JP7103677B2 - 薄金属板用ドリルねじ及びこれを使用した構造体並びに固定装置 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 令和 ２年 ８月 ３日に出願人が発行したカタログにより公開

本願発明は、薄金属板用ドリルねじ及びこれを使用して構築された構造体並びに固定装置に関するものである。ここに薄金属板とは、１．６ｍｍ以下の金属板（主として鋼板やステンレス板）を云い、構造体は、建物の屋根部や天井部、壁部などが含まれる。

１～２ｍｍ程度の板厚の鋼板製基材を使用している建物は多々存在しており、断熱材やコンパネ材などをこれら基材にドリルねじ等の自己穿孔ねじで固定することは広く行われている。例えば、建物の屋根部を構成するデッキプレート（折り板）の上面に防水シート及び断熱材をドリルねじやタッピンねじで固定したり、Ｃ型等の型鋼よりなる支柱や梁材に断熱材や内装材をドリルねじで固定したりすることなどが広く行われている。

そして、ドリルねじにおいて、ねじ部に、ねじ山を全体的に又は部分的に分断して軸方向に延びるＶ形等の切欠き溝を形成することも提案され、或いは実施されている。その例として特許文献１には、ねじ部のうちドリル部に寄ったテーパねじ部に軸心と平行な複数条の凹み（切欠き溝）を形成することが開示されており、この特許文献１には、凹みによってねじ込みトルクを低減できる旨が記載されている。従って、特許文献１では、凹みは薄金属板の切削性向上効果のために設けていると解される。

他方、特許文献２にもＶ形の切欠き溝（ノッチライン）を形成することが開示されており、この特許文献１では、ノッチラインの存在によって切り粉の排出が良好になって、基材の円滑な切り込みが実現できる旨が記載されている。従って、特許文献２も、特許文献１と同様に、ノッチラインは薄金属板の切削性向上効果のために設けていると云える。なお、木ねじにおいても、切削性向上と切り粉排出性向上のために切欠き溝を形成することが行われている。

特開２００６－１７７４３６号公報 特開２０１７－６７１７９号公報

建物や構造物において、断熱材等のワークをデッキプレート等の薄金属板製構造材にドリルねじによって固定することは広く行われているが、この場合の問題の１つとして、構造材に対するねじ山の引っ掛かり代が小さいため、ねじ込みトルクが強すぎると構造材の雌ねじが潰れてしまうストリッピング現象が発生してドリルねじが空回りし、ねじとして意味をなさなくなってしまうことがある。

他の問題として、締結後に生じるドリルねじの緩みが挙げられる。緩みの原因は多々ある。例えば、風によって、ワークが構造材から離反する方向に押されることが原因になっていることがある。風圧によってワークが弾性変形し、弾性復元力によって戻る、という動きを繰り返すことによってドリルねじに振動が作用すると、ドリルねじが加速度的に緩みやすくなってしまう。空調機器の振動が構造材を伝ってドリルねじに作用することによっても、緩みが発生することがある。なお、緩みと施工時の空回りとは表裏一体の関係にあり、両者とも、構造材に対するねじ山の引っ掛かりが弱いことに起因している。

この点について、特許文献１には、テーパ状のねじ部の谷面に設けた突角部（リブ）によって下穴を押圧することにより、下穴の内周部を板厚の２．５倍程度の厚さに広げ得る旨が説明されている。

特許文献１に記載されているように、下穴の内周部を部分的に厚肉化できると、ねじ山と薄金属板との引っ掛かり代を格段に増大できるため、高い締結強度を確保できると共に、ねじ部が空回りしてしまう現象を回避できると云える。

本願発明はこのような現状を背景に成されたものであり、施工時におけるねじ部の空回りを防止すること、ねじ込み抵抗を抑制しつつ高い締結強度を確保すること、及び高い緩み防止効果を確保することを、特許文献１とは異なる視点に立った技術で容易に実現しようとするものである。

本願発明は様々な構成を含んでおり、その典型を各請求項で特定している。このうち請求項１の発明は薄金属板用自己穿孔ねじに係るもので、この自己穿孔ねじは、
「厚さが１．６ｍｍ以下の薄金属板にワークを固定するためのドリルねじであって、
ねじ山より成るねじ部を有する軸と、前記軸の先端に設けたドリル部と、前記軸の基端に設けた頭と、を備えており、
前記ねじ部には、ねじ山を全体的に又は部分的に分断する切欠き溝の群が周方向に分かれて複数条形成されて、前記切欠き溝のうち谷底を挟んでねじ込み方向の後ろに位置した進み側端面が前記薄金属板に対する切り刃として機能している」
という基本構造になっている。

