平成7年塵 研究報告 大分県産業科学技術センター

スギ材の圧密処理による改質技術の開発研究
大内 成司
日田産業工芸試験所

Study on Compressing Treatment of SugiWood

JohjiOし7CHI
HitaIndustrialArt Research Division

要旨
圧密材の製造において，圧縮変形と同時に，寸法安定化（変形の固定化〉 が重要な課題となる．そこで，今回は，密閉加熱法1）によって，木材の変形，加熱を行った．これは，オーリングを備え付けた治具を通常のホットプレス機に装着し，密閉空間内で木材を圧縮・加熱する方法である．これによって9 短時間で均一に変形を固定することが可能となる．含水率15％のスギ試験片を200℃で密閉加熱処理した場合，24時間の吸水回復に関しては，8分間の処理で，2時間の煮沸回復については，12分間の処理で，ほぼ変形を固定することができた。また，圧縮量の増加に伴い比重が増加し，それに比例して表面硬さ及び曲げ強さ等も向上することが分かった．

1 緒言
現在，我国における森林資源総蓄積量の中で，針葉樹形は，乾燥状態では，ドライングセットによってその状態を維持するが，水分と熱の作用を受けてほぼ変形前の材の占める割合は61％に達しており，今後の木材供給に寸法にまで回復することが知られている。従って，圧縮おいては，広葉樹材が不足し，針葉樹材が余剰する状況

木材を利用するには，変形を永久に固定する技術の開発が予測される．

が重要な課題となる。

広葉樹材は，種類が豊富でその特徴も多岐にわたって本研究で妄も 物理的処理による，木材の横圧縮大変形おり，机，椅子などの家具類や床材などの各種内装用材の永久固定を試み，水分，熱による回復挙動と機械的性料として多く利用されている．その他，パルプ用材や椎質について調べた。

茸原木などに利用されるなど，広葉樹材の利用範囲は極めて広い。一方，針葉樹材においては，建築用構造用材

2．実験方法料としての利用が大部分を占め，現状では，その利用範

2．1マイクロ波加熱申の村内部温度測定2）囲が限られている．近年，木質環境の人間に及ぼす生理試験片はスギ（物と0必打J∂J卑pO点上cβD。Don）材で，的，情緒的効用が科学的に明らかにされつつあり，家具160（繊維方向＄L）×110（接線方向・T）×50（放射や内装用材などの環境用材としての木材の需要は，今後方向・R）mmで含水率14．5％のものを使用した．測定孔ますます増加するものと予想される．従って，広葉樹材

は，柾目面から3cmと5cmの深さの孔を開け測定を行った。の代替として針葉樹材の利用が求められ，そのための技熱電対温度センサー等をマイクロ波電界中に設置する術開発が不可欠なものになるであろう．
一般に針葉樹材は，広葉樹材に比べて柔らかく予 また，と，センサー自体がマイクロ波の影響を受けるため，温度測定が困難であることが知られている。そこで今回は，早材と晩材で比重などの物理的性質の差が大きく，家具マイクロ波加熱中の温度測定に適当とされた，蛍光式や内装材に利用するには，特に表面物性や水分に対するファイバー温度センサーを測定に用いることにした．

寸法安定性を改善する必要がある．軟質木材の表面物性などの強度的性質を改善するには，木材を横方向に圧縮蛍光式ファイバーセンサーを挿入するための測定孔に，片端を封じたアルミナ製の絶縁管を挿入した．つぎに，大変形させることが有効であるb 近年，マイクロ波加熱マイクロ波照射装置（T濾3210型，周波数‥2450組Hz，東の応用やアルカリ処理などの化学的処理によって木材を芝株式会社製）を用いて，出力1．6kwのマイクロ波を試験軟化する新しい技術が開発され，木材に大変形を与える片に連続照射し，材内部温度を蛍光式ファイバーセンことが比較的容易になっている。しかし，与えられた変サー温度計（立石電気株式会社、3Z4D−4A）を用いて測定−122−平成7年虔 研究報告 大分県産業科学技術センター

