JP4332492B2 - 打ち込み式ファスナー及び連結ファスナー並びに構造体 - Google Patents

Description

本願発明は、例えばデッキプレートを構造材に取付けるのに使用される打ち込み式ファスナー、及びこのファスナーの群を連結して成る連結ファスナー、並びに前記打ち込み式ファスナーを使用した構造体に関するものである。

例えば建築分野において、鋼板製の部材を鋼製の基材に取付ける（固定する）ことが行われている。その一例として、鉄骨コンクリート構造の中高層建物における床スラブの施工態様として、図９に示すように、断面凹凸形のデッキプレートＤをＨ型鋼製の梁材Ｈに固定して、デッキプレートＤの上にコンクリート層Ｃを打設することが行われている。

Ｈ型鋼にデッキプレートＤを固定する方法としては一般に溶接（スポット溶接の一種である抜き抜き栓溶接）が行われているが、これは専用の溶接機が必要でかつ熟練した技術が必要であるため作業性が悪いという問題があった。そこで、特許文献１には、デッキプレートＤ等の鋼板製ワークを梁材Ｈ等の厚肉の基材に固定するための固定具として、二重筒式のリベットが開示されている。
実開平６−１５８４５号公報

特許文献１のものは溶接に比べると機動性に優れていると言える。しかし、この従来技術はワークと基材とに円筒状のドリルによって穴を空ける工程が必要であり、このため、作業性の向上には限度があった。

本願発明は、このような現状に鑑みなされたもので、金属板製等のワークを厚肉の鋼製（金属製）基材に固定する作業を迅速に行える技術を提供することを課題とするものである。

ところで、例えば間仕切壁用枠材を取付けるための樋状の型鋼材をコンクリート基盤（天井面と床面）とに固定するための固定具として、長さが２０ｍｍ前後で外径が２．６〜３．０ｍｍ程度の鋲（ピン）が使用されており、この鋲の多数本を連結体で連結してガス燃焼式の打ち込み工具に装填することにより、連続的に打ち込みできるようになっている（鋲と連結体の一例が特許第２５８８８１２号公報に記載されている。）。

このような鋲によってデッキプレート等の鋼板製ワークを鋼製の基材に固定できると、作業性を格段に向上できる。しかし、鋼製の基材はコンクリートに比べて格段に硬いため、従来の鋲をガス式やエアー式の打ち込み工具で打ち込んでも曲がったり打ち込み不能となったりしてしまう。

他方、火薬の爆発力を利用して鋼板にピンを打ち込み、ピンをワークと鋼板製基材とに貫通させるようにした火薬銃もあるが、これは銃刀法の規制対象品であって管理に注意を要すると共にコストも嵩み、一般的ではない。また、鋼板用の鋲（ピン）はワークと基材とに貫通する鋼製にしているため、中高層用Ｈ型鋼のように１０ｍｍ以上の厚さの鋼材に貫通させるには大きな動力が必要となり、この点からも一般的でない。

本願発明者たちは、例えばガス燃焼式打ち込み工具のような一般的な工具を使用して鋼製の基材に打ち込みできる鋲状（或いは釘状）のファスナーについて研究と実験を重ね、その結果、本願発明を完成させるに至った。

本願発明は、打ち込み式ファスナー、この打ち込み式ファスナーを連結して成る連結ファスナーを含んでいる。

請求項１の発明は、金属板製のワークをこれよりも厚肉の金属板基材に取付けるのに好適な打ち込み式ファスナーに係るものであり、このファスナーは、先ず、軸とその一端部に設けた頭とを備えており、前記軸は、先端が含まれる第１部分と、この第１部分と前記頭との間に位置した第２部分とを備えており、第１部分は先窄まりの砲弾状又はテーパ状の形態であってかつ最先端は尖ることなく丸みを帯びている一方、前記第２部分は第１部分とは異なる縦断面形状（すなわち、ファスナーの軸心を通る平面で切断した形状）に形成された構成になっている。

