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KURENAI : Kyoto University Research Information Repository
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木材の縦引張破断面の走査電子顕微鏡による観察
佐伯, 浩; 古川, 郁夫; 原田, 浩
京都大学農学部演習林報告 = BULLETIN OF THE KYOTO
UNIVERSITY FORESTS (1972), 43: 309-319
1972-03-15
http://hdl.handle.net/2433/191505
Right
Type
Textversion
Departmental Bulletin Paper
publisher
Kyoto University
309
木材 の縦 引張破断面 の走査 電子顕微鏡 に よる観察
佐伯
An Observation
浩 ・古 川 郁 夫 ・原 田
on Tensile Fracture
Electron
Hiroshi
of Wood by Scanning
Microscope
SAIKI, Ikuo FURUKAWA and Hiroshi
目
要
浩
HARADA
次
旨309
3.3道
管
膜
の 破
壊
形
態
1.ま
え が き310
3.4あ
て
材
細
膜
の
破
2.材
料 と 方 法310
3.結
4.考
果310
引
3・1仮
道 管膜 の破 壊 形 態
3.2柔
細胞膜の破壊形態
胞
壊
形
態
察312
用
文
献314
Resume.............................................315
要
旨
木 材 の縦 引張 破 壊 部 を走 査 電 子 顕 微鏡 で 観 察 し,細 胞 膜 の破 壊 形 態 を調 べ た。 試 料 は 縦 引張 試
験 した薄 片 お よ び曲 げ また は衝 撃 曲 げ 試 験 した試 験 体 の引 張側 な ど いず れ も気 乾 状 態 で縦 引張 破
壊 した材 部 よ り と り出 し,カ ー ボ ンお よ び金 を真 空 蒸 着 して観 察 した。
針 葉 樹 材 の破 壊 部 に多 くみ ら れ る さ さ くれた 破 断 形 の 仮 道 管 で は,2次
げ状 を示 した。 一 方,軸
れ,SZの
膜 中層SZが
裂 けて と
に ほぼ 直 角 に破 断 した仮 道 管 で は,仮 道 管 膜 を 横 断す る破 断面 が 観 察 さ
破 断面 に平 た ん な面 とひ だ状 の面 とが 認 め ら れた。
平 た ん な破 断面 はSZの
フ ィブ リル 傾 角 の 小 さい 夏 材 仮 道 管 に よ くあ らわ れ,ま た,衝 撃 曲 げ
に よ る破 壊 で は増 加す る傾 向 が 認 め られ た。 平 た ん な破 断面 上 に は 粒 状 構 造 が認 め ら れた が,こ
れ は フ ィ ブ リル の切 断 先 端 に カ ーボ ン と金 が 蒸着 さ れ て生 じた もの と思 わ れ る。
細 胞 間 層1の 破 断 面 は 平 滑 で,2次
膜 外 層S1は
フ ィブ リル に沿 っ て裂 け るか,ま
た は,ほ
ぐ
れ た状 況 を示 した 。
仮 道 管 の側 面 に あ らわ れ るせ ん 断 破壊 面 に はS1の
針 葉 樹 柔 細 胞 の膜 の破 断 面 は平 滑 で あ り,一 方,広
構 造 が 認 め られ た。
葉樹 道 管 膜 は 緩 傾 斜 の フ ィ ブ リル に沿 っ て
裂 け た破 断面 を示 した 。 ま た,圧 縮 あて 材 の 仮 道 管 膜 はspiralcheckに
沿 っ て裂 け,引 張 あ て 材
