JP5458354B2 - 打ち込み式ねじ釘 - Google Patents

Description

本発明は金槌などで打ち込み可能な部材（主に木材で以下母材と言う）に同じく打ち込み可能な或る部材（以下取り付け部材と言う）を打ち止めする、釘類に関する。

従来の釘類には丸釘と称する釘が広く一般に使用されている。（図６参照）またその他にスクリューネイルと称する螺旋を施したものやリングネイルと称する釘軸の外面にリング状の突起を施したもの等も使用されている。（図７・図９参照）他方、使用方法としては異なるも電動ドライバーなどを使用して各部材にねじ込んで止めるタイプのねじ釘（通称コーススレッド）も広く使用されている。（図８参照）

上記、丸釘は図６の通り同軸径の軸の一方の端に丸釘頭を有し、他の端に鋭角（通常３５°）な４角錐形の釘先を有するもので、木材等に打ち込みの際、釘頭を金槌等で叩き込む事により鋭角錐形の釘先が楔の作用を起こし、打ち込まれた木材等が弾性変形し、その結果、釘軸は木材等よりの反撥圧力を受ける事になり釘軸と木材等の相互間に摩擦抵抗力が生じ、その摩擦抵抗力で以って引抜保持荷重を得ていると言える。

また上記、リングネイルなる釘は図９に示す通り釘軸部にリング状に凹凸を施した釘で丸釘と同様に釘先端の鋭角な４角錐形の楔の作用により、木材等の弾性変形より生ずる反撥圧力を受けるも丸釘とは異なり摩擦面が凹凸な粗面であるためその分、丸釘よりも高い引抜保持荷重を得る事が出来ると言える。

次にスクリューネイルなる釘は図７に示す通り、丸釘やリングネイル同様に鋭角な４角錐形の釘先を有しており且つ、その他に軸部の全長に亘りリード角が６０°より７０°程度の４条から５条の螺旋状の凹凸が施してある釘で、打ち込んで行くとき釘全体が回転を起こし乍ら木材等に入り込んで行く結果、引き抜こうとしても螺旋状の凸の部分が抵抗し容易に抜けない構造となっている。

次にコーススレッドなるねじ釘（以下通常のねじ釘と言う）は上記の通り電動ドライバーを使用して部材同志をねじ止めするタイプで頭部には電動ドライバー等の回転力を受け止める為の嵌合穴が設けられており、先端部は他の釘類と同程度の鋭角錐状で釘軸部全長の内、釘先端より３分の２程度の部分より先端に亘るまで粗ねじを施したねじ釘である。（図８参照）

これを電動ドライバー等の回転力で木製母材に木製の取り付け部材を取り付ける場合、先ず取り付け部材よりねじ込んで行き、その鋭角な先端が取り付け部材を貫通し次の母材に食込むまでの時間において母材と取り付け部材の間に若干の隙間を起こし、粗ねじ部が取り付け部材を全て貫通した時点で先程起こした母材と部材間の隙間を解消しながら最終には取り付け部材中には粗ねじは存在せず、頭部が取り付け部材を押さえ込んだ状態で作業は終了となる。

従って通常のねじ釘では母材に対しては粗ねじの効果により高い引抜保持荷重性能を得る事が出来るが、取り付け部材側は頭部に対する取り付け部材の圧縮耐力に掛かる事になり、取り付け強度としては折角、母材に対しては高い引抜保持荷重性能を発揮しても頭部において其れより低い性能しか得られない場合等の問題点もある。

以上述べた通り従来の打ち込み式の各種の釘においては従前よりの丸釘より引抜保持荷重性能の面において、より高性能を発揮できる為の種々な技術的努力は見られるが、しかし電動ドライバー等の使用による通常のねじ釘の高い引抜保持荷重性能には到底及ぶものでなかった。尚、通常のねじ釘においても上記［０００８］に述べた如く取り付け部材側の取り付け強度は釘頭面に対する取り付け部材の圧縮耐力に掛かっている問題点があった。

