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技術 木材の乾燥方法及びその装置

出願人 山本ビニター株式会社
発明者 吉田孝久藤本登留山本泰司
出願日 2001年10月4日 (18年7ヶ月経過) 出願番号 2001-309071
公開日 2003年4月15日 (17年0ヶ月経過) 公開番号 2003-112305
状態 特許登録済
技術分野 木材等の化学的、物理的処理 固体の乾燥
主要キーワード 対面距離 熱気乾燥 放出蒸気 耐朽性 高含水状態 雰囲気空気 初期含水率 可変構造
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2003年4月15日)のものです。
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図面 (7)

課題

木材乾燥において木材の割れの発生を一層抑制し、乃至は乾燥時間の短縮を図る。

解決手段

湿度調整制御部104及び熱気供給制御部105により、乾球温度120℃、湿球温度90℃の高温低湿度に制御された雰囲気下で木材Wを乾燥し、木材表層部にドライングセットを形成する。次いで、高周波発生回路31により、対向電極7に高周波電力が供給され、対向電極7に載置された木材Wに対して誘電加熱による乾燥処理を行う。

概要

背景

従来、誘電加熱熱気加熱とを併用した複合乾燥により木材を乾燥する方法が知られている。この乾燥方法は、誘電加熱により木材を内部から乾燥するとともに、熱気加熱により木材を外部から同時に乾燥するもので、高速乾燥を実現する有力な手段である。しかしながら、この方法では、木材の割れの抑制に対する配慮が何らなされておらず木材の割れを効果的に防ぐには問題があった。特に、スギヒノキのような針葉樹の芯持ちの柱材に対して、上記乾燥方法を適用すると割れがしばしば発生するという問題があった。

一方、木材の割れを抑制して乾燥する方法も種々提案されている。すなわち、特開平6−257946号公報には、乾燥室に収容した木材を乾球温度100〜150℃及び望ましい湿球温度として90℃以上の条件下で乾燥し、木材の変形及び表面の割れの発生を抑制する方法が記載されている。また、特開2001−116453号公報には、蒸煮により木材の中心部を80〜130℃の高温に上げた後、80〜130℃程度の湿度制御しない低湿熱風で乾燥を継続することで、粘弾性的特性による割れを抑制する効果を発揮させる乾燥方法が記載されている。

また、特開平10−76501号公報には、外部加熱による乾燥と内部加熱による乾燥の2段階の乾燥工程を有する心持ち柱材の割れ抑制乾燥方法であって、前段の外部加熱による乾燥を高温高湿度雰囲気下で生材平均含水率繊維飽和点に達するまで行う方法が記載されている。この方法は、乾燥処理を前段と後段とに分け、前段は熱気による外部加熱を引張応力下で行わせることにより、木材表層部に引張セット(ドライングセット)を形成し、後段では主としてマイクロ波加熱により内部加熱を行うものである。

概要

木材乾燥において木材の割れの発生を一層抑制し、乃至は乾燥時間の短縮を図る。

湿度調整制御部104及び熱気供給制御部105により、乾球温度120℃、湿球温度90℃の高温低湿度に制御された雰囲気下で木材Wを乾燥し、木材表層部にドライングセットを形成する。次いで、高周波発生回路31により、対向電極7に高周波電力が供給され、対向電極7に載置された木材Wに対して誘電加熱による乾燥処理を行う。

目的

本発明はこれらの課題を解決するためになされたものであり、木材の割れの発生を一層抑制し、乃至は乾燥時間の短縮を可能にする木材の乾燥方法及びその装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

低湿度雰囲気下で少なくとも中温度以上の所定温度に保つようにして木材を木材表層部にドライングセットが形成されるまで乾燥する第1乾燥工程と、ドライングセットが形成された木材に対して、所定の含水率になるまで少なくとも誘電加熱により乾燥する第2乾燥工程とからなることを特徴とする木材の乾燥方法

請求項2

第1乾燥工程は、平衡含水率6%以下に対応する所定の温度と湿度による雰囲気下で木材を乾燥して木材表層部にドライングセットを形成することを特徴とする請求項1記載の木材の乾燥方法。

請求項3

第1乾燥工程は、誘電加熱及び熱気加熱の少なくとも一方により木材の温度を80℃以上に加熱することを特徴とする請求項1又は2記載の木材の乾燥方法。

請求項4

第2乾燥工程は、木材中心部の含水率が30%以下となるまで乾燥することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の木材の乾燥方法。

請求項5

第2乾燥工程は、ドライングセットを緩和する工程を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の木材の乾燥方法。

請求項6

第2乾燥工程は、誘電加熱及び熱気加熱を併用して乾燥することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の木材の乾燥方法。

