JP2004019946A - 自己−穴あけ締結具及び木材基板を金属基板に取付ける方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】木材基板と金属基板とを相互に引きつけてこれら基板を一緒に締めつけ固定する締結具を提供する。
【解決手段】本発明の締結具は軸線と第１の端部と第２の端部とを有する細長い軸部を有する。第１の端部には穴あけ突端と軸方向の長さとを有する穴あけ先端部が形成され、第２の端部には広い頭部が形成されている。軸部はねじ部分とねじなし部分とを含み、ねじ部分は穴あけ先端部から頭部に向って軸方向に延びまたらせん状のねじ条を含み軸方向の長さと根元の直径とねじ条の直径とを有している。ねじ部分の長さは穴あけ先端部の長さより大きい。ねじなし部分はねじ部分から頭部に軸方向に延びまた軸方向の長さと直径とを有している。ねじなし部分の長さはねじ部分の長さより実質的に大きくねじなし部分の直径はねじ部分のねじ条の直径より小さくなっている。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の締結具は軸線と第１の端部と第２の端部とを有する細長い軸部を有する。第１の端部には穴あけ突端と軸方向の長さとを有する穴あけ先端部が形成され、第２の端部には広い頭部が形成されている。軸部はねじ部分とねじなし部分とを含み、ねじ部分は穴あけ先端部から頭部に向って軸方向に延びまたらせん状のねじ条を含み軸方向の長さと根元の直径とねじ条の直径とを有している。ねじ部分の長さは穴あけ先端部の長さより大きい。ねじなし部分はねじ部分から頭部に軸方向に延びまた軸方向の長さと直径とを有している。ねじなし部分の長さはねじ部分の長さより実質的に大きくねじなし部分の直径はねじ部分のねじ条の直径より小さくなっている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はねじ締結具の分野に関し、特に木材基板を金属基板に取付けるための締結具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
合板やハードボード（おがくずの圧縮板）のような木材基板を鋼の組立て部材のような金属基板に締結するための鋼の締結具はこの技術分野では公知である。一般に、これらの締結具は細長い軸部を有しまた動力工具によって軸方向に駆動されるようになっている。
【０００３】
多くの構造の適用例において、金属の支持スタッド（植込ボルト）は比較的太く、１２ゲージ鋼又はそれ以上の大きさとなっている。この用途の締結具は通常頭部近くの軸方向の位置から始まり軸方向に延びる少なくとも１つのねじ部分を有する細長い軸部を有し、また多くはねじ部分の直径より遠くにドリル用先端から離れて半径方向に延びる一組の翼部を含みそれによりねじ部分が木材に係合しないようになっており、これは木材を鋼の支持体に向って引きつけるのを困難にすることが知られている。大概の締結具は頭部に凹所を含み締結具駆動工具からのビット（刃先）を受け入れるようになっている。
【０００４】
この用途のために意図された締結具の実例は、０．７５インチ（１．９１ｃｍ）までの厚さの合板の基板を鋼に取付けるための翼部を有するイリノイツールワークス会社部品番号１０８２０００の１−７／１６インチ（３．６５ｃｍ）の長さの締結具と、ツーバイフォー（２対４の比率）のような厚い木材基板を厚い鋼に取付けるためのそれぞれが翼部を有する２．２５インチ（５．７２ｃｍ）の長さの締結具と２．７５インチ（６．９９ｃｍ）の長さの締結具からなるイリノイツールワークス会社部品番号１０９２０００と１０９４０００を含んでいる。これらの翼部は少なくともねじ条（ねじ山）の直径と同じ大きさの直径を有する穴をあけそれによりねじ条が木材に係合しないようになっている。翼部が鋼に突当った後翼部は折れそのため翼部が鋼にねじ条より大きい孔をあけることなく、ねじ条が鋼に雌ねじを切り鋼と木材とを一緒に締めつけ固定することができるようにする。これら締結具の各々にとって、鋼は一定の厚さを有し、それにより翼部が１−７／１６インチ（３．６５ｃｍ）締結具にとって少なくとも１６ゲージ鋼だけ、また２．２５及び２．７５インチ（５．７２及び６．９９ｃｍ）締結具にとって少なくとも０．１２５インチ（０．３２ｃｍ）だけ、折れるようにしなければならない。
【０００５】
木材を鋼の支持部材に取付けるようにする他の締結具は、締結具の頭部の近くの１．８７５インチ（４．７６ｃｍ）のねじ部分とねじ部分から先端までの１．５インチ（３．８１ｃｍ）の長さのねじなし部分とを有するＨｉｌｔｉねじ品目番号０００１０４２９の３．５インチ（８．８９ｃｍ）ねじである。Ｈｉｌｔｉねじのねじなし部分はねじ条が木材に係合する前に鋼を貫通して穴あけするのに十分な長さとなっている。木材を通って引出された後、ねじ条は鋼に雌ねじを切り木材を鋼に取付ける。
【０００６】
長いねじは短いねじに比べて問題を有している。第１に、長いねじはより多くの材料を必要とするため製造がより高価となる。第２に、長いねじは基板の中へと駆動されるにつれてぐらぐらし正しく駆動しないため取扱いと安定に保持することがより困難となる。第３に、長いねじはより長い穴あけ時間を要しそのため取付け作業者が長いねじを迅速に駆動するのがより難しくなり、作業を効率的でなくする。
【０００７】
構造産業においては金属の支持部材として１８−２２ゲージのような軽い鋼を用いることが最近の傾向となっているが、その理由は軽い鋼は安価でありまた重い鋼に匹敵する強度を提供するからである。上記のような翼部を設けた締結具は穴あけ先端部の翼部が折れないため木材基板を薄い鋼に取付けるには適当でない。翼部は金属にねじ条より大きい孔をあけ、それによりねじ条が鋼への取付けができないようにする。翼部が取除かれたならば、上記の長いねじ部分は木材に係合し締結具を木材を通って引張り続け、又は締結具の回転を停止し、頭部の凹所が締結具駆動工具により摩滅されるようにする。また、細長いねじ部分はそのねじ条が木材と鋼を係合させるため金属支持スタッドを木材に向って引き戻す作用をせず、木材と金属を離間したままとする。また多くの用途は約１．５インチ（３．８１ｃｍ）の厚さを有するツーバイフォーのような厚い木材基板を上記の薄い金属基板に取付けることを必要としている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
必要とされるものは、ツーバイフォーのような約１．５インチ（３．８１ｃｍ）の厚さの木材を軽いゲージの金属基板に取付け木材と金属基板とを相互に近づくよう引きつけ金属と木材とを一緒に締めつけ固定するための自己−穴あけ締結具である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、木材基板を金属基板に取付けるための自己−穴あけ締結具が提供される。本発明の締結具は動力工具によって軸方向に駆動されるようになっている。本発明の締結具は、軸線を区画形成し第１の端部と第２の端部を有する細長い軸部を含んでいる。穴あけ用先端部が軸部の第１の端部に形成され、穴あけ先端部は穴あけ突端と軸方向の長さとを有している。幅広い頭部が軸部の第２の端部に形成されている。軸部はねじ部分とねじなし部分とを含んでいる。ねじ部分は穴あけ先端部から頭部に向って軸方向に延びまたらせん状のねじ条と軸方向の長さと根元の直径とねじ条の直径とを含み、ねじ条の直径は根元部の直径より大きくねじ部の長さは穴あけ突端の長さより大きくなっている。ねじなし部分は軸方向にねじ部分から頭部に延びまた軸方向の長さと直径とを有し、ねじなし部分の直径はねじ条の直径より小さくまたねじなし部分の長さはねじ部分の長さより実質的に大きくなっている。
【００１０】
