JP5269431B2

JP5269431B2 - タッピンねじ

Info

Publication number: JP5269431B2
Application number: JP2008032571A
Authority: JP
Inventors: 順衞藤
Original assignee: ヱトー株式会社
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-02-14
Also published as: WO2009101751A1; JP2009191930A

Description

本発明は、ねじ自身でねじ立てができる締結用ねじ、すなわちタッピンねじに関する。

従来の通常のタッピンねじにおいては、その軸部の軸線を含む縦断面において見ると、フランク（ねじ山の斜面）および谷底は直線状をなしており、ねじ山の山頂付近は尖ったエッジを構成していた。なお、ねじ山の山頂部およびフランクと谷底とが交わる部分には、僅かな丸みが付けられていたが、これらの僅かな丸みは、ねじの性能を向上させることを目的としたものではなく、主として加工工具の耐寿命等のねじ製造上のため、およびエッジによる作業者への危害防止のため等のためのものであった。

また、タッピンねじ以外の締結用雄ねじには、谷底部に小さな丸みが付けられているが、この小さな丸みも、ねじの性能を向上させることを主目的としたものではなく、主として、加工工具の耐寿命等のねじ製造上のため、および雄ねじ自体における雄ねじ谷底部の応力集中を緩和させるためのものであった。

他方、本出願人は、先に特許文献１に係る出願おいて、ねじ山間に形成される谷の谷底側部分が大きな円弧状をなしているタッピンねじを提案した。
実開昭５６−１６２３１０号公報

前記従来の通常のタッピンねじにおいては、相手材にねじ込まれて相手材にねじ立てする際、特にフランクと谷底とが交わる部分で相手材の塑性流動の方向が急激に変化を受けることになり、相手材の塑性流動が円滑に行われないとともに、尖ったねじ山の山頂側部分が相手材の内部構造（相手材が金属の場合は、流線（ファイバーフロー））を切断・破壊するとともに、相手材に形成される雌ねじの谷底部に切欠き効果を生じさせるため、
（ａ）ねじ込みトルクが大きくなる、
（ｂ）締結力、保持力が小さい、
（ｃ）相手材がプラスチックの場合には、相手材に亀裂を生じさせてしまうことがある、
（ｄ）相手材の同一箇所に対しねじ込み、取り外しを繰り返し行うことができない、
（ｅ）相手材に設ける下穴の大きさを狭い許容範囲に厳格に管理する必要がある、
（ｆ）転造により作成する際、金型の摩耗が速く、金型の寿命が短くなる、
等の問題があった。

他方、特許文献１に開示されているタッピンねじにおいては、ねじ山間に形成される谷の谷底側部分が大きな円弧状をなしているので、前記従来の通常のタッピンねじに比較すれば、相手材にねじ込まれて相手材にねじ立てする際、相手材の塑性流動が比較的に円滑に行われるので、前記従来の通常のタッピンねじの問題を低減することができる。しかし、軸部の軸線を含む縦断面において見たとき、フランクの大部分が直線状をなしており、かつねじ山の山頂付近は尖ったエッジを構成していたので、前記従来の通常のタッピンねじの問題をなお十分解消できない点があった。

本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたもので、本発明の目的の一つは、相手材にねじ込まれて相手材にねじ立てする際、相手材の塑性流動がより一層円滑に行われるようにすることができるタッピンねじを提供することにある。

本発明の他の目的は、ねじ山により相手材の内部構造を切断・破壊することがないタッピンねじを提供することにある。

本発明の他の目的は、相手材に形成される雌ねじの谷底部に切欠き効果を生じさせることがない、タッピンねじを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、以下の説明から明らかになろう。

本発明によるタッピンねじは、軸部と、この軸部の外周に設けられたねじ山とを有するタッピンねじであって、
山の高さが高いねじ山と山の高さが低いねじ山との２条のねじ山を有し、
前記軸部の軸線を含む縦断面において、前記高いねじ山と前記低いねじ山との間に形成される谷の谷底側部分が円弧状をなしているとともに、前記高いねじ山および前記低いねじ山の山頂側部分もそれぞれ円弧状をなしており、
前記谷の谷底側部分と前記高いねじ山の山頂側部分とは直接つながれていてこの両者間には直線状部は存在しないか、またはこの両者間に前記高いねじ山の高さ（ｈ _H ）の２０％以下の長さの直線状部が設けられており、
前記谷の谷底側部分と前記低いねじ山の山頂側部分とは直接つながれていてこの両者間には直線状部は存在しないか、またはこの両者間に前記低いねじ山の高さ（ｈ _L ）の２０％以下の長さの直線状部が設けられており、
前記低いねじ山のねじ山の角度（α _L ）は前記高いねじ山のねじ山の角度（α _H ）より１．５〜３倍大きくされており、
前記軸部の軸線を含む縦断面において、前記高いねじ山の山頂側部分がなす円弧の半径（Ｒ _HC ）は前記高いねじ山の山の高さ（ｈ _H ）の５〜３０％とされ、前記低いねじ山の山頂側部分がなす円弧の半径（Ｒ _LC ）は前記低いねじ山の山の高さ（ｈ _L ）の２０〜７０％とされているものである。

