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【発明の名称】 高強度集成材及びその製造方法
【発明者】 【氏名】福田 展淳

【氏名】白石 龍生

【氏名】池 智大

【氏名】依田 浩敏

【要約】 【課題】強度にばらつきの少ない高強度集成材及びその製造方法を提供する。

【構成】ひき板及び小角材のいずれか一方又は双方を含む木質材料11を密閉容器21内に入れて密閉する第1工程と、密閉した密閉容器21内に100〜230℃かつ1〜30kg/cm2の高温高圧の水蒸気を供給して木質材料11を軟化させる第2工程と、第2工程で軟化した木質材料11を、その繊維方向に垂直に圧縮して圧縮木材12を形成する第3工程と、複数の圧縮木材12を繊維方向を平行にして接着する第4工程とを有して高強度集成材10を製造する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ひき板及び小角材のいずれか一方又は双方を含む木質材料を密閉容器内に入れて密閉する第1工程と、
前記密閉した密閉容器内に100〜230℃かつ1〜30kg/cm2の高温高圧の水蒸気を供給して前記木質材料を軟化させる第2工程と、
前記第2工程で軟化した木質材料を、その繊維方向に垂直に圧縮して圧縮木材を形成する第3工程と、
複数の前記圧縮木材及び前記圧縮木材を縦継ぎした縦継ぎ圧縮材のいずれか一方又は双方を繊維方向を平行にして接着する第4工程とを有することを特徴とする高強度集成材の製造方法。
【請求項2】
ひき板及び小角材のいずれか一方又は双方を含む木質材料を縦継ぎした縦継ぎ材を密閉容器内に入れて密閉する第1工程と、
前記密閉した密閉容器内に100〜230℃かつ1〜30kg/cm2の高温高圧の水蒸気を供給して前記縦継ぎ材を軟化させる第2工程と、
前記第2工程で軟化した縦継ぎ材を、その繊維方向に垂直に圧縮して圧縮縦継ぎ材を形成する第3工程と、
複数の前記圧縮縦継ぎ材を繊維方向を平行にして接着する第4工程とを有することを特徴とする高強度集成材の製造方法。
【請求項3】
ひき板、小角材、及び縦継ぎ材のいずれか1又は2以上を含む複数の木質材料を、隣り合う該木質材料の繊維方向が実質的に直交するように密閉容器内に配置して密閉する第1工程と、
前記密閉した密閉容器内に100〜230℃かつ1〜30kg/cm2の高温高圧の水蒸気を供給して前記複数の木質材料を軟化させる第2工程と、
前記第2工程で軟化した複数の木質材料を、その繊維方向に垂直に圧縮する第3工程とを有することを特徴とする高強度集成材の製造方法。
【請求項4】
請求項3記載の高強度集成材の製造方法において、前記密閉容器内に配置される複数の木質材料の隣り合う面には、接着剤が予め塗布されていることを特徴とする高強度集成材の製造方法。
【請求項5】
請求項4記載の高強度集成材の製造方法において、前記接着剤はタンニン系接着剤であることを特徴とする高強度集成材の製造方法。
【請求項6】
ひき板、小角材、及び縦継ぎ材のいずれか1又は2以上を含む複数の木質材料を、隣り合う該木質材料の繊維方向が実質的に直交するように接着した集成材を密閉容器内に入れて密閉する第1工程と、
前記密閉した密閉容器内に100〜230℃かつ1〜30kg/cm2の高温高圧の水蒸気を供給して前記集成材を軟化させる第2工程と、
前記第2工程で軟化した集成材を、その繊維方向に垂直に圧縮する第3工程とを有することを特徴とする高強度集成材の製造方法。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれか1項に記載の高強度集成材の製造方法において、前記製造した高強度集成材を、更に軟化して、その繊維方向に垂直に圧縮することを特徴とする高強度集成材の製造方法。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれか1項に記載の高強度集成材の製造方法によって製造されたことを特徴とする高強度集成材。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、高強度な集成材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、杉等の軟質材は、建築材料として多用されているが、強度が低いために使用される場合が限定されていた。また、杉等の育成過程において除去される間伐材は、小径木であり、極めて柔らかく、更には湾曲しているため構造材(例えば、柱材)としてほとんど使用できなかった。そこで、軟質材のひき板及び小角材等を繊維方向を平行に配置して、長さ、幅、及び厚さ方向に集成し接着して強度を高めた集成材が製造されている。
【0003】
