JP4811356B2 - 補強テープ、及び該補強テープを用いた木質部材の補強方法 - Google Patents

Description

この発明は、木質部材の脆弱部分を補強するための補強テープ、及び該補強テープを用いた木質部材の補強方法に関する。

従来、複数の薄板状の板部材がその厚み方向に層状となるように接合されて成る集成材は、その最外層において、長手方向に相隣接する板部材が形成する幅方向の縦継ぎ部分や、集成材の最外層における、板部材の節部分等の脆弱部分の強度が、その全体の強度に比べて弱い。そのため、集成材の曲げ試験における下限値が小さくなり、当該集成材の使用用途が制限されたり、使用することができない等の問題が生じていた。また、木造住宅等の増改築や、地震等の自然災害による損傷部分における補強には大掛かりな作業と日程がかかるという問題が生じていた。

そのため、これらの補強には、炭素繊維や、アラミド繊維が使用されているが、これらの材料は集成材の脆弱箇所等に貼付ける際には、樹脂含浸繊維材料等を使用する必要があったり、また、これらの取扱いが困難であり専業者に委託しなければならなかった。さらには、木質部材の風合いを損ねる等の外観上の問題が生じていた。そして、炭素繊維や、アラミド繊維は、それ自体の強度は高いが、木材の補強に利用した場合、温度や湿度等による天然素材の環境適用や材料柔軟性に馴染まず、応力集中や変形位相差による新たな応力の発生等の問題が生じる。そして、これらの問題を解決するために、以下のような木質テープが考案されている。

上述の木質テープ１０１は、図９に示すように、天然木からなる薄板状突板を接続して成る連続状突板１０２と、該連続状突板１０２の裏面に形成されたウレタン系反応型ホットメルト樹脂から成るコーティング層１０３と、を具備するものである。（例えば、特許文献１）。

特開２００５−８８５３８号公報

しかし、天然木から形成される連続状突板は、外見上の仕上がりを向上させるものであり、集成材の脆弱部分等の補強には寄与せず、実質的に集成材の脆弱部分等の補強に寄与しているのはコーティング層のみであるため、上述の炭素繊維やアラミド繊維等のような補強の効果を得ることができないという問題がある。

この発明は上記のような種々の課題を解決することを目的としてなされたものであって、上述の炭素繊維やアラミド繊維等を使用した場合における補強方法の問題を解決すると共に、これらと同等の補強の効果を得ることができ、さらに、補強すべき脆弱部分の木質部材と同じように環境適用でき、新たな応力の集中を生じさせることのない補強テープ、及び該補強テープを用いた木質部材の補強方法に関する。

上記目的を達成するために、請求項１記載の補強テープは、木質部材の脆弱部分を補強するための補強テープが、前記脆弱部分における木質部材と略同等のヤング率を有する木材の木質繊維から枚葉に形成されて成る可撓性の基材と、該基材に含浸された熱硬化性樹脂から成る接着剤と、を具備することを特徴としている。

請求項２記載の補強テープを用いた木質部材の補強方法は、請求項１記載の補強テープが、前記木質部材の脆弱部分である、相接合される前記木質部材の接合箇所に貼付けられることを特徴としている。

請求項３記載の補強テープを用いた木質部材の補強方法は、請求項１記載の補強テープが、前記木質部材の脆弱部分である、長手方向に接合された複数の薄板状の板部材をその厚み方向に層状となるように接合させて成る集成材の最外層の前記板部材同士の縦継ぎ部分に貼付けられることを特徴としている。

請求項４記載の補強テープを用いた木質部材の補強方法は、請求項１記載の補強テープが、前記木質部材の脆弱部分である、長手方向に接合された複数の薄板状の板部材をその厚み方向に層状となるように接合させて成る集成材の最外層の前記板部材の節部分に貼付けられることを特徴としている。

請求項５記載の補強テープを用いた木質部材の補強方法は、請求項２乃至４いずれかに記載の補強テープを用いた木質部材の補強方法において、前記補強テープを前記木質部材の脆弱部分に仮固定した後、該補強テープを所定温度まで加熱して基材に含浸されている前記接着剤を溶融して該脆弱部分に滲み込ませてから更に過熱を続けて、前記接着剤を硬化させ、前記木質部材の脆弱部分に前記補強テープを貼付けることを特徴としている。

