JP2008088775A - 接合金具、トラス部材 - Google Patents

Abstract

【課題】木材を確実に接合できる技術を提供する。
【解決手段】本発明の接合金具３は接合釘２０と、接合リング３０と、接合板１０とを有している。接合リング３０を接合板１０の接合孔１５に配置し、接合釘２０を打ち込むと、接合リング３０が変形し、接合リング３０が接合板１０と接合釘２０の両方に密着し、接合力が増す。特に、力が加わって接合板１０が変位する際、変位の初期の抵抗力が大きく、従来よりも大きな力が加わらなければ接合板１０は動かず、接合が緩むことがない。
【選択図】図７

Description

本発明は締結装置とトラス部材に関し、特に、木材を締結する締結装置とトラス部材に関する。

二つの異なる木材を一体構造にするとき、従来では、図１６に示すように、締結する二個の木材１０１、１０２を密着して配置し、複数の締結孔１１５が形成された金属プレート１１０を、木材１０１、１０２の表面上に、木材１０１、１０２間に亘って乗せ、一方の木材１０１上に位置する締結孔１１５と、他方の木材１０２上に位置する締結孔１１５を介して木材１０１、１０２の中に釘１２０を打ち込み、金属プレート１１０を二つの木材１０１、１０２に固定している。二つの木材１０１、１０２は、金属プレート１１０によって、橋掛け固定される。

しかし、通常の釘１２０の釘頭は、その底面にテーパ１２９が形成されている。他方、金属プレート１１０の釘頭と接触する部分は締結孔１１５の開口のエッジであるから、釘頭と金属プレート１１０の間の接触は点接触又は線接触になり、釘１２０が金属プレート１１０を押さえる力は弱い。

更に、釘１２０を金属プレート１１０の締結孔１１５から木材１０１、１０２に打ち込むため、金属プレート１１０の締結孔１１５の直径を釘１２０の直径より大きくする必要があり、その結果、釘１２０の胴の側面と、締結孔１１５の内周側面との間に隙間が生じてしまい、金属プレート１１０が木材１０１、１０２表面と平行な方向に移動し、締結孔１１５の内周側面が釘頭の底面に衝突すると、釘頭を押し上げる大きな力が発生する。

この力により、釘頭が金属プレート１１０から離れると、金属プレート１１０と木材１０１、１０２との間に隙間が形成され、二つの木材１０１、１０２の締結が不完全になってしまう。
金属プレート１１０と釘１２０の他、ワッシャーを用いる締結方法も開発されているが、いずれもワッシャーの使用目的や機能、役割は本発明とは異なっており、木材を強固に締結できる技術が求められている。
実開平６−８４００９号公報 実開平６−４３３１４号公報 特開平１１−１８１８８４号公報 特開２００６−２３４１号公報 特開平１１−２８０１６０号公報

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために創作されたものであり、木材を確実に締結できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、複数の締結孔を有する締結板と、軟質金属を材料とした前記締結孔に挿入される締結リング、および胴径が前記締結リングの内径よりも太く前記締結リングの外径よりも細い締結釘とで構成され、前記締結リングは前記締結釘が挿入されることにより変形し、前記締結釘の外周と前記締結リングの内周および前記締結リングの外周と前記締結孔の内周がそれぞれ密着する締結装置である。
また、本発明は、前記締結リングの表面には、外周付近から内周に向けて傾斜する斜面が設けられた締結装置である。
また、本発明は、第一、第二の木材が、上記の締結装置のいずれか一方又は両方の締結装置で締結されたトラス部材であって、前記変形した前記締結リングは、第一、第二の締結孔の内周面と前記締結釘の外周側面とにそれぞれ密着されたトラス部材である。

また、別の観点から、本発明の締結装置は、複数の締結孔を有する締結板と、前記締結孔に挿入される締結リングと、胴径が前記締結リングの内径よりも太く前記締結リングの外径よりも細い締結釘とを有し、前記締結リングは、前記締結板と前記締結釘よりも軟質の金属で構成された締結装置である。
この締結装置の前記締結釘の釘頭については、前記締結孔よりも大径にするとよい。
また、本発明の締結装置は、前記締結リングの表面には、外周付近から内周に向けて傾斜する斜面が設けられている。

