JP2007016864A - 締結具及びこれを構成するねじ・座金 - Google Patents

Abstract

【課題】建物の屋根の防水シート及び断熱材を押さえ固定するねじが緩むことを防止する。
【手段】締結具は、ドリル部５を有するねじ１とディスク状の座金２とで構成されている。ねじ１の頭４の座面はテーパ状に形成されており、この座面に、放射方向に延びる複数の突起９が等間隔を隔てて形成されている。座金２の座受け部１０は、突起９に対応した複数の舌片１４に分断されている。舌片１４は、進み側端面１４ａが半径内側に位置するようにねじられている。座金２は大きな摩擦をもってワーク１６に密着しており、その状態でねじ１の突起９が座金２の舌片１４に当接することにより、ねじ１の戻り回転（緩み）が防止される。
【選択図】 図４

Description

本願発明は、防水シートで覆われた断熱材のような軟質材を鋼製部材のような硬質材に固定することに好適な締結具、及び、これを構成するねじと座金とに関するものである。

建物の屋根を断面凹凸形の折板やデッキプレートで構成することがあり、この場合、屋根に、防水シートで覆われた断熱材を張ることが行われている。この防水シート及び断熱材はねじ（ビス）で固定されているが、しっかり押さえるため、例えば直径８０ｍｍ程度の広い面積のディスク状の座金が使用されている（特許文献１，２参照）。座金は金属板製のものと樹脂製のものとがある。また、ねじとしては、ドリルねじ又はタッピンねじを使用することが多い。
特許第３４１６６４４号公報 特開２０００−１７０７３７号公報

ところで、建物は人の歩行やエアコンの駆動等のために微小に振動することがあり、これらの振動等により、防水シート及び断熱材を固定しているねじが緩むことがあった。工場のように振動源になる機器・設備類が多い建物の場合は、ねじの緩みが現れやすい。

また、例えば鉄板同士を締結する場合のようにねじの頭が硬質のワークに当たる場合は、ねじの頭がワークに当たるとそれ以上はねじ込み不能となるためねじ込み深さは略一定になるが、断熱材のような軟質材を固定する場合は、座金が防水シート及び断熱材にめり込むことから、どの程度までねじ込むかは作業者の勘に頼らざるを得ず、このため、ねじ込み深さが浅くなってしまって緩みやすくなることも懸念されていた。

更に、座金の穴はねじの外径よりもやや大径に設定しているため、保管中にねじが座金から抜け出ることが多く、作業前にねじを一々座金に嵌め入れなければならないという問題もあった。また、ドリルねじの場合、ドリル部の外径をねじ山の谷径よりもやや大径に設定していることが多いため、ねじ込まれる部材の板厚がある程度より薄くなると十分な締結強度を確保できない場合もあった。

本願発明は、このような現状を改善することを課題とするものである。

本願発明は、ねじと座金とのコンビネーションに係る締結具である。この締結具は、外周にねじ山を形成した軸の基端に頭を設けたねじと、前記ねじの軸が嵌まる穴を有する座金とから成っており、前記座金は、ねじの頭の座面が重なる座受け部とその外側に広がる拡張部とを備えており、拡張部の面積が座受け部の面積よりも遥かに大きくなっている。そして、請求項１の発明では、前記ねじにおける頭の座面と座金の座受け部とに、座金を固定した状態でねじをねじ込み回転させることは許容してねじ戻すことは阻止する係合手段を形成している。

請求項２の発明では、請求項１において、前記ねじの軸の先端部はドリル部に形成されていると共に、ねじにおける頭の座面は軸に向けて外径が縮小するテーパ状に形成されており、このねじにおける頭の座面に、ねじの側の係合手段として、放射方向に延びる複数個の突起又は溝を円周方向に沿って等間隔で形成している一方、前記座金の座受け部は周方向に等間隔を隔てて放射方向に延びるスリットによって前記突起と同じ個数の舌片に分断されており、各舌片を、ねじのねじ戻し回転方向に向かって手前側の部分が半径内側にずれるようにねじり形成しており、各舌片を座金の側の係合手段と成している。

