JP3956701B2 - セルフタッピンねじ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、転造ねじ山を有し、ロードフランクとリアフランクにより形成されるねじ山の角二等分線が、ねじ軸線との直交線に対して一定の角度でねじ頭部から離隔するように傾斜するセルフタッピンねじに関する。
【０００２】
この種のねじはヨーロッパ特許出願５０１５１９号により公知である。この公知ねじの特徴は、ねじ山のロードフランク（ねじ頭部側のねじフランク）とリアフランク（ロードフランクとは反対側のフランク）が二つとも曲線部分を介してねじ谷底へ至ることである。上記出願は、そこで引用されたドイツ特許公報ＤＥ−Ａ３２３５３５２とは対照的に、この曲線部分の形状が利点であると記載している。ドイツ特許公報ＤＥ−Ａ３２３５３５２の主題は、フランク形状とねじ谷底領域の間の移行を断続的にすること、すなわち変曲点を形成して移行することである。又、同じく上記公報において引用されたＤＥ−Ａ３２０７９７５号は、対照的に、ねじ山のフランク角が連続的にフランク先端からねじ谷底にかけて増大するタッピンねじを開示している。これはタッピンねじがねじ込まれるプラスチック材を損傷せずに変形させることを意図するものである。さらに、上記ヨーロッパ特許出願は、ＤＥ−Ａ３２０７９７５号のタッピンねじに関して、プラスチック材にねじ込まれるタッピンねじの場合は、ねじ山は非対称でなく、ねじ山のロードフランクとリアフランクの角二等分線はねじ軸線に直交すると指摘している。
【０００３】
合板用セルフタッピンねじは、又、ヨーロッパ特許出願第７１３０１７号により公知である。その出願のねじ山の断面は、ロードフランクの領域に変曲点があり、その変曲点からロードフランクはねじ山頂へねじ軸線との直交線に関してより大きな傾斜角度で延長する。又、このタッピンねじは、ねじ山頂と変曲点の間の領域においてロードフランクとリアフランクの間の角二等分線はねじ頭部側へ傾斜する。その結果、このタッピンねじのねじ山は、締め付けたとき、又は荷重が加えられたとき、直交線に近い負荷面を形成する。そのねじ山は、材料がねじ山を押圧すると、当該コンポーネントの材料に対して特に重い荷重を加える。このため、各ねじ山は、ねじ軸線に実質的に平行な力により曲げ応力を生じ、このタッピンねじの耐荷重能力をかなり減少させる。
【０００４】
ヨーロッパ特許出願１３３７７３号とＤＥ−Ａ３６１５２７１号に開示されたセルフタッピンねじは、公知のタッピンねじと同じ形状であるから、荷重が負荷されると、ねじ山に作用する力は、ねじ山頂とロードフランクの変曲点の領域においてねじ軸線に平行する。これは、ＤＥ−Ａ３６１５２７１号に開示されたロードフランクがねじ山頂と変曲点の間の領域においてねじ軸線に直交して延長するタッピンねじの場合、特に顕著である。その２つの公知タッピンねじは、締め付けられて大きな曲げ荷重がねじ山に加えられるとき、特に反応しやすい。
【０００５】
本発明の課題は、タッピンねじの形状を、タッピンねじの転造生産が改善され、かつタッピンねじの耐荷重能力と保持力が増大するように形成することにある。同時に、タッピンねじの幾何学的形状を、それぞれの金属材について最適なねじ込み性能が保証されるように選択する。
【０００６】
前記課題を達成するため、本発明は、ロードフランクをねじ谷底へ直線で延長し、リアフランクは、始め、ねじ山頂から直線で延長し、ついで、ねじ山の約１／３の高さにおいて、変曲点を経由して傾斜線部に移行し、傾斜線部は、ねじ軸線との直交線に対してリアフランク角よりも大きい３０°ないし５０°の範囲の角度で傾斜させ、ねじ山のねじ山径に対するねじ谷径の比は０．７より大きくし、ねじピッチのねじ山径に対する比は０．２５よりも小さくする。
【０００７】
