平成10年度 研究翫告 大分県産業科学技術センター

竹材の接合技術に関する研究
一丸竹材の強度試験岬寒竹慎一稟。林 知行＊＊
＊別府産業工芸試験所 事ヰ農林水産省森林総合研究所

S七udy on theJoining Technology of the Bamboo Material−The Stヱ・ength Test cげBamb⊂きO Cuユ針−
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FoTeSt arld Forest Product ResearchInsl：iてuてe

要旨
丸竹材の基本的強度特性及び材欠損が生じた場合の強度特性変化を把握するため，丸竹材の圧縮試験及び曲げ試験を行った．それぞれの試験結果データから）最大応力，ヤング係数，密度，長さ，加工形状の間に如何なる関係が存在するのか検討を行った．圧縮試験については，最大応力と密度，最大応力と円孔径，円孔径と円孔を無視したヤング係数については，比較的強い相関関係が認められたが，最大応力と試験片長さについては，相関関係が認められなかった．
曲げ試験については，円孔加工径1c皿以下であれば曲げ強度を低下させず，また円孔加工径2cm以下であれば曲げヤング係数に影響を与えなかった．スリット加工は，深さがユc汀1程度であってもフ 円孔加工径3cmと同程度の強度低下を示した．スリット加工は大きな強度低下を生じやすく，接合部の加工には不向きであるという事を把握した．

らによる報告があるが〕ホゾ穴加工や切り欠き加工等の1．緒言本研究では，竹材需要の拡大を図るため，丸竹材（マ材欠損が生じた場合の強度特性の変化については，ほとダケ）に焦点を置き，丸竹材の構造材利用の可能性につんど研究例がない．そこで本研究は，竹材の新接合技術いて取り組むこととした．丸竹材を構造材として利用す開発の基礎研究としてj マダケ丸竹材の圧縮試験及び曲る上で問題となるのが接合法である．一般的な丸竹接合げ試験を行い，丸竹材の基本的強度特性及び材欠損が生法は，萱葺き屋根や竹垣に見られるしゆろ縄及び麻縄をじた場合の強度特性の変化について報告するものである．

用いた縛り接合，大径竹にホゾ穴を開け小径竹を差込ク目

釘で抜け防止を施した差込仕口接合，木芯を節間内に埋2．実験方法

め込んだ棒継1′と呼ばれる継手接合等が主である。この

2．1丸竹圧縮試験

ような接合法しかないのは，竹の長所でもあり，短所で2】1，1供試竹材もある形状に起因する．竹材は，節を有し中空で形状j

供試竹材は，平成川年5月頃に伐採された竹齢3〜5年生

大きさの一定しない材であり，木材と異なり規格化が困の大分県産マダケ材（胸高直径5cm前後）で，水酸化ナト難な材料であるがためである．現状の接合技術では，当リウム水溶液（0．02〜わ．04％）により20〜30分煮沸処理

然使用用途ら限られ，工業的利用も不可能である．そこを行い脱脂した竹材を使用した．試験片は，地上高20〜4で，求められるのが新たな接合技術である。新接合技術

00cmの部位で採取し，節部は除いた．試験片は，繊維方を開発する上で〕さまざ真な加工方法が検討されるが，向長さの異なる10cm（Tl￠），15cm（T15），20cm（T20）

竹材は強度的異方性が強く加工時の強度低下が懸念されの3タイプとし，各タイプごと材中央部片側に円孔径1c汀1る．モウゾウチク材の強度特性，材質については鈴木三，（El），2c上n（E2） ニミcln（E3）の加工を施した材と無加継田三：らによって報告されている．またタ カ学的構造に工材（EO）を作製し各8体とした．Fig．1に示す。

