2007 3層

鳥取県産スギ 3層 クロスパネルの住宅用部材 としての 性能評価 と利用技術 に関する研究

Evaluation ofPIttysical PerfoHnance ofThreettCross‐

layered Panel ofSugi Wood

alld ttsApplication tt husing Members

川上敬介

2007

次

目

緒 言

 

・ ・ ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・・

1.研

究 の 目的 ・ ・・ ・・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・・ ・ 。

2.既

往 の研 究 ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・・ ・ ・

3.ス

ギ

3層

クロスパ ネル生産 の現状 ・ ・・・ ・・・ ・・・・ 。・ ・・・・ ・・ ・

第 1章

 

^{ス ギ} 3層ク ロス パ ネル用 丸 太 材 及 び幅 は ぎ板 の材 質 と曲 げ性 能・ ・ ・ ・

1.1 

背 景 と目的 。・ ・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・

1。

2 

材料 及 び方 法 ・ ・ ・・ ・・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・

1.2.1 

ス ギ丸太材 の材 質調査 ・・・・ ・・・・・・・ ・・・・・・・ ・・・

1.2.1,1 

試験 地 ・・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・

1.2,1.2 

対 象 と した丸 太 材 の概 要 ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・ ・・1

1,2.1.3 

丸太 材 の材 質調 査 方 法 ・ ・ ・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ 。1

1.2.2 

幅 は ぎ板 の材 質調査 ・ ・ ・・ ・・・ ・ 。・

...・

・ ・・・・₁

1.2.2.1 

幅 は ぎ板 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・・ ・1 1。

2.2.2 

幅 は ぎ板 の材 質調査 方法 。・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・1

1,3 

結 果 及 び考 察 ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・ ・・・ ・ ・・ ・ ・ ・・ ・・・1

1,3.1 

ス ギ九太材 の材 質 。・ ・・ ・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・¹

1.3.1,1 

末 口直径 、末 口年輪 数 、末 口年輪 幅、密度、細 り率 ・・・ 。¹

1。

3.1.2 

動 的 ヤ ング係 数 ・・ ・ ・・ ・ ・・・ ・ ・・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・・1

1,3.1.3 

動 的 ヤ ング係 数 の視 覚 的指標 の可能性 ・・・・・・・ ・・・¹

1.3.2 

幅 は ぎ板 の材 質 ・ 。・ ・・ ・ ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・・・ ・ ・ ・1

1,3.2.1 

密 度 及 び 曲げヤ ング係 数 ・・・ ・・ ・・・・・・・・・・・¹

1,3.3 AQ基

準値 か ら見 た丸 太 材 及 び幅 は ぎ板 の 曲げ性 能 の評価 ・・・・¹

1.4 

要 約 ・ ・ ・ ・ ・・ ・・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・・・ ・ ・ ・・ ・・・ ・ ・ ・・1

第 2章

 

^{ス ギ3層}ク ロ スパ ネル の住 宅 用 部 材 と しての材 質 と強 度 特 性 ― ・ 。¹

2.1 

背景 と目的 ・・・ ・・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・・・ ・ ・ ・・ ・ ・・ ・ ・ ・・1

2.2 

材 料 及 び方 法 ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・・・ ・ ・ ・・1

2.2.1 

供試 材料 ・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・・・ ・ ・ ・1

2.2.2 

試験 方法 ・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・ ・2

2.2.2.l AQ基

準 にお け る試験 ・検査項 目・ ・・・・ ・・・・・・・2

2.2.2.2 

材 質調査 ・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・ ・・・ ・ ・ ・・ ・・ ・ ・2

2.2.2.3 

曲げ性 能試験 ・ ・ ・ ・ ・・ ・・ ・ ・ ・・ ・・・ ・ ・ ・・ ・ ・2 1 1

4 5

9 9 9 9 9 0 0

1 1 1 2 2 2 4 4 6 6 7 8

9 9 9 9 0 0 0

1

2.3 

結 果 及 び考 察

 

・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・・・ ・・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・・ ・

21 2.3.1 

材 質調 査 お よび 曲げ性 能試 験 結 果

 

・・ ・・・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・・・

21 2,3.2 AQ曲

げ性 能基準 に よるス ギ

3層

クロスパ ネルの格付 け・・・・ ・

22 2.3.3 

材 質 と曲げ性 能 の関係 ・ ・ ・ ・・・・ ・・・ ・ ・・ ・ ・ ・・ ・・ ・

23 2.4 

要約 ・ ・ ・・・ ・ ・・ ・・ ・・・ ・ ・・ ・ ・・・ ・・ ・ ・ ・・・ ・・・・

26

第 3章

 

^{ス ギ 3層}ク ロ ス パ ネ ル の住 宅 用 下 地 材 と しての温 熱 特 性 ・・ ・・・・

27 3.1 

背 景 と目的 ・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・ ・ ・・ ・・・ ・・ ・ ・ ・・・ ・・・・

27 3.2 

材料 及 び方 法 ・・ ・・ ・・ ・ ・ ・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・・ ・・ ・・

27 3.2.1 

供 試材料 ・ ・ ・・ ・ ・・ ・ ・ ・ 。・ ・ ・・・ ・ ・・ ・ ・・・・ ・・

27 3.2.2 

試 験 方法 ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・ ・・ ・・ ・・・ ・ ・ ・ ・・・・ ・・・

28

3.2。

2.1 

試 験 装置 の作 製 ・ ・ ・・ ・・ ・・・ ・・ ・ ・ ・・・ ・・・・

28

3.2。

2.2 

温 度 及 び電力量 の測 定 方法 ・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・

29 3.3 

結 果 及 び考 察 ・ ・ ・・・ ・ ・ ・ ・・ ・・ ・ ・・・ ・・ ・ ・・ ・・・ ・・。

30

3.3。

1 

^{ス ギ}3層 クロスパ ネル を下 地材 に した場 合 の温 度変化 ・ ・・・ ・ 。

30 3.3.2 

各 下 地材 にお け る温 度 変化 と電力量 の特徴 。・ ・・ ・ ・・・ ・・・

31 3.3.2.1 

断熱材無 しの場 合 の温 度 変化 ・・ ・・・ ・ ・・ ・ ・・・・ ・

31 3.3.2.2 

断熱材 有 りの場合 の温 度 変化 。・・ ・・・ ・ ・・ ・ ・・ ・・

33

3。 3。

2.3 

電 力量 ・ ・・・ ・ ・ ・ ・ ・・・ ・・ ・・ ・ ・ ・・ ・・ ・・・

35

3.3。

3 

^{ス ギ}3層ク ロスパ ネル の住 宅用下地材 と しての保温性評価 ・・・ 。

37 3.4 

要約 ・ ・・ ・・ ・・ ・・・ ・ ・ ・ ・ ・・・ ・ ・・・ ・・ ・ ・ ・・・・ ・・

38

第 4章

 

^{ス ギ3層}ク ロ ス パ ネ ル の住 宅 用 床・ 壁 材 と しての 反 り特 性 ・ ・・ ・ 。

39 4.1 

背景 と目的 ・ ・・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・・ ・ ・ ・・ ・・・ ・・・

39 4.2 

材料 及 び方 法 ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・・ ・ ・・・ ・・ ・ ・ ・・・ ・・・・

39 4.2.1 

供 試材料 ・ ・ ・・・ ・ ・ ・ ・ ・・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・ ・ ・・・ ・ 。

39

4。

2.2 

試験 方法 ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・・・ ・・・ ・ ・・ ・・ ・

40 4.2.2.1 

試験 機 と試験体 の設置 ・ ・・・・ ・ ・・・ ・ ・・ ・ ・・ ・ ・

40 4.2.2.2 

温 湿 度設 定 と試 験 機 の運転 ・ ・・ ・・・ ・ ・・ ・ ・・・・ ・

41 4.2.2.3 

反 り量 の測定方 法 ・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・・ ・・

42 4,3 

結 果及 び考 察 ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・ ・ ・・ ・・ ・・・ ・ ・・ ・ ・・・ ・・・

