(57)【要約】木質材よりなる木質釘状接合具や木質釘の強度を向上することを目的とし、竹材を中心軸から放射状に割裂した竹材小板（２）をプレス（３）内に、水平に敷き詰め、繊維に対して垂直方向に圧縮した圧縮平板（５）を作成し、圧縮平板（５）を角柱状に切削することで竹釘（６）を得る。
2004071729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質材を繊維と垂直な方向に圧縮する圧縮工程を含むことを特徴とする木質釘状接合具の製造方法。
【請求項２】
木質材を積層せずに平板状に並べた状態で、繊維と垂直な方向に圧縮する圧縮工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の木質釘状接合具の製造方法。
【請求項３】
上記木質材は竹材であり、上記木質釘状接合具は竹釘であることを特徴とする請求項１または２に記載の木質釘状接合具の製造方法。
【請求項４】
さらに上記木質材を切削する切削工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の木質釘状接合具の製造方法。
【請求項５】
上記圧縮工程において、上記木質材を、繊維方向と垂直であり、かつ上記圧縮の方向とも垂直な方向に拘束しながら圧縮することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の木質釘状接合具の製造方法。
【請求項６】
上記圧縮工程において、上記木質材の端部を拘束しながら圧縮することを特徴とする請求項５に記載の木質釘状接合具の製造方法。
【請求項７】
上記圧縮工程において、上記木質材の圧縮面を拘束しながら圧縮することを特徴とする請求項５に記載の木質釘状接合具の製造方法。
【請求項８】
上記圧縮工程と併行して、もしくは圧縮工程の後に、１００℃以上２２０℃以下の温度雰囲気で加熱処理を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の木質釘状接合具の製造方法。
【請求項９】
上記木質材に樹脂溶液を含浸させた後上記圧縮工程を行い、圧縮工程と併行してまたは圧縮工程の後に樹脂を硬化させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の木質釘状接合具の製造方法。
【請求項１０】
上記圧縮工程において、上記圧縮平板の一方の端に、他の部分より太い釘頭部を形成することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の木質釘状接合具の製造方法。
【請求項１１】
木質釘状接合具の一方の端が鋭角であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の木質釘状接合具の製造方法。
【請求項１２】
上記圧縮工程は、竹材円筒をその中心軸から放射方向に伸びた分割線により分割した竹材小板を、各竹材小板の内側と外側とが交互になるように並べ、上記放射方向に圧縮することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の木質釘状接合具の製造方法。
【請求項１３】
竹材を繊維と垂直な方向に圧縮する圧縮工程を含むことを特徴とする圧縮竹材の製造方法。
【請求項１４】
竹材を積層せずに平板状に並べた状態で、繊維と垂直な方向に圧縮する圧縮工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の圧縮竹材の製造方法。
【請求項１５】
上記圧縮工程は、竹材円筒をその中心軸から放射方向に伸びた分割線により分割した竹材小板を、各竹材小板の内側と外側とが交互になるように並べ、上記放射方向に圧縮することを特徴とする請求項１３または１４に記載の圧縮竹材の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の木質釘状接合具の製造方法により製造されたことを特徴とする木質釘状接合具。
【請求項１７】
木質材を繊維と垂直な方向に圧縮してなり、水分を吸収して膨張することを特徴とする木質釘状接合具。
【請求項１８】
請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の圧縮竹材の製造方法により製造されたことを特徴とする圧縮竹材。
【請求項１９】
請求項１６または１７に記載の木質釘状接合具を複数連結してなることを特徴とする連結木質釘状接合具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、木質材からなる木質釘状接合具（例えば、木質釘）、または竹材を圧縮した圧縮木質材（例えば、圧縮竹材）に関するものであり、特に強度に優れた木質釘状接合具、圧縮竹材に関するものである。
【背景技術】  従来、住宅、家具、輸送用梱包材、フォークリフト用パレット、電線等輸送用ドラム、贈答品用高級木箱等の木質部材の接合には、主に金属の接合具が使用されている。接合方法としては、継手、仕口、釘、ネジ、ピン、ボルト締めなどがあり、最近では優れた接着剤も開発されている。しかし、使用する量としては、鉄釘が圧倒的に多く、例えば一戸建て住宅の建築には一軒当たり、合計約６万本の釘、ステープル、ネジが使用されている。さらに、枠組み壁工法（２×４工法）の場合はさらにその４倍の釘が使用されていると言われている。
一方、木質部材の接合には木質の釘も一部に使用されている。しかし、これらの使用は木質の釘が錆、金属汚損に強いという特性を利用して、または意匠性維持のために、伝統的、あるいは特殊な用途に限られている。具体的には、伝統的な屋根施工（柿葺き、茅葺き、檜皮葺き）、一部の箱物家具（例えば桐ダンス）、贈答用木箱（例えば梅干用木箱）、棺桶等の製造に用いられている。このときの材料としては、ウツギ材、サクラ材、ハードメープル材、竹などが使用されており、形状は木質材から切り出した棒状の木質材の先端を尖らせたものなどがある。
