JP4678874B2 - 構造体締結方法 - Google Patents

Description

この発明は、ねじの取付け時に加熱を利用する構造体締結方法に関するものである。

従来から、ねじは、簡単に取り外せる強力な結合部を作り出すために、多くの分野で使用される。例えばアルミダイキャスト、亜鉛ダイキャスト、更には樹脂材等の比較的軟質なワークの第1構造体に各種部材の第2構造体を固定する際、これらの各種部材に形成した孔をゆるく貫通した雄ねじを、ワークに形成した下穴にねじ込むことにより、ワークの下穴内面に雄ねじに対応した雌ねじを形成し、この雄ねじと雌ねじの結合による締付力によって前記各種部材をワークに固定することが広く行われている。

このような締結ねじにおいては、ワークに予め形成した下穴に対して、この下穴よりも幾分大きな最大外径を有するねじ山を備えた雄ねじをねじ込むことによって、下穴の内周面に雌ねじを形成することとなるが、このような作用を行うタッピングねじにおいては、例えば特開平１０−１０３３２１号公報、特開２０００−７４０２７号公報、特開２００１−３４３０１４号公報等に示される様に、雄ねじの外周の一部に切り欠きを設け、雄ねじを下穴内にねじ込むとき、切り欠きの端部によって下穴の内周面を削ることによってタッピング作用を行い、雌ねじを形成することが行われている。このようなタッピングねじにおいては、最終的にねじ込まれた状態では、この切り欠き部にワークの素材の弾性変形の戻りによって素材の一部が入り込み、ねじの戻り防止作用を生じさせることも考慮されている。
特開平１０−１０３３２１号公報 特開２０００−７４０２７号公報 特開２００１−３４３０１４号公報

しかしながら、このような雄ねじに形成した切り欠きによるタッピング作用によって雌ねじを形成するものは、雄ねじの構造が複雑で、しかも雄ねじを回転させてねじ込むために作業時間を要する。また、タッピング時にワークの下穴の内周面を削ることによって微細な切り粉としての雌ねじ成形屑が発生する。この雌ねじ成形屑はワークに形成した下穴のねじ込み側とは反対側の開口から、ねじの貫通によって落下し、内部の電子部品等に付着することがある。特にワークが金属の場合は、内部の電子部品に対して回路短絡等の障害を引き起こす原因ともなり、極めて好ましくない。

この発明は、かかる点に鑑みなされたもので、簡単な構造で、ワンタッチで容易に締結することができ、しかもタッピング作用で雌ねじを形成することのない構造体締結方法を提供することを主たる目的としている。

前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成されている。
請求項１に記載の発明は、第１構造体と前記第２構造体とをねじにより締結する構造体締結方法において、前記ねじは、頭部と、この頭部より小径のねじ部と、を有し、前記ねじ部のねじ山は、戻り側フランク面のフランク角を、進み側フランク面のフランク角より小さく設定し、前記第１構造体は、樹脂で成形され、前記ねじ山の径より小径に形成された取付孔を有し、前記取付孔は、孔底部を有するめくら孔であり、孔口に面取りを有し、 前記第２構造体は、前記ねじ部を挿通する挿通孔を有し、この挿通孔の径を前記孔口の面取りの最大径と一致させ、前記ねじの頭部を締結装置の駆動部に備えた保持部により保持し、前記駆動部に内蔵した加熱装置によって前記保持部に保持された前記ねじに振動を与えて加熱し、前記駆動部の作動により前記保持部に保持した前記加熱したねじのねじ部を前記第２構造体の挿通孔に挿通して前記第１構造体の取付孔に前記面取りを有する孔口から押し込み、前記ねじ部の熱によって第１構造体が軟化してねじ谷に流れ込み、前記押し込みの終了後、前記流れ込んだ部分の温度が下がって固定され、前記第１構造体と前記第２構造体とを締結することを特徴とする構造体締結方法である。
請求項２に記載の発明は、前記ねじ部は、１２０度の間隔で外径が最も大きな突出部を備えたおむすび形をなすことを特徴とする請求項１に記載の構造体締結方法である。
請求項３に記載の発明は、前記ねじの頭部の前記第２構造体と接触して締結力が生じる面には、ねじ戻り止めを行うためのセレーションが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の構造体締結方法である。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の構造体締結方法により第１構造体と第２構造体とを締結した後、ねじを回転して取り外して前記第１構造体と前記第２構造体とを解体した後、再度前記第１構造体と前記第２構造体とをねじにより締結する際に、前記再度締結するねじは、前記取り外したねじのねじ部と同径またはやや大径のねじ部を有し、前記ねじ部を前記第２構造体の挿通孔に挿通して前記第１構造体の取付孔に形成された雌ねじにねじ込み、前記第１構造体と前記第２構造体とを締結することを特徴とする構造体締結方法である。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。

