JP2007054344A - フレーム部材と接合具とそれらを用いた構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】フレーム部材同士を、容易に接合することが出来、分解も容易で、部材の追加や交換によって形状の変更にも自由に対応することができ、いろいろな長さのフレーム部材の組み合わせで様々な大きさの構造体を形成できる汎用性、設計自由性に優れるフレーム部材と接合具の提供を目的としている。
【解決手段】長手方向に貫通する２個以上のビス下孔を有する棒状体の木口面に、１個以上の雌ネジ孔と、前記ビス下孔と一致する位置にあけられた２個以上の貫通孔とを有するプレートがネジ止めされたフレーム部材と、底板を有する中空多面筒状の接合具であって、底板面と側板面のうち少なくとも１以上の面にあけられた１個以上の貫通孔に接合ボルトが挿入され、前記プレートの雌ネジ孔にネジ止めすることで構造体を組み立てる。
【選択図】図４

Description

本発明は、組み立てや解体を容易に行うことができるフレーム部材と接合具、及び、それらを用いて、インテリア用品や福祉機器用品、遊具など、目的に応じて形状や大きさを自由に製作できる構造に関するものである。

従来、フレーム部材とジョイント部材を用いて棚やインテリア資材等を組み立てる方法として、フレーム部材には樹脂コーティングされた鋼管を用い、ジョイント部材には樹脂製のエルボやチーズを用いることで、フレーム部材を自由な長さにカットした後、エルボやチーズに嵌めこみ、組み立てる方法があり、開示されている。
（例えば特許文献１参照）
特許第３１０４１３１号 公報

特許文献１に記載の樹脂コーティングされたフレーム部材を使用する方法では、嵌合孔を有する複数の嵌合筒が交差状に配置され一体で成型されているので、樹脂コーティングされた鋼管を嵌合孔に差し込んで接着するだけで組み立てることが出来るが、接合に接着剤を使用するため、接合部が固定されてしまい、一度組み上げてしまうと、分解することや設計変更が困難であり、不要時にはそのまま廃棄され、環境問題が発生するという課題を有していた。
その他、材質が鉄であるので、カットしたり、孔を明けたりするには作業性が悪いという課題を有していた。
さらに、表面の材質が樹脂であるので、インテリア性に欠けるとともに、手触りが良くないという課題を有していた。

本発明は、上記課題を解決するもので、特殊な工具を使うことなく、フレーム部材と接合具との組み立てや分解が容易にできるので、本棚、収納棚などのインテリア用品やアウトドア用品、福祉機器用品、遊具などを、自由に製作することができ、また、長さの異なるフレーム部材の追加や交換をすることで、一旦組み立てたものでも、形状や大きさ、使用目的を変更することができる、フレーム部材、接合具、及び、それらを用いた構造体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明のフレーム部材と接合具とそれらを用いた構造体は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載のフレーム部材は、棒状体の木口面にプレートが取り付けられているものである。前記棒状体は、木又はプラスチック、又はプラスチックと木を混合した人工木材で、長手方向に貫通する２個以上のビス下孔を有する角柱または円柱状に成型されている。
前記プレートは、プラスチック、または、鉄、アルミなどの金属で成型され、１個以上の雌ネジ孔と、前記棒状体の木口面にあるビス下孔と一致する位置に２個以上の貫通孔とを有している。そして、プレートは、当該貫通孔から前記棒状体のビス下孔に、タッピングビスや木ネジ等をねじ込むことで、前記棒状体の木口面に取り付けられる。また、前記プレートには、回転防止のための嵌入部あるいは突起部を形成してもよい。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）棒状体の長手方向にビス下孔を貫通させるのは、プレートを取り付ける際に、ねじ込む木ネジ等のガイドとなり、正確に、且つ容易に取り付けでき、また、任意の位置で当該棒状体を切断した場合でも、ビス下孔が常にあり切断面にプレートを取り付けることができるようにするためである。
（２）プレートに雌ネジ孔を形成するのは、接合具と接合する際に、ボルトをねじ込むだけで、容易に接合できるようにするためである。
（３）プレートに雌ネジ孔を２個以上形成する場合は、接合具と接合する際に、２箇所以上で、ボルトを用いて止めつけすることで、接合後のフレーム部材の回転を防止するためであり、また、より強固に接合できるからである。
（４）プレートに嵌入部あるいは突起部を形成するのは、接合具と接合する際に、接合具に設けられた突起部あるいは嵌入部と嵌合され、接合後のフレーム部材の回転を防止できるからである。