近年、地球環境への配慮から、木質材のリサイクルおよびリユースが推奨されており、建築リサイクル法では一定規模以上の解体工事や建築工事において、建築資材の分別解体等に伴って生じる廃棄物の再資源化が義務付けられた。
しかしながら、従来のように接合具として鉄釘を使用した場合、上記木質材廃棄物をリサイクルする上で問題が生じる。すなわち、建築木質材から分離された鉄釘は、磁石などで分別すればよいが、鉄釘で接合された木質材をハンマーミルなどで、破砕、粉砕した場合、木質材内に鉄釘が残存してしまう。鉄釘が木質材内に残存していると、木質材を切断する時にブレードと残存鉄釘とが高速接触してスパークが発生し、火災の原因となるため危険である。
また、木質材はリサイクル率が低いため、更なる再資源率の向上のためには、リユースを行うことが考えられる。リユースのための釘除去は機械化が難しく、手作業で行うため、多大な手間およびコストがかかる。現状では、この釘除去のためのコストが木質材のリユースを妨げていると言える。
以上のように、鉄釘の使用は木質材の再資源化を妨げており、社会的、行政的にも大きな問題となっている。そこで、鉄釘の代わりに、再資源化が可能な木質の接合具の開発が望まれている。しかしながら、従来の木質釘は、強度が低いため、住宅など強い接合力が必要となる使用においては信頼性が低い。また、木質釘は打ち込み時に先穴を開けてから打ち込まないと破損してしまうので、非常に手間がかかり、工業的に接合具として適用することは困難である。
木質材の強度性能および表面物性を向上させる方法としては、文献（井上雅文、東原貴志，「圧縮木材と水蒸気処理」，機能材料，２００１年４月，第２１巻，第４号，ｐ．６７−７５）に木材圧縮の方法が記載されており、また木質材に薬液を注入して耐火処理、防腐処理の効果を得る方法が日本国公開特許公報２００１−２５２９０７（公開日：２００１年９月１８日）に記載されているが、このように強化された木質材を接合具として工業的に使用したものはない。
なお、本発明者は、２００２年９月２日に開かれた学会（Ｔｈｅ  Ｆｏｕｒｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｏｄ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ）にて、優れた木質接合具について簡単な発表を行っているが、この発表内容では発明の具体的な内容について、充分に開示されているとはいえない。
本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、強度が高く容易に打ち込み可能な木質接合具、例えば、木質釘状接合具などを製造することにある。
【発明の開示】
本発明の木質釘状接合具の製造方法は、木質材を繊維と垂直な方向に圧縮する圧縮工程を含むことを特徴としている。
また、本発明の木質釘状接合具の製造方法は、木質材を積層せずに平板状に並べた状態で、繊維と垂直な方向に圧縮する圧縮工程を含むことを特徴としている。上記の方法によれば、例えば、木質釘状接合具として、単層の圧縮竹材からなる竹釘をえることができる。かかる竹釘は、非常に強度が強いという利点がある。ここで、「木質材を積層せずに平板状に並べた状態で」とは、木質材を重ねることなく単層で用いる状態をいう。
上記木質材とは、木材、竹材、パーム材などを含んだ材料を言う。特に、木質材の中でも、セルロースにリグ人が充填された構造を有する木質材（リグニンが含まれており、当該リグニンによってセルロース成分が強固に結びつけられている木質材）、すなわち、リグノセルロース系マテリアルが好ましい。また、ここで言う「繊維と垂直な方向」とは、木質材において繊維が軸方向に伸びていることから、木質材の軸方向と垂直な横断面方向と言い換えられる。木質材は、中空で細長い細胞で構成されているが、これを繊維に対して垂直方向に圧縮すると細胞がつぶれて圧密化され、硬さ、耐磨耗性、強度が向上する。強度の向上は、具体的には、曲げの強さ、曲げヤング率、圧縮強さ、座屈抵抗の増加として観察される。
また、ここでいう「木質釘状接合具」とは、木質材からなる釘状接合具をいう。「釘状接合具」とは、釘状の物質（例えば、少なくとも一方の端部が鋭角形状に形成されているもの）であって、２以上の木質材料を固定及び／又は接合させる機能を有するものであればよく、例えば、釘、ネジ、ボルト、ピン、およびドリフトピンを含む接合具を意味する。これら釘状接合具は、釘状接合具を用いる場合に、使用対象の木材に下穴を設ける必要がないか、または釘状接合具の外径より小さい径の下穴を設けることにより使用される釘状接合具と換言することもできる。また、「釘状接合具」のうち、特に、釘、ネジ、ボルト、ピン、ドリフトピンなどの類は、加重をかけて打ち込み、打ち込む対象の木質材に接合具の外径より小さい径の下穴を設けるか、または下穴を設けない釘状接合具ということができ、この点で、接合具の外径と同程度の径の下穴を設ける必要のあるダボとは異なるといえる。したがって、接合具を使用する際に、接合具の外径と同程度の径の下穴を設ける必要のあるダボなどの接合具は、本発明の釘状接合具から除かれることになる。
このように木質材を圧縮した木質釘状接合具は強度に優れ、従来の鉄釘と同様に、打ち込みの対象物に先穴を開けずに打ち込んでも、破壊されることなく良好に打ち込むことができる。また、上記木質釘状接合具は、打ち込まれた後も、一般に要求される釘性能、すなわち引き抜き耐性、および接合部のせん断に対する耐性を有しており、強固な接合状態を保てる。したがって、上記木質釘状接合具は接合具として工業的に使用可能なものである。