また本発明によれば、木材基板を金属基板に取付ける方法が提供される。本発明の方法は、上記のような締結具を提供する段階と、締結具の穴あけ突端を木材基板の選択された位置に置く段階と、木材基板の中に穴あけ突端により穴あけ突端が金属基板に突当るまで穴あけする段階と、金属基板の中に穴あけ突端によりねじ部が金属基板に到達するまで穴あけする段階と、金属基板にねじ部分のねじ条で雌ねじを切る段階と、金属基板と木材基板とをねじ条により一緒に引きつける段階と、金属基板をねじ条で締めつけ固定しそれにより金属基板が木材基板に対して締めつけられるようにする段階とを含んでいる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
これらのまたその他の目的、特徴及び利点は添付図面を参照する本発明の実施態様の以下の記載から明らかとなる。
【００１２】
木材基板２を金属基板４に取付けるための新規な発明の自己−穴あけ締結具１０が図１に示されている。締結具１０は一端１４に頭部１８を有する細長い軸部１２と、他端１６に穴あけ突端２２を有する翼部のない穴あけ先端部２０とを含んでいる。軸部１２は頭部１８の近くのねじなし部分２４と、ねじなし部分２４と穴あけ先端部２０との間のねじ部分２６とを含んでいる。ねじ部分２６は穴あけ先端部２０から頭部１８に向って軸方向に延び、またねじなし部分２４はねじ部分２６と頭部１８との間を軸方向に延びている。穴あけ先端部２０は穴あけ突端２２と金属の削りくずを締結具１０により穴あけされた孔から離れるよう案内するための少なくとも１つの穴あけ用縦溝２８とを含んでいる。
【００１３】
木材基板２は建造又は組立てに用いられるいくつかの型の木材片のうちの１つの型とすることができる。実例は木材の支持部材、合板及びハードボードを含んでいる。金属基板４は多くの金属支持体のうちの１つとすることができまた通常は板金の鋼で作られている。実例は、波形の鋼のルーフデッキ（屋根板）又は２６ゲージもしくは約０．０１８インチ（０．４６ｍｍ）と１４ゲージもしくは約０．０７５インチ（１．９１ｍｍ）との間の厚さを有する鋼の支持スタッド（植込みボルト）を含んでいる。好ましくは、締結具１０は、最近は約１．５インチ（３．８２ｃｍ）の厚さを有するツーバイフォーのような木材の支持部材である木材基板２を２４ゲージ（約０．０２４インチ−０．６１ｍｍ）と１４ゲージ（約０．０７５インチ−１．９１ｍｍ）との間の厚さを有する鋼の支持部材に取付けるのに用いられる。
【００１４】
図１と２を参照すると、穴あけ先端部２０は、締結具１０が金属基板４に容易に穴あけしそれによりねじ部分２６が木材基板２と金属基板４とを相互に引きつけることができるようになっている。穴あけ先端部２０は金属に穴あけするための通常の翼部なしの穴あけ先端部であり、例えばその開示が参照としてここに合体されているロバート他への米国特許第４，７８１，５０６号を参照されたい。図２に示されるように、穴あけ先端部２０は縦溝２８を形成する取除き溝３２を有するほぼ楕円形の断面を有している。この楕円形断面は真正の楕円とする必要はなく、これが図２に示されるように、長軸Ｌと短軸Ｉを有するようなほぼ楕円の形式である。１つの実施態様では、短軸Ｉの長さは約０．１２インチ（３．０５ｍｍ）又は約０．１５インチ（３．８１ｍｍ）である長軸Ｌの長さの約７５％である。
【００１５】
各細溝３２がほぼ平面の先導面３４と僅かに角度がつけられた後続面３６（図１参照）とによって構成されている。図２に示されるように、先導面３４と後続面３６は角度θだけ離れている。好ましくは角度θは９０度より大きく、そして約１００度と約１１５度との間の範囲である。各先導面３４は第１の切刃３８と第２の切刃４０とを含んでいる。第１の切刃３８は共に穴あけ突端２２を形成し、これに対し第２の切刃４０は図２に示されるように、長軸Ｌの両端に位置している。細溝３２の先導面３４は一般に同一平面上に位置し、一方後続面３６は図２に示されるように僅かに傾斜している。各縦溝２８はまた穴あけ突端２２の近くのほぼ円錐形の外側面４２と図１に示されるように円錐形面４２とねじ部分２６との間を軸方向に延びるほぼ円筒形の外側面４４とを含んでいる。
【００１６】
締結具１０が回転されるにつれて、第１の切刃３８が穴あけされている基板のいずれか（木材基板２又は金属基板４）に食い込む。第２の切刃４０はさらに材料を穴あけするよう作用し、一方細溝３２と縦溝２８は材料を穴あけ先端部２０と穴あけされている孔から離れるよう案内する作用をする。穴あけ先端部２０が基板で切削するにつれて、ねじ条３０は最終的に基板と係合し締結具１０を基板を通って引く作用をする。
【００１７】
図１を続いて参照すると、軸部１２のねじ部分２６は根元部４６と根元部４６から半径方向に延びるらせん状のねじ条３０とを含んでいる。ねじ部分２６は締結具１０を木材基板２を通って引きまた金属基板４と木材基板２とを一緒に引きつけこの２つの基板を締めつけ固定するよう作用する。根元部４６の直径はねじ条３０の外径より小さくなっている。１つの実施態様では、ねじ条３０は根元部４６の直径の約１．３倍と１．５倍の間の外径を有している。好ましい実施態様では、根元部４６は約０．１５インチ（３．８１ｍｍ）の直径を有しねじ条３０は約０．２１５インチ（５．４６ｍｍ）の外径を有している。
【００１８】
ねじ部分２６のねじ密度はインチ（２５．４ｍｍ）当り約１３と約１９の間のねじ条、好ましくはインチ（２５．４ｍｍ）当り約１７ねじ条のねじ密度とすることができる。一般には、インチ（２５．４ｍｍ）当りのより少ないねじ条がより薄い金属基板にとって必要であり、インチ（２５．４ｍｍ）当りのより多いねじ条がより厚い金属基板にとって必要である。ねじ密度は、その開示が参照としてここに合体されている本出願の譲受人に譲渡されたラーソンへの米国特許第５，９４７，６７０号により詳細に記載されている。
【００１９】
好ましい実施態様では、ねじ条３０は図４に示されるように、控え壁状のねじ条である。各ねじ条３０は各ねじ条３０の底部の先導支持面４８と各ねじ条３０の頂端の後続支持面５０とを含んでいる。後続支持面５０は軸部１２の軸線に直角の線Ｎに対し第１の角度αで位置している。同様に、先導面４８は線Ｎに対して第２の角度βで傾斜し、ここで先導面４８の第２の角度βは後続面５０の第１の角度αよりも大きくなっている。好ましい実施態様では、第１の角度αは約７度であり第２の角度βは約３０度である。標準ねじ形式が用いられるが、図４に示される控え壁状のねじ条構造が標準ねじよりも高い引張り強度が得られるため好ましい。
【００２０】
締結具１０はねじ条３０の少なくとも１つの全ピッチ、好ましくはねじ条３０の少なくとも２つの全ピッチが、締結具１０の取付け時（図９参照）に金属基板４のいずれかの側にあるようになっている。ねじ部分２６の長さ５２は穴あけ先端部２０の長さ５４より大きくなっている。長さ５２は、十分なねじ条３０が存在せずそのためねじ条が木材基板に積極的に食い込まず頭部１８を木材を通って引かないようにするが、頭部１８に向う方向と穴あけ先端部２０に向う方向とには十分なねじ条３０が存在するように、選択される。穴あけ先端部２０に向っては十分なねじ条３０が存在しそれにより金属基板４（以下に記載される）の後面７０に露出するに十分なねじ条が存在するようにし、０．０７４インチ（１．８８ｍｍ）の厚さの鋼のようなより厚い金属基板４にとって所望の引抜き強度が得られるようにすることが必要である。また頭部１８に向って案内される適当数のねじ条３０がありそれにより締結具１０が過剰に駆動された場合に十分なねじ条３０が存在するようにすることが必要である。
【００２１】
１つの実施態様においては、ねじ部分２６の長さ５２は穴あけ先端２０の長さの約１．５倍と約２．５倍の間であり、好ましくは穴あけ先端部２０の長さ５４の約２倍である。根元部４６の直径と穴あけ先端部２０の長軸Ｌの長さとの間の関係は用途によって決まる。１４ゲージ鋼のような厚い金属基板４の場合にとっては、長軸Ｌの長さを根元部４６の直径より長くし、縦溝２８が根元部４６よりも軸部１２の軸線から離れて半径方向に延びるため、穴あけ先端部２０が厚い金属基板４を通って穴あけするのを保証することが望ましい。２２から２４ゲージ鋼のような薄い金属基板４に関しては、長軸Ｌの長さが根元部４６の直径よりも短くそれにより縦溝２８が軸線から根元部４６まで半径方向に延びないようにするのが好ましい。
