JP3151928U

JP3151928U - 集成材

Info

Publication number: JP3151928U
Application number: JP2009002813U
Authority: JP
Inventors: 中村　弘巳; 弘巳中村
Original assignee: 藤岡企画株式会社
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2009-04-29
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2019-04-29

Abstract

【課題】工程が簡便であって且つ安価で、強度の大きい構造用又は化粧用の集成材を提供する。【解決手段】複数の角材２ａ、２ｂを積層した積層材の該角材の各々に補強材１１を挿嵌するための挿嵌孔２１と、ボルト１２を挿入するためのボルト貫通孔２３とを設け、該積層材の最外層に配置した角材２ａの外部表面側に上記ボルトに螺合するナット１３を埋設するための凹部２２を設け、上記積層した角材の互いに接する面及び補強材に接着剤を塗布し、その後挿嵌孔２１に上記補強材１１を挿嵌し、上記ボルト貫通孔にボルトを貫通させナットで緊結する。【選択図】図１

Description

本考案は、集成材に関する。詳しくは容易、且つ安価に作製できる強度の大きい集成材であって、この複数の集成材を連結して使用することが可能な集成材に関する。

良質の大断面の木造建築物用構造材は入手が難しく、従って高価である。特に日本の山林から供給される木材を考慮すると、日本産の木材を使用した木造住宅に使用する大断面の木造建築物用構造材は集成材によらなければ成立しないといえる。

最近の集成材の作製技術は向上し、むくの木材よりも品質は向上し、強度が大きくなっている。集成材はむくの木材にはほとんど不可避の節や目切れ等の欠点のうち、大きなものは除去され、小さなものは分散されるので材質的に均質になる。ちなみに集成材の許容応力度は同じ樹種の製材に対して約５０パーセント増、ヤング率は約２０パーセント増が見込まれる。

むくの木材は断面が大きくなるほど強度の低下が顕著となる。断面が小さいときは節や繊維の傾斜を避けて製材することができるが断面が大きくなるとそれができない。すなわち、断面が大きくなると節や大きな繊維傾斜が存在する確立が高くなる。従って、断面の小さい木材を用いて大断面の集成材を作るほうが強度的には優れたものができる。

しかし、集成材は単に製材した木材より高価になる。集成材の作製には製材よりも高度な乾燥作業が要求されること、接着・圧縮等の装置が必要となるためである。従って、集成材には、簡単な工程で作製され、大きい強度を有し、安価なものであることが要求される。大断面のむくの木材は高価であるが、集成材がこれを上回る価格であっては、木造建築に採用されない。

本願考案者は日本の山林整備事業で産出される間伐材は利用価値が少なく廃棄物として処理されることが多いのを憂慮して、この間伐材の有効利用を考えてきた。これら安価な間伐材等を使用して集成材の作製を長年研究してきた。従来の構造用集成材としては、下記特許文献１及び特許文献２に技術が公開されている。これらの技術は集成材としての強度は十分であって優れたものと考えられるが、作製工程が複雑であり、コスト面から見ると一般木造建築に採用されがたいと考えられる。
特開平１０−３３８９９１号公報特開２００９−３０２９９号公報

構造用集成材としては上述したように、同じ断面のむくの木材より、許容応力度及びヤング率等の強度が大きくなるため、接着前の木材の乾燥が適切であって、木材同士の接着が充分保証されるとすれば、上記特許文献ほど複雑な補強をする必要がない。本願考案は、作製容易、安価、且つ強度の大きい集成材を提供する。本考案の集成材は構造用集成材としても、化粧用集成材としても木造建築に利用できる。

