JP2009000932A

JP2009000932A - 構造用集成材

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Publication number: JP2009000932A
Application number: JP2007165083A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Takahashi; 宏壽高橋
Original assignee: TAKAGIN SEIZAISHO KK
Current assignee: TAKAGIN SEIZAISHO KK
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2009-01-08

Abstract

【課題】特殊な加工をすることなく、樹種及び樹木の使用部位の選択によって比較的安価に製造できるようにするとともに、構造材としての圧縮強度の向上を図り、他の部材をめり込みにくくし、耐朽性を確保できるようにする。
【解決手段】樹木を切削して板状に加工した板材を、少なくとも３枚以上積層させた構造用集成材Ｃにおいて、最外側に位置する一対の外層材１及び外層材１に挟まれる内層材１０を樹木の心材で構成し、少なくとも外層材１を、からまつ，ひば，ひのき，米ひのき，あかまつ，くろまつ，米まつから選択される樹木で構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹木を切削して積層させた構造用集成材に関する。

従来より、この種の構造用集成材としては、例えば、特許文献１（特開２００５−８８２２８号公報）に掲載されたものが知られている。
これは、図１３に示すように、木造構造物の土台や架材等に用いるものである。図においては、この集成材Ｃａは、ほぞ穴１１４やボルト穴１１５を設けた土台１１６として用いた例を示す。この集成材Ｃａは、樹木として、杉，檜，欧州アカマツ，スプルース，ベイツガ，ベイマツ等の針葉樹あるいはブナ，ナラ，メランティ，アピトン等の広葉樹を用い、これを製材して板状の板材としてのラミナ１１０〜１１３にし、この製材したラミナ１１０〜１１３を、高温加熱処理してサーモウッド状にし、次に、このサーモウッド状にしたラミナ１１０〜１１３をプレーナで整形し、その後、ラミナ１１０〜１１３に接着剤を塗布し、プレスして硬化させ、最後に、プレーナで表面を綺麗に仕上げて製造されている。

このように製造された構造用集成材Ｃａは、高温加熱処理してラミナ１１０〜１１３の含水量を少なくしているため、耐朽性が向上されている。また、ラミナ１１０〜１１３を高温加熱処理してサーモウッド状にしているので、ラミナ１１０〜１１３の伸縮率が小さく、圧縮変形が抑えられる。

特開２００５−８８２２８号公報

しかしながら、この従来の構造用集成材Ｃａにおいては、種々の樹木を使用し、板材としてのラミナを高温加熱処理してサーモウッド状にしているが、高温加熱処理しても、必ずしも耐朽性が充分とはいえず、また、高温加熱処理する分、コスト高になるという問題があった。また、ラミナの伸縮率を小さくしてはいるが、圧縮強度の低い樹木のみを使用すると必ずしも圧縮変形の防止が充分でなく、支柱等の他の部材がめり込み易くなる等の問題もあった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、特殊な加工をすることなく、樹種及び樹木の使用部位の選択によって比較的安価に製造できるようにするとともに、構造材としての圧縮強度の向上を図り、他の部材をめり込みにくくし、耐朽性を確保できるようにした構造用集成材を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明の構造用集成材は、樹木の心材のみを用いて構成している。樹木の心材とは、丸太を木口から見たとき、中心部の色の濃い部分のことである。樹木は、毎年外側に新しい細胞ができて太く生長していくが、中心部は、科学物質により、変色していく。この変色した部分を心材という。心材は、樹種によっては赤い色を帯びることから赤身といわれることもある。樹木の心材は腐りにくく、耐朽性があることから、集成材の耐朽性が向上させられる。

より具体的には、樹木を切削して板状に加工した板材を、少なくとも３枚以上積層させた構造用集成材において、最外側に位置する一対の外層材及び該外層材に挟まれる内層材を樹木の心材で構成している。これにより、外層材及び内層材を樹木の心材で構成したので、集成材としての耐朽性が向上させられる。

