JP2014134279A - ドリル螺子 - Google Patents

Abstract

【目的】２枚の金属薄板同士を螺子により締結するための（ビス等の）螺子材であって、金属薄板を穿孔しつつ、発生するバーリングに雌軸を形成するものにおいて、形成される雌螺子部の破壊強度を高くすることができるドリル螺子を提供すること。
【構成】頭部１と、ドリル螺子軸部２とからなること。頭部１の座面１２側でドリル螺子軸部２の付根部を包囲する複数の平坦状壁面１３ａとドリル螺子部２の軸方向に直交する平坦状奥面１３ｂとからなる多角形環状凹部１３が形成されてなること。頭部１には直径方向に突出する円板状の座金部１４が一体形成されると共に、座金部１４の裏面を座面１２として、多角形環状凹部１３が形成されること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２枚の金属薄板同士を螺子により締結するための（ビス等の）螺子材であって、金属薄板を穿孔しつつ、発生するバーリングに雌軸を形成するものにおいて、形成される雌螺子部の破壊強度を高くすることができるドリル螺子に関する。

従来、２枚の金属薄板を穿孔しつつ、穿孔とともに形成されるバーリングに雌螺子を形成するドリルビス，タッピングビス等の螺子多く存在している。そして、この種のねじでは、２枚の金属薄板を強固に締め付けるために、その頭部の座面には螺子軸部の周囲を包囲するように円形の凹部が形成されるのが一般的であり、この種のものが特許文献１乃至３に開示されている。なお、ここでいう２枚の金属薄板の接合の概念は、単に薄板材のみではなく、金属薄板にて形成された構造物等の物体同士の接合も含まれる。

特開平１１−１２５２２５号公報 実開昭５９−３０９１５号公報 特開２００１−４１２１６号公報

特許文献１では、ねじ部を成形する前のブランクを首太とし、ねじの首下まで完全螺子部となるように構成されたものである。特許文献２では、螺子山を標準の螺子山に比べ高く、且つ、頭部側のフランク面の傾斜角を小さくしたものである。特許文献３では、不完全螺子部が薄板金属板に当たらないように、薄金属板の上向き状に形成されたバーリングを許容するための座金の内径に突条とバーリング許容部を設けたものである。

一般（通常）の螺子の頭部座面における螺子の付根箇所（首下部分ともいう）は、螺子加工上において、どうしても不完全な螺子部ができてしまう。そのねじを使用して、２枚の金属薄板を電動式のドライバーで締結すると金属板が薄いため、金属板にねじで形成された雌ねじが破壊され易く、金属板の取替えが必要となり大幅なコスト高となっていた。

このような問題を解決すべく、螺子転造前のブランクを首下の部分の径をその他の部分より大きくし転造することによって、できるだけ首下の部分に完全螺子部を形成することができるようにしている。しかし、その効果は十分ではなかった。

また、別の方法として金属薄板の上向きバーリングを許容するための座金の内径に突条とバーリングを許容するための座金の内径に突条とバーリング胸部を設けた座金付きドリル螺子が使用されているが雌ねじの破壊強度はほぼ満足するもドリル螺子に座金を組み込む必要があり組込み費用と座金のコストがかかり満足のいくものでなかった。

本発明が解決しようとする技術的課題（目的）は、金属薄板に雌螺子が形成されたバーリングの破壊強度を高くすることによって、金属薄板材同士を強固に締結することができ、且つ耐久性に優れたものにすることである。

そこで、発明者は前記課題を解決すべく、鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、頭部と、ドリル螺子軸部とからなり、前記頭部の座面側で前記ドリル螺子軸部の付根部を包囲する複数の平坦状壁面と前記ドリル螺子部の軸方向に直交する平坦状奥面とからなる多角形環状凹部が形成されてなるドリル螺子としたことにより上記課題を解決した。

請求項２の発明を、請求項１において、前記頭部には直径方向に突出する円板状の座金部が一体形成されると共に、該座金部の裏面側を前記座面とし、該座面に前記多角形環状凹部が形成されてなるドリル螺子としたことにより上記課題を解決した。請求項３の発明を、請求項１又は２において、前記多角形環状凹部は六角形に形成されてなるドリル螺子としたことにより上記課題を解決した。

