JP2007285336A - もみ切り式自己穿孔ねじ - Google Patents

Abstract

【課題】石膏ボードを薄鋼板製等の枠材に締結するための自己穿孔ねじにおいて、ねじ込み作業の迅速性を確保しつつ、石膏ボードが過度に潰れることを防止すると共に、石膏ボードの表面と直立した姿勢にねじ込むことを容易ならしめる。
【解決手段】ねじは軸１と頭部２とを備えており、軸１には、第１ねじ山４と第２ねじ山５とからなる２条ねじ部６と、第１ねじ山４のみからなる１条ねじ部７とが形成されている。軸１の先端部は先窄まり部３になっており、両ねじ山４，５は先窄まり部３から立ち上がっている。締結状態では、１条ねじ部７の箇所で第１ねじ山４が枠材１３に食い込んでいる。２条ねじ部６が先端側に位置しているため、石膏ボード１２が過度に潰れることはない。また、枠材１３の膨出部１３ａは第１ねじ山４の追い側フランクにしっかりと引っ掛かる。
【選択図】図２

Description

本願発明は、先端を尖らせたタイプの自己穿孔ねじ（ビス）に関するものである。

自己穿孔ねじには、先端を尖らせたもみ切りタイプと、先端に切刃付きドリル部を設けたドリルタイプとがある。前者のもみ切りタイプのねじは、先端を尖らせた先窄まり部で部材（ワーク）の組織を押し広げることによって軸を部材に進入させるものであり、木材のような軟質材製基材や例えば板厚が０．５〜０．８ｍｍの薄鋼板製基材に各種ワークを締結することに多用されている。

もみ切り式の自己穿孔ねじについて様々の改良が施されている。例えば、軸に２条のねじ山を形成することが行われており、更に、２条ねじ方式を基本として様々の展開例が提案されている。

例えば、特許文献１には、ねじ部の全体を２条のねじ山で構成したものにおいて、ねじ部のうち頭側のある程度の範囲は両ねじ山の高さ（或いは外径）が同じである同高部と成し、ねじ山のうち同高部よりも先端側の部分は、両ねじ山の高さが相違する異高部と成すことが記載されている。

また、特許文献２には、ねじ部の全体を２条のねじ山で形成した場合において、ねじ部を、先端側に位置した小径平行ねじ部と、頭の側に位置した大径平行ねじ部と、これら小径平行ねじ部と大径平行ねじ部とを滑らかにつなぐテーパ状の中間ねじ部とに形成することが記載されている。

また、特許文献３には、ねじ山の全体を２条のねじ山で形成した場合において、ねじ部を、先端側に位置したストレート状の下段ねじ部と、頭の側に位置したストレート状の上段ねじ部と、これら下段ねじ部と上段ねじ部との間に位置した中段ねじ部との３つの大きなパートに分け、ねじ山の外径を「下段ねじ部＜中段ねじ部＜上段ねじ部」の関係に設定すると共に、下段ねじ部と中段ねじ部及び中段ねじ部と上段ねじ部とを滑らかに連続させた構成が開示されている。

また、特許文献４には、ねじ部の全体を２条のねじ山で構成した場合において、先端側のある程度の範囲はねじ山の高さがごく低い小径部と成して、小径部よりも頭の側に位置した部分はねじ山の高さが高い大径部と成すことが記載されている。

更に、特許文献５には、ねじ部を、先端側に位置した１条ねじ部とこの１条ねじ部よりも頭の側に位置した２条ねじ部とで構成し、１条ねじ部のねじ山の外径を２条ねじ部のねじ山の外径よりも小径に設定すると共に、１条ねじ部のねじ山の山の高さを２条ねじ部のねじ山の高さよりも遥かに低く設定した構成が記載されている。
特開２００１−２００８２２号公報 特許第３３３４５６３号公報 特許第３４１３８２８号公報 特許第３４８７２１０号公報 特許第３０６０２８４号公報

