JP2009274403A - 竹集成材及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】竹材を長手方向に割裂してなる竹素材を互いに接着することによって竹集成材を製作する工程において新規な方法を採用することにより、反り等の変形が極めて生じ難い竹集成材及び形成方法を提供する。
【解決手段】所定長さに切断した竹材１を長尺方向に沿って割裂することにより複数の竹素材２、２…を形成し、これらの竹素材を互いに接着してなる竹集成材５において、夫々の竹素材２、２…の切断面における繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに異方向となるように接合されている竹集成材５を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、竹材を長手方向に割裂してなる竹素材を互いに接合することによって反り等の変形の少ない竹集成材を形成するようにした竹集成材及び形成方法に関する。

一般に、竹材は、木材と比較して生育が速く、低コストで供給できるという利点がある。また、竹材は、軽量且つ強靭であるため、従来から建築物や建具等の建材としても利用されている。さらに、近年においては、木材の代用品としても注目され、例えば、竹を繊維方向に割裂した竹素材を互いに結合することによって集成材を製造し、これを床材等の建築材料として使用する開発が進んでいる。

そのような竹材を集成材に加工する従来の方法として、特許文献１を参照すると、この文献には、原材料の竹材を適宜分割し、分割された断面弧状の竹材を平板状に切削した後、平板状の複数の竹材を接合して柱、棒状或いは面状等の適宜形状の集成材に加工する方法が記載されている。

ところが、この特許文献１の方法は、分割された断面弧状の竹材を平板状に切削した後、これを加熱乾燥するだけの工程を経て所定形状の集成材に接合するものであるため、接合後の集成材に反り等の変形が生じるおそれがある。

また、このような集成材に反り等の変形が生じるのを防止するようにした従来技術として、特許文献２を参照すると、この文献の技術は、孟宗竹等の竹を横挽き及び縦挽きして板状に形成した竹材をその幅方向に複数枚並べ、それらの竹材の上に他の板状の竹材を積層し、上下の竹材の継ぎ目を横にずらし、それらの継ぎ目及び積層重合部を接着剤で接着して積層板を形成し、この積層板の最下層の竹材の底面に凹溝を形成したものである。

なお、この特許文献２において、積層板の最下層の底面に凹溝を形成したのは、積層板を敷設する対向面の床に多少の凹凸があっても水平に敷き易くするためであり、また床に布設した後に凹溝が通気路となって、竹材にかびが生え難くなるという効果を奏するためである。

上記のように特許文献２の集成材は、孟宗竹等の竹を横挽き及び縦挽きして板状に形成した竹材を上下層に積層する際、上下の竹材の継ぎ目を横にずらして接着剤で接合することによって集成材に反り等の変形が生じ難くしたものであるが、この特許文献２の技術においても、接合前の個々の竹材に対して変形を防止するための加工が施されていないため、経時的に個々の竹材が微小に変形すると、集成材全体に微妙な反り等の変形が生じ、また竹材の接着力が劣化すると、個々の竹材の反りによって集成材がいびつに変形するおそれがある。
特開平１０−１６６３１２号公報 特開平９−２４５０５号公報

上記のように竹集成材に反り等の変形が生じる原因は、個々の竹素材の肉厚部分の内側と外側とで収縮率が異なることや、円弧形状の竹素材を加圧した際、竹素材の外皮側に圧縮力が生じ、その反対の内壁側に引張力が生じるというように、様々な要因が挙げられるが、今後、竹集成材を上質の床材等に使用する場合、このような反り等の変形を防止することが重要な課題となる。

本発明は、上記の課題を達成するためになされたもので、竹材を長手方向に割裂してなる竹素材を互いに接着することによって竹集成材を製作する工程において新規な方法を採用することにより、反り等の変形が極めて生じ難い竹集成材及び形成方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明における請求項１の竹集成材は、所定長さに切断した竹材を長尺方向に沿って割裂することにより複数の竹素材を形成し、これらの竹素材を互いに接着してなる竹集成材において、夫々の竹素材の切断面における繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに異方向となるように接合されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項２の竹集成材は、請求項１において、夫々の竹素材の切断面における繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに異方向となるように接合されている竹集成材と、木材又は竹材等の端材を割裂した複数の細片を接着剤で接着してなる下地材とを積層してなることを特徴とする。

また、本発明の請求項３の竹集成材は、請求項１又は２において、夫々の竹素材の切断面における繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに直交するように接合されていることを特徴とする。

