JP4791437B2 - 竹集成材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の竹材料を一体化してなる竹集成材及びその製造方法に関する。

２０世紀から自然環境の破壊が地球規模で行われており、これが原因とみられる地球温暖化が進み、異常気象による大災害が世界各地で誘発され、多くの生命や財産が失われている。２１世紀は、破壊された地球の自然環境を回復し、後世に継承することが求められている。

自然環境の破壊の一因として天然林の伐採を挙げることができる。木は、木材としての使用に耐えるまでに植栽から３０〜４０年を必要とすることから、植林による供給が需要に追いつかず、天然林の伐採が世界中で拡大している。天然林の伐採は生態系の変化や保水能力の低下等、自然環境の悪化を招くことから、自然環境保護を目的とする伐採規制が行われ始めている。

このような状況のなか、自然環境の保護に寄与できる材料として、竹に注目が集まっている。竹はイネ科に属する常緑の多年生草木植物であり、伐採の翌年には十数ｍの高さに伸びるという成長の早さから、４年で次の伐採が可能となる。したがって、木から竹への代替を促進することにより、効率的な供給が可能となり、天然林の伐採抑制が期待される。

竹を用いた木材の代替品として、種々の竹集成材が提案されている。竹集成材には、従来、竹から切り出した材料を用いる竹積層材と、竹から抽出した繊維を用いる竹繊維集成材とがある。

竹積層材は、竹材から切り出した角材を積層して接着剤で張り合わせて形成されており（例えば、特許文献１参照）、以下のように製造している。まず、丸竹を縦割りにして周方向に複数個に分割して扇型断面の竹材を作成し、図１１Ａに示すように、竹材１０１から長方形断面の角材１０２を切り出す。この角材１０２の表面に接着剤を塗布し、プレス機で圧縮し、図１１Ｂに示すような竹積層材１０３が得られる。中空の丸竹から角材１０２を切り出すには、所定の厚みと繊維密度が必要であるため、発芽から６年程度を経過した肉厚の孟宗竹を使用している。

一方、竹繊維集成材は、竹材から抽出した繊維に接着剤を添加して圧縮成形して形成されており（例えば、特許文献２参照）、以下のように製造される。まず、竹材を密閉室内に配置して加熱蒸気を供給し、蒸気圧の急激な増減を繰り返して竹材の組織を破壊する爆砕処理を行う。爆砕処理により分離した竹材の繊維と肉質から、肉質を除去して繊維のみを抽出する。抽出した繊維に接着剤を添加して金型内に配置し、プレス機により加熱しながら加圧して、竹繊維集成材を製造している。
特開２０００−２９１２３６号公報 特開２００４−３５１７７３号公報

しかしながら、竹積層材は、竹材から角材を切り出して使用するので、多くの端材が生じて無駄が多いという問題がある。具体的には、図１１Ａの竹材１０１について、角材１０２として利用できるのは繊維密度の高い外周部に限られるので肉質の多い内周部１０１ａは使用できず、また、丸みを帯びた外周部１０１ｂや両端部１０１ｃは使用できない。このため、枝を含めた竹の全体に対して材料として利用できる割合である利用率は、５０ｗｔ％を下回る。更に、角材１０２には規格に適合する長さが必要であるので、曲がった竹は使用できない。このように、竹積層材は、竹資源の有効利用が不十分であるという問題がある。

また、竹積層材は、竹材から切り出した角材を用いるので、角材に残留した内部応力により、多少の反りが生じるという問題がある。また、角材を互いに接着する接着剤が、平坦な表面に塗布されるので内部に浸透し難く、角材の境界に沿って割れが生じ易いという問題がある。

また、竹繊維集成材は、爆砕処理を行う設備が必要であるので、製造コストが高いという問題がある。更に、竹材の肉質を除去するので竹材の利用率が低く、したがって、必要となる竹材の量が多くて製造コストが高いという問題がある。

そこで、本発明の目的は、竹の葉以外の部分を全て使用し、竹を高い利用率で利用して製造できて竹資源の有効利用を図ることができ、また、反りや割れを防止でき、しかも、幅広い種類の竹を用いて木材に代わる生産量を確保できるうえ、安価に製造できる竹集成材を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の竹集成材は、竹材を繊維と肉質とが分離するように潰すと共に、上記繊維と肉質とを残留させた複数の潰し竹材を、上記肉質をつなぎとして繊維同士及び繊維と肉質を接着剤で接着し、一体化して形成したことを特徴としている。

上記構成によれば、潰し竹材は、不定形であるうえに柔軟であるから、角材を積層するよりも高い自由度で集積させることができる。したがって、本発明の竹集成材に用いられる竹材には、竹積層材のように角材を切り出すための寸法の制限が無いので、種々の竹材を用いることができる。例えば、丸竹を扇型断面に切断した竹材は、竹積層材のように内周部や外周部や両端部の端材を生じることなく、全てを用いることができる。また、竹積層材には使用できなかった枝も竹材として使用できる。これらにより、枝を含めた竹の全体に対して材料として利用できる割合である利用率を、最大で９０ｗｔ％にすることができる。更に、竹積層材には利用できない曲がった竹材も、比較的自由に配置して一体化できるので、竹集成材に用いることができる。このように、本発明の竹集成材は、種々の形状の竹を高い利用率で利用できるので、竹資源の有効利用を図ることができる。

