JP5607114B2

JP5607114B2 - タッピンねじ

Info

Publication number: JP5607114B2
Application number: JP2012142824A
Authority: JP
Inventors: 直樹堀内
Original assignee: Topura Co Ltd
Current assignee: Topura Co Ltd
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: WO2014003041A1; CN104411986A; US9267528B2; JP2014005896A; CN104411986B; US20150198196A1

Description

本発明は、薄板鋼板に対して好適に用いることができるタッピンねじに関するものである。

一般的なタッピンねじの場合、板厚が１ｍｍにも満たないような薄板鋼板に対して、適正な締付けが行えない場合が生じる。この理由について、図１１〜図１５を参照して説明する。図１１は従来例に係るタッピンねじの正面図である。図１２は図１１中のＣＣ断面図である。図１３〜図１５は従来例に係るタッピンねじの締結時の様子を示す図である。

タッピンねじ５００は、ねじ山が形成された軸部５１０と、頭部５２０とから構成される。一般的に、タッピンねじ５００の軸部５１０に形成されるねじ山は１条であり、図１２の断面図に示すように、断面形状は山の円と谷の円が合成された非円形断面となる。なお、図１２中の実線Ｖは谷径に相当し、実線Ｓはねじ山の外形に相当する。このように構成されるタッピンねじ５００を用いて、例えば２つの板状の部材を固定（ねじ込み部材に対して被締結部材を固定）する場合には、ねじ込み部材に下穴を形成しておき、被締結部材に挿通孔を形成しておく。そして、被締結部材側に設けられた挿通孔を介して、ねじ込み部材の下穴にタッピンねじをねじ込むことで、これら２部材を固定することができる。この場合において、ねじ込み部材の厚みが十分に厚ければ、軸部５１０の断面が非円形断面であっても、ねじ山の１周分以上の領域が下穴に接しながら連続的な螺旋状となってめねじを形成していくため、軸部５１０は２つの部材に対して垂直な状態を保ったままねじ込まれていく。

これに対して、図１３〜図１５に示すように、板厚の薄い第１薄板鋼板２００に第２薄板鋼板３００を固定する場合において、仮に、上記のように構成されるタッピンねじ５００を用いる場合について説明する。第１薄板鋼板２００には、予め下穴２１０が形成されており、第２薄板鋼板３００には、タッピンねじ５００の軸部５１０が挿通される挿通孔３１０が予め形成されている。第１薄板鋼板２００は厚みが薄い（例えば、０．４ｍｍ程度）ため、タッピンねじ５００の軸部５１０に形成されているねじ山が下穴２１０に接触する領域は１周に満たず、螺旋状となる成形めねじの長さは例えば半周程度となってしまう。従って、上記の通り、軸部５１０の断面は非円形断面であることから、軸部５１０は第１薄板鋼板２００及び第２薄板鋼板３００に対して斜めに倒れた状態のままねじ込まれてしまう。また、頭部５２０の座面５２１が第２薄板鋼板３００に当接した際にも、ねじ山は半周程度しか下穴２１０に接触しておらず、タッピンねじ５００が倒れた状態になっているだけでなく、十分な締結力を得ることができない。
また、一般的に、おねじ部品の首下近傍にあるねじ部は不完全ねじ部といって、山形が不完全なねじ部が存在する。上記のように、板厚の薄い２つの薄板鋼板同士を締結させる場合には、当該不完全ねじ部が、成形されためねじ部に嵌合した状態となり得る。この場合には、おねじ部とめねじ部との嵌合部の軸方向の荷重に対する強度は著しく低下してしまう。これに伴い、締結時の作業性悪化を招くと共に、比較的小さな外力であってもめねじ部が破壊されてしまうおそれがある。また、ゆるみの発生を引き起こすことも懸念される。

以上のことから、ねじ込み部材及び被締結部材が薄板鋼板のように厚みが薄い場合には、タッピンねじ５００をそのまま用いることができなかった。従って、例えば、ボルトとナットを用いて固定したり、薄板鋼板にバーリング加工を施して、おねじが成形する山数を増加させた上で、タッピンねじを用いたりしていた。