繊 維 のゼ ラチ ン層 は フ ィ ブ リル に直 角 の破 断 を示 した。
細 胞 膜 層 の破 壊 形 態 は 引張 力 の作 用 方 向 とその膜 層 で の フ ィブ リル の方 向 との なす 角 に影 響 さ
れ(Fig.1),ま
た,ひ だ状 の破 断面 は フ ィ ブ リル の 切 断 が 微小 な裂 け を伴 い つつ,こ
行 した破 壊 の伝 播 経 過 を示 して い る と考 え ら れ る(Fig.2)。
きざみ に 進
310
1.ま
木 材 の 破 壊 部 分 の 顕 微 鏡 観 察 は,木
え
き
材 を構 成 す る細 胞 が 外 力 を 受 けて どの よ う に挙 動す るか を
知 る 一 っ の 手 掛 り を あ た え る も の で あ り,木
で あ る が,同
が
材 の構 造 と 機 械 的 性 質 との関 係 を研 究す る上 で 重 要
時 に 細 胞 膜 の 構 造 と性 質 に つ い て の 新 た な 知 見 を も た ら す こ と も 期 待 さ れ る。
こ れ ま で の 観 察1,2)に よ り,針
間 の 分 離 が 認 め ら れ,正
葉 樹 材 の縦 引張 破 壊 部 に は 種 々 の形 態 の細胞 の破 断 と 細 胞 相 互
常 材 の 仮 道 管 で は そ の 分 離 が2次
生 ず る と さ れ て い る。 しか し,こ
れ ら の 結 果 は,主
と して,光
察 と破 壊 部 の 横 断 面 の 透 過 電 子 顕 微 鏡 観 察 に よ る も の で,レ
わ れ た が3),レ
プ リカ 作 製 が 困 難 で,細
膜 外 層slと
中 層SZと
の境 界 付 近 で
学 顕 微 鏡 に よる 細 胞 側 面 か らの観
プ リカ 法 に よ る 破 壊 面 の 観 察 も行 な
胞 膜 の 破 壊形 態 の 詳 細 を あ き らか にす る こ とは で き なか
った。
近 年,走
査 電 子 顕 微 鏡 の 性 能 が 向 上 し て 細 胞 膜 の 微 細 構 造 を か な りの 精 度 で 追 究 で き る よ う に
な っ て き た 。KORAN4)は
こ れ を 半 径 方 向 の 引 張 に よ る 破 壊 面 の 観 察 に 用 い て 成 果 を 得 て い る。
縦 引 張 破 壊 部 の よ う に さ さ くれ の あ る 凹 凸 の は げ しい 表 面 の観 察 に は 走 査 電 子 顕 微 鏡 が 適 し て
齢 り,今
回 こ れ を 使 用 し て,こ
れ まで の手 段 で は観 察 で き なか った 細 胞 膜 の破 断面 の構 造 な どに
っ い て 知 見 を 得 る こ とが で き た の で 報 告 す る。 な お,そ
年4月)に
ま た,本
の 概 要 は 第21回
日本 木 材 学 会 大 会(1971
お・い て 発 表 した 。
研 究 は 昭 和45年
度 文 部 省 科 学 研 究 費 に よ り実 施 した も の で あ る。
2.材
試 料 と して は 厚 さ150.250,uの
グ ラ フIM-100型
機 に よ る)し
料
と 方
法
板 目 お よ び ま さ 目 の 切 片 を 気 乾 状 態 で 縦 引 張 試 験(島
た も の,お
験 を 行 な っ た 試 験 体(2×2×30cm,ま
よ び,同
津 オー ト
様 に 気 乾 状 態 で 曲 げ試 験 あ るい は衝 撃 曲 げ試
さ 目 面 荷 重,ア
ム ス ラ ー 型 木 材 万 能 試 験 機 に よ る)を
用 い
た。
観 察 した 樹 種 は 主 と して 針 葉 樹3種,ア
して シ オ ジ,異
カ マ ツ,ス
ギ お よ び ヒ ノ キ で あ る が,こ
れ に広 葉 樹 と
常 材 と して ス ギ と ポ プ ラ の あ て 材 に っ い て の 観 察 を っ け 加 え た。
