fMort e d-TenonJoints*1 EffectofTenonLengthonBendingStrength ほぞ接合の曲げ強さにおよぼすほぞ長さの影響

85

[木材学会誌 Vol,36,No.I,p.85‑91(1990)〕

ほぞ接合の曲げ強 さにおよぼすほぞ長 さの影響

*1

今山延洋*2,池端利恭*3,杉浦雅美*4,中村 勇

* 2

Ef f e c to fTe no nLe n gt ho nBe ndi n gSt r e n gt h

o

fMo r t

i^s

e

^{‑ a n}

d‑ Te no nJ oi n t s * 1

No bu hi r oI MAYAMA* 2

,

To s hi ya s uI KE HATA* 3

,

Ma s a miSuGI UR A*

⁴

a ndl s a muNAKAMUR A* 2

Theeffectofthetenon length(I)on thebending strength ofa T･shaped,through,single mortise‑and･tenonjointwithoutashoulderwasinvestigated.Thetenondepth(h)washeldconstant to9.5mm.Thelength/depthratio(l/h)changedatintervalsof0.1to2.1.Theresultsobtainedare summarizedasfollows:1)WithintheintervalofO≦l/h≦1.0,th占bendingstrengthofthernortise･ and‑tenonjointincreasedlinearlyasI/hincreased,2)Intheintervalof1.2≦l/h≦2.1,thebending strengthofthejointgraduallyapproachedtoaconstantvalue;thisconstantvaluewasexactlythe sameasthemodulusofrtlpture玩bendingofthematerial(Fig.3上 3)Ⅰfthebendingmomellt(M) acting｡nthejointusedinfurnitureisdetermhedbymeansofthestrengthdesignofthefurniture,川 )

itispossibletoestimatethetenondimensions[tenonlength(l),tenondepth(h),andtenonthickness (b)Hnthesemutualrelationshipbythefollowingrelation:M‑(1/6)･k･b･h･l,wherekistheratio ofthebendingstrength(oman)ofthemortise･and･tenonjointataI/hof1.0,tothemodulusofrupture

(0,b)inbendingofthematerial.

Keyu)ords:tenonlength,mortisetenonjoint,bendingstrength.

胴付面 を もたないT型 ほぞ接合 を用いて,ほぞせい (h)に対するほぞ長 さ

( i )

の比

( i /

h)が ほぞの曲げ強 さにお よぼす影響 について検討 し,材料 の曲げ破壊係数 との関係 を求 め,構造設計 上 の提案 を したOその結果,次 の ことがわかった｡0≦l/h≦1.0では,I/hの増加 とともにほぞの 曲げ強 さは直線的 に増加 し,I/h≧1.2で はほぼ一定 になるO この一定値 はほぞの部材 に用いた材 料 の曲げ破壊係数(ob)に一致す る｡比例限度強 さについて も同様であるO胴付帯がないT型 ほぞ で は,構造設計か ら接合部 の曲げモーメン ト

( M)

が決 まれば,

M‑1 / 6 ･ k

^･Ub

･ h･ l( ( 8 )

求)か ら, ほぞの仕 口寸法 (ほぞ幅 (b), ほぞせい (h),ほぞ長 さ (l)) をこれ らの三者 の相互関係か ら算 出することが可能 である｡

*lReceivedOctober4,ユ988.本報の‑郡は,第26回 日 本産業技術教育学会年次大会(1983年7月,長野)に おいて発表 した｡

*2静岡大学教育学部 FacultyofEducation,Shizuo‑

kaUniversity,Shizuoka422

*3静 岡県細 江町立 細 江 中学校 Hosoe Junior High School,Shizuoka43ト13

*4静 岡 県 掛 川 市 立 掛 川 西 中 学 校 Kakegawa･nishi JulliorHighSchool,KakegawaC江y436

1,緒 讃

家具 を構造物 として,その耐力や変形挙動 を解析 する場合 に,構造物全体 としての取扱い と同時に接 合部 の性能 が重要 となるo構造の基本的な仕 口の一 つであるほぞ接合 は,木製小椅子等 の部材接合法 と して家具業界 に.おいて使用頻度が高 い｡ ほぞ接合の 強度性能 に及ぼす因子 として,仕 口の寸法,駿倉度, 接着剤 の種類,部材 の材質等が上 げ られ る｡ 仕口の

