JP6621177B2 - 締結具 - Google Patents

Description

本発明は、被締結部材および締結部材を締結可能な締結具に関する。

近年、家電製品を中心に製品の軽量化が進み、板厚が０．３ｍｍから０．５ｍｍ程度と極めて薄い被締結部材および締結部材が多用され、これら被締結部材および締結部材を重ね合わせる締結が多くなっている。これらの締結に際しては、締結コストを低減するために、締結具の一例であるタッピンねじが使用されているが、このタッピンねじでは通常ねじ部が転造により成形される。そのため、タッピンねじは頭部首下付近に所定のねじ山高さに達しない不完全ねじ山と所定のねじ溝深さに達しない不完全ねじ溝とねじ山未成形部とからなる首下不完全ねじ部を有している。したがって、タッピンねじにより被締結部材および締結部材を締結すると、ねじ山未成形部が締結部材に塑性成形されためねじ部に達してこれを破壊したり、不完全ねじ山がめねじ部に位置してめねじ部との間で十分な引っ掛かり率が得られなかったりする等の問題が発生している。

この問題に対応するものとしては、特許文献１に記載のつば付タッピンねじが存在する。この従来のつば付タッピンねじは、ビット等の工具に嵌合する駆動穴を備えた頭部と、この頭部よりも大径のつば部と、前記首下不完全ねじ部を備えた脚部とから構成されている。また、前記つば部は、前記首下不完全ねじ部を覆うように曲げられており、斜め方向に下る傾斜面と前記被締結部材の上面に対して平行な平面とを備える。

また、従来のつば付タッピンねじの製造方法としては、特許文献２に記載されており、前記脚部に所定のねじ山高さに達している完全ねじ山などからなる完全ねじ部と、前記首下不完全ねじ部とが転造工具により成形される転造工程と、この転造工程により成形した後、前記つば部を軸方向へ曲げ傘状に成形する曲げ工程とを含んでいる。また、前記曲げ工程では、つば部を固定ダイスと可動工具とによって挟み込み曲げ加工するとともに、前記つば部の外周を塑性変形させて前記平面を成形していることが開示されている。

特開２０１５−２１８７８０号公報 特公平２−３１２４８号公報

しかしながら、従来のつば付タッピンねじは、つば部の平面が面当たりした着座後においても、所定の締付けトルクに到達するまで回転して螺入されるため、前記頭部の沈み込みに連動して前記傾斜面が脚部の先端側へ押し寄せられる。これにより、面当たりしていた平面は、その外周側から徐々に被締結部材から浮き始めるので、締付けトルクに到達した時には平面の内周側の一部しか被締結部材に接触していない状態となる。よって、従来のつば付タッピンねじは、被締結部材との接触面積が小さい状態で締結されるので、締結後に緩み易いという問題があった。

本発明は、頭部と、これよりも大径のつば部と、首下不完全ねじ部および完全ねじ部を成形した脚部とを備え、前記つば部が前記首下不完全ねじ部を覆う位置まで曲げられた傘状で構成された締結具において、前記つば部は、その外側下部に配置された第１テーパ面と、この第１テーパ面から角度を変え前記頭部へ連設された第２テーパ面とを備えて成り、前記第１テーパ面は、被締結部材の上面に対して緩やかな角度でかつ上方へ向かって延びるよう構成されており、前記第２テーパ面は、前記第１テーパ面の前記角度よりも急な角度でかつ被締結部材の上方へ向かって延びるよう構成されていることを特徴とする。なお、前記つば部は、所定の締付けトルクにより締結される過程で第１テーパ面の外側から徐々に被締結部材との接触面積を広くするように弾性変形するよう構成することが好ましい。また、前記第１テーパ面は、締結前の角度が０．１°ないし５°に設定されており、締結後の角度がほぼ０°となり前記被締結部材の上面に密着するよう構成することが好ましい。さらに、前記第１テーパ面は、締結後の緩み防止を発揮する突起部を備えて成ることが好ましい。