42 4.3.1 

ス ギ3層 クロスパ ネル の反 りの特徴 ・ ・・・・・・・・ ・・ ・・・

42 4,3.2 

湿 度 変化 が ス ギ

3層

クロスパ ネルの反 りに及 ぼす影響 ・・・・・・

45 4.3.3 

ス ギ3層 クロスパ ネル と他 のパ ネルの比較 ・・・・・・・・ ・・・

48

4.3。 4 

ス ギ

3層

クロスパ ネル の反 り抑制手法 の検討 ・・・ ・・・・・・・

50

4.3.4.1 

捨 て張 り 。・ ・ ・ ・・・ ・・・ ・ ・・ ・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・

50 4,3.4.2 

パ ネル各層 の厚 さ比率 ・・・・ ・ ・・・・・・・ ・・・・・

51 4.4 

要 約 ・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・ ・・ ・ ・ ・・ ・ ・・ ・

53

第5章

 

スギ3層クロスパ ネル の落 と し込 み壁体 と しての構造性 能 と

住 宅建築 への活用

 

・・・・・・・・・ ・ ・・・・ ・・・ ・・・・・ ・

54 5.1 

背景 と目的・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

54 5.2 

材料及 び方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

55 542.1 

供試材料 ・・・・・・ ・・・・・・ ・・・・・・・ ・・・・・・・

55 5.2.2 

落 とし込 み壁 の概要 ・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・

55

5。

2.3 

面 内せん断試験方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

57 5,3 

結果及 び考察

 

・・・・ ・・・・・ ・・・・・・・ 。・ ・・・・・ ・・・

58 5,3.1 

荷重 一変形角 曲線 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・

58

5。

3,2 

壁倍率 ・・ ・・・ ・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・

58

5。

3.3 

試験体 の損傷状況 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

58 5.4 

スギ

3層

クロスパ ネルを活用 した落 とし込み工法 による住宅建築の実践 ・

63 5.5 

要約 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

66

総括

 

・・・・・・ ・・ ・・・・ ・・・・・・・ ・・ ・・・・・・・・・・・・

67

引用文献 。。・ ・・ ・・ ・・・ ・・・・ ・・ ・・・・・・ ・・・ ・・・・・・

70

謝辞

 

・・・・・・・・ ・・・ ・・・・・・ ・・ ・・・・・・・・・ ・・ ・・

,73

和文摘要 ・・・ ・・ ・・ ・・・・・・ ・・・・・・・・・ ・・・ ・・・・・・

74

Summary 

^・・

 

_・

 

_・

 

_{・ ・・ ・・・・}

 

_・・

 

_{・ 。}

 

・・・ ・・ ・・ ・

 

・・ ・

 

・・・ ・・

78

緒

研 究 の 目的

(1)ス

ギ は古 くか ら利 用 され て きた 日本 固有 の樹 種

ス ギ は 日本 固有 の樹 種 と して、古 くか ら人 々の暮 ら しの 中で利 用 され て きた。 山陰 地 方 の遺 跡 や遺 構 か ら発 掘 され た木材 の 中 にはス ギが多 く含 まれ てお り、縄 文 後期 に は九 木舟 や火鑽 具 な ど、弥 生 中期 には稲作 用農具 や倉 庫 、祭祀 用建 物 な どに利 用 され て い た^1)。 明治

45年

に発 行 され た 「木材 の工 藝 的利 用」 で は、 その 当時 ス ギが建 築 材 や家 具 材 な ど と して多 用 され てい る こ とが伺 え^2)、 現 在 で も様 々 な用 途 で ス ギ材 が 利 用 され続 けて い る。 ス ギ は、 大 古 の昔 か ら現代 まで私 た ちの暮 ら しに とって欠 かす

こ との 出来 ない、最 も身近 な材料 の一 つ で あ る とい え る。

(2)日

本 の森林 ・林業 ・木材業が抱 える現状

日本 の森林、林業、木材業 を取 り巻 く状況 は、第2次世界大戦後 に大 きな転換 点 を 迎 えた。建築資材 の不足 に対応 すべ く、各地 でスギや ヒノキな どの針葉樹 が大量 に植 林 されて きた。鳥取県 を例 に とる と、平成

12年

_{現在 、}258千

haの

森林面積 の うち、

民有林人工林面積 は121千

ha(約 54%)に

及ぶ。その うちス ギは62千

haで

、約

30千

haは

標準伐期齢以上 となっている^3)。 蓄積 も年 々増 え続 けてお り、大量 の人工 造林木が育 てる段 階か ら利用す る段 階 に入 ってい る。その一方 で、木材 の主要 な消費 源であ る住 宅建築 で は、スギの利 用 に とって厳 しい状況が続 いてい る。国内の住宅着 工戸数 は昭和48年 の190万戸 を最高 に、近年 では 120万戸程度 まで減少 してい る。

生活様式 の多様化 とともに 日本 の木造率 も減少傾 向 を示 し、近年で は

45%程

度 で推移 している状況 である^4)。 日本 の人 口動態 か ら考 える と、今後世帯数 の増加 による住宅 着工数 の増加 は期待 で きない。 さらに、木材 の価格 について、昭和 55年に

70,400円

だ ったスギ柱材 (長さ 3m、 10。

5cm角 _)の

価格 (平均値

)は

、平成 17年に 41,800 円 (小売業者へ の店頭渡 し販売価格)ま で下落 して しまった^5)。 国産材 には外 国産材 や他 の素材 との厳 しい競合 を勝 ち抜 くため に、様 々な取 り組みが求 め られてい る。

口

(3)多

様 な消費者 ニ ーズ とスギ材 の製品開発

施主や建築 関係者 な どの「消費者」 の意識 も近年大 き く変化 してい る。地球環境保 護 に対 す る取 り組 みが世界 的規模 で進 む中、人工造林木 は伐採 、利 用す るこ とによっ て循環型社 会 の構築 や環境 保全 に貢献 で きる優 れた材料 である、 とい う考 え方が消費 者 に も浸透 して きてお り、国産材 を利用す る ことへ の理解が着実 に深 ま りつつある。

ただ し、それだけで国産材 の需要 は大 き くな らない。消費者 は、環境 問題へ の高い意 識 を持 ちつつ、商 品の品質や価格 に対 して も常 に厳 しい 目を向けている。九太 をただ 四角 に して板 や柱 にす るので はな く、 よ り建築家や施主 のニーズ を くみ取 った、魅力 ある製品開発 が必要 となっている。特 に今後 の木材製品 に対 して は、①無垢 の質感 を 日々の暮 ら しの中で実感 で きる、② 品質が明示 されてい る、③健康 や安全 に配慮 され ている、④建築 の コス トダウンにつ なが る、等が提 案で きる新 しいスギ製品の開発 が 望 まれてい る。

(4)ス

ギの新 た な利 用方法、それが 「スギ

3層

クロスパ ネル」

前述 の ような情勢 の なか、スギ材利用 の新 たな方 向性 を示す製 品 として「スギ

3層

クロスパ ネル」 が開発 され、実用化 されるに至 った6)7)8)9)10)。 _スギ 3層 クロス パ ネルは、厚 さ

12mmの

スギ幅 は ぎ板 を、繊維方 向が互い に直交す る ように3枚_積層

接着 した幅広 の面材 (第

1‑(4)‑1図

、第

1‑(4)‑2図 )で

、平成9年頃か ら 本格 的 な研 究 開発 が始 まった。 ここでスギ

3層

クロスパ ネルの開発経緯 について当時 の資料6)7)8)を_{基 に概 説す る。}

第

1‑(4)‑2図  

^{ス ギ}

^3層

^{クロ スパ ネル}

(断面)

