Крепежный гвоздь
Изобретение относится к гвоздям для крепления различных вещей, а в частности к крепежному гвоздю для крепления наружных материалов стен на керамической основе. Крепежный гвоздь включает в себя шляпку, стержень в форме спицы и кончик, сужающийся в направлении оси стержня. Кончик выполнен таким образом, что угол наклона к осевому направлению уменьшается к концу кончика. Конусный угол на конце кончика составляет от 25° до 90°. При этом кончик содержит, по меньшей мере, одну боковую поверхность, выполненную в виде вогнутой криволинейной поверхности. Предложенное изобретение обеспечивает создание крепежного гвоздя, который позволит уменьшить растрескивание в процессе забивания, а также уменьшить усилие, требуемое для забивания, чтобы обеспечить возможность забивания вручную. 1 з.п. ф-лы, 26 ил., 2 табл.
Область техники
Настоящее изобретение относится к гвоздям для крепления различных вещей, а в частности к крепежному гвоздю для крепления наружных материалов стен на керамической основе.
Уровень техники
Чтобы прикрепить наружные материалы стен, такие как декоративные планки, к материалам основания, используется способ крепления их с помощью гвоздей. То есть существует способ забивания гвоздей в наружный материал стены, чтобы прикрепить его к материалу основания.
На фиг.1А и 1В показан пример обычного гвоздя. Гвоздь включает в себя шляпку (головку гвоздя) 3, стержень 2 и кончик 1. Стержень 2 имеет форму длинной узкой спицы (палки) и имеет первый и второй конец. Шляпка 3 имеет плоскую круглую форму и больший диаметр по сравнению со стержнем 2 и выполнена на первом конце стержня 2. Кончик 1, по существу, имеет форму круглого конуса, выступающего относительно второго конца стержня 2, сужающийся заостренный конец которого образует вершину 9. Как показано на фиг.1В, конусный угол θ кончика (угол при вершине конуса) становится острым углом (около 20-50 градусов) меньше 90 градусов. В таком гвозде, как показано на фиг.2А, боковые поверхности (стороны) 4 кончика 1 обычно образованы плоскими режущими поверхностями 5 (на чертеже их четыре). Другими словами, кончик 1 гвоздя, показанный на фиг.2А, выполнен в форме обычной прямоугольной пирамиды. Такой тип гвоздя (остроконечный гвоздь) имеет заостренный кончик и, соответственно, отличается высокой прочностью соединения и требует меньше усилий для забивания. Данный гвоздь также можно легко и точно забить в заданную точку, так как кончик имеет заостренную форму.
На фиг.2В показан пример обычного гвоздя. Данный тип гвоздя называется тупоконечным и имеет форму цилиндрического стержня. Кончик 1 имеет торцевую поверхность 11, которая не сужается (ср. с опубликованной патентной заявкой Японии №Р2000-213142А). Торцевая поверхность 11 представляет собой плоскую поверхность, перпендикулярную осевому направлению гвоздя, или вогнутую внутрь поверхность. Данный тип гвоздя может пробивать материал внешней стены торцевой поверхностью 11 на кончике 1 и отличается тем, что при его вбивании происходит меньше растрескивания, даже если гвоздь вбивают в материалы на керамической основе.
Однако вышеупомянутые гвозди обладают и соответствующими недостатками.
Когда такой гвоздь (остроконечный гвоздь), как показан на фиг.2А, используют для материалов с низкой эластичностью, велика вероятность растрескивания. Кроме того, существует проблема, состоящая в том, что трещины возникают, в частности, при использовании таких гвоздей для керамических материалов наружных стен. Когда гвоздь используют для наружного материала стены, на поверхности которого имеется неровный (выпукло-вогнутый) рисунок, напряжения возле рисунка воздействуют на него во время пробивания элемента, что легко вызывает растрескивание.
При использовании тупоконечного гвоздя, такого как показан на фиг.2В, растрескивание может быть снижено. Однако, так как кончик имеет плоскую форму, его трудно забивать в наружный материал стены. Следовательно, для забивания гвоздя требуется значительное усилие. Таким образом, гвоздь нельзя забить при помощи ручного инструмента для забивания гвоздей, такого как молоток (так называемое ручное забивание). Следовательно, необходимо использовать механизированный инструмент для забивания гвоздей, такой как пневматический молоток, даже если забить гвозди нужно всего лишь в нескольких местах, что вызывает затруднения в начале строительства. Так как кончик плоский, трудно правильно позиционировать гвоздь и забить его с высокой размерной точностью. Гвозди забивают в материал основания, ломая его, и, следовательно, прочность соединения гвоздя с основанием меньше, поэтому гвозди могут выпадать после забивания в основание. Также существует проблема, состоящая в том, что явление, называемое на японском языке «hanasaki», происходит в отношении задних панелей и обрешетин наружного материала стенки после завершения этапа строительства; еще одна проблема состоит в том, что гвоздь гнется, в результате чего снижается его удерживающая способность. Следует отметить, что термин «hanasaki» (отскакивание, вываливание) относится к явлению, когда задняя сторона элемента, в который забивают гвоздь, отскакивает (или расщепляется) и ломается.
