JP4832163B2

JP4832163B2 - 石膏ボード締結用の自己穿孔ねじ

Info

Publication number: JP4832163B2
Application number: JP2006146544A
Authority: JP
Inventors: 雄治土肥
Original assignee: 日本パワーファスニング株式会社
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2026-05-26
Also published as: JP2007315513A

Description

本願発明は、もみ切りタイプ又はドリルタイプの石膏ボード締結用自己穿孔ねじ（ビス）に関するものである。

自己穿孔ねじには、木ねじに代表されるもみ切りタイプと、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。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程度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。

他方、ドリルタイプの自己穿孔ねじは、例えば１ｍｍ以上の厚さの鋼板製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、木材同士の締結にも使用されている（特に、木ねじでは割れが生じる場合にドリルタイプが使用されている。）。

自己穿孔ねじの用途の一つとして、建物の壁や天井を構成する石膏ボードを枠材（下地材、基材）に締結することがある。石膏ボードを自己穿孔ねじで締結する場合、頭の全体が石膏ボードの内部に埋め込まれる必要がある。これは、石膏ボードの表面に壁紙を貼るためである。そして、石膏ボードを締結するためのねじにおいて、その頭は石膏ボードへの埋め込みを容易ならしめるため湾曲したプロフィールを有するラッパ状に形成されており、また、従来、頭の外径はねじ部の外径（呼び径）の２倍程度になっている（例えば特許文献１）。
特許第３３３４５６３号公報

石膏ボードは脆い素材であるが、近年、特に脆くなっている傾向にある。これは、リサイクルの促進のため廃物を混入することが多くなり、粒子同士の結合力が低下しているためと推測される。石膏ボードが脆くなっても所定の締結強度は必要であり、必要な締結強度を確保する方法として、締結するねじの本数を増やすことと、頭の外径を大きくすることが考えられる。

しかして、ねじの本数を増やすのはコストや作業能率の点から好ましくない。他方、頭の径を単に大きくしても、頭の体積が増えることで石膏ボードが従来以上に潰れることが懸念され、必ずしも締結力のアップにつながらない可能性が高いと言える。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたもので、石膏ボードの締結に好適な自己穿孔ねじを提供することを課題とするものである。

ところで、石膏ボードを締結する枠材（基材）として従来は木材が使用されていたが、近年、耐火性向上や耐久性向上のため、例えば厚さ０．５〜０．８ｍｍ程度で断面略Ｃ字状に形成された薄鋼板製枠材（下地材）が多く使用されるに至っている。本願発明者はこのような実情も考慮し、本願発明を完成させた。

本願発明のねじは、軸とその基端に一体に設けた頭とを備えており、前記軸の先端部は最先端を尖らせた先窄まり部になっているか又は切刃を有するドリル部になっており、前記軸には、第１ねじ山及び第２ねじ山で構成された第１ねじ部と、前記第１ねじ山のみから成る第２ねじ部とが、第１ねじ部が前記先端側に位置するようにして形成されている一方、前記頭の頂面にはドライバビットが嵌まる係合穴を空けている。

そして、前記第１ねじ部と第２ねじ部との谷部はそれぞれストレート状であり、前記第１ねじ部の谷径は第２ねじ部の谷径よりも小径であり、前記第１ねじ部の谷の終端部は第２ねじ部の谷と滑らかに連続するテーパ部になっており、更に、前記第１ねじ部において前記第１ねじ山は第２ねじ山よりも高さが高くなっていると共に、前記第１ねじ部における第１ねじ山の外径よりも第２ねじ部における第１ねじ山の外径が大径になっている。

更に、前記頭は、頂面に近づくに従って外径が大きくなる座面を有する基部と、前記基部の終端から張り出した薄板状のフランジ部とから成っており、前記頭の基部は縦断面視で座面の形状が湾曲しているラッパ状に形成されており、前記フランジ部の外径はねじ部の最大外径の２．５〜３倍に設定されている。

本願発明では、フランジ部を設けたことで頭の外径が従来よりも大きくなっているが、基部は従来と同じ体積のままでよい。従って、石膏ボードを締結するにおいて、石膏ボードを過度に潰すことなく、石膏ボードを押さえる面積を従来よりも大きくすることができ、その結果、高い締結強度（押さえ力）を確保できる。

