JP3148742U - 高張力鋼板用セルフタッピングねじ - Google Patents

Abstract

【課題】超高張力鋼板に対しても、雌ねじを形成しながらねじ込むことが可能で、しかも遅れ破壊を起こし難いセルフタッピングねじを提供する。【解決手段】軸部は、頭部側から先端側の先細状部分３ｂまでは等径部分３ｃにより構成され、雄ねじ４は、先端側から頭部側に向かって、順に、導入ねじ部４ａ、雌ねじ成形ねじ部４ｂ、通常ねじ部４ｃとされ、導入ねじ部４ａは、軸部の先細状部分３ｂに、ねじ山の外形状が三角形に形成され、雌ねじ成形ねじ部４ｂは、軸部の等径部分３ｃにおける先細状部分３ｂ側に、ねじ山の外形状が等径部分３ｃの外周に３位置で接するように三角形に形成され、通常ねじ部４ｃは、軸部の等径部分３ｃにおける頭部２側に、ねじ山の外形状が円形となるように形成され、且つ、材質はＣが０．１５％以下の低炭素鋼であって、表面部分の硬さがＨｖ５５０以上、内部の硬さがＨｖ３８０以下とする。【選択図】図１

Description

本考案は、高張力鋼板へのねじ込みを可能にした高張力鋼板用セルフタッピングねじに関する。

最近の自動車は、軽量化の促進のために、使用材料の多様化が進められている。鋼板は自動車の使用材料として最も一般的なものであるが、中でも、高張力鋼板は高い抗張力を有し、薄くても十分な強度を有するため、自動車のボディ用などとして今後益々使用量が増加すると考えられる。

自動車では、ボルトとナットによって多くの部品が組み付けられるが、セルフタッピングねじによる締結もナットが不要となることから盛んに用いられている。ところが、高張力鋼のうちでも、引張強さ９８０ＭＰａクラスの超高張力鋼になると、硬度が相当高いため、ねじ山が潰れ易く、超高張力鋼板に形成された下穴にセルフタッピングねじによって雌ねじを形成しながらねじ込んでゆくということが困難となる。そこで、従来では、超高張力鋼板に対しては、予め鋼板側にナットを溶接などによって固着しておき、このナットに通常のボルトをねじ込むことで部品を組み付けるという方法が用いられている。

セルフタッピングねじを用いれば済むところ、ナットを溶接していたのでは、無駄で、コスト高になる。
また、仮に超高張力鋼板用のセルフタッピングねじが提供されたとしても、超高張力鋼板にセルフタッピングねじをねじ込んでゆくためには大きなトルクが必要であるため、部品締結後においても、セルフタッピングねじには大きな応力が残留し、遅れ破壊を起こすという問題を生ずることが予想される。この遅れ破壊は、材質の脆化現象によるもので、その脆化現象は水素脆性によるものと考えられている。

そこで、本考案の目的は、超高張力鋼板に対しても、雌ねじを形成しながらねじ込むことが可能で、しかも遅れ破壊を起こし難い高張力鋼板用セルフタッピングねじを提供することにある。

本考案は、一端側に頭部が設けられた軸部の外周に雄ねじを有し、前記雄ねじにより、高張力鋼板に形成された下穴に雌ねじを形成しながらねじ込まれる高張力鋼板用セルフタッピングねじにおいて、前記軸部は、先端側が先細状をなし、前記頭部側から前記先端側の先細状部分までは等径部分とされ、前記雄ねじは、前記下穴の内周面に雌ねじ成形のための浅い誘い溝を成形してゆく導入ねじ部、前記前記誘い溝を深くして前記下穴の内周面に雌ねじを成形してゆく雌ねじ成形ねじ部、前記下穴の内周面に成形された前記雌ねじに螺合される通常ねじ部を備えて構成され、前記導入ねじ部は、前記軸部の前記先細状部分に、ねじ山を、当該ねじ山の外形状が三角形となるようにして形成され、前記雌ねじ成形ねじ部は、前記軸部の前記等径部分における前記先細状部分側に、ねじ山を、当該ねじ山の外形状が前記等径部分の外周に３位置で接する三角形となるように形成され、前記通常ねじ部は、前記軸部の前記等径部分における前記頭部側に、ねじ山を、当該ねじ山の外形状が円形となるように形成され、且つ、材質はＣが０．１５質量％以下の低炭素鋼であって、表面部分の硬さがＨｖ５５０以上、内部の硬さがＨｖ３８０以下とされていることを特徴とするものである。