ボルトとナットを用いる締結方法では部品点数が増加してしまい、バーリング加工を施す方法では加工作業が増えてしまい、金型も複雑となるため、いずれもコストが増えてしまう原因となっている。また、薄板のバーリング加工では、バーリングの高さが十分に確保できないという問題も生じていた。そのため、薄いねじ込み部材及び被締結部材に対して、バーリング加工などを施さなくても使用可能なタッピンねじが望まれている。

特開２００９−１５０５３４号公報特開平１０−１３１９３２号公報特許第４２６０６２４号公報特許第４４８０３９５号公報

本発明の目的は、ねじ込み部材及び被締結部材の厚みが薄くても、十分な締結力を確保することのできるタッピンねじを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明のタッピンねじは、
切り上がりが１８０°位相が異なるように構成された２条のねじ山を備え、ねじ込み部材に予め設けられた下穴にねじ込まれることで、該ねじ込み部材に対して被締結部材を締結させるタッピンねじにおいて、
前記２条のねじ山のそれぞれに対して９０°位相の異なる領域であって、かつ締結完了時において前記下穴に食い込む領域に、前記２条のねじ山の平行ねじ部における完全ねじ部の外径よりも小さく、前記下穴の内径よりも大きく設定された締結力向上ねじ山がそれぞれ設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ねじ込み部材及び被締結部材の厚みが薄くても、締結完了時には、２条のねじ山及び２か所の締結力向上ねじ山により、合計４か所において、各ねじ山がねじ込み部材に設けられた下穴にねじ込まれることになる。なお、周方向において、９０°毎にねじ山又は締結力向上ねじ山が下穴にねじ込まれることになる。従って、十分な締結力を確保することができる。

また、前記２条のねじ山のうち前記下穴にねじ込まれる際に切り込み部となる２か所の位置からそれぞれ９０°位相の異なる領域に、前記下穴の内径よりも小さく設定された傾き防止突起部がそれぞれ設けられているとよい。

これにより、下穴に軸部をねじ込んでいく際には、１８０°位相が異なる位置でそれぞれ切り込み部によって、めねじが形成されると共に、切り込み部となる２か所の位置から９０°位相が異なる領域には傾き防止突起部が設けられているので、軸部が傾いてしまうことが抑制（防止）される。

前記２条のねじの１条分のねじ山のリードは、前記ねじ込み部材の板厚以上に設定されているとよい。

これにより、１条目のねじ山により形成されるめねじと、２条目のねじ山により形成さ
れるめねじが干渉してしまうことを抑制（防止）できる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、ねじ込み部材及び被締結部材の厚みが薄くても、十分な締結力を確保することが可能となる。

図１は本発明の実施例に係るタッピンねじの正面図である。図２は本発明の実施例に係るタッピンねじの斜視図である。図３は図１中のＡＡ断面図である。図４は本発明の実施例に係るタッピンねじにおける締結力向上ねじ山の配置説明図である。図５は図１中のＢＢ断面図である。図６は本発明の実施例に係るタッピンねじにおける傾き防止突起部の配置説明図である。図７は本発明の実施例に係るタッピンねじにおける締結開始時の様子を示す図である。図８は図７の一部拡大図である。図９は本発明の実施例に係るタッピンねじにおける締結完了時の様子を示す図である。図１０は図９の一部拡大図である。図１１は従来例に係るタッピンねじの正面図である。図１２は図１１中のＣＣ断面図である。図１３は従来例に係るタッピンねじの締結時の様子を示す図である。図１４は従来例に係るタッピンねじの締結時の様子を示す図である。図１５は従来例に係るタッピンねじの締結時の様子を示す図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１〜図１０を参照して、本発明の実施例に係るタッピンねじについて説明する。

＜タッピンねじの構成＞
特に、図１及び図２を参照して、本発明の実施例に係るタッピンねじの構成について説明する。本実施例に係るタッピンねじ１００は、軸部１０と、頭部２０とから構成される。軸部１０には、２条のねじ山が形成されている。なお、これら２条のねじ山は、山高さ及び山形共に同一である。説明の便宜上、これら２条のねじ山を、それぞれ、第１ねじ山１１，第２ねじ山１２と称する。第１ねじ山１１の切り上がり１１ａと第２ねじ山１２の切り上がり１２ａは１８０°位相が異なっている。また、本実施例においては、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２の各リードは、各ねじ山によって下穴に形成されるめねじが干渉してしまわないように、いずれもねじ込み部材の板厚以上（ここでは、２．０ｍｍ以上）に設定されている。

