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JP2012111128A - 積層材 - Google Patents

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JP2012111128A
JP2012111128A JP2010261996A JP2010261996A JP2012111128A JP 2012111128 A JP2012111128 A JP 2012111128A JP 2010261996 A JP2010261996 A JP 2010261996A JP 2010261996 A JP2010261996 A JP 2010261996A JP 2012111128 A JP2012111128 A JP 2012111128A
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Japan
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softwood
plastic working
surface plastic
plywood
wood
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JP2010261996A
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Takayuki Ito
隆行 伊藤
Takashi Aono
高志 青野
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Mywood2 Corp
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Mywood2 Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】環境条件が変化した場合の寸法変化を防止でき、低コスト化が可能であり、スギ材、ヒノキ材等の針葉樹の有効活用を図る。
【解決手段】木材の木目の長さ方向に対して垂直方向に加えた外力によって、木材の厚みが加熱圧縮され、圧密加工されて気乾比重を0.7以上とした表面塑性加工材SPWの片面側に、複数枚の非圧縮の針葉樹単板W(W1,W2,W3,W4,W5,W6)が互いの木目の長さ方向が直交するように6枚積層接着され、かつ、表面塑性加工材SPWに接合される接合側針葉樹単板W6以外の針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5の厚みを2mm〜4mmの範囲内にすると共に、接合側針葉樹単板W6は切削加工されてその厚みを針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5の厚みの1/4〜3/4の範囲内とした内層合板IPWを、その切削加工された面の木目の長さ方向が表面塑性加工材SPWの木目の長さ方向と直交するようにして接合した。
【選択図】図5

Description

本発明は、表層部分に圧密成形した塑性加工木材を使用し、内層部分に非圧縮の単板を積層してなる合板を使用した積層材に関するものであり、特に、従来のラワン合板に代わってスギ材、ヒノキ材等の針葉樹の有効活用を図ることができ、例えば、床材、腰板、テーブルの天板等に利用することができる積層材に関するものである。
従来、木材の樹種として、例えば、スギ材、ヒノキ材のように低密度で硬度が不足しているものにあっては、圧縮して高密度化すれば実用に耐え得る硬度となることが知られている。
ところが、木材の価格は一般に、元の木材の体積を基準として流通しており、木材の圧密加工にかかる種々の費用を加味して算出される価格は、圧縮して高密度化することで低下した木材の体積に見合うだけの付加価値が認められないことから余り高く設定できない。
このため、このように圧縮して高密度化された木材は、圧縮が施されていない基材(合板)との組み合わせによる積層構造として製品化されることが多かった。
ここで、スギ材等の針葉樹にあっては、そのままでは、低比重で強度や剛性に欠けることから、また、年輪に起因する密度ばらつきがあり部分によって含水率が異なる、年輪による旋回木理がある等に起因して変形しやすいことから、更には、スギ材等の丸太をロータリーレースで切削した場合に、裏割れが生じやすいことから、合板として用いるのが困難であった。このため、従来から圧縮して高密度化された木材に組み合わされる木材としては、主に、節や年輪がなく狂い等の変形が少ないラワン合板が用いられてきた。
しかし、近年、ラワン材は乱伐採のため急激に減少しており、しかも、一度伐採してしまうと再生が困難であることから、その伐採が制限されている。このため、ラワン材以外の木質材料の使用が要望されている。
一方、我が国においては、適宜計画伐採や間伐等で比較的安定に入手し易い環境下にあり、再生産が容易にできるスギ材等の針葉樹の有効活用が求められている。その背景には、特に1940年代に盛んに植林されたスギ材等の針葉樹の成長が進んでその伐採時期になったが、国内林業の衰退、林業離れもあって、それら針葉樹が放置されている状態となっていることにもある。
ところで、ラワン材の上記現状を鑑み、ラワン合板を用いずに、植林木、造林木、早生樹等の低比重材を用いた積層材として、例えば、特許文献1が挙げられる。特許文献1においては、比重0.45以下の低比重板(合板)の上に、この比重0.45以下の低比重材が圧密化された比重0.5以上の圧密化板を積層し、更に、それらの上に、木質繊維板を積層することで、耐凹み性を向上させ、従来柔らか過ぎて床材用の基材として利用されなかった低比重材を用いることができ、木材の有効利用を図ることができるとしている。
特開2008−025260号公報
ところが、特許文献1においては、比重0.45以下の低比重合板、比重0.5以上の圧密化板及び木質繊維板の3種類の異なった加工が施された木材を使用することになるから、それら互いの接合面で膨張率及び収縮率が大きく異なることになり、そのために周囲環境条件の変化によって大きな歪みや変形が生じて寸法形状安定性が大きく損なわれることが予測される。また、特許文献1によれば、圧密化板の上に木質繊維板を積層することで、耐凹み性を確保できるとしていても、3種類の加工木材を使用していることから、製造に手間がかかると共に、低コスト化が困難である。
なお、特許文献1においては、下層に所定の抗張力及び防湿性を有する裏打ち層を設けることによって、床材の有害な谷反りを防止するとも記載されているが、係る手段では周囲環境の乾燥による変化に対応できず、裏打ち層との接着面に大きなストレスがかかってクラックが生じやすくなる可能性がある。また、裏打ち層を設ける場合、一段とコストが高くなってしまう。
そこで、本発明は、かかる不具合を解決すべくなされたものであって、傷跡や凹みが付き難く、十分な強度や剛性を有し、また、製品化後に周囲環境条件が変化した場合における寸法形状変化を防止でき、更に、低コスト化及び製造の容易化が可能であり、スギ材、ヒノキ材等の針葉樹の有効活用を図ることができる積層材の提供を課題とするものである。
請求項1の積層材は、木材の木目の長さ方向(繊維方向)に対して垂直方向に加えた外力によって、前記木材の厚みが加熱圧縮され、圧密加工されて気乾比重を0.7以上とした表面塑性加工材の片面側に、複数枚の非圧縮の針葉樹単板が互いの木目の長さ方向が直交するように複数枚積層接着され、かつ、前記表面塑性加工材に接合される接合側針葉樹単板以外の針葉樹単板の厚みを2mm〜4mmの範囲内とした内層合板を、その接合側針葉樹単板の木目の長さ方向が前記表面塑性加工材の木目の長さ方向と直交するようにして接合したものである。
ところで、上記表面塑性加工材において、木目の長さ方向に対して垂直方向に加えた外力によってその厚みが加熱圧縮とは、木材の木口面に対する並行方向に加熱圧縮して少なくとも木口面の面積を小さくしたこと、所謂、圧密加工したことを意味する。なお、上記表面塑性加工材の木目の長さ方向とは木材の繊維方向のことである。また、上記表面塑性加工材の厚みが圧縮される圧密加工は、例えば、木材の含水率を厚み全体が略均一となるように設定し、所定の条件で加熱圧縮することによって形成することができる。そして、このときの所定の条件となる温度、圧力、時間、圧縮スピード等については、樹種や含水率等をパラメータとして予め実験等によって決定される。ここで、表面塑性加工材の表面とは意匠面になる面を含むものである。
上記気乾比重とは、木材を大気中で乾燥した時の比重で、通常、含水率15%の時の比重で表すものであり、木材を乾燥させた時の重さと同じ体積の水の重さを比べた値である。数値が大きいほど重く、小さいほど軽いことを表す。例えば、自然物の国産或いは国内でよく使用される材木のスギは0.36、ヒノキは0.44、カラマツは0.50、ドドマツは0.44、 キリは0.25、クリは0.60、ブナは0.65、ナラは0.58、カバは0.60、イタジイは0.61、カリン0.61、ファルカタは0.27、マラパパイヤは0.50、グメリナは0.45、ゴムは0.64、イエローポプラは0.45、イタリアポプラは0.35、アカシアマンギウムは0.63程度である。
ここで、上記表面塑性加工材において圧密加工されて気乾比重を0.7以上とは、本発明者らが、鋭意実験研究を重ねた結果、木材を高圧縮して気乾比重を0.7以上としたものでは、硬度が顕著に高くなって傷跡や凹みが極めて付き難くなり、集中荷重や衝撃荷重等を受けるために高い表面硬度や耐摩耗性等が要求される床材等としても耐用できることを見出し、この知見に基づいて設定されたものである。即ち、圧縮により、硬度や耐摩耗性等を増大させた特性領域であり、圧密加工された木材としての特性であることを示すものである。そして、特に、気乾比重を0.85以上にすると、硬度や耐摩耗性等の特性値のばらつきが少なくなって物理的安定性が増し、また、硬度もより顕著に高くなるため、気乾比重を0.85以上としたものがより好ましい。
なお、上記表面塑性加工材の気乾比重は、最終的には、樹種や、コストや、必要とされる硬度・耐摩耗性等を考慮して設定されるが、気乾比重を大きくするために圧縮率を余りに高くすると木材を構成する繊維が破壊されてクラックが生じ商品性が失われることになるから、高圧縮によりクラックが発生する直前に測定される気乾比重の値が最大値となる。因みに、本発明者らの実験研究によれば、上記表面塑性加工材としてスギ材やヒノキ材等の針葉樹を用いた場合には約1.2が上記気乾比重の上限であることが判明している。したがって、本発明における気乾比重の最大値は、樹種等によって決定される有限値である。なお、上記気乾比重の数値は、厳格であることを要求するものではなくて概ねであり、当然、測定等により誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
上記内層合板は、前記表面塑性加工材と接着剤等の接合手段を介在して一体に接合されたものである。
そして、上記内層合板は、非圧縮の針葉樹を回転させながら切削してなる単板が互いの木目の長さ方向が直交するように複数枚積層接着され、かつ、前記表面塑性加工材に接合される接合側針葉樹単板以外の針葉樹単板の厚みを2mm〜4mmの範囲内とする構成をとることで、比重が小さくて強度や剛性が小さいというスギ材やヒノキ材等の針葉樹単板の欠点を補完し、厚みが通常0.3mm〜2mmであるラワン単板を用いて同じ構成とした場合と同等以上の強度や剛性を確保すると共に、周囲環境条件が変化した場合における合板全体の寸法形状変化を防止し、更に、接合側針葉樹単板の木目の長さ方向が前記表面塑性加工材の木目の長さ方向と直交するように前記表面塑性加工材の片面側に接合することで、周囲環境条件が変化した場合における積層材全体の寸法形状変化を防止したものである。因みに、上記2mm〜4mmの値は、当然、測定等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
