JP2009150534A - 部品締結用タッピンねじ - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ締め時間が短縮可能でしかもねじ込みトルクを都度変更することなく複数種類のワークに共通して使用でき且つ成形屑の少ない部品締結用タッピンねじを得る。
【解決手段】脚部３に二条のねじ山１０を形成し、このねじ山１０のリード線に直交する断面において、ねじ山稜線側に第１の追い側フランク面１２と第１の進み側フランク面１３とのなす第１のフランク角（α）より大きく且つ鈍角をなす第２のフランク角（β）を有する稜線部２０を形成し、この稜線部２０に第１の追い側フランク面１２と第１の進み側フランク面１３とを夫々接続し、一方、頭部２の座面５に中心にかけて頭部２の頂点方向に傾斜した円錐凹部３０を形成した部品締結用タッピンねじであるので、金属材製や樹脂材製等の異なる材質のワークに対してねじ締めトルクを都度変更することがなく、十分なねじ締め機能を発揮することができる。また、タッピンねじの種類を少なくできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定厚さの部品を金属材あるいは樹脂材等からなる板状のワークに共通のねじ締めトルク帯により使用可能であるとともに焼き付くことなく且つワークの下穴に所定の締結力で雌ねじを成形しながらねじ込むときに少ない成形屑で締結可能となる形状を有する部品締結用タッピンねじに関する。

近年多く普及している携帯電話、パソコン、薄型テレビ及び携帯型音楽プレーヤ等の電気製品や自動車部品等においては、その軽量化、薄型化及び小型化等から比較的厚みの薄いワークに部品を固定するようにした構造が採用されている。このような部品固定構造において、この部品を固定するためには主としてねじが採用されている。この固定構造に使用されるねじは図１０に示すようなものがある。これは、薄い板状のワーク１４０にあらかじめ下穴１４１をあけてこれに一条ねじのタッピンねじ１０１を使用して固定するようにしたものである。この場合、ワーク１４０の板厚が薄いので、この板の下穴１４１に十分に雌ねじが形成されずに隣り合うねじ山１１０とねじ山１１０との間にこのワーク１４０が嵌るので、ねじ１０１がねじ山１１０のリード角分だけ斜めにねじ込まれることになり、頭部１０２の座面１０５はねじ１０１のリード角に沿ってワーク１４０に固定される部品１４３上に斜めに着座することになる。このため、高いねじ締めトルクが加わると、ワークの下穴の雌ねじが潰れたり、ワークや部品が変形したりすることがあり、所定の締結力が得られない。

このような問題を解消するためにワークの下穴としてバーリング穴を形成し、これに雌ねじを成形しながらねじをねじ込むようにしたものもある。このようにワークにバーリング穴を形成してこれにねじをねじ込んでいるものとして例えば、特開平１０−１５９８２１号公報に示すようなものがある。これは、金属薄板に石膏ボードを固定するドリリングねじである。このねじは図１１に示すように、平行ねじ部２１０から中間テーパねじ部２１１を経て径が縮小し、小径平行ねじ部２１２から先端テーパねじ部２１３に至る段付き形状となっており、打ち込み形ねじ締め機（図示せず）により石膏ボードと軽量チャンネル鋼へ打ち込むと、先端テーパねじ部２１３が鋼板２４０を貫通して鋼板にバーリング状の突出部２４１が形成され、これの内面にねじ山２１０で雌ねじを形成しながらねじ込まれるようになっている。また、前記従来例に使用されるワークは主に冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ板）や電気亜鉛メッキ鋼板（ＳＥＣＣ板）等の鉄板が用いられているが、最近では軽量化を重視することが多くなっていることから前記鉄板に代えて樹脂材を用いたワークも採用されている。このような樹脂材に部品を締結するために使用するねじもタッピンねじであり、下穴があらかじめ形成されたものにこのタッピンねじで雌ねじを形成しながらねじ込み締結するようになっているが、このタッピンねじとしては樹脂材専用のタッピンねじが採用されている。このようなタッピンねじとしては、ＪＩＳ規格のタッピン二種あるいは、特開２０００−７４０２６号公報に示されているような特別に樹脂材専用に設計製造されたタッピンねじが採用されている。
特開平１０−１５９８２１号公報 特開２０００−７４０２６号公報