請求項１記載の補強テープによれば、補強テープが、脆弱部分における木質部材と略同等のヤング率を有する木材の木質繊維を枚葉に形成されて成る可撓性の基材と、該基材に含浸され、且つ、熱硬化性樹脂から成る接着剤と、を具備している。そのため、基材が、木質部材と略同等のヤング率を有する木質繊維から形成されて成るので、脆弱部分に補強テープが貼付けられた際にも、温度や湿度等の環境適用に応じて、木質部材と共に当該補強テープも、その柔軟性や変形位相が変化する。従って、前述の柔軟性や変形位相差にの相違に起因する応力集中や、新たな応力の発生が生じることがない。さらに、基材には熱硬化性樹脂から成る接着剤が含浸されているため、該基材と該接着剤との両方の強度をもって脆弱部分を補強することができるので、炭素繊維やアラミド繊維を使用した場合に匹敵する大きな補強の効果を得ることができる。また、基材が可撓性の材料から形成されているので折曲げる等して使用することもでき、複雑な構造の箇所にも貼付けることができる。

請求項２記載の補強テープを用いた木質部材の補強方法によれば、補強テープが、木質部材の脆弱部分である、相接合される木質部材の接合箇所に貼付けられる。そのため、補強テープを貼付けるだけで木質部材の接合箇所の補強ができ、大掛かりな施工を行わずとも当該箇所の補強をすることができる。

請求項３記載の補強テープを用いた木質部材の補強方法によれば、補強テープが、木質部材の脆弱部分である、長手方向に接合された複数の薄板状の板部材をその厚み方向に層状となるように接合させて成る集成材の最外層の板部材同士の縦継ぎ部分に貼付けられる。そのため、補強テープを貼付けるだけで縦継ぎ部分の補強ができ、大掛かりな施工を行わずとも当該箇所の補強をすることができる。従って、集成材の曲げ試験における強度の下限値が大きくなるので、該集成材の強度のばらつきを抑えることができる。そのため、集成材の歩留まりを向上することができると共に、該集成材を多用途において使用することができる。

請求項４記載の補強テープを用いた木質部材の補強方法によれば、補強テープが、木質部材の脆弱部分である、長手方向に接合された複数の薄板状の板部材をその厚み方向に層状となるように接合させて成る集成材の最外層の板部材の節部分に貼付けられる。そのため、補強テープを貼付けるだけで節部分の補強ができ、大掛かりな施工を行わずとも当該箇所の補強をすることができる。従って、集成材の曲げ試験における強度の下限値が大きくなるので、該集成材の強度のばらつきを抑えることができる。そのため、集成材の歩留まりを向上することができると共に、該集成材を多用途において使用することができる。

請求項５記載の補強テープを用いた木質部材の補強方法によれば、補強テープを脆弱部分に仮固定した後、該補強テープを所定温度まで加熱して基材に含浸されている前記接着剤を溶融して該脆弱部分に滲み込ませてから更に過熱を続けて、前記接着剤を硬化させ、前記木質部材の脆弱部分に前記補強テープを貼付けている。そのため、接着剤が化学反応によって、より強固な物質に変化するため、より確実に木質部材の脆弱部分を補強することができると共に、接着剤の一部が脆弱部分に滲み込むので、当該脆弱部分を確実に補強することができる。

この発明における補強テープの最良の実施形態について、以下に説明する。本発明に係る補強テープ１は、図１に示すように、木質部材２の脆弱部分３を補強するための補強テープ１が、前記脆弱部分３における木質部材２と略同等のヤング率を有し、図８に示すように、木材の木質繊維４１を枚葉に形成されて成る可撓性の基材４と、該基材４に含浸された熱硬化性樹脂から成る接着剤５と、を具備している。

前記基材４は可撓性を有し、また、木質繊維４１から枚葉に形成されており、本実施形態においては、スギや、ヒノキ等を好適に使用することができ、その他にもキリ、ケヤキ、ナラ、カエデ、ラワンを始めとした木材を使用することができるが、これらに限定されるものではなく適宜選択することができる。さらに、木質繊維４１として、上述のような木材でなくとも、ミツマタ、カンビ、コウゾ等の植物の繊維を使用することもできる。尚、基材４の材料としては、脆弱部分３に使用されている木質部材２と同様の木材が使用されることが好ましいが、その他の木材であっても同様の効果を得ることができる。また、基材４は、上述の木質繊維４１から形成される木質繊維４１を、例えば図７に示す、紙のように、絡み合わた不織布状のものや、図８に示すように、木質繊維４１を平織りにしたもの、さらには、該木質繊維４１を朱子織り、綾織り等で織られたものを使用することができるが、これらの加工方法は、基材４が接着剤５を含浸できるようなものであれば特に限定されるものではない。また、基材４は前述のもの以外にも、例えば木材を鉋等で薄く削ったようなものでもよい。そして、基材４は、好ましくは約０．０５〜１ｍｍ、より好ましくは約０．１〜０．５ｍｍ程度の厚みになるように形成され、さらに該基材４は木質繊維４１から形成されているので、脆弱部分３を補強した際に、当該補強箇所が外観上目立つことがない。また、基材４の厚みは、前述の範囲以外のものであっても、少なくとも可撓性を有していれば、同様の効果を得ることができる。