また、本発明の竹集成材に用いる竹材には竹積層材のような厚みの制限が無く、また、潰し竹材は内部まで空気の通路を有して容易に乾燥させることができるので、竹齢６年以上の孟宗竹に限られず、多種類の竹を使用でき、また、幅広い竹齢の竹を使用できる。したがって、この竹集成材は、木材に代わる供給量を確保できる。

従来、竹積層材では、竹齢８年以降の竹は、枯れが進んで強度低下が生じるので竹材として用いることができなかった。これに対して、本発明の竹集成材は、竹材を潰した潰し竹材を接着材で一体化して形成されるので、枯れの進んだ竹材を用いても、潰した竹の繊維と肉質との間に接着剤が浸透することにより強度低下を補うことができる。このため、竹材として、竹齢８年から１０年までの竹を用いることができる。

更に、潰し竹材は竹材の繊維間の結合が破壊され、内部応力が除去されているので、竹集成材に反りが生じる不都合を防止できる。また、潰し竹材の繊維相互間及び繊維と肉質の間に隙間が形成され、また、肉質が砕かれて小片となるので、繊維及び肉質に接着剤が十分に浸透してアンカー効果が発揮されて、割れの少ない強固な構造が得られる。更に、繊維間に残留した肉質によってつなぎ効果が発揮され、高い強度が得られる。その結果、竹の角材をそのまま用いる竹積層材や、竹の繊維のみを用いる竹繊維集成材と比較して、高品質であり、かつ、高い耐久性と強度を有する竹集成材が得られる。

また、潰し竹材に形成された隙間に接着剤が浸透しているので、隙間が少なくて良好な防水性を有する竹集成材が得られる。

また、本発明の竹集成材は、竹材に圧縮力を与えて潰すことにより、潰し竹材が得られるので、竹繊維集成材のように爆砕処理を行う設備が不要であり、低コストで製造できる。

本発明の竹集成材において、潰し竹材は、竹材に圧縮力が付与されて繊維と肉質との結合組織が破壊されていればよいが、例えば、加圧ローラにより、竹材の長手方向に連続的に圧縮力が与えられて結合組織が破壊されたものが好ましい。

一実施形態の竹集成材は、上記竹材は、煮沸された竹材及び乾留された竹材の少なくとも一方である。

上記実施形態によれば、竹材の煮沸や乾留により脱脂が行われるので、竹集成材のカビの発生や虫食いの被害を抑制することができる。

一実施形態の竹集成材は、上記竹材は煮沸された淡色の竹材と乾留された濃色の竹材を含み、表面に濃淡色の線状又は帯状の模様を有する。

上記実施形態によれば、煮沸された淡色の竹材と乾留された濃色の竹材とで、防カビ及び防虫効果を有するうえに、表面に濃淡色の線状又は帯状の模様を有する竹集成材が得られる。例えば、煮沸された竹材により、白色からベージュ色の色彩を得る一方、乾留された竹材により、濃茶色から黒色の色彩を得ることができる。

一実施形態の竹集成材は、上記竹材は、葉を除く竹の全ての部分のうちの少なくとも１つを含む。

上記実施形態によれば、竹材として、例えば、肉質の多い竹の内周部や、径の小さい枝や、付着が比較的困難な皮や、竹積層材の角材が切り出された残りの端材や、竹工芸品等の材料の残材を用いることができる。したがって、竹資源の有効利用を図ることができる。また、竹材の使用量を削減して、竹集成材の製造コストの低減を図ることができる。

一実施形態の竹集成材は、上記潰し竹材は、防水剤が付加されている。

上記実施形態によれば、本来有する防水性を更に高めて、例えばデッキ等のような屋外で使用される材料として用いることができる。

ここで、防水剤は、潰し竹材を一体化する接着剤に添加されたことにより、潰し竹材に付加されているのが好ましい。この場合、潰し竹材の製造工程において、接着剤の溶液に予め防水剤を添加し、この防水剤が添加された接着剤の溶液に潰し竹材を漬けることにより、潰し竹材への接着剤と防水剤との付加を同時に行うことができる。

一実施形態の竹集成材は、上記潰し竹材は、防カビ剤が付加されている。

上記実施形態によれば、潰し竹材の肉質の劣化を防止することができる。

ここで、防カビ剤は、潰し竹材を一体化する接着剤に添加されたことにより、潰し竹材に付加されているのが好ましい。この場合、潰し竹材の製造工程において、接着剤の溶液に予め防カビ剤を添加し、この防カビ剤が添加された接着剤の溶液に潰し竹材を漬けることにより、潰し竹材への接着剤と防カビ剤との付加を同時に行うことができる。