なお、上記表面塑性加工材に接合される接合側針葉樹単板とは、複数枚積層された針葉樹単板のうち前記表面塑性加工材に直接に接合される針葉樹単板のことであり、上記それ以外の針葉樹単板とは、複数枚積層された針葉樹単板のうち、この前記表面塑性加工材に直接に接合される接合側針葉樹単板以外のその他の全ての針葉樹単板のことである。
また、上記内層合板において、接合側針葉樹単板の木目の長さ方向が前記表面塑性加工材の木目の長さ方向と直交するように前記表面塑性加工材の片面側に接合とは、表面塑性加工材と内層合板とがその接合面で互いの木目の長さ方向が直交するように接合されていることを意味する。なお、表面塑性加工材と内層合板との接合は、互いに強固に結合されていればその接合手段は特に問われるものではなく、例えば、接着剤や、木材相互間の機械的結合等による接合が挙げられる。
請求項2の積層材は、前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹を回転させながら切削してなる単板が、スギ材(杉材)及び/またはヒノキ材(檜材)からなるものであり、入手しやすく加工性に優れた樹種を用いたものである。勿論、本発明を実施する場合には、マツ、ヒバ、モミ等の針葉樹を用いることも可能であるが、針葉樹の中でもスギ・ヒノキは、我が国において広く分布しており、従来から建材等としても使用されているため、間伐材等を容易に大量に入手することが可能である。
請求項3の積層材は、前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹単板のうち、前記表面塑性加工材に接合される接合側針葉樹を回転させながら切削してなる単板のみがヒノキ材からなり、その他の全ての針葉樹単板はスギ材からなるものであり、スギ材より比重が高いために強度や剛性が高いものとなるヒノキ材を表層側に用い、その他は安価に入手可能なスギ材とすることで、コストを安く抑えながら表層側の強度や剛性の強化を図ると共に、寸法形状安定性の向上を図ったものである。
請求項4の積層材は、前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹単板のうち、接合状態で木目の長さ方向が前記表面塑性加工材の木目の長さ方向と直交する針葉樹を回転させながら切削してなる単板はヒノキ材からなり、その他の全ての針葉樹単板、即ち、接合状態で木目の長さ方向が前記表面塑性加工材の木目の長さ方向と一致する針葉樹単板はスギ材からなるものであり、スギ材より比重が高いために強度や剛性が高いものとなるヒノキ材を表層側に用いつつ、スギ材と交互に配置することで良好なバランスをとり、コストを安く抑えながら強度や剛性の向上を図ると共に、寸法形状安定性の向上を図ったものである。
請求項5の積層材は、前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹単板のうち、前記表面塑性加工材に接合される接合側針葉樹を回転させながら切削してなる単板と、当該接合側針葉樹単板とは反対側に位置する最外層の針葉樹単板はヒノキ材からなり、その他の針葉樹単板はスギ材からなるものであり、スギ材より比重が高いために強度や剛性が高いものとなるヒノキ材を表層側と裏層側に用いることで、即ち、前記内層合板の両面側にて強度や剛性の高いヒノキ材を並行させることで、機械的強度を安定させ、表裏面のバランスをとり、コストを安く抑えながら強度や剛性の向上を図ると共に、寸法形状安定性の向上を図ったものである。
請求項6の積層材は、前記内層合板の針葉樹を回転させながら切削してなる単板同士の接着に使用される接着剤の塗布量を200g/m2 以上としたものである。
ここで、上記針葉樹単板同士の接着に使用される接着剤としては、例えば、水性ビニールウレタン系接着剤(水性高分子イソシアネート系接着剤)、フェノール樹脂等を使用することができる。
そして、上記接着剤の塗布量を200g/m2以上とは、本発明者らが、鋭意実験研究を重ねた結果、針葉樹単板同士の接着における接着剤の塗布量を200g/m2以上とすることで、接着剤が浸透し易い、更には、ロータリーレースの切削により裏割れが多いという針葉樹単板の欠点が補完されて針葉樹単板同士が強固に接着され、積層材において安定した強度や剛性及び寸法形状安定性を確保できることを見出し、この知見に基づいて、設定されたものである。
なお、針葉樹単板同士をプレス盤等による圧締で接着剤を介して一体に接合する場合には、針葉樹単板間に接着剤を均一に塗布した後、圧力ができる限り均等にかかるようする。このとき、針葉樹単板同士を締め付ける圧締圧力及び圧締時間は、接着剤の種類や樹種や含水率等をパラメータとして予め実験等によって最適値が設定される。なお、上記200g/m2以上は、厳格に200g/m2以上であることを要求するものではなくて、約200g/m2以上であればよく、当然、接着剤の種類、木質等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
請求項7の積層材は、前記表面塑性加工材と前記内層合板との接合に、接着剤を使用し、当該接着剤の塗布量を200g/m2以上としたものである。
ところで、上記表面塑性加工材と前記内層合板との接合に使用される接着剤も、例えば、水性ビニールウレタン系接着剤(水性高分子イソシアネート系接着剤)、フェノール樹脂等を使用することができる。
そして、上記接着剤の塗布量を200g/m2以上も、本発明者らが、鋭意実験研究を重ねた結果、前記表面塑性加工材と前記内層合板との接着における接着剤の塗布量を200g/m2 以上とすることで、接着剤が浸透し易いという針葉樹からなる内層合板の欠点が補完されて前記表面塑性加工材と前記内層合板が強固に接着され、積層材において安定した強度や剛性及び寸法形状安定性を確保できることを見出し、この知見に基づいて、設定されたものである。
なお、同様に、プレス盤等による圧締で接着剤を介して一体に接合する場合には、前記表面塑性加工材と前記内層合板との間に接着剤を均一に塗布した後、圧力ができる限り均等にかかるようにする。そして、このときの両者を締め付ける圧締圧力及び圧締時間も、接着剤の種類や樹種や含水率等をパラメータとして予め実験等によって最適値が設定される。なお、上記200g/m2以上も、厳格に200g/m2以上であることを要求するものではなくて、約200g/m2 以上であればよく、当然、接着剤の種類、木質等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
請求項8の積層材の前記表面塑性加工材は、その厚みを1mm〜5mmの範囲内とし、かつ、前記内層合板は、当該内層合板を構成する針葉樹単板が6枚積層されて全体の厚みを15mm以上としたものである。
ここで、上記表面塑性加工材の厚みを1mm〜5mmの範囲内、かつ、上記内層合板の全体の厚みを15mmとは、床材等のように集中荷重や衝撃荷重等を受けるために高い表面硬度及び強度や剛性等が要求されるものであっても、上述の如く、前記表面塑性加工材の比重を0.7以上とすることで硬度等が顕著に増加するため、前記表面塑性加工材の気乾比重が下限値の0.7の場合にあっては、3mm〜5mm程度の厚みがあれば表面硬度が要求される厚みとして十分対応でき、スギ材等の針葉樹の場合、気乾比重1.2が上限値であるとしても、1mm程度の厚みがあれば十分であり、更に、針葉樹単板が6枚積層されたものにおいては、全体の厚みを15mm以上とすることで、十分な強度や剛性を確保できることが確認されたことから、即ち、集中荷重や衝撃荷重等を受けるために高い表面硬度及び強度や剛性が要求される床材等に確実に耐用できることが確認されたことから、この知見に基づいて、設定されたものである。
なお、上記数値は、厳格であることを要求するものではなくて概ねであり、当然、木質や測定等により誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
請求項9の積層材は、前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹単板が、互いの木表面同士または木裏面同士が対向するように接着されたものであり、針葉樹単板の木表面と木裏面とで細胞密度が異なることによる特定方向の反り変形を防止したものである。
請求項10の積層材は、前記内層合板において前記表面塑性加工材への接合面とは反対面側に、所定断面形状の溝条を形成したものであり、周囲環境条件が変化した場合における前記内層合板に生じる膨張収縮力を溝条によって遮断することで、寸法形状安定性の更なる向上を図ったものある。
なお、上記溝条の所定断面形状は、加工のし易さから、例えば、断面略コ字状、略V字状、略U字状等が用いられることになるが、これらの断面形状に特に限定されるものではない。そして、上記所定断面形状の溝条は、例えば、所謂、裏溝加工を施すことで形成することが可能である。
請求項11の積層材は、前記表面塑性加工材及び前記内層合板における非圧縮の針葉樹単板の含水率を6〜10%の範囲内とし、かつ、前記表面塑性加工材の含水率と前記内層合板における非圧縮の針葉樹単板の含水率の差を0%〜2%の範囲内としてなるものである。
ここで、上記表面塑性加工材及び前記内層合板における非圧縮の針葉樹単板の含水率を6〜10%の範囲内とし、かつ、前記表面塑性加工材の含水率と前記内層合板の含水率の差を0%〜2%の範囲内とするのは、大気中の平均含水率が12%〜15%であることを考慮して製品化後の乾燥量や吸湿量を少なくすると共に、両者の含水率の差を小さくすることで両者の寸法形状変化のバランスをより良くし、製品化後の寸法形状変化を小さくするためである。本発明者らの実験研究により、前記表面塑性加工材及び前記内層合板における非圧縮の針葉樹単板の含水率を6〜10%の範囲内とし、かつ、前記表面塑性加工材の含水率と前記内層合板における非圧縮の針葉樹単板の含水率の差を0%〜2%の範囲内としてなる積層材を製品化することで、製品化後に周囲環境条件の変化を受けた場合でも、寸法形状変化が小さく、安定した品質が得られることが確認されている。
なお、上記数値は厳格であることを要求するものではなく、当然、測定等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
請求項12の積層材の前記表面塑性加工材は、複数に分割された構造体によって内部空間を形成して前記内部空間の容積を変化させることによりプレス圧縮自在なプレス盤を用いて、前記内部空間内に載置される前記表面塑性加工材の原材料である加工前木材を、その木目の長さ方向に対して垂直方向に加熱圧縮し、更に、密閉状態の前記内部空間内に保持し、その後、前記保持された密閉空間内の蒸気圧を制御して固定化することによって、圧密加工したものである。
なお、上記プレス盤は、その内部空間の容積を変化させることによりプレス圧縮自在とするものであり、通常、単純に上下に2分割した上下プレス盤構造体、上下プレス盤と枠体とした構造体等、その他の複数の構成体によって構成される。
請求項13の積層材は、前記表面塑性加工材がスギ材またはヒノキ材からなるもので、入手しやすく加工性に優れた樹種を用いたものである。しかし、本発明を実施する場合には、マツ、イエローポプラ等の樹種を用いることも可能である。
請求項14の積層材における前記表面塑性加工材側の前記接合側針葉樹単板は、切削加工されてその厚みを前記針葉樹単板の厚みの1/4〜3/4の範囲内としたものであり、この切削加工されてその厚みを前記針葉樹単板の厚みの1/4〜3/4の範囲内とする構成をとることで、前記表面塑性加工材とのバランスを確実に良好なものとして周囲環境条件が変化した場合における積層材全体の寸法形状変化が確実に防止されるようにしたものである。因みに、上記1/4〜3/4との値は、測定等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
請求項15の積層材の前記内層合板は、針葉樹単板を互いの木目の長さ方向が直交するように複数枚積層接着したのち、前記表面塑性加工材に接合させる側を切削加工することによって、針葉樹単板が積層接着されたものであり、製造コストの低減化を図ったものである。
