JP5779904B2

JP5779904B2 - 硬質の被打ち込み部材用締結ピン及びその成形方法

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Publication number: JP5779904B2
Application number: JP2011038653A
Authority: JP
Inventors: 粟飯原　泰宣; 泰宣粟飯原; 利道新井
Original assignee: Max Co Ltd
Current assignee: Max Co Ltd
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: ES2899878T3; EP2492520B1; CN102650311A; US20120219382A1; DK2492520T3; EP2492520A2; TW201243171A; CN102650311B; TWI544156B; US8794893B2; EP2492520A3; JP2012172833A

Description

本発明は、コンクリートや金属鋼材などの硬質の被打ち込み部材に金具やプレートなどの薄鋼板を締結するために使用される硬質の被打ち込み部材に対する締結ピン及びその成形方法に関する。

一般に、ビル等の建造物や架橋、トンネル等の土木建造物において、コンクリートや金属鋼材などの硬質の被打ち込み部材に金具やプレートなどの薄鋼板を締結するために、圧縮空気、燃焼ガス、火薬などの駆動源を利用した工具により打ち込んで締結することが行われている。

従来の一般建造物には、上記用途への施工方法として、特許文献に示すようなコンクリートピンによる締結が、作業効率の面から広く使用されるようになっている。そこで、軸部の頭部側を大径とし、先端側を小径としたコンクリートピンが提案実施されている。

特開２００８−１１５９９５号公報特開平１１−２５７３１５号公報特開２００８−５１１５３号公報

しかしながら、高強度の建物物件には硬質のコンクリートが用いられるため、従来のコンクリートピンでは、中間部に大きな段が形成されていたり、頭部側のテーパの角度が大きすぎるために打ち込み抵抗が大きく、頭部の下方が曲がりやすく、打ち込み不良が生じやすかった。また、近年は、一般的により高強度化が進み、コンクリートビルでは、改築施工が増えてコンクリートの材齢による硬質化など、より一層硬質部材への締結が可能なピンが必要とされている。当然のことながら、６０ニュートン程度以上の硬質部材への打ち込みには上記動力源のパワーも必要となるが、打ち込み工具自体の大きさによる作業性の面から部材への貫入抵抗の低減と、貫入後は部材への締結力（ピンの保持力）が求められる。

コンクリートピンを硬質部材へ打ち込むときは、先端部を部材に対してほぼ垂直にして打ち込むことにより貫入させるが、硬質部材ゆえに軸部及び頭部直下の首下の耐力が必要となり、これが十分でないときは軸部の曲がりや首下部での折れが発生し、締結に対して阻害要因となる。段付ピンで、現在開発、実用化が進められている超高強度コンクリートのような非常に硬いコンクリートに対応させる場合、強度を高くするため、軸径が大きく貫入抵抗も大きくなり、十分にパワーのある工具が必要となっている。

さらに、軸部全体をテーパ形状としたり、首下をアール状としたりするコンクリートピンの製造は容易ではなく、また、ピンの軸径は大きい方が強度が高いが、高価である。したがって、軸径が大きく強度の高い締結ピンを得ようとすれば、材料となる金属線材の外径も大きいものを選択せざるを得ず、コスト高になるという問題があった。

本発明は上記問題点を解消し、打ち込み時に曲がりにくく、硬質の被打ち込み部材に対して有効に打ち込むことができる締結ピンを提供することをその第１の課題とする。

また、本発明は、材料となる金属線材の径を大きくしなくても、締結ピンの軸径を線材の径よりも大きくすることができる締結ピンの成形方法を提供することをその第２の課題とする。

前記第１の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、拡径頭部と軸部とからなり、軸部を、拡径頭部の下方の大径軸部と、大径軸部の下方の中間軸部と、中間軸部から先端部までの小径軸部とから構成するとともに、上記大径軸部は、上記拡径頭部の下方に連続するアール部と、該アール部の下方に連続するテーパ部とを備えて、上記拡径頭部側が大径になるように形成され、上記中間軸部は、上記テーパ部の下方に連続する同径のストレート部であり、上記小径軸部は、上記中間軸部の下方に連続する下部テーパ部と、上記下部テーパ部の下方に連続する同径のストレート部であって上記中間軸部よりも小径の下部中間軸部と、上記下部中間軸部の下方に連続する砲弾状の先端部と、を備え、前記テーパ部は２〜５°であることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、上記大径軸部は軸長の１／３以上の長さを有するとともに、上記アール部と中間軸部とを接続するテーパ部は、硬質の被打ち込み部材に対する貫入抵抗を小さく保持し、打ち込み後の引き抜き耐力を保持するとともに、打ち込み時に大径軸部が曲がらない程度に設定されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、上記アール部は、打ち込み時に首下部が曲がらない程度に大きく設定されていることを特徴とする。