自己穿孔ねじは様々の用途に使用されており、用途の一つとして、建物の壁や天井を構成する石膏ボードを枠材に締結することがある。壁や天井を構成する枠材（基材）として従来は木材が多用されていたが、近年、耐火性向上や耐久性向上のため、厚さ０．５〜０．８ｍｍ程度で断面略Ｃ字状の薄鋼板製枠材が多く使用されている。特許文献５のねじは、薄鋼板製の枠材に石膏ボードを締結することに好適なものとして開発されており、主たる目的は、軸が枠材に進入するに際して衝撃で枠材が変形することの防止にあり、そこで、ねじ部のうち先端側を小径の１条ねじ部として打ち込み抵抗を少なくしている。

また、特許文献１〜５の自己穿孔ねじは、ねじ部の全体が２条ねじになっているか、又は、ねじ部のうち先端側の適宜範囲が１条ねじでその他の部分が２条ねじになっている。そして、いずれにしても、２条ねじの部分を基材にねじ込んでワークを基材に締結するようになっている。しかし、これら従来の構成では、石膏ボード等のワークの組織が潰れたり、基材に対するねじ山の引っ掛かりが却って低下したりする虞があった。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたもので、より改良されたもみ切り式自己穿孔ねじを提供せんとするものである。

本願発明の自己穿孔ねじは、基本構成として、断面円形の軸とその基端に設けた頭部とを備えており、前記軸のうち頭部と反対側の先端部は最先端を尖らせた先窄まり部になっており、前記軸に、先窄まり部を始端とするねじ山を形成している一方、前記頭部には、ドライバビットが嵌る係合部を形成している。

そして、請求項１の発明では、特徴として、前記軸には、それぞれ先窄まり部を始端とする第１ねじ山と第２ねじ山との２条のねじ山が形成されており、第１ねじ山の終端を第２ねじ山の終端よりも頭部に近い側に位置させることにより、前記軸に、第１ねじ山と第２ねじ山とから成る２条ねじ部と第１ねじ山のみから成る１条ねじ部とが形成されている。この場合、２条ねじ部と１条ねじ部との軸方向の長さは必要に応じて任意に設定できるが、両者ねじ部とも、ねじ山が複数巻き以上あるのが好ましい。

請求項２の発明は、請求項１において、前記第１ねじ山は先窄まり部と終端とを除いた全範囲において第２ねじ山の山の高さよりも高くなっており、このため前記２条ねじ部において第１ねじ山と第２ねじ山とは高さが相違している。

請求項３の発明は、請求項１において、前記２条ねじ部のうち先窄まり部を除いた部分において第１ねじ山と第２ねじ山との山の高さは同じに設定されており、１条ねじ部における第１ねじ山の山の高さは２条ねじ部における両ねじ山の山の高さよりも高くなっている。

請求項４の発明は、請求項１〜３のうちのいずれかにおいて、前記２条ねじ部のうち先窄まり部を除いた部分の谷径と１条ねじ部の谷径とが同じになっている。また、請求項５の発明では、請求項１〜３のうちのいずれかにおいて、前記２条ねじ部は、先窄まり部に連続して谷径が一定になっているストレート部を備えており、この２条ねじ部におけるストレート部の谷径を１条ねじ部の谷径よりも小径に設定している。

本願の特許請求の範囲及び明細書で寸法について「同じ」という文言を使用しているが、ここでいう同じは完全同一を意味するのではなく、ほぼ同じものも含んでいる。また、実際の製品になった場合には、多少の加工誤差が有り得る。

自己穿孔ねじにおいてねじ部が２条ねじであることの利点の一つに、ねじ山のリード角を大きくできるためねじ込み作業を迅速に行えることがある。

そして、本願発明では、２条ねじ部が先端側に位置しているため、ワークを基材に締結するにおいてワーク及び基材には２条ねじ部が先に進入するが、２条ねじ部ではピッチが小さくなっているためねじの姿勢安定性に優れている（ねじ山が１条でしかもリード角が大きいと、ねじ込み抵抗の反力としてねじが倒れる傾向を呈する）。また、ねじ山の全体が２条ねじであると、ねじ山の進入によってワーク及び基材が潰れたり過度に変形したりしてしまう虞があるが（特に石膏ボードの場合は潰れ現象が顕著に現われる）、本願発明ではねじ山のうち頭側の部分は１条ねじ部であるため、ワークや基材が潰れたり過度に変形したりすることを防止又は抑制することが可能になる。