また、特許文献1には、表面に接着剤が塗布されると共に、高温高圧の水蒸気によって軟化処理した複数本の木材を圧縮して所定形状に成形する集成材及び集成材の製造方法が開示されている。特許文献2及び特許文献3には、木材に水蒸気処理を行う木材処理加工装置が開示されている。
【0004】
【特許文献1】特開平7−32325号公報
【特許文献2】特許第2569376号公報
【特許文献3】特許第2928799号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、軟質材を接着剤で集成して製造した集成材は、強度が弱く構造材としては不向きであるという問題があった。また、特許文献1の発明では、複数の木材を軟化して、それらを一体として圧縮し集成材に成形するので、各木材の圧縮率が異なり、集成材の強度にばらつきが出るという問題があった。
【0006】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、強度にばらつきの少ない高強度集成材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記目的に沿う第1の発明に係る高強度集成材の製造方法は、ひき板及び小角材のいずれか一方又は双方を含む木質材料を密閉容器内に入れて密閉する第1工程と、
前記密閉した密閉容器内に100〜230℃かつ1〜30kg/cm2の高温高圧の水蒸気を供給して前記木質材料を軟化させる第2工程と、
前記第2工程で軟化した木質材料を、その繊維方向に垂直に圧縮して圧縮木材を形成する第3工程と、
複数の前記圧縮木材及び前記圧縮木材を縦継ぎした縦継ぎ圧縮材のいずれか一方又は双方を繊維方向を平行にして接着する第4工程とを有する。
【0008】
前記目的に沿う第2の発明に係る高強度集成材の製造方法は、ひき板及び小角材のいずれか一方又は双方を含む木質材料を縦継ぎした縦継ぎ材を密閉容器内に入れて密閉する第1工程と、
前記密閉した密閉容器内に100〜230℃かつ1〜30kg/cm2の高温高圧の水蒸気を供給して前記縦継ぎ材を軟化させる第2工程と、
前記第2工程で軟化した縦継ぎ材を、その繊維方向に垂直に圧縮して圧縮縦継ぎ材を形成する第3工程と、
複数の前記圧縮縦継ぎ材を繊維方向を平行にして接着する第4工程とを有する。
【0009】
前記目的に沿う第3の発明に係る高強度集成材の製造方法は、ひき板、小角材、及び縦継ぎ材のいずれか1又は2以上を含む複数の木質材料を、隣り合う該木質材料の繊維方向が実質的に直交するように密閉容器内に配置して密閉する第1工程と、
前記密閉した密閉容器内に100〜230℃かつ1〜30kg/cm2の高温高圧の水蒸気を供給して前記複数の木質材料を軟化させる第2工程と、
前記第2工程で軟化した複数の木質材料を、その繊維方向に垂直に圧縮する第3工程とを有する。
第4の発明に係る高強度集成材の製造方法は、第3の発明に係る高強度集成材の製造方法において、前記密閉容器内に配置される複数の木質材料の隣り合う面には、接着剤が予め塗布されている。
第5の発明に係る高強度集成材の製造方法は、第4の発明に係る高強度集成材の製造方法において、前記接着剤はタンニン系接着剤である。
【0010】
前記目的に沿う第6の発明に係る高強度集成材の製造方法は、ひき板、小角材、及び縦継ぎ材のいずれか1又は2以上を含む複数の木質材料を、隣り合う該木質材料の繊維方向が実質的に直交するように接着した集成材を密閉容器内に入れて密閉する第1工程と、
前記密閉した密閉容器内に100〜230℃かつ1〜30kg/cm2の高温高圧の水蒸気を供給して前記集成材を軟化させる第2工程と、
前記第2工程で軟化した集成材を、その繊維方向に垂直に圧縮する第3工程とを有する。
【0011】
第7の発明に係る高強度集成材の製造方法は、第1〜第6の発明に係る高強度集成材の製造方法において、前記製造した高強度集成材を、更に軟化して、その繊維方向に垂直に圧縮する。
前記目的に沿う第8の発明に係る高強度集成材は、第1〜第7のいずれかの発明の高強度集成材の製造方法によって製造された高強度集成材である。
【0012】
第1〜第7の発明の高強度集成材の製造方法及び第8の発明の高強度集成材において、木質材料としては、例えば、ヒノキ、ヒバ、ケヤキ、スギ、ベイスギ、カラマツ、アカマツ、オウシュウアカマツ、クロマツ、ダフリカカラマツ、ベイマツ、ベニマツ、トドマツ、エゾマツ、ラワン、サザンパイン、ラジアタパイン、ロッジポールパイン、ポンデローサパインベイヒ、ベイツガ、ベイモミ、タモ、シオジ、ニレ、イタヤカエデ、カバ、ブナ、アピトン、ミズナラ、ツガ、アラスカイエローシダー、モミ、及びスプルース等がある。特に、通常では堅牢度が低く柱等の構造材として使用できない、例えば、スギ及びヒノキ等の軟質材や小径木の間伐材を、堅牢度が高く、構造材としても使用可能な高強度集成材に形成して、付加価値を高めることができる。
【0013】