請求項４の発明を、請求項１又は２において、前記多角形環状凹部は四角形に形成されてなるドリル螺子としたことにより上記課題を解決した。請求項５の発明を、請求項１，２又は３のいずれか１項の記載において、前記多角形環状凹部を構成するそれぞれの平坦状壁面は前記多角形環状凹部の奥部に向かって次第直径方向が小さくなるように傾斜面としてなるドリル螺子としたことにより、上記課題を解決した。請求項６の発明では、請求項２において、前記座金部は、前記頭部とは別材として、前記座金部が前記頭部に固着されてなるドリル螺子としたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明では、本発明のドリル螺子によって、２枚の金属薄板を締め付けると、穿孔作業時に発生するバーリング（ばり）を多角膨出形状部とし、バーリング自体を極めて力学的に強固な構造にすると共に、バーリングに形成される雌螺子も良好なものとすることができる。

上記効果を詳述すると、２枚の金属薄板同士を本発明のドリル螺子にて穿孔すると、金属薄板にはドリル螺子軸部の周囲からバーリングが形成される。該バーリングは、その先端部分が頭部の座面から多角形環状凹部輪内に案内されながら、バーリングの先端部分から多角形環状凹部を構成する平坦状壁面に沿うようにして挿入される。

バーリングの先端部分が多角形環状凹部の平坦状奥面に当接又は近接すると、バーリングの開口部における開口周縁が多角形状に形成されることとなり、本発明のドリル螺子による締付の完了状態に近づくにつれて、バーリングが多角形環状凹部に倣って、多角膨出形状部として形成されることになる。

バーリングは、多角形環状凹部によって、多角膨出形状に形成されるため、力学的強度が高くなり、破壊強度を向上させることができる。したがって、バーリングに形成された雌螺子も潰れ難いものとし、２枚の金属薄板同士の締付構造は、極めて耐久性のあるものにできる。

請求項２の発明では、頭部には直径方向に突出する円板状の座金部が一体形成されると共に、該座金部を座面として、前記多角形環状凹部が形成されたことにより、座面の面積を増加すると共に、頭部と金属薄板との接触面積も増加させることができ、締付完了状態においてより一層安定した状態にすることができる。

請求項３の発明では、多角形環状凹部は六角形に形成されたことにより、バーリングの先端が挿入し易くなり、且つ多角形所のなかで最も安定した形状にすることができる。請求項４の発明では、多角形環状凹部は四角形に形成されたことにより、バーリングの先端部分も最も強固な形状にすることができる。

請求項５の発明では、多角形環状凹部を構成するそれぞれの平坦状壁面は前記多角形環状凹部の奥部に向かって次第直径方向が小さくなるように傾斜面としたので、バーリングの形状は多面の角錐形状となり、より一層強固なバーリングを形成することができる。

請求項６の発明では、座金部は、前記頭部とは別材として、前記座金部が前記頭部に固着されてなる構成としたので、前記頭部と前記ドリル螺子軸部の部分は通常のビス又はボルトを使用することができ、座金部のみに多角形環状凹部を形成すればよく、本発明のドリル螺子を極めて簡単で且つ低価格にて提供することができる。