以上の点をまとめると、本願発明により、ワーク又は基材が潰れたり変形し過ぎたりすることを防止しつつ、ねじを正確な姿勢で迅速にねじ込むことが可能になる。

２条ねじ部の態様を山の高さから分類すると、第１ねじ山と第２ねじ山との高さが相違する場合と、両ねじ山の高さが同じである場合とがあり、請求項２のように両ねじ山の高さを異ならせると、第１ねじ山がワーク及び基材に進入するに際しての抵抗が殆どないか又は少ないため、ねじ込み作業を軽快に行える利点がある。

他方、請求項３のように両ねじ山の高さを同じにすると、第１ねじ山が２条ねじ部から１条ねじ部に移行するにおいて高さが高くなるため、１条ねじ部もワーク及び基材に食い込むことになるが、基材に対する第１ねじ山の引っ掛かりを大きくしたい場合は、この態様が好適であると言える。

２条ねじ部と１条ねじ部とを谷径の点から分類すると、２条ねじ部と１条ねじ部とで谷径が同じである場合と、２条ねじ部の谷径が１条ねじ部の谷径よりも小径である場合とがある。請求項４のように２条ねじ部と１条ねじ部との谷径を同じにすると、１条ねじ部がワークや基材に進入するに際しての谷の部分での抵抗はないため、ねじ込みの抵抗が小さくて作業を軽快に行える利点がある。

他方、請求項５のように２条ねじ部の谷径を１条ねじ部の谷径よりも小径にすると、１条ねじ部もワークや基材に対して食い込むことになるため、ワークや基材に対する１条ねじ部の密着性が高くなり、その結果、引き抜き抵抗を大きくできると言える。

請求項４は請求項２の下位概念である場合と請求項３の下位概念である場合とに分かれ、また、請求項５は請求項２の下位概念である場合と請求項３の下位概念である場合とに分けられる。用途に応じて最適な組み合わせを選択したらよい。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図２では第１実施形態を示している。まず、第１実施形態について説明する。

(1).第１実施形態の構造
第１実施形態は図１に示されている。図１のうち（Ａ）は正面図、（Ｂ）はねじ山の状態を示す観念図、（Ｃ）はねじ山を省略した状態での正面図、（Ｄ）は平面図、（Ｅ）は横向きにした状態での部分的な断面図である。なお、（Ｅ）では断面表示の平行斜線（ハッチング）は部分的にしか表示していない。

自己穿孔ねじは、断面円形の軸１とその基端に一体に繋がった頭部２とを備えており、軸１のうち頭部２と反対側の先端部は、最先端を尖らせた先窄まり部３になっている。先窄まり部３のテーパ角度αは略２５度程度に設定している。なお、本実施形態の先窄まり部３は円錐状に形成しているが、縦断面の形状を曲面と成した砲弾形に形成することも可能である。

軸１には、第１ねじ山４と第２ねじ山５との二条のねじ山が形成されており、隣り合ったねじ山４，５の間には断面視で平坦状の谷が露出している。両ねじ山４，５は先窄まり部３から始まって（立ち上がって）おり、第１ねじ山４は首下近傍まで延びているが、第２ねじ山５は軸１の約半分程度の長さまでしか延びていない。従って、軸１に形成されたねじ部は、第１及び第２のねじ山４，５が併存する２条ねじ部６と、第１ねじ山５しか存在ない１条ねじ部７とに分離構成されており、２条ねじ部６が軸１の先端側に位置している。

本実施形態では、第１ねじ山４の始端（先端）は先窄まり部３の先端まで延びており、第１ねじ山の始端がもみ切り部４ａになっている。このもみ切り部４ａの食い込み作用により、軸１が部材（ワーク、基材）に進入するきっかけが作られる。第１ねじ山４及び第２ねじ山５とも終端部は徐々に高さが低くなっており、第２ねじ山５の終端は分図（Ａ）において背面箇所に位置している。

