JP4683932B2

JP4683932B2 - 連結ピン

Info

Publication number: JP4683932B2
Application number: JP2005007963A
Authority: JP
Inventors: 善一塚田
Original assignee: 日本パワーファスニング株式会社
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2025-01-14
Also published as: JP2006194379A

Description

本願発明は、鋼板製の部材を厚肉鋼材製基材に締結するのに好適な連結ピン（連結ファスナー）に関するものである。

例えば鉄骨コンクリート建物では、図６（Ｂ）に示すように、床スラブの施工方法として、Ｈ型鋼製の梁材２０に鋼板製のデッキプレート２１を固定し、デッキプレート２１にコンクリート層２２を打設することが行われている（なお、デッキプレートを有する鉄骨構造体において、コンクリートを打設しない場合も多い。）。

このようなデッキプレート２１を梁材２０に固定する方法としては、一般に、焼き抜き栓溶接が多く採用されているが、この溶接による固定は、溶接機が必要であるため機動性に劣ると共に、溶接に熟練を要するため能率と品質安定性とが悪いという問題があった。

他方、鋼板製のワークを基材に簡単に締結できるファスナーとして釘状のピンがあり、ピンの多数本を並列に並べた状態に連結体で連結することによって連結ピンと成すことにより、ガス燃焼式や火薬式等の可搬式打ち込み工具を使用して連続的な打ち込み作業を行えるようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

また、ワークの押さえ機能を高めるために軸にワッシャーを嵌め込んだファスナーも提案されており、特許文献２や特許文献３では、ワッシャー付きのピンを並列に並べた状態に連結することが記載されている。また、釘打ち機にコイル状等の連結釘が使用されていることは周知のとおりである。

なお、特許文献１の連結ピンを使用できるガス燃焼式の打ち込み工具の一例を図６（Ａ）に表示している。この打ち込み工具は、シリンダを内蔵した本体２３と、本体２３の前端に設けたヘッド２４と、ヘッド２４から下方に延びるマガジン２５とを備えており、ガスの燃焼圧によってシリンダの内部で前進動するピストンにロッドが設けられている。

マガジン２５には連結ピン（図示せず）が装填され、連結ピンはばねで上向きに引っ張られたフォロアー（プッシャー）２６によってヘッド２４に向けて押されている。ヘッド２４の先端をワークに押し当てて安全装置のロックを解除してからグリップ２７に設けたトリガー２８を引くと、連結ピンのうち先頭に位置したピンがロッドの前進動によって打ち出される。
特許第２５８８８１２号公報実開昭５７−１３６０１０号公報実公昭４９−２７６９５号公報

従来、連結式の打ち込み式ファスナーは、主として、木やコンクリートのような鋼に比べて軟質の基材にワークを締結することに使用されており、ワークを厚肉の鋼製基材に締結することにはあまり使用されていない。厚肉の鋼製基材にワークを固定するためのピンとして、火薬の爆発力を利用して打ち出す火薬銃に使用されるものがあるが、このピンは火薬銃に１本ずつ装填して使用する単体方式であり、このため作業性が悪いという問題があった。

デッキプレートを厚肉の鋼製梁材に締結する場合のように、比較的薄い鋼板製の部材を厚肉の鋼製基材に締結することは建築や土木を初めとして多くの分野で行われており、この締結作業を能率良くかつ安定的に行えるファスナー及び打ち込みシステムは、多くの産業分野で要望されていると言える。特に、図６（Ａ）で例示したガス燃焼式の打ち込み工具を使用できると、機動性に優れていて特に好適である。

本願発明は、このような要望に応えることを課題とするものである。

請求項１の発明に係る連結ピンは、軸の先端部を尖らせると共に軸の基端部には頭が設けられた金属製ピンの多数本を備えており、前記各ピンの軸にはそれぞれワッシャーが容易に離脱しない状態に嵌め込まれており、かつ、各ピンは、連結体を介して並列状に並べた状態に連結されている。
前記ワッシャーは、ピンの軸のうちその長手方向に沿った中途部に嵌め込まれている一方、前記連結体は、各ピンの軸に離脱しない状態に嵌まるリング状部の群を備えていて、隣り合ったリング状部は千切れ可能なブリッジ部を介して一体に繋がっており、更に、前記ピンとワッシャーは鉄系金属板から成っている一方、前記連結体は前記ピン及びワッシャーよりもイオン化傾向が高い非鉄系金属板から成っており、前記連結体はピンの先端側においてワッシャーと重なるように配置されている。

