(57)【要約】【課題】従来の木造建築技術は、非常に優れたもので歴史的に実証されている事は間違いではない。しかし、現代の一般住宅建築においては問題がある。柱の太さが細い為に土台と柱、柱と梁の接合部のホゾが小さくなる為に抜ける、折れるなどの欠点がある。この問題を解決する為に、旧建設省の告示では接合部に補強金物を使用する指導をしたが、最近ではホゾを作らず補強金物も必要としない鋼板製の接合金物が使用される様になって来た。鋼板製の金物は、柱や梁への接合はボルトで行なう為に、大きな荷重が掛かるとボルトが曲がって柱や梁に減り込み亀裂の原因になると言う欠点がある。【解決手段】本発明は、ダクタイルＦＣＤ５００と言う鋳造品であり、金物に重なり合体出来ること、差し込みが出来る事の機能を持たせ、ボルトの使用を一本だけに限定し、面を造り出す構造に作成する事で解決手段とした。【選択図】図１
2004169530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
木造建築物の柱と柱の間に、梁を掛ける時に使用する梁受け金物であるが、柱に接合して使用する事で初めて梁を掛ける、又は梁を受ける事が出来る。本発明は、基本的な柱と柱の間に梁を一本だけ掛ける時に使用する部品Ａと、その時に柱に部品Ａを固定する為の補助として使用する部品Ｂと、建築物に必ずある角を形成する時に部品Ａ，部品Ｂと組み合わせて使用する部品Ｃとの、三種類の部品で構成されている。柱と柱に梁を一本だけ掛ける一方向、柱を挟んで左右直列に梁を一本ずつ掛ける二方向、柱を挟んで直角に梁を一本ずつ掛ける二方向、柱を挟んで左右直列と手前に梁を一本ずつ掛ける三方向、柱を挟んで左右直列と前後に梁を一本ずつ掛ける四方向を形成出来るが、柱と梁受け金物を接合する時にボルトを一本だけ使用するだけで一方向から四方向を形成し、接合する事が出来るのが特徴の梁受け金物。
【請求項２】
部品Ａと部品Ｂ、部品Ａと部品Ａの組み合わせは、必ず柱を挟んで向かい合った形で使用するが、部品Ａと部品Ｂは１０５ｍｍ角柱のホゾ穴に差し込み柱に接合するが、柱への差し込み部分は先端から後部まで９０％程、幅が１４ｍｍに作られている。後部の幅は２９ｍｍであり、二つの部品が柱のホゾ穴の内部で重なり合い、合体する事で２８ｍｍから２９ｍｍの面が部品の下部と上部に形成出来る。部品Ａ，部品Ｂの高さは６７ｍｍ有り、この二つの部品が柱のホゾ穴内部で重なり、合体した時に柱と接合出来る様に、柱の１０５ｍｍ幅の中央で接合する為の径１８ｍｍのボルトを通す穴を開けてある。このボルト穴は、部品の柱の側面側から５２．５ｍｍ，部品の上辺から下に２１ｍｍが中心の１８ｍｍの穴である。また、部品Ａと部品Ｂの先端は下辺より１２ｍｍの位置から長さ１５ｍｍ、高さ２３ｍｍに成っていて、部品Ａと部品Ｂの内部は、お互いにこの先端を囲い込む構造に成っている。つまり、上下と左に金物の壁があり、柱のホゾ穴に差し込まれた時には右側にも壁が出来上がる為に上下左右に動かない。部品Ａと部品Ｂ、部品Ａと部品Ａが柱にボルトに寄って接合された時には、それぞれの部品は柱の内部でボルト穴を支点にして重なり合い、それぞれの先端がそれぞれの内部で噛み合いながら、柱の外側にある梁受け部に梁を掛けた時に、梁に掛かる鉛直荷重を相殺する様に作られているのが特徴の梁受け金物。
【請求項３】
部品Ａと部品Ｂだけの組み合わせでは、柱と柱の間に梁を掛ける一方向、柱を挟んで梁を左右に掛ける二方向だけしか形成出来ない。部品Ａと部品Ｂの１８ｍｍのボルト穴の下に高さ１３ｍｍ、幅３２ｍｍの窓穴を開けてあるが、これは部品Ｃを接合する為の物である。部品Ｃの柱への差し込み部分は高さ６７ｍｍ、幅２９ｍｍ、長さが３７．５ｍｍであるが、部品Ａと部品Ｂの窓穴に差し込む為の突起が長さ１３ｍｍ付いている。部品Ｃには、ホゾ穴に差し込んだ時に部品Ａと部品Ｂに接合出来る様に、対応した位置にボルト穴が開いており、角を形成する事が出来る。この事で一方向から四方向まで形成出来る。鋼板製の金物を柱にボルトで接合する方法はすでに有るが、内容が大きく異なる。柱のホゾ穴に部品Ａと部品Ｂ又は部品Ａが差し込まれた時は、部品の底辺に幅２９ｍｍ、長さ１０５ｍｍの面が出来上がる。また柱のホゾ穴に部品Ａを左右から差し込み、前後より部品Ｃを差し込んで、部品Ｃ側よりボルトで接合した時には、部品の底辺に幅２９ｍｍの十字型の面が出来上がる。この面が部品の梁受け部に掛かる荷重と柱に掛かる荷重を一点で受けない様にしているのが特徴の梁受け金物。
【請求項４】
部品Ｃも単独使用では、機能を発揮出来ない。柱にボルトだけで接合は可能だが、梁受け部に梁を掛けた時の鉛直荷重に対しては部品Ａ又は部品Ｂと組み合わせて使用する時の半分になる。部品Ｃの高さ１０ｍｍ、幅２９ｍｍ、長さ１３ｍｍの突起が部品Ａ又は部品Ｂの窓穴に差し込まれ、ボルトでそれぞれの部品が接合される事で鉛直荷重に対する力が倍増する。部品Ｃを使用する時は必ず部品Ａと部品Ａか部品Ｂの組み合わせで、同時に三個以上の部品の使用になる為にハイテンション．ボルトを使用することが必要である。また、このことは更に部品Ｃの機能を高める働きをしているのが特徴の梁受け金物。
【請求項５】
部品Ｂは、主に部品Ａ、部品Ｂの補助金具として作られたが単独では役に立たないが、無いと困る部品である。鋼板製の金物であれば、部品Ａを柱に接合するときにボルトと座金を使用するが、この部品Ｂは部品Ａの補助としての役割は、柱の内部で部品Ａと重なり合い、噛み合いホゾ穴に上下、左右の面を造り出している。また、部品Ｂの柱の外側に来る部分は大きな座金と同じ作りの物が付いている。部品Ｂには、梁受け部の機能はない。部品Ａと組み合わせで柱にボルトで接合された時に、部品Ａの梁受け部に梁が掛けられた場合に、どうしても梁方向に部品Ａが引っ張られるのを防ぎ、柱の亀裂を防ぎ、柱への減り込みを防ぐ面を造り出している。更に、部品Ｃを接合する時に部品Ｃの突起を受ける役割を持っている。部品ごとに様々な機能を持っているのが特徴の梁受け金物である。
【請求項６】
部品Ａと部品Ｃは、柱のホゾ穴に差し込む柱への接合部と柱の外側にある梁受け部で構成されている。両部品とも梁受け部の構造は同じである。横から見た場合に、柱への差し込み部分の外側に垂直に、柱への差し込み部分の上辺と同じ高さから１２５ｍｍ下にかけて、厚さ１０ｍｍ、幅６８ｍｍの鉄板が柱の側面に張り付いている。上から１０５ｍｍの位置より９０度に水平部分に成っている。この水平部分は、厚さ１２ｍｍ、幅６８ｍｍ、長さ１７０ｍｍである。この梁受け部の構造は、二重構造に成っている。上辺から３５ｍｍの位置から、この幅広の板の中心には、垂直部分、水平部分とも厚さ２０ｍｍ、幅３６ｍｍの芯又は骨になる部分が走っている。垂直部は、中央部が１０ｍｍ高く成っている。また、水平部は下部が８ｍｍ下に飛び出している。９０度の角を形成している部分は上下とも盛り上げてある。これは、柱に杉の乾燥材を使用し、幅１０５ｍｍ、高さ２４０ｍｍ以上の米松乾燥材の梁を掛けて、機械的鉛直荷重を掛けて１０トンでも耐えれる様にした為である。この機械的試験は、日本住宅．木材技術センターの仕様と同じ内容である。Ｌ字型又はリフト型梁受け金物で、梁の下部より梁を大きな面で持ち上げる様な形は損傷も無く、梁の寸法が持っている元々の強度を９０％以上は引き出す事を可能にしたのが特徴の梁受け金物。
【請求項７】
