KR20090033360A - Hole-forming and thread-forming screw - Google Patents

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KR20090033360A KR1020097000712A KR20097000712A KR20090033360A KR 20090033360 A KR20090033360 A KR 20090033360A KR 1020097000712 A KR1020097000712 A KR 1020097000712A KR 20097000712 A KR20097000712 A KR 20097000712A KR 20090033360 A KR20090033360 A KR 20090033360A
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KR1020097000712A
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하인리히 프리드리흐
마이클 아헨바흐
에베르하트 크리스트
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에요트 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

The invention relates to a hole-forming and thread-forming screw comprising a head provided with a tool receiving element, in addition to a threaded shaft, and a hole-forming part tapering off in the form of a cone and ending in a truncated end piece. Said end piece has a coaxial recess surrounded by an edge that has an outer diameter (d) which is between 0.25 and 0.75 times smaller than the largest diameter (D) of the hole-forming part.

Description

홀-형성 및 나삿니-형성 나사{HOLE-FORMING AND THREAD-FORMING SCREW}Hole-Forming and Thread-Forming Screws {HOLE-FORMING AND THREAD-FORMING SCREW}

본 발명은 툴을 수용하기 위한 홈붙이 헤드, 나사형 섕크 및 평탄형 단부로 종결되어서 첨점(point)을 형성하지 않으며, 원추형으로 테이퍼진 홀-형성부를 포함하는, 홀-형성 및 나삿니-형성 나사에 관한 것이다.The present invention includes a hole-forming and thread-forming screw, which includes a conical tapered hole-forming part that does not form a point, terminated with a grooved head, a threaded shank, and a flat end for receiving a tool. It is about.

이러한 종류의 나사는 유럽 등록 특허 제0 464 071 B1호로부터 공지되어 있다. 상기 나사는 홀 연삭부로 작용하는 단부를 사용하며, 상기 홀 연삭부는 홀을 형성을 목적으로 피가공물과 체결하는 크라운 마찰면으로 종결되며, 압력을 받으면서 회전하여 피가공물, 일반적으로는 금속 시트에 대한 크라운 마찰면의 연마 동작이 피가공물을 가열하여 피가공물 소재가 연성 영역으로 전이된다. 연성 영역에서 통로를 형성하는 소재의 이동을 포함하여, 반경 방향으로 홀을 소망하는 만큼 확장할 수 있기에 충분한 정도로 탄성적으로 된다. 피가공물 소재의 이러한 연질화된 상태를 달성하기 위해, 초기에는 평탄형 단부가 피가공물에 대해 점 접촉하고, 반경 방향으로의 점 접촉은 단지 좁은 접촉 면적만이 사용되기 때문에, 나사는 고압 하에서 회전되어야 한다.Screws of this kind are known from EP 0 464 071 B1. The screw uses an end acting as a hole grinding portion, the hole grinding portion being terminated by a crown friction surface that engages the work piece for the purpose of forming a hole, and is rotated under pressure to the workpiece, generally a metal sheet. The polishing operation of the crown friction surface heats the workpiece so that the workpiece material is transferred to the soft region. It is elastic enough to be able to expand the hole as desired in the radial direction, including the movement of the material forming the passageway in the soft region. To achieve this softened state of the workpiece material, the screw rotates under high pressure, since initially the flat end is in point contact with the workpiece and the point contact in the radial direction uses only a narrow contact area. Should be.

본 발명의 목적은, 홀을 형성하는 데에 매우 작은 압력만이 소요되도록, 공지의 홀-형성 및 나삿니-형성 나사를 개선하는 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 목적은 단부에, 외경(d)이 홀-형성부의 최대 직경(D)보다 0.25 내지 0.75배 작은 에지로 둘러싸여 있는 동축 압입부(coaxial indentation)를 제공함으로써 달성된다.It is an object of the present invention to improve the known hole-forming and thread-forming screws so that only very small pressures are required to form the holes. According to the invention, this object is achieved by providing at the end a coaxial indentation whose outer diameter d is surrounded by an edge which is 0.25 to 0.75 times smaller than the maximum diameter D of the hole-forming part.