そして、上記基本構成において、
「前記ねじ部は、隣り合ったねじ山の間の谷部に帯状の谷面が形成されて、前記ねじ部の谷径は前記ドリル部によって前記薄金属板に形成される下穴の内径よりも大径か又は同径になっている一方、
前記谷面の幅寸法をＥ、ねじ山のピッチをＰ、前記薄金属板の板厚をｔとしたとき、Ｅ＜ｔ＜Ｐの関係にすることにより、前記薄金属板にねじ込まれた状態で、軸心を挟んだ一方の側では前記薄金属板の内周部が前記谷部にきっちり嵌合して、軸心を挟んだ他方の側では前記薄金属板における下穴の内周面に前記ねじ山が食い込むように設定されていると共に、
周方向に隣り合った前記切欠き溝の軸方向の間隔は前記薄金属板の板厚よりも小さい寸法であり、前記ねじ部が前記薄金属板にねじ込まれた状態で、前記ねじ山のうち少なくとも１つの切欠き溝の箇所が薄金属板における下穴の内周面に重なるように設定されている」
という構成になっている。

なお、切欠き溝は、谷面まで位置させてねじ山を切欠き溝によって完全に分断してもよいし、切欠き溝をねじ山の中途高に位置させてもよい。

請求項２の発明は請求項１の展開例であり、
「軸心と直交した平面と前記ねじ山の進み側フランクとが成す角度をθ１、軸心と直交した平面と前記ねじ山の追い側フランクとが成す角度をθ２としたき、θ１＞θ２の関係でかつθ１＋θ２は３５～４５°に設定されており、
更に、隣り合ったねじ山における切欠き溝の底の軸方向の間隔をＬとしたとき、Ｌと前記ｔとが同じか又はｔ＞Ｌに設定されている」
という構成になっている。

請求項３の発明は請求項１又は２を具体化したもので、
「前記薄金属板とねじ山とは、前記ねじ部が薄金属板にねじ込まれた状態で、半周の範囲内において前記薄金属板の厚さの範囲内に複数の切欠き溝が存在する関係に設定されている」
という構成になっている。

本願発明は構造体も含んでおり、請求項４のとおり、この構造体は、
「厚さが１．６ｍｍ以下の薄金属板製の構造材と、前記構造材に重なったワークと、前記ワークを前記薄金属板に押さえ固定するドリルねじと、を備えており、
前記ドリルねじは、ねじ山より成るねじ部を有する軸と、前記軸の先端に設けたドリル部と、前記軸の基端に設けた頭と、を備えて、前記ねじ部には、ねじ山を全体的に又は部分的に分断する切欠き溝の群が周方向に分かれて複数条形成されて、前記切欠き溝のうち谷底を挟んでねじ込み方向の後ろに位置した進み側端面が前記薄金属板に対する切り刃として機能している」
という基本構成である。

そして、上記基本構成において、
「前記ねじ部は、隣り合ったねじ山の間の谷部に帯状の谷面が形成されて、前記ねじ部の谷径は前記ドリル部によって前記薄金属板に形成される下穴の内径よりも大径か又は同径になっている一方、
前記谷面の幅寸法をＥ、ねじ山のピッチをＰ、前記薄金属板の板厚をｔとしたとき、Ｅ＜ｔ＜Ｐの関係にすることにより、前記薄金属板にねじ込まれた状態で、軸心を挟んだ一方の側では前記薄金属板の内周部が前記谷部にきっちり嵌合して、軸心を挟んだ他方の側では前記薄金属板における下穴の内周面に前記ねじ山が食い込むように設定されていると共に、
周方向に隣り合った前記切欠き溝の軸方向の間隔は前記薄金属板の板厚よりも小さい寸法であり、前記ねじ部が前記薄金属板にねじ込まれた状態で、前記ねじ山のうち少なくとも１つの切欠き溝の箇所が薄金属板における下穴の内周面に重なるように設定されている」
という構成になっている。

なお、ねじ山は断面三角形状の場合も多く、１条のねじ山が２条の稜線を有してねじ山に螺旋溝が形成された溝付きねじ山（或いは２コブ式ねじ山）も想定されるが、本願発明は、このような溝付きねじ山も含んでいる。この溝付きねじ山の場合、追い側フランクの箇所のみ又は進み側フランクの箇所のみに切欠き溝を形成することも可能である。

本願発明は、自己穿孔ねじとワッシャーとの組み合わせに係る固定装置も含んでおり、この固定装置は、請求項５のとおり、
「請求項１～３のうちのいずれかに記載したドリルねじとワッシャーとから成っており、前記ドリルねじの頭の座面は下窄まりのテーパ状でかつ平断面多角形に形成されている一方、前記ワッシャーには、前記ドリルねじの頭の座面が密着する平断面多角形の下窄まりテーパ状受け座が形成されており、前記受け座は、スリットで分断されることなく周方向に一連に連続している」
という構成になっている。

