越前瓦の伝統的地場産業技術を生かした大型外装タイル「越前耀変タイル」の開発について |
THE DEVELOPMENT OF A LARGE TILE, ”ECHIZEN YOUHEN TILE”, FOR EXTERIOR FINISHING BASED ON TRADITIONAL LOCAL INDUSTRIAL TECHNOLOGY |
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岡崎甚幸 高嶋 猛 松下 聡 寺尾 奉 |
Shigeyuki Okazaki Takeshi Takashima Satoshi Matsushita Sasagu Terao |
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キーワード 大型外装タイル、 瓦、 せっ器質タイル、タイル先付け工法、白華現象、耀変タイル |
Keyword Large Exterior Tile, Roofing Tile, Stoneware Tile, Cast-in Tile,Efflorescence Phenomenon |
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*1 京都大学大学院工学研究科生活空間学専攻 教授 （〒606 京都市左京区吉田本町） *2 福井大学工学部環境設計工学科 助手 *3 福井大学工学部環境設計工学科 助教授 *4 福井県工業技術センター環境材料研究班 主任研究員 |
Prof. Kyoto University, Graduate School of Engineering Dept.of Architecture and Environmental Design Assisstant, Fukui Univ. Faculty of Eng. Dept.of Arch. And Civil Eng. Assoc. Prof. Fukui Univ. Faculty of Eng. Dept.of Arch. And Civil Eng. Division of Environmental material research Chief Researcher, Industrial Technology Center of Fukui prefecture, |
１．はじめに
建物は元来、地域の自然環境の一部がわずかばかり加工されて、自然の中に再構成されるもの。それが建てられる付近の木を切って柱や梁にし、土をこねて壁にし、土を焼いて屋根に載せ、色や形を少しばかり変えて、自然の中に再構築された。だから地域の自然に調和し、地域毎の町並みに特徴があった。しかしいまや全国共通の大量生産による建材が、次々と市場に流れる。その結果建物から地域の顔が失せ、木造のような伝統的技術が生まれることもない。一つの材料が伝統的形態に高められる間もなく、次の材料に変わる。
元来、その地域にもっとも固有な物は、もっとも国際的な物のはずである。国際性は地域のアイデンティティーから始まらなければならない。１９９５年１０月の世界体操競技選手権鯖江大会を竣工直後に控えたサンドーム福井(福井県産業振興施設)の設計では、最先端の建設技術を最大限応用すると同時に、地域の自然や文化や歴史が込められた伝統的地場産業技術もおおいに利用し、地域の発展に寄与する方法を模索した。その結果以下の四つの伝統的地場産業技術を開発あるいは改良して利用した。越前瓦の伝統を生かして開発し「越前耀変タイル」と名付けた大型外装タイル。鯖江市河和田地区の漆塗の技術を応用して開発した内装用の越前漆タイル。越前打刃物の鍛造技術を応用して開発した装飾金物。そして今立町の越前和紙が管理会議棟のほぼ全面に貼った。ここでは越前耀変タイルの技術とその開発過程について報告する。
