JP6177041B2 - 連結具 - Google Patents

Description

本発明は、木造建築を始めとする各種木構造において、長尺ボルトで部材同士を連結する箇所で用いる連結具に関する。

木造建築の骨格を構成する柱や梁などの部材は、様々な外力に耐えられるよう、それぞれを強固に連結する必要があり、ホゾをホゾ穴に嵌め込むといった技術が古くから導入されている。ただしホゾやホゾ穴は、部材の断面欠損によって強度の低下を招く場合があり、近年は各種金具やボルトを用いて部材同士を連結することが多い。特に大断面の集成材を用いた大型の木造建築では、金具やボルトの使用が必要不可欠となっている。

部材同士を連結する技術の例として、後記特許文献１が挙げられる。この文献では、部材同士の締結部の破壊を防ぐため、衝撃荷重を緩和できる締結構造が開示されている。具体的には、文献中の図５から図７で描かれているように、柱と梁をＬ字状に連結するため、柱の側面と梁の端面に同心でラグスクリュー（埋設軸３５と締結金物１０ｂ）を埋め込み、さらに柱側のラグスクリューの中心にボルトを差し込み、その先端を梁側のラグスクリューに螺合させて、柱と梁を密着させている。この構造では、意図的にボルトの延長を増大させて、ボルト軸部の弾塑性変形で衝撃荷重を緩和する。

次に特許文献２では、棒材を基礎などに据え付けるための締結具が開示されている。この文献では、棒材の据え付けに長尺の締結ボルトを使用しており、締結ボルトを弾塑性変形させることで、地震などによる衝撃を緩和できるほか、過大な荷重で締結ボルトが塑性変形した後も、締結部の緩みを防止できるよう、締結ボルトの頭部を拘束する押圧具を組み込んでいる。押圧具により、ボルト頭部の浮き上がりを阻止できるほか、ボルト軸部の変形を促進させている。

特許第５１８８８９２号公報 特開２０１１−２４７０２９号公報

特許文献１で開示されている締結構造では、ボルトが引き伸ばされて塑性変形した後、締結された二部材の密着を維持できず、締結部の強度が大幅に低下する。これを防止するには、特許文献２で開示されているように、ボルト頭部を何らかの手段で押圧して、その浮き上がりを規制すればよい。しかし特許文献１の図５のように、柱の側面にボルトを差し込む場合、構造上、特許文献２のような押圧具を組み込むことは不可能で、他の手段を検討する必要がある。

本発明はこうした実情を基に開発されたもので、木造建築を始めとする各種木構造において、長尺ボルトで部材同士を連結する箇所で用い、長尺ボルトの緩みを防止することのできる連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、一方材と他方材を長尺ボルトで引き寄せて一体化する連結構造で用いる連結具であって、前記一方材の中に埋め込み、且つ前記長尺ボルトの軸部を差し込むための中孔と、該長尺ボルトの頭部と接触するツバ面と、を有する筒状の埋設軸と、前記長尺ボルトの頭部を押圧してその浮き上がりを規制するキャップと、からなり、前記埋設軸と前記キャップを自在に着脱できるよう、双方には対になる内ネジと外ネジを形成してあることを特徴とする連結具である。

本発明による連結具は、木造建築を始めとする各種木構造において、長尺ボルトで部材同士を引き寄せて連結する箇所で用いられ、長尺ボルトを差し込むための埋設軸と、長尺ボルトの頭部を押圧するキャップと、で構成される。なお長尺ボルトは、連結される複数の部材を貫くように差し込み、その頭部と、軸部先端に螺合したナットで各部材を挟み込む。

長尺ボルトは、その軸部の延長を意図的に増大させて、弾塑性変形を生じやすくしたもので、過大な荷重が作用した際、衝撃を吸収して、連結部の破壊を防止する。ただし長尺ボルトの具体的な長さについては、何らの限定もない。そのほか一方材と他方材といった名称は、連結される複数の部材を識別するために定めたもので、埋設軸を埋め込む部材を一方材とする。

埋設軸は、一方材の中に埋め込む金属製で、長尺ボルトの軸部を差し込むため中空の筒状となっており、且つその一端面は、長尺ボルトの頭部に接触するツバ面を有する。また埋設軸は、長尺ボルトから伝達する軸力を受け止めるため、一方材と強固に一体化する必要がある。そのため埋設軸の側周面には、螺旋状に伸びる凸条を形成して、汎用のラグスクリューと同様の外観とすることが多い。

