(57)【要約】【課題】溶接開始時における通電端子あるいはフラックスとしての役割を担うアルミニウム球体等の良導電性材料からなる金属製塊状物が、スタッド本体の溶植側端面の中央部分にその一部を表面から突出した状態で固着されたスタッドにおいて、金属製塊状物の脱落防止を経済的に実現する。【解決手段】スタッド本体１０の溶植側端面の中央部分に凹部１４が設けられるとともに、その開口周縁部分には内側に膨らむ環状の膨出部１４ａが形成される。そして、金属製塊状物１３は、圧入により塑性変形しながら膨出部１４ａの裏側にも入り込んだ状態で凹部１４内に充填されるので、衝撃等に対して脱落することがなくなる。膨出部１４ａは、凹部１４の開口周縁部分付近を適宜先端形状のパンチで押圧することで簡単に成形できる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタッド本体の溶植側端面に形成した凹部に金属製塊状物を突出状態で設けてなるスタッドにおいて、前記凹部の開口周縁部分には内側に向けて膨らむ膨出部が形成され、前記金属製塊状物が当該膨出部に掛止されていることを特徴とするスタッド。
【請求項２】
前記金属製塊状物が、圧入時の塑性変形により膨出部に掛止されることを特徴とする請求項１に記載のスタッド。
【請求項３】
前記膨出部が、開口周縁部分の全周に渡って設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のスタッド。
【請求項４】
前記凹部が略半球状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のスタッド。
【請求項５】
スタッド本体の溶植側端面に凹部を形成した後、溶植側端面の凹部近傍を押圧して当該凹部の開口周縁部分の少なくとも一部を内側に向けて膨出させ、次いで適宜形状の金属製塊状物を圧入により塑性変形させながら前記スタッド本体の凹部に充填し、その一部が突出した状態で係着することを特徴とするスタッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば建築、土木分野の鉄骨構造物に適用するスタッドとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建築あるいは土木分野の鉄骨構造物では、耐火性や構造強度などの点から、鉄骨柱および鉄骨梁に対してコンクリートを一体化することが行われている。この場合、それら部材相互の結合性を増大することにより耐力を向上させる手段として、スタッドボルト、頭付きスタッドなどと称されるスタッド材を鉄骨表面に対して、アーク溶接により植設するのが一般的である。この種のスタッドとして、スタッド本体の溶植側端面（スタッドベース）の中央部分に、アルミニウム等の良導電性材料からなる小さな塊状物を、その一部が表面から突出するように取り付けたものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３参照。）。この金属製塊状物は、溶接開始時における通電端子としての役割の他に、母材との間でアーク発生中に脱酸反応を起こすフラックスとしての役割を担うものである。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭５２−１０６４８号公報（第１頁第２欄第３行−同欄第２７行と第６図、および第２頁第３欄第１２行−同欄第１７行と第４図）
【特許文献２】
実公昭５７−５４９３２号公報（第１頁第２欄第１行−同欄第２１行、第３図−第６図）
【特許文献３】
特公平７−５５３５２号公報（第３頁第６欄第２０行−第４頁第７欄第７行、図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来例のスタッドでは、金属製塊状物が圧入される溶植側端面の中央部分には、予めパンチ（ポンチとも称する）の打刻等により適宜深さの凹部が形成される。斯かる凹部は、特許文献１，３に示されるように一般的には軸心方向における断面形状が円形であり、その内周面は比較的滑らかな表面として形成される。これは、打刻時におけるパンチのスタッド本体への食付きを防止するため、パンチ外周面が滑らかな表面に仕上げられていることに起因する。したがって、圧入された金属製塊状物は、実質的に凹部内周面との間の摩擦のみでスタッド本体に係止されることになるから、僅かな衝撃でも脱落しやすいという問題点があった。
