木材工学論文報告集19, 52-59, 2021. 2

CLT 同士のスカーフジョイントによる二次接合の曲げ性能
小林玲陽 1・佐々木 貴信 2・澤田

1 非会員

圭 3・佐々木義久 4・山内 秀文 5北海道大学大学院 農学院（〒001-0017 北海道札幌市北区北 17 条西 4 丁目）
E-mail: kobayashi.rebi.m4@elms.hokudai.ac.jp

2 正会員

北海道大学教授

大学院農学研究院（〒060-0808 北海道札幌市北区北 8 条西 5 丁目）
E-mail: tak-sas@for.agr.hokudai.ac.jp

3 非会員

北海道大学講師

大学院農学研究院（〒060-0808 北海道札幌市北区北 8 条西 5 丁目）
E-mail: ksawata@for.agr.hokudai.ac.jp

4 正会員

北海道大学技術職員

5 正会員

大学院農学研究院（〒060-0808 北海道札幌市北区北 8 条西 5 丁目）
E-mail: sasaki@for.agr.hokudai.ac.jp

秋田県立大学教授 木材高度加工研究所（〒016-0876 秋田県能代市海詠坂 11-1）
E-mail: hide@iwt.akita-pu.ac.jp

小型の CLT 同士を接合して大型の CLT として使用できるのならば，国内の CLT の生産量，用途，需要の拡大が期待できる．CLT をスカーフジョイントで二次接合した実大試験体の面外曲げ試験を行い，破壊性状と接合効率を測定した．二次接合に 1 液型ポリウレタン樹脂接着剤を用いた試験体（以下 PU）とエポキシ樹脂接着剤を用いた試験体（以下 EP）の 2 種類を用意し，それぞれにスカーフ比を変えた試験体を用意した．その結果，EP と PU ともにスカーフ長を大きくすると、接合効率が大きくなった．各条件の最大の接合効率は PU がスカーフ比 1 / 4 で 20.5%，EP がスカーフ比 1 / 4 で 86.2%であった．エポキシ樹脂接着剤を用いた CLT 同士の二次接合は十分な接合効率を発揮し，実用可能性が見出せた．

Key Words:

Cross Laminated Timber, Scarf Joint, Joint efficiency, Bending performance, Secondarybond

1. はじめに可能な CLT 同士の二次接合体を開発することを目的とCLT 製造には大型の製品を製造できる設備が効率的でした．床版の用途では利用時に主に面外方向から荷重を受けるため，試験では CLT 同士の二次接合に関して，面あるが，そのための設備導入は容易ではなく，国内では大規模な CLT 工場はまだ少ない．また，輸送条件によっ外曲げ強度を調べ，接合効率を評価した．
本試験では CLT 同士の二次接合に特殊な接合形状をてサイズが制限されることもある．日本国内で CLT 工場の分布は偏っており，日本最大サイズの CLT を製造でき採用し試験を行った．写真-1，2 は本研究で作製した試験る工場は西日本の岡山県と愛媛県にのみ存在している．
遠方の地方で大型の CLT が必要な場合，輸送費等が原因担する外層ラミナをスカーフジョイントとしている。スで利用が難しくなる可能性がある．

での加工が可能であり，加工がしやすい．また，積層接着後の CLT の状態でスカーフ部がガイドとなり現場で体であり，図-1 は模式図である．この接合部は軸力を負
カーフジョイントは，CLT の積層接着前のラミナの段階

このような地域では，現状では大型の CLT の利用が難しいが，小型の CLT 同士を使用現場で接着して十分な強の二次接合の作業がバットジョイントに比べ行いやすく度が得られるならば大型の CLT として使用できる．また， なると予想される．
集成材工場も現在の設備を用いて小型の CLT から大型の CLT を製造できる可能性が生まれる．これにより国内

