連結構造
【課題】
ホゾパイプと固定具で連結された二部材に引張荷重が作用した際、固定具による部材のヒビ割れを抑制可能な連結構造を提供すること。
【解決手段】
一方材１１と他方材２１との境界面から対向して延びる軸孔１３、２３に差し込まれるホゾパイプ３１と、一方材１１および他方材２１に設けた側孔１７、２７に差し込まれ且つホゾパイプ３１の側周面に設けたピン孔３２を貫通するドリフトピン３４などの固定具と、を用いた一方材１１と他方材２１との連結構造において、一方材１１と他方材２１には、ホゾパイプ３１とほぼ平行またはほぼ直角にラグスクリュー３５をねじ込む。これによって部材を強化でき、二部材に引張荷重が作用した際も、固定具による部材のヒビ割れを抑制でき、連結構造の許容耐力が向上して、建築物などの安全性も一段と向上する。
ホゾパイプと固定具で連結された二部材に引張荷重が作用した際、固定具による部材のヒビ割れを抑制可能な連結構造を提供すること。
【解決手段】
一方材１１と他方材２１との境界面から対向して延びる軸孔１３、２３に差し込まれるホゾパイプ３１と、一方材１１および他方材２１に設けた側孔１７、２７に差し込まれ且つホゾパイプ３１の側周面に設けたピン孔３２を貫通するドリフトピン３４などの固定具と、を用いた一方材１１と他方材２１との連結構造において、一方材１１と他方材２１には、ホゾパイプ３１とほぼ平行またはほぼ直角にラグスクリュー３５をねじ込む。これによって部材を強化でき、二部材に引張荷重が作用した際も、固定具による部材のヒビ割れを抑制でき、連結構造の許容耐力が向上して、建築物などの安全性も一段と向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木造建築などにおいて、棒状の二部材をつなぐ連結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
木造建築を始めとする各種の木構造において、棒状の二部材を引き寄せて連結する箇所は極めて多い。二部材を連結する場合、荷重条件が緩い箇所であれば、釘や接着剤だけを用いた簡素な方法も可能だが、建築物の骨格などであれば、強度を確保するためホゾを加工するなどの対策が必要になる。例えば土台の上面に柱を据え付ける場合、柱の水平移動を防止するため、柱の下端面の中央にホゾを加工して、対する土台の上面にホゾ穴を加工して、双方を嵌め合わせている。このようなホゾを用いる方法は古くから知られているが、部材の断面欠損による強度の低下や、施工時に調整を要するなどの課題があり、近年は各種金物を用いることも多い。
【０００３】
二部材の端面同士を接触させて直線状に連結する場合や、一方の部材の側面に他方の部材の端面を接触させてＴ字状やＬ字状に連結する場合、前記のようなホゾとホゾ穴の代替としてホゾパイプを用いることがある。ホゾパイプは、従来のホゾと同等の機能を担うもので、鋼管を所定の長さに切り出しただけの単純な形状で、その側周面には複数のピン孔を形成してある。なお連結される二部材には、あらかじめ接触面を貫通する軸孔を加工しておき、この中にホゾパイプを埋め込む。
【０００４】
ホゾパイプの使用例を図８に示す。この図では、横材と下柱をＴ字状に連結する箇所と、下柱と上柱を一直線に連結する箇所にホゾパイプを使用しており、各部材には、ホゾパイプと同径の軸孔を加工してある。さらにホゾパイプと部材を一体化するため、部材の側面からホゾパイプのピン孔にドリフトピンを打ち込んでいる。そのため部材の側面には、反対面に貫通する側孔を加工してある。なおドリフトピンは、鋼製の丸棒を所定の長さに切り出したもので、また側孔は、ピン孔に応じた位置に加工してあり、しかもドリフトピンを摩擦だけで保持できる内径としてある。
【０００５】
ホゾパイプに関する先行技術の例としては、下記特許文献が挙げられる。文献１では、木造住宅において、筋違を横架材に高強度で固定する際に用いる固定金物が開示されている。この固定金物は、ほぞパイプと取付プレートを溶接で一体化した構成で、取付プレートを横長形状とすることで、柱と筋違を一体的に固定可能で、強度や施工性に優れている。
【０００６】
また文献２では、柱の負担を軽減することを目的として、木造軸組構造における筋かい金物取付け構造が開示されている。この技術は、筋かいに引張荷重が作用した際、木製柱に及ぶ力学的負担を軽減することを目的としており、木製柱の内部に埋め込まれたホゾパイプと、木製土台と木製柱との角部に配置された三角形状の筋かい取付け金物と、を複数のボルトで連結している。筋かい取付け金物は、ボルトを介してホゾパイプに連結されており、筋かいに作用した引張荷重は、ホゾパイプの全域を介して木製柱に受け止められ、柱に加わる応力が軽減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１０６０７３号公報
【特許文献２】特開２００８−２９７８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ホゾパイプは、汎用の鋼管を所定の長さに切り出した後、側周面にピン孔を形成しただけの単純な形状であり、溶接作業などが不要で製造費用を抑制でき、しかも引張荷重やせん断荷重に対して十分な強度を確保できる。なお柱などの部材には、あらかじめ軸孔や側孔を加工する必要があるが、これらは汎用のドリルでも対応でき、加工費用や作業性に問題はなく、さらに現地での施工作業も容易である。
【０００９】
しかしホゾパイプと部材は、ドリフトピンやボルトなど棒状の固定具だけで一体化している。そのため、連結された二部材に引張荷重が作用した際、固定具がこの荷重を一手に受け止めて部材を引き裂こうとする。その結果、図８のように、側孔を基点として部材の長手方向（木目の方向）にヒビ割れが発生しやすく、これが限度を超えて成長すると部材が破損する恐れもある。この点は、ドリフトピンの本数や直径を増やすことで改善できるが、部材の厚さや断面形状などの制約から対応が難しい場合もある。
【００１０】