さらに、木質釘状接合具は木質材から形成されているので、打ち込み対象の木質材が不要となり廃棄物として処理する場合にも、その中に含まれる木質釘状接合具を分別することなくマテリアルリサイクル可能であり、燃焼する場合も一緒に燃え、サーマルリサイクル可能である。また木質釘状接合具ごとそのままリユースすることも可能である。例えば住宅建築に本発明の木質釘状接合具を用いた場合、住宅の解体およびリフォームに伴って生じた廃棄材は、木質材に打ち込まれた接合具を含めてそのまま再資源化できる。
また、使用中において、錆、金属汚損などの意匠上の不都合が生じず、木質部の劣化を避けることができる。また、高級感を付与することができる。
なお、強度の木質材を製造する場合は、上記木質材として竹材を用いればよい。すなわち、上記木質材は竹材であり、上記木質釘は竹釘であることが好ましい。竹材を圧縮した接合具の強度は、建築に通常使用されている鉄釘に匹敵する。特に接合具を打ち込む時には、長さ方向の強さが必要となるので、軸方向の繊維の多い竹材を繊維方向に長い木質釘状接合具として使用すれば、強固な木質釘状接合具を製造できる。
また、本発明の木質釘状接合具の製造方法は、上記方法に加え、上記木質材を切削する切削工程を含むことを特徴としている。
これにより、木質材から任意の太さの接合具を製造できる。この切削工程は、木質材を圧縮する前に行ってから圧縮しても、木質材を圧縮した後に切削しても構わないが、圧縮後に切断した方が効率よく木質釘状接合具を製造できる。また、切削工程において、繊維と平行な方向に切削して木質材接合具とすることでより一層打ち込みに強く、良好に接合できる木質釘状接合具とすることができる。
本発明の木質釘状接合具の製造方法は、上記の方法に加えて、圧縮工程において、上記木質材を、繊維方向と垂直であり、かつ上記圧縮の方向とも垂直な方向に拘束しながら圧縮することを特徴としている。
木質材を繊維方向と垂直方向に圧縮する場合、木質材は繊維方向と垂直であり、かつ上記圧縮の方向とも垂直な方向に延伸する傾向にある。特に、竹のような繊維と平行な方向への結合が弱い木質材では、伸長に伴って容易に圧縮破壊されてしまう。
そこで、上記方法のように拘束することにより、木質材の繊維方向と垂直であり、かつ上記圧縮の方向とも垂直な方向への延伸を抑えながら圧縮されるので、木質材の破壊が防がれる。したがって、大きな力での圧縮が可能となり、より圧密化された圧縮平板を製造できるので、より強度の向上した木質釘状接合具を製造できる。なお、「繊維方向と垂直であり、かつ上記圧縮の方向とも垂直な方向に拘束する」とは、繊維方向と垂直であり、かつ上記圧縮の方向への延伸を防ぐ力を生じさせることを言う。
拘束の方法としては、例えば、上記圧縮工程において、上記木質材の端部を拘束しながら圧縮する方法がある。上記「端部」とは、木質材における、繊維方向と垂直であり、かつ上記圧縮の方向とも垂直な方向の端を指す。具体的には、上記木質材を繊維と垂直な方向から圧縮部材で狭持しながら加圧して圧縮した場合、上記圧縮部材に上記木質材の端部を拘束する横壁を設けて延伸を防いでもよい。
また、上記圧縮工程において、上記木質材の圧縮面を拘束しながら圧縮してもよい。上記「圧縮面」とは、木質材における、圧縮方向の力を受ける面である。具体的には、上記木質材を繊維と垂直な方向から圧縮部材で狭持しながら加圧して圧縮した場合、平板の上記木質材と接する面全面に凹凸を設けてもよい。これによれば、圧縮工程において、木質材は平板との摩擦抵抗により、繊維方向と垂直であり、かつ上記圧縮の方向とも垂直な方向に延伸することなく、繊維と垂直な方向に圧縮できる。なお、上記凹凸は、表面を罫線上に切削したり、やすりやサンドペーパーで表面を擦って形成させればよい。このような摩擦抵抗による拘束は、どのような大きさの木質材にも対応できる。
また、本発明の木質釘状接合具の製造方法は、上記圧縮工程と併行して、もしくは圧縮工程の後に、１００℃以上２２０℃以下の温度雰囲気で加熱処理を行うことを特徴としている。
木質材は、圧縮工程で圧縮変形されるが、その後変形が回復するので、変形を固定することが望ましい。そこで、変形を固定するために、圧縮工程後に加熱処理を行う。これにより、圧縮変形は半永久的に固定され、圧縮して強化された状態を保つことができる。また、この加熱処理は、木質材の材質や大きさによって、１分から２０時間の範囲で行うことで、良好に圧縮変形を固定できる。
この方法では薬剤を用いないため、作業環境は清潔で、無害な木質釘状接合具を製造でき、環境への負荷の小さい処理法である。なお、上記加熱処理の温度は１４０℃以上２２０℃以下とするのがより好ましく、１８０℃以上２２０℃以下とするのがさらに好ましい。
また、上記木質材に樹脂溶液を含浸させた後上記圧縮工程を行い、圧縮工程と併行してまたは圧縮後に樹脂を硬化させてもよい。
これにより、水溶性で分子量の小さい樹脂を細胞壁内に含潤させ、圧縮平板を樹脂化できるので、圧縮変形が固定される。さらには、樹脂が細胞壁中に浸透させて、耐生物劣化性が向上し、表面硬度、強度も増大する。なお、樹脂を硬化させる方法は、樹脂の材料によって適した方法を選択すればよく、例えば熱硬化性樹脂の場合は加熱処理であり、紫外線硬化性樹脂の場合は紫外線照射となる。
また、上記圧縮工程において、上記圧縮平板の一方の端に、他の部分より太い釘頭部を形成してもよい。このような圧縮平板を切削して製造した木質釘状接合具は、一方の端に他の部分より太い釘頭を有し、木質釘状接合具を釘頭の反対側から対象物に打ち込めば、釘頭によって接合具が対象物に引っかかり、抜けにくい木質釘状接合具が製造できる。
また、上記接合具の一方の端を鋭角としてもよい。このような圧縮平板を切削して製造した木質釘状接合具は、この鋭角部分から対象物に打ち込むことで、小さな荷重で打ち込みが可能になる。なお、一方の端を鋭角にするとは、圧縮平板の一方の端面の片側または両側の角を切り落とした形状である。
