JP5102990B2 - 高強度集成材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、高強度な集成材の製造方法に関する。
従来、杉等の軟質材は、建築材料として多用されているが、強度が低いために使用される場合が限定されていた。また、杉等の育成過程において除去される間伐材は、小径木であり、極めて柔らかく、更には湾曲しているため構造材（例えば、柱材）としてほとんど使用できなかった。そこで、軟質材のひき板及び小角材等を繊維方向を平行に配置して、長さ、幅、及び厚さ方向に集成し接着して強度を高めた集成材が製造されている。
また、特許文献１には、表面に接着剤が塗布されると共に、高温高圧の水蒸気によって軟化処理した複数本の木材を圧縮して所定形状に成形する集成材及び集成材の製造方法が開示されている。特許文献２及び特許文献３には、木材に水蒸気処理を行う木材処理加工装置が開示されている。
しかしながら、軟質材を接着剤で集成して製造した集成材は、強度が弱く構造材としては不向きであるという問題があった。また、特許文献１の発明では、複数の木材を軟化して、それらを一体として圧縮し集成材に成形するので、各木材の圧縮率が異なり、集成材の強度にばらつきが出るという問題があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、強度にばらつきの少ない高強度集成材の製造方法を提供することを目的とする。
前記目的に沿う本発明に係る高強度集成材の製造方法は、ひき板及び小角材のいずれか一方又は双方を含む木質材料の接合端部にフィンガージョイントを形成して第１の接着剤で縦継ぎした縦継ぎ材を密閉容器内に入れて密閉する第１工程と、
前記密閉した密閉容器内に１００〜２３０℃かつ１〜３０ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧の水蒸気を供給して前記縦継ぎ材を軟化させる第２工程と、
前記第２工程で軟化した縦継ぎ材を、その繊維方向に垂直に圧縮して断面積を１／３〜２／３の範囲とした断面矩形の圧縮縦継ぎ材を形成する第３工程と、
複数の前記圧縮縦継ぎ材を繊維方向を平行、かつ接合される前記圧縮縦継ぎ材の縦継ぎ位置が重ならないようにして、第２の接着剤で接着する第４工程とを有する。
前記密閉した密閉容器内に１００〜２３０℃かつ１〜３０ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧の水蒸気を供給して前記縦継ぎ材を軟化させる第２工程と、
前記第２工程で軟化した縦継ぎ材を、その繊維方向に垂直に圧縮して断面積を１／３〜２／３の範囲とした断面矩形の圧縮縦継ぎ材を形成する第３工程と、
複数の前記圧縮縦継ぎ材を繊維方向を平行、かつ接合される前記圧縮縦継ぎ材の縦継ぎ位置が重ならないようにして、第２の接着剤で接着する第４工程とを有する。
本発明の高強度集成材の製造方法において、木質材料としては、例えば、ヒノキ、ヒバ、ケヤキ、スギ、ベイスギ、カラマツ、アカマツ、オウシュウアカマツ、クロマツ、ダフリカカラマツ、ベイマツ、ベニマツ、トドマツ、エゾマツ、ラワン、サザンパイン、ラジアタパイン、ロッジポールパイン、ポンデローサパインベイヒ、ベイツガ、ベイモミ、タモ、シオジ、ニレ、イタヤカエデ、カバ、ブナ、アピトン、ミズナラ、ツガ、アラスカイエローシダー、モミ、及びスプルース等がある。特に、通常では堅牢度が低く柱等の構造材として使用できない、例えば、スギ及びヒノキ等の軟質材や小径木の間伐材を、堅牢度が高く、構造材としても使用可能な高強度集成材に形成して、付加価値を高めることができる。
また、高温高圧の水蒸気雰囲気内では、本発明に使用する被処理木材が、水蒸気を吸収して軟化すると共に、木質が分解する。この状態で被処理木材を機械的に圧縮することにより、被処理木材中の微細な空洞部分が小さくなり、密度及び強度が上がる。この際には、木質に含まれるヘミセルロース及びリグニンが部分的に解重合して、フェノール化合物及びフルフラール化合物が生成する。これらの化合物は、茸類の坦子菌の成育を阻害する性質を有し、被処理木材の木材腐朽菌に対する耐久性を向上させることができる。
被処理木材の軟化の際に供給される水蒸気の温度は、木質材料の炭化温度以下であって、下限が１００℃、好ましくは１３０℃、更に好ましくは１５０℃であり、上限が２３０℃、好ましくは２００℃、更に好ましくは１８０℃である。水蒸気の温度が１００℃未満では、被処理木材が軟化し難くなり、２３０℃を超えると被処理木材が柔らかくなり過ぎる。
被処理木材の軟化の際に供給される水蒸気の圧力は、下限が１ｋｇ／ｃｍ2、好ましくは１．２ｋｇ／ｃｍ2、更に好ましくは５ｋｇ／ｃｍ2である。水蒸気の圧力の上限は、３０ｋｇ／ｃｍ2、好ましくは２５ｋｇ／ｃｍ2、更に好ましくは２０ｋｇ／ｃｍ2である。水蒸気の圧力が１ｋｇ／ｃｍ2未満であると、木質の分解が起こり難くなり、３０ｋｇ／ｃｍ2を超えると木質の分解が進行し過ぎて高強度集成材の物理的強度が低下する。
更に、被処理木材の圧縮は、断面積が１／３〜２／３（体積が約１／３〜２／３）程度となるように行う。被処理木材の断面積が１／３未満となるように圧縮すると圧縮時に被処理木材に与える力が大きくなり過ぎ、断面積が２／３を超えるように圧縮すると製造した高強度集成材の強度が低くなる。