２条ねじ部６のうちねじ山４，５を除いた部分は、その先端部を構成する先窄まり部３と、谷径Ｄ１が一定のストレート部８と、ストレート部８から１条ねじ部７に向けて外径が大きくなるテーパ部９とで構成されている。従って、２条ねじ部６におけるストレート部８の谷径Ｄ１は、１条ねじ部７の谷径Ｄ２よりも僅かに小径になっている。

第１ねじ山４の山の高さＨ１は第２ねじ山５の山の高さＨ２よりも高くなっている。また、第１ねじ山４はその始端部及び終端部を除いて同じ高さになっている。そして、既述のように２条ねじ部６におけるストレート部８の谷径Ｄ１が１条ねじ部７の谷径Ｄ２よりも小径であるため、２条ねじ部６における第１ねじ山４の外径Ｄ３は１条ねじ部７における第１ねじ山４の外径Ｄ４よりもやや小径になっている。従って、２条ねじ部６における第２ねじ山５の外径をＤ５とすると、Ｄ５＜Ｄ３＜Ｄ４の関係になっている。また、Ｄ４とＤ３との差よりもＤ３とＤ５との差のほうが大きくなっている。

第１ねじ山４の山の角度θ１と第２ねじ山５の山の角度θ２とは異なっているか、両角度θ１，θ２を同じ程度に揃えてもよい。本実施形態の場合、θ１は３０度程度、θ２は６０度程度に設定しているが、勿論、角度は必要に応じて任意に設定できる。

頭部２は、外向き凹状に湾曲したプロフィールを有するラッパ状部２ａとその上端に一体に設けたフランジ部２ｂとから成っており、頂面には、ドライバビットが嵌まる係合部の一例として十字穴１０を形成している。

本実施形態のねじは、石膏ボードを枠材に締結することに開発されており、この用途に好適な形態として、頭部２にフランジ部２ｂを設けて、通常のねじよりも外径Ｄ６が大きくなっている。すなわち、通常の石膏補ボード用ねじは、ねじ部の呼び径（本実施形態の場合はＤ４）の２倍程度であるが、本実施形態では、ラッパ状部２ａの外径Ｄ７を呼び径（Ｄ４）の２倍程度の寸法に設定し、フランジ部２ｂの外径Ｄ７は呼び径（Ｄ４）の３倍程度に設定している。また、フランジ部２ｂの厚さは０．６〜０．８ｍｍ程度に設定している。

(2).使用状態
図２ではねじの使用状態を示している。この例では、石膏ボード１２を薄鋼板製で断面略Ｃ字状の枠材１３に締結することに使用しており、（Ａ）はねじ込み切った状態での断面図、（Ｂ）はねじ込み途中の断面図である。石膏ボード１２の表面と裏面とにはそれぞれ紙１４，１５が貼られている。

ねじのねじ込みにおいて、先に２条ねじ部６が石膏ボード１２から枠材１３に進入し、次いで、１条ねじ部７が石膏ボード１２と枠材１３に進入していく。ねじ込み切った状態では、１条ねじ部７の第１ねじ山４に枠材１３の内周縁に引っ掛かると共に、頭部２のフランジ部２ｂは石膏ボード１２の内部にめり込んだ状態になる。

ところで、第１ねじ山４しか存在しない場合は、第１ねじ山４のリード角が大きいことから、軸１が石膏ボード１２及び枠材１３に進入するに際してぶれる現象が生じることがある。つまり、第１ねじ山４が石膏ボード１２及び枠材１３に食い込んで行くに際して抵抗が生じ、このため、軸１は、第１ねじ山４の食い込み位置と反対側に倒れる傾向を呈するが、食い込み位置は軸１の回転に伴って連続的に変化するため、ねじが軸心回りにぶれる現象が生じる。

これに対して本願発明では、２条ねじ部６が先端側に位置しているため、２条のねじ山４，５が軸心を挟んだ両側において石膏ボード１２及び枠材１３に食い込んでいくことになり、すると、石膏ボード１２及び枠材１３に対する両ねじ山４，５の抵抗が互いに打ち消しあって、軸１を石膏ボード１３の表面に対して直立した姿勢に保持することができるのである。