水平部の先端部に径１９ｍｍの丸棒が立っているが、これは梁が梁受け部より外れたり、倒れたり、梁を真っ直ぐ立てる役割をする物である。この１９ｍｍの丸棒は、幅６８ｍｍの中央の位置で、水平部の先端を円の外周として、１００ｍｍの高さである。梁受け部の底辺からだと１２０ｍｍになる。現在、流通している梁受け金物の梁受け部は、鋼板製、鋳造品とも梁の端に縦に二分割か三分割に切れ目を入れて、そこに金物の梁受け部を縦に差し込み、金物の横に開けたボルト穴と梁の側面に開けたボルト穴にボルトを二本から三本差し込んで接合する方法が取られている。この方法は、ボルトが梁を支えていると言えるので、ボルトの曲がりの強さと二分割又は三分割された梁の強さが必要である。本発明は、梁受け金物の梁受け部と梁の接合においてボルトは必要なく、梁受け部の先端に立っている丸棒が接合の役割を果たしている。また、この直立の丸棒は梁受け部の水平部分に梁が掛けられ、梁に上から大きな荷重が掛かった時に、梁端は梁受け部の水平部分と荷重に寄って挟まれ圧縮されて沈み込むが、その力を逃がす為の物でもある。梁端の下部より、径２２ｍｍのボルト穴を上部に向けて１４５ｍｍの深さまで開ける事で、圧縮の力を逃がす事が出来る。丸棒の頂点と梁の下部より開けたボルト穴の頂点が接触している場合には、荷重が掛かった時に、上から押し下げる力に対して丸棒は押し上げる作用をする為に、ここの部分で梁は亀裂してしまう。梁受け部において、この画期的な梁との接合方法の丸棒を組み込んだのが特徴の梁受け金物。
【発明の詳細な説明】
【００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木造建築物用の梁受け金物に関するものであり、より詳細には柱に梁を掛ける木組みの工法を、より確実に、より安全に接合する為に金物を利用しながらも木材の持っている特性を大きく損なう事無く、建築物の強度を大きくし、対風性、耐震性、耐久性のある１００年住宅、体育館、庁舎等の建築を可能にする事が出来る金型鋳造品である梁受け金物に関するものである。
【００２】
【従来の技術】
木造建築物において、従来は柱に梁を掛ける又は方法としては大きく分けて三つの方法が使われている。一つは、柱の上部側面にホゾ穴と言う横穴を開けておいて、そのホゾ穴に梁端に作ったホゾと言う突起を差し込むことで柱と梁を接合する方法。二つは、柱の上に梁を乗せる、又は柱の上に桁を先に乗せて置き更に、その上に梁を乗せる又は引っかける接合方法である。三つは、ごく最近のことであるが金物を使用した接合方法である。特殊な方法としては、丸太組の校倉作りも知られている。従来の技術として知られているのは、一つ目の木組の方法であり、中国、韓国、日本では二千年以上の歴史があるものと思われる。ただこれらの歴史を証言するものは、宮殿、神社、仏閣の建築物で有るが、日本では法隆寺が１３００年前の面影を残している。それ以前の大型木造建築物は、ほとんどが消失してしまった様である。中国の歴史書では、殷の時代に大きな宮殿が作られていたと言われているので、その時代にはすでに木組みの方法が存在したものと思われる。それ以前の夏の時代については、まだ明らかになっていないが個人的には古い時代ほど技術水準が高いので、もっと古い時代からある方法だと思う。現在の日本の住宅建築に使われている技術も、ほとんどは木組みの方法であるが歴史上の木造建築物と比較することは出来ない。建築材となる木材の内容と大きさは、現在の木造建築物と大きく異なっているためである。
二つ目の技術で、現存するものは少なく世界遺産の白河郷の住宅で萱ぶき屋根がある。一階部分は木組の方法だが二階部分の屋根部分が、一階部分に乗せてあるだけである。一つ目の方法、二つ目の方法も現在の木造建築物の住宅建築において最良の方法とは言えなくなっている。柱と梁の接合においても、木組みの方法ではホゾが抜ける、折れるなどの問題もあり、その為に建築基準法では接合金物に寄って補強する様にと指導されている。木造住宅用接合金物については、平成１２年度に建築基準法が改正になり旧建設省告示１４６０号があった。この告示で示された接合金物についての解説及び手引書が、平成１３年４月に日本住宅．木材技術センターより発行されている。この建築基準法、旧建設省告示で示されているのは、木材と建築物に対する補強としての金物使用である。三つ目の金物に寄る接合方法は、補強と言うより木造建築物の接合部分を大部分、金物に寄って接合してしまうと言う考え方であり、ただの補強と言う考え方より一歩進んだものである。平成１０年ぐらいから鋼板製の梁受け金物が商品として流通しているが、最近は注目されている。日本住宅．木材技術センターでも、平成１３年度７月より木造建築物用金物の認定申請を受付ているが、この認定商品に付いては受付より期間も短い為に解説になる様なものはない。梁受け金物についての情報としては、日刊木材新聞に掲載される広告と金物の特集や、木材商社、問屋、住宅関係のお客さんに送られてくるパンフレットなどがある。三つ目の金物に寄る接合方法の金物の素材としては、鋼板製のものと鋳造品の二種類がある。鋼板製の梁受け金物の商品は約２０種類、鋳造品は本発明以外に二種類ほど発売されている。ほとんどは、鋼板製であると言う事が解かる。鋼板製の梁受け金物は、折り曲げ金物であり容易に作れると言う事で、早く、安く作る事が可能である。
ほとんどの商品は、厚さ３．２ｍｍの鋼板を使用している。サイズを決めた長方形や四角形に切断して置き、ボルトを通す穴決めをしてからプレスに寄って押し曲げる事で形を成型する。鋼板製の梁受け金物を柱に接合した時に、横から見た形は柱の側面にやや縦長の板が付いていて、その板の側面には上下に二つから三のボルトを通す穴が開いている。大部分が径１２ｍｍのボルトを使用している。上から見た形は、三種類に分ける事が出来る。一つ目はＴ字型で、柱への接合部は上の水平部分であり、梁との接合部分は下に垂直に伸びている部分である。二つ目はコの字型で、柱への接合部分は垂直の真中部分であり、梁との接合部分は二本の水平部分である。三つ目はＩ字型で、柱への接合部分は垂直の上部分で、梁との接合部分は下部分である。Ｉ字型だけは、柱への接合は柱に縦の切れ目を開けて置き、その切れ目部分に鋼板を差し込み柱と金物の側面のボルト穴にボルトを差し込み接合する方法である。Ｔ字型は、柱との接合は梁への差し込み部分を挟んで左右二個ずつボルトを通して行なわれる。コの字型は、柱との接合は真中部分が縦になる様に使い、二枚の梁との接合部分の間に縦に二個ないし三個のボルトを通して行なわれる。大部分は３．２ｍｍの鋼板一枚を折り曲げて成型している商品が多いが、中には部分的に二枚重ねて作られているものもある。
鋳造品は二種類あるが、一つはＴ字型を厚さ６ｍｍで作った商品であり、考え方としては鋼板製の梁受け金物と同じである。もう一つは日鉄エレックスの商品で鎌継ぎと言う梁の端と梁の端を繋ぐ技術が法隆寺の時代から有るが、その形を逆さにして応用した梁受け金物である。古代の技術としては珍しく、半円の形が用いられている。鎌継ぎの形は、本来は半円の部分が下になるものだが、半円の部分を上にして梁の下部に差し込む形の梁受け部になっている。梁との接合は、この鎌継ぎの半円の横の下ぐらいにボルト穴があり、梁の横穴よりボルトを通して金物と接合される。柱への接合部分は２０ｍｍほど柱に差し込む部分があり、その部分にボルトを通すボルト穴があいている。最近であるが、全く別な柱と梁の接合方法として、鉄の丸棒を柱の側面から上下に二本通して、梁の接合部に差し込むと言うのが三井住商建材から出てきた。今のところ、実物も見ていないので鉄の丸棒の太さ、長さが解からず何とも解説が出来ないところです。
従来の技術で最も評価に値するのは、ホゾと言う突起をホゾ穴に差し込み、接合部を隠す木組みの技である。その為に、古代の木造建築物は意匠性に優れたものになっている。ただ問題は、意匠性を追求したために実物の木材の寸法と木の強さを殺してしまった事が、現在の課題となっている。
