JP2009264503A - ねじ部品の頭部駆動穴 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ締め初期に係合溝とドライバビットとの係合を確実にする駆動穴を得る。
【解決手段】頭部２とこれと一体の脚部３にねじ山５を形成したねじにおいて、頭部２に駆動穴４の中心から放射方向に等間隔をあけて複数条の係合溝１０を形成し、この係合溝１０と前方に隣設するもう一つの係合溝１０との間に形成された丘陵部２０の表面をこの丘陵部２０の後方に位置する前記係合溝１０の中心線に直交する垂線に沿い且つ後方に位置する係合溝側が深くなるようねじの軸線を横断する水平面に対して傾斜角（β）の角度で傾斜させ、しかも、傾斜した前記表面を前方に位置する係合溝側が深くなるよう傾斜角（α）の角度で傾斜させ、丘陵部２０の駆動穴４の中心側が最も深くなった構成のねじ部品の駆動穴であるので、ドライバビットとねじの駆動穴との間にずれが生じていてもドライバビットが中心側に滑るので、ねじ締め時に確実に係合羽根が係合溝に嵌る。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品をワークに所定の締結力で締結するねじであって、特に、ねじ締め時に頭部に駆動力を伝達するドライバビットとねじの駆動穴との係合がねじの係合溝を潰すことなく確実に係合可能となる形状にしたねじ部品の頭部駆動穴に関する。

近年多く普及している携帯電話、パソコン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呼び径の小さいねじが使用されている。このようなねじとしては、主としてＪＩＳ（日本工業規格）に定められているねじが採用されており、前記のように呼び径の小さいねじにおいても図１１に示すように、その頭部十字穴は同じ形状となっている。この図１１は十字穴付きねじ１０１であって、その頭部１０２にはねじ１０１の中心を基準として放射方向の四方向に係合溝１１０が形成されており、これら溝１１０の間の丘陵部１２０の輪郭はこの溝を形成する壁となった形状であり、ドライバビットの羽根がこの溝に係合してねじ締め駆動力が伝達されるようになっており、このときに潰れないようになっている。

このような丘陵部は前記十字形状の駆動穴以外に例えば、この＋ドライバビットではねじを緩めることのできないＹ字形状の係合溝が形成されたねじ、所謂いじり止め用ねじにおいても同様に形成される。このねじは通常一般に普及している＋ドライバビットでは緩めて機械内部を勝手に触れることのできない個所に主に採用されており、この頭部駆動穴の形状では十字形状の駆動穴がねじの中心から放射方向の四方向になっているのに対してＹ字形状の駆動穴は三方向となっているだけの違いであり、どちらも係合溝の間には丘陵部が形成されている。

このため、ドライバビットをねじの駆動穴に係合させるために、特に自動ねじ締め機によりねじ締め作業を行う場合には、ねじの頭部にドライバビットを接触させると同時にドライバビットを回転させてドライバビットの係合羽根をねじの係合溝に係合させるようにしているが、この係合初期に僅かでもねじの中心とドライバビットの中心とがずれていたり、ドライバビットの係合羽根が駆動穴の係合溝に確実に嵌らないと係合溝の角を潰すことが多く、特に、ねじが小さいとこの現象が顕著に発生している。

また、従来技術として、実公昭６３−２６５６６号公報に示されるねじがある。これは、複数の部材を固着するに際して使用されるねじに関し、あらかじめねじ下穴を穿設する工程を省略することができる打ち込みねじに関するもので、打ち込み時にねじの頭部の十字溝の周縁部の破損を防止するものである。そのために穴部に突状部を形成してこれの稜部から両側に底部に向かって傾斜した下り傾斜面を形成して、打ち込み時にこの傾斜面によりドライバビットが嵌るように案内されるものである。
実公昭６３−２６５６６号公報

しかしながらこのような従来例の中で、ＪＩＳに規定された駆動穴の場合は、既に説明したように、手動ドライバビットによる締結作業においては係合羽根と係合溝とを嵌め合わせてからねじ締め作業を行うので、ねじ締め初期に駆動穴を潰すことはないが、組み立て作業ライン等の機械による自動化された組立工場においては、自動ねじ締め機が使用されているからねじ締め初期において駆動穴が潰れやすい。特に、呼び径の小さいねじにおいては、駆動穴が潰れねじが所定締結トルクでねじ締められないという問題が発生している。また、打ち込みねじに採用されているような前記穴部の形状にした場合は、ねじ締め初期にドライバビットの係合羽根と駆動穴の係合溝とは比較的係合が容易であるが、これは打ち込み時において十字溝の周縁部の破損を防止することを目的としているので、係合溝には突状部から両側に傾斜面を形成して係合溝に案内するだけであり、ねじ締め作業においては、これが邪魔をしてトルクの伝達が十分に行えない。このことを解消するためにはドライバビットが駆動穴からねじ締め時に抜け出ないようにするために、大きな推力が必要であり、このため、厚みの薄いワークであれば、このワークがへこんだり、破損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締め初期において係合溝とドライバビットとの係合を確実にする駆動穴を得ることである。

