集成材及び集成材の製造方法

【目的】建築材料の広い範囲に渡って使用することができるとともに、養生期間の短縮を図って生産性を向上することができ、もってコストの低い集成材及び集成材の製造方法を提供する。
【構成】集成材１、４は、複数本の間伐材２、５を水蒸気処理して軟化するとともに、各木材の接着剤層を介して圧縮成形することにより製造される。このとき、使用される各間伐材２、５の本数を適宜選択すれば各種の集成材１、４が得られ、建築材料として広い範囲に渡って使用することが可能となる。また、接着剤の接着時間に応じて加圧圧縮工程を行なうだけで各間伐材２、５が結着され、従来、１週間程度必要とされていた養生期間が１時間程度に短縮され得、集成材１、４の生産性が格段に向上される。更に、各間伐材２、５を剥皮した後、直ちに水蒸気処理、及び、加圧圧縮処理が行なわれ、従来のように間伐材の段階で予め面取り加工等の前処理を行なう必要がなく、極めてコストの低い集成材１、４が得られる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、杉や檜等の成育過程において除去される小径の間伐材や短尺及び端材の有効利用を図り得る集成材、及び、その集成材の製造方法に関し、特に、建築材料の広い範囲に渡って使用可能であるとともに、集成後における集成材の養生期間の短縮を図って生産性を向上し、もってコストの低い集成材及び集成材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、杉、檜等は建築材料として多用されているが、本来的に軟質材であることから堅牢度が低く、これよりその使用可能な範囲については自ずと制限が存在した。特に、杉、檜等の成育過程において除去される間伐材は小径木であり、また、極めて柔らかく湾曲していることが多いので、かかる間伐材は建築材料、例えば、柱等としては殆ど使用できないものであった。
【０００３】このような間伐材の有効利用を図るべく、従来より各種の方法が提案されている。例えば、特開平３−２３１８０２号公報には、木材を水蒸気雰囲気内に置いて軟化させた後、高圧条件下にて圧縮成形して木材の変形を固定化する木材の改質処理方法が記載されている。また、特開平３−９７５０３号公報には、木材を軟化させるに際して高周波誘電加熱により柔軟化させた後、加圧する木材の処理方法が記載されている。更に、特開平５−１１６１１２号公報には、複数の間伐材を予め面取り加工して楔形の四角形木柱素材とし、各四角形木柱素材を接着剤を介して接着しつつ組み立ててなる複合木柱材が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特開平３−２３１８０２号公報、及び、特開平３−９７５０３号公報に記載された木材の処理方法は、間伐材を軟化した後加圧してその改質処理を行なうものではあるが、１本毎の間伐材に処理を行なうための処理方法に過ぎない。従って、使用価値の低い間伐材の改質を図って建築材料等として有効利用を図ることができるものではあるものの、このように改質処理された間伐材の利用範囲は、間伐材自体が小径木であることを考慮すれば、建築材料の広い範囲に渡って利用できるものではない。
【０００５】また、前記特開平５−１１６１１２号公報に記載された複合木柱材は、複数の間伐材を接着剤にて相互に接着しつつ組み立てるものであるが、複合木柱材の形状を所定の形状（例えば、四角形状）に成形するためには、各間伐材を予め面取り加工を行なって楔形の四角形木柱素材としておく必要がある。このように各間伐材について予め面取り加工を行なうことは非常に煩雑な作業であり、また、これに伴ってコストが高くなってしまうという問題があった。
【０００６】本発明は前記従来の問題点を解消するためになされたものであり、建築材料の広い範囲に渡って使用することができるとともに、従来の集成材に必要な養生期間の短縮を図って生産性を向上することができ、もってコストの低い集成材及び集成材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため本発明の請求項１に係る集成材は、可塑処理された複数本の木材からなり、各木材の表面の接着剤層を介して所定形状に圧縮成形されてなる構成とされる。
【０００８】また、本発明請求項２に係る集成材の製造方法は、複数本の木材を高温、高圧下にて水蒸気処理を行なうとともに各木材を軟化させる第１工程と、前記軟化した各木材の表面に接着剤を塗布する第２工程と、前記接着剤が塗布された各木材を加圧圧縮して所定の形状に成形する第３工程とからなる構成とされる。
