JP2009299383A

JP2009299383A - 丸棒

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Publication number: JP2009299383A
Application number: JP2008156642A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Kawamura; 博久川村
Original assignee: CONSULT KK
Current assignee: CONSULT KK
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2009-12-24

Abstract

【課題】曲げ荷重に対する強度が高く且つたわみが小さい丸棒を提供する。
【解決手段】外周を丸棒状に切削して形成される丸棒Ａに関するものであり、密度の異なる単板１を交互に積層した木質積層材Ｂによって形成されていることを特徴とする。密度の異なる単板１を交互に積層した木質積層材Ｂを用いているため、密度の高い単板１ａによって剛性を高めてたわみを小さくしつつ、密度の低い単板１ｂによって柔軟性と粘りを高めて曲げ強度を向上することができるものであり、曲げ荷重が作用した際の強度が高く且つたわみが小さい丸棒Ａを得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、手摺りなど造作用建築部材として使用される丸棒に関するものである。

造作用建築部材において、例えば住宅内の廊下や階段などに取り付けられる手摺りは、歩行補助用として使用されるため、外力に対する安全性を確保する必要がある。このため、手摺りとして必要な機械的特性がベターリビング規格（ＢＬ規格）において規定されている。このＢＬ規格では、壁に相当する石膏ボード、コンクリート等で形成された模擬躯体などに所定間隔の取付金物で手摺りを取り付け、取付金物間の中央を加力点として、所定の最大荷重に達するまで鉛直方向に加圧し、加力点での手摺りのたわみ量を測定することによって、機械的特性の評価がなされる。

そして手摺りにおいては、歩行者の体重を支える必要があるため、曲げ荷重が作用した際にひび割れや破壊に至るまでの強度が高いこと、また歩行者が手摺りに体重をかけたときに大きくたわむと不安感を与えるために、曲げ荷重が作用した際のたわみ量が小さいことが、特に必要とされる。

このように手摺りに使用される丸棒には、曲げ荷重が作用した際の強度が高く且つたわみが小さいという、機械的特性が要求されることになる。ここで、たわみを小さくするには剛性の高い材料であることが必要であるが、剛性が高い材料は脆いので曲げ強度が低くなるのが一般的である。逆に柔軟性が高い材料は粘りがあって大きな荷重が作用しても容易にひび割れたり破壊されたりしないので一般に曲げ強度が高いが、たわみが大きく発生することになる。手摺りに使用される丸棒にはこのように剛性と柔軟性という、相反する性質を兼ね備えることが要求されることになる。

そして住宅、特に木造住宅においては、手摺りは木質材料で作製されることが多いが、無垢の木材ではこのような機械的特性を得ることは難しいので、手摺りを作製する材料として、住宅構造用としても使用されるナラ、ニレ、ゴム、米松など、密度の大きい材料による集成材を用いたり、ＬＶＬなどの木質積層材を用いたりすることが多い（例えば特許文献１，２等参照）。

例えば、単一木材からなる断面の小さい板材を積層して木質積層材を作製し、この木質積層材を円形や楕円形などの外周形状に切削加工して丸棒状に形成した丸棒が、手摺りとして使用されている。
特開２００３−２９３５４２号公報特開２００６−１５２５３５号公報

しかし、このように木質積層材を用いて作製した丸棒にあっても、曲げ荷重が作用した際の強度が高く且つたわみが小さいという機械的特性を十分に満足することは難しいのが現状である。

一方、木質積層材を作製する木材としては、ナラ、ニレ、ゴム、米松などや、タモ、クルインなどの樹種が使用されているが、天然資源の枯渇によるコスト高の問題があり、さらに今日では特に、熱帯林などの自然林が破壊されることによる異常気象など、木材の伐採が環境負荷となるという問題もある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、曲げ荷重に対する強度が高く且つたわみが小さい丸棒を提供することを目的とするものであり、またコストが安価で環境負荷の小さい丸棒を提供することを目的とするものである。