86 今山延洋,他端利輩,杉浦雅美,中村 勇

寸法の中で, ほぞの曲げ強 さを高める効果的な方法 はほぞ長 さを伸 ばす ことであるト5)｡ 日高 ら4･5)はほ ぞ長 さ(I)がほぞせい (h)との比 (I

/ h )(

以下, ほぞ長比 と呼ぶ)で,0.5≦l/h≦1.0の範囲において, ほぞ長さとほぞの曲げ強 さの間に極めて高い正の相 関 を認 め,古沢6)はほぞ長 さがほぞの曲げ強 さに強 く影響することを予測 しているO更 に,日高3)はl/h

=1.0‑1.4においてほぞの曲げ強 さの増加が緩やか になるとし,石井･宮島l)はl/h≒5/6に増加す る と, 耐力が一定になるとしているo しか し, この一定 の 意味 について は何れの論文 にも述べ られていない｡

本研究では,ほぞの曲げ試験 をお こない,l/hが ほ ぞの曲げ強 さにお よぼす影響 について詳 し く検 討 し,材料の曲げ破壊係数 との関係 を求め,構造設計 上 の提案をしたC

2.実 験 方 法

ほぞの曲げ強 さを測定す る強度実験 には胴付 きほ ぞが用いられる ことが多い15)｡この場合,ほぞ とほ ぞ穴 の接合強度 と胴付面 の効果が複合 した形 にな る｡本報告では, ほぞ とほぞ穴 の接合のみによるほ ぞ接合 の強度が明確 になるように胴無 しほぞを主 に 用いたが,胴付面 の効果 を検討す るための試験 も付 加 している｡

試験片形状 をFig.1に示す｡ほぞの曲げ強 さへの ほぞ長 さの効果 を見 るために, ほぞせいの寸法 を一 定 にしてほぞ長 さのみを変化 させ

,0 . 3

≦l/h≦

2

.1の 範囲にわたって, ほぼ0.1きざみに各々平均5個 の 試験体 を実験 に供 した｡ほぞせい は全て22.0mmと 一定に し,ほぞ長 さを6.6mmか ら46.2mmまで変 化 させた｡また,比較 の為 に両胴付 ほぞ(tenon(b)) や胴付面 を柱材 に密着せず約5mmの間隔を残 して 接合 した試験体(tenonbつ も製作 した｡ これ は,胴 付面の効果や,胴付面 を作 るために必然的に増加 す る材幅(rail)による影響 を検討す るためである｡い ずれ も通 しほぞ とし, ほぞ穴の後部の破壊形が観察 出来 るようにした｡

供試材 として,平均気乾比重0.40,平均含水率12.1

%,平均曲げ破壊係数655.Okgf/cm2のジェル トン (Jeruton:Dyeraspp.)を用いた｡部材表面 は自動 かんな盤で,ほぞ穴 は角のみ盤で, また胴付面 は丸 鋸盤 にカッターを取 り付 けて加工 した｡験合度 はほ ぞ偏方向 は士Omm,ほぞせい方向 は+0.2mmとし た｡接着剤 には酢酸 ビニル樹脂 エマル ジ ョン樹 脂 (PVA)を周い,ほぞ,ほぞ穴 の両面 に接着剤 を塗布 し,約一分間放置後 あて木 を当て,木槌で胴無 しほ ぞ及びtenonb′は予定の位置 まで,胴付 ほぞ は胴付

∫

‑6.6‑46.2 tenon(a)

[木材学会誌 Vol･36･No･1

ten｡Il(b′)

tenon(b)

Fig.1. ConfigurationoftheT‑shapedmortise‑and‑

tenonjointspecinleIIS(Tenon (a):without ashoulder;Tenon (b):W旧1a Shoulder;

andTenon(b′):havinga5mmgapbetween thebarandtheshoulder).

