日 本 木 材 学 会

北 海 道 支 部 講 演 集

第４３号

平成２３年１１月日 本 木 材 学 会 北 海 道 支 部
旭川日本木材学会北海道支部講演集
第４３号
目次
口頭発表(13:00～14:30)
O-1）両親媒性リグニン誘導体とセルラーゼ間の相互作用の解明（北大院農）○及川千皓、イナ ウィナルニ、幸田圭一、（森林総研）山田 竜彦、（北大院農）浦木康光 ······· 1
O-2）異なる強陽イオン交換体を用いた固相抽出におけるシプロコナゾールおよびテブコナゾールの挙動（北林産試）○宮内輝久、森 満範···································································· 3O-3）カツラ木部組織由来の過冷却促進物質とその関連物質における過冷却活性（北大院農）○森若元太、宇梶槙子、藤川清三、荒川圭太 ················································ 5O-4）滞在強度を用いた都市緑化木の風倒被害危険度評価（北大院農）○細谷信二、平井卓郎、庄子 康、（道工大）千葉隆弘、（北大院農）小泉章夫 ·················· 9O-5）札幌市のカトリック北 1 条教会耐震補強計画（北大院農）○冨高亮介、（北大農）片山知実、（北大院農）平井卓郎、澤田 圭 ··························· 12
展示発表(14:30～15:30)
P-1）両親媒性リグニンを用いた AE 型セメント分散剤の開発（北大院農）○麻生知裕、幸田圭一、（森林総研）山田竜彦、久保智史、（農研機構）中嶋 勇、（北大院農）浦木康光··························································· 16P-2）食用担子菌栽培・加工残渣からの有用糖類の抽出利用（北大院農）○千鹿野紀、玉井 裕、矢島 崇、宮本敏澄（北林産試）原田 陽 ··························· 18P-3）カラマツ大径材による建築用材生産技術の検討－人工乾燥技術の差異と比較－（北林産試）○伊藤洋一 ············································································ 20
P-4）道産トドマツ材の曲げ加工技術の検討（北林産試）○伊藤洋一 ············································································ 23
P-5）北海道産人工林材を活用した単板集成材の開発（2）
接着剤混入型木材保存剤を混合したフェノール樹脂の硬化挙動（北林産試）○宮﨑淳子、古田直之、宮内輝久、大橋義徳 ··············································· 26
P-6）北海道産人工林材を活用した単板集成材の開発（３）－接着剤混入処理法を用いて製造した LVL ラミナの防腐性能－（北林産試）○宮内輝久、古田直之、宮﨑淳子、（森林総研）大村和香子、（北林産試）大橋義徳 ············· 29P-7）薬剤処理木材の防火性能（その３）（北林産試）河原﨑政行、○平林 靖、菊地伸一······················································· 31
P-8）木質バイオマスのニッケル、鉄触媒炭化による流体燃料の製造(北見工大)○川上大輔、中川健太郎、服部和幸、鈴木京子、鈴木勉 ······································· 34
P-9）檜山地方研究林内におけるステーク試験による道産材の耐朽性評価（北大農）○高梨隆也、（北大院農）石原亘、澤田圭、小泉章夫、平井卓郎、佐々木義久（北大 FSC）故・夏目俊二 ··········································································· 38

P-10）北海道産人工林材を活用した単板集成材の開発（１）
接着剤混入処理法を用いて製造した LVL ラミナの接着性能（北林産試）○古田直之、宮崎淳子、宮内輝久、大橋義徳 ··············································· 42P-11）カラマツにおける横圧縮特性の樹幹放射方向の変動（北林産試）○石倉由紀子、松本和茂································································· 45P-12）インドネシアで植栽された Shorea balangeran の力学的性質（北大院農）○小出 智也、小泉章夫、斉藤秀之、（パランカラヤ大）Sampang Gaman、Yuda Praiwa ··········· 47
P-13）住宅部材として用いられる高温乾燥材および MDF の耐朽性・耐蟻性（北林産試）○森 満範、伊藤洋一、大崎久司、戸田正彦、東 智則、（京大生存研）吉村 剛、中山友栄 ···· 50P-14）グイマツの樹皮組織における主要ジテルペノイドの集積（北林産試）○関 一人、折橋 健、佐藤真由美、岸野正典、斉藤直人 ··································· 52

O-1 両親媒性リグニン誘導体とセルラーゼ間の相互作用の解明
北大院農 ○及川千皓、イナウィナルニ、幸田圭一、浦木康光、
森林総研 山田竜彦、野尻昌信、東大院農生科 五十嵐圭日子

1. 緒言
木質バイオマスを原料とするバイオエタノール製造において、その第一段階として、セルラーゼを用いた酵素糖化が、現行法の酸糖化に代わる方法として注目されている。当研究室では、両親媒性リグニン誘導体（PEGDE-AL）をセルラーゼに加えるだけで、繰り返し使用してもセルラーゼの活性を高いレベルで維持する
ことを見出した 1)。本研究では、より酵素活性を維持させるリグニン誘導体の開発とその作用機作の解明を目的に、先ず、2 種の新たなリグニン誘導体を開発した。これらの誘導体を用いて、リグノセルロースの酵素加水分
解に及ぼす効果と、その機能発現に関わるセルラーゼとの相互作用について検討した。
2. 方法
リグニン誘導体の調製：Fig. 1 に示すエポキシ基を有するポリエチレングリコール（PEG）誘導体と酢酸リグ
ニン（AL）とを反応させて、PEGDE-AL、EPEG-AL 及び DAEO-AL の３種の両親媒性リグニン誘導体を調製した。パルプの酵素加水分解：酵素は GC220（ジェネンコア株式会社製）及びメイセラーゼ（明治製菓株式会社製）を使用し、残存リグニン 6.75 %及び 10.4%のスギ未漂白ソーダパルプを基質とした。上記の 3 種のリグニン誘導体をそれぞれ基質に対し 1/10 量加え、50℃、pH 4.8 の条件で酵素加水分解実験を行った。リグニン誘導体セルラーゼ間の相互作用解析：両親媒性リグニン誘導体と、セルラーゼから単離した CBH II との吸着-脱着現象
を、表面プラズモン共鳴に基づく生体分子間相互作用解析システム（商品名：Biacore X-100）を用いて追跡した。
3. 結果および考察
A) H C CH CH O CH CH O CH CH CH
スギ未漂白パルプの酵素加水分解に及ぼす両親媒性リ
2
2
2
2
2
2
n
グニン誘導体の効果
OO
3 種の両親媒性リグニン誘導体を用いて未漂白パルプの酵素分解を行った。Fig. 2 にメイセラーゼおよび
B) CH3 CH2 O CH2 CH CH2 O CH2 CH2 O CH2 CH CH2nGC220 によるスギ未漂白パルプの酵素加水分解の結果
OH
Oを示す。GC220 はメイセラーゼよりも加水分解率、残存n= 13
活性率ともに高く、未漂白パルプの酵素糖化に対して、
C) H3C CH2 O CH2 CH2 O
CH2 CH CH2
好適な酵素であることが示された。また、リグニン誘導
1115O体を添加することで、いずれの酵素も加水分解効率が向 Figure 1. Chemical structure of polyethylene glycol diglycidylether(PEGDE, A),(2-hydroxy)propoxy polyethylene glycol glycidylether (EPEG, B) and上し、加水分解反応後も高い活性が維持されていた。特 ethoxy
dodecyloxy -polyethylene glycol glycidyl ether (DAEO, C).
にメイセラーゼでは DAEO-AL が、ジェネンコア GC220
では EPEG-AL が最もセルラーゼ活性を向上させると共に、その活性を維持させることが明らかとなった。
2007 年に、セルラーゼの活性を向上させる助剤として PEG4000 が報告された 2)。そこで、この化合物の有効性をリグニン誘導体と比較した。その結果、PEG4000 は最も高い加水分解率の向上をもたらしたが、残存活性はリグニン誘導体より低く、両親媒性リグニン誘導体が酵素の繰り返し利用に有効であることが確認できた。
リグニン誘導体とセルラーゼの相互作用
分子量分画した PEGDE-AL と CBH I 及び II の複合体形成を Native-PAGE で評価した。その結果、このリグニン誘導体は、CBH I, II とも強固な複合体は形成しないことが示唆された。したがって、リグニン誘導体がセル
ラーゼ活性に及ぼす効果は、セルラーゼとの弱い相互作用に起因すると推測された。この弱い相互作用を観測する目的で、Biacore のセンサーチップ上に CBH Ⅱを固定化し、3 種のリグニン誘導体の吸－脱着現象を追跡した。Fig. 4 に、吸－脱着過程をを示すセンサーグラムを示す。セルラーゼへの吸着量は EPEG-AL、PEGDE-AL、
DAEO-AL の順に増大した。また、脱着に注目すると、セルラーゼの活性向上に効果があった DAEO-AL と
EPEG-AL は、その量、速度とも小さく、酵素に安定的に吸着していることが示唆された。一方、PEG4000 は、
リグニン誘導体に比べ CBHII との相互作用がほとんど観測されなかった。これらの結果から、リグニン誘導体
は、物理的な相互作用によってセルラーゼに吸着し、その活性の維持に寄与することが示唆された。
1) Y. Uraki, N. Ishikawa, M. Nishida, Y. Sano, J. Wood Sci. 47, 301-307 (2001)
2) J. Borjesson, R. Peterson, F. Tjerneld, Enzyme Mocrob. Technol. 40, 754-762 (2007).

1

Figure2. Hydrolysis rate of unbleached cedar pulp with Meicelase (A) and Genencor GC220 (B) (10 FPU/g of substrate) for 48 h at
pH4.8 and 50 ℃.

Figure3. Residual cellulase activity of Meicelase (A) and Genencor GC220 (B) after enzymatic hydrolysis of unbleached cedar pulp at
pH4.8 and 50 ℃ for 48 h.

Figure4. Sensorgrams of lignin derivatives adsorption onto the CBHII immobilized on the sensor chip CM5.
(A), PEGDE-AL; (B), EPEG-AL; (C), DAEO-AL; (D), PEG4000.

2

O-2 異なる強陽イオン交換体を用いた固相抽出におけるシプロコナゾールおよびテブコナゾールの挙動（道 総 研林産 試 験場 ）○ 宮 内

輝久 、 森満範【緒言】
現在 ， 主に 用い ら れて いる 加 圧注 入用 木 材保 存剤 は ，銅 と有 機 系抗 菌剤 ， 有機 系抗 菌 剤単 独あ る
いは 複 数の 有機 系 抗菌 剤を 有 効成 分と す るも ので あ る。 これ ら 木材 保存 剤 で処 理さ れ た木 材あ る い
は 木 質 材 料 は 製 材 の 日 本 農 林 規 格 （ JAS）な どにより 吸収量 などの 基準値が 設けら れてい る 1) 。
したがって 、 JAS などの認証・認 定にかか る 試験あるい は保存処 理 木材の品質 管理 では ， 処理
木材中の有効成分を定量分析する必要がある。
JAS などにおいて規定されている有機系抗菌剤の定量分析法のほとんどが、 UV 検出を用いた
液体クロマトグラフィーによるものである。UV による検出は 選択性が高くないため、目的成分とマトリクス 成分の分 離が不十分で あれば正 確な定量分析 ができな い場合がある 。トリア ゾ ール化合物で ある、シ プ ロコナゾー ル （CYP） およびテブ コナゾー ル （TEB）は木材保存 剤 の有効成分として用いられている有機系抗菌剤の代表的なものである。演者らは、 CYP、TEB の LC-UVによる 定量分析において 、分析の 妨害となる 木材成分を固相抽出（ SPE）により 分離除去する方法 を 確 立 し て いる 2,3) 。 こ の 方 法 で は 、 ポ リ マ ー ベ ー ス の 強 陽 イ オ ン 交 換 体 で ある Oasis MCX（Waters）を充てんしたカートリッジを用いることで 、分析の 妨害となる木材 成分と CYP および TEB とを分離している。
現在市販さ れている 強 陽イオン交 換体には 、 ベースポリ マーやポ リ マーに導入 された官 能基が Oasis MCX と異なるものがある 。そこで、本発表では、これまでに検討していない 強陽イオ
ン交換体を用いた カートリッジ で固相抽出を行った場合の CYP および TEB の挙動等について報告する。
【実験】 [固相抽出 カートリッジ]固相抽出カートリッジは Oasis MCX のほかに２社 の製品（以降 X 社、Y 社と称する）のものを使用した。Oasis MCX はジビニルベンゼン・N−ビニルピロリド
ン共重合体をベースポリマーとし 、イオン交換基として スルホン基が導入されており、1.0meq/gのイオン交換 能を有し ている。 X 社製のもの は、スチレン ・ジビニ ルベンゼン 共 重合体を ベ ースポリマーとし、MCX と同じくスルホン基が導入されており、1.0meq/g イオン交換能を有する。
一方、 Y 社製のものは スチレン・ジ ビニルベ ンゼン共重合 体をベー スポリマーと し、スル ホ ン
基 の ほ か に オ ク タ デ シ ル 基 （ C18）
手順①
手順②が導入されている。このイオン交
コンディショニング
換能は 0.6meq/g である。[固相抽コンディショニング
2 mL メタノール; 2mL 脱イオン水
2 mL メタノール; 2mL 脱イオン水出]固 相 抽 出 は全 自 動 固 相 抽出 装
試料ロード
試料ロード
置（GX-274ASPEC、Gilson）を用い、1 mL 試料溶液（メタノール溶液）に1.5 ｍL
1 mL 試料溶液（メタノール溶液）の蒸留水を加えたもの
図 1 に示す手順で行った。 固相抽
洗浄1
出の溶出フラクションは、1mL の移洗浄1
3 mL メタノール
3 mL 0.1N HCl
動相に再溶解し、フィルタでろ過
洗浄2
後 LC-UV 分 析 し た 。 [HPLC 分
洗浄2
3 mL １Nアンモニア水：メタノール（８：２）
3 mL メタノール
析 ]HPLC 分 析 は カ ラ ム ： ODS3
溶出（2.1(ID)×150 ㎜、GL サイエンス）、 5 mL 濃アンモニア水：メタノール（２：９８）
洗浄3
3 mL １Nアンモニア水：メタノール（８：２）
移動相：アセトニトリル：水：リ
溶出
ン酸緩衝液（pH2.1、100mM）＝6：
5 mL 濃アンモニア水：メタノール（２：９８）
3：1 を用いて行った。なお、固相3抽出を経てい ない試料 を分析する場 合も移動 相に（再）溶 解し、フ ィルタでろ過 した後分 析 し
た。

0

2

4

6

8

10

Retention time (min)

図2

（B）

0

2

4

6

8

10

16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2

（C）
Response (mV)

（A）

16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2

Response (mV)

16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2

Response (mV)Response (mV)

【結果と考察】 すでに Oasis MCX で確立している 手順① 2,3) を X 社製および Y 社製のカートリッジに適用した 。0.004mg/mL の CYP および TEB を含むメタノール溶液 を試料として行った固相抽
出における 溶出フラクションを LC-UV 分析したところ、X 社製のカートリッジでは ピークが確認された （図 2）。しかし、 Y 社製のカートリッジを用いた場合、 CYP および TEB のいずれのピークもクロマトグラム 上で確認することができなかった （図 2）。

0

Retention time (min)

2

4

6

8

10

Retention time (min)

16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2

（D）

0

2

4

6

8

CYP(白矢 印)お よ び TEB（ 黒 矢印 ） の LC-UV ク ロ マト グ ラム（ A） CYP お よ び TEB の 標 準 品 、（ B） Oasis MCX に よ る 固 相 抽 出 後 、（ C） X 社 製 の カ ー ト リ ッ ジ に よ る 固 相 抽
出 後 、（ D） Y 社 製 の カ ー ト リ ッ ジ に よ る 固 相 抽 出 後

0.004mg/mL の CYP および TEB を含むメタノール溶液について 、MCX と X 社製のカートリッジ
を用いて 固相抽出を行った場合の回収率はほぼ同じ値を示していた （表 1）。一方、Y 社製のカートリッジを用いた場合、CYP、TEB は回収されなかった。手順①の各工程において カートリッ
ジから 排出される溶液を LC-UV 分析したところ、 Y 社製のカートリッジでは 「洗浄１」 において CYP および TEB が溶出していたことが確認された。
今回用いた カート リッ ジはいずれ もイオ ン交 表 1 手 順 ①で行 った固 相 抽 出 による回 収 率
回 収 率 （％）
換基 による 陽イオン 交 換とベース ポリマー に よカートリッジる逆相系の 相互作用 に より溶質を 保持する 。 手
CYPTEB
順① の「試 料ロード 」 および 「洗浄 1」で は 逆 Oasis MCX
95
(0.9)
97
(1.0)
相系の保持 を 分断す る メタノール を溶媒に 用 い X 社
97
(1.6)
96
(0.6)
ている。 し たがって 、 これらの工 程 での保 持 は Y 社
0.0
(0.0)
0.0
(0.0)
陽イオン交 換による も のと考えら れ、 Y 社製 のカートリッ ジ で回収 率 が低かった ことは 、 イ オ
表 ２ 手 順 ②で行 った固 相 抽 出 による回 収 率ン交換によ る保持が 阻 害されてい たとによ る と
回 収 率 （％）
カートリッジ
推測された。
CYP
TEB
そこで、逆 相 系 の相 互 作 用 による保 持 を期 待 し、 Oasis MCX
92
(3.9)
94
(1.0)
メタノール溶 液を水で希 釈したものをロードする手順
X社
94
(1.2)
94
(1.1)
②を適用した。その結果 、Y 社 製のカートリッジを用
Y社
81
(4.7)
92
(3.1)
いた場 合 もある程 度 の回 収 率 を得 られることを確 認した（表 2）。
【謝辞】 本研究は科学研究費補助金（若手研究 (B) 22780165）の助成を受けたものである。
【引用文献】
1）「 製 材の 日本 農 林規 格」 農林 水産 省 告示 第 1083 号（ 平 成 19 年 8 月 29 日）
2）T. Miyauchi, M. Mori, K. Ito: Journal of Chromatography A ， 1063，137-141（ 2005）
3） 宮内 輝久 ， 桃原 郁 夫 ，森 満範 ：木 材 保 存 33（ 5） , 218-225（2007）

4

10

Retention time (min)O－3 カツラ木部由来の過冷却促進物質とその構造類似物質における過冷却活性の比較
北大院農 ○森若元太、宇梶槙子、藤川清三、荒川圭太【緒言】
冬季に気温が氷点下になる寒冷な地域に生育する多年生植物の多くは、細胞外凍結により細胞内凍結を回避
して氷点下温度に適応している 1)。樹木の皮層柔細胞や形成層も細胞外凍結による適応を示す 2)。また、いく
つかの樹種の冬芽は、器官外凍結という器官ぐるみで内部の水を器官外へ脱水することで、氷点下温度に適応する。一方、寒冷地に生息する樹木の木部柔細胞は、これらの細胞とは異なり、深過冷却により氷点下温度に適応している。深過冷却では、細胞で温度低下に平衡した脱水が起こらず、氷点下温度下でも細胞内水分の過冷却状態が保たれる 3)。特に寒冷地に生息する樹木の木部柔細胞では厳冬期には、細胞内部の水を数週間、場合によっては 1 ヶ月以上の長期間、過冷却状態を維持する。
カラマツの木部柔細胞では深過冷却能は季節的に大きく変動し、夏季には-20℃前後であるが、冬季には-60℃にまで達することが報告されている 4)。木部柔細胞内の水分が深過冷却を続けるためには、①細胞外氷晶によって植氷を受けないこと、②細胞内水分が自発的に凍結しないことが重要な要因である。①については、細胞壁が外からの氷の侵入を防ぐバリアとして機能する細胞壁の構造特性によるところが大きいと考えられてきた。②については、細胞内に氷の核と成りうる物質が極めて少なく、かつ細胞内部の容量が小さいことによって、細胞内部の水分が純水の均質核形成温度（約-40℃）まで過冷却を続けられると考えられてきた。しかし、空気中のちりや微細な核成分、氷核細菌などの異物が水が凍る際の氷の核に成りうることはよく知られている。また、細胞内にはさまざまな細胞内小器官が生体高分子として存在し、これらの構成成分やその表面構造が氷の核になる可能性も否定できないため、細胞内に氷の核となる物質が皆無であるという確証はない。
しかも、振動などの外部からの刺激が過冷却水中での氷核形成のきっかけと成りうるために、純水でも均質核生成まで過冷却させる環境を整えるのは難しい。また、寒冷地に生息する樹木の中には、部分脱水をすること
で水の均質核形成温度を超える-60℃でも過冷却状態を維持することができる樹種も存在する。このような高い過冷却を細胞壁の構造のみで説明するのは難しい。
これまでの研究によって、麦類を始めとする様々な植物種から不凍タンパク質が発見されている 5)。さらに、
タイワンヒノキ（Chamaecypairs taiwanensis）の葉に含まれるフェノール系の物質であるヒノキチオールや、チョウジ（Eriwinia uredovora）に存在するオイゲノールには、氷核細菌による氷核形成を阻害する効果が知られている。ただ、これらについては、細胞内で過冷却能の上昇にどのように関与し作用しているのかは未知な部分が多い。
実際に、樹木ではどのような機構により過冷却を可能にしているのかを明らかにするために、深過冷却の増加と並行して発現する遺伝子の同定をすすめた。その結果、カラマツ木部内には過冷却増加に伴い、特異的に発現する遺伝子が存在することが明らかにされた 6)。
これに加え、冬期には可溶性糖の蓄積量が増加すること 7)や可溶性タンパク質の組成に大きな変化が生じることが知られている 8)。高濃度の可溶性糖の蓄積は、細胞内の浸透濃度を上昇させ、わずかではあるが凝固点降下による過冷却限度温度を低下させることに関与していると考えられている。
当研究グループでは、細胞壁の構造にできるだけ変化を与えないよう液体窒素による凍結融解することで、細胞膜などの生体膜構造を壊して木部柔細胞の内容物を流出させ、木部柔細胞の過冷却温度の変化を測定した
9)。その結果、本来約-40℃までの過冷却能力を示した木部柔細胞は、内容物を流出させると過冷却限度温度は約-20℃まで上昇した。このことから、木部柔細胞の細胞壁によって-20℃の過冷却能力を獲得し、残りの-20℃の過冷却能力は木部柔細胞に含まれる何らかの物質に因る可能性が推察された。次に、木部柔細胞内からの抽5出物が過冷却に及ぼす影響についての検討をするため、過冷却能が高い広葉樹の複数樹種について木部組織からの抽出成分を用い、ドロップレットフリージングアッセイにより溶液の過冷却能を測定したところ、水の凍結を阻害して過冷却を維持・促進する活性、すなわち氷核形成阻害活性をいずれの樹種でも検出した 10)。その中でも低濃度でも活性が高かったカツラ（Cercidiphyllum japonicum）の木部組織から過冷却促進物質を単離・同定するため、この抽出成分を酢酸エチルで液々分配し、酢酸エチル層をシリカゲルカラムクロマトグ
ラフィーにより分画した後ドロップレットフリージングアッセイにより過冷却活性を調べたところ、大きな 2つの活性ピークが得られた。これらの画分から過冷却物質を単離し、その化学構造を調べたところ、最も高い活性のあった画分からは 4 種類のフラボノール配糖体が見つかり 11)、次に高い活性のあった画分からは加水分解性タンニンが見つかった 12)。これまでの研究では過冷却活性の測定にドロップレットフリージングアッ
セイが用いられてきて過冷却活性が調べられてきた。この実験系では 2 µℓ という少量かつ静置した条件で行われてきたが、より少量でかつ静置した状態にすることで過冷却は破れにくくなるものである。そこで本研究は、過冷却促進物質の有効活用を見据えて、これまでに同定した過冷却促進物質やその構造類似物質の過冷却
活性をより応用に即した設定条件で評価するため、強振動下で氷点下温度に冷却させた場合にどの程度まで過冷却を維持できるかという評価方法（攪拌振動法）で活性測定することを目的として研究を行った。