以上説明した本発明の締結具は、つば部が被締結部材の上面に対して緩やかな角度から成る第１テーパ面を備えて成るため、着座から所定の締付けトルクに到達するまでの過程において、前記第１テーパ面の外周側から徐々に被締結部材へ面当たりして密着した状態となる。このように、本発明の締結具は、締結後には前記第１テーパ面が被締結部材の上面と面当たりした状態になるため、締結後に緩み難いという利点がある。加えて、本発明の締結具は、前述のように着座から所定の締付けトルクに到達する過程において、前記つば部が徐々に弾性変形するため、締結後の状態としては、前記第１テーパ面が被締結部材の上面へ押し付けられ続けている。よって、従来に比べて締結具に働く軸方向の力（以下、軸力という）を締結後も高く保つことができことから、従来に比べて緩み難いという利点もある。

本発明の実施形態に係る締結具の一例であるつば付タッピンねじの拡大断面図。 図１のつば付タッピンねじの使用状態を示す断面図である。（ａ）は着座直後の状態を示し、（ｂ）は所定の締付けトルクに到達した状態を示す。 本発明に係る締結具の別の実施形態を示す説明図である。 本発明の締結具の製造方法を説明する説明図である。（ａ）は予備成形した予備成形品を押圧して第１傾斜面および第２傾斜面を成形する圧造工程であり、（ｂ）は圧造工程後に脚部を転造して首下不完全ねじ部および完全ねじ部を成形する転造工程であり、（ｃ）は転造工程後につば部を曲げて第１テーパ面および第２テーパ面を成形する曲げ工程である。

以下、本発明の実施形態に係る締結具の一例のつば付タッピンねじおよびその製造方法について図１ないし図５に基づき説明する。まず、本発明のつば付タッピンねじ１は、駆動工具の一例であるドライバ（図示せず）と係合可能な駆動穴の一例である十字穴２ａが成形された頭部２と、その軸線に沿って下方に延びる脚部３とを有している。

前記頭部２は、その周縁から外方に延びかつ頭部２よりも大径のつば部４を有しており、このつば部４は、後記する首下不完全ねじ部３ａの周囲を完全に覆う位置まで折り曲げられている。つば部４の断面は、図１に示すように外周４ｂ側において頭部２側から径方向に張り出す縁部４ｃへ向かいかつ斜め下方へ延びる直線を有するように構成されている。また、前記つば部４の外周４ｂに対応する内周側には、前記外周４ｂとほぼ平行な第２テーパ面６と、この第２テーパ面６から前記縁部４ｃに向かて延びる第１テーパ面５とが成形されている。さらに、図１に示すように締結前において、前記つば部４の第１テーパ面５と第２テーパ面６との境界４ｄは完全ねじ部３ｂ側に位置しており、第２テーパ面６は首下不完全ねじ部３ａを完全に覆っている。また、前記第１テーパ面５は、前記第２テーパ面６の傾斜角度よりも被締結部材２０の上面に対して緩やかな傾斜角度に設定されており、具体的には０．１°ないし５°の範囲に設定されている。

前記脚部３は、頭部２の首下付近に所定のねじ山高さに達しない不完全ねじ山および所定のねじ溝深さに達しない不完全ねじ溝でなる首下不完全ねじ部３ａを有している。また、この脚部３は前記首下不完全ねじ部３ａに順次連続する完全ねじ部３ｂ、めねじ成形部３ｃおよび先絞り形状の先端案内部３ｄを有している。前記完全ねじ部３ｂは所定のねじ山高さを備えた完全ねじ山および所定の深さを備えた完全ねじ溝を有し、めねじ成形部３ｃは締結部材３０にめねじを徐々に塑性成形する成形ねじ山を有している。

上記つば付タッピンねじ１は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように薄い厚さの被締結部材２０および締結部材３０を２枚重ねて締結する際、締結部材３０に予め穿設された下穴（図示せず）に先端案内部３ｄ、めねじ成形部３ｃが順に挿入され、その下穴内周面にめねじが塑性成形される。

このように、前記ドライバにより回転するつば付タッピンねじ１は、図２（ａ）に示すように、つば部４の縁部４ｃが被締結部材２０に当接する位置に達して着座し、さらに、この後もドライバによって回転を付与される。これにより、つば付タッピンねじ１は、図２（ａ）の状態から図２（ｂ）の状態となり、所定の締付けトルクに到達する。つまり、つば付タッピンねじ１は、つば部４の前記縁部４ｃが被締結部材２０と着座してから所定の締付けトルクに到達するまでの過程において、つば部４が脚部３の軸線側へ向かって弾性変形するとともにつば部４の前記境界４ｄが僅かに下方へ移動し、前記第１テーパ面５が締結前の緩やかな傾斜角度から被締結部材２０の上面に沿ってほぼ０°となるように密着する。このようにつば付タッピンねじ１は、第１テーパ面５が被締結部材２０との接触面積を徐々に広げて密着状態になり、つば部４が弾性変形しているので、締結後においても、十分な摩擦力を得て十分な軸力を確保することができる。よって、つば付タッピンねじ１は、被締結部材２０との摩擦力を十分に確保して頭部２の緩み方向の回転を防ぐことができる。

