JPH07115326B2

JPH07115326B2 - 木材の改質方法

Info

Publication number: JPH07115326B2
Application number: JP1058191A
Authority: JP
Inventors: 順昭服部; 国治横尾
Original assignee: 富洋木材販売株式会社; 順昭服部
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1995-12-13
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: CA2011894A1; US5075131A; JPH02235702A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、木材に液体、例えば、防腐剤，防虫剤，不燃
剤の他、ポリエチレングリコール，合成樹脂等の木材改
質溶液を効率的に注入，含浸させた後、木材改質溶液の
溶媒および木材の水分を均一、かつ、迅速に乾燥できる
木材の改質方法に関する。

（従来の技術と発明が解決しようとする課題）従来、木材中の水分を除去して乾燥する場合、自然乾燥
では長時間を要するので、例えば、木材の表面に水蒸気
や熱風を吹き付けて加熱したり、誘電加熱で木材を内部
から加熱することにより、木材中の水分を木材表面から
強制的に蒸発させて短時間に乾燥させる人工乾燥が行な
われていた。

しかしながら、前者の場合、木材表面から水分を急激に
蒸発させる方法であるので、木材表面近傍の表層部に含
まれている水分は排出されやすいが、その内心部に含ま
れている水分は排出されにくい。このため、表層部の含
水率と内心部の含水率とに不均一が生じ、内部応力が発
生する。この結果、乾燥中に表面割れや内部割れが発生
したり、乾燥後の木材にねじれや反りなどの狂いが生じ
やすく、乾燥時間の短縮には限界があった。

また、後者の場合、木材の表層部と内心部とが同時に加
熱され、表層部の水分は空気中に水蒸気となって放出さ
れるが、内心部の水分は拡散して表層部へ移動する。こ
のため、急激な条件で誘電加熱すると、表層部および内
心部の含水率の不均一によって内部割れ等が発生すると
いう問題点があった。

一方、木材に液体を注入，含浸させた後に乾燥する方法
としては、例えば、木材を液体中に浸漬した後、減圧注
入，加圧注入あるいは両者を併用して注入，含浸させる
方法があるが、注入作業に長時間を要するだけでなく、
表層部と内心部との含浸の度合いに不均一が生じるとい
う問題点があった。このため、薬剤の注入量を多くする
ために木材の表面に刺傷を設ける機械的なインサイジン
グ処理を行った後、減圧，加圧注入等が行なわれてい
た。

しかしながら、機械的なインサイジング処理は内心部、
特に大断面を有する丸太，角材の内心部にまで行うこと
は困難であり、特に、針葉樹は心材部の膜孔が閉じてお
り、また、広葉樹は心材部の細胞内にチロース等の充填
物を含有しているので、心材部内における液体の移動が
遅い。このため、注入作業に時間がかかるだけでなく、
辺材部と心材部との含浸率にバラツキが生じやすい。

さらに、液体を注入，含浸させた後の乾燥工程において
も前述と同様な問題点があった。

本発明は、前記問題点に鑑み、大断面を有する木材の表
層部のみならず、その内心部にも木材改質溶液を均一、
かつ、迅速に注入，含浸できるとともに、その後、均
一、かつ、迅速に乾燥できる木材の改質方法を提供する
ことを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、前記目的を達成するため、大断面を有す
る木材に液体を効率的に注入，含浸し、その後、均一、
かつ、迅速に乾燥することについて鋭意研究を行った結
果、木材にレーザビームを照射してレーザ孔を形成し、
かつ、誘電加熱することによる相乗効果により、前記レ
ーザ孔を介して流体が木材中を移動しやすくなることを
見い出し、この知見に基づいて本願発明方法を完成する
に至った。

すなわち、本願発明の要旨は、製材品または集成材等の
大きな断面を有する丸太，角材，板材の外周面にレーザ
ビームを照射してレーザ孔を設け、ついで、このレーザ
孔を介して木材改質溶液を注入，含浸させた後、誘電加
熱して乾燥することを特徴とする木材の改質方法にあ
る。

レーザービームを照射される木材は、その樹種を問わ
ず、その形状は帯鋸や丸鋸で製材した角材，板材の他、
丸太，集成材であってもよい。特に、流体の移動に時間
がかかっていた大断面を有する木材に本願発明を適用す
れば、その効果は顕著である。

前記レーザビームには木材の吸収率が最も高いCO₂レー
ザ（炭酸ガスレーザ）を主として用いるが、吸収率があ
る程度高いレーザであれば、他のレーザも任意に使用で
きる。