【供試物質】
冬期に採取したカツラ（C. japonicum）の 4～6 年生の枝全体を生材のままバンドソーで木粉化し、生材 1 g
に対して 0.6 mℓ の割合で 100％メタノールに浸漬したものを室温暗黒下で 2 週間静置することで抽出を行った。これを濾過して木部片を取り除いて得られた抽出液を濃縮乾固した後、Milli-Q 水で溶解したものを
11,000×g で遠心分離して得られた上清を凍結乾燥したものを粗抽出画分（カツラ（冬））として、実験に供試した。また、カツラの木部組織から単離・同定された過冷却促進活性をもつフラボノール配糖体、加水分解性
タンニンとその構造類似物質も用いた。フラボノール配糖体として Quercetin 3-O-glucopyranoside（Q3Glc）とその構造類似物質のα-G-ルチン、加水分解性タンニン penta-O-galloyl-D-glucopyranose と加水分解性タン
ニンの構造類似物質として加水分解性タンニンを多く含む Chinese gallotannin（和光）と縮合性タンニンを多く含む茶カテキン（株式会社 原料屋ドットコム）も実験に供試した。

【実験方法】
サンプルを終濃度 0.01 および 0.1％（w/v）で 1 mℓ ずつ 1.5 mℓ のマイクロチューブ（ワトソン株式会社）に分注したものを 18 本ずつ用意した。これらを-5、-7、-10℃にそれぞれ設定した気相式フリーザー内（ツインバード工業株式会社, SC-DF25）に設置した撹拌装置（TOMY, MT-360）にチューブをセットして 2500 回
転/min で攪拌しながら冷却し、24 時間後に凍結した試料の個数を調べた。この試行を３回繰り返した。コントロールとして過冷却促進活性を持たない低分子化合物である 0.1％（w/v）のグルコース溶液ならびに Milli-Q
水のみのものを用いた。

【結果および考察】
コントロールと冬期カツラの粗抽出物においては、Milli-Q 水は-5、-7、-10℃のすべての温度において 24
時間以内に 100％が凍っていた（図 1）。0.1％グルコース溶液でも-5、-7、-10℃の各処理温度において 96.2、
100、96.2％と 100％近くが凍っていた。一方、冬期カツラの粗抽出物では-5、-7、-10℃の各処理温度において 0.01％溶液では 44.4、66.6、94.4％が凍結し、0.1％溶液では 3.7、11.1、72.2％が凍結した。次にカツラ
木部由来のフラボノール配糖体とその構造類似物質について調べることにした。フラボノール配糖体の一つで6ある Q3Glc は-5、-7、-10℃の各処理温度において 0.01％溶液では 96.2、94.4、100％が凍結し、0.1％溶液では 48.1、90.7、100％が凍結した。α-G-ルチンでは-5、-7、-10℃の各処理温度において 0.01％溶液では 25.9、70.3、61.1％が凍結し、0.1％溶液では 40.7、79.6、68.5％が凍結した（図 1）。また、カツラ木部由来の加水分解性タンニンの構造類似物質においては、
Chinese gallotannin は-5、-7、-10℃の各処理温度において 0.01％
溶液では 9.2、98.1、100％が凍結し、0.1％溶液では 3.7、96.2、96.2％が凍結した。茶カテキンでは-5、-7、-10℃の各処理温度において 0.01％溶液では 11.1、83.3、83.3％が凍結し、0.1％溶液では 5.5、3.7、88.8％が凍結した。penta-O-galloyl-D-glucopyranose は-5、-7、-10℃の各処理温度において 0.01％溶液では 29.6、
72.2、100％が凍結し、0.1％溶液では 18.5、51.8、83.3％が凍結した（図 2）。
研究では過冷却促進物質の応用を考慮し、これまでとは異なりより厳しい条件（大容量、攪拌）で過冷却活性を測定し、より安定的に過冷却を維持できる過冷却促進物質を見出すことを目的とした。ドロップレットフ
リージングアッセイ法を用いて過冷却活性のあった化合物（Q3Glc、α-G-ルチン、Chinese gallotannin、
penta-O-galloyl-D-glucopyranose）は、より大容量で振動をさせた条件でも活性がみられたが、活性の程度は両者で異なっていた。例えば、冬期カツラの粗抽出物や茶カテキンはドロップレットフリージングアッセイでは全く活性が見られなかったが、攪拌振動法（本実験）においては高い活性を示していた。この違いはどこからきているのだろうか。
ドロップレットフリージングアッセイと本実験が大きく違うところは、①大容量の水（1 mℓ）を用いていること、②振動を加えているということ、③氷核形成物質を加えないこと、④反応時間が 24 時間であること、の４点である。①、②により、ドロップレットフリージングアッセイにおいては氷核物質を加えなければ安定しなかった水（MilliQ-水）の凍結温度が本実験では氷核物質を加えることなく安定した凍結温度を示した。
衝撃付与により発生したキャビテーション気泡の崩壊が過冷却解消をする効果があることが示唆されており
13)、
氷核物質を添加しなくてもキャビテーション気泡の崩壊が過冷却の解消に関与している可能性が十分に考えられる。正確なことはまだ分からないが、異なる実験方法で得られた過冷却促進活性の違いは、E.ananas
や AgI のような既知の氷核物質とは異なり、実験中に混入したちりや微量な土壌成分のような未同定な氷核物質に対する活性かキャビテーション気泡の崩壊に対する活性かの違いに起因する可能性が考えられる。
本実験において、冬期カツラの粗抽出物と茶カテキンは今回用いた物質の中では比較的高い過冷却活性を示した。冬期カツラの粗抽出物と茶カテキンはどちらも複数の物質を含む混合物であり、過冷却活性の高い物質がいくつも含まれているのか、それとも物質同士の相乗効果によって過冷却活性が高くなったのかは分からない。今後はその点についても調べる必要がある。

図 1.

カツラ木部由来のフラボノール配糖

凍結凍し結
たし
試た
料試
の料
割の
合割％
合( ％)( )体（Q3Glc）とその構造類似物質（α-G-ルチン）の過冷却活性の比較 .
0.1％のサンプルを 1 mℓ 入れたマイクロチューブを-5、-7、-10℃の各温度に設定した気相式フリーザー内の撹拌装置にセット
し 2500rpm で攪拌した。24 時間後、凍結したサンプルの本数を数え過冷却促進活性として評価した。
-5℃

7

-7℃

-10℃

凍結した試料の割合 ％( )図 2.

カツラ木部由来の加水分解型タンニンの構造類似物質の過冷却活性の比較 .
0.1％のサンプルを 1 mℓ 入れたマイクロチューブを-5、-7、-10℃の各温度に設定した気相式フリーザー内の撹拌装置にセット
し 2500rpm で攪拌した。24 時間後、凍結したサンプルの本数を数え過冷却促進活性として評価した。
-5℃

-7℃

-10℃

【参考文献】(1) 酒井昭 植物の耐寒性と寒冷適応(1982)

学会出版センター(2) Burke,M.J, Gusta L.V., Quamme H.A., Weiser C.J., P.H.Li (1976) Annual Review of Plant Physiology
68: 111-114(3) Fujikawa S., Kuroda K.(2000)

Micron 31: 669-686(4) Fujikawa S., Kuroda K., Jitsuyama Y., Sano Y. , Otani J. (1999) Protoplasma 206: 31-40(5) Marilyn Griffith, Mahmoud W.F. Yaish (2004) Trends in Plant Science 9: 399-405(6) Takata N., Kasuga J, Takezawa D., Arakawa K, Fuzikawa S. (2007) Journal of Experimental Botany
58 : 3731-3742(7) Kasuga J., Arakawa K., Fujikawa S. (2007) New Phytologist: 174, 569–579.
(8)Takahashi.H, Arakawa K., Fujikawa S. (2005) 低温生物工学会誌 51: 105-109(9) Kasuga J, Mizuno K, Miyaji N, Arakawa K, Fujikawa S. (2006) Cryoletters 27: 305–310.
(10) Kasuga J.,Mizuno K., Arakawa K. & Fujikawa S. (2007) Cryobiology 55: 305–314.
(11) Kasuga J, Fukushi Y, Kuwabara C, Wang D, Nishioka A, Fujikawa E, Arakawa K, Fujikawa S (2010)
Cryobiology 60: 240-243(12)Wang et al. Planta 印刷中(13) 鈴木

淳, 宝積

勉, 大河

誠司, 斎藤彬夫 （2001）日本機械学会２００１年度年次大会講演論文集

5: 201-202

8

O‑4 滞在強度を用いた都市緑化木の風倒被害危険度評価（北大院農）○細谷信二,平井卓郎,庄子康,小泉章夫（北海道工業大学）千葉隆弘【背景】都市緑化木は景観形成、気象緩和、公害対策など都市環境整備に役立てられている。これに加え近年では樹木の CO2 固定能が地球温暖化問題に関連して注目され、新たな都市緑化木の整備が盛んに行われている。一方で、都市緑化木が強風により倒木し、人身事故に至るケース 1)も多く報告されている。
倒木事故を未然に防ぐ為の対策としては、以前から幹や根周りの腐朽度調査に基づく生物的な危険度診断が行われてきた。また、近年では樹木力学的な耐風抵抗評価 2)も行われるようになってきている。しかし、風倒木による被害危険度は樹木自体の耐風抵抗だけではなく、その周辺の状況によっても大きく異なる。
そこで本研究では、人が対象域内に居る密度や頻度を表す滞在強度を用いた、新たな風倒害の危険度評価法を検討した。
【調査地・方法】北海道大学札幌キャンパスの理学部ローンに設置されている歩道を調査道に設定した。
調査地周辺の樹木の位置と樹高を調べ、地図上にプロットして樹木が倒れた場合の被害範囲を決めた（図１）。対象プロットの通行人数を計測する為、赤外線式カウンターを設置し、この歩道を一日に通る人数を計測した。計測期間は平成 22 年 11 月 16 日
～24 日の 9 日間とした。また対象の歩道にビデオカメラを設置し、この歩道の通行者の歩測をビデオ映像から測定した。
滞在強度は、24 時間を通して被害範囲内に人がいる時間の割合として、(1)式で定義した。
図 1
調査地図（緑の円が樹木の倒木範囲）

滞在強度(%) 

通行人数  被害範囲を通り抜ける為にかかる時間( s)100
24時間( s)―(1)

倒木により、直撃事故が起こる確率（以下事故確率）は、以下の式で表される。

事故確率＝倒木確率  滞在強度
倒木確率は、倒木を起こす要因の内、風速について、以下のランダム抽出試行法を用い評価した。尚、本研究では根返りと幹折れを対象としている。
石狩気象台が測定した過去 10 年間分の 10 分間平均風速(m/s)を母集団とし、そこから一定の数の標本をランダムに抽出し、抽出されたデータ群中の最大値を記録した。この試行に関して標本の抽出数を、割合で表し（以下、抽出割合）、その式は抽出割合(%) 

抽出する標本数 100
母集団のデータ数とした。抽出割合は 0.1%～0.9%までは 0.1%刻みで、1%～9%までは 1%刻みで、10%～90%までは 10%刻
みとした。

9

ランダム抽出試行は、それぞれの抽出割合毎に 1000 回行った(図 2)。抽出割合別に行われた 1000 回の抽出試行によって、得られた風速を降順に並べた時、1000 回の試行結果中 X%目に当たる風速上にひいた線を X%上限値とした(図 3)。またこの時の線上の風速を X%上限値時の要求最大風速とした。この要求
最大風速が、管理上想定すべき 10 分間最大平均風速を表している。
上限値によって事故確率を設定する。すなわち、X の値を小さく設定すれば、それだけ要求最大風速は速いものが選択され、それにより強度の管理が必要と言える。

図 2 抽出割合 比較

図 3 10%上限値の例

抽出割合が高い程速い風速が抽出されやすい

青線で囲まれた面積の 10%に当たるものが黄色の面積【結果と考察】通行人数に関しては表 1 の結果となった。
22 日と 23 日に関しては、機器の設置不良と思われる、計測不備があった為、精確な値が出なかった。対象プロットが大学構内と言う事から、往来する学生が減少し、休日の通行量は平日に比べ少なくなった。
滞在強度を算出するに当たり、今回は平日の通行量の平均値を使うことにした。11 月 16 日～19 日、24 日の 5 日間の通行量の平均値は1520.6 人であった。

表 1 通行人数

日付け
通行人数(人)11月16日（火）1499
11月17日（水）1562
11月18日（木）1495
11月19日（金）1565
11月20日（土）708
11月21日（日）566
11月24日（水）1482

集めた平均風速データ 576381 個中、最大の 10 分間平均風速は 2000 年 12 月 24 日に観測した 20m/s であった。抽出割合により、抽出された最大風速は 8m/s~20m/s の範囲で大きくばらついた。
ランダム抽出試行法によって得られた 50%上限値は建築荷重指針・同解説 3)に示されている再現期間
換算係数の値(2)式と、構造物の耐風工学 4)に示されている式(3)式の中間値を示した(図 4)。

図 4 再現期間換算係数比較

10

建築荷重指針・同解説 (2004)(日本建築学会)―(2)
krw:再現期間換算係数
U500:再現期間 500 年に対する 10 分間平均風速(m/s)
U0:再現期間 100 年に対する基本風速(m/s)

S:滞在強度(%)
r:再現期間(year)

構造物の耐風工学―(3)
r:再現期間(year)

R:再現期間換算係数
S:滞在強度(%)

この研究では、24 時間中の滞在強度に基づく危険度評価を行っており、1 年あたりの極値分布に基づいた再現期間換算係数による評価とは、本来確率統計的な意味合いが異なっている。しかし、図 4 の結果を見ると、樹木の風倒危険度評価に対しても、実用レベルでは再現期間換算係数を適用することが可能だと考えられる。ランダム抽出試行の結果は滞在強度が約 40％以下では(2)式と(3)式の中間にあるが、以後の検討では、安全側評価として(2)式の再現期間換算係数を採用することにする。
滞在強度は調査道上にかかる５本の樹木それぞれについて単木毎に算出した(表 1)。
表 1 より、No.1 の樹木については基本風速の 85%まで要求
再現期間
風速を落としても、今回設定した 50%上限値での事故確率はNo. 被害範囲(m) 滞在強度 換算係数(m/s)
建築物荷重指針
一定であるという結果となった。
1
8.4
9.2
0.85
札幌市の基本風速は 32m/s なので、再現期間換算係数 0.85
2
32.6
35.8
0.94
は、この樹木の要求最大風速を 27m/s まで低減してよいことを
3
13.2
14.5
0.88
4
31.5
34.6
0.94
意味している。
5
11.6
12.7
0.87
本研究では試みとして、被害範囲を機械的に位置と樹高から
表 2 再現期間換算係数結果割り出したが、地面の状況や風向き、樹木の個体毎の性質の違いなどで倒木する方向は変わってくる。被害範囲の取り方によって滞在強度が大きく変わってくる為、より詳細に倒木の状況を考え、被害範囲を定義する必要がある。
また被害範囲を単木毎に評価した為、被害範囲の重なり部分の事故確率が過小評価されている。この点に関しても、実際の事故発生過程に則した形に改善すべきである。
さらに通行人数に関しても平日の一時期の値から算出したが、年間を通して通行人数は増減すると思われる。今後滞在強度を算出するに当たり、何かしら通行人数に関する基準を設ける必要がある。
今回は根返りと幹折れを想定としているが、現実には広葉樹の落枝 1)による事故も起こっており、今後より想定範囲を広げた研究が必要となるであろう。

【引用文献】
1) 細野哲央(2009):東京都道における街路樹による落下直撃事故の実態:ランドスケープ研究72(5),897-900
2) 小泉章夫・平井卓郎・笠康三郎・中原亮・新谷克教・清水英征(2007):ニセアカシア街路樹の耐風性:
北海道大学演習林研究報告 64(2),105-112
3) 社団法人日本鋼構造協会 構造物の耐風工学(1997),524pp
4) 日本建築学会:建築物荷重指針・同解説(2004),27pp

11

O-5 札幌市のカトリック北一条教会耐震補強計画（北大院農）○冨高亮介（北大農）片山知美（北大院農）平井卓郎, 澤田圭

1. 概要
カトリック北一条教会（札幌市中央区北一条東 6丁目）（木造一部石造）の耐震補強計画を検討した。
張間方向の軸組一連あたりの地震力を基に改修設
計用目標せん断耐力（軸組一連あたり）を設定し、各水平方向の耐震性能を評価した。桁行方向は耐力壁方式による耐震計画が可能であると判断した。一方、張間方向においては耐力壁方式による耐震計画
を考えると、何らかの空間変更が必要となり、歴史的・意匠的価値を損なう恐れがある。これより、小屋裏部分のみで施工可能な、柱-横架材接合部の補強、及び内部柱と横架材とをつなぐ鋼製方杖部材のとりつけによる補強を施すこととした。
2. 基本方針図- 1

カトリック北一条教会は 1916 年（大正 5 年）建造の木造建築で、2008 年（平成 20 年）に札幌景観資産（旧都市景観重要建築物）にも指定された、札幌で最も古い教会のひとつである（図-1）。
この建物は布基礎が無いことなど、いくつかの点
で現行建築法規の想定する標準的な仕様から外れている 1)。このため、基礎に緊結された耐力壁配置を基本とする、一般木造の標準的な考え方で耐震性能を確保しようとすると、屋内空間の機能や内外装意
匠の大幅な変更が必要になる（図-2）。そのような耐震改修は、上記のような歴史的・意匠的価値、このカトリック北一条教会聖堂

OO

図-2 聖堂内部
聖堂内部

表１

軸組一連あたりの必要せん断耐力

単位荷重

負担面積

負担荷重

N/m2

m2

kN

300

13.25

3.98

210

48.30

10.14

屋根

600

48.30

28.98

積雪(中央部)

576

25.66

14.79

積雪(周辺部)

1152

22.63

26.09

外壁

内部柱等

注 1)

せん断

必要せん断耐力

必要せん断耐力

改修用目標

力係数

(荷重計算)(壁量計算)

せん断耐力

kN

kN

kN

積雪無

43.09

0.2

8.62

10.41

10.41

積雪有

83.97

0.2

16.79

21.77

21.77

注 1）内部柱等は柱材，天井材等の概算値。

注 2）壁量計算による必要壁長は積雪無 11cm/m2，積雪有 23cm/m2。

12

図- 3 聖堂平面図

図-4

聖堂断面図

用の目標せん断耐力（軸組 1 連あたり）を 10.41kN（荷重計算による数値と壁量計算による数値の大きい方）とした。ただし、この設定は自然落雪と雪下ろしを前提としている。

