WO2013180239A1 - タッピンねじ及びその取り付け構造 - Google Patents

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堅二 村井
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株式会社ヤマシナ
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    • F16B25/001—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws characterised by the material of the body into which the screw is screwed
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    • F16B25/0057—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws characterised by geometric details of the screw characterised by the geometry of the thread, the thread being a ridge wrapped around the shaft of the screw the screw having distinct axial zones, e.g. multiple axial thread sections with different pitch or thread cross-sections
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    • F16B25/0042—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws characterised by geometric details of the screw characterised by the geometry of the thread, the thread being a ridge wrapped around the shaft of the screw
    • F16B25/0068—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws characterised by geometric details of the screw characterised by the geometry of the thread, the thread being a ridge wrapped around the shaft of the screw with multiple-threads, e.g. a double thread screws

Definitions

  • the present invention relates to a tapping screw, and more particularly, to a self-tapping screw that can fasten a fastening member, which is another component, to the thin plate with a high breaking torque by directly forming a female screw on the thin plate, and a mounting structure thereof.
  • a self-tapping screw capable of fastening a member to be fastened to a plate material
  • a self-tapping screw capable of fastening a member to be fastened to a plate material
  • a tapping screw having a tapered entry end thread portion, wherein the entry end thread portion is formed in a non-circular multi-thread thread, and the main body thread portion is continuous with the non-circular multi-thread thread.
  • a "multi-tapping screw” characterized in that it is formed in a thread thread is disclosed (Patent Document 1).
  • a tapping screw having a head portion and a shaft portion, wherein the tip side biting portion of the shaft portion is provided with a tip side screw portion formed of a first multi-threaded screw, and the shaft portion In a portion connected to the front end side biting portion on the head side of the head, a base side screw portion formed by a second multi-thread screw having a larger number of threads than the first multi-thread screw is disposed.
  • a “tapping screw” characterized in that (Patent Document 2).
  • the tapping screw according to the present invention is capable of preventing idling due to breakage of the internal thread portion, and provides a tapping screw having a desired screwing torque and a tightening breaking torque, and a mounting structure thereof. To do.
  • the tapping screw according to the present invention is configured by screwing a plurality of screw threads provided on the shaft portion extending from the head into the pilot hole of the plate material and fastening it while forming the female screw portion.
  • the first starting point of the complete thread portion forming the ridge is a torque that is 30% or more of the screwing torque when passing through the pilot hole of the plate material
  • the seating surface has a distance that allows the seating surface to be seated on the fastened member.
  • the torque does not become less than 30% of the screwing torque. That is, the contact resistance between the flank surface of the complete screw portion and the flank surface of the female screw portion formed in the pilot hole is maintained while being secured. As a result, the internal thread portion formed in the prepared hole is not damaged, and a tapping screw with high holding strength having desired screwing torque and tightening breaking torque is obtained.
  • the upper surface and the head of the plate material are fastened by screwing a plurality of thread threads provided on the shaft portion extending from the head portion into the pilot hole of the plate material and fastening it while forming the female screw portion.
  • a tapping screw for fixing a member to be fastened between the seating surface of the plate and the seating surface before the first starting point of the complete thread portion forming the thread passes through the pilot hole of the plate member.
  • the distance from the seating surface to the first starting point of the complete thread portion forming the screw thread may be equal to or less than the distance from the upper surface of the fastened member to the lower surface of the plate member.
  • a separate spacer may be provided on the lower surface of the head, and the lower surface of the spacer may be a seating surface. According to the present embodiment, by appropriately selecting the spacer, the distance from the seating surface to the first starting point of the complete thread portion that forms the thread can be adjusted, and a convenient tapping screw can be obtained.
  • the spacer may be in an annular shape, or the spacer may be formed by abutting a pair of semicircular members and integrated into an annular shape, and the spacer May be C-shaped.
  • the shaft portion may be provided with a double thread portion and a single thread portion, the shaft portion may be provided with a four thread portion and a double thread portion, or The shaft portion may be provided with a 6-thread thread portion and a 3-thread thread portion. According to this embodiment, since the number of strips can be selected as necessary, the selection range is widened, and a general-purpose tapping screw is obtained.
  • the lead angle of the screw portion may be 5 degrees to 25 degrees. According to the present embodiment, when the lead angle is 5 degrees or more, a thread valley shape can be sufficiently secured, and a desired tightening strength can be secured. Further, when the lead angle is 25 degrees or less, a tapping screw having a high fastening function can be obtained because it can withstand a desired load in the fastening direction of the thread and is difficult to rotate back.
  • the attachment structure of the tapping screw according to the present invention is a configuration in which the above-described tapping screw is screwed into the plate hole of the plate material and fastened, and the fastened member is fixed between the upper surface of the plate material and the seating surface of the head portion. is there.
  • the torque does not become less than 30% of the screwing torque. That is, the contact resistance between the flank surface of the complete screw portion and the flank surface of the female screw portion formed in the pilot hole is maintained while being secured. As a result, the internal thread portion formed in the pilot hole is not damaged, and desired screwing torque and tightening breaking torque can be obtained, so that a tapping screw mounting structure with high holding strength can be obtained.
  • the thickness dimension of the plate material may be 0.05d to 0.20d which is a nominal diameter d of the tapping screw.
  • a to-be-fastened member can be fixed by fastening a tapping screw to the thin board
  • the diameter of the prepared hole of the plate material may be 60% to 95% of the nominal diameter d of the shaft portion. According to this embodiment, even if there is variation in the size of the nominal diameter d, there is an effect that the member to be fastened can be fixed to the plate member with a stable fastening force.
  • FIG. 6 is a graph showing measurement results of Comparative Example 1.
  • FIG. It is a graph which shows the measurement result of Example 2 (A). It is a graph which shows the measurement result of Example 2 (B).
  • 6 is a graph showing another measurement result of Example 1.
  • FIG. 6 is a graph showing the measurement results of Example 3.
  • FIG. 6 is a graph showing the measurement results of Example 4.
  • FIG. 10 is a graph showing the measurement results of Example 5.
  • 10 is a graph showing the measurement results of Example 6.
  • FIG. 12A and 12B are graphs for explaining the allowable range of the pilot hole diameter of the plate material according to the present invention.
