JP2017067297A

JP2017067297A - 木ねじ

Info

Publication number: JP2017067297A
Application number: JP2017009508A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　一生; Kazuo Suzuki; 一生鈴木; 吉典角田; Yoshinori Tsunoda; 宮本　慎介; Shinsuke Miyamoto; 慎介宮本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2017-04-06

Abstract

【課題】防水用途の高粘性ゴムと木材とを合わせて貫通させる用途においても挿入トルクの増加を抑える木ねじを得ること。【解決手段】回転力を受ける頭部１１と、軸部１２と、ねじ先部１３とを備え、ねじ先部１３及び軸部１２に跨るねじを有する木ねじ１０であって、ねじ先部１３は、軸方向に延びるＶ字形状の溝１６が形成されており、ねじは、ねじ山を有し、ねじ山の部分での直径をＤ１、軸部１２のシャンク１２ａの直径をＤ３とした場合に、１．６５＞（Ｄ１／Ｄ３）＞１．５５の関係を満たす。【選択図】図１

Description

本発明は、家屋の防水性を損なわずに、家屋の外部に機器を据え付けて固定するために用いる木ねじに関する。

従来、家屋の外部に家屋の防水性を損なわずに太陽電池等の発電機器、太陽熱温水器、電波信号受信アンテナ、屋外照明器具、エアコンディショナー室外機等の機器を据え付けて固定するために木ねじが使用されている。

特許文献１に開示されるような二条ねじは、ねじ１回転当たりの進み角度が大きいため、作業時間を短縮できるが、挿入トルクが大きいため、電動トルクドライバの出力トルクを高く設定する必要がある。一方で、木材の硬度にはバラツキがあるため、高い出力トルクに設定してねじ締め作業を行うと、木ねじを打ち込まれた木材が破壊されてねじが空転してしまい、木ねじの保持力を得られないという問題がある。

挿入トルクを軽減させることを目的とした手法として、特許文献２のように、木ねじ先端をドリル形状に形成することによって、木材やコンクリートを切削する機能を付与し、挿入トルクを軽減させる方法がある。また、木ねじの腐食を防止する手法として、特許文献３のように、表面を樹脂でコーティングする方法がある。

特許第４８８６２１４号公報特許第４６８４１６９号公報特開２００２−３２３０２１号公報

しかしながら、上記特許文献２によれば、防水用途の高粘性ゴムと木材又はコンクリートとを合わせて貫通させる用途においては、高粘性ゴムが先端のドリル部にまとわりついてドリル部の溝に高粘性ゴムが詰まり、木屑やコンクリートの破片を掻き出す機能を十分に発揮できず、挿入トルクを軽減できなくなる問題があった。

また、特許文献３によれば、先端をドリル形状としても、ドリル部の切削機能を有する鋭利な角の部分を樹脂が覆ってしまうため、ドリル部の穿孔性が低下するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、防水用途の高粘性ゴムと木材とを合わせて貫通させる用途においても挿入トルクの増加を抑える木ねじを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転力を受ける頭部と、軸部と、ねじ先部とを備え、ねじ先部及び軸部に跨るねじを有する木ねじであって、ねじ先部は、軸方向に延びる溝が形成されている。ねじは、ねじ山を有し、ねじ山の部分での直径をＤ_１、軸部のシャンクの直径をＤ_３とした場合に、１．６５＞（Ｄ_１／Ｄ_３）＞１．５５の関係を満たす。

本発明によれば、防水用途の高粘性ゴムと木材又はコンクリートとを合わせて貫通させる用途においても挿入トルクの増加を抑えることができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる木ねじの実施の形態の構成を示す側面図である。図２は、本発明にかかる木ねじの実施の形態の構成を示す上面図である。図３は、軸部の拡大図である。図４は、ねじ先部での木ねじの断面図である。図５は、木ねじ、ワッシャ及び防水パッキンを組み合わせた締結部材の側面図である。図６は、ワッシャ及び防水パッキンを軸部の一番頭部側まで挿入した状態の締結部材を示す図である。図７は、家屋の屋根上にブラケットを載せた状態を示す断面図である。図８は、第１、第２及び第３の防水シートを貫通した木ねじが木材に達した状態を示す図である。図９は、第１、第２及び第３の防水シートの破片がＶ字形状の溝に入る様子を模式的に示す図である。図１０は、木ねじをねじ込み終えた状態を示す図である。図１１は、木ねじをねじ込み終えた時の防水パッキンの状態を示す断面図である。図１２は、第１のねじ山の部分での直径と引抜強度の平均及び標準偏差σとの関係を示す図である。

