4.　チップ用原木の形質

 

4.1　はじめに

　チップ用間伐材の形質を調査するため、3つのチップ工場においてチップへ加工する前の原木を約100本ずつ確保し調査を行ったので、その結果を報告する。

 

4.2　測定項目、測定方法

　測定項目を以下に述べる。

 

4.2.1　短径、樹皮厚さ、長さ

　チップ工場の土場でチップに加工するために保管してある原木丸太から約100本を確保して並べ、短径、樹皮厚さ、長さを測定した（写真4.2.1.1）。短径および樹皮厚さは、丸太の末口および元口側の切断面においてコンベックスを用いて測定した。短径は、末口、元口それぞれについてもっとも短い箇所を目測によって選んで径を測定し、これを短径とした。測定精度は1mmである。樹皮厚さは、目測によっておおむね平均的と見られる箇所をコンベックスで測定した。精度は1mmである。樹皮がはがれている場合は測定不能とし、平均値の算出にあたっては測定不能箇所を含めずに算出した。長さは、末口から元口までの長さをコンベックスによって測定した。精度は1mmである。

 

写真4.2.1.1　丸太の長さ、短径、樹脂測定（カラマツ）

 

4.2.2　含水率、容積密度、全乾密度

　3つのチップ工場それぞれにおいて、径級の異なる6〜7本の丸太を選定し、各丸太から円盤を３枚ずつ採取し（図4.2.2.1、写真4.2.2.1、4.2.2.2）、含水率および容積密度の測定を行った。含水率測定は全乾法によって行った（写真4.2.2.3、4.2.2.4）。すなわち、試験片の湿潤重量を精度0.01gの電子天秤（（株）メトラー製、PM4400）にて測定し、送風式恒温器（（株）ヤマト製、DKM600）を用いて105℃で重量が恒量に達するまで乾燥し、この時点の木材重量を全乾重量として、含水率（乾量基準含水率）を算出した。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

図4.2.2.1　円盤の採取

 

 

　　　　

写真4.2.2.1　円盤の採取（トドマツ）　　　　　　　　　　　　 　写真4.2.2.2　含水率、密度測定用の円盤（スギ）

 

 

　　　　

写真4.2.2.3　恒温器 外観　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　写真4.2.2.4　恒温器 中の様子

 

 

　湿潤重量をW、全乾重量をWo、含水率をMとすると計算式は以下の通り。

 

M=（W−Wo）÷Wo×100　（％）

 

　容積密度（R）は、生材体積を浮力法（図4.2.2.2、写真4.2.2.5）によって測定した。容積密度は、生材体積をVとして、以下の式によって算出した。

 

R=Wo÷V　(g/cm3)

 

 

　　図4.2.2.2　浮力法による体積の測定方法　　　　　　　　写真4.2.2.5　容積密度測定の様子

 

　浮力法とは、アルキメデスの原理を利用した体積の測定法である。図4.2.2.2に概略を示す。測定手順は、まず、水を入れたビーカーを電子天秤の上に乗せ、ゼロバランスをとる。そののち、針にさした試験片を上から水中へ投入し、水面より上に浮かないように治具で押さえる。水中に没した木材は、木材が押しのけた水分の重量に相当する上向きの浮力を受ける。このため、放置状態では浮力と木材に作用する重力とが釣り合う位置までしか沈まないが、木材を強制的に水中に埋没させることによって、木材の体積に相当する浮力に相当する反力が下向きに加えられることとなり、電子天秤に数値として表れる。電子天秤の読み取りをWw（ｇ）水の密度をRw（g/cm3）とすれば、木材の生材体積Vは以下の式で与えられる。

 

V=Ww÷Rw

 

水の密度は20℃、101325Pa（１気圧）で0.99820g/cm3だが、今回の測定精度の範囲では1.0g/cm3として問題ないと判断して木材の生材体積を算出した。なお、木材を水没させる際に、木材が十分に水を含んでいないとビーカー内の水分が木材に吸収され、吸収された水分の分だけ体積が過小評価される。このため、測定前に木材に十分水を含ませてから水没させ、測定した。

