(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続すべき姿勢に接続面を当接させた状態で連続する接続孔を複数の被接続材に穿設し、該複数の被接続材に連続する接続孔内に金属製の芯材を挿入して接続すべき姿勢に固定するとともに、被接続材の接続孔内に液状の熱硬化性合成樹脂剤を充填し、被接続材の外表面から前記金属製の芯材位置に磁力発生コイルを接近させ、該磁力発生コイルに高周波電流を通電することによって金属製の芯材を発熱させ、その熱によって接続孔内の熱硬化性合成樹脂剤の硬化を促進することを特徴とする高周波誘導加熱による無磁性材の接続方法。
【請求項２】
接続すべき被接続材のそれぞれに一定の深さの接続孔を穿設し、長寸法の金属製芯材の一端部を一方の被接続材の接続孔に、他端部を他方の被接続材の接続孔にそれぞれ挿入し、間隔を隔てて接続すべき配置に固定した被接続材の接続孔内に液状の熱硬化性合成樹脂剤を充填し、被接続材の外表面から前記金属製の芯材位置に磁力発生コイルを接近させ、該磁力発生コイルに高周波電流を通電することによって金属製の芯材を発熱させ、その熱によって接続孔内の熱硬化性合成樹脂剤の硬化を促進することを特徴とする高周波誘導加熱による無磁性材の接続方法。
【請求項３】
金属製の芯材の一端部に、接続すべき被接続材の一方を固定して準備しておき、芯材の他端部には接続が必要なときに、接続すべき他方の被接続材を熱硬化性合成樹脂剤で固定させてなる請求項１又は２記載の高周波誘導加熱による無磁性材の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
木造構造物における柱と梁のように木材どうしを接続するには、接続部分を組木したり釘などによって接続するのが普通であった。これらの接続方法は、必ずしも充分な接続強度を有するものではなかった。
近年、構造用の木質材料として天然木材だけでなく、構造用単板積層材（ＬＶＬ）や集成材のように任意の大きさに加工が可能であって、均質で安定した強度を備えたものが供給されるようになった。これら木質材料を利用して、より大きな木造構造物や高耐震性の木造構造物を構築するためには、より強固な接続方法が要求されるようになった。この要求を満たす方法として、突き合わせた木質材料に鉄筋など高強度の芯材を貫通させ、芯材と木質材料を一体的に接合することが試みられている。
本発明は、上記木造構造物における柱や板の接続のように、天然木材、単板積層材、集成材などの木質材や合成樹脂材、セラミックス材などの無磁性材を、高周波誘導加熱を利用して能率的に接続する方法に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属製の芯材を貫通させて木質の被接続材を接続するために、接続すべき姿勢に接続面を当接させた状態で連続する接続孔を二つの被接続材に穿設しておき、該接続孔内に芯材を挿入した上でエポキシ樹脂などの熱硬化性合成樹脂剤を充填し、被接続材を接続すべき姿勢に一定時間固定し、接続孔内に充填したエポキシ樹脂剤などが硬化するのを待って完成させている。
【０００３】
高周波誘導加熱を接着に利用する方法には、特公平３−７７０２０号公報に開示されるように、導電性のシート状発熱材にホットメルト接着剤を塗布した接着シートを、高周波誘導加熱によって発熱させてホットメルト接着剤で接着する方法や、特公平６−３５５７０号公報に開示されるように、導電性の発熱体を熱可塑性構成樹脂剤または熱硬化性合成樹脂剤に分散させておき、これを高周波誘導加熱によって発熱させる高周波誘導加熱型接着剤が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
木質材その他の無磁性材を接続するために、被接続材のそれぞれに接続孔を穿設しておき、この接続孔に芯材を挿入するとともにエポキシ樹脂剤を充填して硬化させる場合、エポキシ樹脂剤に室温硬化型の硬化剤を混合するとしても、外気温度によっては硬化時間が大幅に変化する。特に冬季及び寒冷地での現場施工では、エポキシ樹脂剤の硬化に極めて長時間を要し、施工の遅れとなってしまう欠点がある。
上記欠点に鑑み、本発明は小型で、手に持って移動することができる程度の簡単な高周波誘導加熱装置によって、短時間でエポキシ樹脂材などの熱硬化性合成樹脂剤を硬化させることができる木質材料などの無磁性材の接続方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
