(57)【要約】【課題】  金属板にタッピングねじをねじ込んで締結する際に、金属板に形成されたねじ孔のねじ山が破壊されずにタッピングねじの空転が防止し、かつ、十分な締結力を得る。【解決手段】  ねじ山４５が形成された軸部４１の一端に頭部４２を有するねじ本体４０と、このねじ本体４０に装着されるワッシャ５０とを備える。ワッシャ５０は、硬度が８０°〜１２０°のゴム製とする。ねじ込まれるタッピングねじ３０によって頭部４２と金属板６０との間でワッシャ５０を圧縮させ、ワッシャの摩擦と弾発力とにより、タッピングねじ３０の空転を防止する。また、金属板６０のねじ孔内周部６２を頭部４２側にバーリング効果で変形させ、ねじ山を増加させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板に、弾性部材を介してタッピングねじをねじ込むことにより、金属板にねじ孔を形成しながら、タッピングねじを金属板に貫通させ、タッピングねじの頭部が前記弾性部材を介して金属板に係合させてから、さらに所定のトルクでタッピングねじを回転させることにより、弾性部材を圧縮させるとともに、金属板のねじ孔内周部をタッピングねじ側に変形させることを特徴とする金属板の締結方法。
【請求項２】
金属板にねじ孔を形成しながら、該金属板に貫通してねじ込まれるタッピングねじであって、ねじ山が形成された軸部の一端に頭部を有するねじ本体と、このねじ本体に装着されるワッシャとを備え、ワッシャは、硬度が８０°〜１２０°のゴムからなることを特徴とするタッピングねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造物や機械構造物等において、薄鋼板等の金属板を締結するための締結方法と、その方法を好適に実現することのできるタッピングねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記タッピングねじは、例えば、比較的薄い金属板に部材を締結する場合などに用いられる。タッピングねじは、金属板にねじ込まれると、孔とともに、その孔の内周面にねじ山（雌ねじ）を形成しながら締結されるねじである。このため、下孔を要さないことや、形成したねじ山にねじ部が密着することにより強固かつ安定した締結力が得られるなどの利点を有し、例えば、特許文献１等で公知のものである。
【０００３】
ところが、タッピングねじをねじ込む際に、例えば誤って過度な締結トルクを負荷してしまうと、正常に締結された後に、さらにタッピングねじが回転しまう場合があった。こうなると、ねじ孔のねじ山が破壊されてしまい、さらに回転が続いてタッピングねじが空転し、締結が不可能になる。このような雌ねじの破壊に伴うタッピングねじの空転は、締結トルクを管理することで防止はできるものの、その管理の精度を高くせねばならず、そのため、手間がかかるとともに、ラフな操作が許容されずに生産性の低下にも繋がる。
【０００４】
一方、タッピングねじを金属板にねじ込むと、ねじ込み方向に金属板の肉が円筒状に突出する塑性変形がバーリング加工のように生じ、その突出部によってねじ孔は金属板の厚さよりも長く形成されることになる。このバーリング効果によって上記空転が途中で抑えられる場合もあるが、これは、かえって締結力のバラツキを招来させることになる。すなわち、突出部はタッピングねじのねじ込みによって形成されるため、ねじ孔を延長させるバーリング効果は、空転を十分に抑制するほど期待できないものであった。
【０００５】
そこで、タッピングねじと金属板との間に、弾性を有するゴム等からなるワッシャを挟むことにより、上記空転の防止を図ることが考えられる。このような弾性ワッシャを介してタッピングねじを金属板にねじ込めば、ワッシャが弾性変形して押し潰されることにより過度なトルクが吸収され、正常に締結されてタッピングねじの過剰な回転が抑えられ、空転が防止されると想定される。ゴム等の弾性体からなるワッシャとしては、例えば特許文献２等によって公知である。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２２０４４１号公報
