JP5139951B2 - タッピングねじ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段に記載するタイプのセルフタッピングねじ、いわゆるタッピングねじに関するものである。この種のタッピングねじは、特に支持体に金属板をねじ止めする際に使用される。

特許文献１（米国特許出願公開第２００４/００１８０６９号）は、ヘッドと、このヘッドに続くシャフトとを備えるタッピングねじを記載している。このシャフトは、そのヘッド側とは反対側の端部に、その半径方向外方に延びている（延在する）領域における第１切刃と、半径方向内方から半径方向外方に延在する第２切刃とを有するドリル先端部を備える。このとき、タッピングねじの長手方向軸線に対して、第１切刃は第１鋭角を、第２切刃は第２鋭角を、なし、第１鋭角は、第２鋭角よりも大きい。

この既知のタッピングねじは、ドリル穿孔した穴の径が、タッピングねじのねじ込み作業時に加えられる押圧力に基づいて変動してしまうという欠点があり、これは、すなわち弱い押圧力ではドリル先端部がふらつくからである。このため、押圧力が小さいと、孔が大きくなりすぎ、結果として保持力が小さくなってしまう。
米国特許出願公開第２００４/００１８０６９号明細書

したがって、本発明の課題は、上述の欠点を回避し、ドリル穿孔長さ全体にわたり規定のドリル穿孔直径を得られて、同時に、小さい押圧力でもより迅速にドリル穿孔できるタッピングねじを得ることにある。

この課題は、請求項１に記載する特徴により達成される。これによれば、第１切刃を、ドリル先端部の半径方向内方領域に限定的に設け、また、第１切刃によって画定される包絡円錐表層面積は、＋／−１０％の最大偏差を有して、第２切刃によって画定される包絡円錐表層面積にほぼ等しく、また、第１切刃の長手方向軸線に対する第１鋭角は、＋／−５°の最大偏差を有して、第２切刃の長手方向軸線に対する第２鋭角にほぼ等しいものとする。

本発明のドリル先端部の構成により、少なくとも１個の第１切刃、および少なくとも１個の外側の切刃には、切刃が貫入すべき母材に穴を開けた後に、高い押圧力が各切刃に発生するとともに、同時に、切削圧が、押圧力に関係なくシンメトリーに分布することができる。本発明のタッピングねじにおいては、規定の直径のドリル穿孔を得ることができ、ねじ込まれたタッピングねじの保持力を、押圧力から独立したものとできる。さらに、ドリル穿孔作業は大幅に改善される。

本発明の、技術的に簡単に代替可能な実施形態において、第１切刃は、長手方向軸線に隣接する軸線方向領域を起端として第１半径の位置まで延びるとともに、第２切刃は、ドリル先端部の外径から長手方向軸線に向かって、第２半径の位置まで延びる。こうすることで、切削深さが大きくなるため、削り屑も厚くなり、また、これら削り屑の表面積も小さくなり、そのため切刃に高い性能が求められない。結果として、熱の発生量も少なく、また、磨耗負荷も小さいので破損率も小さいものとなる。

このとき、第１半径および第２半径は、＋／−２０％の最大公差を有して同じ大きさとすると、さらに好適である。こうすることで、ドリル先端部を最適に位置決めすることができる。

好適には、第１半径は、次式の関数、すなわち
第１半径＝外径／定数ｘ
によって規定し、また、定数ｘは、１．１〜１．７の範囲における値とする。この配分により、個々の切刃における切削圧は、半径方向の圧力分布のバランスがとれる、したがって、切削圧は増大する。このようにして、作業者の行動に影響されずに、所望の径のドリル穿孔を行うことができる。

さらに好適には、切刃の、切刃底からの高さを、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲における値とする。この構成により、切刃は切削すべき材料に充分深く食い込ませることができる。

さらに好適には、ドリル先端部の遊端に、長手方向軸線に直交して延在する少なくとも１個の第３切刃を設け、この第３切刃に対して、第１切刃が半径方向外方に連続する構成とする。切刃として機能する第３切刃があることで、尖端が安定し、ドリル穿孔を開始する際に高い面圧が加わっても、破損することなく機能できる。