請求項1の発明の積層材によれば、表面塑性加工材は、木材の木目の長さ方向に対して垂直方向の加熱圧縮により、厚み全体が圧縮され、塑性加工されてその気乾比重を0.7以上としたものであるから、表面塑性加工材における細胞壁を構成する成分の構造が密となって硬度や耐摩耗性等が著しく向上しており、傷跡や凹みが極めて付き難くなっている。
そして、前記表面塑性加工材に接合される内層合板は、複数枚の非圧縮の針葉樹単板が互いの木目の長さ方向が直交するように接着されて複数枚積層され、かつ、前記表面塑性加工材に接合される接合側針葉樹単板以外の針葉樹単板の厚みが2mm〜4mmの範囲内にあることから、比重が小さくて強度や剛性が小さいという針葉樹単板の欠点が補完されて、荷重等の外力が加えられた場合でもクラックが生じることがなく十分な強度や剛性を有すると共に、周囲環境条件の変化によって各針葉樹単板にそれを変形させようとする力(膨張収縮力)が生じても、各針葉樹単板が相互に作用しあい打ち消し合うことでバランスがとれて、寸法形状変化が防止される。
更に、内層合板の寸法形状変化が防止されることで、内層合板の表面塑性加工材への影響も少なくて表面塑性加工材とのバランスもよく、特に、この内層合板は表面塑性加工材に両者の接合面において互いの木目の長さ方向が直交するように接合されていることから、内層合板と表面塑性加工材とが相互に作用し合って一段と良好なバランスとなり、積層材全体の寸法形状変化が防止される。
加えて、このように表面塑性加工材及び内層合板の2種類の加工木材によって傷跡や凹みの付き難さ、更には、十分な強度及び剛性を確保しているため、低コスト化及び製造の容易化を図ることが可能である。
このようにして、傷跡や凹みが付き難く、十分な強度や剛性を有し、また、製品化後に周囲環境条件が変化した場合における寸法形状変化を防止でき、更に、低コスト化及び製造の容易化が可能であり、スギ材、ヒノキ材等の針葉樹の有効活用を図ることができる積層材となる。
請求項2の発明の積層材によれば、前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹単板は、スギ材及び/またはヒノキ材からなるものであり、スギ材・ヒノキ材が入手しやすく加工を施しやすいものであることから、請求項1に記載の効果に加えて、生産性を向上させることができ、また、より低コスト化を図ることが可能となる。更に、スギ材・ヒノキ材は、我が国において広く分布しており、間伐材等を容易に大量に入手することができるため、環境保全に貢献することができる。殊に、スギ材は、ヒノキ材より安価に入手できることが多く、スギ材を使用した場合には、一段とコストを安く抑えることができる。一方、ヒノキ材はスギ材に比較して比重が高く、それ故に、強度や剛性が高く、また、寸法形状変化が小さいため、ヒノキ材を使用した場合には、強度や剛性が高く、また、寸法形状安定性が高い積層材を得ることができる。
請求項3の発明の積層材によれば、前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹単板のうち、前記表面塑性加工材に接合される接合側針葉樹単板のみがヒノキ材からなり、その他の針葉樹単板はスギ材からなるものであり、荷重等の外力を多大に受ける表層側にスギ材より強度や剛性が高いヒノキ材を用い、その他は安価に入手可能なスギ材を用いたことから、請求項1または請求項2に記載の効果に加えて、コストを安く抑えながら表層側の強度や剛性の強化を図ることができると共に、寸法形状安定性の向上を図ることができる。
請求項4の発明の積層材によれば、前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹単板のうち、木目の長さ方向が前記表面塑性加工材の木目の長さ方向と直交する針葉樹単板はヒノキ材からなり、その他の針葉樹単板はスギ材からなるものであり、スギ材より強度や剛性が高いヒノキ材が荷重等の外力を多大に受ける表層側に用いられつつスギ材と交互に配置されることで、良好なバランスがとられることになる。したがって、請求項1または請求項2に記載の効果に加えて、コストを安く抑えながら強度や剛性の向上を図ることができ、しかも、寸法形状安定性の向上を図ることができる。
請求項5の発明の積層材によれば、前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹単板のうち、前記表面塑性加工材に接合される接合側針葉樹単板と、当該接合側針葉樹単板とは反対側に位置する最外層の針葉樹単板はヒノキ材からなり、その他の針葉樹単板はスギ材からなるものであり、内層合板の両面側にて強度や剛性の高いヒノキ材が並行することになるから、機械的強度が安定し、表裏面のバランスがより良好なものとなる。したがって、請求項1または請求項2に記載の効果に加えて、コストを安く抑えながら強度や剛性の向上を図ることができると共に、寸法形状安定性の向上を図ることができる。
請求項6の発明の積層材によれば、前記内層合板の針葉樹単板同士の接着に使用される接着剤の塗布量を200g/m2以上としたことから、接着剤が浸透し易い、更には、ロータリーレースの切削により裏割れが多いという針葉樹単板の欠点が補完されて、針葉樹単板同士が強固に接着されることになる。したがって、請求項1乃至請求項5に記載の効果に加えて、安定した強度や剛性及び寸法形状安定性を確保できる。
請求項7の発明の積層材によれば、前記表面塑性加工材と前記内層合板との接合に、接着剤を使用し、当該接着剤の塗布量を200g/m2以上としたことから、接着剤が浸透し易いという針葉樹単板の欠点が補完されて、表面塑性加工材と内層合板が接着剤によって強固に接着されることになる。したがって、請求項1乃至請求項6に記載の効果に加えて、接着剤の塗布という簡単な作業で両者を接合でき、また、更に安定した強度や剛性及び寸法形状安定性を確保できる。
請求項8の発明の積層材によれば、前記表面塑性加工材は、その厚みを1mm〜5mmの範囲内とし、かつ、前記内層合板は、針葉樹単板が6枚積層されて全体の厚みを15mm以上としたものであるから、集中荷重や衝撃荷重等を受けるために高い表面硬度及び強度や剛性が要求される床材等として耐用できる程度の十分な硬度及び強度や剛性が確保されることになる。よって、請求項1乃至請求項7に記載の効果に加えて、集中荷重や衝撃荷重等を受けるために高い硬度及び強度や剛性が要求される床材等として確実に耐用できる。
請求項9の発明の積層材によれば、前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹単板が、互いの木表面同士または木裏面同士が対向するように接着されたことから、針葉樹単板の木表面と木裏面とで細胞密度が異なることによる特定方向の反り変形が修正され、内層合板全体としてよりバランスがとれたものとなる。したがって、内層合板の表面塑性加工材の影響もより少なくて表面塑性加工材との接合面に係る負荷もより少ないものとなり、表面塑性加工材とのバランスが一段と良好になる。故に、請求項1乃至請求項8に記載の効果に加えて、寸法形状安定性の更なる向上を図ることができる。
また、針葉樹を回転させながら切削してなる単板がロータリーレースによる丸太の切削により作製された場合、通常、針葉樹単板の木裏面に裏割れが生じることが多いことから、互いの木表面同士または木裏面同士が対向するように接着されることで、ロータリーレースの切削により生じた針葉樹単板の裏割れ面同士が対向することになると共に、裏割れが発生していない面同士が対向することになる。このため、接着面における平面性が良好なものとなり、安定した接合性を確保することが可能となる。
請求項10の発明の積層材によれば、前記内層合板において前記表面塑性加工材への接合面とは反対面側に、所定断面形状の溝条を形成したため、周囲環境条件の変化によって内層合板に変形を生じさせる力(膨張収縮力)が発生しても、溝条によってそれらが遮断されることになり、寸法形状変化が起きにくくなる。したがって、請求項1乃至請求項9に記載の効果に加えて、寸法形状安定性を更に向上させることができる。
請求項11の発明の積層材によれば、前記表面塑性加工材及び前記内層合板における非圧縮の針葉樹単板の含水率を6〜10%の範囲内とし、かつ、前記表面塑性加工材の含水率と前記内層合板における非圧縮の針葉樹単板の含水率の差を0%〜2%の範囲内としてなるものであるから、表面塑性加工材と内層合板における非圧縮の針葉樹単板との寸法形状変化のバランスが一段と良好なものとなり、更に、大気中の平均含水率が12%〜15%であることを考慮すると製品化後における乾燥量や吸湿量を少なくすることができる。したがって、請求項1乃至請求項10に記載の効果に加えて、製品化後の寸法形状変化を小さくすることができ、安定した品質を得ることができる。
請求項12の発明の積層材によれば、複数に分割された構造体によって内部空間を形成し前記内部空間の容積を変化させることによってプレス圧縮ができるプレス盤を用いて、前記内部空間内に載置される前記表面塑性加工材の原材料である加工前木材をその木目の長さ方向に対して垂直方向に加熱圧縮し、更に、密閉状態とした前記内部空間に保持するものである。即ち、前記表面塑性加工材は、その原材料である加工前木材が上記プレス盤の面接触によって加熱圧縮され、しかも、上記内部空間の密閉状態で加熱圧縮処理が一定時間保持されたものであるから、効率的に圧縮変形され、また、圧縮解除後の復元力による戻りが抑制されたものである。更に、前記保持された内部空間内の蒸気圧を制御して固定化したものであるから、圧縮解除後の内圧による膨らみ変形や、パンクと呼ばれる表面割れが抑制されている。故に、請求項1乃至請求項11に記載の効果に加えて、高い品質を確保することができ、生産性が良好なものとなる。
請求項13の発明の積層材によれば、前記表面塑性加工材はスギ材またはヒノキ材からなるものであり、スギ材・ヒノキ材は入手しやすく加工を施しやすいことから、請求項1乃至請求項12に記載の効果に加えて、生産性を向上させることができ、また、低コスト化を図ることができる。さらに、スギ材・ヒノキ材は、我が国において広く分布しており、間伐材等を容易に大量に入手することができるため、環境保全に貢献することができる。
請求項14の発明の積層材によれば、前記表面塑性加工材側の前記接合側針葉樹単板は、切削加工されてその厚みを前記針葉樹単板の厚みの1/4〜3/4の範囲内としたものであるから、請求項1乃至請求項13に記載の効果に加えて、表面塑性加工材とのバランスを確実に良好なものとすることができ、周囲環境条件が変化した場合における積層材全体の寸法形状変化を確実に防止できる。
請求項15の発明の積層材によれば、前記内層合板は、針葉樹単板を互いの木目の長さ方向を直交するように複数枚積層接着したのち、前記表面塑性加工材に接合させる側を切削加工することによって、針葉樹単板が複数枚積層接着されたものである。
ここで、例えば、内層合板が、偶数枚の針葉樹単板の積層構造であるときに偶数枚の針葉樹単板を用意しこれらを積層接着する場合、両面接着塗布設備による単板の両面側への接着塗布工程のみならず、単板の片面側への接着剤の塗布工程も生じることから片面接着塗布設備も必要となり、製造設備が高コストになってしまう。また片面接着塗布設備のみで行うようにする場合であっても、製造に手間がかかることから、やはり、製造コストが高くなってしまう。しかし、奇数枚を積層接着したのち、切削加工によって針葉樹単板の偶数枚積層接着とする場合、偶数枚目に配設される単板の両面側に接着剤を塗布すればよくて両面接着塗布設備があれば足り、低コストで製造可能となる。
したがって、この発明の積層材によれば、請求項1乃至請求項14に記載の効果に加えて、製造コストの低減化を図ることが可能となる。
