木材の乾燥方法
【課題】 高含水率である針葉樹の乾燥方法を提供する。
【解決手段】 乾燥室内に堆積した針葉樹からなる被乾燥製材を、材温および含水率に基づいて、該乾燥室内の乾球温度および湿球温度を所定値に保つことによって乾燥する木材の乾燥方法において、初期昇温工程、高温セット工程、加熱停止工程に続いて、加熱工程を行い、目標とする材中含水率に到達するまで、加熱停止工程あるいは加熱停止工程に引き続く加熱工程を一組とする工程を繰り返すことを特徴とする。
前記各工程を移行する指標が、平均含水率測定ポイントにおける含水率であること、前記平均含水率測定ポイントが、材表面から３５ｍｍであること、また、木材の両木口端面とその四辺を筒体で覆い乾燥するであること、が好ましい。
【解決手段】 乾燥室内に堆積した針葉樹からなる被乾燥製材を、材温および含水率に基づいて、該乾燥室内の乾球温度および湿球温度を所定値に保つことによって乾燥する木材の乾燥方法において、初期昇温工程、高温セット工程、加熱停止工程に続いて、加熱工程を行い、目標とする材中含水率に到達するまで、加熱停止工程あるいは加熱停止工程に引き続く加熱工程を一組とする工程を繰り返すことを特徴とする。
前記各工程を移行する指標が、平均含水率測定ポイントにおける含水率であること、前記平均含水率測定ポイントが、材表面から３５ｍｍであること、また、木材の両木口端面とその四辺を筒体で覆い乾燥するであること、が好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱、土台、ハリ、ケタ等の建築構造材に使用される木材、特には、杉、カラマツ等の針葉樹の乾燥方法及び乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築用構造材として製材品を使用する場合に、建築物の構造安全性を担保するために、公共建築物では含水率２０％以下と規定されている（非特許文献１参照）。
このため、建築用構造材として用いられる木材は、伐採後、十分乾燥したものを用いる必要があるが、自然乾燥では時間が掛かり過ぎることから、含水率の多い未乾燥製材品を規定含水率（２０％以下）まで低下させるために、乾燥期間を短縮するべく、通常、乾燥機を用いて未乾燥製材品に含まれる水分を強制的に蒸発させることによって、人工乾燥することが一般的である。
乾燥機を用いて乾燥させると、乾燥の進行につれ木材の表層部は速やかに乾燥され、表層部の含水率が減少して木材内部への熱伝導が悪くなる。このため乾燥を急ぐと、木材の表層部と内部とで収縮に大きな差を生じ亀裂を生じる。
【０００３】
亀裂が生じないように、木材の芯部を含水率１８％程度まで人工乾燥（強制乾燥）させるには、およそ２５日以上を要しており、乾燥施設等の設備償却コスト、その他の乾燥コストを合わせると莫大な経費を必要とし、高価なものとなる。そのため、安価な輸入外材に対抗するため、１０日程度の乾燥にとどめ、表面から深さ１０〜１５ｍｍ 程度の表層部の含水率を２０％程度に、芯部で４０〜６０％程度に乾燥して、市場に人工乾燥材として出荷されているものも見受けられる。
また、木材に予め切込みを入れ、乾燥を容易とする方法が一部地域で採用されているが、この方法は、建築構造材として使用する箇所が限定されるため、現在ではあまり利用されていない。
【０００４】
人工乾燥によって木材を十分に乾燥すると黒く変色（乾燥焼け）することが多く、この面からも多くは、外観を重視して、表面乾燥のみの不十分な乾燥状態で出荷されている。このような不十分な乾燥ではクレームの発生につながりかねず、このため大手の住宅メーカーでは、一部に鉄骨を使用したり、あるいは価格が高くても集成材（積層材）を使用したりしている。
人工乾燥方式においては、乾燥室内の温度と湿度の制御を、加熱、蒸射（蒸気噴射）、さらに給気及び排気を調節して行い、１１０℃以上での第１工程から、次第に乾燥温度を下げながら第２，第３工程を行うものがある（特許文献１参照）。特許文献１に示されるものにおいては、各工程の移行の判断は、深さを変えてあけられた複数のモニター用木材の穴に、温度センサーと含水率センサーを差し込み、連続的に測定して得られる情報に基づいてなされる。
【０００５】
しかしながら、この方法は、含水率が木材によってバラツキがあるため、工程の確実な移行判断を行うには、モニターする木材の数を増やし、情報量を多くする必要がある。このため、センサーのセットが煩雑であり、かつセンサー情報を常時看視している必要がある、等の問題がある。
より進んだものとして、乾燥室内の温度及び湿度の制御下に該乾燥室内に収容した木材を乾燥する木材の乾燥方法において、乾燥中における木材内部の温度及び含水率を連続的に又は断続的に測定し、測定して得られる木材内部の温度及び含水率の情報に基づいて、前記乾燥室内の温度及び湿度を制御する木材乾燥により、乾燥材の材面割れを抑制でき、材色の暗色化を抑制でき、しかも乾燥材の内部割れを抑制する木材乾燥方法が提供されている（特許文献２参照）。
【０００６】
従来の木材乾燥方法によると、乾燥初期段階における高温処理による高温セット法による乾燥材の表面の割れは減少しているが、ひき割類（柱角、平角等）の内部芯材部における放射状の割れの発生が見られ、内部割れによる建築構造の接合における接合強度を低下せしめている。また材色の暗色化の抑制において、桟木の位置における部分的な材色の違いが乾燥材の仕上げ後も削減されずに残っている。
さらに、乾燥機の運転を連続して行うために電力消費量及び燃料消費量が多く、省エネルギー化・二酸化炭素の削減に関する社会的なニーズの面でも改善が求められている。
【０００７】
【特許文献１】特許第３３６１３１２号
【特許文献２】特許公開２００１−２８７２０６
【非特許文献１】公共住宅建設工事共通仕様書解説書２５９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、高含水率である針葉樹の未乾燥製材品（ひき角類）を規定含水率（２０％以下）まで均質に低下させることにより、亀裂を生じさせずに、短期間に芯部まで充分に乾燥させることで、加熱蒸気量の削減等、省エネルギーを計ることができ、かつ、桟木跡の材色違いを仕上げ加工で削除できる木材の乾燥方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の木材の乾燥方法は、乾燥室内に堆積した針葉樹からなる被乾燥製材を、材温および含水率に基づいて、該乾燥室内の乾球温度および湿球温度を所定値に保つことによって乾燥する木材の乾燥方法において、初期昇温工程、高温セット工程、加熱停止工程に続いて、加熱工程を行い、目標とする材中含水率に到達するまで、加熱停止工程あるいは加熱停止工程に引き続く加熱工程を一組とする工程を繰り返すことを特徴とする。
前記各工程を移行する指標が、平均含水率測定ポイントにおける含水率であること、前記平均含水率測定ポイントが、材表面から３５ｍｍであること、また、木材の両木口端面とその四辺を筒体で覆い乾燥するであること、が好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の木材の乾燥方法によれば、短期間に、芯部まで充分に乾燥させることができるため、従来の乾燥機に比べて、乾燥機の回転効率を上げることができ、また、加熱工程と加熱停止工程とを交互に繰り返すことによって、電力消費量および燃料消費量を大幅に削減することができるので、極めて乾燥コストを低減することができる。さらに、表層部から芯部まで含水率が一様で、内部まで亀裂のない商品価値の極めて高い木材が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、乾燥加熱工程を単に継続するよりも、途中に加熱停止工程を挟むことの方が、省エネルギーを計ることができると同時に乾燥時間も短縮できることを見出したことに基づいてなされたものである。