以下図面につき、本発明の実施例について詳述する。
図１〜３に示すセルフタッピング（自己ねじ立て）ねじ、いわゆるタッピング１０は、ねじ山１３を備えるシャフト１１を有し、このシャフト１１の端部領域にはドリル先端部１２を設け、またこれとは反対側の他方の端部領域にはヘッド１５を設ける。このとき、タッピングねじの長手方向軸線Ｌはタッピングねじ１０の軸線方向を画定する。ヘッド１５は、多角形形状に構成した、ねじ回し工具、例えばドライバビットまたはドライバキーのための回転伝達手段１６を備える。

ドリル先端部の遊端１４に、少なくとも１個の第１切刃２１と、少なくとも１個の第２切刃２２を備え、また、第１切刃２１は、ドリル先端部１２の、長手方向軸線Ｌに関して半径方向内方の領域に限定的に設け、第２切刃２２は、ドリル先端部１２の半径方向外方領域に限定的に設ける。

とくに、展開した包絡円錐表層面積Ａ１およびＡ２を示す図２から見てとれるように、第１切刃２１は、包絡円錐表層面積Ａ１（この表層面積Ａ１はタッピングねじが回転する際に切刃によって掃引される）を画定し、この表層面積Ａ１は、＋／−１０%の最大偏差を有して第２切刃２２によって画定される包絡円錐表層面積Ａ２にほぼ等しいものとする。
第１切刃２１は、長手方向軸線Ｌに対して第１鋭角α１をなし、この第１鋭角α１は＋／−５°の最大偏差を有して、第２切刃２２の長手方向軸線Ｌに対する第２鋭角α２にほぼ等しいものとする。さらに、第１切刃２１および第２切刃２２は、それぞれ、とくに図２および３に示すドリル先端部１２の段差端縁に設け、それぞれ、それぞれの切刃底２３，２４から、好適には０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの高さｈ１もしくはｈ２を有する。このとき、高さｈ１，ｈ２は異なる大きさとすることができる。

このとき、包絡円錐表層面積Ａ１の面積は、次式の関数、すなわち
包絡円錐表層面積Ａ１=（第１半径ｒ１）^２／sin（α１）×Pi
によって表される。

とくに図２に示す、ドリル先端部１２の遊端１４の長手方向軸線Ｌに隣接する軸線方向の領域を起点として、第１切刃２１が第１半径ｒ１の位置まで延びとともに、第２切刃２２は、ドリル先端部１２の外径ｒａから、長手方向軸線Ｌに向かって第２半径ｒ２の位置まで延びる。このとき、半径ｒ１および半径ｒ２は、好適には、＋／−２０％の公差範囲を有して同じ大きさとする。

このとき、第１半径ｒ１は、次式の関数、すなわち
第１半径ｒ１＝外径ｒａ／定数ｘ
によって規定され、一方、定数ｘは、１．１〜１．７の範囲における値を取るものとする。

図３に、図１に示すタッピングねじ１０のドリル先端部１２が、例えばスチール製支持体などの構造部分３０に対する穴開作業の際における、ドリル穿孔した穴３１に貫入する様子を示す。通常、切刃２１，２１のみが切削作業を行い、３０の材料を削りとる。これに対し、切刃底２３，２４は、穴３１の内壁３２から距離をおいて位置し、これにより、切刃底２３，２４には負荷が加わらず、ねじ込み方向１７に向かって前方に突出する第１切刃２１および第２切刃２２はより高い押圧力を持つ。穴開け作業の開始時においては、半径方向外方の第２切刃２２が噛み込むまで、半径方向内方の第１切刃２１の切刃底２４も、構造部分３０に噛み合うことができる。

摩擦を減少させるためにタッピングねじは、シャフト１１の少なくとも部分的な領域において、さらに、例えばワックスまたはオイルのような摩擦抵抗の小さい被膜を施してもよい。

上述した２個の切刃２１，２２の替わりに、複数個の、例えば３個または４個の切刃を設けてもよい。つまり、例えば、互いに半径方向にオフセットして位置する半径方向内方の２個の第１切刃を設けることができる。さらに、同様に、互いに半径方向にオフセットして位置する半径方向外方の２個の第２切刃を設けることもできる。