建物に親しんできた関係者の心情、改修に要する所
要経費などから総合的に判断すると、必ずしも現実的ではないと判断した。そこで、今回の耐震改修では、現行法規に従って建築された木造建築と同等の耐震性能確保を必須要件とはせず、内部空間や内外装に影響を与えない範囲で可能な耐震補強案を考えることにした。したがって、この耐震改修は現行建築法規の想定する耐震性能を満たすものではなく、
あくまでも大地震時の倒壊危険性を低減することを目標としたものである。

4. 耐震改修計画
4.1. 桁行方向の計画
当該建物は桁行方向には長い外壁があり、耐力壁方式による耐震計画が可能である（図-3）。この部分を両面木ずり壁（片面 0.98kN/m、両面 1.96kN/m）と仮定して概算すると軸組一連あたりのせん断耐力
が 9.41kN となり、現状でも目標せん断耐力 10.41kNの 90％程度は満たしているとみなせる。外壁の下には一体化された布基礎が無いため脚部の固定が困難であり、これ以上の外壁部分の強化による耐震性能の向上は期待しにくい。以上より、柱脚・柱頭部、筋かい端部の接合補強と、外壁下見板（新規部材）の接合仕様の指定のみを行うことにした。
4.2. 張間方向の計画
一方、張間方向には壁面がわずかしかなく、また壁線間隔が極めて長い（図-4）。このため、聖堂内部に面材耐力壁や筋かい軸組を取り付けるなど、何らかの空間変更を行わない限り、耐力壁方式による耐震計画は成り立たない。しかし、聖堂としての使用性や内装・空間の意匠価値への影響を考えると、このような改修は行いにくい。そこで、聖堂内部の改修は避け、人目に触れない小屋裏部分のみで施工可
能な柱-横架材接合部の補強と、内部柱と横架材とをつなぐ鋼製方杖部材の取り付けによる補強を施し、

3. 地震力の想定
地震力の想定当該建物は図-2 に示されるように耐力壁線区画（張間方向約 13m、桁行方向約 20m、面積約 270m2）が木造としてはかなり広く、かつ天井部分に剛性の高い水平構面が存在しない。このため、仮に建物全体としては必要な耐震要素が配置されていても、実際にはその耐震要素まで地震力が有効に伝わらない可能性が高い 2)。そこで、建物を全体的に捉える一
般的な基本仮定ではなく、張間方向の軸組一連あたりの地震力と耐震補強案を考えることにした。この考えに従い、軸組一連あたりの荷重概算値 3)及び壁量計算規定に基づく必要せん断耐力 4)を計算した結果を表 1 に示す。
計算上の必要耐力は積雪の有無により大きく異なっているが、今回対象としている教会においては、
実際には自然落雪や雪下ろしにより、屋根上に留まっている積雪は僅かであると聞き及んでいる。この実態を考慮した結果、積雪荷重は無視し、改修設計

13

鋼製方杖部材

図-5 軸組の基本構造モデル（外壁柱頭部で圧縮力、引き抜き力ともに伝達可能）

15.0kN

図-6 小屋裏から見た鋼製方杖部材（図-5 の破線で囲まれた部材）（図15.0kN
7.18kN
2.9kN

2.9kN

図- 7 軸組の基本構造モデル（外壁柱頭部で圧縮力のみ伝達可能）

図- 8

地震時の倒壊危険性を低減することにした。 対象としている軸組の構造モデルを図-5 に示す。
ただし、接合部は全てピン接合と仮定し、補強材として図-6に示すような鋼製アングルの方杖材を取り付けてある。
外壁柱頭部（図-5 内○囲み部分）は小屋裏の空間が狭く、接合補強が困難であるため、地震力が大きくなるとこの部分の柱に引き抜き力が伝達されず、
図-5 の構造モデルとは適合しない。そこでこれを考慮し、外壁柱は圧縮力のみを伝達し、引き抜き力に対しては抵抗できないと仮定すると、軸組を図-7 のように再モデル化することができる。
図-7 の内部柱柱頭部と負担幅 3.64ｍの範囲にある
外壁柱頭部に加わる鉛直荷重を概算し、この鉛直荷重が加わった状態で、梁に加わる水平力を変えながら、汎用 FEM フレーム解析ソフト「Multiframe 3D」（開発元：Formation Design Systems, 日本語版：フォーラムエイト）を用いて試行錯誤計算を行った。

変位図

現行の許容応力度設計レベルにおける木造建築（在来構法）の許容層間変形角は 1/120rad. であるが、図-4 の軸組は耐力壁構造に比べて水平剛性が低く、この変形角を確保することは難しい。また、聖堂内部では一般住宅などに比べ、家具転倒などの危険性が少ないこと、倒壊防止を主目的とした耐震改修であることを考慮し、許容変形角を 1/60rad.と設定した 5)。
接合部をピンと仮定して変形角 1/60rad.に対する
水 平 力 を 計 算 す る と 、 目 標 せ ん 断 耐 力 の 69%（7.18kN：図-7 参照）に相当するという結果が得られた。ただし、この計算ではピン接合を仮定しているが、木造軸組では実際には接合部変位が生じるため、軸組み全体の水平変位が増大する。この変位増大を正確に計算するには、個々の接合仕様に対する荷重-すべり曲線を実験的に把握する必要がある。そのため、ここでは経験的概算値として、実際の水平変位を図-8 の変位図に見られる数値の 2 倍と見積も14

り、この概算値が 1/60rad.となるときの水平力を採用した。この軸組は脚部が布基礎に固定されていな
いこと、外壁柱頭部と上部小屋組とが引き抜き力に対して有効に接合されていないことなどから、空間の限られた小屋裏部分での耐震補強はこれが限界であると考えられる。
以上により、現状の内外装を変更しない範囲でも、桁行方向には目標せん断耐力の 90％程度、張間方向には目標せん断耐力の 69％程度の耐力確保が可能であるという結果となった。
4.3. 接合部・水平構面補強接合部・水平構面補強計画
補強計画
上記の性能を担保するための各部補強を行うことにした。接合部補強に際しては、使用接合耐力を次のように定めた。
(1)市販接合金物を使用する接合部については、その短期許容耐力を基準とした。
(2)鋼製方杖部材の接合部耐力については既存の設計資料が無いため、使用する接合具（東日本パワー
ファスニング製パネリード P6×110Ⅱ+）と密度の低いスギ材を用いた実験を行い、安全を見込んだ接合
具 1 本あたりの短期許容耐力を 1.93kN とした。
汎用 FEM フレーム解析ソフト「Multiframe 3D」を用いて求めた軸力から得られた各接合部の必要耐力より、上記の性能を確保するための耐震補強仕様を決定した。
この耐震改修では軸組一連を単位として必要耐力の計算を行っているため、建物全体で水平耐力を考える場合と比べると、水平構面剛性の重要性は相対的には低い 6)。しかし、実際に水平力が加わったときの軸組の面外曲げや横倒れに対する抵抗は、このままでは不十分であると考えられるため、鋼製ブレースを用いて図-9 のように水平構面補強を行った。

鋼製ブレース

図-9 水平構面の補強

3)
4)
5)

文献

6)

1) 平成 12 年建設省告示第 1347 号
2) （財）日本建築防災協会編：”木造住宅の耐震15

診断と補強方法 木造住宅の耐震精密診断と補強方法（改訂版）”，日本建築防災協会，東京，
p124，2005.
建築基準法施行令第 84 条
建築基準法施行令第 46 条
日本建築学会編：”木質系耐力壁形式構造に関する Q&A”，日本建築学会，東京，p4-5，2011.
平井卓郎，宮澤健二，小松幸平：”木質構造[第3 版]”，東洋書店，東京，p194-215，2009.

P‑1 両親媒性リグニンを用いた AE 型セメント分散剤の開発（北大院農）○麻生知裕、幸田圭一、浦木康光（森林総研）久保智史、山田竜彦（農研機構）中嶋 勇＜諸言＞
木材のパルプ化や酵素糖化の前処理時に大量に排出されるリグニンは、主に熱源としての利用に留まっている。リグニンの有効利用を目指す開発研究の一環として、当研究グループでは、単離リグニンに水溶性のポリエチレングリコールを導入した両親媒性リグニン誘導体を開発した 1)。この誘導体は明確な界面活性能を示し、非イオン性の界面活性剤としての機能を有することが示されている。
さらに、セメントの一成分である焼石灰に対して、セメント減水剤として利用されているリグノスル
ホン酸（LS）より高い分散能を与え、AE 型セメント減水剤としての実用性が示唆された 2)。
そこで、本研究では、実際のセメントを用いて、種々の工業的に入手できる単離リグニンやパルプ化
黒液から調製した両親媒性誘導体のセメント分散性を評価した。特に、北海道という寒冷地での使用も考慮して、JIS 規格には定義されていないが、低温における分散性も評価した。
＜実験＞
スギのソーダ蒸解黒液の噴霧乾燥物（SL）、針葉樹のクラフトパルプ化黒液（KLliq）および KLliq から酸沈殿によって単離したクラフトリグニン（KL）を原料とし、これらとエポキシ基を持つ 3 種の PEG
誘導体（PEGDE, EPEG と DAEO）とを反応させて、両親媒性リグニン誘導体を調製した。また、広葉樹のクラフトパルプ化黒液（HKLliq）およびこの単離リグニン（HKL）からも同様に誘導体を調製した。
セメントに対し 0～0.8%（w/w）の両親媒性リグニン誘導体の水溶液を加え撹拌後、フロー試験を行い、次式からフロー値(Γp)を求めた。この測定は、室温（20℃）および 6℃の条件下で行った。（JIS R 5201）
p 

  F p / 2 2    F 0 / 2 2 F 0 / 2 2

F0 : Diameter of bottom of flow corn (mm),Fp : Diameter of cement paste (mm)

また、セメントに対し 0～0.8%（w/w）の両親媒性誘導体の水溶液を混合し、室温または 6℃で 24 時間養生して得られた試験体の曲げ試験を行い、曲げ強さを求めた。
＜結果・考察＞本研究では、セメント分散剤である LS を対照試料として用い、そのセメント分散能の比較により両親媒性リグニン
誘導体の有用性を評価した。室温では、EPEG を用いて調製した種々の両親媒性リグニン誘導体が、LS よりも高い分散性能を示した（Fig.1)。特に、EPEG-KL は LS の 1/4 の添加量でも同等の分散能を示した。一方、EPEG シリーズよりも高い界面活性能を有する DAEO シリーズは、セメント分散能が全く無いことが、本研究で明らかとなった。
また、PEG4000 や EPEG のみでも分散試験を行ったが、セメント分散能は観測されなかった。これらの結果より、セメント分散能発現には、１分子中に EPEG 領域とリグニン領域が共存することが重要であり、他の黒液成分に含まれる糖類あるいはその分解物は、分散性を低減することが16明らかとなった。
Fig.2 は、低温での分散能を示している。この図より、EPEG シリーズは、低温でも高い分散能が発現することを確認し、寒冷地の使用できる優れたセメント分散剤である
ことが分かった。
一方、広葉樹由来の HKLliq や HKL から調製した誘導体についても分散能を評価したが（Fig.3）、針葉樹材の KL や
KLliq と比べて分散能は低く、グアイアシルリグニンがセメント分散剤の有用な原料であることが示唆された。
セメントの力学物性に及ぼす両親媒性リグニン誘導体の影響を調べるために、セメント形成時に種々の量のリグニ
ン誘導体を加えて、その曲げ強度を測定した。ここでは、
EPEG-KLliq を試料とした結果を示す。
EPEG-KLliq を添加し、室温で養生により固体化したセメント成形体は、いずれの濃度においても、水のみで成形したものと同等、あるいはそれ以上の曲げ強度を示した（Fig.4）。また、6℃で養生したセメント成形体でも、EPEG-KLliq 添加物が無添加物より高い曲げ強度を示したが、室温で養生したものと比較すると、全てに試験片の強度が低温で低下した（Fig.5）。
以上のことより、EPEG と工業リグニンから調製した両親媒性リグニン誘導体が、LS より少ない量で高い分散能を発揮し、且つ、曲げ強度の低下も引き起こさなかったことより、この誘導体は寒冷地においても使用可能なセメン
ト分散剤であることが、本研究によって示された。

【参考文献】
1) H. Homma, et al. Journal of Wood Chemistry and Technology 28(4), 270-282(2008).
2) H. Homma, et al. Journal of Wood Chemistry and Technology 30(2), 164-174(2010).

17

P-2 食用担子菌栽培・加工残渣からの有用糖類の抽出利用（北大院農） ○千鹿野紀, 玉井裕, 矢島崇, 宮本敏澄
（北海道立林産試験場） 原田陽【はじめに】
現在、食用担子菌は国内で年間約 45 万トンも生産されており、それに伴って規格外品や廃菌床などの栽
培・加工残渣も廃棄物として大量に排出されている。これらの一部は堆肥や飼料などで再利用されてはいるものの、多くは未利用資源となっており、有効利用が求められている。
そこで本研究では、食用担子菌の栽培・加工残渣中に残存する糖類に着目し、規格外品から食用担子菌の細胞壁構成多糖類であるキチン、キトサンといったキチン質の製造を試みた。また、廃菌床においても菌体由来のキトサンの抽出を試みた。さらに、廃菌床を酵素糖化基質として利用することを目指して、糖化効率向上における、熱水やアルカリ、酸での処理の有効性を検討した。
【材料と方法】
材料：規格外品に相当するものとして、市販の食用担子菌 6 種（シイタケ、マッシュルーム、マイタケ、ブナシメジ、タモギタケ、エノキタケ）を用いた。廃菌床試料にはシイタケの廃菌床を用いた。上記を凍結乾燥し、粉末化したものを実験用試料とした。
1．規格外品・廃菌床からのキチン質の製造、特性評価
規格外品試料 6 種を 1M 水酸化ナトリウム水溶液（w : v/1 : 40）で 95 ℃、30 分処理し、アルカリ可溶部を除去した。さらにアルカリ不溶残渣を 2 %酢酸（w : v/1 : 100）で 95 ℃、6 時間処理することで、酸に不溶の粗キチン（キチン－-グルカン複合体）である沈殿と、酸可溶のキトサンやグルコサミンオリゴ糖を含む上澄みに分画した。その後、上澄みを再びアルカリ性にすることでキトサンを沈殿させた。また、シイタケ
廃菌床においても、同様に分画し、キトサンの製造を試みた。粗キチンの特性評価は、構成単位である N -ア
セチルグルコサミン、及びグルコサミンを合わせたグルコサミン回収率を測定することで、粗キチン中のキチンの割合を評価した。
2．廃菌床の酵素糖化試験
廃菌床の化学的前処理：廃培地試料を熱水（w : v/1 : 10）、または 1M 水酸化ナトリウム水溶液（w : v/1 : 10）を用いて、100℃、30 分処理した。その後、遠心分離して上澄みを除去した残渣を酵素糖化用の基質として供した。また、実験 1 でシイタケ廃菌床から分画した、アルカリ、酸不溶画分も同様に酵素糖化用基質として供した。
基質の酵素糖化：未処理の廃菌床、及び処理した各基質に 0.1M 酢酸緩衝液（pH 4.8）に溶かしたメイセラー
ゼ（20FPU／乾燥基質 1 g）を加え、48 時間振とう（50 ℃、80 回/分）した。その後、5 分間煮沸し、酵素を失活させた。上澄みを遠心分離（12000 rpm, 15 分）により回収し、HPLC を用いてグルコース濃度を測定した。糖化率は、各基質当たりのグルコース収量に重量変化を考慮した、グルコース収率で評価した。

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【結果と考察】1．キチン質の製造、及び特性評価
各規格外品試料、シイタケ廃菌床からの粗キチン、キトサンの収率、及び各粗キチンからのグルコサミン回収率を表 1 に示す。表 1 より、規格外品試料からは、粗キチンの収率やそのグルコサミン回収率は菌種により大きく異なるものの、粗キチンの製造が可能であることがわかった。今回製造した粗キチンはキチンとグルカンから成る複合体であることを考えると、グルコサミン回収率が比較的高い、マッシュルームやエノキ
タケは、キチン源として利用できる可能性が示唆された。また、キトサンに関しては、規格外品試料、廃菌床
試料から少量ながら製造できる可能性が示唆された。

2．廃菌床、化学的前処理廃菌床の酵素糖化
各処理基質のグルコース収量を図 1 に示す。図 1 より、熱水、アルカリ、アルカリと酸の各処理によってグルコース収量は増加することがわかった。特にアルカリ処理、アルカリと酸の処理を行った基質は、未処理のものと比べてそれぞれ 1.7 倍、2.9 倍とグルコー
ス収量の大きな増加が見られた。しかし、基質重量もそれぞれ 0.42 倍、0.35 倍と減少が見られた。そこで、処理による基質の重量変化を考慮し、処理前の廃菌床
重量当たりのグルコース収量からグルコース収率を計算した（図 2）。図 2 より、熱水やアルカリで処理した基質ではグルコース収率に有意差は見られなかった。一方、アルカリと酸で処理した基質では有意な増加が見られ、処理の有効性が示唆された。このアル
カリと酸の処理では、基質からのヘミセルロースやリ
グニンの除去により、セルロースの糖化効率が向上したと示唆される。

19

P-3 カ ラ マ ツ 大 径 材 に よ る 建 築 用 材 生 産 技 術 の 検 討－人工乾燥技術の差異と比較－（北林産試） ○伊藤洋一
１．はじめに林産試験場では，今後生産量の増大が予想されるカラマツ大径材について，品質と性能の確かな建築用材として安定供給するための要素技術として，用途ごとの原木選別基準，
住宅用構造材の製材・乾燥技術開発を行うことにより付加価値を高め，需要拡大を図るとと も に ，道 内 木 材 産 業 等 の 競 争 力 強 化 に 寄 与 す る こ と を 目 指 し て い る 。重 要 な ポ イ ン ト は ，乾 燥 後 の 製 品 間 の 品 質 む ら ，特 に 含 水 率 む ら を 小 さ く す る こ と や 表 面 と 内 部 の 含 水 率 差（ 水分傾斜）を最小限に抑えることである。これらのことは，乾燥技術上では，
１）乾燥後の養生時間を短縮させる
２）乾燥後の狂い（ねじれ，そり，曲がり）を抑制させる
方法を検討することとなる。
製品間の含水率むらや表面と内部の含水率差（水分傾斜）を抑制する方法としては，高周波蒸気複合乾燥方法があり，道外では導入している工場もある一方で，その特徴が正確に理解されずにいることもある。そこで本研究では，カラマツ大径材から製材した乾燥材の品質と二つの乾燥方法①蒸気式人工乾燥方法②高周波蒸気複合乾燥方法の比較検討結果について報告する。
２．実験
２．１ 製材および桟積方法
カ ラ マ ツ 大 径 材 （ 十 勝 管 内 産 ， 径 級 46～ 54cm） か ら ， 厚 120× 幅 295× 長 4000mm の 心 去
り 平 角 材 を 採 材 し た 。 採 材 の 際 に は ， 原 木 の 心 か ら の 距 離 を 2cm 以 上 あ け る 3 ) よ う 配 慮 した。平角材を桟積（３列×６段，第１図）し，乾燥試験を行った。使用した人工乾燥装置
は ， 新 柴 設 備 製 蒸 気 式 人 工 乾 燥 装 置 SKD-20LPT（ 平 成 21年 設 置 ,標 準 収 容 材 積 5.6m 3 (約 20石 )） で あ る 。 桟 積 時 に は ， 下 記 の 点 に 留 意 し た 。
１）循環ファンが上部にある乾燥装置は桟積下部の乾燥が早くなるので，採材後の重量が重い平角材をできるだけ下部に配置する。
２）重錘直下の桟木厚さを厚くすることや桟積み側面から乾燥室壁面までの距離を十分に取ることにより，乾燥装置内の温湿度むらを抑制するよう配慮する。
３）使用桟木は，蒸気式人工乾燥の場合，改良桟木（アルミ角パイプ）を使うが，高周波蒸気複合乾燥の場合は高周波印加中に発熱してしまうため，木製桟木を使用する。
循環ファン

重錘
平 角 材
アルミ製
極板
（絶縁のため

台車

の）木製
パレット

①蒸気式人工乾燥方法
第１図②高周波蒸気複合乾燥方法
試験材の桟積方法20２．２ 乾燥方法
前述の二つの乾燥方法（①蒸気式人工乾燥方法，②高周波蒸気複合乾燥方法）により，比較した。
高 周 波 蒸 気 複 合 乾 燥 の 特 徴 と し て は ， 次 の よ う な 点 が あ げ ら れ る 4) 。
１）従来の蒸気式人工乾燥に比べて，短時間で乾燥ができる
２）蒸気による外部加熱と高周波による内部加熱の組み合わせにより，含水率むらの少ない乾燥材が生産できる
３）高周波印加の条件によっては乾燥コストが増大することがある。
今 回 の 試 験 で 採 用 し た 乾 燥 ス ケ ジ ュ ー ル は ， 既 報 3) や 予 備 試 験 の 結 果 を 参 考 に し た （ 第１ 表 ）。
第１表
カラマツ平角材の乾燥スケジュール

注 １ ） 平 角 材 寸 法 ： 厚 120× 幅 295× 長 4000mm
注２）乾燥所要日数：①蒸気式人工乾燥 約８日，②高周波蒸気複合乾燥 約７日
注 ３ ） 最 大 高 周 波 出 力 15kW， 発 振 周 波 数 13.56MHz
注４）積み込みブロック数２（上段・下段）

