(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二本の柱（１，２）の端面同士を結合する柱の締結具であって、
第一柱（１）の端面に形成された下穴（１１）に埋め込まれる係留シャフト（１２）と、
第二柱（２）の側面を切り欠いて形成された窓部（３２）と端面との間を結ぶ貫通孔（２１）に埋め込まれる中空シャフト（２２）と、
前記係留シャフト（１２）に螺合し、且つ前記中空シャフト（２２）の内部を貫通するスタッドボルト（３１）と、
前記窓部（３２）に突出しているスタッドボルト（３１）に螺合するナット（３４）と、
から構成され、
前記係留シャフト（１２）は、第一柱（１）に突き刺さる螺旋凸条（１５）が側周面に形成され、且つ前記スタッドボルト（３１）を螺合させるための雌ねじ（１６）が一端面に形成されており、
前記中空シャフト（２２）は、第二柱（２）に突き刺さる螺旋凸条（２５）が側周面に形成され、且つ前記スタッドボルト（３１）を挿通させるための中孔（２６）が形成されており、
前記スタッドボルト（３１）は、前記雌ねじ（１６）及び前記ナット（３４）に螺合するため、両側に雄ねじ（３５，３６）が形成されており、
螺旋凸条（１５）によって第一柱（１）に固着した係留シャフト（１２）と、螺旋凸条（２５）によって第二柱（２）に固着した中空シャフト（２２）とを、スタッドボルト（３１）とナット（３４）とによって密着させることで、第一柱（１）と第二柱（２）とを一体化することを特徴とする柱の締結具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二本の柱の端面同士を結合して、一本の長尺柱を構築するために用いられる柱の締結具に関する。
【背景技術】
【０００２】
木造建築は、法規制や強度などの問題から平屋または二階建てが主体であり、三階建て以上の建物は鉄筋コンクリートによる建築が一般的であった。したがって人口密集地域などにおいて、空間の有効活用のため三階建ての住宅を建築する場合には、鉄筋コンクリート建てが一般的だが、快適性や質感などに優れている木造建築を採用したいという要望がある。最近では、規制緩和や技術革新などによって三階建ての木造建築も徐々に普及し始めており、この傾向は都市部を中心として今後も続くと予想される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
三階立ての木造建築は、その高さの増加によって土台から屋根までを貫く長尺の柱が必要になるが、この柱を一本の木材で構成しようとすると規格外の長さになるため、原木の確保から製材および現地への搬入や据え付けなど、様々な段階で長さに起因する問題が発生する。特に三階建ての建物の需要が高い人口密集地域は、周辺道路が狭く長尺の柱の搬入が困難な場合が多い。そこで二階の床下などの中間層に架設された梁を利用して、複数の柱を継ぎ足していくこともあるが、この方法は柱を強固に固定するための構造が複雑になり、部材数や作業時間が増加するといった問題がある。
【０００４】
そこで汎用の木材を結合して、土台から天井までを貫く長尺の柱を現地で構築できるならば、前記の問題は解消できるが、柱は建築物の強度に重大な影響を持ち、数十年の間、変形や強度の低下が発生してはならない。また柱の結合作業を現地で行う際は、短時間のうちに簡単に終了できることが好ましく、加えて柱に隣接する他の部材との干渉を防止するため、柱の結合部には何らの突出物も存在しないことが好ましい。なお主に建築用途で用いられる木材を結合する構造については、下記特許文献などの先行技術が開示されている。
【特許文献１】特開平８−１０５１２４号公報
【０００５】
