JPH07110486B2 - 木造建築物における構造材接合用の木質接合板及び構造用部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、木造建築物における構
造材接合用の木質接合板及び構造用部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】学校施設、スポ−ツ施設、地域のシンボ
ル的施設等の大規模木造建築物の骨格を形成する主要構
造材には、大断面の構造用集成材や構造用製材が使用さ
れており、木造建築物の構造的強度は主要構造部を構成
する柱や梁の継手や仕口の強さに大きく左右される。そ
して （１） 継手や仕口の外側に鋼板を添えてボルトで固定
している。

【０００３】（２） 一枚ないし数枚の鋼板を継手や仕
口にスリットを設けて埋設しドリフトピンまたはボルト
で固定している。

【０００４】（３） 製材を用いた柱や梁の継手や仕口
の外側に添木や合板ガセットを当てボルトまたは釘で固
定している。

【０００５】（４） 大きな内部空間を確保するため
に、骨格を大断面構造用集成材を用いてア−チ型に架構
する場合等には、工場で製作した実大の湾曲集成材等を
建設現場に搬入し直接建て付けている。

【０００６】

【発明が解決しょうとする課題】

１． 従来から一般的に採用されている鋼板等を利用し
た金属製接合板（金具）は、次のような欠点を有してい
る。

【０００７】（１） 難施工性 大型の金具は、重量が大きく、足場の悪い大架構上での
取付け作業には、施工面での種々の困難を伴うことが多
い。

【０００８】（２） 先孔加工とそれに伴う建築物の初
期ガタの問題 建設現場接合の場合は、金具と接合しようとする部材に
はそれぞれ別個にボルトやドリフトピンを通す孔を穿孔
する（先孔加工）。その際、施工誤差を見込んで孔の径
を、使用するボルト等の径よりも大きく穿孔することが
必要となる。このことが建て上げ後の建造物の初期ガタ
の原因となる場合がある。

【０００９】（３） 難耐火性 金具が露出している場合は、金属製であるために火災時
に高温により容易に軟化して接合機能を喪失し、建造物
の倒壊の原因となる場合がある。

【００１０】（４） 結露を生じる 同じく金具が露出している場合は、寒冷時に金具の表面
に結露を生じやすく、往々にして接合部分の木部の腐朽
を誘発することがある。

【００１１】２． 接合しようとする部材が製材である
場合は、添木または合板ガセットを用いることがある
が、所要の接合強さを確保するために、添え木または合
板ガセットの強度に安全を見込んで断面厚さを大きく取
る必要を生じ、接合部が直接目にふれる場合等には、建
て物の美観上好ましくない場合がある。

【００１２】３． 大断面構造用集成材でア−チ型に架
構する場合等は、工場で製作した実大の湾曲集成材等の
部材を、大型トラック等を用いて建築現場に搬入するこ
とがあるが、大型の部材は道路交通法の規定に抵触する
ことがあり運搬が不可能になる場合がある。

【００１３】本発明は、このような課題を解決し、施工
性、強度性及び耐火性の向上を図るとともに、結露防止
を図ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

１． ロ−タリ−単板、スライス単板等の木材単板に、
縮合型合成樹脂、付加重合型合成樹脂あるいは水溶液型
樹脂のいずれかの合成樹脂液を含浸させ、適度な含水率
に調湿した該樹脂含浸単板を、液状あるいはペ−スト状
の接着剤、あるいは接着シ−ト、熱溶融型フイルム等を
用いて、その繊維方向を平行又は一部直交させて積層す
る。

【００１５】次いで熱板プレスで適度の厚さまで加熱・
圧縮を加えながら積層接着して得られた木質強化単板積
層材を用いて、木造建築物における構造材接合用の接合
板を形成する。

【００１６】なお、前記の加熱・圧縮工程において、加
圧時に一時解圧する息抜き工程を数回行う場合もある。

【００１７】また、積層工程において樹脂含浸単板の間
に接着剤を塗布した金属薄板、織布あるいはテープ状の
化合繊維あるいは無機繊維等の補強材を挿入して、加熱
・圧縮する場合もある。

