JP6681622B2 - 木質積層体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、木質積層体の製造方法に関する。

合板やＬＶＬ（単板積層材）、ＣＬＴ（Cross-Laminated-Timber）等の木質積層体は、建築物の構造用や造作用の材料として用いられることが多い。例えば木造建築物は、金具等を用いて互いに連結された木質積層体からなる柱、梁あるいは壁を有していることがある。しかし、木質積層体同士の連結部は、木質積層体自体に比べて強度が低下するという問題がある。そのため、木質積層体を大型化して連結部の数をできるだけ少なくすることが望まれている。

木質積層体は、通常、以下の方法により作製される。まず、ロータリーレース等を用いて原木から単板を作製し、単板に接着剤を塗布する。この単板を複数枚重ね合わせた後、ホットプレス機を用いて圧締しつつ加熱することにより単板同士を接着する。以上により木質積層体を得ることができる。

上述したホットプレス機による単板の接着作業は、木質積層体の製造における各作業の中で最も多くのエネルギーを消費する作業である。また、単板同士の接着強度を高める観点から、重ね合わせた単板の圧締及び加熱には十分に時間をかける必要がある。

そこで、エネルギー消費量を低減すると共に木質積層体の生産性を向上させるために、単板の接着作業に要する時間を短縮する技術が種々検討されている。例えば特許文献１には、接着剤に微細炭素繊維を配合することにより、接着剤の硬化を促進させる技術が開示されている。また、特許文献２には、従来多用されている蒸気プレスに代えて、高周波を照射して接着剤自体を発熱させる高周波プレスを行う技術が開示されている。

特開２０１３−２２７５７号公報 特開２０１３−１５８９８８号公報

上述した従来の方法により木質積層体を製造する場合、木質積層体の寸法を大きくしようとすると、大型のホットプレス機を用いる必要がある。しかし、ホットプレス機は、木材全体に亘って同時に圧締を行うため、多量のエネルギーを消費して圧締時に十分な圧力を加えなければならない。それ故、特許文献１や特許文献２に記載の技術により作業時間を短縮しても、エネルギー消費量の削減には限界がある。

また、大型のホットプレス機は、小型のものに比べて設備負担が大きい。更に、上述したように、大型のホットプレス機は多量のエネルギーを消費するため、ランニングコストも大きくなる。これらの結果、木質積層体を大型化しようとすると価格の上昇が避けられないという問題がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、大型の木質積層体を安価に製造することができる木質積層体の製造方法を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、複数の木材を接着してなる木質積層体の製造方法であって、
少なくとも一方の表面に接着剤組成物が塗布された第１木材を準備すると共に、該第１木材と接着させる第２木材を準備し、
上記接着剤組成物に１または複数のレーザ光を照射しつつ照射スポットを上記第１木材の長手方向に相対的に移動させることにより、上記接着剤組成物を順次溶融させ、
上記第１木材における上記接着剤組成物を溶融させた部分を上記第２木材に順次圧締することにより上記第１木材を上記第２木材に接着することを特徴とする木質積層体の製造方法にある。

上記木質積層体の製造方法は、上記レーザ光の照射により上記接着剤組成物を順次溶融させつつ、上記接着剤組成物を溶融させた部分を上記第２木材に順次圧締することにより上記第１木材を上記第２木材に接着することができる。即ち、上記製造方法は、上記接着剤組成物を局所的に溶融させた後上記第１木材の一部を上記第２木材に圧締する作業を、位置を移動させながら全長に亘って実施することにより、上記木質積層体を製造することができる。

上記製造方法は、上述したように木材全体を同時に圧締する必要がない。それ故、上記製造方法は上記木質積層体を製造する際のエネルギー消費量を容易に低減することができる。また、上記製造方法は、従来のホットプレス機に比べて、接着作業に用いる設備を容易に小型化することができるため、設備負担やランニングコストを容易に低減することができる。

また、上記製造方法においては、上記第１木材と第２木材とを接着した木質積層体を、新たな第１木材又は第２木材とし、これに新たに準備した第２木材又は第１木材を上記と同様に接着することを繰り返すことによって、多数層の木質積層体を容易に作製することができる。そして、上記製造方法は、木質積層体の寸法についての設備面での制約が従来よりも小さいため、大型の上記木質積層体を容易に製造することができる。

