部材の締結構造
【課題】
様々な大きさの部材に適用可能で、しかも設計変更や改築工事などにも柔軟に対応でき、さらに木材の経年変形による強度の低下も抑制できる、部材の締結構造を提供すること。
【解決手段】
主幹部材11と結合部材21を、ホゾパイプ36やネジ釘38などの連結手段で一体化した上、さらに両部材を貫通する補強軸31をねじ込む。補強軸31には螺旋状の凸条32が形成されており、この凸条32を両部材を跨ぐように配置することで、連結手段のほか、補強軸31の凸条32を介して両部材が一体化される。そのため、両部材を引き離そうとする荷重が作用した場合、これに強固に対抗可能で、特に曲げモーメントに対する剛性が強化される。補強軸31は比較的小径で様々な部材にねじ込み可能で、小形工具で施工でき柔軟性が高い。また凸条32によって木材の経年変形が抑制され、締結部の剛性を維持できる。
様々な大きさの部材に適用可能で、しかも設計変更や改築工事などにも柔軟に対応でき、さらに木材の経年変形による強度の低下も抑制できる、部材の締結構造を提供すること。
【解決手段】
主幹部材11と結合部材21を、ホゾパイプ36やネジ釘38などの連結手段で一体化した上、さらに両部材を貫通する補強軸31をねじ込む。補強軸31には螺旋状の凸条32が形成されており、この凸条32を両部材を跨ぐように配置することで、連結手段のほか、補強軸31の凸条32を介して両部材が一体化される。そのため、両部材を引き離そうとする荷重が作用した場合、これに強固に対抗可能で、特に曲げモーメントに対する剛性が強化される。補強軸31は比較的小径で様々な部材にねじ込み可能で、小形工具で施工でき柔軟性が高い。また凸条32によって木材の経年変形が抑制され、締結部の剛性を維持できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、木造建築物の骨格などに使用される棒状の部材の締結構造に関する。
【背景技術】
【0002】
住宅や物置小屋などの木造建築物の施工方法は、これまでに様々な技術が開発されているが、国内では、柱や梁などを組み上げて骨格を構築する軸組工法が広く普及している。軸組工法は、骨格の強度を確保するため、部材同士を強固に締結する必要があり、以前から部材の端面に仕口を加工するなどの対策が講じられているが、最近では仕口の代用として、各種の連結金物を用いることも多くなっている。この連結金物にプレカット技術を組み合わせることで、据え付け精度が向上するほか、現地での施工作業も簡素化され、優れた品質とコストダウンが実現している。
【0003】
最近では大断面の集成材の普及によって大規模な木造建築物の施工が容易になり、個人の住宅においても、柱の間隔を従来よりも延長できるようになり、大規模なインナーガレージなどが実現可能になってきた。このような大断面の集成材同士を締結する場合、従来の締結方法では十分な剛性を確保できないため、専用の連結金物を使用しており、本願発明者は、後記特許文献のような技術を開発している。この技術は、締結される二部材の両方にラグスクリューを埋め込んでおり、ラグスクリューの端面同士を接触させた上、双方をボルトで一体化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−127211号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前記特許文献のように、ラグスクリューを用いて部材同士を締結する構造は、曲げモーメントに対する剛性が高いほか、ラグスクリューが木材と強固に一体化しているため、木材の経年変形による強度の低下も発生しないなど、様々な利点がある。ただしラグスクリューは、その大きさから小断面の部材に埋め込むことが難しく、用途が門形フレームなどの部材に限定されている。またラグスクリューは、その大きさから製材段階で部材中に埋め込む必要があり、設計変更といった突発事態が発生した場合や、建物の改築工事などには、使用が難しいこともある。
【0006】
前記のように、様々な理由でラグスクリューの使用が難しい締結部においても、曲げモーメントに対する剛性を高くしたい場合や、木材の経年変形による強度の低下を防止したい場合がある。その際は、連結金物や釘の使用数を増やすといった単純な対策も可能だが、連結金物や釘は、木材の経年変形に対して万全の対策を講じることが難しい。また連結金物や釘の使用数を増やすことで、施工の際に時間や手間が増加する恐れもある。
【0007】
本発明はこうした実情を基に開発されたもので、様々な大きさの部材に適用可能で、しかも設計変更や改築工事などにも柔軟に対応でき、さらに木材の経年変形による強度の低下も抑制できる、部材の締結構造の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記の課題を解決するための請求項1記載の発明は、主幹部材の側面と結合部材の端面が接触する締結部に用いられ、主幹部材と結合部材は、連結手段によって一体化されており、前記連結手段とは別に、側周面に螺旋状の凸条を有しており且つ主幹部材と結合部材との境界を貫通するようにねじ込まれた補強軸を備えており、前記凸条は、主幹部材と結合部材の両方を跨ぐように配置されていることを特徴とする部材の締結構造である。
【0009】
本発明は、木造建築物の骨格として使用される柱や梁などの二部材を締結するために使用されるが、この二部材のうちの一方を主幹部材と称して、他方を結合部材と称するものとする。そして主幹部材の側面に結合部材の端面が接触することで、T字状またはL字状の締結部が構成される。また主幹部材と結合部材のいずれも、集成材を含む木質系であることを前提とする。なお主幹部材と結合部材は、原則として直交するように配置されるが、屋根を構成する箇所などでは、所定の交角を有するように配置される場合もある。
