(57)【要約】【課題】構造板において、ドリルで形成された貫通孔を有する構造板よりも透湿抵抗を小さくする。【解決手段】構造板Ｓは、建物の構造材として用いられる構造板Ｓであって、構造板Ｓの第１面１１１から第１面１１１と反対側の第２面１１２まで貫通する孔２を有し、孔２の内側面の少なくとも一部が炭化している。また、孔２の内側面の少なくとも構造板Ｓの厚さ方向における第１面１１１と第２面１１２との間の中心が炭化している。また、第１面１１１における孔２の内径よりも、孔２の貫通方向における第１面１１１と第２面１１２との間の少なくとも一部の位置における孔２の内径の方が大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の構造材として用いられる構造板であって、
前記構造板の第１面から前記第１面と反対側の第２面まで貫通する孔を有し、
前記孔の内側面の少なくとも一部が炭化していることを特徴とする構造板。
【請求項２】
前記孔の内側面の少なくとも前記構造板の厚さ方向における前記第１面と前記第２面との間の中心が炭化していることを特徴とする、
請求項１に記載の構造板。
【請求項３】
前記第１面における前記孔の内径よりも、前記孔の貫通方向における前記第１面と前記第２面との間の少なくとも一部の位置における前記孔の内径の方が大きいことを特徴とする、
請求項１又は２に記載の構造板。
【請求項４】
前記構造板が、複数の板が接着剤で接着された合板であって、
前記孔の内側面における前記板の表面に、前記接着剤が付着していることを特徴とする、
請求項１から３のいずれか一項に記載の構造板。
【請求項５】
前記孔の内側面に、前記接着剤が溶解した後に固化した状態で付着していることを特徴とする、
請求項４に記載の構造板。
【請求項６】
前記第１面における前記孔の内径が、５ｍｍ以下であることを特徴とする、
請求項１から５のいずれか一項に記載の構造板。
【請求項７】
前記第１面における前記孔の内径が、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする、
請求項６に記載の構造板。
【請求項８】
前記構造板は、内径が５ｍｍ以上の前記孔を１平米当たり２３０個以上の密度で有することを特徴とする、
請求項１から７のいずれか一項に記載の構造板。
【請求項９】
前記構造板は、内径が１ｍｍ以上の前記孔を１平米当たり５９２０個以上の密度で有することを特徴とする、
請求項１から７のいずれか一項に記載の構造板。
【請求項１０】
板を準備する工程と、
前記板にレーザを照射することにより、前記板の第１面から前記第１面と反対側の第２面まで貫通する孔を形成する工程と、
を有することを特徴とする構造板の製造方法。
【請求項１１】
前記板を準備する工程において、複数の板が接着剤で接着された合板を前記板として準備することを特徴とする請求項１０に記載の構造板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の構造材として用いられる構造板、及びこの構造板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気密性が高い建物が増加する中、壁面結露を抑制する構造材が求められている。特許文献１には、構造板にドリルで貫通孔を形成することにより構造板の透湿抵抗を低減させ、壁面結露を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２９６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
貫通孔を大きくすればするほど、透湿抵抗を低減させることができるが、貫通孔を大きくすると、構造材の強度が低下するとともに、断熱性が低下する。したがって、構造材の強度及び断熱性の点からは、貫通孔を小さくすることが望ましい。しかしながら、従来のようにドリルを用いて小さな貫通孔を形成する場合、透湿抵抗を低減させることが困難であるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、ドリルで形成された貫通孔を有する構造板よりも透湿抵抗が小さい構造板、及び当該構造板を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様においては、建物の構造材として用いられる構造板であって、前記構造板の第１面から前記第１面と反対側の第２面まで貫通する孔を有し、前記孔の内側面の少なくとも一部が炭化していることを特徴とする構造板を提供する。
【０００７】