Гвозди различной формы, показанные на фиг.2C-2F, также предложены для решения проблем, связанных с остроконечными и тупоконечными гвоздями, как описано выше. Гвоздь, представленный на фиг.2С, включает в себя кончик, имеющий больший конусный угол (например, 50-90 градусов и т.п.) по сравнению с гвоздем, представленным на фиг.2А. Однако технические характеристики данного вида гвоздя представляют собой нечто среднее между остроконечным гвоздем и тупоконечным гвоздем. Следовательно, данный элемент конструкции имеет компромиссное соотношение параметров. То есть, если угол θ увеличить, можно уменьшить образование трещин, но гвоздь будет труднее забивать вручную. Напротив, при уменьшении угла θ гвоздь легко забить вручную, однако образование трещин увеличится. Следовательно, трудно достичь оптимального баланса между уменьшением числа трещин и удобством в использовании.
Гвоздь, представленный на фиг.2D, включает в себя кончик, имеющий больший конусный угол (например, тупой угол больше 90 градусов) по сравнению с гвоздем, представленным на фиг.2С. При использовании такого типа гвоздя можно уменьшить образование трещин. Однако существует проблема, состоящая в том, что такой гвоздь трудно забивать вручную, потому что его форма приближается к тупоконечной. Более того, каждая боковая поверхность 4 кончика 1 имеет крутой скат, и, соответственно, ее трудно изготавливать с высокой точностью.
Гвоздь, представленный на фиг.2Е, имеет кончик 1, образованный двумя плоскими полукруглыми режущими поверхностями 5, и называется гвоздем типа стамески. Данный тип гвоздя вызывает проблемы, аналогичные гвоздю на фиг.2D. Кроме того, существует проблема, состоящая в том, что элемент, в который вбивают гвоздь, имеет тенденцию расщепляться в одном определенном направлении, так как конец гвоздя узкий, как линия.
Гвоздь, представленный на фиг.2F, включает в себя окончание 1, сужающееся в направлении длины гвоздя, и торцевую поверхность 11 на конце кончика 1. Другими словами, окончание 1 имеет форму круглого конуса со снятой вершиной (круглый усеченный конус) (см. опубликованную патентную заявку Японии № Р2005-54811А). Торцевая поверхность 11 представляет собой плоскую поверхность или вогнутую поверхность, центр которой вогнут внутрь. Данный тип гвоздя имеет и признак, изображенный на фиг.2В, и признак, изображенный на фиг.2С, но с ним все равно связана проблема трудности забивания гвоздя вручную, так как кончик гвоздя не заострен.
Настоящее изобретение разработано ввиду описанных выше проблем, и его технической задачей является создание крепежного гвоздя, который позволит уменьшить растрескивание в процессе забивания, а также уменьшить усилие, требуемое для забивания, чтобы обеспечить возможность забивания вручную.
Крепежный гвоздь по изобретению содержит шляпку, стержень в форме спицы и кончик, который сужается в направлении оси стержня. Кончик выполнен таким образом, что угол наклона к осевому направлению уменьшается к концу кончика. Конусный угол на конце кончика составляет от 25 до 90 градусов.
Согласно одному из вариантов осуществления, кончик содержит, по меньшей мере, одну боковую поверхность, выполненную в виде вогнутой криволинейной поверхности.
Согласно другому варианту осуществления, кончик содержит боковые поверхности, каждая из которых выполнена из режущей поверхности.
Согласно настоящему изобретению, так как кончик выполнен таким образом, что угол наклона к осевому направлению уменьшается к концу кончика, кончик имеет заостренный конец, а вблизи границы между стержнем и кончиком расширяется, образуя скат. Соответственно, усилие, необходимое для забивания гвоздя, достаточно уменьшается, чтобы гвоздь можно было забить вручную. Кроме того, растрескивание может быть снижено. Следовательно, можно улучшить и удобство забивания, и протыкающую способность гвоздя.
Ниже описаны более подробно предпочтительные варианты осуществления. Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут более понятны с учетом последующего подробного описания и прилагаемых чертежей.
На фиг.1А и 1В показан пример обычного гвоздя, и фиг.1А и 1В представляют собой общий вид и местный увеличенный вид, соответственно.
Фиг.2А-2F - примеры кончиков обычных гвоздей.
На фиг.3А-3F показан вариант осуществления настоящего изобретения, при этом фиг.3А, 3В, 3С, 3D, 3Е и 3F представляют собой общий вид, вид сбоку в направлении длины (вид с правой стороны фиг.3А), местный увеличенный вид, пояснительную схему, вид в поперечном разрезе по линии А-А на фиг.3А и вид в продольном разрезе по линии В-В на фиг.3В, соответственно.
На фиг.4А-4С показан вариант осуществления настоящего изобретения, при этом фиг.4А, 4В и 4С представляют собой местный вид в перспективе, вид сбоку в направлении длины и вид в поперечном разрезе по линии С-С на фиг.4А, соответственно.
