(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮圧入留め具装置であって、
シャンク軸に沿って第一端と第二端との間に延びるシャンクと、
前記シャンクの前記第二端に配置され、前記シャンク軸に略直交する横断面内で前記シャンクの前記第二端から外側に延びヘッド周縁部を形成するヘッドとを備え、
前記ヘッドは、前記シャンクの前記第二端に隣接する前面と、前記前面の反対側の後面とを有し、前記ヘッドの前記前面は、基板材料の第一面に当たるよう配置され、前記シャンクの前記第二端と前記ヘッド周縁部との間に延びる露出領域を備え、
前記ヘッドの前記前面は前記シャンクと前記ヘッド周縁部との間に配置されたレリーフ部を有し、前記レリーフ部は前記シャンクの前記第二端の周囲に連続して延び、前記ヘッドの前記前面で開口して、前記ヘッドの前記前面の前記露出領域が前記基板材料の前記第一面に当たる際に前記基板材料の一部を収容する凹部であり、
前記レリーフ部は、前記ヘッド周縁部から内側に離隔され、前記レリーフ部と前記ヘッド周縁部との間に配置される軸受面を形成し、
前記軸受面は前記横断面と略平行であり、かつ前記シャンク軸と略直交する基準平面を形成し、前記ヘッドの前記後面は、前記基準平面の一方側に配置され、前記シャンクの前記第一端は前記基準平面の他方側に配置され、
前記レリーフ部は、前記シャンクの前記第二端から外側に延びる収束面と、前記収束面から前記軸受面に向けて外側に延びる発散面とを備え、
前記ヘッドは、第一接触位置と第二接触位置との間で移動可能とされ、前記軸受面の前記基準平面は前記第一接触位置において前記基板材料の前記第一面と面一であり、前記第二接触位置において前記ヘッドの少なくとも一部が前記基板材料内に埋設され、
前記軸受面は、前記軸受面及び前記ヘッド周縁部の間に配置される外遷移径と、前記軸受面及び前記発散面との間に配置される内遷移径と、の間に延び、前記外遷移径と前記内遷移径は、前記ヘッド周縁部、前記軸受面及び前記レリーフ部の間になだらかな遷移をもたらし、前記ヘッドが前記第一接触位置から前記第二接触位置に移動する際に、前記基板材料の前記第一面の表面繊維が切断されるのを防ぐ
ことを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮圧入留め具装置において、
前記ヘッドは、前記ヘッドが前記第一接触位置から前記第二接触位置に移動する際に変形に耐える剛性材料からなり、前記ヘッドの剛性材料は前記基板材料よりも硬いことを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項３】
請求項２に記載の圧縮圧入留め具装置であって、
前記ヘッドの剛性材料は、モース硬度で３．５以上の硬度を有することを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項４】
請求項２に記載の圧縮圧入留め具装置であって、
前記基板材料は固体材料であり、平面板状またはシート状形状を有することを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項５】
請求項１に記載の圧縮圧入留め具装置であって、
前記軸受面は、前記ヘッドが前記第一接触位置から前記第二接触位置に移動する際に前記基板材料に第一力を加えて前記軸受面に隣接する前記基板材料に密圧縮基板領域を形成し、
前記レリーフ部の前記収束面及び前記発散面は、前記ヘッドが前記第一接触位置から前記第二接触位置に移動する際に、前記収束面の法線に沿った力及び前記発散面の法線に沿った力を前記基板材料に加え、前記収束面と前記発散面とに隣接する前記基板材料を横方向に変位させて圧縮し、前記レリーフ部によって収容される前記基板材料の一部を形成することを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項６】
請求項１に記載の圧縮圧入留め具装置であって、
前記発散面は、前記ヘッドの前記後面が位置する前記基準平面の一方側に配置される第一位置において前記シャンク軸と第一鋭角で交差する発散面基準線を形成することを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項７】
請求項６に記載の圧縮圧入留め具装置であって、
前記収束面は、前記シャンクの前記第一端が位置する前記基準平面の他方側に配置される第二位置において前記シャンク軸と第二鋭角で交差する収束面基準線を形成し、前記第一鋭角は前記第二鋭角よりも大きいことを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項８】
請求項１に記載の圧縮圧入留め具装置であって、
前記レリーフ部の前記収束面と前記発散面とは、前記基準平面と前記ヘッドの前記後面との間に配置される頂点で互いに接することを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項９】
請求項１に記載の圧縮圧入留め具装置において、
前記収束面は前記シャンクの前記第二端において、円錐台形状を形成することを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の圧縮圧入留め具装置において、
前記収束面は一連の段差を有することを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の圧縮圧入留め具装置において、
前記収束面は一つ以上の歯を有することを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の圧縮圧入留め具装置において、
前記シャンクと前記ヘッドとは一体構造の一体化された一部であることを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の圧縮圧入留め具装置において、
前記ヘッドは前記レリーフ部と前記ヘッド周縁部とを含む第一ヘッド部と、前記シャンクと一体の第二ヘッド部とを有し、前記第一ヘッド部及び前記第二ヘッド部は別個の部材であり、前記第一ヘッド部は前記第一ヘッド部を完全に貫通して前記シャンクが挿通される貫通孔と、前記貫通孔の周りに周方向に延び前記第二ヘッド部と前記第一ヘッド部とが面一となるよう前記第二ヘッド部を収容するカウンタボアとを備え、前記第一ヘッド部と前記第二ヘッド部とが合わせて前記ヘッドの前記後面を形成することを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項１４】
基板材料の第一面から前記基板材料内に延びる留め具と係合する圧縮圧入留め具装置であって、
横断面内で外側に延びてヘッド周縁部を形成し、前面と前記前面と反対側の後面とを有するヘッドを備え、
前記ヘッドは前記後面から前記前面に延びて前記留め具が挿通される貫通孔を有し、
前記ヘッドの前記前面は前記基板材料の前記第一面に当たるよう配置される露出領域を含み、前記露出領域は前記貫通孔と前記ヘッド周縁部との間に延び、
前記ヘッドの前記前面は前記貫通孔と前記ヘッド周縁部との間に配置されたレリーフ部を有し、前記レリーフ部は前記貫通孔の周囲に連続して延び、前記ヘッドの前記前面で開口して、前記ヘッドの前記前面の前記露出領域が前記基板材料の前記第一面に当たる際に前記基板材料の一部を収容する凹部であり、
前記レリーフ部は、前記貫通孔から一定角度で外側に延びて前記貫通孔の周囲に延びる円錐台構造を形成する収束面と、前記収束面から前記ヘッド周縁部に向けて外側に延びる発散面とを有し、
前記レリーフ部は、前記ヘッド周縁部から内側に離隔され、前記レリーフ部の前記発散面と前記ヘッド周縁部との間に配置される軸受面を形成し、
前記軸受面は、前記横断面に略平行な基準平面を形成する平面リング状形状を有し、前記ヘッドの前記後面は、前記基準平面の一方側に配置され、
前記ヘッドは、第一接触位置と第二接触位置との間で移動可能とされ、前記軸受面の前記基準平面は前記第一接触位置において前記基板材料の前記第一面と面一であり、前記第二接触位置において前記ヘッドの少なくとも一部が前記基板材料内に埋設され、
前記軸受面は、前記軸受面と前記ヘッド周縁部との間に配置される外遷移径と前記軸受面と前記レリーフ部の前記発散面との間に配置される内遷移径との間に延び、前記外遷移径と前記内遷移径は、前記ヘッド周縁部、前記軸受面及び前記レリーフ部の間になだらかな遷移をもたらし、前記ヘッドが前記第一接触位置から前記第二接触位置に移動する際に、前記基板材料の前記第一面の表面繊維が切断されるのを防ぐ
ことを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の圧縮圧入留め具装置であって、
前記収束面は、前記貫通孔に隣接して配置された第一終点と前記発散面に隣接して配置された第二終点との間に延び、前記第二終点は前記ヘッドの前記後面が位置する前記基準平面の一方側に配置され、前記第一終点は前記基準平面の他方側に配置されることを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の圧縮圧入留め具装置において、
前記貫通孔、前記収束面、前記発散面、前記軸受面、および前記ヘッド周縁部は、前記貫通孔から外側に前記横断面に沿って前記ヘッド周縁部に向けて、順に、かつ同心円状に配置されることを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項１７】
基板材料の第一面に挿入される圧縮圧入留め具装置であって、
シャンク軸に沿って直線的に第一端と第二端との間に延びるシャンクと、
前記シャンクの前記第二端に配置され、前記シャンク軸に略直交する横断面内で前記シャンクの前記第二端から外側に延びヘッド周縁部を形成するヘッドと、を備え、
前記ヘッドは、前記シャンクの前記第二端に隣接する前面と、前記前面の反対側の後面とを有し、前記ヘッドの前記前面は、前記基板材料の前記第一面に当たるよう配置される露出領域と、前記シャンクの前記第二端が前記ヘッドの前記前面に接するシャンク領域とを備え、