一実施形態の竹集成材は、繊維の方向が揃った上記潰し竹材の層が、隣り合う層の繊維の方向が互いに異なるように複数個積層されて形成されている。

上記実施形態によれば、繊維の方向が揃った複数の潰し竹材の層を有し、かつ、隣り合う層の繊維の方向が互いに異なることにより、方向性の無い均一な強度を有する竹集成材が得られる。

本発明の竹集成材の製造方法は、竹材を煮沸又は乾留する工程と、
上記煮沸又は乾留された竹材を繊維と肉質とが分離するように潰して、繊維と肉質とが残留した潰し竹材を形成する工程と、
上記潰し竹材に接着剤を付加する工程と、
複数の上記接着剤が付加された潰し竹材を、繊維の方向を揃えて金型内に配置する工程と、
上記金型内の複数の潰し竹材を加圧する工程と、
上記金型内の複数の潰し竹材を加熱する工程と
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、竹材を煮沸又は乾留することにより、竹材の脱脂を行って、カビの発生や虫食いの被害を抑制できる。次いで、上記竹材を潰して、繊維と肉質とが残留した潰し竹材を形成することにより、竹材の繊維間の結合を破壊し、内部応力を除去して、成形後の反りが防止できる。また、繊維相互間及び繊維と肉質との間に隙間を形成することができる。この後、上記潰し竹材に接着剤を付加することにより、繊維相互間及び繊維と肉質との間の隙間に、十分に接着剤を浸透させることができる。なお、接着剤の付加は、槽内に溜めた接着剤の溶液に潰し竹材を漬けることによって行うのが好ましい。上記接着剤が付加された潰し竹材は、不定形であるうえに柔軟であるから、角材を積層するよりも高い自由度で、繊維の方向を揃えて金型内に配置することができる。したがって、上記竹材には、竹積層材のように角材を切り出すための寸法の制限が無いので、種々の竹材を用いることができる。引き続いて、金型内の複数の潰し竹材を加圧することにより、繊維と肉質とを高密度化する。また、金型内の複数の潰し竹材を加熱することにより、接着剤を硬化させて繊維と肉質とを接着する。こうして、木材に代わる竹集成材を製造することができる。

本発明の竹集成材の製造方法によれば、種々の竹材を用いることができ、例えば、丸竹を扇型断面に切断した竹材は、竹積層材のように内周部や外周部や両端部の端材を生じることなく、全てを用いることができる。また、竹積層材には使用できなかった枝も竹材として使用できる。これらにより、枝を含めた竹の全体に対して材料として利用できる割合である利用率を、最大で９０ｗｔ％にすることができる。更に、竹積層材には使用できない曲がった竹材も、比較的自由に配置して一体化できるので、竹集成材に使用できる。このように、本発明の竹集成材の製造方法によれは、種々の形状の竹を高い利用率で利用できるので、竹資源の有効利用を図ることができる。

また、本発明の竹集成材の製造方法に用いる竹材には、竹積層材のような厚みの制限が無く、また、潰し竹材は内部まで空気の通路を有して容易に乾燥させることができるので、竹齢６年以上の孟宗竹に限られず、多種類の竹を使用でき、また、幅広い竹齢の竹を使用できる。したがって、木材に代わる十分な量の竹集成材の供給が可能となる。

また、本発明の竹集成材の製造方法によれば、竹材を潰して、繊維相互間及び繊維と肉質との間に隙間を形成したうえ、接着剤を付加するので、接着剤を上記隙間に十分に浸透させてアンカー効果を発揮させ、割れの少ない強固な構造を得ることができる。更に、潰し竹材の繊維間に残留させた肉質によって、接着剤の付加により、つなぎ効果を発揮させることができ、高い強度が得られる。その結果、竹の角材をそのまま用いる竹積層材や、竹の繊維のみを用いる竹繊維集成材と比較して、高品質であり、かつ、高い耐久性と強度を有する竹集成材を製造できる。

また、潰し竹材に形成された隙間に接着剤を浸透させるので、隙間が少なくて良好な防水性を有する竹集成材を製造できる。

一実施形態の竹集成材の製造方法は、加熱部が内蔵された複数のプレス板を有する多段型プレス機により、複数の上記金型内の潰し竹材の加圧と加熱とを行う。

上記実施形態によれば、多段型プレス機を用いることにより、複数の金型内の潰し竹材を単一のプレス工程で一体化させて、複数の竹集成材を同時に製造することができ、高効率で竹集成材を製造できる。

一実施形態の竹集成材の製造方法は、単段型プレス機により上記金型内の潰し竹材の加圧を行った後、上記潰し竹材を上記金型内に収容したまま加熱装置に移し、この加熱装置で上記金型内の潰し竹材の加熱を行う。

上記実施形態によれば、単段型プレス機を用いて金型内の潰し竹材の加圧を行った後、この金型内に潰し竹材を収容したまま加熱装置で加熱を行うことにより、十分に接着剤を硬化させて高密度かつ高強度の竹集成材を製造できる。

