JP2017515702A - 軽量建築要素、その製造方法及び使用方法、並びに軽量パネル及び断熱材 - Google Patents

Abstract

軽量建築要素（1）は、少なくとも１枚の軽量パネル（2）と、該軽量パネルに関連する断熱材層（4）とを備える、その軽量パネル（2）が、少なくとも１つの主表面（8）に互いに平行な一群の溝（9）が付されたボード（6）を有し、該ボード（6）が少なくとも１つの層（5）として配置され、接着剤により互いに結合されている。断熱材層（4）は木材チップ（19）を含み、該木材チップ（19）は、軽量パネル（2）用の溝（9）を備えるボード（6）を製造する際にボード素材から取り除かれる木材チップである。【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１に記載する軽量建築要素、請求項７に記載する軽量建築要素の製造方法、請求項11に記載する軽量パネル、該軽量建築要素及び／又はパネルを使用して建築構造物を構築するための、請求項15に記載する方法、並びに請求項16に記載する断熱材に関する。

本発明は、木材パネル及び／又は断熱材層の少なくとも一層を備える木質建築材料に関する。

単層の木質軽量パネルはよく知られているが、木質軽量パネルは少なくとも２層を備えることが望ましい。この場合、各層は、平坦な状態で互いに隣接して横方向に接着されたボードを備え、各層における少なくとも１枚のボードが少なくとも１つの主表面にキャビティ、特に溝を有する。

溝付きボードの製造方法及びこれにより組み立てられる軽量パネルは、例えば、オーストリア特許第507 231号、同第505 855号、同第505 486号、同第503 236号、同第508 154号の各明細書、国際公開第2013160313号明細書、ヨーロッパ特許出願公開第1 288 386号明細書及び国際公開第95/32082号明細書に開示されている。

国際公開第95/32082号明細書は、互いに結合する層を備え、ボードによりそれらの層が構成され、各ボードが対向する主表面に溝を有する木材要素を開示している。直に隣接し合う２つの層を有するボードは、それぞれ互いに傾いた方向又は対角線上に配置される。隣接する層の当接面における発泡接着剤混合物のような異物が、溝から形成され、外界から実質的に隔離された状態のキャビティ内に充填物として配置される。

ドイツ特許出願公開第195 23 131号明細書は、木製枠組壁構法による壁を開示している。この壁は、乾式内装工事、バウンドウッド繊維板、ボードから形成される厚板及び例えばコルク板などの断熱材に用いるパネルを備える。この壁は、非常に重く、材料コストと比して高い断熱性が得られるものではない。

ヨーロッパ特許第1 674 224号明細書は、木質繊維よりなる断熱要素の製造を製造するに当たり、プラスチック粒状物をプレフリース上に散布することで、プレフリースを実質的に離解させてから混合し、移送ベルト上に吹き付ける工程を開示している。この場合、混ぜ合わされたプラスチック粒状物は、後続工程における加熱及び冷却により、木質繊維の接着材として作用する。所望しない大規模な工程とエネルギ消費を要するにも関わらず、十分な均質性を確実に得られるとは限らない。製造される断熱材料の断熱性は、接着すべき材料の均一かつ十分に高い速度での熱分布を妨げる。接着には高温が必要とされるため、特に非常に乾いた薄い木質繊維など、感熱性の高い材料を選択することができない。加えて、冷却に伴う収縮により、未だ十分に堅固でない木質繊維の結合が破壊しかねない。

ヨーロッパ特許第1 027 505号明細書は、有機繊維材料から作られる断熱材料の製造について開示している。繊維状パルプの洗浄及び乾燥、並びに離解を繰り返す繊維状パルプの製造は、大規模な工程、エネルギ消費及び大量の水を要する。また、セルロース系接着剤を添加すれば、所望の均一な分布が非常に困難となる。

国際公開第2011/015714号明細書は、合成繊維を備える繊維系断熱材について開示している。この場合、合成繊維は、それに結合する有機繊維の十倍を超える少なくとも30 mmの長さを有する。合成繊維と有機繊維の長さが大きく異なることにより、十分に均質な状態で繊維を結合することが困難となる。融解温度が200°Cを超える高温であることから、使用できる有機繊維が大きく制限される。また、開示されているポリマーは、加熱により有毒なガスを生じさせかねない。

ドイツ特許出願公開第10 2004 025 323号明細書は、回転ディスクの側面に配置する切断ブレードにより切断される木材パッケージのチップ加工について開示している。製造される製品は、軽量断熱材又は断熱材の製造には適さない木材パーチクルから構成される。

木材を機械加工することにより生じる木材チップ及びおがくずは、多大なエネルギを投入して粉砕し、加圧することでペレットとなる。ペレット内の木材チップの残留エネルギ値は、機械加工に要する追加的なエネルギ消費により大きく削減することができる。

オーストリア特許第507 231号明細書 オーストリア特許第505 855号明細書 オーストリア特許第505 486号明細書 オーストリア特許第503 236号明細書 オーストリア特許第508 154号明細書 国際公開第2013160313号明細書 ヨーロッパ特許出願公開第1 288 386号明細書 国際公開第95/32082号明細書 ドイツ特許出願公開第195 23 131号明細書 ヨーロッパ特許第1 674 224号明細書 ヨーロッパ特許第1 027 505号明細書 国際公開第2011/015714号明細書 ドイツ特許出願公開第10 2004 025 323号明細書 ヨーロッパ特許第1 913 211号明細書 ドイツ特許出願公開第26 52 421 号明細書

本発明の課題は、良好な負荷特性及び／又は良好な断熱特性を有する建築材料を、少ない労力で製造することができる単純な解決方法を見出すことである。本発明に係る所望の材料は、数種類の異なる材料源に基いて製造する。基材の重量に対して可及的最大限の総体積を有する建築材料を製造する。好適には、当該建築材料は、地震が多発する地域における建築物にも適用可能であることが望ましい。

この課題は、請求項１に記載した特徴を有する軽量建築要素、請求項７に記載した特徴を有する軽量建築要素の製造方法、請求項11に記載した特徴を有する軽量パネル、該軽量建築要素及び／又はパネルを使用して建築構造物を構築するための、請求項15に記載した特徴を有する方法、並びに請求項16に記載した特徴を有する断熱材により解決される。

本発明に係る軽量建築要素は、少なくとも１枚の軽量パネルと、該軽量パネルに関連する断熱材層とを備え、軽量パネルが、少なくとも１つの主表面に互いに平行な一群の溝が付されたボードを有し、該ボードは少なくとも１つの層として配置され、軽量建築要素は接着剤により互いに結合している。本発明に係る軽量建築要素において、断熱材層は、ボードを製造する際に軽量建築要素を製造するために溝を付されたボード素材から取り除かれる木材チップを備える。

本発明に係る軽量建築要素の製造方法は、少なくとも１枚の軽量パネルと、該軽量パネルに関連する断熱材層とを備え、軽量パネルが、少なくとも一群の互いに平行な溝を有するボードを備え、軽量パネルと結合している断熱材層を備える軽量建築要素の製造を可能とするものである。この方法においては、出発ボードから木材チップを取り除き、その木材チップの少なくとも一部を、断熱材層を製造するために用い、軽量パネルの少なくとも１つの層を形成するために溝付きボードを結合させる。

本発明に係る軽量建築要素の使用方法は、少なくとも１枚の軽量パネル及び断熱材料を備え、該断熱材料が軽量パネルの製造中に生じる木材チップを備える軽量建築要素を、互いに隣接して係合するよう連結要素及び／又はクランプ要素により結合させるものである。

本発明に係る軽量建築要素は、少なくとも１つの主表面に互いに平行な一群の溝を有するボード又はボードセクションを備え、そのボードは少なくとも１つの層として配置され、接着剤により互いに結合され、少なくとも１枚の軽量パネルのボード又はボードセクションに付される溝の少なくとも一部は、主表面からボード又はボードセクションの内部に向かって拡がる溝幅を有し、これらの溝間に形成される木材ウェブは、ボード又はボードセクションから前記主表面に向かって拡がり、主表面に幅広のウェブ表面を有する。

本発明に係る断熱材は、溝を備えるボードを製造する際に出発ボードから取り除かれる木材チップを備え、該木材チップは、実質的に短冊状、平面状、波形、ロール状、ばね状又はらせん状の形状を有し、断熱材層の木材チップの少なくとも80重量％は、2mm〜40mmの長さの木材チップから構成されている。結合剤により結合された木材チップは、実質的に緊密な構造を有する。結合剤は、有機結合剤及び／又は無機結合剤の少なくとも一部を構成し、有機結合剤が好適にはポリマー結合剤、ポリビニルアセテート（PVAc）を含み、無機結合剤が好適にはアルカリ多ケイ酸塩系結合剤、ケイ酸ナトリウム及び／又はケイ酸リチウムを構成するケイ酸カリウムの混合物を含む。