На фиг.5А-5D показаны первый и второй примеры вариантов осуществления настоящего изобретения, при этом фиг.5А, 5В, 5C и 5D представляют собой вид сбоку первого примера в направлении его длины, вид первого примера в поперечном разрезе, вид сбоку второго примера в направлении его длины и вид второго примера в поперечном разрезе, соответственно.
На фиг.6А-6Е показаны примеры вариантов осуществления настоящего изобретения с первого по третий, при этом фиг.6А, 6В, 6С, 6D и 6Е представляют собой местный вид в продольном разрезе первого примера, вид в перспективе первого примера, увеличенный местный вид второго примера, вид в перспективе второго примера и увеличенный местный вид сбоку третьего примера, соответственно.
На фиг.1 показан вариант осуществления крепежного гвоздя. Крепежный гвоздь включает в себя стержень 2, шляпку 3 и кончик 1. Стержень 2 имеет форму спицы, продолжающейся по прямой линии, и имеет первый конец и второй конец. Шляпка 3 имеет плоскую форму (например, плоскую круглую форму) и выполнена на первом конце стержня 2 в осевом направлении (направлении длины). Кончик 1 выполнен на втором конце стержня 2 в осевом направлении и сужается в осевом направлении (в направлении длины к концу гвоздя). На фиг.3С и 3F концевая сторона гвоздя, а именно осевое направление Х, показана контурной стрелкой.
Крепежный гвоздь может быть выполнен из соответствующих металлических материалов, например из обычной или нержавеющей стали.
Шляпка (головка гвоздя) 3 представляет собой часть, по которой ударяют в осевом направлении Х инструментом, таким как молоток, в процессе забивания гвоздя в элемент, такой как наружный материал стены и т.п. Обычно шляпка 3 имеет круглую форму в осевом направлении Х (с острия гвоздя или вершины 9, которая будет описана далее). Шляпка 3 обычно имеет больший диаметр, чем стержень 2, чтобы гвоздь было легче забивать, а также для обеспечения прочности на растяжение. Шляпка 3 может иметь торцевую поверхность в форме выпуклой кривой, выступающей в направлении длины гвоздя, или в форме плоскости. Торцевая поверхность шляпки 3 может быть также снабжена углублением под отвертку, например, в виде креста («+», знак «плюс») или знака «минус» («-»).
Стержень 2 обычно имеет круглое сечение (поперечное сечение). Стержень 2 может иметь диаметр, например, в диапазоне 1-5 мм и т.п., но не только. Крепежный гвоздь также может иметь полную длину (длину в осевом направлении Х), приблизительно равную длине стержня 2 и составляющую, например, от 10 до 100 мм и т.п.
В представленном на чертеже варианте осуществления стержень 2 выполнен с множеством кольцевых выступов 10, по меньшей мере, на части поверхности ствола. Кольцевые выступы 10 расположены в промежуточной части стержня 2 в направлении длины гвоздя, и каждый из них образует собственное кольцо в окружном направлении поверхности ствола стержня 2 гвоздя. Кольцевые выступы 10 могут быть выполнены на всем стержне 2, со стороны кончика 1 или со стороны шляпки 3. Прочность на растяжение в основании может быть увеличена путем обеспечения выступов 10 на стержне 2. Стержень 2 может иметь винтовой выступ 10 или винтовую резьбовую канавку, образованную двумя соседними выступами 10, 10. В этом случае гвоздь можно ввинтить в элемент как резьбовой гвоздь. Каждый выступ 10 может выступать из стержня 2 в радиальном направлении, а именно в направлении, перпендикулярном осевому направлению Х, но предпочтительно, чтобы он выступал под небольшим наклоном к головке 3. В этом случае край выступа 10 функционирует как упор, препятствующий выпадению забитого гвоздя и дополнительно повышающий прочность соединения с помощью гвоздя (прочность на растяжение). В примере стержень 2 не снабжен выступом 10.
В крепежном гвозде по изобретению кончик 1 выполнен таким образом, что угол наклона к направлению оси Х уменьшается к концу кончика 1. В примере, представленном на фиг.3А-3F, кончик 1 включает в себя боковые поверхности 4, угол наклона каждой из которой непрерывно уменьшается от граничной кромки 8 между кончиком 1 и стержнем 2 до вершины 9, имеющей форму точки, на конце кончика 1. Кончик 1 имеет нижнюю кромку в форме дуги, которая изогнута внутрь (в форме буквы R), если смотреть в направлении, перпендикулярном осевому направлению Х. Другими словами, угол наклона со стороны конца (вершины 9) кончика 1 становится меньше, чем угол наклона со стороны стержня 2. В примере, представленном на фиг.3, каждая боковая поверхность 4 соответствует части параболоида вращения, расположенного в осевом направлении Х таким образом, что он сужается со стороны граничной кромки 8 и расширяется со стороны вершины 9. Таким образом, так как кончик 1 выполнен таким образом, что угол наклона уменьшается, вершина 9 может образовывать заостренный конец. Кончик 1 также может иметь расходящуюся форму, открывающуюся наружу в виде пологого ската от вершины 9 к граничной кромке 8. Таким образом, можно балансировать и улучшать удобство забивания гвоздя (удобство заколачивания), а также его протыкающую способность (пробивающую способность). То есть во время забивания гвоздя он протыкает элемент граничной кромкой 8 в осевом направлении, что позволяет уменьшить образование трещин. Гвоздь легко забить в элемент острой вершиной 9 кончика 1, что облегчает забивание гвоздя вручную. Кроме того, так как вершина 9 остроконечна и сходится в точку, гвоздь легко позиционировать в процессе забивания. Как показано на фиг.3Е, граничная кромка 8 имеет поперечное сечение с множеством кромок, каждая из которых изогнута внутрь, но каждая из кромок также может представлять собой прямую линию или плавную скругленную выпуклую линию, выгнутую наружу.