ところで、ねじ山の高さがその全長にわたって同じであると、ねじ山の進入によって石膏ボードの組織が浚われた状態になり、ねじ部と石膏ボードとの密着性が低下することがある。これに対して、本願発明では、第２ねじ部の谷径を第１ねじ部の谷径よりも大径にすると共に第１ねじ山の外径が第１ねじ部よりも第２ねじ部において大径であることにより、第２ねじ部も石膏ボードに食い込む状態になるため、ねじ部と石膏ボードとの密着性を高めて締結強度を向上できる。

他方、ねじ山が１条でしかもリード角が大きいと、ねじ込みに際して、ねじ込み抵抗の反力としてねじが倒れる傾向を呈するが、本願発明では、先端側の第１ねじ部が２条ねじで頭側の第２ねじ部が１条ねじであるため、ねじ込みに際しての姿勢の安定性を確保しつつ、ねじ山によって石膏ボードが過度に潰されることを防止できる。

ねじ山の外径とフランジの外径との好適な比率は用途によって相違するが、本願発明のように石膏ボードを締結することに使用する場合は、２．５〜３倍程度が好適であった。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明で、自己穿孔ねじは単に「ねじ」と表示する。

(1).第１実施形態の構造
図１及び図２では第１実施形態を示しており、ねじの構成は図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）は平面図である。

ねじは、断面円形の軸１とその基端に一体に繋がった頭２とを備えており、軸１のうち頭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θ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の間には縦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６のうち先窄まり部３の部分を除いた部分（基本ねじ部）は、第１ねじ山４と第２ねじ山５とが併存する第１ねじ部７と、第１ねじ山５しか存在ない第２ねじ部８とに分かれており、第１ねじ部７が軸１の先端側に位置して第２ねじ部８が頭２の側に位置している。なお、第１ねじ部７を２条ねじ部と言い換え、第２ねじ部８を１条ねじ部と言い換えることも可能である。

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４の始端がもみ（揉み）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の終端は図１（Ａ）において背面箇所に位置している。

第１ねじ部７の谷部は、第２ねじ部８に連続する終端部を除いて谷径Ｄ１が一定のストレート状になっている一方、第２ねじ部８の谷部は全長にわたって谷径Ｄ２が一定のストレート状になっており、かつ、第１ねじ部７の谷径Ｄ１よりも第２ねじ部の谷径Ｄ２が大径になっている。そして、第１ねじ部７の終端部は第２ねじ部８と滑らかに連続するためのテーパ部７ａになっている。従って、第１ねじ部７の谷径はどの部分も第２ねじ部８の谷径よりも小径になっている。

Ｄ１とＤ２との寸法差はあまり大きくする必要はなく、例えば呼び径が４ｍｍのねじの場合、Ｄ１は２．２〜２．４ｍｍ、Ｄ２は２．５〜２．７ｍｍ程度でよい。更に敷衍すると、Ｄ１はＤ２の８５〜９５％でよいと言える。

第１ねじ山４の山の高さは第２ねじ山５の山の高さ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、既述のように第１ねじ部７におけるストレート部の谷径Ｄ１が第２ねじ部８の谷径Ｄ２よりも小径であるため、第１ねじ部７における第１ねじ山４の外径Ｄ３は第２ねじ部８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、第１ねじ部７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の山の角度は３０度程度、第２ねじ山５の山の角度は６０度程度に設定している。勿論、両ねじ山４，５の山の角度を同じ程度に揃えることも可能である。第１ねじ山４の最大外径Ｄ４がねじの呼び径になる。

頭２は、軸１に連続した基部２ａと、基部の終端から半径外向きに張り出した板状のフランジ２ｂとから成っており、基部２ａは、頂面に近づくに従って直径が拡大するラッパ状に形成されている。換言すると、基部２ａの座面は外向き凹状の曲面になっている。頭２の頂面には、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。

基部２ａの最大外径Ｄ６はねじの呼び径Ｄ４の約２倍に設定されており、また、フランジ部２ｂの最大外径Ｄ７は呼び径Ｄ４の２．７倍程度に設定している。一般に石膏ボードの締結に使用するねじは呼び径Ｄ４が４〜５ｍｍであり、この場合、フランジ部２ｂの厚さは０．６〜０．８ｍｍ程度でよい。

(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を断面略Ｃ字状の薄鋼板製枠材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、先に第１ねじ部７が石膏ボード１２から枠材１３に進入し、次いで、第２ねじ部８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、第２ねじ部８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２はその全体が石膏ボード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（倒れる）現象が生じる。

