JP2006027175A

JP2006027175A - 中空集成角材及びその製造方法

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Publication number: JP2006027175A
Application number: JP2004211749A
Authority: JP
Inventors: Keiichiro Kawazoe; 恵一郎川添; Masahiro Kanai; 正博金井; Yoshihiko Inoue; 嘉彦井上; Hiroyuki Kamimura; 博行上村
Original assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd; Sankei Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd; Sankei Co Ltd
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】所望の角形断面の外接円よりも小さな断面形状を有する原木からでも、当該所望の角形断面を有する角材を得ることが可能な中空集成角材を提供すること。
【解決手段】接合一体化された４本の棒状材１４からなり、中央に貫通中空部１１を有する中空集成角材１０であって、各棒状材１４は、原木中心近傍部１４ａを角部１５に配置し、原木表皮近傍部１４ｂを貫通中空部１１の周囲に配置して接合されている。また棒状材１４の原木表皮近傍部１４ｂが斜めに切断されることにより、貫通中空部１１は、菱形又は正方形の断面形状を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、中空集成角材及びその製造方法に関し、詳しくは、中央に貫通中空部を有する中空集成角材及びその製造方法に関する。

従来、住宅用の柱、梁、土台等に用いられる角材としては、通直で十分に太い丸太から角材を製材し、期間を掛けて自然に乾燥させたものが広く用いられてきた。また、近年になって、十分に太い丸太の入手が困難となってきたため、細い丸太の外周をそぎ落とすように製材して、丸太の芯を含む角材を得、これを住宅用の柱、梁、土台等として用いるようになった。さらに、欠点の多い製材品から欠点を除去して木取り、無欠点の小幅で短小な木取り品を得、それを縦横接着して得られる集成材を、住宅用の柱、梁、土台等に用いることも行われている。

さらにまた、製材を原木から効率良く得るようにして歩留まりを向上させた技術が開示されており（例えば、特許文献１参照）、特許文献１に記載の発明によれば、原木の中心部から略正方形断面の角材を太い棒材として取り出すと共に、この角材の周囲のラス材から集成材用の板材を取り出して、これらの板材を接着剤を介して張り合わせることにより、敷居材や鴨居等として使用できる材が得られる。
特開２００４−７４４４４号公報

しかしながら、丸太（原木）から芯を含む所望の大きさの角形断面を備える角材を得る場合、原木として、少なくとも当該所望の角形断面の外接円よりも大きな断面形状を有するものを使用する必要がある。したがって、例えば１０５ｍｍ角の角材を得ようとする場合には、原木の表皮近傍部における製材として使用できない部分も鑑みると、物理的に直径が１８〜２０ｃｍの原木を使用する必要があり、例えば直径が１４〜１６ｃｍの原木を用いた場合には、４つの角部に丸みが残った、いわゆる二等の角材しか製造することができなかった。

本発明の目的は、所望の角形断面の外接円よりも小さな断面形状を有する原木からでも、当該所望の角形断面を有する角材を得ることを可能にする中空集成角材及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、接合一体化された４本の棒状材からなり、中央に貫通中空部を有する中空集成角材であって、各棒状材は、原木中心近傍部を角部に配置し、原木表皮近傍部を前記貫通中空部の周囲に配置して接合されていることを特徴とする中空集成角材を提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明の中空集成角材においては、棒状材の原木表皮近傍部が斜めに切断されており、前記貫通中空部が菱形又は正方形の断面形状を有していることが好ましい。

また、本発明は、原木から角部に丸みを残した中間角材を切出し、該中間角材を、その芯部分を通る第１切断面で２分割して平角材とし、同様にして得られた４本以上の平角材を、木表側同士を重ね合わせて上下２段に積層した平角材が横方向に複数列並ぶように配置し、これらを接着剤を介して一体化させた後、横方向に並んだ各平角材の中央部分において、前記第１切断面と直角な第２切断面で切断することにより、前記丸みを残した角部によって囲まれる貫通中空部を中央に有する角材を製造する中空集成角材の製造方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明の中空集成角材の製造方法においては、前記中間角材の丸みを残した角部を斜めに切断する工程を含み、前記貫通中空部は、該斜めに切断された角部によって囲まれる菱形又は正方形の断面形状を有することが好ましい。

