JP6440883B1 - タッピンねじ - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ山の形状によって、空転トルクを向上させる得るタッピンねじを提供する。
【解決手段】頭部１０と、ねじ軸２０と、を備え、前記ねじ軸２０は、めねじ部材１０２の下孔１０２ａに塑性変形によりめねじ１２０を成形しながら締結を行うねじ山を有するタッピンねじにおいて、前記ねじ山のうち、締付け時に最後にめねじ１２０に進入する頭部側のねじ山２２０１〜２２０３を、ねじ山基部２２３に突条２２２を設けることにより、他のねじ山２２０よりも大径とし、空転トルクを高くした。
【選択図】図２

Description

相手材に自らめねじを塑性変形により成形しながら締付けを行うタッピンねじに関し、特に相手材の板厚が薄板の場合に適したタッピンねじに関する。

従来からこの種のタッピンねじは、空転トルクとねじ込みトルクの差が大きくなるように設定し、締め付けトルクがばらついても、確実に締め付けられるように構成されている。しかし、近年のめねじ材の薄板化により、締め付け時に引っ掛かるねじ山数が少なくなり、空転トルクの低下を招来している。
ねじ山の引っ掛かり数を多くする点では、首下にアンダーカットを設け、頭部付近までおねじを延長することが有効であるが、アンダーカットを設けた分だけ座面積が小さくなってしまい、それだけでは空転トルクを高くすることができない。
一方、特許文献１には、一条ねじが形成されたねじ軸の頭部側に新なねじ条を追加して２条ねじとすることにより、空転トルクを高くしたタッピンねじが開示されている。

国際公開第２０１３／１８０２３９号公報

しかし、頭部側のねじ条数を増やすと、下穴に新たなねじを加工することになり、締付けトルクが急激に大きくなるために、作業者が締付を終了したと錯覚し、締付不良となる場合があった。

本発明の目的は、ねじ山の形状によって、空転トルクを向上させ得るタッピンねじを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、 頭部と、ねじ軸と、を備え、前記ねじ軸は、相手材に設けられた下穴に塑性変形によりめねじを成形しながら締結を行うねじ山を有するタッピンねじにおいて、
前記ねじ軸には、平行ねじ部と、該平行ねじ部のねじ先側に、ねじ山の径が先端に向けて徐々に小径となるテーパねじ部とを有し、
前記平行ねじ部のねじ山のうち、締付け時に最後にめねじに進入する頭部側のねじ山に突部を設けることにより、前記頭部側のねじ山の径を他のねじ山よりも大径とし、
前記突部は前記頭部側のねじ山のリード方向に所定範囲に亘って延びる突条によって構成され、前記突条は、前記頭部側のねじ山の付け根から頂部に至る途中位置までのねじ山
基部に対して頂部側に設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、締付け時に最後にめねじに進入する頭部側のねじ山の径を他のねじ山の径よりも大きくしたことにより、頭部側のねじ山が最終的にめねじ材へ食い込む形となり、空転トルクを高くすることができる。
したがって、締付け作業時の工具の設定トルクのトルク範囲（締付けトルク管理幅）を増大させることができ、トルク不足や空転を起こすことなく、締め付け作業を行い易くなる。
また、頭部側のねじ山が大径となっているので、接触面積が増大し、引き抜き荷重を大きくすることができる。

前記頭部側のねじ山の複数山を大径とすることができる。
複数山を大径とすることにより、被締付け材の厚みが薄いものから厚いものまで対応可能となる。
前記頭部側の大径としたねじ山に向けて、通常の他のねじ山から、１回転から１／６回転の範囲で大径ねじ山に立ち上がる構成とすることができる。
立ち上がり範囲が短すぎると、急激にトルク上昇してしまい、立ち上がり範囲が長すぎるとねじ長さが長くなってしまう傾向にあり、１回転から１／６回転の範囲が好適である。
また、突条は、頭部側のねじ山のねじ山基部のフランク面に連続する圧力側及び遊び側のフランク面を有し、少なくとも一方のフランク面のフランク角が前記ねじ山基部の対応するフランク面のフランク角より小さい構成とすることができる。