В крепежном гвозде согласно данному варианту осуществления, как показано на фиг.3D, кончик 1 выполнен таким образом, что конусный угол кончика находится в диапазоне 25-90 градусов. В данном случае конусный угол θ представляет собой угол при вершине (угол заострения конца) кончика 1 в случае конической формы (прямого круглого конуса). То есть угол θ при вершине представляет собой угол, образованный прямой линией L1 и прямой линией L2, при этом L1 - прямая, соединяющая вершину 9 и точку Q1, L2 - прямая, соединяющая вершину 9 и точку Q2, и точки Q1 и Q2 находятся на граничной кромке 8 и лежат напротив друг друга, так что центр окружности граничной кромки 8 находится между точками Q1, Q2. Другими словами, величина угла (половина угла при вершине: (1/2)θ), образованного прямой L1 и прямой L3, находится в диапазоне 12,5-45 градусов, при этом прямая L3 представляет собой прямую линию, параллельную осевому направлению Х и проходящую через вершину 9 (вертикальную ось конуса).
В крепежном гвозде, если конусный угол θ меньше 25 градусов, протыкающая способность (пробивающая способность) ухудшается. Если данный угол больше 90 градусов, то ухудшается удобство забивания (заколачивания) гвоздя. Таким образом, величину конусного угла задают в диапазоне 25-90 градусов. В данном примере, чтобы дополнительно сбалансировать удобство забивания и пробивающую способность, нижний предел величины конусного угла может составлять 40 градусов, 45 градусов или 60 градусов, а верхний предел - 80 градусов или 70 градусов.
Следует отметить, что если кончик 1 включает в себя боковые поверхности 4, образованные режущими поверхностями 5, в качестве точки Q1 берется точка на граничной линии (ребре 6) между соседними режущими поверхностями 5, 5, как описано далее. То есть, чтобы рассматривать кончик 1 как конус, вершину 9 принимают за вершину конуса, а нижняя поверхность конуса образована геометрическим местом точек в виде окружности, полученной поворотом ребристой точки 7 вокруг центральной оси. В данном примере ребристая точка 7 представляет собой точку пересечения граничной кромки 8 и ребра 6, а центральная ось представляет собой прямую L3, которая параллельна осевому направлению Х и проходит через вершину 9. То есть конусный угол θ можно рассматривать как угол, величина которого в два раза больше угла между прямой линией, соединяющей вершину 9 и ребристую точку 7, и осевым направлением Х. Если две ребристые точки 7 расположены напротив друг друга на окружности стержня 2, угол θ можно рассматривать как угол, образованный двумя прямыми, соединяющими вершину 9 и соответствующие ребристые точки 7.
Итак, вершина 9 представляет собой острый конец, направленный в осевом направлении Х. Вершина 9 (заостренная часть кончика 1) может располагаться на продолжении центральной оси стержня 2 (перпендикулярной линии, проходящей через центр окружности, образующей поперечное сечение стержня 2), но не только.
Согласно варианту осуществления, представленному на фиг.3D, если кончик 1 рассматривать как конус, то каждая боковая поверхность 4 кончика 1 углублена внутрь сильнее, чем боковая поверхность конуса.
Наклон боковой поверхности (поверхностей) 4 кончика 1 может быть задан как радиус кривизны R. Чтобы сбалансировать удобство забивания и пробивающую способность, предпочтительно, чтобы радиус кривизны R лежал в диапазоне 1,5-40 мм.
Наклон боковой поверхности (поверхностей) 4 кончика 1 может быть задан с использованием угла (угол наклона λ), образованного касательной М и осевым направлением Х, при этом касательная М проведена в сторону вершины 9 и проходит через точку на боковой поверхности 4. То есть, как показано в отношении режущей поверхности на фиг.3F, углы наклона λ1, λ2 и λ3 заданы таким образом, чтобы отношение между ними было λ1>λ2>λ3, при этом углы наклона λ1, λ2 и λ3 проходят через точку со стороны граничной кромки 8, центральную точку и точку со стороны вершины 9 на боковой поверхности 4. В области граничной кромки 8 кончик 1 предпочтительно имеет большой угол наклона λ, например 45 градусов и более или 60 градусов и более. Также предпочтительно, чтобы в области вершины 9 кончик 1 имел малый угол наклона λ, например 45 градусов и меньше или 30 градусов и меньше.
