JPH10503721A

JPH10503721A - 合成繊維補強材を有する集成材構造部材

Info

Publication number: JPH10503721A
Application number: JP8505867A
Authority: JP
Inventors: ダニエルエイティングレイ
Original assignee: ダニエルエイティングレイ
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 1998-04-07
Also published as: EP0772520A4; NZ290990A; AU3197895A; NO970271L; NO970271D0; US5547729A; EP0772520A1; AU702344B2; WO1996003280A1; CA2195553A1

Abstract

(57)【要約】構造部材に対し横方向に作用する構造荷重（１６）を支持する集成材構造部材（１０）は、弾性係数に従って配置され、互いに接合された多数の薄板（１２）を有する。代案の実施例では、この集成材構造部材はこの集成材構造部材の圧縮応力を受ける部分に位置する合成圧縮補強材（３０）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】合成繊維補強材を有する集成材構造部材技術分野本発明は木材構造部材、また特に改良された集成材構造部材に関するものである。発明の背景梁、トラス、ジョイスト、及び柱は建物、橋梁を含む建造物の重量、又は荷重を支持する代表的な構造部材である。構造部材は構造設計、環境、及びコストによって、鋼、コンクリート、木材を含む種々の材料から製作される。今日、木材構造部材は通常、集成材、単板積層材、平行ストランドランバー、及びＩ型梁におけるように互いに接合された多数の木材セグメントから製作される。製作されたこれ等の木材構造部材は鋸引きされた製材、又は木材に代わり使用されてきたが、これはこれ等の木材構造部材は検査や製作管理が一層良好なため、設計限界値が一層高いからである。木材は多くの構造部材に使用するための望ましい材料である。これは所定の重量当たりの強度、外観、周期的な負荷に対する応答性、及び耐火性を含む種々の特性のためである。いかなる用途においても、荷重はこの荷重によって構造部材の両側に誘起されるそれぞれの圧縮作用力と引張り作用力とに対応する圧縮応力と引張り応力とを構造部材に加える。通常、圧縮力を受ける部分と引張り力を受ける部分との間に中立平面、又は中立軸が延在する。構造部材は過大な歪を発生することなく、特に最終的な破損を生ずることなく、圧縮応力と引張り応力とに耐えなければならない。引張り応力を受ける帯域内の木材構造部材の補強材は既知である。例えばO′B rienの米国特許第5026593号は積層梁を補強するため薄い平坦なアルミニウムストリップを使用することを記載している。樹脂マトリックス内に保持され、構造部材の引張り部の木材セグメントの少なくとも１個に接着された多数のアラミド繊維ストランドを有する合成引張り補強材を使用することにつき、１９８８年のInternational Conference on Timber Englneeringに提供された「Reinforced Glued-Laminated Wood Beams(集成材梁)」に本願の発明者によって記載されている。しかし、木材構造部材も圧縮応力を受ける帯域を有しているから、引張り補強材に適する補強材は通常、圧縮補強材に適さない。アメリカ合衆国、コロラド州、EnglewoodのAmerican Institute of Timber Co nstruction（AITC）の製作基準117-93に従って多くの集成材が製作されている。例えば、最大引張り力を受ける梁の高さの１０％として引張り帯域を定義し、この引張り帯域内の木材薄板内の節が木材薄板の幅の２５％を越えない直径を有する視覚木材節等級をこれ等の製作基準が指定している。しかし、このような視覚等級仕様は別として、集成材構造部材の通常の製作においては、種々の剛性、及び強度の木材薄板を配置する位置には何の考慮も払われておらず、無作為である。 AITCの製作基準、及び通常の製作技術は一般に高い設計限界値を有する一般に高い品質の集成材部材を提供している。しかし、供給できる一層高い品質の木材の入手は制約を受けているため、コストを増大し、又は集成材部材の品質を低下させている。更に、鋼やコンクリートのような比較的安価な代わりの構造材料は集成材部材にとって代わることはできず、集成材部材の品質と設計可能性とが向上し、集成材が競争力を維持し、又は向上することを願っている状態である。発明の要約従って、本発明の目的は合成繊維補強材を有する集成材構造部材を得るにある。本発明の他の目的は圧縮応力を受ける帯域の補強材を有する集成材構造部材を得るにある。