具体的には、高温の蒸気を噴射し、乾燥室内を１００℃近くに上げる第１の工程（昇温加湿工程）の後に、加熱ヒーターで木材を１００℃以上の温度に加熱する工程（高温セット工程）を所定の指標が得られるまで継続し、さらに、乾燥室内を６０〜１００℃に下げ、該低温で保持する工程（加熱停止工程）を行い、さらに加熱工程を行い、必要に応じて加熱停止工程と加熱工程とを繰り返すことに特徴がある。
以下に、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の乾燥装置の概略を示す説明図である。
【００１２】
乾燥装置内には、台車１上に積載された木材２を収容する乾燥室３が区画して設けられ、その上部のダクト内に循環送風ファン４と加熱ヒーター５が設けられている。その他に、蒸射手段として加湿装置（図示を省略）から蒸気を乾燥室内に供給するスチーミングパイプ６、調湿手段として乾燥機室内の湿度を調整する完全飽和蒸気発生装置（図示を省略）、給排気手段として吸気路７と給気ファン８、及び排気路９と排気ファン（図示を省略）が配設されている。
被乾燥製材品である木材２（例えば、針葉樹のひき角類（柱類、平角類）を台車１上に積載する。積載は、桟木（例えば、一辺３０ｍｍの角材）（図示を省略）を介して相互に５０ｍｍ程度の間隔を保たせて多数段堆積させる。桟木を介し、また並列に作成された空隙は、乾燥室内に導入される高温蒸気や冷却空気を効率的に循環させることができる。
【００１３】
乾燥機には、給気ファン８を通して外気が吸入され、湯気発生装置（調湿手段）１０から水分が補給され、加熱ヒーター５で所要温度に加熱された高温蒸気を循環送風ファン４を介して乾燥機内に送風循環させて、桟木及び並列に間隙を空けて配列堆積された未乾燥製材品の各々外周に添って強制循環させ（流線ａ）、乾燥機内の乾球温度および湿球温度に基づいてコントロールしながら、材温を高める。
乾燥機内を循環する空気の湿度を調整するために、スチーミングパイプ６が設けられる。
乾燥機内を循環した高温高湿空気は、排気路９を通して乾燥機外へ排気される（流線ｂ）。必要に応じて、排気路内に排気ファンを設けることができる。
【００１４】
被乾燥製材品２のいくつか（試験材として、堆積１ブロックに３本程度適宜分散配置される）には、材中の所要箇所に所定の深さ（例えば、２０ｍｍ、３５ｍｍ、６０ｍｍ≒材芯）に、温度センサー１１及び含水率センサー１２を１組として各々の位置に埋め込み配置し、被乾燥製材品中の材温・含水率を計測する（図２）。材温・含水率の計測は常時リアルタイム計測であることが好ましいが、随時ないし間歇的な計測でも差し支えない。計測結果は記録されておくことが好ましい。計測データは乾燥機の制御装置に連結させ、所定の計測値にしたがって乾燥機の装置を制御部分に連結させ、稼動・停止することにより乾燥機室内の乾球温度・湿球温度を制御し、材中の温度、含水率及び平衡含水率を制御することが好ましい。
【００１５】
試験材における温水センサー・含水率センサーの埋め込み位置は、図３に示すように、木口から被乾燥木材の辺（長辺）長さ以上の位置に芯部含水率測定用センサーを設け、被乾燥木材の辺（長辺）長さ以上の位置離して、深さの異なる含水率測定用センサーを設ける。図３では、センサー深さ３５ｍｍの平均含水率測定用センサー、センサー深さ２０ｍｍの表面含水率測定用センサーを設ける例が示されている。
次に、本発明の木材乾燥工程について説明する。
【００１６】
［初期昇温工程］
まず、乾燥機に、温度１３０〜１７０℃に加熱加湿された高温蒸気を噴射し、循環送風ファン４を回転させ、乾燥機内に送風循環させて、桟木及び並列に間隙を空けて配列堆積された未乾燥製材品の各々外周に添って循環させ、乾球温度９５〜９８℃、湿球温度９５〜９８℃の乾燥機内条件を維持させながら、材温を９５〜９８℃まで上昇させる。その際、材温・含水率を、例えば２０ｍｍポイント（表面測定ポイント）、３５ｍｍポイント（平均含水率測定ポイント）、６０ｍｍポイント（芯部測定ポイント）において材温・含水率を計測し、６０ｍｍポイントが制御温湿度の９５〜９８℃に、ほぼ到達するまで行う。実際には、６０ｍｍポイントの材温が制御温湿度に到達してから任意の一定時間、例えば２〜４時間、保持する。
【００１７】
［高温セット工程］
次いで、乾燥機内の乾球温度を１２０℃まで急激に上昇させる。そして、湿球温度を１００℃に保持させ、乾球温度１２０℃と湿球温度１００℃を継続的に保持した乾燥機内条件で熱風循環させ、乾球湿球温度差２０℃程度にセットして、その状態を継続する。この間、材温を１００〜１０５℃に継続して保持する。平衡含水率４．５％近傍に乾燥機内条件を保持する。
材中の材温が１００〜１０５℃に保持され、高含水率状態で保持されるため木材成分である木繊維、へミセルロース、リグニン等は可塑化され柔軟な状態を保持しながら表層硬化が行われるために表面割れの発生を抑制し、防止する。
【００１８】
高温セット工程（前期）において、材温の上昇に従い、木繊維の間隙に含まれる自由水は膨張し、材中で内部圧力を高め、同時に材外周部分において自由水の蒸発とともに木繊維の間隙相互において収縮が生ずる（図４（ｃ））。
高温セット（後期）において、外周部分に於ける水分の蒸発が進行し、木材を主として構成する木繊維の間隙に充填していた自由水は蒸発し、材表層は収縮し、表面硬化し、表層含水率が低下しても表面割れを発生することのない状態となり、高温セット工程が終了する（図４（ｃ））。
【００１９】
高温セット工程の終了は、３５ｍｍポイント（平均含水率測定用ポイント）の材温センサーによる材温が１０５℃を上限として、且つ材温が１０２〜１０３℃以上の範囲において加熱停止する。このように３５ｍｍポイントの材温が１０５℃上限として乾燥機内の温度制御することにより表面割れの発生を防止する。
本発明者は、３５ｍｍポイントの材温が１０５℃以上に上昇すると割れが顕著に発生することを新たに知見した。
［第１加熱停止工程］
このとき、材中の材温測定センサー３５ｍｍポイントの材温が１０５℃になった時点で、循環送風ポンプ４による加熱熱風の強制循環を停止し、乾燥機内をの無風状態にする。無風状態に放置することにより、乾燥機内の乾球温度８５℃程度及び湿球温度８０℃まで降下させ、維持する。
この状態を維持することによって、乾燥機内において材温測定センサー３５ｍｍポイントでの材温を８０℃にまで低下させる。平衡含水率１１％〜１２％で乾燥機内条件を維持する。
【００２０】
第１加熱停止工程では、乾燥機内の乾球温度を８０℃まで効果的に下降させることが可能であり、従来の技術による乾燥機中の温度を自動制御するシステムにより継続的に１００℃以下に下降させることに対比して、短時間に所定の状態に保持することが可能であり、且つ、この加熱停止により、燃料消費量及び電力消費量を削減することが可能となる。
第１加熱停止工程において、乾球湿球温度差は４℃となり、平衡含水率を１２％近傍において保持させ、材中の含水率センサー２０ｍｍポイント、３５ｍｍポイント、６０ｍｍポイントでの含水率差を縮小し、材内部の蒸気圧による材芯部分から周辺部分への内圧を縮小する。この第１加熱停止工程により初期内部割れの発生を効果的に抑制・防止することになり、乾球温度８０℃に下降するまで継続する。
【００２１】
［第１加熱工程］
第１加熱停止工程で乾球温度８０℃及び湿球温度７５℃（近傍）に至った時点で、第１加熱工程に自動的に移行する。乾燥機中の温度を上昇させ、急激に乾球温度１２０℃、湿球温度１００℃まで上昇させ、保持させる。
第１加熱工程において、材温測定センサー２０ｍｍポイントでの材温は、１００〜１０８℃程度にまで上昇し、３５ｍｍポイント材温は、１００〜１０４℃まで上昇し、６０ｍｍポイント（芯部測定用ポイント）での材温は、１００〜１０１℃に保持される。この工程における乾球湿球温度差は２０℃近傍であり、平衡含水率４．６℃に保持される。
