JP3906406B2 - 継ぎ手の製作方法及び継ぎ手 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の円柱類を結合する継ぎ手に関するものである。特に丸太の継合に用いる継ぎ手の関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
木製の丸太や鉄パイプまたは円管など円形断面を有する部材は強度の点のみでなく、見た目の美しさからも優れた構造部材として広く利用されている。
【０００３】
しかし、円形断面部材は互いに突合させたり交差させたりする場合、そのまま接合しようとすると、接触部分が一般に線または点になるため広い接触面を形成できず、支持が不安定になったり、滑動する事などの問題を有している。
【０００４】
このため、従来は凹型の半円断面の支持台を用いたり、複雑な加工を必要とする継ぎ手を用いたりしていた。これらの継ぎ手は工場で既に製作されたものであり、現場で簡便に製作することが出来なかった。
【０００５】
２つの円形断面部材を面で接触させようとすると、互いに接触する部分は３次元的に複雑な形状を形成するため、いずれかの部材または両方の部材を円弧状の断面でくりぬかなければない。このような加工は手間が掛かり、かつ加工を施すと円形断面部材のもつ強度を犠牲にすることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この様に従来の方法においては、円形断面部材を平行、直角または斜めに突合させたり交差させたりする際、接合が不安定であり、低い強度でしか接合が実現できなかった。また、この課題を解決する為の従来の継ぎ手は加工が複雑であり、継ぎ手を現場で簡便に製作出来なかった。継合が安定で強く、かつ安価、簡便な継ぎ手が強く求められていた。
【０００７】
最近、間伐材の丸太の利用促進が森林保護の観点から強く要請されている。しかし、従来はこれら間伐材を構造部材として十分活用することが出来なかった。
【０００８】
安価かつ簡便に丸太の突合または交差を支持する継ぎ手があれば、これら間伐材を構造部材として十分活用することが出来る。安定で強く、安価・簡便な継ぎ手が求められていた。
【０００９】
本発明の第一の目的は円形断面部材の継合を可能にする強く、安定な継ぎ手の製造方法及び継ぎ手を提供することである。
【００１０】
本発明の第二の目的は円形断面部材の継合を可能にする簡便かつ安価な継ぎ手の製造方法及び継ぎ手を提供することである。
【００１１】
本発明の第三の目的は円形断面部材である木製の丸太（間伐材等）の利用促進図ることである。
【００１２】
本発明の第四の目的は工場のみでなく、円形断面部材を使用する現場においても簡便に製作できる継ぎ手の製造方法及び継ぎ手を提供する事である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
円形断面部材を互いに突き合わせて合わせたり（突合）、交差させて合わせたりする場合、そのまま接合しようとすると、接触部分が一般に線または点になる。図１及び図２はこの突合の代表的な状態を示した図である。
【００１４】
図１は直角突合、図２は斜め突合の状態を示している。図１及び図２において１は円形断面部材、２は他の円形断面部材である。各図の右の図（ａ）が正面図、左の図（ｂ）は断面図（Ｘ−Ｙ断面）である。いずれの突合においても、接触部は線となる。
【００１５】
本発明はこの突合部分に適合する２つの円形断面部材を繋ぐ継ぎ手の製作方法及び継ぎ手を提供するものである。
【００１６】
本発明の代表例は可撓性部材により形成された円筒を用い、該円筒の側面に該円筒の内径と同じ直径をもつ剛性の高い円柱を押圧することによって継ぎ手を製作することである。
【００１７】
この円柱の押圧工程によって、該円筒は円形断面部材に対して広い面積に渡って接する面をもつことになる。円形断面部材に対して広い面積に渡って接する面をもてば、円筒を母体とする安定で強い接合が可能な継ぎ手が得られる。
【００１８】
以下、図をもとに本発明の継ぎ手の製作工程を詳述する。図３は本発明の継ぎ手の製作工程を示すものである。図３は内径２ｒの円筒の中心軸を通る断面図を示したものである。説明を簡略にする為に円筒の肉厚は省略して描かれている。
【００１９】