本発明はこうした実情を基に開発されたもので、二本の柱の端面同士を結合して、三階建ての木造建築物などに適した一本の長尺柱を構築するために用いられる柱の締結具の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、二本の柱の端面同士を結合する柱の締結具であって、第一柱の端面に形成された下穴に埋め込まれる係留シャフトと、第二柱の側面を切り欠いて形成された窓部と端面との間を結ぶ貫通孔に埋め込まれる中空シャフトと、前記係留シャフトに螺合し、且つ前記中空シャフトの内部を貫通するスタッドボルトと、前記窓部に突出しているスタッドボルトに螺合するナットと、から構成され、前記係留シャフトは、第一柱に突き刺さる螺旋凸条が側周面に形成され、且つ前記スタッドボルトを螺合させるための雌ねじが一端面に形成されており、前記中空シャフトは、第二柱に突き刺さる螺旋凸条が側周面に形成され、且つ前記スタッドボルトを挿通させるための中孔が形成されており、前記スタッドボルトは、前記雌ねじ及び前記ナットに螺合するため、両側に雄ねじが形成されており、螺旋凸条によって第一柱に固着した係留シャフトと、螺旋凸条によって第二柱に固着した中空シャフトとを、スタッドボルトとナットとによって密着させることで、第一柱と第二柱とを一体化することを特徴とする柱の締結具である。
【０００７】
本発明は、二本の柱の端面同士を接触させて、双方を一体化して一本の柱を構築するもので、第一柱及び第二柱とは、一体化される前の個々の柱を識別するため便宜的に付与された名称であり、いずれも木材を矩形断面の棒状に製材したものを指しており、各柱の断面形状は同一であることが望ましい。そして第一柱の端面に形成された下穴とは、第二柱と接触する側の端面から柱の長手方向に沿って円断面に切削された穴を指しており、この中に係留シャフトが埋め込まれるため、その深さは係留シャフトの全体が収まる程度でよい。
【０００８】
また第二柱の側面を切り欠いて形成した窓部とは、第二柱の端面から所定の距離だけ長手方向に移動した地点を矩形断面に切削した箇所を指しており、そして貫通孔とは、第二柱の端面からこの窓部までの間を、柱の長手方向に沿って円断面に切削された孔を指しており、この貫通孔の全長は中空シャフトの全長に等しくする必要がある。なおこの貫通孔と第一柱の下穴は、双方の柱を接触させた際、同芯に揃うよう位置が調整されている。
【０００９】
係留シャフトは、第一柱の下穴に埋め込まれる金属製の棒であり、その断面は下穴とほぼ同径の円形であり、また螺旋凸条とは、係留シャフトの側周面から半径方向に延びる突出部が螺旋状に巻き付いているものを指し、側周面のほぼ全域に形成されることが好ましく、ネジ釘などに似た外観となる。したがって係留シャフトの端面を下穴に接触させて回転を与えると、螺旋凸条が下穴の外周の木質に突き刺さっていき、これによる推進力で全体が下穴の中に埋め込まれていく。螺旋凸条が木質中に突き刺さることで双方の間には大きな摩擦が発生し、係留シャフトは不動状態で固定される。なお係留シャフトを埋め込む際は、最終的にその端面を第一柱の端面に一致させる必要がある。そのほか雌ねじは、第一部材に埋め込んだ際、外部に露見する側の端面に形成される。
【００１０】
中空シャフトは、第二柱において窓部と端面との間に形成された貫通孔に埋め込まれる金属製の管であり、その断面は下穴とほぼ同径の円形を基調として、中心にはスタッドボルトを余裕で通過させることのできる中孔が形成されている。また螺旋凸条については、係留シャフトと同様なものが形成されており、中空シャフトは第二柱の中に不動状態で固定される。なお中空シャフトの全長は貫通孔の全長に等しいため、埋め込みが終了した段階において、中空シャフトの一端は第二柱の端面に一致しており、他端は窓部の壁面に一致している。したがって第一柱と第二柱の端面同士を接触させた段階で、係留シャフトと中空シャフトの端面同士も接触することになる。
【００１１】