Боковые поверхности 4 кончика 1 предпочтительно образованы плоскими режущими поверхностями 5. Согласно варианту осуществления, представленному на фиг.3, кончик 1 имеет четыре боковые поверхности 4, образованные четырьмя одинаковыми режущими поверхностями 5. Режущие поверхности обычно образованы посредством обработки резанием, но не обязательно. В представленном на чертеже варианте осуществления каждая режущая поверхность 5 представляет собой не плоскость, а вогнутую изогнутую поверхность, плавно изгибающуюся внутрь, при этом ребро 6, которое является границей между соседними режущими поверхностями 5, образует наружную кромку. Таким образом, если режущие поверхности 5 изгибаются внутрь, то каждая боковая поверхность 4 может иметь угол наклона, непрерывно уменьшающийся в осевом направлении Х. Каждое ребро может представлять собой дугообразную линию, а может быть прямолинейным. В случае прямолинейного ребра 6 данное ребро 6 может быть точкой на боковой поверхности воображаемой конической формы.
Согласно варианту осуществления, представленному на фиг.3Е, поперечное сечение кончика 1, если смотреть со стороны вершины 9, представляет собой квадрат с вогнутыми сторонами. Каждая вогнутая криволинейная поверхность режущих поверхностей 5 может быть образована плоскостями (например, тремя плоскостями). Соседние ребра 6 образуют поперечное сечение с заостренными углами, но могут образовывать как заостренный, так и скругленный угол.
Кончик 1 может иметь боковую поверхность 4, образованную на одной из режущих поверхностей 5. Согласно варианту осуществления, представленному на фиг.4А-4С, кончик 1 не имеет ребристой кромки 6. Боковая поверхность 4 данного кончика 1 образована гладкой вогнутой криволинейной поверхностью, наружная периферия которой имеет дугообразную форму и которая изогнута внутрь. То есть в данном исполнении кончик 1 выполнен таким образом, что наклон боковой поверхности 4 в любом месте в направлении оси Х, а также изменение кривизны одинаковы по всей окружности наружной периферии. Как показано на фиг.4С, поперечное сечение кончика 1, если смотреть со стороны вершины 9, имеет форму круга. В данном исполнении кончик 1 может иметь более острую заостренную вершину 9.
На фиг.5А-5D показан вариант осуществления, в котором кончик 1 имеет режущие поверхности 5. На фиг.5А и 5В показан пример, в котором кончик 1 имеет шесть режущих поверхностей 5. На фиг.5С и 5D показан пример, в котором кончик 1 имеет восемь режущих поверхностей 5. Количество режущих поверхностей 5 может составлять две, три, пять, десять, двенадцать или шестнадцать, но не ограничивается данными величинами. Если кончик 1 снабжен боковыми поверхностями 4, которые образованы режущими поверхностями 5, то кончик 1 легко обрабатывать. Предпочтительно, чтобы кончик 1 имел поперечное сечение, образованное соединением каждой точки на ребристых кромках 6, в виде правильного многоугольника. В этом случае анизотропность гвоздя невелика, и, соответственно, легко забивать гвоздь в элемент перпендикулярно. Предпочтительно, чтобы кончик 1 имел небольшое количество режущих поверхностей 5, так как наличие множества режущих поверхностей 5 создает проблемы при обработке резанием, к тому же нельзя расширить каждую из вогнутых криволинейных поверхностей. Таким образом, предпочтительно, в частности, чтобы кончик 1 имел четыре режущих поверхности. При наличии четырех режущих поверхностей геометрическая форма, не обладающая анизотропией, может быть образована небольшим количеством боковых поверхностей, что позволяет улучшить производительность. Кроме того, каждая режущая поверхность 5 может иметь широкий участок и может быть сильнее изогнута.
На фиг.6А и 6В показан вариант осуществления кончика 1. Кончик 1 имеет наклон, который в области граничной кромки 8 представляет собой тупой угол больше 90 градусов к осевому направлению Х, и выполнен таким образом, что непрерывно сужается к концу кончика. То есть кончик 1 образован вогнутым участком 12 и выступающим участком 13, который выступает из вогнутого участка 12 в осевом направлении Х. Вогнутый участок 12 размещен на наружной периферии и изогнут в противоположную сторону в осевом направлении Х (в сторону шляпки). Другими словами, кончик 1 включает в себя первую часть Р1 и вторую часть Р2 со стороны стержня 2 (граничная кромка 8) и со стороны конца кончика (вершина 9), соответственно, так что наклон к осевому направлению уменьшается по направлению к концу кончика. Угол наклона первой части Р1 уменьшается к концу кончика (вершине 9) от граничной кромки 8, а затем становится равным углу наклона второй части Р2 на стыке J со второй частью Р2. Вторая часть Р2 принимает форму конуса, имеющего постоянный угол наклона. Согласно данной конструкции, удобство забивания может быть повышено с помощью заостренного выступающего участка 13. Пробивающая способность может быть улучшена с помощью граничной кромки 8. Выступающий участок 13 может иметь коническую форму, форму деформированного конуса, боковая поверхность которого вогнута, или форму пирамиды, имеющей ребра 6 и боковые поверхности, каждая из которых представляет собой плоскость или вогнутую криволинейную поверхность.
