JPH10119012A - 圧縮木材の製造法とこれに用いる成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部組織も周辺部と圧縮率で均等に圧縮する
ことができ、しかも得た圧縮木材を二次加工できる圧縮
木材の製造法と、該製造法を実施することのできる成形
装置を提供する。 【解決手段】 相互の対向部位に加工せんとする木材を
所要の形状に賦形するための凹部を形成したアルミニウ
ムを主体とする一対のダイ２，２と、これらダイ２，３
を高温高圧の水蒸気雰囲気下に保持する高温高圧容器１
２を使用し、各ダイのランド２ｃ，３ｃが互いに当接す
る至るまでの間は各ダイの凹部によって形成されるキャ
ビティＣを開放状態として木材の一部を実質的に拘束し
ない状態で圧縮しつゝ、最終的なダイの閉じ合わせによ
って周辺部から内部組織に至るまで均等に圧縮して圧縮
木材Ｂとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】この発明は、木材を圧縮して
改質された圧縮木材を得るための製造法と、これに用い
る成形装置に係り、特に内部組織が均等に圧縮されて歪
みの生じない圧縮木材を得るための製造法と、これに使
用する成形装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スギやヒノキなどの間伐材を水蒸気雰囲
気下で軟化させ、高温高圧の下で圧縮成形して所定形状
の圧縮木材を製造することは、たとえば、特開平３−２
３１８０２号公報、特開平４−１４４０４号公報および
特開平５−５０４０９号公報などにおいて開示されてい
る。これら公開公報に記載されている技術はいずれも、
高温高圧容器内にプレス金型を適宜に対向配置し、この
適宜対向配置した金型の少なくとも一方を適宜の手段で
駆動して木材を圧縮成形するものである。

【０００３】一方、特開平７−８８８１０号公報には、
加工しようとする木材を下型内に載置し、その全側面を
側面拘束治具で拘束しながら高温高湿度下で側面拘束治
具内に上型を押し込むことによって圧縮し、割れやクラ
ック等の発生がなく、形状の戻りもない圧縮木材を得る
手段が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記の各公開公報に開
示された製造法及び装置の使用によって得られる圧縮木
材は、従来の圧縮しない無垢の木材に比べて耐久性が向
上し、製材加工が不要になるなど多くの優れた性能や利
点を有しているが、木材に対する圧縮成形は、いずれも
木材の全周にプレス圧をかけて行うものである。そのた
め、加工せんとする木材中、特に年輪の芯を有する木材
は周辺部はプレス圧に応じて圧縮されるが、中心部には
プレス圧に対する反作用が働き周辺部よりも圧縮が難し
く組織全体を完全に圧潰することが困難であるので、品
質のよい圧縮木材を得ることが難しいのが現状である。
その結果、かゝる手段で得た圧縮木材は、中心部と周辺
部との圧縮比率が均一ではないため、長期に亘って日光
に曝されたり、雨水で濡れたりした場合に次第に反りが
生じて寸法安定性に問題が残されている。また、得た圧
縮木材は中心部と周辺部との圧縮比率が異なるため、圧
縮密度の大きい部位は含水すると伸び率が大きく、圧縮
密度の小さい部位は伸び率が小さいので反りを生じ、従
来の製品では事実上二次加工ができないという実用上解
決すべき課題を有していた。

【０００５】この発明はかゝる現状に鑑み鋭意検討の結
果、内部組織も周辺部と同様に高い圧縮率で均等に圧縮
することができ、しかも得た圧縮木材を二次加工するこ
とのできる圧縮木材の製造法と、該製造法を実施するこ
とのできる成形装置を提供せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の請求項１に記載の発明は、高温高圧の
水蒸気雰囲気下において加工せんとする木材を一対のダ
イのいずれか一方の凹部内に保持し、各ダイのランドが
互いに当接して閉じ合わせに至るまでの間は各ダイの凹
部によって形成されるキャビティを開放状態としながら
前記木材の一部を実質的に拘束しない状態で圧縮しつ
ゝ、最終的なダイの閉じ合わせによって周辺部から内部
組織に至るまで均等に圧縮された圧縮木材を得ることを
特徴とする圧縮木材の製造法である。

