JP2020106063A

JP2020106063A - フロードリルねじ

Info

Publication number: JP2020106063A
Application number: JP2018243780A
Authority: JP
Inventors: 裕和四方; Hirokazu Yomo; 慎悟鳥居; Shingo Torii
Original assignee: Nittoseiko Co Ltd
Current assignee: Nittoseiko Co Ltd
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: JP7437114B2

Abstract

【課題】比較的低いねじ込みトルクでめねじ成形が可能なフロードリルねじの提供。【解決手段】フロードリルねじ１は、頭部２０と、この頭部に連設され、外周にねじ山が成形されたねじ部と、このねじ部に連設され、先端が錐状に成形されたドリル部とで構成されるフロードリルねじにおいて、ねじ部が、頭部と連設する円形ねじ部３１と、これと連続し、ドリル部と連設する非円形ねじ部３３とから構成され、非円形ねじ部は、軸線と直交する横断面が丸みを帯びた略多角形状をなすように構成されている。なお、円形ねじ部は、軸方向の寸法がワークの厚さ方向の寸法より長いことが好ましく、ドリル部は、硬化処理が施されていることが好ましい。また、ねじ部は、その外周に成形されたねじ山に不完全ねじ山を備え、硬化処理が施されていることが望ましい。【選択図】図１

Description

本発明はあらかじめ下穴の用意されていないワークに対して、下穴とめねじを成形しながらねじ込まれるフロードリルねじに関する。

ワークに下穴をあけ、締結するドリルねじの中には、特許文献１に示すような先端が錐形に成形されたフロードリルねじも多く使用されている。これは、ねじ締め工具と係合可能な頭部と、これと一体に成形されており、外周にねじ山が成形されたねじ部と、これに連設された錐形のドリル部とからなる。このフロードリルねじを、ねじ締め工具等によりワークに圧接した状態で回転させることで、ワークとの間で摩擦熱が発生する。ワークは、前述の摩擦熱によって部分的に軟化、塑性変形し、下穴が成形される。このような下穴成形過程において、フロードリルねじは、切削屑を発生させない特徴があり、ワークとして所定の厚みの金属板同士を固定する場合等に使用されている。このフロードリルねじは先端に配置されたドリル部により下穴を成形した後、ドリル部に連設されたねじ部によってめねじを成形して所定の締付けトルクによって締め付けられる。

特表平０４−５０６２４３

ところが、従来のフロードリルねじは、ねじ部の断面形状が円形で、下穴の内周面との接触面積が広く、摩擦による抵抗が大きいため、めねじを成形する際のねじ込みトルクが高く、精度の高いねじ締め結果が得られないという課題があった。

そこで本発明は上記のような問題点を解決することを課題とし、比較的低いねじ込みトルクでめねじ成形が可能なフロードリルねじの提供を目的とする。

上記目的を達成するために本発明のフロードリルねじは、頭部と、この頭部に連設され、外周にねじ山が成形されたねじ部と、このねじ部に連設され、先端が錐状に成形されたドリル部とで構成されるフロードリルねじにおいて、前記ねじ部が、頭部と連設する円形ねじ部と、これと連続し、ドリル部と連設する非円形ねじ部とから構成され、非円形ねじ部は、軸線と直交する横断面が丸みを帯びた略多角形状をなすように構成されている。なお、前記円形ねじ部は、軸方向の寸法がワークの厚さ方向の寸法より長いことが好ましく、ドリル部は、硬化処理が施されていることが好ましい。また、前記ねじ部は、その外周に成形されたねじ山に不完全ねじ山を備え、硬化処理が施されていることが望ましい

本発明のフロードリルねじは、ねじ部がドリル部側では横断面三角形状に、頭部側では横断面円形状に成形されている。これにより、めねじ成形時のねじ込みトルクを低下させつつも、破断トルクを低下させない等の効果が得られ、精度の高い締め付けを行うことが可能となる。また、ドリル部とねじ部に対して焼入れ等による硬化処理が行われており、破損しにくい等の効果がある。

本発明に係るフロードリルねじの構造を示す一部切り欠き図図１のＡ−Ａ線断面図図１のＢ−Ｂ線断面図図１のＣ−Ｃ線断面図図１のＤ−Ｄ線断面図本発明に係るフロードリルねじの下穴成形中の状態を示す一部切り欠き図本発明に係るフロードリルねじの下穴成形後の状態を示す一部切り欠き図本発明に係るフロードリルねじの締結後の状態を示す一部切り欠き図