しかしながら、このように鉄板製のワークの板厚が薄いと、例えば、厚みがねじのピッチ以下であると、このワークがねじ込み作業中にこのねじ山とねじ山との間に嵌り、そのため、ねじが傾斜した状態となり、ねじの座面が部品に一部しか接しない状態で着座する所謂、片浮き状態になり、部品の固定が不安定になっている。また、薄板状のこれらワークに下穴としてバーリング穴を形成することで、下穴をワークの板厚の２倍程度にすることができ、これにタッピンねじをねじ込むようにしているが、雌ねじが潰れてねじが空転したり、バーリング穴が変形したりして雌ねじの強度不足が生じ、所定の締結力が得られていない。更に、適正な締結力でワークに部品を固定することができても、ねじの頭部座面が部品に着座した状態において確実に頭部外周にて部品に接するようになっておらず、ほとんどのねじはねじの首部の周囲で接しているのが現状となっている。このため、ねじに緩みが生じやすく部品をワークに固定してからの時間が経過すると、このねじが緩み、固定された部品がワークに対して位置ずれを生じたり、ガタが生じたりしている。しかも、前記ワークを樹脂製とし、下穴を樹脂成形や穴明け加工等により形成してこれにタッピンねじをねじ込む場合には、主として前記鉄板用に使用されるタッピンねじでは焼き付きや樹脂製ワークに割れが生じたりして十分な機能が発揮されず、このため、樹脂製ワーク専用のタッピンねじを使用する必要がある。これらのことからあらかじめ開けられているワークの下穴に雌ねじを形成しながらねじ込むタッピンねじはワークの材質毎に夫々準備し、ねじ込まれるワークに合わせて使い分けをせねばならず、多くの種類のタッピンねじを準備しなければならない等の課題がある。

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締め時間が短縮可能でしかもワークの材質が異なってもねじ込みトルクを都度変更することなく複数種類のワークに共通して使用することができ且つ成形屑の少ない部品締結用タッピンねじを得ることである。

本発明の目的は、駆動穴４を有する頭部２とこれと一体の脚部３とから構成され、この脚部３にねじ山１０が形成されたねじにおいて、脚部３に二条のねじ山１０を形成し、このねじ山１０のリード線に直交する断面において、ねじ山稜線側にねじ山基部側の第１の追い側フランク面１２と第１の進み側フランク面１３とのなす第１のフランク角（α）より大きく且つ鈍角をなす第２のフランク角（β）を有する稜線部２０を形成し、この稜線部２０に前記第１の追い側フランク面１２と第１の進み側フランク面１３とを夫々接続し、一方、頭部２の座面５にはこれの外周縁３１から中心にかけて頭部２の頂点方向に傾斜した円錐凹部３０を形成した部品締結用タッピンねじを提供することで達成される。

また、本発明の目的は、前記構成に加えて、脚部はその頭部側の断面が円形形状で、先端側の断面が略三角形状に形成されているとともにこの間を断面円形から略三角形状となるように変化させ、これの先端は略三角形状の三頂点を結ぶ軌跡円が雌ねじ４２が形成される下穴４１に嵌る構成であるから、下穴に対してねじの先端の位置決めが容易になり、ねじ込み初期におけるねじの喰い付きが滑らかになる。更に、これら構成に加えて、ねじ山はこれのリード線に直交する断面において、第１の追い側フランク面１２と第１の進み側フランク面１３とから構成される第１のフランク角（α）が脚部３の軸線に直交する垂線１１と第１の進み側フランク面１３とのなす角（α２）が前記垂線１１と第１の追い側フランク面１２とのなす角（α１）より大きい不等角となった非対称ねじ山である部品締結用タッピンねじであるから、ねじ締め後のねじの締結軸力が大きくなる。

しかも、本発明の目的は、これらの構成に加えて、稜線部はその連続する頂点が形成する稜線２１を境に両側に幅の狭い第２の追い側フランク面２２及び第２の進み側フランク面２３を有し、これら互いのフランク面２２、２３が形成する第２のフランク角（β）は１００°〜１２０°に設定されている部品締結用タッピンねじであるから、先にねじ込まれて形成され、これを緩めてこのねじを抜き取ることにより形成されている雌ねじに、再ねじ込みを行った場合に既に形成されている雌ねじに倣いながらねじ込まれるので、繰り返しねじ込み作業において新たに雌ねじを形成することなく、再ねじ込みの作業性が安定する。また、これら構成において、前記第２のフランク角（β）に代え、この第２のフランク角（β）を１２０°±１０％に設定した部品締結用タッピンねじとすることで、ワークへのねじ込みにおける成形屑の発生も減少する。その上、以上の構成に加えて、第１、第２の追い側フランク面と第１、第２の進み側フランク面はこれら夫々のフランク面１２、１３、２２、２３を接続して形成される角が円弧で接続されていることによっても、既設の雌ねじを削ることなくねじ込まれ成形屑の発生も極端に減少する。

