JP4926953B2 - タッピングねじ - Google Patents

Description

本発明は、タッピングねじに関するものである。

締結相手に設けられた下穴にねじ込むことによって、下穴の表面に、塑性変形によりめねじを形成するタッピングねじが知られている。このようなタッピングねじとして、テーパねじが設けられている領域に、めねじ加工用の突起を設けておき、この突起により平行ねじが螺合するめねじを下穴表面に形成する技術が知られている（特許文献１〜３参照）。また、軸部の先端側に、標準ねじ山よりもスプリングバックを考慮した分だけ径を大きくした略円筒状の加工ねじ山を設けた技術も知られている（特許文献４参照）。

これらのタッピングねじにおいては、平行ねじ（標準ねじ）のおねじが、ねじ込み途中に、突起により形成されためねじに対して螺合されるように構成されている。したがって、めねじに対してねじ込まれるおねじの山の数が増えていくと、摩擦抵抗が高くなっていくため、ねじ込みトルクは、ねじ込み深さに比例して高くなっていく。そのため、深い下穴にねじ込まなければならない場合には、ねじ込みトルクが高くなり過ぎて、作業性が悪くなってしまう。また、これに伴い、十分な軸力を得ることができず、締結が不十分になってしまうおそれもある。

また、従来例に係るタッピングねじの場合においては、タッピングねじにより形成されためねじに対して、同じ呼び径のボルトをねじ込んだとしても、めねじの内径が小さいため、おねじとめねじが干渉してしまう。従って、一度締結したタッピングねじを外した後に、当該タッピングねじにより形成されためねじに対して、汎用のボルトを締結させる場合には、一般的なボルトとナットの関係のように、安定した締結軸力を得ることはできない。
特公昭６２−５５００５号公報 特公昭３９−１４３８３号公報 特開平８−３３８４１２号公報 特開２０００−３５０１６号公報

本発明の目的は、深い下穴にねじ込む場合であっても、ねじ込みトルクが高くなり過ぎることを抑制できるタッピングねじを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明のタッピングねじは、
平行ねじと、
該平行ねじよりも先端側に設けられるテーパねじと、
ねじ山の頂及び両側のフランクに沿うように部分的に突出するように設けられ、締結相手に設けられた下穴の表面にめねじを形成する突出部と、を備えたタッピングねじにおいて、
前記突出部は、テーパねじが設けられている領域から平行ねじが設けられている領域の一部に至るまで複数備えられており、
かつ、平行ねじが設けられている領域に備えられている突出部を含むいくつかの突出部の先端に接する仮想的な円筒の直径が、平行ねじのおねじの外径よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、平行ねじが設けられている領域に備えられている突出部を含むいくつかの突出部の先端に接する仮想的な円筒の直径が、平行ねじのおねじの外径よりも大きいため、突出部により形成されるめねじの内径は、平行ねじのおねじの外径よりも大きくなる。そのため、ねじ込み途中（軸力が発生する前）においては、平行ねじはめねじに当接しない。従って、ねじ込み途中においては、平行ねじが、ねじ込みトルクを増加させる要因となることはない。また、めねじの内径は、平行ねじのおねじ外径よりも大きいため、タッピングねじを外した後に汎用ボルトを締結させても、汎用ボルトのねじ山と成形めねじのねじ山が干渉してしまうことを防止できる。

ここで、全ての突出部の先端が、軸部の先端側から頭部に向かうにつれて徐々に径が大きくなる仮想的な螺旋を通るように構成されているとよい。

これによれば、めねじが最終形状に至るまで、滑らかにめねじを形成することができる。

また、平行ねじが設けられている領域に備えられている複数の突出部の先端に接する仮想的な円筒の軸心が、軸部の軸心と一致するように構成されていることも好適である。

以上説明したように、本発明によれば、深い下穴にねじ込む場合であっても、ねじ込みトルクが高くなり過ぎることを抑制できる。

これに伴い、締結作業を向上させることができる。また、安定した締結を実現できる。更に、めねじの内径は、平行ねじのおねじ外径よりも大きいため、タッピングねじを外した後に汎用ボルトを締結させても、汎用ボルトのねじ山と成形めねじのねじ山が干渉してしまうことを防止できる。