【００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、十勝沖地震、はるか沖地震や、阪神大地震の様な大型地震にも耐えれる木造建築物にするために、従来の技術の問題点を指摘するものである。従来の技術で示した様に、木組みの方法で知られる木造建築物は宮殿、神社、仏閣などであり、数多く現存しており美術的にも、意匠的にも、技術的にも評価の高いものである。また、それぞれの木造大型建築物は現存することで、木組みの方法の技術的レベルの高さも歴史的に証明されている。しかしながら、これらの歴史的木造建築物は、時の権力者達が金に糸目を付けずに日本中から集めた銘木を使用して建造されたものであり、現在の一般的な住宅や木造建築物には比較のしようがないものである。現在の一般的な木造住宅の柱の太さは、１０５ｍｍ角である。住宅金融公庫の仕様では、基本的に隅柱は１２０ｍｍ角を使用することと指導して来ている。それも最近の事である。１０５ｍｍ角の柱にホゾ穴を幅一寸又は、３０ｍｍ、高さ三寸又は９０ｍｍの大きさで開けて、ここに梁の端を幅３０ｍｍ高さ９０ｍｍ、長さ１００ｍｍのホゾと言う突起を差し込み、柱と梁の接合となる。梁の大きさに寄ってホゾ穴の高さだけが、少しずつ高くなる。これは、柱の一面に梁を掛ける場合の事で、向かい合った二面の場合でもホゾ穴の寸法は同じである。その為に、柱のホゾ穴の中で向かい合った互いのホゾが重なる様に、ホゾの長さの途中から半分の幅にする。柱の四面に、梁を掛ける場合は柱が１２０ｍｍ以上の太さになるが、ホゾ穴の幅はほとんど変わらないが高さは高くなる。柱の四面のホゾ穴の中で、四面より差し込まれる梁のホゾを組む為にはホゾの幅は半分でも良いが、向かい合ったホゾ二本の上半分を切り取り、このホゾに交差する向かい合ったホゾ二本の下半分を切り取る事になる。この様に木組みの原則は、一つのホゾ穴接合部にホゾが集まった時に、ホゾがどんどんと小さくなると言う欠点がある。柱の四面に梁を掛けないで、柱の上に長い梁を乗せて十字に交差させる場合は、高さを合わせる為に下になる梁は交差する部分を上半分の厚さを切り取り、上になる梁は下半分を切り取る。この時も柱と梁の接合には、柱の上部にはホゾを作り、梁の二本の交差する部分に開けたホゾ穴に差し込む方法が取られるのが普通である。ここでのホゾとホゾ穴は、二本の梁の方向が違う為に、小さくなる。この為に、ホゾが抜ける、ホゾが折れると言う問題が発生する。柱が１８０ｍｍ、２００ｍｍと太ければホゾ穴も大きくつくれるし、梁のホゾも大きく作れるので、一つの問題は解決できる。ただ実際は、木材の集荷の問題とかコストの問題などが有るので、問題は簡単ではないと言える。
【００４】
木組みの方法で柱と梁の接合部分の欠点と問題については、梁受け金物が解決出来たと言える。梁受け金物の考え方は、ホゾに問題が有るのでホゾを無くして金物で同じ働きをするもの、つまり梁受け金物を作り柱と梁の接合をより強固にする事である。ただ旧建設省告示１４６０号は、補強金物に付いての告示であってそれ以上のものではない。現在は、梁受け金物の指標となる数値もなく、発表されている金物の中には危険な物もある為に問題点を内包している。現在、発表されている梁受け金物の問題点は、四つあると言える。一つ目は、鋼板製の梁受け金物の柱への接合方法である。現在、鋼板製の梁受け金物の形は大きく分けて、Ｔ字型、コの字型、Ｉ字型の三種類ある。この三種類の柱への接合方法を梁方向から見ると、つまり正面から見た場合にＴ字型は横７０ｍｍ前後、縦１５０ｍｍから２５０ｍｍぐらいまで有り、その真中に縦に３．２ｍｍ、又は６ｍｍぐらいの梁受け部分が付いている。この場合は、左右に上と下にボルト穴があり、ここより１２ｍｍのボルトを使用して柱と接合する。柱の後側には座金を使用しているか、もう一つの梁受け金物がセットされている。コの字型の場合は、コの字の真中の部分が柱の面に接合する部分で、左右に一枚ずつ３．２ｍｍの縦に梁受け部分が付いている。柱に接合する部分の幅は、約３０ｍｍ、高さは梁受け部分と同じであるが、高さの低いもの、高いものと三種類ある。この３０ｍｍ幅の柱との接合部に縦直列にボルト穴が二つから三つ開いている。ここにボルトを差し込み柱と接合するが、柱の後側はＴ字型と同じである。Ｉ字型の場合は、柱の接合部に切り込みを入れて置き、そこに長方形の３．２ｍｍ厚の金物を縦に差し込み側面の上と下に開いているボルト穴に、柱の側面より１６ｍｍのボルトを通して柱に接合する。この場合は、柱の後側には何も無いか、もう一枚の金物が差し込まれている。これ等の鋼板製の柱との接合において、当社の木材接合試験では、Ｔ字型とコの字型は杉又はその他の無垢材の柱には使用出来ない様な結果である。その理由は、１２ｍｍのボルトを使用しているが曲げ強度が弱過ぎて、すぐ曲がりながら柱に減り込んで行く為に、形状変形が起こり易い。この為に、隣接するボルト穴が近過ぎるとすぐに亀裂する。１０５ｍｍ角柱の場合は、幅が狭いため金物を接合するボルト穴も縦直列になり易く、また木材を柱の様に立てて使用する場合には、木材の繊維も縦になっている事を考慮に入れる必要がある。ボルトと柱のボルト穴の接点は、点である為に柱の縦に走る繊維に減り込み易い。一度ボルトが曲がると元には戻せなく、また一度柱に減り込んだら時間がたつと柱は亀裂してしまう。無垢材には使用出来ないが集成材では、しっかりと指数を示していけば使用出来る。Ｉ字型の金物は、論外の品物である。１０５ｍｍの角柱にＩ字型の梁受け金物を接合する場合には、厚さ３．２ｍｍの金物を柱に差し込む為に、柱に幅５ｍｍの切れ込みを入れる事になる。つまり柱の一部が二分割される事になる。ここの二分割された柱の左右の厚さは５０ｍｍずつになる。金物を接合する為のボルト穴が縦直列又は上の穴と下の穴を右と左にずらしたとしてもほとんど効果はない。ここでは１６ｍｍのボルトを使用している。１０５ｍｍの角柱に１６ｍｍのボルトを使用した場合は、確かに効果はあるが左右に分割された５０ｍｍずつの柱に、それも木材の繊維が縦に走っている為に少しの鉛直荷重を受けるだけで減り込み、亀裂してしまう。また３．２ｍｍの鋼板を繊維が縦に走っている柱に縦に使用した場合、この鋼板は刃物を柱に使用している事と同じである。気違いじみた金物であり、法律違反の品物だと考えられる。
二つ目は、鋼板製の梁受け部分と梁の接合方法である。ほとんどの鋼板製の金物は、梁受け部を縦長に一枚か二枚にしている。Ｔ字型、コの字型、Ｉ字型ともこの仕様にあてはまる。この一枚又は二枚の金物を梁に接合する為には、梁の端に厚さ５ｍｍの切れ目を入れて二分割又は三分割する事になる。
梁の高さは別としても、幅が１０５ｍｍ有るものを二分割すると金物を差し込む部分が５ｍｍ必要なので５０ｍｍずつの板になる。三分割すると３１．６ｍｍの板になる。板として考えた場合は、ある程度の高さが有れば十分な強度のあるものと言えるが、この二分割又は三分割された間に金物の梁受け部を差し込み、横に開いているボルト穴よりボルトを通して接合すると問題が発生する。大部分の金物には、ボルト穴が三つから四つ開いている。また大部分の金物は、１２ｍｍのボルト仕様になっている。これ等の金物の考え方は、金物に梁を掛けると言うよりは金物と梁を横穴より通したボルトに梁を掛けるとした考えに近い様だ。
