特開 2024-6179 鋲打ち方法および締結物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024006179

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】鋲打ち方法および締結物

(51)【国際特許分類】

   F16B 5/00 20060101AFI20240110BHJP

   F16B 15/00 20060101ALI20240110BHJP

   F16B 15/06 20060101ALI20240110BHJP

   B21J 15/00 20060101ALI20240110BHJP

   B21J 15/02 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

F16B5/00 C

F16B15/00 D

F16B15/06 A

B21J15/00 F

B21J15/02 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022106834

(22)【出願日】2022-07-01

(71)【出願人】

【識別番号】000004743

【氏名又は名称】日本軽金属株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】599016431

【氏名又は名称】学校法人 芝浦工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】堀 久司

(72)【発明者】

【氏名】橋村 真治

【テーマコード（参考）】

3J001

【Ｆターム（参考）】

3J001FA18

3J001GA02

3J001GA03

3J001GA06

3J001GB01

3J001GC02

3J001GC13

3J001HA02

3J001JD01

3J001KA21

(57)【要約】

【課題】締結物のリークの発生を抑制し、充分な接手強度を得られる鋲打ち方法および締結物を提供する。
【解決手段】第二被締結材５０の表面５０ｂから離れた位置にセットした金属製の鋲１ａを下穴４１の位置に向けて移動させて、鋲１ａを第二被締結材５０、第一被締結材４０の順に打ち込んで下穴４１内に到達させる。下穴４１は、先細りテーパー状の略円錐形状または略円錐台形状の内壁面を有する穴部４３を備え、鋲１ａは、先細り形状の第一軸部３を備え、穴部４３の深さは第一軸部３の長さよりも深く、第一軸部３は先端側に向かうほど縮径する先端部３ａ１を有し、第一軸部３の外周面には、基端側から先端側にかけて螺旋溝３ｂが刻設されており、開口部４２の深さＨと、第二被締結材５０の鋲１ａの打ち込み位置の厚さＴとの関係は、０．２５×Ｔ＜Ｈ＜０．７５×Ｔである。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下穴を有する第一被締結材の表面に、第二被締結材の裏面を重ね合わせる準備工程と、
前記第二被締結材の表面から離れた位置にセットした金属製の鋲を前記下穴の位置に向けて移動させて、当該鋲を前記第二被締結材、前記第一被締結材の順に打ち込んで前記下穴内に到達させる鋲打ち工程と、を含み、
前記下穴は、先細りテーパー状の略円錐形状または略円錐台形状の内壁面を有する穴部と、当該穴部から前記第二被締結材の表面に向けてテーパー状に拡開している開口部とを備え、
前記鋲は、先細り形状の第一軸部を備え、
前記第一軸部は先端側に向かうほど縮径する先端部を有し、
前記第一軸部の外周面には、当該第一軸部の基端側から先端側にかけて溝が刻設されており、
前記開口部の深さをＨとし、前記第二被締結材の前記鋲の打ち込み位置の厚さをＴとすると、０．２５×Ｔ＜Ｈ＜０．７５×Ｔであることを特徴とする鋲打ち方法。

【請求項2】

前記開口部のテーパー角度は、７０～１１０°であることを特徴とする請求項１に記載の鋲打ち方法。

【請求項3】

前記穴部の開口径は、前記第一軸部の基端部の径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の鋲打ち方法。

【請求項4】

前記穴部の開口径φ１と前記第一軸部の基端部の径φ₂との関係は、１．０×φ２＜φ１≦１．１×φ２であることを特徴とする請求項１に記載の鋲打ち方法。

【請求項5】

前記穴部のテーパー角度は、２～１０°であることを特徴とする請求項１に記載の鋲打ち方法。

【請求項6】

前記鋲は、前記第一軸部の基端から延出している頭部をさらに備え、
前記第一軸部は、前記頭部から垂下していて、
前記頭部は、前記第一軸部と連結している中心部と当該中心部から外方に拡がる周縁部とを有し、
前記周縁部の径は、前記第一軸部の径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の鋲打ち方法。

【請求項7】

前記頭部は、前記周縁部が前記第一軸部の側に傾斜しながら拡がる傘形状であることを特徴とする請求項６に記載の鋲打ち方法。

【請求項8】

前記頭部の前記周縁部の厚さは、０．１～２.０ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載の鋲打ち方法。

【請求項9】

前記頭部の傾斜角度は、５～３０°であることを特徴とする請求項６に記載の鋲打ち方法。

【請求項10】

前記溝は前記第一軸部の外表面に螺旋状に形成された螺旋溝であり、
前記鋲打ち工程では、前記第二被締結材の表面から離れた位置にセットした前記鋲を回転しない状態で前記下穴の位置に向けて移動させ、前記鋲を前記第二被締結材、前記第一被締結材の順に回転させながらねじ込んで前記下穴内に到達させることを特徴とする請求項１に記載の鋲打ち方法。

【請求項11】

前記螺旋溝の螺旋角度は、６０～３６０°であることを特徴とする請求項１０に記載の鋲打ち方法。

【請求項12】

前記鋲は、前記第一軸部とは前記頭部の反対側で当該頭部から延出している第二軸部を更に備え、
前記鋲打ち工程では、前記第二軸部を保持する保持部を有する補助部材を用い、当該補助部材で前記第二軸部を保持した状態で前記鋲を前記補助部材ごと前記下穴の位置に向けて移動させることを特徴とする請求項６に記載の鋲打ち方法。

【請求項13】

前記第一被締結材および前記第二被締結材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の鋲打ち方法。

【請求項14】

前記第一被締結材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成され、前記第二被締結材は、樹脂で形成された板材であることを特徴とする請求項１に記載の鋲打ち方法。

【請求項15】

前記第一被締結材は、鋳造材であることを特徴とする請求項１に記載の鋲打ち方法。

【請求項16】

下穴を有する第一被締結材と、
前記第一被締結材の表面に、裏面が重ね合わされた第二被締結材と、
金属製で前記第二被締結材、前記第一被締結材の順に打ち込まれて前記下穴内に達している鋲と、を備え、
前記下穴は、先細りテーパー状の略円錐形状または略円錐台形状の内壁面を有する穴部と、当該穴部から前記第二被締結材の表面に向けてテーパー状に拡開する開口部とを備え、
前記鋲は、先細り形状の第一軸部を備え、
前記第一軸部は先端側に向かうほど縮径する先端部を有し、
前記第一軸部の外周面には、当該第一軸部の基端側から先端側にかけて溝が刻設されており、
前記開口部の深さをＨ、前記第二被締結材の前記鋲の打ち込み位置の厚さをＴとすると、０．２５×Ｔ＜Ｈ＜０．７５×Ｔであることを特徴とする締結物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋲打ち方法および締結物に関する。

【背景技術】

【0002】

アルミ合金製鋳物にアルミ合金製の蓋を機械的に締結する方法として、ボルト締結が一般的に知られている。
また、セルフタッピングネジを用いて、被接合材にねじ溝を形成しながら締結するセルフタップ締結が知られている。
一方、螺旋溝が刻設されている鋲を高速で移動させることで二部材を締結する鋲打ち方法として、特許文献１に記載される技術が提案されている。特許文献１に記載される技術は、まず、一方の金属板の表面に他方の金属板の裏面を重ね合わせる。そして、他方の金属板の表面から離れた位置にセットした金属製の鋲を回転しない状態で高速に移動させて、鋲を他方の金属板および一方の金属板の順に回転させながらねじ込む。使用する鋲は、円盤状の頭部と、頭部の中央部に設けられた先細り形状の軸部とを備えている。また、軸部の外周面には、先端側から基端側にかけて螺旋溝が刻設されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－３９５３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、被締結材が、板材等と、角材等の厚みのある材料とである場合に、角材等の表面に板材等の裏面を重ね合わせた状態の被締結材に対して、板材等の表面から鋲を打ち込んで両者の締結を行おうとしたときには、締結物にリークが発生し、充分な接手強度を得られないおそれがあった。
このような観点から、本発明は、締結物のリークの発生を抑制し、充分な接手強度を得られる鋲打ち方法および締結物を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