以下に、本発明にかかる木ねじの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる木ねじの実施の形態の構成を示す側面図である。図２は、本発明にかかる木ねじの実施の形態の構成を示す上面図である。木ねじ１０は、頭部１１、軸部１２及びねじ先部１３を有する。頭部１１は、六角形であり、十字穴１１１が設けられている。このため、木ねじ１０は、レンチ及びドライバのどちらを用いても締めたり、緩めたりできる。頭部１１の座面１１２はフランジ状に張り出している。軸部１２は、シャンク１２ａが円柱状となっている。ねじ先部１３は、全とがり先形状となっており、シャンク１３ａは円錐形状となっている。ねじ先部１３から軸部１２に亘って、第１のねじ山１４及び第２のねじ山１５からなる二条ねじが形成されている。図３は、軸部の拡大図である。二条ねじは、第１のねじ山１４の部分での直径Ｄ_１が、第２のねじ山１５の部分での直径Ｄ_２よりも大きく形成されている。

頭部１１の首下１１３は、軸部１２のシャンク１２ａから頭部１１に向かって直径がＤ_３からＤ_５へ増大するようにテーパ状に形成されている。首下１１３の根元の直径Ｄ_５は、第１のねじ山１４の部分での直径Ｄ_１よりも大きくなっている。

ねじ先部１３には、ねじ先部１３のシャンク１３ａの回転軸を中心に回転対称かつ等間隔に、Ｖ字形状の溝１６が四つ設けられている。Ｖ字形状の溝１６のうちの少なくとも一つは、木ねじ１０を打ち込む木材の厚さと同等以上の長さを有している。なお、Ｖ字形状の溝１６は、軸部１２まで達していても良い。図４は、ねじ先部での木ねじの断面図であり、図１におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面を示す。Ｖ字形状の溝１６は、底部１６ａの稜線がなだらかな円弧形状となっている。Ｖ字形状の溝１６は、ねじ先部１３側よりも頭部１１側の方が、シャンク１３ａ中心から底部１６ａの稜線までの距離が長くなっている。換言すると、Ｖ字形状の溝１６は、底が円弧状であり、頭部１１側ほど浅くなっている。Ｖ字形状の溝１６の縁１６ｂは、エッジ状となっている。

木ねじ１０は、木ねじ１０を打ち込む木材の厚さをＴとしたとき、２Ｄ_１＞Ｔ、かつ、１．６５＞（Ｄ_１／Ｄ_３）＞１．５５を満たす関係となっている。この条件を満たすことにより、打ち込んだ木材からの引抜強度の値の大きさと値のバラツキの小ささとを両立させることができるが、これについては、後段で説明する。

木ねじ１０は、全面が樹脂層１７で覆われており、耐候性が高められている。なお、耐候性を高める目的の上では、樹脂層１７は木ねじ１０の全面に設けられている必要はなく、少なくとも先端側の木材を貫通して突出する部分と、頭部１１とに設けられていればよい。

実施の形態にかかる木ねじ１０は、ワッシャ２１及び防水パッキン２２と組み合わせて締結部材として用いられる。図５は、木ねじ、ワッシャ及び防水パッキンを組み合わせた締結部材の側面図である。ワッシャ２１及び防水パッキン２２は、この順で木ねじ１０の軸部１２に通される。図６は、ワッシャ及び防水パッキンを軸部の一番頭部側まで挿入した状態の締結部材を示す図である。

