鳥取県産業技術センター研究報告 No.14 (2011)

高比重圧密化木材の寸法安定性
Dimensional Stability of High-Density Compressed Wood

谷岡晃和・木村伸一
Akikazu Tanioka and Shinichi Kimura
電子・有機素材研究所 有機材料科

材長 50 cm の高比重圧密化木材を製造し、各部の寸法安定性を煮沸試験により評価した。その結果、製造時に温度上昇、低下が遅れる繊維方向の中央部、半径方向の中層部において膨潤率が高く、寸法安定性が低かった。さらに、心材率の高い部位においても膨潤率が高く、材料の木取りが圧密加工後の寸法安定性に影響することが分かった。

1.

はじめにmm（接線方向、T）×500 ｍｍ（繊維方向、Ｌ）の木材は圧密化により各種強度性能の向上が期待無欠点板目材を採取し、圧密化木材の製造に供した。

される 1)。鳥取県産業技術センターでは、これまで

なお、供試材料は年輪が比較的均一に分布し、接線にスギ材の圧密加工について検討し、比重 1 程度の方向に対して年輪傾斜角の小さい同一の二方柾のス“高比重圧密化木材”の製造と製品化に関わり、印ギ角材から採取したものを用いた。供試材料は心辺鑑用材等の製品化に成功している 2)。しかしながら、材を含み、平均含水率は 25％、平均年輪幅は 2.9 mm、現状では、高比重圧密化木材の製造、活用は小木工

平均気乾比重は 0.39 であった。

品用途に留まっており、用途拡大を図るには、より大寸法で、寸法安定性の高い高比重圧密化木材の製

2.2圧密化木材の製造造技術が必須である。大寸法の高比重圧密化木材の2.2.1 装置

製造は、材内を均一に水蒸気処理することが困難で圧密化木材の製造には高温高圧成形プレス装置あるので、製造した圧密化木材の長さ方向、厚み方（HTP 型-50/250 型 日阪製作所製）を用いた。当該

向、幅方向の各部において寸法安定性が異なってく

装置は、圧力容器内にプレス機構を組み込んだ構造る。さらに、各部の異なる寸法安定性は製造後の養を有する。圧力容器内に据えつけた木材試料の水蒸生期間、切削加工時、木製品として使用する際等に気処理および圧縮加工が可能である。また、容器内部材の歪み、ねじれといった変形を引き起こすおその減圧機構、水浸漬による容器内の木材試料およびれがある。

プレス部の冷却機構を備える。

今回、材長 50 cm の高比重圧密化木材を製造し、各部の寸法安定性を煮沸試験により評価した。
また、

2.2.2 製造供試材料を放射方向に 67％圧縮し、仕上がり目標製造時の材各部の温度を測定し、寸法安定性と処理厚み寸法 40 mm（R）、目標気乾比重 1.0 の圧密化木温度の点からも考察を加えた。

材を製造した。圧縮は木表側に載荷することにより2.

実験方法行った。加工に際しては試料の接線方向への伸長を2.1供試材料抑制するため、側面の拘束を行った。

鳥取県産スギ材から 120 mm（放射方向、R）×48- 13 -なお、圧密加工の工程は次のとおり。減圧→常圧復帰、加熱（室温→130℃、15 分）→温中間２度保持（130℃、30 分）→圧縮→加熱（130℃→180℃、R

484010 分）→温度保持（180℃、30 分）→脱気→冷却（給L水、循環、排水）→圧縮解除

T2.3

500 中央木表

圧密化木材製造時の材温測定

中央中央木裏端部 中間１（木口）図 1 材温測定位置

圧密加工中の供試材の表面および材内の温度を500

熱電対により測定した。測定位置は試料の木口面、

40

繊維方向中央の木表側表面、木裏側表面、横断面中表層（木表）中層表層（木裏）央部および木口と中央を三等分する位置の横断面中

48

40央部の 6 点とした（図 1）。横断面中央部の熱電対取

10 測定
方向

50048R

り付けにあたっては、供試材側面より横断面中央位

L 側１中T側２ 端置まで熱電対挿入用の孔を穿孔の後、熱電対を挿入、孔開口部はアルミテープおよびエポキシ樹脂系接着剤で密封した。熱電対はデータロガーに接続し、経時的に測定温度の記録を行った。

40放射方向試験片

中間 中央144035 測定
方向

接線方向
試験片

図 2 膨潤試験片採取位置「側 2」試験片と呼ぶ（図 2）。

なお、材温測定にあたっては、加工中の圧縮操作による熱電対の破断、損傷を避けるため、測定は圧

なお、膨潤試験には 2.3 で材温測定に供した試料とは別の試料を用いた。

縮操作前後において異なる試料を用いて別々に行った。圧縮までの温度経過は上記 2.1 の供試材料の寸煮沸試験前、および試験後に試験片重量を測定し、比重および含水率を算出した。

法を有するものについて熱電対を取り付け、測定を試験片を沸騰水中に浸漬し、煮沸処理を行った。

行い、圧縮以降の温度経過については上記 2.2.2 の製

煮沸処理時間を 30 分とし、5、10、20、30 分経過時造条件により予め製造した圧密化木材に熱電対を取において沸騰水中より試験片を取り出し、接線方向り付けて測定を行った。得られたそれらの温度測定の寸法をマイクロメータにて測定し、膨潤率を算出

結果を組み合わせ、設定した製造条件における供試した。

材の温度経過とした。

2.4

煮沸による膨潤試験

3.