請求項３の発明は、請求項１において、前記ねじの軸の先端部はドリル部に形成されており、軸に、ドリル部に連続した第１ねじ山と、首下の近くに位置して第１ねじ山よりも山径が大きい第２ねじ山とを形成しており、前記ドリル部の外径を第１ねじ山の谷径よりも小径に設定している一方、前記座金の穴の内径を、第１ねじ山の外径より大きくて第２ねじ山の外径より小さい寸法に設定している。

本願発明は、請求項４に記載したように、締結具を構成するねじのみ又は座金のみも含んでいる。

本願発明の座金はその外径がねじの頭よりも遥かに大きいため、ワークに密着してねじの頭で押さえられると、座金の回転に対して強い摩擦抵抗が付与されている。そして、ねじ山と座金とに係合手段が存在することにより、ねじをねじ戻すには座金も一緒に回転させなければならないが、座金とワークとの間には大きな摩擦抵抗が存在するため、ねじ及び座金が緩み方向に回転することが阻止される。

従って、防水シート付きの断熱材を折板やデッキプレート等の支持部材に固定したり、壁用の断熱材を型鋼製支柱に固定したりというように軟質材を硬質材に固定するにおいて、ねじの緩みを防止又は著しく抑制することができる。

ねじの頭は鍋頭や六角頭のようにその座面を軸線と直交した状態に形成することもできるが、請求項２のように、ねじの頭の座面をテーパ状に形成して突起又は溝は放射方向に延びるように形成すると、ねじの座面の突起又は溝と座金の舌片との噛み合い状態をより的確に保持して緩み止め効果を向上できる。

つまり、ねじの頭の座面に形成した突起又は溝と座金の舌片との噛み合い深さが１ｍｍあったと仮定すると、ねじの頭が鍋頭や六角頭である場合は、ねじが何らかの理由で緩み方向に回転して軸方向に１ｍｍ移動すると突起又は溝と舌片との噛み合いは解除されてねじの緩みが進行するが、請求項２のように構成すると、軸心に対する座面の傾斜角度をθとすると、突起又は溝と舌片との噛み合いが解除されるためには、ねじは軸方向に（１／ｓｉｎθ）ｍｍだけ移動しなければならず、このため、ねじが緩みかかっても座金との係合状態をできるだけ長く維持し続けるのであり、その結果、高い緩み止め効果を確保できるのである。

更に、請求項２のように構成すると、ねじの頭の座面の突起又は溝はヘッダーで頭を加工するに際して同時に形成できる一方、座金の座受け部の舌片は座金をプレス加工で製造するに際して同時に形成でき、このためコストを抑制できる利点がある。

請求項３のように構成すると、第２ねじ山を座金の穴にねじ込んでおくことにより、座金をねじの首下部分に取付けた状態に保持し続けることができ、このため、一々ねじを座金に嵌め込む手間をなくして作業能率を向上できる。また、請求項３のようにドリル部の外径を第１ねじ山の谷径よりも小径に設定すると、ねじの谷部が折板等の部材にしっかりと密着するため、高い締結強度を確保することができる。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４では第１実施形態を示している。本実施形態の締結具は、ねじの一種としてのドリルねじ１と金属板製の座金（ディスク）２とからなっており、図１のうち（Ａ）においてドリルねじ１の正面形状と座金２の断面形状を表示している。まず、図１〜２に基づいてドリルねじ１の構造を説明する。

(1).ドリルねじの構造
図１のうち（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ視断面図、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ視断面図、（Ｅ）は（Ｃ）のＥ−Ｅ視断面図、（Ｆ）は（Ａ）のＦ−Ｆ視断面図、（Ｇ）は座金２の部分平面図である。

ドリルねじ１は軸３とその基端に設けた頭４とを備えており、軸３の先端にはドリル部５が一体に形成されている。ドリル部５は一般的な態様であり、２つの切刃５ａと縦溝５ｂとを有している。いうまでもないが、ドリル部５の形態は必要に応じて自由に設定できる。

