(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-02-28
(45)【発行日】2022-03-08
(54)【発明の名称】床、壁、及び、構造体
(51)【国際特許分類】
E04C 2/16 20060101AFI20220301BHJP
E04C 2/30 20060101ALI20220301BHJP
E04B 1/94 20060101ALI20220301BHJP
E04B 1/86 20060101ALI20220301BHJP
【ＦＩ】
E04C2/16 E
E04C2/30 L
E04B1/94 P
E04B1/86 T
E04B1/94 W
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2018065567
(22)【出願日】2018-03-29
(65)【公開番号】P2019173498
(43)【公開日】2019-10-10
【審査請求日】2020-11-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000001317
【氏名又は名称】株式会社熊谷組
(74)【代理人】
【識別番号】100141243
【弁理士】
【氏名又は名称】宮園 靖夫
(72)【発明者】
【氏名】増子 寛
【審査官】土屋 保光
(56)【参考文献】
【文献】特開平０５－３２１３２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】登録実用新案第３２０９３７９（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１７－２２２７８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０５３１８７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０４Ｂ １／６２ － １／９９
Ｅ０４Ｃ ２／００ － ２／５４
Ｅ０４Ｈ １／００ － １／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
板状の木部材と、前記木部材の一方の板面に取付けられる補強材とを備えた構造体であって、前記構造体が床部材もしくは壁部材で、
前記補強材が、前記木部材の板面に平行な方向に延長する中空部を有する、セルロースナノファイバーを成形して成る補強材であることを特徴とする構造体。
【請求項2】
前記中空部に、耐火材、遮音材、及び、吸音材のいずれか一つまたは複数を配置することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項3】
前記木部材の前記補強材側に嵌合用の穴を設けるとともに、
前記補強材の前記穴に対向する位置に、前記穴に嵌合する突起部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造体。
【請求項4】
板状の木部材と、前記木部材の一方の板面に取付けられる補強材とを備えた床であって、前記補強材が、前記木部材の板面に平行な方向に延長する中空部を有する、セルロースナノファイバーを成形して成る補強材であることを特徴とする床。
【請求項5】
板状の木部材と、前記木部材の一方の板面に取付けられる補強材とを備えた壁であって、前記補強材が、前記木部材の板面に平行な方向に延長する中空部を有する、セルロースナノファイバーを成形して成る補強材であることを特徴とする壁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、床や壁、及び、床部材や壁部材などの構造体に関するもので、特に、剛性及び強度の向上させることのできる構造体の構成とに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、柱や梁などを、木の板の各層を互いに直交するように積層接着した直交集成材（ＣＬＴ；Cross Laminated Timber）から構成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このＣＬＴは、軽量であるだけでなく、直交積層であるため、高い寸法安定性が得られるだけでなく、断熱性にも優れており、かつ、プレキャスト化も容易であることから、木造住宅などに用いられている。
このＣＬＴは、軽量であるだけでなく、直交積層であるため、高い寸法安定性が得られるだけでなく、断熱性にも優れており、かつ、プレキャスト化も容易であることから、木造住宅などに用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－５３１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、床部材や壁部材などをＣＬＴで構築した場合には、剛性や耐力に問題があるため、これらの構造体を補強してやる必要があるが、補強材として、鋼板を用いた場合には、ＣＬＴを用いた場合の利点である軽量化の妨げになっていた。
