JP5483319B2 - 木材乾燥方法 - Google Patents

Description

本発明は、木材を乾燥させる木材乾燥方法に係り、特に、高周波による熱処理を行なって木材を乾燥させる木材乾燥方法に関する。

従来、この種の木材乾燥方法としては、例えば、木材を容器内に搬入し、この容器内に、例えば１００℃〜１２０℃の蒸気を送出し、この状態を５日〜７日間維持する。これにより、木材内部に蒸気の水分が徐々に浸入し、木材が飽和含水率状態となる。次に、高周波を木材に印加して木材を内部から加熱して熱処理を行なう。このとき、真空ポンプ等で容器内を減圧し、減圧状態を一定時間維持した後に大気開放し、この減圧及び大気開放を数回繰り返しながら高周波の印加を行なう。これにより、木材の内部温度が表層温度よりも高くなって、木材の表層と内部との間に温度勾配が形成されるようになり、そのため、木材の表層と内部との間に圧力差が生じて、木材内部の水分が内部から表層に向かって押し出されるように移動し、この水分が木材の表面から流出して、３日〜４日で木材が乾燥する（例えば、特開２００６−４４１３５号公報等参照）。

特開２００６−４４１３５号公報

しかしながら、この従来の木材乾燥方法においては、木材に高周波を印加する熱処理を３日〜４日行なうので、確かに木材内の水分除去は十分に行なわれるが、熱処理時間が長いため、木材の内部に割れが生じることがあり、この乾燥方法が必ずしも適正であるとはいえない。また、熱処理時間が長いので、それだけ電力等の消費が大きく、それだけ、コスト高になるという問題もあった。更に、熱処理時間が長いため、木材が熱変性してしまうことがあるという問題もある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、できるだけ木材に高周波を印加する時間を短くして、より一層、木材の内部に割れが生じる事態を防止することができるようにするとともに、コストの低減を図った木材乾燥方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明の木材乾燥方法は、木材をその含水率が２５Ｗ％〜４０Ｗ％になるように乾燥する一次乾燥工程と、該一次乾燥工程後に木材を高周波加熱して木材の表層と内部との間に温度勾配が生じるようにする熱処理工程と、該熱処理工程後に木材をその含水率が２０Ｗ％以下になるように養生して乾燥する二次乾燥工程とを備え、上記一次乾燥工程は、蒸気式乾燥装置で行なうとともに、該一次乾燥工程において、木材の温度を１００℃未満にして行ない、上記熱処理工程において、電極で木材を挟み、該電極に高周波電源からの高周波を供給して行なうとともに、該熱処理工程において、木材の内部温度を１００℃±２℃にして３０分〜４０分行ない、上記二次乾燥工程は、所定温度及び所定湿度の室内に、熱処理工程後の木材を静置させる自然乾燥である構成としている。ここで、含水率とは、乾量基準含水率（全乾法）である。

これにより、木材を乾燥させるときは、先ず、一次乾燥工程で木材の含水率が２５Ｗ％〜４０Ｗ％になるまで乾燥させる。この一次乾燥工程としては、例えば、蒸気等によって木材を外部から加熱して乾燥させたり、木材を所定温度及び所定湿度下において静置させて自然乾燥させたりする等の方法が挙げられる。この一次乾燥工程では、木材の表層温度が上昇するとともに、木材内の自由水が木材表面から流出して除去される。この工程で、木材内の結合水を除去しようとすると、多大な時間を要することになるので、自由水が除去された時点（木材の含水率が２５Ｗ％〜４０Ｗ％になった時点）で熱処理工程に移行することが望ましい。

次に、熱処理工程で一次乾燥工程後の木材に高周波を印加して木材を内部から加熱する。この熱処理工程では、木材内部の温度が上昇し、木材の内部温度が表層温度よりも高くなって、木材の表層と内部との間に温度勾配が形成されるようになり、そのため、木材の表層と内部との間に圧力差が生じて、木材内部の結合水が内部から表層に向かって押し出されるように励起される。この際、高周波を印加して木材内部を加熱する時間が３０分〜４０分間と比較的短いので、熱処理工程中に木材の内部に割れが生じる事態を防止することができる。また、高周波の印加時間が比較的短いので、電力等の消費を抑えることができ、それだけ、コストを低減させることができる。更に、高周波の印加時間が比較的短いので、熱処理工程中に、高周波の熱によって、木材が変色したり木材ににおいが付いたりして、木材が熱変性してしまう事態を防止することができる。