以上のように、上記製造方法は、従来よりも設備負担やランニングコストを容易に低減できると共に、大型の上記木質積層体を容易に製造することができる。従って、上記製造方法は、大型の木質積層体を安価に製造することができる。

実施例１における、第１木材と第２木材とを接着する作業の要部を示す一部断面図である。 図１のII−II線矢視断面図である。 点状の照射スポットを形成するレーザ装置を用いた場合の、図２に相当する一部断面図である。 実施例２における、第１木材を巻回してなる木質積層体を製造する方法の要部を示す側面図である。 実施例１において得られた質積層体の表面に炭化層を形成している状態を示す説明図である。 実施例２において得られた質積層体の表面に炭化層を形成している状態を示す説明図である。

上記製造方法において、上記第１木材は、上記第２木材に圧締する際の割れを抑制する観点から、１０ｍｍ以下の厚みを有することが好ましい。上記第１木材の厚みが過度に厚い場合には、第２木材に圧締した際に割れが発生するおそれがあり、好ましくない。

上記製造方法により得られる上記木質積層体の寸法は用途に応じて適宜設定することができる。特に、上記製造方法は、原理上、長手方向について製造可能な寸法に限界がなく、供給する第１木材の長さを長くする、あるいは、１回の接着作業において複数枚の第１木材を連続的に供給するなどの方法により、長い木質積層体を容易に製造することができる。

例えば、建築物の柱や梁として使用する木質積層体を製造する場合、従来の方法による寸法の上限は幅０．４５ｍ×厚み１．３ｍ×長さ１３ｍ程度であった。これに対し、上記製造方法は、例えば物流限界である幅２．７ｍ×厚み２．５ｍ×長さ１３〜１５ｍの寸法を有する木質積層体や、更に長い木質積層体を製造することができる。

上記第１木材への接着剤組成物の塗布は、例えばロールコーターや噴射機等の従来公知の方法により行うことができる。第１木材に接着剤組成物を塗布した後、必要に応じて接着剤組成物を乾燥させる作業を行っても良い。接着剤組成物の塗布作業は、第１木材と第２木材との接着作業とは別に行い、第１木材を上記接着作業に供する前に完了させていてもよい。また、第１木材と第２木材との接着作業において、レーザ光を照射する直前に接着剤組成物を塗布することもできる。

接着剤組成物上に照射するレーザ光の数は、第１木材の板幅方向、即ち上記長手方向に直交する方向の寸法に応じて設定することができる。また、レーザ光の出力は、使用する木材の種類や接着剤組成物の材質に応じて適宜設定する。レーザ光の出力が過度に低い場合には、接着剤組成物が十分に溶融せず、第１木材と第２木材との接着が不十分となるおそれがある。一方、レーザ光の出力が過度に高い場合には、接着剤組成物や木材が燃焼するおそれがある。

レーザ光により形成される照射スポットは、第１木材の長手方向に相対的に移動する。照射スポットの相対的な移動は、例えば、照射スポットを固定して第１木材を長手方向に移動させることにより実現しても良く、第１木材を固定して照射スポットを移動させることにより実現しても良い。また、第１木材及び照射スポットの両方を移動させても良い。

個々の上記レーザ光は、上記接着剤組成物上に、上記第１木材の長手方向に直交する板幅方向に延びる直線状の照射スポットを形成することが好ましい。直線状の照射スポットは、通常のレーザ光により形成される点状の照射スポットに比べてより少ない数で板幅方向全体に亘って照射スポットを形成することができる。それ故、この場合には、レーザ光を発振するレーザ装置の個数を容易に減らすことができ、結果として設備負担やランニングコストをより低減することができる。

また、上記直線状の照射スポットは、点状の照射スポットに比べてエネルギー密度を容易に低くすることができる。それ故、この場合には、接着剤組成物や木材の燃焼を容易に回避しつつ第１木材と第２木材とを接着させることができる。

上記レーザ光は半導体レーザ装置、ファイバレーザ装置またはディスクレーザ装置のいずれかから発振されることが好ましい。これらのレーザ装置は、レーザ発振効率が高いため、第１木材と第２木材との接着作業に要するエネルギーをより低減することができる。レーザ発振効率の観点からは、半導体レーザ装置を用いることがより好ましい。ファイバレーザ装置及びディスクレーザ装置は、半導体レーザ装置よりも若干劣るものの十分に高いレーザ発振効率を有するため、接着作業における消費エネルギーを容易に低減することができる。