このような課題を解決するために第一の発明は、鋲打ち方法であって、下穴を有する第一被締結材の表面に、第二被締結材の裏面を重ね合わせる準備工程と、前記第二被締結材の表面から離れた位置にセットした金属製の鋲を前記下穴の位置に向けて移動させて、当該鋲を前記第二被締結材、前記第一被締結材の順に打ち込んで前記下穴内に到達させる鋲打ち工程と、を含み、前記下穴は、先細りテーパー状の略円錐形状または略円錐台形状の内壁面を有する穴部と、当該穴部から前記第二被締結材の表面に向けてテーパー状に拡開している開口部とを備え、前記鋲は、先細り形状の第一軸部を備え、前記第一軸部は先端側に向かうほど縮径する先端部を有し、前記第一軸部の外周面には、当該第一軸部の基端側から先端側にかけて溝が刻設されており、前記開口部の深さをＨとし、前記第二被締結材の前記鋲の打ち込み位置の厚さをＴとすると、０．２５×Ｔ＜Ｈ＜０．７５×Ｔであることを特徴とする。

【0006】

また、前記開口部のテーパー角度は、７０～１１０°であることが好ましい。

【0007】

前記穴部の開口径は、前記第一軸部の基端部の径よりも大きいことが好ましい。

【0008】

前記穴部の開口径φ１と前記第一軸部の基端部の径φ２との関係は、１．０×φ２＜φ１≦１．１×φ２であることが好ましい。

【0009】

前記穴部のテーパー角度は、２～１０°であることが好ましい。

【0010】

前記鋲は、前記第一軸部の基端から延出している頭部をさらに備え、前記第一軸部は、前記頭部から垂下していて、前記頭部は、前記第一軸部と連結している中心部と当該中心部から外方に拡がる周縁部とを有し、前記周縁部の径は、前記第一軸部の径よりも大きいことが好ましい。

【0011】

前記頭部は、前記周縁部が前記第一軸部の側に傾斜しながら拡がる傘形状であることが好ましい。

【0012】

前記頭部の前記周縁部の厚さは、０．１～２.０ｍｍであることが好ましい。

【0013】

前記頭部の傾斜角度は、５～３０°であることが好ましい。

【0014】

前記溝は前記第一軸部の外表面に螺旋状に形成された螺旋溝であり、前記鋲打ち工程では、前記第二被締結材の表面から離れた位置にセットした前記鋲を回転しない状態で前記下穴の位置に向けて移動させ、前記鋲を前記第二被締結材、前記第一被締結材の順に回転させながらねじ込んで前記下穴内に到達させることが好ましい。

【0015】

前記螺旋溝の螺旋角度は、６０～３６０°であることが好ましい。

【0016】

前記鋲は、前記第一軸部とは前記頭部の反対側で当該頭部から延出している第二軸部を更に備え、前記鋲打ち工程では、前記第二軸部を保持する保持部を有する補助部材を用い、当該補助部材で前記第二軸部を保持した状態で前記鋲を前記補助部材ごと前記下穴の位置に向けて移動させることが好ましい。

【0017】

前記第一被締結材および前記第二被締結材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていることが好ましい。

【0018】

また、前記第一被締結材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成され、前記第二被締結材は、樹脂で形成された板材であることが好ましい。

【0019】

前記第一被締結材は、鋳造材であることが好ましい。

【0020】

また、第二の発明は、締結物であって、下穴を有する第一被締結材と、前記第一被締結材の表面に、裏面が重ね合わされた第二被締結材と、金属製で前記第二被締結材、前記第一被締結材の順に打ち込まれて前記下穴内に達している鋲と、を備え、前記下穴は、先細りテーパー状の略円錐形状または略円錐台形状の内壁面を有する穴部と、当該穴部から前記第二被締結材の表面に向けてテーパー状に拡開する開口部とを備え、前記鋲は、先細り形状の第一軸部を備え、前記穴部の深さは前記第一軸部の長さよりも深く、前記第一軸部は先端側に向かうほど縮径する先端部を有し、前記第一軸部の外周面には、当該第一軸部の基端側から先端側にかけて溝が刻設されており、前記開口部の深さをＨ、前記第二被締結材の前記鋲の打ち込み位置の厚さをＴとすると、０．２５×Ｔ＜Ｈ＜０．７５×Ｔであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

本発明に係る鋲打ち方法および締結物によれば、締結物のリークの発生を抑制し、充分な接手強度を得られる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態に用いる鋲の外観斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に用いる鋲の側面図である。

【図3】本発明の実施形態に用いる鋲の底面図である。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶに対応する縦断面図である。

【図5】本発明の実施形態に用いる別形態の鋲の側面図である。

【図6】本発明の実施形態に用いる被締結材の縦断面図である。

【図7】本発明の実施形態に係る鋲打ち方法に用いる鋲打ち装置の概略構成図である。

【図8】鋲打ち装置から鋲を射出した状態を示す図である。

【図9】本発明の実施形態に係る締結物の縦断面図である。

【図10A】実施例の試験における抜き力測定方法の概略図である。

【図10B】図１０ＡのＸＢ－ＸＢに対応する縦断面図である。

【図11】本発明の実験データ１の実験結果を示す表である。

【図12】本発明の実験データ２の実験結果を示す表である。

【図13】本発明の実施例に係る締結物の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。また、実施形態における構成要素は、一部又は全部を適宜組み合わせることができる。さらに、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであり、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。

【0024】

［鋲の構成について］
本発明の実施形態で用いる鋲について、図面を参照して詳細に説明する。図１ないし図４に示す鋲１ａは、重ねられた締結対象の二部材に高速で打ち込まれ、この二部材を締結するものである。図１に示すように、鋲１ａは、円盤状の頭部２と、頭部２の片側の中央部に設けられた第一軸部３と、頭部２の別の片側の中央部に設けられた第二軸部４とを主に備えている。鋲１ａは、例えば金属製であり、締結対象の部材の材質に応じて様々な材質で製造することができる。以下の説明における上下の方向は適宜各図に矢印で示している。当該方向は、説明の便宜上定めるものであり、本発明を限定するものではない。また、本明細書で「表面」とは、裏面に対する反対側の面の意味である。ここでは鋲１ａを用いて二つの部材を締結する場合を説明するが、鋲１の締結対象は三つ以上の部材であってもよい。

【0025】

図１に示す第一軸部３は、締結対象の部材を貫通する部位である。第一軸部３は、頭部２から垂下する本体部３ａと、第一軸部３の基端（頭部２との連結部分）に形成される首部３ｃとを有している。本体部３ａは、基端側に設けられた基端部３ａ２と、先端側に設けられた先端部３ａ１とを有している。本体部３ａは、先細りの略銃弾形状を呈する。基端部３ａ２は、略円柱状を呈し、基端部３ａ２の径φ２は一定になっている。

