JP5099891B2

JP5099891B2 - 構造用正角材の製造方法

Info

Publication number: JP5099891B2
Application number: JP2007254082A
Authority: JP
Inventors: 博行上村; 秀友記堺; 恵一郎川添
Original assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: JP2009083213A

Description

本発明は、本発明は、木造住宅の柱や土台等に好ましく用いられる構造用正角材の製造方法に関する。

従来、木造住宅の柱や土台等に用いられる正角材としては、通直で十分に太い丸太から角材を製材し、これを期間を掛けて自然に乾燥させたものが広く用いられてきた。

しかし、近年になって、十分に太い丸太の入手が困難となってきたため、細い丸太の外周をそぎ落とすように製材して、丸太の芯を含む角材を得、これを住宅用の角柱又は土台に用いるようになった。また、欠点の多い製材品から欠点を除去して木取り、無欠点の小幅で短小な木取り品を得、それを縦横接着して得られる集成材を、住宅用の角柱又は土台に用いることも行われている。

しかし、細い丸太から芯を含むように製造された角柱又は土台は、乾燥させると表面及び内部に割れを生じ、意匠性及び強度が悪化するという課題を有していた。また、集成材から得られた角柱又は土台は、乾燥による割れの問題は解決出来たが、小幅短尺材を接着した物であるため意匠性に劣り、それを補うため外周に化粧単板を貼ることも行われているが、この場合はコスト高となってしまうという新たな課題を生じていた。

出願人は、先に、丸太から製材した芯持ち角材を、芯を含む面で分割して２本の分割材とし、両分割材をそれぞれ乾燥させた後、両分割材それぞれにおける少なくとも分割面に対してむら取り加工を施し、次いで、むら取り加工を施した分割面同士をプレス装置を用いて接着剤を介して接着して両分割材を一体化させる柱又は土台用の角材の製造方法を提案した（特許文献１参照）。
特開２００２−０８６４１５号公報

特許文献１記載の方法によれば、丸太から製材された従来の芯持ち角材と同様に表面に自然感のある木材模様を有し、しかも表面や内部の割れが顕著に抑制された、意匠性及び強度に優れた柱又は土台用の角材を経済的に製造することができる。
しかし、プレス装置を用いて分割材同士を一体化した直後の角材は、反りやねじれのない通直なものであるが、同様の角材を多数製造した場合、それらの角材のなかに、時間の経過と共に反りを生じるものが発生することがあった。
また、水性の接着剤を用いて分割材同士を接着させた場合、得られた角材の分割材同士の接合部に一部剥離した部分が認められる場合があった。このような剥離は、通常の柱や土台としては特に問題がないものであるが、より高性能の構造材を製造する観点からは好ましくない。

従って、本発明の目的は、ラミナ同士の接合部に剥離部分が生じにくく、自然感のある木材模様を有し、意匠性や強度に優れた構造用正角材を効率良く製造することのできる、構造用正角材の製造方法を提供することなる。

本発明は、丸太から製材した断面長方形状のラミナを乾燥し、互いに接合させる２本のラミナそれぞれにおける少なくとも相接合させる面にむら取り加工を施した後、２本のラミナそれぞれの相接合させる面に、接着剤として水性ビニルウレタン樹脂接着剤を塗工し、次いで、２本のラミナの接着剤塗工面同士を面接させて加圧し、加圧開始後４０秒以上経過した後に、前記接着剤に高周波を作用させ、該接着剤を介して２本のラミナを一体化させることを特徴とする構造用正角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。

本発明においては、２本のラミナそれぞれの相接合させる面に前記接着剤を同時に塗工することが好ましい。

本発明の構造用正角材の製造方法によれば、ラミナ同士の接合部に剥離部分が生じにくく、自然感のある木材模様を有し、意匠性や強度に優れた構造用正角材を効率良く製造することができる。

以下、本発明をその好ましい実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態における各段階を説明するための図であり、図２は、図１に示す方法により得られる構造用正角材の例を示す斜視図である。

本実施形態においては、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、丸太１から製材された芯持ち角材２を、原料材として用いる。芯持ち角材２を、丸太１から製材する方法としては、各種公知の方法を用いることができるが、本実施形態においては、ツインソーを用いて、丸太１を、その中心線に平行な４つの平面Ｓ１〜Ｓ４において切断し、得られた横断面略正方形の芯持ち角材２を、原料材として用いている。

