JPH03156281A

JPH03156281A - 木材等の乾燥法

Info

Publication number: JPH03156281A
Application number: JP1294732A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Takahashi; 秀明高橋; Kinji Tamagawa; 玉川　欣治; Kiyoshi Sato; 清佐藤; Satoshi Yume; 湯目　智; Isao Suzuki; 功鈴木; Katsumi Honma; 克巳本間; Yasuo Suzuki; 康夫鈴木
Original assignee: KYOGYO KUMIAI SENDAI FUANICHIA; Miyagi Prefectural Government.
Current assignee: KYOGYO KUMIAI SENDAI FUANICHIA; Miyagi Prefectural Government.
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1989-11-13
Publication date: 1991-07-04
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: WO1991007261A1; JP2779962B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、丸太、加工木材、竹材等の各種の植物性加工
材（以下「木材等」という）について、割れを起こさな
いように加熱乾燥処理する方法に関する。

「従来技術」木材は、これを利用する場合の狂いを防ぎ、加工性、塗
装性、接着性を向上させるため、乾燥処理をするのが普
通である。この乾燥法には、大別すると、天然乾燥と人
工乾燥の二種類がある。近年は、短期間に大量の乾燥処
理を行なうこと、天然自では得るのが困難な低い含水率
にまで均一に乾燥できるようにすること、などといった
要請があるため、加熱処理による強制的な人工乾燥方式
を採っているのがほとんどである。

このような、木材乾燥処理において、最も問題になるの
は、割れを起こさないようにすることである。とくに、
強制的に加熱乾燥処理する、いわゆる人工乾燥方式の場
合には、乾燥条件が厳しいだけ割れが起こりやすい０割
れが起こってしまうと、極端に品質が低下したり、商品
価値が失なわれてしまうことになるし、割れないように
慎重に長い日数をかけていたのでは、処理能率が悪すぎ
て、なかなか業としては成り立たない。

このため、木材乾燥処理において、割れを防止しつつ、
乾燥時間を短縮する技術については、各方面で研究され
ているが、決め手になる方法はいまだ開発されていない
。

そこで、熱処理中における木材等のｒ割れＪについてそ
の原因を探究し、これを防止する方法を研究しているう
ち、乾燥による割れは、固体破壊の一種であるから、ア
コースティックエミッションが出ているはずであると考
え、このＡＥを観測することによりｒ割れ」を検知した
り、乾燥による「割れ」を予知する技術について研究を
始めた。同時に木材のｒ割れｊとＡＥとの関係について
の技術文献を調査したところ、「木材の乾燥割れ予知お
よび防止装置」　（特公昭６３−７３１７号）という公
知技術のあることに気が付いた。

また、最近木材を簡単な化学反応で、プラスチックと同
様な可塑性をもった材料に変えることができるとの知見
を得た。

本発明者らは、これらをヒントとして木材等の乾燥処理
における割れ防止を目的に研究を行ない、本願発明を完
成したものである。

「解決すべき問題点Ｊ木材等を熱処理すると木材等に割れが生ずる原因は、大
きく分けて加熱乾燥過程での水分移動と、組織の収縮と
にあると思われる。

先ず最初に、乾燥過程での水分移動と組織の収縮に伴な
う木材等の割れについて、次のようなことが解った。木
材中に含まれる水分には普通自由水と結合水があるが、
乾燥中には、表面層ではまず自由水のみが消失除去され
、ついで乾燥がすすむにつれて結合水も除去されてくる
ようになる。

前者の自由水の移動は毛管現象が支配的で、後者の結合
水の移動は拡散によるものである。このようにして木材
の表面層の自由水および結合水が移動して乾燥するが、
内層はなお高い含水率を有する状態になる。すると乾燥
部分は、収縮しようとし、含水部分は収縮に抵抗する。

この結果、乾燥前半では表面層は引張応力、内層は圧縮
応力が作用する。さらに、乾燥が進むにしたがってこれ
らの応力は大となり、また収縮も内部に広がってくるが
、表面層は常に大きな引っ張り応力を受けているため、
正規の収縮をしないまま永久変形が生じる。その後、内
部が乾燥するにつれて、表面層は正規の収縮を起こそう
とする結果、正負の応力は逆転し、後半では表層は圧縮
応力、内層は引張応力をうけることになる。このため、
引張応力が木質部の引張強さ以上となると、乾燥前半で
は木口割れ或は表面繊維に沿った表面割れを起こし、乾
燥後半では内部割れが発生する。その他、乾燥にともな
って表面硬化、落ち込みといわれる欠陥も生ずるが、こ
れらは、いずれも木材内部の含水率分布の勾配の大小に
直接関連するものであることも解った。加熱乾燥におい
ては、上記のような各種の割れ等の欠陥が発生しないで
、しかもできるだけ木材内部の含水率分布の勾配を大に
して乾燥時間を短縮することが要請されるが、このため
には木材の内部の時々刻々の含水率分布を把握すること
が重要であり、この乾燥中の木材の含水率に応じて温度
や湿度を調整しながら乾燥する必要がある。しかし、木
材組織が複雑であるうえ、熱的諸性質も湿度、含水率に
影響を受けるほか、木材の樹種によっても異なるので、
理論的に木材の内部の時々刻々の含水率分布を把握する
ことは困難である。その他、乾燥にともなって発生する
割れの発生には材質の機械的強度や厚さも関与するので
、異方性の大きい複雑な木材組織ではいかなる条件のも
とて欠陥が発生するかを解明するのは極めて難しい。

