JP3931188B2

JP3931188B2 - 集合材

Info

Publication number: JP3931188B2
Application number: JP2005038166A
Authority: JP
Inventors: 裕荻野
Original assignee: 裕荻野
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: JP2006224345A

Description

この発明は集合材に関し、特に、間伐材などの小径木を製材して得られた複数の素材木を接着剤を使用せずに結合一体化してなる集合材に関するものである。

複数の素材木の衝き合わせ面に長さ方向のアリ形等の溝が設けられ、対向する溝相互によって形成された結合孔に結合部材が長さ方向に圧入され、その圧入によって素材木相互が結合一体化されてなる集合材は従来から知られている（特許文献１）。

前記の集合材を製作する場合、結合部材の溝に対する適当なクリアランスがあるときは結合部材を容易に挿入できるが、出来上がった集合材の素材木相互間にガタツキが生じ易い問題がある。また、前記のクリアランスをゼロにしたり、マイナスにするなどして圧入代を設けると、素材木相互間のガタツキは少なくなるが、結合部材の圧入作業が困難となり、作業中や作業後において結合溝部の一部に割れが発生し易くなる問題がある。このため、前掲の特許文献においては、好適には０．０５〜３ｍｍ程度、好適には０．１〜１ｍｍ程度のクリアランスを設けることが提案されている。
特開２００４−１３６４９８号公報（段落００１３、図４、図５、図７）

前記のように、複数の素材木を結合部材によって結合した前記の集合材は、製作後の乾燥収縮等の経年変化の進行によって素材木の衝き合わせ面間、或いは結合部材と溝壁間等にすき間が発生しガタツキの原因となる。このためガタツキの発生を防止する観点からは結合部材と溝壁との間に所要の圧入代を設けることが好ましい。

しかし、圧入代を設けた場合、結合部材の圧入に伴って結合溝部の溝壁が削り取られて損傷し、圧入の進行に伴って削り取り量が累積するなどして、次第に圧入が困難になり、場合によっては途中で圧入が不可能となったり、或いは結合部材が折損したりすることがある。また、圧入できたとしても、結合孔の内壁が圧入時の損傷で割れるなどして脆弱化しているので、乾燥収縮が進むと結合部材と溝壁間、あるいは素材木の衝き合わせ面間のすき間にガタツキが発生することを避けることができない。このように、集合材の製作に際し結合部材を結合孔に圧入する方法を採用すると製作上も品質上も種々の問題を生じる。

そこで、本発明は、結合部材と結合孔との間に所要の圧入代をもたせる一方、結合部材による内壁の損傷を可及的に少なくして、作業性がよく、また素材木の収縮乾燥に伴うガタツキの発生をも抑制した集合材を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明は、素材木相互の衝き合わせ面にそれぞれ長さ方向の溝が形成され、対向する溝によって形成された結合孔に結合部材が長さ方向に圧入され、その圧入によって素材木相互が結合一体化されてなる集合材において、前記溝が所定幅のストレート溝部とそのストレート溝部の溝底両側の溝壁に形成された左右の結合溝部からなり、前記結合部材が前記素材木の長さに等しい一対の結合ピースと貫入ピースとにより構成され、前記各結合ピースは前記結合孔を形成する各溝の左右同じ側の溝壁に形成された前記結合溝部に圧入される圧入凸部が対向状に設けられたコの字形をなし、前記一対の結合ピースがそれぞれその圧入凸部が反対向きとなる向きに前記結合孔の全長にわたり挿入され、該結合ピース間に前記貫入ピースが強制的に挿入されることにより前記圧入凸部がそれぞれ対応した結合溝部に圧入されてなる構成を採用した。

上記構成の集合材を製造する場合は、素材木の衝き合わせ面に形成された結合孔に一対の結合ピースをそれぞれその圧入凸部を外向きにして（即ち、一対のコの字形の結合ピースを背中合わせにして）結合孔の全長にわたり挿入し、結合部材の各圧入凸部を対向した結合溝部にそれぞれ臨ませる。この時点までは結合部材に実質的な抵抗は作用しない。

