JP6984928B1 - 単板積層木材の製造方法及び炭素繊維シートで補強された単板積層木材 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を増やすことなく、低密度木材を原木として使用してラワン材などの輸入木材を原木とする単板積層木材と同程度の厚さで同等以上の性能を有する単板積層木材を製造することができる単板積層木材の製造方法及び炭素繊維シートで補強された単板積層木材を提供する。【解決手段】木材を薄く切削して単板２にし、それらの単板２同士を接着剤で貼り合わせて単板積層木材１を製造する単板積層木材の製造方法において、気乾比重が０．１以上０．５以下の低密度木材からなる原木を切削・裁断して単板２を作成し、作成した単板２に接着剤（接着剤層３）を塗布して積層する際に、可撓性を有する０．０３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の薄肉、且つ、１５ｇ／ｍ２以上５００ｇ／ｍ２以下の低目付量の炭素繊維シート５を介装して単板積層木材１の熱圧時に炭素繊維シート５も同時に一体成形する。【選択図】図１

Description

本発明は、合板やＬＶＬ（Laminated Veneer Lumber：単板積層材）などの単板積層木材の製造方法及び炭素繊維シートで補強された単板積層木材に関するものである。

従来、繊維方向が二方向になるように積層したものを合板といい、普通合板、コンクリート型枠用合板、構造用合板、化粧ばり構造用合板、天然木化粧合板、特殊加工化粧合板などの種々の合板が知られている。また、合板の中には、二方向の単板の枚数比率を変えたものもあり、木材繊維方向が同一の単板が二枚以上連続して積層されているものもある。さらに、木材繊維方向を揃えて単板を積層、接着した木質材料であるＬＶＬ（Laminated Veneer Lumber：単板積層材）も知られており、いずれもＪＡＳ規格等に定められている。

このような各種合板やＬＶＬなどの単板積層木材は、一般的に、先ず、気乾比重が０．５６〜０．６４程度のラワン材などの熱帯性の広葉樹の原木を輸入し、この原木をロータリーレースにより大根のカツラムキの様に切削加工して、厚さ０．６ｍｍ〜５．０ｍｍ程度の薄い単板にする。そして、この単板を、接着剤を塗布して積層し、冷圧、熱圧を経て、接着剤を熱硬化させて各目的に応じた所定形状の所定厚の単板積層木材が製造されている。

しかし、現在、コロナ禍のウッドショックで世界的に木材価格が急騰し、輸入木材が安価に手に入らないという事態に陥っている。また、花粉症対策や人工林の荒廃による災害防止の目的も相まって、杉やヒノキなどの針葉樹の国産材を、国内流通量の多い合板の原木に使用したいとの要望が急速に高まっている。しかし、針葉樹は低密度の樹種が多く、杉は気乾比重が０．３８、檜は０．４１となっており、このため支圧強度も低く、ラワン材からなる単板積層木材と同一強度を得るためには、単板積層木材全体の厚さを厚くしないと前記各種の目的に応じた諸性能を発揮することができないという問題があった。

支圧強度が低い低密度木材（軟質木材）を使用した面材の強度を上げる技術としては、特許文献１に、杉・檜などの軟質針葉樹材を効率的に圧密加工可能とすると共に、それによって得た軟質針葉樹圧密加工材を利用して曲面を多用した高品質な家具や建具類などの木工製品を経済的に大量生産可能とする針葉樹材圧密化・成形方法が開示されている（特許文献１の明細書の段落［００２５］、図面の図１，図２，図７，図８等参照）。

しかし、当然ながら、特許文献１に記載の針葉樹材圧密化・成形方法は、圧密工程が必要であり、やはり手間や時間がかかるため、従来の広葉樹の輸入木材の原木からなる単板積層木材より製造費が嵩むという問題があった。

そこで、本願発明者は、このような問題を解決するべく、単板積層木材の製造過程において、引張強度が極めて高い炭素繊維シートを積層し、低密度の軟質木材を使用して従来の単板積層木材と同じ厚さでも同等以上の強度・剛性を確保でき、ビス・釘打ちの固定強度も向上することができる単板積層木材の製造方法、及び炭素繊維シートで補強された単板積層木材を想到するに至った。

一方、炭素繊維シートを単板積層木材に積層した発明としては、特許文献２に、ＣＦＲＰシートから成る芯材層とその両側に形成された木質板層とを有するＦＲＰ−木質板複合パネルが開示されている（特許文献２の明細書の段落［００１９］〜［００３２］、図面の図１等参照）。

