JP5606410B2 - 締結具 - Google Patents

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本発明は、柱や梁などを基礎や他の部材に据え付ける際に用いる締結具に関する。
木造建築物の骨格となる柱や梁などの棒材は、強度を確保するため、基礎や他の棒材と強固に締結する必要がある。そのため棒材同士の締結部には、各種の仕口を加工することが多い。しかし仕口は、棒材の加工が複雑化することや、断面欠損によって強度が低下する場合があり、近年は、各種金物に置き換えが進んでいる。
国内の建築物は、耐震性の確保が必要不可欠で、木造建築物においては、ホールダウン金物で柱を基礎と一体化するなど、様々な対策を講じている。さらに近年は耐震性だけに留まらず、地震の際の衝撃を緩和するため、制震や免震と呼ばれる技術開発も進められている。制震や免震については、費用対効果の観点から様々な方式が提案されているが、無理なく導入可能な例として、後記の特許文献が挙げられる。
特許文献1は、柱を基礎に据え付ける箇所や、柱と梁を接合する箇所などに使用する木部材接合構造で、柱などの木部材に埋め込む棒状の埋め込み部材と、埋め込み部材に接触する接合金具と、埋め込み部材と接合金具を一体化する長ボルトなどで構成される。長ボルトを使用することで、過大な外力を受けた際、破断に至るまでの塑性変形量を増大でき、接合された部材からなる構造物の靱性を高め、粘り強い構造とすることができる。また特許文献2も同様の技術で、柱と梁などの二部材を一体化するボルトをできるだけ長くして、その弾塑性変形を利用して衝撃を緩和することを特徴としている。
特許4707507号公報 特開2010−7428号公報
特許文献1では、長ボルトの先端にナットを螺合して、埋め込み部材と接合金具を一体化している。そのため長ボルトが引き延ばされて塑性変形した後は、ナットが接合金具から離れて、長ボルトに対して自在に回転できるようになり、最悪の場合、ナットに緩みが生じて、接合構造を維持できなくなる。そこで特許文献1では、図10などのように、二個のナットで接合金具を挟み込み、ナットの緩みを防止している。ただし二個のナットを用いることで、片方のナットは木部材と接合金具に挟まれており、締め付け時の作業性が悪くなる。
特許文献1および特許文献2で開示されている技術は、いずれもボルトの全長を増大させて、その弾塑性変形を利用して、締結部の粘り強さを確保するものである。ただしボルトの全長を増大することで、ボルトが屈曲しやすくなるほか、ボルトの外周と埋め込み部材(ラグスクリュー等)の内周との間にスキマを設けてあり、ボルトの軸線と直交する方向に対しては、締結部の剛性が低下しやすい。そのため、強風や大型車両の通行など、日常的な外力で揺れが生じる恐れがある。
本発明はこうした実情を基に開発されたもので、地震などによる衝撃を緩和でき、また施工作業が複雑化することもなく、せん断荷重に対する剛性にも優れた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、棒材を他の部材に据え付けるための締結具であり、前記棒材の端面から軸線方向に延びる軸穴に埋め込まれ且つ棒材と一体化可能な埋設軸と、前記棒材および前記他の部材のそれぞれに取り付け且つ両材を締結する一対の金具と、前記一対の金具のうち一方から前記埋設軸に差し込み双方を引き寄せて一体化する締結ボルトと、前記一対の金具のうち他方を前記他の部材に締結する短尺ボルトと、からなり、前記埋設軸には、その後端面から軸線方向に延びる中穴を形成して、該中穴の奥には前記締結ボルトと螺合する中ネジを形成してあり、前記一対の金具には、前記締結ボルトおよび前記短尺ボルトを同心で差し込むための丸孔を設け、且つ該丸孔の一端にはそれぞれのボルトの頭部を収容する座グリ穴を設け、前記締結ボルトには、前記中穴との隙間が生じない外径の段差部を設け、前記座グリ穴は、同心で対向する前記締結ボルトと前記短尺ボルトの頭部同士が接触するように形成してあることを特徴とする締結具である。