本発明によれば、例えば、金属材製の板状ワークがねじ山のピッチ以下程度に薄くても、ねじ山は位相が１８０°ずれた二条であることから、脚部の中心を挟んで対向するねじ山の谷が同じ位置になり、そのため、ねじ山とねじ山との間にねじ込み作業中にワークが嵌り込み、ねじはねじ山のリード角に沿うことなくワークに対してほぼ垂直にねじ込むことができ、頭部座面は片浮きすることなくほぼ全面で着座するからワークへの部品の固定が安定する。また、薄板状のワークにバーリング穴を形成し、これに本発明のタッピンねじをねじ込んでもねじ山稜線部が鈍角形状であることから雌ねじの潰れが抑制され、所定のねじ締めトルクに達するまで安定してねじをねじ込むことができる。更に、脚部の頭部側は円形形状となっているので、ワークの厚みが薄くても強固な締結が可能となる。しかも、頭部座面は頭部の外周縁から中心にかけて頭部頂面側に傾斜した円錐テーパ状に形成された円錐凹部となっているので、ねじの座面が部品に着座した場合にねじに作用するトルクは頭部外周で得られるので、ねじの所定最大ねじ締めトルクが作用しても、雌ねじに作用するトルクはそれ以下となることから、雌ねじが潰れることもなく、緩みも生じにくい。これにより、長時間経過後にワークに固定されている部品に位置ずれが生じたり、ガタが生じたりすることが解消される。しかも、従来はワークの材質が金属材製であったり、樹脂材製であったりすると、これら材質に応じて都度、ねじを変更しなければならなかったが、本発明に基づくこのような形状のタッピンねじであれば、ワークの材質が異なっても、焼き付きやワークの割れが生じることがなく、金属材製や樹脂材製等の異なる材質のワークに対してねじ締めトルクを都度変更することなく使用することができ、十分なねじ締め機能を発揮することができる。また、このように多くの種類の材質に共通して使用できるから、タッピンねじの種類を少なくでき、ねじの保管コストの低減に繋がる。

更に、ねじのねじ山は基部側の第１の追い側フランク面、第１の進み側フランク面で形成される第１のフランク角（α）よりねじ山先端側の第２のフランク角（β）が大きい鈍角になっているので、雌ねじを成形する際にねじ山先端が切り込み作用を生じ難いとともにワークの下穴に雌ねじを滑らかに成形することから、ワークのバーリング穴等に亀裂を発生させることがなくなる。また、この先端には、成形時の応力集中が減少するから、摩擦によるワークの剥離片や削り屑等の成形屑の発生が少なくなり、剥離片等のこれら成形屑が電子基板上に落下し、電子回路のショートを誘発するといったことも減少する。しかも、従来であれば、金属材製ワークにこの材質用のタッピンねじ例えば、Ｓタイト（日東精工の登録商標）を複数回ねじ込み及び抜き取りの作業を繰り返すと、この作業において成形屑が多く発生していたが、このような成形屑の発生も減少させることができ、部品の修理において同一ねじの再利用が複数回行われても、雌ねじの消耗が減少する。しかも、このように成形屑の発生が減少することで、電子部品や電気配線部分にこのねじを使用しても回路に損傷を与えるといったこともほとんど生じず、製品不良の低下に繋が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９及び図１２、図１３に基づき説明する。図１及び図２において、１は頭部２とこれに一体に形成された脚部３とからなる雌ねじ成形機能付きねじの一例としてのタッピン機能を有するねじであり、頭部２にはねじ１にドライバビット（図示せず）からねじ込み駆動力が伝達される駆動穴４が形成されている。この頭部２と一体の前記脚部３には位相が１８０°ずれた二条のねじ山１０、具体的にはねじ山のリードがピッチの二倍に等しくなっているねじ山１０が頭部２の座面５の近くから脚部３の先端にかけて形成してあり、この脚部３の頭部側、即ち、図１のＡ部は脚部３の断面が円形形状で、具体的には、ねじの呼びＭ３×１０の場合では脚部３の長さが１０ｍｍであることから、前記円形形状部分は脚部長さの１／４（２．５ｍｍ）以下となっている。また、脚部３の先端側であるＣ部、Ｄ部はその断面が略三角形状に形成してあり、この長さは脚部長さの半分より長くなっている。更に、前記円形形状部分であるＡ部と略三角形状部分であるＣ部との間のＢ部はその断面が頭部側に近づくに連れて略三角形状から円形形状に変化する形状に設定してあり、このねじ山１０は二山程度となっている。しかも、脚部３の先端部はねじ山１０の外周に相当する略三角形状の三頂点を結ぶ軌跡円が僅かではあるが、徐々に小径になっており、脚部３の先端に位置している略三角形状の三頂点を結ぶ軌跡円は図４及び図５に示すように、雌ねじ４２が形成されるワーク４０の下穴４１に嵌るのを案内する構成になっている。

