建筑裝配式墻板旋轉式卡鉤鎖扣技術綜述

■鄭卡云，祝子豪 ■國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，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在于各模塊之間的拼接以及模塊內部的拼接。早期的模塊化建筑一般將各模塊在工廠組裝加工好再運送至現場進行拼接，但由于各模塊所占空間較大，運送成本也相對較高，而將各構件運送至現場進行拼接，則由于加工條件的限制，造成拼接困難，因此，構件之間的可拼接、拆卸性一度成為研究熱點。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。卡鉤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，開始有不少中國學者研究旋轉式卡鉤鎖扣，對該鎖扣的改進陸續申請了不少的專利，其所涉及的領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。旋轉式卡鉤鎖扣其組要部件如下:鉤座、卡座，其中鉤座內設置有卡鉤，卡鉤與卡座內的嵌條相嵌合，在鉤座上設有旋轉螺絲，將上述鉤座和卡座埋設于墻體內，旋轉螺絲與外墻設有連通孔，可以在墻體外側通過扳手伸入通孔內，擰動螺絲，即可帶動卡鉤進行旋轉，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 年至今的文獻年代分布情況以及各國申請情況。

從上圖可看出，旋轉式卡鉤鎖扣在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;隨后的數據中除了1990 年該階段的數據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、模塊化以及可持續性需求的增長，預期今后在該技術主題下的申請量仍會持續上升。

2 旋轉式卡鉤鎖扣技術發展過程分析

最早的墻板連接，跟門板的連接相似，都是從板外側進行連接，而墻板其由于使用環境多暴露于室外，從板外連接的話勢必會導致連接件銹蝕、松動，進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部的連接方式，其采用在板體內部設置連接通道再在墻體兩端結合偏心塊以固定兩片墻體的方法，具體方案如下:

圖2-1 早期墻板內部連接方式

上述方案為在兩片板體的端部開設連接用通槽，通槽連通板件外部，在通槽內設置連接桿，連接桿上設有褶皺，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置榫眼，以方便偏心塊的插接，同時在偏心塊的上方設置有方便螺絲刀等器具擰動的槽口。該技術方案實施的流程是，安裝板件時，將上述連接桿至于通槽內，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，其在通道口外部設置有堵塊。該技術方案為最早的墻板內連接件雛形，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，且板件內有較大的開槽空間，會導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式墻板鎖扣，方案如下圖:

圖2-2 最早的旋轉式卡鉤墻板鎖扣

RUDOLF 提出了在板體兩端部埋設鉤座和卡座，其中在鉤座上設置與墻體外部連通的螺孔，卡座上設置齒狀嵌條，在嵌條上設置與墻體外部連通的螺孔，在螺孔上設置旋轉螺桿。當要實現兩片墻體的鎖合時，從外界通過螺絲刀或扳手擰動左邊卡鉤上的螺桿，以帶動卡鉤往右旋轉扣合在嵌條上，通過擰動在嵌條上設置的螺桿，調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。盡管在后續幾十年，縱多學者對卡鉤旋轉式鎖扣作出了諸多改進，但其主要構造并沒有實質性的改變，該種鎖扣的出現，大大地推動了臨時建筑的發展。

美國的LINDGREN 于1955 年提出一種與上述鎖扣類似的旋轉式鎖扣，其在卡鉤的限位上作出了適當的改進，其對卡鉤遠離鎖合面的端面設置為齒狀，同時，設置一帶棘爪的凸輪，通過該凸輪的棘爪與卡鉤的齒狀部進行咬合，進而防止卡鉤回轉，同時為了防止卡鉤過度地往下掉，其設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 的基礎上作出了改進(US2842814A)，其對左邊鉤座上的螺栓孔作出了簡單的改進，將螺栓孔設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置調整螺栓。通過擰動左邊鉤座上的偏心螺栓即可自動調整卡鉤與嵌條的固定間距，這樣不僅簡化了旋轉卡鉤式鎖扣的結構，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，大大簡化了施工操作工序。

3 鉤座的改進

3.1 鉤座偏心旋轉軌道

隨著鉤座偏心旋轉技術發展，偏心旋轉的平穩性一度成為研究熱點。在1983 年比利時的IMMOBIL 在專利申請BE897304A2 中提到了在卡鉤部設置弧形導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軌，卡掣片在弧形導軌上滑動，進而卡鉤平緩地偏心旋轉，與嵌條相嵌合。同樣地，專利文獻NL8701983A 也在鉤座上設置卡槽，通過凸柱來導向，以使得卡鉤平穩旋轉。

而至于導向槽的形狀，多數為常規的圓弧狀，導向槽的數量可以是一道也可以是多道，諸如專利文獻CN101280578A，其在鉤板上設置導軌，利用該導軌達到引導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性，軌道可設置為多道。而有部分專利，其導向槽為S 型，該S 型的軌道位置及設置方式與上述圓弧型軌道有較大的差別，諸如專利文獻US3309115A 及US4065161A。其偏心旋轉軌道依據的是卡鉤自身的S 型軌道，將卡鉤彎折成S 型，然后結合相應的部件完成偏心旋轉。

3.2 凸輪式迫緊旋轉式卡鉤鎖扣

1998 年臺灣申請人黃建發在其專利申請CN2296985Y 中提到了一種凸輪式迫緊旋轉式卡鉤鎖扣，其將鉤座通過設置成偏心凸輪的形式帶動卡鉤旋轉與卡座的嵌條相嵌合，卡鉤夾于兩片迫緊凸輪中間，通過拉釘穿設來將卡鉤和迫緊凸輪相互結合，卡鉤與凸輪的結合通過兩者的摩阻力來實現，偏心輪上設置有六角螺孔，通過一啟動桿轉動該螺孔，帶動偏心凸輪的旋轉進而帶動卡鉤的旋轉。上述鎖扣形式簡單，操作方便，從一定程度上簡化了傳統卡鉤的設置形式。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實現的，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;而當拉釘與迫緊凸輪拉掣過松時，則會產生迫緊凸輪空轉無法帶動扣鉤一起旋轉，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的迫緊勾扣結構(CN201172893Y)，該方案通過彈性嵌體抵設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于該迫緊凸輪的精度;通過彈性嵌體抵掣于卡鉤的通孔內緣，通過該彈性嵌體的抵掣，即可以達到穩固定位的效果。該方案在卡鉤的通孔內緣相對于卡鉤的鉤部位置處設有一嵌掣口，通過該嵌掣口的設置，當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，而不再繼續施力扳動，以免再強行扳動，造成構件損壞。

4 小結

總的來說，旋轉式卡鉤鎖扣的結構發展歷程經歷了由簡單到復雜再到簡單的過程，其改進的方向是使得操作簡單化，結構安全化。旋轉式卡鉤鎖扣為臨時建筑、模塊建筑的發展作出了巨大的貢獻，預計未來旋轉式卡鉤鎖扣更多的改進方向為卡座的改進，利用多頭卡座來對應多個鉤座，從而簡化結構、方便操作。