次いで、丸太１から製材された芯持ち角材２を、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、芯２１を含む面２２で分割して２本の分割材３，３とする。この２本の分割材３，３が本実施形態におけるラミナである。芯持ち角材２を分割する手段としては、角材２をその長手方向に沿って切断し得る各種公知の装置を用いることができ、例えば、帯鋸、丸鋸等を用いることができる。これらの中でも、帯鋸が好ましい。本実施形態における芯持ち角材２は、その横断面の中心に、該角材２の長手方向に沿って芯（丸太の樹芯）２１を有しており、芯持ち角材２を分割する際には、芯持ち角材２を、その横断面の中心点を通り、相対向する一対の側面それぞれに直角をなし他の一対の側面と平行な平面２２において切断している。

次いで、図１（ｄ）に示すように、得られた２本の分割材３，３を、互いに離間させてそれぞれ乾燥させる。乾燥に際して、前記２本の分割材は、同一の乾燥室で同時に乾燥させることが好ましい。分割材３，３の乾燥方法としては、木材の乾燥方法として従来知られている各種の方法を特に制限なく用いることができ、天然乾燥でも人工乾燥でも良く、両者を組み合わせた方法でも良い。好ましい人工乾燥の方法としては、温度及び湿度を制御可能な乾燥装置内に配置して乾燥させる方法を挙げることができる。
人工乾燥と天然乾燥とを併用する方法の好ましい例としては、１〜３ヶ月程度（例えば夏季においては１．５ヶ月、冬季においては２．５ヶ月）の天然乾燥を行った後、４０〜７０℃（より好ましくは５０〜６０℃）程度に調節した乾燥装置内で１０〜６０日程度（より好ましくは５〜３０日程度）乾燥する方法が挙げられる。人工乾燥の前に天然乾燥を行うと、個体別にばらばらな含水率を芯まである程度一様に乾燥させることができ、表面や内部の割れを防止しつつ、乾燥工程のエネルギーコストを抑制することができる。

また、乾燥は、互いに接合させるべき一対の分割材（ラミナ）を同時に乾燥することが好ましい。また、人工乾燥する場合、装置内では隣り合わせに配置することが好ましい。何れも変形の度合いや含水率を極力同じにするためである。

両分割材（ラミナ）３，３の乾燥は、含水率がそれぞれ１５％以下になるように行うことが好ましい。含水率が１５％以下となるまで乾燥させることにより、両分割材（ラミナ）同士の接着性を向上させることができ、特に１２％以下となるまで乾燥した場合には、特に強度が優れた柱又は土台用の角材を得ることができる。但し、過度に乾燥させようとすると、材の変形が大きくなったり、内部割れの危険が大きくなる。またエネルギーコストも上昇する。従って、乾燥後の含水率は、８％以上であることが好ましく、良好な接着性とエネルギーコスト等とを両立させる観点から、乾燥後の含水率は８〜１５％、特に８〜１２％であることが好ましい。

ここで、分割材（ラミナ）の含水率は、以下のようにして測定する。乾燥後の各分割材（ラミナ）の長手方向の中央部を３０ｍｍ幅にカットしてサンプルとし、そのサンプルの重量Ｗ１を測定する。次いで、サンプルを、ＪＩＳＺ２２０１．木材の試験方法含水率の測定方法に準じて、乾燥機中で１０５℃に放置し、該サンプルが恒量に達した後の重量Ｗ２を測定する。そして、下記式により含水率を求める。
含水率（％）＝（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ２×１００

本発明においては、接合前のラミナの状態で乾燥するため、芯持ち角材２の状態で乾燥する場合に比べて、材の表面や内部に割れが発生することを顕著に抑制することができる。尚、未乾燥の芯持ち角材２をそのまま乾燥させた場合には、例えばスギ材においては、芯を含む心材の含水率が７５〜１５０％もあり、更にその含水率を８〜１５％に低下させにくい特性を持つため、材を均一に乾燥することが困難であり、乾燥中に表面や内部に割れが発生する。従って、外観及び強度に優れた柱又は土台用の角材を得ることができない。