そして、前記軸は全長が１２ｍｍ以下であって基材に貫通しない寸法に設定されており、かつ、第１部分の長さ寸法は第２部分の長さ寸法と略等しいか又は長い長さに設定されており、更に、前記第２部分の縦断面形状は、全体として頭の側に向けて外径が徐々に拡大するテーパ状であるか、又は、複数のストレート状部がテーパ部を介して連続している段違い状に形成されている。

請求項２の発明は連結ファスナーに係るもので、請求項１に記載した打ち込み式ファスナーの多数本と、この多数本の打ち込み式ファスナーを並列状に並べた状態に保持する合成樹脂製の連結体とから成っており、打ち込み工具のマガジンに装填可能になっている。そして、前記連結体は、１本の打ち込み式ファスナーを保持する単位保持部の多数個を備えて隣合った単位保持部は破断可能なブリッジ部を介して連結されており、打ち込み工具のロッドで打ち込み式ファスナーが単位連結体と一緒に打ち出されることが許容されている。

請求項３の発明は、金属板製のワークがこれによりも厚肉の金属製基材に請求項１又は請求項２に記載した打ち込み式ファスナーで取付けられており、かつ、前記ワークはその上面に打設したコンクリートによって隠れている構造体に係るもので、前記ファスナーにおける軸の第１部分は基材に貫通しておらずに肉厚の途中で止まっている一方、前記ファスナーの頭はワークの表面に当接している又はワークの表面から浮いている。

従来の釘は、軸の外周面の摩擦によって引き抜き抵抗を保持するものであり、従って、軸の大部分はストレート状になっており、先端の一部だけが尖り先になっている。このような釘の形状を鋼製基材への打ち込み式ファスナーにそのまま転用しても、基材に対する進入抵抗が大き過ぎて通常の打ち込み工具での使用はできないと言える。

これに対して本願発明の打ち込み式ファスナーは、第１部分が先窄まりの砲弾形又はテーパ状になっていて体積が少ないことにより、ガス式やエアー式の打ち込み工具を使用しても少なくとも第１部分を鋼製の基材に容易に進入させることができ、また、第１部分の最先端が丸みを帯びていることによる焼き付き作用により、基材に貫通しなくても、基材にしっかりと固定されて高い引き抜き抵抗を確保できる。また、単なるファスナーの打ち込みであるため、作業者は特に熟練も要しない。

従って、請求項１の発明によると、例えばデッキプレートをＨ型鋼製鍼材に固定する場合のような鋼板製のワークを鋼製基材に固定する作業を、低コストで能率良く行うことができる。特に、ガス燃焼式の打ち込み工具はコンプレッサーやホースが不要で機動性に優れているため、ガス燃焼式の打ち込み工具用のファスナーとして使用すると特に好適である。

ファスナーの打ち込み抵抗は長さと外径に比例する一方、細くなり過ぎると曲がり易くなる。この点、本願発明者たちは実験により、全長を１２ｍｍ以下とした。特に、約８〜１０ｍｍの長さが好適である。また、外径は２．５〜３．０ｍｍ程度が好適である。

なお、例えば合板を鋼製基材に取付ける場合のようにワークが軟質である場合もある。いずれにしても、ファスナーが鋼製基材に進入する寸法が重要であり、この進入寸法は４〜８ｍｍ程度に設定するのが好ましい。

請求項２のように打ち込み式ファスナーを連結体で連結して連結ファスナーの形態と成すと、ガス燃焼式やエアー式の打ち込み工具に装填して連続的な打ち込み作業が可能になり、特に好適である。