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５が形成されたねじにおいて、頭部２の中心に頭部表面側から脚部３にかけて駆動穴４を形成し、この駆動穴４の中心から放射方向に且つ円周方向等間隔をあけて複数条の係合溝１０を形成し、この係合溝１０とねじ締め回転方向側前方に隣設するもう一つの係合溝１０との間に形成された丘陵部２０の表面をこの丘陵部２０の後方に位置する前記係合溝１０の中心線に直交する垂線に沿い且つ前記後方に位置する係合溝側が深くなるようねじの軸線を横断する水平面に対して傾斜角（β）の角度で傾斜させ、しかも、この丘陵部２０の傾斜した前記表面を前記垂線に直交する方向に前記前方に位置する係合溝側が深くなるようねじの軸線を横断する水平面に対して傾斜角（α）の角度で傾斜させ、これら傾斜角（β）及び（α）からなる合成傾斜角により形成される丘陵部２０の表面において駆動穴４の中心側が最も深くなった構成となっているねじ部品の駆動穴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、頭部は互いに隣設する係合溝１０の放射方向端の間に位置する丘陵部２０の外周がねじ締め回転方向に移動するにつれて深くなった外周壁２２を有しているねじ部品の頭部駆動穴であるので、ドライバビットが駆動穴位置から頭部外周側に滑り出ることなく常時ねじの中心と一致しやすい。更に、これら構成において、係合溝はドライバビット３０の係合羽根３１とねじ締め時に係合する締め付け方向側の係合壁１１が駆動穴４の外周側においてはねじ緩め時に係合する緩め方向側の係合壁１２より係合溝１０の底面１３からの高さが高く且つ駆動穴４の内周側に位置する内縁２１は全て同じ高さであるので、ドライバビットは駆動穴に嵌りやすいとともにねじ締めトルクが安定して伝達される。

その上、これら構成における前記傾斜角（β）及び（α）からなる合成傾斜角はねじ１の軸線に直交する平面に対して８°３２′より大きく１７°より小さい角度であることから、ドライバビットがねじに接触して僅かな推力が加わると、ドライバビットの係合羽根は確実に係合溝に嵌ることができる。

本発明によれば、ＪＩＳに規定されたねじの駆動穴のように自動組み立て作業において、ドライバビットの係合羽根がねじ締め初期にねじの頭部の駆動穴を潰す恐れがなく、特に、ねじの呼び径の小さいものを自動ねじ締め機でねじ締めする際に頭部の破損が回避される。また、係合溝と係合溝との間の丘陵部はねじ締め方向側及び中心側が深くなるよう傾斜しているので、ドライバビットの中心がねじの駆動穴の中心とずれが生じていてもねじの中心に対してドライバビットが中心側に滑るので、ドライバビットの中心とねじの中心とが一致すると同時にねじ締め時に確実に係合羽根が係合溝に嵌る。

更に、この丘陵部の周囲には中心側にすり鉢状に傾斜した外周壁が形成されているので、ねじ締め時にドライバビットはねじの駆動穴から外へ出ることなく、常に中心線上に一致させることを可能にしている。しかも、係合溝の外周端側の係合壁はねじ締め時に係合する締め付け方向側の係合溝が従来の駆動穴を構成している係合溝の壁と同様の高さを有しているので、ねじ締めトルクの伝達に何らの支障も生じない。その上、傾斜角は推力がほとんど加わらなくてもドライバビットの係合羽根がねじの頭部の丘陵部に当接するだけで係合羽根が係合溝に滑り案内される最適な傾斜角に設定されているので、呼び径の小さいねじであっても、ねじの頭部の破損が皆無となるとともに安定したねじ締め作用が得られる等の特有の効果がある。

以下、本発明について最良の実施の形態を図１乃至図１０に基づき説明する。本発明の一実施例としての図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とからなるねじであり、頭部２にはねじ１にドライバビット３０（図６参照）からねじ締め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にはねじ山５が頭部２の座面６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は断面円形形状となっている。この脚部３と頭部２との間には脚部側が細く頭部側が太い円錐形状の首部７が形成してあり、前記頭部２の駆動穴４はその先端が略円錐穴形状に形成されてこの首部７まで達している。

