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DIYのとき、これだけは知っておきたい木材の種類と特徴!

 2016/08/19 木工用品・材料
この記事は約 15 分で読めます。 3,719 Views
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日本の国土の約70%は森林となっており、そこには多種の樹木が生育しており、自然を育み私達の生活にとってはなくてはならない存在となっています。

また私達は古来より木材をいろいろな用途に利用しており、木材は大変馴染みのあるものであり必要不可欠のものでもあります。

木材の利用方法として馴染みがあるのは、家具などの木工製品や木造住宅などにつかわれている構造材や造作材ではないでしょうか。

一般の私達のDIYの材料としても木材はよく使われています。

木材は金属やプラスチックなどの工業製品と違って自然の植物ですので、多くの特徴を持っています。

木材を材料としてDIYして木工製品を作る場合は木材の持つ特性をよく理解して使用する必要があります。

そんな木材の種類、特徴、加工性などについて解説しています。

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木材の共通的特徴

水分

木材は植物であるが故に、生育中に地中より水分と共に栄養分を吸収し木材の内部に大量の水分を含んでいます。

伐採することによって吸収は止まりますが、今度は時間の経過とともに大気の影響で水分が抜けていき、乾燥が始まります。

乾燥と共に木材は収縮を起こしますが、ある一定の含水率で安定しますが、その後も大気中の湿度の変化によって、木材の膨張収縮は繰り返されます。

したがって、木材で木工品を作成する場合は、木材内部の水分管理が非常に重要になってきます。

異方性

物質において、方向によって性質が異なることを異方性(いほうせい)といいます。

反対に方向によって性質が同じ場合は同方性といいますが、ガラスやプラスチックなどは同方性の物質といえます。

木材は方向によって性質が異なる異方性の物質となります。

またこの性質というのは、木材の種類によっても変わってきますし、同じ種類の木であっても、またさらに同一の木であっても部分によって性質が変わってきます。

 

これらの要因は木材が自然に形成された植物体であることによります。

それは植物の体が以下のようになっていることに原因があります。

  1. 植物である木材が細胞から出来ている。
  2. 細胞の主な構成要素はセルロースとリグニンで、そのほかに多くの物質があります。
  3. 木材の成長の過程において、環境の変化の影響によって細胞の形、大きさ、構成要素に変化が生じる。
  4. 木材が植物であるために、固体差による細胞の違いが生じている。

以上のことを理解し、木材を利用する場合は異方性に留意しながら臨む必要があります。

成長のしくみ

木材は樹皮と木部の間にある形成層とよばれる部分の細胞が細胞分裂によって増えることによって成長します。

形成層は樹皮のすぐ内側にありますが、外側には樹皮の細胞を作り、内側には木部の細胞を作ります、これにより樹木は成長しますが、私たちが主に利用するのは木部の部分になります。

 

木材の種類

 

木材は大きく分けまして、針葉樹と広葉樹、それ以外があります。

針葉樹はソフトウッド(軟木)といわれ、広葉樹に比べて軟らかく比較的加工がしやすく、また真っ直ぐに大きく成長しますので木造建築の構造材や造作材などに多く用いられています。

針葉樹の葉っぱは、松などに見られるように針のような細長い形をしたものが多く、樹木全体の形は、杉や桧などのような円錐状に真っ直ぐ高く伸びる木が多く存在します。

 

広葉樹はハードウッド(硬木)といわれ、桐などの例外はありますが、硬い木が多く光沢もあり仕上げがきれいなため、家具用材、造作材、化粧材などに使われています。

ナラやケヤキなどは広葉樹ですが、硬いので一般の方が加工するには大変かもしれません。

広葉樹の葉っぱは巾が広い平べったい形をしたものが多く、高くも成長しますが、横方向にも大きく広がりながら成長します。

 

上記の針葉樹、広葉樹以外には、竹などがあります。
竹も比較的硬く、ある一定の太さの大きさで高く真っ直ぐ伸びていきます。

家具や木工品には上記の3種類の木のどれも使うことができますが、比較的多いのは光沢もあり、仕上がりがきれいな広葉樹が多いように思います。

また近年日本で利用されている木材は、外国からの輸入材が多くなり現在は日本で利用されている木材の約7割が外国からの輸入材となっています。

木工に使われる主な木材は以下のようなものがあります。

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広葉樹

ナラ(ホワイトオーク、レッドオーク)

特徴:灰褐色、レッドオークはややピンク色。肌目はやや粗い。硬くて重い。
加工性:加工性は良いが、硬いので難しい。
用途:洋家具、フローリング、ホワイトオークは洋酒の樽材、運動用具。

