JP3159512B2 - 複合材の製造方法 - Google Patents

複合材の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼材の表面の少なくと
も一部に木質材を接着した複合材の製造方法に関し、特
に建築用の構造部材、例えば梁、柱等に用いられる複合
材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、木材は廉価に入手し易く、加工
も容易で、しかも肌ざわりも良いことから建築用材料と
して柱や梁等の建築用の構造部材として広く用いられて
いる。しかし、近年、木材資源の枯渇より適材が得られ
にくくなる一方、木材の価格高騰等によりその使用が困
難になってきている。また、木材は荷重によるたわみや
乾燥、収縮による反りが大きく、建築の梁等として用い
た場合に、鴨居や敷居にたわみや反りにより、引き戸等
がスムーズに開閉できないという不都合がある。この
為、近年、心材として鋼材を用いた複合材が使用されて
いる。この複合材は、H型鋼、L型鋼、鋼管等の表面の
一部または全部に木材を接着したもので、荷重によるた
わみが少なく、また乾燥による反り等を防止できるた
め、近年広く用いられているとともに、該複合材やその
製造方法に関する技術が種々提案されている。
【0003】例えば、特開昭63ー128931号公報
(特願昭61ー274934号公報)には、中心材とし
ての鋼材の表面に板材を仮装着し、加圧室がある可撓性
成形筒内に挿入して鋼材を内側から外側に向けて押圧す
る同時に、板材を外側から内側に向けて押圧することに
よって接着する方法が開示されている。また、特開昭6
3ー280630号公報(願昭62ー115335号公
報)には、鋼材の表面をブラスト処理、化成処理して木
材との接着性を改善した考案が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たいずれの従来の方法にあっても接着力が発現するには
長時間の圧締(押圧)時間を要するため、生産性が低い
という問題点があった。更に、接着不良が生じ易いた
め、鋼材と板材とを押圧する場合には多大の圧力、例え
ば50Kg/cm2 前後必要とされるため、板材の破壊を
招く危険があった。
【0005】従って、本発明の目的は、生産性の向上を
図り、更に製造時に材料の破損を防止できる複合材の製
造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、鋼材の表面の
少なくとも一部に木質材を接着させた建築用の複合材の
製造方法において、上記鋼材が鋼管であり、上記木質材
の表面又は上記鋼管の表面に接着剤を塗布した後、上記
鋼管の表面に上記木質材を貼着し、続いて上記木質材を
上記鋼管の表面に対して押圧しつつ、上記鋼管の内部に
熱風若しくは加熱蒸気を送風するか又は上記鋼管の内部
に加熱部材を通して上記鋼管を加熱することを特徴とす
る複合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。
【0007】
【作用】本発明によれば、鋼材としての鋼管の表面また
は木質材表面に接着材を塗布した後、木質材を該鋼管
表面に貼着後、押圧しつつ同時に加熱する。鋼管の加熱
は、鋼管の内部に熱風若しくは加熱蒸気を送風するか又
は該鋼管の内部に加熱部材を通して行う。このように圧
力の付与(圧締)と鋼管の内部側からの加熱を同時に行
うことによって、接着剤による接着効果を短い時間で
率的に発現させることができ、鋼管の表面に木質材を確
実に且つ短時間で接着することができる。
【0008】
【実施例】以下、図1〜図に示す実施例に基づいて本
発明を説明する。尚、各図中、図1は本発明の複合材の
製造工程を示す図、図2は鋼材と木質材との圧締状態を
示す斜視図、図3は鋼材と木質材との接着時における加
熱状態を示す斜視図、図4本発明により製造された複合
材の斜視図、図5は本発明の第の実施例による加熱方
法を示す斜視図、図は本発明の第の実施例による圧
締方法を示す正面図である。
【0009】本発明の複合材の製造方法は、鋼材の表面
の少なくとも一部に木質材を接着させた建築用の複合材
の製造方法において、上記鋼材が鋼管であり、上記木質
材の表面又は上記鋼管の表面に接着剤を塗布した後、上
鋼管の表面に上記木質材を貼着し、続いて上記木質材
を上記鋼管の表面に対して押圧しつつ、上記鋼管の内部
に熱風若しくは加熱蒸気を送風するか又は上記鋼管の内
部に加熱部材を通して上記鋼管を加熱する。
【0010】本発明においては、鋼材として、角管等の
鋼管が用いられるが、必要とするMOE(曲げヤング
率)によって鋼管の形状を選定する。尚、第1の実施例
では、鋼材2として角型の鋼管が用いられる。鋼管の
面に接着する木質材3としては、木材、巾矧ぎ材、合
板、MDF(中質繊維板)、FB(繊維板)、PB(パ
ーティクルボード)等が用いられる。
【0011】かかる鋼材2及び木質材3の寸法は次のよ
うにして決定される。複合材1が梁材として用いられる
場合には、特に寸法の制限はないが、一般に、複合材全
体として、巾Wb (図4参照)が105〜120mm、高
さHb が150〜360mm、長さLb が1800〜54
