JP2015031129A - 結合部材、結合部材の製造方法及び木部材接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】木部材と被接合部材との接合部分で振動のエネルギーを有効に吸収することを可能とする結合部材、この結合部材の製造方法及びこの結合部材を用いた木部材接合構造を提供する
【解決手段】 木部材１に金属の結合部材１１を埋め込んで固定し、該結合部材と被接合部材である基礎３に固着された接合金具１２とを結合することによって木部材と被接合部材とを接合する。結合部材は、木部材中に埋め込んで保持される金属の棒状となった本体部３１と、本体部の一方の端面より突き出し、木部材と接合される被接合部材又は被接合部材に固着された接合金具に結合される中軸部３２とを有する。中軸部は、本体部の端面より突き出した部分から該本体部の軸線方向の所定の深さまで、側面が該本体部と分離して軸線方向の相対的な変位を許容するとともに、最深部では該本体部と一体に連続するものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、木造建築物における木製の柱を木製の梁や基礎等の被接合部材と接合するために用いる結合部材、この結合部材の製造方法及びこの結合部材を用いた木部材接合構造に関するものである。

木造建築物において、木製の柱と木製の梁とを、又は木製の柱と基礎等とを曲げモーメントの伝達が可能となる、いわゆる剛結合として構造躯体をラーメン構造とする提案がなされている。このような構造では、構造躯体に水平方向の力が作用すると柱の梁との接合部又は柱の基礎との接合部に曲げモーメントが生じる。また、地震時のように水平方向の力が反転して繰り返し作用するときには、柱の梁との接合部又は柱の基礎との接合部に曲げモーメントが方向を反転して繰り返し生じる。このような曲げモーメントに対して、接合部が充分な強度を維持する必要がある。

木製の柱を用いたラーメン構造体の接合構造は、例えば特許文献１に記載されているものがある。
この接合構造は、木製の柱の下端部における２箇所が接合金具を介して基礎に接合されたものであり、それぞれが以下のような構成となっている。
図１５に示すように、木製の柱１２１の下端部には軸線方向にスクリュー部材１２２がねじ込まれ、このスクリュー部材１２２には端面から軸線方向に中空穴が形成されている。この中空穴には接合ボルト１２３が挿入され、中空穴の底部に接合ボルト１２３の上端部が螺合されている。このように接合ボルト１２３の上端部がスクリュー部材１２２に連結されるとともに、該接合ボルト１２３の下端部は基礎１２４と結合された接合金具１２５に連結されている。つまり、接合ボルト１２３の下端部に形成された雄ねじ部１２３ａに中間ナット１２６と締付ナット１２７とが螺合され、スクリュー部材１２２の端面に圧接するまで締め込まれた中間ナット１２６と締付ナット１２７との間に接合金具１２５を挟み込んで結合するものとなっている。
このようなスクリュー部材１２２及び接合金具１２５を用いた結合部が、柱１２１の下端部における２箇所つまり扁平な長方形となった柱断面の長辺方向における両端部に設けられている。これらの結合部が引張力と圧縮力とを負担することによって曲げモーメントに抵抗するものである。

上記接合構造では、柱１２１の下端部に大きな曲げモーメントが生じたときに、一方のスクリュー部材１２２が木製の柱１２１にねじ込まれた位置ではスクリュー部材１２２に上方へ引き上げる力が作用し、スクリュー部材１２２の中空穴に挿入して螺合された接合ボルト１２３には引張力が作用する。また、他方のスクリュー部材（図示しない）と接合金具との間には中間ナットを介して圧縮力が作用する。引張力が作用する接合ボルト１２３はスクリュー部材１２２の中空穴から引き出されるように伸びが生じ、伸びが弾性領域を超えると引張応力による塑性変形が生じる。その後、反対方向の曲げモーメントが生じると、柱１２１の下端部を接合金具１２５へ押し付ける方向に変形し、引張応力によって塑性変形が生じた接合ボルト１２３に圧縮力が作用する。つまり、接合金具１２５の上面が中間ナット１２６に圧接され、接合ボルト１２３をスクリュー部材１２２の中空穴へ押し込むように圧縮力が作用して、中間ナット１２６がスクリュー部材１２２に当接される元の位置まで戻される。
このように、上記接合構造では、反転する曲げモーメントが接合部に繰り返し作用しても、柱１２１は接合金具１２５を介して基礎１２４と接合された状態が維持されるようになっている。

特開２００７−０７７６１１号公報

特許文献１に記載の接合構造では、上記のように、接合部に繰り返し反転する曲げモーメントが作用したときに、柱１２１と基礎１２４との接合を維持するとともに、接合ボルト１２３の塑性変形によって地震動のエネルギーを吸収することができる。
しかし、このような接合構造では、スクリュー部材１２２及び接合ボルト１２３について次のような解決が望まれる課題がある。

