JP2009216246A - ねじ - Google Patents

Abstract

【課題】回転モーメント伝達手段を設けたねじヘッドを有する場合でも、ヘッドがシャフトから折れることに対して高い抵抗性を有するねじを得る。
【解決手段】少なくとも部分的にねじ山１５を設け、かつ軸線Ａを画定するシャフト１１を有するねじ１０であって、シャフト１１の一方の端部に尖端部１３を、この尖端部１３側とは反対側の他方の端部にヘッド１４を設け、ヘッド１４とシャフト１１との間に移行部分１２を備え、この移行部分１２に３〜１０個の軸線方向に広範囲にわたり互いに連続する円錐台状部２１，２２，２３を設け、これら円錐台状部２１，２２，２３の母線が軸線Ａに対して異なる傾斜角α，β，γをなし、これらの傾斜角α，β，γを、ヘッド１４から尖端部１３に移行するに従って減少させ、ただし、ヘッドに最も近い位置における第１円錐台状部２１の母線がなす第１傾斜角αを４０°〜５０°とする。
【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の前段部分に記載したねじに関する。この種のねじは、例えばタッピンねじとして構成され、例えば金属板にねじ付けする際に用いられる。

この種のねじは、しばしばシャフトの直径よりも著しく大きな直径を有するヘッドを備える。これには、例えばヘッドの周方向に、スパナまたはナットによる回転モーメント（トルク）を伝達するために、多角形の形状を設けたねじが該当する。ヘッドとシャフトとを、直径に大きな開きを持たせて連結させたことにより、この種のねじをねじ付けする際に力の転向によって大きな負荷がかかり、このような負荷はシャフトとヘッドとの間の移行部分において非常に大きな剪断作用を生ずる。このため、この種のねじではヘッドがシャフトから折れる危険性が高くなる。

特許文献１（米国特許第３６６１０４６号）には、この種のねじが記載されている。このねじは、回転モーメント（トルク）伝達手段として周方向の六角形形状を備えるヘッドと、このヘッドに隣接するシャフトとを有し、このシャフトの周方向にねじ山を設ける。ヘッドからシャフトに移行する部分には、短く、シャフトからヘッドに移行するに従ってラッパ状に半径方向外方に拡大するゾーンを設ける。このゾーンのヘッドに近接する領域における最大の外側直径は、シャフト直径よりも僅かにしか大きくない一方で、ヘッドの外側直径はシャフト直径よりも著しく大きい。

米国特許第３６６１０４６号明細書

既知のねじは、ヘッドとシャフトとの間において、直径に大きな開きがあることにより、この種のねじをねじ付けする際に、力の転向によって大きな負荷がかかり、これにより非常に大きな剪断作用がシャフトとヘッドとの間の移行部分において生ずるという欠点を有する。このため、この種のねじではヘッドがシャフトから折れるという危険が生ずる。

本発明の課題は、上述した欠点を回避し、周方向に回転モーメント（トルク）伝達手段を設けたねじヘッドを有する場合にも、ヘッドがシャフトから折れることに対して高い抵抗性を有するねじを得ることにある。

この課題は、本発明特許請求の範囲における請求項１に記載する特徴によって解決する。本発明によれば、ヘッドとシャフトとの間の移行部分に、３〜１０個の軸線方向に広範囲にわたり互いに連続する円錐台状部を設け、これら円錐台状部の母線が軸線に対して異なる傾斜角をなし、これらの傾斜角を、ヘッドから尖端部に向けて移行するに従って減少させ、ただし、ヘッドに最も近い位置における第１円錐台状部の母線がなす第１傾斜角を、４０°〜５０°とする。

これにより、ヘッドとシャフトとの間の剪断応力を著しく減少することで、ヘッドがシャフトから折れることに対する、ねじの高い抵抗性を実現できる。好適には、第１傾斜角を４５°とする。

好適には、円錐台状部に軸線方向に、尖端部に向かって連続する円錐台状部の母線の傾斜角はそれぞれ、これらの円錐台状部にヘッドに向かって連続する円錐台状部の母線がなす傾斜角のｎ倍とし、ただし、ｎを０．４５〜０．５５の数値とする。とくに好適には、ｎを正確に０．５とする。この方法により、剪断応力に対するさらに最適な抵抗性を実現できる。

さらに好適には、第１円錐台状部のヘッド側の端部で最大の第１半径方向幅をシャフトに対して有し、この第１半径方向幅を、不等式
第１半径方向幅≦ヘッド半径−シャフト半径
を満たすものとし、最小ヘッド半径とシャフト半径との差よりも小さいまたは等しいものとする。これにより、剪断作用を好適に減少できる。

