JP6211723B1 - 木材の結合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】木材の有する強度を最大限に引き出すことにより、ほぞ及びほぞ穴による高耐力の結合部を安価且つ容易に、美観を損なうことなく、且つ、高い施工性で実現することができる、木材の結合構造を提供する。【解決手段】第２の木材４は、ほぞ穴８の少なくとも一部を介して嵌合領域２２の延設方向に穿孔されたピン孔１０ａ〜１０ｃを有し、木材の結合構造は、ほぞ穴８にほぞ６を嵌合した状態で、ピン孔１０ａ〜１０ｃに打ち込まれるピン１２と、ピン孔１０ａ〜１０ｃの一方開口側からのピン１２の打ち込みにより、ほぞ穴８の少なくとも一部においてピン１２がほぞ６の少なくとも一部を貫通し、ピン１２をピン孔１０ａ〜１０ｃの他方開口側に至らしめることで形成されるピン結合１４ａ〜１４ｃとを備え、ピン結合１４ａ〜１４ｃは、各嵌合領域２２近傍にそれぞれ設けられた主ピン結合１６Ａ、１６Ｂを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、木材の結合構造に関し、特に木造建築物の柱と土台、柱と梁等の結合に好適な木材の結合構造に関する。

古来より、日本の木造建築物は、木造軸組工法（在来工法）で建築され、木材の力を巧みに利用して強度と共に美しさも追求してきている。一方、現代の木造建築は、合理化や工期短縮、職人の不足等の理由で結合部に金物を多用している。例えば、柱と土台との結合部には、柱の端面に設けられたほぞを土台に設けられたほぞ穴に嵌合させ、柱及び土台の結合部をコーナー金物等の組付プレートで補強するのが一般的になっている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１５−９６６７７号公報

しかしながら、従来の組付プレートを使用した木材の結合構造では、組付プレートを柱及び土台に取り付けるために、多数のビスや釘等を木材に打ち込む必要がある。このため、施工に時間がかかると共に、作業も容易ではなく、また、建築物の美観を損なうおそれがある。また、木材の欠損が大きくなり、その強度も低下するおそれがある。また、パネル工法等においては、パネルを取り付ける際に組付プレートが邪魔になることがある。

更には、従来の組付プレートを使用した結合部では、多数のビスや釘等を木材に打ち込む必要があるため、作業員による打ち込み忘れを招くことが懸念される。この場合には、建築物の耐力が低下するおそれがある。また、施工時に、現場においてビスや釘等の打ち込み箇所に配慮しなければ、柱や土台に生じる剪断力により木材に割れが生じ、特に地震などで柱に引抜力が生じた場合、当該割れが促進され、建築物の耐力が著しく低下するおそれもある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、木材の有する強度を最大限に引き出すことにより、ほぞ及びほぞ穴による高耐力の結合部を安価且つ容易に、美観を損なうことなく、且つ、高い施工性で実現することができる、木材の結合構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の木材の結合構造は、第１の木材の端面に設けられたほぞを第２の木材に設けられたほぞ穴に互いの対向する嵌合領域で直接に嵌合させ、これら第１及び第２の木材を結合する木材の結合構造であって、第２の木材は、ほぞ穴を介して嵌合領域の延設方向に穿孔されたピン孔を有し、結合構造は、ほぞ穴にほぞを嵌合した状態で、ピン孔に打ち込まれるピンと、ピン孔の一方開口からピン孔を介したほぞへの直接のピンの打ち込みにより、ほぞ穴においてピンがほぞに食い込んで貫通し、ピンをピン孔の他方開口に至らしめることで形成されるピン結合とを備え、ピン結合は、各嵌合領域からピン孔の孔径の２倍値以下に離間した位置にそれぞれ設けられた主ピン結合を含む。

一方、本発明の別の木材の結合構造は、第１の木材の端面に設けられたほぞを第２の木材に設けられたほぞ穴に互いの対向する嵌合領域で直接に嵌合させ、これら第１及び第２の木材を結合する木材の結合構造であって、第２の木材は、ほぞ穴を介して嵌合領域の延設方向に穿孔されたピン孔を有し、結合構造は、ほぞ穴にほぞを嵌合した状態で、ピン孔に打ち込まれるピンと、ピン孔の一方開口からピン孔を介したほぞへの直接のピンの打ち込みにより、ほぞ穴の少なくとも一部においてピンがほぞの少なくとも一部に食い込んで貫通し、ピンをピン孔の他方開口に至らしめることで形成されるピン結合とを備え、ピン結合は、各嵌合領域を含む位置にそれぞれ設けられた主ピン結合を含む。

好ましくは、各主ピン結合は、各嵌合領域の対向方向に並設されている。
好ましくは、ピン結合は、各嵌合領域の対向方向において、各主ピン結合の間に設けられた補助ピン結合を含む。
好ましくは、補助ピン結合は、第２の木材におけるほぞ穴の延設方向にて各主ピン結合とずれた位置に設けられる。

好ましくは、補助ピン結合は、各嵌合領域の対向方向において、各主ピン結合の中間に位置付けられる。
好ましくは、ピンは、ほぞの少なくとも一部に打ち込まれる鋭角円錐状の先端部と、打ち込みが行われる頭部とを有する。
好ましくは、ピンは、ピン孔と中間嵌めの嵌め合いとなるピン径を有する。

好ましくは、ピンは、頭部が第２の木材の両側面のうちの一側面と実質的に面一になるまで打ち込みが行われた結果、先端部がピン孔から両側面のうちの他側面の外方に非突出となる長さを有する。

本発明の木材の結合構造によれば、木材の有する強度を最大限に引き出すことにより、ほぞ及びほぞ穴による高耐力の結合部を安価且つ容易に、美観を損なうことなく、且つ、高い施工性で実現することができる。