１．複数の角材を積層してなる集成材において、該集成材を構成する該角材の各々に補強材を挿嵌するための挿嵌孔と、ボルトを挿入するためのボルト貫通孔とを設け、該積層材の最外層に配置した角材の外部表面側に上記ボルトに螺合するナットを埋設するための凹部を穿設し、上記積層した角材の互いに接する面及び上記補強材に接着剤を塗布し、積層した上記複数の角材の上記挿嵌孔に上記補強材を挿嵌し、上記ボルト貫通孔にボルトを貫通させ、上記ナットで上記積層した複数の角材を緊結したことを特徴とする集成材。
２．上記補強材は、断面円形状の棒材であり、該補強材の材質は上記角材と樹種が同一な木質からなる集成材。
３．上記ナットが連結用ナットである集成材。
４．請求項３に記載の複数の集成材を上記連結用ナットを用いてボルトで連結してなることを特徴とする連結集成材。

安価な（間伐材等の）断面の小さい角材を積層し接着することにより、容易に大断面の集成材を作ることができる。この間伐材等の安価に入手できる断面の小さい角材であっても、大断面の角材に比較して節や大きな繊維傾斜の存在等の瑕疵が少ない。

補強材を設けることにより各角材の歪を防止でき、ボルトナットで各角材は緊結されているためにこの集成材は容易には変形しない。また、補強材として角材と樹種の同一の丸棒を使用するため、湿度環境の変化により木材の含水率が変化し、膨張と収縮を繰り返す場合も同一の膨張率及び収縮率を有するため補強材と角材の間に歪が生じにくい。このため初期の許容応力度等を維持できる。

この丸棒の繊維方向が各角材の繊維方向と直角な方向であるために梁等の構造用に適切な箇所に使用した場合には、より大きなせん断力強度、曲げ強度、クリープ強度を有する。

また、上述の集成材を連結ボルトでつなぎ合わせて、床材等に使用できる。特に２階の床材に用いるときには床梁を省略した設計が可能である。この床材を使用すると日本人の木に対する本物志向に合致して、むくの板材を使用した床材に比較し、どっしりした品格及び美しさが表面に現れて化粧用集成材の役目もする。また、この床を使用したときは１階の天井を設けない場合でも、２階で発生する音が遮断される。

本願集成材を以下の図に基づいて説明する。本願集成材はこれらの図に限定されるものではない。図１は本願集成材の組立図である。図２本願集成材の平面図である。図３は図２の平面図に係るＡ−Ｂ断面図である。

角材２ａ（再外装の角材）、２ｂ（中間層の角材）の樹種は特に限定されない。一般木造建築に使用される樹種を用いることができる。これらの樹種のうちで間伐材として産出される杉、ヒノキ等が安価であるため好ましく用いられる。しかし、角材２ａ、２ｂは同一の樹種を使用する。樹種が異なると乾燥または湿気による収縮・膨張が同一でなく、接着強度が弱くなることがあるからである。

これらの角材の木口寸法は特に限定はない。所望の断面になるように任意に選択することができる。また、角材の長さ寸法も特に限定はない。所望のものを使用することができる。この角材に節等の大きな瑕疵がある場合は、その部分を切除して瑕疵のない木材をフィンガージョイント等で接合して所望の長さとすることができる。また、木口の形状も特に限定はない。正方形であっても長方形でもよい。更に、いわゆる太鼓けずりであってもよい（図４（ｂ）を参照）。

この角材の乾燥方法は特に限定されない。強制乾燥をすることもできるが、風通しの良い日陰で平衡含水率に達するまで乾燥させることができる。生材を乾燥させると自由水の離脱が先行し、ついで結合水が失われていく。この過程で自由水を全く含まず結合水が細胞壁内で飽和している状態があり、それを繊維飽和点とよび、そのときの含水率（以下含水率というときは乾量基準である。）ほとんどの樹種で２５から３０％であるといわれている。

繊維飽和点以上の状態は、自由水が間隙に入るので木材の性質は変わらないが、繊維飽和点以下では自由水が存在せず、水分は結合水をして細胞と分子レベルで強く結合している。このため、その増減が木材の性質に影響し、木材の強度や寸法が変わってくるといわれている。