本願発明の打ち込み式ファスナーは基材への貫通は意図しておらず、むしろ、基材の途中で進入が停止することを想定している。従って、ワークの厚さや打ち込み工具の打ち込みパワーのバラツキによっては、打ち込み式ファスナーの頭がワークから浮いていることがあり得る。そして、請求項３のようにワークがコンクリートで隠れてしまう場合は、頭がワークから浮いていても一向に差し支えない。従って、本願発明の打ち込み式ファスナーは、コンクリートや他の構造材で隠れてしまうワークの取付けに特に好適である。

次に、図面（図１〜図８）に基づいて本願発明の実施形態を説明する。

(1).第１実施形態の概要
図１〜図６では第１実施形態を示している。このうち図１はガス燃焼式式打ち込み工具１とこれに装填して使用する連結ピン２の側面図、図２のうち（Ａ）は工具の斜視図、（Ｂ）は連結ピン２に使用する連結体３の斜視図、図３は連結ピン２の一部分離側面図であり、連結ピン３は多数本のピン４を有している。

打ち込み工具１は、シリンダ５を内蔵した本体６と、その先端に設けられたヘッド７と、ヘッド７及び本体６に取付けちれたマガジン８とを備えており、シリンダ５の内部には、ガスの燃焼圧によって前進動するピストン９が摺動自在に配置されており、ピストン９には、ヘッド７を貫通してワークに向けて前進動するするロッド１０が取付けられている。ヘッド７はカバー（シュラウド）１１で覆われている。

連結ピン２は連結ファスナーの一例であり、多数本（本例では１０本）の頭付きピン４と、これらのピン群を平行に並べた状態に保持する連結体３とから成っている。連結ピン２は、各ピン４の軸線がロッド１０の軸線と平行な姿勢でマガジン８に装填され、ばね式のフォロアー（プッシャー）１２でヘッド７に方向に押されており、これにより、ピン４が１本ずつロッド１０の前方に供給される。図１及び図２において示す符号１３はグリップ、符号１４はトリガーである。

なお、本実施形態の工具１では、マガジン８に複数本の連結ピン２が直列状に装填される（図１では工具１と連結ピン２との縮尺は揃えておらず、連結ピン２を大きく描いている。）。また、本願発明の連結ピンはエアー式等の他の構造の打ち込み工具にも使用可能であり、例えばコイル式に巻くことも可能である。

(2).ピン及び連結体の詳細
次に、図４〜図６も参照してピン４と連結体との詳細を説明する。図４のうち（Ａ）はピン４の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のうちＢの円で囲った部分の拡大図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ視断面図、図５は連結ピン２の部分的な拡大正断面図、（Ｂ）は図３のIVA-IVA 視断面図、図６は打ち込み後の態様を示す図である。

ピン４は横断面円形であり、軸１６とその一端部に一体に設けた大径の頭１７とを備えており、軸１６は、先端側に位置した第１部分１８と、頭の側に位置した第２部分１９とを備えている。第１部分は先窄まりの砲弾形で最先端１８ａは尖ることなく丸みを帯びている。他方、前記第２部分１９は、第１部分１８との境界部（連設部）２０から頭１７に向けて大径が等しい割合で大きくなるテーパ状に形成されている。

ピン４の具体的な寸法例としては、例えば、軸１６の全長は約９ｍｍ、第１部分１８の長さＬ１は約５ｍｍ、第２部分１９の長さＬ２は約４ｍｍ、頭１７の厚さＴは約１．５〜２．０ｍｍ、頭１７の外径Ｄ１は約６．５ｍｍ、第１部分１８と第２部分１９との境界部２０の外径Ｄ２は約２．６ｍｍ、第２部分１９のうち首下の隅肉部を除いた最大径Ｄ３は約３．０ｍｍに設定している。