【００２２】
ねじなし部分２４は軸部１２に沿ってねじ部分２６から頭部１８へと軸方向に延びまた頭部１８に広がり部分６６を含んでいる。ねじなし部分２４の長さ５６はねじ部分２６の長さ５２より実質的に長くなっている。広がり部分６６は締結具１０の直径を図１に示されるようにねじなし部分２４から頭部１８へと徐々に増大し、またねじなし部分２４の直径より僅かに大きい曲率半径を有している。
【００２３】
１つの実施態様では、ねじなし部分２４の長さはねじ部分の長さ５２よりも約２．５倍と約３倍の間だけ長く、好ましくはねじなし部分２４の長さ５６がねじなし部分２６の長さ５２の約２．８倍と約２．９倍の間であり、またより好ましくはねじなし部分２４の長さ５６はねじ部分の長さ５２より長い約２．８５倍の長さである。ねじなし部分２４の直径は根元部４６の直径より大きいが、ねじ条３０の外径よりも小さい。１つの実施態様では、ねじなし部分２４は約０．１７インチ（４．３２ｍｍ）の直径を有し、一方根元部４６は約０．１５インチ（３．８１ｍｍ）の直径を有し、ねじ条３０は約０．２１５インチ（５．４６ｍｍ）の外径を有している。
【００２４】
頭部１８の近くのねじなし部分２４の長い長さ５６とねじ部分２６の短い長さ５２とは木材基板２を金属基板４に取付けるのを助けると考えられている。軸部の実質的全長であるねじ部の長さを有する標準ねじがこの用途に用いられたならば、長いねじ条は木材基板と係合しねじを木材を通って引き続けるようになる。しかし、本発明のねじ部分２６の短い長さに比べてねじなし部分２４の実質的に長い長さ５６は締結具１０が以下に記載されるように穴あけ突端２２が金属基板４に突当った後も木材基板２を通って引き続けるのを阻止すると考えられる。その代わりに、本発明ではより少ないねじ条３０が存在しそれによりねじ部分２６が引き続ける代わりに木材基板２から離れるようになり、締結具１０が木材基板２の中を自由に回転しそのためねじ条３０と頭部１８が木材基板２と金属基板４とを一緒に締めつけ固定できるようになる。穴あけ先端部２０が以下に記載されるように、金属基板４を通って穴あけすると、ねじ条３０が金属基板４に雌ねじを切り金属基板を木材基板に向って引きつけそれにより金属基板４と木材基板２とが一緒にきっちりと締めつけ固定されるようにする。
【００２５】
頭部１８は、以下に記載されるように木材基板２を金属基板４に締めつけ固定するのを助ける締めつけ表面５８を提供する。頭部１８はまた締結具駆動工具から削りくず（図示しない）を受け入れる凹所６２を有する駆動表面６０を含んでいる。頭部１８はウエーハヘッド（薄板形頭部）又はビューグルヘッド（らっぱ形頭部）のような幅広の頭部構造とするが、その理由は幅広の頭部１８は締結具１０が木材基板２を通って引きつけるのを阻止するからである。図１に示されるようならっぱ形頭部１８は、らっぱ形頭部が締結具１０の前方へ進むのをより良く停止し頭部１８が木材基板を通って引きつけるのを阻止することができると考えられるので好ましい。主要部分６４は比較的短い長さを有しまたねじなし部分２４の直径より大きい約２倍と約３倍の間の長さの直径を有している。
【００２６】
凹所６２はまた、標準のフィリップス凹所、イリノイツールワークス会社部品番号１５８８９１０のような削りくずを収容するためのフィリップススクエアドライブ（ＰＳＤ）凹所、又はイリノイツールワークス会社、部品番号１８０００９１０のような削りくずを収容するためのＴ−３０６丸突起形凹所のような、いくつかの構造を有することができる。好ましくは凹所６２は図３に示されるようなＰＳＤ凹所又はＴ−３０６丸突起形凹所（図示しない）であるが、その理由はこれら凹所が締結具１０の駆動につれてより良好な安定性をもたらしまた削りくずが飛び出るのを阻止することができるからである。
【００２７】
上記のように、締結具１０の好ましい用途はツーバイフォーのような約１．５インチ（３．８１ｃｍ）の厚さの木材支持部材を２４と１４ゲージの間の鋼支持部材、好ましくは１８と２２ゲージの間の鋼支持部材に取付けることである。この用途のため、締結具１０は約１．７５インチ（４．４５ｃｍ）と約２．２５インチ（５．７２ｃｍ）の間の全長を有し、好ましくは締結具１０は約２インチ（５．０８ｃｍ）の全長を有している。穴あけ先端部２０は約０．２１５インチ（５．４６ｍｍ）と約０．２２５インチ（５．７２ｍｍ）の間の長さを有し、穴あけ先端部２０の好ましい長さは約０．２２インチ（５．５９ｍｍ）である。ねじ部分２６は約０．３５インチ（８．８９ｍｍ）と約０．５インチ（１２．７ｍｍ）の間の長さを有し、そして好ましくはねじ部分は約０．４１インチ（１０．４１ｍｍ）の長さを有している。穴あけ先端部２０の近くのねじ部分２６の端部６８を頭部１８の駆動表面６０から約１．７２５インチ（４．３８ｃｍ）離し、締結具１０が上記のように取付けられた時ねじ条３０の１つ又は複数のピッチ、好ましくはねじ条３０の少なくとも２つのピッチが金属基板４の各側にあるのを保証するのがまた好ましい。広がり部分６６を含むねじなし部分２４は約１．２５インチ（３．１８ｃｍ）と約１．５インチ（３．８１ｃｍ）の間の長さを有し、ねじなし部分の好ましい長さは約１．３インチ（３．３０ｃｍ）から約１．３７インチ（３．４８ｃｍ）であり、そしてねじなし部分のさらに好ましい長さは約１．３１インチ（３．３３ｃｍ）である。頭部１８の主要部６４は約０．０２インチ（０．５１ｍｍ）から約０．０５インチ（１．２７ｍｍ）の間の長さを有し、主要部６４の好ましい長さは約０．０３インチ（０．７６ｍｍ）である。好ましい実施態様では、穴あけ先端部２０と根元部４６の直径は約０．１５インチ（３．８１ｍｍ）であり、ねじ条３０の外径は約０．２１５インチ（５．４６ｍｍ）、ねじなし部分２４の直径は約０．１７インチ（４．３２ｍｍ）、頭部１８の主要部６４の直径は約０．４７インチ（１１．９４ｍｍ）である。もちろん、上記列挙の寸法は特定の用途と基板の条件とによって変えることができることが意図される。
【００２８】
上記の従来ねじに優る好ましい実施態様の利点は、本発明の締結具１０が従来ねじよりも少ない材料から作ることができるが、その理由は本発明の締結具１０が、１．５インチ（３．８１ｃｍ）の厚さの木材を中位の軽量ゲージ鋼に取付けるのに用いられ２．２５インチ（５．７２ｃｍ）から３．５インチ（８．８９ｃｍ）又はそれ以上の長さの多くのねじよりも短いからであるという点である。この短い締結具１０は長い従来ねじよりも安価である。さらに、締結具１０は短いため、より短い穴あけ時間となり、本発明の複数の締結具１０を迅速に取付けることができるようになる。本発明の締結具１０の利点は、これが短いため、短い締結具がぐらつくことがなくまた長い締結具よりも取扱いが容易となることにより、取扱いが容易となりまた駆動されるときに安定を保持するのが容易となるということである。
【００２９】
締結具１０により木材基板２を金属基板４に取付ける方法は、木材基板２を金属基板４に対して所望位置に置く段階と、これら基板を締結するための締結具１０を選択する段階と、締結具１０の穴あけ先端部２０を木材基板２の選択された位置に位置させる段階と、締結具駆動工具（図示しない）の先端を凹所６２に嵌入する段階と、締結具１０を締結具駆動工具と共に回転させそれにより切削表面３８と４０が、ねじ部分２６が木材基板２と係合し締結具１０を木材基板２を通って引きつけるまで、木材基板２に係合し木材基板２に穴をあけるようにする段階とを含んでいる。ねじ部分２６のねじ条３０が金属基板４に雌ねじを切り木材基板２と金属基板４とを一緒に引きつけそれにより金属基板４が木材基板２に対し堅く締めつけ固定されるようになるまで、切削表面３８と４０が金属基板４に係合し金属基板４に穴をあけた時、ねじ条３０は穴あけ突端２２が金属基板４と接触するようになるまで締結具１０を木材基板２を通って引きつける。この方法は、木材基板２に穴をあけ他の締結具１０が木材基板２を金属基板４もしくは第２の金属基板（図示しない）に取付けることができる異なる位置への取付けにより安定性が得られるようにすることにより、この他の締結具１０により反覆することができ、又はこの他の締結具１０が第２の木材基板（図示しない）に駆動されて進入しこの第２の木材基板を金属基板４に又は第２の金属基板に取付けることができる。
