(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面円形の軸とその基端に設けた頭部とを備えており、前記軸の先端部は切刃を有するドリル部に形成され、かつ、前記軸にはその回転によって木質系部材に食い込む１条のねじ山を有するねじ部が形成されており、金属製ワークを木質系部材に締結することに使用されるドリルねじであって、
ａ：素材は、炭素鋼、クロムモリブデン鋼、クロム鋼、モリブデン鋼、非調質鋼のうちの１つからなっており、
ｂ：構造は、
ｂ１．前記軸のうち頭に連続した首下部に、前記ワークに予め空けられている先穴に嵌まるボス部が形成されており、このボス部の外径は前記ねじ山の外径と等しいか又は大きい寸法になっている、
ｂ２．前記軸のうち前記ねじ部と前記ボス部との間には、ねじ部の谷径よりも大径で外径よりは小径のねじ無し部が形成されている、
ｂ３．前記ねじ山の縦断面視形状は略三角形になっており、ねじ山の角度は３０〜５０度、ピッチは縦断面視におけるねじ山の仮想底辺の幅寸法の１．５〜２．５倍になっている、という構成であり、
ｃ：熱処理及び硬度は、焼き入れはされておらずこのため芯部と表面部とは加工硬化を除いて同じ硬度になっており、そして芯部及び表面部の硬度がＨｖ２５０〜３５０の範囲に設定されている、
木質材用ドリルねじ。
【請求項２】
前記ねじ山の山の角度は４０〜５０度であり、かつ、山の高さは前記仮想底辺の幅寸法よりもやや大きいか同じ程度の寸法に設定されている、
請求項１に記載した木質材用ドリルねじ。
【請求項３】
前記頭部は、フランジ付きの六角頭であるか、又は、円板状平頭になっている、
請求項１又は２に記載した木質材用ドリルねじ。
【請求項４】
前記ボス部とねじ無し部とは先窄まりのテーパ状部を介して連続している、
請求項１〜３のうちの何れかに記載した木質材用ドリルねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、例えば木造住宅の木製構造材に補強用や連結用の金具を締結する場合のように、木質系部材（基材）に金属製ワークを締結する場合に使用されるドリルねじ（以下の説明では単に「ねじ」と呼ぶ場合もある）に関するものである。ここに木質系部材の例としては、木の角材や板材、或いはパーティクルボードが挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
木造住宅において、柱、梁、胴縁、根太、垂木などの木製部材（主として構造材）の補強や連結のため、それら木製部材に金具を締結することが行われている。また、木製部材同士を締結することも行われている。これら金具の締結や木製構造材同士の締結手段として、従来、コーチスクリュー（コーチねじ）又はラグスクリューと呼ばれているセルフタッピング方式のねじが使用されている。
【０００３】
コーチスクリュー及びラグスクリューは通常の木ねじよりは外径が大きく（例えば呼び径が８〜１２ｍｍ）、頭部は大きなトルクを掛けることができるように六角形又は六角穴方式になっていることが多く、また、軸には頭部と連続するねじ無し部が存在している。一般に、コーチスクリュー及びラグスクリューは軸の先端部が先窄まりになっており、例えば金具を木製部材に締結する場合は、木製部材に電動ドリルで予め下穴を空けておき、この下穴にコーチスクリュー又はラグスクリューをねじ込んでいる。
【０００４】
しかし、木製部材に一々下穴を空けるのは面倒であるばかりか、予め空けておいた下穴と金具の取り付け穴との位置がずれて金具が締結不能になる虞もある。この点に対する対策として、特許文献１には、コーチスクリューにドリル部を形成して自己穿孔性を付与することが記載されている。
【特許文献１】実開平７−４１０３９号のＣＤ−ＲＯＭ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば金具を木製部材に締結する場合、必要な締結強度を確保できること、金具のずれが全く又は殆ど生じないこと、ねじ込み抵抗（トルク）ができるだけ小さいこと、木製部材の割れがないこと、といった条件を満たすことが必要であり、更に、建物の木製構造材の締結に使用する場合の重要な条件として、地震等によって構造材同士が相対的に滑り移動する傾向を呈したときに簡単に折れない高い靱性（高いせん断強度）を持っていることが要請される。