図において３は可撓性部材により形成された内径２ｒの円筒、４ａ、４ｂは円筒中心軸に対して水平な円筒端面上にあり、円筒中心軸に対して対象位置にある２つの点、Ａ０，Ｂ０であり、５ａ、５ｂは該２つの点をとおる該中心軸に平行な２本の鉛直線、６ａは該鉛直線上でＡ０点からａの距離にあるＡ点、６ｂは該鉛直線上でＢ０点からｂの距離にあるＢ点である。
【００２０】
ここでＡ点を折点として該円筒内径と同じ直径をもつ円柱の押圧により、直線Ａ０−ＡがＡ点含み、水平面に対して平行な平面に対してθの角度を有するように円筒の内側に折り曲げ、Ｂ点を折点として該円筒内径と同じ直径をもつ円柱の押圧により、直線Ｂ０−ＢがＢ点含み、水平面に対して平行な平面に対して−θの角度を有するようにを円筒を内側に折り曲げる。このθを折り曲げ角と定義する。この折り曲げにより該円筒は円形断面部材に対して広い面積に渡って接する面をもつことになる。結果として直線Ａ０−Ａと直線Ｂ０−Ｂは一直線として繋がりＡ０点とＢ０点は点Ｃで交わる。
ａ，ｂ，θは以下の関係を満足するように設定する。
ａ＝ｒ（１＋ｓｉｎθ）／ｃｏｓθ−−−−−−（１）
ｂ＝ｒ（１−ｓｉｎθ）／ｃｏｓθ−−−−−−（２）
【００２１】
例えば、斜め突合に使用する継ぎ手を製作するには、まず、突合の角度θを決め、このθの値を用いて（１）、（２）式により、ａ及びｂの値をもとめ。この値をもとにＡ点、Ｂ点を求め、これらの点を折点として該円筒内径と同じ直径をもつ円柱の押圧により、直線Ａ０−ＡがＡ点含み、水平面に対して平行な平面に対してθの角度を有するように円筒の内側に折り曲げ、Ｂ点を折点として該円筒内径と同じ直径をもつ円柱の押圧により、直線Ｂ０−ＢがＢ点含み、水平面に対して平行な平面に対して−θの角度を有するように円筒を内側に折り曲げる。
【００２２】
図４は上記の折り曲げが完了した後の円筒（継ぎ手）を上方から見た状態（平面図）を示している。図において７ａ（Σａ）及び７ｂ（Σｂ）はこの折り曲げにより形成された面である。
【００２３】
円筒の折り曲げが完了した後、直線Ａ０−Ｂ０と平行な任意の直線上にある、円筒端面上の２点ＰＡ０、ＰＢ０も点ＰＣ０において合致し、ＰＡ０、ＰＢ０に対応するそれぞれの折れ点ＰＡ、ＰＢを結ぶ直線ＰＡ−ＰＢは傾斜線ＡＢと同じ角θを有する傾斜線を形成する。円形断面部材はこのΣａ及びΣｂと面接触し保持される。
【００２４】
図５は本発明の継ぎ手を製作する装置の一例を示すものである。図において８ａ及び８ｂはそれぞれ、円筒３を押圧するための剛性の高い円柱、９ａ及び９ｂは該円柱の支持体、１０ａ，１０ｂは円筒の保持材、１１は角度θで切断され、円筒の内部に挿入される保持材である。この装置で円筒を押圧成形するには、剛性の高く円筒内径と同じ直径をもつ円柱８ａ及び８ｂをそれぞれ回転中心をＡ点（６ａ），Ｂ点（６ｂ）としてそれぞれ角度θ、−θで円筒側面より回転押圧する。図においては押圧後の各円柱の位置が２点鎖線で示されている。
【００２５】
本発明を実現するにはこの他種々の構造の装置が考えられるが、基本的な要件は、可撓性部材により形成された円筒を用い、該円筒の側面及び／叉は端面に該円筒の内径と同じ直径をもつ剛性の高い円柱を押圧することが可能な機構を保有していることである。
【００２６】
これまでの説明においては、円筒の一端に対して製作の方法を説明してきたが、円筒の両端に本発明の折り曲げ加工を施すことが可能なことは言うまでもない。円筒の両端に本発明の折り曲げ加工を施された継ぎ手は、円形断面部材を交差して継合する場合に利用される。
【００２７】
図６は種々の目的に対応して、円筒の両端に本発明の折り曲げ加工を施す場合のパラメーターの設定法を説明する為の図（円筒を上部から見た平面図）である。図においてＡ０ｔ、Ｂ０ｔは共に円筒上端面上の点であり、Ａ０ｂ、Ｂ０ｂは共に円筒下端面上の点である。直線Ａ０ｔ−Ｂ０ｔと直線Ａ０ｂ−Ｂ０ｂの成す角をψとすると、このψの値が交差する２つの円形断面部材の交差角を決める。
【００２８】
図７は２つの円形断面部材を交差接合させる場合の種々の状態を示した図である。交差角ψの値を変化させることによって、（ａ）平行交差（ψ＝０度）、（ｂ）斜め交差（ψ）、（ｃ）直角交差（ψ＝９０度）などの交差接合に適した継ぎ手を製作することが出来る。
【００２９】
さらに折り曲げ角θを上端と下端で変化させる事によって、さらに複雑な三次元的な継合を可能にする継ぎ手を製作することが出来る。
