JP2012533038A - セルフドリル固定素子 - Google Patents

Abstract

本発明は、回転対称のドリル先端部（１６）及び軸部（１４）を備えるセルフドリル固定素子（１０）に関し、このセルフドリル固定素子においては、前記ドリル先端部（１６）の断面は、前記先端部に近接する部分が前記先端部の回転軸（１８）の外に前記回転軸（１８）に対向して位置する原点（２２）を持つ第１の半径（Ｒ２）によって境界され、前記軸部（１４）に近接する部分が前記回転軸（１８）から前記第１の半径（Ｒ２）の原点（２２）より遠く離れて前記回転軸（１８）に対向して位置する原点（２６）を持つ第２の半径（Ｒ１）によって境界されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転対称のドリル先端部と軸部を備えるセルフドリル固定素子、例えばドリルねじ又はセルフドリルリベットに関する。

この種のセルフドリル固定素子は、費用のかかる案内穿孔及びねじ切りを省略できるために需要が増している。

この種の固定素子に関しては、最初は切削ドリル先端部がしばしば使われていた。しかし、この方法は取り除かなければならない削りくずを生じる欠点があった。それに反し、しばらくすると、非切削方法が達成され、この方法では、固定素子を設置すべきワークピースに対して高回転速度で押し付けられる適切に形成された先端部によって固定素子を設置すべき材料が加熱され、可塑化される。次に固定素子がこのようにして軟らかくされたワークピースにねじ込まれる。この方法は削りくずを生じないだけでなく、管部、即ち材料バンクが形成され、固定素子が設置された後の支持ねじ部の長さを増大するために利用できる。

従来技術による対応する固定素子は円錐先端部（例えば特許文献１）、扁平中空先端部（特許文献２）又は球形先端部（例えば特許文献３）を有している。最近、特に球形先端部が好ましいとされている。球形の目的は可能な最良の摩擦半径を提供し、ひいてはワークピースの加熱の増大を達成することにある。

従来のセルフドリル固定素子は、先端部が球形となるように通例先端部に比較的小さい半径を有している。この小さい球形接触表面が材料を加熱する。この先端部には更に比較的鋭い角度を有する円錐状の孔形成部分が設けられる。

従来の先端部は、十分に高い回転速度で材料が流動し始めるのに十分な摩擦を発生させるために特定の力で押し付けなければならないことが確かめられた。更に、従来の先端部は最適な管部形成をもたらさない。

ドイツ国特許出願公開第１０２００６０３４５８５号 ドイツ国特許出願公開第１０２００６０３４５８３号 ドイツ国特許出願公開第１０２００６０３４５８４号

従って、本発明の目的は、この従来技術から出発して、成形時間を最短にすると同時に、特に最適な管部形成によって接続性能を高めるセルフドリル固定素子のためのドリル先端部を提供することにある。本発明によれば、セルフドリル固定素子は、大きな厚さの金属シートの場合、或いは互いに重ねて置かれる２つの無孔金属シートに設置される場合（特にセルフドリルブラインドリベットの場合）にも、できるだけ経済的に製造されなければならない。

本発明によれば、この目的は、ドリル先端部の断面が、先端部に近接する第１の半径と軸部に近接する第２の半径とによって境界され、前記第２の半径の原点が前記第１の半径の原点より回転軸から遠く離れていることによって達成される。

前記２つの半径は接線方向に互いに移行するようにすることが特に好ましい。

更に、第２の半径は円錐状の延長部分を経て軸部に移行するようにするのが特に好ましい。この円錐状の延長部分は最適な管部形成を可能にする。

この場合には、円錐状部分はその側面の間に２８°〜４０°、好ましくは３２°の角度αを有するのが好ましい。

更に、この場合には、第２の半径は、回転軸の同じ側に位置する中心点を持つ半径を有する凹面状に湾曲した部分を経て軸部に移行するようにするのが特に好ましい。

これは管部形成を更に改善する。

更に、少なくとも第２の半径と軸部との間の部分に、回転軸に対して直角に半径方向に循環する溝を設けるのが高度に有利であることが確かめられた。

この場合には、溝は半円形の断面を有するものとするのが好ましい。

添付図面を参照して本発明を以下に詳細に説明する。

本発明によるドリル先端部を有するセルフドリルねじの側面図である。 図１のＡ−Ａ線上の断面図である。 図２の先端部の詳細図である。 環状溝を有する本発明による他のドリル先端部を有するセルフドリルねじの側面図である。 凹面状に湾曲された部分を有する本発明による更に他のドリル先端部を有するセルフドリルねじの側面図である。 凹面状に湾曲された部分及び半径方向の環状溝を有する本発明による更に他のドリル先端部を有するセルフドリルねじの側面図である。