前記第２の課題を解決するため、請求項４に係る発明は、請求項１に係る締結ピンのテーパ部を、２つの金型とこれらの金型の上部に上下動可能に設けられたヘッダ加工金型とによって成形する成形方法であって、
上記２つの金型の合せ面には、上記締結ピンの材料となる線材の外径よりも大きい内径のテーパ部を有する上部空間部と、線材の外径と略同じ内径を有するとともに底部が閉鎖した下部空間部とを連続形成し、上記線材を、その上部が上記金型の合せ面よりも上方に突出した状態で上記上部空間部と下部空間部に配置した後、金型を合せて上記線材を固定し、さらにヘッダ加工金型により線材の上端を押し潰して外方に膨出させることにより金型の上部空間のテーパ部を埋めるように成形したことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、大径軸部は上記拡径頭部の下方のアール部と該アール部と中間軸部との間に形成されたテーパ部とにより、上記拡径頭部側が大径になるように形成されているから、拡径頭部直下の首下部と大径軸部の強度は大きく、大径軸部の曲がりや、首下部における折れへの応力集中が緩和され、折れに対する耐力が向上硬質の被打ち込み部材に対する被打ち込み時に拡径頭部に打撃が加えられたとき、拡径頭部や大径軸部が曲がりにくい。

また、中間軸部は同径のストレート部であるから、打ち込み時の貫入抵抗が増大することがないとともに、打ち込み後の引き抜き抵抗を大きく保持することができる。
また、アール部と中間軸部との間に形成されたテーパ部は２〜５°であるから、硬質の被打ち込み部材に対する貫入抵抗を小さく保持することができ、打ち込みに必要なパワーを最小限に抑えることができるとともに、打ち込み後の引き抜き耐力が良好に保持される。また、大径軸部の強度が大きくなっているので、打ち込み時に大径軸部の曲がりに対する応力集中が緩和され、折れに対する耐力が向上する。
また、小径軸部は、上記中間軸部よりも小径で同径の下部中間軸部と、下部中間軸部と上記中間軸部との間に設けられるテーパ部と、下部中間軸部の下方に設けられた砲弾状の先端部とから形成されているから、先端部の貫入抵抗は小さく、さらに同径の下部中間軸部は貫入抵抗を小さく保持するとともに、引き抜き耐力を向上させ、さらに下部中間軸部と上記中間軸部との間に設けられるテーパ部が径を徐々に大きくするので、上記中間軸部までの強度を上げることができる。

請求項２に係る発明によれば、大径軸部は軸長の１／３以上の長さを有するとともに、アールと中間軸部とを接続するテーパ部は、硬質の被打ち込み部材に対する貫入抵抗を小さく保持するとともに、被打ち込み時に大径軸部が曲がらない程度に設定された構成であるから、テーパ部の強度が増加し、大径軸部の曲がりに対する応力集中が緩和され、折れに対する耐力が向上するとともに、打ち込み時に拡径頭部側の軸長の１／３以上が曲がらずに保持されていれば、打ち込みのエネルギーは締結ピンの先端に集中する。また、貫入抵抗も小さく保持されているから、硬質の被打ち込み部材に対して確実に打ち込むことができる。さらに、打ち込み後の引き抜き耐力を保持する構成であるから、締結を長く保つことができる。

請求項３に係る発明によれば、上記アール部は、打ち込み時に首下部が曲がらない程度に大きく設定されているから、打ち込み時に拡径頭部の曲がりに対する応力集中が緩和され、折れに対する耐力が向上し、硬質の被打ち込み部材に対して確実に打ち込むことができる。

請求項４に係る発明によれば、左右２つの金型の合せ面には、上記締結ピンの材料となる線材の外径よりも大きい内径のテーパ部を有する上部空間部と、線材の外径と略同じ内径を有するとともに底部が閉鎖した下部空間部とを連続形成し、上記線材を、その上部が上記金型の合せ面よりも上方に突出した状態で上記上部空間部と下部空間部に配置した後、金型を合せて上記線材を固定し、さらにヘッダ加工金型により線材の上端を押し潰して外方に膨出させることにより金型の上部空間のテーパ部を埋めるようにしたので、特殊な加工を施すことなく、締結ピンに、その材料となる線材の径よりも大きい径を有するテーパ部を安価かつ迅速に形成することができる。