本発明の更に他の目的は品質に従って積層木材を特別に配置した集成材構造部材を得るにある。本発明のなお他の目的は一定の木材節寸法等級の木材構造部材を得るにある。本発明集成材構造部材は多数の細長い木材セグメントを構造部材の長さ方向にほぼ一線に長さに沿って合体接合する。好適な第１実施例では、圧縮応力を受ける木材構造部材の帯域内の木材セグメントの少なくとも１個に合成圧縮補強材を接着する。この合成圧縮補強材は樹脂マトリックス内に保持され、圧縮力に対して高い弾性係数を有する多数の合成繊維ストランド（例えば炭素繊維）を含む。この合成圧縮補強材は木材部材の引張り応力を受ける部分の合成引張り補強材と組み合わせて使用するのが好適である。他の好適な実施例では、集成材構造部材の木材セグメント、又は薄板を薄板の弾性係数に特に従って配置する。比較的高い弾性係数（例えばダグラス樅の場合、1.27×10⁵kg/cm²(1.8×10⁶psi)より高い弾性係数を有する木材薄板を高い引張り応力、又は高い圧縮応力、又はその両方の帯域に設置する。比較的低い弾性係数（例えばダグラス樅の場合、1.05×10⁵kg/cm²(1.5×10⁶psi)より低い弾性係数）を有する比較的安価で低い等級の木材薄板を低引張り力、又は低圧縮力の帯域に設置する。木材薄板をこのように配置することによって、集成材構造部材の強度と剛性とを別個に制御し、集成材構造部材を比較的低コストで製作することができる。更に他の好適な実施例においては、集成材構造部材の高い引張り応力の帯域内の木材セグメント、又は薄板を強化された木材節等級に従って選択する。構造部材の所定部の木材セグメント、又は薄板が絶対的な節寸法基準に適合する木材節等級を使用することによって、種々の等級の木材について、このようにして得られる木材セグメントの評価を使用してその強度を改善することにより、このような集成材構造部材の競争力を向上させることができる。本発明の付加的目的及び利点は添付図面を参照する好適な実施例の詳細な説明によって明らかになるであろう。図面の簡単な説明図１は本発明合成繊維補強材を有する例示の集成材構造部材の正面図である。図２は図１の集成材構造部材に使用する例示の木材薄板の一部の端部斜視図である。図３Ａ、及び図３Ｂは木材薄板をその弾性係数に従って配置した代案の集成材構造部材の正面図である。図４Ａ、及び図４Ｂはそれぞれ補強材内の繊維の配列と方向とを示すため、一部を切除した合成引張補強材と合成圧縮補強材との一部の斜視図である。好適な実施例の詳細な説明図１は多数の木材薄板１２を有する集成材構造部材１０を示す。これ等薄板は互いに接合されており、細長い板であるのが好適である。この形態においては、この集成材構造部材１０はアメリカ合衆国、コロラド州、EnglewoodのAmerican Institute of Timber Construction(AITC)の製作基準117-93による集成材としての形態を有する。集成材部材１０の代表的な用途は梁として延在する場合と、そうでない開いた区域に沿って負荷を支えることである。このような用途の単純化された代表的な例として、集成材部材１０の両端が１対のブロック１４によって支持されていて、このブロック間の中間に集中荷重１６を支持している状態を示す。しかし、本発明集成材部材１０は他の状態（例えば片持梁）で分布されている負荷を支持することもでき、又はトラス、ジョイスト、又は柱として使用することもできる。図１に示す状態において、最下位の薄板２０はほぼ純粋の引張り応力を受け、最上位の薄板２２はほぼ純粋の圧縮応力を受ける。集成材部材１０の引張り負荷支持容量を増大するため、最下位の薄板２０と次の隣接する薄板２６との間に、又は代案として最下位の薄板２０の外面２８のみに、少なくとも一層の合成引張り補強材２４を接着する。集成材部材１０の圧縮負荷支持容量を増大するため、最上位の薄板２２と次の隣接する薄板３２との間に、又は代案として最上位の薄板２２の外面３４のみに、少なくとも一層の合成圧縮補強材３０を接着する。合成補強材２４、３０については以下に詳細に説明する。図１の集成材構造部材１０は簡単化して例示した多数の木材薄板１２を有し、例示の位置に補強材２４、３０を示す。本発明集成材部材は広範囲の数の木材薄板１２を有し、このような集成材部材内の補強材２４、３０の位置を広範囲に変化させることができる。合成引張補強部材２４、及び合成圧縮補強部材３０は負荷１６の付近に中心を占め、負荷１６に応じて集成材構造部材１０の全長の約２／５から３／５に沿って延在するのが好適である。このような部分的な長さの補強材２４、３０はコストを減少させて、しかも全長にわたる補強材の強度と剛性との増大にほぼ匹敵する効果を達成できる。薄板２０、２６間の剛性引張り補強材２４の両端に１対の木材スペーサ３５を位置させて、薄板２０、２６間を均一に分離させる。