【0026】

先端部３ａ１は、基端部３ａ２に連続し、先端に向けて先細りとなる（先端側に向かうほど縮径する）部位である。先端部３ａ１は、当該先端部３ａ１の基端に想定する仮想底面３ａ４（基端部３ａ２と先端部３ａ１との仮想界面）と先端３ａ３の頂点とによって形成される円錐形６（図２）よりも外側に膨出する膨出部５を有している。膨出部５は、後記する下穴４１の内壁面と接触する部位であって、かつ、締め代が最大締め代となる部位である。本実施形態では、先端３ａ３は平坦面となっているが、先端部３ａ１全体としては先端３ａ３に向けて先鋭になっており、被締結材３０に打ち込まれる際の抵抗を小さくすることができる。なお、先端３ａ３は、平坦面を設けずに先鋭の形状としてもよい。

【0027】

図２，図４，図５を参照して先端部３ａ１及び膨出部５の形状について説明する。本体部３ａを断面視した場合、基端部３ａ２の一方の側面の先端部３ａ１側の端部３ａ５１から、先端部３ａ１の一方の側面部３ａ６１が先端３ａ３側に向かって伸びており、この側面部３ａ６１が先端３ａ３側に向かうにつれて、中心軸に向かって外側に膨らむ円弧ＣＡ１を描きながら縮径している。基端部３ａ２の他方の側面の先端部３ａ１側の端部３ａ５２からも同様に、先端部３ａ１の他方の側面部３ａ６２が先端３ａ３側に向かって伸びており、この側面部３ａ６２が先端３ａ３側に向かうにつれて、中心軸に向かって外側に膨らむ円弧ＣＡ２を描きながら縮径している。そして、基端部３ａ２の両側面の各端部３ａ５１，３ａ５２から延びている先端部３ａ１の各側面部３ａ６１，３ａ６２が、先端３ａ３で合流している。本体部３ａは、このような断面構造を有する先端部３ａ１及び基端部３ａ２が回転することで得られる回転体形状の外形を有する構造体となっている。

【0028】

より具体的に、断面視した場合に、基端部３ａ２の側面の各端部３ａ５１，３ａ５２において、基端部３ａ２の各側面を通過する各仮想直線Ｌ１，Ｌ２に接する円をそれぞれ仮想円ＶＣ１，ＶＣ２とする。先端部３ａ１の各側面部３ａ６１，３ａ６２を構成する円弧ＣＡ１，ＣＡ２は、仮想円ＶＣ１，ＶＣ２の一部となっている。この仮想円ＶＣ１，ＶＣ２の半径、すなわち曲率半径Ｒ１によって、先端部３ａ１の側面部を構成する円弧ＣＡ１，ＣＡ２の大きさを表すことができる。本実施形態では、先端部３ａ１及び膨出部５の側面部を構成する円弧ＣＡ１，ＣＡ２の曲率半径Ｒ１は２２．２７ｍｍであり、基端部３ａ２の半径Ｒ２は２ｍｍとなっている。基端部３ａ２の半径Ｒ２との関係では、Ｒ１＝Ｒ２×１１．１３５となっている。

【0029】

円弧ＣＡ１，ＣＡ２の曲率半径Ｒ１は、好ましくは１４ｍｍ以上、より好ましくは１８ｍｍ以上、さらに好ましくは２０ｍｍ以上であり、好ましくは４０ｍｍ以下、より好ましくは３０ｍｍ以下、さらに好ましくは２６ｍｍ以下、特に好ましくは２４ｍｍ以下である。先端部３ａ１及び膨出部５を構成する円弧ＣＡ１，ＣＡ２の曲率半径Ｒ１と、基端部３ａ２の半径Ｒ２との関係は、好ましくはＲ２×５≦Ｒ１、より好ましくはＲ２×７≦Ｒ１、さらに好ましくはＲ２×９≦Ｒ１、特に好ましくはＲ２×１０≦Ｒ１である。また、曲率半径Ｒ１と半径Ｒ２との関係は、好ましくはＲ１≦Ｒ２×２０、より好ましくはＲ１≦Ｒ２×１５、さらに好ましくはＲ１≦Ｒ２×１３、特に好ましくはＲ１≦Ｒ２×１２である。曲率半径Ｒ１が上記の下限以上の関係にあることで、先端部３ａ１の長さが十分に長くなり、下穴４１の内壁面と第一軸部３との鋲接触長さを確保しやすくなる。また、曲率半径Ｒ１が上記の上限以下の関係にあることで、膨出部５の膨出量が十分に大きくなり、下穴４１の内壁面と第一軸部３とによる最大締め代を確保しやすくなる。したがって、曲率半径Ｒ１と半径Ｒ２との関係が上記関係を満たすことで、下穴４１と第一軸部３との接触による引抜き抵抗を大きくして、耐リーク性を向上させることができる。

【0030】

第一軸部３の外周面には、第一軸部３の基端側から先端側にかけて溝が刻設されている。より具体的には、第一軸部３に刻設される溝が、第一軸部３の外表面に螺旋状に形成された螺旋溝３ｂとなっている。螺旋溝３ｂは、本体部３ａの先端部３ａ１から基端部３ａ２にかけて形成されている。首部３ｃは、図２に示すように、本体部３ａよりも小径に形成されている。なお、第一軸部３には、首部３ｃが設けられていなくてもよく、その場合には螺旋溝３ｂが第一軸部３の先端から基端まで形成されることが好ましい。また、先端部３ａ１、基端部３ａ２及び首部３ｃの長さ（長さの比）は、下穴４１の形状に合わせて適宜設定すればよい。

【0031】

頭部２は、締結対象の部材に打ち込まれた場合に、鋲１ａが締結対象の部材に埋没するのを防ぐとともに、リークを抑えるための部位である。頭部２の形状やサイズは特に限定されるものではなく、鋲１ａの打ち込み速度に応じて発生するエネルギー（運動エネルギー）を、頭部２が弾性変形して吸収することで受けることができればよい。ここでの頭部２は、第一軸部３の基端から延出している。頭部２は、第一軸部３と連結している中心部２ａと当該中心部２ａから外方に拡がる周縁部２ｂとを有している。周縁部２ｂの径は、第一軸部３の径よりも大きくなっている。頭部２の形状は特に制限されないが、本実施形態では周縁部２ｂが第一軸部３の側に下方に傾斜しながら拡がる傘形状になっている。頭部２は、本実施形態では、平面視円形状だが、平面視楕円形状、平面視多角形状であってもよい。

【0032】

螺旋溝３ｂは、その基端から先端に向けてなぞると上から見て右回り（時計回り）に形成されている。なお、螺旋溝３ｂは、上から見て左回り（反時計回り）に形成されていてもよい。螺旋溝３ｂは、締結対象の部材に打ち込まれた場合に、鋲１ａを回転させながら締結対象の部材を掘る役割を担っている。

【0033】

以下の説明においては、螺旋溝３ｂが第一軸部３を周回する角度を「螺旋角度β」で表すことにする（図３）。螺旋角度９０°と言った場合に螺旋溝３ｂが第一軸部３を１／４周し、螺旋角度７２０°と言った場合に螺旋溝３ｂが第一軸部３を２周する。図１ないし図４では、螺旋角度１８０°の場合を図示しており、螺旋溝３ｂが第一軸部３を半周している。螺旋溝３ｂの螺旋角度βの適正値については後記する。

【0034】

螺旋溝３ｂの断面形状、幅および深さは、締結対象の部材を掘る螺旋溝３ｂの役割をなすことができる範囲で適宜設定することができる。ここでの螺旋溝３ｂは、図４に示すように、断面視で略円弧状を呈し、先端側に向かうにつれて先細り（先端側に向かうにつれて幅狭および浅い形状）になっている。なお、螺旋溝３ｂは、本体部３ａの一部に設けられていてもよい。また、複数の螺旋溝３ｂが本体部３ａに設けられていてもよい。