また、前記孔の内側面の少なくとも前記構造板の厚さ方向における前記第１面と前記第２面との間の中心が炭化していてもよい。また、前記第１面における前記孔の内径よりも、前記孔の貫通方向における前記第１面と前記第２面との間の少なくとも一部の位置における前記孔の内径の方が大きくてもよい。
【０００８】
また、前記構造板が、複数の板が接着剤で接着された合板であって、前記孔の内側面における前記板の表面に、前記接着剤が付着していてもよい。また、前記孔の内側面に、前記接着剤が溶解した後に固化した状態で付着していてもよい。
【０００９】
また、前記第１面における前記孔の内径が、５ｍｍ以下であってもよい。また、前記第１面における前記孔の内径が、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であってもよい。
【００１０】
また、前記構造板は、内径が５ｍｍ以上の前記孔を１平米当たり２３０個以上の密度で有してもよい。また、前記構造板は、内径が１ｍｍ以上の前記孔を１平米当たり５９２０個以上の密度で有してもよい。
【００１１】
本発明の第２の態様においては、板を準備する工程と、前記板にレーザを照射することにより、前記板の第１面から前記第１面と反対側の第２面まで貫通する孔を形成する工程と、を有することを特徴とする構造板の製造方法を提供する。
【００１２】
前記板を準備する工程において、複数の板が接着剤で接着された合板を前記板として準備してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、構造板において、ドリルで形成された貫通孔を有する構造板よりも透湿抵抗が小さくなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る構造板の構成を示す。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図を示す。
【図３】構造板の孔付近の拡大図である。
【図４】構造板の表面の形状を示す写真である。
【図５】孔表面の形状を示す写真である。
【図６】透湿性確認試験の結果を示す。
【図７】孔断面の顕微鏡写真である。
【図８】レーザで開けられた孔断面の顕微鏡写真である。
【図９】ドリルで開けられた孔断面の顕微鏡写真である。
【図１０】孔断面の形状を示す顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜構造板Ｓの構成＞
［構造板Ｓの概要］
図１は、本実施形態に係る構造板Ｓの構成を示す図である。構造板Ｓは、例えば、建物の壁面材及び屋根材等の構造材として用いられる。図２は、図１のＸ−Ｘ線断面図を示す。図３は、構造板Ｓの孔２付近の拡大図である。図３（ａ）は、構造板Ｓの孔２付近の拡大図である。図３（ｂ）は、比較例としての構造板Ｔの孔２０付近の拡大図である。
【００１６】
構造板Ｓは、ドリルで形成された孔２０を有する構造板Ｔよりも透湿抵抗が小さい。透湿抵抗とは、材料内の湿気（水蒸気）の移動のしにくさを表す値である。例えば、透湿抵抗が小さいと、湿気は移動し易く、透湿抵抗が小さい構造板Ｓが建物の壁面構造として用いられる場合、壁面結露が抑制され易い。
【００１７】
構造板Ｓは、例えば、木材の合板１である。合板１は、複数の板が接着剤で接着されている。複数の板を接着する接着剤は、接着層１５を形成している。図３に示すように、合板１は、例えば４枚の板１１〜１４がそれぞれの板同士の間に接着層１５を介して接着されている。図２では、複数の板は、例えば４枚として例示したが、複数の板の数は任意である。また、複数の板のそれぞれの板の厚みは任意である。
【００１８】
［孔２の構成］
構造板Ｓは、孔２を有する。孔２は、構造板Ｓの第１面１１１から第１面１１１と反対側の第２面１１２まで貫通している。孔２は、構造板Ｓの第１面１１１にレーザを照射することで、形成されている。第１面１１１は、レーザが照射される側の面である。第２面１１２は、レーザが照射される側とは反対側の面である。構造板Ｓに形成されている孔２の数、及び孔２の位置は、任意である。また、図１に示す例では、複数の孔２は、合板１の縦方向及び横方向において、複数の孔２同士が同じ間隔で形成されているが、複数の孔２は、縦方向における複数の孔２同士の間隔、及び横方向における複数の孔２同士の間隔が異なって形成されていてもよい。
【００１９】
構造板Ｓの第１面１１１における孔２の内径は、例えば５ｍｍ以下である。構造板Ｓの第１面１１１における孔２の内径は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であってもよい。孔２の内径に応じて透湿抵抗が変化することを示す透湿性確認試験の結果の詳細は後述する。