本発明は、建築物の骨格となる柱や梁などの棒材を据え付ける際に用いる締結具で、柱と梁との締結部など、様々な箇所に使用できる。なお棒材の材質は、集成材や鋼材など自在である。また締結具は、大別して埋設軸と金具と締結ボルトと短尺ボルトで構成される。
埋設軸は、棒材の端面から長手方向に埋め込まれる金属製の棒状のもので、棒材には埋設軸と同等の直径の軸穴をあらかじめ加工しておく。なお軸穴は、埋設軸の全体を収容できる延長とする。さらに埋設軸は、単に軸穴に埋め込むだけでは機能を発揮できず、何らかの方法で棒材と一体化する必要がある。その具体例としては、埋設軸の側周面に螺旋状の凸条を設ける方法が挙げられる。他にも、埋設軸の側周面にドリフトピンを挿通可能なピン孔を設ける方法や、埋設軸の側周面に異形棒鋼のような凹凸を設けて、接着剤で棒材と一体化する方法も可能である。なお埋設軸は、軸穴に埋め込む際、先頭になる方を先端面と称して、その反対の軸穴から外部に露出する方を後端面と称するものとする。
金具は、棒材と他の部材を一体化するためのもので、埋設軸の後端面に接触する。なお金具は、埋設軸の後端面に接触できるならば形状は自在であり、箱状や筒状のほか、棒状とすることもでき、さらに棒材側と他の部材側に二分割した構造として、この二個を一対にすることで両材を一体化する。また金具は、土台などの中に埋め込む場合もあるが、棒材と基礎などとの間に介在して外部に露出する場合もある。そのほか、金具を他の部材と一体化するため、金具から他の部材に向けて短尺ボルトを差し込むものとする。短尺ボルトは、汎用のボルトである。
締結ボルトは、金具から埋設軸に差し込み、双方を一体化するためのもので、工具を掛けるための頭部を有し、さらに頭部から細長い軸部が延びており、その先端側にネジを形成してある点は従来と同じである。ただし本発明の締結ボルトは、軸部の直径を局地的に大きくした段差部を設けてあることを特徴とする。段差部は、頭部と隣接させることもできるが、頭部からやや離れた位置でも構わない。なお締結ボルトは、棒材側の金具に差し込み、短尺ボルトは、他の部材側の金具に差し込み、両ボルトは、背中合わせで対向するように配置する。
締結ボルトを差し込むため、金具には、軸部および段差部を挿通可能な丸孔を設けてあり、また埋設軸には、後端面から軸線方向に延びる中穴を形成して、その奥に締結ボルトと螺合する中ネジを形成する。段差部の外径と中穴の内径は等しく、双方に隙間は生じないものとする。ただし締結ボルトを中ネジに螺合する際の作業性を考慮して、段差部が無理なく中穴に差し込めるよう、嵌め合わせ具合を調整する。なお軸部と中穴は非接触で、一定の隙間が確保される。さらに締結ボルトと短尺ボルトは、同心に揃うよう、金具の丸孔の位置を調整する。加えて両ボルトの頭部を収容する座グリ穴は、同心で対向する頭部同士が接触する深さとする。
本発明は、前記の特許文献と同様の効果を発揮できるよう、締結ボルトの全長を意図的に増大しており、それに対応するため、埋設軸の後端面から一定の範囲まで中穴を形成して、その奥に中ネジを形成してある。さらに、締結ボルトに段差部を設けて、これを中穴に隙間なく差し込むことで、締結ボルトの軸線と直交する方向に荷重を受けた際、締結ボルトが屈曲することなく、段差部を経て荷重が伝達され、剛性が向上する。
請求項1記載の発明のように、締結具を埋設軸と金具と締結ボルトと短尺ボルトで構成して、締結ボルトの全長を増大することで、過大な引張荷重を受けた際の変形が容易になり、衝撃緩和などの効果を発揮する。しかも、同心で背中合わせとなる締結ボルトと短尺ボルトの頭部同士が密着して、不動状態で拘束されるため、締結ボルトが引き延ばされて塑性変形した後も、緩みが生じにくく、締結具としての機能を維持できる。また施工時、締結ボルトは、金具から埋設軸に差し込むため、締め付け作業を無理なく実施できる。