本発明に係るコンクリートピンの正面図上記コンクリートピンの硬質コンクリートに打ち込まれた状態の斜視図上記コンクリートピンの他の形態の斜視図（ａ）〜（ｃ）は、表面に溝を形成した状態のコンクリートピンの正面図（ａ）（ｂ）は、上記コンクリートピンの拡径頭部と大径軸部の成形方法を示す説明図

図１〜図９において符号Ａはコンクリートピンである。このコンクリートピンＡは本発明に係る締結ピンの一例で、例えば６０Ｎ（ニュートン）を越えるような硬質のコンクリートに薄い鉄板を締結する場合に使用されるもので、拡径頭部１と軸部２とからなり、軸部２は拡径頭部１の下方の大径軸部２ａと、大径軸部２ａの下方の中間軸部２ｂと、中間軸部２ｂから砲弾状の先端部までの小径軸部２ｃとから構成されている。なお、コンクリートピンＡの寸法、全長が１９ｍｍ、拡径頭部１の直径ｄは６．２５ｍｍ、軸部２の軸長（全長の首下からの長さ）ｌは１７．５mm、大径軸部２ａの長さｌ１は６．５ｍｍ、中間軸部２ｂの長さｌ２は３．０ｍｍ、小径軸部２ｃの長さｌ３は８．５ｍｍであり、中間軸部２ｂの直径ｄ１が２．９６ｍｍに設定されている。

拡径頭部１の下方の首下部３の外面にはアール部（曲面部）４が形成されている。アール部４は、被打ち込み時に上記首下部３が曲がらない程度に大きく設定されているもので、上記寸法のコンクリートピンＡの場合、首下部３のアール部４はＲ１．５程度に設定すればよい。

次に、大径軸部２ａは軸長の１／３以上の長さを有し、大径軸部２ａには、アール部４と中間軸部２ｂとの間に形成されたテーパ部５により首下部３側が大径になるように設けられている。そして、首下部３のアール部４と中間軸部２ｂとを接続するテーパ部５は、硬質の被打ち込み部材に対する貫入抵抗が大きくならないように小さく保持し、打ち込み後の引き抜き耐力を保持するとともに、打ち込み時に大径軸部２ａが曲がらない程度に設定されている。このようなテーパ部５の角度θ１は２〜５°に設定するのが好ましい。

中間軸部２ｂは同径のストレート部である。

次に、小径軸部２ｃは、中間軸部２ｂよりも小径の下部中間軸部６と、下部中間軸部６と中間軸部２ｂとの間に設けられる下部テーパ部７と、下部中間軸部６の下方に設けられた先端部８とから形成されている。下部テーパ部５の角度θ２は１０°に設定されている。先端部８の長さは５ｍｍで砲弾状に形成されている。

上記構成において、コンクリートピンＡの首下部３のアール部４はＲ１．５程度とかなり大きく形成されているので、首下部３と大径軸部２ａの強度は大きく、首下部３における折れへの応力集中を緩和させるから、折れに対する耐力が向上し、硬質の被打ち込み部材に対する被打ち込み時に拡径頭部１に打撃が加えられたとき、拡径頭部１が曲がりにくい。

また、大径軸部２ａは軸長の１／３以上の長さを有し、大径軸部２ａには、首下部３と中間軸部２ｂとの間に形成された２〜５°のテーパ部５により首下部３側が大径になるように設けられているから、首下部３と大径軸部２ａの強度が増加し、大径軸部２ａの曲がりに対する応力集中が緩和され、折れに対する耐力が向上し、硬質コンクリートに対する被打ち込み時に拡径頭部１に打撃が加えられたとき、大径軸部２ａが曲がりにくい。

なお、コンクリートピンＡは、テーパ部５の角度θ１が２°よりも小さいと、上部の径が十分に大きくならないので、所定の強度（折れに対する耐力）が確保されないからであり、また上記角度θ１が５°よりも大きくなると、打ち込み時の貫入抵抗が大きくなるとともに、打ち込み後の引き抜き抵抗（保持力）が得られないからであり、また、後述の製造上の理由からも５°が限界である。

中間軸部２ｂは同径のストレート部であるから、打ち込み時の硬質の被打ち込み部材に対する貫入抵抗が増大することがないとともに、打ち込み後の引き抜き抵抗を大きく保持することができる。