第

1‑(4)‑1図  

^{ス ギ}

^3層

^{クロスパ ネル}

９

まず、国内の人工林 の成熟化 に伴 い、供給原木 の主流 となる直径

16cm以

上の 中径 材 を活用す るための多用途 の製品開発 が重要 な課題 とされた。一方木造住 宅工法 の多 様化 に伴 い、耐震性 能や工期短縮 及 び コス トダゥンに大 きな効果 のあ る根太 レスエ法 が注 目を浴 び、かつ、健康住 宅指 向や天然素材指 向 によ り、工務 店か らは無垢 のスギ 板 を使 った根太 レス材 の要望が高 まってい た。 この ような背景か らスギ

3層

クロスパ ネルは、今後供給増 が見込 まれ る中径木 の有効利用 を図 るため、木造建築 において使 用量が多 い床板用積層 ボー ドの開発 を主 た る 目的 に して、梨材 に よる挽 き板段 階か ら 幅 は ぎ板 、そ して幅 は ぎ板 の積層 化 まで を連続生産す る一貫製造 システム を開発 し、

プラン トを製作 して関係業界 に普及 を図 り、結果 と して国産 中径木の利用促進 と地域 林業 の活性化 に大 き く貢献 してい くこ とを 目的 として開発 が進 め られた 6)7)8)。 ス ギ3層 クロスパ ネルお よび製造 シス テムの開発 には、静 岡県の機械 メーカーが参加 し、

林野庁 の補助事業 を活用 し実用化 され るに至 った。平成

18年

12月 現在、静 岡、徳 島、

鳥取 の3カ所 で製造 が行 われている。

スギ

3層

クロスパ ネル は、無垢 の質感 をその ままに、無垢材 で は得 ることの出来 な い幅広面材 で施工性 が 良好であること、 また接着剤 には水性高分子 イソシアネー ト系 接着剤 を使用 してお り、接着剤 由来 に よるホルムアルデ ヒ ドの放散 が無 い ことな ど、

様 々な利点 を備 えた建築材料 であ る。今 後、スギ

3層

クロスパ ネルに対 す る消費者 の 一層 の支持 を得 るため には、原材料 である地域産スギ九太材やそれか ら製造 された幅 は ぎ板 の品質 を的確 に把握 しつつ、スギ

3層

クロスパ ネルの住 宅用部材 と しての性能 を実際の使用環境 や建築現場 のニ ーズ を考慮 しなが ら検証 し、パ ネルの特徴 を活か し た利用技術 を提案す るこ とが必 要である。

本研 究 は、 ス ギ材 を活 用 した新 しい住 宅 用 部 材 と して注 目され て い るス ギ

3層

クロ スパ ネル につ い て、 そ の材 質、 強度 、温 熱 、反 りな どの特性 を明 らか に して住 宅用部 材 と して の性 能 を評価 しつ つ、厚 み の あ る幅広 な、化粧 性 に も優 れ た面材 とい うス ギ

3層

ク ロスパ ネル な らで はの特 長 が活 きる利 用技術 を提 案 す る こ とを 目的 とす る。 ま ず 第

1章

で は、鳥取 県 産 ス ギ丸 太 材 と幅 は ぎ板 の材 質 を明 らか に し、地 域 産 ス ギ材 の パ ネル原材料 と して の性 能 を把握 す る。第2章_{で は、ス ギ}

3層

ク ロス パ ネルの基 本 的 材 質 お よび構 造 用部 材 と しての 曲げ特 性 を把握 し規 格 に よる性 能評 価 を行 う。第 3章

3

では、スギ

3層

クロスパ ネルの温熟特性 の把握 に よ り、その厚 さを活 か した住宅用下 地材 と しての保温性 能、エ ネルギー消費 につ いて評価 す る。第4章では、幅広 な面材 であ るスギ

8層

クロスパ ネルの反 りに及 ぼす温湿度 の影響 を明 らか にす ることで寸法 安定性能 を評価 し、反 りを低減す る手法、製法 について検証 をお こな う。最後 に、第

5章 _{において、スギ} 3層 クロスパ ネルの特徴 が活 きる工 法 として「落 と し込 み工法J

に注 目 し、その耐力壁 としての面 内せ ん断性能 を明 らか にす る。

2.既

往 の研 究

ス ギ

3層

ク ロスパ ネルの基本 性 能 に関す る研 究 につ い て、溝 口 ら、池 田 らは、幅 は ぎボ ー ド3枚を繊 維 方 向 に よつて積 層 方 向 を違 えた複 数 タイ プの

3層

ボ ー ドを試作 し、

曲げ性 能 、浸 せ き 。煮 沸 は く離 試験 等 を行 って い る^9)10)。 これ らの試験 結 果 は、現 在 の ス ギ

3層

クロスパ ネルの生 産 、利 用 にお け る基礎 デ ー タ とな って い る。内迫 らは、

仕 上 が り厚 さが

21mmと 15mmの

3層 ク ロスパ ネル につ いて、 曲げや釘側 面抵 抗 、 耐 水 性 な どの性 能評価 を行 い、

MOEは 15mm厚

構 造 用 合 板 (1級

)に

^{、釘 側 面 抵 抗}

力 は

9mm構

造 用 合 板 (1級)と 同程 度 に評 価 で きる こ とを明 らか に した^11)。 朴 らは 直 交 型 積 層 材 の静 的 曲 げ性 能 に及 ぼす 年輪 傾 角 の影響 あ るい は 曲げ ク リー プ性 能 につ い て小 試験 体 を用 い た詳細 な検討 を行 って い る

12)13)14)。

ス ギ

3層

クロスパ ネル の構 造 的利 用 に関す る研 究 につ い て、 田 中 ら、江 川 らは、ス ギ

3層

クロスパ ネル を床 に用 い た場合 の 曲 げ性 能 につ い て、大 引 や根 太 と組 み合 わせ た場 合 の 曲げ性 能 につ いて実大 試 験体 を用 い て調べ 、根 太せ い

105mmの

根 太 を使 用 す れ ば 、根 太 ピ ッチ は

91omm程

度 まで広 げ て もた わみ制 限 を満 たす こ とな どを明 ら か に した 15)16)。 中尾 らは、 ス ギ

3層

ク ロスパ ネル を耐 力壁 要素 と しての利 用 につ い て、面 内せ ん断試 験 に よって壁 倍 率 の算 出 を行 い、本 試験 条 件 で大 壁 、真 壁 仕様 と もに壁 倍 率 2.5倍相 当 の耐 力 を有 して い る こ とを報 告 して い る^17)。 この他 に も、鍋 野 らが 、 ス ギ

3層

ク ロスパ ネルの床 構 面 と して の有効 利 用 を 目的 に、木 ダボ接 合 に よ る水 平せ ん断性 能 につ いて試験 を行 ってい る^18)。

̲方

_{、 ス ギ 3層 クロスパ ネル のエ}

レメ ン トで あ る幅 は ぎ板 の構 造 的利 用 につ い て も研 究 され てお り、遠 矢 らは、幅 は ぎ 板 の壁 材 と して の利 用 に関 す る構 造 性 能 の検 証 を行 って い る^19)。 床 ・壁 の工 法 は 、

金物 の種類 や接合方法等 に よって様 々な組 み合 わせが考 え られ るこ とか ら、スギ

3層

クロスパ ネル を床 、壁板 と して活用す るための構造性能評価 につ いて今後 の検証 が期 待 される。

スギの反 りに関す る研 究 について、池 田 らは乾湿繰 り返 し試験 とボー ド両面 に湿度 差 を付 けた吸放湿試験 を行 い、繊 維配 向の違 いが反 り量 に及 ぼす影響 につ いて報告 し てい る^10)。 町田 らは

920mm角

の小試験体 を用 いて、表 と裏 の湿度条件 に差 を生 じさ せ た ときの クロスパ ネルの反 り量 について、吸湿面 の ワ ックス塗布 の影響 も含 めた検 討 を行 っている^20)。