同様に、薄板２２、３２間の合成圧縮補強材３０の両端に１対の木材スペーサ３５を位置させて、薄板２２、３２間を均一に分離させる。木材スペーサ３５は無垢材から成るのがよく、その厚さは合成補強材２４、３０の厚さより厚いのが好適である。木材スペーサ３５は合成補強材２４、３０より一層圧縮性であり、木材スペーサ３５を一層厚くすればその圧縮性と実質的に相殺する。その結果、合成補強材２４、３０の隣接層と木材スペーサ３５との厚さの均一性が集成材部材１０内に接合後、一層向上する。ダグラス樅の木材スペーサ３５の場合には例えば合成補強材２４、３０の厚さより２〜４％厚い厚さにするのが好適である。他の品種の木材スペーサ３５の場合にはその種々の圧縮性に応じて種々の厚さにすることができる。無垢の木材の木材スペーサ３５は合板スペーサよりも優れている。これは合板スペーサはローリング剪断力に対し非常に弱く、集成材部材１０内に早く破損を生ずるためである。合板スペーサの順次の層内の木材粒子の方向が相互に横切っているため、合板から成る木材スペーサ内にローリング剪断力が発生する。従って、或る合板スペーサの粒子は横方向にあって剪断応力を支持することができない。部分的な長さの補強材２４、３０の重要な点は負荷１６が補強材の両端に比較的高い応力を発生させることである。木材薄板１２は一層小さな細長い木材セグメント（図示せず）から製作されることが多く、これ等セグメントの両端を嵌着し互いに接合する。通常、木材セグメントの両端をフィンガージョイントとして嵌着する。このようなフィンガージョイントの接合は通常、比較的強力であるが、大部分の木材薄板１２はこのようなジョイントの付近では木材繊維が比較的不連続になるため比較的最も弱い。本発明によれば、薄板１２のいずれのジョイントも補強材２４、３０の端部から少なくとも所定の最小距離にあるよう、木材薄板２０、２６、２２、３２のように補強材２４、３０に密接する薄板１２を位置させる。その結果、部分的な長さの補強材２４、３０の両端の周りに局部的に位置する応力は隣接する薄板１２の比較的弱いジョイントには作用しない。部分的な長さの補強材２４、３０の両端と、隣接する薄板１２のジョイントとの間の好ましい最小距離は30.5cm、及び 61cm（１２インチ、及び２４インチ）の間にある。合成引張り補強材２４の直ぐ下に位置する木材薄板２０（緩衝層と呼ばれることがある）のジョイントは木材薄板１２における通常のジョイントに比較し、十分な接合が欠けるように接合されるのが好適である。木材薄板２０は合成引張り補強材２４によって加わる歪を受けて破損し、クラックを生ずることがある。このようなことは集成材構造部材１０の全体としての強度に殆ど影響はないが、このようなクラックはこの構造部材を見る人にとって、外観上不快であり、好ましくないものである。好適な実施例においては、この分野で知られているように、最善のものよりも接着剤適用のタイミングが狭い「乾燥接着法」により、薄板２０のジョイントを接合することができる。このようにして接合したジョイントは通常の方法で接合されたジョイントの強度の２５％しかないことが起こり得る。接合が一層弱いと破損は薄板２０の他の位置でなく、薄板２０のジョイント（フィンガージョイント）に発生する。これにより破損を急激でなく一層平滑に発生させ、これにより目立つ、外観の劣化を減少させることができる。集成材構造部材１０は、この分野で一般に知られている「ジュービナイルウッド(juvenile wood)」から形成された木材薄板２０、２６、２２、３２のように、補強材２４、３０に密接する木材薄板１２を含まないのが好適である。ジュービナイルウッドは成熟した木材に比較し、破壊モジュラスが５０％と低いため、補強材２４、３０に密接する木材薄板１２に使用するのは望ましくない。補強材２４、３０に密接する木材薄板１２として使用されたジュービナイルウッドは、補強材２４、３０に隣接して比較的応力が高いこと、及びこのような木材薄板１２の破壊モジュラスが低いことに起因し、構造部材１０内の破損の開始点となる。このような局部的な破損は木材部材の最終的な破損となる。例えばダグラス樅についてジュービナイルウッドとは成長の最初の１５〜２０年間に形成されたものと一般に考えられている。しかし、この分野で知られているように、木材の種々の種類はジュービナイルウッドの特性である種々の樹齢を有する。図２を参照して、木材の髄、即ち中心年輪付近に形成されたジュービナイルウッドを区別する新規な方法を説明する。ジュービナイルウッドは木材薄板１２の主要面に対し３０度のような所定の角度より大きい角度θを形成している年輪３７として特徴づけられる。ジュービナイルウッドを識別するこの簡単な方法は高強度を有する集成材構造部材１０の製作を簡単化している。合成圧縮補強材３０は集成材構造部材１０の圧縮応力支持容量を増大する。木材薄板１２の一部の代わりとしての合成圧縮補強材３０は集成材構造部材１０のコストと強度とを最適にするように材料の有効な選択を可能にする。