JP2006045837A - 角材組合わせ構造材 - Google Patents

Abstract

【課題】 重ね合わせ面における剪断耐力の格段の向上が図られた角材組合わせ構造材を得て、小断面低品質材等の利用の途を拡大できるようにすること。
【解決手段】 角材２は芯持ち材であり、その年輪を横切る方向に延びて重ね合わせ角材を固縛する締結ねじ４のための取付孔２ａ，２ｂが形成される。重ね合わせ面には角材の長手方向に直交して延びる半円形溝６が形成され、これを対面させることにより生じる円筒孔７に、その直径より大きい径を有するメタルピン５が嵌着される。重ね合わせ面を密着させたときメタルピン５が木面表層を圧縮し、円筒孔７の周縁に緻密層が形成される。剪断耐力の増強に付随して締結ねじの緩み止め作用も高まり、強固で等質な角材組合わせ構造材を実現する。
【選択図】 図１

Description

本発明は角材組合わせ構造材に係り、詳しくは、間伐材等から得られた角材をねじ締結により一体化させ、剪断耐力の高い柱・梁等の構造材として機能させることができるようにした角材組合わせ木造構造材に関するものである。

木材の有効利用を図る手段として、例えば実開平３−１０５６２２号公報にも記載されているように、繊維方向を合わせて板材を平行に組み合わせ、接着剤により積層一体化させた組合わせ材が知られている。このようにして作られる集成材は任意の大きさを持った断面を与えられることや、所望する長さとなるように順次重ね合わすことができ、所望した寸法を得るには極めて都合がよい木製建材となる。そして、ほぼ等質な部材としておくことも容易である利点がある。

その各板材は、合成樹脂系の接着剤を用いて一体化されることが通常である。そのため風雨に曝される屋外での使用には耐久性の面で難があるが、加えて、接着剤が木面全体に馴染んでいるかは外部から判別しがたいこと、通常節の少ない高品質の板を用いるために原木に対する歩留りが低くなること、大きい断面を形成させるには多数枚の板が必要となって却って割高となることなどの点で問題を抱える。

例えば梁として使用した場合、重ね合わせ面に作用する剪断力は塗布されている接着剤にも及ぶが、接着力を面内均一に発揮させることができるようにするのは容易でない。すなわち、挟圧して面着させるとはいえ、重ね合わせ面における木目の粗密や表面粗度に違いがあり、接着層が不均厚となりがちであるからである。従って、合わせ面での接着効果の均質性を得ようとすれば、素材選定にも配慮を払わなければならなくなる。

ところで、高強度構造材を組合わせ品によって得ようとする場合、例えば実開平１−９２４１２号公報にも記載されているように、長いボルトを使用して固縛することがある。この例は、上段と下段の角材にそれぞれねじ棒を長手方向に縦通させ、端面に密着させた剛板から出たねじ端にナットを掛けて全段の角材を挟み、中段の角材は剛板側から差し込んだ小ねじで止めておくという構成をとっている。

このように多段に重ね合わされた角材を長尺なねじ棒で一体化させる方法として、図１５の（ａ）に示すような締結法が採られることもある。これは、積み重ねられた角材に対して上下方向からねじ棒を挿通させるものであるが、この場合、重ね合わせ面にジベル２１（左端部に表した拡大図も参照）が設置され、これを挟むようにした角材２２，２２が長い貫通ボルト２３で固縛される。

貫通ボルトの下端にナット２４が掛けられ、重ね合わせた角材を上下方向の圧縮力で一体化し、合わせ面のジベル２１で角材のずれを阻止する。ジベルには爪２１ａ，２１ａが上下に突設されており、貫通ボルト２３による固縛前に重ね合わせた角材を図示しない油圧ジャッキ等で挟んで爪を木面に噛み込ませておき、このジベルと貫通ボルトによって角材がいずれの方向へもずれないようにされる。

この重ね合わせ材を例えば梁として使用する場合、図１４に示すように、角材２２の長手方向に幾つものジベル２１や貫通ボルト２３が配置される。通常端部に近づくほど貫通ボルトやジベルのピッチは小さく、支持部近傍での剪断力に対する強化のため固縛の増強が図られる。この場合、貫通ボルトの頭部やナットがめり込むのを防止するために木造用ワッシャ２５（図１５の（ａ）も参照）が用いられる。これは金属材を対象とした場合よりも座面が広く与えられ、木面に作用する応力の軽減が図られている。