スギ

3層

クロスパ ネル は、研 究 開発 が進 め られて

10年

程度 しか経過 していない こ とか ら報告事例 は極 めて少 ない。 また、一地域 で生産 されたスギ

3層

クロスパ ネルの 性能 について、原材料 の段 階か ら住 宅建築 に至 る過程 の 中で総合 的 に検討 した事例 は ない。全 国各地 で取 り組 まれてい る地域産材 の活用 のため に も、スギ

3層

クロスパ ネ ル を核 とした、研 究 デー タの蓄積 が望 まれ る。

3.ス

ギ

3層

ク ロスパ ネ ル生 産 の現 状

スギ

3層

クロスパ ネルは全 国3カ所 で生産 (平成

18年

12月 現在

)さ

れてお り、そ の うち 1カ 所 は鳥取県 内の企業 で、平成 12年度 か ら生産が開始 されてい る。 ここで は鳥取県 におけるスギ

3層

クロスパ ネル生産 の現状 について概説す る。

(1)ス

ギ

3層

クロスパ ネルの出荷先

平成

16年

_{1月 か ら同年} 12月 にお けるスギ

8層

クロスパ ネルの出荷先 を第

3‑(1)

‑1図

に示す。最 も多 い出荷先 は、鳥取 か ら最 も近 い大消費地 である近畿圏の260/0で あ った。次 いで 中京 圏 (静岡 を含 む

)の

^200/0、 関東 圏の 140/0、 中国地域 (鳥取 県 を 除 く

)の

^110/Oであ った。 なお、鳥取県 内へ の出荷 は 19%であ った。量 は少 ないが、

東北 ・北海道地域 、九州地域 に も出荷 されてお り、スギ

3層

クロスパ ネルが全 国の消 費者 、建築 関係者 か ら注 目されてい ることが伺 える。

5

・6

メータィサイス・ 30%

第3‑(2)‑1図  ス ギ3層ク ロス パ ネ ル の 生 産 割 合

(平 成 16年 8月 〜平 成18年 4月 )

(3)ス

ギ

3層

ク ロスパ ネル の化 粧 面 用 幅 は ス ギ

3層

ク ロスパ ネル の販 売 の主 力 は前 述 の通 り片 面化 粧 の製 品で あ る。 生 産 の た め に は化粧 面 用 の ほ ぼ無 節 の板 が必 要 で あ り、 そ の確 保 はパ ネル生産 に とって極 め て 重 要 で あ る。 そ こで平 成 16年

8月

か ら平 成 18年

4月

まで に原 木 を 自社 で製材 して 生 産 され た全 ての幅 は ぎ板 につ い て、使 用 部 位 別 の生 産 割 合 を調 べ た ところ、化粧 面 用 は全 体 の 220/0、 中芯 用 が ^23°/0、 裏 面 用 が 550/0で あ った (第

3‑(3)‑1図

)。 一 方 、実 際 のパ ネ ル生 産 に要 した幅 は ぎ板 の

第3‑(2)‑2図   ス ギ3層ク ロス パ ネル の サ イズ 別 生 産割 合 (平 成16年 8月 〜平 成18年4月 )

ぎ板 の生 産状 況

第

3‑(3)‑1図  

幅 は ぎ板 の部 位 別 生 産害J合

部 位 別 の割 合 を計 算 す る と、化 粧 面 用 は約 25%、 中芯用 が 約 ^30°/0、 裏 面 用 が 約^45°/O で あ った。 割合 だ けで比 較 す る と実 際 の生 産 で は化粧 面 用幅 は ぎ板 が不足 す る こ とに な る。結 果 と して化 粧 面用 の幅 は ぎ板 を確 保 す るため に必 要 以上 に梨材 を行 わ な けれ ば な らず 、節 のあ る裏 面 ・中心 用 の幅 は ぎ板 の在 庫 を過剰 に抱 え る こ とにな る。化粧 面 用 幅 は ぎ板 の 月毎 の生産割合 を調 べ てみ る と、化 粧 面 用 幅 は ぎ板 の生産割 合 は月 ご

中 芯 用 板 23%

化粧面用板 22%

とに大 き く変動 して い る (第

3‑(3)‑2図

)。 化 粧 用 の板 の採 取 割 合 は、購 入 して い る原 木 の 品質 に大 き く左 右 され て しま う こ とか ら、化粧面 用 幅 は ぎ板 が欲 しい時 に、

原 木 を挽 い て も化 粧 面 に使 うこ との 出来 る ひ き板 が なか なか確 保 で きない、化 粧板 を 確 保 す るた め に大 量 の丸 太 を製材 す る結 果 、 中心 ・裏 面 用 板 の在 庫 が増 え る、 とい う 事態が生 じることに もなる。

これ らの対 策 としては、化粧 面用 ラ ミナ を外部 の製材工場か ら購入す るこ とが効果 的で、 こ れ に よ り主力製品であ る片面化 粧 の生産能力 の増 強、納期 の安 定化 が期待 で きる。 また、化粧 用 だけで はな く下地 と しての利 用方法 を積極 的 に提案 し、節 の 多 い裏面 ・中芯向 けの幅 は ぎ板 の販売 向上 につ なげてい く必要 があ る と考 え られ る。

ござざざヾヾざざ ざヾ

450

化400

粧

幅350

1ま300 ぎ

射更250

σ)200

占

め150

る100

害」△ 50 00

ヾ

第

3‑(3)‑2図  

化 粧 面 用 幅 は ぎ板 の 月 別 生 産割合

(平成 16年 8月 〜平 成

18年

4月 )

8

第

1章  

^{ス ギ}

^3層

ク ロ ス パ ネ ル 用 九 太 材 及 び 幅 は ぎ板 の 材 質 と 曲 げ 性 能

1. 1 

背 景 と 目 的

ス ギ

3層

ク ロスパ ネル の品質 の安 定 化 、 生 産性 の 向上 の ため には、原材 料 で あ るス ギ九太材 お よびそ れか ら製造 され たエ レメ ン トで あ る幅 は ぎ板 の材 質 を把 握 してお く こ とが重 要 で あ る。例 えば (財)日 本 住 宅 。木材 技 術 セ ン ターが定 め る優 良木 質建材 等 認 証 品質 性 能評 価 基 準 (以下 、

AQ基

準

)の

「床 用

3層

パ ネル」 で は、 ス ギ 3層 ク ロスパ ネル の 曲げ性 能 を曲 げヤ ング係 数 に よ って等 級 分 けす る こ とにな って い る^21)。

生 産者側 に は、規 格 に準 じた信 頼 性 の高 い製 品 を生産 す る こ と、 さ らに高 い 品 質 の製 品 を高収 率 で生 産 し消 費者 に提供 す るため、 ス ギ丸 太材 や幅 は ぎ板 が現状 の生 産体 制 にお い て どの程 度 の 品 質 を保持 してい るの か を明 らか に し、 日々の生産 活動 に反 映 さ せ て い くこ とが求 め られ る。

そ こで本 章 で は、 ス ギ

3層

クロスパ ネル の原材料 の品 質 を把 握 す る こ とを 目的 に、

鳥取 県 内産 ス ギ丸太 材 お よび幅 は ぎ板 の年 輪 幅 や密 度 、 ヤ ング係 数 な どの材 質 につ い て調査 した。 そ してス ギ丸 太材 及 び幅 は ぎ板 の 曲げ性 能 につ い て、