この場合、ねじの頭の座面及びワッシャーの受け座の角数が前記ねじの切欠き溝の条数と同じになっているのが好ましい。請求項５の固定装置は、弾性に抗して圧縮変形するワークの固定に使用される。この場合、ワークは単層でも複層でもよいが、複層の場合は少なくとも１層が弾性変形したら足りる。

さて、薄金属板へのねじ部のねじ込みに際しては、薄金属板にはねじ山によって表裏方向の外力が掛かるため、薄金属板の内周部は表裏方向に曲がり変形する傾向を呈する。そして、薄金属板の板厚がねじ部の谷幅よりも小さかったり、ねじ部の谷径が自己穿孔部による下穴の内径よりも大きかったりすると、薄金属板の内周部は表裏方向に容易に逃げ変形するため、ねじ山が下穴の内周部に僅かしか食い込まずに、ストリッピング現象が生じてねじ部が空回りしやすくなると共に、締結強度及び緩み止め効果が不十分になりやすい。

他方、本願発明においては、まず、ねじ部の谷径が下穴よりも大きいか又は同径であることにより、下穴を軸の谷部によって押し広げることが可能になり、このため、薄金属板の内周部を、表裏方向の曲がり変形を規制された状態でねじ部にきっちりと噛み合わせることが可能になる。

更に、谷面の幅寸法Ｅと、ねじ山のピッチＰと、薄金属板の板厚ｔとがＥ＜ｔ＜Ｐの関係になっていることにより、薄金属板のうち下穴の内周部の肉は逃げ場を失って半径外側に逃げる現象が生じて、下穴の内周部を少なくとも部分的に厚肉化させることができる。具体的に述べると、下穴に対する抵抗は周方向に不均一になるのが普通であるため、軸心を挟んだ一方側では薄金属板の内周部がねじ部の谷部にしっかり嵌まり込んで、軸心を挟んだ他方側では略半周程度は内周部が厚肉化する現象が発生しやすく、この厚肉化した部位に１本又は複数本のねじ山が食い込む現象が見られる。谷幅に対する板厚ｔの大きさによっては、全周に亙って厚肉部が形成されることも有り得る。

つまり、薄金属板の内周部では、表裏方向への逃げ変形を規制された状態になることにより、内周部のうち周方向の少なくとも一部が厚肉化してねじ山がしっかりと食い込むのであり、これにより、下穴に対するねじ山の引っ掛かり性を向上させて、下穴の内周部の雌ねじが潰れてねじ部が空回りする現象（ストリッピング現象）を防止できると共に、高い締結強度と緩み止め効果とを得ることができる。

そして、ねじ部に形成した切欠き溝の箇所が少なくとも１つは下穴の内周面に重なっているため、切欠き溝の箇所のうちねじ込み方向に向いた進み側端面の切り刃作用によってねじ込み抵抗を抑制でき、それだけねじ込みに要する力を低減できる。従って、高い締結強度確保しつつ作業者の負担を軽減できる。また、ねじ戻しに対しては切欠き溝のうちねじ戻し方向に向いた追い側端面が抵抗になるため、切欠き溝によって緩み止め防止効果を向上できる。

この場合、実施形態のように、切欠き溝を、始端から終端に向けてねじ込み方向と逆方向に傾く（すなわち、切欠き溝の螺旋方向とねじ山の螺旋方向とが同じ方向になる）ように傾斜させると、下穴の内周部が切欠き溝の追い側端面によって下向き（先端の方向）に押されるため、ねじ戻しに対する抵抗を増大させて緩み止め効果を助長できる利点がある。

ねじ山の角度が通常の小ねじのように６０°程度であると、薄金属板に食い込むためには、薄金属板を表裏両方向に大きく押し広げなければならないため、薄金属板に対するねじ山の食い込み性が悪化したりねじ込み抵抗が増大したりするおそれがあるが、本願の請求項２のようにねじ山の角度を３５～４５°程度に設定すると、薄金属板に対する食い込み性を向上させて、薄金属板の下穴に雌ねじを形成する機能が向上する。

また、追い側フランクの傾斜角度が進み側フランクの傾斜角度よりも小さいため、進み側フランクの角度と追い側フランクの角度とが同じである場合に比べて、ねじ込みの抵抗を低減できると共に、逆回転に対する抵抗を増大できる。従って、ねじ込みの容易性と緩み防止機能の向上とを両立できる。

