JP7081746B2 - 木質構造材 - Google Patents

Description

本発明は、木質構造材に関する。

下記特許文献１には、ＣＬＴ（Ｃｒｏｓｓ Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｔｉｍｂｅｒ）を用いて壁板を形成した住宅構造が記載されている。

特開２０１７－５３１８７号公報

上記特許文献１のようにＣＬＴ等の木質材料を構造材として用いる場合、木目を生かした意匠の建物を形成することができる。しかし耐火性能が要求される部分においては、木質材料の表面に耐火性を備えた石膏ボード等の仕上げ材を取付ける必要がある。この場合、木目を生かすことが難しい。また、仕上げ材を取付けると壁厚が大きくなり建物の有効面積が少なくなる。

本発明は上記事実を考慮して、表面に耐火性を備えた仕上げ材を取付けなくても耐火性能を発揮できる木質構造材を提供することを目的とする。

請求項１の木質構造材は、木質材料で形成された芯材と、前記芯材の外側に配置され、水分を担持したゲル状の保水材を備えた保水層と、前記保水層の外側に配置され木質材料で形成された外側層と、を有する。

請求項１の木質構造材は、木質材料で形成された外側層の内側に水分を担持した保水層が配置されている。このため火災時に炎や熱風によって外側層が熱せられても、保水層に担持された水分によって外側層の温度上昇が抑制される。さらに、外側層が発火した場合においても、保水層の水分が蒸発することで外側層から気化熱を奪い、温度上昇を抑えることができる。これにより木質構造材は耐火性能を発揮することができる。

請求項２の木質構造材は、前記保水層は、前記芯材と前記外側層との間に配置された木製の板部材と、前記板部材に形成された収容部と、前記収容部に収容された保水材と、を備えている。

請求項２の木質構造材では、木製の板部材が芯材と外側層との間に配置され、この板部材に、保水材を収容する収容部が設けられている。このため、保水材が収容されていない状態で木質構造材を建設現場へ搬入し、建設現場で保水材を収容部へ注入することで保水層を形成することができる。したがって、工場で保水材に水を担持させる場合と比較して、木質構造材を運搬し易く施工性がよい。

請求項３の木質構造材は、前記収容部は弱軸方向に延設されている。

請求項３の木質構造材では、収容部が木質構造材の弱軸方向に延設されている。つまり、保水材が弱軸方向に沿って配置される。このため、木質構造材を床材として使用する場合、保水材が無い構成（保水材に代えて木材が配置されている場合）と比較して、木質構造材の弱軸方向の強度は低くなる。しかし、強軸方向の強度は低くなりにくい。これにより、強軸方向をスパン方向として支持躯体に架け渡すことで、保水材に代えて木材が配置されている構造材と比較した木質構造材の耐力低下を抑制できる。
請求項４の木質構造材は、前記芯材、前記保水層及び前記外側層は、一方向に延設されたひき板を並べて形成された層と、前記一方向と直交する方向に延設されたひき板を並べて形成された層と、を交互に積層して形成され、前記保水層における前記ひき板が、前記板部材とされている。
請求項５の木質構造材は、前記収容部の内壁を形成する前記外側層には、加熱されて融解して水分を通すことができる樹脂が塗装されている。

本発明に係る木質構造材は、表面に耐火性を備えた仕上げ材を取付けなくても耐火性能を発揮できる。

（Ａ）は本発明の実施形態に係る木質構造材を示す斜視図であり、（Ｂ）は分解斜視図であり、（Ｃ）は保水層を一方の外側層側のみに設けた変形例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る木質構造材が適用された建物を示す部分断面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る木質構造材において外側層を２層重ねて形成した変形例を示す正面図であり、（Ｂ）は芯材を５層重ねて形成した変形例を示す正面図であり、（Ｃ）は芯材を１層のみで形成した変形例を示す正面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る木質構造材において全てのひき板の繊維方向を揃えて配置した変形例を示す正面図であり、（Ｂ）は木質構造材を柱として形成した変形例を示す上面図である。