そして、前記ピンの軸は、先窄まりの先端部と、前記先端部に連続した中間部と、前記先端部と頭との間に位置した基部とから成っており、前記基部は頭に向けて外径が拡大するテーパ状部になっている一方、前記ワッシャーは、前記軸の先端に向けて開口した椀状に形成されており、前記ワッシャーが、前記軸の中間部に、ワークへの打ち込み時に頭の側に向けて移動することが許容される状態で嵌め込まれている。

請求項２の発明では、請求項１において、前記ピンは炭素鋼又はバナジウム鋼若しくはステンレス鋼から成っている一方、前記連結体は、亜鉛、マグネシウム、マンガン、アルミニウムのうちの１種から成っている。

本願の各発明では、多数本のピンが連結されているため、ガス式や火薬式等の打ち込み工具を使用して連続的な打ち込み作業を行える。このため、締結作業の能率が良い。熟練を要することなく締結作業ができて施工の品質が安定していることと、ワッシャーを備えていてワークの押さえ機能に優れていることとにより、施工の品質も安定化できる。

ところで、ワークを厚肉の鋼製基材に締結する場合、基材は硬いため、打ち込み後に、ピンの頭とワッシャーとの間に間隔が空くことがあり得る。すなわち、ピンが最後まで打ち込まれない場合が生じる。しかるに、本願発明では、ワッシャーは軸の第２部分に嵌め込まれているため、打ち込み後においてピンの頭とワッシャーとの間に間隔が空いていても、ワークをしっかり押さえることができる。

また、打ち込みによってワッシャーは第２部分を移動し得るため、打ち込み後においてピンの頭とワッシャーとの間に間隔が空いていても、ワッシャーがテーパ状の基部まで移動することによってワークをしっかりと押さえることができ、このため、高い締結強度を確保できる。

更に、ワッシャーは軸の先端に向けて開口した椀状であるため、打ち込み初期においてワッシャーをワークの表面に当て得るため、基材に対するピンの打ち込み深さにバラツキがあっても、そのバラツキを吸収してワークを的確に押さえ保持することができ、その結果、締結施工の品質安定性を向上できる。

ところで、デッキプレート等のワークは一般に鋼板製である一方、ワッシャーは加工性やコストの面から鉄板製とすることが多い。この場合、ワッシャーがワークに接触することにより、電解腐食が発生することがある。この点、連結体は鉄よりもイオン化傾向の高い素材製であるため、ワッシャーとワークとの間に電位差が生じることを防止又は抑制して、電解腐食を防止又は著しく抑制することができる。

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４では第１実施形態を示し、図５では第２実施形態を示している。まず、第１実施形態から説明する。

(1).第１実施形態の構造
先ず、図１及び図２に基づいて構造を説明する。図１のうち（Ａ）は連結ピンを平面視方向から見た斜視図、（Ｂ）は底面視方向から見た斜視図、図２のうち（Ａ）は一部を破断・分離した部分的な正面図、（Ｂ）はピンの先端部の拡大図、（Ｃ）は部分的な底面図である。

連結ピン（連結鋲といっても良い）は、並列に並べられた多数本（本例では１０本）のピン１と、各ピン１に個別に嵌め込まれたワッシャー２と、各ピン１を一体に連結するための連結体３とで構成されている。

ピン１は、例えば図２（Ａ）に示すように、軸４とその基端に一体に設けた頭５とを備えている。軸４は、先窄まりの第１部分（先端部）６と、先端部に連続した第２部分（中間部）７と、第２部分７と頭５との間に位置した第３部分（基部）８とから成っており、第２部分７はごく僅かな角度（又は曲率）で頭５に向けて外径が拡大するテーパ状に形成されて、第３部分８は、第２部分７よりも大きい角度で頭５に向けて外径が拡大するテーパ状になっている。

第１部分６は最先端が丸みを帯びた砲弾形になっている。これは、鋼製基材への進入に際して基材に対する食い付き（焼き付き）作用を生じさせるためである。頭５の座面には、軸４の第３部分８に連なる浅い環状溝９を形成しているが、頭５の座面はフラットに形成したり、テーパ状に形成したりしても良い。。

具体的な寸法としては、全長を１５〜２０ｍｍ、頭の外径を１２〜１５ｍｍ、第１部分６の長さＬ１を３〜５ｍｍ，第２部分７の長さＬ２を５〜９ｍｍ、第３部分８の長さＬ３を４〜６ｍｍ、第２部分７と第３部分８との境界部の箇所の基準外径Ｄ１を３〜４ｍｍ、第２部分７の軸心に対する傾斜角度を約７度、第３部分８の軸心に対する傾斜角度を３０度に設定している。勿論、これらの寸法や角度は一例であり、具体的な寸法や角度は必要に応じて設定したら良い。