試 料 の 引 張 破 壊 部 か ら小 片 を 切 り 出 し,試 料 載 台 上 に 繊 維 方 向 が 平 面 に 対 し て 約45° ∼90° に
と りっ け,破
壊 部 先 端 を 上 方 か ら観 察 で き る よ う に した 。 破 壊 部 は 凹 凸 が は げ しい の で,は
に 回 り こ み の よ い カ ー ボ ン を 蒸 着 した の ち 金 を 蒸 着 した 。 加 速 電 圧 は10kvと
る 程 度 のchargeupが
した が,観
生 ず る こ と は さ け ら れ な か っ た 。 使 用 した 装 置 は 日本 電 子JSM-U3走
じめ
察中あ
査
電 子 顕 微 鏡 で あ る。
3.結
3.1仮
果
道 管 膜 の破 壊 形 態
針 葉 樹 材 の 縦 引 張 破 壊 部 に は 仮 道 管 を 二 分 す る 引 張 破 断 と,仮
が 生 じて い る の で(Plate1),そ
道 管 の側 面 に沿 った せ ん 断破 壊
れ ぞれ にっ い て 仮 道管 膜 の破 壊 形 態 を のべ る。
仮 道 管 の 引 張 破 断 部 で は 各 膜 層 の 種 々 の 破 断 形 態 が み ら れ る1・2)。仮 道 管 膜 破 断 の 一 っ の 型 は
sZの
フ ィ ブ リ ル の走 向 に 沿 っ て 破 断 し て い る も の で,こ
の 型 で は 多 くの 場 合SZが
引 き裂 けて と
311
げ 状 と な り,さ
のS1は
さ くれ た 形 態 を 示 す(Plate2)。2次
膜 内 層53はs2の
裂 け に 沿 っ て 破 断 し,外
側
ほ ぐれ た 状 態 と な っ て い る。
今 一 つ の 型 は 仮 道 管 膜 を 横 切 っ た 破 断 を 示 す も の で,囑仮 道 管 膜 の 破 断 面 の構 造 を 観 察 す る こ と
が で き る 。Plate3は
ス ギ の 夏 材 仮 道 管 の 破 断 面 を 示 した も の で あ る が,SZの
破 断 面 に は平 た ん
な 部 分 と ひ だ 状 の 模 様 を 示 し て い る 部 分 が 見 ら れ る。
SZの
平 た ん な 破 断 面 は フ ィ ブ リル 傾 角 の 小 さ い 夏 材 仮 道 管 に あ ら わ れ る こ と が 多 い 。Plate4
に そ の 典 型 的 な 例 を 示 し た 。 こ れ を 拡 大 す る と 表 面 に 粒 状 の 構 造 が 観 察 さ れ る(Plate5)。
直 径 は お お む ね400∼600Aで,大
示 す と思 わ れ る が,か
の で,真
き い も の は1000Aを
な りの 厚 さ(200A以
上)の
越 え る 。 こ れ は フ ィブ リル の 切 断 先 端 を
カ ー ボ ン と 金 の蒸 着 膜 が 表面 を お お って い る
の 大 き さ ・形 状 を 示 し て い る も の で は な い。
ひ だ 状 の 破 断 面 は 春 材 ・夏 材 の ど ち ら に も多 く あ ら わ れ る(Plate6,9,10)。
や や 斜 め に 横 切 っ て 多 数 形 成 さ れ る が,そ
様 に フ ィ ブ リル の 切 断 が 生 じて い る と 考 え ら れ る 。 ま た,ひ
破 断(Plate2)へ
ひだは 仮道管膜 を
の 方 向 は 同 一 細 胞 内 で も 種 々 に 変 化 す る。Plate6は
ア カ マ ッ の 夏 材 で 放 射 状 の ひ だ の 例 を 示 す 。 ひ だ の 表 面 で はPlate5と
れ,同
粒 子 の
類似 の 粒 状 構造 が認 め ら
だ 状 の 破 断 か ら さ さ くれ た 膜
