JP2007292201A - ドリルねじ - Google Patents

Abstract

【課題】作業性と締結強度に優れたドリルねじを提供する。
【解決手段】ねじは軸１と頭部２とから成っており、軸１の先端部は切刃３ｂを有するドリル部３になっている。軸１のねじ部は、先端側に位置した小径の第１部分６と頭側に位置した大径の第２部分７とを備えている。ねじ山は高さが異なる第１ねじ山４と第２ねじ山５とからなっており、第１部分６には両ねじ山４，５が併存しており、第２部分７には第１ねじ山４しか存在していない。第１部分６が２条であるため、ねじ込みに際しての姿勢安定性に優れており、第２部分７には第１ねじ山４しか存在しないため、例えばワークが石膏ボード１２である場合、石膏ボードが過度に潰れることを防止できる。第２部分７も枠材１２に食い込むため、高い締結強度を確保できる。
【選択図】図２

Description

本願発明は、軸の先端部に切刃付きのドリル部を設けたドリルねじ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ねじとがある。後者のドリルねじは、例えば、鋼板製のワークを鋼板製の基材に締結したり、木製のワークを鋼製基材に締結したりというように、一般には鋼板製の基材に各種のワークを締結することに多用されているが、木製基材のような軟質材にワークを締結することにも使用されている（例えば特許文献１）。

ドリルねじのねじ部は、一般に、谷径及びねじ山の大径が全長にわたって略一定のストレート状に形成されており、ねじ山も１条であることが殆どである。一般には、鋼製基材にワークを締結するドリルねじの場合は、ねじ山のピッチは細かく設定されていて隣り合ったねじ山が谷部において連続しており、他方、木製基材用のドリルねじの場合は、上記特許文献１に記載されているようにねじ山のピッチは荒く設定されており、隣り合ったねじ山の間には大きな空間が空いている。
特開２００２−３１１１５号公報

木材用のドリルねじは、釘に代わるファスナーとして用途が拡大する傾向にあると言える。また、木製部材同士の締結には木ねじに代表されるもみ切り式の自己穿孔ねじが多用されているが、もみ切り式の自己穿孔ねじはワークや基材の組織を押し広げることで当該ワークや基材に進入するものであるため、ワークや基材に割れが発生したりねじ込み抵抗が著しく高くなったりすることがあり、そこで、もみ切り式の自己穿孔ねじをドリルねじに代えることも行われている（特許文献１はその例である。）。

また、住宅の内装構造として石膏ボードを枠材（下地材）に締結しているが、枠材は木材から薄鋼板製チャンネル材に移行しており、そこで、ドリルねじは石膏ボードの締結用ビスとしても注目されている。

このようにドリルねじはその用途が拡大しており、用途拡大に従って、ワークや基材の素材のバリエーションが広がっている。従って、ワークや基材の性質に応じて高い締結強度や作業性を確保できることが要請されるが、従来のようにストレート状の軸に単に１条のねじ山を形成したに過ぎない構成では、このような要請に応えることが難しかった。

本願発明はこのよう現状に鑑み成されたもので、改良されたドリルねじを提供することを課題とするものである。

本願発明のドリルねじは、基本的な構成は従来と同様であり、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が切刃を有するドリル部に形成されており、更に、前記軸にはねじ山を有するねじ部が形成されている一方、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、本願発明はねじ部に特徴を有しており、このうち請求項１の発明では、前記軸のねじ部は先端側に位置した第１部分と頭部側に位置した第２部分とを備えており、前記第１部分は少なくとも２条のねじ山が構成されている一方、前記第２部分は前記第１部分を構成する複数条のねじ山のうちの一部のねじ山で構成されており、このため、第２部分のねじ山の条数が第１部分のねじ山の条数よりも少なくなっている。

請求項２の発明では、請求項１において、前記第１部分は第１ねじ山と第２ねじ山との２条のねじ山が構成されていて第２部分は第１ねじ山のみで構成されており、第１部分では第２ねじ山の高さよりも第１ねじ山の高さが高くなっており、かつ、第１ねじ山は第１部分よりも第２部分において外径が大きくなっている。請求項３の発明では、請求項１又は２において、前記第１部分の谷径は第２部分の谷径よりも小径に設定されている。

