JP3775979B2 - 木やせ対応座金付ナット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、例えば、柱と梁の結合など、木材どうしを結合する際に用いる締め付け用の金物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
柱と梁の結合のように、木軸構造住宅の柱と横架材の結合は長期間にわたり、強固かつ緊密でなければならない。このため、従来のほぞとほぞ穴との嵌合結合などにかわり、接合金物とボルト・ナットなどいわゆる締め付け用の金物を用いた結合構造が多く採用されるようになってきた。この場合に、柱を貫通して締め付けるボルト・ナットでは、木が乾燥して寸法が縮小するいわゆる木やせ（ｔ）によって当初の締め付け力が極端に減少する。木やせは木材の縦・横寸法が縮小する木材の経年変化の１つである（図１、図２）。
【０００３】
木やせは、木材の種類や乾燥度によっても異なる。木材の種類からすると一般にやわらかい樹種ほど大きく、例えば、スギからヒノキ、米ツガ、米マツ、ヒバの順に小さくなる。また、住宅建設に利用される木材の乾燥度は３０〜４０％程度であり、この水分は築後１年を経過するとほぼ２０％に落ち着き、以後、天候に左右される程度で大きく変化することはない。
そして、この１年間の木やせ量は１０５×１０５ｍｍの角材で約３ｍｍ程度で、以後、大きな変化はない。なお、これらの値は一般値あるいは平均値であって、木材の寸法や環境及び樹種によって異なる。
一方、柱と横架材の結合に際してボルトを座金と共に使用するとき、ボルトあるいはナットの頭が柱の側面などに突出すると後に壁下地パネルなどを取付けるときに邪魔になるので、その箇所に予め柱の側面に座繰りを形成しその部分に座金とボルト・ナットの頭部を沈み込ませるようにしている。
【０００４】
特開平７−２０７７６５号公報には建築用ねじ締め装置が開示され、特開平１０−２０５５１８号公報および登録実用新案第３０５５３０７号公報には弾性ゴム座金が開示されている。これらのねじ締め装置と弾性ゴム座金は、いずれも木材どうしを結合するボルト・ナットに関するもので、木材に特有な木やせに伴うボルト・ナットの緩みを緩和するため、座金に弾性材の復元力を利用したものである。
【０００５】
しかし、その技術的思想は単に弾性体の復元力を利用するにとどまり、スプリングワッシャと同様、ナットなどの緩み防止にある程度の効果が認められても、木やせが進行すると必要な締め付け力が不足したりする。また、木やせに対応できるようにと、取り付けの当初に過度な締め付けを行いがちで、弾性材の破断や永久歪みによる復元力の減退が生じることもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、柱と梁などの接合箇所における木やせに対応して十分な締め付け力を発揮する接合用金物であると共に、取り付けの際に過度の締め付けが生じず、木材の欠損も少ない建築用金物としての木やせ対応座金付ナットの提供を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
木やせ対応座金付ナットを、ナット部と座金部からなる座金付ナット、環状の弾性体、及び縁付台座を備えたものとする。ナット部は長ナットとすることがある。
座金部は平らで表面に工具掛け凹部を有し、裏面中央にナット部の上端を固着する。環状弾性体は中央に挿通孔を備え、前記のナット部及び縁付台座の短筒部を抜け落ちないように嵌挿することができる。
ナット部は内面に雌ねじを形成したねじ孔を有する。座金部やナット部は、通常の鋼板や鋼棒を素材とするが、再利用を考慮するときはステンレス鋼を素材とする。弾性体は、天然ゴム、ＳＢＲ，ＥＰＤＭ，ＣＲなど多種のものを採用することができる。なお、素原料として粉末ゴム（廃タイヤを粉末化したもの）を用い、これを固結化し環状の弾性体にすることもできる。これは資源を再利用するリサイクル製品である上、安価であり、難燃性でもある。
