熱軟化による丸竹材の整形システムの開発
案竹慣一衷。中嶋聖允柚・古田裕二峠＝下原 恵豆＊：
ヰ竹ト芸・訓練支援センターー・宍 と京都府立人学・榊材料科学部

Development of thc RcstoTation System of thc Bamboo Culm Mttterial
by ThermalSoftcning
Shirli（：hiKAN′IIAK［（＊，11EISamiLsu N＾KIUIh／IA＊央，Yuz（）「し「軋′r几擁，九／IegumiNAKAHARA榊＊r3amboo CrarL and Training Supporl，C（）rlt（）r，⇒キKyoLo PrefechlrEjlLnjversity，
HlhhtⅢ日月しs S（：icnce and Technology t）ivjsjorl

要旨
丸竹材の熱軟化による整形システムを確立するため，軟化のための熱源としてマイクロ波を用いる基礎実験を子Jった
結果，匡じオーブン内で，良さの異なる材（15c町 30cIn）を同時に加熱した場合，頗著な差は認められなかった．；喜一i含水率材を加熱した場合仁材混が100℃に到達した時点で，気化熱により温度上汁が抑制される．高含水率におけるマイク
甘波照射による含水率の減少割合は，初期含水率の影響を受けず 一定である．同含水率の材を1．5，2klV出力でそれぞれ140℃まで加熱した場合，含水率の減少割合は，ほぼ同じであることが分かった．また∴飽水状態における竹材の熱軟化特性について検証を行／〕た結果，温度上州こ伴い，竹材の相対緩和弾性率が著しく低卜した．相対緩和弾性率の低下に伴い，セット率はおよそ庭線的に増加した．温度卜降過程において，およそ60℃までは除荷時の温度低下に伴いセット辛が増力「ける傾向が認められたが，60℃以下では湿度に起因したセット率の変化は認められないことが分かった．

内紬加熱方式が有効である．電磁波加熱の原舛は，材内

1．はじめに造園業・建築内装業・インテリア業界では，丸竹の適部に含まれる水分乍竿の誘電体損失の大きい物質に、当たる正材が求好）られている．しかしながら，製竹業生産現場と，分子摩擦により熱エネルギーに変わるというもので，においては，かんてき・矯直しと呼ばれる丸竹整形（屈物イ本を内部より発熱させ，材を均等にノ州熱できる利点が曲した部分をバー→ナー→で加熱し竹材を軟化させ，テコをある．電磁波加熱には，高周波（周波数：川11∠〜3001Tllz），利用して整形し，整形した状態で水をかけ冷却し変形をマイクロ波（周波数こう0（珊イz〜30GIIz）があげられる．高周固定する）作業を行う職人の高齢化に伴う減少や重ジJ′働波は，電極で被加熱物を挟み密着させなければならない

で熟練の技術を必要とするため後継者が古たず深刻な状ので，不最二形で凹凸のある丸竹材を処理するには不向き況にある．去た，外国より輸入される安価な適直材によである．

り国産材のシェアが奪われつつあ畑 国「ノ雪製竹業界は窮置くだけで被加熱物の形状に制約されずに加熱処理が行地に立たされている．そこで木棚究では，こうした問題える．このことから，丸竹の熱軟化整形については，ママイクロ波については，被加熱物を照射室内にを解決すべく，屈曲した丸竹材を通直にする整形技術をイクロ波が有効であると判断し，マイクロ波照身、jの基礎

確1【′二し，機械化による自動化（省力化）システムを開発実験を行い，長さの違いに上る影響，気絶材と寓含水率し， i出直材の量産を杵指す．

材の混度卜昇の遠い，マイク甘波照身、Jに上る含水率変化

熱軟化による整形ンステムを確＼▲′二するため，まず現状について検討三を行った．去た，竹材軟化のメカニズムを技術について調査を行った．現状技術においては，バー【採るた町，飽水状態における竹材の熱軟化相性について十−を用いた外部加熱方式を触っており，一ノノ▲向加熱のも検証を行ったのでここに部澤予トうため表面と内部の札度器が生じ▲：，表皮面には焦げ跡が牛じる恐れがある．焦げ跡がイ、」 いたゎ畑は商≠価値が卜2】実験方法

がり，建築内装材もインテリアには使用できない1宇の関

2．1マイクロ波照射実験

越ノたがあることが分かった．

2．1．1供試竹材

こげ〕ような：経由から，加熱供試竹材は，竹齢3〜5隼生の人分県荏マダケ材（胸高軟化暗に材色変化を生じさせない〟法に一）いて検討を行った．材色変化を防ぐノノ法としては，電磁波を用いた直径5（、nl前後）で，水酸化ナトリウム水i甘液（〔）．02〜86〔）．什1（）′こ））に⊥り測〜誹分冊薫沸拠潤施行い脱脂しノた竹材