【００２２】
この第１加熱工程における材中の含水率は、材温測定センサー２０ｍｍポイント（表面測定用ポイント）で４０％から２５％に下降し、材温測定センサー３５ｍｍポイント（平均含水率測定用ポイント）で５５％から３５％に下降し、材温測定センサー６０ｍｍポイント（芯部測定用ポイント）で７０％から４５％に下降する。材温測定センサー２０ｍｍポイントでは繊維飽和点３０％以下の含水率に下降し、木繊維に含まれていた水分が蒸発し、材の収縮するが３５ｍｍポイント及び６０ｍｍポイントでは繊維飽和点以上に含水率が高いため、木繊維収縮は全体として発生していない。しかし、材の周辺部から芯材部に向けて材温及び含水率等の各測定値差において傾斜が緩やかであるために内部割れの発生が認められない。
【００２３】
［第２加熱停止工程］
第１加熱工程において、材温測定センサー３５ｍｍポイントでの材温１０２℃から上限１０５℃に達した時点で循環送風ファンを停止し、第２加熱停止工程に移行する。
第２加熱停止工程において、乾球温度は１２０℃から８０℃に下降し、湿球温度は１００℃から７５℃まで下降し、乾球湿球温度差２０℃で平衡含水率は４．５％から、乾球湿球温度差４．０℃で平衡含水率は１２．８％に緩やかに移動する。
第２加熱停止工程において、乾球温度は８０℃まで下降し、３５ｍｍポイントでの材温は９５℃近傍に保持され、含水率は４０％に向けて下降する。
第１加熱工程から第２加熱停止工程にかけて各含水率センサーの測定ポイントにおける含水率は緩やかな下降曲線を描いて含水率を下降させ、材芯の内部割れを発生しないために、各測定ポイントに於ける含水率差を縮小しながら所定の含水率に達するように制御することができる。
【００２４】
［第２加熱工程］
乾球温度８０℃及び湿球温度７５℃近傍において第２加熱工程に自動的に移行し、乾燥機中の温度を上昇させ、急激に乾球温度１２０℃、湿球温度１００℃まで上昇させ、保持させる。
第２加熱工程において、測定センサー２０ｍｍポイントでの材温は、１００℃から１０８℃程度まで上昇し、測定センサー３５ｍｍポイントでの材温は、１００℃から１０４℃まで上昇し、６０ｍｍポイントでの材温は、１００℃から１０１℃に保持される。この工程における乾球湿球温度差は２０℃近傍であり、平衡含水率４．６％に保持される。
【００２５】
第２加熱工程における材中の含水率は、２０ｍｍポイントで４５％から３０％に下降し、３５ｍｍポイントで４０％から２３％に下降し、６０ｍｍポイントで４５％から３０％に下降する。この含水率変化において、各測定ポイントにおける含水率差は各々１０％から５％近傍に縮小するとともに、各含水率測定ポイントの内部応力の差を縮小するために、内部割れの発生を抑制し、防止する。
［第３加熱停止工程］
第２加熱工程において、３５ｍｍポイントの材温が１０２℃から１０５℃に達した時点で循環送風ファンを停止し、第３加熱停止工程に移行する。
第３加熱停止工程において、乾球温度は１２℃から８０℃に下降し、湿球温度は１００℃から７５℃まで下降し、乾球湿球温度差２０℃で平衡含水率は４．５％から、乾球湿球温度差４．０℃で平衡含水率は１２．８％に緩やかに移動する。
第３加熱停止工程において、乾球温度は８０℃まで下降し、３５ｍｍポイントの材温は９５℃近傍に保持され、含水率は２５％から２０％に向けて下降する。
【００２６】
［第３加熱工程］
乾球温度８０℃及び湿球温度７５℃（近傍）において、第３加熱工程に自動的に移行し、乾燥機中の温度を上昇させ、急激に乾球温度１２０℃、湿球温度１００℃まで上昇させ、保持させる。
第３加熱工程において、２０ｍｍポイントでの材温は１００℃から１０８℃程度まで上昇し、３５ｍｍポイントでの材温は１００℃から１０４℃まで上昇し、６０ｍｍポイントでの材温は１００℃から１０１℃に保持される。
この工程における乾球湿球温度差は２０℃近傍であり、平衡含水率４．６％に保持される。
【００２７】
第３加熱工程における材中の含水率は２０ｍｍポイントで２０％から１２％に下降し、３５ｍｍポイントで３０％から１８％に下降し、６０ｍｍポイントで３０％から２０％に下降する。この含水率変化において各測定ポイントにおける含水率差は、各々１０％から５％近傍に縮小するとともに、各含水率測定ポイントの内部応力の差を縮小するために内部割れの発生を抑制し、防止する。
［第４加熱停止工程］
第３加熱工程において、３５ｍｍポイントでの材温が１０２℃から上限１０５℃に達した時点で循環送風ファンを停止し、第４加熱停止工程に移行する。
【００２８】
第４加熱停止工程において、乾球温度は１２０℃から８０℃に下降し、湿球温度は１００℃から７５℃まで下降し、乾球湿球温度差２０℃で平衡含水率は４．５％から、乾球湿球温度差４．０℃で平衡含水率は１２．８％に緩やかに移動する。
第４加熱停止工程において、乾球温度は８０℃まで下降し、３５ｍｍポイントの材温は９５℃近傍に保持され、含水率は１８％から１５％に向けて下降する。
第３加熱工程及び第４加熱停止工程において、材中含水率が各含水率測定ポイントにおいて２０％を下回った時点で、被乾燥製材品の乾燥工程を終了する。
【００２９】
以上に説明した本発明の杉を例とした未乾燥製材品の乾燥方法において、乾燥機の加熱蒸気環境に１２時間の温度上昇期間（初期昇温工程）の後、高温セット工程で平衡含水率４．１％に１６時間ほど保持し、次いで第１加熱停止工程で平衡含水率１１．０〜１２．０％に７時間ほど保持し、第１加熱工程で平衡含水率４．１％に１２時間ほど保持し、第２加熱停止工程で平衡含水率１１．０〜１２．０％に７時間ほど保持し、第２加熱工程で平衡含水率４．１％に１２時間ほど保持し、第３加熱停止工程で平衡含水率１１．０〜１２．０％に７時間ほど保持し、第４加熱工程において平衡含水率４．１％に３時間ほど保持し、乾燥機内の平衡含水率を間欠的に変化させて針葉樹製材品に含まれる水分を蒸発させ、乾燥工程を終了させることが本発明の特徴である。
なお、木材の種類や、伐採後の経過等に違いがある場合には、第１加熱工程以降、いずれかの工程中に材中含水率が各含水率測定ポイントにおいて２０％を下回った時点で、乾燥工程を終了するものとする。
【実施例】
【００３０】
以下、図を参照して、本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
図１に示す乾燥機を用い、杉の角柱１１６ｍｍ×１１６ｍｍ×３．０ｍｍ、５００本を用意した。
図３に示すように、材温及び含水率測定用センサーを設置するため、角柱６本を選択し、角柱の小口端部から１．５ｍの位置に、直径３ｍｍ、材辺部から２０ｍｍ、３５ｍｍ、６０ｍｍの深さ位置に測定センサーを埋め込むための測定穴を開設し、温度センサー及び含水率センサーを設置する。各測定穴にはセンサーを埋め込み、乾燥機外の制御装置に接続し、自動計測方式による計測結果を用いて、乾燥機に接続された各機器を自動制御した。
【００３１】
角柱を台車１に乗せ、一辺３０ｍｍの桟木を介して堆積し、また角柱は約２０ｍｍ間隔で間隙を介して並列に並べて５段を１ブロックとし、ブロック間に一辺９０ｍｍの桟木を介して２ブロック重ねた。
未乾燥製材品を堆積した台車を乾燥機に格納し、以下の手順により乾燥を行った。
乾燥機の吸気路７から外気を吸入し、湯気発生装置１０・加熱ヒーター５を作動させ、循環送風ファン４を回転させ、必要に応じてスチーミングパイプ６から温度１５０℃の高温蒸気を噴射し、乾燥機内に送風循環させて、桟木及び並列に間隙を構成する未乾燥製材品の各々外周に添って強制循環させ、乾球温度９５℃から９８℃、湿球温度９５〜９８℃を保って未乾燥製材品の材温を２０ｍｍポイント、３５ｍｍポイント、６０ｍｍポイントにおいて材温９８℃まで上昇させた（初期昇温工程）。
【００３２】
