JP2008291870A - タッピンねじ - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートなどの硬質基盤においてもねじ切りが可能かつ、容易に製造することができる、耐食性金属から構成するタッピンねじ並びに、その製造方法を得る。
【解決手段】耐食性金属によって構成したシャフト１２と、シャフト１２の外周において一体的に、かつ少なくとも部分的に構成した少なくとも１条のねじ山１３とを設ける。ねじ山１３内部に硬質材料によって構成した複数個の小型の切り刃体２２を備え、切り刃体２２の硬度はねじ山１３の硬度よりも大きいものとする。切り刃体２２をねじ山１３に、好適には、ねじ山の設けた切欠き内に溶接する。好適には、切り刃体２２を電気抵抗溶接によってねじ山１３に固着する。また、固着した切り刃体２２を少なくとも部分的にねじ山１３から半径方向外方に突出させる。切り刃体２２相互間の間隔Ａを、シャフト１２の遊端部１４からねじ山１３の延在方向に沿って次第に拡大させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、特許請求の範囲における請求項１の前半部分に記載したタッピンねじ並びに、このタッピンねじの製造方法に関する。

この種のタッピンねじは、少なくとも１条のねじ山を外周に少なくとも部分的に設けたシャフトを有し、このシャフトの一方の端部に、例えば荷重係止手段として構成したねじヘッドを設ける。タッピンねじ、もしくはねじ切りねじにおいて、ねじ山を高硬度に構成するため、基盤に雌ねじを形成することができる。このために、少なくともねじ山を構成する鋼材には硬化処理を施す。屋外での使用には、コンクリートねじなどのタッピンねじも耐食性鋼材によって構成する。この種の鋼材は通常、熱処理によっては、コンクリート中に確実に切り込むことができる強度に強化されない。

特許文献１には、耐食性スチールによって構成したタッピンねじが記載されている。このタッピンねじでは、部分的に分散硬化を施すが、コンクリートなどの無機質の硬質基盤において使用するには、最大硬度値が不十分であるという欠点を有する。
独国特許第１９８１５６７０号明細書

特許文献２には，耐食性スチールに，イオン窒化処理で全面的に被覆を設けたタッピンねじが記載されている。このタッピンねじはねじ被覆の層厚が最大０．２２ｍｍであるため、無機質の硬質基盤に適用する場合に被覆が早期に磨耗するという欠点を有する。
国際公開第９４２５７６４号明細書

特許文献３には、ステンレス鋼によって構成したねじが記載されている。このねじのコアに、カッターピンとして焼入鋼によって構成した切り刃体を収容するための、外側開する収容孔を設ける。切り刃体により、無機質の硬質基盤に切り込み可能である。カッターピンをねじ込み方向に関しては形状規制ロックにより、また、半径方向に関しては摩擦接合によって、コアにおける収容孔に保持する。この従来技術は、多数のカッターピンを個別に収容孔に挿入しなければならないため、製造コストが高いという欠点を有する。カッターピンの両端部にそれぞれ切削ヘッドを設けることにより、カッターピンを両方向で収容孔に圧入可能である。カッターピンを収容孔に圧入した後に、突出した切削ヘッドを研削しなければならない。
独国特許出願公開第１９８５２３３８号明細書

同様に特許文献３には、切り刃体を切り込みバーとして構成した実施例が記載されている。この切り込みバーを、コアにおいて長手方向軸線に平行に構成した、外側に開口する収容溝に、摩擦接合または接着によって、保持する。この従来技術では、ネジ山軌条のコアに、切り込みバーを収容する収容溝を多数形成しなければならないため、製造コストが非常に高いという欠点を有する。切り込みバーの突出部をねじ山に整列させるためには、切り込みバーを正確に位置合わせして収容溝に固着しなければならない。さらに、切り込みバーを収容溝において安定に保持するためには、切り込みバーと収容溝との接触面を十分に大きくする必要がある。

本発明の課題は、コンクリートなどの硬質基盤においてもねじ切りが可能かつ、容易に製造することができる、耐食性金属から構成するタッピンねじ並びに、その製造方法を得ることにある。