さらに本発明では、締結ボルトに段差部を設けて、埋設軸の中穴に差し込んでおり、段差部と中穴は同径である。そのため、締結ボルトの軸線と直交する方向に作用する荷重は、中穴と段差部との接触面でガタ付くことなく伝達され、締結部の剛性が向上する。したがって強風などの日常的な外力を受けた際も、揺れが早期に収束して、建築物の安定性を確保できる。
本発明による締結具の形状例を示す斜視図である。 図1に示す締結具を用いて、棒材を基礎に据え付ける途中段階の斜視図である。 図1に示す締結具を用いて、棒材を基礎に据え付けた際の縦断面図である。 棒材にドリフトピンを打ち込んで埋設軸を固定する締結具の形状例を示す斜視図である。 図4に示す締結具を用いて、棒材を基礎に据え付ける途中段階の斜視図と、据え付けた際の縦断面図である。 柱と梁を締結する際に使用する締結具の形状例を示す斜視図である。 図6に示す締結具を用いて、部材(柱)と棒材(梁)を締結した状態の斜視図と縦断面図である。 図7に示す締結部に外力が作用して、締結ボルトが塑性変形した状態の縦断面図である。
図1は、本発明による締結具の形状例を示している。この図に示す締結具は、建物の柱となる棒材61をコンクリート製の基礎71に据え付けるために使用しており、金具11と埋設軸31と締結ボルト51のほか、複数の付属品で構成されている。そのうち埋設軸31は、金属製の円柱状で、棒材61の下面に加工された軸穴64の中に埋め込まれる。さらに埋設軸31を棒材61と一体化するため、埋設軸31の側周面には、螺旋状に取り巻く凸条38を形成してあり、汎用のラグスクリューと同様の外観となっている。また金具11は、中空の箱状で、基礎71と棒材61の間に介在する。金具11を基礎71と一体化するため、基礎71中にはアンカーボルト72を埋め込んであり、このアンカーボルト72を挿通できるよう、金具11の下面には底孔18を設けてある。
棒材61に加工された軸穴64は、埋設軸31と同じ直径(凸条38は除く)としてある。したがって棒材61に埋設軸31をねじ込むと、凸条38が棒材61の中に食い込んで、双方が強固に一体化する。なお埋設軸31は、棒材61にねじ込む際に先頭となる側を先端面36、この反対側を後端面37と称するものとする。先端面36は、やや先細りに形成してあり、また後端面37は、ねじ込みの際に工具を掛けるため六角部41を設けてある。
締結ボルト51は、金具11から埋設軸31に向けて差し込み、双方を一体化する。そのため埋設軸31には、締結ボルト51を挿通できるよう、後端面37から軸線方向に延びる中穴39を形成してあり、さらに中穴39の奥には締結ボルト51と螺合する雌ネジ状の中ネジ40を形成してある。なお金具11と埋設軸31を一体化する際は、金具11の下面から締結ボルト51を差し込む。
図1の締結ボルト51は、通常のボルトとはやや形状が異なり、頭部52に隣接して段差部54を形成してあり、その先に軸部53を形成してある。軸部53の先端側には、ネジを形成してある。段差部54は、頭部52よりも小径で軸部53よりも大径の円柱状で、中穴39に隙間なく差し込むことができる。そのため、締結ボルト51と埋設軸31を螺合すると、埋設軸31に作用する横方向の荷重は、段差部54を介して締結ボルト51に伝達していく。なお金具11の上面には、締結ボルト51の軸部53と段差部54を差し込むことのできる丸孔19を形成してあり、また底孔18は、締結ボルト51の頭部52を余裕で通過できる内径としてある。
金具11を基礎71に据え付ける際は、アンカーボルト72の先端を底孔18に差し込んだ後、ナット75を螺合して締め上げる。なお底孔18は、金具11の据え付け位置の調整や締結ボルト51の挿通を考慮して内径を大きくしてある。そのため金具11を据え付ける際は、ナット75の下にワッシャ76を挟み込んでいる。そのほか基礎71には、棒材61のほか土台73も据え付けられる。