の種 々 の 申 間 的破 断形 態 が 観 察 さ れ る。 薄 膜 の春 材 仮 道 管 で は 軸 に ほぼ 直 角 に膜
の 破 断 が 生 ず る こ と が 多 い が1・2),szが
こ れ ら の 仮 道 管 で はsZは
平 た ん な 破 断 面 を 示 す こ と は ほ と ん ど認 め ら れ な か っ た 。
ひ だ 状 の 破 断 面 を 示 す か,細
か な さ さ くれ 状 の 破 断 を 示 し た(Plate7)。
衝 撃 曲 げ 試 験 体 の 引 張 側 破 壊 部 に み ら れ る 仮 道 管 膜 の破 壊 形 態 は 静 的 試 験 の そ れ と基 本 的 に は
同 じで あ る が,夏
材 仮 道 管 に お い て,平
た ん な破 断面 が 多少 と も多 く 生 ず る 傾 向 が 認 め ら れた
(Plate8)O
S1お
よ び53は
フ ィ ブ リル の 走 向 に 沿 っ て 裂 け た 破 断 を 示 す 。 膜 層 の 破 断 で は フ ィ ブ リル の 切
断 と フ ィ ブ リル 間 の 裂 け を 考 え な け れ ば な ら な い が,こ
で,引
れ ら の 膜 層 は フ ィ ブ リル 傾 角 が 大 き い の
張 破 断 面 に は 裂 け た 面 が あ ら わ れ る 。1ま たPlate3お
よ び4に
み ら れ る よ う に,細
胞 間層
1を 含 む 細 胞 の コ ー ナ ー の 破 断 面 は 平 滑 で あ る。
せ ん 断 破 壊 が 生 じて 引 き 抜 け た 仮 道 管 は 夏 材 に 多 くあ ら わ れ る が1・2),そ の 側 面 はslの
示 す(Plate9)。Plate9で
を 示 す の で,せ
は 仮 道 管 の 引 き抜 け た 跡 の 面 も み ら れ る が(矢
ん 断 破 壊 に よ る 分 離 がS1内
印),同
構造 を
様 にslの
構 造
で 生 じ て い る こ とが わ か る 。 仮 道 管 の 側 面 にsZが
あ ら わ れ る場 合 も み ら れ る が 局 部 的 な も の で あ る 。
3.2柔
細 胞 膜 の破 壊 形 態
針 葉 樹 材 の 軸 方 向 柔 細 胞 の 破 断 面 は き わ め て 平 滑 で,仮
10)。 細 胞 の コ ー ナ ー に お け る1の
道 管 膜 の そ れ と 対 照 的 で あ る(Plate
破 断 面 と 軸 方 向 柔 細 胞 膜 の そ れ が 連 続 し,膜
層 の 区分 も あ き
らか で な い。
放 射 柔 細 胞 の 半 径 膜 の 破 断 面 も 同 様 に 平 滑 で あ る(Plate11)。
半 径 膜,水
平膜齢 よび接線膜 の
い ず れ の 破 断 面 に 齢 い て も膜 層 お よ び フ ィ ブ リル の 走 向 構 造 が あ き らか で な い 。
3.3道
管 膜 の破 壊 形態
広 葉 樹 材 に つ い て は 観 察 数 が 少 な い の で,こ
れ は シ オ ジ の 道 管 膜 で あ る が,フ
く 目立 た な い 。 こ の 道 管 で は2次
こ で は 道 管 膜 の 破 断 面 の み を 示 す(Plate12)。
ィ ブ リル に 沿 っ て 裂 け た 面 が あ ら わ れ て お・り,さ
こ
さ くれ は 小 さ
膜 各 層 の フ ィ ブ リル 傾 角 が き わ め て 大 き い こ と が う か が わ れ
る。
繊 維 細 胞 膜 の 破 断 は 針 葉 樹 仮 道 管 の そ れ に 類 似 す る が,さ
さ くれ る場 合 が 多 い。 ひだ 状 の 破 断
312
面 は 同 様 に 認 め ら れ る が,平
放 射 方 向)の
3.4あ
た ん な 破 断 面 は ほ と ん ど 認 め ら れ な か っ た 。 柔 細 胞(軸