その後、二次乾燥工程で熱処理工程後の木材を養生し、木材の含水率が２０Ｗ％以下になるまで乾燥させ、製品とする。この二次乾燥工程では、木材に外部から熱を加えず、また、木材内部の結合水が内部から表層に向かって押し出されるように励起されているので、木材内の水分が内部から表層に向かって移動し、表層から発散していく。そのため、木材の内部，外部共に割れ等を生じさせることなく、乾燥させることができる。即ち、含水率が２０Ｗ％以下であって水分分布がバラツキのない均一化された安定した木材製品となり、そのため、出荷後に木材が変形する事態を防止することができる。

より詳しくは、本発明では、上記一次乾燥工程において、木材の温度を１００℃未満にして行なう構成としている。
木材の温度が１００℃以上になると、木材の内部に割れが生じやすくなるが、木材の温度を１００℃未満にすることにより、木材に応力が然程かからないので、木材の内部に割れが生じる事態を抑制することができる。即ち、本発明は、木材の温度を１００℃以上にして木材の含水率が３０Ｗ％〜３５Ｗ％になったところで一次乾燥を終了する、所謂ドライングセットとは異なり、木材の温度を１００℃未満にして応力を最小限にし、ドライングセットを行なわずに乾燥させるので、木材の内部に割れが生じる事態を抑制することができる。また、一次乾燥工程において、木材が１００℃以上にならないため、木材が変色したり木材ににおいが付いたりして、木材が熱変性してしまう事態を防止することができる。

また、必要に応じ、上記一次乾燥工程において、木材の温度を６０℃〜９０℃にして行なう構成としている。
これにより、木材の内部に割れが生じる事態をより一層抑制することができる。また、木材が変色したり木材ににおいが付いたりして、木材が熱変性してしまう事態をより一層確実に防止することができる。

更に、本発明では、上記一次乾燥工程は、蒸気式乾燥装置で行なう構成としており、この一次乾燥工程では、蒸気式乾燥装置で、木材の表面に蒸気を噴射して、木材を外部から加熱して乾燥させる。木材の表面に蒸気を噴射するので、自然乾燥した場合と比較して、一次乾燥工程にかかる時間を大幅に短縮することができる。

更にまた、本発明では、上記熱処理工程において、木材の内部温度を１００℃±２℃にして３０分〜４０分行なう構成としている。
これにより、木材の内部温度が水の沸点程度であり、木材の励起を行ないつつ、熱処理工程中に木材の内部に割れが生じる事態を、より一層確実に防止することができる。また、電力等の消費をより一層抑えることができ、それだけ、コストを低減させることができる。更に、木材が変色したり木材ににおいが付いたりして、木材が熱変性してしまう事態を、より一層確実に防止することができる。

そしてまた、本発明では、上記熱処理工程において、電極で木材を挟み、該電極に高周波電源からの高周波を供給して行なう構成としている。
これにより、木材を両面から高周波加熱することができるので、それだけ、木材の加熱効率を向上させることができるとともに、木材に高周波を均一に印加することができる。

更に、本発明では、上記二次乾燥工程は、自然乾燥である構成としている。この場合、所定温度及び所定湿度の室内に木材を静置させている。
これにより、木材が自然な状態で、その含水率が２０Ｗ％以下になるまで乾燥するので、より一層安定した木材製品となり、そのため、出荷後に木材が変形する事態をより一層確実に防止することができる。また、自然乾燥でも、前工程で高周波加熱をしているので、木材の含水率が２０Ｗ％以下になるまでの時間が１０日〜３０日程度であり、そのため、比較的短い時間で木材を乾燥させることができる。

