JP4056209B2 - 木やせ対応金物と木やせ対応締め付け用金物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、例えば、柱と梁の結合など、木材どうしを結合する際に用いる締め付け用の金物に関する。このような金物には、ボルト形のもの、ナット形のもの、座金を一体に備えたものがある。
【０００２】
【従来の技術】
柱と梁の結合のように、木軸構造住宅の柱と横架材の結合は長期間にわたり、強固かつ緊密でなければならない。このため、従来のほぞとほぞ穴との嵌合結合などにかわり、接合金物とボルト・ナットなどいわゆる締め付け用の金物を用いた結合構造が多く採用されるようになってきた。この場合に、柱を貫通して締め付けるボルト・ナットでは、木やせによって当初の締め付け力が極端に減少する。木やせは木材の経年変化の１つで、木材の乾燥による縦・横寸法の縮小である（図４）。
【０００３】
木やせは、木材の種類や乾燥度によっても異なる。木材の種類からすると一般にやわらかい樹種ほど大きく、例えば、スギからヒノキ、米ツガ、米マツ、ヒバの順に小さくなる。また、住宅建設に利用される木材の乾燥度は３０〜４０％程度であり、この水分は築後１年を経過するとほぼ２０％に落ち着き、以後、天候に左右される程度で大きく変化することはない。
そして、この１年間の木やせ量は１０５×１０５ｍｍの角材で約３ｍｍ程度で、以後、大きな変化はない。なお、これらの値は一般値あるいは平均値であって、木材の寸法や環境及び樹種によって異なる。
【０００４】
特開平７−２０７７６５号公報には建築用ねじ締め装置が開示され、特開平１０−２０５５１８号公報および登録実用新案第３０５５３０７号公報には弾性ゴム座金が開示されている。これらのねじ締め装置と弾性ゴム座金は、いずれも木材どうしを結合するボルト・ナットに関するもので、木材に特有な木やせに伴うボルト・ナットの緩みを緩和するために座金に弾性材の復元力を利用したものである。
【０００５】
しかし、その技術的思想は単に弾性体の復元力を利用するにとどまり、スプリングワッシャと同様、ナットなどの緩み防止にある程度の効果が認められても、木やせが進行すると必要な締め付け力が不足したりすることがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、柱と梁などの接合箇所における木やせに対応して十分な締め付け力を発揮する木やせ対応金物とこれにボルトを組み合わせた木やせ対応締め付け用金物の提供を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
木やせ対応金物は、座金及び環状の弾性体とからなる。座金と環状の弾性体は共に中央に挿通孔を備え、ボルトやナットを通すことができる。木やせ対応金物にボルトを挿通したものは木やせ対応締め付け金物となる。座金やボルト・ナットは、通常の鋼板や鋼棒を素材とするが、再利用を考慮するときはステンレス鋼を素材とする。
弾性体は、天然ゴム、ＳＢＲ，ＥＰＤＭ，ＣＲなど多種のものを採用することができる。なお、素原料として粉末ゴム（廃タイヤを粉末化したもの）を用い、これを固結化し環状の弾性体にすることもできる。これは資源を再利用するリサイクル製品である上、安価であり、難燃性でもある。
【０００８】
木やせ対応金物に用いる弾性体は、木やせに応じて、木やせで減じる寸法を弾性で反発復帰して埋め合わせ、かつ、それぞれの場合において設定した値以上の締め付け力（必要締付力）を発揮していることが必要である。しかも、この状態を少なくとも木軸構造住宅の耐用年数である３０年以上、維持しなければならない。
【０００９】
これには、弾性体の素材的な特性と形態が関連する。素材的な特性において主として関連するのは、弾性体の硬度と永久歪みであり、これらは当初の設定した圧縮量（力）を得るのに必要な圧縮力とその経年変化に関係する。形態において主として関連するのは、面積と高さであり、面積は圧縮力の大きさとこれを得るために必要なトルクに関連する。また、高さは木やせの経年変化と関連し、木やせによる寸法的な縮小に対応して伸張できるだけの充分な高さを当初に有している必要がある。なお、弾性体の素材的な特性として他に引き裂き強さ、耐オゾン劣化、ＣＳ５０％圧縮、難燃性など（ＪＩＳ規定に基づく試験項目）が関連するが、これらに優れていることが好ましい。
