JP2004082329A

JP2004082329A - 集成材およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004082329A
Application number: JP2002242206A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Okada; 岡田　昌和
Original assignee: KOBELCO LOGISTICS Ltd
Current assignee: KOBELCO LOGISTICS Ltd
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】害虫がつきにくく、異方性のない優れた強度特性を有し、しかも製造コスト面でも割安な集成材およびその製造方法を提供することである。
【解決手段】２段階の調湿工程と自然乾燥とにより、含水率を一様にしたポプラの小角材２を長手方向に、フィンガージョイント部３を設けて加圧接合した後、その繊維方向をそれぞれ略平行にして、断面が角形状となるように複数配列し、接着剤を介して幅方向および高さ方向に加圧接合してポプラの集成材１を形成したのである。このように集成化することにより、単一木材よりも曲げ強度が向上し、また、その異方性が著しく軽減され、かつ、ねじれや反りが発生しにくくなる。これらにより、害虫がつきにくい特徴を有するポプラを、梱包用材料や建築用の造作材料として使用することができ、かつ、ポプラは入手が容易な木材であるため、これらの集成材を割安に製造することが可能である。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ポプラの集成材に係り、具体的には、長手方向に加圧接合により集成したポプラの小角材を、断面が角形状になるように幅方向および厚さ方向に加圧接合した集成材およびその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製材された板または小角材などを繊維方向を平行にして、長さ、幅および厚さ方向に接着剤を介して加圧接合した集成材は、通常の天然木材に比べて、強度特性に優れ、また、ねじれや曲がりなどが起こりにくくなるなどの利点があり、一般に、建築用の柱、梁などの構造材や手すりや壁材などの非耐力部材である造作材などに用いられている。
【０００３】
物流に不可欠な梱包用の木材としては、従来から、強度の高い針葉樹木の松などが用いられているが、松は、害虫がつきやすく、仕向け国によっては、当該国への輸出用の梱包材への松の使用が禁止されている場合がある。一方、害虫がつきにくい、即ち虫に食われにくい木材として、落葉樹木のポプラが知られているが、ポプラは軟らかくて強度が低く、ねじれや反りなどが起きやすい性質を有する。
【０００４】
一般に、製材された板または小角材などを繊維方向を平行にして、長さ、幅および厚さ方向に接着剤を介して加圧接合した集成材は、通常の天然木材に比べて、強度特性に優れ、また、ねじれや曲がりなどが起こりにくくなりなどの利点があり、建築用の柱、梁などの構造材や手すりや壁材などの非耐力部材である造作材などに用いられている。
【０００５】
前記ポプラの強度を向上させるために、このような集成材の特徴を利用して、薄肉の単板を多数積層し、角材のように仕上げた集成材、所謂合板が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このポプラの合板は、積層方向における強度は高いものの、積層方向とそれに直角な方向で曲げ強度が異なるなどの異方性が現れ、とくに負荷の大きい梱包用材として用いる場合には、強度不足や輸送過程での信頼性に欠けるという問題点があった。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、害虫がつきにくく、異方性のない優れた強度特性を有し、しかも製造コスト面でも割安な集成材およびその製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。即ち、複数本のポプラからなる小角材をその繊維方向をそれぞれ略平行にして、断面が角形状となるように、接着剤を介して幅方向および高さ方向に加圧接合して、ポプラの集成材を形成したのである。
【０００９】
このように、ポプラの小角材をその繊維方向をそれぞれ略平行にして加圧接合し、断面が角形状の集成材を形成することにより、荷重の作用面が異なることによる、即ち中立軸の湾曲方向が異なることによる断面２次モーメントの変化が小さくなること、および各小角材を、その木目の方向、即ち繊維方向に直角な断面における年輪の方向が相反するように集成することによって、曲げ強度の異方性が著しく軽減され、かつ、ねじれや反りが発生しにくくなる。