ここで、上記記載において、原木中心近傍部は、原木の段階で当該原木の中心近傍に位置していた部分であり、原木表皮近傍部は、原木の段階で当該原木の表皮近傍に位置していた部分である。

本発明の中空集成角材及びその製造方法によれば、所望の角形断面の外接円よりも小さな断面形状を有する原木からでも、当該所望の角形断面を有する角材を得ることができる。

図１に示す本発明の好ましい一実施形態に係る中空集成角材１０は、例えば木造住宅建築物において柱部材として用いられる角材であって、例えば一辺ａが１０５ｍｍの正方形又は略正方形（以下「正方形」とする。）の角形断面を有していると共に、その中央部分には、当該中空集成角材１０の軸方向に貫通する貫通中空部１１を備えている。また、本実施形態の中空集成角材１０は、原木１２（図２参照）として、直径が例えば１４０〜１６０ｍｍのスギ丸太を用いて形成されたものであり、一辺ａが１０５ｍｍの角材をソリッド柱として形成する場合、直径が例えば１８０〜２００ｍｍのスギ丸太を必要とするところを、これよりも小さな１４０〜１６０ｍｍのスギ丸太から、一辺ａが１０５ｍｍの角材を効率良く形成することを可能にするものである。

そして、本実施形態の中空集成角材１０は、接合一体化された４本の棒状材１４からなり、中央に貫通中空部１１を有する木製角材であって、各棒状材１４は、原木中心近傍部１４ａを４箇所の角部１５に配置し、原木表皮近傍部１４ｂを貫通中空部１１の周囲に配置して接合されている。４本の棒状材１４は、例えば原木１２又はそれから得られた角部が断面円弧状の曲面ないし傾斜平面とされた角材を、その芯部分１２ａを通る互いに垂直な一対の切断面１３ａ，１３ｂを介して分割することにより得られたものである。

また、本実施形態においては、各棒状材１４の原木表皮近傍部１４ｂが斜め切断面１６を有するように斜めに切断されており、貫通中空部１１は、菱形又は正方形の断面形状を有している。

上述の構成を備える本実施形態の中空集成角材１０は、例えば以下に示す作業工程にしたがって、容易且つ効率良く形成することができる。すなわち、まず図２に示す原木１２から、図３（ａ）に示すように、４箇所の角部１７ａに丸みを残した中間角材１７を切出す作業を行う。かかる切出し作業は、例えばツインソーを用いて、原木１２の表皮を含む外周部分を、互いに平行な一対の側面１８ａ，１８ａを形成するように切り取ると共に、さらに、これらと垂直で且つ互いに平行な他の一対の側面１８ｂ，１８ｂを形成するように切り取ることによって行われる。ここで、形成すべき中空集成角材１０の所望の角形断面は、一辺ａが１０５ｍｍの正方形であることから、これの対角線の長さに相当する原木１２の径は、例えば最低でも１４８ｍｍ以上、外周部分の角材として使用できない不良部分も鑑みると例えば１６０ｍｍ以上となっていることが必要であるのに対し、原木１１の直径は１４０〜１６０ｍｍなので、中間角材１７の４つの角部１７ａは丸みを残したまま形成されることになる。

次に、切出した中間角材１７を、一方の対向する側面１８ａ，１８ａと平行な、芯部分１２ａを通る第１切断面１３ａで２分割し、これによって、図３（ｂ）に示すように、一対の平角材１９，１９を形成する作業を行う。かかる切断作業は、中間角材１７をその長手方向に沿って切断し得る各種公知の装置を用いて行うことができ、例えば、帯鋸、丸鋸等を用いることができる。これらの中でも、帯鋸が好ましい。

また、本実施形態によれば、図４に示すように、得られた各平角材１９の丸みを残した角部１７ａを、例えば側面１８ａに対して４５度の角度で斜めに切断することにより、原木表皮近傍部１４ｂに斜め切断面１６を形成する作業を行う。かかる切断作業は、帯鋸、丸鋸等を用いて行うことができる。なお、このような斜め切断面１６を形成する作業は、平角材１９として２分割される前の、図３（ａ）に示す中間角材１７の状態で行うこともできる。

