耐震補強材として日本初のJIS適合品！ 繊維メーカーが生み出した炭素繊維複合材料が建築物の耐震を変える

大雪被害から見えたCFRPワイヤーの可能性

石川県にある繊維メーカーの小松マテーレ株式会社が開発した「カボコーマ・ストランドロッド」は、同社の熱可塑性炭素繊維複合材料（CFRTP）である「炭素繊維」の周囲をガラス繊維で被覆し、それらを7本束ねて、ねじりを加えて作られたロープ状の製品だ。

鉄製のメタルワイヤーなどと同じように使えるが、比重はなんと鉄の約5分の1。引っ張る力に強く、ベースが炭素繊維ゆえにさびないなどの特徴を持つ。

160mのワイヤーの重さは約14kg。同じ長さのメタルワイヤーと比べて軽量なため、楽に持ち運ぶことができる

とはいえ、繊維メーカーである同社が、なぜ耐震補強材料を開発することになったのか。同社理事 技術開発本部長補佐の奥谷晃宏氏は、開発の経緯を次のように振り返る。

「炭素繊維は当社でも大いに注目していた素材です。われわれも繊維メーカーとして何か作ることができないかと考えていたところに出くわしたのが、ある冬の関東地方での大雪でした。体育館の屋根が雪の重みでつぶされてしまうという話を聞き、補強の必要性を感じたのですが、重さに弱い建物を補強するために重量のある鉄を使うのはエネルギー効率の観点から合理的ではありません。そこで、軽くて強いワイヤーがあれば役に立つのではないかと考えました」

小松マテーレ株式会社 理事 技術開発本部長補佐の奥谷晃宏氏

その後、建設・土木・工作機械などを手掛ける複数社にヒアリングを行い、潜在的なニーズも見えてきたため、本格的に開発に着手した。

最新技術と伝統の技が融合して生まれたカボコーマ・ストランドロッド

奥谷氏によれば、炭素繊維を束ねてガラス被覆すること自体はそれほど難しいことではなく、開発で最も苦心したのは引っ張る力への耐久性を出すプロセスだったという。

「他のメーカーさんを見ていても、炭素繊維の束に樹脂を染み込ませ、硬化させて強度を出す方法が採用されています。しかし、単純に樹脂を染み込ませるだけでは、束の奥まで均一に樹脂を入れられず、強度にバラつきが出ることが分かりました」

カボコーマ・ストランドロッドの断面。写真のものは太さ約9mmで、黒い部分が炭素繊維の束となる

そこで着目したのが熱可塑性樹脂だ。

他メーカーの事例では、熱硬化性樹脂を採用するケースがほとんどだったが、これは一度硬化させると再加工が難しく、扱いづらいという難点があった。そのため、同社では熱をかけると柔らかくなる熱可塑性樹脂を選択した。

「熱可塑性樹脂はチョコレートのようなもので、加熱しないと粘性が高く、均一に樹脂を付与することが難しいことは分かっていました。そこで、独自に含浸用の樹脂を開発し、まずは均一に樹脂を付与。さらに、強度を増すための化学反応による高分子化プロセスを経て、メタルワイヤーに見劣りしないレベルの強度を出すことに成功しました」

また、カボコーマ・ストランドロッドには、石川県ならではの技術も取り入れられた。実に7200本もの炭素繊維をしっかりと束ねるのは、能登半島伝統の“組みひも”の技だ。

カボコーマの周囲を覆う白色のガラス繊維。黄色の丸囲み部分のように、組みひも技術によって強固に編み上げられていく

「組みひも職人は年々減っていますが、今でも機械を手入れしながら仕事を続けているところもあります。ワイヤーを作る際に、繊維を束ねる方法に悩んでいたとき、とある方から『組みひも技術を取り入れればうまくいくかも』と助言をいただき、職人さんに相談しました。すると、できるだろうというお返事をすぐにいただき、繊維の束をガラス繊維で覆った1本のワイヤーが完成しました。聞けば、組みひも技術というのは靴ひもや絵馬のひも、水素自動車のタンクなど、日本産業のあらゆるところで使われているそうです。カボコーマ・ストランドロッドが誕生する中で、あらためて組みひも技術のスゴさを実感した出来事でもありました」