次いで、加熱ヒーター５を調整して、乾球温度を１２０℃になるまで急激に上昇させ、その温度を継続し、その間、湿球温度を１００℃に保持させ、乾球温度１２０℃と湿球温度１００℃を継続的に保持した乾燥機内条件で熱風循環させ、材温センサー２０ｍｍポイント、３５ｍｍポイント、６０ｍｍポイントにおいて材温を１００〜１０５℃の範囲内に収まるようにコントロールしながら加熱を継続した（高温セット工程）。
材中の材温測定センサー３５ｍｍポイント（平均含水率測定用ポイント）の材温が１０５℃になった時点で循環送風ポンプによる熱風の強制循環を停止し、乾燥機内を無風状態にした。
無風状態に放置することにより、乾球温度８５℃程度及び湿球温度８０℃まで下降させた。平衡含水率１１％〜１２％で乾燥機内条件を維持する。この間、乾燥機内において材温測定センサー３５ｍｍポイントでの材温を８０℃以上に維持されているように監視した（第１加熱停止工程）。
【００３３】
乾球温度８０℃及び湿球温度７５℃近傍において、材温測定センサー３５ｍｍポイントでの材温が８０℃にまで低下した時点で、第１加熱工程に自動的に移行し、乾燥機中の温度を上昇させ、急激に乾球温度１２０℃、湿球温度１００℃まで上昇させ、保持させた（第１加熱工程）。
第１加熱工程において、材温測定センサー３５ｍｍポイントの材温が１０５℃に達した時点で循環送風ファンを停止し、第２加熱停止工程に移行した（第２加熱停止工程）。
第１加熱停止工程と同様に、乾球温度８０℃及び湿球温度７５℃近傍において、材温測定センサー３５ｍｍポイントでの材温が８０℃にまで低下した時点で、第２加熱工程に自動的に移行し、乾燥機中の温度を上昇させ、急激に乾球温度１２０℃、湿球温度１００℃まで上昇させ、保持させた（第２加熱工程）。
【００３４】
第１加熱工程と同様に、第２加熱工程において、３５ｍｍポイントでの材温が１０５℃に達した時点で循環送風ファンを停止し、第３加熱停止工程に移行させた（第３加熱停止工程）。
第１加熱停止工程、第２加熱停止工程と同様に、乾燥温度８０℃及び湿球温度７５℃近傍において、材温測定センサー３５ｍｍポイントでの材温が８０℃にまで低下した時点で、第３加熱工程に自動的に移行し、乾燥機中の温度を上昇させ、急激に乾球温度１２０℃、湿球温度１００℃まで上昇させ、保持させた（第３加熱工程）。
第１加熱停止工程、第２加熱停止工程と同様に、第３加熱工程において、３５ｍｍポイントでの材温が１０５℃に達した時点で循環送風ファンを停止し、第４加熱停止工程に移行した（第４加熱停止工程）。
第４加熱停止工程において、材中含水率が各含水率測定ポイントにおいて２０％を下回ったので、被乾燥製材品の乾燥工程を終了した。
以上の工程・経過を図５に示す。
【００３５】
本実施例１においては、乾燥機の加熱蒸気環境に１０時間の初期昇温工程の後、高温セット工程で平衡含水率４．１％に１８時間ほど保持し、次いで第１加熱停止工程で平衡含水率１１．０〜１２．０％に８時間ほど保持し、第１加熱工程で平衡含水率４．１％に１２時間ほど保持し、第２加熱停止工程で平衡含水率１１．０〜１２．０％に８時間ほど保持し、第２加熱工程で平衡含水率４．１％に１２時間ほど保持し、第３加熱停止工程で平衡含水率１１．０〜１２．０％に８時間ほど保持し、第３加熱工程で平衡含水率４％に１２時間ほど保持し、第４加熱停止工程において平衡含水率４％に６時間ほど保持したことになり、トータルの乾燥所要時間は、第４加熱停止工程後の乾燥機からの搬出までの時間を含めて、８２時間であった。
【００３６】
［実施例２］
図１に示す乾燥機を用い、カラマツの角柱１１５ｍｍ×１１５ｍｍ×３．０ｍｍ、５００本を用意し、実施例１に準じて乾燥を行った。
図３に示すように、材温及び含水率測定用センサーを設置するため、角柱６本を選択し、角柱の小口端部から１．５ｍの位置に、直径３ｍｍ、材辺部から２０ｍｍ、３５ｍｍ、５５ｍｍの深さ位置に測定センサーを埋め込むための測定穴を開設した。
実施例２における乾燥工程経過グラフを図６に示す。
実施例２においては、第１加熱工程中に材中含水率が各含水率測定ポイントにおいて２０％を下回ったので、被乾燥製材品の乾燥工程を終了した。
【００３７】
本実施例２においては、乾燥機の加熱蒸気環境に１０時間の初期昇温工程の後、高温セット工程で平衡含水率４．１％に１８時間ほど保持し、次いで第１加熱停止工程で平衡含水率１１．０〜１２．０％に８時間ほど保持したことになり、トータルの乾燥所要時間は、第１加熱工程後の乾燥機からの搬出までの時間を含めて、４６時間であった。
【００３８】
本発明においては、材中の材温及び含水率測定センサー３５ｍｍポイントにおける含水率を指標として制御することで、材中の含水率測定センサーポイントにおける各含水率差を縮小することで、材表面の割れ及び材内部の芯割れを抑制し、防止することで高品質な乾燥製材品が得られた。
また、高温セット工程を経過して加熱停止工程を行うことにより従来高温乾燥方法の場合では連続して乾燥機を運転するため、所定の含水率までの乾燥工程において使用する本間歇乾燥法による電力消費量は、実施例１では４５０ｋＷＨまで低下し、３０％程度削減したことになり、実施例２では、８５０ｋＷＨより２８０ｋＷＨまで低下した。
【００３９】
さらに、燃料消費量は、従来高温の場合、燃料消費量は７１．０Ｌ／ｍ3使用したが、本間歇乾燥法による燃料消費量は、実施例１では４０．０Ｌ／ｍ3にまで低下し、４５％程度削減したことになり、実施例２では、２５Ｌ／ｍ3にまで低下した。
また、乾燥時間は従来高温乾燥の場合、１８０時間から２００時間を必要としたが、本間歇乾燥法の実施例１では８０時間程度であり、５０〜６０％程度に短縮され、実施例２では４６時間程度であり、６５％程度に短縮され、省エネルギー効果があった。
また、仕上げ加工において桟木の置かれた部分と他の部分との材色の違いが軽微であるため、仕上げ加工により材色の違いを削除することが可能であった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、短期間で芯部まで充分に乾燥し、亀裂の僅少な、商品価値の極めて高い材木を提供することができるので、製材供給産業分野に寄与する処大である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例で使用した乾燥装置の概略を示す断面図である。
【図２】被乾燥製材品中の材温および含水率を計測するセンサーの装着状態を示す説明図であり、（ａ）は表面含水率測定用、（ｂ）は平均含水率測定用、（ｃ）は芯部含水率測定用のセンサー装着状態を示す。
【図３】試験材中に材温センサー・含水率センサーを埋め込む位置を説明する説明図である。
【図４】被乾燥製材品における乾燥経過中の木材中の含水率の変化に基づく応力分布を説明する模式図である。
【図５】本発明の実施例１における乾燥操作の経過を示す乾球温度・湿球温度・材温・含水率の計測データのグラフである。
【図６】本発明の実施例２における乾燥操作の経過を示す乾球温度・湿球温度・材温・含水率の計測データのグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１：台車
２：木材
３：乾燥室
４：循環送風ファン
５：加熱ヒーター
６：スチーミングパイプ
７：吸気路
８：給気ファン
９：排気路
１０：湯気発生装置（調湿手段）
１１：温度センサー
１２：含水率センサー
ａ：加熱加湿空気の流線
ｂ：排気される空気の流線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱、土台、ハリ、ケタ等の建築構造材に使用される木材、特には、杉、カラマツ等の針葉樹の乾燥方法及び乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築用構造材として製材品を使用する場合に、建築物の構造安全性を担保するために、公共建築物では含水率２０％以下と規定されている（非特許文献１参照）。