【００２０】
孔２の内側面の少なくとも一部は炭化している。具体的には、孔２の内側面の少なくとも構造板Ｓの厚さ方向における第１面１１１と第２面１１２との間の中心が炭化している。具体的には、例えばレーザによって構造板Ｓに孔２を形成する際に、孔２の内側面が加熱されることで、孔２の内側面付近の構造板Ｓ中の炭素化合物の分解が生じ、揮発性の低い固体の炭素が多く残ることで炭化している。
【００２１】
図２及び図３（ａ）に示すように、第１面１１１における孔２の内径よりも、孔２の貫通方向における第１面１１１と第２面１１２との間の少なくとも一部の位置における孔２の内径の方が大きい。
【００２２】
また、図３（ａ）に模式的に示すように、孔２の内側面における板の表面には、接着剤Ｕが付着している。当該接着剤Ｕは、合板１において複数の板を接着している接着層１５を形成する接着剤である。具体的には、孔２の内側面には、接着剤Ｕが溶解した後に固化した状態で付着している。
【００２３】
図３（ｂ）に示すように、比較例としての構造板Ｔは、孔２０を有する。孔２０は、孔２と同様に、構造板Ｔの第１面１１１から第１面１１１と反対側の第２面１１２まで貫通している。孔２０は、構造板Ｔの第１面１１１から第２面１１２に向かってドリルで削ることで、形成されている。ドリルで形成された孔２０は、第１面１１１と第２面１１２との間において、内径はほぼ同じである。このようにレーザで形成された孔２は、ドリルで形成された孔２０と比べて形状が異なる。試験で用いられたレーザで形成された孔２を有する構造板Ｓの形状及びドリルで形成された孔２０を有する構造板Ｔの形状の詳細は後述する。
【００２４】
＜実験例＞
以下、合板に孔を形成し、孔を形成した合板の透湿抵抗を測定した結果について説明する。炭酸ガスレーザによって孔を形成した場合と、ドリルによって孔を形成した場合とを比較した。
【００２５】
［炭酸ガスレーザによる加工の条件］
以下に示す条件で、構造板Ｓの製作を行った。内径１ｍｍの孔２が形成された構造板Ｓ１、及び内径５ｍｍの孔２が形成された構造板Ｓ２を、それぞれ製作した。
縦２７０ｍｍ×横２７０ｍｍ×厚み９ｍｍの合板に、出力強度が１１Ｗの炭酸ガスレーザを照射することにより、縦方向及び横方向に等間隔で孔２を貫通加工した。
【００２６】
（構造板Ｓ１）
内径１ｍｍ：ピッチ１３ｍｍで４４１個の孔２を形成した。内径１ｍｍの孔２を１個開けるのに要した時間は１０秒であった。この場合、１平米当たりの孔２の数は、約５９００個（（１０００ｍｍ÷１３ｍｍ）２＝５９１６個）になる。
（構造板Ｓ２）
内径５ｍｍ：ピッチ６６ｍｍで１６個の孔２を形成した。内径５ｍｍの孔２を１個開けるのに要した時間は６０秒であった。この場合、１平米当たりの孔２の数は、約２３０個（（１０００ｍｍ÷６６ｍｍ）２＝２２９．５個）になる。
【００２７】
図４は、構造板Ｓ１の表面の形状を示す写真である。図４（ａ）は、構造板Ｓ１の表面の形状を示す写真である。図４（ｂ）は、比較例としての構造板Ｔの表面の形状を示す写真である。
図４（ａ）に示すように、合板１にレーザで孔２を開けると、レーザの熱の影響で接着層１５を形成する接着剤が構造板Ｓ１の表面に溶け出し、かつ構造板Ｓ１の表面が焦げていることがわかる。図４（ｂ）に示すように、ドリルで孔２０を開けた構造板Ｔでは、このような現象は見られない。
【００２８】
図５は、孔表面の形状を示す写真である。図５（ａ）は、構造板Ｓ１の孔２表面の形状を示す写真である。図５（ｂ）は、比較例としての構造板Ｔの孔２０表面の形状を示す写真である。
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、合板１にレーザで孔２を開けてもドリルで孔２０を開けてもほぼ同じ径を有する孔が開いていることがわかる。レーザで開けた孔２は、ドリルで開けた孔２０に比べて綺麗に貫通孔が開いていることがわかる。
【００２９】
［透湿性確認試験］
ＪＩＳ  Ａ  １３２４カップ法により、構造板Ｓの透湿性確認試験を行った。透湿性確認試験では、吸湿材（炭酸カルシウム）を入れて構造板Ｓで蓋をした容器を恒温恒湿槽に入れて、容器の重量を測定した。恒温恒湿槽の内部温度を２３℃に設定し、内部湿度を５０％に設定した状態で透湿性確認試験を行った。構造材Ｓとして、上記の構造材Ｓ１及び構造材Ｓ２に加えて、内径が０．１［ｍｍ］の構造材Ｓ０も透湿性確認試験の対象とした。
【００３０】
図６は、透湿性確認試験の結果を示す図である。