タモ(ホワイトアッシュ)

特徴:褐色。木目がはっきりしている。成長の度合いによって硬さが異なる。
加工性:加工はしやすい。
用途:家具用、内装用、野球のバット用(アオダモ、ホワイトアッシュ)。

サクラ

特徴:褐色~赤褐色。緑色の縞がある、小さな斑点が見られる、肌目は密である。
加工性:加工性は大変良い。
用途:和家具、器具、楽器。

ブナ(ビーチ)

特徴:白色~淡褐色。肌目は均一である。ゴマのような斑点が特徴。耐朽性がない。
加工性:加工性は良く仕上がりもよい。曲げ木加工しやすい。
用途:家具、曲げ木家具、器具、漆器、玩具、木型。

ケヤキ

特徴:黄褐色~赤褐色、辺材は白い。木目がはっきりしている。重硬である。
加工性:加工性は良く、しあがりも良く光沢がある。
用途:建築用構造材、内装材、神社仏閣用材、家具、臼、杵、器具、太鼓の胴体。

カバ

特徴:黄白色~淡黄褐色。強度があり重硬で耐摩耗性にすぐれていろ。
加工性:加工性は中ていど、仕上げはきれいである。
用途:建築用内装材、家具、フローリング、木型。

ハードメープル

特徴:淡黄白色。強く剛性もあり衝撃に強い。肌目は密で美しい。バーズアイ杢。
加工性:加工はやや難しいが仕上がりは非常に美しい。耐摩耗性が高い。
用途:洋家具、箱、運動用具、バット、フローリング。

ブラックウォールナット

特徴:心材は紫赤色~チョコレート色。辺材は淡白色。肌目は粗いが木目は美しい。
加工性:加工性は良い。仕上がりはきれいで、塗装により大変美しい仕上がりとなる。
用途:高級家具、キャビネット、楽器、銃床、単板としの利用も多い。

ブラックチェリー

特徴:心材は赤褐色~淡赤色。辺材は淡白色。ピスフレックスが見られる。
加工性:加工性は良く、肌目も密で仕上がりは美しい。
用途:高級家具、キャビネット、楽器、フローリング、銃床、燻製の材料。

イエローポプラ(ホオノキ)

特徴:淡白色~オリーブ色。しばしば紫色の縞模様がある。肌目は密、木理は通直。
加工性:加工は容易で仕上がりもきれい。釘打ちによる割れが出ない。
用途:内装用材、建具、ドア、玩具、一般木工用。

針葉樹

スギ

特徴:赤褐色~桃褐色。はっきりした年輪。心材と辺材の色の差が大きい。軽くて軟らかい。
加工性:加工は容易。耐久性がある。飫肥スギは木造船用。
用途:建築内装用、天井材、磨丸太(北山スギ)、家具、下駄、米スギはデッキ用材。

ヒノキ

特徴:淡紅色、辺材はほぼ白色。肌目は密で均質である、美しい光沢があり、特有の芳香。
加工性:水に強く、耐朽性がある。加工性は良く、仕上がりが良い。
用途:建築内装材、家具、神社仏閣用材、風呂桶材。

ツガ(米ツガ)

特徴:白色。肌目はやや粗く、重く硬い。現在使われているのは米ツガがほとんど。
加工性:加工性は良く、仕上がりもよい。
用途:建築用構造材、内装材、梱包材、器具。

マツ(米マツ)

特徴:褐色~赤褐色。木目がはっきりしている。肌目は粗い。強度はある。やにを持つ。
加工性:加工性は良いが、仕上がりはやや粗い。
用途:建築用構造材、枕木、杭木。

スプルース

特徴:ほぼ白色。肌目は密で自然の光沢があろ。強度にすぐれている。
加工性:加工性は大変良く、仕上がりもきれいである。
用途:内部造作材、家具、楽器、建具。

モミ

特徴:淡黄白色。白木が美しく、無臭であり、軽くて強度は弱い。
加工性:加工性は良いが肌目は粗い。
用途:神仏葬祭用道具、建築内装材、漆器、建具、棺。

ヒバ(アスナロ)

特徴:淡黄色。肌目は密で均一。独特の香りを有し、ヒノキチオールを含んでいる。
加工性:加工性は良く、仕上げもきれいである。耐朽性に優れている。
用途:建築用材、土台材、漆器。

メルクシパイン

特徴:淡白色~淡黄色。日本のアカマツと材質が似ている。
加工性:加工性は良く、加工しやすい。木目は粗い。
用途:建築内装用、箱、カウンター、天板。

米スギ(レッドシダー)