また従来の打ち込み式各種釘、並びに通常のねじ釘において何れもその先端が鋭角錐状になっている為、取り付け部材や母材が薄板であったり、取り付け位置が各部材の端部に近い位置などの場合、楔の作用により木割れを起こす問題も有った。

以上により本発明は飽くまでも金槌等で打ち込む事により高い引抜保持荷重で以って母材と取り付け部材との強固な取り付けを可能にし、打ち込み時の木割れを出来る限り防止し且つ、母材より取り付け部材を取り外す場合には、打ち込み式の各種釘類では不可能であった、通常のねじ釘同様に電動ドライバー等の使用により容易に取り外す事が出来る釘の実現するを目的とした。

課題を解決する為の手段

上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用した。すなわち、請求項１に記載の本発明に係る打ち込み式ねじ釘は、一方の端部に頭部を形成し他方の端部は尖った先端として形成した軸部の外周部に、リード角が４０〜5０度の螺子部を軸方向に所定の間隔をおいて断続的に形成するとともに、頭部に最も近い螺子部のリード角をそれよりも先端側の螺子部のリード角よりも2〜５度小さく形成し、前記螺子部の間隔は、先端側の螺子部のピッチの倍数相当の長さとし、これら螺子部の螺子は、頭部側の傾斜面と先端側の傾斜面とで形成される山形断面の螺子で、軸部と直角な方向に対する前記傾斜面の傾斜角は、先端側の傾斜面の方が頭部側の傾斜面よりも小さく、その比率は1対２ないし1対３としたことを特徴とする。上記軸部の先端は鈍角の円錐形に形成しておくのが好ましい。以下、これについて詳細に説明する。
本発明を完成するに際し、従来のねじ釘に注目し、これを金槌等で打ち込んでみたところ、打ち込みは可能であったが、回転は全く起こらず、引き抜き保持荷重も電動ドライバー等でねじ込んだ場合と比べて半減していた。

そこで通常のねじ釘と同じ様なねじ山を有したねじ釘で以って木材等に打ち込む際、軸部をスムーズに回転さす為にはどの様な工夫をすれば良いか、そして回転させた上で通常のねじ釘と同程度の高い引抜保持荷重性能を得ると共に通常のねじ釘と同様に電動ドライバー等を使用し逆回転にて容易に取り外す事が出来れば、との思いで以って検討したところ、容易に回転をさすにはリード角を上記スクリューネイル等の様に６０°から７０°程度にすれば良い事は想定出来るも引抜保持荷重性能が十分得られるか疑問で有ると共に取り外しの際、強力なトルクを必要とせず容易に解く事が出来るのかなど疑問点が多く、より思考を重ねた結果、取り付け時に金槌等で打ち込む際にはスムーズに回転を起し通常のねじ釘と同程度の高い引抜保持荷重性能が得られ、且つ取り外しの際には電動ドライバーの使用により逆回転にて容易に取り外す事が出来るとの双方の条件を可能ならしめる為には力学的な観点よりして、通常のねじ釘と同様に釘軸の外周部に設ける螺旋状のねじ山の傾きを４５°にすれば、４５°の場合、Ａ方向に与えた力はその方向と直角なＢ方向へ、またＢ方向に与えた力はＡ方向へと１：１の比率にて伝達するとの原理のもと、例えばねじ釘の先端を木材等へ侵入させる為の力等の条件を除外し、ねじ釘の回転のみを対象に考えれば叩き込みの力と同じ力で以ってねじ山の側面を押す事により回転し取り付ける事ができ、取り外しの際には静荷重を動荷重にさす際の摩擦抵抗を除外すれば釘軸を回転さす事によりねじ釘全体を解きだす力も取り付け時の力と同程度で行なう事が出来るのでは、との思考の基、図１に示す発明と同様な試作品を造り試してみたところ、思惑通りの結果を得る事が出来た。