方 向お よ び
破 断 面 は お・
お・
む ね 平 た ん で あ った。
て材 細 胞 膜 の破 壊 形 態
あ て 材 細 胞 膜 の 異 常 な 構 造 は そ の 破 壊 形 に 影 響 す る3)。 圧 縮 あ て 材 仮 道 管 の 破 断 部(Plate13)で
は,sZのspiralcheckに
構 造 が み ら れ,さ
沿 っ た 裂 け と,ribを
横 切 る 破 断 と が 生 じて い る 。 そ の 破 断 面 に は 粒 状
さ くれ は少 な い。
こ れ に 対 して 引 張 あ て 材 の ゼ ラ チ ン繊 維 の 破 断 部(Plate14)で
た 状 態 で 破 断 し て い る が,さ
は,ゼ
ラ チ ン層 が 少 し 引 き 抜 け
さ く れ は 少 な く ほ ぼ 平 た ん な 破 断 面 と な っ て い る。 そ の 表 面 に は フ
ィ ブ リル の 切 断 に よ る 先 端 の 粒 状 構 造 が 観 察 さ れ る 。 外 側 のsZの
破 断 も さ さ くれ な い で 平 た ん
な 破 断 面 を 示 し て い る。
4.考
察
細 胞 膜 の 破 壊 形 態 に つ い て は 各 膜 層 に お け る 骨 格 物 質 セ ル ロ ー ス ・ ミ ク ロ フ ィ ブ リル の 性 質 と
そ の 配 向,matrixお
よ び 充 墳 物 質 の 性 質 と,こ
れ ら構 成 物 質 の 含 有 量 ・分 布 な ど と 関 連 して 考 え
る必 要 が あ る。
骨 格 物 質 の セ ル ロー ス は 分 子鎖 の方 向 とそ れ に 直 交 す る方 向 とで は そ のヤ ング 係数 や 強 度 が異
な り,分
合,そ
子 鎖 方 向 の 値 が 著 し く大 き い こ とが 知 ら れ て い る5)。 した が っ て 一 つ の 膜 層 を 考 え た 場
の 膜 層 内 で の セ ル ロ ー ス ・ ミ ク ロ フ ィ ブ リル の 配 向 方 向 と 引 張 力 の 作 用 方 向 と の 関 係 が 破
断 形 態 に 影 響 す る と考 え ら れ る。 こ れ ら の 関 連 を 模 式 的 に 示 した も の がFig.1で
フ ィ ブ リル が 引 張 力 の 作 用 方 向 に ほ ぼ 平 行 で あ る と き は,フ
ほ ぼ 直 角 に 破 断 が 生 ず る で あ ろ う(Fig.1a)。
あ る。
ィ ブ リル の 切 断 に よ っ て,そ
破 断 面 は 平 た ん で,表
れに
面 に は フ ィ ブ リル の 切 断 先 端
が あ ら わ れ る(Plate5の
材 仮 道 管(Plate4)お
粒 状 構 造)。 夏
よび 引 張 あ て 材 繊
維 の ゼ ラ チ ン層 に み ら れ た 平 た ん な 破 断
面(Plate14)が
こ れ に 相 当 す る。
これ に対 して 引 張力 作 用 方 向 とフ ィ ブ
リル と の 角 度 が 大 き い と き は,は
ィ ブ リル 間 に 裂 け が 生 じ,そ
リル に 沿 っ て 進 行 した の ち,フ
じめ フ
れが フ ィ ブ
ィ ブ リル
が 切 断 す る と 考 え ら れ る(Fig.1d)。sl
(Plate3お
よ びPlate9),圧
課1践
灘
縮 あ て材 仮 道
難 膜(Plate12)の
引 張 力 の 作 用 方 向 と フ ィ ブ リル との な
す 角 が 上 記 の 中 間 に あ る と き は,フ
ィブ
リル 間 の 裂 け と フ ィ ブ リル の 切 断 とが 複
雑 に 組 み 合 わ さ っ た 破 断 が 生 ず る。 裂 け
が 支 配 的 な と き は さ さ くれ た 破 断(Fig.
