平成12年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

竹積層材の強度特性について
大内成司・中原 恵・阿部 優りJ、谷公人・坂下仁志
別府産業工芸試験所

MechanicalProperty of Laminated Bamboo
JohjiOUCHI，MegumiNAK址汎RA，九1asaru ABE，Kimito KOTANI，HitoshiSAKiSHITA
BeppuIndustrialArt Research Division

要旨
竹製車椅子のフレーム部材である竹積層材の強度性能について，曲げ試験及び木ネジ保持力試験を行った．曲げ試験において竹単板厚さの違いによる曲げ強度への影響は9 積層厚さが同一であるならば竹単板厚さが薄いものを多く積層した方が高くなる傾向が見られた。油抜き処理と炭化処理（高温高圧蒸気処理の業界俗称）における処理方法の違いによる曲げ強度への影響は見られなかった．また，竹単板厚さを同一とした積層方向の違いによる曲げ強度への影響は，両面に表皮側を位置させたCtypeが最も強く，次に引張り側に表皮面が位置するBtype，圧縮側に表皮面が位置するFtypeの順となった。木ネジ保持力試験においては，板目面：2．97kN，柾目面：2．79kNと差はあまり見られなかったが，スギ材の約2。6倍の値であった．

1． はじめに

2．2 竹単板厚さの遣いによる竹積層材の曲げ試験
2．1の方法により作製した厚さ2，3，4mmの竹単板をFig．1

当所では，平成11年度から竹製車椅子の開発に取り組に示す積層方法により積層厚さが12mmになるように如InXんでおり，今年度2号機の試作に着手した．
竹製車椅子のフレーム部材は，モクソウチクの厚さ4〜3plyク3mmX4ply，2mmX6plyで積層接着した。接着剤はユ5mmの単板を複数枚積層したものを使用している。竹材のリア樹脂を使用し，圧縮圧力は15kgf／cm2とした．試験体寸強度は広葉樹のブナ材等と比べても高い値を示すが，靭法は幅12×厚さ12×長さ216mmとし，JIS Z2101に準拠し皮繊維の分布密度によって左右される．靭皮繊維は，表てスパン168mmの3点中央集中荷重で曲げ試験を行った．

皮側に密集しており，この部分が強度を保持しているとまた，荷重方向は平行侶 垂直⊥の2方向とし，試験体数いっても過言ではない。しかし，竹単板を作製するにあは各5体とした．なお，竹単板は節問部を使用し，節のなたり，表皮および内皮側を切削する必要があり，靭皮繊いものとした．Fまg．1の単板断面に色の濃淡によるグラデ維が密集している部分を切削することになる．

ーションを示しているが，これは，維管束の分布密度を簡略的に示したものであり，濃い部分が密度の高い表皮

そこで今回は，竹単板および竹積層材の製造条件の違いによる強度特性について把握を試みた。

側となる．

2．実験
2．1竹単板の作製
供試材として油抜き処理と炭化処理（水蒸気温度1500c，圧力0．5肝a，時間20分）を施した直径130mm程度のモウソウチクを使用した。炭化処理には油抜き処理を施したも如mX3ply

3mmX軸1y2mmX6ply

Fig．1竹積層材の積層方法（厚さの違いによるもの）のを使用し，その後，以下の工程により厚さ2，3，血mの竹2．3 竹単板積層方向の違いによる竹積層材の曲げ試験単板を作製した．
1）長さ2，000mmの丸竹を幅45mnlにダブルソーで繊維方向

竹材は表皮側と内皮側では靭皮繊維の分布密度によるに切る．2）円弧状の板材を三面仕上げ機により内皮面と密度差が非常に大きい．そのため，曲げ試験を行った場側面を切削する。3）自動飽で表皮面を所定の幅の平面が合引張り側に表皮イ札内皮側どちらが位置するかによってでるまで切削する．その後，一旦室内で重量減少が平行は，強度差が生じることが考えられる．そこで，Fig・2にになるまで自然乾燥を行う．4）自動飽で内皮面から切削示すように厚さ5mⅦのものを4枚積層し，引張り側に内皮し，所定の厚さに仕上げる．

