JP2008095773A - タッピンねじ - Google Patents

Abstract

【課題】 先端テーパ部の長さを徒らに長くすることなく、ねじ込みトルクを効果的に低減し得るセルフタッピンねじを提供する。
【解決手段】頭部２と、ねじが形成されたねじ軸部３とを備え、ねじ軸部３は、円柱形状の平行ねじ部４と、軸端に向かって徐々に小径となるテーパ形状の先端テーパ部５とを有し、先端テーパ部５には下穴に雌ねじを形成するための雌ねじ形成用のねじ山５１が設けられ、平行ねじ部４には先端テーパ部５の雌ねじ形成用のねじ山５１によって形成された雌ねじにねじ係合するねじ山４１が設けられているタッピンねじにおいて、平行ねじ部４と先端テーパ部５の間に平行ねじ部４から先端テーパ部５に移行する先端テーパ部５よりもテーパ角度が小さく平行ねじ部４のねじ山４１と同一形状のねじ山６１を備えたテーパ移行部６を設けたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、下穴に雌ねじを形成しながらねじ込まれるタッピンねじに関し、特にねじ軸の先端部が先細のテーパ形状となった先端テーパ部を備えたものに関する。

従来のこの種のタッピンねじとしては、たとえば、特許文献１に記載されるようなものが知られている。
すなわち、頭部と、頭部から直線的に延びるねじ軸部とを備え、ねじ軸部は、平行ねじ部と、平行ねじ部の頭部と反対側端部から軸端に向かって先細となるテーパ形状の先端テーパ部と、を有する構成となっている。先端テーパ部には下穴に雌ねじを形成するための雌ねじ形成用のねじ山が設けられ、平行ねじ部には先端テーパ部の雌ねじ形成用のねじ山によって形成された雌ねじに螺合するねじ山が設けられている。
タッピンねじをねじ込む際には、先端テーパ部のねじ山の先行部分によって形成された雌ねじ部分に後続するねじ山が食い込んで徐々に押し広げていき、平行ねじ部との境界となる先端テーパ部の最大径部分で平行ねじ部のねじ山の大きさまで拡げられ、続いて平行ねじ部のねじ山が螺合するようになっている。

このようなタッピンねじにおいては、ねじ込みトルクの低減を図ることが大きな課題であり、従来から、先端テーパ部の横断面形状を角部が丸い三角形状等の多角形状としたり（特許文献１）、ねじ山にねじ欠落部や軸方向に延びる平坦面や凹溝を設けることにより（特許文献２，３，４，５，６等参照）、先端テーパ部のねじ山が下穴に対して円周方向に部分的に食い込むような構成としてねじ込みトルクの低減が図られていた。

本発明は上記した従来技術とは異なり、タッピンねじの先端テーパ部から平行ねじ部に至るテーパ角度に着目したものである。すなわち、タッピンねじのねじ込みトルクの大きさは、基本的には先端テーパ部の角度に依存しており、先端テーパ部の角度を小さくすることによって、ねじ込みトルクを小さくすることができる。しかし、先端テーパ部の角度を小さくすると、先端テーパ部の長さが徒らに長くなり、ねじ込み量が長くなってしまうので、テーパ角度を小さくするにも限界がある。
特許第３０５０７８９ 特公昭４６−２５２０５号公報 特公昭４１−５９６４号公報 特開昭４９−１１９０５０号公報 特公昭５４−３１７５７号公報 特公昭５９−２０４１０号公報

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、先端テーパ部の長さを徒らに長くすることなく、ねじ込みトルクを効果的に低減し得るタッピンねじを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、頭部と、ねじが形成されたねじ軸部とを備え、該ねじ軸部は、円柱形状の平行ねじ部と、軸端に向かって徐々に小径となるテーパ形状の先端テーパ部とを有し、先端テーパ部には下穴に雌ねじを形成するための雌ねじ形成用のねじ山が設けられ、平行ねじ部には先端テーパ部の雌ねじ形成用のねじ山によって形成された雌ねじにねじ係合するねじ山が設けられているタッピンねじにおいて、
前記テーパねじ部と先端テーパ部の間にテーパねじ部から先端テーパ部に移行する先端テーパ部よりもテーパ角度が小さく平行ねじ部のねじ山と同一形状のねじ山を備えたテーパ移行部を設けたことを特徴とする。
先端テーパ部及びテーパ移行部に設けられるねじ山が下穴に対して円周方向に部分的に食い込む構成となっていることを特徴とする。