　昨年（2009年）の報告書１）作成時点では全乾密度の測定を行わなかったが、本報告では後述する容積換算係数の検討にあたって全乾密度のデータが必要と判断し、昨年度の試験において容積密度を測定したサンプルと、今年度の調査にてチップ工場で採取したサンプル全てについて全乾密度を測定した。全乾密度は、送風式恒温器を用いて105℃で重量が恒量に達するまで乾燥した木材の重量（全乾重量）および体積（全乾体積）を測定し、以下の式によって算出した。

　全乾体積をVo、全乾密度をRoとすると、

 

Ro=Wo÷Vo　（g/cm3）

 

4.2.3　チップ用原木の容積換算係数について

　前節で示した容積密度および全乾密度を用いて、生材重量から生材体積あるいは全乾体積を求める換算係数について検討した。この換算係数は一般に「チップ用原木の容積換算係数」と呼ばれる。この係数は、容積密度あるいは全乾密度と、含水率によって算出できるが、チップ用原木を取り扱うチップ工場あるいは製紙工場では全乾重量によって算出する含水率（乾量基準含水率）ではなく、木材に含まれる水分の重量を湿潤重量で除して算出する水分率（湿量基準含水率）を用いるのが一般的である。このため、本報告では密度と水分率を用いて係数を算出し、検討を行った。なお、水分率は以下の式によって算出される。

 

　水分率をCw、含水率をCoとすると、

 

Cw=Co÷(Co+100)×100（％）

 

　そして、容積換算係数は、以下の式によって算出される。

 

○　全乾体積を求める場合　の容積換算係数　Ko

 

Ko=（1−Cw÷100）×(1/Ro）

 

○　生材体積を求める場合　の容積換算係数　Kw

 

Kw=（1−Cw÷100）×(1/R ）

                                              

　　　ただし、Cw：水分率、　Ro：全乾密度、　R ：容積密度

4.3　結果

　表4.3.1が原木データのまとめ、表4.3.2〜表4.3.4が円盤のデータのまとめである。これらをまとめて、図4.3.1〜図4.3.2に短径の分布を、図4.3.5〜図4.3.8に樹皮厚の分布を、図4.3.9、図4.3.10に測定場所ごとの丸太含水率と容積密度を、図4.3.11に短径と含水率、容積密度との関係を示した。また、前年度（2009年）と今年度（2010年）に測定した全てのサンプルについて、樹種別にデータを整理した結果を表4.3.5および4.3.6にまとめて示した。表4.3.5は原木データ、表4.3.6は円盤データのまとめである。表4.3.6には、本年度追加測定した全乾密度の結果を載せた。図4.3.12は、生材体積を算出する換算係数と容積密度、水分率との関係、図4.3.13は全乾体積を算出する換算係数と全乾密度、水分率との関係である。表4.3.7は、各樹種の全乾体積用の容積換算係数について、密度が平均値であると仮定した場合の、含水率による変動幅をまとめた表である。

　丸太含水率はスギの含水率が最も高く、ついでトドマツ、カラマツの順であった。今回行った試験における標本数は各測定箇所について6〜7本であり、統計処理を行うには不十分だが、トドマツはカラマツよりバラツキが大きかったと考えられる。また、個々の含水率を見ると一般的な生材の含水率2)よりも低い値を示したものがあったが、今回用いたサンプルが伐採直後ではなく一定期間土場に置かれていた原木から得たものであることを考慮すれば、低い含水率のサンプルが混在することは当然であり、むしろ、実際の工場におけるチップ加工時の含水率に近い値が得られたと考えられる。

容積密度についてはトドマツが0.34〜0.41g/cm3、カラマツが0.39〜0.49 g/cm3、スギが0.31〜0.38 g/cm3と一般的な値の範囲であった3)。