この課題は、本発明の特許請求の範囲における独立項の後段に記載の特徴により解決する。好適な実施例は、特許請求の範囲の従属項に記載する。

本発明によれば、切り刃体をねじ山に溶接する。

小型の切り刃体を、溶接による材料結合でねじ山に連結することにより、タッピンねじのねじ込み方向とは反対方向、並びに半径方向に関して十分に安定した状態で小型の切り刃体をねじ山に保持できる。切り刃体を有さないタッピンねじと比較すると、シャフトと一体に構成したねじ山の磨耗は、高硬度のコンクリートのような無機質の硬質基盤においても、少なく、タッピンねじを取り付ける際のねじ切りによる取り付けの作業性が向上する。好適な取り付け動作にも関わらずねじの耐食性を維持できる一方で、ねじ山の磨耗が減少することによりねじを取り付けた状態において従来のシステムよりも、大きな荷重に耐えることができる。さらに、コアを付加的に加工する必要がないため、タッピンねじの耐食性並びに製造コストの点で有利である。好適には、ねじをオーステナイト系ステンレス鋼によって構成する。

好適には、切り刃体の形状を機能に適応させることにより、切り刃体をねじ山に固着した直後から機能を発揮できる。ねじ山に溶接した後に、切り刃体を研削、切削または硬化などによる高コストの機械的な追加加工をする必要はない。切り刃体の表層の硬度が維持できるため、切り刃体の好適な切削特性を維持できる。

切り刃体の形状並びに数は任意に選択でき、好適には、必要とする機能に応じて調節できる。切り刃体の形状を例えば、球状、円柱状、直方体状、円錐状またはピラミッド型とすることができる。また、切り刃体を解体技術及び採掘技術において既知の、いわゆる切削歯として構成することもできる。タッピンねじのねじ切り動作を付加的に補助するために、ねじ山の外側輪郭における接線に対して傾斜して設けることもできる。この場合、傾斜角を例えば５〜１５°とする。ねじ山に備える切り刃体の数は、ねじ山の長さ、及びねじ切り長さ、並びにタッピンねじをねじ込む基盤材料に依存する。本発明のタッピンねじにおける好適な実施例では、ねじ込み方向側の端部から始まる１個の領域のみに、例えば４〜１５個など特定数の切り刃体をねじ山内に互いに離間して設け、ねじ山のその他の領域には切り刃体を設けない。特定のねじ込み特性を得るために、１個のタッピンねじにおいて種々の形状の切り刃体を備えることもできる。

切り刃体を電気抵抗溶接によってねじ山に固着すると、十分な強度の材料結合によって切り刃体をねじ山に保持できるため、有利である。この場合、切り刃体に圧力を加えてねじ山に溶接する。好適には、熱影響領域が狭く、高速なサイクル時間で動作させる。これにより、本発明のタッピンねじを容易に製造でき、また、切り刃体の設置によるねじ耐食性への影響が非常に小さくなる。代案として、摩擦溶接によって切り刃体をねじ山に固着することもできる。

好適には、固着した切り刃体を、ねじ山に対して少なくとも部分的に調和的に連続する輪郭となるよう形成することにより、ねじの好適なねじ切り特性が得られ、また、ねじ山の磨耗が小さくなる。

代案として、固着した切り刃体を、少なくとも部分的にねじ山から半径方向外方に突出させると、ねじ切り力が強力になり、それによってねじ切りをした基盤をよりよく切削できる。

ねじ山の延在方向に沿って複数個の切り刃手段を備える場合、例えばねじ込み方向側の端部における切り刃体を半径方向に関して大きく突出させ、後続する切り刃体の突出は、ねじ山の半径方向の高さに適合するまで連続的に減少させることにより、切り刃体をねじ山に対して調和的に連続させる。

本発明のタッピンねじにおいて、硬質材料から構成した小型の切り刃体の他に、例えばガスメタルアーク溶接方法またはレーザークラッディングによって加工した、溶接材によって構成した切り刃体を付加的に設けることもできる。これらの切り刃体を用途に応じて付加的にねじ山に備え、基盤に雌ねじを形成する際に、ねじ山に備えた硬質材料から構成した小型の切り刃体を補助する。例えば、溶接材によって構成した切り刃体を、硬質材料から構成した小型の切り刃体の代わりにねじ山内に設けることができる。また、代案として最初に基盤に接触するねじ山領域に小型の切り刃体を備え、後続のねじ山領域に溶接材から構成した切り刃体を備えることができる。取り付けた切り刃体の硬度によっては、更なる代案として、最初に基盤に接触するねじ山領域に溶接材によって構成した切り刃体を備え、後続のねじ山領域に硬質材料から構成した小型の切り刃体を備えることができる。