一方、このねじ山１０、１０間の谷部１４に位置する基部側は図３に示すように、ねじ山１０のリード線に直交する断面において、脚部３の軸線に直交する垂線１１に対して夫々角度の異なる第１の追い側フランク面１２と第１の進み側フランク面１３とから構成されており、前記軸線に直交する垂線１１と第１の追い側フランク面１２とのなす角（α１）は前記垂線１１と前記第１の進み側フランク面１３とのなす角（α２）よりも小さい不等角となった構成である。これにより、ねじ山１０の基部側は非対称ねじ山となっている。このねじ山１０のねじ山稜線側にはねじ山基部側の前記第１のフランク角（α）とは角度の異なる第２のフランク角（β）を有しており、この第２のフランク角（β）は前記ねじ山基部側の第１の追い側フランク面１２と第１の進み側フランク面１３とのなす第１のフランク角（α）より大きく且つ鈍角をなし、この第２のフランク角（β）を有して傾斜した斜面から稜線部２０が形成されている。この稜線部２０の斜面は前記第１の追い側フランク面１２と第１の進み側フランク面１３とに夫々接続されている。

また、前記稜線部２０はその連続する頂点が形成する稜線２１を境に両側に幅の狭い前記斜面である第２の追い側フランク面２２及び第２の進み側フランク面２３を有し、これら互いのフランク面２２、２３が形成する前記第２のフランク角（β）の角度は９０°以上の鈍角であればよいが、最適角度として１００°〜１２０°に設定されている。この設定値は、種々の角度を選定して実際に使用された結果から求めたものであり、この第２のフランク角（β）が１００°以下であれば、ねじ山１０の稜線部２０の角がきつくなり、下穴４１に雌ねじ４２を形成する際に亀裂を発生させたり、剥離片や削り屑等の成形屑が多くなる恐れが高く、一方、１２０°より大きい角度であれば、第１の追い側及び進み側フランク面１２、１３と第２の追い側及び進み側フランク面２２、２３との接続個所の角がきつくなり、この部分が雌ねじ４２のフランク面に食い込んだり、前記と同様に成形屑が多くなる恐れがあることから最適な値として決定されたものである。

更に、第２のフランク角（β）の最適角度について成形屑の量の面から検討したので、これについて説明する。この場合、第２フランク角（β）を９０°、１２０°、１５０°とした三種類のねじを用いたものであり、これら第２のフランク角（β）を夫々有するねじ１をサンプルとして夫々３本宛準備し、これらをワークの下穴に初めてねじ込んだときと、初めて成形されたときに成形された雌ねじを有する下穴に二回、三回とねじ込んだときの夫々の成形屑の量（あるいは数）を２０倍の投影機に写し、これを目視で確認して比較した結果を表１に示す。これの測定条件であるタッピンねじ１の呼び寸法は呼び径がＭ３、脚長が１２ｍｍ、ねじのメッキは三価クロメートであり、ワークは厚み１．２ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ板）、下穴径２．８ｍｍで、このタッピンねじ１を伝導ドライバで締め付けるねじ締めトルクは０．８Ｎ・ｍである。

このような前記測定条件に基づき、得られたデータを比較すると、第２のフランク角（β）が１２０°の場合は成形屑の発生がいずれの場合でも最も少ないことがわかる。即ち、この測定に使用されたタッピンねじ１のねじ山１０は三種類とも図３に示すような形状で、前記接続部間の幅（Ｌ）も三種類とも同じ幅に設定してあり、この幅（Ｌ）の範囲において稜線部２０の断面長さは第2のフランク角（β）を９０°に設定したものが最も長く、次に長いのは第2のフランク角（β）を１２０°に設定した場合で、最も稜線部２０の短いものは第2のフランク角（β）を１５０°に設定したものである。また、ワークへのねじ込み時にワークに作用する応力（Ｆ）は稜線部２０の夫々の第２の追い側及び進み側フランク面２２、２３からワークに作用することになり、この応力の分力（ａ）は下穴をねじ１の軸直角方向に広げようとする力であり、分力（ｂ）はワークを押し退け、この押し退けられた肉（材料組織）を雌ねじのねじ山に変形させようとする力を表している。即ち、分力（ａ）はこれら三種類のねじにおいては、第２のフランク角（β）が１５０°のものが最も大きく、分力（ｂ）は第２のフランク角（β）が９０°のものが最も大きいことになる。

これによると、稜線部２０の断面長さの最も長い第２のフランク角（β）が９０°のものはワークを押し退ける分力（ｂ）も大きいので、ワークは塑性変形されてその肉が移動し、ねじ込み時に生じるねじ込み抵抗となるワークとの間において発生する成形屑は少ないことになる。また一方で、この稜線部２０はワークとの接触面積が最も多いことや稜線部２０の稜線２１が最も鋭いことから、これにより帯状及び粉状の多くの成形屑が発生することになる。