【０００９】更に、本発明の請求項３に係る集成材の製造方法は、予め接着剤を塗布した複数本の木材を高温、高圧下にて水蒸気処理を行い各木材を軟化させる第１工程と、前記接着剤が塗布された各木材を加圧圧縮して所定の形状に成形する第２工程とからなる構成とされる。
【００１０】
【作用】前記構成を有する本発明に係る集成材は、高温、高圧の水蒸気下で軟化され、一定の圧力で容易に塑性変形されることが可能となる。従って、小径木間の接触面を圧縮過程で増大させ、一体化した集成材を形成することができる。この集成材は圧縮過程で生じる残留応力を水蒸気雰囲気でのセルロース分子や接着剤の再配列によって、集成材に残留応力が殆ど無い状態にするという特徴を有する。
【００１１】先ず、請求項２に係る製造方法では、第１工程において複数本の木材が高温、高圧下にて水蒸気処理される。かかる水蒸気処理により各木材は軟化される。この後、第２工程で軟化された各木材の表面に接着剤が噴霧される。ここに、接着剤は各木材を相互に結着するためのものである。更に、第２工程が終了した後、第３工程において前記のように接着剤が噴霧された各木材が加圧圧縮され、所定の形状に成形される。これにより、集成材が製造される。
【００１２】また、請求項３に係る製造方法では、第１工程において予め接着剤を塗布した複数本の木材を高温、高圧下にて水蒸気処理を行い各木材を軟化させる。続く第２工程で、前記接着剤が塗布された各木材を加圧圧縮して所定の形状に成形する。このように水蒸気処理による可塑処理を行なう前に接着剤を塗布することにより、塗布される接着剤量の管理が簡単にできる。
【００１３】前記のように製造された集成材では、複数本の木材が接着剤を介して相互に結着されているので、使用する木材の本数を適宜選択することにより建築材料の広い範囲に渡って使用可能な集成材が製造され得る。また、各木材相互を接着剤により結着しているので、接着剤が乾燥した後において早期に建築材料として使用可能な状態になり、これより集成材の残留応力を取り養生期間を短縮して生産性を向上することが可能となる。更に、集成材に使用される各木材は、特に、面取り加工等の前処理を必要としないことから、集成材及びその生産コストを格段に低く抑えることが可能となる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を具体化した実施例に基づいて図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、図１及び図２に基づき実施例１に係る集成材の構成について説明する。ここに、図１は径が比較的揃った複数本の間伐材を圧縮集成した集成材の端面図、また、図２は径にばらつきのある複数本の間伐材を圧縮集成した集成材の端面図である。
【００１５】先ず、図１において、集成材１は、複数本（図１の集成材１では１２本）の間伐材２の間に接着剤３を介在させつつ、間伐材２相互を圧縮集成してなるものである。ここに、各間伐材２は杉、檜等の成育過程で除去された間伐材が使用されており、また、各間伐材２は、元口２Ａが約１５ｃｍ、末口２Ｂが約１０ｃｍである比較的径の揃った間伐材が用いられている。
【００１６】また、各間伐材２は、図１に示すように、集成材１における縦列中、及び、横列中で元口２Ａと末口２Ｂとが交互に配列されている。例えば、集成材１における最上位置にある間伐材２の横列を例にとれば、元口２Ａが端面側になるように間伐材２を配列した場合には（横列の最も右方位置にある間伐材２）、その間伐材２に並ぶ間伐材２はその末口２Ｂが集成材１の端面側となるように配列される。そして、次に並べられる間伐材２はその元口２Ａが集成材１の端面側に配置され、更に、次の間伐材２はその末口２Ｂが集成材１の端面側に配置される。このような間伐材２相互の関係が、集成材１の縦列、及び、横列において保持されている。このように各間伐材２を配列すれば、後述する圧縮成形を行なう際に、各間伐材２の間に隙間が生じ難くなり、また、接着剤３の使用量を節約することができる。