本発明の第１実施形態に係る木材の結合構造を適用した柱と土台との結合部の組立斜視図である。 図１の結合部の分解斜視図である。 図１の結合部の側面図である。 図３の結合部のＡ−Ａ断面矢視図である。 図１の（ａ）ピンの側面図、（ｂ）ピンをその先端部から見た図、（ｃ）ピン１２をその頭部から見た図である。 図３に示した結合部に作用する力を概略的に示した図である。 図６の状態から、柱に引抜力が作用したときの結合部に作用する力を概略的に示した図である。 図７の主ピン結合に作用する押圧力の分力を拡大して示した図である。 本発明の第１実施形態の変形例において、柱に引抜力が作用したときの結合部に作用する力を概略的に示した図である。 本発明の第１実施形態の別の変形例において、柱に引抜力が作用したときの結合部に作用する力を概略的に示した図である。 本発明の第２実施形態に係る木材の結合構造を適用した柱と土台との結合部の側面図である。 図１１の結合部のＢ−Ｂ断面矢視図である。 図１１に示した結合部に作用する力を概略的に示した図である。 図１３の状態から、柱に引抜力が作用したときの結合部に作用する力を概略的に示した図である。 図１４の主ピン結合で作用する押圧力の分力を拡大して示した図である。 本発明の第２実施形態の変形例において、柱に引抜力が作用したときの結合部に作用する力を概略的に示した図である。 本発明の第３実施形態に係る木材の結合構造を適用した柱と土台との結合部において、柱に引抜力が作用したときの結合部に作用する力を概略的に示した図である。

以下、図面に基づき本発明の各実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る木材の結合構造を適用した柱（第１の木材）２と土台（第２の木材）４との結合部１の組立斜視図を示す。この木材の結合構造は、建築物の例えば木造軸組工法（在来工法）で建築され、柱２の木口としての端面２ａにほぞ６を設け、このほぞ６が土台４に設けられたほぞ穴８に嵌合されている。

柱２及び土台４は、木口寸法が例えば縦横１０５ｍｍとなる角材である。土台４は、図１に示す長手方向（嵌合領域の対向方向）Ｘ、ほぞ穴８の延設方向となる高さ方向Ｙ、幅方向（嵌合領域の延設方向）Ｚの姿勢を有して配置され、ほぞ穴８を介して土台４の幅方向Ｚに対向する側面４ｃ、４ｄを有している。ほぞ６及びほぞ穴８は、製材所にて柱２及び土台４をプレカット加工することにより形成される。

図２は結合部１の分解斜視図を示す。ほぞ６は、柱２の端面２ａの中央に直方体状の嵌合凸部として形成された、いわゆる平ほぞであって、下面６ａ、長手方向Ｘに対向する側面６ｂ、６ｃ、幅方向Ｚに対向する側面６ｄ、６ｅを有している。一方、ほぞ穴８は、土台４の上面４ａに開口されると共に土台４の下面４ｂに非貫通となる有底角穴である。ほぞ穴８は、底面８ａ、長手方向Ｘに対向する側壁８ｂ、８ｃ、幅方向Ｚに対向する側壁８ｄ、８ｅを有している。

ほぞ穴８は、これら各壁８ａ〜８ｅに、対向するほぞ６の各面６ａ〜６ｅが当接ひいては嵌合可能な嵌合凹部として形成されている。また、ほぞ６及びほぞ穴８の長手方向Ｘ、高さ方向Ｙ、幅方向Ｚの寸法は、例えば、それぞれ７０ｍｍ、８０ｍｍ、３０ｍｍ程度である。

土台４の幅方向Ｚに対向する両側面４ｃ、４ｄには、３つのピン孔１０ａ、１０ｂ、１０ｃが開口されている。各ピン孔１０ａ〜１０ｃには、それぞれピン１２が打ち込まれる。ピン１２は、いわゆるドリフトピンであって詳細は後述する。各ピン孔１０ａ〜１０ｃは、土台４の幅方向Ｚにほぞ穴８を介して一貫されたピン１２の挿通孔（孔長１０５ｍｍ）を形成している。

結合部１の形成に際しては、先ず、図２に一点鎖線矢印で示すように柱２を土台４に立設させ、ほぞ穴８にほぞ６を嵌合する。次に、ほぞ穴８にほぞ６が嵌合した状態で、図２に二点鎖線矢印で示すように、ピン１２をピン孔１０ａ、１０ｂの一方が開口された土台４の側面４ｃ側からハンマーなどで打撃して打ち込む。

これらピン１２の打ち込みにより、図１に示すように、各ピン１２がほぞ穴８においてほぞ６を貫通し、ほぞ６及びほぞ穴８において３つのピン結合１４ａ、１４ｂ、１４ｃが形成される。各ピン孔１０ａ〜１０ｃは、各ピン１２をほぞ６の適所に打ち込んで、ほぞ６の適所を貫通させるためのガイド孔として機能する。これにより、結合部１において各ピン結合１４ａ〜１４ｃを所望位置に形成することができる。

図３は結合部１の側面図を示し、図４は結合部１の図３におけるＡ−Ａ断面矢視図を示す。ピン孔１０ａ〜１０ｃは、それぞれ等しい孔径ｄ（例えばｄ＝１０ｍｍ）を有する円形状断面を有し、ほぞ６及びほぞ穴８の場合と同様に、製材所にて土台４をプレカット加工することにより形成される。本実施形態の場合、ピン孔１０ａ、１０ｂは、ほぞ６の両側面６ｂ、６ｃ近傍に位置付けられ、長手方向Ｘに並設されている。

ピン孔１０ａ〜１０ｃを含む木材のプレカット加工は、製材所にて、木材加工の工程をコンピュータ制御で自動実行可能なプレカット加工機により行われる。プレカット加工機は、加工寸法や加工態様等のプログラムを予め登録可能であり、当該登録されたプログラムに基づいて木材を自動加工する。具体的には、プレカット加工機はドリルを備えており、土台４を加工する際には、先ずドリルにより土台４の上面４ａにほぞ穴８を形成する。

