JP7380126B2 - 接合部材、接合構造、接合方法、誘導装置、および、誘導方法 - Google Patents

Description

本発明は、接合部材、接合構造、接合方法、誘導装置、および、誘導方法に関する。

木造建築では、柱や梁などの部材の接合に接合部材であるドリフトピンを用いた接合方法が用いられている。ドリフトピンを用いた接合方法は、例えば、接合対象の各々に形成された貫通孔にハンマーなどを用いてドリフトピンを圧入することで接合対象同士を接合する。

ところで、ハンマーなどを用いてドリフトピンを打ち込む方法は、作業者の体力的負担や施工時の衝撃音、接合対象への衝撃荷重などが大きい。こうした問題について、特許文献１には、ドリフトピンをジャッキで圧入する接合方法が提案されている。特許文献１では、中空状のドリフトピンと接合対象に形成された貫通孔とに棒材を挿通させ、その棒材を誘導材としてドリフトピンをジャッキで押し込むことで接合対象同士を接合している。

特開２００６－１６８０７号公報

しかしながら、中空状のドリフトピンは、中実状のドリフトピンと同程度の機械的強度を確保するうえでより大きな外径が必要とされる。また、「木質構造設計規準・同解説／日本建築学会」において、ドリフトピンによる接合間隔はドリフトピンの外径の比率倍として規定されている。そのため、一定のエリアに圧入可能なドリフトピンの本数は、中実状のドリフトピンよりも中空状のドリフトピンのほうが少なくなる。

本発明は、複数の部材を効率的に接合するための接合部材、接合構造、接合方法、および、圧入装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する接合部材は、第１部材に形成された第１貫通孔と第２部材に形成された第２貫通孔とに圧入されることにより前記第１部材と前記第２部材とを接合する接合部材であって、端面に開口する係止凹部を有する中実棒状をなしている。これにより、接合部材を第１貫通孔、第２貫通孔に圧入するための挿通材に連結できる。

上記課題を解決する接合構造は、第１部材と第２部材とを接合部材で接合した接合構造であって、前記第１部材は、前記第１部材と前記第２部材とを接合する方向に延びる第１貫通孔を有し、前記第２部材は、前記接合する方向に延びる第２貫通孔を有し、前記接合部材は、端面に開口する係止凹部を有する中実棒状をなしており、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とに圧入された状態で前記第１部材と前記第２部材とを接合している。これにより、第１貫通孔、第２貫通孔に圧入するための挿通材に連結可能な接合部材によって第１部材と第２部材とを接合することができる。

上記課題を解決する接合方法は、第１部材に形成された第１貫通孔と第２部材に形成された第２貫通孔とに対して接合部材を圧入装置で圧入することにより前記第１部材と前記第２部材とを接合する接合方法であって、前記接合部材は、端面に開口する係止凹部を有する中実棒状をなしており、前記係止凹部に係合する係止凸部を先端部に有する挿通材を前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とに挿通する挿通工程と、前記係止凹部と前記係止凸部とを係合する係合工程と、が行われたのち、前記挿通材の基端部と前記第１部材および前記第２部材との間隔を拡げることにより前記接合部材が圧入される。接合部材の圧入方向へ挿通材を変位させることにより、第１部材および第２部材に対して中実棒状の接合部材を圧入するので、打撃による圧入より作業者負担や環境への影響を抑制できる。

上記構成によれば、挿通材は、第１貫通孔と第２貫通孔とに挿通材を挿通され、かつ、突き合わせ状態で接合部材に連結することができるため、複数の部材を効率的に接合することができる。

上記課題を解決する圧入装置は、第１部材に形成された第１貫通孔と第２部材に形成された第２貫通孔とに接合部材を圧入させる圧入装置であって、前記接合部材は、端面に開口する係止凹部を有する中実棒状をなしており、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とに圧入されることにより前記第１部材と前記第２部材とを接合し、前記圧入装置は、前記係止凹部に係合する係止凸部を有して前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とに挿通される挿通材と、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔に挿通された挿通材を前記第２部材を支持台として前記接合部材の圧入方向へ変位させる変位装置と、を備える。