本発明によれば、平行ねじ部の頭部側のねじ山を他のねじ山の径よりも大径としたことにより、空転トルクを向上させることができる。

図１（Ａ）は本発明の実施形態１に係るタッピンねじ全体を示す一部破断正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 図２（Ａ）は図１のタッピンねじの突条近傍の部分拡大図、（Ｂ）は突条が設けられたねじ山の拡大断面図である。 図３（Ａ），（Ｂ）は図１のタッピンねじの締め付け途中、締付け終了時の断面図、（Ｃ）は（Ａ）のめねじ形成状態のねじ山の状態、（Ｄ）は（Ｂ）の頭部側のねじ山とめねじの嵌合状態を模式的に示す拡大断面図である。 図４は突条の変形例を示す図である。 図５は本発明の実施形態２に係るタッピンねじの正面図である。 図６は本発明の実施形態３に係るタッピンねじの正面図である。 図７は本発明の実施形態４に係るタッピンねじの正面図である。

以下に、本発明を、図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
［実施形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係るタッピンねじを示している。
タッピンねじ１は、図１（Ａ）に示すように、頭部１０と、頭部１０から延びるねじ軸２０とを備え、ねじ軸２０には、平行ねじ部２２と、平行ねじ部２２のねじ先側に、ねじ山の径が先端に向けて徐々に小径となるテーパねじ部２４とを備えている。
頭部１０は、頂部にビット穴１８が設けられ、頭部１０の裏面側に、締め付け時に被締付け材に着座する頭部座面１６が設けられている。この実施の形態では、頭部１０の裏面には、ねじ軸２０の首下が頭部と接続される付け根部の周囲にアンダーカット部１２が設けられ、頭部座面１６は、アンダーカット部１２を取り囲むように全周に亘って円環状に形成されている。図示例ではアンダーカット部１２を設けているが、アンダーカット部１２を設けなくてもよい。
ねじ軸２０の、平行ねじ部２２及びテーパねじ部２４は、周方向に１８０°位相が異なる２条のねじ条２１Ａ，２１Ｂによって構成される。すなわち、平行ねじ部２２は、外周面が円筒状の軸部２５の外周に、ねじ条２１Ａのねじ山２２０，ねじ条２１Ｂのねじ山２２０が軸方向に交互に形成されている。また、テーパねじ部２４は、軸部２５からねじ先に向かって徐々に縮径するテーパ軸部２６の外周に、各ねじ条２１Ａ，２１Ｂのテーパねじ山２４０が形成されている。テーパねじ山２４０は、ねじ先に向かって徐々にねじ高さが低くなっている。各ねじ条２１Ａ，２１Ｂの頭部側の端部には、平行ねじ部２２のねじ
山２２０から頭部１０に向かって徐々に高さが低くなる不完全ねじ山２５０が形成され、不完全ねじ山２５０の頭部側の始端と頭部の間の首下部は、ねじ無し領域となっている。各ねじ条２１Ａ、２１Ｂのねじ山構成は同一である。
本発明は、平行ねじ部２２のねじ山２２０のうち最も頭部１０側のねじ山から複数山、図示例では３山にわたって、突部としての突条２２２を設け、他のねじ山２２０の径よりも大径の大径ねじ山２２０１としたものである。この例では２条ねじで、それぞれのねじ条２１Ａ，２１Ｂについて、大径ねじ山２２０１が存在するが、以下の説明では、大径ねじ山２２０１として包括的に説明するものとする。
突条２２２が頭部１０側から３山分設けられているということは、各ねじ条２１Ａ，２１Ｂの大径ねじ山２２０１，２２０１について見ると、頭部１０側に向けて回転方向に１巻き〜１．５巻き程度設けられ、頭部１０側の不完全ねじ山２５０に至る構成となっている。すなわち、図１では、ねじの右側には、頭部側から１山目は一方のねじ条２１Ｂの突条２２２が完全に立ち上がった大径ねじ山２２０１、２山目は、他方のねじ条２１Ａの、突条２２２が完全に立ち上がった大径ねじ山２２０２、３山目は、一方のねじ条２１Ｂの凸条２２２が完全に立ち上がった大径ねじ山２２０３が表れている。この２条のねじ条２１Ａ，２１Ｂを合わせて、３山分の大径ねじ山２２０１，２２０２，２２０３が、突条２２２によって大径となる構成となっている。
各ねじ条２１Ａ，２１Ｂの頭部１０側の端部は、図１（Ｂ）に示すように、不完全ねじ山２５０から半巻き程度が頭部座面１６に対して対向している。そして、突条２２２の頭部側の端部は、不完全ねじ山２５０と共に徐々に高さ及び幅が小さくなっている。
図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿ったねじ軸２０の軸直角方向の断面であり、３山目の大径ねじ山２２０３の突条２２２のねじ先側の端部を表している。
突条２２２のねじ先側の端部は、ねじ先側に向かった高さ及び幅が徐々に小さくなって、次のねじ山２２０の頂部に連なっている。通常のねじ山２２０側から見ると、頭部１０側に向かってねじ山２２０から徐々に突条２２２が立ち上がって、大径のねじ山２２０１に至る構成となっている。立ち上がり範囲Ｘが短すぎると、急激にトルクが上昇してしまい、立ち上がり範囲が長すぎるとねじ長さが長くなってしまう傾向にあり、１／６回転（６０°）から１回転（３６０°）の範囲が好適であり、この実施形態では、ほぼ１／６回転（６０°）程度となっている。
本発明では、２条ねじの各ねじ条２１Ａ，２１Ｂに対して、それぞれ突条２２２が形成されているが、たとえば、一方のねじ条だけに突条２２２を形成するようにしてもよい。