  • the tapping screw according to the first embodiment is applied to a tapping screw 10 with a cross hole, and includes a head portion 11 and a shaft portion 20.
  • the head 11 has a cross hole 12 which can be tightened with a cross driver on the upper surface thereof, and a shaft portion 20 projects from the center of the seat surface 13.
  • the head 11 may be provided with, for example, a square hole, a hexagonal hole, a star hole, or a slot, and the shape of the head may be, for example, a truss head, a hexagonal head, or a pan head. A round head may be used.
  • the shaft portion 20 includes a two-thread portion 21 and a four-thread portion 22, and the distance L2 from the seat surface 13 of the head 11 to the start point of the complete thread portion of the four-thread portion 22 is a screwing torque.
  • the distance may be such that the seating is performed when the torque is 30% or more, preferably 40% or more of P3. This is because if it is less than 30%, a desired tightening breaking torque cannot be obtained.
  • the distance L1 from the seating surface 13 of the head 11 to the starting point of the four-thread threaded portion 22 is in the range of 3.5 mm to 4.0 mm and 4 from the seating surface.
  • the distance L2 to the first start point of the complete thread portion of the thread portion 22 is set in the range of 2.0 m to 2.5 mm.
  • the propulsion distance (lead) screwed in by one rotation is set in the range of 3.1 mm to 3.2 mm. Therefore, the distance L2 from the seating surface 13 to the first starting point of the complete thread portion of the four-thread thread portion 22 is shorter than the propulsion distance (lead) screwed in by one rotation.
  • the shaft portion 20 may have an outer diameter of 2 mm to 10 mm. This is because if it is less than 2 mm, it is not practical, and if it exceeds 10 mm, a desired torque can be obtained without adjusting the shape of the complete thread portion, so that it is not necessary.
  • the thread of the shaft portion 20 is not limited to a combination of a four-thread thread portion and a two-thread screw portion, but for example, a combination of a two-thread screw portion, a single-thread screw portion, a six-thread screw portion, and a three-thread screw portion There may be.
  • the shaft portion 20 may have one type of multiple threads as in a second embodiment (FIG. 2) described later.
  • the lead angle of the tapping screw 10 is preferably 5 to 25 degrees. This is because if the lead angle is less than 5 degrees, sufficient thread valleys cannot be secured, and the fastening strength decreases. In addition, when the lead angle exceeds 25 degrees, the load that the screw thread can withstand in the fastening direction becomes small, and it becomes easy to return and rotate, making it difficult to obtain the original function of the screw.
  • the plate material to be applied is not particularly limited, and examples thereof include cold rolled steel (SPCC), stainless steel plate, soot-plated steel plate (SPTE), or light alloys such as duralumin, and are limited to metal materials. Alternatively, it may be a resin reinforced plate made of glass fiber.
  • the plate thickness of the plate material may be 0.05d to 0.20d which is a nominal diameter d of the tapping screw. This is because the strength of the counterpart material is reduced when it is less than 0.05 d, and the specificity of the present invention is reduced when it exceeds 0.20 d.
  • a tapping screw having a nominal diameter d of 4 mm can be fastened to a plate material having a plate thickness of 0.8 mm or less.
  • the diameter of the pilot hole is preferably 60% to 95% of the nominal diameter d of the shaft portion. This is because if it is less than 60%, the fastening operation becomes difficult and impractical, and if it exceeds 95%, a desired breaking torque cannot be obtained.
  • a diameter of 2.4 mm to 3.4 mm is preferable.
  • a diameter of 4.8 mm to 7.6 mm is preferable.
  • the 4-thread portion and the 2-thread portion coexist. For this reason, for example, when fastening with an electric screwdriver, it can be fastened with a small torque at the initial stage of the fastening work, and can be fastened with a large torque after being fastened to some extent, so that the fastening work on site is easy. There is an advantage of becoming.
  • 2nd Embodiment is a case where only the 4-thread thread part 22 is provided, as shown in FIG. Since this embodiment is substantially the same as the first embodiment described above, the same parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the shaft portion 20 is shortened, and it can be applied to instruments, devices, and devices having restrictions on the height of the housing, and has an advantage of wide use. There is.
  • Example 1 As the tapping screw to be used, as shown in FIG. 1, ten samples obtained by carburizing and quenching after being cut out from the SWCH16A type of wire rod and pressed were used.
  • the sample includes a head and a shaft portion having an outer diameter of 4 mm and an axial length of 10 mm, and a four-thread thread portion and a two-thread screw portion having a lead angle of 13.9 degrees are formed on the shaft portion.
  • the 4-thread thread portion is formed to have 32 threads per 25.4 mm pitch, the average distance from the seat surface to the start point of the 4-thread thread portion is 3.55 mm, and the complete thread portion of the 4-thread thread portion from the seat surface The distance to the first starting point was set to 2.2 mm.
  • the propulsion distance (lead) to be screwed by one rotation (360 degrees) of spiral rotation is 3.2 mm.
  • the distance from the first starting point of the complete thread portion of the four-thread thread portion to the seating surface is shorter than the propulsion distance traveled during one rotation of the tapping screw.
  • the seat surface immediately after the first starting point of the complete thread portion of the four-threaded portion of the tapping screw passes through a pilot hole of a plate material described later, the seat surface has an outer dimension to be seated on the member to be fastened.
  • the plate material to be fastened with the tapping screw is composed of two plate materials having a thickness of 0.4 mm made of cold rolled steel (SPCC), and the to-be-fastened member which is one of the plate materials has an outer diameter of the tapping screw.
  • a pilot hole having a diameter of 2.7 mm smaller than the outer diameter of the tapping screw was provided on the other plate member.
  • the shaft part of the said tapping screw was inserted in the pilot hole of the board
  • the screwing operation at the starting point of the double threaded portion starts, and the point P1 immediately before the double thread penetrates the pilot hole of the other plate material, and the four threaded portion bites into another plate material.
  • the point P2 is immediately before starting the screw, and the screwing torque (point P3) is reached immediately before the first screw thread of the complete thread part of the four-thread thread part penetrates the lower plate.