また、高温高圧の水蒸気雰囲気内では、第1〜第8の発明に使用する被処理木材が、水蒸気を吸収して軟化すると共に、木質が分解する。この状態で被処理木材を機械的に圧縮することにより、被処理木材中の微細な空洞部分が小さくなり、密度及び強度が上がる。この際には、木質に含まれるヘミセルロース及びリグニンが部分的に解重合して、フェノール化合物及びフルフラール化合物が生成する。これらの化合物は、茸類の坦子菌の成育を阻害する性質を有し、被処理木材の木材腐朽菌に対する耐久性を向上させることができる。
【0014】
被処理木材の軟化の際に供給される水蒸気の温度は、木質材料の炭化温度以下であって、下限が100℃、好ましくは130℃、更に好ましくは150℃であり、上限が230℃、好ましくは200℃、更に好ましくは180℃である。水蒸気の温度が100℃未満では、被処理木材が軟化し難くなり、230℃を超えると被処理木材が柔らかくなり過ぎる。
【0015】
被処理木材の軟化の際に供給される水蒸気の圧力は、下限が1kg/cm2、好ましくは1.2kg/cm2、更に好ましくは5kg/cm2である。水蒸気の圧力の上限は、30kg/cm2、好ましくは25kg/cm2、更に好ましくは20kg/cm2である。水蒸気の圧力が1kg/cm2未満であると、木質の分解が起こり難くなり、30kg/cm2を超えると木質の分解が進行し過ぎて高強度集成材の物理的強度が低下する。
【0016】
更に、被処理木材の圧縮は、断面積が例えば1/3〜2/3(体積が約1/3〜2/3)程度となるように行う。被処理木材の断面積が1/3未満となるように圧縮すると圧縮時に被処理木材に与える力が大きくなり過ぎ、断面積が2/3を超えるように圧縮すると製造した高強度集成材の強度が低くなる。
【0017】
使用する接着剤としては、例えば、ユリア系、メラミンユリア系、フェノール系、レゾルシノール系、又は水性ビニルウレタン系があるるが、特には、低ホルムアルデヒドタイプの水性高分子イソシアネート系接着剤であるピーアイボンド4000(オーシカケミテック株式会社製)、又は水性高分子イソシアネート系接着剤用架橋剤であるピーアイボンド用硬化剤H−3M(オーシカケミテック株式会社製)、低ホルムアルデヒドタイプのタンニン系接着剤(例えば、特開2004−143385号公報参照)を使用することが好ましい。なお、ピーアイボンド4000は、乳白色液で異物の混入が無いものであり、pHが6.0〜6.8、粘度が0.5〜3.0Pa・s、不揮発分が52.0〜56.0質量%である。また、ピーアイボンド用硬化剤は、黒色液で異物の混入が無いものであり、粘度が0.17±0.03Pa・s、比重が1.235±0.005である。
【0018】
第7の発明の高強度集成材の製造方法において、木質材料又は縦継ぎ材等を、最終的に作製する高強度集成材の圧縮率を100%として、先ず、例えば、50〜80%で圧縮して、例えば、圧縮木材又は圧縮縦継ぎ材等を作製し接着剤で接着した後、更に、圧縮率が100%となるまで圧縮して高強度集成材を得る。なお、木質材料は、比重がおよそ1.5となるまで圧縮可能となっている。また、従来の集成材を圧縮して高強度化して高強度集成材とすることもできる。
【発明の効果】
【0019】
請求項1及びこれに従属する請求項7に記載の高強度集成材の製造方法においては、木質材料を高温高圧の水蒸気雰囲気内で軟化させた後に圧縮して形成した圧縮木材を使用するので、各圧縮木材の強度にばらつきがなくなり、製造した高強度集成材の構造計算ができる。
請求項2及びこれに従属する請求項7に記載の高強度集成材の製造方法においては、縦継ぎ材を高温高圧の水蒸気雰囲気内で軟化させた後に圧縮して形成した圧縮縦継ぎ材を使用するので、各圧縮縦継ぎ材の強度にばらつきがなくなり、製造した高強度集成材の構造計算ができる。
【0020】
請求項3及びこれに従属する請求項4、5及び7に記載の高強度集成材の製造方法においては、ひき板、小角材、及び縦継ぎ材のいずれか1又は2以上を含む複数の木質材料を、隣り合う該木質材料の繊維方向が実質的に直交するように配置して高温高圧の水蒸気雰囲気内で軟化させた後に圧縮するので、高強度集成材を簡単に製造できる。
特に、請求4記載の高強度集成材の製造方法においては、密閉容器内に配置される複数の木質材料の隣り合う面に接着剤が予め塗布されているので、木質材料をより強固に接合できる。
請求5記載の高強度集成材の製造方法においては、接着剤がタンニン系接着剤であるので、毒性が低く、環境に優しい。
【0021】
請求項6及びこれに従属する請求項7に記載の高強度集成材の製造方法においては、ひき板、小角材、及び縦継ぎ材のいずれか1又は2以上を含む複数の木質材料を、隣り合う該木質材料の繊維方向が実質的に直交するように接着した集成材を使用するので、高強度集成材をより高強度にすることができる。
【0022】
