JP4332511B2

JP4332511B2 - 打ち込み式ファスナー

Info

Publication number: JP4332511B2
Application number: JP2005066905A
Authority: JP
Inventors: 寿和福島
Original assignee: 日本パワーファスニング株式会社
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: JP2006250231A

Description

本願発明は、各種ワークを金属製基材に固定するために使用する打ち込み式（或いは釘状）ファスナーに関するものである。

建築や土木、橋梁等の多くの分野で鉄骨構造物において、鋼板製の部材（或いは鋼板自体）を型鋼等の鋼製基材に固定することが広く行われている。この固定手段として釘状のピン（ファスナー）が提案されている。

例えば特許文献１〜４には、軸を全体として先窄まりのテーパ状に形成したピンにおいて、軸を、先端側部分と中間部と基端側部分とで縦断面形状を変化させることが記載されている。また、特許文献１，２には、軸に座金を組み込むことも開示されている。
特開平０５−２４０２２９号公報特開平１１−２５７３１５号公報特開２００２−３２７７２０号公報特開２００２−３３９９２６号公報

これらのピンでワークを鋼材製基材に固定する場合は、特許文献２の図１に記載されているように、一般に、ピンは基材を貫通している（なお、基材がコンクリートやレンガである場合は、ピンが基材を貫通することはない。）。

ワークを固定する鋼製基材の肉厚は様々であるが、図６のようにコンクリート製床スラブ（或いは天井スラブ）を構成するデッキプレートＤを固定する梁材Ｈの場合、肉厚（板厚）は１０ｍｍ以上あることが殆どであるため、例えば動力源としてガスの燃焼圧や圧縮空気を使用している通常の打ち込み工具ではピンを貫通させることはできず、大きなパワーを持つ火薬式打ち込み工具を使用せざるを得ない。

また、板厚が例えば４〜５ｍｍ程度であっても、垂直部ｈの箇所では当然ながら上下高さは高くなるため、ガス燃焼式や空圧式の打ち込み工具を使用して垂直部ｈの箇所にピンを貫通させることも不可能であり、従って、火薬式の打ち込み工具を使用せざるを得ないと言える。

ところで、コンクリートＣが打設されるデッキプレートＤの場合、打ち込み後にピンがワークの表面から突出していてもコンクリートＣの層に埋もれてしまうため特段の支障はなく、従って、ピンは過度に深く打ち込む必要はなく、ワークを必要な強度で固定できれば良いと言える。そこで本願発明者は、ガス燃焼式の打ち込み工具を用いて特許文献１〜４と殆ど同じ形態のピンでワークを厚い鋼製基材に固定する実験を行ったが、打ち込み深さが浅いと引き抜き抵抗も小さく、高い締結強度を得ることはできなかった。

本願発明は、このような現状に鑑み成されたもので、打ち込み深さが浅くても高い引き抜き抵抗（締結強度）を得ることのできるファスナーを提供することを課題とするものである。

ところで、特許文献３，４はピンの先端部にローレット加工やナーリング加工による微小な凹凸を形成することによって基材との摩擦抵抗アップを図っているが、この種のピンは元々硬い素材を材料にしているため、ダイスを用いたローリング加工によって好適な深さの凹凸を安定的に加工することが難しいという問題がある。

他方、この種のピンは防錆のためメッキ処理を施しているのが通例であるが、本願発明者はこのメッキ処理に着目し、メッキとピンの引き抜き強度との関係について実験を行い、その知見に基づいて本願発明を完成させるに至った。

すなわち本願発明は、ワークを金属製基材に固定するために使用されるファスナーであり、基本構成として、軸の基端部の端面は当該軸を打ち込むための叩打面になっている一方、軸の先端部は前記基材に進入するよう先窄まりに形成されており、軸のうち少なくとも先端側の一部が前記基材に非貫通状態で進入するようになっている。そして、前記軸の最先端は丸みを帯びており、かつ、前記基材に進入し得る部分のうち最先端を含む先端側の一部は表面処理が施されていない地肌露出部と成し、その他の部分は表面処理が施されている処理層被覆部と成している点を特徴にしている。