更に、請求項１の効果として説明したように、本願発明では、薄金属板の内周部が部分的に厚肉化する現象が生じて、下穴に対するねじ山の食い込みが確実化されるが、請求項２のように、隣り合った切欠き溝の縁部間の間隔Ｌと薄金属板の板厚ｔと同じかｔ＞Ｌに設定すると、薄金属板がねじ部の谷に嵌まり込んだとき、隣り合った切欠き溝を薄金属板に食い込みやすくすることができる。これにより、切欠き溝の引っ掛かりによる緩み止め効果を向上できる。

既述のとおり、切欠き溝は、ねじ込みに際しては、ねじ込み方向に向いた進み側端面が切り刃として作用することによって、薄金属板に対する食い込み性を向上させてねじ込み抵抗も抑制できる一方、ねじの逆回転に対しては切欠き溝の追い側端面が抵抗として作用することによって緩み止め効果を発揮するが、請求項３の構成を採用すると、薄金属板の内周部のうちねじ部のねじ込みに伴って厚肉化した部位に複数の切欠き溝が存在するため、切欠き溝の効果を助長できる。なお、切欠き溝の数は、半周程度で３つ又は４つ程度存在するのが好ましい。従って、切欠き溝の条数は、周方向に少なくとも５条はあるのが好適であると云える。

さて、ねじの緩み止め手段として、ねじの頭の座面に突起を形成する一方、ワシッャーの受け座に係合溝を形成して、突起を係合溝に嵌合させることが提案されているが、この場合は、緩み防止機能はワッシャーの受け座のみで担っており、また、受け座は係合溝によって分断されて変形しやすくなっているため、緩み止め効果に限度があった。

これに対して本願請求項５の構成を採用すると、ねじが緩もうとすると、ワッシャー全体をワークに押し込んでワークを大きく弾性変形させねばならないため、ねじの緩みに対する抵抗が格段に高くなる。すなわち、ワークの弾性抵抗を利用してねじの緩みを防止できる。従って、緩み止め効果を格段に向上できる。

請求項５において、実施形態のように座面及び受け座の角数を切欠き溝の条数と一致させると、切欠き溝による緩み防止機能と角形受け座の緩み防止機能との相乗作用により、緩み防止効果を更に向上できる利点がある。

実施形態を示す図で、（Ａ）は切欠き溝の大部分を省略した正面図、（Ｂ）は全体の側面図（写真）、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は部分的な拡大図、（Ｅ）は（Ｄ）のＥ－Ｅ視断面図、（Ｆ）は部分的な斜視図（写真）である。 （Ａ）は構造体の概略縦断面図、（Ｂ）は構造体の要部縦断面図、（Ｃ）は締結作業初期の縦断面図、（Ｄ）はねじ込みきった状態での要部縦断面図、（Ｅ）は切欠き溝の部分の拡大図、（Ｆ）は姿勢を変えた別例の切欠き溝の拡大図である。 （Ａ）はねじ込んだ状態での斜視図、（Ｂ）はねじ部を除去した状態での斜視図、（Ｃ）は裏側から見た斜視図である。 （Ａ）は他の形態のドリルねじの正面図、（Ｂ）はねじ部の斜視図、（Ｃ）はねじ山及び切欠き溝の別例を示す図である。 ワッシャーと組み合わせた固定装置を示す図であり、（Ａ）はねじを下方から見た斜視図、（Ｂ）はワッシャーを上から見た図、（Ｃ）はワッシャーを下から見た図、（Ｄ）は使用状態の部分断面図、（Ｅ）は（Ｄ）のＥ－Ｅ視断面図である。

(1).ドリルねじの構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、ドリルねじに適用している。ドリルねじは鋼やステンレス等の金属製であり、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、軸１とその先端（一端）に設けたドリル部２（自己穿孔部）と、軸１の基端（他端）に設けた頭３とから成っており、軸１には１条のねじ山４より成るねじ部が形成されている。以下では、方向を特定するため便宜的に上下の文言を使用するが、ドリル部２が下に位置して頭３が上に位置していると定義している。従って、平面視では頭３の頂面が現れる。

ドリル部２は従来から知られた形状のものであり、一対の縦溝５を形成して一対の切り刃６を形成しており、ドリル部２の先端にはチゼルエッジが形成されている。縦溝５はねじ部の先端部に掛かっており、ねじ山４の始端部が縦溝５によって分断されている。

頭３は下窄まりテーパ形の座面を有する皿タイプになっており、頂面にはドライバビット（図示せず）が係合する四角形の係合溝（リセス）７を形成している。係合溝７は十字形などの他の形態であってもよい。また、頭３は、六角頭や鍋頭、平板状のタイプなど、用途に応じて任意の形状に設定できる。

図１（Ｄ）に示すように、ねじ山４は、稜線を糸面に形成してはいるが基本的に断面三角形になっており（正確には断面形状は台形になっている）、軸心Ｏと直交した平面と進み側フランク８とが成す角度θ１が、軸心Ｏと直交した平面と追い側フランク９とが成す角度θ２よりも大きい角度になっている。例えば、θ１は３０～３５°、θ２は０～１０°程度に設定できる。θ１＋θ２がねじ山４の角度になるが、このねじ山４の角度は３５～４５°程度に設定している。