1c)と な り,裂
け が 少 ない と きは ひだ 状
313
の 破 断(Fig.1b)と
な る と考 え ら れ る。
ひ だ 状 の 破 断 は フ ィ ブ リル 間 の 裂 け と フ ィ ブ リル の 切 断 が 交 互 に ご き ざ み に 進 行 して 生 じ た も
の と推 測 で き る 。 す な わ ち,細
胞 膜 の あ る 場 所 で フ ィ ブ リル の 切 断 が 生 じ,そ
き わ め て 短 時 間 内 に 進 行 す る の で は あ る が,微
こ と が 考 え ら れ る(Fig.2)。
れ が 伝 播 す る場 合,
視 的 に は 裂 け と切 断 が 交 互 に 生 じ て 伝 播 して 行 く
破 断 面 に み ら れ る ひ だ 状 模 様 は こ の よ う な ご きざ み の 破 断 の 一 っ 一
つ と そ の 進 行 の 経 過 を 示 して い る と考 え ら れ る 。 こ れ は
木 材 細 胞 膜 に 訟 け るunstablefracture6)の
進 行 の一 っ の
特 徴 的 パ タ ー ン で あ ろ う。
以 上 述 べ た 膜 の フ ィ ブ リル の 配 向 方 向 と破 断 形 態 と の
関 係 は 模 式 的 な も の で あ っ て,実
際 にa∼dの
型 とフ ィ
ブ リル 傾 角 と を 対 照 し て 定 量 的 に 確 か め る ま で に は 至 っ
て い な い 。aの 型 は ス ギ の 夏 材 仮 道 管 に 多 く み ら れ た が,
そ の 試 料 のSZの
3° で あ っ た(ヨ
フ ィ ブ リル 傾 角 は非 常 に 小 さ く平 均 約
ー ソ 沈 着 法 に よ る 測 定)。
げ 試 験 を 行 な い,引
ま た,衝
撃曲
張 側 の 破 壊 部 を 観 察 す る と,夏
材で
は こ の 型 の 破 断 が 増 加 す る傾 向 が 認 め ら れ た 。 破 壊 の 進
行 速 度 が 早 い こ と が,ひ
だ 状 の 破 断 の 形 成,す
裂 け と切 断 が 交 互 に お・こ る こ と を 抑 制 して,切
な わ ち,
断のみの
進 行 を 容 易 に した も の と 推 測 さ れ る 。
平 た ん な 破 断 面 に み ら れ る粒 状 構 造 は フ ィ ブ リル の 切
断 先 端 を 示 す も の と し て 興 味 が も た れ る が,そ
の真 の形
態 を知 る た め に は透 過 電 子 顕 微 鏡 に よ る観 察 が 必 要 で あ
る。
次 に,細
胞 の コ ー ナ ー の 細 胞 間 層1は
ら な る と考 え て よ い か ら7),こ
と考 え ら れ る。 一 方,針
(Plate10,11)。
と53が
平 滑 な破 断 面 を 示 した 。 こ の 部 分 は ほ と ん ど リ グ ニ ン か
の 平 滑 な 破 断 面 は 非 結 晶性 で 等 方 性 の リグ ニ ンの性 質 に よ る も の
葉 樹 材 の 軸 方 向 柔 細 胞 お よ び 放 射 柔 細 胞 も ま た 平 滑 な破 断 面 を 示 した
ス ギ の 放 射 柔 細 胞 の2次
膜 に は 細 胞 軸 に 平 行 のSzと30°
認 め ら れ て い る8)。 放 射 柔 細 胞 がPlate11の
面 に はSzの
フ ィ ブ リル 間 の 裂 け とS1とSZの
真 に み ら れ る よ う に 平 滑 で あ り,細
∼60° の 角 度 を な すsl
よ う に 半 径 膜 で 上 下 に 二 分 した と き,破
断
フ ィ ブ リル の 破 断 が あ ら わ れ る こ と に な る が,写
胞 の コ ー ナ ー の1の
破 断 面 と 連 続 して い て,膜
層 の 区分 もフ
ィ ブ リル の 走 向 構 造 も認 め ら れ な い。 フ ィ ブ リル に 沿 っ て 裂 け た 場 合 で も 道 管 膜 で は フ ィ ブ リル
の 走 向 構 造 が 観 察 さ れ る か ら(Plate12),針
は,恐
葉 樹 の 柔 細胞 膜 の破 断 面 が こ の よ うに 平 滑 とな る の
ら く こ れ ら の 細 胞 膜 に お い て リ グ ニ ン含 有 量 が 高 い こ と8)に よ る も の で あ ろ う。
針 葉 樹 あ て 材 のsZは
さ く れ が 少 な く,同
正 常 材 よ り も リグ ニ ン含 有 量 が 高 い と 考 え ら れ る が9),そ
の破 断 面 は さ
様 に 高 リ グ ニ ン含 有 量 が 影 響 し て い る こ とが うか が わ れ た 。 反 対 に 広 葉 樹 あ
て 材 繊 維 の ゼ ラ チ ン 層 は リ グ ニ ン を ほ と ん ど 含 ま な い が10.11),破 断 の 際 に ゼ ラ チ ン 層 の フ ィ ブ リ
ル が ほ ぐ れ て ぱ ら ぱ ら に な る よ う な 状 況 は み られ ず,ま
認 め ら れ な か っ た(Plate14)。
た,外
側szと
の境 界 で 剥 離 す る傾 向 も
引 張 あ て 材 の 引 張 強 度 は 乾 燥 状 態 で は 著 し く 高 い が,こ
れは 乾燥
に よ っ て ゼ ラ チ ン 層 と 他 の膜 層 と の結 合 が 強 ま る た め と考 え ら れ て い る12)。 前 述 した 破 断 状 況 も
や は りゼ ラ チ ン 層 内 に お・け る フ ィ ブ リル 間 の 結 び っ き な ら び に ゼ ラ チ ン層 と 他 層 と の 間 の 結 合 が
か な り強 い こ と を 示 して い る よ う に 思 わ れ る。
314
細 胞 の 側 面 に あ ら わ れ る せ ん 断 破 壊 がS1内
てMountainash(Eucalyptusregnans)で
(Juniperusvirginiana)で
察 に よ り,ア
s2境
は 縦 引 張 破 壊 はslとs2の
はS1内
カ マ ツ,ス
で 生 じ て い る 例 をPlate9に
で5)生
ギ お よ び ヒ ノ キ で はsl内
でs2と