特許文献２に記載のＦＲＰ−木質板複合パネルによれば、厚みや重量を抑えつつ強度を高めることができるだけでなく、木質板が持っていないＣＦＲＰの物性を構造用面材に付与することも可能となるとされている。しかし、通常の単板積層木材製造工程で製造される木質板層と芯材層となるＣＦＲＰシートとを別々に製造して接着するため、製造工程が増え、手間がかかり、やはり製造コストが嵩むという問題があった。

また、特許文献３には、本願発明者が提案した木材からなる第１及び第２基材に、炭素繊維からなる強化繊維が積層された反り防止部材が開示されている（特許文献３の明細書の段落［００１１］〜［００３０］、図面の図２等参照）。

特許文献３に記載の反り防止部材は、反り防止部材の製造工程の短縮化を図ることができるとされている。しかし、特許文献３に記載の反り防止部材は、木製扉等に適用したものであり、単板積層木材の製造工程にそのまま適用できものではなく、芯材である炭素繊維シートと、木材からなる第１基材や第２基材とは別々に製造するものであり、製造工程が増え、手間がかかり、やはり製造コストが嵩むという問題があった。

特開２０１４−１６２１９８号公報 特開２０１９−１０４１８８号公報 特許第６１０８５０６号公報

そこで、本発明は、前述した問題に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、製造工程を増やすことなく、低密度木材を原木として使用してラワン材などの輸入木材を原木とする単板積層木材と同程度の厚さで同等以上の性能を有する単板積層木材を製造することができる単板積層木材の製造方法及び炭素繊維シートで補強された単板積層木材を提供することにある。

第１発明に係る単板積層木材の製造方法は、木材を薄く切削して単板にし、それらの単板同士を接着剤で貼り合わせて単板積層木材を製造する単板積層木材の製造方法であって、気乾比重が０．１以上０．５以下の低密度木材からなる原木を切削・裁断して単板を作成し、作成した単板に接着剤を塗布して積層する際に、可撓性を有する０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下の薄肉、且つ、１５ｇ／ｍ^２以上５０ｇ／ｍ^２以下の低目付量の炭素繊維シートを介装して単板積層木材の熱圧時に前記単板同士を接着する接着剤と同一の接着剤を用いて炭素繊維シートも同時に一体成形することを特徴とする。

第２発明に係る単板積層木材の製造方法は、請求項１に記載の単板積層木材の製造方法において、前記炭素繊維シートは、単板積層木材断面の外縁となる外層付近のいずれか一方又は両方の単板間に介装されていることを特徴とする。

第３発明に係る単板積層木材の製造方法は、請求項１又は２に記載の単板積層木材の製造方法において、前記単板は、隣接する単板同士の木材繊維方向が同一方向となるように二層以上重ねられ、前記炭素繊維シートは、炭素繊維の一方向基材であり、炭素繊維の繊維方向が前記単板の木材繊維方向と同じ方向となるように揃えて木材繊維方向が同一方向となるように重ねられた前記単板同士の間に介装されることを特徴とする。

第４発明に係る単板積層木材の製造方法は、請求項１又は２に記載の単板積層木材の製造方法において、前記単板は、隣接する単板同士の木材繊維方向が同一方向となるように二層以上重ねられ、前記炭素繊維シートは、炭素繊維の一方向基材であり、炭素繊維の繊維方向が前記単板の木材繊維方向と直交する方向となるように木材繊維方向が同一方向となるように重ねられた前記単板同士の間に介装されることを特徴とする。
方向が前記単板の木材繊維方向と同じ方向、且つ、直交する方向となるように介装されることを特徴とする。

第５発明に係る単板積層木材の製造方法は、請求項１又は２に記載の単板積層木材の製造方法において、前記炭素繊維シートは、炭素繊維のクロス基材であり、炭素繊維の繊維方向が前記単板の木材繊維方向と同じ方向、且つ、直交する方向となるように介装されることを特徴とする。

第６発明に係る炭素繊維シートで補強された単板積層木材は、木材から薄く切削された単板が接着剤で貼り合わされた単板積層木材であって、前記単板は、気乾比重が０．１以上０．５以下の低密度木材の原木からなり、可撓性を有する０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下の薄肉、且つ、１５ｇ／ｍ^２以上５０ｇ／ｍ^２以下の低目付量の炭素繊維シートが単板積層木材断面の外縁となる外層付近のいずれか一方又は両方の前記単板間に前記単板同士を接着する接着剤と同一の接着剤で接着されて補強されていることを特徴とする。

第７発明に係る炭素繊維シートで補強された単板積層木材は、請求項６に記載の炭素繊維シートで補強された単板積層木材において、前記単板は、隣接する単板同士の木材繊維方向が同一方向となるように二層以上重ねられ、前記炭素繊維シートは、炭素繊維の一方向基材であり、炭素繊維の繊維方向が前記単板の木材繊維方向と同じ方向に揃えて木材繊維方向が同一方向となるように重ねられた前記単板同士の間に介装されていることを特徴とする。