従って、従来の乾燥処理においては乾燥途中で室内に入
り、目視によって割れを確認し、室内の雰囲気を再調整
するのが現状である。しかし、この方法は、割れが発生
する前に予知することはできないし、内部に発生する割
れを見つけることができない。

そこで、本発明者らは、木材の乾燥割れの予知をＡＥの
検知技術によって行ない、木材の周囲の温度と湿度とを
制御して割れを防止するという公知技術（特公昭６３−
７３１７）に着目した。しかし、当該公知文献には、乾
燥処理における初期割れをＡＥ累積数とＡＥ発生率に基
づき予知することが記載されているだけである。つまり
、当該乾燥処理の場合でも、乾燥の初期割れの予知であ
って、乾燥処理後期の割れについては想起されていない
、また、初期割れの予知方法も木材の割れる直前のＡＥ
累積数とＡＥ発生率を知り、ＡＥ発生率が限界値に達し
たら制御機器を作動させて乾燥条件を緩和させて割れを
防ぐというだけである。

この従来技術は、ＡＥ累積数やＡＥ発生率と割れとの相
関関係は乾燥初期割れにはある程度通用するが、乾燥中
期、乾燥後期には必ずしも相関関係を示さないし、処理
対象木材の個別状況によっては、発生するＡＥに雑音が
多くなり判断を誤り易くなる、などの欠点があることが
解った０発明者は、木材の割れとＡＥ信号の発生状況を
観察し分析するうち、木材の割れは当該ＡＥ倍信号振幅
と密接な相関関係を有していることに気が付き、当該電
気信号の振幅に注目して、割れに直接結び付く有効な信
号を弁別して検知し、−個のＡＥ信号でも振幅が大きい
場合は、割れに対する危険信号と考え、この振幅が大き
い累積ＡＥイベント数とＡＥ発生率をオンラインでモニ
タリングしながら常に乾燥状態が初期、中期、後期のど
の段階にあるのかを識別しつつ、識別された各処理段階
におけるあらかじめ設定されている基準値と比較しなが
ら総合的に判断して処理過程中の割れを予知するように
せんとするものである。そして、このようにして得た予
知情報に基づき温度と湿度とを操作して、木材等に割れ
が生じないように雰囲気を制御せんとするものである。

また、木材への含浸技術は広く採用されているが、乾燥
や加熱処理に際して割れを防止する目的のために、事前
に含浸剤を使用する例は知られていない０発明者は、種
々の含浸剤のなかから特定の有機溶剤を木材等に含浸さ
せたうえ熱処理すると、内部で化学反応を起こして内部
可塑化が生じ、材質に熱流動性が与えられるとの知見を
得、この知見を応用すれば熱処理に際して木材内部の熱
流動化が割れを防止することができるのではないかと考
え、本願発明を開発した。すなわち、特定の有機溶剤を
含浸させ、水熱化学反応させる含浸処理をすることによ
って、木材内部な可塑化させる。これによって、厳しい
熱処理条件による人工乾燥処理をおこなっても割れるこ
とがないようにぜんとするものである。

ｒ問題点を解決すべき手段」本願発明は、斜上のように乾燥処理中の割れ防止すると
いう技術課題を、次の技術手段を組み合わせることによ
り解消するものである。

発明者は、木材等の加熱乾燥処理をした場合の割れにつ
いて研究した結果、水分移動と、組織の収縮と、高熱に
よるセルロースの分解とによって発生することが解った
。木材の乾燥割れは固体の破壊形態の一つであり、アコ
ースティックエミッション（ＡＥ）が発生されるはずで
あると考え、これを検出してその周波数と信号強度を知
ることができれば、これらの情報を処理して割れを事前
に予知できると考えた。研究の結果、木材の割れはＡ、
Ｅ信号の発生率とともに、振幅と密接な相関関係を有し
ていることに気が付き、当該電気信号の振幅に注目して
、割れに直接結び付く有効な信号を弁別して検知するよ
うにした。その結果、−個のＡＥ傷信号も振幅が大きい
場合は、割れに対する危険信号と理解できるようになっ
た。しかも、この割れ予知に有効な振幅の累積ＡＥイベ
ント薮とＡＥ発生率をオンラインでモニタリングして乾
燥状態が初期、中期、後期のどの段階にあるのかを識別
しつつ、識別された各処理段階における経験的にあらか
じめ定められた基準値と比較しながら検知したＡＥ傷信
号意味を分析、検討して処理過程中の割れを予知判断し
、この予知情報に基づき温度と湿度とを操作して木材等
に割れが生じないように雰囲気条件を緩和して制御する
ようにしたものである。木材等の割れは、乾燥処理、加
熱処理にともなう水分の移動と熱による材質の変性に原
因があるところから、温度と湿度を操作因子として調整
してやれば、充分に割れを防止できることが解った。

