JP7089215B2 - 締結装置及びこれを使用した軟質材の固定構造 - Google Patents

Description

本願発明は、ディスクとビスとを備えた締結装置及びこれを使用した固定構造に関するものであり、断熱材（或いは防水シート）のような軟質材の固定に使用されるものである。

建物において、屋上や壁に断熱材を敷設して防水シートで覆うことは広く行われており、防水シート及び断熱材は、一般に、ビスとディスクとから成る締結装置で押さえ固定されている。

このビスとディスクとからなる締結装置の例として、特許文献１には、ビスの頭部を皿頭に形成して、ディスクの内周縁に、ビスにおける頭部の座面が重なるテーパ部を形成した構成において、ビスにおける頭部の座面に、周方向に離れた複数の係合突起を形成している一方、ディスクのテーパ部を、係合突起の数と同じ舌片に分離することが開示されており、この特許文献１では、舌片を変形させることにより、係合突起を舌片に係合させて緩み止め機能を発揮させることができる。

他方、断熱材のような部材を固定する基材がＡＬＣのような脆い素材であったり、薄鋼板製構造材であったりする場合、ビスのねじ込みトルクが強いと、基材の雌ねじが潰れて締結不能になる現象が発生することがある。

この点について、特許文献２には、金属板製等のワーク（金具）で軟質材を基材に押さえ固定している構造において、ビスにおける頭部の座面に係合突起を形成する一方、ワークのうちビスにおける頭部の座面が重なる部位に、係合突起が嵌まる係合溝を形成することが開示されている。この特許文献２では、ビスの係合突起がワークの係合溝に嵌まることによってビスのねじ込み回転が阻止され、これにより、ねじ込み過ぎ（打ち込み過ぎ）を防止できる。

特開２００７－１６８６４号公報 特開２０１７－１２９２４７号公報

特許文献１は緩み止め機能に優れており、また、特許文献２はねじ込み過ぎ防止機能に優れている（なお、特許文献１もねじ込み過ぎ防止機能は有しており、特許文献２も緩み止め機能を有していると云える。）。

さて、例えば特許文献１を例にとると、ビスの緩み止め機能は、ディスクが摩擦力によって回転不能に保持されていることによって発揮される。また、特許文献２の場合も、ねじ込み過ぎ防止機能は、ワークが回転不能に保持されていることによって発揮される。

従って、特許文献２の展開例として、ワークを特許文献１のようなディスクの構造にした場合、ねじ込み過ぎ防止機能をより的確に発揮させるには、ディスクが重なっている軟質材との間の摩擦力をできるだけ大きくすることが好ましい。また、ディスクと軟質材との間のシール機能もできるだけ高いのが好ましい。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は各請求項で特定している。このうち請求項１の発明は締結装置に関するもので、この締結装置は、
「頭部を有する自己穿孔式のビスと、前記軟質材に食い込む筒部を有するディスクと、を備えており、
前記ビスの頭部は、座面を先窄まりのテーパ状に形成した皿頭になっており、前記テーパ状の座面に、軸方向に長い少なくとも１つの係合突起を突設している一方、
前記ディスクの筒部は、前記ビスにおける頭部の座面が重なるテーパ状筒部と、前記テーパ状筒部に一体に連続していて前記ビスの首下部が嵌まる円筒状部とで構成されて、前記テーパ状筒部には、前記ビスの座面に設けた係合突起が嵌まり込む係合穴が軸方向に長い長穴状に形成されて、前記円筒状部は周方向に分断されていない」
という構成になっている。

請求項２の発明は、ディスク及び皿頭付きビスから構成される締結装置を介して軟質材を基材に押さえ保持する固定構造に関するものであり、この固定構造は、
「前記ビスにおける頭部のテーパ状座面に、外径方向に突出すると共に軸方向に長い少なくとも１つの係合突起を有している一方、
前記ディスクは、前記ビスの軸部が挿通する穴を有すると共に前記ビスの頭部座面が重なる筒部と、前記筒部から外径方向に延設されていて前記軟質材に重なる押圧部とを有しており、前記筒部は、前記ビスにおける頭部の座面が重なるテーパ状筒部と、前記テーパ状筒部に一体に連続していて前記ビスの首下部が嵌まる円筒状部とで構成されて、前記テーパ状筒部には、前記ビスの座面に設けた係合突起が嵌まり込む係合穴が軸方向に長い長穴状に形成されて、前記円筒状部は周方向に分断されておらず、
前記筒部が前記軟質材に食い込むと共に前記係合突起が前記係合穴に係合した状態で、前記ビスの頭部の外周の外側に広がる前記軟質材が前記ディスクの押圧部によって押圧されている」
というものである。