埋設軸から突出した長尺ボルトの軸部先端は、他方材の中に差し込み、ナットなどと螺合させる。そのため他方材には、何らかの手段でナットや雌ネジを組み込む必要がある。具体例としては、一端面に雌ネジを形成したラグスクリューを用いて、これを埋設軸と同心で他方材に埋め込む方法が挙げられる。そのほか、他方材の側面に切り欠きを加工して、その中に長尺ボルトの軸部先端を到達させて、そこにナットを取り付けることもできる。

キャップは、長尺ボルトの頭部を押圧して、長尺ボルトが引き伸ばされて塑性変形した後も、頭部の浮き上がりを防止する役割を有する。したがってキャップは、埋設軸のツバ面と対向するように配置して、その間で頭部を挟み込む。なおキャップは、長尺ボルトの差し込みや交換を円滑に実施できるよう、埋設軸に対して着脱自在とする必要があり、埋設軸とキャップに一対の内ネジと外ネジを形成する。

キャップの具体例については、埋設軸の一端面に長尺ボルトの頭部を収容可能な空間を設けて、その内周に埋め込む構成や、埋設軸の端部外周を包み込む構成が挙げられ、いずれも双方の接触面に一対の内ネジと外ネジを形成する。そのため、キャップの外周面に外ネジを形成する場合もあれば、逆にキャップの内周面に内ネジを形成する場合もある。

そのほか長尺ボルトは、一箇所の連結部について一本だけ使用する場合もあるが、通常は複数本を平行して配置する。なお一本の長尺ボルトに対して、一個の埋設軸と一個のキャップを使用する。またキャップは、外観の向上や他の部材の取り付けなどを考慮して、できるだけ一方材の内部に埋め込むことが好ましい。さらにキャップが末永く本来の機能を発揮できるよう、何らかの緩み止め対策をすることが好ましい。

請求項１記載の発明のように、長尺ボルトの頭部を受け止めるツバ面を有する埋設軸と、長尺ボルトの頭部を押圧するキャップからなる連結具を用いることで、長尺ボルトが引き伸ばされて塑性変形した後も、長尺ボルトの頭部の浮き上がりを防止でき、連結部の緩みを最小限に留めることができる、そのため、地震時やその後においても、建築物の安全性を維持できる。加えて、長尺ボルトが引き伸ばされた後に圧縮荷重を受けた場合、長尺ボルトの軸部が押し潰され、連結部を当初とほぼ同じ状態に復元できる。

本発明による連結具の具体例を示す斜視図である。 図１の一方材と他方材を連結する直前の状態を示す斜視図である。 図１の一方材と他方材が連結した状態を示す斜視図である。 図１の一方材と他方材を連結する過程を示す縦断面図である。 図３の連結部に過大な引張荷重が作用した場合を示す縦断面図である。 図１とは異なる連結具を示す斜視図で、キャップが埋設軸の端部に覆い被さる。 図６の一方材と他方材が連結した状態を示す斜視図と縦断面図である。 本発明による連結具の他の形状例を示す斜視図で、埋設軸として異形棒鋼を用いている。

図１は、本発明による連結具の具体例を示している。この図では、木造建築の骨格を構成する一方材４１と他方材５１を逆Ｌ字状に連結するため、埋設軸１１とキャップ２５で構成される連結具と、長尺ボルト２１と、対向軸３１を使用している。埋設軸１１は、垂直に伸びる一方材４１の側面に埋め込み、対向軸３１は、水平に伸びる他方材５１の端面に埋め込む。

埋設軸１１と対向軸３１は、いずれも汎用のラグスクリューと同等の外観となっており、金属製の円柱状で、側周面には螺旋状に伸びる凸条１９、３９を形成してある。埋設軸１１と対向軸３１は、同心に揃うように配置して、次に埋設軸１１から対向軸３１に向けて長尺ボルト２１を差し込み、埋設軸１１と対向軸３１の端面同士を密着させて、双方を一体化する。なお埋設軸１１と対向軸３１は、同形状のものを上下に二組配置している。

埋設軸１１を埋め込むため、一方材４１の側面にはあらかじめ丸孔４２を加工してある。丸孔４２は両側面を貫通しており、その内径は埋設軸１１の外径（ただし凸条１９を除く）とほぼ等しい。そのため埋設軸１１を一方材４１に埋め込むと、凸条１９が一方材４１の中に食い込み、埋設軸１１と一方材４１は強固に一体化する。なお埋設軸１１を埋め込む際、スパナなどの工具を掛けるため、埋設軸１１の左端部には六角形の頭部１５を形成してある。