ピン１は、炭素鋼やバナジウム鋼、或いはステンレス鋼のような硬い鋼材からなっており、線材を素材として、ヘッダーによる頭５の加工と転造（又は圧造）による軸４の加工によってプロフィールを整えてから、焼き入れし、更に、必要に応じて表面処理（防錆膜の形成）を行って完成品となしている。

ワッシャー２は平面視リング状でかつピン１の先端に向けて開口した椀状（断面台形状）に形成されており、開口縁にはフランジ２ａを設けている。当然のことながら、ワッシャー２にはピン１の軸４が嵌まる中心穴９が空いており、中心穴９は、ピン１における軸４の第２部分７の中途部にきっちりと嵌まり込む寸法に設定されている。ピン１の第２部分７が緩いテーパ状であることにより、ワッシャー２は離脱しない状態に保持されている。

ワッシャー２はピン１の頭４の外径Ｄ０と略同じ外径に設定されているが、勿論、同径でなくても良い。板厚は任意に設定できるが、打ち込みによって多少の変形を生じ得る強度が好ましく、本例の場合、１．０〜１．５ｍｍ程度に設定している。ワッシャー２は鉄板製である。

連結体３は例えば亜鉛板製であり、ピン１の軸４に嵌まり込むリング状部１１の群と、隣り合ったリング状部１１を繋ぐ細幅のブリッジ部１２とから成っている。リング状部１１はワッシャー２の下面に密着するように椀状に形成されており、開口縁にはフランジ１１ａが形成されている。敢えて説明するまでもないが、ブリッジ部１２は打ち込み工具による打ち込みによって千切れる強度になっている。

連結体３の厚さは０．５ｍｍ程度でよく、また、ブリッジ部１２は千切れ易くするために連結機能を保持した状態で可能な限り巾狭にする。また、リング状部１１の中心穴１３は、ピン１における軸４の第２部分７に離脱しない状態に嵌まり込む内径に設定している。なお、ワッシャー２は、ピン１における軸４の第２部分７と第３部分８との境界部に配置してもよい。

(2).打ち込み工程
次に、図３及び図４に基づいて、打ち込み工程を説明する。図３はピン１の打ち出し状態を示した図であり、連結ピンを例えば図６（Ａ）に例示した打ち込み工具のマガジン２５に装填して使用され、連結ピンは、例えば、各ピン１における連結体３の下面に当たる第１ガイド体１５と、頭５の座面に当たる第２ガイド体１５とに沿って移動する。

そして、先頭に位置したピン１がロッドＲの押圧作用を受けると、先頭に位置したピン１と後続のピン１とを繋ぐブリッジ部１２が千切れて、先頭に位置したピン１は前進動し、その結果、図４に示すように、ピン４の軸５がワークＷ及び基材Ｂに進入してワークＷが基材Ｂに締結される。

この場合、ピン１の軸４が基材Ｂに進入する程度は、基材Ｂの硬さや厚さ、ワークＷの厚さや硬さ、或いはワッシャー２の強度等の多くの要因によって左右されるが、一般に、図４に示すように、ワークＷと頭５との間に間隔が空く状態になる。

そして、図４のように頭５とワッシャー２との間に間隔が空いていても、ワッシャー２がピン１の第３部分（テーパ状の基部）８によって後退動不能に保持されているため、ワークＷを基材Ｂに強く押圧して高い締結強度を確保できる。

また、ワッシャー２が椀状であることにより、ピン１の第３部分８によるワッシャー２の変形が許容されて、ピン１を基材Ｂにできるだけ深く打ち込むことができる。また、ワッシャー２はフラットタイプに比べて上下高さ（ピン１の軸方向の高さ）が大きいため、ピン１の打ち込み深さが浅くてもワークＷに確実に密着して、ワークＷを押さえ固定することができる。

ところで、異種金属が互いに接触していると電位差によって電解腐食が発生することがある。この電解腐食は、一方の素材から他方の素材に電子が移動することによって一方の部材が他の原子と反応しやすい不安定な状態になることに起因しており、一方の部材から電子が放出されることにより、当該一方の部材とその周囲に存在する水や酸素との反応が促進されて、腐食が進むものである。この電解腐食は、温度等の環境の違いによって同種金属の間でも発生することがある。そして、ワッシャー２とワークＷとが直接に接触していると電解腐食が発生する虞がある。