これに対して第２のフランク角（β）が１５０°のものは、ねじ込み時に下穴のワークを押し退ける分力（ｂ）は第２のフランク角（β）が大きくなるにつれて小さくなるので、この稜線部２０によるワークの塑性変形量は少ない。また、ワークとの接触面積も少ないことから一見して成形屑の発生量は少ないと言うことになるが、一方、分力（ａ）は最も大きいため、ねじ込み時に発生する下穴との間での摩擦が大きく、そのため、この部分での成形屑の量は多くなり、この第２のフランク角（β）の稜線部２０を有するねじ山１０により発生する成形屑の量は第２のフランク角（β）が９０°のものよりも少ないが、１２０°のものよりも多くなると推測される。

このことは表１の測定結果からも明らかである。即ち、第２のフランク角（β）が９０°、１２０°、１５０°夫々の平均値を見ると、ワークに雌ねじを成形しながらねじ込んだ場合は、第２のフランク角（β）が１２０°のタッピンねじ１が最も成形屑の発生量が少ない。また、このタッピンねじ１を緩めて再び同じ雌ねじ穴に二回、三回と繰り返しねじ込んだ場合もねじ込み時に発生する成形屑の量は第２のフランク角（β）１２０°のタッピンねじ１が最も少ないという測定結果が得られた。このことは前記第２のフランク角（β）の角度により得られる稜線部２０の面積の差異、稜線部２０の斜面がワークに作用する応力（Ｆ）の分力（ａ）、（ｂ）の大小等の要素が総合的に作用することから得られることを裏付けており、第２のフランク角（β）が１２０°のものが最も好適であることを示している。これにより、この第２のフランク角（β）は１２０°±１０％の許容範囲にすることが好ましい。

しかしながら、これ以上の角度であっても第１の追い側及び進み側フランク面１２、１３と第２の追い側及び進み側フランク面２２、２３との接続部を円弧（図示せず）で接続することにより、前記食い込み作用は解消されるものであり、このように第１の追い側及び進み側フランク面１２、１３と第２の追い側及び進み側フランク面２２、２３との角を円弧形状にすれば、前記全ての角度において、雌ねじ成形時の応力集中が緩和されるとともに、ねじ込み時の成形屑の発生も減少可能となる。この稜線部２０を構成する第２の追い側フランク面２２と第２の進み側フランク面２３とのなす第２のフランク角（β）はこの実施の形態における実施例では、脚部３の軸線に直交する垂線１１に対して等しい等角となっており、また、前記垂線１１を中心とするその両側の第２の追い側フランク面２２と第２の進み側フランク面２３との幅（Ｌ）は１／２づつに設定されている。

この実施例では、このように稜線部２０の第２のフランク角（β）を等角に形成しているが、これに限定されるものではなく、この第２のフランク角（β）を前記第１のフランク角（α）と同様に不等角としてもよく、どちらであっても第２のフランク角（β）が前記角度である１００°〜１２０°あるいは１２０°±１０％の許容範囲に設定されていれば、同様の作用が得られるものである。

また、図１に示すように、この脚部３に形成されている二条のねじ山１０は等間隔のピッチを有しており、脚部３の中心線を挟んで脚部３の周囲で対向するねじ山１０と谷部１４とは夫々頭部２の座面５からの距離が同じ位置にねじ山１０と谷部１４とが位置するようになっている。これにより、図６に示すように、薄板状のワーク４０にあけられている下穴４１にねじ込まれると、このワーク４０がねじ１のねじ山１０、１０間に嵌るようになっている。このねじ山１０、１０間の幅は締結するワーク４０の幅に応じて設定すればよく、即ち、ねじ１のピッチを荒くしたり、細かくすればよい。そして、この状態でねじ締め作業が行われると、ねじ１はワーク４０に対してほぼ垂直な状態が維持されながらねじ込まれる。

また、この二条のねじ山１０をねじ込むワーク４０は図４及び図５に示すようにあらかじめ形成されているバーリング穴であってもよく、このようにバーリング穴を下穴４１として形成することで、ワーク４０の下穴４１としての厚みは板厚のほぼ二倍を超える程度になるので、二条ねじのねじ山１０はこの下穴４１にねじ山１０で雌ねじ４２を形成しながらねじ込むことが可能となる。

更に、前記ねじ１の頭部２の座面５には図１、図４、図５、図６に示すように、頭部２の外周縁３１から中心にかけて頭部２の頂点方向に角度θだけ傾斜したテーパ形状の円錐凹部３０が形成されており、これにより、ねじ込まれて頭部２の座面５が着座すると、頭部２の外周縁３１が最も先に着座するようになっている。この頭部２の外周縁３１の作用により、ねじ１にはねじ込み後に所定軸力が継続して作用し、ワーク４０と頭部２の座面５との間に位置している部品４３は強力に固定可能となる。

