JP6640066B2 - 木材の接合構造、及び木材の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の木材を接合するための木材の接合構造、及び木材の接合方法に関するものである。

現在の木材を使用した構造物は、自然木の良性部分を集成して材料強度を高めることに加え、金物を木材の接合部位に設けることで強度が高められている。
金物を木材の接合部位に設けた構造物として、構造物の柱梁接合部において、木梁と直交するように金属のピンを木梁肉内に打ち込み、木柱を貫通させたネジ棒を木梁に打ち込まれたピンに固定し、柱梁接合部の強度を高めるものがある（例えば、特許文献１）。

上記のネジ棒は、木柱の延設方向に対して直交するように配置され、一端を木柱の外壁部分に固定し、他端を木柱内部を貫通してピンと接合させている。
また、ネジ棒を通した木梁肉部に割裂破壊や剪断破壊が生じないように、複数のビスが打ち込まれている。このビスによる補強は、局部的に効果を生じさせるもので、ネジ棒が通されている部位に生じる応力を分散させるものではない。

特開２００７−９２４１８号公報

従来の木材の接合構造や木材の接合方法では、木材と金物の協働によって接合部位の強度が決定される。木材は、接合部に用いる金物と同様な強度を有しておらず、木材の繊維の異方性によって、木材の各部の強度に優劣が生じている。
そのため、特許文献１のように、ビスを用いて木材の割裂破壊や剪断破壊を防いだ場合、ビスで補強した部材に応力が集中し、めり込みや割裂が発生し、木材同士の接合強度、あるいは耐久強度を大きくすることは困難であった。

そこで、本発明は、木材の接合強度や耐久強度を大きくすることができる木材の接合構造を提供することを目的とする。さらに、この木材接合構造を構築するための木材の接合方法を提供する。

本発明の木材の接合構造は、木材同士を接合するものであって、木材に設けられる補強材と、補強材と木材との間に設けられる接着樹脂層と、木材に設けられる接続部材と、接続部材を木材に固定する固定部材とから構成され、前記補強材が固定部材から押圧されることで補強材に生じる応力が、接着樹脂層を介して木材に伝達されることを特徴とする。

本発明の木材の接合構造は、補強材が木材ごとに備えられたことを特徴とする。

本発明の木材の接合方法は、木材同士を接続部材と補強材によって接合する木材の接合方法であって、接着樹脂層によって、木材に補強材を固定する補強材固定工程と、この補強材固定工程後、固定部材で補強材を押しつけ、補強材に生じる応力を、接着樹脂層を介して木材に伝達させることで、接続部材を木材に固定する固定部材接合工程とを含むことを特徴とする。

本発明の木材の接合方法では、固定部材は介在材を介して補強材を押し付けることを特徴とする。

本発明の木材の接合構造は、固定部材から補強材に生じる応力を、接着樹脂層を介して木材に伝達できるため、木材に平面的に応力が加わる。そうすることで、接続部材の締め付け強度を大きくすることができることに加え、木材の欠点であるめり込み割裂を少なくすることができる。
したがって、木材同士の接合強度及び耐久強度を大きくすることができる。

本発明の木材の接合方法は、木材同士を単純な接合とすることができ、他の補強部材や他の木製部材を使用しなくて済むため、複雑な構造とはならず、容易に木製の構造物を構築できる。そのため、この木材の接合方法は、現場での組み立て等の作業時間を短縮でき、コストをかけずに接合強度の大きい木材の接合構造を構築できる。
また、木材は自然材であるため力学特性は明確ではないが、本発明の木材の接合方法では、補強部材と接着樹脂層は工業製品であるため、力学特性を予め知ることができ、明確に応力伝達できる木材の接合構造を作製することができる。

本発明の第一実施形態に係る木材の接続構造を有する木材を示す図である。（ａ）正面図、（ｂ）側面図、（ｃ）Ａ−Ａ断面図 本発明の第一実施形態に係る木材の接続構造を構成する固定金具を示す図である。（ａ）正面図、（ｂ）側面図 本発明の第二実施形態に係る木材の接続構造を構成する固定金具を示す図である。（ａ）正面図、（ｂ）側面図