これに対して本実施形態では、第１ねじ部７は２条ねじになっているため、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６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、ねじ部のうち頭側に位置した第２ねじ部８は１条ねじであるため、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は第２ねじ部８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第２ねじ部８が第１ねじ部７よりも大きくなっているため、第２ねじ部８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、第２ねじ部８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。

そして、頭２にはフランジ部２ｂが形成されていることにより、頭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。また、頭の全体を大きくするのではなく、基部２ａは従来と同じままでフランジ部２ｂを設けることで石膏ボード１２の押圧面積を大きくしているため、石膏ボード１２が頭２によって過度に潰されることはないのであり、この面でも、締結強度（押さえ力）のアップに貢献している。

なお、２枚の石膏ボードを重ねて枠材１３に締結することがあるが、この場合は、第２ねじ部８の長さを長くするか、又は、第２ねじ部８と頭２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第２ねじ部８が食い込むことになるが、ねじ山の最大外径及び谷径とも第２ねじ部８が第１ねじ部７よりも大きいため、ねじは枠材にしっかりと食い込む。

(3).第２実施形態
図３及び図４では第２実施形態を示している。図３のうち（Ａ）は正面図、（Ｂ）はねじ山４，５を省略した状態での正面図、（Ｃ）は平面図である。また、図４は使用状態を示す図で、（Ａ）はねじ込み切った状態での図、（Ｂ）はねじ込み途中の状態を示す図である。

この実施形態はドリルタイプのねじに適用したものであり、軸１の先端部は２つの切刃１６ａと２条の縦溝１６ｂとを有するドリル部１６に形成されている。ドリル部１６の先端にはチゼルエッジが形成されている。ねじ部６は、２条のねじ山４，５を有する第１ねじ部７と、１条のねじ山４を有する第２ねじ部８とからなっており、両ねじ山４，５はドリル部１６の近くから立ち上がっている。ドリル部１６を除いた部分の形態や、頭２とねじ部６との寸法関係は第１実施形態と同じであるので、説明は省略する。

なお、ドリル部１６の外径を第１ねじ部７の谷径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。

ねじ山４，５をドリル部１６から立ち上げることも可能であるが、枠材１３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１３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１６の長さを石膏ボード１２の厚さ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１２に全く又は殆ど掛からないため、石膏ボード１２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１３のような基材が厚い場合に好適である。

また、薄鋼板製の枠材１３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ねじ部７では隣り合った山４，５の裾が密接又は近接して、第２ねじ部８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。

第１実施形態の構造を示す図である。第１実施形態の使用状態を示す図である。第２実施形態の構造を示す図である。第２実施形態の使用状態を示す図である。

１軸
２頭
２ａ頭の基部
２ｂ頭のフランジ部
３先窄まり部
４，５，１７ねじ山
６ねじ部
７第１ねじ部
８第２ねじ部
９係合穴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の枠材

Claims

石膏ボードを基材に締結することに使用する自己穿孔ねじであって、
軸とその基端に一体に設けた頭とを備えており、前記軸の先端部は最先端を尖らせた先窄まり部になっているか又は切刃を有するドリル部になっており、前記軸には、第１ねじ山及び第２ねじ山で構成された第１ねじ部と、前記第１ねじ山のみから成る第２ねじ部とが、第１ねじ部が前記先端側に位置するようにして形成されている一方、前記頭の頂面にはドライバビットが嵌まる係合穴を空けている、という構成において、
前記第１ねじ部と第２ねじ部との谷部はそれぞれストレート状であり、前記第１ねじ部の谷径は第２ねじ部の谷径よりも小径であり、前記第１ねじ部の谷の終端部は第２ねじ部の谷と滑らかに連続するテーパ部になっており、更に、前記第１ねじ部において前記第１ねじ山は第２ねじ山よりも高さが高くなっていると共に、前記第１ねじ部における第１ねじ山の外径よりも第２ねじ部における第１ねじ山の外径が大径になっている一方、
前記頭は、頂面に近づくに従って外径が大きくなる座面を有する基部と、前記基部の終端から張り出した薄板状のフランジ部とから成っており、前記頭の基部は縦断面視で座面の形状が湾曲しているラッパ状に形成されており、前記フランジ部の外径はねじ部の最大外径の２．５〜３倍に設定されている、
石膏ボード締結用の自己穿孔ねじ。