また、上記圧縮工程は、竹材円筒をその中心軸から放射方向に伸びた分割線により分割した竹材小板を、各竹材小板の内側と外側とが交互になるように並べ、上記放射方向に圧縮することが好ましい。この工程を含むことにより、竹材を用いて、確実かつ簡便に竹釘を製造することができる。竹材は円筒形状をしており圧縮平板とするのが難しいが、竹材を中心軸から放射方向に伸びた分割線により分割することで、繊維と垂直な方向に薄い竹材小板を得る事ができ、これを接着しながら圧縮すれば、繊維と垂直な方向に圧縮された圧縮平板を製造できる。この圧縮平板を適当な大きさに切断することで、容易に竹釘を製造することができる。
以上のような製造方法により製造された木質釘状接合具は、強度に優れ、良好に打ち込み、接合が可能である。
また、本発明の木質釘状接合具は、水分を吸収して膨張することを特徴としている。
これによれば、対象物に木質釘状接合具を打ち込んだ後に、木質釘状接合具が水分にさらされることで、木質釘状接合具が対象物に埋め込まれた状態で膨張するので、接合具と対象物とがより密着し、引き抜き抵抗が大きくなる。さらに、木質釘状接合具が貫通している場合は、突出部分が対象物からの圧迫を受けずに膨張するので、突出部分が打ち込み時にあいた穴の径より大きくなり、一層引き抜き抵抗が大きくなる。なお、ここで言う、水分にさらされるとは、空気中の水蒸気にさらされることや、水液体をかけること、高温の蒸気を吹きつけることを含む。また、水分を高温下で吸収させれば、さらに膨張を促進できる。また、膨張とは圧縮変形した木質材の変形が回復すること、あるいは水分を吸収して膨潤することを意味する。
また、本発明の圧縮竹材の製造方法は、竹材を繊維と垂直な方向に圧縮する圧縮工程を含むことを特徴としている。
また、本発明の圧縮竹材の製造方法は、竹材を積層せずに平板状に並べた状態で、繊維と垂直な方向に圧縮する圧縮工程を含むことを特徴としている。上記の方法によって製造された圧縮竹材は、単層の竹材からなる圧縮竹材であるため、強度的も強い。
竹材は他の木質材と比べて密度が高く、圧縮によって木材の圧縮竹材より飛躍的に強固な圧縮竹材を製造できる。さらに、竹は繁殖力が極めて高く、３〜４年で材料として利用可能となるので、低コストで短期間に大量の材料供給が可能である。
また、竹材を用いた圧縮竹材の製造方法としては、上記圧縮工程は、竹材円筒をその中心軸から放射方向に伸びた分割線により分割した竹材小板を、各竹材小板の内側と外側とが交互になるように並べ、上記放射方向に圧縮することを特徴としている。
竹材は円筒形状をしており圧縮平板とするのが難しいが、竹材を中心軸から放射方向に伸びた分割線により分割することで、繊維と垂直な方向に薄い竹材小板を得る事ができ、これを接着しながら圧縮すれば、繊維と垂直な方向に圧縮された圧縮平板を製造できる。
また、圧縮時に、各竹材小板の内側および外側が交互になるように並べることで、圧縮に伴って発生する竹材小板の湾曲を平坦に曲げる力が抑えられ、割れることなく圧縮を行うことができる。なお、ここで言う、内側、外側とは、それぞれ竹材円筒の内皮側、外皮側を言う。
また、上記圧縮竹材とは、竹材を圧縮したものを言い、上記方法によって製造された圧縮平板をも含む。
また、上記木質釘状接合具を複数連結してなる連結木質釘状接合具は、例えば自動釘打ち機などに装填して打ち込むことで、連続的な打ち込みが可能となる。なお、「連結してなる」とは、複数の木質釘状接合具の一部がつながっていることを言い、例えば紙やプラスチックでそれぞれの木質釘状接合具を連結させても良く、また、木質釘状接合具を製造する際に、それぞれの木質釘状接合具を完全には切断しないで、端の一部を連結させたままにして、くし状にしても良い。
本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】  図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本発明の一実施の形態である竹釘の製造工程を説明する図面である。
図２は、本発明の木質釘状接合具の製造方法に従って製造されたマダケ、モウソウチク、あるいはスギからなる圧縮平板の、密度と曲げ強さとの関係を表す図面である。
図３（ａ）は溝を有するプレス定盤により圧縮した場合の、図３（ｂ）は溝を有さないプレス定盤により圧縮した場合の、圧縮工程を説明する図面である。
図４は、本発明の一実施の形態の釘頭を有する竹釘、および竹釘に切断する前の圧縮平板を示す図面である。
図５は、本発明の一実施の形態の釘頭を有する竹釘の製造工程を示す図面である。
図６は、本発明の一実施の形態の釘頭を有し、一方の端が鋭角である竹釘をスギ材に打ち込んだ様子を示す図面である。
図７は、本発明の一実施の形態の竹釘を、木質材に打ち込んだ後に水蒸気で処理して膨張させた状態を示す図面である。
図８は、本発明の一実施の形態の竹釘をスギ材に打ち込んだ様子を示す図面である。
図９は、本発明の一実施例である竹釘および従来の鉄釘を、落下式打ち込みにより木質材に打ち込んだ場合の、その打ち込みに要するエネルギーと打ち込み面積との関係を表した図面である。
図１０は、本発明の一実施例である竹釘および従来の鉄釘を、木質材に打ち込んで引き抜く場合の、引き抜きに要する荷重と打ち込み面積との関係を表した図面である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明の実施の一形態について図１ないし図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、竹釘を製造する方法を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