また、本発明は、第一、第二の木材が、上記締結装置のいずれか一方又は両方を用いて締結されたトラス部材であって、前記締結板は、前記複数の締結孔に含まれる第一、第二の締結孔がそれぞれ前記第一、第二の木材上に位置した状態で、前記第一、第二の木材が当接された表面に配置され、前記締結リングは、前記第一、第二の締結孔内にそれぞれ配置され、前記締結釘が、前記締結リングの内周を通って前記第一、第二の木材にそれぞれ打ち込まれ、前記締結リングは前記第一、第二の締結孔内で変形され、前記変形した前記締結リングは、前記第一、第二の締結孔の内周面と前記締結釘の外周側面とにそれぞれ密着されたトラス部材である。

本発明は上記のように構成されており、締結板に形成された、締結孔に締結リングを嵌め込んだ状態で、締結釘が締結リングの内周に打ち込まれ、締結リングが膨らみ変形すると、締結孔の中では、締結釘は締結リングが装着された状態になっている。

締結リングを締結孔内に配置せずに締結釘を打ち込んだ場合など、リングの幅Ｗが変わらずに締結リングがふくらみ変形したとすると、締結リング内周と締結釘とが密着していれば、変形後の締結リングの外径は、締結釘の胴の直径(太さ)ｄ₁に締結リングの幅Ｗを二倍した値を加算した大きさ(ｄ₁＋Ｗ×２)になる。この大きさ(ｄ₁＋Ｗ×２)が、締結孔の大きさよりも大きければ、締結釘は締結孔から抜けなくなる。即ち、締結孔の直径をｄ₂とすると、ｄ₂＜ｄ₁＋Ｗ×２である。

他方、締結リングを締結孔内に配置し、締結リングが膨らみ変形したとき、変形前のリング幅Ｗが、変形後、Ｗ' になったとすると、変形した締結リングの外径は、締結釘の胴の直径(大きさ)ｄ₁に変形後のリング幅Ｗ' を２倍した値の合計で、これは締結孔の直径ｄ₂に等しく、ｄ₂＝ｄ₁＋Ｗ'×２と表わせる。ここで、Ｗ' ＜Ｗなる関係があり、これはΔＷ＝Ｗ−Ｗ' の変形に必要な力が締結リングに作用したことを意味し、この力が締結板と締結釘の両者を固定する力になっている。

本発明の締結装置を用いれば、締結釘の打ち込みと共に締結リングが変形し、締結リングが締結板と締結釘の両方に密着し、締結力が増す。特に、力が加わって締結板が変位する際、変位の初期の抵抗力が大きくなっており、従来よりも大きな力が加わらなければ締結板は動かず、締結が緩むことはない。

＜締結装置＞
本発明の締結装置は、締結釘と、締結リングと、締結板によって構成されている。
締結釘は、図１の符号２０で示されており、締結リングは、図２の符号３０で示されている。
締結板は、図３、４の符号１０で示されており、図３は、締結板１０を、当接させた複数(ここでは二個)の木材１、２の上に配置した状態の平面図、図４はそのＡ−Ａ線截断断面図である。

図１を参照し、締結釘２０はステンレス製であり、円柱状の胴２１と、胴２１の先端に設けられた釘先２２と、その反対側に設けられた釘頭２５を有している。釘先２２先端は尖っており、釘頭２５の直径ｄ₃は胴２１の直径ｄ₁よりも大きくされている(ｄ₃＞ｄ₁)。

図２を参照し、締結リング３０は、アルミニウム等の金属製であり、中空円筒形状の円筒部３１と、円筒部３１の一端に環装されたフランジ部３５とを有している。フランジ部３５の直径(外径)Ｄ₄は円筒部３１の外径Ｄ₁よりも大きい(Ｄ₄＞Ｄ₁)。