さらに、乾燥処理の前にあらかじめ有機含浸剤を含浸さ
せたうえ、これを１００℃以下の高温水中に入れると水
熱化学反応（加水分解）で、木質部が熱可塑性（熱流動
性）を有する状態に化学変化し、加熱乾燥処理において
も、加熱によって起こる表面層と内層との引張応力と圧
縮応力の差異に対応変形するので、割れは発生しないこ
と、および有機含浸剤の含浸により木質部が熱可塑性（
熱流動性）を有する状態に化学変化することが解った。

そこで、これら三つの着想、すなわち、第一に、有機含
浸剤の含浸処理により化学修飾木材化することによって
乾燥割れを防止すること、第二に、ＡＥ傷信号検知し、その情報処理により木材等
の割れを予知すること、第三に、この予知情報に基づく温度と湿度を操作因子と
する雰囲気制御により割れを防止すること、以上を適宜組み合わせることにより、木材等を効率良く
乾燥させ、均一な乾燥木材を大量に処理し提供しようと
するものである。

以下、特許を受けようとする発明について詳細に説明す
る。

特許を受けようとする第一発明は、先ず最初に、丸太、
加工木材、竹材などの各種植物性加工材木材等（木材等
）にポリエチレングリコールやメチルセロソルブ等のオ
キシエーテル類、多価アルコール類、フェノール類、天
然ゴムもしくは合成ゴムまたはこれらを組み合わせにか
かる有機含浸剤を含浸させ水熱化学反応（加水分解）さ
せるのである。

当該発明の処理対象範囲は、木材等であるが、これは丸
太、加工木材、竹材などの各種植物性加工材であれば植
物の種類を問わず全てを含んでいる。

また、含浸させる特定の有機含浸剤というのは、ポリエ
チレングリコールやメチルセロソルブなどのオキシエー
テル類、１．４−ブタンジオールなどの多価アルコール
類、フェノールなどのフェノール類、天然ゴムもしくは
合成ゴムまたはこれらの組み合わせにかかるものであれ
ばよい。

次に、当該含浸処理によって起こる木質の変化について
説明する。

化学的には、木材は、４０〜５０％量のセルロース、１
５〜２５％のヘミセルロース、２０〜３０％のリグニン
およびその他の副成分から成り立つ、しかも、木材を構
成する細胞壁中ではセルロース分子鎖の集合体の束がス
ポンジ状に存在する網目をかいくぐって通り、両者の間
隙をヘミセルロースが充填する形で成分の複合化が行わ
れている。更に、当該セルロース分子鎖の集合体の束は
、規則正しく並んで結晶を作っている。これは規則性の
ある立体配置をもつ線状高分子で、水酸基（−ＯＨ）を
数多く持っているため、隣接する分子間で水酸基どうし
の規則正しい水素結合が生じやすい状態にある。しかも
これはセルロース全体の７０％にも達している。このセ
ルロースは結晶の溶融温度が高く、加熱しても流動を起
こす前に熱分解を起こすので、結局は熱流動を起こさな
い、このような木材等の性状が、水分移動と組織収縮と
セルロースの熱分解とによって割れを起こしやすくして
いると考えられる。ところが、セルロースの水酸基（−
ＯＨ）をアセチル基（−ＣＯＣＨ３）やニトロ基、ベン
ジル基、ラウロイル基等に置換する化学修飾を起こさせ
れば、木材に内部可塑化が起こり、熱流動性が与えられ
る。すなわち、セルロースを誘導体に変え、水素結合の
度合いを弱めてやれば材木中で熱流動性を備えたものに
なると考えた。このように、当該セルロースの結晶に流
動を起こさせる状態にすれば、これをかなり厳しい条件
で加熱乾燥処理しても収縮割れや水分移動割れを起こさ
ない。

その具体的方法として、水熱化学反応により木材が熱流
動性（熱可塑性）を有する状態となることを利用するこ
とを想起した。すなわち、前処理工程として、原料木材
に特定の有機含浸剤を含浸させ、これを１００℃以下の
高温水中に入れて水熱化学反応（加水分解）を起こさせ
、木質中のセルロースやリグニン等の一部を溶解してい
くつかの化学結合を部分的に開裂したり、樹脂類中のエ
ステルをアルコール化したり、リグニン芳香核のハロゲ
ン置換をして塩化リグニンにする等して、木質部が熱流
動性（熱可塑性）を有する状態としたのである。

次に、この含浸処理した木材等にＡＥセンサーを取り付
け、木材等がその木材構造の変化に伴ない発生するＡＥ
を信号として検知し、その信号を情報処理して木材等の
割れを予知し、予知情報に基づき温度と湿度とを操作因
子として木材等に割れが生じないように雰囲気制御しな
がら常圧にて１００℃以下の加熱処理を行なって乾燥処
理をなす。