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図１において、１はワーク５０，５０´を締結するためのフロードリルねじであり、頭部２０と、この頭部２０に連設して一体成形されたねじ部３０と、このねじ部３０と一体成形されたドリル部４０とから構成される。また、このフロードリルねじ１はワーク５０，５０´より高い融点を有する鋼材等で構成され、ワーク５０，５０´の材質等によりその材質および焼入れ等による硬化処理を種々変更が可能である。

前記頭部２０は、ねじ締め工具等と係合可能な六角柱形状の係合部２１と、この係合部２１の座面に成形され、係合部２１より大径の座部２２とからなり、座部２２の座面にはテーパ形状の環状溝２３が設けられている。この環状溝２３は前記ねじ部３０と滑らかに連なり、後記環状凸部５４を内包できる容積に構成される。また、この環状溝２３とねじ部３０の接合部は後記パイロット部４１の外接円より小径に構成されている。なお、係合部２１は、ねじ締め工具と係合可能であれば、六角柱形状に制限せず四角柱等でも問題なく、その上面にドライバビット等と係合する十字溝等が設けられていても良い。

前記ねじ部３０は、頭部２０に連設され、横断面が円形状に成形された円形ねじ部３１と、この円形ねじ部３１に連設し、横断面が三角形状に成形された非円形ねじ部３３とで構成される。

前記円形ねじ部３１は、頭部２０に連設され、その外周にねじ山３２が成形される。この円形ねじ部３１は軸線と直交する横断面が図２に示すように、円形に成形され、その軸線方向の寸法がワーク５０，５０´の板厚以上になるよう構成されている。これにより、締結時及び締結後において、非円形ねじ部３３およびドリル部４０がワーク５０，５０´から突出するよう構成されている。

前記非円形ねじ部３３は、外周にねじ山３４が前記ねじ山３２と連続して成形されており、軸線と直交する横断面が図３に示すように、頂点に丸みを帯びた略三角形状になるように構成されている。これにより、めねじ５３の成形時において、下穴５２の内周面との接触面積が減少し、低いねじ込みトルクでめねじ５３の成形を可能とする。また、ねじ山３４は、ドリル４０側から一山程度にわたって不完全ねじ山３５を具備し、ねじ込み時にワーク５０，５０´の下穴５２に進入しやすく構成されている。さらに、この不完全ねじ山３５と前記ドリル部４０は、高周波焼入れや浸炭焼入れ等による表面を硬化する処理が施され、下穴５２成形時及びめねじ５３成形時にこれらの部位が破損し難く構成されている。なお、本実施形態において、硬化処理が施されている部位は、ドリル部４０と不完全ねじ山３５のみであるがこれに限定せず、ねじ部３０全体に渡って硬化処理が施されていても良い。

ドリル部４０は、頭部２０側に設けられ、前記非円形ねじ部３３と連設するパイロット部４１と、このパイロット部４１と連続する穴成形部４２とで構成される。

前記パイロット部４１は、図４に示すように軸線と直交する横断面が頂点に丸みを帯びた略三角形状に成形され、その外接円が穴成形部４２の外接円の最大径と同径でねじ部３０の外径と谷径の間に構成される。これにより、下穴５２との接触面積が小さくなり、めねじ５３の成形初期において、パイロット部４１とワーク５０，５０´との摩擦による抵抗が小さく、低いねじ込みトルクでめねじ５３の成形を可能とする。また、このパイロット部４１は軸線方向の寸法がワーク５０，５０´の板厚以上になるよう設定され、非円形ねじ部３３と穴成形部４２が同時にワーク５０，５０´に接触することを防止する。

前記穴成形部４２は、パイロット部４１に連続する略三角錐形状に構成されており、図５に示すように、その横断面は外周方向に湾曲した略三角形状に構成される。

次に図６ないし図８に基づき、フロードリルねじ１をワーク５０，５０´に締結する場合の作用について述べる。ワーク５０，５０´は図６ないし図８に示すように、鉄板等の金属製の薄板であり、冶具６０に支持される。

