JP4954248B2 - セルフタッピングねじ - Google Patents

Description

本発明は、相手部材に穿設された下穴に雌ねじを刻設しながら締結を行うセルフタッピングねじに関するものである。

現在、市場に普及している電子機器、通信機器、事務機器等において、合成樹脂や金属などから成る相手部材に部品等の取付部材を取り付けるために、相手部材に予め雌ねじを刻設する工程を省略できるセルフタッピングねじが多用されている。

そして、セルフタッピングねじにおいては、取付部材と相手部材とを締結する際に、できるだけ小さいねじ込みトルクで、精度の高い雌ねじを刻設して、大きな締結力が得られるようにすることが共通の課題となっている。

特許文献１に記載のセルフタッピングねじ、特にねじ軸周面（谷底面）と下穴内周面との間にクリアランスを形成することを条件としない請求項１に記載の発明においては、ねじ軸先端からねじ頭直下に亘る全雄ねじ山において、鋭角度の断面三角形状の山頂部と、該山頂部の下部には前記山頂部よりも大きな角度にて谷底面に連なる裾広がりの左右の誘導脚辺部（傾斜平面）を有するねじ山拡大本体部とから成る二段形状の雄ねじ山を形成したセルフタッピングねじを開示している。

実用新案登録第３１４００７４号公報

しかしながら、上記二段形状の雄ねじ山を有するセルフタッピングねじは、下穴内にねじ込む場合における初期ねじ込みトルク、即ち最初の二段形状雄ねじ山が下穴内周面に二段形状の雌ねじ溝を刻設する際のトルクが高くなる問題を有している。

また、上記構成のセルフタッピングねじにあっては、雄ねじ山の山頂部の各フランク面とねじ山拡大本体部の各誘導脚辺部への転造時における材料の流れがスムーズとならず、谷底面や雄ねじ山の山頂部の各フランク面と拡大本体部の各誘導脚辺部に肌荒れやささくれ、または雄ねじ山山頂部に割れが生ずる問題を有している。

本発明は、斯かる従来のセルフタッピングねじが抱える課題を有効に解決することができるセルフタッピングねじを提供するものである。
要述すると、本発明に係るセルフタッピングねじは、ねじ頭から垂下する全長において等径の円柱軸から成るねじ軸を有し、ねじ頭直下に延びるねじ軸部分にねじ山の高さが互いに等高の複数の等高雄ねじ山を形成すると共に、同ねじ軸の先端軸部にねじ山の高さが該先端軸部端面に向かって漸減する複数の低背雄ねじ山を上記等高雄ねじ山と連続して形成し、該低背雄ねじ山の上下フランク面と上下谷底面との各連設部に０．２ミリメートルから０．６ミリメートルの曲率半径を有する微小円弧面をそれぞれ連続して形成すると共に、該微小円弧面を上記低背雄ねじ山に連続する端部等高雄ねじ山の下フランク面と下谷底面との連設部に亘って延在するように形成し、該端部等高雄ねじ山の上フランク面と上谷底面との連設部には上記微小円弧面を形成せず、更に上記端部等高雄ねじ山以外の等高雄ねじ山の上下フランク面と上下谷底面との各連設部には上記微小円弧面を形成しないことを特徴とする。

また、上記構成を採りながら、上記低背雄ねじ山と連続する等高雄ねじ山の断面形状を左右対称形状にし且つその山角度を４８度から５２度の範囲に設定する。

依って、本発明に依れば、高さが漸減する低背雄ねじ山の形成と、該低背雄ねじ山及び端部等高雄ねじ山に形成した微小円弧面との相乗により、ねじ込み初期における相手部材へのストレスが緩和され、スムーズに雌ねじ溝を形成でき、初期ねじ込みトルクの軽減に寄与することができる。

また、低背雄ねじ山と端部等高雄ねじ山の微小円弧面で成形された微小凸曲面部により、後続する等高雄ねじ山のフランク面と谷底面との角隅部への材料移動がスムーズになされ、精度の高い雌ねじ溝を形成することができる。依って、等高雄ねじ山と雌ねじ溝との確実な係合が得られ、大きな締結力を得ることができる。

また、破壊トルク、即ち雌ねじが破壊するときのトルクを大きく、初期ねじ込みトルクを小さくすることができるので、ねじ込みトルク間隔を広く取ることができるため、合成樹脂や金属からなる相手部材に対する共通トルク帯域を充分に確保でき、何れの材料に対しても、安定してねじ込み作業を行うことができる。

更に、本発明によれば、従来の二段形状の雄ねじ山の転造時における肌荒れや雄ねじ山山頂部の割れの生成を有効に防止できる。

本発明に係るセルフタッピングねじを示す側面図である。 同ねじ軸の拡大断面図である。 同微小円弧面の拡大断面図である。 （Ａ）・（Ｂ）・（Ｃ）・（Ｄ）は、本発明に係るセルフタッピングねじのねじ込む状態を段階を追って示す説明図である。 本発明に係るセルフタッピングねじの初期ねじ込みトルク及び破壊トルクを示すグラフである。 比較例のセルフタッピングねじの初期ねじ込みトルク及び破壊トルクを示すグラフである。

