JP4619272B2

JP4619272B2 - 建具芯材およびこの建具芯材を備えた建具

Info

Publication number: JP4619272B2
Application number: JP2005325932A
Authority: JP
Inventors: 宏夫井上
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2025-11-10
Also published as: JP2007132079A

Description

本発明は、建具の骨格構造を構成する建具芯材およびこの建具芯材を用いた建具に関するものである。

従来、建具の芯材として使用される木質材料としては、製材、集成材、単板積層材、パーティクルボード、繊維板などがあり、これらを所定の断面、長さに切断し、パネル状に骨組みすることにより、建具芯材として使用することが知られている。
しかしながら、建具の芯材に製材を使用した場合は、製材の反り、曲がりにより、長期の使用により、建具に反り、曲がりを生じるという問題がある。また、単板積層材や合板を建具の芯材に使用した場合は、構成する単板の種類や積層方法によっては、建具に反り、曲がりが生じるという問題がある。また、パーティクルボードや繊維板を建具の芯材に使用した場合は、接合具（ビスや釘等）の接合強度が低いため、建具の長期使用により、丁番部分の材料が破壊し、建具が傾くという問題がある。

一方、木材の廃棄物、例えば、工場や住宅建設現場で発生する端材、部材輸送後に廃棄される廃パレット材、建物の解体時に発生する解体廃材などを破砕してなる木質材料片を再利用した木質系構造材料も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、この木質系構造材料は、廃材の有効利用の観点からは好ましいものの、その木質材料片の材質や形状、製造工程における設定条件によっては、所望の寸法や強度を発現しにくいという問題がある。
特開２００１−３４１１１０号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、環境に配慮した木質系構造材料で構成されており、反りや曲がり等の寸法変化が少なく、接合具（ビスや釘等）の接合強度に優れた建具芯材およびこの建具芯材を備えた建具を提供することにある。

以上の課題を達成するために、請求項１記載の発明にかかる建具芯材は、建具の骨格構造を構成する建具芯材であって、
前記建具の骨格構造は、垂直方向および水平方向に配置された複数の角材の端部を、接合具を用いて接合することにより枠状に組んで形成されており、
前記複数の角材は、それぞれ重量比７０％以上が、密度０．３〜０．６ｇ／ｃｍ³，厚さ１〜１１ｍｍ、長さ２０〜１５０ｍｍの範囲にある多数の木質材料片と、これらの木質材料片同士を結合させるための結合剤とを含む材料を、木質材料片の長さ方向の向きをほぼ同一方向に配向させた状態で積み重ね、加熱および積み重ね方向に加圧して、前記木質材料片同士を圧縮結合させて得られる密度０．６ｇ／ｃｍ³以上の複合材料であり、
かつ前記複数の角材は、前記木質材料片の配向方向と圧縮方向とに垂直な方向が、前記建具の骨格構造の厚さ方向となるように配置されていることを特徴とするものである。

請求項１記載の発明において、建具芯材を構成する芯材の空隙率が、１０％以下であるのが好ましい。

請求項２記載の発明にかかる建具は、請求項１記載の建具芯材の厚さ方向両側から建具芯材を挟むように、化粧面材が配置されていることを特徴とするものである。

ここで、木質材料片となる針葉樹としては、主に、スギ、ヒノキ、マツ、スプルース、ファー、パイン等が挙げられ、広葉樹としては、ラワン、アピトン、ポプラ、アスペン、カバ、カメレレ等が挙げられる。

木質材料片の原材料としては、天然木であっても廃棄木材であっても構わない。廃棄木材としては、特に限定されないが、例えば、上記樹種の丸太、間伐材等の生材料、工場や住宅建築現場で発生する端材、部材輸送後に廃棄される廃パレット材、建築解体時に発生する解体木材等が挙げられる。

また、上記原材料を木質材料片にする破砕方法は、ハンマーミル破砕機による破砕が好ましい。この破砕機により作製された木質材料片は、長さ２０ｍｍ〜１５０ｍｍの紡錘状になり、強度がでやすいからである。