次いで、乾燥させた２本の分割材３，３それぞれにおける少なくとも分割面（分割の際に生じた製材面）３１，３１に対してむら取り加工を施す。即ち、乾燥後の分割材３，３には、例えば図１（ｅ）に仮想線で示すように、反りや歪みが生じていることが多く、そのままでは、両分割材を接着しても充分な強度が得られない恐れがあるため、少なくとも両者の分割面３１，３１、好ましくは各分割材３の４つ側面（分割面３１及び他の３つの側面３２〜３４）の総てに対してむら取り加工を施す。本実施形態においては、分割面３１，３１が、２本の分割材（ラミナ）３，３それぞれにおける、相接合させる面である。
ここで、むら取り加工とは、ラミナ（本実施形態においては分割材）の側面に生じた反りや歪みを除去する加工である。むら取り加工を施すための手段としては、例えば、むら取りプレーナー、モルダー等の各種公知の装置を用いることができるが、本実施形態においては、モルダーを用いて、各分割材３の４側面の総てに対してむら取り加工を施している。

また、本実施形態においては、２本の分割材（ラミナ）３，３に対するむら取り加工をほぼ同時に行っている。２本の分割材（ラミナ）３，３の相接合させる面３１，３１に対するむら取り加工をほぼ同時に行うことで、露出した平坦面に接着剤が塗工されるまでの時間をほぼ同じにすることができ、相接合させる面の含水率を等しくすることができる。それにより、製造した構造用正角材に反りが生じることを一層防止することができる。
２本のラミナに対してほぼ同時にむら取り加工を施す方法としては、２つのモルダー（加工装置）を並設し、２本のラミナを、両モルダー（加工装置）それぞれに同時に導入して加工する方法や、多数のラミナを、１つのモルダー（加工装置）で順次加工するに当たり、互いに接合される一対のラミナーを該モルダー（加工装置）に連続して導入する方法等がある。
相接合される一対のラミナに対するむら取り加工は、何れか早い方のラミナに対するむら取り加工の開始時点から、両ラミナに対するむら取り加工が終了するまでの時間が、５〜３０秒であることが好ましく、８〜２０秒であることがより好ましい。

次いで、図１（ｆ）に示すように、２本の分割材（ラミナ）３，３それぞれの相接合させる面３１ａ，３１ａに同時に接着剤３５を塗工する。本実施形態においては、２本の分割材３，３を、図３に示すように、並列状態として搬送し、両者を同時に塗工装置５に供給して、同時並行にて接着剤を塗工している。
図３に示す塗工装置５は、周面に接着剤が連続して供給される塗工ローラー５１を用いて、両分割材３，３の相接合させる面３１ａ，３１ａに同時に同量の接着剤３５を塗工するものである。接着剤の塗工方法としては、スプレッダー等の各種公知の塗布装置を用いることができる。塗工ローラー５１としては、各種公知のものを用いることができ、その周面への接着剤の供給は、ローラー中を通して供給するものでも、周面に外部から直接供給するものでも良い。

本実施形態におけるように、接着剤３５を両分割材３，３に同時に塗工することで、接着剤中の液分（水分）が、両分割材３，３の相接合させる面３１ａ，３１ａに浸み込む量が等しくなる。それにより、製造した構造用正角材に反りが生じることが効果的に防止することができる。
相接合される一対のラミナに対する接着剤の塗工は、塗工開始時点から塗工完了までの時間が、６０秒以内であることが好ましく、３０秒以内であることがより好ましい。塗工開始時点は、２本のラミナに順次塗工する場合は先に塗工するラミナに塗工を開始した時点であり、図３に示すように、２本のラミナに完全に同時に塗工する場合は、その塗工開始時点である。第１発明において、同時に接着剤を塗工する態様には、図３に示すように、完全に同時に塗工する場合の他、塗工開始時点から塗工完了までの時間が、１０秒以内である場合が含まれる。
両分割材３，３に対する接着剤の塗工量は、実質的に同量であることが好ましく、両分割材３，３に対する塗工量の差は、塗工量の多い方の塗工坪量（ａ）と少ない方の塗工坪量（ｂ）との差（ａ−ｂ）が、塗工量の多い方の塗工坪量（ａ）の２０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましく、５％以下であることが更に好ましい。
接着剤の塗工坪量は、使用する接着剤の種類等に応じて適宜に決定できるが、例えば、水性ビニルウレタン樹脂接着剤の場合、相接合させる面３１ａ，３１ａそれぞれに対する接着剤の塗工坪量は、８０〜２００ｇ／ｍ²、特に１２０〜１６０ｇ／ｍ²であることが好ましい。

