第９回 「木材の乾燥」 |
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| 吉野中央木材（株）専務が送る、国産無垢材製材所のドキュメント。 | |||||||||
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１、なぜ木材を乾燥させる？ |
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| 今回は「木材の乾燥」について、勉強をしてみたいと思います。 木材製品の品質を決める要素は、“木自体が持つ材質”が基本になるのは当然なのですが、“乾燥の度合い”が重要なファクターとなります。 木材の乾燥は科学的に様々な研究がされていますが、今回は当社のこれまでの経験を踏まえ、製材所の観点から見た「木材の乾燥」というものを探ってみたいと思います。 まず、「木を乾燥させる」とは一体どういう事でしょうか？ 山に生えている木（立ち木と呼びます）は、水を豊富に含んでいます。 杉と桧の場合は、木材自体の約１．５倍の水分を含んでいます。 木材に含まれる水分量を表す指標として、「含水率」があり、立ち木の場合だと１５０％という事になります。 一般に「乾燥材」とされる基準は、含水率２０％とされています。 １５０％近い状態から２０％まで落として行く工程が、乾燥作業に当ります。 原木から製材したばかりの木材製品は、まだまだ水分をたくさん含んでおり、「生材（なまざい）」と呼ばれる状態です。 建築資材として乾燥材が求められる理由は、この生材は乾燥が進むにつれ、変形や収縮が起こってしまい、建築構造上、不具合が出るからです。 乾燥するという事は、木材から水分が抜けるという事で、野菜や魚でも保存用に乾燥させると縮みますが、これと同様の現象が木材にも起きるわけです。 木材は野菜や魚ほど縮むことはありませんが、乾燥による変形・収縮で、曲り・反り・割れが生じる事になるので、生材の状態のまま使用して住宅を建築した場合には、後に自然乾燥してきた際、この変形や収縮の度合いが大きい為に、家の構造に歪みが起きる可能性が高くなります。 だから乾燥材が必要になるわけです。 |
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２、含水率 |
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| それでは、木材乾燥の世界に入って行きたいと思います。 まず、木材の乾燥度を見る基準になる「含水率」についてです。 木材の含水率は、“測定時点の木内部の水分量”を“木が完全に水分を失った状態の重量”で割った数値です。 つまり、測定時点の全重量を測り、次にその木材の水分がゼロになるまで乾燥させ、その重量を測ります。 その差が水分量に当ります。その水分量を完全乾燥状態の重量で割るという事です。この方法を「全乾法」と呼び、最も正確な数値が算出できます。 しかし現実の問題としては、全乾法は研究施設の測定方法であり、一つ一つの製品に使用する事は不可能な為、製材所などでは別の方法で測定をしています。 当社で使用している測定方法は、「高周波式」と呼ばれるものです。 高周波式含水率計は、木内部の水分量に応じて木材の誘電率が低下する仕組みを利用しており、木材の表面から２０㎜の深さまでの含水率を測定するのですが、断面全体の平均値に最も近いと言われています。 |
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| この含水率が木材乾燥の基準になりますが、木材は天然素材で個体差が大きく、一概に数値だけで判断する事はできません。 持ち上げた時の重量感や木肌の感触によって判断する場合もあります。 また、含水率は局所的な数値なので、木材製品全体を示しているわけではありません。 ３ｍの柱でも端と中央では含水率が異なる状態があるわけです。 木材の内部の「水たまり」と考えると分かりやすいのですが、これがあると部分的に変形や収縮が起きてしまう可能性が高いです。 これは「水分傾斜」と呼ばれ、水分傾斜を平坦にする必要があるわけです。 |
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３、木材乾燥の方法 |