2. 試験体の CLT 製品の大型化が可能となり，橋梁の床版や小規模建築への用途や需要の拡大が期待できる．

本研究では，ラミナの積層接着にはすべて水性ビニルウレタン系接着剤（光洋産業株式会社 KR-134 に架橋剤

そこで，本研究では使用に耐えうる強度で現場接合が52

木材工学論文報告集19, 52-59, 2021. 2

スカーフ比 = 1/x

写真-1 接合部のスカーフジョイント

図-1 スカーフジョイント模式図
表-1 試験体接合条件と試験体数
実大試験体
条件

写真-2 実大試験体

AJ-1 を 100 : 15 で混合）を用いた．スカーフジョイントについては，スカーフ長を大きくするほど接合効率が大きくなる（最大でスカーフ比 1 / 12）という報告 1), 2)があり，本研究でもスカーフ比を変えて試験を行った．スカーフ比は図-1 に記載のとおり，ラミナの厚さを 1 として小試験体

PUEP 凹型

EP 凸型

434646コントロール

C104

バットB43

スカーフ比 1 / 1S144

スカーフ比 1 / 2S244

スカーフ比 1 / 3S344

スカーフ比 1 / 4S44た試験体を EP 接合（EP）とする．

スカーフの底辺の長さ（スカーフ長）x との比として 1 /(1) 小試験体（ポリウレタン樹脂接着剤使用）

x と表す．
また、接合部の形状が異なる 2 種類用意した．最外層が先細りになっている CLT 片(図-1 の左の CLT 片)の中厚さ（h）18mm の 3 層 3 プライのスギ CLT である．実間層を張り出しているものを凸型，凹ましているものを大試験体は，二次接合のないコントロール（以下 C），二凹型と称す．内層はバットジョイントも含め，ラミナ幅次接合にバットジョイントを用いた試験体（以下 B），二の半分を張り出している．

次接合にスカーフジョイントを用いた試験体を用意した．
スカーフジョイント試験体はスカーフ比を 1 / 1，1 / 2，試験に供した試験体は材長約260mm，材幅（b）約14mm，

本研究では，CLT 同士の二次接合時にスカーフ部の嵌合精度により接合部に空隙が生じる可能性があったため， 1 / 3（以下 S1，S2，S3）と変化させた．積層接着前のラ空隙充填性があり構造用途にて使用実績のあるポリウレタン樹脂接着剤とエポキシ樹脂接着剤を用いた．なお，ミナの段階で，スカーフ部はチップソーにて切削加工した．二次接合部には 1 液型ポリウレタン樹脂接着剤（サ

実大サイズの試験体では，ラミナ寸法の都合上，試験体ンスター技研株式会社 ペンギンセメント 930）を用い，幅や長さが異なっている．

二次接合時に余剰の接着剤が接合部から溢れる程度の十本研究では，初めにポリウレタン樹脂接着剤を用いた分な量を塗布した．二次接合部は凸型である。条件と試

小試験体の曲げ破壊試験を行い，次にポリウレタン樹脂

験体数は表-1 のとおりである．

接着剤を用いた実大試験体の曲げ破壊試験を行った．そキシ樹脂接着剤を用いた実大試験体の曲げ破壊試験を行(2) 実大試験体（ポリウレタン樹脂接着剤使用）試験に供した試験体は材長約 1,820mm，材幅（b）約った．各実験では接合効率の検証のため，それぞれの試110mm，厚さ（h）60mm の 3 層 3 プライのスギ CLT で験体製造に使用したラミナと同じロットのラミナを用いある（写真-2）．の後，接着剤による曲げ性能の違いを調べるためにエポて二次接合のない試験体（コントロール）も作製した．

実大試験体は，二次接合のないコントロール（以下 C），以下実大試験体のうち，ポリウレタン樹脂接着剤を用いた試験体を PU 接合（PU），エポキシ樹脂接着剤を用い二次接合にバットジョイントを用いた試験体（以下 B），二次接合にスカーフジョイントを用いた試験体を用意し53

木材工学論文報告集19, 52-59, 2021. 2

表-2 小試験体の面外曲げ試験結果（単位：mm）
図-2 小試験体の曲げ試験方法（単位：mm）（単位：mm）
図-3 実大試験体の曲げ試験方法

曲げ強度

接合効率

（N / mm2）（%）

平均標準偏差

C42.56.47

B10.40.7124.5

S114.40.7733.9

S218.02.4

42.4

S332.40.4576.2

実大試験体では，4 点曲げ試験による面外曲げ試験を行った．支点間距離 1,600mm，荷重点間距離 500mm とし，スパン中央に変位計を設置し荷重と変位を測定した

