建筑裝配式墻板旋轉(zhuǎn)式卡鉤鎖扣技術(shù)綜述

■鄭卡云，祝子豪 ■國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215500

1 概述

近年來，隨著建筑移動性需求的增長，模塊化建筑已然是目前的趨勢。模塊化建筑其核心的技術(shù)在于各模塊之間的拼接以及模塊內(nèi)部的拼接。早期的模塊化建筑一般將各模塊在工廠組裝加工好再運(yùn)送至現(xiàn)場進(jìn)行拼接，但由于各模塊所占空間較大，運(yùn)送成本也相對較高，而將各構(gòu)件運(yùn)送至現(xiàn)場進(jìn)行拼接，則由于加工條件的限制，造成拼接困難，因此，構(gòu)件之間的可拼接、拆卸性一度成為研究熱點(diǎn)。對于板體之間的連接，常見的有榫舌連接、鉸鏈連接、鎖扣連接以及固接，上述幾種方式的連接其各有利弊?？ㄣ^式鎖扣連接由于其操作的便利性，只需要一把扳子或一把螺絲刀就可以實現(xiàn)板件的頂緊和拆卸，因此，其在中國板件連接件市場上也越來越受歡迎。自2000 年以來，開始有不少中國學(xué)者研究旋轉(zhuǎn)式卡鉤鎖扣，對該鎖扣的改進(jìn)陸續(xù)申請了不少的專利，其所涉及的領(lǐng)域除了建筑墻板的連接，還有不少的冷庫、制冷器具的板體連接。旋轉(zhuǎn)式卡鉤鎖扣其組要部件如下:鉤座、卡座，其中鉤座內(nèi)設(shè)置有卡鉤，卡鉤與卡座內(nèi)的嵌條相嵌合，在鉤座上設(shè)有旋轉(zhuǎn)螺絲，將上述鉤座和卡座埋設(shè)于墻體內(nèi)，旋轉(zhuǎn)螺絲與外墻設(shè)有連通孔，可以在墻體外側(cè)通過扳手伸入通孔內(nèi)，擰動螺絲，即可帶動卡鉤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，與卡座中的嵌條相卡合。

圖1 各時間段各國申請量分布圖

由于模塊式建筑起源于歐美，因此，旋轉(zhuǎn)式卡鉤鎖扣的專利申請也主要分布于歐美，下圖為從1940 年至今的文獻(xiàn)年代分布情況以及各國申請情況。

從上圖可看出，旋轉(zhuǎn)式卡鉤鎖扣在1940 年至1960 年期間，處于萌芽階段，該階段的申請主要為美國申請;隨后的數(shù)據(jù)中除了1990 年該階段的數(shù)據(jù)有小幅度的下降以外，從1940 年開始，申請量是逐步增大的，申請最為活躍的時期為2000 年至2010 年，如果按年均增長量來看，到2010 年以后申請量也處于穩(wěn)步增長的階段。通過上述圖表可得知，申請量名列首位的基本上是美國，德國其申請量稍次于美國。中國在2000 年以前，該技術(shù)主題的專利申請多為外國同族申請，自2000 年以后，本國申請量逐步增長。隨著中國建筑移動性、模塊化以及可持續(xù)性需求的增長，預(yù)期今后在該技術(shù)主題下的申請量仍會持續(xù)上升。

2 旋轉(zhuǎn)式卡鉤鎖扣技術(shù)發(fā)展過程分析

最早的墻板連接，跟門板的連接相似，都是從板外側(cè)進(jìn)行連接，而墻板其由于使用環(huán)境多暴露于室外，從板外連接的話勢必會導(dǎo)致連接件銹蝕、松動，進(jìn)而無法滿足正常使用。最早英國的FRANCIS 于1920年提出了一種板件內(nèi)部的連接方式，其采用在板體內(nèi)部設(shè)置連接通道再在墻體兩端結(jié)合偏心塊以固定兩片墻體的方法，具體方案如下:

圖2-1 早期墻板內(nèi)部連接方式

上述方案為在兩片板體的端部開設(shè)連接用通槽，通槽連通板件外部，在通槽內(nèi)設(shè)置連接桿，連接桿上設(shè)有褶皺，以增大連接桿與板體的摩阻力，在連接桿的兩端部的下部設(shè)置榫眼，以方便偏心塊的插接，同時在偏心塊的上方設(shè)置有方便螺絲刀等器具擰動的槽口。該技術(shù)方案實施的流程是，安裝板件時，將上述連接桿至于通槽內(nèi)，然后在連接桿榫眼處插接偏心塊，并擰動槽口，以使得偏心塊與板件緊密扣合，同時為了不影響美觀，其在通道口外部設(shè)置有堵塊。該技術(shù)方案為最早的墻板內(nèi)連接件雛形，但其由于這種原始的槽榫連接對其各零部件的加工精度有較高的要求，且板件內(nèi)有較大的開槽空間，會導(dǎo)致板件端部的承載力下降，因此，其并沒有得到大幅度的推廣。

1940 年，美國的RUDOLF 第一次提出了卡鉤式旋轉(zhuǎn)式墻板鎖扣，方案如下圖:

圖2-2 最早的旋轉(zhuǎn)式卡鉤墻板鎖扣

RUDOLF 提出了在板體兩端部埋設(shè)鉤座和卡座，其中在鉤座上設(shè)置與墻體外部連通的螺孔，卡座上設(shè)置齒狀嵌條，在嵌條上設(shè)置與墻體外部連通的螺孔，在螺孔上設(shè)置旋轉(zhuǎn)螺桿。當(dāng)要實現(xiàn)兩片墻體的鎖合時，從外界通過螺絲刀或扳手?jǐn)Q動左邊卡鉤上的螺桿，以帶動卡鉤往右旋轉(zhuǎn)扣合在嵌條上，通過擰動在嵌條上設(shè)置的螺桿，調(diào)整嵌條與卡鉤之間的間距。RUDOLF鎖扣操作較FRANCIS 大大簡化，且連接牢固、可靠。盡管在后續(xù)幾十年，縱多學(xué)者對卡鉤旋轉(zhuǎn)式鎖扣作出了諸多改進(jìn)，但其主要構(gòu)造并沒有實質(zhì)性的改變，該種鎖扣的出現(xiàn)，大大地推動了臨時建筑的發(fā)展。

美國的LINDGREN 于1955 年提出一種與上述鎖扣類似的旋轉(zhuǎn)式鎖扣，其在卡鉤的限位上作出了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，其對卡鉤遠(yuǎn)離鎖合面的端面設(shè)置為齒狀，同時，設(shè)置一帶棘爪的凸輪，通過該凸輪的棘爪與卡鉤的齒狀部進(jìn)行咬合，進(jìn)而防止卡鉤回轉(zhuǎn)，同時為了防止卡鉤過度地往下掉，其設(shè)置有另一根限位螺栓。上述方法雖然較好地固定了卡鉤，但從施工流程來看，在實際操作中，需要擰動3 根螺栓才能較好地固定卡鉤，因此，這種固定方式并未被看好。

受RUDOLF 及FRANCIS 的影響，1948 年美國SIMMONS FASTENER 公司在RUDOLF 的基礎(chǔ)上作出了改進(jìn)(US2842814A)，其對左邊鉤座上的螺栓孔作出了簡單的改進(jìn)，將螺栓孔設(shè)置為偏心螺孔的方式，這樣右邊卡座上的嵌條上就無需再設(shè)置調(diào)整螺栓。通過擰動左邊鉤座上的偏心螺栓即可自動調(diào)整卡鉤與嵌條的固定間距，這樣不僅簡化了旋轉(zhuǎn)卡鉤式鎖扣的結(jié)構(gòu)，也使得在板件鎖合和拆卸過程中，只需要擰動一根螺栓就可以實現(xiàn)，大大簡化了施工操作工序。

3 鉤座的改進(jìn)

3.1 鉤座偏心旋轉(zhuǎn)軌道

隨著鉤座偏心旋轉(zhuǎn)技術(shù)發(fā)展，偏心旋轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性一度成為研究熱點(diǎn)。在1983 年比利時的IMMOBIL 在專利申請BE897304A2 中提到了在卡鉤部設(shè)置弧形導(dǎo)軌及制掣片以提高卡鉤與嵌條固定的平緩性。上述鉤座中存在弧形導(dǎo)軌，卡掣片在弧形導(dǎo)軌上滑動，進(jìn)而卡鉤平緩地偏心旋轉(zhuǎn)，與嵌條相嵌合。同樣地，專利文獻(xiàn)NL8701983A 也在鉤座上設(shè)置卡槽，通過凸柱來導(dǎo)向，以使得卡鉤平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。