そして、必要に応じ、少なくとも上記外層材を、からまつ，ひば，ひのき，米ひのき，あかまつ，くろまつ，米まつから選択される樹木で構成している。これらの樹木は、圧縮強度が高く、他の部材がめり込みにくくなり、集成材を構成する樹木の心材として最適である。特に、からまつは、建築，土木によく用いられ、心材部分は耐朽性に優れているため、使用する樹木の心材として極めて最適である。また、外層材にめり込みにくいこれらの樹木の心材を用いた場合は、内層材に比較的安価な樹木の心材を用いることができるので、集成材の製造コストを低減させることができる。更に、外層材及び内層材を全部同種の樹木を用いて構成しても良く、樹木の単価や入手状況に応じて集成材を製造することができる。

また、必要に応じ、上記外層材を、からまつ，ひば，ひのき，米ひのき，あかまつ，くろまつ，米まつから選択される樹木で構成し、上記内層材を、すぎ，米すぎ，スプルース，つが，米つが，もみ，えぞまつ，とどまつ，べにまつから選択される樹木で構成している。内層材を構成する樹木は、外層材を構成する樹木に比べて圧縮強度が低く、特に、構造物の土台としてそのまま使用すると他の部材がめり込み易くなるが、外層材を圧縮強度の高い樹木の心材で構成して、内層材を挟んでいるため、内層材が歪みによって反り返ったり圧縮変形することを防止することができ、集成材としての圧縮強度を高くして、他の部材をめり込みにくくして、構造物の土台等としての機能向上を図ることができる。

更に、必要に応じ、上記板材の幅寸法Ｄを７０ｍｍ≦Ｄ≦１５０ｍｍ，厚さＨを１ｍｍ≦Ｈ≦５０ｍｍとして構成している。この範囲内で集成材を製造することにより、集成材を構造物の土台として使用しやすくなる。

本発明の構造用集成材によれば、外層材及び内層材を樹木の心材を用いて構成したので、樹木の心材は腐りにくく、耐朽性があり、圧縮強度も高いことから、集成材の耐朽性が向上させられる。また、外層材に圧縮強度の高い樹木を用いた場合は、内層材に比較的安価な樹木を用いることができるので、集成材の製造コストを低減させることができる。更に、外層材及び内層材を全部同種の樹木を用いて構成しても良く、樹木の単価や入手状況に応じて集成材を製造することができる。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係る構造用集成材を説明する。
図１には、本発明の実施の形態に係り、圧縮成形後の完成した構造用集成材Ｃを示している。この構造用集成材Ｃは、外層材１と内層材１０とを備えてなる。

外層材１は、からまつ，ひば，ひのき，米ひのき，あかまつ，くろまつ，米まつから選択した樹木を、その心材２０（図２）を用いて、板状に切削加工した板材である。本実施の形態では、からまつの心材を用いている。
板取りする場合、樹木の年輪の目に対して、切り出す角度によって、板表面の木目が異なる。主に、柾目，板目があるが、本実施の形態では、板目になるように板取りする。このとき、からまつの心材から板取りする。板目は、図２に示すように、年輪の目に沿うように接線方向に切り出し、板表面の木目が曲線模様になるものである。また、板目の板には、表裏があり、切り出しの際に辺材２３側に面していた方が表面２１となり、心材２０側に面していた方が裏面２２となる。

内層材１０は、すぎ，米すぎ，スプルース，つが，米つが，もみ，えぞまつ，とどまつ，べにまつから選択した樹木を、その心材２０を用いて、板状に切削加工した板材である。また、柾目，板目いずれでも良い。本実施の形態では、すぎの心材を用いている。
この内層材１０は、奇数枚用いる。本実施の形態では、内層材１０を３枚用いている。

このような外層材１及び内層材１０は、幅寸法Ｄが７０ｍｍ≦Ｄ≦１５０ｍｍ，厚さＨが１ｍｍ≦Ｈ≦５０ｍｍに設定される。このとき、外層材１及び内層材１０の幅寸法Ｄ及び長さが同じになるように形成する。また、外層材１及び内層材１０の厚さＨは、実施の形態では、外層材１は厚さＨを３０ｍｍにし、内層材１０は厚さＨを２０ｍｍにして形成されている。

これにより、一対の外層材１ａ，１ｂに、３枚の内層材１０ａ，１０ｂ，１０ｃが挟まれ、サンドウィッチ構造にされて集成される。このとき、各板材の表面２１同士及び裏面２２同士が接するように交互に積層させられる。

