JPH1137120A - セルフドリリングタッピンねじのドリル部成形用パンチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】切り粉をねじの後方へスムースに排出すること
を可能にするとともに成形時の材料の流れをよくしたド
リル部を得る圧造成形面を有するパンチの提供。 【解決手段】脚部３の先端に円錐形状のドリル部１０を
形成するパンチ３０を相対向して配置し、パンチ３０に
ガイド溝１３を円周方向に傾斜して形成するとともに、
ガイド溝１３の外周縁に先端から後端にかけて切り刃１
４を形成し且つガイド溝１３から他方のガイド溝１３の
切り刃１４の端縁にかけて異なる円弧が連続的に繋がっ
た滑らかなランド部２０を形成する圧造成形面３１を設
けたドリル部成形用パンチであるので、硬度の高いオー
ステナイト系のステンレス材を材料とするねじを圧造加
工により製造する場合、このような形状のパンチを使用
することにより圧造成形時の材料の流れが良くなり、ド
リル部を圧造成形するためのパンチの寿命が長くなるの
で、製造コストを低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はあらかじめワークに
ねじ込み用の下穴をあけずに、タッピンねじ自体がこの
ワークに下穴を穿設しながら且つ雌ねじを成形しながら
一連の作業としてねじ込み可能なセルフドリリングタッ
ピンねじのドリル部成形用パンチであって、特に、アル
ミ、樹脂材、軟鋼等の比較的軟質なワークにねじ込み可
能なように下穴を滑らかにあけるドリル部の成形用パン
チに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から金属製の板状のワークにタッピ
ンねじをねじ込む場合、主にこの板状ワークにドリル等
の工具を使用して下穴をあらかじめあけて、この下穴に
タッピンねじをねじ込むことでワークに雌ねじを自ら形
成しながらねじ込んでいる。しかし最近では、この下穴
をあらかじめあける必要のない自己穿孔型のセルフドリ
リングタッピンねじが多く使用されている。この中に例
えば、特公昭５０−５７７７号公報に示すようなものが
ある。これは図９に示すように、脚部１０３に同一直径
のねじ山１０５が形成された胴部１１１を有し、これに
連続して前記胴部１１１のねじ山外径より小径で先端角
（α）が１１５゜前後に形成されたドリル部１１０が設
けられたセルフドリリングタッピンねじである。このセ
ルフドリリングタッピンねじの先端のドリル部はほぼ真
円状となった円柱形状であり、断面がほぼ直角な形状の
ガイド溝１１３をドリル部１１０の中心線を挟んで対向
して配置してあり、このガイド溝１１３を構成するラン
ド部１２０はドリル部１１０の外周円とほぼ同径となっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来例においては、ねじの先端のドリル部でワーク
に対して下穴をあけ、これに連続して雌ねじを形成して
ねじがねじ込まれるようになっているが、これは比較的
硬い例えば、鉄板、鋼材等には適するが、アルミ、樹脂
材あるいは軟鋼等の比較的軟らかい材料のワークに使用
した場合、先端ドリル部での穴あけ時に発生した切り粉
がガイド溝及びランド部とワークとの間において詰まり
を生じ、このため、この穴あけ時に摩擦温度が発生し、
表１のように、従来のセルフドリリングタッピンねじの
ねじ込みトルク性能を示した実験データから明らかなよ
うに、ねじ込み作業時のトルク即ち、下穴あけ時のトル
ク及びねじ込み始動トルクが高かった。この実験条件
は、ねじ山外径：４ｍｍ、ワーク：２枚重ねアルミ板、
ワークの厚み：４ｍｍで実験を行ない、下穴あけ時、ね
じ込み始動時及び締付け破断時の夫々のトルクを示して
いる。

【０００４】

【表１】

【０００５】この結果、ねじ締め作業を５回試行した
が、その内３回は締付け作業が不完全となった。また、
穴あけ時に加えられる推力により板材等のワークにおい
ては、その穴位置を中心にへこみが生じ、所謂バーリン
グ作用が発生し、ワークが変形している。更に、最近こ
のようなねじを製品の外観部分に使用しているが、錆等
の発生を防止するとともにドリル部の硬度を上げる必要
があり、最近では、鉄材を材料としたねじに代え、オー
ステナイト系のステンレス材が使用されている。しかし
ながら、このような材料を使用して圧造加工により製造
する場合、材料の硬度が高いため、圧造成形時の材料の
流れが悪く、これらセルフドリリングタッピンねじを圧
造成形により大量に生産しようとしても、この形状のパ
ンチを使用してドリル部を成形した場合、パンチが割れ
る等してパンチの寿命が短く、製造コストが上昇してい
る等の課題がある。

