JP5725333B2 - 木造部材 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、建物の構造部材などとして用いられ、火災時に燃え止まり性能と遮熱性能を発揮する木造部材に関する。

従来から、木材は、調湿性、衝撃安全性、断熱性に優れ、心身不調の低減、香りによるリラックス効果、わくわく感の向上、子供たちの情緒安定等に大きな効果をもたらすことから、住宅や児童福祉施設などの建物に多用されている。また、建物などを木造にすると、鉄骨造と比較し、トータルとしての二酸化炭素排出量の削減にも効果があるため、木材を有効利用することが強く求められている。

一方、木材（木造部材）は、火災時に燃え、且つ燃え続けてしまうことが最大の欠点であるため、従来、壁、床、柱、梁などの構造部材として用いる木造部材に対し、燃え代を設けている。
しかし、近年では、木造部材に対して、火災時の燃え止まり性能が求められているため、木材に不燃性の薬液等を含浸定着させて燃え止まり性能を付与した木造部材を用いることが提案、実施されている。ところが、薬液等を木材に含浸定着させて木造部材を形成した場合には、一般的な木材の良さである調湿性、香り、見た目、肌触り等が失われてしまうという問題があった。

これに対し、内部に配される本体木材部と、表面に配される表面木材部との間に、シート状の不燃材と、発泡性の防火材料で形成された発泡層とを積層した燃え止まり部分を設けた木造部材が提案、実施されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。
このような木造部材は、通常時には、上述したような木材の良さを確保でき、また、火災により表面木材部が燃えた場合には、不燃材が本体木材部への熱気流の侵入を抑制することができるとともに、発泡層が発泡することによって断熱性を確保することができる。

特開２０１０−２３６２５５号公報 特開２００２−１４６９４２号公報 特開２００６−２３３６８１号公報

しかしながら、特許文献１乃至３に開示されたような木造部材では、発泡層の著しい発泡によって不燃材が引っ張られ、不燃材に亀裂などの損傷が生じる虞がある。
このため、この亀裂から本体木材部へ熱気流が侵入し、燃焼が促進されることが懸念される。

本発明は、上述する事情に鑑みてなされたもので、木材の良さを確保できるとともに、発泡層の発泡による不燃材の損傷を防止することができる木造部材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る木造部材は、内部に配された本体木材部と、表面を覆うように配された表面木材部と、前記本体木材部と前記表面木材部との間に介装され、加熱により発泡する発泡層と膜状の不燃材とが厚さ方向に積層された遮熱部と、を備え、前記膜状の不燃材には、不燃材で形成され前記発泡層が発泡したときに該発泡層の発泡に追従して伸長する伸長部が連結されていて、前記伸長部は、前記表面木材部側に伸長する第１伸長部と、前記本体木材部側に伸長する第２伸長部と、を備えていることを特徴とする。

本発明では、膜状の不燃材に連結された伸長部が、発泡層が発泡したときに該発泡層の発泡に追従して伸長することにより、発泡層が発泡したことによって膜状の不燃材に引張力などの力が作用することがないため、膜状の不燃材に亀裂などの損傷が生じることを防ぐことができる。
また、表面には、表面木材部が配されていることにより、通常時に木材の良さを確保することができる。

また、伸長部は、表面木材部側に伸長する第１伸長部と、本体木材部側に伸長する第２伸長部と、を備えていることにより、発泡層が発泡する方向にあわせて第１伸長部および第２伸長部のいずれか１つ以上が伸長することができる。

また、本発明に係る木造部材では、前記遮熱部は、前記発泡層と前記膜状の不燃材とが交互に複数積層されていて、前記発泡層を介して隣り合う一方の膜状の不燃材と連結された前記第１伸長部は、他方の膜状の不燃材と連結された前記第２伸長部とが、帯状の不燃材で連結されていることが好ましい。
このように構成されていることにより、発泡層が発泡し、伸長部が伸長したときに、発泡層を介して隣り合う膜状の不燃材が、この発泡層の発泡に追従して移動することができるため、発泡層の発泡を安定させることができる。

また、本発明に係る木造部材では、前記伸長部は、蛇腹状に折りたたまれていることが好ましい。
このように構成されていることにより、伸長部が容易に伸長可能となるため、発泡層の発泡に容易に追従することができる。