【０００８】
そして、木やせ対応座金付ナットに用いる環状弾性体は、木やせに応じて木やせで減じる寸法を弾性で反発復帰して埋め合わせ、かつ、それぞれの場合において設定した値以上の締め付け力（必要締付力）を発揮できるだけの当初の厚み（上下方向寸法）を有する。しかも、このような弾性体による木やせ対応は少なくとも木軸構造住宅の耐用年数である３０年以上、維持しなければならない。
【０００９】
環状弾性体による木やせ対応には、環状弾性体の素材的な特性と形態が関連する。素材的な特性において主として関連するのは、環状弾性体の硬度と永久歪みであり、これらは当初の設定した圧縮量（力）を得るのに必要な圧縮力とその経年変化に関係する。形態において主として関連するのは、面積と高さであり、面積は圧縮力の大きさとこれを得るために必要なトルクに関連する。また、高さは木やせの経年変化と関連し、木やせによる木材の寸法的な縮小に対応してその縮小分に見合うだけ伸張することができるという、充分な高さを当初に有している必要がある。なお、弾性体の素材的な特性として他に引き裂き強さ、耐オゾン劣化、ＣＳ５０％圧縮、難燃性など（ＪＩＳ規定に基づく試験項目）が関連するが、これらに優れていることが好ましい。
【００１０】
経年変化に伴う木やせの程度は、前記のように、木材の種類と寸法によって様々であり、木やせ対応締め付け金物に用いる弾性体は、基本的にはそれぞれの場合に応じて設計する必要がある。しかし、天然ゴム、多くの合成ゴムの素材的な特性は、木やせ対応座金付ナットの環状弾性体として必要な条件を備えているので（表１）、実際上では環状弾性体の寸法と現場における当初圧縮量の設定が重要である。
【００１１】
【表１】

【００１２】
環状弾性体は表面側と裏面側を波打たせたりすることもあるが、通常は平らな環状に成形する。環状の外径と内径は基本的に、外径を座金部の外径よりも小さく、内径はナット部の直径よりも僅かに小さい程度とし、ナット部に嵌挿した環状弾性体が自由に抜け落ちないようにする。高さ（厚さ）は、前記のように環状弾性体の硬度や弾力、永久歪みの程度による。
すなわち、弾性体は、成形時の（当初の）高さ寸法Ｈを基本的に、圧縮された使用状態時の（使用時の）高さｈ1に木やせ寸法ｈ2を加え、さらに、経年変化に基づく環状弾性体の永久ひずみ寸法ｈ3を加算したもの（図３）以上となる。このとき、弾性体を高さ寸法ｈ1に圧縮した時の圧縮力が木材の縦圧縮強さ付近に止まる硬度とする。これは、弾性体の硬度が高いと環状弾性体の元の高さ寸法をｈ１までとするのに木材の縦圧縮強さを越える圧力を木材に与えることになり、逆に、硬度が低いと元の高さを寸法ｈ１に圧縮するのに必要な圧力は小さく、木材どうしの接合を安定に維持できない場合がある、したがって、木やせを考慮した木材どうしの接合には、座金付ナットの締め込みによって、縁付台座が木材にめり込んでいくのを防止することも含めて、環状弾性体の硬度を高さ寸法ｈ1に圧縮した時の圧縮力が木材の縦圧縮強さ付近に留まるような硬度とするのが適切であるとの判断による。
【００１３】
座金付ナットとボルトを用いて木材と木材を接合する際は、座金付ナットを取り付ける個所に座繰り凹部を設けることが多い。しかし、座金付ナットの座金部は表面が平らなので、座繰り凹部の深さは小さくて良く木材の欠損が少ない。なお、環状弾性体の高さは座繰り凹部の深さｈ4から座金部の厚さ寸法ｈ5を差し引いた残り寸法ｈ6に、木やせ寸法ｈ2を加え、さらに、経年変化に基づく弾性体の永久ひずみ寸法ｈ3を加算したもの以上となる。