【特許文献２】特開２００１−１２４０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記特許文献２に記載のゴム製ワッシャは、木造建築の木痩せ等に対処する弛み防止用であり、本発明が課題とする、空転が起きやすい金属板締結用のタッピングねじに適用した場合に、果たしてタッピングねじの空転防止機能をどの程度備えているかは不明である。ここで予測されることは、同文献２にはワッシャの硬度が４０°〜８０°と記載されており、この硬度では、弾発力が不足して大きなトルクによる締結力に対応できないことが懸念される。
【０００８】
よって本発明は、金属板にタッピングねじをねじ込んで締結する際に、金属板に形成されたねじ孔のねじ山が破壊されずにタッピングねじの空転が防止されるとともに、十分な締結力を得ることができる金属板の締結方法およびタッピングねじを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の金属板の締結方法は、金属板に、弾性部材を介してタッピングねじをねじ込むことにより、金属板にねじ孔を形成しながら、タッピングねじを金属板に貫通させ、タッピングねじの頭部が弾性部材を介して金属板に係合させてから、さらに所定のトルクでタッピングねじを回転させることにより、弾性部材を圧縮させるとともに、金属板のねじ孔内周部をタッピングねじ側に変形させることを特徴としている。
【００１０】
上記締結方法は、タッピングねじの頭部が弾性部材を介して金属板に係合した状態から、さらに所定のトルクでタッピングねじを回転させるもので、この操作により、まず、弾性部材の圧縮によって生じる弾発力をタッピングねじが受けることにより、空転が防止される。また、タッピングねじが金属板にねじ込まれる代わりに、金属板のねじ孔内周部がタッピングねじの頭部の方向に引っ張られ、塑性変形が、そのねじ孔内周部にバーリング加工のように生じる。このバーリング効果により、変形させられたねじ孔内周部におけるタッピングねじの頭部側は金属板の表面から盛り上がり、円筒状に突出する。このようなねじ孔内周部の変形により、ねじ孔の長さが金属板の厚さ以上に増大し、ねじ山の数が増加する。
【００１１】
上記バーリング効果は、ねじ孔内周部をタッピングねじの頭部側に変形させるものであるから、ねじ孔の延長効果は、単にタッピングねじのねじ込みによるものよりも十分に得ることができる。その結果、締結力の向上効果を顕著に得ることができる。
【００１２】
次に、本発明のタッピングねじは、上記本発明の締結方法を好適に実現することのできるものであり、ねじ山が形成された軸部の一端に頭部を有するねじ本体と、このねじ本体に装着されるワッシャとを備え、ワッシャは、硬度が８０°〜１２０°のゴムからなることを特徴としている。
【００１３】
このタッピングねじによれば、金属板にねじ孔を形成しながらねじ込んでいくと、ワッシャが金属板に当接して係合し、さらにねじ込むと、ワッシャは頭部に圧縮されるので、ワッシャに弾発力が生じるとともに、これに伴う摩擦がワッシャと金属板との間に生じ、ワッシャの回転が規制される。この段階で、タッピングねじはワッシャの弾発力を受けてワッシャとの間に強い摩擦が生じることにより容易には回転しない状態となり、これによってタッピングねじの空転が防止される。さらにタッピングねじを強い力で回転させると、ワッシャは圧縮せず、この状態のワッシャの弾発力と、ワッシャと金属板との間に生じている摩擦がさらに強くなる。そして、タッピングねじが金属板にねじ込まれる代わりに、金属板のねじ孔内周部がタッピングねじの頭部の方向に引っ張られて変形し、上記バーリング効果が生じる。その結果、金属板に形成されるねじ山の数が増加し、締結力が向上する。
【００１４】
上記バーリング効果は、ワッシャの硬度が８０°〜１２０°であるため、有効に生じ、また、その硬度により、比較的ラフな操作でも、タッピングねじを正常に締め付けることができることになる。ワッシャの硬度が８０°を下回ると、柔らかすぎて空転防止機能が十分に働かず、また、１２０°を上回ると、硬すぎて圧縮されにくく、空転を抑える弾発力が生じにくい。なお、ワッシャの硬度は、この範囲内では８５°〜１１０°がより好ましく、９０°〜１００°がさらに好ましい。
【００１５】