【００１７】更に、接着剤３は、各間伐材２を相互に結着するためのものであり、本実施例で使用される接着剤としては各種の接着剤が使用できる。例えば、フェノール樹脂を主成分とするフェノール系接着剤、レゾルシノール樹脂を主成分とするレゾルシノール系接着剤等の熱硬化性接着剤が使用されて好適である。その他、熱硬化性接着剤としては、メラミン樹脂を主成分とするメラミン系接着剤、尿素樹脂を主成分とするユリア系接着剤、エポキシ樹脂を主成分とするエポキシ系接着剤等も使用することができる。また、かかる熱硬化性接着剤に加えて、イソシアネートと水性高分子を主成分とする水性高分子−イソシアネート系接着剤や酢酸ビニル樹脂系接着剤等も使用可能である。ここに、使用する接着剤を選択するに際しては、接着剤のコスト、溶剤の種類や集成材の用途等を勘案して選択するのが望ましい。
【００１８】次に、図２に示す集成材４について説明する。この集成材４は、前記図１に示す集成材１と基本的に同様の構成を有しており、使用されている各間伐材５が、その径においてばらついている点で相違する。集成材は、複数本（図２の集成材４では２０本）の間伐材５の間に接着剤３を介在させつつ、間伐材５相互を圧縮集成してなるものである。
【００１９】ここに、各間伐材５は、その平均の径が約６ｃｍ乃至２０ｃｍの範囲に存在する間伐材が使用されている。かかる間伐材５を集成すべく相互に配列する場合、各間伐材５は元口の径と末口の径を勘案して平均の径が前記所定範囲に入るかどうかで選択されることから、前記図１に示した集成材１の間伐材２とは異なり、各間伐材５の元口、末口を交互に配列する必要は特にない。但し、集成材４の全体形状を考慮して各間伐材５を適当に配列するのが望ましい。ここに、径のばらついた間伐材は一般に使用価値が半減し、利用し難いものであるが、前記のような集成材４では十分使用価値が存在するものである。
【００２０】尚、接着剤３については、前記図１に示す集成材１に使用されるものと同一であるので、その説明は省略する。続いて、前記のように構成される集成材１、４を製造するに際して使用される圧縮成形装置について図３に基づき説明する。ここに、図３は圧縮成形装置を模式的に示す断面図である。図３において、圧縮成形装置１０は、断面四角形の筒状に長く形成された圧力容器１１（紙面に垂直な方向に長く形成されている）を備えており、かかる圧力容器１１の上壁及び左右両壁にはそれぞれロッド孔１２、１３、１４が穿設されている。
【００２１】ロッド孔１２には、圧力容器１１の外側で一端にプレスシリンダ１５が連結されるとともに、圧力容器１１の内側で他端にプレス金型１６が取り付けられたプレスロッド１７がスライド可能に挿通されている。これにより、後述する各間伐材２、５の加圧圧縮を行なう際に、プレスロッド１７はプレスシリンダ１５を介して下方に移動され、このプレスロッド１７の移動に伴ってプレス金型１６が各間伐材２、５を上方より加圧するものである。また、プレス金型１６には多数の蒸気孔１６Ａが形成されており、各蒸気孔１６Ａからは後述する水蒸気処理の際に水蒸気が通過されて下方に配置された各間伐材２、５に噴射される。
【００２２】また、圧力容器１１の左壁に穿設されたロッド孔１３には、前記プレスロッド１７と同様に、圧力容器１１の外側で一端にプレスシリンダ１８が連結されるとともに、圧力容器１１の内側で他端にプレス金型１９が取り付けられたプレスロッド２０がスライド可能に挿通されている。プレス金型１９には、前記プレス金型１６と同様、多数の蒸気孔１９Ａが形成されており、各蒸気孔１９Ａからは水蒸気処理の際に水蒸気が通過されて間伐材２、５に噴射される。
【００２３】更に、圧力容器１１の右壁に穿設されたロッド孔１４には、前記プレスロッド１７、２０と同様に、圧力容器１１の外側で一端にプレスシリンダ２１が連結されるとともに、圧力容器１１の内側で他端にプレス金型２２が取り付けられたプレスロッド２３がスライド可能に挿通されている。また、プレス金型２２には、前記プレス金型１６、１９と同様、多数の蒸気孔２２Ａが形成されており、各蒸気孔２２Ａからは水蒸気処理の際に水蒸気が通過されて間伐材２、５に噴射される。
【００２４】また、圧力容器１１の内部において、下方位置にはプレス金型２４が固定的に設置されており、かかるプレス金型２４上には加圧圧縮される複数本の間伐材２、５が載置される。更に、かかるプレス金型２４には、前記各プレス金型１６、１９、２２と同様、多数の蒸気孔２４Ａが形成されており、各蒸気孔２４Ａからは水蒸気処理の際に水蒸気が通過されて間伐材２、５に噴射される。