結果と考察

3.1

圧密化木材の製造と養生時の寸法変化

製造した圧密化木材を室内にて長期間の養生の製造した圧密化木材は端部の厚みは平均 40mm、後、試料の繊維方向の端部、中央部、その中間部の中央部の厚みは平均 42mm であった。長期間室内養3 箇所において 10 mm（R）×40 mm（T）×40 mm

生の後、膨潤試験に供する試験片採取の時点におい（L）の試験片を放射方向に各 3 ヶ採取した。本報て、端部の厚みは平均 38mm、中央部の厚みは平均告において、それら放射方向採取試験片を木表側か41ｍｍと、養生中の乾燥に伴う収縮がみられた。木ら「表層（木表）」、「中層」、「表層（木裏）」試験片

口部および材表面に目立った割れ等は認められなかと呼ぶ。また、別の試料の端部、中央部、その中間った。

部の 3 箇所から 35 mm(R)×14 mm（T）×40 mm（L）の試験片を T 方向に各 3 ヶ採取した。それら接線方3.2

向採取試験片を心材率の小さな側から「側 1」、「中」、- 14 -

圧密化木材製造時の材温端部、材中央、木表、木裏の温度測定結果を図 3

に示す。端部、木表の温度は全般において概ね設定られる。

した温度スケジュールにそった経過がみられた。木
裏の温度経過は初期の温度上昇時において端部、木3.3

表に比較して、やや遅れがみられたが、木裏温度が3.3.1

煮沸膨潤率
試験片の含水率と気乾比重130℃に達した経過時間 30 分以降においては、端部、煮沸試験に供した試験片の含水率を表 1、2 に示

木表、木裏とも同様の経過を示した。初期の温度上す。試験片の含水率は放射方向試験片では端部の平昇の遅れは、試料および治具の上方に水蒸気導入部

均含水率は 12.8％、中間、中央のそれは 19.5％、19.4％を備える装置の構造によるものと考えられる。材中であり、端部に比較して中間、中央の値は高かった

央の温度上昇は端部、木表、木裏に比較して 130℃ものの、中間と中央はほぼ同様の値であった。又、に達するのに約 40 分、180℃に達するのに約 30 分遅各部とも中層の値が表層に比較して高かった。接線れた。これは、試料の端部木口面から仮導管を通じ方向試験片では端部、中間、中央の平均含水率はそて材内に水蒸気が進入し、それに伴い材温が上昇す

れぞれ、12.6％、13.8％、15.6％であった。各部ともるためである。図 4 に示す端部、中間 1、中間 2、材中の含水率が側に比較して高かった。

中央の温度測定結果をみると、端部から離れるに従煮沸試験に供した試験片の気乾比重を表 3、4 にい、温度上昇が遅れる経過がみられた。端部、中間、示す。試験片の平均気乾比重は放射方向試験片では中央の材内各位置において温度上昇に遅れがみられ端部は 1.02、中間 0.96、中央 0.96、接線方向試験片たものの、材中央部の温度は木材試料の軟化を目的

ではそれぞれ 1.00、0.98、0.95 と端部が中間、中央に設定した温度条件 130℃、形状固定効果をねらいよりも高い値であった。これは膨潤試験片を採取し設定した 180℃に達しており、今回設定した温度スた圧密化木材の端部の厚みが中央よりも小さく、すケジュールは、その点において適当であったと考えなわち、端部が中央部に比較して圧縮率が高い状態にあったことによるものである。放射方向試験片で温度 （℃）