本発明の木材乾燥方法によれば、一次乾燥工程で木材の表層温度が上昇するとともに、木材内の自由水が木材表面から流出して除去されて木材の含水率が２５Ｗ％〜４０Ｗ％になるまで乾燥し、次に、熱処理工程で一次乾燥工程後の木材に高周波を３０分〜４０分間印加して木材を内部から加熱して、木材の表層と内部との間の圧力差で結合水が木材の内部から表層に向けて押し出されるように励起し、その後、二次乾燥工程で熱処理工程後の木材を養生して、木材内の水分が内部から表層に向かって移動して表層から発散し、木材の含水率が２０Ｗ％以下になるまで乾燥して製品とするので、木材の内部に割れ等を生じさせることなく乾燥させることができる。また、高周波を印加して木材内部を加熱する時間が３０分〜４０分間と比較的短いので、熱処理工程中に木材の内部に割れが生じる事態を防止することができる。更に、高周波の印加時間が比較的短いので、電力等の消費を抑えることができ、それだけ、コストを低減させることができる。更にまた、高周波の印加時間が比較的短いので、熱処理工程中に、高周波の熱によって、木材が変色したり木材ににおいが付いたりして、木材が熱変性してしまう事態を防止することができる。

本発明の実施の形態に係る木材乾燥方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る一次乾燥工程の蒸気式乾燥装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る熱処理工程を示し、木材を一対の電極で挾持した状態を示す斜視図である。 本発明の実験例に係り、実験結果を示すグラフである。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係る木材乾燥方法を説明する。
図１乃至図３には、本発明の実施の形態に係る木材乾燥方法Ｔを示している。この木材乾燥方法Ｔは、樹皮を剥いだ木材Ｍをその含水率が２５Ｗ％〜４０Ｗ％になるように乾燥する一次乾燥工程１と、一次乾燥工程１後に木材Ｍを９５℃〜１３０℃（実施の形態では１００℃±２℃）の内部温度で２０分〜６０分間（望ましくは３０分〜４０分間）高周波加熱する熱処理工程１０と、熱処理工程１０後に木材Ｍをその含水率が２０Ｗ％以下になるように養生して乾燥する二次乾燥工程２０とを備えてなる。

先ず、一次乾燥工程１について説明する。この一次乾燥工程１は、蒸気式乾燥装置２を用いて行なわれ、木材Ｍの含水率が２５Ｗ％〜４０Ｗ％になるまで乾燥する。この蒸気式乾燥装置２は、例えば、木材Ｍを収容する乾燥室３と、乾燥室３内に蒸気を供給する蒸気供給手段４と、乾燥室３内を加熱するヒータ５と、乾燥室３内に設けられ乾燥室３内に供給された蒸気を乾燥室３内で循環させるファン６と、乾燥室３内の蒸気を外部に排気する排気筒７とを備えて構成されている。また、蒸気式乾燥装置２には、図示しないが、乾燥室３内の温度を調整し木材Ｍの温度が１００℃未満になるように制御する制御部が備えられている。

この蒸気式乾燥装置２の乾燥室３内に木材Ｍを収容し、蒸気供給手段４によって乾燥室３内に蒸気を噴射するとともに、ヒータ５により乾燥室３内を所定温度に加熱する。このとき、噴射された蒸気はファン６によって乾燥室３内を循環させられるので、木材Ｍの表面に均一に蒸気が当てられて、木材Ｍをその表面から外部加熱する。そして、制御部（図示せず）により、木材Ｍの温度が１００℃未満、望ましくは６０℃〜９０℃の範囲を保つように乾燥室３内の温度を調整し、木材Ｍの含水率が２５Ｗ％〜４０Ｗ％になるまで状態を維持する。尚、蒸気式乾燥装置２においては、蒸気の噴射を停止して加温する場合もある。この場合、蒸気供給手段４による蒸気の噴射を停止し、排気筒７から乾燥室３内の蒸気を外部に排気し、ヒータ５によって乾燥室３内を加熱する。

この条件下で一次乾燥を行なうと、木材Ｍの表層温度が蒸気によって上昇するとともに、木材Ｍ内の自由水が木材Ｍ表面から流出して除去される。そして、３日〜４日間状態を維持すると、木材Ｍの含水率を２５Ｗ％〜４０Ｗ％にすることができるので、従来と比較して、短時間で一次乾燥することができる。