【００３０】
円筒の両端に本発明の折り曲げ加工を施す場合には、一端の加工後に他端を成形する際、継ぎ手を保持する治具を用いる事が望ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施態様は可撓性部材により形成された円筒を用い、該円筒の側面に該円筒の内径と同じ直径をもつ剛性の高い円柱を押圧する工程を含むことを特徴とする継ぎ手の製作方法に関するものである。
【００３２】
本発明の第二の実施態様は可撓性部材により形成された円筒を用い、該円筒の側面に該円筒の内径と同じ直径をもつ剛性の高い円柱を押圧することにより形成される面あるいはこの面と同一形状の面を含むことを特徴とする継ぎ手に関するものである。
【００３３】
本発明の第三の実施態様は可撓性部材により形成された内径２ｒの円筒を用い、該円筒の円筒中心軸に対して水平な円筒端面上にあり、該円筒中心軸に対して対象位置にある２つの点、Ａ０，Ｂ０点を通り、該中心軸に平行な２本の鉛直線上にあって、Ａ０点から（１）式で示されるａの距離にあるＡ点を折点として該円筒内径と同じ直径をもつ円柱の押圧により、直線Ａ０−ＡがＡ点を含み、水平面に対して平行な平面に対してθの角度を有するように円筒の内側に折り曲げる工程とＢ０点から（２）式で示されるｂの距離にあるＢ点を折点として該円筒内径と同じ直径をもつ円柱の押圧により、直線Ｂ０−ＢがＢ点を含み、水平面に対して平行な平面に対して−θの角度を有するように円筒を内側に折り曲げる工程を含むことを特徴とする継ぎ手の製作方法に関するものである。
【００３４】
本発明の第四の実施態様は可撓性部材により形成された内径２ｒの円筒を用い、該円筒の円筒中心軸に対して水平な円筒端面上にあり、該円筒中心軸に対して対象位置にある２つの点、Ａ０，Ｂ０点を通り該中心軸に平行な２本の鉛直線上にあって、Ａ０点から（１）式で示されるａの距離にあるＡ点を折点として該円筒内径と同じ直径をもつ円柱の押圧により、直線Ａ０−ＡがＡ点を含み、水平面に対して平行な平面に対してθの角度を有するように円筒の内側に折り曲げて形成される面あるいはこの面と同一形状の面とＢ０点から次式で示されるｂの距離にあるＢ点を折点として該円筒内径と同じ直径をもつ円柱の押圧により，直線Ｂ０−ＢがＢ点を含み、水平面に対して平行な平面に対して−θの角度を有するように円筒を内側に折り曲げて形成される面あるいはこの面と同一形状の面を少なくと一端に含むことを特徴とする継ぎ手に関するものである．
【実施例】
【００３５】
本発明の効果を検証するために、模型実験を実施した。円柱として直径１５ミリの木製丸棒を使用し、折り曲げ角θの値を、０度，１５度、２２．５度、３０度、４５度の５ケースを想定し、（１）、（２）式に基づく計算により、表１に示すような折り曲げ量、ａ、ｂを得た。これらの値は直径１に対するａ，ｂの値を示している。
【００３６】
木製丸棒をそれぞれ折り曲げ角に応じて切断し、図５に記述した装置を用いて厚手の用紙および薄手の金属板で作られた円筒を、切断された丸棒の押圧により折り曲げ成形した。折り曲げは容易であり、製作された継ぎ手はきれいに凹型の半円あるいは半楕円状の形状を形成し、２本の丸棒の突合あるいは交差が隙間無く支持されていることを確認した。

【００３７】
図８は本発明の継ぎ手を直角突合に用いた一実施例を示している。図において１は円形断面部材、２は他の円形断面部材、１２は本発明の継ぎ手、１２−１は継ぎ手の一端、１２−２は他端である。継ぎ手の一端１２−１は１の円形断面部材が挿入によって接合され、継ぎ手の他端１２−２は本発明の折り曲げ加工が施されており、２の他の円形断面部材に広い面でもって接することが出来る。
【００３８】
図９は同様に本発明の継ぎ手を斜め突合に用いた他の実施例を示している。
【００３９】
図１０は円筒の両端に本発明の折り曲げ加工が施された本発明のもう一つの実施例を示した図である。２本の円形断面部材が平行交差の状態で間隙なく継合されている。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によって以下の効果を得ることが出来る。
１） 安価で製作が容易な本発明の継手によって、円形断面部材を有する部材の突合または交差を安定でかつ強固することが出来、円形断面部材の利用分野が広げられる。
