JP2004347123A - ねじ締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ねじ締結に要求される基本特性であるねじ込みトルク、ゆるみトルク、めねじ破壊トルクを満足し、繰返し締結性能を向上させ得る金属薄板へのねじ締結構造を提供する。
【解決手段】 リード部６が１条ねじ、有効ねじ部７が２条ねじで構成されている薄板用タッピンねじ１を用いる。締結材１１のめねじ下穴１２の周辺には、タッピンねじ１のねじ込み方向１３に対し、ねじ込み元側が広い台形断面形状の絞り込みによる凹形状部１４を形成する。凹形状部１４の底辺部の直径１５は、締結するタッピンねじ１のねじ部の最大外径よりも０．５〜０．２ｍｍ大きく、傾斜面部の角度１６は約４５°±１５°、さらに絞り深さ１７は締結材１１の板厚の１／４〜１／２とする。タッピンねじ１をねじ込む締結材３の凹部４は、締結状態ではタッピンねじ１による軸力のため微小に変形し、与圧が加えられた状態になる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ねじ締結構造に関し、詳細にはタッピンねじを金属薄板へ締結するのに適する構造に関する。

図８は、従来の突き出し加工による下穴（バーリング穴）形状を示す断面図である。従来の板厚１．２ｍｍ〜０．８ｍｍの締結材２４では、突き出し加工により材料をしごき、突き出し高さ２５を確保している。このような締結材２４に対して通常のＪＩＳタッピンねじ３種フォーミングタイプを使用すると、締結材２４の板厚が薄い場合、突き出し部先端２６がねじ転造時に点線２７で示すように広がってしまい、有効なねじ長さを確保できず、めねじ破壊トルクが低下する現象が生じ得る。また、突き出し加工でのねじ込み部のダレ部２８等のバラツキにより、締結性能が大きく左右される。また、バーリング加工には大きなプレス圧が必要である。

ところが従来、ＪＩＳタッピン３種ねじでは締結材２４側にバーリング加工を行っても、特に板厚０．６ｍｍ等の薄い板金材ではねじ締結ができないとされている。すなわち、めねじ側でめねじ破壊トルクが小さく、実用不可とされている。また従来、板厚０．８ｍｍのバーリング形状のめねじに対して３種ねじを繰り返して締結させた場合、繰り返し締結回数が１０回未満でめねじ破壊が発生している。

１種ねじでは薄板にバーリング無しでねじ締結する方法があるが、軸力、すなわち被締結材を締結材に押し付ける力が小さく、また繰り返し締結することは不可能である。換言すれば、ＯＡ機器では全ねじ締め個所に適応されている安全規格面から軸力（接触圧）の確保やゆるみ防止等を要求される個所では使用不可能である。

一方、環境面への考慮から機器を再使用等することが増えてきているが、そのような場合、ねじ締結に関しては複数回の再締結可能なことが要求されている。また、重量低減による省エネルギー効果も期待されている。

そこで、薄板にバーリング無しで繰り返し締結できるねじとして、リード部のねじ山条数に対し、有効ねじ部のねじ山条数が２倍の条数となっているフォーミングタイプの金属薄板用のタッピンねじが考えられている。

しかしならが、上述のタイプのタッピンねじは軸力が小さいという欠点があり、軸力を向上させるために締め付けトルク（ドライバートルク）を大きくすると、被締結材、特に板厚が０．６ｍｍのような薄板材でねじ穴が大きいときにめねじ破壊を生じることがある。

本発明は、薄板材等に限られず、種々の板材に対してバーリング無しで使用可能で、繰り返し締結可能であり、かつねじの軸力を確保できるねじ締結構造を提供することを目的とする。

また本発明は、ねじ締結に要求される基本特性であるねじ込みトルク、ゆるみトルク、めねじ破壊トルクを満足し、繰り返し締結性能を向上させ得るねじ締結構造を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る金属薄板へのねじ締結構造は、上記目的を達成するために、タッピンねじを金属薄板へ締結する構造であって、上記タッピンねじがねじ込まれるめねじ側下穴部周辺に、該ねじ込み方向に対し凹む凹状部を設けてなることを特徴とする。

同請求項２に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１の金属薄板へのねじ締結構造において、上記凹状部の底部径を上記タッピンねじの外径より大きくすることを特徴とする。

同請求項３に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１または２の金属薄板へのねじ締結構造において、上記凹状部の深さを上記めねじ側下穴部周辺板厚の１／４ないし１／２とすることを特徴とする。

同請求項４に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし３のいずれかの金属薄板へのねじ締結構造において、上記凹部を上記タッピンねじのねじ込み元側が広い台形断面形状とすることを特徴とする。

同請求項５に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし３のいずれかの金属薄板へのねじ締結構造において、上記凹部を半抜き形状とすることを特徴とする。

同請求項６に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１ないし５のいずれかのねじ締結構造において、上記タッピンねじが、リード部のねじ山条数に対し、有効ねじ部のねじ山条数が２倍の条数となっているフォーミングタイプの金属薄板用のものであることを特徴とする。