【０００５】
また、特許文献２には、凹部を星形等の円形以外の断面形状にしたり、あるいは凹部の内周面を横縞状や螺旋状に形成することにより、壁面に多数の凹凸を形成する技術が開示されているが、それぞれ次のような問題点を有している。すなわち、前者の場合には、金属製塊状物との接触面積は上記のような円形断面のものに比べて増加するが、軸心方向には何ら段差が存在せず、上記円形断面のものと同様に摩擦のみによる係止である。このため、脱落防止の点ではそれほどの改善は望めない。後者の場合には、金属製塊状物の圧入時の塑性変形により、軸心方向に形成された多数の段差に対する掛止効果が期待できるものの、その成形加工がかなり面倒であり、製造コストの点から実用化はされていない。
【０００６】
このような事情から、最近ではパンチによる打刻に代えてドリルで穴を開ける方法が広く行われている。この場合には、ドリルの刃の回転に伴う環状の切削痕が凹部の内周面に形成されることから、圧入された金属製塊状物との間で多少の掛合状態が生じ、金属製塊状物の脱落は少なくなる。しかしながら、このドリルによる凹部形成方法は、パンチの打刻に比べると作業性が悪く、しかも切削屑が多量に発生するという問題があり、本質的な解決策とはなっていないのが実情である。
【０００７】
そこで、本発明者らは、このような従来技術が有する問題点について鋭意検討を重ねた結果、本発明に想到したのである。すなわち、本発明は、金属製塊状物の脱落がなく安価に製造することができるスタッドとその製造方法の提供を目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、スタッド本体の溶植側端面に形成した凹部に金属製塊状物を突出状態で設けてなるスタッドにおいて、前記凹部の開口周縁部分には内側に向けて膨らむ膨出部が形成され、前記金属製塊状物が当該膨出部に掛止されていることを特徴とするものである。
【０００９】
上記構成によれば、スタッド本体における凹部の開口周縁部分、すなわち入口付近には、適宜手段により内側に向けて膨らむ膨出部が形成され、凹部に挿入された金属製塊状物は、膨出部の裏側にも入り込んでこれと掛合するので、反挿入方向への移動が確実に阻止され、スタッド本体から脱落しにくくなる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、上記スタッドにおいて、金属製塊状物が、圧入時の塑性変形により膨出部に掛止されることを特徴としている。この場合、アルミニウム球体等の金属製塊状物は、圧入により容易に塑性変形しながら凹部に入り、膨出部の裏側にも回り込んで内部を充填することになるので、膨出部との間の掛合状態がより確かなものとなり、固着強度は一段と高まる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、上記各発明において、膨出部が開口周縁部分の全周に渡って設けられていることを特徴とするものである。この場合には、凹部の入口付近が全周において窄まり、金属製塊状物をその全周で掛止するので、脱落防止にきわめて有効である。
【００１２】
請求項４に係る発明は、上記各発明において、凹部が略半球状であることを特徴としている。この構成によれば、パンチを用いて凹部を形成する場合、金型の製造コストやその耐久性などの点から好都合である。
【００１３】
そして、請求項５に記載の発明は、上記各発明に係るスタッドの製造に適した方法であって、スタッド本体の溶植側端面に凹部を形成した後、溶植側端面の凹部近傍を押圧して当該凹部の開口周縁部分の少なくとも一部を内側に向けて膨出させ、次いで適宜形状の金属製塊状物を圧入により塑性変形させながらスタッド本体の凹部に充填してその一部が突出した状態で係着することを特徴としている。
【００１４】