このような要因から、ホゾパイプを用いた連結構造を設計する際は、ドリフトピンなどの固定具による部材のヒビ割れを考慮して許容耐力を決めることが多い。そのため、ヒビ割れの発生や成長を抑制できるならば、連結構造の許容耐力を向上でき、建築物の安全性も一段と向上することが期待できる。また許容耐力に十分な余裕があれば、より小断面の部材を使用して、構造物の軽量化や小形化も実現できる。
【００１１】
本発明はこうした実情を基に開発されたもので、ホゾパイプと固定具で連結された二部材に引張荷重が作用した際、固定具による部材のヒビ割れを抑制可能な連結構造の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、一方材と他方材との境界面から対向して延びる軸孔に差し込まれるホゾパイプと、前記一方材および前記他方材に設けた側孔に差し込まれ且つ前記ホゾパイプの側周面に設けたピン孔を貫通する固定具と、を備え、前記一方材および前記他方材には、前記ホゾパイプと略平行または略直角にラグスクリューをねじ込んでいることを特徴とする連結構造である。
【００１３】
本発明は、木造建築を始めとする各種の木構造において、横材と柱など、棒状の二部材を連結するためのもので、便宜上、連結される二部材のうち一方を一方材と称し、残る一方を他方材と称するものとする。なお一方材と他方材のいずれとも、集成材を含む木質素材とする。また一方材と他方材は、必ず面接触しているが、その配置は自在であり、二部材がＴ字状やＬ字状になる場合のほか、二部材の端面同士が接触して直線状になる場合もあり、さらに一方材の側面から斜方向に他方材が突出する場合もある。
【００１４】
ホゾパイプは、鋼管を切り出したもので従来と何ら変わりがなく、一方材と他方材を跨ぐように埋め込まれる。そのため一方材と他方材には、ホゾパイプを埋め込むための軸孔をあらかじめ加工しておく。当然ながら軸孔は、二部材を正しく配置した際、同心にそろう必要があり、しかもホゾパイプと同径として隙間が生じないようにする。そのほかホゾパイプは、文字通り中空状であるが、強度などとの兼ね合いで中実の丸棒状とすることもできる。なおホゾパイプを軸孔に埋め込んだだけでは、引張荷重に対抗できない。そのため一方材と他方材のいずれにも、ドリフトピンなどの固定具を差し込んでいる。
【００１５】
固定具は、鋼製の細長い棒状で、部材とホゾパイプを一体化する機能を担い、部材の側面に加工してある側孔に差し込む。固定具の具体例としては、ドリフトピンやボルトが挙げられる。側孔に差し込まれた固定具は、ホゾパイプを貫通する必要があり、ホゾパイプの側周面には製造段階でピン孔を形成してある。なおドリフトピンは、側孔との摩擦だけで部材の内部に保持される。またボルトを使用する場合、その先端を反対面に貫通させてナットを取り付ける。
【００１６】
固定具は、一方材と他方材のそれぞれに一本だけ使用することも有り得るが、通常は各部材に対して複数本を使用する。また全ての固定具を平行にそろえることは稀であり、通常は隣接する固定具を直角に配置して、荷重を広範囲に分散させる。
【００１７】
ラグスクリューは、汎用の木ネジを大形化したもので、側周面には螺旋状に延びるネジ部を形成してあり、従来から木造建築などで使用されている。ネジ部が部材の中に食い込むことで木質繊維の移動を規制して、ヒビ割れの発生や成長を抑制できる。本発明は、このようなラグスクリューの特徴を利用して、連結構造の耐力を向上するものである。なおラグスクリューの使用数やねじ込み方法は自在であり、二部材を貫通するようにねじ込む場合もあれば、二部材を貫通させない場合もある。ただしラグスクリューは、施工性や効果を考慮して、ホゾパイプとほぼ平行またはほぼ直角にねじ込むものとする。
【００１８】
ラグスクリューをねじ込むことで部材が強化され、二部材に過大な引張荷重が作用した際も、ドリフトピンなどの固定具によって部材が引き裂かれることを防止でき、連結構造の耐力が向上する。なお二部材を貫通するようにラグスクリューをねじ込んだ場合、ホゾパイプや固定具に作用する負荷が軽減され、一段と連結構造の耐力が向上する。
【００１９】
請求項２記載の発明は、二部材の配置やラグスクリューのねじ込み方法を限定するもので、一方材の側面と他方材の端面が接触しており、ラグスクリューは、ホゾパイプと略平行しており且つ一方材の側面から他方材に向けてねじ込んであり、該ラグスクリューのネジ部は、一方材と他方材の両方に跨っていることを特徴とする。本発明は、一方材の側面に他方材の端面が接触するＴ字状またはＬ字状の連結構造を想定しており、一方材側の軸孔は側面に加工するが、他方材側は端面に加工する。なお他方材の端面を斜方向に切断することで、他方材を斜方向に突出させることもできる。
【００２０】
ラグスクリューは、一方材の各側面のうち、他方材と接触する面の反対からねじ込み、その先端側は、一方材と他方材の境界を通り過ぎて他方材に到達させる。したがってホゾパイプとラグスクリューは、ほぼ平行に並び、二部材に引張荷重が作用した際は、ラグスクリューもこの荷重を受け止める。なお、ラグスクリューのねじ込みを終えた際、そのネジ部は、一方材と他方材の両方に跨っているものとする。そのため部材の経年変形でラグスクリューに緩みが生じることはない。
【００２１】
請求項３記載の発明も、二部材の配置やラグスクリューのねじ込み方法を限定するもので、一方材と他方材の端面同士が接触して略直線状に並んでおり、ラグスクリューは、ホゾパイプおよび固定具のいずれとも略直角にねじ込んであり且つ固定具から見て一方材と他方材との境界側に位置することを特徴とする。本発明は、一方材と他方材の端面同士が接触して直線状に並ぶことを想定しているが、部材の端面を斜方向に切断して若干の交角を持たせることもできる。このように二部材を直線状に並べる場合、これらを貫通するようにラグスクリューをねじ込むことが難しい。そのためラグスクリューは、部材の側面からホゾパイプに対してほぼ直角にねじ込むことを想定しており、対向する部材に到達することはない。
【００２２】
