JP2008157419A - セルフタッピンねじ - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ込まれるねじの傾斜を少なくし且つ長くて大きな屑の発生をなくするようにしたセルフタッピンねじを得る。
【解決手段】頭部２とねじ山１０が形成された脚部３とからなるねじにおいて、脚部３は締結部１２と締結案内部１３とから構成され、これらのねじ山１０の谷部１１は脚部３の中心線に沿う軸方向の同一断面において脚部３の中心からの距離（ｔ）が一定で、しかも、締結部１２は脚部３の谷部１１からのねじ山高さ（Ｈ）が等しくなるよう形成し、締結案内部１３はねじ山稜線が脚部３の先端に達するにつれて漸次低くなるとともにねじ山頂角（α）を大きく形成したセルフタッピンねじであるから、ワークの下穴へのねじ込み初期において、下穴に嵌った時にねじは下穴中心に対して傾きが減少するからねじ込み作業が容易になる。また、ねじ込み作業において大きな削り屑が発生しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークにあらかじめ形成されている下穴に雌ねじを形成しながらねじ込まれるセルフタッピンねじに関し、特に、ねじ込み開始時にドライバビットに対して傾くことを極力少なくしたセルフタッピンねじに関する。

ねじ締め作業の多い自動組み立て作業においてはワークにあらかじめ形成した下穴に直接ねじをねじ込むようにしたセルフタッピンねじが多く採用されている。このようなセルフタッピンねじをワークの下穴にねじ込むことによって、下穴には雌ねじが塑性変形により形成されながらねじ込まれるが、下穴の雌ねじとねじのねじ山との間に比較的大きな接触抵抗が発生することで、通常の脚部の軸直角断面が円形形状のねじ山ではねじ込み途中で所謂、焼き付き現象が多く生じている。また、このねじは脚部先端の不完全ねじ部のねじ山が図１２のねじ山展開図のようになり、このようにねじ山頂角（α）は一定で、ねじ山基部の幅（Ｌ）が脚部先端に達するにつれて狭く且つねじ山高さも低くなっているので、雌ねじ成形時にねじ山はワークに喰い込むように入るので、比較的長くて大きい削り屑が発生しやすい。これらを解消するために現在広く普及しているセルフタッピンねじは雌ねじ成形時にできるだけワーク１２０との接触抵抗を少なくし低トルクでの下穴へのねじ込みを可能にするために軸直角断面が三角形状となっているものもある。

このようなねじにおいては通常、図１３に示すように、ねじ込み初期に下穴１２１に入りやすいようにねじ山１１０の先端高さを下穴径より単純に僅かに低くした形状とし、これがねじ込まれるにしたがって雌ねじ部分は徐々に広げられていくようになっているから、ねじ山１１０とワーク１２０との間に発生する接触抵抗は十分に低くならないとともにねじ山と下穴との接触が安定せず、このため、ねじ１０１が傾斜を生じ、傾斜した状態のままねじ込まれて、依然としてワーク１２０の材質によっては焼き付き現象が生じてねじが途中までしかねじ込まれないでねじ浮き現象が発生したり、摩擦によりワーク１２０の成形屑が多く発生する等の問題がある。

そこで、このような問題を少しでも解消しようとして特許第３０４６７４６号公報に示すようなセルフタッピンねじも使用されつつある。これは図１４に示すように、脚部２０３の軸直角断面が六角形状となったものであり、頭部に続いて円形ねじ部が形成され、これに続いて特殊非円形ねじ部が形成され、更に、特殊非円形テーパねじ部２１３がこれに連続して形成されたものである。また、これら特殊非円形ねじ部と特殊非円形テーパねじ部２１３とは全域に渡って断面が円形の谷２１１を有し、特殊非円形テーパねじ部２１３の谷２１１はその径が先端に達するにつれて小さくなっている。しかも、ねじ山外径は図１５に示すように、ねじ条一巻きについて最高部２１４が六個あらわれる所謂、六角形状の断面形状となっており、このような形状のタッピンねじを下穴にねじ込むことによってねじ込み初期トルクを軽減し、ワークへのねじ立てを容易にするようにしたものである。
特許第３０４６７４６号公報