地震時等における水平力が繰り返し作用し、上記接合ボルト１２３に引張方向の塑性変形が生じると、スクリュー部材１２２と螺合されている雄ねじ部にも引張方向の塑性変形が生じる。スクリュー部材１２２の中空穴の底部に設けられた雌ねじ部と接合ボルト１２３の雄ねじ部との間には寸法公差が設けられてわずかな隙間があり、多少のがたつきが生じるものであるが、接合ボルト１２３に引張方向の塑性変形が生じると双方間のがたつきは大きくなる。このようながたつきによってスクリュー部材１２２と接合ボルト１２３とが相対的に変位すると接合ボルト１２３が引張方向の塑性変形及び圧縮方向の塑性変形を繰り返すことによる地震時の振動エネルギーを吸収する機能が低下する。

また、スクリュー部材１２２の中空穴内の雌ねじ部と接合ボルト１２３の雄ねじ部との間で軸線の角度変化が生じやすくなり、接合ボルト１２３に圧縮力が作用したときの座屈が生じ易くなる。つまり、接合ボルト１２３の先端部の角度変化に対する拘束が低下することによって座屈長さが大きくなって座屈が生じるときの荷重が小さくなるものである。このような接合ボルト１２３の座屈がスクリュー部材１２２の中空穴内で生じた場合にも、地震時における振動エネルギーを吸収する機能が低下する。
さらに、スクリュー部材１２２と接合ボルト１２３、接合ボルト１２３と中間ナット１２６、接合ボルト１２３と締付ナット１２７が螺合されており、それぞれの螺合部分で緩みが生じないように施工する必要がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、木部材と被接合部材との接合部分で振動のエネルギーを有効に吸収することを可能とする結合部材、この結合部材の製造方法及びこの結合部材を用いた木部材接合構造を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、 木部材中に埋め込んで保持される金属の棒状となった本体部と、 前記本体部の一方の端面より突き出し、前記木部材と接合される被接合部材又は被接合部材に固着された接合金具に結合される中軸部とを有し、 前記中軸部は、前記本体部の端面より突き出した部分から該本体部の軸線方向の所定の深さまで、側面が該本体部と分離して軸線方向の相対的な変位を許容するとともに、最深部では該本体部と一体に連続するものである結合部材を提供する。

一般に構造物は、終局的な破壊状態に至るまでに許容される変形量つまり塑性変形が大きいと、ねばりのある強靱な構造となることが知られている。特にラーメン構造のような不静定構造物は、構造物の各部が大きな塑性変形を許容するものであると、大きな荷重が作用して構造躯体の一部に塑性変形が生じたときに、曲げモーメントの再分配が生じ、終局破壊までの耐力が向上する。また、地震時のように繰り返し荷重（振動）が作用するときには、塑性変形が生じることによって振動のエネルギーが吸収され、振動が減衰して終局破壊に対する安全性が向上する。

本発明の結合部材を用いて木部材と被接合部材とが接合されていると、木部材と被接合部材との接合部に双方を引き離そうとする方向に力が作用したときに、該結合部材の中軸部には本体部の軸線方向の穴から引き出そうとする力が作用して引張応力が生じる。これにより中軸部には伸びが生じ、降伏点応力を超えて引張応力が作用したときに塑性変形が生じて終局破壊までに大きな変形を許容する．したがって、ねばりのある強靭な構造となる。
また、荷重の方向が反転して木部材を被接合部材に押し付ける方向の力が作用するときには中軸部に穴へ押し込む方向の力すなわち圧縮力を作用させて、引張応力で塑性変形が生じた中軸部に圧縮ひずみを生じさせることができる。このような中軸部の塑性変形によって振動のエネルギーを吸収することができる。このとき、中軸部は結合部材の本体部と一体に連続しており、中軸部と本体部との間で緩みが生じたり、相対的な変位が生じたりすることがなく、振動のエネルギーを中軸部の塑性変形によって有効に吸収することが可能となる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の結合部材において、 前記中軸部は、前記本体部と分離して製作された軸部材を、前記本体部の端面から軸線方向に形成された穴内に挿入し、該軸部材の穴内に挿入した先端部及び該穴の底部を加熱し、押し付けて該軸部材の先端と前記本体部の穴の底部とを溶接で接合したものとする。

この結合部材では、本体部に形成された穴が深く、中軸部とその外側にある本体部とが分離されている範囲が長くても、中軸部が穴の底部で本体部と一体となっている構造を実現することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の結合部材において、 前記中軸部は、前記本端部の端面より突き出した部分に、一体に連続して該中軸部の軸線と直角方向に張り出した鍔状部を有し、 該鍔状部が前記本体部の端面に押し付けられているものとする。

この結合部材では、中軸部に引張力が作用して塑性変形が生じた後、荷重の方向が反転して木部材を被接合部材に押し付ける方向の力が作用するときには、被接合部材又は接合金具から鍔状部を介して中軸部に圧縮力を作用させることができる。そして、鍔状部がこの本体部に押し付けられている状態では、木部材と被接合部材との間に作用する圧縮力を被接合部材側から鍔状部を介して本体部に伝達することができる。
また、鍔状部が本体部の端面に押し付けられている状態では、本体部に設けられた穴内が鍔状部によって閉鎖され、穴内における錆の発生を抑制することができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の結合部材において、 前記中軸部は、前記鍔状部を有する軸部材を前記本体部と分離して製作し、該軸部材を前記本体部の端面から軸線方向に形成された穴内に挿入し、前記鍔状部が前記本体部の端面から離隔した状態で、該軸部材の穴内に挿入した先端部及び該穴の底部を加熱し、前記鍔状部が前記本体部の端面に当接するまで押し付けて該軸部材の先端と前記本体部の穴の底部とを溶接で接合し、冷却して形成されているものとする。