このワッシャは角材の表面に設置されることが多く、従ってボルト頭部やナットが外部に現れる。これは美観や見栄えを損なうだけでなく、構造材の上下面の平面性や平滑性が失われ、また建てつけ上も収まりが悪くなることがある。もちろん爾後的な面出し作業もやり難く、これが重ね合わせ材の使用の途を致命的に狭めている。

これを解消するために、図１５の（ｂ）に示すように、ワッシャが入る程度の大きさの孔２６が上下面に座掘りされる。上方側では頭部２３ａとワッシャ２５とを、下方側ではナット２４やワッシャ２５とねじ部先端２３ｂを収納できるようにしておく。この例に類する構成が、特開２００２−１４６９１８号公報にも開示されている。

しかし、このような処置を採ると、梁すなわち曲げ材として使用した場合に最も大きな応力の作用する位置の上下端部に、重ね梁としての耐久性を低下させる断面欠損部が残されることになる。その影響を抑えようとして大断面化すれば、断面欠損のない部分では過大断面となって無駄が生じる。

ところで、ジベルは例えば１２０ｍｍの角材に対しては６ｃｍ径、１０ｍｍ高さ程度のリング状である。これは重ね合わせ材に曲げが作用して変形しようとしたときそれに追従して変形するものでないから、このジベルが却って梁の変形を阻害する。もしくは、ジベルの爪が曲げ変形を受ける角材との間で噛みこみ孔を拡げるように挙動する。これでは梁としての部材の一体性が損なわれたり、ジベルによるずれ止め作用が経時的に低下することになる。このようなことを考慮すると、設計上はその断面二次モーメントや断面係数の評価を、一本ものの角材に比較して精々６０ないし７０％に留めざるを得なくなる。

上記した貫通ボルトを使用しない例として、長いねじ部を持ったラグスクリューを使用する提案が、実用新案登録第３０２１６１８号公報においてなされている。そして、頭部を埋没させ、隠し釘として機能させることができることも開示されている。これは木材に噛みこんでいく主ねじと、これとは別にそのねじ部と頭部との間に別ピッチの副ねじを形成させたものとなっている。先端の主ねじ部による下側の角材に対する螺進を利用して、頭部に近い側の副ねじで上側の角材の締めあげを図ったり、逆回転操作時の抜け出しの円滑を促そうとの意図によるものである。

しかし、長いねじを持ったラグスクリューとはいっても、ピッチや径の異なる副ねじを備えるために、主ねじが木側に形成させた螺旋孔を副ねじで耕してしまうことになる。これでは、二種のねじが通過した箇所でのねじ締結力は減殺される傾向にあって、構造材としたい角材の重ね合わせ締結に相応しいとは言い難い。

また、頭部を埋没させて側面からはラグスクリューが見えなくする配慮も払われるが、頭下は正三角形に近いテーパが与えられ、螺進力が大きくなると木面下にめり込み、却って頭部によるねじ込み反力の受け持ち力を低下させてしまう。その頭部の径が小さいために、ドライバーを噛ませる程度の小さな回し溝しか形成させることができず、加えることができる締結トルクもかなり制約されたものとなる。

次に、木材を重ね合わせて接着する場合の問題を考える。接着性能を左右するのは接着面の木肌の性状である。木面には木目があり、これが僅かといえ表面に凹凸を与える。また、硬軟質が混成した状態も生じさせる。従って接着剤塗布面を密着させるためには大きな加圧力が必要となり、作業が容易でない。

もちろん薄い塗膜が連続して存在すればよいが、個々の木目の交差は塗着層を分断して空膜部を生じさせる。塗膜の不連続は、面着力の低下、すなわち一塗膜内での引張耐力や剪断耐力のばらつきを発生させる。さらには、木材の呼吸により侵入する空気の遮断がなされず、流通する外気との接触で接着剤の劣化も惹起され、長期にわたる均一かつ安定した面着性能を期待し難くなる。
実開平３−１０５６２２号公報 実開平１−９２４１２号公報 特開２００２−１４６９１８号公報 実用新案登録第３０２１６１８号公報

本発明は上記した問題に鑑みなされたもので、その目的は、重ね合わせた角材をねじ締結して得られる組合わせ構造材の重ね合わせ面での剪断耐力の格段の向上を図ること、これによって小断面角材の大断面化を可能にし、間伐材などの消費の途を拡大すると共に、低品質材からも高品質な柱梁材が得られるようにすること、締結ねじの押圧面を広く確保できるようにして大きなトルクを与えやすくしつつ構造材の断面欠損を可及的に少なくできること、剪断耐力の増強効果に付随して締結ねじの緩み止め作用も高められること等が実現できる角材組合わせ構造材を提供することである。

