JP2006224345A - 集合材 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の素材木の衝き合わせ面に形成した溝によって形成された結合孔に結合部材を圧入して形成される集合材において、前記結合部材の圧入作業が容易にでき、かつ強固に結合一体化される集合材を提供することである。
【解決手段】素材木1の衝き合わせ面2間に形成された結合孔に圧入される結合部材3が、素材木1の長さに等しい一対の結合ピース14、14と貫入ピース15とにより構成され、各結合ピース14は結合孔の左右同じ側に形成された結合溝部8に圧入される圧入凸部16が対向状に設けられたコの字形をなし、前記一対の結合ピース14がそれぞれその圧入凸部16が反対向きとなる向きに結合孔の全長にわたり挿入され、該結合ピース14間に前記貫入ピース15が強制的に挿入されることにより各圧入凸部16がそれぞれ対応した結合溝部8に圧入されてなる構成とした。
【選択図】図1

Description

この発明は集合材に関し、特に、間伐材などの小径木を製材して得られた複数の素材木を接着剤を使用せずに結合一体化してなる集合材に関するものである。
複数の素材木の衝き合わせ面に長さ方向のアリ形等の溝が設けられ、対向する溝相互によって形成された結合孔に結合部材が長さ方向に圧入され、その圧入によって素材木相互が結合一体化されてなる集合材は従来から知られている(特許文献1)。
前記の集合材を製作する場合、結合部材の溝に対する適当なクリアランスがあるときは結合部材を容易に挿入できるが、出来上がった集合材の素材木相互間にガタツキが生じ易い問題がある。また、前記のクリアランスをゼロにしたり、マイナスにするなどして圧入代を設けると、素材木相互間のガタツキは少なくなるが、結合部材の圧入作業が困難となり、作業中や作業後において結合溝部の一部に割れが発生し易くなる問題がある。このため、前掲の特許文献においては、好適には0.05〜3mm程度、好適には0.1〜1mm程度のクリアランスを設けることが提案されている。
特開2004−136498号公報(段落0013、図4、図5、図7)
前記のように、複数の素材木を結合部材によって結合した前記の集合材は、製作後の乾燥収縮等の経年変化の進行によって素材木の衝き合わせ面間、或いは結合部材と溝壁間等にすき間が発生しガタツキの原因となる。このためガタツキの発生を防止する観点からは結合部材と溝壁との間に所要の圧入代を設けることが好ましい。
しかし、圧入代を設けた場合、結合部材の圧入に伴って結合溝部の溝壁が削り取られて損傷し、圧入の進行に伴って削り取り量が累積するなどして、次第に圧入が困難になり、場合によっては途中で圧入が不可能となったり、或いは結合部材が折損したりすることがある。また、圧入できたとしても、結合孔の内壁が圧入時の損傷で割れるなどして脆弱化しているので、乾燥収縮が進むと結合部材と溝壁間、あるいは素材木の衝き合わせ面間のすき間にガタツキが発生することを避けることができない。このように、集合材の製作に際し結合部材を結合孔に圧入する方法を採用すると製作上も品質上も種々の問題を生じる。
そこで、本発明は、結合部材と結合孔との間に所要の圧入代をもたせる一方、結合部材による内壁の損傷を可及的に少なくして、作業性がよく、また素材木の収縮乾燥に伴うガタツキの発生をも抑制した集合材を提供することを課題とする。
前記の課題を解決するために、この発明は、素材木相互の衝き合わせ面にそれぞれ長さ方向の溝が形成され、対向する溝によって形成された結合孔に結合部材が長さ方向に圧入され、その圧入によって素材木相互が結合一体化されてなる集合材において、前記溝が所定幅のストレート溝部とそのストレート溝部の溝底両側の溝壁に形成された左右の結合溝部からなり、前記結合部材が前記素材木の長さに等しい一対の結合ピースと貫入ピースとにより構成され、前記各結合ピースは前記結合孔を形成する各溝の左右同じ側の溝壁に形成された前記結合溝部に圧入される圧入凸部が対向状に設けられたコの字形をなし、前記一対の結合ピースがそれぞれその圧入凸部が反対向きとなる向きに前記結合孔の全長にわたり挿入され、該結合ピース間に前記貫入ピースが強制的に挿入されることにより前記圧入凸部がそれぞれ対応した結合溝部に圧入されてなる構成を採用した。