【0035】

第二軸部４は、頭部２の中心部２ａから第一軸部３とは反対側の方向に延出しており、例えば略円柱状を呈する部位である。

【0036】

図５は、前記の鋲１ａの変形例である鋲１ｂを示している。鋲１ｂが鋲１ａと異なるのは、鋲１ａの頭部２の周縁部２ｂの厚さが略一定であるのに対して、図５で頭部２の一部を切り欠いて図示しているとおり、鋲１ｂの周縁部２ｂの厚さは先細り形状である点である。その他の構成は前記した鋲１ａと同様であり、図５に図１～図４と同様の符号を付して詳細な説明は省略する。

【0037】

［被締結材について］
図６に示す被締結材３０は、前記の鋲１ａまたは鋲１ｂによる締結の対象となる部材である。被締結材３０は、第一被締結材４０と、第二被締結材５０とを有している。すなわち、第一被締結材４０と、第二被締結材５０とは、鋲１ａまたは鋲１ｂを打ち込まれて締結される。第一被締結材４０と、第二被締結材５０とは、下穴４１を有する第一被締結材４０の表面４０ａに、第二被締結材５０の裏面５０ａを重ね合わせた状態で、鋲１ａまたは鋲１ｂによって締結される。

【0038】

本実施形態では、第一被締結材４０は、四角柱状のブロック材である。第一被締結材４０の形状は、少なくとも後記する下穴４１を設けられる程度の厚みを有する部材であれば特に制限されるものではなく、他の形状であってもよい。第一被締結材４０は、例えば、円形、楕円形、多角形、又は不定形の断面形状を有する、柱状の部材である。第一被締結材４０は、鋲１ａ，１ｂが挿入される向きに対して、第一軸部３の長さよりも長いことが好ましい。また、第一被締結材４０は、二枚以上の板材を重ねて厚みをもたせるようにした部材でもよい。

【0039】

下穴４１は、第一被締結材４０の表面４０ａに開口した開口部４２と、開口部４２に連続する穴部４３とを備えている。穴部４３は、先細りテーパー状の略円錐形状または略円錐台形状の内壁面を有する。開口部４２は、内壁面がテーパー角度θ２を成して第一被締結材４０の表面４０ａ側から内部に向かうにつれて縮径する、略円錐形状に形成されている。穴部４３は、内壁面がテーパー角度θ３を成して第一被締結材４０の表面４０ａ側から内部に向かうにつれて縮径する、略円錐形状または略円錐台形状に形成されている。穴部４３の深さは前記した第一軸部３の長さよりも深くなっている。穴部４３の開口径φ１は、第一軸部３の基端部３ａ２の径φ２（図２）よりも大きくなっている。また、下穴４１の深さは前記した第一軸部３の長さと同じでもよいし、第一軸部３の長さより短くてもよい。下穴４１の深さを、第一軸部３の長さよりも大きくすると、鋲１ａをスムーズに挿入することができる。下穴４１の深さを、第一軸部３の長さよりも短くする場合は、第一軸部３の先端が下穴４１の底部に打ち込まれることで接合強度は向上するが、挿入の妨げにならない程度に設定することが好ましい。下穴４１は、第一被締結材４０を形成する際に設けておくようにして形成してもよく、第一被締結材４０にドリル、リーマ、又はエンドミル等の工具を用いてテーパー状の穴あけ加工を施すことで形成してもよい。

【0040】

本実施形態では、第二被締結材５０は、平板状の板材である。第二被締結材５０は、少なくとも第一軸部３が貫通しうる長さであれば形状等は問わないが、例えば、第一軸部３の長さよりも薄い厚みを有する板状の部材である。第一被締結材４０および第二被締結材５０の材料は、特に制限されないが、鋲１ａで締結可能な金属（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金等）で形成されている。第一被締結材４０は、例えば、鋳造材であってもよい。この場合は、第一被締結材４０の形成工程において、鋳造により下穴４１も形成しておくことが望ましい。第二被締結材５０は、例えば、金属又は樹脂で形成された板材であってもよい。なお、鋳造材とは、熱をかけて溶かし、溶湯とよばれる液状になった金属を金型に入れて冷やし固めていくことを前提にした材料である。また、この場合に、鋳造材は、Ａｌ-Ｓｉ-Ｃｕ系合金（からなる鋳造材）であることが好ましく、さらにはＪＩＳＨ５３０２ ＡＤＣ１２であることが好ましい。

【0041】

［鋲打ち方法について］
本発明の実施形態に係る鋲１ａ，１ｂを用いた鋲打ち方法について、図面を参照して詳細に説明する。図７に示す鋲打ち装置１０は、重ねられた締結対象の二部材（被締結材３０）に鋲１ａ（または鋲１ｂ（以下同様））を高速で打ち込み、被締結材３０を締結するものである。

【0042】

図７に示すように、鋲打ち装置１０は、エアコンプレッサ１１と、第１ニードルバルブ１２と、増圧器１３と、第２ニードルバルブ１４と、ソレノイドバルブ１５と、鋲射出部１６と、これらの構成を繋ぐホース１７とを備えている。

【0043】

エアコンプレッサ１１は、空気を圧縮して送り出す装置である。第１ニードルバルブ１２は、増圧器１３用の弁である。増圧器１３は、エアコンプレッサ１１から送り出された空気を増圧する装置である。第２ニードルバルブ１４およびソレノイドバルブ１５は、圧縮された空気を鋲射出部１６に送る調整用の弁である。

【0044】

本実施形態の鋲打ち方法では、下穴４１を有する第一被締結材４０の表面４０ａに、第二被締結材５０の裏面５０ａを重ね合わせる（図６の状態とする）準備工程と、第二被締結材５０の表面５０ｂ（図６）から離れた位置にセットした金属製の鋲１ａを鋲打ち装置１０を用いて下穴４１の位置に向けて移動させて、鋲１ａを第二被締結材５０、第一被締結材４０の順に打ち込んで下穴４１内に到達させる鋲打ち工程と、を含む。

【0045】

すなわち、鋲射出部１６は、ここでは長尺の円筒形状を呈し、圧縮された空気の圧力（エアー圧）を用いて内部に収容された弾２０を被締結材３０に向けて射出する。弾２０は、鋲１ａを含んで構成されていればよく、鋲１ａのみであってもよい。ここでは、図８に示すように、鋲１ａに補助部材２１を取り付けたものを弾２０として使用する。補助部材２１は、鋲１ａを安定した状態で被締結材３０に打ち込むためのものである。また、補助部材２１は、補助部材２１とともに射出される鋲１ａの運動エネルギーを増加させるためのものである。例えば鋲１ａが軽量である場合に重さを調整するために補助部材２１を使用する。

【0046】

補助部材２１の材質、形状や質量は、鋲１ａを安定した状態で被締結材３０に打ち込むことができればよく、適宜設定することができる。ここでの補助部材２１は、図８に示すように、内部に略円柱状の内周面２１ｂが形成された円筒状を呈し、一方の開口部２１ａから内周面２１ｂ内に第二軸部４が差し込まれて補助部材２１に鋲１ａが固定されている。すなわち、内周面２１ｂが保持部として第二軸部４を保持する。他方の開口部２１ｃから圧縮された空気を内部に取り込み、取り込んだ空気の圧力を用いて弾２０が鋲射出部１６から高速で射出される。なお、予め、鋲射出部１６内の弾２０は取り付けられている鋲１ａの第一軸部３の中心軸線が、その下に位置する被締結材３０の下穴４１の中心軸線に合致するようにしておく。また、鋲１ａが第二軸部４を設けない形態で補助部材２１に固定されていてもよい。

