JP2012509202A - 木材構造部材 - Google Patents

Abstract

木材構造部材が提供される。前記構造部材は、第１の協働表面を有する第１の丸太材であって、前記第１の丸太材は、その長さ方向に沿って長手方向に延びる、第１の丸太材と、第２の協働表面を有する第２の丸太材であって、前記第２の丸太材は、その長さ方向に沿って長手方向に延びる、第２の丸太材とを含む。前記第１の協働表面は、前記第２の協働表面と協働するような形状にされ、前記２つの丸太材は、一体構造ユニットを形成するように相互に固定される。前記一体構造ユニットにおいて、前記第１の協働表面は前記第２の協働表面と接触し、前記第１の丸太材は前記第２の丸太材に対して実質的に平行である。前記第１の丸太材は、前記部材の長さに沿って間隔を空けて配置された複数の締結具により、前記第２の丸太材に固定される。前記複数の締結具は、前記構造部材の長手方向軸から鋭角および鈍角双方を以て設けられた締結具を含む。

Description

本発明は、建築構造において用いられる構造部材に関する。

木材構造部材は、建築構造物の構造において重要な役割を果たしている。木材は、耐荷重に対して強度を備え、また、多様な力に耐える能力を本来備えているため、多様な構造物および基礎構造（例えば、根太、梁、柱、垂木および骨組み）の用途に広く用いられている。さらに、金属材料と比較すると、木材構造部材はより低コストであることが多く、特定の建築要求に合わせた切断よび処理がより容易である。

しかし、木材構造部材に関連して、複数の不利点および厄介な問題がある。すなわち、木材に少しでも欠陥が有った場合、当該部材の強度に妥協が生じ得、その結果、当該部材を用いて建築されたあらゆる構造物にも妥協が生じ得る。そのため、比較的高品質の材木が、（例えば、木材根太を含む）木材部材の製造において必要となる。そのため、特定の種類の木のうち特定の樹齢および品質のもののみに需要が集中し、その結果、生産コストの上昇および天然資源保護の問題が発生する。丸太の一枚板から製材された部分に応じて、木材には、裂片、腐朽、節、異常成長および粒状組織などの欠陥または問題が生じ得る。さらに、商業用途のために製材および作製された場合、チッピング、目ぼれおよび木目など、処理時の欠陥が材木に生じ易くなる。

さらに、一枚板を用いた場合、必要な用途に合わせて適切な寸法および強度重量比を持つ木材を見つけなければならないというさらなる困難が発生する。理解されるように、この問題は、適切なサイズおよび形状の木から木材を切り出すことが可能か否かにかかっている。

無垢材に関連する問題に対処するために、木材根太を作製するための別の形態の木質材料が必要とされている。例えば、このような別の形態の木質材料の例として、加工された木質複合材（例えば、合板、単板積層材（「ＬＶＬ」）、ストランド積層材（「ＯＳＬ」）および配向性ストランドボード（「ＯＳＢ」））がある。木質複合材の利点としては、原材料コストが廉価である（より低グレードの木またはさらには木くずから形成されるため）点と、無垢材の欠陥に関連する問題が無い点とがある。しかし、加工構造木材の場合、天然に形成された木材よりもより多くの切断、接合および硬化を必要とするため、加工木質複合材の製造におけるエネルギー要求およびリソース要求も高くなることが多い。

木質複合材から作製された木材根太の場合も、接合において問題がある。すなわち、木材根太の接合は、木材を別の部材によって支持し、横方向のねじれおよび／または動きが起こらないようにこれらの木材を固定することにより、行われる。根太が例えば梁／柱として用いられた際に軸方向圧縮および横方向曲げに耐えることができるようにするために、木骨またはエンドブロッキングなどのねじれ抑制策がさらに必要となる。これらのねじれ抑制策は、例えば金属留め具が取り付けられた場合に、設計上の障害となり得る。さらに、金属留め具は酸化し易く、高温においては強度が大幅に低下するため、炎の中で崩壊する。

そのため、上記の欠陥のうち１つ以上を改善または解消するかあるいは少なくとも有用な代替物を提供する木材構造部材を得ることが望まれている。

本明細書中において従来技術に言及する場合、当該従来技術がオーストラリアまたは他のあらゆる管轄区域における広く一般的な知識を形成していものと取られるかまたはそのような提案として取られるべきではなく、またそのように解釈されるべきでもない。また、当業者がこのような従来技術を確認、理解または関連するものとして合理的にみなすものとして取られるべきではなく、またそのように解釈されるべきでもない。

一局面において、本発明は、木材構造部材を提供する。前記木材構造部材は、第１の協働表面を有する第１の丸太材であって、前記第１の丸太材は、その長さ方向に沿って長手方向に延びる、第１の丸太材と、第２の協働表面を有する第２の丸太材であって、前記第２の丸太材は、その長さ方向に沿って長手方向に延びる、第２の丸太材とを含む。前記第１の協働表面は、前記第２の協働表面と協働するような形状にされ、前記２つの丸太材は、一体構造ユニットを形成するように相互に固定される。前記一体構造ユニットにおいて、前記第１の協働表面は前記第２の協働表面と接触し、前記第１の丸太材は前記第２の丸太材に対して実質的に平行であり、前記第１の丸太材は、前記部材の長さに沿って間隔を空けて配置された複数の締結具により、前記第２の丸太材に固定され、前記複数の締結具は、前記構造部材の長手方向軸から鋭角および鈍角双方を以て設けられた締結具を含む。