上記構成の集合材を製造する場合は、素材木の衝き合わせ面に形成された結合孔に一対の結合ピースをそれぞれその圧入凸部を外向きにして(即ち、一対のコの字形の結合ピースを背中合わせにして)結合孔の全長にわたり挿入し、結合部材の各圧入凸部を対向した結合溝部にそれぞれ臨ませる。この時点までは結合部材に実質的な抵抗は作用しない。
次に、前記の結合ピースの背面間に貫入ピースを挿入、その後端部を叩打するなどして強制的に押し進める。その挿入により両側の結合ピースが溝壁側に押され、その圧入凸部が対向した結合溝部に圧入される。その圧入の際に前記貫入ピースに負荷がかかることになる。このようにして貫入ピースを結合孔の全長にわたって押し進めることにより作業を終える。圧入凸部の圧入部分は結合孔の全長にわたり存在するが、その圧入量は結合溝部の凹入深さの僅かな分であるから、たとえ損傷が発生し或いは削り取りが発生したとしてもそれらが累積することはない。したがって、圧入に伴う抵抗の増大が避けられる。
また、前記結合ピースに対向状に設けられた各圧入凸部の対向内面が前記結合溝部に対する圧入面となるように形成され、該結合ピースと前記各溝底との間、及び該結合ピースと溝壁の間にそれぞれ所要のクリアランスが設けられた構成をとることにより、圧入凸部が結合溝部に圧入された際、結合ピースの両方の圧入凸部が外方に広がるように弾性変形するため、その間で挟持した素材木の衝き合わせ面相互を密着させる方向の弾性力を及ぼし、乾燥収縮等の経年変化によるクリアランスが発生しても結合ピースの弾性力により吸収することができる。
また、前記素材木の環状配列により柱体が形成され、各素材木の衝き合わせ面に形成された前記溝の溝底に相対的に浅い底面と深い底面が段差をもち、かつ該浅い底面が前記柱体内方に配置して設けられ、前記結合溝部が前記浅い底面の溝壁に形成された内方結合溝部と、深い底面の溝壁に形成された外方結合溝部からなり、前記一対の結合ピースが前記内方結合溝部に圧入される内方結合ピースと前記外方結合溝部に圧入される外方結合ピースからなる構成をとることができる。
上記の構成でなる柱体においては、内方結合溝部相互間の間隔が外方結合溝部相互間の間隔より狭くなるので、周方向に隣接する他の衝き合わせ面における内方結合溝部相互間に十分な間隔を置くことができる。
また、前記素材木の対向した2面に衝き合わせ面が形成され、複数本の素材木がそれぞれの衝き合わせ面で重ねられ、その素材木の衝き合わせ方向の一方の端部に配置される端部素材木を除き他の素材木に該衝き合わせ面と直交する方向に貫通した連結孔が長さ方向に所要間隔で設けられ、前記端部素材木に前記連結孔と連通した盲孔が形成されるとともに該盲孔底面に直角方向の差し込み孔が形成され、一端部にL形のアンカーが設けられた連結ボルトが前記連結孔に挿通されるとともに該アンカーが前記差し込み孔に嵌入され、該連結孔の前記差し込み孔と反対側の内面と連結ボルトとの間に栓体が圧入され、前記連結孔から露出した連結ボルトのねじ部にナットが螺合締結されてなる構成をとることができる。
前記の連結ボルトは、素材木間の滑りを防止し集合材のせん断応力を増大させる一方、アンカーが外部に露出することがないので集合材の美感を損なうことがない。
以上のように、この発明に係る集合材は、結合ピースの圧入凸部が結合溝部に圧入される範囲は素材木の全長にわたり存在するが、その圧入量は結合溝部の凹入深さの分だけであるから、たとえ損傷や削り取りが発生したとしてその累積は実質上ゼロである。したがって、圧入に伴う抵抗も累積することがないので、貫入ピースの圧入作業を容易に行うことができる。また、素材木の乾燥収縮等の経年変化に伴うガタツキの発生も抑制することができ、品質のよい集合材を提供することができる。