この構造では、当初弾性体の高さＨが、前記の基本とする寸法に加え、座繰り凹部の深さｈ4の大きさによる制限を受けることになるが、座金付ナットの一部が座繰り凹部から突出しないことにより、例えば、壁下地材などのパネルを張り付ける際に支障になることがない。
【００１４】
実際上、通常の木軸構造住宅に使用する木やせ対応座金付ナットの場合、環状弾性体を当初高さを５０％圧縮して３０年経過時の永久歪みが２7％以下と推定できる特性を備えた素材（硬度６０〜７０度の天然ゴムなど）を採用することが多い。そして、当初高さで５０％圧縮時の圧縮力を３０００Ｎ／ｃｍ²付近に設定すると前記の要件を満たすことができる。環状弾性体の当初高さは締め付け力（圧縮復元力）も考慮して約２０〜２５ｍｍ、外径４０〜４５ｍｍ、内径１５〜１６ｍｍである。
【００１５】
そして、環状弾性体は、設計された圧縮量で取り付けられることが、長期間にわたり木やせに対応して機能を発揮する上で重要であり、ボルト・ナットを締め付けて、環状弾性体を圧縮するとき、圧縮に伴って減少する環状弾性体の高さを正確に計測している必要がある。この計測手間を省くためと、環状弾性体が圧縮されたときに、側方に張り出してくる弾性体の形態を整え、外観を良くするために短筒付台座を用いることがある。
【００１６】
短筒付台座は板厚１．６〜２．３ｍｍ程度のプレス成形品で台座部分は座金部と同じ形態であると共に同じ寸法とすることが多く、中央に短筒部を一体に形成する。短筒部はその座金付ナットにおける使用時弾性体の高さに合わせて高さ１０〜１２ｍｍであり、筒孔が台座を貫通している。
使用時は、座金付ナットのナット部にまず環状弾性体を嵌挿しついで短筒付台座の短筒部を嵌挿する。座金付ナットのナット部は、木やせ対応座金付ナットを使用状態としたとき、下端部が台座における短筒部に嵌入する。短筒付台座は短筒部が環状弾性体の挿通孔に嵌入し、抜け落ちないだけの外径を有する。
【００１７】
この構造であると、格別な注意を払うことなく、座金部の表面に工具を当てて締め付けていっても、短筒付台座の短筒部の先端縁が座金部の裏面に到達すると回転抵抗が急激に増して回転工具の発する音が変化し、環状弾性体を設定量に圧縮したことがすぐわかる。このため、ボルトに対して座金付ナットを過度に締め付けてしまうことがない。
平板部の中央に短筒が突出する短筒付台座に換えて、平板部の周縁に立ち上がった縁を設けまた、平板部を座金部の直径にほぼ等しい直径の円盤とし、前記縁の高さを圧縮時の環状弾性体の高さとしておいても同様の効果がある。この場合、使用状態では圧縮された環状弾性体は座金部と縁付台座とにすっぽりと覆われた格好となる。
【００１８】
座金部と環状弾性体は接着によって一体化しておくと、取り付け時に取り落としてしまうなどの事故がなく高所での取り扱いが容易になるが、締め付け時に環状弾性体を高さ方向でねじることになり、環状弾性体の回転方向への変形が締め付け完了後にせん断長さとして残る。この変形は回転方向への歪みを戻す作用を生じ、座金付ナットを緩めてしまう傾向が生じる。このため、座金付ナットを回転するとき、座金部が環状弾性体をねじらないように、座金と環状弾性体との間にテフロン（登録商標名）のような滑面板を介在させたり、環状弾性体と座金が接する面を滑面に処理することがある。なお、短筒付台座を利用するときは、このような処理は特に必要というわけではない。
【００１９】
つまり、一方で座金部と環状弾性体を分離しておくことが好ましいが、他方で使用時の脱落を防ぐことが好ましい。このために、前記のようにナット部を環状弾性体の挿通孔へ嵌入した時に抜け落ちないだけの径にしておくと良い。なお、ナット部の最先端部はボルトとの螺合開始が容易なように雌ねじの直径よりも大きな直径とした遊び筒部に形成してある。