本発明は、重ね合わされた角材をねじ締結して一体化した角材組合わせ構造材に適用される。その特徴とするところは、図１を参照して、角材２は芯持ち材であり、その年輪を横切る方向に延びて重ね合わせ角材を固縛する締結ねじ４のための取付孔２ａ，２ｂが形成される。重ね合わせ面には角材の長手方向に直交して延びる半円形溝６が形成され、これを対面させることにより生じる円筒孔７に、その直径より大きい径を有するメタルピン５が嵌着される。重ね合わせ面を密着させたときメタルピン５が木面表層を圧縮し、円筒孔７の周縁に緻密層６ｓ（図７の（ｂ）を参照）が形成されることである。

なお、メタルピンは中空体としておいてもよい。また、締結ねじの取付位置の重ね合わせ面にはジベル１を配置しておくこともできる。

円筒孔７は、一方の側のみが開口する有底孔７Ａ（図３の（ａ）を参照）であってもよい。さらには、メタルピンを円筒孔の孔長より短くしておき、円筒孔の開口に埋木１２（図３の（ｃ）等を参照）を施すようにする。

締結ねじは、図４の（ａ）に示すように、頭部側の角材２Ａを挿通した後に軸端側の角材２Ｃに設けたねじ用下孔２ｂを螺進するラグスクリュー４としておくとよい。その頭部４ｈは軸径の３ないし５倍を超える直径の平面視円形とし、その中心にレンチ用六角孔４ｄを形成しておく。そして、頭部４ｈが没入着座する角材表面に形成された座掘部２ｃの直径は、頭部周囲に残隙を生じさせない大きさとする。

図１３に示すように、ラグスクリュー４の頭部を覆って角材２の長手方向に延びるメタルプレート１４を貼着しておいてもよい。

本発明によれば、重ね合わせ面に形成された半円形溝を対面させると生じる円筒孔に、それより径の大きいメタルピンを嵌着させるようにしたので、重ね合わせ面を密着させたときメタルピンによって孔面表層が圧縮され、円筒孔周縁に緻密層が形成される。角材組合わせ構造材を梁として採用した場合に重ね合わせ面に作用する剪断力がメタルピンに及んでも、緻密化して抵抗力を強めた孔周縁に保持されて不動状態にあるメタルピンが対面する角材のずれを阻止する。重ね合わせ面での剪断耐力が増強されれば、小断面角材を使用して容易に大断面構造材を得ることができるようになる。

締結ねじは年輪を横切る方向に延びて芯持ち角材を固縛するので角材の変形は可及的に少なく、その際、重ね合わせ面に位置するメタルピンからの反力は大きく得られ、ねじの緩みが生じにくくなる。円筒孔周縁の緻密化で重ね合わせ材の剪断耐力は増強され、接着剤を使用したときのように劣化するおそれはほとんどなく、屋外用構造材とした場合も高い信頼性が得られる。

メタルピンは中実材でもよいが、パイプ等を使用すれば、電力供給線、ＬＡＮ等の通信回線といったものを通すことができる。

重ね合わせ面にジベルを配置すれば剪断耐力はさらに向上するが、締結ねじの取付位置に配置するなら、ねじの締結力によってずれの極めて少なくなっている拘束強化部分に噛み込むジベルにより、重ね合わせ面のずれ阻止効果がますます増強され、組合わせ角材の剪断耐力は飛躍的に増大する。

円筒孔を一方の側のみ開口させた有底孔とするなら、一方の側ではメタルピンの存在を気づかせないようにしておくことができる。また、孔長より短いメタルピンを使用して開口に埋木するなどすれば、見栄えが改善される。

締結ねじをラグスクリューとすれば、頭部側の角材を挿通した後に軸端側の角材に設けたねじ用下孔を螺進させ、組合わせ角材に没入させたスマートな外観を呈する構造材とすることができる。

軸径の３ないし５倍を超える直径の頭部の広いラグスクリューで重ね合わされた角材を固縛し、角材表面に頭部周囲との間に残隙を生じさせない大きさの座掘部を形成しておけば、重ね合わせ角材には強力なねじ締結力を及ぼすことができ、また、構造材の上下面に断面欠損を残すこともなくなり、最小サイズの角材によって所望する強度を発揮する高強度構造材を得ることが容易となる。

ラグスクリューの頭部を覆うようにして角材の長手方向にメタルプレートを貼着しておけば、それが角材に比べて薄いものであっても、プレート断面積の数十倍の断面積を有する木質部材を、組合わせ構造材に付加したのと同等の効果を与える。

