JP2006057729A - 木材接合用ねじ部材及びこれを用いた木材接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 解体時の取り外しが容易で、大きな変形に耐える靱性に富んだ接合部を構成できるようにすること。
【解決手段】 ねじ溝Ｎが形成されている軸部２の一端に回転工具を係合可能な係合部３Ａを有する頭部３が形成されて成る接合用ねじ部材１において、軸部２の他端にドリル刃部４を形成し、木材へのねじ込み時にドリル刃部４によってあけられた先導孔にねじ軸部２Ａを螺入させるようにして、接合用ねじ部材１を木材に結合させるようにした。軸部２は、変形による折損を生じない材料から作られるのが好ましい。また、軸部２は２５度の曲げ変形に至るまで折損を生じない耐折損特性を有するようにしてもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建築施工に用いる木材接合用ねじ部材及びこれを用いた木材接合構造に関するものである。

枠組壁工法又は軸組工法による木造建築物又はその他の各種建築物において、板材を柱や梁に接合する等木材同士を接合する場合、一般に釘を打ち付ける方法が採用されている。釘を用いた木質構造の釘接合部は、粘りのある鉄の特性と木材のめり込み特性のそれぞれの長所を生かして、靱性に富む性能を有する接合構造を得ることができ、適切に施工されることにより、大地震における大変形時に粘りのある耐震上優れた性能を発揮することができる。釘接合部の破壊性状は、図９の（Ａ）に示す釘の引き抜け、同図（Ｂ）に示す板材の厚さの方向のパンチングシア、同図（Ｃ）に示す釘頭部破断の３種類がある。このうち引き抜けで破壊する場合が最も靱性に富んだ性能を発揮し、木質系面材耐力壁が大地震時に優れた性能を発揮するためには、この破壊性状が必要とされる。

しかし、釘を用いて木材同士を接合しようとする場合、エアー式釘打ち機は打ち込み力の調節が難しく、釘を打ち込んだときに釘頭が木材にめり込み過ぎて板材のパンチングシア破壊が生じ易くなり、靱性に富んだ接合部の形成を阻害する傾向がある上に、解体時の釘の抜き取りが煩雑であるという問題点を有している。

特許文献１、２には、解体時における釘の抜き取りを簡単にするため、頭部にドライバ等の回転工具を接合させるための係合部を設けると共に、軸部の一部にねじ山を形成した打ち込み用釘が提案されている。
特開２０００−１５４８１３号公報 特開２００３−３２２１２２号公報

しかし、特許文献１、２に開示されているねじ山付の釘は、いずれも、板材を所要の箇所に接合する場合には打ち込みにより施工するものであり、解体時においては頭部の係合部にドライバ等の回転工具を係合させ、釘を回転させることにより機材から抜き取る構成のものである。

したがって、板材を接合するための施工時には、やはり釘打ち機等を用いて釘を木材に打ち込むことになるため、板材のパンチングシア破壊を生じ易いという問題点を解決することはできない。また、従来のねじ釘は、素材・加工の影響により釘よりも脆いため、図９の（Ｃ）に示した頭部破断が生じ易く、靱性に富んだ接合部を得ることが難しい。さらに、ねじ山の引き抜け抵抗により図９の（Ａ）に示した引き抜けが生じ難く、板材のパンチングシア破壊も生じ易いという問題点を有している。このため、従来のねじ山付の釘を用いた木材の接合構造は、釘を用いた木材の接合構造に比べて変形追随性が低いという問題点を有している。

本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる木材接合用ねじ部材及びこれを用いた木材接合構造を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１の発明によれば、ねじ山が形成されている軸部の一端に回転工具を係合可能な係合部を有する頭部が形成されて成る木材接合用ねじ部材であって、前記軸部の他端にはドリル刃部が形成されていることを特徴とする木材接合用ねじ部材が提案される。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、前記ねじ山が前記軸部の一部分にのみ形成されている木材接合用ねじ部材が提案される。