好適には、切り刃体相互間の間隔を、シャフトの遊端部から第２端部に向けてねじ山の延在方向に沿って、次第に拡大する。タッピンねじをねじ込む際に、最初に基盤に接触するねじ山領域においては切り刃体を互いに接近させて配置すると有利である。ねじ込み方向側の端部とは反対側の領域においては、切り刃体はほぼ付加的なねじ切り作用しか発揮せず、基盤におけるねじの有利な締結工程にのみ寄与するため、切り刃体を互いに大きく離間して配置できる。

好適には、ねじ山において切り刃体を収容するための切欠きを設ける。切り刃体は、例えばねじ山の延在方向に沿って延在し、ねじ山における切欠きに適応するものとする。切欠きを有さないねじ山に切欠き体を備える場合、ねじ山の基礎材料、もしくはその領域におけるねじの基礎材料を十分に軟化させることにより、切り刃体をねじ山に圧入する。この固着領域においては、熱影響によりシャフトの耐食性が部分的に低下する恐れがある。切り刃体をねじ山の切欠きに設けると、ねじ山の基礎材料、もしくはねじの基礎材料が僅かにしか溶融しないため、切り刃体の固着領域においてもねじの耐食性を引き続き維持できる。切り刃体を収容するための切欠きは、例えばねじ山の延在方向に沿って延在し、ねじ山に固着した状態における切り刃体の、対応する延在範囲に適応するものとする。

好適には、切欠きは底面部分を有し、この底面部分をシャフトの外周から半径方向に離間させる。このように切欠きの底面部分をシャフトの外周から離間して設けると、切り刃体を固定する際、シャフトに構成したねじ山の材料のみが溶融し、シャフト自体に対する熱負荷は最小に抑えられるため有利である。ねじのシャフトの耐食性は引き続き維持できる。

好適には、切欠きに側壁を設け、切り刃体を少なくとも１個の側壁に対して離間して設ける。これにより切削した材料屑を収容するための所定の自由空間を用意できるため、タッピング動作を改善し、本発明のねじの取り付けが容易になる。ねじの好適な実施例では、切り刃体を切欠きの底面部分のみに備え、両側の側壁に対しては離間して備える。切り刃体の長円状または球状の形状と組み合わせて、切削体を切欠き内に自由に配置することにより、有利な切削特性もしくはタッピング動作が実現し、取り付け特性が向上する。これにより、一方ではねじの取り付け時間が短縮でき、他方では既知のタッピンねじと比較してねじを取り付けるために必要なトルクが小さくなり、本発明のねじの経済性に大きく貢献する。

本発明のタッピンねじを製造するための方法においては、まず、少なくとも１条のねじ山を少なくとも部分的にシャフトの周方向に設けたねじを形成する。ねじ山は、例えば耐食性鋼材などの耐食性材料によって構成する。次に、小型の切り刃体を電気抵抗溶接によってねじ山に固着する。

電気抵抗溶接では、２個の構成体に高電流を通電し、同時に２個の構成体を互いに押し合わせる。原理的には、２個の構成体の接触部分において電気抵抗が最大になり、この位置において大きな熱が発生するため境界層の基礎材料が溶融し、２個の構成体が結合する。この場合、必要とする溶接特性及び設置特性に応じて、突き合わせ溶接方法など種々の電気抵抗溶接方法を用いることができる。好適には、基礎材料、特にシャフトの基礎材料における熱影響領域が小さく、作業時間が短い方法を選択する。

好適には、小型の切り刃体を溶接作業用に最適化した溶接プログラムによってねじ山に固着し、時間経過及び溶接電流の強さを制御する。溶接パラメータを適切に制御することにより熱影響領域が狭くなるため、耐食性にとって重要なコア材料及び／又はねじ山材料の溶融度を最小化できる。これにより、基礎材料と切り刃体との局所的な混合は可能な限り小さくできるが、切り刃体を安定した状態でねじ山内に保持し、ねじを取り付ける際に切り刃体にかかる負荷をねじ山及びシャフトにそらすことは十分に可能である。