第１円錐台状部の第１半径方向幅を、最小ヘッド半径とシャフト半径との差の４０％〜８０％とすると、一定の剰余ヘッド下部面が残るため、さらに有利である。この剰余ヘッド下部面により、ねじを金属板上で制動することでねじ回し装置の摩擦クラッチを作用させ、かつ、ねじが金属板を貫通することを回避する。

図面につき、本発明の実施形態を説明する。

本発明のねじの、シャフトの一部を省略して示す側面図である。

図には、本発明のねじ山を形成するタッピンねじ１０を示す。このタッピンねじ１０は、ねじ山１５を設けたシャフト１１を有し、このシャフト１１の一方の端部に尖端部１３を、反対側の他方の端部にヘッド１４を備える。軸線Ａにより、タッピンねじ１０の軸線方向を画定する。ヘッド１４は、ねじ回し用工具のための回転モーメント（トルク）伝達手段１７を有し、この回転モーメント伝達手段１７を、スパナを装着可能な外側多角形輪郭および、とくに外側六角形輪郭として構成する。

ヘッド１４とシャフト１１との間に移行部分１２を設け、この移行部分１２を、シャフト１１に対して、３個の軸線方向に広範囲にわたり互いに連続する円錐台状部２１，２２，２３を構成する形状によって補強する。

ヘッド１４に隣接する第１円錐台状部２１の母線と軸線Ａとがなす傾斜角αを４０°〜５０°、好適には４５°とする（便宜上、図では傾斜角αを、軸線Ａに対し平行に延在するシャフト１１の投影ライン１６に対してなす角度として示す）。ただし、母線を円錐台状部２１，２２，２３の円錐外面上において軸線方向に延在するラインとする。第１円錐台状部２１に軸線方向に関して尖端部に向かって連続する、円錐台状部２２，２３の母線の傾斜角β，γを、尖端部１３に向かって段階的に減少させる。それぞれ尖端部１３のより近くに位置する円錐台状部２２，２３の母線がなす傾斜角β，γを、これらの円錐台状部２２，２３がヘッドの方向において隣接する円錐台状部２１，２２の母線がなす傾斜角α，βのｎ倍とし、ただし、ｎを０．４５〜０．５５の値とする。図示の実施形態において、第２円錐台状部２２の母線が、軸線Ａまたは投影ライン１６に対してなす傾斜角βを、第１円錐台状部２１の母線がなす傾斜角αの０．５倍とする。これより、傾斜角βは２０°〜２５°、好適には２２．５°となる。第３円錐台状部２３の母線が、軸線Ａまたは投影ライン１６に対してなす傾斜角γを、第２円錐台状部２２の母線がなす傾斜角βの０．５倍、または第１円錐台状部２１の母線がなす傾斜角αの０．２５倍とする。これより、傾斜角γは１０°〜１２．５°、好適には、１１．２５°となる。すなわち、傾斜角α，β，γはヘッド近傍領域からヘッド１３の方向に向かって（段階的に）減少する。

第１円錐台状部２１のヘッド１４側の端部は、最大の第１半径方向幅Ｒ１（シャフト１１の投影ライン１６を起点とする）を有し、この第１半径方向幅Ｒ１は、最小ヘッド半径Ｒｋ（すなわち、ねじの長手方向軸線と、この長手方向軸線に最も近い位置にあるヘッド外側面のうちいずれか１個との間におけるヘッド半径）とシャフト半径Ｒｓとの差よりも小さい、または等しい大きさとし、すなわち、
第１半径方向幅Ｒ１≦ヘッド半径Ｒｋ−シャフト半径Ｒｓ
の不等式に適合するものとする。第１円錐台状部２１の第１半径方向幅Ｒ１は、この際、最小ヘッド半径Ｒｋとシャフト半径Ｒｓとの差の４０％〜８０％（または、０．４〜０．８倍）とする。第２円錐台状部２２の最大第２半径方向幅Ｒ２（第１円錐台状部２１に移行する部分における）は、この際、さらに第１半径方向幅Ｒ１の０．４〜０．８倍、好適には０．５倍とする。第３円錐台状部２３の最大第３半径方向幅Ｒ３（第１円錐台状部２１に移行する部分における）は、第２半径方向幅Ｒ２の０．４５〜０．５５倍、好適には、０．５倍とする。

第２円錐台状部２２を、位置１８において第１円錐台状部２１から転向するように設け、この位置１８は、第１円錐台状部２１の外面をシャフト１１の投影ライン１６まで補間した長さＨ１の中点に位置するものとする。第３円錐台状部２３は同様に、位置１９において第２円錐台状部２２から転向するように設け、この位置１９は、第２円錐台状部２２の外面をシャフト１１の投影ライン１６まで補間した長さＨ２の中点に位置するものとする。