さらにラグスクリューは、単純に一方材や他方材の側面にねじ込む訳ではなく、特定の固定具に対して直角にねじ込み、しかもその固定具から見て、干渉しない程度の距離を空けて二部材の境界面側に位置するものとする。なお一本の部材に複数の固定具を差し込んでいる場合、全ての固定具に対して、この要領でラグスクリューをねじ込むこともできるが、一部の固定具に限定することもできる。
【００２３】
このように、固定具に隣接してラグスクリューをねじ込むことで、固定具の近傍を重点的に強化できる。そのため二部材に引張荷重が作用した際も、固定具による部材のヒビ割れを抑制できる。しかも過大な引張荷重によって固定具が移動した際は、ラグスクリューが固定具と接触して、それ以上の移動を押さえ込み、連結構造の破損を防止できる。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１記載の発明のように、面接触している二部材の境界を跨ぐようにホゾパイプを埋め込み、さらにドリフトピンなどの固定具でホゾパイプと部材を一体化する連結構造において、部材にラグスクリューをねじ込むことで、部材を強化できる。そのため、二部材に引張荷重が作用した際、固定具による部材のヒビ割れを抑制でき、連結構造の許容耐力が向上する。これによって建築物などの安全性も一段と向上するほか、許容耐力に十分な余裕がある場合、より小断面の部材を使用して、構造物の軽量化や小形化を実現できる。なおラグスクリューは、汎用品を使用可能で、しかも下孔を加工するだけでねじ込み可能で、作業性や費用面でも優れている。
【００２５】
請求項２記載の発明のように、一方材と他方材をＴ字状やＬ字状に連結する構造において、ホゾパイプとほぼ平行して二部材を貫通するようにラグスクリューをねじ込むことで、ホゾパイプのほか、ラグスクリューでも二部材が連結され、強度が向上する。
【００２６】
請求項３記載の発明のように、一方材と他方材の端面同士を接触させて直線状に連結する構造において、固定具に隣接してラグスクリューをねじ込むことで、固定具の近傍を重点的に強化でき、二部材に引張荷重が作用した際も、ヒビ割れの発生や成長を抑制できる。しかも過大な引張荷重によって固定具が移動した際は、ラグスクリューが固定具と接触して、それ以上の移動を押さえ込み、連結構造の破損を極限まで引き延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による連結構造の形状例を示す斜視図で、横材と柱をＴ字状に連結している。
【図２】図１の横材と柱を連結した後の斜視図と、その中央部の縦断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線を切断線とした縦断面図である。
【図４】垂直方向に並ぶ下部材と上部材の連結構造を示す斜視図である。
【図５】図４の下部材と上部材を連結した後の縦断面図と、その際のラグスクリューなどの配置を示す斜視図である。
【図６】横材と斜材の連結構造を示す斜視図で、横材の上面から斜め上方に斜材が突出している。
【図７】本発明の使用例を示す斜視図で、下弦材と上弦材と縦材と筋交いでトラスを構成している。
【図８】ホゾパイプとドリフトピンを用いた一般的な連結構造の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明による連結構造の形状例を示している。この連結構造は、水平に配置した横材１１の上面に柱２１を載せたＴ字状であり、横材１１を一方材として、柱２１を他方材とする。そして横材１１と柱２１を連結するため、双方の境界を跨ぐようにホゾパイプ３１を埋め込み、さらに横材１１と柱２１のそれぞれをホゾパイプ３１と一体化するため、双方の側面から固定具を打ち込んでいる。
【００２９】
ホゾパイプ３１は、鋼製のパイプを所定の長さに切り出して、その側周面を貫通するピン孔３２を複数組形成したもので、図では直交する二方向に計六組のピン孔３２を形成してある。またホゾパイプ３１を埋め込むため、横材１１の上面には裏側に貫通する軸孔１３を加工してあり、対する柱２１の下面中央には長手方向に延びる軸孔２３を加工してあり、両軸孔１３、２３でホゾパイプ３１の全体を埋め込むことができる。なお軸孔１３、２３の内径とホゾパイプ３１の外径は等しく、ホゾパイプ３１を埋め込んだ際、双方は隙間なく密着する。
【００３０】
ホゾパイプ３１を横材１１や柱２１と一体化するための固定具には、ドリフトピン３４を使用している。ドリフトピン３４は、鋼製の単純な丸棒であり、横材１１や柱２１の側面に加工してある側孔１７、２７に打ち込まれて、摩擦だけで保持される。ドリフトピン３４は、ホゾパイプ３１のピン孔３２を貫通するように打ち込む必要があり、側孔１７、２７は軸孔１３、２３と交差して反対面に達している。
【００３１】
ラグスクリュー３５は、一般的な木ネジを大形化したもので、ドライバーなどの工具を掛けるための頭部３６と、側周面に螺旋状のネジが形成されたネジ部３７などで構成され、横材１１の下面から柱２１に向けてねじ込まれる。ただしネジ部３７の外径は、最低でも８ｍｍ程度であり、横材１１と柱２１にはあらかじめ下孔１５、２５を加工してある。当然ながら双方の下孔１５、２５は、同心にそろう必要がある。なおこの図では四本のラグスクリュー３５を使用しており、下孔１５、２５も四組加工してある。
【００３２】
図２は、図１の横材１１と柱２１を連結した後の状態と、その中央部の縦断面を示している。ホゾパイプ３１は、全体が横材１１と柱２１の中に埋め込まれており、ドリフトピン３４の端面だけが側孔１７、２７の中に現れている。またラグスクリュー３５は、頭部３６を除く全体が横材１１と柱２１の中に埋め込まれており、部材の表面に現れる部品が少なく、後工程で壁材や付属品などを自在に取り付けることができる。さらに縦断面図のように、ホゾパイプ３１は、横材１１と柱２１のいずれとも隙間なく埋め込まれており、水平荷重を円滑に伝達できる。なおホゾパイプ３１のピン孔３２は計六組だが、下から二番目のものは、構造上、ドリフトピン３４を打ち込んでいない。