接着剤としては、各種公知の接着剤を用いることができ、例えばユリア樹脂、酢酸ビニル樹脂、水性ビニルウレタン樹脂接着剤等を挙げられるが、本実施形態においては、水性ビニルウレタン樹脂接着剤を用いている。水性ビニルウレタン樹脂接着剤を用いると、特に接着強度が大きいので構造用正角材４に充分な強度が得られると共に、硬化後においても鉄よりも柔らかいので、該構造用正角材４の切断やほぞ加工などの際に工具等を損傷させることを防止できる。また、水性ビニルウレタン樹脂接着剤は、構造用正角材４の表面にはみ出しても外観を悪化させない点や、ホルムアルデヒドなどの化学物質を大気中に放散しない点においても有利である。

次いで、図１（ｇ）に示すように、２本の分割材３，３の接着剤塗工面３１ａ，３１ａ同士を面接させ、図１（ｈ）に示すように、２本の分割材３，３を、衝合面３６とは反対側の面側から押圧して加圧する。
接着剤の塗工後、接着剤塗工面３１ａ，３１ａ同士を面接させる迄の時間は２０分以内、特に１０分以内であることが好ましい。
本実施形態においては、図１（ｈ）に示すように、支持台６１上に載せた一対の分割材３，３を、水平方向の両側から一対の加圧部材６２，６２で押圧して加圧可能であると共、被加圧状態の被加圧材に対して高周波を上方から照射可能なプレス装置を用いている。図１（ｈ）中の部材６３は、高周波ヘッドであり、高周波６３を照射する機能とを有している。また、図１（ｈ）には、接着剤塗工面同士を面接させた一対の分割材３，３のみを加圧する様子を示したが、接着剤塗工面同士を面接させた一組の分割材３，３を、複数組並べて一体的に加圧することが好ましい。

また、高周波は、２本の分割材（ラミナ）３，３の接着剤塗工面同士を面接させて加圧を開始した後４０秒以上経過した後に、照射を開始する。
高周波の照射により接着剤は、高温に加熱されるが、加圧直後に照射を開始した場合、ラミナ同士の界面に残っている接着剤から発生した気泡（気体）が、ラミナの木目の柔らかい部分（いわゆる夏目）を加圧し凹状に変形させ、それによって、ラミナ同士の接合部に剥離部分が生じる。
接着剤塗工面同士を面接して加圧を開始した後、高周波を作用させるまで時間（以下、加熱遅延時間ともいう）を４０秒以上とし、接着剤あるいは接着剤中の水分をラミナ中にしみこませてラミナ同士の界面に気泡が発生しにくくした上で、高周波を照射することで、ラミナ同士の接合部に剥離部分が生じることを防止でき、それにより強度に特に優れた構造用正角材を得ることができる。剥離部分が生じることを防止する観点から、加熱遅延時間は、５０秒以上であることが好ましい。加熱遅延時間の上限は特にないが、生産効率の点から、５分以内、特に３０分以内であることが好ましい。

高周波の照射により接着剤が乾燥して硬化することにより、分割材（ラミナ）３，３同士が強固に結合して、強度に優れた構造用正角材４を得ることができる。高周波の照射は、例えば１分から５分程度、好ましくは１〜３分程度行う。高周波の照射の照射後、分割材３，３同士が強固に結合した構造用正角材４をプレス装置から取り出す。

本実施形態においては、分割材３，３を一体化させた後の角材４に対して更に仕上げ加工を施している。ここで、仕上げ加工とは、角材４の少なくとも何れかの側面を平滑にする加工であり、特に分割材３，３同士の接合部が表面に現れている一対の側面に対して仕上げ加工を施すことにより、一層意匠性に優れた角材４を得ることができる。仕上げ加工は、４つの側面の総てに対して施すことが好ましく、本実施形態においては、モルダーにて４側面の総てに対して仕上げ加工を施している。