また、木材Ｍの温度が１００℃以上になると、木材Ｍの内部に割れが生じやすくなるが、木材Ｍの温度を１００℃未満にすることにより、木材Ｍに応力が然程かからないので、木材Ｍの内部に割れが生じる事態を抑制することができる。即ち、本発明は、木材Ｍの温度を１００℃以上にして木材Ｍの含水率が３０Ｗ％〜３５Ｗ％になったところで一次乾燥を終了する、所謂ドライングセットとは異なり、木材Ｍの温度を１００℃未満にして応力を最小限にし、ドライングセットを行なわずに乾燥させるので、木材Ｍの内部に割れが生じる事態を抑制することができる。また、一次乾燥工程１において、木材Ｍが１００℃以上にならないため、木材Ｍが変色したり木材Ｍににおいが付いたりして、木材Ｍが熱変性してしまう事態を防止することができる。

次に、熱処理工程１０について説明する。この熱処理工程１０は、所要の高周波電力を出力する高周波電源１１と、高周波電源１１から出力された高周波電力が供給され同一形状の上側電極１２ａ及び下側電極１２ｂからなる一対の電極１２と、高周波電源１１から出力される高周波電力を制御する制御部（図示せず）とを用いて行なわれる。詳しくは、上側電極１２ａと下側電極１２ｂとで木材Ｍが挾持され、高周波電源１１から上側電極１２ａ及び下側電極１２ｂに高周波電力を供給すると、上側電極１２ａ及び下側電極１２ｂ間に電磁界が生じ、この電磁界によって上側電極１２ａと下側電極１２ｂとで挾持された木材Ｍに高周波が印加されて、木材Ｍが内部から加熱される。このとき、制御部（図示せず）により、木材Ｍの内部温度を１００℃±２℃にするように高周波電源１１から出力される高周波電力を制御する。

この条件下で、木材Ｍに高周波を２０分〜６０分間、望ましくは３０分〜４０分間印加すると、木材Ｍの内部の温度が上昇して１００℃±２℃になり、木材Ｍの内部温度が６０℃〜９０℃の表層温度よりも高くなるので、木材Ｍの表層と内部との間に温度勾配が形成されるようになり、そのため、木材Ｍの表層と内部との間に圧力差が生じて、木材Ｍの内部の結合水が内部から表層に向かって押し出されるように励起される。

この際、高周波を印加して木材Ｍの内部を加熱する時間が３０分〜４０分間と比較的短いので、熱処理工程１０中に木材Ｍの内部に割れが生じる事態を防止することができる。また、木材Ｍの温度が水の沸点程度となるので、木材Ｍの励起を行ないつつ、熱処理工程１０中に木材Ｍの内部に割れが生じる事態を、より一層確実に防止することができる。また、高周波の印加時間が比較的短いので、電力等の消費を抑えることができ、それだけ、コストを低減させることができる。更に、高周波の印加時間が比較的短いので、熱処理工程１０中に、高周波の熱によって、木材Ｍが変色したり木材Ｍににおいが付いたりして、木材Ｍが熱変性してしまう事態を防止することができる。更にまた、木材Ｍを上下両面から高周波加熱することができるので、それだけ、木材Ｍの加熱効率を向上させることができるとともに、木材Ｍに高周波を均一に印加することができる。

次に、二次乾燥工程２０について説明する。この二次乾燥工程２０は、所定温度及び所定湿度の室内に、熱処理工程１０後の木材Ｍを静置させ、木材Ｍの含水率が２０Ｗ％以下になるまで自然乾燥で養生する。この条件下では、木材Ｍに外部から熱を加えず、また、木材Ｍの内部の結合水が内部から表層に向かって押し出されるように励起されているので、木材Ｍ内の水分が内部から表層に向かって移動し、表層から発散して、１０日程で木材Ｍの含水率が２０Ｗ％以下になる。そのため、木材Ｍの内部，外部共に割れ等を生じさせることなく乾燥させることができる。また、木材Ｍを静置して養生するので、この間に、木材Ｍ内の水分がより一層均一化されるようになる。更に、自然乾燥でも、前工程で高周波加熱をしているので、木材Ｍの含水率が２０Ｗ％以下になるまでの時間が１０日程度と比較的短い時間で木材Ｍを乾燥させることができる。