00mmを製造する場合において、必要な曲げ合成をE、
木質材の曲げ剛性をEw、複合材全体の断面二次モーメ
BR>ントI、鋼材の曲げ剛性をEs、断面二次モーメン
トをIw とすると、鋼材断面の二次モーメントIsは、
下記(1)式により導かれる。
【0012】
【数1】 Is=(EI/0.85−EwIw)/ES ……(1) そして、Isが求まれば鋼材の外周サイズが複合材の断
面、使用する木質板で決まるから、鋼材の厚さSm が求
まる。従って、木質材のMOE(曲げヤング率)を10
0×103 Kg/cm2 、必要とするMOEを151×1
3 Kg/cm2とすると、図4に示すように、鋼材の厚
さSm が3mm、巾Wm が55、高さHmが190mmとな
る。
【0013】尚、鋼材の表面に接着される木質材は、第
1の実施例に示すように、その外周面全面を覆うもので
あっても良いし、外周面の一面を覆うものであっても良
い。また、鋼材は、表面無処理でも良いが、耐久性を向
上させるために、特開昭63ー280630号公報に記
載のZーS(表面に亜鉛、鉄系、亜鉛系合金粒の投射)
等の化成処理をすることが好ましい。接着材は、熱硬化
性の接着材、好ましくは水性高分子イソシアネート系接
着剤、構造用エポキシ樹脂等が用いられる。
【0014】次いで、図2及び図3を参照して圧締装置
4について説明する。圧締装置4は、図2に示すよう
に、複合材1の周面を四方からプレスするもので、載置
台5に対して押しつける第1プレス板6と、複合材1を
側方から押し付ける一対の第2プレス板7a、7bが配
置されており、第1プレス板6と、第2プレス板7aに
はそれぞれポンプPが連結されており、複合材1を所定
の圧力により押圧するようになっている。かかる圧締装
置4は、第2プレス板7a、7b間に複数の複合材1を
同時に保持するものであるが、本実施例では複合材1を
一列に4個配置している。尚、圧締装置4は上記ポンプ
Pの調節により、締めつけ圧力を自在に設定できるよう
になっており、所望の圧力で複合材を四方から押圧す
る。
【0015】一方、複合材1の長手方向端部側には熱風
又は蒸気が送風されるヒーターホース8が配置されてお
り、各複合材1の開口端部に連結されるようになてい
る。このヒータホース8は、図3に示すように、その他
端がヒートダクト9に連結されており、内蔵されたヒー
タと送風機により、所定温度に加熱された熱風がヒータ
ーホース8を介して鋼材2の内側に送風されるようにな
っている。
【0016】次に、図1を参照して、本実施例の複合材
の製造方法を説明する。鋼材2は、表面処理した後、搬
送ライン上を搬送されてくるが、図1の(a)に示すよ
うに、ヒータ10により該搬送途中で予め加熱されるこ
とが好ましい。このように予熱しておくことにより、後
に行う鋼材2の加熱を効果的にできる。一方、木質材3
は、図1の(b)に示すように、その一面に、ロールコ
ータ等により接着剤を塗布する。そして、接着剤を塗布
した木質材3を鋼材2の外側表面に順次接着するが、本
実施例では4本の木質材3を鋼材2全周面を覆うよう
に、4ヵ所に貼着する。鋼材2の周面に木質材3が貼着
されると、図1の(c)に示すように、ベルトコンベア
12によって圧締装置4へ搬送し、図1の(d)に示す
ように、圧締装置4の載置台5の上に順次隣合わせに配
列する。
【0017】圧締装置4では、図2に示すように、第1
プレス板6及び一方の第2プレス板8が所定の圧力、2
〜20Kg/cm2 をかけて押圧する。同時に、ヒータホ
ース8のホース口8aをそれぞれ複合材の開口端部に挿
入し、ヒートダクトから40℃以上、好ましくは60〜
100°に加熱した蒸気(熱風)を2〜3Kg/cm2
風圧で吹き込み、鋼2をその内側から加熱する。加熱
後、約15分程で加熱を終了し、圧締装置4のプレスを
解除し、複合材1を得る。本実施例によれば、鋼管2
を、その内側から加熱することにより、接着剤の接着効
果を早め、効率良く複合材を製造できるとともに、圧締
圧力も小さくすることができるので複合材の破損等を防
止できる。
【0018】〔試験例)次に、上述の第1の実施例の試
験例を比較例とともに説明する。 (本発明)下記条件により製造した複合材を本発明品と
した。 鋼材:巾Wm 20、高さHm 30mm、長さL1000m
m、厚Sm 3mm。 木質材:ヒノキ無欠点材、又はコントロールヒノキ集成
体。 巾Wb45mm、長さL1000mm、厚Sa 35mm。 接着材:水性高分子イソシアネート系(光洋KR780
0) 塗布量250〜300g/m2 コントロールヒノキ集成体の場合には、レゾルシノール
(ディアノール35)を用いた。 圧締圧力:15Kg/cm2 。 熱風温度:80〜100℃。
【0019】(比較例)上記本発明の試験例において、
常温で15分圧締したもを比較品1とし、常温で4時間
圧締したものを比較品2とし、木質材としてヒノキ集成
体を用い且つ常温で20時間圧締したもを比較品3とし
た。上記本発明と比較例との各々で得られた複合材につ
いて接着性能試験及び曲げ性能試験を行った。その結果
を下記表1に示す。尚、ヒノキ無欠点及びコントロール
ヒノキ集成体は同様な結果であったので、ヒノキ無欠点
の値のみを下記表1に示す。