(mm) ^{P S}

Fig.2. Diagram oftestapparatususedinthetests･ Note: SpecimensarefixedbythelllOVablesupports

(upperandlower).

面が密着するまで圧入 し, はた金 で24時間圧 著 し, その後 はた金 をはず し,更 に48時間以上放 置 した｡

試験体 をFig.2に示す試験体保持装置 に固定 し, ほ ぞ穴 の上端,下端 より上下 にそれ ぞれ約7cm離 れ た位置 の柱材部分 をボル トで固定 した｡試験体保持 装置 にほぞ穴 よ りも少 し大 きめの開 口部 を設 け, ほ ぞ穴後部の破壊 の様子 を直接観察 した｡

強度試験機 は容量10tのインス トロ ン型 万能 引張 圧縮試験機 (ミネベア㈱新興通信事業部製,TCM‑

10000)に,最大荷重500kgfのロー ドセル を取 り付

19舗年1月〕 ほぞ接 合 の曲 げ強 さにお よぼす ほぞ長 さの影響

けた もので,クロスヘ ッ ド速度 を毎分5mm,荷重虎 距離 を150mmに して試験 を行 った｡ クロスヘ ッド の移 動量 をペ ンレコー ダー に記録 し, たわみ塵 とし て読 み取 った｡ なお,前記 の強度試験機 によ り,厚 さ9mm,隔 15mm,長 さ350mmの試験 片 を用いて, ス パ ン300mm, ク ロ ス ヘ ッ ドス ピー ドは5mm/

min,柾 目面荷重 で試験 し,試験用材料 の曲げ破壊係 数 を求 めた｡実験 はいずれ も室温で行 った0

3.結果 と考察 3.且 ほぞ長比 (I/h) とほぞの曲げ強 さ

i/hを変化 させて, ほぞの曲げ強 さ との関係 を見 た のがFig.3であ る.横軸 はl/hであ り,縦軸 はほ ぞ の曲げ強 さで,荷 重 お よび応力で表示 した｡応力 の算 出には荷重点距 離(L)とほぞ穴寸法 を開いた｡

図 に示す ように,l/h‑1.1‑1.2を境 として二つの直 線 を考 える ことが 出来 るO‑ っ はO.3≦l/h≦1.0の 範 囲 て,ほぞの曲げ強 さは l/hの増加 に伴 って直線 的 に増 加す る｡ もう一 つの直線 は,i/h≧1.2で,ほ ぞ の曲げ強 さをほぼ一定 と見 なす ことが出来 るO こ の複線 の値 は, この範 囲について単純平均 を して求 め た個 であ る｡l/h‑i.1は どち らに も入 らない移行 的 な部 分 として取 り扱 ったoO≦l/h≦1.0において, 次式 の関係 が得 られ る｡

Pmax‑ ‑0.866+29.320･(I/h) (1) ここで,Pmaxは各々 の l/机 こおけるほぞの曲げ強 さ で ある.ただ し,l/h‑0にお けるほぞの曲げ強 さの 値 をゼロ とした｡相 関係数 は0.99と高 い｡あるい は, 接合部 分 を剛接合 と仮定 して,片持梁 による計算式

よ り, 断面係数

( Z)

にほぞ穴寸法 を用いて, 6max‑M/Z, M‑PL,Z‑bh2/6 (2) を仮定 し,(1)式 を応 力 で表示す る と,

6max‑A+B･(I/h),A‑‑35.8,B‑599A (3) となる｡ここで,A,Bは係 数,6maxは各々の l/射 こ お けるほぞの曲げ応力 であ り,Mは曲 げモーメ ン ト で ある｡

この ように, I/hが増加 す るに従 ってほぞの曲げ 強 さ はほぼ直線 的 に増加 す る｡ この直 線 的増 加 は l/hが約1.0まで続 き,1.1で は増加傾 向が緩 くな り, l/hが約1.2か らはJ/射 こ関係 な くほぼ‑定借 を示 すO なお, この一定値 の範 囲で はほぞの曲げ強 さの バ ラヅキがやや大 きいが, これ はほぞ穴が深 くなる ことで,加工精度が低下 す る為で はないか と考 えら れ るOこの‑定借 を示す範 囲 について,日高 ら3)は指 数関数 による表示 を行 ない,I/h‑1.0‑1.4において はほぞ の曲 げ強 さの増加 が緩 やか にな る として い るO石井 ･宮島1)は l/h≒5/6になる と耐力が一定 に