さらに、小径軸部２ｃには、中間軸部２ｂよりも小径で同径の下部中間軸部６と、下部中間軸部６と上記中間軸部２ｂとの間に設けられる下部テーパ部７と、下部中間軸部６の下方に設けられた先端部８とから形成されている。先端部８は砲弾形状で、その貫入抵抗は小さく、さらに同径の下部中間軸部６は貫入抵抗を小さく保持するとともに、引き抜き耐力を向上させ、さらに下部中間軸部６と上記中間軸部２ｂとの間に設けられる下部テーパ部７が径を徐々に大きくするので、上記中間軸部２ｂまでの強度を上げることができる。下部中間軸部６が同径に形成されているのは、打ち込み後の引き抜き耐力を確保するためであり、また、下部テーパ部７が１０°に設定されている理由は、小径軸部２ｃの先端側の径をある程度小さくして、コンクリートに対する貫入抵抗を小さくするためである。

上述のように、首下部３にはアール部４が形成され、また大径軸部２ａには、アール部４と中間軸部２ｂとの間に形成されたテーパ部５により首下部３側が大径になるように設けられているから、首下部３と大径軸部２ａの強度は大きく、大径軸部２ａの曲がりや、首下部３における折れへの応力集中が緩和され、折れに対する耐力が向上硬質の被打ち込み部材に対する被打ち込み時に拡径頭部１に打撃が加えられたとき、拡径頭部１や大径軸部２ａが曲がりにくい。

また、中間軸部２ｂは同径のストレート部であるから、打ち込み時の貫入抵抗が増大することがないとともに、打ち込み後の引き抜き抵抗を大きく保持することができる。

以上のことから、コンクリートピンＡを図２に示されるように、確実に硬質のコンクリートＢに鉄製の薄板材Ｃを固定することができる。なお、薄板材Ｃは比較的柔らかいので、首下のアール部４も貫入することができるほか、コンクリートピンＡは、図示しないが、複数のピンを合成樹脂製連結材を介して連結した連結ピンとして構成され、打ち込み時にはコンクリートピンＡは他のコンクリートピンと分断された連結材とともに打ち込まれるので、アール部４は薄板材と連結材Ｄに貫入することになり、アール部４の貫入抵抗は大きいが、コンクリートが貫入することはほとんどないから、打ち込み不良が生じることはない。

なお、コンクリートピンＡは上述の形態に限定されるものではない。例えば、図３に示されるように、大径軸部２ａを２段とし、下部にテーパ部５を形成し、上部を同径のストレート部９として形成してもよい。この場合、テーパ部５によって大径軸部２ａの折れ曲がりに対する耐力を確保することができるとともに、ストレート部９により、打ち込み後の保持力を高く維持することができる。

また、中間軸部２ｂを長くして直接に砲弾形の小径軸部２ｃに接続した形成としてもよい。

さらに、上記各実施形態において、図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように、打ち込み後の保持力を大きくするために、軸の表面にローレット溝１０や斜めの平行溝１１を加工形成してもよい。図３に示されたコンクリートピン等についても同様である。

なお、上述のコンクリートピンＡの上部の大径軸部２ａは、テーパ部５の分だけコンクリートピンＡの材料である金属線材（炭素鋼ワイヤ）の外径よりも大きい。このようなテーパ部形状は、図５（ａ）に示されるように、２つの左右の金型１２と上部のヘッダ加工金型１３によって加工成形する。

すなわち、左右両金型１２の合せ面には上部空間部１４と下部空間部１５とからなる空間部１６が形成されている。上部空間部１４の内径は、線材１５の外径よりも大きく、しかも下部よりも大きくなるようにテーパ部５ａとアール部４ａとが形成され、上端には円形凹部１７が形成されている。下部空間部１５の内径は上記線材１５の外径とほぼ同じに形成されている。上部空間部１４の上端は開放されているが、下部空間部１５の下端は閉じている。この場合、図のように２つの金型の合わせ面の下方に下型１８を固定してもよいが、下型１８を上記左右の金型１２の一方又は両方に形成しておき、金型１２を合せたときに空間部１６を閉じるように構成してもよい。ヘッダ加工金型１３は２つの金型１２の合わせ面の上方に上下動可能に配置されている。ヘッダ加工金型１３の下面にはコンクリートピンＡの拡径頭部１に対応する凹部２０が形成されている。これにより、金型１２の合せ面の上端の円形凹部１７とヘッダ加工金型１３の下面との間に拡径頭部１の外形に即した頭部用空間部が形成される。