上記構成によれば、線状部材を第１貫通孔と第２貫通孔とに挿通させた状態で接合部材の係止凹部に係止凸部を係合させることができるため、複数の部材を効率的に接合することができる。

上記圧入装置は、前記変位装置と前記第２部材との間に配設される緩衝材を有することが好ましい。緩衝材が配設されることで接合部材の圧入時における第２部材への機械的な負荷を抑えることができる。

部材接合方法の一実施形態の概略構成を示す図。 接合部材の一実施形態を示す部分斜視図。 （ａ）接合対象に対して挿通材が挿通される状態を模式的に示す図、（ｂ）接合対象に挿通された挿通材にドリフトピンが連結される状態を模式的に示す図、（ｃ）挿通材のフランジ部をジャッキアップする状態を模式的に示す図、（ｄ）接合対象に対してドリフトピンが圧入された状態を模式的に示す図。

図１～図３を参照して、接合部材、接合構造、接合方法、誘導装置、および、誘導方法の一実施形態について説明する。以下では、接合部材、接合構造、接合方法、誘導装置、および、誘導方法の一実施形態について、３つの木材を接合対象として接合部材で接合する場合を例に説明する。

図１に示すように、接合部材であるドリフトピン１０は、接合対象となる３つの木材である第１木材１１、第２木材１２、および、中間木材１３を接合する。第１木材１１は、ドリフトピン１０の外径と同程度の径を有する下孔である第１貫通孔１１ａを有している。第２木材１２は、ドリフトピン１０の外径と同程度の径を有する下孔である第２貫通孔１２ａを有している。中間木材１３は、ドリフトピン１０の外径と同程度の径を有する下孔である中間貫通孔１３ａを有している。ドリフトピン１０は、木材１１，１３，１２を重ね合わせた状態で位置合わせが行われた貫通孔１１ａ，１３ａ，１２ａに対して圧入されることにより木材１１，１３，１２を接合する。ドリフトピン１０の圧入は、圧入装置２０によって行われる。

図２に示すように、ドリフトピン１０は、金属からなる中実基材に対して機械加工を行うことにより作製される。ドリフトピン１０は、圧入部１５と縮径部１６とを有する。圧入部１５は、接合対象に形成された貫通孔に圧入される部分である。縮径部１６は、圧入部１５の一端に連なり、ドリフトピン１０の先端面１７に向けて縮径する部分である。縮径部１６は、例えば、ドリフトピン１０の軸方向に対して３０％～５０％の勾配を有している。

ドリフトピン１０は、先端部に係止凹部である第１連結部１８を有している。第１連結部１８は、螺条凹部であり、先端面１７に開口を有してドリフトピン１０の軸方向に沿って延びる雌ねじ部である。第１連結部１８は、メートルねじ（ＪＩＳ）であり、縮径部１６に形成されていてもよいし、縮径部１６と圧入部１５とに跨がって形成されていてもよい。圧入部１５の外径をＤ［ｍｍ］、第１連結部１８の呼び径をｄ［ｍｍ］とするとき、Ｄとｄとの組み合わせ（Ｄ，ｄ）の具体例は、（２０，１２）、（２４，１６）、（１６，１０）、（３０，２０）である。

なお、ドリフトピン１０は、圧入部１５と同じ外径を有する中実丸棒に縮径部１６と第１連結部１８とを形成する機械加工により作製されてもよいし、中実状の既製品に対して第１連結部１８を形成する機械加工により作製されてもよい。また、ドリフトピン１０は、基材に対する削り出し加工により作製されてもよい。