本発明によれば、種々の形状の竹を高い利用率で利用して、反りや割れが少なく、しかも、強度が高くて高品質であり、幅広い種類の竹を用いて木材に代わる生産量を確保でき、しかも、安価に製造可能な竹集成材が得られる。その結果、天然林の伐採の拡大防止を促進し、自然環境保護に寄与することができる。

図１は、本発明の実施形態の竹集成材を示す斜視図である。この竹集成材１は、竹材に潰し工程が施された複数の潰し竹材１１，１１，・・・を接着剤で一体化して形成している。竹集成材１は、幅１５００ｍｍ、奥行き２５００ｍｍ及び厚み４００ｍｍの寸法を有し、図１には、一部を切断して取り出した様子を示している。竹集成材１は、木材の代替として、例えば屋内床材、屋外床材及び家具等の材料として利用される。

竹集成材１を構成する複数の潰し竹材１１は、竹材に圧縮力が付与されて繊維と肉質の結合組織が潰され、かつ、繊維と肉質とが残留している。竹集成材１を形成する全ての潰し竹材１１は、繊維の方向が略同じ方向に揃っている。複数の潰し竹材１１の材料となる竹材としては、丸竹を縦割りにして周方向に分割した縦割り材や、竹の枝部や、竹積層材の端材や、竹工芸品材料の残材等の種々のものが利用される。すなわち、葉を除く竹の全ての部分を竹材として利用することができる。上記複数の潰し竹材１１は、メラミン樹脂系接着剤で一体化されている。なお、アルデヒドレジン系等の他の接着剤を用いることもできる。

複数の潰し竹材１１は、淡い色としての例えば白味を帯びたベージュ色の淡色竹材１１１と、濃い色としての例えば濃茶色の濃色竹材１１２とを含み、各竹材１１１，１１２の繊維が互いに略同じ方向に揃い、かつ、淡色竹材１１１と濃色竹材１１２とがランダムに配置されている。これにより、竹集成材１の表面に、竹材１１１，１１２の色の濃淡による線状模様や帯状模様が形成されている。

図２は、本発明の実施形態としての竹集成材の製造方法を示すフローチャートである。このフローチャートに沿って竹集成材１の製造方法の詳細を説明する。

まず、竹集成材１の材料である竹材を準備する（ステップＳ１）。竹材１０としては、図３Ａに示す縦割り材や、図３Ｂに示す端材、図３Ｃに示す角材を用いることができる。また、竹材１０として、断面が円形や正方形の残材等も用いることができる。いずれの竹材１０も、繊維が長手方向に延びたものを用いる。これらの竹材１０に、煮沸又は乾留を行う（ステップＳ２）。詳しくは、竹材１０を、３〜４ｗｔ％の過酸化水素水で１００〜１１０分間煮沸する。また、他の竹材１０を、乾留釜で１００〜１２０分間乾留する。乾留条件は、温度が１０４±１℃かつ圧力が２．５〜３．０kg/cm²とする。竹材１０を煮沸又は乾留することにより脱脂が行われて、竹集成材１のカビの発生や虫食いの被害を抑制することができる。煮沸を行った竹材１０は淡い茶色となる一方、乾留を行った竹材１０は、温度や乾留時間の設定に応じた濃い茶色となる。

続いて、煮沸を行った竹材１０と、乾留を行った竹材１０とを潰して潰し竹材１１を形成する（ステップＳ３）。潰し竹材は、図４Ａ及び４Ｂに示すように、ローラープレス機で竹材を潰して作成する。図４Ａは、ローラープレス機のローラ２１に竹材１０を送ると共に、ローラ２１から潰し竹材１１が送り出される様子を示した模式斜視図である。図４Ｂは、ローラ２１の側面と、正面の一部とを示した模式図である。ローラープレス機は２つのローラ２１，２１を備え、各ローラ２１の表面には周方向の複数のＵ字溝２２が設けられている。２つのローラ２１，２１が、Ｕ字溝２２が互いに噛み合った状態で、回転軸２４，２４周りに互いに逆方向に回転することにより、竹材１０を送りながら潰して潰し竹材１１を形成するようになっている。このローラープレス機により、竹材１０に圧縮力を付与しながら繊維の延びる方向に竹材１０を送ることにより、竹材１０の繊維間の結合組織を破壊し、繊維と肉質とを分離する。図５は、ローラープレス機により形成された潰し竹材１１を示す模式図である。なお、ローラープレス機のローラ２１は、表面にＵ字溝２２を有するもの以外に、矩形断面の溝を有するものや、互いに噛み合う矩形歯や、互いに噛み合う凸部と凹部を有するものを用いてもよい。