特に、請求7記載の高強度集成材の製造方法においては、製造した高強度集成材を更に圧縮するので、2段階で圧縮でき、各圧縮工程での圧縮を小さな力で行うことができる。また、木質材料又は縦継ぎ材等を圧縮して接着剤で接着すると、各材料の表面積が小さくなり、通常の集成材作製時よりも、接着剤の量を減らすことができる。更に、接着剤で接着された高強度集成材を圧縮するので、隣り合う圧縮材料の繊維が絡み合ってより強固な接合となる。
請求項8記載の高強度集成材は、請求項1〜7の高強度集成材の製造方法によって製造されているので、強度が高い集成材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図1は本発明の第1の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図2(A)は同高強度集成材の製造時に使用する木材処理加工装置の説明図、(B)は図2(A)のA−A断面図、(C)は同木材処理加工装置の使用時の説明図、図3は本発明の第2の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図4は本発明の第3の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図5は本発明の第4の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図6(A)は同高強度集成材の製造時に使用する木材処理加工装置の説明図、(B)は図6(A)のB−B断面図、(C)は同木材処理加工装置の使用時の説明図、図7は本発明の第5の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図、図8は本発明の第6の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図である。
【0024】
図1及び図2(A)〜(C)を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る高強度集成材10について説明する。
図1に示すように、高強度集成材10は、木質材料の一例であるスギの小角材11を、図2に示す木材処理加工装置20(株式会社日阪製作所製、高温高圧圧縮成型機HTP−60/250。特許文献2参照)で、100〜230℃かつ1〜30kg/cm2の高温高圧(例えば、160℃かつ25kg/cm2)の水蒸気で軟化した後、この軟化した小角材11を繊維方向に垂直に機械的に圧縮して圧縮木材12を複数本、例えば4本作製し、複数の圧縮木材12を繊維方向を平行にして、接着剤13で接着して形成したものである。ここで、小角材11は、長手方向が繊維方向となるように形成されている。また、接着剤13は、例えば、低ホルムアルデヒドタイプの水性高分子イソシアネート系接着剤であるオーシカケミテック株式会社製のピーアイボンド4000を使用した。
【0025】
図2(A)及び(B)に示すように、木材処理加工装置20は、小角材11を収納可能な密閉容器21を有している。密閉容器21は、円筒状で一端が閉塞された容器本体22と、容器本体22の開口部23に取付けられる蓋24とを備えている。容器本体22には、図示しない水蒸気発生装置で製造した高温高圧の水蒸気を密閉容器21内に供給する水蒸気供給管25が接続され、更に、防腐剤等の薬剤を貯留した図示しない薬剤タンクから薬剤を密閉容器21内に供給する薬剤供給管26が接続されている。
【0026】
また、容器本体22には、密閉容器21内の過剰な水蒸気及び薬剤を排出する排水管27、及び供給された水蒸気によって高められた密閉容器21内の圧力を調整する排気管28が取付けられている。更に、水蒸気供給管25、薬剤供給管26、排水管27、及び排気管28には、それぞれバルブ29〜32が設けられている。
【0027】
木材処理加工装置20は、小角材11をその長手方向、すなわち繊維方向が水平となるように配置して、小角材11をその繊維方向に垂直に圧縮する圧縮手段35を有している。図2(B)、(C)に示すように、圧縮手段35は、密閉容器21に配置され、内直角でL字状に折曲形成され、その内側面が向き合うように密閉容器21内で上下に対向配置された一対の金型36、37と、先部が金型36、37にそれぞれ取付けられ、ロッド38、39の移動により金型36、37をそれぞれ同期して昇降させ、図示しない流体圧力源にバルブを介して連結されているそれぞれ複数の流体シリンダ40、41とを有している。また、圧縮手段35は、密閉容器21内に配置され、直角でV字状に折曲形成され、金型36及び金型37とによって断面矩形の空間42が形成されるように金型36、37の両端縁間に金型36、37に摺動可能に対向配置される金型補助具43、44を有している。
【0028】
