特許 7373962 ピン接合構造およびこのピン接合構造に用いる金属プレート

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-26

(45)【発行日】2023-11-06

(54)【発明の名称】ピン接合構造およびこのピン接合構造に用いる金属プレート

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/58 20060101AFI20231027BHJP

   E04B 1/26 20060101ALI20231027BHJP

   F16B 7/00 20060101ALI20231027BHJP

【ＦＩ】

E04B1/58 506L

E04B1/26 G

F16B7/00 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019179504

(22)【出願日】2019-09-30

(65)【公開番号】P2021055402

(43)【公開日】2021-04-08

【審査請求日】2022-09-01

(73)【特許権者】

【識別番号】390037154

【氏名又は名称】大和ハウス工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105843

【弁理士】

【氏名又は名称】神保 泰三

(72)【発明者】

【氏名】西塔 純人

【審査官】沖原 有里奈

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／１５７１６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－０２１３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７９５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２１３９６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｂ １／３８－１／６１

Ｅ０４Ｂ １／００－１／３６

Ｆ１６Ｂ ７／００－７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属プレートに第１貫通孔が形成されており、上記第１貫通孔の配置に対応する配置で第２貫通孔が形成された構造材に上記金属プレートが重ねられ、上記第１貫通孔および第２貫通孔に貫通してピンが差し込まれたピン接合構造であって、
上記ピンは上記第１貫通孔の一端側の円弧縁に位置し
当該第１貫通孔が上記構造材における他部材と接合する端面に近づく方向に長くされることで上記ピンの側面と当該第１貫通孔の他端側との間に空間が形成され、
当該空間の長さが１０ｍｍ以上で１５０ｍｍ以下とされており、
上記第１貫通孔の長手方向に平行であって上記ピンの中心を通る中心線上において上記ピンが上記一端側の円弧縁に接触して当該円弧縁に荷重が加わることを特徴とするピン接合構造。

【請求項2】

請求項１に記載のピン接合構造において、上記第１貫通孔および第２貫通孔が、それぞれ、上記構造材における他部材と接合する端面に近づく方向に複数形成されており、上記第１貫通孔のうち、上記端面に最も近い位置の第１貫通孔に上記空間が形成されていることを特徴とするピン接合構造。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のピン接合構造において、上記空間を形成する第１貫通孔の互いに向き合う孔縁が、上記接合する端面に近づく方向に互いに平行に延びるか、または、上記接合する端面に近づく方向に互いに非平行に延びることを特徴とするピン接合構造。

【請求項4】

請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のピン接合構造に用いられる、上記第１貫通孔が形成された金属プレート。

【請求項5】

請求項４に記載の金属プレートにおいて、上記空間が形成される側の端部に上記他部材との接合のための接合面部を有する金属プレート。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、例えば木材同士を、ホゾや羽子板を用いずに接合できるピン接合構造およびこのピン接合構造に用いる金属プレートに関する。

【背景技術】

【0002】

図１１に示すように、例えば、木製の柱１０１と木製の梁１０２とを接合する接合構造として、上記柱１０１に金属プレート１０３の基部１０３ａをビス固定するとともに、上記金属プレート１０３の突出板部１０３ｂに梁１０２の端側に形成されたスリット部１０２ａを差し込み、上記突出板部１０３ｂに形成されている貫通孔１０３ｃと上記梁１０２の端側に形成されている貫通孔１０２ｂとを位置合わせし、これら貫通孔１０２ｂ、１０３ｃを貫通させてドリフトピン１０４を打ち込むピン接合構造１００が知られている。

【0003】

なお、特許文献１には、柱と、当該柱の上面部または下面部に固定される梁とを接合するピン接合構造が開示されている。

【0004】

ところで、ピン接合構造における引張荷重時の変形・破壊の性状は、以下の３つに大きく分けることができる。
（１）ドリフトピンの曲げ変形（破壊には至らない）
（２）木質部材の割裂または引張破壊（脆性的である）
（３）鋼製の金属プレートの引張降伏および引張破壊（破壊には略至らない）