以下に、本発明に係る角材組合わせ構造材を、その実施の形態を表した図面に基づいて詳細に説明する。図４の（ａ）は、ジベル１を挟んで重ね合わされた角材２，２をねじ締結することにより、組合わせ角材を一体化させた構造材３の断面を示す。これは角材が三段重ねされた例となっている。

その角材２，２は例えば１２０ないし３００ミリメートル角のいずれでも同一寸法であればよく、廃材扱いされることの多い間伐材もおおいに利用することができる。本発明においては、角材組合わせ体を柱・梁などの構造材として使用できるようにすることを目的としているので、図のような芯持ち材が使用される。なお、間伐材は細くて長いものが比較的多く、このような角材を得るには却って都合がよい。

この角材組合わせ構造材３を得るためのねじ締結に、図４の（ｂ）の左側に示したような軸長の大きいラグスクリュー４が使用される。これは軸端側にねじ部４ｓが形成され、頭部４ｈとねじ部４ｓとの間は円形断面の軸部４ａとなっている。従って、（ｃ）に示すように、重ねられるうちの頭部側の角材２Ａ，２Ｂには軸部の円滑な挿入を図る挿通孔２ａが形成され、先端側の角材２Ｃにはねじ部の谷径以下の直径を持ったねじ用下孔２ｂが設けられる。このようにしておけば、ラグスクリュー４は年輪を横切る方向に簡単に挿通され、ひび割れを起こさせることなく下端の角材２Ｃに至り、そこで回転が加えられるとねじ用下孔２ｂを螺進する。このラグスクリューは組合わせ角材に没入させることができるので、スマートな外観を呈する構造材を与える。

ラグスクリュー４による角材２Ａ〜２Ｃに対する固縛力を増強させるため、ラグスクリューの頭部４ｈは、通常の木ねじの場合のような２倍程度ではなく、鍔状に広がり座面の直径が軸部４ａの径の３ないし５倍を超える広さの平面視円形とされる。この頭部４ｈは円板状でもよいし、（ｂ）の中央および右側に表したように頭下を円錐形にしたものであってもよい。いずれにしても広い座面を与えまたラグスクリュー４の回転も阻害しない形状の頭部４ｈとなっていればよい。

この頭部４ｈには、その中心にレンチ用六角孔４ｄが形成される。一方、その頭部４ｈが着座する角材表面に形成される座掘部２ｃの直径は、頭部周囲との間に残隙を生じさせない大きさに形成される。すなわち座掘部２ｃの径は頭部４ｈと同じかそれよりやや小さくされ、その凹みの深さも頭部４ｈの厚みと同じか僅かに浅くされる。座掘部２ｃの径が頭部４ｈより少し小さければ、ラグスクリューの螺進につれて頭部が木地に対してギリギリのめり込みで座掘部に着座する。これによって、固縛用機能部品の存在に基因する断面欠損を角材表面から排除しておくことができる。

このように頭部の上面を広くすれば軸部との間に形成される首部も、上で述べた円錐状にするなど厚くしておくことができる。ひいては、頭部に刻設される六角孔４ｄも大きくすることが可能となり、結局ラグスクリューの回転操作が容易で、また大きな締付けトルクも楽に与えることができる。このように円形頭部４ｈの大径化は、ワッシャの排除、ねじ込み力の増強、回転操作の円滑化、断面欠損の回避といったように、木材を集成固縛するうえで極めて好都合なものとなる。それゆえ、最小サイズの角材によって所望する強度を発揮する高強度構造材を得ることが容易となる。

図２は固縛前の状態を示す斜視図であり、これから分かるように、爪付きのジベル１が取付孔２ａ，２ｂの位置する重ね合わせ面に配置される。このジベルの噛み込みによるずれ抑止作用は従来技術のところで述べたとおりであるが、ラグスクリューとジベルとの配置関係をこのようにしておけば、ラグスクリューのねじ締結作用による大きな押圧力をジベルに対して直接及ぼすことができて都合がよい。構造材が例えば梁として使用され曲げ変形を受ける場合でも、ジベルに作用する重ね合わせ面における剪断力を軽減させることができ、ジベルの木地噛み込み状態の安定が図られる。

ラグスクリュー４は上記した構成とされるが、それに加えてメタルピンも介装され、固縛の増強が企図される。これは図１に描かれたメタルピン５から想像されるように、重ね合わされた角材２Ａ，２Ｂ，２Ｃの長手方向ずれを阻止しようとするものである。この場合、接着剤等を塗布して一体化させる手法とは異なり、メタルピン周囲の木質を自動的に強化してメタルピンの保持能力を高め、不動状態に置かれるメタルピンによる剪断耐力の向上を図る。

