JP7064705B2 - ウレタン断熱耐力壁 - Google Patents

Description

本発明は、現場吹き付けによって耐力壁の内部に充填されるウレタン断熱材を有するウレタン断熱耐力壁に関する。

住宅の壁には断熱性能を確保するために、断熱材が充填される。断熱材には様々な種類が存在し、それぞれ性質や性能も異なるため、目的に応じて適宜選択される。主な断熱材としてはロックウールやグラスウール等の繊維系断熱材があり、それ以外でもポリスチレンフォーム等の発泡プラスチック系断熱材を含め、壁内サイズに合わせて成形した断熱材を壁内に納める形で施工される。また、セルロースファイバー等の繊維系断熱材や硬質ウレタンフォーム等の発泡プラスチック系断熱材を現場吹き付けによって壁に充填する方法もある（例えば、特許文献１参照）。

近年では、ゼロエネルギーハウスの普及等、省エネ志向の高まりと共に、住宅において断熱性能の高い断熱材を採用することが求められていることから、現場吹き付けによる硬質ウレタンフォームが採用されることが増えてきている。現場吹き付けによる硬質ウレタンフォームは、断熱材を充填したい壁に、現場にてウレタン原液を直接吹き付けて発泡、硬化させることによって硬質ウレタン断熱材を形成する。その際、硬質ウレタンフォームは自己接着性を有するため、吹き付けた壁を構成する梁や柱等の躯体材とも強く接着し、隙間なく気密性の高い断熱層を形成することができる。

特開平０７－３１７１６８号公報

上記のように、現場吹き付けによる硬質ウレタンフォームは、梁や柱等の躯体材と強く接着して隙間なく気密性の高い断熱層を形成できるため、断熱という観点においては優れた断熱材である。しかしながら、住宅の壁は、地震や風等の荷重に抵抗するための耐力を負担する耐力壁として構成されている。耐力壁は、躯体材によって形成される枠に耐力面材が固定される形で構成される。住宅の断熱性能を向上させるために、このような耐力壁の内部を満たすような厚い断熱層を現場吹き付け硬質ウレタンフォームによって形成した場合、硬質である硬質ウレタンフォームが耐力壁の枠材と強く接着してしまうことで、枠材全体の変形が阻害されて初期剛性が高くなり、枠材の接合部や耐力面材との接合部に変形による力が集中してしまう。そして、変形の終局時に硬質ウレタンフォームの接着によって耐力負担が得られない状況となり、また、力の集中する接合部等に疲労も蓄積されるため、耐力壁としての粘りが大きく低下してしまうという問題があった。また、枠材内に硬質ウレタンフォームが充填される事によって、枠材の変形時に枠材自体の変形に対して抵抗する形で硬質ウレタンフォームが反力を発生させてしまう虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、現場吹き付けによる硬質ウレタンフォームを断熱材として用いることによって断熱性を高めながら、耐力壁としての耐力性能も確保することができるウレタン断熱耐力壁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るウレタン断熱耐力壁は、水平方向に設けられる上下２本の水平材と、鉛直方向に設けられる左右２本の垂直材と、２本の水平材及び２本の垂直材によって形成される方形の枠に対して枠の一方側の開口部を塞ぐように固定される耐力面材と、枠及び耐力面材によって形成される空間に現場吹き付けによって充填されるウレタン断熱材と、を備えるウレタン断熱耐力壁において、枠の内周面は、一方側の縁辺から他方側の縁辺近傍まで、枠とウレタン断熱材との接着を阻害するアンボンド材によって被覆されており、ウレタン断熱材は、枠及び耐力面材によって形成される空間を満たすように充填されて、枠の内周面のアンボンド材によって被覆されていない他方側の縁辺近傍から他方側の縁辺までと接着していることを特徴とする。