レーザ孔は前記レーザビームを木材表面に照射すること
により、木材実質の一部を高温加熱で分解，消失させて
形成するもので、その直径，深さは前記レーザビームの
出力，照射時間等を適宜調整することにより、所望の寸
法のものを得ることができ、さらに、単位面積当たりの
数量も適宜選択できる。

本願発明によれば、木材の表面にレーザビームを照射す
るだけで、従来の機械的なインサイジング処理では得ら
れなかった深い孔が簡単に得られるので、生産性が向上
する。

しかも、レーザビームでレーザ孔を形成すると、木材実
質の一部が高温加熱で分解，蒸発されて消失するので、
前記インサイジング処理のように木材の細胞壁が破壊さ
れたり、押し潰されたりすることがなく、レーザ孔内で
細胞壁面が露出する。このため、機械的なインサイジン
グ処理で孔を形成した場合よりも、気体，液体が木材中
を移動しやすくなるという利点がある。

加熱手段である誘電加熱は、特に限定するものではな
く、出力，発信周波数，処理時間等は必要に応じて選択
できる。

誘電加熱によれば、木材中の水分がほぼ同時に水蒸気と
なり、この水蒸気が木材の表面からだけでなく、レーザ
孔を介して木材の内心部からも直接排出されるため、乾
燥時間が短縮されるとともに、表層部と内心部との間に
おける含水率のバラツキが小さくなり、均一に乾燥で
き、内部応力が発生しにくくなる。このため、乾燥途中
はもちろんのこと、乾燥後における大断面を有する木材
の反り，ねじれ等の狂いやひび割れの発生を防止でき
る。

また、誘電加熱で乾燥する前に注入，含浸させる木材改
質溶液としては、防虫剤，防腐剤，防蟻剤，不燃処理剤
等の液状木材改質薬剤及び木材の化学的加工剤などを挙
げることができ、また、これらのものは単体で使用する
場合に限らず、例えば、含浸を容易にするため、揮発性
溶媒で希釈したものを注入してもよい。

注入方法は浸漬，減圧注入，加圧注入、もしくはこれら
を併用してもよく、特に限定するものではない。

本発明によれば、木材の表面だけでなく、レーザ孔を介
して木材の内心部に液体を直接注入できるので、注入作
業に要する時間を短縮できるだけでなく、木材の内心部
および表層部に液体を均一に注入できる。特に、レーザ
孔を貫通孔とせず、木材の化粧面近傍までの深さとする
ことにより、今迄不可能とされていた化粧用木材の薬剤
注入処理が可能になる。

そして、前記木材に注入，含浸させた木材改質溶液の溶
媒を排出するための誘電加熱は、前述した木材の水分を
排出する場合とほぼ同様であるので、説明を省略する。

実施例１ミズナラ心材から厚さ30mm,巾36mm,長さ100mmの板材お
よび厚さ30mm,巾40mm,長さ100mmの板材を切り出して試
験片（Ａ）および試験片（Ｂ）を得た。一方、心材部の
みからなるスギ材から厚さ22mm,巾44mm,長さ100mmの板
材を切り出して試験片（Ｄ）を得、また、一部辺材を含
むスギ材から厚さ22mm,巾46mm,長さ100mmの一部辺材を
含む心材からなる板材を切り出して試験片（Ｅ）を得
た。

そして、試験片（Ａ），（Ｂ），（Ｄ），（Ｅ）の厚さ
を示す側面にCO₂レーザのレーザビームを照射し、任意
の深さを有する１列９個のレーザ孔を２列設けて計18個
のレーザ孔を設けた。

ついで、レーザ孔が露出していない面からの水分の移動
を防止するため、レーザ孔が露出していない五面全てを
ガムテープで被覆した。

そして、前記試験片（Ａ），（Ｂ），（Ｄ），（Ｅ）を
防虫処理薬剤（エバーウッドボロン）の2.5％水溶液中
に浸漬し、600mmHgで30分の減圧注入後、15気圧で60分
の加圧注入し、処理直後の重量を計測し、重量増加率を
算定した。算定結果を第１表に示す。

次に、注入処理後の試験片（Ａ），（Ｂ），（Ｄ），
（Ｅ）を定格高周波出力500W,発信周波数2450MHzで１分
間,2分間,3分間ずつ誘電加熱し、加熱直後の重量を測定
し、重量減少率を算定した。算定結果を第２表に示す。