それは金物にボルトを受けてはいるが、金物が直接的に梁を受けている訳ではなく、直接的に鉛直荷重を受けるのは横に通されているボルトである。この場合も無垢材を使用するのは避けた方がよい。やはり１２ｍｍのボルトが曲がり易い為に形状変形が起こり易く、梁の側面が亀裂し易い。また金物を縦に一枚使用する場合は、梁は二分割で５０ｍｍずつの板になるが梁と金物を接合する為に通したボルトの中心点を金物の中心点に置くのが難しいため必ず形状変形が早くなる。また金物を二枚縦に使用する場合は、梁は三分割で３１．６ｍｍずつの板になるが梁と金物を接合するボルトの中心点を定め易い。ただ、それぞれの板が薄くなる為に、一枚の金物を縦に使用するのと耐えうる鉛直荷重は、ほとんど変わらない結果である。無垢材で４トン、集成材で５トンが安全な所である。梁に亀裂が入るのは、この後である。亀裂が入る時は、すでにボルトが曲がっていて、水平で有るはずの柱の上辺と梁の上辺が２０ｍｍから３０ｍｍ移動しており、元には戻らない。金物の梁受け部で形状変形があり、いびつな形になると柱側も必ずは時間が経過すると亀裂、損壊に結び着くので、もう一工夫が必要だと思われる。三つ目は、鋳造品の問題点である。本発明以外に二種類あるが、一つは鋼板製と似た形状をしているため鋼板製の金物と同じ問題になる。もう一つは、日鉄エレックスが発売している品物である。この金物は、幅は３６ｍｍ、長さ１７０ｍｍ、高さが１００ｍｍと１７０ｍｍの物がある。金物を柱に接合する場合は、１６ｍｍのボルトを使用する。また梁と金物の接合には、ドリフト．ピンを使用する。この金物の柱への接合部は、長さ２０ｍｍほど柱へ差し込む形になっていて、その部分にボルト穴が開いている。ボルト穴は縦に連なって二つある。同時にボルトを二本使用出来る様になっている。柱への接合部に問題はない。梁受け部は、縦に高い為に梁端の底辺から深く上部に向かって、切り込む事になる。金物を梁に接合する時に金物の上に梁を乗せるが、梁の高さに対して金物の高さが４０％ぐらいになる。梁と金物の接合はドリフト．ピンを横に開けてある１８ｍｍのボルト穴に通して行なわれる。このドリフト．ピンを通すボルト穴が梁の柱に接している先端から６０ｍｍの位置に有り、非常に浅い所に有るため引き抜きに弱い。また梁端に、はば３６ｍｍ、長さ１７０ｍｍ、高さは１００ｍｍと１７０ｍｍの二種類あるが、梁端の上半分の無加工の部分と下半分の加工部が鉛直荷重を掛けた時に亀裂し易いと言う欠点がある。金物その物は、強度も有り問題は無いが木材を組み込んだ時にどうかと言う事を考える必要がある。
四つ目は、木材の加工に関する問題点である。鋼板製の金物も鋳造品の金物も柱への接合部の木材加工は木工用ドリルでボルト穴を開けるか、浅いもので容易で有るが、梁受け部を接合する梁の加工は高精度が必要で遊びが無く、一般の大工では加工が出来ない。３．２ｍｍの鋼板を差し込む様に梁端を縦に真っ直ぐ切り込む事は、機械でないと加工出来ない。その理由は、二分割された梁端の左右が対象でなければ鉛直荷重が掛けられた時に、いびつになり易く、亀裂の原因になり易いからである。また金物と梁の側面からボルトを通す為のボルト穴もｍｍ単位の為に、少しのずれも許されない。大きな穴を開け過ぎると、今度は柱と梁の上辺にずれが出来る事で精度が出なくなる事と、あまり遊びが大きくなると鉛直荷重の片寄りが出来て亀裂の原因となる。その為に大工が加工出来ないので、それなりの加工機械の有るプレカット工場に加工を依頼する事になる。これ等の加工をする機械は、とんでもなく高い価格の為に、誰でも彼でも買えない物である。別の問題で有るが無垢材も使用できず、大工の仕事が無くなるとは悲しい事であり、切実な問題が更に発生する。強度の弱い木材は別としても、ある程度の木材が使用出来て、大工が加工出来る形状の金物である事も必要である。
【００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、課題を解決するために大工が木造建築物の建築に使用した木組みの技術を活かし、ホゾ穴を利用することとした。ホゾは、木組みの技術で最も優れたものだが接合部において、ホゾが集中した時に加工部がどんどんと小さくなる為に抜ける、折れると言う欠点と強度不足もホゾにあるため、ホゾに替わる仕組みの物を鋳造品で作成する事とした。ホゾ穴の亀裂、損壊に付いての話は聞いた事もないので、何千年も歴史的に実証されて来たホゾとホゾ穴と言う技術を基本とした。本来、ホゾとホゾ穴は柱の繊維方向に対しては面を作り対処する事で、宮殿、神社、仏閣等の大型木造建築物を建築し、これ等の屋根は、瓦を乗せたものだと２０トンから１００トンぐらいまで有が、それを木材だけで支える技術と荷重計算を考慮に入れて来た事は驚きであると言える。この匠の技術を捨てるのではなく、どの様に活かす事が可能か考えた。本発明の鋳造品の梁受け金物は、ダクタイルＦＣＤ５００で作られており、梁端の木材部で作るホゾより遙に強度の有る物である。本発明は、部品Ａ、部品Ｂ、部品Ｃと言う三つの部品を組み合わせて使用する事に寄って、柱への接合部がホゾと同じ仕組みになる。柱への接合で最も大事なのは、鉛直荷重を受ける面を造る事である。部品Ａと部品Ｂを柱のホゾ穴に左右から向かい合って差し込んで重ね合わせ、合体させドリフト．ピンに寄って柱に接合すると金物の底辺に幅２９ｍｍ、長さ１０５ｍｍの面が出来上がる。この時に、部品Ｂの変わりに部品Ａを組み合わせる事もあるが、面の形は同じになる。住宅の隅柱に金物を取り付けＬ字型の角を形成する場合は、柱のホゾ穴に部品Ａと部品Ｂの横に部品Ｃを差し込んで、柱と金物全てを一本のボルトで接合すると幅２９ｍｍ、長さ１０５ｍｍの面の横の中央部に、幅２９ｍｍ、長さ３７．５ｍｍの面が追加される。Ｔ字型の幅２９ｍｍの面が的上がる。Ｔ字型は、部品Ａ、部品Ａ、部品Ｃの組み合わせでも出来る。更に部品Ｃを追加して接合すると幅２９ｍｍの十字型の面が出来上がる。金物の梁受け部に梁を掛けて大きな鉛直荷重が掛かった時に、荷重を点で受けるのではなく、大きな面で受ける事に寄って荷重を柱の全体に分散する事が出来る。この事に寄って柱の強度を活かす事が出来て、亀裂、損壊を防ぐ事が出来る。また金物のホゾ穴に差し込む部分に荷重を相殺する機能を持たせた。部品Ａと部品Ｂには、柱の左右から差し込まれ、重なり合い、合体して接合された時に、お互いの部品の先端がお互いの部品の内部で壁に囲まれて上下に逃げない様にした。部品Ａと部品Ｂには、ボルトを通すボルト穴の下に横長の窓穴を造った。ここに部品Ｃを接合する時に、部品Ｃの下部に突起を造り差し込む事で、部品Ｃだけではなく、部品Ａ、部品Ｂとの接合力を高めた。もう一つの工夫は、二つの部品の組み合わせにはネジ切りの無い１６ｍｍのドリフト．ピンを使用し、三つ以上の部品の組み合わせの時は１６ｍｍのハイテンション．ボルトを使用することとした。この事で柱への接合と金物同士の接合力は高まり、接合時の歪みを最少限に出来る。この事で、ホゾ穴の下部の面と金物の下部の面が常に一体となる様にした。金物の梁受け部は、柱の外側にある部分である。部品Ａと部品Ｃは、柱への差し込み接合部と梁受け部の構造になっている。二つの柱への差し込み部は、異なる構造になっているが梁受け部は全く同じ構造である。柱への差し込み部の上辺から垂直に１２５ｍｍの高さで、幅は６８ｍｍ、厚さ９ｍｍであり、差し込み部と接続する部分が真中にあり、下から９０ｍｍ、幅３６ｍｍ、厚さ２０ｍｍの骨の様になっている。更に底辺よりＬ字型に、直角に水平な厚さ１２ｍｍ、幅６８ｍｍの板が長さ１６１ｍｍ伸びている。ここも二重構造で、幅３６ｍｍ、高さ２０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの骨の様に造られている。水平部分の上の面は平らで、下側に骨に当る部分が８ｍｍ出ている。力学的には、Ｌ字型の構造は非常に弱い造りである為に、９０度の角部分には、上の角と下の角を盛り上げる様にしてアングルを付けなくても強度を発揮出来る様にした。水平部分の上の面を１２５ｍｍの垂直部の下から２０ｍｍの位置とした。また水平部分の先端に、上から見ると幅の中央に径１９ｍｍの丸棒を立てた。