  • the torque starts to decrease from the point P3, but before the decrease, the seating surface of the head is seated on the fastened member that is the upper plate (point P4), and the tightening breakage is the maximum torque until the breakage occurs. Reach torque (point P5).
  • the complete thread portion of the four-thread screw begins to break the female thread portion formed in the pilot hole, and the resistance from the other plate material on the lower side decreases, so the torque decreases rapidly. Approaches zero.
  • the number of data shown on the X-axis means that data was collected at a rate of 2000 data per second.
  • the high tightening breaking torque is obtained because the seating surface of the head is seated on the plate material before the screwing torque is reduced (point P3), and the torque increases from that point.
  • the tapping screw to be used is substantially the same as that of the first embodiment described above, except that the shaft length of the shaft portion is 12 mm, the distance from the seating surface of the head to the start point of the four-thread screw is 5.5 mm, and The distance from the seating surface to the first starting point of the complete thread is 4.4 mm.
  • Example 2 The torque was measured on the same conditions as Example 1 mentioned above.
  • An example of the measurement result is shown in FIG.
  • the average value of the screwing torque was 0.87 N ⁇ m
  • the average value of the tightening breaking torque which is the maximum torque was 2.18 N ⁇ m.
  • the ratio of the maximum torque to the screwing torque was 2.5 on average.
  • the screwing operation at the starting point of the double threaded portion starts, and the point P1 immediately before the double thread penetrates the pilot hole of the other plate material, and the four threaded portion bites into another plate material.
  • the point P2 is immediately before starting the screw, and the screwing torque (point P3) is reached immediately before the first screw thread of the complete thread part of the four-thread thread part penetrates the lower plate.
  • the torque starts to decrease from the point P3, but just before it decreases, the seating surface of the head is seated on the fastened member that is the upper plate (point P4), and the tightening breakage is the maximum torque until the breakage occurs. Reach torque (point P5).
  • the tapping screw is screwed in
  • the complete thread portion of the four-thread screw begins to break the female thread portion formed in the pilot hole, the resistance from the lower plate material decreases, and the torque sharply decreases to zero. Get closer.
  • Example 2 After a washer having an outer diameter of 9.8 mm, an inner diameter of 4.7 mm, and a thickness of 0.75 mm was integrated with the seating surface of the same tapping screw as in Example 1, black zinc plating was applied to obtain two samples. .
  • the plate material to be fastened is the same as that of the above-described embodiment, and the fastening method is also the same as that of the above-described embodiment, and the torque is measured. The measurement results of two samples are shown in FIGS.
  • the average value of the screwing torque is 1.05 N ⁇ m
  • the average value of the tightening breaking torque is 2.9 N ⁇ m.
  • the ratio of the maximum torque to the screwing torque was 2.4 on average.
  • Example 2 it has been found that it is effective to provide a spacer such as a washer as in Example 2 to realize the above-described outer dimensions.
  • a spacer such as a washer as in Example 2
  • the above-described outer dimensions may be realized by forging, rolling, casting, electrocasting, and threading operations.
  • Example 3 is substantially the same as Example 1, except that five tapping screws having a shaft portion with an outer diameter of 3 mm and an axial length of 8 mm are used, and a fastening member having a thickness of 0.4 mm has a diameter of 3.3 mm. And a pilot hole having a diameter of 2.0 mm is provided on a plate material having a thickness of 0.4 mm. Therefore, the diameter of the prepared hole of the plate material is 66.7% of the nominal diameter of the tapping screw. And it fastened with the fastening method same as the above-mentioned Example 1, and measured the torque. An example of the measurement result is shown in FIG.
  • the average value of the screwing torque is 0.38 N ⁇ m
  • the average value of the tightening breaking torque is 1.14 N ⁇ m.
  • the ratio of the average value of the maximum torque to the average value of the screwing torque was 3.0.
  • Example 1 is substantially the same as Example 1, except that five tapping screws having a shaft portion with an outer diameter of 6 mm and an axial length of 14 mm are used, and a tightening member with a thickness of 0.6 mm has a diameter of 6. A 9 mm pilot hole is provided, and a 4.8 mm diameter pilot hole is provided on a 0.6 mm thick plate. Therefore, the diameter of the prepared hole of the plate material is 80% of the nominal diameter of the tapping screw. And it fastened with the fastening method same as the above-mentioned Example 1, and measured the torque. An example of the measurement result is shown in FIG.
  • the average value of the screwing torque is 1.50 N ⁇ m
  • the average value of the tightening breaking torque is 3.79 N ⁇ m.
  • the ratio of the average value of the maximum torque to the average value of the screwing torque was 2.5.
  • Example 1 is substantially the same as Example 1, except that five tapping screws having a shaft portion with an outer diameter of 8 mm and an axial length of 18 mm are used, and a diameter of 8.
  • a plate hole having a thickness of 0.6 mm is provided with a pilot hole of 6.8 mm in diameter. Therefore, the diameter of the prepared hole of the plate material is 85.0% of the nominal diameter of the tapping screw.
  • the average value of the screwing torque is 2.06 N ⁇ m
  • the average value of the tightening breaking torque is 5.27 N ⁇ m.
  • the ratio of the average value of the maximum torque to the average value of the screwing torque was 2.6.
  • the first embodiment is substantially the same as the first embodiment, except that six tapping screws having a shaft portion with an outer diameter of 8 mm and a shaft length of 18 mm are used, and a thickness of 1.0 mm or 2.0 mm.
  • This is a point in which a pilot hole having a diameter of 9.2 mm is provided in the fastening member and a pilot hole having a diameter of 7.5 mm is provided in a plate material having a thickness of 1.0 mm. Therefore, the diameter of the prepared hole of the plate material is 93.8% of the nominal diameter of the tapping screw.
  • three pieces were fastened by the same fastening method as in Example 1, and the torque was measured. An example of each measurement result is shown in FIG.
  • the average value of the screwing torque when the member to be fastened is 1.0 mm in thickness is 2.94 N ⁇ m, and the average value of the tightening breaking torque (maximum torque) is 9.40 N ⁇ m.
  • the ratio of the average value of the maximum torque to the average value of the screwing torque was 3.2.
  • the average value of the screwing torque is 2.47 N ⁇ m
  • the average value of the tightening breaking torque is 12.21 N ⁇ m.