【００３３】
図３は、図２のＢ−Ｂ線を切断線とした縦断面である。この図は、柱２１を対角線上で切断しており、柱２１の幅が図２の縦断面図よりも約１．４倍長くなっている。またラグスクリュー３５は、頭部３６を除くほぼ全域がネジ部３７となっており、ねじ込みを終えた際、ネジ部３７は横材１１と柱２１を跨いでいる。そのため横材１１が乾燥などで収縮して、頭部３６が浮き上がった際も、二部材を緩むことなく連結できる。ただしネジ部３７が横材１１と柱２１を跨ぐため、ねじ込みの際、柱２１を横材１１に引き寄せることができない。そのため施工時は、まずホゾパイプ３１とドリフトピン３４で横材１１と柱２１を密着させた後、ラグスクリュー３５をねじ込む。
【００３４】
図４は、垂直方向に並ぶ下部材１２と上部材２２の連結構造である。この連結構造は、下部材１２と上部材２２の端面同士を接触させて長尺化するもので、下部材１２を一方材として、上部材２２を他方材とする。下部材１２と上部材２２は、横断面形状が等しい角棒であり、下部材１２の上端面の中央と、上部材２２の下端面の中央には、長手方向に延びる軸孔１３、２３を加工してあり、この中にホゾパイプ３１を埋め込み、さらに両部材の側面からドリフトピン３４を打ち込み、双方を一体化している。
【００３５】
このように二部材の端面同士が接触する連結構造において、その境界に向けてラグスクリュー３８をねじ込むには、斜方向に下孔１５、２５を加工する必要がある。しかしこの加工は、作業性が悪く精度の確保も難しい。さらにねじ込み後、ラグスクリュー３８の頭部３６が部材から大きく突出する。この点を解消するため本発明では、ラグスクリュー３８をホゾパイプ３１に対して直角にねじ込んでいる。ただし単純にねじ込んでいる訳ではなく、ドリフトピン３４の移動を規制できるよう、下孔１５、２５は、側孔１７、２７と対になるように設けている。
【００３６】
下孔１５、２５は、対になる側孔１７、２７と直角に加工してあり、しかもその側孔１７、２７から見て、二部材の境界側に位置している。なお対になる下孔１５、２５と側孔１７、２７は、干渉しない程度に接近させている。この図では、ホゾパイプ３１との兼ね合いから、一箇所の側孔１７、２７に対して二箇所に下孔１５、２５を加工してある。また下部材１２と上部材２２のいずれとも、側孔１７、２７を三箇所に加工してあるが、その全てに対して下孔１５、２５を加工して、ラグスクリュー３８をねじ込んでいる。
【００３７】
図５は、図４の下部材１２と上部材２２を連結した後の縦断面と、その際のラグスクリュー３８などの配置を示している。下部材１２と上部材２２は、ホゾパイプ３１とドリフトピン３４で連結されており、またドリフトピン３４と交差するようにラグスクリュー３８をねじ込んでいる。そのため右下の斜視図のように、ラグスクリュー３８は、ドリフトピン３４の移動を規制するような配置となっており、二部材に引張荷重が作用した際も、ドリフトピン３４で部材を引き裂くことは困難である。さらに過大な引張荷重によってドリフトピン３４が移動した際は、ラグスクリュー３８と接触することで、それ以上の移動を強固に規制する。
【００３８】
図６は、横材１１と斜材２９の連結構造である。図１の連結構造は、横材１１と柱２１をＴ字状に連結しているが、この図のように、斜め上方に延びる斜材２９を連結することもできる。なおこの図では、横材１１を一方材として、斜材２９を他方材とする。斜材２９の下端面は、斜方向に切断してあり、この面を横材１１の上面に接触させると、斜材２９は斜め上方に突出する。またホゾパイプ３１を埋め込む軸孔１３、２３は、斜材２９の長手方向に加工してある訳ではなく、垂直方向に加工してある。そのため軸孔２３は、斜材２９を貫通しないよう、図のやや右寄りに加工してある。同様にラグスクリュー３５は、斜材２９を貫通しないよう、図のやや右寄りに二本だけをねじ込んでいる。そのほか固定具にはボルト３９を使用しており、これを側孔１７、２７に差し込んだ後、その先端にナット３３を螺合する。
【００３９】
図７は、本発明の使用例を示している。本発明は、Ｔ字状や直線状など、様々な位置関係の二部材を連結可能で、この図のようなトラスを組む際も、全面的に使用可能である。下弦材４１と上弦材４２は、図４と同じ構造で複数の部材を直線状に連結したもので、また下弦材４１と上弦材４２を結ぶ縦材４３の両端は、図１と同じ構造でＴ字状に連結してある。さらに筋交い４４は、図６と同じ構造で連結してある。
【符号の説明】
【００４０】
１１ 横材（一方材）
１２ 下部材（一方材）
１３ 軸孔
１５ 下孔
１７ 側孔
２１ 柱（他方材）
２２ 上部材（他方材）
２３ 軸孔
２５ 下孔
２７ 側孔
２９ 斜材（他方材）
３１ ホゾパイプ
３２ ピン孔
３３ ナット
３４ ドリフトピン（固定具）
３５ ラグスクリュー
３６ 頭部
３７ ネジ部
３８ ラグスクリュー
３９ ボルト（固定具）
４１ 下弦材
４２ 上弦材
４３ 縦材
４４ 筋交い
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木造建築などにおいて、棒状の二部材をつなぐ連結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
木造建築を始めとする各種の木構造において、棒状の二部材を引き寄せて連結する箇所は極めて多い。二部材を連結する場合、荷重条件が緩い箇所であれば、釘や接着剤だけを用いた簡素な方法も可能だが、建築物の骨格などであれば、強度を確保するためホゾを加工するなどの対策が必要になる。例えば土台の上面に柱を据え付ける場合、柱の水平移動を防止するため、柱の下端面の中央にホゾを加工して、対する土台の上面にホゾ穴を加工して、双方を嵌め合わせている。このようなホゾを用いる方法は古くから知られているが、部材の断面欠損による強度の低下や、施工時に調整を要するなどの課題があり、近年は各種金物を用いることも多い。
【０００３】