さらに、試験片（Ａ），（Ｂ），（Ｄ），（Ｅ）のガム
テープを取り除き、レーザ孔が露出する面を鉋で削り、
深さ0mm,1mm,5mm,10mmごとに防虫JAS規格による呈色反
応試験を行った。試験結果を第３表に示す。

比較例１前記実施例１の試験片（Ａ），（Ｂ）を切り出したミズ
ナラ心材から厚さ30mm,巾50mm,長さ100mmの板材を切り
出して試験片（Ｃ）とする一方、試験片（Ｄ）を切り出
した心材のみからなるスギ材から厚さ22mm,巾50mm,長さ
100mmの板材を切り出して試験片（Ｆ）を得、CO₂レーザ
のレーザビームでレーザ孔を設ける工程を除き、全て同
一の操作を加えることにより、重量増加試験，重量減少
試験，薬剤呈色試験を行った。それぞれの結果を比較す
るために第１表，第２表および第３表に示す。

第１表より、薬剤の浸透量に関してミズナラの場合は、
レーザ孔を有する心材のみからなる試験片（Ａ），
（Ｂ）と、レーザ孔を有しない心材のみからなる試験片
（Ｃ）との間には顕著な差は見い出せなかった。

一方、スギの場合は、レーザ孔を有する一部辺材を含む
心材からなる試験片（Ｅ）、レーザ孔を有する心材のみ
からなる試験片（Ｄ）、および、レーザ孔を有しない心
材のみからなる試験片（Ｆ）の順に大きな差があること
がわかった。

これより、レーザ孔を設けることにより、液体の注入が
促進される場合があることがわかった。

第２表より、誘電加熱による乾燥に関し、ミズナラの場
合は、レーザ孔を有する試験片（Ａ），（Ｂ）の水分蒸
発量が、レーザ孔を有しない試験片（Ｃ）の水分蒸発量
とほぼ同等以上であることがわかった。

一方、スギの場合は、レーザ孔を有する試験片（Ｄ），
（Ｅ）の水分蒸発量が、レーザ孔を有しない試験片
（Ｆ）のそれよりも2.5倍ないし３倍であることがわか
った。

これより、レーザ孔を設けることにより、木材中におけ
る液体の移動が促進されることがわかった。

第３表より、薬剤浸透深さに関し、ミズナラの場合、レ
ーザ孔を有する試験片（Ａ），（Ｂ）は深さ5mmの面ま
では完全に呈色反応を示し、深さ10mmの面においてもレ
ーザ孔の列に沿って繊維方向に呈色反応を確認できたの
に対し、レーザ孔を有しない試験片（Ｃ）は深さ1mmの
面において完全な呈色反応を示したにすぎず、深さ5mm
の面では面積の約半分だけ呈色反応を示し、深さ10mmの
面においては呈色反応を全く見い出せなかった。

一方、スギの場合は、レーザ孔を有する試験片（Ｄ），
（Ｅ）の深さ5mm,10mmの面において不完全ながらもレー
ザ孔の列に沿って繊維方向に呈色反応を示したのに対
し、レーザ孔を有しない試験片（Ｆ）は深さ5mm,10mmの
面において全く呈色反応を示さなかった。

これより、レーザ孔を設けることにより、薬剤がより深
く浸透することがわかった。比較例２ホワイトセラヤの心材およびイゲム（ポドカルプス）の
辺材からそれぞれ厚さ4mm,巾45mm,長さ100mmの板材を切
り出して試験片（Ｇ）および（Ｉ）を得、この試験片
（Ｇ），（Ｉ）の4mm×100mmの表面にCO₂レーザのレー
ザビームを適宜照射し、任意の深さを有する27個のレー
ザ孔を一列に設けた。

そして、レーザ孔が露出していない面から水分の移動を
防止するため、レーザ孔が露出していない五面全てをガ
ムテープで被覆した。

次に、前記試験片（Ｇ），（Ｉ）を防虫処理薬剤（ホウ
砂・ホウ酸，神東塗料製、商品名；エバーウッドボロ
ン）の３％水溶液に浸漬し、常圧で５分,10分,20分,60
分,120分経過直後における重量の増加を測定し、重量増
加率を算定した。算定結果を第４表に示す。

ついで、浸漬後の試験片（Ｇ），（Ｉ）を温度60℃の恒
温乾燥器中に入れ、５分,10分,20分,60分,120分経過直
後における重量の減少を測定し、重量減少率を算定し
た。算定結果を第５表に示す。