【０００７】まこ、この発明の請求項２に記載の発明
は、相互の対向部位に加工せんとする木材を所要の形状
に賦形するための凹部をそれぞれ形成したアルミニウム
を主体とする金属からなる所定長さの一対のダイと、該
一対のダイを高温高圧の水蒸気雰囲気下において保持す
る高温高圧容器とからなるもので、前記各ダイのランド
が互いに当接して閉じ合わせに至るまでの間は各ダイの
凹部によって形成されるキャビティを開放状態としなが
ら前記木材の一部を実質的に拘束しない状態で圧縮しつ
ゝ、最終的なダイの閉じ合わせによって周辺部から内部
組織に至るまで均等に圧縮することができるよう構成さ
れたことを特徴とする圧縮木材の成形装置である。

【０００８】

【発明の実施の形態】この発明の圧縮木材の製造法は、
実質的に１対のダイと、該ダイを高温高圧の水蒸気雰囲
気下において保持する高温高圧容器を使用して行うもの
で、その際、１対のダイのランドが互いに当接して閉じ
合わせるようにし、このランドが最終的に閉じ合わせら
れるまでの間はそのランドを開放して加工せんとする木
材の一部を実質的に拘束しない状態で圧縮し、ダイの最
終的な閉じ合わせで周辺部から中心部まで均等に圧縮さ
れた圧縮木材を得んとするものである。

【０００９】かゝる製造法に使用する成形装置は、好ま
しくは、ステンレススチールなどの鋼材によって作られ
た上型と下型のホルダに、アルミニウムもしくはアルミ
ニウム合金などのアルミニウムを主体としたダイをそれ
ぞれ保持し、下型ホルダに対して上型ホルダを上下させ
て、両ダイのランドが相互に当接して閉じ合わされるこ
とによって内部に所定のキャビティを形成し、この所定
のキャビティを形成するまでの圧縮過程においてはキャ
ビティ内の被圧縮木材の一部を実質的に拘束しない状態
で圧縮し、最終的にダイを閉じ合わせるように構成した
ものである。

【００１０】したがって、たとえば、雌雄に嵌合する１
対のダイによって圧縮動作の最初からダイが閉じ合わさ
れて実質的に被圧縮木材のすべての外周をダイによって
拘束しながら圧縮するような成形装置はこの発明の範疇
には入らない。

【００１１】各ホルダに保持するダイは、加工せんとす
る木材の長さに合わせて所要の長さを有するもので、ボ
ルタに対してダイを長手方向においてスライド自在に保
持させることによってダイとホルダとが異質の金属であ
っても、高温高圧の水蒸気による熱膨張の相違を吸収す
ることができ、ダイが長尺であっても簡単かつ容易に取
り替えることができる。

【００１２】また、ダイには長手方向に沿って少なくと
も１つ以上の通孔を形成しておくことによって、ダイを
高温高圧容器に置いた場合、水蒸気がダイに形成した通
孔を流れ、ダイを速やかに加熱することができると共
に、高温高圧容器から取り出した場合効率的に冷却する
ことができるので好ましい。

【００１３】さらに一対のダイは、圧縮によって得た圧
縮木材の抜きを容易にするため、相互に当接するランド
の内側を外方に向けてテーパー状に拡開してクリアラン
スを形成することが望ましい。

【００１４】かゝる成形装置は、これを高温高圧容器内
に収容し、該高温高圧容器内に水蒸気を流しながら、前
記いずれか一方のダイの凹部に配した加工せんとする木
材を高温の水蒸気によって軟化させ、ついでダイによっ
て圧縮して閉じ合わされたキャビティに相当する形状の
圧縮木材とするもので、この圧縮についで、水蒸気の温
度を上げて得られた圧縮木材の形状固定を行うことによ
って形状の戻りのない優れた品質の圧縮木材とすること
ができる。