【０００６】本発明の第１の目的は、このような課題を
解決するとともに切削除去される切り粉を後方へスムー
スに排出することを可能にし且つドリル部成形時の材料
の流れをよくした形状のドリル部を得る圧造成形面を有
するパンチの提供であり、本発明の第２の目的は、ドリ
ル部先端の切り刃の形状を整え、滑らかな下穴あけを可
能にしたセルフドリリングタッピンねじを得るパンチの
提供であり、本発明の第３の目的は、ドリル部を圧造成
形して製造する際にねじ素材の材料の流れをよくすると
ともに穴あけ作業を向上させたセルフドリリングタッピ
ンねじを得るパンチの提供である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の目的は、
ねじ山５が形成されて先端にドリル部１０を有する脚部
３とこの脚部３に一体に形成されているとともにドライ
バビットに係合可能な係合穴４を有する頭部２とからな
るセルフドリリングタッピンねじにおいて、脚部３の先
端に最大径がねじ山５の谷径より大きく山径より小さい
直径で且つ先端が円錐形状のドリル部１０を形成する一
対のパンチ３０を相対向して配置し、このパンチ３０に
ドリル部１０の先端からねじ山５にかけて脚部３の軸心
を挟んで対向する二条のガイド溝１３を円周方向に傾斜
して形成するとともに、ガイド溝１３の外周縁に先端か
ら後端にかけて切り刃１４を形成し且つ前記ガイド溝１
３から他方のガイド溝１３の切り刃１４の端縁にかけて
そのガイド溝１３の後部に異なる円弧が連続的に繋がっ
た滑らかなランド部２０を形成する圧造成形面３１を設
けたドリル部成形用パンチを提供することで達成され
る。

【０００８】本発明の第２の目的は、圧造成形面３１に
脚部３の軸方向のドリル部１０の先端側に位置する部分
に圧造成形時においてねじ素材６の軸方向の材料流れを
抑制する筋状の凹み３５が刃先の形状に沿い形成された
ドリル部成形用パンチを提供することによって達成され
る。

【０００９】本発明の第３の目的は、ドリル部１０に形
成された互いのランド部２０の頂点を結ぶ間隔（Ｌ）を
対向して配置された切り刃１４の回転軌跡の１／２以下
とするとともにドリル部１０の外周縁に接近する外周面
が切り刃１４の外周縁より脚部３の中心側に位置するよ
うパンチ３０の圧造成形面３１のランド形成部３２によ
りランド部２０を形成したドリル部成形用パンチを提供
することによって達成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
乃至図８に基づき説明する。図５及び図８において、１
は頭部２と脚部３とからなるセルフドリリングタッピン
ねじであり、脚部３の一端にはこの脚部径より大きい直
径の頭部２が一体成形されている。この頭部２にはねじ
１をねじ込むためのねじ込み力を加えるドライバビット
（図示せず）が係合する係合穴４が脚部３と頭部２の中
心線上に形成されている。この脚部３には先端にかけて
ほぼ平行で且つ外径直径がほぼ同一なねじ山５が形成し
てあり、この脚部３の先端には前記脚部３に形成されて
いるねじ山５の谷径より大きく山径より小さい直径、詳
しくは最大径が谷径以上で山の高さの半分以下における
直径部を有するねじ無し部１１が形成してあり、これに
は先端が円錐形状の尖り先１２が形成されている。

【００１１】この円錐形状の尖り先１２からねじ山５に
かけては図６に示すように、先端中心線を挟んで相対向
する側に二条のガイド溝１３が円周方向に傾斜して且つ
ドリル部１０の先端から遠ざかるにしたがって徐々に底
が浅くなるよう削設してあり、このガイド溝１３のねじ
込み方向における前進側の外側縁には先端断面が鋭角の
切り刃１４が形成されてドリル部１０を構成している。
この切り刃１４は尖り先１２の外周縁にも形成されてお
り、図５に示すように、このドリル部１０の先端尖り先
１２の円錐角（α）は８５゜〜９５゜の範囲に形成され
ている。このようにドリル部１０の先端を通常の角度１
１５゜より小さい角度にすることにより、ワーク（図示
せず）としてのアルミ材にこのセルフドリリングタッピ
ンねじ１をねじ込む際の下穴あけ作業において、所定位
置での喰い付きが確実になる。

