JPH1047324A

JPH1047324A - ドリルねじ

Info

Publication number: JPH1047324A
Application number: JP20190296A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ueda; 昂植田; Motoo Ogata; 求男小形
Original assignee: K M SEIKO KK; Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: K M SEIKO KK; Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-17

Abstract

(57)【要約】【課題】締め付けトルクが大きく、また、ねじ締め時
間も短縮することができるドリルねじを提供する。【解決手段】ドリル部３０の外周部切刃３４の径が先
端部にいくほど小さくなる。また、ドリル部３０の先端
部における先端角Ａを、１１０゜に設定すると共にチゼ
ルエッジ幅をドリル部３０の最小径の１０％に設定す
る。さらに、ねじ部２０のねじ山２１の１ピッチ分２１
ａを、ドリル部３０にも形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ねじ下穴の切削と
ねじ立てが連続してなされ、そのままねじ締めが可能な
ドリルねじに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、金属薄板同士をねじで結合する
場合、通常は、予め双方の金属薄板にねじ下穴を開けて
からねじ立ての工程を実行し、その後、所定の外径を有
するねじで締め付けて両者を結合する。しかし、このよ
うな方法によれば、ねじ下穴開けおよびねじ立ての工程
とねじによる締結工程がそれぞれ別個に実行されるた
め、作業効率が大変悪くなる。

【０００３】そこで、ねじの先端部にドリル部を形成し
たドリルねじを使用して１回の締め付け動作により、ね
じ下穴開け、ねじ立ておよびねじ締めの工程を一挙に行
う方法が普及しつつある。図６は、従来のドリルねじ１
００の形状を示す正面図である。同図に示すように当該
ドリルねじ１００は、頭部１１０を有するシャンク１０
１に、ねじ部１２０と、ドリル部１３０を形成してな
る。

【０００４】頭部１１０は、シャンク１０１と一体成形
されており、その上面にはドライバーなどの回転工具の
先端部と係合するための係合凹部１１１を有する。ま
た、ねじ部１２０には所定のねじ山が転造により形成さ
れる。さらに、ドリル部１３０には、２条の縦溝（以
下、「ドリル溝」という。）１３１が金型成形により形
成されている。

【０００５】このドリル部１３０には、上記ドリル溝１
３１の内壁面１３４とドリル部１３０の外周面との交線
に沿って、所定のすくい角を有する外周部切刃１３２が
形成されると共に、内壁面１３４とドリル部１３０の先
端面との交線に沿って、所定のすくい角を有する先端部
切刃１３３が形成されており、これらの切刃により金属
薄板などの取付対象にねじ下穴を切削していく。

【０００６】上記外周部切刃１３２の径は、軸方向に皆
等しく形成され、また、先端部切刃１３３の先端角Ｂ
は、１１８゜から１２０゜の間に設定される。このよう
な形状を有する従来のドリルねじ１００を用いて、２枚
の金属薄板（厚さ０．６ｍｍ〜１．２ｍｍ）を重ねて結
合する場合には、ドリルねじ１００の先端部を金属表面
に押しつけて、荷重をかけながらドライバーなどの回転
工具で締め付ける。すると、まず先端部切刃１３３の切
削力により、金属板の表面に小さな穴が開き、これが拡
大されて、次いで外周部切刃１３２により切削しながら
徐々にねじ下穴を深くしていく。

【０００７】ねじ部１２０のねじ山１２１の最初の１ピ
ッチ目が上記ねじ下穴に到達すると、当該ねじ下穴にね
じ溝を切りながらさらにねじ込まれていく。このねじ下
穴の形成とねじ立ての動作が下の金属薄板に対してもな
されて、さらにドリルねじ１００を締め付けることによ
り、両金属薄板が結合される。このように、ドリルねじ
１００によれば、予めねじ下穴・ねじ立て工程を実行し
ておかなくても、一挙にねじ締めによる固定が可能とな
るので、組立作業の効率化を図ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ドリルねじ１００においては、次のような問題点があっ
た。（１）すなわち、ドリル部１３０で金属薄板にねじ下穴
を開ける際に、当該ねじ下穴の寸法精度があまりよくな
く、楕円状のものや、場合によっては、角ばったねじ下
穴が開いてしまうことさえある。