【００１５】なお、この成形装置は、前記一対のダイに
よって構成された装置の複数を、平面的及び／又は立体
的に多段に配置して複数の被圧縮木材を同時に圧縮する
ようにしてもよい。

【００１６】

【作用】この発明の圧縮木材の製造法は、相互の対向す
る部位に加工せんとする木材を所要の形状に賦形するた
めの凹部を形成した一対のダイを使用して木材を高温高
圧の水蒸気雰囲気下において所定の形状に圧縮成形する
に際し、各ダイのランドが当接するまでの間は木材の一
部を実質的に拘束しない状態で圧縮し、最終的にランド
の当接によって木材の全部位を拘束して圧縮するので、
被圧縮木材はダイの可動方向の押圧力でその表層部近傍
の内部組織が圧潰し、同時に中心部にも若干の押圧力が
作用して内部組織を適度に圧潰して次第に緻密化する。
同時に、この圧縮で被圧縮木材の一部は、ダイのランド
が開放されているので被圧縮木材を拘束していない部分
に向けて逃げようとして変形し、引き続く押圧でこの開
放部分の間隔が縮小するにつれて変形部分に被圧縮木材
の中心に向かう押圧力が作用して当該変形部分の表層部
近傍の内部組織を圧潰し、同時に先の押圧によって適度
に圧潰されている中心部の内部組織の圧潰を高めて周辺
部と中心部を含めた全ての内部組織を均等に圧縮して高
い強度と硬度を備えた緻密な圧縮木材とすることができ
る。

【００１７】この発明の圧縮木材の成形装置は、ダイを
アルミニウムを主体とする金属で構成することによっ
て、圧縮成形に伴う激しい温度変化に対して金属疲労な
どを生ずることなく充分に耐えることができると共に、
熱伝導率がよいため、被圧縮木材の軟化や形状固定を速
めることができ、装置の軽量化を図ることができ、削り
出しによることなく押出成形で容易に得ることができる
といった各種の利点を有する。特に、かゝるアルミニウ
ムを主体とするダイを剛性のある他の金属で保持するこ
とによって装置としての強度を維持して長期間に亘る繰
り返し使用が可能となるものである。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の圧縮木材の製造法とこれに
使用する成形装置の実施例を添付の図面に基づいて具体
的に説明する。この発明の圧縮木材の成形装置１は、加
工せんとする木材を所定の形状に圧縮成形するための上
下一対のダイ２，３と、これらダイ２，３をそれぞれ保
持するための上型ホルダ４と下型ホルダ５及び各ダイ
２，３を高温高圧の水蒸気雰囲気下に保持するための高
温高圧容器１２とから構成されている。

【００１９】この実施例におけるダイ２及び３は、いず
れもアルミニウムの押出成形によって得た全長が約３０
００ｍｍのもので、相互の対向する部位（上方のダイ２
にあっては下面、下方のダイ３にあっては上面）にそれ
ぞれ賦形せんとする形状に合わせた凹部２ａ，３ａが形
成され、各凹部２ａ，３ａの両側の側面部２ｂ，３ｂの
内側は上縁（又は下縁）より下縁（又は上縁）に向けて
それぞれ約２ｍｍの勾配で外側に拡開し、クリアランス
を形成している。なお、図中２ｃ，３ｃは各ダイ２，３
のランド（当接面）を示す。

【００２０】各ダイ２，３における凹部２ａ，３ａの部
分の厚みの中央にはそれぞれ長手方向に貫通する水蒸気
を貫流させるための３個の通孔６，９が形成されてい
る。上方のダイ２を両側部には長手方向に沿って１対の
係合溝７，７が形成され、この係合溝７，７に上型ホル
ダ４に設けた鉤型の係止片８，８が係合してダイ２を上
型ホルダ４に固定している。下方のダイ３は、両側壁と
底部とによって形成されて上部が開口した下型ホルダ５
にその凹部３ａを上向きにして嵌挿固定されている。

