JP6282160B2 - ドリルねじ - Google Patents

Description

本発明は、先端部にドリル機能を備えたドリルねじに関するものである。

従来より、先端部にドリル機能を備えたドリルねじにより、鋼材にドリル穴を穿孔しながらねじ止めを行うことが行われている。このようなドリルねじとして一般には、下記にあげる特許文献１に開示されたものが用いられている。

〔文献の開示〕
例えば特許文献１には、つぎのドリル螺子（１）が開示されている（公報第３頁左下欄〜第４頁左上欄、図１等）。なお、括弧内の符号は公報に記載されたものである。
特許文献１のドリル螺子（１）は、螺糸（２）つきのシャンク（３）と、シャンク（３）の前端に延設されたドリル部（４）と、シャンク（３）の尾端に設けられた頭部（６）とからなる。上記ドリル部（４）には、径方向に対向して２条の縦溝（９）が軸方向に形成され、それによって形成された切削面（１０）の側縁に切削縁（１１）を有する。
上記切削縁（１１）は、尖鋭部（８）の先端側に位置する先端刃（１３）と、尖鋭部（８）の両側に沿って傾斜する傾斜刃（１４）と、ボデー（７）の両側に沿う側刃（１５）とを備えている。
上記先端刃（１３）、傾斜刃（１４）、側刃（１５）は、それぞれ切削面（１０）に至り傾斜する掬い面（２２，２３，２４）を形成する。これらの掬い面（２２，２３，２４）は、いずれも刃から切削面（１０）の方向に直線的に平坦な面をなし、切削面（１０）と屈折状に交わる。

特開昭６２−１８８８０９号公報 特公昭４８−１３１３９号公報 特開平１１−１９７９２１号公報 特開２０００−３０４０２１号公報

〔特許文献１の課題〕
特許文献１のドリル螺子（１）は、ドリル部（４）に設けられた先端刃（１３）、傾斜刃（１４）、側刃（１５）それぞれの掬い面（２２，２３，２４）は、いずれも刃から切削面（１０）の方向に直線的に平坦な面をなし、切削面（１０）と屈折状に交わっている。
この構造で先端刃（１３）、傾斜刃（１４）、側刃（１５）の切削性を向上させるためには、掬い面（２２，２３，２４）の掬い角を大きくする必要がある。掬い角を大きくすると、その分だけ刃先角が小さくなってしまい、刃先強度が低下する。刃先が損傷すると切削性が低下する。酷いときはドリルねじを最後まで締め込めず、固定不良が生じることもある。このため、ドリルねじにおいては、掬い角を大きくして切削性を向上させるにも限界があると考えられていた。

〔関連する他の文献〕

特許文献２は、特許文献１とほぼ同様の自己ドリル螺子（回転螺子）を開示するものである。
特許文献３は、すくい角の異なる２種類のすくい面が、刃先方向において交互に配列された切削刃を開示する。
特許文献４は、大径ドリル部と小径ドリル部のそれぞれにすくい面を有するドリルねじを開示する。