この電解腐食への対策としては、両部材の間に導電性のない素材を介在させて通電を遮断することが一般的であり、導電性のない素材としては合成樹脂を採用することが多い。しかし、合成樹脂は熱に弱いため、例えば火事によって溶損すると締結力の低下等の問題を生じる虞がある。

これに対して本実施形態のように、ワッシャー２とワークＷとの間に亜鉛板製のリング状部１１が介在していると、ワッシャー２とワークＷとの間での通電を遮断又は著しく抑制して、電解腐食を防止又は著しく抑制できる。

つまり、リング状部１１を構成する亜鉛はワッシャー２及びワークＷを構成する主成分である鉄よりもイオン化傾向が高い（活性が高い）ため、リング状部１１からワッシャー２とワークＷとの両方に電子が移動する傾向を呈し、このようにリング状部１１から電子の提供を受けることにより、ワッシャー２とワークＷとを構成する鉄原子は水や酸素と反応し難い安定した状態に保持され、その結果、ワッシャー２及びワークＷの腐食が防止又は著しく抑制されるのである。見方を変えて述べると、ワッシャー２とワークＷとは亜鉛メッキを施されたのと同じ状態になるのである。そして、連結体３は金属製であるため、火事によって溶損するようなことはなく、締結状態を確保できるのである。

(3).他の実施形態（図５）
図５では、第１実施形態の変形例である第２実施形態を示している。この実施形態は基本構成は第１実施形態と同じであり、第１実施形態との相違は、ワッシャー２の筒部が円筒状に近くなっていて天板部２ｂの面積が大きい点と、開口縁にフランジを備えていない点である。この実施形態では、ワッシャー２の天板部２ｂは第１実施形態よりも変形し易くなっている。

(4).その他
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、ピンの軸は、先窄まりの先端部と頭寄りのテーパ状部との間（中間部）がストレートになっている形態に形成したりしても良い。また、頭はワッシャーの抜けを防止できる機能があれば良いのであり、従って、頭の外周面と軸におけるテーパ状部の外周面とが段差なしに連続していても良いのである。

また、ワッシャーや連結体の平面形状（軸方向から見た形状）や断面形状も任意に設定することができる。

連結ピンの斜視図である。 (A) は連結ピンの一部を破断・分離した部分正面図、 (B)はピンの先端部の拡大図、 (C)は連結ピンの部分的な底面図である。ピンの打ち出し状態を示す図である。ワークの締結状態を示す図である。第２実施形態を示す図である。 (A) はガス式打ち込み工具の一例の斜視図、（Ｂ）は建物の構造の一部を示す斜視図である。

Ｗワーク
Ｂ鋼材製基材
１ピン（頭付き鋲）
２ワッシャー（座金）
３連結体
４軸
６第１部分（先端部）
７第２部分（中間部）
８第３部分（テーパ状の基部）
１１連結体のリング状部
１２連結体のブリッジ部

Claims

軸の先端部を尖らせると共に軸の基端部には頭が設けられた金属製ピンの多数本を備えており、前記各ピンの軸にはそれぞれワッシャーが容易に離脱しない状態に嵌め込まれており、かつ、各ピンは、連結体を介して並列状に並べた状態に連結されている、という連結ピンであって、
前記ワッシャーは、ピンの軸のうちその長手方向に沿った中途部に嵌め込まれている一方、前記連結体は、各ピンの軸に離脱しない状態に嵌まるリング状部の群を備えていて、隣り合ったリング状部は千切れ可能なブリッジ部を介して一体に繋がっており、
更に、前記ピンとワッシャーは鉄系金属板から成っている一方、前記連結体は前記ピン及びワッシャーよりもイオン化傾向が高い非鉄系金属板から成っており、前記連結体はピンの先端側においてワッシャーと重なるように配置されている、
という構成において、
前記ピンの軸は、先窄まりの先端部と、前記先端部に連続した中間部と、前記先端部と頭との間に位置した基部とから成っており、前記基部は頭に向けて外径が拡大するテーパ状部になっている一方、
前記ワッシャー及び前記連結体のリング状部は前記軸の先端に向けて開口した椀状に形成されており、更に、前記ワッシャー及び連結体のリング状部が、前記軸の中間部に、ワークへの打ち込み時に頭の側に向けて移動することが許容される状態で嵌め込まれている、
連結ピン。
前記ピンは炭素鋼又はバナジウム鋼若しくはステンレス鋼から成っている一方、前記連結体は亜鉛、マグネシウム、マンガン、アルミニウムのうちの１種から成っている、
請求項１に記載した連結ピン。