【0010】
連結手段は、主幹部材と結合部材を締結するためのもので、従来から普及している様々な技術をそのまま使用する。この連結手段によって、主幹部材の側面に結合部材の端面が密着して、両部材を引き離そうとする荷重やせん断荷重に対抗できるようになる。なお連結手段の例としては、平頭釘やボルト・ナットなどが挙げられる。
【0011】
補強軸は、主幹部材と結合部材との締結を一段と強固にするために使用され、ネジ釘と同様な形状のもので、側周面に凸条が螺旋状に形成されている。ただし本発明で用いる補強軸は、凸条の外径が最大でも20mm程度で、また凸条の高さ(突出長さ)は最低でも2mmは確保されており、汎用のネジ釘に比べて寸法が大きい。施工時は、主幹部材の側面から両部材の境界に向けて補強軸をねじ込んでいき、その先端が両部材の境界を通過して結合部材に到達することで、部材同士が強固に締結される。なお、補強軸の使用数やねじ込み位置については自在であり、荷重条件などに応じて最適な状態に配置することができる。
【0012】
補強軸のねじ込み作業を終えた状態で、凸条は主幹部材と結合部材の両方を跨ぐように配置されている必要がある。これによって、いずれか一方の部材に作用した荷重は、凸条を介して補強軸に伝達して、さらに凸条を介して他方の部材に伝達していくため、両部材の境界に隙間が生じることを防止できる。なお凸条を有効に機能させるため、補強軸が主幹部材を横断している区間については、その延長の半分以上の範囲で凸条が形成されている必要があり、さらに結合部材側についても、主幹部材側と同等もしくはそれ以上の範囲に凸条が形成されている必要がある。
【0013】
施工の際、主幹部材と結合部材との境界に隙間がある状態で補強軸をねじ込むと、以降、凸条の作用でその隙間が消滅することなく残存して、締結部の剛性が低下する恐れがある。したがって補強軸をねじ込む際は、連結手段によってあらかじめ両部材を密着させておく必要があり、しかも補強軸をねじ込む際の反力によって隙間が生じないよう、所定の強度を維持できる必要がある。本発明による補強軸は、通常のネジ釘よりも直径などが大きいため、事前に下穴を加工しておく必要があるが、それでもラグスクリューなどよりは小さく、持ち運び可能な小形ドリルを用いて現地で対応できる。
【0014】
このように螺旋状の凸条を有する補強軸を部材の中にねじ込むことで、汎用のラグスクリューなどと同様、補強軸と部材が広範囲に一体化するため、木材の経年変形の影響を受けることなく強度を維持できる。しかも両部材の境界を跨ぐように凸条を配置しているため、一方の荷重に作用した荷重は、速やかに他方の部材に伝達していき、締結部の剛性が維持される。
【0015】
請求項2記載の発明は、連結手段を限定するもので、連結手段は、主幹部材の側面からねじ込まれて結合部材に螺合するネジ釘と、主幹部材と結合部材との境界を跨ぐように埋め込まれたホゾパイプと、であることを特徴とする。ネジ釘は汎用品であり、主幹部材の側面から結合部材に向けてねじ込まれる。なおネジ釘は、先の補強軸とは異なり、ネジ山が形成されているのは先端部だけに限定されており、ねじ込みを終えた状態において、ネジ山の全域は結合部材の中に位置している必要がある。したがって、主幹部材の側面に接触するネジ釘の頭部と、結合部材と螺合するネジ山が引き合うことで、主幹部材と結合部材が一体化される。
【0016】
ホゾパイプは、主幹部材と結合部材との境界を跨ぐように埋め込まれる棒状のもので、結合部材に作用するせん断荷重を主幹部材に伝達する役割がある。したがってホゾパイプは、原則として水平方向に埋め込む必要がある。またホゾパイプの具体的な形状については限定されないが、円断面のものが最適である。なおホゾパイプの中に前記のネジ釘を通過させることもできるが、ネジ釘を通過させる必要がない場合、中実のものも使用できる。
【0017】
請求項3記載の発明も、連結手段を限定するもので、連結手段は、主幹部材と結合部材の境界に配置され、主幹部材の側面に接触する前板と、結合部材に形成された溝に差し込まれる横板と、で構成される連結金物であり、前記前板には、ボルト等を差し込むための固定孔を備え、前記横板には、結合部材に打ち込まれる固定ピンを挿通させるためのピン孔を有することを特徴とする。
【0018】
連結金物は、主幹部材と結合部材との境界に配置され、前板と横板で構成され、前板は、主幹部材の側面に接触してボルトなどで主幹部材と一体化される。また横板は、結合部材の端面から長手方向に加工された溝に差し込まれた上、結合部材と横板を貫通するように打ち込まれた固定ピンによって結合部材と一体化される。そのため前板には、ボルトなどを差し込むための固定孔が必要で、また横板には、固定ピンを挿通させるためのピン孔が必要である。なお連結金物の形状は、一枚の前板と一枚の横板をT字状に一体化したものや、一枚の前板の両側面から横板が延びるコの字状のものなど、自在に選択できる。ただしいずれの連結金物とも、主幹部材と結合部材を一体化して、せん断荷重を確実に伝達できる強度が必要である。
【発明の効果】
【0019】
請求項1記載の発明のように、主幹部材と結合部材を各種の連結手段で一体化した上、さらに両部材を貫通する補強軸を打ち込むことで、連結手段のほか、補強軸に形成された凸条を介して両部材が一体化される。そのため、両部材を引き離そうとする荷重が作用した場合、これに強固に対抗可能で、締結部の剛性を一段と向上できる。また補強軸の凸条は、両部材に跨ってねじ込まれているため、木材の経年変形に対抗して両部材の密着状態を維持でき、締結部の剛性を長期間維持できる。
【0020】
