平成9年度 研究報告 大分県産業科学技硝センター

スギ圧密財製造技術の開発
山本幸雄・石井信義
日田産業工芸試験所

Development of Manufactu㌘ing Methods for Co耶）reSSion WoodOf Sug抽勤如欄肌泡鬼鱒流離‖on）
Yukio YÅM亜王OTO・ⅣobuyosiISIヱ

HitaIndustrialÅpt Division
要旨
大分県の森林資源，特にスギの蓄積量は全国でもトップクラスである．しかし，スギは柱や足場用板など素材のまま利用されることが多い．スギは軟質であり表面に傷がつきやすいため，家具などへ利用されることは少ない．このように軟質なスギを硬くすることができれば，今よりも用途が広がると考えられる。また，スギを硬化するのと同時に表面を加飾すれば，より高い付加価値をつけることが可能である。ところで，木材を圧宿することによって生じた変形は，ドライングセットで一時的に固定できることは古くから知られていたが，水および熱の作用によりその変形が回復してしまうため，表面層加飾技術には応用できないという問題点があった℡最近の研究で，木材を圧密しその変形を維持したまま1800C，川Pa程の飽和水蒸気で数分間処理すると内部応力が解放され，その結果，変形を永久固定できることが明らかになっている．そこで，この技術を利用し表面層を加飾し変形を永久に固定する技術を開発することを目標に研究を進めた．

スギについてもこの処理方法が有効であることが確認さ

1 はじめに大分県の森林資源について，森林面積は46万haで全国れている。

19位，うち民有林は40万ha（17位）あり，そのうちの22万

そこで，この技術と横圧縮性に優れているスギの特徴ha（‖位）が人工林である．また民有人工林蓄積は（民有人を木材の表層加飾に応用し，変形を永久に固定した表面工林に植わっている蓄積量）は5600万m3で全国第2位，そ加飾をつくる技術を開発することを冒標とした，のうちのスギ蓄積量は椚00万m3で第1位である．また木材

ところで，表面層加飾技術へこれらの技術を応用する生産量は110万m3（第4位）で，うちスギは88万m3（第2位）

ためには，表面層のみを圧密する必要があり，そのためである．りには，圧密する部分（表面層）と圧密しない部分（基このように，スギについてみると，大分県は蓄積量及台）との闇に大きな圧縮強度のコントラストが必要であび生産量とも全国トップクラスである。しかし，生産さる。木材の強度は含水率が高くなるほど低くなる4）ことがれる多くのスギは，柱や足場用板などが多く．ラ住宅用の知られている．このことから，表面層のみに吸水させ基床や壁，家具などに用いられることは少ない。これは，台を気乾状態に保つことができれば，両者の間に大きなスギが軟質であるためである．スギを硬くすることがでコントラストを生じさせることができ，表面層のみを圧きればタ 住宅用の床や壁，家具などに利用することも可密することが可能となる。また，木材はセルロース，へ能である．また，スギを硬化するのと同時に表面を加飾

ミセルロ…ス，リグニンを主成分とする高分子であるた

すれば〉 より高い付加価値をつけることが可能である．

め温度が上昇しても〉強度は低くなる5）ことが知られてお木材の表面層加飾技術については，今日まで様々な研りク 表面層のみを加熱することができれば表面層のみを究が行われてきている．しかし，それら研究の多くは，樹脂を含浸させたり2），3），ドライングセットでその変形圧密するのにより有利である．
2 実験を固定しているためタ 含浸が不均一だったり，含浸した2。1横圧縮試験

木材の処理が困難だったり，水および熱の作用により加上述のとおり，木材の強度はブ含水率や温度の上昇に飾が回復してしまうという問題があった白伴い低下する。そこで，吸水量や温度が木材の強度に及ところが近年，変形させた木材を高温高圧の水蒸気でぼす影響を調査するため吸水量や温度を変化させて横圧短時間処理すると，その変形が永久に固定され，水や熱縮試験を行った㊤の作用によっても回復が生じないことが明らかにさた．4〉

ご1平成9年度 研究報告 大分県産業科学技術センタ脚試験機購㍉ 王購開馴社製万能試験機（5568，最大容量10mmとし芦 ボールエンドミルで彫った。それぞれの溝の50kN）を用いた。供試射にはラ 寸法28批圧縮方向）×深さはタ 幅の半分とした￠ また，満と溝の間隔は，1m氾か2紆ご）×50（L）mmの無節のスギを′開いた 一部の試験片はら10皿況までとした。また，材の軸方向と溝の向きが5 平

