JP2009544907A - セルフタッピンドリルねじ - Google Patents

Abstract

この発明は、板片に捩じ込むことができ、ツール収容用スロット付きヘッド、捩じ切られたシャンク、僅かに円錐形にテーパ状の穴形成部分、および円錐片を有する穴研削部分を含む、セルフタッピンドリルねじに関する。穴研削部分は径方向のショルダ部を有し、径方向のショルダ部は、穴を形成し、板片に係合することができる円錐片をリング状の態様で同軸で囲み、円錐片よりはるかに大きな直径を有し、丸められた環状の縁部を介して穴形成部分と統合される。

Description

この発明は、板片に捩じ込むことができ、ツール収容用スロット付きヘッド、捩じ切られたシャンク、僅かに円錐形にテーパ状の穴形成部分および穴研削部分を含む、セルフタッピンドリルねじに関する。

この型のねじは、欧州特許出願０ ４６４ ０７１ Ｂ１から公知である。このねじは、丸められた先端で終端する円錐片として設計される穴研削部分を用いる。ねじが回転すると板片材料が柔らかくなるようにこの先端が板片と係合し、円錐片は、板片を貫通し、それによって板片に穴を形成することができる。円錐片は、実質的に狭い設計の円錐形の穴形成部分に段差なく接続され、これが穴研削部分によって形成された穴を貫通し、続いてねじの回転運動に起因する摩擦熱を用いてその最大直径にまで拡張する。したがって、板部分材料は、板部分の両面に延在する通路を、したがって特にねじが板部分と係合する側に形成する。しかしながら、しばしばこの側では通路は望ましくない。

ドイツ実用新案２０ ２００５ ０１７ ５２４．２によれば、摩擦溶接ボルトとして具体化された固定要素の設計が与えられ、そこではボルトの円錐形端部の鈍い先端が、ワークピースに対するボルトの対応する迅速な回転および圧力に基づいてワークピースの表面が溶けることを引起し、溶けた材料は側方に流れることができる。鈍い先端は、溶けた材料を収容する同軸の中空チャネルを有するショルダ部に囲まれる。しかしながらこの設計は、固定要素が係合する構成要素の貫通がねじの使用中に回避されなければならないので、セルフタッピンドリルねじとしては使用に適していない。

この発明の目的は、後でねじを捩じ込むために板片に穴を形成するとき、ねじが板片に係合する側の反対側にのみ実質的に通路が作られるセルフタッピンドリルねじを生成することである。さらにこのねじは、穴を形成するために必要とされる熱が、ねじが板片に係合した後、特に短い時間で生成され得るような方法で設計されなければならない。

この目的は、この発明によって、径方向のショルダ部として穴研削部分を設計することにより達成される。このショルダ部は、板片に係合することができる円錐片をリング状の態様で同軸で囲み、円錐片の直径よりはるかに大きな直径を有し、かつ穴形成部分において丸められた環状縁部と統合される。

この発明によるねじは、ねじが板片上に押圧されると、径方向のショルダ部として設計された穴研削部分を用いて圧力を加え、この圧力は、摩擦熱の結果、ねじ回転中に柔らかくなった板片材料が径方向のショルダ部に対して板片に加えられた圧力の方向に屈する傾向をもたらし、それによって滑らかな縁部を有する通路を形成する。これは通常、板片のねじの反対側に妨害を引起さず、いかなる場合も板片の係合側まで延在する傾向を有さない。ある程度まで、これは結果として２段階で板片を扱うこととなり、そこではまず、板片に係合して回転するねじの穴研削部分によって穴が板片に駆動され、結果として穴研削部分の径方向のショルダ部が板片に係合し、板片に対して押圧することとなり、それにより、板片から形成される摩擦熱によって柔らかくなった材料がすべて、板片のねじ係合側とは反対側の通路に流れ、その後、穴形成部分は、丸められた環状の縁部を介して穴に滑り込み、穴および通路を穴形成部分の最大直径まで拡張する。これは実質的に結果として
板片のねじとは反対側に通路を生じ、またこの通路は強固に形成されて、この型の他の通路に生じがちなぎざぎざした縁部がない。

径方向のショルダ部にはさまざまな可能な設計がある。それが主としてねじ軸に対して９０°の角度で走るような方法で設計されてもよい。しかしながら、径方向のショルダ部を鈍い円錐として設計することも可能である。この設計は、板片材料の流れの作用に特に良い効果を有する。