軸３には、ドリル部５に連なる１条の長い第１ねじ山６と、頭４の側に寄った１条の短い第２ねじ山７とが形成されており、両ねじ山６，７の間はねじ無し部８になっている。第１ねじ山６は締結を司るもので、そのピッチＰ１と外径Ｄ１とは部材へのねじ込み機能を確保する寸法に設定されている一方、第２ねじ山７は座金２の取付け機能を果たすもので、第２ねじ山７のピッチＰ２と外径Ｄ２は第１ねじ山６のそれよりも大きい寸法に設定されている。Ｄ１とＤ２との寸法差は１〜２ｍｍ程度で良い。

第１ねじ山６の断面形状の一例を図２（Ａ）で表示し、第２ねじ山７の断面形状の一例を図２（Ｂ）で表示している。両図の白抜き矢印はねじ込み方向を示しており、第１ねじ山６は、進み側フフランク６ａの傾斜角度（軸心と直交した線に対して成す角度）θ１は３５度程度とし、追い側フランジ６ａの傾斜角は１０度程度に設定しており、全体の山の角度θ２は４５度程度になっている。

他方、第２ねじ山７は進み側フランク７ａ及び追い側フランク７ｂとも傾斜角度は略同じでかつ全体の山の角度θ３は３０度程度に設定している。従って、両ねじ山６，７は高さは相違しても断面積はあまり変わらず、このため谷径も殆ど同じである。このため、第２ねじ山７の箇所において谷径が小さくなることで強度が低下することを防止できる。つまり、第２ねじ山７では、強度低下を招来することなく外径（換言すると山の高さ）Ｄ２を大きくしている。

第１ねじ山６において追い側フランク６ｂの傾斜角度を小さくしているのは、ねじ込まれる部材との摩擦抵抗を大きくするためであり、また、第２ねじ山７よりも山の角度θ２が大きいのは強度を確保して潰れを防止するためである。

図１（Ｆ）に示すように、本実施形態では、ドリル部５の外径（正確にはドリル部５の外接円の直径）Ｄ３を第１ねじ山６の谷径Ｄ４よりも若干小径に設定している。Ｄ３とＤ４との寸法差はねじの太さで相違するが、呼び径（Ｄ１）が６ｍｍ程度の場合なら０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度で良い。なお、両外径Ｄ３，Ｄ４を同一径に設定しても良い。

頭４は、座面を軸３に向けて窄まるテーパ状に形成した皿頭になっており、頂面には四角形の係合穴４ａが空いている（十字穴等の他の係合穴を形成しても良い）。そして、テーパ状の座面に、係合手段の一例として、４本の突起９を円周方向に沿って等間隔で形成している。各突起９は、軸３の付け根箇所から放射方向に延びており、かつ、頭４の外周に近づくに従って高さが高くなっている。

また、突起９は、ねじ戻し回転方向（図１（Ｄ）の白抜き矢印の示す方向）に向いて行くに従って高さが徐々に高くなると共に、ねじ込み回転方向に向いて終端に位置した追い側端面９ａが平断面視で放射方向に延びるように形成されている。換言すると、突起９は、追い側端面９ａから円周方向に離れるに従って軸心からの距離が小さくなる鋸刃に似た形状になっている。従って、突起９の高さ（換言すると段差）Ｈは、追い側端面９ａの箇所でかつ外周縁の箇所において最大高さＨ０になっている。

なお、座面が完全な台錐状である場合を基準状態と仮定すると、突起９は、一部は基準状態よりも半径外側に盛り上げて一部は基準状態よりも半径内側に凹ませることによって形成されるものであり、従って、厳密には、突起と溝とが複合して凹凸状に形成されているのであるが、本実施形態では、単純化して突起９と表示している。各突起９の外周面は平断面視で緩い円弧状になっているが、平断面視で直線状になすことも可能である。

各突起９の最大高さ寸法Ｈ０は、第１ねじ山４のピッチＰ１の１／４よりも大きい寸法に設定している。より一般化して述べると、各突起９の最大高さ寸法Ｈ０は、第１ねじ山６のピッチＰ１を突起９の個数で除した寸法よりも大きい寸法（例えば２倍以上）に設定している。このような寸法に設定している理由は後述する。

(2). 座金の構成
座金２は、ドリルねじ１における頭４の座面が重なる座受け部１０と、その外側に広がる拡張部１１とからなっており、拡張部１１の外径はドリルねじ１の頭４の外径よりも遥かに大きい寸法になっている（例えば５〜１０倍）。