【００３０】
締結具１０は、穴あけ先端部２０が木材基板２を通って容易に穴あけするため別の木材穴あけ段階を必要としない利点を有している。ある種の締結具は木材基板２が予め穴あけされることを必要としまた締結具が金属基板４を通って穴あけするのにだけ用いられることを必要としていた。これらの締結具にとって予め穴あけする段階は、ねじ条が木材と係合し木材を金属から離れるようにし又は木材を“持ち上げる”という“木材つり上げ作用”のような問題をなくするのを助ける。上記のような別の予め穴あけする段階は締結具に対してより多くの時間を必要とし、そのため取付け作業員は締結具を複数の締結具１０で行うのと同じ速さで取付けることができなくなる。上記の本発明の木材穴あけ段階は、穴あけ突端２２が金属基板４にねじ条３０が木材基板２の“木材つり上げ”を生じさせずに突当るまで、木材基板２を通って穴あけできるようにする。穴あけ突端が金属基板４に突当った後、穴あけ先端部２０は穴あけ突端と金属基板のためにのみ意図された締結具との間を変える必要なく金属基板４を通って穴あけする。
【００３１】
好ましくは、締結具１０は締結具１０を回転するに必要な駆動エネルギーを提供する締結具駆動工具（図示しない）によって回転される。締結具１０が回転するにつれて、穴あけ先端部２０は木材基板２に穴あけし、ねじ条３０は締結具１０を穴あけ突端２２が金属基板４に突当るまで木材基板２を通って前方に引く。
【００３２】
穴あけ突端２２が金属基板４に突当った後、締結具１０は少なくとも３つの他の金属穴あけ段階のうちの１つを介して作動する。第１の他の金属穴あけ段階は、圧力が木材基板２に加えられ木材基板を金属基板４の上に下降させこれら基板が押されて離れるのを阻止する時に、生じる。この圧力を加える１つの方法は締結具１０を駆動する間木材基板２上に下降することによって行われる。第１の他の金属穴あけ段階はまた、木材基板２がより軟らかい木材である時又は金属基板４が重いゲージを有している時あるいはその両方である時に生じる。この例において、穴あけ突端２２が金属基板４に突当るが金属基板４を容易には突き通さず、締結具１０のねじ条３０が木材基板２の中を回転し、図６に示されるように木材をねじ条３０の周りを離れるようにする。締結具１０が回転するにつれて、穴あけ先端部２０は金属基板４を貫通して穴あけする。
【００３３】
第２の他の金属穴あけ段階は、圧力が木材基板２に加えられた時と木材基板２がより硬い木材である時又は金属基板４がより軽いゲージを有する時、あるいは両方である時に、生じる。この他の例では、穴あけ突端２２が金属基板４に突当った時に突端２２がねじ条３０を木材基板２に係合させる。この係合されたねじ条３０は穴あけ突端２２と金属基板４との間に力を提供し、穴あけ突端２２が図７に示されるように金属基板４を突き通し、穴あけ先端部２０が金属基板４を通って穴あけできるようにする。
【００３４】
第３の他の金属穴あけ段階は図８に示されている。この例では、木材基板２にはこれを金属基板４に対して押しつけるための圧力が加えられない。この場合、締結具１０が駆動されるにつれてねじ条３０が締結具１０を前方に駆動し続けまた穴あけ突端２２が木材基板２と金属基板４を離間するよう押す。最終的には、金属基板４と木材基板２とはこれ以上は離間するよう押されることはなく、またねじ条３０は図８に示されるように木材基板２の木材のある部分を引き離し始め、締結具１０を自由に回転させそれにより穴あけ突端２２がねじ条３０により金属基板４に雌ねじが切られるまで金属基板４を通って穴あけするようになる。
【００３５】
締結具１０が金属基板４を通って穴あけした後、締結具１０は、ねじ条３０が金属基板４に雌ねじを切り木材基板２と金属基板４とが相互に引き寄せられそれによりこれら基板が一緒に締めつけ固定されるようになるまで、前方に駆動される。木材基板２を締結具１０により金属基板４に取付ける最後の段階は締めつけ固定する段階である。この締めつけ固定段階において、締結具１０が回転されねじ条３０の後続支持面５０が金属基板４の底部表面７０に対して作用し木材基板２を金属基板４に向って引きつける。最後に、広い頭部１８の締めつけ固定表面５８が木材基板２の頂部表面７２と接触するようになり締結具１０が木材基板２を通って引きつけるのを阻止しそれにより後続支持面３０が金属基板４と係合するにつれて木材基板２と金属基板４とが相互に、締めつけ固定されるようにする。
【００３６】
意外にも、ねじ部分２６の短い長さ５２とねじなし部分２４の実質的に長い長さ５６は、締結具１０がこの３つの他の金属穴あけ段階のどれかが生じても金属基材４と木材基板２とを一緒に引きつけでようにすることが分かった。これは、木材基板２と係合するねじ条３０がより少なくなり、そのため締結具１０が木材基板２を通って引き続けるのを阻止し、代わってねじ条３０が木材基板２を金属基板４に向って引きつけこれら基板を相互に締めつけ固定できるようにするために、生じるものと考えられる。
【００３７】
本発明においては、ねじ部分２６が締結具１０を木材基板を通って引きつけた後、依然として木材基板２の中にある軸部１２の実質的な部分がねじなし部分２４であり、そのため木材基板２の中で締結具１０を前方に駆動し続けることなく回転するようになる。また、木材基板２の中の残りのねじ条３０が締結具１０を前方に駆動するのに十分な力を与えることがなくそのため締結具１０が駆動されるのを続けることなく回転するようになると考えられる。したがって、ねじ条３０は金属基板４に雌ねじを切り金属基板４を図９に示されるように木材基板２に対し締めつけ固定できるようにする。締結具１０が木材基板２の中で回転するにつれて、ねじ条３０の後続支持面５０が金属基板４と係合し金属基板を木材基板２に向って引きつける。
【００３８】
本発明は、頭部の近くのねじなし部分がねじ部分より実質的に長くなっているツーバイフォーの木材基板を軽量ゲージの金属基板に締めつけ固定で取付ける新規な締結具を提供する。このねじ部分は少ないねじ条しか必要でなくそのため締結具が自己−雌ねじ立てとなりねじ条が必要ならば木材を貫通した後木材から離れそれにより締結具が木材を通って、駆動し続けるのに代えて木材と金属を相互に締めつけ固定するようになる。
【００３９】
本発明は上記の実施態様に限定されず、請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自己−穴あけ締結具の立面図である。
【図２】図１の２−２線に沿って切断した自己−穴あけ締結具の穴あけ先端部の断面図である。
【図３】自己−穴あけ締結具の頭部の頂面図である。
【図４】本発明の自己−穴あけ締結具の控え壁状のねじ条の拡大側面図である。
【図５】完了した木材穴あけ段階の側面図である。
【図６】第１の他の金属穴あけ段階の側面図である。
【図７】第２の他の金属穴あけ段階の側面図である。
【図８】第３の他の金属穴あけ段階の側面図である。
【図９】完了した締めつけ段階の側面図である。
【符号の説明】
２…木材基板
４…金属基板
１０…締結具
１２…軸部
１４…一端
１６…他端
１８…頭部
２０…穴あけ先端部
２２…穴あけ突端
２４…ねじなし部分
２６…ねじ部分
２８…縦溝
３０…ねじ条
３２…細溝
３４…先導面
３６…後続面
３８，４０…切刃
４６…根元部
４８…先導支持面
５０…後続支持面
６６…広がり部分
【発明の属する技術分野】
本発明はねじ締結具の分野に関し、特に木材基板を金属基板に取付けるための締結具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
