JP5335177B2 - 屋根の断熱構造 - Google Patents

Description

本発明は、屋根の断熱構造に関し、詳しくは、断面Ｉ字状の垂木及び断熱ボードを用いて断熱層及び通気層を形成した屋根の断熱構造に関する。

近年、木造住宅においては、小屋裏空間を収納用空間として活用したものが多く見られる。しかし、小屋裏空間は、屋根の断熱をしないと、夏場の温度が６０度を超えることも多く、逆に冬場の温度が氷点下になることもある。夏場の６０度を超える温度は、人が短時間滞在するのも困難なばかりか、家財の保管にも適さない環境である。そのため、小屋裏を収納用空間等として活用するには、屋根の断熱が不可欠である。

屋根の断熱工法として外張断熱工法が知られている。しかし、屋根の外張断熱工法は、従来の垂木や野地板のような部材の外側に更に同様の部材が必要となるため、コストアップとなり、また、屋根面の高さが高くなるので斜線制限の影響を受けやすくなる。
また、屋根の断熱工法として、野地板と断熱材を一体化した断熱パネルを使用する工法も知られている。例えば、特許文献１には、野地板と断熱材とを両者間に垂木を介在させた状態で一体化した屋根下地用断熱パネルが記載されている。この屋根下地用断熱パネルは、桁や垂木等の建物躯体に並べて取り付けることにより、屋根部に通気層を設けることができる。しかし、このような複合断熱ボードは一般に高価である上に、屋根の配置箇所等に応じて加工が必要となった場合に該加工に手間がかかり、また、該加工により、材料に無駄が生じやすいという問題がある。

また、屋根の断熱工法として、垂木や母屋の間に断熱材を充填する工法も知られている。例えば、特許文献２には、屋根下地部の垂木等の間に断熱材を断熱材取り付け用治具を用いて固定することが記載されている。しかし、断熱材取り付け用治具の取り付け箇所が膨大となり、固定作業に手間がかかる。また、垂木や母屋の間に断熱材を充填する断熱工法においては、垂木や母屋が比較的大きな断熱欠損となるため、断熱性の向上を図りにくい。

特開平７−２３３５６８号公報 特開２００１−１２３５６０号公報

従って、本発明の目的は、優れた断熱効果が得られ、小屋裏空間の温度変化を抑制して小屋裏空間を快適な空間とすることができ、施工も簡易である、屋根の断熱構造を提供することを目的とする。

本発明は、棟木の両側それぞれに、上フランジ、下フランジ及び上下のフランジ間に位置するウエブからなる断面Ｉ字状の垂木が複数配設されており、棟木の両側それぞれにおける、相隣接する垂木のウエブ間に、断熱ボードが、その両端部を垂木の下フランジ上に載せた状態に配置されており、
棟木の部分において相対向する断熱ボードの端部間に小断面の断熱材が配されていることによって、棟木の一方の側から他方の側に亘って連続する断熱層が形成されており、前記断熱ボードと、垂木の上フランジ上に配設された屋根下地材との間に通気層が形成され、棟木の両側に形成された通気層が、棟木の部分に設けられた棟部換気構造と連通しており、前記垂木は、棟木側の端部における下フランジが該棟木上に位置しており、前記小断面の断熱材は、前記垂木に遮断されずに、前記棟木の長手方向の略全長に亘って実質的に連続するように配置されており、且つ前記棟木の上面から離間した位置に、前記両断熱ボードの端部に支持された状態に配されており、前記垂木は、相互に別体であった、上フランジ、下フランジ及びウエブを断面Ｉ字状に結合して形成されている屋根の断熱構造を提供することにより、上記目的を達成したものである。

