JP5337732B2

JP5337732B2 - 木ねじ

Info

Publication number: JP5337732B2
Application number: JP2010023384A
Authority: JP
Inventors: 泰輝苅部
Original assignee: 東日本パワーファスニング株式会社
Priority date: 2010-02-04
Filing date: 2010-02-04
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2030-02-04
Also published as: JP2011163364A

Description

本発明は、断熱材を介して下木材と板材とを連結する外断熱構造用の木ねじに関する。

従来、図８に示すような外断熱構造に用いられる木ねじが知られている（例えば、特許文献１参照）。この外断熱構造は、柱または間柱である下木材１０の外側に断熱材２０を介して、通気胴縁３０を上下方向に配置し、その通気胴縁３０と下木材１０との間を木ねじで連結するものである。そして、通気胴縁３０に外壁材４０を釘などによって固定し、通気胴縁３０をスペーサとして、空気流通空間５０を上下方向に形成する。これによって、断熱材２０の外側の結露水を空気流通空間５０を流通する外気６０により乾燥させるものである。すなわち、外気６０を土台７０付近の入口から空気流通空間５０に導き、その内部を上昇させ、屋根８０の内側の出口から排出する。そして空気流通空間５０に露出する断熱材２０の表面を乾燥させることができる。このような外断熱構造に用いられる木ねじとして、図４に示すものがある。図４に示す木ねじは、軸部の先端に形成されて下木材に締結される主ねじ部と、頭部の首下に形成されて板材に締結される首下ねじ部とを備えている。首下ねじ部のピッチは主ねじ部のピッチに比して大きくされている。

特開２００１−２９５８１８号公報

ここで、発明者らは検討の結果、図４に示すような木ねじを用いた場合に次のような課題が発生することを見出した。すなわち、首下ねじ部のピッチが主ねじ部のピッチに比べて大きいので、主ねじ部が下木材に入り込む速度Ｖ１（すなわち木ねじ全体が下木材にむかう速度）に比べ、首下ねじ部に巻き上げられることによって板材が頭部側へ相対的に移動する速度Ｖ２の方が大きくなる。その結果、板材と断熱材との間が広がってしまう場合があることを見出した。このような板材と断熱材との間の広がりは、最終的に頭部を板材に締め込んで木ねじの締結を完了した後における仕上がりに影響を及ぼす場合があり、木ねじの締め付け作業にも影響を及ぼす場合があることを見出した。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、首下ねじ部のピッチを適切なものとすることによって、締結後の外断熱構造の仕上がりをよくすることのできる木ねじを提供することを目的とする。

本発明に係る木ねじは、断熱材を介して下木材と木製の板材とを連結する木ねじであって、基端側に頭部が形成された軸部と、軸部の先端側の領域のみに形成され、連結時に下木材に締結され、下木材を貫通することなく下木材内部に配置される主ねじ部と、軸部における頭部の首下に形成され、連結時に板材に締結される首下ねじ部と、を備え、首下ねじ部のピッチは、主ねじ部のピッチＰ１より小さく、Ｐ１は２．０〜４．０ｍｍであり、全長が１０５ｍｍ以上であって、主ねじ部の長さが２５．０〜３５．０ｍｍであり、主ねじ部のピッチに対する首下ねじ部のピッチの割合をβとし、首下ねじ部の長さをＳ２（ｍｍ）とした場合、βは式（８）の関係を満たすことを特徴とする。
Ｓ２／（Ｓ２＋６．２）≦β≦Ｓ２／（Ｓ２＋０．４） …（８）
ただし、５．０≦Ｓ２≦２５．０ｍｍ

このような木ねじによれば、首下ねじ部のピッチを主ねじ部のピッチより小さくすることにより、首下ねじ部に巻き上げられることによって板材が頭部側へ相対的に移動する速度が、主ねじ部が下木材に入り込む速度より小さくなる。従って、木ねじの回転に伴って板材が断熱材から広がってしまうことを防止することができる。これによって、締結後の外断熱構造の仕上がりをよくすることができる。