この突条２２２は、図２（Ａ）、（Ｂ）に拡大して示すように、ねじ軸２０の中心軸の軸線Ｎを通る面で切断した断面が山形形状であり、頭部側のねじ山２２０１の付け根から頂部に至る途中位置までのねじ山基部２２３に対して頂部側に設けられており、ねじ山基部２２３の圧力側及び遊び側のフランク面２２３ａ、２２３ｂに連続する圧力側及び遊び側のフランク面２２２ａ、２２２ｂを有している。
突条２２２の頂部が、ねじ山２２０１の頂部であり、その径（ｄ１）は、他のねじ山２２０の径（ｄ）よりも高くなっている（ｄ１＝ｄ＋α）。この大径のねじ山２２０１の頂部の径（ｄ１）の、他の通常のねじ山２２０の径（ｄ）に対する比率は、１０５％〜１１５％程度とする。
そして、突条２２２の、圧力側のフランク面２２２ａと遊び側のフランク面２２２ｂとの山角度θ２は、ねじ山基部２２３の圧力側のフランク面２２３ａと遊び側のフランク面２２３ｂの山角度θ３よりも小さく設定されている。
図２（Ｂ）は、ねじ軸２０の軸線Ｎを含むねじ山２２０１の断面形状であり、ねじ山基部２２３の圧力側及び遊び側のフランク面２２３ａ、２２３ｂ、突条２２２の圧力側及び遊び側のフランク面２２２ａ、２２２ｂは、軸線Ｎに直角なねじ山２２０１の中心線Ｍに対して対称である。したがって、各フランク面と中心線Ｍとのなす角であるフランク角については、ねじ山基部２２３の圧力側のフランク面２２３ａのフランク角と遊び側のフランク面２２３ｂのフランク角は同一（θ３／２）である。
一方、突条２２２の圧力側のフランク面２２２ａのフランク角と遊び側のフランク面２２２ｂのフランク角も同一である（θ２／２）。
なお、ねじ山基部２２３の山角度θ３は、３０°〜６０°程度が好適であり、特に、４５°が好適である。
また、突条２２２の山角度θ２は、ねじ山基部２２３の山角度θ３に対して５０％〜７５％とすることが好適である。