さらに補強軸の大きさや使用数を調整することで、大規模な骨格構造から、軒先を支える小断面の部材まで、幅広く対応可能で汎用性に優れている。また曲げモーメントに対して強固に対抗する必要がある場合には、部材の端部近傍に補強軸を集中的にねじ込むといった対策ができるなど、柔軟性も高い。そのほか補強軸は、従来のラグスクリューなどに比べて直径が小さいため、その下穴は、持ち運び可能な小形ドリルで加工でき、突発的な設計変更や改築工事にも問題なく対応できる。なお補強軸は、汎用の釘などよりも寸法が大きく、使用数を抑制しながら所定の強度を確保できる。
【0021】
請求項2記載の発明のように、連結手段としてホゾパイプとネジ釘を用いることで、せん断荷重を確実に伝達可能で、しかも施工作業も単純であり、さらに部品の入手も容易でコストを抑制できる。また請求項3記載の発明のように、連結手段として連結金物を用いることで、部材同士の締結作業が容易であり、しかも引張荷重やせん断荷重に対しても十分な強度を有しており、さらに補強軸を併用することで、曲げモーメントに対する剛性が一段と向上して木材の経年変形にも耐えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明による部材の締結構造の概要を示す斜視図と縦断面図である。
【図2】図1に示す締結構造の施工途中の状態を示す斜視図と縦断面図である。
【図3】連結手段として連結金物を使用した場合を示す斜視図である。
【図4】図3に示す締結構造の施工途中の状態を示す斜視図と縦断面図である。
【図5】結合部材が斜方向に配置されている場合に、本発明を適用したときの形態例を示す斜視図である。
【図6(A)(B)】補強軸の詳細を示しており、(A)は大きさの概要を表す側面図で、(B)は凸条の配置例を表す側面図と、その使用状態の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図1は、本発明による部材の締結構造の概要を示している。主幹部材11は直立しており、この上部の側面に結合部材21の端面が接触して、L字状の締結部が構成される。主幹部材11と結合部材21の締結には、ネジ釘38とホゾパイプ36と補強軸31が使用されており、そのうちホゾパイプ36は、金属製のパイプを所定の長さに切断したもので、上下に並んで二個が組み込まれており、結合部材21に作用する垂直荷重を主幹部材11に伝達している。なおホゾパイプ36を埋め込むため、主幹部材11と結合部材21の接触面を起点として両側にパイプ穴13、23を加工している。
【0024】
ネジ釘38は汎用品であり、先端部にのみネジ山が形成されており、主幹部材11の側面から結合部材21に向けて水平方向にねじ込まれる。なおネジ釘38のねじ込みが終わった状態では、縦断面図のように、ネジ山の全域は結合部材21の中に位置している。したがってネジ釘38を締め上げると、その頭部が主幹部材11を押圧して、主幹部材11と結合部材21の密着が維持される。このネジ釘38をねじ込むため、主幹部材11にはパイプ穴13と同心のネジ穴12を加工しており、結合部材21も同様にパイプ穴23の奥にネジ穴22を加工している。なお本図ではホゾパイプ36とネジ穴12、22が同心であるため、ホゾパイプ36の内径は縦断面図のように、ネジ釘38が余裕で通過できる大きさとしている。
【0025】
ネジ釘38のねじ込みを終えると、主幹部材11と結合部材21は一体化されるが、木材の経年変形によってネジ釘38の頭部が陥没していき、両部材の密着が維持できない恐れがある。またネジ釘38だけを用いた場合、その弾性変形によって曲げモーメントに対する剛性が低下する恐れがある。そこで本発明では、ネジ釘38とは別に補強軸31を使用して、これらの問題を解消している。補強軸31は、基本的にネジ釘38と同じものだが、ネジ山である凸条32をほぼ全域に形成しており、ねじ込みが終わった段階では、縦断面図のように凸条32が、主幹部材11と結合部材21の両方に食い込んでいる。したがって補強軸31は、主幹部材11と結合部材21の両方と強固に一体化しており、一方の部材に作用した荷重は速やかに他方の部材に伝達していく。また凸条32によって部材の経年変形が拘束され、強度の低下も発生しにくい。
【0026】
補強軸31をねじ込むため、主幹部材11と結合部材21には、下穴となる軸穴14、24をあらかじめ加工しておく。ただし補強軸31の凸条32の外径は、最大でも20mm程度であり、従来のラグスクリューに比べて小さい。したがって軸穴14、24は、持ち運び可能な小形ドリルで加工でき、必要に応じて現地で施工可能で柔軟性に優れている。なお補強軸31のねじ込み位置や使用数は自在であり、曲げモーメントに効率よく対抗するため、本図のように結合部材21の上下面の近傍に配置することもできる。そのほか、主幹部材11と結合部材21の姿勢は自在であり、主幹部材11が水平に敷設され、結合部材21が垂直に延びていても構わない。
【0027】
図2は、図1に示す締結構造の施工途中の状態を示している。本発明による補強軸31をねじ込む際、主幹部材11と結合部材21の境界に隙間があると、以降、凸条32によってその隙間が保持され、強度などに悪影響を与える。そこで本図のように、施工の際は、まずホゾパイプ36を埋め込み、次にネジ釘38をねじ込んで、主幹部材11と結合部材21を密着させた後、主幹部材11の側面から補強軸31をねじ込んでいく。
【0028】
図3は、連結手段として連結金物41を使用した場合を示している。連結金物41は、金属板をプレス加工によってコの字状に成形したもので、主幹部材11の側面に接触する前板42と、結合部材21の端面に加工された溝25に差し込まれる二枚の横板43と、で構成されている。前板42には、円筒状に突出する丸ホゾ44が上下に並んで二個形成されており、これが主幹部材11の側面に加工されたホゾ穴17に嵌まり込むことで、垂直荷重が伝達される。また連結金物41は、ボルト48およびナット49によって主幹部材11と一体化されるため、丸ホゾ44の中心にはボルト48を挿通するための固定孔45が形成されている。さらに主幹部材11には、ホゾ穴17と同心で中孔16とナット穴15が加工されている。図のように連結金物41の横板43の間からボルト48を差し込んでいき、ボルト48の頭部を丸ホゾ44の中に収容して、ボルト48の先端にナット49を螺合して締め上げると、連結金物41は主幹部材11に密着した状態で固定される。なお前板42に形成されている丸ホゾ44は必要不可欠なものではなく、丸ホゾ44が省略され、前板42に直接固定孔45が形成されることもある。