【0047】

鋲射出部１６から射出された弾２０は、回転しない状態で空中を高速で移動し、被締結材３０に到達する。被締結材３０に到達した鋲１ａは、第一軸部３（図１参照）に刻設される螺旋溝３ｂによってねじ込まれるようにして回転しながら被締結材３０に打ち込まれる。そして、第一軸部３全体が被締結材３０に挿入し、頭部２（図１参照）が被締結材３０に当接することで鋲打ちは完了する。これにより、二部材からなる被締結材３０は締結される。その結果、被締結材３０は鋲１ａで締結されて、図９に断面図で示すような締結物６０となる。

【0048】

［数値範囲について］
次に、本実施形態に係る鋲打ち方法に好適な各部の数値範囲について説明する。
まず、開口部４２の高さ（深さ）Ｈ（図６）が、第二被締結材５０の鋲１ａ，１ｂの打ち込み位置における厚さＴ（図６）に対して、通常、“０．２５×Ｔ＜Ｈ＜０．７５×Ｔ”の関係にある。開口部４２の高さＨと第二被締結材５０の厚さＴとの関係は、好ましくは０．３×Ｔ＜Ｈ、より好ましくは０．３５×Ｔ＜Ｈ、さらに好ましくは０．４×Ｔ＜Ｈ、特に好ましくは０．４５×Ｔ＜Ｈの関係にある。また、開口部４２の高さＨと第二被締結材５０の厚さＴとの関係は、好ましくはＨ＜０．７×Ｔ、より好ましくはＨ＜０．６５×Ｔ、さらに好ましくはＨ＜０．６×Ｔ、特に好ましくはＨ＜０．５５×Ｔの関係にある。開口部４２の高さＨが第二被締結材５０の厚さＴに対して上記の下限を上回る関係にあることによる作用効果、及び開口部４２の高さＨが第二被締結材５０の厚さＴに対して上記の上限を下回る関係にあることによる作用効果については後述する。

【0049】

また、下穴４１の開口部４２のテーパー角度θ２（図６）は、７０～１１０°とすることが好ましく、７５～１０５°であることがより好ましく、８０～１００°であることがさらに好ましく、８５～９５°であることが特に好ましい。開口部４２のテーパー角度θ２が上記下限値以上であることによる作用効果、及び開口部４２のテーパー角度θ２が上記上限値以下であることによる作用効果については後述する。

【0050】

また、下穴４１の穴部４３の入口部の直径である開口径φ１（図６）と、本体部３ａの基端部３ａ２の径φ２（図２）との関係について、１．０×φ２＜φ１≦１．１×φ２であることが好ましく、１．０１×φ２＜φ１≦１．０９×φ２であることがより好ましく、１．０２×φ２＜φ１≦１．０８×φ２であることがさらに好ましい。

【0051】

また、下穴４１の穴部４３の内壁面の傾きであるテーパー角度θ３（図６）は、２～１０°であることが好ましく、３～９°であることがより好ましく、４～８°であることがさらに好ましい。

【0052】

また、鋲１ａまたは鋲１ｂの頭部２の周縁部２ｂの厚さ（図４および図５参照。鋲１ｂについては最も厚い部分。）は、０．２～２．０ｍｍであることが好ましく、０．３～１．８ｍｍであることがより好ましく、０．５～１．５ｍｍであることがさらに好ましい。

【0053】

また、図４に示すように、鋲１ａの頭部２の傾斜角度θ１は、鋲１ａの軸心に対して垂直な仮想面から周縁部２ｂの下面までの角度である。また、図５に示すように、鋲１ｂの頭部２の傾斜角度θ１は、鋲１ｂの軸心に対して垂直な仮想面から周縁部２ｂの下面までの角度である。鋲１ｂのように、周縁部２ｂの上面と下面との傾斜角度が異なる場合には、下面の傾斜角度を採用する。これは、下面側が耐リーク性に寄与していると考えられるためである。傾斜角度θ１は、５～３０°であることが好ましく、１０～２５°であることがより好ましく、１５～２０°であることがさらに好ましい。

【0054】

さらに、螺旋角度β（図３参照。前記のとおり。）は、好ましくは６０°以上、より好ましくは１２０°以上、さらに好ましくは１８０°以上、特に好ましくは２４０°以上である。また、螺旋角度βは、好ましくは３６０°以下、より好ましくは３３０°以下、さらに好ましくは３００°以下である。螺旋角度βが上記下限値以上であることで、第一被締結材４０及び第二被締結材５０が鋲１の螺旋溝３ｂに入り込んで噛み合うことによって発揮される引張強さが向上しやすくなる。また、螺旋角度βが上記上限値以下であることで、鋲１ａ，１ｂを打ち込む際に、鋲１ａ，１ｂが螺旋溝３ｂの影響を受けてスムーズに回転しながら第一被締結材４０及び第二被締結材５０にねじ込まれやすくなる。

【0055】

［作用効果について］
以上説明した実施形態および実施例による作用効果について説明する。
従来、螺旋溝が刻設された鋲を用いて二つの板材を締結する方法が知られている（前記特許文献１）。この背景技術の場合、鋲が回転しながらねじ込まれることにより、二つの金属板が鋲の螺旋溝に入り込んで噛み合うので、締結力が強くなる。より具体的には、鋲が打ち込まれた上板と下板とからなる被締結材が、打ち込まれた方向に向いた噴火口状の突起が形成されるように変形し、螺旋溝によって切られた被締結材が螺旋溝に沿って軸部に巻き付くことになる。

【0056】

このように、当該背景技術では、板材同士の締結を想定しており、下側の被締結材がブロック状の角材等の場合を想定しているものではなかった。このため、溝が刻設された鋲を用いて板材等と角材等とを締結しようとした場合には、締結後の締結物からリークが生じることがあった。これは、板材等と角材等とを重ね合わせた状態にある被締結材に対して鋲が打ち込まれた場合には、上側の被締結材（板材等）が打ち込まれた方向に向けて変形するとともに、下側の角材等が溝によって切られて鋲の周囲の角材等に変形が生じることになるためである。すなわち、上側の被締結材と下側の被締結材である角材等との間には、両被締結材が変形することで生じた部材が逃げることのできるスペースが存在しない。このため、鋲の打ち込みに伴って上側の被締結材が浮き上がるように変形して、両被締結材の間に空間が生じてしまうことでリークが生じることとなる。

【0057】

本実施形態では、下穴４１を有する第一被締結材４０の表面４０ａに、第二被締結材５０の裏面５０ａを重ね合わせた状態で、下穴４１の位置に向けて鋲１ａ，１ｂを移動させて、鋲１ａ，１ｂが第二被締結材５０および第一被締結材４０の順に打ち込まれる。さらに、下穴４１は、先細りテーパー状の略円錐形状または略円錐台形状の内壁面を有する穴部４３と、穴部４３からテーパー状に拡開する開口部４２とを備えている。そして、開口部４２の高さ（深さ）Ｈが、第二被締結材５０の鋲１ａ，１ｂの打ち込み位置の厚さＴに対して、“０．２５×Ｔ＜Ｈ＜０．７５×Ｔ”の関係にある。