前記駆動穴４は図３及び図４に示すように、ねじ１の中心線上にその中心を有しており、頭部２の表面側から脚部３にかけて駆動穴４が形成されている。この駆動穴４の中心の円錐穴８から放射方向には円周方向に等間隔をあけて複数条の係合溝１０が形成してあり、これら係合溝１０は図２に示すように、互いに隣設することになるもう一つの係合溝１０との間に丘陵部２０を形成している。この丘陵部２０はこの実施例においては、係合溝１０がＹ字形状になっているので、係合溝１０の間に夫々形成されており、具体的には係合溝１０ａと１０ｂ、１０ｂと１０ｃ、１０ｃと１０ａとの間に夫々同一傾斜表面形状の丘陵部２０が形成されている。

このように、この係合溝１０ａとねじ締め回転方向側前方に隣設するもう一つの係合溝１０ｂとの間に形成された丘陵部２０の表面はこの丘陵部２０の後方に位置する、例えば、前記係合溝１０ｃの中心線に直交する垂線に沿い且つ前記丘陵部２０の後方に位置する係合溝１０ｃ側が図５に示すように、丘陵部２０の外周側より深くなるよう（図２の矢印（イ）方向が深くなるよう）ねじ１の軸線を横断する水平面に対して傾斜角（β）の角度で傾斜させ、しかも、この丘陵部２０の傾斜した前記表面を前記垂線に直交する方向にねじ締め方向の前記前方に位置する係合溝１０ａ側が深くなるよう（図２の矢印（ロ）方向が深くなるよう）ねじ１の軸線を横断する水平面に対して傾斜角（α）の角度で傾斜させた構成となっている。

これにより、これら傾斜角（β）及び（α）からなる合成傾斜角により形成される全ての丘陵部２０の傾斜表面は駆動穴４の中心側が最も深くなっており、丘陵部２０の表面の駆動穴中心側にある全ての内縁２１が同じで且つ最も低くなった構成となっている。このため、ドライバビット３０の中心と駆動穴４の中心とが一致すると、係合羽根３１は傾くことなく確実に係合溝１０に嵌る。また、この構成において、係合溝１０は図６に示すドライバビット３０の係合羽根３１とねじ締め時に係合するねじ締め方向側の係合壁１１が駆動穴４の外周側においてはねじ緩め時に係合するねじ緩め方向側の係合壁１２より係合溝１０の底面１３からの高さが高く且つ駆動穴４の内周側にあっては同じ高さとなっていることから、ドライバビット３０の先端が前記表面に当接することによって、駆動穴４の中心に移動案内されるようになっている。

一方、この傾斜した丘陵部２０の表面の傾斜角（α）及び（β）はねじ締め方向側が頭部表面から深くなるよう傾斜していれば十分であるが、この傾斜角の最適角度を（θ）とすると、即ち、その最小角はねじ１の頭部２にドライバビット３０の先端あるいは係合羽根３１が接すればほとんど推力（ドライバビットをワークの方に押し付ける力）が加わらなくても滑り出す角度であり、この滑り出すための角度を求めると、次のようになる。ここで一般的なねじ１の摩擦係数μ＝０．１５程度であることは従来から知られており、これから斜面上での物体が静止できる最大角度を（θ）とし、物体の重量（または推力）をＭｇとすると、数式１で釣り合っていることになる（図８参照）。

そして、これから得られる角度（θ）は、ｔａｎ^−１μとなり、約８°３２′となる。これにより、丘陵部２０の表面の傾斜角度が８°３２′を超えれば、物体はこの傾斜表面を滑ることになるからこれが滑るための最小角度となる。

一方、この最適角度の上限である最大角はドライバビット３０の先端角度（ＪＩＳに規定されている角度である１８°±１°）より小さい値に設定するのがもっともよい。このように傾斜表面の最適角度（θ）を８°３２′〜１７°の範囲に設定することで、図７（ａ）に示すように、ドライバビット３０の先端が傾斜した丘陵部２０の表面を滑ることになり、これ以上の角度即ち、最適角度の上限より大きい角度（θ＋γ）になると、図７（ｂ）に示すように、ドライバビット３０の先端が傾斜した丘陵部２０の表面の角に当接することになるから滑りが生じにくくなるので、前記角度の範囲が最適角度となる。しかも、この角度の範囲で傾斜させていることにより丘陵部２０の中心側内壁（前記内縁２１から深さ方向の面）は十分な高さに形成され、ドライバビットとの嵌め合わせ（喰い付き）において支障は生じない。

更に、図２に示すように、互いに隣設する前記係合溝１０の放射方向端の間には丘陵部２０の外周に沿い且つ前記ねじ締め回転方向に移動するにつれて深くなった外周壁２２が形成してあり、この傾斜表面の外周壁２２は円錐形状となっている。即ち、すり鉢形状となっていることからこの部分にドライバビット３０の先端が触れることでもドライバビット３０はねじ１の中心側への移動作用を受けることになる。