レーザで形成した孔２を有する構造板Ｓの場合、内径０．１［ｍｍ］、内径１［ｍｍ］、及び内径５［ｍｍ］では、透湿抵抗は、それぞれ、０．００２４７、０．０００６７、及び０．０００４０［ｍ２・ｓ・Ｐａ／ｎｇ］であった。また、ドリルで形成した孔２０を有する構造板Ｔの場合、内径１［ｍｍ］、内径１．８［ｍｍ］、及び内径５［ｍｍ］では、透湿抵抗は、それぞれ、０．００１９８、０．００１２６、及び０．０００４６［ｍ２・ｓ・Ｐａ／ｎｇ］であった。
【００３１】
これらの結果、内径が５ｍｍ以下では、レーザで形成された孔２を有する構造板Ｓは、ドリルで形成された孔２０を有する構造板Ｔと比べて、透湿抵抗が小さいことを確認できた。内径が５ｍｍ以下において構造板Ｓの透湿抵抗が、構造板Ｔの透湿抵抗よりも小さくなる理由の一つとして、構造板Ｓの孔２の内側面が炭化していることが考えられる。内側面が炭化することにより、構造板Ｓの内部における孔２の内径が、構造板Ｓの表面における孔２の内径よりも大きくなり、水蒸気が孔２を通過しやすくなっていると考えられる。
【００３２】
透湿性に優れた構造材として使用されている従来製品Ａ（火山性ガラス質複層板）の透湿抵抗を同じ条件で測定したところ、従来製品Ａの透湿抵抗は０．００１１１［ｍ２・ｓ・Ｐａ／ｎｇ］であった。また、構造材の一部として使用されているグラスウールＢの透湿抵抗は０．０００５９であった。一方、構造板Ｓの原材料となる合板１に孔２を形成する前の状態での透湿抵抗は、０．００６００［ｍ２・ｓ・Ｐａ／ｎｇ］であった。
【００３３】
これに対して、レーザで形成した１［ｍｍ］の孔２を１平米当たり５９２０個の密度で有する構造板Ｓ１の透湿抵抗は、従来製品Ａの透湿抵抗よりも小さく、グラスウールＢの透湿抵抗とほぼ同等であることを確認できた。また、レーザで形成した５［ｍｍ］の孔２を１平米当たり２３０個の密度で有する構造板Ｓ２の透湿抵抗も、従来製品Ａの透湿抵抗よりも小さく、グラスウールＢの透湿抵抗とほぼ同等であることを確認できた。
【００３４】
これらのことから、内径が１ｍｍの前記孔を１平米当たり５９２０個以上の密度で有する構造板Ｓ１、及び内径が５ｍｍの前記孔を１平米当たり２３０個以上の密度で有する構造板Ｓ２は、実用上十分に低い透湿抵抗を実現できることが確認できた。なお、孔の径が大きいほど、水蒸気が構造板の内部を通過しやすくなり透湿抵抗は下がるため、構造板Ｓ１及びＳ２において、孔の数を上記のとおりとした上で、孔の内径を上記より大きくしてもよい（例えば、Ｓ１につき内径１ｍｍ以上、Ｓ２につき内径５ｍｍ以上）。
【００３５】
レーザを用いて孔２を形成する場合、ドリルを用いて孔２０を形成する場合に比べて合板１に与える応力が小さいので、孔２の形成密度を高くすることができる。上記のように構造板Ｓに形成する孔２の密度を高くすると透湿抵抗を下げられるので、この点からも、レーザにより孔２を形成することは好適である。
【００３６】
［顕微鏡写真による解析］
構造板Ｓと構造板Ｔとの違いを分析するために、孔２の断面を顕微鏡で拡大して観察した。
【００３７】
図７は、孔断面の顕微鏡写真である。図７（ａ）は、構造板Ｓの孔２断面の顕微鏡写真である。図７（ｂ）は、比較例としての構造板Ｔの孔２０断面の顕微鏡写真である。
【００３８】
図８は、レーザで開けられた孔２断面の顕微鏡写真である。図８（ａ）は、レーザで開けられた孔２断面の顕微鏡写真である。図８（ｂ）は、図８（ａ）における領域ａの拡大写真である。図８（ｃ）は、図８（ａ）における領域ｂの拡大写真である。図８（ｄ）は、図８（ａ）における領域ｃの拡大写真である。
【００３９】
図９は、ドリルで開けられた孔２０断面の顕微鏡写真である。図９（ａ）は、ドリルで開けられた孔２０断面の顕微鏡写真である。図９（ｂ）は、図９（ａ）における領域ａの拡大写真である。図９（ｃ）は、図９（ａ）における領域ｂの拡大写真である。図９（ｄ）は、図９（ａ）における領域ｃの拡大写真である。
【００４０】
図７〜図９に示すように、レーザで合板１に開けられた孔２と、ドリルで合板１に開けられた孔２０とを比較すると、合板１の表面における孔２及び孔２０のそれぞれの大きさは同じである。図７（ａ）、及び図８に示すように、レーザで開けられた孔２の内側面は、炭化しているが、図７（ｂ）、及び図９に示すように、ドリルで開けられた孔２０では、このような現象は見られない。レーザで孔２を形成した構造板Ｓにおいては、孔２の内側面が延焼することで、図２及び図３を参照して説明したように、孔２の中心付近における内径が、合板１の表面付近の孔２の内径よりも大きい形状となっている。一方、ドリルで孔２０を開けた構造板Ｔにおいては、孔２０の内径はほぼ一定である。