2．3 曲げ応力緩和実験を使用した．試験吊は，地上高湘川心卜の高圧【′二か〔、〕扶拍23．1供試竹材

し 直二律約5〔町 糾㌔ゴ．5〜R111Ill∴繊維方巨′】j長さ15〔、111ゾ）節部は性鉦作軌且11パに伐採された竹齢4圭㌣二侶大分県正除いたむげ〕と繊維ノノ▲向丘さ：きOc111の中央に節部の人ったも一7ダケ材で，水酸化ナトリウム水溶液（（）．（沌％）にJりの∴挿磨けL，気乾材（含水率机1：〕γ））と；訂含水平林

2〔〜こ用分「了〜丁て章：彿処」＝照パいぃ脱脂Lた竹材を位川しノた．試（含水率醐〜70r）（，）を用意した．試灘吊烏1窄月評廿／つ験ノミにじ，」虹1二高ユ川へ′‖（）（ニITl〃）鉦位から採取しノ）悍ニニ㌔ご1jl1111
×幅い＝ill11×繊維ノり「「り長さlニミ011‖IlとLた．また試験片はき′1不とした．

事前に首沸処理工上り銘水状態とLた．

2．1】2 マイクロ波照射
気乾材試験片け（、m（工）15） ニ川〔ニl】1（工）30）を同じオーブ

2．3．2 曲げ応力緩和実験
本実験で沈，曲げ応力緩和測定≠方法ユニLて，水中てン内に入れ同時加熱を打った．マイク1コ波照射装帯甘新］本無線株式会ft二製＼、JE〔う2し）4．l（′周波数2二15肌mZ）を他川げ）：〕ノ1r二Lト矢祭申荷石方式を適用Lた．そしノて，Lた．≡リリノ条件は，1，1．5，2描げ）ニう条件とした．バ七千水

緩和挙軌に及ぼすif，，目釘人けの云i三響に／：穴、て検「享寸した．始準木「押r15，椚n）について＝甘様の条什とした．

裾こ試験片を水温2（〕て：げ〕水槽申に−tチッ卜し 一定選

竹材明応力

録りこ

21．3 温度測定

わみ（1111Ⅲ）を㌧一えたままの状燕巨∴ ン恒「，1を約1℃′m＝1の温度測定には，靂捕待し／イズ耐性のある光ファイバト

速度で90℃までJ二昇させた その際，応力値紆測定を川を用いた．混度漁定ノバ去は，木＝断面Ⅵ肉〔津川福で†］った．そけ衡 水槽小川りくを取り替えること

厚二中央部2ケ所に直祥21Ⅲ町 深さ20mlの測定孔を開け，光にrl＼り20℃まで冷＿4三jしフ その道描！でう度応ノ州二げ）測むを打

ファイバーセンサーを挿人し，隙間允項刑一に放熱什シリった．冷却機荷重を開展し，残／／二たわみ昂を測定した。

コンを用いて測定を行／〕た．内部渥度測定装軋ニ「j二，ニ紆結果を基に 竹材叫こトはJ▲緩和附、生率とセットヰとの批度センサー

N（）l甘「1二（川土製光ファイバーれ」一に温度計（リフレックス′1）を関係について検討Lた．ここで，相対緩和押件率とは，川いて，2秒†m偏で渥度測おを行った．

実験催は仲も ーつまり2）℃での応ノ川ぎ責二を圧昭としノブ 各乱度で2．2 含水率変化の測定の応力仙をⅧ二卜射的にノミしたも〔けである．セット率とは初22．1供試竹材期に㌧えたにわみぷこに対す亮凍結′こたわ「み量〝〕r上亨▲分率であ

試験片払 三＝．1と同様の物で，繊維方向長さこ枇Inの中る．また，裾ノ斐上昇畔に掟最喜一ほ旺組1班L 訂‖ミ皮下降暗に央に節部の入ったも卯としっ 含水率約70へ」10％の高た水は除湘：をする際の混度を要化させることに上り，それ工」や材を川意した。試験片は各条件につき／1とした．

がセットやに及ぼす影響にノ）いて検討した．

2．2．2 含水率変化の測定
オー∴ブン〝〕外i二鮒こ電子大枠（ザルトリウス株式会杵3．結果及び考察

製丁．ト）620（〕S）を設置lノ，カ、−ナン上部に聞いた穴から3．1マイクロ波照射実験

垂伸二に」匡らした糸で耐熱性のテつ∵ンシーートで包んだ試3．1．1長さの道川こよる温度上昇への影響

験片を直≠りにLて重量を測定L予．ドぎ塁．け：ホす．10秒

女（捌、オにお∈1る，1，1。5，2k＼キーぴ〕マイクて1波照射ザ埼1f

聞膵㌻ご重量を計測＝ノ含水率げ）変化を求めた．r札ん条件さ圭果を1Ti針2へ半座．＝ニホす 長さ15し・ill〝〕支い乾材Ⅰ）i5と長さ：う（hlHハ気乾材i）ニiO〔川ノ」加温度卜汁〝）相計‥さあるが1。51く11