【００１０】
経年変化に伴う木やせの程度は、前記のように、木材の種類と寸法によって様々であり、木やせ対応締め付け金物に用いる弾性体は、基本的にはそれぞれの場合に応じて設計する必要がある。しかし、天然ゴム、多くの合成ゴムの素材的な特性は、木やせ対応締め付け金物の環状弾性体として必要な条件を備えているので（表１）、実際上では環状弾性体の寸法と現場における当初圧縮量の設定が重要である。
【００１１】
【表１】

*永久歪・・・高さ方向で50%圧縮、３０年経過後の推測値
【００１２】
弾性体は通常、平らな環状に成形する。環状の外径と内径は基本的に、外形を座金の外径よりも小さく、内径はボルトや工具掛け部を有する長ナットにおける筒部の直径よりわずかに大きい程度とする。高さ（厚さ）は、前記のように弾性体の硬度や弾力、永久歪みの程度による。
すなわち、弾性体は、成形時の高さ寸法Ｈを基本的に、圧縮された使用状態時の高さｈ1に木やせ寸法ｈ2を加え、さらに、経年変化に基づく弾性体の永久ひずみ寸法ｈ3を加算したもの以上とする（図５）。このとき、弾性体を高さ寸法ｈ1に圧縮した時の圧縮力が木材の縦圧縮強さ付近に留まる硬度とする。ナット又はボルトの締め込みによって、環状弾性体が木材にめり込んでいくのを防止するためである。環状弾性体の硬度をこのように設定するのは、弾性体の硬度が高いと環状弾性体の元の高さ寸法をｈ１までとするのに木材の縦圧縮強さを越える圧力を木材に与えることになり、逆に、硬度が低いと元の高さを寸法ｈ１に圧縮するのに必要な圧力は小さく、木材どうしの接合を安定に維持できない場合がある。したがって、木やせを考慮した木材どうしの接合には、座金付ナットの締め込みによって、縁付台座が木材にめり込んでいくのを防止することも含めて、環状弾性体の硬度を高さ寸法ｈ1に圧縮した時の圧縮力が木材の縦圧縮強さ付近に留まるような硬度とするのが適切であるとの判断による。
【００１３】
ボルトを用いて木材どうしを接合する際は、座金と環状弾性体を取り付ける個所に座繰り凹部を設けることが多い。この場合、ナット又はボルト頭が座繰り凹部から突出することは好ましくない。このため、環状弾性体の当初の高さＨは、座繰り凹部の深さｈ4から使用するナット又は工具掛け部あるいはボルト頭の高さ寸法と座金の厚さ寸法を合わせた寸法ｈ5を差し引いた残り寸法ｈ6に、木やせ寸法ｈ2を加え、さらに、経年変化に基づく弾性体の永久ひずみ寸法ｈ3を加算したもの以上とすることがある。この構造では、当初弾性体の高さＨが、前記の基本とする寸法に加え、座繰り凹部の深さｈ4の大きさによる制限を受けることになる。しかし、ナットやボルト頭などが座繰り凹部から突出しないことにより、例えば、壁下地材を張り付ける際に締め付け用金物の先端が支障になることがない。
【００１４】
実際上、通常の木軸構造住宅に使用する木やせ対応締め付け金物の場合、弾性体は当初高さ方向で５０％圧縮して３０年経過時の永久歪みが２７％以下と推定できる特性を備えた素材（硬度７５度の天然ゴムなど）を採用することが多い。
そして、当初の高さ方向で５０％圧縮時の圧縮力を３０００Ｎ／ｃｍ²付近に設定すると前記の要件を満たすことができる。座繰り深さは使用する工具との関連から通常、２１ｍｍが多いので、これからすると、環状弾性体の当初高さは約１０ｍｍとなる。締め付け力（圧縮復元力）も考慮すると、外径４０ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ１０ｍｍである。
なお、図５において、下方に示す数値は実施形態のものを一例として記入したものである。図の取り付け状態においては、数値的にそれぞれ余裕を持たせてあり、木材表面とナット頂面との間あるいはボルトの頂面との間に約1ｍｍの間隔を取り、木やせ量は約４ｍｍ、環状弾性体の永久歪は約１ｍｍとしてある。