とくに図２および３に示すドリル先端部１２が、その遊端１４で点状の尖端として終端するのに対し、図４に示すドリル先端部１２は、その遊端１４に、長手方向軸線Ｌに直交して延在する、チゼル切刃として構成された少なくとも１個の第３切刃２５を設け、この第３切刃２５に対して、第１切刃２１が半径方向外方に連続する。それ以外は、図４に示すタッピングねじは、図１〜３に示すタッピングねじ１０と同じ形態を有し、これらに関しては、上述の図１〜３に関する説明を参照されたい。

本発明によるタッピングねじの側面図である。 図１に示す本発明タッピングねじの、図１中のマークIIの部分の詳細図である。 図２に示す本発明タッピングねじが母材内に貫入した状態を示す詳細図である。 本発明タッピングねじの第２実施例における、図３に対応する詳細図である。

符号の説明

１０ タッピングねじ
１１ シャフト
１２ ドリル先端部
１３ ねじ山
１４ 遊端
１５ ヘッド
１６ 回転伝達手段
１７ ねじ込み方向
２１ 第１切刃
２２ 第２切刃
２３ 切刃底
２４ 切刃底
２５ 第３切刃
３０ 母材（構造部分）
３１ ドリル穿孔した穴
３２ 内壁
α１ 第１鋭角
α２ 第２鋭角
Ａ１ 包絡円錐表層面積
Ａ２ 包絡円錐表層面積
L 長手方向軸線

Claims (6)

1. 少なくとも部分的にねじ山（１３）を備えるシャフト（１１）であって、長手方向軸線（Ｌ）を画定し、その第１端部にドリル先端部（１２）を設け、また第１端部とは反対側の第２端部にヘッド（１５）を設けた該シャフト（１１）と、
   少なくとも１個の第１切刃（２１）と、
   前記ドリル先端部（１２）の半径方向外方領域に設けた、少なくとも１個の第２切刃（２２）と、
   を有するタッピングねじにおいて、
   前記第１切刃（２１）を、前記ドリル先端部（１２）の半径方向内方領域に限定して設け、また、前記第１切刃（２１）によって画定される包絡円錐表層面積（Ａ１）は、＋／−１０％の最大偏差を有して、前記第２切刃（２２）によって画定される包絡円錐表層面積（Ａ２）にほぼ等しく、また
   前記第１切刃（２１）の前記長手方向軸線（Ｌ）に対する第１鋭角（α１）は、＋／−５°の最大偏差を有して、前記第２切刃（２２）の前記長手方向軸線（Ｌ）に対する第２鋭角（α２）にほぼ等しいものとしたことを特徴とするタッピングねじ。
2. 請求項１記載のタッピングねじにおいて、前記第１切刃（２１）は、前記長手方向軸線（Ｌ）に隣接する軸線方向領域を起端として第１半径（ｒ１）の位置まで延びるとともに、前記第２切刃（２２）は、前記ドリル先端部（１２）の外径（ｒａ）から前記長手方向軸線（Ｌ）向かって第２半径（ｒ２）の位置まで延びるものとしたタッピングねじ。
3. 請求項１または２に記載のタッピングねじにおいて、前記第１半径（ｒ１）および前記第２半径（ｒ２）を、＋／−２０％の最大公差を有して同じ大きさとしたタッピングねじ。
4. 請求項２または３に記載のタッピングねじにおいて、前記第１半径（ｒ１）は、次式の関数、すなわち
   第１半径（ｒ１）＝外径（ｒａ）／定数ｘ
   によって規定し、また、前記定数ｘは、１．１〜１．７の範囲における値としたタッピングねじ。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のタッピングねじにおいて、前記切刃（２１，２２）の前記切刃底（２３，２４）からの高さ（ｈ１，ｈ２）を、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲における値としたタッピングねじ。
6. 請求項１〜５までのいずれか１項に記載のタッピングねじにおいて、前記ドリル先端部（１２）の遊端（１４）に、前記長手方向軸線（Ｌ）に直交して延在する少なくとも１個の第３切刃（２５）を設け、この第３切刃（２５）に対して、前記第１切刃（２１）が半径方向外方に連続するものとしたタッピングねじ。

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