図１（Ｄ）に、ねじ山４の付け根の幅寸法（山の厚さ）Ｗとねじ山４の高さＨとを表示しているが、Ｗ＜Ｈの関係になっている（両者は略同じであってもよい。）。従って、ねじ山４は、ねじ込み対象の相手材である薄金属板１０に対して食い込みやすい形状になっている。

隣り合ったねじ山４の間の谷部には、帯状の谷面１１が存在している。谷面１１の溝幅Ｅはねじ山４の最大幅Ｗよりも小さくなっている。谷面１１の外径Ｄ１（図２（Ｄ）参照）は、ドリル部２の回転外径Ｄ２（図２（Ｂ）参照）よりも少し大径に設定されている。従って、相手材１０に形成された下穴は谷面１１によって押し広げ拡径される。谷面１１の溝幅Ｅは、相手材１０の板厚ｔよりも小さい寸法になっている。例えば、相手材１０の板厚ｔが１．０ｍｍであると、溝幅Ｅは０．８ｍｍ程度に設定されている。

なお、建物の構造材は各メーカーにおいて規格化されていることが普通であり、各社の規格において板厚が共通していることも普通である。そこで、本願発明では、規格に応じて数値を選択しているのであり、これにより、多くの構造材に適用できる。

ねじ山４は、その始端から徐々に高さを高くしている。従って、図１（Ａ）に示すように、ねじ部は、ねじ山４の高さが変化しているテーパ部１２を有しており、テーパ部１２よりも後続の部位は、外径が一定したストレート部になっている。

軸１の首下部にはねじ山４が形成されていないねじ無し部１３が存在しているが、図１の（Ｂ）では（Ａ）よりもねじ無し部１３が少し長くなっている。従って、厳密には、図１の（Ａ）と（Ｂ）とは同一と云えないが、ねじ無し部１３の有無やその長さは用途に応じて選択するものであり、発明の本質には影響しない要素であるので、図１（Ａ）の形態も図１（Ｂ）の形態も同じ実施形態と見做して差し支えない。なお、図４（Ａ）に別例として示すように、かなり長いねじ無し部１３を有するドリルねじもある（図４（Ａ）では切欠き溝１４は明示していていないが、ねじ部は図１（Ａ）（Ｂ）と同じ形態になっている。）。図４（Ｂ）では、切欠き溝１４の全体を表示している。

ねじ山４には、これを分断するような状態で軸方向に延びる（点在する）Ｖ形の切欠き溝１４が複数条形成されている（図２（Ｃ）（Ｄ）では切欠き溝１４は省略している。）。図示の形態では、切欠き溝１４の深さはねじ山４の高さよりも低くなっている。従って、図１（Ｅ）のとおり、切欠き溝１４の底１４ａは、谷面１１まで至ることなくねじ山４の中途高さに位置しているが、切欠き溝１４の底１４ａを谷面１１に至らせてもよい。そして、隣り合った切欠き溝１４の底１４ａの縁間の間隔Ｌは、相手材１０の板厚ｔと略同じに設定している。

切欠き溝１４の始端は、テーパ部１２の終端部から始まっている。従って、ねじ山４のうちテーパ部１２の箇所の大部分には切欠き溝１４は形成されていない。また、切欠き溝１４は、ねじ山４と同じ方向に傾斜するように軸心回りに捩じれた姿勢（螺旋姿勢）になっており、軸心に対するリード角は非常に小さくなっている（半周程度のねじれで１０山かそれ以上を通過するようになっている。）。

なお、相手材１０の板厚ｔが１．０ｍｍである場合の好適な寸法として、ねじ山４の外径を約７ｍｍ、谷径Ｄ１を約４．２ｍｍ、ピッチＰを約１．８ｍｍ、ドリル部２の回転外径Ｄ２を３．４ｍｍ程度に設定できる。長さは任意に設定される。

(2).施工状態
本実施形態のドリルねじは、様々な現場（構造体）に使用できる。例えば、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、断熱材１７をデッキプレート１８（相手材１０）に押さえ固定することに使用できる。施工には円形のワッシャー１９が使用されており、ワッシャー１９は、ドリルねじにおける頭３の座面に重なる下窄まりテーパ状の受け座１９ａを備えている。ねじの頭３と断熱材１７は、防水シート１６で覆われている。