二部材の端面同士を接触させて直線状に連結する場合や、一方の部材の側面に他方の部材の端面を接触させてＴ字状やＬ字状に連結する場合、前記のようなホゾとホゾ穴の代替としてホゾパイプを用いることがある。ホゾパイプは、従来のホゾと同等の機能を担うもので、鋼管を所定の長さに切り出しただけの単純な形状で、その側周面には複数のピン孔を形成してある。なお連結される二部材には、あらかじめ接触面を貫通する軸孔を加工しておき、この中にホゾパイプを埋め込む。
【０００４】
ホゾパイプの使用例を図８に示す。この図では、横材と下柱をＴ字状に連結する箇所と、下柱と上柱を一直線に連結する箇所にホゾパイプを使用しており、各部材には、ホゾパイプと同径の軸孔を加工してある。さらにホゾパイプと部材を一体化するため、部材の側面からホゾパイプのピン孔にドリフトピンを打ち込んでいる。そのため部材の側面には、反対面に貫通する側孔を加工してある。なおドリフトピンは、鋼製の丸棒を所定の長さに切り出したもので、また側孔は、ピン孔に応じた位置に加工してあり、しかもドリフトピンを摩擦だけで保持できる内径としてある。
【０００５】
ホゾパイプに関する先行技術の例としては、下記特許文献が挙げられる。文献１では、木造住宅において、筋違を横架材に高強度で固定する際に用いる固定金物が開示されている。この固定金物は、ほぞパイプと取付プレートを溶接で一体化した構成で、取付プレートを横長形状とすることで、柱と筋違を一体的に固定可能で、強度や施工性に優れている。
【０００６】
また文献２では、柱の負担を軽減することを目的として、木造軸組構造における筋かい金物取付け構造が開示されている。この技術は、筋かいに引張荷重が作用した際、木製柱に及ぶ力学的負担を軽減することを目的としており、木製柱の内部に埋め込まれたホゾパイプと、木製土台と木製柱との角部に配置された三角形状の筋かい取付け金物と、を複数のボルトで連結している。筋かい取付け金物は、ボルトを介してホゾパイプに連結されており、筋かいに作用した引張荷重は、ホゾパイプの全域を介して木製柱に受け止められ、柱に加わる応力が軽減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１０６０７３号公報
【特許文献２】特開２００８−２９７８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ホゾパイプは、汎用の鋼管を所定の長さに切り出した後、側周面にピン孔を形成しただけの単純な形状であり、溶接作業などが不要で製造費用を抑制でき、しかも引張荷重やせん断荷重に対して十分な強度を確保できる。なお柱などの部材には、あらかじめ軸孔や側孔を加工する必要があるが、これらは汎用のドリルでも対応でき、加工費用や作業性に問題はなく、さらに現地での施工作業も容易である。
【０００９】
しかしホゾパイプと部材は、ドリフトピンやボルトなど棒状の固定具だけで一体化している。そのため、連結された二部材に引張荷重が作用した際、固定具がこの荷重を一手に受け止めて部材を引き裂こうとする。その結果、図８のように、側孔を基点として部材の長手方向（木目の方向）にヒビ割れが発生しやすく、これが限度を超えて成長すると部材が破損する恐れもある。この点は、ドリフトピンの本数や直径を増やすことで改善できるが、部材の厚さや断面形状などの制約から対応が難しい場合もある。
【００１０】
このような要因から、ホゾパイプを用いた連結構造を設計する際は、ドリフトピンなどの固定具による部材のヒビ割れを考慮して許容耐力を決めることが多い。そのため、ヒビ割れの発生や成長を抑制できるならば、連結構造の許容耐力を向上でき、建築物の安全性も一段と向上することが期待できる。また許容耐力に十分な余裕があれば、より小断面の部材を使用して、構造物の軽量化や小形化も実現できる。
【００１１】
本発明はこうした実情を基に開発されたもので、ホゾパイプと固定具で連結された二部材に引張荷重が作用した際、固定具による部材のヒビ割れを抑制可能な連結構造の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、一方材と他方材との境界面から対向して延びる軸孔に差し込まれるホゾパイプと、前記一方材および前記他方材に設けた側孔に差し込まれ且つ前記ホゾパイプの側周面に設けたピン孔を貫通する固定具と、を備え、前記一方材および前記他方材には、前記ホゾパイプと略平行または略直角にラグスクリューをねじ込んでいることを特徴とする連結構造である。
【００１３】
本発明は、木造建築を始めとする各種の木構造において、横材と柱など、棒状の二部材を連結するためのもので、便宜上、連結される二部材のうち一方を一方材と称し、残る一方を他方材と称するものとする。なお一方材と他方材のいずれとも、集成材を含む木質素材とする。また一方材と他方材は、必ず面接触しているが、その配置は自在であり、二部材がＴ字状やＬ字状になる場合のほか、二部材の端面同士が接触して直線状になる場合もあり、さらに一方材の側面から斜方向に他方材が突出する場合もある。
【００１４】
ホゾパイプは、鋼管を切り出したもので従来と何ら変わりがなく、一方材と他方材を跨ぐように埋め込まれる。そのため一方材と他方材には、ホゾパイプを埋め込むための軸孔をあらかじめ加工しておく。当然ながら軸孔は、二部材を正しく配置した際、同心にそろう必要があり、しかもホゾパイプと同径として隙間が生じないようにする。そのほかホゾパイプは、文字通り中空状であるが、強度などとの兼ね合いで中実の丸棒状とすることもできる。なおホゾパイプを軸孔に埋め込んだだけでは、引張荷重に対抗できない。そのため一方材と他方材のいずれにも、ドリフトピンなどの固定具を差し込んでいる。
【００１５】
固定具は、鋼製の細長い棒状で、部材とホゾパイプを一体化する機能を担い、部材の側面に加工してある側孔に差し込む。固定具の具体例としては、ドリフトピンやボルトが挙げられる。側孔に差し込まれた固定具は、ホゾパイプを貫通する必要があり、ホゾパイプの側周面には製造段階でピン孔を形成してある。なおドリフトピンは、側孔との摩擦だけで部材の内部に保持される。またボルトを使用する場合、その先端を反対面に貫通させてナットを取り付ける。