本願発明のファスナーの寸法等は必要に応じて任意に設定できるが、請求項２ではその一例を示している。すなわち、このファスナーは、全長は１０〜２５ｍｍ程度で動力式打ち込み工具に装填できるようになっており、前記軸のうち前記基材に進入する部分は縦断面形状が曲面のプロフィールを有する砲弾形に形成されており、この砲弾形の部分は長さが４〜７ｍｍ程度で最大外径は２．５〜３ｍｍ程度の寸法であり、かつ、砲弾型の部分のうち最先端側の２〜４ｍｍの範囲が地肌露出部となっており、その他の部分は、メッキや塗装等の表面処理がされた処理層被覆部と成している。

本願発明では、請求項３に記載したように、前記軸に、打ち込み後にワークの外面に当接する座金を嵌め込んでおくことも可能である。

特許文献３，４のピン（ファスナー）は最先端が鋭く尖っているが、ファスナーが基材の途中までしか進入しない場合、最先端が鋭く尖っている場合よりも本願発明のように最先端に丸みを持たせると高い引き抜き抵抗を得ることができた。その理由は、ファスナー先端と基材との接触箇所に抵抗によると思われる焼き付き現象が生じるためと判明した。

また、ファスナーの全体がメッキ処理されていると、メッキ層が一種の潤滑剤のような役割を果たして引き抜き抵抗が小さくなるが、本願発明のように先端部を地肌露出部と成すと、前記した焼き付け現象が促進されて、引き抜き抵抗を格段に向上することができた。この場合、地肌露出部は先端部に形成されているに過ぎず、基材の外側に露出する部分は表面処理が施されているため、防錆の効果には影響はない。更に、軸に地肌露出部を残すことは加工機の劣化等を招来することなく全てのファスナーについて行えるから、ファスナーの品質も一定に保持される。

請求項２のように軸のうち先端寄りの部分を砲弾形に形成すると、円錐状である場合に比べて引き抜き抵抗がより高くなり、好適であった。また、請求項３のように座金をセットすると、ワークを安定的に押さえ保持できる利点がある。

(1).第１実施形態（図１〜図３）
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３では第１実施形態を示している。図１はファスナー（ピン）の単体を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図、（Ｃ）は先端部の一部破断正面図である。

ファスナーは軸（シャンク）１と円板状の頭２とを備えており、軸１は、先端側の第１部分３と、頭２に連続した第３部分５と、両者の間に位置した第２部分４とから成っている。第１部分３は先窄まりで縦断面形状が横向き凸状に膨らんだ曲面を有する砲弾形に形成されており、かつ、最先端３ａは鋭く尖らずに丸みを帯びている。

第２部分４は第１部分３に向けてごく緩い角度で縮径したテーパ状であり、その開き角度（テーパ角度）θ１は７度程度に設定している。第３部分５は第２部分４よりも大きい開き角度θ２で先窄まりのテーパ状になっており、頭２の座面に連なる部分は円弧状に形成されている。第３部分５の開き角度θ２は３０度程度に設定している。言うまでもないが、頭２の端面が叩打面になっている。

そして、軸１における第１部分３のうち先端寄りのＬ５の一部の範囲だけを表面処理が施されていない地肌露出部３ｂとなしており、この地肌露出部３ｂを図面では網かけ表示によって示している。ファスナーのうち地肌露出部３ｂを除いた他の部分はメッキ等の表面処理が施された処理層被覆部になっている。図１（Ｃ）では、メッキ層のような表面処理層を符号６で示している。

軸１における各部分３，４，５の長さＬ１〜Ｌ３の比率には限定はないが、本実施形態では、第１部分３の長さＬ１と第３部分５の長さＬ３とが略同じ程度で、第２部分４の長さＬ２は第１部分３及び第３部分５よりもやや長い長さになっている。具体的な寸法例として、Ｌ１＝４〜６ｍｍ、Ｌ２＝６〜８ｍｍ、Ｌ３＝４〜６ｍｍ、Ｌ４＝１〜３ｍｍ、Ｌ５＝２〜４ｍｍが挙げられる。また、例えばガス燃焼式の打ち込み工具に装填するファスナーの場合、第１部分３と第２部分４との境界部の外径Ｄ０は２．５〜３．０ｍｍが好適である。頭２の外径は例えば１０〜１５ｍｍでよい。

