JP2006274667A - 部材連結具 - Google Patents

Abstract

【課題】
ドリフトピンの打ち込みが容易で、且つ部材同士を引き離そうとする荷重が作用した場合でも、この荷重を円滑に伝達することで、シャフトやドリフトピンの損傷を防止可能な部材連結具を提供すること。
【解決手段】
部材同士を結合する際、隣接する二つの部材１，２を挿通するシャフト３を用いて、各部材１，２とシャフト３とを一体化するためドリフトピン８，９を打ち込む方法において、シャフト３の側面を貫くように形成される横孔４，５を、基礎円１３，１４と副円弧１５，１６とから構成される断面形状にする。副円弧１５，１６は、部材１と部材２とを引き離そうとする荷重が作用した際、ドリフトピン８，９に面接触できるような位置にあり、ドリフトピン８，９が副円弧１５，１６によって受け止められて局地的な応力集中がなくなり、横孔４，５とドリフトピン８，９の健全性が維持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、木造建築物の骨格を形成する柱や梁などを相互に結合する際に使用される、部材連結具に関する。

木造建築物では、土台や柱や梁などの部材を相互に結合して骨格構造を形成しており、建物の強度を確保するため、隣接する部材同士は強固に結合されている。したがって部材間の結合部は、面同士を接触させて釘などを打ち込むといった単純な方法ではなく、古くから一方の部材の端面に凸状に突出したホゾを設けて、他方の部材には対になるホゾ溝を設けて、ホゾとホゾ溝を組み合わせるなどの方法が採られてきた。また近年では作業の合理化のため、柱などの加工を工場内で行い、現地では加工済みの部材を組み立てていく方法が主体になっている。このようなプレカットと呼ばれている方法は、部材同士の結合に金具やボルトなどを用いる場合が多く、これによって部材の断面欠損を少なくできるため、従来のホゾを用いる方法に比べて強度が向上する。

現代のプレカット工法に適した金具は、用途に応じて多様なものが存在しているが、その中の一つとして、円柱状の丸棒の側面に横孔を貫通させたシャフトを用いて、このシャフトを部材の中に埋め込んで、部材の側面から横孔を貫くドリフトピンを打ち込み、ドリフトピンとシャフトを介して部材同士を結合する方法がある。このシャフトを用いて部材同士を結合する場合、部材にはシャフトを差し込むための丸穴と、ドリフトピンを打ち込むための係止孔を事前に加工しておく必要がある。そして組立の際はシャフトを丸穴の中に差し込んでから、シャフトの横孔と部材の係止孔とを一致させて、次にドリフトピンを打ち込んでいく。

シャフトに設けられる横孔は、本来ドリフトピンと直径を等しくすべきであるが、部材の加工誤差や組立時の寸法誤差などの要因で、係止孔と横孔とを誤差なく同心に合わせることは困難であり、もし中心が不一致な状態で無理にドリフトピンを打ち込むと、ドリフトピンに曲げ荷重が作用して、係止孔を引き裂こうとする力が生じてしまう。これを放置すると、部材が木目に沿って割れて結合部の強度が維持できなくなるため、シャフトに形成される横孔の直径は、ドリフトピンの直径よりも大きくして誤差を吸収できるようにしている。

しかし横孔の直径をドリフトピンの直径より大きくすると、双方の部材を引き離そうとする荷重が作用した場合、部材と一体になったドリフトピンがまず動き始めて、次にドリフトピンがシャフトの横孔に接触して荷重が伝達されていく。この際、ドリフトピンと横孔は、その直径の違いから接触が線状になり、荷重が局地的に集中するため、シャフトやドリフトピンに亀裂が生じる場合があり、これが時間と共に進展したり、腐食の起点になったりする恐れがあり、これらが歳月を経て大きな欠陥になり結合部の強度低下を招く場合がある。

本発明はこうした実情を基に開発されたもので、ドリフトピンの打ち込みが容易で、且つ部材同士を引き離そうとする荷重が作用した場合でも、この荷重を円滑に伝達することで、シャフトやドリフトピンの損傷を防止可能な部材連結具の提供を目的としている。

前記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、第一部材に形成された丸穴と第二部材に形成された丸穴とを挿通するシャフトと、シャフトに形成された横孔と第一部材とを挿通する第一ドリフトピンと、シャフトに形成された横孔と第二部材とを挿通する第二ドリフトピンと、から構成され、前記横孔の断面形状は、該横孔を挿通するドリフトピンよりも直径の大きい基礎円と、該ドリフトピンの直径に等しい副円弧と、から成り、且つ第一ドリフトピン用の横孔に形成された副円弧と、第二ドリフトピン用の横孔に形成された副円弧とは、互いに反対向きに配置されていることを特徴とする部材連結具である。