  • the ratio of the average value of the maximum torque to the average value of the screwing torque was 4.94.
  • the tapping screw has an outer diameter of 3 mm to 8 mm and the nominal diameter of the tapping screw is d, the nominal thickness of the tapping screw is 0.05 to 0.20 d of the nominal diameter d. It was found that a desired tightening breaking torque (maximum torque) can be obtained by providing a pilot hole diameter of 60 to 95% of the diameter d.
  • FIG. 12A in the case of a tapping screw having an outer diameter of 4 mm, when a pilot hole diameter of 2.4 to 3.4 mm is provided on a plate material having a thickness of 0.2 to 0.8 mm, the desired tightening is performed. Breaking torque (maximum torque) is obtained. As shown in FIG. 12B, if the tapping screw has an outer diameter of 8 mm, the pilot hole diameter may exceed 90% of the nominal diameter, and the desired tightening breaking torque (maximum torque) is 95%. It was found that
  • tapping screw according to the present invention is not limited to the above-mentioned cross-tapped tapping screw, but may be applied to, for example, a tapping tapping screw or a hexagon tapping screw.

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Abstract

　所望のねじ込みトルク、締め付け破断トルクが得られ、雌ねじ部の破損による空回りを防止できるタッピンねじ、および、その取り付け構造を提供することにある。このため、頭部１１から延在する軸部２０に設けた複数条のねじ山２２を板材３２の下穴３３にねじ込み、雌ねじ部を形成しながら締結することにより、前記板材３２の上面と頭部１１の座面１３との間に被締結部材３０を固定するタッピンねじ１０である。特に、前記座面１３から前記ねじ山２２を形成する完全ねじ部の最初の始点までの距離Ｌ２を、前記ねじ山２２を形成する完全ねじ部の最初の始点が前記板材３２の下穴３３を通過する際の最大トルクであるねじ込みトルクの３０％以上のトルクで前記座面１３が被締結部材３０に着座可能な距離とした。

Description

タッピンねじ及びその取り付け構造
　本願発明はタッピンねじ、特に、薄板に雌ねじを直接、形成することにより、前記薄板に他の部品である被締結部材を高破断トルクで締結できるセルフタッピンねじ、および、その取り付け構造に関する。
　従来、板材に被締結部材を締結できるセルフタッピンねじとしては、例えば、「締結に供する本体ねじ部の一端に回転工具の係合部を設けた頭部を有し、他端に雌ねじを成形する先細りの進入端ねじ部を有するタッピンねじであって、前記進入端ねじ部が、非円形多条ねじ山に形成され、前記本体ねじ部が、前記非円形多条ねじ山に連続する円形平行多条ねじ山に形成されていることを特徴とする多条タッピンねじ」が開示されている（特許文献１）。
　また、「頭部と軸部とを有するタッピンねじであって、前記軸部の先端側食いつき部には、第１の多条ねじで形成された先端側ねじ部が配設され、前記軸部の頭部側における前記先端側食いつき部と連接された部位には、前記第１の多条ねじより条数の多い第２の多条ねじで形成された元部側ねじ部が配設されていることを特徴とするタッピンねじ」が開示されている（特許文献２）。
特開２００１－１２４０３９号公報 特開２００２－１８８６１５号公報
　しかしながら、前述のいずれのタッピンねじも、相手材が薄い鋼板である場合には、相手材の保持強度が低いだけでなく、タッピンねじと相手材との接触抵抗が小さい。このため、相手材の下穴に形成された雌ねじ部が破損しやすく、空回りしやすいので、所望のねじ込みトルク，締め付け破断トルク（最大トルク）が得にくいという問題点がある。
　本発明に係るタッピンねじは、前述の問題点に鑑み、雌ねじ部の破損による空回りを防止でき、所望のねじ込みトルク、締め付け破断トルクを有するタッピンねじ、および、その取り付け構造を提供することを課題とする。
　本発明に係るタッピンねじは、前記課題を解決すべく、頭部から延在する軸部に設けた複数条のねじ山を板材の下穴にねじ込み、雌ねじ部を形成しながら締結することにより、前記板材の上面と頭部の座面との間に被締結部材を固定するタッピンねじであって、前記座面から前記ねじ山を形成する完全ねじ部の最初の始点までの距離を、前記ねじ山を形成する完全ねじ部の最初の始点が前記板材の下穴を通過する際におけるねじ込みトルクの３０％以上のトルクのときに前記座面が被締結部材に着座可能な距離とした構成としてある。
　本発明によれば、ねじ山の完全ねじ部の最初の始点が板材の下穴を通過した後、ねじ込みトルクの３０％未満のトルクとならない。つまり、完全ねじ部のフランク面と下穴に形成された雌ねじ部のフランク面との接触抵抗が確保されたまま保持される。この結果、下穴に形成した雌ねじ部が破損せず、所望のねじ込みトルク、締め付け破断トルクを有する保持強度の大きいタッピンねじが得られる。