【0058】

これにより、本実施形態によれば、鋲１ａ，１ｂが第二被締結材５０に打ち込まれることで、鋲１ａ，１ｂが打ち込まれた第二被締結材５０が、第一被締結材４０に向けて噴火口状の突起が形成されるように変形する。さらに、鋲１ａ，１ｂが第一被締結材４０に打ち込まれることで、鋲１ａ，１ｂが打ち込まれた第一被締結材４０の下穴４１の内壁面の部材が溝によって切られて、切られた下穴４１の内壁面の部材の一部が溝の中に取り込まれる。また、第一被締結材４０の表面４０ａに第二被締結材５０の裏面５０ａが重ね合わせられた状態で、第一被締結材４０の表面４０ａに開口部４２が設けられているため、第一被締結材４０の開口部４２と第二被締結材５０の裏面５０ａとによって囲まれる開口部４２の空間内に、噴火口形状の突起状に変形した第二被締結材５０の部材と、切られた第一被締結材４０の一部が充填されることになる。このとき、“０．２５×Ｔ＜Ｈ”の関係にあることにより、開口部４２の空間内に被締結材３０の変形により生じた部材を収容するための十分なスペースを確保することができるため、被締結材３０の変形により生じた部材との接触によって第二被締結材５０が浮き上がってしまい、第一被締結材４０と第二被締結材５０との間の空間が広がってしまうことを防いで、耐リーク性を向上させることができる。また、“Ｈ＜０．７５×Ｔ”の関係にあることにより、開口部４２の空間内に被締結材３０の変形により生じた部材を充填した状態で被締結材３０が締結されることで、耐リーク性を向上させることができる。また、“Ｈ＜０．７５×Ｔ”の関係にあることにより、開口部４２の空間内に被締結材３０の変形により生じた部材を充填した際に、第一被締結材４０と第二被締結材５０との間の開口部４２内に過度の空隙が残ってしまい、被締結材３０の締結後に負荷が加わった際に第二被締結材５０が変形を受けやすくなることで、継手強度が低下してしまうことを防ぐことができる。言い換えれば、“Ｈ＜０．７５×Ｔ”の関係にあることにより、開口部４２内に充填された被締結材３０の変形により生じた部材を介して、第一被締結材４０に重ね合わせられた第二被締結材５０を支持することができるため、締結後に負荷が加わった際の第二被締結材５０の変形が抑えられて継手強度を向上させることができる。

【0059】

このようにして、本実施形態によれば、鋲１ａ，１ｂの打ち込みによって第一被締結材４０及び第二被締結材５０が鋲１ａ，１ｂと接触することで生じた部材を開口部４２と螺旋溝３ｂの内部に充填することで、鋲１ａ，１ｂと、第一被締結材４０および第二被締結材５０とを密着させることができ、耐リーク性が向上するとともに、十分な継手強度を有する締結物の製造方法および締結物６０を提供することができる。

【0060】

さらに、第一軸部３に溝を設けることで、鋲１ａ，１ｂが打ち込まれた際に溝によって第一被締結材４０の材料を削り取ることができる。ここで、ネジの場合には、ネジ山が設けられることで、ネジ山の高さに応じて円周長が拡大することになる。本実施形態では、第一軸部３の外周面に溝が設けられている場合であっても第一軸部３の円周長は変わることがないので、鋲１ａ，１ｂが打ち込まれた際に生じる第一被締結材４０の周囲への変形を抑えることができる。また、鋲１ａ，１ｂの打ち込みによって削り取られた材料の一部が溝の内部に取り込まれることで、第一被締結材４０の変形に伴うストレスを緩和することができる、よって、第一被締結材４０の割れの発生を防ぎながら、鋲１ａ，１ｂを下穴４１に挿入して被締結材３０の締結をすることができる。また、セルフタップネジを用いたセルフタップ締結の場合ほど、アルミ合金鋳物に付与する下穴４１の形状に高精度が求められることはなく、被締結材３０の金型寿命が短くなることを抑制することができる。

【0061】

また、開口部４２のテーパー角度θ２は、７０～１１０°である。これにより、耐リーク性を向上させることができる。開口部４２のテーパー角度θ２が下限値以上であることで、開口部４２の空間内に被締結材３０の変形により生じた部材を収容するための十分なスペースを確保することができるため、耐リーク性を向上させることができる。また、開口部４２のテーパー角度θ２が上限値以下であることで、開口部４２の空間内に被締結材３０の変形により生じた部材を充填した状態で被締結材３０が締結されて第一被締結材４０に重ね合わせられた第二被締結材５０を支持することができるため、耐リーク性を向上させるとともに、継手強度を向上させることができる。

【0062】

下穴４１の穴部４３の開口径φ１は、第一軸部３の基端部３ａ２の径φ２よりも大きい。これにより、鋲１ａ，１ｂを打ち込む際に下穴４１の開口部４２と鋲１ａ，１ｂの第一軸部３との間で負荷が高まるのを抑制し、第一軸部３を下穴４１にスムーズに挿入することができる。

【0063】

また、穴部４３の開口径φ１と第一軸部３の基端部３ａ２の径φ２との関係は、１．０×φ２＜φ１≦１．１×φ２であることが好ましい。これにより、鋲１ａ，１ｂを打ち込む際に下穴４１の開口部４２と鋲１ａ，１ｂの第一軸部３との間で負荷が高まるのを抑制し、第一軸部３を下穴４１にスムーズに挿入することができる。

【0064】

また、穴部４３のテーパー角度θ３は２～１０°であることが好ましい。これにより、テーパー状に形成された穴部４３の内壁面と、先端側に向かうほど縮径する先端部３ａ１とが接触することによって被締結材３０の変形を生じさせて、鋲１ａ，１ｂによる締結を行うことができる。

【0065】

また、鋲１ａ，１ｂは、中心部２ａと周縁部２ｂとを有する頭部２をさらに備えており、頭部２の周縁部２ｂの径は、第一軸部３の径よりも大きい。これにより、頭部２が被締結材３０の表面に弾性変形して密着することで、締結物６０の耐リーク性をより向上させることができる。つまり、頭部２は、被締結材３０打ち込まれた際に、鋲１ａ，１ｂが被締結材３０の表面に強く密着する部位である。鋲１ａ，１ｂの打ち込みで発生するエネルギー（運動エネルギー）を受けて、頭部２が弾性変形して被締結材３０の表面と強く密着して保持されることで、気密性をサポートしている。また、鋲１ａ，１ｂが被締結材３０と締結されるので、頭部２が弾性変形したままで保持される。また、頭部２の周縁部２ｂは、鋲１ａ，１ｂが打ち込まれた際のストッパーにもなり、運動エネルギーを吸収することができる。

【0066】

また、頭部２は、周縁部２ｂが第一軸部３の側に傾斜しながら拡がる傘形状であるため、締結物６０の耐リーク性をより向上させることができる。

【0067】

また、頭部２の周縁部２ｂの厚さは、０．１～２.０ｍｍの数値範囲にあるので、締結物６０の耐リーク性をより向上させることができる。
また、頭部２の傾斜角度θ１は、５～３０°の数値範囲にあるので、締結物６０の耐リーク性をより向上させることができる。