ねじ締め機（図示せず）等によりフロードリルねじ１をワーク５０，５０´に圧接しながら高速回転させると、前記穴成形部４２とワーク５０，５０´との圧接部分５１で摩擦熱が発生する。この摩擦熱によりワーク５０，５０´の圧接部５１周囲を部分的に軟化、塑性変形させ、穴形成部４２と連続するパイロット部４１の外接円と同一径の下穴５２を成形する。この際、ワーク５０の上面では、穴成形部４２がワーク５０，５０´に喰い込むことにより、押し広げられた余肉によって、環状凸部５４が成形される。また、ワーク５０´の下面では、穴成形部４２に押圧されることによりワーク５０´が変形し、環状凸部５５が成形される。

この下穴５２成形過程においては、所望の摩擦熱を発生させるために後述するめねじ５３成形時よりかなり早い回転速度が必要となる。そのため、パイロット部４１は、軸線方向の寸法がワーク５０，５０´の板厚以上の寸法に構成され、穴成形部４２と、非円形ねじ部３３とが同時にワークに接触することを防止する。これにより、下穴５２成形後、非円形ねじ部３３がワーク５０に干渉するまでに回転速度を低下させることができ、非円形ねじ部３３またはワーク５０，５０´が破損することを防ぐことができる。

上記回転速度低下後、ドリル部４０に連続する非円形ねじ部３３のねじ山３４が下穴５２の内周面と係合し、めねじ５３を成形する。このめねじ５３成形初期において、ねじ山３４の先端に設けられた不完全ねじ山３５により、ワークとの食いつきがよくなる。また、ねじ山３４が三角形状であり、その頂点で徐々にめねじ５３を成形するため、フロードリルねじ１とワーク５０，５０´との接触面積が小さくなり摩擦による抵抗が減少する。これにより、低いねじ込みトルクでめねじ５３の成形が可能となる。この時、前記環状凸部５４、５５の内周面にもめねじ５３が成形されることにより、十分な数のねじ山を有しためねじ５３を成形でき、締結後においてフロードリルねじ１が緩み難い。このめねじ５３の成形後、非円形ねじ部３３に連続する円形ねじ部３１がめねじ５３に螺合することで、フロードリルねじ１はワーク５０，５０´に締め付けられる。この際、ねじ部３０と滑らかに連続する環状溝２３が下穴５２の周縁部に成形された環状凸部５４を内包するため、座部２２がワーク５０に当接し、充分な締付けトルクを得ることができる。また、円形ねじ部３１の軸線方向の寸法がワーク５０，５０´の板厚以上の寸法に構成されているため、断面円形状で破断トルクが高い円形ねじ部３１のみによる締付けが可能となる。

なお、本発明に係るフロードリルねじ１は、前述したものに限定するものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、ねじ山３２と、これに連続するねじ山３４は実施形態では１条ねじであるが、これを２条ねじにしてもよく、ピッチ等を変更してもよい。また、非円形ねじ部３３の軸線と直交する横断面形状は略三角形状に限定するものではなく、他の多角形状でも同様の効果を得ることができる。さらに、ワーク５０に円形ねじ部３１の外径より大径の下穴が形成されており、ワーク５０´のみを締結する場合も同様に効果を発揮する。

１フロードリルねじ
２０頭部
３１円形ねじ部
３３非円形ねじ部
４１パイロット部
４２穴成形部
５０ワーク

Claims

頭部と、この頭部に連設され、外周にねじ山が成形されたねじ部と、このねじ部に連設され、先端が錐形状に成形されたドリル部とで構成されるフロードリルねじにおいて、
前記ねじ部が、頭部と連設する円形ねじ部と、これと連続し、ドリル部と連設する非円形ねじ部とから構成され、非円形ねじ部は、軸線と直交する横断面が丸みを帯びた略多角形状をなすことを特徴とするフロードリルねじ。
円形ねじ部は、軸方向の寸法がワークの厚さ方向の寸法より長いことを特徴とする請求項１記載のフロードリルねじ。
ドリル部は、硬化処理が施されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のフロードリルねじ
ねじ部は、その外周に成形されたねじ山に不完全ねじ山を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載のフロードリルねじ。
ねじ部は、硬化処理が施されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載のフロードリルねじ