〔目的〕
本発明は、上記課題を解決するため、つぎの目的でなされた。
先端部の切削性を維持しながらその強度を向上させるドリルねじを提供する。

〔請求項１〕
請求項１は、上記の目的を達成するため、つぎの構成を採用したドリルねじである。
外周面に雄ねじ部が形成された円柱状の軸部と、上記軸部の第１の端部に形成された頭部と、上記軸部の第２の端部に形成されたドリル部とを含んで構成され、
上記ドリル部には、ドリルねじの回転方向に向かうように形成されたすくい面と、上記すくい面の裏側に形成された逃げ面とを有する切刃が軸心を中心として対称となるよう形成され、
上記切刃は、山型に形成された先端部にある先端刃と、上記先端刃から連続して山型を形成するように傾斜する傾斜刃と、上記傾斜刃から連続して軸方向に沿う側刃とによって構成され、
上記すくい面は、上記切刃の先端縁に沿って、先端刃，傾斜刃および側刃に沿う帯状の部分に形成された第１のすくい面と、上記帯状の部分に形成された上記第１のすくい面に沿った内側に帯状に形成された第２のすくい面とを含んで構成され、
上記第１のすくい面がなす第１のすくい角が、上記第２のすくい面がなす第２のすくい角よりも、大きくなるよう設定されている。
〔請求項２〕
請求項２は、上記請求項１の構成に加え、つぎの構成を採用したドリルねじである。
上記第１のすくい面よりも第２のすくい面の方が幅広となるように形成されている。
〔請求項３〕
請求項３は、上記請求項１または２の構成に加え、つぎの構成を採用したドリルねじである。
上記各側刃と各傾斜刃は、先端側に行くほどドリル部の軸から少しずつドリルねじの回転方向側にオフセットするよう、所定の傾斜角をもって配置され、それらを先端刃が繋いでいる。

〔請求項１〕
請求項１記載のドリルねじは、上記構成を採用したことにより、つぎの作用効果を奏する。
上記切刃の先端縁に沿って、先端刃，傾斜刃および側刃に沿う帯状の部分に第１のすくい面が形成され、上記第１のすくい面に沿った内側に帯状に第２のすくい面が形成されている。上記第１のすくい面がなす第１のすくい角が上記第２のすくい面がなす第２のすくい角よりも大きい。したがって、角度の大きい第１のすくい角をもつ第１のすくい面が、切刃の先端縁に沿って帯状に存在する。このため、切刃の先端縁に近い部分において切削性が向上する。たとえば、切刃の先端縁に近い部分では、切屑のせん断角が小さくなり、切屑の厚みが薄くなる。その結果、切削力が小さくなって切削温度が低下し、刃先の摩耗が低減する。一方、上記第１のすくい面の内側には、角度の小さい第２のすくい角をもつ第２のすくい面が存在する。第２のすくい角が小さい分だけ刃物角度が大きくなる。このため、それだけ切刃の強度を確保することができる。また、第１のすくい面から第２のすくい面に沿って切屑はスムーズに流れ、切屑の流れが阻害されて切削性を低下させることもない。

〔請求項２〕
請求項２記載のドリルねじは、上記構成を採用したことにより、つぎの作用効果を奏する。
刃物角度が大きくなる第１のすくい面の幅が相対的に小さくなり、刃物角度が小さくなる第２のすくい面の幅が相対的に大きくなる。このため、刃物の強度を確保できる。
〔請求項３〕
請求項３記載のドリルねじは、上記構成を採用したことにより、つぎの作用効果を奏する。
ドリルねじをねじ込むときに、回転方向の前側において刃先が相手材に切れ込むこととなる。これにより刃先のびびりが抑制され、刃先の損傷を防止する。

本発明の一実施形態におけるドリルねじの正面図である。 ドリル部の詳細を説明する図である。（Ａ）は正面図、（Ｂ）は先端側から見た図、（Ｃ）はＣ−Ｃ断面図、（Ｄ）は側面図、（Ｅ）は側面図の先端付近を拡大した図、（Ｆ）Ｃ−Ｃ断面図の刃先付近を拡大した図である。

以下、本発明のドリルねじの実施形態について詳細に説明する。
図１および図２は、本実施形態におけるドリルねじを説明する図である。

〔全体構造〕
図１は、本実施形態のドリルねじ１０の全体構造を示す図である。
このドリルねじ１０は、外周面に雄ねじ部１４が形成された円柱状の軸部１１と、上記軸部１１の第１の端部に形成された頭部１２と、上記軸部１１の第２の端部に形成されたドリル部１３とを含んで構成されている。

図示した例では、上記頭部１２はボルトナットに用いられる六角柱状を呈するものである。上記頭部１２の形状は、これに限定するものではなく、ドライバーで締める皿状のもの、六角レンチで締める円柱状のものなど、各種の形態を適用することができる。