ここで、発明者らは、首下ねじ部のピッチを最適化することによって、断熱材の圧縮が大きくなりすぎることを防止し、外断熱構造の仕上がりを一層よくできることを見出した。また、全長が１０５ｍｍ以上であって、主ねじ部の長さが２５．０〜３５．０ｍｍであると、木ねじの全長に関わらず必要な推進力を確保しつつも材料コストを低減すると共に施工の手間を削減することができるが、このように主ねじ部の長さを短くした場合であっても、空回りすることなく十分な推進力を得ることができることを見出した。

そこで、本発明に係る木ねじにおいて、主ねじ部のピッチに対する首下ねじ部のピッチの割合をβとし、首下ねじ部の長さをＳ２とした場合、βは式（８）の関係を満たす。

Ｓ２／（Ｓ２＋６．２）≦β≦Ｓ２／（Ｓ２＋０．４） …（８）
ただし、５．０≦Ｓ２≦２５．０ｍｍ

また、本発明に係る木ねじにおいて、主ねじ部のピッチに対する首下ねじ部のピッチの割合をβとし、首下ねじ部の長さをＳ２（ｍｍ）とした場合、０．７≦β≦０．９であり、５．０≦Ｓ２≦２５．０ｍｍである。

このような木ねじによれば、首下ねじ部のピッチを最適化することによって、断熱材の圧縮が大きくなりすぎることを抑制できる。更に、主ねじ部の長さを短い寸法にしても、空回りを防止することができる。

また、本発明に係る木ねじにおいて、全長が１０５ｍｍ以上であって、主ねじ部の長さが２５．０〜３５．０ｍｍである。木ねじの全長に関わらず必要な推進力を確保しつつも材料コストを低減すると共に施工の手間を削減することができる。

本発明によれば、主ねじ部の長さを短くした場合であっても、空回りすることなく十分な推進力を得ることができる。

本発明の実施形態に係る木ねじの正面図である。図２は、外断熱構造に対する木ねじの取り付け状態を示す一部断面図である。本実施形態に係る木ねじの首下ねじ部を通気胴縁に締結した様子を示す一部断面図である。図４は、従来の木ねじの首下ねじ部を通気胴縁に締結した様子を示す一部断面図である。図５は、他の実施形態に係る木ねじの首下ねじ部を通気胴縁に締結した様子を示す一部断面図である。木ねじの各寸法と総締付量との関係を示す表である。実施例１，２及び比較例１，２，３に係る条件及び結果を示す表である。外断熱構造を示す概略構成図である。

図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る木ねじ１、及び当該木ねじを使用した外断熱構造について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る木ねじの正面図である。図２は、外断熱構造に対する木ねじの取り付け状態を示す一部断面図である。

図１に示すように、木ねじ１は、棒状の軸部２と、軸部２の基端側に形成された円錐台状の頭部３を供えている。木ねじ１の全長は１０５〜３００ｍｍである。頭部３の円錐台部の斜面には、複数のフレキ刃３ａが放射状に形成されている。このフレキ刃３ａの突出量は極めて僅かであり、頭部３が通気胴縁３０に回転しながら進入するとき、通気胴縁３０を僅かに削り取る機能を有する。頭部３の直径Ｄ１は、１０〜２０ｍｍである。

軸部２の先端側には、螺旋状のねじ山が形成されることによって主ねじ部４が形成される。また、主ねじ部４の先端にはドリル刃先端部５が形成される。主ねじ部４のねじ山の直径は５．０〜８．０ｍｍである。また、主ねじ部４のねじ山には部分的にノッチ６が形成されている。このノッチ６は、ねじ山の一部に凹みを設けたものであり、回転時に下木材１０を切削しやすくしたものである。主ねじ部４の長さをＳ１としたとき、Ｓ１は２５．０〜３５．０ｍｍとすることができる。全長が１０５ｍｍ以上の場合において、２５．０〜３５．０ｍｍとすることにより、木ねじ１の全長に関わらず必要な推進力を確保しつつも材料コストを低減すると共に施工の手間を削減することができる。主ねじ部４のピッチをＰ１とした場合、Ｐ１は２．０〜４．０ｍｍとすることができる。ピッチＰ１を２．０ｍｍより小さくした場合や４．０ｍｍより大きくした場合は、主ねじ部４としてはピッチが小さすぎ、あるいは大きすぎることによって、木ねじとしての機能を十分に果たせない。