本発明に係る丸棒は、密度の異なる単板を交互に積層した木質積層材によって形成され、外周が丸棒状に切削されて成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、密度の異なる単板を交互に積層した木質積層材を用いるため、密度の高い単板によって剛性を高めてたわみを小さくしつつ、密度の低い単板によって柔軟性と粘りを高めて曲げ強度を向上することができるものであり、曲げ荷重が作用した際の強度が高く且つたわみが小さい丸棒を得ることができるものである。

また本発明において、密度の低い単板として、密度の高い単板よりも厚みが厚いものを用いて、木質積層材が形成されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、単板を積層した木質積層材を作製する際に、密度の低い単板は圧縮されて厚みが薄くなり、密度の高い単板と同程度の厚みや密度にすることができ、機械的特性のばらつきを小さくすることができるものである。

また本発明は、密度の高い単板としてユーカリ材からなるものを、密度の低い単板としてポプラ材からなるものを用いることを特徴とするものである。

ユーカリやポプラは、主として造林木と呼ばれる再生林で生産されるものであり、自然林を破壊することなく、コスト安価に安定して材料入手することができ、コスト安価で且つ小さい環境負荷で丸棒を作製することができるものである。

本発明によれば、密度の異なる単板を交互に積層した木質積層材を用いるため、密度の高い単板によって剛性を高めてたわみを小さくしつつ、密度の低い単板によって柔軟性と粘りを高めて曲げ強度を向上することができるものであり、曲げ強度が高く且つたわみが小さい丸棒を得ることができるものである。

また密度の高い単板としてユーカリを、密度の低い単板としてポプラを用いることによって、コスト安価に且つ小さい環境負荷で丸棒を作製することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明に係る丸棒Ａは、木質積層材Ｂを切削加工して作製されるものであり、まず木質積層材Ｂの製造について説明する。

図２は丸棒Ａの製造の工程の一例を示すものであり、単板１を積層して単板積層材２を作製する単板積層工程Ｓ１、この単板積層材２を小割り切断する小割り工程Ｓ２、小割り切断した小割り材３の端部の小口４をジョイント加工する小口処理工程Ｓ３、小割り材３の小口４同士を接続する接合工程Ｓ４、小割り材３を接続して得られる長尺材５を積層して長尺積層材６を作製する長尺積層工程Ｓ５、この長尺積層材６を長手方向に沿って切断して断面がほぼ方形になるように分割する分割工程Ｓ６を経て、木質積層材Ｂを得ることができる。

単板積層工程Ｓ１は上記のように単板１を積層して単板積層材２を作製する工程であり、単板１としては木材を薄くスライスした薄板材が用いられる。そして本発明では、単板１として密度の異なる木材から得られる複数種のものを用い、密度の異なる複数種の単板１を交互に積層するようにしてある。

例えば、密度の異なる２種類の単板１ａ，１ｂを用いる場合、密度の高い単板１ａと密度の低い単板１ｂを交互に重ねて積層するものである。またこのように密度の高い単板１ａと密度の低い単板１ｂの２種類の単板１ａ，１ｂを用いる場合、密度の高い単板１ａは絶乾比重が０．６以上の木材からなるものが好ましく、密度の低い単板１ｂは絶乾比重が０．５以下の木材からなるものが好ましい。

絶乾比重が０．６以上の木材樹種としては、ユーカリ、ゴム、クルイン、カポール、ケンパスなどがある。また絶乾比重が０．５以下の木材樹種としては、ポプラ、ファルカタ、キリ、アカシア、ラジアータパインなどがある。密度の高い単板１ａ及び密度の低い単板１ｂとして、これらの樹種から選ばれる任意の単板を用いることができるものである。