【0029】
また連結金物41と結合部材21は、固定ピン50によって一体化される。連結金物41の横板43には、固定ピン50を挿通させるため、上下に二組のピン孔47が形成されており、その上には、固定ピン50を受け止めるためのピン溝46が形成されている。さらに結合部材21の側面には、ピン溝46の下部およびピン孔47と同心となる位置に、上下に三個の横孔27が加工されている。このうち、一番上の横孔27にあらかじめ固定ピン50を打ち込んでおき、連結金物41の上方から結合部材21を下降させていくと、横板43が溝25に差し込まれていき、やがて打ち込み済みの固定ピン50がピン溝46で受け止められ、結合部材21が仮置きされた状態になる。その後、残りの横孔27に固定ピン50を打ち込むと、連結金物41を介して主幹部材11と結合部材21が一体化される。
【0030】
次に、主幹部材11の側面から補強軸31をねじ込んでいくと、両部材は連結金物41と補強軸31によって締結されるため、剛性が向上するほか、補強軸31の凸条32によって木材の経年変形を拘束できる。さらに連結金物41に作用する負荷が軽減して、ボルト48やナット49や固定ピン50の緩みを抑制できる。なお補強軸31をねじ込むため、主幹部材11と結合部材21に軸穴14、24を加工しているほか、連結金物41の前板42を収容するため、結合部材21の端面中央に段部26を加工している。
【0031】
図4は、図3に示す締結構造の施工途中の状態を示している。主幹部材11と結合部材21の境界に挟み込まれた連結金物41は、ボルト48とナット49によって主幹部材11と一体化しており、さらに、連結金物41の丸ホゾ44が主幹部材11のホゾ穴17に嵌まり込んで垂直荷重を伝達している。また固定ピン50によって連結金物41と結合部材21が一体化しており、連結金物41を介して両部材が密着している。この状態で主幹部材11の側面から補強軸31をねじ込んで、凸条32を所定の領域に配置すると両部材の締結が強化され、ボルト48やナット49や固定ピン50に作用する負荷が軽減される。
【0032】
図5は、結合部材21が斜方向に配置されている場合に、本発明を適用したときの形態例を示している。主幹部材11と結合部材21は、直角に配置されている必要はなく、本図のように結合部材21が下向きに傾斜していても何ら問題はなく、本発明は、屋根や軒先など傾斜して配置される部材の締結にも適用可能である。結合部材21が傾斜しているため、補強軸31をねじ込むための軸穴14、24は、この傾斜と同方向に加工してある。ただしネジ釘38やホゾパイプ36は、垂直荷重を伝達できるよう水平方向に配置され、ネジ穴12、22などは水平方向に加工してある。なお図1ではネジ釘38とホゾパイプ36を上下に二組使用しているが、本図では形状の制約から一組だけを使用しており、補強軸31が主体となって締結部の強度を確保している。
【0033】
図6は、補強軸31の詳細を示しており、図6(A)は大きさの概要で、図6(B)は凸条32の配置例である。補強軸31は、現地でのねじ込み作業を円滑に実施できるよう、図6(A)のように、凸条32の最大外径を20mm以下としている。ただし所定の強度を発揮できるよう、最低でも6mm程度は必要である。また凸条32は、図6(B)のように二つの領域に分割可能で、場合によっては三つ以上の領域に分割する場合もある。このような補強軸31を用いる場合、縦断面図のように、二つの領域に分割された凸条32のうち、一方の領域を主幹部材11の中に配置して、他方の領域を結合部材21の中に配置して、主幹部材11と結合部材21を一体化する。
【符号の説明】
【0034】
11 主幹部材
12 ネジ穴(主幹部材側)
13 パイプ穴(主幹部材側)
14 軸穴(主幹部材側)
15 ナット穴
16 中孔
17 ホゾ穴
21 結合部材
22 ネジ穴(結合部材側)
23 パイプ穴(結合部材側)
24 軸穴(結合部材側)
25 溝
26 段部
27 横孔
31 補強軸
32 凸条
36 ホゾパイプ(連結手段)
38 ネジ釘(連結手段)
41 連結金物(連結手段)
42 前板
43 横板
44 丸ホゾ
45 固定孔
46 ピン溝
47 ピン孔
48 ボルト
49 ナット
50 固定ピン
【技術分野】
【0001】
本発明は、木造建築物の骨格などに使用される棒状の部材の締結構造に関する。
【背景技術】
【0002】
住宅や物置小屋などの木造建築物の施工方法は、これまでに様々な技術が開発されているが、国内では、柱や梁などを組み上げて骨格を構築する軸組工法が広く普及している。軸組工法は、骨格の強度を確保するため、部材同士を強固に締結する必要があり、以前から部材の端面に仕口を加工するなどの対策が講じられているが、最近では仕口の代用として、各種の連結金物を用いることも多くなっている。この連結金物にプレカット技術を組み合わせることで、据え付け精度が向上するほか、現地での施工作業も簡素化され、優れた品質とコストダウンが実現している。
【0003】
