開口部１ｆの内側の範囲の凹部を内表面１Ａ、内面の裏面側を外表面１Ｂと称する（図２参照）。
木質繊維は、側部１ｂ、１ｄに平行な方向に延びている。

底部１ａ、側面部１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅは、それぞれの板厚が異なっていてもよいが、本実施形態では、一定厚さｔである。また、木材成形品１の底部１ａから上側開口部１ｆまでの高さはＨである。ここで、Ｈ＞ｔである。具体的な寸法の例としては、例えば、ｔ＝１．６ｍｍ、Ｈ＝８ｍｍといった寸法である。この場合には、高さＨは厚さｔの５倍であり、函形状の深さとしては厚さｔの４倍となる。つまり、木材成形品１の肉厚は、函の高さ、深さに比べて薄肉となっている。

木材成形品１の木材の種類は特に限定されない。例えば、ヒノキ、ヒバ、桐、チーク、マホガニー、杉、松、桜、竹などを好適に採用することができる。ただし、木材成形品１は、圧縮前の母材が有する木材の特質のうち、木材の樹液成分に由来する特質が圧縮前より劣化しないように製造される。
木材は、木質繊維の空隙に水分や樹液成分を含んでおり、それにより木材の種類に応じた種々の特質、例えば色、香り、抗菌性、防虫性などを備えるものである。

例えば、ヒノキは、独特の香りを持つ木材として知られているが、その香りの原因は、材内に樹液成分として含まれる種々の精油成分であり、これらの精油成分は抗菌作用を有している。このため、ヒノキは耐久性の高い優れた建築用木材として古来用いられている。
抗菌性を有する他の木材として、例えば、ヒバ、ネズコ、タイヒ（タイワンヒノキの通称）、ユーカリなどを挙げることができる。

抗菌性を有する精油成分は、多岐にわたるが、例えば、ヒノキの場合、例えばカンフェン、αーピネンなどのモノテルペン、また例えばカジノール、ヒノキオールなどのセスキテルペンなどを含んでおり、これらテルペン類の相乗作用により抗菌作用を有すると言われている。
また、ヒバの場合、ツヨプセン、セスキテルペン、ヒノキチオール、βドラブリンなどを含んでおり、このうちヒノキチオールとβドラブリンとにより強力な抗菌性をもたらすと言われている。
これらヒノキ、ヒバは、特に、種々の古建築物などにおいて十分耐食性を有することが確認されており、非常に優れた抗菌作用を有することが知られている。
また、防虫作用（特定の昆虫を近寄らせない作用）と抗菌作用とは異なる作用であるが、一般に防虫作用を有する木材は、何らかの抗菌作用を有する場合が多い。

このような木材の樹液成分に由来する木材の特質は、それらの成分の量に依存している。そのため、圧縮成形を行う場合に、高温高圧水蒸気で母材を軟化させる従来の製造方法では、圧縮過程において樹液成分が高温高圧水蒸気とともに流出されることにより圧縮前よりも減少し、その分だけ木材の特質が失われていた。

本発明の実施形態に係る圧縮木材の製造方法では、木材成形品１を、補充剤を添加しつつ圧縮成形することにより木材の特質が劣化しないようにしている。なお、以下では、木材成形品１の材質がヒノキの場合を例にとって説明する。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施形態に係る圧縮木材の製造方法について説明するための、図１のＡ−Ａ線に沿う断面視の模式的な工程説明図である。
木材成形品１の製造方法は、ブランク製造工程、圧縮成形工程、および整形工程からなる。

ブランク製造工程は、未圧縮の母材からブランク部材としてブランク平板５（木材）を切り出す工程である。
ブランク平板５は、木材成形品１の展開形状よりやや大きい略矩形状に切り出された厚さＴの平板である。木質繊維の方向は、板厚方向と略直交方向に延びるようにとる。
厚さＴは、例えば、Ｔ＝３・ｔのような厚さを採用することができる。