さらに、径方向のショルダ部に凹面のアーチ形の設計を与えることも可能である。径方向のショルダ部の個々の設計は板片材料に大きく依存する。径方向のショルダ部の設計はまた、加えられる圧力および回転速度に対して良い効果がある。

円錐片が径方向のショルダ部を越えて軸方向に突出することから、すると円錐片は板片に係合した後に一定のセンタリング作用を実行するので、ねじは、捩じ込み運動中に有効に導かれる。

円錐片を穴研削部分の構成要素として設計するさまざまな方法がある。たとえばＥＰ ０ ４６４ ０７１ Ｂ１に開示されるように、円錐片は鈍い丸められた末端部と統合されてもよい。円錐片はまた先端で終端するよう作られてもよいが、しかしながら、穴を形成するためにこの先端に比較的大きな圧力が加えられる必要がある。円錐片のさらに特に有利な設計では、後者は、その外径（ｄ）が穴形成部分の最大直径（Ｄ）の０．３５〜０．７倍小さい鈍い縁部に囲まれた、同軸のくぼみを備える。この設計では、回転速度が比較的遅くても、くぼみのまわりの縁部により、板片はさらに相当程度まで熱せられ、この加熱は板片に穴を形成するのに十分である。くぼみの長さが３ｍｍよりも短いような方法で十分にくぼみを生成する。

径方向のショルダ部が穴形成部分と統合される領域において、環状の縁部には、径方向のショルダ部の上に突出するアーチが有利に与えられてもよく、このアーチは、主として通路の形成されている方向に板片から材料が押出されることを確実にする。これは、通路の形成および設計に良い効果がある。

この発明の例示的な実施例は図面に示される。

ねじの斜視図を示す図である。 径方向に走る径方向のショルダ部を含む、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。 円錐形の径方向のショルダ部を含む同様の断面を示す図である。 凹型でアーチ形の径方向のショルダ部を含む同様の断面を示す図である。 径方向のショルダ部の上に突出する丸められたアーチを含む同様の断面を示す図である。 先端で終端する円錐片を含む穴研削部分を示す図である。 同軸のくぼみを有する円錐片を含む穴研削部分を示す図である。 図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図を示す図である。 図１によるねじを、板片の貫通および板片を通る通路の異なる段階において示す図である。 図１によるねじを、板片の貫通および板片を通る通路の異なる段階において示す図である。 図１によるねじを、板片の貫通および板片を通る通路の異なる段階において示す図である。

図１は、この発明によるセルフタッピンドリルねじ１の斜視図を示す。ねじは、ねじ頭２、捩じ切られたシャンク３、および穴研削部分５上に位置する穴形成部分４を含む。穴研削部分は径方向のショルダ部６および円錐片７を含む。板片にねじ１を捩じ込むために（図９ａから図９ｃを参照）、円錐片７は板片に係合して回転する。その結果として生じる摩擦熱により、円錐片７は、径方向のショルダ部６も板片にぶつかるまで板片を貫通し、その直径が比較的大きい結果として、素早く板片の関連する領域を加熱する。径方向のショルダ部６は、柔らかくなった板片材料を前方に、板片から外へと、すなわち板片のねじ１とは反対側の方向へと押し、その結果、柔らかくなった材料から形成される通路が、この板片のねじとは反対側に実質的に形成される（図９ａから図９ｃを参照）。このように、径方向のショルダ部は２重の機能を実行し、一方では板片材料がうまく迅速に前進することを確実にし、他方では、加熱され、かつそのために柔らかくなった材料を、板片のねじとは反対側において前方に、板片から外へと押す。

図１によるねじ１で用いられる円錐片７は、板片に係合すると、広い面積にわたる接点と対応する摩擦熱とが、これに対応する高圧下で板片上に素早く生成されることを確実にする、丸められた端部７ａを有する。これは特に、ねじ１が、鋼でできた板片などの比較的固い材料で作られた板片に捩じ込まれる場合に有利である。

図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図を示す図２では、径方向のショルダ部６はねじ１の軸に対して９０°の角度で走り、結果的に、径方向のショルダ部６が板片に当たったときのねじ１の回転運動の結果として広い面積にわたる板片の素早い加熱を生じる。

穴形成部分５が板片の材料にさらに一層貫通する間に、径方向のショルダ部６によって加えられる圧力を増加させることも望ましいかもしれない。すなわち、図３に示されるような設計によって達成可能であるように、より低圧で開始してより高圧に変えることが望ましいかもしれない。この図は図２による断面に類似の断面図を示し、その径方向のショルダ部９が鈍い円錐状に形成される穴研削部分８を例示する。この設計の結果、中央の円錐片１０だけが当初は板片材料を貫通し、その後径方向のショルダ部９の内部領域が、直径が増加するにつれて、結果として生じる穴の縁部に係合してこれに対して押圧し、これによってより高速の加圧へと遷移し、最終的には径方向のショルダ部９の外縁部に達する際に板片に対する最大加圧を生成する。