ここで、角部１７ａを切断して得られる斜め切断面１６の幅ｂ（図５参照）は、得ようとする中空集成角材１０の一辺ａの長さ（本実施形態では１０５ｍｍ）の１０〜３５％の幅とすることが好ましい。斜め切断面１６の幅ｂが一辺ａの長さの３５％を越えると、接着面の幅が一辺ａの長さの１／４以下となり、十分な接着面積が確保できなくなるという不具合が生じることになり、一辺ａの長さの１０％よりも小さいと、原木の直径が１６０ｍｍを越えることになるので、例えば９０ｍｍの正角材を切出す方が適するという不具合が生じることになる。

中間角材１７を平角材１９，１９に２分割したら、これらの平角材１９，１９を、図５及び図６に示すように、木裏側となる第１切断面１３ａを外側に配置し、木表側となる一方の対向する側面１８ａ，１８ａを密着させつつ重ね合わせると共に、他の原木１２から同様にして得られた２分割した平角材１９，１９を同様に重ね合わせて横方向に並べて密着配置した状態として（図６参照）、接着剤によりこれらを接合一体化する作業を行う。

なお、本実施形態においては、かかる接合一体化する作業に先立って、平角材１９，１９を乾燥させる作業や、むら取り加工を施す作業を適宜行うことができる。平角材１９，１９の乾燥方法としては、木材の乾燥方法として従来知られている各種の方法を特に制限なく用いることができ、天然乾燥でも人工乾燥でも良く、両者を組み合わせた方法でも良い。好ましい人工乾燥の方法としては、温度及び湿度を制御可能な乾燥装置内に配置して乾燥させる方法を挙げることができる。ここで、平角材１９，１９の乾燥は、含水率がそれぞれ１５％以下になるように行うことが好ましい。含水率が１５％以下となるまで乾燥させることにより、両平角材１９，１９同士の接着性を向上させることができ、特に１２％以下となるまで乾燥した場合には、特に強度が優れた中空集成角材１０を得ることができる。

また、むら取り加工を施す作業は、平角材１９，１９の各面に生じた反りや歪みを除去する加工であり、むら取り加工を施すための手段としては、例えば、むら取りプレーナー、モルダー等の各種公知の装置を用いることができる。むら取り加工は、少なくとも接着面となる平角材１９，１９の側面１８ａ，１８ｂに対して行う必要があるが、本実施形態においては、モルダーを用いて、第１切断面１３ａや斜め切断面１６を含めて平角材１９，１９の周面の総てに対してむら取り加工を施している。

さらに、本実施形態によれば、平角材１９，１９を重ね合わせると共に、他の原木１２から得られた平角材１９，１９と並べて密着配置してゆく際に、これらの平角材１９，１９に反りや曲がり、捻れ等による不良部分が生じている場合には、これらの部分を適宜切断除去し、不良部分を除いた部分のみを、例えばフィンガージョイントを介して長手方向に継いでゆくことにより、所望の長さの平角材１９，１９とすることができる。これによって、得られた平角材１９，１９の利用度を高めることが可能になると共に、内部応力の発生を効果的に抑制することが可能になる。またフィンガージョイントが介在することにより、中空集成角材１０の強度が低下しないように、フィンガージョイントは、隣接する平角材１９，１９の間で千鳥状にずらせて配置することが好ましい。

さらにまた、対向する木表側の側面１８ａ，１８ａを密着させて上下に重ね合わされる一対の平角材１９，１９は、同じ原木１２から得られたものである必要は必ずしもなく、他の原木１２から得られた平角材１９，１９同士を重ね合わせた状態で、これらを横方向に並べて密着配置することもできる。

そして、上下に重ね合わされると共に横方向に並べて密着配置された平角材１９，１９は、接着剤を介して接合一体化されることになる。ここで、使用する接着剤としては、各種公知の接着剤を用いることができ、例えばユリア樹脂、酢酸ビニル樹脂、水性ビニルウレタン樹脂接着剤等を挙げられるが、特に水性ビニルウレタン樹脂接着剤を用いることが好ましい。水性ビニルウレタン樹脂接着剤を用いると、特に接着強度が大きいので柱又は土台用の中空集成角材１０として充分な強度が得られると共に、硬化後においても鉄よりも柔らかいので、中空集成角材１０の切断やほぞ加工などの際に工具等を損傷させることを防止できる。更に、水性ビニルウレタン樹脂接着剤は、ホルムアルデヒドなどの化学物質を大気中に放散しない点においても有利である。