ワッシャ２１は、ステンレス鋼を材料として形成されており、内径はＤ_４である。なお、ワッシャ２１の材料としては、金属材料であればステンレス以外（鉄等）であっても良い。ワッシャ２１の内径Ｄ_４は、木ねじ１０の第１のねじ山１４の部分での直径Ｄ_１よりも大きく、かつ、木ねじ１０の首下１１３の根元の直径Ｄ_５よりも小さくなっている（Ｄ_５＞Ｄ_４＞Ｄ_１）。Ｄ_５＞Ｄ_４＞Ｄ_１であるため、ワッシャ２１は木ねじ１０の首下１１３のテーパの途中で止まり座面１１２に当接するまで挿入することはできないようになっている。防水パッキン２２は、天然ゴムやニトリルゴムなどの公知の一般的な樹脂材料を原料として形成されており、防水パッキン２２の内径Ｄ_６は、木ねじ１０の首下１１３の根元の直径Ｄ_５よりも小さくなっている（Ｄ_５＞Ｄ_６）。

厚さ１２ｍｍの木材に打ち込む場合の実施の形態にかかる締結部材の各部の寸法の一例を挙げると、木ねじ１０は、第１のねじ山１４の部分での直径Ｄ_１＝６．３ｍｍ、第２のねじ山１５の部分での直径Ｄ_２＝５ｍｍ、軸部１２のシャンク１２ａの直径Ｄ_３＝４ｍｍ、首下１１３の根元の直径Ｄ_５＝６．７ｍｍであり、Ｖ字形状の溝１６は四つ、Ｖ字の開き角度は約６０°、Ｖ字形状の溝１６の長さは略１２ｍｍである。ワッシャ２１は、内径Ｄ_４＝６．５ｍｍである。防水パッキン２２は、内径Ｄ_６＝４．８ｍｍである。なお、これらの値はあくまでも一例であり、本発明はこれらの値に限定されることはない。

実施の形態にかかる締結部材は、家屋の屋根の上に物品（太陽電池モジュールの据付用のブラケットなど）を固定する際に用いられる。図７は、家屋の屋根上にブラケットを載せた状態を示す断面図である。家屋の屋根は、木材３０、第１の防水シート４０、第１の屋根材５０、第２の屋根材６０及び第３の屋根材７０を備えており、ブラケット１００を設置するに当たって、第２の防水シート８０及び第３の防水シート９０が追加されている。

木材３０は、合板などであり、厚さＴ＝９ｍｍ以上である。木材３０は、野地板として家屋の屋根に設けられている。

第１の防水シート４０は、ゴム・アスファルト系の屋根下地用途の防水シートであり、野地板である木材３０の上に敷かれている。

第１、第２及び第３の屋根材５０，６０，７０は、化粧スレートであり、互いの一部を重ね合わせるようにして第１の防水シート４０の上に葺かれ、不図示のねじを用いて木材３０に一部が固定されている。第２の屋根材６０及び第３の屋根材７０には、ブラケット１００を設置するのに当たって、ドリル加工などによって下穴６１，７１が形成されている。

ブラケット１００は、取付用穴１０１を備えており、取付用穴１０１が第２の屋根材６０及び第３の屋根材７０の下穴６１，７１と重なるように設置され、木ねじ１０で第３の屋根材７０の上に固定される。ブラケット１００には、不図示の太陽電池モジュールが後に固定される。

第２の防水シート８０は、ゴム・アスファルト系などの防水シートであり、第２の屋根材６０と第３の屋根材７０との隙間を広げて挿入される。第２の防水シート８０は、第２の屋根材６０及び第３の屋根材７０の下穴６１，７１への雨水の侵入を防止する。

第３の防水シート９０は、ブチルゴムで形成されている。第３の防水シート９０は、ブラケット１００の取付用穴１０１からの雨水の侵入や、ブラケット１００の裏を通り第３の屋根材７０の下穴７１へ入る雨水の侵入を防止する。なお、第１の防水シート４０、第２の防水シート８０及び第３の防水シート９０は、必要に応じて設ければよい。第１の防水シート４０、第２の防水シート８０及び第３の防水シート９０は、いずれか１種類のみ設けても良いし、３種類とも設けても良い。