次に、前記の結合ピースの背面間に貫入ピースを挿入、その後端部を叩打するなどして強制的に押し進める。その挿入により両側の結合ピースが溝壁側に押され、その圧入凸部が対向した結合溝部に圧入される。その圧入の際に前記貫入ピースに負荷がかかることになる。このようにして貫入ピースを結合孔の全長にわたって押し進めることにより作業を終える。圧入凸部の圧入部分は結合孔の全長にわたり存在するが、その圧入量は結合溝部の凹入深さの僅かな分であるから、たとえ損傷が発生し或いは削り取りが発生したとしてもそれらが累積することはない。したがって、圧入に伴う抵抗の増大が避けられる。

また、前記結合ピースに対向状に設けられた各圧入凸部の対向内面が前記結合溝部に対する圧入面となるように形成され、該結合ピースと前記各溝底との間、及び該結合ピースと溝壁の間にそれぞれ所要のクリアランスが設けられた構成をとることにより、圧入凸部が結合溝部に圧入された際、結合ピースの両方の圧入凸部が外方に広がるように弾性変形するため、その間で挟持した素材木の衝き合わせ面相互を密着させる方向の弾性力を及ぼし、乾燥収縮等の経年変化によるクリアランスが発生しても結合ピースの弾性力により吸収することができる。

また、前記素材木の環状配列により柱体が形成され、各素材木の衝き合わせ面に形成された前記溝の溝底に相対的に浅い底面と深い底面が段差をもち、かつ該浅い底面が前記柱体内方に配置して設けられ、前記結合溝部が前記浅い底面の溝壁に形成された内方結合溝部と、深い底面の溝壁に形成された外方結合溝部からなり、前記一対の結合ピースが前記内方結合溝部に圧入される内方結合ピースと前記外方結合溝部に圧入される外方結合ピースからなる構成をとることができる。

上記の構成でなる柱体においては、内方結合溝部相互間の間隔が外方結合溝部相互間の間隔より狭くなるので、周方向に隣接する他の衝き合わせ面における内方結合溝部相互間に十分な間隔を置くことができる。

また、前記素材木の対向した２面に衝き合わせ面が形成され、複数本の素材木がそれぞれの衝き合わせ面で重ねられ、その素材木の衝き合わせ方向の一方の端部に配置される端部素材木を除き他の素材木に該衝き合わせ面と直交する方向に貫通した連結孔が長さ方向に所要間隔で設けられ、前記端部素材木に前記連結孔と連通した盲孔が形成されるとともに該盲孔底面に直角方向の差し込み孔が形成され、一端部にＬ形のアンカーが設けられた連結ボルトが前記連結孔に挿通されるとともに該アンカーが前記差し込み孔に嵌入され、該連結孔の前記差し込み孔と反対側の内面と連結ボルトとの間に栓体が圧入され、前記連結孔から露出した連結ボルトのねじ部にナットが螺合締結されてなる構成をとることができる。

前記の連結ボルトは、素材木間の滑りを防止し集合材のせん断応力を増大させる一方、アンカーが外部に露出することがないので集合材の美感を損なうことがない。

以上のように、この発明に係る集合材は、結合ピースの圧入凸部が結合溝部に圧入される範囲は素材木の全長にわたり存在するが、その圧入量は結合溝部の凹入深さの分だけであるから、たとえ損傷や削り取りが発生したとしてその累積は実質上ゼロである。したがって、圧入に伴う抵抗も累積することがないので、貫入ピースの圧入作業を容易に行うことができる。また、素材木の乾燥収縮等の経年変化に伴うガタツキの発生も抑制することができ、品質のよい集合材を提供することができる。

以下、添付図面に基づいて、この発明の実施形態について説明する。実施形態１の集合体は、図１に示したように、杉、桧等の小径木等によって形成された２本の素材木（角材）１、１を衝き合わせ面２で重ね、両者を結合部材３により結合一体化してなるものである。