次に、この実施の形態に係る構造用集成材Ｃの製造方法について説明する。先ず、からまつ及びすぎを伐採し、樹皮を剥ぎ、これらをひき板に作成する。特に、からまつについては、心材２０を板目になるように切削し、ひき板をつくる。詳しくは、図２に示すように、先ず、切断線（イ），（ロ）で切削し、左右の辺材２３を切除する。次に、切断線（イ），（ロ）に直交する切断線（ハ）〜（ヌ）で切削し、上下の辺材２３を切除するとともに、心材２０を含む部分を所望の厚さに切削する。
本実施の形態では、からまつ及びすぎを、幅寸法Ｄが７０ｍｍ≦Ｄ≦１５０ｍｍ，厚さＨが１ｍｍ≦Ｈ≦５０ｍｍになるように切り出す。具体的には、すぎにおいては、Ｄ＝１２０ｍｍ，Ｈ＝２０ｍｍ、からまつにおいては、Ｄ＝１２０ｍｍ，Ｈ＝３０ｍｍになるように切り出す。このとき、切断線（ニ）〜（リ）までの心材２０のみのひき板を用いる。また、辺材２３及び、辺材２３を含む切断線（ハ）〜（ニ），（リ）〜（ヌ）までの板材は、他の用途に用いる。そのため、樹木を無駄にすることがない。

次に、この外層材１及び内層材１０を乾燥させる。乾燥は、例えば、ＪＡＳに基づいて、周知の方法で人工乾燥を行なう。乾燥させることにより、板材の含水率を、ＪＡＳに定める１５％以下に低下させて、耐朽性を向上させることができる。

次に、大きな節や割れなどを取り除き、寸法を合わせてプレーナ等で整形する。それから、からまつからなる外層材１で、すぎからなる内層材１０を挟んで、これらを積層する。詳しくは、各外層材１ａ，１ｂ及び各内層材１０ａ，１０ｂ，１０ｃの表面２１同士及び裏面２２同士が接するようにし、最外側に外層材１ａ，１ｂが位置するように積層する。この際、各板材が接する面に、例えば、スプレッダーを用いて、接着剤を塗布する。

次に、ＪＡＳに基づいて、周知の方法で、この積層した板材に対し、圧締，養生，仕上げを行なう。
これにより、構造用集成材Ｃが完成する。本実施の形態では、外層材１及び内層材１０は、幅寸法Ｄを１２０ｍｍにし、長さを４０００ｍｍにして形成され、外層材１は厚さＨを３０ｍｍにし、内層材１０は厚さＨを２０ｍｍにして形成される。

このように製造された構造用集成材Ｃは、樹木の心材２０を用いているので、防腐剤等を使用しなくても耐朽性に優れている。このことから、構造物に使用した場合でも、化学物質を放散したり、土壌を汚染したりすることがなく、安全である。

また、構造物に使用する樹木として、すぎを使用することが考えられるが、すぎは構造物の土台として使用するには、他の部材のめり込みに対する強度に劣る。本実施の形態では、圧縮強度の高いからまつで構成した外層材１で内層材１０を挟んだので、内層材１０をすぎで構成しても、歪みによって反り返ったり圧縮変形したりしなくなり、圧縮強度が向上させられ、他の部材によるめり込みが防止される。

そして、このように製造された構造用集成材Ｃを、土台として使用した場合には、図１に示すように、ほぞ穴２やボルト穴３等を設け、外層材１が上下に位置するように用いる。

実験例

次に、実験例について説明する。実験例では、圧縮強度の試験を、以下のようにして行なった。図３及び図４に示すように、先ず、集成材Ｃの各板材の接着面３０に垂直に加圧して試験を行なった。集成材の上面４及び下面５に鋼鉄製の加圧板４０を置き、この加圧板４０を介して荷重を負荷する。このとき、集成材Ｃの加圧される面４，５は完全に平行、かつ平滑で、荷重方向に垂直にする。加圧板４０は、幅１４０ｍｍ，長さ９０ｍｍ，厚さ３０ｍｍの矩形に形成され、集成材Ｃと接する側の面の端部は、半径３ｍｍの丸身がつけられている。その他の試験条件は、ＪＡＳに基づいて行なった。この試験の圧縮強度は、圧縮強度＝集成材が破壊したときの荷重／（集成材の幅寸法×加圧板の長さ）で求められる。集成材Ｃの幅寸法Ｄは１２０ｍｍである。