このように構成されたタッピンねじ１を図５に示すように、ワーク４０の下穴４１に脚部３の先端を先にして挿入すると、脚部３の先端のねじ山１０が最初にこの下穴４１に嵌り、これをねじ込んでいくと、図４に示すように、下穴４１にねじ山１０で雌ねじ４２が徐々に形成されながらねじ込まれる。このとき、ねじ山１０により下穴４１の内周にねじ山１０の稜線部２０が徐々に進入していくことになり、このため、下穴４１の肉を押し退けながら塑性変形して雌ねじ４２は成形される。このねじ込み作用をワーク４０の材質を変えて行ったところ、このようなねじ山形状とすることで次のような測定結果が得られた。

この測定条件としては、ねじ１の呼びはＭ３で、脚部３の長さは１０ｍｍ、ピッチは０．８とし、一方、ワーク４０は、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ板）、電気亜鉛メッキ鋼板（ＳＥＣＣ板）、樹脂（比較的軟質なＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂）、中程度のナイロン６（ポリアミド樹脂）、更に、樹脂の中でも比較的硬質なＰＣ＋Ｇ２０％（ポリカーボネート＋ガラス繊維２０％含有樹脂））を用い、ＳＰＣＣ板、ＳＥＣＣ板では下穴４１としてパンチ穴及びバーリング穴を設定し、そのワーク４０の厚みは０．８〜１．２ｍｍ、下穴径は２．７〜２．８ｍｍ、ワーク４０とタッピンねじ１の頭部２との間に固定される部品４３の厚みを１ｍｍとした条件を採用し、また、樹脂では下穴４１としてドリルによる貫通穴を設定し、そのワーク４０の厚みは３ｍｍと６ｍｍ、下穴径は２．６〜２．８ｍｍ、ワーク４０とねじ１の頭部２との間に固定される部品４３の厚みを６ｍｍと３ｍｍとした条件を採用した。

そして、これらの条件を表２のように組合せ、ねじ締め開始時の始動トルクとねじ締め終了時の最大トルクを一つのサンプル毎に３０個ずつデータとして採取し、これら始動トルク及び最大トルクについて夫々のサンプル毎に始動トルクの工程能力指数と最大トルクの工程能力指数とを算出して、始動トルクはその上限側を、最大トルクはその下限側をサンプル毎の下限値と上限値としてグラフに表したところ、図７のようにサンプル毎に適正ねじ締めトルク域が得られた。このグラフからこれら組合せにおける共通ねじ締めトルク帯（図７の上下の二点鎖線の間）即ち、このねじ締めトルクの下限値が０．６９０Ｎ・ｍで、上限値が１．０２３Ｎ・ｍを得ることができ、この共通ねじ締めトルク帯の範囲内にねじ締めトルクを設定することで本発明のタッピンねじ１を使用して多種類のねじ締め条件に対応したねじ締めが可能になることがわかった。

このため、今までは、ワーク４０の種類や厚み等の違いによりその都度、ねじ締めトルクをワーク４０に応じた適正トルクになるよう、ワーク４０が変わる毎にタッピンねじ１を変更したり、ドライバを調整していたが、このタッピンねじ１を使用することにより、これらワーク４０による使用トルクを同じ即ち、図７の二点鎖線間の共通ねじ締めトルク帯の範囲内に設定すれば、一種類のねじで対応でき、ワーク４０が変わるごとに都度、トルク調整変更をする必要がなく、ねじ１の利用範囲が広く且つねじ締め作業効率も向上する。

次ぎに前記図７のグラフを説明すると、これの縦軸はねじ締めトルク値であって、横軸は前記測定条件を組み合わせたサンプルＮｏを示しており、このサンプルの組合せ条件は表２の通りである。

尚、部品４３の厚みを測定条件にしているのは、このタッピンねじ１の形状が脚部３の先端からねじ１の首下にかけて略三角形状から円形に変化していることで、脚部長さの同じねじで締め付けられたときのワーク４０との締め付け位置がこの部品４３の厚みによって変化することから、ワーク４０の材質と厚みとからねじ締めトルクの最適上限値を導き出すためであり、この実施例においては、ワーク４０を金属製とした場合には首下の円形形状部分で、締結可能とする条件に合わせて設定されており、例えば、部品４３の厚みが１．０ｍｍであれば、この部品４３をワーク４０に固定する場合、ねじ１のワーク４０へのねじ込み上限位置は脚部３のほぼ円径部分であり、また、ワーク４０を樹脂製とした場合にはねじ１が螺合する長さをねじ１の呼び径と同じ寸法あるいは２倍の寸法にした条件に合わせて設定されており、例えば、樹脂では部品４３の厚みが３．０ｍｍであると、ねじ１のワーク４０へのねじ込み上限位置は脚部３の先端の略三角断面部分から円形断面に変わる形状変更部分であり、この時のワーク４０の下穴４１との螺合長さはこの部分から脚部３の先端にかけての部分である。更に、部品４３の厚みが６．０ｍｍであると、ねじ１のワーク４０へのねじ込み上限位置はねじ山略三角断面部分であり、この時のワーク４０の下穴４１との螺合長さはこの部分から脚部３の先端にかけての部分である。このように、特に、軟質な材料である樹脂においては、この条件がねじ締めトルクの最適上限値を得るために大きく影響するものである。勿論、ワーク４０の厚みが厚くなれば、これに応じてタッピンねじ１の脚部３の長さを長く設定することはいうまでもない。