［第一実施形態］
本実施形態に係る木材の接合構造を、図１及び図２を参照し、説明する。
この木材の接合構造は、木材同士を接合するものに使用でき、本実施形態では、木製の壁部材と壁部材とを接合する場合を例に、説明する。
本実施形態の木材の接合構造は、図１に示すように、固定金具１を使用して、木製壁部材２の内部に構築されるものである。
この固定金具１は、図２に示すように、２つの補強部材としての補強管６と、この補強管６の開口部にそれぞれ設けられる介在材としての座金９と、補強管６及び座金９の内部を貫通する接続部材としてのネジ棒８と、ネジ棒８を固定する固定部材としてのナット１０を備えている。
固定金具１を正面視及び側面視した場合、この座金９は、一部が補強管６の縁を覆うように設けられる（図２（ａ）、（ｂ））。

木材の接合構造は、図１（ａ）に示すように、貫通孔３を有する木材としての第一木製壁部材４と第二木製壁部材５を接合し、貫通孔３に設けられる補強管６と、補強管６と貫通孔３との間に設けられる接着樹脂層７と、貫通孔３を介して木製壁部材２の内部に貫通して設けられるネジ棒８と、貫通孔３の外側に設けられ、ネジ棒８を木製壁部材２に固定する座金９とを備えている。
なお、木製壁部材２の幅方向を左右方向Ｘ、高さ方向を上下方向Ｙ、奥行き方向を前後方向Ｚとする。

木製壁部材２は、第一壁木製壁部材４と第二木製壁部材５とを備える。この第一木製壁部材４は、板材が複数積層されて、構成されたものである。この第一木製壁部材４の上下方向Ｙの略中間位置には、第一木製壁部材４の前後方向Ｚの表裏を貫通する孔が形成され、その孔の中間位置から、上下方向Ｙの下方向に向けて貫通孔３が形成されている。
なお、第二木製壁部材５は、第一木製壁部材４と同様な構成をとっている。

補強管６は、中空円筒状であり、両端が開口している。補強管６には、例えば、ステンレス製や銅製のものを使用できる。
補強管６は、貫通孔３の内壁から所定の間隔空けて、設けられている。
補強管６の長さや内径は、貫通孔３の直径、所望の接続強度によって、適宜決定することができる。

接着樹脂層７は、貫通孔３の内壁と補強管６との間に形成される隙間に充填され、この接着樹脂層７を介して、補強管６と第一木製壁部材４とが接着される（図１（ｃ））。
接着樹脂層７には、例えば、エポキシ系及びポリウレタン系の接着剤を使用することができる。この接着樹脂層７は、補強管６の周囲全体に設けられる。

ネジ棒８は、金属製であり、第一木製壁部材４の貫通孔３の長さと第二木製壁部材５の貫通孔３長さとを足した長さよりも長く設計されている。ネジ棒８の直径は、補強管６の内径よりも小さく設計されている。
このネジ棒８の両端には、ナット１０を取り付けるためのネジ溝が形成されている。

座金９は、半円柱状の金属製の部材であり、平面部１１と湾曲部１２を有する（図２（ａ））。この座金９には、平面部１１から湾曲部１２まで貫通された挿入孔が形成されている。座金９は半円柱状であるため、補強管６の一部に湾曲部１２が当接される（図２（ａ）、（ｂ））。この湾曲部１２の補強管６と当接する箇所は、平面状となっている。
座金９の挿入孔には、ネジ棒８が挿入され、このネジ棒８は平面部１１側からナット１０で締め付けられる。