以下、添付図面に基づいて、この発明の実施形態について説明する。実施形態1の集合体は、図1に示したように、杉、桧等の小径木等によって形成された2本の素材木(角材)1、1を衝き合わせ面2で重ね、両者を結合部材3により結合一体化してなるものである。
図2(a)、図3(a)に示したように、各素材木1の衝き合わせ面2には、溝4が幅方向中間部分において全長にわたり形成される。各溝4は、衝き合わせ面2に開放された一定幅・一定深さのストレート溝部5と、そのストレート溝部5の左右の溝壁6、6底部にその溝底7を外方に拡大する方向に凹入して形成された左右の結合溝部8、8とからなる。溝底7,7の中間に背割り9が施される。また、前記の衝き合わせ面2においてストレート溝部5の開口に沿って浅い逃げ面11、11が一定幅で形成される。また溝底7との対向面12に緩やかなテーパ角θ(図3(a)参照)が形成される。
前記素材木1、1を衝き合わせ面2で衝き合わせると、両方の溝4、4が衝き合わせ面2を挟んで対称形に連結された結合孔13が形成される。説明の便宜上、図3(a)に示したように、結合孔13の高さ(溝底7、7間の距離)をHで示し、ストレート溝部5の溝幅をW、結合溝部8の溝壁6からの凹入深さをSで示す。また、後述の結合ピース14との圧入代を決定するポイントとなる前記対向面12の基点Pの衝き合わせ面2からの高さをXで示す。
結合部材3は、図2(b)(c)、図3(b)に示したように、一対の結合ピース14、14と1片の貫入ピース15とからなる。これらは素材木1より強度のある堅木(ナラ材、樫材等)によリ形成されたものであり、いずれも素材木1と同一長さに形成される。各結合ピース14は、長尺な板材の長さ方向の両側縁に同じ方向に突き出した圧入凸部16、16が対向状に形成されたものであり、断面形状がコの字形をなす。各結合ピース14は、圧入凸部16、16がそれぞれ反対向き(即ち、背中合わせ)の姿勢で前記結合孔13の両方の溝4、4にわたり、かつそれぞれの圧入凸部16、16が同じ側(長さ方向に見て左右同じ側)の結合溝部8、8に対応するように挿入される(図5(a)〜(c)参照)。
結合ピース14の上下の端面はその背面側が最も高くH’であり(図3(b)参照)、前記の結合孔13の高さHに等しい(H=H’)。圧入凸部16、16の上下両端面(溝底7に対向する面)には先端に至るに従い僅かに傾斜するテーパ角δが付与される。このテーパ角δの存在により、溝底7と結合ピース14との間に若干のクリアランスc(図3(c)(d)、図4(a)参照)が生じる。
また、圧入凸部16の突出量S’は、前記結合溝部8の凹入量Sと同等又は若干大きく(S’≧S)設定される。圧入凸部16相互の対向面17にもテーパ角θ’が付与される。このテーパ角θ’は前記結合溝部8の対向面12のテーパ角θに等しく(θ’=θ)に設定される。さらに、対向面17の基点P’の基準線N(組み立て時の素材木1、1の衝き合わせ面2に一致する。)からの高さをX’で表わすと、X’<Xに形成される。図3(c)に示したように、圧入凸部16が結合溝部8に対し、矢印方向に押し込まれたとき、両方の対向面12、17が接するまでは実質的な抵抗を伴うことなく圧入凸部16が結合溝部8に嵌入されるが、両方の対向面12、17が接触した実線の状態から更に嵌入させる場合は、大きな押圧力を加えて圧入させる必要がある。その押圧力の大きさは、前記の基点PとP’の高さの差(x=X−X’)によって異なる(図3(c)参照)。この高さの差xを圧入代と称する。
なお、一定の圧入代を形成する手段は上記の方法に限らない。例えば、図3(d)に示したように、基点P、P’の高さを等しく設定し(X=X’)、対向面12、17のテーパ角θとθ’の大きさに差(θ>θ’)を設けることによっても圧入代を形成することができる。