施工において、ドリルねじは、ドリル部２の穿孔作用とねじ部のねじ込み作用とによって断熱材１７に進入していき、次いで、図２（Ｃ）に示すように、デッキプレート１８にドリル部２によって下穴２０が空けられ、次いで、ねじ山４のねじ込みに伴い、下穴２０が谷面１１によって押し広げられて拡径されていくと共に、ねじ山４が下穴２０の内周部２１に食い込んでいき、やがて、頭３がワッシャー１９に強く当接してねじ込みが停止される。

そして、Ｄ１＜Ｄ２であることとＥ＜ｔであることとにより、図２に示すように、まず、デッキプレート１８の内周部２１は潰れ変形しつつねじ部の谷面１１にきっちり嵌合して上下方向の動き（曲がり変形）が規制されると共に、強制的な押し広げ（拡径）による肉の移動によって、内周部２１の一部が厚肉部２１ａになる。

更に述べると、ねじ部のねじ込みに際して、内周部２１はねじ込み初期において上下方向に変形して一部がねじ部の谷部に入り込んだ（嵌合した）食い込み部２１ｂとなり、その状態で拡径作用を受けることにより、軸心Ｏを挟んで食い込み部２１ｂと反対側に位置した部位に強い押圧力が作用して厚肉部２１ａになると云える。つまり、下穴２０の半分程度がねじ部の谷に対して強く突っ張った食い込み部２１ｂになることにより、内周部２１は食い込み部２１ｂと反対側に逃げて厚肉部２１ａが形成されると云える。

この点は、図３（Ｂ）（Ｃ）の写真からも理解できるであろう。なお、図３において、（Ａ）（Ｂ）ではデッキプレート１８の上面が現れて下穴２０は下面が現れ、（Ｃ）では下面が現れているが、上下面に、軸心方向から見て同じ位置にマーク２２を施して、位置関係を明確にしている。

そして、厚肉部２１ａにねじ山４のうち切欠き溝１４の箇所がしっかりと食い込むことにより、高い締結力と緩み止め効果が発揮されると共に、下穴２０の雌ねじが潰れてねじ部が空回りしてしまうストリッピング現象も防止できる。

更に、本実施形態では、切欠き溝１４のうち谷底１４ａを挟んでねじ込み方向の後ろに位置した進み側端面１４ｂが切り刃として作用することにより、ねじ込みに要する力を低減できると共に、内周部２１の厚肉部２１ａに対するねじ山４の食い込みを良好ならしめて、雌ねじ形成機能を向上できる。この場合、切欠き溝１４は８条形成されており、隣り合った切欠き溝１４の軸方向の高さはＰ／８になるため、半周程度の範囲で、少なくとも３条又は４条の切欠き溝１４がデッキプレート１８における下穴２０の内周に重なっている。

このため、切欠き溝１４は下穴２０の内周面と頻繁に重なって、切欠き溝１４の進み側端面１４ｂによる切削機能を確実化できる。図３ではバリ２３が見えるが、このようにバリ２３が発生することは、切欠き溝１４の進み側端面１４ｂが切り刃として機能していることの証左であると云える。また、切欠き溝１４のうち谷底１４ａを挟んでねじ込み方向前側に位置した追い側端面１４ｃは緩みに対して抵抗として作用するが、複数の切欠き溝１４の追い側端面１４ｃが特に厚肉部２１ａの箇所で下穴２０に突っ張っているため、高い緩み止め効果を発揮できる。

付言すると、厚肉部２１ａは弾性変形しつつ雌ねじが形成されており、ねじ込みが終わると弾性復元力（スプリングバック）が作用するが、弾性復元力によって厚肉部２１ａが切欠き溝１４に食い込んで、切欠き溝１４の追い側端面１４ｃがねじ戻しに対して強い抵抗として作用する。

切欠き溝１４は軸心と平行な姿勢に形成することも可能であるが、本実施形態のようにねじれた姿勢に形成すると、ローリングダイス又は平ダイスで加工するにおいて、ダイスの刃との当たりが滑らかになって容易に加工できる利点がある。すなわち、ダイスを一定の圧力で加圧しつつ切欠き溝１４を形成できるため、加工精度を高くできると共にダイスの耐久性にも優れている。特に、実施形態のように切欠き溝の螺旋方向をねじ山４の螺旋方向と同じ方向に形成すると、ダイスに対する抵抗を一定化できて好適である。

図２（Ｆ）に示すように、切欠き溝１４はねじ山４の傾斜方向と逆方向に傾斜させることも可能であるが、実施形態のように切欠き溝１４をねじ山４と同じ方向に傾斜させると、図２（Ｅ）に矢印２４で示すように、ドリルねじをねじ戻そうとすると（上昇させようとすると）、切欠き溝１４の追い側端面１４ｃがデッキプレート１８を下向きに押すように作用するため、ドリルねじの緩みに対する抵抗作用が助長されると解される。よって、緩み止め効果にも優れていると云える。