동축 압입부를 둘러싸는 에지는 점 접촉에 비해 상당히 넓은 면적에서 접촉되도록 하며, 이에 따라 평탄형 단부와 피가공물 사이에 마찰이 실질적으로 증가하게 된다. 따라서 피가공물에 상대적으로 작은 압력을 가하여도, 피가공물의 에지 영역이 연질화 되어 단부가 피가공물을 관통할 수 있게 되어서 매우 균일한 통로가 형성되도록 한다. 테이퍼진 홀-형성부가 피가공물 내에 형성되어 있는 홀에 대해 상대적으로 넓은 표면을 압박하고, 홀을 확장하여 대량의 열을 신속하게 생성함으로써 통로가 균일하게 형성되도록 한다. 본 발명에 따른 홀-형성 및 나삿니-형성 나사는, 나사가 홀을 형성하고 후속하여 나사형 섕크에 의해 나삿니를 절삭하여, 시트 부재 또는 금속 시트 내에 나사용 탈착 시트를 달성하도록, 시트 부재 내에 나사 고정하는 데에 매우 적합하다.The edges surrounding the coaxial indentations allow for contact in a considerably larger area than point contacts, thereby substantially increasing friction between the flat end and the workpiece. Thus, even when a relatively small pressure is applied to the workpiece, the edge region of the workpiece is softened so that the end can penetrate the workpiece, thereby forming a very uniform passage. The tapered hole-forming portion squeezes a relatively wide surface against the hole formed in the workpiece, and expands the hole to quickly generate a large amount of heat so that the passage is formed uniformly. The hole-forming and thread-forming screws according to the invention are screwed in the sheet member such that the screw forms a hole and subsequently cuts the thread with a threaded shank to achieve a detachable sheet for the screw in the sheet member or metal sheet. It is very suitable for fixing.

압입부는 짧은 보어로 설계하는 것으로도 충분하다.It is sufficient to design the indentation with a short bore.

통로의 형성은 통로가 나사의 진입 방향뿐만 아니고 나사의 진입 방향과 반대 방향으로 연장하도록 할 수 있다. 이는 홀-형성부를 따라 나사 형태로 연장되어 있는 리브들이 서로에 대해 대향적으로 서로 대칭적으로 위치하며, 이들의 피치가 나사형 섕크의 나삿니의 피치의 복수 배라는 사실로 지지된다. 이에 따라서, 홀 형성 중에, 홀-형성부에는 통로가 특히 전달되는 경향을 지지하는 작용을 하는 매우 가파른 리브들이 제공된다.The formation of the passageway may allow the passageway to extend in a direction opposite to the entry direction of the screw as well as the entry direction of the screw. This is supported by the fact that the ribs extending in the form of threads along the hole-forming part are located symmetrically with each other opposite to each other, and their pitch is a multiple of the pitch of the threads of the threaded shank. Accordingly, during hole formation, the hole-forming portion is provided with very steep ribs which serve to support the tendency for the passage to be particularly delivered.

상기 홀-형성부는 원추형으로 설계되는 것이 유리하다. 다시 말하면, 홀-형성부의 평탄형 단부 방향으로 일정하게 테이퍼지도록 설계되는 것이 유리하다. 홀-형성부에는 라운드된 단면을 구비하며 서로가 병합되어 있는, 복수의 평탄 영역들이 대칭적으로 배치될 수도 있다. 이 경우에, 라운드된 다각형 단면이 얻어지며, 단부가 침투하는 중에 이들의 라운드된 코너들을 경유하여 시트 부재 소재에 특히 높은 압력이 가해져서, 나사를 상기 소재 내로 압박하고 나사 고정하는 데에 필요로 하는 에너지를 절감할 수 있다.The hole-forming part is advantageously designed conical. In other words, it is advantageously designed to be constantly tapered in the direction of the flat end of the hole-forming part. The hole-forming portion may be arranged symmetrically with a plurality of flat regions having rounded cross sections and merged with each other. In this case, a rounded polygonal cross section is obtained and a particularly high pressure is applied to the sheet member material via their rounded corners during end penetration, which is necessary to press and screw the screw into the material. Can save energy.

본 발명의 대표적인 실시예들이 도면들을 참조하여 개시되어 있다.Representative embodiments of the present invention are disclosed with reference to the drawings.