漬して吸水試験片を得た。吸水後の試験片は，風乾後，した．

2．2 圧密材の寸法安定化試験

乾燥機中で40℃で5時間，105℃で24時間乾燥して全乾状

2．2．1木材試験片態とした．次に，熱水中で2時間煮沸して，煮沸試験片を木材試験片には，スギ ＝ンjpね皿erJ∂】如0月ノc∂

得た。煮沸後105℃で24時間乾燥を行い全乾状態とした．

D．Don）材を用いた．気乾比重は0．35であった．試験片寸法は，160（繊維方向・L）×110（接線方向・T）×50

回復度は，次式によって計算した．
1R−1c×100（％）

回復度＝10−1c（放射方向・R）mとした．被処理材の含水率ほ㌧15％

ここで，lo，lc，1Rは，それぞれ処理前，圧縮処理のものを使用した．

後，回復処理後のR方向の全乾寸法を示す。

2．2．2 処理方法

前処理として被処理材にマイクロ波を90秒間照射した

2．3 圧密材の物性試験

ものと，照射していないものとを用意し，マイクロ波照

2．3．1木材試演片

射が回復度にどのように影響するか調べることにした．

木材試験片には，スギ（α膵ね皿e∫J∂ ノ如0月ノc∂

次に，ホットプレス機にFig．1に示す治具を取り付け，D。Don）材を用いた．気乾比重は0．35であった．試験片寸

試験片を圧縮，加熱した。この治具は，試験片を入れる部

法は，200（繊維方向・L）×iOO（接線方向・T）×10分の周囲を耐熱性の高いバイトン製オーリングで囲んで〜33（放射方向。R）mとした。被処理材の含水率は，あり，プレス時にこのオーリングによって治具内が密閉14〜16％のものを使用した．

状態となるように設計されている。そのため木材中の水2．3．2 処理方法分による水蒸気が外部に漏れず，治具内は高温，高圧と2．2の試験で使用した，同一のホットプレスと治具を使なり，結果として膨潤状態の木材を100℃以上の高温で処用して圧縮，加熱処理を行った．処理材の厚さ方向の仕理することが可能となる．

上がり寸法は，10mmになるように治具をセットした。圧縮セット量は，0，15，30，4説60，70％になるように被処理材の厚さ方向の寸法を調整した．処理温度はi80℃で，処理時間（変形終了後から冷却開始までの時間）は10分間とした。加熱終了後，直ちに，ホットプレスの熱校内に水道水を流入し，熱板を60℃付近まで強制冷却し，試験片を取り出した．強制冷却には，約15分を要した．
2．3．3 ブリネル硬さ試験
リークバルブ

各圧縮セット量ごとに，試験片を採取し，JIS Z2101に準拠して，横目面のブリネル硬さを測定した。
2．3．4 曲げ試験

各圧縮セット量ごとに5本づつ試験片を採取し，曲げ試
Fig．1Apparatus for Co汀咤汀eS5ed wood

験を行い，MOE，MORを求めた。試験片の寸法は，h＝10王Ⅷ，b＝10m恥 スパン＝140mmとした．

処理材の厚さ方向の仕上がり寸法が20mmになるように治具をセットした．圧縮セット量は，被処理材の厚さ方

3．結果と考察向の寸法を50mmにし，60％とした．加熱温度は，200℃と3．1マイクロ波加熱申の村内部温度測定

し，加熱時間（変形終了後から冷却開始までの時間）は，Fig．2に，含水率14．5％のスギ材にマイクロ波を照射し8，12，16分間とした．加熱後，直ちに流水によって熱板たときの材内部温度上昇を示す．マイクロ波を照射し始を30℃付近まで強制冷却し，試験片を取り出した．強制めて，温度は1気圧における水の沸点100℃付近まで直線冷却には約25分間を要した．

的に上昇し，僅かではあるが一定値をとり再び上昇を始

2．2．3 吸水・煮沸における変形の回復試験めた．70秒付近から，材内部圧力の上昇に耐えきれなく処理材から各処理条件ごとに，15mm（繊維方向。L）なった材が局部的に破壊し，120秒を過ぎると煙が発生し×110（接線方向。T）×20（放射方向・R）の試験片を始めたので146秒でマイクロ波の照射を停止した．100℃各3本づつ採取し，吸水・煮沸における変形の回復試験付近で温度上昇が停滞するのは，自由水の気化に伴いマを行った．まず，全乾状態にするために105℃で24時間乾

