木材 木材の概要

木材

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2022/03/26 21:07 UTC 版)

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材木店の店頭に並ぶ各種木材

その用途は、切削など物理的加工(木工)された木製品に限らず、の原料(木材パルプ)また、薪炭材(しんたんざい。木炭)に留まらない化学反応を伴うガス化・化を経たエネルギー利用[2]化学工業の原料使用、飼料化などもある[3]樹皮を剥いだだけの木材は丸太(まるた)と呼ばれる。材木(ざいもく)も同義[1]だが、これは建材道具類の材料などに限定する場合もある[4]

日本でもヨーロッパでも一般的には木材名は樹木名と同一であるが、木材業界や木工関係者・工芸家などの間では、生産地、樹齢、生育環境製材方法、その他の処理によって特定の木材に特定の呼び名を用いることがある(ブラウン・オークやボグ・オークなど)[5]

構造と特徴

構成

年輪が27本あるイチイの幹の断面。外側の色が薄い「辺材」、内側の色が濃い「心材」、中心部の細い「髄」が観察できる。

木材として使われる部分である木部は「材」(ざい)と呼ばれる。樹木は、成長点を由来とする中心部にあるごく細く軟らかい「髄」(ずい)または「樹心」(じゅしん)、主要部分を占める「材」、外皮に当たる樹皮の3つの部分に分かれる。木も代謝を繰り返し細胞分裂によって成長するが、幹やの先端(成長点)を除く「材」の部分では樹皮のすぐ下に当たる部分(厳密には師部と隣接する数層、維管束形成層と呼ばれる)だけに限られ、しかも幹側になる細胞は分裂機能を失い、数週間で原形質を無くして細胞壁だけとなる。これが積み重なって木の「材」となる。樹皮にはでの光合成で作られた炭水化物を木全体に送る「師部」(しぶ)がある[6]

さらに「材」は内側の「心材」(しんざい)と外側の「辺材」(へんざい)に分けられる[6]。心材は「赤身」(あかみ)、辺材は「白太」(しらた)とも呼ばれるが、これは一般に中心部が赤っぽく、外辺部が白っぽい色をしているためである[7]。ただし、エゾマツトドマツまたはベイツガなど木の種類によっては中心部と外辺部で色の違いが見られず、心材と辺材の区別がほとんど出来ないものもある[6]

辺材にはから吸い上げた水分を樹木全体に送る仮道管針葉樹)または道管広葉樹)、またでんぷんなど同化物質を貯蔵・分配するために原形質を保持した柔細胞があり、木の生命活動を担う。道管・仮道管はその形成の段階で非常に細長く、かつ厚壁になったもので、それらはほとんどが幹の縦方向に平衡して並んでいる。また内部が空洞化することによって作られるため、木材は、強度を決定づける繊維が縦方向に強く並び、軽量ながら適度な強度と断熱性を持ち、方向による異方性を示す材料となる[8][9]

木材の主成分は多糖類であるセルロース分子が作るミクロフィブリル[6](約50%)やヘミセルロース(含キシラングルコマンナン、約20%)、リグニン(広葉樹約20%、針葉樹約30%)を主成分とし[10]、副成分としてテルペンタンニンリグナン等を含む[11]細胞組織からなり、複雑で緻密かつ強靭な構造を成している[12]。骨格となる長鎖状のセルロースは木材に強さやしなやかさをもたらし、網目状のリグニンは細胞を接着させながら硬さ曲げ強さを与える。分岐状のヘミセルロースはセルロースとリグニンを結びつける機能を受け持っている[13]。これらは自然界では化学分解の難しい成分として知られるが、実際には菌類シロアリなど一部の動物がこれを強力に攻撃する。特に辺材は水の通り道となるために含水率が心材と比べて高く、また栄養素を含むことから腐りやすく害虫にも弱い[6]。これらの成分は可燃性であり、は木材にとってもっとも危険なものである。