次に、ドリルを土台４の側面４ｃからほぞ穴８の側壁８ｄを貫通するまで幅方向Ｚに進行させ、土台４の側面４ｃ側にピン孔１０ａ〜１０ｃの一端部を穿孔する。次に、ドリルを土台４の側面４ｄからほぞ穴８の側壁８ｅを貫通するまで幅方向Ｚに進行させ、土台４の側面４ｄ側にピン孔１０ａ〜１０ｃの他端部を穿孔する。これにより、ほぞ穴８を介して幅方向Ｚに一貫され、土台４の両側面４ｃ、４ｄに円形状に開口したピン孔１０ａ〜１０ｃが形成される。

ピン孔１０ａ、１０ｂの中心は、土台４の上面４ａから距離Ｌ（例えばＬ＝３５ｍｍ）を有して位置付けられている。一方、ピン孔１０ｃは、土台４の長手方向Ｘにおいて、ピン孔１０ａ、１０ｂの間に位置付けられている。また、ピン孔１０ｃは、土台４におけるほぞ穴８の延設方向、つまり高さ方向Ｙにてピン孔１０ａ、１０ｂとずれた位置、本実施形態の場合は高さ方向Ｙにてピン孔１０ａ、１０ｂの下側に設けられている。

このように形成されたピン孔１０ａ〜１０ｃに、それぞれピン１２を打ち込むことにより、ほぞ６を土台４に結合するためのピン結合１４ａ〜１４ｃがそれぞれ形成される。結合部１は、ほぞ穴８へのほぞ６を嵌合と、ピン結合１４ａ〜１４ｃとから構成される。ピン結合１４ａ、１４ｂは、ほぞ６の両側面６ｂ、６ｃ近傍に位置付けられ、長手方向Ｘに並設された主ピン結合１６Ａとして機能する。

これら主ピン結合１６Ａは、後で詳述するが、結合部１の主たる結合機能を発揮する。本実施形態の場合、各主ピン結合１６Ａは、土台４の長手方向Ｘおいて、ほぞ６の両側面６ｂ、６ｃからそれぞれ離間した位置に設けられている。これら離間距離Ｄ１は、好ましくは、ピン孔１０ａ〜１０ｃの孔径ｄの２倍値以下、更に好ましくは孔径ｄ以下（例えばＤ１＝５ｍｍ）にそれぞれ規定されている。

一方、ピン結合１４ｃは、土台４の長手方向Ｘにおいて、ピン結合１４ａ、１４ｂの間に位置付けられる補助ピン結合１８として機能する。この補助ピン結合１８は、高さ方向Ｙにてピン結合１４ａ、１４ｂとずれた位置、本実施形態の場合には高さ方向Ｙにて各主ピン結合１６Ａの下側に設けられ、後で詳述するが、結合部１の補助的な結合機能を発揮する。

補助ピン結合１８と各主ピン結合１６Ａとは、等しい離間距離Ｄ２で離間している。即ち、補助ピン結合１８は各主ピン結合１６Ａの中間に位置付けられている。また、主ピン結合１６Ａと補助ピン結合１８との高さ方向Ｙにおける離間距離Ｄ３は、例えばピン孔１０ａ〜１０ｃの孔径ｄの２倍値以下（例えばＤ３＝１５ｍｍ）である。

このように、各主ピン結合１６Ａ及び補助ピン結合１８は、ほぞ穴８にほぞ６を嵌合した状態で、ピン孔１０ａ〜１０ｃの一方からそれぞれピン１２を打ち込むことにより、ほぞ穴８においてピン１２がほぞ６を貫通し、ピン１２をピン孔１０ａ〜１０ｃの他方に至らしめることで形成される。

図５は、（ａ）ピン１２の側面図、（ｂ）ピン１２をその先端部１２ａから見た図、（ｃ）ピン１２をその頭部１２ｂから見た図を示す。ピン１２の先端部１２ａは、鋭角円錐状をなしており、先端に４５°以下、好ましくは３０°〜４５°、更に好ましくは４０°程度の尖った尖頭１２ｃを有している。ピン１２をピン孔１０ａ〜１０ｃの一方に挿入し、ハンマーなどでピン１２の頭部１２ｂを打撃してほぞ６に打ち込むことで、ピン１２をほぞ６に食い込ませ、ほぞ６を貫通させることができる。一方、ピン１２の頭部１２ｂは平坦面をなしている。また、ピン２１は好ましくは鉄等の金属製であるが、ほぞ６への打ち込みが可能であれば、ポリカーボネート等の高強度のプラスチックから形成しても良い。

ピン１２は、ピン径ｄ１、全長Ｌ１、先端部長Ｌ２、頭部長Ｌ３、頭部径ｄ２を有している。ｄ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、ｄ２の寸法は、例えば、それぞれ、９．９ｍｍ、１０３ｍｍ、１５ｍｍ、１０ｍｍ、１０．５ｍｍである。このように、ピン径ｄ１をピン孔１０ａ〜１０ｃの孔径ｄの１０ｍｍよりも若干小さい９．９ｍｍとすることにより、ピン１２とピン孔１０ａ〜１０ｃとは、これらの間に微小隙間を確保した中間嵌めの嵌め合いとなる。このような寸法でピン１２を形成することにより、ほぞ６に対するピン１２の拘束力を高めることができるため、強固な結合部１を実現することができるのは勿論のこと、ほぞ６にピン１２を打ち込む際の土台４の割れを効果的に抑制することができる。

