JP4949194B2 - 締結具 - Google Patents

Description

本発明は、木造建築物において、柱と梁など直交する二部材を一体化する締結具に関する。

木造軸組工法は、柱や梁など矩形断面の部材を組み合わせて骨格を形成しているが、近年は集成材の普及に伴い大断面の部材を容易に入手できるようになり、柱の間隔を拡げて大きな室内空間を確保するなど、従来の木造建築では困難だった構造が実現している。この場合、部材同士の締結部も十分な剛性を確保する必要があり、各種の金物を使用するなどの対策が講じられている。

柱と梁などのような直交する二部材を締結する方法のうち、剛性が確保しやすく信頼性にも優れコストも低い構造の一例を図５に示す。この図では、直立している柱の側面に梁の端面を引き寄せて双方を一体化している。柱には両側面を貫通する軸孔が形成されており、この中にボルトが差し込まれる。また梁の端面には軸孔と同心の横穴が長手方向に形成されている。さらに梁の側面には、横穴と交差するピン孔が形成されており、この中に固定ピンが打ち込まれる。固定ピンの中央にはネジ孔が形成されており、このネジ孔を横穴と同心に揃えた後、ボルトを軸孔から横穴に向けて差し込んで、固定ピンのネジ孔に螺合させて締め上げると、梁の端面が柱の側面に密着して双方が一体化する。なお軸孔の一端には、ボルト頭部を収容するための座グリ穴が形成されており、またボルト頭部の陥没を防止するため、ワッシャを組み込んでいる。そのほか、本発明と構成が類似する先行技術としては下記特許文献が挙げられる。
特開２００５−２３２７１１号公報

図５に示されるボルトは、剛性を確保するため一般に高力ボルトと呼ばれているものを使用している。高力ボルトは文字通り引張強さが大きく、様々な分野で使用されているが、衝撃荷重によって破断する場合がある。建築物ではこのような衝撃荷重が作用することは少ないが、大規模な地震に遭遇した場合などには、局地的に想定外の衝撃荷重が作用する恐れがある。図５のような構造では、二部材をボルトだけで一体化しており、このボルトが破断した場合には建物の倒壊など大きな被害が予想され、何らかの対策が必要である。

図５に示されるボルトは、固定ピンを強力に引き寄せているため、その軸方向に大きな荷重が発生する。この荷重はボルトの頭部を介して柱が受け止めているが、ボルトの頭部が接触している面には高い圧力が発生するため、その部分が次第に陥没していき、ボルトが緩んで締結部の剛性が低下する恐れがある。対策として、ボルトの頭部と柱との間にワッシャを介在させて、圧力を緩和しているが、ワッシャの直径拡大にも限度があるため、他の対策を講じることが好ましい。

本発明はこうした実情を基に開発されたもので、直交する二本の部材を締結する際、衝撃荷重に対して耐久性のある締結具の提供を目的としている。

前記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、主幹部材の側面に結合部材の端面を結合する締結具であって、主幹部材の側面を貫通する軸孔に配置され且つ軸孔方向に中孔を有する埋設体と、結合部材の端面に形成され前記軸孔と同心になる横穴に収容されるナット体と、前記横穴と交差するピン孔に挿入され且つ横穴と同心となるネジ孔を有する固定ピンと、前記横穴に収容されナット体およびネジ孔に螺合するスタッドボルトと、前記中孔に差し込まれナット体と螺合して固定ピンを引き寄せる連結ボルトと、を備え、前記埋設体の側周面には、主幹部材に食い込む螺旋状の凸条が形成されており、前記連結ボルトには高力ボルトを使用しており、且つ前記スタッドボルトには非高力ボルトを使用していることを特徴とする締結具である。