請求項7

容器内に収容された木材に乾燥処理を施す加熱装置と、容器内の湿度を調整する湿度調整装置と、各装置の動作を制御すると共に前記加熱装置に熱気加熱と誘電加熱とを行わせる制御部とを備えた木材乾燥装置であって、前記制御部は、容器内の雰囲気を低湿度とし、かつ少なくとも中温度以上の所定温度に制御しながら木材に対して木材表層部にドライングセットが形成されるまで少なくとも熱気加熱による第1乾燥処理を施し、ドライングセットが形成された木材に対し、前記所定温度より低い温度の雰囲気に制御しながら所定の含水率になるまで少なくとも誘電加熱による第2乾燥処理を施すことを特徴とする木材乾燥装置。

技術分野

0001

本発明は木材の乾燥方法及びその装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、誘電加熱熱気加熱とを併用した複合乾燥により木材を乾燥する方法が知られている。この乾燥方法は、誘電加熱により木材を内部から乾燥するとともに、熱気加熱により木材を外部から同時に乾燥するもので、高速乾燥を実現する有力な手段である。しかしながら、この方法では、木材の割れの抑制に対する配慮が何らなされておらず木材の割れを効果的に防ぐには問題があった。特に、スギヒノキのような針葉樹の芯持ちの柱材に対して、上記乾燥方法を適用すると割れがしばしば発生するという問題があった。

0003

一方、木材の割れを抑制して乾燥する方法も種々提案されている。すなわち、特開平6−257946号公報には、乾燥室に収容した木材を乾球温度100〜150℃及び望ましい湿球温度として90℃以上の条件下で乾燥し、木材の変形及び表面の割れの発生を抑制する方法が記載されている。また、特開2001−116453号公報には、蒸煮により木材の中心部を80〜130℃の高温に上げた後、80〜130℃程度の湿度制御しない低湿熱風で乾燥を継続することで、粘弾性的特性による割れを抑制する効果を発揮させる乾燥方法が記載されている。

0004

また、特開平10−76501号公報には、外部加熱による乾燥と内部加熱による乾燥の2段階の乾燥工程を有する心持ち柱材の割れ抑制乾燥方法であって、前段の外部加熱による乾燥を高温高湿度雰囲気下で生材平均含水率繊維飽和点に達するまで行う方法が記載されている。この方法は、乾燥処理を前段と後段とに分け、前段は熱気による外部加熱を引張応力下で行わせることにより、木材表層部に引張セット(ドライングセット)を形成し、後段では主としてマイクロ波加熱により内部加熱を行うものである。

発明が解決しようとする課題

0005

特開平6−257946号公報記載の方法は、制御方法として乾球温度と湿球温度との温度差を最初は小さく、漸次大きくする方法であるため、木材表層部に迅速に有効な含水率傾斜を生成することができず、十分な引張セット(ドライングセット)を形成することに限界があり、かえって木材に対して多くの割れが生じるといった欠点がある。

0006

また、特開2001−116453号公報記載の方法も、特開平6−257946号公報と同様な問題を有する。また、特開平10−76501号公報記載の方法は、前段の乾燥を高湿度雰囲気下で行うため、木材表層部に形成される含水率傾斜の大きさに限界があり、この木材表層部に形成されるドライングセット量を充分に確保できない。このように、従来の方法では、木材の表層部における割れ発生の抑制にも一定の限界があるという問題があった。

0007

本発明はこれらの課題を解決するためになされたものであり、木材の割れの発生を一層抑制し、乃至は乾燥時間の短縮を可能にする木材の乾燥方法及びその装置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

0008

上記課題を解決するため請求項1記載の発明は、低湿度の雰囲気下で少なくとも中温度以上の所定温度に保つようにして木材を木材表層部にドライングセットが形成されるまで乾燥する第1乾燥工程と、ドライングセットが形成された木材に対して、所定の含水率になるまで少なくとも誘電加熱により乾燥する第2乾燥工程とからなることを特徴とする木材乾燥方法である。

0009

この発明によれば、木材を低湿度雰囲気下で少なくとも中温以上に加熱して乾燥するため、木材表層部に大きな含水率傾斜が生じ、木材表層部に高いレベルでドライングセットが形成される。また、木材を十分に高温に加熱して乾燥するため、ドライングセットが形成された部分は、粘弾性特性を持つ状態となる。このため、木材の乾燥初期過程で生じる木材表層部の引張応力に起因する割れも効率的に抑制される。更に、木材の乾燥後期の過程において木材表層部に生じる圧縮応力により、乾燥初期の段階で生じた微細な割れが閉じられ、閉塞効果が発揮される。

0010

請求項2記載の発明は、請求項1記載の木材の乾燥方法において、第1乾燥工程は、平衡含水率6%以下に対応する所定の温度と湿度による雰囲気下で木材を乾燥して木材表層部にドライングセットを形成することを特徴とする。この発明によれば、木材は、平衡含水率6%以下の低湿度雰囲気下で乾燥されるため、木材表層部には効率的にドライングセットが形成される。