最近では大断面の集成材の普及によって大規模な木造建築物の施工が容易になり、個人の住宅においても、柱の間隔を従来よりも延長できるようになり、大規模なインナーガレージなどが実現可能になってきた。このような大断面の集成材同士を締結する場合、従来の締結方法では十分な剛性を確保できないため、専用の連結金物を使用しており、本願発明者は、後記特許文献のような技術を開発している。この技術は、締結される二部材の両方にラグスクリューを埋め込んでおり、ラグスクリューの端面同士を接触させた上、双方をボルトで一体化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−127211号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前記特許文献のように、ラグスクリューを用いて部材同士を締結する構造は、曲げモーメントに対する剛性が高いほか、ラグスクリューが木材と強固に一体化しているため、木材の経年変形による強度の低下も発生しないなど、様々な利点がある。ただしラグスクリューは、その大きさから小断面の部材に埋め込むことが難しく、用途が門形フレームなどの部材に限定されている。またラグスクリューは、その大きさから製材段階で部材中に埋め込む必要があり、設計変更といった突発事態が発生した場合や、建物の改築工事などには、使用が難しいこともある。
【0006】
前記のように、様々な理由でラグスクリューの使用が難しい締結部においても、曲げモーメントに対する剛性を高くしたい場合や、木材の経年変形による強度の低下を防止したい場合がある。その際は、連結金物や釘の使用数を増やすといった単純な対策も可能だが、連結金物や釘は、木材の経年変形に対して万全の対策を講じることが難しい。また連結金物や釘の使用数を増やすことで、施工の際に時間や手間が増加する恐れもある。
【0007】
本発明はこうした実情を基に開発されたもので、様々な大きさの部材に適用可能で、しかも設計変更や改築工事などにも柔軟に対応でき、さらに木材の経年変形による強度の低下も抑制できる、部材の締結構造の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記の課題を解決するための請求項1記載の発明は、主幹部材の側面と結合部材の端面が接触する締結部に用いられ、主幹部材と結合部材は、連結手段によって一体化されており、前記連結手段とは別に、側周面に螺旋状の凸条を有しており且つ主幹部材と結合部材との境界を貫通するようにねじ込まれた補強軸を備えており、前記凸条は、主幹部材と結合部材の両方を跨ぐように配置されていることを特徴とする部材の締結構造である。
【0009】
本発明は、木造建築物の骨格として使用される柱や梁などの二部材を締結するために使用されるが、この二部材のうちの一方を主幹部材と称して、他方を結合部材と称するものとする。そして主幹部材の側面に結合部材の端面が接触することで、T字状またはL字状の締結部が構成される。また主幹部材と結合部材のいずれも、集成材を含む木質系であることを前提とする。なお主幹部材と結合部材は、原則として直交するように配置されるが、屋根を構成する箇所などでは、所定の交角を有するように配置される場合もある。
【0010】
連結手段は、主幹部材と結合部材を締結するためのもので、従来から普及している様々な技術をそのまま使用する。この連結手段によって、主幹部材の側面に結合部材の端面が密着して、両部材を引き離そうとする荷重やせん断荷重に対抗できるようになる。なお連結手段の例としては、平頭釘やボルト・ナットなどが挙げられる。
【0011】
補強軸は、主幹部材と結合部材との締結を一段と強固にするために使用され、ネジ釘と同様な形状のもので、側周面に凸条が螺旋状に形成されている。ただし本発明で用いる補強軸は、凸条の外径が最大でも20mm程度で、また凸条の高さ(突出長さ)は最低でも2mmは確保されており、汎用のネジ釘に比べて寸法が大きい。施工時は、主幹部材の側面から両部材の境界に向けて補強軸をねじ込んでいき、その先端が両部材の境界を通過して結合部材に到達することで、部材同士が強固に締結される。なお、補強軸の使用数やねじ込み位置については自在であり、荷重条件などに応じて最適な状態に配置することができる。
【0012】
補強軸のねじ込み作業を終えた状態で、凸条は主幹部材と結合部材の両方を跨ぐように配置されている必要がある。これによって、いずれか一方の部材に作用した荷重は、凸条を介して補強軸に伝達して、さらに凸条を介して他方の部材に伝達していくため、両部材の境界に隙間が生じることを防止できる。なお凸条を有効に機能させるため、補強軸が主幹部材を横断している区間については、その延長の半分以上の範囲で凸条が形成されている必要があり、さらに結合部材側についても、主幹部材側と同等もしくはそれ以上の範囲に凸条が形成されている必要がある。
【0013】
施工の際、主幹部材と結合部材との境界に隙間がある状態で補強軸をねじ込むと、以降、凸条の作用でその隙間が消滅することなく残存して、締結部の剛性が低下する恐れがある。したがって補強軸をねじ込む際は、連結手段によってあらかじめ両部材を密着させておく必要があり、しかも補強軸をねじ込む際の反力によって隙間が生じないよう、所定の強度を維持できる必要がある。本発明による補強軸は、通常のネジ釘よりも直径などが大きいため、事前に下穴を加工しておく必要があるが、それでもラグスクリューなどよりは小さく、持ち運び可能な小形ドリルを用いて現地で対応できる。
【0014】
このように螺旋状の凸条を有する補強軸を部材の中にねじ込むことで、汎用のラグスクリューなどと同様、補強軸と部材が広範囲に一体化するため、木材の経年変形の影響を受けることなく強度を維持できる。しかも両部材の境界を跨ぐように凸条を配置しているため、一方の荷重に作用した荷重は、速やかに他方の部材に伝達していき、締結部の剛性が維持される。
【0015】