以上のようにしてタッピングねじの空転は防止されるが、過剰なトルクを与えるなどして例え空転が生じても、ワッシャの弾発力によってねじ孔のねじ山は残存し、締結力は保持される。なお、軸部のねじ山は、バーリング効果に伴って形成されるねじ孔側のねじ山を多く形成する上で、できるだけ多く、すなわちピッチが細かいものが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、金属板にタッピングねじをねじ込んで締結する際に、金属板に形成されたねじ孔のねじ山が破壊されずにタッピングねじの空転が防止されるとともに、十分な締結力を得ることができるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１（ａ）は、本発明のタッピングねじの一実施形態を示している。このタッピングねじ（以下、単にねじと略称）３０は、ねじ本体４０と、ワッシャ５０とから構成されている。
【００１８】
ねじ本体４０は、軸部４１の一端に頭部４２を有するもので、頭部４２の表面にはドライバ等の締め付け工具が嵌合される十字穴４３が形成されており、裏面側にはフランジ４４が一体に形成されている。軸部４１の外周面にはねじ山（雄ねじ）４５が形成されており、先端部には、被締結部材である金属板に穿孔するための円錐状の錐部４６が形成されている。なお、穿孔するための錐部１６は、図１（ｂ）のねじ３０に示すように、ドリル部４７に変更してもよい。
【００１９】
ワッシャ５０は、外周面が半円弧状の曲面に形成されたリング状であって、孔にねじ本体４０の軸部４１が挿入され、フランジ４４に近接するか、あるいは当接した状態に、ねじ本体４０に装着される。ワッシャ５０は、ねじ本体４０と相対回転不能な状態が望ましく、そのためには、例えば、ワッシャ５０の孔の内径を軸部４１のねじ山４５の内径よりも小さくして、軸部４１を圧入しながらねじ込むなどの方法が採られる。
【００２０】
ワッシャ５０は、硬度が８０°〜１２０°のゴムを材料として成形されたものである。ゴムの材料としては、例えば、各種油圧または空圧機器のパッキン材料として好適に用いられているエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等の合成樹脂ゴムや、天然ゴムが選ばれるが、この中でも、弾発力や摩擦係数等の特性の面で、本発明の作用効果を十分に引き出せるものとして、ＥＰＤＭが特に好ましく用いられる。
【００２１】
次に、上記ねじ３０による締結方法ならびにそれに伴う効果を、図２を参照して説明する。図２（ａ）に示すように、ドライバＤを十字穴４３に嵌合させて、ワッシャ５０が金属板６０の表面に当接して係合するまで、ねじ３０を金属板６０にねじ込む。金属板６０には、まずはじめに錐部４６によって下孔が形成され、次いでねじ山４５が下孔に達してねじ込まれることにより、下孔は拡径し、その内周面にねじ山（雌ねじ）が形成されてねじ孔６１が穿孔される。
【００２２】
さらにねじ３０をねじ込むと、ワッシャ５０は頭部４２に圧縮されて金属板６０との間に摩擦が生じ、頭部４２がワッシャ５０の弾発力を受けることにより、回転が規制され、この段階でねじ３０の空転が防止される。なお、図２では頭部４２のフランジ４４がワッシャ５０から僅かに離れているが、実際にはフランジ４４はワッシャ５０に圧接する。
【００２３】
さらにねじ３０を強い力で回転させると、ワッシャ５０は圧縮せず、ねじ３０が金属板６０にねじ込まれる代わりに、金属板６０のねじ孔内周部６２が、ねじ３０の頭部４２の方向（図２で上方）に引っ張られ、図２（ｂ）に示すように、ねじ孔内周部６２にバーリング加工のような塑性変形が生じる。このバーリング効果により、ねじ孔内周部６２はワッシャ５０に食い込んで頭部４２側が円筒状に盛り上がって突出し、これによってねじ孔６１の長さが金属板６０の厚さ以上に増大し、ねじ山の数が増加する。
【００２４】
このねじ３０によれば、圧縮されたワッシャ５０の、保有する硬度に応じた弾発力によって、ねじ３０の空転が有効に防止される。また、上記バーリング効果によってねじ孔内周部６２が頭部４２側に突出してねじ山の数が増加することにより、締結力の向上が図られる。バーリング効果は、ねじ孔内周部６２をねじ３０の頭部４２側に変形させるものであるから、ねじ孔６１の延長効果は、はじめにねじ３０を金属板６０にねじ込んで得られる頭部４２とは反対側へのバーリング効果よりも十分に得ることができる。
【００２５】