丸太の短径（元口）と含水率、容積密度との間には、明らかな関連は認められなかった。

昨年と本年度の全てのサンプルから得られた樹種別の含水率、容積密度、全乾密度をまとめた表4.3.6の下欄に、全てのサンプルの含水率、水分率、容積密度、全乾密度の最小値、平均値、最大値をまとめた。全乾密度および水分率から生材体積を算出する容積換算係数が図4.3.12に、容積密度と水分率から全乾体積を求める容積換算係数を図4.3.13に示してある。測定した全てのサンプル（樹種：スギ、ヒノキ、カラマツ、トドマツ）について、これらの水分率および密度の最大値から最小値までの範囲をカバーする換算係数の範囲が、それぞれの図に矢印で示してある。これらの範囲が、今回測定して得られた含水率および密度データから求められる、針葉樹用の容積換算係数の取り得る範囲である。すなわち、生材体積用の容積換算係数は0.7〜2.8の範囲となり、全乾体積の場合が0.6〜2.6の範囲であった。今回測定した含水率は、土場に一定期間のあいだ安置された原木の含水率であり、工場への搬入時には、より高い含水率であったことが推測されるため、チップ工場への原木入荷の際に用いられる係数が、今回の結果よりも小さめになることは予想でき、実際に、聞き取り調査の中で0.6〜0.8といった回答もあった。しかしながら、係数が0.6の場合、たとえばスギであれば水分率が68％（含水率212％）でなければ、正しい体積が算出できず、過小評価となる。たとえば、今回得られた各樹種の含水率範囲に相当する容積換算係数（全乾用、密度は平均値とする）の範囲を表4.3.7にまとめた。これによると、スギの含水率（70.4〜199.6%）であれば係数は0.9〜1.6、ヒノキ（含水率85.7〜121.1％）は1.0〜1.2、カラマツ（含水率24.3〜70.7）は1.3〜1.7、トドマツ（含水率28.9〜100.6%）は1.4〜2.2の範囲にある係数が適切であることになる。今回聞き取った調査で得られた情報に限って検討するならば、現状では容積換算係数による体積の評価は、総じて過小評価の傾向があるとみられた。

 

1) 平成21年度 林野庁補助；製紙用間伐材チップの安定支援事業

　　「製紙用チップ・チップ用原木の安定取引普及事業　調査・分析事業報告書」 H22.3

2) たとえば、「木材の物理」p.25（1985）、文永堂

3) たとえば、「木材の物理」p.16（1985）、文永堂

 

 

 

 

表4.3.1　チップ用原木の測定データまとめ （原木）

 

 

 

表4.3.2 チップ用原木のデータまとめ （円盤、北海道）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

円盤採取場所

　

採取日

樹種

原木本数

円盤枚数

佐藤木材工業（株）

2010/8/4

トドマツ

6本

18枚

 

 

 

 

 

 

 

 

 

樹種

原木

円盤

円盤

原木推定値

原木短径

含水率

容積密度

含水率

容積密度

末口

元口

No.

No.

%

g/cm3

%

g/cm3

cm

cm

トドマツ

17

17-1

69.2

0.304

　

　

　

　

17-2

141.7

0.286

71.3

0.342

16.6

17.1

17-3

88.7

0.290

　

　

　

　

トドマツ

41

41-1

26.3

0.324

　

　

　

　

41-2

33.2

0.321

20.2

0.341

16.7

17.6

41-3

26.4

0.313

　

　

　

　

トドマツ

44

44-1

33.9

0.346

　

　

　

　

44-2

39.7

0.351

28.6

0.377

11.4

14.4

44-3

35.0

0.372

　

　

　

　

トドマツ

45

45-1

57.8

0.419

　

　

　

　

45-2

61.6

0.340

47.1

0.386

10.0

13.8

45-3

51.3

0.338

　

　

　

　

トドマツ

47

47-1

83.2

0.331

　

　

　

　

47-2

81.6

0.348

47.5

0.407

18.5

21.6

47-3

83.4

0.314

　

　

　

　

トドマツ

51

51-1

64.5

0.307

　

　

　

　

51-2

57.8

0.351

47.9

0.348

10.1

14.9

51-3

66.9

0.316

　

　

　

　

 

 

表4.3.3 チップ用原木のデータまとめ （円盤、岩手）

 

 

 

 

 

 

 

 

円盤採取場所

　

採取日

樹種

原木本数

円盤枚数

葛巻林業（株）

2010/9/2

カラマツ

7本

21枚

 

 

 

 

 

 

 

 

 

樹種

原木

円盤

円盤

原木推定値

原木短径

含水率

容積密度

含水率

容積密度

末口

元口

No.