図４（Ｃ）に示すように、ねじ山４は、２本の稜線４ａ，４ｂを有する溝付き方式に形成することも可能であり、図示の例では、切欠き溝１４は追い側フランクの箇所のみに形成している。切欠き溝１４は、分図（Ｃ）では谷面１１まで至っているが、追い側の尾根部のみを切除した状態に形成してもよい。

切欠き溝１４はねじ山４の全体を分断するように形成することも可能であるが、図示のように追い側フランクの箇所のみに形成すると、相手材１０，１８を谷部に押し込む機能が高くなるため、緩み防止効果を向上できる。また、切欠き溝１４は進み側フランクの箇所のみに形成することも可能であるが、図示の例のように、追い側フランクの箇所に形成すると、ねじ戻しに対して切欠き溝１４が抵抗として作用する機能が高くなるため、緩み止め効果を更に向上できる利点がある。追い側フランクの箇所に切欠き溝１４を形成する場合は、追い側フランクの角度θ２は、５～１０°程度でよい。

図５では、ドリルねじとワッシャー１９と組み合わせに係る固定装置の例を示している。ドリルねじは基本的には既述の実施形態と同じであり、相違点は、頭３の座面３ａが平断面多角形（８角形）になっている点のみである。そして、ドリルねじにおける頭３の座面３ａが多角形になっていることに対応して、ワッシャー１９の受け座１９ａも、座面３ａと相似形の平断面多角形（８角形）になっている。

この例では、締結終期には、ワッシャー１９が断熱材１７に押し込まれる状態になる。従って、ねじ込み抵抗は大きいが、既述のとおり、本実施形態のドリルねじはデッキプレートに対して高い締結力を有するため、デッキプレート１８に形成された雌ねじが潰れる現象を生じることなく、ワッシャー１９を断熱材１７に強く押し付けてしっかりとねじ込むことができる。

他方、固定後にはドリルねじが緩み回転しようとすると、座面３ａの稜線が受け座１９ａの平面を乗り越えねばならず、従って、ねじの緩みに際しては、ワッシャー１９は断熱材１７を圧縮変形させねばならないが、ワッシャー１９は大きな面積があることにより、ワッシャー１９を断熱材１７に押し込むことに大きな抵抗が発生するため、格段に高い緩み止め効果を得ることができる。

実施形態のように、切欠き溝１４の条数と座面３ａ及び受け座１９ａの角数を一致させると、切欠き溝１４の引っ掛かりによる緩み止め効果と、角形の座面３ａ及び受け座１９ａの嵌合による緩み止め効果とが同時に発揮されるため、緩み防止効果を格段に向上できて好適である。

本実施形態では、座面３ａの稜線によって受け座１９ａが押されることにより、座面３ａと受け座１９ａとの噛み合いが変わっていく。従って、ねじ込み抵抗と緩み防止効果とは、座面３ａ及び受け座１９ａの角数が少ないほど高くなる。他方、ねじ込み抵抗及び緩み防止効果は、断熱材１７等のワークの弾性変形率にも依存している。従って、断熱材１７等のワークの弾性変形率を考慮して、頭３の座面３ａ及びワッシャー１９の受け座１９ａの角数を設定したらよい。一般的には、角数は５～１０程度が好ましいといえる。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えばねじ山の形状は通常の三角形であってもよいし、各寸法は用途に応じて設定できる。ドリルねじは角錐形であってもよい。ねじ山を多条ねじに形成することも可能である（この場合、高さが相違するねじ山を並設することも可能である。）。

また、本願発明は、ねじ山と切欠き溝との関係においてデザイン的にも優れた形態になっている。従って、意匠登録の対象にもなり得る。この場合、全体意匠としての登録対象になることはもとより、部分意匠として登録を受けることも可能である。部分意匠としては任意の範囲を特定できるが、例えば、図１（Ａ）にＫ１で示すように、テーパ部１２を挟んだ範囲、Ｋ２で示すように、ねじ部のテーパ部１２とストレート部とから成る範囲、Ｋ３で示すように、ねじ部のうちストレート部のみの適宜範囲などを特定できる。切欠き溝は、軸方向から見てＶ形である必要はないのであり、四角形や台形であってもよい。

本願発明は、ドリルねじ及びこれを使用した構造体、固定装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ 軸
２ ドリル部（自己穿孔部）
３ 頭
４ ねじ山
８ ねじ山の進み側フランク
９ ねじ山の追い側フランク
１０ 相手材
１１ 谷面
１４ 切欠き溝
１４ａ 底
１４ｂ 進み側端面
１４ｃ 追い側端面
１７ ワークとしての断熱材
１８ 構造材（相手材）の一例としてのデッキプレート
１９ ワッシャー
１９ａ 受け座
２０ 下穴
２１ 内周部
２１ａ 厚肉部
２１ｂ 食い込み部