【００１５】
そして、環状弾性体は、設計された圧縮量で取り付けられることが、長期間にわたり木やせに対応して機能を発揮する上で重要であり、ボルト・ナットを締め付けて、環状弾性体を圧縮するとき、圧縮に伴って減少する環状弾性体の高さを正確に計測している必要がある。この計測手間を省くために、座金の外周縁にスカートを高さ方向に設けてその先端縁が木材の表面に到達したとき、圧縮された環状弾性体の高さが設定値になっているようにすることがある。
【００１６】
座金と環状弾性体は接着によって一体化しておくと、取り付け時に取り落としてしまうのなどの事故がなく高所での取り扱いが容易になるが、締め付け時に環状弾性体を高さ方向でねじることになり、環状弾性体の回転方向への変形が締め付け完了後にせん断長さとして残る。この変形は回転方向への歪みを戻す作用を生じ、ボルト・ナットを緩めてしまう傾向が生じる。このため、ボルトあるいはナットを回転するとき、座金が環状弾性体をねじらないように、座金と環状弾性体との間にテフロン（登録商標名）のような滑面板を介在させたり、環状弾性体と座金が接する面を滑面に処理することがある。
【００１７】
ボルトの首部に木やせ対応金物（座金及び環状弾性体）を差し込んだとき抜け落ちないようにすると、作業中に脱落するなどのことがなく、現場で取り扱いやすい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、柱１に梁２を接合金物３を用いて接合した箇所を示し、接合金物３が木やせ対応金物４を用いて柱１に固定されている。この実施形態において、木やせ対応金物４（図３）は、上下２枚の座金８、及びこれらに挟まれた環状の弾性体９とからなっている。接合金物（梁受け金物）３がボルト５、工具掛け部６を備えた長ナット７を用いて柱１に固定される。そして、柱１の接合金物３に梁２の端部を係合し、側方から差し込むピン１０によって柱１と梁２を固定する。柱１は、１０５×１０５角の杉材、梁２は、１０５×１８０角の杉材である。
【００１９】
そして、柱１へ接合金物３をボルト５と長ナット７を用いて取り付ける際に、ボルト５の頭部と柱１の表面との間に木やせ対応金物４（座金８と環状弾性体９）が用いられる。このボルト５と木やせ対応金物との組み合わせは木やせ対応締め付け金物である。
符合１１は、柱１に形成した座繰り凹部であり、符合１２は、ほぞ凹部である。ほぞ凹部１２には接合金物３の正面に設けてあるほぞ部１３を嵌合する。
【００２０】
図２は、柱1と梁２を羽子板ボルト１４とボルト５と長ナット７を用いて接合している個所を示し、一端を梁２にボルト５と長ナット７で締め付けて固定した羽子板ボルト１４の他端を柱1に貫通させ、其の先端に長ナット７を螺合して締め付け、固定してある。長ナット７と木材（柱、梁）の間には、いずれも木やせ対応金物（座金８と環状弾性体９）を装着してある。
【００２１】
図３（イ）は、木やせ対応金物４であり、同（ロ）はこれに長ナット７を組み合わせた木やせ対応締め付け金物である。木やせ対応金物４は、２枚の座金８と環状弾性体９からなる。座金８は円形で厚さ４．５ｍｍの亜鉛引き鋼板をプレス加工してあり、天板部１７の中央に長ナット７やボルト５が貫通する挿通孔１８を備えている。また、座金８には、座金８の片面側に突出した環状のリブ２１を設けて、木材表面に対する座金８の取り付け状態の安定を図っている。環状のリブ２１を外側として上面側と下面側にそれぞれ座金８を配置し、上下の座金８で環状弾性体９を挟んだ構造となっている。
環状弾性体９は素材を硬度７０度の天然ゴムを成形したものであり、中央に挿通孔１９を有する。
【００２２】
天然ゴムを成形した環状弾性体９の特性は次の通り。
【表２】

【００２３】
環状弾性体９の厚さ寸法の５０％（設定した高さ方向の圧縮量が５０％）を使用状態としてあるが、このときの圧縮力すなわち締め付け力は３０００Ｎ／ｃｍ²で、柱１と梁２の接合状態を維持するのに充分である。