【０００６】
本願発明は、下穴無しで木質系部材にねじ込みできるという点は特許文献１を踏襲しつつ、より品質を向上させたドリルねじを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明のドリルねじは、断面円形の軸とその基端に設けた頭部とを備えており、前記軸の先端部は切刃を有するドリル部に形成され、かつ、前記軸にはその回転によって木質系部材に食い込む１条のねじ山を有するねじ部が形成されており、金属製ワークを木質系部材に締結することに使用されるものである。そして、素材、構造、熱処理・硬度によって特徴付けられる。
【０００８】
すなわち、先ず、素材は炭素鋼、クロムモリブデン鋼、クロム鋼、モリブデン鋼、非調質鋼のうちの１つからなっている。なお、非調質鋼は焼き入れ・焼き戻しの熱処理を行っていない鋼であり、一般には、パーライト相・フェライト相の混合相にバナジウム炭化物を析出させて強度が強化された炭素鋼系のものが多用されている。従って、広い意味では大部分が炭素鋼の範疇に入るとも言える。
【０００９】
次に、構造（形状及び寸法）に関しては、ａ．前記軸のうち頭部に連続した首下部に、前記ワークに予め空けられている先穴に嵌まるボス部が形成されており、このボス部の外径は前記ねじ山の外径と等しいか又は大きい寸法になっている、ｂ．前記軸のうち前記ねじ部と前記ボス部との間には、ねじ部の谷径よりも大径で外径よりは小径のねじ無し部が形成されている、ｃ．前記ねじ山の縦断面視形状は略三角形になっており、ねじ山の角度は３０〜５０度、ピッチは縦断面視におけるねじ山の仮想底辺の幅寸法の１．５〜２．５倍になっている、という３つの要素を特徴としている。
【００１０】
更に、熱処理に関しては、焼き入れはされておらずこのため芯部と表面部とは加工硬化を除いて同じ硬度になっている。そして芯部及び表面部の硬度がＨｖ２５０〜３５０の範囲に設定されている。硬度をＨｖ２５０〜３５０に設定するのは靱性を確保するためであるが、この硬度を保持する手段として、この範囲の硬度を有する素材を使用しており、このため加工の手間を軽減できる。
【００１１】
請求項２に記載したように、前記ねじ山の山の好適な角度は４０〜５０度であり、かつ、山の高さは前記仮想底辺の幅寸法よりもやや大きいか又は同じ程度の寸法に設定されているのが好ましい。
【００１２】
頭部の形態は主としてワークの形態によって定まるものであり、請求項３では、フランジ付きの六角頭部と円板状平頭部とを挙げている。勿論、単なる六角頭と成したり、ソケットタイプの円形頭と成したりすることも可能である。請求項４に記載したように、ボス部とねじ無し部とは先窄まりのテーパ状部を介して連続させるのが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明に係るドリルねじは炭素鋼、クロムモリブデン鋼、クロム鋼、モリブデン鋼、非調質鋼のうちの１つからなっているが、これらの素材は例えばステンレス鋼に比べて安価であり、かつ、加工性及び靱性にも優れている。
【００１４】
ところで、従来のコーチスクリュー又はラグスクリューは、軸を構成するねじ無し部と頭部とが繋がっており、ねじ無し部はねじの谷径と外径（ねじ山の外径）との間の寸法になっているが、金具等のワークに予め空けられている先穴（取り付け穴）は、ねじ部が挿入される必要があることから当然にねじ部の外径よりも大径になっており、このため、軸のねじ無し部とワークにおける先穴の内周との間にはある程度の隙間が空いており、その結果、ねじに僅かでも緩みがあるとワークとねじとの間にガタツキが生じたり、或いは、ワーク又は木質系部材に外力が働くとワークと木質系部材とがずれるという問題があった。
【００１５】
これに対して本願発明では、軸のうち首下部にはねじ山の外径と同じかそれよりも大きいボスが存在しており、このボス部がワークの先穴に嵌まるため、ワークにおける先穴の内周と軸との間の隙間を著しく少なくする（理論的にはゼロとすることも可能である）ことができ、このため、ワークのガタ付きやずれを防止又は著しく抑制できる。
【００１６】