【００１２】また、図６及び図７に示すように、前記ド
リル部１０のガイド溝１３の中心から外周方向に延びる
ガイド面１５の後部には夫々断面円弧形状のランド部２
０が形成してあり、このランド部２０は脚部３の軸直角
方向の断面において、脚部３の中心からドリル部１０の
外周に形成されている切り刃１４にかけてこの間を滑ら
かな円弧状に結んでおり、これら互いのランド部２０の
頂点を結ぶ厚み（Ｌ）は切り刃１４の回転軌跡円の１／
２以下となるよう設定されている。しかも、ランド部２
０の切り刃側の円弧面２１は極率半径が小さく、このド
リル部１０の回転軌跡円より内側に位置しており、即ち
切り刃１４の回転軌跡よりランド部２０の頂点に達する
にしたがつて脚部３の中心に接近するようになってい
る。これにより、ランド部２０はワークへの穴あけ時に
あけられた下穴（図示せず）の壁面に接する面積が少な
くなり、それによる摩擦抵抗が減少する。その上、前記
極率半径の小さい円弧面２１に連続して中心方向へ延び
る円弧面２２は極率半径が大きくなっており、これら極
率半径の大小の複数の円弧面２１，２２からランド部２
０の外周面が形成されている。一方、脚部３の中心位置
における他方の切り刃１４に繋がるガイド面１５とラン
ド部２０との接続面、所謂ガイド溝１３の底はその断面
において緩い角度で接続されることになる。

【００１３】このため、ドリル部１０の尖り先１２の先
端からねじ山５にかけてのガイド溝１３はその空間が大
きくなり、特に、ドリル部１０の軸直角断面における切
り刃１４の先端の回転軌跡、ガイド溝１３及びランド部
２０の外周面で形成される空間は広くなり、ワークに下
穴（図示せず）をあけた時に発生する切り粉が詰まるこ
となく、この空間内を移動できる。

【００１４】一方、このドリル部１０の成形は、図１に
示すように、パンチ３０をその圧造成形面３１が互いに
対称で且つこの圧造成形面３１が対向するよう図におい
て左右両側に配置し、このパンチ３０の間に脚部３の先
端を位置させ、これの打圧による圧造成形により成形さ
れるようになっている。このパンチ３０は図２及び図３
に示すような圧造成形面３１が形成してあり、この圧造
成形面３１は前記ランド部２０を形成するランド形成部
３２とこれに隣接するガイド溝形成部３３とからなって
いる。このランド形成部３２の外周縁及びガイド溝形成
部３３の外周縁にはドリル部１０の外周縁にねじ込み方
向側に僅かの掬い角を有する切り刃１４を形成するため
の切り刃形成面３４が夫々形成してあり、これら対称形
状のパンチ３０の圧造成形によりドリル部１０は成形さ
れるようになっている。また、ドリル部１０の尖り先１
２のガイド溝形成部３３側の切り刃１４を形成するパン
チ３０の切り刃形成面３４の先にはこれに接近してこの
切り刃形成面３４に並行な筋状の凹み３５が形成してあ
り、これにより、打圧による圧造成形時において脚部３
の先端の材料流れを抑制し材料が急激に移動することに
より刃先縁が不揃いになるのを防止している。尚、この
筋状の凹み３５はこの位置に限定されるものではなく、
ドリル部１０の外周縁を均一な形状にする必要のある箇
所に適宜設けられるものである。

【００１５】このようになパンチ３０を使用して脚部３
にねじ山５のないリベット形状のねじ素材６の脚部３の
先端にドリル部１０を圧造成形すると、このねじ素材６
には図４に示すように、ねじ素材６の先端の材料が圧造
されてドリル部１０が形成される。この成形時の余肉７
はパンチ３０の圧造成形面３１からはみ出し、ドリル部
１０の外周縁に僅か繋がった状態となっている。続いて
これにねじ山５を転造すると、前記ドリル部１０に繋が
っている余肉７はドリル部１０の外周縁から切除され所
望のドリルねじ１が得られる。この時、前記筋状の凹み
３５が形成されているドリル部１０の先端の切り刃１４
の端縁はこの凹み３５により、圧造成形時の材料の流れ
が滑らかであるため、均一な形状となっている。