AQ基

準値 との 比 較 に よ り考 察 した。

1.2 

材 料 及 び 方 法

1.2.1 

ス ギ丸 太 材 の材 質調 査

1.2.1.1 

試 験 地

九 太 材 に関す る試 験 地 は、(株

)米

子 木 材 市 場 生 山支 店 (鳥取 県 日野 郡 日南 町生 山)と ^した (第

1‑2‑1図

)。 こ こで は主 に鳥取 県 日南 町産 のス ギ丸太 が取 り扱 われ てお り、ス ギ

3層

クロス パ ネ ル (以下 、

3CLP)の

生 産 に この 市 場 の九 大 が積 極 的 に利 用 され て い る。

第

1‑2‑1図

‐9

(株

)米

子 木 材 市 場 生 山支 店

1.2・

1・

2 

対象 とした丸太材 の概 要

九太材 の調査 は、平成

11年

6月 か ら平成

12年

12月 まで、^1〜2ケ 月 に一度 の割合 で計

10回

実施 した。一 回の調査本 数 は50本程度 で、合計 569本 を調査 した。試験対 象 とした丸太材 の寸法 は、

3CLPの

原材料 として多用 され る、寸法が末 口直径 20〜40

cm程

度、長 さが約

4mの

皮付 き丸太 と した。 なお、呑玉 については様 々であ る。

1.2。 1.3 

九太材 の材 質調査方法

測定項 目は、直径 、材 長、質量 、末 口年輪数 (九太266本分)、 末 口平均年輪幅 (丸 太

266本

分)、 密度 、細 り率お よび動 的ヤ ング係数 とした。直径 は直径も尺 に よ り樹 皮 を含 めた末 口径 、 中央径 、元 口径 を測定 した。長 さは銅 尺 を用いて、両木 口 を結ぶ 平均 的 な長 さを測定 した。九太 の質量 は、 ロー ドセルを取 り付 けたス リングベ ル トで 九太 を皮付 きの まま吊 して測定 した。末 口年輪数 は、九太末 国の、髄 を除いた年輪数 とした。密度 は、元 口 。中央 ・末 口直径 の平均 直径 を持 つ円柱 と仮定 して材積 を算 出 し、

(1.1)に

よ り算 出 した。細 り率 は完満度 を表 し、元 口直径 と末 口直径 の差 を材 長 で割 った値 と した。

W X 1000

(1.1)

ρ=

(D/2)2x3.14× L

ρ^:密度(g/cm3)

W:質

量(kg)

D:元口・中央・末 回の平 均直径(cm)

L:材長(cm) 記 号

動 的ヤ ング係数 は、ス リングベル トで 吊 した状態で木 口 をハ ンマ ーで打撃 し、発 生 した縦振動 の固有振動周波数 (一次)を

FFTア

ナライザ ー(リ オ ン(株

)製

 SA‐⁷⁷⁾ で測定 し (第

1‑2‑2図

)、 密度、材長、 固有振動周波数 か ら

(1.2)に

よ り算 出 し た。

Efr=4X  _ρ Xh2xL2x1010      (1.2)

Efr:動的ヤング係数 (GPa)

ρ ^:密度 (g/Cm3)

h:固

_{有振動周波数 (Hz)} L:材長

 (cm)

記 号

10

第

1‑2‑2図  

九太材 の固有振動周波数 測定 の様子

1.2.2 

幅 は ぎ板 の材 質調査

1。

2.2.1 

幅 は ぎ板

供試材料 であ る幅 は ぎ板 は、協 同組合 レングス _(鳥取県西伯郡南部 町

)で

製造 され た、主 として辺材 で製造 された化粧面用 と、主 と して心材 で製造 された裏面 。中芯用 の2種類 と し、幅 は ぎ板 を在庫 の 中か ら無作為 にそれぞれ

120枚

を抜 き取 り試験体 とした。なお、ひ き板 は 日標含水率 10〜 ^12°/Oで人工乾燥 が行 われてお り、幅 は ぎ板 を 製造す る際 にはひ き板 の強度性能や節 の配列等 は考慮 されてい ない。幅 は ぎ板 の寸法 は厚 さ

14mm×

幅 1,070mm×長 さ

2,030mmで

あ った。

1.2.2.2 

幅 は ぎ板 の材 質調査方法 測定項 目は密度 と曲げヤ ング係数 とし

  MOE=

た。密度 は、質量 と寸法 か ら算 出 した。

曲 げ ヤ ング係 数 の測 定 方 法 は、 ス パ ン

 

記号

1,700mmの

中央集 中荷重方式 によ り、初 期荷重 98N、 後荷重

98Nを

_{載荷 し、 た}

わみ差 か ら

(1.3)￨こ

よ り曲げヤ ング係 数 を算 出 した。

L3(F2 Fl)

x103    (￢

3) 4bh3舎2 yl)

MOE:曲げ ヤ ング 係 数(GPa) L:スパ ン(mm)

b:幅(mm) h:厚さ(mm) Fl:初期荷重(N) F2:最終荷重(N)

y2:F2に対応するたわみ(mm) yH:Flに対応するたわみ(mm)

1.3 

結 果 及 び 考 察

1.3.1 

スギ九太材 の材 質

1.3.1.1 

末 口直径 、末 口年輪数、末 口年輪幅、密度 、細 り率

丸大材 の直径 、末 口年輪数、末 口年輪幅 、密度、細 り率等 を、第

1‑3‑1表

、第 ¹

‑3‑1〜 1‑3‑3図

に示す。末 口直径 は26.lcmで、地域 で産 出 された直径 20〜30cm

程度 のいわゆる「中 目材」 を多 く確保 で きた もの と判断 した。末 口年輪数 は、平均値 が

27年

_で、最小 13年か ら最大

62年

まで様 々であ った。末 口年輪 幅 は平均値 が

4.96mm

で、最小値 が 2.3mm、 最大値 が^9。

lmm(変

動係数^{21。10/0)で}あ つた。既往 の報告²²⁾

23)24)と 比べ る と、本試験 に供 した丸太材 は肥大成長 の良好 な丸太材が多 く含 まれ ていた と考 え られ る。生材密度 は平均値 が^0,70g/cm3、 最小値 が^0,40g/cm3、 最大値 が

0。98g/cm3(変動係数 12.30/0)で あ った。細 り率 は平均値 が0,012(変動係数^35.60/0) で、既往 の報告24)と _{近似 していた。}

第

1‑3‑1表  

^{九 太 材 の材 質}

直径

(cm)材

長

 

重量 末 口年輪数 末口年輪幅

 

^密度

 

細り率 末 口 中 央 元 口

(cm)(kg)      (mm)(g/cm3)

平均値 最小値 最大値

261  282 31 1  413  184 201  221  243  397   77

38.3 410 432  443  373

4.96   070   0012 230   040   0.001 9.10   0.93   0.030 21.1   12.3    35.6 27

13 62 変動 係 数(%)11.3 11.3 11.4 1.83 21.1 24.6

本 数 569  569  569  569  569 ²⁶⁶ 569   569 569

025 020

５     ０     ５ １     １     ０ ０       ０         ０

相 対 度 数

″６ぐ  

ｍ ｍ

？も雪

７６ｇ

″６年

Ｇ″  管 幅

″う ゞ   鋤 ¨

口 ６″ ゞ  末

″うげ

″６げ

′６Ｖ

″ＧＶ

第

1‑3‑1図  

ス ギ九大 の末 口年輪 幅 Mean=4 96mm

CV=2110/O

12‐

0.25

0.20

相 ^0.15 対 度 ^0.10 数

0.05

0,00

0.2

本目^0・15 対 度 0.1

数 005

0 うヽ

Φ劇 ０ ０ うヽ 甘劇 ０ ０ ヽう Ｎ劇

〇

〇 ヽζＯ 劇０

．０ うヽ

≡０∞

．〇 う１

︐ ００ ０

１甘 ｒｏｏ  礎宥

︱﹃ Бｏ 細

ヽう

︐ ００ ０． うヽ

∞０ ０ ０ うヽ ００ ０． ０ うヽ 寸０ ０． ０ 寸０ ００

・ζ

園

囲

四

四 四

園 1画 1車

‐13‐

0.3 0,25 0.2 本日

樫田

⁵

数 _0.1

0.05 0

趾

――――n=569

Mean=6.86GPa

―――CV=15.90/o 囲

口

園園

口

固

田

1園 回 図

口

四

回園

! t t t t t t i t

動的ヤング係数

    (GPa)