した 。
これ に つ い
境 界 で13),Easternredcedar
ず る と 報 告 さ れ て い る 。 ま た,佐
界 に 沿 っ た 破 壊 に 移 行 す る こ と が 多 い と し,S1内
い る1・2)。 走 査 電 子 顕 微 鏡 に よ っ て,は
示
伯 は透 過 電 子 顕 微 鏡 観
の 境 界 に 近 接 し て 破 壊 し,そ
お よ びS1-Sz界
る か に 多 数 の 細 胞 に っ い て 観 察 で き た が,こ
材 で は 破 壊 に よ っ て あ ら わ れ た 仮 道 管 側 面 は ほ と ん ど の 場 合S1の
れ がs-
の 破 壊 の双 方 を認 め て
構 造 を示
れ らの 針葉 樹
し,SZの
構 造 が 認 め
られ るの は局 部 的で あ った。
広 葉 樹 材 に つ い て は 観 察 数 が 少 な く 十 分 な 論 議 が で き な い 段 階 で あ る が,針
が 多 い よ う に 思 わ れ た 。 そ れ は 構 成 要 素 の 種 類 が 多 い こ と と と も に,同
葉 樹 材 よ り も変 化
一 要 素 で あ って も フ ィブ
リル の 配 向 や 成 分 分 布 な ど 細 胞 膜 の 構 造 に か な り の ば ら っ き が あ っ て,そ
れ が 破 壊 形 態 に反 映 し
て い る よ う に 思 わ れ るQ
細 胞 膜 の 破 壊 形 態 と 膜 の 構 造 と の 関 連 を 考 え る た め に は,破
に観 察 さ れ ね ば な らな い。
が,走
壊 部 に あ らわ れ る膜 の 構造 が 詳 細
よ り 微 細 な 構 造 の観 察 に は 透 過 電 子 顕 微 鏡 を 用 い な け れ ば
査 電 子 顕 微 鏡 は そ の 試 料 作 製 が 容 易 で,比
的 に 把 握 で き る と と も に,破
壊
究 に は き わ め て 有 用 で あ り,今
較 的 多 数 の 試 料 に っ い て,破
な らな い
壊 部 の 全 体 を立 体
した 膜 の 構 造 を あ る 程 度 ま で 明 確 に で き る。 従 っ て 破 壊 形 態 の 研
同 の観 察 に よ って細 胞 膜 の破 断 面 に っ い て新 た な知 見 を得 る こ と
が で きた。
引
1)佐
伯
浩:針
用
文
献
葉 樹 材 に お け る 構 造 の 年 輪 内 変 移 に 関 す る 研 究,京
都 大 学 学 位 論 文(1968)
2)Snixi,H.:Influencesofwoodstructureonradialvariationsinsomephysicalpropertieswithinan
annualringofconifers,MemoirsoftheColledgeo￡Agriculture,KyotoUniv.96,47-73,(1970)
3)古 野
毅 ・佐 伯
-103 ,(1969)
浩 ・原 田
浩;縦
引 張 破 壊 し た 圧 縮 あ て 材 仮 道 管 の 構 造,木
材 学 会 誌,15(3),104
4)KOF:AN,Z.:ElectronmicroscopyofradialtracheidsurfacesofBlackspruceseparatedbytensile
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大農 演 習
315
Résumé
Wood pieces broken in tension parallel to the grain in the air-dried condition were examined by a scanning electron microscope to study the structural features of ruptured cell
walls. Samples to be observed were taken both from the broken end of microtensile specimens and from the tensile side of beams broken in a bending or impact bending test. The
samples were coated with carbon and gold evaporated under high vacuum. Softwood
samples were mainly used in this study, while additional observations were made on hardwood ones.
In the broken tracheids showing the splintering fracture type, the ruptured S2 had sharp
splinters (Plate 2). In those tracheids showing the cross fracture type, the fracture crossed
the wall nearly perpendicular to the tracheid axis, so that the cross fracture surface of the
wall layers could be observed on the broken end of the wall. The cross fracture surface
of S2 showed two characteristic features: the flat face and the ridgy face (Plate 3). The
flat face was found particularly in S2 of latewood tracheids with the steep helical angles.
On the flat face a granular appearance could be seen at high magnification (Plate 5), which