本発明に係る上記の解決手段は、いずれも共通の着想に基づくものである。即ち、前述した課題を解決するに当たり、本発明に係る軽量建築要素を構築するために組み合わせるべき、乾燥ボードに基づく２つの異なる要素を体系的に同時に製造することできる。第１構成要素は、その主表面に平行な溝を備えるボードにより構成し、第２構成要素は、好適には溝を形成する際に機械装置により取り除かれる材料から形成されることが望ましいボードの重量は、溝の形成により除去される材料の重量分だけ軽減する。溝の形成により低下した各ボードの安定性は、軽量パネルにおけるボードの成形及び適切な相互係合と、これに基づくボードの結合又は接着により、再び向上させることができる。取り除かれる材料で形成される第２構成要素は、軽量断熱材又は断熱材として用いることができ、軽量パネルと接触することで、断熱材と、軽量パネル用のボードに溝を付すことにより形成される少なくとも１枚の軽量パネルとを組み合わせることにより、安定性及び断熱性を有する軽量建築要素を形成するものである。

互いに隣接して横方向に接着されたボードを備える少なくとも２つ層を含む軽量パネルを結合させる場合、隣接する２つの層の主表面に付された溝は、互いに直角に交差することが望ましい。溝によって各ボード又は層に脆弱線が形成されることにより、各溝付きボード又は溝付き層は、溝の長手方向に対して直角に作用する機械的荷重により脆弱化する。溝の両側から主表面に亘って存在するウェブは、溝の長手方向における安定性を十分に高めるものである。

２つの層を構成し、直に隣接するボード又は溝の方向は、使用する軽量パネルの耐荷力に応じて選択する。軽量ボードの縦方向への耐荷力は、最大限でなければならず、直に隣接する層間における溝の長手方向に対する角度は、少なくとも25°とする。横方向における耐荷力を大きくすべき場合、直に隣接する層間における溝の長手方向に対する角度は、90°とする。用途に応じて、直に隣接する層間における溝の長手方向に対する角度を、好適には25°〜90°、特に45°、並びに実質的に60°又は30°とすることが望ましい。

ボードの加工工程、特に溝又は第２構成要素を形成する工程で取り除かれる材料は、断熱材として機能するよう、除去直後に利用される。この目的により、機械装置を用いて実質的に短冊状のチップを取り除く。取り除かれたチップは、その長さ及び厚さにより分類される。チップは、取り除くことで、断熱材料として利用できるように設計されている。軽量建築要素に配置された後に、広い面積を有する大きなキャビティを構成し、安定性を保持し、滞留する湿気を最小限とする。

機械加工に対応して、チップの大きさは、使用される加工技術、木材の種類及びボードの繊維方向に対して選択する溝の方向により変化する。溝は、好適には丸鋸刃により形成することが望ましい。丸鋸刃の直径、鋸歯の長さ、鋸歯の形状、鋸歯の周速度及び少なくとも１つの丸鋸刃の加工ボードへの切り込み速度は、例えば、所望の大きさのチップを形成するために選択することができる。

複数の溝、好適には少なくとも４本の溝をボードの主表面に付することができる。この場合、これらの溝を共通のシャフト上で互いに一定間隔で配置された複数の丸鋸刃を用いて平行に形成することができる。ボードの両側主表面に溝を形成する場合には、複数の丸鋸刃を備えるシャフトを各ボードの主表面に対して割り当てる。

ボードと丸鋸刃又はその鋸歯との噛み合わせは、所望の溝深さに対応することが好ましく、それにより一工程のみで溝を形成することができる。必要に応じて、特に深い溝を付する場合には、溝の一部ずつを取り除く各工程を含む複数工程により溝を形成してもよい。

新たにボードと噛み合わさる回転丸鋸刃の歯は、ボードから離れるまでその全経路に存在する木材を取り除き、取り除かれた木材は、チップを形成するために利用される。チップの長さは、丸鋸刃の外縁部の曲率や、溝の深さ又は丸鋸刃とボードとの噛み合せ深さに応じて異なる。チップ幅は、丸鋸刃の歯の幅に応じて異なる。チップの厚さ、即ちチップの長さ方向及び幅方向に対して垂直な方向における寸法、少なくとも１つの丸鋸刃の加工ボードへの切り込み速度、連続歯同相互間の中心角又は周方向間隔、丸鋸刃の回転速度等に応じて異なる。

好適には、平坦な短冊状のチップを形成する直線カットラインを付する歯を用いることが望ましい。短冊状のチップは、分離後や、丸鋸刃及び各歯を一掃する動作を通じて、波形となる場合が多い。曲線カットラインを付する歯を用いる場合、生成されるチップは、チップの長手方向に対して直角の曲線形状を有し、その結果、チップは凹型のキャビティを備える。必要に応じて、カットラインは、ロール状、ばね状又はらせん状のチップを生成するものでもよく、この場合にチップは、少なくともその一部分に内部スペース又はキャビティを備える。

チップは、取り除く際に損壊することがあり、これにより部分チップが生成される。それぞれの場合において、これらの部分チップは、想定されるチップの最大長さの一部を形成する。チップの損壊が生じるか否かは、とりわけ歯の形状及び鋭さや、丸鋸刃の回転方向における逃げ角に左右される。加えて、木材の種類や、ボード又は木質繊維の長手方向に対する溝の方向もチップの損壊に作用する。達成可能な総長を有するチップを可及的最大限の量にて製造するために、溝の長手方向をボードの長手方向と平行になるように配置し、鋭利な歯と、生成するチップに対応する逃げ角を歯の上流側に有する切断鋸刃を用いる。チップの損壊が少なければ、取り除かれた断熱材における微細な材料の比率が非常に小さく、チップの長さの分布が狭くなる。

溝から取り除かれた材料より可及的最大限の量のチップを形成するために、チップの厚さは可及的に小さくすることが好ましいが、その最小厚さは、チップが安定性を保ち、可及的最大限の長さの範囲に対して実質的に一定の幅を有することができる厚さを下回らないものとする。大量のチップが既定数の溝から取り除かれた場合、この大量のチップは、多数の部分的なスペースを形成するために用いられる。このスペースは、チップに包囲され、部分的に密閉された少量の空気により、断熱材における高い断熱性を達成することができる。チップの厚さが薄ければ、高い断熱性を有する断熱材の比重は非常に小さくなる。これは、少量の木材のみで所望量の断熱材を製造可能であることを意味する。

軽量パネルの製造のためにボードを加工する場合、溝の形成以外によってもチップを生成することができる。成形機により主表面を平坦にし、側縁部を加工する。機械加工により、ボードの側縁部に溝及び凸部を形成する。それによって、層形成のために結合するボードにおける凹凸形状の結合が生じ、良好な密着性を確実に達成することができる。層のボード間における溝及び凸部の結合は、ボードの側縁部を接着した後に層により速く荷重をかけ、水平面上のボードの層を平坦化することができるという追加的な利点を有する。ボード又は層を平坦となるように削るため、更なるチップ材料が生成される。

溝付きボード又は層を有する軽量パネルの製造において、使用されるボード素材の総体積の約40%は軽量パネルに残り、60%はチップとして取り除かれ、余剰材料として蓄積される。軽量パネルの製造においては、加熱工程を要し、これは木材の乾燥、層の接着及び断熱材の結合剤の配置、そして、適用可能であれば製造設備を温めるために用いられるものである。取り除かれた余剰材料の一部、例えば、ボード素材の総体積の約25%は、熱処理工程に使用することもできるし、可能であれば、熱エネルギと電気エネルギを併せて生成するために発熱装置及び発電装置として利用することもできる。残りの約75%を占める余剰材料は、断熱材の製造に用いることができる。これらの割合は、各状況に合わせて所望の割合とすることができる。

実質的に重量450 kgの1 m³木材を素材とすると、約180 kg分の木材が最終的に軽量パネルとなる。軽量パネルの約40％が、溝の存在によるキャビティ部となるため、180 kgの重量を有する軽量パネルの体積は、0.56m³と予測することができる。約270 kgの重量に相当するキャビティ部を形成する際に除去される材料のうち、約200 kg分を使用して断熱材を製造する。断熱材の密度が約60 kg〜90 kg/m³であり、断熱材の大部分が木材チップ及び小片により形成され、例えば、約10％が結合剤により形成されることから、断熱材の体積は約2.5 m³〜3.5 m³となる。

重量約70kgを削減すると、そのために必要とされるエネルギは製造のために消費されるものであるが、1m³木材から製造される全ての材料は、軽量パネル及び断熱材として結合され、3m³〜4 m³の体積の建築要素に加工することができる。建物用の軽量建築要素の一部のみが断熱材を備えるため、その要素と同じ木材から生成される木材チップの一部のみを軽量建築要素として共に用いることが最も多い。残りの部分は、軽量建築要素とは別に断熱材として使用するか、あるいは、可能であればエネルギ担体として用いることもできる。ただし、エネルギ担体として用いる場合には、例えば、ペレットを製造するために追加的なエネルギを要するためにその効率が低下する。

可及的最大限の直径を有する丸鋸刃は丸鋸刃の外縁部における曲率が小さいため、長いセグメントが形成すべきボード又は溝に外縁部の長いセグメントが収められる。このような丸鋸刃は、長いチップを取り除くために用いるものである。溝の深さを選択できる場合、長いチップを所望するのであれば、直径のより大きい丸鋸刃を選択すべきである。可及的最小限の直径を有する丸鋸刃は、外縁部又は周縁部の短いセグメントがボードに収められるものであり、短いチップを取り除くために用いる。溝を形成する工程にて溝の深さを選択できる場合、短いチップを所望するのであれば、直径のより短い丸鋸刃を選択すべきである。