ＡＥセンサーの取り付けは、温度と湿度を考慮してウェ
ーブ・ガイドを介して行う、当該ウェーブ・ガイドの取
り付は位置は試験片木口とした。

それから、木材等がその木材構造の変化に伴ない発生す
るＡＥを電気信号として検知し、その情報を分析して木
材等の割れを予知する。

このように乾燥処理工程においても、ＡＥ信号を観測す
ることによって、木材等の乾燥途中の進行状況を常に把
握することができる。

木材等に取り付けたセンサーから送られた信号は、プリ
アンプで増幅された後、クラッキングモニターで設定値
以下の信号はカットされ、増幅後に特定振幅のＡＥイベ
ントが検出され、この特定振幅ＡＥイベントデータが記
録される（第１４図）、また、これを累積ＡＥエネルギ
ーに図示すると第１５図となる。このような実験をして
事例を多数集め、統計処理すると、第３図のような木材
乾燥処理工程における標準的ＡＥパターンを得ることが
できる。

この乾燥処理における標準的ＡＥパターンから次のよう
な木材等の割れを予知するための経験則を得ることがで
きた。

■経験的に定めた一定振幅以上のＡＥ信号が表れた場合
に、割れの前兆と考える。

■乾燥工程には、初期、中期、後期の３段階があり、段
階ごとに判断基準を変えることが大切である。

第一段階（Ｉ）は、木材等の中心部まで蒸気が浸透し、
温度と含水率とが均一化して、序々に乾燥が進行する段
階と考えられる。第一段階と第二段階の区分時の含水率
は２５％で、繊維飽和点（約３０〜２５％）に対応して
いる。繊維飽和点以上では、木材の中に液体の状態の水
分が存在する。この段階では、割れが容易に発生するの
で、十分に注意する必要がある。

第二段階（ＩＩ　）は、繊維中に結合水の形で、吸収さ
れた、水分が、結合を断ち切り、蒸発を始める段階と考
えられる。従って、第一段階より、含水率を下げるため
に要するエネルギーは大きくなる。この段階では、木材
の引っ張り強度は急増し、第一段階より、厳しい乾燥条
件に絶えられると考えられる。したがって、第一段階よ
り、厳しい乾燥条件を与えることができる。つまり、第
二段階では、厳しい乾燥条件を適用それによって乾燥時
間の短縮が可能である。第二段階と第三段階との境界は
、含水率約１５％に対応している。この含水率約１５％
というのは、平衡含水率に対応していると考えられ、気
乾状態に対応している。

第三段階では小振幅のＡＥが多いことから、細胞内部の
結晶水が、細胞から離脱する減少が起こっていると考え
られる。しかしながら、この小振幅のＡＥは、乾燥割れ
には全く関係がないので、ΔＥイベント数とは無関係に
乾燥条件を設定して良い、したがって、第三段階では第
二段階よりさらに厳しい乾燥条件設定が、可能であり、
ここではさらに乾燥時間の短縮が可能である。

このようにして、乾燥状態が進み、含水率が１０％以下
になると、小振幅のＡＥも減少してくる。

従って、乾燥工程での「割れ」の予知方法は、特定振幅
のＡＥ発生率と累積ＡＥイベント数とをオンラインでモ
ニタリングしながら、現在どの乾燥段階にあるかを識別
するとともに、経験的に定めた標準的なＡＥ発生状況（
ＡＥ発生率とＡＥ累積イベント数）、および割れ警戒基
準値と比較して、処理過程中の割れを予知判断する。

次に、この割れ予知情報に基づき経験的に定めたその段
階における最適制御パターンを基準として温度条件と湿
度条件とを操作して木材等に割れが生じないように雰囲
気条件を緩和して制御したり、処理効率のロスがないよ
うに温度条件と湿度条件を厳しくしたりする。このよう
に割れをＡＥ倍信号解析によって予知し、温度と湿度と
を操作因子として、雰囲気制御しながら乾燥処理を行な
い、木材等の含水率が１０％以下になるまで、乾燥させ
る。

すなわち、本願発明は、まず含浸処理し、ＡＥを信号に
基づき木材等の割れを予知し、予知情報に基づき温度と
湿度とを操作因子として木材等に割れが生じないように
雰囲気制御しながら乾燥を行なうようにするものである
。

なお、第１図は、このような雰囲気制御をしながら乾燥
処理を行う場合の乾燥制御流れ図であり、第２図は、乾
燥処理において温度と湿度制御を行った場合の、標準的
なＡＥ発生パターンを模式図化したものである。

特許を受けようとする第二発明は、木材等に、ポリエチ
レングリコールやメチルセロソルブ等のオキシエーテル
類、多価アルコール類、フェノール類、天然ゴムもしく
は合成ゴム類またはこれらを組み合わせにかかる有機含
浸剤を含浸させ水熱化学反応（加水分解）させる含浸処
理をなした後、加熱乾燥させるようにしたことを特徴と
する木材等の′乾燥法である。

本発明は、第一発明と同様に、原料木材に特定の有機含
浸剤を含浸させ、これによって、セルロースを誘導体に
変え、水素結合の度合いを弱めてやれば、材木中で熱流
動性を備えたものになる。このように、当該セルロース
の結晶に流動を起こさせる状態にすれば、これをかなり
厳しい条件で加熱乾燥処理しても収縮割れや水分移動割
れを起こさない、このような、原理にもとづいて、加熱
乾燥処理しても割れを起こさないようにする木材等の乾
燥法である。