この結合部材では、軸部材の先端と本体部の穴の底部とを加熱した後、これらを押し付けることによって一体に接合することができる。そして、加熱時には軸部材が周囲の本体部より高温となっており、これらを互いに押し付けた状態すなわち本体部の端面と軸部材の鍔状部とが当接された状態で冷却されると、軸部材の収縮量が周囲の本体部より大きくなり、鍔状部が本体部の端面にさらに押し付けられたものとなる。

請求項５に係る発明は、請求項２又は請求項４に記載の結合部材において、 前記本体部に設けられた前記穴内には、最深部から該穴の開口側に向かって軸線方向に突き出し、該穴の内周面とは離隔した凸部が設けられ、 前記中軸部は、前記軸部材の先端を前記凸部に接合して形成されたものとする。

この結合部材では、本体部に設けられた穴の底部から突き出している凸部を加熱し、加熱された軸部材の先端部と溶接で接合することができる。このとき、軸部材の先端と接合される凸部が充分な温度に加熱されていればよく、本体部の断面が急変する穴の底部付近の温度上昇を抑えることができる。これにより、本体部内の温度が均一でないことによる冷却時の温度応力の発生及び亀裂の発生を抑えることができる。

請求項６に係る発明は、請求項２、請求項４又は請求項５に記載の結合部材において、 前記軸部材の先端には、該軸部材と中心軸線が一致するように凸状又は凹状の円錐曲面が形成され、前記本体部に設けられた前記穴の底面又は前記穴の底部に形成された凸部には、前記軸部材の先端に形成された凸状又は凹状の円錐曲面とほぼ同じ勾配を有する凹状又は凸状の円錐曲面が形成されているものとする。

この結合部材では、加熱された本体部の穴の底部と軸部材の先端部とを互いに押し付けて接合するときに、双方の円錐曲面によって中心軸が一致する位置に誘導され、本体部と中軸部との中心軸線がほぼ一致した状態で接合されたものとすることができる。

請求項７に係る発明は、 金属からなる棒状の本体部の端面から軸線方向に所定の深さの穴を設けておき、 前記穴内で軸線方向の相対的な変位が可能となる外径で、両端間の中間部分に一体に連続した鍔状部を有する軸部材の前記鍔状部より一方の端側を前記穴内に挿入し、 前記鍔状部が前記本体部の端面から離隔した状態で、該軸部材の前記穴内に挿入した先端部及び該穴の底部を加熱し、 前記鍔状部を前記本体部の端面に押し付けて該軸部材の先端と前記本体部の穴の底部とを溶接で接合し、冷却する結合部材の製造方法を提供するものである。

この結合部材の製造方法では、軸部材の先端と本体部の穴の底部とを加熱した後、これらを押し付けることによって一体に接合することができる。そして、加熱時には軸部材が周囲の本体部より高温となっており、これらを互いに押し付けて本体部の端面と軸部材の鍔状部とが当接された状態で冷却されると、軸部材の収縮量が周囲の本体部より大きくなり、鍔状部が本体部の端面にさらに押し付けられたものとなる。

請求項８に係る発明は、 木部材に金属の結合部材を埋め込んで固定し、該結合部材と被接合部材又は被接合部材に固着された接合金具とを結合することによって前記木部材と前記被接合部材とが接合された木部材接合構造であって、 前記結合部材は、前記木部材中に埋め込まれて保持される棒状の本体部と、前記本体部の一方の端面より突き出し、前記被接合部材又は被接合部材に固着された接合金具に結合される中軸部とを有し、 前記中軸部は、前記本体部の端面から突き出した部分から該本体部の軸線方向の所定の深さまで、側面が該本体部と分離して軸線方向の相対的な変位を許容するとともに、最深部では該本体部と一体に連続するものである木部材接合構造を提供するものである。

この木部材接合構造では、木部材と被接合部材との接合部に双方を引き離そうとする方向の力及び木部材と被接合部材と互いに押し付けようとする力が繰り返し作用するときに、中軸部に降伏点応力を超えて引張応力が生じると塑性変形が生じて、変位と力との関係の履歴によって吸収することができるエネルギーが増大する。つまり、中軸部は結合部材の本体部と一体に連続しており、中軸部と本体部との間で緩みが生じたり、相対的な変位が生じたりすることがなく、エネルギーを中軸部の塑性変形によって有効に吸収することが可能となる。したがって、ねばりのある強靭な構造とすることができる。

以上説明したように、本願発明に係る結合部材を用いことによって、木部材の接合部が破断するまでの塑性変形量が大きくなり、粘り強い建築構造を実現することができるとともに、接合部に緩みが生じたり、エネルギーの吸収量が低下したりするのを抑えることができる。