図２（ａ）、図３（ａ）に示したように、各素材木１の衝き合わせ面２には、溝４が幅方向中間部分において全長にわたり形成される。各溝４は、衝き合わせ面２に開放された一定幅・一定深さのストレート溝部５と、そのストレート溝部５の左右の溝壁６、６底部にその溝底７を外方に拡大する方向に凹入して形成された左右の結合溝部８、８とからなる。溝底７，７の中間に背割り９が施される。また、前記の衝き合わせ面２においてストレート溝部５の開口に沿って浅い逃げ面１１、１１が一定幅で形成される。また溝底７との対向面１２に緩やかなテーパ角θ（図３（ａ）参照）が形成される。

前記素材木１、１を衝き合わせ面２で衝き合わせると、両方の溝４、４が衝き合わせ面２を挟んで対称形に連結された結合孔１３が形成される。説明の便宜上、図３（ａ）に示したように、結合孔１３の高さ（溝底７、７間の距離）をＨで示し、ストレート溝部５の溝幅をＷ、結合溝部８の溝壁６からの凹入深さをＳで示す。また、後述の結合ピース１４との圧入代を決定するポイントとなる前記対向面１２の基点Ｐの衝き合わせ面２からの高さをＸで示す。

結合部材３は、図２（ｂ）（ｃ）、図３（ｂ）に示したように、一対の結合ピース１４、１４と１片の貫入ピース１５とからなる。これらは素材木１より強度のある堅木（ナラ材、樫材等）によリ形成されたものであり、いずれも素材木１と同一長さに形成される。各結合ピース１４は、長尺な板材の長さ方向の両側縁に同じ方向に突き出した圧入凸部１６、１６が対向状に形成されたものであり、断面形状がコの字形をなす。各結合ピース１４は、圧入凸部１６、１６がそれぞれ反対向き（即ち、背中合わせ）の姿勢で前記結合孔１３の両方の溝４、４にわたり、かつそれぞれの圧入凸部１６、１６が同じ側（長さ方向に見て左右同じ側）の結合溝部８、８に対応するように挿入される（図５（ａ）〜（ｃ）参照）。

結合ピース１４の上下の端面はその背面側が最も高くＨ’であり（図３（ｂ）参照）、前記の結合孔１３の高さＨに等しい（Ｈ＝Ｈ’）。圧入凸部１６、１６の上下両端面（溝底７に対向する面）には先端に至るに従い僅かに傾斜するテーパ角δが付与される。このテーパ角δの存在により、溝底７と結合ピース１４との間に若干のクリアランスｃ_１（図３（ｃ）（ｄ）、図４（ａ）参照）が生じる。

また、圧入凸部１６の突出量Ｓ’は、前記結合溝部８の凹入量Ｓと同等又は若干大きく（Ｓ’≧Ｓ）設定される。圧入凸部１６相互の対向面１７にもテーパ角θ’が付与される。このテーパ角θ’は前記結合溝部８の対向面１２のテーパ角θに等しく（θ’＝θ）に設定される。さらに、対向面１７の基点Ｐ’の基準線Ｎ（組み立て時の素材木１、１の衝き合わせ面２に一致する。）からの高さをＸ’で表わすと、Ｘ’＜Ｘに形成される。図３（ｃ）に示したように、圧入凸部１６が結合溝部８に対し、矢印方向に押し込まれたとき、両方の対向面１２、１７が接するまでは実質的な抵抗を伴うことなく圧入凸部１６が結合溝部８に嵌入されるが、両方の対向面１２、１７が接触した実線の状態から更に嵌入させる場合は、大きな押圧力を加えて圧入させる必要がある。その押圧力の大きさは、前記の基点ＰとＰ’の高さの差（ｘ＝Ｘ−Ｘ’）によって異なる（図３（ｃ）参照）。この高さの差ｘを圧入代と称する。

なお、一定の圧入代を形成する手段は上記の方法に限らない。例えば、図３（ｄ）に示したように、基点Ｐ、Ｐ’の高さを等しく設定し（Ｘ＝Ｘ’）、対向面１２、１７のテーパ角θとθ’の大きさに差（θ＞θ’）を設けることによっても圧入代を形成することができる。

貫入ピース１５は、図２（ｃ）に示したように、その高さは結合ピース１４の高さＨ’と同等かこれより若干小さく形成され、先端部はクサビ状に尖っている。この貫入ピース１５は、図２（ｄ）に示したように、複数に分割したものであってもよい。分割した場合は、先端のものにのみ先鋭部が設けられるが、それ以降の貫入ピース１５’は先鋭部が不要であり、先端面に面取りを施す程度でよい。

