JP6550164B2 - 連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、各種木構造において、部材同士をつなぐ連結構造に関する。

木造建築を始めとする各種木構造において、部材同士を連結する手段は様々で、その最も単純な例としては、釘の打ち込みや接着が挙げられる。また柱と梁など、強度を要する連結部については、伝統的なホゾとホゾ穴の嵌め込みのほか、金具やボルトやピンを用いた方法が広く普及している。なお釘は、各種金具と併用することで、あらゆる部材同士を連結可能で、柔軟性に優れ利便性が極めて高い。ただし釘は、引き抜きに対する不安があり、代わりにネジ釘を用いることもある。

本願発明と関連する技術の例としては、後記特許文献が挙げられる。特許文献１では、長期に亘り安定した状態を保持可能な木造建築部材の接合装置が開示されている。この接合装置は、中央に位置する支持板と、支持板の側端から突出する二枚の接合板で構成される「コ」の字状の金具を用いたもので、支持板は、柱などの主幹部材に接触させ、接合板は、梁などの結合部材に加工した係合溝に差し込む。さらに支持板には、主幹部材に嵌まり込む突起部を形成することで、木やせによる緩みがなく、長期に亘る信頼性を維持できる。なお金具は、ボルトを介し、主幹部材と結合部材の双方に固定する。

特許文献２では、部品同士の結合やアンカーの定着に用いる構造体の結合接続方法が開示されている。この方法は、各種部品の表面に構造体を載せ、構造体から部品に向け、釘やネジ等の結合器具を複数差し込むものだが、結合器具は、構造体の表面に対し斜方向に差し込み、側面から見て「ハ」の字状や「Ｘ」字状に配置する。その結果、単純な垂直方向の差し込みに比べ、引き抜き荷重に対し高い抵抗力を発揮する。また特許文献３においても、特許文献２とほぼ同じ技術的特徴を有するアンカー金具が開示されており、アンカー金具を固定する結合具（釘など）を「ハ」の字状や「Ｘ」字状に配置している。

特開平１０−３３１２６０号公報 特開昭４８−７１４８号公報 実開昭４９−６５０１３号公報

前記特許文献１のように、専用の金具を用いて部材同士を連結する場合、部材にはボルトを差し込むための孔や、金具を埋め込むための溝など、事前に様々な加工を行う。この加工は、精度や手間の面から現地での実施が困難で、いわゆるプレカットが避けられない。そのためコストが上昇しやすく、また突発的な設計変更に対する柔軟性も乏しいなどの課題があり、今日においても、より単純で強度や信頼性にも優れた技術が待ち望まれている。

木造建築では、様々な断面形状の部材を使用する。また部材同士の連結形態は、柱と梁のようなＴ字形やＬ字形のほか、端面同士を突き合わせて一直線につなぐこともあり、さらに筋交いのように、二部材が斜方向に交わる場合もある。このように部材同士の連結形態は多様だが、その連結手段については、コストダウンや施工時の手間を考慮して、あらゆる状況で汎用的に使用できることが好ましい。

本発明はこうした実情を基に開発されたもので、各種木構造で用い、単純な構成で強度や信頼性に優れ、しかもあらゆる状況で汎用的に使用可能な連結構造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、一方材と他方材の二部材の連結構造であって、該二部材の境界に配置する結合片と、該結合片からそれぞれの部材に向けて差し込むネジ釘と、該ネジ釘の頭部を押圧するキャップと、を用い、前記部材の一方または両方には、前記結合片を埋め込む収容溝を設け、前記結合片は、前記収容溝の底面に密着する基礎面と、該基礎面の反対側に向けて突出する側壁と、を有し、該側壁は、左右対向するように配置し、個々の該側壁の内面は、前記基礎面に対し斜方向に展開し、該内面には、前記ネジ釘を前記二部材の境界面から遠ざかる方向に差し込むための誘導孔を設け、該誘導孔は、その延長線が対向する前記側壁と交差しないように配置してあり、且つ該誘導孔の入り口には、前記ネジ釘の頭部を埋め込むための皿モミを形成してあり、前記結合片は、前記部材を挟み込むように複数配置してあり、前記キャップは、対向する前記内面の間に嵌まり込む台形状であり、該キャップが前記ネジ釘の頭部を押圧してその浮き上がりを防ぎ、且つ該キャップは、前記結合片に形成したメネジに螺合するボルトで取り付けられ、前記側壁と前記キャップの双方の上面は段差なく並ぶほか、前記ボルトの頭部は該キャップの内部に埋め込まれていることを特徴とする連結構造である。