【0005】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、床や壁の剛性や耐力を確保しつつ、軽量化やプレキャスト化が容易な構造体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】
本発明は、板状の木部材と、前記木部材の一方の板面に取付けられる補強材とを備えた構造体であって、前記構造体が床部材もしくは壁部材で、前記補強材が、前記木部材の板面に平行な方向に延長する中空部を有する、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ；cellulose nanofiber）を成形して成る補強材であることを特徴とする。
なお、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）単体に限らず、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）と樹脂とを混合したＣＮＦ樹脂複合材、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）とセメントや石灰などの水硬性材料と混合したもの、または、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）とカーボンファイバーやアラミド繊維などの他の高強度繊維と混合したものを指す。
また、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）から成る補強板には、板材の両面にセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）から成るシートを貼り付けて成るＣＮＦ複合板も含まれるものとする。
このように、木部材の一方の板面に、軽量でかつ木材よりも剛性及び強度が高いセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）から補強材を取付ければ、軽量化を確保しつつ、床あるいは壁の剛性や耐力を向上させることができる。
また、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、成形が容易なので、中空部を有する板状の補強材を容易に作製できるとともに、床部材や壁部材をプレキャスト化がすることも容易である。なお、上記のＣＮＦ樹脂複合材を用いれば、構造物に、難燃性等の特性を付与することも可能である。
更に、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、直交集成材（ＣＬＴ）と同じく、木材を原料としているので、環境配慮設計ができるという利点も有する。
なお、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）単体に限らず、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）と樹脂とを混合したＣＮＦ樹脂複合材、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）とセメントや石灰などの水硬性材料と混合したもの、または、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）とカーボンファイバーやアラミド繊維などの他の高強度繊維と混合したものを指す。
また、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）から成る補強板には、板材の両面にセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）から成るシートを貼り付けて成るＣＮＦ複合板も含まれるものとする。
このように、木部材の一方の板面に、軽量でかつ木材よりも剛性及び強度が高いセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）から補強材を取付ければ、軽量化を確保しつつ、床あるいは壁の剛性や耐力を向上させることができる。
また、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、成形が容易なので、中空部を有する板状の補強材を容易に作製できるとともに、床部材や壁部材をプレキャスト化がすることも容易である。なお、上記のＣＮＦ樹脂複合材を用いれば、構造物に、難燃性等の特性を付与することも可能である。
更に、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、直交集成材（ＣＬＴ）と同じく、木材を原料としているので、環境配慮設計ができるという利点も有する。
【0007】
また、前記中空部に、耐火材、遮音材、及び、吸音材のいずれか一つまたは複数を配置したので、耐火性能や遮音性能（特に、対重量衝撃音性能）、もしくは、防音性能を向上させることができる。
また、構造体の一方の板面側もしくは両方の板面側に耐火材が配置すれば、床もしくは壁の耐火性能を向上させることができる。
