平成8年廣 研究報告 大分県産♯科学技術センター

スギ圧密材製造技術の開発
一表面層圧密材の製造一山本章雄。石井信義
日田産業工芸試験所

Developm錯t OぎManuぎacturing Methods for Co三重PreSSion Wood
∴ −、．、・．． − ‥・●・、ご・・∫− −、＼・一紙anufacturing Surface Layers Compression恥od−
Yukio YAMAゝ吉OTO。NobulrOSiIS‖
HitaIndustrialÅrt Div主sion

要旨
木材を圧密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ぅ 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。近年，樹脂を含浸させその変形を永久に固定する技術り・2）が開発されたが，環境汚染の可能性があるため実用化は困難である．また最近の研究で，木材を圧密しその変形を維持したまま1SO℃，iMPa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3）ことが明らかになっている．
そこで，表面層を加飾し変形を永久に固定する技術を開発するための基礎研究として，表面層のみを圧密しその変形を永久に固定することを冒標とした．その結果，表面層のみを圧密し，その変形を固定した材を製造することができた．
1 はじめにため温度が上昇しても9強度は低くなる5）ことが知られ木材の表面層加飾技術については，今日まで様々な研ており，表面層のみを加熱することができれば表面層のみを圧密するのにより有利である。

究が行われてきている．しかし，今日まで行われてきた研究の多くは，ドライングセットでその変形を固定してまた，圧密によって生じた変形は，180℃，1MPa程度のいるため，水および熱の作用により加飾が回復してしま

飽和水蒸気で処理すると，木材にたまっている内部応力うという問題があった．

が開放され その結果変形が永久に固定されることがわ

近年，木材を圧密しその変形を永久に固定する研究がかっているt この変形画定処理の方法には外部から水蒸盛んに行われており，樹脂などを含浸させ変形を固定す気を供給する方法と，木材を治具の中にいれ加熱するこる方法や㌢ 密閉系で熱処空し変形を固定する方法などがとで木材中の水分を利用する方法の二通りがある￠ 後者開発されている。しかし，これらの方法では環境汚染のは治具をホットプレスに取り付けて使用するため圧密処可能性があったり村全体を圧密し変形を固定するなど，理と変形国定処理を同時におこなえるというメリットがそのままでは表面層加飾技術への応用は困難であるヴ 表

ある．

層面加飾技術を現実のものとするためには，無公害型のそこで，上記技術を応用し表面層を加飾し変形を永久方法で材表面層のみを圧密しその変形を永久に固定するに固定する技術を開発するための基礎研究として、表面技術が必要である．

層のみを圧密し密閉系熱処理によってその変形を永久に固定する技術の開発を試みた，

ところで，表面層加飾技術へこれらの技術を応用するためには，表面層のみを圧密する必要があり，そのため

2 実験には，圧密する部分（表面層）と圧資しない部分（基2．1横圧縮試験台）との間に大きな圧縮強度のコントラストが必要であ

上述のとおり，木材の弓重度は，含水率や温度の上昇にる．木材の強度は含水率が高くなるほど低くなる4）こと伴い低下する．そこで，吸水量や温度が木材の強度に及が知られている．このことから，表面層のみに吸水させぼす影響を調査するため吸水量や温度を変化させて検圧基台を気乾状態に保つことができれば、両者の間に大き縮試験を行った．

なコントラストを生じさせることができ、表面層のみを試験機闇∴ H甘粕錯社製万能試験機（う568〜 最大容量圧密することが可能となる．また，木材はセルロース，50kN）を、供試材に己ま，寸法28（R：圧縮方向）×24（T）×ヘミセルロースぅリグニンを主成分とする高分子である

50（1。）nlmの無節のスギ（什膵拍据わ∂再即雨㍑バ．Don）を用−84−

平成8年坂 研究報告 大分県産業科学技術センター
いた・州都の試験片は気乾常温でチ その他は減圧吸水処

F主g・2に示す密閉系治具で圧乳変形固定処璧し表面層圧理後そのまま24時間放置し，常軌 60℃，95℃で試験密材を製造した・処理温度は180℃，処理時間は20分とし，（変位速度3汀i罰1／min）し，吸水量および材温を変化させた

処理終了後リークバルブを開放し処理室内の圧力を開放ときのひずみと応力の関係を求めた．

した．

2．2 吸水試験

治具を十分に冷却（自然放冷）した後，材を取り出し2等分した・そして，一方は庄密した表面層と基台を切

木材は，軸方軋 半径方軋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断し各々の，もう山方はそのままでブリネル硬さを．そ

良いがき短凝滞で吸水させるには限界がある．そこで，の後う 表面層を熱水処理し回復度を求めた。

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
3 結果

・寺−−J二．
3．1横圧縮試験

供託材は，寸法25（R）×30（T）×3DO。250・200。150

供試材の密度は0．33g／cm3，含水率は気乾常温では川0（L）mmの無節のスギで，両木口の木塞から10mmを除く13・2％ら 飽水常温は26摘，飽水60℃は235完，飽水95℃はすべての部分をシリコーン樹脂でコーティングしたG そ205駕であった・試験結果をFig．3に示す．気乾常温の弾性の乳i3・3kPaにて20分間減圧吸水処聾し（Fig．1），減圧域の上限は2・0罠iPaで，このときの気乾常温のひずみは直後ヲ減圧後そのままの状態で0．5，i，2，4ヲ6，12，24
時間放置した後の重量増加量を測り，吸水性を調べた．

0・03，吸水常温は0．拙 攻水60℃は0．4i，吸水95℃は0・49であった・この結果から，横圧縮強度は含水率（吸その後，試験片を繊維方向と平行に切断しサ軸方向の浸水量）や温度の上昇にともない低下することが確認され透性を調べた．