【0005】

一般的なピン接合構造では、上記（１）によってピン接合構造における変形性能を確保し、最終的に上記（２）の破壊に至ることが多い。この場合、上記（２）の変形・破壊の性状のバラツキが大きく、性能評価が低く見積もられることが多い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１８－５３４９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一方、上記（３）を先行させて破壊させる設計では、接合側（負荷力側）のドリフトピンの周囲の小さな範囲でしか上記金属プレートに変形が生じないため、変形性能はあまり期待できない。

【0008】

この発明は、上記の事情に鑑み、ピン接合構造において、金属プレートの引張降伏・破壊を先行させる設計でも、金属プレートにおいて高い変形性能を得ることができるピン接合構造および金属プレートを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この発明のピン接合構造は、上記の課題を解決するために、金属プレートに第１貫通孔が形成されており、上記第１貫通孔の配置に対応する配置で第２貫通孔が形成された構造材に上記金属プレートが重ねられ、上記第１貫通孔および第２貫通孔に貫通してピンが差し込まれたピン接合構造であって、上記ピンは上記第１貫通孔の一端側に位置し、当該第１貫通孔が上記構造材における他部材と接合する端面の方向に長くされることで上記ピンの側面と当該第１貫通孔の他端側との間に空間が形成され、当該空間の長さが１０ｍｍ以上で１５０ｍｍ以下とされたことを特徴とする。

【0010】

上記の構成であれば、上記第１貫通孔に上記空間が形成されたことによって、当該第１貫通孔の周囲縁において応力が広く分布し、変形領域が増えることで、全体として変形性能が向上する。すなわち、上記金属プレートの引張降伏・破壊を先行させる設計でも、高い変形性能を得ることができる。

【0011】

上記第１貫通孔および第２貫通孔が、それぞれ、上記構造材における他部材と接合する端面の方向に複数形成される場合、上記第１貫通孔のうち、上記端面に最も近い位置の第１貫通孔に上記空間が形成されるのがよい。すなわち、引張荷重が生じる際に最外縁にあるピンに対応する第１貫通孔が上記空間を持つことで、効率的に降伏後の変形性能を確保することができる。

【0012】

上記空間を形成する第１貫通孔の互いに向き合う孔縁が、上記接合する端面の方向に互いに平行に延びるか、または、上記接合する端面の方向に互いに非平行に延びてもよい。

【0013】

また、この発明の金属プレートは、上記ピン接合構造に用いられる、上記第１貫通孔が形成されたものである。この金属プレートにおいて、上記空間が形成される側の端部に上記他部材との接合のための接合面部を有してもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明であれば、ピン接合構造において、金属プレートの引張降伏・破壊を先行させても、高い変形性能を得ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】この実施形態のピン接合構造を示した斜視図である。

【図2】同図（Ａ）は、図１のピン接合構造に用いられる鋼製プレートおよびドリフトピンの配置関係を示した説明図であり、同図（Ｂ）は空間長さの説明図である。

【図3】他の実施形態のピン接合構造を示した斜視図である。

【図4】図３のピン接合構造に用いられる鋼製プレートおよびドリフトピンの配置関係を示した説明図である。

【図5】建物において、図１のピン接合構造および図３のピン接合構造の使用箇所を例示した説明図である。

【図6】有限要素解析によって得られた鋼製プレートに形成される通常の丸貫通孔と実施形態の長貫通孔との変位と荷重の関係を示したグラフである。

【図7】同図（Ａ）は、鋼製プレートに丸貫通孔が形成された場合の各場所の応力の相違を色の濃さで示した説明図であり、同図（Ｂ）は、実施形態にかかる鋼製プレートに長貫通孔が形成された場合の各場所の応力の相違を色の濃さで示した説明図である。

【図8】実施形態を示す図であって、鋼製プレートに形成される長孔の貫通孔例を示した説明図である。

【図9】実施形態を示す図であって、鋼製プレートに形成される他の貫通孔例を示した説明図である。

【図10】同図（Ａ）は有限要素解析の対象とした金属プレートの寸法図であり、同図（Ｂ）は加力条件を示した説明図である。

【図11】従来のピン接合構造を示した斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、この実施形態のピン接合構造１０は、例えば、木製の梁１と、この上面に設けられる木製の束２とを接合する接合構造として利用される。