また、枠内に鉛直方向に設けられる少なくとも１本の間柱を備え、間柱は、アンボンド材によって被覆されないことを特徴とする。

また、アンボンド材は、素材としてポリエチレンまたはポリプロピレンを含み、フィルム状またはシート状に形成されていることを特徴とする。

本発明に係るウレタン断熱耐力壁は、水平方向に設けられる上下２本の水平材と、鉛直方向に設けられる左右２本の垂直材と、２本の水平材及び２本の垂直材によって形成される方形の枠に対して枠の一方側の開口部を塞ぐように固定される耐力面材と、枠及び耐力面材によって形成される空間に現場吹き付けによって充填されるウレタン断熱材と、を備えるウレタン断熱耐力壁において、枠の内周面は、一方側の縁辺から他方側の縁辺近傍まで、枠とウレタン断熱材との接着を阻害するアンボンド材によって被覆されており、ウレタン断熱材は、枠及び耐力面材によって形成される空間を満たすように充填されて、枠の内周面のアンボンド材によって被覆されていない他方側の縁辺近傍から他方側の縁辺までと接着していることを特徴とするため、ウレタン断熱材が枠及び耐力面材によって形成される空間を満たすように充填されていることから高い断熱性能を有し、さらに、ウレタン断熱材と枠の内周面のアンボンド材で被覆された箇所とが接着せず、枠の変形挙動をウレタン断熱材によって阻害されることを抑制できるので、耐力壁性能として壁耐力の粘りの低下を抑えることができると共に、ウレタン断熱材と枠の内周面のアンボンド材で被覆されていない箇所とが接着しているので、ウレタン断熱材と枠との間の隙間の発生による断熱性能の低下も抑止することができる。

また、枠内に鉛直方向に設けられる少なくとも１本の間柱を備え、間柱は、アンボンド材によって被覆されないことを特徴とするため、ウレタン断熱耐力壁に間柱が設けられる場合においても、間柱に対するアンボンド材の被覆を行う労力やコストの削減ができる。

また、アンボンド材は、素材としてポリエチレンまたはポリプロピレンを含み、フィルム状またはシート状に形成されていることを特徴とするため、ポリエチレンまたはポリプロピレンはウレタン断熱材と接着しないまたは接着しにくい素材であり、また、フィルム状またはシート状で厚さが薄いことによって、枠のアンボンド材による被覆箇所とウレタン断熱材との接着を阻害することができ、また、アンボンド材の厚さによって枠とウレタン断熱材との間の距離が大きくなって断熱性能が低下することを防ぐことができる。

本発明の一実施形態に係るウレタン断熱耐力壁の概略外観斜視図。（ａ）は室内側（枠の他方側）から見た図。（ｂ）は室外側（枠の一方側）から見た図。 本発明の一実施形態に係るウレタン断熱耐力壁からウレタン断熱材を省略して枠がアンボンド材で被覆されている様子を示す一部省略概略斜視図。 本発明の一実施形態に係るウレタン断熱耐力壁の概略断面平面図。（ａ）は図１（ａ）のＡ－Ａ矢視図。（ｂ）は図１（ａ）のＡ－Ａ矢視図からウレタン断熱材を省略した図。 本発明の一実施形態に係るウレタン断熱耐力壁の概略断面側面図。（ａ）は図１（ａ）のＢ－Ｂ矢視図。（ｂ）は図１（ａ）のＢ－Ｂ矢視図からウレタン断熱材を省略した図。 本発明の一実施形態に係るウレタン断熱耐力壁の耐力性能評価実験の結果を示すグラフ。

本発明に係るウレタン断熱耐力壁の一実施形態について、以下、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係るウレタン断熱耐力壁１は、図１（ａ）に示すように、水平方向に横架される横架材２と、横架材２を支えて鉛直方向に立設される２本の柱材３と、横架材２より下方で２本の柱材３の間に架設される下枠材４とを備え、横架材２、２本の柱材３及び下枠材４によって方形の枠５が形成されている。横架材２、２本の柱材３及び下枠材４の幅は略同一で、枠５の両側の開口部において、枠５はそれぞれ略同一面となっている。そして、図１（ｂ）に示すように、耐力面材６が、枠５の一方側の開口部を塞ぐようにして、横架材２、２本の柱材３及び下枠材４に釘やビス等によって固定されている。また、図２、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、枠５の内周面は、耐力面材６が固定される一方側の縁辺から他方側の縁辺近傍まで、アンボンド材７によって被覆されている。この他方側の縁辺近傍の位置は、枠５の他方側の縁辺から枠５の奥行き方向内側に一定の距離ｘを隔てた位置となっている。そこに、ウレタン断熱材８が、図１（ａ）、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、現場吹き付けによって枠５と耐力面材６とによって形成された空間を満たすように充填されており、ウレタン断熱材８は、枠５の内周面のアンボンド材７によって被覆されていない他方側の縁辺近傍から他方側の縁辺までと接着している。つまり、枠５の内周面の他方側の端部とウレタン断熱材８とが距離ｘの幅で接着している。ウレタン断熱耐力壁１は建物の外壁に好適に用いられる。耐力面材６は枠５の室外側に固定され、ウレタン断熱材８によって室外と室内との間の熱の移動が抑制される。