図1の締結ボルト51は、頭部52に隣接して段差部54を形成してあり、さらに段差部54から軸部53が延びている。これとは別の構成として、軸部53の中間部分を局地的に大径化して、段差部54とすることもできる。その場合、頭部52と段差部54が離れており、その間を軸部53が結ぶことになる。
図2は、図1に示す締結具を用いて、棒材61を基礎71に据え付ける途中段階を示している。金具11と埋設軸31は、当初から一体化している訳ではなく、まずは埋設軸31だけを棒材61の軸穴64にねじ込み、埋設軸31と棒材61を一体化する。次に棒材61の下面に金具11を接触させて、底孔18から締結ボルト51を差し込んで締め上げ、金具11と棒材61を一体化する。その後、アンカーボルト72の先端を底孔18に差し込み、基礎71に金具11を載置して、さらにワッシャ76を組み込んでナット75を締め上げると、棒材61の据え付けが完了する。
実際の施工では、棒材61の製材段階で埋設軸31をねじ込み、さらに金具11の取り付けも同時に実施する。そのため棒材61と金具11が一体化した状態で工場から出荷され、現地では、金具11の据え付けだけを実施すればよく、施工性は従来と変わらない。
図3は、図1に示す締結具を用いて、棒材61を基礎71に据え付けた際の縦断面である。このように、基礎71から突出するアンカーボルト72が金具11の底孔18を貫通しており、さらにアンカーボルト72にナット75を螺合して、金具11を据え付けている。また棒材61には埋設軸31がねじ込まれており、その凸条38が棒材61の中に食い込むことで、埋設軸31と棒材61が強固に一体化している。埋設軸31には、後端面37から軸線方向に延びる中穴39を形成してあり、その奥には中ネジ40を形成してある。
締結ボルト51は、金具11から埋設軸31に向けて差し込んであり、その頭部52は金具11に係止され、棒材61を金具11に引き寄せている。頭部52に隣接する段差部54は、丸孔19から中穴39に差し込まれており、中穴39とは隙間がない。そして段差部54よりも先の軸部53は、中穴39と接触することなく上方に延びており、先端側が中ネジ40と螺合している。中穴39を設けることで、必然的に軸部53の延長が増大して、弾塑性変形を生じやすくなる。また、段差部54と中穴39が接触していることで、棒材61が横方向の大荷重を受けた場合でも、軸部53が屈曲することはない。
埋設軸31の後端面37は、棒材61の下面と段差が生じないよう調整してあり、埋設軸31と棒材61のいずれも、金具11の上面に接触する。そのため棒材61に作用する垂直荷重の一部は、埋設軸31を介して金具11に伝達していき、棒材61の下面付近に作用する荷重が緩和され、経年変形を抑制している。
このような構成で、棒材61を基礎71に据え付けた後、地震などで基礎71から棒材61を引き離す方向に過大な外力が作用した場合、右下の図のように、締結ボルト51の軸部53が引き延ばされる。そのため締結ボルト51の段差部54は、中穴39から離脱する。ただし段差部54と軸部53との境界は、テーパ状に結ばれており、棒材61が金具11に押し戻された際は、再び段差部54が中穴39に入り込む。
図4は、棒材61にドリフトピン66を打ち込んで埋設軸32を固定する締結具の形状例を示している。この図の埋設軸32は単純な円柱状であり、その側周面にドリフトピン66を挿通させるためのピン孔42を複数を形成してあり、さらに棒材61の側面には、ドリフトピン66を打ち込むための横孔65を加工してある。横孔65は、埋設軸32を棒材61に差し込んだ際、ピン孔42と同心になるよう加工位置を調整する。また金具12は、土台73の中に埋め込むことを想定して円筒状としている。