本発明の特に有利な実施形態として、ボードの互いに隣り合って付される溝から取り除かれたチップは、異なる長さを有することができる。本発明の第１実施形態において、異なる深さを有する溝が形成される。異なる深さの溝は、特に有利な構成、すなわち溝をボードの主表面の両面に付する場合に用いることができる。異なる深さを有する場合であっても、ボードのいかなる溝も縮小することを要さない。これは、２つの主表面にて、互いに対向するように配置された溝のそれぞれの深さの合計値を一定とすることができるためである。第１主表面の溝の深さが浅い場合、対向する第２主表面の溝の深さを深くすることができる。これら溝間の木材は、それぞれの場合に所望される最小の厚さを有する。ボードの外縁部からその中心に向かうに連れて第１主表面の溝の深さがより深くなる場合、第２主表面の溝の深さは、ボードの中心からその外縁部に向かうに連れてより深くなる。

本発明の特に有利な第２実施形態においては、ボードの互いに隣り合って付される溝から異なる長さを有するチップを製造するために、異なる直径を有する丸鋸刃を用いる。異なる直径の丸鋸刃によりボードの全ての溝を付した場合、全ての溝から生成されるチップの混合物におけるチップの長さ分布は、全て同じ丸鋸刃からチップを製造した場合よりも幅広い分布を示すこととなる。異なる直径の丸鋸刃により生成されたチップの長さの分布は、より狭い分布を示す。これらの長さ分布は、各丸鋸刃の直径次第でチップの長さが異なることから、個々の分布の合計から求められる総体的な分布結果においては、非常に幅広い分布を示すこととなる。所望の範囲の長さ分布を有する異なる長さのチップを混合した場合、実質的に同じ長さを有するチップよりも複雑なキャビティ構造を確実に実現可能とすることができる。

好適な実施形態においては、ボード幅に亘って配置された異なる直径の丸鋸刃を効率的に使用可能とするため、ボードの主表面に対して第１シャフト鋭角αにて配置された第１シャフトを使用し、この第１シャフト上に既定間隔で順次に拡大する直径を有する丸鋸刃を配置することができる。第１シャフトは、ボードの主表面に対して垂直で、かつ溝の長手方向に対して垂直な面内に配置される。第１シャフトと主表面との間の角度、並びに丸鋸刃の直径と第１シャフトにおける丸鋸刃の配置を互いに適合する構成とすれば、全ての丸鋸刃により実質的に同じ深さの溝を形成することができる。シャフトの傾斜により、第１丸鋸刃の面と主表面との間に第１円板角βが形成され、第１円板角βについては次式が成立する。
β = 90° - α

丸鋸刃の傾斜又は円板角βにより、円板角βは、形成される溝の側縁表面とボードの主表面との間に規定される。溝の長手方向に対して垂直な面内における溝の切断面が非対称形状とならないよう、丸鋸刃を備える第２シャフトを、ボードの主表面に対して第２角度α‘にて、同一主表面上に配置することが好ましい。丸鋸刃を備える第２シャフトは、鏡象面に対して、丸鋸刃を備える第１シャフトと鏡像的に配置され、この場合の鏡象面は主表面に対して垂直方向に配置され、ボードの中心長手方向軸線を含むものであり、ボードの長手方向において第１シャフトに対してわずかにオフセットするように追加的に調整される。

丸鋸刃を備える２本のシャフトを互いに適合させることにより、これらのシャフトにより主表面を加工した後に、実質的に対称的な断面形状を有し、かつ、主表面からボード内部に向かうに連れて溝幅が広がる溝を形成できる構成とすることができる。主表面における溝の開口部は、少なくとも溝の長手方向に対して垂直な主表面内における丸鋸刃の寸法に対応する。木材から形成されるウェブは、ボード内部から主表面に向かって拡がり、主表面に幅広のウェブ表面を有する。

軽量パネル又は２つの層を、互いに長手方向に結合された溝付きボードと結合させる場合に前述の幅広のウェブ表面は、安定的に接着結合させるのに十分な広さの当接面を確実に提供する。これは、２つの層の隣接する主表面の溝間の角度から影響を受けることなく作用する。湿度の変化に応じて、互いに接着されたウェブにて生じる膨張及び収縮は、異なる方向に向いたウェブにより最大化される。膨張及び収縮の程度の差は、木幹の特性により著しく異なる。長手方向又は軸線方向において0.1％〜0.3％、半径方向において1％〜3％、接線方向に3％〜6％の木幹の膨張の差異が生じる。ボードにおける接線方向の収縮が、軸線方向の収縮が生じるボード領域においても生じた場合、長さの変化率は、２０要因により異なる。２つの層のウェブ相互間の広い当接面は、軽量パネルを変形させることなく、あるいは、亀裂を生じさせることなく、力を吸収することができる。

鏡像反転状態にて配置され、異なる大きさの丸鋸刃を有する２本の傾斜するシャフトを含むボードの主表面を加工した後においても、突出した中央ウェブは溝底の中心部に位置する。これらの中央ウェブは、個別の用途においては有利であるが、別の用途のために取り除くこともできる。中央ウェブを取り除くためには、主表面に対して平行であり、かつ溝の長手方向に対して垂直に配置されるシャフト上に、対応する間隔で配置された同一寸法の丸鋸刃を用いることができる。中央ウェブを取り除いた後に溝が形成され、そのキャビティ部は、主表面から内部に向けて、木材層の緊密な中心部に亘って拡大する。溝の中心部は、横領域の前に取り除くことができる。

中心部における緊密な木材層は、外縁部を通して溝付きボードに作用する力を吸収することができる。異なる方向に向けられた溝を備える層を接着した後、これらの横力は、隣接する層のウェブにより吸収される。これは、ウェブが第１層のボードの外縁部に対して斜めに延在し、又は、好適には、平行ボードである場合に溝の開口部を覆うからである。少なくとも２つの層を備える軽量パネルにおいて溝付きボードを用いる場合、緊密な木材層と最小限することで、軽量パネル製造用のボードを搬送する際に実質的にウェブ配置のみを結合させることができる。

可及的最大限の総体積を有するボードを形成するために、好適な実施形態においては、主表面の両面に溝を形成する。このために、第２主表面に対して鋭角をなすように鏡像反転状態で配置され、異なる大きさの丸鋸刃を備える２本のシャフトと、第２主表面に対して平行に延在し、同一の大きさの丸鋸刃を有する１本のシャフトとを使用する。その配置を適切に選択すれば、ボード断面において、中心の緊密な木材層の両面から離れるウェブが形成され、これらのウェブは実質的に中心面に対して鏡像的に配置される。第１主表面の幅広ウェブ面でウェブにより吸収される圧縮力は、ボードの中央から第２主表面に向かって延在するウェブに直に伝達される。このような構成の場合、好適には、中心の緊密な木材層の厚さはボードの厚さの5%〜15%で十分である。主表面における大きな圧縮力に適応可能でとしたこれらの実施形態は、例えば、床や天井に用いられる軽量建築要素に適している。

必要に応じて、主表面の両面にてウェブが互いに相対するような配置とすることで、第２主表面の溝を第１主表面の溝に割り当てることができる。これにより、圧縮力を、１つの主表面から他の面へと良好に伝達することが可能となり、第１主表面の１つのウェブにかかる力を、第２主表面の２つの隣接するウェブへと可及的に分散又は伝達する構成にて木材の中心部を形成する。このため、中心緊密木材層を上述の構成に対応する形状とすることが求められ、具体的には、選択される形状を軽量パネルの所望の変形特性に対応させることを要する。地震が多発する地域における建築物の壁として用いる場合、高い変形エネルギにより軽量パネルの完全な破壊は免れたが、パネルの大きな変形が生じた場合、特に中心緊密木材層において現地の材料に欠損が生じた場合に多大なエネルギを吸収しかつ弱める構成とすることができ、有利に作用する。

溝がボードの長手方向に延在する場合、ウェブは、木質繊維の長手方向に対して平行に延在する。これにより、ウェブの安定性が向上する。溝の第１群に対して鋭角をなすように、溝の第２群を配置することも可能である。このような配置により、第１群の溝のウェブ表面及びウェブ自体は、不連続となる。安定的に接着結合させるのに十分な広さを有する当接面は、軽量パネルを結合する際又は互いに長手方向に結合される溝を付したボードを備える２つの層を接着する際においても存在するが、いずれの場合においても、互いに鋭角をなして配置されや、溝群を備えている。隣接するウェブ又はウェブ部と共に、接着剤は、ウェブが連続的である場合には長い連結長を有する格子構造を形成し、ウェブが不連続である場合には短い連結長を有する網構造を形成する。

接着剤及びウェブが構造の組み合わせにより形成される安定構造と、溝底及び中心の緊密な木材層により与えられる変形性は、所望の用途に合わせて適合させることができる。

溝を備える２つの層が接着される場合、特に、２群の交差溝を備える少なくとも１つの主表面において２つの層が接着される場合、接着剤は、層表面の一部であり、２つの連結した層の溝相互間にて突出するウェブは、そのウェブ表面にて互いに隣接する。層の表面に対して垂直方向における湿気の浸透性を制限することのできる、大きな領域又は緊密な接着層は存在しない。溝により形成されるキャビティは、接着剤又はウェブ表面の近傍に存在する。軽量パネルに屈曲力が作用した場合においても、これにより軽量パネルが弾性限界値を超えて変形して突如損壊に至ることはなく、この場合にはウェブが充填可能なキャビティ内へと局所的に変形するに過ぎない。この小さな内部変形、欠損又はもつれにより、軽量パネルを損壊させることなく、膨大な量のエネルギを吸収することが可能となる。軽量パネルは、大量の変形エネルギや、これに関連する強いひずみを吸収した後においても、高い弾性を有しながら十分な曲げ強度を維持することができる。