（木質構造材）
本発明の実施形態に係る木質構造材１０は、ＣＬＴに保水性を付与することで耐火性能を発揮できる建築構造用の加工木材である。図１（Ａ）に示されるように、木質構造材１０は、木製のひき板（ラミナ）１２を幅方向に並べて板状に形成した層と、ひき板１４を幅方向に並べて板状に形成した層とが７層交互に積層されて形成されている。各層の厚み（Ｗ方向に沿った長さ）はそれぞれ等しい。

木質構造材１０を形成する７層のうち、最も外側の層を外側層２２、２４とする。外側層２２、２４の内側の層を保水層３２、３４とする。保水層３２、３４の内側の層を内側層４２、４４、４６とする。なお、以下の説明においては外側層２２、２４をまとめて外側層２０と称する場合がある。また、保水層３２、３４をまとめて保水層３０と称する場合がある。さらに、内側層４２、４４、４６をまとめて芯材４０と称する場合がある。

（外側層）
外側層２０は、図１（Ａ）に示すように、Ｘ方向に延設されたひき板１２をＹ方向（Ｘ方向と略直交する方向、ひき板１２の幅方向）に並べて接着し、板状に形成されている。

（保水層）
保水層３０においては、図１（Ｂ）に示すように、Ｙ方向に延設されたひき板１４がＸ方向に間隔を開けて配置されている。互いに隣合うひき板１４の間の部分は、保水材３６が収容される収容部３８とされている。収容部３８の幅（Ｘ方向に沿った長さ）は、ひき板１４の幅と略一致している。例えばひき板１４の幅が１２０ｍｍの場合、収容部３８の幅も約１２０ｍｍとされている。また、１枚のひき板毎に、１箇所の収容部３８が設けられている。なお、ひき板１４は、本発明における板部材の一例である。

収容部３８は、木質構造材１０のＹ方向の両端に亘って形成されている。つまり、収容部３８は木質構造材１０のＹ方向の両端面を貫通する貫通孔とされている。収容部３８の内壁、即ちひき板１２、１４において収容部３８を取り囲む面には、シリコン系の透明樹脂が塗装されている。この透明樹脂は、常温では非透水性であり、概ね６０～８０度程度で融解して水分（蒸気）を通すことができる。

保水材３６は、高吸水性高分子材料（例えばセルロース系高分子材料）によって形成され、非保水状態では粉状又は繊維状とされ、吸水することで膨張して粘性を持ったゲル状に変化する。保水材３６は、吸水した状態で収容部３８へ注入される。保水材３６の注入は、ひき板１２、１４を組付ける工場で行ってもよいし、木質構造材１０を建材として使用する建設現場で行ってもよい。建設現場で保水材３６を注入する場合、収容部３８へフレキシブルホースの一端を挿入し、このフレキシブルホースから吸水した状態の保水材３６を注入する。収容部３８は貫通孔とされているため、保水材３６を注入した際に空気溜りが生じ難い。なお、保水材３６は、必ずしも収容部３８の端部（貫通孔の開口端）から注入する必要はなく、針状の管などを用いて、外側層２２、２４の外表面から注入することもできる。

なお、保水層３０は、図１（Ｃ）に示す木質構造材１１のように、外側層２０のうち一方の外側層（例えば外側層２２）側のみに設けることもできる。

（内側層）
内側層４２、４６はそれぞれ、Ｘ方向に延設されたひき板１２をＹ方向に並べて接着し、板状に形成されている。内側層４２、４６の間の内側層４４は、Ｙ方向に延設されたひき板１２をＸ方向に並べて接着し、板状に形成されている。これらの内側層４２、４４、４６が互いに接着されて、芯材４０が形成されている。

以上の構成をまとめると、木質構造材１０の外側層２２、２４及び内側層４２、４６（合計４層）においては、ひき板１２の繊維方向がＸ方向に沿っている。これに対して、内側層４４及び保水層３２、３４（合計３層）においては、ひき板１２の繊維方向がＹ方向に沿っている。すなわち、木質構造材１０は、Ｘ方向が強軸方向とされている。また、弱軸方向であるＹ方向に沿って収容部３８が形成され、保水材３６が充填されている。