横架材２及び柱材３は、下枠材４を含めて、建物の構造を支える躯体材であり、このような躯体材によって形成された枠５に、耐力を負担する耐力面材６が固定されることで、地震や風等の建物にかかる水平荷重に抵抗する耐力壁として構成されている。本実施形態では、下枠材４は２本の柱材３の下端部の間に水平方向に架設されており、柱材３は不図示の建物の基礎や土台の上に立設されるが、それに限らず、例えば、下枠材４が土台で、その上に柱材３が立設されていてもよいし、下枠材４が１階と２階との間に横架される横架材で、その上に柱材３が立設されている等でもよい。耐力面材６には、構造用合板が好適に用いられる。それ以外でも、一般的に耐力壁に用いられるようなその他の面材を耐力面材６として用いてもよい。また、図１では、横架材２を支える柱材３が２本の場合しか示していないが、横架材２を支える柱材３が３本以上立設されている場合でも、隣り合う２本の柱材３と、その隣り合う２本の柱材３の間にそれぞれ架設される下枠材４とによって形成される複数の枠５に対して、それぞれに耐力面材６が固定されて、それぞれの枠５及び耐力面材６によって形成される空間にウレタン断熱材８が現場吹き付けによって充填される。

なお、本実施形態では、水平方向に設けられる上下２本の水平材として横架材２及び下枠材４を、そして鉛直方向に設けられる左右２本の垂直材として２本の柱材３を用いた木造軸組構法による耐力壁の例を示しているが、それに限らず、水平方向に設けられる上下２本の水平材として上枠材及び下枠材を、鉛直方向に設けられる左右２本の垂直材として２本の縦枠材を用いた木造枠組壁構法による耐力壁でもよい。

図１に示すように、ウレタン断熱耐力壁１は、枠５内に鉛直方向に立設する間柱３１を備えていてもよい。間柱３１は、柱材３のような建物の構造を支える躯体材ではなく、耐力面材６のための下地材として用いられる。間柱３１は、２本の柱材３の間隔によっては設けられなくてもよいし、２本以上設けられていてもよい。ウレタン断熱耐力壁１が間柱３１を備える場合は、枠５と耐力面材６とによって形成される空間が、間柱３１によって分割された形になり、それぞれの分割された空間を満たすように、ウレタン断熱材８が充填される。

アンボンド材７は、枠５とウレタン断熱材８とが接着することを阻害するために用いられるものである。枠５の内周面は、枠５の耐力面材６が固定される一方側の縁辺から他方側の縁辺近傍まで、アンボンド材７によって被覆されており、ウレタン断熱材８と枠５のアンボンド材７の被覆箇所とが接着しないようになっている。アンボンド材７には、ウレタン断熱材８と接着しないまたは接着しにくい素材であるポリエチレンまたはポリプロピレンがフィルム状またはシート状に成形されたものが好適に用いられる。例えば、ポリエチレンをフィルム状に成形したものの片面側の表面に粘着層を備えたポリエチレン製の粘着テープを貼着することによって枠５の内周面の被覆を行ってもよいし、ポリプロピレンをシート状に成形したポリプロピレン製シートを両面テープ等によって枠５の内周面に貼り付けることによって被覆してもよい。また、それに限らず、その他のフッ素樹脂やシリコーン等のウレタン断熱材８と接着しないまたは接着しにくい素材をフィルム状またはシート状にしたものをアンボンド材７として用いてもよい。枠５の内周面のアンボンド材７で被覆した箇所と、ウレタン断熱材８とが、接着することを阻害できればよい。