0≦ l/h≦ 1.0

P^{n a}.i‑ ‑0.866+29.320.(l/朗 r==0.98 ′ ●

ちノ′言 亭 ● I

%

● !●t1.0 ●≦lme/harl≦2.+1

l ^(:uI･7

3J1ノl二一･..･･D

0 0.5 1.0 1.5 2.0 1/h

Fig.3. Relationships betweenI/jiand bending strengthsofmortise‑anかtenonjointswithl outshoulders.

Legend:Pmax:belldingloadofthejoint. am劫Ⅹ:bendingstrengthofthejoint.

』:nlOdulusofruptureillbendillg Ofthe Imaterial.

l:tenonlength.h:tenondepth.

r:correlationcoefficient.

な る としているが,本研究で も同様の傾 向を示 した｡

3.2 材料の曲げ破壊係数 との関係

材料 の曲 げ破壊係数(孤)を測定 した結果 をFig.3 に △ 印 で 示 した｡ 図 中 の‑ 点 鎖 線 はそ の平 均 値 (655.Okgf/cm2)で ある｡図か ら分か るよう厄 ,l/A が大 き くなって約1.2付近 か らはほぞの曲げ強 さが 一定値 を示 し, この一定値 と材料の曲げ破壊係数が ほぼ一致 してい るO 日高 ら3‑5)も l/kとほぞの曲げ 強 さの関係 について本報告 と同様 な傾向の結果 を報 告 してい るが,胴付面 の影響 を考慮 してお らず, ま た‑ 定借が意味 す ることについて も明確 にしていな

い ｡

材料 の曲げ破壊係数 に対するほぞの曲げ応力の比 (U,na又/ob)を曲げ耐力効率 とす ると,I/hと曲げ耐力 効 率 との関係 はFig.4のようになる｡但 し,図中の 各 点 は各l/狛 こおける平均値 を示 している｡図か ら 明 らかなように,I/kが約1.0まではl/鋸 こ比例 して 曲 げ耐力効率 も増加す るが,I/h逮l

. 2

では l/hに無 関係 に曲げ耐力効率 は1.0近 くを示 すO この様 に, l/h逮l

. 2

で はほ ぞ の曲げ強 さが材料 の曲げ破壊係 数 に一致す る と考 えられ るo

ここで,o忌l/h≦

1 . 0

の範囲 について,材料 の曲げ 破壊 係数 (ob‑655.Okgf/cm2)を屑 いて,(3)式の両 辺 を除す と

oT,na又/Ob‑‑0.054+0.915･(l/h) (4)

88 今山延洋,池端利碁,杉浦雅 美, 中村 勇

′ ■

1 . J

′ 中 o

0

1 ー

9

^{1.2季//ん≦ ∑.1}

o ∠

^nlearl

/o T . i

^{≦山 車1.0}

n P

β宣 /qb‑ 10.05姑 0.915

i /

^r‑ 0.98

′ ノ

0 1.0 2.0

!:/Ill.

Fig.4. Relationshipsbetweenomax/6bandI/h.

Legend:0,.na又:bendingstrengthofthemortise‑and･

tenlonjoint.

Cb:mOdulusofrupturein bending ofthe material.

l:tenonlength.h:tenondepth.

r:correlationcoefficient.