ここで第一部材と第二部材とは、本発明によって連結される二つの部材を識別するため、便宜上与えられた名称であり、いずれも柱や梁など建物の骨格となる部材を指している。ただし双方の部材は互いに面で接触しており、圧縮方向に荷重が作用した場合には、面同士が押し合う状態になる。そしてこの接触面を貫くようにシャフトが埋没しており、そのため双方の部材には、あらかじめ所定の位置にシャフトを差し込むための丸穴が加工されている。シャフトは鋼鉄などを用いた強度に優れた丸棒を素材としており、丸穴の直径はシャフトの直径にほぼ等しく、シャフトを丸穴に差し込む際は、シャフトに外力を加えて埋没させていく。またシャフトを部材に差し込んだだけでは、部材同士を引き離そうとする荷重が作用した場合に対抗できないため、シャフトと直角に交わるドリフトピンを部材側面から打ち込んでおり、そのため部材には、丸穴を貫く係止孔が事前に加工されている。当然ながらシャフトの方にもドリフトピンを通過させるため、外周面を貫く横孔が加工されている。なお第一ドリフトピンと第二ドリフトピンは、使用箇所が異なるだけで機能は同じであり、また形状も同じで問題ない。

シャフトに加工される横孔は、従来、ドリフトピンの直径と同じ、あるいはそれより大きい真円断面であったが、本発明では、真円断面の基礎円を基調として、これに副円弧が組み合わされた形状になっていることが特徴である。基礎円の直径は挿通するドリフトピンの直径よりもわずかに大きくして、双方の境に隙間が生じるようにする。また基礎円の周面の一部を彫り込むようにして、曲率の異なる副円弧が形成されている。副円弧は、その直径がドリフトピンの直径に等しいため、副円弧にドリフトピンが嵌まり込むと隙間が生じず、面で接触した状態になる。したがって横孔の断面は、円にコブが付いたダルマ穴のような形状あるいは卵形になる。なお副円弧を設ける位置は、部材同士が離れていくような荷重が作用した際、ドリフトピンを受け止めるような位置に設ける必要がある。そのため第一ドリフトピン用の横孔と第二ドリフトピン用の横孔に加工される副円弧は、互いに反対向きに配置される。この反対向きとは、両方の副円弧ともシャフトの端面側に設けられることを意味している。

このように構成することで、シャフトによって締結している部材に、互いに離れようとする荷重が作用した場合、部材に打ち込まれて一体になったドリフトピンが、横孔の中を移動して副円弧に接触して、荷重を副円弧の全面に分散しながらシャフトに伝達できるため、ドリフトピンや横孔に極端な集中荷重が作用しない。

なお部材に打ち込まれるドリフトピンは、荷重条件に応じて一つの部材について、複数本使用されることもある。このような場合、必ずしも全ての横孔を本発明のような基礎円と副円弧を組み合わせた形状にする必要はなく、単純な円形断面の横孔を併用してもよい。

次に請求項２記載の発明は、前記横孔において基礎円の直径は、該横孔に挿通されるドリフトピンの直径の１．１倍から１．２倍で、且つ基礎円の中心と副円弧の中心との変位量は、０．５ｍｍから２ｍｍであることを特徴としている。本発明による基礎円の直径は、ドリフトピンのそれより大きくして隙間を確保することが必要であるが、この隙間の取り方は様々な要因を考慮して都度自在に決めることができる。ただし請求項２記載のような限定を行うことで、より実用性が向上する。一般に木材を加工する際の誤差は１ｍｍ以下であるが、湿度などの影響による伸縮や組み立て時の誤差を考慮すると、１ｍｍから２ｍｍ程度の誤差を見込む必要がある。またドリフトピンは一般に直径が１０から１６ｍｍであり、このような数値限定によって通常の誤差を十分に吸収可能である。

請求項１記載の発明のように、シャフトに加工された横孔の断面を、基礎円と副円弧とから構成される断面形状にして、しかも基礎円の直径をドリフトピンよりも大きくすることで、部材の係止孔とシャフトの横孔とがわずかに偏心している場合でも、無理なくドリフトピンを打ち込むことが可能で、しかもシャフトによって結合している部材同士を引き離そうとする荷重が作用した場合、ドリフトピンが直径の等しい副円弧によって受け止められるため、ドリフトピンとシャフトとの接触が面状になり、荷重を広範囲に分散させながら伝達できるため、これらに亀裂などの損傷が発生することを防止できる。