気乾常温で，その他の試験片は減圧吸水処理後そのまま行及び垂直になるようにした．

24時間放置しき 常温で水中に浸漬したままブ または水中3 結果に浸漬したまま600C〉 950Cまで加熱しぅ 吸水量および材3．1横圧縮試験

温を変化させたときのひずみと応力の関係を求めた。ク

供試材の密度は軋33g／七m3＞含水率は気乾常温では13i2‰

ロスヘッドの変位速度は3mm／迅inとした．

飽水常温は26潤∋ 飽水600Cは235覧う 飽水950Cは205％で2。2 吸水試験
木材は，軸方向，半径方向，接線方向でその物理的性質が大きく異なる。特に浸透性については軸方向が最も良いが，短時間で吸水させるには限界がある．そこで，吸水性および軸方向の浸透性を調べるために吸水試験をあった。試験結果をFig。1に示す9 気乾常温の弾性域の上限は2。9肝aでク このときのひずみは0902ヲ 吸水常温では1亀8粥Paで0。40，吸水600Cでは1。2Hpaで0。05タ 吸水950Cでは0誹蜘でOpO7であった。この結果からラ 横圧縮強度は含水率（吸水量）や温度の上昇にともない低下すること行った．
供試材はタ 寸法25ほ）×30（T）×3鋸巨250†200。150，が確認された書
このことからラ基台と表面層の横圧縮強度コントラス

ま00（L）皿mの無節のスギで，両木工の太秦から10mmを除くすべての部分をシリコーン樹脂でコーティングした◎ その後ブ13。3kPaにて20分間減圧吸水処理しタ減圧直後夕減トを大きくするためには，吸水950C，吸水60DCラ 吸水常温の順で有利なことがわかった。
3】2 吸水書式験

圧後大気圧Fにてそのままの状態で0￠5，1ヲ2，4，6ぅ ま2，供試材の密度は0ぁ29gノ知3であったb吸水試験の結果を2那寺間放置した後の重量増加凝を測り，吸水性を調べた。
その後ラ 試験片を繊維方向と平行に切断し，軸方向の浸Fig夢2に示す魯 長さ100mmの試験片の吸水量とはかの試験片の吸水量を比較すると芦100mmの試験片の吸水量が極端通性を調べた。に少ないことがわかる。これはぅ 各試験片の種類ごとに異なる板から切り出したため，特に100辺mの試験片の吸水2。3 マイク甘波加熱試験
供言式材は，寸法36沌）×50（T）×50（L）mmのスギで，木口の木表から10mほを除くすべての面をシリコーン樹脂でコーティングした材（部分儲水村）と，コ困ティングしなかった材く全飽水材）を30分間減圧吸水処理しっ 減圧後そのままの状態で24時間放置した．その後プ 部分飽水性能が低かったと考えられる食 また，長さ150mmの試験片の吸水量はク 200m迅ク25紬勘 300m辺よりも多くヲ そのほかの試験片ではヲ あまり変わらないことがわかる。このように〉 同じスギでも個体差が激しいためぅ 吸水性の良いものとそうでないものをラ あらかじめ選別する必要があ

材及び全飽水材と気乾材について，材厚の各1／3のところンシーラーで材とテフロン管の間を百止めした。そしてき●6のセンサ山をセットしマイクロ波加熱試験をおこなった。

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一︵巧L吾S折空︸∽

テフロン管の中に放熱用シリコーン樹脂を注入後夕 光﹂■−Eタ．．﹂．．−i′．．．．叫

2に直径5流血の宍を開け〉テフロン管を埋め込みク シリコ…

またマイクロ波の出力は，0な5＞1。0，ま−5ラ2仁批Wとした〕温度は∋ 材厚の各1／3のところ計3点について測定した々 部

分飽水材については，飽水させた部分が必ず下面になるー−●▼一，ヅL￣一一一＿ 〝■−⊃− −、− −■一 一

ように試験片をセットした◎
またプ 部分資包水′材についてはク ホットプレスの常盤逐

ウ0．て0。6 0．7

F主g81S七ress−Strain ctまrVeS Oぎ speci凱enSi王1CO叩reSSion
testin ra亡まialdirectio三1

2．4 模様の幅と高さ言式験
型をラ スギに押し当て，スギに割れが生したりしない

0．3 0．4 0．5
S七raうn1800Cに保ちラ飽水させた部分が下になるように置き，各測定店の温度を測定した。

0。2

Legend：山一伽〉†at rOOm te訊pe㌘ature〉間鮒紬仙一曲：Water

Satu㌘aてed at rooⅢte貫岬erature∋m｝附・愉一血

かを調べた仁型はプ アルミニウム製で，一辺がユ20mm，厚：帖telr

Saturated at600Cヲ 皿−b仙−bひ ：鮎ノter Satu㍗ated atさが川mとした∴葦はブ 長さを用軸勘∵満幅ほ㍉1m應ぺ

95〇C］0 W

0．8平成9年度 研究報告 大分県産業科学技術センタ仙結果となった一 これは村内部において，水が気化していると考えられるをるためだと考えられる￠ 部分飽水材の加熱試験では，い試験直後，試験片を繊維方向と平行に切りク その断面を観察したところ150mmぅ 200nmの試験片ではほぼ全体にずれの出力条件においても，1紆C付近までは飽水部分の水が入っていることが確認できたが，250mm，300mmの試温度上昇率が他の部分よりも大きく，飽水部分のみが選