すなわち、接着剤は粘着性化学物質の硬化性質を利用して重ね合わせ面を拘束するものであるが、その合わせ面の木質に特に影響を及ぼすものでない。接着剤の劣化は木質とは関係なく進むから、木質部の老朽化よりも早い場合には、接着面での異変に気づかないことが多くなる。本発明に係るメタルピンは木材よりはるかに耐久性の高いものであることは言うまでもないが、そのメタルピンの存在で影響を受ける部分の木質は木材としての性質を残したまま機械的性質の強化が図られるので、構造材としての保守や点検は外見からの判断に委ねることもできる。

メタルピン５は、図１のごとく、重ね合わせ面においてラグスクリューの位置しない部位で角材の長手方向に対して直交するように介装される。そのピンは角材よりも硬いことが要求されるので、スチール材やアルミ材といった金属材である。ちなみに、木製ピンは極めて特殊な材料を除いて後述する接触面改質能力を有するほど硬質のものが少なく、従って通常は金属品を採用しておけば十分である。

梁に分布荷重が作用するなどして曲げが生じたとき、梁断面には中立軸から上下それぞれの外皮に向うにつれて大きくなる曲げ応力が発生するが、その曲げ応力は重ね合わせ面においては重ね合わされた角材を長手方向にずらせようとする剪断力として働く。この剪断力に対抗しまた伝達するためのメタルピン５を収容するため、図２に示すように、重ね合わせ面には角材２の長手方向に直交して延びる半円形溝６が形成される。

この半円形溝６は重ね合わせ面において対面することにより円筒孔７を形成するが、図３の（ａ）の上側の重ね合わせ面に示すように角材２の全幅にわたって形成されたり、下側の重ね合わせ面のように、一方の側を閉止した有底孔７Ａとされたりする。後者は、メタルピンの存在を気づかせないようにするためである。いずれにしても重ね合わせ面に作用する剪断力に対して分担するに相応しい長さのメタルピン５が、（ｂ）から（ｅ）のいずれかの形態で介装される。

半円形溝６によって形成される円筒孔７は、その直径がメタルピン５より小さく与えられる。後述するごとくメタルピンを一方の半円形溝６に嵌着させ、重ね合わせ面を密着させたとき、メタルピン５が径の大きい分だけ孔面周囲の木層を排除しようとする。すなわち、木面表層は圧縮され、円筒孔周縁に緻密層が形成されることになる。

ちなみに、円筒孔の径がメタルピンと同一に与えられている場合の挙動を、図５を参照して述べる。（ａ）のように下側の角材２Ｂの半円形溝６Ｎにメタルピン５を嵌め、上側の角材２Ａを被せる。径が同じであるから（ｂ）のように半円形溝６Ｍにおいても隙間が生じることなく重ね合わされる。いま、重ね合わせ面に（ｃ）に表した剪断力ｆ_s が作用したとすると、メタルピン５が角材２との間で力を及ぼしあう面が上半部と下半部それぞれにおいて一方の側に生じる。

メタルピン５が円筒孔壁を押し潰すほどに剪断力が大きければ、すなわち角材が相互に反対方向にずれようとすると、メタルピンは位置を保持しようとして孔壁層の一部を排除する。すなわち斜線を施した部分６ｐ、これは拡大して（ｄ）に示されるが、圧潰されて消失し、その背後の表層が緻密化する。これによって、半円形溝の片側面に木質が硬化した部分６ｑが形成される。

（ｅ）は圧潰部分６ｐを除いて表したもので、その機械的性質が向上した緻密層６ｑが形成されているものの、半円形溝６Ｍ，６Ｎは長手方向に歪むと共に対面位置がずれたようになる。この緻密層が形成された後は、緻密層６ｑに阻まれてメタルピン５が角材２のずれを阻止する。すなわち、メタルピンによる剪断耐力は圧潰工程を経た後に発揮されることになるから、圧潰分だけ初期変形を許容した構造材となる。

静荷重が働いているとして述べたが、地震等により動的な荷重もしくは繰り返し荷重を受けて（ｃ）とは左右逆の現象も生じることになれば、円筒孔７はメタルピン５を包含する長円孔となる。重ね合わせ面におけるメタルピンの保持機能は極端に低下する結果、メタルピンを介装させた意義が著しく薄れてしまう。