すなわち、適宜の圧造装置を用いてスタッド本体を形成するとともに、その溶植側端面に凹部を形成した後、溶植側端面の凹部近傍を押圧する。これにより、凹部の開口周縁部分が内側に向けて膨出し、開口部分が窄まる。金属製塊状物は、圧入により塑性変形しながら凹部内に入り、膨出部の裏側にも回り込むので、膨出部に確実に掛止される。上記構成によれば、溶植側端面の凹部近傍を押圧する工程を付加するだけで金属製塊状物の脱落がなくなり、しかもスタッドの製造コストの低減を併せて達成できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係るスタッドの製造は、例えば多段フォーマー等の一般的に使用されている適宜の圧造装置を用いてスタッド本体を形成し、その溶植側端面に凹部を形成するまでは、実質的に従来方法と大差はない。本発明では、さらに溶植側端面の凹部近傍を押圧することにより、その開口周縁部分を内側に向けて膨出させ、この膨出部で金属製塊状物をスタッド本体に掛止する点に技術的な特徴がある。本発明に適用される金属製塊状物としては、スタッド本体よりも軟質の金属である。さらに、スタッド本体および母材を構成する金属よりも融点が低く、かつ還元力の強い金属であり、例えばスタッド本体および母材の代表的な素材である鉄に対しては、アルミニウム、亜鉛等が挙げら、対象となる金属に応じて適宜選定すればよい。その形状は、特に限定はされないが、球状、先の尖った円柱状などが好適である。なお、スタッドの種類としては、頭付きスタッドに限らず、異形鉄筋からなる耐震補強用のスタッドなど、本体の形状においても格別の限定はない。また、スタッド本体の溶植側端面における凹部内の膨出部の形成方法については、例えば円柱状あるいは環状の突起が先端面に形成された適宜のパンチで軸心方向に押圧して開口周縁部分の全周を膨出させたり、十字状や一文字状の突起を有するパンチで部分的に膨出部を形成してもよい。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係るスタッドの一実施例を示す部分断面正面図である。図示のスタッド１は、スタッド本体１０の頭部１１とは反対側で、スタッドベースとなる端面１２の中央に、アルミニウム球体等の金属製塊状物１３がその一部を埋没した状態で固着されたものである。ここで、金属製塊状物１３は、図２に拡大図として示すように、スタッド本体１０に設けられた略半球状の凹部１４の内部に一部が挿入され、露出部分は球面部１３ａと鍔部１３ｂとなっている。そして、金属製塊状物１３は、凹部１４の入口付近の内面、すなわち開口周縁部分の全周に渡り形成され、開口部分を狭めるように内側に向けて膨らむ膨出部１４ａの裏側にも回り込み、凹部１４の内部をほぼ隙間なく満たしている。このように、本発明のスタッド１において、金属製塊状物１３は、スタッド本体１０の膨出部１４ａに掛合することにより確実に係止され、スタッド本体１０から脱落することがなくなる。
【００１７】
次に、図３ないし図８を参照しながら、多段フォーマーを用いた上記スタッド１の製造方法について説明する。多段フォーマーは、一般に固定台（図示せず）に取り付けられた複数のダイスと、往復移動するラム（図示せず）に取り付けられた複数のパンチとで構成される。図３において、所定長さに切断された所定外径の鉄線などの棒状素材２は、まず頭部となる所定長さ部分を残してダイス２０内に挿入され、その後端側において支持ピン２１で支持される。そして、この状態で先端側からパンチ２２が移動し、棒状素材２の突出した端部に対してそのテーパ状内空部２２ａを外嵌し、パンチピン２３で押圧して頭部の予備成形を行う。
【００１８】
次に、図４に示すように、次工程のユニットにおいてダイス２４とパンチ２５とにより頭部の成形をさらに行う。ここでは、ダイス２４に挿通された凹部形成ピン２６に後端側を当接した状態で、パンチピン２７により頭部のさらなる成形を行うとともに、棒状素材２の後端面に中間段階の凹部を形成する。なお、凹部形成ピン２６における押圧部２６ａの形状は、先端側が幾分か偏平になった半球状であり、図５に拡大して示すように、これにより形成される中間段階の凹部２ａもそれに応じた形状に形成される。
【００１９】