本発明は、各種木構造において部材同士を連結するためのもので、部材については、各種集成材を含む木質系で、柱や梁や筋交いなどの棒材のほか、ある程度の厚さを有する構造用合板も想定している。また連結される二部材は、隙間なく相手方と接触させることを前提とするが、その交角は自在で、さらに部材同士の接触面は、端面と側面のいずれでも構わない。そして本発明は、二部材をつなぐ結合片と、結合片からそれぞれの部材に向けて差し込むネジ釘と、ネジ釘の頭部を押圧するキャップの三点を中心に構成される。

結合片は、金属製の帯状または厚板状で、連結される二部材を橋渡しするように配置され、さらに部材に加工した収容溝に埋め込む。ただし結合片は、二部材の境界を跨ぐ場合もあるが、一方の部材だけに偏って配置することもある。また収容溝は、部材の表面を局所的に削り込んだもので、結合片の全体を隙間なく収容可能な大きさとする。なお収容溝は、結合片の配置に応じて加工するため、二部材の境界を跨ぐ場合もあるが、一方の部材だけに偏ることもある。そのほか収容溝の底面は、段差なく平面状に仕上げる。

基礎面は、結合片の各表面のうち、収容溝の底面に接触する領域を指し、安定性を確保するため平面状に仕上げる。さらに基礎面の反対側には、側壁を設ける。側壁は、結合片の左右に対向するように配置し、基礎面に対して遠ざかる方向に突出する。そして個々の側壁の表面のうち、他方の側壁と向かい合う内面は、基礎面から遠ざかるに連れ、対向する側壁との間隔も増大するよう傾斜させており、結合片を横から見ると、一対の内面は、「ハ」の字を上下反転させたような配置となる。

誘導孔は、ネジ釘の軸部を差し込むためのもので、側壁の内面から裏側に突き抜ける。さらに誘導孔は、原則として、内面に対し直交方向に形成するため、誘導孔に差し込まれたネジ釘は、基礎面に対し所定の交角を有する。なお内面と誘導孔を直交させない場合、ネジ釘の頭部を安定して据え置くため、誘導孔の入り口外縁にザグリなどを設ける。また誘導孔は、ネジ釘の姿勢を安定させるため、最低でもネジ山の１ピッチ程度の延長を確保する。そのほか誘導孔は、一箇所の側壁に対し一箇所とは限らず、複数とすることもある。

ネジ釘を無理なく差し込めるよう、誘導孔の延長線上は、何らの障害物もない開放された空間とする。そのため、誘導孔の延長線が対向する側壁と接触しないよう、側壁の内面の傾斜は、適切な範囲で設定する必要がある。仮に内面と基礎面の交角が直角に近いならば、対向する側壁の間隔を大きくする必要がある。逆に内面と基礎面の交角が小さいならば、側壁の間隔を小さくでき、両側壁を隙間なく「Ｖ」字状に配置することもできる。

ネジ釘は汎用品を用いるが、強度を確保するため比較的大径で長尺の物を使用する。そのため、ねじ込みの際、電動工具を使用することがある。また諸条件によっては下穴を加工することもある。なおネジ釘は、基礎面に対し交角を有するように差し込むため、部材の長手方向に対し所定の交角を有する。そのほか、ねじ込み後、ネジ釘の頭部が側壁を越えて突出しないよう、各部の寸法を調整する。

結合片は、一箇所の連結部において、部材を両側から挟み込むよう、最低でも二個は組み込み、当然ながらそれ以上増やすこともできる。ネジ釘は、部材の長手方向に対し交角を有するため、連結された二部材を引き離すような荷重が作用した場合、ネジ釘には、引張荷重とせん断荷重の両方が発生し、引き抜きに対し強固に抵抗可能で、連結部の破損を防止する。なお結合片は、部材の断面形状に応じた大きさにすることもできるが、ネジ釘を左右一本ずつ差し込む細長い形状として、これを部材の表面に並べて配置することもできる。