【００２１】上型ホルダ４の両側下面には、下方に突出
するガイドピン１０，１０・・・を長手方向に適宜の間
隔で設ける。このガイドピン１０，１０・・・は、下型
ホルダ５の両側壁の上縁に対応して穿設したガイド孔１
１，１１・・・に嵌入して上型ホルダ４の上下動のため
のガイドとして機能するように構成している。

【００２２】前記ガイドピン１０，１０・・・がガイド
孔１１，１１・・・に嵌入してダイ２と３が閉じ合わさ
れていない状態においては、ダイ２の両側部２ｂ，２ｂ
と、ダイ３の両側部３ｂ，３ｂの端面のランド２ｃ，３
ｃは相互に離れてダイ２と３の両側に開放部Ｘ，Ｘを形
成している。ダイ２，３の閉じ合わせによって前記ラン
ド２ｃ，３ｃが互いに当接して開放部Ｘ，Ｘを閉じるこ
とによってダイ２と３の各凹部２ａと３ａによって内部
に所要の形状のキャビティＣが形成される。

【００２３】前記ダイ２及びダイ３を保持する上型ホル
ダ４と下型ホルダ５は、共にアルミニウム以外の金属、
たとえば、ステンレススチールによって作られている。
これらのダイ２，３の上型ホルダ４と下型ホルダ５への
装着は、ダイ２，３の各端部を上下のホルダ４，５の一
端から差し入れてスライドさせることによって容易に装
着することができる。かゝるスライド構造を採用するこ
とによってアルミニウムを主体としたダイ２及び３と、
このダイ２及び３を保持する他の金属による上下のホル
ダ４，５との間に生ずる熱膨張差を容易に吸収すること
ができ、また、損耗によるダイの取り替えも簡単に行う
ことができる。

【００２４】ダイ２を保持した上型ホルダ４は、図示し
ないプレス装置の駆動によってダイ３を固定した下型ホ
ルダ５に対して上下動して型の開放と閉じ合わせを行う
ことができるよう構成されている。

【００２５】かゝる構造の圧縮木材の成形装置１は、以
下に述べる方法で使用することによって所望の形状の圧
縮木材を製造することができる。まず、成形装置１を構
成するダイ２を取り付けた上型ホルダ４とダイ３を取り
付けた下型ホルダ５とを型開きした状態で、ダイ３の凹
部３ａに予備加工によって断面がほゞ四角に切削した被
圧縮木材Ａを載置する。ついで、被圧縮木材Ａに上方よ
り上型ホルダ４を下降させてダイ２の凹部２ａを当接さ
せ、これらを横置した円筒状の高温高圧容器１２内に適
宜の手段で搬送し、高温高圧容器１２の開口部を閉鎖す
る。

【００２６】この高温高圧容器１２は図示しないが、外
部上方には複数のシリンダーを長手方向に一定間隔で設
けたプレス装置が配備され、各シリンダーのピストンが
高温高圧容器１２の上部筒壁を貫通して上型ホルダ４と
連繋し、上型ホルダ４を上下動可能に保持している。

【００２７】高温高圧容器１２を密閉した状態で、一端
開口部側から高温高圧容器１２内に温度１２０℃〜１８
０℃の水蒸気を吹き込むと、高温高圧容器１２内は５〜
１０分程度で所定の温度に上昇する。この状態で１０〜
１５分程度保持すると、ダイ３上に載置された被圧縮木
材Ａはダイと被圧縮木材Ａから入り込んだ高温高圧の水
蒸気や、この水蒸気によって加熱されたダイ３や２の保
有する熱エネルギーによって次第に膨潤して軟化し始め
る。その際、ダイ２，３にはそれぞれ長手方向に沿って
水蒸気が貫流する通孔６及び９が形成されているため、
その材質とこの通孔６，９を通過する水蒸気によってき
わめて効率的に加熱される。