側が位置する場合（Ftype）と表皮側が位置する場合−121−平成12年度 研究報告 大分県産業科学技術センター（Btype），圧縮側，引張り側，両面に表皮側が位置する場

油抜き処理と炭化処理においては顕著な差は見られなか合（Ctype）の曲げ試験を行った．接着剤はユリア樹脂を使った．

用し，圧締圧力は15kgf′／cm2とした．試験体寸法は幅20×厚
さ20×長さ360mmとし，JIS Z2101に準拠してスパン280mmの3点中央集中荷重とした．試験体数は各5体とした．な置はランダムに配置した。

□油抜き測
点油抜き3⊥△油抜き3∃！

ふ篭

鉱油抜き4⊥△

お，1枚の竹単板に節が1〜2個含むものを使用し，節の位●油抜き2⊥○油抜き21l

Ctype

Ftype

Btype

Fig．2 竹積層材の積層方法（重ね方の違いによるもの）
2．4 木ネジ保持力試験

0．500．600．70

JIS A5908の規格を参考にして試験を行った。厚さ5Ⅲm0．800．901．001．10Density〈釘cm3）の竹単板にユリア樹脂接着剤を使用して庄締圧力：Fig．4 油抜き処理材の密度とMORの関00215kgf／′cm2で8plyの試験体を作製した．試験体寸法を幅350×厚さ40×長さ120mmとした．Fig．3に示すように板目と191二肘ヒヰ‖O炭化2⊥

l

こ炭化31l⑳○恥﹈㌔ふ炭化3⊥

︑■﹁−▲1腎︵再m喜∝0≡の速度で引き抜き試験を行った。

000 0007 654 32 1

呼び径3．8m汀1の木ネジを深さ20mmまでねじ込み，2mm／′min

筆鹿△

宅炭化4⊥

・・⁚

00DU

柾目の両面に両端から40mm，かつ幅方向の中心の位置に○炭化2＝1110。500．6010．800．901．00

1、10Densityk／cm3）

・1

Fig．3 木ネジ保持力試験体の断面図

0．70

Flg．5 炭化処理材の密度とMORの関係

3．結果および考察
3．1竹単板厚さの遣いによる竹積層材の曲げ試験
油抜き処理材と炭化処理材の全試験体における密度と19MORの関係をそれぞれFig．4及びFig．5に示す．同様にMOE

17E油抜き4⊥についてもFig．6及びFig．7に示す．単板厚さが薄くなる

コ油抜き項l15︵叩血盟山○芝に従って密度が向上することがわかり，それと相関して九重OR，hすOEも向上する傾向が見られた．これは，単板を作製♂

皇油抜き3⊥△油抜き31l

13

参油抜き2⊥‖○油抜き2【l顔ダ㌔

する際に，内皮側を切削し厚さを調節するため，薄くなるほど靭皮繊維の占める割合が高くなり密度が向上したためだと考えられる。このことから，竹積層材は密度を測定することにより，ある程度の曲げ強度を予測するこ0．60とが可︑能であると思われる．
Fig．8及びFig．9に平均値の九質ORとMOEの結果を示す．荷0．70

0．800．90

Density（む′ノcm3）

Fig．6 油抜き処理材の密度とれ′IOEの関係

重方向による違いを見ると，hiORとhiOE共に垂直方向⊥のほうが僅かではあるが平行方向」1よりも高い値を示した．

−122−

1．00

1．10

平成12年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

今回，比較対象材としてブナ材の曲げ試験を行ったが，九王OR

019●・
一凝炭化4⊥

3．2 竹単積層方向の違いによる竹積層材の曲げ試験△∧﹂一．・︷ふ炭化3⊥に関しては全てにおいてブナ材を上回る結果となった．
Flg．10及びFig．11に積層方向のタイプ別の曲げ試験の△

ユ炭化3−】 鐘鞄

MORとMOEの結果を示す．FtypeとBtypeは積層方向が同〜3︵qn U ︶ ﹈ ○ 王ー．へ︶□炭化41【9∴一17野一のものに荷重面を表・裏側から行ったものであるが，引1