合板やハードボード（おがくずの圧縮板）のような木材基板を鋼の組立て部材のような金属基板に締結するための鋼の締結具はこの技術分野では公知である。一般に、これらの締結具は細長い軸部を有しまた動力工具によって軸方向に駆動されるようになっている。
【０００３】
多くの構造の適用例において、金属の支持スタッド（植込ボルト）は比較的太く、１２ゲージ鋼又はそれ以上の大きさとなっている。この用途の締結具は通常頭部近くの軸方向の位置から始まり軸方向に延びる少なくとも１つのねじ部分を有する細長い軸部を有し、また多くはねじ部分の直径より遠くにドリル用先端から離れて半径方向に延びる一組の翼部を含みそれによりねじ部分が木材に係合しないようになっており、これは木材を鋼の支持体に向って引きつけるのを困難にすることが知られている。大概の締結具は頭部に凹所を含み締結具駆動工具からのビット（刃先）を受け入れるようになっている。
【０００４】
この用途のために意図された締結具の実例は、０．７５インチ（１．９１ｃｍ）までの厚さの合板の基板を鋼に取付けるための翼部を有するイリノイツールワークス会社部品番号１０８２０００の１−７／１６インチ（３．６５ｃｍ）の長さの締結具と、ツーバイフォー（２対４の比率）のような厚い木材基板を厚い鋼に取付けるためのそれぞれが翼部を有する２．２５インチ（５．７２ｃｍ）の長さの締結具と２．７５インチ（６．９９ｃｍ）の長さの締結具からなるイリノイツールワークス会社部品番号１０９２０００と１０９４０００を含んでいる。これらの翼部は少なくともねじ条（ねじ山）の直径と同じ大きさの直径を有する穴をあけそれによりねじ条が木材に係合しないようになっている。翼部が鋼に突当った後翼部は折れそのため翼部が鋼にねじ条より大きい孔をあけることなく、ねじ条が鋼に雌ねじを切り鋼と木材とを一緒に締めつけ固定することができるようにする。これら締結具の各々にとって、鋼は一定の厚さを有し、それにより翼部が１−７／１６インチ（３．６５ｃｍ）締結具にとって少なくとも１６ゲージ鋼だけ、また２．２５及び２．７５インチ（５．７２及び６．９９ｃｍ）締結具にとって少なくとも０．１２５インチ（０．３２ｃｍ）だけ、折れるようにしなければならない。
【０００５】
木材を鋼の支持部材に取付けるようにする他の締結具は、締結具の頭部の近くの１．８７５インチ（４．７６ｃｍ）のねじ部分とねじ部分から先端までの１．５インチ（３．８１ｃｍ）の長さのねじなし部分とを有するＨｉｌｔｉねじ品目番号０００１０４２９の３．５インチ（８．８９ｃｍ）ねじである。Ｈｉｌｔｉねじのねじなし部分はねじ条が木材に係合する前に鋼を貫通して穴あけするのに十分な長さとなっている。木材を通って引出された後、ねじ条は鋼に雌ねじを切り木材を鋼に取付ける。
【０００６】
長いねじは短いねじに比べて問題を有している。第１に、長いねじはより多くの材料を必要とするため製造がより高価となる。第２に、長いねじは基板の中へと駆動されるにつれてぐらぐらし正しく駆動しないため取扱いと安定に保持することがより困難となる。第３に、長いねじはより長い穴あけ時間を要しそのため取付け作業者が長いねじを迅速に駆動するのがより難しくなり、作業を効率的でなくする。
【０００７】
構造産業においては金属の支持部材として１８−２２ゲージのような軽い鋼を用いることが最近の傾向となっているが、その理由は軽い鋼は安価でありまた重い鋼に匹敵する強度を提供するからである。上記のような翼部を設けた締結具は穴あけ先端部の翼部が折れないため木材基板を薄い鋼に取付けるには適当でない。翼部は金属にねじ条より大きい孔をあけ、それによりねじ条が鋼への取付けができないようにする。翼部が取除かれたならば、上記の長いねじ部分は木材に係合し締結具を木材を通って引張り続け、又は締結具の回転を停止し、頭部の凹所が締結具駆動工具により摩滅されるようにする。また、細長いねじ部分はそのねじ条が木材と鋼を係合させるため金属支持スタッドを木材に向って引き戻す作用をせず、木材と金属を離間したままとする。また多くの用途は約１．５インチ（３．８１ｃｍ）の厚さを有するツーバイフォーのような厚い木材基板を上記の薄い金属基板に取付けることを必要としている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
必要とされるものは、ツーバイフォーのような約１．５インチ（３．８１ｃｍ）の厚さの木材を軽いゲージの金属基板に取付け木材と金属基板とを相互に近づくよう引きつけ金属と木材とを一緒に締めつけ固定するための自己−穴あけ締結具である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、木材基板を金属基板に取付けるための自己−穴あけ締結具が提供される。本発明の締結具は動力工具によって軸方向に駆動されるようになっている。本発明の締結具は、軸線を区画形成し第１の端部と第２の端部を有する細長い軸部を含んでいる。穴あけ用先端部が軸部の第１の端部に形成され、穴あけ先端部は穴あけ突端と軸方向の長さとを有している。幅広い頭部が軸部の第２の端部に形成されている。軸部はねじ部分とねじなし部分とを含んでいる。ねじ部分は穴あけ先端部から頭部に向って軸方向に延びまたらせん状のねじ条と軸方向の長さと根元の直径とねじ条の直径とを含み、ねじ条の直径は根元部の直径より大きくねじ部の長さは穴あけ突端の長さより大きくなっている。ねじなし部分は軸方向にねじ部分から頭部に延びまた軸方向の長さと直径とを有し、ねじなし部分の直径はねじ条の直径より小さくまたねじなし部分の長さはねじ部分の長さより実質的に大きくなっている。
【００１０】
また本発明によれば、木材基板を金属基板に取付ける方法が提供される。本発明の方法は、上記のような締結具を提供する段階と、締結具の穴あけ突端を木材基板の選択された位置に置く段階と、木材基板の中に穴あけ突端により穴あけ突端が金属基板に突当るまで穴あけする段階と、金属基板の中に穴あけ突端によりねじ部が金属基板に到達するまで穴あけする段階と、金属基板にねじ部分のねじ条で雌ねじを切る段階と、金属基板と木材基板とをねじ条により一緒に引きつける段階と、金属基板をねじ条で締めつけ固定しそれにより金属基板が木材基板に対して締めつけられるようにする段階とを含んでいる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
これらのまたその他の目的、特徴及び利点は添付図面を参照する本発明の実施態様の以下の記載から明らかとなる。
【００１２】
木材基板２を金属基板４に取付けるための新規な発明の自己−穴あけ締結具１０が図１に示されている。締結具１０は一端１４に頭部１８を有する細長い軸部１２と、他端１６に穴あけ突端２２を有する翼部のない穴あけ先端部２０とを含んでいる。軸部１２は頭部１８の近くのねじなし部分２４と、ねじなし部分２４と穴あけ先端部２０との間のねじ部分２６とを含んでいる。ねじ部分２６は穴あけ先端部２０から頭部１８に向って軸方向に延び、またねじなし部分２４はねじ部分２６と頭部１８との間を軸方向に延びている。穴あけ先端部２０は穴あけ突端２２と金属の削りくずを締結具１０により穴あけされた孔から離れるよう案内するための少なくとも１つの穴あけ用縦溝２８とを含んでいる。
【００１３】
木材基板２は建造又は組立てに用いられるいくつかの型の木材片のうちの１つの型とすることができる。実例は木材の支持部材、合板及びハードボードを含んでいる。金属基板４は多くの金属支持体のうちの１つとすることができまた通常は板金の鋼で作られている。実例は、波形の鋼のルーフデッキ（屋根板）又は２６ゲージもしくは約０．０１８インチ（０．４６ｍｍ）と１４ゲージもしくは約０．０７５インチ（１．９１ｍｍ）との間の厚さを有する鋼の支持スタッド（植込みボルト）を含んでいる。好ましくは、締結具１０は、最近は約１．５インチ（３．８２ｃｍ）の厚さを有するツーバイフォーのような木材の支持部材である木材基板２を２４ゲージ（約０．０２４インチ−０．６１ｍｍ）と１４ゲージ（約０．０７５インチ−１．９１ｍｍ）との間の厚さを有する鋼の支持部材に取付けるのに用いられる。