ここで、密度の高い木材は、一般に剛性が高く、変形し難いために、曲げ荷重が加わった際のたわみは小さいが、脆いために破壊に至るまでの曲げ強度が低い。また密度の低い木材は、一般に柔軟性が高く、粘りがあって曲げ荷重が加わった際に破壊に至るまでの曲げ強度が高いが、変形し易いために、曲げ荷重が加わるとたわみが大きく発生する。このように密度の高い木材は剛性を有し、木材の低い木材は柔軟性を有するので、密度の高い木材の単板１ａと、密度の低い木材の単板１ｂを交互に積層することによって、曲げ荷重に対して、たわみが小さく、且つ高い強度を有する積層材料を得ることができるものである。

密度の高い単板１ａ及び密度の低い単板１ｂとしては、上記のような各種の木材を用いることができ、特に限定されるものではないが、これらのなかでも、密度の高い単板１ａとしてユーカリの単板を用い、密度の低い単板１ｂとしてポプラの単板を用いるのが、特に好ましい。ユーカリは絶乾比重が約０．７であり、繊維質が短く硬い材質である。このため剛性が高く変形し難く、曲げ荷重に対するたわみ量は小さいが、反面、粘りが小さく脆い材料であり、破壊に至るまでの曲げ強度が比較的低い。一方、ポプラは絶乾比重が約０．４５であり、繊維長が長く柔軟な材質である。このため柔軟な粘りがあって、破壊に至るまでの曲げ強度を高く得ることができるが、曲げ荷重に対してたわみ量が大きい。このため、ユーカリやポプラを単独では手摺りなどに使用される丸棒Ａの材料としては適しないが、ユーカリの単板１ａとポプラの単板１ｂを交互に積層して用いることによって、ユーカリとポプラの性能が相互に補完されて、曲げ荷重に対して、たわみが小さく、且つ高い強度を有する積層材料を得ることができるものである。

しかも、ユーカリやポプラは、主として造林木と呼ばれる再生林で生産されるものである。このためユーカリやポプラは自然林を破壊して、異常気象などを引き起こすようなことなく入手することができるものであり、また再生林として再生しながら生産されるために、コスト安価に安定して入手することができるものである。従ってユーカリやポプラは環境負荷少なく、コスト安価に安定して入手することができるものであり、密度の高い単板１ａとしてユーカリを、密度の低い単板１ｂとしてポプラを用いることによって、コスト安価に且つ小さい環境負荷で、丸棒Ａを作製することが可能になるものである。

上記のように密度の異なる単板１を用いて単板積層工程Ｓ１で単板積層材２を作製するにあたっては、まず、各単板１を検品した後、各単板１を熱盤でプレスして加熱・加圧する。熱盤温度は１８０℃程度に、圧力は１ＭＰａ（約１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）程度に設定されるものであり、このように単板１を加熱・加圧することによって、単板１中の水分保有量を安定化させて、保管状態での反りの発生を防ぐようにしているものである。次に、各単板１に接着剤を塗布した後、密度の異なる単板１ａ，１ｂを交互に積み重ねる。接着剤としては特に制限されるものではなく、例えばメラミンユリア系接着剤、フェノール系接着剤、あるいは両者を混合した接着剤を用いることができる。このように接着剤を塗布した単板１を重ねた後、プレスを行なって加熱・加圧することによって、各単板１を積層した単板積層材２を作製することができるものである。このときの熱盤温度は１１０℃程度、圧力は１．１ＭＰａ（約１１ｋｇｆ／ｃｍ^２）程度に設定されるものである。単板１を積層するにあたって、単板１の繊維方向が交互に直交するように積層する方法と、単板の繊維方向を一定に揃えて積層する方法があり、本発明はいずれであってもよいが、手摺りのように長尺部材として使用される丸棒Ａにおいては、曲げ強度を高く得るため、繊維方向を一定に揃えて単板１を積層するのが好ましい。

ここで、単板１として例えば正方形状のものを用いて、長方形状の単板積層材２を作製する場合、単板１を上下に積層する際に同時に横方向（面方向）に接続する必要がある。このときには図３（ａ）のように、各単板１を横にずらす寸法を徐々に大きくしながら上下に重ねると共に、横に接続する単板１の端部同士を重合させ、この状態でプレス成形して加熱・加圧することによって、積層を行なう。この場合には単板１を横にずらした分、両端部に傾斜部１０が生じるので、図３（ａ）の鎖線の箇所を切断して傾斜部１０を除去することによって、図３（ｂ）のような長方形の矩形板状の単板積層材２を得ることができるものである。