第８発明に係る炭素繊維シートで補強された合板単板積層木材は、請求項６に記載の炭素繊維シートで補強された合板単板積層木材において、前記単板は、隣接する単板同士の木材繊維方向が同一方向となるように二層以上重ねられ、前記炭素繊維シートは、炭素繊維の一方向基材であり、炭素繊維の繊維方向が前記単板の木材繊維方向と直交する方向となるように木材繊維方向が同一方向となるように重ねられた前記単板同士の間に介装されることを特徴とする。

第９発明に係る炭素繊維シートで補強された単板積層木材は、請求項６に記載の炭素繊維シートで補強された単板積層木材において、前記炭素繊維シートは、炭素繊維のクロス基材であり、炭素繊維の繊維方向が前記単板の木材繊維方向と同じ方向、且つ、直交する方向に介装されていることを特徴とする。

第１発明〜第５発明によれば、低密度木材から単板を作成し、可撓性を有する薄肉且つ低目付量の炭素繊維シートを介装して熱圧時に炭素繊維シートも同時に一体成形するので、製造工程を増やすことなく、現状あまり活用されていない国内産の低密度木材を原木として使用してラワン材などの輸入木材を原木とする単板積層木材と同じ厚さで同等以上の性能を有する単板積層木材を製造することができる。

特に、第２発明によれば、単板積層木材に曲げ応力が作用した際に、引張の縁応力が最大となる単板積層木材断面の最外縁付近に強い引張力に対抗できる炭素繊維シートが配置されているので、従来の単板積層木材と同じ厚さでも同等以上の応力に対抗することができる。

特に、第３発明によれば、炭素繊維の繊維方向が単板の木材繊維方向と同じ方向となるように揃えて配置されているので、単板積層木材の剛性や強度をさらに向上させることができる。

特に、第４発明によれば、炭素繊維の繊維方向が単板の木材繊維方向と直交する方向に配置されているので、単板積層木材にビスや釘などの固定材を打ち込んだ際に、木材繊維方向と直交する方向に単板の木材を引き裂くせん断力が作用した場合でも炭素繊維で対抗して固定材の固定強度を保持することができる。

特に、第５発明によれば、炭素繊維の繊維方向が単板の木材繊維方向と同じ方向、且つ、直交する方向に配置されているので、単板積層木材にビスや釘などの固定材を打ち込んだ際のせん断力が単板積層木材の面内方向のいずれの方向に作用した場合でも炭素繊維で対抗することができ、固定材の固定強度を保持することができる。

第６発明〜第９発明によれば、低密度木材の単板間に可撓性を有する薄肉・低目付量の炭素繊維シートが単板積層木材断面の外縁付近に介装されているので、安価で経済的に現状あまり活用されていない国内産の低密度木材を原木として使用してラワン材などの輸入木材を原木とする単板積層木材と同じ厚さで同等以上の性能を発揮させることができる。

特に、第７発明によれば、炭素繊維の繊維方向が単板の木材繊維方向と同じ方向となるように揃えて配置されているので、単板積層木材の剛性や強度をさらに向上させることができる。

特に、第８発明によれば、炭素繊維の繊維方向が単板の木材繊維方向と直交する方向に配置されているので、合板単板積層木材にビスや釘などの固定材を打ち込んだ際に、木材繊維方向と直交する方向に単板の木材を引き裂くせん断力が作用した場合でも炭素繊維で対抗して固定材の固定強度を保持することができる。

特に、第９発明によれば、炭素繊維の繊維方向が単板の木材繊維方向と同じ方向、且つ、直交する方向に配置されているので、単板積層木材の剛性や強度をさらに向上させることができるとともに、単板積層木材にビスや釘などの固定材を打ち込んだ際のせん断力が単板積層木材の面内方向のいずれの方向に作用した場合でも炭素繊維で対抗することができ、固定材の固定強度を保持することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る単板積層木材の製造方法で製造された本発明の実施形態に係る炭素繊維シートで補強された単板積層木材を示す模式断面図である。 図２は、同上の単板積層木材を示す平面図である。 図３は、従来の合板の製造方法の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る単板積層木材の製造方法及び炭素繊維シートで補強された単板積層木材について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜従来の合板の製造方法＞
先ず、図３を用いて、単板積層木材の一つである合板の従来の製造法について簡単に説明する。図３は、従来の合板の製造方法の手順を示すフローチャートである。