貫入ピース１５の厚さＷ_１（図４（ｂ）参照）は、次のようにして決定される。即ち、図４（ａ）に示したように、前記の各係合ピース１４を結合孔１３に背中合わせで挿入し、それぞれの圧入凸部１６を対向する結合溝部８に軽く挿入した状態、即ち、前記の圧入代ｘを残した位置まで挿入した際、結合ピース１４間の背面相互間に一定の間隔Ａが存在し、かつ各結合ピース１４の内面と溝壁６との間に間隔Ｂが存在する。前記の貫入ピース１５の幅Ｗ_１は、間隔Ａより大きく、かつこれらの間隔の総和と等しいか若干小さく設定される（Ａ＜Ｗ_１≦Ａ＋２Ｂ）。なお、Ａ＜Ｗ_１＜Ａ＋２Ｂのように設定し、結合ピース１４の圧入凸部１６が結合溝部８に圧入された際（一点鎖線参照）に、結合ピース１４の内面と溝壁６との間にクリアランスｃ_２が存在するようにすることが望ましい。

実施形態１の集合材は以上のようなものであり、次に２本の角材からなる素材木１、１を用いて集合材を製作する方法を説明する。図５（ａ）に示したように、予め衝き合わせ面２に溝４を形成した素材木１、１を衝き合わせて結合孔１３を形成し、次に一対の結合ピース１４、１４を背中合わせになるようその圧入凸部１６の向きを反対方向に向けて結合孔１３の全長にわたり挿入する。

その挿入により結合ピース１４、１４の圧入凸部１６は結合溝部８に臨んだ状態になるが、最も結合溝部８内に入り込んだ状態においても前記の圧入代ｘが残る程度である（図４（ａ）の実線の状態）。このため結合ピース１４、１４の挿入時には実質的な抵抗は作用しない。

次に、前記の結合ピース１４、１４の背面間に貫入ピース１５をその先端から挿入する（図５（ｂ）参照）。貫入ピース１５は結合ピース１４，１４を左右両側に押し分けながら前進する。各結合ピース１４は各圧入凸部１６がそれぞれ対応する結合溝部８に前記の圧入代ｘ分を圧縮させて圧入される。その圧入時に圧入凸部１６が結合溝部８内をその幅方向（結合溝部８の凹入方向）に押し込まれる量は数ミリ程度であるので、圧入凸部１６が係合溝８の内面を削り取ることがあっても累積することはなく、損傷させることがあっても狭い範囲に留まる。このため、貫入ピース１５に作用する圧入抵抗は全長にわたり同程度であり、抵抗が長さ方向に累積したり増大したりすることはない。

また、前記のように、結合ピース１４と溝底７との間にクリアランスｃ_１が存在し、また、結合ピース１４の内面と溝壁６との間にもクリアランスｃ_２が存在するので、結合溝部８と圧入凸部１６が対向面１２、１７において強く圧接された場合、各圧入凸部１６の対向面１７、１７間の素材木１の部分が矢印ａ方向に圧縮され（図６（ａ）参照）、逃げ面１１の対向面間が圧縮されるとともに、素材木１、１の衝き合わせ面２、２が相互に密着される。また、その圧縮の反力により結合ピース１４全体に弾性変形歪みが生じ（図６（ｂ）参照。この図の実線は弾性変形歪みの有様を誇張的に示している）、その弾性変形歪みにより、素材木１、１相互が強固に密着一体化される。

なお、前記弾性変形歪みの影響によって、図６（ａ）に示したように、素材木１、１の衝き合わせ面２の外部に膨出変形２０が発生する場合があるが、この部分は切除・整形される。

また、以上は素材木１を２本使用した場合を示しているが、図７に示したように、３本以上を衝き合せ、前記の結合部材３を用い同様に結合一体化する場合もある。図７では背割り９の図示を省略している（以下の場合も同様である）。