而至于導(dǎo)向槽的形狀，多數(shù)為常規(guī)的圓弧狀，導(dǎo)向槽的數(shù)量可以是一道也可以是多道，諸如專利文獻(xiàn)CN101280578A，其在鉤板上設(shè)置導(dǎo)軌，利用該導(dǎo)軌達(dá)到引導(dǎo)鉤板動作緊扣勾扣組件的動作，也借此增加鉤板的動作平穩(wěn)性，軌道可設(shè)置為多道。而有部分專利，其導(dǎo)向槽為S 型，該S 型的軌道位置及設(shè)置方式與上述圓弧型軌道有較大的差別，諸如專利文獻(xiàn)US3309115A 及US4065161A。其偏心旋轉(zhuǎn)軌道依據(jù)的是卡鉤自身的S 型軌道，將卡鉤彎折成S 型，然后結(jié)合相應(yīng)的部件完成偏心旋轉(zhuǎn)。

3.2 凸輪式迫緊旋轉(zhuǎn)式卡鉤鎖扣

1998 年臺灣申請人黃建發(fā)在其專利申請CN2296985Y 中提到了一種凸輪式迫緊旋轉(zhuǎn)式卡鉤鎖扣，其將鉤座通過設(shè)置成偏心凸輪的形式帶動卡鉤旋轉(zhuǎn)與卡座的嵌條相嵌合，卡鉤夾于兩片迫緊凸輪中間，通過拉釘穿設(shè)來將卡鉤和迫緊凸輪相互結(jié)合，卡鉤與凸輪的結(jié)合通過兩者的摩阻力來實現(xiàn)，偏心輪上設(shè)置有六角螺孔，通過一啟動桿轉(zhuǎn)動該螺孔，帶動偏心凸輪的旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動卡鉤的旋轉(zhuǎn)。上述鎖扣形式簡單，操作方便，從一定程度上簡化了傳統(tǒng)卡鉤的設(shè)置形式。而上述鎖扣由于卡鉤與迫緊凸輪的定位方式是通過拉釘穿設(shè)實現(xiàn)的，其存在致命的缺陷就是，對拉釘施加于卡鉤和迫緊凸輪的拉掣力有較高的要求，如果拉釘將卡鉤與迫緊凸輪拉掣過緊時，會造成卡鉤卡死無法旋轉(zhuǎn);而當(dāng)拉釘與迫緊凸輪拉掣過松時，則會產(chǎn)生迫緊凸輪空轉(zhuǎn)無法帶動扣鉤一起旋轉(zhuǎn)，這對組裝上拉釘拉掣的松緊度要求非常高，會給組裝帶來諸多的不便。

2008 年臺灣申請人黃建豪提出了一種改進(jìn)的迫緊勾扣結(jié)構(gòu)(CN201172893Y)，該方案通過彈性嵌體抵設(shè)于卡鉤其通孔的抵掣力以輔助卡鉤的定位與動作，由此可以降低組裝時拉釘組設(shè)于該迫緊凸輪的精度;通過彈性嵌體抵掣于卡鉤的通孔內(nèi)緣，通過該彈性嵌體的抵掣，即可以達(dá)到穩(wěn)固定位的效果。該方案在卡鉤的通孔內(nèi)緣相對于卡鉤的鉤部位置處設(shè)有一嵌掣口，通過該嵌掣口的設(shè)置，當(dāng)鉤部扣鉤于卡座的卡栓上時，該彈性嵌體亦恰嵌卡于該嵌掣口中，與此，使用者即可明確得知，鉤部已扣勾于卡栓，而不再繼續(xù)施力扳動，以免再強(qiáng)行扳動，造成構(gòu)件損壞。

4 小結(jié)

總的來說，旋轉(zhuǎn)式卡鉤鎖扣的結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜再到簡單的過程，其改進(jìn)的方向是使得操作簡單化，結(jié)構(gòu)安全化。旋轉(zhuǎn)式卡鉤鎖扣為臨時建筑、模塊建筑的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)，預(yù)計未來旋轉(zhuǎn)式卡鉤鎖扣更多的改進(jìn)方向為卡座的改進(jìn)，利用多頭卡座來對應(yīng)多個鉤座，從而簡化結(jié)構(gòu)、方便操作。