木質材料片は、重量比７０％以上が、密度０．３〜０．６ｇ／ｃｍ³，厚さ１〜１１ｍｍ、長さ２０〜１５０ｍｍの範囲である必要がある。

木質材料片の密度が０．３ｇ／ｃｍ³未満のものの場合、木質が腐朽していることが多く、十分な強度が得られないからである。また、成形時の圧密処理を十分に行うことができず、所望する強度が得られないからである。一方、木質材料片の密度が０．６ｇ／ｃｍ³をこえるものは、木質材料片が固く、所望する強度を発現する成形が難しいからである。

木質材料片の厚さが１ｍｍ未満のものでは、厚さが薄すぎて、強度を発現しにくいし、木質材料片の厚さが１１ｍｍを超えると、製造される材料の厚さ方向への木質材料片の積層数が少なくなってしまい、応力伝達が十分に行えず、木質片の継ぎ目に応力集中を起こしやすく、所望の強度を得ることができないからである。

木質材料片の長さが２０ｍｍ未満のものでは、成形された建具芯材の長さ方向および厚さ方向の強度が不十分となり、１５０ｍｍを超えるものを用いると、木質材料片を積層した時に、木質材料片同士の隙間が多くなり、十分な圧密化ができないからである。なお、木質材料片の長さは、完全にきっちり分離できる物ではないため、重量比で７０％以上であり、好ましくは８０％以上が上記長さの木質材料片を含有していれば、十分効果が発揮される。

また、木質材料片の長さと厚さの比は、特に限定されないが、長さが厚さの１０倍以上となることが好ましい。言い換えれば、厚さが１ｍｍ〜１１ｍｍであることが好ましい。長さが厚さの１０倍未満であると、建具芯材の長さ方向および厚さ方向の強度が不十分となる恐れがあるからである。

なお、本発明で用いられる結合剤としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、イソシアネート樹脂、酢酸ビニル系樹脂等熱硬化型樹脂や、熱可塑型樹脂のような合板やパーティクルボードに用いられる木材工業用の接着剤が挙げられる。
また、天然物成分もしくは天然物から精製、抽出、変性等によって得られる接着剤としては、具体的には、ゼラチン、カゼイングルー、大豆グルー、にかわ、アルブミン等のタンパク質系接着剤、でんぷん、デキストリン、米糊、グルコマンナンなどのデンプン系接着剤、キチン・キトサンなどの動物系接着剤、セルロース系接着剤、リグニン系接着剤、タンニン系接着剤などが挙げられる。これらの接着剤は、単独又は複数を併用しても良い。特に、タンニン系接着剤は、天然木材からの抽出成分であるので木質材料片との親和性が良く、また、適度の粘着性を有し、更に、硬化すると高強度になるので好ましい。タンニン系接着剤はタンニン単独で使用して加熱等によって硬化させて使用しても良いが、耐久性が要求される用途においては、アルデヒド系化合物やイソシアネート系化合物、エポキシなどの架橋剤を併用することが好ましい。タンニン系接着剤を抽出する樹種は特に限定されないが、ラジアータパインやブラックワトル、ミモザ、ケブラチョ、チェスナッツから採取されるものが好ましい。木材から抽出したタンニンが固体の場合には、必要に応じて水や有機溶媒に溶解又は分散させて使用することができる。
なお、結合剤は、液状でも粉末状でも構わないが、木質材料片に噴霧したり、混合したりした状態で付着される。

木質材料片がほぼ一方向を向くように配向された状態で積む方法として、例えば、ベルトコンベアの上に、搬送方向に沿って複数の板状体を並列に立設させて、板状体の上から木質材料片を投下して配向させる方法や、幅方向に樋状体を並べて、凹凸溝形状として、木質材料片が溝の内を流れることで並べる方法や、ディスクオリエンター等の公知の配向手段をフォーミング型の上方に配置し、この配向手段により配向させながら投入する方法を用いることが可能である。

プレス機としては、特に限定されないが、例えば、既存の木質材料成形用のデイライトプレス機や連続プレス機を垂直方向に動作したものを用いることができる。
加熱方法としては、特に限定されないが、例えば、熱盤のように木質材料片の表面から伝達により内部に熱を伝える方法や、蒸気噴射や高周波加熱等のように内部を直接加熱する方法が挙げられる。加熱と加圧とは、同時に行ってもよいし、加圧をした後に加熱をしてもよいし、加熱した後に加圧してもよい。

