KR101777989B1 - 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조방법 및 그를 통해 얻어진 구조용 집성재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조방법 및 그를 통해 얻어진 구조용 집성재에 관한 것으로, 선별된 원목을 0.75 ~ 1mm 두께의 띠톱을 이용하여 구조용 집성재의 기본소재로 사용하기 위한 복수의 층재를 40 ~ 46mm 두께로 제재하는 제1공정; 상기 제재된 복수의 층재의 상면과 하면을 1.5mm씩 절삭하는 제2공정; 및 상기 복수의 층재를 순차적으로 투명 수지 접착제를 도포하고 적층하여 접합하는 제3공정;을 통해 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재를 제조한다. 본 발명에 따른 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조방법을 통해 제조되는 구조용 집성재는 나무무늬결이 자연스럽게 형성되는 천연목재와 구별이 어렵도록 제작되어 건축물의 내외장재로 사용시 천연목재와 같은 고급스러운 분위기와 유사한 연출 효과를 얻을 수 있다.

Description

나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조방법 및 그를 통해 얻어진 구조용 집성재 { Manufacturing Method of Grain Matched Structural Glued Laminated Timber And Its Products }

본 발명은 구조용 집성재를 기둥, 보 및 도리 등 목조건축의 내력 부재로 사용시 구조용 집성재의 횡단면(목구면,木口面)과 4재면(표면)에 나타나는 나이테와 나무결 무늬를 천연원목의 나무결 무늬 모양으로 제조할 수 있는 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조방법 및 그를 통해 얻어진 구조용 집성재에 관한 것이다.

금세기에 있어서 지구상의 인류최대의 문제는 지구성의 기후변화 문제이며 우리나라는 2030년까지 이산화탄소 배출량을 37% 감소하기로 되어있다.

그러므로 기후온난화 방지를 위하여 이산화탄소를 흡수하고 이산화탄소를 지구상에 고정하는 방법으로 육림(育林)을 강조하고 목조건축을 장려하고 있다.

현재 목재건축중에서도 주거용 건축뿐만 아니라 다층 대규모 목조건축이 설계되고 건축중에 있다. 우리나라에서는 공학적으로 평가되고 보증된 목질 재료보다 천연적인 나무결 무늬와 색상으로 목재의 질감과 시각적으로 온화한 감을 중요시 하는 취향이 있어 가공 목재보다 천연 목재를 더욱 선호하는 경향이 있다.

특히 문화재 건축이나 전통한옥 건축 그리고 현대식 중목구조 공법으로 구축되는 목조건축은 대부분의 부재가 대경재(직경 20~50cm)로 되어 있다. 이러한 대경재는 획득하기도 어렵고 벌채한 후 자연건조로 2 ~ 3년 건조하여도 중심부의 함수율은 대기의 평형 함수율이 높아 시공 후 부재의 표면에 수축이 생겨 갈라짐과 비틀림 등 손상이 발생하며 부후균(腐朽菌)의 침입으로 썩게 된다.

더욱이 목구조에서 사용되는 전통방식의 이음과 맞춤은 목재를 깎아 맞추는 장부접합이므로 함수율 과다로 인한 할열과 비틀림이 접합부 근처에서 발생하게 되면 구조에 치명적인 파괴현상이 나타나므로 목재는 반드시 평형함수율 이하로 건조해 사용해야 한다.

우리나라에서는 옛부터 대경목재의 건조에 대한 기술적 어려움과 장시간의 건조시간이 소요되며 과다한 경비도 소요되지만 목재의 시각적 질감을 중요시하는 전통목수(대목장) 등이 생재 사용을 선호하여 중요문화재 건축 등에서 부재 할열로 큰 문제가 된 바 있다.

따라서 이러한 건조문제를 해결하기 위해서 공학적 방법으로 건조하기 용이한 규격으로 제재한 다음 이를 가공하여 접착제로 다시 접착하고 대단면재를 만드는 목질구조재 즉 구조용 집성재를 개발하게 되었다. 이와 같은 구조용 집성재와 관련된 선행기술들로 본 출원인은 등록특허 제10-0983612호, 등록특허 제10-1673850호 등을 제안한 바 있다.

그런데 이와 같은 종래의 구조용 집성재는 그 단면 구성이 층재를 강도등급에 따라 배치하게 되므로 한본의 원목에서 제재된 층재를 사용 할 수 없고, 여러 개의 원목에서 제재된 층재를 강도등급분에 따라 조합하게 되므로 집성재의 나이테와 표면의 4면중 2면에 나타나는 나무결 무늬가 천연원목의 나이테와 나무결무늬와 달라지게 된다.