この単板積層材２は、一週間ほど、積み重ねて養生した後、表面及び裏面を水平ベルトサンダーなどで研磨して、表面の荒仕上げをするサンディング処理を行ない、さらに所定寸法に仕上げられる。例えば、単板１として一辺がＬ_１（＝８４０ｍｍ）の正方形のものを用いる場合、図３（ａ）に示すように下端の単板１と上端の単板１とでＬ_２（＝２０５ｍｍ）の位置ずれとなるように単板１を横にずらしながら上下に重ねて積層プレスを行ない、傾斜部１０を切断して除去した後に、所定寸法に仕上げることによって、図３（ｂ）のようにＬ_１（＝８４０ｍｍ）×Ｌ_３（＝１２５０ｍｍ）×厚みＤ_１（＝２０ｍｍ）の単板積層材２を得ることができる。

ここで上記のように、密度の異なる単板１を積層して単板積層材２を作製するにあたって、密度の高い単板１ａとして厚みの薄いものを、密度の低い単板１ｂとして厚みの厚いものを用いるのが好ましい。そして図４（ａ）のように、密度が高く厚みの薄い単板１ａと、密度が低く厚みの厚い単板１ｂを交互に重ね、これに圧力Ｐを加えて図４（ｂ）のように積層プレスすると、密度が低い単板１ｂは組織が柔らかいので、加圧によって厚みが薄くなるように圧縮され、密度が高くなって、曲げ強度が向上する。例えば厚みが２／３程度になるように圧縮されると、ヤング率が２５％程度向上するといわれている。

このように密度が低い単板１ｂは単板積層材２を製造する際のプレス圧力で圧縮され、密度が高い単板１ａに密度を近づけることができるものであり、しかも密度の低い単板１ｂとして厚みの厚いものを用いることによって、圧縮後の厚みを密度の高い単板１ａの厚みに近づけることができるものであり、密度の異なる単板１ａ，１ｂを組み合わせているにもかかわらず、機械的特性のばらつきを小さくすることができるものである。さらに図４（ｂ）に示すように、密度の高い単板１ａは繊維組織が緻密で硬いのに対して、密度の低い単板１ｂは繊維組織が疎で柔らかいので、積層プレスすると、密度の低い単板１ｂの表層内に密度の高い単板１ａの繊維組織が食い込むようになり、密度の高い単板１ａと密度の低い単板１ｂとを密着性高く面接合することができ、積層材状態でのアバレやクルイを低減できるものである。

このように密度の高い単板１ａとして厚みの薄いものを、密度の低い単板１ｂとして厚みの厚いものを用いる場合、両単板１ａ，１ｂの厚みの比率は、密度の高い単板１ａの厚みを１００とすると、密度の低い単板１ｂの厚みが１０５〜１１５の範囲になるように設定するのが好ましく、また密度の高い単板１ａは１．４〜１．８ｍｍ程度の厚みに、密度の低い単板１ｂは１．６〜２．０ｍｍ程度の厚みに設定するのが好ましい。

上記のように作製される単板積層材２は、手摺りなどの丸棒Ａに加工するには、厚みや長さ寸法が不足する。このため、この単板積層材２から、丸棒Ａの加工に適した寸法の木質積層材Ｂを作製する。

すなわち、まず小割り工程Ｓ２で単板積層材２を小割り切断する。この小割り切断は、上記のように長方形板状に形成される単板積層材２を長手方向に沿ってカッター１１などで切断し、図５（ａ）のような幅狭矩形板状の小割り材３を作製することによって行なうものである。図５（ａ）の実施の形態では、Ｌ_１（＝８４０ｍｍ）×Ｌ_３（＝１２５０ｍｍ）の単板積層材２を７等分に切断して、幅Ｌ_４（＝１２０ｍｍ）の小割り材３を作製するようにしている。