竹材１０をローラープレス機で潰して竹材１１を形成することにより、繊維が切断することなく、繊維間の結合組織を破壊し、繊維の内部応力を解除することができる。また、竹材１０の繊維と肉質との間に隙間を形成し、また、肉質を砕いて肉質の小片が形成される。肉質の小片は、繊維と分離しないで付着した状態になる。また、曲がった竹材１０は、繊維の反りが軽減される。ここで、ステップ２において煮沸された淡い色の竹材１０は、潰し工程により淡色竹材１１１となり、乾留された濃い色の竹材１０は、潰し工程により濃色竹材１１２となる。

続いて、潰し竹材１１を乾燥処理して（ステップＳ４）、潰し竹材１１の含水率を６〜１１ｗｔ％にする。乾燥処理は、自然乾燥でも加熱乾燥でもよい。

この後、乾燥した潰し竹材１１を、槽内に溜めた接着剤の溶液に浸すことにより、潰し竹材１１に接着剤を付加する（ステップＳ５）。潰し竹材１１は、潰し工程によって繊維間及び繊維と肉質の間に隙間が形成されているので、接着剤が内部に十分に浸透する。接着剤は、メラミン樹脂系の接着剤や、アルデヒドレジン系の接着剤を用いる。ここで、竹集成材１１を屋外使用に供する場合、接着剤の溶液に防水剤及び防カビ剤を予め添加しておき、この防水剤及び防カビ剤を含む接着剤の溶液中に潰し竹材１１を漬ける。これにより、潰し竹材１１の内部に接着剤と共に防水剤及び防カビ剤が浸透するので、竹集成材１１を成型した後に表面に防水剤や防カビ剤を塗布するよりも、効果的に防水効果及び防カビ効果を発揮させることができる。潰し竹材１１への接着剤の付着量は、接着剤溶液に漬けた直後の接着剤と潰し竹材１１との重量割合が１：３から１：６の間となる量に設定する。なお、防水剤及び防カビ剤は接着剤に予め添加しなくてもよく、接着剤の付加の前又は後に、防水剤及び防カビ剤を潰し竹材に直接付加してもよい。また、竹集成材１１を屋内使用に供する場合、防水剤は必ずしも付加する必要は無い。

続いて、接着剤を付加した潰し竹材１１を乾燥処理して（ステップＳ６）、含水率を９〜１５ｗｔ％にする。

この後、接着剤を付加して乾燥処理を行った潰し竹材１１を、金型内に配置する（ステップＳ７）。図６Ａは、本実施形態の製造方法において使用するプレス機を示す模式図である。このプレス機３０は、複数のプレス板３１，３１，３１を備えた多段型プレス機であり、最上段以外の段のプレス板３１に、図示しない下部支持部材と、側部支持部材３２と、型枠３３が設けられている。この下部支持部材と側部支持部材３２と型枠３３とで金型を形成している。下部支持部材は、潰し竹材１１を下方から支持するものである。側部支持部材３２は、加圧前の潰し竹材１１が型枠３３の外側に脱落しないように支持するものであり、プレス板３１の相互間の距離が縮小するに伴って高さが減少するように形成されている。型枠３３は、側部支持部材３２の外側に配置されて、加圧及び加熱後の潰し竹材１１の厚みを定めるように形成されている。各プレス板３１には熱媒体通路が形成されており、この熱媒体通路に加熱蒸気や加熱オイル等の熱媒体を供給して、プレス板３１に接する潰し竹材１１を加熱するようになっている。なお、各プレス板３１に抵抗発熱体を内蔵させ、この抵抗発熱体に通電して得たジュール熱により、潰し竹材１１を加熱してもよい。複数のプレス板３１は、図示しない支柱によって上下方向に移動自在に支持されている。最下段のプレス板３１は基礎３４上に支持されている一方、最上段のプレス板３１は、図示しない油圧シリンダに連結されたフレーム体３５に接続されている。

上記下部支持部材と側部支持部材３２と型枠３３とで形成された金型内に、複数の潰し竹材１１を繊維の方向を揃えて並べる。このとき、淡色竹材１１１と濃色竹材１１２の配置位置を調整して、完成時の竹集成材１の模様を設定する。この後、複数の潰し竹材１１を収容した金型を、上記プレス機３０の最上段以外の段のプレス板３１上に配置する。続いて、油圧シリンダを伸長し、フレーム体３５を下方に駆動する。これにより、複数のプレス板３１，３１，３１が、図６Ｂに示すように、各プレス板３１上の型枠３３の上端に上側のプレス板３１が当接するまで移動され、プレス板３１，３１，３１の互いの隙間が縮小される。これに伴い、側部支持部材３２の高さが減少し、上下のプレス板３１，３１の間と型枠３３内に囲まれた容積が減少して、複数の潰し竹材１１を加圧する（ステップＳ８）。この後に、プレス板３１の熱媒体通路に熱媒体を供給して、複数の潰し竹材１１を加熱する（ステップＳ９）。ここで、潰し竹材１１の加圧力は８〜１２ＭＰａであり、加熱温度は９５〜１１５℃である。なお、加熱温度は、接着剤の種類に応じて適宜設定し、例えばアルデヒドレジン系接着剤の場合は１３０〜１５０℃の間に設定する。加熱を行う時間は、成型する竹集成材１の厚み１ｃｍにつき４０〜４５分に設定する。