本発明は、ねじ頭から垂下するねじ軸を有し、ねじ頭直下に延びるねじ軸部分にねじ山の高さが互いに等高の複数の等高雄ねじ山を形成し、同ねじ軸の先端軸部にねじ山の高さが該先端軸部端面に向かって漸減する複数の低背雄ねじ山を上記等高雄ねじ山と連続して形成し、該低背雄ねじ山の上下フランク面と上下谷底面との各連設部に微小円弧面をそれぞれ連続して形成すると共に、該微小円弧面を上記低背雄ねじ山に連続する端部等高雄ねじ山の少なくとも下フランク面と下谷底面との連設部に亘って延在するように形成したことにより、小さいねじ込みトルクで、精度の高い雌ねじを刻設して、大きな締結力を得ることができる。

以下、本発明を図示する好適な実施例に基づいて詳述すれば、該実施例に係るセルフタッピングねじは、図１に示す如く、基本的には、従来のセルフタッピングねじと同様に、
ねじ頭１と、該ねじ頭１下面中央から垂下する円柱軸から成るねじ軸２とを有する構成となっているが、特徴とするところは、図２にも示す如く、上記ねじ軸２は全長において等径の軸であり、ねじ頭１直下に延びるねじ軸２部分にねじ山の高さが互いに等高の複数の等高雄ねじ山３を形成し、同ねじ軸２の先端軸部にねじ山の高さが該先端軸部端面に向かって漸減する複数の低背雄ねじ山４を上記等高雄ねじ山３と連続して形成し、該低背雄ねじ山４の上下フランク面５と上下谷底面６との各連設部に微小円弧面７をそれぞれ連続して形成すると共に、該微小円弧面７を上記低背雄ねじ山４に連続する端部等高雄ねじ山３ａの下フランク面５と下谷底面６との連設部に亘って延在するように形成した点にある。

尚、本実施例に係るセルフタッピングねじにおいては、低背雄ねじ山４の高さが漸減する角度αは、６度から１２度の範囲で設定する。また、フランク面５は、断面視直線面から成り、谷底面６は、ねじ軸２の軸線と平行な面であり、各雄ねじ山３・４は、この平行谷底面６を介し所定のピッチで配置されている。

上記各雄ねじ山３・４の稜線は、尖鋭な稜線にするか図示のように僅かな平面１１（アール面を含む）を持った稜線にする。
また、端部等高雄ねじ山３ａの上フランク面５と上谷底面６との連設部には上記微小円弧面７を形成していない。同様に他の等高雄ねじ山３の上下フランク面５と上下谷底面６との各連設部にも上記微小円弧面７を形成していない。即ち、何れの場合も直線面から成るフランク面５と同谷底面６とが鈍角に交わる。この場合、同所に加工上回避しがたい上記微小円弧面７よりも小さな円弧面を存して連設される場合を排除しない。

図３に示す如く、上記低背雄ねじ山４及び端部等高雄ねじ山３ａの微小円弧面７の曲率半径Ｒをねじ軸の軸径に応じ０．２ミリメートルから０．６ミリメートルに設定する。また、図２に示す如く、上記構成を採りながら、等高雄ねじ山３の断面形状を左右対称形状にし且つその山角度βを４８度から５２度の範囲に設定する。

本発明によれば、従来の二段形状の雄ねじ山の転造時における肌荒れや雄ねじ山山頂の割れの生成を有効に防止できる。

実際の使用に際しては、まず、相手部材８の下穴８ａ（ねじ軸２と等径の真円孔）と取付部材１０の取付孔１０ａとを一致させながら、相手部材８と取付部材１０を重ねた後、取付部材１０の取付孔１０ａ側から相手部材８の下穴８ａ内にねじ軸２の先端軸部をねじ込んでいくこととなるが、この際には、図４（Ａ）乃至（Ｂ）に示す如く、高さが漸減する低背雄ねじ山４の形成と、該低背雄ねじ山４及び端部等高雄ねじ山３ａに形成した微小円弧面７との相乗により、ねじ込み初期における相手部材８へのストレスが緩和され、スムーズに雌ねじ溝９を形成でき、初期ねじ込みトルクの軽減に寄与することができる。