請求項１乃至請求項３に記載の発明では、ねじのねじ部を加熱して第２構造体の挿通孔に挿通して第１構造体の取付孔に押し込むことによって、ねじ部の熱によって第１構造体が軟化してねじ谷に流れ込み、押し込みの終了後、流れ込んだ部分の温度が下がって固定される。このように、簡単な構造で、ワンタッチで容易に、ねじにより第１構造体と第２構造体とを締結することができ、しかもタッピング作用で雌ねじを形成することがないため、内周面を削ることによって生じる微細な切り粉としての雌ねじ成形屑の発生をなくすことができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の構造体締結方法により第１構造体と第２構造体とを締結した後、ねじを回転して取り外すことで容易に第１構造体と第２構造体とを解体することができ、しかも第１構造体の取付孔には雌ねじ部が形成される。このため、再度第１構造体と第２構造体とを締結する際に、ねじ部と同径またはやや大径のねじ部を、第２構造体の挿通孔に挿通して第１構造体の取付孔に形成された雌ねじにねじ込むことで、第１構造体と第２構造体とを確実に締結することができる。このねじ部と同径またはやや大径のねじ部をねじ込むとき、第１構造体の取付孔に雌ねじが形成されているため、タッピング作用で内周面を削ることによって生じる微細な切り粉としての雌ねじ成形屑の発生を軽減することができる。

以下、この発明の構造体締結方法の実施の形態について説明するが、この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない。

図１はねじの正面図、図２はねじ部の一部の拡大図、図3はねじ部の断面図、図４は頭部のセレーションを示す図である。この実施の形態のねじ１は、構造体締結方法に使用するものであり、第1構造体１０と第２構造体２０とを締結する。このねじ１においては、上端面に図示されないトルク伝達工具と係合してねじ１にねじ込み力、或いは戻し力を伝達するねじ回転工具係合部１a1を備えた頭部1aと、この頭部1aと一体に連なるねじ部１ｂとからなっており、このねじ部１ｂには頭部１aの下部に位置する首部から先端にかけて、雄ねじとしてねじ山１ｂ１とねじ谷１ｂ２が所定ピッチで螺旋状に形成されている。このねじ山１ｂ１とねじ谷１ｂ２のピッチは、例えば０．２５ｍｍ〜０．４５ｍｍに設定されるが、これに限定されず任意設定可能である。

このねじ1のねじ部１ｂと、ねじ山１ｂ１の外周形状は円形に形成しているが、ねじ部１ｂを、図3(a)に示すように、互いに１２０度の間隔で外径が最も大きな突出部１ｂ３を備えたおむすび形をなし、ねじ山１ｂ１の外周形状は円形に形成してもよい。また、ねじ山１ｂ１の外周形状を、図3(ｂ)に示すように、ねじ部１ｂの外周形状と相似形のおむすび形にしてもよい。したがって、ねじ部１ｂまたはねじ山１ｂ１の外周形状をおむすび形にすることによってねじ１が回転しようとするとき大きな抵抗を与えることができ、緩み止め効果、即ち戻り止め効果を高めることができる。

ねじ１は、加熱可能な金属材料、例えばステンレスにより成形され、ねじ部1bの径は頭部1aの径より小径である。ねじ山１ｂ１は、図2に示すように、戻り側フランク面３aのフランク角αを、進み側フランク面３ｂのフランク角βより小さく設定している。この戻り側フランク面３aのフランク角αは、例えば30度以下に設定され、また進み側フランク面３ｂのフランク角βは、例えば４０度以下に設定される。

ねじ部１ｂのねじ山１ｂ１の径L1は、第２構造体２０の挿通孔２０aの径L20より小径で、樹脂で形成された第１構造体10の取付孔10aの径L10より大径である。ねじ部１ｂのねじ谷１ｂ２の径L２は、第１構造体10の取付孔10aの径L10より小径であり、第１構造体１０の取付孔10aの径L10は、ねじ山１ｂ１の径L1とねじ谷１ｂ２の径L2との間の径に形成されている。なお、11は取付孔10aに形成した面取りで、１２は取付孔10aの底部にあるめくら孔である。

ねじ１の頭部１aの第２構造体２０と接触して締結力が生じる面には、図4に示すように、ねじ戻り止めを行うための右セレーション１a2が形成されているが、左ねじには左セレーションが形成される。

図5は他の実施の形態のねじの側面図である。この実施の形態のねじ1は、図1乃至図4に示す実施の形態のねじと同様に構成される部分は、同じ符号を付して説明を省略する。この実施の形態のねじ1は、ねじ部１ｂの先端部1b5を細くしており、先端部1b5のねじ山1b1の径L3も小径になっており、ねじ１の押し込みの際の抵抗が小さく押し込みが容易になっている。