0011

請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の木材の乾燥方法において、第1乾燥工程は、誘電加熱及び熱気加熱の少なくとも一方により木材の温度を80℃以上に加熱することを特徴とする。この発明によれば、誘電加熱と熱気加熱とを併用して木材の材温を80℃以上の温度に保ち第1乾燥工程を行うことにより木材表層部に粘弾性特性を持たせることが可能となり、また、熱気加熱及び内部加熱双方の加熱に要するエネルギーが低減される。更に、誘電加熱と熱気加熱とを併用して木材を高温に加熱した場合、熱気加熱のみで木材を加熱する場合に比べて、雰囲気温度を低くして木材の乾燥が行われ、乾燥装置耐熱設計を低温に設定して行うことができ、乾燥装置の低コスト化が図れる。

0012

請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、第2乾燥工程は、木材中心部の含水率が30%以下となるまで乾燥することを特徴とする。この発明によれば、木材は第2乾燥処理により木材中心部の含水率が30%以下となるまで乾燥されるため、木材内部が収縮し、木材表面において生じる引張り応力が圧縮応力に転換し、いわゆる材面割れの閉塞効果が発揮される。

0013

請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の木材乾燥方法において、第2乾燥工程は、ドライングセットを緩和する工程を含むことを特徴とする。この発明によれば、第2乾燥工程は、ドライングセットを緩和する工程を含んでいるため、木材の平均含水率が例えば10%以下となるような過乾燥を施した場合であっても、木材表層部は、木材中心部の収縮に伴って生じる大きな圧縮応力に対応するように変形され、内部割れが抑制される。すなわち、強固なドライングセットを保持した状態で、木材の平均含水率が10%以下となるような過乾燥を施した場合、木材表層部は、ドライングセットが強く形成されているため、木材内部からの大きな圧縮応力に対応して変形することができず、内部割れが生じてしまう。特に、スギのような木材を複数本まとめて乾燥させた場合、乾燥後期において、各木材の平均含水率のバラツキは大きくなり、中には平均含水率が10%以下となるような過乾燥される木材が存在してしまう。本発明では、第2乾燥工程において、ドライングセットを緩和したため、このような過乾燥された木材についての木材内部からの大きな収縮による内部割れが抑制されることとなる。

0014

また、本発明によれば、第1乾燥工程で形成されたドライングセットを緩和するにとどめ、ドライングセットを100%開放するわけではないため、ドライングセット形成時に若干生じた木材表層部の割れに対する閉塞効果も発揮される。

0015

請求項6記載の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の木材の乾燥方法において、第2乾燥工程は、誘電加熱及び熱気加熱を併用して乾燥することを特徴とする。この発明によれば、第2乾燥工程は、誘電加熱及び熱気加熱を併用し、木材は内部及び外部から同時に乾燥されるため、乾燥処理のより一層の高速化が図れる。

0016

請求項7記載の発明は、容器内に収容された木材に乾燥処理を施す加熱装置と、容器内の湿度を調整する湿度調整装置と、各装置の動作を制御すると共に前記加熱装置に熱気加熱と誘電加熱とを行わせる制御部とを備えた木材乾燥装置であって、前記制御部は、容器内の雰囲気を低湿度とし、かつ少なくとも中温度以上の所定温度に制御しながら木材に対して木材表層部にドライングセットが形成されるまで少なくとも熱気加熱による第1乾燥処理を施し、ドライングセットが形成された木材に対し、前記所定温度より低い温度の雰囲気に制御しながら所定の含水率になるまで少なくとも誘電加熱による第2乾燥処理を施すことを特徴とする木材乾燥装置である。この発明によれば、第1の乾燥処理及び第2の乾燥処理を実施する木材乾燥装置が提供される。

発明を実施するための最良の形態

0017

図1は、本発明に係る木材乾燥装置の一実施形態を示した側面断面図である。図1に示すように、木材乾燥装置は、乾燥対象木材収納する乾燥容器1と、乾燥容器1の内部に所定温度の蒸気を生成するボイラ2と、誘電加熱を行う高周波発生部3と、本装置の動作を制御する制御部10とを備える。

0018

乾燥容器1は、5面が金属製の壁で包囲された直方体の形状を有する。各壁を内部に断熱樹脂層を含む3層構造とすることで強度の確保と軽量化を図っている。乾燥容器1の前面に形成された収納口には木材を出し入れすると共に乾燥容器1内を密閉状態とするドア5が取り付けられている。

0019

乾燥容器1の天井面の幅方向中央部には、例えば木材間に熱気が循環するように乾燥容器1の側壁面に向けて送風を行う所要数例えば2個のファン9、9が適所に配設されている。ファン9は、回転軸が図略のモータ出力軸に噛合されており、モータの駆動力が伝達されて回転する。モータは後述する制御部10に接続されており、制御部10からの駆動信号を受けてファン9を好ましくは、所定周期正逆回転させる。

