JP2008230032A - 構造材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 力に対して剛性が求められる部位側に、カーボンファイバー製などの補強用の板状体を嵌め込むことによって、集成材全体の剛性を高めるようにした、木造構築物の梁や柱などに使用するための構造材と、この構造材の製造方法を提供する。
【解決手段】 所要の厚みと幅および長さとを有するひき板または小角材を、繊維方向を互いに平行させて集成接着して集成材主体２を形成したのち、応力が作用する外表面に、所要深さと幅を有するスリット３を長さ方向に沿って形成し、当該スリット３内に、補強用の板状体４を嵌め込み、スリット３の内面と板状体４の外面とに形成される隙間に接着剤を浸透させ、板状体４と集成材主体２とを一体化させて構造材１とする。
【選択図】 図４

Description

この発明は、木造構築物の梁や柱などに使用するための構造材と、この構造材の製造方法に関するものである。

木材を繊維方向に切削して形成した小角又はひき板を、複数枚積層してなる集成材は、特殊なサイズ・形状にも対応が可能であるため、木造建築物の柱、梁、桁などの耐力部材として広く使用されている。

かかる集成材は、前記用途以外にも広い用途を有しているが、剛性の点において問題を有するものであるので、たとえば、特開平０６−１２２１０５号公報（特許文献１）においては、集成材の外周部に、引抜成形にて成形した炭素繊維強化樹脂複合材を捲回したのち、その表面に木材を貼付した炭素繊維強化集成材が提案されている。

また、特開平０６−１２２１７８号公報（特許文献２）では、集成材の少なくとも一層に弾性率２０ｔ／ｍｍ^２ 以上の炭素繊維を用い、引抜成形にて成形した炭素繊維強化樹脂複合材を介在して接着し、構成した炭素繊維強化集成材が提案されている。

また、特開平０６−１２２１７９号公報（特許文献３）では、繊維方向に切削加工した木材を、その繊維方向を互いに平行にして接着剤を介して複数積層してなる集成材と、当該集成材の一つの面上、及び当該面に対向する面上に引抜成形にて成形した平板状炭素繊維強化樹脂複合材層を設けるとともに、当該炭素繊維強化樹脂複合材層の間を接続するように、別個の引抜成形にて成形した平板状炭素繊維強化樹脂複合材層を設け、且つこれらの炭素繊維強化樹脂複合材層が断面形状において、Ｈ字型となるように構成したことを特徴とする炭素繊維強化集成材が提案されている。

また、実用新案登録第３０３５７９８号公報（特許文献４）においては、一対の木材間に、全長に亘って鉄板をサンドウィッチ状に介在させた建築構築用複合材が開示されている。

また、特開平１１−４４０４４号公報（特許文献５）においては、木材の全長に亘って鋼材を、１本乃至複数本目暗状に埋入一体化させた柱状の建築構築用複合材が開示されている。

また、特開平１１−２３５７０７号公報（特許文献６）では、木製の角材や、板材を張り合わせて積層材又は集成材を構成するに際し、角材や板材の間に炭素繊維シート、ガラス繊維シート、カーボン繊維シート、アラミド繊維シート等の化学繊維を素材としたシートを張り込み積層材又は集成材の強度を高めた化学繊維内包集成材が提案されている。

また、特開平１１−３２０５１５号公報（特許文献７）では、複数の単板から成る集成材の少なくとも１層、いずれかの単板の間に炭素繊維を介在させて成る炭素繊維強化集成材の製造方法において、あらかじめ炭素繊維を挟む木材に接着剤を塗布した後、炭素繊維を散布あるいは配設し、圧着して得られる集成材の製造方法が開示されている。

また、特開平１１−３２４２２２号公報（特許文献８）においては、細長い木材の表面又は表面付近の長手方向に、木材の長手方向に対して直交する方向から荷重をかけたときの圧縮側に、薄鋼板を固着し、引張側に繊維強化シートを固着したことを特徴とする補強木材が開示されている。

さらに、特開２０００−５２４６９号公報（特許文献９）においては、孔質シートにフェノール樹脂を含浸してなる、硬化度が５５％以上８０％以下のフェノール樹脂含浸シートを、炭素繊維強化熱硬化性樹脂シートの表面に配してなることを特徴とする木材用補強材が開示されている。
特開平０６−１２２１０５号公報（特許請求の範囲） 特開平０６−１２２１７８号公報（特許請求の範囲） 特開平０６−１２２１７９号公報（特許請求の範囲） 実用新案登録第３０３５７９８号公報（実用新案登録請求の範囲） 特開平１１−４４０４４号公報（特許請求の範囲） 特開平１１−２３５７０７号公報（特許請求の範囲） 特開平１１−３２０５１５号公報（特許請求の範囲） 特開平１１−３２４２２２号公報（特許請求の範囲） 特開２０００−５２４６９号公報（特許請求の範囲）