次に、図３を参照して、タッピンねじの作用を説明する。
図３（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態１のタッピンねじを用いて、薄板の被締付け材１０１とめねじ材１０２を重ねて締付ける状態を示している。
被締付材１０１の厚みは０．８ｍｍ以下を想定しており、めねじ材１０２のバーリング筒部１０２ｂと合わせた厚みＬは３．５ｍｍ程度となり、３．５ｍｍの範囲で突条２２２を設けている。すなわち、突条２２２は、厚みに対応して設けるもので、本実施形態では３山程度に設定されている。
被締付け材１０１には挿通孔１０１ａが、めねじ材１０２には、下孔１０２ａが設けられ、下穴１０２ａには、ねじの挿入方向に前方に突出する円筒状のバーリング筒部１０２ｂが形成されている。タッピンねじの締付は、テーパねじ部２４によって、めねじ材１０２のバーリング筒部１０２ｂ内周にめねじ１２０が成形され、このめねじ１２０に平行ねじ部２２のねじ山が螺合していく。
めねじ１２０が形成された後、引き続き締め付けていくと、頭部１０側から３山目の大径ねじ山２２０３が、めねじ１２０内に進入し、突条２２２がめねじ１２０の谷部及び谷部近傍のフランク面に食い込むことで締付トルクが増大し始める（図３（Ａ）、（Ｃ）参照）。その後、半回転程度で２山目の大径ねじ山２２０２がめねじ１２０に嵌合し、頭部座面１６が被締付け材１０１に着座した後、さらに、所定のトルクに達するまで締め付けて、締め付け作業が終了する（図３（Ｂ）、（Ｄ）参照）。
なお、締付完了時点でも、頭部側の１山目の大径ねじ山２２０１は、バーリング筒部１０２ｂの開口端部のダレの位置にあり、めねじ１２０と僅かに係合しているが、１山目の大径ねじ山２２０１は開口端に達していなくてもよい。突条２２２を形成したねじ山の数は、被締付材１０１の厚み、さらに被締付材１０１とめねじ材１０２のバーリング筒部１０２ｂと合わせた厚みによって、２山としてもよいし、４山以上としてもよい。
このように、本発明によれば、頭部１０側の３山のねじ山に突条２２２を設けて大径ねじ山２２０１〜２２０３とすることにより、着座直前のトルクが増大し、空転トルク（タッピンねじのねじ山あるいはめねじ材１０２に形成されためねじが破壊に至るトルク）を大きくすることができる。
したがって、ねじ込み組立時の工具の設定トルクのトルク範囲（締付けトルク管理幅）を増大させることができ、トルク不足や空転を起こすことなく締め付け作業を行うことができる。
また、めねじ１２０に対して、頭部１０側の２山目及び３山目の大径ねじ山２２０２，２２０３が食い込み、突条２２２の分だけ大径となっているので、接触面積が増大し、引き抜き荷重を大きくすることができる。
なお、上記説明では、頭部１０側から２山目、３山目の大径ねじ山２２０２，２２０３がめねじ１２０に係合する構成となっているが、被締付材１０１とめねじ材１０２が薄肉で、最終的に１山目の大径ねじ山２２０１しかめねじ１２０に係合しない場合には、３山目が通過する際にトルクが上昇するので、２山目、１山目で締付トルクが減少するものの、空転トルクを大きくすることができる。
また、被締付材１０１とめねじ材１０２が薄肉の場合で、最終的に１山目の大径ねじ山２２０１しか係合しない場合には、頭部１０側から一山分だけ大径ねじ山を設けておいてもよい。