当然のことながら、座金２には軸３が嵌まる穴１２が空いていてその内周部が座受け部１０になっており、かつ、座受け部１０はドリルねじ１の頭４の座面と重なるようにテーパ状に形成されている。また、拡張部１１には、その外周縁を構成するフランジ１１ａと、フランジ１１ａと座受け部１０との間においてワークに重なる環状の凹陥部１１ｂとが形成されている。

いうまでもないが座金２の断面形状は任意に設定することができる。例えば、凹陥部１１ｂが存在しない形状としたり、複数の凹陥部が波状的に形成されている形態としたり、或いは、座受け部１０のすぐ外側から広い面積のフランジが広がる形態とするなどである。座金２は円形に形成する必然性はなく、六角形や八角形のような角形に形成することも可能である。

図３のうち（Ａ）は座受け部１０の拡大平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図、（Ｃ）は図１（Ａ）の IIIC-IIIC断面面図である。これらの図に示すように、座受け部１０は、円周方向に等間隔を隔てた４カ所において放射方向に延びる４本の切り込み１３によって４つの舌片１４に分断されている。なお、切り込み１３に代えて細幅のスリットを形成しても良い。

そして、各舌片１４は、ドリルねじ１のねじ戻し回転方向（図３（Ｃ）の黒抜き矢印方向）に向かって手前部から前方に行くに従って穴１２の中心からの距離が遠くなるようにねじり変形されており、このため、各舌片１４は、円周方向に沿って見た前端と後端とには寸法Ｈ１の段差（或いは半径方向の高低差）が生じている。段差Ｈ１は、ドリルねじ１における第１ねじ山６のピッチＰ１の１／４よりも大きい寸法（例えば２〜３倍）に設定している。本実施形態では、舌片１４の段差寸法Ｈ１は切り込み１３の全長にわたって略同じになるように設定している。

ドリルねじ１はねじ込みによって図３（Ｃ）に白抜き矢印方向に回転するが、便宜的に、舌片１４のうちドリルねじ１のねじ込み回転方向に向かった先端面を進み側端面と称して符号１４ａを付している。そして、図４（Ｃ）に示すように、各舌片１４がドリルねじ１における頭３の座面の突起９と重なって、舌片１４の進み側端面１３ａが突起９の追い側端面９ａに当接しうるように設定している。

座金２における穴１２の内径（正確には、各舌片１４の先端縁に接する内接円の直径）Ｄ５は、第１ねじ山６の外径Ｄ１よりも僅かに（例えば０．１〜０．３ｍｍ程度）大径で第２ねじ山７の外径Ｄ２よりも小径に設定している。

(3).使用状態の説明
次に、図４に基づいて使用状態を説明する。本例では、防水シート１６で覆われた断熱材１７を折板やデッキプレート等の金属板製の支持部材１８に固定することに使用している。敢えて説明するまでもないが、防水シート１６は樹脂系やアスファルト系であって可撓性を備えている。また、断熱材１７はロックウール系やグラスウール系など様々の材質があるが、いずれにしても、圧縮力がかかると多少は弾性変形する。

本実施形態の締結具の使用方法は従来と同様であり、ドリルねじ１を座金２に嵌め入れて、動力ドライバによってドリルねじ１を回転させつつ押し付けて防水シート１６，断熱材１７，支持部材１８の順に貫通させていき、そして、座金２が防水シート１６を若干凹ませた状態まで第１ねじ山６を支持部材１８にねじ込む。これにより、防水シート１６および断熱材１７は座金２を介してドリルねじ１の頭４によって押さえ固定される。

本実施形態では、固定作業の初期状態において座金２はドリルねじ１の首下部分に取付いており、ドリルねじ１の打ち込みによって座金２は防水シート１６の上面に重なり、次いで、座金２はドリルねじ１の頭４による押圧作用を受けて防水シート１６を凹ませながら断熱材１７を若干圧縮することになる。

ドリルねじ１のねじ込み終了後は、ドリルねじ１の頭４の座面は座金２の座受け部１０に強く当っているが、舌片１４が突起９に密着していて図４（Ｃ）のように舌片１４の進み側端面１４ａが突起９の追い側端面９ａに当接している場合と、舌片１４の進み側端面１４ａが突起９の追い側端面９ａから離れている場合とが有り得る。