スタッドボルトは、円柱状の棒の両側に雄ねじを形成したもので、第一柱と第二柱とを一体化する役割を持ち、その一端は第一柱の下穴に埋め込まれた係留シャフトの雌ねじに螺合させ、他端は中空シャフトを経て窓部に突出させナットを螺合させる。これによって中空シャフトはナットによって係留シャフトに押し付けられ、最終的に第一柱と第二柱とが一体化される。したがってスタッドボルトの全長は、中空シャフトの全長よりも長くする必要がある。
【００１２】
このように構成することで、竣工後、柱に対して常に作用している圧縮荷重は、係留シャフトと中空シャフトとの接触面を介して伝達されるため、金属特有の硬さを利用して安定的に荷重を伝達できるほか、両シャフトは螺旋凸条によって柱と一体化しており、シャフトに作用した荷重は、螺旋凸条を介して広範囲に分散されるため、柱に局地的な荷重が作用することがなく変形を防止できる。また水平方向の荷重に対しても、スタッドボルトのせん断力によって受け止めることが可能であり、十分な強度を備えている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明のように、係留シャフトと中空シャフトとをそれぞれの柱の端面に埋め込み、中空シャフトに差し込んだスタッドボルトによって、中空シャフトを係留シャフトに押し付けて第一柱と第二柱とを一体化することで、柱に作用する圧縮荷重は、係留シャフト及び中空シャフトの螺旋凸条を介して両柱に広範囲に分散できるため、柱の接触面に過大な荷重が作用せず、木材の変形やヒビ割れを防止でき、柱の健全性を長期間維持できる。そのため本発明により一体化された柱は、実質的に一本の柱として機能するため、建物の骨格構造を簡素化でき、部材数や作業時間の増加を抑制でき費用の面で優れている。しかも柱を一体化する作業は、中空シャフトの中孔にスタッドボルトを差し込んだ段階で柱の仮配置が可能であり、ナットの締め上げを同時に行う必要はなく、柱の据え付けに使用するクレーンなどの効率的な運用が可能である。加えて本発明による部品の全ては、柱の内部に埋め込まれているため、他の部材と干渉する恐れもなく、従来の柱と同等な取り扱いが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明による柱の締結具の構成を示す斜視図である。下側に描かれた第一柱１の上端面と、上側に描かれた第二柱２の下端面とを一体化するため、第一柱１の上端面には、垂直方向に切削された下穴１１が、両端に二組加工されている。この下穴１１は、係留シャフト１２が完全に埋没できるような深さに加工されており、その直径は係留シャフト１２の胴部１３の直径に等しい。そして下穴１１に埋め込まれる係留シャフト１２は、真円断面の胴部１３を基調として、この胴部１３の側周面には半径方向に突出した螺旋凸条１５がほぼ全域に形成されており、また胴部１３の上方には、工具を掛けるため六角形の頭部１４が形成され、さらに頭部１４の中心には、雌ねじ１６が垂直下向きに加工されている。
【００１５】
一方の第二柱２には、側面に一対の窓部３２が形成されている。この窓部３２は第二柱２の側面を矩形断面に切削したものだが、これによって第二柱２の断面積が減少するため、この中でナット３４の旋回ができる範囲で最小限の寸法になっている。そして第二柱２の下端面には、第一柱１の下穴１１に相当する位置に貫通孔２１が形成されている。なお窓部３２については、貫通孔２１の全長と中空シャフト２２の全長とが等しくなるよう、加工位置を調整する必要がある。また中空シャフト２２は係留シャフト１２と同様、貫通孔２１の直径に等しい真円断面の胴部２３を基調として、この胴部２３の側周面には半径方向に突出した螺旋凸条２５がほぼ全域に形成され、また胴部２３の下方には、工具を掛けるため六角形の頭部２４が形成されている。そのほか中空シャフト２２は、中心軸に沿って円断面に切削され上下を貫いている中孔２６を有しており、この点は係留シャフト１２と異なっている。
【００１６】