本発明に係る結合部材を用いて構築される木造建築物の構造躯体を示す概略斜視図である。 図１に示す構造躯体の柱下端部と基礎との接合構造を示す分解斜視図である。 図２に示す接合構造の拡大断面図であって、ラーメン架構体の軸線と平行な断面を示すものである。 図２及び図３に示す接合構造で用いられる接合金具の斜視図である。 本発明の一実施形態であって図２及び図３に示す接合構造で用いられる結合部材の側面図及び断面図である。 図５に示す結合部材の製造方法を示す部分断面図である。 図２及び図３に示す接合構造によって基礎と接合された柱の変形状態を示す概略図である。 図７に示すように変形が生じたときの柱と基礎との接合部分を示す拡大断面図である。 本発明に係る結合部材を用いた柱と梁との接合部の例を示す断面図である。 図４に示す結合部材の製造方法の他の例を示す部分断面図である。 図２及び図３に示す接合構造で用いることができる結合部材の他の例を示す部分側面図及び部分断面図である。 図１１に示す結合部材の製造方法の他の例を示す概略断面図である。 本発明に係る結合部材の他の実施形態を示す部分断面図である。 本発明に係る結合部材の他の例を用いた木部材接合構造を示す断面図である。 従来の結合部材を用いた木部材接合構造を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の結合部材を用いることができる木造建築物の構造躯体の例を示す概略斜視図である。
この構造躯体は、木製の柱１と木製の梁２と、及び木製の柱１と基礎３とを曲げモーメントの伝達が可能に接合したラーメン架構体４を有するものであり、コンクリート製の基礎３上で複数のラーメン架構体４を組み合わせて形成されている。それぞれのラーメン架構体４は、木製の柱１の上に木製の梁２を載置して接合するいわゆる梁勝ち構造となっており、それぞれのラーメン架構体４を構成する柱１の断面は、支持する梁２の軸線方向の辺が長く、梁２の軸線と直角方向に短い扁平な長方形となっている。また、梁２の断面も、上下方向に長く水平方向に短い扁平な長方形となっている。したがって、各ラーメン架構体における柱１と梁２との接合部は、断面の長辺方向に圧縮応力と引張応力とが生じる一方向の曲げに抵抗する構造となっている。そして、ラーメン架構体４ａと他のラーメン架構体４ｂとは、一方のラーメン架構体４ａの梁２ａの端面を他のラーメン架構体４ｂの梁２ｂの側面に突き当てて接合し、立体的なラーメン構造とするものである。

図２は、本発明の一実施形態である木部材接合構造を示す分解斜視図である。また、図３は、同じ接合構造の拡大断面図であり、ラーメン架構体の軸線と平行な断面を示すものである。
この接合構造では、柱１の下端面における長辺方向の両端部に切り欠き部１ａが設けられており、それぞれの切り欠き部１ａからこの柱１の軸線方向に結合部材１１がねじ込まれている。そして、この切り欠き部１ａに接合金具１２が配置され、結合部材１１と接合金具１２とが締付ナット１４によって結合されている。

一方、基礎３には、柱１に結合部材１１がねじ込まれた位置と対応する位置に、それぞれ鉛直方向のアンカーボルト１３が埋め込まれ、頭部が基礎３の上面より突き出している。そして、このアンカーボルト１３に螺合されたナット１５によって接合金具１２が基礎３に固着されている。これにより、基礎３と柱１とはアンカーボルト１３，接合金具１２、結合部材１１を介して接合されている。

上記基礎３は、コンクリートからなる壁状部の上面が下地調整材３ａで平坦に仕上げられている。そして、上記接合金具１２は下地調整材３ａで平坦に仕上げられた上に当接され、アンカーボルト１３によって固定されている。
下地調整材は、例えば、モルタル又は石膏を含み、高い流動性を有する状態で流し込んで硬化させることができるものであって、レベラー又はセルフレベリング材等と称されるものを用いることができる。

上記接合金具１２は、図４に示すように、互いに対向する二つの水平板部２１，２２と、これらを連結する側板部２３とを備え、側板部２３は、水平板部２１，２２の周縁に沿った一部でこれらの水平板部間を開放するように設けられている。
上側の水平板部２１には貫通孔２４が設けられ、この貫通孔によって柱１に埋め込まれた結合部材１１と結合するものとなっている。また、下側の水平板部２２は、基礎３の上面に当接され、下端部が基礎に埋め込まれたアンカーボルト１３と、このアンカーボルトに螺合されたナット１５とによって下側の水平板部２２が基礎３に固定されるものとなっている。

下側の水平板部２２には、円孔２５が形成され、この円孔２５には箱状となった接合金具１２の内側から円形プレート２６が嵌め入れられて係止されている。そして、円形プレート２６は円孔２５内に嵌め合わされた状態で周方向の回転が可能となっている。この円形プレート２６には、アンカーボルト１３を挿通することができる長孔２７が設けられており、この長孔２７は円形プレート２６の中心から半径方向に軸線を有するものとなっている。したがって、円形プレートを回転して長孔２７の軸線の方向を調整することにより、アンカーボルト１３と接合金具１２との相対的な位置を調整して柱１を所定の位置に容易に立設することが可能となっている。