竹材は中空の円筒形状をしており、歩留まりの高い木取りが困難であり、所望の形状のもの、例えば大きな平板を得るのが難しい。そこで、図１（ａ）に示すように、竹材円筒１を円筒の中心軸ａから放射方向に１２〜１６等分割し、竹材小板２（２ａ、２ｂ）を得る。
そして、得られた竹材小板２（２ａ、２ｂ）を複数枚水平に並べ、プレス３により圧縮し圧縮平板した。ここで、プレス３について説明する。プレス３は、２枚の平行な横壁１２を有する底板１３と、底板１３と平行に設置され、横壁１２に沿って箱に入り込むように平行移動するプレス定盤１１と、を有しており、底板１３上に配された板をプレス定盤１１により面内に均等な圧力で圧縮する装置である。
竹材小板２（２ａ、２ｂ）は、竹材小板同士が隣接する端面部分に接着剤４を塗布して（一番端に並べられた竹材小板の竹材小板同士が隣接しない側には塗布しない）、図１（ｂ）に示すようにプレス３内に水平に敷き詰める。このとき、竹材小板２（２ａ、２ｂ）は、外皮側と内皮側が交互になるように、すなわち竹材小板２ａは外皮側を上にし、そのとなりは外皮側が下になるように配置する。これにより、各竹材小板２の端面が互いに接触し、後述するように、曲げ変形を抑えながら圧縮することで割れを防ぐ。
そして、上記プレス３を１８０℃に加熱して、上記竹材小板２を繊維の垂直方向（矢印方向）へ圧縮した。以下に竹材が圧縮される様子を説明する。まず、圧縮の初期段階では、圧力を受けて、プレス３と接する内皮側の両端のエッジ部分（２ｂ上側の両端）が圧縮されて、内皮側がプレス定盤１１に密着する。同様に外皮側湾曲部も圧縮されて底板１３に密着する。これにより、湾曲した竹材小板２が平板になる。この時、竹材小板２の端面に塗布しておいた接着剤が接着し、竹材小板が連なった図１（ｃ）のような平板になる。
平板化された後は、更なる圧力を加えることにより、内皮側の維管束鞘の疎な部分から変形が生じ、最終的には細胞間の隙間が完全に消失し、圧縮平板５が得られる。また、圧縮平板の更なる圧縮では、横方向（繊維と平行な方向から）への伸長を横壁１２により拘束しているが、これにより生じる圧締力で竹材小板２同士が圧迫され、密接強固に接着した圧縮平板５を形成する。得られた圧縮平板５を角柱状に切断することで、竹釘６を製造できる。
以上のように、各竹材小板２（２ａ、２ｂ）の端面を互いに接触させながら圧縮させれば、曲げ変形を抑えながら圧縮できるので割れが防がれる。
上記竹材小板２をプレス３に複数敷き詰めずに、１枚だけで圧縮すると、竹材小板２は圧縮の初期に、内皮側のエッジ（端面）が広がり、内皮側の湾曲に無理な曲げ変形の力が加わって、引張によって割裂してしまう。言い換えると、湾曲した竹材小板２は外皮側の表面積に比べ、内皮側の表面積が狭くなっているので、これを曲げ変形により、両側が等しい表面積を有する平板状にしようとすると、内皮側が無理に広げられ、引張によって割裂してしまうのである。これは、各竹材小板２の内側が同方向に向くように並べた場合も同じである。このように並べた場合、竹材小板２が湾曲しているため隣接する竹材小板２は外皮側の一部分だけで接触して、内皮側は接触しない。したがって、一枚だけで圧縮した場合と同様内皮側の曲げ変形を防ぐことができないのである。
一方、本実施の形態の方法によれば、竹材小板２同士が互いに竹材小板２の端面を押し合って、湾曲の曲げ変形を抑え、横方向への伸長を拘束するため引張が生じず、それぞれの凸部（外皮側湾曲）が圧縮されることによって、結果として平坦化される。よって、竹材小板２の湾曲は破壊されることなく平板化、圧密化される。これにより、竹材円筒１における竹材を全て使用できるような竹圧縮平板を製造できる。
すなわち、本発明に係る木質釘状接合具（木質釘、竹釘など）の製造方法は、竹材円筒をその中心軸から放射方向に伸びた分割線により分割された竹材小板を得る工程と、上記工程によって得られた各竹材小板を少なくとも２つ（もしくはそれ以上）用いて、各竹材小板を、木質材（竹材小板）の端部（上記分割線によって分割された分割断面部）が互いに接するように、かつ、各竹材小板の外皮側（長円周部）と内皮側（短円周部）とが互いに隣り合うように配置する工程と、上記のように配置した竹材小板を上記放射方向と平行な方向に圧縮する工程とを含んでいるといえる。
ここで、長円周部とは、竹材小板における長い円弧部分、すなわち、外皮側の部分（竹材円筒の中心軸から遠い皮部分）をいい、短円周部とは、竹材小板における短い円弧部分、すなわち、内皮側の部分（竹材円筒の中心軸により近い皮部分）をいう。また、圧縮する方向である「上記放射方向と平行な方向」とは、中心軸から遠ざかる方向および／または中心軸に近づく方向のことである。
以上のように圧縮を行うことで、竹材の細胞内腔が減少して、密度が増加し、それに伴って強度性能が向上する。ここで、上記のマダケからなる竹圧縮平板５と、同様の方法で作製したモウソウチクからなる竹圧縮平板、スギの平板を切り出し、上述の方法で圧縮したものの曲げ強度を図２に示す。このときの曲げ強度の測定方法は、ＪＩＳＺ２１１３に規定される方法に従った。
図２によれば、原材料に関係なく、曲げ強さと密度との間に相関が認められる。したがって、上記実験では最も密度の高いマダケ圧縮平板で最も高い曲げ強さが観察された。マダケは１８０℃で５３％圧縮することで、密度が１．４５ｇ／ｃｍ２となり、４００Ｍｐａ以上の曲げ強さが得られた。さらに、最高で５００ＭＰａもの曲げ強さが観測される場合もあった。
また、このプレス３は、竹圧縮平板５が横壁１２により、一番端に並べられた竹材小板２の別の竹材小板２に接していない側の端が横方向に拘束（横拘束）されている。このため、竹材の湾曲は破壊されることなく圧縮して、平板にできる。そして図１（ｄ）のように、竹圧密平板５を角柱形状に切断していけば、竹釘６を製造できる。
