JP2006124946A - 部材固定金具 - Google Patents

Abstract

【課題】土台などの主幹部材と柱などの結合部材とを、シャフトを介して接合する場合において、接合部に過大な引張荷重やせん断力が作用した際にも、主幹部材や結合部材が木目に沿ってヒビ割れをすることがなく、十分な強度を維持できる部材固定金具を提供すること。
【解決手段】主幹部材１の側面Ｓに形成された丸穴５ａと結合部材２の端面Ｔに形成された丸穴５ｂを挿通するシャフト３と、該シャフト３を主幹部材１および結合部材２に固定するためのドリフトピン４と、双方の丸穴５ａ，５ｂの周囲に形成された環状溝７ａ，７ｂに差し込まれて主幹部材１と結合部材２を挿通するリング１０と、から構成される部材固定金具により、接合部に引張荷重やせん断力が作用した場合でも、リング１０によって部材の繊維を拘束するため引き裂きを防止でき、しかもリング１０を介して荷重を双方の部材に分散させることである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、木造建築物において土台や梁や柱などを組み合わせて骨格構造を構築する際に使用される部材固定金具に関する。

木造建築物において土台や梁や柱などからなる骨格構造は、地震や強風などの外力が作用した場合でも安全性に問題がないよう十分な強度が必要である。したがって土台や柱などの各部材を接合する箇所では、引張荷重やせん断力やモーメントなどの様々な力に耐えられるよう、その接合方法には配慮がされており、古くからホゾとホゾ溝を組み合わせる方法が普及しているが、近年では生産性の向上などを目的として、ホゾに代わって各種の金具を使用する場合が多くなっている。

このような金具を用いて部材を接合する方法のうち、一方の部材の側面に他方の部材の端面を接触させて、双方をＴ字状に接合する場合、従来から図６のような方法が広く用いられている。ここでは接合面が端面である部材を結合部材と呼び、一方の接合面が側面である部材を主幹部材と呼び、双方の部材の接合面には丸穴が加工されている。そして鉄製の丸棒を加工して作られたシャフトを、双方の丸穴を貫くように差し込んで、さらにシャフトをそれぞれの部材に結合するため、側部からドリフトピンを打ち込む。ドリフトピンは、部材に加工された係止孔とシャフトに加工されているピン孔を貫通しており、以降あらゆる荷重が作用した場合でも、シャフトの剛性によって強度が維持される。なおシャフトの代用として、中空のパイプが使用される場合もあるが、その役割はいずれも変わらない。

前記のようなシャフトを用いて主幹部材と結合部材を接合する場合、双方の部材を引き離そうとする引張荷重が作用すると、荷重がシャフトからドリフトピンを介して主幹部材や結合部材に伝達される。この際、結合部材に打ち込まれたドリフトピンは、木目方向に沿って移動しようとするが、このような荷重が作用すると、比較的簡単に木目に沿って引き裂かれる上、一度引き裂かれると、図６のようにヒビ割れが端面にまで延びていく恐れがある。そうなると結合部材がドリフトピンを受け止めることができず、双方の部材の接合部の強度が維持できなくなり、建築物の倒壊といった最悪の事態が発生する恐れもある。また、せん断力が作用した場合、主幹部材や結合部材を木目に沿って引き裂こうとする荷重がシャフトから加わり、同様にヒビ割れが発生して接合部の強度が維持できない恐れもある。

本発明はこうした実情を基に開発されたもので、土台などの主幹部材と柱などの結合部材とを、シャフトを介して接合する場合において、接合部に過大な引張荷重やせん断力が作用した際にも、主幹部材や結合部材が木目に沿ってヒビ割れをすることがなく、十分な強度を維持できる部材固定金具に関する。

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、結合部材の端面と、を密着させて接合する際に使用され、
主幹部材の側面に形成された丸穴と結合部材の端面に形成された丸穴を挿通するシャフトと、該シャフトを主幹部材および結合部材に固定するためのドリフトピンと、双方の丸穴の周囲に形成された環状溝に差し込まれて主幹部材と結合部材を挿通するリングと、から構成される部材固定金具である。

