木材

再生木材とは、製材済みの木材を二次加工または三次加工して作られる木材のことです。具体的には、工業用または木製包装用として切断された木材を指します。木材は、通常の製材所では加工されない寸法にするために、縦挽き鋸または再製材によって切断されます。

再製材とは、厚さ1～12インチ（25～305mm ）の広葉樹または針葉樹の木材を、全長の板材から2枚以上の薄い板材に分割することです。例えば、長さ10フィート（3.0m ）の2×4材（1 + 1/2インチ× 3 + 1/2インチ、または38×89mm ）を、同じ長さの2×2材（1 + 1/2インチ× 1 + 1/2インチ、または38×38mm ）に分割することは、再製材とみなされます。      

構造用木材は、再生プラスチックや新しいプラスチック原料からも製造できます。その導入は林業から強く反対されています。^{[ 4 ]}プラスチック木材にグラスファイバーを混ぜると、強度、耐久性、耐火性が向上します。^{[ 5 ]}プラスチックグラスファイバー構造用木材は、「ASTM規格E 84に従って試験した場合、クラス1の燃焼性評価が25以下」となり、ほとんどすべての処理木材よりも燃焼が遅いことを意味します。^{[ 6 ]}

木材の刻印は、伐採許可証を示すために特別に作られたハンマーで木材に打ち付けるコードである。^{[ 7 ]}

寸法材の長さは、製材元の木の高さと幹周によって制限されます。一般的に最大長さは24フィート (7.32 m)です。木材の繊維、粒子、またはベニヤを接着剤で結合して複合材料を形成することによって製造されるエンジニアードウッド製品は、一般的な木造建築材料よりも柔軟性が高く、構造強度も優れています。^{[ 12 ]}  

プレカットされたスタッドは、8フィート、9フィート、10フィートの天井用途向けにメーカーによって事前にカットされているため、大工の時間を大幅に節約できます。つまり、メーカーは土台板と二重上部プレートを取り付けるために、部材から数インチまたは数センチメートルを取り除いており、追加のサイズ調整は不要です。

アメリカ大陸では、伝統的な板厚（インチ）にちなんで名付けられたツーバイ材（2×4、2×6、2×8、2×10、2×12）と4×4材（89mm × 89mm ）が、現代の建築でよく使われる木材サイズです。これらは、バルーンフレーム構造やプラットフォームフレーム構造の住宅など、一般的な構造物の基本的な構成要素となっています。建築には通常、針葉樹材が使用され、キャビネットや家具の製作には広葉樹材がより一般的に使用されます。   

木材の公称寸法は、実際の完成材の標準寸法よりも大きくなっています。歴史的に、公称寸法は、乾燥されていない（未加工の）生材の粗い（仕上げ加工されていない）板のサイズであり、乾燥とプレーニング（木材を滑らかにする）によって最終的により小さな完成材になりました。今日では、規格で最終的な完成寸法が規定されており、製材所は最終寸法を達成するために必要なサイズに丸太を切断します。通常、この粗切りは公称寸法よりも小さくなります。これは、現代の技術によって丸太をより効率的に使用できるようになったためです。たとえば、歴史的に「2×4」板は、実際には2インチ×4インチ（51mm× 102mm ）の生材の粗い板から始まりました。乾燥とプレーニングの後、規格外のサイズになります。今日では、「2×4」板は、 2インチ×4インチよりも小さいサイズで、規格で規定されていないものから始まり、乾燥とプレーニングの後、少なくとも1 + 1/2インチ× 3 + 1/2インチ（38mm × 89mm）になります。^{[ 13 ]}      

前述のとおり、規格で生材が公称寸法全体であることが求められていた時代に比べて、所定の仕上がり寸法を製造するのに必要な木材の量は少なくなっています。しかし、所定の公称寸法の仕上がり材の寸法でさえ、時代とともに変化してきました。1910年には、典型的な1インチ（25 mm）の仕上がり板は13/16インチ（21 mm）でした。1928年にはそれが4%削減され、1956年にはさらに4%削減されました。1961年、等級簡素化および標準化委員会は、現在の米国規格に合意しました。その一部では、1インチ（公称）板の仕上げ寸法が3/4インチに固定され、2インチ（公称）材の仕上げ寸法は1 + 5/8インチから現在の1 + 1/2インチに削減されました。^{[ 14 ]}       