験片では中央付近で水が十分に入っていないものも確認二された．このことから，長尺材には，吸水用の溝が200mm︑︑し∴しおきに必要であることがわかった．

その後，100mmの試験片を充分に乾燥させ，木口面の木法（950Cの温水中に4時間放置，そのままの状態で熱源を−⁚除去し20時間放置）にて吸水し吸水量を測定した8 その﹁−︑︑−・．

表から10mmを除く全ての部分をコーティングし，温冷浴結果，ロ及水量は0。53（g／cm3）であり，300mm，250mm，・・200mmとほぼ同じだけ吸水することができた。このことか
ら，吸水性の悪い材には温冷浴法が有効であることが分かった。

Fig．2 Relationship between 七ime and 閥ter absorption

3．3 マイクロ波加熱試験
供試材の密度はラ0−37g／cm3であった。加熱試験結果をdegreeNote：Water absorption degree ＝（weight after test 仙Fig。3に示す．
全飽水材を加熱した場合は，各測定点ごとの温度の上weight before test）／volu氾e Of su㌘facelayer

昇率に差は見られなかった．また，いずれの出力条件にLegend：♯：30cm，＋：25c皿，「各州ニ20c恥−」ヨ脚：15cm，→ぐ−：10cm

おいても1購OC付近において温度の上昇が，一時停滞するーh︺︹し︹卜し0︑U﹁∵：三：三∈二03060030609012015009012015003006060090900 1200 1500 1800
Tlme（sec）

Tうme（sec）

Fig血3Typicaltemperature curves ot）SerVedin heat testing暮‡」egend：…・一肌山一−：Topっ30：さ！idpol王止∋仙脚 酬−：Bo七to訊‖ −120平成9年度 研究窺告 大分県産業科学技捕センター

択的に加熱されていることが分かった．また，特に出力参考文献

1．OkWの場合では，飽水部分と他の部分で，最大で約800C

1）大分県林業統計，平成6年度版の温度差が生じていることが分かった．気乾材を加熱試

2）井上雅丸則元京，大塚康史，山田正：木材学会誌，

験した場合は，全飽水材を加熱した場合同様，各測定点

37−3（1991），227−233

ごとの温度の上昇率に差は見られなかった．

3）井上雅丸則元気大塚康史，山田正：木材学会誌，また，部分飽水材の飽水させた部分が下になるように

37−3（1991），234−240

1800Cの常盤上に置いた場合は，温度の上昇率はきわめて

4）則元京：木材学会誌，39−8（1993），867−874

緩やかで，計測開始から30分たっても飽水部分の温度が5）伏谷賢美，木方洋二，岡野健，佐道健，竹村富雄，則90CCに達しないことがわかった．

元京，有馬孝櫨，堤薔一，平井信之：木材の物理，このことから，飽水部分のみを加熱。軟化させるため（1985），11ト112，文永堂出版にはマイクロ波を照射するのが有効であることがわかった．

3．4 模様の幅と高さ試験型の満と木理が平行で，満幅が触m以下の場合，割れ，繊維の切断も生じづらく，概ね良好な結果が得られた．
また，溝と溝の間隔の影響はみられなかった．満幅が5mm以上の場合，割れ，繊維の切断などが生じやすく，また溝幅が小さく，溝と溝の間隔が近いほど削れがひどくなることが分かった．

また，型の満と木理が垂直の場合も型の溝と木理が平行と同様に，溝幅が4mm以下の場合，割れき繊維の切断も生じづらく，概ね良好な結果が得られた．また，満と溝の間隔の影響はみられなかった．しかし，溝と木理が平行に比べ，模様の高さは低くなった．満幅が5m皿以上の場
合，割れ，繊維の切断などが生じやすく，また満幅が小さく，満と溝の間隔が近いはど割れがひどくなることが分かった．また，型の溝が木理と垂直の場合は，晩材部のめり込みが生じ易いことが分かった．
4 まとめ

スギ材の表面層のみを加飾し，その加飾によって生じた変形を永久に固定する技術を開発することを目的にス
ギ材の横圧縮試験，吸水試験，マイクロ波加熱試験，模様の幅と高さ試験を行った．その結果，以下の結論を得た．

1．スギ材を横圧縮するためには，材に吸水させ温度をかけると，より小さい応力で圧縮できることが分かった．
2．スギ材の軸方向にはラ 20cm程度までは均一に吸水できるが，それ以上では困難になる場合があることが分かった．

3．スギ材の表面層のみに吸水させた材をマイクロ波で加熱すると，吸水させた部分のみを選択的に加熱することができることが分かった．

4。スギ材表面層に加飾を施す場合ク 加飾する模様の線の幅は4皿mが限度であり，特に模様の方向が木理と垂直の場合は，晩材部のめり込みが生じ易いことが分かった。

一12 一一