さらに、プレス成形後、得られる角材の寸法精度や表面性を向上させるために、切削、サンディング加工を行うことが好ましい。

上記木質材料片からなる建具芯材は、密度が０．６ｇ／ｃｍ³以上であることが必要である。密度が０．６ｇ／ｃｍ³未満では、木質材料片同士の十分な結合が得られず、強度を必要とする部材として用いる場合、十分な強度を得ることができない恐れがあるからである。

また、空隙率は、１０％以下となることが好ましい。すなわち、空隙率が１０％を超えると、木質材料片同士の結合が不十分となり、十分な強度を発現しなくなる恐れがあるからである。

請求項１の発明にかかる建具芯材は、一方向に配向された木質材料片を積み重ね方向に加圧して圧密化することにより、木質材料片は圧縮方向に潰れて偏平になり、また木質材料片間の隙間が少なくなる、その結果、接合具が木質材料片に食い込む割合が高まって抜けにくくなるため、接合具を強固に固定することができる。さらに、木質材料片が一方向に配向され、圧密化されているため、建具芯材の密度分布のバラツキが小さい。そのため、温度変化や湿度変化による反りや曲がりの寸法変化を抑えることができる。

また、請求項２の発明にかかる建具は、請求項１記載の建具芯材の厚さ方向両側から建具芯材を挟むように化粧面材が配置されたもので、温度変化や湿度変化による建具芯材の寸法変化が小さいので、化粧面材を強固に固定できるし、建具の波うちを小さくでき、安定した品質を得ることができる。

以下、本発明にかかる一実施形態について、図面に基づいて説明する。

本実施形態の建具芯材１は、図１に示すように、木質材料片２と結合剤とを含む材料を圧縮結合してなる芯材３で構成されている。
木質材料片２は、重量比７０％以上が、密度０．３〜０．６ｇ／ｃｍ³，厚さ１〜１１ｍｍ、長さ２０〜１５０ｍｍの範囲にある。
そして、芯材３は、上記の範囲にある多数の木質材料片２と、これらの木質材料片同士を結合させるためのイソシアネート系樹脂とを含む材料を、木質材料片２の長さ方向の向きをほぼ同一方向に配向させた状態で積み重ね、加熱および積み重ね方向に加圧して、前記木質材料片同士を圧縮結合させて得られる複合材料を、木質材料片の配向方向と圧縮方向とに垂直な方向を厚さ方向となるように成形加工することにより得られる。芯材３の空隙率は１０％以下で、密度０．６ｇ／ｃｍ³以上となっている。

図１において、Ｘ方向は、木質材料片２の配向方向と略同一方向となっている。すなわち、木質材料片２は、その繊維方向αを配向方向として配向されており、繊維方向αと芯材３の長さ方向との成す角度の絶対値の平均が１５度以内となっている。また、Ｚ方向は、積み重ねられた木質材料片２の圧縮方向であり、積み重ねられた木質材料片２は、Ｚ方向に断面積が７０％以下に圧縮されて、Ｘ方向とＺ方向との両方に垂直なＹ方向に扁平となるように押し潰されている。

本実施形態の建具芯材１は、図２に示すように、所定形状の複数の芯材３を垂直方向および水平方向に配置し、その端部同士を接合することにより枠状に組んで形成されている。具体的には、図２に示すように、建具の垂直方向両端を支持する上下一対の短辺部材４，４と、建具の水平方向両端を支持する左右一対の長辺部材５，５と、上下の短辺部材４，４間に所定間隔毎に、長辺部材５，５と平行に配置される補強部材６ａ，６ｂ，６ｃと、長辺部材５，５および水平方向中央部に配置される補強部材６ｂに沿って配置される補強片７，７，・・とから構成されている。そして、各部材は、図２，図３に示すように、Ｘ方向とＺ方向との両方に垂直なＹ方向を厚さ方向として配置されており、Ｙ方向にタッカー８を打ち込むことによって接合されている。

次に、この建具芯材１を使用した建具９について説明する。建具９は、図２〜図４に示すように、建具芯材１の厚さ方向両側から建具芯材を挟むように、化粧面材１０が貼着されている。また、建具芯材１の垂直方向両端面、すなわち短辺部材の外側面４１と、建具芯材１の水平方向両端面、すなわち長辺部材の外側面５１には、建具芯材の端面が露出して美観を損ねないように、化粧シート片１１が貼着されている。そして、建具９は、その幅方向一端部に一対の蝶番１２がビス止めされて、図示しない出入り口の枠柱に開閉自在に取り付けられる。なお、建具芯材１の垂直方向両端面は、建具芯材１の端面が露出していても見えないため、短辺部材の外側面４１には、化粧シート片１１を貼着しなくても構わない。また、建具芯材の端面を覆う面材としては、化粧シート片１１に限られず、例えば、突板などの薄肉の板片でもよい。