このため、建築用構造材として用いられる木材は、伐採後、十分乾燥したものを用いる必要があるが、自然乾燥では時間が掛かり過ぎることから、含水率の多い未乾燥製材品を規定含水率（２０％以下）まで低下させるために、乾燥期間を短縮するべく、通常、乾燥機を用いて未乾燥製材品に含まれる水分を強制的に蒸発させることによって、人工乾燥することが一般的である。
乾燥機を用いて乾燥させると、乾燥の進行につれ木材の表層部は速やかに乾燥され、表層部の含水率が減少して木材内部への熱伝導が悪くなる。このため乾燥を急ぐと、木材の表層部と内部とで収縮に大きな差を生じ亀裂を生じる。
【０００３】
亀裂が生じないように、木材の芯部を含水率１８％程度まで人工乾燥（強制乾燥）させるには、およそ２５日以上を要しており、乾燥施設等の設備償却コスト、その他の乾燥コストを合わせると莫大な経費を必要とし、高価なものとなる。そのため、安価な輸入外材に対抗するため、１０日程度の乾燥にとどめ、表面から深さ１０〜１５ｍｍ 程度の表層部の含水率を２０％程度に、芯部で４０〜６０％程度に乾燥して、市場に人工乾燥材として出荷されているものも見受けられる。
また、木材に予め切込みを入れ、乾燥を容易とする方法が一部地域で採用されているが、この方法は、建築構造材として使用する箇所が限定されるため、現在ではあまり利用されていない。
【０００４】
人工乾燥によって木材を十分に乾燥すると黒く変色（乾燥焼け）することが多く、この面からも多くは、外観を重視して、表面乾燥のみの不十分な乾燥状態で出荷されている。このような不十分な乾燥ではクレームの発生につながりかねず、このため大手の住宅メーカーでは、一部に鉄骨を使用したり、あるいは価格が高くても集成材（積層材）を使用したりしている。
人工乾燥方式においては、乾燥室内の温度と湿度の制御を、加熱、蒸射（蒸気噴射）、さらに給気及び排気を調節して行い、１１０℃以上での第１工程から、次第に乾燥温度を下げながら第２，第３工程を行うものがある（特許文献１参照）。特許文献１に示されるものにおいては、各工程の移行の判断は、深さを変えてあけられた複数のモニター用木材の穴に、温度センサーと含水率センサーを差し込み、連続的に測定して得られる情報に基づいてなされる。
【０００５】
しかしながら、この方法は、含水率が木材によってバラツキがあるため、工程の確実な移行判断を行うには、モニターする木材の数を増やし、情報量を多くする必要がある。このため、センサーのセットが煩雑であり、かつセンサー情報を常時看視している必要がある、等の問題がある。
より進んだものとして、乾燥室内の温度及び湿度の制御下に該乾燥室内に収容した木材を乾燥する木材の乾燥方法において、乾燥中における木材内部の温度及び含水率を連続的に又は断続的に測定し、測定して得られる木材内部の温度及び含水率の情報に基づいて、前記乾燥室内の温度及び湿度を制御する木材乾燥により、乾燥材の材面割れを抑制でき、材色の暗色化を抑制でき、しかも乾燥材の内部割れを抑制する木材乾燥方法が提供されている（特許文献２参照）。
【０００６】
従来の木材乾燥方法によると、乾燥初期段階における高温処理による高温セット法による乾燥材の表面の割れは減少しているが、ひき割類（柱角、平角等）の内部芯材部における放射状の割れの発生が見られ、内部割れによる建築構造の接合における接合強度を低下せしめている。また材色の暗色化の抑制において、桟木の位置における部分的な材色の違いが乾燥材の仕上げ後も削減されずに残っている。
さらに、乾燥機の運転を連続して行うために電力消費量及び燃料消費量が多く、省エネルギー化・二酸化炭素の削減に関する社会的なニーズの面でも改善が求められている。
【０００７】
【特許文献１】特許第３３６１３１２号
【特許文献２】特許公開２００１−２８７２０６
【非特許文献１】公共住宅建設工事共通仕様書解説書２５９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、高含水率である針葉樹の未乾燥製材品（ひき角類）を規定含水率（２０％以下）まで均質に低下させることにより、亀裂を生じさせずに、短期間に芯部まで充分に乾燥させることで、加熱蒸気量の削減等、省エネルギーを計ることができ、かつ、桟木跡の材色違いを仕上げ加工で削除できる木材の乾燥方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の木材の乾燥方法は、乾燥室内に堆積した針葉樹からなる被乾燥製材を、材温および含水率に基づいて、該乾燥室内の乾球温度および湿球温度を所定値に保つことによって乾燥する木材の乾燥方法において、初期昇温工程、高温セット工程、加熱停止工程に続いて、加熱工程を行い、目標とする材中含水率に到達するまで、加熱停止工程あるいは加熱停止工程に引き続く加熱工程を一組とする工程を繰り返すことを特徴とする。
前記各工程を移行する指標が、平均含水率測定ポイントにおける含水率であること、前記平均含水率測定ポイントが、材表面から３５ｍｍであること、また、木材の両木口端面とその四辺を筒体で覆い乾燥するであること、が好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の木材の乾燥方法によれば、短期間に、芯部まで充分に乾燥させることができるため、従来の乾燥機に比べて、乾燥機の回転効率を上げることができ、また、加熱工程と加熱停止工程とを交互に繰り返すことによって、電力消費量および燃料消費量を大幅に削減することができるので、極めて乾燥コストを低減することができる。さらに、表層部から芯部まで含水率が一様で、内部まで亀裂のない商品価値の極めて高い木材が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、乾燥加熱工程を単に継続するよりも、途中に加熱停止工程を挟むことの方が、省エネルギーを計ることができると同時に乾燥時間も短縮できることを見出したことに基づいてなされたものである。
具体的には、高温の蒸気を噴射し、乾燥室内を１００℃近くに上げる第１の工程（昇温加湿工程）の後に、加熱ヒーターで木材を１００℃以上の温度に加熱する工程（高温セット工程）を所定の指標が得られるまで継続し、さらに、乾燥室内を６０〜１００℃に下げ、該低温で保持する工程（加熱停止工程）を行い、さらに加熱工程を行い、必要に応じて加熱停止工程と加熱工程とを繰り返すことに特徴がある。
以下に、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の乾燥装置の概略を示す説明図である。
【００１２】
乾燥装置内には、台車１上に積載された木材２を収容する乾燥室３が区画して設けられ、その上部のダクト内に循環送風ファン４と加熱ヒーター５が設けられている。その他に、蒸射手段として加湿装置（図示を省略）から蒸気を乾燥室内に供給するスチーミングパイプ６、調湿手段として乾燥機室内の湿度を調整する完全飽和蒸気発生装置（図示を省略）、給排気手段として吸気路７と給気ファン８、及び排気路９と排気ファン（図示を省略）が配設されている。
被乾燥製材品である木材２（例えば、針葉樹のひき角類（柱類、平角類）を台車１上に積載する。積載は、桟木（例えば、一辺３０ｍｍの角材）（図示を省略）を介して相互に５０ｍｍ程度の間隔を保たせて多数段堆積させる。桟木を介し、また並列に作成された空隙は、乾燥室内に導入される高温蒸気や冷却空気を効率的に循環させることができる。
【００１３】
乾燥機には、給気ファン８を通して外気が吸入され、湯気発生装置（調湿手段）１０から水分が補給され、加熱ヒーター５で所要温度に加熱された高温蒸気を循環送風ファン４を介して乾燥機内に送風循環させて、桟木及び並列に間隙を空けて配列堆積された未乾燥製材品の各々外周に添って強制循環させ（流線ａ）、乾燥機内の乾球温度および湿球温度に基づいてコントロールしながら、材温を高める。
乾燥機内を循環する空気の湿度を調整するために、スチーミングパイプ６が設けられる。