本発明においては、上記したごとく、メタルピン５の直径を半円形溝６によって形成される円筒孔７のそれより大きくされる。例えば２８ミリメートル直径の孔に対して３０ミリメートル径のメタルピンが適用され、それを半円形溝に押し込んだだけで周囲に約１ミリメートル深さの緻密層が得られることになる。

図６の（ａ）に示すように、メタルピン５は下の角材２Ｂの半円形溝６Ｂにも、上の角材２Ａの半円形溝６Ａにも嵌まらない。（ｂ）のように、メタルピン５が半円形溝６Ａ，６Ｂの底に接触するまで上下方向の荷重を掛けると、各半円形溝が押し拡げられる。圧潰部分６ｐはメタルピンの左右に生じ、その表層部６ｑが緻密化される。（ｃ）のように角材２Ａ，２Ｂが重ね合わせ面で一致するまで押圧されると、半円形溝の底部に表面の後退が余儀なくされる（圧潰部分６ｒを参照）。その際、先に圧潰された部分６ｑにもさらに圧縮変形が上乗せされ、結局は（ｄ）に示したように、リング状の緻密層６ｓが形成される。この様子は、図７にも拡大して示される。

その緻密層６ｓは組合わせ構造材を製作した時点で形成されることになるので、梁として使用した結果生じた剪断力による角材のずれは、緻密層６ｓによってバックアップされたメタルピン５で阻止される。すなわち、剪断力が作用した時点でそれに対抗する力を直ちに発生させることになるので、構造材としての変形は極めて少なくなる。角材組合わせ構造材を梁や柱として使用した場合、重ね合わせ面に作用する剪断力がメタルピンに及んでも、緻密化して抵抗力を強めた孔周縁に保持されて不動状態にあるメタルピンが対面する角材の一体性を保持する。このような重ね合わせ面での剪断耐力増強効果は、小断面角材を使用しての大断面構造材の製作を可能にする。

ところで、ジベルは平面形が円であってもよいが、図１の右下部に示したように、角材の長手方向に沿って長くなっている長円形材１Ａまたは菱形材１Ｂ，１Ｃとしておくと都合がよい。重ね合わせ面で角材の僅かなずれがあっても、円形ジベルに比べれば、爪の多くの部分はほぼ長手方向に沿った配列となるので、剪断力を受けて曲がりやすい長手方向に対して大きな交差角度をとる爪が少なくなるからである。

ジベルは重ね合わせ面に配置すればその効果は無視し得ないが、図４の（ａ）に示したように、ラグスクリュー４の取付位置に配置されれば、ラグスクリューの締結力によってずれの少なくなっている拘束強化部分にジベル１が噛み込むことになり、重ね合わせ面のずれ阻止作用を効果的に増強させることができる。

メタルピンによる剪断耐力の強化は、ジベルの存在とあいまって、重ね合わせ面における剪断耐力は加算的に増大する。森林蘇生のために大量に切り出される間伐材等を使用しても、機械強度的には大断面高級単一材とほとんどひけをとらない構造材とすることができ、すなわち、低品質材からも高品質な柱梁材が得られるようになって間伐材等の使用の途が大きく拡がる。森林荒廃の解決、洪水治水対策への貢献、地域産業の振興、木質建材の高騰抑制等の社会問題の解決に大きく寄与するものとなる。

上記したごとく、組合わせ角材を締結するラグスクリューは年輪を横切る方向に延びて芯持ち材を固縛するので角材の変形が可及的に少なくなり、重ね合わせ面に位置する半円形溝の径より大きい径のメタルピンから大きい反力が得られ、剪断耐力の増強効果に付随して締結ねじの緩み止め作用も高く発揮される。円筒孔周縁の緻密化で組合わせ角材の剪断耐力は増強され、接着剤を使用したときのような劣化のおそれは極めて低く、屋外用構造材とした場合も高い信頼性が発揮される。

図８には、角材２にラグスクリューの軸部を挿通させる取付孔２ａのみならず、重ね合わせ面に半円形溝６、すなわち重ね合わせ面に中心を置く円筒孔７を形成させる様子が表されている。押圧パッド８で重ね合わせた角材が保持され、図示しない油圧ジャッキ等によって挟圧された状態で、ドリル９，１０などにより穿孔される。

穿孔作業の後は図２のように角材２Ａ，２Ｂ，２Ｃを離隔させ、ジベル１とメタルピン５を所定の位置に配し、再度図８の挟圧状態にすると共にラグスクリュー４がねじ込まれる。メタルピン５は、図１のように円筒孔７に締まり嵌め状態となる。油圧ジャッキによる固縛を解いてもラグスクリューによって角材の緊密な重ね合わせが保持され、メタルピンが木面表層を圧縮して円筒孔周縁に緻密層を備えた角材組合わせ構造材３となる。その後、木肌の手直し、断面寸法の修正や変更といった処置が適宜施される。