さらに、竹材は、表皮、内皮、維管束鞘、柔細胞など、密度の違う組織が混在しており、木質材に比較して横断面方向の組織が少なく、この方向の結合が弱いため、放射方向に圧縮すると、接線方向に著しく伸長して容易に破壊するが、上述した、竹材小板２同士が端面を押し合うように配し、横壁１２により拘束することで、接線方向の伸長が防がれ、破壊されない。
横拘束をしながら、あるいは横拘束をしないで圧縮した場合の、圧縮平板の圧縮の様子を調べた。横拘束とは、横壁１２のあるプレス３で圧縮したものであり、横拘束をしないとは、横壁１２のないプレス３で圧縮したものである。これによれば、横拘束をしない場合には竹圧密板が著しく破壊して横方向に伸長するのに対し、横拘束している場合は、つぶれずに圧密化された。
したがって、竹材を横方向に圧縮大変形するには横拘束が不可欠である。特に竹材を圧縮する場合、竹材は油質で滑りやすいため、横拘束が重要である。横拘束の手段は、上述のような横壁１２でもよいが、竹材と接する側の面に溝９１を施した横壁のない底板２３およびプレス定盤２１を用いても同様の効果が得られる。
つまり、図３（ｂ）のように、横壁のない底板３３とプレス定盤３１を有するプレスにより竹材２５を圧縮すると（上の図が圧縮前であり、下の図が圧縮後である）、竹材２５が接線方向（矢印Ｂ方向）へ伸長する。しかし、図３（ａ）のように、プレス定盤２１および底板１３の表面に溝９１を罫書き、溝９１の方向と竹材２５の縦方向（繊維方向）とが合うように配する。これにより、プレス時にプレス定盤２１と竹材２６との摩擦が増加し、竹材の接線方向への伸長が防がれて、破壊することなく圧縮ができる。
本実施の形態では、プレス定盤２１と竹材２６との摩擦を増加させるための凹凸として、表面を罫線上に溝９１を施しているが、これに限られるものではなくやすりやサンドペーパーで表面を擦って形成させてもよい。このような摩擦抵抗による横拘束は、どのような大きさの木質材にも対応できる。
このようにして圧縮された竹材は、長時間保存すると、変形が回復するという性質を持っている。すなわち木質材を高温圧締すると、木質材成分間に形成される水素結合によって、変形は一時的に固定され（ドライングセット）、木質材に与えられた変形は、乾燥状態では比較的安定に保持されるが、水分と熱の作用で、細胞壁の膨張や変形回復で、ほぼ変形前の形状に回復する。
しかし、このような圧縮竹材は釘として使用する場合は、打ち込まれた後に、常に周りから圧迫された状態となるので、変形が拘束される。なお、竹釘６の保存、打ち込みをする時のハンドリングにおいて必要な寸法安定性、すなわち圧縮変形の安定性は備えている。
また、縦方向の強度性能も十分であり、木質材への打ち込みが可能であった。このとき、先穴を開けずに、自動釘打ち機でスギ材に打ち込むことも可能であった。なお、竹釘６はスティックタイプ（くし状の連結釘を一本として成型する）や、コイルタイプ（単独に成型した釘をプラスチックまたは紙で連結する）等の方式で連結させ、自動釘打ち機に装填すれば、連続打ち込みも可能である。また、打ち込んだ後も、十分に接合を維持できる程度の釘保持力、水平せん断抵抗があった。さらに、生物劣化、すなわち腐朽菌およびシロアリに対する抵抗性も十分であり、構造体において長期間安定した接合が可能となる。
加えて、竹釘６は、材料の竹材が安価であり、圧縮後の平板の２次加工性能がよく、切削性能も十分であったので、従来の鉄釘と比べても低コストに製造可能であった。
以上のようにして作製された、ステレートタイプ竹釘６は、内装材の仕上げなどに利用できる。一方、竹釘６耐力壁の接合部材として利用する場合等、引き抜き抵抗を増加する必要がある場合は、図４のような、釘頭５５のある竹釘５６を成形してもよい。そのためには、プレス３により竹板５２を圧縮する際に、竹板５７のように、片側の端部がだんだんと厚くなる傾斜部分を有するように圧縮すれば良い。つまり、図５のように、プレス定盤５１と竹板５２との間、および底板５３と竹板５２との間に片側に傾斜面を有する型５４を設置しておき、圧縮時に片側の端だけがほかよりも圧縮されないようにして、片側の端が厚い釘頭部を有する圧縮平板５７を形成する。竹材は、外皮側に比べ内皮側のほうが変形が容易であり、内皮側に大きな釘頭が成形されるが、内皮側部分で引き抜きを抑えられるので問題はない。この圧縮平板５７を角柱状に切断していけば、釘頭を有する竹釘５６を製造できる。このとき、図４の胴部から頭部への傾斜（胴部と頭部傾斜のなす鋭角）α、すなわち型５４の傾斜角度は３０度以下とするのが好ましい。
また、竹釘の一方の端を鋭角にするために、圧縮平板の一方の端を鋭角にしても良い。これにより、圧縮平板を切削して製造した木質釘状接合具は、この鋭角部分から対象物に打ち込むことで、小さな荷重で打ち込みが可能になる。なお、圧縮平板の一方の端を鋭角にする方法は、圧縮時に一方の端を鋭角にする型により成型してもよいし、圧縮平板の端面を切削により削り取っても良い。
このような釘頭５５を有し、一方が鋭角となっている竹釘６をスギ材に打ち込むと図６のように、良好に打ち込みが可能であった。
また、上述した変形回復の特性を利用し、釘を打ち込んだ後、竹釘６にスチームをかけて膨張させ、引き抜き抵抗を増加させる方法もある。木質材に打ち込まれた竹釘６がスチームを浴びると、熱と水分の作用により変形回復して、竹釘６の木質材貫通部分は、周りの木質材との密着性が向上し、せん断時に引き抜かれにくくなる。さらに、図７のように、竹釘６の裏面に出た釘先端部７１は、周りからの圧迫を受けていないので膨れ、クリンチングと同様の効果があり、引き抜き抵抗が大きくなる。
また、本発明の竹釘を樹脂処理または加熱処理することで、上述の変形回復を安定化（寸法安定化）させることもできる。
まず、樹脂処理について述べる。竹釘６を製造する時に、圧縮に先立って、竹材を乾燥し、低分子量のフェノール樹脂の水溶液中に竹材を含浸して、風乾する。そして、上述した加熱圧縮を行うと、樹脂が硬化して、寸法安定性の高い圧縮竹材が得られる。また、曲げ強度、表面硬さが著しく向上し、生物劣化抵抗性も付与できる。