そして、基材４は、脆弱部分３の木質部材２と略同等のヤング率を有している。また、脆弱部分３において使用される材料は、その構造物毎に異なるので、木質部材２として一般的に使用される材料のヤング率の範囲である例えば、ヤング率が約５．０〜２０．０ＧＰａの範囲内で複数のパタンのヤング率を有する基材４を作成することが好ましい。そして、脆弱部分３の木質部材２と最も近いヤング率を有する基材４から形成された補強テープ１を、前記パタンの中から適宜選択して使用すればよい。こうすることで、温度や湿度等の環境適用に応じて、脆弱部分３の木質部材２と共に、基材４の柔軟性や変形位相が変化し、応力集中や新たな応力が発生することがない。また、基材４のヤング率の範囲は、前述の５．０〜２０．０ＧＰａの範囲外である場合であっても同様の効果を得ることができるが、汎用性に乏しくなる。

前記接着剤５は熱硬化性樹脂から形成されており、本実施形態においては、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等のエポキシ系、イソシアネート系、アルデヒド系の熱硬化性樹脂を好適に使用することができるが、その他にもオレフィンポリマー等も使用することができ、これらを適宜選択することができる。また、本実施形態において使用される熱硬化性樹脂から成る接着剤５は、上述のような材料から形成され、例えば６０度〜２００度程度で加熱すると一旦溶解し、さらに加熱すると接着剤５内部で架橋反応が起こるため硬化し、その後、耐熱性、耐溶剤性の樹脂となるものである。ただし、加熱温度は、使用する熱硬化性樹脂やその硬化剤により適宜変更することができる。

そして、接着剤５は、例えば、ベース材料となる低分子量のエポキシ系樹脂と、有機化酸化物等の硬化剤とを、所定の有機溶媒に溶解させて作成される。また、接着剤５は、基材４に含浸されているが、これらの含浸方法としては、基材４を接着剤５にディッピングさせることにより該接着剤５を該基材４に含浸させることができる。また、前述のようにディッピングによらずとも、基材４の上面にＴダイやスロットダイ、若しくはグラビアコーター等を用いて接着剤５を塗布してもよい。このようにしても、毛細管現象により基材４内部にまで含浸するためである。そして、図７に示すように、含浸された接着剤５は、乾燥機によって有機溶媒を気化させ、さらにエポキシ樹脂の分子量を増加させ半硬化状態とする。また、乾燥機の温度は、硬化剤として用いる、例えば有機化酸化物の分解温度よりも高い場合には、接着剤５が架橋反応し硬化するので、該有機化酸化物の分解温度よりも低い温度にて接着剤５を乾燥させることが好ましい。

そして、脆弱部分３に貼付けられる前の状態である、補強テープ１は、基材４が可撓性を有し、さらに、接着剤５が半硬化状態であるので該補強テープ１全体としても可撓性となっている。また、前述の状態においては、補強テープ１自体の強度も高くないことからカッターやハサミ等で適宜所望の大きさに切断し、さらには、脆弱部分３の形状に応じて折曲げる等して使用することができる。このようにして基材４に含浸された半硬化状態の接着剤５は、所定温度で過熱することで、一旦軟化した後さらに架橋反応が進行し、硬化するのである。また、上述の工程は、一例であり接着剤５の配合や、含浸方法、温度等、さらには使用する熱硬化性樹脂や、架橋材等も適宜選択することもでき、また、基材４に接着剤５を含浸させる方法もこれらに限定されるものではない。

以上のように構成される補強テープ１を木造構造物における木質部材２の脆弱部分３に貼付けることにより、当該脆弱部分３の補強を容易に行うことができるのである。

第１の実施形態に係る補強テープ１の使用例は、図１に示すように、脆弱部分３として、木造構造物の柱、梁、床、天井、桟等を構成する木質部材２が老朽化した場合や、地震等の災害によって損傷した損傷部分３ａに貼り付けられる。また、これらの損傷部分３ａには、図１に示すような亀裂だけでなく、シロアリ等の害虫によって損傷を受けた部分や、腐食によって脆くなった箇所も含まれる。このように、損傷部分３ａに補強テープ１を貼付けることで、大掛かりな補修工事を行うことなく、早急に当該損傷部分３ａの補強をすることができる。