また、木質構造材１０においては、芯材４０の外側に水分を担持した保水層３０が形成され、保水層３０の外側に、ひき板１２を並べた外側層２０が形成されている。すなわち、木質構造材１０の両面（Ｗ方向の端面）は、木目が露出した化粧材としての外側層２０によって形成されている。さらに、この外側層２０の内側に、水分を担持した保水層３０が配置されている。

（作用・効果）
図２には、本発明の実施形態に係る木質構造材１０、１１を用いて形成された建物１００が示されている。木質構造材１０、１１は、建物１００の壁体、スラブ及び図示しない屋根として用いられている。

壁体としての木質構造材１０Ｗは、例えば火気使用室Ｒ１と火気使用室Ｒ２との間仕切壁として使用される。火気使用室Ｒ１、Ｒ２の何れかで火災が発生した場合、木質構造材１０Ｗが炎や熱風によって熱せられると、火災が発生した側の外側層２０（図１参照）の温度が上昇する。

しかし、保水層３０における保水材３６に担持された水分によって、過度な温度上昇が抑制される。このため、外側層２０を形成するひき板１２の温度が発火点に到達することを抑制できる。あるいは、発火点に到達する時間を遅らせることができる。さらに、外側層２０を通して保水材３６が熱せられることにより、保水材３６の水分が蒸発する。これにより、外側層２０が発火した場合においても、保水材３６の水分が蒸発することで外側層２０から気化熱を奪い、温度上昇を抑えることができる。あるいは、炎や熱風の勢いを低減することができる。

これにより、火気使用室Ｒ１、Ｒ２の何れかで火災が発生した際、壁体としての木質構造材１０Ｗに構造耐力上支障のある損傷が発生することを一定時間（例えば１時間や２時間）抑制することができる。

壁体としての木質構造材１１Ｗは、例えば火気使用室Ｒ１と、火気使用室Ｒ３との間の間仕切として使用される。具体的には、火気使用室Ｒ１と火気使用室Ｒ３とは隣接する異なる住戸の部屋であり、断熱材Ｈ（又は遮音材）を挟み込んだ２枚の木質構造材１１Ｗによって形成された間仕切（戸境壁ＢＤ）によって区画されている。木質構造材１１Ｗを２枚用いることで、断熱性能が高まるほか、遮音性能や構造耐力が向上する。

この戸境壁ＢＤにおいては、保水材３６（保水層３０）が断熱材Ｈ側ではなく火気使用室Ｒ１、Ｒ３側に配置される。このように、保水層３０を１層しか備えない木質構造材１１Ｗでも、組合わせて用いることで２面に対する耐火性能を発揮させることができる。

なお、木質構造材１１Ｗは、単独で火気使用室Ｒ４と火気非使用室Ｒ５との間仕切や戸境壁として用いることもできる。この場合、保水材３６は火気非使用室Ｒ５側ではなく火気使用室Ｒ４側に配置される。これにより、火気使用室Ｒ４で火災が発生した際、壁体としての木質構造材１１Ｗに構造耐力上支障のある損傷が発生することを一定時間抑制することができる。

このように、木質構造材１０、１１を壁体として用いることで、木材を化粧材として用いつつ、耐火性能を確保することができる。

スラブとしての木質構造材１０Ｗは、上下に隣接する火気使用室Ｒ１と火気使用室Ｒ４との間のスラブとして用いられる。これにより、火気使用室Ｒ１、Ｒ４の何れかで火災が発生した際、スラブとしての木質構造材１０Ｗに構造耐力上支障のある損傷が発生することを一定時間抑制することができる。