【００２８】高温高圧容器１２内に送り込まれた水蒸気
は、該高温高圧容器１２内の一方側から他方側に向けて
流れ充満して長尺の被圧縮木材Ａに接触すると同時にダ
イ２やダイ３の表面や通孔６や９内に接触し、これに熱
エネルギーを与えて加熱し、被圧縮木材Ａを膨潤軟化さ
せる。かくして被圧縮木材Ａが高温の水蒸気によって膨
潤軟化すると、前記プレス装置の複数のピストンが同時
にして上型ホルダ４とこれに設けたダイ２で被圧縮木材
Ａを押圧する。

【００２９】このピストンの作動で被圧縮木材Ａは上下
方向に押圧を受けて内部の液が絞られ、被圧縮木材Ａの
中心部に向けた押圧力が働いて上下の表層部近傍の内部
組織を圧潰し、同時に中心部にも若干の押圧力が作用し
て内部組織を適度に圧潰して次第に緻密化される。

【００３０】上下からの押圧を受けた被圧縮木材Ａは、
ダイ２と３の両側部のランドが当接しない状態において
は、拘束されない状態の開放部Ｘ，Ｘの方向に逃げよう
として変形する。この状態でさらにダイ２の下降が続
き、開放部Ｘ，Ｘの間隔が次第に縮小するにつれて被圧
縮木材Ａの左右の側面部にダイ２，３の側部２ｂ，３ｂ
が接触し、変形部分（図２における左右方向への突出
部）に被圧縮木材Ａの中心部に向かう押圧力が作用し、
当該変形部分の内部組織を圧潰すると同時に先の押圧に
よって適度に圧潰されている中心部の内部組織の圧潰を
高め、これによって周辺部と中心部を含めた全ての内部
組織を均等に圧縮して高い強度と硬度を備えた緻密な圧
縮木材Ｂを得ることができる。

【００３１】各ダイ２，３のランド２ｃ，３ｃの当接に
よって所要の形状のキャビティが形成され、被圧縮木材
Ａが所要形状の圧縮木材Ｂに成形し終わると、そのまゝ
の状態で水蒸気の温度を１８０℃前後にして約１０〜３
０分間保持して圧縮木材Ｂの形状固定を行ったのち、水
蒸気の吹き込みを停止して大気圧に戻し、適度に温度が
下がるのを待って製造装置１のダイを開放し、圧縮木材
Ｂを取り出す。その際、ダイ２と３の両側の内面に形成
したテーパー状の拡開部がクリアランスを形成している
ので、圧縮木材Ｂを成形装置１から容易に取り出すこと
ができる。

【００３２】取り出された圧縮木材Ｂは、横方向両側の
中央部が約２ｍｍで突出したテーパー部を有する断面の
ものであるので、図３の（ａ）に示すように二次加工に
よって当該突出部を切削することによって所定の厚みの
長尺の角材とすることができる。また、図３の（ｂ）に
示すように左右の突出部を切削し、かつ上下方向におい
て２等分するように切断することによって２枚の偏平か
つ長尺の板材を得ることができる。さらに、図３の
（ｃ）に示すように左右の突出部を切削し、かつ上下及
び左右の中心部においてそれぞれ切断することによって
４枚の偏平な板材を得ることができる。なお、図示しな
いが木材を圧縮加工するに際し、全体を方形に圧縮し、
その四周を弧状に切削することによって丸材とすること
もできることは当然である。

【００３３】

【発明の効果】この発明の圧縮木材の製造法は、相互の
対向する部位に加工せんとする木材を所要の形状に賦形
するための凹部をそれぞれ形成した一対のダイを使用
し、各ダイのランドが互いに当接するまでは加工せんと
する木材の側面部を実質的に拘束しない状態で圧縮し、
最終的に各ダイのランド相互の当接によって周辺部から
内部組織に至るまで均等に加工せんとする木材を圧縮す
るので、得た圧縮木材は表層部と中心部の内部組織が均
等に圧縮されて高い強度と硬度を備えて、長期の使用に
も反りや歪みの生じない優れた品質の圧縮木材を得るこ
とができる。

