本 研 究 の 遂 行 な らび に 本 論 文 の 作 成 に あ た り
,研
究 全 般 に わ た つ て 終 始 懇 切 な ご指 導 と激 励 を賜 つ た,鳥
取 大 学 農 学 部 教 授作 野 友 康 先 生
,島
根 大 学 生 物資 源 科 学 部 教 授
西 野 吉 彦 先 生 に 心 か ら深 く感 謝 申 し上 げ ま す 。
ま た 実 験 の 遂 行 に 当 た つ て ご協 力 頂 い た 住 友 林 業 株 式 会 社 筑 波 研 究 所
,主
任 研 究 員綿 引 誠 氏 に 心 か ら御 礼 申 し あ げ ま す 。
本 研 究 を 遂 行 す る に あ た り
,多
く の ご配 慮 を 賜 りま した,住
友 林 業 株 式 会 社 筑 波 研 究 所 の 歴 代 の 所 長 ,グ ル ー プ 長 の 井 上 嘉 彦 氏 に 心 よ り感 謝 申 し上 げ ま す 。 同 時 に,研
究 の 推 進 に 当 た つ て 様 々 な ご協 力 や ご助 言 を い た だ い た,主
任 研 究 員高 橋 浩 一 氏
他
,研
究 所 の 皆 様 に感 謝 い た しま す 。ま た
,筆
者 が マ ル ニ 木 工 株 式 会 社 の 勤 務 時 代 に 木 材 乾 燥 の 基 礎 を 教 え い た だ い た,平
田英 史 氏
,東
春 行 氏 に 感 謝 致 し ま す 。そ の 他 多 くの 方 々 の ご指 導 と ご協 力
,激
励 の 言 葉 を い た だ き本 論 文 が 作 成 で き ま した こ と を こ こ に 記 し,心
よ り感 謝 申 し上 げ ま す 。‐62‐
摘 要
緒 言
住 宅 構 造 用 材,と りわ け
,ス
ギ 心 持 ち正 角 無 背 割 りの 柱 材 の 乾 燥 方 法 に お い て,高
温 乾 燥 は,乾
燥 時 間 が 短 縮 で き, しか も材 面 割 れ が 少 な い な どの 特 長 が あ り,近
年,急
速 に 普 及 して い る。 一 方 で,高
温 乾 燥 の 欠 点 と して,内
部 割 れ が 生 じや す い こ とは 良 く知 られ て い る。 内 部 割 れ が 多 く生 じ る こ と に よ り,住
宅 構 造 用 材 と して の 使 用 上 に お い て 柱 材 の 強 度 低 下 や
,仕
口・ 継 ぎ 手 の 接 合 不 良,釘
の 保 持 力 低 下 な どが 生 じ る な どの 影 響 が 懸 念 され て い る。 高 温 乾 燥 に よ る 内 部 割 れ の 抑 制 が 可 能 とな れ ば,国
産 材 の 需 要 拡 大 に 大 き な 飛 躍 が 期 待 され る 。 した が つ て,ス
ギ 柱 材 の 内 部 割 れ を抑 制 す る 高 温 乾 燥 法 の 確 立 が 望 ま れ て い る。本 研 究 は
,ス
ギ 心 持 ち 正 角 材 の 高 温 乾 燥 に お け る 内 部 割 れ の 発 生 メ カ ニ ズ ム を 解 明 す る こ と に よ り,内
部 割 れ を 抑 制 す る 乾 燥 方 法 を 開 発 す る こ と を 目的 と す る。1.予
備 実 験 に よ る ス ギ 心 持 ち 正 角 柱 材 の 内 部 割 れ の 検 討ス ギ 柱 材 の 高 温 乾 燥 で は
,乾
燥 初 期 か ら乾 球 温 度 120℃,湿
球 温 度 90℃ の 条 件 に よ り乾 燥 を 行 う こ と が 乾 燥 時 間 の 短 縮 と材 面 割 れ を 防 止 す る の に 有 効 で あ る と報 告 され て い る。 そ こ で,乾
球 温 度 120℃の 乾 燥 条 件 に よ る 高 温 乾 燥 を行 い,乾
燥 後 の 内 部 割 れ の 実 態 を 検 討 す る こ と に よ り,内
部 割 れ の 抑 制 に お け る 基 礎 的 知 見 を 得 る。乾 球 温 度 120℃
,湿
球 温 度 9o℃で72時
間 持 続 の 乾 燥 を 行 つ た 。 内 部 割 れ が 全 数 に発 生 した 。 次 に,乾
球 温 度 120℃ の 持 続 を37時
間 と し,そ
の 後 温 度 を 110℃ に 下 げ る 乾 燥 を した 結 果,内
部 割 れ 低 減 効 果 が 顕 著 に 認 め られ た 。 内 部 割 れ は 乾 球 温 度 120℃ の 持 続 時 間 と 関係 す る こ とが 示 唆 され た の で,内
部 割 れ の 低 減 を 目的 に 120℃の 持 続 時 間 を 18時間 に した 。そ の 結 果,内部 割 れ の 低 減効 果 は 認 め られ た が,内 部 割 れ 度 の 比 較 的 大 き い 発 生 率 は
,120℃
持 続87時
間 と 18時間 で は 大 き く は 変 わ ら な か っ た 。100℃以 上 の 高 温 区 域 に お い て は,単
純 に 乾 球 温 度 を 下 げ る だ け で は
,内
部 割 れ を 防 止 で き な い 因 子 が あ る も の と推 察 され た 。2.高