（剥皮・玉切工程）
図３に示すように、先ず、原木の皮を剥ぎ、所定の長さに切断する剥皮（カワハギ）・玉切工程を行う。

（原木切削工程）
次に、皮を剥いだ原木をロータリーレースにより桂剥きのように切削して薄い単板（=Veneer）にする原木切削工程を行う。その後、単板を大まかに裁断し、反りなどを考慮して、表裏板、中板に分類する。単板の厚さは、合板の種類や厚さ、その目的にもよるが０．６ｍｍ〜５．０ｍｍ程度が一般的である。

（単板乾燥裁断工程）
次に、分類した単板を乾燥機にかけて乾燥させ、クリッパー等で所定の寸法の大きさに裁断する単板乾燥裁断工程を行う。

（調板工程）
次に、単板を補修したり、所定幅に足りない小幅板をはぎ合わせたりする調板工程を行う。そして、一方向に反った単板を表裏板に選別し、沿っていない単板を中板に選別し、それらを組み合わせて仕組を行う。

このとき、合板の曲げ耐力の異方性を少なくするために、単板の繊維方向（木目方向）を１枚ごとに直交させて配置する。また、用途や種類に応じて適宜変更されるものであるが、一般的に、合板は、厚さが１５ｍｍ未満の場合、単板を３プライ（３枚合わせ）以上貼り合わせて作成され、１５ｍｍ以上〜１８ｍｍ未満の場合、単板を４プライ（４枚合わせ）以上貼り合わせて作成される。そして、厚さが１８ｍｍ以上２５ｍｍ未満の場合、単板を５プライ（５枚合わせ）以上貼り合わせて作成され、２５ｍｍ以上の場合、単板を７プライ（７枚合わせ）以上貼り合わせて作成される。

（接着剤塗布工程）
次に、熱硬化性樹脂のなかから合板の用途に応じた接着剤を選別し、中板の両面及び表裏板の片面にスプレッダーで選定した接着剤を広げて塗布する接着剤塗布工程を行う。

（冷圧工程）
次に、接着剤を塗布した単板を所定枚数組み合わせて合板とし、万力等で常温で圧力をかけて仮締めする冷圧工程を行う。

（熱圧工程）
次に、１１０℃〜１３０℃の温度で８〜１２ｋｇｆ／ｍ^２の程度の圧力をかけて圧縮し、接着剤を熱硬化させる熱圧（ホットプレス）工程を行う。

（養生・裁断・仕上げ）
次に、散水して３日〜１週間程度放置して養生し、合板の四方の端を切断して正確に所定の寸法に微調整する。その後、サンダー等の機械で合板の表面を平滑に研磨して仕上げを行う。本工程の終了により合板が製造される。

＜実施形態に係る単板積層木材の製造方法＞
次に、本発明の実施形態に係る単板積層木材の製造方法について説明する。本実施形態に係る単板積層木材の製造方法が、前述の従来の合板の製造方法と相違する点は、原木に低密度木材を使用する点、及び接着剤塗布工程で接着剤が塗布された単板を所定枚数組み合わせて単板積層木材とする際に、所定の位置に炭素繊維シートを介装する点であるので、その相違点について主に説明し、他の説明を省略する。

（低密度木材）
本実施形態に係る単板積層木材の製造方法では、気乾比重が０．１以上０．５以下の低密度木材からなる原木を切削・裁断して単板を作成する。これに対して、従来の単板積層木材の製造方法では、背景技術で述べたように、気乾比重が０．５６〜０．６４程度のラワン材などの熱帯性の広葉樹を原木として使用している。一般に、広葉樹材は、重くて堅いため曲げヤング係数（例えば、レッドラワン＝１１５ＧＰａ程度）などの強度も高く、薄くて強度が求められる単板積層木材には適しているからである。

これに対して、本実施形態に係る単板積層木材の製造方法で使用する低密度木材は、杉やヒノキなどの国産の針葉樹の間伐材を想定している。針葉樹は、通直で加工性に富んでいるため、主に建築用材として利用されているものの、気乾比重（杉＝０．３８，檜＝０．４１）が低くて強度（杉＝８０、檜＝９０ＧＰａ程度）も低いため、単板積層木材の原木としてはほとんど使用されていなかった。前述のように、単板積層木材として使用すると単板の積層数を増やすか各単板の厚さ厚くする必要があるという問題があるからである。

このため、細い間伐材などの建築用材として不向きな国産の針葉樹は、ほとんど使用されておらず、国内にある杉や檜の人工林が放置される要因の一つとなっていた。しかし、本実施形態に係る単板積層木材の製造方法では、低密度木材を原木として使用しても前述の問題を解消することができるため、国産針葉樹の間伐材を有効に活用することが可能となっている。