請求項2記載の発明は、連結手段を限定するもので、連結手段は、主幹部材の側面からねじ込まれて結合部材に螺合するネジ釘と、主幹部材と結合部材との境界を跨ぐように埋め込まれたホゾパイプと、であることを特徴とする。ネジ釘は汎用品であり、主幹部材の側面から結合部材に向けてねじ込まれる。なおネジ釘は、先の補強軸とは異なり、ネジ山が形成されているのは先端部だけに限定されており、ねじ込みを終えた状態において、ネジ山の全域は結合部材の中に位置している必要がある。したがって、主幹部材の側面に接触するネジ釘の頭部と、結合部材と螺合するネジ山が引き合うことで、主幹部材と結合部材が一体化される。
【0016】
ホゾパイプは、主幹部材と結合部材との境界を跨ぐように埋め込まれる棒状のもので、結合部材に作用するせん断荷重を主幹部材に伝達する役割がある。したがってホゾパイプは、原則として水平方向に埋め込む必要がある。またホゾパイプの具体的な形状については限定されないが、円断面のものが最適である。なおホゾパイプの中に前記のネジ釘を通過させることもできるが、ネジ釘を通過させる必要がない場合、中実のものも使用できる。
【0017】
請求項3記載の発明も、連結手段を限定するもので、連結手段は、主幹部材と結合部材の境界に配置され、主幹部材の側面に接触する前板と、結合部材に形成された溝に差し込まれる横板と、で構成される連結金物であり、前記前板には、ボルト等を差し込むための固定孔を備え、前記横板には、結合部材に打ち込まれる固定ピンを挿通させるためのピン孔を有することを特徴とする。
【0018】
連結金物は、主幹部材と結合部材との境界に配置され、前板と横板で構成され、前板は、主幹部材の側面に接触してボルトなどで主幹部材と一体化される。また横板は、結合部材の端面から長手方向に加工された溝に差し込まれた上、結合部材と横板を貫通するように打ち込まれた固定ピンによって結合部材と一体化される。そのため前板には、ボルトなどを差し込むための固定孔が必要で、また横板には、固定ピンを挿通させるためのピン孔が必要である。なお連結金物の形状は、一枚の前板と一枚の横板をT字状に一体化したものや、一枚の前板の両側面から横板が延びるコの字状のものなど、自在に選択できる。ただしいずれの連結金物とも、主幹部材と結合部材を一体化して、せん断荷重を確実に伝達できる強度が必要である。
【発明の効果】
【0019】
請求項1記載の発明のように、主幹部材と結合部材を各種の連結手段で一体化した上、さらに両部材を貫通する補強軸を打ち込むことで、連結手段のほか、補強軸に形成された凸条を介して両部材が一体化される。そのため、両部材を引き離そうとする荷重が作用した場合、これに強固に対抗可能で、締結部の剛性を一段と向上できる。また補強軸の凸条は、両部材に跨ってねじ込まれているため、木材の経年変形に対抗して両部材の密着状態を維持でき、締結部の剛性を長期間維持できる。
【0020】
さらに補強軸の大きさや使用数を調整することで、大規模な骨格構造から、軒先を支える小断面の部材まで、幅広く対応可能で汎用性に優れている。また曲げモーメントに対して強固に対抗する必要がある場合には、部材の端部近傍に補強軸を集中的にねじ込むといった対策ができるなど、柔軟性も高い。そのほか補強軸は、従来のラグスクリューなどに比べて直径が小さいため、その下穴は、持ち運び可能な小形ドリルで加工でき、突発的な設計変更や改築工事にも問題なく対応できる。なお補強軸は、汎用の釘などよりも寸法が大きく、使用数を抑制しながら所定の強度を確保できる。
【0021】
請求項2記載の発明のように、連結手段としてホゾパイプとネジ釘を用いることで、せん断荷重を確実に伝達可能で、しかも施工作業も単純であり、さらに部品の入手も容易でコストを抑制できる。また請求項3記載の発明のように、連結手段として連結金物を用いることで、部材同士の締結作業が容易であり、しかも引張荷重やせん断荷重に対しても十分な強度を有しており、さらに補強軸を併用することで、曲げモーメントに対する剛性が一段と向上して木材の経年変形にも耐えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明による部材の締結構造の概要を示す斜視図と縦断面図である。
【図2】図1に示す締結構造の施工途中の状態を示す斜視図と縦断面図である。
【図3】連結手段として連結金物を使用した場合を示す斜視図である。
【図4】図3に示す締結構造の施工途中の状態を示す斜視図と縦断面図である。
【図5】結合部材が斜方向に配置されている場合に、本発明を適用したときの形態例を示す斜視図である。
【図6(A)(B)】補強軸の詳細を示しており、(A)は大きさの概要を表す側面図で、(B)は凸条の配置例を表す側面図と、その使用状態の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図1は、本発明による部材の締結構造の概要を示している。主幹部材11は直立しており、この上部の側面に結合部材21の端面が接触して、L字状の締結部が構成される。主幹部材11と結合部材21の締結には、ネジ釘38とホゾパイプ36と補強軸31が使用されており、そのうちホゾパイプ36は、金属製のパイプを所定の長さに切断したもので、上下に並んで二個が組み込まれており、結合部材21に作用する垂直荷重を主幹部材11に伝達している。なおホゾパイプ36を埋め込むため、主幹部材11と結合部材21の接触面を起点として両側にパイプ穴13、23を加工している。
【0024】
ネジ釘38は汎用品であり、先端部にのみネジ山が形成されており、主幹部材11の側面から結合部材21に向けて水平方向にねじ込まれる。なおネジ釘38のねじ込みが終わった状態では、縦断面図のように、ネジ山の全域は結合部材21の中に位置している。したがってネジ釘38を締め上げると、その頭部が主幹部材11を押圧して、主幹部材11と結合部材21の密着が維持される。このネジ釘38をねじ込むため、主幹部材11にはパイプ穴13と同心のネジ穴12を加工しており、結合部材21も同様にパイプ穴23の奥にネジ穴22を加工している。なお本図ではホゾパイプ36とネジ穴12、22が同心であるため、ホゾパイプ36の内径は縦断面図のように、ネジ釘38が余裕で通過できる大きさとしている。