圧入装置２０は、貫通孔１１ａ，１３ａ，１２ａに挿通されるとともにドリフトピン１０に連結される誘導材２１と、誘導材２１をドリフトピン１０の圧入方向に変位させるジャッキ２５とで構成されている。

誘導材２１は、挿通材として機能する。誘導材２１は、誘導本体２２とフランジ部２４とを有している。誘導本体２２は、その横断面の外形形状がドリフトピン１０の圧入部１５よりも小さい棒状に形成されている。誘導本体２２は、ジャッキ２５によるドリフトピン１０の圧入時に生じる引張応力に対して十分な機械的強度を有している。誘導本体２２は、例えばドリフトピン１０よりも引っ張り強さの大きい金属で作製される。誘導本体２２の一端部には、誘導材２１の先端部として機能する第２連結部２３が形成されている。第２連結部２３は、ドリフトピン１０の先端部と誘導材２１の先端部とを突き合わせた状態で第１連結部１８に連結可能な係止凸部として機能する。第２連結部２３は、螺条凸部であり、第１連結部１８に対して螺合することで第１連結部１８に係合する雄ねじ部である。誘導本体２２は、第２連結部２３を有していればよく、全ねじ部材であってもよいし、第２連結部２３を含む一部がねじ部であってもよい。

フランジ部２４は、誘導本体２２の基端部に設けられている。フランジ部２４は、誘導本体２２の横断面方向において誘導本体２２よりも大きな外形形状を有しており、誘導本体２２との間に段差を形成する。フランジ部２４は、誘導本体２２の横断面方向における中心部分を誘導本体２２が貫通している。フランジ部２４は、ドリフトピン１０に対する誘導本体２２の締緩操作時に誘導本体２２に対して回転不能であるとよい。例えば、フランジ部２４は、誘導本体２２の基端部に溶接された金属板である。

ジャッキ２５は、変位装置として機能する。ジャッキ２５は、誘導材２１の誘導本体２２が貫通孔１１ａ，１３ａ，１２ａに挿通され、かつ、ドリフトピン１０の第１連結部１８と誘導材２１の第２連結部２３とが連結された状態において、第２木材１２を支持台として誘導材２１のフランジ部２４の複数箇所をジャッキアップするように配置される。ジャッキ２５は、ジャッキアップ時の合力方向が誘導本体２２の軸方向に沿うように、また、誘導本体２２の軸方向からの平面視においてジャッキアップ時の合力中心が誘導本体２２と重なるように配置される。ジャッキ２５の配置の際、ジャッキ２５と第２木材１２との間に緩衝材２６が配設される。ジャッキ２５によって誘導材２１がジャッキアップされることにより、誘導材２１と一体化されたドリフトピン１０が圧入方向に変位し、木材１１，１３，１２へと圧入される。ジャッキ２５は、第２木材１２を支持台として誘導材２１のフランジ部２４をジャッキアップする装置であればよい。そのため、ジャッキ２５は、パンタグラフ型のジャッキであってもよいし、ロッド伸張型のジャッキであってもよい。また、ジャッキ２５の駆動方式は、手動式、電動式、空圧式、油圧式、のいずれであってもよい。

上述したドリフトピン１０の圧入方法の作業手順の一例について説明する。なお、木材１１，１３，１２は、重ね合わせた状態での貫通孔１１ａ，１３ａ，１２ａの位置合わせが完了しているものとする。

図３（ａ）に示すように、まず、作業者は、挿通工程を行う。挿通工程において、作業者は、誘導材２１を先端部から第２木材１２の第２貫通孔１２ａに差し入れて、第２木材１２の反対側に位置する第１木材１１の第１貫通孔１１ａから誘導材２１を突出させる。

図３（ｂ）に示すように、挿通工程が完了すると、作業者は、連結工程を行う。連結工程において、作業者は、誘導材２１の第２連結部２３とドリフトピン１０の第１連結部１８とを突き合わせたのち、第１連結部１８と第２連結部２３とを螺合させて誘導材２１とドリフトピン１０とを一体化させる。