上記プレス機３０によって所定の加圧力及び加熱温度が所定時間にわたって付与されることにより、複数の潰し竹材１１の間の空気が抜けると共に密度が増大し、接着剤が硬化して複数の潰し竹材１１が一体化されて、竹集成材１が形成される。

加圧及び加熱による竹集成材１の成形が終了すると、金型から竹集成材１を取り出し、３０〜４５日にわたって養生を行う（ステップＳ１０）。養生を行うことにより、竹集成材１の内部応力を十分に減少させて、出荷後の反りや割れを防止することができる。所定期間の養生の終了により、竹集成材１が完成する。

本実施形態の竹集成材１は、単段型のプレス機を使用して潰し竹材１１を加圧してもよい。図７Ａ及び７Ｂは、単段型プレス機４０を使用して潰し竹材１１を加圧する様子を示す模式図である。単段型プレス機４０は、単一のプレス板４１と、このプレス板４１が内側で上下方向に移動可能に形成された金型４２を備える。この金型４２は基礎４３上に支持されている一方、プレス板４１は、図示しない油圧シリンダに連結されたフレーム体４４に接続されている。

単段型プレス機４０を使用する場合、まず、金型４２内に複数の潰し竹材１１を繊維の方向が揃うように配置する。このとき、淡色竹材１１１と濃色竹材１１２の配置位置を調整して、完成時の竹集成材１の模様を設定する。この後、潰し竹材１１を収容した金型４２を基礎４３上に配置する。続いて、油圧シリンダを伸長し、フレーム体４４を下方に駆動して、図７Ｂに示すように、プレス板４１と金型４２の底面との間の距離を縮小する。これにより、金型４２の内側面とプレス板４１の下側面とで囲まれた容積が減少して、潰し竹材１１が加圧される。

単段型プレス機４０で加圧を行った後、プレス板４１を金型４２にロックして潰し竹材１１の加圧状態を保持した状態で、潰し竹材１１をプレス板４１及び金型４２に収容したまま加熱装置に移動する。加熱装置により、プレス板４１及び金型４２を通して潰し竹材１１を所定温度で所定時間にわたって加熱し、接着剤を硬化させて、複数の潰し竹材１１を一体化させる。加熱装置による加熱が終了すると、潰し竹材１１をプレス板４１及び金型４２に収容したまま養生場所に移し、所定期間にわたって養生を行う。所定期間の養生の終了により、竹集成材１が完成する。

本実施形態の竹集成材１の製造方法において、ステップ７で潰し竹材１１を、下部支持部材、側部支持部材３２及び型枠３３で形成された金型又は金型４２内に配置する際、種々の集積パターンを設定することができる。図８Ａは、潰し竹材１１の集積パターンの一つを示す模式断面図であり、下部支持部材、側部支持部材３２及び型枠３３で形成された金型又は金型４２内の潰し竹材１１を繊維の延在方向から見た様子を示す模式断面図である。図８Ａの集積パターンでは、潰し竹材１１がプレス板３１の表面に対して種々の傾斜角度をなすように、潰し竹材１１をランダムに集積する。この潰し竹材１１を加圧して一体化することにより、図８Ｂに示すような断面の竹集成材１が得られる。図８Ｂに示すように、潰し竹材１１をランダムに集積することにより、潰し竹材１１がモザイク状に一体化した竹集成材１が得られる。この集積パターンによれば、竹集成材１の表面に表れる潰し竹材１１の模様を、線状と帯状にすることができる。また、潰し竹材１１がモザイク状に一体化することにより、内部応力の方向性を低減して、竹集成材１の強度を大幅に向上することができる。

図９Ａは、潰し竹材１１の他の集積パターンを示す模式断面図である。図９Ａの集積パターンでは、潰し竹材１１がプレス板３１の表面又は金型４２の底面に対して概ね平行となるように、潰し竹材１１を水平向きに集積する。この潰し竹材１１を加圧して一体化することにより、図９Ｂに示すように、潰し竹材１１の幅が概ね水平方向を向いて一体化した竹集成材１が得られる。この集積パターンによれば、竹集成材１の表面に表れる潰し竹材１１の模様を、帯状にすることができる。

さらに、本実施形態の竹集成材は、潰し竹材１１の集積パターンを層状とすることにより、強度特性を大幅に向上できる。図１０Ａは、単層の集積パターンで形成された竹集成材１を模式的に示す斜視図であり、厚み方向の全てにおいて、潰し竹材１１の繊維の方向が揃っている。一方、図１０Ｂは、２層の集積パターンで形成された竹集成材１の模式斜視図であり、竹集成材１を２層で形成し、各層では潰し竹材１１の繊維の方向を揃える一方、互いの層の潰し竹材１１の繊維方向を直角としている。図１０Ｃは、３層の集積パターンで形成された竹集成材１の模式斜視図であり、竹集成材１を３層で形成し、各層では潰し竹材１１の繊維の方向を揃える一方、隣接する層の間で、潰し竹材１１の繊維方向が互いに直角となるようにしている。以上のように、繊維の方向が揃った複数の潰し竹材１１で層を形成し、隣接する層の繊維の方向を互いに異ならせることにより、強度の方向性を弱めて、竹集成材１を均一に高強度とすることができる。