軽量パネルが３つ以上の層により構成される場合、好適な実施形態において、２つの外層は、それらの間に配置される内層とは異なる構成とされる。内層は、外層と対比して安定性がより低く、圧縮又は引張との関連でより大きなキャビティを有する構成とすることができる。これは、このような構成の内層構造によりパネル全体の圧縮力及び引張力が実質的に２つの外層に確実に分散されるからである。ただし、内層は、外層相互間の距離を、実質的に変化しないよう維持しなければならない。このために、内層は、主表面に対して垂直方向においてる十分に高い圧縮強度を有する必要がある。多様な層についての溝の形状および配置は、モデル計算に基づいて想定される荷重に対して最適となるよう適合させることができる。

好適な実施形態において、ボード層は、その主表面のみにて、軽量パネルの内部に向かう一群の溝を備え、軽量パネルの少なくなくとも１つの外層に配置される。軽量建築要素の外部に向かう主表面において、ボードは縁部又は面取り部を備え、これらは両端の長手線に沿って切削される。軽量建築要素が切削された縁部又は面取り部を有するボードを備える場合、軽量建築要素は、壁要素として外側に向けて配置され、切削された縁部又は面取り部は、下方に向かう対角線状の小さな溝として配置されることで、各ボードに降り注ぐ雨水を制御された態様で側方へ偏向させることができる。これにより、壁の上下領域における多様な湿潤、植生又は変色を防止することができる。

軽量パネルがボードを有するパネルにより構成される場合、そのボードは、軽量パネルの長手方向及び横方向により規定される水平面に対して平行方向に延在する。膨張及び収縮による最も小さい長さの変化は、ボードの長手方向又は木質繊維の長手方向にて生じる。これは、木幹の長手方向又は軸線方向における膨張変化が、木幹の場合には0.1％〜0.3％ に過ぎないためである。前述した軽量パネルにおいて、最小の膨張変化は、軽量パネルの水平面において生じる。より大きな膨張変化は、軽量パネルの水平面に対して垂直に、あるいは軽量パネルのボードの主表面に対して垂直に生じる。これは、当該方向において、成長した木が半径方向成分及び／または接線方向成分を有し、木の膨張変化が半径方向において1％〜3％、接線方向においては3％〜6％であるためである。周囲の湿気にも関わらず、軽量パネルの外面又は主表面を水平面上にて可及的に正確に維持すべき用途において、軽量パネルはそのような追加的な目的に適合させる必要がある。

好適な実施形態においては、同等の長さの短部を、主表面が軽量パネルの外面に対して平行に延在するボードを備える軽量パネルから切断により分離する。その切断は、分割した軽量パネルの外面に対する法線面内で行われるものである。短部は、互いに平行な２つの切断面と、これらに対して垂直な、分割した軽量パネルの外面における２つの部分面とで区画される。短部は、90°回転させ、１つの層内で互いに隣接するように配置し、分割した軽量パネルの外面の一面に相互に結合させることにより、更に最適化された軽量パネルにおける短部の層、特にコア層を形成する。隣接部は結合により、元の外面の一部において相互に当接し、好適にはその位置にて接着剤により結合される。結合部の切断面は、短部層の新たな外面を形成する。

短部の層において、木質繊維の長手方向は、もはや層の外面に対して実質的に平行ではなく、直角となっている。この場合、その方位は、分割されたパネルのボードの長手方向に対してセクションを切断する際の切断面の方位に依存する。

好適な実施形態において、セクションを分離した軽量パネルは、同方位のボードのみを備え、その切断面は、ボードの長手方向に対して実質的に垂直に配置される。ボードを備える軽量パネルのセクションから構成される軽量パネル内の木質繊維の長手方向は、前述した態様で、実質的に同方向に方向付けられ、当該セクションの層の外面に対して実質的に垂直に配置される。従って、膨張及び収縮による最小の長さ変化は、層の外面に対して垂直方向に生じる。そのため、少なくとも一部がセクションにより構成される軽量パネルの外面は、湿度変化が生じても一平面内に可及的に正確に維持される。

主表面からボードの内部に向かって拡がる溝幅を有する溝を備えるボード層は、溝の相互間にウェブを備え、そのウェブは層の主表面にウェブ表面を有し、そのウェブ表面は溝の開口部よりも幅広である。このような層が同一の溝方向又はボード方向にて互いに結合される場合、ウェブ表面は、溝に対するアクセス開口を繋ぐものとなり、従って接着により連続結合層を形成することができる。互いに直に隣接する層における溝の相互間の角度は、形成されるパネルの安定性を実質的に制限することなく、予め規定することもできる。

同一の溝又はボード方向を有する層を互いに結合させるに当たり、結合される２つの層におけるウェブ表面を実質的に互いに完全に密着させると、大量の接着剤が必要となるが、これは溝へのアクセスにより阻害される。ボードが溝底の中心に緊密な木材層を備えるため、全体として大きく、それぞれが２つの溝により形成される緊密キャビティの存在にも関わらず、多くの用途において十分な軽量パネルの安定性を実現することができる。特に、軽量パネルからの分離したセクションも、更なる加工に耐えうる安定性を有する。

ヨーロッパ特許第1 913 211号明細書に開示されている解決手段の欠点は、前述した好適な解決手段、すなわち、木質繊維がセクション層の外面対して90°の角度を有する配置により解決することができる。この特許文献において、層の外面に対する木質繊維の長手方向の角度は常に25°〜80°の範囲内であり、90°の角度を適用することは不可能である。

セクションを分離する軽量パネルが、方位の異なるボードを有する少なくとも２つの層を備える場合、その切断面は、好適には、切断面に対する表面法線軸線が、ボードの異なる長手方向に対して可及的最小限の角度をなすように選択する。従って、木質繊維の異なる長手方向は、可及的最小限の角度を有し、セクション層の切断面に対する垂直方向とは異なる。膨張及び収縮による最小の長さ変化は、層の外面に対する垂直方向とはわずかに異なる方向に生じる。少なくとも一部がセクションにより構成される軽量パネルの主表面又は外面は、湿度変化に対応する最小変位よりもわずかに大きい範囲内で変位させることができる。

この解決手段、すなわち木質繊維の異なる長手方向をセクション層の外面に対する垂直方向とは異ならせる構成、ドイツ特許出願公開第26 52 421号明細書に開示されている解決方法と比較して、更なる利点を有する。この特許文献同第26 52 421号明細書に係る解決方法においては、溝がボードの１つの主表面からその厚さの大部分に亘って延在するため、セクションを分離する場合、溝により安定性が害される恐れがある。本発明においては、中央の緊密な木材層により、分離の際に必要とされる安定性を確実に達成することができる。

更なるセクションの層又は被膜層を、セクション層の新たな各外面上に配置し、又は接着させてもよい。所望の各表面は、被膜層により提供することができる。被膜層として既知の全ての材料を用いることができる。少なくとも一部が軽量パネルのセクションで構成される軽量パネルを、軽量建築要素としての使用に加えて、家具や室内装飾として用いることもできる。この場合、被膜層要素は前面にも適用する。

薄い被膜層を備える軽量パネルを家具及び室内の装飾として用いる場合、被膜層下の全方向にて大きな直径のキャビティが存在すれば、当該位置における被膜層の耐荷力及び結合力が大きく制限されることが問題となる。主表面からボードの内部に向かって拡がる溝幅を有する溝が付された軽量パネルセクションの少なくとも１つの層を備える軽量パネルの好適な実施形態においては、溝内に突出する木材の突起部を溝底に残す。これは、二方向にのみ傾斜する丸鋸刃を用いて溝を形成すること、並びに丸鋸刃をボードの主表面に対して垂直方向に配置することが想定されていることを意味する。この場合、一方向のみにおいてわずかに膨らんだ狭いキャビティが形成され、その幅は溝の形成手段としての丸鋸刃の厚さに対応する。その厚さは、好適には約4 mmである。

良好な断熱性を有する軽量建築要素を提供するため、木材チップを有する層を軽量パネルに配置し、好適にはその層を、互いに結合させた２つの軽量パネル間に配置し、乾燥ボード又は乾燥層の加工により軽量パネル用の木材チップを製造する。

最も簡易な形態として、木材チップを軽量建築要素のキャビティに単純充填し、キャビティを外部から実質的に遮断することが挙げられる。重力により緩やかな垂れ下がり又は木材チップの経時的な分解を防止するため、チップには接着剤を添加する。接着剤は、均一に分布させることで、木材チップとの間で確実に最小限の接着を行うものである。接着材の添加は、キャビティに木材チップを充填する際に直に行うことができる。更なる好適な実施形態において、軽量パネルに結合されるマット状の断熱材を製造することもできる。マット状の断熱材の製造に際しては、断熱材の所望の形状及び安定性を達成するための成形工程を、接着剤の添加後に実行する。