また、生材を自然乾燥させた場合、やがて大気の温度と湿度に平衡した含水率に達してそれ以上乾燥しなくなる。この平衡含水率は日本では地域や季節より異なるが１５％前後である。本願集成材の作製前の角材２ａ、２ｂの好ましい含水率は１４％〜１７％である。１４％未満とすることは自然乾燥では困難な場合があり、また、これ以下に乾燥させる必要がない。また、１７％を超えるとこの角材で作製した集成材１は乾燥によりひずみが生じ強度が弱い場合がある。上記含水率の範囲で作製した本願集成材は断面同一のむくの木材に劣ることは無い。

補強材１１は材質を特に限定するものではない。例えば、樹脂、鋼材等が挙げられるが、好ましくは上記角材と同一の樹種からなる断面円形の棒材１１が好ましい。この棒材が乾燥・湿気により収縮・膨張を角材２ａ、２ｂとほぼ同じ状態で繰り返すため、この棒材１１と角材２ａ、２ｂとの間の歪の発生が少なく、この集成材１の初期強度を保つことができる。補強材１１の数は特に限定はないが、好ましくは６０ｃｍ〜１２０ｃｍ、より好ましくは８０ｃｍ〜１００ｃｍである。１２０ｃｍを超える集成材１の強度が不足する恐れがあり、６０ｃｍ未満であると集成材１の製作が煩雑になり高価になる。

この補強材１１（以下棒材１１という）の平衡含水率も上述の角材と略同一にすることが好ましい。同一の平衡含水率であれば、当初から上述したように乾燥・湿気により収縮・膨張を角材２ａ、２ｂとほぼ同じ状態で繰り返すためである。この棒材は上記自然乾燥した角材から製作することもできるが、別個に作製した棒材を上記角材と同一の環境で乾燥させれば角材と略同一の含水率のものが得られる。

角材２ａ、２ｂには、上記棒材１１を挿嵌するための挿嵌孔２１を設ける。この挿嵌孔２１は棒材１１と同一径とすることもできるが、直径で１ｍｍ以内で大きくすることもできる。棒材１１に接着剤を塗布すれば容易に挿嵌できる。また、棒材１１より直径が１ｍｍ以内で大きい径の挿嵌孔２１を設けて棒材１１に接着剤を塗布して挿嵌した後で角材に１〜３ｍｍのバイパスを角材に設け、このバイパスから接着剤を圧力ポンプを用いて棒材１１と角材の間に圧入することもできる。

接着剤は集成材の接着に通常用いられる公知のものを使用することができる。例えば、メラミン樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤、レゾルシノール樹脂接着剤、水性高分子イソシアネート系接着剤（水性ビニルウレタン）、酢酸ビニル樹脂エマルジョン接着剤、ユリア樹脂接着剤等が挙げられる。これらのうちで構造用集成材に使用する場合は、メラミン樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤、レゾルシノール樹脂接着剤、水性高分子イソシアネート系接着剤（水性ビニルウレタン）が好ましい。耐水性に優れているためである。これらのうちで水性高分子イソシアネート系接着剤（水性ビニルウレタン）が特に好ましい。取り扱いが容易であり、耐久性にも優れるためである。

図１、２、及び３に示すように、積層する角材２ａ、２ｂにはボルト用の貫通孔２３を設ける。この積層角材の最外層の外側には、ボルト１２に螺合するナット１３を埋設するための凹部２２をボルト貫通孔２３の中心点を中心として穿設する。このボルト１２は集成材１の表面から突出しないように長さ寸法を定める。このボルト１２に螺合するナット１３には、スプリングワッシャ１４及び平ワッシャー１５を備えることが好ましい。スプリングワッシャ１４を備えるのは、積層する角材は平衡含水率になっているが、季節及び部屋の暖房等で収縮をする場合が想定されるからである。このスプリングワッシャ１４を備えた場合は、ナット１３で緊結した集成材１は、ナット１３が緩んでガタが生じることは無い。