図1は本発明の実施の形態に係る積層材を構成する表面塑性加工材を製造するための塑性加工材製造装置の概略構成を示す断面図である。 図2は本発明の実施の形態に係る積層材の表面塑性加工材の製造工程を説明するための説明図で、(a)は原材料となる加工前木材の供給の説明図、(b)は加熱圧縮開始状態による説明図、(c)は密閉加熱圧縮開始状態による説明図、(d)は密閉加熱圧縮状態による蒸気圧制御処理の説明図、(e)は密閉冷却状態による説明図、(f)は圧密加工された木材(塑性加工材)の取り出しの説明図である。 図3は本発明の実施の形態に係る積層材の表面塑性加工材を形成するための原材料となる加工前木材の板目面、柾目面、木口面を示す部分斜視図である。 図4は本発明の実施の形態に係る積層材を構成する内層合板の製造手順を説明するための説明図で、(a)は奇数枚の針葉樹単板が積層される状態の説明図、(b)は針葉樹単板が奇数枚積層された切削加工前の状態を示す説明図、(c)は切削加工されて針葉樹単板が偶数枚積層された本実施の形態に係る内層合板を示す説明図である。 図5(a)は本発明の実施の形態に係る積層材の構成を示す部分構成図、図5(b)は本発明の実施の形態に係る積層材の部分斜視図である。 図6は、本実施の形態の実施例1に係る積層材の構成並びに比較例1及び比較例2に係る積層材の構成を説明するための説明図である。 図7(a)は本実施の形態の実施例1に係る積層材の吸湿乾燥による反り変形(カップ量)を示すグラフ、図7(b)は比較例1に係る積層材の吸湿乾燥による反り変形(カップ量)を示すグラフ、図7(c)は比較例2に係る積層材の吸湿乾燥による反り変形(カップ量)を示すグラフである。 図8は、本発明の実施の形態に係る積層材の内層材における針葉樹単板を全てヒノキ材で構成した本実施の形態の変形例1に係る積層材の吸湿乾燥による反り変形(カップ量)を、本発明の実施の形態に係る積層材の内層材における針葉樹単板を全てスギ材で構成した本実施の形態の実施例1に係る積層材の吸湿乾燥による反り変形(カップ量)と共に示すグラフである。 図9は本発明の実施の形態の変形例2に係る積層材を説明するための説明図である 図10は本発明の実施の形態の変形例3に係る積層材を説明するための説明図で、部分斜視図(a)及び部分構成図(b)である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、本実施の形態において、同一の記号及び同一の符号は、同一または相当する部分及び機能を意味するものであるから、ここでは重複する詳細な説明を省略する。
まず、本発明の実施の形態の積層材を構成する表面塑性加工材SPWを製造する手順について、図1乃至図3を参照して説明する。
図1において、本実施の形態の表面塑性加工材SPWを製造する塑性加工材製造装置1は、主として、上プレス盤10Aと下プレス盤10Bとの2分割された構造体によって内部空間ISを形成するプレス盤10と、下プレス盤10Bの周縁部10bに対向する上プレス盤10Aの周縁部10aに配設され、上プレス盤10Aの所定の上下動の範囲で内部空間ISを密閉状態とするシール部材11と、上プレス盤10Aの上面側から内部空間IS内に連通され、内部空間IS内に蒸気を供給するための配管口12aを有する配管12と、その上流側のバルブV4と、下プレス盤10Bの側面側から内部空間IS内に連通され、内部空間IS内から水蒸気を排出するための配管口13aを有する配管13と、配管13内の蒸気圧を検出する圧力計P2と、その下流側のバルブV5と、バルブV5に接続されたドレン配管14等から構成されている。
また、プレス盤10の上プレス盤10A及び下プレス盤10B内には、それらを高温の水蒸気を通すことによって所望の温度に昇温するための配管路15,16が形成されており、これら配管路15,16には蒸気供給側の配管ST1から分岐された配管ST2,ST3、蒸気排出側の配管ET1,ET2がそれぞれ接続されている。そして、蒸気供給側の配管ST1,ST2,ST3の途中にはバルブV1,V2,V3、配管ST1内の蒸気圧を検出する圧力計P1が配設されており、蒸気排出側の配管ET1,ET2は、バルブV6を介してドレン配管14に接続されている。
なお、配管ST1に水蒸気を供給するボイラ装置、また、プレス盤10の固定側の下プレス盤10Bに対して上プレス盤10Aを上昇/下降させ加圧するための油圧機構を含むプレス昇降装置は省略されている。
本実施の形態では、プレス盤10の上プレス盤10A及び下プレス盤10Bで形成される内部空間IS内を加熱するためにバルブV4に接続された配管12を用いて高温の水蒸気を導入しているが、この他、高周波加熱、マイクロ波加熱等を用いることも可能である。特に、木材に対する高周波加熱は、マイクロ波による誘電過熱よりも、マイクロ波よりも若干周波数の低い高周波で、木材の中心から加熱する方法が好適である。
更に、プレス盤10には、上プレス盤10A及び下プレス盤10B内に形成された配管路15,16に水蒸気に換えて低温の冷却水を通すことによって所望の温度に冷却する冷却水供給側の配管ST11から分岐された配管ST12,ST13が、上記配管ST2,ST3にそれぞれ接続されている。また、冷却水供給側の配管ST11,ST12,ST13の途中にはバルブV11,V12,V13が配設されている。なお、配管ST11に冷却水を供給する冷却水供給装置は省略されている。
そして、このように構成される塑性加工材製造装置1によって加工前木材NWから表面塑性加工材SPWを製造するにあたり、まず、図2(a)に示すように、塑性加工材製造装置1におけるプレス盤10の固定側の下プレス盤10Bに対して上プレス盤10Aが上昇され、予め所定の条件に乾燥させた加工前木材NWが、上プレス盤10A及び下プレス盤10Bで形成される内部空間IS内に載置される。
ここで、本実施の形態においては、表面塑性加工材SPWの原材料となる加工前木材NWは、スギ材からなるものであり、前以って所定の寸法(厚み・幅・長さ)に製材されたものである。図3に示すように、この加工前木材NWは、通常、木口面(2面)、板目面(木表及び木裏の2面)、柾目面(2面)を有しており、本実施の形態においては、木目の長さ方向に対して垂直方向で年輪の内側の平面となる板目面の木裏側をプレス盤10の下プレス盤10Bに載置した。
勿論、本発明を実施する場合には、プレス盤10にてプレス圧縮される面は、木目の長さ方向にある木口面以外であれば柾目面でもよく、板目面側をプレス圧縮するかまたは柾目面側をプレス圧縮するかの加熱圧縮の方向性は加工前木材NWの種類等が考慮され、加熱圧縮の際に木目の座屈変形が抑えられて目割れが発生し難い方向に選定される。
なお、木材には一般的にヤ二が存在し、特に針葉樹においてはその量が多いことから、気乾比重が0.7以上となるようにスギ材等を圧縮した場合、ヤ二が多く表出し、商品としての品質が損なわれたり、ヤ二除去に多大な手間がかかったりすることが懸念される。このため、表面塑性加工材SPWを形成するための加工前木材NWには、辺材(白太・白身)を用いるのが好適である。これにより、圧縮によるヤ二の表出量を抑制することができる。また、辺材は心材(赤身)に比べ明るい色彩であることから、辺材を用いることで、圧縮したときの濃色変化が心材を用いた場合よりも抑制され、良好な外観が保持される。しかし、本発明を実施する場合には、表面塑性加工材SPWに心材が存在していても構わない。
続いて、図2(b)に示すように、固定側の下プレス盤10B上に載置された加工前木材NWに対して上プレス盤10Aを所定圧力にて下降させて加工前木材NWの上面、即ち、本実施の形態においては、木目の長さ方向に対して垂直方向で年輪の外側の平面となる板目面の木表側に当接させる。そして、上プレス盤10Aの配管路15及び下プレス盤10Bの配管路16に所定温度(例えば、110〜160〔℃〕)の水蒸気が通され、内部空間IS内が所定温度(例えば、110〜180〔℃〕)に保持される。
次に、固定側の下プレス盤10Bに対して上プレス盤10Aの圧縮圧力が所定圧力(例えば、2〜5〔MPa〕)に設定され、加工前木材NWが上プレス盤10A及び下プレス盤10Bにて所定時間(例えば、5〜40〔min:分〕)加熱圧縮される。なお、このときの圧縮圧力は、割れを防止するために、加工前木材NWの温度上昇、即ち、加工前木材NWの内部の温度の伝達状態に応じて徐々に大きくするのが望ましく、加熱圧縮の時間も伝達時間を考慮して設定するのが好ましい。
さらに、図2(c)に示すように、上プレス盤10Aの周縁部10aが下プレス盤10Bの周縁部10bに当接すると上プレス盤10Aの周縁部10aに配設されたシール部材11によって、上プレス盤10A及び下プレス盤10Bにて形成される内部空間ISが密閉状態となる。そして、内部空間ISの密閉状態で上プレス盤10A及び下プレス盤10Bによる圧縮圧力が保持されたまま、所定温度(例えば、150〜210〔℃〕)まで上昇される。
なお、本実施の形態において、プレス盤10の上プレス盤10A及び下プレス盤10Bによって形成される内部空間ISがシール部材11を介して密閉状態となったときにおける内部空間ISの上下方向の寸法間隔は、プレス盤10によって加工前木材NWが気乾比重0.7以上の表面塑性加工材SPWとなるときの厚み方向の仕上がり寸法に設定されている。このため、加工前木材NWの厚み全体の圧縮率、即ち、加工前木材NWの圧縮による板厚の変化は、上プレス盤10Aの周縁部10aが下プレス盤10Bの周縁部10bに当接することで決まることとなる。
そして、図2(c)に示す内部空間ISの密閉状態で、上プレス盤10A及び下プレス盤10Bの圧縮圧力が維持され、かつ、内部空間ISが所定温度(例えば、150〜210〔℃〕)のまま、所定時間(例えば、30〜120〔min〕)保持され、この後の冷却圧縮を解除したときに、戻りのない表面塑性加工材SPWを形成するための加熱処理が行われる。このとき、上プレス盤10A及び下プレス盤10Bで密閉状態とされている内部空間ISを介して、加工前木材NWの周囲面とその内部とでは高温高圧の蒸気圧が出入り自在となっている。
なお、このように、本実施の形態においては、加工前木材NWの表裏面に上プレス盤10A及び下プレス盤10Bが面接触し、密閉状態の内部空間ISに保持されるため、加工前木材NWは、厚み全体が十分に加熱され、効率よく圧縮変形されることになる。
次に、図2(d)に示すように、内部空間ISの密閉状態で加熱圧縮処理が行われているときに、蒸気圧制御処理として圧力計P2で内部空間ISの蒸気圧が検出され、バルブV5が適宜、開閉される。これにより、配管口13a、配管13を通って内部空間ISからドレン配管14側に高温高圧の水蒸気が排出されることで、特に、加工前木材NWの外層部分の含水率に基づく余分な内部空間IS内の水分が除去され、内部空間IS内が所定の蒸気圧となるように調節される。また、必要に応じて、バルブV4に接続された配管12、配管口12a(図1)を介して内部空間ISに所定の蒸気圧を供給することができる。これらにより、木材の加熱圧縮処理の定着、所謂、木材の固定化がより促進されることとなる。
さらに、上プレス盤10A及び下プレス盤10Bによる加熱圧縮から冷却圧縮へと移行する直前に、蒸気圧制御処理としてバルブV5が開状態とされることで配管口13a、配管13を通って内部空間ISからドレン配管14側に高温高圧の水蒸気が排出される。
続いて、図2(e)に示すように、上プレス盤10Aの配管路15及び下プレス盤10Bの配管路16に常温の冷却水が通されることによって、上プレス盤10A及び下プレス盤10Bが常温前後まで冷却され、材料によって異なる所定時間(例えば、10〜120〔min〕)保持される。なお、このときの固定側の下プレス盤10Bに対する上プレス盤10Aの圧縮圧力は、加熱圧縮の際の圧力と同じ所定圧力(例えば、2〜5〔MPa〕)に保持されたまま、上プレス盤10A及び下プレス盤10Bが冷却される。
そして、最後に、図2(f)に示すように、固定側の下プレス盤10Bに対して上プレス盤10Aを上昇させ、内部空間ISから仕上がり品である表面塑性加工材SPWが取出されることで一連の処理工程が終了する。
このようにして、木材の木目の長さ方向に対して垂直方向に加えた外力によって、木材の厚みが加熱圧縮され、圧密加工されて気乾比重を0.7以上とした表面塑性加工材SPWが製造される。