前記特許文献１〜９に記載の発明は、いずれも木材又は集成材の、表面もしくは内部に炭素繊維強化複合材などの強化材を貼付するか、介在させたもので、当該木材又は集成材に応力が作用したとき、強化材が有効に作用し、材全体の剛性を高めるものである。

しかしながら、炭素繊維強化複合材などの強化材を、木材又は集成材の、表面もしくは内部に介在させるには、煩瑣な工程が不可欠で、生産性が必ずしも良好ではなく、コストダウンを図るには改良すべき余地のあるものである。

この発明はかかる現状に鑑み、応力に対して剛性が求められる部位側に、カーボンファイバー製などの補強用の板状体を嵌め込むことによって、集成材全体の剛性を高めるようにした、木造構築物の梁や柱などに使用するための構造材と、この構造材の製造方法を提供せんとするものである。

前記の目的を達成するため、この発明の請求項１に記載の構造材は、
所要の厚みと幅および長さとを有するひき板または小角材を、繊維方向を互いに平行させて集成接着して形成した集成材主体に、所要深さと幅を有するスリットを長さ方向に沿って形成するとともに、
前記スリット内に補強用の板状体を嵌め込んで、前記集成材主体と一体化させたこと
を特徴とするものである。

また、この発明の請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の構造材において、
前記スリットは、
前記集成材主体の上面もしくは下面に、一方の小口から他方の小口にわたって、当該集成材の厚みの１／２以下の深さで形成されていること
を特徴とするものである。

また、この発明の請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の構造材において、
前記スリットは、
前記集成材主体の両側面に、一方の側面から他方の側面に向かってそれぞれ形成されたものであって、各スリットの深さが集成材主体の幅の１／２以下であること
を特徴とするものである。

また、この発明の請求項４に記載の発明は、
請求項１に記載の構造材において、
前記補強用の板状体は、
繊維を長手方向とした繊維強化プラスチック板であって、前記繊維方向を、前記スリットの長手方向を一致させてスリット内に配置すること
を特徴とするものである。

さらに、この発明の請求項５に記載の発明は、
所要の厚みと幅および長さとを有するひき板または小角材を、繊維方向を互いに平行させて集成接着して集成材主体を形成したのち、
使用に際して前記集成材主体に応力が作用する外表面に、所要深さと幅を有するスリットを長さ方向に沿って形成するとともに、
前記スリット内に、補強用の板状体を嵌め込んだのち、前記スリットの内面と板状体の外面とに形成される隙間に接着剤を浸透させ、
もって前記板状体と集成材主体とを一体化させること
を特徴とする構造材の製造方法である。

また、この発明の請求項６に記載の発明は、
請求項５に記載の構造材の製造方法において、
前記スリットは、
前記集成材主体の上面もしくは下面に、一方の小口から他方の小口にわたって、当該集成材の厚みの１／２以下の深さで形成されていること
を特徴とするものである。

また、この発明の請求項７に記載の発明は、
請求項５に記載の構造材の製造方法において、
前記スリットは、
前記集成材主体の両側面に、一方の側面から他方の側面に向かってそれぞれ形成されたものであって、両スリットの深さ合計が集成材主体の幅の１／２以下であること
を特徴とするものである。

また、この発明の請求項８に記載の発明は、
請求項５に記載の構造材の製造方法において、
前記接着剤は、
エポキシ樹脂接着剤であって、このエポキシ樹脂接着剤を、前記スリットの内面と板状体の外面とに形成される隙間にスクイズ工法を利用して注入すること
を特徴とするものである。

また、この発明の請求項９に記載の発明は、
請求項５に記載の構造材の製造方法において、
前記補強用の板状体は、
繊維を長手方向とした繊維強化プラスチック板であって、前記繊維方向と、前記スリットの長手方向を一致させてスリット内に配置すること
を特徴とするものである。

この発明にかかる構造材は、所要の厚みと幅および長さとを有するひき板または小角材を、繊維方向を互いに平行させて集成接着して形成された集成材主体の外表面に、所要深さと幅を有するスリットを長さ方向に沿って形成し、前記スリット内に、補強用の板状体を嵌め込んだのち、前記スリットの内面と板状体の外面とに形成される隙間に型接着剤を浸透させ、前記板状体と集成材主体とを一体化させているので、構造材に作用する応力を受ける方向に板状体を配置して使用することによって、構造体の剛性を大幅に向上させることができる。

特に、この発明の構造体は、集成材主体の外表面に所要深さと幅を有するスリットを長さ方向に沿って形成し、前記スリット内に、補強用の板状体を嵌め込み、両者を接着によって一体化させるに際し、スリットの大きさや補強用の板状体の厚みを使用目的に合わせて調整することによって、必要な剛性を有する集成材を簡単かつ容易に得ることができるとともに、構造材を廉価に提供することが可能となるなど実用上多大のメリットを有するものである。