これらの接着剤は、平角材１９，１９を並べて密着配置するのに先立って、接着面となる各平角材１９，１９の側面１８ａ，１８ｂに、スプレッダー等の各種公知の塗布装置を用いて塗布される。また接着剤を塗布した平角材１９，１９が密着配置された後に、例えばプレス装置により圧締しながら隣接する平角材１９，１９同士を接着させることにより、複数の平角材１９，１９が、図６に示す上下二段に並べられた状態の集合体２０として接合一体化されることになる。ここで、プレス装置としては、各種公知のものを用いることができるが、平盤プレスを用いることが好ましい。平盤プレスを用いることにより、接着面の全域に亘って均一な圧力を加えながら接着することができ、強度及び外観に一層優れた中空集成角材１０を製造することができる。尚、接着剤は、接着面の全体に亘って均一に塗布することが好ましい。

そして、複数の平角材１９，１９を上下二段に接合一体化した集合体２０を形成したら、横方向に並べて一体化された各平角材１９，１９の中央部分で、外側に配置された木裏側の第１切断面１３ａと直角な第２切断面１３ｂによって集合体２０を複数に切断分割する。これによって、図７に示すように、丸みを残した角部１７ａを斜めに切断した斜め切断面１６によって囲まれる、正方形の断面形状の貫通中空部１１を中央部分に有しており、且つ一辺ａが１０５ｍｍの正方形の角形断面を備える、本実施形態の中空集成角材１０が複数容易に形成されることになる。

すなわち、本実施形態によれば、例えば一辺ａが１０５ｍｍの正方形の角形断面を有する中空集成角材１０を、当該一辺ａが１０５ｍｍの正方形の角形断面に外接する外接円よりも実質的に小さな断面形状を備える、例えば径が１４０〜１６０ｍｍの原木１２からでも、容易且つ効率良く得ることができる。

また、本実施形態によれば、中空集成角材１０は、ぞの中央部分に、斜め切断面１６によって囲まれる例えば３０ｍｍ角の正方形の断面形状の貫通中空部１１を有していることにより、１０５ｍｍの角形断面の断面積よりも、８％程度断面積が減少しており、これによって、１０５ｍｍ角のソリッド柱と比較して、材料の軽量化を図ることが可能になる。

さらに、本実施形態によれば、貫通中空部１１は、強度への影響の少ない中空集成角材１０の中央部分に貫通形成されており、当該貫通中空部１１による断面２次モーメントの低減もまた、例えば３０ｍｍ角の正方形の断面形状の場合、０．７％程度と少ないため、１０５ｍｍ角のソリッド角材と比較して、同等の曲げ剛性や座屈強度を保持することが可能になる。

さらにまた、本実施形態によれば、貫通中空部１１は、丸みを残した角部１７ａを斜めに切断した斜め切断面１６によって囲まて、正方形の断面形状となるように形成されているので、これの内周面は凹凸のない平坦な面となっていると共に、配線や配管を挿通しやすい形状を備えており、これによって、配線や配管用の穴や、換気用の穴として有効利用することも可能になる。

以上、本発明を、その好ましい一実施形態に基づいて説明したが、本発明は、かかる実施形態に制限されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜に変更可能である。例えば、中空集成角材は、一辺が１０５ｍｍの正方形の角形断面を有するものである必要は必ずしもなく、一辺が１０５ｍｍよりも大きいか或いは小さい角形断面を有するものの他、矩形断面を有する中空集成角材として形成することもできる。また、貫通中空部は、菱形又は正方形の断面形状を備えるように形成する必要は必ずしもなく、例えば図８（ａ），（ｂ）に示すように、中間角材１７の角部１７ａを斜めに切断することなく丸みを残したまま、平角材１９，１９を上下二段に並べて密着配置し、第２切断面１３ｂに沿って複数に切断分割して、中央部分に丸みを残した角部１７ｂによって囲まれる貫通中空部１１’を有する中空集成角材１０’として形成することもできる。さらに、中空集成角材は、柱部材の他、梁部材や、土台等として用いる角材として形成することもできる。さらにまた、中空集成角材を構成する４本の棒状材は、その全てが異なる原木から各々得られたものであっても良い。また、中間角材の丸みを残した角部を斜めに切断する作業は、中間角材を切出す前の、原木の段階で行うこともできる。製造方法における製造中間体としての集合体２０を構成する平角材は、最低４本であるが、８本以上であることが好ましく、例えば８〜１００本とすることができる。