そして、更にねじ軸２をねじ込んでいくと、今度は、微小円弧面７が形成された低背雄ねじ山４により形成された雌ねじ溝９に端部等高雄ねじ山３ａ側から等高雄ねじ山３が入り込むこととなるが、この際には、図４（Ｃ）乃至（Ｄ）に示す如く、微小円弧面７が形成された低背雄ねじ山４で成形された微小凸曲面部９ａにより、後続する等高雄ねじ山３のフランク面５と谷底面６との角隅部への材料移動がスムーズになされ、精度の高い雌ねじ溝９を形成することができる。依って、等高雄ねじ山３と雌ねじ溝９との確実な係合が得られ、大きな締結力を得ることができる。また、微小円弧面７が端部等高雄ねじ山３ａに亘って形成されることにより、低背雄ねじ山４から等高雄ねじ山３への移行が極めてスムーズに行え、移行部における相手部材に加わるストレスを軽減できる。

また、破壊トルクを大きく、初期ねじ込みトルクを小さくすることができるので、ねじ込みトルク間隔を広く取ることができるため、合成樹脂や金属からなる相手部材に対する共通トルク帯域を確保でき、何れの材料に対しても、安定してねじ込み作業を行うことができる。

ここで、本実施例に係るセルフタッピングねじの有効性について、確認試験の結果を踏まえて説明する。

素材の異なる４種類の相手部材（金属鋼板・ＡＢＳ樹脂材・ポリカーボネートとＡＢＳ樹脂との重合材又はポリカーボネートとＡＳ樹脂の重合材）について、図５は、本発明に係るセルフタッピングねじの初期ねじ込みトルク及び破壊トルクを測定したものであり、図６は、本発明に係る低背雄ねじ山４と微小円弧面７とを形成しない比較例に係るセルフタッピングねじの初期ねじ込みトルク及び破壊トルクを測定したものである。

図５・図６から明らかな如く、全種類の相手部材において、本発明に係るセルフタッピングねじの初期ねじ込みトルクの方が、比較例のセルフタッピングねじの初期ねじ込みトルクよりも小さいことが確認できると共に、全種類の相手部材において、本発明に係るセルフタッピングねじの破壊トルクの方が、比較例のセルフタッピングねじの破壊トルクよりも大きいことが確認できる。

また、図５から明らかな如く、本発明に係るセルフタッピングねじにおいては、上述のように、破壊トルクを大きく、初期ねじ込みトルクを小さくすることができるので、ねじ込みトルク間隔を広く取ることができるため、合成樹脂や金属からなる相手部材に対する共通トルク帯域Ｓ１を充分に確保でき、何れの材料に対しても、安定してねじ込み作業を行うことができる。

また、図６から明らかな如く、比較例のセルフタッピングねじにおいては、上述のように、破壊トルクと初期ねじ込みトルクの間隔が狭いため、合成樹脂や金属からなる相手部材に対する共通トルク帯域Ｓ２を充分に確保できず、材質毎に専用のねじを使用せねばならない。

本発明に係るセルフタッピングねじは、小さいねじ込みトルクで、精度の高い雌ねじを刻設して、大きな締結力を得ることができるので、これを電子機器、通信機器、事務機器等において、合成樹脂や金属からなる相手部材に部品等の取付部材を取り付けるために利用すれば、頗る好都合なものとなる。

１ ねじ頭
２ ねじ軸
３ 等高雄ねじ山
３ａ 端部等高雄ねじ山
４ 低背雄ねじ山
５ フランク面
６ 谷底面
７ 微小円弧面
８ 相手部材
８ａ 下穴
９ 雌ねじ溝
９ａ 微小円弧面で成形される微小凸曲面部
１０ 取付部材
１０ａ 取付孔
１１ 平面から成る稜線
α 低背雄ねじ山の高さが漸減する角度
β 等高雄ねじ山の山角度
Ｒ 微小円弧面の曲率半径

Claims (2)

1. ねじ頭から垂下する全長において等径の円柱軸から成るねじ軸を有し、ねじ頭直下に延びるねじ軸部分にねじ山の高さが互いに等高の複数の等高雄ねじ山を形成し、同ねじ軸の先端軸部にねじ山の高さが該先端軸部端面に向かって漸減する複数の低背雄ねじ山を上記等高雄ねじ山と連続して形成し、該低背雄ねじ山の上下フランク面と上下谷底面との各連設部に０．２ミリメートルから０．６ミリメートルの曲率半径を有する微小円弧面をそれぞれ連続して形成すると共に、該微小円弧面を上記低背雄ねじ山に連続する端部等高雄ねじ山の下フランク面と下谷底面との連設部に亘って延在するように形成し、該端部等高雄ねじ山の上フランク面と上谷底面との連設部には上記微小円弧面を形成せず、更に上記端部等高雄ねじ山以外の等高雄ねじ山の上下フランク面と上下谷底面との各連設部には上記微小円弧面を形成しないことを特徴とするセルフタッピングねじ。
2. 上記低背雄ねじ山と連続する等高雄ねじ山の断面形状が左右対称形状を有し、４８度から５２度の山角度を有することを特徴とする請求項１記載のセルフタッピングねじ。

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