ここで主幹部材および結合部材とは、どちらも土台や梁や柱などの骨格となる部材のことを指し、本発明では接合面が側面である方を主幹部材と呼び、他方の接合面が端面である方を結合部材と呼ぶ。なお側面とは、両端面以外の計四面を指す。したがって土台が主幹部材となり、柱が結合部材になる場合や、柱が主幹部材となり、梁が結合部材になる場合など、様々な組み合わせがありうる。丸穴はシャフトを差し込むためのもので、従来と同様に主幹部材と結合部材の両方に加工されており、さらにシャフトが抜けることを防止するため、主幹部材および結合部材の側部からシャフトと交差するようにドリフトピンが打ち込まれている。なお本発明では、主幹部材と結合部材との接合に中実のシャフトを用いることを前提にしているが、中空のパイプを使用しても何らの問題もない。

また環状溝は、丸穴を取り囲むように加工された断面形状が円環状の溝であり、主幹部材と結合部材の両方の接合面に加工され、いずれも同一直径で且つ丸穴と同心になっている。そしてリングは、環状溝に差し込むために使用され、金属製の板を環状に形成してもので、両端面とも開放している単純な形状であり、当然ながら環状溝に合わせた断面形状で、しかも双方の環状溝を挿通できる長さになっている。なお環状溝の深さは、強度の点から結合部材の方を長めにすることが好ましいが、ドリフトピンを差し込むための係止孔と干渉しないようにする。

主幹部材と結合部材を接合する際は、事前にいずれか一方の部材の環状溝にリングを打ち込んでおき、ここから突出しているリングを他方の部材の環状溝に差し込むことで、リングを介して双方の部材を連結できる。なおリングは、一つの接合箇所に一個の使用が原則だが、より強度を確保したい場合には、直径の異なる複数のリングを同心円状に配置してもよい。

このように構成することで、接合部に引張荷重やせん断力が作用して、主幹部材や結合部材を木目に沿って引き裂こうとする荷重が加わった場合でも、リングによって部材の繊維を拘束するため引き裂きを防止でき、しかもリングを介して荷重を双方の部材に分散できるため、負荷も軽減され、接合部の強度が維持される。

次に請求項２記載の発明は、
主幹部材の側面と、結合部材の端面と、を密着させて接合する際に使用され、
主幹部材の側面に形成された丸穴と結合部材の端面に形成された丸穴を挿通するシャフトと、該シャフトを主幹部材および結合部材に固定するためのドリフトピンと、主幹部材に形成された座グリ穴と結合部材に形成された環状溝を挿通するリングと、から構成される部材固定金具である。

ここで主幹部材と結合部材を接合するためのシャフトとドリフトピンについては、前記請求項１記載の発明と全く同じである。そして主幹部材に形成してある座グリ穴とは、円柱状にくり抜かれた有底のもので、シャフトを差し込むための丸穴と同心であり、接合面から内部に向けて形成され、前記のような環状溝とは形態が異なる。一方の結合部材には、請求項１記載の発明と同様な環状溝が形成されており、座グリ穴の外径は、対になる環状溝の外径と一致させる必要がある。

座グリ穴と環状溝を挿通するリングは、請求項１記載のものと同様、両端面とも開放している単純なものでも構わないが、このほか一端面だけに、内部を塞ぐような蓋板を設けても良い。ただし蓋板は、シャフトが貫通できるよう中央部を切り欠く必要がある。使用時は、蓋板が付いている側を主幹部材の座グリ穴に差し込んで、反対側を結合部材の環状溝に差し込むと、ドリフトピンによって木目方向に引き裂こうとする荷重を結合部材が受けた場合でも、これをリングが受け止めて、座グリ穴を通して主幹部材に荷重を伝達していく。

このように構成することで、請求項１記載の発明と同様、接合部の強度が維持できるほか、主幹部材に設けられる座グリ穴は汎用的な工具で加工可能である。

請求項１記載の発明のように、従来のシャフトとドリフトピンによる接合に加えて、双方の部材の間にリングを挿通する方式の部材固定金具を用いることで、結合部材に打ち込まれたドリフトピンによって、部材を木目に沿って引き裂こうとする荷重が作用した場合でも、リングによって部材の繊維を拘束するため引き裂きを防止できる上、リングが荷重を受け止めて主幹部材の方に伝達して結合部材への負担を軽減でき、結合部材の強度が維持されて建築物の耐久性が向上する。また接合部にせん断力が作用した場合にも、リングによって部材の割れを予防しながら力を分散でき、接合部の強度が維持される。なおシャフトに代わって中空のパイプを使用することも可能である。