スラブとしての木質構造材１１Ｗは、火気使用室Ｒ１と火気非使用室Ｒ６との間のスラブとして用いることもできる。この場合、保水材３６は火気非使用室Ｒ６側ではなく火気使用室Ｒ１側に配置する。これにより、火気使用室Ｒ１で火災が発生した際、スラブとしての木質構造材１１Ｗに構造耐力上支障のある損傷が発生することを一定時間抑制することができる。

このように、木質構造材１０、１１をスラブとして用いることで、木材を化粧材として用いつつ、耐火性能を確保することができる。なお、木質構造材１０、１１をスラブとして用いる場合、必ずしも外側層２０を仕上げ材として用いる必要はなく、木質構造材１０、１１の上方にフローリング材を敷設してもよいし、下面に天井材を貼り付けてもよい。

また、本実施形態において、木質構造材１０は、Ｘ方向が強軸方向とされている。また、弱軸方向であるＹ方向に沿って収容部３８が形成され、保水材３６が充填されている。このため、保水材３６に代えてひき板１４が配置されている構成と比較して、木質構造材のＹ方向の強度は低くなる。しかし、Ｘ方向に延設されたひき板１２は、保水材に置き換えられていないため、Ｘ方向の強度は低くなりにくい。これにより、Ｙ方向をスパン方向として支持躯体に架け渡すことで、保水材３６に代えてひき板１２が配置されている構造材（所謂ＣＬＴ板）と比較した木質構造材の耐力低下を抑制できる。

一方、木質構造材１０Ｗ、１１Ｗのように壁材として使用する場合、木質構造材は、強軸方向、弱軸方向共に耐力要素として有効である。これは、一般的に壁の周辺接合部より木質構造材の強度が大きいため、保水材３６による木材の欠損を見込んでも十分な耐力を確保できるからである。

なお、上記の説明においては、木質構造材１０、１１を用いて耐火性能を確保する部屋の一例として、火気使用室Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を挙げたが、本発明の実施形態はこれに限らない。木質構造材１０、１１は、通常火気を使用しない部屋を仕切る壁体やスラブとして用いてもよい。このようにすることで、耐火建築物や準耐火建築物において、耐火性能が要求される各種部材の耐火性能を向上させることができる。

また、本実施形態においては、保水層３２、３４の外側に位置する外側層２２、２４はそれぞれ１層としたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図３（Ａ）に示す外側層２２Ａ、２２Ｂ及び外側層２４Ａ、２４Ｂのように、２層で形成してもよい。これにより強軸方向（Ｘ方向）に延設されたひき板の数量の割合が大きくなるため、強軸方向の強度を高めることができる。

また、本実施形態において、木質構造材１０、１１は７層構成とされているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図３（Ｂ）に示すような９層構成や、図３（Ｃ）に示すような５層構成等としてもよい。木質構造材を９層構成とすれば、芯材４０Ａに含まれる層数が多くなるため、木質構造材の強度を大きくできる。また、木質構造材を５層構成とすれば、芯材４０Ｂに含まれる層数が少なくなるため、木質構造材を薄くできる。すなわち木質構造材は、必要な強度によって適宜層数を調整できる。

またさらに、本実施形態の木質構造材１０、１１においては、互いに隣り合う層のひき板（ひき板１２、１４）を、繊維方向が直交するように配置しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図４（Ａ）に示すように、互いに隣り合う層のひき板の繊維方向が一致するように配置してもよい。

具体的には、図１に示した木質構造材１０の外側層２２、２４、内側層４２、４４におけるひき板１２の延設方向をＹ方向に沿うように配置して、図４（Ａ）の外側層２２Ｃ、２４Ｃ、内側層４２Ｃ、４４Ｃに示すように、保水層３２、３４、内側層４４を構成するひき板１４と繊維方向を一致させる。すなわち、本発明の実施形態は、集成材に適用することもできる。さらにひき板１４に代えて、単板積層材を用いてもよい。すなわち、本発明の実施形態は、ＬＶＬ（Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｖｅｎｅｅｒ Ｌｕｍｂｅｒ）に適用することもできる。