1．5フ 2kWげ）2条什としノた。

照射においてク f二）Hの湿度l二昇が若二†二「lしい傾向が見ふれる。各デーんタにおいて，有意水準5（）1ノ，としノて分散分析を子」二っ17こぅ羊，㍑Ll眉い2紺照射に／〕いては イ㍍∵㍍常鋸畑、）
れン†lこかっ′∴）′J、1．訃∬世相」に／）いゝござ㌔め〔）れた しノかL，U＝汗Hγ川に対しご＼ド分〝〕長さであろことから見てさ 腑署な差であろとはいえ′ない
次に ミ■打いい科イ（含水率50へ7（）（ご′ご））におまナろフ1，1．5，2kW（けマイク1こごf皮相ル十〝）結果を「亙5ヘノトiド．7に′Jこす
気乾材料せ守刊藁に虻射拝なノ訂上組ノニ受け〆Jれない。各デ・一夕に」＝」いて，イ描∴水叩壬5り′；トとして分散分析を了J／〕プ∴結果，有意差は認凍ぺれなかった．以仁のことからっ 気牒刃㍉
乃木ヰ材ともに…1じオーーブン「隼ご〕」こさ〝）杢Ⅰけ亡ろ村を「「二2 jト】g．1 数量変化の曲定峠加熱した場合5 抽署な差烏朝一れないこと／うミ分か／〕た．

87

ITig．21描照射（長蛇材）

F戊．61．5kW照射 挿㍍㍉畑率材）

Ⅰγ1日∴〕1．5k咽てi射（友こ陀付）卜ig．7 2k相賀射（高含水ヰ三相）

31．2 気乾材と高含水率材の温度上昇の違い
気位′甘（†）：う0）とr【㌫升水率1、オ（甘肛）甘いマイク1バ劇軒射による【人j加温′度卜昇に／ノ）いて比較した結果をFig．わ，Fig。9に′Jミす．明らかに気車封寸のノノ■が 温度L昇が早くな／Jているゾ）が分かる．江口すべきノ【こミは，気乾材がほぼ直線上に湿せ上界している細二対し，高合水率材は，材混が100こcに達しノた帖点で温度上井が抑制され，プラトし一状態が現れている．二れ甘，材内証に合まれる水分が桃／∃如〕100てこに速い二二とで，木＝より水蒸気となってF揉∴1鉦判照射 持封む材）

燕発しノブ 宝（化熱に上り渦通上ちl】が抑制されたギ、〝〕と思われろ。

巨1きミ．日 長沌二村上高含水率材の比較」1．5k叫

ドぎ〜「。51kl川錮、Jしrl★含水率り）

しく＼⊥￣D30／ ／ ／ ／ 、∧ 担 ノ
0 10 20 30 40 郭 60 刀 80 90 100時間（sec）

fT上g．9 気乾材と高含水率材の比較（2kⅥr）
Fig．12 相対含水率変化（1．5klり3．2 含水率変化
3．2．1含水率変化の測定

含水率70〜‖町‰刀高含水率材を用いて，マイクロ波1．5，2kllr照射に上る含水率変化について測定した結果を
r一、jg．10，卜座．11に示す．各試験片ともにl甜菜の含水率低下を見せるが，初期含水率のばらつきが人きいので，比較のため，初期含水率を10nとした相対値で表したものを「うg．12，r√1g．13に示す．グラフが示すとおり，高含水率材におけるマイクロ波恨射iこ上る含水率の減少割介は，初期含水率の差に影響を受けず 一定であることが分か／〕「ig．13 相対含水率変化（2kl〜r）

た．

3．2．21．5kW，2kW照射における含水率変化の比較
初期含水率がほぼ同等のものをピックアップして，1．5kW及び2kWにおける代表デー・，・タとして比較したものをFig．1づに示す．100秒間マイクロ波照射を行うと，1．5kⅥ「では，含水率が約8％）低卜し，2klも7では，約23（沌低下することが分かった．次に可塑化温度域140℃2）では，どの程度含水率が低下するのか，検証を行った．高含水率材iこおける1．5・2k机照射を行った結果を「戊．15，rγig．16にホ
す．1．5kWにおいては，11モ均約10（〕秒間の照射で材温が110℃に到達し，2kWにおいては，平均約57秒指］で材温が140Ccに到達している．二のことを，ドてg．14に照らし合わ「ig．1（）含水率変化（1．5kⅥr）