貫入ピース15は、図2(c)に示したように、その高さは結合ピース14の高さH’と同等かこれより若干小さく形成され、先端部はクサビ状に尖っている。この貫入ピース15は、図2(d)に示したように、複数に分割したものであってもよい。分割した場合は、先端のものにのみ先鋭部が設けられるが、それ以降の貫入ピース15’は先鋭部が不要であり、先端面に面取りを施す程度でよい。
貫入ピース15の厚さW(図4(b)参照)は、次のようにして決定される。即ち、図4(a)に示したように、前記の各係合ピース14を結合孔13に背中合わせで挿入し、それぞれの圧入凸部16を対向する結合溝部8に軽く挿入した状態、即ち、前記の圧入代xを残した位置まで挿入した際、結合ピース14間の背面相互間に一定の間隔Aが存在し、かつ各結合ピース14の内面と溝壁6との間に間隔Bが存在する。前記の貫入ピース15の幅Wは、間隔Aより大きく、かつこれらの間隔の総和と等しいか若干小さく設定される(A<W≦A+2B)。なお、A<W<A+2Bのように設定し、結合ピース14の圧入凸部16が結合溝部8に圧入された際(一点鎖線参照)に、結合ピース14の内面と溝壁6との間にクリアランスcが存在するようにすることが望ましい。
実施形態1の集合材は以上のようなものであり、次に2本の角材からなる素材木1、1を用いて集合材を製作する方法を説明する。図5(a)に示したように、予め衝き合わせ面2に溝4を形成した素材木1、1を衝き合わせて結合孔13を形成し、次に一対の結合ピース14、14を背中合わせになるようその圧入凸部16の向きを反対方向に向けて結合孔13の全長にわたり挿入する。
その挿入により結合ピース14、14の圧入凸部16は結合溝部8に臨んだ状態になるが、最も結合溝部8内に入り込んだ状態においても前記の圧入代xが残る程度である(図4(a)の実線の状態)。このため結合ピース14、14の挿入時には実質的な抵抗は作用しない。
次に、前記の結合ピース14、14の背面間に貫入ピース15をその先端から挿入する(図5(b)参照)。貫入ピース15は結合ピース14,14を左右両側に押し分けながら前進する。各結合ピース14は各圧入凸部16がそれぞれ対応する結合溝部8に前記の圧入代x分を圧縮させて圧入される。その圧入時に圧入凸部16が結合溝部8内をその幅方向(結合溝部8の凹入方向)に押し込まれる量は数ミリ程度であるので、圧入凸部16が係合溝8の内面を削り取ることがあっても累積することはなく、損傷させることがあっても狭い範囲に留まる。このため、貫入ピース15に作用する圧入抵抗は全長にわたり同程度であり、抵抗が長さ方向に累積したり増大したりすることはない。
また、前記のように、結合ピース14と溝底7との間にクリアランスcが存在し、また、結合ピース14の内面と溝壁6との間にもクリアランスcが存在するので、結合溝部8と圧入凸部16が対向面12、17において強く圧接された場合、各圧入凸部16の対向面17、17間の素材木1の部分が矢印a方向に圧縮され(図6(a)参照)、逃げ面11の対向面間が圧縮されるとともに、素材木1、1の衝き合わせ面2、2が相互に密着される。また、その圧縮の反力により結合ピース14全体に弾性変形歪みが生じ(図6(b)参照。この図の実線は弾性変形歪みの有様を誇張的に示している)、その弾性変形歪みにより、素材木1、1相互が強固に密着一体化される。
なお、前記弾性変形歪みの影響によって、図6(a)に示したように、素材木1、1の衝き合わせ面2の外部に膨出変形20が発生する場合があるが、この部分は切除・整形される。
また、以上は素材木1を2本使用した場合を示しているが、図7に示したように、3本以上を衝き合せ、前記の結合部材3を用い同様に結合一体化する場合もある。図7では背割り9の図示を省略している(以下の場合も同様である)。