以前は、構造木材部材は引張り応力帯域で破損する傾向があるため、引張り応力補強材のみが使用された。図３Ａ、及び図３Ｂは代案としての集成材構造部材１０ａ、１０ｂを示し、木材薄板１２ａ、１２ｂをその弾性係数に従って配置している。このように木材薄板１２と共に合成補強材２４ａ、２４ｂ、場合により合成補強材３０を配置することによって集成材部材１０の剛性のような強度、及びその他の特性を別個に制御することができる。合成補強材２４ａ、２４ｂ、及び場合により合成補強材３０により、集成材構成部材１０ａ、１０ｂの実際上の全ての範囲において、一層等級の低い、低コストの木材を使用することを可能とし、これにより一層材料のコストを低減することができる。合成引張り補強材２４ａ、２４ｂは引張り強度を強化した集成材構成部材１０ａ、１０ｂを提供する。同様に、任意の合成圧縮補強材３０（図３Ａ、及び図３Ｂに図示せず）は圧縮強度を強化した集成材構成部材１０ａ、１０ｂを提供する。比較的弾性係数が大きい（例えばダグラス樅の場合、1.27×10⁵kg/cm²(1.8×1 0⁶psi)より大きい）木材薄板１２ａ、１２ｂは比較的剛強であり、集成材構成部材１０ａ、１０ｂの剛性を別個に強化するのに使用してもよい。合成引張り補強材２４ａ、２４ｂ、及び任意の合成圧縮補強材３０（図示せず）によって得られる集成材構造部材１０ａ、１０ｂの強度の増加により、比較的弾性係数が大きい木材薄板１２ａ、１２ｂをして集成材構成部材１０ａ、１０ｂの剛性を増大せしめる。この場合、補強材を有しない通常の集成材構造部材で通常、必要になるように、木材薄板１２ａ、１２ｂも通常の強度に対する視覚木材等級の要件を満たすことは必要がない。即ち、強度を増加しても低等級の、即ち中間、又は低い弾性係数（例えばダグラス樅の場合に、1.05×10⁵kg/cm²(1.5×1 0⁶psi)と1.27×10⁵kg/cm²(1.8×10⁶psi)との間、又は1.05×10⁵kg/cm²(1.5×10⁶ psi)以下）を有する木材薄板１２ａ、１２ｂを使用することができ、このような材料は通常比較的安価であり、比較的応力が小さい部分に使用されるものであり、このため強度に悪影響を与えず集成材構造部材１０のコストを減少させることができる。更に、弾性係数が小さい或る種の木材薄板１２ｂでも、破損前は大きな歪に耐えることができ、集成材構造部材１０ｂの負荷支持容量を増大させることができる。図３Ａは或る構造用途で必要になるような高い剛性を有する形態の集成材構造部材を示す。合成繊維補強材を有する木材構造部材の製作方法の発明の名称で本願の発明者により１９９４年６月３０日に出願された米国特許出願第08/269004 号に記載されている木材構造部材の相対強度、及び剛性を選択し、変化させることができる。図３Ａにおいて、集成材構造部材１０ａの少なくとも最下位薄板２０ａ、２０ｂ、及び最上位薄板２２ａ、３２ａは比較的大きい弾性係数（例えばダグラス樅の場合、1.27×10⁵kg/cm²(1.8×10⁶psi)より大きい弾性係数）を有する。中心区域３６ａの木材薄板１２ａは低位の、未確定の弾性係数（例えばダグラス樅の場合、1.05×10⁵kg/cm²(1.5×10⁶psi)と1.27×10⁵kg/cm²(1.8×10⁶psi)との間の弾性係数）を有する。最下位の薄板２０ａと次の隣接する薄板２６ａとの間に合成引張り補強材２４ａを接着する。代案の実施例として、最上位の薄板２２ａと次の隣接する薄板３２ａとの間に接着された合成圧縮補強材３０ａを集成材構造部材１０ａが有する。（図３Ａは集成構造部材１０ａを簡単化した表示であり、通常、中心区域３６ａは図示の２個の木材薄板１２ａより一層多い薄板を有する。）図３Ｂは或る用途で受け入れられるように負荷を受けて集成材構造部材１０ｂが変形できる弛緩剛強特性を有する形態に集成材構造部材１０ｂを示す。集成材構造部材１０ｂの少なくとも最上位の薄板２２ｂ、３２ｂは比較的大きな弾性係数（例えばダグラス樅の場合、1.27×10⁵kg/cm²(1.8×10⁶psi)の弾性係数）を有し、少なくとも必要最低剛性を有する集成材構造部材１０ｂを得る。中心区域３６ｂの木材薄板１２ｂは低位の、未確定の弾性係数（例えばダグラス樅の場合、1.05×10⁵kg/cm²(1.5×10⁶psi)と1.27×10⁵kg/cm²(1.8×10⁶psi)との間の弾性係数）を有する。最下位の薄板２０ｂ、２６ｂは比較的小さい弾性係数（例えばダグラス樅の場合、1.05×10⁵kg/cm²(1.5×10⁶psi)の弾性係数）を有し、破損前に薄板２０ｂ、２６ｂが相当に大きな歪を受けることができる付加的特性を有する。この実施例では、集成材構造部材１０ｂは必然的に合成引張補強材２４ｂを有し、この補強材を最下位の薄板２０ｂと次の隣接する薄板２０ｂとの間に接着された状態に示す。