1964年、Popular Mechanics誌は独立機関に依頼し、(A)フルサイズの2×4インチ、(B) 1 + 5 ⁄ 8 × 3 + 5 ⁄ 8インチ、(C) 1 + 5 ⁄ 8 × 3 + 1 ⁄ 2インチ、(D) 1 + 1 ⁄ 2 × 3 + 1 ⁄ 2インチ（現在の標準）の複数のサンプルの強度を比較テストした。Aの圧縮強度を「100%」とした場合、BCDはAのフルサイズ2×4の強度の90.7%、82.2%、73.6%であった。言い換えれば、1960年代に小さい方の寸法を1 + 5 ⁄ 8インチから1 + 1 ⁄ 2インチに縮小したことで、圧縮強度が10.46%低下した。^{[ 15 ]}

寸法材は未加工の生材の状態で入手可能であり、そのような木材の場合、公称寸法が実際の寸法となります。

木材は、節、木目の傾斜、ひび割れなどの自然な特性に関して、個々の木材の品質や外観に大きなばらつきがあります。そのため、強度、実用性、価値も大きく異なります。

米国における木材の国家規格の設定に向けた動きは、1924年に米国木材規格が発行されたことから始まった。この規格では、木材の寸法、等級、含水率の仕様が定められ、検査および認定プログラムも開発された。これらの規格は、木材が他の建築資材と競争力を維持することを目的として、製造業者や流通業者の変化するニーズに対応するために長年にわたって変更されてきた。現在の規格は、米国商務長官によって任命された米国木材規格委員会によって設定されている。^{[ 16 ]}

視覚的に等級付けされた構造製品のほとんどの樹種と等級の設計値は、強度低下特性、荷重持続時間、安全性、およびその他の影響要因を考慮したASTM規格に従って決定されます。適用される規格は、 USDA森林製品研究所と協力して実施された試験の結果に基づいています。ANSI/AF&PA木造建築国家設計仕様の補足である木造建築の設計値は、モデル建築基準で認められているこれらの木材の設計値を提供します。^{[ 17 ]}

カナダには、類似の木材を製造する製材所間で基準を維持し、顧客に均一な品質を保証する等級規則があります。等級は、さまざまなレベルで木材の品質を標準化し、等級付け、出荷、および購入者による荷降ろしの時点での含水率、サイズ、および製造に基づいています。国立木材等級局 (NLGA) ^{[ 18 ]}は、カナダの木材等級規則と基準の作成、解釈、および維持を担当しています。カナダ木材規格認定委員会 (CLSAB) ^{[ 19 ]}は、カナダの木材等級および識別システムの品質を監視しています。一般的な等級の略称である CLS、カナダ木材規格は、建設業界で広く利用されています。^{[ 20 ]}

木材の品質を長期間維持しようとする試みは、100年以上前に一般的だった成長の遅い原生林から、今日の商業林で一般的な成長の速い植林地へと、米国の木材資源の歴史的な変化によって困難に直面してきた。その結果生じた木材品質の低下は、木材業界と消費者の両方にとって懸念事項であり、代替建築製品の使用増加につながっている。^{[ 21 ] [ 22 ]}

機械による応力評価と機械による評価を受けた木材は、トラス、垂木、積層材、I形梁、ウェブ接合部など、高い強度が重要な用途に容易に利用できます。機械による等級付けでは、曲げ強度などの構造特性と相関する剛性や密度などの特性を測定します。その結果、目視による等級付けよりも各木材の強度をより正確に把握できるため、設計者は設計強度を最大限に活用し、過剰な構造を避けることができます。^{[ 23 ]}

ヨーロッパでは、長方形製材の強度等級はEN-14081 ^{[ 24 ]}に従って行われ、一般的にEN-338で定義されたクラスに分類されます。針葉樹の場合、一般的なクラスは（強度の昇順で）C16、C18、C24、C30です。広葉樹専用のクラスもあり、最も一般的に使用されているのは（強度の昇順で）D24、D30、D40、D50、D60、D70です。これらのクラスでは、数字は必要な5パーセンタイル曲げ強度をニュートン/平方ミリメートルで表したものです。集成材に使用することを目的とした引張に基づくTクラスなど、他の強度クラスもあります。