従来のコーチスクリューやラグスクリューにおいてねじ無し部が存在しているのは、このねじ無し部を木質系部材にきっちりと食い込ませることで曲げやせん断に対する抵抗を高めるためであるが、本願発明においてもねじ無し部が存在するため、従来と同様の効果を得ることができる。
【００１７】
従来のコーチスクリュー又はラグスクリューのねじ山の角度は６０度になっており、従って、山の断面形状は正三角形になっているが、木質系部材に対するねじ山の引っ掛かりを良くするために高さを高くするとねじ山の断面積が大きくなり、その結果、ねじ込みの抵抗（トルク）が大きくなって、割れが発生し易くなると共に作業者の負担が大きいという問題があった。
【００１８】
これに対して本願発明は、ねじ山の角度は３０〜５０度であるため、断面積を大きくすることなく山の高さを高くすることができ、その結果、高い締結強度を確保しつつ、ねじ込み抵抗を少なくして割れの発生防止と作業者の負担軽減とを図ることができる。請求項２に記載したようにねじ山の角度は４０〜５０度に設定するとより好適である。
【００１９】
ねじ山の高さが低過ぎると引き抜き抵抗が小さくなり（換言すると締結強度が小さくなり）、逆にねじ山の高さが高すぎるとねじ込み抵抗が増大する。この点、請求項２のように山の高さを仮想底辺の幅寸法よりもやや大きいか又は同じ程度の寸法に設定すると、ねじ山の引っ掛かりとねじ込み抵抗とのバランスが取れていて好適であった。
【００２０】
ねじ山のピッチが小さ過ぎると木質系部材との引っ掛かり抵抗が少なくなって締結強度が低下し、逆にピッチが大き過ぎると、木質系部材に対する１回転当たりの進入量が大きくなってねじ込み抵抗が増大する。この点、本願発明のように、ピッチを縦断面視におけるねじ山の仮想底辺の幅寸法の１．５〜２．５倍に設定することにより、ねじ込み抵抗を過度に大きくすることなく必要な締結強度を確保できる。
【００２１】
鋼製のねじにおいて硬度と脆性とは反比例する関係にあり、焼き入れ（及び焼き戻し）して硬度が例えばＨｖ４００以上に高くなると、せん断力や曲げ力が作用するとポキリと折れる現象が発生しやすくなる。建物における柱や梁のような構造材の場合、ねじは外力によって曲がることはあっても折れないことが重要である。
【００２２】
この点、本願発明のねじは硬度がＨｖ２５０〜３５０であって靱性に富んでいるため、せん断力や曲げ力によって簡単に折れることはなく、部材同士の分離を極力防止できる。このため木製構造材用のねじとして好適である。また、本願発明のドリルねじは木質系部材にねじ込むことを意図しており、ドリル部には鋼材用の場合のような高い硬度は必要ないため、Ｈｖ２５０〜３５０であっても切削性能に問題が生じることはない。従って、切削性能（穿孔性能）を確保しつつ、せん断力や曲げ力による折れを防止又は著しく抑制できるのである。
【００２３】
ねじのねじ込み工程では、軸のねじ無し部がワークの先穴に進入し、次いで、ボス部がワークの先穴に入り込んで最終的に締結が行われるが、請求項４のように構成すると、ワークにおける先穴の芯と軸の芯とがずれていても、テーパ部のガイド作用によってワークの姿勢が自動的に位置決めされる利点がある（ワークにおける先穴の内径寸法と軸におけるボス部の外径寸法とを殆ど同じにした場合でもワークを自動的に位置決めできるため、ワークのガタツキやずれを的確に防止できる。）
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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はドリルねじの構造を示す図、図２及び図３は使用状態を示す図である。先ず、図１に基づいてドリルねじの構造を説明する。
【００２５】
(1).ドリルねじの構造
図１のうち（Ａ）は六角頭タイプドリルねじの正面図、（Ｃ）は平頭タイプドリルねじの正面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図、（Ｄ）は（Ｃ）の平面図、（Ｅ）は両タイプのねじに共通した部分的な断面図である。
【００２６】