【００１８】２． 前記の木質強化単板積層材を用い
て、木質ガセット及び木質接合ピンを形成する。

【００１９】３． 複数の構造材を、前記の木質接合板
や木質ガセット及び木質接合ピンを用い接合して一体化
し所望形状の構造用部材を形成する。

【００２０】

【作用】

１． 木質強化単板積層材の基礎的な性能を把握するた
めに、厚さ３ｍｍのロ−タリ−単板を、濃度の異なる含
浸用水溶性フェノ−ル樹脂液に浸せきした後、熱板プレ
スで厚さ２．０ｍｍ，１．５ｍｍ，１．０ｍｍ（圧縮率
は各々３３％、５０％、６７％）に加熱・圧縮を行っ
て、木質強化単板を作製し、これらの木質強化単板の促
進劣化試験（熱と水に対する寸法安定性試験）と曲げ強
度試験を行った。

【００２１】（１） 促進劣化試験は、４ｃｍ×４ｃｍ
の試片を、まず全乾状態とし、４時間の煮沸及び２０時
間の７０℃での乾燥を３回繰り返した後、再度全乾状態
として、各々の過程での単板の厚さと重量を測定した。

【００２２】促進劣化試験終了後のスプリングバック
（全乾状態での単板厚さをベ−スとした厚さ膨張率）
は、樹脂液の濃度の増加とともに小さくなった。これ
は、吸収率が減少することと対応しており、単板中に含
浸された樹脂が水の侵入を抑制することにより、単板に
寸法安定性を付与するものと考えられる。

【００２３】また、含浸率（単板全乾重量に対する樹脂
固形分の重量比）の増加に従って急激にスプリングバッ
クが減少した。ここで、スプリングバック５％を材料の
許容し得る寸法変化の上限と考えると、圧縮率６７％で
は含浸率１７％付近以上で、圧縮率３３％と５０％で
は、含浸率２５％付近以上で、各々この条件を達成して
いた。

【００２４】全体では、含浸率が２５％以上であれば、
スプリングバックを５％以下に抑えることができ、非常
に寸法安定性の良い木質強化単板の得られることが分か
った。

【００２５】（２） 曲げ強度試験は、幅４ｃｍ、長さ
１０ｃｍの試片を、インストロン木材試験機を用いて、
スパン７．５ｃｍの中央集中荷重を荷重速度毎分約１５
０ｋｇｆ／ｃｍ²／分で破壊するまで加力し、破壊荷
重、比例限度荷重及び一定荷重に対するたわみ量を測定
した。

【００２６】曲げ強さは、木質強化単板の全乾比重に比
例して増加し、全乾比重１．０のものでは、２．０００
ｋｇｆ／ｃｍ²以上の値が得られ、樹脂液の濃度による
差は見られなかった。曲げヤング係数も、木質強化単板
の全乾比重に比例して増加し、全乾比重が１．０のもの
では３００ｔｆ／ｃｍ²近い値が得られ、且つ、樹脂液
濃度が１５％以下では濃度による差は見られなかった
が、樹脂液濃度が３０％となると若干低下する傾向が見
られた。

【００２７】このように、比重１．０以上の木質強化単
板はもとの単板の約３〜４倍の曲げ強度性能が得られる
ことが分かり、接合部材としての基本的な性能を有して
いることが分かった。

【００２８】２． 引張り試験はＬ型集成材強度試験装
置を用いて、添板鋼板（厚さ９ｍｍ）２枚の間に木質強
化単板積層材（厚さ９ｍｍ）を挟み込む形でドリフトピ
ン（直径１２ｍｍ）を貫通させて行った。

【００２９】木質強化単板積層材の寸法及びドリフトピ
ンの位置は木構造計算ｇ規準に従って、表１のとおりと
した。

【００３０】

【表１】 加力は油圧式シリンダ−を用いて行い、レコ−ダ−を使
用して、ロ−ドセルにより荷重を、ひずみ式変位計によ
り添板鋼板と木質強化単板積層材の相対変位を測定し
た。

【００３１】３． 実大試験体の強度試験は、Ｌ型集成
材強度試験装置を用いて、通直集成材（幅１５ｃｍ、厚
さ２０ｃｍ、長さ１００ｃｍ）に設けたスリットに、木
質強化単板積層材（厚さ９ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ４
００ｍｍ）を挿入し、ドリフトピン（直径１２ｍｍ）を
多数本配置したＬ型継手試験体を製作して行った。

【００３２】４． 単板の繊維方向を互いに平行させた
木質強化単板積層材は繊維方向の荷重に対して大きな強
度を有するので、単一方向の荷重を受ける継手の接合に
適している。

【００３３】また、単板の繊維方向を一部直交させた木
質強化単板積層材は、多方向の荷重に対して均等に対抗
できるので、直交または斜交する複数の部材を接合する
仕口の接合や請求項４記載の木質ガセットに対して有効
である。

