平成5年度 研究報告

4 家具用材の曲ぼ木加工技術の開発研究
日田産業工芸試験所 石井 信義 大内 成司
北嶋 俊朗
要 旨

客員研究員の指導のもとに研究者4名（日田市内家具製造業勤務）を対象に当該研究テーマに取り組んだ。
その結果、（i）衰成事業を推進したことにより、曲げ木加工技術の習得と研究者の粥発能力の向上を計ることができた○（2）日田市内の家具企業で使用されている外国産材8種（カナリード、ゴム、タウン、ホワイトアッシュ、ハックベ
リー㍉ エルム、レッドオーク、シカモア）の薗げ木加工適性を把握することができた。
○客員研究貞 則本 京（京都大学教授、木質科学研究所）○研 究 者 権藤 高明、原 好美（青柳木工有限会社）
小関 豊次、佐藤 清（株式会社朝日木工）
2．1．2 軟化処理

1 緒 言
日田地区の家具企業では、現在家具部材として外国産木材の構造は、図−1bに示すように中空の細長い管材を90％以上使用している。この部材の利用状況の中で（細胞）が集合したものである。その一つの細胞を電子曲線部材を必要とする部分にぼ、直線部材を接合してソ顕微鏡で観察すると、図−1cのような多数の壁層からファの射木部や背木部等に加工して利用されているのが構成されており、ニれらの層の内で二次壁中層が大半を現状である。

占めている。中層は、鉄筋コンクリートに似た構造をしそこで、今回は直線的加工部材から曲線的加工部材へていて、鉄筋にあたるのはセルロースという直鎖状の結の利用範囲を広げるために、木材の曲げ試験を実施して晶した高分子の束（ミクロフィブリル）である。鉄筋とデ山タの蓄環と曲げ加工技術の習得を行い、これを通じ鉄筋の問は、コソクリートにあたる無定型の端掛のあるて研究者の開発能力の向上を目指すことを目的に実施し高分子であるリグニソで充填されている。
鉄筋とコンクリートをなじみよくするために、鉄筋のた。

表面に非結晶性の高分子であるへミセルロー叫スが沈着し2 実験方法ている。ミクロフィプリルは、結晶しているので温度、2．1 基礎理論研究

水分の影響をほとんど受けないが、リグニソとへミセル

2．1さ1 木材の曲げ加工

こエーdスは吸湿すると100℃以下で軟らかくなる。

木材に外力を加えると歪みを生じる。外力を取り去る

以上のようなことから、木材を蒸煮、煮沸、あるいはと元の形状にもどる性質を弾性といい、歪が残る性質をマイクロ波照射して、高含水率、高温度にすることによっ可塑性という。木材は弾性と可塑性をもつ材料であり、て軟イヒさせ、掛ゲ加工を容易に行うことが可能になる。

薙げ禾はこの可塑性を利用したものである。

木材の変圧プ東方法には、合板上にだぼ当来などで産経をつけた簸げ木用の簡易漁具を渡って、盛∈′ヂる方法から内型治具に→帯鉄とタラソプで曲げる方法、機械的曲げ本法（押L込み式、ロ…ラー引き寄せ式、レバⅧ一式等）や卜血ネット法等があり、主にソリッド材（無垢材）を鋳げる方法である。従来、家具用曲げ木部材の製作には、トーネット法が活用されている。

a：頸限で見える諸道、b：光学顧教簸で見える溝遥、C：電子顧教簸で見える構造。
L：稔枚方向、R＝放射方向、T：接線方向。

図−1 木材の組織−135−平成5年度 研究報告

2．1．3 曲げ木升打力状態とトーネット法（1j 供試材

木材に軟化処理を施すと、引張りによる破壊までの最供試材は、当該研究者の企業が家具用材として使って大伸び量は、さほど変化しないが、圧縮による破壊までいる外国産材8種（カナリード、ゴム、タウン、ホワイの最大縮み量は著しく増大する。故維方向において室温