キャップは、ネジ釘の頭部を押圧し、ネジ釘の緩みを防止するためのもので、側壁の内面に覆い被さるように取り付ける。ネジ釘の頭部は、側壁の内面に接触し、結合片と部材を一体化する。そのため、差し込まれたネジ釘の頭部が緩むと、連結部にも緩みを生じるが、キャップを用い、ネジ釘の頭部を内面に押圧することで、この緩みを防ぐことができる。なおキャップは、ボルトで結合片に取り付けられ、内面との間で頭部を挟み込む。

このように、二部材の境界に結合片を配置し、結合片からそれぞれの部材に向けてネジ釘を差し込むことで、部材に対しては、あらかじめ収容溝を加工すればよく、プレカットの手間やコストを削減できる。なお収容溝は単純な溝であり、ルータなどの電動工具を用い、現地でも無理なく加工できる。またネジ釘の差し込みも、携帯電気ドリルなどを用い、現地で実施できる。またキャップを用いることで、結合片とネジ釘の緩みが解消され、信頼性が一段と向上する。

請求項１記載の発明のように、二部材の境界に対向配置する結合片と、結合片から部材に差し込むネジ釘を用いた連結構造において、結合片には、左右対向する側壁を設け、その内面を逆「ハ」の字形に傾斜させ、そこからネジ釘を差し込むことで、ネジ釘は部材の長手方向に対し斜方向に配置される。そのため、二部材を引き離すような荷重が作用した場合、ネジ釘には引張荷重のほか、曲げ荷重も加わり、部材との間に大きな摩擦が発生し、引き抜きに対し強力に抵抗する。また二部材にせん断荷重が作用した場合、ネジ釘には引張荷重または圧縮荷重が加わり、せん断荷重に対し複合的に抵抗し、連結部の強度が向上する。

結合片を埋め込む収容溝は、表面を局所的に削り込んだ単純な溝で、ルータなど携帯式の電動工具でも無理なく加工可能で、プレカットの必要性がなく、コストの削減を期待できるほか、突発的な設計変更にも柔軟に対応できる。さらに本発明は、二部材の境界付近に収容溝を加工できるならば、あらゆる部材同士をあらゆる姿勢で連結でき、汎用性も極めて高い。

加えて、ネジ釘の頭部の浮き上がりを防止するキャップを用いることで、ネジ釘の緩みによる連結部の剛性低下を防ぎ、信頼性が一段と向上する。

本発明による連結構造の具体例を示す斜視図で、一方材と他方材の端面同士を接触させ、両材を結合片とネジ釘で一直線に連結している。 図１の一方材と他方材を連結した状態を示す斜視図と縦断面図である。 一方材と他方材をＴ字形につなぐ連結構造を示す斜視図である。 図４の一方材と他方材を連結した状態を示す斜視図と縦断面図である。

図１は、本発明による連結構造の具体例で、一方材４１と他方材５１の端面同士を接触させ、両材を結合片１１とネジ釘３５で一直線に連結している。一方材４１と他方材５１のいずれも、木材（集成材を含む）を棒状に加工したもので、断面形状は同一である。また結合片１１は、鋼材を成形したもので、平面状の中板２１の左右両端から側壁２３が突出しているほか、下面全域は平面状に仕上げてある。なおこの下面は、基礎面２２と称する。そして側壁２３の各面のうち、他方の側壁２３に向かい合う内面２４は、基礎面２２に対し傾斜しており、結合片１１を横から見ると、「ハ」の字を上下反転させたような形状になっている。

ネジ釘３５は汎用品で、強度上問題のない直径と長さを有する物を選定しており、その頭部は皿状である。また結合片１１の内面２４には、ネジ釘３５を差し込むため、誘導孔２５を形成してある。誘導孔２５は、内面２４に対し直交しており、側壁２３の外面下部に到達している。なお誘導孔２５は、個々の側壁２３に二箇所ずつ形成してあるが、一方材４１や他方材５１の内部でネジ釘３５同士が接触しないよう、点対称形に配置してある。そのほか誘導孔２５の入り口には、ネジ釘３５の頭部を埋め込むため、円錐状の皿モミ２７を形成してある。