軸部２の基端側における頭部３の首下には、螺旋状のねじ山が形成されることによって首下ねじ部７が形成されている。首下ねじ部７のねじ山の直径は、４．０〜７．０ｍｍである。首下ねじ部７の長さをＳ２としたとき、Ｓ２は５．０〜２５．０ｍｍとすることができる。Ｓ２は、締め付け対象となる外断熱構造の通気胴縁３０の厚みに対して適宜変更することができる。外断熱構造の分野では、Ｓ２が１１．０ｍｍ以下のものが特に広く用いられている。首下ねじ部７のピッチの詳細な説明については後述する。

図２に示すように、外断熱構造は、柱や間柱などの下木材１０と、下木材１０の表面を覆う断熱材２０と、下木材１０との間で断熱材２０を挟み込む木製の通気胴縁（板材）３０と、通気胴縁３０を覆う外壁材４０とを備えている。この外断熱構造は、下木材１０、断熱材２０及び通気胴縁３０に木ねじ１が取り付けられ、その後で通気胴縁３０の外面が外壁材４０で覆われる。木ねじ１の取り付けは、頭部３の上面３ｂと通気胴縁３０の外面３０ａとが一致する位置で完了する。取り付け完了時には、主ねじ部４は下木材１０に締結され、首下ねじ部７は通気胴縁３０に締結されている。

断熱材２０の厚みは１０〜１００ｍｍであり、特に２０〜８０ｍｍのものが広く用いられている。断熱材２０としては、グラスウール、ロックウール、ウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、フェノールフォームを用いたものが挙げられる。通気胴縁３０の厚みは１５〜１０５ｍｍであり、特に１５〜３０ｍｍのものが広く用いられている。

次に、図１、図３〜図５を参照して、首下ねじ部７のピッチについて、作用・効果と共に説明する。図３は、本実施形態に係る木ねじの首下ねじ部を通気胴縁に締結した様子を示す一部断面図である。図４は、従来の木ねじの首下ねじ部を通気胴縁に締結した様子を示す一部断面図である。図５は、他の実施形態に係る木ねじの首下ねじ部を通気胴縁に締結した様子を示す一部断面図である。

まず、発明者らは検討の結果、図４に示すような首下ねじ部７のピッチＰ２が主ねじ部４のピッチＰ１よりも大きい木ねじを用いた場合に、次のような課題が発生することを見出した。すなわち、首下ねじ部７のピッチＰ２が主ねじ部４のピッチＰ１に比べて大きいので、主ねじ部７が下木材１０に入り込む速度Ｖ１（すなわち木ねじ全体が下木材１０にむかう速度）に比べ、首下ねじ部７に巻き上げられることによって通気胴縁３０が頭部３側へ相対的に移動する速度Ｖ２の方が大きくなる。その結果、通気胴縁３０は、木ねじ１の回転に伴って、Ｖ２とＶ１の差分の速度Ｖ３で、断熱材２０から離れてしまう。首下ねじ部７が通気胴縁３０に入り切った後（図４の状態）、最終段階において頭部３を締めることで大きな締結力を発生させるが、通気胴縁３０と断熱材２０とに間に広がりによって十分な締め付けができない可能性がある。このように、通気胴縁３０と断熱材２０との間の広がりは、締結完了後における仕上がりに影響を及ぼす場合があり、木ねじ１の締め付け作業にも影響を及ぼす場合があった。なお、図４には通気胴縁３０と断熱材２０との間に大きな隙間が示されているが、これは説明のために記載したものであり、実際は微小な隙間となる。

そこで、発明者らは、鋭意検討の結果、首下ねじ部７のピッチＰ２を主ねじ部４のピッチＰ１以下とすることによって、上述の問題を解決できることを見出した。すなわち、首下ねじ部７のピッチＰ２を主ねじ部４のピッチＰ１以下とすることにより、首下ねじ部７に巻き上げられることによって通気胴縁３０が頭部３側へ相対的に移動する速度Ｖ２が、主ねじ部４が下木材１０に入り込む速度Ｖ１以下となる。従って、木ねじ１の回転に伴って通気胴縁３０が断熱材２０から広がってしまうことを防止することができる。