ついては，尾田4∴ 天田に）：らによって検討されている．竹2．7．2 圧縮言式験

材の強度特性は同一竹林内においても個体差が大きぐう）

圧縮強度試験は，最大荷重5げの万能試験機AG−5000

当然，種が異なれば特性も異なることは言うまでもない（島津製）を用いて，繊維垂直方向に静的荷重をかけが，マダケ材の強度特性の報告例は少なく北村7′rや古曳き〕

た．クロス／＼ツドスピーードは11mn′′′ヱnin．なお，無加工材−ユ61≠

平成10年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

については，最大荷重が5tfを超えるため，最大荷重102．2．2 曲げ試験方法

0げの縦型万能試験機（前川試験機製）を用いた．

曲げ試験は，欠損部を真下に位置させた4点曲げで行い，節間中央部に静的荷重をかけ，荷重点間距離をユ＝10記号

TlO

c恥 スパンをL＝90clnとした．強度測定には，万能試験

T20機AG5㈹OB（島津製）を用いて5クロスヘッドスピードn‖C−・小−・・！⁝∨

02ほn︵し・−⁚は5mm／′minとした．試験方法をFig．3に示す＼約5cm
約5cユ11約5cm
記号E2E3EIEO

Fig．3 曲げ試験方法
3．結果及び考察
3．1圧縮試験結果
丸竹圧縮試験結果の平均値をTablelに示す，試験結果

Fig．1圧縮試験片をもとに，ノ応力・ヤング係数。密度・長さ日加工形状の問に如何なる関係が存在するか検討を行った．

2．2 丸竹曲げ試験
2．2．1供試竹材

Tablel丸竹圧縮試験結果（平均値）

供試竹材は，圧縮試験と同様の原料を用いた．試験片試験片 最大荷重 最大応力 ヤング係数 密度

妄も 地上1〜6mの部位で採取し♪ 節は4つ入るものとし，kgf

kgf／ノcm2 ×103kgf√／cm2 g／cm3

節間長さ30〜38cmのものとした．試験片は，繊維方向長Noさ125cmX直径約5cmとして，材中央部片側に円孔加工（TlO【04648．5712．5106。30．79

直径1c恥 2c恥 3cm）を施した材と無加工材を各8体，材

Tllト13671。4603．7

68．70．80

中央部片側に切り込み深さの異なる 軋5，1，1．5，2clnTl（卜23081．7

472．761。20．74）スリット加工（繊維直交方向）を施した材を各4体とTlO−32358．9

383．8

5034．5716．7

した．Fig．2に示す．

T15−0

全長125cm

57．00．78

123．20．80

T15137〔〉1．3587．3

86・00．79

T15−23546．5

485．4

77・20、81

T15−3

書 2363。5364．4

64・10．79

T20−04828．2

699．1

133．4; i二二1cm ヾ＼98．4

T20【2T2（卜3E 2＼2c！れ ＼くゝ

35臥978．4」3c和 ㌧く

3．1．1最大応力と密度の関係

最大応力と密度の関係をFig。4に示す．グラフが示すよミJきうに，応力と密度の関係が明らかになった．応力と密度〉、＼＼ニー〔∵〇ちcmの間には正の相関関係が存在し，密度の増加に伴い応力O 25cm

Si55／」」女」＼」止も増加する．また，材欠損が生じても，その関係は保たさ．、＋Ⅵ￣【■【「、れている．

3．1．2 最大応力と円孔径の関係▼・・・ト0 25c打】

025c√1最大応力と円孔径の関係をFig．5j Fまg．6，Fig．7に示す．
Flg。2 曲げ試験片

T川，Tほ）T20の各試験片において，いずれも材欠損面積−ユ62叫平成10年度 研究朝告 大分県産業科学技術センターが増すにつれて最大応力の低下が顕著である．無加工材

3．1．3 ヤング係数と円孔径の関係の平均応力を1とした時，他の円孔加工材の平均最大応

ヤング係数と円孔径の関係をFig．8，Fig．9，Fig．10に力低下を比率で表ナと，次のようになった．

示す．無加工材と円孔加工材の間には有意差が認められる．TlO，T15，T20の各円孔加工材，El，E2，E3のグルー

EO二El：E2：E3＝1：0．84：0．67：0．52

プ間において，有意水準5％）で分散分析を行った結果を以この事から，直径Dの丸竹材に3／5D（r）ホゾ穴を開ける

下に述べる．TlOのグループ間については，有意差は認めと，最大応力は半分に低下するといえる．

められた．T20については，ElとE2の間に有意差は認めら7れないが，E2とE3の間には有意差が認められた．以上の6ことから，円孔径の面積比による明確な相関関係は認め

500∞00∞000000∞∞0nO

ニー∵⁚﹂さ二﹁︺■一ぺt9られなかった．T15については】グループ間に有意差が認4られないが，グラフから判断できるように，円孔径面積が大きくなるにつれ，ヤング係数が小さくなる．無加工