なお、ラグスクリューの頭部が位置する側の木面に何らかの処置を爾後的に加える予定がある場合、図９の（ａ）のように座掘部２ｃを少し深くし、埋木１１を施すなどしておけば、ラグスクリュー４の頭部４ｈは手直しなどの邪魔にならず、また断面欠損を生じさせることもない。

角材に対しては個別の穿孔でないので穿孔位置を厳格に与える必要がなく、油圧ジャッキを工事現場に持ち込めば、後はポータブルドリルで処理することができる。切り出された間伐材を製材所で角材にひいて直接サイトに搬入すればよく、輸送時の荷姿や道路事情によって制約を受けることがある工場生産品よりは格安に入手でき、安価に加工できる。地元の山から出る未利用材を、地元の建築物構築のために消費できる点でも極めて都合がよい。

なお、構造材を梁として使用した場合、重ね合わせ面に生じる剪断力が大きくなるのは両端部である。図１０は左右方向の長さが上下方向のそれよりも比率的に小さく表されているが、ラグスクリューの配置間隔は中央よりも端部で狭い。メタルピンも端部に集められる。図に表されていないが、メタルピンがラグスクリュー間に複数配置されることもある。いずれにしても、メタルピンの直径と半円形溝のそれとの差やメタルピンの長さをどの程度にするかは、角材の材質、構造材として使用されたときに想定される荷重の程度を勘案して決定される。

ところで、メタルピンを中空体とすることもできる。例えば外径３０ミリメートル、内径が１０ないし１５ミリメートル程度のパイプを採用すれば、電力供給線、ＬＡＮ等の通信回線といったものを通すことができ、壁に孔をあけるようなことを回避できる。なお、中実材としている場合には、図３の（ｃ）ないし（ｅ）に示すように角材幅より短いメタルピンとしたり、埋木１２を施して開口を隠し、見栄えを整えることができる。

構造材３の形状としては図１の（ａ）のような上下に長い矩形にかぎらず、図１１の（ａ）ないし（ｄ）に示したような正方形、Ｔ形、溝形、Ｉ（Ｈ）形や、図示しないＬ形、等辺Ｌ形といったように縦横に組み込むことにより、構造材３としての断面形状を任意に与えることができる。ラグスクリューは縦横に配置されることになるが、挿通位置は角材の長手方向でずらせておけばよい。

（ａ）の場合には二段重ねを２つ準備し、それを左右に配置して水平に描かれているラグスクリューで一体化させる。（ｂ）はすでに固縛された中央の三段重ねに対して左右から各１つの角材を添えて、水平な姿勢のラグスクリューにより固定する。（ｃ）や（ｄ）では四段重ねに対して側方から１つの角材を上端と下端に与え、これもラグスクリューにより形を固定すればよい。重ね合わせ面にはメタルピンがジベルと共にもしくは単独で介在されることは言うまでもない。

図１２の（ａ）は、構造材の長尺物を得ようとした場合の一例を示したものである。ラグスクリュー４による固縛の前に（ｂ）に示すごとく個々の角材の木口にフィンガージョイント１３を形成しておき、これに接着剤を塗布して材軸方向に加圧する。このような長尺材は（ａ）のように重ね、上記した要領によって長尺な組合わせ構造材とすることができる。

いずれにしても、ラグスクリューによる固縛がなされ、その固縛による保形力は十分発揮されるので、表面清掃等をすれば特に養生することなく移動しまた横持ちすることができる。従って、現場で構造材を製作し直ちに構築することができるから、工期の短縮や資材搬入量や時期に融通を持たせて、施工管理上も極めて都合のよいものとなる。

図１３は、ラグスクリュー４の頭部４ｈを覆って角材２の長手方向に延びるメタルプレート１４が貼着された構造としたものである。このプレートは図のように浅い溝に嵌め込むようにしてもまた全面に被せるようにしてもよいが、接着よりも小ねじ１５によって止める方が固定は確実である。もちろん、接着剤と小ねじの併用を排除するものでない。

そのパネルがスチールである場合、角材に比べて格段に薄くてもヤング係数は約２０倍も大きいので、図９の（ｂ）には控え目に表したが、その２０倍を超える大きさの断面積を持った木質部材を、組合わせ構造材のその部分に付加させたのと同等の効果を発揮させることができる。これによって、組合わせ構造材が単に上下のみに重ね合わされた縦長であっても、力学的には仮想線で形成した実質Ｔ形断面を有する木質構造材１６と見なすことができ、断面性能の大幅な改善が簡単な手段で図られるようになる。