本実施形態の構造用正角材の製造方法によれば、以上のようにして、従来の芯持ち角材２と同様の自然観のある自然感のある木材模様を有し、しかも時間が経過しても反りやねじれが生じ難い構造用正角材を効率良く製造することができる。
また、本実施形態の構造用正角材の製造方法によれば、以上のようにして、ラミナ同士の接合部に剥離部分が生じにくく、自然感のある木材模様を有し、意匠性や強度に優れた構造用正角材を効率良く製造することができる。
本発明で製造される構造用正角材は、木造建築物、特に木造住宅における各種の構造材として好ましく用いられる。木造建築物の構造材としては、柱、梁、土台等が挙げられる。
また、本発明で製造される構造用正角材の長さや断面の寸法は具体的な用途に応じて適宜に決定できるが、一例を挙げれば、断面の寸法は８０ｍｍ×８０ｍｍ〜２００ｍｍ×２００ｍｍとすることができ、長さは２〜１５ｍとすることができる。また、断面の縦寸法と横寸法が多少異なっていても良い。但し、縦横の寸法比は０．９〜１．１程度が好ましく、０．９５〜１．０５がより好ましく、１が更に好ましい。

以上、本発明を、その一実施形態に基づいて説明したが、本発明は、斯かる実施形態に制限されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜に変更可能である。
例えば、互いに接合する一対のラミナは、同一個体の丸太から得られたものであることが好ましいが、別の個体から得られたものであっても良い。また、上述した実施形態においては、丸太１から芯持ち角材２を経て分割材（ラミナ）３を得ていたが、丸太１から直接２本あるいは３本以上のラミナ３を製材しても良い。

また、図４に示すように一本の小径木の丸太１から芯を含む一本のラミナ３を製材し、同様にして製材したラミナ同士を接合して構造用正角材４を得ても良い。また、図５や図６に示すように、大径木の丸太１から芯を含まないラミナ３を製材し、それらを接合して構造用正角材４を得ても良い。図５に示す実施形態においては、２本のラミナを、木裏同士を対向させて接合しているが、このように、木裏同士又は木表同士を対向させて接合することが、反り防止の点から好ましい。
また、構造用正角材４の製造に用いるラミナは、構造用正角材４の長さと同じ長さの一本の無垢材であることが好ましいが、乾燥前、乾燥後むら取り加工前、あるいは、むら取り加工後に、ラミナを、欠点を取り除いたり、長手方向に延長したりするために、フィンガージョイント等で長手方向につないでも良い。

また、第１発明においては、高周波の照射機能を有しないプレス装置を用いても良く、コールドプレスやホットプレス等を用いることもできる。また、第２発明においては、２本のラミナそれぞれの相接合させる面に接着剤を任意のタイミングで塗工することができる。

図１は、本発明の一実施形態における製造工程の各段階を示す工程図である。図２は、本発明の一実施形態により得られる造用正角材の例を示す斜視図である。図３は、本発明の一実施形態における接着剤の塗工態様を示す斜視図である。図４は、本発明の他の実施形態を説明する説明図である。図５は、本発明の他の実施形態を説明する説明図である。図６は、本発明の他の実施形態を説明する説明図である。

符号の説明

１丸太
２芯持ち角材
２１芯
２２芯を含む面
３分割材（ラミナ）
３１分割面
４構造用正角材

Claims

丸太から製材した断面長方形状のラミナを乾燥し、互いに接合させる２本のラミナそれぞれにおける少なくとも相接合させる面にむら取り加工を施した後、２本のラミナそれぞれの相接合させる面に、接着剤として水性ビニルウレタン樹脂接着剤を塗工し、次いで、２本のラミナの接着剤塗工面同士を面接させて加圧し、加圧開始後４０秒以上３０分以内経過した時点で、前記接着剤に高周波を作用させ、該接着剤を介して２本のラミナを一体化させることを特徴とする構造用正角材の製造方法。
２本のラミナそれぞれの相接合させる面に前記の接着剤を同時に塗工することを特徴とする請求項１記載の構造用正角材の製造方法。