請求項２記載の発明のように、主幹部材側には座グリ穴を加工して、結合部材側には環状溝を加工して、座グリ穴と環状溝を挿通するようなリングを用いることで、請求項１記載の発明と同様な効果を発揮できるほか、主幹部材側を環状溝に代えて座グリ穴にすることで、この加工に汎用的な工具が使用可能であり、主幹部材の加工に要する費用を軽減できる場合がある。

図１は、本発明による部材固定金具の構造例を示す斜視図であり、主幹部材１と結合部材２を密着させて、円柱状のシャフト３を双方に挿通して接合を行う。主幹部材１は棒状の木材からなり、結合部材２との接合に関与する上向きの面だけを、ここでは側面Ｓと規定して、一方の結合部材２は、下向きの木口面だけを、ここでは端面Ｔと規定する。またシャフト３は鋼製で断面が円形であり、強度のほか腐食などの経年劣化にも配慮されている。そして主幹部材１の側面Ｓには、設計図に基づき所定の位置に丸穴５ａがあらかじめ加工されている。これはシャフト３を差し込むためのもので、シャフト３の直径と同一径として、組み付け時に無理なく差し込めるようにする。この主幹部材１とシャフト３を強固に一体化するため、主幹部材１とシャフト３を貫通するようにドリフトピン４が打ち込まれるが、このために主幹部材１には、あらかじめ丸穴５ａと交差する係止孔６ａが加工されており、さらにシャフト３の側部にも同様にピン孔９が加工されている。一方の結合部材２の端面Ｔにもシャフト３を差し込むため、同様に丸穴５ｂと、これに交差する係止孔６ｂを加工しておく。

さらに主幹部材１と結合部材２との間に差し込まれるリング１０は、金属製の板を環状に形成した円形断面である。このリング１０を差し込むため、主幹部材１の側面Ｓと結合部材２の端面Ｔの両方に、丸穴５ａ，５ｂと同心で環状溝７ａ，７ｂが切削加工されている。この環状溝７ａ，７ｂは、リング１０の直径や肉厚に合わせた形状であり、リング１０と環状溝７ａ，７ｂとの間に隙間があると、本来の強度を発揮できないため、双方が密着できる加工精度に仕上げておく必要がある。

図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、このうち図２（Ａ）は各要素を分離して描いており、図２（Ｂ）は各要素が組み上がった状態である。主幹部材１には、シャフト３を差し込むための丸穴５ａと、シャフト３を固定するドリフトピン４を差し込むための二組の係止孔６ａと、リング１０を差し込むための環状溝７ａと、があらかじめ工場で加工されている。なお係止孔６ａは、丸穴５ａを経由して主幹部材１の両面を貫通している。一方の結合部材２の方も、丸穴５ｂと係止孔６ｂと環状溝７ｂと、が同じように加工されている。このほかシャフト３には、ドリフトピン４を差し込むため、ピン孔９が計四カ所に設けられており、リング１０は単純な円筒形である。

図２（Ｂ）のように主幹部材１と結合部材２とが組み上がると、ドリフトピン４を介してシャフト３が双方の部材を結び付けており、十分な強度が確保されて、せん断力に対しては、シャフト３とリング１０の両方で対抗できる。そして結合部材２に引き抜き方向の荷重が作用すると、結合部材２に打たれたドリフトピン４が木目に沿って移動しようとするため、端面Ｔに向けてヒビ割れが生じる恐れがあるが、リング１０によってこれに対抗でき、ヒビ割れに起因する破損を防止できる。

図３は、請求項２に記載した部材固定金具の構造例を示す図で、図３（Ａ）は斜視図で、図３（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。この構造は、シャフト３やドリフトピン４に関しては図１と同様だが、リング１０については、図３（Ｂ）のように一端面を蓋板１１で閉じた構造になっている。ただし蓋板１１は、端面を完全に塞ぐものではなく、シャフト３を通過させるため中央は円形にくり抜かれている。また主幹部材１の側面Ｓには、前記の環状溝７ａに代わって座グリ穴８が加工されている。この座グリ穴８は、内周面を全てくり抜いたもので、ここにリング１０が差し込まれて、蓋板１１は座グリ穴８の底部に密着する。なお結合部材２の方は、前記のようなヒビ割れを防止する役割があり、環状溝７ｂを用いている。