Claims (5)

1. 厚さが１．６ｍｍ以下の薄金属板にワークを固定するためのドリルねじであって、
   ねじ山より成るねじ部を有する軸と、前記軸の先端に設けたドリル部と、前記軸の基端に設けた頭と、を備えており、
   前記ねじ部には、ねじ山を全体的に又は部分的に分断する切欠き溝の群が周方向に分かれて複数条形成されて、前記切欠き溝のうち谷底を挟んでねじ込み方向の後ろに位置した進み側端面が前記薄金属板に対する切り刃として機能している構成であり、
   前記ねじ部は、隣り合ったねじ山の間の谷部に帯状の谷面が形成されて、前記ねじ部の谷径は前記ドリル部によって前記薄金属板に形成される下穴の内径よりも大径か又は同径になっている一方、
   前記谷面の幅寸法をＥ、ねじ山のピッチをＰ、前記薄金属板の板厚をｔとしたとき、Ｅ＜ｔ＜Ｐの関係にすることにより、前記薄金属板にねじ込まれた状態で、軸心を挟んだ一方の側では前記薄金属板の内周部が前記谷部にきっちり嵌合して、軸心を挟んだ他方の側では前記薄金属板における下穴の内周面に前記ねじ山が食い込むように設定されていると共に、
   周方向に隣り合った前記切欠き溝の軸方向の間隔は前記薄金属板の板厚よりも小さい寸法であり、前記ねじ部が前記薄金属板にねじ込まれた状態で、前記ねじ山のうち少なくとも１つの切欠き溝の箇所が薄金属板における下穴の内周面に重なるように設定されている、
   薄金属板用ドリルねじ。
2. 軸心と直交した平面と前記ねじ山の進み側フランクとが成す角度をθ１、軸心と直交した平面と前記ねじ山の追い側フランクとが成す角度をθ２としたき、θ１＞θ２の関係でかつθ１＋θ２は３５～４５°に設定されており、
   更に、隣り合ったねじ山における切欠き溝の底の軸方向の間隔をＬとしたとき、Ｌと前記ｔとが同じか又はｔ＞Ｌに設定されている、
   請求項１に記載した薄金属板用ドリルねじ。
3. 前記薄金属板とねじ山とは、前記ねじ部が薄金属板にねじ込まれた状態で、半周の範囲内において前記薄金属板の厚さの範囲内に複数の切欠き溝が存在する関係に設定されている、
   請求項１又は２に記載した薄金属板用ドリルねじ。
4. 厚さが１．６ｍｍ以下の薄金属板製の構造材と、前記構造材に重なったワークと、前記ワークを前記薄金属板に押さえ固定するドリルねじと、を備えており、
   前記ドリルねじは、ねじ山より成るねじ部を有する軸と、前記軸の先端に設けたドリル部と、前記軸の基端に設けた頭と、を備えて、前記ねじ部には、ねじ山を全体的に又は部分的に分断する切欠き溝の群が周方向に分かれて複数条形成されて、前記切欠き溝のうち谷底を挟んでねじ込み方向の後ろに位置した進み側端面が前記薄金属板に対する切り刃として機能している構成であって、
   前記ねじ部は、隣り合ったねじ山の間の谷部に帯状の谷面が形成されて、前記ねじ部の谷径は前記ドリル部によって前記薄金属板に形成される下穴の内径よりも大径か又は同径になっている一方、
   前記谷面の幅寸法をＥ、ねじ山のピッチをＰ、前記薄金属板の板厚をｔとしたとき、Ｅ＜ｔ＜Ｐの関係にすることにより、前記薄金属板にねじ込まれた状態で、軸心を挟んだ一方の側では前記薄金属板の内周部が前記谷部にきっちり嵌合して、軸心を挟んだ他方の側では前記薄金属板における下穴の内周面に前記ねじ山が食い込むように設定されていると共に、
   周方向に隣り合った前記切欠き溝の軸方向の間隔は前記薄金属板の板厚よりも小さい寸法であり、前記ねじ部が前記薄金属板にねじ込まれた状態で、前記ねじ山のうち少なくとも１つの切欠き溝の箇所が薄金属板における下穴の内周面に重なるように設定されている、
   構造体。
5. 請求項１～３のうちのいずれかに記載したドリルねじとワッシャーとから成っており、前記ドリルねじの頭の座面は下窄まりのテーパ状でかつ平断面多角形に形成されている一方、前記ワッシャーには、前記ドリルねじの頭の座面が密着する平断面多角形の下窄まりテーパ状受け座が形成されており、前記受け座は、スリットで分断されることなく周方向に一連に連続している、
   薄金属板用固定装置。

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