なお、接合金具１２は、柱１から引張力又は圧縮力が作用したときに大きな変形が生じたり、結合部材１１やアンカーボルト１３の破断より先に破壊が生じたりしないように設定しておくのが望ましく、接合金具１２が十分な強度と剛性を有するように、部材厚の設定及び材料の選択を行うのが望ましい。

上記結合部材１１は、図５に示すように、外周面に螺旋状の張り出し部３１ａが設けられた本体部３１と、この本体部の一方の端面から突き出すように設けられた中軸部３２と、この中軸部と一体に設けられ鍔状部３３とを有するものである。
上記本体部３１は、木部材に設けられた穴にねじ込んで固定されるものであり、螺旋状の張り出し部３１ａが木部材と係止され、引き抜く方向の力に対して大きな抵抗力を有するものである。

上記中軸部３２は、本体部３１の中心軸線に沿って設けられ、一方の端面３１ｃから軸線方向の所定の深さまで本体部３１と分離して、本体部３１との間で軸線方向の相対的な変位を許容するものとなっている。つまり、中軸部３２は本体部３１の外周部分３１ｂとの間に環状の間隙３４が形成されており、本体部３１に形成された軸線方向の穴内に中軸部３２が形成されている。そして、上記穴内の最深部で中軸部３２は本体部３１と連続して一体となっている。一方、中軸部３２の反対側の端部は、本体部３１の端面３１ｃから突き出しており、先端部には雄ねじが形成されている。このように突き出した中軸部の雄ねじ部３２ａは、接合金具１２の上側の水平板部２１に設けられた貫通孔２４に挿通し、螺合した締付ナット１４を締め付けることによって接合金具１２と結合することができるものである。

上記鍔状部３３は、上記中軸部３２と一体に連続して形成されており、中軸部３２が本体部３１に形成された穴内から露出した部分に、中軸部３２の周面から外側に張り出すように形成されて鍔状となっており、本体部３１の端面３１ｃと対向する面は、該端面と密着している。また、この鍔状部３３の中軸部が突き出した側には、複数の切り欠き部３３ａが形成されており、これらの切り欠き部３３ａに工具を係止して、鍔状部３３を本体部３１の軸線回りに回転することができるようになっている。これにより、結合部材１１を木製の柱１に設けられた穴内にねじ込んで、図３に示すように、鍔状部３３の中軸部が突き出している側の面３３ｂが、図３中に示す柱１の切り欠き部内の面１ｂとほぼ同一面上となるように固定することができるものとなっている。

なお、上記結合部材１１の中軸部３２となる部分は、軟鋼等の破断までの塑性変形量が大きい材料で形成するのが望ましく、構造物における接合構造を設ける部位、構造物を構成する部材の寸法等によって径を設定することができる。

上記結合部材１１は、例えば次のように製造されたものを用いることができる。
図６（ａ）に示すように、棒状の鋼材を切削して周面に螺旋状の張り出し部３１ａを有する中実断面の本体部３１を形成する。そして、図６（ｂ）に示すように本体部の一方の端面３１ｃから軸線方向に穴３５を切削する。所定の深さまで切削したのち、図６（ｃ）に示すように穴３５の内周面に沿った位置のみをさらに切削し、穴の底部に環状の溝３６を形成し、この溝の底部から中軸部の一部となる凸部３７が突出した状態とする。この凸部の先端部３７ａには、切削によって本体部３１と中心軸線がほぼ一致する凹状の円錐曲面を形成する。
一方、中軸部３２となる棒状の軸部材３８を別途に製作し、先端には本体部３１に形成された凹状の円錐曲面とほぼ同じ勾配の凸状の円錐曲面を設ける。また、この軸部材３８には予め鍔状部３３を設けておく。鍔状部３３より一方側３８ａは、本体部３１に形成した穴３５の深さに対応して長さが決定されており、他方側３８ｂは、被接合部材と結合するのに必要な長さとして、雄ねじを形成しておく。

この軸部材３８の鍔状部３３より一方側３８ａを、図６（ｄ）に示すように、本体部３１に形成された穴３５内に挿入し、先端面を穴内の凸部３７に対向させる。このとき鍔状部３３は本体部３１の端面３１ｃと所定の間隔が維持されるものとなっている。
このように軸部材３８の先端面と本体部３１の穴内に形成された凸部３７とが対向した状態で対向部分を加熱し、溶接する。加熱および溶接は、溶接する面を互いに突き合わせ、電流を流して接触面の電気抵抗によって生じる発熱を利用するも方法、溶接面間に隙間を維持し、アーク放電を生じさせて加熱する方法、溶接面を接触させた状態で本体部３１又は軸部材３８を高速で回転させ、摩擦熱を利用して発熱させる方法等を採用することができる。このように軸部材３８の先端部及び本体部３１の穴内の凸部３７が加熱された状態で双方を押し付け、図６（ｅ）に示すように鍔状部３３が本体部３１の端面３１ｃに当接するまで軸部材３８を穴内に押し入れる。この状態で冷却することにより、本体部３１に形成された穴の底部で中軸部３２が一体に連続し、この中軸部３２が本体部３１の一方の端面から突き出した結合部材１１を得ることができる。