200

は表層（木表）の比重が最も高く、次いで中層、表端部
材中央
木表
木裏

150層（木裏）であった。接線方向試験片では側 1 の比重が最も高く、次いで、中、側 2 であった。側 1、10050

表 1 含水率（放射方向試験片） 〔単位：％〕

00306090120150

繊維方向位置180

経過時間 （min）

表層（木表）

図 3 材温測定結果（端部、中央、木表、木裏）

温度 （℃）

200
端部
中間１
中間２
材中央

150

端部

中間

中央

11.2

16.8

16.5

14.4

21.3

21.5

19.1

表層（木裏）

12.7

20.3

20.1

17.7

平均12.819.5

19.4

表 2 含水率（接線方向試験片） 〔単位：％〕

繊維方向位置50
0306090120
経過時間 （min）

150

14.8

中層

1000平均180

図 4 材温測定結果（端部、中間、材中央）

中間中央

側１12.5

13.6

15.013.7中13.114.4

16.7

14.7

側２12.1

13.3

15.1

13.5

12.6

13.8

15.6

平均- 15 -平均端部

膨潤率が最も小さく、煮沸 30 分の時点でそれぞれ、

表 3 気乾比重（放射方向試験片）

繊維方向位置

6.6％、5.9％、4.8％であった。側 1 では端部、中間

平均端部

中間

中央

表層（木表）

1.04

1.01

1.02

1.02

中層

1.04

0.94

0.93

0.97

表層（木裏）

0.98

0.92

0.92

0.94

平均

1.02

0.96

0.96の膨潤率は煮沸 30 分時点で約 6％とほぼ同様で、中央のそれは 8.0%と、やや高かった。中では中間、中央の膨潤率は約 8％とほぼ同様であった。
側 2 では、煮沸初期において中間、中央は同様の膨潤率を示し
煮沸時間 5 分以降、中央のそれが大きくなり、たが、煮沸 30 分時点の値は中間 8.3％、中央 10.7％であっ

表 4 気乾比重（接線方向試験片）

繊維方向位置端部

中間

中央

側１0.970.970.940.96

中0.990.98

0.940.97

側２1.041.00

0.971.00

1.00

0.980.95

平均た。圧密加工時に温度上昇の遅れる繊維方向の中央平均および接線方向の中で、膨潤率が高い傾向がみられた。しかしながら、繊維方向中央において、温度上昇の遅れる中に比較して、
側 2 の膨潤率が高かった。
側 2 は側 1、中に比較して心材率が高く、放射方向試験片でも心材部の表層（木裏）側の膨潤率が高か中、側 2 の試験片の外観を観察すると、辺材に比較ったことから、心材率の高さが高い膨潤率に関係しして比重の高い心材の占める割合、心材率が側 2 でているものと推察される。
製造した高比重圧密化木材の繊維方向、放射方向、最も高く、次いで中、側 1 であった。心材率の相違、木取り位置が比重の相違を招いたものと考えられる。

厚み方向の各部において放射方向の寸法安定性が異なることが分かった。今回は煮沸試験による評価を3.3.2行ったが、より一層の寸法安定性の付与、均一性を煮沸膨潤率

放射方向試験片の膨潤率を図 5 に示す。表層（木きく、次いで表層（木裏）、表層（木表）という傾向

15102525202015105がみられた。煮沸時間 30 分の中層の膨潤率は中央膨潤率 （％）

度までの増加が大きかった。中層の膨潤率が最も大20膨潤率 （％）

い膨潤率は増加した。その増加は煮沸の初期 5 分程

中央
中間端部膨潤率 （％）

25表）、中層、表層（木裏）とも、煮沸時間の経過に伴

15105050020.1％、中間 13.5％、端部 3.5％であった。各層とも

10 20 30
煮沸時間 （分）繊維方向中央の膨潤率が最も大きく、次いで中間、表層（木表）端部であった。
端部の膨潤率は煮沸時間 30 分の時点

00

10 20 30
煮沸時間 （分）0中層

10 20 30
煮沸時間 （分）表層（木裏）

図 5 膨潤率（放射方向試験片）

で、表層（木表）3.7％、中層 3.5％、表層（木裏）（木裏）の膨潤率が高かった。
接線方向試験片の膨潤率を図 6 に示す。側 1、中、側 2 とも、煮沸時間の経過に伴い膨潤率は増加した。
その増加は放射方向試験片のそれに比較して、やや直線的なものであった。側 1、中、側 2 とも端部の- 16 -10515015
膨潤率 （％）

裏）を比較すると、中間、中央では、心材側の表層膨潤率 （％）

位置ほど高くなった。また、表層（木表）、表層（木中央
中間端部膨潤率 （％）

152.9％。膨潤率の値は圧密加工時に温度上昇の遅れる

10500102030105001020300102030

煮沸時間 （分）

煮沸時間 （分）

煮沸時間 （分）側１中側２

図 6 膨潤率（接線方向試験片）

求めるには圧密製造時の形状固定に要する時間を長供する材料の木取りが加工後の寸法安定性に関くする等の方策を検討する必要がある。

係することが分かった。
以上のことから、より寸法安定性の高い高比重圧4.

おわりに密化木材の製造するためには、材内の温度変化を一今回、材長 50 cm の高比重圧密化木材を製造し、各部の寸法安定性を煮沸試験により評価し、以下の様とする方策のみでなく、材料の木取りについても考慮する必要がある。

結果を得た。
(1)繊維方向では、材端部に比較して温度上昇、低下が遅れる材中央部の膨潤率が高かった。

文献
1) 木質新素材ハンドブック編集委員会; 木質新素材ハンドブック, 技報堂出版, p.406(1996).

(2)放射方向では、表層に比較して中層の膨潤率が高かった。

2) 京盛健一; 木材の圧密加工－スギ圧密材の印材(3)接線方向では、温度上昇が遅れる位置において、心材率が高い側面部の膨潤率が高く、圧密加工に- 17 -としての利用－, ハイテクインフォメーション,
No.161, p.25-27(2005).