圧縮成形工程は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、コア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂを用いてブランク平板５を、補充剤２を添加しつつ圧縮成形し、成形部材２０を形成する工程である。
コア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂには、それぞれ木材成形品１を成形するために３次元形状を転写するための形状に加工された金型面３０ａ、金型面３０ｂが形成されている。
そして、コア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂは、内部の雰囲気を高温高圧に保持するための圧力容器３１内に納められている。
そして、ブランク平板５がコア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂとの間にセットされる。

圧力容器３１には、蒸気射出口３７と排液口４０とが設けられている。
蒸気射出口３７は、蒸気供給管３６により蒸気発生器３２と接続されており、蒸気発生器３２が発生する高温高圧水蒸気４をコア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂで挟まれる空間内に噴射するためのものである。
蒸気発生器３２は、給水管３４から供給される水３と、補充剤供給管３５から供給される補充剤２とを混合し、それらの混合液から高温高圧水蒸気４を形成し、蒸気射出口３７を通して噴射するものである。

補充剤２は、圧縮成形中にブランク平板５に添加して、ブランク平板５から失われやすい成分を補なったり補強したりするためのものであり、少なくともブランク平板５と同じ種類の木材の樹液成分を含むものである。
例えば、ヒノキの抗菌作用を補ったり補強したりするには、ヒノキに含まれるカンフェン、αーピネンなどのモノテルペン、あるいはカジノール、ヒノキオールなどのセスキテルペンなどのテルペン類を含むようにする。
このような樹液成分は、それが関係する木材の特質によっては、単に生物分類上の同じ種に属する木材（同種類の木材）から適宜手段により抽出することができる。
一方、例えば木材の産地、生育環境、生育状態などの違いにより左右されることが多い木材の特質に関しては、同種類の木材として、同産地、同環境、同時期の伐採材などから抽出することが好ましい。特にブランク平板５から失われる樹液成分そのものを補うためには、ブランク平板５を切り出した母材から抽出することが好ましい。
また、可能であれば、樹液成分を抽出する木材を、木材チップ、端材、間伐材、廃材などから抽出すると経済的であり、環境保護上も好ましい。
抽出方法は、抽出する成分の特性に応じて適宜の手段を採用することができる。例えば、溶出、圧搾、遠心分離、乾留などの手段を採用することができる。

排液口４０は、蒸気射出口３７を通してブランク平板５に噴射された補充剤２を含む高温高圧水蒸気４が凝縮した凝縮液６を回収して圧力容器３１の外部に排出するものであり、排液回収管３９により排液処理器３３と接続されている。

排液処理器３３は、圧力容器３１内の凝縮液６を排液口４０から吸引し、例えば濾過フィルタなどを通してゴミなどを除去し、必要に応じて凝縮液６の成分を濃縮したり分別したりするための機構である。そして、ブランク平板５に吸収されなかった余剰の補充剤２やブランク平板５から新たに流出した樹液成分などを回収し、処理液７として処理液排出管３８に排出できるようになっている。
凝縮液６の分別手段は、例えば、不要な水分を蒸発させて濃縮したり、溶解していない成分については比重差などにより分別したりする手段が挙げられる。
処理液排出管３８から取り出された処理液７は、補充剤２として再利用することができる。

圧縮成形工程では、まず、図３（ａ）に示すように、ブランク平板５を、コア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂとの間にセットする。そして、コア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂの少なくとも一方を一方向にスライドし、ブランク平板５を図示上下方向に圧縮して肉厚ｔとなるようにする（図３（ｂ）参照）。
このとき、ブランク平板５を軟化させるために、高温高圧水蒸気４を噴射しつつ圧縮を行う。
高温高圧水蒸気４は、蒸気発生器３２において、給水管３４から供給される水３と、補充剤供給管３５から供給される補充剤２とを混合して、例えば、１８０℃〜２００℃程度とされた、補充剤２を含む水蒸気として形成する。そして、蒸気射出口３７を通してコア金型３０Ａとキャビティ金型３０Ｂとの間のブランク平板５に向けて噴射する。
その際、コア金型３０Ａ、キャビティ金型３０Ｂも同等の温度に加温することが好ましい。