また、前記木部材の前記補強材側に嵌合用の穴を設けるとともに、前記補強材の前記穴に対向する位置に、前記穴に嵌合する突起部を設けて、前記木部材に前記補強材を取付けてもよい。
また、本発明は、床の室内側の面を板状の木部材で構成し、前記木部材の室内側とは反対側の板面に、前記木部材の板面に平行な方向に延長する中空部を有する、セルロースナノファイバーを成形して成る補強材を取付けるなどして、板状の木部材と、前記木部材の一方の板面に取付けられる補強材から成る床を構成すれば、軽量化でかつ剛性や耐力の向上した床を構築することができる。
また、壁についても、板状の木部材と、前記木部材の一方の板面に取付けられる、前記木部材の板面に平行な方向に延長する中空部を有する、セルロースナノファイバーを成形して成る補強材とから構成すれば、軽量化でかつ剛性や耐力の向上した壁を構築できる。
また、構造体の一方の板面側もしくは両方の板面側に耐火材が配置すれば、床もしくは壁の耐火性能を向上させることができる。
また、前記木部材の前記補強材側に嵌合用の穴を設けるとともに、前記補強材の前記穴に対向する位置に、前記穴に嵌合する突起部を設けて、前記木部材に前記補強材を取付けてもよい。
また、本発明は、床の室内側の面を板状の木部材で構成し、前記木部材の室内側とは反対側の板面に、前記木部材の板面に平行な方向に延長する中空部を有する、セルロースナノファイバーを成形して成る補強材を取付けるなどして、板状の木部材と、前記木部材の一方の板面に取付けられる補強材から成る床を構成すれば、軽量化でかつ剛性や耐力の向上した床を構築することができる。
また、壁についても、板状の木部材と、前記木部材の一方の板面に取付けられる、前記木部材の板面に平行な方向に延長する中空部を有する、セルロースナノファイバーを成形して成る補強材とから構成すれば、軽量化でかつ剛性や耐力の向上した壁を構築できる。
【0008】
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本実施の形態１に係る床構造と床部材とを示す図である。
【図2】床部材の他の例を示す図である。
【図3】床構造の他の例を示す図である。
【図4】本実施の形態２に係る壁構造と壁部材とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
実施の形態１．
図１（ａ）～（ｃ）は本実施の形態１に係る床１の構造と床部材１０を示す図で、２は床部材１０を支持する梁、３は壁である。
床部材１０は、板状の木部材１１と、木部材１１の梁２側の板面に接着等により取付けられた補強材１２と、補強材１２の梁２側の板面に設けられた耐火材１３とを備えた、梁２の長さ方向と平行な方向である長さ方向の寸法ｌが梁２の長さ方向と直交する方向である幅方向の寸法ｗよりも長い平面視長方形の部材で、補強材１２には、上記の幅方向に延長する断面が矩形の中空部１２Ｓが複数形成されている。
本例では、木部材１１として、ＣＬＴ（Cross Laminated Timber）の板材を用い、木補強材１２として、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ；cellulose nanofiber）を射出成形して成る板材を用いた。ＣＮＦは、植物の細胞壁を形作る、太さが４～１００ｎｍのセルロースの束から成り、主に、木材などを原料として製造されるもので、これを射出成形や押出成形、圧縮成形などにより、板状や枠状あるは筒状に成形したものが補強材として用いられる。
ＣＮＦは、密度が鋼鉄の約１/５と低いだけでなく、引張強度が鋼鉄の約１０倍と高いので、このようなＣＮＦから成る補強材１２で、ＣＬＴから成る木部材１１を裏面側から補強してやれば、床部材１０の軽量化を図ることができるとともに、剛性や耐力を向上させることができる。また、本発明の床部材１０は、木部材のみで構成したものに比較して剛性や耐力が高いため、支持スパン長さを長くすることができる。すなわち、床１に敷設する床部材１０の枚数や梁２の本数を少なくできるので、床１を効率よく構築することができる。
なお、中空部１２Ｓに、砂、コンクリート、あるいは、鋼棒などの遮音材１４を配置すれば、床１の遮音性能、特に、対重量衝撃音性能を高めることができる。
また、中空部１２Ｓに耐火材を配置すれば、補強材１２の梁２側の板面に設けられた耐火材１３の量を少なくすることができる。また、吸音材を配置すれば、隣室からの音などを吸収することができる。
また、本例では、木部材１１とを木材であるＣＬＴから構成するとともに、補強材１２を、ＣＯ2の削減効果を有するＣＮＦ構成から構成したので、環境配慮設計ができるという利点も有する。
図１（ａ）～（ｃ）は本実施の形態１に係る床１の構造と床部材１０を示す図で、２は床部材１０を支持する梁、３は壁である。
床部材１０は、板状の木部材１１と、木部材１１の梁２側の板面に接着等により取付けられた補強材１２と、補強材１２の梁２側の板面に設けられた耐火材１３とを備えた、梁２の長さ方向と平行な方向である長さ方向の寸法ｌが梁２の長さ方向と直交する方向である幅方向の寸法ｗよりも長い平面視長方形の部材で、補強材１２には、上記の幅方向に延長する断面が矩形の中空部１２Ｓが複数形成されている。