た．スカーフジョイント試験体はスカーフ比を 1 / 1，1 /2，1 / 3，1 / 4（以下 S1，S2，S3，S4）と変化させた．ス（図-3）．
また，二次接合部の応力伝達の状態を確認するために，
PU 接合試験体について C，S2，S3，S4 の各 1 体，EP 接カーフ部はチップソーにて切削加工した．二次接合部には 1 液型ポリウレタン樹脂接着剤（サンスター技研株式合試験体について C，S2，S4 の各 1 体の試験体中央（圧会社 ペンギンセメント 930）を用い，小試験体と同様に十分な量を塗布した．接着層の厚さは 0.8mm から 1.9mm縮側，引張側）にひずみゲージを貼付した（図-3）．の間であった．二次接合部は凹型である．条件と試験体

4. 試験結果

数は表-1 のとおりである．
(1) 小試験体（ポリウレタン樹脂接着剤使用）(3) 実大試験体（エポキシ樹脂接着剤使用）
小試験体の結果を受けて実大 PU 接合試験体の接合効a) 曲げ強度率は高くなると予想されたが，接合効率が低かったため，接着剤を変えた EP 接合試験体を用意した．（1），（2）は以下の式から求めた．

小試験体の面外曲げ強度を表-2 に示す．面外曲げ強度

𝜎𝑚𝑎𝑥 =の結果からスカーフ長を大きくするほど接合効率が大きくなる傾向が見られたので，傾向の確認として S4 以外に S2 を用意した．また，凸型と凹型を用意した．
試験に供した試験体は材長約 1,750mm，材幅（b）約

𝑀𝑚𝑎𝑥
𝑍（1）

Mmax：スパン中央の最大曲げモーメント．[Nmm]
Z：断面係数．bh2 / 6．[mm3]100mm，厚さ（h）60mm の 3 層 3 プライのスギ CLT である．実大試験体は継手のないコントロール（C）とスカーフ比 1 / 2（S2），スカーフ比 1 / 4（S4）を用意した．ス

また，接合効率は本試験では，以下の値とする．
接合効率(%) =カーフ部はチップソーにて切削加工した．二次接合部の接着にはエポキシ樹脂接着剤（コニシ株式会社 ボンド Eセット）を用い，（1），（2）と同様に十分な量を塗布した．
0.4mm
接着層の厚さはから 2.3mm の間であった．条（二次接合試験体の平均の曲げ強度）（コントロールの平均の曲げ強度）

× 100（2）

スカーフ長を大きくするほど接合効率が大きくなった．

件と試験体数は表-1 のとおりである．

この結果を受けて接合効率を高めるため，実大試験体では S4 を設定した．

3．試験方法(2) 実大試験体（ポリウレタン樹脂接着剤使用）a) 破壊性状
バットジョイント試験体は引張側の接着層での破壊に(1) 小試験体
小試験体では，中央集中荷重による面外曲げ試験を行った（図-2）．支点間距離 250mm とし最大荷重（Pmax）伴って，内層から圧縮側まで破壊し破断した（写真-3）．

を測定し，面外曲げ強度（σmax）を求めた．

での破壊に伴って内層が破壊されたが、圧縮側では接着スカーフジョイント試験体も引張側のスカーフ部接着層層の破壊に至るものが一部あったものの，完全に破断することはなかった（写真-4）．

(2) 実大試験体

54

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写真-3 PU 接合バットジョイント試験体の破壊性状

μ8.64

圧縮側8.60

引張側

図-4 PU 接合の最外縁の応力とひずみの関係とラミナ配置10荷重（kN）

8写真-4 PU 接合スカーフ比 1 / 4 試験体の破壊性状b) 応力とひずみの関係
PU 接合試験体の最外縁の応力とひずみの関係、およ642び各試験体のラミナ構成と外層ラミナのヤング率を図-40に示す．二次接合試験体の圧縮側，引張側ともに C に近0い傾きが認められたため，応力は伝わっていると考えら