なお、本実施の形態においては、蒸気圧を制御したのち、徐々に解圧して内部蒸気圧を開放し、また、冷却によって木材内の水蒸気圧を下げて定着させるので、冷却圧縮を解除したときに膨らみ変形やパンクと呼ばれる表面割れのない表面塑性加工材SPWを形成できる。即ち、本実施の形態の表面塑性加工材SPWは、圧縮解除後に膨らみ変形や表面割れを生じることがなくて安定した品質が確保されている。本実施の形態では、上プレス盤10A及び下プレス盤10Bを用いて圧縮し、定着して表面塑性加工材SPWを得ているが、本発明を実施する場合には、通常の電子レンジが使用するマイクロ波の周波数帯域よりも若干周波数の低い高周波で誘電加熱して加工前木材NWを加熱圧縮し、定着しても、表面塑性加工材SPWを得ることができる。
ここで、上述のようにして得られる本実施の形態に係る表面塑性加工材SPWの特性について、硬度、摩耗深さ及び曲げヤング係数の測定結果を参照して説明する。
硬度、摩耗深さ及び曲げヤング係数について測定を行った供試体は、スギ材を上述のよう圧密加工してその気乾比重を0.74(供試体1)、または、0.91(供試体2)としたものである。また、比較のために、圧密加工前の元のスギ材(供試体3)について、更には、圧密加工してもその気乾比重が0.7以下のもの(供試体4、供試体5)についても同様に測定を行った。それらの測定結果を表1の下段にまとめて示す。
Figure 2012111128
表1において、硬度H〔N/mm2〕は、JIS−Z―2101−1994に準じて評価した結果を示したものである。具体的には、木材の表面に直径10〔mm〕の鋼球を平均圧入速度0.5〔mm/min〕で圧入して、圧入深さが0.32〔mm〕になるときの荷重P〔N〕を測定し、下記の式(1)から算出したものである。
硬度H=P/10・・・(1)
また、摩耗深さD〔mm〕は、JIS−Z―2101−1994に準じて評価した結果を示したものである。具体的には、所謂、摩耗試験装置を用い、木材に加える荷重を約5.2〔N〕として回転速度が約60〔rpm〕となるように摩耗輪を500回転させたときの木材の重量m2〔g〕を測定し、試験前の木材の重量m1〔g〕と摩耗輪により摩耗を受ける部分の面積A〔mm2〕と密度ρ〔g/cm3〕とから下記の式(2)によって算出したものである。
摩耗深さD=(m1−m2)/A・ρ・・・(2)
更に、曲げヤング係数Eb〔N/mm2〕は、JIS−Z―2101に準じて評価した結果を示したものである。具体的には、2点荷重方式で、下記の式(3)によって測定計算したものである。
Eb=ΔP・L3/48・I・Δy・・・(3)
ここで、
Eb:曲げヤング係数〔N/mm2〕(kgf/cm2)、
ΔP:比例域における上限荷重と下限荷重との差〔N〕(kgf)、
Δy:ΔPに対応するスパン中央のたわみ(mm)、
I:断面2次モーメントI=bh3/12(mm4)、
L:スパン(mm)、
b:試験体の幅(mm)、
h:試験体の高さ(mm)
である。
表1に示されるように、圧密加工によって気乾比重を0.7以上としたものでは、硬度〔N/mm2〕及び曲げヤング係数〔N/mm2〕の値が極めて顕著に大きくなっており、また、摩耗深さ〔mm〕においても、その値がとても小さくなっている。即ち、圧密加工によって気乾比重を0.7以上にすることで、高い硬度、耐摩耗性及び剛性が得られ、傷跡や凹みが付き難くなることが分かる。そして、通常、床材に利用されている広葉樹(ナラ等)の硬度が約15〔N/mm2〕、摩耗深さが約0.14〔mm〕であることから、気乾比重が0.7以上となるように圧密加工された表面塑性加工材SPWは、集中荷重や衝撃荷重等を受けやすくて高い硬度及び耐摩耗性が要求される床材等の表層部分を構成するのにも十分な硬度及び耐摩耗性を有していることが分かる。
これより、圧密加工によって気乾比重を0.7以上とした本実施の形態に係る表面塑性加工材SPWは、集中荷重や衝撃荷重を受けやすい床材等の表層部分を構成するものとして、傷跡や凹みが付き難いことが確認された。
因みに、本発明者らの実験研究により、木材を高圧縮して気乾比重を0.8以上とすることで、製品化後の周囲環境条件の変化における含水率1%当たりの寸法変化率が増大しなくなり、更に、気乾比重を0.85以上としたものでは、特に硬度〔N/mm2〕が顕著に高くなり、また、硬度〔N/mm2〕及び摩耗深さ〔mm〕の値のばらつきが小さくなって物理的性質が安定し、品質にばらつきが少なくなることが確認されている。これは、気乾比重が0.85以上となるように圧密加工することで、早材部の殆どの細胞が圧縮変形されて細胞壁が重なり合い、早材部の(細胞内腔の)空隙が極めて少なくなって、厚み全体が略均一に圧縮されることになるためと推定される。このため、圧密加工によって気乾比重を0.85以上とすることで、周囲環境条件の変化による寸法変化率のばらつきも少なくなることから、寸法形状安定性を向上させることが可能となる。なお、木材を更に高圧縮して気乾比重を1.05以上にすると、硬度、耐摩耗性、耐衝撃性等が更に顕著に向上して傷跡や凹みが極めて付き難くなり、ハイヒール等の履物による集中衝撃荷重を多く受ける床材等にも十分耐用できるようになることが確認されている。
次に、本実施の形態に係る積層材を構成する内層合板IPWの製造手順について図4を参照して説明する。
まず、針葉樹であるスギ材からなる丸太がロータリーレースで切削されて厚みが平均で約2.57mmとなったスギ材からなる針葉樹単板W(W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7)が、7枚用意され、図4(a)及び図4(b)に示すように、互いの木目の長さ方向が直交するようにして積層接着される。このとき、本実施の形態において、図4(b)に示すように、針葉樹単板W(W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7)が7枚積層されたものの厚みは、全体で約18mmとなっている。
なお、本実施の形態において、針葉樹単板W同士は、接着剤を介在させて図示しないプレス盤による圧締で一体に接合されたものである。具体的には、針葉樹単板W間に接着剤を均一に塗布したものを図示しないプレス盤の圧縮空間内に載置したのち、図示しないプレス盤の圧縮圧力で圧締することによって、針葉樹単板W同士を一体に接合したものである。因みに、このときの所定の条件となる圧締圧力及び圧締時間等については、接着剤の種類や樹種や含水率等をパラメータとして圧力ができる限り均等にかかるように予め実験等によって最適値が設定されている。
ここで、針葉樹単板W同士を一体に接着する接着剤としては、水性ビニールウレタン系接着剤(水性高分子イソシアネート系接着剤)、ウレタン樹脂等を使用することができるが、各針葉樹単板W間においてその塗布量は200g/m2以上とするのが好ましい。これにより、接着剤が浸透し易い、更には、ロータリーレースの切削により裏割れが多いという針葉樹単板Wの欠点が補完されて、針葉樹単板W同士が強固に接着されることになる。即ち、十分な接着強度が得られることになる。このため、得られる内層合板IPWにおいて、安定した強度や剛性及び寸法形状安定性を確保できる。
なお、このとき、これら針葉樹単板Wは、互いの木表面同士または木裏面同士が対向するように接着されるのが好ましい。互いの木表面同士または木裏面同士が対向するように接着されることによって、針葉樹単板Wの木表面と木裏面とで細胞密度が異なることによる特定方向の反り変形が修正され、内層合板IPW全体としてよりバランスがとれたものとなる。このため、内層合板IPWの表面塑性加工材SPWへの影響を少なくして表面塑性加工材SPWとの接合面にかかる負荷を少なくすることができ、表面塑性加工材SPWとのバランスをより良好なものとすることが可能となる。
また、互いの木表面同士または木裏面同士が対向するように接着されることによって、ロータリーレースの切削により発生した単板の裏割れ面同士が対向すると共に、裏割れが発生していない面同士が対向するため、接着面における平面性が良好なものとなり、安定した接合性を確保することが可能となる。
次に、図4(b)に示した針葉樹単板(W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7)が7枚積層されたものにおいて、表面塑性加工材SPWに接合させる側が約3mm切削加工されて、詳しくは、針葉樹単板W7全部及び針葉樹単板W6の一部(約0.53mm)が切削加工されて、図4(c)に示すように、全体の厚みが約15mmで針葉樹単板W(W1,W2,W3,W4,W5,W6)が6枚積層接着された内層合板IPWとなる。このとき、この内層合板IPWにおいて、各針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5の厚みは、ロータリーレースで切削されたときの厚みのままで、平均約2.6mmとなっており、表面塑性加工材SPWに接合させる側の針葉樹単板W6は、切削加工によってその厚みが各針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5の厚みの約3/4である約2mmとなっている。
このようにして、非圧縮の針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5,W6が互いの木目の長さ方向が直交するように偶数枚(本実施の形態では6枚)積層接着され、かつ、表面塑性加工材SPWに接合させる接合側針葉樹単板W6以外の針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5の厚みを2mm〜4mmの範囲内にすると共に、接合側針葉樹単板W6は切削加工されてその厚みを針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5の厚みの1/4〜3/4の範囲内とした内層合板IPWが製造される。
なお、2mm〜4mmとの値は、発明者等の実験研究によってロータリーレースを使用した場合の丸太の切削が可能な針葉樹単板の厚みは、2mm〜4mmの範囲内であることが確認されたことから、これに基づいて設定したものである。
また、1/4〜3/4との値は、本発明者らの実験研究によって、接合側針葉樹単板の厚みが、それ以外の針葉樹単板の厚みの1/4〜3/4の範囲内にあるときに、後述するように寸法形状変化が小さい積層材となることが確認されたことから、これに基づいて設定したものである。即ち、これらの値は、本発明者らの実験研究によって求めた値である。なお、ロータリーレース等による丸太の切削の安定さからすれば、1/2〜3/4の範囲が好ましい。
このようにして得られた本実施の形態に係る内層合板IPWは、上述の如く、全体の厚みが15mm程度であり、比重が小さくて強度や剛性が小さいという針葉樹単板の欠点が補完されて、十分な強度や剛性を有していた。即ち、荷重等を受ける床材等の内層部分を構成するものとしても耐用できる程度に十分な強度や剛性を有していた。
因みに、本実施の形態に係る内層合板IPWの構成とすることで、厚みが通常0.3mm〜2mmであるラワン単板を用いて同じ構成とした場合と強度や剛性が同等以上となることが本発明者らの実験研究によって確認されている。なお、従来、ラワン合板を床材の内層部分に使用する場合、合板全体の厚みは約12mm程度であった。
続いて、上述のようにして製造された表面塑性加工材SPW及び内層合板IPWを用いて構成される本実施の形態に係る積層材LWについて、図5を参照して説明する。
本実施の形態の積層材LWは、図5(a)及び図5(b)に示すように、圧密加工されて気乾比重を0.7以上とした表面塑性加工材SPWの片面側に、接着剤を介して、内層合板IPWを、接合側針葉樹単板W6の切削加工された面側の木目の長さ方向が表面塑性加工材SPWの木目の長さ方向と直交するようにして接合したものである。