各条件下で好適な接着剤は、いずれの場合においても用途に応じて適合させることができる。どれだけ短時間で最低限の安定性を達成するか、その安定性が硬化工程に耐えるに十分なものであるか否かが重要である。キャビティに充填される木材チップの場合に最適な接着剤についての要件は、マットを形成するために結合されるチップの場合とは異なる。追加的に、接着成分は、防火要件及び／又は生分解プロセスの保護に対応するものでもよい。

多用途の結合剤は、好適には有機結合剤の少なくとも一部及び無機結合剤の少なくとも一部を含むものとし、これら２種の結合剤は相互に混合可能でなければならない。

有機結合剤として、好適にはポリマー結合剤を使用する。ポリマー結合剤としては、例えば、ポリビニルアセテート（PVAc）などの溶液又は好適には分散溶液を挙げることができる。ポリビニルアセテートは、無定形、無臭かつ無味な合成物質であり、高い耐光性及び耐候性を備える。ポリビニルアセテートは、可燃性ではあるが、安易に引火することはない。

アルカリ多ケイ酸塩系結合剤は、無機結合剤として適している。アルカリ多ケイ酸塩系結合剤は、異なるケイ酸塩の混合物として結晶又はガラス形状を有する無定形の固体、又は水溶性の高粘度溶液である。この結合剤は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムなどのアルカリ金属を少なくとも１種を含む。ナトリウム及びカリウムを含むケイ酸ナトリウム形態のアルカリ多ケイ酸塩が最も普及している。

使用される結合剤として、塗料分野においては、ケイ酸塩塗料及びケイ酸塩分散溶液塗料が既知である。アルカリ多ケイ酸塩又はケイ酸ナトリウムに加え、ケイ酸塩分散溶液塗料は、一般的には合成樹脂分散溶液などの有機溶剤を備えることができる。このため、ケイ酸塩分散溶液塗料は、有機ケイ酸塩塗料として認識されている。ドイツ工業規格DIN 18363によれば、有機成分の最大で５％重量をケイ酸塩分散溶液塗料から構成することができる。

一般的なケイ酸塩塗料は、液状のケイ酸ナトリウム（結合剤）と、粉末状の染料充填混合物とから構成される二成分系の製品である。染料粒子の堆積に長時間を要するため、これらの二成分は加工直前に混合する。木材チップ相互間の結合を達成するために、市販のケイ酸塩塗料を結合成分として用いることができる。

ドイツ特許出願公開第26 52 421 号明細書は、ケイ酸ナトリウム及び／又はケイ酸リチウムを構成するケイ酸カリウムの混合物を含むアルカリ多ケイ酸塩系結合剤について開示している。所定の基準設定において少量のケイ酸リチウムが既に耐水性を高め、わずかに低いpH値を確実に達成している。加えて、ケイ酸ナトリウムを用いる際に生じる白華現象（エフロレッセンス）は、ケイ酸リチウムを用いることで回避することができる。

既製のアルカリ多ケイ酸塩系結合剤の場合、アルカリ多ケイ酸は既に水溶状態で提供される。有機結合剤、特にポリビニルアセテート（PVAc）を水性分散液として用いることができる。水性結合剤を可及的最大限の量の木材チップに均質に接触させれば、可及的に均質な結合構造を確実に達成することできる。水性結合剤は、キャビティに木材チップを充填する際、又はマット状の断熱材を製造する際に、ノズルを通じて直に木材チップ流に導入される。

好適には、再生素材を備える結合剤を断熱材の製造に用いる。このような結合剤は、タンニン、テクニカルリグニン、でんぷん質などの炭水化物、又はカゼインなどのタンパク質を含む。自然界に広く存在し、濃縮状態においても加水分解性を有するタンニンを木材チップと組み合わせて用いることは有益である。濃縮タンニンに特化した製品があり、それらは特に樹皮から製造される。好適には、タンニン及びヘキサミンなどの添加物を含み、ホルムアルデヒドの排出を殆ど発生させない結合剤を用いる。タンニンは、その化学構造から、高速硬化性を有する高分子凝集剤へと転化可能である。タンニン樹脂の特性は、イソシアン酸の添加により向上させることができる。

木材チップを含むマット状断熱材の製造に際して、結合剤は、緩やかに結合する木材チップ間の当接領域に架橋結合を形成しなければならない。このため、結合剤の形成及び木材チップへの導入は、結合剤により木材チップを十分に湿らせた状態で、後続の設定及び生成される通気性を有する断熱材に対応する木材チップ間の架橋を結合剤が形成する構成にて行われる。所望の湿潤性を達成するため、必要に応じて結合剤に湿潤剤及び／又は発泡剤及び／又は特に水などの溶媒を添加する。特に迅速な製造を行うためには、二成分系結合剤を用いることもできる。

好適な実施形態においては、木材チップ及び水性結合剤を静電的に帯電させる。２つの成分をそれぞれ異なる極性の電荷で帯電させれば、電荷同士の結合に際して、あるいは電荷の平準化に応じて、木材チップ全体に亘る結合剤の最適な分布が可能となる。

キャビティを充填する際に帯電チップを、パイプを通じて供給することもできる。この場合、帯電させた結合剤のためのノズルは、パイプ端に配置される。マット状断熱材の製造においては、少なくとも１本のキャリアベルトと、好適な帯電チップをキャリアベルト上に層状に押し出すための圧着装置と、圧力ベルトとを硬化路上にて使用する。圧着装置は、好適な帯電結合剤を導入するためのノズル構成を備える。更に、１つ又は複数の圧着装置を用いて、結合剤が浸透したチップの第１層に一部の層を圧着させることもできる。個別の層の一部の厚さを非常に薄くすることで、結合剤のより層全体を実質的に均質に湿らせることもできる。キャリアベルトと圧力ベルトとの間の硬化路上を通過する際、木材チップとマット状の断熱剤との間に形成された結合架橋が結合する。硬化を促進するためには、必要に応じて加熱及び送風することが好ましい。

軽量建築要素及び軽量パネルは、それらが溝及び／又は凸部を備える場合に容易に組み立てることができる。建築構造物は、軽量建築要素及び軽量パネルを備え、これらは側壁、床又は天井、及び必要に応じて屋根を対象とするものである。建築構造物を構築する際には、隣接する軽量建築要素及び必要に応じて軽量パネルを、それらの外縁部にて相互に結合させる。好適な実施形態において、相互に結合された軽量建築要素又は軽量パネルは、必要に応じて溝を備え、これらの溝は互いに対向し、溝と噛み合わさる連結要素の凸部に対応する構成を有する。必要に応じて、溝が互いに対向し、軽量建築要素又は軽量パネルの内部に向かって拡がる構成とすることで、２つの溝の断面形状に適用する閉鎖要素を、その双方の溝に同時に挿入することができる。これにより軽量建築要素又は軽量パネルを連結させることができる。

溝に挿入可能な固定形状を有する閉鎖要素の代わりに、好適な実施形態は、クランプ装置と、連結されるべき軽量建築要素にて互いに対向する可動溝とを備え、クランプ装置の当接面は、クランプ装置のクランプに応じて、所望の当接位置に配置することができる。溝は、軽量建築要素又は軽量パネルの特定の溝部又は縁部に形成することができる。クランプ装置は、好適には少なくとも１組のクランプ手段構成を有し、各クランプ手段は、必要に応じて、少なくとも１つのクランプスクリュー又はクランプ駆動装置を用いて相互に接近・離間可能とした２つのクランプ要素を備える。この場合、クランプ要素のガイド面は、適合する溝表面と噛み合うように構成され、この溝表面はスクリュー軸又はクランプ方向に対して鋭角をなし、溝表面にて作用する力により生じるクランプ要素の相互方向への動作に応じて、結合すべき軽量建築要素又は軽量パネルを所望の当接位置へと動かす。溝部及びクランプ要素は、好適には、軽量建築要素の側縁部の全長に亘って延在する。

スクリュー軸又はクランプ装置は、同一方位の軽量建築要素の外面に対して実質的に垂直方向に配置され、クランプスクリュー又はクランプ駆動装置は、軽量建築要素の一方向から操作することができる。このようなクランプ連結は、異なる方位の軽量建築要素においても用いることができ、例えば、軽量建築要素と天井や床などの他の要素との間の角を結合する際に用いることができる。

接着剤によって緊密結合を固定化させる場合、接着剤を硬化させた後にクランプスクリュー又はクランプ駆動装置を取り除くことができ、金属部を介在させない結合が形成される。本発明に係る軽量建築要素により、金属を全く使用することなく、建物用の壁、天井又は床を製造することができる。軽量建築要素は、木材、接着剤、木材チップ及び必要に応じて、木材チップを結合する結合剤のみから構成することができる。

緊密結合後、クランプ装置をカバーストリップにより被膜することができ、この場合にカバーストリップは、結合された軽量建築要素の大きな外面の相互間に挿入することができる。必要に応じて、断熱材、特に断熱ストリップを、クランプ装置と適用するカバーストリップとの間に配置することもできる。

既知の全ての結合手段、特に地震に対応する一定の弾性及び壁面要素の相互変位を確実に達成可能なものとする緊密ストラップを用いることができる。軽量建築要素を接着しない場合、損傷を与えることなく、分解することが可能である。

本発明の特筆すべき利点は、軽量建築要素を製造するために必要な全ての要素、例えば、装置及び実施すべき操作工程が、簡単な訓練を受けただけの労働者により行うことができる程度に簡易であり、装置に要する労務を最小限とすることが可能な点である。軽量建築要素の製造は、建造物の構築現場近傍で行うことができる。