経年変化で木やせが進行すると、図５に実線で示すように、締め付け力が減少していくが、１０５×１０５の杉材に関する最終の木やせ量４ｍｍの時（３０年経過後）でさえ、残存締め付け力は５００N／ｃｍ²以上であるから、柱１と梁２の接合状態を維持するのに充分である。
【００２４】
図６は、前記の木やせ対応金物４にボルト５を挿通して木やせ対応締め付け用金物２２としたものであり、木やせ対応金物４はボルト５の頭部個所に、ボルト５の首部と環状弾性体９の内径部との摩擦による係合によって抜け落ちないように取り付けられている。
ボルト５に対して木やせ対応金物４が抜け落ちないように予め一体に組まれていると、高所での取り扱い時にボルト５と木やせ対応金物を一体に保持している必要が無く、作業が容易であり、また、注意が分散しないので安全である。
【００２５】
座金８と環状弾性体９との間及び必要に応じて、環状弾性体９と木材表面との間に滑面材やパラフィンなどの滑面剤による滑面を形成すると、座金８と環状弾性体９間のゴムせん断長さを縮小することができ、環状弾性体９のねじり弾性変形による付勢でボルト５あるいは木やせ対応金物４が緩む方向に力を受けるのを緩和することができる。
【００２６】
実験によると、ゴムせん断長さは、ゴム硬度JISA70において、滑面が無い場合は１０ｍｍ程度であるが、テフロン（商標名）の滑り板を１枚、座金８と環状弾性体９との間に配置するとゴムせん断長さは５ｍｍとなり、２枚配置するとゴムせん断長さは１〜２ｍｍ程度となる。
【００２７】
【発明の効果】
座金に環状のリブを備えたことにより、木材面に硬軟のムラがある場合でも、座金の面を木材の面と平行に移動させ、木材の面へ均等に接触させることができる。
圧縮された環状弾性体が木やせに応じて伸張し、木軸構造における柱と梁など横架材の接合に必要な締め付け力を維持するので、構造が強固で頑丈な木軸構造の住宅を得ることができる。
環状弾性体を用いた接合構造は木軸構造を一種の柔構造とし、屋内外の振動の吸収に優れる。また、住宅の耐震性が向上する。
現状で採用されている樹種の木材に対して汎用性のある木やせ対応締め付け用金物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】 柱と梁の接合箇所を透視して示す正面図
【図２】 柱と梁の他の接合箇所を示す斜視図
【図３】 イは断面による正面図、ロは長ナットと組み合わせた状態の正面図
【図４】 木やせの進行に伴う締め付け力の低下を示した図
【図５】 寸法を説明するための正面図（一部）
【図６】 木やせ対応締め付け金物の正面図（一部切り欠き）
【符合の説明】
１ 柱
２ 梁
３ 接合金物
４ 木やせ対応金物
５ ボルト
６ 工具掛け部
７ 長ナット
８ 座金
９ 環状弾性体
１０ ピン
１１ 座繰り凹部
１２ ほぞ凹部
１３ ほぞ部
１４ 羽子板ボルト
１６ 挿通孔（環状弾性体）
１７ 天板部
１８ 挿通孔（座金）
１９ 挿通孔（環状弾性体）
２０ 通常ナット
２１ リブ
２２ 木やせ対応締め付け用金物

Claims (2)

1. ２枚の座金と環状の弾性体を備え、座金は円形で中央にボルト挿通孔を有するとともに片面側に突出する環状のリブを同心に有し、弾性体は成形時の高さ寸法Ｈを、使用による圧縮時の高さ寸法ｈ１に木やせ寸法ｈ２を加え、さらに、使用に基づく弾性体の永久ひずみ寸法ｈ３を加算したもの以上とし、弾性体の硬度を高さ寸法ｈ１に圧縮したときの圧縮力が木材の縦圧縮強さ付近に止まるものとしてあり、２枚の座金をリブを外側にして同軸に向かい合わせ、これらの間に環状弾性体を同軸に挟み込んであることを特徴とした木やせ対応金物。
2. ボルトと請求項１に記載の木やせ対応金物を備え、木やせ対応金物にボルトを挿通させてボルトの頭部個所へ抜け落ちないように取り付けてあることを特徴とした木やせ対応締め付け金物。

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