前記ヘッドは前記シャンクの前記第二端に対してオフセットされ、
前記ヘッドの前記前面は、前記露出領域において前記ヘッド周縁部から前記シャンク領域までの間に配置されたレリーフ部を有し、前記レリーフ部は前記ヘッドの前記前面で開口して、前記ヘッドの前記前面の前記露出領域が前記基板材料の前記第一面に当たる際に前記基板材料の一部を収容する凹部であり、
前記レリーフ部は、前記ヘッド周縁部から内側に離隔され、前記レリーフ部と前記ヘッド周縁部との間に配置される軸受面を形成し、
前記軸受面は、前記横断面と略平行であり、かつ前記シャンク軸と略直交する基準平面を形成し、前記ヘッドの前記後面は、前記基準平面の一方側に配置され、前記シャンクの前記第一端は前記基準平面の他方側に配置され、
前記レリーフ部は、前記シャンクの前記第二端から外側に延びる収束面と、前記収束面から前記軸受面に向けて外側に延びる発散面とを備え、
前記ヘッドは、第一接触位置と第二接触位置との間で移動可能とされ、前記軸受面の前記基準平面は前記第一接触位置において前記基板材料の前記第一面と面一であり、前記第二接触位置において前記ヘッドの少なくとも一部が前記基板材料内に埋設され、
前記軸受面は、前記軸受面及び前記ヘッド周縁部の間に配置される外遷移径と、前記軸受面及び前記発散面との間に配置される内遷移径と、の間に延び、前記外遷移径と前記内遷移径は、前記ヘッド周縁部、前記軸受面及び前記レリーフ部の間になだらかな遷移をもたらし、前記ヘッドが前記第一接触位置から前記第二接触位置に移動する際に、前記基板材料の前記第一面の表面繊維が切断されるのを防ぐ
ことを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の圧縮圧入留め具装置であって、
前記ヘッドは、前記ヘッド周縁部に対して前記ヘッドの中央に位置する中点を有し、前
記中点は前記横断面内で前記シャンク軸から横方向にオフセット距離だけ離隔配置されることを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の圧縮圧入留め具装置であって、
前記ヘッドは前記シャンクの前記第二端が前記ヘッドと交わる位置の基端と、前記基端と反対側の先端とを有し、前記レリーフ部は前記シャンクから前記ヘッドの前記先端に延び、前記ヘッドは前記横断面内で前記ヘッドの前記基端と前記先端との間に延びる横軸を形成し、前記中点は前記横軸に沿って配置されることを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の圧縮圧入留め具装置において、
前記レリーフ部は前記シャンクと前記ヘッドの前記基端との間には延びないことを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載の圧縮圧入留め具装置であって、
前記ヘッドは前記横軸と平行に測定されるヘッド長と前記横軸と直交して測定されるヘッド幅とを有し、前記ヘッドは、前記ヘッド長が前記ヘッド幅よりも大きくなるよう前記横軸に沿って長手状とされることを特徴とする圧縮圧入留め具装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１５年６月１０日に出願されたアメリカ特許出願番号１４／７３５，９２０の優先権を主張し、また２０１４年６月１０日に出願されたアメリカ仮出願番号６２／０１０，１６３および２０１５年１月２７日に出願されたアメリカ仮出願番号６２／１０８，２５９の利益をも主張する。本願は、２０１５年６月１０日に出願されたアメリカ出願番号１４／７３５，９３４にも関連する。上記出願の開示事項全体がここに援用される。
【０００２】
本願開示事項は、全体として留め具に関する。例示的に、かつこれに限られないが、このような留め具は複数の建築部材を互いに固定するために建設産業で利用可能である。
【背景技術】
【０００３】
本セクションは、必ずしも先行する技術ではない本願開示事項に関連する背景技術情報を提示するものである。
【０００４】
釘状留め具は数千年にわたって用いられている。いくつかの考古学的証拠が示すところでは、釘状留め具はメソポタミアで紀元前３５００年の昔から用いられている可能性がある。初期の釘は、鍛造されるか、ハンマーで形作られていた。数千年の後、１５００年代に、鉄片から「無頭釘（ｃｕｔ−ｎａｉｌ）」留め具を製造する機械が開発された。１８００年代中頃まで、金属ワイヤから釘状留め具を製造する機械および方法は開発されなかった。今日の釘状留め具の多くは、なお、金属ワイヤ形成工程を用いる機械、方法および技術によって製造される。
【０００５】
アメリカ革命の初期、イギリスは世界の釘製造者のリーダーという栄誉を保持していた。当時、アメリカ植民地には、商業スケールでの釘製造は、実質的に行われていなかった。結果として、多くの植民地の家庭は、炉の火を道具とする単純な釘製造方法を編み出した。入植者は、自らのため、また他の製品およびサービスと物々交換するために釘を製造した。アメリカ合衆国内で最初にワイヤ釘の製造が広まったのは、ノルウェーからの鉄製ワイヤを用いての１８７７−１８７９年のことであった。ワイヤ釘は、これらがアメリカ合衆国の建設市場に導入される前に、ノルウェーで長い年月用いられていた。早くとも１８８４年に行われた、マサチューセッツ州ウォータータウンでのウォータータウンアーセナル社により行われた試験により、鉄製ワイヤ釘と比べて無頭釘が優れた引抜抵抗を有することがわかった。しかし、ワイヤ釘は無頭釘よりもはるかに低コストで製造可能であったことから、建設業界はワイヤ釘を用い、無頭釘を避ける傾向にあった。１３０年以上経った現在、２０００種類を超える釘状留め具が今日では製造されている。
【０００６】
釘状留め具は数多くの目的で用いられ、多くの種類の材料および／または用途に用いるよう設計される。用途の一つはツーバイフォー建築（ｗｏｏｄ  ｆｒａｍｅ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）産業におけるものであり、そこでは釘状留め具は木材および／または木質材料を互いに留めるのに用いられる。一般に、建設産業では、木材および／または木質材料からなる構造基板部材を用いて多くの住居用および／または商業用構造を作る。この木材および／または木質基板材料には、木材および／木質基板材料を互いに、又は他の建設部材に保持および／または連結するのに用いられる留め具装置が挿通される。釘、ねじおよびボルトといった従来の留め具は、およそ、長手方向に延びるシャンクと、シャンクの端部から径方向に延びるヘッドとを有する。
【０００７】
標準的な釘の多くはばらばらであり、これにより手で打ち込むのが容易となるが、他の多くの釘は、何らかの形で結束され（ｃｏｌｌａｔｅ）、または螺旋状に巻かれて、電動工具を用いるのを容易とする。同様に、ねじも手で、および／または電動工具を用いる用途に利用可能である。通常、ボルト状留め具は、手でまたは電動システムの補助を受けて最終トルクを加えながら取り付けられる。留め具の保持および把持力を補助するため、多くの機構が釘、ねじおよびボルトのシャンクに設けられる。釘状留め具のシャンクに適用される機構の例としては、いくつか挙げるだけでも、特殊コーティング、螺旋状ねじれ部、リングシャンク（ｒｉｎｇ  ｓｈａｎｋ）、こぶ、返し、リブおよびスプラインがある。釘状および／またはねじ状留め具のいくつかは、同じシャンク上に複数のシャンク機構を組み合わせて有する。同様に、ねじ状およびボルト状シャンクは、いくつか挙げるだけでも、数多くの異なるねじパターン、連続ねじ、不連続ねじ、単一ひだ、複数ひだ、特殊コーティング、および同じシャンク上のねじパターンの組み合わせを有する。数多くのバリエーションがあるものの、住居用および商業用建築物で木材および／または木質材料を接続および／または保持するのに用いられる留め具のヘッドの多くは比較的小さなサイズである。さらに、多くの従来型留め具のヘッドは、基板材料の表面繊維を切断および／または破断しないように設計され製造される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の留め具が従来の木材および／または木質材の基板材料に設置されると、基板材料と留め具との間に綱引きのような結果が生じる。例えば、従来のツーバイフォー建築物の基板材料の合板ルーフデッキは、釘を使って木材の垂木枠材基板材料に留められる。強風にさらされやすい海岸地域付近の多くでは、安全な使用荷重設計を実現するため、建築法により、所定のパターンと間隔とを有する少なくとも８ｄの釘を用いなくてはならない。このシナリオでの綱引きは、強風下で、ルーフデッキの基板材料が木材垂木枠材基板材料からはがれ、分離する力を受けるときに現れる。実際上、ルーフデッキの基板材料を、木材垂木基板材料と一体に維持する唯一の存在は釘である。釘のシャンクは、木材垂木基板材料から抜けないようにしなくてはならないのと同時に、釘のヘッドはルーフデッキの基板材料を貫通しないようにしなくてはならない。
【０００９】
貫通と引抜の綱引き中で最も弱いリンクが最初に壊れることになり、したがって３つの破壊態様の一つが生じる。第１の態様では、釘のシャンクが木材垂木基板材料から引き抜かれ、釘のヘッドがルーフデッキの基板材料に埋設されたままとなる（すなわち、ルーフデッキの基板材料が釘と一緒に木材垂木基板材料から離れる）。第２の態様では、釘のヘッドがルーフデッキの基板材料を貫通し、釘のシャンクは木材垂木基板に埋設されたままとなる（すなわち、釘が木材垂木基板材料中に残った状態で、ルーフデッキの基板材料が木材垂木基板材料から離れる）。第３の態様は、第１および第２の態様より稀であるが、ヘッドまたはシャンクが、破断、屈曲又は剪断により破壊される留め具破壊である。これら３つの破壊態様のいずれかが生じた場合、木材ルーフデッキ基板材料が剥がれることで、建築物が甚大な損害を被りおよび財産損失が生じることになる。
【００１０】
