Title 木材の縦引張破断面の走査電子顕微鏡による観察

Author(s) 佐伯, 浩; 古川, 郁夫; 原田, 浩

Citation 京都大学農学部演習林報告 = BULLETIN OF THE KYOTOUNIVERSITY FORESTS (1972), 43: 309-319

Issue Date 1972-03-15

URL http://hdl.handle.net/2433/191505

Right

Type Departmental Bulletin Paper

Textversion 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 浩 ・古川郁夫 ・原田 浩

An Observation on Tensile Fracture of Wood by Scanning

Electron Microscope

Hiroshi SAIKI, Ikuo FURUKAWA and Hiroshi HARADA

目 次

要 旨309

1.ま え が き310

2.材 料 と方 法310

3.結 果310

3・1仮 道 管膜 の破 壊 形 態

3.2柔 細 胞 膜 の 破 壊 形 態

3.3道 管 膜 の 破 壊 形 態

3.4あ て 材 細 胞 膜 の 破 壊 形 態

4.考 察312

引 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 膜中層SZが 裂けてと

げ状を示 した。一方,軸 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

れ,SZの 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 構造が認められた。

針葉樹柔細胞の膜の破断面は平滑であり,一 方,広 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 きざみに進

行 した破壊の伝播経過を示 していると考えられる(Fig.2)。

310

1.ま え が き

木 材 の破 壊 部 分 の 顕微 鏡観 察 は,木 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 材 の構 造 と 機 械 的 性 質 との関 係 を研 究す る上 で 重 要

で あ るが,同 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 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

間 の分 離 が 認 め られ,正 常 材 の 仮 道 管 で は そ の分 離 が2次 膜 外 層slと 中層SZと の境 界 付 近 で

生 ず る とさ れ て い る。 しか し,こ れ ら の結 果 は,主 と して,光 学 顕 微 鏡 に よる 細 胞 側 面 か らの観

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 プ リカ法 に よ る 破 壊 面 の観 察 も行 な

わ れた が3),レ プ リカ 作製 が 困難 で,細 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 の概 要 は第21回 日本 木 材 学 会 大 会(1971

年4月)に お・い て発 表 した。

ま た,本 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 料 と 方 法

試 料 と して は厚 さ150.250,uの 板 目お よ びま さ 目の 切 片 を気 乾状 態 で縦 引 張試 験(島 津 オ ー ト

グ ラフIM-100型 機 に よ る)し た もの,お よ び,同 様 に 気 乾 状 態 で 曲 げ試 験 あ るい は衝 撃 曲 げ試

験 を行 な った試 験体(2×2×30cm,ま 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 カ マ ツ,ス ギお よ び ヒノ キで あ るが,こ れ に広 葉 樹 と

して シオ ジ,異 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 じめ

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 した が,観 察 中 あ

る程 度 のchargeupが 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 査

電 子 顕 微鏡 で あ る。

3.結 果

3.1仮 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 道 管 の側 面 に沿 った せ ん 断破 壊

が生 じて い る の で(Plate1),そ 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 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

のS1は 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)。 粒 子 の

直径 はお おむ ね400～600Aで,大 きい もの は1000Aを 越 え る。 これ は フ ィブ リル の切 断先 端 を

示 す と思 わ れ るが,か な りの 厚 さ(200A以 上)の カ ー ボ ン と 金 の蒸 着 膜 が 表面 を お お って い る

ので,真 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)。 ひ だ は 仮 道 管 膜 を

や や 斜 め に横 切 って 多 数 形 成 さ れ る が,そ 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 類似 の 粒 状 構造 が認 め ら

れ,同 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 だ状 の破 断 か ら さ さ くれ た 膜

破 断(Plate2)へ 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 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。

これ らの仮 道 管 で はsZは 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 れ ら の膜 層 は フ ィ ブ リル傾 角 が大 きい の

で,引 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 構 造 を

示 す(Plate9)。Plate9で は仮 道 管 の 引 き抜 け た跡 の面 も み られ るが(矢 印),同 様 にslの 構 造

を示 す の で,せ ん 断破 壊 に よ る 分 離 がS1内 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 道 管 膜 の そ れ と 対 照 的で あ る(Plate

10)。 細 胞 の コー ナ ー にお け る1の 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 こで は 道 管 膜 の 破 断面 の み を示 す(Plate12)。 こ

れ は シオ ジ の道 管 膜 で あ る が,フ ィ ブ リル に沿 っ て 裂 け た面 が あ らわ れ てお・り,さ さ くれ は小 さ

く 目立 た な い。 この道 管 で は2次 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 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