• C14、足場や型枠に使用される
• C16およびC24、一般建築
• C30は、プレハブ屋根トラスや、C24よりもやや強い根太が必要な設計の場合に使用されます。TR26も、英国で長年使用されている一般的なトラス垂木強度クラスです。^{[ 25 ] [ 26 ]}
• C40は、通常集成材に見られる。

アフリカおよび南米の製材の等級付け規則は、Sciages Avivés Tropicaux Africains (SATA) の規則に従ってATIBT ^{[ 27 ]}によって開発され、無傷の表面の割合によって確立される皆伐に基づいています。 ^{[ 28 ]}

北米では、広葉樹から作られた寸法材の市場慣行は、^針葉樹の販売や仕様に使用される標準化された「寸法材」のサイズとは大きく異なります。^{広葉樹の板は、完全に粗くカットされた状態で販売されるか、2つの（幅の広い）表面のみを機械でプレーニングすることがよくあります。プレーニングされた表面を持つ広葉樹の}板も供給される場合、通常は指定された厚さ（通常は針葉樹の寸法材の製材に一致）のランダムな幅と、ややランダムな長さの両方で供給されます。しかし、これらの古い（伝統的で通常の）状況に加えて、近年では、標準在庫サイズの板も販売するように製品ラインが拡大されています。これらは通常、大型量販店で販売され、比較的少数の指定された長さのみを使用します。^{[ c ]}いずれの場合も、広葉樹はボードフィート（144立方インチまたは2,360立方センチメートル）単位で消費者に販売されるが、針葉樹については（購入者の認識のもとで）小売店ではその単位は使用されない。^{[ d ]}

北米では、広葉樹材の厚さを表す際に「クォーター」という単位が一般的に用いられます。4/4（4クォーター）は厚さ1インチ（25mm）の板、8/4（8クォーター）は厚さ2インチ（51mm）の板などを指します。この「クォーター」単位は針葉樹材にはほとんど用いられません。ただし、針葉樹のデッキ材は、実際には厚さ1インチ（製造工程で電動プレーニングにより両側から1/8インチまたは3.2mmずつ削り取られるため）であるにもかかわらず、 5 /4として販売されることがあります。「クォーター」という単位は、北米の木材業界で伝統的に用いられてきた用語で、特に粗挽きの広葉樹材の厚さを表すために使われています。    

粗挽き材の場合、製材されていないことがすぐにわかるため、加工後の実際の厚さで測定される製材済み寸法材との混同を避けることができます。例としては、3 / 4インチ、19 mm、または1xなどがあります。近年、建築家、デザイナー、建設業者は、仕様書で「クォーター」システムを業界知識の流行として使い始めていますが、指定されている材料は仕上げ済みの木材であるため、別々のシステムが混同され、混乱が生じています。 

家具用の広葉樹は、樹液の流れが止まった秋と冬に伐採されます。春や夏に伐採すると、樹液が木材本来の色を損ない、家具材としての価値を低下させてしまうからです。

エンジニアードランバーとは、メーカーによって製造され、特定の構造目的のために設計された木材のことです。エンジニアードランバーの主なカテゴリは次のとおりです。^{[ 29 ]}