ＮＴＡ  Ｉｎｃ．により行われた独立第三者実験室試験により、一般的に使われる釘は、打ち込まれた後二日以内にその初期引抜抵抗の半分を失うことが実証されている。その後、約一月後には、基板材料の木材繊維が釘と結合してその引抜抵抗が増加するものの、最終的な引抜抵抗はやはり初期抵抗よりも著しく小さい。
【００１１】
返し、リングシャンク、螺旋およびひだ等のシャンク機構は、基板材料が環境条件にさらされて、長期間にわたり木材基板繊維が乾燥して収縮することにより、著しく引抜抵抗を失うことが示されている。加えて、返し、リングシャンク、螺旋及びひだ等のシャンク機構は、構造に吹き当たる強風、トルネードが移動する際に生じる振動活動及び自身及び地滑りによる振動活動により生じる振動に釘及び基板材料がさらされる際に、著しく引抜抵抗を失うことも示されている。
【００１２】
釘状留め具の例としては、Ｊ．Ｆ．Ｔｈａｙｅｒに１８８８年８月７日に発行されたアメリカ特許番号３８７，３８０  「平坦先端釘又は鋲」、Ｋｒａｅｍｅｒに１９３７年９月２１日に発行されたアメリカ特許番号２，０９３，６１０  「釘」、及びＳｃｈｎｉｅｄｅｒｍｅｉｅｒに１９９０年６月１２日に発行されたアメリカ特許番号４，９３２，８２０  「シャンクに沿って異なる保持性能を有する釘」がある。これら特許に記載される留め具の一つの問題点は、ヘッドが木材および／または木質基板材料の表面繊維を容易に切断および／または破断することである。この種の留め具の別の重大な問題点は、留め具の貫通抵抗（ｐｕｌｌ−ｔｈｒｏｕｇｈ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が基板材料の厚みに比例して増加しないことである。ＮＴＡ  Ｉｎｃ．による独立第三者試験により、基板材料の厚みの増加に伴うこれらの留め具の貫通抵抗は、より少ない割合で増加することが判明している。
【００１３】
建設業界の中には、留め具のヘッドの下に平ワッシャを用いて留め具の有効軸受面を拡大するよう工夫している人もいる。ワッシャ型の装置を用いることで軸受面は増加するものの、これにより留め具のヘッドの相対厚みも増加することとなり、基板材料の表面からヘッドが突出することとなる。留め具とワッシャの組み合わせが基板材料の表面と面一になるまで打ち込まれる場合、基板材料は切断され、傷つけられ、および／または損傷して、さらに変形してその後に構造的一体性を失うことになりやすい。
【００１４】
ワッシャ状装置と組み合わせた釘状留め具の例は、Ｈ．  Ｍａｚｅに１９４１年９月１６日に発行されたアメリカ特許番号２，２５６，４０１  「留め具」、Ｗｈｉｔｍａｎに１９８９年８月２９日に発行されたアメリカ特許番号４，８６０，５１３  「屋根葺き留め具」、及びＭｅｙｅｒに１９８９年１２月５日に発行されたアメリカ特許番号４，８８４，９３２  「デッキ用防振留め具（Ｄｅｃｋｉｎｇ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ  Ｆａｓｔｅｎｅｒ）」がある。これらの特許に開示された留め具の問題点の一つとして、ワッシャ状装置は木材および／または木質材料基板の表面繊維の切断および／または破断を防止するようには設計されていないことが挙げられる。釘のヘッドが木材基板の表面繊維を破断するのと同様、ワッシャ状装置も、釘ヘッド径よりもより大きな径で木材基板の表面繊維を破断する。
【００１５】
留め具の有効軸受面を増大させるために拡径ヘッドを有する釘を開発した人は他にもいる。例えば、Ｓｕｔｔ，Ｊｒに２００４年７月６日に発行されたアメリカ特許番号６，７５８，０１８  「拡径ヘッドを有し保持力を向上した動力打ち込み釘、及び方法（Ｐｏｗｅｒ  Ｄｒｉｖｅｎ  Ｎａｉｌｓ  Ｆｏｒ  Ｓｈｅａｔｈｉｎｇ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｅｎｌａｒｇｅｄ  Ｄｉａｍｅｔｅｒ  Ｈｅａｄｓ  Ｆｏｒ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ）」は、ヘッドの大きさとシャンクの大きさとが特定の比率であることを要件とする拡径ヘッドを有する留め具を開示する。この比率によって特定される拡径ヘッドにより、一般に用いられる釘と比較して大きな貫通抵抗が得られる。「Ｈｕｒｒｉｑｕａｋｅ」というブランドで市販される留め具は、この特許の派生商品である。試験の結果、この種の留め具は、従来のより小さな大きさのヘッドと比較してより大きな貫通抵抗を示すことがわかっている。しかし、中規模にすぎない強風の破壊力にさらされたとき、このような留め具によって実現される保持力のわずかな改善は、基本的に効果がなく、やはり貫通（ｐｕｌｌ−ｔｈｒｏｕｇｈ）が生じ、また構造的一体性が失われることになる。この結果、カテゴリー５のハリケーンおよび／またはＥＦ−５のトルネード事象に伴うより大きな風荷重により、このような留め具の利点は容易に覆される。この設計の問題点の一つは、釘ヘッドの幾何学形状が比較的平坦かつ平面的なことである。したがって、留め具のシャンクと比較したときの拡径ヘッドの大きさの利点は、ヘッド設計の幾何学形状のもたらす生来的な有害作用（ｄｅｔｒｉｍｅｎｔａｌ  ｂｅｎｅｆｉｔ）のため限定される。具体的に、拡径ヘッド釘は、いくつかの重大な破壊態様を含むことが示されている。一つの破壊態様は、貫通力（ｐｕｌｌ−ｔｈｒｏｕｇｈ  ｆｏｒｃｅｓ）が加えられる前に、釘を最初にセットした時点から、木材基板材料の表面繊維が破断し、分断されることで生じる。別の破壊態様は、強風により裏返った傘のように、基板材料を貫通した後、釘の拡径ヘッドが著しく変形してぐらつくことで起こる。テスト中に見られたさらに別の重大な問題点は、様々な厚みの基板材料でテストした釘の対応する貫通抵抗が、基板の増加した厚みと等価でないことであった。すなわち、拡径ヘッドを設けたにも関わらず、独立第三者試験では、基板の厚みが増加しても、この種の釘の貫通抵抗には対応する貫通抵抗の増加が見られないことが判明している。
【００１６】
したがって、釘状留め具、ねじ状留め具及びボルト状留め具の貫通抵抗を増大させる、より優れた留め具ヘッド設計が、なお求められる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本セクションは、開示事項の概括的要約を示すものであり、その全体の範囲ないし全ての特徴を包括的に開示するものではない。
【００１８】
本願開示の一つの側面によれば、シャンクとヘッドとを有する圧縮圧入留め具装置が設けられる。このシャンクはシャンク軸に沿って第一端と第二端との間で延びる。ヘッドはシャンクの第二端に設けられる。ヘッドは、横断面内で、およそシャンクの第二端から外側に延出してヘッド周縁部を形成する。この横断面はシャンク軸と略直交する。ヘッドはシャンクの第二端に隣接する前面と、前面と反対側の後面とを有する。ヘッドの前面は、基板材料の第一面に当たるよう配置される露出領域を有する。この露出領域は、シャンクの第二端とヘッド周縁部との間に延びる。ヘッドの前面は、シャンクとヘッド周縁部との間に配置されるレリーフ部をも備える。レリーフ部は、シャンクの第二端の周囲に連続して延びる凹部である。レリーフ部はヘッドの前面で開口し、ヘッドの前面の露出領域が基板材料の第一面に当たった時に、レリーフ部が基板材料の一部を収容する。
【００１９】
本願開示の別の側面によれば、ヘッドはヘッドの後面からヘッドの前面に延びる貫通孔を備える。この貫通孔は、例えば留め具のシャンクのような留め具を収容するために設けられる。この構成によれば、露出領域は貫通孔とヘッド周縁部との間に延びる。したがって、ヘッドの前面のレリーフ部は、貫通孔とヘッド周縁部との間にも配置され、貫通孔の周囲に連続して延びる。また、レリーフ部はヘッドの前面で開口し、ヘッドの前面の露出領域が基板材料の第一面に当たった時に、基板材料の一部を収容する凹部である。このヘッドの前面のレリーフ部は、収束面と発散面とを有する。収束面は貫通孔から一定の角度で外側に延び、貫通孔の周囲に延びる円錐台構造を形成する。一方、発散面は収束面から外側にヘッド周縁部に向けて延びる。
【００２０】
本願開示事項のさらに別の一側面によれば、シャンクは第一及び第二端の間でシャンク軸に沿って直線的に延びる。ヘッドの前面は、露出領域とシャンク領域とを有する。露出領域は基板材料の第一面と当接するように設けられる。シャンク領域は、シャンクの第二端がヘッドの前面と接する前面の領域を表す。この構成によれば、ヘッドはシャンクの第二端に対してオフセットされる。ヘッドの前面のレリーフ部は、このようにシャンクの一方側に配置される。また、レリーフ部はヘッドの前面で開口し、ヘッドの前面の露出領域が基板材料の第一面に当たった時に、基板材料の一部を収容する凹部である。
【００２１】
したがって、本明細書に記載される留め具装置は、数多くの利点を示し、従来の留め具の問題点を克服する。第一に、本明細書に記載される留め具ヘッドの設計により、従来の小ヘッド留め具と比べて、実質的に優れた保持性能並びに優れた貫通抵抗が得られる。加えて、本願の留め具装置は、比較的小さなヘッドの留め具の有効軸受面を拡げるのみの通常のワッシャ状部材を用いる場合の問題点を克服する。本明細書に記載される留め具装置のレリーフ部は、レリーフ部の収束面及び発散面に隣接して配置される基板材料の領域を横方向に変位させ圧縮するように機能する。これにより、ヘッドが基板材料の第一面に当接した時にレリーフ部によって収容される基板材料の一部が形成される。この圧縮された基板材料の一部は、貫通破壊に対してより耐久力があり（すなわち、基板材料の表面繊維が切断／破断に対してより耐久力を有するようになり）、これによりヘッドの有効性が増す。言い換えれば、このレリーフ部によりヘッドに隣接する基板材料の強度が実際に増加し、貫通に抗することになる。第二に、得られるヘッドの形状は、薄い均一な厚みを持ち略平面形状である拡径ヘッド留め具及び通常のワッシャ状部材よりも変形に対して耐久性がある。したがって、拡径ヘッドおよび／またはワッシャ状部材が基板材料を貫通した後に傘のように裏返る留め具で生じる破壊態様は、実質的に解消される。第三に、開示された留め具の貫通抵抗は、基板材料の厚みが増加すると大幅に増加する。試験により、このレベルの留め具性能は、上述の小ヘッド留め具、拡径ヘッド留め具または通常のワッシャ状部材を有する留め具によっては実現されないことが示されている。有利なことに、本明細書に記載される開示事項は、釘状留め具、ねじ状留め具及びボルト状留め具を含む広い範囲の異なる留め具の種類に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明のその他の利点は、添付の図面と合わせて以下の詳細な説明を参照することにより、容易に理解されるであろう。これらの図面は以下を示す。