請求項３の発明によれば、請求項２の発明において、前記ねじ山が前記ドリル刃部に隣接して形成されている木材接合用ねじ部材が提案される。

請求項４の発明によれば、請求項１、２又は３の発明において、前記軸部が変形による折損を生じない材料から成っている木材接合用ねじ部材が提案される。

請求項５の発明によれば、請求項１、２又は３の発明において、前記軸部が２５度の曲げ変形に至るまで折損を生じない耐折損特性を有している木材接合用ねじ部材が提案される。

請求項６の発明によれば、木材から成る軸材に板材を請求項１、２、３、４又は５に記載の木材接合用ねじ部材を用いて接合したことを特徴とする木材接合構造が提案される。

本発明によれば、解体時に木材接合用ねじ部材を容易に外すことができ、且つ大きな変形に耐える靱性に富んだ接合部を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。

図１は本発明による接合用ねじ部材の正面図、図２はその右側面図である。接合用ねじ部材１は、ねじ山Ｎがその一部に形成されている軸部２を有し、軸部２の一端には頭部３が形成されている木材同士を接合するために用いられる部材である。頭部３には、ドライバその他の回転工具を係合させるための係合部３Ａが形成されている。本実施の形態では、ドライバの刃先を挿入させるための矩形の溝が係合部３Ａとして形成されている。

一方、軸部２の他端にはドリル刃部４が形成されており、接合用ねじ部材１を木材にねじ込む場合、ドリル刃部４によって木材にまず先導孔が形成され、引き続きこの先導孔内にねじ山Ｎが形成されているねじ軸部２Ａが螺入することによって、木材と接合用ねじ部材１との結合が達成されるようになっている。

なお、図１に示した接合用ねじ部材１にあっては、ねじ山Ｎがドリル刃部４と軸部２の略中央部との間にのみ形成されてねじ軸部２Ａとなっている。そして、ねじ軸部２Ａと頭部３との間には、軸部表面にねじ山のない平滑面を有する平滑軸部２Ｂが設けられている。

このように、頭部３に接して平滑軸部２Ｂを設けることにより、接合用ねじ部材１の耐荷重特性を向上させると共に、木材からの引き抜き抵抗を緩和している。しかし、平滑軸部２Ｂは必ずしも必要ではなく、軸部２の全体に亘ってねじ山Ｎを形成し、軸部２の略全体をねじ軸部２Ａとすることもできる。

接合用ねじ部材１を用いて、木材同士を接合する場合、例えば木造住宅において軸材に面材耐力壁を接合する場合、接合用ねじ部材１を面材耐力壁の表面からねじ込むと、そのドリル刃部４によって軸材に先導孔が形成され、この先導孔内にねじ軸部２Ａが螺入し、これにより接合用ねじ部材１が軸材に定着され、軸材と面材耐力壁との接合が達成される。

このように、接合用ねじ部材１によると、軸材に先ず先導孔があけられ、この先導孔内にねじ軸部２Ａが螺入することになるので、接合用ねじ部材１と軸材との間の結合力は、通常のねじ釘を軸材に打ち込み、あるいはねじ込んだ場合のねじ釘と木材との結合力よりも若干小さくなる。特に、接合用ねじ部材１のように、平滑軸部２Ｂを設けた場合には、平滑軸部２Ｂと軸材との間の結合力はねじ軸部２Ａと軸材との間の結合力より小さくなる傾向を有するので、軸部２を全てねじ軸部２Ａとした場合に比べ、結合力を低めにすることができる。

この結果、大きな地震等により、接合用ねじ部材１を用いた軸材と面材耐力壁との接合部に変形が生じた場合、接合用ねじ部材１は図９の（Ａ）に示されるように軸材から抜け出やすく、接合用ねじ部材１に過大な剪断力が与えられるのを避けることができる。このため、接合部を靱性に富んだものにすることができ、該接合部の耐震性を従来に比べて大幅に向上させることができる。接合用ねじ部材１には、ねじ軸部２Ａ及び係合部３Ａを有する頭部３が設けられているので、解体時には接合用ねじ部材１を木材から容易に外すことができる。