使用する接着剤としては、例えば、ユリア系、メラミンユリア系、フェノール系、レゾルシノール系、又は水性ビニルウレタン系があるが、特には、低ホルムアルデヒドタイプの水性高分子イソシアネート系接着剤であるピーアイボンド４０００（オーシカケミテック株式会社製）、又は水性高分子イソシアネート系接着剤用架橋剤であるピーアイボンド用硬化剤Ｈ−３Ｍ（オーシカケミテック株式会社製）、低ホルムアルデヒドタイプのタンニン系接着剤（例えば、特開２００４−１４３３８５号公報参照）を使用することが好ましい。なお、ピーアイボンド４０００は、乳白色液で異物の混入が無いものであり、ｐＨが６．０〜６．８、粘度が０．５〜３．０Ｐａ・ｓ、不揮発分が５２．０〜５６．０質量％である。また、ピーアイボンド用硬化剤は、黒色液で異物の混入が無いものであり、粘度が０．１７±０．０３Ｐａ・ｓ、比重が１．２３５±０．００５である。
本発明に係る高強度集成材の製造方法においては、縦継ぎ材を高温高圧の水蒸気雰囲気内で軟化させた後に圧縮して形成した圧縮縦継ぎ材を使用するので、各圧縮縦継ぎ材の強度にばらつきがなくなり、製造した高強度集成材の構造計算ができる。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の第１の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図２（Ａ）は同高強度集成材の製造時に使用する木材処理加工装置の説明図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図、（Ｃ）は同木材処理加工装置の使用時の説明図、図３は本発明の第２の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図４は本発明の第３の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図５は本発明の第４の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図６（Ａ）は同高強度集成材の製造時に使用する木材処理加工装置の説明図、（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は同木材処理加工装置の使用時の説明図、図７は本発明の第５の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図８は本発明の第６の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図である。
ここで、図１は本発明の第１の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図２（Ａ）は同高強度集成材の製造時に使用する木材処理加工装置の説明図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図、（Ｃ）は同木材処理加工装置の使用時の説明図、図３は本発明の第２の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図４は本発明の第３の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図５は本発明の第４の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図６（Ａ）は同高強度集成材の製造時に使用する木材処理加工装置の説明図、（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は同木材処理加工装置の使用時の説明図、図７は本発明の第５の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図８は本発明の第６の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図である。
図１及び図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る高強度集成材１０について説明する。
図１に示すように、高強度集成材１０は、木質材料の一例であるスギの小角材１１を、図２に示す木材処理加工装置２０（株式会社日阪製作所製、高温高圧圧縮成型機ＨＴＰ−６０／２５０。特許文献２参照）で、１００〜２３０℃かつ１〜３０ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧（例えば、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2）の水蒸気で軟化した後、この軟化した小角材１１を繊維方向に垂直に機械的に圧縮して圧縮木材１２を複数本、例えば４本作製し、複数の圧縮木材１２を繊維方向を平行にして、接着剤１３で接着して形成したものである。ここで、小角材１１は、長手方向が繊維方向となるように形成されている。また、接着剤１３は、例えば、低ホルムアルデヒドタイプの水性高分子イソシアネート系接着剤であるオーシカケミテック株式会社製のピーアイボンド４０００を使用した。