도 1은 본 발명 나사의 사시도이다.1 is a perspective view of the screw of the present invention.

도 2는 도 1에 따른 나사의 홀-형성부를 도 1에서 라인 Ⅱ-Ⅱ를 따르는 단면을 따라 도시한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the hole-forming part of the screw according to FIG. 1 along a section along line II-II in FIG. 1.

도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ을 따르는 단면을 따라 도시한, 본 발명 나사의 말단부의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the distal end of the screw of the invention, shown along the section along III-III in FIG. 2.

도 4는 홀-형성부를 따라 나사 형태로 연장되어 있는 리브들을 구비하는, 도 1에 따른 나사와 유사한 나사를 도시하는 도면이다.4 shows a screw similar to the screw according to FIG. 1 with ribs extending in the form of a screw along the hole-forming part.

도 5는 도 4에서 라인 Ⅴ-Ⅴ를 따라 도시한 도 4에 따른 홀-형성부 단면의 확대 단면도이다.FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the cross-section of the hole-forming part shown in FIG. 4 along the line VV in FIG. 4.

도 6은 도 5에 따른 나사와 유사하지만, 홀-형성부가 3개의 리브를 구비하는 나사의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a screw similar to the screw according to FIG. 5, but with a hole-forming part having three ribs.

도 7은 홀-형성부의 후면 영역 위로만 연장되어 있는 리브들을 구비하고 있는 홀-형성부를 도시하는 도면이다.FIG. 7 is a view showing a hole-forming portion having ribs extending only above the rear region of the hole-forming portion.

도 8은 평탄 영역이 대칭적으로 배치되어 있는 홀-형성부의 사시도이다.8 is a perspective view of a hole-forming portion in which flat regions are symmetrically arranged;

도 9는 도 8에서 라인 Ⅸ-Ⅸ를 따르는, 도 8에 따른 홀-형성부의 단면도이다.9 is a cross-sectional view of the hole-forming part according to FIG. 8, along the line VIII-VIII in FIG. 8.

도 10a 내지 도 10c는 시트 부재를 관통하는 통로를 통과함에 있어서, 서로 다른 과정에 있는 도 1에 도시한 나사에 따르는 홀-형성부를 도시하는 도면이다.10a to 10c show the hole-forming part according to the screw shown in FIG. 1 in different processes in passing through a passage through the sheet member.

