下穴の規則は樹種を名指しし、谷径から測る

出典は Wood Handbook、Wood as an Engineering Material、 FPL-GTR-190。米国農務省森林局の林産研究所が出しており、無料で入手できます。 第 8 章が留め具です。その文は木ねじの引抜き強度式の適用条件として現れます。 下穴の直径が針葉樹ではねじ山の谷径のおよそ 70 %、広葉樹ではおよそ 90 % のとき、 この式が適用される。

脚注ではなく設計規則として読むと、この一文は同時に二つのことをしています。 百分率を指定し、その百分率が何の百分率かを指定している。 タモは広葉樹なので、この場で効く数字は 90 でした。

手引きは、ある径の百分率と、別の径の表を与える

数ページ先で同じ章がねじの番手と直径を対照させますが、 そこに載っているのは軸径です。

8 番は 0.164 インチで、これは番手の系列がその直線の式どおりに 振る舞っているだけです。 一方で手引きはどこにも木ねじの谷径を表にしておらず、 当方も引用できる出典を持っていません。ですからこのページは、 8 番の下穴をミリメートルでは示しません。 この欠落はあの文書への苦情ではなく、実務上の問題そのものです。 規則は読者の手元にまずない径で書かれており、 手元にある径の表は数ページ離れて置かれている。

谷径は軸径より小さいので、百分率を掛ける相手を間違えると必ず大きい穴になります。 それが静かなほうの失敗です。何も折れず、ねじは滑らかに入り、 そしてあの式が予測するはずだった引抜き荷重はもう当てはまりません。 式が自分で述べた条件が満たされていないからです。

しかも基準の径は同じ章の中で変わる

混乱の出どころはここにあり、それは不注意ではなく正直な理由です。 数ページ先で手引きはラグスクリューの規則を与えますが、 それは軸径に対して書かれています。

手引きはさらに、各範囲の小さいほうの百分率は径の小さいラグスクリューに、 大きいほうは径の大きいものに当たると述べ、 軸部の下穴は軸径と同じ径にすべきだとしています。 つまりラグスクリューが求めるのは段付きの穴であって、一本のドリルではありません。

こうして一つの章の中に、二つの系列、二組の百分率、 そしてそれを掛ける二つの異なる径が並びます。 作業場の壁に貼られた表は数字を持ち出し、 「この百分率はどの径のものか」という文のほうは、たいてい持ち出しません。 ラグスクリューの範囲を木ねじに当てたり、谷径の百分率を軸径に掛けたりするのは、 そうして起きます。

二つの誤りを並べる

スレッドが報告したのは前者です。ねじはほとんど入りきったところで逝きました。 そこが注目すべき点で、ねじ込みトルクはかみ合う長さとともに積み上がるからです。 最後の数回転が合計の最も高いところなので、 わずかに小さすぎた穴は、入口ではなく終わりで失敗を出します。 ゆっくり慎重に、クラッチを途中までにして回している人でも、 力任せの人と同じ結果になります。少し遅れて来るだけです。

ねじを入れるのに要するトルクと、ねじが壊れるトルクとのその隔たりは、 一般形としては薄板のタッピンねじで通ってあります。 そちらは自分の規格を持つ別の留め具の系列です。 枠組みは持ち越せますが、数値は持ち越せないので、ここでは一つも引きません。

手引きが実際に指示していて、どちらも安い二つ

• 石けん。ねじの表面を石けんまたは同様の潤滑剤で潤滑することは、ねじ込みを容易にするために推奨される、と手引きは述べます。密度の高い木材ではとくにそうであり、そして最終的な引抜き抵抗にはほとんど影響しない。この最後の節が効きます。この昔ながらのやり方への定番の反論は「滑るねじは保持力が落ちるはずだ」であり、その文書はそこに直接答えているからです
• 長いねじなら少し大きく。ラグスクリューの節で手引きは、長いねじには最も効率のよい推奨値より少し大きい下穴を使うべきだ、と述べています。8 番で一・七五インチは、その径に対して長いほうです
• どれだけ入るかも効き、それは母材で決まります。ある建築規範はせっこうボード用ねじに木へは 5/8 in、薄鋼へは 3/8 in だけの貫入を求めます。同じ原則が逆向きに走っているだけで、ねじ山を抱える材料が柔らかいほど、ねじは深く入らなければなりません

同じ節にもう一つ、前世紀の文のように読めて実はそうではない指示があります。 ねじは常に回して入れるべきであり、ハンマーで打ち始めたり打ち込んだりしてはならない、 それは木の繊維を裂き、ねじ山を傷め、ねじの耐荷重能力を著しく下げるからだ、と。 誰もハンマーに手を伸ばしていない現場でも、この理由は残しておく価値があります。 保持力が何でできているかを述べているからです。 それは無傷の繊維が無傷のねじ山を包んでいる状態で、 取付けの途中でどちらかを傷めれば、その数値はもう一部を使ってしまっています。

投稿の中の、誰も答えなかった問い

投稿者は、しばらく外に置いていたので寒さのせいではないか、と尋ねています。 見た目より良い問いです。温度は鋼の留め具の壊れ方を実際に変えますし、 その一般形は、強度区分が低温について何も語らないという点にあります。

ただし今回、決着したふりはしません。木ねじの低温データを当方は持っていません。 そのねじの鋼種と熱処理に対する靭性値もなければ、 冷えた物置と、針葉樹の数字で開けられた下穴とを秤にかける材料もありません。 言えるのは、手元の算術が穴のほうを指しているということです。 樹種は規則に名指しされており、規則はそれに別の百分率を与えており、 そして失敗はねじ込みの終わり、つまりねじ込みトルクが最大のところで来ました。 天気を持ち出さなくても成り立つ説明です。