高周波蒸気複合乾燥の段階４の設定時間中は，過度の材温上昇を避けるため，
桟 積 下 段 を 高 周 波 印 加 （ 10分 ） → 桟 積 上 段 を 高 周 波 印 加 （ 10分 ） → 休 止 （ 20分 ）を 一 つ の サ イ ク ル と し ，こ れ を 繰 り 返 す こ と に よ っ て ，計 48時 間 か け て 乾 燥 を 行 っ て い る 。
こ の 間 は 材 温 を 概 ね 95～ 100℃ に 制 御 す る よ う 事 前 に 試 験 材 重 量 や 寸 法 ， 目 標 仕 上 が り 含
水率等を制御盤上に打ち込み，試算することにより，印加のための高周波出力を連続的にコントロールしている。
ま た ， 乾 燥 材 が 住 宅 用 構 造 材 に 使 用 さ れ る こ と か ら ， 目 標 仕 上 が り 含 水 率 を 15～ 17％ に
設定した。
３．結果
乾 燥 試 験 時 に は ， 第 １ 図 の よ う に 試 験 材 18本 を 桟 積 し た が ， 最 上 段 で あ る ６ 段 目 に は 心掛かりの試験材や乾燥前に大きな心割れが生じている試験材もあったため，これらの試験
材は評価の対象から除外した。第２表に乾燥試験結果を示す。乾燥所要日数では，ほぼ同様の初期含水率から，高周波蒸気複合乾燥の方が約１日短い乾燥時間で仕上げることができた。表面割れについては，両者とも実用上差し支えない程度の大きさであった。
第２図に乾燥後の水分傾斜を示す。今回の乾燥試験では，高周波蒸気複合乾燥は従来の蒸気式乾燥に比べて，乾燥所要日数の短縮に加え，乾燥後の水分傾斜を抑制することが可能と想定していたが，今回の乾燥スケジュールではその差はわずかであった。第１表の高周波蒸気複合乾燥の時間を延長することで水分傾斜はさらに縮まると予想されるが，高周
波印加時間が長くなることによる乾燥コスト増との兼ね合いを考え，バランスのとれた乾燥スケジュールを検討していく必要がある。また，高周波印加に必要なアルミ製極板の桟
積やリード線の接続など，蒸気式乾燥に比べて乾燥前後の手間がかかることや収容材積が21

少なくなることも考え合わせる必要がある。
第２表

カラマツ平角材の乾燥試験結果

注 １ ） 平 角 材 寸 法 ： 厚 120× 幅 295× 長 4000mm
注 ２ ） 最 大 高 周 波 出 力 15kW， 発 振 周 波 数 13.56MHz
注３）積み込みブロック数２（上段・下段）
注４）内部割れは，全ての試験材で認められなかった。

① 蒸 気 式 人 工 乾 燥 （ 平 均 含 水 率 17.4％ ）４層：中心部
23％
３層：21％

１層：表層部
9％

２層：17％② 高 周 波 蒸 気 複 合 乾 燥 （ 平 均 含 水 率 16.6％ ）４層：中心部
21％

１層：表層部10％

３層：20％
２層：19％

第２図

乾燥材の水分傾斜４．おわりにカラマツ大径材による建築用材生産技術で重要となる乾燥方法の検討を，蒸気式人工乾燥 と 高 周 波 蒸 気 複 合 乾 燥 の 二 つ の 方 法 で 行 っ た 。そ の 結 果 ，高 周 波 蒸 気 複 合 乾 燥 方 法 で は ，乾燥材の品質と乾燥コストとのバランスを考え，条件設定を行っていくことが重要と思われた。
文献1)北 海 道 ： 平 成 ２ ２ 年 度 北 海 道 森 林 づ く り 白 書 , 66-69 (2011)2)北 海 道 水 産 林 務 部 林 務 局 林 業 木 材 課 ： 平 成 21年 度 カ ラ マ ツ 素 材 ・ 製 材 流 通 調 査 平 成 23年 2月 (2011)3)伊 藤 洋 一 ： 平 成 2 3 年 北 海 道 森 づ く り 研 究 成 果 発 表 会 （ 木 材 利 用 部 門 ）， も っ と た く さ ん カ ラ マ ツ の 柱を 使 え る よ う に す る た め に ～ 製 材 ・ 乾 燥 技 術 に つ い て ～ (2011)4)小 野 広 治 ： 高 周 波 ・ 蒸 気 複 合 乾 燥 の 特 長 に つ い て ， セ ン タ ー だ よ り （ 奈 良 県 森 林 技 術 セ ン タ ー ） , 4-5(2002)

22

P‑4 道 産 ト ド マ ツ 材 の 曲 げ 加 工 技 術 の 検 討（北林産試） ○伊藤洋一
１．はじめに
曲 げ 加 工 は ， 昔 か ら あ っ た 木 材 の 加 工 法 の ひ と つ で あ る 。 北 海 道 で は ， 明 治 11年（ 1878年 ） に 札 幌 に あ っ た 開 拓 使 工 業 局 の 木 工 所 で 馬 そ り 部 材 と し て の 曲 木 が 始 め ら れ ている。当時の木材を軟らかくするための方法は，長い時間お湯に浸漬しておくか，または
釜 の 中 で 蒸 す こ と で あ っ た 1) 。 こ れ に 対 し ， 電 子 レ ン ジ を 使 っ た マ イ ク ロ 波 加 熱 で は ， 加
熱させる木材の寸法的制約はあるが，比較的短時間に曲げ加工が可能となる。マイクロ波
加熱による曲げ加工方法の特徴は，次のとおり。
１）エネルギー効率が高く，材全体を短時間に比較的均一に加熱することが可能で，変形時の応力集中を防ぐことができる。
２）加熱させる木材にあらかじめラップを巻いておくことにより，材温の上昇とともに材
内 部 の 圧 力 が 上 昇 し ， 100℃ 以 上 の 高 温 域 ま で 加 熱 す る こ と が で き る 。
３ ） 加 熱 を 効 率 的 に 行 う た め には ， 曲 げ 加 工 し よ う と す る 木 材 を あ ら か じ め 飽 水 状 態 近 くまで 含 水 率 を 上 昇 さ せ て お く 必 要 が あ る 。
また， 水 蒸 気 処 理 に よ る 曲 げ 加 工 で は ， 蒸 気 加 熱 に 用 い る オ ー ト ク レ ー ブ の 大 き さ に応じ て ， 比 較 的 大 き な 寸 法 の 木 材 を 加 熱 し ， 曲 げ 加 工 す る こ と が で き る 。 同 時 に ， よ り 高い
温 度 の 水 蒸 気 を 利 用 す る こ と で ， 短 時 間 で 比 較 的 簡 単 に 曲 げ 加 工 す る こ と も で き る よ うになった。水蒸気処理による曲げ加工方法の特徴は，次のとおり。
１）あらかじめ飽水状態近くまで木材の含水率を上昇させておく必要がない。
２）従来の熱湯浸漬やマイクロ波加熱方法に比べて，短時間（数分～数十分）で曲げ加工できるようになる。
３ ） マ イ ク ロ 波 加 熱 方 法 に 比 べ て ， 加 熱 さ せ る 木 材 の 寸 法 的 制 約 が小さい 。
４）イニシャルコストがマイクロ波加熱（電子レンジ）に比べて高い。
本 研 究 で は ，最 近 普 及 し て き た ウ ォ ー タ ー オ ー ブ ン を 使 い ，そ の 蒸 気 加 熱 機 能 を 利 用 し ，木 材 の 曲 げ 加 工 方 法 の 改 善 を 試 み た 。ウ ォ ー タ ー オ ー ブ ン を 使 っ た 蒸 気 加 熱 方 法 の 特 徴 は ，次のとおり。
１）数種の加熱機能のうち，水を与えながら蒸す機能（蒸し物加熱）を選択することにより，事前に木材の含水率を上昇させておく必要がない。
２）従来の熱湯浸漬やマイクロ波加熱方法に比べて，短時間（数分～数十分）で曲げ加工できるようになる。
３）マイクロ波加熱方法と同様に，曲げようとする木材の寸法的制約を受ける。
４）イニシャルコストは，
電子レンジ（マイクロ波加熱）＜ウォーターオーブン＜オートクレーブ（水蒸気処理）
なお，当該研究の曲げ加工時には，可能な限り安価な市販の治具・工具（クランプ，シャコ万力，曲げ加工時に木材に圧縮応力を与えるように密着させて添える金属板，合板等を重ね合わせて製作する曲げ型枠など）を使用した。
２．実験
ト ド マ ツ 乾 燥 材 （ 含 水 率 約 15％ ， 厚 10× 幅 10× 長 350mm） を ウ ォ ー タ ー オ ー ブ ン （ シ ャー プ 製 ヘ ル シ オ AX-2000， 定 格 消 費 電 力 1410W） に て 過 熱 水 蒸 気 加 熱 2-4) し た (第 １ 図 )。 その条件は，次のとおり。
１ ） 加 熱 の 種 類 ： 蒸 し 物 加 熱 （ 蒸 し 物 （ 強 ） モ ー ド ， 加 熱 時 の 材 温 140～ 160℃ ）（温度測定には赤外放射温度計を使用）
２ ） 加 熱 時 間 ： 10～ 30分（ 加 熱 時 間 の 目 安 は ， 初 期 含 水 率 15％ 程 度 の 乾 燥 材 で あ れ ば 10分 ，
含 水 率 50％ 程 度 の 生 材 で あ れ ば 30分 ）23ウォーターオーブンでの加熱後，トドマツ材にラップを巻き，材温の低下を防ぎつつ，
曲 げ 加 工 を 行 う (第 ２ 図 )。 繰 り 返 し ウ ォ ー タ ー オ ー ブ ン に よ る 加 熱 と 曲 げ 加 工 を 行 う こ とで ， 木 材 表 面 に 「 し わ 」（ 細 胞 が 破 壊 せ ず ， 滑 ら か に 屈 曲 変 形 し て い る 圧 縮 ひ ず み ） が でき，少しずつ曲がりやすくなる。
加 熱 後 ， 曲 げ 加 工 → 「 し わ 」（ 圧 縮 ひ ず み ） を 作 る
を一つのサイクルとし，これを繰り返すことによって，徐々に目的の形状に変形させる。
これを計３回繰り返した後，
１）多角形に成形される
２）材が折れる，もしくは割れ・裂けが生じるなどの大きな欠点が認められなかった場合の曲率を最小曲率半径とした。

第１図

ウォーターオーブンとトドマツ材

第２図

曲げ加工（曲げ型枠使用）

３．結果と考察
曲 げ や す さ に お い て ， ト ド マ ツ は 曲 げ に く い 部 類 に 入 る 樹 種 で あ る (第 １ 表 )。
第１表

材 厚 10mmで の 最 小 曲 率 半 径 5)

しかし，一度の曲げ加工では難しくても，ウォーターオーブンによる加熱の場合は前述のとおり，必ずしも曲げようとする材を吸水させておく必要がない。つまり，曲げる材の内 側 に 曲 げ グ セ を 付 け て お き (第 ３ 図 )， ウ ォ ー タ ー オ ー ブ ン に よ る 加 熱 と 曲 げ 加 工 を 反 復することで，少しずつ曲がりやすくなる。概ね２～３回の反復で曲げやすさは改善された(第 ２ 表 )。
反復時の加熱を行うときには，２回目，３回目に要する加熱時間を短縮することができた 。 概 ね １ 回 目 の 加 熱 時 間 の 3/4の 時 間 で 「 し わ 」（ 圧 縮 ひ ず み ） を 作 り だ し て い く こ と が可能であった。

24

曲げと加熱の反復によって
生 ず る 「 し わ 」（ 細 胞 が 破 壊 せ ず ，
滑らかに屈曲変形している圧縮ひずみ）

第３図

トドマツ材表面に生じた「しわ」

第２表

材 厚 10mmで の 最 小 曲 率 半 径 （ 改 善 後 ）曲げやすい←→曲げにくい注 １ ） 反 復 は ， 加 熱 後 ， 曲 げ 加 工 → 「 し わ 」（ 圧 縮 ひ ず み ） を 作 る
工程を一つのサイクルとする。
注 ２ ） 反 復 時 の 加 熱 時 間 は ， 最 初 の 加 熱 時 間 の 3/4の 時 間 に 減 じ ることができる４．おわりに本 研 究 で は ，ウ ォ ー タ ー オ ー ブ ン を 使 用 し た ト ド マ ツ 材 の 曲 げ 加 工 方 法 の 改 善 を 試 み た 。
そして，市販の加工治具等を使用することで、容易に曲げ加工することができた。なお、同様の方法でカラマツ材についても検討したが，曲げ加工時に多角形に成形されることが多く，今回は改善が見られなかった。樹種による材質の影響が認められ、今後さらに検討
す る 必 要 が あ っ た 。例えば 、 曲 げ 加 工 時 に 金 属 板 に 添 わ せ る と 共 に ， 何 ら か の 方 法 で 側 面
から強く押さえるか，締め付ける等の工夫ができれば，成功例が増える可能性はあると思われた。
以上の結果から、ウォーターオーブンの機能を適切に利用することで，少額の設備投資で曲げ加工を取り入れた木製品の開発が期待された。
文献1)伊 藤 洋 一 ： 林 産 試 だ よ り 1997年 6月 号 ， 7-9 (1997)
2)（ 独 ） 科 学 技 術 振 興 機 構 ： 産 学 官 連 携 ジ ャ ー ナ ル Vol.2， No.2， 10-13 (2006)
3)門 間 哲 也 ， 岸 本 卓 士 ， 田 中 源 基 ， 高 見 星 司 ： シ ャ ー プ 技 報 ， 第 91号 ， 40-44 (2005)
4)門 間 哲 也 ， 安 藤 有 司 ： 電 機 ， 6月 号 ， 63-65 (2005)
5)伊 藤 洋 一 ： 林 産 試 だ よ り 1999年 7月 号 ， 11-12 (1999)25

P‑5 北海道産人工林材を活用した単板集成材の開発（2）
接着剤混入型木材保存剤を混合したフェノール樹脂の硬化挙動（北林産試）
1．

○宮﨑淳子、古田直之、宮内輝久、大橋義徳

はじめに演者らは、北海道産人工林材であるカラマツ、トドマツを土台など高い耐久性が求められる箇所に利用することを目的として、新しい構造材「単板集成材（LVG）」の開発を行っている。防腐・防蟻性能を付与する
ための保存処理としては、接着剤混入法を採用している。接着剤混入法は、一般的な加圧注入処理に比べると簡便で、特別な処理装置を導入する必要がないことから、従来の工場設備でも保存処理材の製造できるという利点があるが、接着剤に保存剤を混合するため、接着剤の硬化に影響する場合があることがわかっており 1)、製造条件を確立する際にはこのことを十分に考慮する必要がある。そこで本研究では、接着剤混入法を利用して保存処理 LVL を製造する際の最適な接着条件を確立するために、木材保存剤を添加したフェノール
樹脂接着剤の加熱硬化過程の動的粘弾性の変化を調べ、木材保存剤がフェノール樹脂の力学的な硬化の進展にどのような影響を及ぼしているのかを検討した。

2．

実験方法

2-1．試料
接着剤は市販のフェノール樹脂 D（DIC 北日本ポリマ（株））、M（北海道三井化学（株））を用い、触媒は炭酸水素ナトリウム（関東化学 特級）を用いた。木材保存剤は、市販品 A、B を用いた。また、これらの保存剤に含まれる有効成分であるイミダクロプリド（関東化学 残留農薬試験用）、シプロコナゾール、テブ
コナゾール、トリアジメホン（いずれも Dr Ehrenstorfer GmbH 残留農薬試験用）、溶剤として使用されているベンジルアルコール（関東化学 鹿特級）を用いた。
フェノール樹脂 100 部に対して炭酸水素ナトリウム 3 部を加え，十分に混合した後，保存剤、または保存剤に含まれる成分または溶剤を加え、十分に混合した。この混合液にガラス繊維の組みひもを浸し、減圧下で脱気した後、常圧で 1 時間浸漬した。ひもを取り出し、余分な混合液を除いた後、まっすぐに張り、3 時間
風乾した後，室温，酸化リン(V) 上で 20 時間真空乾燥した。サンプルの直径は 1mm、長さは 55mm であった。
2-2 動的粘弾性測定
動的粘弾性測定は DMS6100（SII ナノテクノロジー(株)）を用い、フィルムずりモードで測定した。スパンは 20mm であった。窒素気流下で室温から昇温速度 20℃/min で加熱し、任意の温度（90～120℃）で保持した。2 時間加熱後、20℃/min で 180℃まで昇温して、20 分間保持し、樹脂を完全に硬化させた。測定は昇温と同時に開始し、周波数は 1Hz で、30 秒ごとに測定し、G’、G’’、tanδを得た。また、180℃で 20 分間加熱した硬化物の G’（G’∞）を基準として G’/G’∞を算出した。測定は 1 条件あたり 3 回繰り返した。

3． 結果と考察
図 1 は、保存剤を添加していないフェノール樹脂について、種々の温度で加熱したときの加熱硬化過程の
G’、G’’、tanδの変化および測定中の温度履歴を示す。なお、ここではフェノール樹脂 D の結果のみを示す
が、フェノール樹脂 M についても同様の傾向が示された。
温度の上昇に伴い G’、G’’ は減少し、tanδは増大した。これは加熱によって未硬化のフェノール樹脂が軟化していることを示唆する。次に、G’、G’’ は増大に転じ、硬化が進んでいることが示された。G’ が増大し

26

はじめた時間を力学的な観点からの硬化が開始された時間とする。G’、G’’ ははじめ緩やかに増大し、その後急激に増大した。G’、G’’ の傾きの変化に対応して tanδにはショルダーピークが現れた。フェノール樹脂の加熱硬化過程では、はじめに熱による軟化と硬化が同時に進行することが知られている。G’ の傾きが大きくなったのは、樹脂の硬化がより顕著になったことを示唆する。その後、G’ は一定値に達し、G’’ は極大を示した。G’’ は、分子鎖の熱運動によって生じる摩擦によるエネルギーの損失の程度をあらわす。G’’ が増大した領域では、フェノール樹脂の分子量が増大し、網目状高分子が形成されているものの、その架橋密度は分子鎖がフレキシビリティを有する程度であることを示唆する。G’’ が減少した領域では、分子運動によるエネ
ルギー損失が減少したことが示されており、架橋結合がさらに形成されて分子鎖の拘束が進んだことが示唆された。フェノール樹脂の硬化過程における動的粘弾性について、同様の変化が報告されている 3)。
加熱温度が低くなると、G’ の増大は緩やかになり、G’ 、tanδが一定値に達するまでの時間は長くなった。
また、G’’ の極大ピークは長時間側にシフトした。これらのことから、温度が低いほど十分な硬化には長い時間を要することが示された。
図 2 は保存剤 A あるいは B を加えたフェノール樹脂をそれぞれ 110℃で加熱したときの G’、G’’、tanδの
経時変化を示す。G’ の増大の傾きに注目すると、保存剤を添加したフェノール樹脂では、保存剤を添加していないものよりも緩やかに増大し、保存剤を添加した場合の方が一定値に到達するまで長時間を要した。また、保存剤を添加することによって G’’ のピークは長時間側にシフトした。このことから、保存剤を添加する
ことによってフェノール樹脂の硬化は遅延されることが示された。tanδ曲線に現れる 1 番目、2 番目のピー
クの時間は保存剤の添加の有無にかかわらず、ほぼ同じであったが、3 番目に現れるピークあるいはショルダ
ーピークは長時間側にシフトした。このことから、保存剤を添加することによって、フェノール樹脂の分子の三次元網目構造が緻密になる過程が遅延されたと考えられる。
保存剤 A および B に含まれる有効成分をそれぞれフェノール樹脂に加え、等温硬化過程の動的粘弾性を調べた結果、有効成分を添加したフェノール樹脂の加熱
硬化過程の G’、G’’、tanδの変化は、添加していない
フェノール樹脂のそれらとほとんど同じであった。このことから、保存剤に含まれる有効成分はフェノール
樹脂の硬化を遅延しないことが示された。

図 2 木材保存剤を添加したフェノール樹脂を 110℃で加熱したときの G’、G”、tanδの経時変化

図 1 種々の温度で加熱したフェノール樹脂における硬化過程の G’、G”、tanδの経時変化および測定中の温度27

図 3 は保存剤の溶剤として用いられているベンジルアルコールを添加したフェノール樹脂を 110℃で加熱したときの G’、G’’、tanδの変化を示す。ベンジルアルコールを加えることによって G’ が一定値に到達するまでの時間は遅延され、G’’ の極大は長時間側にシフトした。これらの変化は図 2 に示した保存剤を加えた場
合の変化と類似していた。また、ベンジルアルコールを加えたときの tanδ曲線の変化についても、保存剤を加えた場合と類似していた。これらの結果から、ベンジルアルコールがフェノール樹脂の硬化遅延の一因であると考えられる。
図 4 は、ベンジルアルコールの添加量を変えたときの G’/G’∞が 0.5 に到達する時間の変化を示す。なお、
力学的硬化開始時間を 0 分としている。ベンジルアルコールの添加量が増加すると、G’/G’∞が 0.5 に到達する
時間はより長くなったことから、ベンジルアルコールの添加量は硬化遅延と関係することが示唆された。また、ベンジルアルコールの添加による硬化遅延は、硬化温度が低いほど顕著に表れることが示された。ベンジルアルコールの沸点は 205℃でフェノール樹脂を硬化させるための加熱温度よりも高い。加熱温度が低いとベンジルアルコールは揮発しにくく、フェノール樹脂中により多く残存すると考えられる。このことがフェノール樹脂の力学的な硬化の進展を遅延させたものと考えられる。