本発明に係るねじ締結構造は、以上説明してきたように、めねじ部にバーリング加工を設けなくてもねじの軸力を確保して締結が可能となり、緩み防止性能も向上するという効果がある。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態で使用する薄板用タッピンねじ１（以下単にタッピンねじ１という）の一例を示す側面図である。頭部５は十字穴付座付六角形状、ねじ部はリード部６が３条ねじ、有効ねじ部７が６条ねじで構成されている。有効ねじ部７の６条ねじは、ねじ中心軸８に対しねじ山９、１０が対称となっている。そのため、当初被締結材に対して斜めに締め付けられた場合、有効ねじ部７から増加する３つのねじ山の抵抗により、被締結箇所に対して直角になるように向きが補正され、さらに中心軸８に対し、対向するねじ山９、１０の抵抗差も少なくなるように作用することで、より被締結箇所に対して直角になるように修正される。また再締結時には、リード部のねじ山数に対し、以前に形成されためねじのねじ条数が倍のため、トレースし易く、繰り返し締結に非常に有効に作用していると考えられている。

図２は、図１に示すねじを用いて締結している状態の本発明の一実施形態の断面図である。本実施形態は、被締結材２を、図１に示すタッピンねじ１で締結材３に締結している。締結材３の凹部４は、締結状態ではタッピンねじ１による軸力のため微小に変形し、与圧が加えられた状態になっている。

図３は、板厚０．６ｍｍ、０．８ｍｍの締結材１１での下穴周辺の凹部断面図である。締結材１１のめねじ下穴１２の周辺には、タッピンねじ１のねじ込み方向１３に対し、ねじ込み元側が広い台形断面形状の絞り込みによる凹形状部１４が形成してある。凹形状部１４の底辺部の直径１５は、締結するタッピンねじ１のねじ部の最大外径よりも０．５〜０．２ｍｍ大きく、傾斜面部の角度１６は約４５°±１５°、さらに絞り深さ１７は締結材１１の板厚の１／４〜１／２としてある。

図４は、板厚１．０ｍｍの締結材１８での下穴周辺の凹部断面図である。締結材１８のめねじ下穴１９の周辺には、タッピンねじ１のねじ込み方向２０に対して半抜き加工して形成した凹形状部２１が形成してある。凹形状部２１の直径２２は、図３の例と同様に、締結するタッピンねじ１の最大外径よりも０．５〜０．２ｍｍ大きく、半抜き深さ２３は締結材１８の板厚の１／４〜１／２としてある。

図３、図４の両例ともに、凹形状部１４、２１の底辺等の径、深さは下穴廻りの形状効果による曲げ強さが確保でき、また加工が容易の行えるという観点から設定した。また、絞り加工、半抜き加工の違いも締結材１１、１８の板厚による加工しやすさ、強度確保の点から選択した。なお絞り加工、半抜き加工は、バーリングよりプレス圧が小さくて済む。

図５は、比較例として示す、凹部を設けていない平坦な薄板の締結材２９を締結した例の断面図である。締結材２９のめねじ穴３０周辺には、ねじ３１の軸方向の力によって被締結材３２のねじ穴端部３３を支点とした曲げモーメントが働き、変形が生じる。この曲げ応力による変形が、めねじ破壊の大きな要因となっている。これに対して図３、図４の両例ともに、めねじ下穴１２、１９周辺が曲げ応力に対し強い形状となり、めねじ破壊は良好に防止される。
（実験例）
図６は、上述した本発明の実施形態のような凹部の有無によるめねじ破壊トルク効果の図で、呼び径３のねじ（図示せず）を使用した時の、めねじ破壊トルク測定結果を示す。図中３４は、板厚が０．６ｍｍの締結材の凹部有りのめねじ破壊トルク特性を示す。板厚０．６ｍｍで凹部無しの締結材のめねじ破壊トルクは、締め付けトルク１１ｋｇｆ・ｃｍ（１．０７８Ｎ・ｍ）で締め付けた時、めねじ破壊を発生することから、１．１Ｎ・ｍ以下と考えられる。凹部有りの効果としては、今回測定した下穴径では、約８７〜６２％の性能向上となっている。

また図中３５は、板厚０．８ｍｍの締結材の凹部有りのめねじ破壊トルク特性を示し、図中３６は、板厚０．８ｍｍの締結材の凹部無しのめねじ破壊トルク特性を示す。各下穴径ともに、約５０％の性能向上となっている。

なお、めねじ破壊はめねじ端部と被締結側の押さえ部の距離が大きくなることによる曲げ応力不足に起因しているが、上述のめねじ板厚０．６の場合、締結材のねじ下穴を３．５ｍｍ×５ｍｍとし、締め付けトルク１．１Ｎ・ｍで、凹部無ではめねじ破壊が多発し、凹部有りでめねじ破壊はなかった。