本発明の屋根の断熱構造によれば、優れた断熱効果が得られ、小屋裏空間の温度変化を抑制して小屋裏空間を快適な空間とすることができ、施工も簡易である。

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。
本発明の一実施形態に係る屋根の断熱構造は、本発明を木造住宅の切妻屋根又は寄棟屋根に適用したものである。
本実施形態の屋根の断熱構造は、図１〜図３に示すように、棟木１の両側（図１の左右両側）それぞれに、上フランジ２１、下フランジ２２及び上下のフランジ２１，２２間に位置するウエブ２３からなる断面Ｉ字状の垂木２が複数配設されており、棟木１の両側それぞれにおける、相隣接する垂木２，２のウエブ２３，２３間に、断熱ボード３が、その両端部３１，３１を垂木２の下フランジ２２上に載せた状態に配置されており、棟木１の部分において相対向する断熱ボード３の端部３２，３２間に断面三角形状の小断面の断熱材３４が配されていることによって、棟木１の一方の側から他方の側に亘って連続する断熱層が形成されており、該断熱ボード３と、垂木２の上フランジ２１上に配設された野地板（屋根下地材）４との間に通気層５が形成され、棟木１の両側に形成された通気層５が、棟木１の部分に設けられた棟部換気構造９と連通している。

上記垂木２の上下のフランジ２１，２２は、例えば、単板積層板（ＬＶＬ）を所定幅に切断して得られる単板積層材や、平割材等の製材をフィンガージョイント等でたて継ぎしたものからなり、ウエブ２３は、例えば、配向性ボード（ＯＳＢ）や、構造用合板等からなる。
上下のフランジ２１，２２とウエブ２３とは、フランジ２１，２２に形成された溝及び／又はウエブ２３の上下端部に接着剤を塗工し、フランジ２１，２２の溝にウエブ２３の上下端部を嵌合しプレス加工することにより結合されている。
上フランジ２１及び／又は下フランジ２２を単板積層材から構成する場合、各単板の面がウエブ２３の面と垂直となるように用いることが好ましく、また、各単板の繊維が垂木２の長さ方向に配向するように用いることが好ましい。
また、ウエブ２３を、配向性ボードから構成する場合、ストランドが垂木２の長さ方向に配向するように用いることが好ましい。

ウエブ２３の厚みＴは、断熱層の断熱欠損の防止ないし抑制の観点から、６〜１２ｍｍ、特に６〜９ｍｍであることが好ましい。下フランジ２２における、ウエブ２３の両面から張り出した張り出し部２２ａ，２２ａの幅Ｗは、断熱ボード３の端部３１の安定的な支持及び垂木２の長さ方向の曲げ剛性の維持の観点から、１３〜２０ｍｍ、特に１５〜１８ｍｍであることが好ましい。ウエブの一面側の張り出し部と他面側の張り出し部とで、張り出し幅が同一でも異なっていても良いが、本実施形態におけるように同一であることが好ましい。

また、上フランジ２１の全幅Ｗ１及び下フランジ２２の全幅Ｗ２は、垂木２の長さ方向の曲げ剛性の維持等の観点から、それぞれ、３５〜５０ｍｍ、特に３８〜４５ｍｍであることが好ましい。また、断熱層の厚み及び通気層の確保並びに垂木２の長さ方向の曲げ剛性の維持の観点から、下フランジ２２の上面から上フランジ２１の上面までの高さＨ（図１参照）は、１１０〜２１５ｍｍ、特に１１２〜１５７ｍｍであることが好ましい。

本実施形態における垂木２は、従来の寄棟屋根や切妻屋根における垂木と同様に、棟木１の両側それぞれに多数配されている。棟木１の両側それぞれに配された垂木２は、棟木１と平行な方向に間隔を開けると共にそれぞれの長手方向が棟木１に直交する方向と一致するように配設されている。

棟木１の両側それぞれにおいて、相隣接する垂木２，２のウエブ２３，２３間には、断熱ボード３が、図３に示すような状態に配置されている。
断熱ボード３は、所定の間隔（例えば下フランジ間の間隔が２５〜８０ｃｍ）を開けて相隣接する一対の垂木２，２間に掛け渡されても大きく撓んだり折れたりすることなく、その状態が安定に維持されるものが用いられる。垂木間に架設された状態が長時間（例えば１０年以上)安定に維持されるようにする観点から、断熱ボード３は、繊維系のものではなく、発泡プラスティック系の断熱ボードであることが好ましい。