本実施形態の竹集成材１は、潰し竹材が不定形であるうえに柔軟であるから、下部支持部材と側部支持部材３２と型枠３３とで形成された金型内や金型４２内に配置する際、竹積層材の製造時に角材を積層するよりも高い自由度で集積させることができる。したがって、竹集成材１の材料の竹材は、竹積層材のように角材を切り出すための寸法の制限が無いので、扇型断面の縦割り材を、端材を生じることなくそのまま用いることができる。また、竹積層材には使用できなかった小径の枝も使用できる。これらにより、枝を含めた竹の全体に対して材料として利用できる割合である利用率を、最大で９０ｗｔ％にすることができる。更に、竹積層材には利用できない曲がった竹材も、比較的自由に配置して一体化できるので、竹集成材１の材料に用いることができる。このように、本実施形態の竹集成材１は、種々の形状の竹を高い利用率で利用できるので、竹資源の有効利用を図ることができる。

また、本実施形態の竹集成材１に用いる竹材には、竹積層材のような厚みの制限が無い。また、潰し竹材１１は、繊維相互間及び繊維と肉質の間に隙間を有し、内部まで空気の通路を有して容易に乾燥させることができる。したがって、竹集成材１の材料には、竹齢６年の孟宗竹に限られず、多種類の竹を使用でき、また、幅広い竹齢の竹を使用できる。したがって、木材の代替品として十分な量の竹集成材の供給が可能となる。

また、潰し竹材を接着材で一体化することによって強度を補うことができるので、枯れによって強度が低下する竹齢８年から１０年までの竹を使用することも可能である。

更に、竹集成材１を形成する潰し竹材１１は、竹材の繊維間の結合を破壊し、内部応力を除去しているので、長時間を経過しても、反りが生じる不都合を防止できる。また、潰し竹材１１の繊維相互間及び繊維と肉質の間に隙間を形成し、肉質は小片になっているので、繊維及び肉質に接着剤が十分に浸透してアンカー効果を発揮することができる。その結果、割れの少ない強固な構造が得られる。更に、繊維間に残留した肉質によってつなぎ効果を発揮することができるので、高い強度が得られる。その結果、本実施形態の竹集成材１は、竹の角材をそのまま用いる竹積層材や、竹の繊維のみを用いる竹繊維集成材と比較して、高品質であり、かつ、高い耐久性と強度を有する。

また、竹集成材１は、潰し竹材１１の隙間に接着剤が浸透しているので、竹集成材１の内部に至るまで隙間が少なく、良好な防水性を有する。

また、本実施形態の竹集成材１は、竹繊維集成材のように爆砕を行う必要がなく、ローラープレス機のような簡易な装置を用いて製造できるので、製造コストの低減を図ることができる。

表１は、本実施形態の竹集成材１の物性試験結果を示したものである。

表１において、吸水膨張率は、２４時間浸水させた際の重量増加率であり、表面抗衝撃性は、１ｋｇの鋼球を１ｍ上方から落下させた際に表面に生じる凹みの直径である。物性試験は、中国国家標準規格ＧＢ／Ｔに準拠して行った。表１から明らかなように、本実施形態の竹集成材１は、竹積層材に対して遜色の無い物性を有する。さらに、吸水膨張率が小さいことから、十分な防水性を有する。なお、竹繊維集成材については、木材と代替可能な程度の性能のものは製品化されていないため、物性の比較検討はできなかった。

また、目視により竹集成材１の外観検査を行ったところ、表面に存在する隙間は３本以内であり、いずれの隙間も、延長が長辺の長さの５％以下であり、深さが３ｍｍ以下であった。

上記竹集成材１は、高強度と防水性を兼ね備えることから、屋内及び屋外のいずれの使用にも耐え、幅広い用途に利用できる。

本実施形態の竹集成材１を用いて、屋内で使用されるフローリング材を以下のようにして作製する。まず、十分に養生を行った竹集成材１を所定の寸法に切り出す。例えば、幅９６ｍｍ、長さ１８２０ｍｍ及び厚み１０ｍｍの寸法に切り出す。この後、表面の隙間をニスで埋めて補修し、研磨加工とサネ加工を行った後、ＵＶ（紫外線）塗装により仕上げを行い、フローリング材が完成する。このフローリング材は、高い耐久性を有することから、重歩行に対応することができ、例えば、大型商業施設、病院、学校及び体育館等の床材として使用することができる。また、このフローリング材は、高密度の竹集成材１を用いることによって難燃性を高めることができるので、このフローリング材が使用される建築物の防火性向上に寄与することができる。