【0068】

また、第一軸部３に刻設された溝が、第一軸部３の外表面に螺旋状に形成された螺旋溝３ｂであり、鋲打ち工程では、第二被締結材５０の表面５０ｂから離れた位置にセットした鋲１ａまたは１ｂを回転しない状態で下穴４１の位置に向けて移動させ、鋲１ａまたは１ｂを第二被締結材５０、第一被締結材４０の順に回転させながらねじ込んで下穴４１内に到達させる。そのため、鋲１ａまたは１ｂの回転により螺旋溝３ｂが被締結材３０の表面材を削り取って下穴４１を埋めることができる。また、螺旋溝３ｂが削り取った第一被締結材４０及び第二被締結材５０の材料を螺旋溝３ｂの内部に保持して、鋲１ａ，１ｂと下穴４１との間の空間への余分な材料流入を抑制することができる。したがって、鋲１ａ，１ｂの打ち込みに伴って、第一被締結材４０及び第二被締結材５０と干渉する鋲１ａ，１ｂの体積に応じて第一被締結材４０が膨張することによる変形を抑えて、第一被締結材４０割れを抑制しやすくなる。ここで、第一被締結材４０が伸びの低いアルミ合金鋳物であるときには、螺旋溝３ｂによる割れの抑制がいっそう有効となる。

【0069】

また、鋲打ち工程では、第二軸部４を保持する保持部（内周面２１ｂ）を有する補助部材２１を用い、当該補助部材２１で第二軸部４を保持した状態で鋲１ａまたは１ｂを補助部材２１ごと下穴４１の位置に向けて移動させる。そのため、補助部材２１により鋲１ａまたは１ｂの重量を増すことで、鋲１ａまたは１ｂが打ち込まれる際の運動エネルギーを増大させることができる。したがって、補助部材２１を利用して、より効率的に鋲１ａ，１ｂを打ち込むことができるようになる。

【0070】

また、第一被締結材４０を鋳造材とする場合、鋳造段階で予め下穴４１を形成しておくことができるので、第一被締結材４０にドリル加工で下穴４１を形成する工程を省くことができ、生産性の向上を図ることができる。

【0071】

＜その他＞
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。
本実施形態では鋲１ａ，１ｂを空気の圧力を用いて被締結材３０に射出していたが、他の方法を用いて鋲１ａ，１ｂを被締結材３０に打ち込んでもよい。例えば、空気以外の物質を用いて鋲１ａ，１ｂに圧力を付与してもよいし、機構的な動作（例えば、ピストンの往復運動）により鋲１，１ｂを被締結材３０に打ち込んでもよい。

【実施例0072】

次に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、本発明に係る鋲１ａおよび鋲１ｂの特性を把握するために、実験データ１，２の試験を行った。
実験データ１，２では、いずれも様々な条件で、複数の実施例と、当該実施例に対する複数の比較例について前記の鋲打ち装置１０を用いて被締結材３０に鋲１ａまたは鋲１ｂを打ち込み、被締結材３０を鋲１ａまたは鋲１ｂで締結した締結物６０（図９）を作成して、締結物６０に対して各種評価を行った（図１１～図１２）。

【0073】

［評価］
＜割れの有無＞
締結物６０の割れの有無を目視によって確認した。締結物６０に割れた生じたケースを「×」、割れが生じないケースを「○」として評価した。

【0074】

＜リーク試験＞
締結物６０の第二被締結材５０の表面５０ｂ側において、頭部２及び第一軸部３の全体を覆うように樹脂製治具を配置した。樹脂製治具の配置後、樹脂製治具を第二被締結材５０に向けて加圧することで、樹脂製治具と第二被締結材５０との間からエアーが漏れない状態となるようにセットすることで試験体を準備した。試験体を水没させた状態で、表面５０ｂ側から樹脂製治具の内部に０．３ＭＰａの圧力によりエアーを吹き込むことで加圧を行った。第一被締結材４０と第二被締結材５０との接合面からの気泡の発生を確認することによってリークの有無を評価した。１分の間に気泡が発生しなかった場合を「良」、１分の間に発生した気泡の数が５個以下であった場合を「可」、１分の間に発生した気泡の数が６個以上であった場合を「不可」として評価した。３点の被締結物６０に対してリーク試験を行い、３点の全数が良であったものを「○」、３点のうち少なくとも一つが良であったがその他が可または不可であったものを「△」、３点の全数が可または不可であったものを「×」と評価した。

【0075】

＜引っ張り強さ＞
図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、締結物６０の第一被締結材４０を下側、第二被締結材５０を上側に位置させて、第二被締結材５０の下端側を所定の治具（図示略）で固定した。この状態で、引張試験機（島津製作所製、オートグラフ、AG-50kNX）を用いて、第一被締結材４０の両端に対して上向きに引き上げる力を加えることで引抜試験を行った。引張試験機によるクロスヘッド速度は３ｍｍ／ｍｉｎとした。引抜試験において、鋲１ａ，１ｂ及び第二被締結材５０が第一被締結材４０から引き抜かれるまでの荷重を測定し、最大荷重を示した数値を締結物６０の引っ張り強さとした。その結果、締結物６０の引っ張り強さが２５００Ｎを超えるものを「○」、２０００～２５００Ｎのものを「△」、２０００Ｎ未満のものを「×」として評価した。

【0076】

［実験データ１］
実験データ１では、図６を参照して説明したように、下穴４１を有する四角柱状の第一被締結材４０の表面４０ａに、板状の第二被締結材５０の裏面５０ａを重ね合わせた。この状態で、図７，図８を参照して説明したように、鋲打ち装置１０を用いて、補助部材２１を取り付けた鋲１ａを、第二被締結材５０、第一被締結材４０の順に打ち込んで、鋲１ａを下穴４１内に到達させた。このようにして、第一被締結材４０と第二被締結材５０とを鋲１ａによって締結した、締結物６０を得た。

【0077】

実験データ１中の各実施例、比較例においては、図１～図５を参照して説明した、鋲１ａまたは鋲１ｂを用いた。鋲１ａ，１ｂにおいて、本体部３ａの先端部３ａ１の長さは９ｍｍ、先端部３ａ１の根元部分の径φ２は４ｍｍである。また、側断面視で第一軸部３の先端部３ａ１及び膨出部５を構成する円弧の曲率半径Ｒ１は２２．５（ｍｍ）である。また、本体部３ａの基端部３ａ２の長さは３ｍｍ、基端部３ａ２の径φ２は４ｍｍ、基端部３ａ２の半径Ｒ２は２ｍｍである。また、螺旋溝３ｂによる螺旋角度βは１８０°である。また、首部３ｃの長さは２ｍｍ、首部３ｃの径は３ｍｍである。また、第二軸部４の長さは１０ｍｍ、第二軸部４の径は３ｍｍである。鋲１ａにおいて、頭部２の長軸方向の長さ（高さ）は３ｍｍ、頭部２の傾斜角度θ１は２０°、周縁部２ｂの厚さは１ｍｍである。鋲１ｂにおいて、頭部２の長軸方向の長さ（高さ）は２．４ｍｍ、頭部２の傾斜角度θ１は１０°、周縁部２ｂの中心部付近の厚さは１ｍｍ、周縁端の厚さは０．２ｍｍである。

【0078】

第一被締結材４０は、断面が縦１２ｍｍ、横１２ｍｍの正方形であり、高さ３５ｍｍの四角柱状のブロック材である。下穴４１の穴部４３のテーパー角度θ３（図６）は５°である。第一被締結材４０の材料としてはＡＤＣ１２を用いた。

【0079】

第二被締結材４０は、縦８０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ２.０ｍｍの板材である。第二被締結材５０の材料としてはＡ５０５２－Ｈ３４を用いた。

【0080】

鋲打ち装置１０において、エアコンプレッサ１１によるエアー圧を０．７５ＭＰａとした。また、鋲打ち装置１０による打ち込み速度を７０ｍ／ｓｅｃとした。
補助部材２１の重量は、約１４．４ｇである。