以上詳細に説明した通り、本実施形態の建具芯材１によれば、一方向に配向された木質材料片を積み重ね方向に加圧して圧密化することにより、木質材料片２が圧縮方向に潰れて偏平になり、また木質材料片２間の隙間が少なくなる。その結果、接合具が入ると抜けにくくなるため、接合具を強固に固定することができる。さらに、木質材料片２が一方向に配向され、圧密化されているため、建具芯材１の密度分布のバラツキが小さい。そのため、温度変化や湿度変化による反りや曲がりの寸法変化を抑えることができる。また、芯材３の空隙率が１０％以下であるので、木質材料片同士の結合力が強く、十分な強度を発現できる。

また、この建具芯材１を使用した建具９によれば、温度変化や湿度変化による建具芯材１の厚さ方向への寸法変化が小さいので、化粧面材１０を強固に固定できるし、建具の波うちが生じにくく、安定した品質を得ることができる。

（実施例）
以下、実施例および比較例について、図面を用いて説明する。実施例にかかる建具は、基本的には上記の実施形態と同様の構成とした。建具芯材１は、垂直方向長さ２０７４ｍｍで、水平方向長さ７６７ｍｍとなっている。なお、建具芯材１を構成する短辺部材４，４は、圧縮方向長さ２８ｍｍ、厚さ方向長さ２７ｍｍで、木質材料片の配向方向を長さ方向としており、その長さは７６７ｍｍである。また、長辺部材５，５および補強部材６ａ，６ｂ，６ｃは、短辺部材４，４と同様に、圧縮方向長さ２８ｍｍ、厚さ方向長さ２７ｍｍで、その長さは、１９９３ｍｍである。また、化粧面材１０は、建具芯材１と同様に、垂直方向長さ２０７４ｍｍ、水平方向長さ７６７ｍｍで、その厚さは、３．０ｍｍとなっている。建具芯材１の四囲には、幅３３ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの化粧シート片が貼着されている。なお、比較例にかかる建具は、建具芯材に単板積層材を使用した。

本実施例にかかる建具と、比較例である単板積層材を芯材に用いた建具を試験体として、環境試験を行った。

（試験方法）
１）試験体の取り付け
図５に示すように、２室型恒温恒湿室の中央に、標準施工方法で試験体Pを取り付ける。試験体Pは扉を閉めた場合、扉面が見える側を高湿側（Ｂ室側）とする。
２）温湿度条件
図６に示すように、Ａ・Ｂ室側とも２０℃５０％で、約２４時間一定条件に保つ。
その後、Ａ室は、２０℃５０％を維持する。Ｂ室は２０℃９０％８時間、２０℃５０％１６時間の計２４時間を１サイクルとして３サイクル繰り返す。
その後ドア面の結露を確認するため、Ａ室は１０℃５０％、Ｂ室は２０℃８５％を約４８時間維持し、ドア面の結露及び反り状況を確認する。その後Ａ・Ｂ室とも２０℃５０％にし約２４時間放置する。
３）測定条件
測定面外変位、表面温度及び環境温湿度は、１０分間隔で連続測定する。面外変位は電気式変位計、表面温度は熱電対、環境温湿度は温湿度計を用いる。
測定位置は、図７に示す。
面外変位は長手１：Ｘ₁−（Ｘ₂＋Ｘ₃）／２
長手２：Ｘ₄−（Ｘ₅＋Ｘ₆）／２
長手３：Ｘ₇−（Ｘ₈＋Ｘ₉）／２
短手１：Ｘ₁−（Ｘ₄＋Ｘ₇）／２で計算する。
また表面温度はＡ室側、Ｂ室側とも５点の平均とする。