さらに、本発明の請求項４の竹集成材の形成方法は、竹材を長尺方向に割裂してなる竹素材を温水加熱で煮沸することによって軟化する軟化工程と、該軟化した竹素材を肉厚方向へ圧縮することによって高密度化する圧密工程と、該高密度化した竹素材を整形し、乾燥する整形乾燥工程と、該整形及び乾燥した竹素材を隣接する竹素材の繊維方向が互いに異方向となるように接着する接着工程と、該接着してなる集成材の表裏面を仕上げ加工する仕上げ工程とを経ることによって、高密度化した竹素材によって集成材を形成するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の請求項５の竹集成材の形成方法は、請求項４において、竹素材を肉厚方向へ圧縮することによって高密度化する圧密工程においては、所定間隔をあけて並設した転動するローラ間に軟化した竹素材を通過させるようにしたことを特徴とする。

本発明による竹集成材は、所定長さに切断した竹材を長尺方向に割裂してなる複数の竹素材を互いに接着して集成材とした竹集成材において、夫々の竹素材の切断面における繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに異方向となる接合状態とすることによって、互いに隣接する竹素材の反りが相殺されることとなり、竹集成材全体として反り等の変形を効果的に防止することが可能となる。

また、本発明においては、接合前の個々の竹素材に対して圧密加工が施されることにより、個々の竹素材が高密度化され、高強度であって反り等の変形の生じ難いものとなり、また虫に食われ難いものとなるため、上記のように繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに異方向となるように接合された効果と相俟って、反り等の変形がより生じ難く、しかも虫に食われ難い建築部材を得ることが可能となる。

従って、本発明の方法によって形成した竹製の集成材を例えば床材とする場合、高強度であって反り等の変形が生じ難い良好な床材として使用することが可能となり、さらには集成材を構成する竹素材の接合の仕方によって柱状の形状に形成したり、壁等の板状に形成したりすることも可能であり、原料としての竹材が安価であって、入手し易いことを考慮すると、木材の代用品としても有益な建材を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

本実施例において使用する竹材の種別は特に限定されるものではなく、入手しやすい周知の孟宗竹や真竹等を使用することが可能であり、図１に示すように、所定長さに切断した竹材１の円形状の切断面を半径方向に所定幅ごとに分割することによって、棒状の多数の竹素材２、２…（図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照）を得ることができる。なお、図１において数字３は、割裂箇所を示す。このように割裂してなる個々の竹素材２においては、外皮２ａが残存するため、特許文献１や特許文献２に記載されているように、竹材の外皮を残さずに板状に形成したものとは異なり、竹素材の強靭性を保持することが可能となる。ただし、本発明においては、竹材の外皮を除去した竹素材の使用を妨げるものではない。

本実施例の竹集成材は、図２(ａ)に示すように、上記のように形成した複数の竹素材２、２…を互いに接着して竹集成材５とする際、夫々の竹素材２、２…の切断面における繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに異方向となるように接合したものである。このような接合状態において、夫々の竹素材２、２…の切断面における繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに直交するように接合してもよい。

上記の接合方法によって、単層の竹集成材５を形成した場合、図２(ａ)に示すように、例えば繊維方向が縦方向の竹素材２Ａと繊維方向が横方向の竹素材２Ｂとが隣接する竹素材同士で互いに直交するように接合される（図４（ａ）参照）。また、図２(ｂ)に示すように、図２（ａ）の単層構造を積層することにより、上下に重ねた竹素材２Ａ、２Ｂの繊維方向が互いに異方向となるように接合した複数層の竹集成材５Ａを構成することが可能となる（図４（ｂ）参照）。さらに、図２(ｃ)に示すように、図２（ａ）の単層構造を上下において互いに直交するように積層することにより、上下に重ねた竹素材２Ａ、２Ｂの繊維方向が互いに異方向となるように接合した複数層の竹集成材５Ｂを構成することが可能となる（図４（ｃ）参照）。

ここで、上記のように隣接する竹素材同士で繊維方向が互いに異方向となる接合方法について説明する。図３（ａ１）、（ａ２）に示すように、複数の竹素材２（２Ａ）、２（２Ａ）…を夫々の繊維方向が同方向となるように配列し（竹素材２Ａ、２Ａ…の配列状態）、その配列状態の上面に適宜の着色剤で直線７を引くことによって印を付す。

次いで、このように直線７が付された竹素材２Ａ、２Ａ…を一つ置きに反転することによって、図３（ｂ１）、（ｂ２）に示すように、直線７が上面に現われた竹素材２Ｂと線が上面に現われない竹素材２Ａとが交互に配列されることとなる。このようにして配列された竹素材２Ａ、２Ｂ…を互いに接着剤６で接合することによって、繊維方向が隣接する竹素材２Ａ、２Ｂ…同士で互いに異方向となる接合状態を得ることができる。このような接合構造によって、反りの方向が互いに相殺され、竹集成材全体として反り等の変形を効果的に防止することが可能となる。