図１に示すように、高強度集成材１０は、木質材料の一例であるスギの小角材１１を、図２に示す木材処理加工装置２０（株式会社日阪製作所製、高温高圧圧縮成型機ＨＴＰ−６０／２５０。特許文献２参照）で、１００〜２３０℃かつ１〜３０ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧（例えば、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2）の水蒸気で軟化した後、この軟化した小角材１１を繊維方向に垂直に機械的に圧縮して圧縮木材１２を複数本、例えば４本作製し、複数の圧縮木材１２を繊維方向を平行にして、接着剤１３で接着して形成したものである。ここで、小角材１１は、長手方向が繊維方向となるように形成されている。また、接着剤１３は、例えば、低ホルムアルデヒドタイプの水性高分子イソシアネート系接着剤であるオーシカケミテック株式会社製のピーアイボンド４０００を使用した。
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、木材処理加工装置２０は、小角材１１を収納可能な密閉容器２１を有している。密閉容器２１は、円筒状で一端が閉塞された容器本体２２と、容器本体２２の開口部２３に取付けられる蓋２４とを備えている。容器本体２２には、図示しない水蒸気発生装置で製造した高温高圧の水蒸気を密閉容器２１内に供給する水蒸気供給管２５が接続され、更に、防腐剤等の薬剤を貯留した図示しない薬剤タンクから薬剤を密閉容器２１内に供給する薬剤供給管２６が接続されている。
また、容器本体２２には、密閉容器２１内の過剰な水蒸気及び薬剤を排出する排水管２７、及び供給された水蒸気によって高められた密閉容器２１内の圧力を調整する排気管２８が取付けられている。更に、水蒸気供給管２５、薬剤供給管２６、排水管２７、及び排気管２８には、それぞれバルブ２９〜３２が設けられている。
木材処理加工装置２０は、小角材１１をその長手方向、すなわち繊維方向が水平となるように配置して、小角材１１をその繊維方向に垂直に圧縮する圧縮手段３５を有している。図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、圧縮手段３５は、密閉容器２１に配置され、内直角でＬ字状に折曲形成され、その内側面が向き合うように密閉容器２１内で上下に対向配置された一対の金型３６、３７と、先部が金型３６、３７にそれぞれ取付けられ、ロッド３８、３９の移動により金型３６、３７をそれぞれ同期して昇降させ、図示しない流体圧力源にバルブを介して連結されているそれぞれ複数の流体シリンダ４０、４１とを有している。また、圧縮手段３５は、密閉容器２１内に配置され、直角でＶ字状に折曲形成され、金型３６及び金型３７とによって断面矩形の空間４２が形成されるように金型３６、３７の両端縁間に金型３６、３７に摺動可能に対向配置される金型補助具４３、４４を有している。
ここで、図２（Ｃ）に示すように、圧縮手段３５を駆動させ、流体シリンダ４０、４１のロッド３８、３９を密閉容器２１の中心方向に突出、すなわち、上方の金型３６を降下させ、下方の金型３７を昇降させると、これに伴って、金型補助具４３、４４が密閉容器２１の中心方向に摺動し、金型３６、３７及び金型補助具４３、４４によって形成された空間４２が小さくなり、空間４２に配置された小角材１１を圧縮することができる。金型３６、３７及び金型補助具４３、４４は、小角材１１を圧縮して形成される圧縮木材１２の断面積が所定の大きさとなるように製造されている。また、流体シリンダ４０、４１のロッド３８、３９の移動距離を変えて、圧縮木材１２の断面積が所定の大きさとなるようにしてもよい。
次に、高強度集成材１０の製造方法について説明する。
（第１工程）
木材処理加工装置２０の密閉容器２１の蓋２４を開け、小角材１１を容器本体２２の開口部２３から挿入し、圧縮手段３５の下側の金型３７の折り曲げられた角部に小角材１１の１つの角を合わせて、小角材１１の繊維方向が水平となるように載置して蓋２４を閉め、水蒸気供給管２５、薬剤供給管２６、排水管２７、及び排気管２８のそれぞれのバルブ２９〜３２を閉じて、密閉容器２１を密閉する。
（第１工程）
木材処理加工装置２０の密閉容器２１の蓋２４を開け、小角材１１を容器本体２２の開口部２３から挿入し、圧縮手段３５の下側の金型３７の折り曲げられた角部に小角材１１の１つの角を合わせて、小角材１１の繊維方向が水平となるように載置して蓋２４を閉め、水蒸気供給管２５、薬剤供給管２６、排水管２７、及び排気管２８のそれぞれのバルブ２９〜３２を閉じて、密閉容器２１を密閉する。
（第２工程）
次に、バルブ２９を調整して、水蒸気発生装置で生成した１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧の水蒸気を水蒸気供給管２５を介して、密閉した密閉容器２１内に供給する。密閉容器２１内を１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2に所定時間（例えば、数秒〜数十分間）保ち、小角材１１を軟化させる。なお、この際に、バルブ３０を調整して薬剤供給管２６を介して、薬剤タンクから防腐剤を含む薬剤を密閉容器２１内に供給して、小角材１１の防腐処理をしてもよい。
次に、バルブ２９を調整して、水蒸気発生装置で生成した１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧の水蒸気を水蒸気供給管２５を介して、密閉した密閉容器２１内に供給する。密閉容器２１内を１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2に所定時間（例えば、数秒〜数十分間）保ち、小角材１１を軟化させる。なお、この際に、バルブ３０を調整して薬剤供給管２６を介して、薬剤タンクから防腐剤を含む薬剤を密閉容器２１内に供給して、小角材１１の防腐処理をしてもよい。