【００３４】５． 引張試験と実大破壊試験の結果は、
表２、表３のとおりである。

【００３５】

【実施例】（実施例１）図１に示すように、直径２１〜
２５ｃｍ、年輪数１７〜２２のスギ丸太を十分に水中で
浸せき処理の後、６０℃の温水中で２４時間加熱処理
し、または２４時間煮沸処理した後、ロ−タリ−レ−ス
を用いて厚さ３ｍｍの単板を採取し、長さ４２ｃｍ、幅
２６ｃｍに裁断した。なお、単板は繊維と平行方向に長
いものと直角方向に長いものを作製した。

【００３６】単板は辺材と心材について気乾状態まで風
乾した後、濃度５０％のフェノ−ル樹脂液を濃度２０
％、１５％、１０％、５％に各々希釈して１時間浸せき
した。樹脂含浸単板１は再度気乾状態まで風乾した後、
恒温恒湿装置で温度２０℃、湿度９０％で調湿し、接着
剤を塗布し９層に積層して加熱・圧縮を行った。

【００３７】熱板プレスでの加熱・圧縮の条件は以下の
通りであり、加圧過程で樹脂含浸単板１内部の水蒸気を
開放するために、一時解圧する息抜き工程を０〜３回行
った後、加圧状態で厚さ９ｍｍに保持し木質強化単板積
層材２を得た。

【００３８】なお、いずれの条件においても、第１回目
の加圧開始から４０分経過後に熱板プレスから取り出し
た。

【００３９】測定は、レコ−ダ−を用いて、熱板位置、
総圧力、各層の温度（１、２、３、４層の単板の裏面）
を２０秒間隔に測定した。

【００４０】積総数 ９層（すべて平行、すべて直交及
び平行層に直交層が混じるもの） 圧縮率 ６７％（開始厚さ２７ｍｍ→仕上がり厚さ９ｍ
ｍ） 接着剤 レゾルシノ−ル樹脂 塗布量 １７０ｇ／ｍ²の片面塗布 熱板温度 １３５℃ 加圧速度 １０ｍｍ／ｍｉｎ 以上の試験により判明した、木質強化単板積層材２の各
工程における最適な処理条件を以下に示す。

【００４１】ａ．丸太の前処理 ６０℃の温水中で２４時間加熱すると単板の裏割れ、厚
さむらが少なくなり、且つ、樹脂液の含浸も適度であ
る。

【００４２】ｂ．単板の選別 心材では樹脂液の含浸率が辺材の約三分の一と少ないの
で辺材のみを使用する。

【００４３】ｃ．樹脂液の含浸 樹脂液の含浸速度を高めるために単板は気乾状態まで乾
燥させる必要がある。１時間程度の短時間の浸せきで含
浸率２５％を得るための樹脂液濃度は１５％程度が適当
である。

【００４４】ｄ．樹脂含浸単板の調湿 加熱・圧縮時の単板に生じる応力を低下させるために、
樹脂含浸単板１の含水率を２０〜３０％に調湿する必要
があり、また、仕上がり含水率を低く抑えるために、樹
脂含浸単板１の含水率は２０％程度が適当である。

【００４５】ｅ．プレス条件 熱板温度を高く、加圧速度を小さくする方が、応力を低
下させることができ、且つ、３回程度の息抜き工程によ
り、木質強化単板積層材２の仕上がり含水率を下げて厚
さ精度を向上させることができる。これらと接着剤及び
フェノ−ル樹脂の硬化時間を総合的に検討すると、熱板
温度１３５℃、加圧速度１０ｍｍ／ｍｉｎが適当であ
る。

【００４６】（実施例２）実施例１において、厚さ１ｍ
ｍのアルミニウム板３を、２層と３層及び７層と８層の
間に各１枚挿入した。アルミ板の寸法は樹脂含浸単板１
と同じ長さ４２ｃｍ、幅２６ｃｍとした。

【００４７】また、同様にして、アルミ板の寸法を樹脂
含浸単板よりも小さな長さ３８ｃｍ、幅２２ｃｍにした
ものでは、アルミ板は接着層の中に埋設されて、外観は
実施例１と変わらないものが得られた。

【００４８】更に、実施例１において、厚さ０．６５ｍ
ｍの朱子織タイプのガラス繊維織布を各層の間に１枚ず
つ合計８枚挿入した。ガラス繊維織布の寸法は樹脂含浸
板１と同じ長さ４２ｃｍ、幅２６ｃｍとした。