図３（ｃ）に示すように、連結工程が完了すると、作業者は、圧入工程を行う。圧入工程において、作業者は、緩衝材２６を配置したのち、第２木材１２を支持台として誘導材２１のフランジ部２４をジャッキアップするようにジャッキ２５を配置する。ジャッキ２５が作動すると、誘導材２１とともにドリフトピン１０が圧入方向へ変位する。ドリフトピン１０は、木材１１，１３，１２の貫通孔１１ａ，１３ａ，１２ａに対して縮径部１６から進入する。ジャッキ２５が作動状態にあるとき、木材１１，１３，１２には、ドリフトピン１０を圧入させる力３０と、ジャッキ２５がフランジ部２４をジャッキアップさせる力の反力であって力３０とは相反する方向の力３１とが作用する。

図３（ｄ）に示すように、ドリフトピン１０が所定の位置まで圧入されると圧入工程が完了する。圧入工程が完了すると、作業者は、脱着工程を行う。脱着工程において、作業者は、ジャッキ２５を停止させたのちジャッキ２５を別の場所へと配置する。そして作業者は、第１連結部１８と第２連結部２３との連結を解除して誘導材２１をドリフトピン１０から取り外す。これにより、ドリフトピン１０の圧入作業が完了する。貫通孔１１ａ，１３ａ，１２ａに圧入されたドリフトピン１０は、先端部である第１連結部１８が第２貫通孔１２ａの周面に圧接する位置に配置され、基端部が第１貫通孔１１ａの周面に圧接する位置に配置される。

本実施形態の効果について説明する。
（１）上記構成によれば、第１連結部１８と第２連結部２３との連結によりドリフトピン１０と誘導材２１とが突き合わされた状態で一体化される。そのため、誘導材２１のフランジ部２４と第２木材１２との間隔をジャッキ２５で拡げることにより中実状のドリフトピン１０を木材１１，１３，１２に圧入することができる。このように中実状のドリフトピン１０をジャッキ２５で圧入可能に構成することにより、機械的強度を確保するうえで必要となるドリフトピン１０の外径を小さくすることができ、一定エリアに圧入可能なドリフトピン１０の数を多くすることができる。加えて、作業者の体力的負担や施工時の衝撃音、接合対象への衝撃荷重を軽減することができる。すなわち、複数の部材を効率的に接合することができる。

（２）ジャッキ２５は、第２木材１２を支持台として誘導材２１のフランジ部２４をジャッキアップする。これにより、木材１１，１３，１２には、相反する方向の力である力３０と力３１とが木材１１，１３，１２を挟み込むように作用する。そのため、ジャッキ２５がフランジ部２４をジャッキアップする力を、ドリフトピン１０を圧入する力へと効率よく変換することができる。

（３）ジャッキ２５と第２木材１２との間に緩衝材２６が配設される。これにより、ジャッキ２５の作動時に第２木材１２に作用する機械的な負荷を抑えることができる。
（４）ドリフトピン１０は、先端面１７に向けて縮径する縮径部１６を有している。こうした構成によれば、貫通孔１１ａ，１３ａ，１２ａにドリフトピン１０が進入しやすくなる。その結果、木材１１，１３，１２へのドリフトピン１０の圧入をスムーズに行うことができる。また、ドリフトピン１０の進入にともなう木材１１，１３，１２の変形を抑えることもできる。

（５）ドリフトピン１０の第１連結部１８と誘導材２１の第２連結部２３とがねじ結合によって連結されている。こうした構成によれば、突き合わせた状態でのドリフトピン１０と誘導材２１との一体化を容易に行うことができる。

（６）第１連結部１８が雌ねじ、第２連結部２３が雄ねじで構成されている。こうした構成によれば、縮径部１６に雌ねじを設けるので、ドリフトピン１０の全長に対して圧入部１５が占める割合を大きくすることができる。これにより、木材１１，１３，１２の各々とドリフトピン１０との接触面積が大きくなることから、木材１１，１３，１２とドリフトピン１０との密着力を高めることができる。