そして、ドリルねじ１に何らかの理由によって緩ませるような作用が生じた場合、舌片１４の進み側端面１４ａが突起９の追い側端面９ａに当接していると、ドリルねじ１は座金２と一緒でないと緩み方向に回転することはできないが、座金２は大径で広い範囲にわたって防水シート１６に強く密着していることにより、座金２と防水シート１６との間には大きな摩擦抵抗が存在しており、このため、ドリルねじ１の緩みが防止又は著しく抑制される。

ドリルねじ１をねじ込み切った状態で座金２における舌片１４の進み側端面１４ａが突起９の追い側端面９ａから離れている場合は、ドリルねじ１は、舌片１４の進み側端面１４ａが突起９の追い側端面９ａに当接するまでは戻り回転し得る。この場合、舌片１４の進み側端面１４ａはドリルねじ１の頭４の隣り合った追い側端面９ａの間のどこかに位置しているため、ドリルねじ１が戻り回転できる最大の範囲は、回転角度では９０度であり、軸方向の距離では第１ねじ山６のピッチＰ１の１／４である。

そして、突起９の最大高さＨ０と舌片１４の段差Ｈ１とが第１ねじ山６のピッチＰ１の１／４よりも大きい寸法になっていることと、座金２が防水シート１６及び断熱材１７を弾性変形させていること、及び、舌片１４がドリルねじ１の頭４の押圧作用によって弾性変形した状態であることとにより、ドリルねじ１が戻り回転しても、座金２が防水シート１６に強く密着した状態のままで舌片１４の進み側端面１４ａが突起９の追い側端面９ａに当たることになり、このため、ドリルねじ１の戻り回転（すなわち緩み）が座金２と防水シート１６との間の摩擦によって阻止されるのである。

また、図４（Ｄ）に示すように、ドリルねじ１における頭４の座面が軸心Ｏに対して成す傾斜角度をθ４とすると、ドリルねじ１が戻り回転して舌片１４が突起９から離脱するにはＨ２の距離が必要であるが、Ｈ２は（Ｈ０×１／ｓｉｎθ４）の寸法であってＨ０よりも遥かに大きいため、Ｈ０をできるだけ小さくして加工の容易性を確保しつつ緩み止め効果を発揮できる。この点、本実施形態の利点である。

また、第２ねじ山７の外径Ｄ２が座金２の穴１２の内径Ｄ５よりも大径であるため、座金２は保管や運搬状態においてドリルねじ１の首下部分に保持し続けることができ、このため、作業時の手間を軽減できる。なお、第２ねじ山７のピッチＰ２は座金２の板厚よりも大きくなっており、このため、座金２の取付けに支障はない。

座金２の穴１２の内径Ｄ５を第１ねじ山６の外径Ｄ１より小さくすることも可能であるが（この場合は第２ねじ山７は不要になる）、この場合はドリルねじ１を座金２にねじ込まなければならないため、取付けに手間がかかる。これに対して本実施形態のように、ドリルねじ１の首下近くに第１ねじ山６よりも短い第２ねじ山７を形成してこれを座金２に対するストッパーと成すと、取付けの容易性を確保しつつ座金２を脱落しない状態に保持できる利点がある。

ドリル部５の外径Ｄ３が第１ねじ山６の谷径Ｄ４よりも小径であるため、第１ねじ山６の箇所は支持部材１８にきっちりと食い込んでおり、このため締結強度を確保できる。

ところで、ドリルねじでは、一般に、隣り合った山の付け根は密接していて谷の縦断面形状は三角形になっているのに対して、本実施形態では、第１ねじ山６の箇所では、隣り合った山の付け根の間にねじ山の付け根部の厚さ寸法と同じ点の間隔が空いて谷が縦断面台形状になっており、このため、一般的なドリルねじに比べて第１ねじ山６のリード角が大きくなっている。このようにリード角が大きいことにより、第１ねじ山６が防水シート１６，断熱材１７，支持部材１８に貫通することが迅速に行われて作業能率を向上できる。