請求項２記載の発明のように、基礎円の直径や基礎円と副円弧の位置関係を規定することで一般に想定される誤差を確実に吸収できるため、ドリフトピンの打ち込み作業が効率よく行える。しかもシャフトとドリフトピンとの間に過剰な余裕を設けないため、結合部の剛性を十分に確保でき建物の保全性も維持される。

図１は、本発明による部材連結具の形状例を示す斜視図である。垂直に配置された第一部材１と水平に配置された第二部材２は、第一部材１の下端面が第二部材２の上面に接触してＴ字状の結合部を形成し、双方の部材の中に埋め込まれるシャフト３によって結合される。シャフト３は鋼鉄製の丸棒で中実だが、強度に問題がなければ中空でも構わない。シャフト３の側面には上下に離れて計二個の横孔４，５が貫通しており、これらは単純な真円断面ではなく、二つの円が組み合わされた断面形状になっている。また第一部材１と第二部材２のいずれにも、シャフト３を差し込むための丸穴１１，１２が加工されており、さらに第一部材１側には、第一ドリフトピン８を差し込むための係止孔６が丸穴１１を貫いて反対面まで到達しており、対になる第二部材２側には、第二ドリフトピン９を差し込むための係止孔７が、同様に丸穴１２を貫いて反対面まで到達している。なお各係止孔６，７の直径は等しく、ここに差し込まれる各ドリフトピンも８，９も同一形状で使用場所だけが異なっている。

丸穴１１，１２にシャフト３を差し込んでいき、第一部材１の底面を第二部材２の上面に接触させて、各部材の係止孔６，７とシャフト３の横孔４，５とをできるだけ一致させた後、それぞれの係止孔６，７にドリフトピン８，９を打ち込むと、シャフト３とドリフトピン８，９を介して部材１，２が結合する。もし第一部材１に下向きの荷重が作用すると、双方の接触面を介して荷重が伝達されていき、また横方向の荷重が作用すると、シャフト３によって荷重が伝達されていき、そして上向きに引き上げる荷重が作用すると、まず係止孔６に密着している第一ドリフトピン８が引き上げられ、これが横孔４に接触してシャフト３を引き上げ、これによってシャフト３と第二ドリフトピン９が接触して、最終的に荷重が第二部材２に伝達される。

横孔４，５の断面形状については、図中の一点鎖線円内に示されるように、二つの円を組み合わせた形状になっており、当該の横孔４に挿通される第一ドリフトピン８よりも直径の大きい基礎円１３と、この上部に組み合わされている第一ドリフトピン８と同直径の副円弧１５とで構成され、基礎円１３と副円弧１５によってダルマ穴のような断面になっている。なおシャフト３の下方に形成された横孔５は、上方の横孔４とは上下対称に副円弧１６が設けられ、第一部材１と第二部材２とを引き離そうとする荷重が作用した場合、両ドリフトピン８，９は副円弧１５，１６に密着する。

図２は図１に描かれた各要素を一体化した状態での断面図であり、図２（Ａ）はＡ−Ａ断面図で、図２（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。シャフト３の横孔４，５を貫通しているドリフトピン８，９は、係止孔６，７との摩擦によって不動状態に保持されており、木材の経年変化による脱落を防止するため、締まりばめの状態で打ち込まれている。しかし横孔４，５の中においては、ドリフトピン８，９の周囲に隙間が確保されており、ドリフトピン８，９が移動すると、シャフト３に接触して荷重が伝達される。そのほか丸穴１１，１２は、ドリルなどの汎用工具を用いて加工されるため先端が円錐状になり、この円錐区間にシャフト３を差し込むことはできない。したがって丸穴１１，１２は、シャフト３が差し込まれる区間よりも深い地点まで加工されている。