さらに、乾燥させた前記試験片（Ｇ），（Ｉ）のガムテ
ープを取り除き、レーザ孔が露出する面で鉋で削り、深
さ0mm,5mm,10mm,15mm,20mmごとに防虫JAS規格による呈
色反応試験を行なった。試験結果を第６表に示す。

比較例３前記実施例１の試験片（Ｇ），（Ｉ）を切り出したホワ
イトセラヤの心材およびイゲムの辺材から、同一外形寸
法を有する試験片（Ｈ），（Ｊ）をそれぞれ切り出し、
CO₂レーザでレーザ孔を設ける工程を除き、全て同一の
操作を加えることにより、重量増加試験，重量減少試験
および薬剤呈色試験を行った。それぞれの測定結果を比
較するため、第４表，第５表および第６表に示す。

第４表より、薬剤の浸透量に関し、ホワイトセラヤの心
材およびイゲムの辺材は、レーザ孔を有する試験片
（Ｇ），（Ｉ）の方が、レーザ孔を有しない試験片
（Ｈ），（Ｊ）よりも薬剤浸透量が多いことがわかっ
た。

これより、常圧下の浸漬でレーザ孔を設けることによっ
て液体の注入が促進されることがわかった。

第５表より、熱気式乾燥に関し、ホワイトセラヤ心材の
場合は、レーザ孔を有する試験片（Ｇ）の方が、レーザ
孔を有していない試験片（Ｈ）よりも水分蒸発量が多い
ことがわかった。これより、レーザ孔を設けることによ
り、木材中の水分の移動が促進され、乾燥効率が高まる
ことがわかった。これに対し、イゲム辺材の場合は、レ
ーザ孔を有する試験片（Ｉ）と、レーザ孔を有していな
い試験片（Ｊ）との間に有意差は見い出せなかった。

次に、第５表と第２表とを比べると、実施例１（A,B,D,
E）の重量減少率が比較例2,3のいずれよりも大きいこと
から、レーザ孔を設けること、および、誘電加熱するこ
とによる相乗効果により、木材を短時間で乾燥できるこ
とがわかった。

第６表より、薬剤浸透深さに関し、ホワイトセラヤ心材
の場合は、レーザ孔を有する試験片（Ｇ）が深さ5mmか
ら20mmにかけて切削面全面で顕著な呈色反応を確認でき
たのに対し、レーザ孔を有しない試験片（Ｈ）は切削面
の両側縁部でのみ呈色反応を示し、中央部で呈色反応を
見い出せなかった。

一方、イゲム材の場合は、レーザ孔を有する試験片
（Ｉ）が深さ5mmまでならば、不完全ながらもレーザ孔
の周囲で呈色反応を示すことを確認できたが、レーザ孔
を有しない試験片（Ｊ）は5mm以上の深さでは呈色反応
が全く確認できなかった。

したがって、レーザ孔を有する試験片（Ｇ），（Ｉ）の
方が薬剤の浸透が深いことから、レーザ孔が薬剤の浸透
を促進することがわかった。

以上の試験結果から明らかなように、木材にレーザビー
ムでレーザ孔を設け、かつ、誘電加熱することにより、
木材中における流体の移動が促進されることがわかっ
た。

（発明の効果）本願発明によれば、木材改質溶液を木材に注入する場合
には、レーザ孔が木材改質溶液の流通路となるので、木
材の表面層のみならず、従来より注入，含浸が困難であ
るとされていた内心部にも木材改質溶液を均一、かつ、
迅速に注入，含浸させることができる。

さらに、誘電加熱によって前記木材改質溶液の溶媒およ
び木材の水分をレーザ孔を介して木材の内心部から直接
排出でき、均一、かつ、迅速に乾燥できる。

このため、大断面の木材に対する木材改質溶液の注入，
含浸，乾燥という一連の作業に要する時間を大幅に短縮
でき、生産性が向上するという効果がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横尾国治兵庫県西宮市甲子園砂田町１―24 (56)参考文献特開昭59−220312（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−166466（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】製材品または集成材等の大きな断面を有す
る丸太，角材，板材の外周面にレーザビームを照射して
レーザ孔を設け、ついで、このレーザ孔を介して木材改
質溶液を注入，含浸させた後、誘電加熱して乾燥するこ
とを特徴とする木材の改質方法。