第１部分１８を第２部分１９よりも長くする場合、ワークＷの押さえ機能の点から比率を過度に大きくするのは好ましくなく、Ｌ１はＬ２の１．５倍より小さいのが好ましい。

第１部分１８の外周面の縦断面形状は真円の円弧を呈しており、その曲率半径は２０〜２５ｍｍ程度が好適であった（縦断面形状を楕円状に形成したり、曲率が先端側に向けて小さくなるか大きくなる非真円形状に形成することも可能である。）。また、最先端１８ａの丸みの曲率半径は０．２ｍｍ以上に設定している。第２部分１９のテーパ角度（広がり角度）θは５〜６°程度が好適であった（従って、中心線に対する傾斜角度は２．５〜３°程度が好適である。）。

言うまでもないが、これらの寸法は一例であり、本願発明の機能を損なわない範囲で寸法は自由に設定できる。また、本実施形態の連結ピン２及び単位ピン４は、既存のガス燃焼式打ち込み工具に使用できるように設計しているが、既存の工具や連結体とは離れて設計してもよいのである。

本実施形態のピン４は焼き入れ可能な素材鋼からなる線材を素材にして製造されており、まず、ヘッダーによる潰し作用によって頭１７を形成し、次いで、この頭が形成された中間品（一般にヘッダーブランクと称されている。）を、一対のダイス（平ダイス又はローリングダイス）の間に挟み込んで、両ダイスで中間品を挟圧しつつ回転させる転造によって第１部分１８と第２部分１９とのプロフィールを仕上げる。形状を仕上げてから焼入れし、必要に応じて表面処理（防錆加工）を施す。

連結ピン２を構成する連結体３は合成樹脂製で、既述の特許第２５８８８１２号公報に記載されているものと殆ど同じ構造であり、１本のピン４が嵌まる１０個の単位保持部２１を備えている。隣合った単位保持部２１は軸方向に沿って両端に位置した一対のブリッジ部２２を介して連結されている。ブリッジ部２２は、打ち込み工具１のロッド１０でピン４が叩打されると千切れる。従って、打ち出されるピン４が嵌まっている単位保持部２１は、後続の単位保持部２１から離脱してピン４と一緒にワークに向けて前進動する。

単位保持部２１は、ピン４の頭１７と反対側に位置した円筒部２３と、薄肉状の弱化部２４を円筒部２３に連設された割れ許容部２５とから成っている。弱化部２４はピン４の並び方向と直交した方向に開口した窓穴２６が空いており、この窓穴２６からピン４の軸１６が露出している。

また、割れ許容部２５の頂面には、ピン４の並び方向と直交した方向にノッチ２７が形成されている。このため、図６（Ｃ）に示すように、割れ許容部２５はピン４の打ち出しによる頭１７の押圧作用によって２つに割れることが可能であり、また、弱化部２４の存在により、割れ許容部２５は半径外側に倒れた姿勢に保持される。円筒部２３は破断せず、ワッシャーとして機能し得る。

本実施形態では、連結体３の高さは約１０ｍｍであり、このため、ピン４の軸１６は各単位保持部２１の内部に隠れている。なお、敢えて断るまでもないが、連結体３はピン４を保持する機能があれば足り、打ち込み後にワッシャーとして作用する機能は本願発明の必須の要件ではない。

(3).打ち込み態様
本願発明のピン４は、通常のピン打ち作業（釘打ち作業）と全く同じ態様でワークＷに打ち込まれる。すなわち、ヘッド７の先端をワークＷに押し当てることによって安全装置のロックを解除し、その状態でトリガー１４を引くとロッド１０が前進し、１本のピン４がワークＷを貫通し基材Ｂに進入し、これにより、基材Ｂに対するワークＷの締結が行われる。

本実施形態の連結体３は、単位保持部２１の円筒部２３がワッシャーとして作用することを予定している物であるが、本願発明のピン４は通常のピン４に比べて長さが短いことから、打ち込み後には、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、単位保持部２１を貫通又は完全に破断して単位保持部２１は施工部に残らない態様と、図６（Ｂ）に示すように、単位保持部２１の施工部に残って円筒部２３がワッシャーとして機能する態様との２つの態様が見られた。