この構成の高張力鋼板用セルフタッピングねじは、導入ねじ部および雌ねじ形成部のねじ山の外形状が三角形で、特に、雌ねじ形成部では、ねじ山の外形状が軸部に３点で接する三角形であるので、下穴の内周面に接する部分の長さが短くなり、雌ねじを形成する際の抵抗を少なくすることができる。しかも、ねじ山の表面側の硬さがＨｖ５５０以上であるので、硬い超高張力鋼板であっても、ねじ山が潰れることがなく、雌ねじを形成しながらねじ込むことが可能である。そして、セルフタッピングねじの心部の硬さがＨｖ３８０以下であるから、靱性に優れ、遅れ破壊を効果的に防止できる。

以下、本考案の第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１は本考案に係る高張力鋼板用セルフタッピングねじ（以下、単にセルフタッピングねじという。）１を示す。このセルフタッピングねじ１は、一端側に鍔付きの頭部２が設けられた軸部３の外周に雄ねじ４を形成してなる。

軸部３は、先端側が先細状をなし、頭部２側の首下部３ａから先端側の先細状部分３ｂまでの間は等径部分３ｃとされている。雄ねじ４は、図３にも示すように、先端側から導入ねじ部４ａ、雌ねじ成形ねじ部４ｂ、通常ねじ部４ｃとから構成されている。導入ねじ部４ａは、軸部３の先細状部分３ｂに形成され、ねじ山は、軸方向から見た一周分の外形状が図２（ｄ）および（ｅ）に示すように三角形に形成されている。この導入ねじ部４ａにおける外形状が三角形のねじ山は、３位置、つまり三角形の各辺に相当する部分の中央が先細状部分３ｂの外周面に接するように形成されている。また、ねじ山の三角形の角に相当する部分の高さｈ１は、雌ねじ成形ねじ部４ｂ側に向かって次第に高くなっている。

雌ねじ成形ねじ部４ｂは、軸部３の等径部分３ｃの先細状部分３ｂ側に導入ねじ部４ａに連続して形成され、ねじ山は、軸方向から見た一周分の外形状が図２（ｂ）および（ｃ）に示すように三角形に形成されている。この雌ねじ成形ねじ部４ｂの外形状が三角形のねじ山は、導入ねじ部４ａのねじ山と同様に、３位置において等径部分３ｃの外周面に接するように形成されている。また、この雌ねじ成形ねじ部４ｂにおけるねじ山も、三角形の角に相当する部分の高さｈ２は、通常ねじ部４ｃ側に向かって次第に高くなっている。なお、雌ねじ成形ねじ部４ｂのねじ山の数は、本実施形態では、３山となっている。しかし、３山に限られず、３山以上であれば良い。

通常ねじ部４ｃは、軸部３の等径部分３ｃの頭部２側に雌ねじ成形ねじ部４ｂに連続して形成され、軸方向から見た一周分のねじ山の外形状は、円形となって等径部分３ｃからの突出高さｈ３は一定となっている。この通常ねじ部４ｃにおいて、雌ねじ成形ねじ部４ｂ側のねじ山は、雌ねじ成形ねじ部４ｂの三角形から次第に円形に変化してゆくようになっている。
そして、導入ねじ部４ａおよび雌ねじ成形ねじ部４ｂの三角形のねじ山は、丸められた角部の突出高さが通常ねじ部４ｃに向かって次第に高くなるように形成され、通常ねじ部４ｃにおける各ねじ山の高さは一定となっている。

このセルフタッピングねじ１は、低炭素鋼、中でもＣが０．１５質量％以下の低炭素鋼から製造されている。なお、Ｃ以外には、Ｓｉが０．１質量％以下、Ｍｎが０．６質量％含まれている。頭部２および軸部３は、上記の低炭素鋼の棒材からヘッダー加工により形成され、その後、軸部３に転造ダイスによって雄ねじが形成される。軸部３の先細状部分３ｂはヘッダー加工時には断面三角形に形成され、雄ねじ４を転造する際に断面円形となる。このため、先細状部分３ｂは真円でなく、当初の断面三角形の名残が存在する箇所もある。

そして、軸部３に雄ねじ４を転造により成形した後、浸炭焼入れされ、更に焼き戻しされる。この焼入れ焼き戻しにより、セルフタッピングねじ１は、表面の硬さがＨｖ５５０以上となるように硬化され、内部、具体的には、軸部３の等径部分３ｃにおいて、軸部３の中心から半径の半分の長さだけ外周面側に寄った部分の硬さがＨｖ３８０以下に硬化が制御される。