なお、高周波誘導加熱を利用した従来の接着方法は、単に接着材の加熱手段として補助的に発熱材を用い、あくまで接着材によって被接着材を接着する方法、あるいは被接着材自体が金属製品であって発熱するもので、接続のための芯材を被接続物に接合するものではなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
木質である柱や板その他の無磁性材である被接続材１，２には、接続すべき姿勢に接続面を当接させた状態で連続する接続孔３を穿設し、接続孔内に金属製の芯材４を挿入して被接続材１，２を接続すべき姿勢に固定する。この状態で、被接続材１，２接続孔内に液状の熱硬化性合成樹脂剤６を充填した後、被接続材の外表面から芯材位置に磁力発生コイル７を接近させ、この磁力発生コイルに高周波電流を通電することによって、接続孔３内の金属製の芯材４がヒステリシス損及び渦電流損によって発熱する。この熱によって接続孔内に充填してある熱硬化性合成樹脂剤を加熱し硬化を促進させる。
【０００７】
木材などの誘電体の加熱接着方法として、高周波誘電加熱によって被接着材を加熱する方法が広く行われている。したがって、本願発明のように芯材と被接着材との接合に高周波誘電加熱を利用することも考えられる。しかしながら、本願発明の接続形態において高周波誘電加熱を利用すると、被接続材全体が加熱されるため膨大な加熱エネルギーと大きな設備が必要であるとともに、加熱する必要がない被接続材を加熱してしまうための障害、例えば被接続材内部からの水蒸気の発生といった問題が発生する。これに対し、高周波誘導加熱による本願発明では、無磁性材である被接続材や接続孔内に充填した熱硬化性合成樹脂剤は発熱することがなく、芯材だけが発熱するため極めて効率的で、使用する高周波発振器も小容量のものを利用することができる。
本発明者らの木材による接着実験では、同じ芯材と被接続物の接合を行う場合に、高周波誘電加熱では高周波誘導加熱のほぼ１０倍の電力を消費することがわかった。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明高周波誘導加熱による無磁性材の接続方法の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
図１は、接続方法を工程順に示すもので、二つの被接続材１，２を突き合わせ状態に接続する形態を示している。図１の(a) に示すように、被接続材１，２には突き合わせの端面から一定深さの接続孔31，32を穿設しておく。この接続孔31及び32は、被接続材１と２を接続すべき姿勢、すなわち突き合わせた状態で連続する接続孔３となるように位置合わせをしておく。
【０００９】
接続孔31，32には、鉄筋のように導電性の鋼材であって、必要な接続強度を備えた金属製の芯材を挿入して被接続材料１，２を接続すべき姿勢、すなわち接続孔31と32に芯材の両端を挿入させて、図１の(a) に矢印で示すように被接続材料１，２を接近させ、端面を突き合わせた状態に固定する。すなわち、突き合わせ状態で連続する盲状の接続孔３内に芯材４が挿入された状態とする。
【００１０】
被接続材１，２の双方もしくは／又はいずれか一方に、外表面から接続孔31，32に連通する注入孔５を穿設しておき、図１の(b) に示すように注入孔５から接続孔３内に液状の熱硬化性合成樹脂剤６を注入する。注入する熱硬化性合成樹脂剤には、例えば熱反応型のウレタン樹脂、エポキシ樹脂や熱硬化型のフェノール樹脂、水性ビニールウレタン樹脂などを利用することができる。すなわち、従来の加熱しない方法では、使用できる合成樹脂剤が時間とともに硬化が進行する熱反応型の合成樹脂剤に限定されたが、本願発明では一定温度以上に昇することができるため、熱硬化型の合成樹脂剤も使用することができる。
【００１１】
接続孔３に挿入する芯材４の直径は、接続孔３の内径よりも小さく、芯材の外周囲に隙間空間が形成されるようにしておく。この隙間空間は、例えば径方向に１〜３ミリメートル程度と比較的広くしておくことにより、流動性の合成樹脂剤が充分に芯剤の全周にいきわたるようにすることができるとともに、木質の構造物として現場施工をする場合に、被接続物どうしの位置関係をある程度の調整することができる。
【００１２】