また、ピン１２の全長Ｌ１を土台４の幅方向Ｚの長さである１０５ｍｍよりも小さい１０３ｍｍとすることにより、頭部１２ｂが土台４の両側面４ｃ、４ｄのうちの一側面（図４では側面４ｃ）と実質的に面一になるまでピン１２の打ち込みが行われた結果、先端部１２ａがピン孔１０ａ〜１０ｃから両側面４ｃ、４ｄのうちの他側面（図４では側面４ｄ）の外方に非突出となる。これにより、土台４の側面４ｄから視認されるのは、ほぼピン孔１０ａ〜１０ｃの開口だけである。

一方、土台４の側面４ｃから視認されるのは、ピン孔１０ａ〜１０ｃの開口と、ピン１２の頭部１２ｂだけである。また、ピン１２の頭部径ｄ２は１０．５ｍｍであって、ピン孔１０ａ〜１０ｃの孔径ｄの１０ｍｍよりも若干大きい。このため、ピン１２は、頭部１２ｂにおいてはピン孔１０ａ〜１０ｃとの間に隙間のない締まり嵌めの嵌め合いで嵌合される。

更には、頭部１２ｂが土台４の側面４ｃと実質的に面一になることを相俟って、土台４の側面４ｃからは、ピン１２の打ち込みが行われていることは定かではなく、一見してピン１２の頭部１２ｂしか見えない。これにより、結合部１の形成により柱２及び土台４の結合構造の美観が損われることはない。

図６は、図３に示した結合部１に作用する力を概略的に示した図である。主ピン結合１６Ａ及び補助ピン結合１８では、各ピン１２がほぞ６に打ち込まれることにより、各ピン１２はほぞ６を部分的に割りながら貫通する。この際、ほぞ６を構成する木材には、各ピン１２から、図６に矢印で示すように、長手方向Ｘ及び高さ方向Ｙを含む四方に当該木材を押し退ける力が生じる。

このため、ほぞ６は、ほぞ６を貫通したピン１２の容積分だけ長手方向Ｘ及び高さ方向Ｙを含む四方に拡張しようとする。しかし、各主ピン結合１６Ａにおけるほぞ６の長手方向Ｘ以外の四方への拡張変位は、ほぞ６の木材の内部に伝達される過程にて、木材自体が有する空隙の潰れにより、ほぼ全て吸収される。一方、長手方向Ｘにおけるほぞ６の拡張は図６に実線矢印で示した押圧力Ｆ０に変換される。

詳しくは、押圧力Ｆ０は、ほぞ６の両側面６ｂ、６ｃがそれぞれほぞ穴８の両側壁８ｂ、８ｃを押圧する力であり、各主ピン結合１６Ａの形成によってほぞ６が長手方向Ｘに拡張することにより発生する。各主ピン結合１６Ａは、ほぞ６の両側面６ｂ、６ｃ近傍、好ましくはピン孔１０ａ〜１０ｃの孔径ｄ以下となる離間距離Ｄ１に位置付けられ、また、ほぞ６がほぞ穴８に嵌合されて長手方向Ｘにて拘束されている。このため、各主ピン結合１６Ａによるほぞ６の長手方向Ｘにおける拡張が、ほぞ穴８の両側壁８ｂ、８ｃに押圧力Ｆ０として効率的に伝達される。

換言すると、ピン１２の打ち込みに伴うほぞ６の両側面６ｂ、６ｃ近傍の木材の圧縮力増大により、ほぞ６の両側面６ｂ、６ｃ近傍には、ほぞ穴８に対するほぞ６の締め代（嵌合代）が幅方向Ｚの全域に亘って形成されることとなる。また、ほぞ６はほぞ穴８に拘束されているため、押圧力Ｆ０が生じてもほぞ６の拡張は実質的に行われない。

このため、ほぞ６の両側面６ｂ、６ｃ、ひいては、ほぞ穴８の両側壁８ｂ、８ｃの長手方向Ｘにおける変位は微小となり、各主ピン結合１６Ａの形成に伴うほぞ６ひいては土台４の割れが効果的に抑制される。このように、各主ピン結合１６Ａの形成に伴い発生した押圧力Ｆ０によって、結合部１において、ほぞ穴８に対するほぞ６の嵌合力（拘束力）が増大し、各主ピン結合１６Ａが結合部１の主たる結合機能を発揮する。

一方、補助ピン結合１８におけるほぞ６の四方への拡張変位は、ほぞ６の木材の内部に伝達される過程にて、木材自体が有する空隙の潰れにより、ほぼ全て吸収される。しかし、補助ピン結合１８においては、ピン１２のほぞ６への打ち込みに伴い、ほぞ６にはピン１２の剪断力が作用する。この剪断力の作用により、補助ピン結合１８は結合部１の補助的な結合機能を発揮する。

図７は、図６の状態から、柱２に引抜力ｆが作用したときの結合部１に作用する力を概略的に示した図である。柱２に上向きの引抜力ｆが作用すると、図６に示した各主ピン結合１６Ａの押圧力Ｆ０は、図７で見て、力のベクトルがほぞ６から斜め下方外側に向けて変化し、押圧力Ｆ１となる。

図８は、図７の主ピン結合１６Ａに作用する押圧力Ｆ１の分力を拡大して示した図である。主ピン結合１６Ａでは、柱２への引抜力ｆの作用に伴い、ほぞ６の割れが若干促進され、長手方向Ｘにおけるほぞ６の拡張変位が図６の初期状態から更に増大する。しかし、ほぞ６はほぞ穴８に嵌合されて長手方向Ｘにて依然として拘束されている。このため、ほぞ６の拡張変位の増大は、ピン１２とほぞ６の側面６ｂとの間に網目状に示した木材自体の圧縮領域２０の圧縮率を図６の初期状態よりも更に増大する。