高さ１００ｍｍ、金物の底辺からだと１２０ｍｍになる。これは梁を真っ直ぐに立てるガイドであり、梁の横倒れ防止、梁の引き抜き防止としての役割を持つ。垂直部分が下に長く、幅が広いのは初期荷重を受ける為である。初期荷重の防止は、金物の梁受け部に梁を掛けて鉛直荷重を掛けた時に、梁受け部が下に押し下げられる為に大きく、厚い面で押さえないと柱に減り込んでしまう。本発明は、金物が木材を組み込んだ時、機械的鉛直荷重を掛けて耐えうる柱と金物の保持力、梁と金物の保持力、全体としてのバランスを総合的に評価し、試験をして造られている。いくら金物の強度が有っても、柱や梁が簡単に亀裂、損壊する様な木材加工では何の意味もなく、柱と梁の元々持っている寸法の強度をどれだけ引き出せるか考えると、木材を割ったり、加工しない事が一番良いので、金物の機械的構造は複雑になったが木材の加工については簡単なものにした。大工が簡単に加工出来る様にする為に、形はシンプルにした。プレカット工場でも簡単に加工出来るものとなった。金物は比重が高く、木材から見ると非常に重たい物で有る為に使いがっては決して良いとは言えないが、それに勝る性能と強度を持った梁受け金物である。この本発明が出来た事で、間取りが自由に設計出来るスケルトン住宅、また大広間、大空間のある住宅や大型木造建築物が鉄骨を使用しなくても建築出来る事になる。これらの事は、資源が有って大きな木材が安く入手出来て、土地が安く買えれば不可能な事ではないが、現実的には無理なことである。本発明がある事で、１０５ｍｍ角、１２０ｍｍ角の柱でも十分に強度の有る５０年、１００年の寿命のある建築物を大工の手で建てる事が出来る。本発明は、問題点として指摘した事柄を全て解決出来たと思うが、泣き所は一つ重さだけである。
【００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、部品Ａ、部品Ｂ、部品Ｃの三つの組み合わせ使用に寄って始めて、その機能を発揮するが、それは柱への接合と梁への接合を前提としたものである。通常の実施時においては、梁の高さに寄って柱への接合となるホゾ穴の位置が変わる事になる。二階の床を水平にする為に、柱の上辺と梁の上辺を同位置の高さにする必要がある。梁受け部の底辺と梁の底辺は同位置になるので、ここから逆算して柱のホゾ穴の位置が決定される。１０５ｍｍ角の柱を使用する場合は、ホゾ穴の大きさは幅３０ｍｍ、高さ６８ｍｍ、長さ１０５ｍｍとなるが、ホゾ穴加工器で加工する。柱の左側に一方向だけ梁を掛ける場合は、部品Ａをホゾ穴の左側より差し込み、部品Ｂを右側より差し込むが、部品Ｂの右端にある垂直な座金部分を柱の側面内側に隠す為に深さ９ｍｍの加工が必要である。この座金を柱の側面内側に隠す理由は、内壁と外壁を作成する時に邪魔になる為で、この作業は一方向、角を形成する二方向とＴ字型の三方向で必要になる。金物を柱に接合する１８ｍｍのボルト穴を開ける加工は、一方向、角の二方向、直列二方向、Ｔ字型三方向で必要になるが、十字型の四方向の場合はホゾ穴加工だけである。梁受け部に直立した１９ｍｍの丸棒を通すボルト穴は、２２ｍｍである。ボルト穴の加工は、木工用ドリルで行なう。梁受け部は、垂直部と水平部の構造であるが、梁端下部の加工部に隠して横から見えない様にする。ここの梁端の加工ではホゾ穴加工器で垂直部が入る部分を、刻み加工器で水平部が入る様に加工する。柱への金物の接合は、柱を立てる前に行なう。梁と金物の接合は、立てた柱に金物が接合されているので、金物の梁受け部に梁を掛けるだけで梁端の下部に金物が差し込まれる事で接合となる。金物を柱へ接合する場合には、一方向と直列二方向だけがドリフト．ピンの一本使用となるが、その他の方向ではハイテンション．ボルトの一本使用となる。どんな時でも、ボルトは一本使用だけであり、二本使用は無い。本発明では、金物と梁の接合にはボルトを使用しないが、梁が柱から離れたり、倒れたり、外れたりしない様に梁受け水平部に丸棒を直立させているが、この方法は画期的なものである。直立した１９ｍｍの丸棒の高さは、水平部の上面から１００ｍｍ、底辺からだと１２０ｍｍである。柱と梁の離反防止、梁の倒壊防止、上に外れる防止は全て地震を想定したもので有るが、この丸棒の直立している意味は、梁に掛かる荷重は梁の圧縮と言う形で金物に伝わるが、梁に米松の無垢乾燥材を使用した場合２０から２５ｍｍの圧縮に寄る沈み込みが発生するが、丸棒の頂点が梁のボルト穴の頂点に当たらない様に３０ｍｍ程深く加工して置くと圧縮の力を逃がす事が出来る。ボルト穴の頂点に丸棒の頂点が当たると、その部分が荷重の反対作用で亀裂してしまう。つまり、ほとんどの鋼板製金物が梁との接合にボルトを横に通す事にしているが、ボルトを通した梁の接合部分と荷重を受けている梁の全体の荷重方向は、反対の為に亀裂してしまう。それは、ボルトが真っ直ぐで有っても、曲がっていても同じである。以上を参考に実施例図の説明をしたい。
図１は、柱の左右に貫通したホゾ穴の左側に部品Ａを右側に部品Ｂを差し込み、ドリフト．ピンに寄って接合し、梁を一方向に掛ける実施例である。二つの部品は、柱の上下、左右の壁に囲まれており、柱の内部でピンを支点にして完全に重なり合い、合体している。二つの部品の先端は１５ｍｍ飛び出しに作られており、お互いの部品内部の前、左、上下、ホゾ穴の右壁に囲まれている為に、荷重が掛かった時には動けなくなり、互いに掛かる荷重を相殺する構造になっている。また二つの部品がホゾ穴の内部で重なり合った時に、部品の下部には幅２９ｍｍ、長さ１０５ｍｍの面が造られる。部品Ａは、柱への差し込み接合部と梁受け部の構造になっている。柱への差し込み接合部は、ただ単なる接合部ではなく幅２９ｍｍ、長さ１０５ｍｍのホゾを半分だけ形成する。部品Ｂは、残りのホゾを半分形成する差し込み接合部と座金部の構造になっている。部品Ｂには、梁受け部はなく部品Ａの補助金物である。部品Ａの梁受け部は、柱への差し込み接合部に対して垂直な幅６８ｍｍの板になっており、高さが１２５ｍｍであるが、その底辺より２０ｍｍ上で直角に水平部になる。水平部は、垂直部の柱に接している面から１７０ｍｍの長さである。垂直部は、真中の幅３６ｍｍ、厚さ２０ｍｍの背骨部分と厚さ９ｍｍの外周部の構造で有り、水平方向に１１ｍｍ飛び出している。水平部でも、幅３６ｍｍ、厚さ２０ｍｍの背骨部分が真中に有るが、外周部の厚さは１２ｍｍで有る。下に背骨部分が８ｍｍ飛び出している。水平部の上は、平らな面である。水平部の先端に、直立した径１９ｍｍの丸棒が幅の中央に立っている。丸棒の高さは、上の水平部から１００ｍｍ、底辺から１２０ｍｍである。この梁受け部は、梁を掛ける時に梁端の加工された下部に納まり、横から見ると隠れてしまう事になる。部品Ａの形は、横から見るとＬ字型又はリフト型になる。構造的には、Ｌ字の９０度の角が下に押し下げる荷重に対して弱いので、角の上に小さな三角状のアングルを形成し、角の下部分も幅６８ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚さ２０ｍｍとなる様に盛り上げる事で、最大押し下げ強度としては解決出来た。しかし、梁を掛けた時の強度は異なるものとなる。梁の長さが、３ｍ、４ｍ、５ｍ、６ｍと長くなると、梁受け部の荷重を受ける位置が先端の方にどんどんと移動して行く為である。しかし本発明は、１０５ｍｍ角柱、幅１０５ｍｍ、高さ２４０ｍｍ、長さ６００ｍｍの梁を使用した試験においては、最大荷重が８５ＫＮと、片寄りの荷重としては非常に良い結果である。