0020

ボイラ2は、例えば、乾燥容器1の外側に床置きされている。ボイラ2には発生蒸気を乾燥容器1内の上部空間適所に導入し、放出口211から放出する蒸気配管21と、発生蒸気を乾燥容器1内を循環させる蒸気配管22が接続されている。蒸気配管21、22にはそれぞれ調整バルブ21a、22aが介設され、調整バルブ21a、22aを開閉することで、蒸気の供給が制御される。蒸気温度は本実施形態では120℃に設定されている。蒸気配管22は乾燥容器1内の上部空間適所であって水平面上で乾燥容器1の側壁面に沿ってファン9、9を取り囲むように環状に形成された配管が上下方向に所定段数、例えば3段配設された放熱部221を有する。乾燥容器1は蒸気配管21からの放出蒸気湿度調整(図略の開閉弁を介して流量を調整することで)が行われ、放熱部221からの放熱で温度調整(図略の開閉弁を介して流量を調整することで)が行われるようになっている。放熱部221からの熱で加熱された空気がファン9の回転により乾燥容器1内を対流されることで、乾燥容器1内の温度分布が均一となる。

0021

乾燥容器1の天井壁には、排気部4が設けられている。排気部4は、乾燥容器1の天井壁に立設されており、乾燥容器1内の雰囲気空気強制的に調整排出する。排気部4は筒体40を備えると共に、その内部には水平軸41回りに回転して筒体40の開度を調節するダンパ42が設けられている。乾燥容器1の天井壁外側には、水平軸41を軸回り回動してダンパ42の開度を変更するアクチュエータ43が設けられている。アクチュエータ43を動作させることで、ダンパ42の開度が調整される。筒体40の下部には、図略の電動モータにより回転される排気ファン44が設けられており、排気ファン44が回転することで、乾燥容器1内の雰囲気空気は筒体40を介して排気され、これにより熱量や水分量が抜かれて温度、湿度の調整を行うようにしている。

0022

乾燥容器1は、本実施形態では1台の台車6が収納可能な容積を有している。台車6は水平な床盤とその下面の4個の車輪を有して構成されている。乾燥容器1の床面には奥側からドア5に向かって1対のレール8が敷設されており、レール8に沿って台車6が乾燥容器1に対して出し入れされる。

0023

台車6には、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる平板状の電極部7が用意されている。電極部7は本実施形態では3枚からなり、中間の陽極電極板71と、その上下両側の陰極電極板72、73とからなる。陰極電極板73は台車6の床盤上に敷設乃至は取り付けられている。

0024

木材Wは所定サイズの断面形状を有する所定長をなす、例えば長尺体である。図1では詳細に示していないが、木材Wは、陰極電極板73上で所定方向所定ピッチを有して複数本平行配置される木材段部を桟木を介在させて順次積層することで山積みされている。木材Wは複数段だけ山積みされ、その中間段に陽極電極板71が介設され、最上段に陰極電極板72が載置されている。このように木材Wを所定ピッチを有し、かつ桟木を介して山積みすることで、木材Wの側面に万遍なく蒸気及び加熱された雰囲気空気が浴びせられ、後述する複合乾燥に適する。

0025

高周波発生部3の陽極部からの配線は乾燥容器1の側壁に形成された孔を貫通して陽極電極板71に接続され、陰極部からの配線は乾燥容器1の側壁の他の位置に図略の絶縁体を介して形成された孔を貫通して陰極電極板72,73に並列的に接続されている。なお、乾燥容器1内の適所には乾球温度計107及び湿球温度計108(図2参照)が配設されている。

0026

図2は、制御側から見た、一実施形態を示すブロック図である。高周波発生部3は、高周波電源回路30と、所定の周波数(例えば、数MHz〜数十MHz)の高周波電力(例えば1kW〜数十kWのような比較的小〜中電力)を発生し、電極部7に高周波電力を供給する高周波発生回路31と、高周波電源回路30と電極部7との間に介設され、高周波発生回路31の出力インピーダンスと木材Wを含む負荷側のインピーダンスとを整合させる整合回路32とからなる。陽極電極板71と陰極電極板72間に積層された木材W、陽極電極板71と陰極電極板73間に積層された木材Wはそれぞれの電極板間に生じる高周波電磁界により誘電加熱されて乾燥される。

0027

整合回路32は、例えばコンデンサ及びインダクタンスの少なくとも一方が可変構造を有して構成された公知のもので、可変コンデンサの容量及び可変インダクタンスのインダクタンスを調整することで高周波発生部3の出力インピーダンスと木材Wを含む負荷側のインピーダンスとの整合を図る。例えば、可変コンデンサはコンデンサ電極対面距離漸次変更するように一方のコンデンサ電極を移動制御し、可変インダクタンスはL成分を発揮する長尺アルミ板迂回長を漸次変更するように短絡部材を移動制御する等すればよい。木材Wの乾燥が進行して木材の含水率が変化すると、木材Wの誘電率が変化して木材Wのインピーダンスが大きくなるように変化する。整合回路32は、例えば負荷側からの反射レベルを、図略の公知の検出手段で検出するなどして、木材Wのインピーダンスの変化をその変化に追随するよう可変コンデンサまたは可変インダクタンスの一方をあるいは双方を変化させる。あるいは予め実験などを通じて材種断面積、重量、初期含水量などをパラメータとして経時方向の調整量をメモリ部などに複数記憶しておき、処理に先立って選定された調整量に基づいてタイマ管理変更制御する態様としてもよい。