使用する樹脂は、水溶性で分子量が小さく、細胞内腔に浸潤できるものであれば良く、分子量２００〜６００であるのが好ましく、樹脂固形分率は５〜３０％のものを使用するのが望ましい。具体的には、メラミン樹脂、グリオキザール樹脂が挙げられるがフェノール樹脂がより好ましい。
次に、加熱処理について述べる。竹釘６の製造において、圧縮平板の圧縮後に１００℃以上２２０℃以下にて加熱処理することで、変形は半永久的に固定され、圧縮して強化された状態を保つことができる。
この方法は薬剤を用いないため、作業環境は清潔で、無害な木質釘状接合具を製造でき、環境への負荷の小さい処理である。なお、上記加熱処理の温度は１４０℃以上２２０℃以下とするのがより好ましく、１８０℃以上２２０℃以下とするのがさらに好ましい。
加熱処理は、１００〜２２０℃好ましくは、１８０〜２２０℃の熱盤プレス機で木質材を加熱圧締し、変形を固定した状態で５〜２０時間の加熱処理することで圧縮変形は永久固定される。加熱処理は、熱盤プレス機に保持することで行ってもよく、圧縮変形を一時的に固定して、高温炉内にて加熱処理しても良い。
加熱処理の別の方法として、水蒸気処理をする方法もある。これは、プレス機を内蔵した耐圧容器中で、１８０〜２００℃（１〜１．６ＭＰａ）の高圧水蒸気を供給しながら木質材を数分間圧縮する方法である。この場合も、あらかじめ圧縮変形させておいて、変形を治具によって拘束しなが水蒸気処理しても良い。
両処理の機構上の違いは、加熱中の木質材の含水状態であり、この点に着目し、密閉加熱処理、高周波加熱処理などの簡便な変形固定技術を用いても良い。
このように加熱処理することによって、寸法安定性および生物劣化抵抗性が向上する。
本実施の形態では、竹材を用いて木質釘を製造する方法を例にあげて説明したが、これに限られるものではなく、竹材を圧縮した圧縮平板やその他種々の木質圧縮材の製造方法に適用できる。
また、本発明に用いられる木質材としては、マダケ、を使用した例で説明したが、これに限られるものではなく、例えばモウソウチク、ハチク等の竹材、スギ等の木材を用いても木質釘を製造できる。
また、本実施の形態では、プレス式の圧縮で行ったが、ロール式の圧縮でも構わない。
また、本実施の形態のように、木質材として竹を用いた場合、長手方向に沿って割ることにより、断面が台形板状の竹小片を得ることになるが、これをそのまま圧縮工程にもちいることはできなかった。そこで、従来知られていた方法では、台形の断面を長方形状の断面となるように端部を切削していたが、これでは、竹の半分以上を廃材とすることになり、効率が悪い。
これに対して、本発明では、断面が台形板状の竹小片を、外皮部分と内皮部分とが交互に並ぶように、台形状の断面を互い違いに並べた状態で圧縮するため、各竹小片の間の摩擦により、横方向を拘束しなくても、高い圧力をかけて圧縮することができる。当然、この技術は、竹以外の他の木質材にも利用可能である。
また、圧縮木材そのものは、１９３０年代から存在する技術であるが、これまでは、２００ＭＰａ程度の圧力でしか圧縮することができなかった。しかし、本願の技術では、４００〜４５０ＭＰａまで圧力をかけて圧縮することができるので、非常に硬い圧縮木質材（例えば、圧縮竹材）を製造することができる。したがって、これらを釘などの木質釘状接合具に利用可能となる。
さらに、本発明は、木質材を単層としてだけでなく、積層して用いることもできる。特に、径の大きな接合具、または木質材を製造する場合は、単層で製造した圧縮木材の板を複数枚積層して圧縮することにより製造することができる。
また、本発明により製造される圧縮木質材（例えば、圧縮竹材）、木質釘状接合具等は、タンカーの枠組みなどに利用することができる。例えば、ＬＰＧやＬＮＧのタンカーでは、タンク内にさらに小さなタンクを設け、これを木製の木枠で固定する。ＬＮＧ等は、液化によってマイナス百数十度まで下がることがあるが、木枠は断熱性があるため、結露せず固定部材としては良好である。ところが、この木枠を固定する際に、金属製の釘などを用いた場合、釘の部分で結露し、木枠が腐ってしまう可能性がある。本発明に係る木質釘状接合具、木質釘などを利用すれば、このような問題を回避することができる。
さらに、本発明により製造される圧縮木質材（例えば、圧縮竹材）、木質釘状接合具等は、住宅の壁に入れる断熱材の固定用にも利用可能である。断熱材は、通常、釘により壁内に固定するが、金属製の釘を用いた場合、そこから熱が逃げ、断熱効果がなくなってしまう。これに対して、本発明に係る木質釘状接合具、木質釘などを利用すれば、このような問題を回避することができる。
なお、ここまで、木質釘状接合具について主に説明してきたが、本発明は、釘状でない木質接合具にも適用可能である。すなわち、本発明には、木質材を繊維と垂直な方向に圧縮する圧縮工程を含む木質接合具の製造方法が含まれてもよい。また、本発明には、上記木質接合具の製造方法により製造される木質接合具が含まれてもよい。
また、ここでいう「木質接合具」とは、木質材からなる接合具である。「接合具」とは、２以上の木質材料を固定及び／又は接合させる機能を有するものであればよく、例えば、釘、ネジ、ボルト、ピン、ドリフトピン、およびダボを含む広い概念の接合具を意味する。上記木質接合具は、本明細書において説明してきた木質釘状接合具と同様の効果を奏することができる。なお、木質釘状接合具について説明してきた実施形態は、全て、木質接合具にも適用可能であることはいうまでもない。
また、本発明には、竹材を繊維と垂直な方向に圧縮する圧縮工程を含む圧縮木質材の製造方法も含まれる。また、上記圧縮木質材の製造方法によって製造された圧縮木質材も本発明に含まれる。上記圧縮木質材は、本明細書において説明してきた圧縮竹材と同様の効果を奏することができる。なお、圧縮竹材について説明してきた実施形態は、全て、圧縮木質材にも適用可能であることはいうまでもない。