【００１６】このようにして製造されたセルフドリリン
グタッピンねじ１を使用し、アルミ材あるいは樹脂材等
の板状のワークにこのセルフドリリングタッピンねじ１
を押し付け、このねじ１にねじ込み方向の回転を与えて
ねじ込むと、ねじ込み初期においては、前記ねじ１のド
リル部１０に形成された切り刃１４でワークに下穴が穿
設される。この時、ワークをドリル部１０の切り刃１４
が削るので、この切り粉はドリル部１０の二条のガイド
溝１３に沿い排出される。この排出時において、切り粉
はガイド溝１３が従来より広いため、滑らかに詰まるこ
となく移動するからこれがワークの下穴との間に溜ま
り、抵抗が増加することがない。

【００１７】このようにして、ドリル部１０での下穴の
形成が終了すると、次に脚部３のねじ山５で雌ねじが形
成されながらこのねじ１はワークにねじ込まれる。この
一連の作業開始時において、ドリル部１０の先端はワー
ク上で滑ることなく、ドリル部１０の切り刃１４が短時
間でワークに喰い付き、下穴を形成するので、ワークに
はほとんど撓みが発生せず、しかも、ねじ込み位置のず
れも生じず、セルフドリリングタッピンねじ１には推力
が正確に伝達されて雌ねじを形成しながら安定してねじ
込まれる。

【００１８】次の表２は、本発明のセルフドリリングタ
ッピンねじ１のねじ込みトルク性能を示す実験データで
ある。

【００１９】

【表２】

【００２０】この実験条件は、ねじ山外径：４ｍｍ、ワ
ーク：２枚重ねアルミ板、ワークの厚み：４ｍｍ、で実
験を行ない下穴あけ時、ねじ込み始動時及び締付け破断
時の夫々のトルクを示しているが、本件はこれらトルク
の内、下穴あけ時のトルク及びねじ込み始動トルクが従
来より低い値を示している。また、締付け破断トルク
は、従来より高い値を示しており、これらの実験結果に
より、高い下穴あけ及びねじ込み始動トルクが不要で摩
擦抵抗の少ないねじ締め作業が実証されている。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、脚部３の
先端に最大径がねじ山５の谷径より大きく山径より小さ
い直径で且つ先端が円錐形状のドリル部１０を形成する
一対のパンチ３０を相対向して配置し、このパンチ３０
にドリル部１０の先端からねじ山５にかけて脚部３の軸
心を挟んで対向する二条のガイド溝１３を円周方向に傾
斜して形成するとともに、ガイド溝１３の外周縁に先端
から後端にかけて切り刃１４を形成し且つ前記ガイド溝
１３から他方のガイド溝１３の切り刃１４の端縁にかけ
てそのガイド溝１３の後部に異なる円弧が連続的に繋が
った滑らかなランド部２０を形成する圧造成形面３１を
設けたセルフドリリングタッピンねじ１のドリル部成形
用パンチであるので、硬度の高い例えば、オーステナイ
ト系のステンレス材を材料とするねじを圧造加工により
製造する場合、このようなドリル部形状のパンチを使用
することにより圧造成形時の材料の流れが良くなり、こ
れらセルフドリリングタッピンねじのドリル部を圧造成
形するためのパンチの寿命が長くなるので大量生産が可
能となり、製造コストを低減できる。

【００２２】また、アルミ、樹脂板、軟鋼等の比較的軟
らかい材料のワークにこれを使用した場合、ランド部が
滑らかで低いので、先端ドリル部での穴あけ時に発生し
た切り粉がガイド溝及びランド部とワークとの間におい
て詰まりを生じることがなくなり、この穴あけ時に摩擦
熱の発生が減少する。これにより、ねじ込み作業時のト
ルク即ち、下穴あけトルク及びねじ込み始動トルクが低
下して安定したねじ締め作業が得られる。また、穴あけ
時に加えられる推力も低くなるので、ワークの穴位置を
中心にへこみが生じ、所謂バーリング作用が発生するこ
ともない。更に、このセルフドリリングタッピンねじが
ワークに対してふらつく等して斜めにねじ込まれたりす
ることがなく、ねじの推力が安定して加わる。