20406080100変位（mm）れる．
試験体のラミナ構成とラミナのヤング係数の図で、上の層が圧縮側で，下の層が引張側である．二次接合試

図-5 荷重変位曲線

験体はラミナのヤング係数に関わらず，応力とひずみのまた、各条件の S4 と EP 凸型接合試験体のコントロールから 1 体ずつの荷重変位曲線を図-5 に示す．

関係は引張側の傾きが大きい．これは荷重初期から引張側の接着層に破壊が起こり，圧縮側の応力負担が大きくなってしまったためと推察される．

曲げヤング係数はコントロールと二次接合試験体で大また，破壊時には引張側接合部で終局的な破壊が起き，きな差は認められなかった．
d) 曲げ強度

引張側のラミナにかかる応力が抜けたため，引張側のひずみが急減する．しかし，全体的としての応力の急減はPU 接合試験体の曲げ強度を表-3 に示す．スカーフ長なく，圧縮側のひずみは徐々に大きくなる．
したがって，を大きくするほど接合効率が大きくなった．しかし，小応力負担が圧縮側に移ったと推察される．

試験体の結果と比較して接合効率が大きく低下した．こc) 曲げヤング係数

れは実大サイズになると嵌合精度が低下し，接着層の厚見かけの曲げヤング係数（Em, app）を表-3 に示す。見かさが大きくなることで，曲げ強度が低下したと考えられけのヤング係数は以下の式から求めた．

𝐸m，app =𝑎(3𝐿2 −4𝑎 2 )(𝑃2 − 𝑃1 )48𝐼(𝑤2 − 𝑤1 )る．
1 液型ポリウレタン樹脂接着剤は接着厚みの影響によ（3）る強度低下が懸念されており 3)，本実験でも接着層が厚くなるほど面外曲げ強度が低下する傾向が見られた．1a：支点と荷重点の距離．550mm．

液型ポリウレタン樹脂接着剤は発泡性がある．1 液型ポ

L：スパン．1,600mm

リウレタン樹脂接着剤は，接着剤中のイソシアネート基P2 - P1：荷重変形曲線の直線部分の荷重の増分．と木材中空気中の水分が反応して二酸化炭素を発生する

P1 は PMax の約 10%，P2 は約 40%とする．[N]w2 - w1：P2 − P1 に対応する変位の増分．[mm]ためである．接着層が厚くなるにともない気泡が大きく3なり接着層強度が低下したと考えられる．

4I：断面 2 次モーメント．bh /12.[mm ]55木材工学論文報告集19, 52-59, 2021. 2表-3 PU 接合試験体の面外曲げ試験結果

σmaxPmax2（N / mm ）接合効率（kN）

平均標準偏差

平均

標準偏差

C

41.4

7.0

9.70

1.7B

3.73

0.63

0.87

0.16

S14.37

1.0

1.02

S2

5.08

1.3

S37.27

S48.51（%）

Em, app（kN / mm2）
平均

標準偏差

6.8

0.61

9.00

6.7

0.59

0.25

10.5

6.4

0.44

1.18

0.28

12.2

6.4

0.49

0.79

1.70

0.20

17.5

6.6

0.82

1.7

1.99

0.39

20.5

6.70.73

写真-5 EP 凹型接合 S2 破壊性状（側面）写真-7 EP 凹型接合 S2 破壊性状

写真-6 EP 凹型接合 S2 破壊性状

(3) 実大試験体（エポキシ樹脂接着剤使用）凹型μa) 破壊性状EP 凹型接合試験体の代表的な破壊性状を写真-5，6，7

圧縮側に示す．PU 接合とは異なり，試験体は完全に破断した引張側（写真-5）．
また，PU 接合試験体では接着層内での破壊が主だったのに対し，EP 凹型接合試験体では木部や界面での破壊