次に、図８から図１０に示した実施形態２〜４について説明する。これらはいずれも複数本（４本以上）の素材木１を端面形状が環状になるように配列して柱体２１を形成するようにしたものである。図８の実施形態２の場合は、４本の素材木１を田の字形に組み合わせ中心部に長さ方向の孔２２を設けたものである。各素材木１の衝き合わせ面２の両側に形成された溝４’、４’は、前記の場合と若干異なる。即ち、孔２２側（柱体２１の内側）に圧入される内方結合ピース１４ａは外側の外方結合ピース１４ｂより幅が狭く形成される。これは隣接する他の衝き合わせ面２に圧入される他の内方結合ピース１４ａとの間隔を十分とれるようにするためである。この場合の溝４’、４’の形状は、図８（ｂ）に示したように、溝４’の溝底に相対的に浅い底面７ａと深い底面７ｂが段差２３をもち、かつ該浅い底面７ａが柱体２１の内方に配置して設けられる。また、前記浅い溝底７ａの溝壁６に内方結合溝部８ａが形成される。また深い溝底７ｂの溝壁６に外方結合溝部８ｂが形成される。これらの内方結合溝部８ａ相互間に前記のコの字形の内方結合ピース１４ａが圧入され、また外方結合溝部８ｂに外方結合ピース１４ｂが圧入される
図９に示した実施形態３は、素材木１を８本使用して多角柱体を形成したものである。それぞれの衝き合わせ面２に前記実施形態２の場合と同様に溝底に段差を形成し、内側に幅の狭い結合ピース１４ａ、外側に幅の広い結合ピース１４ｂを圧入したものである。

図１０に示した実施形態４は、扇形断面の素材木１を放射状に多数配列して柱体２１を形成したものであり、同様に結合される。

図１１（ａ）（ｂ）に示した実施形態５は、素材木１が丸太の場合であり、衝き合わせ面２が平坦な場合（図１１（ａ）参照）と、円弧面の場合（同（ｂ）参照）とがある。

次に、図１２から図１４に示した実施形態６は、前記の実施形態１の方法で素材木１、１と結合部材３により結合して集合材を製作したのち、衝き合わせ面２と直交する方向に連結ボルト２４を長さ方向に所定の間隔を置いて嵌入締結したものであり、梁材として使用するのに適したものである。この場合の連結ボルト２４は、図１３に示したように折板状のものであり、金属板の下端を９０度に屈曲してアンカー２５を形成し、上端部の細い板状のねじ板部２６の両側面に部分雄ねじ２７を形成したものであり、該ねじ板部２６の両側の肩部に座金２８を乗せ、ナット２９をその座金２８に締結するようにしたものである。

前記の集合材を構成する素材木１、１のうち一本のものに衝き合わせ面２と直交方向に貫通する角形の連結孔３１が設けられ、他方の素材木１にはその連結孔３１に連通する盲孔３２が設けられる。その盲孔３２の下端に直角方向に屈曲した差し込み孔３３が設けられる。この差し込み孔３３を盲孔３２の下端に加工するため、前記の連結孔３１及び盲孔３２の内面に工具挿入溝３４を設けておく。

上記の連結孔３１と盲孔３２に前記の折板状の連結ボルト２４を挿入し、アンカー２５を差し込み孔３３に差し込み、しかる後に連結ボルト２４のアンカー２５の屈曲側と反対側の面と、連結孔３１との間に角柱形の栓体３５を打ち込んで連結ボルト２４を連結孔３１の一方の面に押し当てる。その後、素材１の面から露出したねじ板部２６の部分雄ねじ２７にナット２９を螺合して締付ける。

連結ボルト２４として折板状のものを用いるのは、連結ボルト２４と連結孔３１、盲孔３２の内面との接触面に作用する荷重を分散するためである。また、連結ボルト２４を集成材全体を貫通させることなく、盲孔３２の底面にアンカー２５で係合させるようにしたのは、梁等として用いる場合の美感のため、及び強度維持のためである。