以下、この発明にかかる構造体の実施の一例を、添付の図面に基づいて具体的に説明するが、その要旨を変更しない範囲内において、この発明の構造体に種々の変更を加えることができるものである。

図１は、この発明にかかる構造体の一例を示す要部の斜視図であって、構造体１は梁材として使用するものである。
この構造体１を構成する集成材主体２は、厚さ約３０ｍｍ×幅約１０５ｍｍ×長さ約１８００ｍｍのひき板または小角材の複数、この実施例においては８枚（２ａ，２ｂ・・・・，２ｈ）を、繊維方向を互いに平行させて集成接着して、厚さ約２４０ｍｍとしたものである。この集成材主体２の製造法は、公知の方法によるものである。

ついで、得た集成材主体２の底面外表面のほぼ中央部に、上面方向に向けて、幅約２ｍｍ×深さ約１００ｍｍのスリット３を形成する。（図４参照）
このスリット３の形成手段も公知のものであって、形成された前記スリット３内に、厚さ約１．２ｍｍ×幅約１００ｍｍ×長さ約１８００ｍｍの補強用の板状体４を嵌め込んだのち、スリット３と板状体４との間に接着剤を流し込み、両者を一体化させて構造体１としたものである。
なお、集成材主体２に形成するスリット３は、この実施例では、底部のほぼ中央部に一つが形成されているが、複数であってもよい。その際、各スリットの切り込み深さは、いずれも集成材主体２の厚さの１／２以下とするものである。

前記スリット３と板状体４との一体化に際しては、まず、スリット３の相対する壁面間に板状体４を、板状体４の外側面と前記壁面間に僅かな隙間が形成されるように配置し、しかるのち、前記各隙間に接着剤を均一に浸透させる。
このように板状体４の両側面の接着剤を浸透させることによって、集成材主体２との一体化をより強固なものとし、構造材１の剛性を向上させることができる。

前記補強用の板状体４は、構造体１自体の剛性を向上させるためのものであるので、構造材１の用途に合わせて材質を自在に選択することが可能であるが、好ましくは、プラスチック内にガラス繊維などの繊維を、その繊維方向を長手方向として埋め込んだ繊維強化プラスチックを素材とすることが望ましい。

なお、繊維としては、セラミックファイバー，カーボンファイバー，アラミドファイバー，ガラスファイバーもしくはこれらファイバーが混合されたファイバーの他、ステンレス板や鉄板などの金属素材も利用することが可能である。

前記板状体４をスリット３内に固着させる接着剤としては、前記板状体４の素材と親和性を有するものであれば特段の制限はないが、接着性に優れたエポキシ樹脂接着剤などの常温もしくは加熱硬化型の接着剤の使用が好ましい。

前記接着剤による板状体４のスリット３への接着は、公知のスクイズ工法を使用して実施することが好ましい。
このスクイズ工法は、板状体４を嵌め込んだスリット３の開口部に、図示しないが、所要の間隔を存してスクイズプレート（注入器）を配置し、ついで、前記スクイズプレート内に注入ガンを使用して前記エポキシ樹脂接着剤を充填すると、充填されたエポキシ樹脂接着剤は、スクイズプレートに設けられたゴムの復元力によって、加圧された状態でかつゆっくりとスリット３内に送り込まれ、板状体４と相対するスリット３の内面との隙間に均一に浸透したのち、常温もしくは加熱によって硬化させるものである。

なお、前記スクイズプレートは、接着剤の硬化後スリット３から除去するものである。
また、集成材主体２に形成するスリット３は、当該集成材主体２の厚さの１／２以下とすることによって、集成材主体２の剛性の低下を防止することができる。
さらに、スリット３内に配置する板状体４をスリット３の中央部に配し、スリット３の各内面と板状体４の各側面との間に形成される隙間Ｇ（図５参照）内に、接着剤を浸透させ硬化させることによって、集成材主体２と板状体４との一体化をより強固なものとし、構造材１の剛性の向上を図ることができる。

図２に示す構造材１１は、図１に示す構造材１と同様に、厚さ約３０ｍｍ×幅約１０５ｍｍ×長さ約１８００ｍｍのひき板または小角材の複数、この実施例においては８枚を、繊維方向を互いに平行させて集成接着して、厚さ約２４０ｍｍの集成材主体１２とし、得た集成材主体２の底面外表面のほぼ中央部に、上面方向に向けて、幅約２ｍｍ×深さ約３５ｍｍのスリット１３を形成し、このスリット３内に、厚さ約１．２ｍｍ×幅約３５ｍｍ×長さ約１８００ｍｍの板状体１４を嵌め込んだのち、スリット１３と板状体１４との間に接着剤を流し込み両者を一体化させて得たものである。
かくして得た構造材は、梁部材の、従来梁成を大きくすることで対応していた、著しく引張力のかかる部位に使用することができる。