上記金型によりコンクリートピンＡの上部のテーパ部５を成形するときは、まずその中間軸部２ｂの径と同径の鉄製線材２１（炭素鋼ワイヤ）を２つの金型１２の空間部１６の内側に配置する。このとき、線材２１の上端は金型１２の上方に突出させておく。そして、２つの金型１２を締め付けて線材２１を固定する。次に、図５（ｂ）に示されるように、ヘッダ加工金型１３を下降させて突出部分に圧下して押し潰す。これにより、ヘッダ加工金型１３の下面と金型１２の上端の円形凹部１７との間で拡径頭部１が成形される。同時に、線材２１の上部が潰されたとき、線材２１は空間部１６内に固定され、上部空間部１４は線材２１の外径よりも大きいために、線材２１の上部は空間上部の内側形状に即するように膨出してアール部４ａとテーパ部５ａを埋めるので、アール部４とテーパ部５が形成される。

上述のテーパ部成形方法によれば、特殊な加工を施すことなく、締結ピンに、その材料となる線材２１の径よりも大きい径を有するテーパ部５を安価かつ迅速に形成することができる。

コンクリートピンＡの表面にローレット溝や平行溝を形成するときは、金型の空間部にそれぞれの溝に対応する凹凸を形成しておけばよい。

上述のように、ヘッダ加工金型１３で線材２１の突出部分を打撃して潰すことにより、線材２１の上部を上部中間軸部２ｂの合せ面に添うように膨らませ、テーパ部５を形成するのであるが、このような、膨出成形は５°のテーパ部５が限界である。

なお、線材２１を上述のように加工した後、さらに線材２１の下部の小径軸部２ｃの形状は、従来の方法で成形すればよい。

上述のように、コンクリートピンＡの大径軸部２ａはテーパ部５の分だけ材料である金属線材２１よりも大径となっているが、このテーパ部５はヘッダ加工金型１３により金属線材２１の上部をその軸方向に圧潰して外方に膨出させることにより形成するものであるから、テーパ部５の上端の径と同径の金属線材２１を使う必要がないから、製造工程が簡略となり、コストも低く抑えることができる。

なお、上記実施形態はコンクリートピンに関するものであるが、本発明はコンクリートに限定されるものでなく、他の硬質の被打ち込み部材に打ち込む締結ピンにも適用することができる。

Ａコンクリートピン
１拡径頭部
２軸部
２ａ大径軸部
２ｂ中間軸部
２ｃ小径軸部
４アール部
５テーパ部
１２金型（左右）
１３ヘッダ加工金型
１４上部空間部
１５下部空間部
１６空間部
２１線材

Claims

拡径頭部と軸部とからなり、軸部を、拡径頭部の下方の大径軸部と、大径軸部の下方の中間軸部と、中間軸部から先端部までの小径軸部とから構成するとともに、上記大径軸部は、上記拡径頭部の下方に連続するアール部と、該アール部の下方に連続するテーパ部とを備えて、上記拡径頭部側が大径になるように形成され、上記中間軸部は、上記テーパ部の下方に連続する同径のストレート部であり、上記小径軸部は、上記中間軸部の下方に連続する下部テーパ部と、上記下部テーパ部の下方に連続する同径のストレート部であって上記中間軸部よりも小径の下部中間軸部と、上記下部中間軸部の下方に連続する砲弾状の先端部と、を備え、
上記テーパ部は２〜５°であることを特徴とする硬質の被打ち込み部材用締結ピン。
上記大径軸部は軸長の１／３以上の長さを有するとともに、上記アール部と中間軸部とを接続するテーパ部は、硬質の被打ち込み部材硬質の被打ち込み部材に対する貫入抵抗を小さく保持し、打ち込み後の引き抜き耐力を保持するとともに、打ち込み時に大径軸部が曲がらない程度に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の硬質の被打ち込み部材用締結ピン。
上記アール部は、打ち込み時に首下部が曲がらない程度に大きく設定されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の硬質の被打ち込み部材用締結ピン。
請求項１に係る締結ピンのテーパ部を、２つの金型とこれらの金型の上部に上下動可能に設けられたヘッダ加工金型とによって成形する成形方法であって、
上記２つの金型の合せ面には、上記締結ピンの材料となる線材の外径よりも大きい内径のテーパ部を有する上部空間部と、線材の外径と略同じ内径を有するとともに底部が閉鎖した下部空間部とを連続形成し、上記線材を、その上部が上記金型の合せ面よりも上方に突出した状態で上記上部空間部と下部空間部に配置した後、金型を合せて上記線材を固定し、さらにヘッダ加工金型により線材の上端を押し潰して外方に膨出させることにより金型の上部空間のテーパ部を埋めるように成形したことを特徴とする、締結ピンの成形方法。