前記複数の締結具は、隣接する締結具を含み得る。前記隣接する締結具は、前記構造部材の前記長手方向軸から交互に鋭角および鈍角において設けられる。

前記第１の協働表面は、前記第１の丸太材の長さに沿って小区分を除去することによって得られた平坦な表面であり得る。前記第２の協働表面は、前記第２の丸太材の長さに沿って小区分を除去することによって得られた平坦な表面であり得る。

前記構造部材には、第１の円形部および第２の円形部を貫通する複数の穴が設けられ得、各穴は、前記複数の締結具のうち１つを受け入れるような形状にされる。

前記複数の穴は、前記構造部材の前記長手方向軸に対して鋭角で形成された穴と、前記構造部材の前記長手方向軸に対して鈍角で形成された穴とを含み得る。

前記鋭角で形成された穴は、前記構造部材の前記長手方向軸に対して４５°〜７０°の角度で形成された穴を含み得、前記鈍角で形成された穴は、前記構造部材の前記長手方向軸に対して１１０°〜１３５°の角度で形成された穴を含み得る。

前記鋭角で形成された穴は、前記構造部材の前記長手方向軸に対して６０°の角度で形成された穴を含み得、前記鈍角で形成された穴は、前記構造部材の前記長手方向軸に対して１２０°の角度で形成された穴を含み得る。

前記締結具は、接着剤によって前記穴内に固定され得る。

前記穴は、そのエッジと前記締結具との間に十分な隙間が得られるようなサイズにされ得、これにより、前記接着剤によって各締結具を前記関連する穴内に封入することが可能となる。

前記接着剤による前記締結具の封入により、前記穴のうち前記締結具が配置されている側と前記締結具とが接触するのを回避することができる。

前記締結具の端部に蓋を設けてもよく、前記蓋により、前記締結具の端部が環境に晒されるのを回避する。

前記締結具は、補強筋であり得る。

前記第１の丸太材の一端に第１の正目が設けられ得、前記第２の丸太材の異端に第２の正目が設けられ得、前記第１の丸太材および前記第２の丸太材の端部は、前記木材構造部材内において相互に隣接し、前記正目は、前記木材構造部材がさらなる部材と係合するような形状および配置にされ、前記さらなる部材は円形断面を有する。

前記第１の正目および前記第２の正目の軸は、整列され得る。

前記第１の正目および前記第２の正目の軸は、平行であり得る。

前記第１の正目および／または第２の正目の軸は、前記木材構造部材が前記さらなる丸太材と共に角度付けされた接続を形成できるように、角度付けされ得る。

前記第１の丸太材の一端には、第１の軸方向ボアが設けられ得る。前記第１の軸方向ボアは、第１の接続ダボを受け入れるようなサイズにされる。前記第２の丸太材の一端には、第２の軸方向ボアが設けられ得る。前記第２の軸方向ボアは、第２の接続ダボを受け入れるようなサイズにされる。前記第１の丸太材および前記第２の丸太材の前記端部は、前記木材構造部材内において相互に隣接する。

前記第１の接続ダボは、前記第１のボア内において前記第１の丸太材と同軸となるように中央に配置され得、前記第２の接続ダボは、前記第２のボア内において前記第２の丸太材と同軸となるように中央に配置される。前記第１の接続ダボおよび前記第２の接続ダボは、前記第１のボアおよび前記第２のボア内においてセンタリング用リングによってそれぞれセンタリングされ得る。

前記接続ダボは、軟鋼棒および高強度鋼棒を含む群から選択され得る。

前記接続ダボは、接着剤によって前記各ボア内に固定され得る。

前記ボアは、そのエッジと前記関連する接続ダボとの間に十分な隙間が得られるようなサイズにされ得、これにより、前記接着剤によって前記接続ダボを前記関連するボア内に封入することが可能となる。

前記第１の丸太材は、前記第１の協働表面および／または第２の協働表面に塗布された接着剤を用いることにより、前記第２の丸太材に固定され得る。

本発明は、上記において述べたような木材構造部材を形成するための方法および装置にも関する。

本明細書中用いられるように、文脈から他の意味として解釈される場合を除いて、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語そしてその変形である「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）」という用語は、さらなる追加物、構成部品、整数またはステップを除外するものではない。

本発明の実施形態による構造部材の斜視図である。 本発明の実施形態による構造部材の構築の用途に適した、別のサイズの３つのベース木材の断面図を示す。 図２に示す３つのベース木材を接合して、本発明の実施形態による構造部材を作製する様子を示す断面図である。 図４Ａは本発明のさらなる実施形態による構造部材の側断面図である。図４Ｂは図４Ａに示す構造部材の部分断面図であり、多様な寸法が注釈されている。 本発明のさらなる実施形態による構造部材の斜視図である。 図５の構造部材の右側面図である。 図７Ａは、図５の構造部材の上面図および下面図である。図７Ｂは図５の構造部材の上面図および下面図である。 図５の構造部材を用いて構築されたトラスの膝継手の立断面図である。 本発明のさらに別の実施形態による構造部材の左側面斜視図である。 図９の構造部材の上面図である。 本発明の実施形態による構造部材の製造において用いられるセンタリング用リングの平面図である。 本発明の実施形態による構造部材の製造および接続において用いられる座金の平面図である。

概要の説明のために、図１を参照して、本発明の一実施形態は、構造部材１００である。構造部材１００は、一対の真円部１０１および１０２を相互に固定することにより、形成される。以下、前記円形部の作製と、前記円形部を相互に固定する様態と、前記構造部材のいくつかの例示的な用途について詳述する。

１． 基材の準備

図１は、本発明の実施形態による構造部材１００の斜視図である。構造部材１００は、第２の丸太材１０２に接合された第１の丸太材１０１を含む。円形部１０１および円形部１０２にはそれぞれ、支持面（これについれは後述する）が設けられ、円形部１０１および円形部１０２はそれぞれ、これらの支持面の間の境界面１１２に沿って接合される。