イクロ波エネルギーが消費されたためだと思われる。マ燥し，厚さと重量を測定した．その後，水中に24時間浸

イクロ波照射を停止した時点で，深さ3clれと5cmでは，約−123w

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煮沸回復に関しては，マイクロ波加熱したものは，12分30℃の温度差があるのがわかった．
200間の処理で，回復度が4％をきっており，ほぼ変形を固定180することができた．
3．3 圧密材の物性

140

Flg．4に国産有用樹種および圧密材の物性と比重の関係

20︵Uし巴n︸2監∈ヱ

1600を示す．通常，木材の表面硬さは，比重と高い相関関係

00にある，スギ庄密材においても，圧縮量の増加に従い比︵UO￠U

重が増加し，それに比例して表面硬さは向上する．約60％の圧縮で，ブリネル硬さが，32．6Mpaとなり，ほとんごU

どの国産有用樹種よりも高い値を示した．

ATTi汀！e（sec）

Fig．2Inside temperature behaviors of Sugiwood
by Micro wave heating

3．2 吸水F煮沸における変形の回復試験
Fig．3は，含水率が15％の試験片をマイクロ波加熱した

0％15％︵一縮セット量が60％になるように圧密処理をし，そのセッ

h︑一一﹂ものと，していないものを同一治具内に入れ，200℃で圧→ト：スギ圧密材○：国産有用樹種〇︵和d邑ss聖壱窯芸二聖孝志

0 20 40 60 80 100 120 140 160

ト材を24時間吸水・2時間煮沸した場合の処理時間と回復

02

0．2

0．4

0．6

0．8

1．0

度の関係を示す．マイクロ波加熱の有無が，回復度にど61のような影響を与えるか見てみると，吸水・煮沸ともに肯n邑山○≡

マイクロ波加熱したものの方が，低い回復度を示した．
マイクロ波加熱をしたものは，圧密処理を開始する時点で，内部温度が140℃付近まで上がっており，それをしていないものとの温度差が，100℃以上ある．そのため，マヤマザクラ
45％ シラカシ

イクロ波加熱したものは，100℃以上の高温で処理される時間が，非常に長くなる。このことからも，変形の固定化をはかるために前処理として，マイクロ波加熱することは，有効な手段であると判断される．

︵ポ︶霊S−○ご空3遥

00U640．20．4

0．60．81．O 1.22

Spacif皇c grav竜吋6810121ヰ

1618Fig．4The properties of Compressed w00d

Treating t血e（雨∩）Fig．3The recovery of set of Compressed wood

また，MOE，MORともに，ブリネル硬さ同様に，吸水回復に関しては，マイクロ波加熱の有無にかかわ比重の増加に比例して向上する．圧縮セット量が蛮％にらず，8分間の処理で，ほぼ変形を固定することができた．

なると，国産有用樹種とほぼ同等の曲げ強度を有し，−124−1．2

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60％になると，全ての樹種よりも高い値を示した．このように，圧縮量の増加に従い比重が増加し，それに比例して物性も増加するので，圧縮量をコントロールすることによって，目的の強度性能を得ることができる．
4．緒言
本研究は，スギ圧密材を製造するにあたり，密閉加熱法を利用し，寸法安定化および物性について調べた．その結果，以下のことが判明した．
り吸水回復に関しては，8分間の処理で，ほぼ変形を固定することができた。
2）煮沸回復に関しては，12分間の処理で，ほぼ変形を固定することができた．
3）圧密材の物性は，圧縮真の増加に従い比重も増加し，それに比例して向上する．
4）圧縮量をコントロールすることによって，目的の強度性能を得ることができる。
参考文献
1）井上雅文，門河倫子，西尾治郎，則元 京：木材研究・資料，29（1993）
2）井上雅文：木材の横圧縮大変形の永久固定，（1993）−1コ5一一