• 積層単板材（LVL） – LVLは、厚さ1 + 3/4インチ（44 mm）で、深さは9 + 1 / 2、11 + 7 / 8、14、16、18、24インチ（240、300、360、410、460、610 mm ）などがあり、しばしば2枚または3枚重ねて使用されます。LVLは、撤去された支持壁やガレージのドア開口部など、寸法材では不十分な大きなスパンを支える梁として機能し、また、寸法材では実用的でない比較的短いスパンで、上の床、壁、または屋根から重い荷重がかかっている場所でも使用されます。このタイプの木材は、スパン内または端部に穴や切り欠きなどの加工を施すと強度が損なわれますが、梁を固定したり、LVL梁で終端するI型ジョイストや寸法材ジョイスト用のハンガーを追加したりするために必要な箇所に釘を打ち込むことができます。          
• 木製I型ジョイストは、「TJI」、「Trus Joists」、「BCI」などとも呼ばれ、いずれも木製I型ジョイストのブランド名です。上階の床梁として、また、スラブ床構造ではなく、1階の従来型基礎構造（杭基礎）にも使用されます。長スパンに対応するように設計されており、壁がその上に配置される場所では二重に、屋根荷重の大きい支持壁がその上に配置される場所では三重にされることもあります。寸法材で作られた上部と下部の弦材またはフランジと、その間にOSB（配向性ストランドボード）（または最近では、切断せずに配管を通せる鋼製メッシュ型枠）で作られたウェビングで構成されています。ウェビングは、メーカーまたはエンジニアの仕様に従って、特定のサイズまたは形状まで取り外すことができますが、小さな穴を開ける場合は、木製I型ジョイストには「ノックアウト」と呼ばれる穴があらかじめ開けられた部分があり、通常はエンジニアの承認なしに簡単に穴を開けることができます。大きな穴が必要な場合、通常はウェブのみに、スパンの中央3分の1の範囲にのみ穴を開けることができます。上弦材と下弦材を切断すると、構造上の完全性が損なわれます。穴のサイズと形状、そして通常は穴の位置自体も、穴を開ける前に技術者の承認を得る必要があります。また、多くの地域では、穴の承認を得る前に、技術者が行った計算を示すシートを建築検査当局に提出する必要があります。一部のI型ジョイストは、切断を不要にし、ダクトを通せるように、トラスのようにW型ウェブで作られています。
• フィンガージョイント材– 寸法材の長さは通常22 ～ 24 フィート (6.7 ～ 7.3 m)に制限されますが、通常18 ～ 24 インチ (460 ～ 610 mm)の小さな無垢材をフィンガージョイントと接着剤で接合する「フィンガージョイント」という技術を使用することで、2 × 6 サイズで最大36 フィート (11 m)の長さにすることができます。フィンガージョイントは、プレカットの壁スタッドでも主流です。また、塗装される非構造用広葉樹材の手頃な代替品でもあります (ステイン塗装ではフィンガージョイントが見えるためです)。スタッドが破損する可能性があるため、接着された接合部に直接釘を打たないように、施工中は注意が必要です。     
• 集成材梁は、2×4材または2×6材の面同士を接着して作られ、4×12や6×16といったサイズの梁になります。このように、梁は1本の大きな木材として扱われるため、同じサイズの梁を作るために、より大きく古い木を伐採する必要がなくなります。
• 既製トラス– トラスは、住宅建設において、屋根垂木や天井根太（スティックフレーミング）の代替として、プレハブ工法で使用されます。寸法材の支柱や母屋を補強材として使用するよりも、設置が容易で、屋根を支えるためのより良いソリューションと考えられています。米国南部やその他の地域では、寸法材を用いた屋根支持のスティックフレーミングが依然として主流です。トラスの主な欠点は、屋根裏スペースの減少、設計と発注に要する時間、そして同じプロジェクトを従来の方法でフレーミングした場合に必要な寸法材よりもコストが高いことです。利点は、人件費の大幅な削減（従来の方法よりも設置が速い）、一貫性、そして全体的な工期の短縮です。

• 正方形および長方形の形状:板、スラット、バテン、ボード、ラス、ストラップ(通常3 ⁄ 4インチ × 1 + 1 ⁄ 2インチ[19 mm × 38 mm] )、カント(両面を製材したり、大きなサイズに角材に加工して後で製材し直したりするなど、部分的に製材された丸太。フリッチは、片面または両面に端材があるカントの一種です)。さまざまな部品は、ポスト、ビーム(胴縁)、スタッド、垂木、根太、土台、壁板など、用途によっても知られています。       
• 棒状の形状：ポール（ダボ）、スティック（杖、バトン）

米国では、杭は主に南部イエローパインとダグラスファーから切り出されます。処理が必要な場合は、クロム酸銅ヒ素の含有量が1立方フィートあたり0.60、0.80、2.50ポンド（9.6、12.8、40.0 kg /m³ ^）の処理済み杭が入手可能です。   