しかも、前記つば部４の第１テーパ面５が被締結部材２０と密着する過程において、前記首下不完全ねじ部３ａは、締結前よりも締結部材３０側へ沈み込む方向へ移動するものの、締結後においては被締結部材２０の上面よりも上方に位置している。よって、つば付タッピンねじ１は、前記首下不完全ねじ部３ａが被締結部材２０および締結部材３０の下穴に螺入されることが無いため、前記めねじの破断等も発生し難い。

また、前記第１テーパ面５は、被締結部材２０側へ突出した突起部８を備えてもよく、この場合、突起部８は被締結部材２０に喰い込むことで締結後の緩み防止をさらに発揮することができる。具体的には、前記突起部８は、図３（ａ）に示すように第１テーパ面５の周面に放射状にかつ６等分に配列された所定の高さから成る山形状であったり、図３（ｂ）に示すような４等分に配列された三角錐形状であったり、図３（ｃ）に示すような３等分に配列された断面が台形でかつ、この台形の上底が円周に沿って徐々に第１テーパ面５に接続される形状であったり、図３（ｄ）に示すような第１テーパ面５の全面に複数の凸部を形成した形状で構成されている。

次に、本発明のつば付タッピンねじ１の製造方法を図４に基づき説明する。このつば付タッピンねじ１の製造方法は、所定の径から成る棒状の線材の一端を押圧して膨らませた予備成形品５１をさらに押圧し前記頭部２などを圧造成形する圧造工程と、この圧造工程により圧造成形した圧造品を２分割の転造ダイスに挟み込み前記首下不完全ねじ部３ａおよび完全ねじ部３ｂなどを転造する転造工程と、この転造工程により転造した転造品６１を下方から支持し、上方から下降する曲げ工具７２により前記つば部４を曲げる曲げ工程とを含む。

前記圧造工程では、図４（ａ）に示すように、前記頭部２および十字穴２ａを成形するパンチ５２と、前記予備成形品５１を保持する受け駒５５と、この受け駒５５へ挿通され前記予備成形品５１の下端に当接するノックアウトシャフト５６とが使用される。また、前記受け駒５５は、その一端を窪ませた凹部５５ａを備え、凹部５５ａの内周５５ｂは、所定の角度で傾斜するすり鉢状に形成されている。一方、前記パンチ５２は、前記受け駒５５の凹部５５ａ側へ向かって下降可能に構成され、前記予備成形品５１の膨らんだ部位を押圧可能に構成される。これにより、予備成形品５１は、前記パンチ５２および前記凹部５５ａの窪んだ形状を圧造され、前記頭部２とこの頭部２よりも大径に形成され傾斜した外周のフランジ部６１ａとが成形され、前記圧造品へ加工される。

前記転造工程では、図４（ｂ）に示すように、側面に傾斜する溝を複数形成した転写面を備えて成る固定ダイス６２と、前記転写面に対向し所定の間隔を空けて配され固定ダイス６２の転写面と同様の傾斜する溝を複数形成した可動ダイス６３とを使用する。固定ダイス６２は、常時転造装置のフレームに固定されている一方、可動ダイス６３は、固定ダイス６２との前記間隔を保ちつつ前後に往復移動可能に構成されている。よって、前記圧造品の軸部は、固定ダイス６２および可動ダイス６３に挟み込まれ、可動ダイス６３の往復移動によって前記首下不完全ねじ部３ａ、完全ねじ部３ｂ、めねじ成形部３ｃ、先端案内部３ｄを転造され、前記脚部３となる。