−た＿ ／、−＿．

2．3 表面層圧蜜柑の製造

このことから，基台と表面層の横圧縮強度コントラス

供試材は，寸法33〜36（R）×120（T）×95（L）mmの無節のスギで，木口面の一部をシリコーン樹脂でコーティング

トを大きくするためには，吸水95℃，吸水60℃，吸水常温の順で有利なことがわかった．しかし，Fig．3からわかし†減圧吸水処攣後，そのまま24時間放置し吸水させ，るように吸水95℃，吸水60℃，吸水常温の羞はあまり大1Jacuum

Waterごじ斧彗︶ss農S

Siま皇cone resin

Fまg．11 acuum waもer soak method

S亡柑まnFig・3 Relationship between water absorption
舶gree and compression streng沌（Radiaidi三、eCt主or！）
Legend：Fig・2Equ亘抑ent for compl◆essed附Od（Closed s与rSもem）

一85−

平成る年度 研究報告 大分県産業科学技術センタ】
きくなく，表面層を加熱するためのエネルギーなどを考結果，吸水量は0．53（g／cm3）であり，300mm，25加恥慮すると常温で吸水しただけで十分であると考えられる．

200mmとほぼ同じだけ吸水することができた．このことか

そこで，表面層圧密材の製造には表面層に吸水させただ

ら，吸水性の悪い材には温冷浴法が有効であることが分けの材を用いた．

かった．

3．2 吸水試験

3．3 表面層圧密材の製造供試材の密度は0．29g／cm3であった．吸水試験の結果を製造した表面層圧密材の写真をFig．5に示す，この表面Fig．4に示す．長さ100mmの試験片の吸水量とほかの試験

層庄密材の寸法は25（R）×122（T）×90（L）mm，圧密後の表

片の吸水量を比較すると，100mmの試験片の吸水量が極端

面層の厚さはおよそ3mmである，に少ないことがわかる．これは，各試験片の種類ごとに製造した表面層圧密材の硬さ，回復度試験の結果を異なる板から切り出したため，特に100mmの試験片の吸水Tablelに示す．この結果から，いずれの圧縮率の場合に性能が低かったと考えられる．また，長さ150mmの試験片おいても，硬さは全体＞表面層＞基台の順になっており，の吸水量は，200mm，250mm，300mmよりも多く，そのほか全体の硬さは基台の172〜380％で，十分硬化しているこの試験片では，あまり変わらないことがわかる．このよとが分かった．また，回復率は，最大で0．87％であり，変うに，同じスギでも個体差が激しいため，吸水性の良い形が固定されていることがわかった．

ものとそうでないものを，あらかじめ選別する必要があると考えられる．
試験直後，試験片を繊維方向と平行に切り，その断面を観察したところ150mm，200mmの試験片ではほぼ全体に水が入っていることが確認できたが，250mm，300mmの試
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された．このことから，長尺材には，吸水用の溝が200mm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，木口面の木表から10mmを除く全ての部分をコーティングし，温冷浴法（95℃の温水中に4時間放置，そのままの状態で熱源をFig．5 Surface compression wood

除去し20時間放置）にて吸水し吸水量を測定した．そのTable 1 Results of hardness and recovery set
10．9 9．3 7．9

beforecompression（mm）
Surfaceialrer thickness

6．3

5．8

5．2

after compression（mm）
Compressionset（％）

42．2 37．6 34．2

ー↓．

＝Surfacelayer

6．25

9．00

9．80

Hardness
JJ ■︑二≡＼いデこJ享二二 二三﹂こ′ニー：三−主Surfacelayer thickness

All（MPa）

RecoverYSet（％）
05101520

11．6 9．68 15．8
−0．27 0．87

note：Compression set＝（（Surface iayer thickness

25before compression − Surfacelayer thickness

Time（hours）

after compression）／Surface layer thickness
Fig．4 Relationship between time and water

before compression）×100（％）

absorption degree
Note：Water absorption degree＝（Weight after test −4 まとめ

Weight before test）／Volume of surfacelayer）

1．基台と表面層の強度のコントラストを大きくするためには，吸水95℃，吸水60℃，吸水常温の順で有利であLegend：Length of test species．0300mm，△250mm，×200nl恥 □150mm，＋100mm

ることが分かった．

−86−

平成8尊慮 研究報告 大分県産業科学技術センタ鵬2．吸水性については個体差が激しく，吸水性の良いものと悪いものをあらかじめ選別する必要がある．
3．吸水性の悪い材に吸水させるには温冷浴法が有効であった．

4．長尺材に吸水するためには，吸水のための溝を200mmおきに切る必要がある．

5．製造した表面層圧密材のブリネル硬さは，基台の172〜380％で，十分硬化していることが分かった．
6．製造した表面層圧密材の表面層を熱水処理し回復度を求めた結果，最大0．87％で，変形が十分固定されていることが分かった．

7．材の表面層のみを圧密し，その変形を固定できる無公害型の技術を開発した．
参考文献
1）井上雅文，則元京，大塚康史，山田正：木材学会誌，37−3（1991），227−233
2）井上雅文，則元京，大塚康史，山田正：木材学会誌，
37岬3（1991），234−240
3）則元京：木材学会誌，39−8（1993），867−8744）伏谷賢美，木方洋二，岡野健，佐道健，竹村富雄，則元京，有馬孝稽，軍属一，平井信之：木材の物王乳（1985），川9−111，文永堂出版
5）伏谷賢美，木方洋二，岡野健，佐道健，竹村富雄，則元京，有馬孝硝，填眉一，平井信之：木材の物理，（1985），11卜112，文永堂出版−87−