ドリルねじ１０の材質には、炭素鋼や工具鋼等の各種の鋼材を用いることができる。焼き入れ焼き戻しに代表される硬化熱処理や、浸炭処理や窒化処理に代表される表面硬化処理など、硬化処理を施すのが好ましい。

〔ドリル部〕
図２は上記ドリル部１３の詳細を説明する図である。
上記ドリル部１３は、上記軸部１１の先端方向に延び、さらにその先端部が山型に形成されている。上記ドリル部１３には、ドリルねじ１０の回転方向Ｒに向かうように形成されたすくい面２１と、上記すくい面２１の裏側に形成された逃げ面２２とを有する切刃２３が形成されている。

上記すくい面２１、逃げ面２２および切刃２３について詳しく説明する。
上記ドリル部１３には、軸心を中心として対称となるように、軸方向に沿った一対の凹部２５が形成されている。上記各凹部２５により、ドリルねじ１０の回転方向Ｒに向かうすくい面２１が形成される。上記すくい面２１の裏側に形成された逃げ面２２は、反対側の凹部２５の表面とつながっている。図示した例では、軸心を中心として対称となるように２つの凹部２５が形成され、すくい面２１と逃げ面２２を有する切刃２３が、軸心を中心として対称となるように２つ形成されている。

上記各切刃２３は、それぞれ山型に形成された先端部にある先端刃２３Ａと、上記先端刃２３Ａから連続して山型を形成するように傾斜する傾斜刃２３Ｂと、上記傾斜刃２３Ｂから連続して軸方向に沿う側刃２３Ｃとによって構成される。

上記各すくい面２１は、上記各切刃２３の先端縁に沿う帯状の部分に形成された第１のすくい面２１Ａと、上記第１のすくい面２１Ａに沿った内側に形成された第２のすくい面２１Ｂとを含んで構成されている。上記第１のすくい面２１Ａは、先端刃２３Ａ，傾斜刃２３Ｂおよび側刃２３Ｃに沿った帯状の部分に形成されている。上記第２のすくい面２１Ｂは、先端刃２３Ａ，傾斜刃２３Ｂおよび側刃２３Ｃに沿った帯状の部分に形成された第１のすくい面２１Ａの内側に帯状に形成されている。

そして、上記第１のすくい面２１Ａがなす第１のすくい角αが、上記第２のすくい面２１Ｂがなす第２のすくい角βよりも、大きくなるよう設定されている。第１のすくい各αは、１５度〜３０度に設定するのが好ましい。第２のすくい各βは、５度〜２０度に設定するのが好ましい。この例では、第１のすくい各αは２５度に設定され、第２のすくい各βは１５度に設定されている。

この例では、上記第１のすくい面２１Ａよりも第２のすくい面２１Ｂの方が幅広となるように形成されている。上記第１のすくい面２１Ａの幅は、第２のすくい面２１Ｂの幅の０．５〜０．９倍に設定するのが好ましい。この例では、上記第１のすくい面２１Ａの幅は、第２のすくい面２１Ｂの幅の０．７倍に設定した。このような構造により、刃物角度が大きくなる第１のすくい面２１Ａの幅が相対的に小さくなり、刃物角度が小さくなる第２のすくい面２１Ｂの幅が相対的に大きくなる。このため、刃物の強度を確保できる。

また、上記各側刃２３Ｃと各傾斜刃２３Ｂは、先端側に行くほどドリル部１３の軸から少しずつドリルねじ１０の回転方向Ｒ側にオフセットするよう、傾斜角γをもって配置されている。したがって、その分だけ２つの傾斜刃２３Ｂは、互いに回転方向Ｒ側にオフセットされていて、それらを先端刃２３Ａが繋いでいる。このような構造により、ドリルねじ１０をねじ込むときに、回転方向Ｒの前側において刃先が相手材に切れ込むこととなる。これにより刃先のびびりが抑制され、刃先の損傷を防止する。

