JP2009241299A - 木質複合建材及び木質材の接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】安価且つ簡便に製造することができ、意匠性及び耐久性にも優れた、木質複合建材及び木質材の接合構造を提供すること。
【解決手段】本発明の木質複合建材は、木質材３の裏面３１及び該裏面３１に対向する基材表面４１のそれぞれにキノコ状の突起２２，２２を多数設け、該木質材３の裏面３１と該基材４の表面４１とを、突起同士２２，２２の噛み合わせにより接合させてなる。木質材の接合構造は、木質材３の裏面３１及び該裏面３１に対向する基材表面４１のそれぞれにキノコ状の突起２２，２２を多数設け、木質材３の裏面３１と基材４の表面４１とを前記突起同士の噛み合わせにより接合させてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、木質複合建材及び木質材の接合構造に関する。

建築用途の内装・外装材料として多用されている金属や合成高分子は、反りや狂いが少なく、寸法精度も高く、長期耐久性能に優れる上に、価格も比較的易い点が利点として挙げられる。
一方、木材は自然素材特有の温かみを有しており、これは金属や合成高分子材料では代替困難なものである。しかしながら、木材は、金属や合成高分子材料と比べると、反りや狂いが生じやすく、また、寸法安定性を確保するのも難しく、更には長期耐久性能や価格面でも不利な面がある。
そこで、金属や合成高分子等の優れた特性を活かしながら、木材の持つ温かみを演出する方法として、金属や合成高分子からなる材を基材とし、該基材上に木材を複合化する技術がある（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開平７−１３９０９１号公報 特開２００３−２６２００２号公報 特開２００４−０６０２２３号公報

しかしながら、金属や合成高分子と、その上に複合化する木材とは大きく物理的性状が異なるため、両者を接着剤で単純に複合化した場合には、耐久性等の問題が生じる。具体的には、木材は湿気や水分で大きく寸法変化を生じるのに対して、金属や合成高分子は寸法変化を生じにくい。また、特に金属は冷熱により大きく寸法変化を生じるのに対して、木材は寸法変化を生じにくい。これらの結果、木材と金属や合成高分子からなる材との間で大きな挙動のずれが生じて界面に応力がたまり、中長期的には界面の剥離を生じてしまう。この現象は、特に屋外で顕著であり、雨水で接着や粘着に寄与する成分の流出も起こるので、界面の剥離は更に早まる。
また、エポキシ樹脂やアクリル樹脂のような強固な接着剤で接合した場合、被着体が完全に固定され、膨潤や収縮等の際に被着体である木材が割れることもよく生じる。
そのため、木材側に切り込みを入れて基材と木材とを嵌合させる方法や、ビスで木材を基材に留め付ける方法も行われているが、木材に特別な加工をわざわざ施すのは難しくもあり、コストアップの要因にもなる。また、ビスで留め付ける方法は簡単ではあるが、ビス頭が見えることで意匠性を損ねたり、基材に穴を開けることで基材が劣化したり、基材本来の性能が低下したりする等の様々な不都合が生じる。

従って、本発明の目的は、安価且つ簡便に製造することができ、意匠性及び耐久性にも優れた木質複合建材、及び木質材の接合構造を提供することにある。

本発明者は、上記従来技術が有する課題を解決するべく鋭意検討した結果、木材と異素材、又は木材同士を接着や粘着で一体化すると、両者の挙動の差異に応じてその界面に応力が蓄積し、それが剥離や材料割れの原因になると考察した。
一般に異種材料を接合する場合には、変形追従性を有した、弾性接着剤や粘着材を用いて接着し、特にその接着剤層や粘着材層を厚くすることで、変形追従能を高めることが行われてきた。しかし、その場合は、抗剪断応力能が低下してしまい、結局は剥離に繋がってしまう。また、弾性接着剤層や粘着材層を薄くすることで、抗剪断応力能を向上させると、逆に変形追従性が低下してしまう。
即ち、木材と異素材又は木材同士が一体化されてしまうと、両者の界面に応力がたまり、特に木材のような大きな変形挙動を示すものが被着体となる場合は、従来のような粘弾性体でその応力を緩和することは難しい。そこで、本発明者は、木質材と基材を接着剤で一体化することなく、力学的に不連続な結合方法を検討した結果、特定のファスナー構造で両者を係合させて接合させると、応力が適切に緩和され、長期耐久性を有した接合構造となることを知見した。
本発明は、かかる知見に基づき更に検討を重ねて完成されたものである。