図７は、上述した本発明の実施形態のような凹部の有無によるゆるみトルク効果の図で、呼び径３のねじ（図示せず）を使用した時の、ゆるみトルク測定結果を示す。図中３７は、板厚０．６ｍｍで凹部有りのゆるみトルク特性を示す。同じ板厚で凹部無しではめねじ破壊発生のため測定不能であった（ゆるみトルク＝０）。また図中３８は板厚０．８ｍｍで凹部有りのゆるみトルク特性、図中３９は同板厚で凹部無のゆるみトルク特性を示す。

この結果からわかるように、今回測定した下穴径では、約３０％の性能向上となっている。これは、凹部１４、２１での歪みが、皿座金を入れた場合と同じようにゆるみ防止として機能していると考えられる。

なおめねじ板厚０．８ｍｍの場合、凹部無しではめねじ破壊トルク平均１．４２Ｎ・ｍ、凹部有りめねじ破壊トルク平均２．１４Ｎ・ｍで、緩みトルクは約３０％向上した。また板厚０．８ｍｍでは凹部無しの場合の緩みトルク平均０．５８Ｎ・ｍ、凹部有りの場合の緩みトルク平均０．７７Ｎ・ｍであった。

すなわち、従来は軸力が必要な個所では、ねじ締結不可ということで使用できなかった板厚０．６ｍｍのような鋼板が使用可能となり、板厚０．８ｍｍという板材からさらに薄い板材への転換が可能になり、大幅なコストダウン、ひいては省エネルギーを図れる。また使用材の板厚が０．６ｍｍでも従来の板厚０．８ｍｍとバーリング加工での締結性能に比較し、めねじ破壊トルクの向上、繰り返し締結性が大幅に向上、再使用性が向上する。

さらに、板材の板厚０．８ｍｍでの従来のバーリング加工された部品からの切り替えにおいても、バーリング加工から半押し加工となり、加工プレス圧の低減となり、加工性の向上、また繰り返し締結性能も大幅に向上する。また使用材の板厚が１．０ｍｍでも従来のようなバーリング加工ではなく単なる穴加工で締結が可能になり、もしくはより大きなめねじ破壊トルクが必要な場合には半抜き加工にすることで加工性が向上する。

すなわち、被締結厚さが薄い場合、おねじ不完全ねじ部への食い込みが低減し、めねじ部にバーリング加工を設けなくても締結が可能となり、リード部がねじ山３条、有効ねじ部がねじ山６条となっているフォーミングタイプの金属薄板用のタッピンねじの特性を生かすことが可能となる。また、その他条数が異なるタッピンネジにおいても同様の作用を奏し得ることはもちろんである。

本発明の実施形態で使用する薄板用タッピンねじの一例を示す側面図である。 本発明の一実施形態の断面図である。 本発明の一実施形態で板厚０．６ｍｍ、０．８ｍｍの締結材での下穴周辺の凹部断面図である。 本発明の一実施形態で板厚１．０ｍｍの締結材での下穴周辺の凹部断面図である。 凹部を設けていない平坦な薄板の締結材を締結した比較例の断面図である。 本発明の実施形態のような凹部の有無によるめねじ破壊トルク効果の図である。 本発明の実施形態のような凹部の有無によるゆるみトルク効果の図である。 従来の突き出し加工による下穴形状を示す断面図である。

符号の説明

１：薄板用タッピンねじ
２：被締結材
３：締結材
４：凹部
５：頭部
６：リード部
７：有効ねじ部
８：ねじ中心軸
９、１０：ねじ山
１１、１８：締結材
１２、１９：めねじ下穴
１３、２０：タッピンねじのねじ込み方向
１４：台形断面形状の凹形状部
２１：半抜き加工の凹形状部

Claims (6)

1. タッピンねじを金属薄板へ締結する構造であって、上記タッピンねじがねじ込まれるめねじ側下穴部周辺に、該ねじ込み方向に対し凹む凹状部を設けてなることを特徴とする金属薄板へのねじ締結構造。
2. 請求項１のねじ締結構造において、上記凹状部の底部径を上記タッピンねじの外径より大きくしてなることを特徴とするねじ締結構造。
3. 請求項１または２のねじ締結構造において、上記凹状部の深さを上記めねじ側下穴部周辺板厚の１／４ないし１／２としてなることを特徴とするねじ締結構造。
4. 請求項１ないし３のいずれかのねじ締結構造において、上記凹部を、上記タッピンねじのねじ込み元側が広い台形断面形状としてなることを特徴とする金属薄板へのねじ締結構造。
5. 請求項１ないし３のいずれかのねじ締結構造において、上記凹部を半抜き形状としてなることを特徴とする金属薄板へのねじ締結構造。
6. 請求項１ないし５のいずれかのねじ締結構造において、上記タッピンねじが、リード部のねじ山条数に対し、有効ねじ部のねじ山条数が２倍の条数となっているフォーミングタイプの金属薄板用のものであることを特徴とするねじ締結構造。