ここで、表面塑性加工材SPWと内層合板IPWとの間に介在させて両者を一体に接合する接着剤としては、上記と同様、例えば、水性ビニールウレタン系接着剤(水性高分子イソシアネート系接着剤)、ウレタン樹脂等を使用することができるが、表面塑性加工材SPWと内層合板IPWとの間においてもその塗布量は200g/m2以上とするのが好ましい。これにより、接着剤が浸透し易いという針葉樹単板W6の欠点が補完されて、表面塑性加工材SPWと内層合板IPWが強固に接着されることになる。即ち、十分な接着強度が得られることになる。このため、得られる積層材LWにおいて安定した強度や剛性及び寸法形状安定性を確保できる。
勿論、本発明を実施する場合には、木材相互間を機械的に結合する手段や、接続手段によって表面塑性加工材SPWと内層合板IPWとを接合することも可能であるが、接着剤使用の場合、接着剤の塗布という簡単な作業で両者を接合できるという利点がある。
なお、本実施の形態において、表面塑性加工材SPW及び内層合板IPWも、接着剤を介在させ図示しないプレス盤による圧締で一体に接合されたものである。具体的には、本実施の形態の積層材LWは、表面塑性加工材SPWと内層合板IPWとの間に接着剤を均一に塗布したものを図示しないプレス盤の圧縮空間内に載置したのち、図示しないプレス盤の圧縮圧力で圧締することによって、表面塑性加工材SPWと内層合板IPWとを一体に接合したものである。そして、このときの所定の条件となる圧締圧力及び圧締時間等についても、接着剤の種類や樹種や含水率等をパラメータとして圧力ができる限り均等にかかるように予め実験等によって最適値が設定されている。
このように、本実施の形態の積層材LWは、表層に硬度・耐摩耗性・剛性に優れた表面塑性加工材SPWが形成され、十分な強度や剛性を有する内層合板IPWを下部層としてその間に接着剤を介在させて一体に接合された2層構造にて構成されたものであるから、表面塑性加工材SPW側を製品表面に用いることで、表面となる表面塑性加工材SPWによって傷跡や凹みが付き難くなっている。また、表面塑性加工材SPWのみならず内層合板IPWにおいても十分な強度及び剛性を有している。このため、履物による集中荷重や衝撃荷重を受ける床材、デッキ材、腰板材、屋内家具材、表面塗装して使用する住宅用外装材、学童机、テーブルの天板、扉等の広範な用途に耐用可能であり、傷跡や凹みが付き難いために意匠面も長時間良好に維持される。
特に、本発明者らの実験研究により、床材等のような集中荷重や衝撃荷重等を受けるために高い表面硬度が要求されるものであっても、表面塑性加工材SPWの比重を0.7以上とすることで硬度等が顕著に増加するため、表面塑性加工材SPWの気乾比重が0.7の場合にあっては、約3mm〜約5mm程度の厚みがあれば表面硬度が要求される厚みとして十分対応でき、スギ材等の針葉樹の場合、気乾比重1.2が上限値であるとしても、約1mm程度の厚みで十分であることが確認されている。即ち、気乾比重が0.7以上である本実施の形態に係る表面塑性加工材SPWは、約1mm〜約5mm程度の厚みがあれば、高い表面硬度が要求される床材等に確実に耐用でき、床材等に使用しても傷跡や凹みが付き難いことが確認されている。
更に、本実施の形態のように、針葉樹単板が6枚積層されたものにおいて、内層合板IPWの全体の厚みを15mm以上とすることで、集中荷重や衝撃荷重等を受けるために高い強度や剛性が必要とされる床材等に耐用できる程度の十分な強度や剛性を確保できることが確認されている。
勿論、本発明を実施する場合には、針葉樹単板の枚数は6枚に限定されるものではなく、学童机やダイニングテーブルの天板等に用いる場合のように比較的大きい厚みが必要とされることもあるから、必要とされる強度や剛性、使用に供する用途等を考慮して設定される。
そして、このような表面塑性加工材SPW及び内層合板IPWの2種類の加工木材によって傷跡や凹みの付き難さ、更には、十分な強度及び剛性を確保しているため、本実施の形態の積層材LWによれば低コスト化及び製造の容易化が可能である。
なお、非圧縮の内層合板IPWは表面塑性加工材SPWよりも柔らかく、上述の如く、表面塑性加工材SPWの比重を0.7以上とすることで硬度等が顕著に増加するために表面塑性加工材SPWの厚みを薄くできることから、内層合板IPWによる木材本来の緩衝機能を引き出すことが可能であり、内層合板IPWによる木材本来の防音効果や断熱効果をも期待できる。
ここで、周囲環境条件が変化した場合における本実施の形態に係る積層材LWの寸法形状変化について、図6及び図7を参照し説明する。
本発明者らは、周囲環境条件が変化した場合の積層材LWの寸法形状変化を調べるため以下の試験を行った。
まず、吸湿乾燥による反り変形について試験を行った結果を説明する。吸湿乾燥による反り変形についての試験では、本実施の形態の実施例1に係る積層材LWを用い、更に、比較のために、比較例1及び比較例2に係る積層材を作製して用いた。
具体的には、図6に示すように、本実施の形態の実施例1に係る積層材LWは、圧密加工によりその気乾比重を約0.8とし全体の厚みを約3mmとしたスギ材からなる表面塑性加工材SPWに、6枚のスギ材からなる針葉樹単板が積層接着され全体の厚みを約15mmとした内層合板IPWを、表面塑性加工材SPWとの接合面で互いの木目の長さ方向が直交するように接合したものである。念のために記載すると、この本実施例1に係る内層合板IPWは、上述の如く、厚さ平均約2.6mm程度の針葉樹単板が7枚積層されたもの(A)において、表面塑性加工材SPWに接合させる側が約3mm切削加工されて、6枚の針葉樹単板が積層されたものであり、切削加工された面側の木目の長さ方向を表面塑性加工材SPWの木目の長さ方向と直交するように対応させて接合したものである。なお、ここでは、全体のサイズが、厚み(T)18m×幅(W)105mm×長さ(L)600mmの積層材LWを用いた。
また、比較例1に係る積層材は、圧密加工によりその気乾比重を約0.8とし全体の厚みを約3mmとした表面塑性加工材SPW(実施例1と同じもの)に、厚さ平均約2.6mm程度のスギ材からなる針葉樹単板(実施例1と同様に、丸太をロータリーレースで切削してなるもの)7枚が積層接着されて全体の厚みを約18mmとした内層合板Aを、表面塑性加工材SPWとの接合面で互いの木目の長さ方向が一致するように接合したものである。即ち、実施例1に係る積層材LWとの違いは、実施例1に係る内層合板IPWの前駆である切削加工前の7枚の積層状態にある全体の厚みが約18mmの内層合板Aを用いて、表面塑性加工材SPWに接合、しかも、接合面で互いの木目の長さ方向が一致するように接合した点にある。なお、ここでは、全体のサイズが、厚み(T)21m×幅(W)105mm×長さ(L)長さ600mmの積層材を用いた(接着量等その他の条件は実施例1と同じ)。
更に、比較例2に係る積層材は、圧密加工によりその気乾比重を約0.8とし全体の厚みを約3mmとしたスギ材からなる表面塑性加工材SPW(実施例1と同じもの)に、厚さ平均約2.6mm程度のスギ材からなる針葉樹単板(実施例1と同様に、丸太をロータリーレースで切削してなるもの)7枚を積層接着して全体の厚みを約18mmとし、更にその両面を約1.5mmずつ切削加工することによって、針葉樹単板が7枚積層接着されて全体の厚さを約15mmとした内層合板Bを、表面塑性加工材SPWとの接合面で互いの木目の長さ方向を一致させて接合したものである。即ち、実施例1に係る積層材LWとの違いは、実施例1に係る内層合板IPWが、7枚の針葉樹単板の積層状態(A)において、表面塑性加工材SPWに接合させる片面側を約3mm切削加工して、6枚の針葉樹単板が積層されたものとしているのに対し、比較例2に係る内層合板Bにおいては、7枚の針葉樹単板の積層状態において、両面側を約1.5mmずつ切削加工することによって、7枚の針葉樹単板が積層された状態としている点にあり、更に、この内層合板Bを表面塑性加工材SPWとの接合面で互いの木目の長さ方向が一致するように表面塑性加工材SPWに接合した点にある。なお、ここでは、全体のサイズが、厚み(T)18m×幅(W)105mm×長さ(L)600mmのものを用いた(接着量等その他の条件は実施例1と同じ)。
試験条件としては、本実施例1に係る積層材LW並びに比較例1及び比較例2に係る積層材を60℃の乾燥機中で24時間乾燥させ、その後、20℃、湿度80%の環境下で24時間吸湿させ、更に再び、60℃の乾燥機中で24時間乾燥させた後、20℃、湿度80%の環境下で72時間吸湿させた。試験前、乾燥後、吸湿後の本実施例1に係る積層材LW並びに比較例1及び比較例2に係る積層材のカップ量〔mm〕ついて測定した結果をグラフにしたものが図7である。
なお、図7においては、所定寸法の3種類(A,B,C)の異なるスギ材からなる製材をそれぞれ圧密加工して気乾比重を約0.8としたものを等分割して実施例1並びに比較例1及び比較例2に係る表面塑性加工材SPWとして用いて上記試験を行った結果が示してある。即ち、図7には、3種類(A,B,C)の表面塑性加工材SPWを用いてそれぞれ実施例1並びに比較例1及び比較例2に係る積層材を作製して上記試験を行った結果が示してあり、図7における同一の記号(A,B,C)は、同一の製材から圧密加工されている表面塑性加工材SPWを用いたことを意味する。また、図7のカップ量〔mm〕の測定結果は、それぞれ、各積層材の幅方向両端部とその中央部の計3箇所を測定した結果の平均となっている。
図7に示されるように、比較例1及び比較例2に係る積層材では、乾燥後(24h、72h)のカップ量〔mm〕が大きくなっており、乾燥・吸湿によって大きなカップ反りが発生してしまうことが確認された。そして、2サイクル目の乾燥後(72h)には製品としての実用可能なカップ量の合格値である0.3〔mm〕以下を上回ってしまう傾向があった。これに対し、実施例1に係る積層材LWでは、2サイクル乾燥・吸湿を行ってもカップ量〔mm〕の変化が小さくて大きなカップ反りが発生することはなく、製品としての実用可能なカップ量の合格値である0.3〔mm〕以下という条件を十分に満たしていた。
次に、吸水による膨張変化について試験を行った結果を説明する。
吸水による膨張変化についての試験でも、上記と同様、本実施の形態の実施例1に係る積層材LWを用いた。
試験条件としては、吸水前の状態で厚み(T)18m×幅(W)50mm×長さ(L)50mmとした実施例1に係る積層材LWの中央部の厚さt1〔mm〕をダイアルゲージ等より測定した後、これを25±1℃の水中に水面下約3cmに水平に位置するようにして24時間浸漬させた。そして、厚さt1〔mm〕の測定箇所と同一箇所の厚さt2〔mm〕を測定し、下記の式(4)によって吸水による厚さ膨張率α[%]を算出した。
吸水による厚さ膨張率α[%]=[(t2−t1)/t1}×100・・・(4)
その結果を表2に示す。なお、表2におけるA,B,Cは、上記A,B,Cに対応し、表2においては、3種類(A,B,C)の表面塑性加工材SPWを用いて測定を行った結果が示してある。また、表2においては、各積層材の長さ方向両端部とその中央部の計3箇所の測定結果がそれぞれ示されている。
Figure 2012111128
表2に示されるように、本実施の形態の実施例1に係る積層材LWにおいて、吸水による厚さ膨張率は、約5%前後であり、製品として実用可能な合格値である20%以下を十分に満たしていた。
これらのことから、本実施の形態に係る積層材LWは、製品化後に周囲環境条件が変化した場合でも、寸法形状変化が小さくて安定していることが判明した。
これは、本実施の形態に係る内層合板IPWが、非圧縮の針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5,W6が互いの木目の長さ方向が直交するように偶数枚(本実施の形態では6枚)積層接着され、かつ、表面塑性加工材SPWに接合させる接合側針葉樹単板W6以外の針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5の厚みを2mm〜4mmの範囲内にすると共に、接合側針葉樹単板W6は切削加工されてその厚みを針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5の厚みの1/4〜3/4の範囲内とする構成であるため、周囲環境条件の変化で各針葉樹単板W(W1,W2,W3,W4,W5,W6)を変形させようとする力(膨張収縮力)が生じても、各針葉樹単板W(W1,W2,W3,W4,W5,W6)が相互に作用し合って打ち消し合うことでバランスがとれて、内層合板IPWの寸法形状変化が防止されると共に、そのことによって、内層合板IPWの表面塑性加工材SPWへの影響も少なくて表面塑性加工材SPWとのバランスも良好であり、特に、この内層合板IPWは表面塑性加工材SPWに両者の接合面において互いの木目の長さ方向が直交するように接合されていることから、内層合板IPWと表面塑性加工材SPWとが相互に作用し合って一段と良好なバランスとなり、積層材LW全体の寸法形状変化が防止されるためである。
