人工杢目模様による木材の高付加価値化（第

全文

(1)人工杢目模様による木材の高付加価値化（第1報）－スギ板材の表層部に対する選択的な圧縮－楠本幸裕 *1. 竹内和敏 *1. Heightening the Added Value of Wood by the Artificial Figured Grain - Selective Compression into the Surface of Board of Sugi Yukihiro Kusumoto and Kazutoshi Takeuchi. 本研究は，板目や柾目等のいわゆる一般的な木の板材に対し，希少価値の高い天然の杢目材の様な模様を人工的に付与した「人工杢目板材」に関する研究である。板材の表面を部分的に切削する事でその模様は変化し，切削によって生じた表面の凹凸を圧縮により平滑化する事で，人工杢目板材を得る。圧縮の工程で一般的な手法を用いると，板全体が圧縮されるため，凹凸を平滑にするためには圧縮率が50%以上必要である。しかし50%以上の圧縮率で圧縮された板は，比重が過度に高くなっているため，家具の材料として利用するには難がある。そこで本研究では，家具の材料として利用可能な人工杢目板材を開発するために，表層部だけを選択的に圧縮させることで，凹凸を平滑にしながらも，全体の圧縮率を低減させる手法を開発し，実験によりその効果を確認した。. 1 はじめに. 方法として，表層部に水分と熱を与えることで，板材. 樹木から切り出された板材は，その模様により大き. の表層部だけを選択的に軟化・圧縮する処理方法につ. く板目，柾目，杢目の 3 種類に分類される。その中に. いて検討し，スギの板目材を試料として用いた実験に. おいて杢目は，その独特な模様と限られた樹種からし. より，その効果を検証した。. か採取できない希少性から，高級材料として大変珍重されている. 1-2). 。しかし近年の木材資源の枯渇化に伴. い，杢目板材の入手は次第に困難になっている。この. 2 実験方法 2-1 人工杢目板材の製造工程. ような背景を受け本研究では，板目や柾目の板材に加. まずは本研究で行った人工杢目板材の製造工程を. 工を施し，人工的に杢目模様を付与し高付加価値化し. 図 1 に示す。予め含水率 10%未満まで乾燥させた板. た「人工杢目板材」を得ることを目的とした。得られ. 材(a)の片側の表面を部分的に切削した(b)。切削方. る人工杢目板材を家具に加工すれば，家具自体も意匠. 法として図 1 の場合は，ボールエンドミルを用いて. 性が向上し価値も上がるため，当研究所が抱える大川. 板材の繊維方向に対して直交する 7 本の溝を彫った。. 地域の家具業界に対しても貢献できる。その大川地域噴霧器. では現在，近隣の八女地域から採れるスギやヒノキの利用促進，及びこれらを使った新しいスタイルの家具（大川ブランド）の開発プロジェクトが進行中である。人工杢目板材を得ようとする技術はこれまでにも研究. 3). がなされているが，既存の手法では 50%以上の圧. 縮率での圧縮を必要とするため，得られる人工杢目板材は比重が過度に高くなり，密度の増加や 2 次加工時. (a). (b). マイクロ波加熱装置. (c). 平板ホットプレス機. の切削難を伴い，家具の材料としての利用には難がある。そこで本研究では，圧縮が必要である凹凸の表層部だけを選択的に圧縮することで，板全体の圧縮率を低減させた人工杢目板材の製造を目指した。今回その. ディスタンスバー (e). (d). 図1 *1 インテリア研究所. 人工杢目板材の製造工程. (f).