フェノール樹脂
フェノール樹脂+ベンジル
アルコール（100/6）

ベンジルアルコールの添加量（g/100ｇフェノール樹脂）

図 4 ベンジルアルコールの添加量に対する
G’/G’∞＝0.5 に到達する時間

図 3 ベンジルアルコールを添加したフェノール樹脂を110℃で加熱したときの G’、G”、tanδの経時変化

謝辞 本研究は農林水産省 新たな農林水産政策を推進する実用技術開発事業（課題名「北海道産人工林材を活用した低コストで高性能な単板集成材の開発と実用化」（H22-24））により行った。本研究で使用した接着剤は DIC 北日本ポリマ（株）、北海道三井化学（株）から提供していただいた。ここに深く謝意を表す。

文献
1） 宮崎淳子、平林靖、古田直之、井上明生、宮本康太、塔村真一郎：森林総合研究所交付金プロジェクト研
究成果集 32, 11-25 (2011).
2） Markovic,S. Dunjic, B, Zlantanic, A. Djonlagic, J.: J.Appl.Poly.Sci. 81, 1902-1913 (2001)28

P-6 北海道産人工林材を活用した単板集成材の開発（3）－接着剤混入処理法を用いて製造した LVL ラミナの防腐性能－（道 総 研林産 試 験場 ）○宮 内（道 総 研林産 試 験場 ）大 橋

輝 久 、古田直 之 、宮﨑淳 子、（ 森林 総 研 ）大 村和 香 子 、

義徳

【緒言】
現在、道総研林産試験場では、（独）森林総合研究所および企業 3 社とともに、北海道産のカ
ラマツ・トドマツを基材とした新しい構造材「単板集成材（ LVG）」の開発を実施している。LVGとは合板工場で積層した LVL ラミナを、集成材工場でたて継ぎおよび積層接着して得られる軸材料であ り、 任意断面 および長さの 材料が製 造可能である ことから 様々な構造 材 料に対応 で きると考えられる。
土台に用いる木材・木質材料には、 腐朽や蟻害に対する対策として、製材の日本農林規格(JAS) 1) における保存処理 K3 相当（東北の一部及び北海道では K2）の保存処理基準を満たしていることが 求められ る 場合がある 。そこで 、 LVG を土台とし て使用 することを 想定し、 保 存処
理方法として接着剤混入処理法を用いた LVL ラミナの試作を行った。本発表ではこの試作品の一部について行った防腐性能試験の結果について報告する。
【実験】[LVL の製造]トドマツ、カラマツ（47×47×3.17 ㎜）単板、フェノール樹脂接着剤（DIC 北日
本ポリマ (株)）および接着剤混入用の木材保存剤 2 種（それぞれ A、B と称する）を用い LVL（10ply、厚さ 約 30mm）を製造した。各種 LVL より木口 面が 20 × 20 ㎜、繊維方向が 10 mm の試験体を採材し試 験に供し た。なお、 対 照用とし て木材保存剤 を用いて いないものお よび同形 状 のスギおよびブナ辺材（無垢材）も防腐効力試験に供した 。
[防腐性能試験 ]防腐性能試験は JIS K 1571(2010) 2) 5.2.1.1 注入処理用に準じて行った 。なお、試験体に 実施する耐侯操作は 付属書 A（規定）に従っ て行った。すなわち、 試験体を 60℃の循
環式オーブン内に 7 日間静置 することで耐侯操作を行った 。次に、60℃の恒温槽で 48 時間乾燥した試験材料の質量（M 1 ）を測定し、エチレンオキサイドガスにより滅菌した。供試菌として，カワラタケ（FFPRI 1030）および オオウズラタケ（ FFPRI 0507）を用いた。全容 500ｍL の円筒
形広口ビンに 200g の石英砂を入れた後，培養液 50mL を加えた。これに，エゾマツ木粉（ 0.5g）
またはカバ 木粉（ 1.5g）を加えた 後、オー ト クレーブに より滅菌 し た。滅菌後 ，ポテト デ キス
トロース寒 天培地で 培 養したオオ ウズラタ ケ およびカワ ラタケを ， 7mm のコルクボ ーラー で培
地ごと打ち抜 き，オオ ウズラタケは エゾマツ 木粉を加えた 培養瓶、 カワラタケは カバ木粉 を 加えた培養瓶に接種した。接種後，26℃の恒温槽内で菌体が十分に広がるまで培養した（ 20 日間）。
これらに滅菌 した試験 材料を 静置し （オオウ ズラタケの場 合はプラ スチック製の 網を介し て），26℃の恒温槽中に 12 週間静置した。その後，各試験材料を取り出し，室温で 24 時間 60℃の恒温槽で 48 時間乾燥し，試験材料の質量（ M 2 ）を測定した。質量減少率は以下の式から算出した。
質量減少率(％)＝{(M 1 －M 2 )／M 1 }×100
なお、繰り返し個数は 各条件 9 個とした。
【結果と考察】カワラタケを供試菌とした場合の結果を 図 1(A)に示す。供試菌の活性を確認するために用いたブナ辺材 の質量減 少 率は 30%以上であり、 十分な活性 を有して い ることが確 認された 。 木材
保存剤を用 いていな い 試験体の質 量減少率 は ブナ辺材よ りも低く か ったが、 JIS で定めら れている性能基準である「質量減少率 3％以下」を満たしていなかった。これに対し、A 社および B社のいずれの木材保存剤も 3％以下の質量減少率であり、性能基準を満たした。

29

オオウズラタケを供試菌とした場合の結果を図 1(B)に示す。試験に用いた供試菌の活性を確認するため に用いた ス ギ辺材の質 量減少率 は 60%以上と高 く、十 分な活性を 有してい る ことが確認された。保存剤を用いていない LVL の場合、カラマツ、トドマツとも性能基準である 3%以下を満たして おらず、 特にカラマツ の方が高 い質量減少を 示してい た。木材保存 剤を用い た 場合、トドマツでは A、B いずれの場合も質量減少率が 3%であり性能基準を満たしていた。一方、カラマツの場合、 A は性能基準を満たさなかったもの の 3%に近い質量率を示したが、B については性能基準を大幅に上回る 高い質量減少率が認められた。

質量減少率（％）

40

（A)

30

20

10

0
保存剤なし

A社

B社

保存剤なし

カラマツ

A社

B社

トドマツ

ブナ辺材

70
60

（B)

質量減少率（％）

50
40
30
20
10
0
保存剤なし

A社

B社

保存剤なし

カラマツ

A社
トドマツ

B社
スギ辺材

図 1 防 腐 性能 試 験の 結果 （ 質量 減少 率 ）(A):カ ワラ タケ の 結果 、（ B）： オオ ウズ ラ タケ の結 果

【謝辞】
本研究は 、「平成 22 年度新たな農林水産政策を推進する実用技術開発事業」（課題名：北海道
産人工林材を活用した低コストで高性能な単板集成材の開発と実用化 ）により実施された 。
【引用文献】
1)「 製 材の 日本 農 林規 格」 農林 水産 省 告示 第 1083 号（ 平 成 19 年 8 月 29 日）
2)「 日 本工 業規 格 JIS K 1571(2010)」、日 本 規 格協 会 、 201030

P‑7 薬剤処理木材の防火性能（その３）	
  促進耐候操作による塗膜および発熱性の検討
Fire Performance of Fire-Retardant-Treated Wood (3)A Study of Long-Period Performance by Accelerated Weathering Test.
	
 道総研林産試	  河原﨑政行	  ○平林	
  靖	
  菊地伸一	 薬剤処理木材	 
燃焼発熱性試験	
 防火性能	
 ISO5660	
 

促進耐候操作	 	
 1．はじめに北海道，そして全国的にも地場産木材の利用拡大が進類，薬剤量１または 2 水準，塗装の有無）により 5 種類

められる中、公共施設等の大規模建築物の外装材や内装

スギ材への薬剤の注入は，減圧加圧注入処理装置を用材への木材の需要が高まっている。中でも新たな用途とい，処理条件は減圧を-0.1Mpa で 30 分間，加圧を 0.6〜

して建築物の外装材が注目されている。しかし，可燃性0.7MPa で 16〜17 時間とした（ともにゲージ圧）。スギ材

材料である木材を耐火建築物等の外装に使用するためにに注入された薬剤量は，注入前後のスギ材の重量差と薬は、「表面に使用する木材は，地域の実情に応じて，不燃液の濃度から計算した。薬剤処理試験体の塗装は，下塗化の薬剤処理を行ったものを使用すること。また，不燃

りと中塗りにポリブタジエン樹脂系塗料を，上塗りにフ化の薬剤処理を行った木材を外壁に使用する場合は，塗ッ素樹脂系塗料を用いた（表２）。また，試験体の木口は

とした。

1)

装により保護すること」 と示されているように、一定の1 液性エポキシ樹脂を用いてシールした。

範囲内でのみ認められている。つまり，木材を使用する
ためには，一定水準の防火性能を付与し，火災時におけ

2.2	
  促進耐候操作
促進耐候操作は，キセノンアークランプ式耐候性試験

る安全性確保が必要となる。

機を用いた。試験体の暴露時間は，0，500，1000，1500，
2000 時間とした。500~1500 時間および 2000 時間の促進

木材への防火性能の付与は，一般的に燃焼を抑制する
薬剤を注入処理する方法が用いられている。しかし、こ耐候操作の条件を，表３に示す。

れまで薬剤処理木材は，もっぱら内装制限への対応を目

2.3	
  接触角測定	
  促進耐候用試験体は、耐候処理前後に接触角の測定お的に開発されてきたことから、屋外環境での使用を想定

よび目視による塗膜の状態の観察を行った。
	  接触角（撥水性）は ERMA Inc.製接触角測定画像解析装置を用い、各塗装条件より 1 試験体を選択し、接触角していない製品が多い。薬剤処理木材を外装材として使用することについては，屋外における耐候性に関する知見が十分ではなく，経年変化による性能低下が危惧され（滴下 10 秒後および 60 秒後）の測定を行った。接触角の測定の方向は繊維方向に対し平行方向とした。
2.4	
  燃焼発熱性試験
促進耐候操作を終了した試験体の中央部分から，長さている。また，木材は不均質な天然材料であるため，注入した薬剤が材内で均一に分布しにくく，更に節のような局部的に性質の異なる部分も存在する。このような不均質さを持つ薬剤処理木材の燃焼性状を把握するために

100mm

は，小試験体を用いるコーンカロリーメータ試験だけではなく，中規模試験体を用いた模型箱試験が望ましい。

て行い，加熱面は耐候操作の暴露面とした。また，加熱	  本研究では，薬剤処理木材に関するこれらの課題を検時間は，無処理試験体は 20 分間とし，薬剤処理試験体は討した 2,3)。本報ではその３として，薬剤処理木材の耐候想定する防火材料の区分に応じた。

性について促進耐候操作を用いて検討した結果を報告する。

３．結果と考察
3.1	
  接触角
	
  促進耐候処理前の試験体に滴下した液滴の状態を図

2．試験方法2.1	
  試験体および使用薬剤
試験体に用いた木材は，スギの心材（全乾比重 0.30〜
0.34）とし，寸法は長さ 130

幅 105

幅 100mm の小片を採取し，燃焼発熱性試験に供した。試験は，指定性能評価機関の業務方法書 4） に準じ１に示す。塗装処理を施した試験体は、処理薬剤の種類

厚さ 18mm とした。

使用薬剤は一般的な無機薬剤であるリン酸･ホウ酸系（NBにかかわらず NB 系不燃および準不燃、FX 系準不燃とも
平均接触角 95 度のきれいな半円形の液滴を形成した。また、無処理無塗装の試験体も平均接触角 80 度の液滴を形系）と，注入後加熱により薬剤を不溶化するリン酸アミ

成したが、繊維方向に沿った楕円形の液滴となった。NB

ノ樹脂系（FX 系）の 2 種類を用いた。

系不燃および NB 系準不燃の無塗装の試験体は、平均接触

試験体は，表１に示す無処理試験体と薬剤処理試験体

角 25~30 度の楕円の液滴を形成したが、FX 系準不燃のを各 3 体作製した。薬剤処理試験体は，仕様（薬剤 2 種

31

	
 

表 1	
  試験体の処理条件	
 
試験体
の種類
1
2
3
4
5
6

薬 剤

NB系
（リン酸・ホウ酸系）
FX系（リン酸アミノ樹脂系）

薬剤量（kg/m3）
無処理
250 15

想定する
防火材料

150 15

準不燃材料

200 20

準不燃材料

塗 装

不燃材料

無し
無し
無し
有り
無し
有り

表 2	
  薬剤処理試験体の塗装条件	
 
1）

工 程

材料など

素地調整
下塗り
研 磨
中塗り1
中塗り2
研 磨
上塗り

#240研磨紙
ポリブタジエン樹脂系塗料#320研磨紙
ポリブタジエン樹脂系塗料
ポリブタジエン樹脂系塗料#400研磨紙
フッ素樹脂系塗料

塗布量2（g/m ）

18.4〜19.8
14.1〜15.9
12.3〜14.1
29.3〜31.5

1）固形分として

表 3	
  促進耐候操作の条件	
 無処理試験体
不燃試験体
準不燃試験体規 格
装 置
試料面放射照度
ブラックパネル温度
湿 度
水噴霧サイクル

暴露時間
	
 	
 500
	
 	
 500,	 1000	 	
 500,	
 1000,	
 1500
2000
JIS	
 A1415（WX-A）
JIS	
 K5600スガ試験器（株）
東洋精機（株）ウェザーメータ
ウエザオメータ
WEL-6XS-HC
ATLAS	 Ci4000
390W/m2
60W/m2（波長300〜700nm） （波長300〜400nm）
63 3℃
50%RH
70%RH
1サイクル2時間の中で18分間

図 1	
  接触角測定（液滴滴下後の状況）	
 左上：FX 系準不燃 − 塗装	  	  右上：無処理 ̶ 無塗装	 左下：NB 系準不燃 − 無塗装	  右下： FX 系準不燃 − 無塗装

無塗装の試験体は滴下直後に材面に吸収され液滴は形成されなかった。
各試験体の促進耐候処理の暴露時間と接触角の変化を
図２示す。無処理および NB 系不燃処理，NB 系準不燃処理の無塗装試験体は 500 時間の暴露で，液滴は滴下と同時に材表面に吸収され接触角は 0 となった。それに対し，

図２	
  促進耐候処理による接触角の変化	
 塗装を施した NB 系準不燃処理，FX 系準不燃処理の試験
体は，暴露経過時間とともに接触角は減少したものの，係を図４に示す。不燃試験体の総発熱量は，暴露 500 時

2000 時間暴露後も撥水性は保っており，目視観察でも塗間で大幅に大きくなり，暴露 1000 時間で更に上昇した。

膜は健全であった。

暴露 0 時間と 500 時間の間の総発熱量の差は，平均値で3.2	
  燃焼発熱性	 9.4 MJ/m2 であった。また，暴露 500 時間，1000 時間の試	  無処理試験体の暴露時間と総発熱量の関係を図３に示

験体では，加熱初期に着火が生じた。これは促進耐候操す。無処理試験体の総発熱量は，暴露 0 時間と 500 時間

作により暴露面の薬剤が溶脱したためと考えられた。

の間に差がなかった。このことから，無処理スギ材の総	  NB 系の準不燃試験体の暴露時間と 10 分間総発熱量の発熱量には，促進耐候操作の影響は無いと判断された。

関係を図５に示す。無塗装試験体の総発熱量は，暴露 500

NB 系の不燃試験体の暴露時間と 20 分間総発熱量の関	
 32

時間で大幅に大きくなり，その差は平均値で 9.4 MJ/m2 で120
加熱時間： ● 5分間▲ 10分間■ 20分間白抜きは平均値

総発熱量 （MJ/㎡）

100
80あった。暴露 500~2000 時間までの総発熱量は，平均値
では僅かな上昇が見られたものの，その差は小さかった。
暴露 500，1000，1500 および 2000 時間の試験体では，加60

熱初期に着火が生じ，不燃試験体と同様に薬剤の溶脱が40示唆された。
一方，塗装試験体の総発熱量は，暴露 0~2000 時間ま20で同程度であり，促進耐候操作を経ても増加しなかった。
0
0

500

1000

1500

また，暴露 0 時間の総発熱量は，無塗装の試験体よりも2000

2MJ/m2 程度高いが，これは加熱初期に燃焼した表面の塗暴露時間（時間）

料の発熱量が付加されたことが原因と考えられた。

図３	
  暴露時間と総発熱量の関係（無処理試験体）	
 

FX 系の準不燃試験体の暴露時間と 10 分間総発熱量の20

関係を図６に示す。FX 系準不燃試験体の総発熱量の傾向

総発熱量 （MJ/㎡）

加熱時間：■ 20分間
白抜きは平均値

は，無塗装，塗装試験体とも，ほぼ NB 系準不燃試験体と15同様であるが，無塗装試験体の暴露 500 時間までの総発熱量の増加は平均値で 4.1MJ/m2 と，NB 系準不燃試験体

10を大きく下回った。FX 系薬剤は，屋外使用を想定して，薬剤の溶脱を防ぐ成分が含まれている。このことが NB 系

5よりも促進耐候操作による溶脱が少なく，そのために総発熱量の増加が少なかった原因と考えられた。

0
0

500

1000

1500

2000

４．まとめ
薬剤処理試験体の屋外への使用を想定して，促進耐候暴露時間（時間）

図４	
  暴露時間と 20 分間総発熱量の関係（NB 系不燃試験体）	
 試験による耐候操作前後の，薬剤処理試験体の防火性能

20について検討した。

総発熱量 （MJ/㎡）

塗装の有無：● 無し，▲ 有り
白抜きは平均値（１）防火性能は，試験体の仕様（塗装の有無，薬剤の15種類）により，異なる挙動を示すことが分かった。
（２）無塗装では耐候操作の初期 500 時間で，大幅に防10火性能が低下することが分かった。
（３）塗装処理を行うことにより，当初の性能を維持で5きることが分かった。
今後は，屋外暴露試験を行い，薬剤処理試験体の耐候

0
0

500

1000

1500

2000

性についてのデータを蓄積する予定である。

暴露時間（時間）

図５	
  暴露時間と 10 分間総発熱量の関係（NB 系準不燃試験体）	
 本研究は農林水産省「平成 22 年度地域材利用加速化支援事業」の一環として、日本木材防腐工業組合からの委託により実施した。

20<参考文献>	
 

総発熱量 （MJ/㎡）

塗装の有無：● 無し，▲ 有り
白抜きは平均値１）	
  国土交通省：木造計画・設計基準，国営整第 20 号（平成 23 年

15

5 月 10 日）	  	  	  http://www.mlit.go.jp/common/000160684.pdf

10２）	
  河原崎政行，菊地伸一：薬剤処理木材の防火性能（その１）促
進耐候操作による耐候性の検討，日本建築学会大会（関東）学5

術講演梗概集，P133（2011）３）	
  鈴木秀和，土橋常登，菊地伸一，河原崎政行：薬剤処理木材の

0
0

500

1000
暴露時間（時間）1500

防火性能（その２）模型箱試験による中規模での評価，日本建2000

築学会大会（関東）学術講演梗概集，p135（2011）４）	
  (財)日本建築総合試験所：「防耐火性能試験・評価業務方法書」

図６	
  暴露時間と 10 分間総発熱量の関係（FX 系準不燃試験体）	
 33

P－8 木質バイオマスのニッケル、鉄触媒炭化による流体燃料の製造(北見工大) ○川上大輔、中川健太郎、服部和幸、鈴木京子、鈴木勉
1. 緒言
賦存量が最大で高品質のバイオマスである木材は、石油代替の流体燃料だけでなくケミカルス、マテリ
アル資源としての役割、使命を担っている。このよ
うな認識から、当研究室ではニッケル及び鉄を担持した木材の 850~900℃炭化による高機能（導電性＋高分子液相吸着能）炭素の製造を主眼とした流体燃料品質改善プロセスを開発中である 1-3)。炭化物が高

(a)

(b)

図１ Ni2wt%添加 500℃炭（a）、Fe3wt%添加 500

機能を発揮するのは、500℃炭中の超微粒金属（量子℃炭（b）の TEM 像（黒点が対応する金属粒子）

ドット生成）[図 1(a)、(b)]が例示するように、金属
原料塩を水溶液含浸で添加すると木材細胞壁中に高分散するためである。このことが 500℃以下で留出する液体の品質向上やこの温度以上で発生する可燃気体成分（主に水素）の増加に有効であることは、先に酢酸塩(Ace.)を Ni を 2wt%、Fe を 3wt%担持した針、広両樹木の 900°C 炭化で明らかになった 4-5)。今回は原料塩を硝酸塩(Nit.)に代えて液体、気体成分の留出、発生に及ぼす影響を調べた。
2. 実験操作
2.1 試料の調製
カラマツ（針葉樹、L）、ダケカンバ（広葉樹、B）の両木粉（粒径 0.50-1.40mm）に金属 Ni として 2wt%
含まれるように酢酸ニッケル[Ni(CH3COO)2･4H2O, Ni-Ace.]、硝酸ニッケル[Ni(NO3)2･6H2O, Ni-Nit.]を、金属 Fe として 3wt%含まれるように酢酸鉄 [Fe(OH)(CH3COO)2, Fe-Ace.]、硝酸鉄[Fe(NO3)3･9H2O, Fe-Nit.]
をそれぞれ水溶液含浸で添加した。
2.2 炭化
減圧乾燥後、
上記触媒添加試料 2g を平底のステンレス容器に採り、目皿付きの縦型石英反応管に移した後、キャリアの Ar を 23.2mlSTPcm-2min-1 で上方送入しながら室温から 10℃/min で 900°C まで昇温した。この
温度を 1h 保持した後反応管を室温まで冷却し、残存炭化物を秤量した。この量は、含有金属割合を調べ、木材重量基準で表した。比較用に、両樹木の金属無添加木粉(None)も同様に炭化した。
2.3 液体、気体成分の分析
上記炭化中に生成した液体成分は、氷水トラップで捕集して全重量を測定し、無水 MgSO4 で脱水した後クロロホルム（CF）で抽出した。CF 抽出分を油分、全量と油分の差を水分とし、油分については GC-MS クロ
マトグラム、1H-NMR スペクトル、CHON 割合、粘度、密度を測定した。油分の低位発熱量は、Dulong の式で求めた。気体成分は、5 つの温度域（100-300°C, 300-500°C, 500-700°C, 700-900°C, 900°C 保持）に分
けてガスバッグで捕集し、容積を測定した後 TCD-ガスクロ（活性炭カラム）により H2、CO、CH4、CO2 の組成を調べ、各温度域と 500°C 以上における累積発生量と低位発熱量を計算した。

34

3. 結果と考察
3-1. 液体、気体成分の生成状況
表 1 に各木材試料の生成物分布を示した。ここでロスは主に反応管に付着した非低分子化液体の固化物に相当し、100−(炭化物+油分+水分+気体)として表した。Ace.、Nit.共に Fe、Ni 添加では None より炭化物と気体が増加し、油分と水分が減尐した。また、Fe-Nit.では両樹木共に Fe-Ace.より炭化物と気体が増加して油分と水分が減尐した。
表 1 900℃炭化における生成物分布
試料

炭化物(%)

油分(%)

気体(%)

水分(%)

ロス(%)

①

23.50

26.70

18.88

25.80

5.12

L-Fe-Ace. ②

23.85

24.35

26.85

22.11

2.84

L-Fe-Nit.