しかしながら、このようなタッピンねじをワークの下穴にねじ込む場合、ねじ込み初期段階において最初に下穴に接する部分はねじ山外周部分であり、しかも、この部分が断面山形形状の稜線部分であることから自動ねじ締め機によりねじ込む場合は、ドライバビットに対してねじが傾きやすく、特に、ねじ山が荒ピッチであると、ねじの傾きが顕著にあらわれ、斜め締め付けが生じている。また、このねじ山には最高部にタップ刃が形成されているため、ワークの下穴は雌ねじが塑性加工されるとともに削られることからワークの成形屑や削り屑が多く発生し、そのため、電気部品や電子機器等の組立に使用すると、これらの屑がプリント基板等の配線上に落ち、配線がショートしたり、これによって機器が発火したりする等の危険性が生じている。その上、このように一部切削作用があることからワークの材質によっては比較的長さのある筋状の屑や大きな切り粉状の屑が生じることも多々あり、配線がショートする危険性が増大している。更に、このねじの谷は軸直角断面が円形形状となっていることからねじの緩み止めはねじの軸力により生じるねじのフランク面と雌ねじのフランク面との接触抵抗による作用しかなく、この軸力が少しでも低下すると、タッピンねじには緩みが発生し、締結力が低下する等の課題がある。

本発明の目的は、このような課題を解消するとともにねじ込まれるねじの傾斜を少なくし且つ長くて大きな屑の発生をなくするようにしたセルフタッピンねじを得ることである。

本発明の目的は、ドライバビットが係合する駆動部を持つ頭部２とこれと一体でねじ山１０が形成された脚部３とからなり、ワーク２０に形成されている下穴２１に雌ねじを形成しながら脚部３がねじ込まれるねじにおいて、前記脚部３は締結部１２と締結案内部１３とから構成され、この締結部１２と締結案内部１３のねじ山１０の谷部１１は脚部３の中心線に沿う軸方向の同一断面においてその全長に渡って脚部３の中心からの距離（ｔ）が一定で、しかも、前記締結部１２は脚部３の谷部１１からのねじ山高さ（Ｈ）が等しくなるよう形成し、脚部３の先端側に位置する締結案内部１３は前記締結部１２から連続するねじ山稜線が脚部先端に達するにつれて漸次低くなるとともにこのねじ山稜線が低くなるにつれてねじ山頂角（α）を大きく形成し、一方、ねじ山稜線に所定幅の周面１５を形成したセルフタッピンねじを提供することで達成される。

また、前記構成に加えて、脚部はその軸線に直交する軸直角断面において略三角形状となっているからねじの谷部の三頂点間の谷面と雌ねじの谷径との間に大きな間隔があき、一方、雌ねじ成形時の成形素材がこの谷面近くまで進入することになるからタッピンねじの軸力が低下してもねじには緩み止め作用が十分に得られる。

更に、これら構成におけるねじ山稜線の周面は脚部３のねじ山１０のリード線に直交する断面において円弧形状となっていることから、このタッピンねじを一旦、緩めて再ねじ込みを行っても喰い付き時に同じねじ山に入りやすい。しかも、この構成に加えて、ねじ山稜線の周面は脚部３の先端に達するにしたがって幅が狭くなっていることからも前記目的が達成される。その上、これらねじ山稜線の周面は脚部３の先端において、谷部１１の外周面と等しくなっていることからも前記目的の達成が十分に可能となる。