先端の建設技術による仕上げは、均一で材質感を感じさせないシルバーメタリックで、空間に描かれた幾何学のように表現された。一方、伝統的地場産業技術による仕上げは、その材質感をできるだけ表現するように、また個々の材料が固有の顔を持つように均一な仕上げにはこだわらなかった。
２．開発の組織と経緯
サンドーム福井は直径約１１６ｍのドーム屋根を持つイベントホール棟とこれに付属する管理会議棟とからなる産業振興施設で、平成５年(1993)４月に着工し、同７年(1995)３月に竣工した。
越前耀変タイルはドームの1､2階の現場打ちコンクリートの外壁や3階のPCパネル製の外壁に張られた。このタイルはドームの設計に関わる福井大学のスタッフと福井県工業技術センター、福井県瓦工業協同組合、_武生窯業、敦賀セメント･秩父セメント中央研究所の産･官･学による研究チームの共同開発の成果である。
開発の条件として以下の主な項目を設定した。
Ａ．大型で精度がよく耐久性があること。
Ｂ．施工性、補修性が良いこと。
Ｃ．昔の越前瓦特有の色調であった赤紫色を再現すること。
Ｄ．凍害や白華を生じないこと。
Ｅ．伝統的地場産業の一つである瓦製造業の振興に繋がること。
開発は、平成４年(1992)末の釉薬試験を皮切りに、素地の試作、品質実証試験、試験張り、補修実験などを繰り返し、平成６年(1994)2月から生産を開始した。
3.越前瓦の伝統技術と開発課題
越前瓦と呼称されている粘土瓦は日本六大古窯の1つである古越前の伝統技術「黄土を器の表面に塗布化粧し還元焼成する」ことから発展したものである。これは耐火度が高く焼き締まり難い粘土で成形された大型の瓶や壷などの容器を造る際、表面を固く緻密な状態にする目的から発生した化粧掛けの一種である。薪を燃料とした穴がまで焼成されたため酸化と還元が繰り返され、凹凸のある素地表面に燃料の灰が付着して融けた自然釉と黄土化粧部の美しい赤褐色をした深みのあるテクスチャーが越前焼の特徴の1つとなっている。神社仏閣などの瓦もこれと同様な素材と技術で製造されたため、現存する江戸時代の瓦は赤褐色、明治大正時代の瓦は赤味を帯びた紫色をしている。
現在の越前瓦は、酸化第二鉄を主成分とする紅柄と粘土鉱物が配合された釉を施し、1,200℃還元で焼成した銀ネズミ色の「せっ器質」の瓦で、日本的な落ち着いた色調、優れた耐寒性、雪下ろし作業の際に滑りにくいなどの特徴から、福井県や新潟県安田地区など積雪寒冷地で製造・使用され、地域の統一的景観を形成する伝統的建材として高い評価を得ている。
現在、明治・大正時代の原料や設備、製法を再現することは不可能である。そこで、現在ある原料や設備、製法や関連諸技術を生かして製造し供給するには、従来の技術を応用し、新しい技術を開発する必要がある。また製造工程や施工についても高度な管理技術が要求される。現状の分析と課題及びそれに対する対策について総合的に検討を行った。
4. タイルの形態と色彩
4.1 タイルの形態
福井の雪にはいまだに福井で作られた伝統の越前瓦が好まれている。何百年もの間、土、釉薬、焼き方、形状に工夫が凝らされた伝統産業の知恵をドームの外壁に再現しようと試みたものである。
タイルの形態は、越前瓦（粘土瓦）の製法によって規定される。越前瓦の製法は金型を固定し、原料の粘土をスクリュー式の真空押し出し成形機で押し出し、一定の間隔で切断する押し出し成形方法である。このため、押し出し成形で可能な断面形状で製作した。また、越前瓦の主体は桟瓦である。桟瓦の重なりがもたらす機能と形態を継承した形とした。上のタイルが下のタイルに被る形式とした。これによって白華原因の一つである目地を減らした。またこの被りは同時に水切りの役目をはたして外壁のぬれや汚れを防ぐ結果となった。
大きさは、施工性能、建物の高さのモジュールや外壁の長さな どが許す範囲でできるだけ大きい横２００×縦１５０（働き）とした。この大きさだと1枚あたり約1.5kgの重量となり、いかに施工するかが形態の決定に大きな要因となった。当初は落下防止のため熨斗瓦を用いた乾式工法の検討を行った。ステンレスバーを縦に躯体にアンカーで止め、瓦裏面に取りつけたステンレスワイヤーで取りつける方法を模索したが、金具のコスト面で調整がつかず断念した。