【0017】

上記梁１の上面には、鋼製プレート（金属プレート）３が取り付けられる。この鋼製プレート３は、構造材である上記束２にとっての他部材（この例では上記梁１）との接合のための接合面部３ａを備えており、この接合面部３ａに形成されている貫通孔にビス５がねじ込まれることによって上記鋼製プレート３が上記梁１に固定される。また、上記鋼製プレート３は、上記接合面部３ａから上方向に突出する突出板部３ｂを備える。上記接合面部３ａと上記突出板部３ｂとは、例えば、溶接によって互いに固定される。上記突出板部３ｂには、例えば、４個の第１貫通孔３ｃが、上記束２における上記梁１（他部材）と接合する端面の方向に２個、上記接合する端面の方向と直交する方向に２個の２行２列で形成されている。

【0018】

上記束２の端側には、上記突出板部３ｂが差し込まれるスリット２ａが形成されている。また、上記束２の端側の側面には、４個の第２貫通孔２ｂが、上記第１貫通孔３ｃの配置と同じ配置で上記スリット２ａを横切るように形成されている。上記スリット２ａに上記突出板部３ｂを入れて、上記第１貫通孔３ｃと上記第２貫通孔２ｂとを位置合わせし、これら第１貫通孔３ｃおよび第２貫通孔２ｂを貫通させて４本の金属製のドリフトピン４が打ち込まれる。

【0019】

図２（Ａ）にも示すように、上記束２における上記梁１と接合する端面の方向に並ぶ２個の上記第１貫通孔３ｃのうち、上記束２の端面に最も近い位置の第１貫通孔３ｃは、その向き合う孔縁が上記束２の端面方向（上記接合面部３ａに近づく方向）に互いに平行に延びた長孔形状の第１貫通孔３ｃ(L)となっている。

【0020】

そして、上記束２の端面に最も近い位置の２本のドリフトピン４は、上記第１貫通孔３ｃ(L)の一端側（上記接合面部３ａから遠い側）に位置しており、また、上記第１貫通孔３ｃ(L)が、上記束２の上記梁１と接合する端面の方向に長いことで、上記ドリフトピン４の周面（側面）から当該第１貫通孔３ｃ(L)の他端側の間に空間Ｇが形成されている。すなわち、引張荷重が生じる際に最外縁にあるドリフトピンに対応する第１貫通孔が上記空間Ｇを有している。

【0021】

また、図２（Ｂ）に示すように、上記空間Ｇの長さＬ、すなわち、上記第１貫通孔３ｃ(L)の長手方向に平行であって上記ドリフトピン４の中心を通る中心線上の当該ドリフトピン４の周面上のＰ１点から、上記第１貫通孔３ｃ(L)の他端側の上記中心線上のＰ２点までの長さＬは、１０ｍｍ以上で１５０ｍｍ以下、望ましくは、上記鋼製プレート３の変形領域の増大の観点から、２０ｍｍ以上、さらに望ましくは、３０ｍｍ以上とするのがよい。一方で、上記空間Ｇの長さＬは、一般的な木質接合部の荷重変形の評価時に、変形長さ３０ｍｍ以下で評価することを踏まえ、鋼材の伸び性能が２０％以上であることや圧縮時の鋼板の安定性（座屈防止）等を考慮すると、望ましくは１２０ｍｍ以下、さらに望ましくは、１００ｍｍ以下とするのがよい。

【0022】

なお、上記第１貫通孔３ｃ(L)の上記形状例では、当該第１貫通孔３ｃ(L)の一端側（上記接合面部３ａから遠い側）に位置するドリフトピン４の中心と、上記第１貫通孔３ｃ(L)の他端側（上記接合面部３ａに近い側）に仮想的に位置させたドリフトピン４の中心間の距離は、上記空間Ｇの長さＬに一致する。