座金部の中央にナット部のねじ孔に通じる貫通孔を設けることがある。これは、都合によって使用ボルトが長い場合にそのねじ部の先端を座金部から突出させることができるようにし、木やせ対応座金付ナットの使用態様に融通性を持たせるためである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図４は、柱１に梁２を結合した個所を示し、柱１に接合金物３を固定してある。柱１にはこれを横断して接合金物３を取り付けた正面側から背面側へ２本の貫通孔４を形成してある。これに接合金物３側からボルト５を挿通し、背面側から実施形態である木やせ対応座金付ナット６を挿通して、ボルト５と木やせ対応座金付ナット６を螺合により結合してある。ボルト５の先端部は柱１に形成した貫通孔４から背面側に突出するということはない。また、木やせ対応座金付ナット６は工具を用いた回転によりねじ込まれ、ボルト５と螺合する。
【００２１】
木やせ対応座金付ナット６（図５、図６）は、座金部７、ナット部８、環状弾性体９及び縁付台座１０とから構成されている。縁付台座１０は外周部に縁部２２が立ち上がっている。座金部７とナット部８は、座金付ナット１１となる。
座金部７はこの実施形態において、直径４５ｍｍ、厚さ４．５ｍｍの鋼板製の円盤であって中心に関する対称位置に２個の工具掛け凹部１２を表面側に形成してある。
【００２２】
ナット部８は鋼製で、直径１６ｍｍ、長さ１２ｍｍの円筒形で内面を雌ねじ１３を有するねじ孔１４に形成してある。そして、上端側を座金部７の裏面側中央に溶接により固定して座金付ナット１１とする。雌ねじ１３は、前記ボルト５と螺合する。ねじ孔１４の先端部は雌ねじ１３を設けず、内径を大きくして遊び筒１５に形成してある。
なお、この実施形態において、座金部７の中央には、貫通孔１６を形成してあって、座金部７の裏面側中央に固定してあるナット部８のねじ孔１４が貫通する。
【００２３】
環状弾性体９は、当初の直径３６ｍｍ、厚さ２４ｍｍ、中央の挿通孔１７の径１６ｍｍの設計である。環状弾性体９の素材は硬度６０〜７０度の天然ゴムであり、特性は表２の通りである。
【表２】

縁付台座１０は、厚さ２.３ｍｍの鋼板を円形に打ち抜き、縁部２２を形成すると共に中央にバーリング加工により短筒部１９を立ち上げたものであり、平板部１８と短筒部１９及び縁部２２とからなる。平板部１８は直径４５ｍｍで座金部７と同じにしてある。縁部２２の高さは１２ｍｍであり、環状弾性体９の当初高さの５０％である。短筒部１９は縁部２２よりも低い。短筒部１９の直径は１６ｍｍ強である。なお、環状弾性体９の挿通孔１７の内径は短筒部１９の直径よりもわずかに小さい。
【００２４】
木やせ対応座金付ナット６を使用するには、座金付ナット１１のナット部８に環状弾性体９を挿通し、その挿通孔１７の下面側から縁付台座１０の短筒部１９を差し込んで装着しておく。環状弾性体９の挿通孔１７は前記のようにナット部８や短筒部１９の直径よりもわずかに小さいので、これらを環状弾性体９に嵌挿すると、その嵌挿状態は窮屈で座金付ナット１１と縁付台座１０は環状弾性体９ともども、作業中の取り扱いでは分解しない程度に一体に組み付けられる。
そして、図４に示すように、柱１の正面側に接合金物３を取り付け、これから柱１の貫通孔４にボルト５を差し込み、その先端部に柱１の背面側から差し込んだ木やせ対応座金付ナット６のナット部８を螺合し、工具を用いて締め付ける。
工具は座金部７の表面側にある工具掛け凹部１２に係合させる。
なお、この実施形態では柱１の背面に木やせ対応座金付ナット６の座金部７を沈みこませる座繰り凹所２３を形成してある。
【００２５】