スタッドボルト３１は、丸棒の両側に雄ねじ３５，３６を加工したもので、その一端は係留シャフト１２の雌ねじ１６に螺合しており、他端は中空シャフト２２の中孔２６を貫いて外部に突出しており、そこにワッシャ３３を挟んでナット３４を螺合する。したがって中孔２６の直径は、スタッドボルト３１の直径よりも大きく、しかも双方の間には数ミリ程度の隙間があることが望ましい。なお係留シャフト１２などから構成される一連の締結具は、この図の場合は左右に二組配置されているが、柱の断面積が大きい場合は四組以上配置する場合もある。そのほか両柱１，２の端面の中心には、せん断力に対する強度を増すため固定ピン４２が併用されている。この固定ピン４２は、両柱１，２に形成されたピン穴４１に埋め込まれるもので、固定ピン４２とピン穴４１の直径は等しく、せん断力だけを受け止める。
【００１７】
図２は、本発明による締結具を使用する際に必要な両柱１，２の加工法を示すもので、図２（Ａ）は図１のＡ−Ａ断面図であり、図２（Ｂ）は図１のＢ矢視図である。図２（Ａ）のように第一柱１には上端面から下方に向けて下穴１１を加工する必要があり、また第二柱２には窓部３２を加工した上で、窓部３２と端面とを結ぶ貫通孔２１も必要である。このような下穴１１や貫通孔２１は、所定の位置に精度良く形成する必要があるため、製材時に一括して加工を行うことが望ましい。さらに第一柱１への係留シャフト１２の埋め込みや、第二柱２への中空シャフト２２の埋め込みも、人力での作業は難しいため、製材の際に一括して行うことが望ましい。なお係留シャフト１２の埋め込み作業は、下穴１１の入口に係留シャフト１２の先端を接触させた後、頭部１４に工具を掛けて全体を旋回させて、螺旋凸条１５を木質中に突き刺していき、螺旋凸条１５による推力で埋め込みを進めていく。これによって螺旋凸条１５と木質との間に大きな摩擦が生じるため、係留シャフト１２は第一柱１内で強固に固定される。これは中空シャフト２２も共通である。そのほか図２（Ｂ）のように、第二柱２の側面には窓部３２が露見しているが、これによって第二柱２の断面積が減少するため、窓部３２の大きさは必要最低限に抑えている。なお美感などの観点から、窓部３２に木片などを詰め込んで塞ぐことも可能である。
【００１８】
図３は、本発明を用いて第一柱１と第二柱２とを一体化する直前の状態を示す斜視図であり、係留シャフト１２及び中空シャフト２２は、既にそれぞれの柱１，２に埋め込まれている。この際、係留シャフト１２の端面は第一柱１の端面と段差が生じないよう、その埋め込み深さを調整する必要があり、同様に中空シャフト２２の端面も第二柱２の端面と段差が生じないよう、埋め込み深さを調整する必要がある。そして次の段階では、スタッドボルト３１の雄ねじ３５を係留シャフト１２の雌ねじ１６に螺合させていき、スタッドボルト３１が強固に不動状態になるまで作業を続ける。その後に全てのスタッドボルト３１の取り付けが終わり、且つ第一柱１の据え付けが終わると、第一柱１の直上に第二柱２をクレーンなどで移動させてから第二柱２を下降させると、スタッドボルト３１が中空シャフト２２の中孔２６に差し込まれていき、スタッドボルト３１が中空シャフト２２を貫通するため第二柱２の仮配置が終了する。この際にスタッドボルト３１の上部の雄ねじ３６は、中空シャフト２２を通過して窓部３２に達している。なお実際の施工においては、スタッドボルト３１を雌ねじ１６に螺合させるまでの工程は、工場内で行うことが好ましく、第一柱１と第二柱２とを分割して輸送を行い、施工現場では第一柱１の据え付けを完了した後、第二柱２の仮配置と一体化作業を実施する。
【００１９】