（Ａ）は本発明の側面図、（Ｂ）は（Ａ）の（ア）部拡大断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＸ1−Ｘ1矢視断面図、（Ｄ）は頭部箇所及びその付近の斜視図である。 （Ａ）は穿孔開始段階において本発明のドリル螺子にて２枚の金属薄板に穿孔した直後の状態を示す一部書略した縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ2−Ｘ2矢視端面図、（Ｃ）は２枚の金属薄板に穿孔刃部にて貫通孔が穿孔された斜視図である。 （Ａ）は螺子孔形成段階において本発明のドリル螺子にて２枚の金属薄板にドリル螺子部の螺子山が食い込んだ状態の縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ3−Ｘ3矢視端面図、（Ｃ）は２枚の金属薄板に螺子山にて開口部が形成され同時にバーリングが形成された状態の斜視図である。 （Ａ）は多角形状バーリング形成開始段階において本発明のドリル螺子にて２枚の金属薄板にドリル螺子部の螺子山が食い込みつつ金属薄板が座面に到達してバーリングの一部が多角形環状凹部に入り込んだ状態の縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ4−Ｘ4矢視端面図、（Ｃ）はバーリングが多角形状に形成され始めた状態の斜視図である。 （Ａ）は多角形状バーリング形成途中工程において本発明のドリル螺子にて２枚の金属薄板にドリル螺子部の螺子山が食い込みつつ多角形環状凹部に入り込んだバーリング部分がさらに多角形状に大きく膨出する状態の縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ5−Ｘ5矢視端面図、（Ｃ）はバーリングが多角形状に形成された状態の斜視図である。 （Ａ）は多角形状バーリング形成最終工程において本発明のドリル螺子にてバーリング部分の開口部が円形から次第に多角形状に変化する状態の縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ6−Ｘ6矢視端面図、（Ｃ）はバーリングの開口部が円形状から多角形状に変化する状態の斜視図である。 （Ａ）は多角形状バーリング完成において本発明のドリル螺子にて２枚の金属薄板の接合締付が完了した状態の縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ7−Ｘ7矢視端面図、（Ｃ）は２枚の金属薄板の接合締付が完了した状態におけるバーリングの斜視図である。 （Ａ）は本発明における座金部が存在しない実施形態の要部縦断側面図、（Ｂ）は本発明における多角形環状凹部の平坦状壁面が垂直面として形成された実施形態の要部縦断側面図である。 （Ａ）は多角形環状凹部を方形状とした実施形態の座面から見た平面図、（Ｂ）は２枚の金属薄板に四角錐状に形成されたバーリングの斜視図、（Ｃ）は多角形環状凹部を八角形状とした実施形態の座面から見た平面図、（Ｂ）は２枚の金属薄板に八角錐状に形成されたバーリングの斜視図である。 （Ａ）は頭部と座金部とを別部材とした実施形態の一部断面にした要部拡大側面図、（Ｂ）は頭部と座金部をが分離された状態の一部断面にした要部拡大側面図、（Ｃ）は座金部の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明は、図１に示すように、頭部１と、ドリル螺子軸部２とから構成される。前記頭部１は、略六角柱形状として形成され、通常のボルトの頭部と略等しい形状である。頭部１の頭本体部１１でドリル螺子部２が設けられている側を座面１２と称する。該座面１２は、平坦状の面であり、その直径中心位置には多角形環状凹部１３とドリル螺子軸部２が形成されている〔図１（Ｃ），（Ｄ）参照〕。

座面１２の表面から頭部１側に向かって窪み状の、多角形環状凹部１３が形成されている。該多角形環状凹部１３は、ドリル螺子軸部２の座面１２における付根部２ａ部分の周囲を包囲する環状として形成されたものである〔図１（Ｃ），（Ｄ）参照〕。

多角形環状凹部１３は、前記ドリル螺子軸部２の付根部を包囲する複数の平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…と、ドリル螺子部２の軸方向に直交する面となる平坦状奥面１３ｂとから形成される。

多角形環状凹部１３は、座面１２の表面から浅い窪みとして形成され、多角形環状凹部１３を構成するそれぞれの平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…は、平坦状の面として形成される。また、略平坦状の面として形成され、僅かに断面が円弧状に形成された面とすることもある。

また、平坦状奥面１３ｂは、多角形環状凹部１３の奥に位置する面であり、前記座面１２と平行で且つドリル螺子部２の軸方向に直交する面として形成される。また、平坦状奥面１３ｂは、多角形環状凹部１３の開口側とは反対側に位置し、多角形環状凹部１３の終端部となる。前記平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…は、多角形環状凹部１３の平坦状奥面１３ｂに向かって、多角形環状凹部１３の直径が次第に小さくなるように傾斜面として形成されている。

つまり、それぞれの平坦状奥面１３ｂは、多角形環状凹部１３の開口側から平坦状奥面１３ｂに向かうに従い、次第に座面１２の中心部に向かうように傾斜する面となる〔図１（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）参照〕。具体的には、多角形環状凹部１３は、略傘形状に近い形状である。また、前記平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…は、ドリル螺子部２の軸方向に平行な面となる垂直面として形成されることもある〔図８（Ｂ）参照〕。

前記多角形環状凹部１３は、具体的には、６個の平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…を有する六角形状としたものである〔図１（Ｃ）参照〕。そして、前述したように、平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…は多角形環状凹部１３の奥側に向かって傾斜状に形成される。