ここで、図2(C)に示すように、圧縮手段35を駆動させ、流体シリンダ40、41のロッド38、39を密閉容器21の中心方向に突出、すなわち、上方の金型36を降下させ、下方の金型37を昇降させると、これに伴って、金型補助具43、44が密閉容器21の中心方向に摺動し、金型36、37及び金型補助具43、44によって形成された空間42が小さくなり、空間42に配置された小角材11を圧縮することができる。金型36、37及び金型補助具43、44は、小角材11を圧縮して形成される圧縮木材12の断面積が所定の大きさとなるように製造されている。また、流体シリンダ40、41のロッド38、39の移動距離を変えて、圧縮木材12の断面積が所定の大きさとなるようにしてもよい。
【0029】
次に、高強度集成材10の製造方法について説明する。
(第1工程)
木材処理加工装置20の密閉容器21の蓋24を開け、小角材11を容器本体22の開口部23から挿入し、圧縮手段35の下側の金型37の折り曲げられた角部に小角材11の1つの角を合わせて、小角材11の繊維方向が水平となるように載置して蓋24を閉め、水蒸気供給管25、薬剤供給管26、排水管27、及び排気管28のそれぞれのバルブ29〜32を閉じて、密閉容器21を密閉する。
【0030】
(第2工程)
次に、バルブ29を調整して、水蒸気発生装置で生成した160℃かつ25kg/cm2の高温高圧の水蒸気を水蒸気供給管25を介して、密閉した密閉容器21内に供給する。密閉容器21内を160℃かつ25kg/cm2に所定時間(例えば、数秒〜数十分間)保ち、小角材11を軟化させる。なお、この際に、バルブ30を調整して薬剤供給管26を介して、薬剤タンクから防腐剤を含む薬剤を密閉容器21内に供給して、小角材11の防腐処理をしてもよい。
【0031】
(第3工程)
所定時間経過後、水蒸気を供給しながら、圧縮手段35の上方の流体シリンダ40のロッド38を降下させて金型36を降下すると共に、下方の流体シリンダ41のロッド39を上昇させ金型37を上昇させる。この際には、金型補助具43、44は、昇降する金型36、37に沿って摺動する。小角材11は十分に軟化しているので、金型36、37及び金型補助具43、44によって繊維方向に垂直にその断面積が1/3〜2/3(例えば、縦方向及び横方向がそれぞれ2/3、すなわち、断面積を4/9)となるように圧縮して圧縮木材12を形成する。
【0032】
(第4工程)
複数本、例えば4本の小角材11に対して、第1工程から第3工程の処理を行い、実質的に同形状の圧縮木材12を作製する。4本の圧縮木材12を繊維方向を平行にして重ねて接着剤13で接着し、高強度集成材10を製造する。このように、実質的に同形状の複数の小角材11から圧縮木材12を作製した場合には、用いた圧縮木材12の強度が実質的に同じであるので、作製した高強度集成材10の強度を予め求めることができる。従って、所定値以上の強度を有する圧縮木材を複数作製し、これらから予め強度が予測される高強度集成材を製造できる。
【0033】
また、小角材11を圧縮した圧縮木材12の長手方向の両端部又は一端部に継ぎ手(例えば、フィンガージョイント)を形成して、その継ぎ手に対応する継ぎ手が形成された圧縮木材とを長手方向に接着して延長した縦継ぎ圧縮材を複数本作製し、これらを接着剤で接着して、長さの長い高強度集成材を得ることもできる。
【0034】
図3を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る高強度集成材50について説明する。なお、高強度集成材10と同一の構成要素については同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
高強度集成材50は、小角材11を縦継ぎした縦継ぎ材51、52を、木材処理加工装置20によって、100〜230℃かつ1〜30kg/cm2(例えば、160℃かつ25kg/cm2)の高温高圧の水蒸気で軟化した後、圧縮して得られた圧縮縦継ぎ材53、54をそれぞれ2本作製し、接着剤13で繊維方向を平行にして接着して製造される。
【0035】
次に、図2及び図3を参照して、高強度集成材50の製造方法について説明する。
(第1工程)
まず、小角材11の長手方向両端にフィンガージョイントによる継ぎ手55、56を形成して継ぎ手付小角材57を作製する。次に、長さが小角材11の実質的に半分の小角材58、59の長手方向一端に、継ぎ手付小角材57の継ぎ手55、56にそれぞれ対応する継ぎ手60、61を形成して継ぎ手付小角材62、63を作製する。更に、継ぎ手付小角材57の両端の継ぎ手55、56にそれぞれ継ぎ手付小角材62の継ぎ手60及び継ぎ手付小角材63の継ぎ手61を接着剤13で接着して、縦継ぎ材51を作製する。
【0036】