（第３工程）
所定時間経過後、水蒸気を供給しながら、圧縮手段３５の上方の流体シリンダ４０のロッド３８を降下させて金型３６を降下すると共に、下方の流体シリンダ４１のロッド３９を上昇させ金型３７を上昇させる。この際には、金型補助具４３、４４は、昇降する金型３６、３７に沿って摺動する。小角材１１は十分に軟化しているので、金型３６、３７及び金型補助具４３、４４によって繊維方向に垂直にその断面積が１／３〜２／３（例えば、縦方向及び横方向がそれぞれ２／３、すなわち、断面積を４／９）となるように圧縮して圧縮木材１２を形成する。
所定時間経過後、水蒸気を供給しながら、圧縮手段３５の上方の流体シリンダ４０のロッド３８を降下させて金型３６を降下すると共に、下方の流体シリンダ４１のロッド３９を上昇させ金型３７を上昇させる。この際には、金型補助具４３、４４は、昇降する金型３６、３７に沿って摺動する。小角材１１は十分に軟化しているので、金型３６、３７及び金型補助具４３、４４によって繊維方向に垂直にその断面積が１／３〜２／３（例えば、縦方向及び横方向がそれぞれ２／３、すなわち、断面積を４／９）となるように圧縮して圧縮木材１２を形成する。
（第４工程）
複数本、例えば４本の小角材１１に対して、第１工程から第３工程の処理を行い、実質的に同形状の圧縮木材１２を作製する。４本の圧縮木材１２を繊維方向を平行にして重ねて接着剤１３で接着し、高強度集成材１０を製造する。このように、実質的に同形状の複数の小角材１１から圧縮木材１２を作製した場合には、用いた圧縮木材１２の強度が実質的に同じであるので、作製した高強度集成材１０の強度を予め求めることができる。従って、所定値以上の強度を有する圧縮木材を複数作製し、これらから予め強度が予測される高強度集成材を製造できる。
複数本、例えば４本の小角材１１に対して、第１工程から第３工程の処理を行い、実質的に同形状の圧縮木材１２を作製する。４本の圧縮木材１２を繊維方向を平行にして重ねて接着剤１３で接着し、高強度集成材１０を製造する。このように、実質的に同形状の複数の小角材１１から圧縮木材１２を作製した場合には、用いた圧縮木材１２の強度が実質的に同じであるので、作製した高強度集成材１０の強度を予め求めることができる。従って、所定値以上の強度を有する圧縮木材を複数作製し、これらから予め強度が予測される高強度集成材を製造できる。
また、小角材１１を圧縮した圧縮木材１２の長手方向の両端部又は一端部に継ぎ手（例えば、フィンガージョイント）を形成して、その継ぎ手に対応する継ぎ手が形成された圧縮木材とを長手方向に接着して延長した縦継ぎ圧縮材を複数本作製し、これらを接着剤で接着して、長さの長い高強度集成材を得ることもできる。
図３を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る高強度集成材５０について説明する。なお、高強度集成材１０と同一の構成要素については同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
高強度集成材５０は、小角材１１を縦継ぎした縦継ぎ材５１、５２を、木材処理加工装置２０によって、１００〜２３０℃かつ１〜３０ｋｇ／ｃｍ2（例えば、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2）の高温高圧の水蒸気で軟化した後、圧縮して得られた圧縮縦継ぎ材５３、５４をそれぞれ２本作製し、接着剤１３で繊維方向を平行にして接着して製造される。
高強度集成材５０は、小角材１１を縦継ぎした縦継ぎ材５１、５２を、木材処理加工装置２０によって、１００〜２３０℃かつ１〜３０ｋｇ／ｃｍ2（例えば、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2）の高温高圧の水蒸気で軟化した後、圧縮して得られた圧縮縦継ぎ材５３、５４をそれぞれ２本作製し、接着剤１３で繊維方向を平行にして接着して製造される。
次に、図２及び図３を参照して、高強度集成材５０の製造方法について説明する。
（第１工程）
まず、小角材１１の長手方向両端にフィンガージョイントによる継ぎ手５５、５６を形成して継ぎ手付小角材５７を作製する。次に、長さが小角材１１の実質的に半分の小角材５８、５９の長手方向一端に、継ぎ手付小角材５７の継ぎ手５５、５６にそれぞれ対応する継ぎ手６０、６１を形成して継ぎ手付小角材６２、６３を作製する。更に、継ぎ手付小角材５７の両端の継ぎ手５５、５６にそれぞれ継ぎ手付小角材６２の継ぎ手６０及び継ぎ手付小角材６３の継ぎ手６１を接着剤１３で接着して、縦継ぎ材５１を作製する。
（第１工程）
まず、小角材１１の長手方向両端にフィンガージョイントによる継ぎ手５５、５６を形成して継ぎ手付小角材５７を作製する。次に、長さが小角材１１の実質的に半分の小角材５８、５９の長手方向一端に、継ぎ手付小角材５７の継ぎ手５５、５６にそれぞれ対応する継ぎ手６０、６１を形成して継ぎ手付小角材６２、６３を作製する。更に、継ぎ手付小角材５７の両端の継ぎ手５５、５６にそれぞれ継ぎ手付小角材６２の継ぎ手６０及び継ぎ手付小角材６３の継ぎ手６１を接着剤１３で接着して、縦継ぎ材５１を作製する。
更に、縦継ぎ材５１を、木材処理加工装置２０の密閉容器２１に入れ、蓋２４を閉め、水蒸気供給管２５、薬剤供給管２６、排水管２７、及び排気管２８のそれぞれのバルブ２９〜３２を閉じて、密閉容器２１を密閉する。