【００１０】
なお、各小角材の繊維方向の平行状態からのずれ、即ち一種の繊維傾斜角は、２０°以内であることが望ましい。繊維方向のずれが２０°を超えると、特に曲げ強度の低下が顕著になるためである。
【００１１】
また、集成材とすることで、ポプラの原木の欠陥を取り除いたり、分散させたりすることができることなどから、単一木材の場合と比べて、曲げ強度などの強度特性を向上させることができる。
【００１２】
これらにより、軟質で、ねじれや反りが生じやすい欠点が改善され、害虫がつきにくいという特徴を有するポプラを、梱包用材料として、または建築用の造作材料として使用することが可能となる。
【００１３】
ここで、ポプラは、ヤナギ科ハコヤナギ属の植物を意味し、わが国でいうセイヨウハコヤナギは勿論のこと、ドロノキ、ギンドロなど、同様の特性を有する同属他種の植物を含むものとする。また、前記小角材は、その断面形状が正方形に限らず、矩形であってもよい。
【００１４】
前記小角材を長手方向に接合し、少なくともその一つの接合部が他の接合部と異なる断面に位置していることが望ましい。
【００１５】
このようにすれば，必要長さに応じたポプラの集成材が得られ、しかも、強度が低下しがちな各小角材の接合部の全てが同一断面に位置しないように集成しているため、長手方向の接合による曲げ強度の低下を抑制することができる。
【００１６】
複数本のポプラからなる小角材を長手方向に、互いに接着剤を介して加圧接合して、集成材を形成することもできる。
【００１７】
このようにすれば、短尺のポプラ原木からでも、集成して所要長さの小角材を得ることができる。それにより、上述のように、必要長さに応じたポプラの集成材が得られる。なお、加圧接合は、小角材の端部に、フィンガーが水平方向または垂直方向のフィンガージョイント、フックドスカーフジョイントなどを形成して行なうことが望ましい。
【００１８】
複数本のポプラからなる小角材用素材の調湿工程と、この調湿後の小角材用素材から作製した小角材を、接着剤を介して断面形状が角状の集成材に接合する加圧接合工程と、この集成材を所要長さに切断する切断工程とを備えた集成材の製造工程で、前記調湿工程が、前記小角材用素材の含水率を、いずれも一様に所要の含水率となるように調節する第１の調湿工程と、この含水率よりも低い目標含水率に調節する第２の調湿工程とを含むようにして、ポプラの集成材を製造することができる。
【００１９】
このように、第１の調湿工程で各小角材用素材の含水率を一様に所要の含水率になるように、加湿等により調節しておけば、第２の調湿工程での調湿、即ち乾燥開始時に、各小角材用素材の含水率は一様に揃っているため、前記各小角材用素材をこの含水率よりも低い目標含水率に一様に調節しやすくなる。そして、その後の自然乾燥により、各小角材用素材は一様に、この目標含水率から、梱包用材料として、または建築用の造作材料としての使用環境に近い安定した含水率に収束する。安定した含水率に収束する。それにより、集成材は、一様な安定した含水率の前記各小角材用素材から作製された小角材から形成されるため、例えば、乾燥収縮などによる内部応力が生じにくく、反りや割れなどの発生を防止することができる。
【００２０】
複数本のポプラからなる小角材用素材の調湿工程と、この調湿後の小角材用素材から作製した小角材を、接着剤を介して長手方向に接合する加圧接合工程とを備えたポプラからなる集成材の製造工程で、前記調湿工程が、前記小角材用素材の含水率を、いずれも一様に所要の含水率となるように調節する第１の調湿工程と、この含水率よりも低い目標含水率に調節する第２の調湿工程とを含むようにして、ポプラの集成材を製造することができる。
【００２１】
このようにすれば、上述のように、前記各小角材用素材から作製した、それぞれの小角材の含水率が一様に安定し、乾燥収縮などによる内部応力が生じにくく、集成材の反りや割れなどの発生を防止することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付の図１から図７に基づいて説明する。
【００２３】
図１および図２に示すポプラの集成材１は、ポプラの小角材２を２列３段に加圧接合して、形成されたものである。また、図３に集成材１の製造工程の流れを示す。
【００２４】