次に上記構成のセルフタッピングねじ１の作用を説明する。図４は高張力鋼板５に締め付け対象部材である部品６をセルフタッピングねじ１により固定した状態を示している。この場合、高張力鋼板５は、９８０ＭＰａクラスの超高張力鋼板であり、この高張力鋼板５には、セルフタッピングねじ１をねじ込むための下孔７（図５参照）が形成されている。また、部品６には、セルフタッピングねじ１の通し孔８が形成されている。

部品６をセルフタッピングねじ１により高張力鋼板５に固定するには、部品６を高張力鋼板５に重ね、部品６の通し孔８を高張力鋼板５の下孔７に合わせる。そして、セルフタッピングねじ１を部品６の通し孔８に通し、セルフタッピングねじ１の導入ねじ部４ａを下穴７内に挿入する。

この状態で、ねじ回し用の工具であるドライバ（図示せず）を頭部２に宛がって螺進方向に回す。すると、導入ねじ部４ａの雄ねじ４のねじ山が下穴７の内周面に掛かり、これがきっかけとなって下穴７の内周面に浅い誘い溝９ａを螺旋状に形成し始める（図５（ａ）参照）。更にドライバを回してゆくと、雌ねじ成形ねじ部４ｂのねじ山が、導入ねじ部４ａのねじ山によって下穴７の内周面に形成された浅い誘い溝９ａを徐々に深く成形しながら下穴７内に進入してゆくようになる。このようにして、当初、下穴７の内周面に導入ねじ部４ａによって形成された浅い誘い溝９ａが雌ねじ成形ねじ部４ｂによって深く成形されて雌ねじ９として形成されてゆくのである（図５（ｂ）参照）。

この導入ねじ部４ａおよび雌ねじ成形ねじ部４ｂのねじ山による雌ねじ９の成形時において、ねじ山の外形状が三角形をなしていることから、当該ねじ山は、下穴７の内周面に全周で接するのではなく、３位置で局部的に接して雌ねじを成形してゆく。このため、導入ねじ部４ａおよび雌ねじ成形ねじ部４ｂが雌ねじ９を成形してゆくとき、ねじ山に作用する抵抗が比較的小さくなる。しかも、ねじ山の表面の硬度がＨｖ５５０以上であって非常に硬いため、相手材が超高張力鋼板であっても、導入ねじ部４ａおよび雌ねじ成形ねじ部４ｂのねじ山が潰れることなく、雌ねじ９を下穴７の内周面に成形しながらねじ込むことができる。

特に、雌ねじ成形ねじ部４ｂにおいては、三角形のねじ山の３辺に相当する部分が軸部３の等径部分３ｃの外周面に接しているので、下穴７の内周面への接触長さを短くすることができる。つまり、図６は雌ねじ成形ねじ部４ｂのねじ山を示しており、実線は本実施形態を示し、破線は三角形のねじ山の３辺が等径部分３ｃに接しておらず、高さを持っている場合を示している。この図６の実線のねじ山と破線のねじ山を比較して理解できるように、本実施形態の方が下穴７の内周面に接するねじ山の長さＬが短い。このため、雌ねじ９を成形する際の抵抗をより小さくすることが可能となるのである。

雌ねじ成形ねじ部４ｂによって下穴７の内周面に雌ねじ９が成形されると、次に通常ねじ部４ｃが雌ねじ９にねじ込まれてゆくようになる（図５（ｃ）参照）。そして、図４に示すように、頭部２の鍔２ａが部品６に着座するまでセルフタッピングねじ１を締め付けることによって当該部品６が高張力鋼板５に締め付け固定される。このとき、図５（ｃ）に示すように、下穴７に形成された雌ねじ９とセルフタッピングねじ１の通常ねじ部４ｃのねじ山とは密に接しているので、締め付け力を大きくすることができ、また、緩み防止効果の高いものとなる。

このように本実施形態のセルフタッピングねじ１によれば、相手材が超高張力鋼板であってもねじ山が潰れるといった不具合を生ずることなく、雌ねじ９を成形することができる。しかも、セルフタッピングねじ１の材質はＣが０．１５質量％以下の低炭素鋼であるから水素を吸収し難く、また、内部の硬度がＨｖ３８０以下であるから、内部は靱性を失わない。このため、水素脆性に基づく遅れ破壊を極力防止することができる。