上記ねじ３０は、建築構造物や機械構造物等において金属板を締結するために好適に用いられ、例えば、図３に示す住宅の屋根部の屋根材を固定する手段として用いられる。
【００２６】
図３の屋根部２０は、屋根用垂木２２の上に野地板２３が固定された屋根下地材２１の上に、通気用垂木２５が固定されており、隣り合う屋根用垂木２２の間には、板状断熱材２４が配設されている。通気用垂木２５の上には、金属サンドイッチ断熱パネル（以下、断熱パネルと称する）２６が施工されている。
【００２７】
断熱パネル２６は、ポリスレチレンボード等の板状断熱材を芯材とし、この断熱材を薄板状の金属板で挟んでなるものである。金属板は、例えば一般的な鋼板あるいはガルバリウム鋼板等が用いられ、断熱材の表裏面に接着等の手段で張り付けられている。この断熱パネル２６は、外側から貫通して通気用垂木２５にねじ込まれる皿ねじ３０等の締結具によって、通気用垂木２５に固定される。
【００２８】
通気用垂木２５をスペーサとして、野地板２３と断熱パネル２６との間に屋根通気層２７が設けられ、この屋根通気層２７の棟側は、棟に設けられた図示せぬ棟換気口を介して外部に開放している。
【００２９】
断熱パネル２６の上には、防水シートとしてアスファルトルーフィング２８が敷設され、さらにその上に多数の屋根材２９が葺かれ、これによって、屋根下地材２１から屋根材２９にわたる屋根部２０が構成されている。
【００３０】
屋根材２９は、例えばトタン（亜鉛メッキ鋼板）等の耐食性に富んだ金属板からなる金属瓦が用いられ、外側から貫通して断熱パネル２６の上側の金属板にねじ込まれる上記ねじ３０によって、断熱パネル２６に固定されている。
【００３１】
図４は、屋根材２９を断熱パネルに締結した状態を示しており、この場合、屋根材２９が、図２で示した金属板６０に相当する。図４の２６ａは、断熱パネル２６の断熱材であり、２６ｂは断熱材２６ａを挟む上側の金属板である。ねじ３０は、屋根材２９、アスファルトルーフィング２８および金属板２６ｂを穿孔しながらねじ込まれ、少なくとも屋根材２９のねじ孔内周部が、上述したバーリング効果によって上方に盛り上がり突出する。断熱パネル２６の金属板２６ｂは、アスファルトルーフィング２８の弾性によってねじ孔内周部は上方に突出しにくいが、場合によっては突出する。
【００３２】
一般的なタッピングねじによって屋根材２９を断熱パネル２６に固定すると、屋根材２９や金属板２６ｂに対して、そのタッピングねじが空転する場合があり、特に断熱パネル２６は、薄い金属板２６ｂの中の芯材が、ねじ締結力の全く効かない断熱材２６ａであるため、屋根材２９を金属板２６ｂに確実に固定することが求められる。そこで、本発明に係るねじ３０によって図４に示すように固定すれば、ねじ３０の空転が防止されるとともに、高い締結力で屋根材２９を断熱パネル２６に固定することができるのである。
【実施例】
【００３３】
次に、本発明の実施例を説明する。
（１）タッピングねじの締結力を検証する引っ張り試験
（ａ）ワッシャの硬度９０°
図５に示すように、ねじ本体（Ｍ４×２０ｍｍ）に、ＥＰＤＭ製で、硬度が９０°のワッシャを装着させた本発明のねじ３０を用いて、Ｕ字状の治具７０を、ねじの締め付けトルクを１．９６Ｎ・ｍに設定して、断熱パネル２６に固定した。断熱パネル２６は、厚さ３５ｍｍのダウ化工社製：スタイロフォームを断熱材２６ａとし、この両面に、金属板２６ｂとして、厚さ０．３５ｍｍのガルバリウム鋼板を接着させてものを用いた。このような試験体を５つ作製し（試験体Ｎｏ．１〜５）、これら試験体につき、断熱パネルを引っ張り試験機に固定し、治具に通したピン７１を速度１０ｍｍ／分で引っ張り、ねじが抜けるか、あるいは破壊するまでの最大荷重を測定した。
【００３４】
（ｂ）ワッシャの硬度８０°
ねじのワッシャを硬度８０°のものに変えた以外は、上記（ａ）と同様にして引っ張り試験を行った。
【００３５】
（ｃ）ワッシャ無し
ワッシャを装着せず、ねじ本体のみを用いた以外は、上記（ａ）と同様にして引っ張り試験を行った。
【００３６】
上記（ａ）〜（ｃ）の引っ張り試験の結果を、表１に示す。