更に、縦継ぎ材51を、木材処理加工装置20の密閉容器21に入れ、蓋24を閉め、水蒸気供給管25、薬剤供給管26、排水管27、及び排気管28のそれぞれのバルブ29〜32を閉じて、密閉容器21を密閉する。
【0037】
(第2工程)
バルブ29を調整して、水蒸気発生装置で生成した160℃かつ25kg/cm2の高温高圧の水蒸気を水蒸気供給管25から密閉容器21内に供給する。密閉容器21内を160℃かつ25kg/cm2に所定時間(例えば、数秒〜数十分間)保ち、縦継ぎ材51を軟化させる。この際に、密閉容器21内に防腐剤を含む薬剤を供給して、縦継ぎ材51の防腐処理をしてもよい。
【0038】
(第3工程)
所定時間経過後、水蒸気を供給しながら、圧縮手段35の上方の流体シリンダ40のロッド38を降下させて金型36を降下すると共に、下方の流体シリンダ41のロッド39を上昇させ金型37を上昇させ、軟化した縦継ぎ材51を繊維方向に垂直に圧縮し、縦方向及び横方向の長さがそれぞれ2/3、すなわち、断面積が4/9となった圧縮縦継ぎ材53を作製する。
【0039】
同様に、2本の小角材11の一端にそれぞれ対応する継ぎ手64、65を形成して継ぎ手付小角材66、67を作製し、継ぎ手付小角材66、67を接着剤13で接着して縦継ぎ材52を製造し、縦継ぎ材52を木材処理加工装置20を用いて軟化した後、断面が実質的に圧縮縦継ぎ材53と同形状となるように圧縮して、圧縮縦継ぎ材54を作製した。
【0040】
(第4工程)
それぞれ複数本、例えば2本ずつの圧縮縦継ぎ材53、54を繊維方向を平行に、しかも、縦継ぎ位置が重ならないようにして接着剤13で接着し、高強度集成材50を製造する。圧縮縦継ぎ材53、54の強度を予め求めることにより、高強度の集成材を製造することができる。
【0041】
図4を参照して、本発明の第3の実施の形態に係る高強度集成材70及びその製造方法について説明する。なお、高強度集成材10、50と同一の構成要素については同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
高強度集成材70は、例えば、それぞれ2本の圧縮縦継ぎ材53と圧縮縦継ぎ材54を、縦継ぎ位置が重ならないようにそれらの繊維方向を平行にして、接着剤13で接着した高強度集成材50を、木材処理加工装置20よりも大型の図示しない木材処理加工装置中で100〜230℃かつ1〜30kg/cm2(例えば、160℃かつ25kg/cm2)の高温高圧の水蒸気によって軟化した後、繊維方向に垂直に、断面積が縦継ぎ材51、52の断面積の合計に対して1/3となるまで圧縮して製造した。
【0042】
なお、高強度集成材70が図3に示す高強度集成材50と同様の圧縮率となるようにするには、最終的な高強度集成材70の圧縮率を100%とした場合に、50〜80%の圧縮率まで、縦継ぎ材51、52を圧縮しておくとよい。
同様にして、高強度集成材10を更に軟化して圧縮し、密度及び強度の高い高強度集成材を製造することもできる。また、小角材を最終製品の圧縮率の50〜80%まで圧縮して、圧縮木材を作製した後、この圧縮木材を複数接着し、更に断面積が所定の圧縮率となるまで圧縮して高強度集成材を作製することもできる。
【0043】
図5及び図6(A)〜(C)を参照して、本発明の第4の実施の形態に係る高強度集成材80について説明する。
図5に示すように、高強度集成材80は、木質材料の一例であるスギの小角材11を、図6に示す木材処理加工装置81で、100〜230℃かつ1〜30kg/cm2の高温高圧(例えば、160℃かつ25kg/cm2)の水蒸気で軟化した後、この軟化した小角材11を繊維方向に垂直に一方向から機械的に圧縮して板状の圧縮木材82を複数本、例えば4本作製し、複数の圧縮木材82を繊維方向を平行にして積層し、接着剤83で接着して形成したものである。ここで、小角材11は、長手方向が繊維方向となるように形成されている。また、接着剤83は、例えば、低ホルムアルデヒドタイプのタンニン系接着剤を使用した(例えば、特開2004−143385号公報参照)。なお、同様にして、小角材11の代わりに縦継ぎ材を圧縮して、圧縮縦継ぎ材を作製し、複数の圧縮縦継ぎ材を繊維方向を平行にして積層し、接着剤83で接着して形成し、高強度集成材を製造することもできる。
【0044】
図6(A)及び(B)に示すように、木材処理加工装置81は、小角材11の繊維方向に垂直に一方向(例えば、上方)から圧縮する圧縮手段84を有している点が、木材処理加工装置20と異なっている。圧縮手段84は、密閉容器21内に配置される上部開放の箱形の金型85と、金型85内に配置された小角材11を上方から押し付けて圧縮するピストン86と、先部がピストン86に取付けられ、基部が密閉容器21外に配置されるロッド87を有し、ロッド87の移動によりピストン86を昇降させる流体シリンダ88とを有している。平面視して矩形のピストン86は、金型85の開口部よりも少しだけ小さく形成されている。