ウレタン断熱材８は、一般的な建築物断熱用の現場吹き付け硬質ウレタンフォームであり、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ）Ａ９５１６の建築物断熱用吹付け硬質ウレタンフォームの規格に準拠しているものが好適に用いられる。ウレタン断熱材８を、枠５及び耐力面材６によって形成される空間に充填するには、枠５の耐力面材６が固定される一方側とは反対側の他方側の開口部から、枠５及び耐力面材６によって形成される空間に向かって、吹き付け装置を用いて吹き付け硬質ウレタンフォーム原液を吹き付けると、その場で発泡、硬化して、ウレタン断熱材８が形成される。その際、吹き付け硬質ウレタンフォームは発泡する時に発熱反応を起こし、硬化するときに収縮するため、目的の厚さよりも薄いある程度の厚さのウレタン断熱材８の断熱層を形成し、その層の硬化後に、上から重ねて同程度の厚さのウレタン断熱材８の断熱層を形成するというように、一度ではなく複数回に分けると、均一な厚さのウレタン断熱材８を形成しやすい。ウレタン断熱材８は、枠５及び耐力面材６によって形成される空間を満たすように、枠５の他方側の開口部の縁辺と略同一面となる程度まで充填されて、枠５の奥行きと略等しい厚さとなっている。

吹き付け硬質ウレタンフォームは自己接着性を有するため、吹き付けた箇所と接着剤を用いることなく接着し、隙間のない気密性の高い断熱層を形成することができる。しかし、枠５の内周面は一方側の縁辺から他方側の縁辺近傍までがアンボンド材７で被覆されているため、ウレタン断熱材８は、枠５の内周面のアンボンド材７で被覆されている箇所とは接着されないが、枠５の内周面の他方側の縁辺から他方側の縁辺近傍まではアンボンド材７で被覆されておらず、また、ウレタン断熱材８は、枠５の他方側の開口部の縁辺と略同一面となる程度の厚さになるまで充填されるため、ウレタン断熱材８は、枠５の内周面のアンボンド材７で被覆されていない他方側の端部と接着する。なお、耐力面材６はアンボンド材７によって被覆していないため、ウレタン断熱材８は、耐力面材６とは接着する。また、枠５に間柱３１が設けられている場合には、図２－図４に示すように、枠５を形成する躯体材である横架材２、２本の柱材３及び下枠材４に対してのみアンボンド材７による被覆を行い、間柱３１にはアンボンド材７による被覆は行わないので、ウレタン断熱材８は間柱３１とも接着する。

このように、ウレタン断熱耐力壁１は、枠５の内周面が一部を除いてアンボンド材７で被覆されていることによって、躯体材である枠５のアンボンド材７による被覆箇所とウレタン断熱材８とが接着していないため、荷重を受けた際の枠５の変形挙動がウレタン断熱材８によって阻害されず、耐力壁性能として壁耐力の粘りの低下を抑えることができる。また、吹き付け硬質ウレタンフォームは発泡後に硬化するときに収縮するため、枠５の内周面をアンボンド材７で被覆していない場合、枠５と強く接着したままウレタン断熱材８の硬化が起こり、躯体材である枠５が変形してしまうという問題があったが、ウレタン断熱耐力壁１では、枠５のアンボンド材７による被覆箇所とウレタン断熱材８とが接着していないため、ウレタン断熱材８の硬化時に枠５を変形させることを抑制できる。また、枠５の内周面全体をアンボンド材７で被覆してしまうと、ウレタン断熱材８の硬化時の収縮によって枠５とウレタン断熱材８との間に隙間が出来てしまうが、ウレタン断熱耐力壁１は、枠５の内周面の、アンボンド材７によって被覆されていない他方側縁辺から他方側縁辺近傍までの他方側の端部と、ウレタン断熱材８とが接着していることによって、枠５とウレタン断熱材８との間に隙間ができることを防ぎ、断熱性能も確保している。なお、この枠５の内周面のアンボンド材７によって被覆されていない他方側の縁辺から他方側の縁辺近傍までの距離ｘの寸法は、枠５の一方側の縁辺から他方側の縁辺までの距離である枠５の奥行き寸法の半分未満となっており、好ましくは、距離ｘの寸法は、枠５の奥行き寸法の約８分の１から約４分の１の範囲である。耐力壁の粘りの低下や枠５の変形を抑制しつつ、隙間なく断熱性能も確保できるように、距離ｘの寸法は適宜設計されればよい。