頭部１には、頭部本体１１の下端に直径方向に突出する円板状の座金部１４が一体形成される。該座金部１４は、略扁平裁頭円錐形状に形成され、該座金部１４の裏面側を座面１２として使用され、該座面１２に前記多角形環状凹部１３が形成される〔図１（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）参照〕。また、前記座金部１４が形成されない実施形態も存在する〔図８（Ａ）参照〕。

ドリル螺子部２は、螺子山軸部２１の螺子山２１１における頭部１側の面の傾斜角度をフランク面２１ａと称し、該フランク面２１１ａの傾斜角度θａは、該フランク面２１１ａの反対側面２１１ｂの角度θｂよりも小さい〔図１（Ｂ）参照〕。また、ドリル螺子部２の先端部は、金属薄板を穿孔するための穿孔刃軸部２２が設けられている。該穿孔刃部２２は、前記螺子山軸部２１に比較すると僅かの長さである〔図１（Ａ）参照〕。

図９（Ａ）は本発明のドリル螺子において、多角形環状凹部１３の開口の形状として、方形状とした実施形態である。この場合、方形状とは、略正方形となるが、縦横寸法が略等しい長方形も含まれる。この実施形態では、多角形環状凹部１３を構成する平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…は４個であり、本発明のドリル螺子によって２枚の金属薄板３，３に形成されるバーリング５は略四角錐形状となる〔図９（Ｂ）参照〕。

また、図９（Ｃ）は本発明のドリル螺子において、多角形環状凹部１３の開口の形状として、八角とした実施形態である。この実施形態では、多角形環状凹部１３を構成する平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…は８個であり、本発明のドリル螺子によって２枚の金属薄板３，３に形成されるバーリング５は略八角錐形状となる〔図９（Ｄ）参照〕。

また、前記座金部１４は、前記頭部１とは、別部材とした実施形態も存在する（図１０参照）。この実施形態では、座金部１４に多角形環状凹部１３が形成されたものである〔図１０（Ｂ），（Ｃ）参照〕。多角形環状凹部１３は、座金部１４の軸方向に対して貫通形成されたものである。

すなわち、多角形環状凹部１３を構成する平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…は、座金部１４に形成されることになり、多角形環状凹部１３を構成する平坦状奥面１３ｂは、頭部１側の座面１２をそのまま利用して使用するものである。座金部１４は、頭部１に対して溶接等によって固着される〔図１０（Ａ）参照〕。したがって、頭部１とドリル螺子軸部２の部分は、通常のビス又はボルトを使用することができる。そして、座金部１４のみに多角形環状凹部１３を形成すればよい〔図１０（Ｂ）参照〕。

次に、本発明のドリル螺子にて２枚の金属薄板３，３同士を接合する工程を図２乃至図６に基づいて説明する。図２は開口部４の穿孔開始段階であり、図３は開口部４に螺子孔形成段階であり、図４は多角形状バーリング形成開始段階であり、図５は多角形状バーリング形成の途中工程段階であり、図６は多角形状バーリング形成の最終工程段階であり、図６は多角形のバーリングの形成の完了である。

まず、穿孔開始段階では、２枚の金属薄板３，３をドリル螺子部２の先端の穿孔刃部２２にて穿孔する〔図２（Ａ）参照〕。このとき、２枚の金属薄板３，３には、ドリル螺子部２の穿孔刃部２２によって開口部４のみが形成され〔図２（Ｃ）参照〕、ドリル螺子の多角形環状凹部１３は、金属薄板３にまだ到達していない〔図２（Ｂ）参照〕。

次に、螺子孔形成段階では、本発明のドリル螺子を回転させることによって、螺子山軸部２１が２枚の金属薄板３，３の開口部４に食い込み、前記頭部１が金属薄板３，３に近接してゆく〔図３（Ａ）参照〕。

図３（Ａ）は、頭部１が２枚の金属薄板３，３に近接している状態を示すものであるが、座面１２に形成された多角形環状凹部１３は、まだ金属薄板３に到達していない〔図３（Ｂ）参照〕。また、２枚の金属薄板３，３には、ドリル螺子部２による開口部４の周囲は頭部１側に向かって扁平円錐状に膨出し、バーリング５が形成され始めている〔図３（Ｃ）参照〕。