また、これらの山形は、圧力側フランク面の角度を遊び側フランク面の角度よりも１／
２に小さく設定し、かつ全角が４５°となるように非対称山形としている。これにより、緩みの抑制や締結保持力で優れた特性を得ることができる。すなわち、圧力側フランク面の角度を遊び側フランク面の角度の１／２に設定することで、荷重負荷時に形成されためねじがおねじの外径方向に向かって拡がる方向に受ける応力を抑える。また、通常ＪＩＳタッピンねじの山角度６０°よりも小さく設定することで、同じリードでも山高さが高く設定できるため薄板では特に重要となってくる引っ掛かり率も大きく設定でき、めねじを形成する下穴の内径について、ねじの谷部が干渉することなく小さく設定できる。

そして、本実施例に係るタッピンねじ１００においては、軸部１０における首下の辺りに、第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４が設けられている。また、軸部１０の先端付近には、第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６が設けられている。

＜締結力向上ねじ山＞
特に、図３及び図４を参照して、締結力向上ねじ山（第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４）について詳細に説明する。

図３は図１のＡＡ断面図である。図３中、実線Ｄ１は軸部１０における谷径に相当し、点線Ｄ２は、本実施例に係るタッピンねじ１００がねじ込まれるねじ込み部材（後述する第１薄板鋼板２００）に形成されている下穴の内径に相当する。また、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２については平行ねじ部（完全ねじ部）の部分の外形が表れている。この図から分かるように、第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４は、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２の平行ねじ部における完全ねじ部の外径よりも小さく、下穴の内径（点線Ｄ２）よりも大きく設定されている。ただし、締結時における着座直前のねじ込み時のトルクが高くなり過ぎないように、第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４の高さは、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２における平行ねじ部山高さの６０％以下に設定するのが望ましい。

また、これら第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４は、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２のそれぞれに対して９０°位相の異なる領域であって、かつ締結状態において下穴に食い込む領域に設けられている。

この点について、より具体的に説明する。軸心に垂直なＡＡ断面で見た場合、寸法誤差を考慮して、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２が存在し得る範囲を、図４中それぞれＳ１とＳ２とする。なお、第１ねじ山１２の切り上がり１１ａと第２ねじ山１２の切り上がり１２ａは１８０°位相が異なっているので、範囲Ｓ１と範囲Ｓ２は中心点に対して対称関係にある。そして、範囲Ｓ１，Ｓ２のそれぞれについて、一方の端部から９０°位相が異なる位置から、他方の端部から９０°位相が異なる位置までの範囲Ｔ１，Ｔ２を含むように、第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４が設けられている。これにより、第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４は、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２のそれぞれに対して９０°位相の異なる領域に設けられることになる。

また、第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４が、締結状態において下穴に食い込む領域に設けられるようにするためには、固定させる２部材（後述する第１薄板鋼板２００と第２薄板鋼板３００）の厚みに基づいて、頭部２０の座面２１からの距離を設定すればよい。また、第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４を下穴の軸方向（厚み方向）の全領域に亘って食い込ませる場合に、これら第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４をどれだけの円周上の存在角度Ｘに亘って設ければよいかの考え方について説明する。例えば、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２のリード（１条のねじ山が３６０°回転した時に進む距離に相当）を２．０ｍｍとする。また
、ねじ込み部材（後述する第１薄板鋼板２００）の板厚を０．４ｍｍとする。そうすると、３６０°で２．０ｍｍ、Ｘで０．４ｍｍとなるので、Ｘ＝３６０°×（０．４ｍｍ÷２．０ｍｍ）＝７２°となる。従って、この場合には、第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４をそれぞれ７２°以上の範囲に亘って設けることによって、下穴の厚み方向の全領域に亘って食い込ませることが可能となる。

＜傾き防止突起部＞
特に、図５及び図６を参照して、傾き防止突起部（第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６）について詳細に説明する。