도 1은 본 발명에 따른 홀-형성 및 나삿니-형성 나사(1)의 사시도이다. 상기 나사는 나사 헤드(2), 나사형 섕크(3) 및 금속 시트 부재 내에 나사작업 하는 데에 사용되는 홀-형성부(4)를 구비한다(도 10a 내지 도 10c 참조). 나사 헤드(2)에는 드라이브를 위한 공지된 임의의 형태의 수용부(receptacle)가 마련되어 있다. 나사형 섕크(3) 아래쪽에 위치하고 있는 홀-형성부(4)는 원추형으로 단부(5)를 향해 테이퍼져 있다. 상기 단부가 피가공물과 체결되고, 그 피가공물, 특히 박판 부재 내에 나사를 형성하기 위해 회전한다. 단부(5)는, 본 경우에서는 짧고, 라운드형 보어로 설계되어 있는 동축 압입부(7)를 둘러싸고 있는 평탄 에지(blunt edge)(6)를 구비하고 있다. 특정의 제조 방법에 따라서는 에지(6)가 더 좁은 형상으로 될 수도 있다. 나삿니 직경이 5 ㎜, 홀-형성부 직경(D)이 4 ㎜인 나사에서, 에지(6)의 외경은 최대 3 ㎜이다. 동축 압입부(7)는 홀-형성부(4) 안쪽으로 약 3 ㎜ 이하로 연장된 보어로 설계되어 있다(도 2 참조). 나사(1)가 회전할 때에 시트 부재를 신속하 게 가열하기 위해 피가공물과 체결될 때에, 동축 압입부(7)에 의해 형성된 에지(6)는 충분히 큰 직경을 형성하여서, 시트 부재 소재가 유동하고 홀-형성부(4)가 상기 시트 부재로 진입할 수 있도록 한다(이와 관련해서는, 도 10a 내지 도 10c 참조). 홀-형성부(4)의 단부(5)의 형상으로 인해, 에지(6)의 직경이 나사가 피가공물을 신속하게 진입할 수 있는 실질적인 정도의 마찰열을 발생시킬 수 있다는 점에서, 홀-형성부와 시트 부재 사이에 어느 정도는 점 접촉하는 공지의 홀-형성 나사들에 비해 뚜렷한 이점을 제공한다.1 is a perspective view of a hole-forming and thread-forming screw 1 according to the invention. The screw has a screw head 2, a threaded shank 3, and a hole-forming part 4 used for threading in the metal sheet member (see FIGS. 10A to 10C). The screw head 2 is provided with any type of receptacle known for the drive. The hole-forming part 4 located below the threaded shank 3 is conical tapered towards the end 5. The end engages with the workpiece and rotates to form a screw in the workpiece, in particular the sheet member. The end part 5 is short in this case and is provided with the blunt edge 6 surrounding the coaxial press-fit part 7 designed with a round bore. Depending on the particular manufacturing method, the edge 6 may be narrower in shape. In screws with a thread diameter of 5 mm and a hole-forming part diameter D of 4 mm, the outer diameter of the edge 6 is at most 3 mm. The coaxial indentation 7 is designed with a bore extending about 3 mm or less into the hole-forming part 4 (see FIG. 2). When the screw 1 is rotated and fastened with the workpiece to quickly heat the sheet member, the edge 6 formed by the coaxial indentation 7 forms a sufficiently large diameter so that the sheet member material flows. And allowing the hole-forming part 4 to enter the sheet member (see this in FIGS. 10A to 10C). Due to the shape of the end 5 of the hole-forming part 4, the hole-forming in that the diameter of the edge 6 can generate a substantial degree of frictional heat for the screw to enter the workpiece quickly. To some extent between the part and the sheet member provides distinct advantages over known hole-forming screws in point contact.

도 2는 홀-형성부(4)와 단부(5)의 확대도인데, 이는 도 1에서 라인 Ⅱ-Ⅱ를 따르는 동축 압입부(7) 영역의 단면이다. 상기 단면도는 짧은 보어인 압입부(7)를 도시하고 있다. 도 1과 연계하여 개시한 바와 같이, 상기 짧은 보어는 나사가 시트 부재와 체결할 때에 그 지점에서 필요로 하는 가열이 신속하게 일어날 수 있도록 충분히 큰 에지(6)를 형성한다.FIG. 2 is an enlarged view of the hole-forming part 4 and the end 5, which is a cross section of the region of the coaxial indentation part 7 along the line II-II in FIG. 1. The sectional view shows the press-fitting portion 7 which is a short bore. As disclosed in connection with FIG. 1, the short bore forms an edge 6 large enough so that the required heating at that point occurs quickly when the screw engages the seat member.

단부(5)가 시트 부재를 진입(penetrate)한 후에 형성된 홀을 용이하게 확장하기 위해, 도 4에 따른 홀-형성부(8)에는 나삿니 형태의 리브들(9, 10)(추가의 리브들은 보이지 않음)이 제공되어 있다. 상기 리브들이 나사와 같은 작용으로 홀-형성부(8)를 시트 부재의 연질화된 소재 안쪽으로 끌어 당겨서, 초기에는 평탄한 나사산들을 포함하여 궁극적으로는 나사형 섕크(3)를 형성 홀 내로 끌어당길 때까지, 홀-형성부(8)가 형성되어 있는 홀을 확장하게 된다. 리브들(9, 10)은 도 1에 도시되어 있는 형상에 따른 작용에 대해 보조적 작용을 한다. 많은 경우에 있어서 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 매끄러운 홀-형성부로도 시트 부재를 진입하는 데에 충분할지라도, 시트 부재로 채용된 특별 소재의 기능에 사용될 수 있다.In order to facilitate the expansion of the formed hole after the end 5 penetrates the sheet member, the hole-forming part 8 according to FIG. 4 is threaded ribs 9, 10 (additional ribs Not shown) is provided. The ribs pull the hole-forming part 8 into the softened material of the seat member in a screw-like manner, initially including flat threads and ultimately pulling the threaded shank 3 into the forming hole. Until the hole-forming portion 8 is formed. The ribs 9, 10 serve as an aid to the action according to the shape shown in FIG. 1. In many cases, even a smooth hole-forming portion as shown in FIG. 1 may be used for the function of the special material employed as the sheet member, although it is sufficient to enter the sheet member.