次に、図8から図10に示した実施形態2〜4について説明する。これらはいずれも複数本(4本以上)の素材木1を端面形状が環状になるように配列して柱体21を形成するようにしたものである。図8の実施形態2の場合は、4本の素材木1を田の字形に組み合わせ中心部に長さ方向の孔22を設けたものである。各素材木1の衝き合わせ面2の両側に形成された溝4’、4’は、前記の場合と若干異なる。即ち、孔22側(柱体21の内側)に圧入される内方結合ピース14aは外側の外方結合ピース14bより幅が狭く形成される。これは隣接する他の衝き合わせ面2に圧入される他の内方結合ピース14aとの間隔を十分とれるようにするためである。この場合の溝4’、4’の形状は、図8(b)に示したように、溝4’の溝底に相対的に浅い底面7aと深い底面7bが段差23をもち、かつ該浅い底面7aが柱体21の内方に配置して設けられる。また、前記浅い溝底7aの溝壁6に内方結合溝部8aが形成される。また深い溝底7bの溝壁6に外方結合溝部8bが形成される。これらの内方結合溝部8a相互間に前記のコの字形の内方結合ピース14aが圧入され、また外方結合溝部8bに外方結合ピース14bが圧入される
図9に示した実施形態3は、素材木1を8本使用して多角柱体を形成したものである。それぞれの衝き合わせ面2に前記実施形態2の場合と同様に溝底に段差を形成し、内側に幅の狭い結合ピース14a、外側に幅の広い結合ピース14bを圧入したものである。
図10に示した実施形態4は、扇形断面の素材木1を放射状に多数配列して柱体21を形成したものであり、同様に結合される。
図11(a)(b)に示した実施形態5は、素材木1が丸太の場合であり、衝き合わせ面2が平坦な場合(図11(a)参照)と、円弧面の場合(同(b)参照)とがある。
次に、図12から図14に示した実施形態6は、前記の実施形態1の方法で素材木1、1と結合部材3により結合して集合材を製作したのち、衝き合わせ面2と直交する方向に連結ボルト24を長さ方向に所定の間隔を置いて嵌入締結したものであり、梁材として使用するのに適したものである。この場合の連結ボルト24は、図13に示したように折板状のものであり、金属板の下端を90度に屈曲してアンカー25を形成し、上端部の細い板状のねじ板部26の両側面に部分雄ねじ27を形成したものであり、該ねじ板部26の両側の肩部に座金28を乗せ、ナット29をその座金28に締結するようにしたものである。
前記の集合材を構成する素材木1、1のうち一本のものに衝き合わせ面2と直交方向に貫通する角形の連結孔31が設けられ、他方の素材木1にはその連結孔31に連通する盲孔32が設けられる。その盲孔32の下端に直角方向に屈曲した差し込み孔33が設けられる。この差し込み孔33を盲孔32の下端に加工するため、前記の連結孔31及び盲孔32の内面に工具挿入溝34を設けておく。
上記の連結孔31と盲孔32に前記の折板状の連結ボルト24を挿入し、アンカー25を差し込み孔33に差し込み、しかる後に連結ボルト24のアンカー25の屈曲側と反対側の面と、連結孔31との間に角柱形の栓体35を打ち込んで連結ボルト24を連結孔31の一方の面に押し当てる。その後、素材1の面から露出したねじ板部26の部分雄ねじ27にナット29を螺合して締付ける。
連結ボルト24として折板状のものを用いるのは、連結ボルト24と連結孔31、盲孔32の内面との接触面に作用する荷重を分散するためである。また、連結ボルト24を集成材全体を貫通させることなく、盲孔32の底面にアンカー25で係合させるようにしたのは、梁等として用いる場合の美感のため、及び強度維持のためである。
実施形態1の一部省略斜視図 同上の素材木の一部省略斜視図 同上の結合ピースの斜視断面図 同上の貫入ピースの斜視断面図 同上の貫入ピースの変形例の斜視断面図 同上の素材木の端面図 同上の結合部材の端面図 同上の圧入部分の説明図、 同上の圧入部分の説明図 (a)同上の組立て途中の端面図、(b)同上の貫入ピースの端面図 (a)〜(c)同上の組立て途中の一部省略斜視図 (a)同上の組立て後の端面図、(b)(a)図の結合部材の端面図 同上の変形例の端面図 実施形態2の端面図 実施形態3の端面図 実施形態4の端面図 (a)(b)実施形態5の端面図 実施形態6の一部省略斜視図 同上の分解斜視図 (a)同上の端面図、(b)(a)図のb−b線の断面図、(c)(b)図のc−c線の断面図