好適には、切り刃体を固着する前に予めねじ山に切欠きを設けておき、その後切り刃体を切欠きに固着する。切欠きは、例えばスポット状または直線状に構成する。

以下、図面につき本発明の好適な実施例を詳細に説明する。図面において、原則的に同じ部材は同じ符号によって示す。

図１および図２には、タッピンねじ１１を示す。このねじ１１は、耐食性の材料、例えば、炭素含有量０．５％未満の鋼材によって構成したシャフト１２と、シャフト１２と一体的に設けたねじ山１３とを有し、このねじ山１３は、シャフト１２の遊端部１４から第２端部１５に向かって延在させる。シャフト１２の第２端部１５に、ねじ１１のための回転モーメント係合手段としての六角ヘッド１６を設ける。

ねじ山１３には小型の切り刃体２２を収容するための細長い切欠き２１を複数個設ける。切り刃体２２を硬質金属によって球体として構成し、この切り刃体２２の硬度をねじ山１３の硬度よりも大きいものとする。切欠き２１は、側壁２３並びに、シャフト１２の外周から半径方向に離間して設けた底面部分２４を有する。切り刃体２２を、切欠き２１の側壁２３から離間して配置し、ねじ山から半径方向外方に部分的に突出させる。切り刃体２２を、電気抵抗溶接による材料結合によって、ねじ山に溶接する。切欠き２１相互間、また切り刃体２２相互間には、ねじ山の延在方向に沿って間隔Ａ１、間隔Ａ２を設け、これら間隔をシャフト１２の遊端部１４から第２端部１５に向うにしたがって拡大する。

図３には、第２実施例におけるタッピンねじ３１を部分的に示す。このねじ３１も同様に、耐食性金属から構成したシャフト３２を有し、このシャフト３２において遊端部３４から第２端部の方向にねじ山３３を部分的に延在させる。ねじ山３３に、硬質材料による角錐台形状の小型の切り刃体４２を収容する切欠き４１を複数個設ける。切欠き４１をねじ山の延在方向に沿って延在させ、これら切欠き４１の延在範囲を、ねじ山３３内に配置する切り刃体４２の延在範囲に適応させる。

切り刃体４２を、ねじ山の形状に対して連続するようにねじ山３３に調和的に延在させ、また、切り刃体におけるシャフトの第２端部側の領域をねじ山３３から半径方向外方に部分的に突出させる。切り刃体４２をねじ山内に溶接する。切欠き４１相互間、また切り刃体４２相互間には、ねじ山の延在方向に沿って間隔を設け、これらの間隔をシャフト３２の遊端部３４から第２端部に向けて拡大する。

図４につき、以下に本発明の製造方法を簡潔に説明する。まず、少なくとも１条のねじ山５３をシャフト５２の外周に少なくとも部分的に設ける。このねじ山５３は耐食性金属によって構成する。次に、ねじ山５３に、側壁５８と、シャフト５２の外周から離間して設けた底面部分５９とを有する、例えば細長い切欠き５６を設ける。最後に、小型の切り刃体５７を電気抵抗溶接によって、両側の側壁５８から離間してねじ山５３に固着し、切削した金属屑のための空間５４を生ずるようにする。溶接装置を、この溶接作業用に特別に最適化した溶接プログラムで制御することにより、作動時間並びに使用する溶接電流の強さを制御できる。溶接作業の際に生じる加熱作用は、固着領域６０に限定し。この固着領域６０は、シャフト５２までは到達しない、もしくは僅かしか到達しないようにすると好適である。

図５には、細長い切欠きにおける切り刃体５７の別の配置方法を示す。この実施例においては、切り刃体５７を、一方の側壁５８からのみ離間して固着する。この方法で切り刃体５７を配置することにより、切欠き５６における一方の側のみに、また、図４における配置方法と比較してより大きい自由空間５４が得られる。

図６には、切り刃体６７をねじ山６３に直接溶接したタッピンねじ６１を示す。ここでは、溶接作業の際に切り刃体６７を、ねじ山６３の軟化した基礎材料に特定の深さＴまで押圧する。この場合、深さＴはねじ山６３の半径方向の高さよりも小さいものとする。これにより、加熱作用を受けた固着領域７０が、シャフト６２まで到達することを回避もしくは、制限できる。

図７には本発明の他の実施例を示す。この実施例では、タッピンねじ７１における円柱状の切り刃体７７を、ねじ山７３内の切欠き７６において、底面部分７９に対して角度Ｃをなすよう、また一方の側壁７８からのみ離間して配置する。

本発明の第１実施例におけるタッピンねじの側面図である。 図１に示すタッピンねじの詳細を示す部分拡大側面図である。 本発明の第２実施例におけるタッピンねじの詳細を示す部分拡大側面図である。 切り刃体配置方法および製造方法を示す線図的説明図である。 別の切削体配置方法を示す線図的説明図である。 ねじ山に直接切り刃体を配置した場合を示した実施例の線図的説明図である。 他の切り刃体の配置方法を示す線図的説明図である。