図２は、柱の左右に貫通したホゾ穴に左右から部品Ａを一個ずつ差し込み、ドリフト．ピンに寄って柱と二個の部品Ａを接合して直列二方向に梁を掛ける実施例である。図では、見えないが梁の先には左右に一本ずつ柱がある事を前提としている。部品Ａ同士の組み合わせも、部品Ａと部品Ｂの組み合わせと同様な柱への差し込み接合部の構造になる。左右から部品Ａの差し込み接合部が差し込まれる事で、柱に接合した時、ドリフト．ピンを支点にして二つの部品の重なり合い、合体し、お互いの先端が、お互いの内部で噛み合いを強くし、お互いに掛かる荷重を相殺する。また部品の下部に幅２９ｍｍ、長さ１０５ｍｍの面を造り出す。ここまでは、図１と同じで有るが、結果は全く異なる事になる。左右の部品Ａには、梁受け部が有り、梁を掛けると左右対象となりバランスの取れたものとなる。今度は片寄りの荷重を受けるのではなく、左右均等の荷重の為に部品Ａの本当の強度が出せる。部品Ａと部品Ａに左右均等の荷重が掛かった時は、二つの部品が理想的に噛み合う為にドリフト．ピンには殆ど荷重が掛からない。しかし、ホゾ穴の加工のズレや、ホゾ穴に差し込まれた部品の傾きや、位置を修正し維持する事もドリフト．ピンの役割である。ドリフト．ピンを通す柱のボルト穴には、大きな荷重が掛からない様に、部品同士が噛み合う為である。
図３は、柱の左右に貫通したホゾ穴の左側に部品Ａを、右側に部品Ｂを差し込み隣接した手前の半分だけ開けたホゾ穴に部品Ｃを差し込み、後ろ側より開いたボルト穴から座金付ハイテンション．ボルトを差し込み部品Ａ、部品Ｂ、部品Ｃを柱に接合する、直角二方向に梁を掛ける実施例である。技術的には、この直角を形成するのが最も難しかった。分解して見ると、良く理解出来るが部品Ａと部品Ｂの組み合わせは、図１で説明した様に片寄りの荷重になる。また梁受け部の有る部品Ｃと座金付ボルトの組み合わせも片寄りの荷重になる。普通の接合方法では、十字方向の組み合わせはホゾ穴を大きくするか、鋼板製の金物を接合する方法の様にボルトを段違いに十字に開けたボルト穴に通す事になる。ホゾ穴を大きくすると、柱の接合部であるホゾ穴周辺部が座金の圧力で折れてしまう危険性があり、ボルトを十字型に使用して交差させた場合に、上のボルトの荷重で下のボルトの柱への減り込みが早くなる。そうでなくとも、本発明はボルトが曲がり易いので使用しない事にしているので、この方法も危険で採用不可能であった。その結果、部品Ａ、部品Ｂ、部品Ｃに機能を持たせる工夫をしたのが本発明である。部品Ａと部品Ｂにボルト穴を開けたのは、お互いの組み合わせ接合の為だけではなく、部品Ｃをも接合する必要があった。また部品Ａと部品Ｂのボルト穴の下に横長の窓穴を開けてあるが、これに部品Ｃの突起を差し込む事とした。突起の付かない部品を作って接合力の試験をしたが、結果は雲泥の差であった。また突起の差し込みを考えた、もう一つの理由は部品Ａと部品Ｂの組み合わせでは、部品Ａの梁受け部に梁を掛けた時に片寄りの荷重になり、部品Ａ側に押し下げられて来るが、部品Ａの窓穴に部品Ｃの突起を差し込み、部品Ｃの反対側より座金付きハイテンション．ボルトを通して、それぞれの部品を柱に接合し部品Ａと部品Ｃの梁受け部に梁を掛けた時に、部品Ｃは自荷重で部品Ａの傾きを押さえてくれると同時に、部品Ｃ自体も部品Ａの窓穴に突起が差し込まれてボルトで接合されている為に、片寄りの荷重にはならず形が崩れない。部品Ａの窓穴に部品Ｃの突起を差し込む方法は、部品Ａに重石を乗せる事になり、部品Ｃの突起は、部品Ａの窓穴に差し込まれて接合されている為に、部品Ｃにも部品Ａが重石を乗せている事になり相乗効果が生まれている。この為に、隣接した部品Ａと部品Ｃの梁受け部の反対側での、部品Ｂの座金部とボルトに付いた座金の柱への荷重を、少しでは有るが軽減出来る。普通は、住宅などの直角を形成する時に隅柱として１２０ｍｍ角を使用するが、ボルトと座金を使用して接合する場合には、柱の側面より内側にボルトの頭を隠す為に２０ｍｍの深さで加工するが、本発明は部品Ｂの座金部と部品Ｃを接合するボルト付き座金は厚さ１０ｍｍとして出来るだけ、柱の部品接合部分を加工しない様に工夫している。また、このＴ字型の部品の下部には幅２９ｍｍの面が造られている事も、全体の荷重分散をして一カ所だけに大きな荷重が掛からない様にしている。これで隣接する二材面の部品に、梁が掛けられた時の片寄りの荷重を全く無くする事は出来ないが、柱に対する荷重を軽減する意味合いに置いては大きな効果があると言える。
図４は、柱の左右に貫通したホゾ穴を開けてから、そこに左右から部品Ａを一個ずつ差し込み、手前に半分だけ開けたホゾ穴に部品Ｃを差し込んでから、ボルト穴を開けた後側より座金付きボルトを通して、部品と柱を接合しＴ字型三方向に梁を掛ける実施例である。このＴ字型三方向の形成では、柱にホゾ穴を十字型に貫通させて、柱の手前より部品Ａを、後ろより部品Ｂを、左右より部品Ｃを一個ずつ差し込み、部品Ｃ側からハイテンション．ボルトを通して四つの部品を接合する方法もある。このＴ字型三方向の形は、建築物で外側の真中で使用される。この二つの接合方法の、どっちを選択するかは建築物の構造に関わってくる計算が必要である。この二つの接合強度は、どちらも高く荷重分散も出来ているが、部品Ｃを二つ使用している方が、ハイテンション．ボルトで締めている事で更に強い安定度がある。親梁の側面に、更に子梁を接合したい場合など、この親梁を接合する方向に部品Ｃが来る様にすると、部品の機能を良く引き出す事になる。また部品の下部に造られる面もＴ字型と十字型の違いが有り、部品Ｃを二個使用した方がより安定度が有ると言える。また、この部品Ｃを二個使用の場合には、柱へのボルト穴は必要なくなり、ホゾ穴だけで済む事になる。この方法の方が、柱への横からの荷重も少なく、安全性もより高いと言える。
図５は、柱に貫通したホゾ穴を十字型に開けて、柱の左右より部品Ａを一個ずつ差し込み、柱の前後より部品Ｃを一個ずつ差し込みハイテンション．ボルトを部品Ｃ側から、もう一つの部品Ｃ側に通して四つの部品を接合して、十字型四方向に梁を掛ける実施例である。部品の組み合わせとしては、この十字型が最も安定したバランスになり、均整の取れたものとなる。部品下部に造られる面も、幅２９ｍｍの十字型で大きくなり、更に木材も含めて大きな荷重に耐えられる構造となっている。しかしながら、この十字型の場合には、四方向において最大荷重は１００ＫＮを超える耐力が有る為に、使用には注意が必要である。一般的には、四方向の形成が必要な場所は大型建築物の真中であるが、無垢材の使用時には、かなり太い柱を用意するか、ある程度の太さの集成材の柱を使用する事が必要である。杉柱の様な、年輪の幅が荒く、若年木の柔らかい木材では、いくら部品同士の噛み合いで荷重を相殺出来ても、また良い機能を発揮しても、面が十分に造り出されていても、１０５ｍｍ角柱では無理があると言える。木材の特性と強度をしっかりと把握し、認識して使用する事が必要である。その事さえ間違わなければ、本発明は一般住宅から三階建て住宅、アパート、庁舎、体育館などの様々な建築物に使用可能であり、部品の持っている機能を十分に発揮出来るだけの、構造的耐力、構造的機能を持っている梁受け金物である。
【００７】
【実施例】
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【００８】
【発明の効果】