次に小口処理工程Ｓ３で、上記のように小割り切断した小割り材３の端部の小口４をジョイント加工する。図５（ｂ）の実施の形態では、小口４をフィンガージョイント１２に加工しているが、スカフジョイントなどジョイントの種類は任意である。また図５（ｂ）のようにフィンガージョイント１２を小割り材３の一方の端部に加工したものの他、フィンガージョイント１２を小割り材３の両方の端部に加工したものも用いるものである。

次に接合工程Ｓ４で、小割り材３の小口４同士を接続する。この接続は、フィンガージョイント１２に水性ビニル系などの接着剤を塗布し、フィンガージョント１２同士を噛み合わせて接合することによっておこなうことができるものであり、このように複数本の小割り材３を長手方向に接合することによって、図５（ｃ）のような長尺材５を得ることができるものである。この長尺材５としては、フィンガージョイント１２による小割り材３の接合部が相互にずれた位置になる二種類のものが作製されるものである。このため図５（ｃ）の実施の形態では、長さＬ_５（＝１２００ｍｍ）、長さＬ_６（＝８５０ｍｍ）、長さＬ_７（＝２５０ｍｍ）の、長さが異なる３種類の小割り材３を用い、これらを図５（ｃ）のように組み合わせて接合することによって、全長が４１００ｍｍの二種類の長尺材５を作製するようにしている。

次に長尺積層工程Ｓ５で、上記の長尺材５を複数枚積層して長尺積層材６を作製する。図６（ａ）の実施の形態では、２枚の長尺材５を水性ビニル系などの接着剤で貼り合わせ、プレスすることによって、長さＬ_８（＝４１００ｍｍ）、幅Ｌ_４（＝１２０ｍｍ）、厚みＤ_２（＝４０ｍｍ）の長尺積層材６を作製するようにしている。ここで積層する各長尺材５は、フィンガージョイント１２による接合部がずれて重ならないようにしてあるので、曲げ荷重が作用しても接合部で破断し難い長尺積層材６を得ることができるものである。

次に分割工程Ｓ６で、この長尺積層材６を長手方向に沿って切断して断面がほぼ方形の木質積層材Ｂに分割する。図６（ｂ）の実施の形態では、長尺積層材６を幅方向に３等分するようにカッター１１などで切断することによって、長さＬ_８（＝４１００ｍｍ）で、断面の縦横の寸法Ｌ_９（＝４０ｍｍ）の木質積層材Ｂを作製するようにしている。

そして切削工程Ｓ７で、この木質積層材Ｂの外周面を切削して、断面形状を円形や楕円形などに加工することによって、直径３５ｍｍ程度の丸棒状に仕上げ、図１に示すような丸棒Ｂを得ることができるものである。木質積層材Ｂの外周面の切削は、例えば図６（ｃ）に示すように、木質積層材Ｂを軸周りに回転させながら切削工具１３を木質積層材Ｂの外周面に押し当てることによって、行なうことができる。この丸棒Ａは、サンディング工程Ｓ８で外周面をサンディング研磨し、所定の長さに切断した後、反り、長さ、欠陥など検査を行なう検査工程Ｓ９を経て、製品として出荷されるものである。

上記のようにして形成される図１のような丸棒Ａは、密度の高い木材からなる単板１ａと、密度の低い木材からなる単板１ｂとが、長手方向と平行な面で交互に積層された構造に形成されるものであり、上記したように、密度の高い単板１ａは、曲げ荷重が加わった際のたわみが小さく、また密度の低い単板１ｂは曲げ荷重が加わった際に破壊に至るまでの曲げ強度が高いので、これらの特性の相乗作用によって、曲げ荷重に対してたわみが小さく、且つ高い強度を有する丸棒Ａを得ることができるものである。