本願発明において、基本的な作用は特許文献２と同様であり、電動式等の動力工具でビスをねじ込んだとき、ビスの座面がディスクを強く押圧する状態に至ると、ビスの係合突起とディスクの係合穴とが嵌合することにより、ビスの回転が停止して動力工具に強い抵抗が生じる。従って、作業者はその時点でトリガーから指を離して回転を停止することが出来、これにより、ビスを適切な深さにねじ込むことができる（つまり、ねじ込み過ぎを防止できる。）。

従って、特許文献２と同様に、ビスを適切な深さにねじ込むことを、自動的に行うことができる。その結果、基材がＡＬＣ板等のコンクリートや窯業系又はセメント系のサイディング、レンガ、石膏ボードのような脆い素材であったり、薄金属板や厚くない木板、或いは比較的薄い樹脂板のように引き抜きに対する抵抗が高くない素材であったりしても、ねじのねじ込み過ぎによる締結不良を防止できる。また、緩み止め効果も発揮される。

そして、ビスの回転によってディスクが連れ回転することがあるが、本願発明では、ビスのねじ込みの途中で、ディスクのうち少なくとも内周縁の筒部が軟質材に食い込むため、ディスクと軟質材との間の摩擦抵抗が急速に高くなる。従って、ディスクの回転を速やかに停止させて、係合突起を係合穴にしっかりと嵌め込むことができる。このため、ねじ込み過ぎ（打ち込み過ぎ）の防止機能を確実化できる。

また、少なくとも筒部が軟質材に食い込むことにより、ディスクと軟質材との間の密着性が高くなるため、ディスクと軟質材との間のシール性も向上できる。なお、屋上での施工のように水平面に軟質材を固定する場合は、施工に際しては、ディスクに手を触れずに、単にビスを動力ドライバで打ち込むだけでよい。上記ではこの施工態様を前提にしているが、ディスクに手を当てて保持しながら軟質材に押し当てた状態で、ビスを打ち込むことも可能である。

ビスの頭部は皿頭であり、頭部の頂面をディスクの表面から沈ませた状態にできるため、ビスの頭部の露出（突出）を嫌うような現場に好適である。

また、本願発明では、ディスクのテーパ状筒部も軟質材に入り込むため、ビスのねじ込み工程においてディスクと軟質材との間の摩擦を急激に増大させる効果に優れている。従って、ディスクの回転を適切な状態で停止させることができて、ねじ込み過ぎ防止機能を更に向上できる。

更に本願発明のように、係合突起及び係合穴を軸方向に長い形態に形成すると、係合突起と係合穴との嵌合を確実化して、ねじ込み過ぎ防止機能を更に向上できる（緩み止め機能も向上できる。）。

また、本願発明では、軟質材に食い込む筒部は、テーパ状筒部と円筒状部との２段階の構成になっているが、係合穴は円筒状部を分断しておらずクローズド方式になっているため、テーパ状筒部の剛性は高くなっている。従って、円筒状部及びテーパ状筒部が軟質材に食い込むことを確実化しつつ、係合穴が広がり変形することを防止して、係合突起と係合穴との嵌合状態を確実に実現できる。従って、ねじ込み過ぎ防止機能に一層優れている。また、固定強度も安定化できる。

実施形態のように、ディスクの押圧部に軟質材に食い込むリブを形成すると、軟質材の押さえ効果を助長できると共に、断面係数の増大によってディスクの剛性もアップできる利点がある。

実施形態を示す図で、（Ａ）は一部破断分離正面図、（Ｂ）はディスクの平面図、（Ｃ）はビスの平面図、（Ｄ）はビスの頭部の正面図、（Ｅ）は（Ｄ）のＥ－Ｅ視図である。 （Ａ）は施工途中での縦断正面図、（Ｂ）は施工を終えた状態での縦断正面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ－Ｃ視断面図、（Ｄ）は（Ｂ）の要部拡大図である。 第２実施形態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ－Ｃ視断面図である。 （Ａ）は第３実施形態の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視図、（Ｃ）は係合突起の別例を示す図である。 （Ａ）は第４実施形態の平面図、（Ｂ）は第１参考例の縦断正面図、（Ｃ）は第２参考例の縦断正面図である。

