X線CTイメージングを用いたミクロレベルの木材水分移動機構の解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05628
• 研究機関: 国立研究開発法人 森林総合研究所
• 研究代表者: 渡辺 憲 国立研究開発法人 森林総合研究所, 加工技術研究領域, 主任研究員 (90582734)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 木材 / 水分分布 / 自由水 / マイクロフォーカスX線CT

研究実績の概要

多孔質かつ吸湿性材料である木材を加工・使用する際には、木材の内部で水分の移動現象がみられる。ミクロレベルの水分移動については、拡散や透過に基づく理論によって説明されてきたが、これらは木材の組織構造から推測した仮説である。そこで本研究は、マイクロフォーカスX線CTと画像処理技術を組み合わせることによって、木材内部の水分分布を細胞レベルで計測する手法を開発し、これまでの仮説を検証するとともにミクロレベルの水分移動現象を明らかにすることを目的とする。
本年度は、マイクロフォーカスX線CT装置（TDM1000H-Sμ、ヤマト科学社製）を用いて、水分分布計測に最適な撮影条件について検討した結果、X線の管電圧50kV、管電流100μA、1200スキャン/回転、解像度0.8μm/pixelの撮影条件において、細胞壁および内腔を鮮明に撮影することができた。
さらに、飽水状態のスギ試験片を用意し、上記の撮影条件でCT画像を撮影した。その後、試験片を室内で乾燥しながら適宜CT画像の撮影を繰り返した。１回の撮影時間は２０分とし、撮影時に試験片を密封状態にすることで水分が移動しないように配慮した。乾燥途中に撮影したCT画像から、撮影中に自由水（細胞内腔に存在する水分）が繊維方向に数マイクロメートル移動する現象が確認され、撮影中に生じる自由水のわずかな移動を定量的に計測することができた。一方で、撮影中の水分移動は、細胞レベルで水分分布を定量計測する障害になるため、次年度の課題として撮影方法の改善が挙げられた。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

今年度はX線CT装置を選定し、水分分布計測に最適な撮影条件を決定したところで、当初の計画をクリアした。さらに、次年度の予備試験を実施して、そこでの課題を抽出すると同時に、撮影中に生じるわずかな水分移動を定量的に計測することができたことから、120％の進捗状況であると判断した。

今後の研究の推進方策

乾燥試験を再び実施し、適宜X線CT画像を撮影する。なお、水分分布を定量計測する上で撮影中の水分移動が障害となるため、水分が移動しないように試験片を密封・低温状態に保った状態にして撮影を行う。次に、得られたCT画像に画像処理を施すことによって、乾燥過程における木材内部の水分分布を定量的に計測する。さらに、画像処理がうまく適用できない場合の対応策として、二重エネルギーX線法を用いた水分分布計測を別途実施する。