На фиг.6С и 6D показан вариант осуществления кончика 1. На данной иллюстрации кончик 1 имеет плоскость (граничную поверхность 14), которая почти перпендикулярна осевому направлению Х, на границе между кончиком 1 и стержнем 2. То есть угол наклона λ кончика 1 в области граничной кромки 8 составляет 90 градусов. Если сформулировать по-другому, кончик 1 включает в себя первую часть Р1 и вторую часть Р2 со стороны стержня 2 (граничная кромка 8) и со стороны конца кончика (вершина 9), соответственно, так что наклон к осевому направлению Х уменьшается по направлению к концу кончика. Угол наклона второй части Р2 меньше угла наклона первой части Р1. Вторая часть Р2 представляет собой выступающий участок 13 конической (или пирамидальной) формы, который выступает относительно граничной поверхности 14 к концу кончика. Таким образом, наклон (угол наклона) второй части 1 уменьшается к концу кончика прерывистым, ступенчатым образом. Таким образом, удобство забивания гвоздя можно повысить с помощью заостренной части выступающего участка 13, а пробивающую способность можно улучшить с помощью граничной поверхности 14. Выступающий участок 13 может иметь коническую форму, форму деформированного конуса, боковая поверхность которого вогнута, или форму пирамиды, имеющей ребра 6 и боковые поверхности, каждая из которых представляет собой плоскость или вогнутую криволинейную поверхность.
На фиг.6Е показан вариант осуществления кончика 1. В данном исполнении кончик 1 выполнен таким образом, что угол наклона λ уменьшается ступенчато, шаг за шагом. То есть кончик 1 включает в себя первую часть (13а), вторую часть (13b) и третью часть (13с), расположенные в упомянутом порядке от стержня 2 (граничной кромки 8) до конца кончика (вершины 9) таким образом, что угол наклона к осевому направлению Х уменьшается. На данном чертеже кончик 1 имеет ступенчатую, а именно трехступенчатую, конструкцию, однако ступенчатая конструкция может быть двухступенчатой, четырехступенчатой и т.д. Поперечное сечение кончика круглое, однако может иметь форму квадрата или многоугольника.
Согласно варианту осуществления, представленному на фиг.6Е, кончик 1 образован основанием 13а выступа, серединой 13b выступа и верхушкой 13с выступа. Основание 13а выступа соединено со стержнем 2 по граничной кромке 8. Середина 13b выступа расположена между основанием 13а выступа и верхушкой 13с выступа. Верхушка 13с выступа имеет форму конуса и вершину 9 на конце кончика 1. Каждый из упомянутых элементов - основание 13а выступа, середина 13b выступа и верхушка 13с выступа - имеет собственные сходные поперечные сечения, постепенно уменьшающиеся в размерах. Они выполнены таким образом, что вариации размеров уменьшаются (становятся меньше) к концу кончика, а именно сужение середины 13b выступа более пологое, чем сужение основания 13а выступа, а сужение верхушки 13с выступа более пологое, чем сужение середины 13b выступа. То есть углы наклона λ1, λ2 и λ3 соотносятся между собой как λ1>λ2>λ3, при этом λ1 - угол наклона боковой поверхности основания 13а выступа, λ2 - угол наклона боковой поверхности середины 13b выступа, а λ3 - угол наклона боковой поверхности верхушки 13с выступа. На чертеже каждый из углов наклона λ1, λ2, λ3 постоянный, но кончик также может быть выполнен таким образом, что каждый угол наклона уменьшается по направлению к концу кончика 1. Каждая боковая поверхность участков 13а, 13b и 13с может быть вогнутой криволинейной поверхностью или режущей поверхностью. Согласно данному исполнению, как показано в варианте осуществления, представленном на фиг.6Е, выступ 13 (верхушка 13с выступа) позволяет повысить удобство забивания гвоздя. Пробивающая способность также может быть улучшена с помощью основания 13а выступа, которое расширяется по направлению к граничной кромке 8.
Были разъяснены способы повышения удобства забивания гвоздя вручную, однако по настоящему изобретению крепежный гвоздь также может быть забит при помощи механизированного инструмента для забивания гвоздей. Элемент, в который забивают крепежный гвоздь по изобретению, помимо наружных материалов стены может представлять собой другой материал стены, такой как внутренний материал стены или материал крыши. Крепежный гвоздь также может быть использован для соответствующих материалов, таких как дерево, помимо материалов на керамической основе.
Как упомянуто выше, так как крепежный гвоздь по изобретению имеет кончик 1, угол сужения (угол наклона) которого уменьшается по направлению к концу кончика 1, является возможным сбалансировать удобство забивания остроконечного гвоздя и пробивающую способность тупоконечного гвоздя. В частности, в наружных материалах стен на керамической основе можно уменьшить растрескивание или эффект «hanasaki» (отскакивание, вываливание) и прикрепить наружный материал стенки, легко забив крепежный гвоздь в материал лишь с помощью усилий человека (забивание вручную).
ПРИМЕР
Настоящее изобретение будет более подробно объяснено на основе примеров.