【図１】本願開示事項にしたがって構成される、平滑シャンクを有する例示的な圧縮圧入留め具装置の斜視側面図である。
【図２】本願開示事項にしたがって構成される、ねじ付シャンクを有する別の例示的な圧縮圧入留め具装置の斜視側面図である。
【図３】線３−３に沿った図１に示される例示的圧縮圧入留め具装置の底面断面図である。
【図４】線４−４に沿った図１に示される例示的圧縮圧入留め具装置の一部の側面断面図である。
【図５】図４に示される例示的圧縮圧入留め具装置の一部の別の側面断面図であって、さらにこの例示的圧縮圧入留め具装置の形状を示す参考線を含むものである。
【図６】図４に示される例示的圧縮圧入留め具装置の一部の別の側面断面図であって、この例示的圧縮圧入留め具装置が基板材料内に延びて第一接触位置を形成することを示す。
【図７】図４に示される例示的圧縮圧入留め具装置の一部の別の側面断面図であって、この例示的圧縮圧入留め具装置が基板材料内に延びて中間接触位置を形成することを示す。
【図８】図４に示される例示的圧縮圧入留め具装置の一部の別の側面断面図であって、この例示的圧縮圧入留め具装置が基板材料内に延びて第二接触位置を形成することを示す。
【図９】本願開示事項にしたがって構成される、一連の段差を有する収束面を含む別の例示的な圧縮圧入留め具装置の一部の側面断面図である。
【図１０】本願開示事項にしたがって構成される、一つ以上の歯を有する収束面を含む別の例示的な圧縮圧入留め具装置の一部の側面断面図である。
【図１１】本願開示事項にしたがって構成される、第一ヘッド部、第二ヘッド部及びリブ付シャンクを有する別の例示的な圧縮圧入留め具装置の斜視側面図である。
【図１２】線１２−１２に沿った図１１に示される例示的圧縮圧入留め具装置の側面断面図である。
【図１３】図１２に示される例示的圧縮圧入留め具装置の第二ヘッド部の側面断面図である。
【図１４】本願開示事項にしたがって構成される、第二ヘッド部が一つ以上の歯を有する収束面を含む別の例示的な圧縮圧入留め具装置の第二ヘッド部の側面断面図である。
【図１５】本願開示事項にしたがって構成される、第一ヘッド部、第二ヘッド部及びねじ付シャンクを有する別の例示的な圧縮圧入留め具装置の斜視側面図である。
【図１６】線１６−１６に沿った図１５に示される例示的圧縮圧入留め具装置の側面断面図である。
【図１７】図１６に示される例示的圧縮圧入留め具装置の第二ヘッド部の側面断面図である。
【図１８】本願開示事項にしたがって構成される、第二ヘッド部が基板材料に埋設される別の例示的な圧縮圧入留め具装置の第二ヘッド部の斜視側面図である。
【図１９】図１８に示される例示的圧縮圧入留め具装置の第二ヘッド部の斜視側面図であって、この例示的圧縮圧入留め具装置を、第一ヘッド部、ねじ付シャンク、及びナットを第二ヘッド部及び基板材料との関連で示すものである。
【図２０】本願開示事項にしたがって構成される、オフセットヘッドを有する別の例示的な圧縮圧入留め具装置の斜視側面図である。
【図２１】線２１−２１に沿った図２０に示される例示的圧縮圧入留め具装置の側面断面図である。
【図２２】図２０に示される例示的圧縮圧入留め具装置のオフセットヘッドから見上げた底面図である。
【図２３】小ヘッド留め具と拡径ヘッド留め具で得られる貫通抵抗と、図１に示される例示的圧縮圧入留め具装置で得られる貫通抵抗とを比較したグラフ（ｐｌｏｔ）である。
【図２４】本願開示事項にしたがって構成される例示的な圧縮圧入留め具装置を用いる例示的方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図面を参照して圧縮圧入留め具装置２０を説明するが、図面を通じて同じ符号は対応する要素を示す。
【００２４】
例示的実施形態を、添付図面を参照してより十分に説明する。例示的実施形態を、本願開示を十全なものとし、当業者にその範囲を十分に伝えるよう示している。本願開示の実施形態の十全な理解を提供するため、具体的な構成要素、素子及び方法の例など、数多くの具体的詳細を記載している。当業者にとって、具体的な詳細を用いる必要はなく、例示的実施形態は多くの異なる形態で実装可能であり、また本願開示を限定するものと解釈すべきでないことは明らかであろう。いくつかの例示的実施形態において、公知の方法、公知の素子構造及び公知の技術は、詳細に記載されない。
【００２５】
本明細書中で用いられる用語は、具体的な例示的実施形態を記述することのみを目的とするものであり、限定的であることを意図しない。本明細書で使用される際、単数形は、明示されていない限り複数形も含むことを意図する。用語「備える」、「備えて」、「含んで」および「有して」は包括的であり、述べられた特徴、整数、工程、操作、要素、および／または部品の存在を特定する。しかし、１以上の特徴、整数、工程、操作、要素、部品および／または群の存在または追加を排除するものではない。本明細書で記載される方法工程、プロセスおよび操作は、実行順序として詳細に特定されない限り、必ずしも記載または図示された特定の順序で実行を要するものと解釈されるべきではない。追加工程または代替工程が用いられてもよいことも当然である。
【００２６】
要素または層が、他の要素または層「上に」ある、「に係合」、「に接続」または「に連結」すると記される場合、この要素または層は直接に他の要素または層上にあるか、係合、接続、または連結してもよい。または、介在要素または層があってもよい。一方、要素が、他の要素または層の「直接上に」ある、「に直接係合」、「に直接接続」または「に直接連結」すると記される場合、介在要素または層は存在しなくてよい。要素同士の関係を説明するのに使用される他の文言（例えば、「の間に」と「直接の間に」、「隣接して」と「直接隣接して」など）は、同様に解釈されるべきである。…本明細書で用いられる際、用語「および／または」は１以上の関連づけられたリスト項目の全ての組み合わせを含む。
【００２７】
第一、第二、第三等の用語が各種要素、部品、領域、層および／または切断面を説明するために本明細書で使用されるが、これらの要素、部品、領域、層および／または切断面はこれらの用語により限定されるものではない。これらの用語は、ある要素、部品、領域、層および／または切断面を他の領域、層または切断面から区別するためにのみ使用されてもよい。本明細書で使用される際の「第一」「第二」のような用語および他の数に関する用語は、文脈で明示されない限り、配列または順序を意味しない。したがって、下記で論じられる第一要素、部品、領域、層および／または切断面は、実施例の教示から逸脱することなく第二要素、部品、領域、層および／または切断面と称されることも可能である。
【００２８】
「インナー」、「アウター」、「真下に」、「下に」、「下側の」「上に」、「上部に」等のような空間的に相対的な用語が、図示する際、ある要素または特徴と他の要素または特徴との関係の記載を容易にするために、本明細書で使われてもよい。空間的に相対的な用語は、図示される向きに加えて、使用時または操作時における装置の異なる向きを包含するものとしてもよい。例えば、図の装置がひっくり返ると、他の要素または特徴の「下に」または「真下に」と記載される要素は、他の要素または特徴の「上に」置かれるだろう。このように、例示の用語「下に」は上と下両方への向きを包含することが可能である。装置は他方向に向いてもよく（９０度回転または他の向きに）、本明細書で使用される空間関連記述子はそのように解釈される。本明細書で用いられる「略平行」との用語は、記載される要素が正確に平行であるか、あるいはプラスマイナス５度の範囲の角度をもって配置されることを意味する。本明細書で用いられる「略直交」との用語は、記載される要素が正確に平行であるか、あるいは８５度以上９５度以下の範囲の角度をもって配置されることを意味する。
【００２９】
図１及び２に示されるように、圧縮圧入留め具装置２０は、釘状構造（図１）またはねじ状構造（図２）とすることができる。それぞれシャンク２２、ヘッド２４、及び先端２６を有する。なお、図示される例においては、シャンク２２、先端２６、及びヘッド２４は互いに一体化されて、一体構造を形成する。シャンク２２は、シャンク軸２８に沿って第一端３０と第二端３２との間で直線的に延びる。シャンク２２は、およそ第一及び第二端３０、３２の間に延びて、シャンク長３６を規定する外面３４を有する。他の形状とされても良いが、示される例では、シャンク２２の外面３４は円筒形状を有する。図３に示されるように、シャンク２２はシャンク幅３６がシャンク断面３８の径と等しくなるような円形形状であるシャンク断面３８を有しても良い。したがって、シャンク断面３８がシャンク軸２８に対して直交して延びることも理解される。
【００３０】
先端２６は、シャンク２２の第一端３０に設けられる。各種の先端形状が利用可能であるものの、図示された例では、先端２６はシャンク２２の第一端３０に隣接して配置される位置でのシャンク幅３６から、第一端３０から外側に離隔される位置の点４０まで先細り形状とされる。先端２６は、少なくとも二つの角度付側面４２を有する。図１及び２において、先端２６の半分のみが見え、図示される例では、全部で４つの角度付側面４２を有する。これら角度付側面４２は点４０で収束し、角度付側面４２のそれぞれは平面形状である。先端２６の点４０は、シャンク軸２８に沿って配置されても良い（すなわち、シャンク断面３８に対して中央に位置しても良い）。別の構成では、先端２６は円錐形状（図１２、１５及び１６）、または一つのみの角度付側面を有しても良い（図示略）。先端２６が一つのみの角度付側面を有する場合、点４０はシャンク軸２８に対して横方向にオフセットされても良い（図示略）。圧縮圧入留め具装置２０のシャンク２２は、先端２６なしで設けられ、シャンク２２が第一端３０で終結しても良い（図１９）。