【００３４】特に、この発明の製造法によって得られた
圧縮木材は、周辺部から中心部の内部組織まで均等に圧
縮されているので、２次加工してもどの部位も均等に圧
縮されているため、反りや変形が生ずることがなく、表
面が水に濡れても内部に浸透することもなく長期に亘っ
て使用に耐えることができる。

【００３５】この発明の圧縮木材の成形装置は、１対の
ダイの閉じ合わせに至るまでの圧縮過程においてキャビ
ティ内の被圧縮木材の一部を実質的に拘束しない状態で
圧縮できるように構成しているので、この成形装置によ
って木材を圧縮加工した場合には、木材を周辺部から中
心部の内部組織にいたるまで高い圧縮比率で均等に圧縮
することができ、品質の良い、２次加工可能な圧縮木材
を簡単かつ容易に得ることができる。

【００３６】また、成形装置を構成するダイをアルミニ
ウムを主体とする金属で構成することによって、軽量で
あると共に、圧縮成形に伴う激しい温度変化に対して金
属疲労などを生ずることなく充分に耐えることができ、
熱伝導率がよいために被圧縮木材の効率的な軟化や形状
固定を行うことができ、削り出しによることなく押出成
形で容易に得ることができるといった各種の利点を有す
る。また、かゝるアルミニウムを主体とするダイを剛性
のある他の金属で保持することによって装置としての強
度を維持して長期間に亘る繰り返し使用が可能となるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の圧縮木材の製造に使用する成形装置
の縦断面図である。

【図２】図１に示す成形装置の使用状態を示す縦断面図
である。

【図３】得た圧縮木材の２次加工の状態を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 圧縮木材の成形装置 ２，３ ダイ ４ 上型ホルダ ５ 下型ホルダ ６，９ 水蒸気貫流用の通孔 １０ ガイドピン １１ ガイド孔 Ａ 被圧縮木材 Ｂ 圧縮木材 Ｃ キャビティ Ｘ 開放部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温高圧の水蒸気雰囲気下において加工
   せんとする木材を一対のダイのいずれか一方の凹部内に
   保持し、各ダイのランドが互いに当接して閉じ合わせに
   至るまでの間は各ダイの凹部によって形成されるキャビ
   ティを開放状態としながら前記木材の一部を実質的に拘
   束しない状態で圧縮しつゝ、最終的なダイの閉じ合わせ
   によって周辺部から内部組織に至るまで均等に圧縮され
   た圧縮木材を得ることを特徴とする圧縮木材の製造法。
2. 【請求項２】 相互の対向部位に加工せんとする木材を
   所要の形状に賦形するための凹部をそれぞれ形成したア
   ルミニウムを主体とする金属からなる所定長さの一対の
   ダイと、該一対のダイを高温高圧の水蒸気雰囲気下にお
   いて保持する高温高圧容器とからなるもので、前記各ダ
   イのランドが互いに当接して閉じ合わせに至るまでの間
   は各ダイの凹部によって形成されるキャビティを開放状
   態としながら前記木材の一部を実質的に拘束しない状態
   で圧縮しつゝ、最終的なダイの閉じ合わせによって周辺
   部から内部組織に至るまで均等に圧縮することができる
   よう構成されたことを特徴とする圧縮木材の成形装置。
3. 【請求項３】 前記一対のダイは、それぞれアルミニウ
   ムを主体とする金属以外の金属によって形成されたホル
   ダに保持されたものであることを特徴とする請求項２記
   載の圧縮木材の成形装置。
4. 【請求項４】 前記一対のダイは、相互に当接するラン
   ドの内側を外方に向けてテーパー状に拡開してクリアラ
   ンスを形成したものであることを特徴とする請求項２又
   は３記載の圧縮木材の成形装置。
5. 【請求項５】 前記一対のダイは、これを一単位として
   平面的及び／又は立体的に多段に配置し、加工せんとす
   る木材の複数を同時に圧縮成形するようにしたことを特
   徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の圧縮木材の
   成形装置。