本発明は、木造建築物の骨格を構成する柱や梁などの二部材を締結する箇所に使用され、以下、二部材のうち基礎に近い方を主幹部材と称し、この主幹部材によって支持される部材を結合部材と称し、主幹部材の側面に結合部材の端面を接触させることで、Ｔ字状あるいはＬ字状の締結部が構成される。したがって通常の形態では、柱が主幹部材に相当して、柱によって支持される梁などの横架材が結合部材に相当する。なお主幹部材と結合部材のいずれも、集成材を含む木質系の素材であることを前提とする。そして本発明は、埋設体とナット体と固定ピンとスタッドボルトと連結ボルトの計五種類の物品で構成される。

埋設体は、主幹部材の両側面を貫通する軸孔に挿入されるもので、軸孔の全長よりもやや短い円筒状で、その側周面には、半径方向に鋭く突出する凸条が螺旋状に形成されており、コーチボルトに似た外形となっている。この凸条が主幹部材の中に食い込むことで、埋設体は不動状態で固定される。また埋設体の内部には、連結ボルトを挿通するための中孔が形成されている。この中孔は、連結ボルトのネジ部だけが挿通可能な直径とする必要があり、連結ボルトの軸方向の移動を規制できる。

ナット体は、連結ボルトとスタッドボルトとを一体化するためのもので、両者と螺合するため内部に雌ネジが形成されており、その一方の端面には連結ボルトが差し込まれ、他方の端面にはスタッドボルトが差し込まれる。またナット体は、結合部材の端面から長手方向に形成された横穴に埋め込まれるが、双方が密着する必要はなく、隙間が生じても構わない。なお横穴については、主幹部材の軸孔と同心になる位置に形成され、しかもナット体のほか、スタッドボルトも収容可能な全長を確保する必要がある。また横穴の直径については、全体を同一としても良いが、ナット体やスタッドボルトの直径に応じて段差を付けても良い。

固定ピンは、結合部材の長手方向に対して直交する方向に形成されたピン孔に打ち込まれるもので、スタッドボルトと螺合することで、結合部材を主幹部材に引き寄せる機能がある。そのため固定ピンには、横穴と同心となる中央付近にネジ孔（雌ネジ）が形成されている。なおピン孔については、横穴と交差するように形成する必要があるが、固定ピン全体を埋没できるならば、必ずしも反対面まで貫通していなくても良い。ただし固定ピンとピン孔の直径は同一であり、隙間はない。

スタッドボルトは、頭部がなく外周面に雄ネジが形成された丸棒であり、ナット体と固定ピンとの間に配置され、その一端がナット体に螺合しており、他端が固定ピンのネジ孔に螺合している。なおスタッドボルトは、横穴と接触する必要はなく、隙間があっても構わない。またスタッドボルトの中央付近は、必要がなければネジを形成しなくても良い。

連結ボルトは、軸孔に挿入された埋設体からナット体に向けて差し込まれるもので、ナット体を介して固定ピンを引き寄せる機能がある。連結ボルトの頭部は、埋設体の端面などで軸方向への移動が規制されるため、連結ボルトを締め上げるように回転を与え続けると、やがてナット体およびスタッドボルトも一体で回転するようになり、その結果、固定ピンは連結ボルトの方に引き寄せられる。したがって結合部材の端面が主幹部材の側面に密着して、両部材は強固に一体化する。なお連結ボルトの呼び径やピッチなどは、必ずしもスタッドボルトと一致させる必要はなく、双方で異なる構成も可能である。この場合、ナット体に形成される雌ネジは、両側で異なるものになる。

本発明では、連結ボルトには高力ボルトを使用する一方で、対するスタッドボルトには高力ボルトを使用しないことを特徴としている。なお本出願における高力ボルトとは、ＪＩＳＢ１０５１やＪＩＳＢ１１８６などで示されるように、強度区分が８．８以上のものとする。したがってスタッドボルトについては、強度区分が８．８よりも小さい。ただしスタッドボルトについても、材質は鋼またはステンレスに限定され、所定の荷重に耐える強度が必要である。