14

性能 を保持 した九太材 お よび ひ き板 を効率 よ く入手す るこ とが出来 る。た だ し動 的ヤ ング係数 を正確 に把握す るため には質量や固有振動周波数、寸法の測定のための人手 と時間、高価 な計測機器 を必要 とす る。 これが もし年輪幅や細 り率 など視覚的指標 に よって動 的ヤ ング係 数 の推定が可能であれば、市場 での購入の際、 目視 による判別が 可能 とな り、 ロスの少 ない丸太材購 入が期待 で きる。 そ こで鳥取県 内産 のスギ丸太 で の、動 的ヤ ング係 数 と視覚的指標 (末口年輪 数、末 口直径 、末 口年輪幅、細 り率)と

の相 関関係 について調べ てみた。 その結果、動 的ヤ ング係数 と危険率

1%で

有意 な相 関が認 め られ た因子 は、細 り率

(r=―

^o。43)、 末 口年輪幅

(r=一

^o.35)、 末 口年輪 数

(r=o。

33)であ つた (第

1‑3‑5〜 1‑3‑7図

)。 しか しこれ らの値 は実用 に供す るほ どに高 くな く、視覚的指標 に よる九太 の動 的ヤ ング係数 を精度 良 く区分す ること は難 しい と思 われ る。年輪 幅や細 り率 な ど視 覚的指標 による動 的ヤ ング係数 の推定 に ついてはこれ まで に も、小 泉 らが秋 田県産の、荒武 らが宮崎県産のスギ丸太 を用いて 検証 してお り、本結果 とほぼ同 じ傾 向であ った と報告 している24)27)。

(GPa)

●

￢

0   鳴

田色崖 ∴ J

y=‑10817x+8.18 r=0,43**

12

10

８       ６       ４

動 的 ヤ ン グ 係 数

0005

001 0.015   0.02   0.025   003   0.035 細 り率

第

1‑3‑5図  

スギ丸太材 の細 り率 と動 的ヤ ング係数の関係

15‐

12

10

(GPa)

― ― ― ― ― ― ― ― 「 ―

:￨:「::;::::「 :::::::「

y=「!l亀

指 ^if65

F■ pr4￢ >

動 的 ヤ ン グ 係 数

10 末 口年輪 幅

ス ギ丸 太 の末 口年 輪 幅 と

(mm)

動 的 ヤ ング係 数 の 関係 第

1‑ 3‑6図

(GPa)

12 10 8

6

4 2 0

30     40

末 口年輪 数 (年)

第

1‑3‑7図  

スギ丸太材 の末 口年輪数 と動 的ヤ ング係数 の関係

1,3.2 

幅 は ぎ板 の材 質

1.3.2.1 

密度及 び曲げヤ ング係 数

幅 は ぎ板 の密度 につ いて第

1‑3‑8図

に示す。化粧面用、裏面 。中芯用 ともに、平 均値 が^0。38g/cm3と 同 じで、変動係数 もほぼ近似 していたが、裏面・中芯用 は^0。40g/cm3

以上がやや多 か った。

動 的 ヤ ン グ 係 数

70 60

50 20

10

"』 ‐・と   ニニ ̲

叫

T七

.

y=0.052x+550

r=0.33**

16‐

次 に幅 は ぎ板 の 曲げ ヤ ング 係 数 の測 定 結 果 を第

1‑3‑9

図 に示 す 。 化 粧 面 用 幅 は ぎ板 の 曲げヤ ング係 数 は、平均 値 7.76GPa、

 

最^/Jヽ4直 4.91GPa、

最 大値 10,31GPa、 変 動 係 数 は13.00/0で あ つた。 また 、裏 面 。中心 用 幅 は ぎ板 の 曲げヤ ング係 数 は、平均 値 7.09GPa、

最 小 値 3.54GPa、 最 大 値 9.60GPa、 変動 係 数 ^16.20/0で あ った。 この結 果 を丸 太材 の 動 的 ヤ ング係 数 の 測 定 結 果 お よび既往 の報 告 か ら算 出 した 前 述

(1,3.1.2)の

^推

定値 と比 較 す る と、今 回測 定 した幅 は ぎ板 の 曲げヤ ング係 数 は、 この地 域 の丸 太 材 の動 的 ヤ ング係 数 を良 く反 映 して い る とい え る。幅 は ぎ板 の現

化粧 面用 n=120 AVG=038g/cm3

CV三78500 裏 面・中芯 用 n=120 AVG=038g/cma CV=72700

第

1‑3‑

は ぎ板 の密度 の分布

化粧面用 n=120

AVG=776GPa CV=130%

裏面・中芯用 n=120

AVG=709GPa

CV=16200

035 030 025

聟020

憂015

010 005

000 ︱

寸 寸 ｏ      

／ｃ ｍ

︐ヽ 剣 寸

〇

︐ヽ 寸

〇

︐

∞

∞

〇

度 うｔ Φ

∞

〇

百田

ｔ高  ｏ 密  

中 図

うヽ

﹃∞  〇         

︒Ｏ う

∞

〇 ヽう

∞﹃

〇

相 対 度 数

布

ぐ Ｇ 弊 Ｐ ａ ∽ サ

グ

︲Ю  ω     ン と

∞    ヤ

デ

︲ め ト        ル

■

数 田 と 卜 係 の

中 一 一

﹈ 中 嘲

と 曲 幅

１ ０ め １ ０ 寸 １ ０ ヾ を め

∞

第

1‑3‑9図

在 の製造 方 法 は、一 本 の九 太 か ら製材 され た ひ き板 が幅 は ぎ工程 まで連 続 して ラ イ ン を流 れ る。 したが って九太 の強度 性 能 の ば らつ きが幅 は ぎ板 の強度 性 能 の ば らつ きに 反 映 され易 い と考 え られ る。

1.3,3 AQ基

準 値 か ら見 た丸 太 材 及 び幅 は ぎ板 の 曲げ性 能 の評価

AQ基

準 にお い て、床 用

3層

パ ネル の 曲げ性 能 は

E40(平

均 値 40× 103N/mm2、 下 限値 30×

103N/mm2)か

ら設 定 され て い る (第

1‑3‑2表

)。

(1.3.2。 ^1)の

結 果 の とお り、化 粧 面 用 お よび裏 面 。中芯 用 幅 は ぎ板 の 曲げヤ ング係 数平均 値 は

7GPa

を超 えてい た。 また、丸 太材 の 曲げヤ ング係 数 か ら推 定 した乾燥 後 の ひ き板 の 曲げヤ ン グ係 数 お よび幅 は ぎ板 の 曲げヤ ング係 数 の測 定結 果 で は、最小 値 が 3.5GPa程度 と

17

想 定 され 、仮 に この 幅 は ぎ板 が 製 品 の裏 面 用 と して配置 され て も、E40に お け る下 限値 80

×lo3N/mm2を ク リアす る可 能性 は きわめ て 高 い。 鳥取 県 内産 の ス ギ九太 あ るい は幅 は ぎ 板 を、 曲げ性 能 に よる選 別 を行 わず に

3CLP

を生 産 して も、

AQ曲

げ性 能基 準 を ク リアす る こ とは十 分可 能 で あ る。た だ し

E40は

最 低 ラ ン クで あ り、無 選 別 で どの等 級 の製 品が 生 産 で きるの か につ い て は、実 際 の ラ イ ンで 生 産 され た

3CLPの

曲 げ性 能 を調 査 す る必 要 が あ る。 また 、必 要 とす る 曲げ性 能 を保 持 した 製 品 を効 率 よ く確 保 す るた め に は、 ひ き板 や 幅 は ぎ板 、 製 品 で の選 別 ・管 理 が 必 要 で あ る