その結果とは本発明品（図１）と同じ様な軸径３，５ｍｍの軸部の外周面に、ねじ山高さ０，８ｍｍ、ねじ山角度６０°のねじをリード角４５°にて３条ねじとして成型し、試作品ではねじ釘の先端は鋭角３５°の円錐形状とし、他方頭部には電動ドライバーに対応出きる嵌合穴を設けたものを木材に金槌で打ち込み、引抜保持荷重性能並びに電動ドライバーで容易に解き出す事が出来るかを何度となく行なって其の状況を観察したところ、金槌等で十分打ち込む事が出来、木材内でスムーズに回転をする事を確認した。また引抜保持荷重を測定したところ、打ち込み式の各種釘類と比べ数倍と比較にならず、通常のねじ釘を電動ドライバーの使用にてねじ込んだ場合の引抜保持荷重に匹敵する性能を発揮し且つ、電動ドライバーを使用して容易に解き出す事も確認できた次第である。（表１，表２，表３を参照）

次に木割れ防止策であるが木割れの主たる原因は、打ち込み式各種釘類に見られる通り、釘の先端を鋭角錐形にする事によって楔の作用を得て打ち込まれた木材が弾性変形する事により、その反撥圧力を以って摩擦抵抗力を得て引抜保持荷重性能を発揮するものであるが、その場合において弾性変形に止まらずその限界を超した場合、即ち塑性変形にいたった状態が木割れとして現れるので有る。しかし本発明においては、ねじの効果により高い引抜保持荷重性能を発揮させようとするものであるので、打ち込み式の各種釘類では著しく引抜保持荷重性能の低下を招くため採用し辛い、釘の先端を鈍角９０°にすれば楔の作用は働き難くなるため、木割れ防止の効果が得られるのではとの思考の基、試作品を利用し楔の作用を起こし難い９０°に修正加工したものと、鋭角３５°の場合とを木材の端部周辺に各々数十回試したところ、鋭角での場合は木割れを起こしても９０°に加工した場合は木割れは一度も起らない事を確認した。そして念の為、引抜保持荷重性能についてどの程度影響を受けているかを測定したところ、ごく僅かの低下は認められるも大きな影響は無かった。（図２の符号３拡大図参照）

尚、上記テストは金槌で打ち込んで行なったが、大量に釘打ち止めする場合は一般に釘打機と称する工具も存在しており、この釘打機を使用した場合には金槌等で何度か叩き込み乍ら打ち込むのでなく瞬時に打ち込んでしまう事になる。従って回転も瞬時に全て起らねばならない点に配慮し、試作品ではねじ山角度６０°を通常のねじ釘と同様に釘頭側と釘先側、各々３０°の側面に成型したところを、本発明品では釘頭側は３０°より４５°とし釘先側の側面の角度を１５°とする事により、釘先側を３０°としたものよりも打ち込み時においてよりスムーズな回転効果が得られ且つ、電動ドライバー使用により解き出す場合にもより高い効果が得られると思考する。（図２のＥ−Ｅ断面拡大図参照）

何故ならば通常のねじ釘等の場合、ねじ込み時においてはねじ山の側面の内、釘頭側の側面で以って各部材（主に木材）をすくい込む事によりねじ込んで行く関係上、リード角は基より理想としては３０°よりも少ない方がより効果は高いと思われるが、本発明の場合は通常のねじ釘等と異なり打ち込み時における各部材よりの圧力をねじ山の内、釘先側の側面にて受ける事になり、その為、釘先側の側面角度が３０°より１５°と少なくする方が部材よりの圧力をより多く受け止める事が出来、回転力の増加により効果が有ると判断するからである。またねじ山を回転させて解こうとする場合もねじ山の内、釘先側の側面で以って各部材を捕らえ各部材を足がかりとしてねじ釘全体を解き抜こうとする関係上、ねじ山の釘先側における角度は３０°よりも１５°と少なくする方がより有効に各部材を捕らえる事が出来、より解き易くなると判断したからである。

また、取り付け部材の内、木材等を木材等の母材に従来の釘類を使用して打ち込み止めする場合において、先端が取り付け木材を貫通する際、木材が若干弾き裂けを起こす場合が有り、其のまま母材に打ち込み続けると弾き裂けた木片が取り付け部材と母材との間に挟まったままになり、母材に取り付け部材が十分密接出来ない不都合を起こす場合がある。