（７）フランジ部２４は、誘導本体２２に固定されているとともに誘導本体２２よりも大きな外形形状を有している。これにより、フランジ部２４の回転操作時に誘導本体２２に発生するトルクを大きくすることができる。その結果、ドリフトピン１０の圧入後、ドリフトピン１０からの誘導材２１の脱着作業を容易に行うことができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・ジャッキ２５は、緩衝材２６を介すことなく接合対象を支持台としてもよい。

・ドリフトピン１０と誘導本体２２とのねじ結合、および、誘導本体２２とフランジ部２４とのねじ結合のうち、一方のねじ結合が正ねじ、他方のねじ結合が逆ねじであってもよい。こうした構成であれば、フランジ部２４の回転操作により誘導材２１とドリフトピン１０との取り外し作業を容易に行うことができる。

・フランジ部２４は、例えば誘導本体２２の基端部を多角形状に形成し当該基端部に嵌合する金属板、すなわち誘導本体２２からフランジ部２４を取り外し可能な金属板であってもよい。こうした構成においては、挿通工程に先立って連結工程を行うことが可能である。

・ドリフトピン１０は、圧入部１５のみで構成されてもよい。
・ドリフトピン１０は、木材同士を接合する構成に限らず、例えば、木材と金具とを接合する構成であってもよい。

上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
先端面に第１連結部を有する中実状に形成されたドリフトピンと、ドリフトピンに突き合わせた状態で第１連結部に連結可能な第２連結部を先端部に有する誘導材とを用い、第２連結部を第１連結部に連結する連結工程と、複数の部材の各々に形成された貫通孔に誘導材を挿通する挿通工程と、連結工程および挿通工程のあとに誘導材の基端部と複数の部材との間隔をジャッキで拡げる圧入工程と、を行うことにより貫通孔にドリフトピンを圧入する接合方法。

上記構成によれば、第１連結部と第２連結部との連結によりドリフトピンと誘導材とが突き合わされた状態で一体化されるため、誘導材の基端部と複数の部材との間隔をジャッキで拡げることにより中実状のドリフトピンを複数の部材に圧入することができる。このように中実状のドリフトピンをジャッキで圧入可能に構成することにより、機械的強度を確保するうえで必要となるドリフトピンの外径を小さくすることができ、一定エリアに圧入可能なドリフトピンの数を多くすることができる。加えて、作業者の体力的負担や施工時の衝撃音、部材への衝撃荷重を軽減することができる。

ドリフトピンが先端面に向けて縮径する縮径部を有する。この構成によれば、縮径部によりドリフトピンが貫通孔に進入しやすくなる。
第１連結部と第２連結部とがねじ結合によって連結される。この構成によれば、第１連結部と第２連結部との連結を容易に行うことができる。

第１連結部が雌ねじであり、第２連結部が雄ねじである。この構成によれば、第１連結部が雌ねじであるので、ドリフトピンの長さ方向において、全長に対して接合対象との接触部分の割合を大きくすることができる。これにより、接合対象と該接合対象に圧入されたドリフトピンとの接触面積が大きくなることから、接合対象とドリフトピンとの密着力を高めることができる。

係止凹部と係止凸部との係合は、ねじによる係合に限らず、例えば、係止凹部の内周面に形成された溝部に対して、係止凸部の外周面に形成されて該外周面に対して出没操作可能な係止爪が係合する構成であってもよい。