金具12と埋設軸32を長尺の締結ボルト51で一体化する点や、締結ボルト51の頭部52に隣接して段差部54を設けてあり、段差部54と中穴39の隙間を意図的になくしている点は、図1と同じである。また、ナット75とワッシャ76で金具12を基礎71に据え付ける点も、図1と同じである。
図5は、図4に示す締結具を用いて、棒材61を基礎71に据え付ける途中段階と、据え付けた際の縦断面を示している。金具12と埋設軸32は、あらかじめ締結ボルト51で一体化してある。施工の際は、まずアンカーボルト72の先端を底孔18に差し込んでから、ワッシャ76を組み込んでナット75を締め上げて、締結具全体を基礎71に固定する。次に土台73を基礎71の上面に敷設する。土台73には、金具12を収容するための抜き孔77を加工しておく。その後、埋設軸32を棒材61に差し込み、横孔65からドリフトピン66を打ち込むと、棒材61の据え付けが完了する。
ドリフトピン66の打ち込みを終えると、縦断面図のように、棒材61は金具12を介して基礎71と一体化する。埋設軸32は、後端面37から中穴39が形成され、その奥に締結ボルト51と螺合する中ネジ40を形成してあり、必然的に締結ボルト51の全長が延びており、弾塑性変形を生じやすくなっている。ただし段差部54は、隙間なく中穴39に差し込まれており、横方向の荷重に対する剛性が向上している。なお中穴39や中ネジ40は、ピン孔42と干渉しないよう配慮を要する。この図のように、ドリフトピン66を用いて棒材61を固定する場合、製材段階で金具12と埋設軸32を締結ボルト51で一体化でき、施工手順は、従来から普及している同種の物と変わりがない。
図6は、柱と梁を締結する際に使用する締結具の形状例を示している。この形態は、水平に架設されて梁として機能する棒材62と、垂直に敷設されて柱として機能する部材68と、をL字状に締結しており、棒材62に二本の埋設軸33をねじ込み、部材68に二本のねじ込み軸45をねじ込んでいる。埋設軸33とねじ込み軸45は、いずれも側周面に凸条38を形成したラグスクリュー状だが、埋設軸33は全長を増大させている。埋設軸33は、後端面37に六角部41を設けて、そこから軸線方向に延びる中穴39を形成して、その奥に中ネジ40を形成してある。対するねじ込み軸45は、全体が部材68に埋め込まれる全長としてあり、一端に六角部41を設けて、その中心に中ネジ40を形成してあり、埋設軸33のような中穴39は存在しない。
対になる二個の金具14、15は、いずれも上下に延びる角棒状で、部材68側の金具14の上端と棒材62側の金具15の下端には、先細り状のクサビ部24を形成して、対して、部材68側の金具14の下端と棒材62側の金具15の上端には、環状の帯板23を接合してある。したがって、それぞれの帯板23に相手方のクサビ部24を組み合わせることで、両金具14、15が密着して一体化する。
部材68側の金具14は、短尺ボルト56を用いてねじ込み軸45に固定する。短尺ボルト56は、汎用のボルトであり、金具14の側面からねじ込み軸45の中ネジ40に差し込む。対して棒材62側の金具15は、締結ボルト51を用いて埋設軸33に固定する。埋設軸33は、中穴39の奥に中ネジ40を形成してあり、必然的に締結ボルト51の軸部53が長くなる。なお金具14の側面には、短尺ボルト56の軸部53を差し込む丸孔19と、頭部52を収容する座グリ穴25を形成してある。同様に、金具15の側面には、締結ボルト51の軸部53および段差部54を差し込む丸孔19と、頭部52を収容する座グリ穴25を形成してある。
図6では、締結ボルト51と短尺ボルト56のそれぞれの頭部52の厚さと、それらを収容する座グリ穴25の深さと、を同一にしてあり、締結ボルト51や短尺ボルト56を締め上げた際、頭部52と金具14、15側面に段差がない。さらに金具14、15を組み合わせた際、座グリ穴25は、上下とも同心に揃うよう位置を調整している。そのため背中合わせとなる一対のボルト51、56の頭部52同士が密着して、両ボルト51、56の移動を規制する。