【実施例】  〔圧縮していない竹からなる竹釘の打ち込み試験（比較実験）〕
無処理の竹材から４ｍｍ角柱を切り出し、釘先端形状を切削成型（ダイヤモンドポイント）した竹釘を用いて、先穴を施すことなくスギ材に打ち込んだ。竹釘の長さは、５０ｍｍまたは９０ｍｍとした。
その結果、強度の高い外皮側から切り出した、長さが５０ｍｍ程度の角柱であれば打ち込める場合もあるが、多くは縦圧縮破壊され、竹材が繊維にそって裂けた。また、９０ｍｍの長さの竹釘では、全ての竹釘が、３０ｍｍ程度打ち込まれた段階で、スパン中央部で典型的な座屈破壊が生じて折れた。
したがって、竹材をそのまま切り出した竹釘は、工業的に使用可能な強度を有していないことが分かった。
〔自動釘打ち機による打ち込み試験〕
次に、厚さが約６ｍｍ〜８ｍｍのマダケを、本発明の実施の形態で記載した方法で、１８０℃、３０ＭＰａにて圧密化した平板を作製し、上記平板から、２．５ｍｍ〜４．５ｍｍの角材を切り出し、先端を６０°のダイヤモンドポイントとした、５ｃｍ〜９ｃｍの長さの竹釘を作製した。
このようにして作製した竹釘を、圧縮空気式の自動釘打ち機（マックス社製、ＨＮ−５０およびＣＮ８９０Ｓ）を用いて、打ち込み試験を行った。打ち込む対象の木質材としては、スギ、カラマツ、スプルース材、およびそれらの集成材を用いた。
その結果、スギ、カラマツ、スプルース材、およびそれらの集成材すべての木質材に良好に打ち込むことができた。スギ材に９ｃｍの長さの本実施例の竹釘を打ち込んだものを図８に示す。また、竹釘先端部に損傷は認められず、竹釘の表面には、打ち込みによって切断された繊維が付着していた。
〔落下式打ち込み試験〕
次に、落下式打ち込み装置を用いて、打ち込みに要するエネルギーと打ち込み量の関係を調べた。落下式打ち込み装置は、重力が可変な錘の重力により釘を打ち込む装置である。錘は長さ２．５ｍレールに沿って自由落下し、下部に竹釘が設置できるドライバーを打撃する。竹釘は先端部が木質材に打ち込まれるように設置される。なお、今回の試験では、打ち込む対象の木質材として、スギ材を用い、錘は０．５ｋｇ〜５ｋｇまでの範囲で、０．５ｋｇ単位で変えて試験を行った。この装置では、概ね５〜２５０Ｎｍでドライバーを打撃できる。
結果を図９に示す。縦軸は錘の打撃のエネルギーを示しており、横軸は打ち込み面積（釘の打ち込まれた部位の表面積）を示している。ここで、使用した釘は、２×４工法用の９０ｍｍ規格釘であるＣＮ９０（●）、本発明の竹釘で胴部の辺長がそれぞれ４．０ｍｍのもの（ＢＬ、□）、３．４ｍｍのもの（ＢＭ、△）、２．７ｍｍのもの（ＢＳ、○）、の４種である。
これによれば、本発明の竹釘は、いずれも従来のＣＮ９０釘に匹敵する打ち込み特性を有していることが示した。また、打ち込みに必要なエネルギーは、打ち込み量に対し、ＣＮ釘では指数的に増加するが、竹釘では釘の太さに関わらず、ほぼ直線的に増加した。
〔引き抜き試験〕
上記試験と同様に、本発明の竹釘およびＣＮ９０釘について、引き抜き耐力を求めた。釘引き時の最大荷重と打ち込み面積の関係を図１０に示す。ここで、試験した釘は、上述したＣＮ９０（●）、本発明の竹釘で胴部の辺長がそれぞれ４．０ｍｍのもの（ＢＬ、□）、３．４ｍｍのもの（ＢＭ、△）、２．７ｍｍのもの（ＢＳ、○）、の４種である。なお、ＣＮ９０釘には引き抜き抵抗を増加させるための表面加工（塗装）が施してあった。
図１０において、縦軸は釘引き抜き時の最大荷重であり、横軸は打ち込み面積を示している。これによれば、本発明の竹釘は、いずれも従来のＣＮ９０釘に匹敵する引き抜き耐力を示した。
一方、一般に、釘としての接合機能に必要とされる、許容引き抜き耐力（釘が引き抜かれない限界の引き抜き荷重）を算出して本実施例の釘の引き抜き耐性と比較したところ、本実施例の竹釘は、これらの許容引き抜き耐力より高い引き抜き耐力を示しており（図１０参照）、設計基準に十分対応していた。なお、長期許容引き抜き耐力とは長時間にわたり力を加えた場合の引き抜き耐力、短期許容引き抜き耐力は瞬間的に力を加えた場合の引き抜き耐力を示している。また、一般に計算される、釘としての引き抜きに必要とされる破壊荷重（釘が破壊されない限界の荷重）よりも大きかった（図１０参照）。
尚、発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
【産業上の利用の可能性】
本発明の木質釘状接合具の製造方法は、以上のように、木質材を繊維と垂直な方向に圧縮して圧縮平板を形成する圧縮工程を含む方法である。
それゆえ、接合具として機能するのに十分な強度を有し、木質材からなる接合具を提供することができる。
よって、本発明の木質釘状接合具を用いて接合した木質材を再資源化する場合、１、マテリアルリサイクルでは、木質部分と分別する必要がなく、粉砕時にスパークなどによる火災の心配もない。サーマルリサイクルにおいても木質部と同時に燃焼することができる。
２、リユースの際に、木質材中に釘が残存していても、木工具によって、木質部材と同時切削が可能であり、釘を含んだままリユースすることができる。
また、接合具の使用中においても、３、錆、金属汚損などの意匠上の不都合が生じない。また、金属部材の結露による木質材の劣化を避けることができる。また、高級感を付与することができるという効果を奏する。
さらに、上記木質材として竹材を用いれば、より密度が高くて強度に優れた木質釘状接合具とすることができ、かつ竹材は安価で、加工性に優れるので、製造コストもかからない。
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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