実施形態１の一部省略斜視図同上の素材木の一部省略斜視図同上の結合ピースの斜視断面図同上の貫入ピースの斜視断面図同上の貫入ピースの変形例の斜視断面図同上の素材木の端面図同上の結合部材の端面図同上の圧入部分の説明図、同上の圧入部分の説明図（ａ）同上の組立て途中の端面図、（ｂ）同上の貫入ピースの端面図（ａ）〜（ｃ）同上の組立て途中の一部省略斜視図（ａ）同上の組立て後の端面図、（ｂ）（ａ）図の結合部材の端面図同上の変形例の端面図実施形態２の端面図実施形態３の端面図実施形態４の端面図（ａ）（ｂ）実施形態５の端面図実施形態６の一部省略斜視図同上の分解斜視図（ａ）同上の端面図、（ｂ）（ａ）図のｂ−ｂ線の断面図、（ｃ）（ｂ）図のｃ−ｃ線の断面図

符号の説明

１素材木
２衝き合わせ面
３結合部材
４、４’ 溝
５ストレート溝部
６溝壁
７溝底
８、８ａ、８ｂ結合溝部
９背割り
１１逃げ面
１２対向面
１３結合孔
１４結合ピース
１５貫入ピース
１６圧入凸部
１７対向面
２１柱体
２２孔
２３段差
２４連結ボルト
２５アンカー
２６ねじ板部
２７部分雄ねじ
２８座金
２９ナット
３１連結孔
３２盲孔
３３差し込み孔
３４工具挿入溝
３５栓体

Claims

素材木相互の衝き合わせ面にそれぞれ長さ方向の溝が形成され、対向する溝によって形成された結合孔に結合部材が長さ方向に圧入され、その圧入によって素材木相互が結合一体化されてなる集合材において、前記溝が所定幅のストレート溝部とそのストレート溝部の溝底両側の溝壁に形成された左右の結合溝部からなり、前記結合部材が前記素材木の長さに等しい一対の結合ピースと貫入ピースとにより構成され、前記各結合ピースは前記結合孔を形成する各溝の左右同じ側の溝壁に形成された前記結合溝部に圧入される圧入凸部が対向状に設けられたコの字形をなし、前記一対の結合ピースがそれぞれその圧入凸部が反対向きとなる向きに前記結合孔の全長にわたり挿入され、該結合ピース間に前記貫入ピースが強制的に挿入されることにより前記圧入凸部がそれぞれ対応した結合溝部に圧入されてなることを特徴とする集合材。
前記結合ピースに対向状に設けられた各圧入凸部の対向内面が前記結合溝部に対する圧入面となるように形成され、該結合ピースと前記各溝底との間、及び該結合ピースと溝壁の間にそれぞれ所要のクリアランスが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の集合材。
前記衝き合わせ面の各溝の開口部両側に沿って所要幅の逃げ面が設けられたことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の集合材。
前記素材木の環状配列により柱体が形成され、各素材木の衝き合わせ面に形成された前記溝の溝底に相対的に浅い底面と深い底面が段差をもち、かつ該浅い底面が前記柱体内方に配置して設けられ、前記結合溝部が前記浅い底面の溝壁に形成された内方結合溝部と、深い底面の溝壁に形成された外方結合溝部からなり、前記一対の結合ピースが前記内方結合溝部に圧入される内方結合ピースと前記外方結合溝部に圧入される外方結合ピースからなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の集合材。
前記素材木の対向した２面に衝き合わせ面が形成され、複数本の素材木がそれぞれの衝き合わせ面で重ねられ、その複数の素材木の衝き合わせ方向の一方の端部に配置された素材木を除き他の素材木に該衝き合わせ面と直交する方向に貫通した連結孔が長さ方向に所要間隔で設けられ、前記端部に配置された素材木に前記連結孔と連通した盲孔が形成されるとともに該盲孔底面に直角方向の差し込み孔が形成され、一端部にＬ形のアンカーが設けられた連結ボルトが前記連結孔に挿通されるとともに該アンカーが前記差し込み孔に嵌入され、該連結孔の前記差し込み孔と反対側の内面と連結ボルトとの間に栓体が圧入され、前記連結孔から露出した連結ボルトのねじ部にナットが螺合締結されてなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の集合材。
前記連結ボルトがＬ形に屈曲された折板により形成され、その屈強された部分が前記のアンカーとなることを特徴とする請求項５に記載の集合材。