図４は、リング１０について他の形状例を示す断面図である。図４（Ａ）は、結合部材２の断面積が大きい場合に適用されるもので、リング１０が内側と外側の二重に配置されている点が特徴である。したがってリング１０は、両端面が開放している単純なものを、径違いで二個使用して、環状溝７ａ，７ｂは各々に、二カ所加工する必要がある。また図４（Ｂ）は、リング１０の中間部に蓋板１１を設けて断面形状をＨ字状にしたもので、結合部材２には環状溝７ｂを形成するだけで良いが、主幹部材１には、まず座グリ穴８を形成してから次に環状溝７ａを形成して、座グリ穴８の底面にリング１０の蓋板１１を密着させて固定する。なお、ここでのドリフトピン４は、各部材に一本だけが挿通されている。

図５は、本発明が適用可能な箇所を示す斜視図で、木造建築物の骨格構造の一部を抽出して描いている。一般に木造建築物は、地盤と一体化される基礎コンクリート２１が施工され、その上に土台２２を敷設していき、土台２２の上に柱２３を垂直に立ち上げていく。さらに柱２３の上面は、水平に架設される横架材２４によって固定され、そのほか隣接する柱２３の間に、床や開口部などを支持するため短尺の横架材２５を設ける場合がある。本発明は、このような部材をＴ字状に固定する場合に適用され、図５の一点鎖線の円で囲んだような箇所に使用可能である。接合部Ａは、土台２２を主幹部材１として柱２３を結合部材２としている場合で、接合部Ｂは、架空に架設された横架材２４を主幹部材１として柱２３を結合部材２としている。また接合部Ｃは、柱２３を主幹部材１として横架材２５を結合部材２としている。このように本発明は、骨格構造の様々な箇所に使用できる。

本発明による部材固定金具の構造例を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図であり、このうち（Ａ）は各要素を分離して描いており、（Ｂ）は各要素が組み上がった状態を示している。 請求項２に記載した部材固定金具の構造例を示す図で、（Ａ）は斜視図で、（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。 リングの形状例を示す断面図であり、（Ａ）はリングを二重に使用するもので、（Ｂ）は断面形状がＨ字状のリングである。 本発明が適用可能な箇所を示す斜視図である。 主幹部材と結合部材とをシャフトを用いて接合する場合に、従来から用いられている方法を示す斜視図である。

符号の説明

１ 主幹部材
２ 結合部材
３ シャフト
４ ドリフトピン
５ａ 丸穴（主幹部材側）
５ｂ 丸穴（結合部材側）
６ａ 係止孔（主幹部材側）
６ｂ 係止孔（結合部材側）
７ａ 環状溝（主幹部材側）
７ｂ 環状溝（結合部材側）
８ 座グリ穴
９ ピン孔
１０ リング
１１ 蓋板
２１ 基礎コンクリート
２２ 土台
２３ 柱
２４ 横架材
２５ 横架材（短尺）
Ｓ 側面（主幹部材側）
Ｔ 端面（結合部材側）

Claims (2)

1. 主幹部材（１）の側面（Ｓ）と、結合部材（２）の端面（Ｔ）と、を密着させて接合する際に使用され、
   主幹部材（１）の側面（Ｓ）に形成された丸穴（５ａ）と結合部材（２）の端面（Ｔ）に形成された丸穴（５ｂ）を挿通するシャフト（３）と、該シャフト（３）を主幹部材（１）および結合部材（２）に固定するためのドリフトピン（４）と、双方の丸穴（５ａ，５ｂ）の周囲に形成された環状溝（７ａ，７ｂ）に差し込まれて主幹部材（１）と結合部材（２）を挿通するリング（１０）と、から構成される部材固定金具。
2. 主幹部材（１）の側面（Ｓ）と、結合部材（２）の端面（Ｔ）と、を密着させて接合する際に使用され、
   主幹部材（１）の側面（Ｓ）に形成された丸穴（５ａ）と結合部材（２）の端面（Ｔ）に形成された丸穴（５ｂ）を挿通するシャフト（３）と、該シャフト（３）を主幹部材（１）および結合部材（２）に固定するためのドリフトピン（４）と、主幹部材（１）に形成された座グリ穴（８）と結合部材（２）に形成された環状溝（７ｂ）を挿通するリング（１０）と、から構成される部材固定金具。
   

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