結合片１１の上部には、キャップ３１を取り付けることができる。キャップ３１は金属製の台形状で、結合片１１に嵌まり込むことでネジ釘３５の頭部を押圧し、ネジ釘３５の緩みを防止する。なおキャップ３１は、ボルト３４を介して結合片１１に固定する構造で、結合片１１の中板２１の中央には、ボルト３４と螺合するメネジ２６を形成してあり、またキャップ３１の中央には、ボルト３４を差し込むための中孔３７とザグリ３２を形成してあり、ボルト３４の頭部はザグリ３２に埋め込まれ、キャップ３１から突出することはない。

結合片１１は、一方材４１および他方材５１の上下に配置する。この図の結合片１１は上下とも同一物だが、一方を上下反転させており、さらにネジ釘３５同士の接触を避けるため、上下の誘導孔２５は、同一垂直面に並ばないよう配慮してある。また一方材４１と他方材５１の端部の上下には、結合片１１を埋め込むため、収容溝４２、５２を加工してある。収容溝４２、５２は、表面から一定の深さまで削り込んで形成され、四箇所とも同じ大きさで、結合片１１は、一方材４１と他方材５１を跨ぐように配置される。

図２は、図１の一方材４１と他方材５１を連結した状態を示している。結合片１１が収容溝４２、５２に嵌り込み、誘導孔２５からネジ釘３５を差し込むことで、一方材４１と他方材５１が連結される。なお、収容溝４２、５２の底面に接触する基礎面２２は、一方材４１や他方材５１の長手方向と平行に並んでいる。また側壁２３の内面２４は、基礎面２２に対し交角を有し、さらに誘導孔２５は、内面２４に対し直交方向に伸びている。そのためネジ釘３５は、一方材４１や他方材５１の長手方向に対し、平行ではなく所定の交角を有する。

結合片１１の幅（側壁２３の長手方向）は、一方材４１や他方材５１の横幅と等しい。また収容溝４２、５２の深さは、側壁２３の高さと等しい。その結果、結合片１１は、一方材４１や他方材５１の上下面や側面と段差なく並ぶ。さらに結合片１１にキャップ３１を取り付けることで、一方材４１と他方材５１の連結部の凹凸がほぼ解消される。なおネジ釘３５の頭部は、皿モミ２７に埋め込まれ内面２４と段差なく並び、キャップ３１を取り付けた後は、その側面で押圧される。その結果、ネジ釘３５の頭部の緩みを防止でき、連結部の信頼性が向上する。

ネジ釘３５は強度上、長尺化することが好ましく、この図の縦断面において、上方から差し込まれたネジ釘３５は、一方材４１や他方材５１の下面近傍に到達している。そのため上下から差し込まれたネジ釘３５が内部で接触しないよう、誘導孔２５は偏って配置してあり、結合片１１を収容溝４２、５２に配置する際は、上下の誘導孔２５が同一垂直面に並ばないようにする。そのほか対向する側壁２３は、差し込み途中のネジ釘３５と接触しないよう、角度や間隔を調整してある。

このように、ネジ釘３５を斜方向に差し込むことで、単純に垂直方向に差し込む場合に比べ、ネジ釘３５の延長を増大させることができ、強度も向上する。しかもネジ釘３５の頭部の延長線は、対向する側壁と交差することなく開放しており、汎用の電動工具で無理なく差し込み作業を実施できる。そのほか結合片１１やキャップ３１は、全て収容溝４２、５２に埋め込まれるため、付近に多数の部材が配置される箇所でも問題なく使用できる。

一方材４１と他方材５１に引張荷重が作用した場合、ネジ釘３５には、引張荷重のほか、曲げ荷重も発生する。そのため、ネジ釘３５は部材に食い込むように変位し、より強力に引張荷重に抵抗する。また両材にせん断荷重が作用した場合、ネジ釘３５には軸線方向にも荷重が発生し、外力を複合的に受け止め耐力が向上する。このように、ネジ釘３５を斜方向に差し込むことで、単純に部材の長手方向または直交方向に差し込む場合に比べ、様々な利点を有する。

図３は、一方材４１と他方材５１をＴ字形につなぐ連結構造を示している。本発明は、二部材の端面同士を接触させて一直線に連結する形態に限定される訳ではなく、この図のように、一方材４１の側面に他方材５１の端面を接触させたＴ字形やＬ字形の連結構造にも使用可能である。ただしこの場合、一方材４１に収容溝を設けることは不可能で、他方材５１だけに収容溝５２を設け、結合片１５の基礎面２２は、他方材５１だけに接触する。またこの結合片１５は、個々の内面２４に三箇所の誘導孔２５を設け、しかも左右の内面２４とも、配置を揃えてある。そのため内部での接触を防ぐため、ネジ釘３５の延長を抑制する。さらにネジ釘３５の先端が一方材４１から突出しないよう配慮する。