（Ａ）及び（Ｂ）に示す六角頭タイプドリルねじは、軸１とその基端に設けた六角形の頭部２とを備えており、頭部２にはフランジ２ａが形成されている。軸１の先端部には、２つの切刃３ａと２つの縦溝３ｂとを有するドリル部３が形成されている。本実施形態のドリル部３はチゼルエッジを備えていてドリル角が１２０度程度になっているが、ドリル角度を小さくしたり、チゼルエッジを備えていないピンポイント方式にしたりすることも可能である。
【００２７】
軸１には、ドリル部３の終端部を始端とする１条のねじ山４を有するねじ部５が形成されており、かつ、軸１のうちねじ部５と頭部２との間は、ねじ部５に連続したねじ無し部６と頭部２に連続したボス部７とになっており、ねじ無し部６とボス部７とは先窄まりのテーパ部８を介して連続している。
【００２８】
ねじ部５の谷径Ｄ１はドリル部３の外径よりもやや小径になっており、ねじ無し部６の外径Ｄ２はねじ部５の谷径Ｄ１よりも大径でねじ部５（或いはねじ山４）の外径Ｄ３よりも小径に設定されている。また、本実施形態では、ボス部７の外径Ｄ４はねじ部５の外径Ｄ３とほぼ同径になっている。ボス部７の軸方向の長さは、図２にワークの一例として示す金具１２の厚さよりも小さい寸法になっている。ねじ無し部６の軸方向の長さは用途に応じて任意に設定できる。
【００２９】
ねじ山４は縦断面視で三角形の三角ねじになっており、山の角度θは約４５度に設定している。また、山の高さＨは、縦断面視でのねじ山４の仮想底辺９の幅寸法Ｌと略同じ寸法に設定されている。ねじ山４のピッチＰは、前記仮想底辺９の幅寸法Ｌの約２倍に設定している。従って、ねじ部５には、山の仮想底辺９の幅寸法Ｌと略同じ幅寸法の谷面が帯状の形態で露出している。
【００３０】
ねじ山４の仮想底辺９の幅寸法という表現は、ねじ山４の軸方向の最大厚さと言い換えたり、隣り合った谷の間の間隔と言い換えたり、追い側フランクの裾端と進み側フランクの裾端との間隔寸法と言い換えたりすることも可能である。ねじ部の外径Ｄ３との関係でピッチＰを見ると、本実施形態ではピッチＰは外径Ｄ３の約１／３．５になっており、また、谷径Ｄ１との関係で見るとピッチＰは谷径Ｄ１の約半分になっている。ピッチＰをねじの外径Ｄ３との比率で見ると、本願発明では、ピッチＰは外径Ｄ３の１／３〜１／４程度が好適である。
【００３１】
（Ｃ）（Ｄ）に示す平頭タイプドリルねじは基本的には六角頭タイプドリルねじと共通しており、六角頭タイプとの相違点は、頭部２が薄い円板状に形成されていてドライバビットの係合手段として頂面に六角穴１０が形成されている点と、ねじ無し部６及びボス部７の軸方向の長さが長い点のみである。
【００３２】
本実施形態のドリルねじは、冷間圧造用炭素鋼線材のような炭素鋼線材を素材として製造される。製造工程は基本的には従来と同様であり、ヘッダーによる頭部２及びボス部７の加工、圧造又は切削によるドリル部３の加工、ダイスを使用したねじ山４の加工、という工程を経て形状が整えられ、最終的に防錆のためにメッキ等の表面処理が施される。
【００３３】
焼き入れは施していないため、硬度は基本的には素材の硬度を維持しており、また、表面から芯まで全体として同じ硬度になっている（加工硬化等によって素材の硬度と多少変わる場合もある。）。なお、ねじには一般に防錆のための表面処理が施されるもので、防錆皮膜を焼き付けによって設ける場合に加熱することは有り得るが、この場合の加熱行為は硬度に影響する熱処理とは言えない。
【００３４】
(2).使用例
図２では、六角頭タイプドリルねじの使用例を示している。この例では、例えば木造住宅用の柱や梁等の木製部材１３を鋼板製の金具１２で補強したり連結したりすることに使用している。
【００３５】
金具１２には予め先穴（取り付け穴）１４が空けられており、先穴１４の内径は、ねじ部５の外径Ｄ３及びボス部７の外径Ｄ４よりも僅かに大きい寸法になっている（換言すると、ドリルねじにおけるねじ部５の外径Ｄ３及びボス部７の外径Ｄ４は先穴１４の内径より僅かに小径になっている。）。
【００３６】
木製部材１３には下穴を空けておく必要はなく、金具１２を木製部材１３に重ねて、先穴１４の箇所からドリルねじの軸１を木製部材１３に進入させたらよい。進入初期にはドリル部３のみが木製部材１３に進入し、次いで、ねじ山４が木製部材１３に掛かると、ドリル部３による切削とねじ山４の進入とが同時に行われて、軸１は１回転当たり１ピッチＰずつ木製部材１３に進入していく。