また、本実施形態の木質構造材１０においては、２つの保水層３２、３４においては、ひき板の延設方向が一致している（何れもＹ方向）が、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば保水層３２におけるひき板と、保水層３４におけるひき板の延設方向が直交するように配置してもよい。

また、本実施形態の木質構造材１０、１１は、壁体やスラブに用いられる板状の構造材とされているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図４（Ｂ）に示すように、柱状の構造材としてもよい。この場合、図４（Ｂ）における紙面前後方向へ延設された角型の芯材４０Ｄの外側に、間隔を開けてひき板１４を貼り付けて収容部３８を形成する。ひき板１４は、芯材４０Ｄと同様に、図４（Ｂ）における紙面前後方向へ延設されている。そして収容部３８へ保水材３６を充填することで、保水層３０Ｄが形成される。保水層３０Ｄの外側には、外側層２０Ｄが形成される。

なお、木質構造材を柱状の構造材とする場合、保水層におけるひき板１４、収容部３８は、図４（Ｂ）における紙面前後方向（略鉛直方向）の他、紙面上下及び左右方向（略水平方向、柱の延設方向と直交する方向）へ延設してもよい。

また、本実施形態においては、収容部３８の内壁にシリコン系の透明樹脂を塗装することで、保水材３６からひき板１２、１４へ水分が移動することを抑制しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば収容部３８の内壁には樹脂を塗装せず素地として、非透水性の袋状の容器に封入した保水材を収容部３８へ挿入してもよい。この容器は概ね６０～８０度程度で融解し、保水材から蒸発した水分（蒸気）をひき板１２、１４へ通すことができる。

なお、容器は水を通さず蒸気を通す素材であれば、融解する必要はない。水を通さず蒸気を通す素材としては、微細孔が形成された通気性フィルム等を用いることができる。又は、保水材３６の水分が蒸発して容器の内部の圧力が大きくなった際に、部分的に破断して蒸気が抜ける機構を備えた素材を用いてもよい。

さらに、本実施形態においては、１枚のひき板１４毎に、ひき板１４と略一致する幅の収容部３８が１箇所設けられているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えばひき板１４を２枚以上並べて配置して複数のひき板１４毎に収容部３８を設けてもよい。すなわち、複数枚毎のひき板１４毎に、１箇所の収容部を設けてもよい。このようにすることで、保水層３０の構造強度を増すことができる。あるいは、１枚のひき板１４毎に、ひき板１４より大きい幅の収容部を設けてもよい。このようにすることで、保水層３０の保水量を増やすことができる。このように、本発明は様々な態様で実施できる。

１４ ひき板（板部材）
２ 外側層
２０Ｄ 外側層
２２ 外側層
２２Ａ 外側層
２２Ｃ 外側層
２４Ａ 外側層
３０ 保水層
３０Ｄ 保水層
３２ 保水層
３６ 保水材
３８ 収容部
４０ 芯材
４０Ａ 芯材
４０Ｂ 芯材
４０Ｄ 芯材

Claims (5)

1. 木質材料で形成された芯材と、
   前記芯材の外側に配置され、水分を担持したゲル状の保水材を備えた保水層と、
   前記保水層の外側に配置され木質材料で形成された外側層と、
   を有する木質構造材。
2. 前記保水層は、
   前記芯材と前記外側層との間に配置された木製の板部材と、
   前記板部材に形成された収容部と、
   前記収容部に収容された保水材と、
   を備えている請求項１に記載の木質構造材。
3. 前記収容部は弱軸方向に延設されている、請求項２に記載の木質構造材。
4. 前記芯材、前記保水層及び前記外側層は、
   一方向に延設されたひき板を並べて形成された層と、前記一方向と直交する方向に延設されたひき板を並べて形成された層と、を交互に積層して形成され、
   前記保水層における前記ひき板が、前記板部材とされている、
   請求項２又は３に記載の木質構造材。
5. 前記収容部の内壁を形成する前記外側層には、加熱されて融解して水分を通すことができる樹脂が塗装されている、請求項２～４の何れか１項に記載の木質構造材。

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