その具体的方法として、水熱化学反応により木材が熱流
動性（熱可塑性）を有する状態としたものである。すな
わち、前処理工程として、原料木材に特定の有機含浸剤
を含浸させ、これを１００℃以下の高温水中に入れて水
熱化学反応（加水分解）を起こさせ、木質中のセルロー
スやリグニン等の一部を溶解していくつかの化学結合を
部分的に開裂したり、樹脂類中のエステルをアルコール
化したり、リグニン芳香核のハロゲン置換をして塩化リ
グニンにする等して、木質部が熱流動性（熱可塑性）を
有する状態としたものである。

本発明は、このように含浸処理しておけば、加熱乾燥処
理の仕方はとくに限定しなくとも、従来行われてきた加
熱乾燥条件のままで、殆どの場合加熱乾燥割れは生じな
い、もちろん、処理対象木材の個別的特性や、特別な加
熱条件によっては、割れる場合がないとはいえないが、
例えば、実施例１．によると、もはや通常の乾燥処理と
いえない１５０℃程度まで高温加熱して乾燥度を高める
ような場合（必要に応じて不燃性雰囲気にする必要があ
る。）でも、割れることは殆どなかった。

（第４図、第６図、第８図、第１０図）従って、加熱条
件の緩い標準的な加熱乾燥温度（３０〜１００℃）で行
われている一般的な乾燥処理であれば、これによって、
割れが生じるようなことはない、つまり、前処理として
、含浸処理さえすれば、あとは従来の常識的な加熱条件
で乾燥処理を行なうかぎり、少なくとも飛躍的に乾燥処
理の際の割れを低減できるものである。

特許を受けようとする第三発明は、木材等にＡＥセンサ
ーを取り付け、木材等がその木材構造の変化に伴い発生
するＡＥを信号として検知し、その信号の振幅を弁別し
て所定以上の振幅をもったＡＥ倍信号もって割れに対す
る危険信号とし、更に累積ＡＥイベント数とＡＥ発生率
をオンラインでモニタリングしながら常に乾燥状態が初
期、中期、後期のどの段階にあるのかを識別しつつ、識
別された各処理段階におけるあらかじめ設定されている
累積ＡＥイベント数とＡＥ発生率の基準値と、割れ警戒
基準値とを比較しながら割れを予知し、当該予知情報に
基づき経験的に定めたその段階における最適制御パター
ンを基準として、温度条件と湿度条件とを操作して木材
等に割れが生じないように雰囲気制御するようにしたこ
とを特徴とする木材等の乾燥法である。

本発明は、木材の乾燥処理にあたって、ＡＥ倍信号得て
、そのＡＥ倍信号解析によって割れを予知し、≦該別れ
予知情報によって温度と湿度とを操作因子として、雰囲
気制御しながら乾燥処理工程を進め、乾燥割れをできる
だけ少なくせんとするものである。

すなわち、本発明における木材乾燥法の特徴とする作業
工程は、次の通りである。

■木材等にＡＥセンサーを取り付け、検知したＡＥ倍信
号、その振幅に着目して、割れ予知に有効な特定の信号
だけを弁別してこれを取り出す、具体的なＡＥセンサー
の取り付は方や、ＡＥ倍信号記録方法は、第１発明にて
説明したのと同じである。

■その選別された特定振幅ＡＥ信号に基づき、累積ＡＥ
イベント数とＡＥ発生率を情報処理してこれをモニタリ
ングして乾燥の進行状態をリアルタイムに認識し、乾燥
状態が初期、中期、後期のどの段階にあるのかを識別す
る。

乾燥工程には三段階があり、段階ごとに判断基準を変え
ることが、大切である。

■＋１”フルタイムなＡＥ発生情報から識別された各処
理段階におけるあらかじめ設定されている累積ＡＥイベ
ント数とＡＥ発生率の基準値と、割れ警戒基準値とを比
較しながら割れを予知判断する。

木材乾燥処理時の標準化された温度・含水率、その際の
累積ＡＥエネルギー、ＡＥ発生率のモデルパターンは第
３図に示した通りである。

■割れ予知情報に基づき、経験的に定めたその段階にお
ける最適制御パターンを基準として、温度条件と湿度条
件とを操作して木材等に割れが生じないように雰囲気制
御する。

なお、第１図は、このような雰囲気制御をしながら乾燥
処理を行う場合の乾燥制御流れ図であり、第２図は、乾
燥処理において温度と湿度制御を行なった場合の、標準
的なＡＥ光発生パターンを模式図化したものである。