【００１４】
図１と２を参照すると、穴あけ先端部２０は、締結具１０が金属基板４に容易に穴あけしそれによりねじ部分２６が木材基板２と金属基板４とを相互に引きつけることができるようになっている。穴あけ先端部２０は金属に穴あけするための通常の翼部なしの穴あけ先端部であり、例えばその開示が参照としてここに合体されているロバート他への米国特許第４，７８１，５０６号を参照されたい。図２に示されるように、穴あけ先端部２０は縦溝２８を形成する取除き溝３２を有するほぼ楕円形の断面を有している。この楕円形断面は真正の楕円とする必要はなく、これが図２に示されるように、長軸Ｌと短軸Ｉを有するようなほぼ楕円の形式である。１つの実施態様では、短軸Ｉの長さは約０．１２インチ（３．０５ｍｍ）又は約０．１５インチ（３．８１ｍｍ）である長軸Ｌの長さの約７５％である。
【００１５】
各細溝３２がほぼ平面の先導面３４と僅かに角度がつけられた後続面３６（図１参照）とによって構成されている。図２に示されるように、先導面３４と後続面３６は角度θだけ離れている。好ましくは角度θは９０度より大きく、そして約１００度と約１１５度との間の範囲である。各先導面３４は第１の切刃３８と第２の切刃４０とを含んでいる。第１の切刃３８は共に穴あけ突端２２を形成し、これに対し第２の切刃４０は図２に示されるように、長軸Ｌの両端に位置している。細溝３２の先導面３４は一般に同一平面上に位置し、一方後続面３６は図２に示されるように僅かに傾斜している。各縦溝２８はまた穴あけ突端２２の近くのほぼ円錐形の外側面４２と図１に示されるように円錐形面４２とねじ部分２６との間を軸方向に延びるほぼ円筒形の外側面４４とを含んでいる。
【００１６】
締結具１０が回転されるにつれて、第１の切刃３８が穴あけされている基板のいずれか（木材基板２又は金属基板４）に食い込む。第２の切刃４０はさらに材料を穴あけするよう作用し、一方細溝３２と縦溝２８は材料を穴あけ先端部２０と穴あけされている孔から離れるよう案内する作用をする。穴あけ先端部２０が基板で切削するにつれて、ねじ条３０は最終的に基板と係合し締結具１０を基板を通って引く作用をする。
【００１７】
図１を続いて参照すると、軸部１２のねじ部分２６は根元部４６と根元部４６から半径方向に延びるらせん状のねじ条３０とを含んでいる。ねじ部分２６は締結具１０を木材基板２を通って引きまた金属基板４と木材基板２とを一緒に引きつけこの２つの基板を締めつけ固定するよう作用する。根元部４６の直径はねじ条３０の外径より小さくなっている。１つの実施態様では、ねじ条３０は根元部４６の直径の約１．３倍と１．５倍の間の外径を有している。好ましい実施態様では、根元部４６は約０．１５インチ（３．８１ｍｍ）の直径を有しねじ条３０は約０．２１５インチ（５．４６ｍｍ）の外径を有している。
【００１８】
ねじ部分２６のねじ密度はインチ（２５．４ｍｍ）当り約１３と約１９の間のねじ条、好ましくはインチ（２５．４ｍｍ）当り約１７ねじ条のねじ密度とすることができる。一般には、インチ（２５．４ｍｍ）当りのより少ないねじ条がより薄い金属基板にとって必要であり、インチ（２５．４ｍｍ）当りのより多いねじ条がより厚い金属基板にとって必要である。ねじ密度は、その開示が参照としてここに合体されている本出願の譲受人に譲渡されたラーソンへの米国特許第５，９４７，６７０号により詳細に記載されている。
【００１９】
好ましい実施態様では、ねじ条３０は図４に示されるように、控え壁状のねじ条である。各ねじ条３０は各ねじ条３０の底部の先導支持面４８と各ねじ条３０の頂端の後続支持面５０とを含んでいる。後続支持面５０は軸部１２の軸線に直角の線Ｎに対し第１の角度αで位置している。同様に、先導面４８は線Ｎに対して第２の角度βで傾斜し、ここで先導面４８の第２の角度βは後続面５０の第１の角度αよりも大きくなっている。好ましい実施態様では、第１の角度αは約７度であり第２の角度βは約３０度である。標準ねじ形式が用いられるが、図４に示される控え壁状のねじ条構造が標準ねじよりも高い引張り強度が得られるため好ましい。
【００２０】
締結具１０はねじ条３０の少なくとも１つの全ピッチ、好ましくはねじ条３０の少なくとも２つの全ピッチが、締結具１０の取付け時（図９参照）に金属基板４のいずれかの側にあるようになっている。ねじ部分２６の長さ５２は穴あけ先端部２０の長さ５４より大きくなっている。長さ５２は、十分なねじ条３０が存在せずそのためねじ条が木材基板に積極的に食い込まず頭部１８を木材を通って引かないようにするが、頭部１８に向う方向と穴あけ先端部２０に向う方向とには十分なねじ条３０が存在するように、選択される。穴あけ先端部２０に向っては十分なねじ条３０が存在しそれにより金属基板４（以下に記載される）の後面７０に露出するに十分なねじ条が存在するようにし、０．０７４インチ（１．８８ｍｍ）の厚さの鋼のようなより厚い金属基板４にとって所望の引抜き強度が得られるようにすることが必要である。また頭部１８に向って案内される適当数のねじ条３０がありそれにより締結具１０が過剰に駆動された場合に十分なねじ条３０が存在するようにすることが必要である。
【００２１】
１つの実施態様においては、ねじ部分２６の長さ５２は穴あけ先端２０の長さの約１．５倍と約２．５倍の間であり、好ましくは穴あけ先端部２０の長さ５４の約２倍である。根元部４６の直径と穴あけ先端部２０の長軸Ｌの長さとの間の関係は用途によって決まる。１４ゲージ鋼のような厚い金属基板４の場合にとっては、長軸Ｌの長さを根元部４６の直径より長くし、縦溝２８が根元部４６よりも軸部１２の軸線から離れて半径方向に延びるため、穴あけ先端部２０が厚い金属基板４を通って穴あけするのを保証することが望ましい。２２から２４ゲージ鋼のような薄い金属基板４に関しては、長軸Ｌの長さが根元部４６の直径よりも短くそれにより縦溝２８が軸線から根元部４６まで半径方向に延びないようにするのが好ましい。
【００２２】
ねじなし部分２４は軸部１２に沿ってねじ部分２６から頭部１８へと軸方向に延びまた頭部１８に広がり部分６６を含んでいる。ねじなし部分２４の長さ５６はねじ部分２６の長さ５２より実質的に長くなっている。広がり部分６６は締結具１０の直径を図１に示されるようにねじなし部分２４から頭部１８へと徐々に増大し、またねじなし部分２４の直径より僅かに大きい曲率半径を有している。
【００２３】
１つの実施態様では、ねじなし部分２４の長さはねじ部分の長さ５２よりも約２．５倍と約３倍の間だけ長く、好ましくはねじなし部分２４の長さ５６がねじなし部分２６の長さ５２の約２．８倍と約２．９倍の間であり、またより好ましくはねじなし部分２４の長さ５６はねじ部分の長さ５２より長い約２．８５倍の長さである。ねじなし部分２４の直径は根元部４６の直径より大きいが、ねじ条３０の外径よりも小さい。１つの実施態様では、ねじなし部分２４は約０．１７インチ（４．３２ｍｍ）の直径を有し、一方根元部４６は約０．１５インチ（３．８１ｍｍ）の直径を有し、ねじ条３０は約０．２１５インチ（５．４６ｍｍ）の外径を有している。
【００２４】
頭部１８の近くのねじなし部分２４の長い長さ５６とねじ部分２６の短い長さ５２とは木材基板２を金属基板４に取付けるのを助けると考えられている。軸部の実質的全長であるねじ部の長さを有する標準ねじがこの用途に用いられたならば、長いねじ条は木材基板と係合しねじを木材を通って引き続けるようになる。しかし、本発明のねじ部分２６の短い長さに比べてねじなし部分２４の実質的に長い長さ５６は締結具１０が以下に記載されるように穴あけ突端２２が金属基板４に突当った後も木材基板２を通って引き続けるのを阻止すると考えられる。その代わりに、本発明ではより少ないねじ条３０が存在しそれによりねじ部分２６が引き続ける代わりに木材基板２から離れるようになり、締結具１０が木材基板２の中を自由に回転しそのためねじ条３０と頭部１８が木材基板２と金属基板４とを一緒に締めつけ固定できるようになる。穴あけ先端部２０が以下に記載されるように、金属基板４を通って穴あけすると、ねじ条３０が金属基板４に雌ねじを切り金属基板を木材基板に向って引きつけそれにより金属基板４と木材基板２とが一緒にきっちりと締めつけ固定されるようにする。