続いて、図６に示すように、次工程のユニットにおいてダイス２８とパンチ２９とにより棒状素材２の頭部の最終成形を行う。この際、スタッド本体１０の後端面に形成されている中間段階の凹部２ａ（図５参照）に対して、同じ軸心で当該凹部２ａの入口よりもやや大きい外径の円柱状突起３１ａを先端に有する膨出部形成ピン３１を宛がった状態で、パンチ２９内のパンチピン３０で頭部側から押圧する。この押圧により、図７に示すように中間段階の凹部２ａの入口付近が全周において内側に膨らみ、環状の膨出部１４ａが形成される。このように、開口周縁部分に膨出部１４ａが形成されたものが、最終的な凹部１４となる。なお、図６の膨出部形成ピン３１に代えて、図８に示す突起形状の膨出部形成ピン３２を用いてもよい。この場合、突起は円錐台部分３２ａと円柱状部分３２ｂからなる二段状に形成されている。ここで、中心に円柱状部分３２ｂを設けた理由は、本体部分に近い円錐台部分３２ａで中間段階の凹部２ａの入口付近を押圧する際に、開口周縁部分が必要以上に内側に膨出するのを防ぐためである。
【００２０】
図９は、スタッド製造の最終工程である金属製塊状物１３の圧入作業の概略を示すものである。この場合、金属製塊状物１３としてアルミニウム製球体が使用されている。ここで、スタッド本体１０は、パンチケース３３内にその頭部１１側が挿入され、パンチピン３４で支持されている。この状態で、打込み用ダイス３５の通孔３５ａをスタッド本体１０の凹部１４に互いの軸心を合わせて宛がい、打込みピン３６でアルミニウム製球体１３を凹部１４内に圧入する。アルミニウム製球体１３は、打込み用ダイス３５の先端側部分に設けられた収納部３７から１個ずつ通孔３５ａ内に供給される。この圧入操作により、アルミニウム製球体１３は塑性変形しながら凹部１４の内部に入り、図２にその圧入状態を拡大して示すように、内部を埋めて膨出部１４ａの裏側にも回り込む。その後、アルミニウム製球体１３が係着されたスタッド本体１０は、パンチケース３３の後退の後、パンチピン３４で前方に押し出されるとともに、打込みピン３６もバネ３８により元の位置に復帰し、次の作業に備える。このような嵌合状態により、アルミニウム製球体１３は膨出部１４ａに確実に掛止されるので、衝撃等の外力に対して脱落することがなくなる。なお、図２に示される鍔部１３ｂは、この圧入時に余剰の体積部分がはみ出して形成されたものである。
【００２１】
図１０ないし図１８は、本発明の製造方法において使用する膨出部形成ピンと、それによって製造されるスタッド本体の他の実施例である。まず、図１０，１１について説明する。図示の膨出部形成ピン４０は、図８に示す膨出部形成ピン３２と同様に、必要以上の膨出を規制するための円柱状部分４０ｂを有するものである。この場合、スタッド本体に膨出部を形成するための突起４０ａは、円柱状部分４０ｂの外側に所定の間隔、すなわち前記中間段階の凹部２ａの開口部よりも外側の位置に環状に設けられている。図１１は、この膨出部形成ピン４０を用いて製造されたスタッド本体４１の断面図であり、凹部４２の入口の周囲が膨出部形成ピン４０の環状突起４０ａに押圧されて端面に環状溝４２ａが形成されることに伴い、開口周縁部分の全周に渡って膨出部４２ｂが形成されている。
【００２２】
図１２および図１３に示す実施例では、膨出部形成ピン５０の突起５０ａが、十字状に形成されている。ここで、十字の一辺の長さは、スタッド本体５１の凹部５２の入口部分に跨るようにその内径よりも幾分か大きく形成されている。この膨出部形成ピン５０を使用した場合、スタッド本体５１の凹部５２の入口付近には、４個所に独立した膨出部５２ａが形成される。なお、膨出部形成ピン５０の十字の中心部分に上記実施例のような膨出を規制するための円柱状部分を設けることはもちろん可能である。
【００２３】
さらに、図１４および図１５に示す実施例では、膨出部形成ピン６０の先端面に４個の突起６０ａが、軸心を挟む十字状位置に配置されている。ここで、対向関係にある突起６０ａ間の間隔は、スタッド本体６１における凹部６２の入口付近の内径よりも幾分か大きく形成されている。斯かる膨出部形成ピン６０を使用した場合には、図１５に端面として示すように、膨出部形成ピン６０の突起６０ａの押圧により、端面に形成される４個所の凹所６２ａの影響でそれぞれの軸心側部分が内側に膨らむことに伴い、膨出部６２ｂが形成される。なお、４個の突起６０ａの中心部分に上記のような円柱状部分を設けることは同様に可能である。
【００２４】