　本発明の実施形態としては、頭部から延在する軸部に設けた複数条のねじ山を板材の下穴にねじ込み、雌ねじ部を形成しながら締結することにより、前記板材の上面と頭部の座面との間に被締結部材を固定するタッピンねじであって、前記ねじ山を形成する完全ねじ部の最初の始点が前記板材の下穴を通過する前に前記座面が被締結部材に着座するように、前記座面から前記ねじ山を形成する完全ねじ部の最初の始点までの距離を、前記被締結部材の上面から前記板材の下面までの距離と、同等以下としてもよい。
　本発明の他の実施形態としては、前記頭部の下面に別体のスペーサを設け、前記スペーサの下面を座面としてもよい。
　本実施形態によれば、スペーサを適宜選択することにより、座面から前記ねじ山を形成する完全ねじ部の最初の始点までの距離を調整でき、使い勝手の良いタッピンねじが得られる。
　本発明の別の実施形態としては、前記スペーサが円環形状であってもよく、あるいは、前記スペーサが一対の半円形部材を突き合わせて円環形状に一体化したものでもよく、また、前記スペーサがＣ字形状であってもよい。
　本発明の異なる実施形態としては、前記軸部に２条ねじ部と１条ねじ部とを設けてもよく、前記軸部に４条ねじ部と２条ねじ部とを設けてもよく、または、前記軸部に６条ねじ部と３条ねじ部とを設けてもよい。
　本実施形態によれば、必要に応じて条数を選択できるので、選択の範囲が広がり、汎用のタッピンねじが得られる。
　本発明の新たな実施形態としては、前記ねじ部のリード角が、５度ないし２５度であってもよい。
　本実施形態によれば、リード角が５度以上であると、ねじの谷形状を十分に確保でき、所望の締め付け強度を確保できる。また、リード角が２５度以下であると、ねじ山の締結方向において所望の負荷に耐えうるとともに、戻り回転しにくくなり、高い締結機能を有するタッピンねじが得られる。
　本発明に係るタッピンねじの取り付け構造は、前述のタッピンねじを、板材の下穴にねじ込んで締結し、前記板材の上面と前記頭部の座面との間に被締結部材を固定した構成としてある。
　本発明によれば、ねじ山の完全ねじ部の最初の始点が板材の下穴を通過した後、ねじ込みトルクの３０％未満のトルクとならない。つまり、完全ねじ部のフランク面と下穴に形成された雌ねじ部のフランク面との接触抵抗が確保されたまま保持される。この結果、下穴に形成した雌ねじ部が破損せず、所望のねじ込みトルク、締め付け破断トルクが得られるので、保持強度の大きいタッピンねじの取り付け構造が得られる。
　本発明に係る実施形態では、前記板材の厚さ寸法がタッピンねじの呼び径ｄの０．０５ｄないし０．２０ｄであってもよい。
　本実施形態によれば、従来例では適用できなかった薄い板材にタッピンねじを締結することにより、被締結部材を固定できる。
　本発明に係る他の実施形態は、前記板材の下穴の直径が、前記軸部の呼び径ｄの６０％ないし９５％であってもよい。
　本実施形態によれば、呼び径ｄの寸法にバラツキがあっても、安定した締結力で被締結部材を板材に固定できるという効果がある。
本発明に係るタッピンねじの第１実施形態を示す正面図である。 図２Ａ，２Ｂは本発明に係るタッピンねじの第２実施形態を示す平面図、正面図である。 実施例１の測定結果を示すグラフ図である。 比較例１の測定結果を示すグラフ図である。 実施例２（Ａ）の測定結果を示すグラフ図である。 実施例２（Ｂ）の測定結果を示すグラフ図である。 実施例１の他の測定結果を示すグラフ図である。 実施例３の測定結果を示すグラフ図である。 実施例４の測定結果を示すグラフ図である。 実施例５の測定結果を示すグラフ図である。 実施例６の測定結果を示すグラフ図である。 図１２Ａ，図１２Ｂは本発明に係る板材の下穴径の許容範囲を説明するためのグラフ図である。
　本願発明に係るタッピンねじの実施形態を図１および図２の添付図面に従って説明する。
　第１実施形態に係るタッピンねじは、図１に示すように、十文字穴付きタッピンねじ１０に適用した場合であり、頭部１１および軸部２０とからなるものである。
　前記頭部１１には、その上面に十文字ドライバーで締め付け可能な十文字穴１２を有するとともに、その座面１３の中央から軸部２０が突出している。なお、前記頭部１１には、例えば、四角穴、六角穴、星形穴、あるいは、すりわり付きを設けてもよく、また、頭部の形状は、例えば、トラス頭、六角頭、なべ頭、丸頭であってもよい。
　前記軸部２０は、２条ねじ部２１と４条ねじ部２２とを備えており、頭部１１の座面１３から４条ねじ部２２の完全ねじ部の始点までの距離Ｌ２は、ねじ込みトルクＰ３の３０％以上、好ましくは、４０％以上のトルクのときに着座するような距離であればよい。３０％未満であると、所望の締め付け破断トルクが得られないからである。
　例えば、外径が４ｍｍのタッピンねじである場合には、頭部１１の座面１３から４条ねじ部２２の始点までの距離Ｌ１は３．５ｍｍから４．０ｍｍの範囲に、座面から４条ねじ部２２の完全ねじ部の最初の始点までの距離Ｌ２は２．０ｍから２．５ｍｍの範囲に設定されている。そして、１回の回転でねじ込まれる推進距離（リード）は３．１ｍｍから３．２ｍｍの範囲に設定される。
　したがって、座面１３から４条ねじ部２２の完全ねじ部の最初の始点までの距離Ｌ２は、１回の回転でねじ込まれる推進距離（リード）よりも短い。
　前記軸部２０は外径が２ｍｍから１０ｍｍであればよい。２ｍｍ未満であると、実用的でないからであり、１０ｍｍを越えると、あえて完全ねじ部の形状を調整するまでもなく所望のトルクが得られるので、必要性に乏しいからである。
　また、前記軸部２０のねじ山は、４条ねじ部および２条ねじ部の組み合わせに限らず、例えば、２条ねじ部および１条ねじ部、６条ねじ部および３条ねじ部の組み合わせであってもよい。さらに、前記軸部２０は、後述する第２実施形態（図２）のように、１種類の複数条のねじ山を有するものであってもよい。