本発明によるタッピンねじにおいては、上述のような形状を有しているので、相手材にねじ込まれたとき、それぞれ円弧状をなしている前記谷底側部分および前記山頂側部分に沿って相手材の肉が塑性流動することになるため、相手材の肉は塑性流動の方向を急激に変えられることがない。したがって、相手材の塑性流動が非常に円滑に行われ、タッピンねじに対し相手材の肉が全体的に回り、力も局部的に集中しないで分散する。また、ねじ山の山頂付近は尖ったエッジを構成していないので、この部分により相手材の内部構造を切断・破壊したり、相手材に形成される雌ねじの谷底部に切欠き効果を生じさせることもない。これにより、前記従来の種々の問題点を解消できる。

なお、本発明によるタッピンねじは、相手材がプラスチックやアルミ合金等の塑性流動しやすい材料からなる場合に特に好適である。

本発明のタッピンねじは、相手材にねじ込まれて相手材にねじ立てする際、前述のように相手材の塑性流動がより一層円滑に行われるようにすることができるとともに、ねじ山により相手材の流線が切断されないようにすることができ、これにより、
（Ａ）ねじ込みトルクが小さくなる、
（Ｂ）締結力、保持力が大きくなる、
（Ｃ）相手材がプラスチックからなる場合にも、相手材に亀裂を生じさせる虞が少なくなる、
（Ｄ）相手材の同一箇所に対しねじ込み、取り外しを繰り返し行うことができるようになる、
（Ｅ）相手材に設ける下穴の大きさの許容範囲が大きくなり、下穴の大きさを厳格に管理する必要がなくなる、
（Ｆ）転造により作成する際、金型の摩耗が遅くなり、金型の寿命が長くなる、
等の優れた効果を得られるものである。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
（参考例１）

図１〜３は本発明の参考例１を示し、この参考例１は本発明を１条のタッピンねじに適用した例である。

図１に示されるように、タッピンねじ１は軸部２とこの軸部２の一端部に設けられた頭部３とを備えている。前記軸部２の外周には１条のねじ山４が螺旋状に設けられている。前記軸部２の軸線を含む縦断面において、ねじ山４間に形成される谷５の谷底側部分５ａが円弧状をなしているとともに、ねじ山４の山頂側部分４ａも谷底側部分５ａがなす円弧に直接滑らかにつながる円弧状をなしている。

参考までに、本参考例におけるタッピンねじ１の各部の寸法および角度の具体例を下記に示す。

外径ｄ₁＝１．６５φｍｍ
谷径ｄ₂＝１．２１φｍｍ
ねじ山４の山の高さｈ＝０．２２ｍｍ
リードおよびピッチ＝０．５ｍｍ
ねじ山の角度α＝３０度
ねじ山４の山頂側部分４ａがなす円弧の半径Ｒ_C＝０．０３３ｍｍ
谷５の谷底側部分５ａがなす円弧の半径Ｒ_R＝０．２２ｍｍ
ただし、本発明のタッピンねじは、上記のような具体的寸法を有するものに限定されないことは言うまでもない。

このタッピンねじ１においては、ねじ山４間に形成される谷５の谷底側部分５ａが円弧状をなしているとともに、ねじ山４の山頂側部分４ａも谷底側部分５ａがなす円弧に直接滑らかにつながる円弧状をなしているので、相手材（図示せず）にねじ込まれたとき、これらの互いに滑らかにつながった円弧状をなしている部分に沿って相手材の肉が塑性流動することになるため、相手材の肉は塑性流動の方向を急激に変えられることがない。したがって、相手材の塑性流動が非常に円滑に行われ、タッピンねじ１に対し相手材の肉が全体的に回り、力も局部的に集中しないで分散する。また、ねじ山４の山頂付近は尖ったエッジを構成していないので、この部分により相手材の内部構造を切断・破壊したり、相手材に形成される雌ねじの谷底部に切欠き効果を生じさせることもない。