第１の丸太材１０１および第２の丸太材および１０２に用いられる木材は、いわゆる「真円部分」（あるいは本明細書中において用いられるような）「真円部」または「円形部」である。円形部については、オーストラリア規格１７２０の第６章に記載があり、円形部は典型的には、森林植林からの再生可能な木材として商業用途のために生育されている針葉樹から製造される。これらの木材は典型的には、生育が速く、収穫が容易であり、また生来の欠陥率が低い。多様な種類の木材が前記真円部の形成に適しているが、そのうち特に適している種類として、その長さのうち大半の部分において直径が比較的一定しているものがよく、これにより、トリミングプロセスおよび環状化プロセス時における無駄を最小限にする。松造林地からの材料（例えば、スラッシュマツまたはカリバエ交配種）を用いると、適切な真円部が得られることが多い。他の考えられる他の材料を挙げると、ダグラスファーおよび多様な種類のユーカリがある。

前記木材を真円部状に下降する方法は簡単な方法であり、その結果、わずかな廃棄物として枝および樹皮が発生する。これらの「廃棄物」はどちらとも、前記造園業および建築業に有用な材料に簡単かつ効率的に加工することが可能である。この真円部の加工に必要なエネルギーは、製材作業に必要なエネルギーよりも大幅に低い。

部分全体を用いることにより、（オーストラリア規格１７２０において認定されている）真円部１０１および１０２による恩恵が、構造部材１００によって受け継がれる。真円部全体の固有強度を相当する製材部分と比較すると、本発明における用途において真円部が理想的であることが分かる。例えば、真円部が用途に選択されているのは、製材木材製品または集成木材製品などの他の木材よりも真円部の方が多くの利点があるからである。例えば、１つの利点として、真円部は比較的低価格であり、その製造方法も簡単であり、すなわち、適切な直径の木を切断した後に木の外面をトリミングして、その長さに沿って一定直径の棒を形成するだけでよい。樹皮および枝などの唯一の廃棄物は、前記棒の外面から切り出される。

真円部の場合、木材繊維の本来の強度が製材または他の加工によって乱されないため、特に強固である。すなわち、円形部の完全性が維持され、円形部を円形状にするために必要なトリミングプロセスも、円形部の全体的強度に影響をあまり及ぼさない。木材の本来の特性としては、円形部の中央芯または髄部分は比較的軟質であり、構造強度も低い。一方、木材の周囲部はずっと硬質であり、木材繊維は高引張荷重を支持することができる。また、この硬質な外側層は水分吸収および虫による攻撃に耐える力がより高いため、真円部の作製時において木材外周を無傷に保持することで、当該木材の構造的完全性が保持される。

図２を参照して、本発明において適切に用いられ得る３つの異なるサイズの真円部が図示されている。すなわち、円形部２０２は直径が１２５ｍｍであり、円形部２０４は直径が１５０ｍｍであり、円形部２０６は直径が２００ｍｍである。もちろん、任意の直径を用いてよいが、真円部の直径は典型的には７５ｍｍ〜３００ｍｍである。実際に選択される直径は、構造部材の意図される用途に応じて異なる。

図３は、構造部材３０２、３０４および３０６の端面図である。構造部材３０２、３０４および３０６は、図２に示す１２５ｍｍの円形部２０２、１５０ｍｍの円形部２０４および２００ｍｍの円形部２０６を用いて形成されている。

本発明の目的のために、これらの円形部に機械加工を施して、円形部の長さに沿って小区分を除去し、平坦化された支持面２０８を得る。円形部の直径に対する平坦化支持面２０８の比率は、製造される構造部材（例えば、構造部材１００）の断面が適切なサイズとなるように、選択される。本発明において、除去対象となる小区分の適切なサイズとしては、小区分の深さをおよそ円形部の直径×０．２にする（すなわち、１２５ｍｍの円形部の場合、深さおよそ２５ｍｍの小区分を除去する）。もちろん、必要になり得る特定の構造用途に応じて、この比率を変更することも可能である。小区分の除去は、例えばリッピング鋸または自動鉋盤を用いることによっても可能である。

図２において、円形部２０２、２０４および２０６の反対側上の一対の平坦化支持面２０８および２１０により円形部２０２、２０４および２０６が作製されている様子が図示されている。２つの平坦化支持面２０８および２１０を円形部２０２、２０４および２０６の反対側上に設けることにより、これらの支持面のうち１つ（例えば、２０８）を用いて円形部を別の円形部に結合して、（以下に後述するような）構造部材を形成することができ、他方の支持面（例えば、２１０）を用いて、被覆要素などの他の材料の固定先となる表面を得ることができる。さらに、２つの区分を含む対称部分を除去すれば、不均等な乾燥ストレスが発生する可能性が低くなる。

しかし、あるいは、図１に示す構造部材１００毎に、円形部を単一の平坦化支持面２０８と共に作製してもよく、この場合、平坦化支持面２０８に沿って円形部を結合する。

機械加工された円形部１０１および１０２を結合して構造部材１００を作製する前に、円形部１０１および１０２を防腐剤で処理して、寿命を保護してもよい。構造部材１００の意図される用途（例えば、構造部材を地上地下用途に用いるＨ２〜構造部材を円形構造用途に用いるＨ５）に応じて、異なる程度の保護を付与することができる。クロムおよびヒ素を含まない銅・第四級アンモニウム（ＡＣＱ）として公知であるプロセスを用いることにより、適切な防腐剤を得ることができる。