なお、枠５に間柱３１が設けられている場合について、間柱３１にはアンボンド材７による被覆は行わないので、ウレタン断熱材８は間柱３１と接着しているが、間柱３１は耐力面材６の下地材として設けられているものであり、地震等の水平荷重を受けた際には、間柱３１の変形挙動は耐力面材６の変形挙動に追従するため、間柱３１によって耐力壁性能として壁耐力の粘りの低下が引き起こされることはない。

図５は、耐力壁性能評価実験を行った結果を示している。（ａ）は、枠５の内周面をアンボンド材７で被覆してウレタン断熱材８を充填した本実施形態のウレタン断熱耐力壁１についての結果、（ｂ）は、枠５の内周面をアンボンド材７で被覆せずにウレタン断熱材８を充填したウレタン断熱耐力壁についての結果、（ｃ）は、ウレタン断熱材８を充填していない標準の耐力壁についての結果である。これらは、アンボンド材７の有無、ウレタン断熱材８の有無以外は、同条件によるものである。なお、（ａ）では、枠５の奥行き寸法を１２０ｍｍ、距離ｘを２０ｍｍとしている。図５の（ａ）及び（ｃ）に示されているように、本実施形態のウレタン断熱耐力壁１は、ウレタン断熱材８の充填のない標準耐力壁と比較して、初期剛性はやや向上しているものの、耐力壁としての粘りは同程度に確保されており、耐力壁性能の低下は起こっていないことが確認できる。しかし、図５（ｂ）及び（ｃ）に示されているように、アンボンド材７による枠５の被覆を行わなかったウレタン断熱耐力壁は、ウレタン断熱材８の充填のない標準耐力壁と比較して、初期剛性が高い状況となる反面、せん断変形角の増加に対する強度低下が顕著になり、耐力壁としての粘りが低下し、耐力壁性能の低下が起こっていることが確認できる。

上記はあくまで本発明に係るウレタン断熱耐力壁の一実施形態を示したものであるため、本発明の思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ ウレタン断熱耐力壁
２ 横架材（水平材）
３ 柱材（垂直材）
３１ 間柱
４ 下枠材（水平材）
５ 枠
６ 耐力面材
７ アンボンド材
８ ウレタン断熱材

Claims (3)

1. 水平方向に設けられる上下２本の水平材と、
   鉛直方向に設けられる左右２本の垂直材と、
   前記２本の水平材及び前記２本の垂直材によって形成される方形の枠に対して前記枠の一方側の開口部を塞ぐように固定される耐力面材と、
   前記枠及び前記耐力面材によって形成される空間に現場吹き付けによって充填されるウレタン断熱材と、
   を備えるウレタン断熱耐力壁において、
   前記枠の内周面は、前記一方側の縁辺から他方側の縁辺近傍まで、前記枠と前記ウレタン断熱材との接着を阻害するアンボンド材によって被覆されており、
   前記ウレタン断熱材は、前記空間を満たすように充填されて、前記枠の内周面の前記アンボンド材によって被覆されていない前記他方側の縁辺近傍から前記他方側の縁辺までと接着していることを特徴とするウレタン断熱耐力壁。
2. 前記枠内に鉛直方向に設けられる少なくとも１本の間柱を備え、
   前記間柱は、前記アンボンド材によって被覆されないことを特徴とする請求項１に記載のウレタン断熱耐力壁。
3. 前記アンボンド材は、素材としてポリエチレンまたはポリプロピレンを含み、フィルム状またはシート状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のウレタン断熱耐力壁。

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