そこで本発明ではその解消策として、図１の４の位置に設けるねじのリード角を仮に４５°とした場合、同じく図１の５の位置に設けるねじのリード角は４３°と若干異なった成型をする事により双方とも同軸径である以上、リード角４５°によるリードよりもリード角４３°によるリードの方が若干短くなる事により、リードの長いねじ部が母材中を進みリードの短いねじ部が取り付け材中を進む時点においてリードの異なる分、母材と取り付け材とが引き寄せられる事になり、上記、不都合が本発明品で起った場合でも弾き裂かれた木片が取り付け材の元の位置に強く押し込まれ、且つ、部材同志は強く圧接された状態で取り付けられることになる。

また、この寄せ付け効果は母材と取り付け材との様に別々の部材同志の場合だけでなく一体の木材等の場合でもリードが異なる以上その相互間に寄せ付けようとする作用が働き其の分各々のねじ山の対応する側面に常に弾性圧力が掛かっている結果、緩み止め効果も発揮する事になる。

尚、図１の４の位置すなわち、ねじ釘先端側に設けた仮にリード角４５°のねじ山と図１の５の位置すなわち、釘頭側に設けた仮にリード角４３°のねじ山は、共にねじ山形状においてその側面の角度は上記の通り、ねじ釘先側の側面は１５°とし、ねじ頭側の側面は３０°より４５°とすると共に双方とも同じ条数、例えば釘先端側のねじの条数が４条ねじで有れば釘頭側も同じく４条ねじとすると共に図１の２０に設けている、ねじの無い部分の長さに就いては釘先端側のねじが通過する事に依って木材等の内に出来る雌ねじ状の痕跡位置に釘頭側のねじが継続出来るよう釘先側に設けたねじが、仮に４条ねじで有ればリードの４分の１すなわちねじピッチの倍数分を長さとして成型する事が好ましい。

発明の効果

上述した様に本発明の打ち込み式ねじ釘は、従来の打ち込み式各種釘とは引抜保持荷重面で数倍の性能を発揮し電動式ドライバー等でねじ込むタイプのねじ釘の引抜保持荷重に匹敵する性能を発揮すると共に、打ち込み式の各種釘類、並びに電動式ドライバー等でねじ込むタイプのねじ釘でも取り付け部材の取り付け位置が木材等の端部や薄板等の場合によく見られる木割れを起こし難く、取り付け材を取り外そうとする場合、打ち込み式各種釘では釘抜きやバールで釘を抜き取るしか出来なかったが、本発明では頭部に電動ドライバーと嵌合出来る嵌合穴を設けているタイプの場合はその工具を使用して容易に解き外すことが出来るなど多種多様な用途に適している。（表２・表３参照）

また引抜保持荷重性能が従来の各種釘類に比べて数倍の性能を発揮する事は用途に応じて使用本数が節約出来るとか、従来の各種釘類より短いサイズの使用や細いサイズの使用も可能となり、また電動式ドライバー等の使用により解き外すタイプを使用した場合は釘抜きやバール等で抜き取った従来の各種釘類とは異なり真っ直ぐに解き外す事が出来る為再使用も十分可能であり、取り付け部材に傷を付ける事なく母材との分別もより容易となる等、資源の有効利用には多いに貢献出来る特徴を有していると言える。

なお本発明に係る試作品と従来の各種釘３種との引抜保持荷重性能に関する比較試験を行なったので以下その方法と結果について簡単に説明する。

（１）試料
従来品の１ 通称丸釘（図６の製品）
釘軸径 ４．０ｍｍ
従来品の２ 通称リングネイル（図９の製品）
素線径 ４．０ｍｍ
リング外径４．５ｍｍ
従来品の３ 通称スクリューネイル（図７の製品）
素線径 ４．０ｍｍ
スクリュー外径４．８ｍｍ
本発明試作品 素線径 ４．０ｍｍ（図１と同等品）
釘軸径 ３．６ｍｍ
ねじ外径 ５．０ｍｍ