図１は本発明の実施例１に係るタッピングねじの正面図である。 図２は本発明の実施例１に係るタッピングねじにおけるねじ山と突出部との位置関係を説明する図である。 図３は本発明の実施例１に係るタッピングねじにおけるめねじ形成用の突出部が設けられた付近の模式的断面図である。 図４は本発明の実施例１に係るタッピングねじにおいて、締結時におけるめねじ形成用の突出部が設けられた付近の模式的断面図である。 図５は本発明の実施例１に係るタッピングねじにおけるめねじ形成用の突出部が設けられた付近の模式的断面図である。 図６は本発明の実施例１に係るタッピングねじにおいて、締結時におけるめねじ形成用の突出部が設けられた付近の模式的断面図である。 図７は本発明の実施例１に係るタッピングねじのねじ込み途中の様子を示す概略図である。 図８は本発明の実施例１に係るタッピングねじを締結させた状態の様子を示す概略図である。 図９はねじ込み特性を示すグラフである。 図１０は本発明の実施例２に係るタッピングねじの正面図である。 図１１は本発明の実施例２に係るタッピングねじにおけるねじ山と突出部との位置関係を説明する図である。

符号の説明

１０ 頭部
１１ フランジ
２０ 軸部
２１ 円筒部
２２ 平行ねじ
２３ テーパねじ
３０，３１，３２，３３ 突出部
４０，４１，４２，４３ 突出部
１００，２００ タッピングねじ
５００ 第１部材
５０１ 下穴
６００ 第２部材
６０１ 貫通孔

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１〜図９を参照して、本発明の実施例１に係るタッピングねじについて説明する。図１は本発明の実施例１に係るタッピングねじの正面図である。図２は本発明の実施例１に係るタッピングねじにおけるねじ山と突出部との位置関係を説明する図である。図３及び図５は本発明の実施例１に係るタッピングねじにおけるめねじ形成用の突出部が設けられた付近の模式的断面図（軸部の軸心を通るように切断した断面図）である。図４及び図６は本発明の実施例１に係るタッピングねじにおいて、締結時におけるめねじ形成用の突出部が設けられた付近の模式的断面図（軸部の軸心を通るように切断した断面図）である。図７は本発明の実施例１に係るタッピングねじのねじ込み途中の様子を示す概略図である。図８は本発明の実施例１に係るタッピングねじを締結させた状態の様子を示す概略図である。図９はねじ込み特性を示すグラフである。

＜タッピングねじの概略構成＞
特に、図１を参照して、タッピングねじの概略構成を説明する。本実施例に係るタッピングねじ１００は、フランジ１１の付いた頭部１０と、軸部２０とを備えている。そして、軸部２０は、頭部１０側から先端に向けて、順に、円筒部２１と、平行ねじ２２と、テーパねじ２３とを備えている。また、軸部２０には、締結相手に設けられた下穴の表面にめねじを形成するための複数の突出部３０が設けられている。

本実施例においては、突出部３０は、テーパねじ２３が設けられている領域から平行ねじ２２が設けられている領域の一部に至るまで複数備えられている。より詳細には、突出部３０は、テーパねじ２３の先端付近から、螺旋状に１２０°毎に、平行ねじ２２の１山目のねじ山に至るまで連続的に備えられている。

＜突出部の詳細説明＞
特に、図２〜図６を参照して、突出部３０について詳細に説明する。図２（Ａ）は、最も頭部側にある突出部３１を起点として、図１中ＡＡ矢視方向に沿って螺旋状に横方向に切断した断面を示した図である。図２（Ｂ）は、平行ねじ２２のおねじの外径Ｄ０と、突出部３０のうち頭部１０側にあるものから順に３つ選んだ突出部（分かりやすくするために、これらを特に突出部３１，３２，３３とする）の先端に接する仮想的な円筒（当該円筒の軸は軸部２０の軸心と平行となるようにする）の直径Ｄ１との関係を示す図である。なお、図２（Ａ）中、Ｘ０，Ｘ１はねじ山の谷底を示し、Ｙ０，Ｙ１はねじ山の頂を示している。また、点線で示したＸ０，Ｙ０は平行ねじ２２におけるねじ山について、それぞれ谷底，山の頂を示している。

突出部３０は、図３〜図６に示すように、ねじ山の頂及び両側のフランク（進み側フランク及び追い側フランク）に沿うように部分的に突出するように設けられている。なお、突出部３０の形状に関しては、図３及び図４に示すように、両側のフランクに対して均等な厚みを有するようにしても良いし、図５及び図６に示すように、ねじ込みの際、推力で加わる力により大きな圧力を受ける進み側フランク側の方が、追い側フランク側よりも厚みを厚くするようにしても良い。

なお、本実施例では、ねじ山表面からの突出分の高さ（厚み）が、全ての突出部３０について等しくなるように設定されている。また、本実施例では、最も頭部１０側の突出部３１のみが平行ねじ２２が設けられた領域に備えられている。これにより、最も先端側にある突出部から順に突出部３０の先端を全て結ぶと、先端側から頭部１０に向かうにつれて徐々に径が大きくなる螺旋を描くことができる。そして、頭部１０側の３個の突出部３１，３２，３３の先端に接する仮想的な円筒（当該円筒の軸は軸部２０の軸心と平行となるようにする）の直径Ｄ１は、平行ねじ２２のおねじの外径Ｄ０よりも大きくなる（図２参照）。