図５は図１のＢＢ断面図である。図５中、実線Ｄ１は軸部１０における谷径に相当し、点線Ｄ２は、本実施例に係るタッピンねじ１００がねじ込まれるねじ込み部材（後述する第１薄板鋼板２００）に形成されている下穴の内径に相当する。また、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２については平行ねじ部（完全ねじ部）の部分の外形が表れている。この図から分かるように、第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６は、下穴の内径よりも小さく設定されている。なお、傾き防止機能が十分に発揮されるように、これら第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６の高さは、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２における平行ねじ部山高さの１５％以上に設定するのが望ましい。また、本実施例においては、一対を１組として、合計２組の第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６を設けている。より具体的には、平行ねじ部とテーパねじ部との境界となる位置に一対の第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６が設けられ、かつそれよりも１ピッチ分だけ先端側の位置にも一対の第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６が設けられている。

また、これら第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６は、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２のうち下穴にねじ込まれる際に切り込み部となる２か所の位置からそれぞれ９０°位相の異なる領域に設けられている。

この点について、より具体的に説明する。まず、軸部１０の先端はテーパねじであり、先端から頭部２０に向かうにつれて拡径するように構成されている。従って、下穴の内径により、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２のうち下穴にねじ込まれる際に切り込み部となる２か所の位置は定まる。ただし、この２か所の位置は、ねじ込み部材の下穴の内径によって差異が生じる。そこで、軸心に垂直な断面で見た場合、当該内径を考慮して、切り込み部となり得る範囲を、図６中それぞれＵ１とＵ２とする。なお、第１ねじ山１２の切り上がり１１ａと第２ねじ山１２の切り上がり１２ａは１８０°位相が異なっているので、範囲Ｕ１と範囲Ｕ２は中心点に対して対称関係にある。そして、範囲Ｕ１，Ｕ２のそれぞれについて、一方の端部から９０°位相が異なる位置から、他方の端部から９０°位相が異なる位置までの範囲Ｖ１，Ｖ２を含むように、第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６がそれぞれ設けられている。なお、ねじの呼び径が４ｍｍの場合、第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６をそれぞれ１１０°の範囲に亘って設けることによって、下穴の内径が、ねじの呼び径４ｍｍの適正下穴範囲である２．９ｍｍ〜３．３ｍｍ程度まで適用可能としている。

＜締結時のメカニズム＞
特に、図７〜図１０を参照して、本実施例に係るタッピンねじによる締結時のメカニズムについて説明する。

＜＜締結開始時＞＞
図７は本実施例に係るタッピンねじ１００による締結開始時の様子を示したものであり、図８は図７中の丸で囲んでいる付近を拡大した図である。ここでは、板厚の薄い第１薄
板鋼板（ねじ込み部材）２００に第２薄板鋼板（被締結部材）３００を固定する場合について説明する。なお、第１薄板鋼板２００の板厚は例えば０．４ｍｍである。第１薄板鋼板２００には、予め下穴２１０が形成されており、第２薄板鋼板３００には、タッピンねじ５００の軸部５１０が挿通される挿通孔３１０が予め形成されている。

そして、下穴２１０の中心と挿通孔３１０の中心が一致するように、第１薄板鋼板２００に第２薄板鋼板３００を重ねた状態で、挿通孔３１０側からタッピンねじ１００の軸部１０を差し込む。すると、軸部１０の先端のテーパねじ部において、下穴２１０の内径と同径となる付近で、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２の外周面が下穴２１０の内周面に接触する（図７及び図８に示す状態）。この２か所の接触部が上述した切り込み部となる。なお、これら２か所の接触部は１８０°ずれた位置関係にある。

また、上記の通り、これら２か所の切り込み部の位置からそれぞれ９０°位相の異なる領域には、第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６が設けられている。従って、２か所の切り込み部方向へのタッピンねじ１００の傾きは、これら切り込み部によって抑制され、かつ当該方向に垂直な方向への傾きは第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６によって抑制される。

この状態で、タッピンねじ１００をねじ込んでいくと、第１薄板鋼板２００の下穴２１０の内周面には、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２によって、２条のめねじが形成されていく。テーパねじ部を過ぎた後においては、平行ねじ部は既に形成されているめねじに沿って進んでいく。