ここで、低密度木材の気乾比重の上限値を０．５以下としているのは、輸入木材である熱帯性の広葉樹のほとんどは、気乾比重が０．５を超える高密度木材であり、気乾比重が０．５以下の樹種が、単板積層木材の原木として使用されていないという現状があるからである。

また、気乾比重の下限値を０．１以上としているのは、木材として使用されている樹種の気乾比重は、０．１程度のバルサが最低であり、この下限値以下の木材を使用することは想定できないからである。

（炭素繊維シート）
また、本実施形態に係る単板積層木材の製造方法では、可撓性を有する炭素繊維シートを介装して単板積層木材の熱圧時に炭素繊維シートも同時に一体成形する。

介装する炭素繊維シートは、０．０３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の薄肉、且つ、１５ｇ／ｍ^２以上５００ｇ／ｍ^２以下の低目付量の極めて薄い炭素繊維シートを採用している。炭素繊維シートの厚さを０．５ｍｍ以下としているのは、厚くなりすぎると単板同士を接着剤で熱圧する際に、従来の単板積層木材の製造方法の通常の接着剤量や通常の手順では、炭素繊維シートを介装できなくなるからである。

また、炭素繊維の目付量の上限値を５００ｇ／ｍ^２としているのは、この上限値を超えると炭素繊維シートに可撓性が乏しくなり、仕組や熱圧に支障をきたすおそれがあるからである。

そして、炭素繊維シートの厚さの下限値を０．０３ｍｍ以上、炭素繊維の目付量の下限値を１５ｇ／ｍ^２以上としているのは、この下限値を下回ると炭素繊維による補強効果が発揮できず、低密度木材を使用した単板積層木材の全体の厚みを抑えることができなくなるからである。

但し、介装する炭素繊維シートは、０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の薄肉、且つ、１５ｇ／ｍ^２以上１００ｇ／ｍ^２以下の低目付量とすることが好ましく、０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下の薄肉、且つ、１５ｇ／ｍ^２以上５０ｇ／ｍ^２以下の低目付量とすることがさらに好ましい。炭素繊維シートを薄肉化、低目付化することで、炭素繊維の使用量を低減して安価にできるとともに、炭素繊維シートの可撓性を向上させて、単板積層木材の製造工程に支障をいたさないようにすることができるからである。また、後述のように、炭素繊維シートを複数枚介装して異方性を低減することもができるからである。その上、炭素繊維は、木材繊維に比べてはるかに高い引張強度を有しており、炭素繊維シートを薄肉化、低目付化しても所望の補強効果を得られるからである。

次に、炭素繊維シートについてさらに詳細に説明する。炭素繊維シートは、ＰＡＮ系炭素繊維又はピッチ系炭素繊維の長繊維が長手方向に引き揃えられ、且つ、幅方向（炭素繊維と直行方向）の炭素繊維の分布量や厚さが均一になるようにシート状に配置されたものである。但し、取り扱い易いように、熱可塑性樹脂フィルムや不織布に炭素繊維を加熱して加圧含侵させた炭素繊維強化熱可塑性樹脂フィルムやシート状の炭素繊維に加熱して粘度を下げた熱硬化樹脂を含侵させた後温度を下げて半硬化状態としたプリプレグシートであっても良い。

また、この炭素繊維シートは、目的に応じて炭素繊維の繊維方向を方向に揃えた一方向基材（ＵＤ（Uni-Direction：単一方向性）基材）と、炭素繊維を編んで織物状とした２軸強化基材であるクロス基材を使い分けることが好ましい。

単板積層木材の強度・剛性の強化を目的とする場合は、一方向基材を選択し、引張力に対する耐力を強化したい単板積層木材（単板）の木材繊維方向と一方向基材の炭素繊維の繊維方向と同じ方向に揃えて接着固定する。例えば、隣接する単板同士の木材繊維方向が同一方向となるように二層以上重ねられている場合、これらの木材繊維方向が同一方向となるように重ねられた単板同士の間に、炭素繊維シートを炭素繊維の繊維方向が単板の木材繊維方向と同じ方向となるように揃えて、単板同士を接着する接着剤で接着して一体化する。

ここで、一方向基材とは、繊維方向を一方向に揃えた一方向シート（ＵＤシート）、炭素繊維を経糸だけに配向し、炭素繊維より強度の低いガラス繊維やナイロン糸などの合成繊維の緯糸を間隔を空けてステッチした一方向織物（Uni-Directional fabric：ＵＤクロスともいう）、及び、炭素繊維を一方向に配向し、合成繊維のニット組織にて保持した一方向ニットを含む概念である。