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| つづいて、木材乾燥の方法について見て行きたいと思います。 乾燥方法には大きく二種類に分類されます。天然乾燥と人工乾燥です。 天然乾燥はその名の通り、自然状態で乾燥を行うことです。天然乾燥を行った木材は「天乾（てんかん）材」や「ＡＤ（ＡｉｒＤｒｙ）材」と呼ばれています。 天然乾燥の方法を見て行きましょう。 まず基本となるのが、「桟積み（さんづみ）」で、木材と桟を交互に積み上げます。 桟の種類は木材の大きさによって変えます。風の通り道を邪魔しないように整然と積み上げていく事が重要です。この桟積みは人工乾燥でも同様に重要な工程です。 桟の位置がずれると、風が通りにくいだけでなく、荷重により木材が曲ってしまったりします。 |
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| 桟積みをした状態で、屋外で乾燥をさせていきます。 乾燥場所に向いているのは、風がよく通り、太陽がよく当る場所です。 天然乾燥のメカニズムは、太陽熱で熱せられた木材から水分が蒸発して、それを風が運び去るようなイメージです。 | |||||||||
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| 屋外での乾燥では、風の通りや日当たりが良いのですが、雨に濡れてしまいます。 木材を雨水に濡らす事は乾燥と反対のような気もするのですが、これまでの経験では、適度な湿気を加えながら乾燥させた方がよく乾くように感じます。 また杉の場合は、雨水に濡らした方が、赤味の色合いが綺麗に仕上がるように思います。 雨水には濡らさずに、風通しの良い屋内で乾燥させる方がよい、という考え方もあり、それぞれのメーカーにより、様々な自然乾燥方法があるようです。 | |||||||||
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| 天然乾燥は乾燥にかかる時間が長く、平均して半年から一年くらいが目安となります。断面の大きな材は２年も３年も必要なものもあります。逆に、木材は自然の素材なので個体差が大きく、１～３ヶ月で水分が抜けてしまうものあります。 | |||||||||
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| 続いて、人工乾燥の方法を探ってみましょう。 人工乾燥はその名の通り、人工的に温度を上げて、水分を抜く方法です。人工乾燥をした材を「人乾（じんかん）材」や「ＫＤ（ＫｉｌｎＤｒｙ）材」と呼びます。 人工乾燥には何種類かの方法があります。 当社で行っているのは、「低温除湿式」と呼ばれる方法です。 低温除湿式乾燥機の仕組みをご紹介しましょう。 乾燥庫内に設置した「温水コイル」または「電熱コイル」で庫内の温度を４５℃くらいまで上げ、庫内の風向きを一定方向にして循環させます。温められた木材からは水分が蒸発し、乾燥が進みます。しかし、木材から出た水分により庫内の湿度が上昇し、乾燥の促進を妨げてしまいます。 庫内の湿度は最大１００％まで上昇します。 そこで除湿機を利用して、庫内の湿度を落とし、乾燥効率を高めます。最終的に庫内の湿度は３０％程度にまで下がります。 これが「低温」と「除湿」を組み合わせた乾燥方法で、乾燥期間は約１週間、含水率は桧の柱で１８％前後、桧フローリング材で１５％前後、杉の柱で２０～３０％、杉フローリング材で１５～２２％まで下げる事ができます。 |
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| 人工乾燥には、この他に「高温式」「高周波式」などの方法があります。 高温式は庫内温度を１００～１３０℃まで上昇させ、木材の細胞を破裂させて水分を抜く仕組みで、高周波式は電子レンジのような仕組みで乾燥させるそうです。 これらは低温除湿式に比べると、高い乾燥効果が得られますが、内部割れや変色などのマイナス面もあるようです。 それでは、天然乾燥と人工乾燥のどちらが良いのでしょうか。 これはなかなか難しい問題です。 木にストレスを与えずに水分を抜いていくのは、やはり天然乾燥の方だと思いますが、人工乾燥と比較すると、乾燥に要する期間が長く、また乾燥が甘くなります。 平衡含水率というものがあります。 これは含水率が最終的に安定する状態を指し、約１１～１２％と言われています。 これは場所や季節によって異なり、沖縄と北海道、夏と冬では数値が変わるのですが、この平衡含水率に落ち着くと、木材は乾燥による変化や収縮を起こさなくなります。 この平衡含水率に達するまでに要する時間は、生材の状態から約８年という説があります。 個体差はあるのですが、最初の１年間くらいが最も変化と収縮が起こりやすい期間です。 人工乾燥で低温除湿式の場合、一週間の乾燥で天然乾燥の２年分に相当する含水率の低下が望めます。 含水率の低下や変化・収縮の予防を考えれば、人工乾燥の方が優れているように思えます。 しかし、人工乾燥の場合には木の樹液が抜けやすく、天然乾燥に比べてツヤが少なくなり、耐久性も多少落ちると思われます。 また、大きな材は人工乾燥では中まで乾燥は進まず、じっくりと時間をかけて天然乾燥をする必要があります。 |