図４は、本発明によって第一柱１と第二柱２とが一体化した状態を示す断面図であり、係留シャフト１２と中空シャフト２２とは、スタッドボルト３１とナット３４によって締結されている。なお図の右側に描かれたスタッドボルト３１には、ナット３４が螺合していないが、最終的には左側に描かれたものと同じ状態になる。第一柱１に埋め込まれた係留シャフト１２の上端面は、第一柱１の上端面と段差がなく、また螺旋凸条１５が第一柱１の中に突き刺さっており、係留シャフト１２に作用する垂直荷重は、螺旋凸条１５を介して広範囲に分散していき、荷重の集中が生じないため第一柱１の経年変形を予防できる。一方の中空シャフト２２の下端面は、第二柱２の下端面と段差がなく、さらに貫通孔２１の全長は中空シャフト２２の全長に等しいため、中空シャフト２２の上端面は、窓部３２の底面と段差がない。したがって第一柱１と第二柱２との接触面では、係留シャフト１２と中空シャフト２２の端面同士も面接触しており、両シャフト１２，２２は金属製で極めて剛性が高いため、垂直荷重は主に両シャフト１２，２２を介して伝達される。
【００２０】
スタッドボルト３１は、その下端が係留シャフト１２の雌ねじ１６に螺合しており、その上端はナット３４に螺合している。このナット３４はワッシャ３３を介して中空シャフト２２を押圧しており、これによって係留シャフト１２と中空シャフト２２とが一体化している。なおワッシャ３３は必要不可欠な要素ではないが、中空シャフト２２の上端面に作用する応力を緩和する役割があり、ナット３４の経年による緩みを防止できる。また窓部３２については、ナット３４やワッシャ３３の取り付けや工具の差し入れが可能な大きさである。そのほか柱１，２の中央部には、せん断力に対する強度を向上するため、固定ピン４２が差し込まれている。なおこの図では第一柱１を下方に描いているが、必ずしもこれに限定されるわけではなく、上下関係を反転して使用することも可能である。
【００２１】
図５は、本発明を適用した木造建築物の骨格構造例を示す側面図である。この図のような三階建ての木造建築においても、地平面上に基礎コンクリート５１を打設して、この上面に土台５２を敷設していく構造には変わりがないものの、柱は土台５２から屋根直下の大梁５３までを一本で結ぶことができない。そこで図中の一点鎖線円で示される位置に本発明を用いて、下側の第一柱１と上側の第二柱２とを締結している。これによって長尺の柱が土台５２から屋根付近まで到達しているのと同等な効果があり、その結果として骨格構造が簡素化される。なお各階の床を支持する中梁５４は、柱１，２の側面によって支持されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による柱の締結具の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明による締結具を使用する際に必要な両柱の加工法を示す図であり、（Ａ）は図１のＡ−Ａ断面図であり、（Ｂ）は図１のＢ矢視図である。
【図３】本発明を用いて第一柱と第二柱とを一体化する直前の状態を示す斜視図である。
【図４】本発明によって第一柱と第二柱とが一体化した状態を示す断面図である。
【図５】本発明を適用した木造建築物の骨格構造例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  第一柱
２  第二柱
１１  下穴
１２  係留シャフト
１３  胴部
１４  頭部
１５  螺旋凸条
１６  雌ねじ
２１  貫通孔
２２  中空シャフト
２３  胴部
２４  頭部
２５  螺旋凸条
２６  中孔
３１  スタッドボルト
３２  窓部
３３  ワッシャ
３４  ナット
３５  雄ねじ
３６  雄ねじ
４１  ピン穴
４２  固定ピン
５１  基礎コンクリート
５２  土台
５３  大梁
５４  中梁
【図１】
0004649303.tif 000002
【図２】
0004649303.tif 000003
【図３】
0004649303.tif 000004
【図４】
0004649303.tif 000005
【図５】
0004649303.tif 000006