２． 構造部材の形成

２．１ 集成

構造部材１００を形成するには、（上述したような）協働支持面と共に作製された２つの円形部１０１および１０２を整合させ、相互に固定する。治具を用いてこれらの円形部１０１および１０２共に集結し、結合境界面１１２に沿って構造部材１００を集成する。

２．２ 相互ダボ接合

円形部１０１および１０２を集成した後、例えば２つの円形部１０１および１０２を穿孔することにより、構造部材１００を貫通する穴１０９を形成する。その後、締結具１１０を穴１０９内に挿入し、接着剤接合材料を用いて所定位置に固定する。

理解されるように、例えば、ピン、ダボ、棒またはボルトなど、他にも多くの種類の締結具１１０を適切に用いることができる。しかし、この実施形態において、用いられる締結具１１０は、コンクリート産業において用いられることの多い異形補強筋である。

別の締結具１１０を挙げると、例えば、亜鉛めっき溶融亜鉛めっきされた異形ダボまたはＹ型ダボ、または当該構造部材の要求および当該構造部材が晒されることになる環境条件に合わせた適切な強度特性を備えた他の任意のダボ／棒／締結具がある。例えば、当該構造部材の提案用途に応じて、異なる腐食防止策の締結具を用いることができる。これらは、標準的な高力補強筋（例えば、内陸の荒々しくない環境用のもの）から高グレードのステンレス鋼異形棒（例えば、荒々しい海上環境用のもの）にわたり得る。

穴１０９の位置および角度を選択する際は、締結具１１０を所定位置に固定した後、部分１０１と部分１０２との間に十分な接合が得ることができ、これにより構造部材１００による複合作用が得られるように、選択を行う。

穴１０９の直径および締結具１１０の寸法は、構造部材１００の意図される要路に応じて、選択される。穴１０９のサイズは、用いられている接着剤接合材料の性能特性によって示されるような十分な隙間内に締結具１１０が嵌ることが可能となるように、サイズ決めされる。例示目的のため、棒に対する穴の典型的比率を以下に挙げる：１６ｍｍ異形棒に対して２２ｍｍ穴、１２ｍｍ棒に対して１８ｍｍ穴、および２０ｍｍ棒に対して３０ｍｍ穴。

締結具１１０を穴１０９内の所定位置に固定する際、事前形成された環状センタリング用リングを用いて、締結具１１０が穴１０９内の中央位置に確実に配置されるようにすることができる。この（以下に説明する）センタリング用リングにより、接着剤を前記リングを通じて穴１０９内に流動させることができ、これにより、前記接着剤による締結具１１０の完全封入が達成される。前記接着剤を穴１０９の一端から前記ダボ１１０の周囲に注入し、穴１０９の他端より、前記注入プロセス時に空気を逃すことができる。その結果、穴１０９内のダボ１００の周囲に接着剤を均一に分配することが可能になる。接着剤注入は、例えばトリガーカートリッジガンまたは空気式カートリッジガンにより、行われ得る。（以下に説明する）座金１６０を用いて、２つの円形部１０１および１０２間の境界面１１２にわたって穴１０９の内部において用いることで、境界面１１２から接着剤が逃げないようにすることも可能である。

部材１０１および１０２を治具内に配置した後、締結具１１０を穴１０９内に挿入し、接着剤注入を行う。その後、接着剤が初期硬化する間、円形部１０１および１０２を所定位置に保持する。これは典型的には４時間内に発生するが、複数の変数（例えば、温度、木材の含水量および接着剤配合組成に応じて異なる。キャンバー型構造部材が必要な場合、これは、前記キャンバーを形成治具内の円形部１０１および１０２に付加することにより、達成することができる。前記接着剤の硬化時に第１の組を円形部に付加することにより、プレキャンバーを構造部材内に維持することが可能になる。

接着剤接合材料は、例えば二成分エポキシ材料を含み、いくつかの用途において単相エポキシを用いてもよい。理想的には、エポキシにより締結具１１０を完全に包囲し、これにより、締結具１１０の腐食防止をその長さ全体に沿って可能にする。詳細には、適切な接着剤は、構造用エポキシ樹脂（例えば、耐水チキソトロピック無溶媒エポキシ樹脂）である。このような接着剤接合材料により、埋設された締結具１１０の腐食防止が可能になるというさらなる恩恵が得られる。

締結具１１０の締結は構造部材１００を通じて行われ、その結果、構造部材１００において、高負荷破壊に代表される長手方向亀裂を抑制することができる。締結具１１０の正確な数、種類および挿入角度は、構造部材１００の意図される用途に応じて異なる。

図４Ａは、本発明の実施形態による構造部材４００の側断面図である。図４Ｂは、図示の多様な寸法および角度の部材４００の部分図である。図示のように、構造部材４００内の隣接する穴４０８が、部材４００の長手方向軸から同一方向において測定された交互の鋭角および鈍角で穿孔されている。図示のように、隣接する穴４０８の角度を交互にすることにより、（締結具が一旦穴内に固定されると）締結具は相互に平行ではなく、Ｖ字型のパターンを繰り返す。締結具を所定位置に固定した後、このＶ字型パターンを繰り返すことにより、トラス構造効果により、構造部材４００にさらなる強度を付与することができる。トラス構造効果とは、ダボを対角構成状に配置することで、支持面からの負荷を外側接続節点に移動させ、これにより、木材繊維単独で支持しなければならないストレスの量を低減することができる能力のことである。