【００３１】
図１−５に示されるように、ヘッド２４はシャンク２２の第二端３２に配置される。したがって、ヘッド２４はシャンク２２上に先端２６と反対側に配置される。ヘッド２４は、シャンク軸２８に略直交する横断面４６内でシャンク２２の第二端３２から外側に延びる。図１−５において、ヘッド２４はシャンク軸２８を中心とするが、ヘッド２４がシャンク軸２８に対してオフセットされる別の構成も可能である（図２０−２２）。ヘッド２４は横断面４６内で外側に延びるものの、ヘッド２４は平面状である必要はない。代わりに、横断面４６は、ヘッド２４を二分するようにヘッド２４に対して配置される。ヘッド２４はシャンク２２の第二端３２に隣接する前面４８と、前面４８と反対側の後面５０とを有する。ヘッド２４は、ヘッド２４の前面及び後面４８、５０との間でシャンク軸２８に平行に延びるヘッド厚５４を有する。図３に示されるように、ヘッド２４はシャンク軸２８に対して直交して延びるヘッド断面５６を有し、ヘッド断面５６はヘッド周縁部５８によって区画される。ヘッド断面５６は図１−５に示される例では円形形状を有する。しかし、ヘッド２４は様々な異なる形状及び大きさで形成可能である。限定的でない例として、ヘッド断面５６は、楕円、三角形、正方形、矩形、五角形または八角形の形状を有しても良い。ヘッド周縁部５８は、シャンク幅３６よりも大きなヘッド幅６０を規定する。ヘッド周縁部５８は、ヘッド２４の前面及び後面４８、５０の間でシャンク軸２８と略平行な方向に延びる。図１−５に示される例では、ヘッド周縁部５８は円筒形状を有する。これらの実施例に関わらず、ヘッド周縁部５８は円筒以外の形状を有しても良い（図１９）。
【００３２】
ヘッド２４の後面５０は、内面領域６２と外面領域６４とに分割されても良い。シャンク軸２８は内面領域６２と交差し、外面領域６４は内面領域６２の少なくとも一部を中心として延びる。図１−５に示される例では、ヘッド２４の後面５０の内面領域６２は横断面４６と略平行であり、したがってシャンク軸２８に略直交する。図１−５において、内面領域６２はさらにシャンク軸２８を中心とするが、他の構成も可能である（図２０−２２）。内面領域６２は、したがって工具と当接するよう構成される。これに対し、後面５０の外面領域６４は、ドーム形状を有する。
【００３３】
圧縮圧入留め具装置２０が図１に示されるように釘状の構造で形成される場合、工具は例えばハンマーである。一般に、このようなハンマーを振り下ろしてヘッド２４の後面５０の内面領域６２と接触させることで、先端２６及びその後にシャンク２２を基板材料６６に打ち込む（図６−８に図示）。圧縮圧入留め具装置２０がねじ状の構造で形成される場合、工具は例えばねじ回しである。したがって、圧縮圧入留め具装置２０のヘッド２４は、工具収容凹部６８を有しても良い（図２）。工具収容凹部６８は、後面５０の内面領域６２からシャンク２２の第二端３２に向けて、ヘッド２４内部に延びても良い。工具収容凹部６８の幾何学形状は、工具の一部を収容して、圧縮圧入留め具装置２０が工具によって回転駆動可能なように構成される。限定的でない例として、工具収容凹部６８は、平頭ヘッド工具部、フィリップスヘッド工具部、トルクスヘッド工具部、または六角ヘッド工具部、正方形ヘッド工具部、ポジドライブ（Ｐｏｚｉｄｒｉｖ）ヘッド工具部、ポリドライブ（Ｐｏｌｙｄｒｉｖｅ）ヘッド工具部などの工具部を収容するよう構成されても良い。ねじ状構造として圧縮圧入留め具装置２０が設けられる場合、圧縮圧入留め具装置２０はさらにシャンク２２の外面３４から外側に延びて基板材料６６と係合する（図６−８に図示）保持構造７０（図２に図示）を有する。限定的でない例として、保持構造７０は図２において、シャンク２２の外面３４の周囲に螺旋状に延びるねじとして図示される。したがって、保持構造７０（すなわち、ねじ）は、工具がヘッド２４とシャンク２２とを回転させるにつれて基板材料６６に切り込み、シャンク２２をシャンク軸２８に沿って基板材料６６に対して長手方向に動かす。
【００３４】
図３−８に示されるように、ヘッド２４の前面４８は、シャンク２２の外側の露出領域７２を含む。この露出領域７２は、基板材料６６の第一面７４（図６−８に図示）と接触するように構成される。ヘッド２４の前面４８は、シャンク２２とヘッド周縁部５８との間に配置されるレリーフ部７６を有する。レリーフ部７６は、ヘッド２４内で後面５０に向けて延び、凹形状を有する凹部である。したがって、レリーフ部７６の凹形状は、ヘッド２４の前面４８に開口する。レリーフ部７６は、シャンク２２の第二端３２の周囲に切れ目無く連続的に延びる。図３−８に示されるシャンク断面３８が円形の例では、レリーフ部７６は、シャンク２２の第二端３２を囲む。したがって、レリーフ部７６とヘッド２４の後面５０とは、ヘッド幅６０にわたってヘッド厚５４が可変なように構成されてもよい。レリーフ部７６は、ヘッド周縁部５８の内側に離隔されて軸受面７８を形成しても良い。したがって、軸受面７８はレリーフ部７６とヘッド周縁部５８との間に配置される。軸受面７８は、ヘッド２４の前面４８上の露出領域７２内に配置される。露出領域７２内にあることにより、軸受面７８は基板材料６６の第一面７４と接触するように構成される。他の形状とされても良いが、図３−８に示される軸受面７８は平面、リング状形状を有する。
【００３５】
軸受面７８は、横断面４６と略平行かつシャンク軸２８と略直交する基準平面８０を規定する。軸受面７８が平面状でありシャンク軸２８に直交する構成においては、基準平面８０は軸受面７８に沿って延びる。軸受面７８が非平面状でありシャンク軸２８に直交しない構成においては、基準平面８０は軸受面７８に接する（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）。言い換えれば、基準平面８０は後面５０の内面領域６２から最も遠い点（すなわち、シャンク２２の第一端３０に最も近い点）において軸受面７８と接触する。ヘッド２４の形状に応じて、軸受面７８によって規定される基準平面８０は、横断面４６と離隔されても良く、または横断面４６と同一の外延を有しても良い。上述したところに基づき、ヘッド２４の後面５０は、基準平面８０の一方側Ａに位置し、シャンク２２は基準平面８０の他方側Ｂに位置する。
【００３６】
図３−８に示されるように、軸受面７８は外遷移径８２と内遷移径８４との間に延びる。外遷移径８２は軸受面７８とヘッド周縁部５８との間に配置され、内遷移径８４は軸受面７８とレリーフ部７６との間に配置される。外遷移径８２と内遷移径８４とにより、ヘッド周縁部５８と、軸受面７８とレリーフ部７６との間のなだらかな遷移が形成される。したがって、外遷移径８２と内遷移径８４とは、軸受面７８が基板材料６６に進入する際、基板材料６６の第一面７４の表面繊維が切断されるのを防止するのを補助する。
【００３７】
図３に示されるように、軸受面７８は内遷移径８４に隣接する内側境界８６と外遷移径８２に隣接する外側境界８８とを有する。ヘッド２４の前面４８に沿って、軸受面７８は軸受面７８の内側及び外側境界８６、８８の間に延びる軸受面領域９０を形成する。ヘッド２４の前面４８に沿って、レリーフ部７６は軸受面７８の内側境界８６とシャンク２２の外面３４との間に延びるレリーフ部領域９２を形成する。断面において、シャンク２２はシャンク断面３８と同一の外延を有するシャンク領域９４を形成する。したがって、軸受面９０及びレリーフ部領域９２は、ヘッド２４の前面４８の露出領域７２内に含まれる。この図から、シャンク軸２８から径方向外側に向かう方向へ順に、シャンク２２の外面３４、レリーフ部７６、内遷移径８４、軸受面７８、外遷移径８２、及びヘッド周縁部５８が同心円状に配置されることがわかる。したがって、シャンク領域９４、レリーフ部領域９２、及び軸受面領域９０は、シャンク軸２８から径方向外側に向かう方向に、上記の順に同心円状に配置される。
【００３８】
図４及び５に示されるように、レリーフ部７６は収束面９６と発散面９８とを有する。収束面９６は、シャンク２２の第二端３２から外側に延びる。発散面９８は、収束面９６から軸受面７８に向けて外側に延びる。これらレリーフ部７６の収束及び発散面９６、９８は、レリーフ部７６の頂点１００で互いに接続される。頂点１００は基準平面８０とヘッド２４の後面との間に配置され、レリーフ部７６がヘッド２４の後面５０に最も近い位置（すなわち、レリーフ部７６がシャンク２２の第一端３０から最も遠い位置）に形成される。収束面９６は、第一終点１０２と第二終点１０４との間に延びて収束面基準線１０６を形成する。第一終点１０２はシャンク２２の第二端３２に沿って配置され、第二終点１０４はレリーフ部７６の頂点１００に配置される。発散面９８は、より具体的には収束面９６の第二終点１０４と内遷移径８４との間に延び、発散面基準線１０８を形成するものということができる。発散面基準線１０８は第一鋭角１１０で、ヘッド２４の後面５０が位置する基準平面８０の一方側Ａ上の第一位置１１２においてシャンク軸２８と交差する。収束面基準線１０６は、第二鋭角１１４で、シャンク２２が位置する基準平面８０の他方側Ｂ上に配置される第二位置１１６においてシャンク軸２８と交差する。収束面９６及び発散面９８について様々な形状が可能であるものの、図５に示される例においては、発散面基準線１０８とシャンク軸２８との間に形成される第一鋭角１１０は、収束基準線とシャンク軸２８との間に形成される第二鋭角１１４よりも大きい。
【００３９】