0028

制御部10は、ボイラ2の調整バルブ21a,22a、高周波発生回路31、整合回路32、乾球温度計107及び湿球温度計108に接続されている。制御部10は、高周波発生回路31のオンオフ動作を指示する高周波電源制御部101と、高周波の印加時間及び蒸気供給時間を管理するタイマ102と、整合回路32の可変コンデンサ及び可変インダクタンスを変化させる整合制御部103と、調整バルブ21aの開閉を指示して乾燥容器1内への蒸気の供給を制御する湿度調整制御部104と、調整バルブ22aの開閉を指示して乾燥容器1内への熱気の供給を制御する熱気供給制御部105とを備えると共に、本乾燥制御プログラムや乾燥処理に必要なデータを格納する記憶部106を備える。

0029

湿度調整制御部104及び熱気供給制御部105は、乾球温度計107及び湿球温度計108からの温度情報を連続的に取り込み、乾燥容器1内の雰囲気が制御すべき湿度を維持するように調整バルブ21aの開閉を制御すると共に、制御すべき温度を維持するように調整バルブ22aの開閉を制御する。なお、調整バルブ21a,22aの開閉制御としてその開度を調整するようにして、より細かな調整を行うようにしてもよい。記憶部106に格納されるデータとしては、乾燥対象である木材Wの木種、形状、初期含水率等の木材情報に対応する乾燥工程スケジュールである。

0030

次に、木材乾燥処理について説明する。

0031

図3は、木材乾燥方法の第1実施形態を示すタイミングチャートである。本木材乾燥方法は、蒸煮工程P1、第1乾燥工程P2及び第2乾燥工程P3を有する。蒸煮工程P1は、第1乾燥工程P2に先立って、木材Wを高温状態にする前工程である。乾燥対象木材Wを台車6に搭載し、乾燥容器1に投入した後、湿度調整御部104によりボイラ2の蒸気配管21の調整バルブ21aが開成され、蒸気が乾燥容器1内へ供給される。これにより木材Wは蒸気により蒸煮される。本実施形態では蒸煮工程P1は約12時間に設定されており、木材Wの温度を約95℃まで上昇させるようにしている。

0032

第1乾燥工程P2は蒸煮工程P1引き続いて行われる。第1乾燥工程P2は、高温低湿度雰囲気下で木材Wに熱気加熱を施すものである。湿度調整制御部104及び熱気調整制御部105は、乾燥容器1内の雰囲気が乾球温度を120℃、湿球温度を90℃の高温低湿度を保つように調整バルブ21a,22aの開閉を制御する。この間、木材Wは材温が徐々に上昇し、やがて100℃となる。木材Wを低湿度雰囲気下にさらすことで、木材内部は高含水状態にある一方、表面は低湿度雰囲気にあることから、表層部から水分が急激にぬけ、この表層部に大きな含水率傾斜が生じる。乾球温度120℃と湿球温度90℃の温度差30℃に対応する平衡含水率を低く、例えば6%以下、好ましくは4%以下となるようにすることで、効果的な含水率傾斜が得られる。

0033

この間、木材Wの表層部は水分が減少して行く結果、図5に示すように、材の接線方向に生じる引張り応力(正側)が含水率の低下に伴って上昇する。従って、このままでは木材Wの表層部に割れを生じる可能性がある。しかし、このとき材温は高温状態にあることから木材Wの表層部は粘弾性特性を示すため、引張り応力にも拘わらず割れを生じにくい状態となっている。そして、乾燥が継続して含水率が30〜35%程度まで低下すると、引張応力が最大を示し、この付近(時点)で第1乾燥工程P2を終了させる。従って、木材Wは最大引張り応力を受けたまま固定化、すなわちドライングセットが形成されることとなる。第1乾燥工程P2は木材表層部にドライングセットが形成される時間として好適な時間、本実施形態では約6〜24時間が設定されている。

0034

第1乾燥工程P2が終了すると、引き続き第2乾燥工程P3を開始する。第2乾燥工程P3では誘電加熱が主体として行われる。すなわち高周波電源制御部101は高周波発生回路31に対して高周波の発生を指示する。高周波発生回路31は電極部7に高周波電力を供給し、木材Wへの誘電加熱を開始させる。木材Wは誘電加熱により内部から乾燥され、内部の多量の水分が外方に抜けていき、これにより材内部での含水率の均一化の方向に向かいながら、含水率の低下が図れる。又、誘電加熱を採用することで熱気加熱のみでは乾燥が困難な木材内部の乾燥をより短時間で行うことができる。このとき、高周波電源制御部101は、木材Wの均一乾燥を実現するため、経験的乃至はシミュレーションにより得られた記憶部106のタイムスケジュールに従って高周波発生回路31をオン・オフ制御する。