代案として、最下位の薄板２０ｂの外面２８ｂに合成引張り補強材２４ｂを接着させて十分な引張り強度を有する集成材構造部材を得てもよい。最下位薄板２０ｂ、２６ｂの弾性係数が比較的小さいことと、破損の開始を防止する或る特性とが相俟って、破損前には比較的大きな歪に耐えることができ、これによりこの集成材構造部材が対応する大きな負荷に耐えられるようにしてもよい。「スーパーストレーン」を受けることができる最下位の薄板２０ｂ、２６ｂの好適な特性は、2.22cm(0.875インチ)より直径が大きい節が無いこと、傾斜（即ち木の縦軸線からの方向の変化が１：１６以上）が無い真っ直ぐな粒子であること、及び低密度である。例えば、合成引張り補強材２４ａに隣接して位置し弾性係数が大きい木材薄板１２ａは破損する前に約１％の歪に耐えることができる。弾性係数が小さく、十分なスーパーストレーン特性を有し、合成引張り補強材２４ｂに隣接して位置する木材薄板１２ｂは破損前に約1.5％の歪に耐えることができ、これにより集成材構造部材１０ａよりも集成材構造部材１０ｂの負荷支持容量を５０％増大することができる。合成引張り補強材２４ｂが集成材構造部材１０ｂ内の引張り応力を実質的に支持することができるから、このような増大した負荷支持容量が可能である。少なくとも最上位の薄板２２ｂ、３２ｂの比較的大きな弾性係数によって、破損を防止するのに必要な少なくとも最低の剛性を有する集成材構造部材１０ｂが得られる。ここに比較的大きい、比較的小さい、及び中間のように表現された弾性係数の値はダグラス樅の弾性係数に対する比較値である。他の種類の木材は弾性係数の異なる値を有することは明らかである。各種の木材は特有な範囲の弾性係数を有し、本発明を適用することができ、そのような範囲は当業者には明らかである。弾性係数は、例えば試料を撓ませて、既知の撓み抵抗と比較する例えば機械式応力測定機によって一般に測定することができる。各木の種類に対する標準視覚等級も代表的に相違している。例えばダグラス樅についてAITCによって公布された標準視覚等級はＬ−１、Ｌ−２、及びＬ−３と表現されており、順次低等級の木を現している。ダグラス樅を参照する本発明の上述の説明は視覚等級がその表現や基準において相違していても他の種類の木にも同様に適用することができる。集成材構造部材１０の木材薄板１２の上述のような特殊な構成と相違し、通常の集成材構造部材の木材薄板は単に平均的な弾性係数を有し、その弾性係数に関し木材薄板を無作為に配置しているに過ぎない。従来の大部分の集成材構造部材の木材薄板は、視覚等級に従って配置されており、単に欠陥のみに眼を向け、弾性係数に偶然関わっているに過ぎない。若干の従来の集成材構造部材は視覚等級の木材薄板を使用しているが、高応力帯域にも弾性係数が大きい木材薄板を使用している。しかし、このような従来の集成材構造部材は合成補強材を含んでおらず、本発明の結合要旨によって得られる強度と剛性との間の選択バランスを達成することができない。強度と大きい弾性係数とを得るため個々の木材薄板に依存することは非常に高価であり、高強度と低欠陥木材とを両立させることは互いに不可能なため、この依存は正に不可能である。図１において、所定の引張り帯域内の集成材構成部材１０の木材薄板１２はこの構成部材１０の寸法に関せず、定まった節等級基準を満足させるのが好適である。合成引張り補強材２４と共にこのような強調された節等級基準であれば通常の節等級基準の場合の補強された集成材構造部材よりも２０％まで構成部材１０の強度を増大することができる。集成材構造部材用の通常のAITC117-93の視覚節等級基準は、最大引張り力を受ける梁の１０％高さとして定義される引張り帯域にある木材薄板の節は薄板の幅の２５％を越えない直径を有することである。本発明によれば、定まった強調された節等級基準を合成引張り補強材２４の付近の引張り帯域４０内の木材薄板１２に適用する。引張り帯域４０内の各木材薄板１２には薄板１２の長さの２／３にわたり、2.25cm(7/8インチ)より直径が大きい節が無いことをこの強調された節等級基準は述べている。引張り帯域４０にはこの構造部材１０の高さの１２％、又は１５％に４個以上の木材薄板を含む。この節等級基準は8cm(3-1/8 インチ)の幅の集成材構造部材にのみ適用が可能であるとAITCによって指定されている。一層広い幅（例えば少なくとも32.4cm(1 2.75インチ)まで）の集成材構造部材にこの基準を適用することはこの節等級基準を強調するように機能し、構成部材１０内の節から始まる破損の傾向を減少させる。節のある木材はそれに匹敵する節の無い木材が破損する歪の１０分の１という低い歪を受けて破損することも起こり得る。その結果、合成引張り補強材２４の付近の木材薄板１２の節は、補強材２４に隣接する比較的高い歪に起因し、構造部材１０内に破損を開始することもあり得る。このような局部的な破損は木材部材の根本的な破損になり得る。