この間、ブランク平板５は、補充剤２を含む高温高圧水蒸気４により軟化されるとともに、圧縮の進行とともに材内の樹液成分などが流出するが、順次噴射される高温高圧水蒸気４中に流出する樹液成分を含んでいるので、補充剤２の成分、濃度を調整することにより、樹液成分などの浸透と流出とを適宜のレベルで平衡させることができる。すなわち、流出量と新たな浸透量を同等とすることもできるし、浸透量が相対的に流出量を上回るようにすることもできる。

このようにして、厚さｔの状態までスライドしてから、金型面の形状が転写され、固定されるまで、型締めを保持する（図３（ｂ）参照）。このまま所定時間、型締めを保持し、水分を乾燥させてから、脱型する。
このようにして、図３（ｃ）に示す成形部材２０が得られる。

整形工程は、成形部材２０の開口側の端部である切除整形部２０ａを切削加工により切除して木材成形品１の開口側端部１ｇを形成する工程である。
すなわち、成形部材２０を、例えばフライス盤などにセットし、外表面１Ｂからの高さＨ以上の範囲に延びる切除整形部２０ａを切削加工により切除する。
このようにして、図１に示すような木材成形品１が形成される。

次に、本実施形態の圧縮木材の製造方法およびそれにより製造された木材成形品１の作用について説明する。
木材成形品１によれば、従来の圧縮木材の製造方法では失われてしまう樹液成分などを圧縮成形工程において補充剤２として添加するので、樹液成分などに由来する木材の特質が圧縮後であっても損なわれないようにすることができる。
例えば、木材成形品１がヒノキである場合に、ヒノキに含まれる抗菌作用を有する精油成分を補充剤２として添加するので、圧縮成形されても抗菌作用が損なわれないようにすることができる。したがって、工業製品として必要な強度を備えつつ、自然素材に由来する抗菌性を有する部材、例えば、函、筐体、容器、カバー、外装体などが得られる。

また、本実施形態では、補充剤２を高温高圧水蒸気４の噴射とともに添加するので、補充剤２を高温高圧水蒸気４の噴射の前後に添加する場合に比べて、木材の内部まで効率よく添加することができるという利点がある。

次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
本変形例では、処理液排出管３８から回収した処理液７を補充剤供給管３５に戻すことにより、補充剤２およびブランク平板５に含まれていた樹液成分を循環利用するようにする。
このようにすれば、ブランク平板５に含まれる樹液成分をブランク平板５の圧縮成形工程で再利用できるので、ブランク平板５の圧縮前の樹液成分の構成比に近い樹液成分を木材成形品１中に残すことができるという利点がある。

本変形例を実施する場合、圧縮成形工程に要する時間は、排液処理器３３による処理時間に比べて十分長いことが好ましい。

次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
本変形例では、圧縮成形工程が、ブランク平板５を、例えば、１次圧縮、２次圧縮などのように複数回に分けて圧縮することにより、最終的に成形部材２０を形成する場合であって、先行する圧縮成形工程により排液処理器３３により回収された樹液成分などを含む凝縮液６を、後続の圧縮成形工程で再利用するようにする。
このようにすれば、排液処理器３３による処理時間が比較的長い場合であっても、複数の圧縮成形工程の間で処理することができるので、より効率のよい処理を行うことができる。例えば、時間をかけて、不純物を除去したり、処理後の処理液７中の樹液成分の構成比を計測したり、濃縮度合を調整したり、といった処理を行うことにより、次の圧縮成形工程で再利用する凝縮液６の構成比などを最適化することができる。

なお、上記の説明では、圧縮木材として、３次元形状を有する薄肉の木材成形品の場合の例で説明した。このような形状を有する場合、体積に比して表面積が大きいので圧縮過程で樹液成分が失われやすいから、本発明が特に好適な例となっているが、木材を高温高圧水蒸気で軟化させて圧縮する製造方法であれば、圧縮木材の形状はこれに限定されるものではない。例えば、板材、角材などの圧縮木材であってもよい。
また、木材は、ムクの木材だけではなく、廃材チップや木粉等を集めて固めた圧縮加工材料のような木質材を使用することも可能である。