また、本発明に係る木造部材では、前記膜状の不燃材は、金属膜であることが好ましい。
このように構成されていることにより、膜状の不燃材から発泡層に均等に熱を伝えることができるため、発泡層を均一に発泡させることができる。

また、本発明に係る木造部材では、前記発泡層は、珪酸塩を材料として形成されていることが好ましい。
このように構成されていることにより、火災時に確実に発泡層が発泡して遮熱性能を発揮させることができるとともに、コストを低減させることができる。

本発明によれば、膜状の不燃材に亀裂などの損傷が生じることを防ぐことができるため、木造部材の燃え止まり性能および遮熱性能を確実に確保することができる。
また、表面には、表面木材部が配されていることにより、通常時に木材の良さを確保することができる。

（ａ）は本発明の実施形態による木造部材の一例を示し（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向矢視図、（ｃ）は金属膜を説明する図である。 表面木材部が脱落した木造部材を示す図である。 発泡層が発泡した木造部材を示す図である。 発泡層と金属膜との間に隙間が生じた様子を示す図である。

以下、本発明の実施形態による木造部材について、図１乃至図４に基づいて説明する。本実施形態では、壁材として用いる木造部材について説明する。
図１に示すように、本実施形態による木造部材１は、内部に配される本体木材部２と、表面に配される表面木材部３と、本体木材部２と表面木材部３との間に介装された遮熱部４と、を備えている。
ここで、木造部材１の表面木材部３側において火災が生じた場合を火災時とし、火災時以外を通常時として以下説明する。

本体木材部２は、木造部材１の芯材となる部材で、その厚さｄ１（図１（ａ）参照）は、例えば、１０ｍｍ程度以上に形成されている。なお、木造部材１を建物の構造部材の一部として用いる場合には、本体木材部２の厚さを必要な強度に応じて設定することが好ましい。
表面木材部３は、その表面が木造部材１の化粧面となる部材で、その厚さｄ２（図１（ａ）参照）は、例えば、数ｍｍに形成されている。また、表面木材部３は、火災時には炭化し、亀裂が生じて脱落するように構成されている。このため、表面木材部３は、火災時に所定時間で炭化して脱落可能な厚さに形成されている。

遮熱部４は、加熱により発泡する発泡層１１と、金属膜１２（膜状の不燃材）とを備え、発泡層１１と金属膜１２とが厚さ方向に交互に積層されている。
本実施形態では、２つの発泡層１１ａ，１１ｂと、３つの金属膜１２ａ，１２ｂ，１２ｃを備えていて、遮熱部４の本体木材部２側および表面木材部３側の厚さ方向両面に金属膜１２が配されるように、発泡層１１と金属膜１２とが交互に積層されている。
なお、発泡層１１および金属膜１２の積層数は、任意に設定されてよい。

隣り合う発泡層１１と金属膜１２とは、耐熱性のある接着剤によって接着されている。
また、金属膜１２と本体木材部２および表面木材部３とは耐熱性のある接着剤または木工用の接着剤によって接着されている。
なお、この接着剤は、発泡層１１を保護し、発泡層１１の含水率を保つ役割も果たしている。

発泡層１１は、珪酸ソーダ（珪酸塩）や耐火塗料などを主材料とし、弾力性を有し、破損しにくいもので形成され、本実施形態では、珪酸ソーダに炭酸カルシウムなどの無機剤を添加したものとしている。
発泡層１１は、通常時において厚さｄ３（図１（ａ）参照）が２〜３ｍｍ程度とされ、１００℃前後で加熱されると発泡してその厚さｄ４（以下、発泡厚ｄ４とする。図３参照）が数ｃｍとなり、さらに発泡とともに略透明から白色に近い色に変色するように構成されている。
なお、発泡層１１は、有機剤を珪酸ソーダに混入したものとしてもよく、また、珪酸ソーダに代わって、例えば珪酸カリウム、珪酸リチウムなどの珪酸塩を備えて形成してもよい。

発泡した発泡層１１は、一般に、その発泡厚ｄ４が７００℃程度まで一定に維持され、高温で加熱されても大きく低減することがなく、発泡により遮熱性能を発揮するように構成されている。これにより、発泡した発泡層１１は、非加熱側（本体木材部２側）の温度を本体木材部２の燃焼が進まない温度に維持している。
なお、発泡層１１は、その厚さによって遮熱性能を調整することができるため、火災時の非加熱側の温度を調整することができる。