温 乾 燥 過 程 に お け る 開 放 ひ ず み に よ る 内 部 応 力 の 推 定高 温 乾 燥 過 程 に お け る 柱 材 の 開 放 ひ ず み を 測 定 し
,内
部 応 力 を 推 定 す る こ と に よ つ て,内
部 割 れ の 抑 制 を検 討 した 。 開 放 ひ ず み は 高 温 乾 燥 中 の ス ギ 柱 材 を 乾 燥 機 内 か ら取 り出 して,ス
ラ イ ス 法 に よ り測 定 した 。開 放 ひ ず み の 分 布 か ら,内 部 割 れ は
H.5cm角
柱 材 で は 材 面 か ら深 さ約 2.6cmの 層 が 負 の ひ ず み (引 張 ひ ず み
)の
ピー ク と な り,表
層 の 正 の ひ ず み (圧 縮 ひ ず み)が
ピー ク で あ る と き に,内
部 割 れ の 発 生 し易 い 状 態 で あ る こ と が 明 らか に な っ た 。 す な わ ち,H。 5cm角
柱 材 で は 材 面 か ら深 さ約2.6cm層
の 収 縮 が 進 行 し,そ
の 部 分 に お け る 引 張 応 力 が 大 き くな る と内 部 割 れ が 発 生 し易 く な る と 推 察 され る 。深 さ2.6cm層 の 乾 燥 状 態 を 計 測 す る こ と に よ り,収
縮 が 進 行 す る 前 に 収 縮 速 度 を 遅 くす る こ とで,内 部 割 れ の 抑 制 が 可 能 と考 え られ る。そ こ で,中 間 層 約 2.6cm層の 含 水 率 と材 温 を 計 測 す る こ と に よ り乾 燥 状 態 を モ ニ タ リ ン グ して
,内
部 割 れ を 抑 制 す る乾 燥 方 法 を提 案 した 。3.高
温 乾 燥 に お け る 内 部 割 れ と 内 部 ひ ず み と の 関 係ひ ず み ゲ ー ジ を ス ギ 柱 材 の 横 断 面 の 四 角 の 中 央 部 に 取 り付 け て
,乾
燥中 の 内 部 ひ ず み を 連 続 し て 計 測 し
,乾
燥 後 に 観 察 さ れ た 内 部 割 れ と の 関 連 に つ い て 検 討 し た 。 高 温 乾 燥 後 の 横 断 面 に 認 め ら れ た 内 部 割 れ は,心
持 ち 正 角 材 横 断 面 の 四 角 の 対 角 線 に 放 射 状 に 発 生 し て お り
,こ
の 箇 所 に 大 き な 引 張 応 力 が あ っ た と 考 え ら れ る 。乾 燥 収 縮 が 進 行 す る過 程 に お い て
,内
部 割 れ が 発 生 す る 前 に,引
張 応 力 の 増 大 に よ る も の と考 え られ る 収 縮 の 進 行 が 抑 え られ た ひ ず み 変 化 が 観 測 され た 。・ 64‐
つ づ い て
,乾
燥 中 に 観 測 され た 急 激 な 収 縮 ひ ず み の 増 大 は,内
部 割 れ の 発 生 に 伴 う引 張 応 力 か ら の 開 放 に よ る も の と考 え られ る。 内 部 割 れ に よ る 収 縮 ひ ず み の 増 大 に よ り,隣 接 の 対 角 線 付 近 が 引 張 され な が ら,乾 燥 収 縮 す る こ と に よ り, 引 張 応 力 が 増 大 し,内
部 割 れ が 発 生 しや す く な る こ とが ひ ず み の 時 間 変 化 の 観 測 に よ り明 らか に な っ た 。 こ の よ うに,内
部 割 れ は,順
次,別
の 箇 所 に お い ても割 れ が 発 生 して い く こ と が
,ひ
ず み の 変 化 過 程 を観 測 す る こ とに よ り推 察 さ れ た 。 これ らの 結 果,ス
ギ 心 持 ち 正 角 材 の 高 温 乾 燥 に お け る 内 部 割 れ の 発 生 メ カ ニ ズ ム が 明 らか に な っ た 。内 部 割 れ の 発 生 は
,乾
燥 開 始 後30時
間 で 既 に 発 生 し て い る 可 能 性 が 示 され た が,こ
れ は,乾
燥 割 れ を抑 制 す る た め の 新 た な 乾 燥 ス ケ ジ ュ ー ル の 開 発 に お い て,き
わ め て 重 要 な 知 見 で あ る とい え る。4.高
温 乾 燥 過 程 に 発 生 す る 内 部 割 れ の 抑 制内 部 割 れ を抑 制 す る た め に は
,乾
燥 中 の 材 内 部 に お け る 乾 燥 応 力 を 的 確 か つ 迅 速 に,し
か も連 続 的 に推 定 して 制 御 す る こ とが 必 要 で あ る。 さ ら に,内
部 割れ を 効 果 的 に 抑 制 す る た め に
,高
温 乾 燥 中 の ス ギ 心 持 ち 正 角 材 の 内 部 に ひ ず み ゲ ー ジ を 取 り付 け て,内
部 割 れ が 発 生 す る 前 の ひ ず み 変 化 を 監 視 し,抑
制 す る方 法 を 検 討 した 。 そ の 結 果
,高