12世紀初頭に宋王朝政府が発布した建築法式の規定に基づき、木材は8つの断面寸法に標準化された。^{[ 30 ]}木材の実際の寸法に関わらず、幅と高さの比率は1:1.5に維持された。単位は宋代のインチ（31.2 mm）である。 

8等級より小さい木材は「等外」と呼ばれた。木材の幅は「材」1本とされ、他の構造部材の寸法は「材」の倍数で表された。そのため、実際の木材の幅が異なっても、各スケールごとに特定の数値に頼ることなく、他の部材の寸法を容易に計算できた。同様の用途における木材の寸法は、隋王朝（580～618年）から現代にかけて徐々に小さくなっている。隋時代の1等木材は15×10（隋王朝インチ、または29.4  mm）と復元された。^{[ 31 ]}

木材を商業用木材に加工する過程で、以下のような欠陥が発生する可能性があります。

• 欠け跡：この欠陥は、木材の仕上げ面に欠けによって生じた跡や痕跡によって示されます。
• 斜めの木目：木材の不適切な製材
• 木目裂き：工具の落下などにより、仕上げ面に小さなへこみが生じた状態。
• 損耗：完成品に元の丸みを帯びた表面が存在する

菌類は、以下の条件がすべて揃った場合に木材（製材品と木材の両方）を侵食します。

• 木材の含水率は乾燥重量ベースで25％を超えている。
• 環境は十分に暖かい
• 酸素（O₂ _）が存在する

水分含有量が25％未満（乾燥重量基準）の木材は、何世紀にもわたって腐朽せずに済む。同様に、水中に浸かった木材も、酸素量が不足していれば菌類による侵食を受けない可能性がある。

木材の菌類による欠陥：

• 青い染み
• 褐腐病
• 乾腐病
• 心臓腐病
• 樹液の染み
• 湿腐病
• 白腐病

以下は、木材の腐敗を引き起こす主な昆虫と軟体動物です。

• 木食い甲虫
• 海洋穿孔虫（Barnea similis）
• フナクイムシ（Teredo navalis）
• シロアリ
• オオアリ
• クマバチ

木材や製材品の欠陥を引き起こす主な自然要因は、異常な成長と組織の破裂の 2 つです。組織の破裂には、木材に生じる「シェイク」と呼ばれるひび割れや裂け目が含まれます。「リングシェイク」、「ウィンドシェイク」、「リング破壊」とは、立木中または伐採中に、成長輪の周りの木目が分離する現象です。シェイクは木材の強度と外観を低下させ、製材品の等級を下げ、水分を閉じ込めて腐朽を促進する可能性があります。イースタンヘムロックはリングシェイクが発生しやすいことで知られています。^{[ 32 ]}「チェック」とは、木材の表面が乾燥するにつれて収縮することによって生じる、木材表面のひび割れです。チェックは髄まで達し、木目に沿って進むことがあります。シェイクと同様に、チェックも水分を閉じ込めて腐朽を促進する可能性があります。「スプリット」は木材を貫通するひび割れです。チェックとスプリットは、木材の端部でより頻繁に発生します。これは、これらの場所の乾燥がより速いためです。^{[ 32 ]}

欠陥に加えて、水分含有量の変化による不均一な膨張や収縮は、製材された木材の反りを引き起こし、多くの用途に適さなくなる。

木材の乾燥は、一般的に窯乾燥または自然乾燥のいずれかで行われます。乾燥による欠陥は、割れ、反り、ハニカムの主な原因です。乾燥とは、木材細胞の壁に含まれる結合水分を除去して乾燥木材を作るための木材の乾燥プロセスです。^{[ 33 ]}

木材は吸湿性物質であり、周囲の環境との内部水分量のバランスを保つために、自然に水分を吸収・放出します。木材の水分含有量は、木材繊維の乾燥重量に対する水の重量の割合で測定されます。腐朽を抑制する鍵は、水分を管理することです。腐朽菌が定着すると、腐朽が進行するための最低水分含有量は22～24%になるため、建築専門家は、未処理の木材の安全な最大水分含有量を19%と推奨しています。水自体は木材に害を与えませんが、水分含有量が常に高い木材は、菌類の繁殖を促します。