　前記タッピンねじ１０のリード角は、５度ないし２５度が好ましい。リード角が５度未満であると、ねじの谷部が十分に確保できず、締め付け強度が低下するためである。また、リード角が２５度を超えると、ねじの山部が締結方向において耐えうる荷重が小さくなるとともに、戻り回転しやすくなり、ねじ本来の機能を得にくくなるからである。
　適用される板材は、材質は特に限定するものではないが、例えば、冷間圧延鋼材（ＳＰＣＣ）、ステンレス鋼板、ススメッキ鋼板（ＳＰＴＥ）、あるいは、ジュラルミン等の軽合金が挙げられ、金属材に限らず、グラスファイバーからなる樹脂強化板であってもよい。そして、前記板材の板厚はタッピンねじの呼び径ｄの０．０５ｄないし０．２０ｄであってもよい。０．０５ｄ未満であると、相手材の強度が小さくなるからであり、０．２０ｄを越えると、本発明の特異性が小さくなるからである。例えば、呼び径ｄが４ｍｍのタッピンねじであれば、板厚０．８ｍｍ以下の板材にも締結できる。
　下穴の直径は、軸部の呼び径ｄの６０％ないし９５％が好ましい。６０％未満であると、締結作業が困難となり、実用的でないからであり、９５％を越えると、所望の破断トルクが得られないからである。例えば、呼び径ｄが４ｍｍのタッピンねじであれば、直径２．４ｍｍないし３．４ｍｍが好ましい。また、呼び径ｄが８ｍｍのタッピンねじであれば、直径４．８ｍｍないし７．６ｍｍが好ましい。
　本実施形態では、４条ねじ部と２条ねじ部とが併存している。このため、例えば、電動ドライバーで締結する場合には、締結作業の最初の段階では小さなトルクで締結でき、ある程度、締結した後に大きなトルクで締結作業を行うことができるので、現場における締結作業が容易になるという利点がある。
　第２実施形態は、図２に示すように、４条ねじ部２２だけを設けた場合である。本実施形態は前述の第１実施形態とほぼ同様であるので、同一部分に同一番号を附して説明を省略する。
　本実施形態によれば、４条ねじ部２２だけで構成してあるので、軸部２０が短くなり、ハウジングの高さ寸法に制限のある器具、機器、装置に適用でき、用途が広いという利点がある。
　（実施例１）
　使用するタッピンねじとしては、図１に示すように、線材のＳＷＣＨ１６Ａ種から切り出してプレス加工した後、浸炭焼き入れを施して得た１０個のサンプルを使用した。
　前記サンプルは、頭部と、外径４ｍｍ、軸長１０ｍｍの軸部とからなり、前記軸部にはリード角１３．９度の４条ねじ部と２条ねじ部とを形成してある。特に、４条ねじ部はピッチ２５．４ｍｍ当たり、３２山となるように形成され、座面から４条ねじ部の始点まで平均距離を３．５５ｍｍ、座面から４条ねじ部の完全ねじ部の最初の始点までの距離を２．２ｍｍに設定した。
　したがって、前記タッピンねじのねじ込み作業において、１回転（３６０度）の螺旋回転でねじ込まれる推進距離（リード）は３．２ｍｍとなっている。このため、４条ねじ部の完全ねじ部の最初の始点から座面までの距離は、前記タッピンねじが１回転する間に進む推進距離よりも短い形状となっている。特に、タッピンねじの４条ねじ部の完全ねじ部の最初の始点が後述する板材の下穴を通過した直後に、その座面が被締結部材に着座する外形寸法となっている。
　一方、前記タッピンねじで締結する板材は、冷間圧延鋼材（ＳＰＣＣ）からなる厚さ０．４ｍｍの２枚の板材からなり、その一方の板材である被締結部材に前記タッピンねじの外径よりも大きい直径４．５ｍｍの下穴を設ける一方、その他方の板材に前記タッピンねじの外径よりも小さい直径２．７ｍｍの下穴を設けた。
　そして、重ね合わせた２枚の前記板材のうち、下方側の板材の下穴に前記タッピンねじの軸部を挿入し、電動ドライバーによって回転数５３０ｒｐｍでねじ込み、トルクの変化を測定した。
　測定の結果、ねじ込みトルク（Driving Torque）の平均値は０．８２Ｎ・ｍであり、最大トルクである締め付け破断トルク（Stripping Torque）の平均値は２．７９Ｎ・ｍであった。そして、前記ねじ込みトルクに対する前記締め付け破断トルクの比率は、平均３．４であった。測定結果の一例を図３に示す。
　図３に示すように、２条ねじ部の始点によるねじ込み作業が始まり、２条ねじが他方の板材の下穴を貫通する直前がポイントＰ１であり、４条ねじ部が他の板材に食い付きを開始する直前がポイントＰ２であり、４条ねじ部の完全ねじ部の最初のねじ山が下方側の板材を貫通する直前にねじ込みトルク（ポイントＰ３）に達する。そして、前記ポイントＰ３からトルクは低下し始めるが、低下しきる前に頭部の座面が上方側の板材である被締結部材に着座し（ポイントＰ４）、破断するまでの最大トルクである締め付け破断トルク（ポイントＰ５）に達する。さらに、前記タッピンねじをねじ込むと、４条ねじの完全ねじ部が下穴に形成された雌ねじ部を破壊し始め、下方側の他の板材からの抵抗が低下するため、トルクが急激に低下してゼロに近づく。
　なお、Ｘ軸に示すデータ数は１秒間当たり２０００データの割合で採取したことを意味している。
　本実施例１において、高い締め付け破断トルクが得られるのは、ねじ込みトルクが低下しきる前（ポイントＰ３）に頭部の座面が板材に着座し、その時点からトルクが増大するためである。
　本実施例１では、ねじ込みトルク（Ｐ３）と締め付け破断トルク（Ｐ５）との差が大きいので、ねじ締め力の調整可能範囲が広くなり、現場における電動ドライバーによるねじ締め作業の調整が容易になるという利点がある。
　さらに、実施例１で使用したタッピンねじと同一形状のサンプル３個を準備し、所定の締め付けトルクで締め付けた後、緩めるときの戻しトルクを測定し、前記戻しトルクに対する前記締め付けトルクの比率である戻し率を求めた。締め付け方法は前述の測定方法と同一の方法である。測定結果の一例を図７に示す。
　測定の結果、平均１．７５Ｎ・ｍの締め付けトルクで締め付けたタッピンねじを緩めるために要した戻しトルクは平均０．８２Ｎ・ｍであり、戻し率は平均４７％であった。これにより、通常のタッピンねじと同等の戻しトルクを確保できることが判った。
　（比較例１）
　使用するタッピンねじは前述の実施例１とほぼ同様であり、異なる点は軸部の軸長１２ｍｍとし、頭部の座面から４条ねじの始点までの距離を５．５ｍｍとするとともに、前記座面から完全ねじ部の最初の始点までの距離を４．４ｍｍとした点である。
　そして、前述の実施例１と同一条件でトルクを測定した。測定結果の一例を図４に示す。