第２の実施形態に係る補強テープ１の使用例は、脆弱部分３として、図２に示すように、相接合される木質部材２の接合箇所３ｂに貼付けられる。また、図２においては、例えば住宅の土台と柱のように、木質部材２同士が互いに略垂直方向に接合されているが、これらの接合方法は例えば集成材のように、互いに平行に接合されていてもよく、また、例えば長尺の梁などを作成する場合のように互いに長手方向に接合されていてもよい。すなわち、接合箇所３ｂは、２以上の木質部材２同士が金具や接着剤、さらにはダボ継やホゾ継等の接合手段６によって接合された、該木質部材２同士の境界面である。そして、本実施形態においては、図２に示す木質部材２同士が互いに略垂直方向に接合された接合箇所３ｂに、該接合箇所３ｂを覆うように補強テープ１が貼付けられ、その上から略Ｌ字型の接合手段６を螺子６ａ等で固定することにより、木質部材２同士を接合している。このように、接合箇所３ｂに補強テープ１を貼付けることで、木質部材２の接合がより強固なものになる。また、補強テープ１は半硬化状態であるので、それ自身可撓性を有し、作業者が、折り曲げ、さらには切断等することで、入隅部や出隅部等にも使用することもできる。このように、接合箇所３ｂに補強テープ１を貼付けることで、接着剤５が硬化した後には、該接合箇所３ｂの補強だけでなく当該箇所の気密性も確保することができる。

第３の実施形態に係る補強テープ１の使用例は、脆弱部分３として、木質部材２である集成材７の最外層における縦継ぎ部分３ｃに貼付けられている。また、集成材７とは、図４（ａ）に示すように、乾燥された薄板状の板部材７１をフィンガージョイント等によって長さ方向に接合され、これらを厚み方向に接着剤等によって層状に接合して成るものであり、縦継ぎ部分３ｃとは、板部材７１を長さ方向に接合する際の接合箇所をいう。一方、集成材７の縦継ぎ部分３ｃにおいては、図４（ｂ）に示すように、長尺な集成材７に対して縦継ぎ部分３ｃと反対側から矢印Ａ方向である略垂直方向に該集成材７に外力が作用した際には、該縦継ぎ部分３ｃに応力が集中する。そのため、図４（ｂ）に示すように、集成材７が縦継ぎ部分３ｃから折れやすくなるので、該縦継ぎ部分３ｃを最外層に有する集成材７の曲げ強度の下限値が小さくなる。しかし、図３（ａ）に示すように、補強テープ１を縦継ぎ部分３ｃに貼付けた際には、図３（ｂ）に示すように、縦継ぎ部分３ｃと反対側の矢印Ａ方向から該集成材７に外力が作用しても、該縦継ぎ部分３ｃに応力が集中することがなく、集成材７の曲げ強度の下限値を大きくすることができると共に、該集成材７の強度のばらつきを抑えることができる。

第４の実施形態に係る補強テープ１の使用例は、脆弱部分３として、木質部材２である集成材７の最外層における板部材７１の節部分３ｄに貼付けられている。また、節部分３ｄとは図６（ａ）に示すように、枝の付根部分に生じる該枝の年輪が形成された箇所である。一方、集成材７の節部分３ｄにおいては、図６（ｂ）に示すように、長尺な集成材７に対して、節部分３ｄと反対側から矢印Ａ方向である略垂直方向に該集成材７に外力が作用した際には、該節部分３ｄに応力が集中する。そのため、図６（ｂ）に示すように、集成材７が節部分３ｄから折れやすくなるので、該節部分３ｄを最外層に有する集成材７の曲げ強度の下限値が小さくなる。しかし、図５（ａ）に示すように、補強テープ１を節部分３ｄに貼付けた際には、図５（ｂ）に示すように、節部分３ｄと反対側の矢印Ａ方向から該集成材７に外力が作用しても、該節部分３ｄに応力が集中することがなく、集成材７の曲げ強度の下限値を大きくすることができると共に、該集成材７の強度のばらつきを抑えることができる。