（試験結果）
試験結果を下表に示す。

（結論）本実施例の建具は、比較例に比べて環境変化による寸法安定性に優れており、反り変形が小さく、建具の波うちを引き起こしにくい。

次に、本実施例にかかる建具と、比較例である単板積層材を芯材に用いた建具について、開閉繰返し試験を行った。

（試験方法）
図８に示すように、使用時の施工状態を考慮して、枠柱Ａに試験体Ｐを釣込み、瞬間反復装置Ｂによって、試験体Ｐを全閉状態から４５°の角度で、往復約１０回／ｍｉｎの頻度で１００，０００回の開閉を繰返し、５０００回ごとの開閉始動力の測定、試験体先端下部Ｐ１の下がりの測定および蝶番取り付け部の状態を観察する。なお、枠柱Ａと試験体Ｐとの間には、開いた状態の試験体を閉じるために、ゴム紐Ｄが取り付けられている。

（試験結果）
試験結果を下表に示す。

（結論）実施例は、比較例に比べて開閉繰返しによる戸下がり量が小さかった。すなわち、実施例の建具芯材は、比較例の単板積層材よりも、接合具の保持力が大きく、建具と蝶番との接合強度が高く、建具の開閉繰返しによる接合部分の強度低下を引き起こしにくい。

次に、本実施例の建具芯材と従来の建具芯材との環境変化による寸法変化率を測定した。測定結果を下表に示す。

（試験方法）
室内放置→養生（温度２０℃、湿度６５％、７日）→恒温恒湿（温度５０℃、湿度９０％、7日）→養生（温度２０℃、湿度６５％、７日）→乾燥（温度６０℃、７日）→養生（温度２０℃、湿度６５％、７日）

（試験結果）
試験結果を下表に示す。

（結論）
本実施例の建具芯材は、温度変化や湿度変化による反りや曲がりの寸法変化が製材、集成材、及び単板積層材等より小さいため、住宅室内の温度、湿度変化による建具の反り、曲がりを小さくできる。

次に、本実施例の建具芯材と従来の建具芯材について、接合具の接合強度を測定した。測定結果を下表に示す。

（試験方法）
接合具の種類
１）木ねじ（４．１ｍｍ×２５ｍｍ）２）釘（Ｎ４５）
試験方法
１）打ち込み深さ１５ｍｍ、試験方法はＪＩＳＡ５９０８パーティクルボードを参考
２）試験方法はＪＩＳＺ２１０１木材の試験方法に準拠

（試験結果）
試験結果を下表に示す。

（結論）
本実施例の建具芯材は、接合具の保持力が他の建具芯材に比べて格段に大きい。したがって、建具と蝶番の接合強度が高くなり、長期にわたる建具の開閉繰返しによる接合部分の強度低下を小さくできる。

本発明にかかる木質材料片と結合材とからなる角材の斜視図である。本発明にかかる建具芯材の組み立て図である。本発明にかかる建具芯材の接合部分を拡大して示す斜視図である。本発明にかかる建具の断面図である。本発明にかかる建具の環境試験を行うための恒温恒湿室の説明図である。恒温恒湿室内の温度および湿度の経時変化を示す。本発明にかかる建具の変位測定位置と表面温度測定位置を示す説明図である。本発明にかかる建具の開閉繰り返し試験の方法を示す説明図である。

符号の説明

１建具芯材
２木質材料片
３芯材
９建具
１０化粧面材

Claims

建具の骨格構造を構成する建具芯材であって、
前記建具の骨格構造は、垂直方向および水平方向に配置された複数の角材の端部を、接合具を用いて接合することにより枠状に組んで形成されており、
前記複数の角材は、それぞれ重量比７０％以上が、密度０．３〜０．６ｇ／ｃｍ³，厚さ１〜１１ｍｍ、長さ２０〜１５０ｍｍの範囲にある多数の木質材料片と、これらの木質材料片同士を結合させるための結合剤とを含む材料を、木質材料片の長さ方向の向きをほぼ同一方向に配向させた状態で積み重ね、加熱および積み重ね方向に加圧して、前記木質材料片同士を圧縮結合させて得られる密度０．６ｇ／ｃｍ³以上の複合材料であり、
かつ前記複数の角材は、前記木質材料片の配向方向と圧縮方向とに垂直な方向が、前記建具の骨格構造の厚さ方向となるように配置されていることを特徴とする建具芯材。
請求項１記載の建具芯材の厚さ方向両側から建具芯材を挟むように、化粧面材が配置されていることを特徴とする建具。