第

1‑3‑2表  AQに

お ける

3CLP

の曲げ‖生能 区分

ことは言 うまで もない。

1,4 

要 約

スギ

3層

クロスパ ネル

(3CLP)の

原材料 の品質 を把握 す る ことを目的 に、鳥取 県 内産スギ丸太材 お よび幅 は ぎ板 の年輪幅や密度、ヤ ング係数 な どの材 質 について試験

した ところ、以下 の こ とが明 らか となった。

(1)ス

ギ九太材 の動 的ヤ ング係数 の平均値 は6.86GPaで あ った。これ らの九太材 か ら得 られるひ き板 の乾燥後 のヤ ング係数平均値 は、九太材 の動 的ヤ ング係数 よ りもや や高 い7〜

8GPa程

度 になることが推察 された。

(2)動

的ヤ ング係数 と視覚的指標 (細 り率 、末 口年輪幅、末 口年輪数)と の間には 有意 な相 関関係 が認 め られたが、実用 に供 す るほ どには高 くな く、視覚的指標 による 九太 の動 的ヤ ング係数 の区分 は困難 であろ う。

(3)幅

は ぎ板 の 曲げヤ ング係数 は、平均値 について化粧面用が7.76GPa裏面 。中芯 用が 7.09GPa、 最小値 について化粧面用が ^4。91GPa、 裏面 。中芯用が 3.54GPaであ った。幅 は ぎ板 を曲げ性能 による選別 を行 わず に

3CLPを

生産 して も、

AQ(優

良木 質建材等認証 品質性能評価基準

)の

曲げ性 能基準値 を上 回るこ とは十分可能である。

出げ ヤ ング 係 数

(103N′

/mm2)

E等

級

平 均値 下 限値

E125 125 100

E司

10 ¹¹⁰ 90

E100 100 80

E90 90 70

E80 80 65

E70 70 55

E60 60 50

E50 50 40

E40 40 30

18

第

2章  

^{ス ギ}

^3層

クロスパ ネルの住 宅用 部材 と しての材 質 と強度特性

2。

1背

_{景 と目的}

スギ

3層

クロスパ ネルはスギ材 の有効利用 の一つ と して開発 され、スギの柔 らか な 質感 を残 しつつ、面材 にす るこ とで施工性 に も優 れた製品 として、建築・木材 関係者 か ら高 い注 目を集 めてい る。 国内で開発 、実用化 されてか ら

10年

程度が経過 し、現在 で は「床用

3層

パ ネル」として

AQ規

格 が整備28)さ れ、公 的 な認証制度 の もと今後 の さらなる需要拡大 が期待 されてい る。今後 、消費者 の多様 なニーズ に応 え、かつ、ス ギの面材 と しての利用及 び技術 開発 を発展 させ てい くため に も、地域産材 を活用 した スギ

3層

クロスパ ネルの基本性能 を把握 してお くことが極 めて重要 である。

中で も重要 な性能の一つが 曲げ性 能であ る。第

1章

で述べ た とお り鳥取県産スギ材 は、スギ

3層

クロスパ ネル をそれで作 れば

AQ基

準 の曲げ性能 をク リアさせ るこ とが 出来 る原材料 であ る。しか しスギ

3層

クロスパ ネルが、実際 に どの程度 の曲げ性能 (曲

げヤ ング係 数、 曲げ強 さ)を有 しているのか、そ して、密度 や節等 の材質が 曲げ性能 に どの ような影響 を与 えているのか については明 らか に されていない。スギ

3層

クロ スパ ネルの住 宅 にお ける主 な使用箇所 は床 や壁 での構造部材 (水平 、垂直構面)と し ての利 用であ り、物理 的特性 の代 表 的指標 であ る曲げ性能 を明 らか にす るこ とは、ス ギ

3層

クロスパ ネルの構造 的利用 を推進す る上で極 めて有効 であ る。

そ こで本章で は、鳥取県 内で製造 、販売 されているスギ

3層

クロスパ ネルの住 宅 用部材 としての材 質 な らびに強度特性 を明 らかにす るこ とを目的 として、パ ネル単体 の密度や節径 、 曲げヤ ング係数 、 曲げ強 さな どを調べ 、その特徴 について検証 した。

2.2材

料 及 び 方 法

2.2.1 

供試材料

試験 に供 したスギ

3層

クロスパ ネル _(以下、3CLP)イよ、協 同組合 レングス (鳥取 県西伯郡南部町)で生産 されている、幅

910mm×

長 さ1,820mm×厚 さ

86mmの

市販 製品 (片面化粧)と し、生産 日の違 うロ ッ トの中か ら任意 に抜 き取 った100枚_を試験

体 と した。

19‐

2.2.2試

験方法

2.2.2.l AQ基

準 における試験 ・検査項 目

3CLPの

品質性 能評価基準 は、

AQ基

準「床用

3層

パ ネル

J28)に

規定 されている。

この中では試験 。検査項 目として、① は く離試験 、② 曲げ試験 、③含水率試験 、④ 欠 点測定、⑤ 加工精度測定 、⑥寸法測定が規定 されてい る。本研 究 で は材 質調査 につい て

AQの

「欠点測定」 を、 曲げ性 能 について「曲げ試験」 を参考 に試験 を実施す るこ

とに した。

2.2.2.2 

材 質調査

材 質調査 は密度 と節径 とし、密度 につい ては 100体、節径 については50体につ い て調査 した。密度 は試験体 の寸 法 と質量 に よ り算 出 した。節径 は、心材 が使用 してあ り節が多数存在す るパ ネルの裏面 を測定 した。

3CLPに

お けるパ ネル裏面 の節径 の評 価 は、

AQ基

準 で「利用上支障のない ものであ ることJと されてお り^28)、 基準 となる 数値 は定 め られていない。そ こで本研 究で は、試験体 の長 さ方 向の 中央

350mm区

間 に存在す る節 を対 象 と し、試験体 の幅方 向 と平行 な方向 を節径 と して JIS l級鋼尺 を 用いて測定 した。測定結果か らこの区間にお ける節径 の最大値^(以下、Kmax)、 試験体 の長 さ方 向の材端部 か ら内側 に

140mmの

範 囲 にある節 の最大値^(以下、Cmax)、 中央

350mm区

間に存在 す る節径 を合計 した値^(以下、Ksum)を 求 めた(第

2‑2‑1図

)。

中

350

Kmax:範囲①と範囲②に存在する節のうち最大径 Cmax:範囲①に存在する節のうち最大径 Ksum:範囲①と範囲②に存在する節径の合計

3CLP裏

面 の 節 の 測 定 箇 所

‑20‐

Ｔ

ｏ≡ ｏ

上

幅 方 向

① 上

Tミ

〇帯一

②

①

第

2‑2‑1図

2.2,2.3 

曲 げ性 能試 験

3CLPの

曲 げ性 能試 験 は、

AQ基

準 の試 験 項 目「 曲げ試 験 」

28)に

規 定 され てお り、

曲 げ ヤ ング係 数(以下 、

MOE)に

よ って評価 され る。 これ に よる と試験 方 法 は、スパ ン

1,700mm(ス

パ ン方 向 と主繊 維 方 向 との角度 が ^0° )の 中央 集 中荷 重 と し、初 期 荷 重 と 最 終荷 重 載 荷 に よる た わみ量 の差 か ら

MOEを

算 出す る こ と と され てい る。 そ こで本 研 究 で は この規 格 に準 じて試験 を行 うこ と と し、初期 荷 重 490N、 最 終荷 重