［突条の変形例］
図４には、上記突条２２２の変形例を示している。
図４（Ａ）は、突条２２２の圧力側のフランク面２２２ａのフランク角αのみを、ねじ山基部２２３のフランク面２２３ａより小さくし、遊び側のフランク面２２２ｂのフランク角はねじ山基部２２３の遊び側のフランク面２２３ｂのフラン角と同一角度（θ３／２）としたものである。
図４（Ｂ）は、突条２２２の遊び側のフランク面２２２ｂのフランク角βのみを、ねじ山基部２２３の遊び側のフランク面２２３ｂより小さくし、圧力側のフランク面２２２ｂのフランク角はねじ山基部２２３の圧力側のフランク面２２３ａのフランク角と同一角度（θ３／２）としたものである。
図４（Ｃ）は、突条２２２の圧力側のフランク面２２２ａのフランク角をねじ山基部２２３のフランク面２２３ａと同一角とし、遊び側のフランク面２２２ｂのフランク角もねじ山基部２２３の遊び側のフランク面２２３ｂのフラン角と同一角度とした状態で、頭部１０側のねじ山２２０１の高さｄ２を高くしたものである。外見上は、突条２２２とねじ山基部２２３の境界は無いので、大径ねじ山２２０１は、他のねじ山２２０とフランク角が同じで、径が大径のねじ山となる。突条２２２の付け根側の軸方向幅Ａを他のねじ山２２０と同一とし、頂部の軸方向幅Ｂを小さくしてもよいし、頂部の軸方向幅Ｂを他のねじ山２２０と同じとし、付け根の軸方向幅Ａを大きくしてもよい。付け根の軸方向幅Ａを大きくする場合は、突条２２２の立ち上がりが大きくなるにつれて、軸方向幅Ａも徐々に大きくなるので、大径ねじ山２２０１だけでなく、大径ねじ山２２０１のフランク面が形成されためねじのフランク面に食い込み、トルク上昇分がより大きくなる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。以下の説明では、主として実施形態１と異なる点について説明し、同一の構成部分については同一の符号を付し、その説明は省略するものとする。
［実施形態２］
図５は、本発明の実施形態２に係るタッピンねじを示している。この実施形態２は、立ち上がり範囲を長くとったものである。
すなわち、この例では、突条２２２は、各ねじ条２１Ａ、２１Ｂの頭部側の大径ねじ山２２０１，２２０２のリード方向に所定範囲、ほぼ３６０°（１回転）の範囲に亘って頭部側に向かって徐々に立ち上がり、大径ねじ山２２０１，２２０２は頭部側に向かって徐々にテーパ状に拡径する形状となっている。
したがって、たとえば、図５中、ねじの右側には、頭部側から一山目は一方のねじ条２１Ｂの突条２２２が完全に立ち上がった大径ねじ山２２０１、二山目は、他方のねじ条２１Ａの、突条２２２が立ち上がり途中の大径ねじ山２２０２が表れている。すなわち、２条のねじ条２１Ａ，２１Ｂを合わせて、２山分の大径ねじ山２２０１，２２０２について、突条２２２によって大径となる構成となっている。このようにすれば、急激なトルク上昇を回避することができる。
［実施形態３］
図６は、本発明の実施形態３に係るタッピンねじを示している。
この実施形態３は、図４（Ｃ）に示すような突条２２２を形成して大径ねじ山とし、実施形態２と同様に、突条２２２を、各ねじ条２１Ａ、２１Ｂの大径ねじ山２２０１，２２０２のリード方向に、ほぼ３６０°（１回転）に亘って頭部側に向かって徐々に立ち上げ、大径ねじ山２２０１，２２０２を頭部１０側に向かって徐々にテーパ状に拡径するように形成している。図中、ねじ山基部２２３と突条２２２の境目を二点鎖線で示しているが、フランク面は連続しており、仮想的に引いた線である。
図示例では、突条２２２の付け根側の軸方向幅Ａを他のねじ山２２０と同一とし、頂部の軸方向幅Ｂを小さくした構成であり、頂部の軸方向幅Ｂが頭部１０側に向かって徐々に細くなっているが、頂部の軸方向幅Ｂを他のねじ山２２０と同じとし、付け根の軸方向幅Ａを頭部側に向かって徐々に大きくしてもよい。
［実施形態４］
図７は、本発明の実施形態４に係るタッピンねじを示している。
上記実施形態４は、実施形態３と同様に、図４（Ｃ）に示すような突条２２２を形成して大径ねじ山とし、突条２２２を、各ねじ条２１Ａ、２１Ｂの大径ねじ山２２０１，２２０２のリード方向に、ほぼ３６０°（１回転）に亘って頭部側に向かって徐々に立ち上げ、大径ねじ山２２０１，２２０２を頭部１０側に向かって徐々にテーパ状に拡径するように形成したものであるが、この実施形態４では、さらにねじ条が形成される軸部２５の頭部側領域を、頭部１０に向けて徐々に大径となるようにテーパ軸部２５ａとしたものである。このようにテーパ軸部２５ａとすることにより、テーパ軸部２５ａが先行して形成されためねじのねじ山に接触し、さらなる空転トルク増加を図ることができる。また、大径ねじ山２２０１，２２０２の径は、図６と同じであってもよいが、テーパ軸部２５ａの拡径分だけ大径とすることによっても、さらなる空転トルク増加を図ることができる。
また、上記各実施形態では、２条ねじ構成のタッピンねじについて説明したが、本発明は、３条以上の多条ねじ構成についても適用できるし、１条ねじについても適用可能である。