トアッシュ、ハックベリー、エルム、レッドオーク、シで含水率17％の場合、ひずみ量が引張りで1％程度、圧カモア）と国産材1種（ブナ）を使用した。

縮では5％程度になれぼ破壌し、含水率が33％、温度約試験片の寸法は、25×25×350（mm）とした。

100℃の場合、引張りで2％で破壊するのに対し、圧縮強度試験機は、オートグラフ（㈱島津製作所製）を使では35％を超えても破壊しない。

木材を曲げると因−2aのように、どうしても外側に用した。
表−1 供試材の含水率と気乾比重引張り応力が働くので、そのまま曲げていくと外側が破‖ ⊆ 含水率壊してしまう。上記の性質を利用して、図w2bのように木材の両木口を固定してなるべく伸びないようにして

カナリード
ゴム

帯鉄に引張り応力が、木材に圧縮応力が働くようにする。

12〜15

0．65〜0牒912〜16∃ 0。72〜0・80 ∃ 11〜14 M

タウン

この曲げ木加工方法をトーネット法という。

0．65〜0．75

ホワイトアッシュ ヨ 0．65〜0．70

リー

12〜16

山

喜0．65〜0丘72

12〜14

レッドオーク

0−68〜0・73

11〜15

エルム0。62〜0，70

11〜14

ハックベ0。61〜0．78 ！ 】13〜15

シカモア0。6ブナ

11〜15

2．2．2 トーネット法による曲げ木加工実験
前項2．1．3で述べたトーネット法によって、曲げ加工適性を把握した。
引饗応力
図−2 曲げ木の応力状態とトーネット法（1）供試材

供試材は、前項2．2。1表…1の材料を使用した。試験片の寸法は、10×20×350（mm）として、1樹種当た2．1奮 4 曲げ木の手順り各10本作製した。
（仕上げ寸法よりやや大きく木取り）（蒸煮、煮沸、マイクロ波、薬剤処理）（トーネット法）

直±二画（熱風、高周波、マイクロ波乾燥）（2）曲率半径

今回の実験では、家具部材として利用する際の家具のデザイソ形状から曲率半径は、5段階（50、75、100、150、200（mmR））とした。また加工部材の実態寸法の算定基準として、曲率半径と材厚から曲げ比率を算出した。

2．2 実験的研究
2．2．1 曲げ強度試験
木材の曲げ加工適性（難易の傾向）を把握するために供試材（無処理材）の曲げ強度試験を実施してデータを分析した。

曲げ比率＝

曲率半径：R材 厚：T

図−3 曲げ比率−136一平成5年度 研究報告

（3）曲げ治具（帯鉄）と内型治具の製作

曲げ治具は、図−4のような形状とした。帯鉄には、錆びにくい材質のステンレス（0．8mm厚）を使用し、両端で試験片の木口が固定できるようにした。把手の部分は、木材（カシ）を使い、操作しやすい形状にした。

内型治具は、それぞれの半径（50、75、100、150、200（mmR））に製作して、図−5のようにラワン合板上（1，800×900×21（mm））に取り付けた。また、曲げ加工する時に加工部材の中央が固定できるようにクランプを取り付けた。

写真−1試験片のラップ

冠定クランプ

売＝監認定クランプ

写真−2 マイクロ波照射装置（5）曲げ未加工実験

図−5 内型治具

軟化処理した試験片は、マイクロ波照射後直ちに曲げ治具（帯鉄）に取り付け、内型治具にセットして、中央（4）軟化処理部をクランプで固定した後、手動で中央部から徐々に両木材の曲げ加工を容易に行うために、前処理として軟サイドに曲げ加工を行った。曲げ木加工の手順として、化処理を施した。軟イヒ条件は含水率20％以上、材温90℃大きい曲率半径（200→150→100→75→50（R））から順以上を目安として実施した。まず、試験片は1時間以上番に行い、その時の曲げ木の状態（曲げの難易、座屈や蒸煮した後、そのままの状態で18時間浸潰を行い、高含弟断破壊の状態等）を判定した。