3206065〔〉70750台

D8509095

材の平均ヤング係数を1とした時，他の円孔加工材の平密度（g′／cmJ）﹁均ヤング係数低下を比率で表したものを以下に示す．
Fig．4 最大応力と密度の関係

EO：El：E2：E3＝1：0．65：0．58：0．54

T15

EO：El：E2：E3＝1：0．70：0．63：0．52

T20

EO：El：E2：E3＝1：0．75：0．71：0．56

∞

T10∞
∞∞00∞
∞︵篭U＼もさこの事から，直径Dの丸竹材に1′／5D■2／ノ5D・3／′5Dのホ∞9ゾ穴加工を行うと，ヤング係数はそれぞれ30％，30〜4087

只擾％，40〜50％程低下する．
︵U︵一口O

5︵UO46420裔墜も∧辛2︵盲u＼芯羊〇二こ3Fig．5 最大応力と円孔径の関係】TlO一806007∞

6抑500 ∞

只擾

20400

∞

︵篭U＼もさ9∞40Fig．8 ヤング係数と円孔径の関係−TlO−
16◆EO rr

300ウ﹂
0慮堕b∧辛︵呈0＼−V詳0﹁X︶

00 DO28060Fig．6 最大応力と円孔径の関係【T15−4〔声209∞ ∞ 00 ∞ 距 ∞ DO ∞ ∞08Fig．9 ヤング係数と円孔径の関係−T15【凝壁b∧キ54︵∈ぞ芯＃OLX︶

仁U︵盲＼忘き 雫世

732Fig．7 最大応力と円孔径の関係丁2P一1Fig．10 ヤング係数と円孔径の関係】T20−−163−平成10年度 研究朝告 大分県産業科学技術センタ州
3．1．4 最大応力と長さの関係の切断量（繊維直交方向）が曲げ強度に大きく作用する最大応力と長さの関係について，各データグループをことが分かった．

有意水準5−％として分散分析を行った結果，有意差は認め

3．2．2 曲げヤング係数と密度の関係られなかった．

曲げヤング係数と密度の関係をFig。12，Fig．13に示す．

3．2 曲げ試験

円孔加工材において，変動領域の狭い範囲（曲げヤング丸竹曲げ試験結果の平均値をTable2に示す∴試験結果係数240〜340tf）ではあるが，正の相関関係が認められより，応力・ヤング係数。密度・加工形状の間に如何なる．スリット加工材SO．5，Sl，Sl．5については，試験片る関係が存在するか検討を行った．

数が少ないものの円孔加工材と同様な傾向を示している．
この事から，密度の高い材を使用すれば高いヤング係数

Table2 丸竹曲げ試験結果（平均値）値が得られるといえる．また，S2については，密度の値が上がってもヤング係数は150げ前後と変動が見られない．

試験片 最大荷重 最大応力 ．ヤング係数 密度kgf

No

これは，3．2．1で記したようにスリット幅が4．8cmと材直kgf／′cm2 ×103kgf′／七m2 ．g／Cm3

215．9

295．00、86径の半分近くを切断しており，この事による極端な材強El

257．0

1559．4312．60．85

度低下が原因と思われる。

E2190．31244．2

297．60．85

E3121．1799．8

264．20。83SO．5

181．5

1018．7

247．3

0．79Sl142．8

1010．7

262・6Sl．574．1

442．6

176．90．82

S250．8303．8151．50．86z0．82㌃喜盲ざ︶鮎應室岳

EO

1500．73．2．1曲げ強度と円孔径の関係
曲げ強度と円孔加工材及びスリット加工材の関係をFまg．

Fig．11曲げ強度と円孔径及びスリット加工の関係11に示す．まず，円孔加工材について述べる．EOとElは，ほぼ同等の曲げ強度を示しているが，E2，E3と円孔径面053積が増すにつれて曲げ強度の低下が顕著である．EOの平nU0＜U
ハU O
5ハU52一・−