これにより、
（Ａ）ねじ込みトルクが小さくなる、
（Ｂ）締結力、保持力が大きくなる、
（Ｃ）相手材がプラスチックからなる場合にも、相手材に亀裂を生じさせる虞が少なくなる、
（Ｄ）相手材の同一箇所に対しねじ込み、取り外しを繰り返し行うことができるようになる、
（Ｅ）相手材に設ける下穴の大きさの許容範囲が大きくなり、下穴の大きさを厳格に管理する必要がなくなる、
（Ｆ）転造により作成する際、金型の摩耗が遅くなり、金型の寿命が長くなる、
等の優れた効果を得られる。

なお、前記ねじ山４の山頂側部分４ａがなす円弧の半径Ｒ_cは、好ましくはねじ山４の山の高さｈの５％以上とするとよく、さらに好ましくはねじ山４の山の高さｈの１０〜２０％とするとよい。ねじ山４の山頂側部分４ａがなす円弧の半径Ｒ_cをこれらの範囲に設定することにより、よりよい効果が得られる。

なお、本参考例では、軸部２の軸線を含む縦断面において、谷底側部分５ａとねじ山４の山頂側部分４ａとは直接つながれていて、この両者間に直線状部は存在しないが、この両者間にねじ山４の高さｈの２０％以下の長さの直線状部を設けてもよい。ただし、上述の効果をよりよく得るためには、前記直線状部はねじ山４の高さｈの１０％以下とすることが好ましく、さらに好ましくは本参考例のように直線状部は設けないのがよい。

また、本発明によるタッピンねじは、相手材がプラスチックやアルミ合金等の塑性流動しやすい材料からなる場合に特に好適である。

図４〜６は本発明の実施例１を示し、この実施例１は本発明を２条のタッピンねじ１に適用した例である。

図４に示されるように、本実施例においても、タッピンねじ１は軸部２とこの軸部２の一端部に設けられた頭部３とを備えている。前記軸部２の外周には、山の高さが高いねじ山４Ｈと低いねじ山４Ｌとの２条のねじ山４Ｈ，４Ｌが螺旋状に設けられている。軸部２の軸線を含む縦断面において、高いねじ山４Ｈと低いねじ山４Ｌとの間に形成される谷５の谷底側部分５ａが円弧状をなしているとともに、高いねじ山４Ｈおよび低いねじ山４Ｌの山頂側部分４Ｈａ，４Ｌａも谷底側部分５ａがなす円弧に直接滑らかにつながる円弧状をそれぞれなしている。前記低いねじ山４Ｌのねじ山の角度α_Lは、高いねじ山４Ｈのねじ山の角度α_Hよりを大きくされている。

参考までに、本実施例におけるタッピンねじ１の各部の寸法および角度の具体例を下記に示す。

高いねじ山４Ｈにおける外径ｄ_H1＝１．６５φｍｍ
低いねじ山４Ｌにおける外径ｄ_L1＝１．４９３φｍｍ
谷径ｄ₂＝１．２１φｍｍ
高いねじ山４Ｈの山の高さｈ_H＝０．２２ｍｍ
低いねじ山４Ｌの山の高さｈ_L＝０．１４１ｍｍ
リード＝１．０ｍｍ
ピッチＰ＝０．５ｍｍ
高いねじ山４Ｈのねじ山の角度α_H＝３０度
低いねじ山４Ｌのねじ山の角度α_L＝６０度
高いねじ山４Ｈの山頂側部分４Ｈａがなす円弧の半径Ｒ_HC＝０．０３３ｍｍ
低いねじ山４Ｌの山頂側部分４Ｌａがなす円弧の半径Ｒ_LC＝０．０６３ｍｍ
谷５の谷底側部分５ａがなす円弧の半径Ｒ_R＝０．２２ｍｍ
ただし、本発明のタッピンねじ１は、上記のような具体的寸法を有するものに限定されないことは言うまでもない。