図３はシャフト３に形成された横孔４の断面形状を示しており、図３（Ａ）は断面形状の詳細を、図３（Ｂ）は横孔４に第一ドリフトピン８を挿通させた状態を、図３（Ｃ）は第一ドリフトピン８と副円弧１５が接触している状態を、それぞれ示している。ここで第一ドリフトピン８は、直径が１２ｍｍで一般的な木造建築の部材を結合する際、最も広く使用されている寸法である。また横孔４は、大径の基礎円１３を主体として、その周面の一部を第一ドリフトピン８の直径に等しい副円弧１５によって切り込まれた形状で、ダルマ穴のようなコブの付いた円形になっている。ここで基礎円１３の直径は１３．５ｍｍであり、この横孔４に差し込まれる第一ドリフトピン８の直径よりも１．１２５倍だけ大きくなっており、双方の間には図３（Ｂ）のように誤差を吸収できる隙間が生み出される。また副円弧１５は、横孔４に差し込まれる第一ドリフトピン８と直径が等しいため、第一ドリフトピン８が移動すると、図３（Ｃ）のように面接触した状態で荷重を伝達する。なお基礎円１３の中心と副円弧１５の中心とは、１．５ｍｍだけ偏心しており、そのため基礎円１３の上部だけが副円弧１５と交差して、この区間だけが切り込まれている。なお図３において左側に示される概要図は、双方のドリフトピン８，９が副円弧１５，１６に密着している状態を描いている。

副円弧１５，１６を形成する方向は自在に決められるものではなく、第一部材１と第二部材２とが離れようとする場合にドリフトピン８，９が副円弧１５，１６に接触するよう、副円弧１５，１６はシャフト３の端面寄りに形成する必要がある。したがって第一部材１を固定するための横孔４と、第二部材２を固定するための横孔５は、それぞれの副円弧１５，１６が向かい合うように配置されることになる。

図４は、本発明による横孔４について、図３とは異なる断面形状例を示すもので、図４（Ａ）は形状の概要で、図４（Ｂ）は寸法例である。ここでは副円弧１５が基礎円１３に内接している配置となっていることが最大の特徴であり、双方の円周を結ぶように補間線１７を設けている。この形状は第一ドリフトピン８と横孔４との隙間を小さくしたい場合に効果的である。なお第一ドリフトピン８の直径は１２ｍｍで、基礎円１３の直径は１３．５ｍｍであり、双方の中心は必然的に０．７５ｍｍの偏心になる。なお補間線１７の配置や線形については、都度自在に決められるものだが、第一ドリフトピン８と副円弧１５は、約９０度以上接触できることが好ましい。

本発明による部材連結具の形状例を示す斜視図である。 図１に描かれた各要素を一体化した状態での断面図で、（Ａ）はＡ−Ａ断面図で、（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。 シャフトに形成された横孔の断面形状を示しており、（Ａ）は断面形状の詳細を、（Ｂ）は横孔にドリフトピンを挿通させた状態を、（Ｃ）はドリフトピンと副円弧が接触している状態を、それぞれ描いている。 本発明による横孔について、図３とは異なる断面形状例を示す図で、（Ａ）は形状の概要で、（Ｂ）は寸法例である。

符号の説明

１ 第一部材
２ 第二部材
３ シャフト
４ 横孔（第一ドリフトピン用）
５ 横孔（第二ドリフトピン用）
６ 係止孔（第一部材側）
７ 係止孔（第二部材側）
８ 第一ドリフトピン
９ 第二ドリフトピン
１１ 丸穴（第一部材側）
１２ 丸穴（第二部材側）
１３ 基礎円（第一ドリフトピン用）
１４ 基礎円（第二ドリフトピン用）
１５ 副円弧（第一ドリフトピン用）
１６ 副円弧（第二ドリフトピン用）
１７ 補間線

Claims (2)

1. 第一部材（１）に形成された丸穴（１１）と第二部材（２）に形成された丸穴（１２）とを挿通するシャフト（３）と、
   シャフト（３）に形成された横孔（４）と第一部材（１）とを挿通する第一ドリフトピン（８）と、
   シャフト（３）に形成された横孔（５）と第二部材（２）とを挿通する第二ドリフトピン（９）と、
   から構成され、
   前記横孔（４，５）の断面形状は、該横孔（４，５）を挿通するドリフトピン（８，９）よりも直径の大きい基礎円（１３、１４）と、該ドリフトピン（８，９）の直径に等しい副円弧（１５，１６）と、から成り、且つ第一ドリフトピン（８）用の横孔（４）に形成された副円弧（１５）と、第二ドリフトピン（９）用の横孔（５）に形成された副円弧（１６）とは、互いに反対向きに配置されていることを特徴とする部材連結具。
2. 前記横孔（４，５）において基礎円（１３，１４）の直径は、該横孔（４，５）に挿通されるドリフトピン（８，９）の直径の１．１倍から１．２倍で、且つ基礎円（１３，１４）の中心と副円弧（１５，１６）の中心との変位量は、０．５ｍｍから２ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の部材連結具。
   
   
   
   
   
   

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