【0025】
ネジ釘38のねじ込みを終えると、主幹部材11と結合部材21は一体化されるが、木材の経年変形によってネジ釘38の頭部が陥没していき、両部材の密着が維持できない恐れがある。またネジ釘38だけを用いた場合、その弾性変形によって曲げモーメントに対する剛性が低下する恐れがある。そこで本発明では、ネジ釘38とは別に補強軸31を使用して、これらの問題を解消している。補強軸31は、基本的にネジ釘38と同じものだが、ネジ山である凸条32をほぼ全域に形成しており、ねじ込みが終わった段階では、縦断面図のように凸条32が、主幹部材11と結合部材21の両方に食い込んでいる。したがって補強軸31は、主幹部材11と結合部材21の両方と強固に一体化しており、一方の部材に作用した荷重は速やかに他方の部材に伝達していく。また凸条32によって部材の経年変形が拘束され、強度の低下も発生しにくい。
【0026】
補強軸31をねじ込むため、主幹部材11と結合部材21には、下穴となる軸穴14、24をあらかじめ加工しておく。ただし補強軸31の凸条32の外径は、最大でも20mm程度であり、従来のラグスクリューに比べて小さい。したがって軸穴14、24は、持ち運び可能な小形ドリルで加工でき、必要に応じて現地で施工可能で柔軟性に優れている。なお補強軸31のねじ込み位置や使用数は自在であり、曲げモーメントに効率よく対抗するため、本図のように結合部材21の上下面の近傍に配置することもできる。そのほか、主幹部材11と結合部材21の姿勢は自在であり、主幹部材11が水平に敷設され、結合部材21が垂直に延びていても構わない。
【0027】
図2は、図1に示す締結構造の施工途中の状態を示している。本発明による補強軸31をねじ込む際、主幹部材11と結合部材21の境界に隙間があると、以降、凸条32によってその隙間が保持され、強度などに悪影響を与える。そこで本図のように、施工の際は、まずホゾパイプ36を埋め込み、次にネジ釘38をねじ込んで、主幹部材11と結合部材21を密着させた後、主幹部材11の側面から補強軸31をねじ込んでいく。
【0028】
図3は、連結手段として連結金物41を使用した場合を示している。連結金物41は、金属板をプレス加工によってコの字状に成形したもので、主幹部材11の側面に接触する前板42と、結合部材21の端面に加工された溝25に差し込まれる二枚の横板43と、で構成されている。前板42には、円筒状に突出する丸ホゾ44が上下に並んで二個形成されており、これが主幹部材11の側面に加工されたホゾ穴17に嵌まり込むことで、垂直荷重が伝達される。また連結金物41は、ボルト48およびナット49によって主幹部材11と一体化されるため、丸ホゾ44の中心にはボルト48を挿通するための固定孔45が形成されている。さらに主幹部材11には、ホゾ穴17と同心で中孔16とナット穴15が加工されている。図のように連結金物41の横板43の間からボルト48を差し込んでいき、ボルト48の頭部を丸ホゾ44の中に収容して、ボルト48の先端にナット49を螺合して締め上げると、連結金物41は主幹部材11に密着した状態で固定される。なお前板42に形成されている丸ホゾ44は必要不可欠なものではなく、丸ホゾ44が省略され、前板42に直接固定孔45が形成されることもある。
【0029】
また連結金物41と結合部材21は、固定ピン50によって一体化される。連結金物41の横板43には、固定ピン50を挿通させるため、上下に二組のピン孔47が形成されており、その上には、固定ピン50を受け止めるためのピン溝46が形成されている。さらに結合部材21の側面には、ピン溝46の下部およびピン孔47と同心となる位置に、上下に三個の横孔27が加工されている。このうち、一番上の横孔27にあらかじめ固定ピン50を打ち込んでおき、連結金物41の上方から結合部材21を下降させていくと、横板43が溝25に差し込まれていき、やがて打ち込み済みの固定ピン50がピン溝46で受け止められ、結合部材21が仮置きされた状態になる。その後、残りの横孔27に固定ピン50を打ち込むと、連結金物41を介して主幹部材11と結合部材21が一体化される。
【0030】
次に、主幹部材11の側面から補強軸31をねじ込んでいくと、両部材は連結金物41と補強軸31によって締結されるため、剛性が向上するほか、補強軸31の凸条32によって木材の経年変形を拘束できる。さらに連結金物41に作用する負荷が軽減して、ボルト48やナット49や固定ピン50の緩みを抑制できる。なお補強軸31をねじ込むため、主幹部材11と結合部材21に軸穴14、24を加工しているほか、連結金物41の前板42を収容するため、結合部材21の端面中央に段部26を加工している。
【0031】
図4は、図3に示す締結構造の施工途中の状態を示している。主幹部材11と結合部材21の境界に挟み込まれた連結金物41は、ボルト48とナット49によって主幹部材11と一体化しており、さらに、連結金物41の丸ホゾ44が主幹部材11のホゾ穴17に嵌まり込んで垂直荷重を伝達している。また固定ピン50によって連結金物41と結合部材21が一体化しており、連結金物41を介して両部材が密着している。この状態で主幹部材11の側面から補強軸31をねじ込んで、凸条32を所定の領域に配置すると両部材の締結が強化され、ボルト48やナット49や固定ピン50に作用する負荷が軽減される。
【0032】