(1).第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１，２に示す第１実施形態を説明する。外断熱の建物においては、屋上や壁については、断熱材が敷設されていてこれを防水シートで覆っているが、本実施形態は、防水シート１を介して断熱材２をＡＬＣ板からなる基材３に固定するための締結装置４に適用している。防水シート１と断熱材２は、請求項に記載した軟質材に相当する。

締結装置４は、防水シート１に重なるリング状のディスク５と、これを押さえ保持するビス６とから成っている。ビス６は、軸部７とその一端に設けた頭部８とを有しており、軸部７の外周には１条のねじ山９が形成されている（多条ねじでもよい。）。

ねじ山９は、ピッチが谷径とほぼ同じ程度になっており、谷部には、ねじ山９が存在しない平滑面が存在している。また、軸部７の先端部は尖っていて、ねじ山９は、高さを徐々に低くしながら先端に至っている。従って、ビス６は、木ねじタイプの自己穿孔式になっている（ドリルねじも採用できる。）。軸部７のうち頭部８に寄ったかなりの部分は、素材径のままのねじ無し部になっている。

ビス６の頭部８は、軸部７に向けて縮径したテーパ状の座面１０を有する皿型であり、頂面には、ビットが嵌まる十字型の係合穴１１を形成している。係合穴１１は、十字形や六角形、星形などとすることも可能である。

頭部８の座面１０には、ビス側の回転規制手段として、軸方向に細長い係合突起１２が、周方向に等間隔で離れた４本形成されている。係合突起１２は平断面角形になっているが、平断面台形状や三角形状に形成することも可能である。そして、係合突起１２は、軸部７に近い側から頭部８の外周に向けて突出高さが徐々に低くなっている。従って、側面視で三角形状になっている。係合突起１２の下端は、座面１０の下端よりも僅かに上に（頭部８の頂面側に）位置している。係合突起１２の裁断突出寸法は、ディスク５の板厚と略同じ程度に設定している。

ディスク５は一種の座金であり、従って、中心部には、ビス６の軸部７が挿通される貫通穴（中心穴）１３が空いている。そして、ディスク５のうちビス６の座面１０が重なる部分は、バーリング加工によってテーパ状筒部１４に形成されており、テーパ状筒部１４の内周縁に、ビス６の首下部が嵌まるストレート部１５を一体に連接している。ディスク５のうちテーパ状筒部１４の外側に広がる部分は、防水シート１を押さえるリング状の押圧部５ａになっている。

テーパ状筒部１４には、係合突起１２が嵌まる係合穴１６が、周方向に等間隔で４本形成されている。係合穴１６は軸方向に長い長穴になっているが、ストレート部１５を分断しておらず、ストレート部１５は、周方向に途切れなく連続したループ構造になっている。このため、テーパ状筒部１４は係合穴１６を有しているにもかかわらず、高い剛性を有している。

(2).まとめ
締結装置４を使用して防水シート１及び断熱材２を押さえ固定するに当たっては、屋上での施工の場合は、ディスク５を所定位置において、ビス６を伝動ドライバで回転させつつ、防水シート１及び断熱材２を貫通させて基材３にねじ込んでいったらよい。ビス６の係合突起１２がディスク５のテーパ状筒部１４に当たるまでは、ディスク５は防水シート１に載ったままであり、ストレート部１５及びテーパ状筒部１４は防水シート１及び断熱材２に食い込んではない。

なお、図２では、ストレート部１５及びテーパ状筒部１４が防水シート１及び断熱材２に食い込んだ状態を表示しているが、これは便宜的なものあり、実際には、ビス６の頭部８が当たっていない状態では、ディスク５は防水シート１に載っているだけである。

ビス６の係合突起１２がディスク５のテーパ状筒部１４に当たると、係合突起１２が係合穴１６に嵌合して、ディスク５はビス６と一緒に回転していく。このため、ディスク５は防水シート１及び断熱材２に押さえられて、ストレート部１５とテーパ状筒部１４とが、防水シート１を押し曲げながら断熱材２に食い込んでいく。

そして、防水シート１への押し付けによって、防水シート１とディスク５との摩擦抵抗が大きくなっていくため、ディスク５の回転は途中で止まって、ビス６だけが回転し、ビス６の係合突起１２がいったん係合穴１６から外れて次の係合穴１６に嵌まる、という動きが１回又は複数回行われ、次いで、ねじ込み抵抗が非常に大きくなる。