【００２５】前記プレス金型１９の内側には、スライド機構（図示せず）を介してプレス金型１９の内壁に沿って上下方向に、及び、プレス金型１９と共に左右方向にスライド移動可能なスライドプレス金型２５が配設されており、また、前記プレス金型２２の内側には、同様にスライド機構を介してプレス金型２２の内壁に沿って上下方向に、及び、プレス金型２２と共に左右方向にスライド移動可能なスライドプレス金型２６が配設されている。また、各スライドプレス金型２５、２６には、前記各プレス金型１６等と同様、それぞれ多数の蒸気孔２５Ａ、２６Ａが形成されている。これらの各スライドプレス金型２５、２６は、前記プレス金型２４上に複数本の間伐材２、５が載置された際に、各間伐材２、５が崩れることを防止し、各間伐材２、５の積層状態を保持する作用を行なうものである。
【００２６】また、圧力容器１１の左壁及び右壁の上方位置において多数のノズル２７（図３には２つのノズル２７のみを示す）が圧力容器１１の長手方向に沿って設けられている。各ノズル２７からは各間伐材２、５の表面に接着剤３が噴射されるものである。
【００２７】ここに、前記のように構成される各プレスシリンダ１５、１８、２１から各プレスロッド１７、２０、２３に及ぼされる圧力は、各間伐材２、５の圧縮率に従って変更されるが、例えば、圧縮率５０％では１５ｋｇｆ／ｃｍ2 、圧縮率３０％では１０ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定される。
【００２８】尚、前記のように構成される圧縮成形装置１０には、各プレス金型１９、２２、２４及び各スライドプレス金型２５、２６により積層状態で保持された各間伐材２、５に対して、圧力容器１１における四方の壁から加熱水蒸気を噴射する水蒸気噴射装置が設けられている。ここに、水蒸気噴射装置から噴射される水蒸気の水蒸気圧は１０ｋｇｆ／ｃｍ2 以上に設定されており、また、加熱温度は１５０℃乃至２００℃の範囲に設定されている。
【００２９】次に、前記のように構成された圧縮成形装置１０を使用して複数本の間伐材２、５から集成材１、４を製造する方法について説明する。ここに、加圧圧縮を行なう前においては、前記各プレス金型１６、２０、２２、２４は図３に示す状態に保持されているものとする。
【００３０】先ず、複数本の間伐材２、５を剥皮し、次いで圧力容器１１内でプレス金型２４上に剥皮した複数本の間伐材２、５を積層載置し、各スライドプレス金型２５、２６との協働により各間伐材２、５の積層状態を保持する（図３参照）。このとき、ほぼ同様の径を有する間伐材２については前記したように各間伐材２の元口、末口が交互に配列されるように積層され、また、径にばらつきのある間伐材５については前記したように集成材の形状等を考慮して積層される。
【００３１】この後、水蒸気噴射装置から加熱水蒸気が各間伐材２、５に噴射される。このように噴射された水蒸気は、各プレス金型１６、１９、２２、２４の蒸気孔１６Ａ、１９Ａ、２２Ａ、２４Ａ、及び、各スライドプレス金型２５、２６の蒸気孔２５Ａ、２６Ａを通過し、各間伐材２、５に噴射される。かかる水蒸気処理は数分乃至数十分程度行なわれ、この水蒸気処理を行なっている間に各間伐材２、５は、軟化される。
【００３２】このように各間伐材２、５が軟化された後、前記各ノズル２７から接着剤が各間伐材２、５の表面に噴射される。噴射された接着剤は、各プレス金型１６、１９、２２、２４の蒸気孔１６Ａ、１９Ａ、２２Ａ、２４Ａ、及び、各スライドプレス金型２５、２６の蒸気孔２５Ａ、２６Ａを通過し、各間伐材２、５に噴射される。そして、接着剤を一定量噴射した後、接着剤が各間伐材２、５の表面に均一に行き渡らせるために５分程度静置する。
【００３３】前記のように接着剤を各間伐材２、５に噴射した後、各間伐材２、５の圧縮率に従って加圧圧縮工程が行なわれる。この加圧圧縮工程においては、先ず、上方のプレスシリンダ１５を介してプレスロッド１７が加圧移動され、これによりプレス金型１６が各間伐材２、５を上方から所定の圧力をもって加圧圧縮する。このとき、各間伐材２、５は軟化状態にあるので、各プレス金型１９、２２、２４及びスライドプレス金型２５、２６との協働により、プレス金型１６を介して圧縮される。また、各スライドプレス金型２５、２６は、プレス金型１６の加圧状態に同期して下方に移動され、最終的に各プレス金型１９、２２の内側面に当接される。そして、プレス金型１６は、圧縮率に従って所定量移動した時点で上下方向の圧縮を終了し、停止する。
【００３４】次ぎに、各プレスシリンダ１８、２１、各プレスロッド２０、２３、各プレス金型１９、２２、及び、各スライドプレス金型２５、２６を介して、各間伐材２、５の左右方向への加圧圧縮が行なわれる。かかる加圧圧縮により各間伐材２、５は、図３中左右方向から圧力を受け、圧縮成形されていく。そして、圧縮率に従って各プレス金型１９、２２が所定量移動した時点で加圧圧縮工程が終了する。