湿気対策の主な目的は、そもそも建物の外壁に水が浸入するのを防ぎ、建物内部の水分バランスを保つことです。設計や施工の詳細を適切に管理することで湿気を制御することは、木造建築物を腐朽から守るためのシンプルで実用的な方法です。湿気がこもりやすい場所では、設計者は腐朽に強い樹種や防腐処理を施した木材など、耐久性のある材料を指定します。外装材、屋根板、土台、露出した木材や集成材梁などは、防腐処理木材の適用例です。

腐朽やシロアリの被害を防ぐため、未処理の木材は地面やその他の水分源から隔離されます。これらの隔離は多くの建築基準で義務付けられており、恒久的な構造物内の木材要素を腐朽防止のために安全な含水率に保つために必要であると考えられています。木材を水分源から隔離することが不可能な場合、設計者は防腐処理された木材に頼ることがよくあります。^{[ 34 ]}

木材は、その基本的な特性を変えることなく、厳しい条件下での耐用年数を向上させる防腐剤で処理することができます。また、耐火性を向上させる難燃性化学物質を加圧含浸させることもできます。^{[ 35 ]}火災を遅らせる「耐火木材」の初期の処理方法の1つは、1936年にプロテクソル社によって開発され、木材を大量の塩で処理するものでした。^{[ 36 ]}木材は、濡れたからといって劣化するわけではありません。木材が分解するのは、生物が木材を食べているからです。防腐剤は、これらの生物にとって食物源が食べられないようにすることで効果を発揮します。適切に防腐処理された木材は、未処理の木材の5～10倍の耐用年数を持つことができます。防腐処理された木材は、鉄道の枕木、電柱、海洋杭、デッキ、フェンス、その他の屋外用途に最もよく使用されます。特定の用途で必要とされる特性と必要な保護レベルに応じて、さまざまな処理方法と種類の化学物質が利用可能です。^{[ 37 ]}

処理方法には、加圧処理と非加圧処理の2つの基本的な方法があります。非加圧処理では、処理対象物に防腐剤をブラシ、スプレー、または浸漬して塗布します。加圧処理では、防腐剤を木材細胞に浸透させることで、より深く、より徹底した浸透を実現します。加圧と真空のさまざまな組み合わせを使用して、適切な量の化学物質を木材に注入します。加圧処理用の防腐剤は、溶剤に溶解した化学物質で構成されています。

かつて北米で最も一般的に使用されていた木材防腐剤であるクロム酸銅ヒ素は、2004年からほとんどの住宅用途で段階的に廃止され始めた。それに代わるものとして、アミン銅クワットと銅アゾールが使用されている。

米国とカナダで使用されるすべての木材防腐剤は、それぞれ米国環境保護庁とカナダ保健省害虫管理規制庁によって登録され、定期的に安全性の再検査を受けています。^{[ 37 ]}

石炭からバイオマス発電への転換は、米国で増加傾向にある。^{[ 41 ]}

英国、ウズベキスタン、カザフスタン、オーストラリア、フィジー、マダガスカル、モンゴル、ロシア、デンマーク、スイス、エスワティニの各国政府は、再生可能な有機物であるバイオマス由来のエネルギーの役割拡大を支持しており、バイオマスには伐採、製材、製紙工程の残渣や副産物が含まれる。特に、石油とガスの消費量を削減することで温室効果ガスの排出量を削減し、林業、農業、農村経済の成長を支援する方法として捉えている。米国政府の調査によると、同国の森林と農地の資源を合わせると、現在の石油消費量の3分の1以上を持続的に供給できる能力があることがわかった。^{[ 42 ]}

バイオマスは、北米の林産物産業にとって既に重要なエネルギー源となっている。多くの企業は、木材や紙の製造過程で発生するバイオマスの一部を、蒸気という形で電気エネルギーと熱エネルギーに変換するコージェネレーション設備（熱電併給設備とも呼ばれる）を保有している。この電気は、木材の乾燥や製紙工程で使用される乾燥機への熱供給などに利用される。