(Испытание 1) Было осуществлено испытание забиванием гвоздя из нержавеющей стали (SUS304) в наружный материал стены на керамической основе. Гвозди, использованные в испытании, показаны ниже.
(Практический пример 1) Практическим примером 1 послужил гвоздь, форма которого показана на иллюстрации варианта осуществления на фиг.3, включающий в себя кончик, имеющий конусный угол 9 в 60 градусов, режущие поверхности 5, образованные четырьмя одинаковыми вогнутыми поверхностями, и стержень 2, снабженный выступами 10. Каждый радиус кривизны вогнутых поверхностей относительно осевого направления Х составлял 5 мм.
(Практический пример 2) Практическим примером 2 послужил гвоздь, форма кончика 1 которого показана на фиг.4, в частности, имеющий круглое поперечное сечение, при этом кончик 1 включал в себя конец кончика с конусным углом в 60 градусов и вогнутую боковую поверхность 4. Радиус кривизны вогнутой поверхности (боковая поверхность 4) относительно осевого направления Х составлял 5 мм. Стержень 2 и головка 3 были такими же, как в практическом примере 1.
(Сравнительный пример 1) Сравнительным примером 1 послужил гвоздь, форма кончика которого показана на фиг.2А, включающий в себя конец кончика с конусным углом θ в 30 градусов и режущие поверхности 5, образованные четырьмя одинаковыми плоскостями. Стержень 2 и головка 3 были такими же, как в практическом примере 1.
(Сравнительный пример 2) Сравнительным примером 2 послужил гвоздь, форма кончика 1 которого показана на фиг.2В (тупоконечный гвоздь), в частности, с торцевой поверхностью 11, перпендикулярной осевому направлению Х. Стержень 2 и головка 3 были такими же, как в практическом примере 1.
(Сравнительный пример 3) Сравнительным примером 3 послужил гвоздь, форма кончика которого показана на фиг.2С, включающий в себя конец кончика с конусным углом 9 в 60 градусов и режущие поверхности 5, образованные четырьмя одинаковыми плоскостями. Стержень 2 и головка 3 были такими же, как в практическом примере 1.
(Сравнительный пример 4) Сравнительным примером 4 послужил гвоздь, форма кончика 1 которого показана на фиг.2Е (типа стамески), в котором кончик 1 имеет две одинаковые плоские полукруглые режущие поверхности 5, и угол (конусный угол поверхностей), образованный режущими поверхностями 5, 5, составлял 60 градусов. Стержень 2 и головка 3 были такими же, как в практическом примере 1.
(Метод испытаний) Каждый из них был забит в материал наружной стены на керамической основе, за которым были расположены деревянные обрешетины, чтобы оценить разрушение материала (растрескивание), легкость забивания и прочность соединения (прочность на вытягивание) с деревянными обрешетинами (основанием).
Разрушение материала оценивалось следующим образом:
«А» - признаков разрушения не видно,
«В» - признаков разрушения почти не видно,
«С» - видно небольшое растрескивание и
«D» - видно сильное разрушение.
Легкость забивания оценивалась следующим образом:
«А» - гвоздь легко забить вручную,
«В» - гвоздь можно забить вручную, но потребовалось большое усилие и
«С» - гвоздь невозможно было забить вручную и пришлось использовать механизированный инструмент для забивания гвоздей.
Прочность соединения оценивалась следующим образом:
«А» - высокая прочность соединения,
«В» - низкая прочность соединения.
(Результат) Результаты показаны в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||||
| Пример | Сравнительный пример | |||||
| 1 | 2 | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Разрушение и удаление краски | А | А | D | A | C | C |
| Легкость забивания | А | А | А | C | B | C |
| Прочность соединения | А | А | А | B | A | B |
Как показано в Таблице 1, подтвердилось, что использование гвоздей из практических примеров 1 и 2 не приводит к поломке гвоздя и удалению краски, данные гвозди легко забивать вручную, и они обеспечивают высокую прочность соединения.
(Испытание 2) Было выполнено испытание забиванием гвоздя из нержавеющей стали (SUS304) в наружный материал стены на керамической основе с рисунком, имеющим небольшой рельеф (впадины и выпуклости). Гвозди, использованные в испытании, показаны ниже.
(Практический пример 3) Практическим примером 3 был гвоздь, форма которого показана на иллюстрации варианта осуществления на фиг.3, включающий в себя кончик, имеющий конусный угол θ в 70 градусов, режущие поверхности 5, образованные четырьмя одинаковыми вогнутыми поверхностями, и стержень 2, снабженный выступами 10.
Следует отметить, что ребра 6 имели криволинейную форму, и радиус кривизны R каждого ребра в осевом направлении составлял 4 мм.
Диаметр стержня 2 составлял 2,3 мм. Полная длина гвоздя составляла 40 мм. Длина кончика 1 в осевом направлении Х составляла 1,8 мм. Каждый выступ 10 имел форму кольца высотой 2,5 мм, и шаг выступов 10 (расстояние между соседними выступами 10) составлял 1,1 мм.