【００３５】尚、前記加圧圧縮工程の時間は、使用される接着剤の種類に従って接着時間が異なることから接着剤の種類によって左右されるが、大体３０分程度加圧圧縮工程を行なうことにより各間伐材２、５は接着剤を介して相互に結着される。
【００３６】これにより、各間伐材２、５は、それぞれ図１、図２に示すように圧縮集成され、集成材１、４が得られるものである。このとき、接着剤は固化した接着剤３（図１、図２参照）として集成材１、４中に残存されている。このように製造された集成材１、４は、実際に家屋における柱や梁、あるいは造作材の芯材等として使用される場合には、集成材１、４における各４面に化粧板等を貼り付ける等して使用してもよい。
【００３７】また、実施例２に係る集成材の製造方法では、基本的に前記実施例１と同様であるが、接着剤を塗布した後、水蒸気処理を行なうものである。このような工程では、接着剤が完全に塗布されたことを確認した後、可塑処理を行なうことができ、工程管理が容易になる。
【００３８】以上詳細に説明した通り本実施例に係る集成材１、４は、複数本の間伐材２、５を水蒸気処理して軟化するとともに、各木材表面の接着剤層を介して圧縮成形することにより得られるものであり、従って、使用される各間伐材２、５の本数を適宜選択すれば各種の集成材１、４を得ることができる。これにより、本実施例に係る集成材１、４は、建築材料として広い範囲に渡って使用することができるものである。
【００３９】また、本実施例に係る集成材１、４は、各間伐材２、５を接着剤を介して相互に結着するようにしたので、接着剤の接着時間に応じて加圧圧縮工程を行なうだけで各間伐材２、５を結着することができる。これにより、従来、１週間程度必要とされていた養生期間を１時間程度に短縮することができ、もって集成材１、４の生産性を格段に向上することができるものである。
【００４０】更に、本実施例に係る集成材１、４では、各間伐材２、５を剥皮した後、直ちに水蒸気処理、及び、加圧圧縮処理を行なうことができるので、従来のように間伐材の段階で予め面取り加工等の前処理を行なう必要がなく、これより極めてコストの低い集成材１、４を製造することができるものである。
【００４１】尚、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。例えば、本実施例に係る集成材１、４では、図１、図２に示すように、直方体状の集成材を例にとって説明したが、前記圧縮成形装置１０に使用される各プレス金型１６等の形状を種々変更すれば、各種の所望形状を有する集成材が得られることは明かである。
【００４２】
【発明の効果】以上説明した通り本発明は、建築材料の広い範囲に渡って使用することができるとともに、養生期間の短縮を図って生産性を向上することができ、もってコストの低い集成材及び集成材の製造方法を提供することができ、その産業上奏する効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】径が比較的揃った複数本の間伐材を圧縮集成した集成材の端面図である。
【図２】径にばらつきのある複数本の間伐材を圧縮集成した集成材の端面図である。
【図３】圧縮成形装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１、４・・・集成材、２、５・・・間伐材、３・・・接着剤、１０・・・圧縮成形装置、１１・・・圧力容器、１５、１８、２１・・・プレスシリンダ、１７、２０、２３・・・プレスロッド、１６、１９、２２・・・プレス金型

【特許請求の範囲】
【請求項１】可塑処理された複数本の木材からなり、各木材の表面の接着剤層を介して所定形状に圧縮成形されてなることを特徴とする集成材。
【請求項２】複数本の木材を高温、高圧下にて水蒸気処理を行なうとともに各木材を軟化させる第１工程と、前記軟化した各木材の表面に接着剤を塗布する第２工程と、前記接着剤が塗布された各木材を加圧圧縮して所定の形状に成形する第３工程とからなることを特徴とする集成材の製造方法。
【請求項３】予め接着剤を塗布した複数本の木材を高温、高圧下にて水蒸気処理を行い各木材を軟化させる第１工程と、前記接着剤が塗布された各木材を加圧圧縮して所定の形状に成形する第２工程とからなることを特徴とする集成材の製造方法。

【図１】