また、発泡厚ｄ４を一定に維持できる温度が高い発泡層１１を用いるほど、非加熱側の温度を低減させることができるため、例えば、炭酸カルシウム等の無機剤とともにガラス繊維を珪酸ソーダに混入するなどして、発泡層１１の発泡厚ｄ４を一定に維持できる温度を高めるようにすることが好ましい。

金属膜１２には、例えば、膜状に形成された銅、鋼、アルミ、クロム、酸化アルミ、硫酸バリウムなどが採用されている。
金属膜１２は、約１０００℃の高温で加熱されても溶融しないような耐熱性を有し、火災時に溶融による亀裂やひび割れが発生しにくいものとされている。

また、金属膜１２は、輻射率が比較的小さい材料で形成されていることが好ましく、これにより、火災時に、図４に示すように、金属膜１２と発泡層１１との間に空間５が生じた場合に、金属膜１２からこの空間５への輻射熱を低減させることができる。

図１に戻り、金属膜１２の周縁部には、通常時には蛇腹状に折りたたまれていて、発泡層１１が発泡したときに、この発泡層１１の発泡に追従して伸長する伸長部１３が連結されている。
図１（ｃ）には、伸長部１３を説明するために、発泡層１１は発泡させず伸長部１３を少し伸長させた様子を示している。

折りたたまれた状態の伸長部１３は、その長さｌ１が金属膜１２の長さｌ２に対して小さく形成されていて、通常時は、金属膜１２と発泡層１１との周縁部間に収納されている。このため、金属膜１２ｂのように発泡層１１ａ，１１ｂに両側から挟まれている場合は、金属膜１２ｂの一方の発泡層１１ａ側および他方の発泡層１１ｂにそれぞれ伸長部１３が連結されている。
ここで、伸長部１３のうち、金属膜１２の表面木材部３側に連結されたものを伸長部（第１伸長部）１３ａとし、本体木材部２側に連結されたものを伸長部（第２伸長部）１３ｂとして以下説明する。そして、伸長部１３ａは、表面木材部３側へ伸長可能に構成され、伸長部１３ｂは、本体木材部２側へ伸長可能に構成されている。

また、伸長部１３ａ，１３ｂは、通常時において伸長しないように耐火性の接着剤で接着されていて、発泡層１１が発泡することで金属膜１２に作用する力で伸長するように構成されている。
なお、伸長部１３ａ，１３ｂは、発泡層１１が発泡する時に伸長可能に構成されていれば、金属膜１２に対して形成される位置は上記以外としてもよい。

また、図１（ｃ）に示すように、伸長部１３ａ，１３ｂには、発泡層１１の発泡に伴い水蒸気やガスが発生したときに、この水蒸気やガスを金属膜１２の外方へ排出するためのガス抜き口１５が形成されている。このガス抜き口１５は、発泡した発泡層１１が外方へ流出しないように、微細な孔部や、線状のスリットなどとする。
なお、発泡時に発泡層１１から水蒸気やガスが発生することが無い場合は、伸長部１３ａ，１３ｂにガス抜き口１５が形成されていなくてもよい。

また、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、発泡層１１を介して隣り合う伸長部１３ａ，１３ｂは、互いに連結部材１６で連結されている。
連結部材１６は、発泡層１１の厚さ方向に延びる帯状の部材で、発泡層１１の端面に沿って該発泡層１１の厚さ方向に直交する方向に間隔をあけて複数配されている。連結部材１６の厚さ方向両端にそれぞれ伸長部１３ａ，１３ｂが連結されている。
また、連結部材１６は、金属膜１２と同等の材料を帯状に加工したもので、発泡層１１の端面に耐火性の接着剤などで接着されている。

次に、火災時の木造部材１の様子について説明する。
木造部材１の表面木材部３側で火災が発生し、木造部材１に火が及ぶと、まず、表面木材部３が燃えて炭化し、亀裂が生じて金属膜１２から脱落する。
これにより、表面木材部３側の金属膜１２ａが露出し、この金属膜１２ａと隣り合う発泡層１１ａへ火災の熱が伝達される。
そして、発泡層１１ａが加熱されて、その温度が１００℃付近に到達すると、発泡層１１は、発泡するとともに白色に近い色に変色する。また、発泡層１１ａが加熱されると、金属膜１２ｂを介して隣り合う発泡層１１ｂに熱が伝達し、発泡層１１ｂも発泡層１１ａと同様に発泡する。
発泡層１１ａ，１１ｂが発泡することにより（図３の状態）遮熱層４が遮熱性能を発揮し、本体木材部２が燃焼する温度に加熱されることを防いでいる。