次に、本実施形態に係る木材の接合方法について、説明する。
本実施形態にかかる木材の接合方法は、接着樹脂層７によって、補強管６を第一木製壁部材４の貫通孔３及び第二木製壁部材５の貫通孔３に、それぞれ固定する補強管固定工程と、補強管固定工程後、補強管６を介して、ネジ棒８を第一木製壁部材４及び第二木製壁部材５に貫通させ、座金９を補強管６に向けて押し付けることで、ネジ棒８を木製壁部材２に固定する固定部材接合工程とを含む。

［補強管固定工程］
補強管固定工程では、補強管６を、第一木製壁部材４の貫通孔３と第二木製壁部材５の貫通孔３の所定の位置に固定する。
まず、第一木製壁部材４及び第二木製壁部材５の貫通孔３に、それぞれ補強管６を設ける。この際、補強管６は、補強管６の先端が貫通孔３の開口面よりも僅かに内側となるように設けられる。
次に、貫通孔３の内壁と補強管６との間に形成された隙間に接着樹脂を充填する。接着樹脂を所定の硬化期間を経て、接着樹脂層７を形成させることにより、補強管６を貫通孔３にそれぞれ固定する。
その後、第一木製壁部材４の貫通孔３に固定された補強管６にネジ棒８を挿入し、座金９を介してナット１０で仮固定する。
そして、第二木製壁部材５の貫通孔３にネジ棒８を挿入し、第二木製壁部材５と第一木製壁部材４を密着させる。

［固定部材接合工程］
固定部材接合工程では、第一木製壁部材４と第二木製壁部材５をネジ棒８で接合する。
第一木製壁部材４と第二木製壁部材５を密着させた状態で、第二木製壁部材５の貫通孔３から突出しているネジ棒８に座金９を通し、ナット１０で締め付け、ネジ棒８を固定する。ナット１０を締め付けると、座金９の湾曲部１２は、初めに第二木製壁部材５に押し付けられ、次に補強管６の縁に押し付けられる。この際、座金９の湾曲部１２は、補強管６の一部を押し付ける。また、第一木製壁部材４側も同様に、座金９が補強管６の縁を押し付けるまで、ナット１０で締め付ける。

次に、本実施形態に係る木材の接合構造及び木材の接合方法の作用効果について説明する。
本実施形態に係る木材の接合構造では、座金９が補強管６に押し付けられ、補強管６に発生した応力は接着樹脂層７を介して、第一木製壁部材４（第二木製壁部材５）に伝達される。接着樹脂層７は、補強管６の周囲全体に設けられているため、第一木製管部材４（第二木製管部材５）の貫通孔３の内壁全体に応力が加わる。そうすると、ネジ棒８の締め付け強度を大きくすることができる。
そのため、第一木製壁部材４と第二木製壁部材５との接合強度を大きくすることができる。
また、本実施形態の木材の接合構造は、補強管６と接着樹脂層７の特性を予め知ることができるため、補強管６を使用せずにネジ棒８を、接着樹脂層７を介して直接固定した場合に比べ、明確に応力伝達できる。

また、ネジ棒８の直径は補強管６の内径よりも小さいため、ネジ棒８と補強管６の間には隙間が形成される。そのため、ネジ棒８は、補強管６の周囲方向に自由に変位することができる。そうすると、例えば、地震によって、大きな揺れが生じた場合でも、ネジ棒８が補強管６の内部で自在に変位できるため、木製壁部材２の肉部が割裂破壊や剪断破壊を生じることを回避でき、木製壁部材２が破壊されることを回避でき、ネジ棒８にも２次的な応力が生じない。
さらに、木材の接合構造において、接着樹脂を適宜選択することにより、接着樹脂層７に柔軟性を持たせることができる。そうすると、座金９に押し付けられた補強管６は、接着樹脂層７の柔軟性により、変形を許容できるようになるため、エネルギーを吸収するクッション性を持つ接合部とすることが可能である。