重要文化財など、木造建築の耐震補強とも好相性

カボコーマが完成し、早速建材としての活用を目指した同社だが、事はそう簡単に運ばなかった。

「建築の構造材に使用できる素材というのは、建築基準法に定められたものに限られます。新素材であるCFRPはもちろん対象外で、すぐに鉄筋コンクリートに取って代わることは不可能だと思い知りました。そこで考えたのが、既存の建物の耐震補強材としての利用です。1968（昭和43）年に建設された本社棟の改築に、カボコーマ・ストランドロッドを使うことにしました」

小松マテーレのファブリック・ラボラトリー「fa-bo（ファーボ）」。2015年に工事を終えた旧本社棟は、同社の技術と歴史を物語る展示室を備え、ワークショップも可能な施設として生まれ変わった

設計を行ったのは、過去にコラボしたことがあった建築家の隈研吾氏。建物を柔らかい布で覆ったようなイメージの外観部分をはじめ、内部の補強壁にもカボコーマ・ストランドロッドが使用された。

実際に採用された事例を生み出し、徐々にカボコーマ・ストランドロッドの認知度は増していくことになる。

「現在は、カボコーマ開発のきっかけとなった屋根の補強をはじめ、善光寺（長野県）の経蔵（輪廻塔）や清水寺（京都府）など、貴重な文化財建築物の耐震補強にも引き合いを多くいただいています。文化財の多くは木造建築ですから、より軽い補強材を使うことで建物にかかるエネルギーの負担を減らすことができますし、こうした建物は山奥など重機が入れない場所にあることも多いので、運搬しやすいこともメリットになっています」

世界遺産である富岡製糸場（群馬県）や隣接する古い倉庫の耐震補強にもカボコーマ・ストランドロッドが使用されている

建物の寿命を延ばし、長く使える社会インフラへ

「建設業界は人手不足、建物の老朽化や維持コストの高騰など多くの課題を抱えていますが、カボコーマのような炭素繊維素材の普及が進むことで、こうした課題の解消にもつながる可能性があります」と奥谷氏は語る。

国内には、高度経済成長期に建造された工場建物が数多く存在しており、その多くが現在の耐震基準を満たしていない。

補強するとなると大がかりな足場の設置や、そのための溶接作業などが必要になり、工場の稼働を一時的に止める必要がある。それは生産性の低下を意味することでもあり、なかなか踏み切れないというのが現実だ。

「カボコーマ・ストランドロッドであれば重い物を上へ置く必要がなく、足場の設置もより簡易に済ませられますし、工場を止めることなく施工が可能なことも多いです。それに、少子高齢化による人手不足も深刻ですが、軽い素材なら作業に携わる人数が少なくても運びやすく、高齢や女性の職人さんであっても作業ができます。実際に、カボコーマを扱う現場ではベテランの職人さんたちから高い評価をいただいています」

また、既にある信号柱や照明柱などのインフラ設備を守るために、シート状に織ってあるカボコーマも開発された。

本社を置く石川県をはじめ、雪の多い地域では凍結防止剤として塩を使ってきた。道路にまかれた塩分が雪と共に道路脇に立つ電柱や鉄柱のそばに固められることで、その多くが腐食しているのだという。

「それらの破損や倒壊を防ぐため、根元にカボコーマ・シートを巻き付けて接着、もしくは新たに設置される電柱などにあらかじめ装着しておくことでより長期間の利用が可能になります」と奥谷氏は言う。

新たに設置される電柱に装着されるカボコーマ・シート

「これまでの日本の建設は造っては壊し、壊しては造るスクラップ・アンド・ビルドのスタイルでした。でも、これからの持続可能な社会では補強しながら10年、20年と建物を延命させて、古い建物を長く上手に使っていくという形がマッチしていくと考えています。特に日本は地震とは切り離せない環境にあるので、補強材としてカボコーマが役に立てたらうれしいですね」

気になるカボコーマのコストは、単純に価格や生産コストを見て鉄筋コンクリートと比較するとまだまだ高いのが現状だ。

しかし、長期使用を前提に考えれば、点検やメンテナンスなどのランニングコストが抑えられるため、その分割安とも考えることができる。また、今後さらに炭素繊維の生産技術が向上することによって生産にかかるコストが下がることも考えられる。

小松マテーレのチャレンジは、まだまだ大きな可能性を秘めている。

カボコーマの登場と普及は、人手不足や建物の老朽化といった建設業界が抱える課題への一つのアンサーといえそうだ。