なお、このことは、上記吸湿乾燥による反り変形の試験において、比較例1及び比較例2に係る積層材の寸法形状変化が大きくなっていたことから確認できる。即ち、比較例1及び比較例2において寸法形状変化が大きくなったのは、比較例1及び比較例2に係る積層材の構成では、内層合板(A,B)全体のバランスが悪くて寸法形状変化が大きく、そのことによって、表面塑性加工材SPWとのバランスも悪く、更に、内層合板IPWは表面塑性加工材SPWとの接合面において互いの木目の長さ方向が一致するように接合されていることから、内層合板(A,B)が表面塑性加工材SPWの動きに引っ張られ、特定方向に大きく反り変形したためだと推定される。
因みに、本発明者らは、吸水乾燥による剥離についての試験を行っており、本実施の形態に係る積層材LWにおいては、各接着面の剥離が3分の1以下という良好な結果を得ている。
具体的には、表面塑性加工材SPW及び内層合板IPW間並びに各単板間の接着剤の塗布量を200g/m2とした上記実施例1に係る積層材LWを70±3℃の温水中に2時間浸漬させた後、60℃±3℃の恒温乾燥機中に入れ、乾燥機中に湿気がこもらないように留意しながら3時間乾燥させた。その結果、上述の如く、本実施例1に係る積層材LWは、製品として実用可能とされる各接着面における剥離が3分の1以下であった。
この剥離試験による良好な結果は、上述したように、各針葉樹単板W同士のバランスや、内層合板IPW及び表面塑性加工材SPWのバランスがとれていることによって、接着面における各木材の寸法形状変化が小さくなっていることにその一因があると思われる。
なお、本実施の形態に係る積層材LWによれば、このように吸水乾燥による剥離が小さいため、製品化後に周囲環境条件が変化した場合であっても、強度や剛性は殆ど低下しない。更に、上述の如く、内層合板IPW全体の寸法形状変化が小さいため、表面塑性加工材SPWの強度や剛性を左右するだけの影響力も殆どない。したがって、製品化後に周囲環境条件が変化した場合であっても、十分な強度や剛性が維持される。
ところで、本発明を実施する場合には、内層合板IPWにおいて表面塑性加工材SPWへの接合面とは反対面側に、所定断面形状、例えば、断面略コ字状の溝条を表面塑性加工材SPWの木目の長さ方向に対応させて形成するのが好ましい。これによって、周囲環境条件の変化によって内層合板IPWに変形を生じさせる力(膨張収縮力)が発生しても、溝条によってそれが遮断されることになり、内層合板IPWの寸法変化がより起きにくくなる。したがって、内層合板IPWの表面塑性加工材SPWへの影響もより少ないものとなって表面塑性加工材SPWとのバランスが一段と良好なものとなり、積層材LWの寸法形状安定性が更に向上する。
なお、本発明者らの実験研究によれば、溝条の深さを内層合板IPWの厚みに対して20%以上乃至60%以下とし、溝条の幅を1mm乃至6mm程度の範囲内とすることで、強度や剛性を損ねることなく寸法形状安定性できることが確認されている。
また、本発明を実施する場合には、積層材LWは、表面塑性加工材SPW及び内層合板IPWにおける非圧縮の針葉樹単板Wの含水率を6〜10%の範囲内とし、かつ、表面塑性加工材SPWの含水率と内層合板IPWにおける非圧縮の針葉樹単板Wの含水率の差を0%〜2%の範囲内としてなるものとすることが望ましい。本発明者らの実験によって、表面塑性加工材SPW及び内層合板IPWにおける非圧縮の針葉樹単板Wの含水率を6〜10%の範囲内とし、かつ、表面塑性加工材SPWの含水率と内層合板IPWにおける非圧縮の針葉樹単板Wの含水率の差を0%〜2%の範囲内としてなる積層材LWを製品化した場合、製品化後の寸法形状変化が小さく、安定した品質が得られることが確認されている。これは、表面塑性加工材SPWの含水率と内層合板IPWにおける非圧縮の針葉樹単板Wの含水率の差を0%〜2%の範囲内とすることで、表面塑性加工材SPWと内層合板IPWにおける非圧縮の針葉樹単板Wとの寸法形状変化のバランスがより良好なものとなり、更に、大気中の平均含水率が、通常、12%〜15%であることから、製品化後の乾燥量や吸湿量が少なくなるためである。
このように、本実施の形態に係る積層材LWは、木材の木目の長さ方向に対して垂直方向に加えた外力によって、木材の厚みが加熱圧縮され、圧密加工されて気乾比重を0.7以上とした表面塑性加工材SPWと、非圧縮の針葉樹単板W(W1,W2,W3,W4,W5,W6)が互いの木目の長さ方向が直交するように複数枚(本実施の形態では6枚)積層接着され、かつ、表面塑性加工材SPWに接合される接合側針葉樹単板W6以外の針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5の厚みを2mm〜4mmの範囲内にすると共に、接合側針葉樹単板W6は切削加工されてその厚みを針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5の厚みの1/4〜3/4の範囲内とし、その切削加工された面の木目の長さ方向が表面塑性加工材SPWの木目の長さ方向と直交するように表面塑性加工材SPWの片面側に接合された内層合板IPWとを具備するものである。
したがって、本実施の形態に係る積層材LWによれば、表面塑性加工材SPWは、細胞壁を構成する成分の構造が密となって硬度や耐摩耗性等が著しく向上しており、傷跡や凹みが付き難くなっている。
また、内層合板IPWは、比重が小さくて強度や剛性が小さいという針葉樹単板の欠点が補完されて、荷重等の外力が加えられた場合でもクラックが生じることがなく、十分な強度や剛性を有すると共に、周囲環境条件の変化によって各針葉樹単板W(W1,W2,W3,W4,W5,W6)にそれを変形させようとする力(膨張収縮力)が生じた場合でも、各針葉樹単板W(W1,W2,W3,W4,W5,W6)が相互に作用し合って打ち消し合うことでバランスがとれて、寸法形状変化が防止される。
そして、内層合板IPWの寸法形状変化が防止されることで、内層合板IPWの表面塑性加工材SPWへの影響も少なくて表面塑性加工材SPWとのバランスもよく、特に、この内層合板IPWは表面塑性加工材SPWに両者の接合面において互いの木目の長さ方向が直交するように接合されていることから、内層合板IPWと表面塑性加工材SPWとが相互に作用し合って一段と良好なバランスとなり、積層材LW全体の寸法形状変化が防止される。
加えて、このように表面塑性加工材SPW及び内層合板IPWの2種類の加工木材によって傷跡や凹みの付き難さ、更には、十分な強度及び剛性を確保し、また、寸法形状変化を防止しているため、低コスト化及び製造の容易化を図ることが可能である。
このようにして、傷跡や凹みが付き難く、十分な強度や剛性を有し、また、製品化後に周囲環境条件が変化した場合における寸法形状変化を防止でき、更に、低コスト化及び製造の容易化が可能であり、スギ材等の針葉樹の有効活用を図ることができる積層材となる。
特に、本実施の形態1の実施例1に係る積層材LWによれば、内層合板IPWは針葉樹単板W(W1,W2,W3,W4,W5,W6)が6枚積層されて全体の厚みを15mm以上とし、かつ、気乾比重が0.8である表面塑性加工材SPWの厚みを3mmとしたものであるから、集中荷重や衝撃荷重等を受けるために高い表面硬度及び強度が要求されるが床材等にも確実に耐用できる。
更に、本実施の形態に係る積層材LWによれば、内層合板IPWは、針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7を互いの木目の長さ方向が直交するように複数枚(本実施の形態では7枚)積層接着されたのち、表面塑性加工材SPWに接合させる側が切削加工されることによって、針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5,W6が複数枚(本実施の形態では6枚)積層接着されたものである。
ここで、初めから、上述した厚さの針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5,W6を用意しこれらを積層接着する場合、針葉樹単板W2,W4の両面への接着剤の塗布工程のみならず、針葉樹単板W5或いは針葉樹単板W6の片面側への接着剤の塗布工程も生じることから、両面接着塗布設備に加えて片面接着塗布設備も必要となり、製造設備が高コストになってしまう。また、針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5,W6の各片面側へ塗布工程として片面接着塗布設備のみで行うようにする場合であっても、製造に手間がかかることから、やはり、製造コストが高くなってしまう。
これに対し、上記実施の形態のように、針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7の奇数枚を用意して積層接着したのち、切削加工によって針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5,W6の偶数枚積層接着とする場合、偶数枚目に配設される単板の両面側、即ち、針葉樹単板W2,W4,W6の両面側に接着剤を塗布する両面接着塗布設備があれば足り、低コストで製造可能となる。
したがって、製造コストの低減化を図ることができる。
また、上記内層合板IPWの製造途中で、表面の平面性が損なわれたり、表面に傷付きや汚れが発生したりした際でも、上記実施の形態では、切削加工によって表面塑性加工材SPWに接合させる面側が切削されるため、内層合板IPWは必要な平面性が確実に得られ表面塑性加工材SPWとの安定した接合が確保される。
なお、表面塑性加工材SPWと内層合板IPWとの接合行程を含む積層材LWの製造途中で、特に、製品表面となる表面塑性加工材SPWの平面性が損なわれたり、傷付きや汚れが発生したりした際には、表面に切削加工を施したり、樹脂等による表面コーティングを行うことが好ましい。これにより、必要な平面性を得られる共に、その見栄えをよくすることができる。
加えて、本実施の形態に係る積層材LWによれば、表面塑性加工材SPWは、複数に分割された構造体としての上プレス盤10A、下プレス盤10Bによって形成される内部空間ISの容積を変化させることによりプレス圧縮自在なプレス盤10を用いて、内部空間IS内に載置される表面塑性加工材SPWの原材料である加工前木材NWを、その木目の長さ方向に対して垂直方向に加熱圧縮し、更に、密閉状態とした内部空間内ISに保持し、保持された内部空間IS内の蒸気圧を制御して固定したのち冷却してなるものである。
即ち、本実施の形態に係る表面塑性加工材SPWは、効率的に圧縮変形されてなるものである。したがって、本実施の形態に係る積層材LWによれば、生産性が良好なもとなる。
また、本実施の形態に係る表面塑性加工材SPWは、内部空間IS内の蒸気圧を制御して固定したのち冷却してなることから、圧縮解除後の戻り、膨らみ変形、パンクと呼ばれる表面割れが防止されている。よって、本実施の形態に係る積層材LWによれば、高い品質の表面塑性加工材SPWを確保することができる。
また、本実施の形態に係る積層材LWによれば、表面塑性加工材SPWはスギ材からなるものであり、スギ材は一般的に入手しやすく加工を施しやすいものであるから、生産性を向上させることができ、低コスト化を図ることが可能である。更に、スギ材は、我が国において広く分布しており、間伐材等を容易に大量に入手することができるため、環境保全に貢献することができる。また、表面塑性加工材SPWは圧密加工されてなるものであるから、スギ材の欠点を補完することにもなる。