本実施形態のファスナーは、打ち込み工具のマガジンに装填して連続的に打ち込むことが可能である。この場合、連続的な打ち込みを可能ならしめるため、並列状に並べた多数本のファスナーを連結手段で連結する必要がある。その例を図２に示している。すなわち、図２のうち（Ａ）は正面図、（Ｂ）は底面図であり、この例では、連結手段として、金属板製（鋼板製）の連結体７を使用しており、また、各ファスナーの軸１には先端側に向けて開口した皿状（或いは椀状）の座金８を嵌め込んでいる。

連結体７は、各ファスナーの第３部分５に嵌まると共に頭２の座面に重なる多数のリング部７ａを有しており、隣合ったリング部７ａは巾狭のブリッジ部７ｂを介して連結されている。例えば１０〜２０本程度のファスナーを１本の連結体で連結し、これを打ち込み工具のマガジンに装填し、ハンマーロッド（ハンマーブレード）で叩打してブリッジ部７ｂを千切ることにより、ファスナーを打ち出すことができる。

座金８は、軸１の先端側に向けて開口した皿状に形成されており、ワークＷの表面に当たるフランジ８ａを備えている。また、座金８は第１部分３と第２部分４との境界部のあたりに保持している。また、座金８の外径は頭２の外径よりも相当に小さくなっている。もちろん、座金８を頭２の外径と同じ程度に設定しても良い。

なお、隣合った座金８を細巾状ブリッジ部にて連結することより、座金８をファスナーの連結体に兼用することも可能である。また、金属板製の連結体を座金８の下面に重ねたり、合成樹脂製の連結体を使用したり、更に、隣合ったファスナーの頭２の周縁部を接着剤や樹脂で連結するといったことも可能である。

図３では、ファスナーによって鋼板製ワークＷを鋼製基材Ｂに締結した状態を示している。この図では、軸１は第２部分４の途中まで基材Ｂに進入しているが、軸１が基材Ｂに進入する深さは、ファスナーの素材や熱処理の程度、ワークＷの厚さや材質、基材Ｂの材質、打ち込み工具の種類等によって異なってくる。基材Ｂの厚さが例えば４ｍｍ程度と薄い場合は、軸１が基材Ｂを貫通することもあり得る。

そして、軸１が基材Ｂに貫通しない施工態様において、第１部分３の最先端３ａが丸みを帯びていることと、第１部分３の先端側の一部が地肌露出部３ｂになっていることとの相乗効果により、地肌露出部３ｂが基材Ｂに強く焼き付く現象が生じて、引き抜き抵抗を格段に向上することができる。

Ｌ１＝５．２ｍｍ、Ｌ２＝７ｍｍ、Ｄ０＝２．７ｍｍのファスナーについて、全体をメッキしたものと地肌露出部３ｂを備えているものとを１０本ずつ製造し、ガス燃焼式の打ち込み工具を使用して厚さ７ｍｍの基材Ｂに打ち込み、引き抜き抵抗を比較したところ、地肌露出部３ｂを備えていないものの引き抜き抵抗が平均４００ｋｇ・ｆであったのに対して、地肌露出部３ｂを備えているものの引き抜き抵抗は平均８００ｋｇ・ｆあった。

最先端部３ａの丸みの曲率が大き過ぎると抵抗が大き過ぎて打ち込み深さが過少となり、逆に曲率が地位さ過ぎると焼き付き効果が発揮されない。本願発明者が実験したところ、Ｌ１＝５．２ｍｍ、Ｌ２＝７ｍｍ、Ｄ０＝２．７ｍｍのファスナーにおいては曲率半径Ｒ１は０．２ｍｍ程度が好適であったが、０．１５〜０．２５ｍｍ程度なら問題ないと推測される。また、同じ条件で、第１部分３の湾曲の曲率半径Ｒ２は１９〜２６ｍｍ程度が好適であり、特に２３ｍｍ程度が好適であった。