【００３７】
そして、ボス部７が金具１２の先穴１４に嵌まり込んで頭部２が金具１２の表面に密着し、これによって締結が終了する。なお、図面では表示していないが、木製部材１３のうちねじ無し部６が進入している部分にはねじ山４の進入によって形成された雌ねじ溝が残っており、ねじ無し部６は雌ねじ溝を閉じるような状態で木製部材１３に強制的に進入していき、これにより、ねじ無し部６は木製部材１３にきっちりと嵌まり込んでいる。
【００３８】
そして、このねじ込み工程において、ねじ山４は山の角度θが４５度であって従来の角度（６０度）よりも小さいことと、ピッチＰが過度に小さくないことにより、ねじ込みに要するトルクを軽減できると共に木製部材１３の割れも抑制できる。本願出願人は、比較品として略同径のコーチスクリュー（予め木製部材１３に下穴を空けるもの）と本願発明品とについてねじ込みトルクを計測したが、本願発明品が従来品に比べてねじ込みトルクが８０％程度に抑制されることを確認できた。
【００３９】
また、先穴が空けられている鋼板が重なった木製部材１３にねじを打ち込んで、頭部の座面が鋼板に重なった状態でねじを強引に回転させ、どの程度のトルクで木製部材１３が破壊されてねじが空回りするかという試験を行ったが、本願発明品は従来品に比べて１．６倍程度の強度を有することが確認できた。また、せん断強度、引き抜き抵抗強度は従来品と同等であった。
【００４０】
図３では平頭タイプのドリルねじの使用例を示している。（Ａ）に示す例では、金具１２は外向き凸の突起部（リブ）１２ａを有していて、この突起部１２ａに先穴１４が空いている。（Ｂ）に示す例では、厚肉の鋼製部材（例えばＨ型鋼厚肉鋼板製当て板）１５を木製部材１３に締結することに使用している。更に、（Ｃ）に示す例では、板状の金具１２とパネル１６とを木製部材１３に共締めすることに使用している。
【００４１】
ところで、既述のとおり頭部２及びボス部７はヘッダーを用いた圧造によって加工されるが、金型の耐久性の問題から、ボス部７と頭部座面との連結部には隅肉状の丸み（アール）が付くのが普通であり、すると、ボス部７がワークの先穴にきっちり嵌まっていると、ワークのうち先穴の過度部がねじの丸みにつかえてワークの押さえが不完全になる問題が生じる可能性がある。この問題に対しては、図４に変形例として示すように、頭部２の座面に、ボス７の外周に連続する環状凹所１７を形成することで対処できる。
【００４２】
すなわち図４のように環状凹所１７を形成すると、環状凹所１７の底部の断面形状が丸みを帯びていても、ボス部７のうち頭部２の座面から露出した部分を完全なストレートに形成できるため、ボス部７がワーク１２の先穴１４ときっちり嵌合していても、頭部２及びボス部７の加工の容易性を損なうことなく、頭部２の座面をワーク１２に密着させることができるのである。いうまでもないが、頭部２の座面に環状凹所１７を形成すること、図１（Ｃ）（Ｄ）のタイプのねじにも適用できる。
【００４３】
(3).その他
本願発明は上記の実施形態の他にも具体化できる。例えば頭部の形状やドリル部の形状（或いは長さ）は、用途や相手材の材質に応じて任意に変更できる。また、ドリル部とねじ部との間に丸棒状のねじ無し部を形成したり、逆に、ねじ山の始端をドリル部に位置させるといったことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ドリルねじの構造を示す図である。
【図２】ドリルねじの用途の例を示す図である。
【図３】ドリルねじの用途の例を示す図である。
【図４】変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  軸
２  頭部
３  ドリル部
４  ねじ山
５  ねじ部
６  ねじ無し部
７  ボス部
８  テーパ部
９  ねじ山の仮想底辺
１２  ワークの一例としての金具
１３  木質系部材の一例としての木製部材
【図１】
0004684169.tif 000002
【図２】
0004684169.tif 000003
【図３】
0004684169.tif 000004
【図４】
0004684169.tif 000005