本発明によれば、このタッピンねじをワークの下穴にねじ込む際のねじ込み初期段階において、最初に下穴に接する部分はねじ山外周部分であるが、このねじ山外周部分を形成する稜線部分が比較的平坦な周面で且つフランク面の傾斜も脚部先端に達するにつれて低くなっていることから、下穴に嵌った時にねじは下穴中心に対して傾きが減少するからねじ込み作業が容易になる。特に、多くの部品の組み立て作業において自動ねじ締め機により連続的にねじ込む場合にねじ込みトルクが安定し、ねじ山が荒ピッチであってもねじの傾きが大幅に減少して斜め締め付けが解消される。また、このタッピンねじを電気部品や電子機器等の組立に使用しても、このタッピンねじのねじ込み作業において大きな削り屑が発生しないので、これら屑がプリント基板等の配線上に落ちることが解消され、この配線がショートしたり、これによって機器が発火する等の危険性もなくなる。その上、雌ねじを切削形成することがないので、電子、電気機器への使用に好適となる。しかも、このようにねじ山先端側の頂角が鈍角でねじの頭部側に位置する締結部にかけて徐々に鋭角になっているので、ねじ山転造加工の際にねじ山頂部への素材の流れが滑らかになって、ねじ山自体の割れも生じにくい。

更に、このねじの谷部は軸直角断面が円形形状ではなく、略三角形状となっていることから、タッピンねじのねじ込み終了時に生じる軸力が低下しても塑性変形された雌ねじの山部がねじの谷部の頂点と頂点との間に僅かながら膨出するので、これによりタッピンねじに緩み作用が生じても、十分な緩み止め作用が維持される。しかも、ねじ山稜線部分の平坦な周面は断面が円弧形状となっているから、ねじの再ねじ込みにおけるねじ込み初期に再び同じ雌ねじに嵌り易すい。その上、ねじ山稜線の平坦な周面は脚部の先端に達するにしたがってその幅が狭くなっているので、ワークの下穴への喰い付きが比較的容易になる。また、これらねじ山稜線の周面は脚部先端において谷部の外周面と等しいか谷部の外周面に接近する形状となっているので、より確実にねじの傾斜が解消される等の特有の効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図１乃至図１１に基づき説明する。図１乃至図３において、１は頭部２とこれと一体で且つ外周にねじ山１０を有する脚部３とからなるセルフタッピンねじ（以下タッピンねじと称す）である。このタッピンねじ１の頭部２には脚部３の中心線上に位置するようになっているドライバビット（図示せず）と係合可能な駆動部を構成する十字円錐溝形状の駆動穴４が形成されている。この駆動部は十字円錐溝形状の駆動穴４であるが、この他に、例えば、四角、六角形状あるいはその他の溝あるいは穴形状であってもよく、一般に普及している形状であれば、これに制限されるものではない。

また、この頭部２と一体に形成された脚部３は図３に示すように、頭部２より小径で軸直角断面が略三角形状に形成してあり、脚部３のねじ山１０は所定のピッチを有して成形されている。このねじ山１０はそのねじ山頂角が６０°以下の鋭角に形成してあり、ねじ山１０のピッチを比較的大きく形成してタッピンねじ１の谷部１１の間隔が通常の小ねじの間隔より比較的広くなるように形成されている。この脚部３は頭部側に締結部１２が、その先端側にワーク２０にあらかじめ形成されている下穴２１にねじ込まれるのを案内する締結案内部１３が夫々形成されて構成されている。この締結部１２は平面上においてその外周が軸線に平行になっており、一方、これに連続する締結案内部１３は図１に示すように、脚部３の先端に達するほどねじ山１０が低くなっており、即ち、その先端は図１１に示すように、ねじ込み時においてワーク２０の下穴２１に進入しやすいように先端に達するにつれてねじ山高さは低くなるよう形成されている。

これら締結部１２と締結案内部１３とはその軸直角断面が略三角形状であり、谷部１１も略三角形状に形成されており、この谷部１１は脚部の中心線に沿う軸方向の同一断面においてその全長に渡って脚部３の中心から谷部１１の外周までの距離（ｔ）はほぼ一定の距離を有している。また、前記締結部１２のねじ条をその展開図である図４で説明すると、ねじ条一巻き当たりの形状は等間隔をおいた三ヶ所で山形状に盛り上がっており、即ち、この盛り上がり部分が略三角形状の頂点部１４であり、谷部１１も同様にねじ山１０の稜線と平行となっている。そのため、この締結部１２において谷部１１からのねじ山１０の高さ（Ｈ）は等しくなっており、この締結部１２では図６の二点鎖線で示すように、進み側フランク面１６、追い側フランク面１７の傾斜はねじ山リード線方向に沿い、夫々平行であり且つねじ山頂角（α）も一定である。