本実施形態の竹集成材１を用いて、住宅の屋外デッキに使用されるデッキ材を以下のようにして作製する。まず、竹集成材１の製造工程において、潰し竹材１１に付加する接着剤に、予め防水剤を添加しておく。十分に養生を行った竹集成材１を、所定の寸法に切り出す。例えば、幅１４０ｍｍ、長さ１８２０ｍｍ及び厚み２０ｍｍの寸法に切り出す。この後、必要に応じて上側面及び下側面に溝を形成し、表面にオイル塗装を行ってデッキ材が完成する。このデッキ材は、接着剤と共に防水剤が添加されて形成された竹集成材１を用いるので、材料の表面のみでなく内部への水の浸透を防止することができ、その結果、劣化し難くて高い耐久性を有する。上記デッキ材と同様に作製した部材は、ベンチや柵等のような屋外設備に広く用いることができる。

また、プレス工程における潰し竹材１１の量と加圧力を調整して密度及び強度を増大させた竹集成材１を用いて、梁や柱等の構造材を作製することができる。

本発明の実施形態の竹集成材を示す斜視図である。 本発明の実施形態としての竹集成材の製造方法を示すフローチャートである。 竹材としての縦割り材を示す斜視図である。 竹材としての端材を示す斜視図である。 竹材としての角材を示す斜視図である。 ローラープレス機のローラに竹材を送ると共に、ローラから潰し竹材が送り出される様子を示した模式斜視図である。 ローラの側面と、正面の一部とを示した模式図である。 潰し竹材を示す模式図である。 多段型プレス機を示す模式図である。 多段型プレス機がプレス動作をした様子を示す模式図である。 単段型プレス機を示す模式図である。 単段型プレス機がプレス動作をした様子を示す模式図である。 潰し竹材の集積パターンを示す模式断面図である。 図８Ａの集積パターンの潰し竹材を一体化した竹集成材の模式断面図である。 潰し竹材の他の集積パターンを示す模式断面図である。 図９Ａの集積パターンの潰し竹材を一体化した竹集成材の模式断面図である。 単層の集積パターンで形成された竹集成材の斜視図である。 ２層の集積パターンで形成された竹集成材の模式斜視図である。 ３層の集積パターンで形成された竹集成材１の模式斜視図である。 竹積層材を製造する際、縦割りの竹材から切り出される角材の形状を示す図である。 竹積層材を示す斜視図である。

符号の説明

１ 竹集成材
１１ 潰し竹材
１１１ 淡色竹材
１１２ 濃色竹材

Claims (10)

1. 竹材を繊維と肉質とが分離するように潰すと共に、上記繊維と肉質とを残留させた複数の潰し竹材を、上記肉質をつなぎとして繊維同士及び繊維と肉質を接着剤で接着し、一体化して形成したことを特徴とする竹集成材。
2. 請求項１に記載の竹集成材において、
   上記竹材は、煮沸された竹材及び乾留された竹材の少なくとも一方であることを特徴とする竹集成材。
3. 請求項２に記載の竹集成材において、
   上記竹材は煮沸された淡色の竹材と乾留された濃色の竹材を含み、表面に濃淡色の線状又は帯状の模様を有することを特徴とする竹集成材。
4. 請求項１に記載の竹集成材において、
   上記竹材は、葉を除く竹の全ての部分のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする竹集成材。
5. 請求項１に記載の竹集成材において、
   上記潰し竹材は、防水剤が付加されていることを特徴とする竹集成材。
6. 請求項１に記載の竹集成材において、
   上記潰し竹材は、防カビ剤が付加されていることを特徴とする竹集成材。
7. 請求項１に記載の竹集成材において、
   繊維の方向が揃った上記潰し竹材の層が、隣り合う層の繊維の方向が互いに異なるように複数個積層されて形成されたことを特徴とする竹集成材。
8. 竹材を煮沸又は乾留する工程と、
   上記煮沸又は乾留された竹材を繊維と肉質とが分離するように潰して、繊維と肉質とが残留した潰し竹材を形成する工程と、
   上記潰し竹材に接着剤を付加する工程と、
   複数の上記接着剤が付加された潰し竹材を、繊維の方向を揃えて金型内に配置する工程と、
   上記金型内の複数の潰し竹材を加圧する工程と、
   上記金型内の複数の潰し竹材を加熱する工程と
   を備えることを特徴とする竹集成材の製造方法。
9. 請求項８に記載の竹集成材の製造方法において、
   加熱部が内蔵された複数のプレス板を有する多段型プレス機により、複数の上記金型内の潰し竹材の加圧と加熱とを行うことを特徴とする竹集成材の製造方法。
10. 請求項８に記載の竹集成材の製造方法において、
    単段型プレス機により上記金型内の潰し竹材の加圧を行った後、上記潰し竹材を上記金型内に収容したまま加熱装置に移し、この加熱装置で上記金型内の潰し竹材の加熱を行うことを特徴とする竹集成材の製造方法。

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