＜＜締結完了時＞＞
図９は本実施例に係るタッピンねじ１００による締結完了時の様子を示したものであり、図１０は図９中の丸で囲んでいる付近を拡大した図である。頭部２０の座面２１が第２薄板鋼板３００に接触する付近までタッピンねじ１００のねじ込みが進むと、第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４の外周面が下穴２１０の内周面に接触する。そして、更に、タッピンねじ１００のねじ込みが進むことで、これら第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４によって、下穴２１０の内周面に新たにめねじが形成される。これら第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４は、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２のそれぞれに対して９０°位相の異なる領域に設けられているので、既に形成されている２条のめねじとは位相の異なる位置に新たにめねじが形成される。

＜本実施例に係るタッピンねじの優れた点＞
本実施例に係るタッピンねじ１００によれば、切り上がり１１ａ，１２ａが１８０°位相が異なる２条のねじ山（第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２）を備える構成を採用しているので、１条ねじの場合に比べて、締結時に、タッピンねじ１００が傾いた状態となってしまうことを抑制できる。

また、本実施例に係るタッピンねじ１００によれば、第１薄板鋼板２００の厚みが薄くても、締結完了時において、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２と第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４により、合計４か所において、各ねじ山が第１薄板鋼板２００に設けられた下穴２１０にねじ込まれることになる。なお、周方向において、９０°毎にこれらのねじ山が下穴２１０にねじ込まれることになる。これにより、十分な締結力、保持力及び空転トルク（めねじ破壊トルク）を確保することができる。また、一般的には首下付近のねじ山は不完全ねじとなってしまい、締結力等が低下してしまうが、その分についても、第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４により補うことができる。

なお、第１締結力向上ねじ山１３及び第２締結力向上ねじ山１４は、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２に比べて山の高さが低く、ねじ込みトルクが増大しすぎてしまうことは抑制できる。

更に、本実施例に係るタッピンねじ１００によれば、切り込み部となる２か所の位置から９０°位相が異なる領域には第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６が設けられている。従って、ねじ込み開始直後から、軸部１０が傾いてしまうことが抑制（防止）される。すなわち、本実施例に係るタッピンねじ１００の場合には、上記の通り、２条のねじ山を備える構成を採用しているため、一般的な１条ねじに比べて傾きにくい。しかしながら、それぞれの条に対して９０°位相が異なる方向には傾き易い。これに対して、本実施例に係るタッピンねじ１００の場合には、第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６を設けることによって、当該方法への傾きを抑制することで、タッピンねじ１００の傾きを効果的に（あらゆる方向に対して）抑制することができる。なお、第１傾き防止突起部１５及び第２傾き防止突起部１６は下穴２１０の内径よりも小さいので、下穴２１０に対してめねじを形成することはなく、トルクが増加する原因にはならない。

また、本実施例においては、第１ねじ山１１及び第２ねじ山１２は、いずれもリードが第１薄板鋼板（ねじ込み部材）２００の板厚以上に設定されている。従って、第１ねじ山１１により形成されるめねじと、第２ねじ山１２により形成されるめねじが干渉してしまうことを抑制（防止）できる。

１０軸部
１１第１ねじ山
１２第２ねじ山
１３第１締結力向上ねじ山
１４第２締結力向上ねじ山
１５第１傾き防止突起部
１６第２傾き防止突起部
２０頭部
２１座面
２００第１薄板鋼板
２１０下穴
３００第２薄板鋼板
３１０挿通孔

Claims

切り上がりが１８０°位相が異なるように構成された２条のねじ山を備え、ねじ込み部材に予め設けられた下穴にねじ込まれることで、該ねじ込み部材に対して被締結部材を締結させるタッピンねじにおいて、
前記２条のねじ山のそれぞれに対して９０°位相の異なる領域であって、かつ締結完了時において前記下穴に食い込む領域に、前記２条のねじ山の平行ねじ部における完全ねじ部の外径よりも小さく、前記下穴の内径よりも大きく設定された締結力向上ねじ山がそれぞれ設けられていることを特徴とするタッピンねじ。
前記２条のねじ山のうち前記下穴にねじ込まれる際に切り込み部となる２か所の位置からそれぞれ９０°位相の異なる領域に、前記下穴の内径よりも小さく設定された傾き防止突起部がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載のタッピンねじ。
前記２条のねじの１条分のねじ山のリードは、前記ねじ込み部材の板厚以上に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のタッピンねじ。