（２）試験方法
本材は桧材を使用し試料を各々３本、金槌で釘先端より３５ｍｍ木材に打ち込み、経時変化を考慮し２４時間経過後、釘頭を測定機のフックに掛け毎分１０ｍｍのスピードにて引張し変位、並びに最大保持荷重を測定した。

（３）試験結果
本書の末尾に「表２」並びに「表３」にて記載するが各試料は本発明の試作品と同じ素線径（加工前の使用線の径）のものを使用したに拘らず本発明の試作品は各従来品と較べて格段に高性能な結果を発揮していると言える。

以下本発明の実施の形態を「表１」並びに「図１」から「図５」及び「図１０」から「図１３」に基いて説明する。

本発明は従来の各種釘類と同様に、取り付け材と母材を直接金槌などで打ち止めすると共に都合により取り付け材を取り外す場合、電動ドライバー等で容易に取り外しが可能なねじ釘で有り、そのねじのリード角を４５°を基に４０°より５０°とするを特徴としている。このリード角は通常のねじ釘では２０°以下でありスクリューネイル等では６０°以上などの現状において４５°前後のリード角を採用している釘類は存在していない。（表１参照）

「図１」は本発明の主たる実施例の側面図と頭部の平面図であり、頭部２には６や７の様な電動ドライバーと嵌合可能な嵌合穴を設け、釘先部３には木割れ防止の為「図２」の内、符号３の拡大図の様に頂角８が９０°の鈍角な円錐形状の釘先を設ける。

また「図１」の４並びに「図１」の５の位置に設けるねじ山の形状は、何れもその頂角を６０°とし、その頂角を「図２」のねじ山部の拡大図に示す通り、ねじ山側面の内、釘先側にあたる側面２１は角度２３を１５°とし、ねじ山側面の内、頭部側にあたる側面２２の角度２４を４５°と１対３の比率に振り分けたねじ山形状とする。

また上記ねじ山形状で以って「図１」の４の位置に設けるねじのリード角を４５°とすれば「図１」の５に設けるねじのリード角は４３°、場合によっては４１°と２°より４°程度少角とし、それにより母材と取り付け材との締め付けを強くする他、振動等による緩み止め効果をも増す事になる。

また「図１」の５の位置に設けるねじと「図１」の４に設けるねじは何れも４条ねじとし「図１」の５に設けるねじと「図１」の４に設けるねじとが取り付け材や母材の内で断続する様に「図１」の符号２０に設けられたねじ無し部の長さは「図１」の４に設けるねじのリードを条数で割った長さの倍数にて成型する。

上記の通り「図１」並びに「図１」の部分拡大図である「図２」の様な本発明に基く製品は「図１０」の様に木材の端部や板の厚みの少ない部分に使用する場合、木割れ防止効果が発揮され適切な用途使用と言える。

また「図３」に示す通り大平薄頭を有し、釘先は鋭角錐形なるもねじは３条ねじで、上記［実施例１］に記した通りのリード角とねじ山形状で以って成型したねじ釘の内、釘長さの短いタイプは「図１１」に示す様に屋根材を厚みの少ない屋根の野地板に釘止めする場合において短くて引抜保持荷重の高い効果が得られ最適である。

また「図４」に示す通り六角頭を有し釘先は鋭角錐形なるも各部のねじは４条ねじで上記［実施例１］に記した通りのリード角、並びにねじ形状で以って成型したもので、このタイプは「図１２」に示す様に取り付け部材が金属製で事前に丸穴が設けてある補強金物を取り付けるのに最適である。

また「図５」に示す通りドライバー等と嵌合する十字の嵌合穴と座金付きの釘頭を設け、釘先は鋭角錐形なるも各部のねじは４条ねじで上記［実施例１］に記した通りのリード角、並びにねじ形状で以って成型したもので、このタイプは「図１３」に示す様に薄鉄板などで成型された外装材等で、釘止め位置が奥まっており金槌が最後まで入り難い用途などの場合、ドライバーを冶具にして金槌などで打ち込みが出来、取り外しにも役立ち最適である。