しかも多くの実験結果から、上記木材乾燥における最適
作業工程を検討すると、以下の事を考慮すべきであるこ
とが解った。

■乾燥は三段階に分けて考える必要がある。

■第一段階では十分な蒸気量が必要である。

この段階では割れが発生し易いので十分な蒸気を使用し
、木材内部で均一な含水率および温度分布が得られるよ
うに留意する。

また割れ発生は乾燥条件の変化には非常に敏感であるの
で、乾燥条件を厳しくする場合には徐々に行う必要があ
る。

ＡＥによって割れの前兆が判明した場合には多量蒸気導
入が有効である。

■第三段階では、第一段階に比較して、高温低湿度で乾
燥条件を厳しくすることが可能である。

従って乾燥速度をよりさらに加速することが可能である
。

■第三段階では第二段階より更に厳しい乾燥条件が可能
であり、かなり厳しくても割れが発生しに（い、従って
この段階が乾燥時間を最も短縮できる。

上述のように、各段階毎に乾燥の様子が異なることを踏
まえて、もっとも効率的な乾燥スケジュールを考えてみ
ると、次のようになる。

割れの検知はＡＥ測定装置で実施し、本実験でもちいた
測定系では割れの前兆を０．５Ｖ以上のＡＥイベント総
数でとらえ、このイベント総数が一定値を越えないよう
に乾燥条件を制御する。乾燥条件の制御は基本的に温度
と相対湿度で行う。

第一、二および三段階の識別は累積ＡＥエネルギーの増
加率で行う。

具体的な制御の方法は第１図に示した乾燥制御流れ図の
通りである。はぼ適切と思われる蒸気量を設定し、適切
と予想される温度で乾燥を開始する。１分毎の０．５Ｖ
以上のＡＥイベント数が一定値Ｎｃ（個／分）を越えた
ら割れを防止するために一時的に多量の蒸気を注入し、
同時にΔＴｄｌ”Ｃ温度設定を下げる。もしその後一定
時間（１０分程度）、ｏ、５Ｖ以上のＡＥイベント数が
ＮＯ以下の場合には乾燥条件を厳しくするためΔＴｕｌ
　’Ｃだけ温度設定値を上げる。この繰り返しで温度は
一定値（Ｔｃ）に落ち着く、シかし、木材乾燥に適する
温度の上限は、経験的に樹種に依存する。また温度が低
過ぎる場合には、乾燥効率が低下する。このようにＴｃ
が希望する温度範囲にない場合には蒸気量を加減し、Ｔ
ｃが適切な温度範囲に治まるように制御する。累積ＡＥ
エネルギーの増加率から第二段階に移行したと判断され
た場合には、第一段階と異なるΔＴｕ２゜△Ｔｄ２　、
を採用して温度を上昇・下降の制御を行う、ここでΔＴ
ｕｌ　＜ΔＴｕ２であり、第一段階と同様に制御を行う
、更に第三段階へ移行したものと累積ＡＥエネルギーの
増加率から判断できた場合には温度制御パラメータΔＴ
ｕ３　、Ｔａ２を用いて制御を行う、ΔＴｕ２　＜Ｔｕ
３Δと予想され、第二段階より更に厳しい乾燥条件とな
る。

温度制御パラメータΔＴｕｌ　　ΔＴｄｌΔＴｕ２．Δ
Ｔｄ２　、ΔＴｕ３　、ΔＴｄ３は樹種毎に決定する必
要がある。

「実施例」〈実施例１〉かえでの天然生木丸太材料（長さ２００ｍｍＸ径８０φ
）を自然乾燥（含水率３０％）させたものを用意し、こ
れを室温でまず減圧して木材中の脱気をし、その後樹脂
液ポリエチレングリコールを加圧ポンプで３〜５気圧で
加圧注入した。その後、当該含浸木材を１００℃以下の
高温水中に入れて、水熱化学反応を起こさせる。このよ
うに前処理した丸太材料と、前処理しなかった同じ丸太
材料とを熱処理室中に入れ、これら材料にウェーブガイ
ドを介してＡＥセンサーを取り付けた。具体的には、ウ
ェーブガイドの熱処理室内部側端子を試験木口に木ネジ
で固定し、熱処理室に設けた測定孔を通してウェーブガ
イドを外部に延出させ、そのウェーブガイドの延出外部
にＡＥセンサーを取り付け、近くに設置したプリアンプ
とクラッキングモニターおよびパソコンと接続した。

次に、熱処理室内から空気を脱気するとともに不燃性ガ
ス注入部より窒素ガスを注入して９７％の不燃性ガス雰
囲気とする。そうしておいて、加熱部の熱電対を作動さ
せて、熱処理室内の温度を高めていくとともに、蒸気注
入部より蒸気を注入して内部の湿度を調整する。第４図
に示すように、−気に１５０℃に上昇させ、２２時間は
ぼ１５０〜１６０℃の高温で加熱し、それから約２時間
で温度を常温まで降下させ約２４時間で処理を完了した
。その間のＡＥの発生状況を観測してみた。第５図はそ
の際の未含浸処理材の各振幅クラス毎のＡＥイベント状
況を表したものである。第図６は、含浸処理材の各振幅
ごとのＡＥイベント発生状況を表した記録である。これ
らの図ではどの時点で割れが生じたのか特定できないの
で、１分間内に増幅率８０ｄＢとして振幅１ｖ以上のＡ
Ｅを特定して記録したところ、未処理材のＡＥイベント
発生状況は第７図、含浸処理材のＡＥイベント発生状況
は第８図となり、割れと関係のあるＡＥ倍信号かなり明
確に認識できるようになった。これを読むと、未処理材
も含浸処理材も共に、熱処理室内の温度が高まっていく
初期の段階で、大量にＡＥが発生し、中間段階はＡＥ光
発生ほとんどなくなり、温度降下しはじめると再びＡＥ
イベントが発生する傾向が見られる。しかし、その発生
状況は、未処理材と含浸処理材とではまるで異なってお
り、含浸処理材の方はほとんどＡＥが発生しないといっ
た状況となっている。