上記接着剤組成物は、熱可塑性樹脂系接着剤を含んでいることが好ましい。この場合には、第１木材と第２木材とを迅速に接着することができる。熱可塑性樹脂系接着剤としては、例えばＥＶＡ（エチレン・酢酸ビニル共重合体）系接着剤等を用いることができる。

また、接着剤組成物は、更に熱硬化性樹脂系接着剤を含んでいることがより好ましい。熱可塑性樹脂系接着剤は、レーザ照射により溶融した後比較的早期に接着力を発現する。そのため、第１木材を第２木材に圧締した直後に、第１木材と第２木材とを迅速に接着することができる。そして、熱可塑性樹脂系接着剤により初期の接着が完了した後は、熱硬化性樹脂系接着剤の反応が自然に進行するため、時間の経過に伴って接着強度が次第に高くなる。それ故、初期の接着が完了した木質積層体を、例えば室温環境下などに長期間静置することにより、高い強度を有する木質積層体を得ることができる。強度の向上に要する期間は保管環境や使用する接着剤の種類によって異なるが、通常は室温環境下に１ヶ月程度静置することにより、十分に高い強度を得ることができる。

熱硬化性樹脂系接着剤としては、例えばポリウレタン系接着剤、イソシアネート系接着剤及びレゾルシノール系接着剤等を用いることができる。

また、上記接着剤組成物は、更に、レーザ光を吸収可能な顔料、炭素粉末及び微細な炭素繊維等を含んでいても良い。この場合には、接着剤組成物にレーザ光のエネルギーを効率よく吸収させることができる。その結果、接着剤組成物をより容易に溶融させることができる。

また、上記接着が完了した後、得られた上記木質積層体の表面にレーザ光を照射し、当該表面に炭化層を形成することができる。木質積層体の表面に炭化層を形成することによって、防腐性能を向上させることができると共に意匠性を向上させることができる。さらに、炭化層の存在により、熱伝達率が減少し、耐熱性能の向上も得ることができる。レーザ装置としては、接着の際に用いたレーザ装置を用いて照射してもよいし、別のレーザ装置を準備して照射してもよいが、接着に用いるレーザ装置を用いることが、設備コスト上有利である。

（実施例１）
上記木質積層体の製造方法について、図を用いて説明する。図１に示すように、本例の製造方法は、単板よりなる複数の木材１０を順次重ね合わせて接着することにより木質積層体１を製造することができる。以下において、便宜上、新たに接着される木材１０を第１木材１０ａといい、第１木材１０ａを接着する木材１０を第２木材１０ｂという。

まず、少なくとも一方の表面に接着剤組成物２が塗布された第１木材１０ａを準備すると共に、第１木材１０ａと接着させる第２木材１０ｂを準備する。次いで、図１及び図２に示すように、接着剤組成物２に１または複数のレーザ光Ｌを照射しつつ照射スポットＳを第１木材１０ａの長手方向に相対的に移動させることにより、接着剤組成物２を順次溶融させる。その後、図１に示すように第１木材１０ａにおける接着剤組成物２を溶融させた部分２１を第２木材１０ｂに順次圧締することにより第１木材１０ａを第２木材１０ｂに接着する。以上の作業を所望の寸法が得られるまで繰り返すことにより、木質積層体１を得ることができる。

以下、本例の製造方法における要部をより詳細に説明する。本例においては、複数枚の単板を互いに接着して木質積層体１を作製する方法の例を説明する。

第１木材１０ａは、ロータリーレース等を用いて従来と同様に作製した単板に、ロールコーターや噴射装置等を用いて接着剤組成物２を塗布することにより作製できる。本例において、接着剤組成物２の塗布は、第１木材１０ａを第２木材１０ｂとの接着作業に供する前に完了させた。即ち、本例においては、片方の面に予め接着剤組成物２が塗布された第１木材１０ａを接着作業に供した。

第２木材１０ｂは、１枚の木材１０または互いに接着された２枚以上の木材１０より構成されている。即ち、初回の第１木材１０ａの接着作業においては、接着剤組成物２を塗布する前の木材１０を第２木材１０ｂとして供することができる。２回目以降の第１木材１０ａの接着作業においては、１枚以上の第１木材１０ａの接着が既に完了している。それ故、２回目以降の第１木材１０ａの接着作業における第２木材１０ｂは、互いに接着された２枚以上の木材１０より構成されている。