この事から，直径Dの丸竹材にホゾ穴加工を行う場合，

2︵盲モもさ≡×︶

EOニEl：E2：E3＝1：1．03：0．83：0．533

鱒学でごら姦

均曲げ強度を1とした時，他の円孔加工材の平均曲げ強度低下を比率で表すと，次のようになった．

1′／ノ5D以下ならば曲げ強度の低下は起こらないと言える．

ノlO0

しかし，2′／5Dのホゾ穴加工を行うと曲げ強度は2割程度

0．50．60 7低下し，3／′5Dでは5割程度曲げ強度は低下する．

次に，スリット加工材について述べる．

0．809

密度（g／cm3）

円孔加工材と同様に，スリットの深さが増すにつれ曲げ強度も低下し

Fig七12 曲げヤング係数と密度の関係【円孔加工−32S05y ＝ 534．ヨまY −177．47

▼

■

521

︵盲0＼忘さ0︻×︶EO：SO．5：Sl：Sl．5：S2＝i：0．68：0．67二0．3二0．2

01

スリット加工材の場合，スリットの深さというよりも3のようになった．

∩＞

顔蟹缶∧斗聖穏

各スリット加工材の平均曲げ強度低下を比率で表すと次nU O O O O O O

5ている． EO（無加工材）の平均曲げ強度を1とした時夕

s2：ゝ ＝ −■3〔ト：J5、＋ 32D．コ′

5

竹材繊維を，繊維直交方向に切断した場合のスリット幅0（繊維直交方向の長さ）で比較した方が判断しやすい．

0 5

この場合，SO．5とSlのスリット幅は平均3cm前後でありE35（円孔加工径3cm）のそれに近い．Sl▲5（7）スリット幅は平0 6

0 7

0さ

09

密度（g／／cが）Fig．13 曲げヤング係数と密度の関係スリット加工

均4．4cm，S2のスリット幅は平均4．8cmであった．以上の事から曲げ強度においては，材欠損面積よりも竹材繊維

一164−平成10年度 研究朝告 大分県産業科学技術センター
3．2．3 曲げヤング係数と加工形状の関係

びデータ解析指導を賜りました．ここに心からの謝意を曲げヤング係数と円孔加工及びスリット加工の関係に表します．

ついてFig．ユ4に示す．EOノ EIJE2のデータグループにつ
参考文献

いて有意水準59イ）で分散分析を行った結果，有意差は認められなかった．この事から，丸竹材にホゾ穴加工を行う

1）佐藤庄五郎：図説竹工芸，（1974），80，共立出版．

場合，竹材直径をDとしたとき2／ノ5D以下の円孔加工であ2）鈴木 寧：東大演習林報告，36（1948）135．

れば曲げヤング係数に影響を与えないといえる．スリッ

3）継田視明：新潟大学演習林報告，22（1989），67．

ト加工材については，試験片数が各4体と繰り返し数が少4）尾田十八：日本機械学会論文集（A編），46−409（198なく，特にSl，Si．5のデータばらつきがSO．5，S2と比較0），997．

Lて大きいため，グループ間の相関は判断し難い．しか5）天野重庚：Balnb00J，15（1998），23．

し，曲げ強度と同様にスリット幅が広くなると曲げヤン6）鈴木 寧：東大演習林報告，38（1950）5167．

グ係数も減少する．

7）北村博嗣：第11回日本木材学会大会要旨，（1961）
1．

0﹁︻︼

8）古曳博也，阿部 優ク ニ宮信治，小谷公人，寒竹慎一

0︵J：平成7年度大分県産業科学技術センター研究報告，

03︻∠5︵盲U＼芯ヂ0﹁X︶

0蚕墜トハキヒ穏（1996），78．

200
150
100
500Fig．14 曲げヤング係数と加工形状の関係
4．緒言
丸竹材の圧縮試験，曲げ試験を行って得られた結果をまとめると以下のとおりである．

丸竹圧縮試験
①応力と密度の間には相関関係が認められ密度の増加に伴い応力も増加した．
②材欠損面積が拡大するにつれ応力が低下した．
③丸竹材に1cfn以上の円孔加工を行うとヤング係数は30％以上低下することを把握した．
④最大応力と試験片長さの関係については，相関関係が認められなかった．

丸竹曲げ試験
①円孔径1cm以下の加工であれば曲げ強度に影響を与えない．

②曲げヤング係数と密度の間には相関関係が認められ密度の増加に伴い曲げヤング係数も増加した．
③円孔径2cm以下の加工であれば曲げヤング係数に影響を与えないことを把握した．
謝辞
本研究は，森林総合研究所木材利用部接合研究室の方々のご支援により進めることができました．業務多忙の中，研修生として受け入れていただき，実験技術指導及ー165−