図３に示す構造材２１は、図１に示す構造材１と同様に、厚さ約３０ｍｍ×幅約１０５ｍｍ×長さ約１８００ｍｍのひき板または小角材の複数、この実施例においては８枚を、繊維方向を互いに平行させて集成接着して、厚さ約２４０ｍｍの集成材主体２２とし、得た集成材主体２２底面の両側面の、ひき板または小角材２２ａと２２ｂとの接合面に、それぞれ対向する側面方向に向けて、幅約２ｍｍ×深さ約２５ｍｍのスリット２３，２３を形成し、各スリット２３内に厚さ約１．２ｍｍ×幅約２５ｍｍ×長さ約１８００ｍｍの板状体２４を嵌め込んだのち、スリット２３と板状体２４との間に接着剤を流し込み、両者を一体化させて得たものである。

なお、前記構造材２１の製造に際し、集成材主体２２の底部両側面に形成するスリット２３，２３の深さは、その深さの合計が、集成材主体２２の幅の１／２以下とすることによって、集成材主体２２の剛性を低下させることがない。
また、この実施例においては、相対する側面から反対方向にスリットを形成し、各スリット内に板状体を装着しているが、スリットを設ける位置に特段の制限はなく、各スリットの切り込み深さは、いずれも集成材主体の幅の１／２以下とするものである。

この発明の構造材は、木造建築物の梁などの構造材として使用するものであるが、その厚みを適宜選択することによって、梁以外に柱材や床材としても使用することができるものである。

この発明にかかる構造材の一例を示す要部の斜視図である。 この発明にかかる構造材の他の一例を示す要部の斜視図である。 この発明にかかる構造材のさらに他の一例を示す要部の斜視図である。 この発明の構造材の製造過程を示す説明図である。 図４における要部の拡大図である。

符号の説明

１，１１，２１ 構造材
２，１２，２２ 集成材主体
３，１３，２３ スリット
４，１４，２４ 板状体
Ｇ 隙間

Claims (9)

1. 所要の厚みと幅および長さとを有するひき板または小角材を、繊維方向を互いに平行させて集成接着して形成した集成材主体に、所要深さと幅を有するスリットを長さ方向に沿って形成するとともに、
   前記スリット内に補強用の板状体を嵌め込んで、前記集成材主体と一体化させたこと
   を特徴とする構造材。
2. 前記スリットは、
   前記集成材主体の上面もしくは下面に、一方の小口から他方の小口にわたって、当該集成材の厚みの１／２以下の深さで形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載の構造材。
3. 前記スリットは、
   前記集成材主体の両側面に、一方の側面から他方の側面に向かってそれぞれ形成されたものであって、各スリットの深さが集成材主体の幅の１／２以下であること
   を特徴とする請求項１に記載の構造材。
4. 前記補強用の板状体は、
   繊維を長手方向とした繊維強化プラスチック板であって、前記繊維方向と、前記スリットの長手方向を一致させてスリット内に配置すること
   を特徴とする請求項１に記載の構造材。
5. 所要の厚みと幅および長さとを有するひき板または小角材を、繊維方向を互いに平行させて集成接着して集成材主体を形成したのち、
   使用に際して前記集成材主体に応力が作用する外表面に、所要深さと幅を有するスリットを長さ方向に沿って形成するとともに、
   前記スリット内に、補強用の板状体を嵌め込んだのち、前記スリットの内面と板状体の外面とに形成される隙間に硬化型接着剤を浸透硬化させ、
   もって前記板状体と集成材主体とを一体化させること
   を特徴とする構造材の製造方法。
6. 前記スリットは、
   前記集成材主体の上面もしくは下面に、一方の小口から他方の小口にわたって、当該集成材の厚みの１／２以下の深さで形成されていること
   を特徴とする請求項５に記載の構造材の製造方法。
7. 前記スリットは、
   前記集成材主体の両側面に、一方の側面から他方の側面に向かってそれぞれ形成されたものであって、各スリットの深さが集成材主体の幅の１／２以下であること
   を特徴とする請求項５に記載の構造材の製造方法。
8. 前記接着剤は、
   エポキシ樹脂接着剤であって、このエポキシ樹脂接着剤を、前記スリットの内面と板状体の外面とに形成される隙間にスクイズ工法を利用して注入すること
   を特徴とする請求項５に記載の構造材の製造方法。
9. 前記補強用の板状体は、
   繊維を長手方向とした繊維強化プラスチック板であって、前記繊維方向と、前記スリットの長手方向を一致させてスリット内に配置すること
   を特徴とする請求項５に記載の構造材の製造方法。

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