JPH0660652B2 - スレッドフォーミングねじ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に薄板の締結に好適なようにねじ込みトル
クが小さくて保持トルクを大きくしたスレッドフォーミ
ングねじの改良に関する。

〔従来の技術〕

薄板様の被締結板に穿設された下穴にタップ立てを省略
してそのまま締付けることのできるねじの中でも、スレ
ッドフォーミングねじはめねじ成形時にめねじを塑性加
工するのでめねじとの嵌合状態が良好で、ねじ締付け後
に緩みにくく、しかもめねじの強度が加工硬化により向
上する等の点で優れている。しかしながら、このスレッ
ドフォーミングねじではねじ込みトルクが高いのが欠点
となっており、そのねじ込みトルクの逓減をはかったね
じが創案されている。このねじは、実公昭第57−36820
号に記載されているように、トルク伝達工具との係合穴
を有する頭部と、ねじ山を有する脚部とを有している。
前記脚部は、横断面形状が丸みのある角を有する略三角
形であり、しかもねじ軸線から丸みのある角の極端まで
の距離および前記丸みのある隣設する角を滑かに連結す
る弓形状の側辺の曲率半径を脚部に向かうに従って漸増
させる略多角錐台でなる第１の部分と、これに連結され
かつねじ軸線から角の極端までの距離を一定として丸み
のある角の曲率半径を頭部に向かうに従って漸増させる
一方で側片の曲率半径を漸減する第２の部分と、横断面
が実質的に円形をなす第３の部分とからなり、各部分に
股がってねじ山が設けられている。

このスレッドフォーミングねじでは、脚部の先端を被締
結板の下穴にあてがい、ねじにトルクを加えると、第１
の部分の略多角錐台で被締結板との引っ掛かり率を徐々
に増加させながら、すなわち脚部の側辺を順次ねじ込む
ことにより各角でめねじを徐々に成形する。この時、第
１の部分の横断面形状は略三角形であるので、被締結板
との接触面積は少なくてすみ、低トルクでねじを螺入で
きる。前記被締結板のめねじに沿って第１の部分が通過
すると、続いて第２の部分が進入して、側片が被締結板
の下穴に押込まれ、各角でめねじを完全に成形する。こ
の時、第１の部分は横断面形状が三角形から円形になる
ように少しつづ変化しているので、被締結板との接触面
積は徐々に増大し、ねじ込みトルクも徐々に増大し、急
激なトルクの上昇が発生しない。

続いて、横断面形状が実質的に円形の第３の部分が滑か
に進入し、これに設けられたねじ山がめねじにしっかり
と食付いてねじが堅固に保持される。しかも、第３の部
分は横断面形状が略円形でこれに設けられたねじ山の横
断面形状も実質的に円形となるので、ねじ締付け時に大
きな推力が加わっても、ねじ山はめねじと全周にわたっ
て接触し、大きなめねじ破壊トルクが得られるばかり
か、ねじ込み完了後には大きなめねじせん荷重が得られ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記スレッドフォーミングねじでは、脚部の第１の部分
が略多角錐台で先細になっているものの、第１の部分全
面にねじ山が成形されているため、被締結板に穿設され
た下穴の穴探りをする場合、下穴径は先端部の径よりも
充分に大きくしておかなければならない。そのため、下
穴を拡開する際に生じるカール部が少なくなり、充分な
ねじ保持力が得られないばかりか、カール部の成形の一
部をねじ山で行うこととなっねじ山の一部が破損して被
締結板の食付きが悪くなる等の欠点が生じている。

本発明は、上記欠点の除去を目的とするもので、被締結
板の下穴の穴探りを容易にするとともに、ねじ保持力の
増大をはかるように構成したスレッドフォーミングねじ
を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題点を解決するため、トルク伝達工具との係合部
を有する頭部と、ねじ山を有する脚部とからなってい
る。前記脚部は、ねじ山の横断面形状が丸みのある角を
有する略多角形であってねじ軸線から丸みのある角の極
端までの距離および隣設する角を滑かに連結する弓形状
の側辺の曲率半径を脚部に向かうに従って漸増させる略
多角錐台をなす第１の部分と、これに連結されかつねじ
軸線から角の極端までの距離を一定として頭部側に向か
うに従って角の曲率半径を漸増させる一方で側片の曲率
半径を漸減させる第２の部分と、横断面形状が略円形を
なす第３の部分とからなっている。