【0081】

図１１の実験データ１では、各実施例、比較例において、鋲１ａまたは鋲１ｂを選択的に使用し、鋲１ａ（または鋲１ｂ）の頭部２の傾斜角度θ１（図２参照。鋲１ｂに関しては周縁部２ｂの下面の傾斜角度を傾斜角度θ１としている）、頭部２の周縁部２ｂの厚さ（鋲１ｂについては最も薄い周縁端の厚さを示している）、下穴４１の穴部４３の開口径φ１（図６）、下穴４１の開口部４２のテーパー角度θ２（図６）、同開口部４２の高さ（深さ）Ｈ、を様々な値に設定して実験を行った。
実験データ１の結果は、図１１に示している。

【0082】

＜実施例Ａ＞
実施例Ａ１１は、鋲１ａを用い、傾斜角度θ１が２０°、周縁部２ｂの厚さが１．０ｍｍであり、穴部４３の開口径φ１が４．０１ｍｍ、深さが１５ｍｍであり、開口部４２のテーパー角度θ２が６０°、高さ（深さ）が１ｍｍであった。
実施例Ａ１２は、開口部４２のテーパー角度θ２を７５°とした以外は実施例Ａ１１と同様にして行った。
実施例Ａ１３は、開口部４２のテーパー角度θ２を９０°とした以外は実施例Ａ１１と同様にして行った。
実施例Ａ１４は、開口部４２のテーパー角度θ２を１０５°とした以外は実施例Ａ１１と同様にして行った。
実施例Ａ１５は、開口部４２のテーパー角度θ２を１２０°とした以外は実施例Ａ１１と同様にして行った。

【0083】

実施例Ａ３１は、鋲１ｂを用い、傾斜角度θ１が１０°、周縁部２ｂの厚さが０．２ｍｍであった以外は実施例Ａ１１と同様にして行った。
実施例Ａ３２は、鋲１ｂを用いた以外は実施例Ａ１２と同様にして行った。
実施例Ａ３３は、鋲１ｂを用いた以外は実施例Ａ１３と同様にして行った。
実施例Ａ３４は、鋲１ｂを用いた以外は実施例Ａ１４と同様にして行った。
実施例Ａ３５は、鋲１ｂを用いた以外は実施例Ａ１５と同様にして行った。

【0084】

＜比較例Ａ＞
比較例Ａ２１は、開口部４２の高さ（深さ）を２ｍｍとした以外は実施例Ａ１１と同様にして行った。
比較例Ａ２２は、開口部４２の高さ（深さ）を２ｍｍとした以外は実施例Ａ１２と同様にして行った。
比較例Ａ２３は、開口部４２の高さ（深さ）を２ｍｍとした以外は実施例Ａ１３と同様にして行った。
比較例Ａ２４は、開口部４２の高さ（深さ）を２ｍｍとした以外は実施例Ａ１４と同様にして行った。
比較例Ａ２５は、開口部４２の高さ（深さ）を２ｍｍとした以外は実施例Ａ１５と同様にして行った。

【0085】

比較例Ａ４１は、開口部４２の高さ（深さ）を２ｍｍとした以外は実施例Ａ３１と同様にして行った。
比較例Ａ４２は、開口部４２の高さ（深さ）を２ｍｍとした以外は実施例Ａ３２と同様にして行った。
比較例Ａ４３は、開口部４２の高さ（深さ）を２ｍｍとした以外は実施例Ａ３３と同様にして行った。
比較例Ａ４４は、開口部４２の高さ（深さ）を２ｍｍとした以外は実施例Ａ３４と同様にして行った。
比較例Ａ４５は、開口部４２の高さ（深さ）を２ｍｍとした以外は実施例Ａ３５と同様にして行った。

【0086】

比較例Ａ５１は、鋲１ａを用いた。比較例Ａ５１の下穴４１は、第一被締結材４０に開口部４２が設けられておらず、穴部４３の開口径φ１が４．１ｍｍ、テーパー角度が５°であり、穴部４３の深さが１６ｍｍである。穴部４３は、第一被締結材４０の表面４０ａに直接に開口している。開口部４２のテーパー角度θ２、開口部４２の高さ（深さ）は存在しない。
比較例Ａ５２は、鋲１ｂを用いた以外は比較例Ａ５１と同様に行った。

【0087】

＜検討＞
図１１の実験データ１の各実施例の評価に示すように、下穴４１の開口部４２の深さ（高さ）をＨとし（図６）、第二被締結材５０の鋲１ａ，１ｂの打ち込み位置の厚さをＴとすると（図６）、“０．２５×Ｔ＜Ｈ＜０．７５×Ｔ”の関係にあれば、締結物６０に割れが生じず、締結物６０のリークの発生を抑制し、充分な接手強度を得られることがわかる。
また、下穴４１の開口部４２のテーパー角度θ２（図６）は、７０～１１０°とすることで、締結物６０のリークの発生を抑制することができることもわかる。

【0088】

鋲１ａまたは１ｂの頭部２の周縁部２ｂの厚さは、概ね０．１～２.０ｍｍの範囲内にあることで、リーク試験の結果は、全数の締結物６０の漏れなし、または、一部漏れあり、という結果が得られているので、耐リーク性をある程度向上させられることがわかる。
また、鋲１ａまたは鋲１ｂの頭部２の傾斜角度θ１は、５～３０°の範囲内にあることで、評価結果が良好であると判明した。

【0089】

図１３は実施例Ａ３３により作成した締結物６０の断面図である。図１３に示すように、本実施例によれば、第一被締結材４０と第二被締結材５０との間が隙間なく締結されていることがわかる。このとき、第一被締結材４０の開口部４２と第二被締結材５０の裏面５０ａとによって囲まれる開口部４２の空間内に、第二被締結材５０の変形によって生じた部材が充填されていることが分かる。また、第一軸部３と第一被締結材４０との間も隙間なく結合されている。また、第一軸部３の螺旋溝３ｂに第一被締結材４０の一部が入り込んでおり、回転しかつ第一被締結材４０を削りながら挿入されていることがわかる。

【0090】

［実験データ２］
実験データ２では、各実施例において、螺旋角度β（図３）を様々な値に設定した以外は実験データ１の実施例Ａ１４と同様にして実験を行った。
実験データ２の結果は、図１２に示している。

【0091】

＜実施例Ｃ＞
実施例Ｃ１１では螺旋角度βが５３°、実施例Ｃ１２では１０５°、実施例Ｃ１３では１８０°、実施例Ｃ１４では２１０°、実施例Ｃ１５では３１５°、であった。なお、実施例Ａ１４と実施例Ｃ１３とは同一のデータである。

【0092】

＜検討＞
実験データ２の各実施例から、螺旋角度βは、概ね６０～３６０°の範囲内にあることで、締結物６０に割れが生じておらず、締結物６０が十分なリーク耐性を有しており、締結物６０の引っ張り強さが十分に高く評価結果が良好となることがわかった。

【符号の説明】

【0093】

１ａ 鋲
１ｂ 鋲
２ 頭部
２ａ 中心部
２ｂ 周縁部
３ 第一軸部
３ａ１ 先端部
３ａ２ 基端部
３ａ３ 先端
３ｂ 螺旋溝（溝）
４ 第二軸部
５ 膨出部
２１ 補助部材
２１ｂ 内周面（保持部）
３０ 被締結材
４０ 第一被締結材
４０ａ 表面
４１ 下穴
４２ 開口部
４３ 穴部
５０ 第二被締結材
５０ａ 裏面
５０ｂ 表面
６０ 締結物
Ｈ 高さ（深さ）
Ｔ 厚さ
θ１ 傾斜角度
θ２ 開口部のテーパー角度
θ３ 下穴のテーパー角度
β 螺旋角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】