(2) 続いて噴霧器を用いて切削した側の表面に水を噴霧し. 2-3-1 検証の目的. (c)，マイクロ波を照射して加熱軟化した(d)。最後に. 人工杢目板材を家具等の材料として利用するために. 平板ホットプレスを用いて圧縮し，切削による凹凸を. は，部分的な切削によって凹凸となった表面を圧縮に. 平滑化した(e)。この時，凹凸側の軟化作用をより効. よって平滑化する必要がある。圧縮の際の圧縮率が低. 果的に得るために，凹凸側と接する方の定盤だけを. すぎると凹凸は平滑化されず，逆に高すぎると表層部. 120℃に加熱した。また圧縮の際はディスタンスバー. 以外の範囲でも圧縮作用が起きる。従って必要十分な. を同時に挟み，圧縮後の厚さを調整した。これらの工. 圧縮率を検証しておく必要がある。. 程の中で，(c)～(e)が選択的圧縮処理に該当する。. 2-3-2 検証方法. 2-2 含水率の違いによる軟化作用の検証. 検証方法は，表面を深さ 2mmで部分切削し凹凸形状. 実験に先立ち，まず含水率とマイクロ波が木材に与. を持たせたスギの板材に対し，前節で得られた検証結. える軟化作用 4)について検証した。. 果を基に水噴霧とマイクロ波で表層部を選択的に軟化. 2-2-1 検証の目的. させ，凹凸が平滑化されるまで圧縮を続け，その時の. 選択的な圧縮を実現するには，圧縮させたい範囲だけに選択的に軟化作用を生じさせることが，不可欠である。従って木材に対し軟化作用を生じさせる要因を. 厚さから必要な圧縮率を求めた。 2-3-3 検証結果平滑化の判別は，目視と触感により行った。15%以. 検証しておく必要がある。. 下の圧縮率の場合は，触感により凹凸感が認められて. 2-2-2 検証方法. いたが，16%を超える圧縮率の場合は，板材として使. 検証方法は，含水率の異なる3つのスギの板材. 用が十分可能な程度の平滑面が得られた。従って圧縮. （105℃で乾燥，気乾，飽水）を用意し，同じ条件で. 率が16%以上となる圧縮であれば，凹凸を平滑化でき. マイクロ波を照射（1.5kW×90秒）した後，平板プレ. ることが分かった。同時にこれ以上の圧縮率は，表層. ス機で2.5MPaで圧縮し，圧縮後の厚さの違いを比較し. 部以外の範囲に対しても圧縮作用を生じさせる恐れが. た。. あるため，不要である。. 2-2-3 検証結果. 2-4 表層部への選択的圧縮実験. 検証の結果を表1に示す。この結果を比較すると，. 以上より得られた検証結果を基に，表層部に対する. 同じ条件でマイクロ波を照射し圧縮しても，含水率が. 選択的な圧縮の実験を行った。. 高い方が高圧縮率であることを示しており，このこと. 2-4-1 試料. から含水率が高い方が軟化され易いことが示された。. 実験の試料には，繊維方向200mm×接線方向100mm×. 以上から，表層部だけが高含水率となる状況を実現す. 厚さ25mmのスギの板目材に対し，半径14mmのボールエ. れば，マイクロ波を照射した際に表層部だけに対する. ンドミルで深さ2mmの溝を木表側に彫った物を用いた。. 選択的な軟化が可能であることが分かった。. 2-4-2 実験方法実験方法として，以下の工程で圧縮を行った。. 表1. 含水率の違いによる軟化作用の検証結果. 表面含水率. 105℃乾燥. 気乾状態. 飽水状態. 3.7%. 15.9%. 42.3%. 厚さ(圧縮前). ①切削した側の表面に水を噴霧 ②マイクロ波を照射して表層部を選択的に加熱軟化 ③圧縮率が16%となる厚さまで圧縮また，加熱軟化，及び圧縮に関するその他の条件は，. 25.0mm. 厚さ(圧縮後). 24.7mm. 22.7mm. 18.9mm. 圧縮率. 1.2%. 9.2%. 24.4%. 表2に示す通りである。. 表2 2-3 平滑化に必要な圧縮率の検証次に，凹凸を平滑化するために必要となる圧縮率についての検証を行った。. 圧縮実験条件. マイクロ波. 1.5kW,150秒. 圧縮率. 16%. 定盤温度. 120℃. 圧縮時間. 5時間.

(3) 3 結果と考察. 4 まとめ. 圧縮実験後の試料は，家具等の材料として使用が十. 表層部への選択的圧縮実験の結果，スギの板目材の. 分可能な程度の，良好な平滑面を得ていた。そこで次. 表面を選択的に軟化・圧縮させることで，人工杢目模. にその断面を観察し，表層部だけに対して選択的に圧. 様を付与するために部分切削によって凹凸となった表. 縮が行われているかを，以下の2種類の方法により検. 面を，平滑化させることに成功した。また写真による. 証した。. 圧縮前後での木口面の比較と，デジタルマイクロスコ. 3-1 木口断面の比較. ープによる圧縮後の組織の観察結果から，圧縮を表層. 図2に圧縮の前後で木口面を比較した写真を示す。. 部だけに対し選択的に行えていることを確認した。ま. この写真を観察すると，圧縮後に一年輪の厚さが薄く. た実験による圧縮率は16%であり，従来手法より低い. なった年輪，つまり圧縮された年輪が，木表側(被切. 圧縮率で凹凸を平滑化させることができた。. 削側)に集中していた。そこで各年輪に木表側から順に番号を振り，それらの圧縮率を圧縮前後の年輪の厚. 木表側(被切削側). さからそれぞれ算出し比較した。その結果をグラフにして図3に示す。このグラフから，木表側の表層部にある4年輪のみが圧縮されていることが分かった。. 圧縮前. 圧縮後. 図2. 圧縮前後での木口面の比較. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. 50 40. 圧縮率 %. 圧縮層. 30 20. 10. 木裏側. 図4. 0. 1. 図3. 2. 3. 4 5 6 年輪番号. 7. 8. 9. 圧縮後の木口断面の組織観察写真. 10. 各年輪における圧縮率の比較. 5 参考文献 1)足立匡広他：木のデザイン図鑑，エクスナレッジムック(2001). 3-2 組織観察続いてデジタルマイクロスコープを用いて，木口面の組織の観察を行った。その時の写真を図4に示す。その結果，木表側から4年輪内においてのみに，圧縮層が確認された。. 2)日本木材学会：木質の物理，文永堂出版(2007) 3)特開平11-226945 4)伏谷賢美他：木材の物理，文永堂出版(1985).

(4)