また、この他に図示していないが、部品４３の板厚を３ｍｍにした場合で、ワークをＳＰＣＣ板、ＳＥＣＣ板にし、その他の条件を前記と同一の条件でタッピンねじ１をねじ込んだ場合は、前記部品４０が１ｍｍの場合に比べて相対的に最大トルク値の下限値である適正トルク域の上限側が低下することがわかった。そのため、これらを含めた共通ねじ締めトルク帯の上限値はこの共通トルク帯に影響を与え、この範囲は狭くなっている。即ち、対象ワーク４０の種類が多くなるほどこの共通ねじ締めトルク帯への影響が大きくなるが、今回示したワーク４０の範囲ではこの共通ねじ締めトルク帯は十分に使用可能な範囲である。

更に、本発明のタッピンねじ１のねじ込み及び抜き取り作用を繰り返し行った場合についてもその検証を行ったのでこれについて説明する。図８は、前記呼び寸法Ｍ３×１０のタッピンねじ１をワーク４０の下穴４１にねじ込み、その後、緩めて抜き取った場合に発生する成形屑（楕円内の黒い部分）を採取した結果を示したものであり、ワーク４０の種類は冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ板）で、下穴４１はバーリング穴、厚みは１．２ｍｍ、下穴径は２．８ｍｍ、また、ねじ１の座面５とワーク４０との間に固定する部品４３はＳＰＰＣ板で、厚み１ｍｍ（ねじの脚部が貫挿される部品の案内穴径は３．５ｍｍ）の条件で行ったものである。そして、図８の（ａ）はタッピンねじ１の前記作用の１回目を行った結果であり、図８の（ｂ）は１回目に成形された雌ねじ穴を有する同一のワークに対して同じタッピンねじ１で同様の作用の２回目を行った結果であり、図８（ｃ）は前回と同一のワークに対して同じタッピンねじ１で同様の作用の３回目を行った結果であり、図８（ｄ）は同様に前回と同一のワークに対して同じタッピンねじ１で同様の作用の４回目〜１０回目を繰り返し行った結果であり、夫々における採取した成形屑を表している。

また、図９は、前記条件と同様のタッピンねじ１を前記と同様の寸法設定により材質の異なるワーク４０である電気亜鉛メッキ鋼板（ＳＥＣＣ板）に前記と同様のねじ込み及び抜き取り作用を繰り返した結果を示しており、これら二通りの成形屑の採取結果において、そのねじ込み及び抜き取り作用毎の成形屑の発生状態はほとんど変わらないことが表れている。

一方、図１２及び図１３は一般的に金属板に形成されている下穴４１へのねじ込みに広く使用されている出願人が従来から多く製造しているタッピンねじである呼び寸法Ｍ３×１０のＳタイト（日東精工の登録商標）（図示せず）による前記と同様のねじ込み及び抜き取り作用を繰り返した結果を表している。このＳタイトと称するタッピンねじの軸直角方向の脚部の断面はその全長に渡って略三角形状で、ねじ山は等角であり、その頂角は６０°に設定されたものである。図１２はこのタッピンねじを冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ板）製のワーク４０に適用した場合を示しており、図１３はこのねじを電気亜鉛メッキ鋼板（ＳＥＣＣ板）製のワーク４０に適用した場合を示している。尚、その他の測定条件は前記本発明を実施した条件と同じで、繰り返しねじ込み及び抜き取り回数も同じである。その結果、１回目、２回目、３回目の場合は、本発明による場合と成形屑の表れ方には大きな差がないが、４回目〜１０回目の場合は、本発明の方が明らかに成形屑の少ないことがわかる。

このようなタッピンねじ１の再ねじ込みにおいて発生する成形屑の有無は使用するタッピンねじ１の選定に重要な要素となっており、そのために最近では前記のような測定が要求されている。特に、電子部品を用いた制御基板等の固定においてはその必要性が高く、この成形屑の発生量の違いは、本発明と従来例との間でねじ山１０の形状及びねじ山１０の条数が異なっていることに起因するものであり、本発明が従来技術より優れていることを裏付けるものである。そして、繰り返し行われるねじ込み及び抜き取り作用において雌ねじ４２の成形屑が少ないという結果から、再ねじ込みにおいて、既に存在している雌ねじ４２とは別に新たな雌ねじを形成することなく、ねじ山１０が既存の雌ねじ４２に倣いながらねじ込まれていることが裏付けられている。