本発明の基本的な理念は面である。本発明は、部品Ａ、部品Ｂ、部品Ｃの三つの部品を組み合わせて使用する。  部品Ａと部品Ｃは、柱への差し込み接合部と梁受け部で構成されている。部品Ｂは、柱への差し込み接合部と座金部の構造になっている。それぞれの部品は、単独では役に立たなく二つ以上の組み合わせで使用する事で、始めて機能が発揮出来て効果を出せる。柱の左右から、部品Ａと部品Ａをホゾ穴に差し込んで、金物をドリフト．ピンで柱に接合した時に二つの金物は、ホゾ穴内部でドリフト．ピンを支点にして重なり合い、合体し、それぞれの先端の飛びだしが、それぞれの内部にある壁に囲まれて、噛み合い動けなくなる。そして、この二つの金物の下部にはホゾ穴の内部に幅２９ｍｍ、長さ１０５ｍｍの面が造られる。梁受け部に、梁が掛けられた時にそれぞれの梁受け部の荷重は最後は全て柱に集まる。この荷重を二つの噛み合わせた金物が、相殺してくれると同時に、柱の一点ではなく全体に分散してくれるのが、金物の下部に造られた面である。柱は木材の縦の繊維で組成されており、この縦の繊維には横の水平な面を置いて、その上に物や荷重を掛けても十分耐えるだけの物理的特性を持っている。鉄も木材も、縦使用には強いが横使用には弱い。本発明では、部品の組み合わせに寄ってドリフト．ピンを一本かハイテンション．ボルトを一本だけ使用するが、柱のボルト穴周辺に大きな荷重は掛からない。金物が噛み合っている事で、面に寄って金物が下からドリフト．ピンを支えている為である。本発明が鋼板製の金物の様に、ボルトを多用しない理由は柱を守為である。縦の繊維方向にボルトを使用して、大きな荷重を掛けるとボルトは曲がりながら柱に減り込んで行く。柱への減り込みは、致命的である。更に荷重が掛かるか、地震などの横揺れに寄って、減り込み部分は亀裂してしまう。一度、亀裂してしまえば手遅れである。その為に、柱を守必要がある。本発明の部品Ａと部品Ｃには、垂直部の梁受け部が付いている、部品Ｂには垂直部の座金部分が付いている。これは、金物が片方に引っ張られるのを防ぐ為であり、柱を挟んで亀裂から守為でもある。
一方梁受け部の構造は、垂直部と水平部で構成されている。垂直部は、初期荷重受けとしての役割が有り、水平部に梁が掛かり、荷重が掛かった時に梁受け部全体が下に押し下げられるのを大きな面で防ぎ、柱の側面に減り込むのを防ぎ、柱を守。また垂直部は、柱への差し込み接合部と梁受け部の水平部を接続する部分でもある。水平部は、垂直部の底辺より２０ｍｍ上に９０度の角を造っている。この水平部を上からの荷重から守工夫が一番難しい事である。水平部の付け根を丈夫にする為に、上の角と下の角に盛り付けした様に小さなアングル状にした。この方法だと、機械的鉛直荷重の最大荷重で１５トンまでである。それ以上の荷重を受ける場合は、垂直部を下に２０ｍｍ伸ばしてから、水平部の位置を垂直部の底辺から３０ｍｍ上に付けて９０度の角部分の上下の盛り付けを高くする様にアングル状な形を大きくする事で解決は出来るが重たくなるのが欠点である。
ただし、この水平部の平たい面がある事で梁を荷重から守事が出来る。梁に対する加工が小さければ小さいほど、梁の亀裂や破損が発生し難い。しかしながら、これは全ての金物の形に当てはまるものではない条件である。この水平の面でなければ、大きな荷重が掛かった時に梁を守れない。金物の水平部を簡単に強くするには、角の根元に大きなアングルを付けると可能であるが、その部分に梁を掛ける為には、アングルを差し込む部分を深く加工する事になる。深く加工した部分は、大きな荷重に耐えられず亀裂したり、破損したり、潰れたりする。もちろん、荷重の程度の問題であるが柱と梁は何十年と維持される事が大事である。本発明は、木造建築物用の梁受け金物であるが、一般的な木造住宅、三階建て住宅、庁舎や体育館などを対象としている為に、使用する木材も無垢材、集成材、ＬＶＬ、乾燥材などになる。一般用としては、柱、梁の寸法は１０５ｍｍ、１２０ｍｍ向けの生産となる。大型建築物用は、特別仕様となるが基本的な図面と鉛直過重に対する強度のデーターも有るので、対応しやすい。日本住宅．木材技術センターの仕様で通りに試験を繰り返した結果は、柱に１０５ｍｍ角、高さ７００ｍｍの杉乾燥材、梁に米松乾燥材で幅１０５ｍｍ、高さ２４０ｍｍ、長さ６００ｍｍのものを使用して、柱が移動しない様に固定して、機械的鉛直荷重を掛ける。柱と柱の間に梁を掛ける一方向の場合は、左の柱に部品Ａと部品Ｂを右の柱にも部品Ａと部品Ｂを接合して、両方の部品Ａに梁を掛ける。その梁の長さと幅の中心点に機械の荷重点を合わせて、鉛直荷重を掛ける試験をした。杉の柱と米松の梁の組み合わせでは、一方向８６ＫＮから８７ＫＮである。直角の二方向では、左右の柱に部品Ａ、部品Ｂ、部品Ｃを接合して、両方の部品Ｃに梁を掛ける。この結果は、８９ＫＮから９１ＫＮである。この結果は、建築用構造材としては最も強度の弱い杉の柱である事と、内側えの片寄りの荷重の為である。梁は米松を使用し、柱をホワイトウッド集成材にしての試験では、一方向では９０ＫＮから９１ＫＮになる。二方向では、１０４ＫＮから１０５ＫＮである。更に柱と同用に、梁もホワイトウッド集成材にした時、一方向では９５ＫＮから９６ＫＮになる。二方向では１１４ＫＮから１１５ＫＮになる。以上は最大荷重である。柱は殆ど損傷はなく、梁に一カ所の亀裂が走った時点で終了である。現在、まだ試験はしていないがロシア唐松集成材、米松集成材、ラジエターパインＬＶＬ，米松ＬＶＬなどの強度のあるエンジニアリング．ウッドがある。もう一つの試験は、梁の沈み込みである。建築現場では、柱の上辺と梁の上辺の高さは同じにする必要がある。二階の床を水平に平らにする為である。本発明を使用の際には、最大荷重を掛ける事は考えられないが、柱から梁が沈み込むと言う事は床が沈むと言う事になる。柱に杉を、梁に米松の乾燥材を使用した場合に最大荷重を掛けた時には、柱の上辺から見て梁の上辺の沈み込みは２０ｍｍから２５ｍｍとなり、荷重を戻した時に沈み込みの戻りは１０ｍｍから１５ｍｍである。木材には、圧縮された沈み込みを、圧縮から開放すると戻す働きがある。穴が開いてるのではなく、小さな窪みなどだとお湯で濡らしたタオルを短時間置くだけで、窪みは無くなる。柱と梁にホワイト．ウッド集成材を使用した場合は、梁の沈み込みは１５ｍｍ前後であり、圧縮から開放後の戻りは５ｍｍから７ｍｍであった。時間が経過すれば、もう少し戻るとは思われるが集成材の場合は最大荷重も大きく成っている事で、戻りが少なくなるとも言える。建築に実際の使用時には、予測出来ない地震の横荷重も考えると最大荷重の八掛けでの荷重設計とする必要がある。金物の水平部にある丸棒の働きは、基本的には梁が前後、左右に動かない様にし倒れたり、柱から離れない様にする事と、地震で下から突き上げられた時に抜けない様にする事である。試験の結果では、梁の位置がずれる事は全くなかった。本発明の全体としての効果は、コの字型の鋼板製梁受け金物と比較して最大鉛直荷重では１．７倍から２倍の強度がある。杉柱との接合維持力では、本発明での試験の一方向では荷重８５ＫＮで全く亀裂は発生しないが、ホゾ穴の梁方向下部に２ｍｍの減り込み、柱の側面に初期荷重受けの減り込みが同じく２ｍｍほど、部品Ｂの座金部分上部の減り込みが２ｍｍ有ったが、片寄り荷重の為に出来る事で致命的とは言えない。鋼板製金物では、柱との接合はボルトを二本から四本を使用するのが一般的で有るが、梁受け部に大きな荷重が掛かった時にボルトが曲がりながら柱に減り込んで行く、ボルトは一度曲がってしまえば元には戻れない為に、ボルト穴が縦直列に二つないし、三つ有る場合は特にボルトは柱に減り込み、食い込み亀裂して、ボルト穴同士が繋がり、最後は割れて仕舞う事になる。その原因は、曲がり易い１２ｍｍのボルトを多用している事とボルト穴とボルトの接点は点であり、柱の縦に走る繊維には横の面が必要であると言う考慮に欠けている為である。本発明の梁との接合維持力は、梁受け部が水平で丸棒が先端に直立している事で、梁端の底辺２０ｍｍに加工された部分に納まり易く、丸棒が縦に開けたボルト穴に納まって居るので、安定しており、梁の圧縮に強い。それは、梁の下から面で支えて居る為である。木材である梁の強度を引き出す形としては、理想に近いと思う。