도 5는 도 4에서 라인 Ⅴ-Ⅴ를 따르는 단면을 도시하며, 상기 도면으로부터 홀-형성부(8) 단면에는 4개의 리브들(9, 10, 11 및 12)이 제공되어 있음을 알 수 있다.FIG. 5 shows a cross section along the line V-V in FIG. 4, from which it can be seen that four ribs 9, 10, 11 and 12 are provided in the cross section of the hole-forming part 8. .

도 6은 도 5에 따른 형상을 변형한 것으로서, 이 도면에 따르면, 여기에 도시된 홀-형성부(13)에는 단지 3개의 리브들(14, 15 및 16)만이 제공되어 있다.FIG. 6 is a variant of the shape according to FIG. 5, according to this figure, only three ribs 14, 15 and 16 are provided in the hole-forming part 13 shown here.

홀-형성부(8) 길이부의 전체에 걸쳐 연장되어 있는, 도 4, 도 5 및 도 6에 따른 리브들은 필요하다면 도 7에 도시한 바와 같이 더욱 짧게 제작될 수도 있다. 이 경우에 있어, 홀-형성부(17) 위에 형성되어 있는 리브들(18, 19)은 홀-형성부(17) 길이부의 대략 절반에만 걸쳐서 연장되어 있다. 다시 말하면, 초기에는 에지(6)만이 시트 부재의 가열을 기초로 하여 시트 부재 내에 홀을 형성하고, 리브들(18, 19)(나머지 리브들은 미도시)이 시트 부재와 체결되어 홀-형성부(17)를 시트 부재 소재 내부로 끌어 당겨서, 홀-형성부(17)가 홀을 형성하게 된다. 도 7에 도시되어 있는 짧은 리브들(18, 19)은, 이들의 사용이 제조상의 이유로 적합한 것으로 판명된 경우에는 특별한 이점으로 사용될 수 있다.The ribs according to FIGS. 4, 5 and 6, which extend over the entire length of the hole-forming part 8, may be made shorter as shown in FIG. 7 if necessary. In this case, the ribs 18, 19 formed over the hole-forming portion 17 extend over only about half of the length of the hole-forming portion 17. In other words, initially only the edge 6 forms a hole in the sheet member based on the heating of the sheet member, and the ribs 18 and 19 (the remaining ribs are not shown) are engaged with the sheet member to form a hole-forming portion. By pulling 17 into the sheet member material, the hole-forming portion 17 forms a hole. The short ribs 18, 19 shown in FIG. 7 can be used with particular advantages when their use turns out to be suitable for manufacturing reasons.

도 8에는 홀-형성부(20)의 다른 특별한 형상이 도시되어 있다. 도 8에서 라인 Ⅸ-Ⅸ를 따르는, 도 9에 도시되어 있는 단면도에 따르면, 그 형상은 다각형 형상이며 원추형의 홀-형성부(20)로, 이는 시트 부재 내에 초기에 형성된 홀을 더 확장하는 기능을 한다.8, another particular shape of the hole-forming part 20 is shown. According to the cross-section shown in FIG. 9, along the line VIII-VIII in FIG. 8, the shape is polygonal and conical hole-forming portion 20, which further expands the hole initially formed in the sheet member. Do it.

도 8의 홀-형성부(20)의 도 9에 도시한 단면은 7개의 평탄 영역들(21) 서로 병합된 라운드 형상으로 되어 있어서, 이들 라운드 영역들(rounded area)(22)은 시트 부재들을 긁지(scraping) 않으면서 시트 부재 소재를 이동시키기에 바람직하며, 소재를 옆쪽으로 압박하여 이미 형성되어 있는 홀을 확장하게 된다. 원형의 파선은 원 위에 라운드 영역들의 위치를 명확하게 하기 위한 것이다.The cross-section shown in FIG. 9 of the hole-forming portion 20 of FIG. 8 is rounded with seven flat areas 21 merged with each other so that these rounded areas 22 It is desirable to move the sheet member material without scraping, and presses the material laterally to expand the already formed holes. The circular dashed line is to clarify the position of the round areas on the circle.