図３に示したように、ポプラの原木から切り出した素材は、第１の調湿工程で予め、一様にほぼ２０％から２５％の含水率になるように加湿調節された後、第２の調湿工程で含水率が６％から８％の範囲となるように乾燥され、その後に、数日間、自然乾燥される。この自然乾燥後の含水率は、梱包用材料や建築用の造作材料としての使用環境に応じた８％〜１２％の安定した範囲に収束する。そして、前記素材を切断して、小角材２が得られ、各小角材２の端部には、図４（ａ）にその断面図を示すように、水平方向に形成された、フィンガー深さｄｆのフィンガージョイント部３が形成される。この小角材２は、加圧接合後の集成材１が所要の長さとなるように、図４（ｂ）に示すように、前記フィンガージョイント部３で接着剤を介して、長手方向に加圧接合されている。なお、前記フィンガージョイント部３のフィンガー深さｄｆは、１１ｍｍから１５ｍｍの範囲が望ましい。
【００２５】
前記小角材２は、長手方向に加圧接合後、各接合面に接着剤が塗布され、それぞれの木目４が各段間で相反するように積み重ねられ、室温で１０〜１５ｋｇ／ｃｍ^２の加圧力で３０分〜１時間、好ましくは４５分程度加圧保持して接合されて集成材１が形成され、養生のため、丸１日放置した後、所要の長さに定尺切断され、通常、断面寸法が、およそ５ｍｍ角〜１２０ｍｍ角の範囲の集成材１が作製される。
【００２６】
なお、前記接着剤としては、熱硬化処理等が不要で、生材のままで十分な接着力を持つ水性ポリウレタン粘着剤を用いることができる。また、接着力および耐老朽化に優れ、木材を汚染せず、柔軟性に優れるなどの特徴を有する酢酸ビニル樹脂エマルジョンや、ユリア樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤、メラミン樹脂接着剤など他の樹脂系接着剤を用いることもできる。
【００２７】
【実施例】
上記の製造工程で、ポプラの原木から、欠陥部を取り除いて切り出した断面寸法が幅４２ｍｍ、厚さ２８ｍｍ、長さ１０００ｍｍのポプラの小角材２を４本、フィンガー深さｄｆ（図４（ａ）参照）が１３ｍｍの水平方向のフィンガージョイント部３で、前記の水性ポリウレタン粘着剤を介して、長手方向にそれぞれ加圧接合した。そして、図２に示したように、各段間で木目４が相反するように、この小角材２を２列３段に積み重ねて、水性ポリウレタン粘着剤を接着剤として用い、各小角材２の長手方向の接合部、即ちフィンガージョイント部３が同一断面内に位置しないように積み重ねて加圧接合し、一辺が８４ｍｍの集成材１を形成した。この集成材１の中央部から、長さ１．５ｍ分を切り出し、スパン長さ１２００ｍｍで３点荷重方式で曲げ試験を行ない、曲げヤング率および曲げ強度を測定した。表１に測定結果を示す。表１には、比較として、梱包用木材として必要な曲げ強度、および実測含水率を併記した。
【００２８】
【表１】

【００２９】
表１から、ポプラの集成材１の曲げ強度は、３９６ｋｇ／ｃｍ^２と、梱包用木材として必要な曲げ強度１０７ｋｇ／ｃｍ^２を十分満たしていることがわかる。この曲げ強度は３９６ｋｇ／ｃｍ^２は、同じポプラの積層合板材の積層方向の曲げ強度には及ばないが、曲げヤング率９．５×１０^４ｋｇ／ｃｍ^２は、積層合板材の積層方向の曲げヤング率よりも１０％程度大きく、集成材の方が弾性に優れる。また、集成材１にはねじれや反りは認められず、寸法変化や腐朽などの原因となる実測含水率も約９．６％と安定し、積層合板材よりも３０％程度少なかった。
【００３０】
このように、ポプラの小角材を積み重ねて集成材とすることにより、荷重の作用面が異なっても断面２次モーメントの変化が少なく、また、各小角材２を、その前記木目が相反するように集成するため、曲げ強度の異方性が著しく小さくなり、また、前述の２段調湿処理の含水率の調整効果と相俟って、ねじれや反りを防止することができる。
【００３１】
さらに、予め、原木の欠陥部を取り除き、各小角材２のすべての接合部が同一断面に位置しないようにしているため集成材の曲げ強度自体も改善されて、十分に梱包材料の許容値を満足するものとなっており、この曲げ強度は、ポプラの集成材を建築用の造作材料へも十分に適用できるレベルのものである。
【００３２】
なお、木材の伸縮は比重と比例関係にあり、ポプラ（比重０．４８）は、一般に梱包材として使用されている松（比重０．５７）に比べて比重が小さいため、伸縮量も小さくなり、梱包材料や建築用の造作材料としては有利である。
【００３３】
図５は、第２の実施形態のポプラの集成材１ａを示したもので、図５に示した場合と同様に、中央に幅４１ｍｍ、厚さ２４ｍｍの小角材２ａを２列に配置し、その両側に幅８２ｍｍ、厚さ２４ｍｍの小角材２ｂを、その木目４ｂが前記小角材２ａの木目４ａと相反するように配置して、各接合面に前記接着剤を塗布して加圧接合し、集成材１ａを形成することもできる。このようにしても、上述のように、曲げ強度の異方性は軽減され、曲げ強度自体も増加し、また、ねじれや反りを防止することができる。
【００３４】