was considered to be the broken ends of fibrils coated with carbon and gold. The impact
bending test had a tendensy to increase the occurrence of the flat face fracture in latewood
tracheids (Plate 8). In earlywood, however, the flat face fracture could be hardly found
even in the broken tracheids showing the cross fracture type. In those tracheids the broken
end of S2 had the ridgy face of the cross fracture type or the fine splinters of fibrils (Plate 7).
The cross fracture surface of the intercellular layer at the cell corner appeared flat and
smooth. Si was split along its fibrillar orientation. The loosened and brushy fibrils of
Si were also found frequently in the split cell walls. Splitting and scission of S3 fibrils appeared to follow the break of the adjacent S2.
The intercellular separation also occurred in tension, especially between latewood tracheids. Both the side face of separated tracheids and the inner face of the remainder of a wall
showed the fibrillar structure of Si, indicating shear failure within Si (Plate 9).
Axial and ray parenchyma cell walls of softwood broken in axial tension had the brash
fractures with flat and smooth face much the same as the intercellular layer (Plate 10, 11).
The smooth face of ruptured cell walls would be due to a high lignin contents in them.
The vessel wall with the flat helix was split along the fibrillar orientation (Plate 12). The
wall of the compression wood tracheid was split along its spiral check (Plate 13), and the
gelatinous layer in tension wood fibers was severed perpendicular to its fibrils, resulting in
the cross fracture with flat face (Plate 14).
The fracture type of a cell wall layer by the tensile load seems to depend on the angle
between the direction of the load and the fibrillar orientation of the layer. As explained
in a schematic diagram Fig. 1, the tensile load with a larger angle to the fibrils of the layer
would make the fibrils separate laterally, resulting in a flat helical fracture (Fig. 1d). The
tensile load nearly parallel to the fibrils would cause the scission of fibrils perpendicular to
them, leading to the cross fracture with the flat face. With a medium angle between the
two the lateral separation and scission of fibrils would be combined in various way, resulting
in transitive types of the fracture. A typical one of them is the steep helical fracture i. e.
the splintering fracture (Fig. lc) and another is the cross fracture with the ridgy face
(Fig. lb). It is also considered that the ridgy face may be a trace of the fracture propagation advancing the wall throughout, in which the scission of fibrils would proceed with a
short, quick jump accompanying a minute split between fibrils (Fig. 2).