図６は締結装置を示す図、図７はねじの押し込み状態を示す図、図８はねじによって構造体を締結した状態を示す図である。

締結装置４０は、ねじ１によって構造体を締結する装置であり、第1構造体１０と第２構造体２０とをねじ１により締結する。この締結装置４０は、装置支柱４１に駆動部４2が昇降可能に設けられ、この駆動部４2の下部にねじ１を保持する保持部４3が設けられている。また、駆動部４2には、加熱装置４４が内蔵され、この加熱装置４４によって保持部４3に保持されたねじ1に振動を与えて加熱するようになっている。

加熱装置４４は、第１構造体1を軟化させることができる温度を発生することができる装置であればよく、例えば、周波数発生装置、超音波発生装置などが用いられる。

駆動部４2の保持部４3によってねじ1を保持した状態で、加熱装置４４によってねじ1に振動を与えて加熱し、駆動部４2が下降する。

第２構造体２０は、耐熱性の材料で成形され、第１構造体１０は、樹脂で成形される。この樹脂としては、熱によって軟化する熱可塑性樹脂が用いられ、例えばオレフィン、ポリオレフィンなどがある。

駆動部４2の下降によって、図７に示すように、ねじ１を第２構造体２０の挿通孔２０aに挿通し、第１構造体１０のボス部10bに形成された取付孔１０aに押し込む。このとき、ねじ部１ｂのねじ山１ｂ１の径L1は、第２構造体２０の挿通孔２０aの径L20より小径であり、加熱されたねじ部１ｂは挿通孔２０aに干渉することなく挿通され、第１構造体１０の取付孔１０aに押し込むことができる。

このねじ１の押し込みで、ねじ部１ｂのねじ山１ｂ１の熱によって第１構造体１０が軟化していき、軟化した素材がねじ谷１ｂ２に流れ込み、頭部１aが第２構造体２０を押圧するまでねじ１を押し込む。

このねじ部１ｂのねじ山１ｂ１の径L1は、樹脂で形成された第１構造体10の取付孔10aの径L10より大径で、ねじ部１ｂのねじ谷１ｂ２の径L２は、第１構造体10の取付孔10aの径L10より小径であり、第１構造体１０の取付孔10aの径L10は、ねじ山１ｂ１の径L1とねじ谷１ｂ２の径L2との間の径に形成されていることから、ねじ１の押し込みで、ねじ山１ｂ１によって軟化した素材が押されて流動し、ねじ谷１ｂ２に確実に流れ込むことができる。ねじ部１bのねじ山1b1の径L1は、第１構造体10の取付孔10aの径より大径であれば、ねじ１の押し込みで、ねじ山１ｂ１によって軟化した素材が押されて流動し、ねじ谷１ｂ２に流れ込むことができる。第１構造体10の取付孔10aの径よりねじ谷１ｂ２の径L2が小さいと、ねじ山１ｂ１によって軟化した素材が押されて第１構造体10の表面側に流出することがあるため、第１構造体10の取付孔10aの径は、ねじ山１ｂ１の径L1とねじ谷１ｂ２の径L2との間の径に形成されていることが好ましい。

このねじ１の押し込みが終了すると、保持部４3はねじ１の保持を開放し、駆動部４2が上昇する。ねじ１の押し込みの終了後、図８に示すように、第１構造体１０が軟化してねじ谷１ｂ２に入り込んだ部分の温度が下がって固定される。このように、ねじ１の押し込みで、ねじ山１ｂ１によって軟化した素材が押されて流動し、ねじ谷１ｂ２に流れ込むことによって固定されるから、第１構造体10の取付孔１０aに形成される雌ねじへの反力を少なくすることができ、したがって第１構造体10の素材の疲労を少なくすることができ、例えばボス部10bの肉厚を薄くすることで装置の小型化が可能である。

このように、簡単な構造で、ワンタッチで容易に、ねじ１により第1構造体１０と第２構造体２０とを締結することができ、しかもタッピング作用で雌ねじを形成することがない。この押し込みに際して、進み側フランク面３ｂのフランク角βを例えば４０度以下に設定しており、従来広く用いられているものの６０度よりも小さく設定しているので、摩擦抵抗が少なく雌ねじを形成しながら容易に押し込むことができる。

また、戻り側フランク面３aのフランク角α、即ち押し込む際の圧力を受ける側のフランク角度を、例えば30度以下に設定され、小さく設定しているので、押し込み時におけるねじ山１ｂ１によって、軟化した素材が戻り側フランク面３aを円滑に流動し、それによっても押し込みトルクを低下させることができる。