図１、２および６−８に示されるように、圧縮圧入留め具装置２０のシャンク２２、先端２６、及びヘッド２４は、第一接触位置（図６）と第二接触位置（図８）との間で同時に移動可能である。任意の数の中間位置を第一及び第二接触位置の間に規定することは可能であるが、中間位置の一つの例が図７に示される。第一及び第二接触位置の双方において、シャンク２２は基板材料６６の孔１１８中に配置され、先端２６とシャンク２２が第一面７４から基板材料６６に入り込む。基板材料６６中の孔１１８は、先端２６とシャンク２２とを基板材料６６中に挿入するのに先立って形成されても良く、あるいは先端２６とシャンク２２とが基板材料６６に進入して内部を移動する時に形成されても良い。図６に示される第一接触位置において、軸受面７８の基準平面８０は基板材料６６の第一面７４と同じ高さとなり、軸受面７８が基板材料６６の第一面７４と面一で接触する。したがって、ヘッド２４は、圧縮圧入留め具装置２０が第一接触位置にある時には、まだ基板材料６６内に進入していない。図７に示される中間位置において、ヘッド２４は部分的に基板材料６６内に進入し、軸受面７８の基準平面８０が基板材料６６の第一面７４の内部にある（例えば、シャンク軸２８が垂直方向に延びるように圧縮圧入留め具装置２０が配置される時、基準平面８０が基板材料６６の第一面７４の下にある）。図８に示される第二接触位置において、ヘッド２４は、完全に基板材料６６内に進入している。この位置において、ヘッド２４の後面５０の内面領域６２は基板材料６６の第一面７４と同じ高さとなり、ヘッド２４の後面５０の内面領域６２が基板材料６６の第一面７４と面一となる。
【００４０】
ヘッド２４は、圧縮圧入留め具装置２０のシャンク２２、先端２６およびヘッド２４が同時に第一接触位置から第二接触位置に移動する際に変形に抗する剛性材料１２０からなる。本明細書で用いられる「剛性」という用語は、ヘッド２４の基板材料６６に対する硬度を規定するものであり、ヘッド２４の剛性材料１２０は、基板材料６６よりも硬い。シャンク２２及び先端２６も剛性材料１２０から、あるいは異なる材質からなっても良い。基板材料６６は、液体、気体、ゲル、またはスラリーに対する意味で固体であり、板またはシートの幾何学形状を有する。基板材料６６は繊維材料であっても良く、木材または木質材料からなっても良い。例えば、基板材料６６は、材木、羽目板、合板、ファイバボード、及び配向性ストランドボードからなる群から選択されるものであって良い。この例によれば、ヘッド２４の剛性材料１２０は、挙げられた基板材料６６の硬度を超える、モース硬度で少なくとも３．５の硬度を有しても良い。より具体的に、ヘッド２４の剛性材料１２０は、モース硬度で３．５から６．５の範囲にあって良い。ヘッド２４を形成する剛性材料１２０の、より柔らかい基板材料６６に対する相対的な硬度により、基板材料６６は、ヘッド２４が基板材料６６内部に第二接触位置に向けて進入する際に、軸受面７８及びレリーフ部７６の収束面９６及び発散面９８によって破壊される（ｙｉｅｌｄｓ  ｔｏ）。後で詳細に説明するように、これにより、レリーフ部７６の収束面９６及び発散面９８に隣接する位置において基板材料６６が圧縮されて横方向に移動し、基板材料６６を強化して貫通抵抗を増大させる。
【００４１】
特に図７及び８に示されるように、圧縮圧入留め具装置２０は、この圧縮圧入留め具装置２０が第一接触位置から第二接触位置に移動するにつれて、複数の力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８を基板材料６６に加える。この複数の力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８は、法線方向の力であり、すなわちこれらが圧縮圧入留め具装置２０の各表面に対して直交する向きに作用する。圧縮圧入留め具装置２０が第一接触位置から第二接触位置に移動するにつれ、軸受面７８は第一力Ｆ１を基板材料６６に加えて、軸受面７８に隣接する基板材料６６に密圧縮基板Ｄの領域を形成する。したがって、基板材料６６の表面繊維の密度は、密圧縮基板Ｄの領域において増大する。図７に示されるように、第一力Ｆ１は、軸受面７８がシャンク軸２８と略直交する位置でシャンク軸２８に略平行な方向に加えられても良い。軸受面７８に隣接する基板材料６６の密圧縮基板Ｄの領域では、圧縮圧入留め具装置２０の貫通抵抗が増大する。軸受面７８のそれぞれの側に対し、内遷移径８４によって基板材料６６に第二力Ｆ２、外遷移径８２によって基板材料６６に第三力Ｆ３が発散方向に加えられる。レリーフ部７６の発散面９８は、基板材料６６に第四力Ｆ４を加え、レリーフ部７６の収束面９６は基板材料６６に第五力Ｆ５を加える。第四及び第五力Ｆ４、Ｆ５は、シャンク軸２８に対して斜めの収束方向に作用する。したがって、収束面９６及び発散面９８は、収束面９６及び発散面９８に隣接する位置において、基板材料６６を横方向に変位させ圧縮する。図８に示されるように、レリーフ部７６の頂点１００は、基板材料６６に、シャンク軸２８と略平行な方向の第六力Ｆ６を加えても良い。これらの第四、第五及び第六力Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６により、レリーフ部７６を実質的に満たす基板１２２の一部が形成され、第四、第五及び第六力Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６はこれらの力が収束方向に向かうことにより、その後にこの基板１２２の体積を圧縮する。この基板１２２の圧縮された一部は、レリーフ部７６内に封入され、これによりヘッド２４が基板材料６６に入り込むのにつれて、基板材料６６の表面繊維が横方向または径方向に互いに摺動することを防止するのを補助する。また、これにより圧縮圧入留め具装置２０の貫通抵抗が増大する。
【００４２】
また、図７に示されるように、シャンク２２の外面３４はシャンク２２に隣接する基板材料６６に第七力Ｆ７を加え、ヘッド周縁部５８はヘッド周縁部５８に隣接する基板材料６６に第八力Ｆ８を加える。この第七及び第八力Ｆ７、Ｆ８は、シャンク軸２８に略直交する方向に加えられる、すなわち、第七及び第八力Ｆ７、Ｆ８はシャンク軸２８に対して基板材料６６の外側に向けられても良い。他の形状とすることで異なる結果となるかもしれないものの、図７及び８に示される上述の力は、より大きな番号の力がより小さな大きさとなる、大きさの降順に連番で番号付けられている。したがって、これらの複数の力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８は、以下の関係で表されることが可能である。
【００４３】
Ｆ１  ＞  Ｆ２  ＞  Ｆ３  ＞  Ｆ４  ＞  Ｆ５  ＞  Ｆ６  ＞  Ｆ７  ＞  Ｆ８
【００４４】
軸受面７８によって、軸受面７８に隣接した位置に基板材料６６に密圧縮基板Ｄの領域が形成され、内遷移径８４と外遷移径８２とが丸められて軸受面７８に加えられる第一力Ｆ１、発散面９８に加えられる第四力Ｆ４、及びヘッド周縁部５８によって加えられる第八力Ｆ８とがなだらかに減少することから、基板材料６６の表面繊維はより切断および／または破断されにくい。これらの特徴により、圧縮圧入留め具装置２０の貫通抵抗が増大する。
【００４５】
レリーフ部７６の収束面９６が変形される圧縮圧入留め具装置２０の変形例が図９及び１０に示される。図９に示されるように、収束面９６は、基板材料６６と接触するよう設けられる一連の段差１２４または肩部を有しても良い。一連の段差１２４の各段差１２４は、環状とされ、段差径１２６を有しても良い。一連の段差１２４の段差径１２６は、収束面９６がシャンク２２の第二端３２からレリーフ部７６の頂点１００に向かうにつれて漸進的に広くなるよう、収束面９６の第一終点１０２から収束面９６の第二終点１０４に向かうにつれて大きくなっても良い。この構成によれば、収束面基準線１０６は一連の段差１２４の各々に接するように延び、レリーフ部７６の頂点１００は、平面的なリング形状を有しても良い。一連の段差１２４は、収束面９６の全面または一部に沿って延びても良く、これにより軸受面７８の基準平面８０の上方、下方または上方および下方に配置されても良い。図１０に示されるように、収束面９６は、基板材料６６と係合するよう設けられる一つ以上の歯１２８を有しても良い。一つ以上の歯１２８のそれぞれは、環状とされ、外径１３０を有しても良い。一つ以上の歯１２８の段差径１３０は、収束面９６がシャンク２２の第二端３２からレリーフ部７６の頂点１００に向かうにつれて漸進的に広くなるよう、収束面９６の第一終点１０２から収束面９６の第二終点１０４に向かうにつれて大きくなっても良い。一つ以上の歯１２８のそれぞれは、タラップ状の輪郭（ｒａｍｐ−ｌｉｋｅ  ｐｒｏｆｉｌｅ）を有し、鋭利端１３２に向けて先細り状とされても良い。鋭利端１３２は、基板材料６６の孔１１８に食い込むように構成されて、圧縮圧入留め具装置２０を孔１１８に保持して圧縮圧入留め具装置２０が基板材料６６から抜け出るのを防止するのを補助する。この構成によれば、収束面基準線１０６は一つ以上の歯１２８のそれぞれの鋭利端１３２と交差する。一つ以上の歯１２８は、収束面９６の全面または一部に沿って延びても良く、これにより軸受面７８の基準平面８０の上方、下方または上方および下方に配置されても良い。
【００４６】
図１１−１４に、図１の釘状圧縮圧入留め具装置２０の別の構成が示される。この構成によれば、ヘッド２４は、第一ヘッド部１３４と第二ヘッド部１３６の二つの部材に分割される。第一ヘッド部１３４はレリーフ部７６と軸受面７８とを有する。第二ヘッド部１３６は圧縮圧入留め具装置２０のシャンク２２および先端２６と一体とされる。第一及び第二ヘッド部１３４、１３６は別々の部材であって、合わせて圧縮圧入留め具装置２０のヘッド２４を形成する。第二ヘッド部１３６、シャンク２２、及び先端２６は従来型釘状留め具１３７ａの形状とされても良い。このような構成により、従来型釘状留め具１３７ａに第一ヘッド部１３４を取り付けることによって本明細書で記載される圧縮圧入留め具装置２０を形成することが可能となる。第一ヘッド部１３４は、後面５０の外面領域６４、ヘッド周縁部５８、軸受面７８、内遷移径８４、外遷移径８２、レリーフ部７６の収束面９６、レリーフ部７６の発散面９８、およびレリーフ部７６の頂点１００を形成する。第一ヘッド部１３４はさらに第一ヘッド部１３４を完全に貫通する貫通孔１３８を有する。この貫通孔１３８はシャンク２２が挿通される大きさ及び形状を有する。第一ヘッド部１３４は、ヘッド２４の後面５０に隣接して、貫通孔１３８の周囲に延びるカウンタボア１４０を有してもよい。このカウンタボア１４０は、第二ヘッド部１３６がヘッド２４の後面５０において第一ヘッド部１３４と面一になるように、第二ヘッド部１３６を収容する大きさ及び形状を有する。シャンク２２と第二ヘッド部１３６、また貫通孔１３８及びカウンタボア１４０は、様々な異なる断面形状を有しても良い。限定的でない例として、図１１−１４に示されるシャンク２２、第二ヘッド部１３６、貫通孔１３８、及びカウンタボア１４０は、全て円形断面を有する。図１１−１４に示されるように、貫通孔１３８とカウンタボア１４０の双方は、シャンク軸２８を中心として同軸配置されても良い。