乾燥機内を循環した高温高湿空気は、排気路９を通して乾燥機外へ排気される（流線ｂ）。必要に応じて、排気路内に排気ファンを設けることができる。
【００１４】
被乾燥製材品２のいくつか（試験材として、堆積１ブロックに３本程度適宜分散配置される）には、材中の所要箇所に所定の深さ（例えば、２０ｍｍ、３５ｍｍ、６０ｍｍ≒材芯）に、温度センサー１１及び含水率センサー１２を１組として各々の位置に埋め込み配置し、被乾燥製材品中の材温・含水率を計測する（図２）。材温・含水率の計測は常時リアルタイム計測であることが好ましいが、随時ないし間歇的な計測でも差し支えない。計測結果は記録されておくことが好ましい。計測データは乾燥機の制御装置に連結させ、所定の計測値にしたがって乾燥機の装置を制御部分に連結させ、稼動・停止することにより乾燥機室内の乾球温度・湿球温度を制御し、材中の温度、含水率及び平衡含水率を制御することが好ましい。
【００１５】
試験材における温水センサー・含水率センサーの埋め込み位置は、図３に示すように、木口から被乾燥木材の辺（長辺）長さ以上の位置に芯部含水率測定用センサーを設け、被乾燥木材の辺（長辺）長さ以上の位置離して、深さの異なる含水率測定用センサーを設ける。図３では、センサー深さ３５ｍｍの平均含水率測定用センサー、センサー深さ２０ｍｍの表面含水率測定用センサーを設ける例が示されている。
次に、本発明の木材乾燥工程について説明する。
【００１６】
［初期昇温工程］
まず、乾燥機に、温度１３０〜１７０℃に加熱加湿された高温蒸気を噴射し、循環送風ファン４を回転させ、乾燥機内に送風循環させて、桟木及び並列に間隙を空けて配列堆積された未乾燥製材品の各々外周に添って循環させ、乾球温度９５〜９８℃、湿球温度９５〜９８℃の乾燥機内条件を維持させながら、材温を９５〜９８℃まで上昇させる。その際、材温・含水率を、例えば２０ｍｍポイント（表面測定ポイント）、３５ｍｍポイント（平均含水率測定ポイント）、６０ｍｍポイント（芯部測定ポイント）において材温・含水率を計測し、６０ｍｍポイントが制御温湿度の９５〜９８℃に、ほぼ到達するまで行う。実際には、６０ｍｍポイントの材温が制御温湿度に到達してから任意の一定時間、例えば２〜４時間、保持する。
【００１７】
［高温セット工程］
次いで、乾燥機内の乾球温度を１２０℃まで急激に上昇させる。そして、湿球温度を１００℃に保持させ、乾球温度１２０℃と湿球温度１００℃を継続的に保持した乾燥機内条件で熱風循環させ、乾球湿球温度差２０℃程度にセットして、その状態を継続する。この間、材温を１００〜１０５℃に継続して保持する。平衡含水率４．５％近傍に乾燥機内条件を保持する。
材中の材温が１００〜１０５℃に保持され、高含水率状態で保持されるため木材成分である木繊維、へミセルロース、リグニン等は可塑化され柔軟な状態を保持しながら表層硬化が行われるために表面割れの発生を抑制し、防止する。
【００１８】
高温セット工程（前期）において、材温の上昇に従い、木繊維の間隙に含まれる自由水は膨張し、材中で内部圧力を高め、同時に材外周部分において自由水の蒸発とともに木繊維の間隙相互において収縮が生ずる（図４（ｃ））。
高温セット（後期）において、外周部分に於ける水分の蒸発が進行し、木材を主として構成する木繊維の間隙に充填していた自由水は蒸発し、材表層は収縮し、表面硬化し、表層含水率が低下しても表面割れを発生することのない状態となり、高温セット工程が終了する（図４（ｃ））。
【００１９】
高温セット工程の終了は、３５ｍｍポイント（平均含水率測定用ポイント）の材温センサーによる材温が１０５℃を上限として、且つ材温が１０２〜１０３℃以上の範囲において加熱停止する。このように３５ｍｍポイントの材温が１０５℃上限として乾燥機内の温度制御することにより表面割れの発生を防止する。
本発明者は、３５ｍｍポイントの材温が１０５℃以上に上昇すると割れが顕著に発生することを新たに知見した。
［第１加熱停止工程］
このとき、材中の材温測定センサー３５ｍｍポイントの材温が１０５℃になった時点で、循環送風ポンプ４による加熱熱風の強制循環を停止し、乾燥機内をの無風状態にする。無風状態に放置することにより、乾燥機内の乾球温度８５℃程度及び湿球温度８０℃まで降下させ、維持する。
この状態を維持することによって、乾燥機内において材温測定センサー３５ｍｍポイントでの材温を８０℃にまで低下させる。平衡含水率１１％〜１２％で乾燥機内条件を維持する。
【００２０】
第１加熱停止工程では、乾燥機内の乾球温度を８０℃まで効果的に下降させることが可能であり、従来の技術による乾燥機中の温度を自動制御するシステムにより継続的に１００℃以下に下降させることに対比して、短時間に所定の状態に保持することが可能であり、且つ、この加熱停止により、燃料消費量及び電力消費量を削減することが可能となる。
第１加熱停止工程において、乾球湿球温度差は４℃となり、平衡含水率を１２％近傍において保持させ、材中の含水率センサー２０ｍｍポイント、３５ｍｍポイント、６０ｍｍポイントでの含水率差を縮小し、材内部の蒸気圧による材芯部分から周辺部分への内圧を縮小する。この第１加熱停止工程により初期内部割れの発生を効果的に抑制・防止することになり、乾球温度８０℃に下降するまで継続する。
【００２１】
［第１加熱工程］
第１加熱停止工程で乾球温度８０℃及び湿球温度７５℃（近傍）に至った時点で、第１加熱工程に自動的に移行する。乾燥機中の温度を上昇させ、急激に乾球温度１２０℃、湿球温度１００℃まで上昇させ、保持させる。
第１加熱工程において、材温測定センサー２０ｍｍポイントでの材温は、１００〜１０８℃程度にまで上昇し、３５ｍｍポイント材温は、１００〜１０４℃まで上昇し、６０ｍｍポイント（芯部測定用ポイント）での材温は、１００〜１０１℃に保持される。この工程における乾球湿球温度差は２０℃近傍であり、平衡含水率４．６℃に保持される。
【００２２】
この第１加熱工程における材中の含水率は、材温測定センサー２０ｍｍポイント（表面測定用ポイント）で４０％から２５％に下降し、材温測定センサー３５ｍｍポイント（平均含水率測定用ポイント）で５５％から３５％に下降し、材温測定センサー６０ｍｍポイント（芯部測定用ポイント）で７０％から４５％に下降する。材温測定センサー２０ｍｍポイントでは繊維飽和点３０％以下の含水率に下降し、木繊維に含まれていた水分が蒸発し、材の収縮するが３５ｍｍポイント及び６０ｍｍポイントでは繊維飽和点以上に含水率が高いため、木繊維収縮は全体として発生していない。しかし、材の周辺部から芯材部に向けて材温及び含水率等の各測定値差において傾斜が緩やかであるために内部割れの発生が認められない。
【００２３】
［第２加熱停止工程］
第１加熱工程において、材温測定センサー３５ｍｍポイントでの材温１０２℃から上限１０５℃に達した時点で循環送風ファンを停止し、第２加熱停止工程に移行する。
第２加熱停止工程において、乾球温度は１２０℃から８０℃に下降し、湿球温度は１００℃から７５℃まで下降し、乾球湿球温度差２０℃で平衡含水率は４．５％から、乾球湿球温度差４．０℃で平衡含水率は１２．８％に緩やかに移動する。
第２加熱停止工程において、乾球温度は８０℃まで下降し、３５ｍｍポイントでの材温は９５℃近傍に保持され、含水率は４０％に向けて下降する。
第１加熱工程から第２加熱停止工程にかけて各含水率センサーの測定ポイントにおける含水率は緩やかな下降曲線を描いて含水率を下降させ、材芯の内部割れを発生しないために、各測定ポイントに於ける含水率差を縮小しながら所定の含水率に達するように制御することができる。
【００２４】
［第２加熱工程］
乾球温度８０℃及び湿球温度７５℃近傍において第２加熱工程に自動的に移行し、乾燥機中の温度を上昇させ、急激に乾球温度１２０℃、湿球温度１００℃まで上昇させ、保持させる。