【0023】

また、上記梁１はコンクリート基礎梁でもよい。この場合、上記接合面部３ａに形成されている貫通孔（図１の例では、上記ビス５が設けられる）を例えば４つとし、これら貫通孔に、上記コンクリート基礎梁の上面から突出するアンカーボルトを挿通させて、図示しないナットで上記接合面部３を上記コンクリート基礎梁の上面に固定する。また、上記接合面部３ａは平板ではなく、上記接合面部３ａの上記４つの貫通孔間に立つ十字状の立板部上に平板を取り付け、この平板上に上記突出板部３ｂを設けた構造としてもよい。

【0024】

次に、他の実施形態のピン接合構造１０Ａを図３に示す。このピン接合構造１０Ａは、例えば、木製の柱１１と木製の梁１２とを接合する接合構造として利用される。

【0025】

上記柱１１の上部には、鋼製プレート１３が取り付けられる。この鋼製プレート１３は、上記梁１２にとっての他部材（この例では上記柱１１）との接合のための接合面部（基部）１３ａを備えており、この接合面部１３ａに形成されている貫通孔にビス１５がねじ込まれることによって上記鋼製プレート１３が上記柱１１に固定される。また、上記鋼製プレート１３は、上記接合面部１３ａから水平方向に突出する突出板部１３ｂを備える。上記突出板部１３ｂには、例えば、８個の第１貫通孔１３ｃが、構造材である上記梁１２における上記柱１１（他部材）と接合する端面の方向に２個で、上記接合する端面の方向と直交する方向に４個の４行２列で形成されている。

【0026】

上記梁１２の端側には、上記突出板部１３ｂが差し込まれる縦のスリット１２ａが形成されている。また、上記梁１２の端側の側面には、８個の第２貫通孔１２ｂが、上記第１貫通孔１３ｃの配置と同じ配置で上記スリット１２ａを横切るように形成されている。上記スリット１２ａに上記突出板部１３ｂを入れて、上記第１貫通孔１３ｃと上記第２貫通孔１２ｂとを位置合わせし、これら第１貫通孔１３ｃと第２貫通孔１２ｂとを貫通させて８本のドリフトピン１４が打ち込まれる。

【0027】

図４にも示すように、上記梁１２における柱１１と接合する端面の方向に並ぶ２個の上記第１貫通孔１３ｃのうち、上記梁１２の端面に最も近い位置の第１貫通孔１３ｃは、その互いに向き合う孔縁が上記梁１２の端面方向（上記接合面部１３ａに近づく方向）に互いに平行に延びた長孔形状の第１貫通孔１３ｃ(L)となっている。

【0028】

そして、上記梁１２の端面に最も近い位置の４本のドリフトピン１４は、上記第１貫通孔１３ｃ(L)の一端側（上記接合面部１３ａから遠い側）に位置しており、また、上記第１貫通孔１３ｃ(L)が上記梁１２の端面方向に長いことで、上記ドリフトピン１４の周面（側面）と当該第１貫通孔１３ｃ(L)の他端側との間に空間Ｇが形成されている。上記空間Ｇの長さについては、先の実施形態で例示した長さＬと同様の長さとしている。

【0029】

図５は、建物５０において、上記ピン接合構造１０、１０Ａが適用される箇所を例示している。上記ピン接合構造１０は、柱、束、トラス等の軸方向引張圧縮力を受ける接合部（Ａ箇所）に好適である。一方、上記ピン接合構造１０Ａは、曲げ剛性を受ける柱―梁接合部等（Ｂ箇所）に用いることができる。いずれの箇所も、初期の剛性だけでなく、２次的な靭性を確保することが求められる。

【0030】

図６は、鋼製プレートに形成される貫通孔の形状の相違によって、当該貫通孔に同一荷重が加えられた際の変位と荷重との関係について、有限要素解析で計算した結果を示したグラフである。この有限要素解析における解析対象である鋼製プレートの材料情報を表１に示し、鋼製プレートの各部寸法を表２に示す。また、図１０（Ａ）は表２に対応する鋼製プレートおよび貫通孔の各部寸法箇所の符号を示しており、図１０（Ｂ）は鋼製プレートおよび貫通孔のへ加力条件を示している。この加力条件では、鋼製プレートの一端側（他部材との接合側）と貫通孔における円弧縁のうち上記一端側から遠い円弧縁に力が加わることを示している。また、降伏条件はミーゼス（Von Mises）とする。