本発明の詳細を、添付図面を参照しながら以下に記載する。
図１は、相互に結合された軽量建築要素の断面図である。 図２及び図２ａは、相互に結合された軽量建築要素の断面図である。 図３は、溝を形成する工程の概略図である。 図４は、溝を形成する工程の概略図である。 図５は、図３及び図４と類似する工程に係るボードの正面図である。 図６は、図３及び図４と類似する工程に係るボードの正面図である。 図７は、異なる深さの溝を備えるボードの正面図である。 図８は、異なる深さの溝を備えるボードの正面図である。 図９は、軽量建築要素を備える建築物の斜視図である。 図１０は、軽量パネルの断面図である。 図１１、軽量パネルの断面図である。 図１２は、軽量建築要素のキャビティに断熱材を充填する工程の概略図である。 図１３は、マット状の断熱材の製造工程の概略図である。 図１４は、木材チップの異なる分布を示す写真である。 図１５は、木材チップの異なる分布を示す写真である。 図１６は、木材チップの異なる分布を示す写真である。 図１７は、マット状の断熱材の一部を示す写真である。 図１８は、内壁として使用可能な相互に結合した軽量パネルの一部の断面図である。

図１は、３つの軽量建築要素１の一部を示す。当該軽量建築要素１は、それぞれの側面にて相互に結合されており、各要素は、長手方向外面の両面に軽量パネル２を備える。縁部３をその側面に配置することで、各軽量建築要素１の２つ軽量パネル２が互いに既定の距離を維持する構成とする。これにより、キャビティを軽量建築要素１の内部に構成することができる。例示する実施形態において、キャビティは、断熱材４により充填されている。断熱材４を、好適には結合剤を含む、木材チップとして充填、あるいは、軽量建築要素１を組み立てる際に断熱材マットとして挿入することもできる。軽量パネル２は、ボードにより形成され、当該ボードは、少なくとも１つの主表面に互いに平行な一群の溝（図示せず）を有する。

図２は、軽量パネル２が、３つの層５（図８においては、４つの層）を備える、図１に類似する実施形態を示す。図３〜図６に示すように各層５は、ボード６により形成される。各層５のボード６は、外縁部７にて接着剤を用いて結合され、図３、５、８に示すように好適には、外縁部７に溝７ａ及び凸部７ｂを備える。直に隣接する層５は、ボード６の主表面８にて接着剤を用いて結合される。第１凸溝部３ａを用いて、軽量パネル２の第２凸溝部５ａと噛み合う側面に縁部３を配置する。この場合、噛み合う凸溝部３ａ及び５ａは、相互に接着されている。これにより、建築者側にとって簡易な手段で、軽量建築要素１をその側面にて相互に連結することができる。縁部３がその内部に向かって拡がる結合溝３ｂを有するため、中央が窪んだ形状を有するスラット30は、結合溝３ｂへの挿入により、軽量建築要素１を連結させることができる。

図３〜図７に示すようにボード６は、少なくとも１つの主表面８に互いに平行な一群の溝を有する。好適な実施形態においては、ボードの長手方向又は外縁部７に平行な溝９が形成される。相互に結合される層に付された互いに対向する溝９は、互いに直角方向に交差する。図８に係る好適な実施形態において、直に隣接する層５にて、ボードの長手方向に付される溝は、互いに鋭角をなす。ボード６が、その長手方向に溝９を備える場合、直に隣接する層５は、互いに鋭角をなすように配置された溝９を有する。

図２ａは、好適なクランプ連結を示す。本実施形態において、縁部３は、第１凸溝部３ａを備え、この第１凸溝部３ａは、結合される軽量建築要素１の両面に配置される軽量パネル２の第２凸溝部5aと噛み合うように配置される。相互に噛み合う、第１凸溝部3a及び5aは、互いに接着される。縁部３が結合溝３ｂを有するため、建築者にとって易しい方法で、軽量建築要素１を相互に連結させることができる。クランピングに対応するクランプ装置の当接面30cによって結合すべき軽量建築要素に付される、互いに対向する溝は、クランプ装置30a、30b及び30bcの作用により可動となる。

例示する実施形態において、各軽量建築要素１は、軽量建築要素１の中心面に対し鏡像反転状態にて、相互に結合される縁部３に配置される２つの溝３ｂを備える。クランプ装置は、好適には、２つのクランプ要素30aを有する少なくとも１つの構成を備える。クランプ要素30aは、鏡像反転状態にて形成され、少なくとも１つのクランプスクリュー30bを用いることで相互方向に向かって可動となる。クランプ要素30aのガイド面30cは、適合する溝表面と噛み合うように構成され、この溝表面はスクリュー軸に対して鋭角をなし、クランプ要素30aが相互方向へ動く際に生じる溝表面に作用する力を用いて、結合すべき軽量建築要素１を所望の当接位置へと動かす。

クランプスクリュー30bの軸は、２つの軽量建築要素１の少なくとも１つの大きな外面に対して直角に、具体的には実質的に垂直方向に配置され、クランプスクリュー30bは、軽量建築要素１の一方向から操作することができる。接着剤によって緊密結合を固定化させ、接着剤を硬化させた後にクランプスクリューを取り除くことができ、これにより金属部を有さない結合が形成される。所望の結合を堅固にすべき場合、クランプ装置に断熱材を設け、必要に応じて、図示していない断熱ストリップを特に設ける、あるいは、カバーストリップ30dにより被膜することができる。カバーストリップは、結合された軽量建築要素１の大きな外縁面相互間に挿入することができる。

図３及び図４は、ボード６から木材チップを取り除く工程を概略的に示している。この工程のために、例えば６本の丸鋸刃10を共通シャフト11に配置する。ここで、一定の間隔とするようスペーサ12を用いる。丸鋸刃10が回転すると、シャフト11の下方にあるボード6が、その外縁部と共に長手方向に動く。丸鋸刃は、所望の溝の深さに従い、ボード６と噛み合う。

図示しない第１加工領域においては、ボード６の主表面８に対して平行で、かつボードの長手方向に対して垂直方向に延在するシャフトに同一寸法の丸鋸刃を配置する。溝の中心部は、これらの丸鋸刃を用いて形成される。溝をボード６の主表面８の両面に形成する場合、同一寸法の丸鋸刃を備えるシャフトを、ボード６の上下面に適用する。

第２加工領域においては、加工すべきボード６の主表面８に対して鋭角αにて配置された第シャフト11を使用する。このシャフト11上に既定間隔で順次に拡大する直径を有する丸鋸刃10を配置することができる。シャフト11は、ボード６の主表面８に対して垂直で、かつ溝９の長手方向に対して垂直な面内に配置される。シャフト11と主表面８との間の角度、並びに丸鋸刃10の直径とシャフト11における丸鋸刃10の配置を互いに適合する構成とすれば、全ての丸鋸刃により実質的に同じ深さの溝を形成することができる。シャフト11の傾斜により、丸鋸刃10の面と主表面８との間に円板角β = 90° - αが形成される。

丸鋸刃の傾斜又は円板角βにより、円板角βは、形成される溝９の側縁表面とボード６の主表面８との間に規定される。図4に示すように、溝９の長手方向に対して垂直な面内における溝の切断面が非対称形状とならないよう、丸鋸刃10を備えるシャフト11を、ボード６の主表面８に対してシャフト鋭角にて、同一主表面８上に配置することが好ましい。シャフト11は、鏡象面に対して、図３のシャフト11と鏡像反転状態にて配置され、この場合の鏡象面は主表面８に対して垂直方向に配置され、ボード６の中心長手方向軸線を含むものであり、ボードの長手方向において第１シャフトに対してわずかにオフセットするように追加的に調整される。

シャフト11と、これに結合された異なる寸法を有する傾斜した丸鋸刃10とを用いて好適にはボード６の主表面８の両面に対して上下両側から溝加工を施す。

丸鋸刃10を備えるシャフト11を互いに適合させることにより、全てのシャフト11により主表面８を加工した後に、実質的に対称的な断面形状を有し、かつ、主表面８からボード６内部に向かうに連れて溝幅が広がる溝を形成できる構成とすることができる。主表面８における溝の開口部は、少なくとも溝の長手方向に対して垂直な主表面内における丸鋸刃10の寸法に対応する。木材から形成されるウェブ14は、ボード６内部から主表面８に向かって拡がり、溝の相互間に残る主表面８に幅広のウェブ表面15を有する。これらの幅広のウェブ表面15は、接着層5による安定的な接着結合を行うのに十分な広さの当接面を確実に提供する。これは、２つの層５の隣接する主表面８の溝９間の角度から影響を受けることなく作用する。

中心部における緊密な木材層13は、外縁部７を通して溝付きボード６に作用する力を吸収することができる。異なる方向に向けられた溝を備える層を接着した後、これらの横力は、隣接する層5のウェブ14により吸収される。これは、ウェブ14が第１層５のボード６の外縁部７に対して斜めに延在するからである。