図４Ａ、及び図４Ｂは、合成引張り補強材２４と、合成圧縮補強材３０とのそれぞれ一層の拡大斜視図である。引張り補強材２４、及び圧縮補強材４４は非常に多くの合成繊維４２、４４を有する。これ等の合成繊維４２、４４は互いに平行に補強材２４、３０の長さ方向に一線に配置されており、それぞれ引張り力と圧縮力とに対して比較的大きな弾性係数を有する。樹脂材料４６によって合成繊維４２、４４を包囲すると共に、この樹脂材料を合成繊維の間の間隙内に貫入させ、これ等合成繊維をその配置、配列内に保持する。合成繊維４２、４４の木材薄板１２への接着を容易にするため、米国特許第 5362545号に記載されているように補強材２４、３０を製作し、処理するのが好適である。従って、圧縮補強材３０はこの圧縮補強材の接着を強化する合成繊維層４８を有する。また、補強材２４、３０の主要面を擦り減らし、又は「毛羽立たせ」、隣接する繊維４２、４８を破り、その端部５０、５２をそれぞれ樹脂材料４６から突出させる。繊維４２、４４を平行に配置し縦方向に配列することによって合成引張り補強材２４と、合成圧縮補強材３０とに最高強度を与える。合成引張り繊維４２、及び合成繊維層４８として使用して適する繊維は、「KEVLAR」の商標名でデラウェヤー州のE.I．DuPont de Nemours & Co．から市販されているアラミド繊維、及び「SPECTRA」の商標名でバージニヤ州、ピータースバーグ、アライドシグナルのAllied Fibersから市販されている高弾性ポリエチレンがある。好適な等級の合成繊維４２、及び繊維層４８は「KEVLAR 49」として入手できるアラミド繊維である。合成繊維４２は引張り力に対して比較的大きい弾性係数を有するのが好適である。例えば、商標名「KEVLAR」の合成繊維４２は引張り力に対して約124000メガパスカル(18×10⁶psi)の弾性係数を有する。（容積で）約６０％の合成繊維４２と、４０％の樹脂材料４６とを有する合成引張り補強材２４は引張り力に対して約75900 メガパスカル(11×10⁶psi)の弾性係数を有する。合成圧縮繊維４４として使用して適するのは圧縮力に対して約206900メガパスカル(30×10⁶psi)の弾性係数を有する市販の炭素繊維である。（容積で）約６０％の合成繊維４４と４０％の樹脂材料４６とを有する合成圧縮補強材３０は圧縮力に対し約124000メガパスカル(18×10⁶psi)の弾性係数を有する。補強材２４、３０の両方を製造するのに使用する樹脂材料４６はエポキシ樹脂が好適であるが、ポリエステル、ビニルエステル、フェノール樹脂、ポリイミド、又はポリスチリルピリジン(PSP)、又はポリエチレンテレフタレート(PET)のような熱可塑性樹脂、及びナイロン６６のような他の樹脂であってもよい。或る構造上の用途では、集成材構造部材１０に加わる負荷は方向が反転し得るから、或る瞬間に薄板２０、２２はそれぞれ引張り応力と圧縮応力とを受け、他の瞬間に応力が逆になる。このような条件下では、通常、集成材部材１０は引張負荷と圧縮負荷とを支持する能力に関しバランスをとることが必要である。アラミドの合成繊維４２を有する合成引張り補強材２４は通常、この要件を満たすことはできず、合成補強材３０を設けざるを得なくなる。アラミドの合成繊維４２を有する合成補強材２４は実質的に強度が低く、引張り力に対するより圧縮力に対してはるかに低い弾性係数を有する。アラミドの圧縮特性と引張り特性とにおけるこの広範囲の不均衡は、バランスされた負荷状態での使用について構成部材を不適当にしてしまう。これに反し、炭素繊維を主に有する合成補強材３０は圧縮力と引張り力とにおいてほぼ類似の強度と弾性係数とを有する。その結果、炭素繊維４４を主に有する合成補強材３０は図１に示すように位置させることができ、バランスされた負荷の用途では合成補強材２４の代わりに使用することができる。ガラス繊維を主に有する合成補強材も圧縮力と引張り力とでほぼ類似する強度と弾性係数とを有し、バランスされた負荷状態では合成補強材２４、３０の代わりに使用することができる。集成材構造部材１０のバランスされた負荷状態のためのこれ等の補強材の構成は、合成特性を強化した構成、又は強化していない構成を含む木材薄板１２の任意の矛盾しない構成と共に使用してもよい。本発明の上述の詳細な実施例は本発明の範囲を逸脱することなく多くの変更を加えることができる。従って、本発明の範囲は次の請求の範囲によってのみ決定される。