ねじ込みトルクは、先端テーパ部の先端部分でねじの成形を開始してから次第に大きくなり、最大径となる先端テーパ部から平行ねじ部に移行する部分で最大となる。この点に着目し、先端テーパ部と平行ねじ部の間の部分に、先端テーパ部よりもテーパ角度の小さいテーパ移行部を設けたので、先端テーパ部の角度を変えることなく、ねじ込みトルクのピークを下げることができる。

また、テーパ移行部を設けたことにより、同じ長さであれば従来よりも先端テーパ部の先端径を細くすることができ、ねじ込み可能な下穴径を従来より広く設定することも可能となるという効果も得られる。
さらに、先端テーパ部及びテーパ移行部のねじ山が、ねじ欠落部等によって下穴に対して円周方向に部分的に食い込む構成としておけば、テーパ移行部のテーパ形状と相俟ってねじ込みトルクのピークをより下げることができる。

また、転造時にねじ山の頂部まで材料の肉が十分に回り、ねじ山の頂部がだれることなく立ち上がって完全なねじ山が成形される。したがって、平行ねじ部のねじ山が嵌合する最終的な雌ねじのねじ溝が正確に成形され、平行ねじ部が塑性変形させるめねじの肉量が小さく、スムースに嵌合しねじ込みトルクの一層の低減を図ることができる。

以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るタッピンねじを示している。
図１（Ａ），（Ｂ）において、１はタッピンねじを示しており、このタッピンねじ１は、頭部２と、ねじが形成されたねじ軸部３とを備えている。ねじ軸部３は、円柱形状の平行ねじ部４と、軸端に向かって徐々に小径となるテーパ形状の先端テーパ部５とを備えた構成で、平行ねじ部４と先端テーパ部５の間に、平行ねじ部４から先端テーパ部５に移行する先端テーパ部５よりもテーパ角度が小さいテーパ移行部６が設けられている。

頭部２は、図示例では丸平形状の頭部本体２１から張り出すフランジ部２２を備えたフランジ付き丸平形状で、頭部本体２１の頭頂部にビット嵌合部としての十字穴２３が設けられている。また、フランジ部２２の下端面には顎部２４が突出している。もっとも、頭部２の形状としては、図示例に限定されるものではなく、種々の形状を採用可能である。
ねじ軸部３の一端は頭部の顎部２４の下端面に首部を介してつながっており、頭部２側から順番に、平行ねじ部４、テーパ移行部６、先端テーパ部５が設けられている。

平行ねじ部４には先端テーパ部５によって形成された雌ねじに螺合するねじ山４１が設けられている。平行ねじ部４の長さは、下穴のサイズに応じて適宜設定されるもので、ねじ山４１が所定ピッチでもって形成されている。この平行ねじ部４に設けられるねじ山４１は完全ねじ山である。
先端テーパ部５には下穴の内周に雌ねじを形成するためのねじ山５１が設けられている。この雌ねじ形成用のねじ山５１は、平行ねじ部４のねじ山４１と同一ピッチでねじ軸先端まで形成され、ｎ寸法が変わらずに先端に向けて徐々に山の高さが小さくなっている。
テーパ移行部６には、平行ねじ部４のねじ山４１と同一形状のねじ山６１が設けられている。このねじ山６１も平行ねじ部４のねじ山４１と同一ピッチで、平行ねじ部４のねじ山４１と先端テーパ部５のねじ山５１とを連結している。

上記先端テーパ部５のテーパ角度をα、テーパ移行部６のテーパ角度をβとすると、先端テーパ部５の角度αは３°〜１６°、テーパ移行部６の角度βは１°〜１３°の範囲で、テーパ角度の変化率α／βが、１を含まない１〜５程度の大きさに入るように設定することが好適である。ここで、先端テーパ部５の角度αは、先端テーパ部５のねじ山の頂部５１を結ぶ線Ｏとねじ軸部３の中心軸線Ｎと平行の線、図示例では平行ねじ部４のねじ山４１の頂部を結ぶ線Ｍとのなす角度である。また、テーパ移行部６のテーパ角度βも、テーパ移行部６のねじ山の頂部を結ぶ線Ｐとねじ軸部３の中心軸線Ｎと平行な線、図示例では平行ねじ部４のねじ山４１の頂部を結ぶ線Ｍとのなす角度である。