このようなねじ込み、抜き取り作用の優れた前記タッピンねじ１をワーク４０にねじ込むと、頭部２の外周縁３１は部品４３に着座する。このとき、この座面５は頭部２の外周縁３１が最も最初に部品４３に接触することになり、この状態で所定ねじ締めトルクに達するまでねじ込み力が加えられる。

尚、この実施例では、ワーク４０の厚みをねじ山１０のピッチより大きくして下穴４１に雌ねじ４２が形成可能なようにしているが、これに限定しないでほぼねじ山１０のピッチに等しいか、それ以下であっても、タッピンねじ１の座面５は部品４３に正確に着座し、ワーク４０の潰れも生じにくくねじ１としての作用が十分に維持される。

本発明の実施の形態を示す正面図である。 図１の右側面図である。 本発明の要部断面拡大図である。 本発明のねじ込み状態を示す一部断面を含む拡大図である。 本発明のねじ込み開始状態を示す一部断面を含む拡大図である。 本発明のもう一つの実施例を示す一部断面を含む拡大図である。 ワークと本発明とのねじ締めトルクの関係を示グラフである。 本発明によるワークの成形屑の発生状態を示す拡大図である。 本発明によるもう一つのワークの成形屑の発生状態を示す拡大図である。 本発明の従来例によるねじ込み状態を示す正面図である。 もう一つの従来例によるねじ込み状態を示す要部断面図である。 従来例によるワークの成形屑の発生状態を示す拡大図である。 従来例によるもう一つのワークの成形屑の発生状態を示す拡大図である。

符号の説明

１ ねじ
２ 頭部
３ 脚部
４ 駆動穴
５ 座面
１０ ねじ山
１１ 垂線
１２ 追い側フランク面
１３ 進み側フランク面
１４ 谷部
２０ 稜線部
２１ 稜線
２２ 第２の追い側フランク面
２３ 第２の進み側フランク面
３０ 円錐凹部
３１ 外周縁
４０ ワーク
４１ 下穴
４２ 雌ねじ
４３ 部品

Claims (6)

1. 駆動穴（４）を有する頭部（２）とこれと一体の脚部（３）とから構成され、この脚部にねじ山（１０）が形成されたねじにおいて、
   脚部に二条のねじ山を形成し、このねじ山のリード線に直交する断面において、ねじ山稜線側にねじ山基部側の第１の追い側フランク面（１２）と第１の進み側フランク面（１３）とのなす第１のフランク角（α）より大きく且つ鈍角をなす第２のフランク角（β）を有する稜線部（２０）を形成し、この稜線部に前記第１の追い側フランク面と第１の進み側フランク面とを夫々接続し、一方、頭部の座面（５）にはこれの外周縁（３１）から中心にかけて頭部の頂点方向に傾斜した円錐凹部（３０）を形成したことを特徴とする部品締結用タッピンねじ。
2. 脚部はその頭部側の断面が円形形状で、先端側の断面が略三角形状に形成されているとともにこの間を断面円形から略三角形状となるように変化させ、これの先端は略三角形状の三頂点を結ぶ軌跡円が雌ねじ（４２）が形成される下穴（４１）に嵌る構成であることを特徴とする請求項１記載の部品締結用タッピンねじ。
3. ねじ山はこれのリード線に直交する断面において、第１の追い側フランク面と第１の進み側フランク面とから構成される第１のフランク角（α）が脚部の軸線に直交する垂線（１１）と第１の進み側フランク面とのなす角（α２）が前記垂線と第１の追い側フランク面とのなす角（α１）より大きい不等角となった非対称ねじ山であることを特徴とする請求項１又は２記載の部品締結用タッピンねじ。
4. 稜線部はその連続する頂点が形成する稜線（２１）を境に両側に幅の狭い第２の追い側フランク面（２２）及び第２の進み側フランク面（２３）を有し、これら互いのフランク面が形成する第２のフランク角（β）は１００°〜１２０°に設定されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の部品締結用タッピンねじ。
5. 稜線部はその連続する頂点が形成する稜線（２１）を境に両側に幅の狭い第２の追い側フランク面（２２）及び第２の進み側フランク面（２３）を有し、これら互いのフランク面が形成する第２のフランク角（β）は１２０°±１０％に設定されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の部品締結用タッピンねじ。
6. 第１、第２の追い側フランク面と第１、第２の進み側フランク面はこれら夫々のフランク面を接続して形成される角が円弧で接続されていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の部品締結用タッピンねじ。

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