本発明の請求項２に記載の接合具は、木、または、プラスチック、鉄、アルミなどの金属からなる底板を有する中空多面筒状に成形されている。前記接合具は、底板面または側板面のうち少なくとも１以上の面に、ボルトを用いて請求項１に記載のプレートと接合するための、少なくとも１個以上の貫通孔を有している。また、当該貫通孔の周囲に前記プレートの嵌入部あるいは突起部と嵌合される突起部あるいは嵌入部を形成してもよい。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）接合具を中空多面筒状に形成するのは、構成される面の数だけフレーム部材を接合するためであり、また、フレーム部材との接合時には、中空部内側からボルトを挿入し、接合できるようにするためである。
（２）接合具の底板面または側板面のうち少なくとも１以上の面に貫通孔を設けるのは、当該貫通孔を有する面にフレーム部材を接合する際に、ボルトを挿入するためであり、また、接合具の使用箇所によっては、フレーム部材を接合する必要のない面もあるので、貫通孔をすべての面に設ける必要はない。
（３）接合具の１つの面に貫通孔を２個以上設けることで、２箇所以上で接合でき、接合後のフレーム部材の回転を防止することができる。
（４）接合具の接合面に突起部あるいは嵌入部を形成するのは、フレーム部材と接合する際に、プレートの嵌入部あるいは突起部と嵌合され、接合後のフレーム部材の回転を防止することができるからである。

本発明の請求項３に記載の構造体は、請求項１に記載のプレートと請求項２に記載の接合具とを接合し、組み立てられるものである。前記接合具の底板面と側板面のうち少なくとも１以上の面にあけられた１個以上の貫通孔に中空部内側から接合ボルトを挿入し、前記プレートの雌ネジ孔に接合ボルトをねじ込むことで接合される。接合時には、接合具とプレートの間に、摩擦を起こすシート材を挟み、接合してもよい。
この構造により、以下のような作用を有する。
（１）１つの接合具に対して、フレーム部材を必要方向に接合することで、様々な形状、大きさのフレーム構造が容易に組み立てられる。
（２）接合具の中空部内側からボルトを挿入し、フレーム部材を接合する方法によって、１つの接合具を介して、同一直線状に２つのフレーム部材を接合することができ、これによって短いフレーム部材を用いても、大きなフレーム構造体を組み立てることができるようになる。
（３）フレーム部材と接合具の接合面を金属同士にすることは、より強固な接合になり、変形の少ないフレーム構造になる。
（４）摩擦シートを挟み接合することは、接合ボルト１本で接合した場合でも、接合後のフレーム部材の回転を防止することができるようにするためである。

以上のように本発明のフレーム部材と接合具、及び、これらを用いた構造体によれば以下のような効果が得られる。 請求項１に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）棒状体の長手方向にビス下孔が貫通しているので、プレートをネジ止めする際に、長い木ネジ等であっても、正確、且つ簡単に取り付けでき、また、棒状体を任意の位置で切断した場合でも、ビス下孔があるので、簡単に切断面にプレートをネジ止めすることができる、作業性、汎用性に優れたフレーム部材を提供できる。
（２）プレートの取り付けには、長い木ネジ等を使用することで、木口方向からのネジ止めであっても、強固に取り付けられ、保持力が大きいフレーム部材を提供できる。
（３）フレーム部材の木口面にはプレートが取り付けられているので、接合具との接合時には、接合強度が大きく、経年変化に強い、フレーム部材を提供できる。
（４）プレートの取り付けには、ビスを使用しているので、一度プレートを取り付けた後でも容易に取り外しができ、破損した場合でも、破損部分だけを交換し、何度でも利用できる環境に配慮したフレーム部材を提供できる。
（５）プレートに２個以上の雌ネジ孔を形成し、２箇所以上で接合したり、嵌入部あるいは突起部を形成し、接合具に設けられた突起部あるいは嵌入部と嵌合させたりすることで、回転を防止することができるフレーム部材を提供できる。