が得 られ る｡ この式 は, ほぞ療合 の曲げ強 さを, ほ ぞ接合 に用 い られ る材料 の曲げ破壊係数 を基準 にし て計算す る ことが出来,特 にl/h≦

1 . 0

で は式

( 4 )

の直 線関係 を利 用 して,必要 なl/htこおけるほぞの曲げ 強 さを簡単 に予測す る ことが出来 る と考 え られ る｡

例 えば,l/h‑1.0で は,ほぞの曲げ強さは材料 の強 さの約90%に相 当す ることを意味 している｡ また, この直線 の傾斜 はほぞ とほぞ穴 の各種の接合条件 に よって左右 され,駿合度が‑定 な らば部材 の材質, 接着剤 の種類 によbて左右 され る と考え られ,部材 の材質や接着剤の種類 によって特有 の直線 の傾斜が 得 られる と思われ る｡ これ らの条件 について今後検 討す る予定 である｡

3.3比例限度強 さ

荷重‑たわみ線 図か ら比例 限度 を求 め,l/hとの 関係 を示す と,Fig.5のようになる｡比例限度強 さを pp,あるい は obで示 したO添 え字 のpは比例 限度 を 示す｡ただ し,l/h‑0.9について は比例限度 の決定 が出来なか った｡

l/h‑0.3‑1.0の範囲 において,

p

, ‑ ‑3.725+22.608･(l/h) ⁽⁵⁾ あるい は

6,‑‑72.9+442.5･(l/h) (6) の関係が得 られ,相関係数 は0.95と高い傍 が得 られ た｡I/h≧1.2で は,材料 の比例 限度 と一致 するo次 に,比例 限度係数 についてみる とFig.6の ようにな るoI/h‑0.6を除 くと,l/kの増加 とともに上昇 し, I/h≧0.8で はほぼ一定値 を示 す と考 えられ,その平

[木材学会誌 Vol.36,No.1

●

Pn､ax,＼0㌦nax亀/A′^{′●審 【.. 一●●} ′…三､●

○^魯

●● ′ ^● 0 I td‑

i

● 0′00′′o O oAロ LI8‑+ 義 : i 00

§ 831.2≦ l/h≦ 2.1 mean

● ヽ

o'p‑ ‑72.^I 9+44^l2.5‑(I/^l

A )

0 0.5 1.0 1.5 2.0 l/A

Fig･5･ RelationshipsbetweenI/handloads(Pp)

orstresses(鶴)attheproportiollallimitof themort i se‑and･tenolljointswithoutshouト ders.

Legend:Pmax:bendingloadofthejoint. qmax:bendingstrengthofthejoint. l:tenonlength･h:tenondepth.

r:correlationcoefficient.

On %0a 880..... ′0 0ヽ 0 栄￠

■0■ a 》 8 昏

′vo 0

0 000 0 0.mean8≦//h≦2.1

0 .

ョ≦ l/h≦0.I 7(exceptforO.6)

r‑ 0.93

0 0.5 1.0 1.5 2.0

1/A

Fig.6. Relationshipsbetween

C p

/omaxandI/h.

L

e gend:oTp:stressattheproportionallimi tofthe joint.

‰ax:bendingstrengthofthejoint. l:tenonlength.h:tenondepth.

r:correlationcoefficient.

均債 は約65.3%である｡ これ は石井 ら7)の比例限度 係数が64‑67%の値 や,古沢6)が60%と見込 めば安 全側 の評価 となる とす る報告 とほぼ一致する｡

3.4 ほぞの破壊形態

l/hの変化 に伴 な う破壊形態 の観察結果 をFig.7 に示す｡点線が実験 を始める前の試験片 の位置,莱

(.=ul･7,ll3'l)⁝D.･･1.9

1990年1月] ほぞ接合 の曲 げ強 さにお よぼすほぞ長 さの静研

0.3≦ l/h≦ 1.0 1.0≦ l/h忘 1.2 _{1.2 LS} l/h≦1.5 1.5墓 L//Jt≦ 2.1

Fig.7. SchematicdiagramsofrupturedpatterIISOfthemortise･alld･tenolljoilltSWithout shoulders.

Legend:P:load.I:tenonlength.h:tenondepth.