図5は、結合部材21が斜方向に配置されている場合に、本発明を適用したときの形態例を示している。主幹部材11と結合部材21は、直角に配置されている必要はなく、本図のように結合部材21が下向きに傾斜していても何ら問題はなく、本発明は、屋根や軒先など傾斜して配置される部材の締結にも適用可能である。結合部材21が傾斜しているため、補強軸31をねじ込むための軸穴14、24は、この傾斜と同方向に加工してある。ただしネジ釘38やホゾパイプ36は、垂直荷重を伝達できるよう水平方向に配置され、ネジ穴12、22などは水平方向に加工してある。なお図1ではネジ釘38とホゾパイプ36を上下に二組使用しているが、本図では形状の制約から一組だけを使用しており、補強軸31が主体となって締結部の強度を確保している。
【0033】
図6は、補強軸31の詳細を示しており、図6(A)は大きさの概要で、図6(B)は凸条32の配置例である。補強軸31は、現地でのねじ込み作業を円滑に実施できるよう、図6(A)のように、凸条32の最大外径を20mm以下としている。ただし所定の強度を発揮できるよう、最低でも6mm程度は必要である。また凸条32は、図6(B)のように二つの領域に分割可能で、場合によっては三つ以上の領域に分割する場合もある。このような補強軸31を用いる場合、縦断面図のように、二つの領域に分割された凸条32のうち、一方の領域を主幹部材11の中に配置して、他方の領域を結合部材21の中に配置して、主幹部材11と結合部材21を一体化する。
【符号の説明】
【0034】
11 主幹部材
12 ネジ穴(主幹部材側)
13 パイプ穴(主幹部材側)
14 軸穴(主幹部材側)
15 ナット穴
16 中孔
17 ホゾ穴
21 結合部材
22 ネジ穴(結合部材側)
23 パイプ穴(結合部材側)
24 軸穴(結合部材側)
25 溝
26 段部
27 横孔
31 補強軸
32 凸条
36 ホゾパイプ(連結手段)
38 ネジ釘(連結手段)
41 連結金物(連結手段)
42 前板
43 横板
44 丸ホゾ
45 固定孔
46 ピン溝
47 ピン孔
48 ボルト
49 ナット
50 固定ピン
【特許請求の範囲】
【請求項1】
主幹部材(11)の側面と結合部材(21)の端面が接触する締結部に用いられ、主幹部材(11)と結合部材(21)は、連結手段によって一体化されており、
前記連結手段とは別に、側周面に螺旋状の凸条(32)を有しており且つ主幹部材(11)と結合部材(21)との境界を貫通するようにねじ込まれた補強軸(31)を備えており、
前記凸条(32)は、主幹部材(11)と結合部材(21)の両方を跨ぐように配置されていることを特徴とする部材の締結構造。
【請求項2】
前記連結手段は、主幹部材(11)の側面からねじ込まれて結合部材(21)に螺合するネジ釘(38)と、主幹部材(11)と結合部材(21)との境界を跨ぐように埋め込まれたホゾパイプ(36)と、であることを特徴とする請求項1記載の部材の締結構造。
【請求項3】
前記連結手段は、主幹部材(11)と結合部材(21)との境界に配置され、主幹部材(11)の側面に接触する前板(42)と、結合部材(21)に形成された溝(25)に差し込まれる横板(43)と、で構成される連結金物(41)であり、前記前板(42)には、ボルト(48)等を差し込むための固定孔(45)を備え、前記横板(43)には、結合部材(21)に打ち込まれる固定ピン(50)を挿通させるためのピン孔(47)を有することを特徴とする請求項1記載の部材の締結構造。
【請求項1】
主幹部材(11)の側面と結合部材(21)の端面が接触する締結部に用いられ、主幹部材(11)と結合部材(21)は、連結手段によって一体化されており、
前記連結手段とは別に、側周面に螺旋状の凸条(32)を有しており且つ主幹部材(11)と結合部材(21)との境界を貫通するようにねじ込まれた補強軸(31)を備えており、
前記凸条(32)は、主幹部材(11)と結合部材(21)の両方を跨ぐように配置されていることを特徴とする部材の締結構造。
【請求項2】
前記連結手段は、主幹部材(11)の側面からねじ込まれて結合部材(21)に螺合するネジ釘(38)と、主幹部材(11)と結合部材(21)との境界を跨ぐように埋め込まれたホゾパイプ(36)と、であることを特徴とする請求項1記載の部材の締結構造。
【請求項3】
前記連結手段は、主幹部材(11)と結合部材(21)との境界に配置され、主幹部材(11)の側面に接触する前板(42)と、結合部材(21)に形成された溝(25)に差し込まれる横板(43)と、で構成される連結金物(41)であり、前記前板(42)には、ボルト(48)等を差し込むための固定孔(45)を備え、前記横板(43)には、結合部材(21)に打ち込まれる固定ピン(50)を挿通させるためのピン孔(47)を有することを特徴とする請求項1記載の部材の締結構造。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6(A)(B)】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6(A)(B)】
【公開番号】特開2011−32824(P2011−32824A)
【公開日】平成23年2月17日(2011.2.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−182653(P2009−182653)
【出願日】平成21年8月5日(2009.8.5)
【出願人】(501138161)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年2月17日(2011.2.17)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年8月5日(2009.8.5)
【出願人】(501138161)
【Fターム(参考)】
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