このように、連結ボルトとスタッドボルトとの強度を異なるものにすることで、結合部材に衝撃荷重が作用した場合、固定ピンに螺合しているスタッドボルトにも衝撃荷重が伝達するが、スタッドボルトは高力ボルトではなく比較的柔軟であり、弾性変形によってエネルギーを吸収することで自らの破断を防止する。また連結ボルトに対しては、スタッドボルトによって緩和された荷重が作用するため、破断や変形の危険がなく、締結部の破壊が防止される。なお実際の施工に際しては、曲げモーメントなどに対抗するため、一箇所の締結部において本発明品を二組以上使用することになる。

請求項１記載の発明のように、結合部材を主幹部材に引き寄せるボルトを二分割構造とした上、固定ピンに螺合するスタッドボルトには、高力ボルトではないものを使用することで、結合部材に衝撃荷重が作用した際、スタッドボルトが弾性変形することで衝撃が緩和される。したがって高力ボルトを用いた連結ボルトには衝撃荷重が作用しないため、従来のようにボルトが破断することはなく、締結部の破壊を防止でき建物の健全性が維持される。しかも連結ボルトの頭部は、埋設体によって軸方向への移動が規制されているため、経年によって連結ボルトが主幹部材の内部に埋没していく恐れがなく、締結部の剛性が低下することもない。

図１は、本発明による締結具の構成例を示している。垂直に延びている主幹部材３１の側面に結合部材３２の端面を接触させており、Ｔ字を横倒しにした締結部を形成している。なお主幹部材３１および結合部材３２は、いずれも矩形断面の木材を使用している。そして主幹部材３１には両側面を貫通する二個の軸孔３３が上下に並んで形成されており、この両方に埋設体１１を差し込む。埋設体１１は、鋼製の丸棒を素材としており、側周面には半径方向に突出する凸条１２が螺旋状に形成されており、汎用のコーチボルトのような外観になっている。この凸条１２が主幹部材３１の中に食い込むことで、双方に強力な摩擦が発生するため、埋設体１１は主幹部材３１の中で不動状態になるほか、凸条１２によって主幹部材３１の変形が抑止され、ヒビ割れなどを防止する。なお主幹部材３１を貫く軸孔３３の直径は、埋設体１１の直径（凸条１２は除く）と同一であり、凸条１２だけが内部に突き刺さる。また埋設体１１については、その中心を貫通する中孔１４が形成されており、中孔１４の一端部には、より直径の大きい凹部１３が形成されている。そのほか右側の端面には、工具などを掛けるため六角部１５が形成されている。

結合部材３２の端面には、軸孔３３と同心になる二個の横穴３４が上下に並んで形成されている。この横穴３４は当然ながら有限の長さだが、その奥部でピン孔３５と直角に交差している。横穴３４は、ナット体２２およびスタッドボルト２５を収容するための機能を有するが、単に収容するだけで良く、ナット体２２などを摩擦で拘束する必要はない。なおスタッドボルト２５については、図のようにネジを全域に形成してもよいが、構造上の問題がなければ両端部だけに限定しても構わない。また固定ピン２６を打ち込むためのピン孔３５は、結合部材３２の両側面を貫通しており、その途中で横穴３４と直角に交差している。固定ピン２６については、その中央部にネジ孔２７が形成されており、スタッドボルト２５と螺合することができる。なお固定ピン２６とピン孔３５の直径は等しく、固定ピン２６は摩擦によって保持される。

連結ボルト２１は埋設体１１の内部に挿通され、その先端がナット体２２に螺合する。そのため連結ボルト２１を締め上げると、ナット体２２およびスタッドボルト２５が一体で回転して、固定ピン２６が連結ボルト２１の方に引き寄せられる。固定ピン２６は結合部材３２と一体化しているため、連結ボルト２１を締め上げることで結合部材３２が主幹部材３１に引き寄せられ、両部材が強固に一体化する。なお連結ボルト２１に作用する軸方向の荷重は、埋設体１１の凸条１２を介して主幹部材３１に伝達されるため、この荷重によって主幹部材３１が変形することはない。