(Сравнительный пример 5) Сравнительным примером 5 послужил гвоздь, форма кончика 1 которого показана на фиг.2А, включающий в себя конец кончика с конусным углом θ в 30 градусов и режущие поверхности 5, образованные четырьмя одинаковыми плоскостями. Стержень 2 и головка 3 были такими же, как в практическом примере 3.
(Сравнительный пример 6) Сравнительным примером 6 послужил гвоздь, форма кончика 1 которого показана на фиг.2В (тупоконечный гвоздь), включающий в себя стержень 2 диаметром 2,3 мм. Другие исполнения были аналогичны практическому примеру 3.
(Сравнительные примеры 7-10) Каждый из гвоздей в сравнительных примерах 7-10 имеет ту же форму, что и гвоздь из сравнительного примера 5, за исключением конусного угла θ кончика. То есть углы сравнительных примеров 7, 8, 9 и 10 составляли 100 градусов (тупой угол), 50 градусов, 70 градусов и 80 градусов, соответственно.
(Испытание забиванием гвоздя) Каждый гвоздь из практического примера 3 и сравнительных примеров 5-10 забили в наружный материал стены на керамической основе, поверхность которого имела рисунок с небольшим рельефом (выпуклостями и впадинами), за которым располагались деревянные обрешетины, чтобы оценить разрушение (растрескивание). Испытание проводилось путем забивания десяти гвоздей в наружный материал стены. То есть 10 гвоздей были забиты в наружный материал стены в качестве примера.
Тупоконечный гвоздь (сравнительный пример 6) и гвоздь с тупым конусным углом θ (сравнительный пример 6) не получилось забить вручную, и, соответственно, для их забивания был применен механизированный инструмент.
Поломка вбиваемой части гвоздя в наружном материале стенки была подтверждена зрительным наблюдением и оценена в соответствии с приведенными ниже семью стадиями.
1. Значительное растрескивание и отсоединение (отслоение).
2. Сильное растрескивание и отсоединение.
3. Сильное растрескивание или отсоединение.
4. Небольшое растрескивание и незначительное отсоединение.
5. Небольшое растрескивание или незначительное отсоединение.
6. Незначительное растрескивание или очень незначительное отсоединение.
7. Никаких повреждений типа трещин и т.п.
(Результат) Результаты показаны в таблице 2, при этом каждая цифра соответствует среднему значению для каждого примера (каждых десяти гвоздей).
| Таблица 2 | |||||||
| Сравнительный пример | Практический пример | ||||||
| 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 3 | |
| Конусный угол θ | 26º | Тупоконечный | 100º | 50º | 70º | 80º | 70º |
| Режущая поверхность | Плоская | Торец | Плоская | Плоская | Плоская | Плоская | Вогнутая криволинейная поверх-ность |
| Наружный материал стены 1 | 2,3 | 6,2 | 6 | 4,7 | 6,1 | 6,1 | 6,3 |
| Наружный материал стены 2 | 1 | 5,7 | 4,6 | 1,6 | 2,6 | 3,4 | 5 |
| Примечания | Возникли трещины | Трудно забивать вручную | Меняется угол забивания | Некоторые гвозди погнулись | Некоторые гвозди погну-лись | Некоторые гвозди погну-лись | - |
Как показано в таблице 2, гвозди из практического примера 3 позволили значительно уменьшить растрескивание по сравнению с другими, особенно с гвоздями из сравнительного примера 9, имеющими такой же конусный угол θ, что и гвозди из практического примера 3.
В сравнительном примере 6, когда тупоконечные гвозди забивали с усилием, они изгибались, и возникал эффект «hanasaki» (отскакивание, вываливание) на задней стороне обрешетин. В сравнительном примере 5 с острым конусным углом, когда остроконечные гвозди забивали в конец наружного материала стены (прямоугольной формы), трещины возникали в 20 мм от края наружного материала стены. В каждом из сравнительных примеров 8-10 с углами θ в 50 градусов или больше некоторые гвозди гнулись. В сравнительном примере 7 с конусным углом θ в 100 градусов, при забивании гвоздя вручную, угол забивания (угол к поверхности наружного материала стены) менялся в процессе заглубления гвоздя в материал. Эффект «hanasaki» (отскакивание, вываливание) также имел место с задней стороны обрешетин. Согласно практическим примерам настоящего изобретения, данные проблемы были решены.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на определенные предпочтительные варианты осуществления, многочисленные модификации и изменения могут быть выполнены специалистами в данной области техники без отступления от истинной сущности и объема данного изобретения, а именно от формулы изобретения.
1. Крепежный гвоздь, содержащий шляпку, стержень и кончик, причем стержень имеет форму спицы, а кончик сужается в направлении оси стержня, в котором кончик выполнен таким образом, что угол наклона к осевому направлению уменьшается к концу кончика, и конусный угол на конце кончика составляет от 25 до 90°, при этом кончик содержит, по меньшей мере, одну боковую поверхность, выполненную в виде вогнутой криволинейной поверхности.
2. Крепежный гвоздь по п.1, в котором кончик содержит боковые поверхности, каждая из которых образована режущей поверхностью.