また、ビスや釘などの単板積層木材を柱や桟木などの支持材に固定するための固定材の単板積層木材の支持材に対する固定強度の向上を目的とする場合は、クロス基材を選択し、単板積層木材（単板）の木材繊維方向とクロス基材の炭素繊維の繊維方向と同じ方向、且つ、直交する方向に配置して接着固定する。

ここで、クロス基材とは、炭素繊維が束になったトウを編んで織物状（クロス状）とした２軸強化基材である二方向編み物、及び炭素繊維とアラミド繊維、ガラス繊維などの他の高強度繊維を組合せて製織するハイブリッドクロスを含む概念である。勿論、編み方は、平織、綾織、朱子織など、どのような編み方でも構わないし、二方向に限られず、異方性を低減するために炭素繊維同士を０度、４５度、９０度に交差するように編み込んだ三軸織や立体交差するように織り込んだ立体織としても構わない。

但し、例えば、隣接する単板同士の木材繊維方向が同一方向となるように二層以上重ねられている場合、炭素繊維シートに一方向基材を選択し、これらの木材繊維方向が同一方向となるように重ねられた単板同士の間に、一方向基材の繊維方向が単板の木材繊維方向と直交するように介装して、単板同士を接着する接着剤で接着して一体化しても構わない。同様に、単板積層木材にビスや釘などの固定材を打ち込んだ際に、木材繊維方向と直交する方向に単板の木材を引き裂くせん断力が作用した場合でも炭素繊維で対抗して固定材の固定強度を保持することができるからである。

（炭素繊維シートを介装する位置）
次に、図１，図２を用いて、炭素繊維シートを介装する位置について詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る単板積層木材の製造方法で製造された本発明の実施形態に係る炭素繊維シートで補強された単板積層木材１（以下、単に単板積層木材１ともいう）を示す模式断面図である。また、図２は、単板積層木材１を示す平面図である。

図１に示すように、図示して例示する単板積層木材１は、厚さが２０ｍｍ程度を想定した、第１層〜第５層の単板２１〜２５を備えた５プライ（５枚合わせ）の単板積層木材である。第１層〜第５層の各単板２は、気乾比重が０．１以上０．５以下の前述の低密度木材から切削・裁断されて作成されている。

また、単板２と単板２の間は、前述の接着剤塗布工程で単板積層木材１の用途に応じた熱硬化性樹脂からなる接着剤層３が形成されている。

そして、前述の炭素繊維シート５は、図１に示すように、第１層の単板２１と第２層の単板２２との間、及び、４層の単板２４と第５層の単板２５との間の２カ所に介装されている。但し、炭素繊維シート５は、単板積層木材１の目的に応じて単板積層木材１の断面の外縁となる外層付近のいずれか一方に介装されていればよい。

また、炭素繊維シート５は、単板同士を接着する接着剤（熱可塑性樹脂）と同一の接着剤（熱可塑性樹脂）で接着されている。言い換えると、図１に示すように、炭素繊維シート５は、前述の接着剤層３内に埋設されている。従来は、炭素繊維の接着には一般にエポキシ樹脂系の接着剤などの硬化した状態の強度が高い接着剤が使われてきた。しかし、これは、炭素繊維の引張強度が標準タイプでも２５００ＭＰａ以上と非常に高く、この炭素繊維の引張強度を活かすためであり、木材繊維の引張強度が杉で８８ＭＰａ程度であることを勘案するとエポキシ樹脂系接着剤で接着することは明らかなオバースペックである。よって、本発明においては、単板積層木材製造時に同時成形するために、単板同士を接着する接着剤と同じ接着剤を使用する。

例えば、製造する単板積層木材１が、コンクリート型枠用単板積層木材である場合は、コンクリートが打設される剥離剤の樹脂が塗装された側の第１層を表面側とすれば、コンクリートの重量圧で第５層の裏面側が常に引張となる。

このような場合は、炭素繊維シート５は、引張側となる４層の単板２４と第５層の単板２５との間にのみ配置して介装すればよいこととなる。

また、単板積層木材１がコンクリート型枠用単板積層木材である場合は、図２に示す長方形状の単板積層木材１の長手方向Ｘが、単板積層木材１の曲げ応力に対する弱点方向となるため、最外層（第１層の単板２１及び第５層の単板２５）の木材繊維方向は、引張力に対する耐力を強化したい方向である長手方向Ｘに沿った方向に配置されている。

前述のように、単板２の繊維方向（木目方向）は、１枚ごとに直交させて配置する。このため、図示形態では、第１層の単板２１、第３の単板２３、第５の単板２５の木材繊維方向は、長手方向Ｘに沿った方向であり、第２層の単板２２、第４の単板２４の木材繊維方向は、短手方向Ｙに沿った方向となっている。