水率になるようにした。

高含水率化した試験片は、所定の寸法（350mm）に曲げ木加工した試験片（最小曲率半径50R）は、内型治具に取り付けたままで、熱風乾燥（温度50〜60℃で8切断した後、水分が蒸発しないように塩化ビニルデソ樹時間処理）を行って、形状を固定した。熱風乾燥に使用

脂フイルム（サランラップ）で包装して、マイクロ波照した乾燥槙は、パーフェクトオーブソ（MODERU．PS射（照射時間1分）を行った。その時の試験片の温度は−23，TABAIMFG，COミLTD製）である。

100℃以上である。
マイクロ波照射には、家庭用電子レソジ（三菱オーブソレンジ、RO−1600、マイクロ波出力500W■、発振周波数2450MHz）を使用した。

上ミニ± ミ、丁！ニー￣−￣ 丁てモ
図−6 曲げ加エ−137−平成5年度 研究報告

2ト 3．2 曲げ治具（帯鉄）と内型治具の開発（1）曲率半径の設置

2．2ヰ2（2）の最小半径50と材厚10mmから曲げ比率5を算出し、得られた比率から曲率半径を設定した。また、参考までに比率3と10を想定して、加工部材厚35、50（mm）のときの曲率半径も算出した。
蓑肌2 曲げ比率と曲率半径

写真−3 曲げ加エ（350×20×100）

2．3 開発的研究
開発的研究では、前項2．2の実験的研究を元に実際に※比率3：当該企業での使用曲率半径

曲げ木が家具部材として使用される寸法を想定して実施した。

（2）鋳げ治具と内型治具の製作

2．3。1蒸煮装置の開発

曲げ未加工部材の軟化処理匿は、蒸煮方法を採用した。

曲げ治具ほ、図十8の形状で両サイドを鉄の把手とし帯鉄には実験的開発と同様のステソレス（1。Omm）を

これは、当該研究企業が曲げ木加工を実施する場合、現使用した。内型漁具ほ、前項（1）の曲率半径の5種額とし在企業内に木材乾燥のためのポイラ→設備があり、その水分で錆が生じないようにステソレス製とした。

蒸気を利用することによって、設備投資を押さえることが可能と判断したからである。
また、曲げ木部材の最大寸法は、ソファやベッドのフレームとして使用する時の形状から検討して、50×150‥・…・−モも！：・∴・−う・モ ー…−・≡

毎最×1，500（mm）を想定した。

従って、蒸煮装置の寸法は、上記寸法の供試材が蒸煮閑職8 曲蔓ザ治具処理可能な寸法として決定した。蒸煮装置は三層（A、臥C）からなっており、Åは蒸煮重、Bは水タンク董、Cは燃焼室（プロパソガスを使用）である。

／こテンレス．∴∴

二￣−●−∴− ∴∴園仙9 内型治農

図−7 蒸煮装置
写真−4 内型冶具（実体寸法用）
一138−

平成5年虔 研究報告

2．3．3 軟化処理

理科学工業（抹）製）である。

2。3．1にて開発した蒸煮装置を依って軟化処理条件（含水率20％以上、温度90℃になるまでの処理時間）を測定した。
（鼠）供試材

供試材には、実験的開発結果からレッドオ仙ク、エルム、ホワイトアッシュ、ハックベリー、シカモア、ブナの6樹種を使用した。試験片の寸法ほ、50×100×600（mm）とし、中心部に直径4汀imレ」穿孔加工した試験片を使用した。