（第２工程）
バルブ２９を調整して、水蒸気発生装置で生成した１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧の水蒸気を水蒸気供給管２５から密閉容器２１内に供給する。密閉容器２１内を１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2に所定時間（例えば、数秒〜数十分間）保ち、縦継ぎ材５１を軟化させる。この際に、密閉容器２１内に防腐剤を含む薬剤を供給して、縦継ぎ材５１の防腐処理をしてもよい。
バルブ２９を調整して、水蒸気発生装置で生成した１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧の水蒸気を水蒸気供給管２５から密閉容器２１内に供給する。密閉容器２１内を１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2に所定時間（例えば、数秒〜数十分間）保ち、縦継ぎ材５１を軟化させる。この際に、密閉容器２１内に防腐剤を含む薬剤を供給して、縦継ぎ材５１の防腐処理をしてもよい。
（第３工程）
所定時間経過後、水蒸気を供給しながら、圧縮手段３５の上方の流体シリンダ４０のロッド３８を降下させて金型３６を降下すると共に、下方の流体シリンダ４１のロッド３９を上昇させ金型３７を上昇させ、軟化した縦継ぎ材５１を繊維方向に垂直に圧縮し、縦方向及び横方向の長さがそれぞれ２／３、すなわち、断面積が４／９となった圧縮縦継ぎ材５３を作製する。
所定時間経過後、水蒸気を供給しながら、圧縮手段３５の上方の流体シリンダ４０のロッド３８を降下させて金型３６を降下すると共に、下方の流体シリンダ４１のロッド３９を上昇させ金型３７を上昇させ、軟化した縦継ぎ材５１を繊維方向に垂直に圧縮し、縦方向及び横方向の長さがそれぞれ２／３、すなわち、断面積が４／９となった圧縮縦継ぎ材５３を作製する。
同様に、２本の小角材１１の一端にそれぞれ対応する継ぎ手６４、６５を形成して継ぎ手付小角材６６、６７を作製し、継ぎ手付小角材６６、６７を接着剤１３で接着して縦継ぎ材５２を製造し、縦継ぎ材５２を木材処理加工装置２０を用いて軟化した後、断面が実質的に圧縮縦継ぎ材５３と同形状となるように圧縮して、圧縮縦継ぎ材５４を作製した。
（第４工程）
それぞれ複数本、例えば２本ずつの圧縮縦継ぎ材５３、５４を繊維方向を平行に、しかも、縦継ぎ位置が重ならないようにして接着剤１３で接着し、高強度集成材５０を製造する。圧縮縦継ぎ材５３、５４の強度を予め求めることにより、高強度の集成材を製造することができる。
それぞれ複数本、例えば２本ずつの圧縮縦継ぎ材５３、５４を繊維方向を平行に、しかも、縦継ぎ位置が重ならないようにして接着剤１３で接着し、高強度集成材５０を製造する。圧縮縦継ぎ材５３、５４の強度を予め求めることにより、高強度の集成材を製造することができる。
図４を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る高強度集成材７０及びその製造方法について説明する。なお、高強度集成材１０、５０と同一の構成要素については同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
高強度集成材７０は、例えば、それぞれ２本の圧縮縦継ぎ材５３と圧縮縦継ぎ材５４を、縦継ぎ位置が重ならないようにそれらの繊維方向を平行にして、接着剤１３で接着した高強度集成材５０を、木材処理加工装置２０よりも大型の図示しない木材処理加工装置中で１００〜２３０℃かつ１〜３０ｋｇ／ｃｍ2（例えば、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2）の高温高圧の水蒸気によって軟化した後、繊維方向に垂直に、断面積が縦継ぎ材５１、５２の断面積の合計に対して１／３となるまで圧縮して製造した。
高強度集成材７０は、例えば、それぞれ２本の圧縮縦継ぎ材５３と圧縮縦継ぎ材５４を、縦継ぎ位置が重ならないようにそれらの繊維方向を平行にして、接着剤１３で接着した高強度集成材５０を、木材処理加工装置２０よりも大型の図示しない木材処理加工装置中で１００〜２３０℃かつ１〜３０ｋｇ／ｃｍ2（例えば、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2）の高温高圧の水蒸気によって軟化した後、繊維方向に垂直に、断面積が縦継ぎ材５１、５２の断面積の合計に対して１／３となるまで圧縮して製造した。
なお、高強度集成材７０が図３に示す高強度集成材５０と同様の圧縮率となるようにするには、最終的な高強度集成材７０の圧縮率を１００％とした場合に、５０〜８０％の圧縮率まで、縦継ぎ材５１、５２を圧縮しておくとよい。
同様にして、高強度集成材１０を更に軟化して圧縮し、密度及び強度の高い高強度集成材を製造することもできる。また、小角材を最終製品の圧縮率の５０〜８０％まで圧縮して、圧縮木材を作製した後、この圧縮木材を複数接着し、更に断面積が所定の圧縮率となるまで圧縮して高強度集成材を作製することもできる。
同様にして、高強度集成材１０を更に軟化して圧縮し、密度及び強度の高い高強度集成材を製造することもできる。また、小角材を最終製品の圧縮率の５０〜８０％まで圧縮して、圧縮木材を作製した後、この圧縮木材を複数接着し、更に断面積が所定の圧縮率となるまで圧縮して高強度集成材を作製することもできる。