【００２５】
頭部１８は、以下に記載されるように木材基板２を金属基板４に締めつけ固定するのを助ける締めつけ表面５８を提供する。頭部１８はまた締結具駆動工具から削りくず（図示しない）を受け入れる凹所６２を有する駆動表面６０を含んでいる。頭部１８はウエーハヘッド（薄板形頭部）又はビューグルヘッド（らっぱ形頭部）のような幅広の頭部構造とするが、その理由は幅広の頭部１８は締結具１０が木材基板２を通って引きつけるのを阻止するからである。図１に示されるようならっぱ形頭部１８は、らっぱ形頭部が締結具１０の前方へ進むのをより良く停止し頭部１８が木材基板を通って引きつけるのを阻止することができると考えられるので好ましい。主要部分６４は比較的短い長さを有しまたねじなし部分２４の直径より大きい約２倍と約３倍の間の長さの直径を有している。
【００２６】
凹所６２はまた、標準のフィリップス凹所、イリノイツールワークス会社部品番号１５８８９１０のような削りくずを収容するためのフィリップススクエアドライブ（ＰＳＤ）凹所、又はイリノイツールワークス会社、部品番号１８０００９１０のような削りくずを収容するためのＴ−３０６丸突起形凹所のような、いくつかの構造を有することができる。好ましくは凹所６２は図３に示されるようなＰＳＤ凹所又はＴ−３０６丸突起形凹所（図示しない）であるが、その理由はこれら凹所が締結具１０の駆動につれてより良好な安定性をもたらしまた削りくずが飛び出るのを阻止することができるからである。
【００２７】
上記のように、締結具１０の好ましい用途はツーバイフォーのような約１．５インチ（３．８１ｃｍ）の厚さの木材支持部材を２４と１４ゲージの間の鋼支持部材、好ましくは１８と２２ゲージの間の鋼支持部材に取付けることである。この用途のため、締結具１０は約１．７５インチ（４．４５ｃｍ）と約２．２５インチ（５．７２ｃｍ）の間の全長を有し、好ましくは締結具１０は約２インチ（５．０８ｃｍ）の全長を有している。穴あけ先端部２０は約０．２１５インチ（５．４６ｍｍ）と約０．２２５インチ（５．７２ｍｍ）の間の長さを有し、穴あけ先端部２０の好ましい長さは約０．２２インチ（５．５９ｍｍ）である。ねじ部分２６は約０．３５インチ（８．８９ｍｍ）と約０．５インチ（１２．７ｍｍ）の間の長さを有し、そして好ましくはねじ部分は約０．４１インチ（１０．４１ｍｍ）の長さを有している。穴あけ先端部２０の近くのねじ部分２６の端部６８を頭部１８の駆動表面６０から約１．７２５インチ（４．３８ｃｍ）離し、締結具１０が上記のように取付けられた時ねじ条３０の１つ又は複数のピッチ、好ましくはねじ条３０の少なくとも２つのピッチが金属基板４の各側にあるのを保証するのがまた好ましい。広がり部分６６を含むねじなし部分２４は約１．２５インチ（３．１８ｃｍ）と約１．５インチ（３．８１ｃｍ）の間の長さを有し、ねじなし部分の好ましい長さは約１．３インチ（３．３０ｃｍ）から約１．３７インチ（３．４８ｃｍ）であり、そしてねじなし部分のさらに好ましい長さは約１．３１インチ（３．３３ｃｍ）である。頭部１８の主要部６４は約０．０２インチ（０．５１ｍｍ）から約０．０５インチ（１．２７ｍｍ）の間の長さを有し、主要部６４の好ましい長さは約０．０３インチ（０．７６ｍｍ）である。好ましい実施態様では、穴あけ先端部２０と根元部４６の直径は約０．１５インチ（３．８１ｍｍ）であり、ねじ条３０の外径は約０．２１５インチ（５．４６ｍｍ）、ねじなし部分２４の直径は約０．１７インチ（４．３２ｍｍ）、頭部１８の主要部６４の直径は約０．４７インチ（１１．９４ｍｍ）である。もちろん、上記列挙の寸法は特定の用途と基板の条件とによって変えることができることが意図される。
【００２８】
上記の従来ねじに優る好ましい実施態様の利点は、本発明の締結具１０が従来ねじよりも少ない材料から作ることができるが、その理由は本発明の締結具１０が、１．５インチ（３．８１ｃｍ）の厚さの木材を中位の軽量ゲージ鋼に取付けるのに用いられ２．２５インチ（５．７２ｃｍ）から３．５インチ（８．８９ｃｍ）又はそれ以上の長さの多くのねじよりも短いからであるという点である。この短い締結具１０は長い従来ねじよりも安価である。さらに、締結具１０は短いため、より短い穴あけ時間となり、本発明の複数の締結具１０を迅速に取付けることができるようになる。本発明の締結具１０の利点は、これが短いため、短い締結具がぐらつくことがなくまた長い締結具よりも取扱いが容易となることにより、取扱いが容易となりまた駆動されるときに安定を保持するのが容易となるということである。
【００２９】
締結具１０により木材基板２を金属基板４に取付ける方法は、木材基板２を金属基板４に対して所望位置に置く段階と、これら基板を締結するための締結具１０を選択する段階と、締結具１０の穴あけ先端部２０を木材基板２の選択された位置に位置させる段階と、締結具駆動工具（図示しない）の先端を凹所６２に嵌入する段階と、締結具１０を締結具駆動工具と共に回転させそれにより切削表面３８と４０が、ねじ部分２６が木材基板２と係合し締結具１０を木材基板２を通って引きつけるまで、木材基板２に係合し木材基板２に穴をあけるようにする段階とを含んでいる。ねじ部分２６のねじ条３０が金属基板４に雌ねじを切り木材基板２と金属基板４とを一緒に引きつけそれにより金属基板４が木材基板２に対し堅く締めつけ固定されるようになるまで、切削表面３８と４０が金属基板４に係合し金属基板４に穴をあけた時、ねじ条３０は穴あけ突端２２が金属基板４と接触するようになるまで締結具１０を木材基板２を通って引きつける。この方法は、木材基板２に穴をあけ他の締結具１０が木材基板２を金属基板４もしくは第２の金属基板（図示しない）に取付けることができる異なる位置への取付けにより安定性が得られるようにすることにより、この他の締結具１０により反覆することができ、又はこの他の締結具１０が第２の木材基板（図示しない）に駆動されて進入しこの第２の木材基板を金属基板４に又は第２の金属基板に取付けることができる。
【００３０】
締結具１０は、穴あけ先端部２０が木材基板２を通って容易に穴あけするため別の木材穴あけ段階を必要としない利点を有している。ある種の締結具は木材基板２が予め穴あけされることを必要としまた締結具が金属基板４を通って穴あけするのにだけ用いられることを必要としていた。これらの締結具にとって予め穴あけする段階は、ねじ条が木材と係合し木材を金属から離れるようにし又は木材を“持ち上げる”という“木材つり上げ作用”のような問題をなくするのを助ける。上記のような別の予め穴あけする段階は締結具に対してより多くの時間を必要とし、そのため取付け作業員は締結具を複数の締結具１０で行うのと同じ速さで取付けることができなくなる。上記の本発明の木材穴あけ段階は、穴あけ突端２２が金属基板４にねじ条３０が木材基板２の“木材つり上げ”を生じさせずに突当るまで、木材基板２を通って穴あけできるようにする。穴あけ突端が金属基板４に突当った後、穴あけ先端部２０は穴あけ突端と金属基板のためにのみ意図された締結具との間を変える必要なく金属基板４を通って穴あけする。
【００３１】
好ましくは、締結具１０は締結具１０を回転するに必要な駆動エネルギーを提供する締結具駆動工具（図示しない）によって回転される。締結具１０が回転するにつれて、穴あけ先端部２０は木材基板２に穴あけし、ねじ条３０は締結具１０を穴あけ突端２２が金属基板４に突当るまで木材基板２を通って前方に引く。
【００３２】