この柔細胞は分裂から数年 - 数十年経つと周囲の細胞を心材化させ、自らも原形質を失って膨張し、チロース[14]となって樹脂道や道管を充填する。こうして形成された心材は木の構造を支え、フェノール類などの抽出成分を含んで腐食や害虫の侵入を阻止する役目を持つ。また、セルロースは伐採後200-300年という期間を経て結晶化が進み、木材の強度を高める効果がある[15]

個性

木は生物であるため、樹種だけでなく育成環境や伐採の季節、また一本の木の中でも部位によって性格が異なり、それに応じて扱いを都度変える必要がある。

樹種の分類では、大きく針葉樹広葉樹に分けられる。主に寒冷地から温帯にかけて生育する針葉樹は一般に直線的な幹と小さめな樹幹を持ち、気候の影響から明瞭な年輪を形成する[16]。ただし世界中に分布する広葉樹のうち熱帯に生育するものには年輪が作られないものもある[16]。構成にも差があり、チロースとなる柔細胞の比率も針葉樹で約5%に止まるのに対し広葉樹は10 - 30%と多い[6]

木の成長は季節によって変化する。木はから初秋にかけて細胞分裂を起こして幹を太くするが、この期間の前半と後半では細胞の形状や大きさ、木種によっては細胞の種類が変わる。前期に形成される部分を「早材」または「春材」(俗に夏目)[17]。と呼び、針葉樹の場合は細胞壁が薄く細胞の直径は大きくなり、材の色は薄くなる。後期の形成箇所は「晩材」または「秋材」(俗に冬目)と言い、特徴は逆になる[18]。広葉樹では、ケヤキやミズナラなどでは早材部分に大きい道管が形成されるために区別がつくが、ホウノキカツラなどでは季節による道管に差ができないためにこの早材/晩材の差が生じない[6]

木材の「節」(ふし)。写真は材と木目が繋がっていない「死節」に当たる。

季節では、雨性の温帯気候に属する日本においては木の新陳代謝の低下するからにかけての時期が伐採の最適期とされており、特に広葉樹のブナなどはこの時期に伐採したものは腐れや害虫に強い木材になる。しかし例えば磨き丸太に使う木材では樹皮と材を剥離しやすい幹形成期の春が伐採に適すなど、目的によって最適時期は変わる[19]

樹木を縦割りにした際、枝があった部分には「節」(ふし)が残る。これには、材の木目から断裂が無く繋がっている「生節」(いきぶし)と、枯れた枝が幹の成長に伴って包み込まれた「死節」(しにぶし)がある。なお、枝が枯れ落ちたり切り払う(枝打ち)作業によって節が無い材は特に「枝下材」と呼ばれ価値が高い。ただし節の存在が強度不足を招くことはなく、逆に美的評価の要素として格付けされる場合もある[6]

乾燥

目的

木材は、伐採直後のものを使うには数々の問題がある。木材が含む水分量のめやすとなる含水率(細胞壁の重さに対する水の重さの比率)は、以下の式で求められる[20]

(%)

ただし、

  • は、含水率
  • は、含水率を測定する木材の質量
  • は、全乾状態の木材の質量

伐採後、乾燥工程を経ていない木材は「生材」と呼ばれ、その含水率は樹種にもよるが、40 - 300%以上の広きにわたる。針葉樹の辺材になるとどの品種でも軒並み100%を超え、広葉樹でも70%前後となる[2- 1]。十分に乾燥されていない木材は重く、腐りやすく、収縮・変形し強度も乾燥材に劣る。

生木を乾燥させていくと含水率30%前後(繊維飽和点)で収縮が始まり、変形となって現れる[21]。しかもそれは、表面が先行して乾燥するため、内部との歪みが生じ表面割れが生じる。その後内部乾燥が進むと今度は逆向きの力が内部に加わり、内部割れを起こす原因となる[21]。その他にも、不均一な乾燥はそりや変色などを引き起こす[21]