③

24.65

20.90

31.34

20.63

2.48

L-Ni-Ace

④

23.60

25.59

27.03

22.19

1.59

L-Ni-Nit

⑤

24.27

22.67

28.45

22.09

2.52

B-None

⑥

20.63

28.77

17.81

27.54

5.25

B-Fe-Ace. ⑦

21.03

27.57

24.48

23.64

3.28

B-Fe-Nit.

⑧

21.78

23.20

30.47

21.96

2.59

B-Ni-Ace

⑨

20.75

28.10

25.78

23.40

1.97

B-Ni-Nit

⑩

21.64

25.20

27.46

23.17

2.53

L-None3-2. 液体成分(油分)の性状と燃料品質
表 2 に各木材試料由来油分の特性をまとめた。

L-Fe-Ace.

Fe-Nit.の粘度、密度、発熱量は Ni-Nit.と同等で、Nit.では Fe は Ni と同程度の改質効果を備えて
い る こ と が 確 認 さ れ た 。 ま た 、 Fe-Nit. で はFe-Ace.より発熱量が小さく、粘度が高く、密度TMS↓はほぼ同等であり、燃料品質は Ace.に劣ることがわかった。これらの両油分は、GC-MS によれ
ば、構成成分の種類や量に大きな違いはなかったが、1H-NMR スペクトルによる芳香族水素やリL-Fe-Nit.

グニンのメトキシル基の分解程度は Nit.<Ace.であり(図 2)、このことが上記した品質の違いの主因と考えられる。なお、脂肪族アセチル基水素はカラマツでは Fe-Nit.<Fe-Ace.であり、ダケカン
TMS↓

バではほぼ同等となった。油分の色はダケカンバ
では Fe-Nit.と Fe-Ace.は共に赤褐色であったが、カラマツでは Fe-Nit.は黄褐色、Fe-Ace.は赤

10.0

8.0

6.0

4.0

2.0

化学シフト σ(ppm)

褐色であり、ヘミセルロースの分解程度が異図 2 油分の 1H-NMR スペクトルなることが示唆された。

350

表 2 各木材試料由来油分の特性
密度

粘度(g/cm3,(Pa･s,

20℃)

20℃)

L-None1.260

L-Fe-Ace.

試料

元素組成(%)

低位発熱量

C

H

N

Oa)

(kJ/g-Oil)

0.921

59.5

6.28

0.76

33.5

20.42

1.230

0.471

62.5

6.14

0.58

30.8

21.46

L-Fe-Nit.

1.232

0.797

60.8

6.08

0.84

32.3

20.86

L-Ni-Ace

1.225

0.347

62.3

6.15

0.77

30.8

21.40

L-Ni-Nit

1.230

0.605

60.7

6.09

0.84

32.4

20.82

B-None

1.226

0.431

59.3

6.30

0.67

33.7

20.35

B-Fe-Ace.

1.200

0.237

61.6

6.14

0.50

31.8

21.14

B-Fe-Nit.

1.209

0.341

60.5

6.07

0.78

32.7

20.75

B-Ni-Ace

1.193

0.180

61.2

6.17

0.59

32.0

21.01

B-Ni-Nit

1.203

0.223

60.4

6.10

0.79

32.7

20.72

a)100-(C+H+N)

3-3. 気体成分の性状と燃料品質
図 3 に各温度域におけるガス発生量を示した。Fe-Nit.では両樹木共に Ni-Nit と同じく 500℃以上で H2 発
生量が顕著に増加し、発熱量でも遜色は無かった(表 3)。
また、Fe-Nit.は Fe-Ace.に比べて 500℃以下での CO、
CO2 発生量が多く H2 発生量は尐なかったが、700-900℃の H2 発生量は上回った。その結果 Fe-Nit.の総 H2
発生量、発熱量は Fe-Ace.と同等となった。同じ状況がダケカンバでも観測された。

H2
H2

ガス発生量(mlSTP/g-木材)

140

CO
CO

CH4
CH4

CO
CO2
2

120
100
80
60
40
20
0
12345123451234512345123451234512345123451234512345

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

⑧

1:100-300℃, 2:300-500℃, 3:500-700℃, 4:700-900℃, 5:900-1h
図 3 各温度域におけるガス発生量

36

⑨

⑩

表 3 各木材試料由来気体の累積発生量と発熱量
100-900℃(1h 保持)
試料

H2

CO

CH4

500℃-900℃(1h 保持)
CO2

H2(mlSTP/g-木材)

CO

CH4

CO2

(mlSTP/g-木材)

低位発熱量(kJ/g-木材)

L-None

82.0

68.8

28.1

43.1

79.0

40.6

23.3

7.8

2.45

L-Fe-Ace.

155.1

78.6

26.9

71.0

148.5

46.7

20.4

23.4

3.30

L-Fe-Nit.

160.9

79.0

23.7

93.2

152.7

51.0

19.2

19.8

3.31

L-Ni-Ace

173.4

81.4

22.4

69.3

164.2

52.7

17.9

24.4

3.40

L-Ni-Nit

166.2

85.6

20.4

74.7

159.3

51.9

15.0

23.6

3.29

B-None

72.6

64.7

27.9

40.9

69.5

35.2

22.2

5.3

2.22

B-Fe-Ace.

124.3

69.3

22.2

64.7

118.1

43.1

17.1

19.0

2.74

B-Fe-Nit.

136.5

72.9

20.3

94.4

132.3

44.8

16.1

16.0

2.90

B-Ni-Ace

154.4

77.1

19.1

60.4

149.1

50.2

14.2

19.1

3.11

B-Ni-Nit

152.4

79.0

18.9

74.3

147.1

46.7

13.6

21.3

3.01

4. 結言
原料塩を Ace.から Nit.に代えても Fe では油分及び気体の品質において Ni に特に大きく劣らなかったが、
Fe、Ni 共に Nit.では Ace.より油分の品質がやや劣り、気体の品質は同等であった。陰イオン種の違いが主に油分に現れるのは、油分の留出温度域 500℃以下で Nit.と Ace.の熱分解挙動が異なるためであるが、500℃以
上ではどちらの塩も金属として存在するので気体の発生状況には大きな差が現れなかったことになる。ただし、炭化物収率は Nit.が Ace.を上回り、油分のマイナス分をカバーした。従って、どちらの塩を選択するかは、得られる生成物からは決定されず、循環・再使用のための炭化物からの回収・再生行程に依存する。

参考文献
1) T. Suzuki et al., J. Wood Sci., 53, 54-60 (2007)
2) 鈴木勉, ケミカルエンジニアリング, 53(2), 57-60 (2008)3) 鈴木勉, 川上大輔, 鈴木京子, 服部和幸, 日本エネルギー学会誌, 90(6), 541-546 (2011)4) K. Suzuki et al., J. Wood Sci., 55, 60-68 (2009)5) 川上大輔, 池田雄亮, 服部和幸, 鈴木京子, 鈴木勉, 第 20 回エネルギー学会大会講演要旨集, 64-65 (2011)37

P‑9 檜山地方研究林内におけるステーク試験による道産材の耐朽性評価（北大農）○高梨隆也、（北大院農）石原亘、澤田圭、小泉章夫、平井卓郎、佐々木義久（北大 FSC）故・夏目俊二【概要】
木材の耐朽性試験は、JIS Z 2101 に記載されている方法が一般的であるが、こうした室内試験は単一菌を用いて行うため再現性が高く短時間で行える一方で、野外での気象条件や多様な腐朽菌の影響などが反映されず、実際の劣化現象を正しく評価するには充分ではない。屋外における腐朽を検討する際には、ステーク試験などが有効であるが、試験期間が数年に及ぶこともあり、その報告例は数例１）２）があるのみである。
今回の試験では、ハルニレ、ネグンドカエデ、ニセアカシア、シンジュ、トドマツの５樹種より試
験体（ステーク）を作製し、屋外（北大 FSC 檜山研究林内）において約４年間かけて腐朽させた。ス
テークの設置後、約 1 年おきに、目視による被害度の判定及び縦振動法による動的ヤング率の測定を行い、腐朽状態の経時的変化を把握することにした。
試験の結果、試験開始より 4 年目には、ニセアカシアを除く全樹種のステークのほとんどに白色腐朽が確認され、ネグンドカエデ及びシンジュの 2 樹種においては特に腐朽の進行が著しかった。一方で、ニセアカシアにおいては腐朽の進行はほとんど確認できず、極めて高い耐朽性が示された。
また、白色腐朽においては、目視による被害度判定と縦振動法によるヤング率測定がおおよそ対応しており、それぞれ腐朽状態の把握にある程度有効であることが推察された。
【材料及び方法】〔ステークの作製〕
表１ トドマツ高温乾燥材の乾燥スケジュール
試験体（ステーク）に用いた材料はいずれもトドマツ高温乾燥材
A条件
B条件
道産材であり、広葉樹は早生樹を中心とした 4
気温（℃） 湿球（℃） 時間（ｈ）
気温（℃） 湿球（℃） 時間（ｈ）
種で、いずれも北海道大学札幌キャンパスで生
0
95
16
0
95
16
130
95
4
120
95
7
育し台風で倒木した樹種である。針葉樹はトド
120
95
12
105
90
23
マツ心材部より作製した。このうちトドマツに
105
95
12
90
65
20.5
90
65
6
おいては、天然乾燥材の他に、北海道立総合研
究機構林産試験場内で製造された 2 つの異なる高温乾燥材（乾燥条件Ａ，Ｂ）を用意し、乾燥条件が耐朽性へ与える影響を検討することにした。高温乾燥材の乾燥スケジュールは表１に示す。
ステークは、以下の①～⑦についてそれぞれ 15 本ずつ、合計 105 本を作製した。
①ハルニレ（Ulumus davidana var. japonica）②ネグンドカエデ（Acer negundo）③ニセアカシア（Robinia pseudeoacacia）④シンジュ（Ailanthus altissima）⑤トドマツ（Abies sachalinensis）： 天然乾燥材⑥トドマツ： 高温乾燥材Ａ条件⑦トドマツ： 高温乾燥材Ｂ条件
ステークの寸法は 450～500(L)×20(R)×20(T)㎜で、木口からの劣化を防ぐために両端にエポキシ樹脂を塗布した。
〔試験地の設定〕
試験地は北海道大学檜山研究林内（北海道檜山郡上ノ国町）の列
状間伐跡地に設けた。試験地の選定理由は、①当該地は間伐後の一図１ プロットの設置概況
時期にワサビ畑として利用されており、土壌が有機質に富みかつ比較的均質であると考えられること、②試験地近くに沢があり、日当たりも悪く高湿度であること、③
檜山地方の気候は道内においては温暖で、また年間降水量も比較的多いこと、以上の３点より腐朽菌の活動期間が比較的長いと考えられるためである。
試験地内にはプロットを 3 つ（Ａ，Ｂ，Ｃ）設定し、各樹種 5 本ずつ（計 35 本）のステークを各プ
ロット内にランダム配置した。プロットの位置関係を図 1 に、各プロットにおけるステークの配置概況を図 2 に示す。

38

〔腐朽の評価法〕
ステーク試験は 2008 年 7 月 21 日より行い、以後2009 年 7 月 17 日、2010 年 5 月 8 日、2011 年 5 月 31
日の計 3 回、現地にて腐朽状態の把握を行ない、2011
年 10 月 13 日にステークを回収、実験室内にて腐朽状態の最終的な確認を行った。各調査日は最も腐朽が進むと考えられる 8～9 月を跨いで設定した。
腐朽状態の評価方法は、①縦振動法による動的ヤン
グ率の測定、②目視よる被害度の判定によって行い、目視による腐朽被害度の判定は、表 2 に示す森林総合研究所の用いる 6 段階評価１）に準じて行うことにした。なお、目視による判定はステークの地表より下部を評価対象とした。

図 2 プロット内のステークの設置概況【結果及び考察】
全樹種とも腐朽部は白く変色していたことから、腐朽形態はいずれも白色腐朽であると考え
被害度
腐朽状況
0
健全
られる。各樹種の平均動的ヤング率の経時変化
1
部分的に軽度の虫害または腐朽を図 3 に、平均腐朽被害度の経時変化を図 4 に
2
全面的に軽度の虫害または腐朽示す。腐朽被害度 5 で、菌害により破断したス
32の状態のうえに、部分的に激しい虫害または腐朽
テークについては、ヤング率を 0 として表現す4
全面的に激しい虫害または腐朽
5
虫害または腐朽によって形がくずれるることにした。なお、トドマツ（各条件）のヤング率に関しては、初期値（2011 年 7 月 21 日
測定）のデータが欠損している。図 3 及び図 4 より、全般的な傾向として以下の点が指摘できる。
① 今回の試験に用いた樹種のうち、耐朽性は高いものより順に、ニセアカシア＞トドマツ（各乾燥条件）＞ハルニレ＞ネグンドカエデ＝シンジュ、となった。なお、トドマツにおいては、今回の乾燥処理条件が耐朽性に与える影響はみられなかった。
② ニセアカシアを除く全樹種で、腐朽開始より 2 年を過ぎた頃から、急速に腐朽の進行が進む傾向がみられる。
③ 目視による被害度の判定と、ヤング率の減少傾向はおおよそ対応している。
今回の研究では、目視、あるいは縦振動法のような非破壊的方法で、白色腐朽の進行状態をある程度把握することができた。
表 2 目視による腐朽の被害度の 6 段階評価法

12.0

5

4
目視による被害度：平均値

動的ヤング率（GPa）

10.0

8.0

ハルニレ

6.0

ネグンドカエデ
ニセアカシア

4.0

シンジュ

ハルニレ
ネグンドカエデ
ニセアカシア3

シンジュ
トドマツ（天然乾燥材）
トドマツ（高温乾燥材Ａ条件）

2トドマツ（高温乾燥材Ｂ条件）

トドマツ（天然乾燥材）

1

トドマツ（高温乾燥材Ａ条件）

2.0

トドマツ（高温乾燥材Ｂ条件）

0

0.0
2008
7.21

2009
7.17

2010
5.8

2011 20115.31 10.13

2008
7.21

調査年月日

2009
7.17

2010
5.8

2011 20115.31 10.13

調査年月日

図 3 腐朽に伴う各樹種の平均動的ヤング率の経時変化

図４ 腐朽に伴う各樹種の平均被害度の経時変化

39次に、各樹種のステークごとのヤング率の経時変化、及び被害度判定による樹種ごとの腐朽被害度の経時変化を図 5～18 に示す。なお、各ステークのヤング率の経時変化をみた場合、一部に不自然なヤング率の大きな変動がみられるが、これは現地での測定の際、ステークに土壌が付着していたことや、同一ステーク内の含水率に偏りがあるために生じたものと考えられる。
16

15

12
ステーク本数

動的ヤング率（GPa）

14
10
8
6
4

10
被害度5
被害度4
被害度3
被害度2
被害度1
被害度0

5

2
0

2008
7.21

2009
7.17

2010
5.8

2011
5.31

0

2011
10.13

2009
7.17

2010
5.8

2011
5.31

2011
10.13

調査年月日

調査年月日

図 5 ハルニレにおける各ステークのヤング率の経時変化

図 6 ハルニレにおける腐朽被害の経時変化

16

15

12
ステーク本数

動的ヤング率（GPa）

14
10
8
6

10

5

4
2
0

2008
7.21

2009
7.17

2010
5.8

2011
5.31

0

2011
10.13

被害度5
被害度4
被害度3
被害度2
被害度1
被害度0

2009
7.17

調査年月日

図 7 ネグンドカエデにおける各ステークのヤング率の経時変化

2010
2011
5.8
5.31
調査年月日

2011
10.13

図 8 ネグンドカエデにおける腐朽被害の経時変化

16

15

12

ステーク本数

動的ヤング率（GPa）

14

10
8
6

10

5

4
2
0

0

2008
7.21

2009
7.17

2010
5.8

2011
5.31

2011
10.13

被害度5
被害度4
被害度3
被害度2
被害度1
被害度0

2009
7.17

2010
5.8

2011
5.31

2011
10.13

調査年月日

調査年月日

図 9 ニセアカシアにおける各ステークのヤング率の経時変化

図 10 ニセアカシアにおける腐朽被害の経時変化

16

15

12

ステーク本数

動的ヤング率（GPa）

14

10
8
6

10

5

4
2
0

2008
7.21

2009
7.17

2010
5.8

2011
5.31

0

2011
10.13

調査年月日

図 11 シンジュにおける各ステークのヤング率の経時変化

40

被害度5
被害度4
被害度3
被害度2
被害度1
被害度0

2009
7.17

2010
2011
5.8
5.31
調査年月日

2011
10.13

図 12 シンジュにおける腐朽被害の経時変化

16

天然乾燥

天然乾燥

15

12
10

ステーク本数

動的ヤング率（GPa）

14

8
6
4

10
被害度5
被害度4
被害度3
被害度2
被害度1
被害度0

5

2
0
16

0

高温乾燥 A 条件

15

高温乾燥 A 条件
調査年月日

調査年月日

12
10

ステーク本数

動的ヤング率（GPa）

14

8
6
4

10

5

2
0

0
16

高温乾燥 B 条件
調査年月日

15

高温乾燥 B 条件
測定年月日

12
10

ステーク本数

動的ヤング率（GPa）

14

8
6
4

10

5

2
0

2009
7.17

2010
5.8
調査年月日

2011
5.31

0

2011
10.13

図 13 トドマツにおける各ステークのヤング率の経時変化

2009
7.17

2010
2011
5.8
5.31
調査年月日

2011
10.13

図 14 トドマツにおける腐朽被害の経時変化

図 5～14 の結果より、各樹種の腐朽の進行特性について以下の指摘ができる。
① ハルニレにおいては、健全と判定されるステークが多い一方で、試験開始 3 年目以降、急激な腐朽（被害度 5）をみせるステークも約 3 割を占め、特徴的な腐朽の進行状態が観察された。
② ネグンドカエデにおいては、試験開始 2 年目以降、全般的にヤング率の著しい低下傾向が観察され、また目視による被害度の判定結果とおおよそ対応する傾向がみられた。
③ ニセアカシアにおいては、ヤング率には経時変化がみられず、極めて強い耐朽性が示された。
④ シンジュにおいては、ネグンドカエデと同様の傾向がみられた。
⑤ トドマツにおいては、ステーク毎で腐朽の進行状況が大きく異なるものの、全体的には緩慢な腐朽の進行が観察された。
特筆できるのは、白色腐朽であってもハルニレのように急激に腐朽が進む例があるという点である。
今回の試験で、縦振動法による動的ヤング率の測定及び目視による被害度判定により、白色腐朽の進行状況を経時的にモニタリングすることができ、これら手法が腐朽状況の把握にある程度有効であることが示唆された。一方で、進行が比較的緩慢とされる白色腐朽であっても、条件によっては急速に腐朽する場合がある。こうした樹種と腐朽の関係を推測するためには、腐朽現象についてのより多方面からのアプローチが必要であると考察される。
〔謝辞〕本試験のトドマツ高温乾燥材は北海道立総合研究機構林産試験場、伊藤洋一氏より提供いた
だいた。衷心より謝意を表する。
【参考文献】
１）雨宮昭二：林業試験場報告，150，144-156（1963）２）田中裕美，榎章郎，布施五郎：木材学会誌 Vol.35，4，372-381（1989）41