上記軸部材３８の先端と本体部３１の穴内の凸部３７とを加熱し、これらを押し付けた状態では、軸部材３８はその外側にある本体部の外周部３１ｂより高温となっている。したがって、冷却されると軸部材３８の先端から鍔状部３３が設けられた位置までの収縮量が、本体部３１の軸線方向における対応する範囲の収縮量より大きくなる。これにより、鍔状部３３は本体部の端面３１ｃに押し付けられて密着し、本体部３１に設けられた穴３５を閉鎖する。

上記のように結合部材１１、接合金具１２及びアンカーボルト１３を介して基礎３に接合された柱１は、図７に示すように、下端部に曲げモーメントが生じると、引張側Ｔでは結合部材１１には上方へ引き揚げる方向の力が作用する。このとき、結合部材１１の中軸部３２に螺合された締付ナット１４は基礎３に固定された接合金具１２に係止されており、変位が拘束される。したがって、中軸部３２には引張力が作用し、鍔状部３３を結合部材１１の端面から引き離そうとする力が作用する。一方、圧縮側Ｐでは柱１から結合部材１１の本体部３１、鍔状部３３を介して接合金具１２に圧縮力が作用し、基礎３によって支持される。

引張側Ｔの結合部材１１に作用する上揚力が予め鍔状部３３と本体部の端面３１ｃとの間に作用している圧縮力より小さいときには、鍔状部３３と本体部３１の端面３１ｃとが当接した状態が維持される。そして、この圧接力が消滅し、さらに引き離そうとする上揚力が作用したときに、図８に示すように鍔状部３３が本体部の端面３１ｃから離れ、中軸部３２が本体部３１の穴内から引き出される。つまり、本体部の端面３１ｃと鍔状部３３との間に作用する圧接力が消滅するまでの初期荷重に対しては接合部の変形は小さく抑えられる。

上記のように柱１を上方へ引き揚げようとする力によって中軸部３２には伸びが生じ、この伸びは中軸部３２が本体部３１と接合される穴の底部から鍔状部３３までに分布する。そして、伸び量が弾性域を超えて、さらに大きな曲げモーメントが作用すると中軸部３２の長さ方向における広い範囲に塑性変形が生じ、終局破壊までに大きな変形量が確保される。

また、中軸部３２に塑性変形が生じた後に、地震時のように反対方向の荷重が生じると、図８に示すように接合金具１２の上側の水平板部２１は鍔状部３３と締付ナット１４との間に挟み込まれた状態が維持されているので、接合金具１２から鍔状部３３を介して中軸部３２に圧縮応力が生じる。つまり、鍔状部３３より中軸部３２を本体部３１の穴内に押し込む力が作用する。これにより、中軸部３２には圧縮方向に変形が生じて本体部の端面３１ｃが鍔状部３３と当接する元の位置まで戻る。さらに変形が生じると柱断面の反対側に使用されている結合部材の中軸部に引張力が生じる。この中軸部に作用する引張応力が降伏点を超えると塑性変形が生じる。

このように、中軸部３２に塑性変形が繰り返し生じることにより、地震時における振動のエネルギーを吸収して振動を減衰させるものなる。さらに、塑性変形が生じる中軸部３２と本体部３１と、及び中軸部３２と鍔状部３３とが一体として形成されているので、塑性変形が生じたときに緩みが生じることがなく、有効にエネルギーを吸収することが可能となる。また、中軸部３２と本体部３１とは常に剛に結合された状態となり、接合部分がいわゆるピン結合とされたように角度を生じて変形することがない。これにより、中軸部３２に圧縮力が作用して座屈が生じるときの変形形状つまり横方向にはらみだして変形する形状に基づく座屈長さを小さくすることができ、座屈に対する耐力が増大する。

以上に説明した接合構造は、木製の柱１を基礎３に接合するものであったが、本発明に係る結合部材１１を用いた木部材接合構造は、図９に示すように木製の柱１の上端部を梁２と接合する部分に適用することもできる。
この接合構造では、柱１の上端面における長辺方向の両端部に切り欠き部１ｃが設けられており、切り欠き部１ｃからこの柱１の軸線方向に結合部材１１がねじ込まれている。なお、結合部材１１、締付ナット１４及び接合金具１２は、図３に示す接合構造と同じものが用いられており、同じ符号を付すとともに説明を省略する。

梁２には、柱１にねじ込まれた結合部材１１と対応する位置に、スクリュー部材４１が鉛直方向にねじ込まれており、このスクリュー部材４１には端面から軸線方向にねじ穴が穿設されている。このねじ穴の内周面には雌ねじが切削されており、このねじ穴に頭なしボルト４２がねじ入れられている。そして、この頭なしボルト４２を接合金具１２の水平板部に設けられたボルト孔に挿通し、螺合された締付ナット４３を締め付けて接合金具１２が梁２にねじ込まれたスクリュー部材４１に固着されている。また、上記接合金具は柱１にねじ込まれている結合部材１１の中軸部３２に締付ナット１４によって結合されており、スクリュー部材４１、接合金具１２及び結合部材１１を介して梁２と柱１とが接合されている。