放 射 方 向)の 破 断 面 はお・お・む ね 平 た ん で あ った。

3.4あ 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 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

構 造 がみ られ,さ 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 は,ゼ ラ チ ン層 が 少 し引 き抜 け

た状 態 で 破 断 して い るが,さ 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 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

合,そ 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 あ る。

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 ィブ リル の 切 断 に よ って,そ れ に

ほぼ 直 角 に破 断 が 生 ず るで あろ う(Fig.1a)。 破 断 面 は平 た んで,表 面 に は フ ィブ リル の 切 断 先端

が あ らわ れ る(Plate5の 粒 状 構 造)。 夏

材 仮道 管(Plate4)お 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 じめ フ

ィブ リル 間 に裂 けが 生 じ,そ れが フ ィ ブ

リル に沿 って 進 行 した のち,フ ィブ リル

が 切 断す る と 考 え られ る(Fig.1d)。sl

(Plate3お よびPlate9),圧 縮 あ て材 仮 道

課1践 灘 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 れ が 伝 播 す る場 合,

きわ め て短 時 間 内 に進 行 す る ので は あ るが,微 視 的 に は 裂 け と切 断が 交 互 に生 じて伝 播 して 行 く

こ とが考 え られ る(Fig.2)。 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 フ ィブ リル 傾 角 は非 常 に 小 さ く平 均 約

3°で あ った(ヨ ー ソ沈 着 法 に よる測 定)。 また,衝 撃 曲

げ試 験 を行 ない,引 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 なわ ち,

裂 け と切 断 が 交 互 にお・こ る こ と を抑 制 して,切 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 平 滑 な破 断 面 を示 した。 この 部分 は ほ とん ど リグ ニ ンか

らな る と考 え て よい か ら7),こ 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

と考 え られ る。 一 方,針 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

(Plate10,11)。 スギ の放 射 柔 細 胞 の2次 膜 に は 細 胞 軸 に平 行 のSzと30° ～60° の 角度 を なすsl

と53が 認 め られ て い る8)。 放 射 柔 細 胞 がPlate11の よ う に 半 径 膜 で 上 下 に二 分 した とき,破 断

面 に はSzの フ ィブ リル 間 の裂 け とS1とSZの フ ィブ リル の破 断 が あ らわ れ る こ とに なるが,写

真 に み られ る よ う に平 滑 で あ り,細 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 葉 樹 の 柔 細胞 膜 の破 断 面 が こ の よ うに 平 滑 とな る の

は,恐 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 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

さ くれが 少 な く,同 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 た,外 側szと の境 界 で 剥 離 す る傾 向 も

認 め られ なか った(Plate14)。 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 で 生 じ て い る 例 をPlate9に 示 した 。 こ れ に つ い

てMountainash(Eucalyptusregnans)で は 縦 引 張 破 壊 はslとs2の 境 界 で13),Easternredcedar

(Juniperusvirginiana)で はS1内 で5)生 ず る と報 告 さ れ て い る。 ま た,佐 伯 は 透 過 電 子 顕 微 鏡 観

察 に よ り,ア カ マ ツ,ス ギ お よ び ヒ ノ キ で はsl内 でs2と の 境 界 に 近 接 し て 破 壊 し,そ れ がs-

s2境 界 に 沿 っ た 破 壊 に 移 行 す る こ とが 多 い と し,S1内 お よ びS1-Sz界 の 破 壊 の 双 方 を 認 め て

い る1・2)。 走 査 電 子 顕 微 鏡 に よ っ て,は る か に 多 数 の 細 胞 に っ い て 観 察 で き た が,こ れ ら の 針 葉 樹

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 構 造 を 示 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 葉 樹 材 よ り も変 化

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 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 壊 部 に あ ら わ れ る 膜 の 構 造 が 詳 細

に 観 察 さ れ ね ば な ら な い 。 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 な ら な い

が,走 査 電 子 顕 微 鏡 は そ の 試 料 作 製 が 容 易 で,比 較 的 多 数 の 試 料 に っ い て,破 壊 部 の 全 体 を立 体

的 に 把 握 で き る と と も に,破 壊 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

究 に は き わ め て 有 用 で あ り,今 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 用 文 献

1)佐 伯 浩:針 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

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3)古 野 毅 ・佐 伯 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

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13)WARDROP,A.B.andAnno-ASHONC,F.W.:Theanatomyandfinestructureofwoodinrelationto

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Résumé

Wood pieces broken in tension parallel to the grain in the air-dried condition were ex-amined 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 speci-mens 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 hard-wood 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 ap-

peared to follow the break of the adjacent S2. The intercellular separation also occurred in tension, especially between latewood trach-

eids. 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 propaga-tion 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).