0035

第2乾燥工程P3では、乾球温度85℃、湿球温度82℃に設定されており、湿度調整制御部104及び熱気調整制御部105は、乾燥容器1内の雰囲気を上記各温度となるように調整する目的で制御される。乾球温度85℃、湿球温度82℃とする場合は木材Wの平衡含水率13.8%に対応する。この含水率13.8%は気乾状態に近いため、木材Wの過乾燥を防ぎ乾燥完了後の木材Wの寸法安定性が確保される。従って、木材Wは仕上げの含水率として好ましい値となるように乾燥される。また、この間、木材Wの表層部に形成されているドライングセットは内部からの水分の放出を受けて多少軟化し、図5に示すように含水率の低下に伴って引張応力から圧縮応力に移行し、材面割れを閉じる方向に作用する。このため、第1乾燥工程P2において木材Wの材面に微細な割れが生じていたとしても、この割れは第2乾燥工程P3の後期において生じる圧縮応力により閉じる。また、高湿度の雰囲気下で木材を乾燥するため、木材表層部に形成されたドライングセットが緩和され、誘電加熱による木材中心部の大きな収縮に伴う木材表層部への圧縮応力に対して、木材表層部は十分に変形することができ、内部割れを抑制することができる。

0036

以上説明したように本実施形態によれば、第1乾燥工程P2において木材表層部に高いレベルのドライングセットを形成したため、木材の割れを抑制され、かつ第2乾燥工程P3において誘電加熱を行ったため、木材を短時間で乾燥することができる。

0037

次に、木材乾燥方法の第2実施形態について、図4に示すタイミングチャートを用いて説明する。第2実施形態に係る木材乾燥方法は、第1乾燥工程P12として誘電加熱と熱気加熱とを併用した態様である。

0038

まず、第1実施形態同様、木材Wに対して蒸煮工程P11を12時間行い、木材Wの材温を約95℃にする。蒸煮工程P11が終了すると、次に、第1乾燥工程P12を開始する。

0039

第1乾燥工程P12は、中温低湿度雰囲気下で木材Wに対して熱気加熱と誘電加熱を施すものである。湿度調整制御部104及び熱気調整制御部105は、乾燥容器1内の雰囲気が乾球温度を95℃、湿球温度を65℃の中温低湿度を保つように調整バルブ21a、22aの開閉を制御する。同時に、高周波電源制御部101は、木材Wの材温が95〜100℃を保つように高周波電源回路31を間欠的に作動させる。このため、木材Wの温度は95〜100℃となる。本実施形態では、高周波電源制御部101は、経験的乃至はシミュレーションによって得られた記憶部106のタイムスケジュールに従って木材Wの温度が95℃〜100℃程度を保つように制御する。

0040

木材Wの表面を低湿度雰囲気下にさらすことで、木材内部は高含水率状態にある一方、表面は低湿度雰囲気にあることから、表層部から水分が急激に抜け、この表層部にドライングセットを形成するための有効な含水率傾斜が生じる。したがって、第1乾燥工程P12により、木材W表層部に高いレベルのドライングセットが形成される。

0041

第1乾燥工程P12が終了すると、誘電加熱を主とした第2乾燥工程P13が開始される。この第2乾燥工程P13は、第1実施形態に係る第2乾燥工程P3と同一条件下で同一時間行なわれる。第2乾燥工程P13により、木材Wは内部から加熱され、熱気加熱のみでは困難な木材内部の乾燥を高速に行うことができる。

0042

このように第2実施形態によれば、第1乾燥工程P12において、誘電加熱と熱気加熱とを併用して、木材の材温を100℃程度の高温としたため、乾燥容器1の雰囲気温度を熱気加熱のみで行う場合に比べて高温にする必要がない。このため、乾燥容器1を構成する部材を、耐熱性が低いもので設計することができ、乾燥装置のコストを低減することができる。

0043

このように、低湿度雰囲気下で木材を中温度以上(80℃以上)にして乾燥することにより木材表層部に広範囲にドライングセットを形成する第1乾燥工程P12及びドライングセットが形成された木材を誘電加熱により乾燥する第2乾燥工程P13により、高速乾燥を行うことができ、かつ、木材の割れを著しく減少することができる。また、第2乾燥工程は、乾燥室1の雰囲気を高湿度状態で乾燥するため、ドライングセットが緩和され内部割れを抑制することができる。

