JP6440883B1 - タッピンねじ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】頭部10と、ねじ軸20と、を備え、前記ねじ軸20は、めねじ部材102の下孔102aに塑性変形によりめねじ120を成形しながら締結を行うねじ山を有するタッピンねじにおいて、前記ねじ山のうち、締付け時に最後にめねじ120に進入する頭部側のねじ山2201〜2203を、ねじ山基部223に突条222を設けることにより、他のねじ山220よりも大径とし、空転トルクを高くした。
【選択図】図2
Description
ねじ山の引っ掛かり数を多くする点では、首下にアンダーカットを設け、頭部付近までおねじを延長することが有効であるが、アンダーカットを設けた分だけ座面積が小さくなってしまい、それだけでは空転トルクを高くすることができない。
一方、特許文献1には、一条ねじが形成されたねじ軸の頭部側に新なねじ条を追加して2条ねじとすることにより、空転トルクを高くしたタッピンねじが開示されている。
前記ねじ軸には、平行ねじ部と、該平行ねじ部のねじ先側に、ねじ山の径が先端に向けて徐々に小径となるテーパねじ部とを有し、
前記平行ねじ部のねじ山のうち、締付け時に最後にめねじに進入する頭部側のねじ山に突部を設けることにより、前記頭部側のねじ山の径を他のねじ山よりも大径とし、
前記突部は前記頭部側のねじ山のリード方向に所定範囲に亘って延びる突条によって構成され、前記突条は、前記頭部側のねじ山の付け根から頂部に至る途中位置までのねじ山
基部に対して頂部側に設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、締付け時に最後にめねじに進入する頭部側のねじ山の径を他のねじ山の径よりも大きくしたことにより、頭部側のねじ山が最終的にめねじ材へ食い込む形となり、空転トルクを高くすることができる。
したがって、締付け作業時の工具の設定トルクのトルク範囲(締付けトルク管理幅)を増大させることができ、トルク不足や空転を起こすことなく、締め付け作業を行い易くなる。
また、頭部側のねじ山が大径となっているので、接触面積が増大し、引き抜き荷重を大きくすることができる。
複数山を大径とすることにより、被締付け材の厚みが薄いものから厚いものまで対応可能となる。
前記頭部側の大径としたねじ山に向けて、通常の他のねじ山から、1回転から1/6回転の範囲で大径ねじ山に立ち上がる構成とすることができる。
立ち上がり範囲が短すぎると、急激にトルク上昇してしまい、立ち上がり範囲が長すぎるとねじ長さが長くなってしまう傾向にあり、1回転から1/6回転の範囲が好適である。
また、突条は、頭部側のねじ山のねじ山基部のフランク面に連続する圧力側及び遊び側のフランク面を有し、少なくとも一方のフランク面のフランク角が前記ねじ山基部の対応するフランク面のフランク角より小さい構成とすることができる。
[実施形態1]
図1は本発明の実施の形態1に係るタッピンねじを示している。
タッピンねじ1は、図1(A)に示すように、頭部10と、頭部10から延びるねじ軸20とを備え、ねじ軸20には、平行ねじ部22と、平行ねじ部22のねじ先側に、ねじ山の径が先端に向けて徐々に小径となるテーパねじ部24とを備えている。
頭部10は、頂部にビット穴18が設けられ、頭部10の裏面側に、締め付け時に被締付け材に着座する頭部座面16が設けられている。この実施の形態では、頭部10の裏面には、ねじ軸20の首下が頭部と接続される付け根部の周囲にアンダーカット部12が設けられ、頭部座面16は、アンダーカット部12を取り囲むように全周に亘って円環状に形成されている。図示例ではアンダーカット部12を設けているが、アンダーカット部12を設けなくてもよい。
ねじ軸20の、平行ねじ部22及びテーパねじ部24は、周方向に180°位相が異なる2条のねじ条21A,21Bによって構成される。すなわち、平行ねじ部22は、外周面が円筒状の軸部25の外周に、ねじ条21Aのねじ山220,ねじ条21Bのねじ山220が軸方向に交互に形成されている。また、テーパねじ部24は、軸部25からねじ先に向かって徐々に縮径するテーパ軸部26の外周に、各ねじ条21A,21Bのテーパねじ山240が形成されている。テーパねじ山240は、ねじ先に向かって徐々にねじ高さが低くなっている。各ねじ条21A,21Bの頭部側の端部には、平行ねじ部22のねじ
山220から頭部10に向かって徐々に高さが低くなる不完全ねじ山250が形成され、不完全ねじ山250の頭部側の始端と頭部の間の首下部は、ねじ無し領域となっている。各ねじ条21A、21Bのねじ山構成は同一である。