また、単位保持部２１が施工部に残らない場合、図６（Ａ）のようにピン４の頭１７がワークＷの表面に当接した態様と、図６（Ｂ）のようにピン４の頭１７がワークＷの表面から浮いた状態との２つの態様が見られた。これは、打ち込み圧力のバラツキやワークＷの硬さなど、諸々の条件が関与しているためと解される。

なお、ワークＷがコンクリートＣで覆われるデッキプレートである場合、ピン４の頭１７が浮いていたり連結体３の単位保持部２１が施工部に残っていたりしても、コンクリートに埋設されるので問題はない。また、ピン４の頭１７がワークＷから浮いていても、軸１６の第１部分１８及び第２部分１９とも先窄まりであってワークＷを押さえる機能を備えているため、ワークＷが基材Ｂから離反することはない。すなわち、ワークＷの固定機能に支障はない。

ピン４の軸１６のうち第１部分１８が大きな角度（或いは曲率）で先端側に縮径しているため、先端部のみを尖り先にしている釘に比べて基材Ｂに進入する体積が小さく、このため、基材Ｂが鋼製であっても、ガス燃焼式打ち込み工具１のような一般的な工具で締結作業を行うことができる。また、第１部分１８の最先端１８ａが丸みを帯びていることにより、当該最先端１８ａが基材Ｂに対する焼き付く現象（食い付く現象）が見られ、これにより、第１部分１８が先窄まりであっても大きな引き抜き抵抗を得ることができた。

なお、本願発明者たちは第１部分１８の最先端１８ａを尖らせたピンを製造して打ち込み実験をしてみたが、基材への進入は見られるものの、最先端１８ａの焼き付き現象は見られず、外周面と基材Ｂとの接触箇所の摩擦抵抗のみによって抜き抵抗を確保しているが、基材Ｂへの進入を容易ならしめるために第１部分１８を砲弾形又はテーパ状に形成すると摩擦抵抗が小さく、このため十分な引き抜き抵抗を得ることができなかった。

(4).第２実施形態（図７）
図７では第２実施形態を示している。この実施形態では、第１部分１８は第１実施形態と同様の砲弾形状をしており、第２部分１９は、第１部分１８の最大径Ｄ２と同じ外径の小径ストレート部１９ａと、頭１７の側に位置した外径Ｄ４の大径ストレート部１９ｂと、両者を繋ぐテーパ部１９ｃと、大径ストレート部１９ｃと頭１７とを繋ぐ縦断面外向き凹状の首下部１９ｄとからなっている。すなわち、第２部分１９は段違い状になっている。テーパ部１９ｃの広がり角度は２０〜４０°程度が好適で、特に３０°が好適である。

この例では、第１部分１８と第２部分１９とは略同じ程度の寸法に設定している。また、Ｄ２は約２．６ｍｍ、Ｄ４は３ｍｍ程度に設定している。この実施形態では、仮に第２部分１９の小径ストレート部１８ａが基材Ｂに進入しなくても、テーパ部１８ｃでワークＷを押さえ固定することができる。この実施形態に代えて、例えば、第２部分１９は、テーパ角度が異なる複数のテーパ部が連続する形態にすることも可能である。また、第２部分１９も砲弾形とすることは可能である。

(5).参考例及び第３〜第４実施形態（図８）
図８では参考例と第３〜第４実施形態とを示している。このうち（Ａ）に示す参考例では、ピン４の第１部分１８は砲弾形に形成し、第２部分１９は第１部分１８との間に段差を有するストレート状に形成している。この参考例では、ワークＷは第２部分１９によって基材Ｂに都さえ固定される（すなわち、第２部分１９はワークＷにも進入せず、実質的には頭として機能する。）。