980N載

加 時 の た わ み量 の差 か ら、(2.1)に よ り

MOEを

算 出 した。

L3×(F2 Fl)X10 3 一方、曲げ強 さ(以下、

MOR)は AQ基

準

で評価 を求 め られていない。そ こで本研 究 で は、

AQと

同 じ試験条件 、す なわちスパ ン

1,700mmの

中央集 中荷重で 曲げ破 壊試 験 を行 うこ ととした。試験機 は実大強度試 験 機((株)島 津 製 作 所 製 オ ー トグ ラ フ AG‐100kNG)を_{用 いた。加童速度}

5mm/min

で

3CLPが

破壊 す る まで負荷 し、得 られた 試験結果か ら

MOEと MORを (2.1)お

よ び(2.2)に よ り算 出 した。

MOE(GPa)=

4 XbXh3×_{(y2 yl)} 3 X PmaxX L

MOR(MPa)=

2Xb×h2 記号  L:ス^パン(mm)

Fl:初 期 荷重(N) F2:最 終荷 重(N)

b:幅(mm) h却昇さ(mm)

yl:Flに対応するたわみ量(mm) y2:F2に対応するたわみ量(mm) Pmax:最 大荷重(N)

(21)

(2 2)

2.3 

結 果 及 び 考 察

2.3。 1 

材 質 調 査 お よ び 曲 げ 性 能 試 験 結 果

3CLPの材 質調査 お よび曲げ性能試験 の結果 を第

2‑3‑1表

お よび第

2‑3‑2表

に 示す。密度 は平均 0.41g/cm3で ぁ り、0.36〜0.46g/cm3の 範 囲 にあ った。また Kmax、Cmax、

Ksumの_{平均値 はそれぞれ}34、 23、

94mmで

あ った。節 の数 は平均 15個で、卜

29個

ま でば らついていた。

次 にMOE、 MOR、 Pmaxの平均値 はそれぞれ7.85GPa、 41.9MPa、

19.9KNで

あ った。

MOE、

MORの

結果 につ いて、3CLPと 比較 的厚 さの近 い

35mm厚

さの ラジアー タパ イ ン合板 お よびラーチ合板 の曲げ性能29)30)と _{比較す る と}

(第

2‑3‑3表

)、 試験方法 や寸法 に違 いはあ るが、

MoEは

両者 の 中間で

MORは

これ らの製 品 を上 回 ってい た。

…21

第

2‑3‑1表  3CLPの

材 質

密 度

Kmax Cmax Ksum 

_{節 の 数}

最大値 最小値 標準偏 差

0.46 0.36 0.02

100

９ １ ７ ０ ２         ５ ８

１ ３ ６ １ １

55

0 12

210

11

38 50      50        50

は 中 350mmの に存在する を対象とした。

第

2‑3‑2表  3CLPの

^{曲 げ性 能 試 験}

MOR

M Pa

Pmax

19.9

26.0

13.2 2.59 50

最大値

最小値 標準偏差

試験体 数  100

41.9

54.6

28.5

5.31

50

第

2‑3‑3表  3CLPと

ラン^Sアータハ°

イン合板 、ラーチ合板 の 曲げ性 能の比較 公 称厚さ

(mm)

MOE

(GPa)

MOR

(MPa)

MOE GPa

3CLP

ラジ ア ー タパ イン 合 板^2の30 ラー 手 合 績^{2の 3の}

7.85 (0.99) 41.9 5.57 (0.72) 22.0 9.60 (1.08) 34.8 36

35 35

(5.31) (2.57) (5.84) カッコ内は標準偏差

クロスパネルの試験は、中央集 中荷重

合板の試験 は、構造用合板」

ASの

1級試験方法に準拠

2.3.2 AQ曲

げ性 能基準 によるスギ

3層

クロスパ ネルの格付 け

AQ基

準 で は、

MOEの

平均値 と下 限値 による等級付 けが な されてい る (第

2‑3‑4

表^)。本研 究結果 をこの基準値 に当てはめる と、平均値 は

AQ区

分

E70(70×

103N/mm2)

相 当であ った。前章 で、鳥取県産スギ丸太材 及 び幅 は ぎ板 の 曲げヤ ング係数 につ いて 調べ、鳥取 県産材 か らは平均値 で

7〜 8GPaの

曲げヤ ング係 数 を有 した ひき板 を確保 で きることを明 らか に したが、

8CLPの MOEに

よる

AQ格

付 け結果 と比較す る と、

この格付 け結果 はひ き板 の

MOEを

良 く反映 してい る と言 える。一方下 限値 はE60(50

×lo3N/mm2)相_当で、E70の下限値 (55×

103N/mm2)を

上 回 ることは出来 なか った。

‐22‑

したが って 、現在 生 産 され て い る

3CLPを

AQ曲

げ性 能基 準 に よって格付 けす る と、

下 限値 か ら

E60相

当 に格 付 け され る こ と が わか った。現在 の製造 ライ ンで は、九 太 材 や ひ き板 の強 度 性 能 に よる選 別 は行 な わ れ て い ない こ とか ら、今 後 ス ギ を原材料 に した

3CLPの

生 産 で よ り高 い格付 け を 目指 す場 合 、生 産 工 程 で

MOEに

よる選 別 を行 な い 、

MOEの

低 い幅 は ぎ板 は 中芯 用 に と

して使 うな どの工夫 が必 要 で あ る。 また、

3CLP完

成 後 に

MOEを

検 査 。選 別 し、ロ ッ ト毎 の品質 を確 保 して い くこ とが必 要 と考

第

2‑3‑4表  AQに

お け る 曲イデヤ ング係 数 に よる格 付 け

曲 げ ヤ ング 係 数

(103N/m mZ) E等 級 平 均値 下 限値

E125 125 100

El10 110 90

E100 100 80

E90 90 70

E80 80 65

E70 70 55

E60 60 50

E50 50 40

E40 40 30

え られ る。

2.3.3材

質 と曲げ性 能 の 関係

3CLPの

材 質 と曲 げ性 能 の 関係 につ い て第

2‑3‑5表

、 第

2‑3‑1〜 2‑3‑3図

に 示 す 。

MOEと MORに

は高 い正 の相 関 関係(r=o.72、 10/0有意水 準)が認 め られ、

MOE

が

MORの

指 標 に な り得 る。 また密 度 とMOE(r=0.51)、 密 度 と

MOR(r=0.39)の

_{間 に} も正 の相 関 関係(1%有意水 準)が認 め られ た。

第

2‑3‑5表  3CLPの

材 質 と曲げ性 能 の関係

MOE MOR

MOR MOE

密度 Kmax Cmax Ksum

**は

_1%有

意水準で、

^{*は 5%有}

意水準でそ れぞれ有意であることを示す

0.72**

0.51**

‑0.15

‑0,12

‑0,17

0.39**

‑0.21

0.01

‑0,35*

‐23‐

０ ５ ０

５ ０ ５ ０ ５ ０ ６ ５

５ ４ ４ ３ ３ ２ ２

∝〇 夏

6.0

4.0 8.0

MOE

10.0     12.0

(GPa)

第

2‑3‑1図  3CLPの MOEと MORの

関係 (GPa)

Ш Ｏ Σ

11.0 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0

n=50      U _●

° 3:I―

fB

^０● _▼^{Ｕ︵ y=282x‑370}

        r=051**

D

034     036     038 密 第

2‑3‑2図  3C

04     042     044     046 度

     (g/Cm3) LPの

密度 と

MOEの

関係

匡 Ｏ Σ

60 55 50 45 40 35 30 25 20

(MPa)

n=50      

】 【       。

a璧 〓 。 ・ ̲

・ x・ }rr・

炉 5X=U●

v=116x‑3.88

●  (D     r=0.39**

●

034     036     038     04     042     044     046 密

 

度

     (g/Cm3)

第

2‑3‑3図  3CLPの

密度 と

MORの

関係 (M Pa)

n=50      ̲ ̲ a Oノ

三 r/

μ ttX T

ぉ 夕 藻 D V

/     ,       y=3 94x+12.7 O       r=072**

‐24‐