しかも、丘陵部２０の表面は図３乃至図６に示されたように、係合溝１０に嵌るドライバビット３０の係合羽根３１とねじ締め時に係合する係合溝１０の締め付け方向側の係合壁１１は、ねじ緩め時に係合する緩め方向側の係合壁１２より係合溝１０の底面１３からの高さが高くなっているので、ねじ締めトルクの伝達は安定することになる。

このように構成されたねじ１をねじ込む場合は、図６に示すように、ねじ１の頭部２に形成されている駆動穴４に一致させるよう、ドライバビット３０を押し付ける。このとき、ねじ１の係合溝１０にはドライバビット３０の係合羽根３１が必ずしも一致して係合しないが、ドライバビット３０の先端は頭部表面の丘陵部２０に形成されている傾斜表面により、ねじ締め方向及び駆動穴４の中心側に滑るので、係合羽根３１は係合溝１０に嵌ることになる。また、係合溝１０の締め付け方向側の係合壁１１はその外方端側がねじ１の緩め方向側の係合壁１２より係合溝１０の底面１３からの高さが高いので、係合羽根３１が係合溝１０から滑り出ることなく確実に嵌ることになる。

このようにして、ドライバビット３０のねじ締めトルクがねじ１の駆動穴４に伝達されると、ねじ１の脚部３はワーク（図示せず）にねじ込まれる。このねじ締め作用によりねじ１が所定量ねじ込まれてワークに頭部２の座面６が着座すると、ねじ締め設定トルクとなり、ねじ締め作業が完了する。

尚、この実施例では、頭部２の表面にＹ字形状の係合溝１０を有する駆動穴４について説明したが、これを図９及び図１０に示すように、十字形状の係合溝１０を有する駆動穴４としてもよく、この場合は係合溝１０が前記実施例とは多くなるので、前記丘陵部２０が狭くなっている。しかしながら、丘陵部２０の表面は前記実施例と同様に合成傾斜角による傾斜表面を有するものであり、このため、同様の作用効果が得られることは言うまでもない。

本発明の実施の形態としての一実施例を示す正面図である。 図１の左側面図である。 図２におけるＡ−Ａ線要部断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ線要部断面図である。 丘陵部の傾斜表面を示す要部拡大断面図である。 本発明とドライバビットとの関係を示す要部断面図である。 （ａ）、（ｂ）は丘陵部の傾斜表面とドライバビットの滑り状態を示す断面図である。 本発明における力の作用状態を示す説明図である。 本発明の他の実施例を示す平面図である。 図９におけるＣ−Ｃ線要部断面図である。 本発明の従来例を示す要部断面図である。

符号の説明

１ ねじ
２ 頭部
３ 脚部
４ 駆動穴
５ ねじ山
６ 座面
７ 首部
８ 円錐穴
１０ 係合溝
１１ 締め付け方向側の係合壁
１２ 緩め方向側の係合壁
１３ 底面
２０ 丘陵部
２１ 内縁
２２ 外周壁
３０ ドライバビット
３１ 係合羽根

Claims (4)

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（５）が形成されたねじにおいて、
   頭部の中心に頭部表面側から脚部にかけて駆動穴を形成し、この駆動穴の中心から放射方向に且つ円周方向等間隔をあけて複数条の係合溝（１０）を形成し、この係合溝とねじ締め回転方向側前方に隣設するもう一つの係合溝との間に形成された丘陵部（２０）の表面をこの丘陵部の後方に位置する前記係合溝の中心線に直交する垂線に沿い且つ前記後方に位置する係合溝側が深くなるようねじの軸線を横断する水平面に対して傾斜角（β）の角度で傾斜させ、しかも、この丘陵部の傾斜した前記表面を前記垂線に直交する方向に前記前方に位置する係合溝側も深くなるようねじの軸線を横断する水平面に対して傾斜角（α）の角度で傾斜させ、これら傾斜角（β）及び（α）からなる合成傾斜角により形成される丘陵部の表面において駆動穴の中心側が最も深くなった構成となっていることを特徴とするねじ部品の駆動穴。
2. 頭部は互いに隣設する係合溝の放射方向端の間に位置する丘陵部の外周がねじ締め回転方向に移動するにつれて深くなった外周壁（２２）を有していることを特徴とする請求項1記載のねじ部品の頭部駆動穴。
3. 係合溝はドライバビット（３０）の係合羽根（３１）とねじ締め時に係合する締め付け方向側の係合壁（１１）が駆動穴の外周側においてはねじ緩め時に係合する緩め方向側の係合壁（１２）より係合溝の底面（１３）からの高さが高く且つ駆動穴の内周側に位置する内縁（２１）は全て同じ高さであることを特徴とする請求項１又は２記載のねじ部品の頭部駆動穴。
4. 合成傾斜角はねじの軸線に直交する平面に対して８°３２′より大きく１７°より小さい角度であることを特徴とする請求項１、２又は３記載のねじ部品の頭部駆動穴。

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