埋設軸１１の中心には、長尺ボルト２１の軸部２２を貫通させるため、中孔１４を形成してある。さらに中孔１４の左側には、長尺ボルト２１の頭部２３を収容するため、内径を拡大した大径部１６を形成してある。そのため中孔１４と大径部１６の境界には、環状のツバ面２０が形成され、ここで頭部２３の変位が規制される。なお大径部１６の奥行きは、頭部２３の厚さよりも大きい。

対向軸３１は、埋設軸１１と同様、凸条３９と頭部３５を形成してある。また他方材５１の端面には、対向軸３１を埋め込むため、丸穴５２を加工してある。凸条３９が他方材５１の中に食い込むことで、対向軸３１と他方材５１は強固に一体化する。さらに頭部３５の中心には、長尺ボルト２１の軸部２２先端と螺合できるよう、雌ネジ３４を形成してある。

この図のように、同心で並ぶ埋設軸１１と対向軸３１を長尺ボルト２１で一体化すること自体は、従来と何ら変わりがない。しかし本発明では、長尺ボルト２１の頭部２３の緩みを防止するため、大径部１６にキャップ２５に埋め込むことを特徴としている。キャップ２５は大径部１６に応じた円柱状で、キャップ２５の外周面には外ネジ２７を形成してある。対して大径部１６の内周面には内ネジ１７を形成してあり、双方を螺合させることで、キャップ２５を固定して、キャップ２５とツバ面２０の間で頭部２３を挟み込む。なおキャップ２５をねじ込む際、工具を掛けるため、その一端面には六角穴２９を形成してある。

図２は、図１の一方材４１と他方材５１を連結する直前の状態を示している。一方材４１の側面に埋設軸１１を埋め込み、他方材５１の端面に対向軸３１を埋め込んだ後、他方材５１を吊り上げて、その端面を一方材４１の側面に接触させ、さらに上下二箇所の埋設軸１１と対向軸３１が同心に揃うよう、位置を調整する。その後、埋設軸１１の左端から長尺ボルト２１を差し込み、その軸部２２先端を対向軸３１の雌ネジ３４に螺合させて締め付けると、他方材５１の端面が一方材４１の側面に密着して、双方が一体化する。引き続き、長尺ボルト２１の緩みを防止するため、大径部１６にキャップ２５をねじ込む。

図３は、図１の一方材４１と他方材５１が連結した状態である。従来、架空で二部材を逆Ｌ字状に連結する場合、長尺ボルト２１の頭部２３は外部に露出しており、経年による緩みを防止することは難しかった。しかしこの図のように、頭部２３をキャップ２５で押圧することで、頭部２３の緩みを防止でき、長年の間、連結部の剛性を維持できる。

図４は、図１の一方材４１と他方材５１を連結する過程を縦断面で示している。埋設軸１１と対向軸３１は、上下とも同心に揃い、一方材４１の側面から長尺ボルト２１を差し込み、その軸部２２先端を対向軸３１の雌ネジ３４に螺合させる。そうすると長尺ボルト２１の頭部２３は、ツバ面２０に接触して、埋設軸１１と対向軸３１を引き寄せ、一方材４１と他方材５１を密着させる。その後、大径部１６にキャップ２５をねじ込み、頭部２３の浮き上がりを規制する。なお埋設軸１１は、一方材４１の中に完全に埋め込まれ、またキャップ２５は、大径部１６の中に完全に収容される。したがって一方材４１の側面からは何らの突出物もない。

図５は、図３の連結部に過大な引張荷重が作用した場合を示す縦断面である。一方材４１と他方材５１を引き離す方向に過大な荷重が作用すると、長尺ボルト２１の軸部２２が塑性変形して、図５の上方に描くように、一方材４１と他方材５１に隙間が生じる。本発明ではこの状態においても、長尺ボルト２１に緩みが生じることはなく、連結部の剛性が極端に低下することはない。

その後、荷重の作用する方向が変化して、一方材４１と他方材５１が接近すると、キャップ２５の存在により、長尺ボルト２１の軸部２２に圧縮荷重が発生する。そのため軸部２２が押し潰され、図５の下方に描くように、一旦離れた一方材４１と他方材５１が再び接近して、連結部を当初とほぼ同じ状態に復元できる。なお長尺ボルト２１が弾塑性変形することで、大きなエネルギーが吸収されるため、免震機能も備えることになる。