第１試験例として、図３に示すように、加圧板４０を、集成材Ｃの端部に置いて加圧した。この結果を図６（Ａ）に示す。試験体として、集成材Ｃを５体（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５）用いて、夫々同様に試験を行なった。国土交通省告示第１０２４号（平成１３年６月１２日）に基づく集成材等の基準強度によれば、からまつの基準強度は、材端で６．２Ｎ／ｍｍ²であるが、試験の結果、５体の平均強度は、７．２４Ｎ／ｍｍ²となり、また、５体すべてにおいて、この基準強度を上回った。

第２試験例として、図４に示すように、加圧板４０を、集成材Ｃの中間部に置いて加圧した。この結果を図６（Ｂ）に示す。試験体として、集成材を５体（Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１０）用いて、夫々同様に試験を行なった。図１１に示す上述の基準強度によれば、からまつの基準強度は、材中間部で７．８Ｎ／ｍｍ²であるが、試験の結果、５体の平均強度は、９．９５Ｎ／ｍｍ²となり、また、５体すべてにおいて、この基準強度を上回った。

次に、集成材Ｃの各板材の接着面３０に平行に加圧して試験を行なった。図５に示すように、集成材Ｃの両側面６，７に鋼鉄製の加圧板５０を置き、この加圧板５０を介して荷重を負荷する。このとき、集成材Ｃの加圧される面６，７は完全に平行、かつ平滑で、荷重方向に垂直にする。加圧板５０は、集成材Ｃの幅寸法よりも１０ｍｍ以上長いものを使用する。本試験では、幅１４０ｍｍ，長さ９０ｍｍ，厚さ３０ｍｍの矩形に形成されている。

第３試験例として、図５に示すように、加圧板５０を、集成材Ｃの端部に置いて加圧した。この結果を図６（Ｃ）に示す。試験体として、集成材Ｃを５体（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５）用いて、夫々同様に試験を行なった。上述の基準強度によれば、からまつの基準強度は、材端で６．２Ｎ／ｍｍ²であるが、試験の結果、５体の平均強度は、６．８９Ｎ／ｍｍ²となり、また、５体すべてにおいて、この基準強度を上回った。

次に、比較例として、からまつのみを用い、本実施の形態と同様の製造方法で集成材を製造し、上述の第１〜第３試験例と同様の試験を行なった。この結果を図７に示す。
集成材の各板材の接着面３０に垂直に加圧した場合、５体の平均強度は、図７（Ａ）に示すように、材端で８．７３Ｎ／ｍｍ²となり、図７（Ｂ）に示すように、材中間部で１２．８２Ｎ／ｍｍ²となった。また、集成材の各板材の接着面３０に平行に加圧した場合、５体の平均強度は、図７（Ｃ）に示すように、材端で９．０２Ｎ／ｍｍ²となった。
以上のことから、本実施の形態に係る集成材Ｃは、からまつのみを用いた集成材と比べると圧縮強度は低くなるが、からまつよりも基準強度の低いすぎを用いても、圧縮強度はからまつの基準強度を上回り、集成材として圧縮強度が高いという結果が得られた。

また、せん断強度の試験を、以下のようにして行なった。集成材Ｃの各板材の接着面３０に垂直に加圧して試験を行なった。図８に示すように、集成材Ｃの下面５を２点で支持し、上面４から荷重を負荷する。荷重は、集成材Ｃが破壊される最大荷重に達するまでの時間が１分以上となるように試験を行なう。その他の試験条件は、ＪＡＳに基づいて行なった。この試験のせん断強度は、せん断強度＝（３×最大荷重）／（４×断面積）で求められる。

第４試験例は、図８に示すように、集成材Ｃを２体の支持体４１で支持し、この２体の支持体４１を６００ｍｍの間隔で設けて行なった。この結果を図９に示す。試験体として、集成材Ｃを５体（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５）用いて、夫々同様に試験を行なった。これら５体の集成材Ｃの断面積は、幅寸法１２０ｍｍ×厚さ１２０ｍｍ＝１４４００ｍｍ²である。図１２に示す国土交通省告示第１０２４号（平成１３年６月１２日）に基づく集成材等の基準強度によれば、からまつの基準強度は、３．６Ｎ／ｍｍ²であるが、試験の結果、５体の平均強度は、４．８１Ｎ／ｍｍ²となり、また、５体すべてにおいて、この基準強度を上回った。