즉, 종래의 구조용 집성재는 강도성능, 크기 및 형상을 자유자재로 설계에 맞게 제조할 수 있으나 여러개의 원목에서 제재된 층재를 두께 방향으로 적층접착하여 구성함에 따라 천연원목과 같은 나무결 무늬를 형성할 수 없고 집성재의 4개의 재면중 2개면에는 자연스러운 나무결 무늬보다 접착층이 보이므로 외관상 보기에 천연목재 보다는 가공품이라는 인식이 있어 왔다.

특히 우리나라 문화재 건축, 전통한옥과 현대식 중대 목구조공법에서는 구조재를 노출시켜 시각적으로 구조미를 나타내는 방법으로 대경재의 제재목을 사용하여 목재표면에 나타나는 나무결 무늬와 색상 등 시각적인 질감과 미관을 중요시하는 취향이 있다. 그러므로 종래 구조용 집성재의 강도성능을 유지하면서도 외관상 천연제재목과 같은 질감과 미관을 얻을 수 있는 나무결 무늬 구조용 집성재에 대한 수요가 절실한 상황이다.

물론 이를 해결하기 위하여 지금까지는 구조용 집성재 양면에 무늬목 단판이나 얇은 판재를 덧붙여 천연목재처럼 보이려고 만든 제품도 있었으나 사공 후 단판의 박리, 갈라짐 등 많은 문제점이 발생하고 있다.

따라서 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 구조용 집성재의 제조공정을 개선하여 외관상 천연목재와 유사한 나무결 무늬를 형성할 수 있는 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조방법 및 그를 통해 얻어진 구조용 집성재를 제공하는데 목적이 있다.

특히 본 발명은 구조용 집성재의 표준 제조 공정 중에서 일부 공정을 개선하고 표면을 미세하게 절삭하여 구조용 집성재를 제작하여 천연목재와 유사한 나무결 무늬를 형성할 수 있는 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조방법 및 그를 통해 얻어진 구조용 집성재를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

선별된 원목을 0.75 ~ 1mm 두께의 띠톱을 이용하여 구조용 집성재의 기본소재로 사용하기 위한 복수의 층재를 40 ~ 46mm 두께로 제재하는 제1공정; 상기 제재된 복수의 층재의 상면과 하면을 1.5mm씩 절삭하는 제2공정; 및 상기 복수의 층재를 순차적으로 투명 수지 접착제를 도포하고 적층하여 접합하는 제3공정;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 제2공정은 날물이 회전시 원심력에 의해 날물이 외주면 방향으로 벌어지는 원심력 날물을 사용하여 층재 상면과 하면을 1.5mm씩 절삭하는 공정인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제3공정에서 사용되는 상기 접착제는 투명한 무색의 수지 접착제인 것을 특징으로 한다.

상기 제3공정은 상기 복수의 층재를 제재된 순서대로 투명 수지 접착제를 도포하고 적층하여 접합하는 공정인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 이상의 제조방법을 통해 얻어진 구조용 집성재도 제공한다.

본 발명에 따른 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조방법을 통해 제조되는 구조용 집성재는 나무무늬결이 자연스럽게 형성되는 천연목재와 구별이 어렵도록 제작되어 건축물의 내외장재로 사용시 천연목재와 같은 고급스러운 분위기와 유사한 연출 효과를 얻을 수 있다.

특히 본 발명은 원목을 제재 및 층재 표면 절삭 공정에서의 절삭 두께를 대략 5mm까지 축소하여 층재를 적층 접착시 나이테가 원형과 흡사한 나이테 무늬를 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조를 위한 원목의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조를 위해 층재를 제재하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조를 위해 층재를 절삭하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조를 위한 층재의 최종 마감 치수 감소 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조를 위해 층재를 적층 접합하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재의 완성 예를 도시한 도면이다.

이하 본 발명에 따른 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조방법 및 그를 통해 얻어진 구조용 집성재를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예들에 의해 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시 예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 내지 도 6에 의하면, 본 발명에 따른 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 는 제조시 공정의 일부를 개선하고 절삭공구와 날물의 새로운 기술을 개발하여 외관상 나무무늬결이 자연스럽게 형성되는 천연목재와 유사한 나무결 무늬를 갖는 구조용 집성재를 제조할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재의 제조 과정을 상세히 설명한다.

(S1) 원목선별 공정

일반적으로 표준 구조용 집성재는 강도성능에 따라 층재를 구성하게 되므로 여러 개의 다른 원목에서 생산된 각각의 층재를 강도성능에 맞게 배치하여 구성하게 된다.