締結リング３０の両端には開口が形成されており、締結リング３０内部の中空部分は開口で外部空間と接続されている。フランジ部３５が環装された部分の開口Ｄ₃は、フランジ部３５よりも下端に位置する円筒部３１の内径Ｄ₂よりも大径であり（Ｄ₃＞Ｄ₂）、フランジ部３５には、開口Ｄ₃を、それよりも小径の内径Ｄ₂に接続するテーパ(斜面)３９が形成されている。

図３、４を参照し、締結板１０はステンレス等の金属製の板であり、厚み方向を貫通する締結孔１５が複数個形成されている。
締結孔１５の直径を符号ｄ₂で表わすと、締結孔１５の直径ｄ₂は締結リング３０の円筒部３１の外径Ｄ₁と等しいか、それよりも大きくされており(ｄ₂≧Ｄ₁)、締結リング３０は、フランジ部３５とは反対側の端部を締結孔１５内に挿入できるようにされている。

フランジ部３５の直径Ｄ₄は、締結孔１５の直径ｄ₂よりも大きくされており(Ｄ₄＞ｄ₂)、締結板１０を水平にして上方から締結孔１５内に締結リング３０を挿入しても、締結リング３０が締結孔１５から抜け落ちないようにされている。

フランジ部３５の下端から反対側の端部までの長さ、即ち、外径が締結孔１５の直径以下の部分の長さは締結板１０の厚み以下の長さにされており、従って、締結板１０を木材１、２上に乗せ、締結リング３０を締結孔１５内に挿入したとき、フランジ部３５の裏面は締結板１０表面に接触する。

下記表１は、本発明の締結装置の部品の重要な部分の寸法一覧である。

図３、４に示すように、当接させた二個の木材１、２上に締結板１０を配置する際、一枚の締結板１０が有する複数の締結孔１５のうち、少なくとも一個以上の締結孔１５が各木材１、２上に位置するように締結板１０を配置し、締結孔１５内に締結リング３０を挿入する。締結孔１５内に締結リング３０を挿入した後、木材１、２上に配置してもよい。図５は、締結孔１５内に締結リング３０が挿入された状態である。

この状態で締結釘２０の胴２１を持ち、図６に示すように、締結釘２０の釘先２２の先端部分を締結リング３０の内周に挿入し、保持する。
このとき、フランジ部３５のテーパ３９をガイドにして締結釘２０を挿入し、締結釘２０の胴２１の中心軸線を締結リング３０の中心軸線と一致させておく。この状態では、締結釘２０は締結板１０表面に対して垂直である。

締結リング３０は締結釘２０よりも柔らかい金属で作成されており、釘頭２５をハンマーで叩くと、締結リング３０は釘先２２によって変形し、押し広げられる。その結果、締結釘２０は締結リング３０の内周に打ち込まれる。

締結釘２０は、締結板１０の厚みと締結リング３０のフランジ部３５の厚みの合計厚みの数倍以上の長さであり、釘頭２５をハンマーで複数回打撃すると、釘先２２の先端は締結リング３０の開口底面に露出している木材１、２に達し、更に打撃すると、締結釘２０は釘先２２から木材１、２の内部に打ち込まれる。
釘頭２５の厚みは、胴２１寄りの方が外周付近よりも厚く形成されており、その結果、釘頭２５の底面にはテーパ２９が形成されている。

締結釘２０が木材１、２に打ち込まれると釘頭２５は締結リング３０に近づき、釘頭２５の底面が締結リング３０の表面に接触した後、更に一乃至複数回釘頭２５がハンマーで打撃されると、締結釘２０が木材１、２中に打ち込まれるのに伴い、釘頭２５の胴２１付近の部分が締結リング３０の表面に食い込み、釘頭２５が締結リング３０を変形させる。
釘頭２５の直径ｄ₃は、締結孔１５の直径ｄ₂よりも大きくされており(ｄ₃＞ｄ₂)、釘頭２５がフランジ部３５を変形させると、打撃しても、締結釘２０はそれ以上木材１、２に打ち込むことができなくなる。