１ タッピンねじ、
１０ 頭部、
２０ ねじ軸、
２１Ａ ねじ条、２１Ｂ ねじ条
２２ 平行ねじ部
２２０ ねじ山
２２０１〜２２０３ 大径ねじ山（頭部側のねじ山）
２２２ 突条
２２２ａ 圧力側のフランク面、２２２ｂ 遊び側のフランク面
２２３ ねじ山基部
２２３ａ 圧力側のフランク面、２２３ｂ 遊び側のフランク面
２４ テーパねじ部
２５ 軸部
２６ テーパ軸部
１０１ 被締付け材、１０１ａ 下孔
１０２ めねじ材、１０２ａ 下孔、１２０ めねじ
Ｍ 中心線
Ｎ 軸線
θ２ 山角度（突条）
θ３ 山角度（ねじ山基部）

Claims (3)

1. 頭部と、ねじ軸と、を備え、前記ねじ軸は、相手材に設けられた下穴に塑性変形によりめねじを成形しながら締結を行うねじ山を有するタッピンねじにおいて、
   前記ねじ軸には、平行ねじ部と、該平行ねじ部のねじ先側に、ねじ山の径が先端に向けて徐々に小径となるテーパねじ部とを有し、
   前記平行ねじ部のねじ山のうち、締付け時に最後にめねじに進入する頭部側のねじ山に突部を設けることにより、前記頭部側のねじ山の径を他のねじ山よりも大径とし、
   前記突部は前記頭部側のねじ山のリード方向に所定範囲に亘って延びる突条によって構成され、前記突条は、前記頭部側のねじ山の付け根から頂部に至る途中位置までのねじ山基部に対して頂部側に設けられていることを特徴とするタッピンねじ。
2. 前記頭部側のねじ山の複数山を大径としたことを特徴とする請求項１に記載のタッピンねじ。
3. 前記突条は、前記頭部側のねじ山のねじ山基部のフランク面に連続する圧力側及び遊び側のフランク面を有し、少なくとも一方のフランク面のフランク角が前記ねじ山基部の対応するフランク面のフランク角より小さい構成となっている請求項１又は２に記載のタッピンねじ。