図１はフローイング穿孔に適した本発明によるセルフドリルねじを示す。ねじ１０は、頭部１２及び軸部１４からなり、軸部１４はセルフカッティング外ねじ部を有し、先端部１６で終端する。

ねじ１０は回転軸１８を中心に回転対称に形成されている。

先端部１６は第１の部分２０を備え、先端部１６を通るＡ−Ａ軸線に沿うこの部分２０の断面は半径Ｒ２に従う外形を有し、この半径Ｒ２の中心点２２は回転軸１８の外に半径方向に離れて回転軸１８に対向して位置している。

先端部１６の断面が半径Ｒ２による境界となるこの第１の部分２０は第２の部分２４により軸部１４に連接され、先端部１６のこの部分２４の断面の外形は更に大きな半径Ｒ１による境界となり、この半径Ｒ１の原点は同様に回転軸１８に対向して位置するが回転軸から更に遠く離れている。

先端部１６のこの第２の部分は円錐状の部分２８により軸部１４に連接され、この部分２８はわずかな半径変化で軸部１４に移行する。

この場合には、先端部１６の円錐状部分２８はその断面の外部境界線の間で２８〜４０°、好ましくは３２°の角度を有する。

図示の実施形態では、ねじ頭部１２はヘクサロビュラ（hexalobular）外部駆動部を有する。任意の他の従来の駆動部も同様に使用可能であることは当然である。

本発明に従って構成された先端部はフローイング穿孔を使用するセルフドリルブラインドリベット（blind rivets）又は任意の他のセルフドリル固定素子に等しく使用することができる。

図２はＡ−Ａ線（回転軸１８）に沿う断面図である。

この場合には、一つの寸法例としてＭ５ねじが選択されている。

その先端部１６は図３に詳細に示されている。

図３は、この図に断面で示される先端部１６の外形は実際には軸部から遠い方の端に球形ではなく適切な形状の端点を有することを明瞭に示している。この端点は２つの半径Ｒ１及びＲ２の連接によって得られ、それらの原点は回転軸１８の外にそれぞれ回転軸に対向して位置している。

以下はＭ５ねじの寸法の一例である。

第１の半径Ｒ２は１．５ｍｍであり、その原点２２は先端から軸部１４の方へ１．３ｍｍ離れ、回転軸１８から０．７ｍｍ離れている。隣接する半径Ｒ１は１０．８ｍｍであり、その原点は先端から５．７ｍｍ離れ、回転軸１８から８．９ｍｍ離れている。この半径は続いて円錐状部分２８に移行し、この円錐部分の側面は３２°の角度を成す。

図４は本発明によるセルフドリルねじの他の実施形態を示す。

このねじのヘッド部及び軸部は図１のねじに相当し、ドリル端部も２つの半径Ｒ１及びＲ２の部分及び円錐状部分２８を有する。

しかし、円錐状部分２８の全体及び半径Ｒ１で湾曲した部分の一部分に、回転軸１８に対して水平に配列された半径方向に延びる溝３２が設けられている。これらの溝は半円形の断面を有する。

一方、溝３２は管部形成を更に改善し、セルフドリルねじの侵入側の材料バンクを低減し、更に摩擦を増大して、ねじが穿孔中に低い回転速度を有する場合でも、ワークピース材料を可塑化するのに十分な熱エネルギーが得られる。

図５は本発明によるセルフドリルねじの他の実施形態を示す。この場合にも、ねじ頭部１２及びねじ軸部１４は図１のように形成される。

しかし、ドリル先端部は、軸部１４と第２の半径Ｒ１との間に、円錐状部分２８の代わりに凹面状に湾曲した部分１２８が配置されている。この凹面構造によれば、管部形成が更に最適化され、最も重要なことだが、可塑化された材料がセルフドリルねじの侵入方向と反対方向に吐き出されることが防止される。本発明によれば、材料がねじの侵入側に吐き出されることは殆どないため、より多くの材料が管部形成に使用可能になり、ねじを相当薄い材料に締結することもできる。