しかも、脚部３の先端側に位置する前記締結案内部１３のねじ山１０は脚部３の先端に向かうにしたがって螺旋状に形成されているねじ山１０の稜線が前記谷部１１に対して漸次低くなるよう形成してあり、具体的にはその高さの変化は図５に示すように、ねじ条一巻き当たり谷部１１に対してその高さ（ｈ）が低くなっている。一方、このねじ山１０の基部の幅は脚部全長に渡って一定の幅（Ｌ）を有しており、図７に示すように、ねじ山１０が低くなるにつれて二点鎖線で示すように、フランク面の傾斜角が緩くなり、ねじ山頂角（α）は漸次大きくなって途中で鋭角から鈍角になっている。即ち、頭部側の頂角（α）は（α１）であり、続いて（α２）・・・（αｅ）のようになっている。また、このようにねじ山１０の基部の幅を脚部３の全長に渡って一定にすることで、ねじ山間の谷部１１が狭まることがないので、ねじ込み時のワークの塑性変形の際、素材の変形作用に支障を与えることもなくなる。

一方、前記ねじ山１０の稜線部分は締結部１２から締結案内部１３に渡って図６及び図７に示されているように、所定幅の平坦な周面１５が形成されている。また、この周面１５は平面に限定されるものではなく、これに代えて図８に示すように、ねじ山１０のリード線に直交する断面が円弧形状であってもよく、このように形成することによって、タッピンねじ１を一旦、緩めて再ねじ込みを行っても、雌ねじを潰すことが減少する。更に、締結案内部１３の周面１５は前記表面形状に加えて図９に示すように、脚部３の先端に達するにつれてこの幅が漸次狭くなった形状にしてもよく、このようにすることで、ワーク２０の下穴２１への初期喰い付きが滑らかになるとともに、ねじ込み作業での雌ねじ形成においてワーク２０の素材を徐々に押し広げることになり、ねじ込みトルクの急激な上昇を抑制することができる。そして、このねじ山稜線の周面１５は脚部３の先端において谷部１１の外周面と等しくなるよう形成してあり、これによりねじ込み初期のタッピンねじ１の傾斜がより確実に解消されるようになっている。また、このねじ山稜線の周面１５は下穴径によっては谷部１１の外周面に接近しているだけでもよく、常に外周面に等しくなくても十分な作用が得られる。

このような構成において、図１１に示すように、ワーク２０にあらかじめ形成されている下穴２１にタッピンねじ１をねじ込むと、ねじ込み初期には締結案内部１３の先端が下穴に進入する。このとき、このねじの締結案内部１３の先端は図１に示すように、ねじ山１０はその高さが谷部１１にほぼ等しい高さになっているので、下穴２１の内面にねじ山１０の平坦な周面１５が面接触に近い状態で且つ場合によっては、ねじ山の一部の傾斜の緩い進み側フランク面に下穴の角の一部が接触することになる。しかも、接触ヶ所は最大三ヶ所になるので、ねじの駆動穴４に係合するドライバビットとタッピンねじ１と下穴２１とはほぼ同一直線状になることができる。

特に、このようにドライバビットと下穴２１とに対してタッピンねじ１が傾くことなく、ほぼ同一直線状に位置させるためには、下穴径が標準的な大きさに比べて僅かに小さくすることが望ましく、例えば、比較的厚みの薄い板状のワーク２０においては、下穴径をねじの谷部１１の最高部である三頂点の回転軌跡より僅かに大きい程度にすることで、ねじ山１０の先端の周面１５が面接触状態になりやすい。これによって、ねじの締結案内部１３の先端が下穴２１の内周面に面接触に近い状態で接触可能となる。