請求項２に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）プラスチック、または、金属で成型されることで、繰り返し使用できる耐久性に優れた接合具を提供できる。
（２）中空多面筒状に形成され、底板面または側板面のうち少なくとも１以上の面に貫通孔を設けることで、中空部内側からボルトを当該貫通孔に挿入し、フレーム部材の雌ネジ孔にネジ止めするだけで接合できる、作業性に優れた接合具を提供できる。
（３）１つの面に貫通孔を２個以上設ける場合は、２箇所以上で接合することで、接合後のフレーム部材の回転を防止することができる接合具を提供できる。
（４）接合する面に突起部あるいは嵌入部を形成することで、フレーム部材と接合する際に、プレートに設けられた嵌入部あるいは突起部と嵌合され、接合後のフレーム部材の回転を防止することができる接合具を提供できる。
（５）ボルトと緩み止め用ワッシャーを用いて接合することで、接合後もボルトが緩むことなく安全であり、且つ、取り外しも可能で繰り返し使用できる安全面、環境面に配慮した接合具を提供できる。

請求項３に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）１つの接合具に対して、フレーム部材を接合面の数だけ、必要方向に接合でき、様々な形状のフレーム構造が容易に組み立てられる設計自由性に優れた構造体を提供できる。
（２）接合部は、金属同士をボルトで接合することで、接合時には、非常に強固な変形の少ない構造体となり、また、接着材などを使用しないため、解体分解も容易であり、リサイクル度の高い構造体を提供できる。
（３）接合部は、接合する際に、摩擦シートを挟み接合することで、接合ボルト１本で接合した場合でも、フレーム部材が回転することがない構造体を提供することができる。
（４）木質のフレーム部材は、加工が容易であるため、必要に応じて切断したり、また、途中に側面からの貫通孔をあけたりすることで接合具のない部分にも、フレーム部材の接合が可能となったり、使用目的に応じた付属品を取り付けたりすることが容易であり、設計自由度の高い、優れた構造体を提供できる。

本発明の実施の形態を、実施例となる図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例となる棒状体の構成を示す断面図と斜視図
図２は、本発明の実施例となるフレーム部材の構成を示す斜視図
図３は、本発明の実施例となる接合具を示す斜視図
図４は、本発明の実施例となるフレーム部材と接合具の接合方法示す斜視図
図５は、本発明の実施例となる構造体の例を示す斜視図
図１中、１は棒状体、２は芯材、３は側材、4は溝、である。
図２中、５はビス下孔、６はプレート、７は雌ネジ孔、８は貫通孔、９は嵌入部、１０は木ネジ、１１はフレーム部材、である。
図３中、１２は接合具、１３は中空部、１４は接合面、１５は貫通孔、１６は突起部、１７はボルト、１８はボルト頭、１９はワッシャー、である。
図４中、２０は六角孔、２１は十字型、２２はドライバー、２３は六角レンチ、である。
図５中、２４は構造体、である。

本発明によるフレーム部材１１は、当該フレーム部材１１の断面寸法が２０×２０〜６０×６０ｍｍであることを想定する場合であり、以下のようにすることが望ましい。
図１の（ａ）に示す様に、棒状体１は、両面にノコや溝掘機械等で材の長手方向に溝４を加工した芯材２と、側材３を接着剤で貼り付けることで、この溝４が棒状体１の長手方向に貫通するビス下孔５となる、また、図１の（ｂ）に示す様に、芯材２には溝４を加工せず、側材３に溝４を加工したものを貼り付けるか、図１の（ｃ）に示す様に、芯材２、側材３共に、溝４を加工し、溝４部分をあわせて貼り付ける方法でもよい。
これらの方法でビス下孔５を形成すれば、ドリルを使用して、木口方向へ孔をあける場合と違い、孔の大きさや長さに制限がなく、正確な位置に貫通するビス下孔５をあけることができる。