ボルト貫通孔２１とボルト１２の間隙は上述のように角材にバイパスを設けて接着剤を圧力ガンで注入して充填することができる。この注入された接着剤は互いに接触する角材２ａ、２ｂ間の接着剤を補う効果もある。集成材１において発生が予想される瑕疵は、接着剤が十分に塗布されていないことに起因する場合が最も多い。このボルト１２の数は特に制限はないが、上述の補強材１１の間に配設する。従って、このボルトの数は補強材１１の数によって決まる。

図４は、図２に係るＣ−Ｄ断面図である。この図４に示すように完成した集成材の棒材１１を釘２４で固定することができる。釘の種類は限定されないが、錆による集成材１の表面汚染及び腐食による劣化を考慮すると、ステンレス製の釘又は亜鉛引きの鋼製釘の使用が好ましい。特にこれらのスクリュウ釘の使用が好ましい。図４（ａ）は木口形状が矩形のものであって、図４（ｂ）は木口形状がいわゆる太鼓けずりの角材の断面を表す。矩形角材を製材するには、４面挽きをする必要があるが、太鼓けずりの場合は２面挽きすれば足りるため安価である。

本願集成材１は、上述のナット１３に代えて、図５に示す連結ナット３０を用いることができる。図５は連結用ボルトナットの組立・分解図である。この連結ナット３０は２本のボルト１２を連結して固定するものであって、図５に示す連結ボルト３０は具体例であって、この図に示すものに限定されない。この連結ボルトを備えた複数の集成材１を連結して連結集成材２を作製する。この連結ナット３０を使用する際にも平ワッシャ及びスプリングワッシャを使用することが好ましい。
本願考案の集成材は、梁、通柱、耐力壁等の構造材料として利用される。

他の本願考案は上述の集成材１を連結ナット３０で連結してなる連結集成材２である。図６はこの連結集成材２の連結説明図である。この連結集成材２は複数の連結ナット３０を備えた複数の集成材１をボルト１２で連結したものである。図６は２本の集成材１を連結した連結集成材２を示すが、更に多くの集成材１を連結することができる。

この連結集成材２は、床材等として使用することができる。床材として使用する場合は、日本人の木材に対する本物志向に合致し、むく材の単板を使用した場合、あるいは化粧合板をした場合よりも重厚で且つ美しい床材となる。この連結集成材２を２階床材として使用する場合は、２階床梁を省略することができる。この連結集成材２を２階床材として使用する場合は、１階に天井を設けなくても２階で発生する音を効率よく遮断できる。

本願集成材の組立図である。本願集成材の平面図である。本願図２に係るＡ−Ｂ一部切断断面図である。本願図２に係るＣ−Ｄ一部切断断面図である。連結用ボルトナットの組立・分解図である。本願連結集成材の連結説明図である。

１集成材
２連結集成材
２ａ最外層の角材
２ｂ中間層の角材
１１補強材
１２ボルト
１３ナット
１４スプリングワッシャ
１５平ワッシャ
２１補強材用挿嵌孔
２２ボルト埋設用凹部
２３ボルト用貫通孔
２４釘
３０連結用ナット

Claims

複数の角材を積層してなる集成材において、該集成材を構成する該角材の各々に補強材を挿嵌するための挿嵌孔と、ボルトを挿入するためのボルト貫通孔とを設け、該積層材の最外層に配置した角材の外部表面側に上記ボルトに螺合するナットを埋設するための凹部を穿設し、上記積層した角材の互いに接する面及び上記補強材に接着剤を塗布し、積層した上記複数の角材の上記挿嵌孔に上記補強材を挿嵌し、上記ボルト貫通孔にボルトを貫通させ、上記ナットで上記積層した複数の角材を緊結したことを特徴とする集成材。
上記補強材は、断面円形状の棒材であり、該補強材の材質は上記角材と樹種が同一な木質からなる請求項１記載の集成材。
上記ナットが連結用ナットである請求項１又は請求項２に記載の集成材。
請求項３に記載の複数の集成材を上記連結用ナットを用いてボルトで連結してなることを特徴とする連結集成材。