本発明は、平行ねじ部22のねじ山220のうち最も頭部10側のねじ山から複数山、図示例では3山にわたって、突部としての突条222を設け、他のねじ山220の径よりも大径の大径ねじ山2201としたものである。この例では2条ねじで、それぞれのねじ条21A,21Bについて、大径ねじ山2201が存在するが、以下の説明では、大径ねじ山2201として包括的に説明するものとする。
突条222が頭部10側から3山分設けられているということは、各ねじ条21A,21Bの大径ねじ山2201,2201について見ると、頭部10側に向けて回転方向に1巻き〜1.5巻き程度設けられ、頭部10側の不完全ねじ山250に至る構成となっている。すなわち、図1では、ねじの右側には、頭部側から1山目は一方のねじ条21Bの突条222が完全に立ち上がった大径ねじ山2201、2山目は、他方のねじ条21Aの、突条222が完全に立ち上がった大径ねじ山2202、3山目は、一方のねじ条21Bの凸条222が完全に立ち上がった大径ねじ山2203が表れている。この2条のねじ条21A,21Bを合わせて、3山分の大径ねじ山2201,2202,2203が、突条222によって大径となる構成となっている。
各ねじ条21A,21Bの頭部10側の端部は、図1(B)に示すように、不完全ねじ山250から半巻き程度が頭部座面16に対して対向している。そして、突条222の頭部側の端部は、不完全ねじ山250と共に徐々に高さ及び幅が小さくなっている。
図1(C)は、図1(A)のC−C線に沿ったねじ軸20の軸直角方向の断面であり、3山目の大径ねじ山2203の突条222のねじ先側の端部を表している。
突条222のねじ先側の端部は、ねじ先側に向かった高さ及び幅が徐々に小さくなって、次のねじ山220の頂部に連なっている。通常のねじ山220側から見ると、頭部10側に向かってねじ山220から徐々に突条222が立ち上がって、大径のねじ山2201に至る構成となっている。立ち上がり範囲Xが短すぎると、急激にトルクが上昇してしまい、立ち上がり範囲が長すぎるとねじ長さが長くなってしまう傾向にあり、1/6回転(60°)から1回転(360°)の範囲が好適であり、この実施形態では、ほぼ1/6回転(60°)程度となっている。
本発明では、2条ねじの各ねじ条21A,21Bに対して、それぞれ突条222が形成されているが、たとえば、一方のねじ条だけに突条222を形成するようにしてもよい。
突条222の頂部が、ねじ山2201の頂部であり、その径(d1)は、他のねじ山220の径(d)よりも高くなっている(d1=d+α)。この大径のねじ山2201の頂部の径(d1)の、他の通常のねじ山220の径(d)に対する比率は、105%〜115%程度とする。
そして、突条222の、圧力側のフランク面222aと遊び側のフランク面222bとの山角度θ2は、ねじ山基部223の圧力側のフランク面223aと遊び側のフランク面223bの山角度θ3よりも小さく設定されている。
図2(B)は、ねじ軸20の軸線Nを含むねじ山2201の断面形状であり、ねじ山基部223の圧力側及び遊び側のフランク面223a、223b、突条222の圧力側及び遊び側のフランク面222a、222bは、軸線Nに直角なねじ山2201の中心線Mに対して対称である。したがって、各フランク面と中心線Mとのなす角であるフランク角については、ねじ山基部223の圧力側のフランク面223aのフランク角と遊び側のフランク面223bのフランク角は同一(θ3/2)である。
一方、突条222の圧力側のフランク面222aのフランク角と遊び側のフランク面222bのフランク角も同一である(θ2/2)。
なお、ねじ山基部223の山角度θ3は、30°〜60°程度が好適であり、特に、45°が好適である。
また、突条222の山角度θ2は、ねじ山基部223の山角度θ3に対して50%〜75%とすることが好適である。
図3(A)、(B)は、本実施形態1のタッピンねじを用いて、薄板の被締付け材101とめねじ材102を重ねて締付ける状態を示している。
被締付材101の厚みは0.8mm以下を想定しており、めねじ材102のバーリング筒部102bと合わせた厚みLは3.5mm程度となり、3.5mmの範囲で突条222を設けている。すなわち、突条222は、厚みに対応して設けるもので、本実施形態では3山程度に設定されている。