図−11曲げ木加エ（2）処理条件（処理時間）の測定

含水率と内部温変の経時変化の測定は、無処理軌蒸

写真仙5 曲げ未加工装置

煮処理1時間後、2時間後、3時間後とし蒸煮装置炉内よりすばやく取り出して測定した。その時の蒸煮装置炉内温度は100℃である。

含水率変化の測定は、試験片の重量変化を測定し、その値から含水率を算出した。

温度変化の測定には、デジタル表面温度計（MODELCD700C‡i‡NO製）を使用した。
2。38 4 曲げ未加工部材の実験製摩軟化処理した加工部材は、直ちに所定の寸法（80D、1，200（mm））に切断加工した。切断後曲げ治具に付け、曲げ未加工装置（定盤にクランプと内型治具を組み合わ写真仙6 クランプによる中心部の固定せたもの）にセットして部材の中央部をクランプで固定して趣げ未加工を行った。曲げ木加工を行う際に、容易に曲げ加工を行うために鉄パイプ（2m）を両側の把手に取り付け、これを利用して薗げ未加工を行った。曲げ加工部材は、曲げ治具を当てたままクランプにて内型治具に締め付け固定した後、そのままの状態で定盤から取り外した。固定したままの状態で24時間室内（室温18〜22℃）に放置後、熱風乾燥処理（温度50〜60℃、8時間）を行った。
使用した乾燥磯は、電気定温乾燥較（KB−2、中島写真−7 曲げ木加エー139一平成5年度 研究報告！ l l llO 一之 11！l 川（■り写真−8 固定」た状態

た1Iみl

函−12 曲げ木強度試験結果

2．3．5 曲げ木加工部材を使った製品モデルの試作製品モデルとして椅子（2点）を試作した。加工部材

表−3 曲げ未加工試験結果

は前項2．3．3の供試材からハックベリー（35×50×1200、供試材 曲率半径（R） 成功率（％） 曲加工適性 備 考
200×
圧縮座屈
50150×
引張破断等

35×100×800（mm））を使用した。部材の曲率半径は、100、350、500の部材である。

カナリード

10××田 ≧
200

3 結果及び考察

3．1 実験的研究

ブナ

曲げ試験結果を図−12に表した。このグラフは、比例

100150100100100200100100100150100

3．1．1 曲げ木加工適性の把握（1）曲げ強度試験0ハックベリー

100100限度荷重からさらに荷重を付加して、破壊までのたわみ100

田四100

×○○○○○○○○○○

量を表したものである。曲げ未加工適性を推察するには、このたわみ量が最も重要な因子である。要するに、一定×える。

試験結果ほ、ハックベリーが最も曲げ未加工に適した

引張破壊
変形等

×

量でたわみ量の大きい樹種ほど曲げ木に適していると言
20000
150
タウソ

100

（⊃

100

○100

圧縮座屈
引張破断等

×

たわみ曲線であった。

××（2）曲げ未加工実験

表−3に供試材別の曲げ木加工実験を表した。

レッドオm

試験結果から、ブナ、ハックベリー、レッドオーク、

ク200 100
150 ！100⊇

ホワイトアッシュ、エルム、シカモアの6樹種は、設定したすべての曲率半径（5段階）で曲げ加工ができ、曲げ木に適していることが判明した。ゴム、タウンについ○ ∃ n100（⊃

100○○○○○○○○○○100（⊃100○ユ00

ホワイトアッシュ200

100

150

100

100 100
75

100

100ては曲率半径200、150の曲げ加工は可能であるが、半径H 200 100100になると試験片に引っ張り破壊、圧縮による座屈、変形等が生じた。カナリードは、曲率半径200で全ての100

150
シカモア

100

試験片に圧縮による座屈が生じ曲げ木加工はできなかっ200た。

100
100

100 ○ ○

エルム】

i 100
50

−140…

100

○○○

平成5年虔 研究報告

衷−4 蒸煮処理による含水率の変化

芦∃」1∠ 1コ i ⊥0

単位：％⊥り 喜小ワ′1「・アッンユ圃 四 四 l17 と18
い ≡ 12 】17 19 臣 21
田 L18 四ほ 胆 ‖12弓

ブナ

写真−9 曲げ未加工部樹（瑠0×20×350mm）

17 巨19【22

旧 12l

厩6

シカモア

川 12 17 19
四 19 ∃ 23
四 H 四 田田 【123．2 開発的研究
3．2。1 軟化処理条件（処理時間）の把握
表−4に含有率と内部温度の測定結果を表した。結果