도 10a, 도 10b 및 도 10c는 도 1에 도시한 나사가 시트 부재(23)를 통과하는 3 단계를 도시하고 있다. 먼저 홀-형성부(4)의 단부(5)가 시트 부재(23)에 진입하고, 시트 부재(23) 소재가 가열된 후에 단부(5)가 시트 부재(2)를 완전히 관통할 때까지 시트 부재를 가압하고(도 10b 참조), 홀-형성부(4)는 그 원추형 형상으로 이미 형성된 홀을 홀-형성부(4)가 완전히 관통할 때까지 확장하고, 나사형 섕크(3)의 나삿니가 홀에 진입하여 나삿니를 절삭하며, 드릴 나사가 나사 작용을 하면서 계속해서 시트 부재(23)를 통과하여 최종적으로 나사(1)와 시트 부재(23) 간에 체결이 이루어지게 된다.10A, 10B and 10C show three stages in which the screw shown in FIG. 1 passes through the sheet member 23. First the end 5 of the hole-forming part 4 enters the sheet member 23, and after the sheet member 23 material is heated, the sheet until the end 5 completely penetrates the sheet member 2. Pressing the member (see FIG. 10B), the hole-forming portion 4 extends the hole already formed in its conical shape until the hole-forming portion 4 completely passes through, and the threading of the threaded shank 3 Enters the hole and cuts the thread, and the drill screw continues to pass through the seat member 23 while acting as a screw, and finally, the screw 1 and the seat member 23 are fastened.

Claims (4)

툴을 수용하기 위한 홈붙이 헤드(2), 나사형 섕크(3) 및 평탄형 단부(5)로 종결되는, 원추형으로 테이퍼진 홀-형성부(4, 8, 13, 17, 20)를 포함하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사(1)에 있어서, 상기 단부(5)는, 외경(d)이 상기 홀-형성부(5)의 최대 직경(D)보다 0.25 내지 0.75배 작은 에지(6)에 의해 둘러싸여 있는 동축 압입부(7)를 구비하는 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.Conical tapered hole-forming portions 4, 8, 13, 17, 20 terminated with a slotted head 2, a threaded shank 3, and a flat end 5 for receiving the tool. In the hole-forming and thread-forming screw 1, the end 5 has an edge 6 whose outer diameter d is 0.25 to 0.75 times smaller than the maximum diameter D of the hole-forming part 5. Hole-forming and thread-forming screw, characterized in that it comprises a coaxial indentation (7) enclosed by a). 제1항에 있어서, 압입부(7)의 길이가 3 ㎜ 미만인 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.2. The hole-forming and thread-forming screw according to claim 1, wherein the indentation is less than 3 mm in length. 제1항 또는 제2항에 있어서, 홀-형성부(8)를 따라 나사 형태로 연장되어 있는 리브들(9, 10, 11, 12; 14, 15, 16; 18, 19)이 서로에 대해 대칭적으로 위치하고 있으며, 이들의 피치는 나사형 섕크(3)의 나삿니의 피치의 복수 배인 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.3. The ribs 9, 10, 11, 12; 14, 15, 16; 18, 19 with respect to each other according to claim 1, wherein the ribs extending in the form of a thread along the hole-forming part 8. Hole-forming and thread-forming screws, characterized in that they are located symmetrically and their pitch is a multiple of the pitch of the threads of the threaded shank (3). 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 홀-형성부(20)에는 라운드된 단면을 구비하며, 서로가 병합되어 있는 복수의 평탄 영역들(21)이, 대칭적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 홀-형성 및 나삿니-형성 나사.4. The hole-forming part 20 according to any one of claims 1 to 3, wherein the hole-forming part 20 has a rounded cross section and a plurality of flat areas 21, which are merged with each other, are arranged symmetrically. Hole-forming and thread-forming screws.
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