円錐台状部２１，２２，２３が占有する移行部分１２を、軸線方向に長さＬにわたって延在させる。長さＬは、理想的な傾斜角を得るために、４５°とした第１円錐台状部２１の母線の傾斜角αによって、式
Ｌ＝Ｒ１・Ｘ
によって算出することができる。ただし、Ｘは円錐台状部の個数に応じて調節可能な定数とし、続いて記載する値を有することができるものとする。すなわち、
円錐台状部が１個の場合Ｘ＝１、円錐台状部が２個の場合Ｘ＝１．７０７１１、円錐台状部が３個の場合Ｘ＝２．３６０３９、円錐台状部が４個の場合Ｘ＝３．００１１２、円錐台状部が５個の場合Ｘ＝３．６３８７６、円錐台状部が６個の場合Ｘ＝４．２７５６４、円錐台状部が７個の場合Ｘ＝４．９１２３２、円錐台状部が８個の場合Ｘ＝５．５４８９６、円錐台状部が９個の場合Ｘ＝６．１８５５８、および円錐台状部が１０個の場合Ｘ＝６．８２２２０。

摩擦を減少するために、ねじの少なくともねじ山１５および／または尖端部１３の領域に摩擦を減少する被膜、例えば有機潤滑剤（例えば、ワックスまたは切削油）、または無機潤滑剤（例えば亜鉛）などによるコーティングを施すことができる。

１０ ねじ
１１ シャフト
１２ 移行部分
１３ 尖端部
１４ ヘッド
１５ ねじ山
１６ 投影ライン
１７ 回転モーメント伝達手段
１８ 位置
１９ 位置
２１ 第１円錐台状部
２２ 第２円錐台状部
２３ 第３円錐台状部
Ａ 軸線
Ｈ１ 長さ
Ｈ２ 長さ
Ｌ 長さ
Ｒ１ 第１半径方向幅
Ｒ２ 第２半径方向幅
Ｒ３ 第３半径方向幅
Ｒｋ 最小ヘッド半径
Ｒｓ シャフト半径
α 傾斜角
β 傾斜角
γ 傾斜角

Claims (5)

1. 少なくとも部分的にねじ山（１５）を設け、かつ軸線（Ａ）を画定するシャフト（１１）を有するねじ（１０）であって、前記シャフト（１１）の一方の端部に尖端部（１３）を設け、この尖端部（１３）側とは反対側の他方の端部にヘッド（１４）を設け、前記ヘッド（１４）とシャフト（１１）との間に移行部分（１２）を備え、シャフト（１１）はシャフト半径（Ｒｓ）を有し、またヘッドは最小ヘッド半径（Ｒｋ）を有するねじ（１０）において、
   ヘッド（１４）とシャフト（１１）との間の移行部分（１２）に、３〜１０個の軸線方向に広範囲にわたり互いに連続する円錐台状部（２１，２２，２３）を設け、これら円錐台状部（２１，２２，２３）の母線が軸線（Ａ）に対して異なる傾斜角（α，β，γ）をなし、これらの傾斜角（α，β，γ）を、ヘッド（１４）から尖端部（１３）に向けて移行するに従って減少させ、ただし、ヘッドに最も近い位置における第１円錐台状部（２１）の母線がなす第１傾斜角（α）を、４０°〜５０°としたことを特徴とするねじ。
2. 請求項１記載のねじにおいて、円錐台状部（２１，２２）に軸線方向に関して、尖端部の方向に連続する円錐台状部（２２，２３）の母線の傾斜角（β，γ）をそれぞれ、これらの円錐台状部（２２，２３）にヘッド方向に連続する円錐台状部（２１，２２）の母線がなす傾斜角（α，β）のｎ倍とし、ただし、ｎを０．４５〜０．５５の数値としたねじ。
3. 請求項２記載のねじにおいて、ｎを正確に０．５としたねじ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のねじにおいて、第１円錐台状部（２１）はヘッド（１４）側の端部で最大の第１半径方向幅（Ｒ１）をシャフト（１１）に対して有し、この第１半径方向幅（Ｒ１）を、不等式
   第１半径方向幅（Ｒ１）≦ヘッド半径（Ｒｋ）−シャフト半径（Ｒｓ）
   を満たすものとし、最小ヘッド半径（Ｒｋ）とシャフト半径（Ｒｓ）との差よりも小さいまたは等しいものとしたねじ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のねじにおいて、第１円錐台状部（２１）の第１半径方向幅（Ｒ１）を、最小ヘッド半径（Ｒｋ）とシャフト半径（Ｒｓ）との差の４０％〜８０％としたねじ。

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