以上のように木造構造物の脆弱部分３に貼付けて使用される補強テープ１を用いた補強方法についてさらに説明する。まず、例えば図１（ａ）に示すように、木造構造物の脆弱部分３に、上述したような半硬化状態の補強テープ１を仮固定する。この際には、少なくとも脆弱部分３を覆うことができるようにして補強テープ１を折り曲げる、若しくは切断する等して該脆弱部分３に仮固定するが、該脆弱部分３を含んだ集成材の外周面を覆うようにしてよい。また、その際には、常温において、補強テープ１自体に接着能力がない、若しくは接着能力が弱い場合には、別途周知の方法で接着面を設けてから仮固定してもよく、また、接着剤等の周知の接着方法にて仮固定してもよい。しかし、補強テープ１を脆弱部分３に仮固定した後の作業は容易であるので、前述のように別途接着面等を設けずとも、補強テープ１を脆弱部分３に乗せる、若しくは作業者が手で支えるように仮固定しても容易に当該作業を行うことができる。そして、図１（ｂ）に示すように仮固定された補強テープ１は、上述したように半硬化状態にあるので、該補強テープ１を、アイロン、赤外線加熱装置、ドライヤー等の加熱機器（不図示）を用いて加熱する。こうすることで、接着剤５が一旦軟化し、図８に示すように、脆弱部分３の隙間Ｔ等に該接着剤５の一部が入り込むことによるアンカー効果を得ることができ、木質部材２と補強テープ１との密着強度をより向上することができる。さらに、作業者が補強テープ１を加熱しながら、該補強テープ１を押圧すれば、より一層前述の効果を得ることができる。

そして、前述のように一旦軟化した接着剤５は、さらなる加熱に伴い有機化酸化物等の硬化剤に起因する架橋反応が進行し、該接着剤５が硬化するのである。従って、接着剤５が硬化した後は、耐熱性、及び耐溶剤性に優れた樹脂となる。また、該接着剤５は、基材４に含浸されているので、接着剤５と、基材４とが一体となって脆弱部分３を補強することができるため、該脆弱部分３を確実に補強することができる。さらに、脆弱部分３に補強テープ１を貼付けた後は、基材４だけが剥離する等の問題が生じることもなく、木造構造物の外観を損なうこともないのである。

本発明に係る木造住宅に使用される集成材等の木質部材２だけでなく、机や、家具、さらには、老木の補強等にも使用することができる。

第１の実施形態に係る補強テープの使用状態を示す図 第２の実施形態に係る補強テープの使用状態を示す図 第３の実施形態に係る補強テープの使用状態を示す図 縦継ぎ部分に補強テープを貼付けない状態を示す図 第４の実施形態に係る補強テープの使用状態を示す図 節部分に補強テープを貼付けない状態を示す図 基材に接着剤が含浸された状態を示す図 脆弱部分に補強テープを貼付けた状態を示す断面図 従来技術を示す図

符号の説明

１ 補強テープ
２ 木質部材
３ 脆弱部分
３ａ（３） 損傷部分
３ｂ（３） 接合箇所
３ｃ（３） 縦継ぎ部分
３ｄ（３） 節部分
４ 基材
４１ 木質繊維
５ 接着剤
７（２） 集成材

Claims (5)

1. 木質部材の脆弱部分を補強するための補強テープが、
   前記脆弱部分における木質部材と略同等のヤング率を有する木材の木質繊維を枚葉に形成されて成る可撓性の基材と、
   該基材に含浸された熱硬化性樹脂から成る接着剤と、
   を具備することを特徴とする補強テープ。
2. 請求項１記載の補強テープが、前記木質部材の脆弱部分である、相接合される前記木質部材の接合箇所に貼付けられることを特徴とする補強テープを用いた木質部材の補強方法。
3. 請求項１記載の補強テープが、前記木質部材の脆弱部分である、長手方向に接合された複数の薄板状の板部材をその厚み方向に層状となるように接合させて成る集成材の最外層の前記板部材同士の縦継ぎ部分に貼付けられることを特徴とする補強テープを用いた木質部材の補強方法。
4. 請求項１記載の補強テープが、前記木質部材の脆弱部分である、長手方向に接合された複数の薄板状の板部材をその厚み方向に層状となるように接合させて成る集成材の最外層の前記板部材の節部分に貼付けられることを特徴とする補強テープを用いた木質部材の補強方法。
5. 請求項２乃至４いずれかに記載の補強テープを用いた木質部材の補強方法において、
   前記補強テープを前記木質部材の脆弱部分に仮固定した後、該補強テープを所定温度まで加熱して基材に含浸されている前記接着剤を溶融して該脆弱部分に滲み込ませてから更に過熱を続けて、前記接着剤を硬化させ、前記木質部材の脆弱部分に前記補強テープを貼付けることを特徴とする補強テープを用いた木質部材の補強方法。

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