そこで、湿式工法での検討に入り、タイル裏面の足の工夫によって充分な接着性能が得られることを確認し、タイル形状の決定に向けて、試作品を製作しながら、品質や耐久性に関する各種の性能試験を行った。
形状は当初かぶり部の表面が直線のものを計画したが、焼成の段階で表面入隅部の両端に収縮亀裂の入ることが確認された。また、このタイルは材質としてはせっ器質であり、３〜５％前後の吸水率があることから、雨水を流しやすくするため、曲面の形状にすることでこれらの問題を解決した。さらに曲面の方がタイルに重厚感と風格を与えた。また、タイルの厚み、足の長さ、被りの大きさや形状については、水の切れ方や、縦目地の深さと漏水、逆水防止、補修などについての検討した。
以上の過程を経て、製品としての基本タイルと15種類の役物タイルの形を決めた。
4.2 タイルの色彩
現在生産されている越前瓦の色彩は、一般に「銀ネズミ」と呼ばれている銀鼠色である。この色彩については田中1)、宮下2)らの研究が知られている。それによると釉薬中の酸化鉄が還元によって素地中のSiO2と固相反応して珪酸鉄を生成し、表面はさらに再酸化されてα-Fe2O3の結晶が発達(とりわけ結晶底面)することによるとされている。α-Fe2O3は結晶の集合度や発達の程度などによって銀色、赤紫、褐色、茶色、赤色、金色など色調が変わる。しかし、古い民家や社寺などに見られる古越前瓦は茶色とも赤とも紫ともつかぬ深みのある微妙な色彩をしている。当時の製法や釉薬の詳しい組成についても知られていないので、瓦の表面を顕微鏡で観察したところ、釉薬が点状に融け、素地の色と釉薬の色が混在した状態の色調であることが判った。そこで現在の技術でこれを再現するために、酸化鉄の種類と含有量、施す釉薬の濃度と厚さ、焼成の温度と雰囲気などを実験し、色彩、強度、変形などを確認した。その結果、純度98%の酸化鉄α-Fe2O3のみを流し掛けで極めて薄く施釉し、1,200℃で還元焼成することで目的の色彩を得た。このタイルは、釉薬の厚い部分は銀ネズミ色、薄い部分は紫がかり、素地の赤みとが混在するので、周囲からの光の影響や当たり具合によって色調が変化する。そこで「越前耀変タイル」と命名した。屋根の耐候性鋼板とも同系色である。
5．タイルの品質と耐久性
5.1 外壁の種類と試験・実験項目
イベントホールの３階床までは現場打の鉄筋コンクリート造、これより上部のドームは鉄骨造である。ドームの大空間を囲む３階の壁はドームの構造体の動きに対応するようにＰＣパネルで計画された。
タイルの張り方は３階床までのコンクリート面への直張りと、３階のＰＣパネルへの打ち込みの二種類である。それぞれについてタイル自体の品質、および施工性の両面から以下に述べる付着性能試験、暴露試験、品質試験、ＰＣパネルへの打設方法の実験、タイル補修実験などを行った。
5.2 付着性能試験
5.2.1 改良積み上げ張り (ビブラート使用) の付着性能試験
Ｌ型擁壁に約1.5_の試験張りを行い接着強度試験を行った。試験は｢建築工事施工管理指針｣11章5節のタイル接着力試験に基づき、試験張りから3週間後に行った。試験はタイルを100mm角に切断して測定した結果、13.5kgf/c_の接着強度を得た。
5.2.2 ＰＣパネル打ち込みの付着性能試験
パネルの付着性能実験は、当初計画されていたＧＲＣパネルで行った。その結果、材令28日で11.9_f/c_ 、凍結融解100サイクル後で10.3_f/c_ の付着強度を得、モルタル面との付着強度についての確認ができた。
5.3 暴露試験および品質試験
5.3.1 改良積み上げ張りと変色防止対策