接続孔３に熱硬化性合成樹脂剤６を充填した被接続材１，２は、接続するべき位置関係に固定して、図１の(c) に示すように被接続材の外表面から、磁力発生コイル７をなるべく金属製の芯材位置に接近させ、高周波発振機８によって磁力発生コイル７に高周波電流を通電すると、点線で示すように磁力線が発生し、ヒステリシス損及び渦電流損によって金属製の芯材４のみが内部で発熱し、この熱が孔内に充填されている熱硬化性合成樹脂剤６を加熱し、その硬化を促進する。このとき、金属製の芯材４は木質の被接合物の内部にあるため、木質である被接合物自体の保温性によって、一度加熱されると比較的長時間高温が持続し、効果的に硬化を促進させることができる。
【００１３】
例えば、２〜３分の通電時間によって金属製の芯材４を摂氏１００度程度あるいは、摂氏１００度以上であって熱硬化性合成樹脂剤の耐熱温度以内の高温に加熱すると、周囲の被接続材自体が保温材となって硬化促進の効果が持続する。したがって、一度磁力発生コイル７に高周波電流を通電し芯材を加熱すればエポキシ樹脂剤などの熱硬化性合成樹脂剤の硬化反応が促進されるものであるが、例えば数時間あるいは１２時間といった一定時間経過後に、再度磁力発生コイル７に高周波電流を通電するようにしてもよい。
【００１４】
接続孔３内に充填された熱硬化性合成樹脂剤６を加熱する方法として、高周波誘電加熱、もしくは外部ヒーターによって被接続材１，２そのものを加熱することも考えられる。しかしながら、外部ヒーターによって被接続材１，２そのものを加熱する方法では、被接続材の内部にある熱硬化性合成樹脂剤６だけを効果的に加熱することができない。また、高周波誘電加熱によって被接続材を加熱しようとすると、加熱装置そのものを厳密な管理のもとに運転する必要があり、現場施工など手軽に活用することができない。そしていずれの方法においても、被接続材そのものを高温に加熱することになり、例えば材温が摂氏１００度以上になると、木質の内部で発生した蒸気が木口から噴出し、単板積層材のシールの破れを生じるなど、被接続材そのものに支障を生じる可能性がある。これに対し、本発明方法では被接続材そのものは高温に加熱されない。
【００１５】
木質構造物の現場施工において、冬季には熱硬化性合成樹脂剤として室温硬化型の硬化剤を使用したエポキシ樹脂を使用し、１週間程度かけて養生させて施工していたものを、本発明の方法によれば１日である程度の強度を得ることができた。また、本願発明では芯材を任意高温に加熱することが可能であるから、熱硬化性合成樹脂剤として、常温以上の一定の高温に加熱する必要がある熱硬化型合成樹脂、例えばフェノール樹脂や加熱硬化型の硬化剤を使用したエポキシ樹脂、その他各種の熱硬化性合成樹脂材を選択することができる。
【００１６】
図２は、柱材の加工例を示す断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。この実施の態様では、柱材の断面の四箇所において芯材４，４で接続され、接続部分は芯材４の強度そのものが接続部分の強度となって、剛的な接合状態としてとらえることができる。図３に部分拡大図として示すように、芯材が挿入された被接続材１，２の接続孔３内は、熱硬化性合成樹脂剤で充填されてこれが硬化している。木質材料の孔内表面には、当然微細な凹凸などが存在するため、液状の熱硬化性合成樹脂剤がこれら微細な凹凸などに入り込んで一体的に硬化しているため、極めて大きな強度で接合することができことになる。なお、金属製の芯材４としては、必要な強度を備えたものであれば任意の材質、形状のものを選択することができるが、熱硬化性合成樹脂剤６との接合強度の点から、汎用の異形鉄筋のように表面に凹凸のあるものが好ましい。
【００１７】
図４は、木質材料の接続形態の一例を示すもので、図４の(a) は被接続材１と２を一定の角度で突き合わせた状態に接続している。傾斜方向に配置した被接続材１，２は、両部材の突き合わせ部分の上下二箇所に水平方向に芯材４，４を配置している。すなわち、接続孔３は被接続材１，２の長手方向とは一定の角度をもって穿設する。
図４の(b) は、柱と梁のように太さの異なる柱材をＴ字状に接続する実施態様で、この場合水平方向に芯材４を配置している。すなわち、水平方向の被接続材２には材の長手方向に、垂直方向の被接続材１には材の長手方向と直交する方向に穿設する。
【００１８】