ここで、図５に示すように、首下ねじ部７のピッチＰ２を主ねじ部４のピッチＰ１に比して大幅に小さくした場合、主ねじ部４が下木材１０に入りこむ速度Ｖ１に比して、通気胴縁３０が首下ねじ部７に巻き上げられる相対速度Ｖ２が小さくなる。これによって通気胴縁３０がＶ１とＶ２の差分の速度Ｖ３で下木材１０側へ移動しようとする（実際には断熱材２０や下木材１０からの反発力により、Ｖ３で移動することはない）。これによって、通気胴縁３０が断熱材２０を圧縮する。また、通気胴縁３０が断熱材２０や下木材１０から反発力Ｆを受けることによって、通気胴縁３０を介して木ねじ１全体に進行方向と逆向きに引っ張られる力ＴＦが作用する。以上より、発明者らは、首下ねじ部７のピッチＰ２の大きさによっては、断熱材２０の圧縮が大きくなる可能性があることを見出した。また、主ねじ部４の推進力が引張力ＴＦを下回って木ねじ１の空回りが発生することにより、推進力確保のために主ねじ部４の長さを長くする必要が生じる可能性があることを見出した。

そこで、発明者らは更に鋭意検討を重ねることにより、首下ねじ部７のピッチＰ２を最適なものとすることにより、木ねじ１の性能を更に高めることができることを見出した。まず、発明者らは、木ねじ１による総締付量αに基づいて首下ねじ部７のピッチＰ２を定めることができることを見出した。具体的には、図３に示すように、首下ねじ部７が通気胴縁３０に完全に入り込み、頭部３を締める直前の段階における総締付量αに基づいて、最適なピッチＰ２を定める。なお、最適なピッチＰ２は、主ねじ部７のピッチＰ１に応じて変動するため、本発明においては、ピッチＰ１に対するピッチＰ２の割合を示す係数β（以下の式（２）で示される）の最適な範囲を定めるものとする。このとき、係数βは式（１）の関係を満たすことが好ましい。ただし、首下ねじ部７の長さＳ２は、上述のように５．０≦Ｓ２≦２５．０ｍｍである。

Ｓ２／（Ｓ２＋６．２）≦β≦１．０ …（１）
β＝Ｐ２／Ｐ１ …（２）

式（１）の導出について説明する。まず、木ねじ１の一回転あたりの締付量は、式（３）に示すように、主ねじ部４と首下ねじ部７のピッチの差（進行速度の差）と等しくなる。一方、首下ねじ部７の前端部７ａが通気胴縁３０の外面３０ａと一致する位置から、首下ねじ部７の後端部７ｂが通気胴縁３０の外面３０ａと一致する位置までの間の木ねじ１の回転数は、式（４）で得られる。従って、総締付量αは、式（５）によって得られる。

一回転あたりの締付量＝Ｐ１−Ｐ２ …（３）
回転数＝Ｓ２／Ｐ２ …（４）
総締付量α＝（Ｐ１−Ｐ２） × （Ｓ２／Ｐ２） …（５）

ここで、式（５）を係数βで示すと、総締付量αは、式（６）のようにβと長さＳ２によって表される。

総締付量α＝Ｓ２・（１−β）／β …（６）

ここで、発明者らは、下木材１０と断熱材２０との間の境界部分Ａ１における圧縮量、及び断熱材２０と通気胴縁３０との間の境界部分Ａ２における圧縮量を考慮すると共に、下木材１０や通気胴縁３０の材質や乾燥状態、断熱材の材質、その他の要因によらず、最適な総締付量αの範囲として、０（ｍｍ）≦α≦６．２（ｍｍ）とすることを見出した。この範囲の総締付量とすることにより、材質や乾燥状態などについて通常考えられる条件下において、断熱材２０の圧縮量を適切なものとすると共に、主ねじ部４の長さＳ１を２５．０〜３５．０ｍｍと短い寸法にした場合であっても空回りを抑制することができる。従って、式（６）をαの数値範囲に代入することにより、式（７）が得られる。この式（７）を変形することによって、上述の式（１）で示す関係が得られる。