図-6 EP 凹型接合の最外縁の応力とひずみの関係とラミナ配置が主だった（写真-6，7）．
b) 応力とひずみの関係

c) 曲げヤング係数
PU 接合と同様に曲げヤング係数はコントロールと二EP 凹型接合試験体の応力とひずみの関係，および各試験体のラミナ構成と外層ラミナのヤング率を図-6 に示す． 次接合試験体で大きな差は認められなかった．
が認められたため，応力は伝わっていると考えられる．

d) 曲げ強度
EP 凹型接合試験体の面外曲げ試験の結果を表-4 に示

また，破壊の直前に PU 接合で見られたひずみの急激なす．PU 接合と同様にスカーフ長を大きくすると接合効変化が見られず，脆性破壊をした．

率が大きくなった．これは，エポキシ樹脂接着剤は発泡

二次接合試験体の圧縮側，引張側ともに C に近い傾き

外層ラミナのヤング率との関係を見ると，ラミナのヤ性がなく，硬化収縮も少ないので十分な接着強度と接着ング係数の大きい方が，応力とひずみの関係の傾きが大性能が得られたためと考えられる．

きくなった．

また，PU 接合試験体に比べ強度のばらつきも小さく

56木材工学論文報告集19, 52-59, 2021. 2

表-4 EP 凹型接合試験体の面外曲げ試験結果

σmax

Pmax
2（N / mm ）接合効率（kN）

平均

標準偏差

平均

標準偏差

C

36.0

4.1

8.01

0.90

S214.3

3.2

3.18

0.72

S431.03.3

6.91

0.74（%）

Em, app（kN / mm2）
平均

標準偏差

6.50

0.17

39.7

6.36

0.4486.2

6.480.13

写真-8 EP 凸型接合 S2 破壊性状（側面）写真-10 EP 凸型接合 S2 破壊性状

写真-9 EP 凸型接合 S2 破壊性状

PU 接合よりも安定した曲げ性能が得られた．
(4) 実大試験体（エポキシ樹脂接着剤使用）凸型μa) 破壊性状
EP 凸型接合試験体の代表的な破壊性状を写真-8，9，
10 に示す．EP 凹型とは異なり，試験体は完全に破断することはなく，圧縮側に亀裂を生じる試験体が確認された（写真-8）．
EP 凹型接合と同様 EP 凸型接合で木部や界面での破壊

図-7 EP 凸型接合の最外縁の応力とひずみの関係とラミナ配置が主だったが，EP 凸型接合の方が木部の破壊割合は大きかった（写真-9，10）．

みの関係の傾きが大きい．

b) 応力とひずみの関係
EP 凸型接合試験体の応力とひずみの関係を図-7 に示c) 曲げヤング係数
PU 接合，EP 凹型接合と同様に曲げヤング係数はコンす．PU 接合，EP 凹型接合と同様に二次接合試験体の圧トロールと二次接合試験体で大きな差は認められなかっ

縮側，引張側ともに C に近い傾きが認められたため，応た．

力は伝わっていると考えられる．EP 凹型接合と同様に，

d) 曲げ強度

破壊の直前に PU 接合で見られたひずみの急激な変化がEP 凸型接合試験体の面外曲げ試験の結果を表-5 に示見られず，脆性破壊をした．

す．PU 接合，EP 凸型接合と同様にスカーフ長が大きく外層ラミナのヤング率との関係を見ると、EP 凹型接合なるほど接合効率が大きくなった．と同様，ラミナのヤング係数の大きい方が，応力とひず