本例では、木部材１１として、ＣＬＴ（Cross Laminated Timber）の板材を用い、木補強材１２として、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ；cellulose nanofiber）を射出成形して成る板材を用いた。ＣＮＦは、植物の細胞壁を形作る、太さが４～１００ｎｍのセルロースの束から成り、主に、木材などを原料として製造されるもので、これを射出成形や押出成形、圧縮成形などにより、板状や枠状あるは筒状に成形したものが補強材として用いられる。
ＣＮＦは、密度が鋼鉄の約１/５と低いだけでなく、引張強度が鋼鉄の約１０倍と高いので、このようなＣＮＦから成る補強材１２で、ＣＬＴから成る木部材１１を裏面側から補強してやれば、床部材１０の軽量化を図ることができるとともに、剛性や耐力を向上させることができる。また、本発明の床部材１０は、木部材のみで構成したものに比較して剛性や耐力が高いため、支持スパン長さを長くすることができる。すなわち、床１に敷設する床部材１０の枚数や梁２の本数を少なくできるので、床１を効率よく構築することができる。
なお、中空部１２Ｓに、砂、コンクリート、あるいは、鋼棒などの遮音材１４を配置すれば、床１の遮音性能、特に、対重量衝撃音性能を高めることができる。
また、中空部１２Ｓに耐火材を配置すれば、補強材１２の梁２側の板面に設けられた耐火材１３の量を少なくすることができる。また、吸音材を配置すれば、隣室からの音などを吸収することができる。
また、本例では、木部材１１とを木材であるＣＬＴから構成するとともに、補強材１２を、ＣＯ2の削減効果を有するＣＮＦ構成から構成したので、環境配慮設計ができるという利点も有する。
【0011】
なお、前記実施の形態１では、木部材１１に補強材１２を接着等により取付けたが、図２（ａ）に示すように、木部材１１の補強材１２側に嵌合用の穴１１Ｓを設けるとともに、補強材１２の上記穴１１Ｓに対向する位置に突起部１２Ｋを設け、穴１１Ｓに突起部１２Ｋを嵌合させることにより、木部材１１に補強材１２を取付けてもよい。
また、前記例では、補強材１２の中空部１２Ｓを一列としたが、図２（ｂ）に示すように、複数列であってもよい。また、断面形状についても、矩形だけでなく、円形や三角形など他の形状であってもよい。
また、中空部１２Ｓの延長方向としては、梁２の幅方向に限定されるものではなく、梁２の長さ方向であってもよいが、本例のように、梁２の幅方向とする方が支持スパン長さを長くできるので好ましい。
また、前記実施の形態１では、木部材１１を構成する材料としてＣＬＴを用いたが、合板など、他の木部材を用いてもよい。また、補強材１２を構成する材料についても、ＣＮＦに限定されるものではなく、ＣＮＦと樹脂とを混合したＣＮＦ樹脂複合材を用いてもよいし、ＣＮＦとセメントや石灰などの水硬性材料と混合したものや、ＣＮＦとカーボンファイバーやアラミド繊維などの他の高強度繊維と混合したものを用いてもよい。
また、ＣＮＦから成る補強材１２として、板材の両面にＣＮＦから成るシートを貼り付けた複合板を用いてもよい。
また、前記例では、補強材１２の中空部１２Ｓを一列としたが、図２（ｂ）に示すように、複数列であってもよい。また、断面形状についても、矩形だけでなく、円形や三角形など他の形状であってもよい。
また、中空部１２Ｓの延長方向としては、梁２の幅方向に限定されるものではなく、梁２の長さ方向であってもよいが、本例のように、梁２の幅方向とする方が支持スパン長さを長くできるので好ましい。
また、前記実施の形態１では、木部材１１を構成する材料としてＣＬＴを用いたが、合板など、他の木部材を用いてもよい。また、補強材１２を構成する材料についても、ＣＮＦに限定されるものではなく、ＣＮＦと樹脂とを混合したＣＮＦ樹脂複合材を用いてもよいし、ＣＮＦとセメントや石灰などの水硬性材料と混合したものや、ＣＮＦとカーボンファイバーやアラミド繊維などの他の高強度繊維と混合したものを用いてもよい。
また、ＣＮＦから成る補強材１２として、板材の両面にＣＮＦから成るシートを貼り付けた複合板を用いてもよい。
【0012】
また、前記実施の形態１では、木部材１１と補強材１２と耐火材１３とを一体にユニット化した床部材１０を複数配置して床１を構成したが、はじめに、梁２側の板面に耐火材１３を取付けた補強材１２を配置し、その後に、補強材１２の室内側の板面に木部材１１を接着もしくは嵌合して床１を構成してもよい。
また、図３（ａ）に示すように、室内側に配置される木部材１１の幅寸法よりも小さな幅寸法を有する、耐火材１３１を取付けた補強材１２１、耐火材１３２を取付けた補強材１２２、耐火材１３３を取付けた補強材１２３を先に配置し、その上に幅寸法の大きな木部材１１を接着もしくは嵌合してもよい。
あるいは、図３（ｂ）に示すように、耐火材１３を取付けた補強材１２の上に、補強材１２の幅寸法より小さな幅寸法を有する複数の木部材１１１～１１３を取付ける構成としてもよい。
また、図３（ｃ）に示すように、木部材１１１～１１３の幅寸法と補強材１２１～１２３の幅寸法とが同じ場合には、例えば、木部材１１１と木部材１１２との貼り合わせ位置を補強材１２２の中心に位置させるなど、木部材１１と補強材１２との貼り合わせ位置とをずらして、木部材１１と補強材１２とを接着もしくは嵌合することが好ましい。