また、上記の説明では、補充剤を高温高圧水蒸気に混合して添加する場合で説明したが、高温高圧水蒸気を噴射する際に添加すれば、流出を補うように添加することができるので、高温高圧水蒸気に混合しなくてもよい。例えば、補充剤のみを別の供給機構により供給できるようにし、高温高圧水蒸気と並行して供給してもよい。また金型に補充剤の供給口を設けておき、圧縮成形工程中に高温高圧水蒸気とは別に供給するようにしてもよい。
また、補充液を含む高温高圧水蒸気をブランク平板に向けて噴射したが、これに限らず、圧力容器内の任意の空間に噴射することにより、圧力容器内が補充剤を含む高温高圧水蒸気雰囲気になっていればよい。

また、上記の説明では、ブランク部材として、平板状のブランク平板５を用いる場合で説明したが、例えば、より深い３次元形状やより複雑な３次元形状を効率的に成形するために、ブランク部材として金型面に略沿う３次元形状とし、厚さ方向に圧縮代を設けた部材を用いてもよい。

また、上記の説明では、補充剤は、同じ種類の木材から抽出する場合で説明したが、具体的な樹液成分の化学組成が特定されている場合には、対応する薬剤を加えてもよい。また、可能ならば、そのような薬剤だけで補充剤を構成してもよい。

また、上記の説明では、補充剤は、木材から失われやすい樹液成分などを補ったり補強したりするものとして説明したが、木材の特質に係る成分は必要に応じて添加することができる。
例えば、高温高圧水蒸気により失われない成分であっても、必要に応じて配合してもよいし、もともと含まれるよりも多い比率で配合してもよい。また、失われる成分であっても必要がなければ、配合しなくてもよい。また、凝縮液から抽出して補充剤を形成する場合に、不要な成分、例えば臭い成分などを除去するようにしてもよい。
このようにすれば、少なくとも樹液成分を含むので、木材の特質が失われず、必要に応じて木材の特質を強調したり、抑制したりすることができる。したがって、用途に合わせた木材の特質を備える圧縮木材を容易に製造することができるという利点がある。

本発明の実施形態に係る圧縮木材について説明するための斜視説明図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態に係る圧縮木材の製造方法について説明するための、図１のＡ−Ａ線に沿う断面視の模式的な工程説明図である

符号の説明

１ 木材成形品（圧縮木材）
２ 補充剤
４ 高温高圧水蒸気
５ ブランク平板（木材）
６ 凝縮液
７ 処理液
２０ 成形部材
３０Ａ コア金型（金型）
３０Ｂ キャビティ金型（金型）
３１ 圧力容器
３２ 蒸気発生器
３３ 排液処理器
３５ 補充剤供給管
３６ 蒸気供給管
３７ 蒸気射出口
３８ 処理液排出管
３９ 排液回収管
４０ 排液口

Claims (4)

1. 木材を高温高圧水蒸気の雰囲気中にて軟化させた状態で、前記木材の圧縮成形を行う圧縮木材の製造方法であって、
   前記圧縮成形を行うときに、少なくとも前記木材に含まれるのと同じ樹液成分を含む補充剤が前記高温高圧水蒸気中に添加されていることを特徴とする圧縮木材の製造方法。
2. 前記補充剤に含まれる前記樹液成分が、前記木材と同種類の木材から抽出されてなることを特徴とする請求項１に記載の圧縮木材の製造方法。
3. 前記樹液成分は、前記同種類の木材を圧縮成形する際に搾取された凝縮液から抽出されてなることを特徴とする請求項２に記載の圧縮木材の製造方法。
4. 前記添加される補充剤に含まれる前記樹液成分の量を変えることにより、圧縮木材に残留する樹液成分の構成比を可変できるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮木材の製造方法。

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