続いて、この状態からドライバビットが回転すると、タッピンねじ１はワーク２０の下穴２１に雌ねじを形成しながらねじ込まれる。このねじ込み作業において脚部３は図１０に示すように、軸直角断面が略三角形状となっているので、ねじ込み時に生じる接触抵抗は徐々に増加することになり、急激なねじ込みトルクの上昇は回避される。一方、ねじ込み作業終了時には下穴２１への雌ねじの塑性変形時に生じた変形素材が脚部３のねじ山間の谷部１１の方向に押出されるように移動するのでこれが谷部１１の三頂点間に嵌り込む。これにより、ねじ込み終了後にタッピンねじ１に緩み作用が生じてもその緩みは制限されることになる。

また、ねじ山１０の周面１５を断面円弧形状に形成し、このタッピンねじ１を下穴２１に雌ねじを形成しながらねじ込むことによって、雌ねじ塑性変形時において雌ねじの谷に亀裂を発生させる恐れもなく且つ細長い糸状の屑も発生しない。しかも、一旦ねじ込んだこのタッピンねじ１を緩めて再ねじ込みを行った場合は、前回形成した雌ねじに滑らかに嵌ることができ、再ねじ込みにおいて雌ねじの損傷を減少させることも可能となる。尚、この実施例においては、軸直角断面が略三角形状のタッピンねじ１について説明したが、これに限定されるものではなく、軸直角断面が円形形状であっても締結案内部１３のねじ山１０の頂角が脚部先端に達するにつれて大きくなる形状であれば、同様の作用効果が得られるものである。

本発明の実施の形態を示す拡大要部正面図である。 本発明に係るセルフタッピンねじの全体正面図である。 図２の底面図である。 本発明の締結部のねじ条１条当たりの拡大展開図である。 本発明の締結案内部のねじ条１条当たりの拡大展開図である。 図４のＡ−Ａ線拡大断面図である。 図５のＢ−Ｂ線拡大断面図である。 本発明の他の実施の形態を示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態における変形実施例を示す拡大断面図である。 本発明をワークにねじ込んだ状態を示す拡大軸直角断面図である。 本発明をワークの下穴に係合させた状態を示す一部断面正面図である。 本発明の従来例を示す不完全ねじ部のねじ山展開図である。 従来例をワークの下穴に係合させた状態を示す一部断面正面図である。 本発明の他の従来例を示す拡大断面図である。 図１４に示す他の従来例のねじ条１条当たりの展開図である。

符号の説明

１ セルフタッピンねじ
２ 頭部
３ 脚部
４ 駆動穴
１０ ねじ山
１１ 谷部
１２ 締結部
１３ 締結案内部
１４ 頂点部
１５ 周面
１６ 進み側フランク面
１７ 追い側フランク面
２０ ワーク
２１ 下穴

Claims (5)

1. ドライバビットが係合する駆動部を持つ頭部（２）とこれと一体でねじ山（１０）が形成された脚部（３）とからなり、ワーク（２０）に形成されている下穴（２１）に雌ねじを形成しながら脚部がねじ込まれるねじにおいて、
   前記脚部は締結部（１２）と締結案内部（１３）とから構成され、この締結部と締結案内部のねじ山の谷部（１１）は脚部の中心線に沿う軸方向の同一断面においてその全長に渡って脚部の中心からの距離（ｔ）が一定で、しかも、前記締結部は脚部の谷部からのねじ山高さ（Ｈ）が等しくなるよう形成し、脚部の先端側に位置する締結案内部は前記締結部から連続するねじ山稜線が脚部先端に達するにつれて漸次低くなるとともにこのねじ山稜線が低くなるにつれてねじ山頂角（α）を大きく形成し、一方、ねじ山稜線に所定幅の周面（１５）を形成したことを特徴とするセルフタッピンねじ。
2. 脚部はその軸線に直交する軸直角断面において略三角形状となっていることを特徴とする請求項１記載のセルフタッピンねじ。
3. ねじ山稜線の周面は脚部のねじ山のリード線に直交する断面において円弧形状となっていることを特徴とする請求項１又は２記載のセルフタッピンねじ。
4. ねじ山稜線の周面は脚部の先端に達するにしたがって幅が狭くなっていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のセルフタッピンねじ。
5. ねじ山稜線の周面は脚部の先端において、谷部の外周面と等しくなっていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のセルフタッピンねじ。

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