このような接合構造でも、柱１と基礎３とを接合する場合と同様に、結合部材１１の中軸部３２に大きな引張力が作用したときに塑性変形が生じて終局破壊までの変形量が大きくなる。また、地震時のエネルギーが有効に吸収される構造となる。

本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他の実施形態として実施することができる。
例えば、結合部材は図６に示すように製造されたものに限定されるものではなく、以下に説明するように製造されたものを使用することもできる。
図１０（ａ）に示すように、本体部５１の端面５１ａから穴５２を切削して穴の底部に凸部５３を設けたときに、軸部材５４と溶接される凸部の先端部分５３ａを平坦な形状とし、軸部材５４の先端５４ａもこれに対応して平坦として、これらを溶接によって接合したものを用いることができる。また、図１０（ｂ）に示すように、本体部６１に穴６２を切削したときに底部に凸部を設けることなく、平坦な底面６３を形成し、この底面６３に軸部材６４の先端６４ａを溶接してもよい。また、図１０（ｃ）に示すように、本体部７１に形成した穴７２の底に凸部を設けなかったときに、底面７３に凹状の円錐曲面を形成し、軸部材７４の先端７４ａには凸状の円錐曲面を設けて、これらの円錐曲面を対向させて溶接してもよい。

一方、鍔状部は図６及び図１０に示す結合部材では中軸部と一体に連続して形成されているが、図１１に示すように中軸部８２に形成された雄ねじに螺合したナット８３を鍔状部としてもよい。この結合部材８０では、中軸部８２の本体部８１から突き出した先端８２ａから本体部８１に形成された穴内に至るまでの範囲に雄ねじが形成されている。この雄ねじに螺合したナット８３を本体部の端面８１ａに締め付けた状態で、木部材である柱にねじ込んで使用することができる。

上記のように鍔状部を中軸部に螺合されたナットとする場合には、結合部材を次のように形成することもできる。
図１２（ａ）に示すように、完成時の本体部より長い棒状の鋼部材９０を準備し、本体部となる範囲の外周面に螺旋状の張り出し部９１ａを切削により形成する。そして、図１２（ｂ）に示すように、端面９０ａからホールソー等によって環状に溝を切削し、所定の深さ至る環状の間隙９４を形成する。これにより、環状の間隙９４の内側は所定の径を有する中軸部９２となり、間隙９４によって本体部の外周部分９１ｂと分離されたものとなる。その後、環状の間隙９４を切削した端面付近の所定長さ９５を切断し、螺旋状の張り出し部を有する本体部９１から中軸部９２が突出するものとする。中軸部９２の本体部９１から突出した部分９２ａには、転造等の方法によって雄ねじを形成する。この雄ねじは、本体部の外周部９１ｂで囲まれた領域、つまり本体部９１の穴内には形成することができない。したがって、この雄ねじに螺合して鍔状部とするナット９３は、図１２（ｄ）に示すように雌ねじが形成された部分より本体部９１の端面側に、内径が中軸部９２の外径より大きくなった延長部９３ａを有するものを用いるのが望ましい。この延長部９３ａは中軸部９２と離隔して周囲を囲み、本体部の端面９１ｃに当接させることができる。

また、以上に説明した実施の形態では、接合金具１２が締付ナット１４によって結合部材１１の中軸部３２と結合されるものとなっているが、図１３に示すように接合金具１０３が結合部材１０１の中軸部１０２と一体に溶接されているものとすることもできる。このような結合部材１０１及び接合金具１０３を用いるときには、柱の軸線方向に穿設した穴に、結合部材１０１と接合金具１０３とが一体に結合された状態でねじ込む。そして、柱を所定の位置に建て込むとき又は建て込んだ後に、接合金具１０３のボルト穴にアンカーボルト又は接合用のボルトを挿通し、接合金具１０３と基礎又は梁と接合することができる。

一方、以上に説明した実施の形態では、結合部材１１の本体部３１は外周面に螺旋状の張り出し部３１ａを有し、木部材である柱１に形成された穴にねじ込んで螺旋状の張り出し部３１ａを木部材に係止させ固定するものであるが、図１３に示すように、木部材である柱１に形成された穴内に本体部１１１を挿入し、穴の内周面と本体部１１１の外周面との間に合成樹脂１１２を充填して本体部１１１を柱に固着するものであってもよい。このとき、本体部１１１の外周面には本体部が抜け出すのを抑えるために凸部又は凹部を設けたり、外周面を粗面にしたりするのが望ましい。図１３に示す例では、本体部１１１の外周面に節状の凸部１１１ａを設けている。