符号の説明
1 素材木
2 衝き合わせ面
3 結合部材
4、4’ 溝
5 ストレート溝部
6 溝壁
7 溝底
8、8a、8b 結合溝部
9 背割り
11 逃げ面
12 対向面
13 結合孔
14 結合ピース
15 貫入ピース
16 圧入凸部
17 対向面
21 柱体
22 孔
23 段差
24 連結ボルト
25 アンカー
26 ねじ板部
27 部分雄ねじ
28 座金
29 ナット
31 連結孔
32 盲孔
33 差し込み孔
34 工具挿入溝
35 栓体

Claims (6)

  1. 素材木相互の衝き合わせ面にそれぞれ長さ方向の溝が形成され、対向する溝によって形成された結合孔に結合部材が長さ方向に圧入され、その圧入によって素材木相互が結合一体化されてなる集合材において、前記溝が所定幅のストレート溝部とそのストレート溝部の溝底両側の溝壁に形成された左右の結合溝部からなり、前記結合部材が前記素材木の長さに等しい一対の結合ピースと貫入ピースとにより構成され、前記各結合ピースは前記結合孔を形成する各溝の左右同じ側の溝壁に形成された前記結合溝部に圧入される圧入凸部が対向状に設けられたコの字形をなし、前記一対の結合ピースがそれぞれその圧入凸部が反対向きとなる向きに前記結合孔の全長にわたり挿入され、該結合ピース間に前記貫入ピースが強制的に挿入されることにより前記圧入凸部がそれぞれ対応した結合溝部に圧入されてなることを特徴とする集合材。
  2. 前記結合ピースに対向状に設けられた各圧入凸部の対向内面が前記結合溝部に対する圧入面となるように形成され、該結合ピースと前記各溝底との間、及び該結合ピースと溝壁の間にそれぞれ所要のクリアランスが設けられたことを特徴とする請求項1に記載の集合材。
  3. 前記衝き合わせ面の各溝の開口部両側に沿って所要幅の逃げ面が設けられたことを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の集合材。
  4. 前記素材木の環状配列により柱体が形成され、各素材木の衝き合わせ面に形成された前記溝の溝底に相対的に浅い底面と深い底面が段差をもち、かつ該浅い底面が前記柱体内方に配置して設けられ、前記結合溝部が前記浅い底面の溝壁に形成された内方結合溝部と、深い底面の溝壁に形成された外方結合溝部からなり、前記一対の結合ピースが前記内方結合溝部に圧入される内方結合ピースと前記外方結合溝部に圧入される外方結合ピースからなることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の集合材。
  5. 前記素材木の対向した2面に衝き合わせ面が形成され、複数本の素材木がそれぞれの衝き合わせ面で重ねられ、その複数の素材木の衝き合わせ方向の一方の端部に配置された素材木を除き他の素材木に該衝き合わせ面と直交する方向に貫通した連結孔が長さ方向に所要間隔で設けられ、前記端部に配置された素材木に前記連結孔と連通した盲孔が形成されるとともに該盲孔底面に直角方向の差し込み孔が形成され、一端部にL形のアンカーが設けられた連結ボルトが前記連結孔に挿通されるとともに該アンカーが前記差し込み孔に嵌入され、該連結孔の前記差し込み孔と反対側の内面と連結ボルトとの間に栓体が圧入され、前記連結孔から露出した連結ボルトのねじ部にナットが螺合締結されてなることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の集合材。
  6. 前記連結ボルトがL形に屈曲された折板により形成され、その屈強された部分が前記のアンカーとなることを特徴とする請求項5に記載の集合材。
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