前記第１の部分、第２の部分および第３の部分にわたっ
て，ねじ山が円形されており、このねじ山の進み側フラ
ンク角を追い側フランク角よりも大きく構成されてい
る。また、前記ねじ山は前記第１の部分をなす略多角錐
台の第２の部分との接合部付近に始先端を持ち、頭部に
向かうに設けられている。

さらに、前記第３の部分の平ら部にはねじ軸線を囲むセ
レーション様の突条を刻設してもよい。

また、被締結板の下穴の径を第２の部分の略多角錐台先
端径よりもわずかに大きくしてもよい。

〔作用〕

上記スレッドフォーミングねじでは、脚部先端の第１の
部分が略多角錐台でしかも先端部分にはねじ山が成形さ
れていないので、被締結板に穿設された下穴が小さくて
も、確実に穴探りを行うことができる。その後、前記ね
じにトルクを加えて、ねじ込みを開始すると、脚部の第
１の部分の略多角錐台がねじ山を損傷することなく前記
下穴を拡開し、その周囲にカール部を形成する。このカ
ール部には第２の部分のねじ山が当接し、これにめねじ
を成形し始め、続いて第２の部分のねじ山が前記カール
部をさらに拡開しながら、めねじを徐々に大きくする。
この時、下穴が小さく形成されているため、第２の部分
のねじ山間の平ら部がカール部に当接しているが、横断
面形状が略多角形の角がカール部にめねじに成形するの
みであるので、第２の部分の角がめねじを成形する際の
トルクは小さくて済む。また、これに加えて第２の部分
の横断面形状が頭部に向かうに従って略多角形からほぼ
円形に変化してそのめねじ山とめねじとの接触面積が徐
々に増大し、しかもめねじ山の進み側フランク角が大き
いため、推力による進み側フランク面のめねじに対する
滑り方向に加わる分力が大きく、ねじ山成形時にねじ山
は容易に滑るので、比較的軽いねじ込みトルクで下穴周
囲のカール部にめねじを成形することができる。

前記めねじには第２の部分に引続いて第３の部分が進入
し、ねじの座面が被締結板に当接するにともなって、首
下の横断面形状が実質的に円形をなすねじ山がめねじの
全周にわたって密着するとともに、ねじ山がめねじに嵌
着するので、ねじは強固に締結される。この時、ねじ山
とめねじとの接触面積がカール部により増大され、その
カール部が脚部の平ら部を挾持するように接触し、充分
な保持力が得られる。しかも、ねじ山がめねじの全周に
接しているので、めねじ破断トルクおよびめねじせん断
荷重はめねじの全周に分散し、めねじ破断トルクは大き
くなり、その後にねじに少々大きな推力が加わっても、
めねじの破壊はほとんど皆無となる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面に基づいて説明する。第１図および
第２図において、１はトルク伝達工具（図示せず）との
係合部の一例をなす係合穴（図示せず）を有する頭部２
と、この頭部２に連なる脚部３とからなるスレッドフォ
ーミングねじである。前記脚部３は、後記するねじ山４
のピッチとほぼ等しい板厚を持つ被締結板の下穴への案
内部をなす第１の部分3aと、第１の部分3aに連なり徐々
に所定めねじを被締結板に成形する第２の部分3bと、こ
の第２の部分3bに連なり被締結板に全周に渡って密着す
る第３の部分3cとからなっている。前記第１の部分3a
は、略多角錐台の一例を略三角錐台をなしており、その
横断面形状は略三角形をなし、しかもその各頂点は丸み
のついた角で形成されており、この角が被締結板５めね
じ5aを成形するように構成されている。前記角の曲率半
径は同一横断面形状のピッチ直径よりもかなり小さく、
しかもねじ軸線からその極端までの距離の半分以下とな
るように選択されている。また、隣設する角間は弓形状
の側片で滑かに連結されており、その曲率半径は前記横
断面形状のピッチ直径の半分よりも大きく形成されてい
る。しかも、前記ねじ軸線から角までの距離および側片
の曲率半径は頭部２側に位置する第２の部分3bに近づく
に従って漸増するように構成されている。さらに、前記
第１の部分3aには第２の部分3bとの接合付近に始端を持
つねじ山４が頭部２に向かうように螺設されており、所
定ピッチでかつ徐々にねじ山高さを増加させる不完全ね
じ山部4aが第１の部分3aに位置するように構成されてい
る。