勿論、本発明を実施する場合には、スギに限定されるものではなく、例えば、ヒノキ、マツ、イエローポプラ等を用いることも可能である。ヒノキやマツは、我が国において広く分布しており、間伐材等を容易に大量に入手することができ、加工も施しやすいため、スギを用いた場合と同様の効果が得られる。また、イエローポプラ(学名:Liriodendron tulipifera、別名:ハンテンボク、チューリップポプラ、キャナリーホワイトウッド、ユリノキ)もスギと同様に入手しやすく加工を施しやすいものであることから、生産性を向上させることができ、低コスト化を図ることができる。特に、イエローポプラは元来の色調が明るいため、材料によっては変色するものもあるが、一般に、高圧縮による濃色化、黒色化を抑制することができ、良好な外観を保持することが可能である。
加えて、本実施の形態の積層塑性加工木材LPWによれば、内層合板IPWを構成する複数枚の針葉樹単板W(W1,W2,W3,W4,W5,W6)も、すべてスギ材からなるものであることから、更なる生産性の向上や低コスト化が可能になる。
しかし、本発明を実施する場合には、本実施の形態に係る変形例1として、内層合板IPWを構成する針葉樹単板Wを全てヒノキ材で構成することも可能である。ヒノキ材はスギ材より比重が高いため、ヒノキ材用いた積層材LWはスギ材を用いた場合より、強度や剛性が一層高いものとなる。そして、本発明者らの実験によれば、針葉樹単板Wを全てヒノキ材で構成した変形例1に係る積層材LWについて、上述と同様にして、吸湿乾燥による反り変形の試験を行った結果、図8に示すように、内層合板IPWを構成する針葉樹単板Wが全てスギ材で構成された上記の実施例1に係る積層材LWよりも、吸湿乾燥によるカップ量の変化が少ないことが確認されている。即ち、内層合板IPWを構成する針葉樹単板W1を全てヒノキ材で構成することによって、スギ材で構成する場合よりも、寸法形状安定性が一段と向上することになる。さらに、ヒノキ材は抗菌性・防虫性を有する成分を含有するため、抗菌・防虫効果も期待できる。
また、本実施の形態に係る変形例2として、例えば、図9に示すように、内層合板IPWを構成する複数枚(本実施の形態では6枚)の針葉樹単板W(W1,W2,W3,W4,W5,W6)のうち、表面塑性加工材SPWに接合される接合側針葉樹単板W6のみをヒノキ材で構成し、その他の全ての針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5はスギ材で構成してもよい。
このように、スギ材より比重が高いために強度や剛性が高いものとなるヒノキ材を荷重等の外力を多大に受ける表層側に用い、その他は安価に入手可能なスギ材を用いることで、コストを安く抑えながら表層側の強度や剛性の強化を図ることができると共に、寸法形状安定性の向上を図ることができる。
更に、本実施の形態に係る変形例3として、図10に示すように、内層合板IPWを構成する複数枚(本実施の形態では6枚)の針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5,W6のうち、木目の長さ方向が表面塑性加工材SPWの木目の長さ方向と直交する針葉樹単板W2,W4,W6をヒノキ材で構成し、その他の針葉樹単板W1,W3,W5はスギ材で構成することも可能である。
このように、スギ材より強度や剛性が高いヒノキ材を荷重等の外力を多大に受ける表層側に用いつつ、スギ材と交互に配置することで、より良好なバランスとなり、コストを安く抑えながら強度や剛性の向上を図ることができると共に、寸法形状安定性の更なる向上を図ることができる。
加えて、本実施の形態に係る変形例4として、内層合板IPWを構成する複数枚(本実施の形態では6枚)の針葉樹単板W(W1,W2,W3,W4,W5,W6)のうち、表面塑性加工材SPWに接合される接合側針葉樹単板W6と、接合側針葉樹単板W6とは反対側に位置する最外層の針葉樹単板W1をヒノキ材で構成し、その他の針葉樹単板W2,W3,W4,W5はスギ材で構成することも可能である。
このように、内層合板IPWの両面側にて強度や剛性の高いヒノキ材を並行させることで、機械的強度が安定し、表裏面のバランスがより良好なものとなるから、コストを安く抑えながら強度や剛性の向上を図ることができると共に、寸法形状安定性の向上を図ることができる。
ところで、上記実施の形態の積層材LWは、接合側針葉樹単板W6は切削加工されてその厚みを針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5の厚みの1/4〜3/4の範囲内とし、その切削加工された面の木目の長さ方向が表面塑性加工材SPWの木目の長さ方向と直交するように表面塑性加工材SPWの片面側に接合された内層合板IPWとしたものである。
しかし、本発明を実施する場合には、接合側針葉樹単板W6は切削加工することなく、その厚みを針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5の厚みまたはその1/4〜3/4の範囲内とし、接着剤を緩衝材として一体化することもできる。
即ち、本発明を実施する場合、本実施の形態に係る積層材LWは、木材の木目の長さ方向に対して垂直方向に加えた外力によって、木材の厚みが加熱圧縮され、圧密加工されて気乾比重を0.7以上とした表面塑性加工材SPWと、非圧縮の針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5,W6が互いの木目の長さ方向が直交するように複数枚積層接着され、かつ、表面塑性加工材SPWに接合される接合側針葉樹単板W6以外の針葉樹単板W1,W2,W3,W4,W5の厚みを2mm〜4mmの範囲内とし、接合側針葉樹単板W6の長さ方向が表面塑性加工材SPWの木目の長さ方向と直交するように表面塑性加工材SPWの片面側に接合された内層合板IPWとを具備する構成とすることもできる。
なお、本発明の積層する枚数を奇数枚としている実施の形態においても、偶数枚とすることができ、偶数枚としている実施の形態においても、奇数枚とすることができ、そのためにも、積層する厚みを変化させることもできる。
また、本発明の実施の形態で挙げている数値は、臨界値を示すものではなく、実施に好適な好適値を示すものであるから、上記数値を若干変更してもその実施を否定するものではない。
10 プレス盤
10A 上プレス盤
10B 下プレス盤
11 シール部材
SPW 表面塑性加工材
IS 内部空間
NW 加工前木材
W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7 針葉樹単板
IPW 内層合板
LW 積層材

Claims (15)

  1. 木材の木目の長さ方向に対して垂直方向に加えた外力によって、前記木材の厚みが加熱圧縮され、圧密加工されて気乾比重を0.7以上とした表面塑性加工材と、
    非圧縮の針葉樹単板が互いの木目の長さ方向が直交するように複数枚積層接着され、かつ、前記表面塑性加工材に接合される接合側針葉樹単板以外の針葉樹単板の厚みを2mm〜4mmの範囲内とし、前記接合側針葉樹単板の木目の長さ方向が前記表面塑性加工材の木目の長さ方向と直交するようにして前記表面塑性加工材の片面側に接合された内層合板と
    を具備することを特徴とする積層材。
  2. 前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹単板は、スギ材及び/またはヒノキ材からなることを特徴とする請求項1に記載の積層材。
  3. 前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹単板のうち、前記表面塑性加工材に接合される接合側針葉樹単板のみがヒノキ材からなり、その他の針葉樹単板はスギ材からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の積層材。
  4. 前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹単板のうち、木目の長さ方向が前記表面塑性加工材の木目の長さ方向と直交する針葉樹単板はヒノキ材からなり、その他の針葉樹単板はスギ材からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の積層材。
  5. 前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹単板のうち、前記表面塑性加工材に接合される接合側針葉樹単板と、当該接合側針葉樹単板とは反対側に位置する最外層の針葉樹単板はヒノキ材からなり、その他の針葉樹単板はスギ材からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の積層材。
  6. 前記内層合板の針葉樹単板同士の接着に使用される接着剤の塗布量を200g/m2以上としたことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1つに記載の積層材。
  7. 前記表面塑性加工材と前記内層合板との接合には、接着剤を使用し、当該接着剤の塗布量を200g/m2以上としたことを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1つに記載の積層材。
  8. 前記表面塑性加工材は、その厚みを1mm〜5mmの範囲内とし、かつ、前記内層合板は、当該内層合板を構成する針葉樹単板が6枚積層されて全体の厚みを15mm以上としたことを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1つに記載の積層材。
  9. 前記内層合板を構成する複数枚の針葉樹単板は、互いの木表面同士または木裏面同士が対向するように接着されたことを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか1つに記載の積層材。
  10. 前記内層合板において前記表面塑性加工材への接合面とは反対面側に、所定断面形状の溝条を形成したことを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか1つに記載の積層材。
  11. 前記積層材は、前記表面塑性加工材及び前記内層合板における非圧縮の針葉樹単板の含水率を6〜10%の範囲内とし、かつ、前記表面塑性加工材の含水率と前記内層合板における非圧縮の針葉樹単板の含水率の差を0%〜2%の範囲内としてなることを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れか1つに記載の積層材。
  12. 前記表面塑性加工材は、複数に分割された構造体によって内部空間を形成して前記内部空間の体積を変化させることによりプレス圧縮自在なプレス盤で、前記内部空間内に載置される前記表面塑性加工材の原材料である加工前木材を、その木目の長さ方向に対して垂直方向に加熱圧縮し、更に、密閉状態とした前記内部空間内に保持し、前記保持された内部空間内の蒸気圧を制御して固定化することによって圧密加工されたことを特徴とする請求項1乃至請求項11の何れか1つに記載の積層材。
  13. 前記表面塑性加工材は、スギ材またはヒノキ材からなることを特徴とする請求項1乃至請求項12の何れか1つに記載の積層材。
  14. 前記表面塑性加工材側の前記接合側針葉樹単板は、切削加工されてその厚みを前記針葉樹単板の厚みの1/4〜3/4の範囲内としたことを特徴とする請求項1乃至請求項13の何れか1つに記載の積層材。
  15. 前記内層合板は、針葉樹単板を互いの木目の長さ方向が直交するように複数枚積層接着したのち、前記表面塑性加工材に接合させる側を切削加工することによって、針葉樹単板が積層接着されたことを特徴とする請求項1乃至請求項14に記載の積層材。
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