第１、第２及び第３の防水シート４０，８０，９０には、木ねじ１０の挿入前に下穴加工は実施されていない。

図８は、第１、第２及び第３の防水シートを貫通した木ねじが木材に達した状態を示す図である。図９は、第１、第２及び第３の防水シートの破片がＶ字形状の溝に入る様子を模式的に示す図である。木ねじ１０は、取付用穴１０１及び下穴６１，７１に挿入された上で回転させられることで、Ｖ字形状の溝１６の縁１６ｂが第１、第２及び第３の防水シート４０，８０，９０を切削し、第１、第２及び第３の防水シート４０，８０，９０を突き破る。木ねじ１０が第１、第２及び第３の防水シート４０，８０，９０を突き破る際にねじ先部１３や軸部１２にまとわりついたゴム片１１０は、Ｖ字形状の溝１６に入り込む。Ｖ字形状の溝１６は、頭部１１側ほど浅くなっているため、Ｖ字形状の溝１６に入り込んだゴム片１１０は、頭部１１側へ排出される。したがって、第１、第２及び第３の防水シート４０，８０，９０を貫通した木ねじ１０が木材３０を穿つ際には、Ｖ字形状の溝１６が目詰まりを起こしていないため、穿孔性を損なうことがない。

Ｖ字形状の溝１６は、木材３０の厚さとほぼ同じ長さで設けられているため、木材３０に穴を穿つ際にも、Ｖ字形状の溝１６に入り込んだゴム片１１０や木屑が木ねじ１０の頭部１１側へ排出される。これにより、木材３０に締め込んだ木ねじ１０と木材３０との間に木屑が噛み込みにくくなり、木ねじ１０が緩むことを防止できる。

第１のねじ山１４及び第２のねじ山１５の谷部は、樹脂層１７で覆われており、金属表面処理又は金属生地素材の木ねじよりも表面摩擦抵抗が大きいため、高粘性の第１、第２及び第３の防水シート４０，８０，９０がまとわりつきやすい。このため、木材３０に打ち込まれた木ねじ１０と木材３０との間にも高粘性の第１、第２及び第３の防水シート４０，８０，９０が薄く入り込みやすくなり、木ねじ１０と木材３０との間に侵入する雨水を防止する効果が得られる。一方で、Ｖ字形状の溝１６の木材切削機能を有する角（縁１６ｂ）が樹脂層１７で覆われ、かつ、木ねじ１０の表面にまとわりついた第１、第２及び第３防水シート４０，８０，９０によって挿入トルクが増大するが、Ｖ字形状の溝１６を四つ設けることにより、Ｖ字形状の溝１６が一つの場合と比較して略四倍の切削能力が得られるため、穿孔性に優れ、挿入トルクの増大を抑制できる。したがって、木材３０に対する引抜強度を高めるためにねじ山外形を大きく形成しても、挿入トルクの増加を抑えることができる。

図１０は、木ねじをねじ込み終えた状態を示す図である。防水パッキン２２は、ワッシャ２１とブラケット１００との間に挟まれている。図１１は、木ねじをねじ込み終えた時の防水パッキンの状態を示す断面図である。Ｄ_５＞Ｄ_４であるため、ワッシャ２１は、首下１１３のテーパの途中で止まっており、木ねじ１０の首下１１３とワッシャ２１との間に隙間が空いていない状態となっている。また、Ｄ_５＞Ｄ_６であるため、防水パッキン２２には木ねじ１０のテーパ状の首下１１３が、穴を押し広げるようにして挿入される。これにより、木ねじ１０の首下１１３からワッシャ２１の内側を通って雨水が侵入することを防止できる。

実施例として、ステンレス鋼を材料とし、第１のねじ山の部分での直径Ｄ_１＝６．３ｍｍ、第２のねじ山の部分での直径Ｄ_２＝５ｍｍ、軸部のシャンク１２ａの直径Ｄ_３＝４ｍｍ、首下の根元の直径Ｄ_５＝６．７ｍｍとして木ねじを形成した。ねじ先部には開き角度約６０°のＶ字形状の溝を四つ形成し、各々の溝の長さは概ね１２ｍｍとした。木ねじの全面には、金属亜鉛層、特殊化成皮膜層、及びポリエステル系材料を使った表面焼成層をこの順に形成した。