次に、多角形状バーリングの形成開始段階では、本発明のドリル螺子を回転させることによって、２枚の金属薄板３，３の頭部１側寄りの金属薄板３に前記頭部１の座面１２が到達し、穿孔された開口部４の開口周縁４１の周囲に形成されたバーリング５が多角形環状凹部１３内に入り込み、バーリング５の周縁が多角形環状凹部１３の周縁の平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…に当接する〔図４（Ａ），（Ｂ）参照〕。

そして、バーリング５は、多角形環状凹部１３の平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…に当接した部分が、座面１２の位置に残り、開口部４の開口周縁４１のみが、平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…に沿うようにして案内されながら多角形環状凹部１３の平坦状奥面１３ｂに向かって膨出してゆく〔図４（Ａ）参照〕。

このとき、２枚の金属薄板３，３の開口部４の開口周縁４１の周辺に膨出形成されたバーリング５は、多角形環状凹部１３の平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…を傾斜面とした場合には、前記バーリング５は多角形の略角錐形状となり、図４（Ｂ）に示された実施形態では六角錐として形成される〔図４（Ｃ）参照〕。

このように、多角形環状凹部１３の形状に合わせて、バーリング５の形状が次第に形成されてゆく。また、平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…をドリル螺子部２の軸方向に沿って垂直状とした場合には〔図８（Ｂ）参照〕、バーリング５は多角形状の扁平筒状となる。

次に、多角形状バーリング形成途中工程では、ドリル螺子の回転によって、角錐状のバーリング５はさらに高く膨出し、多角形環状凹部１３の平坦状奥面１３ｂに近接する〔図５（Ａ），（Ｃ）参照〕。

次に、多角形状バーリング形成最終工程では、金属薄板３，３に形成された開口部４の開口周縁４１がドリル螺子の多角形環状凹部１３の平坦状奥面１３ｂに略到達し〔図６（Ａ）参照〕、バーリング５の開口周縁４１は、多角形環状凹部１３の平坦状壁面１３ａ，１３ａ，…に倣って、多角形状に近づくように形成されてゆく〔図６（Ｂ）参照〕。

そして、多角形状バーリングの形成が完了した段階では、ドリル螺子の締付が完了する時であり、バーリング５は略角錐（又は多角形状円筒）となり、その開口周縁４１には雌螺子が形成される（図７参照）。

このようにして、本発明のドリル螺子にて２枚の金属薄板３，３を締め付けて接合すると、多角形環状凹部１３によって、穿孔工程にて発生するバーリング５を多角膨出形状部とし、バーリング５自体を極めて力学的に強固な構造にすることができる。しかも、雌螺子も良好なものに形成することができる。

バーリングは、本発明のドリル螺子の多角形環状凹部１３によって、多角膨出形状に形成されるため、多角形状のバーリング５は力学的強度が高くなり、破壊強度も向上する。したがって、バーリング５に形成された雌螺子も潰れ難いものとなり、２枚の金属薄板３，３同士の締付構造による接合は、極めて強固で耐久性のあるものにできる。

１…頭部、１１…頭部本体、１２…座面、１３…多角形環状凹部、
１３ａ…平坦状壁面、１３ｂ…平坦状奥面、１４…座金部、２…ドリル螺子軸部。

Claims (6)

1. 頭部と、ドリル螺子軸部とからなり、前記頭部の座面側で前記ドリル螺子軸部の付根部を包囲する複数の平坦状壁面と前記ドリル螺子部の軸方向に直交する平坦状奥面とからなる多角形環状凹部が形成されてなることを特徴とするドリル螺子。
2. 請求項１において、前記頭部には直径方向に突出する円板状の座金部が一体形成されると共に、該座金部の裏面側を前記座面とし、該座面に前記多角形環状凹部が形成されてなることを特徴とするドリル螺子。
3. 請求項１又は２において、前記多角形環状凹部は六角形に形成されてなることを特徴とするドリル螺子。
4. 請求項１又は２において、前記多角形環状凹部は四角形に形成されてなることを特徴とするドリル螺子。
5. 請求項１，２又は３のいずれか１項の記載において、前記多角形環状凹部を構成するそれぞれの平坦状壁面は前記多角形環状凹部の奥部に向かって次第に直径方向が小さくなる傾斜面としてなることを特徴とするドリル螺子。
6. 請求項２において、前記座金部は、前記頭部とは別材として、前記座金部が前記頭部に固着されてなることを特徴とするドリル螺子。

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