【0031】

【表1】

【0032】

【表2】

【0033】

また、図７は、上記有限要素解析で計算した結果に基づいて、鋼製プレートの貫通孔の周囲縁に生じる応力値の相違を色の濃さで示した説明図であり、濃い色の箇所ほど、高い応力値となり、薄い色の箇所ほど、低い応力値となることが示されている。そして、図７（Ａ）は、鋼製プレートに丸貫通孔が形成された場合を示しており、図７（Ｂ）は、鋼製プレートに長貫通孔が形成された場合を示している。これらの図から、上記鋼製プレート１３に長貫通孔が形成されると、上記第１貫通孔３ｃ(L)、１３ｃ(L)の周囲に応力が広く分布し、変形領域が増えていることが分かる。

【0034】

上記ピン接合構造１０、１０Ａによれば、上記第１貫通孔３ｃ(L)、１３ｃ(L)に上記空間Ｇが形成されたことによって、上記第１貫通孔３ｃ(L)、１３ｃ(L)の周囲に応力が広く分布し、変形領域が増えることで、全体として変形性能が向上する。すなわち、上記鋼製プレートの引張降伏・破壊を先行させる設計としても、高い変形性能を得ることができる。

【0035】

上記の例では、上記第１貫通孔３ｃ、１３ｃおよび第２貫通孔２ｂ、１２ｂが、それぞれ、構造材である束２、梁１２における他部材と接合する端面の方向に複数形成される場合に、上記第１貫通孔３ｃ、１３ｃのうち、上記束２、梁１２の最も端面に近い位置の第１貫通孔３ｃ(L)、１３ｃ(L)に上記空間Ｇが形成されたが、上記第１貫通孔３ｃ、１３ｃおよび第２貫通孔２ｂ、１２ｂが、上記束２、梁１２の上記接合する端面の方向に１個される場合には、当該１個の第１貫通孔が長孔である第１貫通孔３ｃ(L)、１３ｃ(L)となる。

【0036】

また、上記の例では、上記空間Ｇを形成している第１貫通孔３ｃ(L)、１３ｃ(L)は、構造材である上記束２、梁１２の端面方向に平行に延びた長孔とされたが、このような長孔には、図８に示すように、第１貫通孔３ｃ(L)、１３ｃ(L)の互いに向き合う孔縁が、ドリフトピン４，１４が挿通される円形箇所の直径よりも狭い幅を形成してもよいし、或いは、上記直径よりも広い幅を形成してもよい。

【0037】

また、上記のような長孔に限らず、例えば、図９に示すように、上記第１貫通孔３ｃ(L)、１３ｃ(L)は、互いに向き合う孔縁を、上記束２、梁１２の端面方向に非平行に長く有してもよい。

【0038】

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

【符号の説明】

【0039】

１ ：梁（他部材）
２ ：束（構造材）
２ａ ：スリット
２ｂ ：第２貫通孔
３ ：鋼製プレート
３ａ ：接合面部
３ｂ ：突出板部
３ｃ ：第１貫通孔(丸孔)
３ｃ(L) ：第１貫通孔（長孔）
４ ：ドリフトピン（ピン）
５ ：ビス
１０ ：ピン接合構造
１０Ａ ：ピン接合構造
１１ ：柱（他部材）
１２ ：梁（構造材）
１２ａ ：スリット
１２ｂ ：第２貫通孔
１３ ：鋼製プレート
１３ａ ：接合面部
１３ｂ ：突出板部
１３ｃ ：第１貫通孔(丸孔)
１３ｃ(L) ：第１貫通孔（長孔）
１４ ：ドリフトピン（ピン）
１５ ：ビス
５０ ：建物
Ｇ ：空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】