棒状体１に貫通するビス下孔５の断面形状は、角もしくは丸でもよい。
溝４を丸鋸機械で加工する場合はビス下孔５の断面形状が角となり、ルーターやＮＣ機械で加工する場合は断面形状が丸も可能となる。角溝の場合は芯材２か側材３のいずれか一方に溝４を加工し、貼り合わせるだけで正方形のビス下孔５を形成出来るが、丸孔の場合は、芯材２と側材３のいずれにも半丸の溝４を加工する必要がある。

図２に示す様に、棒状体１の木口面にプレート６を当接し、貫通孔８を通して、木ネジ１０をビス下孔５にねじ込み、プレート６を棒状体１に取り付けることで、フレーム部材１１とする。
本発明に使用する木ネジ１０の保持力は同じ内径の場合は角形状より丸形状の方が大きくなるが、ビス下孔５の形状に応じて、材質とビス下孔５のサイズと木ネジ１０の直径の相関関係より適切なサイズ、長さを選択することで、角形状、丸形状いずれの場合も十分な木ネジ１０の保持力を有する。

また、ビス下孔５のサイズは使用する木ネジ１０の谷の径よりも同じであるか、あるいは０．３〜０．８ｍｍ程度大きくすることが望ましい。ビス下孔５のサイズが使用する木ネジ１０の谷径よりも小さいと、木ネジ１０をねじ込むのに摩擦が増えて大きな力が必要となったり、無理にねじ込もうとして材が割れたりする可能性があり問題となる。これは特に硬い材質の場合に顕著である。
以上のことから、想定するフレーム部材１１のサイズにおいて、木ネジ１０の直径が４〜１０ｍｍのものを使用することが望ましく、ビス下孔５のサイズは、使用する木ネジ１０のサイズに応じて４．０〜１０．８ｍｍとすることが望ましい。

木ネジ１０の長さは、５０〜１５０ｍｍであることが望ましい。この時、木ネジ１０の長さは長いほど、保持力は大きくなる。木ネジ１０の長さが、５０ｍｍよりも短いと保持力が小さくなりすぎ、長期の使用により緩んだりする可能性がある。特に繊維に並行に使用するので、これより短いと、力が加わった場合、容易に引き抜けてしまう恐れがある。１５０ｍｍよりも長いとねじ込み作業の際、大きな力が必要になり、ねじ込みに時間が掛かりすぎる、また、木ネジ１０の重量が大きくなり、フレーム部材１１全体の重量が増えるなどの問題がある。好ましくは、６０〜９０ｍｍが望ましい。
ただし、棒状体１の長さが短く、５０ｍｍの木ネジ１０を両端からねじ込むと木ネジ１０の先端同士が衝突し、プレート６を正しくつけることができない場合は、この限りではない。この場合、木ネジ１０の保持力を確保するため、さらに硬い木材の選択や接着剤との併用が望ましい。また、木ネジ１０を使用せず、通しボルトとナットでプレート６同士を緊結する方法でもよい。

貫通するビス下孔５の孔あけ位置は、棒状体１の外面から木ネジ１０中心までの距離が木ネジ１０の直径以上離れていることが望ましい。又、ビス下孔５同士の中心間距離は、木ネジ１０の直径の２倍以上であることが望ましい。
棒状体１の外面からの中心までの距離が、木ネジ１０の直径より短い場合は、ねじ込み時や、力が加わった時に棒状体１の外面側にクラックが入ったり、木ネジ１０が引き抜け易くなったりする危険性がある。また、外面からの中心までの距離を、木ネジ１０の直径より長くすると、木ネジ１０同士の距離が短くなり、外力が加わった場合の耐力が小さくなるという問題が生じる。