連結ボルト２１は、ＪＩＳＢ１０５１で規定される強度区分８．８以上に該当する高力ボルトを使用しており、引張強さが一平方ミリメートル当たり８００Ｎ以上の強度を有している。対するスタッドボルト２５は、強度区分８．８より小さく、高力ボルトとは呼ばれないものを使用しているが、所定の強度は確保されており、通常の状態で塑性変形することはない。なお連結ボルト２１には、六角穴付きのものを使用しており、またナット体２２については、工具などを掛けるため、対向するように溝２３が形成されている。

図２は、図１に描かれた締結具を用いて二部材を結合する過程を示しており、図２（Ａ）は初期段階で、図２（Ｂ）は最終段階である。図２（Ａ）のように、主幹部材３１に形成された上下二個の軸孔３３の中には、それぞれ埋設体１１が差し込まれており、その凸条１２が主幹部材３１の中に食い込んでおり、埋設体１１は不動状態で固定されている。また図のように、ナット体２２の一端にはスタッドボルト２５を差し込んで双方を一体化している。なおナット体２２の中央付近は、局地的に雌ネジが形成されていないため、スタッドボルト２５を螺合する際、一定の深さに達するとそれ以上のねじ込みが不可能になり、双方が実質的に一体化する。そのほか、結合部材３２側面のピン孔３５には、固定ピン２６が打ち込まれており、そのネジ孔２７は横穴３４と同心になっている。この段階でナット体２２と一体化したスタッドボルト２５を横穴３４に差し込んでいき、スタッドボルト２５の先端をネジ孔２７に合わせた後、ナット体２２全体が横穴３４の中に収容されるまで回転を与えていく。

ナット体２２を横穴３４に収容した後、結合部材３２の端面を主幹部材３１の側面に密着させる。この際は当然ながら軸孔３３と横穴３４を同心に揃える。次に埋設体１１から内部のナット体２２に向けて連結ボルト２１を差し込み、双方が螺合した後も締め上げを続けると、固定ピン２６が連結ボルト２１に引き寄せられるため、結合部材３２の端面が主幹部材３１の側面に密着して二部材が一体化する。

図３は、図１に描かれた締結具を用いて二部材を結合する過程を縦断面から見たもので、図２（Ａ）は初期段階で、図２（Ｂ）は最終段階である。主幹部材３１に差し込まれた埋設体１１は、凸条１２が内部に食い込んでいるため、不動状態を維持している。また埋設体１１の左端は、連結ボルト２１の頭部を収容するため、円断面の凹部１３が形成されている。対する埋設体１１の右端には、差し込みの際に回転を与えるための六角部１５が形成され、軸孔３３との間に工具などを入れるための空間が確保されている。

結合部材３２については、側面を貫通するように固定ピン２６が打ち込まれているほか、横穴３４には、ナット体２２とスタッドボルト２５が収容されている。横穴３４については、ナット体２２を収容するため入り口付近の直径が拡大されており、ナット体２２の外周面が横穴３４の内周面に接触することはなく、その隙間に工具などを入れることもできる。またスタッドボルト２５の先端は、固定ピン２６のネジ孔２７に螺合しており、スタッドボルト２５を引き寄せることで、固定ピン２６を引き寄せることができる。なおナット体２２の内部の中央付近は、図のように雌ネジが形成されていない。そのため連結ボルト２１とスタッドボルト２５のいずれも、螺合できる範囲は限られており、両ボルトの先端が雌ネジの形成されていない領域に達すると、これらは実質的にナット体２２と一体化することになる。したがって連結ボルト２１を回転させると、スタッドボルト２５も一体で回転して、結合部材３２を引き寄せることができる。

図４は、図１とは異なる本発明の実施形態例を示しており、図４（Ａ）は全体構成で、図４（Ｂ）はナット体２２の形状例である。図４（Ａ）に描かれている埋設体１１は、図１のような凹部１３が形成されておらず、同一径で両端面を貫通する中孔１４だけが形成されている。また連結ボルト２１についても単純な六角ボルトを使用している。この場合には組み付けの後、連結ボルト２１の頭部が主幹部材３１の側面よりも外に飛び出すことになるが、埋設体１１の長さをやや短めにすることで、軸孔３３の中に収容することもできる。そのほかナット体２２についても、図１のような円断面ではなく、組み付け時の作業性などを考慮して、このような六角断面とすることもできる。ただしナット体２２内部の雌ネジについては、図３と同様、中央部で途切れた構成である。