＜ねじ込みについて＞
特に、図３〜図８を参照して、上記のように構成されたタッピングねじ１００のねじ込みについて説明する。図７に示すように、締結相手となる第１部材５００に設けられた下穴５０１と、第１部材５００に固定させる第２部材６００に設けられた貫通孔６０１を一致させた状態で、タッピングねじ１００をねじ込む。これにより、第１部材５００に設けられた下穴５０１の表面に、塑性変形によってめねじ５０２が形成されながら、タッピングねじ１００がねじ込まれていく。図８はねじ込みが完了した状態を示している。なお、本実施例においては、第１部材５００は、軽合金や軽金属などの軟質材から構成されており、深い下穴５０１が設けられている。一般的には、タッピングねじは、薄い板に設けられた下穴にねじ込まれ、ねじの先端が板から突き出た状態となるが、本実施例の場合には、図示のように、深い下穴５０１にねじ込まれ、ねじの先端は下穴５０１の中に埋もれた状態となる。

ここで、本実施例では、上述のように、頭部１０側の３個の突出部３１，３２，３３の先端に接する仮想的な円筒の直径Ｄ１は、平行ねじ２２のおねじの外径Ｄ０よりも大きくなるように設定されている。従って、複数の突出部３０によって下穴５０１の表面に形成されるめねじ５０２の谷は、平行ねじ２２のおねじの山よりもひとまわり大きな形状となる（めねじ５０２の内径は、平行ねじ２２のおねじの外径よりも大きくなる）。

従って、ねじ込み途中（軸力が発生する前）においては、平行ねじ２２はめねじ５０２に当接しない（図４及び図６参照）。ただし、頭部１０のフランジ１１が第２部材６００に当たり、軸部２０に引っ張り力が作用し、一定以上の軸力が生じた後は、平行ねじ２２とめねじ５０２は接触する。これにより、一定以上の軸力が生じた後は、一般的なボルトとナットとの関係のように、十分な締結力を得ることができる。

＜本実施例に係るタッピングねじの優れた点＞
本実施例に係るタッピングねじ１００によれば、ねじ込み途中においては、平行ねじ２２はめねじ５０２に当接しない。そのため、ねじ込み途中においては、平行ねじ２２がねじ込みトルクに関与しない。これにより、最も頭部１０側の突出部３１によって、めねじの形成が開始された後のねじ込みトルクを一定にすることができる。従って、従来ねじ込み深さに比例してねじ込みトルクが上昇していた現象を抑制することができる。

図９はねじ込み特性を示すグラフである。なお、横軸がねじ込み深さ、縦軸がねじ込みトルクである。また、図中、Ｘは本実施例に係るタッピングねじの場合、Ｙは上述した特許文献１〜３のように、テーパねじの部分にのみめねじ加工用の突出部を設けたタッピングねじの場合、Ｚは上述した特許文献４のように、標準ねじ山よりも先端側に略円筒状の加工ねじ山を設けた場合を示している。

このグラフから分かるように、本実施例に係るタッピングねじの場合には、ねじ込み深さが所定量を越えると、ねじ込みトルクは一定となる。これに対して、ねじ込み途中に、おねじがめねじに螺合するように構成された従来例Ｙの場合には、ねじ込み深さが所定量を越えても、ねじ込みトルクは、ねじ込み深さに比例して大きくなってしまう。また、本実施例では徐々にねじ山を成形していくのに対し、従来例Ｚの場合は加工ねじ部最大径が先端より開始しているため、ねじ込むトルクが急激に増加する。また、加工ねじ部の接触面積が大きいため、ねじ込みトルクが高くなり、先端が下穴の中心を捉えにくい構造になっていることから、軸心がずれ易く、ねじ込み深さが深くなるにしたがい、ねじ込みトルクの上昇が見られる。

以上のことから、下穴が深い場合であっても、本実施例に係るタッピングねじの場合にはねじ込みトルクが高くなり過ぎてしまうことを抑制できる。これにより、締結作業を向上させることができる。また、一般的なボルトとナットとの締結管理に準じた締結管理が可能となり、安定した軸力を発生させる締結が実現できる。更に、本実施例に係るタッピングボルト１００により形成されるめねじの谷は、平行ねじ２２のおねじよりもひとまわり大きいことから、タッピングボルト１００を取り外した後に、当該めねじに対して、通常のナットに対する場合と同様に、同じ呼び径の汎用ボルトを締結させることができる。この場合、一般的なボルトとナットとの締結と同様の締結を実現することができ、安定した締結力が得られる。