　測定の結果、ねじ込みトルクの平均値は０．８７Ｎ・ｍであり、最大トルクである締め付け破断トルクの平均値は２．１８Ｎ・ｍであった。そして、ねじ込みトルクに対する最大トルクの比率は平均で２．５であった。
　図４に示すように、２条ねじ部の始点によるねじ込み作業が始まり、２条ねじが他方の板材の下穴を貫通する直前がポイントＰ１であり、４条ねじ部が他の板材に食い付きを開始する直前がポイントＰ２であり、４条ねじ部の完全ねじ部の最初のねじ山が下方側の板材を貫通する直前にねじ込みトルク（ポイントＰ３）に達する。そして、前記ポイントＰ３からトルクは低下し始めるが、低下しきる直前に頭部の座面が上方側の板材である被締結部材に着座し（ポイントＰ４）、破断するまでの最大トルクである締め付け破断トルク（ポイントＰ５）に達する。さらに、前記タッピンねじをねじ込むと、４条ねじの完全ねじ部が下穴に形成された雌ねじ部を破壊し始め、下方側の板材からの抵抗が低下し、トルクが急激に低下してゼロに近づく。
　比較例１では、実施例１よりも締め付け破断トルク（最大トルク（Ｐ５））が小さいだけでなく、ねじ込みトルク（Ｐ３）と最大トルク（Ｐ５）との差が小さく、ねじ締め力の調整可能範囲が狭いので、現場におけるねじ締め作業が容易でなく、実施例１よりも使い勝手が悪いことが判った。
　（実施例２）
　実施例１と同一のタッピンねじの座面に、外径９．８ｍｍ、内径４．７ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍの座金を一体化した後、黒色亜鉛鍍金を施して２個のサンプルを得た。
　一方、締結される板材は、前述の実施例と同一であり、締結方法も前述の実施例と同一の方法で行い、トルクを測定した。２個のサンプルの測定結果を図５，６に示す。
　測定の結果、ねじ込みトルクの平均値は１．０５Ｎ・ｍであり、締め付け破断トルク（最大トルク）の平均値は２．９Ｎ・ｍである。そして、ねじ込みトルクに対する最大トルクの比率は、平均２．４であった。
　図５，６から明らかなように、いずれも３．０Ｎ・ｍ近傍に達する最大トルクを有するだけでなく、ねじ込みトルクと最大トルクとの差が大きく、トルクの調整範囲が広いことが判った。このため、現場における電動ドライバーによるねじ締め作業においてトルクの調整が容易であり、使い勝手の良いタッピンねじを得られることが判った。
　このように、大きな最大トルクが得られるのは、図５，６に示すように、４条ねじ部の完全ねじ部の最初のねじ山が下方側の板材を貫通する直前にねじ込みトルク（ポイントＰ３）に到達すると同時に、すなわち、前記ポイントＰ３からトルクが低下する前に、頭部の座面が上方側の被締結部材に着座（ポイントＰ４）するためである。
　したがって、完全ねじ部の最初の始点が板材を貫通する直前に、頭部の座面が板材に着座する外形寸法であれば、厚さの薄い板材であっても、大きなトルクで締結できる。このため、実施例２のように座金のようなスペーサを設けて前述の外形寸法を実現することが有効であることが判った。また、前述の外形寸法を鍛造、転造、鋳造、電気鋳造、ねじ切り作業によって実現してもよいことは勿論である。
　（実施例３）
　実施例１とほぼ同様であり、異なる点は外径３ｍｍ、軸長８ｍｍの軸部を有する５個のタッピンねじを使用した点、および、厚さ０．４ｍｍの被締結部材に直径３．３ｍｍの下穴を設けるとともに、厚さ０．４ｍｍの板材に直径２．０ｍｍの下穴を設けた点である。したがって、板材の下穴の直径はタッピンねじの呼び径の６６．７％である。
　そして、前述の実施例１と同一の締結方法で締結し、トルクを測定した。測定結果の一例を図８に示す。
　測定の結果、ねじ込みトルクの平均値は０．３８Ｎ・ｍであり、締め付け破断トルク（最大トルク）の平均値は１．１４Ｎ・ｍである。そして、前記ねじ込みトルクの平均値に対する前記最大トルクの平均値の比率は、３．０であった。
　図８から明らかなように、ねじ込みトルク（Ｐ３）と最大トルク（Ｐ５）との差が大きく、トルクの調整範囲が広いことが判った。このため、現場における電動ドライバーによるねじ締め作業においてトルクの調整が容易であり、使い勝手の良いタッピンねじを得られることが判った。
　（実施例４）
　実施例１とはほぼ同様であり、異なる点は外径６ｍｍ、軸長１４ｍｍの軸部を有する５個のタッピンねじを使用した点、および、厚さ０．６ｍｍの被締結部材に直径６．９ｍｍの下穴を設けるとともに、厚さ０．６ｍｍの板材に直径４．８ｍｍの下穴を設けた点である。したがって、板材の下穴の直径はタッピンねじの呼び径の８０％である。
　そして、前述の実施例１と同一の締結方法で締結し、トルクを測定した。測定結果の一例を図９に示す。
　測定の結果、ねじ込みトルクの平均値は１．５０Ｎ・ｍであり、締め付け破断トルク（最大トルク）の平均値は３．７９Ｎ・ｍである。そして、前記ねじ込みトルクの平均値に対する前記最大トルクの平均値の比率は、２．５であった。
　図９から明らかなように、４．０Ｎ・ｍに達する最大トルク（Ｐ５）を有するだけでなく、ねじ込みトルク（Ｐ３）と最大トルク（Ｐ５）との差が大きく、トルクの調整範囲が広いことが判った。
　（実施例５）
　実施例１とはほぼ同様であり、異なる点は外径８ｍｍ、軸長１８ｍｍの軸部を有する５個のタッピンねじを使用した点、および、厚さ３．２ｍｍの被締結部材に直径８．２ｍｍの下穴を設けるとともに、厚さ０．６ｍｍの板材に直径６．８ｍｍの下穴を設けた点である。したがって、板材の下穴の直径はタッピンねじの呼び径の８５．０％である。
　そして、前述の実施例１と同一の締結方法で締結し、トルクを測定した。測定結果の一例を図１０に示す。
　測定の結果、ねじ込みトルクの平均値は２．０６Ｎ・ｍであり、締め付け破断トルク（最大トルク）の平均値は５．２７Ｎ・ｍである。そして、前記ねじ込みトルクの平均値に対する前記最大トルクの平均値の比率は、２．６であった。
　図１０から明らかなように、５．０Ｎ・ｍを超える最大トルク（Ｐ５）を有するだけでなく、ねじ込みトルク（Ｐ３）と最大トルク（Ｐ５）との差が大きく、トルクの調整範囲が広いことが判った。このため、現場における電動ドライバーによるねじ締め作業においてトルクの調整が容易であり、使い勝手の良いタッピンねじを得られることが判った。