木材を一定の温度・湿度に調節された環境に放置すると、ある含水率に達した時点で木材の吸湿と放湿が同じスピードになり、見かけ上木材が吸放湿を行わなくなる。こうなると木材の収縮・変形は収まる。この平衡に達する含水率は温度と湿度によって一意に定まり、平衡含水率と言う[20]。この状態にある木材は「気乾材」と呼ばれる[20]。日本の場合、外気の平衡含水率は季節や地域によって異なるが、おおむね12 - 16%程度[注 1]であり、建築用材であれば20%まで乾燥してから用いるのがよいとされている。また、空調設備の整った屋内での使用が基本となる家具用材などでは7%、ビル内装で8%、フローリングで9%、集成材のラミナで10%程度の含水率まで乾燥した材が用いられる[21]。これは、木材が一定以下の含水率になった後、湿気を吸いにくくなるという性質を利用するためである。なお、木材の表面だけが乾燥して内部の含水率が高いと出荷後に製品に狂いが生じるので、乾燥工程の終了時には十分な養生期間を設けて、木材内の含水率をできるだけ均一にすることが望ましい。

方法

木材の乾燥方法には大きく分けて「天然乾燥」と「人工乾燥」の2通りの乾燥方法がある。天然乾燥は直接降雨が当たらないよう簡単な屋根を設けた風通しの良い場所に桟積みして自然の力(太陽光)のみで乾燥が行われる。自然エネルギーだけを用いる点は有利だが、環境を制御しないために含水率15%程度まで乾燥させようとすると非常に長い期間がかかり、経済的効率が悪い[21]

人工乾燥は、乾燥室内に木材を置いて各種条件をコントロールしながら行う。その方法は、蒸気を熱源に熱風を送る蒸気式内部送風機型(IF型)乾燥室が主流であり、その他に50℃以下で除湿する「除湿乾燥」、100℃以上の熱風を用いる「高温乾燥」、減圧下では平衡含水率が下がることを利用し50~70トルの減圧釜を使う「減圧乾燥」、高周波を発生する電極に木材を挟んで行う「高周波乾燥」、有機溶剤などを加熱した薬剤に接触させる「薬品乾燥」がある[21]。人工乾燥は短期間で行えることや均一な木材に仕上がる点がメリットに挙げられ、デメリットとしては乾燥に際し二酸化炭素放出やエネルギー消費が伴う点がある。この他にも、パラフィン液相乾燥、遠赤外線乾燥、加圧下での乾燥、マイクロ波乾燥なども検討・開発されている[22]

実際の乾燥は、木の種類や形状・寸法、またはどの程度まで損傷を許容するかを勘案し、天然乾燥で30%程度まで含水率を下げた上で人工乾燥を組み合わせ行う手法が一般的である。これはそれぞれの国や地域、およびメーカーが積み上げたノウハウに基づいている。楽器など特殊な用途ではあえて数年以上の天然乾燥を行い、長期間の平衡含水率状態で木材の吸排湿を繰り返す手段を用いる。これによって高い寸法安定性を持たせ、かつ振動特性を向上させる狙いがある[21]。また、製材後に黒筋となるのアクを抜くため、雨水にさらしながら乾燥させる「雨打たし」という技法もある[23]


注釈

  1. ^ 岡野 p.14では11-17%
  2. ^ 文献『木材のおはなし』では比重と記されている。筆者の岡部は、木材の体積を示す単位が立米(立方メートル)、(ぎょく)、BM(ボードメジャー)、cf(立方フィート)などまちまちであるため、あえて比重と表示し単位 (kg/m3) を併記して本書を執筆した。しかし1994年の「JIS Z2101 木材の試験法」[39]改訂にて、表示がすべて「比重」から「密度」に書き改められたことを機に、同書にて「読者諸氏には“比重”を“密度” (g/cm3) に読み替えていただきたい」(p.170) と注釈を加えている。本項表記もそれに倣う。