【００４１】
構造板Ｓにおいては、孔２の中心付近における内径が、合板１の表面付近の孔２の内径よりも大きいことで、水蒸気が孔２の内部を通過しやすくなると考えられる。この結果、構造板Ｓの透湿抵抗は、構造板Ｔの透湿抵抗よりも小さくなり、透湿性が向上すると考えられる。
【００４２】
図１０は、孔断面の形状を示す顕微鏡写真である。図１０（ａ）は、孔２の断面における接着層１５の領域の形状を示す顕微鏡写真である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）における領域ａの拡大写真である。図１０（ｃ）は、孔２の断面における非接着層の領域の形状を示す顕微鏡写真である。図１０（ｄ）は、図１０（ｃ）における領域ｂの拡大写真である。
【００４３】
図１０（ｅ）は、孔２０の断面における接着層１５の領域の形状を示す顕微鏡写真である。図１０（ｆ）は、図１０（ｅ）における領域ｃの拡大写真である。図１０（ｇ）は、孔２０の断面における非接着層の領域の形状を示す顕微鏡写真である。図１０（ｈ）は、図１０（ｇ）における領域ｄの拡大写真である。
【００４４】
図１０に示すように、レーザで開けられた孔２の内側面における接着層１５の領域においては、接着層１５の一部が溶けて再度固化したような状態が見られた。一方、ドリルで開けられた孔２０の内側面における接着層１５の領域においては、このような状態は見られない。図４（ａ）に示したように、レーザで開けられた孔２を有する構造板Ｓにおける黒い筋は、孔２から噴出した噴出物が固化したものである。これは、接着層１５を形成する接着剤が噴出したものと考えられる。非接着層、すなわち複数の木材の板の層においては、レーザで形成された孔２の場合、孔２の内側面には、炭化した表面が多く見られる。一方、ドリルで形成された孔２０の場合、孔２０の内側面には、このような状態は見られない。
【００４５】
構造板Ｓにおいては、孔２の内側面が炭化しているとともに、溶融後に固化した接着剤が内側面に付着していることで、孔２の内側面が、構造板Ｔの孔２０の内側面よりも滑らかになっていると考えられる。その結果、水蒸気は、孔２０よりも孔２を通過し易くなることも、構造板Ｓの透湿抵抗が構造板Ｔの透湿抵抗よりも小さくなる一因であると考えられる。
【００４６】
［孔２の断面及び孔２０の断面の電子顕微鏡及び元素分析］
レーザで形成された孔２の断面及びドリルで形成された孔２０の断面を電子顕微鏡で観察し、元素分析を行った。この結果、接着層１５と非接着層である木材の主要な構成元素は、炭素（Ｃ）と酸素（Ｏ）であることがわかった。レーザで孔２を形成した構造板Ｓとドリルで孔２０を形成した構造板Ｔとで、検出される元素に大きな違いは見られなかった。
【００４７】
＜構造板Ｓの製造方法＞
次に、構造板Ｓの製造方法について説明する。
まず、板を準備する（ステップＳ１）。板は、例えば、複数の板１１〜１４が接着剤で接着された合板１である。次に、板にレーザを照射することにより、板の第１面１１１から第１面１１１と反対側の第２面１１２まで貫通する孔２を形成する（ステップＳ２）。このようにして、構造板Ｓが製造される。
【００４８】
［本実施形態に係る構造板Ｓによる効果］
本実施形態に係る構造板Ｓは、建物の構造材として用いられる構造板Ｓであって、構造板Ｓの第１面１１１から第１面１１１と反対側の第２面１１２まで貫通する孔２を有し、孔２の内側面の少なくとも一部が炭化している。
【００４９】
本実施形態に係る構造板Ｓにおいては、このように孔２の内側面の少なくとも一部が炭化していることで、ドリルで形成された孔２０を有する構造板Ｔよりも透湿抵抗が小さくなる。この結果、構造板Ｓは、構造材として用いられる場合、ドリルで形成された孔２０を有する構造板Ｔと比べて、壁面結露を抑制することができる。
【００５０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。
【符号の説明】
【００５１】
Ｓ、Ｔ・・・構造板
１・・・合板
１１・・・第１の板
１２・・・第２の板
１３・・・第３の板
１４・・・第４の板
１５・・・接着層
１１１・・・第１面
１１２・・・第２面
２、２０・・・孔
Ｕ・・・接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019143330.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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