本発明は、木質材の裏面及び該裏面に対向する基材表面のそれぞれにキノコ状の突起を多数設け、前記木質材の裏面と前記基材表面とを前記突起同士の噛み合わせにより接合させてなる木質複合建材を提供することにより、前記目的を達成したものである（以下、第１発明というときはこの発明をいう）。

また、本発明は、木質材の裏面及び該裏面に対向する基材表面のそれぞれにキノコ状の突起を多数設け、前記木質材の裏面と該基材表面とを前記突起同士の噛み合わせにより接合させてなる木質材の接合構造を提供することにより、前記目的を達成したものである（以下、第２発明というときはこの発明をいう）。

本発明の木質複合建材及び木質材の接合構造は、安価且つ簡便に製造することができ、意匠性及び耐久性にも優れている。

以下、本発明をその好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
第１発明の木質複合材は、木質材の裏面及び該裏面に対向する基材表面のそれぞれにキノコ状の突起を多数設け、前記木質材の裏面と前記基材表面とを前記突起同士の噛み合わせにより接合させてなる。
第２発明の木質材の接合構造は、木質材の裏面及び該裏面に対向する基材表面のそれぞれにキノコ状の突起を多数設け、前記木質材の裏面と前記基材表面とを前記突起同士の噛み合わせにより接合させてなる。

本発明（第１，第２発明）で用いる基材としては、金属、ガラス、合成高分子等の、一般的に建築材料に用いられる各種素材からなるものを特に制限なく用いることができる。基材は、木質材でも良いが、基材に接合する木質材とは異なる材料であることが好ましく、より金属、特にアルミ製である。
基材の大きさや形態は、木質複合建材の具体的用途等に応じて適宜に決定することができる。基材の形態の例としては、板状体、内部に空洞のある厚みのある板状体、断面が３角形や４角形等の筒状体や角柱体等が挙げられる。

本発明（第１，第２発明）においては、木質材の裏面及び該裏面に対向する基材表面のそれぞれにキノコ状の突起を多数設けるが、キノコ状の突起を設ける方法としては、例えば図１に示すように、シート状ないし板状のベースシート２１と該ベースシート２１から突出する多数のキノコ状の突起２２とを有する機械的面ファスナー２を、木質材３の裏面３１及び基材４の表面４１のそれぞれに粘着剤５を介して固定することが好ましい。粘着剤５は、接着剤であっても良い。
このような機械的面ファスナー２は、突起のない裏面２３を、木質材の裏面３１や基材４の表面４１に向けて、粘着剤５、特にアクリル系の粘着剤５を介して、該木質材の裏面３１及び基材表面４１に固定することが好ましい。このような機械的面ファスナー２を粘着剤５を介して固定する場合、基材４に特別な加工を施したり、釘やビス、金物等を用いる必要がない等の利点がある。
キノコ状の突起は、機械的面ファスナーのベースシート２１に平行な平面による断面を見たときに、断面積が小さい茎部に対して断面積が大きい頭部を有するものであり、頭部の外周が茎部の全周に亘って張り出しているものが好ましい。

キノコ状の突起は、合成高分子製であることが好ましく、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロンに代表されるポリアミド系樹脂、塩化ビニル系樹脂等からなることがより好ましい。機械的面ファスナーは、ベースシートとキノコ状の突起とが同一素材からなることが好ましく、合成高分子で一体成形されていることがより好ましい。
キノコ状の突起は、２５．４ｍｍ角あたりに、５０〜１０００本程度存在することが好ましく、１００〜５００本程度存在することが好ましい。
ベースシートと該ベースシートから突出する多数のキノコ状の突起とを有する機械的面ファスナーとしては、市販のものを用いることもでき、例えば、住友スリーエム株式会社が販売する、「デュアルロック（登録商標）ファスナー」の「ＳＪ−３５５１Ｊ」、「ＳＪ−３５５２Ｊ」、「ＳＪ−３５５０Ｊ」、「デュアルロック（登録商標）薄手ファスナー」の「ＳＪ−４５７０」、「ＳＪ−４５７０」等を用いることができる。

また、機械的面ファスナー２を木質材の裏面３１や基材４の表面４１にアクリル系粘着剤等の粘着剤で固定するに先立ち、木質材の裏面３１や基材表面４１に、合成樹脂からなるプライマー層６を設けることが好ましい。プライマー層を設けることで、屋外等、水に濡れたりする過酷な環境下においても、優れた遮水性により、接合強度や耐久性の向上効果が得られる。
基材表面に設けるプライマー層に関し、最適な形成材料は基材との組み合わせにより異なるので一律に好ましい化合物を例示することはできないが、基材がアルミなどの金属の場合はイソシアネート系化合物を選択することが好ましい。
また、木質材の裏面に設けるプライマー層に関しては、木質材との相性を考慮すると、該プライマー層は、イソシアネート系化合物で形成することが好ましい。
イソシアネート系化合物を用いたプライマー層は、例えば、イソシアネート系化合物を含むプライマーを刷毛塗り等により塗布して乾燥することにより形成することができる。