この実施例の竹集成材は、図４（ａ）に示すように、夫々の竹素材２Ａ、２Ｂ…の切断面における繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに異方向となるように接合されてなる単層の竹集成材５を構成し、この単層の竹集成材５に、木材又は竹材等の端材を繊維方向に割裂した複数の細片を接着剤で接着してなる下地材（不図示）とを積層して接着剤で接合することによって２層の竹集成材を構成することができる。また、このような積層構造の応用として、上記の下地材の上下面に単層の竹集成材５、５を積層することによって３層の竹集成材を構成することも可能である。さらに上記
の方法によって、３層以上の竹集成材を構成することも可能である。

この実施例は、接合前の個々の竹素材に対して圧密加工を施すことによって、個々の竹素材を高密度化し、高強度化することによって反り等の変形をより効果的に防止するようにしたものであり、上記の実施例１又は２の竹素材として使用することによって、竹集成材の反り等の変形をより効果的に防止することが可能となる。

そのための工程として、図１に示すように、所定長さに切断した竹材１の円形状の切断面を半径方向に所定幅ごとに分割することによって、ステック状の多数の竹素材２、２…を得る。

次いで、上記の竹素材を温水加熱で煮沸することによって軟化する軟化工程へと移行する。この軟化工程においては、１００℃程度の温水中に多数の竹素材を約９０分入れて煮沸することにより、個々の竹素材を軟化すると共に、竹素材の色抜きや繊維中の樹脂等を除去することが可能となる。

次に、上記の工程によって軟化した竹素材を肉厚方向へ圧縮することによって高密度化する圧密工程へと移行する。この圧密工程においては、図５に示すように、所定間隔をあけて並設したローラ４ａ、４ｂを不図示のモータ駆動等によって転動すると共に、これらのローラ４ａ、４ｂ間に上記の工程で軟化した竹素材２を挿入して通過させると共に、矢印のように通過方向へ引抜くことによって、竹素材２をローラ４ａ、４ｂ間の隙間幅に絞り込んだ圧縮状の竹素材２Ｃを得ることが可能となる。

本実施例では、上記のように軟化した竹素材２にローラ４ａ、４ｂの転圧によって圧密加工を施すことにより、竹素材２を高密度化するものであり、高密度化された竹素材２Ａは、硬質化及び高強度化して反り等の変形の生じ難い竹素材となる。また、防虫効果を得て、虫食いの被害を防止し得る竹素材２Ｃを得ることが可能となる。なお、本実施例では、所定間隔をあけたローラ４ａ、４ｂの転圧によって、竹素材２を高密度化するようにしてあるが、圧縮の方法としては、他のプレス機等を使用してもよい。

ところで、上記のように竹素材を肉厚方向に圧縮する際、圧縮力が大きくなると、竹素材の断面が破損するため、破損に到らない圧縮力とする必要がある。このため、種々の圧縮試験を行なうことにより、表１に示す試験体に対して表２に示す試験結果を得ることができた。

上記の圧縮試験は、試験体の種類として、表１の「気乾-１」「気乾-２」に示すように、２種類の異なる寸法（Ｗ×ｈ×Ｌ＝10.0×15.2×64.5（mm）又は9.9×15.1×64.1（mm））を有する分割後の竹素材を大気中で乾燥する（気乾）工程を経て圧縮試験を行なった場合と、異なる２種類の寸法（Ｗ×ｈ×Ｌ＝10.4×15.4×65.4（mm）又は10.1×15.2×65.0（mm））を有する分割後の竹素材を煮沸することによって軟化する軟化工程を経て圧縮試験を行なった場合とに分けて、表２に示すように、載加荷重を応力＝1.0、2.0、5.0、7.0、9.0（Ｎ／ｍｍ^２）で圧縮したときの破損の有無を調べることにより、許容載加荷重を得るようにしたものである。また、表２に示す応力とひずみの関係を図４にグラフとして示してある。

即ち、表２に示すように、圧縮試験による破損の有無を見ると、破損「無」となっている応力は、「気乾-１」「気乾-２」のいずれにおいても、気乾状態では、２Ｎ／ｍｍ^２という応力を限度とし、また、「煮沸-１」「煮沸-２」のいずれにおいても、煮沸湿潤状態では、１Ｎ／ｍｍ^２という応力を限度とすることが明らかになった。

なお、上記の圧縮試験においては、表２の縦ひずみ比より、圧縮前の竹素材に対して、１０〜１５％程度の厚みが減少する結果となる。いずれにしても、次の工程において、上記の圧密した竹素材を整形し、乾燥する整形乾燥工程を経ることによって、集成材の厚みを調整することが可能となる。

次に、整形乾燥工程は、次の接着工程で集成材に形成する際の製品の寸法精度にも影響するため、図２（ａ）に示すように、集成材５を平坦な床材等に使用する場合は、接着前の夫々の竹素材を整形して四辺を正確な寸法の竹素材２とし、また四方の角を正確な直角とする必要がある。また、そのように整形した竹素材２を、数日間、自然乾燥によって養生する。この乾燥に要する時間は、本発明の場合、上記の圧密工程において、竹素材内の水分の絞り出しも同時に進んでいるため、通常の乾燥期間よりも短くすることが可能となる。