ここで、発泡層１１は、表面木材部３側から加熱されるため、本体木材部２が側よりも表面木材部３側へ多く発泡することになる。これにより、発泡層１１の発泡に追従して表面木材部３側の伸長部１３ａが伸長する。
なお、発泡層１１が本体木材部２側から加熱された場合は、表面木材部３側よりも本体木材部２へ多く発泡することになるが、発泡層１１の両側（本体木材部２側および表面木材部３側）に伸長部１３ａ，１３ｂが配されているため、発泡層１１の発泡に追従して伸長部１３ａ，１３ｂのいずれか１つ以上が伸長することができる。つまり、金属膜１２が発泡層１１の発泡に追従して移動できるようになっている。

次に、上述した木造部材１の作用効果について図面を用いて説明する。
本実施形態による木造部材１によれば、金属膜１２が発泡層１１の発泡に追従して移動できるようになっていることにより、発泡層１１の発泡によって金属膜１２に亀裂などの損傷が生じることがないため、金属膜１２を介して発泡層１１へ均等に熱が伝達されるとともに、亀裂からの熱侵入がなく、発泡層１１が均等に発泡されて遮熱性能を確保することができる作用効果を奏する。

また、発泡層１１を介して隣り合う金属膜１２，１２は、連結部材１６で互いに連結されていることにより、各金属膜１２，１２が発泡層１１の発泡に追従して移動するため、発泡層１１を安定した状態で発泡させることができる。このとき、複数の連結部材１６間には、間隔があるため、連結部材１６が間隔なく配されている場合や、発泡層１１の側面全面を覆う場合と比べて、火災側の金属膜１２から非火災側の金属膜１２への熱の伝達を少なくすることができる。
さらに、伸長部１３には、ガス抜き口１５が形成されていることにより、発泡層１１が発泡したときに発生したガスや水蒸気を、ガス抜き口１５から外方へ効果的に排出させることができる。
また、木造部材１は、表面木材部３を備えていることにより、通常時には、木材の良さを確保することができる。

以上、本発明による木造部材１の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施形態では、本体木材部２の片面側に遮熱部４および表面木材部３が積層されているが、本体木材部２の両面側に遮熱部４および表面木材部３が積層されていてもよい。
また、上述した実施形態では、木造部材１を壁材として用いているが、柱材や、建具などに適用することもできる。

１ 木造部材
２ 本体木材部
３ 表面木材部
４ 遮熱部
１１，１１ａ，１１ｂ 発泡層
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 金属膜（膜状の不燃材）
１３ 伸長部
１３ａ 伸長部（第１伸長部）
１３ｂ 伸長部（第２伸長部）
１５ ガス抜き口
１６ 連結部材（帯状の不燃材）

Claims (5)

1. 内部に配された本体木材部と、
   表面を覆うように配された表面木材部と、
   前記本体木材部と前記表面木材部との間に介装され、加熱により発泡する発泡層と膜状の不燃材とが厚さ方向に積層された遮熱部と、を備え、
   前記膜状の不燃材には、不燃材で形成され前記発泡層が発泡したときに該発泡層の発泡に追従して伸長する伸長部が連結されていて、
   前記伸長部は、前記表面木材部側に伸長する第１伸長部と、前記本体木材部側に伸長する第２伸長部と、を備えていることを特徴とする木造部材。
2. 前記遮熱部は、前記発泡層と前記膜状の不燃材とが交互に複数積層されていて、前記発泡層を介して隣り合う一方の膜状の不燃材と連結された前記第１伸長部は、他方の膜状の不燃材と連結された前記第２伸長部とが、帯状の不燃材で連結されていることを特徴とする請求項１に記載の木造部材。
3. 前記伸長部は、蛇腹状に折りたたまれていることを特徴とする請求項１または２に記載の木造部材。
4. 前記膜状の不燃材は、金属膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の木造部材。
5. 前記発泡層は、珪酸塩を材料として形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の木造部材。

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