一般に木材は、長手方向の荷重には強いが、側面を押圧する荷重には比較的弱く、陥没が生じやすい。そのためこの図の構造では、他方材５１が一方材４１を押圧し、一方材４１の側面に陥没が生じ、ネジ釘３５の頭部が浮き上がり、連結構造に緩みが生じる恐れがある。これを解消するためキャップ３１を組み込み、ネジ釘３５の頭部の浮き上がりを防ぐ。

図４は、図３の一方材４１と他方材５１を連結した状態を示している。他方材５１と結合片１５のそれぞれの端面が一方材４１の側面に接触し、さらに一方材４１と他方材５１のそれぞれにネジ釘３５が差し込まれ、一方材４１の側面に他方材５１が引き寄せられている。なおネジ釘３５の先端は、一方材４１の反対面近傍に到達している。またキャップ３１でネジ釘３５の頭部を押圧しており、結合片１５とネジ釘３５に緩みが生じることもない。

本発明は、一方材４１や他方材５１に収容溝４２、５２を加工した後、そこに結合片１１、１５を埋め込み、その誘導孔２５からネジ釘３５を差し込むだけで実現するため、施工作業が単純で、しかもネジ釘３５の延長や本数を増すことで、強度も自在に向上できる。さらに収容溝４２、５２の加工や、ネジ釘３５の差し込みは、持ち運び可能な電動工具で実施可能で、全ての作業を現地で済ませることができる。なお、結合片１１、１５を始めとする各要素の形状や配置は、各図に描いた内容に限定される訳ではなく、各図に描いた要素を自在に組み合わせ、様々な連結構造を実現することができる。

１１ 結合片
１５ 結合片（誘導孔が三対）
２１ 中板
２２ 基礎面
２３ 側壁
２４ 内面
２５ 誘導孔
２６ メネジ
２７ 皿モミ
３１ キャップ
３２ ザグリ
３４ ボルト
３５ ネジ釘
３７ 中孔
４１ 一方材（部材）
４２ 収容溝
５１ 他方材（部材）
５２ 収容溝

Claims (1)

1. 一方材（４１）と他方材（５１）の二部材の連結構造であって、
   該二部材（４１、５１）の境界に配置する結合片（１１又は１５）と、
   該結合片（１１又は１５）からそれぞれの部材（４１、５１）に向けて差し込むネジ釘（３５）と、
   該ネジ釘（３５）の頭部を押圧するキャップ（３１）と、
   を用い、
   前記部材（４１、５１）の一方または両方には、前記結合片（１１又は１５）を埋め込む収容溝（４２、５２）を設け、
   前記結合片（１１又は１５）は、前記収容溝（４２、５２）の底面に密着する基礎面（２２）と、該基礎面（２２）の反対側に向けて突出する側壁（２３）と、を有し、
   該側壁（２３）は、左右対向するように配置し、個々の該側壁（２３）の内面（２４）は、前記基礎面（２２）に対し斜方向に展開し、
   該内面（２４）には、前記ネジ釘（３５）を前記二部材（４１、５１）の境界面から遠ざかる方向に差し込むための誘導孔（２５）を設け、
   該誘導孔（２５）は、その延長線が対向する前記側壁（２３）と交差しないように配置してあり、且つ該誘導孔（２５）の入り口には、前記ネジ釘（３５）の頭部を埋め込むための皿モミ（２７）を形成してあり、
   前記結合片（１１又は１５）は、前記部材（４１、５１）を挟み込むように複数配置してあり、
   前記キャップ（３１）は、対向する前記内面（２４）の間に嵌まり込む台形状であり、該キャップ（３１）が前記ネジ釘（３５）の頭部を押圧してその浮き上がりを防ぎ、
   且つ該キャップ（３１）は、前記結合片（１１又は１５）に形成したメネジ（２６）に螺合するボルト（３４）で取り付けられ、
   前記側壁（２３）と前記キャップ（３１）の双方の上面は段差なく並ぶほか、前記ボルト（３４）の頭部は該キャップ（３１）の内部に埋め込まれていることを特徴とする連結構造。

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