発泡プラスティック系の断熱ボードとしては、各種公知のものを用いることができ、例えば、フェノールフォームやビーズ法ポリスチレンフォーム、押出法ポリスチレンフォーム、硬質ウレタンフォームからなるもの等が挙げられる。これらの中でも、熱伝導率が低く、経時劣化が少なく、難燃性であり、しかも耐候性にも優れていることから、フェノールフォームからなるものが好ましい。フェノールフォームからなる断熱ボードとしては、旭化成建材から提供されている「ネオマフォーム（商品名）」や日東紡績から提供されている「ファイヤロック・スーパーフォーム（商品名）」等の市販品を用いることもできる。

断熱ボード３の厚みＴ３（図１参照）は、上下のフランジ間に収まる厚みであり、例えば上下のフランジ間距離Ｌ２の１０〜１００％であり、２０〜９５％程度であることが好ましい。
断熱ボード３の厚みは、目的とする断熱性や材料の熱伝導率等に応じて適宜に決定できるが、例えば上述した発泡プラスティック系のボード（特にフェノールフォーム）の場合、２０〜２００ｍｍであることが好ましく、８０〜１００ｍｍであることがより好ましい。断熱ボードは、比較的薄厚の２枚の断熱ボードを積層状態として配置しても良く、その場合の厚みは、２枚の合計厚みである。

本実施形態における断熱ボード３は、相隣接する一対の垂木２，２のウエブ２３，２３同士間の距離に略等しい幅を有しており、断熱ボード３の両側端面がウエブ２３に少なくとも近接している。断熱ボード３の両側端面はウエブ２３に接触していることが好ましく、密着していることがより好ましい。
また、棟木１の両側それぞれにおいて、棟木１の長さ方向の一端部に結合された垂木と他端部に固定された垂木との間においては、相隣接する垂木間に配置された断熱ボード３は、何れも棟木１と軒桁６との間に亘って配されている。より具体的には、図３に示すように、棟木１から、軒先部に位置する垂木２の先端２４よりやや手前の位置までに亘って配されている。軒先側から見て、垂木２の先端２４に達しない位置、例えば、先端２４からの距離が２０〜１００ｍｍの位置に、断熱ボード３の端部３３を位置させることで、軒裏７からの通気経路を確保することができる。軒裏７からの通気経路を確保することで、通気層５への空気の流入を促進でき、また、軒裏７を介して、通気層５を外壁部通気層８と連通させることもできる。図２に示す外壁部通気層８は、建物の躯体（軒桁６や柱又は間柱８１等）の室外側に固定したパネル材８２に、縦胴縁８４を介してサイディング材等の仕上げ材８３を固定することにより、パネル材８２と仕上げ材８３との間に形成されたものである。

本実施形態の屋根の断熱構造の施工時には、上述した垂木２を、棟木１、軒桁６、図示しない母屋等に、下フランジ２２の上面側から釘を打って固定すると共に必要に応じて捻り金物等でその固定状態を補強する。
そして、垂木２の長手方向における棟木１側とは反対側の端部２４側から、相隣接する垂木のウエブ２３，２３間に、断熱ボード３を差し込み、断熱ボード３の端部３２が、棟木１の位置に達するまで挿入する。押し込む前の断熱ボード３は、一対の垂木２，２のウエブ２３，２３間の距離よりもやや広いこと（例えば、ウエブ間距離の１００〜１０５％）が、押し込むだけで断熱ボード３が所定位置に保持されることから好ましい。断熱ボード３を、所定位置まで押し込んだ状態がより安定的に維持されるようにするために、断熱ボード３を、接着剤等の固定手段で垂木等に固定することもできる。図２中の符号７１及び７２は、鼻隠し下地材及び鼻隠し材であり、断熱ボード３を、垂木２のウエブ２３，２３間に軒先側から挿入する場合は、その挿入後に垂木の先端部に固定する。