また、本実施形態に係る木材の接合構造では、補強管６が第一木製壁部材４と第二木製壁部材５にそれぞれ設けられている。そうすると、一体として形成されている補強管６を第一木製壁部材４及び第二木製壁部材５に設けた場合と比べ、第一木製壁部材４及び第二木製壁部材５の自由度が確保される。
また、本実施形態に係る木材の接合構造では、金属製部材である補強管６、ネジ棒８及び座金９は、木製壁部材２の内部に設けられている。そうすると、仮に火災に起きた場合でも、これらの金属製部材に熱が伝達されづらく、金属製部材が加熱され、強度が低下することを防止できる。したがって、この木材の接合構造によって、木製壁部材２に防火性を付与することができる。

金属製部材が木製壁部材２の表面に露出していると、金属製部材が結露しやすくなり、結露した水分が木材にしみ込み、木製壁部材２が腐食しやすくなる。
本実施形態に係る木材の接合構造は、木製壁部材２の内部に金属製部材が設けられているため、金属部材が結露しにくい。そのため、本実施形態の木材の接合構造によって、木製壁部材２の金属製部材の結露による腐食を防止できる。

本実施形態の木材の接合構造において、ネジ棒８は、座金９及びナット１０によって、木製壁部材２に保持されている。そのため、第一木製壁部材４と第二木製壁部材５を解体（分解）する場合、第一木製壁部材４と第二木製壁部材５に締め付けられたナット１０を取り外すことにより、容易に解体することができ、第一壁部材４及び第二壁部材５を再利用することができる。

本実施形態の木材の接合方法は、第一木製壁部材４と第二木製壁部材５を、単純な接合とすることができる。他の補強部材や他の木製部材を使用しなくて済むため、複雑な構造とはならず、容易に木製の構造物を構築できる。したがって、本実施形態の接合方法は、現場での組み立て等の作業時間を短縮でき、コストをかけずに接合強度の大きい木材の接合構造を構築できる。
また、本実施形態の木材の接合方法において、補強管６と貫通孔３の内壁との間に接着樹脂を充填する（接着樹脂層７を作成する）作業は、木材壁部材２を接合する現場ではなく、予め工場等で行うことができる。そのため、現場で接着樹脂を充填及び硬化時間が短縮され、作業時間を短縮できる。
さらに、本実施形態の木材の接合方法は、補強管６と貫通孔３の内壁との間に接着樹脂層７が形成されているため、接着樹脂層７が損傷した場合、損傷箇所に接着樹脂層７と同じ接着樹脂を圧入することで、接着樹脂層７を容易に修復することができる。

［第二実施形態］
本実施形態では、第一実施形態で使用した座金９の形状を変えた例について説明する。
本実施形態の接合構造は、座金９の形状以外は、第一実施形態のものと同様であり、接合方法も第一実施形態と同様に実施する。
座金９は、金属製の部材であり、図３に示すように、半円球状を有し、平面部２１と球面部（湾曲部）２２を有する。固定金具１を正面視及び側面視した場合、この座金９の球面部２２全体が補強管６の縁を覆うように設けられる（図３（ａ）、（ｂ））。
そのため、この座金９が補強管６へ押し付けられる際、湾曲部２１全体が補強管６の縁全体を押し付ける。

次に、本実施形態の接合構造の効果について説明する。
本実施形態の接合構造では、座金９の球面部２２が補強管６の縁全体を押し付けることで、ネジ棒８が木製壁部材１に固定される。
球面部２２全体が補強管６の縁全体を押し付けると、応力が補強管６全体に生じる。そのため、補強管６の周囲に設けられた接着樹脂層７全体から第一木製壁部材４、第二木製壁部材５に応力が伝達される。
そのため、半円球状の座金９を使用することによって、木製壁部材２の接合強度をさらに大きくすることができる。

以上、本実施形態について説明したが、これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
本発明の木材の接合構造及び木材の接合方法は、木材に対し直接固定しない接続部材を補強部材に接触させ、固定することで、補強部材に生じる応力を、接着樹脂層を介して、木材に伝達する点に特徴を有する。そのため、補強部材は、接着樹脂層に応力を伝達できるものであれば、形状や材質は限定されず、例えば、陶器、ガラス、ゴム等を使用できる。
本実施形態では、補強部材に補強管６を使用した例を説明したが、補強部材は管状のものに限定されず、例えば平板を使用することができる。