0044

なお、本発明は以下の形態を採ることができる。

0045

(1)第1、第2実施形態では、第2乾燥工程P3、P13における乾燥開始時間及び乾燥終了時間の制御をタイムスケジュールに基づいてタイマ102により時間を計測することにより行っているが、本発明はこれに限定されず、電極部7に載置された木材Wの中の1本乃至は複数本をサンプルとし、サンプルとされた木材に温度計刺し込み、この温度計の検出温度(材温度)をもとに、誘電加熱の制御を行ってもよい。

0046

(2)第1、第2実施形態では、第2乾燥工程P3、P13における乾燥開始時間及び乾燥終了時間の制御をタイムスケジュールに基づいてタイマ102により時間を計測することにより行っているが、本発明はこれに限定されず、電極部7に載置された木材Wの中の1本乃至は複数本をサンプルとし、この木材の含水率を含水率センサーを用いて計測し、計測された含水率をもとに誘電加熱の制御を行ってもよい。

0047

(3)第1、第2実施形態では、第2乾燥工程P3、P13における乾燥開始時間及び乾燥終了時間の制御をタイムスケジュールに基づいてタイマ102により時間を計測することにより行っているが、本発明はこれに限定されず、木材Wの重量を計測し、計測した重量の変化量に基づいて誘電加熱の制御を行ってもよい。この場合、レール8下に重量計を配置し、この重量計で木材Wの重量を測定すればよい。

0048

(4)第1、第2実施形態においては、第1乾燥工程の事前処理として蒸煮工程P1、P11を施したが、これに限定されず、蒸煮工程P1、P11を省略し、第1乾燥工程から乾燥を開始してもよい。

0049

(5)第1実施形態は、第1乾燥工程P2において、乾燥室1の雰囲気を乾球温度を120℃、湿球温度を90℃に保ち熱気加熱を行っているが、これに限定されず、第2実施形態のように、乾燥室1の雰囲気を乾球温度95℃、湿球温度65℃として熱気加熱を行ってもよい。乾燥室1の雰囲気を乾球温度95℃、湿球温度65℃としても木材Wの材温は80℃以上となるため、木材Wの表層部には粘弾性特性を持った状態でドライングセットが形成される。このように乾球温度95℃、湿球温度65℃として熱気乾燥を行うと、乾燥室1の耐熱温度を乾球温度95℃湿球温度65℃に設定して設計することができ、乾燥装置の低コスト化を図ることができるとともに、熱気乾燥に費やされるエネルギーを少なくすることができる。

0050

(6)第2実施形態は、第1乾燥工程P12において、乾燥室1の雰囲気を乾球温度95℃、湿球温度65℃として熱気加熱及び誘電加熱を併用した乾燥を行っているが、これに限定されず、第1実施形態のように乾燥室1の雰囲気を乾球温度120℃、湿球温度90℃として熱気加熱及び誘電加熱を併用した乾燥を行ってもよい。乾燥室1の雰囲気を乾球温度120℃、湿球温度90℃に保ち、熱気加熱と、誘電加熱とを併用することにより、第1乾燥工程P12の乾燥時間を更に短縮することができる。

0051

(7)第1、第2実施形態は、第2乾燥工程P3、P13において、乾燥室1の雰囲気を乾球温度95℃、湿球温度65℃の低湿度にして熱気加熱及び誘電加熱を併用した乾燥を行っているが、これに限定されず、内部割れが発生しにくい木材を乾燥する場合や木材Wの使用目的から内部割れが生じてもかまわないような場合は、乾球温度及び湿球温度を制御しない雰囲気下において木材Wに対して熱気加熱及び誘電加熱を併用した乾燥を行ってもよい。

0052

(8)第1、第2実施形態は、第2乾燥工程P3、P13において、乾燥室1の雰囲気を高湿度にして木材Wの乾燥を行うことにより、第1乾燥工程P2、P12で木材表層部に形成されたドライングセットを緩和して、乾燥後期において生じる木材Wの内部割れを抑制しているが、これに限定されることなく、例えば、第2乾燥工程の開始時に木材Wを蒸煮処理することにより、木材Wの表層部に形成されるドライングセットを緩和し、湿度制御しない雰囲気下で木材を乾燥してもよい。

0053

(9)第1、第2実施形態は、第2乾燥工程において、誘電加熱と熱気加熱とを併用した乾燥形態を採用したが、これに限定されず、誘電加熱のみを行う態様であってもよい。

0054

次に、本発明に係る木材乾燥方法の効果を確認するために行った試験について説明する。本試験は、本発明に係る木材の乾燥方法と比較例としての複合乾燥による木材の乾燥との木材に生じた割れ長さを測定し、測定結果を対比することにより行った。

0055

本発明に係る木材の乾燥方法は、初期重量の異なる48本の木材に対して蒸煮処理、第1乾燥処理、第2乾燥工程を順番に施すことにより行った。蒸煮処理は12時間、第1乾燥処理は24時間、第2乾燥工程は木材の平均含水率が15%となるまで行った。

0056

一方、複合乾燥による木材の乾燥方法は、初期重量の異なる48本の木材に対して、蒸煮処理、複合乾燥を順番に施すことにより行った。蒸煮処理は12時間、複合乾燥は木材の平均含水率が15%となるまで行った。