図４の(c) は、柱と梁のように太さの異なる柱材を十字状に接続する実施態様で、この場合も水平方向に芯材４を配置している。すなわち、水平方向の被接続材２，２には材の長手方向に、垂直方向の被接続材１には材の長手方向と直交する方向に貫通する接続孔を穿設し、一本の芯材４，４を用い、垂直方向の被接続材１を貫通させ、両端にそれぞれ水平方向の被接続材２，２を接続し、全体が芯材４によって一体的に接続されるようにする。
図４の(b) 及び(c) において、垂直方向の材を柱、水平方向の材を板といった形状の組合せで理解することもできる。
【００１９】
接続する二つの被接続材１，２が同じ太さや厚みのものであれば、磁力発生コイル７は、磁力が全体に均等に当たるように配置すればよいが、厚みや太さが異なる被接続材１，２を接続する場合は、それぞれの部分に分けて加熱操作を行うのが好ましい。
【００２０】
図４に示すいずれの態様においても、接続の芯材４は被接続材の内部に埋設された状態であって、接続構造が表面に全く現れず外観がすっきりとしたものである。これに対し、図５は二つの被接続材１，２を一定間隔Ｌだけ離した状態で強固に連結する態様を示している。このような接続態様では、間隔Ｌの部分に別の部材を嵌め込むような構造や芯材４に別のものを係合させるような構造とすることができる。そして、図５に示す実施態様では、芯材４の一定間隔Ｌの部分に鍔4a，4bを形成し、接合孔の開放端を完全に塞ぐようにしておくと被接続材間の間隔Ｌを正確に確保することができるとともに、接続孔31もしくは32に注入する熱硬化性合成樹脂剤が洩れにくい。
【００２１】
本発明方法の変形的な実施の態様とし、一方の被接続材１と芯材４の接合と、他方の被接続材２と芯材４の接合を別々に行うこともできる。すなわち、被接続材１と芯材４は予め工場などで接合しておき、施工現場において他方の被接続材２と被接続材１から突出している芯材４に接合し、被接続材１と２を接続する。このようにすると、施工現場においては片方の接合部分のみを高周波誘導加熱によって接合すればよく、施工を簡略化することができる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明高周波誘導加熱による無磁性材の接続方法によれば、複数の被接続材は、熱硬化性合成樹脂剤によって強固に接合された芯材によって接続されるため、その強度は金属製の芯材の材質、形状によって極めて安定したものとなる。そして、その加工は持ち運びや移動が比較的簡単な高周波誘導加熱手段によって、内部の芯材のみを発熱させて熱硬化性合成樹脂剤の硬化を促進させるそのため、高周波誘電加熱のように被接続材全体が加熱されるようなことがなく、被接続材の加熱による悪影響を回避することができるとともに、必要最小限の加熱エネルギーで極めて能率的に短時間で作業を行うことができる。
【００２３】
請求項２記載の発明によれば、複数の被接続材を一定間隔を隔てて芯材で連結し、芯材と被接続材はそれぞれ熱硬化性合成樹脂剤によって強固に接合される状態に、持ち運びや移動が比較的簡単な高周波誘導加熱手段で極めて能率的に行うことができる。
【００２４】
請求項３記載の発明によれば、一方の被接続材と芯材の加工を予め工場などでしておくことにより、二つの被接続材を一体的に接続する工程を簡略化することができ、本発明を木造構造物の施工に応用するような場合に現場施工が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明高周波誘導加熱による無磁性材の接続方法の加工工程を示す断面図、
【図２】二つの柱材を突き合わせ状態に接続する態様を示す断面図、
【図３】一部を拡大して示す図２のＡ−Ａ線断面図、
【図４】被接続材の接続形態の例を示す断面図、
【図５】被接続材の接続形態の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
１，２…被接続材、  ３，31，32…接続孔、  ４…芯材、  ５…注入孔、  ６…熱硬化性合成樹脂剤、  ７…磁力発生コイル、  ８…高周波発振機。
【図１】
0003659725.tif 000002
【図２】
0003659725.tif 000003
【図３】
0003659725.tif 000004
【図４】
0003659725.tif 000005
【図５】
0003659725.tif 000006