１０…接合部材としてのドリフトピン、１１…第１部材としての第１木材、１１ａ…第１貫通孔、１２…第２部材としての第２木材、１２ａ…第２貫通孔、１３…中間木材、１３ａ…中間貫通孔、１５…圧入部、１６…縮径部、１７…先端面、１８…係止凹部としての第１連結部、２０…圧入装置、２１…圧入装置を構成する挿通材としての誘導材、２２…誘導本体、２３…係止凸部としての第２連結部、２４…フランジ部、２５…圧入装置を構成する変位装置としてのジャッキ、２６…緩衝材としての養生材、３０，３１…力。

Claims (5)

1. 第１木材に形成された第１貫通孔と第２木材に形成された第２貫通孔とに圧入されることにより前記第１木材と前記第２木材とを打撃による圧入より作業者負担や環境への影響を抑制できるように接合する接合部材であって、
   前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔内に圧入される圧入部と、
   前記圧入部に連なり、端面に向けて縮径する縮径部と、
   前記端面に、前記接合部材を引っ張る誘導材を螺合させる係止凹部と、を有する中実棒状の接合部材。
2. 第１木材と第２木材とを接合部材で打撃による圧入より作業者負担や環境への影響を抑制できるように接合した接合構造であって、
   前記第１木材は、前記第１木材と前記第２木材とを接合する方向に延びる第１貫通孔を有し、
   前記第２木材は、前記接合する方向に延びる第２貫通孔を有し、
   前記接合部材は、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔内に圧入される圧入部と、前記圧入部に連なり、端面に向けて縮径する縮径部と、前記端面に、前記接合部材を引っ張る誘導材を螺合させる係止凹部と、を有する中実棒状をなしており、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とに圧入された状態で前記第１木材と前記第２木材とを接合している
   接合構造。
3. 第１木材に形成された第１貫通孔と第２木材に形成された第２貫通孔とに対して接合部材を圧入装置で圧入することにより前記第１木材と前記第２木材とを打撃による圧入より作業者負担や環境への影響を抑制できるように接合する接合方法であって、
   前記接合部材は、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔内に圧入される圧入部と、前記圧入部に連なり、端面に向けて縮径する縮径部と、前記端面に、前記接合部材を引っ張る誘導材を螺合させる係止凹部と、を有する中実棒状をなしており、
   前記係止凹部に係合する係止凸部を先端部に有する誘導材の係止凸部と、前記係止凹部とを係合する係合工程と、が行われたのち、
   前記誘導材の基端部と前記第１木材および前記第２木材との間隔を拡げることにより前記接合部材を引っ張る
   接合方法。
4. 第１木材に形成された第１貫通孔と第２木材に形成された第２貫通孔とにおいて、接合部材を誘導させる誘導装置であって、
   前記接合部材は、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔内に圧入される圧入部と、前記圧入部に連なり、端面に向けて縮径する縮径部と、前記端面に、前記接合部材を引っ張る誘導材を螺合させる係止凹部と、を有する中実棒状をなしており、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とに圧入されることにより前記第１木材と前記第２木材とを打撃による圧入より作業者負担や環境への影響を抑制できるように接合し、
   前記誘導装置は、
   前記係止凹部に係合する係止凸部を先端部に有する誘導材と、
   前記誘導材を、前記誘導材の基端部と前記第１木材および前記第２木材との間隔を拡げる方向へ変位させる変位装置と、を備える
   誘導装置。
5. 第１木材に形成された第１貫通孔と第２木材に形成された第２貫通孔とにおいて、接合部材を打撃による圧入より作業者負担や環境への影響を抑制できるように誘導する方法であって、
   前記接合部材は、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔内に圧入される圧入部と、前記圧入部に連なり、端面に向けて縮径する縮径部と、前記端面に、前記接合部材を引っ張る誘導材を螺合させる係止凹部と、を有する中実棒状をなしており、
   前記係止凹部に係合する係止凸部を先端部に有する誘導材の係止凸部と、前記係止凹部とを係合する係合工程と、が行われたのち、
   前記誘導材の基端部と前記第１木材および前記第２木材との間隔を拡げることにより前記接合部材を引っ張る
   誘導方法。