57

木材工学論文報告集19, 52-59, 2021. 2

表-5 EP 凸型接合試験体の面外曲げ試験結果

σmax

Pmax
2（N / mm ）

（kN）

平均

標準偏差

平均

標準偏差

C

43.6

2.7

10.0

0.56

S221.6

4.2

4.92

0.95S431.06.57.06

1.5（%）

Em, app（kN / mm2）
平均標準偏差6.68

0.66

49.66.630.3771.2

7.050.54合の S4 であった．曲げ性能を評価するために，EP 凹型接合の S4 における面外曲げ強度の 75%信頼水準の 5%下

100
接合効率（％）

接合効率

80限値（TL75，95）と直交集成板の日本農林規格の基準曲げ強度 4)を比較した．EP 凹型接合の S4 に使用したラミナ

6040のヤング係数は平均が 6.10 kN/mm2 ，下限値が 3.71kN/mm2 であり，直行集成板の日本農林規格に記載の200B

S1S2S3PU

S4S2S4EP凹S2M60A という区分に近い．M60A で構成される異等級のS43 層3 プライのCLT はMx60-3-3 という強度等級であり，EP凸

基準曲げ強さは 15.5 N/mm2 である．EP 凹型接合の S4 において TL75，95 は，20.7 N/mm2 であるので、本試験の試験

図-8 PU 接合試験体および EP 接合試験体の接合効率体は基準曲げ強さを上回った．よって、スカーフジョイ

5. 実大試験体の接合性能ントを用いた本接合法は有効である可能性が高い．

(1) PU 接合試験体と EP 接合試験体の接合効率の比較

6. まとめ検討
実大試験体の PU 接合と EP 接合の接合効率をまとめ

本研究では，現場接合を目的とした CLT 同士のスカーて図-8 に示す．PU 接合，EP 接合ともに弾性率に大きなフジョイントによる二次接合試験体の面外曲げ強度につ差はなく，応力が十分に伝わっていたため，初期の接着いて検討した．直行集成板の日本農林規格との比較によ性能は発揮されている．しかし，破壊時の面外曲げ強度

り，エポキシ樹脂接着剤を用いてスカーフ比を 1 / 4 以上に差が大きい．この面外曲げ強度の差は接合部の接着強度の差と考えられる．PU 接合は小試験体では，嵌合精度にすれば CLT 同士の二次接合においても，十分な面外曲げ強度が得られると結論づけた．

も高くできた．しかし，PU 接合試験体は嵌合精度の追求が難しく接着層が厚いため，気泡を含みせん断強度が下参考文献がったと考えられる．接合部の嵌合精度を向上することが解決方法であり，CLT の製造方法の工夫を考える必要

1) 沢田稔，柳下正，森稔：林業試験場研究報告， No. 116,がある．一方，エポキシ樹脂接着剤は発泡がなく，内部凝集力が高い．よって EP 接合は PU 接合よりも嵌合精2) 星通，森稔：林業試験場研究報告，No.153，pp.73-93，度を高めなくても接合効率は大きい．しかし，EP 接合は3) 小泉章夫，ヨルゲン・イェンセン，佐々木貴信，飯島泰

pp. 85-96, 1959．
1963．

接着剤硬化時に接着剤の木材への浸透が起こり，隙間を男，田村靖夫：木材学会誌， Vol. 44，No. 2，pp. 109-115，

埋める作業を何度か行わなければならないという点で作1998．

業性に劣る．本研究は現場接合での作業性の良さも追及

4) 日本農林規格 JAS 3079，2019．

しているので改善の必要がある．エポキシ樹脂接着剤の(Received October 16, 2020)(Accepted January 31, 2021)

粘度を調整する等の工夫が考えられる．
(2) 曲げ性能の評価
本試験で接合効率が一番大きかった条件は，EP 凹型接

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BENDING PERFORMANCE OF SECONDARY-BONDEDCROSS-LAMINATED TIMBER WITH SCARF-JOINTS
Rebi KOBAYASHI, Takanobu SASAKI, Kei SAWATA,Yoshihisa SASAKI, and Hidefumi YAMAUCHI
If members of small cross laminated timber (CLT) could be jointed to each other toform larger CLT member in a practical way, increase in domestic production,
application, and demand for CLT are expected. In this study, bending tests were conducted
on full-scale specimens of scarf jointed CLT to observe the failures and to evaluate thejoint efficiency. Two types of adhesives (polyurethane resin (PU) and epoxy resin (EP))
were used to adhere the joints. Four kinds of scarf ratios (the ratio of the lamina thickness tothe scarf base length) were tested (1/1, 1/2, 1/3, 1/4). As a result, the joint efficiency wasincreased as the scarf ratios were increased in both cases adhered with PU and EP. The
maximum joint efficiency of the specimens with a scarf ratio of 1:4 was 20.5% in PU and86.2% in EP in average. It was concluded that the scarf jointed CLT adhered with EP had
sufficient joint efficiency and showed the potential to be used practical.

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