しかも、ねじ山１ｂ１を、図８に示すように、第1構造体１０の取付孔１０aに対して押し込み、その押し込みを完了した後において、戻り側フランク面３aに素材が流動して食い込む際に、フランク角が小さいので、周囲の素材の肉回りが向上し、素材内部の戻り力によって確実にねじ谷１ｂ２内に流れ込むことができる。したがって、ねじ１が回転しようとするとき大きな抵抗を与えることができ、緩み止め効果、即ち戻り止め効果を高めることができる。

また、ねじ部１ｂまたはねじ山１ｂ１の外周形状をおむすび形にすることによってねじ１が回転しようとするとき大きな抵抗を与えることができ、緩み止め効果、即ち戻り止め効果を高めることができる。さらに、ねじ１の頭部１aの締結力が生じる面には、ねじ戻り止めを行うためのセレーション１a2を形成したことで、ねじ１が緩む方向に回転しようとするときにセレーション1a2が第２構造体２０の面に食い込みねじの戻り止めを確実に行うことができる。

また、例えば修理などで、第1構造体１０と第２構造体２０とを解体する際には、ねじ１をねじ回しなどで回転して容易に取り外すことができる。修理後に組み立てる際には、ねじ部１bと同径またはやや大径のねじ部1bを第２構造体２０の挿通孔２０aに挿通して第１構造体10の取付孔10aに形成された雌ねじにねじ込む。このねじ部１bと同径またはやや大径のねじ部1bを有するねじとして、同じねじを再使用できるが、別のタッピングのねじをねじ込むことができる。このタッピングのねじを使用する際には、タッピングすることになるが、内周面を削ることによって生じる微細な切り粉としての雌ねじ成形屑の発生を軽減することができる。

この発明は、ねじの取付け時に加熱を利用する構造体締結方法に適用でき、簡単な構造で、ワンタッチで容易に締結することができ、しかもタッピング作用で雌ねじを形成することのない。

ねじの正面図である。 ねじ部の一部の拡大図である。 ねじ部の断面図である。 頭部のセレーションを示す図である。 他の実施の形態のねじの側面図である。 締結装置を示す図である。 ねじの押し込み状態を示す図である。 ねじによって構造体を締結した状態を示す図である。

符号の説明

１ ねじ
１a 頭部
１bねじ部
１b１ねじ山
１ｂ2 ねじ谷
3a 戻り側フランク面 3b 進み側フランク面
１０ 第1構造体
１０a 第１構造体10の取付孔
２０ 第２構造体
２０a 第２構造体２０の挿通孔
４０ 締結装置
４１装置支柱
４２ 駆動部
４３ 保持部
４４ 加熱装置

Claims (4)

1. 第１構造体と前記第２構造体とをねじにより締結する構造体締結方法において、
   前記ねじは、頭部と、この頭部より小径のねじ部と、を有し、
   前記ねじ部のねじ山は、戻り側フランク面のフランク角を、進み側フランク面のフランク角より小さく設定し、
   前記第１構造体は、樹脂で成形され、前記ねじ山の径より小径に形成された取付孔を有し、
   前記取付孔は、孔底部を有するめくら孔であり、孔口に面取りを有し、
   前記第２構造体は、前記ねじ部を挿通する挿通孔を有し、この挿通孔の径を前記孔口の面取りの最大径と一致させ、
   前記ねじの頭部を締結装置の駆動部に備えた保持部により保持し、
   前記駆動部に内蔵した加熱装置によって前記保持部に保持された前記ねじに振動を与えて加熱し、
   前記駆動部の作動により前記保持部に保持した前記加熱したねじのねじ部を前記第２構造体の挿通孔に挿通して前記第１構造体の取付孔に前記面取りを有する孔口から押し込み、
   前記ねじ部の熱によって第１構造体が軟化してねじ谷に流れ込み、
   前記押し込みの終了後、前記流れ込んだ部分の温度が下がって固定され、
   前記第１構造体と前記第２構造体とを締結することを特徴とする構造体締結方法。
2. 前記ねじ部は、１２０度の間隔で外径が最も大きな突出部を備えたおむすび形をなすことを特徴とする請求項１に記載の構造体締結方法。
3. 前記ねじの頭部の前記第２構造体と接触して締結力が生じる面には、ねじ戻り止めを行うためのセレーションが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の構造体締結方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の構造体締結方法により第１構造体と第２構造体とを締結した後、ねじを回転して取り外して前記第１構造体と前記第２構造体とを解体した後、
   再度前記第１構造体と前記第２構造体とをねじにより締結する際に、
   前記再度締結するねじは、前記取り外したねじのねじ部と同径またはやや大径のねじ部を有し、
   前記ねじ部を前記第２構造体の挿通孔に挿通して前記第１構造体の取付孔に形成された雌ねじにねじ込み、
   前記第１構造体と前記第２構造体とを締結することを特徴とする構造体締結方法。