温 乾 燥 中 の ひ ず み 変 化 を 1時 間 当 た りの ひ ず み 変 化 量 と し て 検 討 し た と こ ろ,内
部 割 れ が 観 察 され た ゲ ー ジ の み が 1時 間 当 た りの ひ ず み 変 化 量 が‑3.00×10‑4/hよ
り大 き な 収 縮 の 進 行 が 観 測 され た 。 内 部 割 れ の 発 生 は 1時間 当 た りの ひ ず み 変 化 量 が 急 速 に 大 き く な る 時 間 帯 で 起 こり易 い こ とが 明 らか に な っ た 。 そ こ で
,内
部 割 れ の 発 生 を 抑 制 す る た め に は,ひ ず み 変 化 量 が‑3.00×
10‑4/hに
な る 前 に,1時間 当 た りの 変 化 量 を 低 下 させ る 乾 燥 条 件 に 切 り替 え る必 要 が あ る と考 え られ た 。5。 高 温 乾 燥 に よ る 内 部 割 れ 抑 制 乾 燥 法 の 開 発
高 温 乾 燥 中 に お け るひ ず み 変 化 を 1時 間 あ た りの 変 化 量 と して評 価 す る こ と
に よ り
,‑3.00× 104/hょ
り大 き な 収 縮 に な らな い よ うに,乾
球 温 度 を 制 御 す る こ とで,内
部 割 れ を 抑 制 す る乾 燥 方 法 を試 み た 。 そ の 結 果,ひ
ず み 変 化 量 が 大 き く な る 前 に 乾 球 温 度 を 下 げ て,ひ
ず み 変 化 量 を コ ン トロ ー ル す る こ とが 可 能 で あ り,そ
の 結 果 内 部 割 れ を抑 制 す る効 果 が 認 め られ た 。6.ま
と めス ギ 心 持 ち 正 角 無 背 割 りの 柱 材 の 高 温 乾 燥 に お け る 内 部 割 れ を抑 制 す る研 究 を 行 つ た 。 ひ ず み ゲ ー ジ を材 内 部 に 埋 め 込 む こ とに よ つ て
,乾
燥 中 の ひ ず み を 連 続 して 計 測 し,ひ
ず み 変 化 と 内 部 割 れ と の 関 係 を 検 討 した 。 そ の 結 果,高
温 乾 燥 中 の ひ ず み の 時 間 変 化 を観 測 す る こ と に よ り,内
部 割 れ の 発 生 メ カ ニ ズ ム を把 握 す る こ とが 可 能 で あ つ た 。つ づ い て ,ひ ず み 変 化 速 度 を 監 視 因 子 と して,乾 燥 機 内 の 乾 球 温 度 を 制 御 す る こ と に よ り
,内
部 割 れ を 効 率 的 に 抑 制 で き る こ と を 示 した 。‐66‐
Summary
For use as a constructional inaterial as pillars,etc。,wood lnust be dried to reduce its moisture content to a certain level to prevent deformatiOn or cracking on shrinkage.In particular constructional wood recently tends tO be supplied in pre‐ worked fOrm, and dried wood with higher diェ nensional stability and less susceptibility to cracking has been demanded.
Recently, the high temperature drying method has become popular for drying sugi(aリ フん盟 θrraノ況POf2ゴじ
2D.DON)boxed‐
heart square tinibers as pillars in a short tilne while suppressing surface checkso HOwever,it is well known that internal cracks in sugi boxed‐ heart square timbers Often occur during high temperature drying above 100℃ .This has led to a keen demand for developing a drying technique which restrains internal crackso ln this thesis, I studied on internal cracks in sugi boxed‐ heart square tilnbers caused by high temperature drying and development of the drying methodreducing the internal cracks。
The results obtained are as follows:
1. PreliHlinary test to study internal cracks of high temperature drying.
The wood drying method comprising sugi boxed‐ heart square tilnbers by initial steaIIling at 95qc for 8hours followed by drying at a dry bulb temperature of 120℃ and a wet bulb temperature of 90℃ fOr 72 hours has been proposed as a technique for achieving drying in a short ti】me while suppressing cracking on the surfaceo We experiュ nented on high temperature
drying of sugi ll.5cEl bOXed‐ heart square tilnbers length 300cm.
Test.l did the schedule same as above drying. Internal cracks were observed on the cross section in all pieces,but few surface checks.For study
to reduce internal cracks were scheduled after initial steaHling for high temperature drying as fol10ws.
Test.2 was scheduled by drying at a dry bulb temperature 120'C for 37hours,then l10℃ fOr 54hours.Internal cracks decreased to 17.50/0。
Test。3 was scheduled by drying at a dry bulb temperature 120℃ for 18hours,then 107qc for 54■ours, Internal cracks decreased to 58.10/0。
Internal cracks decreased as shOrter 120℃ drying tilme.However,the ratio of extreme internal cracks were not Hluch difference between test,2 and test,3. This may be other factor what have without reference to 120℃
continual drying til■ e on high temperature drying。
2。 Relationship between internal cracks and strains nleasured by slice
method
Strains figured as followso Strains measured length before slice and after slice to even each 8.8mm of 13pieces on the cross section in ll.5cm boxed‐heart square tinlbers which took out the samples from kiln dryer during high temperature drying.
The shell(the layer of wOOd near the surface) reversed to compression strains from tension strain during 16hours to 24hours drying at a dry bulb 120℃ .The mOisture contents were 10%at this tiHle.
After drying at a dry bulb 120℃ , the middle of layer 2.6cm depth from surface of ll.5cm square became steep tension strain, and the shell alsO became steep compression strain.
This means tension stress was developing at a dry bulb 108(', 60hours after beginning,After the drying completed, internal cracks appeared at this Hliddle of layer 2.6cm zone shOwed steep tension strains. WIoisture content was below 150/O at the part Ofthe layer。
68