次に、図１６ないし図１８に示す実施例は、上記各実施例とは製造方法がやや異なるものである。この場合、図１６に示すように、スタッド本体に最初に凹部を形成するための凹部形成ピン７０における押圧部７０ａの形状は、基本的に上記各実施例のものと共通するが、押圧部７０ａの外側に端面よりも凹んだ環状溝７０ｂが設けられている。この凹部形成ピン７０を使用することにより、図１７に示すように、棒状素材３の端面には、中間段階の凹部３ａが形成されるとともに、環状の突起３ｂが形成される。次いで、この棒状素材３の端面を、端面が平坦な膨出部形成ピン（図示せず）で突起３ｂを軸心方向に押圧すると、図１８に示すように、突起３ｂが潰れる影響で凹部３ａの入口付近が膨らみ、環状の膨出部７２ａを備える凹部７２が形成されたスタッド本体７１となる。
【００２５】
上記各実施例では、スタッド本体の凹部が軸心方向において横断面円形状のものについて説明したが、これを多角形状にしたり、あるいは金属製塊状物を球体以外のものにすることは可能である。また、その製造方法についても、スタッド本体の凹部に膨出部を形成した後に金属製塊状物を圧入する事例を説明したが、これに限定されない。すなわち、公知の従来方法で金属製塊状物を凹部に圧入した後、金属製塊状物の近くのスタッド本体端面を押圧することにより、膨出部を形成しても同様な掛止効果が得られるなど、この発明の技術思想内での種々の変更実施はもちろん可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るスタッドでは、溶植側端面の凹部近傍を押圧することにより、その開口周縁部分を内側に向けて膨出させ、この膨出部で金属製塊状物をスタッド本体に掛止させたものであるから、凹部に挿入された金属製塊状物は、膨出部の裏側にも入り込んでこれと掛合状態になるので、スタッド本体から脱落することがなくなる。また、溶植側端面の凹部近傍を押圧する工程を付加するだけで金属製塊状物の脱落を阻止することが可能になり、スタッドの生産性の向上に大いに寄与するなど、実用上の効果はきわめて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスタッドの一実施例を示す部分断面正面図である。
【図２】上記スタッドの要部拡大断面図である。
【図３】スタッド本体の製造工程を示す説明図である。
【図４】図３の次工程を示す説明図である。
【図５】図４の工程で形成された中間段階のスタッド本体の要部拡大断面図である。
【図６】図４の次工程を示す説明図である。
【図７】図６の工程で仕上げられたスタッド本体の要部拡大断面図である。
【図８】膨出部形成ピンの他の実施例を示す要部拡大断面図である。
【図９】金属製塊状物の圧入作業を示す説明図である。
【図１０】膨出部形成ピンの他の実施例を示す要部拡大断面図である。
【図１１】図１０の膨出部形成ピンで形成されたスタッド本体の要部拡大断面図である。
【図１２】膨出部形成ピンの他の実施例を示す要部拡大断面図である。
【図１３】図１２の膨出部形成ピンで形成されたスタッド本体の要部拡大断面図である。
【図１４】膨出部形成ピンの他の実施例を示す要部拡大断面図である。
【図１５】図１４の膨出部形成ピンで形成されたスタッド本体の拡大端面図である。
【図１６】凹部形成ピンの他の実施例を示す要部拡大断面図である。
【図１７】図１６の凹部形成ピンで形成された中間段階のスタッド本体の要部拡大断面図である。
【図１８】図１７の次工程で仕上げられたスタッド本体の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１…スタッド、２，３…棒状素材、１０，４１，５１，６１，７１…スタッド本体、１１…頭部、１２…溶植側端面、１３…金属製塊状物、１４，４２，５２，６２，７２…凹部、１４ａ，４２ｂ，５２ａ，６２ｂ，７２ａ…膨出部、２０，２４，２８…ダイス、２２，２５，２９…パンチ、２６，７０…凹部形成ピン、３１，３２，４０，５０，６０…膨出部形成ピン、３３…パンチケース、３５…打込み用ダイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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