【００４９】（実施例３）図２ａ，ｂに示すように、柱
または梁４の継手５または仕口６の側面から前記木質強
化単板積層材２からなる木質接合板７をボルト８で固定
する。

【００５０】（実施例４）図３ａ，ｂに示すように柱ま
たは梁４の継手５または仕口６に設けた一ないし数個の
スリット９に前記木質接合板７を埋設し、ドリフトピン
又はボルトを貫通させて固定した。

【００５１】また、木質接合板７にレゾルシノ−ル樹脂
接着剤等を塗布し接着接合し、該木質接合板７をボルト
８またはドリフトピンで、または接着剤を塗布した前記
木質強化単板積層材２からなる木質接合ピン１０を併用
して固定してもよい。

【００５２】（実施例５）図４に示すように柱または梁
４の仕口６の側面から、前記木質強化単板積層材２から
なる木質ガセット１１をボルト８で固定した。

【００５３】（実施例６）図５に示すように二以上の通
直集成材１２の継手または仕口に設けた一ないし数個の
スリットに、レゾルシノ−ル樹脂接着剤等を塗布した前
記木質接合板７を埋設し接着接合し一体とした、複数の
通直集成材から形成される構造用集成材のユニット１３
を作製した。

【００５４】このとき、接着剤を塗布した前記木質接合
ピン１０またはボルト８またはドリフトピンを、接合部
に多数貫通させて接合部分を補強することができる。

【００５５】（実施例７）図６ａに示すように運搬可能
な大きさに分割した通直集成材１２と湾曲集成材１４を
組み合わせ、または図６ｂに示すように湾曲集成材１４
を組み合わせ前記木質接合板７で連結し一体化した所望
の形状・機能を持つ大規模湾曲構造用集成材を得た。

【００５６】

【発明の効果】

１．木質強化単板積層材により形成される木質接合板
７、木質接合ピン１０及び木質ガセット１１からなる接
合具（以下「木質接合具」という。）を採用することに
より、従来の金属性接合具（金具）による接合と比較し
て、次のような効果が期待できる。

【００５７】（１） 建築物の施工性の向上 大型の金具は、重量が大きく、高所の大規模架構上での
取付け作業には施工面での種々の困難を伴うことが多
い。これに対して木質接合具は重量が小さいために取付
け作業は比較的容易に行うことができ、施工性や作業安
全性が大幅に向上する。

【００５８】（２） 先孔加工とそれに伴う建築物の初
期ガタの問題の改善 金具接合の場合は、金具と接合しようとする部材にはそ
れぞれ別個にボルトやドリフトピンを通す孔を穿孔する
（先孔加工）。その際、施工誤差を見込んで孔の径を、
使用するボルト等の径よりも大きく穿孔することが必要
となる。このことが、建て上げ後の建造物の初期ガタの
原因となる場合がある。

【００５９】木質接合具にあっては、容易に穿孔できる
ために、軽量化により施工性の向上と相まって、施工時
において接合する部材との一体的な穿孔が可能となり、
施工誤差を見込んだ先孔加工は不要となり、初期ガタの
問題も改善される。

【００６０】（３） 耐火性が優れている 金具が露出している場合は、金属製であるために火災時
の高温により容易に軟化して接合機能を喪失し、建造物
の倒壊の原因となる場合がある。

【００６１】木質接合具は、火災時にはその表面は燃焼
するが、表面に形成された炭化層の働きにより燃焼作用
は内部まで及ばない。従って、木質接合具の断面厚さ
に、火災時を想定して、適度の燃え代を見込むことによ
り、火災時にもよくその接合機能を保持させることがで
きる。

【００６２】固定用に、ボルトやドリフトピンに代え、
木質接合ピン１０を使用すると、さらに耐火面で有効で
ある。

【００６３】（４） 結露を生じない 同じく金具が露出している場合は、寒冷時に金具の表面
に結露を生じやすく、往々にして接合部分の木部の腐朽
を誘発することがある。

【００６４】木質接合具は通常の状態では表面に結露を
生じることはなく、このような問題は解決される。

【００６５】２．柱や梁の継手または仕口の接合具とし
て、添木や合板ガセットを用いることがあるが、これら
の接合具は強度が小さいために所要の接合強さを確保す
るためには安全を見込んで断面厚さや面積を大きく取る
必要を生じ、特に目に触れる箇所等では建て物の美観を
損なう場合がある。

【００６６】木質強化単板積層材よりなる木質接合具
は、通常の木材よりも大きな強度性能を有するために、
従来の添木または合板ガセットよりもはるかに小さい寸
法のものでよく、このような美観上の問題は相当改善さ
れる。