２） 本発明の継手により、間伐材として大量に生産される丸太の組み立て加工が容易になり、間伐材の利用が促進される。
３） 本発明の継手は、現場において加工製作することができ、使用現場に臨機応変に対応出来る。
４） 本発明により円形断面を有する丸棒、パイプなどを用いた家、建物、遊具、模型、家具などの製作が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 直角突合の状態を示す図。
【図２】 斜め突合の状態を示す図。
【図３】 本発明の継ぎ手の製作工程を示す図。
【図４】 折り曲げが完了した後の円筒（本発明の継ぎ手）を上方から見た図（平面図）。
【図５】 本発明の継ぎ手を製作する装置の一例を示す図。
【図６】 円筒の両端に本発明の折り曲げ加工を施す場合のパラメーターの設定法を説明する図（円筒を上部から見た平面図）。
【図７】 ２つの円形断面部材を交差接合させる場合の種々の状態を示す図。
【図８】 本発明の継ぎ手を直角突合に用いた一実施例。
【図９】 本発明の継ぎ手を斜め突合に用いた他の実施例。
【図１０】本発明の継ぎ手を平行交差に用いたもう一つの実施例。
【符号の説明】
１ 円形断面部材。
２ 他の円形断面部材。
３ 可撓性部材により形成された内径２ｒの円筒。
４ａ，４ｂ 円筒中心軸に対して水平な円筒端面上にあり、該円筒中心軸に対して対象位置にある２つの点、Ａ０、Ｂ０。
５ａ Ａ０点を通り該中心軸に平行な鉛直線。
５ｂ Ｂ０点を通り該中心軸に平行な鉛直線。
６ａ 鉛直線５ａ上でＡ０点からａの距離にあるＡ点。
６ｂ 鉛直線５ｂ上でＢ０点からｂの距離にあるＢ点。
７ａ、７ｂ 折り曲げ加工により形成されたΣａ及びΣｂ面。
８ａ、８ｂ 円筒３を押圧するための剛性の高い円柱。
９ａ、９ｂ それぞれ円柱８ａ、８ｂの支持体。
１０ａ、１０ｂ円筒３の保持材、
１１ 角度θで切断され、円筒３の内部に挿入される保持材。
１２ 本発明の継ぎ手。
１２−１ 継ぎ手の一端。
１２−２ 継ぎ手の他端。

Claims (4)

1. 可撓性部材の円筒の側面に該円筒の内径と同じ直径をもつ剛性の高い円柱を押圧する工程を含むことを特徴とする継ぎ手の製作方法。
2. 可撓性部材の円筒の側面に該円筒の内径と同じ直径をもつ剛性の高い円柱を押圧することにより形成される面状の面を含むことを特徴とする継ぎ手。
3. 可撓性部材により形成された内径２ｒの円筒を用い、該円筒の円筒中心軸に対して水平な円筒端面上にあり、該円筒中心軸に対して対象位置にある２つの点、Ａ０，Ｂ０点を通り該中心軸に平行な２本の鉛直線上にあって、Ａ０点から下記式Ｉで示されるａの距離にあるＡ点を折点として該円筒内径と同じ直径をもつ剛性の高い円柱の押圧により、直線Ａ０−ＡがＡ点を含み、水平面に対して平行な平面に対してθの角度を有するように円筒の内側に折り曲げる工程とＢ０点から下記式ＩＩで示されるｂの距離にあるＢ点を折点として該円筒内径と同じ直径をもつ剛性の高い円柱の押圧により、直線Ｂ０−ＢがＢ点を含み、
   水平面に対して平行な平面に対して−θの角度を有するように円筒を内側に折り曲げる工程を含むことを特徴とする継ぎ手の製作方法。
   式Ｉ ａ＝ｒ（１＋ｓｉｎθ）／ｃｏｓθ
   式ＩＩ ｂ＝ｒ（１−ｓｉｎθ）／ｃｏｓθ
4. 可撓性部材により形成された内径２ｒの円筒を用い、該円筒の円筒中心軸に対して水平な円筒端面上にあり、該円筒中心軸に対して対象位置にある２つの点、Ａ０，Ｂ０点を通り該中心軸に平行な２本の鉛直線上にあって、Ａ０点から下記式Ｉで示されるａの距離にあるＡ点を折点として該円筒内径と同じ直径をもつ剛性の高い円柱の押圧により、直線Ａ０−ＡがＡ点を含み、水平面に対して平行な平面に対してθの角度を有するように円筒の内側に折り曲げて形成される面状の面と、Ｂ０点から下記式ＩＩで示されるｂの距離にあるＢ点を折点として該円筒内径と同じ直径をもつ剛性の高い円柱の押圧により、直線Ｂ０−ＢがＢ点を含み水平面に対して平行な平面に対して−θの角度を有するように円筒を内側に折り曲げて形成される面状の面を少なくとも一端に含むことを特徴とする継ぎ手。
   式Ｉ ａ＝ｒ（１＋ｓｉｎθ）／ｃｏｓθ
   式ＩＩ ｂ＝ｒ（１−ｓｉｎθ）／ｃｏｓθ

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