図５及び図６（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る高強度集成材８０について説明する。
図５に示すように、高強度集成材８０は、木質材料の一例であるスギの小角材１１を、図６に示す木材処理加工装置８１で、１００〜２３０℃かつ１〜３０ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧（例えば、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2）の水蒸気で軟化した後、この軟化した小角材１１を繊維方向に垂直に一方向から機械的に圧縮して板状の圧縮木材８２を複数本、例えば４本作製し、複数の圧縮木材８２を繊維方向を平行にして積層し、接着剤８３で接着して形成したものである。ここで、小角材１１は、長手方向が繊維方向となるように形成されている。また、接着剤８３は、例えば、低ホルムアルデヒドタイプのタンニン系接着剤を使用した（例えば、特開２００４−１４３３８５号公報参照）。なお、同様にして、小角材１１の代わりに縦継ぎ材を圧縮して、圧縮縦継ぎ材を作製し、複数の圧縮縦継ぎ材を繊維方向を平行にして積層し、接着剤８３で接着して形成し、高強度集成材を製造することもできる。
図５に示すように、高強度集成材８０は、木質材料の一例であるスギの小角材１１を、図６に示す木材処理加工装置８１で、１００〜２３０℃かつ１〜３０ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧（例えば、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2）の水蒸気で軟化した後、この軟化した小角材１１を繊維方向に垂直に一方向から機械的に圧縮して板状の圧縮木材８２を複数本、例えば４本作製し、複数の圧縮木材８２を繊維方向を平行にして積層し、接着剤８３で接着して形成したものである。ここで、小角材１１は、長手方向が繊維方向となるように形成されている。また、接着剤８３は、例えば、低ホルムアルデヒドタイプのタンニン系接着剤を使用した（例えば、特開２００４−１４３３８５号公報参照）。なお、同様にして、小角材１１の代わりに縦継ぎ材を圧縮して、圧縮縦継ぎ材を作製し、複数の圧縮縦継ぎ材を繊維方向を平行にして積層し、接着剤８３で接着して形成し、高強度集成材を製造することもできる。
図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、木材処理加工装置８１は、小角材１１の繊維方向に垂直に一方向（例えば、上方）から圧縮する圧縮手段８４を有している点が、木材処理加工装置２０と異なっている。圧縮手段８４は、密閉容器２１内に配置される上部開放の箱形の金型８５と、金型８５内に配置された小角材１１を上方から押し付けて圧縮するピストン８６と、先部がピストン８６に取付けられ、基部が密閉容器２１外に配置されるロッド８７を有し、ロッド８７の移動によりピストン８６を昇降させる流体シリンダ８８とを有している。平面視して矩形のピストン８６は、金型８５の開口部よりも少しだけ小さく形成されている。
ここで、図６（Ｃ）に示すように、圧縮手段８４を駆動させ、流体シリンダ８８のロッド８７を密閉容器２１の中心方向に突出、すなわち、ピストン８６を降下させて小角材１１を圧縮する。また、流体シリンダ８８のロッド８７の移動距離を変えて、圧縮木材８２の断面積が所定の大きさとなるようにしている。
ここで、図６（Ｃ）に示すように、圧縮手段８４を駆動させ、流体シリンダ８８のロッド８７を密閉容器２１の中心方向に突出、すなわち、ピストン８６を降下させて小角材１１を圧縮する。また、流体シリンダ８８のロッド８７の移動距離を変えて、圧縮木材８２の断面積が所定の大きさとなるようにしている。
次に、高強度集成材８０の製造方法について説明する。
（第１工程）
木材処理加工装置８１の密閉容器２１の蓋２４を開け、内部に小角材１１を入れた金型８５を容器本体２２の開口部２３から挿入して蓋２４を閉め、水蒸気供給管２５、薬剤供給管２６、排水管２７、及び排気管２８のそれぞれのバルブ２９〜３２を閉じて、密閉容器２１を密閉する。この際には、圧縮手段８４のピストン８６は、金型８５の上方に配置しておく。
（第１工程）
木材処理加工装置８１の密閉容器２１の蓋２４を開け、内部に小角材１１を入れた金型８５を容器本体２２の開口部２３から挿入して蓋２４を閉め、水蒸気供給管２５、薬剤供給管２６、排水管２７、及び排気管２８のそれぞれのバルブ２９〜３２を閉じて、密閉容器２１を密閉する。この際には、圧縮手段８４のピストン８６は、金型８５の上方に配置しておく。
（第２工程）
次に、バルブ２９を調整して、水蒸気発生装置で生成した１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧の水蒸気を水蒸気供給管２５を介して、密閉した密閉容器２１内に供給する。密閉容器２１内を１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2に所定時間（例えば、数秒〜数十分間）保ち、小角材１１を軟化させる。なお、この際に、バルブ３０を調整して薬剤供給管２６を介して、薬剤タンクから防腐剤を含む薬剤を密閉容器２１内に供給して、小角材１１の防腐処理をしてもよい。