P-10 北海道産人工林材を活用した単板集成材の開発（１）
接着剤混入処理法を用いて製造した LVL ラミナの接着性能（道総研 林産試験場） ○古田 直之、宮﨑 淳子、宮内 輝久、大橋 義徳
１．はじめに「長期優良住宅普及促進法」の施行により、木造住宅の土台や大引等の腐朽や蟻害の恐れのある部分には保存処理木材や耐久性の高い部材の使用が求められている。また、同法や林野庁の「森林林業再生プラン」
等において地域材の利用促進が明記されたことなどから、国産製品へのニーズが高まっている。北海道の主要樹種であるカラマツ、トドマツは難浸透性であるため、一般的な加圧注入処理では土台に要求される保存処理基準の達成が難しい。本研究では、比較的簡便に材料の内部まで薬剤を浸透させる手段として、接着剤混入処理法を用いた LVL に着目し、既存の合板工場で製造した LVL ラミナを集成材工場で積層する新しい構造材「単板集成材（LVG）」の生産システムの確立を目指している。
単板集成材の開発にあたっては、十分な接着耐久性を有し、かつ土台に要求される保存処理基準を満たす必要がある。本報では、接着剤混入処理法を用いて製造した LVL ラミナについて、接着剤および薬剤の配合や熱圧条件が接着性能に及ぼす影響について報告する。
２．試験方法
２．１ LVL の製造
厚さ 3.17mm のカラマツ、トドマツ単板（470×470mm）を用い、10ply 構成の LVL を製造した。単板は合板工場で切削し、絶乾近くまで乾燥したものを使用した。接着剤の配合は表１に示す 3 条件とし、製造枚数は各条件 3 枚ずつとした。薬剤量はメーカーの仕様に従い、A 社は 2.5kg/m3、B 社は 3.5kg/m3 となるようにした。冷圧は 1MPa で 60 分とし、熱圧は 130℃で 0.8MPa、時間は 30、40、50 秒/mm とした。接着剤塗布量
は、標準配合（DC）においては片面あたり 20g/900cm2 とし、薬剤を混入したものは主剤量が標準配合と同じになるように調整した。LVL 製造時には各接着層端部に熱電対を挿入し、データロガー（グラフテック製
GL220）により熱圧時の接着層の温度を測定した。LVL の製造にあたっては、単板密度が各配合条件間でほぼ等しくなるように単板を振り分けた。
表１．接着剤と薬剤の配合

２．２ 接着性能試験製造した LVL について、単板積層材の日本農林メーカーと記号

DIC北日本ポリマ(株)規格に従い、以下に示す冷水浸せきはく離試験、

配合（部）

DC

DA

DB

煮沸はく離試験および水平せん断試験を行った。

フェノール樹脂接着剤

100

100

100

【冷水浸せきはく離試験】
各 LVL 原板から 75×75mm の試験片を 3 片ずつ採取した。試験片を室温の水中に 24 時間浸せきした後、70℃の恒温乾燥機で、試験片質量が試験前

小麦粉

10

10

10

炭酸カルシウム

16.6

16.6

16.6

重曹

3

3

3

水

8

8

8

薬剤（A社）の 100～110%の範囲になるように乾燥した。

5.2

薬剤（B社）【煮沸はく離試験】

合計

7.3
137.6

142.8

144.9

各 LVL 原板から 75×75mm の試験片を 3 片ずつ採取した。試験片を沸騰水中に 4 時間浸せきし、さらに室温の水中に 1 時間浸せきした後、70℃の恒温乾燥機で、試験片質量が試験前の 100～110%の範囲になるように乾燥した。
冷水浸せきはく離試験、煮沸はく離試験とも、上記処理を 2 回繰り返した後、4 側面におけるはく離長さを測定し、同一接着層におけるはく離長さの合計および以下の式からはく離率を算出した。
はく離率（%）＝（4 側面のはく離長さの合計）／（4 側面の接着層長さの合計）×100

42

【水平せん断試験】
各 LVL 原板から平使い方向用として 40×180mm、縦使い方向用として 30×180mm の試験片をそれぞれ 4片ずつ採取した。試験片を 20℃-65%R.H.の恒温恒湿室で重量が恒量に達するまで調湿した後、スパン 120mmの中央集中荷重方式のせん断試験を行い、次式によりせん断強さを算出した。
せん断強さ（MPa）＝（3P）／（4bh）
ここで、P は最大荷重(N)、b は試験片の幅(mm)、h は試験片の厚さ(mm) である。
３．試験結果３．１ 冷水浸せきはく離試験および煮沸はく離試験
冷水浸せきはく離試験および煮沸はく離試験における、はく離率および最大はく離長さを図１に示す。最大はく離長さとは、1 片の試験片における各接着層のはく離長さの最大値を示している。また、図中の接着剤配合の記号の後に付した数字は、熱圧時間を示している。いずれの接着剤配合においても、熱圧時間が長くなるほど、はく離率および最大はく離長さは減少した。はく離率はいずれも JAS 基準の「5%以下」を満たしているのに対し、最大はく離長さは JAS 基準である「接着層長さの 1/4」を超えるものが多く見られた。
最大はく離長さについて、標準配合（DC）では、カラマツにおいては熱圧時間 40 秒/mm で基準を満たしていたが、トドマツでは基準を満たすには 50 秒/mm の熱圧時間が必要であった。薬剤を添加した場合（DA、DB）は、両樹種とも 40 秒/mm では基準を満たすことができなかったが、50 秒/mm で基準を満たしており、標準配合よりも熱圧時間を延長することで十分な接着性能が得られることが確認された。
全体として、冷水浸せきはく離試験よりも煮沸はく離試験の方がはく離が小さい傾向が認められた。これは、煮沸処理の熱によって未硬化部分の樹脂の硬化が促進されたこと 1)によるものと考えられた。図２は、冷水浸せきはく離試験でのはく離率が比較的大きかった DC40、DB40 について、各接着層のはく離率を示したものである。表層部の 1、9 層目でははく離していないが、内層部の 3～7 層目ではく離が大きい傾向が認められた。
熱圧時の接着層の温度の一例を図３に示す。内層部に向かうほど接着層の温度は低下し、5 層目の解圧時の温度は 30 秒/mm で 80℃、40 秒/mm で 90℃、50 秒/mm で 100℃程度であった。熱圧時間が短い場合、内部JAS基準

図１．冷水浸せきはく離および煮沸はく離試験におけるはく離率と最大はく離長さ

43

DB50

DB40

DA50

DA40

JAS基準

DC50

DB50

DB40

DA50

DA40

DC50

JAS基準

トドマツ

冷水-最大値
冷水-平均値
煮沸-最大値
煮沸-平均値

DC40

最大はく離長さ(mm)

JAS基準

7
6
5
4
3
2
1
0
60
50
40
30
20
10
0

DC30

はく離率(%)

カラマツ

冷水-最大値
冷水-平均値
煮沸-最大値
煮沸-平均値

DC40

7
6
5
4
3
2
1
0
60
50
40
30
20
10
0

DC30

最大はく離長さ(mm)

はく離率(%)の接着剤の硬化が不十分となり、内層部のはく離が大きくなったものと考えられる。なお、多段プレスを用7積するため、接着層温度は比較的高温が維持されるが、6

本試験では、単段プレスにより 1 枚ずつ熱圧したこと

5

カラマツ DB40

4トドマツ DB40

3

ついては、平使い方向ではカラマツは全体の 26%、ト

表側

中心部

裏側

ドマツは全体の 87%がせん断破壊した。縦使い方向で

接着層

はトドマツは全体の 24%がせん断破壊し、カラマツは

図２．各接着層のはく離率

すべて曲げ破壊であった。
せん断性能は、カラマツ、トドマツとも JAS の最低の縦使い方向を除き、最高基準の 65V-55H を満たす性能を有していた。今回の製造条件においては、水平せん断強さは単板密度や節の有無等の単板自体の品質に温度（℃）

基準である 35V-30H を大きく上回り、カラマツの DB50

依存しており、接着剤配合や熱圧時間の影響は少ないものと考えられた。

30秒/ mm

50秒/ mm

40秒/ mm

表面
1層目
3層目
5層目

0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34

４．まとめ

180
160
140
120
100
80
60
40
20
0

9層目

には大きな差は見られなかった。試験時の破壊形態に

8層目

0
7層目

着剤の配合や熱圧時間が異なっても、水平せん断強さ

6層目

1
1層目

接着剤の配合とせん断強さの関係を図４に示す。接

5層目

2

4層目

３．２ 水平せん断試験

トドマツ DC40

3層目

くなったものと推察される。

カラマツ DC40

2層目で解圧後の温度低下が速くなり、はく離が比較的大き

はく離率（％）

いて複数枚を同時に熱圧した場合、解圧後に LVL を堆

接着剤混入処理法を用いて製造した LVL ラミナに

熱圧時間（分）ついて、接着剤および薬剤の配合や熱圧条件が接着性

図３．熱圧時の接着層の温度能に及ぼす影響について検討し、以下の結論が得られ謝辞
本研究は農林水産省 新たな農林水産政策を推進す
る実用技術開発事業（課題名：「北海道産人工林材を活用した低コストで高性能な単板集成材の開発と実用化」（H22-24））により実施された。

縦使い方向

65V-55H
50V-43H
35V-30H

図４．各接着剤配合と水平せん断強さ

参考文献
1) 井上明生：木材学会誌，38(10)，923-930（1992）

44

DB50

上回る性能を有していた。

せん断強さ(MPa)

少なく、カラマツ、トドマツとも JAS 基準を大きく

カラマツ
トドマツ
カラマツ平均値
トドマツ平均値

DB40・水平せん断強さは、接着剤配合や熱圧時間の影響は

65V-55H
50V-43H
35V-30HDA50/mm 以上の熱圧時間が必要であった。

DA40

延長する必要があり、JAS 基準を満たすには 50 秒

DC50・薬剤を添加した場合は、標準配合よりも熱圧時間をDC40

試験でのはく離が大きい傾向が認められた。

平使い方向

DC30

・全体的に煮沸はく離試験よりも、冷水浸せきはく離

14
12
10
8
6
4
2
0
14
12
10
8
6
4
2
0

せん断強さ(MPa)た。

P-11 カラマツにおける横圧縮特性の樹幹放射方向の変動（北林産試）○石倉 由紀子、松本 和茂

1. 緒言
木材の繊維方向の力学的性質は、髄付近の未成熟材と外側の成熟材で異なり、未成熟材は成熟材に比べ、繊維方向のヤング率等の値が低いことが報告されている。これは、未成熟材と成熟材で、木材の密度や、ミクロ
フィブリル傾角等の細胞壁構造が異なることに起因する。他方、木材繊維直交方向の力学的性質は、繊維方向の力学的性質と異なる木材の組織構造の影響を受ける。しかし、未成熟材と成熟材の木材繊維直交方向の力学的性質は、繊維方向の力学的性質に比べ、検討されている例が少ない。そこで、本研究では、北海道において重要な人工林材であり、国産造林樹種の中では比較的繊維方向の力学的性質に優れるとされるカラマツ(Larix
kaempferi)の横圧縮特性の放射方向の変動を調べるため、樹幹放射方向に連続した試験片を用いて、密度、年輪幅の測定と横圧縮試験を行った。
2. 実験方法
2.1 試験片の作製
試験木は、2010 年 10 月、北海道虻田郡京極町の 51 年生のカラマツ林分より採取した。長さ約 385cm のカ
ラマツ原木（1 番玉）の元口から約 120-370cm の部分より、厚さ約 6cm、長さ約 250cm の心通しの挽き板を製材し乾燥した。乾燥後の挽き板は、20℃，65%RH の恒温恒湿室に 1 ヶ月以上静置した。調湿後、挽き板の元口側端部から約 105cm までの部分より、放射方向に連続した半径(R)方向加力用試験片(20(T)×40(R)×20(L)mm)
を、約 105-160cm の部分より、放射方向に連続した接線(T)方向加力用試験片(40(T)×20(R)×20(L)mm)を作製した（図 1）。R 方向加力用試験片は、髄を含む試験片のある放射方向に連続した試験片(a)、髄を含む試験片のない放射方向に連続した試験片(b)の 2 種類とした。試験片はさらに 20℃，65%RH の恒温恒湿室で 1 ヶ月以上
調湿し、試験に使用した。試験には、放射方向に連続し、節等の少ない試験片を T 方向加力用 3 セット、R 方
向加力用(a, b)それぞれ 3 セット使用した。
2.2 横圧縮試験
調湿後の試験片は、重量、寸法、年輪幅の測定を行った後、横圧縮試験に使用した。試験は、万能材料試験機（オリエンテック製，テンシロン RTD-2410）を用いて、荷重方向を半径(R)、接線(T)方向として行った（図2）。クロスヘッド速度は、0.1mm/min とした。変形の測定は、荷重プレートの両端に設置した変位計を用いて行い、2 つの測定値の平均値を変形量とした。応力は、荷重を試験片の断面積で除した値とし、ひずみは、R
方向加力では試験片の R 方向寸法、T 方向加力では試験片の T 方向寸法に対する変形量の比とした。応力-ひずみ曲線より比例限度とヤング率を算出した。測定後の試験片は、105℃で恒量になるまで乾燥した後、重量の測定を行った。試験前の重量、寸法の測定値から試験片の気乾密度を、年輪幅の測定値から試験片の平均年輪幅を算出した。また、試験前の重量と乾燥後の重量から含水率を算出した。
3. 結果と考察
試験片の気乾密度は、髄からの距離が増加するに従い増加した。他方、試験片の平均年輪幅は、髄からの距離が増加するに従い狭くなる傾向が認められた。また、試験片の平均年輪幅は、髄を含む試験片よりも髄付近

45の試験片で広い傾向が認められた。試験片の含水率は、ほぼ等しかった。
ヤング率と比例限度の放射方向変動は、荷重方向によって異なる傾向を示した。すなわち、T 方向のヤング率は、髄からの距離が増加するに伴い増加する一方で、R 方向のヤング率は、髄付近と髄を含む試験片で低く、樹皮側の試験片において低下する傾向が認められた。T 方向の比例限度は、髄からの距離が増加するに従い増加する傾向が認められた。他方、R 方向の比例限度は、髄からの距離の増加に伴う明確な変化が認められず、樹皮側の試験片では低い場合が認められた。
T 方向のヤング率と比例限度は、試験片の気乾密度の増加に伴い高くなる傾向が認められた。R 方向のヤン
グ率、比例限度と試験片の気乾密度の関係は、明確な傾向が認められなかった。このことは、横圧縮特性の放射方向変動の要因が荷重方向により異なる可能性を示唆した。当日は、SEM 観察の結果を報告するとともに、
放射方向変動の要因について、考察した結果を報告する予定である。
謝辞
本研究の一部は、「平成 22, 23 年度新たな農林水産政策を推進する実用技術開発事業」（農林水産省，2010～2012 年度，課題番号 22070）の助成により行われた。

370
250

元口

120

105

Ra1 Ra2
Rb1 Rb2

55

Ra3
Rb3

T1

末口

T2 T3

単位: cm

図 1 試験片の作製方法
Ra1, 2, 3: R 方向加力用試験片(a), Rb1, 2, 3: R 方向加力用試験片(b),T1, 2, 3: T 方向加力用試験片

P

P

R方向

T方向

図 2 横圧縮試験の荷重方向
P: 荷重

46

P-12 インドネシアで植栽された Shorea balangeran の力学的性質（北大院農）○小出 智也、小泉 章夫、斎藤秀之（パランカラヤ大学）Gaman Sampang、Praiwa Yuda
1. はじめに東南アジアの熱帯泥炭湿地林では、森林伐採と土地開発によって荒廃地化が拡大している。熱帯泥炭湿地には二酸化炭素の貯留源、生物多様性の維持、また木質資源の供給など様々な役割があり、一刻も早い森林修復が求められている。森林修復における植林木として注目されているのが Shorea balangeran である。

S.balangeran はインドネシアのカリマンタン島に自生するフタバガキ科の高木種であり、冠水や強光といった熱帯特有のストレスに対して高い抵抗力を持っている(丸上 2009, 稲田 2009)。またその材はレッドメラン
チの 1 種であり、建築材に利用されるなど経済価値も高いため、中部カリマンタンでは環境造林と経済造林の両面で有望視されている。しかし S.balangeran の造林木としての力学的性質は不明であり、その性質は未成
熟材の影響を受けると考えられる。未成熟材は 10～15 年目まで形成される髄付近の材でありその強度は不安定で成熟材に比べて劣るものである。造林木は成長が早くこの未成熟材の割合が増加するため、一般的に天然木に比べて力学的性質は低下するといわれている。以上のことより、未成熟材の材質を踏まえて造林木の力学的性質を評価する必要がある。
2. 材料と方法
材料はインドネシアの中部カリマンタン、パランカラヤ大学の構内に 2003 年に植栽された 9 年生の

S.balangeran の造林木である。樹高 8.3 m、DBH 14.5 cm であり、高さ 10 cm で伐採した。その後 50 cm ごとの丸太を順に 5 つ切り出して、各丸太の末口と元口から厚さ 3 cm の円板を収縮率測定用と軟 X 線デンシト
メトリー測定用にそれぞれ切断した。残りの丸太は厚さ 3 cm の板にひき、含水率 12%前後まで恒温恒湿室で乾燥した後、2 cm×2 cm×30 cm の無欠点小試験体を全部で 56 本製作した。また現地で購入した

S.balangeran の天然木の製材 2 枚も乾燥後に 10 本の無欠点小試験体にして実験を行った。
初めに髄からの距離を記録し、気乾密度(WD）、動的ヤング率(Ed)、せん断弾性係数(G)、静的ヤング率(Eb)、
曲げ強さ(MOR)、縦圧縮強さ(CS)、せん断強さ(SS)、ブリネル硬さ(HB)をそれぞれ測定した。また髄からの距
離と他の測定値の相関性を調べ、測定値を天然由来の市販製材や既往のデータと比較した(Forest Prod Res
Ins… 1963)。その際に G はねじり試験(小泉ら 1997)、Eb、MOR、CS、SS、HB は JIS Z2101 に従って測定
した。
3. 結果
造林木の各測定値の平均値は以下の通りであった (表 1)。これは天然由来の市販製材や既往のデータと比べても同等もしくはそれ以上であった。
表 1 測定値の平均値
3

造林木
市販製材1
市販製材2
Forest Prod Res Ins...