接合用ねじ部材１において、通常の釘に近い柔軟性（粘り性）を確保するため、接合用ねじ部材１には熱処理が施されており、接合用ねじ部材１それ自体の靱性の向上が図られている。

接合用ねじ部材１にはこのような熱処理が施されているので、接合用ねじ部材１には粘り性が付与され、接合用ねじ部材１に対しその軸方向と直角な方向に荷重が印加された場合、接合用ねじ部材１はその粘り性のために変形し、すぐに折損することはない。この結果、接合用ねじ部材１を用いた木材の接合構造によれば、図９の（Ａ）に示すような引き抜け状態による破壊性状となる。

図１に示す構成の接合用ねじ部材を複数製作し、熱処理により柔軟性において異なる複数種類の接合用ねじ部材を得た。これらの接合用ねじ部材についてその接合性能につき実験を行った。その結果、図９の（Ａ）に示すような引き抜け状態による破壊性状を呈することによって接合部の良好な耐震性を得るためには、接合用ねじ部材１はその軸部２が２５度の曲げ変形に至るまで折損を生じない耐折損特性を有しているのが望ましいことが確認された。

図３には、本発明による木材接合構造の一実施形態が示されている。図３において、１１は上枠、１２は下枠、１３はたて枠、１４は面材耐力壁である。面材耐力壁１４内には断熱材１４Ａが設けられている。なお、図３ではたて枠１３が１つだけ見えているが、たて枠１３は面材耐力壁１４の左右に一対設けられている。そして、面材耐力壁１４には接合用ねじ部材１が所定間隔で多数ねじ込まれ、これにより面材耐力壁１４が上枠１１、下枠１２、たて枠１３に接合されている。

図４は図３の要部断面図であり、接合用ねじ部材１によりたて枠１３と面材耐力壁１４とが接合されている状態を示す。接合用ねじ部材１は回転工具を用いてねじ込まれるので、接合用ねじ部材１のドリル刃部４が面材耐力壁１４を通過した後、たて枠１３内においてドリル刃部４により先導孔が削孔され、この先導孔内に接合用ねじ部材１のねじ軸部２Ａが回転しながら進入し、接合用ねじ部材１は図４に示すようにねじ込まれ、これによりたて枠１３と面材耐力壁１４とが接合される。

接合用ねじ部材１は面材耐力壁１４及びたて枠１３にねじ込まれるので、接合用ねじ部材１の頭部３を面材耐力壁１４内にめり込ませることなく、頭部３の表面と面材耐力壁１４の表面とが同一面にあるように接合作業を行うことは容易である。この結果、接合用ねじ部材１を用いることにより図９の（Ｂ）に示す板材のパンチングシアが生じるのを有効に防止できる。

地震等の発生により接合部が変形し、たて枠１３と面材耐力壁１４とが逆方向の荷重を受けると接合用ねじ部材１にこれを変形させるような力が作用する。しかし、接合用ねじ部材１は熱処理によって靱性に富む材質となっているため、接合用ねじ部材１は曲げ変形を生じ易いが折損しにくいので、この場合曲げ変形を生じ、且つ上述の如く接合用ねじ部材１とたて枠１３との間の結合力が適切な状態にあるので、結局、図９（Ａ）に示すような引き抜けの状態となる。

以上、たて枠１３と面材耐力壁１４との間の接合状態について説明したが、上枠１１と面材耐力壁１４、下枠１２と面材耐力壁１４との接合状態も同様である。

このように、図３に示した接合構造は靱性に富み、耐震性に優れている。したがって、例えば釘の打ち込みの場合に比べて、接合用ねじ部材１のねじ込み間隔を２倍程度に広げてもそれと同等の耐震性能を持たせることができる。

次に、図１に示す構成の接合用ねじ部材を作製し、その性能を測定した。接合用ねじ部材の材質は冷間圧造用炭素鋼線またはクロムモリブデン鋼鋼材で、軸部の外径がφ４．１９、谷径がφ３．６７、頭部径をφ８．２４、長さを４０．３ｍｍとした。熱処理は行わなかった。