（Ｂ）に示す第３実施形態では、頭１７の外径Ｄ１は第２部分１９の最大径より僅かに大きい寸法に設定している。第２部分１９がテーパ状であることによってワークＷの押さえ機能を持っているため、この例のように頭１７の外径はできるだけ小径でも構わない（第２部分１９が先窄まりの場合は理論的には頭１７を無くすことも可能であるが、ロッド１０による押圧の確実性の点から、頭１７は存在しているのが好ましい）。

（Ｃ）（Ｄ）では連結体３の別例である第４実施形態を示している。すなわちこの実施形態の連結体３は、ドーナツ状の単位保持部２１を細巾のブリッジ部２２で連結してなるもので、単位保持部２１には、ピン４の先端側に延びる筒部２１ａを設けている。連結体３は樹脂テープを素材にした抜き加工か射出成形によって製造されるもので、樹脂テープを素材している場合は、筒部２１ａはバーリング加工によって形成される。ピン４は参考例である。

第１実施形態の連結ピンとこれを使用する打ち込み工具との分離側面図である。 第１実施形態の連結体とこれを使用する打ち込み工具との分離斜視図である。 連結ファスナーの一部分離側面図である。 (A) はピンの正面図、 (B)は (A)のうちＢの円で囲った部分の拡大図、 (C)は (A)の C-C視断面図である。 (A) は連結ピンの部分的な拡大正断面図、 (B)は図３のIVA-IVA 視断面図である。 打ち込み後の態様を示す図である。 第２実施形態を示す図で、 (A)はピンのみの正面図、 (B)は使用状態での断面図である。 第３実施形態及び第４実施形態を示す図である。 第５実施形態を示す図である。

１ ガス燃焼式の打ち込み工具
２ 連結ピン
３ 連結体
４ 打ち込み式ファスナーの一例としての頭付きピン
１６ 軸
１７ 頭
１８ 第１部分
１８ａ 最先端
１９ 第２部分
２１ 単位保持部
２２ ブリッジ部
２３ 円筒部
２４ 弱化部
２５ 割れ許容部

Claims (3)

1. 金属板製のワークをこれよりも厚肉の金属板基材に取付けるのに好適な打ち込み式ファスナーであって、
   軸とその一端部に設けた頭とを備えており、前記軸は、先端が含まれる第１部分と、この第１部分と前記頭との間に位置した第２部分とを備えており、第１部分は先窄まりの砲弾状又はテーパ状の形態であってかつ最先端は尖ることなく丸みを帯びている一方、前記第２部分は第１部分とは異なる縦断面形状に形成されている、という構成において、
   前記軸は全長が１２ｍｍ以下であって基材に貫通しない寸法に設定されており、かつ、第１部分の長さ寸法は第２部分の長さ寸法と略等しいか又は長い長さに設定されており、更に、前記第２部分の縦断面形状は、全体として頭の側に向けて外径が徐々に拡大するテーパ状であるか、又は、複数のストレート状部がテーパ部を介して連続している段違い状に形成されている、
   打ち込み式ファスナー。
2. 請求項１に記載した打ち込み式ファスナーの多数本と、この多数本の打ち込み式ファスナーを並列状に並べた状態に保持する合成樹脂製の連結体とから成っており、打ち込み工具のマガジンに装填可能になっている連結ファスナーであって、
   前記連結体は、１本の打ち込み式ファスナーを保持する単位保持部の多数個を備えて隣合った単位保持部は破断可能なブリッジ部を介して連結されており、打ち込み工具のロッドで打ち込み式ファスナーが単位連結体と一緒に打ち出されることが許容されている、
   連結ファスナー。
3. 金属板製のワークがこれによりも厚肉の金属製基材に請求項１又は請求項２に記載した打ち込み式ファスナーで取付けられており、かつ、前記ワークはその上面に打設したコンクリートによって隠れている構造体であって、
   前記ファスナーにおける軸の第１部分は基材に貫通しておらずに肉厚の途中で止まっている一方、前記ファスナーの頭はワークの表面に当接している又はワークの表面から浮いている、
   構造体。

Images