穴あけ突端２２が金属基板４に突当った後、締結具１０は少なくとも３つの他の金属穴あけ段階のうちの１つを介して作動する。第１の他の金属穴あけ段階は、圧力が木材基板２に加えられ木材基板を金属基板４の上に下降させこれら基板が押されて離れるのを阻止する時に、生じる。この圧力を加える１つの方法は締結具１０を駆動する間木材基板２上に下降することによって行われる。第１の他の金属穴あけ段階はまた、木材基板２がより軟らかい木材である時又は金属基板４が重いゲージを有している時あるいはその両方である時に生じる。この例において、穴あけ突端２２が金属基板４に突当るが金属基板４を容易には突き通さず、締結具１０のねじ条３０が木材基板２の中を回転し、図６に示されるように木材をねじ条３０の周りを離れるようにする。締結具１０が回転するにつれて、穴あけ先端部２０は金属基板４を貫通して穴あけする。
【００３３】
第２の他の金属穴あけ段階は、圧力が木材基板２に加えられた時と木材基板２がより硬い木材である時又は金属基板４がより軽いゲージを有する時、あるいは両方である時に、生じる。この他の例では、穴あけ突端２２が金属基板４に突当った時に突端２２がねじ条３０を木材基板２に係合させる。この係合されたねじ条３０は穴あけ突端２２と金属基板４との間に力を提供し、穴あけ突端２２が図７に示されるように金属基板４を突き通し、穴あけ先端部２０が金属基板４を通って穴あけできるようにする。
【００３４】
第３の他の金属穴あけ段階は図８に示されている。この例では、木材基板２にはこれを金属基板４に対して押しつけるための圧力が加えられない。この場合、締結具１０が駆動されるにつれてねじ条３０が締結具１０を前方に駆動し続けまた穴あけ突端２２が木材基板２と金属基板４を離間するよう押す。最終的には、金属基板４と木材基板２とはこれ以上は離間するよう押されることはなく、またねじ条３０は図８に示されるように木材基板２の木材のある部分を引き離し始め、締結具１０を自由に回転させそれにより穴あけ突端２２がねじ条３０により金属基板４に雌ねじが切られるまで金属基板４を通って穴あけするようになる。
【００３５】
締結具１０が金属基板４を通って穴あけした後、締結具１０は、ねじ条３０が金属基板４に雌ねじを切り木材基板２と金属基板４とが相互に引き寄せられそれによりこれら基板が一緒に締めつけ固定されるようになるまで、前方に駆動される。木材基板２を締結具１０により金属基板４に取付ける最後の段階は締めつけ固定する段階である。この締めつけ固定段階において、締結具１０が回転されねじ条３０の後続支持面５０が金属基板４の底部表面７０に対して作用し木材基板２を金属基板４に向って引きつける。最後に、広い頭部１８の締めつけ固定表面５８が木材基板２の頂部表面７２と接触するようになり締結具１０が木材基板２を通って引きつけるのを阻止しそれにより後続支持面３０が金属基板４と係合するにつれて木材基板２と金属基板４とが相互に、締めつけ固定されるようにする。
【００３６】
意外にも、ねじ部分２６の短い長さ５２とねじなし部分２４の実質的に長い長さ５６は、締結具１０がこの３つの他の金属穴あけ段階のどれかが生じても金属基材４と木材基板２とを一緒に引きつけでようにすることが分かった。これは、木材基板２と係合するねじ条３０がより少なくなり、そのため締結具１０が木材基板２を通って引き続けるのを阻止し、代わってねじ条３０が木材基板２を金属基板４に向って引きつけこれら基板を相互に締めつけ固定できるようにするために、生じるものと考えられる。
【００３７】
本発明においては、ねじ部分２６が締結具１０を木材基板を通って引きつけた後、依然として木材基板２の中にある軸部１２の実質的な部分がねじなし部分２４であり、そのため木材基板２の中で締結具１０を前方に駆動し続けることなく回転するようになる。また、木材基板２の中の残りのねじ条３０が締結具１０を前方に駆動するのに十分な力を与えることがなくそのため締結具１０が駆動されるのを続けることなく回転するようになると考えられる。したがって、ねじ条３０は金属基板４に雌ねじを切り金属基板４を図９に示されるように木材基板２に対し締めつけ固定できるようにする。締結具１０が木材基板２の中で回転するにつれて、ねじ条３０の後続支持面５０が金属基板４と係合し金属基板を木材基板２に向って引きつける。
【００３８】
本発明は、頭部の近くのねじなし部分がねじ部分より実質的に長くなっているツーバイフォーの木材基板を軽量ゲージの金属基板に締めつけ固定で取付ける新規な締結具を提供する。このねじ部分は少ないねじ条しか必要でなくそのため締結具が自己−雌ねじ立てとなりねじ条が必要ならば木材を貫通した後木材から離れそれにより締結具が木材を通って、駆動し続けるのに代えて木材と金属を相互に締めつけ固定するようになる。
【００３９】
本発明は上記の実施態様に限定されず、請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自己−穴あけ締結具の立面図である。
【図２】図１の２−２線に沿って切断した自己−穴あけ締結具の穴あけ先端部の断面図である。
【図３】自己−穴あけ締結具の頭部の頂面図である。
【図４】本発明の自己−穴あけ締結具の控え壁状のねじ条の拡大側面図である。
【図５】完了した木材穴あけ段階の側面図である。
【図６】第１の他の金属穴あけ段階の側面図である。
【図７】第２の他の金属穴あけ段階の側面図である。
【図８】第３の他の金属穴あけ段階の側面図である。
【図９】完了した締めつけ段階の側面図である。
【符号の説明】
２…木材基板
４…金属基板
１０…締結具
１２…軸部
１４…一端
１６…他端
１８…頭部
２０…穴あけ先端部
２２…穴あけ突端
２４…ねじなし部分
２６…ねじ部分
２８…縦溝
３０…ねじ条
３２…細溝
３４…先導面
３６…後続面
３８，４０…切刃
４６…根元部
４８…先導支持面
５０…後続支持面
６６…広がり部分
Claims (10)
- 軸線を区画形成し第１の端部と第２の端部とを有する細長い軸部と、
穴あけ突端と軸方向の長さを有する、軸部の第１端部の穴あけ先端部と、
軸部の第２端部に形成された広い頭部
とを具備する、木材基板を金属基板に取付けるための自己−穴あけ締結具であって、
前記軸部が穴あけ先端部から頭部に向って軸方向に延びるねじ部分を有し、該ねじ部分がらせん状のねじ条と軸方向の長さと根元の直径とねじ条の直径とを有し、ねじ条の直径が根元の直径より大きく、ねじ部分の長さが穴あけ先端部の長さより大きくなっており、
前記軸部がねじ部分から頭部に軸方向に延びるねじなし部分を有し、該ねじなし部分が軸方向の長さと直径とを有し、ねじなし部分の直径がねじ条の直径より小さく、ねじなし部分の長さがねじ部分の長さより実質的に大きくなっている、
木材基板を金属基板に取付けるための自己−穴あけ締結具。 - 締結具が約２インチ（５．０８ｃｍ）の全長を有している請求項１に記載の自己−穴あけ締結具。
- ねじ部分の長さが穴あけ先端部の長さの約１．５倍と２．５倍の間であり、ねじなし部分の長さがねじ部分の約２．５倍と約３倍の間である請求項１に記載の自己−穴あけ締結具。
- 穴あけ先端部の長さが約０．２インチ（５．０８ｍｍ）であり、ねじ部分の長さが約０．４インチ（１０．１６ｍｍ）であり、ねじなし部分の長さが約１．２インチ（３０．４８ｍｍ）である請求項１に記載の自己−穴あけ締結具。
- 穴あけ先端部がさらに少なくとも１つの縦溝を具備している請求項１に記載の自己−穴あけ締結具。
- 広い頭部がらっぱ状頭部である請求項１に記載の自己−穴あけ締結具。
- 広い頭部が薄形の頭部である請求項１に記載の自己−穴あけ締結具。
- ねじ条が控え壁状ねじ条である請求項１に記載の自己−穴あけ締結具。
- 控え壁状のねじ条が先導支持面と後続支持表面とを含み、後続支持面が軸部の軸線に直角な線に対し第１の所定角度で配置され、先導支持面が第１の所定角度より大きい第２の所定角度で前記直角の線に対し傾斜している、請求項８に記載の自己−穴あけ締結具。
- 第１の角度が直角の線に対して約７度であり、第２の角度が直角の線に対して約３０度である請求項１に記載の自己−穴あけ締結具。
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