せると，材温140℃付近における含水率の減少は，1．5k勘2kl†「ともにほぼ同じ仙を示している．こげ）ことから，同含水率の材を1，5kl＼＼2刷でそれぞれ140Ccまでノ州熱した場合，含水率の減少は，ほぼ同じであることが推察される．

】Jうg．11含水率変化（2klり「ig．14 含水率変化の比較（1．5kl㌔∴2klり893．3．2 最高到達温度がセット率に及ぼす影響

最高到達温度を変化させた場合の，除湖昭における相対緩和弾性率とセット率の関係をFig．18に示す・外′曳側及び内皮側負荷時ともに，最高到達混度のj二昇に伴い，相対緩和弾性率は低卜した．そして，相対緩和弾性率の低卜に伴い，セット辛がおよそ庫線的に増加する傾向が認められた．これらの結果から，竹材のセット率は，最高到達温度及び相対緩和弾性率から推測することが叶能であると考えられる．

Fjg．15 r喜i含水率材1．5kll照射00−ふ−外皮側負荷時−・払▲・内皮側負荷時

即肺︵︷芭掛悪資コ源空在皿肘堀部

ITig．16 高含」く率材 2州照射

010穴）

二氾

405060708D

セント率（％）

ト1日．18 相対緩和弾性率とセット率との関係

3．3 曲げ応力緩和実験
3．3．1温度変化に伴う応力緩和とセットの関係

渥度上汁・干へ降過梓における相対緩和弾性率変化の結

3．3】3 除荷時の温度がセット率に及ぼす影響

陳荷時の温度を変化させた場合の，最瀦的な相対緩和果射てig．17に／」ミす・温度十宜過程において，最高温度び）洲℃に達した峠ノたで相対緩和弾仲平は，外皮側負荷咋で弾性率とセット率とげ）関係をFig■19にノ」ミす・除荷時の温およそ35％，内皮側負イ榊寺で25％まで低卜している．特度が60℃から90こ＝cの範け叶ごは，温度の低下に伴いセットに60℃付近での低卜が著しいことが認められた．これは，辛が増加し，その後20℃から50℃の範け軒ごは，セット率既往の研究こj〕より，リグニンの熱軟化によるものと推察の変化が見られなか／）た．この結果より，竹材のセットされる．温度下降過程においては】相対緩和弾性率の変に閲しては，60（t二すなわちリグニンの軟化点以卜までラ′㌔−Ⅰミ化は殆ど見られなかった．冷却終7後，負荷を開放しセ度を下降させる必要があると推察される．組織構造の異ット量の測定を行／〕た結果，そ♂）セット中は外皮側賓荷なる木材についても，セットに関する冷ムr」（7）重身性が報時でおよそ粥％，内皮側頂苗場で75％）であった．尖際の告されているiニとからも，大変興味深いデー1タであり，整形伽⊥∴ごは，こび）セット率を考慮して変形を与えろこ

今後60℃付近でげ〕竹材の熱軟化相性について，更なる検とが薮要である。

討をわう必要がある．

20406080

温度（口c）

上座。17 温度上昇・卜降過程におけるな力緩和挙動

卜ig。相 隣イ榊寺の混度がセット率に及ぼす影響

90

†00

4． まとめrアイクロ波照射による丸竹材力＝熱実験を行い，以下の結果を得た．
（1）同じオーーブン内で，長さげ）異なる材（15cIIl，：うOclll）を■即利こマイクロ波加熱した場合，温度上昇に粘着な差は認められない．
（幻高含水率材をマイクロ波力【I熱した場合，材温100℃に到達した時点で，気化弄裾こより温度上汁が抑制される．
（：う）高含水率材における，マイクロ波照射に上る含水率の減少割合は，初期含水率の影響を受けず一定である．

（引回含水率の材を1．5kW，2k町でそれぞれ‖0しC去で加熱した場合，含水率の減少割合は，はぼ同じ旧を示す．

竹材の熱軟化特件及びセットに関して，以下の結果を得た．
（1）混度上＃に伴い，竹材の相対緩和弾性率が著しく低下した．

（2）相対緩和弾性率げ）低卜に付い，セット率はおよそ肩線的に増加した．
（：う）温度卜降過程において，およそ6（〕〔℃までは，除荷時の湿度低卜に付いセット率が増加する傾向が認められたが，6（〕こC以Fでは渥ノ度に起因したセット率〝）変化は認められなかっ7jこ．

謝辞
本研究の遂有宣あたり，客員研究員として，ご指導賜りまLた京都府立人学の占▲田祐二氏に対して）ここに深く感謝の意を表します．

参考文献
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