【００１６】
固定具は、一方材と他方材のそれぞれに一本だけ使用することも有り得るが、通常は各部材に対して複数本を使用する。また全ての固定具を平行にそろえることは稀であり、通常は隣接する固定具を直角に配置して、荷重を広範囲に分散させる。
【００１７】
ラグスクリューは、汎用の木ネジを大形化したもので、側周面には螺旋状に延びるネジ部を形成してあり、従来から木造建築などで使用されている。ネジ部が部材の中に食い込むことで木質繊維の移動を規制して、ヒビ割れの発生や成長を抑制できる。本発明は、このようなラグスクリューの特徴を利用して、連結構造の耐力を向上するものである。なおラグスクリューの使用数やねじ込み方法は自在であり、二部材を貫通するようにねじ込む場合もあれば、二部材を貫通させない場合もある。ただしラグスクリューは、施工性や効果を考慮して、ホゾパイプとほぼ平行またはほぼ直角にねじ込むものとする。
【００１８】
ラグスクリューをねじ込むことで部材が強化され、二部材に過大な引張荷重が作用した際も、ドリフトピンなどの固定具によって部材が引き裂かれることを防止でき、連結構造の耐力が向上する。なお二部材を貫通するようにラグスクリューをねじ込んだ場合、ホゾパイプや固定具に作用する負荷が軽減され、一段と連結構造の耐力が向上する。
【００１９】
請求項２記載の発明は、二部材の配置やラグスクリューのねじ込み方法を限定するもので、一方材の側面と他方材の端面が接触しており、ラグスクリューは、ホゾパイプと略平行しており且つ一方材の側面から他方材に向けてねじ込んであり、該ラグスクリューのネジ部は、一方材と他方材の両方に跨っていることを特徴とする。本発明は、一方材の側面に他方材の端面が接触するＴ字状またはＬ字状の連結構造を想定しており、一方材側の軸孔は側面に加工するが、他方材側は端面に加工する。なお他方材の端面を斜方向に切断することで、他方材を斜方向に突出させることもできる。
【００２０】
ラグスクリューは、一方材の各側面のうち、他方材と接触する面の反対からねじ込み、その先端側は、一方材と他方材の境界を通り過ぎて他方材に到達させる。したがってホゾパイプとラグスクリューは、ほぼ平行に並び、二部材に引張荷重が作用した際は、ラグスクリューもこの荷重を受け止める。なお、ラグスクリューのねじ込みを終えた際、そのネジ部は、一方材と他方材の両方に跨っているものとする。そのため部材の経年変形でラグスクリューに緩みが生じることはない。
【００２１】
請求項３記載の発明も、二部材の配置やラグスクリューのねじ込み方法を限定するもので、一方材と他方材の端面同士が接触して略直線状に並んでおり、ラグスクリューは、ホゾパイプおよび固定具のいずれとも略直角にねじ込んであり且つ固定具から見て一方材と他方材との境界側に位置することを特徴とする。本発明は、一方材と他方材の端面同士が接触して直線状に並ぶことを想定しているが、部材の端面を斜方向に切断して若干の交角を持たせることもできる。このように二部材を直線状に並べる場合、これらを貫通するようにラグスクリューをねじ込むことが難しい。そのためラグスクリューは、部材の側面からホゾパイプに対してほぼ直角にねじ込むことを想定しており、対向する部材に到達することはない。
【００２２】
さらにラグスクリューは、単純に一方材や他方材の側面にねじ込む訳ではなく、特定の固定具に対して直角にねじ込み、しかもその固定具から見て、干渉しない程度の距離を空けて二部材の境界面側に位置するものとする。なお一本の部材に複数の固定具を差し込んでいる場合、全ての固定具に対して、この要領でラグスクリューをねじ込むこともできるが、一部の固定具に限定することもできる。
【００２３】
このように、固定具に隣接してラグスクリューをねじ込むことで、固定具の近傍を重点的に強化できる。そのため二部材に引張荷重が作用した際も、固定具による部材のヒビ割れを抑制できる。しかも過大な引張荷重によって固定具が移動した際は、ラグスクリューが固定具と接触して、それ以上の移動を押さえ込み、連結構造の破損を防止できる。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１記載の発明のように、面接触している二部材の境界を跨ぐようにホゾパイプを埋め込み、さらにドリフトピンなどの固定具でホゾパイプと部材を一体化する連結構造において、部材にラグスクリューをねじ込むことで、部材を強化できる。そのため、二部材に引張荷重が作用した際、固定具による部材のヒビ割れを抑制でき、連結構造の許容耐力が向上する。これによって建築物などの安全性も一段と向上するほか、許容耐力に十分な余裕がある場合、より小断面の部材を使用して、構造物の軽量化や小形化を実現できる。なおラグスクリューは、汎用品を使用可能で、しかも下孔を加工するだけでねじ込み可能で、作業性や費用面でも優れている。
【００２５】
請求項２記載の発明のように、一方材と他方材をＴ字状やＬ字状に連結する構造において、ホゾパイプとほぼ平行して二部材を貫通するようにラグスクリューをねじ込むことで、ホゾパイプのほか、ラグスクリューでも二部材が連結され、強度が向上する。
【００２６】
請求項３記載の発明のように、一方材と他方材の端面同士を接触させて直線状に連結する構造において、固定具に隣接してラグスクリューをねじ込むことで、固定具の近傍を重点的に強化でき、二部材に引張荷重が作用した際も、ヒビ割れの発生や成長を抑制できる。しかも過大な引張荷重によって固定具が移動した際は、ラグスクリューが固定具と接触して、それ以上の移動を押さえ込み、連結構造の破損を極限まで引き延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による連結構造の形状例を示す斜視図で、横材と柱をＴ字状に連結している。