すなわち、未処理材の方は、加熱初期の段階で割れが生
じたが、含浸材の方は割れを起こしていないことを明確
に物語っている。このことは、累積ＡＥエネルギーを表
した第９図（未処理材）と第１０図（含浸処理材）とを
比較すると、更に明確に認識できる。

そこで−、次に未処理材のように割れ安い状態の木材を
割れないように高温加熱する場合は、割れを予知し雰囲
気制御する必要がある。その制御モデルをつくってみる
と、第１１図のようになる。

すなわち、ＡＥを電気信号として検知し、このデータを
パソコンで記録し分析するなどの情報処理を行い、あら
かじめ経験則的に設定されていた基準値と比較して木材
等の割れを予知する０例えば、１ｆ間内に増幅率８０ｄ
Ｂとして振幅１■以上のＡＥを記録し、その累積イベン
ト数が基準値を越えるか、振幅が基準を越えた場合、割
れの警戒域になったと判断して、蒸気注入部を作動させ
て熱処理室内に蒸気を短時間に多量に注入し、熱処理室
内の湿度を調整すると共に、加熱部の作動を制御して熱
処理室（熱処理室）内の温度を調整して、木材等からＡ
Ｅが発生しない状態かあるいはＡＥ倍信号所定の基準以
下の発生状態に維持するように雰囲気を制御し、このよ
うな雰囲気制御をしながら加熱部を作動させて熱処理室
内の温度を次第に高めて木材等に割れが生じないような
高温加熱乾燥が実現できた。

その結果、当該含浸高温加熱乾燥材は乾燥度約２％程度
で全く割れの出ないものであるのに対し、未含浸高温加
熱処理材は多数の放射状割れが確認された。

〈実施例２〉米ヒバ材の試験片４９３Ｘ１０１Ｘ３０ｍｍを、−気に
５５℃に上昇させ、５５〜６５℃で１０５時間加熱乾燥
処理を行い、それから温度を常温まで降下させて完了し
た（第１２図）、その間のＡＥの発生状況を観測してみ
た。第１３図はその際の未処理材の各振幅クラス毎のＡ
Ｅイベント状況を表したものである。その結果、含水率
が、４５．５％から１３．２％まで乾燥させ、たもので
ある（第１６図）、この乾燥処理において割れは、全く
観察されなかった。

本実施例の乾燥処理条件は、第１２図に示す通り、乾燥
後半になるに従って厳しくなっている。

ＡＥのイベント数は、１００時間以降に急激な増加を示
している（第１４図、第１５図）、シかし、レベル毎に
分類すると、第１３図のようになり、０，５ｖ以上のＡ
Ｅをカットすると第１４図のように少なく整理されてい
る。従って、０．５ｖ以下のＡＥ倍信号、割れの発生に
は関与していないと考えられる。これからのグラフから
も乾燥後半は乾燥条件を厳しくしてよいことが分るが、
後半とは、どの時点から示すかは明らかではない。

しかし、第１５図に示すように、累積ＡＥエネルギーを
みると乾燥は三段階に分けることは可能である。すなわ
ち、累積ＡＥエネルギーを示した第　図から約４５時間
、約９５時間で累積ＡＥエネルギーの勾配が明らかに変
わるので、４５時間までを第１段階、４５〜９５時間ま
でを第二段階、９５時間以降を第三段階と分類できる。

このように、木材乾燥においては、ＡＥ信号を解析して
、乾燥段階を把握することが重要で、各段階に応じた乾
燥条件を設定することにより、割れないように乾燥する
こと、および乾燥期間の短縮が可能である。

「効　果」本願第一発明は、木材等に特定の有機含浸材を含浸させ
、水熱化学半反応（加水分解）させたうえで、この含浸
処理した木材等を加熱乾燥処理を行なうものであり、そ
の加熱乾燥処理に際して木材等がその木材構造の変化に
伴ない発生するアコースティックエミッションを信号と
して検知して木材等の割れを予知し、温度と湿度とを操
作因子として木材等に割れが生じないように雰囲気制御
しながら乾燥処理を行なう木材等の乾燥法である。有機
含浸剤の含浸によって、木質に熱可塑性を与えられると
ともに、加熱乾燥処理中はＡＥを信号とし温度と湿度と
を操作因子とした雰囲気制御を行なうので、これらが組
み合わさることにより含水率の多い生木からの処理であ
っても処理中の割れをほぼ完全に防ぐことができ、しか
も処理時間が可及的に短縮された効率的な乾燥処理がで
きるようになった。その結果、従来の乾燥処理における
歩留まりの低下防止と、短時間乾燥処理という二律背反
する技術的要請を克服することができた。