〔製造方法〕
上記ドリルねじ１０は、例えばつぎのようにして製造することができる。
まず、所定の鋼からなる線材または棒材を所定の長さ寸法に切断する。つぎに軸方向にプレスする鍛造によって第１の端部に頭部１２をつくる。さらに、両側から径方向にプレスする鍛造によって第２の端部に２つの凹部２５をつくる。この凹部２５をつくるプレス成形によって、上述した上記すくい面２１、逃げ面２２および切刃２３を形成する。つぎに、平ダイスによる転造によって軸部１１に対して雄ねじ部１４を形成する。そののち、必要に応じて熱処理等の硬化処理、燐酸処理やめっき等の表面処理を行う。

〔作用効果〕
上記実施形態のドリルねじ１０によれば、下記の作用効果を奏する。

上記切刃２３の先端縁に沿う帯状の部分に第１のすくい面２１Ａが形成され、上記第１のすくい面２１Ａに沿った内側に第２のすくい面２１Ｂが形成されている。上記第１のすくい面２１Ａがなす第１のすくい角αが上記第２のすくい面２１Ｂがなす第２のすくい角βよりも大きい。したがって、角度の大きい第１のすくい角αをもつ第１のすくい面２１Ａが、切刃２３の先端縁に沿って帯状に存在する。このため、切刃２３の先端縁に近い部分において切削性が向上する。たとえば、切刃２３の先端縁に近い部分では、切屑のせん断角が小さくなり、切屑の厚みが薄くなる。その結果、切削力が小さくなって切削温度が低下し、刃先の摩耗が低減する。一方、上記第１のすくい面２１Ａの内側には、角度の小さい第２のすくい角βをもつ第２のすくい面２１Ｂが存在する。第２のすくい角βが小さい分だけ刃物角度が大きくなる。このため、それだけ切刃２３の強度を確保することができる。また、第１のすくい面２１Ａから第２のすくい面２１Ｂに沿って切屑はスムーズに流れ、切屑の流れが阻害されて切削性を低下させることもない。

〔変形例〕
以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。

α：第１のすくい角
β：第２のすくい角
γ：傾斜角
Ｒ：回転方向
１０：ドリルねじ
１１：軸部
１２：頭部
１３：ドリル部
１４：雄ねじ部
２１：すくい面
２１Ａ：第１のすくい面
２１Ｂ：第２のすくい面
２２：逃げ面
２３：切刃
２３Ａ：先端刃
２３Ｂ：傾斜刃
２３Ｃ：側刃
２５：凹部

Claims (3)

1. 外周面に雄ねじ部が形成された円柱状の軸部と、上記軸部の第１の端部に形成された頭部と、上記軸部の第２の端部に形成されたドリル部とを含んで構成され、
   上記ドリル部には、ドリルねじの回転方向に向かうように形成されたすくい面と、上記すくい面の裏側に形成された逃げ面とを有する切刃が軸心を中心として対称となるよう形成され、
   上記切刃は、山型に形成された先端部にある先端刃と、上記先端刃から連続して山型を形成するように傾斜する傾斜刃と、上記傾斜刃から連続して軸方向に沿う側刃とによって構成され、
   上記すくい面は、上記切刃の先端縁に沿って、先端刃，傾斜刃および側刃に沿う帯状の部分に形成された第１のすくい面と、上記帯状の部分に形成された上記第１のすくい面に沿った内側に帯状に形成された第２のすくい面とを含んで構成され、
   上記第１のすくい面がなす第１のすくい角が、上記第２のすくい面がなす第２のすくい角よりも、大きくなるよう設定されている
   ことを特徴とするドリルねじ。
2. 上記第１のすくい面よりも第２のすくい面の方が幅広となるように形成されている
   請求項１記載のドリルねじ。
3. 上記各側刃と各傾斜刃は、先端側に行くほどドリル部の軸から少しずつドリルねじの回転方向側にオフセットするよう、所定の傾斜角をもって配置され、それらを先端刃が繋いでいる
   請求項１または２記載のドリルねじ。

Images