棟木１の両側において、相隣接するウエブ間に断熱ボード３の押し込みを行うと、図１に示すように、棟木１の一方の側に配された断熱ボード３の端部３２と、棟木１の他方の側に配された断熱ボード３の端部３２とが、棟木１の部分において相対向した状態となる。
そして、棟木１の部分において相対向した両断熱ボード３の端部３２，３２間に、別に用意した断面三角形状の小断面の断熱材３４を配置する。これにより、棟木１の一方の側から他方の側に亘って連続する断熱層が形成される。断熱材３４としては、連続する断熱層を形成できる限り特に制限されず、各種公知の断熱材を用いることができる。例えば、断熱ボード３の材料として上述した各種のフォーム等を断面３角形状に切断したものを用いることができる。断熱材３４は、断熱ボード３に用いた材料と同じ材料のものを用いることが好ましい。

断熱材３４について断面とは、棟木１の長手方向と垂直な平面による断面を意味し、断熱材３４について小断面とは、同平面による断熱材３４の断面の面積が、同平面による断熱ボード３の断面の面積よりも小さいことを意味する。断熱材３４は、上面の高さ位置が、断熱ボード３の端部３２の高さ位置とほぼ同じ（例えば高さ位置の差が２ｃｍ以内）であることが、通気層５と後述する棟部通気空間５Ａとの間のスムーズな空気の流通の観点等から好ましい。
断熱材３４は、垂木２に遮断されずに、棟木１の長手方向の略全長に亘って実質的に連続するように配置されていること（複数の断熱ボード３を棟木１の長手方向に隙間なく並べてある場合を含む）が好ましい。その場合の断熱材３４は、棟木１の長手方向の略全長に亘って連続しているものが好ましい。

垂木２の長手方向棟木１側の端部３２は、垂木２の長手方向と垂直な端面を有している。そのため、断面三角形状の断熱材３４の上方には、棟木１の長手方向の略全長に亘って連続する棟部通気空間５Ａが形成される。
そして、従来の屋根の施工方法と同様にして、垂木２上に野地板４を固定し、その野地板４上に、防水シート４１や屋根材４２を固定する。これにより、断熱ボード３と、垂木２の上フランジ２１上に配設された野地板４との間に通気層５が形成される。このようにして形成された、棟木１の両側の通気層５は、それぞれ棟部通気空間５Ａと連通している。断熱ボード３と野地板４との間に形成される通気層の高さ（Ｈ−Ｔ３）は、例えば２０〜１５０ｍｍとすることができ、空気の粘性抵抗を考慮すると、３２ｍｍ以上であることが好ましい。

本実施形態においては、棟木１の部分に棟部換気構造９が設けられている。棟部換気構造９は、棟木１の長手方向に一つの設けられていても良いし、間隔を設けて複数設けられていても良い。
図１に示す棟部換気構造９は、図１及び図４に示すように、棟木１の上方に位置する野地板４及び屋根材４２に貫通孔４３を形成し、該貫通孔４３を、多数の貫通孔９１を有する換気棟（カバー）９２で覆ってなる。換気棟（カバー）９は、棟包９３，９３に重ねた両端部を、ビス止めすることによって固定されている。棟部換気構造９は、通気層５を流通した空気を棟部から排気し得るものであれば良く、棟部換気構造としては、図１に示すものに代えて、従来公知の各種の棟部換気構造を用いることができる。図１中、符号９２は捨て水切である。

本実施形態の屋根の断熱構造によれば、断面Ｉ字状の垂木２のウエブ２３，２３間に断熱ボード３を配置し、その断熱ボード３上に通気層５を形成してあるため、垂木２の存在による断熱欠損が、僅かな厚みのウエブの部分のみである。また、断面三角形状の断熱材３４により、棟木１の部分の断熱欠損もない。従って、断熱ボード３及び断熱材３４により形成される断熱層は、断熱効果に優れている。しかも、断熱層と野地板（屋根下地材）４との間の通気層５が棟部換気構造９に連通しているため、夏場の加熱された屋根材４２や野地板（屋根下地材）４の熱が断熱層にも伝わりにくく、伝わっても空気の流通により冷却されやすい。そのため、夏場における小屋裏空間の温度上昇や、冬場における小屋裏空間を温度低下が効果的に抑制される。そして、小屋裏空間を、人が比較的比較的長時間滞在しても快適な空間、及び／又は高温や低温あるいは大きな温度変化の抑制された優れた収納用空間等とすることができる。
例えば、厚み２２．５ｍｍのＬＶＬ製の上下フランジが厚み９ｍｍのＯＳＢ製のウエブで連結された構成の断面Ｉ字状の垂木、及び熱伝導率が０．０３４Ｗ／ｍ・℃の厚さ８０ｍｍのフェノールフォームを用いて、屋根の断熱構造を構築し、小屋裏空間の温度を通年計測したところ、一般的な天井断熱を行った建物の小屋裏空間では夏場の最高温度が６０℃以上にも達したのに対して、本発明の実施例の構造では、夏場の最高温度を４０℃以下に抑えることができ、また、一般的な天井断熱を行った建物の小屋裏空間では冬場の最低温度が零下７℃に達したのに対して、本発明の実施例の構造では、冬場の最低温度を５℃以上に抑えることができた。