この結果、ほぞ６の側面６ｂかからほぞ穴８の側壁８ｂに長手方向Ｘの押圧力ｆ１が作用する。この押圧力ｆ１は、圧縮領域２０の圧縮率が高まったことにより、図６の初期状態における押圧力Ｆ０よりも大きな力である。また、柱２に引抜力ｆが作用することにより、ほぞ６はほぞ穴８に対して破線矢印で示す上方向に移動しようとする。しかし、引抜力ｆの発生により、上述したようにほぞ６の割れが若干進行することで、ほぞ６が長手方向Ｘに更に拡張する。

このため、ほぞ８の側壁８ｂに対するほぞ６の側面６ｂが図６の場合に比してより一層緊密に当接する。この結果、引抜力ｆの反対方向である下方に向けてほぞ６の側面６ｂに動的な摩擦力ｆ２が発生する。このように、引抜力ｆの発生時に主ピン結合１６Ａに作用する押圧力Ｆ１は押圧力ｆ１と摩擦力ｆ２との合力から形成され、この押圧力Ｆ１によってほぞ６がほぞ穴８を斜め下方外側に押圧する。

土台４は、長手方向Ｘに割れを生じ易いが、摩擦力ｆ２の発生に伴い主ピン結合１６Ａが発生する押圧力Ｆ１のベクトルが斜め下方外側に偏向されたことにより、土台４の長手方向Ｘの割れを効果的に抑制することができる。また、上述したように、ピン孔１０ａ、１０ｂの中心から土台４の上面４ａまでの距離Ｌを３５ｍｍ程度に長めに確保したことで、柱２自体の重量によりほぞ６が拘束されていることも相俟って、各主ピン結合１６Ａの形成に伴うほぞ６の高さ方向Ｙにおける割れの伝搬は、木材自体の変位吸収により効果的に抑制される。

また、主ピン結合１６Ａと補助ピン結合１８との土台４の高さ方向Ｙにおける離間距離Ｄ３をピン孔１０ａ〜１０ｃの孔径ｄの２倍値以下である１５ｍｍ程度を確保したことにより、主ピン結合１６Ａ及び補助ピン結合１８の形成に伴うほぞ６の割れの伝搬を互いに相殺しながら効果的に抑制可能である。

以上のように本実施形態では、各主ピン結合１６Ａをほぞ６の両側面６ｂ、６ｃ近傍、即ちほぞ６の両側面６ｂ、６ｃとほぞ穴８の両側壁８ｂ、８ｃとの各嵌合領域の近傍に設ける。これにより、木材の有する強度を最大限に引き出すことができ、ほぞ６及びほぞ穴８による高耐力の結合部１を安価且つ容易に、美観を損なうことなく、且つ、高い施工性で実現することができる。具体的には、木材の圧縮力を利用した押圧力Ｆ１によって、ほぞ穴８に対するほぞ６の全体的な嵌合力を高めた結合部１を形成することができる。

また、ほぞ６をプレカット加工した柱２と、ほぞ穴８及びピン孔１０ａ〜１０ｃをプレカット加工した土台４とを用意し、予め加工されたピン孔１０ａ〜１０ｃにそれぞれピン１２を施工現場にて打ち込むだけの簡単な作業により結合部１を形成可能である。このため、組付プレート等の金物を柱及び土台に取り付けるために、多数のビスや釘等を木材に打ち込む必要はなく、施工時間を短縮することができ、組付プレートが邪魔になることもない。また、建築物の美観を損なうことなく、木材の欠損も極力抑制することができ、木材の強度低下の抑制も可能である。

更には、従来の組付プレートを使用した結合部では、多数のビスや釘等を木材に打ち込む必要があるため、作業員によるビスの打ち込み忘れを招くことが懸念される。しかし、本実施形態では、このような懸念は払拭され、作業員の熟練度に左右されることなく結合部１の強度品質を均一に確保しながら、建築物の耐力を向上することができる。また、施工時に、現場においてビスや釘等の打ち込み箇所に配慮しなくても良いため、柱２や土台４に生じる剪断力による木材に割れを防止することができる。また、地震などで柱２に引抜力ｆが生じた場合であっても、木材の圧縮力及び摩擦力を利用した押圧力Ｆ１によって、木材の割れを抑制しながら、引抜力ｆに十分に耐え得る結合部１を形成することができる。

図９及び図１０は、第１実施形態の変形例において、柱２に引抜力ｆが作用したときの主ピン結合１６Ａから生じる力を概略的に示した図である。図９の場合には、補助ピン結合１８は、高さ方向Ｙにて各主ピン結合１６Ａの上側に設けられている。この場合であっても、結合部１の耐力を確保することが可能である。また、この場合には、図７の場合と同様に、補助ピン結合１８を形成するピン孔１０ｃの中心は、土台４の上面４ａから距離Ｌ（例えばＬ＝３５ｍｍ）を確保して位置付けられる。

また、主ピン結合１６Ａと補助ピン結合１８との土台４の高さ方向Ｙにおける離間距離Ｄ３は、ピン孔１０ａ〜１０ｃの孔径ｄの２倍値以下（例えばＤ３＝１５ｍｍ）である。従って、各主ピン結合１６Ａの形成に伴うほぞ６の高さ方向Ｙにおける割れの伝搬は、木材自体の変位吸収により効果的に抑制され、また、主ピン結合１６Ａ及び補助ピン結合１８の形成に伴うほぞ６の割れの伝搬を互いに相殺可能である。

一方、図１０に示したように、結合部１が各主ピン結合１６Ａの形成だけで引抜力ｆに十分に耐え得るのであれば、補助ピン結合１８は必ずしも要しない。この場合であっても、図７の場合と同様のベクトル及び大きさとなる押圧力Ｆ１を発生させることが可能だからである。

＜第２実施形態＞
図１１は、本発明の第２実施形態に係る木材の結合構造を適用した柱２と土台４との結合部１の側面図を示す。また、図１２は、結合部１の図１１におけるＢ−Ｂ断面矢視図を示す。第２実施形態では、結合部１における各主ピン結合１６Ｂの長手方向Ｘにおける位置を変更した以外は第１実施形態と同様の構成をなしている。このため、当該相違点を主として説明し、その他は第１実施形態と同符号を付す等して説明を省略することがある。