張り側に表皮側が位置するBtypeの方が圧縮側に表皮面が9−位置するFtypeよりも高い値を示した．また，BtypeとCtype

丁を比較すると，圧縮側，引張り側，両面に表皮側が位置

0．60

0．700．800．901．00するCt）rpeがより高い値を示した。

1．10D￠nSity（g′／ノcm3）

構造用集成材を梁などに使用する場合，両面のラミナは高強度のものを使用し曲げ応力に耐えるように設計さFig．7 炭化処理材の密度とルIOEの関係れている・今回のCtypeはそれと同様な積層になっており，と考えられる．比較対象材としてブナ材の試験も行った● ●が，hIORに関してはCtypeがその値を上回る結果となった．

−−−−岬−−−−−一朝トーーーー

MOEに関しては，MORと同様にF・B・Ctypeの順となったが，

● ●

●
一■
一㌣∩︶7●●●

ブナ材を上回ることは出来なかった．

一一■

八U

5●l●

︵昭n一喜∝○苫

L．弓≡卜Lい﹂≡F卜09

両面に靭皮繊維の分布密度が高い部分が位置したためだ

●l書≡

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ト弓⊇■トO n︺
39 −﹁・−L

5＋＋＋Fig．8 竹単板厚さの違いによる〜‡ORへのFtype

Ctype

Btype

ブナ

53● ＿＿＿＿＿＿＿…＿＿＿＿＿＿＿≠＿＿＿＿○＿◎＿＿＿ ¶【【￣￣￣￣￣訝「＿＿＿▼＿
恩＿＿＿＿＿■−ー●−−11●−−−−−・ll一一 …

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‖＿＿＿＿＿‖＿■‖＿■n＿＿一一一一一凸0・︷ハニーTュ†塞二寸−誓革塞

T？N曇塞ニ？芸†粟T†芸ヤ塞言ふ勅悪登↓？亘璧暴≡エ嵐虫垂

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ニc︼寸勅悪繋T†門融点登T？品盛衰

Ftype

Flg．9 竹単板厚さの違いによる丸′竺OEへの影一一一＝●9子さ︶﹈○≡︹Uへごーごこ〇≡﹁︻芦L卜≡て貞LrL︼∃宰1﹁r7Fまg。10 積層方向の違いによるれiORへの影響

Ctype

Btype

Fig．11積層方向の違いによる九′‡OEへの影響

ー123−

アナ．．．︻︻．︻1﹂卜∃．iー1j

戸≡．ンE

99

芋茎︶∝○芸・︷へこ竿Nぎ塞

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↓†Cぎ塞

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二千N帆建窯﹂這・ぶ虫垂

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ニcふ血盟実↓C⊥品蓮虔ー平成12年度 研究報告 大分県産業科学技術センター
3、3 木ネジ保持力試験
竹積層材の木ネジ保持力をFig．11に示す。板目面が2．97kNで柾目面が2．79kNでさほど差は見られなかった．比較対象材であるブナ材は3．62kNと最も高い値を示したが，針葉樹の最もポピュラーなスギ材1．1kNと比較すると，約2．7偶の値を示した。今回の竹単板の厚みは5mmのものを使用したが，内皮側を切削し薄くすれば，密度の向上により木ネジ保持力の高くなることが推測される．

3．5ト＝−−−−−−−−−−−−−■−−−−−−−＝2︵Zき苔虻雄ひヰ棺

3 ト＝●−l＿＿＿○＿＿＿

1トーーーーーーーーーーーW一一、−板目

柾目ブナスギFig．11竹積層材の木ネジ保持力

4． まとめ

竹積層材の強度特性について以下のような結果が得られた．

1）竹単板の厚みの違いによる曲げ強度への影響は，表皮側からの厚みが薄いほど高くなることがわかった．

2）竹積層材の曲げ強度は，密度に比例することがわかった．

3）飽和水蒸気庄0．5MPa（150℃），処理時間20分の炭化処
理では，曲げ強度への影響は無いことがわかった．

4）竹単板の積層方法は両面に靭皮繊維の分布密度の高い表皮側を位置させることによって，より高い曲げ強度が得られることがわかった．

5）ブナ材の曲げ強度を上回るには，竹単板厚さ如m以下が望ましいが，歩留まりの関係上竹単板厚さ5mInを使用する場合は，両面に表皮側を位置する事が望ましい．

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