比較例１として、Ｖ字形状の溝を一つとし、その他を実施例と同様とした木ねじを作成した。

比較例２として、Ｖ字状形状の溝を設けず、その他を実施例と同様とした木ねじを作成した。

厚さ１２ｍｍの構造用合板を用いて試験片を作成し、実施例、比較例１又は比較例２の木ねじを、トルク管理が可能である一般的な電動ドライバでねじ込み、ねじが締まるトルク値及び空転が生じるトルク値を測定した。ねじが締まるトルク値及び空転が生じるトルク値を測定結果を表１に示す。

Ｖ字形状の溝の数に関わらず空転トルクはほぼ一定の値であるが、挿入トルクはＶ字形状の溝が４本の場合に最も小さくなっている。このため、Ｖ字形状の溝の数を増やすことで、木ねじをねじ込む際のトルクの管理幅を広く設定できる。また、挿入トルクの最大値は、Ｖ字形状の溝の本数によらずほぼ同じであるが、挿入トルクの最小値は、Ｖ字形状の溝が四つの方がＶ字形状の溝が一つの場合よりも小さくなっている。これにより、Ｖ字形状の溝は四つ以上設けることが好ましいことが確認できた。

次に、木ねじの引抜強度について検証した。厚さ１２ｍｍの構造用合板を用いて試験片を作成した。試験片の中心に実施例の木ねじを、野地面と首下との間に隙間を空けて電動ドライバを用いて試験片にねじ込み、木ねじの頭部をチャックして引っ張り荷重を印加した。

比較例３として、第１のねじ山の部分での直径Ｄ_１＝６．７ｍｍとし、その他の部分を実施例と同様とした木ねじを作成し、実施例の木ねじと同様に電動ドライバを用いて試験片にねじ込み、木ねじの頭部をチャックして引っ張り荷重を印加した。

比較例４として、第１のねじ山の部分での直径Ｄ_１＝６．４ｍｍ、第２のねじ山の部分での直径Ｄ_２＝６．４ｍｍとし、その他の部分を実施例と同様とした木ねじを作成し、実施例の木ねじと同様に電動ドライバを用いて試験片にねじ込み、木ねじの頭部をチャックして引っ張り荷重を印加した。

比較例５として、第１のねじ山の部分での直径Ｄ_１＝５．６、軸部のシャンク１２ａの直径Ｄ_３＝３．５ｍｍとし、その他の部分を実施例と同様とした木ねじを作成し、実施例の木ねじと同様に電動ドライバを用いて試験片にねじ込み、木ねじの頭部をチャックして引っ張り荷重を印加した。

比較例６として、第１のねじ山の部分での直径Ｄ_１＝５．１５ｍｍとし、Ｖ字形状の溝を一つとした木ねじを作成し、実施例の木ねじと同様に電動ドライバを用いて試験片にねじ込み、木ねじの頭部をチャックして引っ張り荷重を印加した。なお、比較例６は、現在家屋の屋根等への物品の固定に一般的に使用されている木ねじに相当する。

引抜強度の測定結果を表２に示す。

実施例及び比較例３〜６を基に、第１のねじ山の高さと引抜強度との関係を検討した。図１２は、第１のねじ山の部分での直径と引抜強度の平均及び標準偏差σとの関係を示す図である。第１のねじ山の部分での直径Ｄ_１が大きくなるに従い、引抜強度は線形的に増加し、Ｄ_１＝６．７ｍｍの比較例３の場合は現行比で３０％、Ｄ_１＝６．３ｍｍの実施例の場合は現行比で２０％程度強度が向上した。

比較例３と実施例とを比較すると、平均値は比較例３が上回るものの、バラツキ（標準偏差）が大きくなっている。これは、第１のねじ山の高さが高すぎることで試験片（母材）を破壊していることが要因と考えられる。比較例３は、ねじ込み時の試験片の割れも実施例よりも大きかった。

比較例４と実施例とでは、第１のねじ山の部分での直径Ｄ_１がほぼ同じ値であるため、引抜強度はほぼ同等であるが、第１のねじ山の部分での直径Ｄ_１と第２のねじ山の部分での直径Ｄ_２とが等しい比較例４の方がねじ込み時の割れが大きい傾向にあった。

