木材プレカット|構造材プレカット工場のCAD/CAM

木材プレカット | Forest Eight

新築の木造住宅を建てるとき、柱や梁、桁、土台といった構造材は、いまやそのほとんどが工場であらかじめ加工されてから現場に運ばれます。設計CADのデータをもとに、NC機械が構造材を量産する——これがプレカットです。どのくらい当たり前になっているかというと、在来軸組工法のプレカット率は約93%、ツーバイフォー住宅にいたっては98%以上。日本の木造住宅の構造材加工は、事実上プレカットが標準になっています。

規模で見ると、2023年時点で工場数は約700、年間処理量は新設木造44万戸×平均20m³でおよそ880万m³。そして加工精度は±0.5mmと、熟練大工の手刻み(±3〜5mm)より一桁細かい世界です。この記事では、プレカットがどう普及し、どんな技術で支えられ、これから何が課題になるのかを見ていきます。

プレカット率 93 % 在来工法 ツーバイフォー98% 2023年実績 工場数 700 工場 大手15社で40% 小規模工場の淘汰進行 年間処理量 880 万m³/年 44万戸×20m³ 能力1,200万m³ 加工精度 ±0.5 mm 手刻みは±3〜5mm CAD/CAM標準
図1:構造材プレカットの主要諸元(出典:林野庁、国交省、日本住宅・木材技術センター、機械プレカット協会)
木の年輪と木目のマクロ
木材の年輪・木目 (Photo by Engin Akyurt on Unsplash)
目次

手刻みから工場加工へ、半世紀の変化

構造材を工場で機械加工する仕組みは、1970年代後半に日本で実用化されました。それ以前の在来軸組工法では、現場で大工が墨付け(材料に加工位置の線を描く)と手刻み(ノミ・カンナ・鋸で仕口を加工する)を行うのが当たり前。職人の腕がものを言う反面、加工誤差や工期の長さ、現場の安全といった課題を抱えていました。プレカットはこの墨付け・刻みを工場に集約し、CADデータから直接NC機械で加工する方式で、それらの課題を一気に解きほぐしたのです。

プレカット普及率の推移1990-2023 在来工法住宅における構造材プレカット率の経年推移 在来工法住宅の構造材プレカット率(%) 100 75 50 25 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2023 10% 20% 40% 75% 85% 90% 93% 1990年代の20%から2020年代の93%へ。手刻み大工の高齢化・住宅工期短縮要請が背景
図2:プレカット率の経年推移(出典:林野庁・国交省・全国木造住宅機械プレカット協会)

ここまで普及した背景には、大きく3つの力が働いています。一つは大工の高齢化と減少です。墨付け・刻みのできる熟練大工は1990年代に約30万人いましたが、2023年には約8万人まで激減しました。技能の継承が難しくなれば、工場加工に頼るのは必然です。二つ目はハウスメーカーやビルダーからの工期短縮の要請。手刻みなら2〜3週間かかる加工が、プレカットなら1〜2日で済みます。三つ目はCAD設計データとの直結で、設計変更にすぐ対応でき、部材の精度管理も格段に楽になりました。こうした流れが重なって、在来工法の93%という数字が定着したのです。

±0.5mmを生むCAD/CAM

プレカットの心臓部は、設計CADから構造材1本ごとの加工データを自動生成し、NC加工機へ直接送るCAD/CAMシステムです。この分野は宮川工機(業界シェア約45%)、平安コーポレーション(同30%)、ホロンクリエイト(同20%)の3社でおよそ95%を占める寡占構造になっています。CAD/CAMシステムは1台3,000〜8,000万円、NC加工機は1ライン1.5〜3億円と、設備投資はかなりの規模です。

精度が上がったことで、現場の風景も変わりました。「材料が合わない」「仕口を削りすぎた」「梁が足りない」といった手刻み時代のトラブル——現場での修正率は10〜15%にのぼっていました——が、プレカットでは1%未満に。現場での墨付けが不要になり、大工の建方作業効率はおよそ2倍に向上しました。10人ほどで30坪住宅の上棟ができるようになったことが、工期短縮とコスト削減に直結しています。プレカット用の材料には、含水率20%以下に乾燥させたJAS構造用製材が使われ、強度等級(機械等級区分でE50〜150)を構造計算に合わせて選ぶのが標準です。

寡占化が進む工場の地図

約700ある工場は、規模によってずいぶん性格が違います。年1万棟超の超大手15社が処理量の約40%を占める一方、1,000棟未満の小規模工場は575社もあって全体の20%。1990年代には全国に約1,000工場あったものが、大手への集約と小規模工場の廃業で700規模まで減りました。立地によって個性が出るのも面白いところで、素材生産量日本一の九州(年450万m³規模)では地元材の使用率が90%を超えるのに対し、製材所の少ない関東圏は欧州産集成材への依存度が高くなります。

地域 工場数 国産材使用率 主要特徴
関東 約200 約45% 大手ハウスメーカー専属工場集積、欧州集成材依存度高
近畿 約130 約55% 大阪・京都中心、中堅工場多数
中部 約120 約50% 東濃ヒノキ・木曽ヒノキ等の地元材活用
九州 約90 約90% 宮崎・大分・熊本の地元材中心、地元工務店向け
東北 約70 約80% 岩手・福島・秋田の地元スギ・カラマツ活用
北海道 約50 約70% 道産カラマツ・トドマツ集成材中心
中国・四国 約60 約65% 島根・高知・愛媛のスギ・桧活用

プレカット用構造材の国産材使用率は全国平均で約55%。柱用のスギや土台用のヒノキは国産材が中心ですが、梁・桁用の集成材はドイツやオーストリアなど欧州産が35%ほどを占めます。地元の製材所と直接つながっている九州・東北・北海道では、流通コストの削減とトレーサビリティの両面で強みがありますが、大量供給のため広域調達に頼らざるを得ない関東圏では、輸入材の価格変動リスクが経営課題になっています。

金物・CLT・パネル化という次の壁

いま業界が向き合っているのが、金物工法・CLT(直交集成板)・パネル化への対応です。渡り顎や腰掛け鎌継ぎといった伝統的な仕口から、テックワンやSE構法のような金物で連結する方式へと移りつつあり、壁・床・屋根を一体化するCLTパネル工法やツーバイフォーの壁パネル化も広がっています。これに対応するには、金物穴加工用のNC機追加(1,500万円〜)や、CLT用の大型加工機(5〜10億円)といった重い設備投資が避けられません。

この負担の大きさが、業界再編を加速させています。中小工場には荷が重く、今後10年で工場数は700から500規模へ縮小し、超大手15社のシェアは40%から55〜60%へ上がる見通しです。背景にはもう一つ、人口減少という大きな流れがあります。新設木造住宅は2023年の44万戸から2030年には35万戸前後へ減ると見込まれ、業界全体の処理量も880万m³から700万m³前後へ縮んでいきます。搬送ロボットや自動倉庫、AIによる加工計画の最適化で生産性を3割上げ、林野庁が掲げる国産材利用率70%(2030年目標)に応えていけるか——プレカット工場は、住宅産業の標準工程として定着したいまも、絶えず姿を変え続けています。

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この記事を書いた人

ハウスメーカーで住宅の構造を担当したのち、林業の世界へ。林業・木材・建築の3領域を横断する視点で、Forest Eight の記事を編集しています。

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