ここで、図6(C)に示すように、圧縮手段84を駆動させ、流体シリンダ88のロッド87を密閉容器21の中心方向に突出、すなわち、ピストン86を降下させて小角材11を圧縮する。また、流体シリンダ88のロッド87の移動距離を変えて、圧縮木材82の断面積が所定の大きさとなるようにしている。
【0045】
次に、高強度集成材80の製造方法について説明する。
(第1工程)
木材処理加工装置81の密閉容器21の蓋24を開け、内部に小角材11を入れた金型85を容器本体22の開口部23から挿入して蓋24を閉め、水蒸気供給管25、薬剤供給管26、排水管27、及び排気管28のそれぞれのバルブ29〜32を閉じて、密閉容器21を密閉する。この際には、圧縮手段84のピストン86は、金型85の上方に配置しておく。
【0046】
(第2工程)
次に、バルブ29を調整して、水蒸気発生装置で生成した160℃かつ25kg/cm2の高温高圧の水蒸気を水蒸気供給管25を介して、密閉した密閉容器21内に供給する。密閉容器21内を160℃かつ25kg/cm2に所定時間(例えば、数秒〜数十分間)保ち、小角材11を軟化させる。なお、この際に、バルブ30を調整して薬剤供給管26を介して、薬剤タンクから防腐剤を含む薬剤を密閉容器21内に供給して、小角材11の防腐処理をしてもよい。
【0047】
(第3工程)
所定時間経過後、水蒸気を供給しながら、圧縮手段84の流体シリンダ88のロッド87を降下させてピストン86を降下させる。小角材11は十分に軟化しているので、ピストン86によって繊維方向に垂直にその断面積が1/3〜2/3(例えば、縦方向が1/3、すなわち、断面積を1/3)となるように圧縮して圧縮木材82を形成する。
【0048】
(第4工程)
複数本、例えば4本の小角材11に対して、第1工程から第3工程の処理を行い、実質的に同形状の圧縮木材82を作製する。4本の圧縮木材82を繊維方向を平行にして重ねて接着剤83で接着し、高強度集成材80を製造する。このように、実質的に同形状の複数の小角材11から圧縮木材82を作製した場合には、用いた圧縮木材82の強度が実質的に同じであるので、作製した高強度集成材80の強度を予め求めることができる。従って、所定値以上の強度を有する圧縮木材を複数作製し、これらから予め強度が予測される高強度集成材を製造できる。
【0049】
また、小角材11を圧縮した圧縮木材82の長手方向の両端部又は一端部に継ぎ手(例えば、フィンガージョイント)を形成して、その継ぎ手に対応する継ぎ手が形成された圧縮木材とを長手方向に接着して延長したものを複数本作製し、これらを接着剤で接着して、長さの長い高強度集成材を得ることもできる。なお、同様にして、小角材11の代わりに縦継ぎ材を圧縮して、圧縮縦継ぎ材を作製し、複数の圧縮縦継ぎ材を繊維方向を平行にして積層し、接着剤83で接着して形成し、高強度集成材を製造することもできる。
【0050】
図7に示すように、本発明の第5の実施の形態に係る高強度集成材90は、木質材料の一例である4枚のスギのひき板91を使用して製造されている。まず、4枚のひき板91を、隣り合うひき板91の繊維方向が実質的に直交するように、しかも、ひき板91の隣り合う面に、例えば、低ホルムアルデヒドタイプのタンニン系の接着剤83を塗布して、木材処理加工装置81(図6(A)参照)内の金型85に配置する。次に、ひき板91を100〜230℃かつ1〜30kg/cm2の高温高圧(例えば、160℃かつ25kg/cm2)の水蒸気で軟化した後、この軟化したひき板91を繊維方向に垂直に一方向から機械的に圧縮して高強度集成材90を製造している。
【0051】
なお、高強度集成材90は、ひき板91で製造したが、ひき板、小角材、及び縦継ぎ材のいずれか1又は2以上を含む複数の木質材料を、隣り合う木質材料の繊維方向が実質的に直交するように配置して、高温高圧の水蒸気で軟化した後、圧縮して高強度集成材を製造してもよい。また、接着剤としては、低ホルムアルデヒドタイプの水性高分子イソシアネート系接着剤、水性高分子イソシアネート系接着剤用架橋剤等を使用してもよい。
【0052】
図8に示すように、本発明の第6の実施の形態に係る高強度集成材100は、木質材料の一例である4本の小角材11を、隣り合う小角材11の繊維方向が実質的に直交するように接着剤83で接着した集成材101を使用して製造されている。高強度集成材100は、集成材101を、木材処理加工装置20よりも大型の図示しない木材処理加工装置中で100〜230℃かつ1〜30kg/cm2(例えば、160℃かつ25kg/cm2)の高温高圧の水蒸気によって軟化した後、繊維方向に垂直に、断面積が集成材101の断面積に対して1/3となるまで圧縮して製造している。
【実施例】
【0053】
(実施例1)