【手続補正書】【提出日】１９９７年８月２２日【補正内容】１．請求の範囲を次の通りに訂正する。「請求の範囲１．一定長さを有し、構造荷重を支持する木材薄板接合構造部材において、互いに接合された複数個の木材薄板と、樹脂マトリックス内に囲まれた複数個の繊維ストランドを有し、前記構造部材より長さが短く、２個の前記木材薄板間に接合された補強材とを具えることを特徴とする木材薄板接合構造部材。２．樹脂に囲まれ互いに接合された繊維の複数個の層を前記補強材が有する請求項１の木材薄板接合構造部材。３．前記構造部材が圧縮部と引張り部とを有し、この引張り部内に前記補強材を配置した請求項１の木材薄板接合構造部材。４．前記構造部材の引張り部内に配置された前記補強材の前記繊維がアラミド繊維を含む請求項３の木材薄板接合構造部材。５．前記構造部材の圧縮部内に補強材を配置した請求項３の木材薄板接合構造部材。６．前記構造部材の圧縮部内に配置された前記補強材の繊維が圧縮繊維を含む請求項５の木材薄板接合構造部材。７．前記構造部材の圧縮部内に配置された前記補強材の繊維が炭素繊維を含む請求項６の木材薄板接合構造部材。８．前記補強材の両側に位置するスペーサを更に有する請求項１の木材薄板接合構造部材。９．前記スペーサが木材から製造されたものである請求項８の木材薄板接合構造部材。 10．引張り部に引張り応力を発生させ、圧縮部に圧縮応力を発生させる構造荷重を支持する木材薄板接合構造部材において、互いに接合された複数個の木材薄板と、樹脂ケーシング内に囲まれた複数個の繊維ストランドを有し、前記構造部材より長さが短く、この構造部材の前記圧縮部内の前記木材薄板の少なくとも１個に接合された補強材とを具えることを特徴とする木材薄板接合構造部材。 11．前記構造部材の圧縮部に配置された前記補強材の繊維が圧縮繊維を含む請求項１０の木材薄板接合構造部材。 12．前記構造部材の圧縮部に配置された前記補強材の繊維が炭素繊維を含む請求項１１の木材薄板接合構造部材。 13．樹脂で囲まれ互いに接合された複数個の層を前記補強材が有する請求項１０の木材薄板接合構造部材。 14．頂部の薄板の頂面に前記補強材を接合した請求項１０の木材薄板接合構造部材。」

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．構造部材の中立軸線の両側のそれぞれ圧縮部と引張り部とに圧縮応力と引張り応力とを発生させる構造荷重を支持する積層木材構造部材において、この構造部材の縦軸線にほぼ一線をなし、全長にわたり互いに接合された複数個の細長い木材薄板と、樹脂マトリックス内に保持される複数個の引張り繊維ストランドを有し、前記構造部材の引張り部内の木材薄板の少なくとも１個に接合された合成引張り補強材と、樹脂マトリックス内に保持され、炭素のストランドを含む複数個の圧縮繊維ストランドを有し、前記構造部材の圧縮部内の木材薄板の少なくとも１個に接合された合成圧縮補強材とを具えることを特徴とする積層木材構造部材。２．一定長さを有し、構造荷重を支持する木材薄板接合構造部材において、互いに接合された複数個の木材薄板と、樹脂マトリックス内に囲まれた複数個の繊維ストランドを有し、前記構造部材より長さが短く、２個の前記木材薄板間に接合された合成補強材とを具えることを特徴とする木材薄板接合構造部材。３．樹脂に囲まれ互いに接合された繊維の複数個の層を前記合成補強材が有する請求項２の木材薄板接合構造部材。４．前記構造部材が圧縮部と引張り部とを有し、この引張り部内に前記合成補強材を配置した請求項２の木材薄板接合構造部材。５．前記構造部材の引張り部内に配置された前記合成補強材の前記繊維がアラミド繊維を含む請求項４の木材薄板接合構造部材。６．前記構造部材の引張り部内に配置された前記合成補強材の前記繊維が専らアラミド繊維を含む請求項５の木材薄板接合構造部材。７．前記木材薄板が最下位置から最上位置まで配置され、前記合成補強材が２個の最下位の木材薄板間に配置され、一方の最下位の木材薄板がフィンガージョイントによって縦方向に互いに接合された少なくとも２個の木材セグメントを含んでおり、前記フィンガージョイントの強度が通常のように接合されたフィンガージョイントの強度より有意義に弱くなるよう前記フィンガージョイントが意識的に形成されている請求項４の木材薄板接合構造部材。８．前記補強材が両端を有し、前記薄板の少なくとも１個がフィンガージョイントによって互いに縦に接合された少なくとも２個の木材セグメントを含み、前記合成補強材に接合された前記薄板のフィンガージョイントのいずれかが前記補強材の両端のそれぞれから所定距離にある請求項４の木材薄板接合構造部材。９．前記構造部材の圧縮部内に合成補強材を配置した請求項４の木材薄板接合構造部材。 10．前記構造部材の圧縮部内に配置された前記合成補強材の繊維が圧縮繊維を含む請求項９の木材薄板接合構造部材。 11．前記構造部材の圧縮部内に配置された前記合成補強材の繊維が炭素繊維を含む請求項１０の木材薄板接合構造部材。 12．前記構造部材の圧縮部内に配置された前記合成補強材の繊維が専ら炭素繊維を含む請求項１１の木材薄板接合構造部材。 13．前記合成補強材の両側に位置するスペーサを更に有する請求項２の木材薄板接合構造部材。 14．前記スペーサが木材から製造されたものである請求項１３の木材薄板接合構造部材。 15．