線が負荷後の位置である0

0 . ョ

≦l

/ A , ≦

1

. 0

で は,ほぞ 全体が回転 した ようにずれ,l/hの増加 に伴 ない回 転の度合が小 さ くなる｡1.0≦l/h≦1.2で は,回転 に よるずれがずっ と小 さ くな り, ほぞの付 け根 の上面 や下面での折れ曲が りが明確 に現 れ る｡更 に,1.2≦

[ / h

≦1.5で はほぞ穴部 分 の ほぞの下半分 にずれ が な くな り固定 され, ほぞ穴部分 のほぞの上 半分のみ がずれ る｡ほぞ穴 を後 ろか ら観察すると, ほぞの下 側半分 に変化がな くほぼ上半分が引っ込 んでいるの がわか る｡ そ して, ほぞの付 け根 では上側 半分 にお いて不完全な引張破壊が現れて くる｡I.5≦l/h≦2.1 では, ほぞ穴部分のほぞの上半分,下半分 ともにず れがな くな り,ほぞ穴部分全体 が完全 に固定 され る｡

そして, ほぞの付 け根 の上側半分 で完全 な引張破壊 が生 じる｡更 にほぞを折 り曲げて完全に破 断 させて ほぞをほぞ穴部分 と分離 す ると, ほぞの下側半分 は 圧縮 による破壊 の後 に引っ張 られて破断 した平 らな 破面が観察 され る｡

1.2≦l/h≦1.5にお けるほぞの上半分のずれ,お よ び1.5≦l

/ h

≦2.1における破断面 の観察 か ら,中立 面がほぼ中央 にあることもわか る｡これ は,古沢6)が 接合部 か らの距離10mmの位置 における歪 ゲー ジ による歪分布 の測定か ら,中立軸がほぼ部材 中心線 上に認 め られた ことと‑致す るoまた,Fig.3と対応 してみた とき,I/h≧1

. 2

にお ける破壊 形 態 の変 化 は,ほぞの曲げ強 さの変動 には大 きな影響 を与 えな いと考 えられ る｡

3.5胴付面の効果

3.5.1胴付 ほぞの曲げ強 さ

両胴付 ほぞ を用 いてl/hを変化 させ で ほぞ の 曲 げ強 さの実験 を行 った結果 を､Fig.8に示すo

O印

^が

測定点であるol/h‑0にお ける点 は,胴付 ほぞの試 験体 においてほぞ長 さをゼロ とした時の値 であ る｡

つまり, これ はほぞ穴 へのほぞの挿入 はな く,胴付 面のみが柱材へ接着 された状態である｡図か ら明 ら かなように,全体 の形 は胴付面がない場合 と同 じパ

̲■=一針

こ選).1'i.(･1

tpn川1(b)withshoulder o≦l/h封 ･｡

I

P .." ,I‑ 3.186+3O.51･tl/A)

r‑().98 さ′′J′/9.0.. J

‑■ o ● ; I ■ l l

^{●ー■l■日.lll.}

I

89

terlOTl(a)W油 outshoulder

̲‑‑ 〜 ‑●^{‑ ̲} ‑‑‑‑‑ (b‑ a)

0

0. 5 1.0 1.5 2.0

l,/A

Fig.8. Relat血1Shipsbetween belldillg lllaXilmum loads(Pmux)andI/Aforjointswithshoul‑ ders.

Legend:I:tenonlength.h:ten()ndepth.

r:corre一ationcoefficient.

ター ンで あ るOつ ま り,I/h‑1.0付近 までは直線関 係 (相関係数 は0.98)があ り, それ以上では‑定価 を示す と考 えられ る｡更に,両 タイプの実験式よ り

i/hの変 化 に伴 な う両者 の差 をFig.8の点線 で示 す.図 の ように,胴 付面積 は‑定であるにもかかわ らず0≦l/h≦1.0で は直線的 に徴増 し,i/h≧1.2で は‑建値 を示すO この結果 は,純粋の胴付面のみの 強 さがJ/h‑0の値 に示 されてい ると考 えられるか ら, ほぞ とほぞ穴 の接合が胴付面 を補強 し, この補 強効果 は0≦l/h≦1.0で は直線 的 に増 加 し,

i / h

≧ 1.2で は一定 になる と考 えられ るO この棟 に,胴付 ほ ぞの曲げ強 さは, ほぞ とほぞ穴 による強 さと,胴付 面 による強 さを重ね合わせ た もの と考 えることが出 来 る｡

3.5.2 胴付面 の効果

90

ヽJ

今山延洋,池端利碁,杉浦雅美,中村 勇

rnCan 27.58kgf

rnCan 34.93

[木材学会誌 Vol.36,No.1

(B) 机 ‑1･0

Fig･9･ EffectoftellOnjoint,shoulder,alldrailformortise‑and‑tenonjoint.