図１に示すように、本例において、第２木材１０ｂは、その長手方向に自在に移動できるようにローラコンベア３上に水平に載置されている。第１木材１０ａは第２木材１０ｂの斜め上方から供給される。また、レーザ光Ｌを発振するレーザ装置４は、第２木材１０ｂと第１木材１０ａとの間に配置されている。図には示さないが、本例においては、第１木材１０ａの板幅方向、即ち長手方向と直交する方向に複数のレーザ装置４が並んでおり、各レーザ装置４から１本ずつのレーザ光Ｌが発振される。

図１及び図２に示すように、各レーザ装置４から発振されたレーザ光Ｌは、第１木材１０ａに塗布された接着剤組成物２上に照射され、板幅方向に一列に並んだ複数の照射スポットＳを形成する。そして、各照射スポットＳにおいて接着剤組成物２が溶融する。本例のレーザ装置４は、図２に示すように、第１木材１０ａの板幅方向に延びた直線状の照射スポットＳを形成するレーザ光を発振するように構成されている。

また、本例においては、レーザ光Ｌが照射されている間、第１木材１０ａが長手方向における第２木材１０ｂ側（図１及び図２、矢印１０１参照）に移動し、第２木材１０ｂとの圧締が順次行われる。これにより、レーザ光Ｌの照射スポットＳが第１木材１０ａの長手方向に相対的に移動し、図２に示すように接着剤組成物２を順次溶融させることができる。

その後、第２木材１０ｂを第１木材１０ａに連動させて長手方向（図１、矢印１０２参照）に移動させつつ、図１に示すように、接着剤組成物２を溶融させた部分２１を圧締ローラ５により第２木材１０ｂに順次圧締する。これにより、第１木材１０ａを第２木材１０ｂに接着することができる。

本例の製造方法は、上述したように、接着剤組成物２を溶融させる作業及び第１木材１０ａを第２木材１０ｂに圧締する作業を局所的に行っている。そして、これらの作業を行う位置を相対的に移動させることにより、長手方向の全長に亘って第１木材１０ａと第２木材１０ｂとを接着させることができる。それ故、従来のホットプレス機のように圧締及び加熱を木材１０の全体に亘って同時に行う必要がなく、設備負担やランニングコストを低減することができる。

また、本例の製造方法は、第１木材１０ａを長くすることにより、大型の木質積層体１を容易に製造することができる。

以上の結果、上記製造方法は、大型の木質積層体１を安価に製造することができる。

なお、上記実施例１においては板幅方向に延びた直線状の照射スポットＳを形成するレーザ光を用いた例を示したが、図３に示すように、点状の照射スポットＳ２を形成するレーザ光を用いても、大型の木質積層体１を容易に製造することができる。

図２と図３との比較から知られるように、直線状の照射スポットＳを形成するレーザ光Ｌを用いる場合、点状の照射スポットＳ２（図３参照）を形成するレーザ光に比べて、レーザ光Ｌの総数、ひいてはレーザ装置４の個数を容易に少なくすることができる。その結果、設備負担及びランニングコスト等をより低減することができる。

また、同じ出力でレーザ光Ｌが発振された場合、直線状の照射スポットＳは点状の照射スポットＳ２に比べてエネルギー密度が低くなる。それ故、レーザ光Ｌの照射による接着剤組成物２や木材１０の燃焼を容易に回避しつつ第１木材１０ａと第２木材１０ｂとを接着させることができる。

また、実施例１には、平板状を呈する木質積層体１の製造方法の例を示したが、例えばアーチ状等に予め湾曲させた木質積層体を製造することも可能である。予め湾曲させた木質積層体を製造する場合には、例えば、第２木材１０ｂをアーチ状に湾曲させる治具を準備し、当該治具に第２木材１０ｂを保持した状態で上記の方法により第１木材１０ａを接着すればよい。

（実施例２）
本例は、１枚の帯状木材１１を治具６の周囲に巻回して木質積層体１ｂを製造する例である。

図４に示すように、本例の治具６は略六角柱状を呈しており、その中心軸を回転軸Ｃとして回転させることができるように配置されている。本例の製造方法においては、まず、治具６の側周面６１に帯状木材１１の端部１１１を固定し、治具６を回転させて帯状木材１１を巻回する。この時、治具６に直接巻回された帯状木材１１が初期の第２木材１１ｂとなる。