図５及び図６のボード６は、図３及び図４のボードの直下に配置されることから、外縁部７に対するウェブ１４の位置は、丸鋸刃10に対するボード６の長手方向の位置により調整することができる。図５及び図６に示すようにウェブ14の配置を適切に選択すれば、ボード断面において、中心の緊密な木材層13の両面から離れるウェブ14が形成され、これらのウェブ14は実質的に中心面に対して鏡像的に配置される。第１主表面8の幅広ウェブ面15でウェブ14により吸収される圧縮力は、ボード6の中央から第２主表面8に向かって延在するウェブ14に直に伝達される。このような構成の場合、主表面８における大きな圧縮力に適応可能としたこれらの実施形態は、例えば、床や天井に用いられる軽量建築要素に適している。

図３及び図４に示すように、主表面8の両面にてウェブ14が互いに相対する配置とすることで、第２主表面８の溝９を第１主表面８のウェブ14に割り当てることもできる。圧縮力を、１つの主表面８から他の面へと所望の手段で伝達可能とするため、木材の中心部13を、第１主表面の１つのウェブ14に作用する力が第２主表面8における２つの隣接するウェブ14へと可及的に分散又は伝達されるように形成する。地震多発地域における建築物の壁として用いる場合、高い変形エネルギにより軽量パネルの完全な破壊には至らなくてもパネル2に大きな変形が生じた場合、特に中心の緊密な木材層13において材料に局所的な欠損が生じた場合に、エネルギの大部分を吸収しかつ制振することができる利点が達成される。

図７は、異なる大きさの丸鋸刃を用いて、ボードの上下に形成された溝９を備えるボード６を示す。この場合、丸鋸刃は、主表面に対してその上側及び下側で平行に延在する２本のシャフト上に配置される。そのため、木材の中心部13は、実質的に一定の厚さを有し、ボード６の上下に配置される、互いに対向する丸鋸刃の直径は、相互に適合するような構成する。

図９は、建築物16の建築に軽量建築要素１を用いた状態を概略的に示す。例示する実施形態において、建築16を具体的に示すために、クランプ装置18により所望のクランプ力を適用することができる緊密ストラップ17を図示している。緊密ストラップ17は、ストラップを備え、そのストラップは、軽量建築要素１に配置され、連結及び緊密化させることができる。必要に応じて、建築物１６の建築に際して連結装置を用いて連結させることもできる。このため、実質的に建築物16の外観に緊密ストラップ17及び連結装置が現れることはない。

図１０及び図１１は、それぞれ、軽量パネルのセクション31を示す。このセクション31において、ボード6の主表面8は、軽量パネルの外面に対して平行に延在し、全ての層又は双方の層のボードは、平行方向に延在する。セクション31は、図示する水平面に向かって、短距離に亘ってのみ垂直に延在する。複数のセクション31を同等の長さに分割した後に、これらを90°回転させ、主表面８のセクションによって形成される長手方向縁部32にて、層方向に向かって互いに隣接するように配置する。図１０及び図１１に図示するセクション31は、図示した位置に互いに押し出され、接着剤により、分割された軽量パネルの外面の一部又は主表面８の一部と相互結合する。複数のセクション31が層を形成し、結合したセクション31の切断面が、この層の外面を形成する。層の外面、側縁部又は正面に被膜層を配置した場合、この層の構造を目視することはできない。

図10及び図11に示すセクションは、主表面8からボード6の内部に向かって拡がる溝幅を有する溝が付された軽量パネルから分離され、溝内に突出する木材の突起部33を溝底に残す。これは、二方向にのみ傾斜する丸鋸刃を用いて溝を形成すること、並びに丸鋸刃をボードの主表面に対して垂直方向に配置することが想定されていることを意味する。この場合、一方向のみにおいてわずかに膨らんだ狭いキャビティが形成され、その幅は溝の形成手段としての丸鋸刃の厚さに対応する。その厚さは、好適には約4 mmである。

図10に係る実施形態においては、軽量パネルが用いられ、この場合、ボードは、溝底に残された突起部33を除いて図3及び図4に示すボードに対応する。図11に係る実施形態におけるボードは、突起部33を除いて図5及び図6に示すボードに対応する。図10と図11に係る実施形態の更なる差異として、図10においては、ボード６のウェブ表面15が、主表面８にて互いに結合され、実質的に相互に完全に密着することで、図11に示す隣接するボード6の溝9に対するアクセス開口を繋ぐものとなることが挙げられる。

図12は、木材チップ19及び結合剤20を断熱材として、軽量建築要素1のキャビティに充填する方法の一工程を示す。軽量建築要素1は、２つの軽量パネル間にキャビティを備え、好適には、キャビティは、少なくとも１つのアクセス開口を通じて頂部につながっており、少なくとも長手方向及び底部において実質的に閉鎖している。木材チップ19はパイプ21を通じて、結合剤20はノズル状排出口を備える少なくとも１つのライン22を通じて、それぞれ供給される。パイプ21の排出口及び少なくとも１つのライン22の排出口は、キャビティ内に流出される全ての木材チップに、結合剤を可及的に均一に塗布できるような構成で配置される。例示する実施形態においては、塗布又は混合させるために木材チップ及び結合剤を、互いに異なる極性の電荷で帯電させることにより、可及的に完全に混合可能とする。

図13は、断熱材マットを形成するために木材チップ19及び結合剤20を結合させる方法の一工程を示す。例示する実施形態においては、全体層24を形成するために２つの部分層23を組み合わせる。全体層24は、任意の数の部分層23から構成することができ、各部分層23に圧着装置25を適用する。各圧着装置25により木材チップ19をキャリアベルト26上に層状に押し出す。パイプ21を通じて供給された木材チップ19に、ライン22のノズル状排出口を通じて供給された結合剤20を適用する。上層23は、その下側に配置される各層の上側に配置される。形成された全体層24は、最も下側にあるキャリアベルト26と圧力ベルト27との間の硬化路を通過し、結合剤20を塗布した木材チップ19は、圧力ベルト27により硬化路上にてキャリアベルト26対してプレスされる。断熱材の全体層24を分離させる場合、分離装置、あるいは、キャリアベルト26及び／又は圧力ベルト27の分離要素を用いることができる。例示する実施形態においては、塗布又は結合させるために木材チップ19及び結合剤20を互いに逆極性の電荷で帯電させることにより可及的に完全に混合可能とする。

図14、図15及び図16は、異なる直径を有する丸鋸刃を用いて形成した木材チップを示す。木材チップの形成に用いた丸鋸刃の直径は、それぞれ、図14では160 mm、図15では140 mm、図16では120 mmである。木材チップの最長の長さは、それぞれ、図14では30 mm未満、図15では22 mm未満、図16では15 mmである。最長の木材チップ長の分布については、図14から図15、図16へと向かうに連れて徐々に小さなチップ長を示している。異なる直径の丸鋸刃によりボードの全ての溝を付した場合、全ての溝から生成されるチップの混合物におけるチップの長さ分布は、全て同じ丸鋸刃からチップを製造した場合よりも幅広い分布を示すこととなる。所望の範囲の長さ分布を有する異なる長さのチップを混合した場合、実質的に同じ長さを有するチップよりも複雑なキャビティ構造を確実に実現可能とすることができる。

図17は、異なる直径を有する丸鋸刃を用いて形成した木材チップを備えるマット状の断熱材の一部を示す。湿気を迅速に逃がすことができる複雑なキャビティ構造が断熱材内に形成される。本発明に係る断熱材を、建築物の軽量建築要素として用いる場合、常時湿った状態の領域が形成されないため、生分解プロセスを実質的に最小限とすることができる。

断熱材を備える軽量建築要素により形成される図1,図2及び図2aに示す壁に加え、軽量パネル2により壁を形成することもできる。断熱材を備える壁は、特に外壁として用いるのに適する。断熱材を要しない建築物の内壁を軽量パネル2により構築することもできる。図18は、相互に連結する軽量パネル2を備え、好適には少なくとも３つの層5を備える内壁を示す。少なくとも１つの中間層5の両面に溝9が形成され、２つの外層5においては、少なくとも１つの中間層5と対向する面にのみ溝が形成される。

結合すべき２つの軽量パネル2において、図示する連結装置34は、縁部3’を備え、第１凸溝部３ａを用いて、軽量パネル２の第２凸溝部５ａと噛み合う側面に縁部３を配置する。この場合、噛み合う凸溝部３ａ及び５ａは、相互に接着されている。これにより、建築者側にとって簡易な手段で、軽量パネルを相互に連結することができ、縁部３はその内部に向かって拡がる結合溝３ｂを有する。凸溝部35aを備える連結ストリップ35によって互いに対向する軽量パネル2の縁部３を、接着剤及び／又は連結要素を用いて、固定的に結合させることができる。必要に応じて、配線ガイドとして用いるキャビティを、両面から挿入する連結ストリップ35の相互間に形成することもできる。

内壁の一面又は両面を、被覆又は被膜することができる。必要に応じて、軽量パネルにてスペーサを用いて、所望の間隔で被覆することもできる。これにより、搬入のため、あるいは、例えば、防音材を設置するためのキャビティを軽量パネルと被膜物との間に形成することができる。

本発明は、請求項１に記載する軽量パネル、請求項５に記載する断熱材、請求項６に記載する軽量建築要素、該軽量建築要素を製造するための、請求項１２に記載する方法、並びに軽量建築要素及び／又はパネルを使用して建築構造物を構築するための、請求項16に記載する方法に関する。