本実施例のタッピンねじ１においても、高いねじ山４Ｈと低いねじ山４Ｌとの間に形成される谷５の谷底側部分５ａが円弧状をなしているとともに、高いねじ山４Ｈおよび低いねじ山４Ｌの山頂側部分４Ｈａ，４Ｌａも谷底側部分５ａがなす円弧に直接滑らかにつながる円弧状をなしているので、相手材（図示せず）にねじ込まれたとき、これらの互いに滑らかにつながった円弧状をなしている部分に沿って相手材の肉が塑性流動することになるため、相手材の肉は塑性流動の方向を急激に変えられることがない。したがって、相手材の塑性流動が非常に円滑に行われ、タッピンねじ１に対し相手材の肉が全体的に回り、力も局部的に集中しないで分散する。また、ねじ山４の山頂付近は尖ったエッジを構成していないので、この部分により内部構造を切断・破壊したり、相手材に形成される雌ねじの谷底部に切欠き効果を生じさせることもない。

これにより、参考例１の場合と同様に、前記（Ａ）〜（Ｆ）等の優れた効果を得ることができる。

また、高いねじ山４Ｈと低いねじ山４Ｌとの２条のねじ山を設けることにより、次のような、より一層優れた作用効果を得ることができる。

高いねじ山４Ｈと低いねじ山４Ｌのねじ山４の高さｈ_H，ｈ_Lをそれぞれ別途に管理することで、相手材の肉の移動量を調整することができ、これにより相手材の塑性流動をより一層円滑に行わせることができる。

また、高いねじ山４Ｈと低いねじ山４Ｌとの２条のねじ山を有しているので、ねじ込みの際の接触抵抗が小さくなるため、ねじ込みトルクを一層小さくすることができる。

また、２条のねじ山４Ｈ，４Ｌを有しているので、ピッチを１条のタッピンねじと同じとしても、リードを大きくすることができるので、ねじ込みを迅速に行い、作業コストを低減することができる。

また、低いねじ山４Ｌは高いねじ山４Ｈよりねじ山の角度α_Lを大きくされているので、低いねじ山４Ｌのフランク面の大きさを大きくし、摩擦抵抗を大きくすることができるため、締結力を一層増大することができる。

なお、低いねじ山４Ｌのねじ山の角度α_Lは高いねじ山４Ｈのねじ山の角度α_Hより１．５〜３倍大きくし、高いねじ山４Ｈの山頂側部分４Ｈａがなす円弧の半径Ｒ_HCは高いねじ山４Ｈの山の高さｈ_Hの５〜３０％とし、低いねじ山４Ｌの山頂側部分４Ｌａがなす円弧の半径Ｒ_LCは低いねじ山４Ｌの山の高さｈ_Lの２０〜７０％とする。さらに好ましくは、低いねじ山４Ｌのねじ山の角度α_Lは高いねじ山４Ｈのねじ山の角度α_Hより１．５〜２．５倍大きくし、高いねじ山４Ｈの山頂側部分４Ｈａがなす円弧の半径Ｒ_HCは高いねじ山４Ｈの山の高さｈ_Hの１０〜２０％とし、低いねじ山４Ｌの山頂側部分４Ｌａがなす円弧の半径Ｒ_LCは低いねじ山４Ｌの山の高さｈ_Lの４０〜５０％とするとよい。高いねじ山４Ｈおよび低いねじ山４Ｌのねじ山の角度α_H，α_Lの比と、高いねじ山４Ｈの山頂側部分４Ｈａがなす円弧の半径Ｒ_HCおよび低いねじ山４Ｌの山頂側部分４Ｌａがなす円弧の半径Ｒ_LCをこれらの範囲に設定することにより、よりよい効果が得られる。

また、本実施例においても、軸部２の軸線を含む縦断面において、谷底側部分５ａと高いねじ山４Ｈおよび低いねじ山４Ｌの山頂側部分４Ｈａ，４Ｌａとはそれぞれ直接つながれていて、それらの間にはそれぞれ直線状部は存在しないが、谷底側部分５ａと高いねじ山４Ｈの山頂側部分４Ｈａとの間には、高いねじ山４Ｈの高さｈ_Hの２０％以下の長さの直線状部、谷底側部分５ａと低いねじ山４Ｌの山頂側部分４Ｌａとの間には、低いねじ山４Ｌの高さｈ_Lの２０％以下の長さの直線状部をそれぞれ設けてもよい。

ただし、上述の効果をよりよく得るためには、谷底側部分５ａと高いねじ山４Ｈの山頂側部分４Ｈａとの間の直線状部は高いねじ山４Ｈの高さｈ_Hの１０％以下、谷底側部分５ａと低いねじ山４Ｌの山頂側部分４Ｌａとの間の直線状部は低いねじ山４Ｌの高さｈ_Lの１０％以下とそれぞれすることが好ましく、さらに好ましくは本実施例のように直線状部は設けないのがよい。