【００４７】
図１１−１４に示される例では、第一及び第二ヘッド部１３４、１３６は共同して後面５０の内面領域６２を形成し、収束面９６は貫通孔１３８に隣接する円錐台構造１４２を形成する。図１１及び１２において、シャンク２２の保持構造７０は、シャンク２２の外面３４の周りに平行に離隔して延びる一連の環状リングとして示される。図２に示されるねじとは対照的に、図１１及び１２に示されるこの一連の環状リングは横断面４６に略平行であり、この環状リングは螺旋状ではなく環状である。この一連の環状リングは基板材料６６に係合し、これにより引抜抵抗（ｐｕｌｌ−ｏｕｔ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が増加する。使用に際し、第一及び第二ヘッド部１３４、１３６は、先端２６とシャンク２２とが貫通孔１３８に挿入され、第一ヘッド部１３４がシャンク２２に沿って第二ヘッド部１３６がカウンタボア１４０内に収容されるまで摺動するよう予め組み立てられてもよい。これにより、図１１及び１２に示される圧縮圧入留め具装置２０は、組立部品として基板材料６６内に進入可能である。あるいは、図１３に示される第一ヘッド部１３４を、まず単独で（すなわち、それ自体で）基板材料６６内に打ち込んでも良い。先端２６および／またはシャンク２２が第一ヘッド部１３４の貫通孔１３８内に配置されても良く、その後第二ヘッド部１３６、シャンク２２、及び先端２６が基板材料６６に打ち込まれても良い。このように、貫通孔１３８は、圧縮圧入留め具装置２０が基板材料６６に進入する際に、先端２６とシャンク２２とを案内するのを補助する。先端２６および／またはシャンク２２を第一ヘッド部１３４の貫通孔１３８に配置する前に、孔１１８を基板材料６６に開けて、第一ヘッド部１３４の貫通孔１３８をドリルガイドとして用いても良い。図１４に示されるように、収束面９６は、一つ以上の歯１２８を有する。この一つ以上の歯１２８の鋭利端１３２が基板材料６６と係合することから、一つ以上の歯１２８は、第一ヘッド部１３４を基板材料６６に固定するのを補助する。これは、先端２６および／またはシャンク２２が第一ヘッド部１３４の貫通孔１３８内に配置されて基板材料６６に打ち込まれる前に、第一ヘッド部１３４がまず基板材料６６に打ち込まれる場合に特に有利である。
【００４８】
図１５−１７に、図２のねじ状圧縮圧入留め具装置２０の別の構成が示される。図１１−１４に示される構成のように、ヘッド２４は、第一ヘッド部１３４と第二ヘッド部１３６の二つの部材に分割される。第一及び第二ヘッド部１３４、１３６は別々の部材であって、合わせて圧縮圧入留め具装置２０のヘッド２４を形成する。第一ヘッド部１３４はレリーフ部７６と軸受面７８とを有する。第二ヘッド部１３６は工具収容凹部６８を有し、シャンク２２と先端２６と一体とされる。第二ヘッド部１３６、シャンク２２、及び先端２６は、工具によって回転させて進入する際には同時に回転するが、第一ヘッド部１３４は静止したままでも良い。第二ヘッド部１３６、シャンク２２、及び先端２６は従来型ねじ状留め具１３７ｂの形状とされても良い。このような構成により、本明細書で記載される圧縮圧入留め具装置２０を従来型ねじ状留め具１３７ｂに第一ヘッド部１３４を取り付けることによって形成することが可能となる。図１５−１７に示される圧縮圧入留め具装置２０の構造は、図１１−１４に示される圧縮圧入留め具装置２０の構造とほぼ同じである。しかし、図１５−１７においては、保持構造７０は、図２に示されるねじの形状に設けられている。また、図１５−１７に示されるカウンターボア１４０の形状は、図１１−１４に示されるものと、カウンターボア１４０の大きさ及び形状が第二ヘッド部１３６の大きさ及び形状と一致するよう構成される点でわずかに異なる。図１１−１４において、図示される第二ヘッド部１３６は、略平面状であり、カウンタボア１４０は矩形の輪郭を有する。これに対し図１５−１７の第二ヘッド部１５は、円錐台状であり、カウンタボア１４０は先細り形状の輪郭を有する。上記に関わりなく、図１１−１４と図１５−１７に示される第二ヘッド部１３６の形状は、逆であっても良く、または本明細書に記載される例に示されるものとは異なる形状を有しても良い。
【００４９】
図１８および１９を参照すると、圧縮圧入留め具装置２０がボルト状の圧縮圧入留め具装置２０である別の構成が示される。この構成によれば、圧縮圧入留め具装置２０は先端２６を有しても有しなくても良い。図１１−１４及び図１５−１７に示される構成のように、ヘッド２４は、第一ヘッド部１３４と第二ヘッド部１３６の二つの部材に分割される。第一及び第二ヘッド部１３４、１３６は別々の部材であって、合わせて圧縮圧入留め具装置２０のヘッド２４を形成する。第二ヘッド部１３６は、少なくとも一つの平面状工具接触領域１４４を備える外周１４３を有する。この少なくとも一つの平面状工具接触領域１４４は、工具と係合可能な大きさ及び形状を有する。限定的でない例として、工具はレンチまたはソケットであっても良く、第一ヘッド部１３４の外周１４３は、図１９に示されるように全部で６つの平面状工具接触領域１４４を有しても良い。当然ながら、任意の数の平面状工具接触領域１４４を設けて良い。第二ヘッド部１３６はシャンク２２と一体とされる。第一ヘッド部１３４はレリーフ部７６と軸受面７８とを有し、ヘッド周縁部５８を形成する。第二ヘッド部１３６、及びシャンク２２は、工具によって回転させて進入する際には同時に回転するが、第二ヘッド部１３６は静止したままでも良い。第二ヘッド部１３６およびシャンク２２は従来型ねじ状留め具１３７ｃの形状とされても良い。このような構成により、本明細書で記載される圧縮圧入留め具装置２０を従来型ボルト状留め具１３７ｃに第一ヘッド部１３４を取り付けることによって形成することが可能となる。図１８および１９に示される圧縮圧入留め具装置２０の構造は、図１１−１４および１５−１７に示される圧縮圧入留め具装置２０の構造とほぼ同じである。しかし、シャンク２２は、シャンク２２の第一端３０が基板材料６６の孔１１８から突出するよう基板材料６６の厚み１４８よりも大きなシャンク長１４６を有するように構成される。この圧縮圧入留め具装置２０はさらにシャンク２２の第一端３０に螺合されるナット１５０を有する。このナット１５０は、一つ以上の平面状工具接触領域１４４を有してもよい。シャンク長１４６は、シャンク２２の第一及び第二端３０、３２の間で、シャンク軸２８に沿って測定可能である。基板材料６６はさらに第一面７４と反対側の第二面１５２を有し、基板材料６６の厚み１４８は基板材料６６の第一及び第二面７４、１５２の間でシャンク軸２８と略平行な方向で測定可能である。基板材料６６は、限定的でない例として、材木、羽目板、合板、ファイバボード、及び配向性ストランドボードを含む、複数の重ねられた板またはシートからなるものであって良い。図１８に示されるように、第一ヘッド部１３４は、まず第一面７４に沿って配置され、単独で基板材料６６に打ち込まれても良い。第一ヘッド部１３４が基板材料６６に進入するにつれ、貫通孔１３８に隣接する円錐台構造１４２が基板材料６６の表面繊維を貫通し、基板材料６６のプラグＰが貫通孔１３８に進入しても良い。先端２６および／またはシャンク２２を第一ヘッド部１３４の貫通孔１３８に配置する前に、孔１１８を基板表面に開けて、第一ヘッド部１３４の貫通孔１３８をドリルガイドとして用いても良い。図１９に示されるように、シャンク２２は第一ヘッド部１３４の貫通孔１３８内に配置されても良く、その後、シャンク２２が基板材料６６内の孔１１８に延ばされても良い。最後に、ナット１５０をシャンク２２の第一端３０に螺合しても良く、このナット１５０を、ナット１５０をシャンク２２及び第二ヘッド部１３６に対して相対的に回転運動させることで締めても良い。
【００５０】
図２０−２２には、ヘッド２４がシャンク２２の第二端３２に対してオフセットされる圧縮圧入留め具装置２０の別の構成が示される。この構成は、限定的でない例として、釘打機などの並列電動打ち込みシステム（ｃｏｌｌａｔｅｄ  ｐｏｗｅｒ  ｄｒｉｖｅｎ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｓｙｓｔｅｍｓ）に特に適する。ヘッド２４は、ヘッド断面５６に沿ってヘッド周縁部５８に対して中央に配置される中点１５４を有する。この中点１５４は横断面４６内に、シャンク軸２８に対してオフセット距離１５６だけ横方向に離隔配置される。したがって、ヘッド２４はシャンク２２の一方の側に、より大きなオフセット距離１５６で延びる。ヘッド２４はシャンク２２の第二端３２がヘッド２４と接する基端１５８と、基端１５８と反対側の先端１６０とを有する。この構成によれば、レリーフ部７６はシャンク２２の第二端３２からヘッド２４の先端１６０に延びる。一方、レリーフ部７６はシャンク２２とヘッド２４の基端１５８との間には延びない。このように、少なくともレリーフ部７６の大部分はシャンク２２の一方側に寄って、シャンク２２の第二端３２とヘッド２４の先端１６０との間に配置される。したがって、この構成では、レリーフ部７６は、シャンク２２の第二端３２の周囲に連続的に延びるわけではない。図２２に示されるように、レリーフ部７６をシャンク２２の第一端３０に隣接する点から見たとき（すなわち、圧縮圧入留め具装置２０を、先端２６を観察者に向けて見たとき）、レリーフ部７６は大扇形（ｍａｊｏｒ  ｓｅｃｔｏｒ）として公知の幾何学形状におよそ近似する形状を有しても良い。