実施例は、２Ｄ_１（＝１２．６）＜Ｔ、かつ、（Ｄ_１／Ｄ_３）＝１．５８であり、引抜強度の値が大きく、値のバラツキも小さい。比較例３は、（Ｄ_１／Ｄ_３）＝１．６８（＞１．６５）であり、引抜強度のバラツキが大きい。比較例５は、２Ｄ_１（＝１１．２）＜Ｔであり、引抜強度が小さい。比較例６は、２Ｄ_１（＝１０．３）＜Ｔ、かつ、（Ｄ_１／Ｄ_３）＝１．２９（＜１．５５）であり、引抜強度が小さい。

上記の結果を基に、木ねじを打ち込む木材の厚さをＴとしたとき、２Ｄ_１＞Ｔ、かつ、１．６５＞（Ｄ_１／Ｄ_３）＞１．５５という関係を満たすようにすることで、引抜強度の値の大きさと値のバラツキの小ささとを両立させることができることが確認できた。

なお、上記の実施の形態では、ねじ先部にＶ字形状の溝が四つ設けられた構成を例としたが、Ｖ字形状の溝は四つ以上であれば任意の数とすることができる。また、上記の例では、ねじ込み対象を構造用合板としたが、コンクリートの型枠用や他の合板、あるいは、切削された長方形の薄い木片を重ねて高温圧縮した構造用木質ボード、小径木などを細かく切削した木材の小片に接着剤を加え、高温、高圧で成形したパーティクルボード、木片とセメントを混練圧縮成型した硬質木片セメント板等の木を主成分とした他の材料であっても同様の効果が得られる。

実施の形態にかかる木ねじは、挿入トルクと空転トルクの差が大きいため、電動ドライバのトルクばらつきや、木ねじを打ち込む箇所の違いによる木材密度のばらつきによる木ねじ空転が生じにくく、空転した、木ねじが木材を破壊してできた隙間を通じて家屋等の内部に雨水等が侵入することを防止でき、家屋等の耐久性を高めることができる。また、引抜強度が向上するため、木ねじ及びこれに付随して使用するワッシャや防水パッキンなどの使用数を減らすことができ、原材料の減量化を実現できる。

以上のように、本発明にかかる木ねじは、引抜強度が強く、かつ、挿入トルクが小さい点で有用であり、特に、家屋の屋根などの防水シートが設置された箇所に、家屋の防水性を損なわないように物品を固定するのに適している。

１０木ねじ、１１頭部、１２軸部、１２ａ，１３ａシャンク、１３ねじ先部、１４第１のねじ山、１５第２のねじ山、１６Ｖ字形状の溝、１６ａ底部、１６ｂ縁、１７樹脂層、２１ワッシャ、２２防水パッキン、３０木材、４０第１の防水シート、５０第１の屋根材、６０第２の屋根材、６１，７１下穴、７０第３の屋根材、８０第２の防水シート、９０第３の防水シート、１００ブラケット、１０１取付用穴、１１０ゴム片、１１１十字穴、１１２座面、１１３首下。

Claims

回転力を受ける頭部と、軸部と、ねじ先部とを備え、前記ねじ先部及び前記軸部に跨るねじを有する木ねじであって、
前記ねじ先部は、軸方向に延びる溝が形成されており、
前記ねじは、ねじ山を有し、
前記ねじ山の部分での直径をＤ_１、前記軸部のシャンクの直径をＤ_３とした場合に、
１．６５＞（Ｄ_１／Ｄ_３）＞１．５５
の関係を満たすことを特徴とする木ねじ。
前記ねじは、前記ねじ山が第１のねじ山及び第２のねじ山を有する二条ねじであり、
前記第１のねじ山の部分の直径が前記Ｄ_１であり、前記第２のねじ山の部分の直径は、前記Ｄ_１よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の木ねじ。
前記溝はＶ字形状であり、前記ねじ先部のみに形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の木ねじ。
前記軸部のねじ込み対象部材を貫通して突出する部分及び前記ねじ先部を少なくとも覆う樹脂層を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の木ねじ。