つまり、係合突起１２が係合穴１６にカチッというクリック感を伴って嵌まり、次いで、ビス６の回転に対する抵抗が急激に増大するのであり、これにより、作業者は、ビス６が所定状態までねじ込まれたことを感覚的に把握できる。従って、その時点でトリガーから指を離してビス６の回転を停止することにより、基材３の雌ねじを破壊することなく、ディスク５で防水シート１及び断熱材２を押さえ固定することができる。

なお、係合突起１２が最初に係合穴１６に嵌まった状態のままで所定深さまでねじ込まれることも想定されるが、この場合も、ディスク５がある程度まで防水シート１及び断熱材２に押さえられると、防水シート１とディスク５との間の摩擦抵抗が非常に大きくなることにより、通常のトルクでは、ビス６とディスク５とを一緒に回転させることが困難になるため、作業者は、回転に対する抵抗が急激に増大した時点で回転を停止させるのが通常であり、これにより、ねじ込み過ぎを防止できる。

なお、壁の施工の場合は、ディスク５を作業者が手で所定位置に保持した状態でビス６を打ち込むことになるが、ビス６が基材３に食い込み初めたらディスク５を手で保持しておく必要はなく、ビス６のねじ込みによって、ディスク５が押さえ保持される。

そして、本実施形態では、ビス６の頭部の座面１０はテーパ状である一方、ディスク５のテーパ状筒部１４はその全体が断熱材２の側に沈み込んでいるため、ディスク５の上面には突出物は存在しない。また、ビス６のねじ込みによってディスク５もその板厚程度は断熱材２に沈み込むのが普通であるため、施工面にディスク５やビス６の頭部８が突出しない状態にすることができる。このため、突出物を嫌う現場に好適である。

仮に、係合穴１６はストレート部１５を分断して下方に切り開かれた態様にすることも可能であるが、この場合は、係合穴１６で分断された舌片が軸心から遠ざかるように広がり変形するおそれがある。しかし、本実施形態では、テーパ状筒部１４は断熱材２の内部に入り込んでいるため、舌片の広がり変形に対して大きな抵抗が生じる。従って、仮に係合穴１６がストレート部１５を分断して切り開かれていても、係合突起１２が複数の舌片に当たりながら乗り越えていき、その結果、ねじ込み深さが深くなり過ぎてしまうと、といった現象は生じない。

従って、仮に係合穴１６が下方に切り開かれていても所定のねじ込み深さを保持して雌ねじの破断を防止できるが、実施形態のようにストレート部１５を連続したループ構造に形成すると、テーパ状筒部１４の過剰な変形を防止して、ねじ込み過ぎを確実に防止できる。

また、実施形態のように、係合突起１２を、その下端の突出寸法が最も高くなるように側面視で三角形状に形成すると、係合突起１２がテーパ状筒部１４に点当たりになるため、テーパ状筒部１４の弾性変形を容易化して、係合穴１６への係合突起１２の嵌まり込みを促進できる。従って、本願発明では、係合穴１６をクローズドタイプとしたことによってテーパ状筒部１４の剛性を高めつつ、係合穴１６への係合突起１２の嵌まり込みは容易化できるという利点がある。

係合突起１２の突出寸法を高さ位置によって異ならせる場合、上下中間部が最も高くなるように設定するなど、異ならせの態様は任意に設定できる。また、図４（Ｃ）に変形例として示すように、係合突起１２を全長にわたって同じ高さに設定してもよい。

(3).他の実施形態
次に、図３以下の他の実施形態及び参考例を説明する。図３に示す第２実施形態は、第１実施形態の構成に加えて、筒部１４，１５の外側の押圧部５ａに、放射方向に延びる４本のリブ１７を、周方向に等間隔で形成している。各リブ１７は断面円弧状であり、テーパ状筒部１４と同じ側に（下向きに）突出しており、防水シート１（及び断熱材２）に食い込む。従って、リブ１７は、補強機能に併せて、防水シート１をしっかり押さえる機能を備えている。

本実施形態では、リブ１７は、ディスク５の半径よりも少し短い長さであり、テーパ状筒部１４との間及び外周との間に同じ程度の間隔が空いている。従って、全体がリング状部の下方に膨出している。係合穴１６から周方向に４５度ずれた位置に形成している。

リブ１７の位置や本数は任意に設定することができる。実線のように設けることに加えて、又はこれに代えて、一点鎖線で示すように、各係合穴１６の外側にリブ１７を形成することは可能である。一点鎖線で示すリブは実線で示すリブ１７よりも長さが短くなっているが、実線のリブ１７と同じ長さに設定してもよい。