帯状木材１１の端部１１１よりも長手方向の後方においては、ロールコーター７により、帯状木材１１における第２木材１１ｂに接着される面への接着剤組成物２の塗布が順次行われる。接着剤組成物２が塗布された帯状木材１１は第２木材１１ｂに接着される第１木材１１ａとなる。

治具６を１回転させて初期の第２木材１１ｂが巻回された後、治具６の回転に伴って引き出された第１木材１１ａが第２木材１１ｂ上に巻回される。また、第１木材１１ａに塗布された接着剤組成物２には、図４に示すように、レーザ光Ｌが順次照射され、次いで圧締ローラ５による第１木材１１ａの圧締が行われる。以上の結果、実施例１及び実施例２と同様に第１木材１１ａと第２木材１１ｂとの接着が順次行われる。

本例の方法により得られる木質積層体１ｂは、治具６の側周面６１に倣った略六角形状を呈する壁部を有し、壁部の内側が空洞となっている。この木質積層体１ｂを複数準備し、壁部同士を互いに接着することにより、ハニカム構造を有する板状部材等を容易に作製することができる。このようにして得られた板状部材は、軽量かつ高い強度を有するため、例えば建築物の壁などに好適に用いることができる。

また、図には示さないが、例えば、第１木材１１ａの巻回を螺旋状に行うことにより、筒状を呈する木質積層体を作製することもできる。筒状の木質積層体は、軽量かつ高い強度を有するため、柱や梁などの構造材として好適に用いることができる。

なお、実施例１〜２においては、レーザ装置４を固定し、第１木材１０ａ、１１ａを長手方向に移動させる例を示したが、第１木材１０ａ、１１ａを長手方向へ移動させず、レーザ装置４及び圧締ローラ５を移動させることにより、第１木材１０ａ、１１ａと第２木材１０ｂ、１１ｂとを順次接着させることも可能である。

また、図５、図６に示すごとく、実施例１〜２において製造した木質積層体１、１ｂの表面にレーザ光Ｌを照射し、当該表面に炭化層１９を形成することができる。例えば、接着時と同様に、１または複数のレーザ光Ｌを照射しつつ照射スポットＳを木質積層体１、１ｂの長手方向に相対的に移動させることにより、表面全面に順次炭化層１９を形成することができる。そして、この炭化層１９の存在によって、木質積層体１、１ｂの防腐性能、耐熱性能を向上させることができると共に意匠性を向上させることができる。なお、レーザ装置としては、図５、図６に示すごとく、接着の際に用いたレーザ装置を用いることができるが、別のレーザ装置を準備して照射してもよい。

Claims (7)

1. 複数の木材を接着してなる木質積層体の製造方法であって、
   少なくとも一方の表面に接着剤組成物が塗布された第１木材を準備すると共に、該第１木材と接着させる第２木材を準備し、
   上記接着剤組成物に１または複数のレーザ光を照射しつつ照射スポットを上記第１木材の長手方向に相対的に移動させることにより、上記接着剤組成物を順次溶融させ、
   上記第１木材における上記接着剤組成物を溶融させた部分を上記第２木材に順次圧締することにより上記第１木材を上記第２木材に接着することを特徴とする木質積層体の製造方法。
2. 個々の上記レーザ光は、上記接着剤組成物上に、上記第１木材の長手方向に直交する板幅方向に延びる直線状の照射スポットを形成することを特徴とする請求項１に記載の木質積層体の製造方法。
3. 上記レーザ光は半導体レーザ装置、ファイバレーザ装置またはディスクレーザ装置のいずれかから発振されることを特徴とする請求項１または２に記載の木質積層体の製造方法。
4. 上記接着剤組成物は熱可塑性樹脂系接着剤を含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の木質積層体の製造方法。
5. 上記第１木材と上記第２木材とは互いに連なった帯状木材からなり、上記第２木材の周囲に上記第１木材を巻回しつつ接着することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の木質積層体の製造方法。
6. 上記第１木材と上記第２木材とは別体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の木質積層体の製造方法。
7. 上記接着が完了した後、得られた上記木質積層体の表面にレーザ光を照射し、当該表面に炭化層を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の木質積層体の製造方法。

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