なお、前記実施例は２条のタッピンねじの例であるが、本発明は３条以上の多条のタッピンねじにも適用できるものである。

また、前記実施例においては、各ねじ山４，４Ｈ，４Ｌが、進み側フランク角と追い側フランク角とが等しい対称形状をなしているが、本発明においては、ねじ山を進み側フランク角と追い側フランク角とが等しくない非対称形状としてもよい。

以上のように本発明によるタッピンねじは、締結用ねじとして有用である。

本発明によるタッピンねじの参考例１を示す正面図である。前記参考例１のタッピンねじの軸部の一部を、該軸部の軸線を含む縦断面において断面して示す拡大断面図である。図２の一部をさらに拡大して示す拡大断面図である。本発明によるタッピンねじの実施例１を示す正面図である。前記実施例１のタッピンねじの軸の一部を、該軸部の軸線を含む縦断面において断面して示す拡大断面図である。図５の一部をさらに拡大して示す拡大断面図である。

１タッピンねじ
２軸部
４ねじ山
４ａ山頂側部分
４Ｈ高いねじ山
４Ｈａ高いねじ山の山頂側部分
４Ｌ低いねじ山
４Ｌａ低いねじ山の山頂側部分
５谷
５ａ谷底側部分
ｄ₁ 外径
ｄ_H1 高いねじ山における外径
ｄ_L1 低いねじ山における外径
ｄ₂ 谷径
ｈねじ山の高さ
Ｒ_C ねじ山の山頂側部分がなす円弧の半径
Ｒ_HC 高いねじ山の山頂側部分がなす円弧の半径
Ｒ_LC 低いねじ山の山頂側部分がなす円弧の半径
Ｒ_R 谷の谷底側部分がなす円弧の半径
α ねじ山の角度
α_H 高いねじ山の角度
α_L 低いねじ山の角度

Claims

軸部と、この軸部の外周に設けられたねじ山とを有するタッピンねじであって、
山の高さが高いねじ山と山の高さが低いねじ山との２条のねじ山を有し、
前記軸部の軸線を含む縦断面において、前記高いねじ山と前記低いねじ山との間に形成される谷の谷底側部分が円弧状をなしているとともに、前記高いねじ山および前記低いねじ山の山頂側部分もそれぞれ円弧状をなしており、
前記谷の谷底側部分と前記高いねじ山の山頂側部分とは直接つながれていてこの両者間には直線状部は存在しないか、またはこの両者間に前記高いねじ山の高さ（ｈ _H ）の２０％以下の長さの直線状部が設けられており、
前記谷の谷底側部分と前記低いねじ山の山頂側部分とは直接つながれていてこの両者間には直線状部は存在しないか、またはこの両者間に前記低いねじ山の高さ（ｈ _L ）の２０％以下の長さの直線状部が設けられており、
前記低いねじ山のねじ山の角度（α _L ）は前記高いねじ山のねじ山の角度（α _H ）より１．５〜３倍大きくされており、
前記軸部の軸線を含む縦断面において、前記高いねじ山の山頂側部分がなす円弧の半径（Ｒ _HC ）は前記高いねじ山の山の高さ（ｈ _H ）の５〜３０％とされ、前記低いねじ山の山頂側部分がなす円弧の半径（Ｒ _LC ）は前記低いねじ山の山の高さ（ｈ _L ）の２０〜７０％とされているタッピンねじ。
前記軸部の軸線を含む縦断面において、前記谷の谷底側部分と前記高いねじ山の山頂側部分との間には前記高いねじ山の高さ（ｈ_H）の１０％以下の長さの直線状部が設けられており、
前記谷の谷底側部分と前記低いねじ山の山頂側部分との間には前記低いねじ山の高さ（ｈ_L）の１０％以下の長さの直線状部が設けられている請求項１記載のタッピンねじ。
前記低いねじ山のねじ山の角度（α_L）は前記高いねじ山のねじ山の角度（α_H）より１．５〜２．５倍大きくされており、
前記軸部の軸線を含む縦断面において前記高いねじ山の山頂側部分がなす円弧の半径（Ｒ_HC）は前記高いねじ山の山の高さ（ｈ_H）の１０〜２０％とされ、前記低いねじ山の山頂側部分がなす円弧の半径（Ｒ_LC）は前記低いねじ山の山の高さ（ｈ_L）の４０〜５０％とされている請求項１または２記載のタッピンねじ。