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

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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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