特徴:褐色~黄褐色。肌目は粗く軽いが、耐候性に大変優れている。
加工性:加工はしやすい。
用途:建築外装用(屋根、外壁、オープンデッキ)無節材は内装用に珍重。

ポンデローサパイン

特徴:心材は淡黄色~淡赤色。辺材は淡白色。木目は粗く軽くて軟らかい。
加工性:加工はしやすい。釘打ちによる割れが少なく保持力もある。
用途:カントリー家具、窓枠、ドア。

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木材の物理的性質

生材と乾燥材

木材は成長のための光合成に必要な水を根から吸収し各組織に送っていますので、伐採直後の木材は大量の水を含んでおり、これが生材の状態となります。

この木材内の水は、木材内を自由に移動できる自由水と組織内に結合している結合水に分けられます。

伐採直後の木材内の含水率は、針葉樹の場合は、辺材部で80~200%前後、心材部で40~100%前後となっており、辺材部が心材部にくらべて極めて高い含水率となっています。

これに比べて広葉樹の場合は、針葉樹の上記のような特徴的な状態は見られず、どちらかが高かったり、低かったり、同じくらいだったり、樹種によってまちまちな状態となっています。

伐採した木材を大気中に放置しておくと乾燥が始まりますが、まず最初に自由水から抜けていき、その次に結合水が乾燥によって減少していきます。

 

木材内の自由水が全て抜けていき結合水のみの状態の時点を繊維飽和点といいます。

このときの木材内の含水率は、全ての樹種において約30%前後となります。

やがてある一定の状態になると水分の蒸発は止まり、平衡状態になりますが、このときの状態の木材を気乾材といいます。

そして気乾材の木材内の含水率を平衡含水率といいます。

平衡含水率は季節や地域によって変わってきますが、約10%~20%、平均すれば約15%前後のところで平衡状態となります。

平衡状態の気乾材からさらに乾燥を進めて0%にするには、人工的に乾燥室に入れて乾燥させることによって行うことが出来ます。

このときの状態の木材を全乾材といい、含水率は0%となります。

 

通常私達が使用している木材は、平衡状態となった気乾材、あるいは人工乾燥させた乾燥材ですが、人工乾燥させた木材の場合も全乾材のように含水率を0%まではしません。

一般的な大気の温度、湿度の環境化においては、木材内の含水率は10~20%の範囲内で推移することが知られていますので、10%以下に乾燥させても無意味ですので、人工乾燥する場合は10%前後を目安としています。

したがって木材内には常に15%前後の水分を含んでおり、年間を通じた季節の変化や、1日の内の気温や湿度の変化によって含水率が変化をし、それに伴って木材は常に膨張、収縮を繰り返します。

私たちが木材を使って木工品を製作する場合は、常にこのことを考慮した製作方法を行わなければいけません。

寸法変化

含水率の変化によって木材に膨張、収縮が生じますが、先に述べたように木材は異方性の物質ですので、方向によって収縮率も異なってきます。

したがってガラスやプラスチックのように単純に膨張したり収縮するのではなく、方向によって収縮率が異なるためいびつに収縮を起こします。

そのいびつな収縮の代表的なものが反りとなって現われてきます。

それでは木材はどのように方向によって異方性があるのかを解説したいと思いますが、方向を考える場合、木材においては次の3方向で考えます。

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上記の左の図は丸太の状態で書いたもの、右の図は板状になった場合の図で書いています。

1.接線方向 : 年輪に接するような方向
2.半径方向 : 丸太の中心を通るような方向
3.繊維方向 : 木材繊維と平行な方向

以上の3方向で考えた場合、それぞれの収縮率の割合の比はおよそ以下のようになっています。

接線方向:半径方向:繊維方向=10:5:1~0.2

接線方向の収縮量を10とした場合、半径方向の収縮量は約半分で、繊維方向の収縮量は10分の1~50分の1となっています。

これは今までの多くの実験結果によって得られた数値となっています。

 

木材における上記のような収縮率の違いは、接線方向と半径方向での細胞壁の構造や配列の仕方の違い、繊維の方向の違い、その他さまざまな組織の違いなどが複合的に関係しているものと考えられています。