【００６７】３．大断面構造用集成材をア−チ型に架構
する場合等は、予め工場で湾曲加工した湾曲集成材のユ
ニットを建築現場に搬入することがあるが、大型の部材
は道路交通法の規定に抵触するために運搬が不可能にな
ることがある。

【００６８】そこで運搬の容易な通直集成材や運搬可能
な大きさの湾曲集成材の単体に分割して搬入し、木質接
合具を連結媒体にして、レゾルシノ−ル樹脂接着剤、あ
るいはボルト、ドリフトピン、木質接合ピン等を併用し
て現場接合すれば、予め工場で製作するのと同等の形状
・機能を持つ湾曲構造用集成材の現場製作が可能とな
る。

【００６９】４．熱板プレスにおける加熱・圧縮工程に
おいて、加圧終了後に解圧する数回の息抜き工程を行う
ことにより、樹脂含浸単板の含水率が下がり、従って木
質強化単板積層材の仕上がり含水率を下げるとともに、
解圧時に残留している内部の水蒸気圧によるパンクを防
止でき、寸法精度が向上する。

【００７０】５．熱板プレスによる圧縮度を加減するこ
とにより、木質強化単板積層材の比重を自在に変えるこ
とができ、従って、強度計算が容易で、自由な建築物設
計ができる。

【００７１】６．アルミニウム等の金属薄板または繊維
質等の補強材を挿入した木質強化単板積層材は、木質の
みの場合よりも強度性能の向上が図れるとともに、木質
強化単板積層材の優れた施工性及び耐結露性を損なうこ
とがなく、従って高い強度が要求される場合に有効に使
用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 複数の樹脂含浸単板に接着剤を塗布して積層
し、熱板プレスで加熱・圧縮を加えながら積層接着し、
木質強化単板積層材を形成する工程を示す説明図。

【図２】 ａ．柱または梁を木質接合板を仕口として使
用した実施例を示す斜視図。 ｂ．柱または梁を木質接合板を継手として使用した実施
例を示す斜視図。

【図３】 ａ．柱または梁にスリットを設け木質接合板
を埋設し、ボルトまたはドリフトピンまたは木質接合ピ
ンを用いて仕口として使用した実施例を示す斜視図。 ｂ．柱または梁にスリットを設け、木質接合板を埋設
し、ボルトまたはドリフトピンまたは木質接合ピンを用
いて継手として使用した実施例を示す斜視図。

【図４】 柱または梁を木質ガセットを用いて連結した
状態を示す正面図。

【図５】 通直集成材を木質接合板を用いて連結した状
態を示す正面図。

【図６】 ａ．通直集成材と湾曲集成材を木質接合板を
用いて連結した状態を示す正面図。 ｂ．湾曲集成材を木質接合板を用いて連結した状態を示
す正面図。

【符号の説明】 １ 樹脂含浸単板 ２ 木質強化単板積層材 ３ アルミニウム板 ７ 木質接合板 １０ 木質接合ピン １１ 木質ガセット

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】木材を切削して得られた木材薄単板に、合
   成樹脂液を含浸させ、適度な含水率に調湿した該樹脂含
   浸単板に接着剤を塗布し、該樹脂含浸単板の繊維方向を
   平行または一部直交させて積層し、次いで加熱・圧縮を
   加えながら積層接着して形成した木質強化単板積層材か
   らなる木造建築物における構造材接合用の木質接合板。
2. 【請求項２】木質強化単板積層材の加熱・圧縮工程にお
   いて、加圧時に一時解圧する息抜き工程を行うことを特
   徴とする木質強化単板積層材からなる木造建築物におけ
   る構造材接合用の木質接合板。
3. 【請求項３】木質強化単板積層材の積層工程において、
   樹脂含浸単板の間に、接着剤を塗布した金属薄板または
   繊維質等の補強材を挿入して加熱・圧縮して形成される
   木質強化単板積層材からなる木造建築物における構造材
   接合用の木質接合板。
4. 【請求項４】請求項１または請求項２または請求項３記
   載の木質強化単板積層材により形成される木質ガセッ
   ト。
5. 【請求項５】請求項１または請求項２記載の木質強化単
   板積層材により形成される木質接合ピン。
6. 【請求項６】請求項１または請求項２または請求項３記
   載の木質接合板、または請求項５記載の木質接合ピンを
   用い複数の構造材を所望形状に接合して一体的に形成し
   た木造建築物における構造用部材。