ロードフランクとリアフランクの変曲点の領域においてねじ山頂からねじ谷底までが本質的に直線形状であるため、タッピンねじは転造ダイにより転造可能である。その転造ダイは、各溝が断面において相応の直線形状であるから、この部分が丸い転造ダイよりも転造ダイ製作上かなり有利である。さらに、ねじ谷径のねじ山径に対する比が０．７よりも大きいという寸法はねじ山の短縮となるので、タッピンねじが締め付けられたとき、及び当該コンポネントによる荷重を受けたとき、比較的小さな半径方向高さのねじ山が受ける曲げ荷重は傾斜線部が有効に引き取る。その傾斜線部はねじ山を座屈させないために強固な支持を必要とする領域上において延長する。同時に、変曲点がねじ山の約１／３の高さにあることは、ねじ山の外側にコンポーネントの材料の流出を可能とする十分な空間が生じるので、流出工程に支障がないことを意味する。
【０００８】
ねじ山のロードフランクの連続的な直線傾斜により、タッピンねじが締め付けられたとき、このフランクに作用する力は、タッピンねじのねじ軸部に対して斜めの角度で導入されるが、ロードフランクの傾斜とその比較的大きな直径のために、ねじ軸部は大きな力を吸収する能力を有する。逆に、コンポーネント材料中の圧力は同様に傾斜した角度でタッピンねじがねじ込まれた場所の周囲の材料に作用するが、そこでこの圧力は容易に吸収される。同時に、ロードフランクの直線傾斜はねじ山のロードフランクの高さ全体に圧力を均等に分散させるから、タッピンねじの締め付け中、常に材料が破損しないように接触面積と摩擦を最大にすることが可能である。ねじ山ピッチのねじ山径に対する比が０．２５よりも小さく選択されたことにより、ねじ山は密になり、その結果、比較的多数のねじ山が所定長のコンポーネントに埋め込まれる。これは、それ相応の高い破断強度と高い保持力をもたらす。
【０００９】
角二等分線（ロードフランクとリアフランクの間）とねじ軸線に関する直交線の間の角度は５°ないし１５°の範囲になるように都合好く選択される。その結果、ねじ山の傾斜は、ロードフランクとリアフランクの間のフランク角が小さい場合においても、ロードフランクに適当な傾斜をもたらす。その結果、ロードフランクに作用する力は都合よくタッピンねじのねじ軸部に伝えられる。このように、ロードフランクの傾斜と直線形状はねじ込んだタッピンねじとコンポーネントの間の摩擦に対応する。その摩擦は、タッピンねじをコンポーネントにねじ込むためのトルクがあまりにも容易に得られないことを保証する程度の大きさであることを要する。
【００１０】
本発明の鋼材にねじ込むのに特に適しているタッピンねじは、それ自体、当然鋼製である。この場合、ロードフランクとリアフランクの間のフランク角を３８°ないし４８°の範囲にすることが有利であることが確かめられた。この角度は材料の変形容積と許容応力の間に最適な関係を与える。本発明の鋼製タッピンねじが軽合金にねじ込まれる場合は、ロードフランクとリアフランクの間のフランク角は３２°ないし４２°の範囲となる。
【００１１】
タッピンねじはアルミ製、特に硬質アルミ合金製とすることも可能である。このタッピンねじは軽合金にねじ込むのに適している。この場合、好ましくは、ロードフランクとリアフランクの間のフランク角は５８°ないし６８°とする。
【００１２】
特に好ましくは、ねじ山の角二等分線の傾斜角度は、ロードフランクとリアフランクの間のフランク角の約１／６に選択する。
【００１３】
図１はねじ頭部１と、ねじ３が転造されたねじ軸部２とからなるセルフタッピンねじを示す。そのねじの各ねじ山４は一つの始端を共有し、ねじ軸線６との直交線５に対して一定の角度でねじ頭部１から遠ざかるように傾斜する。ねじ操作出段７はねじ頭部１に刻設され、公知の形状を有する。
【００１４】
図２に、図１のねじ３の拡大断面が示されている。各ねじ山４はねじ頭部側にロードフランク８を、その反対側にリアフランク９を有する。ロードフランク８は直線でねじ山頂１０からねじ谷底１１へ延長する。ロードフランク８とは反対側のリアフランク９は変曲点１２を経由して傾斜線部１３に移行する。直交線５に関するロードフランク８のフランク角はγ、リアフランク９のフランク角はδであり、合わせてフランク角βを形成する。図示のβは３９°である。フランク角βの角二等分線１５は直交線５に対して角度εで傾斜する。これはねじ山４の傾斜を実質的に決定する。ねじ軸線６との直交線５に対して傾斜線部１３の傾斜角は、直交線５とリアフランク９の間のリアフランク角δよりも大きいαである。
【００１５】