ちなみに、締結ねじは上記したラグスクリューにかぎらず、図９の（ｃ）に示すようにワッシャをかませてナット１７をねじロック剤で固定するようにしたラグスクリュー付きねじロッド１８としてもよいし、目視の機会の少ない箇所に使用される構造材においては図１５の（ａ）や、一部断面欠損を免れないが（ｂ）に示したものであってもよい。

本発明に係る角材組合わせ構造材を三段重ねで具現化した斜視図。 ジベルとメタルピンとが配置された様子を表した重ね合わせ前の斜視図。 （ａ）は円筒孔が形成された角材組合わせ構造材の断面図、（ｂ）ないし（ｅ）はメタルピンの円筒孔嵌着図。 本発明に係る角材組合わせ構造材の一例を示し、（ａ）は三段重ねの角材からなる場合の断面図、（ｂ）はそれに使用されるラグスクリューの単体図、（ｃ）は組み合わせ前の角材の各断面図。 メタルピンと円筒孔の径が同じ場合の円筒孔壁変化の説明図。 メタルピン径が円筒孔のそれより大きい場合の円筒孔壁緻密化の説明図。 緻密化プロセスの拡大説明図。 ラグスクリューの取付孔やメタルピンを嵌着させる半円形溝を形成するための処理説明図。 （ａ）は埋木した場合の角材組合わせ構造材の断面図、（ｂ）はメタルプレートを当てた状態を表すと共にその力学上の断面積増大説明図。 角材組合わせ構造材の一例の全体面。 （ａ）から（ｄ）は、角材組合わせ構造材をさらに組合わせて得た各種形状をなす構造材の断面図。 （ａ）は構造材の長尺化を図る製作要領の斜視図、（ｂ）は個々の角材を接合する要領を示した斜視図。 メタルプレートをラグスクリューの頭上に配置した角材単体の斜視図。 先行技術における重ね梁の正面図。 先行技術である重ね梁を示し、（ａ）は構造材からボルト頭部等を突出させた状態の断面図、（ｂ）は座掘部を設けて納めた場合の断面図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…ジベル、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…角材、２ａ…挿通孔（取付孔）、２ｂ…ねじ用下孔（取付孔）、２ｃ…座掘部、３…角材組合わせ構造材、４…ラグスクリュー、４ａ…軸部、４ｄ…レンチ用六角孔、５…メタルピン、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｍ，６Ｎ…半円形溝、６ｑ，６ｑ，６ｓ…緻密層、７…円筒孔、７Ａ…有底孔、１２…埋木、１４…メタルプレート、１６…Ｔ形断面を有する木質構造材。

Claims (8)

1. 重ね合わされた角材をねじ締結して一体化した角材組合わせ構造材において、
   前記各角材は芯持ち材であり、その年輪を横切る方向に延びて重ね合わせ角材を固縛する締結ねじのための取付孔が形成され、
   重ね合わせ面には角材の長手方向に直交して延びる半円形溝が形成され、該半円形溝を対面させることにより生じる円筒孔に、該円筒孔の直径より大きい径を有するメタルピンが嵌着され、
   重ね合わせ面を密着させたときメタルピンが木面表層を圧縮し、前記円筒孔の周縁に緻密層が形成されていることを特徴とする角材組合わせ構造材。
2. 前記メタルピンは中空体であることを特徴とする請求項１に記載された角材組合わせ構造材。
3. 前記締結ねじの取付位置の重ね合わせ面にはジベルが配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された角材組合わせ構造材。
4. 前記円筒孔は一方の側のみが開口する有底孔であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載された角材組合わせ構造材。
5. 前記メタルピンは円筒孔の孔長より短く、円筒孔の開口には埋木が施されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載された角材組合わせ構造材。
6. 前記締結ねじは、頭部側の角材を挿通した後に軸端側の角材に設けたねじ用下孔を螺進するラグスクリューであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載された角材組合わせ構造材。
7. 前記ラグスクリューの頭部は軸径の３ないし５倍を超える直径の平面視円形であり、その中心にレンチ用六角孔が形成され、
   前記頭部が没入着座する角材表面に形成された座掘部の直径は、頭部周囲に残隙を生じさせない大きさであることを特徴とする請求項６に記載された角材組合わせ構造材。
8. 前記ラグスクリューの頭部を覆って角材の長手方向に延びるメタルプレートが貼着されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載された角材組合わせ構造材。
   

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