そして、既述のように、ドリル部５の外径Ｄ４が第１ねじ山６の外径Ｄ５よりも小径であることにより、第１ねじ山６の部分が支持部材１８にきっちりと噛み合って締結強度を確保できるのであり、従って、本実施形態では、締結強度の低下を招来することなく作業能率を向上できる利点を有する。

(4).他の実施形態・その他
図５では、ねじの頭を鍋形に形成した例を示している。（Ａ）は使用状態の断面図、（Ｂ）は座金の２における座受け部１０の平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ視断面図断面図である。この実施形態でも、ドリルねじ１における頭４の突起９と座金２における舌片１４との噛み合い深さは、ねじ山６のピッチＰを突起９の個数で割った値よりも大きい寸法（２〜３倍程度）に設定している。

本願発明は上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えばねじに頭は皿形や鍋形に限らず、六角形やラッパ形など、用途に応じて設定したら良い。また、ねじはドリルねじに限らず、タッピンねじ等も使用可能である。ねじには必ずしも自己穿孔機能は必要はなく、例えばコンクリートに開けた下穴にねじ込むアンカー方式とすることも可能である。更に、木材に断熱材等のワークを固定することに使用する場合はねじに木ねじが採用されることになり、また、ＡＬＣに軟質材製のワークを固定することに使用する場合は、木ねじに類似した方式のものを採用したら良い。

座金は必ずしも金属板製とする必要はなく、樹脂製でも良い。また、座金にワークとの摩擦抵抗を増大する部分を設けたり、ワークに食い込む爪を形成したりすることも可能であり（この場合は、拡張部の面積は必ずしも座受け部の面積よりも遥かに大きくする必要はないと言える）、座金にはワークの種類や用途に応じて様々の機能を付加することができる。１枚の座金と複数本のねじとがセットになった態様も可能である。

更に、係合手段は実施形態のような突起と舌片との組み合わせに限らず、溝と爪との組み合わせや爪と爪との組み合わせなど、他の形態を採用することも可能である。

第１実施形態の構造を示す図である。 ねじ山の拡大断面図である。 座金の要部を示す図である。 使用状態の説明図である。 他の実施形態を示す図である。

符号の説明

１ ねじの一例としてのドリルねじ
２ 座金
３ 軸
４ 頭
５ ドリル部
６ 第１ねじ山
７ 第２ねじ山
９ ねじの係合手段を構成する突起
１０ 座金の座受け部
１２ 座金の穴
１３ 切り込み
１４ 舌片

Claims (4)

1. 外周にねじ山を形成した軸の基端に頭を設けたねじと、前記ねじの軸が嵌まる穴を有する座金とから成っており、前記座金は、ねじの頭の座面が重なる座受け部とその外側に広がる拡張部とを備えており、拡張部の面積が座受け部の面積よりも遥かに大きくなっている締結具であって、
   前記ねじにおける頭の座面と座金の座受け部とに、座金を固定した状態でねじをねじ込み回転させることは許容してねじ戻すことは阻止する係合手段を形成している、
   締結具。
2. 前記ねじの軸の先端部はドリル部に形成されていると共に、ねじにおける頭の座面は軸に向けて外径が縮小するテーパ状に形成されており、このねじにおける頭の座面に、ねじの側の係合手段として、放射方向に延びる複数個の突起又は溝を円周方向に沿って等間隔で形成している一方、
   前記座金の座受け部は周方向に等間隔を隔てて放射方向に延びるスリットによって前記突起と同じ個数の舌片に分断されており、各舌片を、ねじのねじ戻し回転方向に向かって手前側の部分が半径内側にずれるようにねじり形成しており、各舌片を座金の側の係合手段と成している、
   請求項１に記載した締結具。
3. 前記ねじの軸の先端部はドリル部に形成されており、軸に、ドリル部に連続した第１ねじ山と、首下の近くに位置して第１ねじ山よりも山径が大きい第２ねじ山とを形成しており、前記ドリル部の外径を第１ねじ山の谷径よりも小径に設定している一方、
   前記座金の穴の内径を、第１ねじ山の外径より大きくて第２ねじ山の外径より小さい寸法に設定している、
   請求項１に記載した締結具。
4. 請求項１〜３のうちのいずれかに記載したねじ又は座金。

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