本実施形態の屋根の断熱構造は、相隣接する垂木２のウエブ２３，２３間に断熱ボード３を配置し、その両端部を垂木の下フランジ２２，２２上に載せるだけで、断熱ボード３を適正箇所に配置することができ、断熱ボード３を垂木２，２間で下方から支持する部材や、断熱ボード３を所定箇所に保持するための固定部材等が不要であるか少量ですみ、また、断熱ボード３の配置固定に手間が掛からない。

また、断面Ｉ字状の垂木２は、長手方向の撓み剛性が大きいため、母屋や小屋束を半分以下に省略することもできる。また、断熱層及びその上方の通気層により優れた断熱効果が得られるため、従来工法において天井に載せていた繊維系の断熱材の省略も可能である。
また、小屋裏空間とその下の部屋（居室等）とを、常時、空気が流通可能なように連通しておき、下の部屋の温度制御により小屋裏空間の温度を一体的に制御することも可能である。このような制御により、温度制御のコストを抑えつつ、小屋裏空間を気軽に利用可能な空間とすることができる。

また、断熱ボード３の両側端面を、断面Ｉ字状の垂木２のウエブ２３，２３に接触、好ましくは圧接させることにより、該断熱ボード３を、垂木２の転び止めとして機能させることができ、転び止め材による転び止めが不要となる利点もある。さらに、垂木２は、下フランジ２２に上から釘打ちして固定できるので、捻り金物の使用を不要ないし少量とすることもできる。

本実施形態の屋根の断熱構造が寄棟屋根の場合、隅木又は谷木の配置部（棟木の長手方向の各端部に結合された２本の隅木に挟まれた平面視三角形状の屋根部や、棟木の長手方向の各端部に結合された１本の隅木と１本の棟木とに挟まれた平面視三角形状の屋根部等）においては、図５に示すように、断面Ｉ字状の垂木２の下端の位置を隅木１１又は谷木の下端の位置に合わせ、該垂木２を、隅木１１又は谷木と、軒桁、梁等の他の横架材とに釘打ちして固定した後、断熱ボードの一端側を斜め４５度に切り落としたものを、軒先側から、相隣接する垂木２のウエブ２３，２３間に差し込み、隅木１１又は谷木に当てて止める。垂木２の長手方向の上端は、上フランジ２１の上面が隅木１１又は谷木より上にでるように固定し、隅木１１又は谷木の上面と、該上面上まで張り伸ばした野地板（屋根下地材）との間に、隅木１１又は谷木の長手方向に沿って延びる隅木上通気空間又は谷木上通気空間を形成する。
そして、隅木上通気空間又は谷木上通気空間を、上述した棟部通気空間５Ａに連通させることで、垂木２，２間に形成された通気層（断熱ボードと屋根下地材との間に形成された通気層）と、上述した棟部換気構造９と連通させることができる。

尚、軒先がない屋根部（谷木の配置部等）においては、カッター等により、断熱ボード３に、その上面側から、該断熱ボード３の下面に貼った補強用の不織布又は布テープに達しない切れ込みを入れ、その断熱ボード３を折り曲げた状態で垂木２，２間に挿入し、次いで、折り曲げ状態から平面状に戻すことによって、断熱ボード３を、垂木２，２のウエブ２３，２３間に配置することができる。