그러나 도 1을 참고하면 본 발명은 한본의 원목(1)으로부터 제재되는 모든 층재(10)를 사용하여 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재를 제조하게 되므로 원목(1)의 크기나 제품의 강도성능에 적합한 것을 선별해야 한다. 즉, 제조하고자 하는 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재의 규격에 적합한 직경과 길이 등에 따라 원목(1)을 선별한다. 이 경우 원목(1)의 휨영계수 등을 측정하여 강도등급을 구분한다.

그리고 현재 우리나라에서 구조재에 사용하는 원목(1)은 낙엽송, 소나무, 잣나무 등과 같은 국산침엽수로서, 평균직경은 20 ~ 50cm 정도이며 평균나이테 간격은 통상적으로 심재 부분에서는 6 ~ 8mm이고, 변재 부분에서는 1 ~ 4mm이다.

(S2) 층재 제재 공정

상기 공정(S1)을 통해 원목(1)을 선별한 후, 구조용 집성재의 기본소재로 사용하기 위한 층재(10)를 제재한다. 이 경우 도 2에 도시된 바와 같이 상기 원목(1)을 등 간격을 유지하며 복수의 층재(10)를 제재한다.

통상 구조용 집성재의 기본소재인 층재(10)를 제재하는 기술 중 표준적인 층재(10)의 제재는 통상 4mm 두께의 띠톱을 이용하여 30 ~ 36mm 두께로 층재(10)를 제재하고 있으나 이는 원목(1)을 제재할 때 감소되는 두께가 커지게 되어 심재 부분의 나이테 간격 6 ~ 8mm보다 크므로 추후 층재들을 적층 접착했을 때 나이테 무늬가 차이가 생겨 나이테 모양이 원형을 이룰 수 없게 된다.

이에 본 발명에 따른 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재에 사용되는 층재(10)는 횡단면(목구면, 木口面)에 형성되는 나이테(년윤)를 원목(1)의 나이테와 유사한 형태를 가지도록 하기 위해 층재(10)를 제재시 절삭 두께를 1mm 이내로 제한하기 위하여 띠톱(20)의 두께를 0.75 ~ 1mm인 것을 사용하여 제재한다. 그리고 제재되는 모든 층재(10)는 40 ~ 46mm 두께로 가공하여 한단면을 구성하는 층재수를 감소시킬 수 있다. 즉, 전체적으로 0.75 ~ 1mm 두께의 띠톱(20)을 이용하여 원목(1)을 제재함에 따라 통상 4mm 두께의 띠톱을 이용하는 경우에 비해 절삭 두께를 대폭 줄일 수 있다.

이 경우 상기 층재(10)는 테두리 부분도 제재하여 판재 형상으로 가공한다.

이와 같이 제재된 층재(10)는 순서대로 번호를 붙여 관리하며, 추후 공정(S4)을 통한 접합시 천연원목과 같은 나무결 무늬의 질감과 목재 품격을 맞출 수 있도록 층재(10)들을 순서대로 접합한다.

(S3) 층재 표면 절삭 공정

상기 공정(S2)을 통해 층재(10)를 제재한 후, 층재(10)의 4면 즉 표면을 매끄럽게 절삭가공을 수행한다.

목재의 일반적인 절삭가공 두께는 5mm이다. 이는 판재 형태의 층재(10) 상하면에 위치하는 잘삭용으로 사용하는 상축날에서 1.5mm를 절삭하고 하축날에서 2mm를 절삭하며, 이후 절삭 가공된 층재(10)의 마감을 위해 별도의 마감용 상하축날을 이용해 표면을 미세하게 1.5mm를 더 절삭하는 방식이다. 그런데 이는 절삭 두께가 여전히 크고, 절삭 및 마감의 2단계 공정을 순차적으로 수행함에 따라 절삭 손실분 역시 크다.

이에 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재의 가공을 위해 양면의 절삭 두께를 3mm 이하로 미세하게 조정하여 절삭한다. 즉, 층재(10) 상면과 하면을 동일하게 각각 1.5mm씩 절삭한다. 이 경우 통상의 원심력 날물(20,22)을 사용하여 날물이 회전시 원심력에 의해 날물이 외주면 방향으로 벌어지며 이 같은 날물 조정 상태에서 절삭을 수행하여 절삭 두께를 3mm 이하로 조정한다.