この課題は、請求項１に記載した特徴を有する軽量パネル、請求項５に記載した特徴を有する断熱材、請求項６に記載した特徴を有する軽量建築要素、該軽量建築要素を製造するための、請求項１２に記載した特徴を有する方法、並びに軽量建築要素及び／又はパネルを使用して建築構造物を構築するための、請求項１６に記載した特徴を有する方法により解決される。

Claims (16)

1. 少なくとも１枚の軽量パネル（2）と、該軽量パネルに関連する断熱材層（4）とを備える軽量建築要素（1）であって、前記軽量パネル（2）が、少なくとも１つの主表面（8）に互いに平行な一群の溝（9）が付されたボード（6）を有し、該ボード（6）が少なくとも１つの層（5）として配置され、接着剤により互いに結合した軽量建築要素（1）において、前記断熱材層（4）が木材チップ（19）を含み、該木材チップ（19）は、軽量パネル（2）用の溝（9）を備えるボード（6）を製造する際にボード素材から取り除かれる木材チップであることを特徴とする、軽量建築要素（1）。
2. 請求項１に記載の軽量建築要素（1）において、前記少なくとも１枚の軽量パネル（2）のボード（6）に付される前記溝（9）の少なくとも一部が、前記主表面（8）から前記ボード（6）の内部に向かって拡がる溝幅を有し、これらの溝間に形成される木材ウェブ（14）が、前記ボード（6）から前記主表面（8）に向かって拡がり、前記主表面（8）に幅広のウェブ表面（15）を有することを特徴とする、軽量建築要素（1）。
3. 請求項１又は請求項２に記載の軽量建築要素（1）において、前記少なくとも１枚の軽量パネル（2）が、少なくとも２つの層（5）を備え、各層（5）が前記溝（9）を有するボード（6）により形成され、各層のボードがその側縁部（7）にて結合し、直に隣接する前記層（5）が前記ボード（6）の前記主表面（8）にて接着剤によって結合し、異なる前記層（5）に付された前記溝（9）が互いに結合し、対向するそれらの溝が互いに直角に交差することを特徴とする、軽量建築要素（1）。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の軽量建築要素（1）において、前記層（5）の少なくとも一部において、前記ボード（6）が、その主表面（8）の両面に互いに平行な一群の溝（9）を有し、好適には主表面（8）の少なくとも一面にて平行溝（9）の第２群が、溝（9）の第１群に対して直角に形成されていることを特徴とする、軽量建築要素（1）。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の軽量建築要素（1）において、前記断熱材層（4）の木材チップ（19）が実質的に短冊状、平面状、波形、ロール状、ばね状又はらせん状の形状を有し、前記断熱材層（4）の木材チップ（19）の少なくとも80重量％が、2 mm〜40 mmの長さの木材チップ（19）から構成されていることを特徴とする、軽量建築要素（1）。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の軽量建築要素（1）において、結合剤（20）により結合された前記木材チップ（19）が、実質的に緊密な構造を有し、前記結合剤（20）が有機結合剤及び／又は無機結合剤の少なくとも一部を構成し、好適には、前記結合剤が、タンニンを含み、前記有機結合剤がポリマー結合剤、ポリビニルアセテート（PVAc）を含み、前記無機結合剤がアルカリ多ケイ酸塩系結合剤、ケイ酸ナトリウム及び／又はケイ酸リチウムを構成するケイ酸カリウムの混合物を含むことを特徴とする、軽量建築要素（1）。
7. 少なくとも１枚の軽量パネル（2）と、該軽量パネルに関連する断熱材層（4）とを備え、前記軽量パネル（2）が、少なくとも１つの主表面（8）に互いに平行な一群の溝（9）を有するボード（6）を備え、そのボードが少なくとも１つの層（5）として配置され、接着剤で互いに結合している軽量建築要素（1）の製造方法において、出発ボードから木材チップ（19）を取り除き、その木材チップ（19）の少なくとも一部を、前記断熱材層（4）を製造するために用い、軽量パネル（2）の少なくとも１つの層を形成するために溝付きボード（6）を結合させることを特徴とする、方法。
8. 請求項７に記載の方法において、前記断熱材層（4）を製造するために、木材チップ（19）及び結合剤（20）が充填される少なくとも１つのキャビティを、前記少なくとも１枚の軽量パネル（2）と少なくとも１枚の更なる軽量パネル（2）との間に形成し、前記木材チップ（19）及び前記結合剤（20）を、前記キャビティへの充填の間に、互いに異なる極性の電荷で帯電させることにより、可及的に完全に混合可能とすることを特徴とする、方法。
9. 請求項７に記載の方法において、少なくとも１つの圧着装置（25）により前記木材チップ（19）をキャリアベルト（26）上に層状に押し出すことで前記断熱材層（4）を製造し、ノズル配列により前記木材チップ（19）に前記結合剤（20）を塗布し、該結合剤（20）を塗布した前記木材チップ（19）を、圧力ベルト（27）により硬化路上にてキャリアベルト（26）対してプレスし、好適には、前記キャリアベルト（26）及び／又は前記圧力ベルト（27）が、前記断熱材（4）の層の一部を分離させる分離要素を有し、塗布又は結合させるために前記木材チップ（19）及び結合剤（20）を互いに逆極性の電荷で帯電させることにより可及的に完全に混合可能とすることを特徴とする、方法。
10. 請求項７〜９のいずれか一項に記載の方法において、実質的に重量450 kgの1 m³木材を素材とし、該素材の30〜60重量％、好適には実質的に前記木材の180 kg分で、キャビティ部が好適には30〜50％の範囲である前記軽量パネル（2）を製造し、前記キャビティ部を形成する際に除去される材料の100 kg〜270 kg分、好適には200 kg分を使用して密度が60 kg〜90 kg/m³の前記断熱材（4）を製造し、前記木材に加えて、好適には1.5 m³〜3.5 m³の断熱材を使用して前記軽量パネル（2）を製造することを特徴とする、方法。
11. 少なくとも１つの主表面（8）に互いに平行な一群の溝（9）を有するボード（6）又はボードセクション（6）を備え、そのボードが少なくとも１つの層（5）として配置され、互いに結合している軽量パネル（2）において、少なくとも１枚の前記軽量パネル（2）におけるボード（6）又はボードセクションに付される溝（9）の一部が、主表面（8）からボード（6）又はボードセクションの内部に向かって拡がる溝幅を有し、これらの溝間に形成される木材ウェブ（14）が、ボード（6）又はボードセクションから主表面（8）に向かって拡がり、主表面（8）に幅広のウェブ表面（15）を有することを特徴とする、軽量パネル（2）。
12. 請求項１１に記載の軽量パネル（2）において、前記少なくとも１枚の軽量パネル（2）が、少なくとも２つの層を備え、各層（5）が溝（9）を有するボード（6）により形成され、各層のボード（6）がその側縁部（7）にて結合し、直に隣接する前記層（5）を前記ボード（6）の前記主表面（8）にて接着剤によって結合し、異なる層（5）に付された溝（9）が互いに結合し、対向する溝が互いに直角に交差することを特徴とする、軽量建築要素（1）。
13. 請求項１１又は請求項１２に記載の軽量パネル（2）において、前記層（5）の少なくとも一部において、前記ボード（6）が、両側の主表面（8）に互いに平行な一群の溝（9）を有し、好適には、主表面（8）の少なくとも一面にて互いに平行な溝（9）の第２群が、溝（9）の第１群に対して直角に形成されていることを特徴とする、軽量パネル（2）。
14. 請求項１１に記載の軽量パネル（2）において、前記ボードの主表面が前記軽量パネルの外面に対して平行に延在する場合に、軽量パネルと同等の長さに切断してなる短部が、90度回転しており、１つの層内で互いに隣接するように配置され、分割した前記軽量パネルの外面の一面に相互に結合することにより短部の層が形成され、結合部の切断面が短部の層の外面を形成し、好適には、少なくとも１つの前記外面に被膜層が配置されていることを特徴とする、軽量建築要素（1）。
15. 建物建築用の軽量建築要素（1）及び／又は軽量パネル（2）の使用方法において、請求項１〜６のいずれか一項に記載の軽量建築要素（1）又は請求項11〜14のいずれか一項に記載の軽量パネル（2）を使用し、前記軽量建築要素（1）又は前記軽量パネル（2）を互いに形状密着態様で隣接させ、連結要素及び／又はクランプ要素（30, 17, 18, 30a, 35）により結合することを特徴とする、方法。
16. 木材パーチクル及び結合剤（20）を備える断熱材（4）において、前記木材パーチクルが、溝（9）を備えるボード（6）を製造する際に出発ボードから取り除かれる木材チップ（19）であり、前記木材チップ（19）が、実質的に短冊状、平面状、波形、ロール状、ばね状又はらせん状の形状を有し、断熱材（4）の木材チップ（19）の少なくとも80重量％が、2 mm〜40 mmの長さを有する木材チップ（19）から構成され、結合剤（20）により結合された木材チップ（19）が、実質的に緊密な構造を有し、結合剤（20）が有機結合剤及び／又は無機結合剤の少なくとも一部を構成し、好適には、前記結合剤がタンニンを含み、前記有機結合剤がポリビニルアセテート（PVAc）等のポリマー結合剤を含み、前記無機結合剤がアルカリ多ケイ酸塩系結合剤、ケイ酸ナトリウム及び／又はケイ酸リチウムを構成するケイ酸カリウムを含むことを特徴とする、断熱材（4）。

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