図６は、第３の実施形態のポプラの集成材１ｂを示したもので、多数の細かい小角材２が、それぞれ木目が相反するように積み重ねられ、各接合面に前記接着剤を塗布して加圧接合され、縦および横の寸法がいずれも８３ｍｍの集成材が形成されている。このような細かい小角材２から集成材１ｂを形成すれば、細かい端材を捨てずに有効利用でき、この集成材１ｂでも、ねじれや反りが少なくなり、かつ、曲げ強度の異方性は軽減され、曲げ強度自体も表１に示した梱包材料の許容値が十分満足される。
【００３５】
図７は、第４の実施形態のポプラの集成材１ｃを示したもので、中央に、やや大き目の小角材２と、小角材２ａおよび２ｂとを、それらの木目４、４ａおよび４ｂが互いに相反するようにして、３列に配置している。そして、その両側に小角材２ｃおよび２ｄ、２ｅおよび２ｆを、それらの木目４ｃおよび４ｄ、４ｅおよび４ｆが互いに相反するように、かつ、これらの木目４ｃ〜４ｆが、中央の小角材２、２ａ、２ｂの木目４、４ａ、４ｂと全体として相反するようにして、それぞれ２列に配置している。これらの各小角材２〜２ｆの各接合面に前記接着剤を塗布して加圧接合し、一辺が８０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の、断面形状が正方形等の３列３段の集成材１ｃを形成することもできる。このようにしても、上述のように、曲げ強度の異方性は軽減され、中央にやや大き目の小角材２を配置していること、および各小角材２〜２ｆの各加圧接合面の位置が断面内で互いに異なっていることなどにより、曲げ強度自体も増加し、また、ねじれや反りを防止することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、この発明では、ポプラの小角材を、その木目が相反するように配列し、加圧接合することにより集成材を形成したので、曲げ強度が、荷重の作用面に拘らず一様となって、強度の異方性が著しく軽減される。また、ポプラの原木の欠陥部を取り除き、各小角材のすべての接合部が同一断面に位置しないようにしているため、集成化することにより、強度が向上する。さらに、この強度の異方性の改善効果と２段人工調湿処理の含水率の調整効果とが相俟って、ねじれや反りが防止される。このように、軟質で、ねじれや反りが生じやすいポプラの欠点が著しく改善され、害虫がつきにくいというポプラの特徴を活して、梱包用材料や建築用の造作材料として使用することができる。
【００３７】
そして、ポプラは北半球に広く分布し、近隣国からの入手も容易であるため、梱包用材料や建築用の造作材料としての集成材を割安に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態の集成材の斜視図
【図２】同上の縦断正面図
【図３】同上の集成材の製造工程の流れを示す説明図
【図４】（ａ）同上の集成材を形成する小角材のフィンガージョイント部を示す断面図
（ｂ）同上の集成材を形成する小角材の斜視図
【図５】第２の実施形態の集成材の縦断正面図
【図６】第３の実施形態の集成材の縦断正面図
【図７】第４の実施形態の集成材の縦断正面図
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ：集成材　　　　２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ：小角材
３：フィンガージョイント部　　　　　４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ：木目

Claims

複数本のポプラからなる小角材が、その繊維方向をそれぞれ略平行にして、断面が角形状となるように、接着剤を介して幅方向および高さ方向に加圧接合された集成材。
前記小角材が長手方向に接合され、少なくともその一つの接合部が他の接合部と異なる断面に位置している請求項１に記載の集成材。
複数本のポプラからなる小角材が長手方向に、互いに接着剤を介して加圧接合された集成材。
複数本のポプラからなる小角材用素材の調湿工程と、この調湿後の小角材用素材から作製した小角材を、接着剤を介して断面形状が角状の集成材に接合する加圧接合工程と、この集成材を所要長さに切断する切断工程とを備えた集成材の製造方法であって、前記調湿工程が、前記小角材用素材の含水率を、いずれも一様に所要の含水率となるように調節する第１の調湿工程と、この含水率よりも低い目標含水率に調節する第２の調湿工程とを含むことを特徴とする集成材の製造方法。
複数本のポプラからなる小角材用素材の調湿工程と、この調湿後の小角材用素材から作製した小角材を、接着剤を介して長手方向に接合する加圧接合工程とを備えたポプラからなる集成材の製造方法であって、前記調湿工程が、前記小角材用素材の含水率を、いずれも一様に所要の含水率となるように調節する第１の調湿工程と、この含水率よりも低い目標含水率に調節する第２の調湿工程とを含むことを特徴とする集成材の製造方法。