図１０及び図１１には、本発明の実施例２が示されている。本実施例では、上記実施例１の構成に対して、更に、平行ねじの２山目のねじ山に至るまで、加工用の突出部を設けた構成としている。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

図１０は本発明の実施例２に係るタッピングねじの正面図である。図１１は本発明の実施例２に係るタッピングねじにおけるねじ山と突出部との位置関係を説明する図である。

本実施例に係るタッピングねじ２００は、上記実施例１に係るタッピングねじ１００と基本的な構成は同一であるが、本実施例の場合には、締結相手に設けられた下穴の表面にめねじを形成するための複数の突出部４０が、実施例１の場合よりも多く設けられている。この突出部について、特に、図１１を参照して説明する。

なお、図１１（Ａ）は、最も頭部側にある突出部４１を起点として、図１０中ＢＢ矢視方向に沿って螺旋状に横方向に切断した断面を示した図である。図１１（Ｂ）は、平行ねじ２２のおねじの外径Ｄ０と、突出部４０のうち頭部１０側にあるものから順に３つ選んだ突出部（分かりやすくするために、これらを特に突出部４１，４２，４３とする）の先端に接する仮想的な円筒（当該円筒の軸は軸部２０の軸心と平行となるようにする）の直径Ｄ２との関係を示す図である。なお、図１１（Ａ）中、Ｘ２はねじ山の谷底を示し、Ｙ２はねじ山の頂を示している。

本実施例に係る突出部４０は、頭部１０側の突出部４１，４２，４３を除けば、上記実施例１に係るタッピングねじ１００における突出部３０の構成と同一である。

本実施例の場合には、突出部４１，４２，４３は、いずれも平行ねじ２２が設けられている領域に備えられている。従って、これらの突出部４１，４２，４３の先端に接する仮想的な円筒の軸心は、軸部２０の軸心と一致する。また、突出部４１，４２，４３の先端に接する仮想的な円筒の直径Ｄ２は、上記実施例１における直径Ｄ１よりも更に大きくなる。

以上のように構成された本実施例に係るタッピングねじ２００の場合にも、上記実施例１に係るタッピングねじ１００の場合と同様の効果を得ることができる。また、本実施例の場合には、突出部４１，４２，４３の先端に接する仮想的な円筒の直径Ｄ２が実施例１の場合に比べて大きいため、本実施例に係るタッピングねじ２００により形成されるめねじの谷は、実施例１の場合よりも更に大きくなる。これにより、ねじ込み途中において、平行ねじ２２が形成するめねじの外径が大きくなり、汎用ボルトのねじ外径等が大きくなった場合も、成形されためねじと締結するおねじに一定のクリアランスを持たせることが可能になる。

また、本実施例によれば、突出部４１，４２，４３の先端に接する仮想的な円筒の軸心と、軸部２０の軸心が一致するため、タッピングねじ２００を締結させた際のめねじに対する同心度をより正確にすることができる。

（その他）
上記の実施例では、突出部を、１２０°毎に（つまり、１周につき３箇所）設けられた場合の構成を示したが、突出部の配置や個数は、実施例で示したものに限られるものではないことは言うまでもない。

Claims (5)

1. 平行ねじと、
   該平行ねじよりも先端側に設けられるテーパねじと、
   ねじ山の頂及び両側のフランクに沿うように部分的に突出するように設けられ、締結相手に設けられた下穴の表面にめねじを形成する突出部と、を備えたタッピングねじにおいて、
   前記突出部は、テーパねじが設けられている領域から平行ねじが設けられている領域の一部に至るまで複数備えられており、
   かつ、平行ねじが設けられている領域に備えられている突出部を含むいくつかの突出部の先端に接する仮想的な円筒の直径が、平行ねじのおねじの外径よりも大きくなるように構成されていることを特徴とするタッピングねじ。
2. 全ての突出部の先端が、軸部の先端側から頭部に向かうにつれて徐々に径が大きくなる仮想的な螺旋を通るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のタッピングねじ。
3. 平行ねじが設けられている領域に備えられている複数の突出部の先端に接する仮想的な円筒の軸心が、軸部の軸心と一致するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のタッピングねじ。
4. 前記突出部は、両側のフランクに対して均等な厚みを有するように構成されることを特徴とする請求項１，２または３に記載のタッピングねじ。
5. 前記突出部は、進み側フランク側の方が、追い側フランク側よりも厚みが厚くなるように構成されることを特徴とする請求項１，２または３に記載のタッピングねじ。

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