また、樹種によっても比率は変わっていますが、上記の数値は平均的なところの数値となります。

このことから分かるように、繊維方向(板の長さ方向)の収縮は小さいかほとんどありませんが、接線方向には半径方向の約2倍の収縮を起こすことが分かります。

したがって、上記の右側の板材の場合、接線方向の収縮は半径方向の収縮より2倍近く収縮しますので、木表側が凹んだ反りとなります。

私達が木材を使って木工品を製作する場合は、上記のことを十分考慮した反り防止の措置を行う必要があります。

木材の調湿作用

大気中の湿度は年間を通じても、また1日の昼と夜でも変化をしますが、木箱の中の湿度は、変化はするものの大気中の湿度変化に比べて小さな変動巾で変化することが知られています。

これは木材が湿気を吸ったり吐いたりの調湿作用があるためです。

木材は細かな細胞の集まりであるため典型的な多孔質の物質ですので、大気中の湿度が高いと湿気を吸い、乾燥してくると湿気を吐き出します。

これによって湿度の変動巾が小さくなり、湿度をおよその一定に保つことが出来ます。

日本の古来からの内装材に木を使った木造住宅や木製のタンスなどは理にかなったものといえます。

木材の保温と断熱効果

木材は保温性と断熱性にすぐれた物質であることが知られています。

熱伝導率というのがありますが、熱の伝わりやすさを示した数値ですが、値が大きいほど熱が伝わりやすいことになります。

金属     : 20~350
ガラス    : 0.9~1
コンクリート : 0.8~0.9
木材     : 0.08~0.1

上記の数値は一部の物質の数値で全てではありませんが、それにしても木材は金属、ガラス、コンクリートなどと比べて熱が伝わりにくいことを示しています。

木材の耐火性能

木材の最も大きな特徴のひとつは燃焼性を持っていることです。

ただある程度の大きさを持った木材の場合は、火炎に触れてもただちに燃えるということはありません。

燃焼までに達するまでにはある一定の時間がかかります。

最近、構造用大断面集成材を使った建物が建築されていますが、これは大断面の木材や集成材が耐火性能を持っていることによります。

大きな断面積を持つ木材や構造用集成材で建築された建物が火災になった場合、木材の表面は火災により燃焼しますがその全てが燃焼により倒壊するには非常に長い時間を有することが知られています。

大きな断面積を持つ木材や構造用集成材が耐火性能を持っている材料として評価されているのはこのためです。

木材の腐朽

木材は自然界が作り出した優れた有機材料の一つで、古くからいろいろな物の材料として利用してきました。

適切な管理のもとでは耐久性もあり、古い木造建築も多く残されています。

しかしながら悪条件下のもとでは、腐朽菌や害虫による被害を受け易くなり、劣化していきやがては腐朽してしまいます。

これは木材が持つ最大の欠点になっています。

 

しかし、見方を変えれば、この木材が持つ「腐る」という性質は、最近問題となっている地球環境問題の観点からすると大変地球に優しいエコな材料ではないでしょうか。

木材が微生物によって分解され、やがて土に帰りますが、しかしそこからやがてまた新しい芽が育ち成長し樹木となり森林を育て、また私たちのために利用されます。

このように木材は、化石材料とは違い再生可能な材料なのです。

 

木材の腐朽は腐朽菌が木材に入り、木材の主成分であるセルロースやリグニンなどを養分として増殖し木材組織を破壊することによって生じます。

腐朽菌が木材を養分として増殖するための条件としては、温度が25~30度C、湿度が85%前後、木材中の含水率が40~60%であるといわれています。

腐朽菌の死滅温度は70度C以上とされています。

したがって適切な温湿管理や水分管理を行ったり、また防腐処理を行うことによって永く利用することができます。

木材を海中などに水中貯木しているのを見かけたことがあるかと思いますが、一見すると腐りやすいように思われますが、これは腐朽菌(生物)に必要な酸素の供給を断つことによって腐朽しにくくしています。

 

木材には腐朽に強い木と弱い木がありますのでご紹介します。

腐朽に強い木

ヒバ、ヒノキ、スギ、カラマツ、クリ、ケヤキ、アカガシ、カポール、チーク、ベイヒ、ベイヒバ、レッドシダー、レッドウッド

腐朽に弱い木

ヘムロック、スプルース、エゾマツ、ツガ、アカマツ、マカンバ、ヤチダモ、ブナ

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まとめ

いかがだったでしょうか。

木材は、自然素材であるが故の他の材料が持っていない特徴があります。

木工製品を作る場合は、木材が持っている特徴を十分に理解して使用する必要があり、間違った使い方をすると希望する作品が出来ない場合もあります。

 

また製作する木工製品の用途に合わせて材料を選ぶ必要もあります。

下記に素晴らしい木工用材料を扱っておられるネットショップを集めてみましたので、あなたの木工作品に合わせて選んでみてください。

 

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