請求項４の発明は、請求項１と同じ基本構成で、前記軸のねじ部は先端側に位置した第１部分と頭部側に位置した第２部分とを備えており、前記第１部分の谷径は第２部分の谷径よりも小径になっており、これら第１部分と第２部分とに複数条のねじ山が連続して延びる状態に形成されており、更に、前記複数条のねじ山は第１部分及び第２部分の両方において互いに高さが異なっている。

複数条のねじ山を有するねじの特徴の一つに、各ねじ山のリード角を大きくできるため１回転当たりの進入量を大きくしてねじ込み作業を迅速に行える点がある。そして、請求項１の発明では、ねじ山の条数が第１部分より第２部分が少ないため、隣り合ったねじ山の間隔は第１部分よりも広がっており、従って、例えば基材が鋼板製である場合は、ねじ山に対する基材の引っ掛かりを良くすることが可能になり、その結果、締結強度を向上することが可能になる。

また、ワーク及び基材が木材のような繊維質系である場合は、ねじ込み抵抗を抑制して作業者の負担を軽減することが可能になる。

請求項２，３のように構成すると、ワーク及び基材は第２部分によっても押し広げられるため、第２部分に対する基材及びワークの引っ掛かりを良くすることができ、そのため締結強度をより一層向上できる。

ワークが石膏ボードのような脆い素材である場合、ねじ山によって組織が潰される現象がみられ、甚だしいとワークとねじとの間にガタが生じる虞があるが、請求項１のように構成すると、第２部分によるワークの潰し現象を抑制でき、更に、請求項２，３のように構成すると、ワークは第２部分によっても押し広げられるため、ワークと第２部分との密着性が高くなる。従って、請求項１〜３の発明は、石膏ボードのような脆い素材から成るワークの締結に好適である。勿論、ワークや基材が木材のような緻密な繊維質の素材からなる場合においても好適である。

請求項４の発明ではねじ山の全体が多条ねじで構成されているが、第２部分が第１部分よりも大径であることにより、ワーク及び基材は第２部分によっても押し広げられることになり、このため、ワーク及び基材に対するねじ部の密着性と引っ掛かりとを良くすることができ、その結果、高い締結強度を確保できる。

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実施形態を説明する。

(1).第１実施形態の構造
図１のうち（Ａ）はドリルねじの正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）はねじ山を省略した状態での正面図、（Ｄ）は横向きにした状態での部分的な断面図である。なお、（Ｄ）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。

ドリルねじは、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ドリル部３になっている。ドリル部３は、２条の縦溝３ａと２つの切刃３ｂとを備えており、最先端にはチゼルエッジが形成されている。

軸１のうちドリル部３と頭部２との間の部分には、第１ねじ山４と第２ねじ山５との２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はドリル部３の終端近傍から始まって（立ち上がって）おり、第１ねじ山４は首した近傍まで延びており、第２ねじ山５は軸１の長手方向の中途部まで延びている。このため、軸１のねじ部は、第１ねじ山４及び第２のねじ山５が併存する第１部分６と、第１ねじ山４のみが存在する第２部分７とに分けられている。

そして、第１部分６においては、両ねじ山４，５は始端部と終端を除いて第１ねじ山４の高さＨ１が第２ねじ山５の高さＨ２よりも高くなっている。また、第２部分７での第１ねじ山４の高さＨ３は第１部分６での高さＨ１と略同じになっている一方、第１部分６の谷径Ｄ１は第２部分７の谷径Ｄ２よりもやや小径になっており、このため、第２部分７における第１ねじ山４の外径Ｄ３は第１部分６における第１ねじ山４の外径Ｄ４よりもやや大径になっている。（Ｄ）では第１部分６における第２ねじ山５の外径をＤ５で表示している。

第１部分６及び第２部分７ともその谷部は基本的には略全体にわたって外径が同じストレート状になっているが、第１ねじ山４を第１部分６から第２部分７に滑らかに移行させるため、第１部分６における谷部の終端部は第２部分７に向け外径が広がるテーパ状に形成されている。テーパ部を図１（Ｃ）、（Ｄ）において符号６ａで示している。

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とは異なっているが、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。また、ねじ山４，５のピッチも任意に設定できるのであり、断面視において谷の平坦部が全く又は僅かしか存在しない程度の細かいピッチとすることも可能である（他の実施形態も同様である）。