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は種々変更可能である。
例えば、棟木１の部分において相対向する断熱ボード３の端部３２，３２間に配置する小断面の断熱材３４は、断面三角形状以外のものであっても良い。図６（ａ）に、断面台形状の断熱材３４を配置した例を示した。また、断面三角形状や断面台形状の断熱材３４は、高さ方向に複数の断熱板が積層接着してなる構造のものであっても良い。
また、小断面の断熱材３４を配置するのに代えて、図６（ｂ）に示すように、棟木１の部分において相対向する断熱ボード３の端部３２’，３２’同士を直接当接させることによって、棟木１の一方の側から他方の側に亘って連続する断熱層が形成することもできる。
これらの場合も、上述した実施形態と同様の効果が奏される。

また、断熱ボード３を、垂木２，２のウエブ２３，２３間に配置する方法は、軒先がある屋根部についても、上述した軒先がない屋根部の場合の配置方法を用いることもできる。

本発明の一実施形態の屋根の断熱構造の棟部近傍の断面図であり、棟木の長手方向に垂直で且つ垂木と垂木との間に位置する平面による断面を示す図である。 図１に示す屋根の断熱構造の軒先部近傍の断面図であり、図１と同じ平面による断面を示す図である。 図１に示す屋根の断熱構造に用いた断面Ｉ字状の垂木及び断熱ボードを示す斜視図である。 図１に示す屋根の断熱構造における棟部換気構造の概略分解斜視図である。 図１に示す屋根の断熱構造が寄棟屋根の場合における隅木や谷木の配置部の好ましい構造を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態における要部を示す断面図である。

符号の説明

１ 棟木
２ 断面Ｉ字状の垂木
２１ 上フランジ
２２ 下フランジ
２３ ウエブ
３ 断熱ボード
３２ 棟木の部分において相対向する断熱ボードの端部
３４ 小断面の断熱材
４ 野地板（屋根下地材）
５ 通気層
６ 軒桁（他の横架材）
７ 軒裏
８ 外壁部通気層
９ 棟部換気構造

Claims (6)

1. 棟木の両側それぞれに、上フランジ、下フランジ及び上下のフランジ間に位置するウエブからなる断面Ｉ字状の垂木が複数配設されており、棟木の両側それぞれにおける、相隣接する垂木のウエブ間に、断熱ボードが、その両端部を垂木の下フランジ上に載せた状態に配置されており、
   棟木の部分において相対向する断熱ボードの端部間に小断面の断熱材が配されていることによって、棟木の一方の側から他方の側に亘って連続する断熱層が形成されており、前記断熱ボードと、垂木の上フランジ上に配設された屋根下地材との間に通気層が形成され、棟木の両側に形成された通気層が、棟木の部分に設けられた棟部換気構造と連通しており、
   前記垂木は、棟木側の端部における下フランジが該棟木上に位置しており、
   前記小断面の断熱材は、前記垂木に遮断されずに、前記棟木の長手方向の略全長に亘って実質的に連続するように配置されており、且つ前記棟木の上面から離間した位置に、前記両断熱ボードの端部に支持された状態に配されており、
   前記垂木は、相互に別体であった、上フランジ、下フランジ及びウエブを断面Ｉ字状に結合して形成されている屋根の断熱構造。
2. 前記ウエブの厚み（Ｔ）が６〜１２ｍｍであり、前記下フランジにおける該ウエブの両面から張り出した張り出し部の幅（Ｗ）が１３〜２０ｍｍである請求項１記載の屋根の断熱構造。
3. 前記棟木の部分において相対向する断熱ボードの端部間に、断面三角形状又は断面台形状の前記小断面の断熱材が配されている請求項１又は２記載の屋根の断熱構造。
4. 前記下フランジが単板積層材からなり、該単板積層材を構成する単板の面が前記ウエブの面と垂直である請求項１ないし３のいずれか１項記載の屋根の断熱構造。
5. 前記断熱ボードが、発泡プラスティック系の断熱ボードである請求項１ないし４のいずれか１項記載の屋根の断熱構造。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項記載の屋根の断熱構造の施工方法であって、相隣接する垂木のウエブ間に、屋根の軒先側から前記断熱ボードを挿入する工程を具備する屋根の断熱構造の施工方法。

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