次に、本発明を実施例によって例証する。

（実施例１）
密度の高い単板１ａとして厚み１．４ｍｍのユーカリ材を、密度の低い単板１ｂとして厚み１．６ｍｍのポプラ材を用い、これを交互に７枚ずつ積層して、図３に示す既述の方法で単板積層材２を作製した。次にこの単板積層材２を図５及び図６に示す既述の方法で加工することによって、木質積層材Ｂを作製した。そしてこの木質積層材Ｂの外周面を切削して断面円形に加工することによって、図１に示すような直径３５ｍｍ、長さ１２００ｍｍの丸棒Ａを得た。

（実施例２）
密度の高い単板１ａとして厚み１．６ｍｍのユーカリ材を、密度の低い単板１ｂとして、厚み１．８ｍｍのポプラ材を用い、これを交互に６枚ずつ積層して単板積層材２を作製するようにした他は、実施例１と同様にして丸棒Ａを得た。

（実施例３）
密度の高い単板１ａとして厚み２．３ｍｍのユーカリ材を、密度の低い単板１ｂとして、厚み２．３ｍｍのポプラ材を用い、これを交互に５枚ずつ積層して単板積層材２を作製するようにした他は、実施例１と同様にして丸棒Ａを得た。

（比較例１）
単板１として厚み２．０ｍｍのポプラ材のみを用い、これを１１枚積層して単板積層材２を作製するようにした他は、実施例１と同様にして丸棒Ａを得た。

（比較例２）
単板１として厚み２．０ｍｍのユーカリ材のみを用い、これを１０枚積層して単板積層材２を作製するようにした他は、実施例１と同様にして丸棒Ａを得た。

上記のように実施例１〜３及び比較例１〜２で得た丸棒Ａについて、ＢＬ規格に基いて鉛直荷重試験を行なった。試験は、９００ｍｍの間隔の取付金物によって丸棒Ａを取り付け、９００ｍｍの中央を加力点として、丸棒Ａに鉛直方向に連続的に最大荷重になるま荷重を加え、丸棒Ａが破断するときのこの最大荷重値と、この際の丸棒Ａのたわみ量を測定した。結果を表１に示す。尚、タモ材の集成材から作製した同寸法の丸棒についても試験をおこなった（比較例３）。

表１にみられるように、ユーカリからなる密度の高い単板と、ポプラからなる密度の低い単板とを交互に積層した構造を有する実施例１〜３のものは、ポプラ材の単板のみを積層した構造の比較例１よりも破断時荷重が高く、撓み量が小さいものであり、ユーカリ材の単板のみを積層した構造の比較例２よりも、破断時荷重が高いものであった。またタモの集成材からなる比較例３と同等の機械的特性を有するものであり、曲げ荷重に対する強度が高く且つたわみが小さい丸棒が得られることが確認された。

尚、実施例１，２と実施例３の比較から、密度の低い単板の厚みを、密度の高い単板よりも厚く設定することによって、厚みを同じに設定する場合よりも、曲げ強度をより高く、たわみをより小さくすることができることが確認される。

本発明に係る丸棒の一例を示す一部の斜視図である。丸棒を製造する工程のフローチャートである。同上の製造工程を示すものであり、（ａ）（ｂ）はそれぞれ斜視図である。同上の製造の工程を示すものであり、（ａ）（ｂ）はそれぞれ概略拡大断面図である。同上の製造工程を示すものであり、（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれ斜視図である。同上の製造工程を示すものであり、（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれ斜視図である。

符号の説明

Ａ丸棒
Ｂ木質積層材
１単板
１ａ密度の高い単板
１ｂ密度の低い単板

Claims

密度の異なる単板を交互に積層した木質積層材によって形成され、外周が丸棒状に切削されて成ることを特徴とする丸棒。
密度の低い単板として、密度の高い単板よりも厚みが厚いものを用いて、木質積層材が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の丸棒。
密度の高い単板としてユーカリ材からなるものを、密度の低い単板としてポプラ材からなるものを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の丸棒。