図２の２つの隣接するねじ山間の距離であるピッチＰと、ねじ山径Ｄと、ねじ谷径Ｋが示されている。図に示すねじの場合、ねじ谷径Ｋのねじ山径Ｄに対する比は０．８であり、ねじピッチＰのねじ山径Ｄに対する比は０．１７である。この場合、フランク角βは３９°である。
【００１６】
図３ないし図５は図２のねじの別の態様を示す。図３に示すねじの場合、フランク角βは４５°、図４に示すねじの場合、フランク角βは３３°、図５に示すねじの場合、フランク角βは６０°である。
【００１７】
図２ないし図４に示すねじの形状において、ねじ谷底１１はいずれも円柱形である点に注目すべきである。
【００１８】
図２ないし図５の拡大図において示した実施例は、フランク角βが先に説明した特別な用途に好適な範囲のものであることに注目すべきである。
【００１９】
図２ないし図５に示すねじの場合、リアフランク９の領域にある変曲点１２はねじ山４の高さの約１／３にある。この高さはねじ谷底１１からねじ山頂１０の方向に測る。図２ないし図５に示したねじの場合、傾斜線部１３は変曲点１２から始まり、図２に示すように、４５°の傾斜角αで延長する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例のねじ頭部とねじを備えたセルフタッピンねじを示す図、
【図２】図１のねじの拡大部分断面図、
【図３】フランク角が４５°のねじの図２に相当する部分断面図、
【図４】フランク角が３３°のねじの部分断面図、
【図５】フランク角が６０°のねじの部分断面図、
【符号】
１：ねじ頭部
２：ねじ軸部
３：ねじ
４：ねじ山
５：直交線
６：軸線
７：ねじ操作手段
８：ロードフランク
９：リアフランク
１０：ねじ山頂
１１：ねじ谷底
１２：変曲点
１３：傾斜線部
１５：角二等分線

Claims (6)

1. 転造されたねじ山（４）を有し、ロードフランク（８）とリアフランク（９）により形成される角二等分線（１５）は、ねじ軸線（６）と直交する直交線（５）に対して一定の角度で傾斜し、前記両フランクの一方は、変曲点（１２）を経由してねじ谷底（１１）へ至る傾斜線部（１３）へ移行するセルフタッピンねじであって、前記角二等分線（１５）はねじ頭部（１）から離隔するように傾斜し、前記ロードフランク（８）はねじ谷底（１１）へ直線で延長し、前記リアフランク（９）は、始め、直線でねじ山頂（１０）から延長し、ついで、その高さの約１／３において、変曲点（１２）を経由して、前記直交線（５）に関して前記リアフランク（９）の角度（δ）よりも大きい３０度ないし５０度の範囲の角度（α）で傾斜する傾斜線部（１３）に移行し、ねじ谷径（Ｋ）のねじ山径（Ｄ）に対する比は０．７より大きく、ねじピッチ（Ｐ）のねじ山径（Ｄ）に対する比は０．２５より小さいことを特徴としてなるセルフタッピンねじ。
2. 請求項１記載のセルフタッピンねじにおいて、前記角二等分線（１５）の傾斜角度（ε）は、５°ないし１５°の範囲であることを特徴とするセルフタッピンねじ。
3. 請求項２記載のセルフタッピンねじにおいて、前記角二等分線（１５）の傾斜角度（ε）は、ロードフランク（８）とリアフランク（９）の間のフランク角（β）の約１／６であることを特徴とするセルフタッピンねじ。
4. 請求項１ないし３のいずれか一つに記載のセルフタッピンねじにおいて、前記タッピンねじは鋼製で鋼材にねじ込むのに適したものであり、ロードフランク（８）とリアフランク（９）の間のフランク角（β）は３８°ないし４８°の範囲であることを特徴とするセルフタッピンねじ。
5. 請求項１ないし３のいずれか一つに記載のセルフタッピンねじにおいて、前記セルフタッピンねじは鋼製で軽合金にねじ込むのに適したものであり、ロードフランク（８）とリアフランク（９）の間のフランク角（β）は３２°ないし４２°の範囲であることを特徴とするセルフタッピンねじ。
6. 請求項１ないし３のいずれか一つに記載のセルフタッピンねじにおいて、前記セルフタッピンねじはアルミ製で軽合金にねじ込むのに適したものであり、ロードフランク（８）とリアフランク（９）の間のフランク角（β）は５８°ないし６８°の範囲であることを特徴とするセルフタッピンねじ。

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