次に、バルブ２９を調整して、水蒸気発生装置で生成した１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧の水蒸気を水蒸気供給管２５を介して、密閉した密閉容器２１内に供給する。密閉容器２１内を１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2に所定時間（例えば、数秒〜数十分間）保ち、小角材１１を軟化させる。なお、この際に、バルブ３０を調整して薬剤供給管２６を介して、薬剤タンクから防腐剤を含む薬剤を密閉容器２１内に供給して、小角材１１の防腐処理をしてもよい。
（第３工程）
所定時間経過後、水蒸気を供給しながら、圧縮手段８４の流体シリンダ８８のロッド８７を降下させてピストン８６を降下させる。小角材１１は十分に軟化しているので、ピストン８６によって繊維方向に垂直にその断面積が１／３〜２／３（例えば、縦方向が１／３、すなわち、断面積を１／３）となるように圧縮して圧縮木材８２を形成する。
所定時間経過後、水蒸気を供給しながら、圧縮手段８４の流体シリンダ８８のロッド８７を降下させてピストン８６を降下させる。小角材１１は十分に軟化しているので、ピストン８６によって繊維方向に垂直にその断面積が１／３〜２／３（例えば、縦方向が１／３、すなわち、断面積を１／３）となるように圧縮して圧縮木材８２を形成する。
（第４工程）
複数本、例えば４本の小角材１１に対して、第１工程から第３工程の処理を行い、実質的に同形状の圧縮木材８２を作製する。４本の圧縮木材８２を繊維方向を平行にして重ねて接着剤８３で接着し、高強度集成材８０を製造する。このように、実質的に同形状の複数の小角材１１から圧縮木材８２を作製した場合には、用いた圧縮木材８２の強度が実質的に同じであるので、作製した高強度集成材８０の強度を予め求めることができる。従って、所定値以上の強度を有する圧縮木材を複数作製し、これらから予め強度が予測される高強度集成材を製造できる。
複数本、例えば４本の小角材１１に対して、第１工程から第３工程の処理を行い、実質的に同形状の圧縮木材８２を作製する。４本の圧縮木材８２を繊維方向を平行にして重ねて接着剤８３で接着し、高強度集成材８０を製造する。このように、実質的に同形状の複数の小角材１１から圧縮木材８２を作製した場合には、用いた圧縮木材８２の強度が実質的に同じであるので、作製した高強度集成材８０の強度を予め求めることができる。従って、所定値以上の強度を有する圧縮木材を複数作製し、これらから予め強度が予測される高強度集成材を製造できる。
また、小角材１１を圧縮した圧縮木材８２の長手方向の両端部又は一端部に継ぎ手（例えば、フィンガージョイント）を形成して、その継ぎ手に対応する継ぎ手が形成された圧縮木材とを長手方向に接着して延長したものを複数本作製し、これらを接着剤で接着して、長さの長い高強度集成材を得ることもできる。なお、同様にして、小角材１１の代わりに縦継ぎ材を圧縮して、圧縮縦継ぎ材を作製し、複数の圧縮縦継ぎ材を繊維方向を平行にして積層し、接着剤８３で接着して形成し、高強度集成材を製造することもできる。
図７に示すように、本発明の第５の実施の形態に係る高強度集成材９０は、木質材料の一例である４枚のスギのひき板９１を使用して製造されている。まず、４枚のひき板９１を、隣り合うひき板９１の繊維方向が実質的に直交するように、しかも、ひき板９１の隣り合う面に、例えば、低ホルムアルデヒドタイプのタンニン系の接着剤８３を塗布して、木材処理加工装置８１（図６（Ａ）参照）内の金型８５に配置する。次に、ひき板９１を１００〜２３０℃かつ１〜３０ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧（例えば、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2）の水蒸気で軟化した後、この軟化したひき板９１を繊維方向に垂直に一方向から機械的に圧縮して高強度集成材９０を製造している。
なお、高強度集成材９０は、ひき板９１で製造したが、ひき板、小角材、及び縦継ぎ材のいずれか１又は２以上を含む複数の木質材料を、隣り合う木質材料の繊維方向が実質的に直交するように配置して、高温高圧の水蒸気で軟化した後、圧縮して高強度集成材を製造してもよい。また、接着剤としては、低ホルムアルデヒドタイプの水性高分子イソシアネート系接着剤、水性高分子イソシアネート系接着剤用架橋剤等を使用してもよい。
図８に示すように、本発明の第６の実施の形態に係る高強度集成材１００は、木質材料の一例である４本の小角材１１を、隣り合う小角材１１の繊維方向が実質的に直交するように接着剤８３で接着した集成材１０１を使用して製造されている。高強度集成材１００は、集成材１０１を、木材処理加工装置２０よりも大型の図示しない木材処理加工装置中で１００〜２３０℃かつ１〜３０ｋｇ／ｃｍ2（例えば、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2）の高温高圧の水蒸気によって軟化した後、繊維方向に垂直に、断面積が集成材１０１の断面積に対して１／３となるまで圧縮して製造している。
（実施例１）
スギの小角材を木材処理加工装置によって、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2の水蒸気で軟化した後、断面積が４／９となるように圧縮して圧縮木材を４本作製し、４本の圧縮木材を接着剤で接着して高強度集成材を得た。
（実施例２）