次に、比較例として、からまつのみを用い、本実施の形態と同様の製造方法で集成材を製造し、上述の第４試験例と同様の試験を行なった。この結果を図１０に示す。５体の平均強度は、６．３０Ｎ／ｍｍ²となった。
以上のことから、本実施の形態に係る集成材Ｃは、からまつのみを用いた場合と比べると、せん断強度は低くなるが、からまつよりも基準強度の低いすぎを用いても、せん断強度はからまつの基準強度を上回り、集成材としてせん断強度が高いという結果が得られた。

尚、上記実施の形態において、集成材を一枚板を積層させて形成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、幅方向に複数の材料を接合した、所謂幅はぎで形成しても良く、適宜変更して差支えない。
また、上記実施の形態において、外層材１及び内層材１０を上述の大きさに形成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、どのような大きさにしても良く、適宜変更して差支えない。
更に、上記実施の形態において、外層材１をからまつで構成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、上述の外層材を構成する樹木若しくは、これらと同等以上の圧縮強度及びせん断強度の高い樹木であれば良く、適宜変更して差支えない。
更にまた、上記実施の形態において、内層材１０をすぎで構成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、どのような樹木でも良く、適宜変更して差支えない。

尚また、上記実施の形態において、外層材１及び内層材１０は、板目でも柾目でも良く、適宜変更して差支えない。
また、上記実施の形態において、内層材１０を３枚用いて構成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、何枚用いても良く、適宜変更して差支えない。
更に、上記実施の形態において、構造用集成材Ｃを土台に用いたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、どのように用いても良いのは勿論である。

本発明の実施の形態に係る構造用集成材を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る板取り手段を示す図である。本発明の実施の形態に係る構造用集成材の圧縮強度試験の第１試験例を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る構造用集成材の圧縮強度試験の第２試験例を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る構造用集成材の圧縮強度試験の第３試験例を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る構造用集成材の圧縮強度試験の結果を示す表であり、（Ａ）は第１試験例、（Ｂ）は第２試験例、（Ｃ）は第３試験例の結果を示す表である。比較例の圧縮強度試験の結果を示す表であり、（Ａ）は第１試験例、（Ｂ）は第２試験例、（Ｃ）は第３試験例の結果を示す表である。本発明の実施の形態に係る構造用集成材のせん断強度試験の第４試験例を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る構造用集成材のせん断強度試験の結果を示す表である。比較例のせん断強度試験の結果を示す表である。国土交通省告示第１０２４号（平成１３年６月１２日）の集成材等の圧縮強度に対する基準強度を示す表である。国土交通省告示第１０２４号（平成１３年６月１２日）の集成材等のせん断強度に対する基準強度を示す表である。従来の構造用集成材の一例を示す図である。

符号の説明

Ｃ構造用集成材
１外層材
２ほぞ穴
３ボルト穴
４上面
５下面
６側面
７側面
１０内層材
２０心材
２１表面
２２裏面
２３辺材
３０接着面
４０加圧板
４１支持体
５０加圧板

Claims

樹木の心材のみを用いて構成したことを特徴とする構造用集成材。
樹木を切削して板状に加工した板材を、少なくとも３枚以上積層させた構造用集成材において、最外側に位置する一対の外層材及び該外層材に挟まれる内層材を樹木の心材で構成したことを特徴とする構造用集成材。
少なくとも上記外層材を、からまつ，ひば，ひのき，米ひのき，あかまつ，くろまつ，米まつから選択される樹木で構成したことを特徴とする請求項２記載の構造用集成材。
上記外層材を、からまつ，ひば，ひのき，米ひのき，あかまつ，くろまつ，米まつから選択される樹木で構成し、
上記内層材を、すぎ，米すぎ，スプルース，つが，米つが，もみ，えぞまつ，とどまつ，べにまつから選択される樹木で構成したことを特徴とする請求項３記載の構造用集成材。
上記板材の幅寸法Ｄを７０ｍｍ≦Ｄ≦１５０ｍｍ，厚さＨを１ｍｍ≦Ｈ≦５０ｍｍとしたことを特徴とする請求項２乃至４何れかに記載の構造用集成材。