本実施形態の各主ピン結合１６Ｂは、長手方向Ｘにおける、ほぞ６の両側面６ｂ、６ｃとほぞ穴８の両側壁８ｂ、８ｃとの嵌合領域２２を含む位置にそれぞれ設けられている。その他の各主ピン結合１６Ｂ及び補助ピン結合１８の結合部１における位置関係は、第１実施形態の場合と同様である。

本実施形態の場合、ピン孔１０ａ〜１０ｃをプレカット加工機にて形成する際には、第１実施形態の場合と基本的には同様の加工工程となる。しかし、本実施形態の場合には、各主ピン結合１６Ｂを形成するためのピン孔１０ａ、１０ｂの形成に際し、先ず、土台４の側面４ｃから嵌合領域２２に沿ってドリルを進行させることにより、ほぞ穴８の側壁８ｄに半円形状に開口されたピン孔１０ａ、１０ｂの一端部を穿孔する。次に、土台４の側面４ｄから嵌合領域２２に沿ってドリルを進行させることにより、ほぞ穴８の側壁８ｅに半円形状に開口されたピン孔１０ａ、１０ｂの他端部を穿孔する。

即ち、本実施形態の場合、第１実施形態の場合の様に、ピン孔１０ａ、１０ｂの形成する際に、ほぞ穴８を完全に貫通させるまでドリルを進行させる必要がない。このため、第１実施形態の場合と同様の工程ながら、第１実施形態の場合に比して短時間でピン孔１０ａ、１０ｂを形成することが可能である。こうして、ほぞ穴８の一部を介して一貫されたピン孔１０ａ〜１０ｃ、ひいては各主ピン結合１６Ｂ及び補助ピン結合１８が形成される。

また、特に本実施形態の各主ピン結合１６Ｂでは、ほぞ穴８にほぞ６を嵌合した状態で、ピン孔１０ａ、１０ｂの一方が開口された土台４の側面４ｃ側からピン１２を打ち込むことにより、ピン１２はほぞ６の両側面６ｄ、６ｅの一部とほぞ穴８の両側壁８ｄ、８ｅの一部との双方を半円形状断面に割り砕きながら、ピン孔１０ａ、１０ｂの他方まで打ち込まれる。

即ち、各主ピン結合１６Ｂは、ピン孔１０ａ、１０ｂの一方からのピン１２の打ち込みにより、ほぞ穴８の一部においてピン１２がほぞ６の一部のみならず、ほぞ穴８の一部をも貫通してピン１２をピン孔１０ａ、１０ｂの他方に至らしめることで、上述した嵌合領域２２を含む位置に形成される。この際、ピン１２の打ち込みに伴う嵌合領域２２近傍の木材の圧縮力増大により、嵌合領域２２近傍には、ほぞ６に対するほぞ穴８、ほぞ穴８に対するほぞ６の双方にとっての互いの締め代（嵌合代）が幅方向Ｚの全域に亘って形成されることとなる。

図１３は、図１１に示した結合部１に作用する力を概略的に示した図である。上述したように、各主ピン結合１６Ｂの嵌合領域２２に、ほぞ６及びほぞ穴８の双方にとっての締め代が形成されることにより、ほぞ６の両側面６ｄ、６ｅとほぞ穴８の両側壁８ｂ、８ｃとの双方でピン１２を絞り合う形で強固に拘束され、結合部１の嵌合力が増大する。この結合部１の嵌合力を構成する一部の力として、矢印で示すように、ピン１２から長手方向Ｘに直接にほぞ穴８の両側壁８ｂ、８ｃを押圧する押圧力Ｆ２が生じる。しかし、ほぞ６はほぞ穴８に拘束されているため、長手方向Ｘにおけるほぞ穴８の両側壁８ｂ、８ｃの過度な拡張は抑制され、各主ピン結合１６Ｂの形成に伴うほぞ６ひいては土台４の割れは効果的に抑制される。

このように、第２実施形態においても、各主ピン結合１６Ｂの形成に伴い発生したピン１２からの押圧力Ｆ２によって、結合部１におけるほぞ穴８に対するほぞ６の嵌合力が増大し、各主ピン結合１６Ｂが結合部１の主たる結合機能を発揮する。一方、補助ピン結合１８におけるほぞ６の四方への拡張変位は木材自体によりほぼ全て吸収される。しかし、補助ピン結合１８においては、ピン１２のほぞ６への打ち込みに伴い、ほぞ６にはピン１２の剪断力が作用する。これにより、補助ピン結合１８は結合部１の補助的な結合機能を発揮する。

図１４は、図１３の状態から、柱２に引抜力ｆが作用したときの結合部１に生じる力を概略的に示した図である。柱２に上向きの引抜力ｆが作用すると、図１３に示した各主ピン結合１６Ｂで発生する押圧力Ｆ２は、図１４で見て、力のベクトルがほぞ６から斜め下方外側に向けて変化した押圧力Ｆ３となる。

図１５は、図１４の主ピン結合１６Ｂで生じる押圧力Ｆ３の分力を拡大して示した図である。主ピン結合１６Ｂでは、柱２への引抜力ｆの作用に伴い、ほぞ６及びピン１２はほぞ穴８に対して破線矢印で示す上方向に移動しようとするため、ピン１２がほぞ穴８の両側壁８ｂ、８ｃに更に押し付けられる。これにより、ほぞ穴８に対するピン１２ひいてはほぞ６の嵌合力が更に増大する。