第２加熱工程において、測定センサー２０ｍｍポイントでの材温は、１００℃から１０８℃程度まで上昇し、測定センサー３５ｍｍポイントでの材温は、１００℃から１０４℃まで上昇し、６０ｍｍポイントでの材温は、１００℃から１０１℃に保持される。この工程における乾球湿球温度差は２０℃近傍であり、平衡含水率４．６％に保持される。
【００２５】
第２加熱工程における材中の含水率は、２０ｍｍポイントで４５％から３０％に下降し、３５ｍｍポイントで４０％から２３％に下降し、６０ｍｍポイントで４５％から３０％に下降する。この含水率変化において、各測定ポイントにおける含水率差は各々１０％から５％近傍に縮小するとともに、各含水率測定ポイントの内部応力の差を縮小するために、内部割れの発生を抑制し、防止する。
［第３加熱停止工程］
第２加熱工程において、３５ｍｍポイントの材温が１０２℃から１０５℃に達した時点で循環送風ファンを停止し、第３加熱停止工程に移行する。
第３加熱停止工程において、乾球温度は１２℃から８０℃に下降し、湿球温度は１００℃から７５℃まで下降し、乾球湿球温度差２０℃で平衡含水率は４．５％から、乾球湿球温度差４．０℃で平衡含水率は１２．８％に緩やかに移動する。
第３加熱停止工程において、乾球温度は８０℃まで下降し、３５ｍｍポイントの材温は９５℃近傍に保持され、含水率は２５％から２０％に向けて下降する。
【００２６】
［第３加熱工程］
乾球温度８０℃及び湿球温度７５℃（近傍）において、第３加熱工程に自動的に移行し、乾燥機中の温度を上昇させ、急激に乾球温度１２０℃、湿球温度１００℃まで上昇させ、保持させる。
第３加熱工程において、２０ｍｍポイントでの材温は１００℃から１０８℃程度まで上昇し、３５ｍｍポイントでの材温は１００℃から１０４℃まで上昇し、６０ｍｍポイントでの材温は１００℃から１０１℃に保持される。
この工程における乾球湿球温度差は２０℃近傍であり、平衡含水率４．６％に保持される。
【００２７】
第３加熱工程における材中の含水率は２０ｍｍポイントで２０％から１２％に下降し、３５ｍｍポイントで３０％から１８％に下降し、６０ｍｍポイントで３０％から２０％に下降する。この含水率変化において各測定ポイントにおける含水率差は、各々１０％から５％近傍に縮小するとともに、各含水率測定ポイントの内部応力の差を縮小するために内部割れの発生を抑制し、防止する。
［第４加熱停止工程］
第３加熱工程において、３５ｍｍポイントでの材温が１０２℃から上限１０５℃に達した時点で循環送風ファンを停止し、第４加熱停止工程に移行する。
【００２８】
第４加熱停止工程において、乾球温度は１２０℃から８０℃に下降し、湿球温度は１００℃から７５℃まで下降し、乾球湿球温度差２０℃で平衡含水率は４．５％から、乾球湿球温度差４．０℃で平衡含水率は１２．８％に緩やかに移動する。
第４加熱停止工程において、乾球温度は８０℃まで下降し、３５ｍｍポイントの材温は９５℃近傍に保持され、含水率は１８％から１５％に向けて下降する。
第３加熱工程及び第４加熱停止工程において、材中含水率が各含水率測定ポイントにおいて２０％を下回った時点で、被乾燥製材品の乾燥工程を終了する。
【００２９】
以上に説明した本発明の杉を例とした未乾燥製材品の乾燥方法において、乾燥機の加熱蒸気環境に１２時間の温度上昇期間（初期昇温工程）の後、高温セット工程で平衡含水率４．１％に１６時間ほど保持し、次いで第１加熱停止工程で平衡含水率１１．０〜１２．０％に７時間ほど保持し、第１加熱工程で平衡含水率４．１％に１２時間ほど保持し、第２加熱停止工程で平衡含水率１１．０〜１２．０％に７時間ほど保持し、第２加熱工程で平衡含水率４．１％に１２時間ほど保持し、第３加熱停止工程で平衡含水率１１．０〜１２．０％に７時間ほど保持し、第４加熱工程において平衡含水率４．１％に３時間ほど保持し、乾燥機内の平衡含水率を間欠的に変化させて針葉樹製材品に含まれる水分を蒸発させ、乾燥工程を終了させることが本発明の特徴である。
なお、木材の種類や、伐採後の経過等に違いがある場合には、第１加熱工程以降、いずれかの工程中に材中含水率が各含水率測定ポイントにおいて２０％を下回った時点で、乾燥工程を終了するものとする。
【実施例】
【００３０】
以下、図を参照して、本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
図１に示す乾燥機を用い、杉の角柱１１６ｍｍ×１１６ｍｍ×３．０ｍｍ、５００本を用意した。
図３に示すように、材温及び含水率測定用センサーを設置するため、角柱６本を選択し、角柱の小口端部から１．５ｍの位置に、直径３ｍｍ、材辺部から２０ｍｍ、３５ｍｍ、６０ｍｍの深さ位置に測定センサーを埋め込むための測定穴を開設し、温度センサー及び含水率センサーを設置する。各測定穴にはセンサーを埋め込み、乾燥機外の制御装置に接続し、自動計測方式による計測結果を用いて、乾燥機に接続された各機器を自動制御した。
【００３１】
角柱を台車１に乗せ、一辺３０ｍｍの桟木を介して堆積し、また角柱は約２０ｍｍ間隔で間隙を介して並列に並べて５段を１ブロックとし、ブロック間に一辺９０ｍｍの桟木を介して２ブロック重ねた。
未乾燥製材品を堆積した台車を乾燥機に格納し、以下の手順により乾燥を行った。
乾燥機の吸気路７から外気を吸入し、湯気発生装置１０・加熱ヒーター５を作動させ、循環送風ファン４を回転させ、必要に応じてスチーミングパイプ６から温度１５０℃の高温蒸気を噴射し、乾燥機内に送風循環させて、桟木及び並列に間隙を構成する未乾燥製材品の各々外周に添って強制循環させ、乾球温度９５℃から９８℃、湿球温度９５〜９８℃を保って未乾燥製材品の材温を２０ｍｍポイント、３５ｍｍポイント、６０ｍｍポイントにおいて材温９８℃まで上昇させた（初期昇温工程）。
【００３２】
次いで、加熱ヒーター５を調整して、乾球温度を１２０℃になるまで急激に上昇させ、その温度を継続し、その間、湿球温度を１００℃に保持させ、乾球温度１２０℃と湿球温度１００℃を継続的に保持した乾燥機内条件で熱風循環させ、材温センサー２０ｍｍポイント、３５ｍｍポイント、６０ｍｍポイントにおいて材温を１００〜１０５℃の範囲内に収まるようにコントロールしながら加熱を継続した（高温セット工程）。
材中の材温測定センサー３５ｍｍポイント（平均含水率測定用ポイント）の材温が１０５℃になった時点で循環送風ポンプによる熱風の強制循環を停止し、乾燥機内を無風状態にした。
無風状態に放置することにより、乾球温度８５℃程度及び湿球温度８０℃まで下降させた。平衡含水率１１％〜１２％で乾燥機内条件を維持する。この間、乾燥機内において材温測定センサー３５ｍｍポイントでの材温を８０℃以上に維持されているように監視した（第１加熱停止工程）。
【００３３】
乾球温度８０℃及び湿球温度７５℃近傍において、材温測定センサー３５ｍｍポイントでの材温が８０℃にまで低下した時点で、第１加熱工程に自動的に移行し、乾燥機中の温度を上昇させ、急激に乾球温度１２０℃、湿球温度１００℃まで上昇させ、保持させた（第１加熱工程）。
第１加熱工程において、材温測定センサー３５ｍｍポイントの材温が１０５℃に達した時点で循環送風ファンを停止し、第２加熱停止工程に移行した（第２加熱停止工程）。
第１加熱停止工程と同様に、乾球温度８０℃及び湿球温度７５℃近傍において、材温測定センサー３５ｍｍポイントでの材温が８０℃にまで低下した時点で、第２加熱工程に自動的に移行し、乾燥機中の温度を上昇させ、急激に乾球温度１２０℃、湿球温度１００℃まで上昇させ、保持させた（第２加熱工程）。
【００３４】
第１加熱工程と同様に、第２加熱工程において、３５ｍｍポイントでの材温が１０５℃に達した時点で循環送風ファンを停止し、第３加熱停止工程に移行させた（第３加熱停止工程）。
第１加熱停止工程、第２加熱停止工程と同様に、乾燥温度８０℃及び湿球温度７５℃近傍において、材温測定センサー３５ｍｍポイントでの材温が８０℃にまで低下した時点で、第３加熱工程に自動的に移行し、乾燥機中の温度を上昇させ、急激に乾球温度１２０℃、湿球温度１００℃まで上昇させ、保持させた（第３加熱工程）。