Legend:A:j()intwithoutashoulder･B:jointwitha5mm gapbetlyeenthebarandthe shoulder.C:joilltWithashoulder.

!:tenonlength.h:tenondepth.

次 に,胴付面 を有す るほぞ接合の強 さを単純 に次 の3つに分 けて考 える｡ つ ま り,① ほぞ 自身 (ほぞ とほぞ穴 の接合) の強 さ と,②胴南面 に よる強 さ, および③胴付面 を作 るため に必然的 に増加 す る材幅 による強 さの3つ に分 けて考 えることにす るO胴付 ほぞでは,② と③ が複合 して い る｡

Fig.9に示す よ うに,Aはほぞ とほぞ穴 のみの接 令 (㊨)であ り,

C

は柱材 の幅 と材 幅が同一 の一般 的な両胴付 ほぞ (① +(卦十③ ),Bは柱材 と胴付面 の 間に5mmの間隔 を取 った もの (① +(卦)で あ る.

ただ し, ほぞ穴部 分 の寸法 はA,B,Cともに同 じ であ り,l/h‑1.0で あ る. また,材 幅 に対す るほぞ 幅の比,つ ま りほぞ幅比 は0.43であ る｡結果 の数値 は,AはFig.3よ り引J軌 B,Cは各5本 の試験体 の平均値である｡

Fig.9の第一式 ,(B‑A)は引 き算 の結果 として ほぞの材幅の強度 が出て くる｡ それ を右側 の図の上 部の斜線 とした｡第二式, (C‑ B)は引 き算 の結果 として胴付面効果 による強度 が出て くる｡ 従 って, 材幅の効果 は含 まれてLiない｡ これ を図 の中央 の白 い部分である胴付面 の項 とした｡図 の下 の斜線部分 はほぞ とほぞ穴 の みの強度 で あ る｡

この様 に して出 した億 をパ ー セ ン トで 表 示 す る と,園のようにほぞ とほぞ穴 の強度約

8 0 %

,胴付面 効果 による強度 が約16%,材 幅 による強度 が約4%

である｡材幅 による強度 と､胴 付面効 果 に よる強度 を 合わせ る と約

2 0 %

で あ る｡材 幅 による強度 を胴付面 効果 による強度 に含 めて,一般 的 にほぞ とほぞ穴 の

強度 と胴 付面効果 による強度 に大別 する と,各々

8 0

% と

2 0 %

にな る｡

したが って,胴付 ほぞの場合 も実用的なほぞ接合 強度 の予測 は,材料 の曲げ破壊係数 とほぞ長比 を基 準 として, その上 に胴付面効果の割合 を考 えれば十 分可能性 があ る と思われる｡ また, ほぞ長 さの効果 について検討す るには,胴付面がない方が結果が明 確 にな る と思われ る｡

3.6 構造設計 とほぞ寸法の算出

家具 について も構造全体 の強度 の予測が進 め られ てい る2･6･8‑ll).ここで は,仮 に構造全体 の強度が決 ま り,各部 に要求 され る強度が求め られた場合 のほぞ 寸法 の算 出方法 と検討する｡

I/h‑1.0の時 の(4)式 は

仇｡ a x

/oTb≒0.86

で ある｡ これ は,材料 の曲げ破壊係数 の86%の強度 が得 られ る ことを意味 しているOまた,I/k‑Oの暗 は右辺 は‑0.054であるが,その値 が微小 であ り,蕊 た,本 来l/h‑0の時6maxはゼロ と考 え られ るので, 簡 単 の為 にゼ ロとす ると,(4)式 を

o T m a x

/Cb

≒0 . 8 6

･(l/h) あ るい は

5 m a x

/Ub‑k･Cb･(i/h),k‑0.86 (7) とす る こ とが出来 るOここで,長日まl/h‑1.0の時の 材料 の曲 げ破壊係数 に対するほぞの曲 げ強 さの比 で あ り, ほぞ長比定数 と呼ぶ｡更 に,本実験 の条件で はkのl/h‑1.Oの暗,材料 の曲げ破壊係数の860/.の ほぞの曲 げ強 さが得 られ ることを表 している｡ これ