第１部分６と第２部分７とが軸方向に広がる範囲は任意に設定できる。また、第２部分７と頭部２との間にねじ無し部が存在していてもよい。また、両ねじ山４，５の始端はドリル部３から始まっていてもよい（すなわち、両ねじ山４，５の始端がドリル部３の縦溝３ａの箇所に位置していてもよい。）。また、本実施形態では第１部分６の谷径Ｄ１とドリル部３の外径とは同じに設定しているが、ドリル部３の外径を第１部分６の谷径Ｄ１よりやや大径に設定するというように、両者の外径を異ならせることも可能である（他の実施形態も同様である）。

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形になっており、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９を形成している。上端にはフランジ部２ａを設けている。フランジ部２ａの外径は第２部分７における第１ねじ山４の外径Ｄ３（呼び径）の３倍程度に設定している。

ドリルねじは炭素鋼やステンレス鋼の線材（棒材）を材料として製造されている。ねじ山４，５は転造で加工されており、ドリル部３は、一対の金型を使用した圧造（フォージング）で加工されている。ドリル部３はフライス加工（切削加工）することも可能である。必要に応じて、熱処理（焼き入れ・焼き戻し）や表面処理を施すことは自由である。

(2).使用状態
図２ではねじの使用例を示している。この例では、石膏ボード１１を薄鋼板製で断面略Ｃ字状の枠材（下地材）１２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１３，１４が貼られている。

ねじのねじ込みにおいて、石膏ボード１１と枠材１２に先ずドリル部３で下穴が空けられて、その下穴に第１部分６と第２部分７が進入していく。ねじ込み切った状態では、第２部分７の第１ねじ山４が枠材１２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１１の内部にめり込んだ状態になる（表面に壁紙を貼るためである。）。

第２部分７の谷径Ｄ２が第１部分６の谷径Ｄ１よりも大径であるため、枠材１２には、ねじの進入により、ねじ込み方向に緩く突出したバーリング状の膨出部１２ａが形成され、この膨出部１２ａが第１ねじ山４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。

そして、仮にねじ山が１条だけでかつリード角が大きいと、枠材１２へのねじ込み初期において、ねじ山が枠材１２内周に片当たり状態になってねじが倒れる傾向を呈するが、本願発明では、第１部分６は２条ねじになっていて２条のねじ山４，５が枠材１２の内周縁に対して軸心を挟んだ両側から当たるため、倒れを防止して安定した姿勢でねじ込みを行うことができる。

また、本実施形態では、第２部分７の谷径Ｄ２が第１部分６の谷径Ｄ１より大径であることにより、枠材１２にはねじ込み方向に突出した膨出部１２ａが形成され、このため、枠材１２に対する第１ねじ山４の引っ掛かりが良くて高い締結強度を確保できる。また、第２部分７は第１ねじ山４のみしかなくて隣り合ったねじ山４の間の間隔が大きいため、枠材１２の膨出部１２ａが軸１の谷にしっかりと当たることになり、この面でも、枠材１２に対する第１ねじ山４の引っ掛かりが良くなっている。

本実施形態のように、頭部２のフランジ部２ａをねじ山の最大径（呼び径）Ｄ３の３倍程度（従来品は２倍程度である）に設定すると、石膏ボート２に対する押さえ力を格段に向上できるが、フランジ部２ａを石膏ボード１１の内部にめり込ませる必要があるため、フランジ部２ａの外径が従来よりも大きいと、ねじ込み終期においてねじ込み抵抗が高くなり、高いねじこみ抵抗に耐えるにはねじ山４，５に対する枠材１２の引っ掛かり抵抗が大きくなければならない。

この点、本願発明では既述のとおり第１ねじ山４に対する枠材１２の引っ掛かりが良いため、枠材１２の膨出部１２ａが潰れてねじが空回りしてしまう現象を回避しつつ、頭部２の全体を石膏ボード１１の内部にめり込ませることができる。

また、ねじ部の全体がストレートであると、石膏ボードが崩れてねじ部との間にガタが生じる場合があるが、本願発明では第２部分７も石膏ボート１１に食い込んでいくため、第２部分７を石膏ボードの組織に密着させた状態にすることができ、このため、ねじと石膏ボードとの間にガタが生じることを防止できる。