前記第２の部分3bの横断面形状は第１の部分3aを受継ぐ
が、第３の部分3cに向かうに従って徐々に略三角形から
略円形に変化し、第３の部分3cとの接合付近では実質的
に円形となっている。すなわち、ねじ軸線から角の極端
までの距離は一定であるが、角の曲率半径は頭部２に向
かうに従って漸増する一方で側片の曲率半径は漸減する
ように構成されている。さらに、この第２の部分3bには
前記第１の部分3aのねじ山４を受継ぐ山４が螺設されて
おり、このねじ山４の横断面形状は第２の部分の横断面
形状が略三角形から実質的に円形に変化するねじ成形ね
じ山部4bを有している。このめねじ成形ねじ山部4bの角
は不完全ねじ山部4aの角により徐々に成形されためねじ
を徐々に所定形状のめねじ5aに成形しながら、これに嵌
合する面積を増大させるように構成されている。

さらに、前記第３の部分3cは横断面形状が実質的に円形
をなしており、この第３の部分3cには前記第２の部分の
ねじ山４を受継ぎ頭部２の首下に横断面形状が実質的に
円形のねじ山４が螺設されている。また、この第３の部
分3cの１ピッチのねじ山間の平ら部には、その軸線と平
行に延びるセレーション（図示せず）を刻設しておいて
もよく、被締結板５に螺合する時に、充分な摩擦抵抗が
得られ、充分な保持力が得られ、さらに高いねじ保持力
が得られる。

前記第１の部分3a、第２の部分3bおよび第３の部分3cに
設けられたねじ山４の縦断面形状は非対称形状の三角形
をなしており、その進み側フランク角αは追い側フラン
ク角βよりも大きく構成されている。このねじ山４では
ねじ込み時の進み側フランク面とめねじ5aとの滑り摩擦
力がねじ弛緩時の追い側フランク面とめねじ5aとの滑り
摩擦力よりも大きくなっており、ねじ込み時にはねじ込
み方向に回転し易く、ねじ弛緩時には緩み方向には回転
しにくく構成されている。

上記スレッドフォーミングねじの係合穴にトルク伝達工
具を係合させてトルクを加えるとともに、その脚部３の
第１の部分3aの略三角錐台先端で、その先端径よりも僅
かに大きく穿設された被締結板５の下穴の穴探りを行
う。この時、第１の部分3aの先端にはねじ山４が螺設さ
れてないので、下穴が小さくても、これを略三角錐台の
先端部で簡単にかつ確実に穴探りを行うことができる。
その後、前記スレッドフォーミングねじ１にトルクを加
えるとともに推力が加えられるが、第３図に示すように
前記三多角錐台の先端がねじ山４を破損することなく、
前記下穴を徐々に拡開してその周囲にカール部5bを形成
する。このカール部5bは被締結板５の下穴が小さく形成
されているため、十分な長さが得られ、このカール部5b
には第１の部分3aの不完全ねじ山4aの角がカール部5bに
食込んでめねじ5aを螺設し始める。この時、下穴の形状
は略三角形に変形されているので、ねじ山４の始端との
食付きが良好となり、ただちにめねじ成形が開始され
る。しかも、第１の部分3a略三角錐台の横断面形状は略
三角形であるので、その角が被締結板５のカール部5bと
接触するのみで、その接触面積は少なく、また被締結板
５にはねじ山４が接触しない逃げ部もあるため、低トル
クでめねじ成形を開始することができる。

被締結板５に螺設されためねじ5aに第２の部分3bのめね
じ成形ねじ山部4bが進入すると、その横断面形状が第３
の部分3cに向かうに従って略三角形から円形に変化して
いるので、角で塑性加工されて形成されためねじ5aを成
形しながら被締結板５との接触面積を徐々に増大させ、
所望形状に成形されためねじに嵌合させることができ、
ねじ込みの際に急激なトルクが加わらなくて済む。

さらに、この被締結板５のめねじ5aに第３の部分3cの横
断面形状の円形のねじ山４がその全周にわたって螺合
し、そのねじ山４が被締結板５に螺設されためねじ5aに
しっかりと保持される。しかも、スレッドフォーミング
ねじ１が被締結板５にねじ込み終わるまで、推力がねじ
山４を介してめねじ5aに伝達されるが、ねじ山４の進み
側フランク角αが追い側フランク角βよりも大きいた
め、進み側フランク面とめねじ5aとの滑り摩擦は第４図
Ａに示すように比較的大きな成分となり、ねじ込み時の
ねじ込み方向の回転が円滑となり、さらにねじ込みトル
クの軽減をはかることができる。しかも、ねじ込み時に
加わる推力によるめねじ破壊荷重はねじ山全周にわたる
ので、大きなめねじ破壊トルクが得られることとなり、
被締結板５が薄板であっても、めねじ５の破壊は皆無と
なる。