(2011)(2011)(2011)(1963)

WD(Kg/m ) E d(GPa) G (MPa) E b(GPa) SS(MPa) CS(MPa) MOR(MPa) H B(MPa)
773
19.8
679
15.0
11.6
62.6
117
21
903
25.4
1063
20.3
11.2
67.3
135
24
804
18.9
899
16.2
9.68
55.7
109
17
890
16.0
5.70
52.6
94.2

次に丸太別の強度の比較を行った。その結果、1 番玉(地上高 10～60 cm)の強度が弱く、他の丸太は同様な

47

値を示していた(図 1、2)。よって髄からの距離と測定値の相関を見る際には 1 番玉を除外した。各測定値において髄からの距離との相関は特に見られなかったが、密度が 25 mm 以内において顕著に小さくなっていた(図3)。また髄からの距離に影響されやすいと言われているミクロフィブリル傾角や繊維傾斜について Ed/WD を指標とし、髄からの距離との相関を見たみたところ、距離が大きくなるにつれて Ed/WD が小さく、つまりミクロフィブリル傾角あるいは繊維傾斜が大きくなっていった(図 4)。全収縮率は接線方向で 10.2%、半径方向に 5.4%であった。
4. 考察
初めに 1 番玉における材質の低下に関してだが、これは熱帯の樹種特有の交錯木理によるもの思われる。地際では板根が含まれるため、それによって交錯木理がより激しくなり他の丸太に比べて低い値をとったと考えられる。
髄からの距離と測定値との間には密度以外は目立った点が見られなかった。密度が髄に近づく程減少していくのはチークなどの樹種で見られる現象であり、道管の割合が増えるためであると考えられている。

S.balangeran においても同様であるのか、もしくは 25 mm 付近において未成熟材の境が存在するのか、今後
軟 X 線デンシトメトリーによって調べてみる必要がある。いずれにしても髄からの距離と強度面においては相関はなく、造林木の測定値は天然木や過去の文献と比べて同等かそれ以上であったため、今回の造林木において未成熟材の影響は確認出来なかった。またミクロフィブリル傾角あるいは繊維傾斜を示す指標が一般的な傾向と異なり、髄から離れる程小さくなっていった。これについての原因は不明であり、今後試験木を増やして検討していく必要がある。
以上のことより S.balangeran の造林木の力学的性質は未成熟材に影響されず、9 年生の段階でも用材として十分に利用することができると言える。しかしながら 25 mm 以下で密度が小さく未成熟材の存在の可能性も否定することは出来ない。今回は 1 つの樹木でのデータであったため、今後は造林木、天然木ともにデータを増やしていく必要があるだろう。
160

25

140
20

120
100
曲
げ 80
強
さ 60

静 15
的
ヤ
ン 10
グ
率
5

40
20
0

0

1

2

3

4

5

1

図 1 曲げ強さの丸太別の平均値

2

3

4

図 2 静的ヤング率の丸太別の平均値

48

5

0.84

35.0

0.82

30.0

0.8

25.0

密度

0.78

20.0

0.76

Ed/WD

0.74

15.0
10.0

0.72

5.0

0.7
0.68

0.0

0

10

20

30

40

50

60

0

髄からの距離

10

20

30

40

50

60

髄からの距離図 3 密度と髄からの距離の相関

図4Ed/WD と髄からの距離の相関5. 参考文献
Forest Products Research Institute 1963: Indonesian commercial wood, Bogor, Indonesia
稲田友弥 2009: 荒廃した熱帯泥炭地の造林樹種 Shorea balangeran の育苗に適した被陰と灌水条件. 北海道
大学農学部

卒業論文

小泉章夫・飯島泰男・佐々木貴信・岡崎泰男

1997: 秋田県産スギ材の強度特性(第 2 報) 挽材の強度. 木材学

会誌 Vol.43, No.2, p.210-214
丸上裕史 2009: インドネシアの泥炭湿地に自生する造林樹種 5 種の湛水抵抗性と植栽適地への提言. 北海道
大学農学部

修士論文

49

P-13 住宅部材として用いられる高温乾燥材および MDF の耐朽性・耐蟻性（ 道 総研林 産 試） ○森（ 京 大生 存研 ） 吉村

満範 ，伊 藤 洋一 ，大 崎 久司 ，戸 田 正彦 ，東智則

剛 ， 中山 友栄

1. は じめに
従来，建築材料として汎用されているカラマツ，トドマツの心去り材に対しては，中高温の乾燥条件が用いられている。しかし，心持ち材に対しては割れ等を防止するために，より高温の 乾 燥条 件が 必 要と なる 。一方 ，「 長 期優 良住 宅 の普 及の 促 進に 関す る 法律 」が 施 行さ れ，構 造
躯体の劣化対策が益々重要となった。今後は，軸材料のみならず，面材料等の床上部分の多様な 部 材に つい て も耐 久性 の 把握 ある い は耐 久性 向 上策 を考 慮 する 必要 が ある 。
本研究では，道産カラマツおよびトドマツを住宅部材として利用することを目的とし，想定される高温乾燥条件における耐朽性および耐蟻性について検討した。また，今後，構造用面材
料 と して 利用 の 増加 が見 込 まれる MDF に つい て も同 様の 検 討を 行っ た 。
2. 実 験方法
2.1 高 温乾燥 を 実施 した カ ラマ ツお よ びト ドマ ツ の耐 朽性 ・ 耐蟻 性試 験
道 産 のカ ラマ ツ （ 120(T)×120(R)×900(L) mm） お よびト ド マツ （118(T)×118(R)×3,650(L)mm） の正 角材 に 対し ，表 1 に 示し た ような 3 種 の乾 燥 条件 によ り 人工 乾燥 を 行っ た。 乾 燥後 ，
こ れ らの 表面 近 傍から 20(T)×20(R)×20(L) mm の 試験 片 を採 取し ， 耐朽 性試 験 およ び室 内 防蟻試 験 に供 した 。 耐朽 性試 験は JIS Z 2101-1994 に準 じて 行 った 。PDA（ 200ml） を 入れ たポ リ カ
ー ボ ネー ト製 の 容器（100×110×100mm，口径 75mm）に オ オウ ズラ タ ケあ るい は カワ ラタ ケ を接種 し ，菌 叢が PDA 表面 に 蔓延 した も のを 培養 基 とし て用 い た。 室内 防 蟻試 験に つ いて は， 強 制
摂 食 試験 およ び 選択 摂食 試 験を 行っ た 。強 制摂 食 試験は JIS K 1571-2004 に 準 じて 行い ， 選択
摂 食 試験 は試 験 体を シロ ア リ飼 育槽 に 1 ヶ 月あ る い は 2 ヶ 月 間設 置す る こと によ り 行っ た。
表1

乾燥スケジュールにおける最高温度と時間
カラマツ

記号
A
B
C

条件
高温（厳しい）高温（標準）
中高温

乾球温度（最高） ℃
120
120
90

トドマツ

時間 h
備考
18
心持ち
6
心持ち
65
心去り，心持ち乾球温度（最高） ℃
120
120
80

時間 h 備考
24
心持ち
4
心持ち
4
心去り

※いずれも仕上がり含水率は17％

2.2 MDF の耐 朽 性・ 耐蟻 性 試験
表 2 に 示 した よ うに ，密 度 や原 料比 率 等を 変え た MDF（厚 さ 9mm）か ら 30×30×9mm の試 験 片を採取し，耐朽性試験および室内防蟻試験に供した。耐朽性試験は（社）日本木材保存協会規格 第 3 号 1992 に 準じ て 行い ，2.1 と 同 様の 培 養基 を用 い た。 室内 防 蟻試 験に つ いては 2.1 と同 様 の方 法で 実 施し た。
3. 結 果と考 察
3.1 カラ マツ お よび トド マ ツの 乾燥 条 件と 耐朽 性 ・耐 蟻性
カ ラ マツ 試験 体 を用 いた 強 制摂 食試 験 の結 果を 図 1 に示 し た。 心持 ち 材お よび 心 去り 材の 質
量 減 少率 につ い ては ，心 持 ち材 を対 象 とし た乾 燥 条件 であ る「 高温（ 厳 し い）」（ A）お よび「 高

50

表2
チップ比率

密度
(g/cm3)
0.69
0.78
0.69
0.62

番号

材料

A1
A2
A3
A4
ブナ
スギ

MDF
MDF
MDF
針葉樹合板
ブナ
スギ

番号

材料

密度 (g/cm 3)

B1
B2
B3
B4
B5
ブナ
スギ

MDF
MDF
MDF
MDF
MDF
ブナ
スギ

0.69
0.69
0.69
0.69
0.78

ラワン
60%
60%
60%

古材
40%
40%
40%
－

MDF 試 験 体
硬化剤

寸法等

○
○
×

30×30×厚さ9 mm
3ply，30×30×厚さ9 mm
30(T)×30(L)×10(R) mm
20((T)×20(R)×10(L) mm

－
－

チップ比率
ラワン
スギ
100%
100%
100%
100%
100%

硬化剤

特殊レジン

防腐防蟻剤

寸法等

×
×
×
×
×

×
×
×
○
×

×
×
○
×
×

30×30×厚さ9 mm－－

30(T)×30(L)×10(R) mm
20((T)×20(R)×10(L) mm

20

温（標 準 ）」（ B）と，心 去 り材 の人 工 乾燥 で
一 般 的 な 「 中 高 温 」（ C） で ほ ぼ 同 等 の 値 を

質量減少率の変動は認められなかった。こ

質
量
減
少 10
率

れ ら のこ とか ら ，心 持ち 材 を A お よ び B の％示した。カラマツの選択摂食試験および耐
朽性試験についても，乾燥条件に起因する（ ）条件で乾燥しても耐朽性・耐蟻性に影響を0

与えないことがわかった。一方，トドマツ

Aについてもカラマツと同様の結果が得られ

B

C

心持ち

た。

C
心去り

図 1 強制摂食試験におけるカラマツ
乾燥材の質量減少率

3.2 密度 や原 料 等が 異な る MDF の 耐 朽性 ・
耐蟻性
MDF の 耐 朽 性 試 験 お よ び 室 内 防 蟻 試
験 で は各種 MDF の 質 量 減少 率が 対 照材
より低く，腐朽菌やシロアリに対して
抵 抗 性を 有す る と考 えら れ た（図 2）。
ま た ，MDF の 各 条件 間に お いて 顕著 な 差に つ いて は以 下 の傾 向が 認 めら れた 。
密 度 ：高 い＜ 低 い
樹 種 ：ラ ワン ＞ スギ

25
質
量 20
減
少 15
率
10
％
5
（ ）

異は認められなかったが，質量減少率

30

0
B1

硬 化 剤・ 防腐 防 蟻剤 ：添 加 ＜無 添加

B2

B3

B4

B5

スギ辺材

図 2 強 制 摂 食 試 験 に お け る 各 種 MDF の
質量減少率

特 殊 レジ ン： 添 加≒ 無添 加

【謝辞】
本 研 究 は ， 平 成 22 年 度 京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 居 住 圏 劣 化 生 物 飼 育 棟 （ DOL） ／ 生 活 ・ 森 林 圏 シ ミ ュ
レ ー シ ョ ン フ ィ ー ル ド（ LSF）共 同 利 用 研 究（ 課 題 番 号： 22DOL/LSF-06）に よ り 実 施 し た 。本 研 究 を 遂行するにあたり，多大なご協力をいただいたホクシン株式会社に感謝の意を表します。

51

P-14 グイマツ の枝 樹皮組織 における 主要 ジテルペノイド の 集積
（北林産試）○関

1.

一人、折橋

健、佐藤真由美、岸野正典、斎藤直人

緒言
樹木における樹皮の基本的な機能のひとつとして、病原菌、植食性昆虫および哺乳類などの天敵に対して、樹木自身を物理的および化学的に防御することが知られている。一般的に成熟した樹皮
組織は、外側に死滅組織であるリチドーム、内側に生組織である二次師部からなる。マツ科の針葉
樹は、樹皮の二次師部において、テルペノイドを主要成分とするオレオレジンを生産して、天敵に対して自らを恒常的に化学的防御する 1) 。これに対して、コルク層に被覆されているリチドームは
専ら物理的防御を担当すると考えられており 2) 、化学的防御に関する知見は乏しい。
サハリンやクリル諸島南部から北海道へ林木樹種として導入されたグイマツ（Larix gmelinii var.
japonica）は、本州中央部から導入されたニホンカラマツ（L. kaempferi）と比較して、北海道在来の野ネズミであるエゾヤチネズミ（Myodes rufocanus bedfordiae）の樹皮食害に対して高い抵抗性が認められるとともに、樹皮の化学的防御との関連性が多数の先行研究で示唆されてきた 3, 4) 。一方、
林 木 育 種 に よ り 両 樹 種 か ら 高 鼠 害 抵 抗 性 や 高 初 期 成 長 性 な ど の 優 良 形 質 を 備 え た グ イ マ ツ 雑 種 F1が創出されており、1990 年代から実用化されている。また、両樹種の樹皮化学組成の違いを利用した当該雑種苗の高精度判別に関する技術 5) も開発されている。
そこで本研究では、樹木の化学的性質を利用した新たな林木育種開発に関する基礎的情報の取得に向けて、グイマツの枝樹皮組織における主要ジテルペノイドの組成および集積分布について検討するとともに、その分布と樹皮形成過程との関係について考察した。
2.

実験方法

2.1

樹皮ジエチルエーテル抽出物からの主要ジテルペノイドの単離同定

北海道立総合研究機構

林業試験場

道東支場（新得町）において、30 年生グイマツよりリチドームの発達した生枝（地上高約 8m、枝齢 10～15 年、直径 3～4cm）を採取し、実験に供するまで直ち に -20℃ の 冷 凍 庫 に 保 存 し た 。 枝 樹 皮 を 液 体 窒 素 存 在 下 で 粉 砕 し た の ち 凍 結 乾 燥 し 、 乾 燥 粉 砕 物
300g をジエチルエーテルに浸せきして室温で抽出した（3L×2、各 1 日間）。得られた抽出物をアルカリ水溶液への可溶性に基づいて、中性画分と酸性画分に分けた。中性画分と酸性画分をシリカゲ
ルカラム、分取高速液体クロマトグラフィー（HPLC）などに供することにより化合物 1-8 が得られた。単離精製した化合物 1-8 は、核磁気共鳴（NMR）スペクトル、質量スペクトル（MS）、赤外線（IR）スペクトル分析などにより同定した。
2.2

リチドームおよび二次師部における主要ジテルペノイドの定量

12 個体のグイマツから 2.1 と同様に枝を採取し、最新に形成された周皮を境にしてリチドームと二次師部を正確に分離した。得られたリチドームと二次師部をそれぞれ液体窒素存在下で粉砕した
のち凍結乾燥した。200mg の乾燥粉砕物を 10mL 容遠沈管に入れ、内部標準物質として 800μg のheptadecanoic acid を含む 4mL の石油エーテル－ジエチルエーテル（1:1, v/v）で超音波洗浄機を用いて 10℃以下で 1 時間抽出したのち、遠心分離した。得られた上清のうち、1mL は乾燥機に入れて乾燥試料に対する抽出物含有量を測定し、他の 1mL は窒素気流下で乾燥させたのちジアゾメタン含有52

ジエチルエーテルを添加してメチル化を図った。メチル化試料はガスクロマトグラフィー（GC）分析に供し、グイマツ樹皮から単離同定した化合物 1-8 を標準物質として検量線を作成して、化合物
1-8 の乾燥試料中における含有量を算出した。
2.3

枝樹皮組織の顕微鏡観察

樹皮を含む枝の横断面を実体顕微鏡で観察した。
3.

結果と考察
グイマツ樹皮のジエチルエーテル抽出物の中性画分よりラブダン型ジテルペノイド 1-4、同酸性画

分 よ り ア ビ エ チ ン 型 ジ テ ル ペ ノ イ ド 5-7、 ピ マ ラ ン 型 ジ テ ル ペ ノ イ ド 8 が 得 ら れ た 。 そ れ ら は 、
13-epimanool (1)、larixol (2)、larixyl acetate (3)、13-epitorulosyl acetate (4)、abietic acid (5)、neoabietic
acid (6)、dehydoroabietic acid (7)、isopimaric acid (8)と同定された（Figure 1）。これらのジテルペノ
イドは、グイマツの近縁変種で、シベリア東部、モンゴル北東部、中国北東部に広く分布するダフ
リアカラマツ（L. gmelinii var. gmelinii）の樹皮の石油エーテル抽出物中にも認められており 5) 、グ
イマツとダフリアカラマツとは、ジテルペノイド生合成に関してほぼ近似したプロセスを有することが示唆された。
グイマツ枝のリチドームにおける石油エーテル－ジエチルエーテル抽出物量は、二次師部のそれよりも有意に高かった（Table 1）。ジテルペノイド 1-8 はリチドームおよび二次師部ともに含有していたが、リチドームにおける各ジテルペノイドの含有量は、二次師部のそれよりも有意に高かった（Table 1）。また、グイマツ枝の断面を実体顕微鏡でOH観察したところ、オレオレジンを含有した樹脂孔と見られる組織構造がリチドーム内に点在していることが認められた（Figure 2）。
一般にマツ科の針葉樹は、テルペノイドを主要成分

R1とするオレオレジンを二次師部における樹脂嚢や樹R2

1 R1 = CH3 , R2 = H
2 R1 = CH3 , R2 = OH
3 R1 = CH3 , R2 = OCOCH3
4 R1 = CH2OCOCH3 , R2 = H

脂道などの内分泌構造において生産するとともに貯蔵する 1) 。二次師部外側部では、木部の肥大成長に伴う接線応力により、柔細胞や樹脂道などは肥大化することが知られている 7) 。このことより、二次師部外側部において、オレオレジンの含有量が高いことが推定された。また、生組織である二次師部は形成層から分化する一方、リチドームは非透水性コルク層の周皮が二次師部外側部を取り込みながら形成され、取り込ま

COOH

COOH

5

6

COOH

COOH

7

8

れた二次師部は死滅する 8) 。したがって、グイマツの主 要 ジ テ ル ペ ノ イ ド の リ チ ド ー ム へ の 偏 在 性 （ Table1）は、 オレ オレ ジン の 二次 師部 外側 部へ の偏 在性 お
よびリチドームの形成機構に起因することが示唆された。
これまでにテルペノイドによる化学的防御において 、 そ の 集 積 に 関 す る コ ス ト -ベ ネ フ ィ ッ ト が 議 論 されている 9) 。今回の結果では、グイマツの枝樹皮組織

53

Figure 1. Labdane (1-4)-, abietane (5-7)-, andpimarane (8)-type diterpenoids isolated from thediethyl ether extract of Larix gmelinii var.
japonica branch bark.

において、主要ジテルペノイドの樹体最外側部の死滅組織であるリチドームへの偏在性は、天敵に対して有効な化学的防御を配置可能であることが考えられた。また、スベリン化したコルク層で被覆された組織内に防御物質を集積することにより、潜在的細胞毒性を有する防御物質を自身に対して安全に、さらに光や空気による防御物質の酸化防止を図れるなど安定的に貯蔵可能であることが示唆された。

Table 1. Contents of the petroleum ether-diethyl ether extract and composition of the constitutive diterpenoids
in the rhytidome and the secondary phloem in branch bark of Larix gmelinii var. japonica.
Rhytidome(mg/g)

Secondary phloema(mg/g)

b

P

c

Mean

Range

SD

Mean

Range

SD

62.31

45.56 － 84.52

14.03

48.70

31.62 － 74.63

13.69< 0.001

13-Epimanool (1)1.970.71 － 3.47

0.96

1.52

0.34 －

3.09

0.90< 0.001

Larixol (2)3.84

2.09 － 6.25

1.27

2.47

1.26 －

3.47

0.75< 0.001

Larixyl acetate (3)2.280.40 － 4.00

1.09

1.51

0.34 －

3.22

0.76< 0.001

13-Epitorulosyl acetate (4)1.87

0.96 － 3.24

0.66

1.20

0.49 －

2.25

0.57< 0.001

Abietic acid (5)1.86

0.91 － 3.09

0.67

1.07

0.40 －

1.95

0.43< 0.001

Neoabietic acid (6)0.27

0.12 － 0.44

0.11

0.24

0.11 －

0.41

0.11

0.001

Dehydroabietic acid (7)0.600.32 － 1.03

0.26

0.39

0.20 －

0.64

0.13

0.001

Isopimaric acid (8)2.17

1.44 － 3.31

0.59

1.37

0.62 －

2.84

0.65< 0.001

Total of the diterpenoids

14.60

8.24 － 19.78

3.59

9.53

6.00 － 11.88

1.99< 0.001

Petroleum ether-diethyl ether
extract
Diterpenoids

n = 12abased on the dry weight of the rhytidomebbased on the dry weight of the secondary phloemc
P values are resulted by analysis of the differences in the ether extract and diterpenoid contents between thesecondary phloem and the rhytidome in the branch bark of each individual tree using Wilcoxson’s signed-ranks test

Rc
R
Pe
Sp
Vc

Figure 2. Transverse section of a partly circumferenceof Larix gmelinii var. japonica branch, which isincluding rhytidome (R), periderm (Pe), secondary
phloem (Sp), vascular cambium (Vc), and secondary
xylem (X). There are frequently some resin cavities(Rc) (arrows) filled with oleoresin in the rhytidome.
Bar = 5 mm.

X

54

参考文献
1. Langenheim JH (2003) Plant resins: chemistry, evolution, ecology, and ethnobotany. Timber Press,
Portland.
2. Kučera LJ, Bergamin L (2003) The structure, function and physical properties of bark. In: Vaucher E,
Eckenwalder JE (eds) Tree bark: a color guide. Timber Press, Portland, pp 23-37.
3. Hayashi E, Iizuka K, Sukeno S, Kohno K (1998) Relationship between resistance to vole browsing andcontent of ether extract in bark of larch species and hybrids. J For Res 3: 119-122.
4. Sato M, Seki K, Kita K, Moriguchi Y, Hashimoto M, Yunoki K, Kofujita H, Onishi M (2009)
Comparative analysis of diterpene composition in the bark of the hybrid larch F 1 , Larix gmelinii var.
japonica ×L. kaempferi and their parent trees. J Wood Sci 55: 32-40.
5. 関

一 人 , 佐 藤 真 由 美 , 岸 野 正 典 , 来 田 和 人 , 内 山 和 子 , 大 西 正 男 (2010) 雑 種 識 別 方 法 . 特 開2010-216993.
6. Chernenko GF, Ivanova EE, Demenkova LI, Shmidt ÉN (1991) Extractive substances in the bark of
Larix dahurica. Khim Prir Soedin no 4: 580-582.
7. Srivastava LM (1964) Anatomy, chemistry, and physiology of bark. In: Romberger JA, Mikola P (eds)
International review of forestry research, I. Academic Press, San Diego, pp 203-277.
8. Evert RF (2006) Esau's plant anatomy: meristems, cells, and tissues of the plant body: their structure,function, and development, 3rd ed. John Wiley & Son, Hoboken.
9. Gershenzon J (1994) Metabolic costs of terpenoid accumulation in higher plants. J Chem Ecol 20:
1281-1328.

謝辞
本研究の一部は、科学研究費補助金（課題番号 20580166）の助成を受けて実施された。

55

日本木材学会 北海道支部講演集 第 43 号－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
平成 23 年 11 月 11 日 発行
編集人 玉井裕
発行人 菊地 伸一
発行所 日本木材学会 北海道支部〒060-8589 札幌市北区北 9 条西 9 丁目
北海道大学農学部内－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－