이상의 공정(S2,S3)을 수행하면 도 4에 도시된 바와 같은 층재의 최종 마감 치수의 감소 효과를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 공정에 의해 제재한 층재(10)의 두께(a)는 40mm이며, 이를 절삭한 두께(b)는 5mm이며 이는 종래 표준 방법에 의한 마감감소두께(c) 11mm에 비해 현저하게 손실분을 감소시킬 수 있다.

(S4) 층재 적층 및 접착 공정

상기 공정(S3)을 통해 층재 표면을 절삭하여 최종 가공된 복수의 층재(10)를 처음 제재된 번호 순서대로 적층 조합한다.

이 경우 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 층재(10) 사이에 투명 수지 접착제(12)를 도포하고 다층으로 배치하여 접합하고 압체하여 제조한다. 이때 상기 투명 수지 접착제(12)는 다양한 수지접착제를 사용할 수 있지만, 층재간 접합부위의 경계선이 나타나는 것을 방지하기 위해 무색의 투명 수지를 사용함이 바람직하다. 이에 본 발명은 유색의 목공용 접착제를 사용하지 않고 무색의 투명 수지 접착제를 사용한다.

이와 같은 층재 접합은 본 출원인이 선출원하여 등록받은 등록특허 제10-0983612호에 제안한 바 있는 다 중접착집성재의 제조방법 등에서와 같은 공지의 방법을 그대로 적용할 수 있다.

이상의 무색의 투명 수지 접착제를 사용하여 복수의 층재(10)를 적층 접합하면 횡단면(목구면)에는 원목의 나이테와 같이 원형을 형성하고 4재면의 표면이 천연원목의 재면과 같이 나무결무늬를 형성할 수 있는 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재를 제조할 수 있다.

이상의 공정(S1 ~ S4)을 통해 복수의 층재(10)를 적층 접합하면 도 6에 도시된 바와 같은 나이테선이 일차하지 않고 접착층이 나타나는 종래 표준 구조용 집성재(100a)와는 달리 횡단면의 나이테는 천연목재와 유사하고 4재면에 천연무늬결 무늬가 노출되는 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재(100)를 제조할 수 있다.

현재 우리나라에서 구조재에 사용하는 침엽수의 평균직경은 20 ~ 50cm 정도이며 평균나이테 간격은 심재 부분에서 6 ~ 8mm, 변재 부분에서 1~ 4mm이므로, 종래의 표준적인 방법으로 층재(10)를 제재하는 경우에는 층재(10) 제조시 감소되는 두께가 평균 11mm가 되어 심재부의 나이테 간격 6 ~ 8mm보다 크므로 층재(10)들을 적층 접착했을 때 나이테 무늬가 차이가 생겨 나이테 모양이 연속적으로 자연스러운 원형을 이룰 수 없지만, 본 발명은 층재(10) 제조시 감소되는 두께를 최대 5mm까지 축소할 수 있어 층재(10)를 적층 접합하여 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재(100)를 제조할 때 나이테가 원형과 흡사한 나이테 무늬를 형성할 수 있다.

특히 이와 같이 제조되는 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재(100)는 횡단면(목구면,木口面)과 4재면(표면)에 나타나는 나이테와 나무결 무늬를 천연원목의 나무결 무늬 모양을 그대로 연출할 수 있어 기둥, 보 및 도리 등 목조건축의 내력 부재로 사용시 고급스러운 분위기를 연출할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

1: 원목 10: 층재
20: 띠톱 30,32: 원심력 날물
100: 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 100a: 표준 구조용 집성재

Claims (5)

1. 선별된 원목을 0.75 ~ 1mm 두께의 띠톱을 이용하여 구조용 집성재의 기본소재로 사용하기 위한 복수의 층재를 40 ~ 46mm 두께의 판재형상으로 제재하는 제1공정;
   상기 제재된 복수의 층재의 상면과 하면을 1.5mm씩 절삭하는 제2공정; 및
   상기 복수의 층재를 투명 수지 접착제를 도포하고 적층하여 접합하는 제3공정;으로 구성되며,
   상기 제2공정은 날물이 회전시 원심력에 의해 날물이 외주면 방향으로 벌어지는 원심력 날물을 사용하여 층재 상면과 하면을 1.5mm씩 절삭하는 공정이고,
   상기 제3공정은 상기 복수의 층재를 제재된 순서대로 무색의 투명 수지 접착제를 도포하고 적층하여 접합하는 공정인 것을 특징으로 하는 나무결 무늬 맞춤 구조용 집성재 제조방법.
   
2. 제 1항의 제조방법을 통해 얻어진 구조용 집성재.
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