また、先端テーパ部５及びテーパ移行部６に設けられるねじ山５１，６１は、ねじ込みトルクの低減を図るために、下穴に対して円周方向に部分的に食い込む形状となっている。この実施例では、各ねじ山５１，６１の一巻き毎に、三箇所にねじ欠落部５１ａ，６１ａが形成され、先端テーパ部５及びテーパ移行部６の横断面形状が角部が円弧状の三角おむすび形状に成形された構成で、ねじ欠落部５１ａ，６１ａの間にねじ山食い込み部としてのねじ山本体部５１ｂ，６１ｂが、下穴に対して間欠的に食い込むようになっている。
もっとも、先端テーパ部５及びテーパ移行部６の形状としては、このようなねじ欠落部を有する構成に限定されるものではなく、円周方向に部分的に食い込む形状であれば、従来技術で記載したように、たとえば、凹溝構成となっていてもよいし、平坦面構成となっていてもよいし、横断面形状が三角おむすび形状のような断面多角形状で、その外周に沿ってねじ山が設けられた構成となっていてもよく、公知の種々の構成が適用可能である。

上記実施例に係るタッピンねじのねじ軸部の成形は、不図示のねじブランクに対して転造型を用いてねじ山が転造されるが、ねじブランクの先端形状は、先端テーパ部に対応するテーパ部の他にテーパ移行部に対応するテーパ部を備えた２段テーパ形状としてもよいし、テーパ移行部に対応するテーパ部を設けないで先端テーパ部に対応するテーパ部のみを備えた１段テーパ形状としてもよい。テーパ移行部に対応するテーパ部を設ける場合には、必ずしもテーパ移行部のテーパ角度に対応している必要はなく、テーパ角度よりも角度が小さくてもよい。
ねじ山を転造する際に、１段テーパ、あるいは２段テーパでも先端テーパ部６のテーパ角度βよりも角度を小さく設定しておけば、転造時にねじ山６１の頂部まで材料の肉が十分に回り、ねじ山６１の頂部がだれることなく立ち上がって完全なねじ山が成形される。特に、各ねじ山６１にねじ欠落部６１ａを形成するために、ねじブランクに平面部や凹溝等が設けられている場合に有効である。
したがって、平行ねじ部４のねじ山４１が嵌合する最終的な雌ねじのねじ溝が正確に成形され、平行ねじ部４が塑性変形させるめねじの肉量が小さくできることにより、ねじ込みトルクの一層の低減を図ることができる。

図２には、上記タッピンねじがねじ込まれた状態を示している。
図示例では、タッピンねじ１を用いて、鋼板等の相手部材１１０に対して被締付け部材１１１を固定するもので、相手部材１１０には、タッピンねじ１がねじ込まれる下穴１１２が設けられている。この下穴１１２はバーリング穴で、穴の周縁を一方に筒状に突出させた筒状部１１３を備えている。
タッピンねじ１のねじ込みは、まず、先端テーパ部５を下穴１１２に差し込んで食い付かせ、頭部２の十字穴にドライバビットを嵌合して押し込みながらねじ込む。この実施例では、テーパ移行部６を設けたことにより、最大径が小さくなるので、同じ長さで同じテーパ角度であれば従来よりも先端テーパ部５の先端径を細くすることができ、ねじ込み可能な下穴径を従来より広く設定することも可能となる。

タッピンねじをねじ込む際には、先端テーパ部５のねじ山５１の先行部分によって形成された雌ねじ部分に後続するねじ山が食い込んで徐々に押し広げられていき、先端テーパ部５の最大径位置までねじ込まれると、先端テーパ部５によって成形された雌ねじ部分にテーパ移行部６のねじ山６１が食い込み、徐々に所定の大きさの雌ねじに整えられる。テーパ移行部６の最大径位置までねじ込まれた時点で先行ねじ部４のねじ山４１の大きさに整えられ、続く平行ねじ部４のねじ山４１がスムースにねじ込まれる。
このように、ねじ込みトルクが最大となる先端テーパ部５と平行ねじ部４の間に、先端テーパ部５よりもテーパ角度の小さいテーパ移行部６を設けたので、ねじ込みトルクのピークを下げることができる。