図４は同様の設計を示し、これも図２による断面に類似の断面図である。この場合、穴研削部分１２の径方向のショルダ部１１は凹型のアーチ形の形状を有し、これが中央の円錐片１３の領域から径方向のショルダ部１１までの摩擦負荷の遷移をさらに均一化する。

図５は穴研削部分の特定の設計を示す。この場合、凹面のアーチ形の径方向のショルダ部１１は、突出する環状の縁部１４とその外縁で統合され、この環状の縁部は板片材料が柔らかくなる間に移動可能となった材料を多少とも捉え、包含しており、板片のねじとは反対側に形成される通路として実際にこの材料のすべてを利用可能にする。

図６は円錐片のさらなる変形例を示す。ここで示される円錐片１５は先端１６で終端し、これは特にアルミニウムなどの比較的柔軟な材料にねじを適用する場合に有利である。

図７および図８は円錐片の特定の設計を示し、図８は図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図を示す。この場合、円錐片１７はその端部に同軸のくぼみ１８を有し、このくぼみは鈍い縁部１９に囲まれている。この鈍い縁部１９は、円錐片１７の最大直径５ｍｍと比較すると、２ｍｍの外径を有する。鈍い縁部１９により、円錐片１７が板片に係合す
ると比較的大きな面積がすぐに生成され、結果としてねじが回転すると対応して相当程度の加熱を生じ、これが実質的にねじの板片の貫通を容易にする。くぼみ１８は短いボアから形成され、深さおよそ２ｍｍである。

図９ａ、図９ｂおよび図９ｃは、図１に示されたねじ設計に基いて、板片２０に捩じ込まれているねじおよび形成されている通路２２を示す。図９ａによれば、端部２１上で丸められる円錐片７は板片２０の材料に貫通し、従ってこれを柔らかくしている。図９ｂによれば、円錐片７は初めから終りまで板片２０を通過している。ねじが板片を通過し続けるので、ねじ１は図９ｃに示される位置を占め、そこでは捩じ切られたシャンク３が板片２０を通過して、この場合ねじが板片２０に係合する側とは反対側にのみ存在する通路２２を生成している。

Claims (10)

1. 板片（２０）に捩じ込むことができ、ツール収容用スロット付きヘッド（２）、捩じ切られたシャンク（３）、僅かに円錐形にテーパ状の穴形成部分（４）および円錐片を有する穴研削部分（５、８、１２）を含むセルフタッピンドリルねじ（１）であって、
   穴研削部分（５、８、１２）は径方向のショルダ部（６、９、１１）として設計され、径方向のショルダ部（６、９、１１）は、穴を形成し、かつ板片（２０）に係合することができる円錐片（７、１０、１３、１５、１７）をリング状の態様で同軸で囲み、円錐片（７、１０、１３、１５、１７）よりはるかに大きな直径を有し、丸められた環状の縁部（１４）を介して穴形成部分（４）に統合されることを特徴とする、ねじ。
2. 径方向のショルダ部（６）はねじ軸に対して９０°の角度で実質的に走ることを特徴とする、請求項１に記載のねじ。
3. 径方向のショルダ部（９）は鈍い円錐を形成することを特徴とする、請求項１または２に記載のねじ。
4. 径方向のショルダ部（１１）は凹型のアーチ形の形状を有することを特徴とする、請求項１に記載のねじ。
5. 円錐片（７、１０、１３、１５、１７）は、径方向のショルダ部（６、９、１１）の上に軸方向に突出することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のねじ。
6. 円錐片（７）は鈍い丸められた末端部（２１）で終端することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のねじ。
7. 円錐片（１５）は先端（１６）で終端することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のねじ。
8. 円錐片（１７）は、その外径（ｄ）が穴形成部分（４）の最大直径（Ｄ）よりも０．２５〜０．７５倍小さい縁部（１９）に囲まれた、同軸のくぼみ（１８）を有することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のねじ。
9. くぼみ（１８）は長さが３ｍｍよりも短いことを特徴とする、請求項８に記載のねじ。
10. 環状の縁部（１４）は、径方向のショルダ部（１１）の上に軸方向に突出する丸められたアーチとして設計されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載のねじ。

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