被締付け材101には挿通孔101aが、めねじ材102には、下孔102aが設けられ、下穴102aには、ねじの挿入方向に前方に突出する円筒状のバーリング筒部102bが形成されている。タッピンねじの締付は、テーパねじ部24によって、めねじ材102のバーリング筒部102b内周にめねじ120が成形され、このめねじ120に平行ねじ部22のねじ山が螺合していく。
めねじ120が形成された後、引き続き締め付けていくと、頭部10側から3山目の大径ねじ山2203が、めねじ120内に進入し、突条222がめねじ120の谷部及び谷部近傍のフランク面に食い込むことで締付トルクが増大し始める(図3(A)、(C)参照)。その後、半回転程度で2山目の大径ねじ山2202がめねじ120に嵌合し、頭部座面16が被締付け材101に着座した後、さらに、所定のトルクに達するまで締め付けて、締め付け作業が終了する(図3(B)、(D)参照)。
なお、締付完了時点でも、頭部側の1山目の大径ねじ山2201は、バーリング筒部102bの開口端部のダレの位置にあり、めねじ120と僅かに係合しているが、1山目の大径ねじ山2201は開口端に達していなくてもよい。突条222を形成したねじ山の数は、被締付材101の厚み、さらに被締付材101とめねじ材102のバーリング筒部102bと合わせた厚みによって、2山としてもよいし、4山以上としてもよい。
このように、本発明によれば、頭部10側の3山のねじ山に突条222を設けて大径ねじ山2201〜2203とすることにより、着座直前のトルクが増大し、空転トルク(タッピンねじのねじ山あるいはめねじ材102に形成されためねじが破壊に至るトルク)を大きくすることができる。
したがって、ねじ込み組立時の工具の設定トルクのトルク範囲(締付けトルク管理幅)を増大させることができ、トルク不足や空転を起こすことなく締め付け作業を行うことができる。
また、めねじ120に対して、頭部10側の2山目及び3山目の大径ねじ山2202,2203が食い込み、突条222の分だけ大径となっているので、接触面積が増大し、引き抜き荷重を大きくすることができる。
なお、上記説明では、頭部10側から2山目、3山目の大径ねじ山2202,2203がめねじ120に係合する構成となっているが、被締付材101とめねじ材102が薄肉で、最終的に1山目の大径ねじ山2201しかめねじ120に係合しない場合には、3山目が通過する際にトルクが上昇するので、2山目、1山目で締付トルクが減少するものの、空転トルクを大きくすることができる。
また、被締付材101とめねじ材102が薄肉の場合で、最終的に1山目の大径ねじ山2201しか係合しない場合には、頭部10側から一山分だけ大径ねじ山を設けておいてもよい。
図4には、上記突条222の変形例を示している。
図4(A)は、突条222の圧力側のフランク面222aのフランク角αのみを、ねじ山基部223のフランク面223aより小さくし、遊び側のフランク面222bのフランク角はねじ山基部223の遊び側のフランク面223bのフラン角と同一角度(θ3/2)としたものである。
図4(B)は、突条222の遊び側のフランク面222bのフランク角βのみを、ねじ山基部223の遊び側のフランク面223bより小さくし、圧力側のフランク面222bのフランク角はねじ山基部223の圧力側のフランク面223aのフランク角と同一角度(θ3/2)としたものである。
図4(C)は、突条222の圧力側のフランク面222aのフランク角をねじ山基部223のフランク面223aと同一角とし、遊び側のフランク面222bのフランク角もねじ山基部223の遊び側のフランク面223bのフラン角と同一角度とした状態で、頭部10側のねじ山2201の高さd2を高くしたものである。外見上は、突条222とねじ山基部223の境界は無いので、大径ねじ山2201は、他のねじ山220とフランク角が同じで、径が大径のねじ山となる。突条222の付け根側の軸方向幅Aを他のねじ山220と同一とし、頂部の軸方向幅Bを小さくしてもよいし、頂部の軸方向幅Bを他のねじ山220と同じとし、付け根の軸方向幅Aを大きくしてもよい。付け根の軸方向幅Aを大きくする場合は、突条222の立ち上がりが大きくなるにつれて、軸方向幅Aも徐々に大きくなるので、大径ねじ山2201だけでなく、大径ねじ山2201のフランク面が形成されためねじのフランク面に食い込み、トルク上昇分がより大きくなる。
[実施形態2]
図5は、本発明の実施形態2に係るタッピンねじを示している。この実施形態2は、立ち上がり範囲を長くとったものである。
すなわち、この例では、突条222は、各ねじ条21A、21Bの頭部側の大径ねじ山2201,2202のリード方向に所定範囲、ほぼ360°(1回転)の範囲に亘って頭部側に向かって徐々に立ち上がり、大径ねじ山2201,2202は頭部側に向かって徐々にテーパ状に拡径する形状となっている。