面を大きく造り出す為に、金物は重たくなると言う欠点はある。しかし、面を造り出している効果は大きい。丸棒の効果も大きいと言える。鋼板製の金物の場合は、大部分の梁受け部の構造は厚さ３．２ｍｍの板を一枚ないし二枚を縦に使用している。梁には、縦に二分割ないし三分割の切れ目をいれる。しかし、梁の切れ目に金物を差し込んでも梁は掛からない。金物と梁の横に有るボルト穴に決められた本数のドリフト．ピンかボルトを差し込む事で始めて梁が掛かった事になる。つまり金物は、直接梁を掛ける物ではなく間接的な物で、直接的に梁が掛かり荷重を受けるのはドリフト．ピンかボルトである。ドリフト．ピンとボルトを横に使用して、梁を掛けるとなるとボルトの曲げ強度が相当に強いものを使用する必要があり、二分割、三分割された梁も相当に強度があり、亀裂しない特別な物を作る必要がある。柱から梁が離れない仕組みにはなるが、上からの荷重には耐えれない。その理由は、梁全体が荷重で下に押し下げられた時に、ボルトに引っかかった部分が上に持ち上げられ、その他の部分は下に下がる為に亀裂してしまう。本発明は、梁が柱より離れない様に、梁が倒れない様に、金物から梁が外れない様に１９ｍｍの丸棒を、ボルトの変わりに縦に立てている事で、上下、左右、前後の地震に耐える事が出来る事と、梁が上からの荷重を受けた時に、梁は必ず圧縮で沈み込むが、丸棒を縦に使用する事で沈み込みの時に引っかかりのない形で圧縮を水平部で受けとめる事ができる。繰り返すが、本発明はボルトは多用しない構造である。鋼板製の金物との、決定的な違いは鋳造品である事、面を多用している事、ボルトの使用数が少ない事、丸棒を縦に立てている事である。この効果が、木材を組み込んだ試験で最大荷重の数字で鋼板製の１．７倍から２倍になる原因である。このデーターは、試作品の数字であるが、本格生産分はもっと強度の有るものとなる。本発明は、一般住宅以外にも三階建て木造建築物、大型木造庁舎、木造体育館などに使用可能であり、柱の太さに寄って金物も大きくなり、大きな荷重に耐える物に寸法も拡大されていく事で、木造建築物であれば全ての物件に対応可能である。もう一つの効果は、部品Ａ、部品Ｂ、部品Ｃの組み合わせて使用する時に、接合する柱と梁の木材加工については、それぞれの部品の形がシンプルな為に大工の持っている、ホゾ穴加工器、丸鋸、刻み加工器で加工出来る。勿論、プレカット工場での加工も容易であり、当初の目的は達成出来たと思う。ただし、重さを除いては。色んな金物が有るが、形は本発明に似ている物はない。２０種類ほど鋳造品で、色んな形の物を作成して一年半かけて試験をしてみたが、柱と梁にダメージがなく、大きな荷重を受ける事が出来て、尚も５０年、１００年の歳月に耐える事の可能な梁受け金物は、これしか無いとの結論になった。日本一の新日鉄の子会社であるＮＳエレックスが何故、鋳造品で金物を作ったのか、試験をしてみて良く理解出来た。
【００９】
【図面の簡単な説明】
【図１】柱に梁を一方向に掛ける時の、部品の組み合わせ接合を示した斜側面図である。
【図２】柱に梁を直列二方向に掛ける時の、部品の組み合わせ接合を示した側面図である。
【図３】柱に梁を直角二方向に掛ける時の、部品の組み合わせ接合を示した側面図である。
【図４】柱に梁を三方向に掛ける時の、部品の組み合わせ接合を示した側面図である。
【図５】柱に梁を四方向に掛ける時の、部品の組み合わせ接合を示した側面図である。
【符号の説明】
１は、柱
２は、梁
３は、部品Ａ
４は、部品Ｂ
５は、部品Ｃ
６は、ボルト穴
７は、部品Ｃの突起を差し込む為の、窓穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年2月13日(2003.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】部品Ａの他の部品に差し込む突起、重なる部分、他の部品の突起の差し込まれる部分を内側から見た柱への差し込み部を左にして、垂直部、水平部、丸棒の直立部の梁受け部を右に示した右側面図である。
【図２】部品Ａの柱への差し込み部を右にして、垂直部、水平部、丸棒の直立部の梁受け部を左に示した左側面図である。
【図３】部品Ａの梁受け部の垂直部を背にして、高さの真中より上の内側にある柱への差し込み部を手前に示した正面図である。
【図４】部品Ａの柱への差し込み部を背にして、梁受け部を手前に示した背面図である。
【図５】部品Ａの柱への差し込み部を左にして、梁受け部を右に示した平面図である。
【図６】部品Ａの柱への差し込み部を左にして、梁受け部を右に示した低面図である。
【図７】部品Ｂの他の部品に差し込む突起、重なる部分、他の部品の突起の差し込まれる部分を内側から見た柱への差し込み部を左にして、垂直部の座金部分を右に示した右側面図である。
【図８】部品Ｂの柱への差し込み部を右にして、座金部分を左に示した左側面図である。
【図９】部品Ｂの座金部分を背にして、柱への差し込み部を手前に示した正面図である。
【図１０】部品Ｂの柱への差し込み部を背にして、座金部分を手前に示した背面図である。
【図１１】部品Ｂの柱への差し込み部を左に上から見て、垂直な座金部より左に水平に伸びている部分が他の部品の突起の差し込み部と重なる部分を示した平面図である。
【図１２】部品Ｂの柱への差し込み部を左に、座金部を右に示した低面図である。
【図１３】部品Ｃの突起のある長方形部分の柱への差し込み部を左に見て、垂直部、水平部、丸棒の直立部の梁受け部を右に示した右側面図である。
【図１４】部品Ｃの柱への差し込み部を右に、梁受け部を左に示した左側面部である。
【図１５】部品Ｃの梁受け部を背にして、貫通したボルト穴と突起の付いた柱への差し込み部を手前に示した正面図である。
【図１６】部品Ｃの柱への差し込み部を背にして、梁受け部の垂直部、水平部、丸棒の直立部を手前に示した背面図である。
【図１７】部品Ｃの柱への差し込み部を左にして、梁受け部を右に示した平面図である。
【図１８】部品Ｃの柱への差し込み部を左にして、梁受け部を右に示した低面図である。
【符号の説明】
１：  柱
２：  梁
３：  部品Ａ
４：  部品Ｂ
５：  部品Ｃ
６：  ボルト穴
７：  部品Ｃの突起を差し込む為の、窓穴
８：  部品Ａ，部品Ｂの窓穴に差し込む為の、突起
９：  部品Ａ、部品Ｂの先端を差し込む為の、ポケット構造部
１０：  柱への差し込み部
１１：  梁受け部
１２：  座金部
１３：  梁受け部の初期荷重受け垂直部
１４：  水平部
１５：  丸棒の直立部
１６：  柱への差し込み部の先端


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004169530.tif 000030
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004169530.tif 000035
【図１１】
2004169530.tif 000036
【図１２】
2004169530.tif 000037
【図１３】
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【図１４】
2004169530.tif 000039
【図１５】
2004169530.tif 000040
【図１６】
2004169530.tif 000041
【図１７】
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【図１８】
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