第１加熱停止工程、第２加熱停止工程と同様に、第３加熱工程において、３５ｍｍポイントでの材温が１０５℃に達した時点で循環送風ファンを停止し、第４加熱停止工程に移行した（第４加熱停止工程）。
第４加熱停止工程において、材中含水率が各含水率測定ポイントにおいて２０％を下回ったので、被乾燥製材品の乾燥工程を終了した。
以上の工程・経過を図５に示す。
【００３５】
本実施例１においては、乾燥機の加熱蒸気環境に１０時間の初期昇温工程の後、高温セット工程で平衡含水率４．１％に１８時間ほど保持し、次いで第１加熱停止工程で平衡含水率１１．０〜１２．０％に８時間ほど保持し、第１加熱工程で平衡含水率４．１％に１２時間ほど保持し、第２加熱停止工程で平衡含水率１１．０〜１２．０％に８時間ほど保持し、第２加熱工程で平衡含水率４．１％に１２時間ほど保持し、第３加熱停止工程で平衡含水率１１．０〜１２．０％に８時間ほど保持し、第３加熱工程で平衡含水率４％に１２時間ほど保持し、第４加熱停止工程において平衡含水率４％に６時間ほど保持したことになり、トータルの乾燥所要時間は、第４加熱停止工程後の乾燥機からの搬出までの時間を含めて、８２時間であった。
【００３６】
［実施例２］
図１に示す乾燥機を用い、カラマツの角柱１１５ｍｍ×１１５ｍｍ×３．０ｍｍ、５００本を用意し、実施例１に準じて乾燥を行った。
図３に示すように、材温及び含水率測定用センサーを設置するため、角柱６本を選択し、角柱の小口端部から１．５ｍの位置に、直径３ｍｍ、材辺部から２０ｍｍ、３５ｍｍ、５５ｍｍの深さ位置に測定センサーを埋め込むための測定穴を開設した。
実施例２における乾燥工程経過グラフを図６に示す。
実施例２においては、第１加熱工程中に材中含水率が各含水率測定ポイントにおいて２０％を下回ったので、被乾燥製材品の乾燥工程を終了した。
【００３７】
本実施例２においては、乾燥機の加熱蒸気環境に１０時間の初期昇温工程の後、高温セット工程で平衡含水率４．１％に１８時間ほど保持し、次いで第１加熱停止工程で平衡含水率１１．０〜１２．０％に８時間ほど保持したことになり、トータルの乾燥所要時間は、第１加熱工程後の乾燥機からの搬出までの時間を含めて、４６時間であった。
【００３８】
本発明においては、材中の材温及び含水率測定センサー３５ｍｍポイントにおける含水率を指標として制御することで、材中の含水率測定センサーポイントにおける各含水率差を縮小することで、材表面の割れ及び材内部の芯割れを抑制し、防止することで高品質な乾燥製材品が得られた。
また、高温セット工程を経過して加熱停止工程を行うことにより従来高温乾燥方法の場合では連続して乾燥機を運転するため、所定の含水率までの乾燥工程において使用する本間歇乾燥法による電力消費量は、実施例１では４５０ｋＷＨまで低下し、３０％程度削減したことになり、実施例２では、８５０ｋＷＨより２８０ｋＷＨまで低下した。
【００３９】
さらに、燃料消費量は、従来高温の場合、燃料消費量は７１．０Ｌ／ｍ3使用したが、本間歇乾燥法による燃料消費量は、実施例１では４０．０Ｌ／ｍ3にまで低下し、４５％程度削減したことになり、実施例２では、２５Ｌ／ｍ3にまで低下した。
また、乾燥時間は従来高温乾燥の場合、１８０時間から２００時間を必要としたが、本間歇乾燥法の実施例１では８０時間程度であり、５０〜６０％程度に短縮され、実施例２では４６時間程度であり、６５％程度に短縮され、省エネルギー効果があった。
また、仕上げ加工において桟木の置かれた部分と他の部分との材色の違いが軽微であるため、仕上げ加工により材色の違いを削除することが可能であった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、短期間で芯部まで充分に乾燥し、亀裂の僅少な、商品価値の極めて高い材木を提供することができるので、製材供給産業分野に寄与する処大である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例で使用した乾燥装置の概略を示す断面図である。
【図２】被乾燥製材品中の材温および含水率を計測するセンサーの装着状態を示す説明図であり、（ａ）は表面含水率測定用、（ｂ）は平均含水率測定用、（ｃ）は芯部含水率測定用のセンサー装着状態を示す。
【図３】試験材中に材温センサー・含水率センサーを埋め込む位置を説明する説明図である。
【図４】被乾燥製材品における乾燥経過中の木材中の含水率の変化に基づく応力分布を説明する模式図である。
【図５】本発明の実施例１における乾燥操作の経過を示す乾球温度・湿球温度・材温・含水率の計測データのグラフである。
【図６】本発明の実施例２における乾燥操作の経過を示す乾球温度・湿球温度・材温・含水率の計測データのグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１：台車
２：木材
３：乾燥室
４：循環送風ファン
５：加熱ヒーター
６：スチーミングパイプ
７：吸気路
８：給気ファン
９：排気路
１０：湯気発生装置（調湿手段）
１１：温度センサー
１２：含水率センサー
ａ：加熱加湿空気の流線
ｂ：排気される空気の流線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥室内に堆積した針葉樹からなる被乾燥製材を、材温および含水率に基づいて、該乾燥室内の乾球温度および湿球温度を所定値に保つことによって乾燥する木材の乾燥方法において、初期昇温工程、高温セット工程、加熱停止工程に続いて、加熱工程を行い、目標とする材中含水率に到達するまで、加熱停止工程あるいは加熱停止工程に引き続く加熱工程を一組とする工程を繰り返すことを特徴とする木材の乾燥方法。
【請求項２】
前記各工程を移行する指標が、平均含水率測定ポイントにおける含水率である請求項１に記載の木材の乾燥方法。
【請求項３】
前記平均含水率測定ポイントが、材表面から３５ｍｍである請求項１又は２に記載の木材の乾燥方法。
【請求項４】
木材の両木口端面とその四辺を筒体で覆い乾燥する請求項１乃至３のいずれかに記載の木材の乾燥方法。
【請求項１】
乾燥室内に堆積した針葉樹からなる被乾燥製材を、材温および含水率に基づいて、該乾燥室内の乾球温度および湿球温度を所定値に保つことによって乾燥する木材の乾燥方法において、初期昇温工程、高温セット工程、加熱停止工程に続いて、加熱工程を行い、目標とする材中含水率に到達するまで、加熱停止工程あるいは加熱停止工程に引き続く加熱工程を一組とする工程を繰り返すことを特徴とする木材の乾燥方法。
【請求項２】
前記各工程を移行する指標が、平均含水率測定ポイントにおける含水率である請求項１に記載の木材の乾燥方法。
【請求項３】
前記平均含水率測定ポイントが、材表面から３５ｍｍである請求項１又は２に記載の木材の乾燥方法。
【請求項４】
木材の両木口端面とその四辺を筒体で覆い乾燥する請求項１乃至３のいずれかに記載の木材の乾燥方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２２０７７（Ｐ２００７−２２０７７Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６７９４１（Ｐ２００６−１６７９４１）
【出願日】平成１８年６月１６日（２００６．６．１６）
【出願人】（５９７０９３６９８）株式会社新柴設備 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１６日（２００６．６．１６）
【出願人】（５９７０９３６９８）株式会社新柴設備 (6)
【Ｆターム（参考）】
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