表１によれば、ワッシャを装着したねじが、強く、かつ安定した締結力を示すことが判り、それは、ワッシャの硬度が８０°および９０°であることに起因するもので、本発明の効果が実証された。ワッシャの硬度が８０°を下回ると、平均最大荷重が６０ｋｇｆ以下になることが十分に予測され、したがって、ワッシャは８０°以上の硬度が必要であることが確認された。一方、ワッシャ無しの場合には、ねじの空転が認められ、このため、締結力もバラツキがあり、かつ、きわめて低く、実用不可能であることが確認された。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
（２）疑似耐風試験
本発明のねじは、図３および図４に示したように、断熱材を金属板で挟んだ断熱パネルに屋根材を固定する締結具として有用である。そこで、本発明のねじを用いて実際に即した状態に屋根材を断熱パネルに固定し、屋根材が風の影響を受けて剥がれたりしないか否かの疑似耐風試験を、次の要領で行った。
【００３９】
住宅外装テクニカルセンター発行の「屋根耐風性能設計ガイドライン」に準拠して、試験体を次のようにして作製した。
・屋根材：カラー鉄板プレス瓦ルーフル（千代田鋼鉄製）
ｔ０．３５×Ｗ２３４×Ｌ１８８６（ｍｍ）
働き幅：１８１８×働き長さ１８２（ｍｍ）
・断熱パネル：ｔ３５×Ｗ１２００×Ｌ２４００（ｍｍ）のダウ化工社製：スタイロ
フォームの両面に、ｔ０．３５ｍｍのガルバリウム鋼板を接着したもの
・タッピングねじ：本発明品  Ｍ４×２０ｍｍ、硬度９０°のワッシャを装着したもの
使用本数  ７本
上記屋根材を、上記タッピングねじによって上記断熱パネルに対し実際の施工と同様にして固定した。
【００４０】
・引き上げ力の測定
屋根材を引き上げる引き上げ力を、建設省告示に示される算定式により、求める風圧力から算定した。上記ガイドラインの記載例では、風圧力で−１２４〜−２３１ｋｇ／ｍ２で、汎用工法（３枚／ｍ２）における働き面積当たりの引き上げ力では、４２〜７７ｋｇ／枚となる。今回の試験では、上記最大値を考慮して８０ｋｇ／枚（２４０ｋｇ／ｍ２）を採用した。
【００４１】
・加力装置および加力方法
屋根材を引き上げる加力位置として、屋根材を２本の鋼管で挟み込み、これら鋼管に保持した治具をワイヤで引き上げ、屋根材を働き面に対して均等に引き上げる装置を用いた。この加力装置により、８０ｋｇを繰り返し設定荷重として、屋根材に対する「引き上げ→解除」の動作を２００回繰り返した。これは、風圧による屋根材の飛散の主な原因は、強風時に繰り返し作用する負圧力であることから、今回の試験でも、この風の状態を疑似的に屋根材に与えるものである。
【００４２】
・試験結果
上記のようにして繰り返し加力中に、ねじの締結部分に不具合が生じないことと、ねじが抜けたり浮き上がらないことを、目視で観察した。その結果、２００回の繰り返し加力後においても異常は認められず、ねじによる締結力が強く、かつ安定していることが確認された。また、この後に最大２００ｋｇ／枚まで負荷を与えたが、異常は認められなかった。これらの結果から、本発明のねじは、金属製の屋根材を、上記のような断熱パネルに固定する締結具としてきわめて好適であることが判った。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のタッピングねじを示す側面図であって、（ａ）はその一実施形態、（ｂ）は変更例を示す。
【図２】（ａ）は一実施形態のタッピングねじをワッシャが金属板に係合するまで金属板にねじ込んだ状態を示す側面図、（ｂ）はさらにねじ込んで空転が防止された状態を示す断面図である。
【図３】一実施形態のタッピングねじが適用される屋根構造の断面図である。
【図４】図３に示した屋根構造の屋根材を、一実施形態のねじで断熱パネルに固定した状態を示す断面図である。
【図５】実施例の引っ張り試験方法で作製する試験体の斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
３０…タッピングねじ、４０…ねじ本体、４１…軸部、４２…頭部、
４５…タッピングねじのねじ山、５０…ワッシャ（弾性部材）、６０…金属板、
６１…金属板のねじ孔、６２…金属板のねじ孔内周部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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