この接合用ねじ部材を用いて図５に示す単調載荷試験体２０を作製し、変位量（ｍｍ）と荷重（ＫＮ）との関係を測定した。単調載荷試験体２０において、２１は乾燥材、２２は試験片、２３は実施例１の接合用ねじ部材である。

その結果を図６に示す。比較例として、外径φ２．８８、頭部径φ６．８０、長さを４９．７ｍｍのＣＮ５０釘を用いて同様の単調載荷試験を行った。この比較例についてのデータを図６に示した。図６から、本発明による接合用ねじ部材が従来の打ち込み釘に比べて明らかに良好な耐荷重特性を有していることが判る。

寸法は実施例１の場合と同じで、熱処理を施した接合用ねじ部材を作製し、実施例１の場合と同様の単調載荷試験を行った結果を図７に示す。図７中の比較例は図６に示した比較例と同じである。

図７に示す測定結果より、熱処理を行って接合用ねじ部材自身に靱性を付与した場合には、より一層耐震性のある接合構造を実現できることが確認された。

図８に示す曲げ試験装置を用いて、実施例２の接合用ねじ、ＪＩＳ Ｂ １１２５で規定するドリリングタッピンねじについて曲げ実験を行った。

図８（ａ）は曲げ試験装置の正面図、図８（ｂ）は曲げ試験装置の左側面図を示すもので、治具１０１に被試験体である本発明による接合用ねじ部材１の先端部（頭部３と反対側の端部）をしっかりと固定しておき、接合用ねじ部材１の頭部３に、チャック１０２によって把持された曲げ治具１０３の先端１０３Ａをその上方からあて、図示しない押し下げ装置により曲げ治具１０３を押し下げることにより、接合用ねじ部材１に荷重を掛けた。

このようにして接合用ねじ部材１に荷重を掛けると、接合用ねじ部材１が曲がり、破断することになる。この破断時における接合用ねじ部材１の頭部３の変位距離ｘと接合用ねじ部材１の突出距離ｙとから破断角度を計算した。ＪＩＳ Ｂ １１２５で規定するドリリングタッピンねじについても同様にして破断角度を計算した。

ＪＩＳ Ｂ １１２５で規定するドリリングタッピンねじは１０．６°〜１３．４°で破断、実施例２の接合用ねじにおいては、４５°以上で破断しなかった。

本発明による接合用ねじ部材の一実施形態を示す正面図。 図１の接合用ねじ部材の右側面図。 本発明による木材接合構造の一実施形態を示す斜視図。 図３の要部断面図。 単調載荷試験体の斜視図。 本発明の実施例１の特性を示すグラフ。 本発明の実施例２の特性を示すグラフ。 曲げ試験方法を説明するための図。 釘接合部の破壊性状を説明するための図。

符号の説明

１ 接合用ねじ部材
２ 軸部
２Ａ ねじ軸部
２Ｂ 平滑軸部
３ 頭部
３Ａ 係合部
４ ドリル刃部

Claims (6)

1. ねじ山が形成されている軸部の一端に回転工具を係合可能な係合部を有する頭部が形成されて成る木材接合用ねじ部材であって、前記軸部の他端にはドリル刃部が形成されていることを特徴とする木材接合用ねじ部材。
2. 前記ねじ山が前記軸部の一部分にのみ形成されている請求項１記載の木材接合用ねじ部材。
3. 前記ねじ山が前記ドリル刃部に隣接して形成されている請求項２記載の木材接合用ねじ部材。
4. 前記軸部が変形による折損を生じない材料から成っている請求項１、２又は３記載の木材接合用ねじ部材。
5. 前記軸部が２５度の曲げ変形に至るまで折損を生じない耐折損特性を有している請求項１、２又は３記載の木材接合用ねじ部材。
6. 木材から成る軸材に板材を請求項１、２、３、４又は５に記載の木材接合用ねじ部材を用いて接合したことを特徴とする木材接合構造。

Images