【００５１】
さらに、圧縮圧入留め具装置２０のヘッド２４は、横断面４６において長手状とされても良い。引きつづき図２０−２２に示されるように、ヘッド２４は、ヘッド２４の基端及び先端１５８、１６０の間で横断面４６内で延びる横軸１６２を形成する。ヘッド２４の中点１５４は横軸１６２に沿って配置される。ヘッド２４は、横軸１６２に平行に測定されるヘッド長１６４を有し、ヘッド幅６０は横軸１６２に直交して測定される。ヘッド２４は、ヘッド長１６４がヘッド幅６０よりも大きくなるよう横軸１６２に沿って長手状とされる。図２０に最も良く示されるように、ヘッド２４の内面領域６２は、内面領域６２がヘッド２４の基端側にずれ、これによりシャンク２２の第二端３２に近くなるようにヘッド２４の外面領域６４に対してオフセットされても良い。上述の相違点を除き、図２０−２２に示される圧縮圧入留め具装置２０の構造は、図１−８に示される圧縮圧入留め具装置２０の構造とほぼ同じである。
【００５２】
図２３は、図１及び３−８に示される圧縮圧入留め具装置の貫通抵抗と、従来型小ヘッド圧縮圧入留め具装置及び拡径ヘッド留め具の貫通抵抗とを比較したグラフ（ｐｌｏｔ）である。示されたデータは、ＮＴＡ，  Ｉｎｃによって行われた独立第三者試験の結果をまとめたものである。図２３において、小ヘッド留め具によって得られる貫通抵抗はバー２００によって示され、拡径ヘッド留め具によって得られる貫通抵抗はバー２０２によって示され、本願開示にしたがって構成される圧縮圧入留め具装置２０によって得られる貫通抵抗はバー２０４によって示される。各留め具は、１５／３２インチ、１９／３２インチ、および２３／３２インチを含む異なる３種の厚み１４８の合板基板材料６６について試験された。このグラフが示すのは、試験された各厚み１４８の基板材料６６について、拡径ヘッド留め具で得られる貫通抵抗が小ヘッド留め具で得られる貫通抵抗よりも高いことである。また、このグラフは、試験された各厚み１４８の基板材料６６について、本明細書に記載される圧縮圧入留め具装置２０で得られる貫通抵抗が、拡径ヘッド留め具及び小ヘッド留め具の双方で得られる貫通抵抗よりも高いことを示す。これらの試験結果は、本明細書に記載される圧縮圧入留め具装置２０で得られる優れた貫通抵抗を確認し定量化するものである。
【００５３】
予想されるように、各留め具の貫通抵抗は、基板材料６６の厚み１４８が増すのにつれて増大した。しかし、ある意味予測できなかったことであるが、小ヘッド留め具と拡径ヘッド留め具の貫通抵抗は、基板材料６６の厚み１４８に比例して増加する訳ではなく、より低い割合で増加した。これは、一定の力が留め具に加わると、小ヘッド留め具と拡径ヘッド留め具の平面形状が、基板材料６６の表面繊維を切断および／または破断するという事実によるものと考え得る。
【００５４】
図２３に、参考目的で、増加する基板材料６６の厚み１４８を表す第一線２０６が示される。第二線２０８は、小ヘッド留め具によって得られる貫通抵抗の増加する値を表し、第三線２１０は、拡径ヘッド留め具によって得られる貫通抵抗の増加する値を表す。最後に、本明細書に記載される圧縮圧入留め具装置２０で得られる貫通抵抗は第四線２１２によって表される。小ヘッド留め具及び拡径ヘッド留め具の貫通抵抗に対応する第二及び第三線２０８、２１０は、第一線２０６の傾きと略同じまたはより小さな傾きを有する。すなわち、第二及び第三線２０８、２１０は互いに略平行であり、かつ第二及び第三線２０８、２１０は基板材料６６の厚み１４８の増加に対応する第一線２０６よりもなだらかである。これは、拡径ヘッド留め具によって得られる貫通抵抗の値が小ヘッド留め具によって得られる貫通抵抗の値よりも大きいとしても、小ヘッド留め具及び拡径ヘッド留め具はともに基板材料６６の厚み１４８の増加に対して同様の挙動を示すことを意味する。また、これは基板材料６６の厚み１４８の増加が、小ヘッド留め具及び拡径ヘッド留め具で得られる貫通抵抗の値に勝ることをも意味する。すなわち、基板材料６６の厚み１４８が２倍になった場合でも、小ヘッド留め具及び拡径ヘッド留め具で得られる貫通抵抗は２倍にはならず、より小さな割合で増加する。
【００５５】
これに対し、本明細書で記載される圧縮圧入留め具装置２０の貫通抵抗に対応する第四線２１２は、第一線２０６の傾きよりも大きな傾きを有する。これは、開示される圧縮圧入留め具装置２０で得られる貫通抵抗の値が、基板材料６６の厚み１４８の増加に勝ることをも意味する。すなわち、基板材料６６の厚み１４８が２倍になった場合、開示される圧縮圧入留め具装置２０で得られる貫通抵抗は２倍を超える。
【００５６】
さらに別の性能的利点が、開示される圧縮圧入留め具装置２０から得られる最低貫通抵抗の値（すなわち厚み１４８が１５／３２インチである時の値）に対応する水平基準線２１４によって示される。拡径ヘッド留め具によって得られる最も高い貫通抵抗の値は、水平基準線２１４の下であり、したがって開示される圧縮圧入留め具装置２０の最低貫通抵抗値よりもオフセット値Ｓだけ小さい。同様に、小ヘッド留め具によって得られる最も高い貫通抵抗の値は、水平基準線２１４の下であり、したがって開示される圧縮圧入留め具装置２０の最低貫通抵抗値よりも値Ｔだけ小さい。したがって、開示される圧縮圧入留め具装置２０は、小ヘッド留め具または拡径ヘッド留め具がより厚い２３／３２インチの基板材料６６において達成するものよりも高い貫通抵抗値をより薄い１５／３２インチの基板材料６６において達成することができることから、本明細書に記載される圧縮圧入留め具装置２０の利点は、図２３に示されるグラフから明らかである。したがって、より薄く、より費用効率の高い基板材料６６を利用しつつ、より優れた貫通抵抗を実現することで費用低減可能である。したがって、本明細書に記載される圧縮圧入留め具装置２０は、限定的でない例として、ツーバイフォー建築物などの各種構造の構造提起一体性を著しく向上可能である。
【００５７】
図２４には、上述の圧縮圧入留め具装置２０の使用方法が示される。この方法は、ブロック３００に表される工程を含み、この工程では、圧縮圧入留め具装置２０を第一接触位置に移動し、軸受面７８の基準平面８０を基板材料６６の第一面７４と揃わせ、軸受面７８が基板材料６６の第一面７４と面一で接触するようにする。ブロック３００によって示される工程は、圧縮圧入留め具装置２０のシャンク２２を基板材料６６に進入させる工程を含んでも良い。この方法は、ブロック３１０によって表される工程を含み、この工程では、圧縮圧入留め具装置２０を第二接触位置に移動させ、この位置において、ヘッド２４の後面５０の内面領域６２は基板材料６６の第一面７４と同じ高さとなり、ヘッド２４の後面５０の内面領域６２が基板材料６６の第一面７４と面一となる。
【００５８】
この方法はブロック３２０に表される工程を含み、この工程では、軸受面７８を介して第一力Ｆ１を基板材料６６に加え、軸受面７８に隣接する基板材料６６に密圧縮基板Ｄの領域を形成する。ブロック３２０によって表される工程は、基板材料６６に第一力Ｆ１を、シャンク軸２８に略平行な方向に加える工程を含んでも良い。この方法は、ブロック３３０によって表される工程を含み、この工程では、第二及び第三力Ｆ２、Ｆ３を、内遷移径８４と外遷移径８２とを介して軸受面７８の対向側（ｏｐｐｏｓｉｔｅ  ｓｉｄｅｓ）の基板材料６６に、発散方向に加える。この方法はブロック３４０に表される工程を含み、この工程では、レリーフ部７６上の収束面９６及び発散面９８を介して第四、第五力Ｆ４、Ｆ５を収束方向に基板材料６６に加えて、収束面９６及び発散面９８に隣接する基板材料６６を横方向に変位させ圧縮する。ブロック３４０によって表される工程は、第四及び第五力Ｆ４、Ｆ５を、シャンク軸２８に対して斜めの収束方向に加える工程を含んでも良い。この方法はさらにブロック３５０によって表される工程を含み、この工程においては、レリーフ部７６の頂点１００を介して基板材料６６に第六力Ｆ６をシャンク軸２８に略平行な方向に加え、さらにレリーフ部７６に隣接する基板材料６６を圧縮する。
【００５９】
さらに、この方法はブロック３６０によって表される、シャンク２２に隣接する基板材料６６にシャンク２２の外面３４を介して第七力Ｆ７を加える工程と、ブロック３７０によって表される、ヘッド周縁部５８に隣接する基板材料６６にヘッド周縁部５８を介して第八力Ｆ８を加える工程とを含む。これらのブロック３６０及びブロック３７０によって表される工程では、第七及び第八力Ｆ７、Ｆ８は、シャンク軸２８に略直交する方向に加えられる、すなわち、第七及び第八力Ｆ７、Ｆ８はシャンク軸２８に対して基板材料６６の外側に向けられても良い。この方法は、ブロック３８０によって表される、第一力Ｆ１から第八力Ｆ８を、圧縮圧入留め具装置２０が第二接触位置に到達するまで加え続ける工程を含んでも良い。
【００６０】
この方法での工程３００−３８０は特定の順番で記載され図示されるものの、工程３００−３８０は、工程の順序が別の形で記載される場合を除き、本願開示事項の範囲から逸脱しない範囲で異なる形で実施されても良い。
【００６１】
本発明については、上記開示事項に照らし、数多くの変形例が可能であり、添付請求項の範囲内で具体的に記載されるのとは別の形で実施可能なことは明らかである。これらの先行記載は、発明性のある新規性（ｉｎｖｅｎｔｉｖｅ  ｎｏｖｅｌｔｙ）が有用である任意の組み合わせをカバーするものと解釈されるべきである。装置クレーム中の「前記（ｔｈｅ）」との単語の使用は、請求項の範囲内に含まれることを意図する積極的記載である先行的基礎を指し示すが、この「前記（ｔｈｅ）」との単語は、請求項の範囲に含まれることを意図しない用語に前置される。さらに、クレーム中の参照符号は便宜上のものであり、何らかの意味で限定的なものと解釈されてはならない。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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