この状態では、釘頭２５と締結板１０とは締結リング３０のフランジ部３５を間に挟んで互いに密着しており、また、締結釘２０の胴２１の締結孔１５内に位置する部分と締結板１０の締結孔１５の内周側面の間は、変形した締結リング３０の円筒部３１で充填され、胴２１と締結板１０は、締結リング３０の変形した締結リング３０を介して接触している（図７）。従って、締結釘２０と締結板１０の間には隙間はなく、締結板１０に木材１、２表面と平行な方向の力が加わっても、締結板１０は移動しない。釘頭２５が締結孔１５周囲の締結板１０に接触してもよい。

図１５は、締結リング３０を変形させながら木材１、２に打ち込んだ締結釘２０を引き抜いた状態の締結板１０及び締結リング３０の表面を示す写真である。締結リング３０が釘頭２５底面と密着していたことが分かる。

上記実施例では、二個の木材１、２上に締結板１０を配置したが、三個以上の木材を当接した場所に一枚の締結板を配置し、各木材上の締結孔に締結リングを挿入し、各木材に、締結リングを変形させながら締結釘を打ち込むと、一枚の締結板で三個以上の木材を締結することができる。

また、図８に示すように、締結対象の木材１、２が厚い場合、木材１、２を当接させた部分の両面(表面と裏面)に、木材１、２間に亘って締結板１０をそれぞれ配置し、上記のように、締結リング３０と締結釘２０によって、木材１、２の両面に締結板１０を固定し、木材１、２を締結することができる。

上記例では締結板１０は平板であったが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、例えば、Ｌ字型に曲げた締結板４０の二個の面を、二個の木材１、２の直交する面に密着させ、各木材１、２上の締結孔１５に締結リング３０を配置し、上記のように締結釘２０を各木材１、２に打ち込んで、直交する木材１、２をＬ字型の締結板４０によって固定することもできる。
また、垂直ではない角度で当接された木材に対しても、木材の交差角度と同じ角度で交差する二面を有する締結板を用いれば、その木材を締結することができる。

上記例では締結リング３０はアルミニウム製であったが、締結リング３０は、締結釘２０と締結板１０、４０よりも軟質の金属であればよく、アルミニウム製の締結リング３０を銅製の締結リング３０や黄銅製の締結リング３０に変更しても、アルミニウム製の締結リング３０を用いた場合と同程度の締結力が得られることは確認されている。
締結リング３０のフランジ部３５のテーパ３９は必ずしも必要ではなく、締結釘２０の形状に応じて変更することができる。

＜トラス部材＞
図１０の符号５は、本発明の締結装置によって組み立てられたトラス部材であり、畜舎等の屋根の一部である。
トラス部材５は、長い横梁５１と、横梁５１よりも短い二本の登り梁５２ａ、５２ｂが二等辺三角形を形成するように組み立てられており、横梁５１と登り梁５２ａ、５２ｂの間、及び登り梁５２ａと登り梁５２ｂの間は、本発明の締結装置３によって締結固定されている。

横梁５１と登り梁５２ａ、５２ｂの間には補助梁(斜材又は鉛直材)５６が配置され、横梁５１の一部と、登り梁５２ａ、５２ｂの一部と、補助梁５６によって、横梁５１と二本の登り梁５２ａ、５２ｂが形成する三角形の内側に、小さな三角形が形成されている。補助梁５６と横梁５１の間や補助梁５６と登り梁５２ａ、５２ｂの間は、上記締結装置３によって締結されている。

このトラス部材５は、横梁５１を水平にし、二本の登り梁５２ａ、５２ｂが締結された頂点を上方にし、二個一組のトラス部材５を互いに正対して平行に配置し、トラス部材５の横梁５１間に棟木を亘して互いに固定する。
また、二個のトラス部材５の登り梁５２ａ、５２ｂの間に垂木を掛け渡し、屋根を作る。図１０の符号５８は、垂木を示している。

畜舎等を建設する場所には、建築される畜舎の四隅位置に柱を立設しておき、組み立てた屋根を乗せ、垂木５８上に屋根板を配置すると、畜舎等の家屋ができあがる。

＜試験結果＞
本発明の締結装置３の締結力の測定結果を示す。
図１１は、一本の締結釘２０と締結リング３０によって締結板１０を木材１、２表面に固定し、締結板１０を木材１、２表面と平行な方向に引っ張った時の、変位(締結板１０の木材１、２表面と平行な方向の移動量：横軸)と引張りに要した力(縦軸)の関係を示すグラフである。ここでは、アルミニウム製の締結リング３０を用いた。