スギの小角材を縦継ぎした縦継ぎ材を、木材処理加工装置によって、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2の水蒸気で軟化した後、断面積が４／９となるように圧縮して圧縮縦継ぎ材を４本作製し、４本の圧縮縦継ぎ材を接着剤で接着して高強度集成材を得た。
スギの小角材を木材処理加工装置によって、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2の水蒸気で軟化した後、断面積が４／９となるように圧縮して圧縮木材を４本作製し、４本の圧縮木材を接着剤で接着して高強度集成材を得た。
（実施例２）
スギの小角材を縦継ぎした縦継ぎ材を、木材処理加工装置によって、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2の水蒸気で軟化した後、断面積が４／９となるように圧縮して圧縮縦継ぎ材を４本作製し、４本の圧縮縦継ぎ材を接着剤で接着して高強度集成材を得た。
（実施例３）
実施例２で製造した高強度集成材を、木材処理加工装置によって、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2の水蒸気で軟化した後、断面積が縦継ぎ材の断面積の合計に対して１／３となるように圧縮して高強度集成材を得た。
（比較例１）
スギの小角材を縦継ぎした縦継ぎ材を接着剤で接着した集成材を得た。
実施例２で製造した高強度集成材を、木材処理加工装置によって、１６０℃かつ２５ｋｇ／ｃｍ2の水蒸気で軟化した後、断面積が縦継ぎ材の断面積の合計に対して１／３となるように圧縮して高強度集成材を得た。
（比較例１）
スギの小角材を縦継ぎした縦継ぎ材を接着剤で接着した集成材を得た。
実施例１〜３及び比較例１の比重、ブリネル硬度、曲ヤング率、及び圧縮強さを測定し、その結果を表１に示す。
表１に示すように、実施例１〜３の高強度集成材は、圧縮していない集成材と比較して、比重、ブリネル硬度、曲ヤング率、及び圧縮強さ共に良好な結果となった。また、実施例２の高強度集成材を更に圧縮した実施例３の高強度集成材は、より強度が高くなった。
本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の高強度集成材の製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態の高強度集成材の製造方法において、製造する高強度集成材を所定の大きさとするために、用いる圧縮木材及び圧縮縦継ぎ材の本数、集成材の大きさを変えることができる。また、集成材を圧縮して製造した高強度集成材を複数本使用して、更に大きな高強度集成材を製造することもできる。
前記した実施の形態では、木材の軟化及び圧縮に木材処理加工装置２０、８１を使用したが、これに限らず、他の水蒸気処理、圧縮処理用の装置を使用してもよく、例えば、軟化する装置及び圧縮する装置を組み合わせて使用してもよい。
前記した実施の形態では、木材の軟化及び圧縮に木材処理加工装置２０、８１を使用したが、これに限らず、他の水蒸気処理、圧縮処理用の装置を使用してもよく、例えば、軟化する装置及び圧縮する装置を組み合わせて使用してもよい。
１０：高強度集成材、１１：小角材、１２：圧縮木材、１３：接着剤、２０：木材処理加工装置、２１：密閉容器、２２：容器本体、２３：開口部、２４：蓋、２５：水蒸気供給管、２６：薬剤供給管、２７：排水管、２８：排気管、２９〜３２：バルブ、３５：圧縮手段、３６、３７：金型、３８、３９：ロッド、４０、４１：流体シリンダ、４２：空間、４３、４４：金型補助具、５０：高強度集成材、５１、５２：縦継ぎ材、５３、５４：圧縮縦継ぎ材、５５、５６：継ぎ手、５７：継ぎ手付小角材、５８、５９：小角材、６０、６１：継ぎ手、６２、６３：継ぎ手付小角材、６４、６５：継ぎ手、６６、６７：継ぎ手付小角材、７０：高強度集成材、８０：高強度集成材、８１：木材処理加工装置、８２：圧縮木材、８３：接着剤、８４：圧縮手段、８５：金型、８６：ピストン、８７：ロッド、８８：流体シリンダ、９０：高強度集成材、９１：ひき板、１００：高強度集成材、１０１：集成材
Claims (3)
- ひき板及び小角材のいずれか一方又は双方を含む木質材料の接合端部にフィンガージョイントを形成して第１の接着剤で縦継ぎした縦継ぎ材を密閉容器内に入れて密閉する第１工程と、
前記密閉した密閉容器内に１００〜２３０℃かつ１〜３０ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧の水蒸気を供給して前記縦継ぎ材を軟化させる第２工程と、
前記第２工程で軟化した縦継ぎ材を、その繊維方向に垂直に圧縮して断面積を１／３〜２／３の範囲とした断面矩形の圧縮縦継ぎ材を形成する第３工程と、
複数の前記圧縮縦継ぎ材を繊維方向を平行、かつ接合される前記圧縮縦継ぎ材の縦継ぎ位置が重ならないようにして、第２の接着剤で接着する第４工程とを有することを特徴とする高強度集成材の製造方法。 - 請求項１記載の高強度集成材の製造方法において、前記第２の接着剤はタンニン系接着剤であることを特徴とする高強度集成材の製造方法。
- 請求項１記載の高強度集成材の製造方法において、前記第２工程で、前記密閉容器内に防腐剤を含む薬剤を供給して前記縦継ぎ材の防腐処理を行うことを特徴とする高強度集成材の製造方法。
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