軸１に地肌露出部３ｂを形成する方法としては、例えば表面処理がメッキである場合は、地肌露出部３ｂに相当する部分にメッキ防止剤（例えば塗料）を塗布してからメッキし、ついでメッキ防止剤を除去する方法と、ファスナーの全体にメッキ処理してから、地肌露出部３ｂのみのメッキ層を研磨やサンドブラストや切削等で除去する方法とがある。表面処理が焼き付け等の塗装である場合は、地肌露出部３ｂにキャップ等の防護手段を施してから塗装し、次いで、防護手段を除去する方法と、全体に塗装してから地肌露出部３ｂのみの塗装を研磨等の手段で除去する方法とがある。

座金８はファスナーの打ち込みによって頭２の側にずれ移動し、ワークＷを広い面積にわたって押さえ保持する。そして、座金８が軸１の第３部分５まで至ると移動抵抗が著しく高くなって、ワークＷを押さえる押圧力も高くなる。

(2).他の実施形態
図４ではファスナーの形態の別例を示している。このうち（Ａ）では、軸１は砲弾形の第１部分３とストレート部９とを備えており、第１実施形態のようなテーパ状の第２部分４及び第３部分５とは備えていない。また、（Ｂ）に示す例では軸１の全体が砲弾形になっている。

（Ｃ）に示す例では、軸１は第１〜第３部分３，４，５を備えているが、軸１の第３部分５はその全体にわたって横向き凹状の曲面プロフィールであり、また、頭２と軸１との境界は殆どない（従って、頭なしと見ることも可能である。）。

(3).他の連結態様（図５）
図５ではファスナーの連結態様の別例を示している。すなわちこの態様では、座金は８は頭２と略同で外径で皿状（椀状）に形成されている一方、連結体７は、ファスナーの先端側から各座金８の内部に嵌まり込むリング部７ａと、隣合ったリング部７ａを繋ぐ脆弱なブリッジ部７ｂとから成っている。この態様では、ワークＷへの打ち込み後には連結体７のリング状部７ａが座金８とワークＷとの間に挟まれることになる。

座金８が鋼板製でかつワークＷも鋼製の場合、連結体７を亜鉛板のような非鉄系金属でイオン化傾向の高い金属板製とすると、座金８にメッキを施したのと同じ状態になって耐食性を向上できる利点がある。

本願発明の実施形態は上記した例に限られるものではなく、更に様々の形態に具体化することができる。

第１実施形態のファスナーを示す図である。第１実施形態のファスナーを連結した状態を示す図である。第１実施形態のファスナーの使用状態を示す図である。他の実施形態を示す図である。本願発明品の連結方法の別例を示す図である。本願発明品の用途の一例を示す図である。

符号の説明

１軸
２頭
３第１部分
３ａ最先端
３ｂ地肌露出部
４第２部分
５第３部分
６メッキ層

Claims

ワークを金属製基材に固定するために使用されるもので、軸の基端部の端面は当該軸を打ち込むための叩打面になっている一方、軸の先端部は前記基材に進入するように先窄まりになっており、軸のうち少なくとも先端側の一部が前記基材に進入するようになっているファスナーであって、
前記軸の最先端は鋭く尖ることなく丸みを帯びており、かつ、前記基材に進入し得る部分のうち最先端を含む先端側の一部は表面処理が施されていない地肌露出部となり、その他の部分には表面処理が施されている、
打ち込み式ファスナー。
全長は１０〜２５ｍｍ程度で動力式打ち込み工具に装填できるようになっており、前記軸のうち先端側の一部は縦断面視で横向きに膨れた曲面のプロフィールを有する砲弾形に形成されており、この砲弾形の部分は長さが４〜７ｍｍ程度で最大外径は２．５〜３ｍｍ程度の寸法であり、かつ、砲弾型の部分のうち最先端側の２〜４ｍｍの範囲が地肌露出部となっており、その他部分は表面処理された処理層被覆部になっている、
請求項１に記載した打ち込み式ファスナー。
前記軸に、打ち込み後にワークの表面に当接する座金を嵌め込んでいる、
請求項１又は２に記載した打ち込み式ファスナー。