次の穴を開ける前に決めておくこと

• その百分率は、何の百分率ですか。数字を争う前にそこを決めてください。基準を取り違えるほうが、百分率を少し外すより穴は大きく動きます
• 樹種は規則に入っていますか。針葉樹と広葉樹は別の行であり、ラグスクリューでは手引きはさらに踏み込んで樹種の群を名指しします
• そのねじは番手に対して長いですか。長ければ、効率のよい穴より少し大きくし、その取引を受け入れよ、と手引きは言います
• 石けんを使わない理由はありますか。手引きは密度の高い木材で推奨し、引抜きではほとんど代価がないと述べています

もっと広い論点は、当サイトが別々の方向から何度もたどり着く場所です。 経験則はよく旅をし、その成立条件は旅をしない。 百分率は百枚の表に写され、 径と樹種を名指しした文のほうは、手引きの中に残りました。

同じ章には引抜きの式もあり、 ねじの式を釘の式で割ると、残るのは木だけである。

この記事は手順 1、相手材を扱います。全体の順序は相手材、ねじ、頭部、駆動部、表面処理、書類で、これを崩すと微調整ではなく手直しになる理由はねじの決め方にあります。

よくある質問

木ねじの下穴はどれくらいの大きさが要りますか。

Wood Handbook は引抜き強度式の適用条件として、下穴の直径を針葉樹ではねじ山の谷径のおよそ 70 %、広葉樹ではおよそ 90 % としています。二つの半分をどちらも見てください。百分率は樹種の別で変わり、しかもそれは軸径ではなく谷径の百分率です。手引きは番手ごとの軸径を表にしていますが谷径は表にしていないので、その数値は実際に使うねじから取ることになります。

ねじ込みの終わり近くでねじがねじ切れたのはなぜですか。

そこがねじ込みトルクの最も高い場所だからです。トルクはかみ合う長さとともに積み上がるので、わずかに小さすぎた穴は入口ではなく最後の数回転で失敗を出します。針葉樹の規則で寸法を決めた下穴を広葉樹に使うのはそこへ至る典型的な道で、電動でなく手回しのドライバーでも起こります。

ラグスクリューでも下穴の規則は同じですか。

違います。しかも違うのは数字だけではありません。Wood Handbook はラグスクリューのねじ部の下穴を軸径の百分率として与えます。ヒノキ類やストローブマツ類のような低密度の針葉樹で 40 から 70 %、ダグラスファーとサザンパインで 60 から 75 %、オークのような高密度の広葉樹で 65 から 85 %、各範囲の小さいほうが径の小さいものに当たります。軸部の下穴は軸径と同じにすべきだとも述べており、つまり段付きの穴が要ります。

ねじに石けんを塗ると保持力は落ちますか。

Wood Handbook は、表面を石けんまたは同様の潤滑剤で潤滑することはねじ込みを容易にするために推奨され、密度の高い木材ではとくにそうであり、最終的な引抜き抵抗にはほとんど影響しないと述べています。ラグスクリューの節では同じ推奨を繰り返し、長いねじには最も効率のよいものより少し大きい下穴を使うべきだと付け加えています。

寒さでねじは折れますか。

温度は鋼の留め具のふるまいを確かに変えますし、その一般形は強度区分が低温について語らないことを扱った当サイトのページにあります。ただ物置に置かれていた木ねじについては、当方はデータを持っていません。当該の鋼種と熱処理の靭性値もなく、低温と下穴の寸法を秤にかける材料もありません。このページのきっかけになった事例では、手元の算術は天気ではなく穴を指しています。

公表されている下穴の表が互いに食い違うのはなぜですか。

大きくは、それぞれが別の径の百分率だからです。Wood Handbook の同じ章の中で、木ねじの規則は谷径の百分率、ラグスクリューの規則は軸径の百分率であり、表はたいてい数字だけを持ち出して「どの径のものか」という文を持ち出しません。谷径は軸径より小さいので、基準を取り違えると必ず意図より大きい穴になります。

参考資料

• Wood Handbook — Wood as an Engineering Material、FPL-GTR-190、米国森林局林産研究所、2010；第 8 章 Fastenings。木ねじの下穴の適用条件、番手ごとの軸径の Table 8–9、ラグスクリューの下穴の百分率、潤滑とハンマー禁止の指示
• r/woodworking —— 出発点になったスレッド。投稿者がインパクトを否定した箇所と、手回しでも同じことが起きたという返信を含む

Wood Handbook 第 8 章は同文書の完全版から読んでおり、引用した条件、百分率、指示はその文言である。手引きは木ねじの谷径を表にしておらず、当方も引用できる出典を持たない。したがって本ページはどの番手についても下穴の直径をミリメートルで示さない。その欠落は本稿の論点の一部であって、抜けではない。タモの比重は引用していない。それを与える表の欄の定義を読んでいないためであり、タモが広葉樹であること以外に密度の数値へ依存する記述はない。木ねじのねじ切れトルクも示さない。タッピンねじの規格が扱うのは薄板における別の留め具の系列であり、その数値は持ち越せない。ねじ込みトルクが終わり近くで最大になるという指摘は一般力学であり、手引きの文ではなく当サイトの記述として書いている。手引きの「正味（谷）断面における許容引張強さを超えてはならない」という文はラグスクリューの引抜きの文脈に属し、ここでねじりの論拠としては用いていない。本ページはスレッドのねじを診断せず、メーカー名も挙げない。