この発明に係るねじ釘の［実施例１］を示す、側面図、並びに頭部平面図。 「図１」のねじの側面拡大図とそのねじの断面図、並びにねじ山形状図、並びにねじ釘先の拡大図、並びにねじ部の断面拡大図。 この発明に係るねじ釘の［実施例２］を示す、側面図と頭部平面図、並びにねじ部の断面拡大図。 この発明に係るねじ釘の［実施例３］を示す、側面図と頭部平面図、並びにねじ部の断面拡大図。 この発明に係るねじ釘の［実施例４］を示す、側面図と頭部平面図、並びにねじ部の断面拡大図。 従来の打ち込み式釘の内、通称丸釘なる、側面図、並びに頭部平面図。 従来の打ち込み式釘の内、通称スクリューネイルなる、側面図と頭部平面図、並びにスクリュー部の断面拡大図。 従来のねじ込み式ねじ釘の内、通称コーススレッドなる、側面図と頭部平面図、並びにねじ部の断面拡大図。 従来の打ち込み式釘の内、通称リングネイルなる、側面図と頭部平面図。 本発明に係る［実施例１］を使用するに最適な用途例。 本発明に係る［実施例２］を使用するに最適な用途例。 本発明に係る［実施例３］を使用するに最適な用途例。 本発明に係る［実施例４］を使用するに最適な用途例。

符号の簡単な説明

１ 本発明による実施例１の本体。
２ 本発明による実施例の頭部。
３ 本発明による実施例の釘先部。
４ 本発明による実施例の主ねじ部の位置範囲。
５ 本発明による実施例の副ねじ部の位置範囲。
６ 本発明による実施例１の頭部、平面の１。
７ 本発明による実施例１の頭部、平面の２。
８ 本発明による実施例１の釘先頂角の角度。
９ 本発明による実施例１のねじ部の断面。
１０ 本発明による実施例１のねじ山。
１１ 本発明による実施例２の頭部平面。
１２ 本発明による実施例２ねじ部の断面。
１３ 本発明による実施例３の頭部平面。
１４ 本発明による実施例３のねじ部断面。
１５ 本発明による実施例４の頭部平面。
１６ 本発明による実施例４のねじ部断面。
１７ 本発明による実施例のねじ山の断面。
１８ 本発明による実施例の軸部。
１９ 本発明による実施例の素線径（加工前の線材径）部
２０ 本発明による主ねじ部と副ねじ部との間の部位。
２１ 本発明によるねじ山の内、釘先側の側面。
２２ 本発明によるねじ山の内、釘頭側の側面。
２３ 本発明によるねじ山の釘先側に設ける頂角度。
２４ 本発明によるねじ山の釘頭側に設ける頂角度。
２５ 本発明による実施例２の本体。
２６ 本発明による実施例３の本体。
２７ 本発明による実施例４の本体。
２８ 従来釘の釘の内、通称丸釘の本体。
２９ 従来釘の釘先部
３０ 従来釘の内、スクリューネイルの本体。
３３ 従来釘の頭部平面。
３４ 従来のねじ釘の内、通称コーススレッドの本体。
３７ 従来釘の内、通称リングネイルの本体。
科学式等を記載した書面
明細書

Claims (2)

1. 一方の端部に頭部を形成し他方の端部は尖った先端として形成した軸部の外周部に、リード角が４０〜5０度の螺子部を軸方向に所定の間隔をおいて断続的に形成するとともに、頭部に最も近い螺子部のリード角をそれよりも先端側の螺子部のリード角よりも2〜５度小さく形成し、前記螺子部の間隔は、先端側の螺子部のピッチの倍数相当の長さとし、これら螺子部の螺子は、頭部側の傾斜面と先端側の傾斜面とで形成される山形断面の螺子で、軸部と直角な方向に対する前記傾斜面の傾斜角は、先端側の傾斜面の方が頭部側の傾斜面よりも小さく、その比率は1対２ないし1対３としたことを特徴とする打ち込み式ねじ釘。
2. 軸部の先端が、鈍角の頂角を有する円錐形に形成されている請求項１に記載の打ち込み式ねじ釘。

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