交互に配置される鋭角および鈍角の正確な値は、当該木材の負荷担持特性ならびにダボと木材との間の接着剤の接着強度に基づいて、選択される。例えば、交互の角度が１５°および１６５°である場合（この場合、各穴／締結具の垂直方向からの角度は７５°である）、極めて長い長さの締結具が必要となり、その結果、高い接着強度がえられる。しかし、このような角度の場合、必要な穴を形成するためには特殊な器具が必要となり、また、１メートル当たりに必要な締結具の数もごく少数となり、その結果、各締結具上に付加されるストレスが受容不可能なほど高くなり（その結果、接着不良の危険性が発生する）。あるいは、締結具全てを９０°で（すなわち、構造部材の長手方向軸に対して垂直に）配置した場合、当該締結具からはトラス構造効果は何ら得られず、その結果、締結具当たりの接着長さが極めて短くなる（ピン当たりおよそ２直径）。

一般的に、図４に示すように、交互の角度をおよそ６０°および１２０°にした場合（この場合、各穴／締結具の垂直方向に対する角度は３０°となる）、上記考慮事項のバランスが適切にとれることが分かっている。しかし、図４に示す実施形態における特定の用途において、垂直方向に対して２０°（すなわち、交互の角度が長手方向軸に対して７０°〜１１０°）と、垂直方向に対して４５°（すなわち、交互の角度が長手方向軸に対して４５°〜１３５°）との間の他の角度を用いてもよく、構造部材４００の同一エッジ上の隣接する締結具４０８の端部間の距離はＤ／３（すなわち、構造部材４００の断面Ｄ１／３）となる。その結果、やはり、競合要素間において適切なバランスをとることが可能となる。前記距離がＤ／３よりも大きくなると、トラス構造効果に妥協が生じるかまたは全く無くなる。その場合、ピン間において負荷が移動するため、ピン間に応力亀裂が発生する。逆にいえば、距離がＤ／３未満であれば、必要な締結具の数が（もちろん）増加し、そのため、締結具にかかる費用を（すなわち締結具そのものおよび必要な接着剤のコストだけではなく、さらなる穴を形成し、前記穴内に前記締結具を固定するための生産時間も）鑑みれば、構造部材の経済的実行可能性が低下し、性能の均等な上昇も得られない。

図４に示すような穴および締結具の角度ならびに隣接締結具間の距離は、本発明の上述した別の実施形態および後述する別の実施形態にも等しく適用可能である。

３． 端部接続

構造部材の意図される用途に応じて、構造部材１００の円形部１０１および１０２の一端または両端１０６のいずれかに軸方向ボア１０３および／または正目１０７を設けることで、構造部材１００と別の部材または構造物との接続を容易化することができる。

これらの軸方向ボア１０３により、構造部材１００の各端部において、ダボを用いた木目接続が可能となる。軸方向ボア１０３は、円形部１０１および１０２の端部（単数または複数）として所定の深さまで機械加工される。各ボア１０３は、図示のような鋼ダボ１０４（または類似のもの）を受け入れるようなサイズにされる。ダボ１０４は、例えば、円形部１０１と円形部１０２との間の相互ダボ接合に用いられるダボ１１０と同様の異形補強筋であり得る。

上述したような締結具の挿入毎に、ボア１０３の直径はダボ１０４の直径よりも若干大きくなり、これにより、接着剤接合材料を注入し、ダボ１０４全体を包囲させ、これにより、ダボ１０４と円形部１０１または１０２との間の高強度接続を保証することができる。接着剤の注入は、例えば、トリガーカートリッジガンまたは空気式カートリッジガンを用いて行われ得る。

ダボ１０４をボア１０３内において中央位置に確実に配置するために、事前形成された環状センタリング用リング１５０が用いられ得る。図１１は、センタリング用リング１５０を示す。センタリング用リング１５０は、中央アパチャ１５２を含む。中央アパチャ１５２は、用いられるダボ１０４と実質的に同じ（かまたは若干大きな）直径を有する。センタリング用リングの円周には、複数の突起１５４が設けられる。これらの突起１５４は、ボア１０３のエッジと係合サイズ／配置される。使用時において、その際、ダボ１０４を貫通させる必要のある各部材に対して少なくとも１つのセンタリング用リングがある状態で、センタリング用リング１５０がダボ１０４に沿って配置及び固定される（例えば横木および柱と第２の横木とを接続する際、複数の部材が相互に接続され得る）。その後、センタリング用リングの中央アパチャ１５２を通じて、ダボ１０４をボア１０３に挿入する。センタリング用リング１５０により、ダボ１０４をボア１０３内において中央に確実に配置することができ、また、ボア１０３のエッジと突起１５４との間において接着剤をボア１０３内に注入することができる。センタリング用リング１５０は、プラスチック材料、金属材料または複合材から作製され得る。

図１２を参照して、構造部材１００と、構造部材１００が取り付けられた他の任意の部材との間の境界面（単数または複数）にわたって座金１６０を用いることができ、これにより、部材間の接合部内への接着剤の漏れを制限する。座金１６０は、アニュラス１６３からなる。アニュラス１６３は、中央アパチャ１６１を有し、アニュラス１６３の内径１６２はダボ１０３と実質的に同じであり、アニュラス１６３の外径１６５は、ボア１０３と軸方向に整列した様態で穿孔したリベットと実質的に同一である。座金１６０の長さは２〜１０ｍｍであり得、そのため、前記リベットの長さは、ｂｅ少なくとも座金１６０を収容できるくらいに十分で有る必要があり、その際、座金１６０は、これらの間の境界面にわたって１つの部材から別の部材へと横断する。アニュラス１６３の内面には、複数の突起１６４がある。これらの突起１６４は、挿入されたダボ１０４（または１１０）をボア１０３（または穴１０９）内において保持およびセンタリングするようにに、サイズ決めおよび配置される。