いうまでもないが、本実施形態のねじは、木製の枠材に石膏ボード１１を締結することにも使用できる。この場合、ねじ部の全体又は大部分が枠材に進入したままであることが多いが、第２部分７のねじ山４は１条のみであって枠材に対するねじ込み抵抗は小さいため、締結作業に際しての作業者の負担を軽減することができる。

ねじ山４，５をドリル部３から立ち上げることも可能であるが、枠材１２がある程度以上に厚い場合（例えば１．２ｍｍ以上）は、ねじを高速で回転させて枠材１２に下穴を切削することになるため、ねじ込み初期のねじの回転によって石膏ボードの組織が潰れてしまう虞がある。そこで本実施形態では、ドリル部３の長さＬを石膏ボード１１の厚さＴと同じ程度に設定しており、このように構成すると、ねじが高速で回転してもねじ山４，５は石膏ボード１１に全く又は殆ど掛からないため、石膏ボード１１が過度に潰れてしまうことを防止できる利点がある。従って、本実施形態は、枠材１２のような基材が厚い場合に好適である。

なお、ねじの頭部２を石膏ボード１１にめり込ませるには、石膏ボード１１のうち表面側の部分はむしろ潰れていたほうがよいのであり、従って、ドリル部３で枠材１２に下穴を空ける穿孔過程においてねじ山４，５の始端部で石膏ボード１１の表面側の部分が潰れるように設定しておくのが好ましいと言える。

また、薄鋼板製枠材１２に使用する場合のような板材製基材への締結用に使用する場合は、一般的には、ねじ山のピッチは細かいほうが良いと言える。従って、ねじ山４，５のピッチ（或いはリード角）を、第１部分６では隣り合った山４，５の裾が密接又は近接して、第２部分７では隣り合った山４の間に平坦状の谷が露出するような寸法に設定しておいても良い。

(3).第２〜第５実施形態
次に、他の実施形態を説明する。図３では第２〜第５実施形態を示している。図３の各実施形態は、ねじ山４，５の始端部をドリル部３の箇所に位置させた点で共通している。従って、ドリル部３と第１部分６とは重複している。頭部は第１実施形態と同じでも良いし、異ならせても良い。

図３のうち、（Ａ）に示す第２実施形態は、第１部分６の谷径を第２部分７の谷径よりも小径に設定して、第１部分６の箇所において両ねじ山４，５の高さを異ならせている。（Ｂ）に示す第３実施形態は、第１部分６の谷径を第２部分７の谷径よりも小径に設定して、第１部分６の箇所において両ねじ山４，５の高さを同じにしている。

（Ｃ）に示す第４実施形態は、第１部分６及び第２部分７において谷径を同じに設定し（すなわち、ねじ部の略全体で谷径を同じ寸法に設定し）、第１部分６の箇所において両ねじ山４，５の高さを同じにしている。他方、（Ｄ）に示す第５実施形態は、第１部分６及び第２部分７において谷径を同じに設定して、第１部分６の箇所において両ねじ山４，５の高さを異ならせている。

図では表示してないが、第１部分６の谷部を、第２部分７に向けて外径が徐々に大きくなるテーパ状に形成することも可能である。この場合、第１部分６におけるねじ山４，５は高さを同じにしても良いし，高さを異ならせてもよい。更に、第１部分を３条ねじに構成し、第２部分を２条ねじ又は１条ねじとする、というようなことも可能である。ねじ山が３条以上ある場合、少なくとも１つのねじ山と他のねじ山との高さが異なっていたらよい。

(4).第６〜第９実施形態
図４では第６〜第８実施形態を示している。このうち（Ａ）に示す第６実施形態は、ねじ部の全体を第１ねじ山４と第２ねじ山５との２条のねじ山で構成したものであり、特徴として、第１部分６の谷径を第２部分７の谷径よりも若干小径に設定して、両部分６，７において両ねじ山４，５の高さを異ならせている。両部分６，７はテーパ部１５を介して滑らかに連続している。また、ねじ山４，５はドリル部３には掛かっていない。

本実施形態では、第１部分６では第１ねじ山４の外径Ｄ４が第２ねじ山５の外径Ｄ５よりも大きく、同様に、第２部分７では第１ねじ山４の外径Ｄ３が第２ねじ山５の外径Ｄ６よりも大きい。Ｄ６はＤ５よりも大きいが、Ｄ４とＤ６とは、いずれかが大きくなるように異ならせても良いし、等しい寸法に設定しても良い。第１部分６と第２部分７とで両ねじ山４，５の高低の比率を変えることも可能である。