前記曲げ工程では、図４（ｃ）に示すように、前記転造工程によって転造した転造品６１を支持可能な受け治具７３と、この受け治具に支持した転造品６１のフランジ部６１ａを脚部３側へ曲げる曲げ工具７２とを使用する。前記受け治具７３は、前記脚部３の外径よりも若干大径の挿通穴７３ａと、その一端側の外周に約４５°で傾斜した面取り部７３ｂとを備える一方、前記曲げ工具７２は、前記頭部２の直径とほぼ同径の中空穴７２ａと、この中空穴７２ａに連設され前記フランジ部６１ａの外周の傾斜に対して逆傾斜かつ前記面取り部７３ｂに平行なテーパ穴７２ｂとを備えて成る。また、前記曲げ工具７２は、前記受け治具７３の面取り部７３ｂ側へ下降するように構成されている。よって、前記フランジ部６１ａは、テーパ穴７２ｂと面取り部７３ｂとに挟み込まれ、前記第２テーパ面６と前記第１テーパ面５とを備えたつば部４に成形される。つまり、曲げ工具７２をフランジ部６１ａへ押し当て前記つば部４ａを曲げ加工するこの曲げ工程は、プレス工程となっている。

上述したように、本発明のつば付タッピンねじ１は、前記縁部４ｃから前記境界４ｄへ向かい被締結部材２０の上面に対して上方へ傾斜する第１テーパ面５を備えるため、着座時には必ず縁部４ｃ側から被締結部材２０へ接触し所定の締付けトルクに到達する過程において境界４ｄ側が被締結部材２０へ移動し最終的に第１テーパ面５が被締結部材２０に面当たりする。よって、従来のようにつば部が着座直後に面当たりしてさらに所定の締付けトルクに到達する過程で弾性変形して前記縁部４ｃに相当するつば部外側が浮き上がり、前記境界４ｄに相当するつば部内側のみが接触しているような接触状態にはなり難い。

しかも、前記第１テーパ面５の傾斜角度が０．１°ないし５°の範囲となるように寸法公差を設定できる。このため、本発明のつば付タッピンねじ１の製造方法は、従来のような平面を仕上げるための寸法公差に比べて比較的ラフに第１テーパ面５の傾斜角度の寸法公差を設定できる。よって、本発明のつば付タッピンねじ１は、従来に比べて製造し易いという利点もある。

なお、本発明の実施形態について説明したが、締結具はつば付タッピンねじに限定されるものでなく、つば付ボルトあるいはタッピン性能を持たないつば付タッピンねじであってもよい。また、本発明の実施形態において、前記駆動穴を十字穴２ａとしたがこれに限定されるものではなく、例えば、ヘキサロビュラ穴や三ツ矢穴であってもよい。さらに、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。また、前記曲げ工程は、上述したプレス工程に限定されず、例えば、前記転造品６１の脚部３を回転駆動可能なチャック装置（図示せず）で把持し、回転する前記フランジ部６１ａにへら等を押し当て曲げるへら絞り工程などであってもよい。

１…つば付タッピンねじ
２…頭部
２ａ…十字穴
３…脚部
３ａ…首下不完全ねじ部
３ｂ…完全ねじ部
４…つば部
４ｃ…縁部
５…第１テーパ面
６…第２テーパ面

Claims (4)

1. 頭部と、これよりも大径のつば部と、首下不完全ねじ部および完全ねじ部を成形した脚部とを備え、前記つば部が前記首下不完全ねじ部を覆う位置まで曲げられた傘状で構成された締結具において、
   前記つば部は、その外側下部に配置された第１テーパ面と、この第１テーパ面から角度を変え前記頭部へ連設された第２テーパ面とを備えて成り、
   前記第１テーパ面は、被締結部材の上面に対して緩やかな角度でかつ上方へ向かって延びるよう構成されており、
   前記第２テーパ面は、前記第１テーパ面の前記角度よりも急な角度でかつ被締結部材の上方へ向かって延びるよう構成されていることを特徴とする締結具。
2. 前記つば部は、所定の締付けトルクにより締結される過程で第１テーパ面の外側から徐々に被締結部材との接触面積を広くするように弾性変形するよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の締結具。
3. 前記第１テーパ面は、締結前の角度が０．１°ないし５°に設定されており、締結後の角度がほぼ０°となり前記被締結部材の上面に密着するよう構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の締結具。
4. 前記第１テーパ面は、締結後の緩み防止を発揮する突起部を備えて成ることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の締結具。

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