そのほか棒材62の端面中央には、金具14、15を収容する縦溝67を加工してある。そのため棒材62の端面が部材68の側面に接触する。また部材68の側面には、ねじ込み軸45を埋め込むため、軸穴64を加工してある。同様に、棒材62の縦溝67の奥には、埋設軸33を埋め込むため、軸穴64を加工してある。なお部材68側面の軸穴64は、図6のように両側面を貫通させることもあるが、諸条件によっては貫通させないこともある。
図7は、図6に示す締結具を用いて、部材68(柱)と棒材62(梁)を締結した状態である。ねじ込み軸45や埋設軸33は、部材68や棒材62の中に完全に埋め込まれており、金具14、15も縦溝67の中に収容されるため、側面から見て、部材68と棒材62は密着している。また縦断面図に示すように、締結ボルト51の軸部53の先端側が中ネジ40と螺合しており、さらに短尺ボルト56と締結ボルト51の頭部52同士が接触している。
図8は、図7に示す締結部に外力が作用して、締結ボルト51が塑性変形した状態である。上方の図のように、過大な引張荷重を受けると、締結ボルト51の軸部53が引き延ばされる。その後、荷重の作用方向が変化して、部材68と棒材62が再び接近していく場合、締結ボルト51の頭部52は、不動状態で拘束されている。そのため下方の図のように、締結ボルト51の軸部53が屈曲するように塑性変形して、締結部の緩みを防止する。
11 金具(箱状)
12 金具(円筒状)
14 金具(角棒状・受け側)
15 金具(角棒状・掛け側)
18 底孔
19 丸孔
23 帯板
24 クサビ部
25 座グリ穴
31 埋設軸(ラグスクリュー状)
32 埋設軸(丸棒状)
33 埋設軸(ラグスクリュー状)
36 先端面
37 後端面
38 凸条
39 中穴
40 中ネジ
41 六角部
42 ピン孔
45 ねじ込み軸
51 締結ボルト
52 頭部
53 軸部
54 段差部
56 短尺ボルト
61 棒材(柱)
62 棒材(梁)
64 軸穴
65 横孔
66 ドリフトピン
67 縦溝
68 部材(柱)
71 基礎
72 アンカーボルト
73 土台
75 ナット
76 ワッシャ
77 抜き孔

Claims (1)

  1. 棒材(62)を他の部材(68)に据え付けるための締結具であり、
    前記棒材(62)の端面から軸線方向に延びる軸穴(64)に埋め込まれ且つ棒材(62)と一体化可能な埋設軸(33)と、
    前記棒材(62)および前記他の部材(68)のそれぞれに取り付け且つ両材(62,68)を締結する一対の金具(14、15)と、
    前記一対の金具(14、15)のうち一方(15)から前記埋設軸(33)に差し込み双方を引き寄せて一体化する締結ボルト(51)と、
    前記一対の金具(14、15)のうち他方(14)を前記他の部材(68)に締結する短尺ボルト(56)と、
    からなり、
    前記埋設軸(33)には、その後端面(37)から軸線方向に延びる中穴(39)を形成して、該中穴(39)の奥には前記締結ボルト(51)と螺合する中ネジ(40)を形成してあり、
    前記一対の金具(14、15)には、前記締結ボルト(51)および前記短尺ボルト(56)を同心で差し込むための丸孔(19)を設け、且つ該丸孔(19)の一端にはそれぞれのボルト(51,56)の頭部(52)を収容する座グリ穴(25)を設け、
    前記締結ボルト(51)には、前記中穴(39)との隙間が生じない外径の段差部(54)を設け
    前記座グリ穴(25)は、同心で対向する前記締結ボルト(51)と前記短尺ボルト(56)の頭部(52)同士が接触するように形成してあることを特徴とする締結具。
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