最後に、図６は本発明による図４と図５の特徴の組み合わせを示し、第１の半径Ｒ１の部分と軸部１４との間に、回転軸の同じ側に置かれた中心点を持つ半径Ｒ３の凹面状に湾曲した部分１２８が設けられ、この部分１２８の全部及び第２の半径Ｒ１の部分の一部分に、回転軸１８に対して水平に配列された半径方向に延びる半円形断面の溝３２が設けられている。

本発明による図４と図５の特徴の組み合わせによれば、侵入側の最少の材料バンク及び最適な管部形成がもたらされ、溝３２による摩擦の増大によって比較的低い回転速度でも高い可塑化が得られる。

本発明によるこの実施形態は、この新しい形状の先端部又は頂点が成形時間を最小にし、接続部貫通力を高めるという大きな利点を有する。こうして、本発明による固定素子は薄い金属シートにも、また互いに重ねて置かれた２つの無孔シートにも締結することができる。これはセルフドリルブラインドリベットとともに使用する際に、特に適切である。

本発明による先端部１６の構造は厚い金属シート内への高速成形及び固定素子を設置すべき点への高速加熱を提供する。半径Ｒ１，Ｒ２の原点を固定素子１０の回転軸１８からずらせることが明白な要点である。半径Ｒ２及びＲ１の部分と円錐状部分２８とによって形成される連接摩擦コーン部は管部形成を最適にする。これは特にセルフドリルねじに対して適切である。

また、本発明は、従来技術と比較して、固定素子１０を締結するワークピースの材料厚さが大きい場合でも特に高速形成が得られる利点を有する。２つの部分２４及び２４と関連して摩擦コーン部２８は良好な加熱をもたらし、金属シートの下側に特に顕著な管部形成がもたらされる。

本発明に従って特別に構成されたこの摩擦コーン部は管部形成を促進する。その結果、本発明をねじに適用すると、対面支持板の支持ねじの回旋数が多くなる。

従来技術によれば、先端部に比較的小さい半径が与えられている。この小さな球形接触表面が固定素子を設置すべきワークピースの材料を加熱するために使用されている。

本発明によれば、ワークピースの材料は小球形の先端部形成によってではなく、中心からずれて互いに接続線方向に移行する半径Ｒ２，Ｒ１の連続部分及び連接する円錐状部分２８によって加熱される。本発明による特定の実施形態においては、この形状は大きな接触表面を与え、それに応じて材料の高速加熱及び良好な管部形成が与えられる。

従って、本発明によれば成形時間が短縮され、同時に支持ねじの回旋数が増大する。それゆえ、本発明は極めて大きな厚さの金属シート及び２つ以上の無孔金属シートに対しても使用することができる。

Claims (7)

1. 回転対称のドリル先端部（１６）及び軸部（１４）を備えるセルフドリル固定素子（１０）において、前記ドリル先端部（１６）の断面は、前記先端部に近接する部分が前記先端部の回転軸（１８）の外に前記回転軸（１８）に対向して位置する原点（２２）を持つ第１の半径（Ｒ２）によって境界され、前記軸部（１４）に近接する部分が前記回転軸（１８）から前記第１の半径（Ｒ２）の原点（２２）より遠く離れて前記回転軸（１８）に対向して位置する原点（２６）を持つ第２の半径（Ｒ１）によって境界されていることを特徴とするセルフドリル固定素子。
2. 前記２つの半径（Ｒ２，Ｒ１）は接線方向に互いに移行することを特徴とする請求項１記載のセルフドリル固定素子。
3. 前記第２の半径（Ｒ１）は円錐状の延長部分（２８）を経て前記軸部（１４）に移行することを特徴とする請求項１又は２記載のセルフドリル固定素子。
4. 前記円錐状部分（２８）はその側面の間に２８°〜４０°、好ましくは３２°の角度αを有することを特徴とする請求項３記載のセルフドリル固定素子。
5. 前期第２の半径（Ｒ１）は、前記回転軸（１８）の同じ側に位置する中心点を持つ半径（Ｒ３）を有する凹面状に湾曲した部分（１２８）を経て軸部（１４）に移行することを特徴とする請求項１又は２記載のセルフドリル固定素子。
6. 少なくとも前記第２の半径（Ｒ１）と前記軸部（１４）との間の部分（２８，１２８）に、前記回転軸（１８）に対して直角に半径方向に循環する溝（３２）が設けられていることを特徴とする請求項３，４又は５記載のセルフドリル固定素子。
7. 前記溝（３２）は半円形の断面を有することを特徴とする請求項６記載のセルフドリル固定素子。

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