このようにして乾燥された木材Ｍを製品とするので、この製品は、含水率が２０Ｗ％以下であって水分分布がバラツキのない均一化された安定した木材製品となり、そのため、出荷後に木材Ｍが変形する事態を防止することができる。

＜実験例＞
次に、実験例について説明する。
この実験は、高さ１２０ｍｍ、奥行１２０ｍｍ、巾３０００ｍｍの四角柱状に製材した木材Ｍとしての杉を用いて行なったもので、一次乾燥工程１，熱処理工程１０，二次乾燥工程２０によって乾燥させ、熱処理工程１０後の含水率と、二次乾燥工程２０後の含水率とを、乾量基準含水率（全乾法）により計測した。また、熱処理工程１０は高周波の印加を３０分行ない、二次乾燥工程２０は１０日間行なった。結果を図４に示す。

この結果、図４に示すように、熱処理工程１０後（０日）の木材Ｍの含水率は、２８．７Ｗ％であったが、二次乾燥工程２０後（１０日）の木材Ｍの含水率は、１５．６Ｗ％となり、木材Ｍの含水率が、製品として出荷できる範囲（２０Ｗ％以下）となった。このことから、本発明の木材乾燥方法で木材Ｍを乾燥させると、二次乾燥工程２０で木材Ｍを自然乾燥させる時間が１０日程度と比較的短い時間で木材Ｍを乾燥させることができることが明らかになった。
また、図示しないが、熱処理工程１０後（０日）の木材Ｍの含水率は、計測箇所により水分分布に多少のバラツキが見られたが、二次乾燥工程２０後（１０日）の木材Ｍの含水率は、水分分布のバラツキが集束されて略均一となる結果となった。即ち、二次乾燥工程２０後（１０日）の木材Ｍは、含水率が２０Ｗ％以下であって水分分布がバラツキのない均一化された安定した木材製品となった。

尚、上記実施の形態において、蒸気式乾燥装置２を上記のように構成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、周知されている種々の蒸気式乾燥装置を用いても良く、適宜変更して差支えない。
更に、上記実施の形態において、熱処理工程１０を一対の電極１２間に木材Ｍを挾持させて、木材Ｍの上下両面から高周波を印加して行なったが、必ずしもこれに限定されるものではなく、木材Ｍの片面から高周波を印加しても良く、適宜変更して差支えない。

Ｔ 木材乾燥方法
Ｍ 木材
１ 一次乾燥工程
２ 蒸気式乾燥装置
３ 乾燥室
４ 蒸気供給手段
５ ヒータ
６ ファン
７ 排気筒
１０ 熱処理工程
１１ 高周波電源
１２ 電極
１２ａ 上側電極
１２ｂ 下側電極
２０ 二次乾燥工程

Claims (2)

1. 木材をその含水率が２５Ｗ％〜４０Ｗ％になるように乾燥する一次乾燥工程と、該一次乾燥工程後に木材を高周波加熱して木材の表層と内部との間に温度勾配が生じるようにする熱処理工程と、該熱処理工程後に木材をその含水率が２０Ｗ％以下になるように養生して乾燥する二次乾燥工程とを備え、
   上記一次乾燥工程は、蒸気式乾燥装置で行なうとともに、該一次乾燥工程において、木材の温度を１００℃未満にして行ない、
   上記熱処理工程において、電極で木材を挟み、該電極に高周波電源からの高周波を供給して行なうとともに、該熱処理工程において、木材の内部温度を１００℃±２℃にして３０分〜４０分行ない、
   上記二次乾燥工程は、所定温度及び所定湿度の室内に、熱処理工程後の木材を静置させる自然乾燥であることを特徴とする木材乾燥方法。
2. 上記一次乾燥工程において、木材の温度を６０℃〜９０℃にして行なうことを特徴とする請求項１記載の木材乾燥方法。

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