前記木材スペーサが前記合成補強材より一層厚く、一層圧縮可能である請求項１４の木材薄板接合構造部材。 16．前記木材スペーサが無垢の木材から製造されたものである請求項１４の木材薄板接合構造部材。 17．引張り部に引張り応力を発生させ、圧縮部に圧縮応力を発生させる構造荷重を支持する木材薄板接合構造部材において、互いに接合された複数個の木材薄板と、樹脂マトリックス内に囲まれた複数個の繊維ストランドを有し、前記構造部材より長さが短く、この構造部材の前記圧縮部内の前記木材薄板の少なくとも１個に接合された合成補強材とを具えることを特徴とする木材薄板接合構造部材 18．前記構造部材の圧縮部に配置された前記合成補強材の繊維が圧縮繊維を含む請求項１７の木材薄板接合構造部材。 19．前記構造部材の圧縮部に配置された前記合成補強材の繊維が炭素繊維を含む請求項１８の木材薄板接合構造部材。 20．前記構造部材の圧縮部に配置された前記合成補強材の繊維が専ら炭素繊維を含む請求項１９の木材薄板接合構造部材。 21．樹脂で囲まれ互いに接合された複数個の層を前記合成補強材が有する請求項１７の木材薄板接合構造部材。 22．頂部の薄板の頂面に前記合成補強材を接合した請求項１７の木材薄板接合構造部材。 23．構造部材のそれぞれ圧縮部と引張部とにこの構造部材内の圧縮応力と引張り応力とを発生させる構造荷重を支持する積層木材構造部材において、互いに接合された複数個の木材薄板と、樹脂マトリックス内に囲まれた複数個の繊維ストランドを有し、前記構造部材の前記引張部内の前記木材薄板の少なくとも１個に接合された合成補強材とを具え、この合成補強材に接合された木材薄板が大きい破壊係数を有する木材で製造されていることを特徴とする積層木材構造部材。 24．前記合成補強材に接合された各木材薄板が有する表面が所定部分にわたり所定寸法より大きい節の無い表面である請求項２３の積層木材構造部材。 25．前記構成部材の引張り部内に所定組の木材薄板を有し、この所定組のいずれの木材薄板もその表面の所定部分にわたり所定寸法より大きい節を有していない請求項２３の積層木材構造部材。 26．前記合成補強材に接合された木材薄板はジュービナイルウッド以外の木材で製造されている請求項２３の積層木材構造部材。 27．前記ジュービナイルウッド以外の木材は木材の主要な表面の平面について所定の鋭角より小さい角度を形成している年輪を有するものと定義される請求項２６の積層木材構造部材。 28．前記合成補強材に接合された木材薄板が傾斜の無い真っ直ぐな粒子を有する木材で製造されている請求項２３の積層木材構造部材。 29．前記合成補強材に接合された木材薄板が使用された木材の種類としては比較的低密度の木材で製造されている請求項２３の積層木材構造部材。 30．構造部材のそれぞれ圧縮部と引張部とにこの構造部材内の圧縮応力と引張り応力とを発生させる構造荷重を支持する積層木材構造部材において、或る範囲内にある弾性係数を有し、互いに接合された複数個の木材薄板を設け、最大の圧縮応力の帯域には一層大きい弾性係数を有する木材薄板が位置し、最大の引張り応力の帯域には一層小さい弾性係数を有する木材薄板が位置するよう弾性係数に従ってほぼ弾性係数の階級に依るように前記構造部材内に前記木材薄板を配置し、前記構造部材の引張り部内の木材薄板の１個、又はそれ以上の個数に接合された合成補強材を設けたことを特徴とする積層木材構造部材。 31．前記構造部材の前記圧縮部内の木材薄板の少なくとも１個に接合された合成補強材を更に具えた請求項３０の積層木材構造部材。 32．頂部と底部とを有する積層木材構造部材において、この構造部材の前記底部から頂部まで通る軸線の横方向に存在する平面内に方向を定めた主要面を有し、互いに接合された複数個の木材薄板と、前記構造部材の前記頂部から下方に、及び前記底部から上方に等しい距離にあって、それぞれ圧縮力、及び引張り力について、等しい弾性係数を有する第１合成補強材と第２合成補強材とを有することを特徴とする積層木材構造部材。 33．構造部材のそれぞれ圧縮部と引張部とにこの構造部材内の圧縮応力と引張り応力とを発生させる構造荷重を支持する積層木材構造部材において、互いに接合された複数個の木材薄板と、樹脂マトリックス内に囲まれた複数個の繊維ストランドを有し、前記構造部材の前記引張部内の前記木材薄板の少なくとも１個に接合された合成補強材とを具え、この合成補強材に接合された木材薄板が小さい弾性係数を有する木材で製造されていることを特徴とする積層木材構造部材。 34．前記合成補強材に接合された各木材薄板が有する表面が所定部分にわたり所定寸法より大きい節の無い表面である請求項３３の積層木材構造部材。 35．前記合成補強材に接合された木材薄板が傾斜の無い真っ直ぐな粒子を有する木材で製造されている請求項３３の積層木材構造部材。 36．前記合成補強材に接合された木材薄板が使用された木材の種類としては比較的低密度の木材で製造されている請求項３３の積層木材構造部材。