中学技術【木材の含水率と乾燥】なぜ反る・割れるのかと防ぎ方をわかりやすく解説

はじめに

まっすぐな板を選んだはずなのに、組み立てたら合わなくなっていた。
棚を作って持ち帰ったら、いつのまにか板が弓なりになっていた。
木口に、細いすじのような割れが入っていた。
そんな経験はありませんか。

木材がそったり割れたりするのは、道具の使い方が悪かったからではありません。
原因は、木の中にある水にあります。
木は、水を運びながら生きていた材料です。
その水が抜けていく間に、木は縮み、形を変えていきます。
ここを知っているかどうかで、材料を選ぶ目も、保管のしかたも変わってきますよ。

この記事では、まず含水率という数字のきまりを整理します。
次に、なぜ反るのか、なぜ割れるのかを、縮み方のちがいから説明します。
最後に、天然乾燥と人工乾燥、そして実習室での保管のしかたを確かめます。
途中には例題を二つ置きました。
含水率を計算する問題と、板がどちらへ反るかを考える問題です。
どちらも定期テストでよく出る形なので、ぜひ手を止めて、ノートに書きながら読んでみてくださいね。
授業を休んでしまった人も、この記事だけで追いつけるように書きました。

木材の含水率と乾燥を3つの順で整理する

この単元は、「水」「変形」「対策」の3つに分けると、一気に見通しがよくなります。
一つ目は水。
木がどれだけ水を含んでいるかを、含水率という数字で表せるようにします。
二つ目は変形。
縮み方が方向によってちがうから反り、乾き方に差があるから割れる、という筋道をつかみます。
三つ目は対策。
天然乾燥と人工乾燥のちがいを知り、実習室でできる保管のしかたまで落とします。
この順で追いかけると、材料を見る目が変わりますよ。

ポイント1：木の中の水と含水率

まずは、木がどれだけ水を含んでいるのかをつかむところから始めましょう。
ここを飛ばすと、あとの反りや割れの話が、ただの暗記になってしまいます。
木は、水を含んだ材料である。ここがすべての出発点です。

切ったばかりの木は水でいっぱい

木は、根から吸い上げた水を葉まで運びながら生きていた材料です。
切ったばかりの木材の中には、その水がまだたっぷり残っています。
どれくらい残っていると思いますか。
木そのものの重さよりも、中にふくまれる水のほうが重いことさえあるんですよ。
この水は、置いておくうちに少しずつ空気の中へ抜けていきます。
そして抜けていく間に、木は縮み、少しずつ形を変えていきます。
反りも割れも、もとをたどればこの水の抜け方から起きている出来事です。
木材を学ぶときは、まず木は水をふくんだ材料だというところから始めると、あとの話がつながりますよ。

含水率の求め方

30パーセントから縮み始める

水が抜け始めても、木はすぐに縮み始めるわけではありません。
ここも大切なところです。
木の中の水は、細胞のすきまにある水と、細胞のかべにしみこんでいる水の2種類に分けられます。
先に抜けるのは、すきまのほうの水です。
この間は、水が減っても寸法はほとんど変わりません。
すきまの水が抜けきるのが、含水率でおよそ30パーセントのあたりです。
ここを境に、細胞のかべの水が抜け始め、木はいよいよ縮み始めます。
この境目を繊維飽和点といいます。
反りや割れが問題になるのは、この点を下回ってからなんですよ。

ポイント2：なぜ反る・なぜ割れる

ここが今日いちばんの山です。
反りと割れは別々の現象に見えますが、原因はどちらも「縮み方のちがい」ひとつに行きつきます。
方向によって縮む量がちがうから反る。乾く速さがちがうから割れる。

縮み方は方向でちがう

木がやっかいなのは、どの方向にも同じだけ縮むわけではないところです。
方向は3つに分けて考えます。
1つ目は木の長さの方向で、ここはほとんど縮みません。
2つ目は年輪の中心から外へ向かう方向で、およそ3から5パーセント縮みます。
3つ目は年輪に沿った方向で、これがいちばん大きく、6から10パーセントほど縮みます。
つまり年輪に沿った方向は、中心から外へ向かう方向のおよそ2倍も縮むということですね。
同じ1枚の板の中に、この差がそのまま残っています。
この差こそが、反りの正体なんですよ。

板目の板は木表がへこむように反る

木口から先に乾くと割れる

割れの原因も、やはり縮み方のちがいです。
板の切り口、つまり木口は、木が水を運んでいた通り道が、そのまま口を開けた面になっています。
だからほかの面にくらべて、水がとても抜けやすいんですよ。
すると木口の近くだけが先にかわいて縮み、まだ湿っている内側に引っぱられます。
この引っぱりに耐えられなくなった所が、割れとなって出てくるわけですね。
急いでかわかすほど、外側と内側の差は大きくなります。
丸太や角材の木口に塗料をぬることがあるのは、そこだけ早くかわくのを防ぐためなんです。

ポイント3：乾かし方と保管のしかた

しくみが分かったら、あとは防ぎ方です。
やることは、むずかしくありません。
同じように、ゆっくり乾かす。それだけで、反りも割れもぐっと減らせます。

天然乾燥は桟積みで風を通す

人工乾燥は乾燥室で確実に下げる

2つ目が人工乾燥です。
材を乾燥室に入れ、温度としつどを操作しながらかわかします。
天然乾燥では数か月かかるところを、数日から数週間で仕上げられるのが強みですね。
もう1つの強みは、目標の含水率まで確実に下げられることです。
屋外の空気まかせでは、その土地の気候より低い値にはできません。
ただし、急げばよいというものではありません。
いきなり温度を上げると、外側だけ先に縮んで割れてしまいます。
だから条件は少しずつ変えていきます。
ここでも考え方は同じで、同じように、ゆっくり、が基本なんですよ。

実習室での保管と、使う前の一手間

ここまでの話は、木材工場だけのものではありません。
実習室でも、同じ考え方がそのまま使えます。
まず、板は平らに積んで置くこと。
壁に立てかけたままにすると、自分の重さで少しずつそってしまいます。
積むときに材の間へ細い棒をはさめば、教室でも小さな桟積みになりますね。
もう1つ、買ってきた材料はすぐに切らず、数日その部屋に置いておきましょう。
木は、まわりの空気のしめり具合に合わせて、水を出したり吸ったりしています。
部屋の空気になじませてから加工すると、組み立てたあとで寸法が動きにくくなりますよ。

おわりに

今日たどってきたのは、含水率という数字、反りと割れのしくみ、そして乾かし方の3つでした。
含水率は、水の重さを乾いた木の重さで割って100をかける。
およそ30パーセントを下回ってから、木は縮み始める。
年輪に沿った方向がいちばん縮むから板は反り、木口が先に乾くから割れる。
だから桟木をはさんで、同じように、ゆっくり乾かす。
この筋道でつながって見えたなら、もうこの単元は自分のものですよ。

最後に一つだけお願いです。
記事の中に出てきた例題を、もう一度ノートで確かめてみてください。
240グラムの木材が200グラムになったとき、含水率は何パーセントでしょうか。
板目の板を乾かしたとき、木表と木裏のどちらがへこむ向きに反るでしょうか。
読んで分かった気になるのと、自分の手で説明できるのとでは、テストでの手ごたえがまるで変わりますよ。

ご視聴ありがとうございました。
この記事の内容を動画でも解説しています。
ぜひご覧ください。

中学技術【木材の含水率と乾燥】なぜ反る・割れるのかと防ぎ方をわかりやすく解説

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