0057

木材の平均含水率の測定は、乾燥対象とされた木材を全数、全乾法で測定して行った。

0058

そして、測定対象となったそれぞれの木材に生じた割れの長さを測定した。1本の木材には複数本の割れが生じるが、各割れの長さを合計したものをその木材に生じた累積割れ長さとした。測定にあたり、割れの長さ15cm以下のものは除外した。

0059

なお、本試験に用いた木材は、いずれも長さ3mのスギ芯持ち柱材を使用した。

0060

図6(a)は、本発明に係る木材乾燥方法を施したときの各木材に対する累積割れ長さを示したグラフであり、横軸は乾燥対象とされた48本の木材を初期重量の軽いもの順に示しており、縦軸は各木材に対応する累積割れ長さを示している。図6(b)は、比較例に係る木材の乾燥方法を施したときの各木材に対する累積割れ長さを示したグラフであり、横軸は乾燥対象とされた48本の木材を初期重量の軽いもの順に示しており、縦軸は各木材に対応する累積割れ長さを示している。

0061

図6(a)及び(b)のグラフから各乾燥方法による累積割れ長さ比率を算出した。累積割れ長さ比率は、以下のようにして算出した。まず、各木材の累積割れ長さの合計値を求める。次いで、この合計値を木材長300cmを4倍した値(1200)で割り除算値を求める。この除算値を100倍した値を累積割れ長さ比率とした。この計算を本発明に係る木材乾燥方法に適用すると、累積割れ比率は3.8%と算出された。一方、複合乾燥に適用すると、累積割れ長さ比率は15.2%と算出された。本発明に係る木材の乾燥方法により、木材の割れが大幅に減少した。

発明の効果

0062

請求項1記載の発明によれば、木材を高温に加熱して乾燥するため、ドライングセットが形成された部分は、粘弾性を持つ状態となり、木材の乾燥初期の過程で生じる木材表層部の引張応力に起因する割れを抑制することができる。また、木材の乾燥後期の過程において木材表層部に生じる圧縮応力により、乾燥初期の段階で若干生じた割れが閉じられ、閉塞効果を発揮することができる。

0063

請求項2記載の発明によれば、木材は、平均含水率6%以下の低湿度雰囲気下で乾燥されるため、木材表層部にドライングセットを形成することができる。

0064

請求項3記載の発明によれば、誘電加熱と熱気加熱とを併用して木材の材温を80℃以上の温度に保ち第1乾燥工程を行うことが可能となり、この場合、熱気加熱及び内部加熱双方の加熱に要するエネルギーを低減することができる。また、誘電加熱と熱気加熱とを併用して木材を高温に加熱した場合、熱気加熱のみで木材を加熱する場合に比べて、雰囲気温度を低くして木材の乾燥が行えるため、木材の変色、耐朽性、及び耐蟻性の低下を防ぐことができるとともに、乾燥装置の耐熱設計を低温に設定して行うことができ、乾燥装置の低コスト化を図ることができる。

0065

請求項4記載の発明によれば、木材は第2乾燥処理により木材中心部の含水率が30%以下となるまで乾燥されるため、木材内部が収縮し、木材表面において生じる引張り応力を圧縮応力に転換し、いわゆる材面割れの閉塞効果を発揮することができる。

0066

請求項5記載の発明によれば、第2乾燥工程は、ドライングセットを緩和する工程を含んでいるため、第1乾燥工程により木材表層部に形成されたドライングセットが緩和され、内部割れを抑制することができる。

0067

請求項6記載の発明によれば、乾燥処理のより一層の高速化を図ることができる。

0068

請求項7記載の発明によれば、第1乾燥工程及び第2乾燥工程を実施する木材乾燥装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0069

図1木材乾燥装置の一実施形態を示す側面断面図である。
図2制御側から見た、一実施形態を示すブロック図である。
図3木材乾燥方法の第1実施形態に係るタイムスケジュールを示す図である。
図4木材乾燥方法の第2実施形態に係るタイムスケジュールを示す図である。
図5含水率と応力の関係を示す特性曲線図である。
図6サンプル木材に対する累積割れ長さを示す図表であり、(a)は本発明に係る乾燥方法を施したときの累積割れ長さを示したものであり、(b)は比較例に係る乾燥方法を施したときの累積割れ長さを示したものである。

--

0070

1乾燥容器
2ボイラ
21、22蒸気配管
21a,22a調整バルブ
221放熱部
3高周波発生部
30高周波電源回路
31高周波発生回路
32整合回路
4排気部
5ドア
6台車
7電極部
71陽極電極板
72、73陰極電極板
9ファン
10 制御部
101高周波電源制御部
102タイマ
103整合制御部
104湿度調整制御部
105熱気供給制御部
106 記憶部
107乾球温度計
108 湿球温度計

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