【００２３】その上、圧造成形面３１には脚部３の軸方
向のドリル部先端側にねじ素材６の軸方向の流れを抑制
する筋状の凹み３５が刃先の形状に沿い形成されている
ので、ねじ素材の脚部先端を圧造成形しても、素材の材
料がその成形時に切断されることがなく、切り刃への材
料の流れが良好になり、切り刃が滑らかに形成される。

【００２４】しかも、セルフドリリングタッピンねじの
ランド部２０がドリル部１０に形成された互いのランド
部２０の頂点を結ぶ間隔（Ｌ）が対向して配置された切
り刃１４の回転軌跡の１／２以下であるとともにドリル
部１０の外周縁に接近する外周面が切り刃１４の外周縁
より脚部３の中心側に位置するようパンチ３０の圧造成
形面３１のランド形成部３２により形成されているの
で、ワークへの下穴あけ時にワークとねじのドリル部と
の間の空間が広くなり、切り粉の排出が滑らかになり、
ねじ山も円滑に形成される等、特有の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパンチの実施の形態を示す斜視図
である。

【図２】本発明に係るパンチの拡大正面図である。

【図３】図２の要部平面図である。

【図４】本発明のパンチで圧造成形されたねじ素材を示
す拡大正面図である。

【図５】本発明で得られたセルフドリリングタッピンね
じの形態を示す正面図である。

【図６】図５の頭部を除いた拡大底面図である。

【図７】図５のＡ−Ａ線拡大端面図である。

【図８】図５の側面図である。

【図９】本発明の従来例を示す正面図である。

【符号の説明】

１ セルフドリリングタッピンねじ ２ 頭部 ３ 脚部 ４ 係合穴 ５ ねじ山 ６ ねじ素材 ７ 余肉 １０ ドリル部 １１ ねじ無し部 １２ 尖り先 １３ ガイド溝 １４ 切り刃 １５ ガイド面 ２０ ランド部 ２１ 円弧面 ２２ 円弧面 ３０ パンチ ３１ 圧造成形面 ３２ ランド形成部 ３３ ガイド溝形成部 ３４ 切り刃形成面 ３５ 凹み

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ねじ山５が形成されて先端にドリル部１
   ０を有する脚部３とこの脚部３に一体に形成されている
   とともにドライバビットに係合可能な係合穴４を有する
   頭部２とからなるセルフドリリングタッピンねじにおい
   て、 脚部３の先端に最大径がねじ山５の谷径より大きく山径
   より小さい直径で且つ先端が円錐形状のドリル部１０を
   形成する一対のパンチ３０を相対向して配置し、このパ
   ンチ３０にドリル部１０の先端からねじ山５にかけて脚
   部３の軸心を挟んで対向する二条のガイド溝１３を円周
   方向に傾斜して形成するとともに、ガイド溝１３の外周
   縁に先端から後端にかけて切り刃１４を形成し且つ前記
   ガイド溝１３から他方のガイド溝１３の切り刃１４の端
   縁にかけてそのガイド溝１３の後部に異なる円弧が連続
   的に繋がった滑らかなランド部２０を形成する圧造成形
   面３１を設けたことを特徴とするドリル部成形用パン
   チ。
2. 【請求項２】 圧造成形面には脚部３の軸方向のドリル
   部１０の先端側に位置する部分に圧造成形時においてね
   じ素材６の軸方向の材料流れを抑制する筋状の凹み３５
   が刃先の形状に沿い形成されていることを特徴とする請
   求項１に記載のドリル部成形用パンチ。
3. 【請求項３】 ランド部はドリル部１０に形成された互
   いのランド部２０の頂点を結ぶ間隔（Ｌ）が対向して配
   置された切り刃１４の回転軌跡の１／２以下であるとと
   もにドリル部１０の外周縁に接近する外周面が切り刃１
   ４の外周縁より脚部３の中心側に位置するようパンチ３
   ０の圧造成形面３１のランド形成部３２により形成され
   ていることを特徴とするドリル部成形用パンチ。