構造部材１００を別の部材または円形部に接続する（または構造部材１００の２つの円形部１０１および１０２を相互接続する）には、先ず、関連する部材または円形部内に必要な穴を穿孔し、ダボ／締結具を（センタリング用リングを用いてまたは用いずに）挿入し、接合部にわたって座金を挿入し、その後、接着剤を穴の露出端（例えば、穴１０９の露出端１１３）から前記部材または円形部を通じて注入する。あるいは、ダボ／締結具−座金の組み合わせを同時に挿入してもよい。必要ならば、接着剤の注入をブリーダー穴を用いて行ってもよい。接着剤注入後、ダボ／締結具は接着剤によって封入される。端部キャップを用いるか、または、ダボ端部を液状ゴムなどの複合物内に浸漬して、直径がボア１０３と実質的に同一かまたはわずかに小さいキャップを得ることにより、ダボ／締結具１１０および１０４の端部が木材と接触しないように保護することができる。締結具について、前記端部キャップは、前記ボア内に前記締結具をセンタリングする機能も果たし得、その場合、上述したようなセンタリング用デバイスは不要となり得る。また、前記端部キャップにより、前記締結具の端部が環境に露出するのを回避することができ、また、前記端部キャップは、前記締結具の端部を平滑化／緩衝する機能も果たし、これにより、潜在的な破壊点に対処する。

ダボ１０４の固定に加えて、軸方向ボア１０３は、円形部１０１および１０２の中央の通常一番弱い部分も除去する。その結果、構造部材１００の全体的な強度／構造完全性が向上する。

ダボ１０４を構造部材１００内に固定した後、その自由端１０５を用いて、構造部材１００をさらなる部材／構造物に接続することができる。その後、このような複合構造物に付加される負荷力は、軸方向に構造部材１００の円形部１０１および１０２を通じて伝達される。その結果、前記複合構造物の強度がさらに増す。

さらに、接続ダボ１０４を円形部１０１または１０２内に収容することにより、ダボ１０４を大幅に保護し、耐火性を得ることができる。他の公知の接合システムでは、外側から取り付けられたコネクタ（例えば、ダボ、ピン、爪、ボルト、プレートなど）を用いている。このような外側から取り付けられたコネクタの場合、火災発生時において、根太の木材中に熱を伝達させることが分かっており、その結果、接合部の不安定化が増してしまい、望ましくない。理論的には、このような不安定化は、コネクタが高温になったために穴中の木材が炭化して収縮し、その結果、動いている部材内に動的応力が発生するためと考えられる。内部ダボコネクタ１０４を設けることにより、この問題が回避され、構造部材１００の火災等級は、円形部１０１および１０２に依存する。本発明において用いられる円形部１０１および１０２それ自体の可燃性は製材木材よりも低い点にさらに留意されたい。

使用時において、ダボ１０４の自由端１０５は、構造部材１００に固定されている部材／構造物内のボア内へ挿入されることが予測される。そのため、上述したものと類似する接合構成を用いて、ｆダボ１０４の両端をその各ボア内に適切にアンカー固定する。

一対の軸方向ダボによって構造部材１００への／との接続を可能にすることにより、構造部材１００に負荷がかかったときの構造部材１００のねじれを回避する。必要ならば、構造部材１００の両端をこのような様態で固定することが可能である。その場合、４つの高強度軸方向ダボ接続を用いて、部材１００を所定位置に固定する。

構造部材１００を円形棒など（例えば、さらなる真円部）に接続する場合、円形部１０１および１０２の端部１０６に、正目１０７がさらに設けられ得る。「ラジアル」という用語を用いているが、切断部は正確に円形である必要はなく、より一般的な扇形形状または凹型形状にしてもよいことが理解される。切断部１０７の曲率半径または形状は、構造部材１００の接続先となる円形の棒または概して凹型形状の別の部材の直径を反映するように、選択される。その結果、前記円形棒または他の部材との接続を正確かつ構造的に健全にすることができる。

正目１０７の円形部１０１および１０２への機械加工は、例えば専用の大型ボア穴のこ盤を用いて行われ得る。さらに、正目１０７の軸角度は、別の部材との接続が任意の方位において可能となるように、選択され得る。例えば、端部は、多様な角度にしてよく（例えば、切断部１０７の軸は、（図５〜図８に示すように）円形部１０１および１０２の軸に対して４５°の角度を有するか、または、切断部１０７の軸は、（図１に示すように）円形部１０１および１０２の軸に対して９０°の角度を有する）。その結果、建造されている構造物または基礎構造に合わせた必要な角度で構造部材を円形棒または別の部材に接続することができる。

理解されるように、特定の構造部材に合わせて選択される端部は、当該部材の意図される使用／配置によって異なる。例えば、図１は、構造部材１００を示す。この構造部材１００において、正目１０７が各端部１０６に設けられ、これにより、構造部材１００を各端部における円形部材／構造物（例えば、真円部）との接続に適したものとする。一方、図４は、構造部材４００を２つの高さの／平坦端部４１０および４１２と共に示す。構造部材４００は、２つの平坦表面間への配置に適している。あるいは、図５の構造部材５００の一端５１０には、（円形部材／構造物との接続のための）正目５０６および５０８が設けられ、反対端部５１２には、（平坦面への接続／固定のための）平坦な端部が設けられる。

図５において、構造部材５００は、第１の円形部５０２および第２の円形部５０４を用いて形成される。上述したように、部分５０２および５０４の端部は、円形部５０２および５０４の端部５０６形状が別の円形部分と１つの角度で接続可能な形状となるように、機械加工される。この角度付けき接続は、図６および図７に示すように端部５０６の正目５０８の角度付けされた軸により、容易化される。図示の実施形態において、正目５０８の反対側の部材５００の端部は、部材５００を平坦な表面または部材に固定することが可能なような高さになっている。

