オリジナル可視化技術による木材乾燥割れ発生メカニズムの解明

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24688019
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 阪上 宏樹 九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (40604822)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 木材 / 乾燥 / 割れ / マイクロクラック

Research Abstract

木材乾燥割れの発生機構を明らかにすることは、割れの無い高品質な乾燥材を生産するために重要な知見となる。本研究では、平成24年から平成27年までの研究期間において、１．利用面で最も問題となる板目面にも同様にマイクロクラックが発生するのかを新たな観察装置を用いて明らかにし、２．このマイクロクラックがマクロクラックへと進展する過程をミクロ観察からマクロ観察まで可能なデジタルマイクロスコープでその場観察する。更には３．軟Ｘ線装置を利用したその場３Ｄ観察装置を開発して木材内部へ進行する割れの挙動を解明することで乾燥割れの発生メカニズムを完全に解明することを目的とした。
平成25年度は①これまでスギを使用していたが樹種を変更し、板目面に発生しやすいと考えられる広葉樹の実大材レベルの生材サンプルを入手して板目面に発生するマイクロクラックをその場観察する予定だったが、サンプルを入手する機会を得ることが出来ず研究を遂行することができなかった。入手可能な気乾状態の広葉樹であるユーカリでその場観察を行ったが、乾燥に伴って変形する細胞は観察出来たが、板目面に発生するマイクロクラックの観察には至らなかった。しかし、平成25年度末に数種類の広葉樹の生材を入手することができたため、平成26年度はこの広葉樹を使用して板目面に発生するマイクロクラックをその場観察する予定である。
①に加えて、②CLSMを搭載した可視化装置にデジタルマイクロスコープを設置してマイクロクラックがマクロクラックへ伸展する過程を同時観察する予定だったが、設置可能なマイクロスコープ見つからなかった。平成26年度は環境制御装置を再設計し、小型マイクロスコープを設置して割れ発生の一部始終を可視化する予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究が遅延している主な理由はサンプルの入手に時間を要したことと、可視化装置の開発に時間を要したことである。本研究で使用するサンプルは樹木1本から得る割合が極めて少ないため、本研究のみのために樹木を切り倒すことが難しいうえ、板目面にマイクロクラックが発生しやすいと考えられる広放射組織を有する樹種が伐採される機会は少なく、必要な時に伐採直後の生材状態の広葉樹を手に入れることが難しい。従って対象サンプルを入手するまでに時間を要してしまった。また、マクロクラックの発生を経時観察するため顕微鏡の電動ステージ上にデジタルマイクロスコープを設置する予定であったが、設置面積および重量の制限があり、当初計画していたマイクロスコープではスタンド重量が超過し、設置することができなかった。従って、軽量かつある程度の性能のあるデジタルマイクロスコープの選定等に時間を要した。

Strategy for Future Research Activity

平成25年度末に組織構造が異なる広葉樹生材を数種類手に入れることができたため、実験に必要なサンプルを全て入手することができた。従って観察系を確立することができれば研究目標を達成することが可能である。観察系を確立するために解決すべき課題は、CLSMを搭載した可視化装置にデジタルマイクロスコープを設置すること、および軟Ｘ線を透過させるその場３Ｄ可視化装置を開発することである。デジタルマイクロスコープの選別は概ね完了しているが、環境を制御する装置の再構築が必要となる。従って、今後は装置の再設計およびデジタルマイクロスコープの設置を行い、マイクロクラックがマクロクラックに伸展するメカニズムを解明する。その場３Ｄ可視化装置については軟Ｘ線を透過させるカーボン製の板を手配しており、入手でき次第環境制御装置を組み上げる予定である。その場３Ｄ可視化装置の環境制御装置の設計は従来の可視化装置とほぼ同様であるため、材料が入手できれば装置を完成できる。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

可視化装置にデジタルマイクロスコープを設置する予定であったが、顕微鏡電動ステージ上に設置するために設置面積および重量の制限があり、当初計画していたマイクロスコープでは設置することができなかった。従って研究内容に即した代替品を探したが、年度内に見つける事ができなかったため次年度に改めて検討し、購入する予定である。
平成26年度は、平成25年度未使用額をデジタルマイクロスコープを搭載可能な可視化装置の開発、およびその場3Ｄ可視化装置の開発に使用する予定である。具体的には可視化装置の作製に必要な材料費および熱源とマイクロスコープ、その場3Ｄ可視化装置の作製に必要な材料費、軟Ｘ線を透過させるカーボン板の購入費用に使用する予定である。平成26年度の交付金に関しては概ね研究開始時の計画通りの使用を予定している。