No.

%

g/cm3

%

g/cm3

cm

cm

カラマツ

8

8-1

64.8

0.458

　

　

　

　

8-2

67.1

0.466

66.2

0.461

15.2

16.8

8-3

66.7

0.458

　

　

　

　

カラマツ

16

16-1

65.6

0.427

　

　

　

　

16-2

67.7

0.454

70.7

0.444

8.0

9.6

16-3

82.1

0.449

　

　

　

　

カラマツ

21

21-1

68.0

0.388

　

　

　

　

21-2

69.4

0.397

69.8

0.392

11.1

12.3

21-3

72.4

0.394

　

　

　

　

カラマツ

50

50-1

24.0

0.483

　

　

　

　

50-2

24.4

0.480

24.3

0.486

11.5

12.9

50-3

24.4

0.495

　

　

　

　

カラマツ

60

60-1

43.0

0.480

　

　

　

　

60-2

43.3

0.476

43.4

0.490

13.5

14.7

60-3

44.0

0.510

　

　

　

　

カラマツ

83

83-1

62.9

0.430

　

　

　

　

83-2

61.7

0.409

63.8

0.420

11.0

13.0

83-3

67.1

0.419

　

　

　

　

カラマツ

87

87-1

54.3

0.461

　

　

　

　

87-2

47.3

0.495

50.4

0.483

13.3

15.4

87-3

50.3

0.491

　

　

　

　

 

表4.3.4 チップ用原木のデータまとめ （円盤、高知）

 

円盤採取場所

　

採取日

樹種

原木本数

円盤枚数

丸和林業（株）

2010/11/25

スギ

6本

18枚

 

 

 

 

 

 

 

 

 

樹種

原木

円盤

円盤

原木推定値

原木短径

含水率

容積密度

含水率

容積密度

末口

元口

No.

No.

%

g/cm3

%

g/cm3

cm

cm

スギ

10

10-1

113.5

0.321

　

　

　

　

10-2

117.7

0.318

114.8

0.319

14.0

14.6

10-3

113.1

0.318

　

　

　

　

スギ

25

15-1

104.8

0.374

　

　

　

　

15-2

104.8

0.389

102.2

0.378

13.8

14.6

15-3

96.6

0.371

　

　

　

　

スギ

54

54-1

165.3

0.305

　

　

　

　

54-2

161.8

0.313

159.5

0.307

19.5

21.2

54-3

153.5

0.302

　

　

　

　

スギ

61

61-1

119.8

0.352

　

　

　

　

61-2

92.6

0.353

106.8

0.369

10.3

11.7

61-3

108.6

0.366

　

　

　

　

スギ

77

77-1

86.6

0.364

　

　

　

　

77-2

92.2

0.399

89.1

0.369

16.5

17.9

77-3

88.6

0.353

　

　

　

　

スギ

86

86-1

91.2

0.387

　

　

　

　

86-2

94.6

0.371

93.4

0.381

12.6

14.0

86-3

94.1

0.392

　

　

　

　

 

 

 

 

表4.3.5 樹種別　樹種別チップ用原木のデータまとめ （原木）

樹種

　

短径(cm)

樹皮厚（mm）

材長

材積

本数

　

末口

元口

末口

元口

(m)

(m3)

　

最小

 5.2

 9.6

0

1

1.23

0.0048

スギ

最大

30.3

46.0

6

7

2.54

0.1842

311本

平均

14.7

17.7

2.3

2.6

1.89

0.0462

　

標準偏差

 4.2

 5.0

1.0

1.1

0.23

0.0284

　

最小

 1.7

 7.0

0

0

1.82

0.0012

ヒノキ

最大

21.8

30.0

6

7

4.31

0.1492

178本

平均

11.6

15.8

2.5

3.0

3.14

0.0433

　