０（ｍｍ）≦Ｓ２・（１−β）／β≦６．２ …（７）

また、頭部３を通気胴縁３０に締め込む直前の段階において、通気胴縁３０と断熱材２０との間に一定の圧縮力を生じさせておく場合、総締付量αの範囲を０．４（ｍｍ）≦α≦６．２（ｍｍ）としてもよい。この場合、係数βの範囲は式（８）で示すようになる。

Ｓ２／（Ｓ２＋６．２）≦β≦Ｓ２／（Ｓ２＋０．４） …（８）

図６は、式（２）及び式（６）に基づいて、所定の条件における総締付量αと係数βの関係を示す表である。図６においては、外断熱構造の分野で広く用いられる寸法として、主ねじ部４のピッチＰ１の寸法を２．８ｍｍとし、首下ねじ部７の長さＳ２を１１．０ｍｍとしている。図６に示すように、首下ねじ部７のピッチＰ２が１．８ｍｍ以上、２．７ｍｍ以下の場合は、総締付量αが０．４（ｍｍ）≦α≦６．２（ｍｍ）の範囲内となる。

更に、発明者らは、鋭意検討の結果、０．７≦β≦０．９とすることで、更に圧縮量を適切なものとし、空回り防止の確実性を向上することができることを見出した。この範囲によれば、外断熱構造で広く用いられるＳ２＝１１．０ｍｍ程度の木ねじにおいて特に最適な特性が得られる。

以上によって、本実施形態に係る木ねじ１によれば、首下ねじ部７のピッチＰ２を主ねじ部４のピッチＰ１より小さくすることによって、木ねじ１の回転に伴って通気胴縁３０が断熱材２０から広がってしまうことを防止することができる。これによって締結完了後における外断熱構造の仕上がりを良くすることができると共に、締め付け作業の効率を向上させることができる。更に、首下ねじ部７のピッチＰ２を最適化することによって、断熱材２０の圧縮が大きくなりすぎることを抑制できる。更に、当該圧縮に伴う引張力ＴＦを最適なものとし、主ねじ部４の長さＳ１を２５．０〜３５．０ｍｍと短い寸法にしても、空回りを防止することができる。

次に、実施例について説明する。以下の実施例では、主ねじ部４のピッチＰ１、主ねじ部４の長さＳ１、首下ねじ部７の長さＳ２を一定にし、首下ねじ部７のピッチＰ２を変化させ、頭部３の上面３ｂが通気胴縁３０の外面３０ａと一致するまで木ねじを締めた。更に、締結時の状況や締結後の状況を判断することで評価を行った。実施例１，２及び比較例１，２，３に係る条件及び結果を図７に示す。

［実施例１］
実施例１に係る木ねじは、主ねじ部４のピッチＰ１を２．８ｍｍとし、主ねじ部４の長さＳ１を３０．０ｍｍとし、首下ねじ部７の長さＳ２を１１．０ｍｍとし、首下ねじ部７のピッチＰ２を２．５ｍｍとした。通気胴縁として、構造試験で一般的に用いられる杉材のものを使用し、外断熱構造における一般的な寸法として厚み１８ｍｍ、幅４５ｍｍのものを使用した。下木材として、１０５×１０５ｍｍの杉材のものを使用した。断熱材として、ポリスチレンフォームの断熱材、フェノールフォームの断熱材、ウレタンフォームの断熱材をそれぞれ用いた。断熱材の厚みを一般的に適用される寸法である５０ｍｍとした。このとき、式（８）に基づくβの範囲は、０．６４≦β≦０．９６となる。実施例１に係るβの値は０．８９である。すなわち、実施例１は、式（８）を満たしている。また、０．７≦β≦０．９の条件も満たしている。

［実施例２］
実施例２に係る木ねじは、首下ねじ部７のピッチＰ２を２．０としたこと以外は実施例１と同じである。実施例２に係るβの値は０．７１である。すなわち、実施例２は、式（８）を満たしている。また、０．７≦β≦０．９の条件も満たしている。