表１は、一段テーパの従来品として、先端テーパ角度αが３°、７．５°、１０．０°、１６．０°の４種類のサンプル、２段テーパの本発明のサンプルとして、先端テーパ角度αが３°、５．５°、７．５°、１０．０°、１６．０°の５種類のねじについて、それぞれテーパ移行部の角度βを変えた複数のサンプルを用意し、ねじ込みトルクを測定した試験結果を示している。
また、図３は、上記試験結果をテーパ角度の変化率α／βを横軸とし、先端テーパ部５の角度毎に、ねじ込みトルクの大きさを示したグラフである。一段テーパの従来品の場合は変化率α／βを１として示している。
先端テーパ部のテーパ角度αが小さいほうがねじ込みトルクが小さいが、一段テーパの従来例の場合、テーパ角度を１６．０°から３°まで小さくしても、ねじ込みトルクの大きさは、５．９２［Ｎ・ｍ］から４．７０［Ｎ・ｍ］に低下する程度であるが、テーパ移行部を設けた場合には、先端テーパ部５のテーパ角度αが１６°で、テーパ移行部６の角度βを１２．５°としただけで（変化率α／βが１．３）、４．２８［Ｎ・ｍ］まで低下した。
先端テーパ部αの角度がどの大きさでも、変化率（α／β）が２．０程度まではねじ込みトルクが急激に低下し、それ以上変化率（α／β）を大きくしても、ねじ込みトルクはあまり低下しない。このグラフから、変化率（α／β）が１より僅かに大きくなっただけでも急激にトルクは低下することが認められ、好ましい範囲としては、１（１を含まない）〜５程度である。より好適な範囲としては、変化率（α／β）が１．２程度以上、さらに好適な範囲としては、変化率（α/β）が約１．９以上である。

図１は本発明の一実施例に係るタッピンねじを示すもので、同図（Ａ）は正面図、同図（Ｂ）は平面図である。 図２は図１のタッピンねじの締結状態を示す図である。 図３は本発明の２段テーパの角度変化率とねじ込みトルクの関係を示すグラフである。

符号の説明

１ タッピンねじ
２ 頭部
３ ねじ軸部
４ 平行ねじ部
４１ ねじ山
５ 先端テーパ部
５１ ねじ山
５１ａ ねじ欠落部
５１ｂ ねじ山本体部（ねじ山食い込み部）
６ テーパ移行部
６１ ねじ山
６１ａ ねじ欠落部
６１ｂ ねじ山本体部（ねじ山食い込み部）
Ｎ 中心軸線
Ｍ 平行ねじ部のねじ山の頂部を結ぶ線
Ｏ 先端テーパ部のねじ山の頂部を結ぶ線
Ｐ テーパ移行部のねじ山の頂部を結ぶ線
α 先端テーパ部のテーパ角度
β テーパ移行部のテーパ角度
１１０ 相手部材
１１１ 被締付け部材
１１２ 下穴
１１３ 筒状部

Claims (2)

1. 頭部と、ねじが形成されたねじ軸部とを備え、該ねじ軸部は、円柱形状の平行ねじ部と、軸端に向かって徐々に小径となるテーパ形状の先端テーパ部とを有し、該先端テーパ部には下穴に雌ねじを形成するための雌ねじ形成用のねじ山が設けられ、前記平行ねじ部には先端テーパ部の雌ねじ形成用のねじ山によって形成された雌ねじにねじ係合するねじ山が設けられているタッピンねじにおいて、
   前記平行ねじ部と先端テーパ部の間に平行ねじ部から先端テーパ部に移行する先端テーパ部よりもテーパ角度が小さく平行ねじ部のねじ山と同一形状のねじ山を備えたテーパ移行部を設けたことを特徴とするタッピンねじ。
2. 先端テーパ部及びテーパ移行部のねじ山が下穴に対して円周方向に一定の間隔をおいて食い込むねじ山食い込み部を有する構成となっている請求項１に記載のタッピンねじ。

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