　（実施例６）
　実施例１とはほぼ同様であり、異なる点は外径８ｍｍ、軸長１８ｍｍの軸部を有する６個のタッピンねじを使用した点、および、厚さ１．０ｍｍまたは厚さ２．０ｍｍの被締結部材に直径９．２ｍｍの下穴を設けるとともに、厚さ１．０ｍｍの板材に直径７．５ｍｍの下穴を設けた点である。したがって、板材の下穴の直径はタッピンねじの呼び径の９３．８％である。
　そして、前述の実施例１と同一の締結方法で３個ずつ締結し、トルクを測定した。それぞれの測定結果の一例を図１１に示す。
　測定の結果、被締結部材が厚さ１．０ｍｍの場合のねじ込みトルクの平均値は２．９４Ｎ・ｍであり、締め付け破断トルク（最大トルク）の平均値は９．４０Ｎ・ｍである。そして、前記ねじ込みトルクの平均値に対する前記最大トルクの平均値の比率は３．２であった。
　また、被締結部材が厚さ２．０ｍｍの場合のねじ込みトルクの平均値は２．４７Ｎ・ｍであり、締め付け破断トルク（最大トルク）の平均値は１２．２１Ｎ・ｍである。そして、前記ねじ込みトルクの平均値に対する前記最大トルクの平均値の比率は、４．９４であった。
　図１１から明らかなように、ねじ込みトルク（Ｐ３，Ｐ３’ ）と最大トルク（Ｐ５，Ｐ５’）との差がそれぞれ大きく、トルクの調整範囲が広いことが判った。特に、被締結部材が厚さ２．０ｍｍの場合には、ねじ込みトルクの平均値に対する最大トルクの平均値の比率が最大の４．９４となることが判った。
　実験結果から、外径３ｍｍ～８ｍｍのタッピンねじであれば、タッピンねじの呼び径をｄとすると、板厚が呼び径ｄの０．０５～０．２０ｄであるとき、板材にタッピンねじの呼び径ｄの６０～９５％の下穴径を設けることにより、所望の締め付け破断トルク（最大トルク）が得られることが判った。
　例えば、図１２Ａに示すように、外径４ｍｍのタッピンねじであれば、板厚０．２～０．８ｍｍの板材に下穴径２．４～３．４ｍｍを設けた場合に、所望の締め付け破断トルク（最大トルク）が得られる。
　また、図１２Ｂに示すように、外径８ｍｍのタッピンねじであれば、下穴径が呼び径の９０％を超えてもよく、９５％であっても、所望の締め付け破断トルク（最大トルク）を得られることが判った。
　本願発明に係るタッピンねじは、前述の十文字付きタッピンねじに限らず、例えば、すりわり付きタッピンねじ、六角タッピンねじに適用してもよいことは勿論である。
　　１０：タッピンねじ
　　１１：頭部
　　１２：十文字穴
　　１３：座面
　　２０：軸部
　　２１：２条ねじ部
　　２２：４条ねじ部
　　３０：被締結部材
　　３１：貫通孔
　　３２：板材
　　３３：下穴
　　Ｐ３：ねじ込みトルク
　　Ｐ４：着座時のトルク
　　Ｐ５：締め付け破断トルク（最大トルク）

Claims (13)

  1. 　頭部から延在する軸部に設けた複数条のねじ山を板材の下穴にねじ込み、雌ねじ部を形成しながら締結することにより、前記板材の上面と頭部の座面との間に被締結部材を固定するタッピンねじであって、
    　前記座面から前記ねじ山を形成する完全ねじ部の最初の始点までの距離を、前記ねじ山を形成する完全ねじ部の最初の始点が前記板材の下穴を通過する際におけるねじ込みトルクの３０％以上のトルクのときに前記座面が被締結部材に着座可能な距離としたことを特徴とするタッピンねじ。
  2. 　頭部から延在する軸部に設けた複数条のねじ山を板材の下穴にねじ込み、雌ねじ部を形成しながら締結することにより、前記板材の上面と頭部の座面との間に被締結部材を固定するタッピンねじであって、
    　前記ねじ山を形成する完全ねじ部の最初の始点が前記板材の下穴を通過する前に前記座面が被締結部材に着座するように、前記座面から前記ねじ山を形成する完全ねじ部の最初の始点までの距離を、前記被締結部材の上面から前記板材の下面までの距離と、同等以下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。
  3. 　前記頭部の下面に別体のスペーサを設け、前記スペーサの下面を座面とした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。
  4. 　前記スペーサが、円環形状であることを特徴とする請求項３に記載のタッピンねじ。
  5. 　前記スペーサが、一対の半円形部材を突き合わせて円環形状に一体化したことを特徴とする請求項４に記載のタッピンねじ。
  6. 　前記スペーサが、Ｃ字形状であることを特徴とする請求項３に記載のタッピンねじ。
  7. 　前記軸部に２条ねじ部と１条ねじ部とを設けたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のタッピンねじ。
  8. 　前記軸部に４条ねじ部と２条ねじ部とを設けたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のタッピンねじ。
  9. 　前記軸部に６条ねじ部と３条ねじ部とを設けたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のタッピンねじ。
  10. 　前記ねじ部のリード角が、５度ないし２５度であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のタッピンねじ。
  11. 　請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のタッピンねじを、板材の下穴にねじ込んで締結し、前記板材の上面と前記頭部の座面との間に被締結部材を固定したことを特徴とするタッピンねじの取り付け構造。
  12. 　前記板材の厚さ寸法がタッピンねじの呼び径ｄの０．０５ｄないし０．２０ｄであることを特徴とする請求項１１に記載のタッピンねじの取り付け構造。
  13. 　前記板材の下穴の直径が、前記軸部の呼び径ｄの６０％ないし９５％であることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のタッピンねじの取り付け構造。
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