以下、実施例に基づき本発明を更に説明する。
〔実施例１〜６〕
径が１４０〜１６０ｍｍのスギ丸太を原木とし、上述の製造方法によって製造された、上記実施形態の中空集成角材１０と同様の構成を備える一辺が１０５ｍｍの正方形断面を有する６本の中空集成角材を実施例１〜６の角材として、ＪＡＳ曲げＡ試験による曲げ試験（曲げヤング率の計測）と、柱の座屈強度試験を行い、各々ヤング率と座屈強度とを計測した。なお、各中空集成角材の貫通中空部は、一辺が３０ｍｍの正方形断面とした。また、各中空集成角材の長さは２９８０ｍｍとした。試験結果を表１に示す。

表１に示す試験結果を評価するに際し、中空集成角材に対する評価基準がないので、挽き板を積層接着した構造用集成材ＪＡＳ規格を参考にすると、本発明にかかわる実施例１〜６の中空集成角材は、同一等級構成構造用集成材のＥ６５−Ｆ２５５にほぼ相当しており、そのことから、構造用に用いることができる強度を有していることが判る。

本発明の一実施形態に係る中空集成角材を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る中空集成角材を形成するための原木を示す斜視図である。（ａ）は原木から切出した中間角材の断面図、（ｂ）は中間角材を２分割して形成された分割中間角材を説明する断面図である。中間角材の丸みを残した角部を斜めに切断する状況を説明する断面図である。２分割した中間角材を重ね合わせると共に横方向に並べて密着配置した状態として接合一体化する工程を説明する断面図である。２分割した中間角材を重ね合わせると共に横方向に並べて密着配置した状態として接合一体化する工程を説明する断面図である。本発明の一実施形態に係る中空集成角材を示す断面図である。（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の形態の中空集成角材を形成する工程を説明する断面図である。

符号の説明

１０中空集成角材
１１貫通中空部
１２原木
１２ａ原木の芯部分
１３ａ第１切断面
１３ｂ第２切断面
１４棒状材
１４ａ棒状材の原木中心近傍部
１４ｂ棒状材の原木表皮近傍部
１５中空集成角材の角部
１６斜め切断面
１７中間角材
１７ａ中間角材の角部
１８ａ中間角材の互いに平行な一方の一対の側面
１８ｂ中間角材の互いに平行な他方の一対の側面
１９平角材
２０複合体
ａ中空集成角材の一辺
ｂ斜め切断面の幅

Claims

接合一体化された４本の棒状材からなり、中央に貫通中空部を有する中空集成角材であって、
各棒状材は、原木中心近傍部を角部に配置し、原木表皮近傍部を前記貫通中空部の周囲に配置して接合されていることを特徴とする中空集成角材。
前記棒状材の原木表皮近傍部が斜めに切断されており、前記貫通中空部が菱形又は正方形の断面形状を有している請求項１記載の中空集成角材。
原木から角部に丸みを残した中間角材を切出し、該中間角材を、その芯部分を通る第１切断面で２分割して平角材とし、同様にして得られた４本以上の平角材を、木表側同士を重ね合わせて上下２段に積層した平角材が横方向に複数列並ぶように配置し、これらを接着剤を介して一体化させた後、横方向に並んだ各平角材の中央部分において、前記第１切断面と直角な第２切断面で切断することにより、前記丸みを残した角部によって囲まれる貫通中空部を中央に有する角材を製造する中空集成角材の製造方法。
前記中間角材の丸みを残した角部を斜めに切断する工程を含み、前記貫通中空部は、該斜めに切断された角部によって囲まれる菱形又は正方形の断面形状を有する請求項３記載の中空集成角材の製造方法。