図７は本考案の第２の実施形態を示す。この実施形態が上述の第１の実施形態と異なるところは、セルフタッピングねじ１の雄ねじ４の導入ねじ部４ａの形態にある。つまり、この実施形態では、導入ねじ部４ａのねじ山は、外形状が三角形であるが、三辺に相当する部分が軸部３の先細状部分３ｂに接するのではなく、高さをもっているところが第１の実施形態と異なる。

図８は本考案の第３の実施形態を示す。この実施形態は上述の一実施形態とセルフタッピングねじ１の使い方が異なる。つまり本実施形態では、９８０ＭＰａクラスの超高張力鋼板からなる高張力鋼板１０の下穴１１にセルフタッピングねじ１をねじ込んで当該セルフタッピングねじ１を高張力鋼板１０に固定しておく。

高張力鋼板１０に固定する部品１２は、通し孔１３を有しており、この通し孔１３に高張力鋼板１０に固定されたセルフタッピングねじ１を通すようにして当該部品１２を高張力鋼板１０に重ねる。その後、ナット１４を部品１２から突出するセルフタッピングねじ１の通常ねじ部４ｃに螺着して部品１２を高張力鋼板１０に締め付け固定する。

なお、本考案は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは変更が可能となる。
セルフタッピングねじ１の材質は、Ｃ以外の成分および含有量は第１の実施形態で示したもの以外であっても良い。
相手材が９８０ＭＰａクラスの超高張力鋼板以外の金属板材であっても勿論使用可能である。
高張力鋼板に形成される下穴は、バーリング加工されたものであっても良い。

本考案の第１の実施形態を示すセルフタッピングねじの側面図 セルフタッピングねじの各部の断面形状を示すもので、（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図１のＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は図１のＤ−Ｄ断面図、（ｅ）は図１のＥ−Ｅ断面図 セルフタッピングねじの斜視図 セルフタッピングねじによる部品の取り付け状態を示す断面図 セルフタッピングねじの下穴へのねじ込み過程を示すもので、（ａ）は雄ねじによる誘い溝の成形状態を示す断面図、（ｂ）は雄ねじによる雌ねじの成形状態を示す断面図、（ｃ）は雄ねじの雌ねじに対する螺合状態を示す断面図 雌ねじ成形ねじ部の断面図 本考案の第２の実施形態を示すもので、（ａ）は図２の（ｄ）相当図、（ｂ）は図２の（ｅ）相当図 本考案の第３の実施形態を示す図４相当図

符号の説明

図中、１は高張力鋼板用セルフタッピングねじ、２は頭部、３は軸部、３ｂは先細状部分、３ｃは等径部分、４は雄ねじ、４ａは導入ねじ部、４ｂは雌ねじ成形ねじ部、４ｃは通常ねじ部、５，１０は高張力鋼板、７，１１は下穴、９は雌ねじを示す。

Claims (2)

1. 一端側に頭部が設けられた軸部の外周に雄ねじを有し、前記雄ねじにより、高張力鋼板に形成された下穴に雌ねじを形成しながらねじ込まれる高張力鋼板用セルフタッピングねじにおいて、
   前記軸部は、先端側が先細状をなし、前記頭部側から前記先端側の先細状部分までは等径部分とされ、
   前記雄ねじは、前記下穴の内周面に雌ねじ成形のための浅い誘い溝を成形してゆく導入ねじ部、前記前記誘い溝を深くして前記下穴の内周面に雌ねじを成形してゆく雌ねじ成形ねじ部、前記下穴の内周面に成形された前記雌ねじに螺合される通常ねじ部を備えて構成され、
   前記導入ねじ部は、前記軸部の前記先細状部分に、ねじ山を、当該ねじ山の外形状が三角形となるようにして形成され、
   前記雌ねじ成形ねじ部は、前記軸部の前記等径部分における前記先細状部分側に、ねじ山を、当該ねじ山の外形状が前記等径部分の外周に３位置で接する三角形となるように形成され、
   前記通常ねじ部は、前記軸部の前記等径部分における前記頭部側に、ねじ山を、当該ねじ山の外形状が円形となるように形成され、
   且つ、材質はＣが０．１５質量％以下の低炭素鋼であって、表面部分の硬さがＨｖ５５０以上、内部の硬さがＨｖ３８０以下とされていることを特徴とする高張力鋼板用セルフタッピングねじ。
2. 前記雌ねじ成形部には、前記ねじ山が少なくとも３山存在することを特徴とする請求項１記載の高張力鋼板用セルフタッピングねじ。

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