出典

  1. ^ a b 「【木材】」『広辞苑』岩波書店、1999年、第五版第一刷、2639頁。4-00-080113-9。
  2. ^ a b 木のすべてを愛そう -木材の有効利用- (PDF)” (日本語). 北見工業大学地域共同研究センター. 2010年4月3日閲覧。
  3. ^ a b c d 岡野 p.147-169 6.エピローグ-その将来を展望する-
  4. ^ 「【材木】」『広辞苑』岩波書店、1999年、第五版第一刷、1044頁。4-00-080113-9。
  5. ^ メヒティル・メルツ『日本の木と伝統木工芸』海青社、2016年、67頁。
  6. ^ a b c d e f g h 岡野 p.73-102 3.構造の秘密
  7. ^ 木林学ことはじめ (34) 木を語る情報源” (日本語). 京都新聞. 2010年4月3日閲覧。
  8. ^ 授業科目名:木材物理学、担当教官:澤辺攻(応用生物学科)” (日本語). 岩手大学農学部. 2010年4月3日閲覧。
  9. ^ 木のはてな? Q:木材の特徴を教えてください” (日本語). 財団法人日本木材加工技術協会関西支部. 2010年4月3日閲覧。
  10. ^ 第14回公開講演「魅力あるキノコの世界」生命環境学部:森永力 (PDF)” (日本語). 県立広島大学. 2010年4月3日閲覧。
  11. ^ 森林化学 前期 教授:志水一允 (PDF)” (日本語). 日本大学生物資源科学部. 2010年4月3日閲覧。
  12. ^ 農学部第7類:生物材料住科学専修・生物材料開発化学専修 生物材料科学専攻長 空閑重則” (日本語). 東京大学教養学部 進学情報センター. 2010年4月3日閲覧。
  13. ^ 木のはてな? Q:セルロース、リグニン、ヘミセルロースってなんですか?” (日本語). 財団法人日本木材加工技術協会関西支部. 2010年4月3日閲覧。
  14. ^ チロース” (日本語). 建築情報.net. 2010年4月3日閲覧。
  15. ^ 木のはてな? Q:ヒノキなどの木材は、伐採後200-300年後も強度を増が増す…といわれています。どんな要因が働いてそうなるのですか?” (日本語). 財団法人日本木材加工技術協会関西支部. 2010年4月3日閲覧。
  16. ^ a b 岡野 p.1-10 1.プロローグ
  17. ^ 慣習的には夏目という呼び方のほうが一般的。なお春目や秋目などとは言わない。
  18. ^ Wood growth and structure” (英語). www.farmforestline.com.au. 2010年4月3日閲覧。
  19. ^ 森林の管理と経営 Q1” (日本語). 独立行政法人森林総合研究所. 2010年4月3日閲覧。
  20. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s 岡野 p.11-72 2.性質を探る
  21. ^ a b c d e f g 岡野 p.103-126 4.加工する
  22. ^ 木のはてな? Q:最近新しい乾燥法が開発されていると聞きますが、どんな方法なのでしょうか?” (日本語). 財団法人日本木材加工技術協会関西支部. 2010年4月3日閲覧。
  23. ^ 木林学ことはじめ (11) 雨が必要な木” (日本語). 京都新聞. 2010年4月3日閲覧。
  24. ^ 木質材料の種類と特徴 建材試験情報 2016年6月号”. 一般財団法人建材試験センター( http://www.jtccm.or.jp/ ). 2016年11月8日閲覧。
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  28. ^ 木材ノ工藝的利用 明治45年
  29. ^ 板目板” (日本語). 宇都宮大学. 2010年4月3日閲覧。
  30. ^ 合板の需要分野” (日本語). 日本合板工業組合連合会. 2010年4月3日閲覧。
  31. ^ 合板の規格と表示” (日本語). 日本合板工業組合連合会. 2010年4月3日閲覧。
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  39. ^ JIS Z 2101日本産業標準調査会経済産業省
  40. ^ a b c d e f g h i 岡野 p.127-145 5.保存する
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  56. ^ ウッドショック収まらず…「住宅高騰×工期遅れ」のWパンチは“これから”が本番かもしれない” (2021年11月2日). 2021年11月29日閲覧。

脚注2

  1. ^ 矢沢亀吉1950、蕪木自輔1956/岡野 p.15
  2. ^ 理科年表など/岡野 p.38
  3. ^ F.Kollmann, 1951 /岡野 p.41






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