【図２】図１の横材と柱を連結した後の斜視図と、その中央部の縦断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線を切断線とした縦断面図である。
【図４】垂直方向に並ぶ下部材と上部材の連結構造を示す斜視図である。
【図５】図４の下部材と上部材を連結した後の縦断面図と、その際のラグスクリューなどの配置を示す斜視図である。
【図６】横材と斜材の連結構造を示す斜視図で、横材の上面から斜め上方に斜材が突出している。
【図７】本発明の使用例を示す斜視図で、下弦材と上弦材と縦材と筋交いでトラスを構成している。
【図８】ホゾパイプとドリフトピンを用いた一般的な連結構造の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明による連結構造の形状例を示している。この連結構造は、水平に配置した横材１１の上面に柱２１を載せたＴ字状であり、横材１１を一方材として、柱２１を他方材とする。そして横材１１と柱２１を連結するため、双方の境界を跨ぐようにホゾパイプ３１を埋め込み、さらに横材１１と柱２１のそれぞれをホゾパイプ３１と一体化するため、双方の側面から固定具を打ち込んでいる。
【００２９】
ホゾパイプ３１は、鋼製のパイプを所定の長さに切り出して、その側周面を貫通するピン孔３２を複数組形成したもので、図では直交する二方向に計六組のピン孔３２を形成してある。またホゾパイプ３１を埋め込むため、横材１１の上面には裏側に貫通する軸孔１３を加工してあり、対する柱２１の下面中央には長手方向に延びる軸孔２３を加工してあり、両軸孔１３、２３でホゾパイプ３１の全体を埋め込むことができる。なお軸孔１３、２３の内径とホゾパイプ３１の外径は等しく、ホゾパイプ３１を埋め込んだ際、双方は隙間なく密着する。
【００３０】
ホゾパイプ３１を横材１１や柱２１と一体化するための固定具には、ドリフトピン３４を使用している。ドリフトピン３４は、鋼製の単純な丸棒であり、横材１１や柱２１の側面に加工してある側孔１７、２７に打ち込まれて、摩擦だけで保持される。ドリフトピン３４は、ホゾパイプ３１のピン孔３２を貫通するように打ち込む必要があり、側孔１７、２７は軸孔１３、２３と交差して反対面に達している。
【００３１】
ラグスクリュー３５は、一般的な木ネジを大形化したもので、ドライバーなどの工具を掛けるための頭部３６と、側周面に螺旋状のネジが形成されたネジ部３７などで構成され、横材１１の下面から柱２１に向けてねじ込まれる。ただしネジ部３７の外径は、最低でも８ｍｍ程度であり、横材１１と柱２１にはあらかじめ下孔１５、２５を加工してある。当然ながら双方の下孔１５、２５は、同心にそろう必要がある。なおこの図では四本のラグスクリュー３５を使用しており、下孔１５、２５も四組加工してある。
【００３２】
図２は、図１の横材１１と柱２１を連結した後の状態と、その中央部の縦断面を示している。ホゾパイプ３１は、全体が横材１１と柱２１の中に埋め込まれており、ドリフトピン３４の端面だけが側孔１７、２７の中に現れている。またラグスクリュー３５は、頭部３６を除く全体が横材１１と柱２１の中に埋め込まれており、部材の表面に現れる部品が少なく、後工程で壁材や付属品などを自在に取り付けることができる。さらに縦断面図のように、ホゾパイプ３１は、横材１１と柱２１のいずれとも隙間なく埋め込まれており、水平荷重を円滑に伝達できる。なおホゾパイプ３１のピン孔３２は計六組だが、下から二番目のものは、構造上、ドリフトピン３４を打ち込んでいない。
【００３３】
図３は、図２のＢ−Ｂ線を切断線とした縦断面である。この図は、柱２１を対角線上で切断しており、柱２１の幅が図２の縦断面図よりも約１．４倍長くなっている。またラグスクリュー３５は、頭部３６を除くほぼ全域がネジ部３７となっており、ねじ込みを終えた際、ネジ部３７は横材１１と柱２１を跨いでいる。そのため横材１１が乾燥などで収縮して、頭部３６が浮き上がった際も、二部材を緩むことなく連結できる。ただしネジ部３７が横材１１と柱２１を跨ぐため、ねじ込みの際、柱２１を横材１１に引き寄せることができない。そのため施工時は、まずホゾパイプ３１とドリフトピン３４で横材１１と柱２１を密着させた後、ラグスクリュー３５をねじ込む。
【００３４】
図４は、垂直方向に並ぶ下部材１２と上部材２２の連結構造である。この連結構造は、下部材１２と上部材２２の端面同士を接触させて長尺化するもので、下部材１２を一方材として、上部材２２を他方材とする。下部材１２と上部材２２は、横断面形状が等しい角棒であり、下部材１２の上端面の中央と、上部材２２の下端面の中央には、長手方向に延びる軸孔１３、２３を加工してあり、この中にホゾパイプ３１を埋め込み、さらに両部材の側面からドリフトピン３４を打ち込み、双方を一体化している。
【００３５】
このように二部材の端面同士が接触する連結構造において、その境界に向けてラグスクリュー３８をねじ込むには、斜方向に下孔１５、２５を加工する必要がある。しかしこの加工は、作業性が悪く精度の確保も難しい。さらにねじ込み後、ラグスクリュー３８の頭部３６が部材から大きく突出する。この点を解消するため本発明では、ラグスクリュー３８をホゾパイプ３１に対して直角にねじ込んでいる。ただし単純にねじ込んでいる訳ではなく、ドリフトピン３４の移動を規制できるよう、下孔１５、２５は、側孔１７、２７と対になるように設けている。
【００３６】
下孔１５、２５は、対になる側孔１７、２７と直角に加工してあり、しかもその側孔１７、２７から見て、二部材の境界側に位置している。なお対になる下孔１５、２５と側孔１７、２７は、干渉しない程度に接近させている。この図では、ホゾパイプ３１との兼ね合いから、一箇所の側孔１７、２７に対して二箇所に下孔１５、２５を加工してある。また下部材１２と上部材２２のいずれとも、側孔１７、２７を三箇所に加工してあるが、その全てに対して下孔１５、２５を加工して、ラグスクリュー３８をねじ込んでいる。
【００３７】