木やせ対応座金付ナット６が締め込まれると、座金付ナット１１と縁付台座１０の間に位置した環状弾性体９が高さ方向で圧縮される。圧縮が進むと縁付台座１０に対して座金部７が接近し、座繰り凹所２３内に沈み込む。木やせ対応座金付ナット６の回転を続けると、やがて座金部７の裏面が縁付台座１０の縁部２２に衝突し、木やせ対応座金付ナット６の回転音が急変するので、この時点で工具の回転を停止し、環状弾性体９の圧縮を停止する。工具に回転トルクの設定が可能なときは、座金部７の裏面が縁部２２に衝突したことによるトルクの増大で、工具の回転を自動的に停止させる（滑りの発生）こともできる。すなわち、環状弾性体９は設定した高さ方向の圧縮量を５０％としてある。
【００２６】
圧縮状態において、環状弾性体９は座金部７と縁付台座１０にすっぽりと包まれた格好となり、外部に露出しない。これにより、例えば、外壁と内壁間の空間を伝う気流に曝されることがなく、耐久性に優れる。
そして、このときの圧縮力すなわち締め付け力は３０００Ｎ／ｃｍ²で、柱１の縦圧縮強さ以下であると共に柱１と梁２の接合状態を維持するのに充分である。
また、木やせ対応座金付ナット６の座金部７は平らで薄いので、座繰り凹所２３は浅くてよく、柱１の欠損は少ない。
【００２７】
【発明の効果】
柱と梁など木材どうしをボルト・ナットを用いて緊結する個所において、緊結時の締め付け力を長期間維持することができる。その一方で、縁付台座によって過度の締め込みを防止することができる。
座金部とナット部が一体に形成され、また、これに組み合わせる環状弾性体と縁付台座が環状弾性体との嵌挿状態を窮屈にして一体に組み付けてあるので、作業手間が少ない。また、座金部が薄く座繰りを小さくできるので、木材の欠損が小さくなる。
座金部と縁付台座とで環状弾性体をすっぽりと包み込むので、環状弾性体が外気など環境の影響を受けにくく、耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 木やせ量と締付力との関係を示すグラフ。
【図２】 従来のボルト・ナットによる緊結の構造を概略で示す側面図。
【図３】 環状弾性体に関する寸法を説明するための図。
【図４】 使用状態を概略で示す側面図。
【図５】 分解して示す斜視図。
【図６】 （イ）平面図、（ロ）は一部断面で示す正面図、（ハ）は下方から見た平面図。
【符号の説明】
１ 柱
２ 梁
３ 接合金物
４ 貫通孔
５ ボルト
６ 木やせ対応座金付ナット
７ 座金部
８ ナット部
９ 環状弾性体
１０ 縁付台座
１１ 座金付ナット
１２ 工具掛け凹部
１３ 雌ねじ
１４ ねじ孔
１５ 遊び筒
１６ 貫通孔
１７ 挿通孔
１８ 平板部
１９ 短筒部
２０（欠番）
２１（欠番）
２２ 縁部
２３ 座繰り凹所

Claims (1)

1. 平らな座金部とナット部からなる座金付ナットと挿通孔を有する環状弾性体、及び貫通した短筒部を平板部の中央に有すると共に周縁に立ち上がった縁部を有する直径が座金部にほぼ等しい縁付台座とを備え、座金部は表面に工具掛け凹部を有すると共に裏面中央にナット部を一体に固定してあり、環状弾性体は、成形時の高さ寸法Ｈを、使用による圧縮時の高さ寸法ｈ１に木やせ寸法ｈ２を加え、さらに、使用に基づく環状弾性体の永久歪み寸法ｈ３を加算したもの以上とし、弾性体の硬度を高さ寸法ｈ１に圧縮したときの圧縮力が木材の縦圧縮強さ付近に止まるものとしてあり、前記縁部の立ちあがり高さを寸法ｈ１にすると共に環状弾性体の挿通孔の内径を前記ナット部の直径よりもわずかに小さい程度にして挿通孔にナット部を抜け落ちないように嵌挿し、また縁付台座の短筒部の外径を前記挿通孔に嵌入させたとき抜け落ちない寸法として環状弾性体の挿通孔に縁付台座の短筒部を抜け落ちないように嵌挿し、座金付ナットと縁付台座とで環状弾性体を間に挟み、座金付ナットと環状弾性体及び縁付台座が一体に組み合わされていることを特徴とした木やせ対応座金付ナット。

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