義一5 蒸煮処理による温度変化 内部温度 単位：℃

から試験片の含有率が20％以上になるまでには、少なく温 度 変 化

樹種名 N。

処理前 1時間後 2時間後 3時間後とも3時間の蒸煮処理が必要である。
試験片の内部温度については、1時間の蒸煮処理です
でに90℃以上に達していることがわかる。よって、含水97

レッドオーク

97

エルム

94

率20％以上、内部温度90℃以上の処理条件を同時に満たすには、3時間以上の蒸煮処理を必要とすることが判明

9193

ホワイトアッシュ

92

92

9595

した。

3．2．2 曲げ木加工部材の開発
写真−10と表w6に実体寸法での曲げ木加工の結果を

ブナ94

ハックベ

リー

6 田 ⊆ 9794表した。試験の結果は、ほぼ満足のできる結果であった。
3．2．3製品サソプルの開発
写真−11、12は曲げ加工部材を使って試作した製品モデルである。写真一11は当該研究企業（抹）朝日木工に表一6 曲げ木加工結果て試作した椅子である。椅子の肘木部に曲率半径100の部材（35×50×1200mm）と背もたれ及び座枠前貫には曲率半径500の部材（35×100×800mm）を使用した。
写真−12は、当該研究企業青柳木工（有）にて試作した曲げスツールである。育と座枠に曲率半径175の部材（35×50×800mm）を使用した。このことによって、曲げ未加工部材が家具部材として充分に利用可能であることを確認した。

ハック1
ベリー

○50

○

○
○

レッド

オーク

△

○

ホワイト
アッシュ
シカモア
エ ル ム

ブ

ナ

田 ○
50

○
○

田 ○

堅○

○
△

田 ○
50○
○

○

○

※○：成功率100％ △：成功率50％−141−平成5年度 研究報告

上記内容について事業を推進したことにより、「曲げ木加工技術」の概要把握とその技術の修得が達成され、曲げ未加工部材を使った製品サンプルを試作するまでに至った。本研究の成果として次のことが言える。
①研究員の開発能力向上が計られた。
イ。曲げ未加工技術の歴史や原理を習得した。
ロ．曲げ木のメカニズム（細胞の変化）を研究した
ことにより、新たに木材組織について認識を深めることができた。
へ 実験計画の立て方、報告書のまとめ方等習得す
写真−10 曲げ未加工部材（実体寸法部材）ることができた。
こ．研究者それぞれが環庵的に技術閂発に取り組んで行こうとする姿勢が見られるようになった。
②当該企業への薙げ未加工技術の技術移転が可能となった。

イ。試験片（10×20×350mm）にて、簡易に曲げ加工適性を把握する方法を修得した。
ロゎ 実体寸法での曲げ木加工方法を修得Lた。

③曲げ木を使った新製品の開発が可能となった。
イ。製品モデルを試作Lたことにより、今後の新製品開発への曲げ木加工部材の導入の可能性が高まった。
写真一11製品モデル ●小椅子 ●④産学官の交流が計れた。
イ．一年間の事業を通じて、客員研究員や当所研究員との交流を計ることができた。
ロ．曲げ未加工技術の修得のみならず、木材加工技術や改質技術の動向等について、情報交換や人的交流を計ることができた。

参考文献
1草 輸入材と特産材の曲げ加工特性に関する研究

1968 北海道林産試験場
2少 マイクロ波加熱による木材の曲げ加工

1981則元 素写真一12 製品モデル‥曲げス、ソール●−

3申 木材工業ハソドブック
ユ958 林業試験場腐−142−