符号の説明

１１ ねじ
１２ シャフト
１３ ねじ山
１４ 遊端部
１５ 第２端部
１６ 六角ヘッド
２１ 切欠き
２２ 切り刃体
２３ 側壁
２４ 底面部分
３１ ねじ
３２ シャフト
３３ ねじ山
３４ 遊端部
４１ 切欠き
４２ 切り刃体
５１ ねじ
５２ シャフト
５３ ねじ山
５４ 自由空間
５６ 切欠き
５７ 切り刃体
５８ 側壁
５９ 底面部分
６０ 固着領域
６１ ねじ
６２ シャフト
６３ ねじ山
７０ 固着領域
７１ ねじ
７３ ねじ山
７６ 切欠き
７８ 側壁
７９ 底面部分
Ａ１ 間隔
Ａ２ 間隔
Ｃ 角度
Ｔ 深度

Claims (10)

1. 耐食性金属で構成したシャフト（１２；３２；５２；６２）を有し、このシャフト（１２；３２；５２；６２）の外周に一体的に、かつ周方向に部分的に少なくとも１条のねじ山（１３；３３；５３；６３；７３）とを設けたタッピンねじ（１１；３１；５１；６１；７１）であって、前記ねじ山（１３；３３；５３；６３；７３）内に硬質材料で構成した複数個の小型の切り刃体（２２；４２；５７；６７；７７）を設け、この切り刃体（２２；４２；５７；６７；７７）の硬度をねじ山（１３；３３；５３；６３；７３）の硬度よりも大きくしたタッピンねじ（１１；３１；５１；６１；７１）において、
   切り刃体（２２；４２；５７；６７；７７）をねじ山（１３；３３；５３；６３；７３）の内に溶接したことを特徴とするタッピンねじ。
2. 請求項１記載のねじにおいて、切り刃体（２２；４２；５７；６７；７７）を電気抵抗溶接によってねじ山（１３；３３；５３；６３；７３）に固着したタッピンねじ。
3. 請求項１または２に記載のねじにおいて、固着した切り刃体（４２）を、ねじ山（３３）に対して少なくとも部分的に調和的に連続する輪郭となるように形成したタッピンねじ。
4. 請求項１または２に記載のねじにおいて、固着した切り刃体（２２；５７；６７；７７）を、少なくとも部分的にねじ山（１３；５３；６３；７３）から半径方向外方に突出させたタッピンねじ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のねじにおいて、切り刃体（２２；４２）相互間の間隔（Ａ）を、シャフト（１２；３２）の遊端部（１４；３４）からねじ山（１３；３３）の延在方向に沿って次第に拡大させたタッピンねじ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のねじにおいて、切り刃体（２２；４２；５７；７７）を収容する切欠き（２１；４１；５６；７６）を、ねじ山（１３；３３；５３；７３）に設けたタッピンねじ。
7. 請求項６記載のねじにおいて、切欠き（２１；４１；５６；７６）は、それぞれ、シャフト（１２；３２；５２）の外周から半径方向に離間した底面部分（２４；５９；７９）を有するものとしたタッピンねじ。
8. 請求項６または７に記載のねじにおいて、切欠きは側壁（２３；５８；７８）を設け、切り刃体（２２；５７；７７）を少なくとも１個の側壁（２３；５８；７８）から離間して配置したタッピンねじ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のねじを製造する方法であって、耐食性金属で構成した少なくとも１条のねじ山（１３；３３；５３；６３；７３）を、シャフト（１２；３２；５２；６２）の周方向に少なくとも部分的に設けたねじ（１１；３１；５１；６１；７１）を製造する方法において、
   小型の切り刃体（２２；４２；５７；６７；７７）を電気抵抗溶接によってねじ山（１３；３３；５３；６３；７３）に固着することを特徴とするタッピンねじ製造方法。
10. 請求項９記載の方法において、切り刃体（２２；４２；５７；７７）を固着する前に、ねじ山（１３；３３；５３；７３）に切欠き（２１；４１；５６；７６）を予め設けておき、その後、この切欠き（２１；４１；５６；７６）の内に切り刃体（２２；４２；５７；７７）を固着するタッピンねじ製造方法。

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