図８を参照して、構造部材５００の接続先となる部材そのものは、本明細書中に記載の種類のさらなる構造部材であり得る。図８は、トラス接続８００を示す。トラス接続８００において、構造部材５００は、構造部材５００との二重ピン型木口接続８０４を通じて、角度付けされた部材８０２に接続される。正目および軸方向ダボによって得られた接合部８０６により、良好なピン接合接続が可能となり、部分モーメント固定性が可能となる。製材部分を四角形に切断した場合よりも、より高い支持が達成される。

図１および図５に示す実施形態において、２つの円形部（図１中１０１および１０２、図５〜図８中５０２および５０４）の正目は、円形部材または構造物と係合するように形状形成および配置される。これを容易化するために、図１中の凹型切断部の軸は、軸方向に整列される。

図９および図１０に示すような別の実施形態において、構造部材９００は、第１の円形部９０２および第２の円形部９０４からなる。第１の円形部９０２および第２の円形部９０４の端部９０６は、平行に間隔を空けて配置された軸を有する隣接する切断部９０８から端部が形成されるように、機械加工される。ｓの結果、この実施形態により、２つの隣接する円形部（例えば、本発明の構造部材）の幅にわたる係合が容易化される。

上述した接続方法の用途の例を非限定的に挙げると、例えば担持部から根太へと面内接続された床システム、骨組みシステム（例えば、膝部（柱／垂木）への脚部または棟（垂木間）を含む門型骨組み接続）、梁／柱接続、および角度付き接続（トラス対角）がある。

上述した丸太材の使用によって得られる恩恵に加えて、前記構造部材は（組み立て後に）複合部材として機能し、その結果、さらなる構造強度および安定性が得られる。そのため、構造部材を丸太材から形成すると、多数の利点（例えば、比較的少量の廃棄物、円形部の構造的完全性の維持）が得られる。

形成された構造部材の能力は、同一のサイズおよび種類の相当する製材部分に匹敵する。しかし、前記構造部材の形成に用いられる木の成長度は、前記相当する製材部分に必要な成長度よりも多数年少ない点が強調される。

本発明の構造部材において用いられる木材は典型的には、相当する製材部分よりも多数年分だけ若い。その結果、森林成長サイクルにより、従来の製材部分によって可能であったものよりもより若い木々を建築用途に提供することが可能となる。さらに、若い木は、古い木よりもより多くの量の炭素を雰囲気から隔離するため、（本発明において用いられるような）比較的若い木材を収穫し、移植することにより、利点が得られる（例えば、Ｔｈｅ Ｗｅｓｔｅｒｎ Ａｕｓｔｒａｌｉａ Ｆｏｒｅｓｔ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｍｅｄｉａ ｓｔａｔｅｍｅｎｔ（２００９年９月４日）を参照）ことが提案されている。上述した構造部材の製造において必要となる廃棄物の正味の量およびエネルギー消費は一般的には、同様の構造の製材部分の製造において必要なものよりも少量である。加工された木材（例えば、ＬＶＬ（単板積層材））の占有面積は、極めて環境に優しい。小型の木材部分を用いることによって明かに恩恵が得られるのにもかかわらず、高圧形成プロセスにおいて必要となるエネルギーおよび部材接着に必要な樹脂量は、環境面において有害である。

４．用途

本発明の構造部材から形成された複合根太は、従来の単一の部材と比較して多数の利点を持つ。例えば、この構造部材は、梁としての使用に必要な適切な深さ／幅比を提供し、前記比はおよそ２対１であり、そのため、この構造部材は曲げ部材として良好に適している。これらの部材は、低コストの原材料（典型的には、より廉価な針葉樹類からの丸太全体部分）を利用することにより、経済的に製造される。

本発明の実施形態による構造部材の特性として、前記構造部材は、さらなるねじれ抑制を全く必要とすること無く、軸方向圧縮および横方向曲げのどちらにも耐えることができる点がある。そのため、前記構造部材は、例えば梁／柱としての用途に適している。さらに、前記構造部材の扇形端部により、さらなる部材とのピン接合接続が容易化され、これにより、二重ピン型接続を用いた（多様な角度における）トラス接続が可能となる。このような二重ピン型接続の場合、比較的簡単であるため有利であるだけでなく、支持の向上および部分モーメント固定性も得られる。

本発明の構造部材の用途は、典型的な住宅構造を含む他の任意の梁または梁／柱材料と同様である。本構造部材は、より負荷の高い用途に適したサイズであり、住宅構造におけるより大型の製材部分および商用構造における集成ベニヤ部分の有効な代替物となり得る。本構造部材の用途を非限定的に例示すると、床部材（例えば、担持部または根太）、壁骨組み部材（例えば、まぐさおよび頑丈なスタッド）、屋根骨組み部材（例えば、垂木またはハンギング／支柱梁）、門型フレーム部材（例えば、柱、垂木または下弦）、ならびに梁／柱部材（例えば、ピアおよび音響バリア柱）がある。

トラス節点（膝部接続および棟接続）などの様々な接続を形成するために、多様な要素を接続することもできる。

本明細書中において開示および規定された本発明は、上述したかあるいは文章または図面から明かな個々の特徴のうち２つ以上の組み合わせ全てに適用されることが、理解される。これらの異なる組み合わせは全て、本発明の多様な別の局面を構成する。

Claims (23)