本願第二発明は、木材等に特定の有機含浸材を含浸させ
、水熱化学半反応（加水分解）させてから、加熱乾燥処
理を行なう木材乾燥法である。ここでいう加熱乾燥処理
は、従来の一般的な加熱乾燥処理法であれば何でもよい
のであって、特に限定はない。必ずしもＡＥを信号を検
知し、乾燥状態をリアルタイムに把握しなくてもよい。

木材等は含浸処理によって、木材が可塑化するので、加
熱によって、木質層が収縮したり、引っ張られたりして
もその応力に順応して変形し、割れを防ぐのである。こ
のため、従来の一般的な加熱乾燥処理法を採っていれば
、はとんどの場合、割れを起こさない、つまり、第一発
明はど確実な割れ防止率ではないが、従来の乾燥法より
は飛躍的に確率よく乾燥処理割れを防止できる。

本願第三発明は、含浸処理はしないが、乾燥処理工程に
おいて、ＡＥを信号として検知し、分析し、割れを予知
し、雰囲気制御をして割れを防止しながら、加熱乾燥処
理を行うもので、これによって、歩留り良く、割れのな
い高品質の乾燥木材等を工業的に、かつ効率良く大量生
産することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願第一発明、第三発明にかかるＡＥを利用し
て雰囲気制御をしながら乾燥処理を行なう場合の乾燥制
御流れ図で、第２図は乾燥処理において、温度と湿度制
御とＡＥ発生の模式図で、第３図は木材加熱乾燥処理時
のＡＥ発生モデルパターンで、第４図は実施例１におけ
る高温加熱処理の温度変化を記録したグラフで、第５図
は実施例１の未処理材の各振幅クラス毎のＡＥイベント
数（発生率）を記録したグラフで、第６図は実施例１の
含浸処理材の各振幅クラス毎のＡＥイベント数（発生率
）を記録したグラフで、第７図は実施例１の未処理材の
振幅１ｖ以上のＡＥ発生率を記録したグラフで、第８図
は実施例１の含浸処理材の振幅１ｖ以上のＡＥ発生率を
記録したグラフで、第９図は実施例１の未処理材の振幅
１７以上の累積ＡＥエネルギーを記録したグラフで、第
１０図は実施例１の含浸処理材の振幅１７以上の累積Ａ
Ｅエネルギーを記録したグラフで、第１１図は実施例１
の高温加熱処理時のＡＥ発生モデルパターンと累積ＡＥ
による割れ限界制御基準を示すグラフで、第１２図は実
施例２における高温加熱処理の温度と相対湿度変化を記
録したグラフで、第１３図は実施例２における未処理材
の各振幅クラス毎のＡＥイベント数（発生率）を記録し
たグラフで、第１４図は実施例２における乾燥処理の温
度と振幅ＩＶ以上のＡＥ発生率を記録したグラフで、第
１５図は実施例２における乾燥処理の振幅ＩＶ以上の累
積ＡＥエネルギーを記録したグラフで、第１６図は実施
例２における乾燥処理の含水率変化と重量変化である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）丸太、加工木材、竹材等の各種の植物性加工材（
以下「木材等」という）に、ポリエチレングリコールや
メチルセロソルブ等のオキシエーテル類、多価アルコー
ル類、フェノール類、天然ゴムもしくは合成ゴム類また
はこれらを組み合わせにかかる有機含浸剤を含浸させ水
熱化学反応（加水分解）させる含浸処理をなし、この含浸処理した木材等にＡＥセンサーを取り付け、木
材等がその木材構造の変化に伴い発生するＡＥを信号と
して検知し、その信号を情報処理して木材等の割れを予
知し、予知情報に基づき温度と湿度とを操作因子として
木材等に割れが生じないように雰囲気制御しながら常圧
にて１００℃以下の加熱処理を行なうようにしたことを
特徴とする木材等の乾燥法。
（２）木材等に、ポリエチレングリコールやメチルセロ
ソルブ等のオキシエーテル類、多価アルコール類、フェ
ノール類、天然ゴムもしくは合成ゴム類またはこれらを
組み合わせにかかる有機含浸剤を含浸させ水熱化学反応
（加水分解）させる含浸処理をなした後、加熱乾燥させ
るようにしたことを特徴とする木材等の乾燥法。
（３）木材等にＡＥセンサーを取り付け、木材等がその
木材構造の変化に伴い発生するＡＥを信号として検知し
、その信号の振幅を弁別して所定以上の振幅をもったＡ
Ｅ信号をもって割れに対する危険信号とし、更に累積Ａ
Ｅイベント数とＡＥ発生率をオンラインでモニタリング
しながら常に乾燥状態が初期、中期、後期のどの段階に
あるのかを識別しつつ、識別された各処理段階における
あらかじめ経験的に設定されている累積ＡＥイベント数
とＡＥ発生率の基準値、および割れ警戒基準値とを比較
しながら処理過程中の割れを予知し、当該予知情報に基
づき経験的に定めたその段階における最適制御パターン
を基準として、温度条件と湿度条件とを操作して木材等
に割れが生じないように雰囲気制御するようにしたこと
を特徴とする木材等の乾燥法。