同様のＬ型擁壁に平成4年12月に約1.5_の試験張りを行い、冬季６か月の暴露試験を行った。その結果、タイル表面に変色が発生した。この変色は釉薬面が赤や青の光彩を示す斑紋を生じたものである。この原因をＥＳＣＡ（電子分光法を利用した化学分析）で深さ方向の元素分布(図-5)を調べるとともに、表面を電子顕微鏡で観察した(図-4)。この結果から、表面が珪酸質の物質で覆われていることが確認できた。変色発生原因にアルカリによる白華現象が関与していると推定し、水酸化ナトリウム溶液に片面吸液させる実験を行った。白華現象が「吸収→表面蒸発」に起因することが知られているので、真野らの試験方法を参考に、室内で一週間放置したところ表面に白華が生成し、白華の発生部は試験張りタイルの変色部と同様に赤色や青色に変色していた。再現実験によってメカニズムが解明されたので、変色の対策として焼成後の全製品にシリコーン液の含浸処理を行い、JIS-A-5209陶磁器質タイルの試験方法に準拠して品質試験に供した。その結果を表-１に示す。
表-1 シリコーン処理したタイルの品質
| 試験項目 |
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試験結果 |
| 吸水率 | 24時間吸水105℃乾燥 | ３％以下（平均値） |
| 曲げ強度 | 切断試料3点荷重法測定 | 217_f/c_（平均値） |
| 耐凍害性 | -20℃〜＋20℃（繰り返し） | 100ｻｲｸﾙ 以上なし |
| 外観、寸法 | JIS-A-5209 | 赤紫艶消し(焼成時と同じ) |
5.3.2 タイル先付けPCコンクリートパネルの試験
せっ器質タイルを先付けすると、タイルに吸水性があるので界面剥離を発生させることが考えられたので、接着強度について試験した。その結果溌水材を人為的にタイル裏面に塗布した場合でも9.5kgf/c_以上の接着強度が確認された。タイルには被り部があるため、隙間にゴミや水が進入し、凍結破損や接着強度が大幅に低下する恐れがあった。そのため凍結融解実験を２００回行い、一定 回数毎に外観を調べ接着強度などについて試験した。タイル先付けパネルの凍結融解試験は、側面のコンクリート部から侵入する水が影響する恐れがあるので、４枚のタイルを張り付けたミニパネル試験体の側面をエポキシ系シーリング材で処理し、JIS-A-1435建築用外壁材料の耐凍害性試験方法に準拠して行った。その結果、200サイクルの繰り返しでも被り部の凍結破損は見られず、タイルの接着強度も建築工事施工管理指針の基準をクリアした。
5.4 タイル先付けPCコンクリートパネルの打設実験
被りのある形式のため表面に凹凸があるタイルをパネルにどのように打ち込むかが製法上の課題であった。通常の打設方法では縦目地、タイルの重ね目からノロ漏れの恐れがある。そこでタイル目地には、表面を下にしタイルを敷きならべた後、 ペフ材をつめて目地の隙間を埋める従来の工法と、保持材（ゾル状でゆっくりとゲル状になるもの）を注入して目地の隙間を埋める改良寒天工法の２種類の方法を比較検討し、以下の結果を得た。
(1) ノロ漏れについて
脱型後、ペフ材の場合は縦目地、重ね目の両方からノロ漏れが見られた。せっき質タイルであるため、このノロは除去が不可能である。改良寒天工法ではノロ漏れも見られず、良好な状態であった。
(2) タイル敷き並べについて
従来工法ではタイルの寸法精度やペフ材の厚みによってタイルの敷き並べが困難になり、手間も掛かる。改良寒天工法では目地寸法が正確に取れ、敷き並べも容易である。
(3) タイルの表面汚れについて
改良寒天工法ではタイル表面に多少の汚れが見られるが、お湯による清掃で除去できる。
(4) 撥水性について
改良寒天工法により、タイル表面に付着した接着材を高圧水で除去する際に撥水効果が多少減少することが判明したが軽微で全体的には問題はなかった。以上の結果から、改良寒天工法を採用し生産を開始した。ただし、目地を縦横に通すために通常のタイルに較べて施工に熟練を要した。
5.5 タイル補修 (タイル削り取り) 実験