１：柱、 １ａ，１ｃ：切り欠き部、 ２：梁、 ３：基礎、
４：ラーメン架構体，
１１：結合部材、 １２：接合金具、 １３：アンカーボルト、 １４：締付ナット、 １５：ナット、
２１：接合金具の上側の水平板部、 ２２：接合金具の下側の水平板部、 ２３：接合金具の側板部、 ２４：貫通孔、 ２５：円孔、 ２６：円形プレート、 ２７：長孔、
３１：結合部材の本体部、 ３１ａ：螺旋状の張り出し部、 ３１ｂ：本体部の外周部分、 ３１ｃ：本体部の中軸部が突き出している側の端面、 ３２：結合部材の中軸部、 ３２ａ：雄ねじ部、 ３３：結合部材の鍔状部、 ３３ａ：切り欠き部、 ３３ｂ：鍔状部の中軸部が突き出している側の面、 ３４：環状の間隙、 ３５：穴、 ３６：環状の溝、 ３７：凸部、 ３８：中軸部となる軸部材、
４１：梁用のスクリュー部材、 ４２：頭なしボルト、 ４３：締付ナット、
５１，６１，７１：本体部、 ５２，６２，７２：穴、 ５３：凸部、 ５４，６４，７４：軸部材、 ６３，７３：穴の底面、
８０：結合部材、 ８１：本体部、 ８２：中軸部、 ８３：鍔状部となるナット、
９０：鋼部材、 ９１：本体部、 ９２：中軸部、 ９３：ナット、 ９４：環状の間隙、
１０１：結合部材、 １０２：中軸部、 １０３：接合金具、
１１１：本体部、 １１１ａ：節状の凸部、 １１２：合成樹脂

Claims (8)

1. 木部材中に埋め込んで保持される金属の棒状となった本体部と、
   前記本体部の一方の端面より突き出し、前記木部材と接合される被接合部材又は被接合部材に固着された接合金具に結合される中軸部とを有し、
   前記中軸部は、前記本体部の端面より突き出した部分から該本体部の軸線方向の所定の深さまで、側面が該本体部と分離して軸線方向の相対的な変位を許容するとともに、最深部では該本体部と一体に連続するものであることを特徴とする結合部材。
2. 前記中軸部は、前記本体部と分離して製作された軸部材を、前記本体部の端面から軸線方向に形成された穴内に挿入し、該軸部材の穴内に挿入した先端部及び該穴の底部を加熱し、押し付けて該軸部材の先端と前記本体部の穴の底部とを溶接で接合したものであることを特徴とする請求項１に記載の結合部材。
3. 前記中軸部は、前記本端部の端面より突き出した部分に、一体に連続して該中軸部の軸線と直角方向に張り出した鍔状部を有し、
   該鍔状部が前記本体部の端面に押し付けられていることを特徴とする請求項１に記載の結合部材。
4. 前記中軸部は、前記鍔状部を有する軸部材を前記本体部と分離して製作し、該軸部材を前記本体部の端面から軸線方向に形成された穴内に挿入し、前記鍔状部が前記本体部の端面から離隔した状態で、該軸部材の穴内に挿入した先端部及び該穴の底部を加熱し、前記鍔状部が前記本体部の端面に当接するまで押し付けて該軸部材の先端と前記本体部の穴の底部とを溶接で接合し、冷却して形成されていることを特徴とする請求項３に記載の結合部材。
5. 前記本体部に設けられた前記穴内には、最深部から該穴の開口側に向かって軸線方向に突き出し、該穴の内周面とは離隔した凸部が設けられ、
   前記中軸部は、前記軸部材の先端を前記凸部に接合して形成されたものであることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の結合部材。
6. 前記軸部材の先端には、該軸部材と中心軸線が一致するように凸状又は凹状の円錐曲面が形成され、前記本体部に設けられた前記穴の底面又は前記穴の底部に形成された凸部には、前記軸部材の先端に形成された凸状又は凹状の円錐曲面とほぼ同じ勾配を有する凹状又は凸状の円錐曲面が形成されていることを特徴とする請求項２、請求項４又は請求項５に記載の結合部材。
7. 金属からなる棒状の本体部の端面から軸線方向に所定の深さの穴を設けておき、
   前記穴内で軸線方向の相対的な変位が可能となる外径で、両端間の中間部分に一体に連続した鍔状部を有する軸部材の前記鍔状部より一方の端側を前記穴内に挿入し、
   前記鍔状部が前記本体部の端面から離隔した状態で、該軸部材の前記穴内に挿入した先端部及び該穴の底部を加熱し、
   前記鍔状部を前記本体部の端面に押し付けて該軸部材の先端と前記本体部の穴の底部とを溶接で接合し、冷却することを特徴とする結合部材の製造方法。
8. 木部材に金属の結合部材を埋め込んで固定し、該結合部材と被接合部材又は被接合部材に固着された接合金具とを結合することによって前記木部材と前記被接合部材とが接合された木部材接合構造であって、
   前記結合部材は、前記木部材中に埋め込まれて保持される棒状の本体部と、前記本体部の一方の端面より突き出し、前記被接合部材又は被接合部材に固着された接合金具に結合される中軸部とを有し、
   前記中軸部は、前記本体部の端面から突き出した部分から該本体部の軸線方向の所定の深さまで、側面が該本体部と分離して軸線方向の相対的な変位を許容するとともに、最深部では該本体部と一体に連続するものであることを特徴とする木部材接合構造。

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