また、本実施形態では、接続部材としてネジ棒８を使用した例を示したが、平板を使用することもできる。また、本実施形態では、固定部材としてナット１０を使用し、貫通孔３の外側から固定する方法について説明したが、接続部材はピンを使用して、補強部材に設けることもできる。
さらに、本実施形態では、第一壁部材４と第二壁部材５に取り付ける補強管６は、貫通孔３にそれぞれ設けられた例を示したが、補強管６を一体として形成することもできる。さらに、座金９の形状は、半円柱状や半円球状のものに限定されず、例えば、平板状のものを使用することもできる。

１ 固定金具
２ 木製壁部材
３ 貫通孔
４ 第一木製壁部材
５ 第二木製壁部材
６ 補強管
７ 接着樹脂層
８ ネジ棒（接続部材）
９ 座金（介在材）
１０ ナット（固定部材）
１１ 平面部
１２ 湾曲部
２１ 平面部
２２ 球面部（湾曲部）
Ｘ 左右方向
Ｙ 上下方向
Ｚ 前後方向

Claims (2)

1. 一方の木材と他方の木材を接合する木材の接合構造であって、
   前記一方の木材に設けられた第一補強材と、
   前記第一補強材と接触しないように、前記他方の木材に設けられた第二補強材と、
   前記第一補強材と前記一方の木材との間、及び前記第二補強材と前記他方の木材との間に設けられた接着樹脂層と、
   前記一方の木材、及び前記他方の木材に設けられる接続部材と、
   前記接続部材を前記一方の木材に固定する第一固定部材、及び前記接続部材を前記他方の木材に固定する第二固定部材と、
   前記第一固定部材と前記第一補強材との間に設けられた半円球状の第一介在材、及び前記第二固定部材と前記第二補強材との間に設けられた半円球状の第二介在材と、から構成され、
   前記第一補強材が前記第一固定部材から押圧されることで、前記第一介在材の球面部が前記第一補強材の縁にのみ当接され、前記第一補強材に生じる応力が、前記接着樹脂層を介して、前記一方の木材に伝達され、前記第二補強材が前記第二固定部材から押圧されることで、前記第二介在材の球面部が前記第二補強材の縁にのみ当接され、前記第二補強材に生じる応力が、前記接着樹脂層を介して、前記他方の木材に伝達される、
   ことを特徴とする木材の接合構造。
2. 第一貫通孔を有する一方の木材と第二貫通孔を有する他方の木材を、接続部材と第一補強材及び第二補強材によって接合する木材の接合方法であって、
   接着樹脂層によって、前記第一補強材の先端が前記第一貫通孔の開口部よりも内側となるように、前記一方の木材に前記第一補強材を固定し、かつ前記第二補強材の先端が前記第二貫通孔の開口部よりも内側かつ前記第一補強材と接触しないように、前記他方の木材に前記第二補強材を固定する補強材固定工程と、
   この補強材固定工程後、前記第一補強材及び前記第二補強材に前記接続部材を挿入し、半円球状の第一介在材の球面部を前記第一補強材の縁にのみ接するように設け、かつ半円球状の第二介在材の球面部を前記第二補強材の縁にのみ接するように設け、
   前記第一介在材の平面部に接するように第一固定部材を、前記第二介在材の平面部に接するように第二固定部材を、それぞれ設け、
   前記第一固定部材を前記第一介在材に押しつけることで、前記第一補強材に生じる応力を、前記接着樹脂層を介して、前記一方の木材に伝達させ、前記第二固定部材を前記第二介在材に押しつけることで、前記第二補強材に生じる応力を、前記接着樹脂層を介して、前記他方の木材に伝達させることで、前記接続部材を前記一方の木材及び前記他方の木材に固定する固定部材接合工程と、を含む、
   ことを特徴とする木材の接合方法。

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