対する結合部材３２側については、固定ピン２６が図１のような円断面ではなく矩形断面の板状であり、その中央にネジ孔２７が形成されている。このような角形の固定ピン２６は、結合部材３２との接触面が単純な平面になるため、連結ボルト２１によって引き寄せられた際、接触面の全体で荷重を結合部材３２に伝達でき、結合部材３２に局地的な大荷重が作用せず、ヒビ割れなどの発生を防止できる。ただし固定ピン２６を差し込むためのピン孔３５も角形になるため、加工作業はやや難しくなる。なお本図のピン孔３５は、上下面から個別に形成しており、貫通していない。また当然ながら本図においても、連結ボルト２１には高力ボルトを使用して、スタッドボルト２５には高力ボルトではないものを使用しており、両ボルトの破断が発生しない信頼性の高い締結が実現する。

図４（Ｂ）はナット体２２の形状例を示している。ナット体２２と一体になったスタッドボルト２５をネジ孔２７と螺合させるには、ナット体２２を横穴３４に差し込んだ上、ナット体２２を回転させる必要がある。その際、図１に示すようなナット体２２では、横穴３４との隙間が少ない場合、作業性が著しく低下する。そこで本図のように、ナット体２２の一端面を直線状に削って、溝状のスリット２４を形成して、これにマイナスドライバーに似た工具を差し込むことで作業性が大幅に改善されるほか、横穴３４の直径も抑制できる。

本発明による締結具の構成例を示す斜視図である。 図１に描かれた締結具を用いて二部材を結合する過程を示す斜視図であり、（Ａ）は初期段階で、（Ｂ）は最終段階である。 図１に描かれた締結具を用いて二部材を結合する過程を示す縦断面図であり、（Ａ）は初期段階で、（Ｂ）は最終段階である。 図１とは異なる本発明の実施形態例を示す斜視図であり、（Ａ）は全体構成で、（Ｂ）はナット体の形状例である。 柱と梁などのような直交する二部材を締結する方法のうち、剛性が確保しやすく信頼性にも優れコストも低い従来技術の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１１ 埋設体
１２ 凸条
１３ 凹部
１４ 中孔
１５ 六角部
２１ 連結ボルト
２２ ナット体
２３ 溝
２４ スリット
２５ スタッドボルト
２６ 固定ピン
２７ ネジ孔
３１ 主幹部材
３２ 結合部材
３３ 軸孔
３４ 横穴
３５ ピン孔

Claims (1)

1. 主幹部材（３１）の側面に結合部材（３２）の端面を結合する締結具であって、
   主幹部材（３１）の側面を貫通する軸孔（３３）に配置され且つ軸孔（３３）方向に中孔（１４）を有する埋設体（１１）と、結合部材（３２）の端面に形成され前記軸孔（３３）と同心になる横穴（３４）に収容されるナット体（２２）と、前記横穴（３４）と交差するピン孔（３５）に挿入され且つ横穴（３４）と同心となるネジ孔（２７）を有する固定ピン（２６）と、前記横穴（３４）に収容されナット体（２２）およびネジ孔（２７）に螺合するスタッドボルト（２５）と、前記中孔（１４）に差し込まれナット体（２２）と螺合して固定ピン（２６）を引き寄せる連結ボルト（２１）と、を備え、
   前記埋設体（１１）の側周面には、主幹部材（３１）に食い込む螺旋状の凸条（１２）が形成されており、
   前記連結ボルト（２１）には高力ボルトを使用しており、且つ前記スタッドボルト（２５）には非高力ボルトを使用していることを特徴とする締結具。
   

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