木質材の裏面及び／又は該裏面に対向する基材表面にキノコ状の突起を多数設ける方法として、支持体にキノコ状の突起が多数突設された機械的ファスナーを、該支持体に設けられた係合機能を介して木質材や基材に固定する方法を用いることもできる。
係合機能を有する支持体としては、キノコ状の突起を有する平板部に貫通孔を有し、該貫通孔に挿通させたネジ等を介して木質材や基材に固定可能なものや、キノコ状の突起を有する平板部の裏面に係合用の突起が設けられ、該突起を、木質材や基材に設けた穴や孔に差し込んで固定可能なもの、更にはキノコ状の突起を有する平板部の裏面側に挟み込み部（例えば断面略コ字状の挟み込み部）が形成され、該挟み込み部に、木質材や基材を差し込んで固定可能なもの等を挙げることができる。このような支持体を有する機械的ファスナーとしては、市販のものを用いることもでき、例えば、住友スリーエム株式会社が販売する、「スーパーデュアルロック（登録商標）ファスナー」の「ＳＤＬ００１」、「ＳＤＬ００２」、「ＳＤＬ００３」、「ＳＤＬ００４」等を用いることができる。

本発明の木質複合材及び木質材の接合構造は、キノコ状の突起２２が多数設けられた木質材３の裏面と、同様にキノコ状の突起２２が多数設けられた基材４の表面とを相対向させ、両者の突起を噛み合わせることにより得られる（図１（ｂ）参照）。

本発明によれば、木質材と基材とが、ファスナー構造部分で力学的に非連続に接合されていることにより、木質材と基材の挙動の違いによって生じる応力が効果的に緩和され、屋外のような過酷な環境でも両者が剥離しにくく、長期耐久性能を発揮する。

本来、キノコ状の突起を有する機械的面ファスナーは、一旦接合した後に、自由に取り外して、再び取り付けることを可能にすることを目的とするものである。これに対して、本発明は、従来の発想から１８０度逆転させ、このような機械的面ファスナーを、挙動の異なる被着体間に生じる応力を緩和する目的で用いているところに、従来にない革新的な技術的発想がある。

図２及び図３は、本発明の木質複合建材の一実施形態としてのドア用建材７を示す図である。図２及び図３に示すドア用建材７においては、一枚の板状のアルミ製基材４の表面に、多数本の板状の木質材３，３・・を固定してある。木質材３の固定は、木質材３の裏面に機械的面ファスナーを粘着剤を介して接合すると共に、アルミ製基材４側にも同様の機械的面ファスナーを接合しておき、両ファスナーを、キノコ状の突起同士を噛み合わせて接合させてある。

本発明で用いる木質材としては、スギやヒノキ等の各種の樹種の無垢材、集成材、合板、単板積層材（ＬＶＬ）、パーティクルボード、ＭＤＦやこれらを組み合わせた複合材等が挙げられる。木質材としては、表面が化粧紙、突き板等で化粧された木質化粧材を用いることも好ましい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、各発明は、上記の実施形態に制限されず適宜に変更可能である。
例えば、本発明の木質複合建材は、任意の基材と木質材とを複合化して製造することができる。本発明の木質複合建材の用途の例としては、カーテンウォール、付け梁、付け柱等の外壁意匠構造、サッシ、扉、ドア、ポーチ柱、手すり等が挙げられる。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
アルミ製の基材の表面に、イソシアネート系化合物プライマー（住友スリーエム製、プライマー「Ｎ−２００」）を塗布し、室温で３０分乾燥した。次に、表面に多数のキノコ状の突起を有し、裏面にアクリル系粘着材が付いているポリオレフィン樹脂製の機械的面ファスナー（住友スリーエム株式会社，デュアルロック（登録商標）ファスナー「ＳＪ−３５５１Ｊ」）を、該粘着材を介して基材表面のプライマー層上に貼り付けた。
また、木材（スギ材）の裏面側に、イソシアネート系化合物プライマー（住友スリーエム製、プライマー「Ｎ−２００」）を塗布し、室温で３０分乾燥した。次に、表面に多数のキノコ状の突起を有し、裏面にアクリル系粘着材が付いているポリオレフィン樹脂製の機械的面ファスナー（住友スリーエム株式会社，デュアルロック（登録商標）ファスナー「ＳＪ−３５５１Ｊ」，粘着材厚０．５ｍｍ，突起の突出高さ３ｍｍ）を、該粘着材を介して木材裏面のプライマー層上に貼り付けた。
そして、木材と基材とを、機械的面ファスナー同士を対向させて強く押しつけ合うことにより接合させた。これを室温で１週間養生した後、後述する耐久性試験に供した。