しかし、ほぞ６がほぞ穴８に嵌合されて長手方向Ｘにて拘束されているため、ほぞ６の嵌合力の増大は、ピン１２とほぞ６の側面６ｂとの間の網目状に示した圧縮領域２０の木材自体の圧縮率を図１３の初期状態よりも更に増大させる。なお、本実施形態では、ピン１２がほぞ６の両側面６ｄ、６ｅとほぞ穴８の両側壁８ｂ、８ｃとの双方に強固に拘束された結果、主としてピン１２のほぞ穴８側の上方とピン１２のほぞ６側とに圧縮領域２０が形成されている。

この結果、ピン１２からほぞ穴８の側壁８ｂに長手方向Ｘの押圧力ｆ３が作用する。この押圧力ｆ３は、圧縮領域２０の圧縮率の増大により、図１３の初期状態における押圧力Ｆ２よりも大きくなる。また、圧縮領域２０の圧縮率の増大により、ほぞ８の側壁８ｂに対してほぞ６の側面６ｂが図１３の場合に比してより一層緊密に当接する。この結果、引抜力ｆの反対方向である下方に向けてほぞ６の側面６ｂに動的な摩擦力ｆ４が発生する。このように、引抜力ｆの発生時に主ピン結合１６Ｂに作用する押圧力Ｆ３は、押圧力ｆ３と摩擦力ｆ４との合力から形成され、その結果、ピン１２自体がほぞ穴８を斜め下方外側に押圧することとなる。

また、第１実施形態の場合と同様に、摩擦力ｆ４の発生によって、主ピン結合１６Ｂに作用する押圧力Ｆ３が斜め下方外側に偏向されるため、土台４の長手方向Ｘの割れを効果的に抑制することができる。また、ピン孔１０ａ、１０ｂの中心から土台４の上面４ａまでの距離Ｌを確保したことで、柱２自体の重量によりほぞ６が拘束されていることも相俟って、各主ピン結合１６Ｂの形成に伴うほぞ６の高さ方向Ｙにおける割れの伝搬は、木材自体の変位吸収により効果的に抑制される。

また、主ピン結合１６Ｂと補助ピン結合１８との土台４の高さ方向Ｙにおける離間距離Ｄ３をピン孔１０ａ〜１０ｃの孔径ｄの２倍値以下である１５ｍｍ程度を確保したことにより、主ピン結合１６Ｂ及び補助ピン結合１８の形成に伴うほぞ６の割れの伝搬を互いに相殺しながら効果的に抑制可能である。

以上のように本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、木材の有する強度を最大限に引き出すことにより、ほぞ６及びほぞ穴８による高耐力の結合部１を安価且つ容易に、美観を損なうことなく、且つ、高い施工性で実現することができる。具体的には、予めプレカット加工した柱２及び土台４を用意し、施工現場にてピン孔１０ａ〜１０ｃにそれぞれピン１２を打ち込むだけの簡単な施工により、木材の圧縮力を利用した押圧力Ｆ２によって、ほぞ穴８に対するほぞ６の全体的な嵌合力を高めることができる。更に、柱２に引抜力ｆが生じたとしても、木材の圧縮力及び摩擦力を利用した押圧力Ｆ３によって、木材の割れを抑制しながら、引抜力ｆに十分に耐え得る結合部１を形成することができる。

図１６は、第２実施形態の変形例において、柱２に引抜力ｆが作用したときの主ピン結合１６Ｂから生じる力を概略的に示した図である。図１６に示したように、各主ピン結合１６Ｂの形成だけで引抜力ｆに十分に耐え得るのであれば、補助ピン結合１８は必ずしも要しない。また、図示しないが、補助ピン結合１８を高さ方向Ｙにて各主ピン結合１６Ｂの上側に設けても良い。

＜第３実施形態＞
図１７は、本発明の第３実施形態に係る木材の結合構造を適用した柱２と土台４との結合部１において、柱２に引抜力ｆが作用したときの結合部１に作用する力を概略的に示した図を示す。第３実施形態は、第１及び第２実施形態を組み合わせた構成をなしているため、同内容は同符号を付す等して説明を省略することがある。

本実施形態の結合部１は、ほぞ６の両側面６ｂ、６ｃ近傍に設けた主ピン結合１６Ａと、各嵌合領域２２に設けた主ピン結合１６Ｂとから構成されている。主ピン結合１６Ｂは、上述したように、ほぞ６及びほぞ穴８の双方の木材圧縮によりピン１２を絞り合う形で結合部１の耐力を増大させる。従って、主ピン結合１６Ｂは、主ピン結合１６Ａのように、ほぞ６を完全に貫通して形成するものではなく、主ピン結合１６Ｂのピン孔１０ａ、１０ｂの中心は、土台４の上面４ａからの距離Ｌは２５ｍｍ程度でも良い。これにより、ほぞ６及びほぞ穴８がの高さ方向Ｙに短い場合にも、ほぞ６の割れを抑制しながら主ピン結合１６Ｂを形成可能である。

以上のように本実施形態では、第１及び第２実施形態の場合と同様に、木材の有する強度を最大限に引き出すことにより、ほぞ６及びほぞ穴８による高耐力の結合部１を安価且つ容易に、美観を損なうことなく、且つ、高い施工性で実現することができる。具体的には、予めプレカット加工したピン孔１０ａ〜１０ｃにそれぞれピン１２を打ち込むだけの簡単な施工により、木材の圧縮力を利用した押圧力Ｆ０、Ｆ２によって、ほぞ穴８に対するほぞ６の全体的な嵌合力を高めることができる。

更に、柱２に引抜力ｆが生じたとしても、木材の圧縮力及び摩擦力を利用した押圧力Ｆ１、Ｆ３によって、木材の割れを抑制しながら、引抜力ｆに十分に耐え得る結合部１を形成することができる。なお、図示しないが、補助ピン結合１８を高さ方向Ｙにて各主ピン結合１６Ｂの上側、又は各主ピン結合１６Ａの下側に設けても良い。