したがって、たとえば、図5中、ねじの右側には、頭部側から一山目は一方のねじ条21Bの突条222が完全に立ち上がった大径ねじ山2201、二山目は、他方のねじ条21Aの、突条222が立ち上がり途中の大径ねじ山2202が表れている。すなわち、2条のねじ条21A,21Bを合わせて、2山分の大径ねじ山2201,2202について、突条222によって大径となる構成となっている。このようにすれば、急激なトルク上昇を回避することができる。
[実施形態3]
図6は、本発明の実施形態3に係るタッピンねじを示している。
この実施形態3は、図4(C)に示すような突条222を形成して大径ねじ山とし、実施形態2と同様に、突条222を、各ねじ条21A、21Bの大径ねじ山2201,2202のリード方向に、ほぼ360°(1回転)に亘って頭部側に向かって徐々に立ち上げ、大径ねじ山2201,2202を頭部10側に向かって徐々にテーパ状に拡径するように形成している。図中、ねじ山基部223と突条222の境目を二点鎖線で示しているが、フランク面は連続しており、仮想的に引いた線である。
図示例では、突条222の付け根側の軸方向幅Aを他のねじ山220と同一とし、頂部の軸方向幅Bを小さくした構成であり、頂部の軸方向幅Bが頭部10側に向かって徐々に細くなっているが、頂部の軸方向幅Bを他のねじ山220と同じとし、付け根の軸方向幅Aを頭部側に向かって徐々に大きくしてもよい。
[実施形態4]
図7は、本発明の実施形態4に係るタッピンねじを示している。
上記実施形態4は、実施形態3と同様に、図4(C)に示すような突条222を形成して大径ねじ山とし、突条222を、各ねじ条21A、21Bの大径ねじ山2201,2202のリード方向に、ほぼ360°(1回転)に亘って頭部側に向かって徐々に立ち上げ、大径ねじ山2201,2202を頭部10側に向かって徐々にテーパ状に拡径するように形成したものであるが、この実施形態4では、さらにねじ条が形成される軸部25の頭部側領域を、頭部10に向けて徐々に大径となるようにテーパ軸部25aとしたものである。このようにテーパ軸部25aとすることにより、テーパ軸部25aが先行して形成されためねじのねじ山に接触し、さらなる空転トルク増加を図ることができる。また、大径ねじ山2201,2202の径は、図6と同じであってもよいが、テーパ軸部25aの拡径分だけ大径とすることによっても、さらなる空転トルク増加を図ることができる。
また、上記各実施形態では、2条ねじ構成のタッピンねじについて説明したが、本発明は、3条以上の多条ねじ構成についても適用できるし、1条ねじについても適用可能である。
10 頭部、
20 ねじ軸、
21A ねじ条、21B ねじ条
22 平行ねじ部
220 ねじ山
2201〜2203 大径ねじ山(頭部側のねじ山)
222 突条
222a 圧力側のフランク面、222b 遊び側のフランク面
223 ねじ山基部
223a 圧力側のフランク面、223b 遊び側のフランク面
24 テーパねじ部
25 軸部
26 テーパ軸部
101 被締付け材、101a 下孔
102 めねじ材、102a 下孔、120 めねじ
M 中心線
N 軸線
θ2 山角度(突条)
θ3 山角度(ねじ山基部)
Claims (3)
- 頭部と、ねじ軸と、を備え、前記ねじ軸は、相手材に設けられた下穴に塑性変形によりめねじを成形しながら締結を行うねじ山を有するタッピンねじにおいて、
前記ねじ軸には、平行ねじ部と、該平行ねじ部のねじ先側に、ねじ山の径が先端に向けて徐々に小径となるテーパねじ部とを有し、
前記平行ねじ部のねじ山のうち、締付け時に最後にめねじに進入する頭部側のねじ山に突部を設けることにより、前記頭部側のねじ山の径を他のねじ山よりも大径とし、
前記突部は前記頭部側のねじ山のリード方向に所定範囲に亘って延びる突条によって構成され、前記突条は、前記頭部側のねじ山の付け根から頂部に至る途中位置までのねじ山基部に対して頂部側に設けられていることを特徴とするタッピンねじ。 - 前記頭部側のねじ山の複数山を大径としたことを特徴とする請求項1に記載のタッピンねじ。
- 前記突条は、前記頭部側のねじ山のねじ山基部のフランク面に連続する圧力側及び遊び側のフランク面を有し、少なくとも一方のフランク面のフランク角が前記ねじ山基部の対応するフランク面のフランク角より小さい構成となっている請求項1又は2に記載のタッピンねじ。
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