標準偏差

 4.2

 3.7

1.0

1.2

0.98

0.0267

　

最小

 4.8

 7.0

0

0

2.03

0.0049

カラマツ

最大

22.4

23.2

6

7

2.75

0.1269

199本

平均

12.7

14.6

2.4

2.7

2.31

0.0399

　

標準偏差

 3.3

 3.4

1.2

1.3

0.21

0.0209

　

最小

 5.5

 9.0

1

1

2.17

0.0069

トドマツ

最大

21.8

26.0

8

7

2.45

0.1082

89本

平均

13.9

16.6

2.6

2.6

2.29

0.0466

　

標準偏差

 3.5

 3.3

1.0

0.9

0.08

0.0220

 

 

 

 

 

表4.3.6 樹種別チップ用原木のデータまとめ （円盤）

 

樹種

　

含水率

容積密度

全乾密度

測定原木本数

　

%

g/cm3

g/cm3

スギ

19本

最小

 70.4

0.291

0.309

最大

199.6

0.418

0.448

平均

123.3

0.354

0.377

ヒノキ

11本

最小

 85.7

0.379

0.403

最大

121.1

0.459

0.495

平均

 98.8

0.415

0.447

カラマツ

13本

最小

 24.3

0.357

0.371

最大

 70.7

0.490

0.531

平均

 47.8

0.437

0.465

トドマツ

6本

最小

 28.9

0.294

0.309

最大

100.6

0.360

0.382

平均

 61.2

0.331

0.348

 

 

全体

含水率

水分率

容積密度

全乾密度

%

（湿量基準含水率）

g/cm3

g/cm3

最小

24.3

19.5

0.291

0.309

平均

82.8

45.3

0.384

0.409

最大

199.6

66.6

0.490

0.531

 

 

 

　　　　　　　 　表4.3.7　全乾体積を求める容積換算係数の範囲

　　　　　　　　　　　　　　  全乾密度が平均値の場合の含水率による変動範囲

含水率
容積換算係数

スギ

ヒノキ

カラマツ

トドマツ

含水率（最大）

(199.6%)

(121.1%)

(70.7%)

(61.2%)

係数最小値

0.9

1.0

1.3

1.4

含水率（最小）

(70.4%)

(85.7%)

(24.3%)

(28.9%)

係数最大値

1.6

1.2

1.7

2.2

 

 

 

 

 

末口平均　13.6

元口平均　16.1
 

図4.3.1　短径分布 （すべての材）

 

 

 

末口平均　13.9

元口平均　16.6
 

図4.3.2　短径分布 （トドマツ・北海道）

 

 

 

 

 

末口平均　12.2

元口平均　14.4
 

図4.3.3　短径分布 （カラマツ・岩手）

 

 

 

末口平均　14.8

元口平均　17.3
 

図4.3.4　短径分布 （スギ・高知）

 

 

 

 

末口平均　2.4

元口平均　2.6
 

図4.3.5　樹皮厚分布 （全体）

 

 

 

末口平均　2.6

元口平均　2.6
 

図4.3.6　樹皮厚分布（トドマツ・北海道）

 

 

 

 

 

末口平均　2.9

元口平均　3.3
 

図4.3.7　樹皮厚分布 （カラマツ・岩手）

 

 

 

末口平均　1.6

元口平均　1.9
 

図4.3.8　樹皮厚分布 （スギ・高知）

 

 

 

 

 

図4.3.9　測定場所ごとの丸太含水率

 

 

 

図4.3.10　測定場所ごとの丸太容積密度

 

 

 

 

 

図4.3.11　短径と含水率、容積密度の関係

 

 

図4.3.12　生材体積算出係数の範囲　 水分率と容積密度との関係

（測定した針葉樹全て）

 

 

図4.3.13　全乾体積算出のための係数の範囲　 水分率と全乾密度との関係

（測定した針葉樹全て）

 

図4.3.14　生材体積算出係数の範囲　 含水率と容積密度との関係

（測定した針葉樹全て）

 

 

図4.3.15　全乾体積算出のための係数の範囲 　含水率と全乾密度との関係

（測定した針葉樹全て）