1. 木材構造部材であって、
   第１の協働表面を有する第１の丸太材であって、前記第１の丸太材は、その長さ方向に沿って長手方向に延びる、第１の丸太材と、
   第２の協働表面を有する第２の丸太材であって、前記第２の丸太材は、その長さ方向に沿って長手方向に延びる、第２の丸太材と、
   を含み、
   前記第１の協働表面は、前記第２の協働表面と協働するような形状にされ、前記２つの丸太材は、一体構造ユニットを形成するように相互に固定され、前記一体構造ユニットにおいて、前記第１の協働表面は前記第２の協働表面と接触し、前記第１の丸太材は前記第２の丸太材に対して実質的に平行であり、
   前記第１の丸太材は、前記部材の長さに沿って間隔を空けて配置された複数の締結具により、前記第２の丸太材に固定され、前記複数の締結具は、前記構造部材の長手方向軸から鋭角および鈍角双方を以て設けられた締結具を含む、
   木材構造部材。
2. 前記複数の締結具は、前記構造部材の前記長手方向軸から交互に鋭角および鈍角で設けられた隣接する締結具を含む、請求項１に記載の木材構造部材。
3. 前記第１の協働表面は、前記第１の丸太材の長さに沿って小区分を除去することによって得られた平坦な表面であり、
   前記第２の協働表面は、前記第２の丸太材の長さに沿って小区分を除去することによって得られた平坦な表面である、
   請求項１または請求項２に記載の木材構造部材。
4. 前記構造部材には、第１の円形部および第２の円形部を貫通する複数の穴が設けられ、各穴は、前記複数の締結具のうち１つを受け入れるような形状にされる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の木材構造部材。
5. 前記複数の穴は、前記構造部材の前記長手方向軸に対して鋭角で形成された穴および前記構造部材の前記長手方向軸に対して鈍角で形成された穴を含む、請求項４に記載の木材構造部材。
6. 前記鋭角で形成された穴は、前記構造部材の前記長手方向軸に対して４５°〜７０°の角度で形成された穴を含み得、前記鈍角で形成された穴は、前記構造部材の前記長手方向軸に対して１１０°〜１３５°の角度で形成された穴を含む、請求項５に記載の木材構造部材。
7. 前記鋭角で形成された穴は、前記構造部材の前記長手方向軸に対して６０°の角度で形成された穴を含み、前記鈍角で形成された穴は、前記構造部材の前記長手方向軸に対して１２０°の角度で形成された穴を含む、請求項５に記載の木材構造部材。
8. 前記締結具は、接着剤によって前記穴内に固定される、請求項４〜８のいずれか１つに記載の木材構造部材。
9. 前記穴は、そのエッジと前記締結具との間に十分な隙間が得られるようなサイズにされ、これにより、前記接着剤によって各締結具を前記関連する穴内に封入することが可能となる、請求項８に記載の木材構造部材。
10. 前記接着剤による前記締結具の封入により、前記穴のうち前記締結具が配置されている側と前記締結具とが接触するのを回避する、請求項９に記載の木材構造部材。
11. 前記締結具の端部に蓋を設け、前記蓋により、前記締結具の端部が環境に晒されるのを回避する、請求項９または１０に記載の木材構造部材。
12. 前記締結具は補強筋である、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の木材構造部材。
13. 前記第１の丸太材の一端に第１の正目が設けられ、前記第２の丸太材の異端に第２の正目が設けられ、前記第１の丸太材および前記第２の丸太材の端部は、前記木材構造部材内において相互に隣接し、前記正目は、前記木材構造部材がさらなる部材と係合するような形状および配置にされ、前記さらなる部材は円形断面を有する、請求項１〜１３のいずれか１つに記載の木材構造部材。
14. 前記第１の正目および前記第２の正目の軸は、整列される、請求項１４に記載の木材構造部材。
15. 前記第１の正目および前記第２の正目の軸は、平行である、請求項１４に記載の木材構造部材。
16. 前記第１の正目および／または第２の正目の軸は、前記木材構造部材が前記さらなる丸太材と共に角度付けされた接続を形成できるように、角度付けされる、請求項１４〜１６のいずれか１つに記載の木材構造部材。
17. 前記第１の丸太材の一端には、第１の軸方向ボアが設けられ、前記第１の軸方向ボアは、第１の接続ダボを受け入れるようなサイズにされ、前記第２の丸太材の一端には、第２の軸方向ボアが設けられ、前記第２の軸方向ボアは、第２の接続ダボを受け入れるようなサイズにされ、前記第１の丸太材および前記第２の丸太材の前記端部は、前記木材構造部材内において相互に隣接する請求項１〜１８のいずれか１つに記載の木材構造部材。
18. 前記第１の接続ダボは、前記第１のボア内において前記第１の丸太材と同軸となるように中央に配置され、前記第２の接続ダボは、前記第２のボア内において前記第２の丸太材と同軸となるように中央に配置される、請求項１８に記載の木材構造部材。
19. 前記第１の接続ダボおよび前記第２の接続ダボは、前記第１のボアおよび前記第２のボア内においてセンタリング用リングによってそれぞれセンタリングされる、請求項１９に記載の木材構造部材。
20. 前記接続ダボは、軟鋼棒および高強度鋼棒を含む群から選択される、請求項１８〜２０のいずれか１つに記載の木材構造部材。
21. 前記接続ダボは、接着剤によって前記各ボア内に固定される、請求項１８〜２１のいずれか１つに記載の木材構造部材。
22. 前記ボアは、そのエッジと前記関連する接続ダボとの間に十分な隙間が得られるようなサイズにされ、これにより、前記接着剤によって前記接続ダボを前記関連するボア内に封入することが可能となる、請求項２２に記載の木材構造部材。
23. 前記第１の丸太材は、前記第１の協働表面および／または第２の協働表面に塗布された接着剤を用いることにより、前記第２の丸太材に固定される、請求項１〜２３のいずれか１つに記載の木材構造部材。

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