よって、このような場合は、炭素繊維シート５に前述の一方向基材を選択し、一方向基材の繊維方向を、引張力に対する耐力を強化したい方向である第５層の単板２５の木材繊維方向（長手方向Ｘ）と同じ方向に揃えて４層の単板２４と第５層の単板２５との間に介装する。そうすることにより、所望の方向の引張力に対する耐力を強化して単板積層木材の剛性や強度をさらに向上させることができる。

一方、製造する単板積層木材１が、構造用単板積層木材である場合は、ビスや釘などの固定材の単板積層木材１の柱や桟木など支持材に対する固定強度の向上が目的の一つとなる。このような場合は、固定材を単板積層木材１に打ち込んだ際に作用するせん断力は、単板積層木材１の面内方向にずれも作用し得ることとなる。このため、炭素繊維シート５は、異方性を低減することが求められる。

よって、このような場合は、炭素繊維シート５に前述のクロス基材を選択し、単板積層木材１の表面側となる第１層の単板２１の木材繊維方向である長手方向Ｘとクロス基材の繊維方向と同じ方向、且つ、直交する方向に配置して接着固定する。具体的には、図２に示す単板積層木材１の長手方向Ｘ、単板積層木材１の短手方向Ｙとクロス基材の繊維方向とを一致させて配置し、第１層の単板２１と第２層の単板２２との間に炭素繊維シート５を介装する。一般に、構造用単板積層木材は、表面側となる第１層の単板２１に、固定材を打ち込むからである。そうすることにより固定材を単板積層木材１に打ち込む際のせん断力に対抗して固定材の固定強度を向上させることができる。

但し、従来の構造用単板積層木材は、コンクリート型枠用単板積層木材と相違して表裏の区別がないため、単板積層木材１の製造時には、第１層の単板２１と第５層の単板２５のどちらが表面側となるかわからない。よって、製造する単板積層木材１が、構造用単板積層木材である場合でも、前述のように、第１層の単板２１と第２層の単板２２との間、及び、４層の単板２４と第５層の単板２５との間の２カ所に介装しても構わない。

また、炭素繊維シート５にクロス基材を選択する場合を例示したが、炭素繊維シート５に前述の一方向基材を選択し、一方向基材の繊維方向を０度、４５度、９０度と互いにずらしながら複数枚介装しても構わない。このように一方向基材を配置することで、一方向基材の異方性を低減して、固定材を単板積層木材１に打ち込んだ際に作用するせん断力に有効に対抗することができるからである。

なお、炭素繊維シート５を第１層の単板２１と第２層の単板２２との間、及び、４層の単板２４と第５層の単板２５との間に介装する場合を例示したが、炭素繊維シート５を第２層の単板２２と第３層の単板２３との間、第３層の単板２３と第４層の単板２４との間のいずれか一方又は両方に設けてもよい。単板積層木材１に曲げ応力が作用した場合は、最大縁応力は、第１層の単板２１又は第５層の単板２５に作用するため効率は落ちるものの、炭素繊維シート５の厚さや目付量を増やすことで対応可能であるからである。但し、炭素繊維シート５は、効率を考えると単板積層木材１断面の外縁となる外層付近に設けられることが好ましい。

以上説明した本発明の実施形態に係る単板積層木材の製造方法及び本発明の実施形態に係る炭素繊維シート５で補強された単板積層木材１によれば、低密度木材から単板２を作成し、可撓性を有する薄肉且つ低目付量の炭素繊維シート５を介装して熱圧時に炭素繊維シート５も同時に一体成形する。このため、製造工程を増やすことなく、現状あまり活用されていない国内産の杉や檜などの低密度木材を原木として使用してラワン材などの輸入木材を原木とする単板積層木材と同じ厚さで同等以上の性能を有する単板積層木材１を製造することができる。

また、本実施形態に係る単板積層木材の製造方法及び単板積層木材１によれば、単板積層木材１に曲げ応力が作用した際に、引張の縁応力が最大となる単板積層木材断面の最外縁付近に強い引張力に対抗できる炭素繊維シート５が配置されているので、従来の単板積層木材と同じ厚さでも同等以上の応力に対抗することができる。

その上、本実施形態に係る単板積層木材の製造方法及び単板積層木材１によれば、炭素繊維シート５に一方向基材を選択して、炭素繊維の繊維方向が単板２の木材繊維方向と同じ方向となるように揃えて配置して接着固定するので、単板積層木材の剛性や強度をさらに向上させることができる。