本発明は上記各実施形態に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記各実施形態で示した木材の結合構造の適用は、柱２及び土台４で形成される結合部１の形成に限定されるものではなく、梁や根太を含む２本の木材の結合構造に広く適用可能である。また、２本の木材の少なくとも一方は、角材に限らず丸太等であっても良く、また、棒材に限らず継手材等の木部材であっても良い。

また、ほぞ６及びほぞ穴８の形状は上記各実施形態に限定されない。具体的には、ほぞ６及びほぞ穴８の嵌合領域２２の近傍に主ピン結合１６Ａが形成されれば良く、また、ほぞ６及びほぞ穴８の嵌合領域２２を含む位置に主ピン結合１６Ｂが形成されれば良い。
また、ピン１２の頭部１２ｂとピン孔１０ａ〜１０ｃとの嵌め合いは締まり嵌めに限定されるものではない。

また、ピン１２とピン孔１０ａ〜１０ｃとの嵌め合いは中間嵌めに限定されるものではない。具体的には、中間嵌めは、ピン孔１０ａ〜１０ｃの最大許容寸法よりピン１２の最小許容寸法が小さく、ピン孔１０ａ〜１０ｃの最大許容寸法よりピン１２の最小許容寸法が大きいという状態を意味する。しかし、実際には、ピン１２とピン孔１０ａ〜１０ｃとの間に隙間が生じたり、締め代が生じたりしても良い。

また、主ピン結合１６Ａ、１６Ｂや補助ピン結合１８の数は、或いは、補助ピン結合１８の位置は、上記各実施形態に限定されず、結合部１に要求される耐力に応じて適宜変更可能である。
また、１つの結合部１に、対向する２組の嵌合領域２２が存在する場合、一方の対向する嵌合領域２２の延設方向にピン１２を打ち込んで主ピン結合１６Ａ又は１６Ｂを形成し、他方の対向する嵌合領域２２の延設方向にピン１２を打ち込んで別の主ピン結合１６Ａ又は１６Ｂを形成しても良い。

また、当該木材の結合構造の適用は、木造軸組工法に厳密に限定されるものではなく、ドリフトピン工法等を含む他の工法に適用することも可能である。

２ 柱（第１の木材）
２ａ 端面
４ 土台（第２の木材）
６ ほぞ
８ ほぞ穴
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ ピン孔
１２ ピン
１２ａ 先端部
１２ｂ 頭部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ ピン結合
１６Ａ、１６Ｂ 主ピン結合
１８ 補助ピン結合
２２ 嵌合領域

Claims (9)

1. 第１の木材の端面に設けられたほぞを第２の木材に設けられたほぞ穴に互いの対向する嵌合領域で直接に嵌合させ、これら第１及び第２の木材を結合する木材の結合構造であって、
   前記第２の木材は、前記ほぞ穴を介して前記嵌合領域の延設方向に穿孔されたピン孔を有し、
   前記結合構造は、
   前記ほぞ穴に前記ほぞを嵌合した状態で、前記ピン孔に打ち込まれるピンと、
   前記ピン孔の一方開口から前記ピン孔を介した前記ほぞへの直接の前記ピンの打ち込みにより、前記ほぞ穴において前記ピンが前記ほぞに食い込んで貫通し、前記ピンを前記ピン孔の他方開口に至らしめることで形成されるピン結合と
   を備え、
   前記ピン結合は、前記各嵌合領域から前記ピン孔の孔径の２倍値以下に離間した位置にそれぞれ設けられた主ピン結合を含む、木材の結合構造。
2. 第１の木材の端面に設けられたほぞを第２の木材に設けられたほぞ穴に互いの対向する嵌合領域で直接に嵌合させ、これら第１及び第２の木材を結合する木材の結合構造であって、
   前記第２の木材は、前記ほぞ穴を介して前記嵌合領域の延設方向に穿孔されたピン孔を有し、
   前記結合構造は、
   前記ほぞ穴に前記ほぞを嵌合した状態で、前記ピン孔に打ち込まれるピンと、
   前記ピン孔の一方開口から前記ピン孔を介した前記ほぞへの直接の前記ピンの打ち込みにより、前記ほぞ穴の少なくとも一部において前記ピンが前記ほぞの少なくとも一部に食い込んで貫通し、前記ピンを前記ピン孔の他方開口に至らしめることで形成されるピン結合と
   を備え、
   前記ピン結合は、前記各嵌合領域を含む位置にそれぞれ設けられた主ピン結合を含む、木材の結合構造。
3. 前記各主ピン結合は、前記各嵌合領域の対向方向に並設されている、請求項１又は２に記載の木材の結合構造。
4. 前記ピン結合は、前記各嵌合領域の対向方向において、前記各主ピン結合の間に設けられた補助ピン結合を含む、請求項１から３の何れか一項に記載の木材の結合構造。
5. 前記補助ピン結合は、前記第２の木材における前記ほぞ穴の延設方向にて前記各主ピン結合とずれた位置に設けられる、請求項４に記載の木材の結合構造。
6. 前記補助ピン結合は、前記各嵌合領域の対向方向において、前記各主ピン結合の中間に位置付けられる、請求項５に記載の木材の結合構造。
7. 前記ピンは、前記ほぞの少なくとも一部に打ち込まれる鋭角円錐状の先端部と、前記打ち込みが行われる頭部とを有する、請求項１から６の何れか一項に記載の木材の結合構造。
8. 前記ピンは、前記ピン孔と中間嵌めの嵌め合いとなるピン径を有する、請求項７に記載の木材の結合構造。
9. 前記ピンは、前記頭部が前記第２の木材の両側面のうちの一側面と実質的に面一になるまで前記打ち込みが行われた結果、前記先端部が前記ピン孔から前記両側面のうちの他側面の外方に非突出となる長さを有する、請求項７又は８に記載の木材の結合構造。

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