プレート６の平面寸法は、棒状体１の断面寸法と略同サイズ以下とすることが望ましい。また棒状体１の断面寸法より小さくして、棒状体の木口を欠き込み、欠き込み部分にプレート６を埋め込むようにして取り付けることで、プレート６が接合後には、見えないようにしてもよい。プレート６の厚さは、１ｍｍ〜１５ｍｍが望ましい。
ここで、１ｍｍより薄くした場合は、雌ネジ部分の長さが短くなり、接合時のボルト１７の保持力が小さくなるため好ましくない。
プレート６の雌ネジ孔７のサイズは、Ｍ４〜Ｍ１０が望ましい。Ｍ４よりも小さいと接合時のボルト１７の保持力が小さくなり過ぎる、ねじ込み作業がしづらくなる、という問題がある。Ｍ１０より大きいとボルト１７の重量が大きくなりすぎ、全体重量も大きくなるので好ましくなく、また、接合具１２の中空部１３からのねじ込み作業もしづらくなるという問題がある。

プレート６には２箇所以上の木ネジ１０を通すための貫通孔８を加工する。上下左右方向からの加力を考慮すると上下に２箇所づつ配分し、好ましくは４箇所とすることが望ましい。また、４箇所以上としてもよいが、対費用効果を考えると、できるだけ数は少ない方が望ましい。
止めつけ用の木ネジ１０のサイズは４〜１０ｍｍが望ましく、プレート６に加工する貫通孔８の直径は木ネジ１０のサイズより０．５〜２．０ｍｍ大きくすることが望ましい。製造誤差や木の収縮に対応させるためである。また、木ネジ１０は、皿頭、ナベ頭のいずれを用いてもよく、用いる木ネジ１０のサイズ、形状に合わせて、貫通孔８の端部の一方は、木ネジ１０の頭部分がプレート６内に納まるような深さと角度のある加工を施すことが望ましい。

プレート６に、接合後の回転を防止するために嵌入部９を加工してもよい。嵌入部９の直径は、３〜８ｍｍ程度とし、接合具１２に設けられた突起部１６と嵌合させる位置に形成すればプレート平面のどの位置に形成してもよい。

図３に示す様に、接合具１２の外部形状は、四角柱以外の多角柱でもよい。また、安全性の観点から、端部はＲ面取形状としてもよい。
接合具１２のサイズは、フレーム１１の断面と略同サイズ以下とすることが望ましい。中空部１３の内法寸法は、１６〜５４ｍｍとするのが望ましく、１６ｍｍより小さくなると中空部１３に挿入できるボルト１７のサイズが小さくなり耐力が不足するなどの問題が生じる。肉厚は３〜８ｍｍとするのが望ましい。３ｍｍより小さくなると強度が小さくなり、８ｍｍより大きくなると中空部１３の内法寸法が小さくなり、ボルト１７のサイズが小さくなり過ぎるか、ボルト１７が挿入できなくなる。あるいは、接合具１２自体が大きくなる傾向が生じ好ましくない。

接合用のボルト１７の長さは、ボルト１７自体の長さと、ワッシャー１９の厚みとボルト頭１８の高さとの総合計寸法が、接合具１２の中空部１３の内法寸法よりも、短くなければならない。この時の寸法差は１〜３ｍｍ好ましい。１ｍｍよりも小さいと製造公差によってボルト１７が納まらなくなる可能性がある。
また、接合具１２の肉厚とワッシャー１９とボルト頭１８の高さとの合計寸法の２倍の寸法に、ボルト頭１８の半径寸法を足した総計長さが、接合具１２の外形寸法より小さくなければならない。この時の前記総計長さと外形寸法の差は１〜３ｍｍが望ましい。１ｍｍよりも小さいと製造公差によってボルト１７が納まらなくなる可能性がある。
ここで、ボルト１７のサイズは、作業性、強度上の問題を解決できる最低寸法にできる限り近いものがよいと考えられ、大きくなればなる程、接合具１２のサイズが大きくなり、重くなるなどの問題が生じる。またボルト１７を挿入する貫通孔１３は製造公差を考慮してボルト１７の０．３ｍｍ〜１ｍｍ大きくすることが望ましい。