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| 昔であれば、木造住宅が当たり前の時代であり、上棟してから半年以上も土壁を塗ったりしながら、骨組みのまま置いていたので、その間に歪みや狂いが出た場合には調整が可能な為、完全な乾燥材ではなく生材に近いものでも十分だったそうです。 現在では木造住宅が減り、また施工にもスピードが求められています。木材の需要も必要な時に必要なだけ、というスタイルが主流です。人工乾燥が必要になるのは、当然の結果のようにも思えます。 杉と桧によっても違ってきます。 桧の場合は天然乾燥でも人工乾燥でも大差ないのですが、杉の場合は割れと変色の問題が出てきます。 杉は個体差が大きく一概には言えませんが、割れが入りやすく、木口の割れがひどい場合には４ｍ材が３ｍ用としか使えなくなる場合があります。 また渋味が表面に溜まり、赤味の部分が表面から３～１０㎜程はチョコレートのような濃赤色になってしまい、色合いが悪くなってしまいます。杉は天然乾燥の方が向いているのかもしれません。 |
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| 天然乾燥と人工乾燥の良し悪しですが、一概には言えず、木の性質や用途に応じて、うまく使い分けるのが賢明なのかな…と思います。 天然乾燥と人工乾燥について見てきましたが、これらは製材した後の乾燥処理です。 製材以前、つまり“山での伐採時”にも乾燥が関係してきます。それは「葉枯らし乾燥」と「新月伐採」です。 葉枯らし乾燥は当連載で以前にもご紹介しましたが、伐採後に枝葉をつけたままで山側に倒して乾燥させる方法です。 乾燥が進み、軽くなる事で出材コスト低減につながり、さらに黒芯材（赤味部分が黒い材）の渋味が抜けて、吉野材の特徴である淡紅色になるメリットがあります。 |
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| 新月伐採はその名の通り、新月の日に伐採を行う事です。 ここ吉野では昔から「木は闇夜に倒す」と呼ばれ、月が完全に欠け、闇夜となる日前後の昼間に伐採するのが良いとされてきました。科学的根拠の有無は分かりませんが、新月伐採をすると、木に虫が付きにくく、傷みが入りにくく、乾きやすいと考えられてきました。 月の引力などが影響しているのでしょうか。 なかなか神秘的な話なのですが、あながち迷信とは言い切れないようです。 | |||||||||
４、乾燥のテクニック |
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| 乾燥についての大まかな流れをご説明しましたが、ここで細かいテクニックもご紹介したいと思います。 まずは「背割り」です。 この連載でも何度か登場したフレーズですが、芯持ちの柱の場合には背割りが入れられます。背割りを入れて芯を抜く事で、曲りや反りを防ぎます。また内部まで乾燥を促進する効果もあります。 |
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| 「割れ止め」というものもあります。 乾燥による収縮の影響で、表面に割れが出る場合が多いのですが、これを抑える為の処置です。 水溶性のロウのようなものを塗るのですが、割れが入りやすい木口の周辺部や、表面の中心を木目に沿って塗ります。 大きな材の場合は収縮の力が大きいので、固着力の強い木工用ボンドを塗ったりする場合もあります。 | |||||||||
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| 「矢」を打つ場合もあります。 大きな断面の柱の場合は収縮の力が大きいので、背割りと割れ止めにプラスして、背割りに矢を打つ事があります。 端材で作った「矢」を背割りに打ち込み、あらかじめ内部に割れを作る事で、収縮力を逃がしてやります。 | |||||||||
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木材の乾燥は奥が深く、製材所にとって正に永遠のテーマです。 |
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