図４（Ａ）（Ｂ）に示す第３実施形態でもリブ１７を形成しているが、この実施形態では、リブ１７はディスク５の外周まで延びている。第３実施形態において、図３（Ａ）に一点鎖線で示したリブ１７を併設することも可能である。

上記の実施形態のリブ１７は放射状に延びているが、リブ１７を環状に延びるリング状又は円弧状の形態に形成することも可能である。この場合、リブ１７は、１本（又は１列）でもよいし、同心円状に複数形成してもよい。

図５（Ａ）に示す第４実施形態では、係合突起１２は、軸心を挟んだ両側に２本形成して、係合穴１６は９０度間隔で４本形成している。このように係合突起１２と係合穴１６との数を異ならせる場合、係合穴１６の数が係合突起１２の数の整数倍であったらよい。係合突起１２及び係合穴１６は、それぞれ１２０度間隔で設けるなどしてもよい。

図５（Ｂ）に示す第１参考例では、第１実施形態のストレート部１５は備えておらず、軟質材に食い込む筒部としてはテーパ状筒部１４のみを有しており、テーパ状筒部１４に、４本の係合穴１６をクローズド方式で形成している。従って、この例でも、テーパ状筒部１４は高い剛性を有している。

図５（Ｃ）に示す第２参考例では、ビス６の頭部８はフランジ付きの六角頭に形成されており、座面１０に、放射方向に延びる４本の係合突起１２を形成している。一方、ディスク５の内周部には軟質材に食い込むストレート部１５を形成しており、ディスク５のうち頭部８が重なる部位に係合穴１６を形成している。係合穴１６は、ストレート部１５を分断しないクローズド方式になっている。この参考例では、係合突起１２は、軸心側が最も下向き突出高さが高くて、外側に向けて下向き突出高さが低くなっている。

本願発明は、他にも様々に具体化できる。ディスクは座金状である必要はないのであり、特許文献２に例示されているように、何らかの機能を有するプレート（金具）であってもよい。従って、１枚のディスクと複数のビスとをセットで使用することも可能である。

本願発明は、締結装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ 防水シート（軟質材）
２ 断熱材（軟質材）
３ 基材（ＡＬＣ板）
４ 締結装置
５ ディスク
５ａ 押圧部
６ ビス
７ 軸部
８ 頭部
９ ねじ山
１０ 座面
１２ 係合突起
１３ 貫通穴
１４ テーパ状筒部
１５ ストレート部
１６ 係合穴
１７ リブ

Claims (2)

1. 軟質材を押さえ固定する締結装置であって、
   頭部を有する自己穿孔式のビスと、前記軟質材に食い込む筒部を有するディスクと、を備えており、
   前記ビスの頭部は、座面を先窄まりのテーパ状に形成した皿頭になっており、前記テーパ状の座面に、軸方向に長い少なくとも１つの係合突起を突設している一方、
   前記ディスクの筒部は、前記ビスにおける頭部の座面が重なるテーパ状筒部と、前記テーパ状筒部に一体に連続していて前記ビスの首下部が嵌まる円筒状部とで構成されて、前記テーパ状筒部には、前記ビスの座面に設けた係合突起が嵌まり込む係合穴が軸方向に長い長穴状に形成されて、前記円筒状部は周方向に分断されていない、
   締結装置。
2. ディスク及び皿頭付きビスから構成される締結装置を介して軟質材を基材に押さえ保持する固定構造であって、
   前記ビスにおける頭部のテーパ状座面に、外径方向に突出すると共に軸方向に長い少なくとも１つの係合突起を有している一方、
   前記ディスクは、前記ビスの軸部が挿通する穴を有すると共に前記ビスの頭部座面が重なる筒部と、前記筒部から外径方向に延設されていて前記軟質材に重なる押圧部とを有しており、前記筒部は、前記ビスにおける頭部の座面が重なるテーパ状筒部と、前記テーパ状筒部に一体に連続していて前記ビスの首下部が嵌まる円筒状部とで構成されて、前記テーパ状筒部には、前記ビスの座面に設けた係合突起が嵌まり込む係合穴が軸方向に長い長穴状に形成されて、前記円筒状部は周方向に分断されておらず、
   前記筒部が前記軟質材に食い込むと共に前記係合突起が前記係合穴に係合した状態で、前記ビスの頭部の外周の外側に広がる前記軟質材が前記ディスクの押圧部によって押圧されている、
   軟質材の固定構造。

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