図６は、図１とは異なる連結具を示している。ここでも一方材４１に埋設軸１２を埋め込み、他方材５１に対向軸３１を埋め込み、長尺ボルト２１で一方材４１と他方材５１を逆Ｌ字状に連結する点は、図１と同じである。ただし、キャップ２６とその周辺構造は、図１と異なる。この図の埋設軸１２の左寄りには、六角形の頭部１５を形成してあり、そこから円筒状の筒部２４が突出しており、筒部２４の外周面には、外ネジ１８を形成してある。そのため長尺ボルト２１の頭部２３が接触するツバ面２０は、埋設軸１２の左端面に位置する。

キャップ２６は、埋設軸１２の外ネジ１８に螺合できるよう、その内周面に内ネジ２８を形成してあり、内ネジ２８の中に長尺ボルト２１の頭部２３を収容することができる。なおこの図のキャップ２６は、図１のものに比べて大形化が避けられない。ただし長尺ボルト２１の頭部２３は、埋設軸１２の中に収容する必要がなく、埋設軸１２の外径は抑制しやすい。

図７は、図６の一方材４１と他方材５１が連結した状態である。埋設軸１２の左端から差し込まれた長尺ボルト２１は、対向軸３１に螺合しており、一方材４１の側面と他方材５１の端面が密着している。また長尺ボルト２１の頭部２３を押圧するキャップ２６は、埋設軸１２の左端部に覆い被さる。そのため施工後、一方材４１の側面からキャップ２６が突出する。

図８は、本発明による連結具の他の形状例を示している。連結具を構成する埋設軸１１、１２、１３は、これまでの図に示すラグスクリュー形状に限定される訳ではなく、筒状で且つ部材の中に固定できるならば、どのようなものでも構わない。そこでこの図のように、埋設軸１３として異形棒鋼を用い、接着剤３３で丸孔４２の中に固定することもできる。異形棒鋼の側周面には、筋状に隆起するリブ３０を連続的に形成してあり、引張荷重を確実に受け止めることができる。なお、長尺ボルト２１を押圧するキャップ２５や、その周辺構造は、図１と同じである。

本発明では、一方材４１と他方材５１などの部材同士を長尺ボルト２１で引き寄せることを要件としているが、他の要件は自在に決めることができ、長尺ボルト２１の軸部２２と螺合する対象も自在に決めて構わない。そこでこの図のように、他方材５１の側面を貫通する横孔５３を加工して、そこに軸部２２と螺合するシャフト３２を差し込むこともできる。シャフト３２は金属製の丸棒で、横孔５３に無理なく差し込み可能な外径としてあり、その側周面中央には、軸部２２と螺合する雌ネジ３４を形成してある。さらに他方材５１の端面には、軸部２２を差し込むため、軸孔５４を上下二箇所に加工してある。

１１ 埋設軸（ラグスクリュータイプ・内ネジ付）
１２ 埋設軸（ラグスクリュータイプ・外ネジ付）
１３ 埋設軸（異形棒鋼タイプ・内ネジ付）
１４ 中孔
１５ 頭部
１６ 大径部
１７ 内ネジ
１８ 外ネジ
１９ 凸条
２０ ツバ面
２１ 長尺ボルト
２２ 軸部
２３ 頭部
２４ 筒部
２５ キャップ（外ネジ付）
２６ キャップ（内ネジ付）
２７ 外ネジ
２８ 内ネジ
２９ 六角穴
３０ リブ
３１ 対向軸
３２ シャフト
３３ 接着剤
３４ 雌ネジ
３５ 頭部
３９ 凸条
４１ 一方材
４２ 丸孔
５１ 他方材
５２ 丸穴
５３ 横孔
５４ 軸孔

Claims (1)

1. 一方材（４１）と他方材（５１）を長尺ボルト（２１）で引き寄せて一体化する連結構造で用いる連結具であって、
   前記一方材（４１）の中に埋め込み、且つ前記長尺ボルト（２１）の軸部（２２）を差し込むための中孔（１４）と、該長尺ボルト（２１）の頭部（２３）と接触するツバ面（２０）と、を有する筒状の埋設軸（１１又は１２又は１３）と、
   前記長尺ボルト（２１）の頭部（２３）を押圧してその浮き上がりを規制するキャップ（２５又は２６）と、
   からなり、
   前記埋設軸（１１又は１２又は１３）と前記キャップ（２５又は２６）を自在に着脱できるよう、双方には対になる内ネジ（１７又は２８）と外ネジ（２７又は１８）を形成してあることを特徴とする連結具。

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