本実施形態も第１実施形態と同様の効果が発揮される。そして、第２部分７も２条ねじであるため、第２部分７とワークとの密着性が高くなる。図４（Ｂ）に示す第７実施形態は第６実施形態の変形例であり、第６実施形態との相違点は、ねじ山４，５がドリル部３から始まっている点のみである。

図４（Ｃ）（Ｄ）に示す第８実施形態はドリル部３の別例を示すもので、（Ｃ）は部分正面図、（Ｄ）は底面図である。この実施形態では、ドリル部３を四角錐形に形成している。従って、４つの峰状切刃３ｂを備えており、先端はピンポンイトになっている。四角錐形に変えて三角錐形に形成することも可能であり、また、四角錐形にしても三角錐形にしても、切刃３ｂの切削性を高めるため、隣り合った切刃３ｂの間の斜面部分を凹ませるといったことも可能である。

図５では第９実施形態を模式的に示している。この実施形態は、ねじ部の全体を第１ねじ山４と第２ねじ山５との２条ねじで構成した場合において、第１部分６が谷部及びねじ山４，５の外径とも先窄まりのテーパ状に形成されている。図では表示していないが、第１部分６と第２部分７との両方をテーパ状に形成することも可能である。

(5).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、ねじ部の形態としては、先端側に位置した小径の第１部分と頭側に位置した大径の第２部分と両者の間に位置した中間径の第３部分との３つのストレート状部を備えた形態として、隣り合ったストレート状部をテーパ部によって滑らかに連続させることも可能である（ねじ山の態様も、条数と高低とを任意に組み合わせることができる。）。

また、ドリル部及び頭部とも様々な形態を採用できる。例えば頭部について見ると、皿頭、鍋頭、六角頭などを採用できる。係合部の形態も十字穴に限らないのであり、係合穴方式を採用する場合は、四角穴や六角穴、或いは星型の穴など、様々な形状の係合穴を採用できる。

第１実施形態の構造を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）はねじ山を省略した状態での正面図、（Ｄ）は横向きにした状態での部分的な断面図である。 第１実施形態の使用状態を示す図である。 第２〜第５実施形態を示す図である。 第６〜第８実施形態を示す図である。 第９実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 軸
２ 頭部
３ ドリル部
４ 第１ねじ山
５ 第２ねじ山
６ 第１部分
７ 第２部分
９ 係合部の一例としての十字穴
１１ ワークの一例としての石膏ボード
１２ 基材の一例としての薄鋼板製枠材（下地材）

Claims (4)

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が切刃を有するドリル部に形成されており、更に、前記軸にはねじ山を有するねじ部が形成されている一方、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ドリルねじであって、
   前記軸のねじ部は先端側に位置した第１部分と頭部側に位置した第２部分とを備えており、前記第１部分は少なくとも２条のねじ山が構成されている一方、前記第２部分は前記第１部分を構成する複数条のねじ山のうちの一部のねじ山で構成されており、このため、第２部分のねじ山の条数が第１部分のねじ山の条数よりも少なくなっている、
   ドリルねじ。
2. 前記第１部分は第１ねじ山と第２ねじ山との２条のねじ山が構成されていて第２部分は第１ねじ山のみで構成されており、第１部分では第２ねじ山の高さよりも第１ねじ山の高さが高くなっており、かつ、第１ねじ山は第１部分よりも第２部分において外径が大きくなっている、
   請求項１に記載したドリルねじ。
3. 前記第１部分の谷径は第２部分の谷径よりも小径に設定されている、
   請求項１又は２に記載したドリルねじ。
4. 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が切刃を有するドリル部に形成されており、更に、前記軸にはねじ山を有するねじ部が形成されている一方、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ドリルねじであって、
   前記軸のねじ部は先端側に位置した第１部分と頭部側に位置した第２部分とを備えており、前記第１部分の谷径は第２部分の谷径よりも小径になっており、これら第１部分と第２部分とに複数条のねじ山が連続して延びる状態に形成されており、更に、前記複数条のねじ山は第１部分及び第２部分の両方において互いに高さが異なっている、
   ドリルねじ。

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