次いで、上記の工程で整形及び乾燥した竹素材２を互いに接着剤で接着することによって図２（ａ）に示すような単層の集成材５に接合する。また、図２（ｂ）に示すように、厚さ方向にも積層することによって、適宜厚さの集成材５を得ることも可能である。そして、このような接合後、接着剤の乾燥硬化のために、室温２０℃程度の乾燥環境において１〜２日間養生する。

次に、上記のように接合してなる集成材の表裏面を仕上げ加工する。この仕上げ工程の内容は集成材の用途によって異なるものであるが、例えば、集成材を床材として使用する場合は、表裏面に対する研磨及びＵＶクリア塗装等を経て製品化することとなる。

このようにして得た集成材は、接合前の個々の竹素材に対して圧密加工が施されることにより、個々の竹素材が高密度化され、硬質化して反り等の変形の生じ難いものとなり、また虫に食われ難いものとなる。このため、上記のように繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに異方向となるように接合された効果と相俟って、反り等の変形がより生じ難く、しかも虫に食われ難い建築部材を得ることが可能となる。

本発明の竹集成材及びその形成方法は、所定長さに切断した竹材を長尺方向に割裂してなる複数の竹素材を互いに接着して集成材とした竹集成材において、夫々の竹素材の切断面における繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに異方向となるように接合し、また集成材を構成する個々の竹素材自体を高密度化することによって反り等の変形が生じ難いものとし、この竹素材を接合して集成材とすることにより、反り等の変形が極めて少ない集成材を形成することが可能となる竹集成材及びその形成方法として利用可能である。

本発明において、竹材を割裂することによって竹素材を得る方法を示す竹材の断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明による実施例１の竹集成材の接合状況を示す部分斜視図である。 本発明において、繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに異方向となるように接合する方法を示す図であり、（ａ１）は複数の竹素材の繊維方向が同方向に配列された状態を示す平面図であり、（ａ２）は（ａ１）の端面図であり、（ｂ１）は隣接する竹素材同士で繊維方向が互いに異方向となるように配列した状態を示す平面図であり、（ｂ２）は（ｂ１）の端面図である。 （ａ）〜(ｃ)は、図２（ａ）〜(ｃ)に対応する竹集成材の接合状況を示す端面図である。 本発明の実施例３における圧密工程を説明するための図であり、所定間隔をあけて並設したローラ間に竹素材を挿入して圧縮している状況を示す側面図である。 本発明の圧密工程における応力ひずみ曲線を示すグラフである。

符号の説明

１ 竹材
２ 竹素材
２ａ 外皮
２Ａ 高密度化された竹素材
２Ｂ 整形した竹素材
２Ｃ 圧縮した竹素材
３ 割裂箇所
４ａ、４ｂ ローラ
５ 竹集成材
５Ａ ２層の竹集成材
５Ｂ 下地材を有する２層の竹集成材
５Ｃ 下地材を有する３層の竹集成材
６ 接着剤
７ 直線
８ 下地材

Claims (5)

1. 所定長さに切断した竹材を長尺方向に沿って割裂することにより複数の竹素材を形成し、これらの竹素材を互いに接着してなる竹集成材において、夫々の竹素材の切断面における繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに異方向となるように接合されていることを特徴とする竹集成材。
2. 夫々の竹素材の切断面における繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに異方向となるように接合されている竹集成材と、木材又は竹材等の端材を割裂した複数の細片を接着剤で接着してなる下地材とを積層してなることを特徴とする請求項１記載の竹集成材。
3. 夫々の竹素材の切断面における繊維方向が隣接する竹素材同士で互いに直交するように接合されていることを特徴とする請求項１又は２記載の竹集成材。
4. 竹材を長尺方向に割裂してなる竹素材を温水加熱で煮沸することによって軟化する軟化工程と、該軟化した竹素材を肉厚方向へ圧縮することによって高密度化する圧密工程と、該高密度化した竹素材を整形し、乾燥する整形乾燥工程と、該整形及び乾燥した竹素材を隣接する竹素材の繊維方向が互いに異方向となるように接着する接着工程と、該接着してなる集成材の表裏面を仕上げ加工する仕上げ工程とを経ることによって、高密度化した竹素材によって集成材を形成するようにしたことを特徴とする竹集成材の形成方法。
5. 竹素材を肉厚方向へ圧縮することによって高密度化する圧密工程においては、所定間隔をあけて並設した転動するローラ間に軟化した竹素材を通過させるようにしたことを特徴とする請求項４記載の竹集成材の形成方法。