スギの小角材を木材処理加工装置によって、160℃かつ25kg/cm2の水蒸気で軟化した後、断面積が4/9となるように圧縮して圧縮木材を4本作製し、4本の圧縮木材を接着剤で接着して高強度集成材を得た。
(実施例2)
スギの小角材を縦継ぎした縦継ぎ材を、木材処理加工装置によって、160℃かつ25kg/cm2の水蒸気で軟化した後、断面積が4/9となるように圧縮して圧縮縦継ぎ材を4本作製し、4本の圧縮縦継ぎ材を接着剤で接着して高強度集成材を得た。
【0054】
(実施例3)
実施例2で製造した高強度集成材を、木材処理加工装置によって、160℃かつ25kg/cm2の水蒸気で軟化した後、断面積が縦継ぎ材の断面積の合計に対して1/3となるように圧縮して高強度集成材を得た。
(比較例1)
スギの小角材を縦継ぎした縦継ぎ材を接着剤で接着した集成材を得た。
【0055】
実施例1〜3及び比較例1の比重、ブリネル硬度、曲ヤング率、及び圧縮強さを測定し、その結果を表1に示す。
【0056】
【表1】


【0057】
表1に示すように、実施例1〜3の高強度集成材は、圧縮していない集成材と比較して、比重、ブリネル硬度、曲ヤング率、及び圧縮強さ共に良好な結果となった。また、実施例2の高強度集成材を更に圧縮した実施例3の高強度集成材は、より強度が高くなった。
【0058】
本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の高強度集成材及びその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【0059】
例えば、前記実施の形態の高強度集成材及びその製造方法において、製造する高強度集成材を所定の大きさとするために、用いる圧縮木材及び圧縮縦継ぎ材の本数、集成材の大きさを変えることができる。また、集成材を圧縮して製造した高強度集成材を複数本使用して、更に大きな高強度集成材を製造することもできる。
前記した実施の形態では、木材の軟化及び圧縮に木材処理加工装置20、81を使用したが、これに限らず、他の水蒸気処理、圧縮処理用の装置を使用してもよく、例えば、軟化する装置及び圧縮する装置を組み合わせて使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0060】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図である。
【図2】(A)は同高強度集成材の製造時に使用する木材処理加工装置の説明図、(B)は図2(A)のA−A断面図、(C)は同木材処理加工装置の使用時の説明図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図である。
【図5】本発明の第4の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図である。
【図6】(A)は同高強度集成材の製造時に使用する木材処理加工装置の説明図、(B)は図6(A)のB−B断面図、(C)は同木材処理加工装置の使用時の説明図である。
【図7】本発明の第5の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図である。
【図8】本発明の第6の実施の形態に係る高強度集成材の製造方法の説明図である。
【符号の説明】
【0061】
10:高強度集成材、11:小角材、12:圧縮木材、13:接着剤、20:木材処理加工装置、21:密閉容器、22:容器本体、23:開口部、24:蓋、25:水蒸気供給管、26:薬剤供給管、27:排水管、28:排気管、29〜32:バルブ、35:圧縮手段、36、37:金型、38、39:ロッド、40、41:流体シリンダ、42:空間、43、44:金型補助具、50:高強度集成材、51、52:縦継ぎ材、53、54:圧縮縦継ぎ材、55、56:継ぎ手、57:継ぎ手付小角材、58、59:小角材、60、61:継ぎ手、62、63:継ぎ手付小角材、64、65:継ぎ手、66、67:継ぎ手付小角材、70:高強度集成材、80:高強度集成材、81:木材処理加工装置、82:圧縮木材、83:接着剤、84:圧縮手段、85:金型、86:ピストン、87:ロッド、88:流体シリンダ、90:高強度集成材、91:ひき板、100:高強度集成材、101:集成材
【出願人】 【識別番号】506273504
【氏名又は名称】福田 展淳
【出願日】 平成18年8月21日(2006.8.21)
【代理人】 【識別番号】100090697
【弁理士】
【氏名又は名称】中前 富士男

【識別番号】100139262
【弁理士】
【氏名又は名称】中嶋 和昭


【公開番号】 特開2008−44314(P2008−44314A)
【公開日】 平成20年2月28日(2008.2.28)
【出願番号】 特願2006−224357(P2006−224357)