なお、前記実施の形態１では、架構式の床１について説明したが、本願発明の床部材１０は、剛性や耐力が高いので、下の階の天井を支持する二重床構造の基礎床など、他の構成の床にも適用可能である。
また、図３（ａ）に示すように、室内側に配置される木部材１１の幅寸法よりも小さな幅寸法を有する、耐火材１３１を取付けた補強材１２１、耐火材１３２を取付けた補強材１２２、耐火材１３３を取付けた補強材１２３を先に配置し、その上に幅寸法の大きな木部材１１を接着もしくは嵌合してもよい。
あるいは、図３（ｂ）に示すように、耐火材１３を取付けた補強材１２の上に、補強材１２の幅寸法より小さな幅寸法を有する複数の木部材１１１～１１３を取付ける構成としてもよい。
また、図３（ｃ）に示すように、木部材１１１～１１３の幅寸法と補強材１２１～１２３の幅寸法とが同じ場合には、例えば、木部材１１１と木部材１１２との貼り合わせ位置を補強材１２２の中心に位置させるなど、木部材１１と補強材１２との貼り合わせ位置とをずらして、木部材１１と補強材１２とを接着もしくは嵌合することが好ましい。
なお、前記実施の形態１では、架構式の床１について説明したが、本願発明の床部材１０は、剛性や耐力が高いので、下の階の天井を支持する二重床構造の基礎床など、他の構成の床にも適用可能である。
【0013】
実施の形態２．
図４（ａ），（ｂ）は本実施の形態２に係る壁３の構造と壁部材３０を示す図で、本例の壁部材３０は、板状の木部材３１と、木部材３１の室内側とは反対側の板面に接着等により取付けられた補強材３２と、補強材３２の木部材３１とは反対側の板面に設けられた耐火材３３とを備え平面視矩形の部材で、補強材３２には、床１に垂直な方向である上下方向に延長する断面が矩形の中空部３２Ｓが複数形成されている。
本例では、実施の形態１の床部材１０と同様に、木部材３１としてＣＬＴの板材を用いるとともに、補強材１２として、セルロースナノファイバーを射出成形して成る板材を用いている。
また、中空部３２Ｓには、吸音材３４を配置し、隣室からの音などを吸収するようにしているが、中空部３２Ｓに耐火材を配置してもよい。
また、中空部１２Ｓに、砂、コンクリート、あるいは、鋼棒などの遮音材を配置して、遮音性能を高めるようにしてもよい。
ＣＮＦは、前述したように、密度が鋼鉄の約１/５と低いだけでなく、引張強度が鋼鉄の約１０倍と高いので、このようなＣＮＦから成る補強材１２で、ＣＬＴから成る木部材３１を裏面側から補強してやれば、壁部材３０の軽量化を図ることをできるとともに、剛性や耐力を向上させることができる。
なお、図４（ｃ）に示すように、木部材３１の補強材３２側に嵌合用の穴３１Ｓを設け、補強材３２の上記穴３１Ｓに対向する位置に突起部３２Ｋを設けて、穴３１Ｓに突起部３２Ｋを嵌合させることにより、木部材３１に補強材３２を取付けてもよい。
また、同図に示すように、木部材３１の室内側にも耐火材３４を設けてもよい。
また、本例の壁３も、木部材３１を木材であるＣＬＴから構成し、補強材３２をＣＯ2の削減効果を有するＣＮＦ構成から構成したので、環境配慮設計ができる。
図４（ａ），（ｂ）は本実施の形態２に係る壁３の構造と壁部材３０を示す図で、本例の壁部材３０は、板状の木部材３１と、木部材３１の室内側とは反対側の板面に接着等により取付けられた補強材３２と、補強材３２の木部材３１とは反対側の板面に設けられた耐火材３３とを備え平面視矩形の部材で、補強材３２には、床１に垂直な方向である上下方向に延長する断面が矩形の中空部３２Ｓが複数形成されている。
本例では、実施の形態１の床部材１０と同様に、木部材３１としてＣＬＴの板材を用いるとともに、補強材１２として、セルロースナノファイバーを射出成形して成る板材を用いている。
また、中空部３２Ｓには、吸音材３４を配置し、隣室からの音などを吸収するようにしているが、中空部３２Ｓに耐火材を配置してもよい。
また、中空部１２Ｓに、砂、コンクリート、あるいは、鋼棒などの遮音材を配置して、遮音性能を高めるようにしてもよい。
ＣＮＦは、前述したように、密度が鋼鉄の約１/５と低いだけでなく、引張強度が鋼鉄の約１０倍と高いので、このようなＣＮＦから成る補強材１２で、ＣＬＴから成る木部材３１を裏面側から補強してやれば、壁部材３０の軽量化を図ることをできるとともに、剛性や耐力を向上させることができる。
なお、図４（ｃ）に示すように、木部材３１の補強材３２側に嵌合用の穴３１Ｓを設け、補強材３２の上記穴３１Ｓに対向する位置に突起部３２Ｋを設けて、穴３１Ｓに突起部３２Ｋを嵌合させることにより、木部材３１に補強材３２を取付けてもよい。
また、同図に示すように、木部材３１の室内側にも耐火材３４を設けてもよい。
また、本例の壁３も、木部材３１を木材であるＣＬＴから構成し、補強材３２をＣＯ2の削減効果を有するＣＮＦ構成から構成したので、環境配慮設計ができる。
【符号の説明】
【0014】
１ 床、２ 梁、３ 壁、１０ 床部材、１１ 木部材、１２ 補強材、
１２Ｓ 中空部、１３ 耐火材、１４ 遮音材。
１２Ｓ 中空部、１３ 耐火材、１４ 遮音材。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】