そして、ねじ部の全体が２条ねじであると、石膏ボード１２の組織にねじ山が過度に接触して組織が潰され過ぎることがあり、このため、いわば石膏ボード１２とねじとの間にガタが生じる状態になることがあるが、本願発明では、ねじ部のうち頭側の部分は１条ねじ部７になっているため、石膏ボード１２の組織が過度に潰されることはなく、その結果、石膏ボード１２をしっかりと押さえ固定できるのである。

更に、枠材１３には、軸１のねじ込み方向に突出したバーリング状の膨出部１３ａが形成され、この膨出部１３ａがねじ山のフランク（追い側フランク）に引っ掛かることでねじの抜けが阻止されるが、本実施形態では、膨出部１３ａは１条ねじ部７の箇所で第１ねじ山４のみに引っ掛かるように設定されており、このため、膨出部１３ａを第１ねじ山４にしっかりと引っ掛けることができる。

更に、本実施形態では、ねじ山の最大外径及び谷径とも１条ねじ部７が２条ねじ部６よりも大きくなっているため、１条ねじ部７の箇所においても谷部及び第１ねじ山４が枠材１３を押し広げる傾向を呈しており、従って、ねじ込み切った状態で、１条ねじ部７は枠材１３の膨出部１３ａにしっかりと引っ掛かっている。よって、高い締結強度を確保することが可能になる。

本実施形態のように頭部２におけるフランジ部２ｂの外径Ｄ６を従来品よりも大きい寸法に設定すると、頭部２と石膏ボード１２との接触面積が従来よりも格段に広くなるため、頭部２による石膏ボード１２の押さえ力を格段に向上できる利点がある。

２枚の石膏ボード１２を重ねて枠材１３に締結することがあるが、この場合は、１条ねじ部７の長さを長くするか、又は、１条ねじ部７と頭部３との間にねじ無し部を形成するかしたらよい（締結した状態で２枚の石膏ボード１２に第１ねじ山４が掛かっているのが好適であると言える。）。

また、本実施形態のねじは、木製の枠材に石膏ボード１２を締結することにも使用できる。この場合、木製の枠材には主として１条ねじ部７が食い込んでいるが、ねじ山の最大外径及び谷径とも１条ねじ部７が２条ねじ部６よりも大きいため、ねじは枠材にしっかりと食い込む。

(3).他の実施形態
図３及び図４では他の実施形態を示している。このうち図３（Ａ）に示す第２実施形態は、１条ねじ部７の谷径を２条ねじ部６の谷径よりも小径に設定した場合において、２条ねじ部６における第１ねじ山４と第２ねじ山５との山の高さを同じに設定している。従って、２条ねじ部６において両ねじ山４，５の外径Ｄ５は同じ寸法になっている。この第２実施形態では、１条ねじ部７がワーク（例えば石膏ボード１２）や基材（例えば枠材）に進入するに際しての抵抗は第１実施形態の場合よりも大きくなる。

図３（Ｂ）に示す第３実施形態は、２条ねじ部６のうち先窄まり部３を除いた部分の谷径と１条ねじ部７の谷径とが同径になっている（すなわちねじ部の谷が先窄まり部を除いてストレート状になっている）場合において、２条ねじ部６での両ねじ山４，５の山の外径Ｄ８を同じ寸法に設定している。

図３（Ｃ）に示す第４実施形態では、２条ねじ部６のうち先窄まり部３を除いた部分の谷径と１条ねじ部７の谷径とを同径に設定した場合において、第１ねじ山４は２条ねじ部６及び１条ねじ部７とも同じ外径Ｄ４に設定し、第２ねじ山５の外径Ｄ５は第１ねじ山４の外径Ｄ６よりも小径に設定している。

図４（Ａ）に模式的に示す第５実施形態では、２条ねじ部６と１条ねじ部７とで谷径を異ならせた場合において、２条ねじ部６では第１ねじ山４の高さを第２ねじ山５の高さよりも低くし、１条ねじ部７における第１ねじ山４の高さを２条ねじ部６における第２ねじ山５の高さと同じに設定している。