また、本実施形態に係る単板積層木材の製造方法及び単板積層木材１によれば、炭素繊維シート５にクロス基材を選択し、単板積層木材１の表面側となる第１層の単板２１の木材繊維方向である長手方向Ｘとクロス基材の繊維方向と同じ方向、且つ、直交する方向に配置して接着固定するので、固定材を単板積層木材１に打ち込む際のせん断力に対抗して固定材の固定強度を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態に係る単板積層木材の製造方法及び本発明の実施形態に係る炭素繊維シート５で補強された単板積層木材１について詳細に説明した。しかし、前述した又は図示した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたって具体化した一実施形態を示したものに過ぎない。よって、例示した実施形態によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

１：単板積層木材（炭素繊維シートで補強された単板積層木材）
２：単板
２１：第１層の単板（単板）
２２：第２層の単板（単板）
２３：第３層の単板（単板）
２４：第４層の単板（単板）
２５：第５層の単板（単板）
３：接着剤層（接着剤）
５：炭素繊維シート
Ｘ：長手方向
Ｙ：短手方向

Claims (9)

1. 木材を薄く切削して単板にし、それらの単板同士を接着剤で貼り合わせて単板積層木材を製造する単板積層木材の製造方法であって、
   気乾比重が０．１以上０．５以下の低密度木材からなる原木を切削・裁断して単板を作成し、
   作成した単板に接着剤を塗布して積層する際に、可撓性を有する０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下の薄肉、且つ、１５ｇ／ｍ^２以上５０ｇ／ｍ^２以下の低目付量の炭素繊維シートを介装して単板積層木材の熱圧時に前記単板同士を接着する接着剤と同一の接着剤を用いて炭素繊維シートも同時に一体成形すること
   を特徴とする単板積層木材の製造方法。
2. 前記炭素繊維シートは、単板積層木材断面の外縁となる外層付近のいずれか一方又は両方の単板間に介装されていること
   を特徴とする請求項１に記載の単板積層木材の製造方法。
3. 前記単板は、隣接する単板同士の木材繊維方向が同一方向となるように二層以上重ねられ、
   前記炭素繊維シートは、炭素繊維の一方向基材であり、炭素繊維の繊維方向が前記単板の木材繊維方向と同じ方向となるように揃えて木材繊維方向が同一方向となるように重ねられた前記単板同士の間に介装されること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の単板積層木材の製造方法。
4. 前記単板は、隣接する単板同士の木材繊維方向が同一方向となるように二層以上重ねられ、
   前記炭素繊維シートは、炭素繊維の一方向基材であり、炭素繊維の繊維方向が前記単板の木材繊維方向と直交する方向となるように木材繊維方向が同一方向となるように重ねられた前記単板同士の間に介装されること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の単板積層木材の製造方法。
5. 前記炭素繊維シートは、炭素繊維のクロス基材であり、炭素繊維の繊維方向が前記単板の木材繊維方向と同じ方向、且つ、直交する方向となるように介装されること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の単板積層木材の製造方法。
6. 木材から薄く切削された単板が接着剤で貼り合わされた単板積層木材であって、
   前記単板は、気乾比重が０．１以上０．５以下の低密度木材の原木からなり、可撓性を有する０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下の薄肉、且つ、１５ｇ／ｍ^２以上５０ｇ／ｍ^２以下の低目付量の炭素繊維シートが単板積層木材断面の外縁となる外層付近のいずれか一方又は両方の前記単板間に前記単板同士を接着する接着剤と同一の接着剤で接着されて補強されていること
   を特徴とする炭素繊維シートで補強された単板積層木材。
7. 前記単板は、隣接する単板同士の木材繊維方向が同一方向となるように二層以上重ねられ、
   前記炭素繊維シートは、炭素繊維の一方向基材であり、炭素繊維の繊維方向が前記単板の木材繊維方向と同じ方向に揃えて木材繊維方向が同一方向となるように重ねられた前記単板同士の間に介装されていること
   を特徴とする請求項６に記載の炭素繊維シートで補強された単板積層木材。
8. 前記単板は、隣接する単板同士の木材繊維方向が同一方向となるように二層以上重ねられ、
   前記炭素繊維シートは、炭素繊維の一方向基材であり、炭素繊維の繊維方向が前記単板の木材繊維方向と直交する方向となるように木材繊維方向が同一方向となるように重ねられた前記単板同士の間に介装されること
   を特徴とする請求項６に記載の炭素繊維シートで補強された単板積層木材。
9. 前記炭素繊維シートは、炭素繊維のクロス基材であり、炭素繊維の繊維方向が前記単板の木材繊維方向と同じ方向、且つ、直交する方向に介装されていること
   を特徴とする請求項６に記載の炭素繊維シートで補強された単板積層木材。

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