【0020】
【表1】 尚、表中、○は、接着層剥離率が10%以下を示す。 ×は、接着層剥離率が10%より大きいことを示す。 この接着層剥離率は、本発明品及び比較品を、煮沸水中
に5時間浸漬し、続いて室温水中に1時間浸漬した後、
60度で24時間乾燥した後、剥離試験を行った結果で
ある。また、本発明品と比較品の各理論MOE(曲げヤ
ング率)は、200〜210×103 Kg/cm2 であっ
た。
【0021】上記表1より明らかなように、比較品の場
合には4時間以上の接着時間を要するが、熱風を送風し
て加熱した本発明による複合材は15分という短い接着
時間で鋼材に木質板を確実に接着することができた。従
って、本発明によれば、従来の方法に比較して接着時間
を短くでき、生産率の向上を図ることができる。尚、複
合材の剛性は理論値の85%であった。従って、化成処
理した鋼材サイズを決定することにより、その剛性を推
定することができる。特に、断面の巾105mm、高さ2
40mmの梁材の場合、化成処理した鋼材サイズが厚さ2
mm、複合材断面の50%以上の条件では、そのMOEは
150×10 3 Kg/cm2 と推定される。
【0022】従って、鋼材の厚さ2mmで鋼材として鋼管
を用いた場合の鋼管断面積が、複合材全体としての断面
積の50%以上の条件とすれば、複合材1のMORを容
易に求めることができる。次に、図5及びを参照し
て、本発明の他の実施例を詳細に説明する。尚、第1の
実施例と同一部分には、同一の符号を付することによっ
て、その部分の詳細な説明を省略する。
【0023】
【0024】第の実施例の複合材の製造方法は、第
図に示すように、鋼2の加熱方法として、第1の実施
例で用いた熱風による方法に変えて、加熱部材16を中
空の鋼官内に通して加熱するものである。かかる第
実施例は、複合材の長さが短い場合に効果的である。
【0025】第の実施例の複合材の製造方法は、図
に示すように、圧締装置4の載置台として横断面が三角
形形状を有する載置材17を使用し、三角の各辺17a
に対応する面にそれぞれ4個の複合材を並べて圧締でき
るようになっている。この圧締装置によれば、各面に4
個ずつ配置すれば、合計16個の複合材を圧締すること
ができるので、更に、効率的な複合材の生産を図ること
ができる。
【0026】本発明は、上述した実施例に何等制限され
るものではなく、鋼材、木質板の材質、寸法等種々変形
可能である。例えば、木質板の厚みを更に厚くすれば、
例えば20mm以上にすれば、熱による曲がり強くな
り、複合材に耐熱性を付与することができる。
【0027】
【発明の効果】本発明の複合材の製造方法によれば、生
産性の向上を図り、更に製造時に材料の破損を防止でき
る。即ち、鋼管(鋼材)2を、その内部側から加熱する
ことによって、接着剤による接着効果を短い時間で効率
的に発現させることができるので、効率良く複合材を製
造できるとともに、木質材に加わる熱を大幅に減らすこ
とができ、また、圧締圧力を小さくすることもできるの
で、接着に伴う複合材の変形や破損等を防止することが
できる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の複合材の製造工程を示す図である。
【図2】鋼材と木質材との圧接状態を示す斜視図であ
る。
【図3】鋼材と木質材との接着時における加熱状態を示
す斜視図である。
【図4】本発明により製造された複合材の斜視図であ
る。
【図5】本発明の第2の実施例による加熱方法を示す
図である。
【図6】本発明の第の実施例による押圧方法を示す正
面図である。
【符号の説明】
1 複合材 2 鋼管(鋼材) 3 木質材 4 圧締装置 8 ヒータホース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 鴨野 研一 (56)参考文献 特開 昭63−69644(JP,A) 特開 昭62−90237(JP,A) 特開 昭63−256401(JP,A) 特開 昭57−100053(JP,A) 特開 昭63−45044(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B32B 15/10 B32B 21/04 B32B 31/20

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鋼材の表面の少なくとも一部に木質材を接
    着させた建築用の複合材の製造方法において、上記鋼材が鋼管であり、 上記木質材の表面又は上記鋼管の表面に接着剤を塗布し
    た後、上記鋼管の表面に上記木質材を貼着し、続いて上
    記木質材を上記鋼管の表面に対して押圧しつつ、上記鋼
    管の内部に熱風若しくは加熱蒸気を送風するか又は上記
    鋼管の内部に加熱部材を通して上記鋼管を加熱すること
    を特徴とする複合材の製造方法。
  2. 【請求項2】上記鋼管は、厚さ2mm以上であり、且つ
    鋼管の断面積が複合材全体の断面積の50%以上である
    ことを特徴とする請求項1記載の複合材の製造方法。
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