図４（Ｂ）に模式的に示す第６実施形態では、２条ねじ部６と１条ねじ部７とで谷径を同じにした場合において、２条ねじ部６では第１ねじ山４の高さを第２ねじ山５の高さよりも低くし、かつ、第１ねじ山４の山の高さは先窄まり部３と終端とを除いた全体にわたって同じ寸法に設定している。この実施形態では、ワークや基材に対する１条ねじ部７の進入抵抗は殆どないと言える。

(4).その他
本願発明は上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば頭部の形態は用途に応じて選択できる。具体的には、皿頭、鍋頭、六角頭などを採用できる。係合手段も十字穴に限らないのであり、四角穴方式や六角穴方式など様々の方式を採用できる。

また、第１ねじ山と第２ねじ山とのうちいずれか一方又は両方の外径を、先窄まり部を除いた部分において頭の側に向けて徐々に大きくなるテーパ状に設定することもできる。この場合、第１ねじ山は、２条ねじ部の箇所のみでテーパ状に形成したり、１条ねじ部の箇所のみでテーパ状に形成したり、或いは、先窄まり部の箇所を除いた全長にわたってテーパ状に形成したりというように、様々の態様を選択できる。

また、２条ねじ部及び１条ねじ部のうちのいずれか一方又は両方の谷部をテーパ状に形成することも可能である。また、関連発明として、ねじ部を、２条以上の多条ねじ部と１条ねじ部とで構成することや、３条ねじ部と２条ねじ部と１条ねじ部とで構成するというように条数が段階的に段階的に異なった複数のねじ部で構成することも可能である。

第１実施形態の構造を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はねじ山の状態を示す観念図、（Ｃ）はねじ山を省略した状態での正面図、（Ｄ）は平面図、（Ｅ）は横向きにした状態での部分的な断面図である。 使用状態を示す断面図である。 第２〜第４実施形態を示す図である。 第５〜第６実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 軸
２ 頭部
３ 先窄まり部
４ 第１ねじ山
５ 第２ねじ山
６ ２条ねじ部
７ １条ねじ部
１０ 係合部の一例としての十字穴
１２ ワークの一例としての石膏ボード
１３ 基材の一例としての薄鋼板製枠材

Claims (5)

1. 断面円形の軸とその基端に設けた頭部とを備えており、前記軸のうち頭部と反対側の先端部は最先端を尖らせた先窄まり部になっており、前記軸に、先窄まり部を始端とするねじ山を形成している一方、前記頭部には、ドライバビットが嵌る係合部を形成しているもみ切り式自己穿孔ねじであって、
   前記軸には、それぞれ先窄まり部を始端とする第１ねじ山と第２ねじ山との２条のねじ山が形成されており、第１ねじ山の終端を第２ねじ山の終端よりも頭部に近い側に位置させることにより、前記軸に、第１ねじ山と第２ねじ山とから成る２条ねじ部と第１ねじ山のみから成る１条ねじ部とが形成されている、
   もみ切り式自己穿孔ねじ。
2. 前記第１ねじ山は先窄まり部と終端とを除いた全範囲において第２ねじ山の山の高さよりも高くなっており、このため前記２条ねじ部において第１ねじ山と第２ねじ山とは高さが相違している、
   請求項１に記載したもみ切り式自己穿孔ねじ。
3. 前記２条ねじ部のうち先窄まり部を除いた部分において第１ねじ山と第２ねじ山との山の高さは同じに設定されており、１条ねじ部における第１ねじ山の山の高さは２条ねじ部における両ねじ山の山の高さよりも高くなっている、
   請求項１に記載したもみ切り式自己穿孔ねじ。
4. 前記２条ねじ部のうち先窄まり部を除いた部分の谷径と１条ねじ部の谷径とが同じになっている、
   請求項１〜３のうちのいずれかに記載したもみ切り式自己穿孔ねじ。
5. 前記２条ねじ部は、先窄まり部に連続して谷径が一定になっているストレート部を備えており、この２条ねじ部におけるストレート部の谷径を１条ねじ部の谷径よりも小径に設定している、
   請求項１〜３のうちのいずれかに記載したもみ切り式自己穿孔ねじ。

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