［比較例３］
比較例３に係る木ねじは、首下ねじ部７のピッチＰ２を１．４としたこと以外は実施例１と同じである。実施例３に係るβの値は０．５０である。すなわち、実施例３は、式（８）を満たしていない。また、０．７≦β≦０．９の条件も満たしていない。しかし、ピッチＰ２はピッチＰ１より小さいという条件は満たしている。

［比較例１］
比較例１に係る木ねじは、首下ねじ部７のピッチＰ２を３．６としたこと以外は実施例１と同じである。比較例１に係る木ねじのピッチＰ２は、ピッチＰ１よりも大きい。

［比較例２］
比較例２に係る木ねじは、首下ねじ部７のピッチＰ２を３．１としたこと以外は実施例１と同じである。比較例２に係る木ねじのピッチＰ２は、ピッチＰ１よりも大きい。

［評価］
比較例１及び比較例２に係る木ねじにおいては、断熱材２０と通気胴縁３０との間で広がりが発生しており、がたつきが確認された。比較例３に係る木ねじにおいては、広がりは発生しなかった。しかし、木ねじの空回りが発生した。従って、主ねじ部４の長さＳ１を大きくすることで推進力を確保する必要が生じた。一方、実施例１及び実施例２では、断熱材２０と通気胴縁３０との間の広がりが発生せず、空回りも発生しなかった。更に、断熱材２０の圧縮状況も良好であった。以上より、首下ねじ部７のピッチＰ２を主ねじ部４のピッチＰ１より小さくすることによって、断熱材２０と通気胴縁３０との間の広がりの発生を防止し、締結後の外断熱構造の仕上がりをよくできることが理解される。また、ピッチＰ２の最適化によって、空回りを防止することができると共に、断熱材２０の圧縮が大きくなりすぎることを防止できることが理解される。なお、実施例及び比較例においては、断熱材の材質を変更して実験を行っているが、断熱材の材質によらず全ての断熱材について図７に示すような同様の結果が得られた。このことから、本発明に係る木ねじが断熱材の材質などによらず効果を奏していることが理解される。

１…木ねじ、２…軸部、３…頭部、４…主ねじ部、７…首下ねじ部、１０…下木材、２０…断熱材、３０…通気胴縁（板材）。

Claims

断熱材を介して下木材と木製の板材とを連結する木ねじであって、
基端側に頭部が形成された軸部と、
前記軸部の先端側の領域のみに形成され、連結時に前記下木材に締結され、前記下木材を貫通することなく前記下木材内部に配置される主ねじ部と、
前記軸部における前記頭部の首下に形成され、連結時に前記板材に締結される首下ねじ部と、を備え、
前記首下ねじ部のピッチは、前記主ねじ部のピッチＰ１より小さく、
Ｐ１は２．０〜４．０ｍｍであり、
全長が１０５ｍｍ以上であって、前記主ねじ部の長さが２５．０〜３５．０ｍｍであり、
前記主ねじ部のピッチに対する前記首下ねじ部のピッチの割合をβとし、前記首下ねじ部の長さをＳ２（ｍｍ）とした場合、βは式（８）の関係を満たすことを特徴とする木ねじ。
Ｓ２／（Ｓ２＋６．２）≦β≦Ｓ２／（Ｓ２＋０．４） …（８）
ただし、５．０≦Ｓ２≦２５．０ｍｍ
断熱材を介して下木材と木製の板材とを連結する木ねじであって、
基端側に頭部が形成された軸部と、
前記軸部の先端側の領域のみに形成され、連結時に前記下木材に締結され、前記下木材を貫通することなく前記下木材内部に配置される主ねじ部と、
前記軸部における前記頭部の首下に形成され、連結時に前記板材に締結される首下ねじ部と、を備え、
前記首下ねじ部のピッチは、前記主ねじ部のピッチＰ１より小さく、
Ｐ１は２．０〜４．０ｍｍであり、
全長が１０５ｍｍ以上であって、前記主ねじ部の長さが２５．０〜３５．０ｍｍであり、
前記主ねじ部のピッチに対する前記首下ねじ部のピッチの割合をβとし、前記首下ねじ部の長さをＳ２（ｍｍ）とした場合、０．７≦β≦０．９であり、５．０≦Ｓ２≦２５．０ｍｍであることを特徴とする木ねじ。