（比較例１）
アルミ製の基材の表面に、実施例１で用いたものと同一のイソシアネート系化合物プライマーを塗布し、室温で３０分乾燥した。次に、実施例１と同じアクリル系粘着材が不織布の両面に塗布されている両面テープ（厚み２ｍｍ）を、アルミ基材表面のプライマー層上に貼り付けた。
また、木材（スギ材）の裏面側に、実施例１で用いたものと同一のイソシアネート系化合物プライマーを塗布し、室温で３０分乾燥した。
そして、木材の裏面をアルミ製の基材表面の両面テープに押しつけて接合させた。これを室温で１週間養生した後、後述する耐久性試験に供した。

（比較例２）
アルミ製の基材の表面に、実施例１で用いたものと同一のイソシアネート系化合物プライマーを塗布し、室温で３０分乾燥した。
また、木材（スギ材）の裏面側に、実施例１で用いたものと同一のイソシアネート系化合物プライマーを塗布し、室温で３０分乾燥した。
次に、シリコン変性エポキシ樹脂からなる弾性接着剤を、木材の裏面及びアルミ製の基材の表面のそれぞれに塗布し、接着剤層が１ｍｍになるように調整しながら押しつけ合うことで接着した。これを室温で１週間養生した後、後述する耐久性試験に供した。

（耐久性試験）
屋外での最も過酷な使用環境を想定し、下記の耐久性試験を行った。
即ち、煮沸を４時間、−２０℃での冷凍を３時間、６０℃での乾燥を１７時間行うことを１サイクルとして、これを５０サイクル繰り返した。これは、高熱と水による劣化、及び温度変化に伴う挙動の差異で非着体の界面に応力を生じさせることを目的とした促進劣化試験である。
試験結果を表１に示した。

表１に示す結果から、実施例１は簡便な方法で木材とアルミ基材とを接合させたにも拘わらず、優れた耐久性を有することが判る。

図１は、本発明における木質材と基材との接合方法の一例を示す図であり、（ａ）は、それぞれ機械的面ファスナーが接合された木質材の裏面と基材表面とを相対向させた状態を示し、（ｂ）は、機械的面ファスナーのキノコ状の突起同士を噛み合わせて、木質材と基材とを一体化した状態を示す。 図２は、本発明の木質複合建材の一例としてのドア用建材を示す正面図である。 図３は、図２に示すドア用建材のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。は、突出部の断面構造の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 基材
２ 機械的面ファスナー
２１ ベースシート
２２ キノコ状の突起
２３ 突起のない裏面
３ 木質材
３１ 木質材の裏面
４ 基材
４１ 基材の表面
５ 粘着剤
６ プライマー層
７ ドア用建材（木質複合建材）

Claims (7)

1. 木質材の裏面及び該裏面に対向する基材表面のそれぞれにキノコ状の突起を多数設け、前記木質材の裏面と前記基材表面とを前記突起同士の噛み合わせにより接合させてなる木質複合建材。
2. 木質材の裏面及び該裏面に対向する基材表面のそれぞれにキノコ状の突起を多数設け、前記木質材の裏面と前記基材表面とを前記突起同士の噛み合わせにより接合させてなる木質材の接合構造。
3. ベースシートと該ベースシートから突出する多数のキノコ状の突起とを有する機械的面ファスナーが、前記木質材の裏面及び前記基材表面のそれぞれに粘着剤を介して接合されている、請求項１記載の木質複合建材。
4. 前記木質材の裏面及び／又は前記基材の表面にプライマー層が形成されており、前記機械的面ファスナーが、前記粘着剤を介して該プライマー層上に接合されている、請求項３記載の木質複合建材。
5. 前記プライマー層がイソシアネート系化合物を含むプライマーを用いて形成されており、前記機械的面ファスナーがアクリル系粘着剤を介して該プライマー層上に接合されている、請求項４記載の木質複合建材。
6. 前記基材が、木質材、金属、ガラス及び合成樹脂から選択される材料からなる請求項１及び請求項３〜５の何れかに記載の木質複合建材。
7. 前記木質材の少なくとも表面が、木質化粧材からなる請求項１及び請求項３〜６の何れかに記載の木質複合建材。

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