直張り及びＰＣパネルへの打ち込の両工法とも、将来、タイルの損傷等による張り替えが必要になる。下部のタイルに上部のタイルが被さる形状であるため、周囲のタイルに損傷を与えずに取り替えができるかどうか、両工法について試験体で実際に実験を行った。実験はタイル被り代を33_と23_としたものを用い、素人、タイル職人の両者によって破損したタイルの除去の実験を行った。長い場合は素人では上部タイルの被り部分を損傷した。タイル職人は被り部分の損傷はなかったものの1枚につき１０分以上を要した。短い場合はタイル職人で行って一枚につき６分を要した。
以上の結果から、被り代を23_にすることとした。
6. タイルの施工
4、5の結果から基本的なタイルの形状を決定した(図-6)。 壁面にアクセントを与えるため、表面に３本の半円形凸断面の水平ラインを設けたタイルも用意した。実際の施工では、入隅、出隅、最下部等、種々の役物が必要となる。種類を多くするとコストにも影響するが、最終的に15種類の役物タイルを製品化している(図-6）。施工延べ枚数は、直張り部約
171,000枚（約3,500_）、ＰＣパネル部約58,000枚（約1,900_）の計約23万枚（約5,400_）である。
これらの実際の張り上がり状態を示す（写真-1）。
7. タイルの製品化
このようにサンドーム福井のイベントホール棟外壁に使用した大型タイルは、製品の性能としても、施工面からも従来の大型タイルに優るものである。また、白華やタイル面の汚れを押さえる被りとそれによる水切りを採用したことによって、深い陰影のある質感と量感を兼ね備えた意匠となった。また、寸法誤差も比較的少なく、タイルの大きさの割りには低価格でもある。このタイルは、福井県瓦工業協同組合から「越前耀変瓦タイル」として商品化され、また「横目地の見えない逆水防止型タイル」として実用新案登録を申請中である。
8. 結語
このように今回開発した大型タイルは、プレス加工による成形方法とは異なり、越前瓦の技術を応用した押し出し成形方法によって製造され、古い越前瓦の色彩を再現したものである。屋根に葺かれる瓦と異なり、外壁のタイルには屋根瓦以上の精度が要求され、白華や変色といったモルタル面との関係から生じる問題の解決も要求された。それだけに開発は試行錯誤の連続であったが、最終的には廉価で性能の良い大型タイルとして市販されるに至った。
このことは、単に越前瓦の技術を応用したというに留まらず、今後の建築材料の生産のあり方について大きな一歩であると考えられる。流通の発達によって同一の性能の材料が全国で得られるようになっているが、運賃の比率も遠方になるほど大きくなるのは事実である。特殊な材料については止むを得ないだろうが、古くから固有の土地で生産されたものを生かして改良を加えることによって、廉価でしかも建築の持つ文化的側面を維持し続けるような地域の風土に根差した材料を生産すべきである。伝統的技術をどのように生かすかが現在の建築界の問題となっており、この大型タイルはその解決の一方法として有効であったと考える。
参考文献
1) 田中聡,庭野一久： 酸化鉄による瓦釉の銀色呈色についての考察, 窯業協会誌, Vol.81, [10],435(1973年)
2) 宮下節夫,伊部壽夫： 越前瓦釉の研究, 福井県窯業試験場研究報告,No.17, 32 (1981年)
3) 真野孝次他：セメント系材料の白華試験方法の検討, 建材試験情報, Vol.118, No.7, 14(1982年)
4) サンドーム福井(福井県産業振興施設),｢新建築｣第70巻8号(1995年8月号), pp.161-166, pp.244-245, 新建築社, 1995
5) サンドーム福井,「日経アーキテクチュア」,No.526号(1995年7月17日号),pp.122-127, 日経BP社
6) 岡崎甚幸：雪国のドーム：サンドーム福井, 建築東京, Vol.31, No.370 1995,(1995年8月号), 東京建築士会, 1995
7) 岡崎甚幸：サンドーム福井の計画, 月刊体育施設, 第24巻7号,(1995年6月号), pp.16-20, (株)体育施設出版, 1995