比較例として、締結リングを用いず、従来技術のように、締結釘によって締結板を木材表面に固定した場合の、締結板の変位(横軸)と、引張りに要した力(縦軸)の関係を図１２のグラフに示す。
図１１、１２の縦軸の単位はｋＮ、横軸の単位はｍｍである。

本発明の締結装置３を用いた場合は、締結板１０を１ｍｍ変位させるために１．９ｋＮの力を要している。それに対し、従来法では１ｍｍ変位させるのに１．２５ｋＮの力しか要さず、本発明の締結装置３を使用した場合は従来法の１．５倍の締結力を発揮していることが分かる。

また、２ｍｍ変位させるためには、本発明では２．２５ｋＮの力を要するのに対し、従来法では１．７ｋＮの力しか要さず、本発明は従来法の１．３倍の締結力を発揮していることが分かる。

図１３、１４はアルミニウム製の締結リング３０に換え、銅製の締結リング３０と、黄銅製の締結リング３０をそれぞれ用いた場合の、締結板１０の変位(横軸)と、引張りに要した力(縦軸)の関係を示すグラフであり、締結リング３０を銅製や黄銅製に換えても、アルミニウム製の場合と同程度の締結力が得られることが分かる。

以上の結果から、本発明の締結装置３の締結力は従来法よりも強く、特に、締結板１０を変位させ始めるために大きな力を要していることから、本発明の締結装置３は、変位初期の抵抗力が増大していることが分かる。

なお、締結リング３０を用いたことにより、従来法よりも、締結リング３０を締結孔１５内に配置する手間が増えるが、締結リング３０の円筒部３１の外径を、締結孔１５の直径よりも小さくすれば締結リング３０は締結孔１５内に容易に配置できるので、締結に要する作業時間は従来法の場合と同程度である。

締結釘を説明するための断面図 締結リングを説明するための断面図 締結板を木材の上に配置した状態の平面図 図３のＡ−Ａ線截断断面図 締結孔内に締結リングが挿入された状態を説明するための断面図 締結釘の釘先を締結リングに挿入した状態を説明するための断面図 締結板と締結孔の間が締結リングで充填された状態を説明するための断面図 木材の両面に締結板を固定した状態を説明するための断面図 Ｌ字型の締結板で木材を固定した状態を説明するための断面図 本発明のトラス部材の一例を説明するための側面図 本発明第一例の締結装置を用いた場合の、変位と引張に要した力の関係を示すグラフ 比較例の締結装置を用いた場合の、変位と引張に要した力の関係を示すグラフ 銅製の締結リングを用いた場合の、変位と引張に要した力の関係を示すグラフ 黄銅製の締結リングを用いた場合の、変位と引張に要した力の関係を示すグラフ 締結釘を引き抜いた状態の締結板及び締結リングの表面を示す写真 従来技術の締結装置を説明するための断面図

符号の説明

１、２……木材 ３……締結装置 ５……トラス部材 １０……締結板 １５……締結孔 ２０……締結釘 ３０……締結リング ３９……締結リングの斜面（テーパ）

Claims (3)

1. 複数の締結孔を有する締結板と、
   軟質金属を材料とした前記締結孔に挿入される締結リング、および胴径が前記締結リングの内径よりも太く前記締結リングの外径よりも細い締結釘とで構成され、前記締結リングは前記締結釘が挿入されることにより変形し、前記締結釘の外周と前記締結リングの内周および前記締結リングの外周と前記締結孔の内周がそれぞれ密着する締結装置。
2. 前記締結リングの表面には、外周付近から内周に向けて傾斜する斜面が設けられた請求項１記載の締結装置。
3. 第一、第二の木材が、請求項１記載の締結装置、又は請求項２記載の締結装置のいずれか一方又は両方の締結装置で締結されたトラス部材であって、前記変形した前記締結リングは、第一、第二の締結孔の内周面と前記締結釘の外周側面とにそれぞれ密着されたトラス部材。