また、スレッドフォーミングねじ１はねじ込み完了後所
定締付けトルクを保持するが、スレッドフォーミングね
じ１のねじ山４からめねじ5aにめねじせん断荷重が加わ
る。このめねじせん断荷重もめねじ5aの全周に分散され
るので、大きなめねじせん断荷重が得られる。また、ス
レッドフォーミングねじ１が弛緩する方向のトルクが加
わっても、追い側フランク角βが小さいため、第４図Ｂ
に示すように追い側フランク面とめねじ5aとの滑り摩擦
力として作用する分力は小さく、スレッドフォーミング
ねじ１の弛緩方向の回転がしにくくなり、脚部３のねじ
山４と被締結板５のめねじ5aの接触面積の増大と相俟っ
てスレッドフォーミングねじの保持力を増大させること
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明はスレッドフォーミングね
じの脚部先端を多角錐台に形成し、この多角錐台の先端
部にはねじ山を設けないようにするとともに、脚部に設
けられるねじ山の縦断面形状を非対称の三角形として進
み側フランク角を追い側フランク角よりも大きく構成し
ているため、被締結板の下穴を小さくしてもこれを確実
に探ることができ、しかもこの下穴周囲に充分な接触面
積を得るカール部を成形でき、ねじの保持力を増大させ
ることができるばかりか、ねじ込み時推力により生じる
進み側フランク面のめねじに対する滑り方向の分力が大
きく、ねじ込みトルクが小さくて済み、ねじが弛緩方向
に回転トルクを受けても、追い側フランク角が小さいの
で、追い側フランク面に加わる滑り方向の分力は小さ
く、ねじの弛緩する方向の回転はしにくくなり、ねじの
保持力を増大させることができる等の利点がある。

なお、実施例では脚部の横断面形状は略三角形をなして
いるが、これ以外の多角形であっても同様の効果がもた
らされる。また、本発明は実施例に限定されるものでは
なく、本発明の精神を逸脱しない範囲において適用でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスレッドフォーミングねじの正面図、
第２図は第１図のスレッドフォーミングねじの脚部の下
面図、第３図は本発明のねじ込み開始時を示す動作説明
図、第４図Ａ、Ｂは本発明に係わるねじ山の作用を説明
する説明図である。 １……スレッドフォーミングねじ、２……頭部、 ３……脚部、3a……第１の部分、 3b……第２の部分、3c……第３の部分、 ４……ねじ山、4a……不完全ねじ山部、 4b……めねじ成形ねじ山部、５……被締結板、 5a……めねじ、5b……カール部、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トルク伝達工具との係合部を有する頭部と
   ねじ山を有する脚部とからなり、前記脚部は横断面形状
   が丸みのある角を有する略多角形であってねじ軸線から
   丸みのある角の極端までの距離および前記丸みのある隣
   設する角を滑かに連結する弓形状の側辺の曲率半径を脚
   部に向かうに従って漸増させる多角錐台でなる第１の部
   分と、これに連結されかつねじ軸線から角の極端までの
   距離を一定として頭部に向かうに従って丸みのある角の
   曲率半径を漸増させる一方で側片の曲率半径を漸減する
   第２の部分と、横断面が実質的に円形をなす第３の部分
   とからなり、前記各部分に股がるねじ山を設けたスレッ
   ドフォーミングねじにおいて、 第１の部分、第２の部分および第３の部分にわたって形
   成されたねじ山の進み側フランク角を追い側フランク角
   よりも大きくする一方、第１の部分の略多角錐台に第２
   の部分との接合部付近から始まり頭部に向かうねじ山を
   設けたことを特徴とするスレッドフォーミングねじ。
2. 【請求項２】脚部の第３の部分の首下の平ら部の一部に
   ねじの軸線を囲むようにセレーション様の突条を刻設し
   たことを特徴とする請求項１）に記載のスレッドフォー
   ミングねじ。
3. 【請求項３】被締結板の下穴の径を第２の部分の略多角
   錐台先端径よりもわずかに大きくしたことを特徴とする
   請求項１）に記載のスレッドフォーミングねじ。