1990年1月] ほぞ接合の曲げ強 さにおよぼすほぞ長 さの影響

は, l/hと材料の曲 げ破壊係数 にkを乗 じたものが その時のほぞの曲げ強 さになる ことを示 している｡

ここで,係数kは直線 の傾 きで あ り,この値 は,節 述 の ように, ほぞ とほぞ穴 の接合状態,つ まり,駿 合度 が一定 な らば,部材 の強 さ,接着強 さに関する 因子 によ り決定 され,逆 に樹種や接着などの組合せ に対 応 したkが存在 す る と思われるO

次 に,(2)式 と(7)式 か ら

M‑(1/6)･k･qb･b･h･l (8) が得 られ る｡構造全体 の強度設計 より,接合部の曲 げモーメン トMが決 まれ ば, この式 を用いてほぞの 寸法 はほぞ幅

( b )

とほぞせい

( h )

とほぞ長 さ

( l )

の三者 の相互関係か ら求 めることが出来 るO

4 .

ま と め

T型 ほぞ接合 を用 い, ほぞ長比(I/h)‑(ほぞ長 さ)/(ほぞせ い)を変化 させ ほぞ接合の曲げ強 さに対 す る効果 を検討 し,以下 の結果 を得た｡

1.ほぞの曲げ強 さ は,0≦l/h≦1.0で はl/hの増 加 と共 に直線的に上昇 し,I/h逮

l . 2

ではほぼ一定 になるQ この現象 は比例限度強 さについて も同様 で あるQ これ らの‑定値 であるほぞの曲げ強 さお よび比例限度強 さは, それぞれ材料の曲げ破壊係 数 お よび比例限度 強 さに一致する0

2.接合部 の破壊形 態 はl/hの増加 とともに変化 し,0.3≦l/h≦1.0の範囲で は回転形,1.0≦l/h≦

1.2の範囲 では小 さな回転 とほぞの付 け根 での折 れ 曲が り,1.2≦l/h≦1.5ではほぞの穴部分でのほ ぞの下側 固定,上側 ずれの半固定形であ り,1.5≦

I/h≦2.1では上側 ,下側 とも固定の全面固定形で

91 ある｡

3.構造設計か ら接合部 の曲げモーメン トが決 まれ ば(8)式 を用いて胴無 しほぞの仕 口寸法 (ほぞ幅, ほぞせい,ほぞ長 さ)を三者の相互関係か ら求 め ることが出来 る^｡

文 献

1)石井 誠,宮島 寛 :北大農演報告,38(1),121

‑138(1981).

2)石 井 執 宮 島 寛 :同 上 40(3),5甲十 596(1983).

3)日高洋之助,吉田勝彦,江崎 蔵 :宮崎大教育 紀要,38･39,387‑396(1976).

4)日 高 洋 之 助, 吉 田 勝 彦 :同 上,40,lo巨 109(1976).

5)日高洋之助 :産業技術教育学会誌 :19(2),101

…104(1977)^.

6)古 沢 富 志 雄 :職 業 訓 練 大 紀 要,12A,33‑ 145(1983).

7 )

石 井 誠, 生 田曙家 :木 材学会 遺支講 :ll, 63 (1979).

8)寮 正 徳 :木 材 学 会 誌 ,31(10), 807‑

813(1985).

9)今 山延洋,須見 尚文 :静岡大学教育学部研究報 告 (教科教育学篇),12,131‑139(1980). 10)Eckellman,C.A.:For.Prod.J.,71(9),100‑

106(1967)̲

ll)古 沢 富 志 雄 :木 材 工 業,33(12),525‑

528(1978).