接合具１２に、接合後の回転防止のための突起部１６を加工してもよい。突起部１６は、雌ネジを加工し、ネジをねじ込むことで、ネジの頭を突起部１６とする、突起部１６を一体で形成する、などの方法がある。形状は円柱、角柱、半円などでもよく特に限定はしない。また、プレート６に嵌合される位置であれば、接合面１４のどの位置に形成してもよく、プレート６に突起部、接合具１２に嵌入部を設けてもよい。

図４の（ａ）に示す様に、フレーム部材１１の接合が、接合具１２に対して１本だけの場合、または、２本以上の場合でも、フレーム部材１１が直行する方向の接合では、接合用のボルト１７を互いに直交する方向に挿入するため、ボルト１７を挿入した位置の延長方向の貫通孔１５または中空部１３から、ドライバー２２での締め付けを行うことができる。
図４の（ｂ）に示すように、１つの接合具１２に対してフレーム部材１１が２本以上となる場合の接合で、フレーム部材１１が連続する方向の接合では、ボルト１７のボルト頭１８が中空部１３の内部で向き合うため、後からねじ込み作業をするボルト１７は、中空部１３からＬ型に曲がった六角レンチ２３を挿入し、締め付け作業を行う。中空部１３からの締め付けの場合は、六角孔２０付のボルト１７を使用した方が、締め付け作業を行いやすい。
接合には、全てに六角孔２０付のボルト１７を使用しても良いし、十字型２１付のボルト１７との併用としても良い。

図５に示すように、フレーム部材１１と接合具１２をボルトで締め付けることで接合し、自由な形状、大きさに組み立てる。接合後は、強固な構造体となり、また、接合後でもフレーム部材１１と接合具１２を容易に分解できるので、形状、大きさの変更や、一部の部品の交換なども簡単にできる。この構造体を骨組みとして、ガラス、ダンボール、金属製品、板材、布地、など様々な素材や部品などを組み合わせるなどして、自由に製品を製作しても良い。

棒状体の構成を示す断面図と斜視図 棒状体とプレートの構成を示す斜視図 接合具を示す斜視図 フレーム部材と接合具の接合方法示す斜視図 構造体を示す斜視図

符号の説明

１ 棒状体
２ 芯材
３ 側材
４ 溝
５ ビス下孔
６ プレート
７ 雌ネジ孔
８ 貫通孔
９ 嵌入部
１０ 木ネジ
１１ フレーム部材
１２ 接合具
１３ 中空部
１４ 接合面
１５ 貫通孔
１６ 突起部
１７ ボルト
１８ ボルト頭
１９ ワッシャー
２０ 六角孔
２１ 十字型
２２ ドライバー
２３ 六角レンチ
２４ 構造体

Claims (3)

1. 長手方向に貫通する２個以上のビス下孔を有する角柱又は円柱状の棒状体の木口面に、１個以上の雌ネジ孔と、前記ビス下孔と一致する位置にあけられた２個以上の貫通孔とを有するプレートが、前記貫通孔から前記ビス下孔に木ネジ等を用いてネジ止めされたことを特徴とするフレーム部材。
2. 底板を有する中空多面筒状の接合具であって、底板面と側板面のうち少なくとも１以上の面に、ボルトを用いて請求項１に記載のプレートと接合するための少なくとも１個以上の貫通孔を有することを特徴とする接合具。
3. 請求項１に記載のフレーム部材と請求項２に記載の接合具で構成される構造体であって、前記接合具の底板面と側板面のうち少なくとも１以上の面にあけられた１個以上の貫通孔に中空部内側から接合ボルトが挿入され、請求項１に記載のプレートの雌ネジ孔にネジ止めされたことを特徴とする構造体。
   

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