図５は、図４の下部材１２と上部材２２を連結した後の縦断面と、その際のラグスクリュー３８などの配置を示している。下部材１２と上部材２２は、ホゾパイプ３１とドリフトピン３４で連結されており、またドリフトピン３４と交差するようにラグスクリュー３８をねじ込んでいる。そのため右下の斜視図のように、ラグスクリュー３８は、ドリフトピン３４の移動を規制するような配置となっており、二部材に引張荷重が作用した際も、ドリフトピン３４で部材を引き裂くことは困難である。さらに過大な引張荷重によってドリフトピン３４が移動した際は、ラグスクリュー３８と接触することで、それ以上の移動を強固に規制する。
【００３８】
図６は、横材１１と斜材２９の連結構造である。図１の連結構造は、横材１１と柱２１をＴ字状に連結しているが、この図のように、斜め上方に延びる斜材２９を連結することもできる。なおこの図では、横材１１を一方材として、斜材２９を他方材とする。斜材２９の下端面は、斜方向に切断してあり、この面を横材１１の上面に接触させると、斜材２９は斜め上方に突出する。またホゾパイプ３１を埋め込む軸孔１３、２３は、斜材２９の長手方向に加工してある訳ではなく、垂直方向に加工してある。そのため軸孔２３は、斜材２９を貫通しないよう、図のやや右寄りに加工してある。同様にラグスクリュー３５は、斜材２９を貫通しないよう、図のやや右寄りに二本だけをねじ込んでいる。そのほか固定具にはボルト３９を使用しており、これを側孔１７、２７に差し込んだ後、その先端にナット３３を螺合する。
【００３９】
図７は、本発明の使用例を示している。本発明は、Ｔ字状や直線状など、様々な位置関係の二部材を連結可能で、この図のようなトラスを組む際も、全面的に使用可能である。下弦材４１と上弦材４２は、図４と同じ構造で複数の部材を直線状に連結したもので、また下弦材４１と上弦材４２を結ぶ縦材４３の両端は、図１と同じ構造でＴ字状に連結してある。さらに筋交い４４は、図６と同じ構造で連結してある。
【符号の説明】
【００４０】
１１ 横材（一方材）
１２ 下部材（一方材）
１３ 軸孔
１５ 下孔
１７ 側孔
２１ 柱（他方材）
２２ 上部材（他方材）
２３ 軸孔
２５ 下孔
２７ 側孔
２９ 斜材（他方材）
３１ ホゾパイプ
３２ ピン孔
３３ ナット
３４ ドリフトピン（固定具）
３５ ラグスクリュー
３６ 頭部
３７ ネジ部
３８ ラグスクリュー
３９ ボルト（固定具）
４１ 下弦材
４２ 上弦材
４３ 縦材
４４ 筋交い
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方材（１１、１２）と他方材（２１、２２、２９）との境界面から対向して延びる軸孔（１３、２３）に差し込まれるホゾパイプ（３１）と、前記一方材（１１、１２）および前記他方材（２１、２２）に設けた側孔（１７、２７）に差し込まれ且つ前記ホゾパイプ（３１）の側周面に設けたピン孔（３２）を貫通する固定具（３４、３９）と、を備え、前記一方材（１１、１２）および前記他方材（２１、２２）には、前記ホゾパイプ（３１）と略平行または略直角にラグスクリュー（３５、３８）をねじ込んでいることを特徴とする連結構造。
【請求項２】
前記一方材（１１）の側面と前記他方材（２１）の端面が接触しており、前記ラグスクリュー（３５）は、前記ホゾパイプ（３１）と略平行しており且つ前記一方材（１１）の側面から前記他方材（２１）に向けてねじ込んであり、該ラグスクリュー（３５）のネジ部（３７）は、前記一方材（１１）と前記他方材（２１）の両方に跨っていることを特徴とする請求項１記載の連結構造。
【請求項３】
前記一方材（１２）と前記他方材（２２）の端面同士が接触して略直線状に並んでおり、前記ラグスクリュー（３８）は、前記ホゾパイプ（３１）および前記固定具（３４、３９）のいずれとも略直角にねじ込んであり且つ前記固定具（３４、３９）から見て前記一方材（１２）と前記他方材（２２）との境界側に位置することを特徴とする請求項１記載の連結構造。
【請求項１】
一方材（１１、１２）と他方材（２１、２２、２９）との境界面から対向して延びる軸孔（１３、２３）に差し込まれるホゾパイプ（３１）と、前記一方材（１１、１２）および前記他方材（２１、２２）に設けた側孔（１７、２７）に差し込まれ且つ前記ホゾパイプ（３１）の側周面に設けたピン孔（３２）を貫通する固定具（３４、３９）と、を備え、前記一方材（１１、１２）および前記他方材（２１、２２）には、前記ホゾパイプ（３１）と略平行または略直角にラグスクリュー（３５、３８）をねじ込んでいることを特徴とする連結構造。
【請求項２】
前記一方材（１１）の側面と前記他方材（２１）の端面が接触しており、前記ラグスクリュー（３５）は、前記ホゾパイプ（３１）と略平行しており且つ前記一方材（１１）の側面から前記他方材（２１）に向けてねじ込んであり、該ラグスクリュー（３５）のネジ部（３７）は、前記一方材（１１）と前記他方材（２１）の両方に跨っていることを特徴とする請求項１記載の連結構造。
【請求項３】
前記一方材（１２）と前記他方材（２２）の端面同士が接触して略直線状に並んでおり、前記ラグスクリュー（３８）は、前記ホゾパイプ（３１）および前記固定具（３４、３９）のいずれとも略直角にねじ込んであり且つ前記固定具（３４、３９）から見て前記一方材（１２）と前記他方材（２２）との境界側に位置することを特徴とする請求項１記載の連結構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１３６９１２（Ｐ２０１２−１３６９１２Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９１６０２（Ｐ２０１０−２９１６０２）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（５０１１３８１６１）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（５０１１３８１６１）
【Ｆターム（参考）】
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