【０００９】このような事態は、ドリル部１３０の先端
部切刃１３３により切削して穴を開けていく際、もしく
は先端部切刃１３３から外周部切刃１３２による切削へ
の移行時において、当該切刃が薄板のねじ下穴の内周面
を必要以上に削り取ってしまうことにより生ずるものと
考えられる。図６に示すようにねじ部１２０のねじ山１
２１の外径は、ドリル部１３０の外径と比べてそれほど
大きくないので、このようにねじ下穴の寸法精度がよく
ないと、次のねじ部１２０によるねじ立ての際にねじ溝
が十分に形成されず、当該ねじ部１２０とねじ穴との螺
合性が悪くなって、締め付けトルクが低下し、金属薄板
間の結合強度が弱くなるおそれがある。

【００１０】（２）また、ねじ締め時において生じた切
削屑（切り粉）が、重ねた金属薄板間に入り込み、両者
が離れた状態（一方の金属薄板が浮いた状態）で固定さ
れ、確実な締結ができない場合がある。（３）さらに、ねじ下穴開けに際して金属表面でドリル
部先端に「おどり」が生じて、締結点のポイント（ねじ
下穴の位置）が定まりにくい。

【００１１】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、ねじ下穴の寸法精度を向上して結合強
度を高め、また、金属薄板間への切り粉の混入や、ドリ
ル部先端のおどりを低減して、位置決めされた締結ポイ
ントにおいて確実かつ効率的に結合することができる、
ドリルねじを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、頭部を備えたシャンクの先端部にドリル
部を形成すると共に、当該頭部とドリル部の間にねじ部
を形成したドリルねじであって、前記ドリル部は、その
外周部と先端に、それぞれ外周部切刃と先端部切刃を備
え、前記外周部切刃の径は、当該ドリル部の先端に近い
ほど小さくなっていることを特徴とする。

【００１３】また、本発明は、前記ねじ部の少なくとも
１ピッチ分のねじ山が前記ドリル部にも延びて形成され
ていることを特徴とする。さらに、本発明は、前記ドリ
ル部の先端部切刃の先端角が、１００゜〜１１５゜であ
ると共に、そのチゼルエッジ幅は、当該ドリル部の最小
径のほぼ１０％の大きさに設定されていることを特徴と
する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るドリルねじ１
の実施の形態を、図面に基づき説明する。図１は、当該
ドリルねじ１の形状を示す正面図であり、図２は、その
平面図である。同図に示すようにドリルねじ１は、頭部
１０が一体的に形成されたシャンク２に、ねじ部２０
と、ドリル部３０を形成してなる。

【００１５】頭部１０の上面にはドライバーなどの回転
工具の先端部と係合するための係合凹部１１を有する。
当該係合凹部１１の断面は、本実施の形態においては、
図２の平面図に示すような矩形をしており、ここに同じ
矩形断面を有する回転工具の先端を挿入して荷重を掛け
ながら回転させることができるようになっている。な
お、頭部１０の横断面の形状が正六角形などの場合に
は、六角ドライバーで締め付けが可能なので、この場合
には係合凹部１１はなくてもよい。

【００１６】また、係合凹部１１の形状を、通常の十字
穴としてもよく、この場合には、断面十字形状のドライ
バービットでの締め付けが可能となる。ねじ部２０に
は、等ピッチでねじ山２１が形成されており、その外径
は、ドリル部３０の最大径より大きいと共に、ねじ溝部
２２の径（ねじ内径）は、ドリル部３０の最大径より若
干小さく設定される。また、当該ねじ山２１の１ピッチ
分２１ａがドリル部３０の外周まで延びて形成される。
これによりドリル部３０によるねじ下穴開け動作から円
滑にねじ込み動作に移行できるようになっており、ねじ
溝を確実に刻んでいくと共にねじ込み時間の短縮にも寄
与する。

【００１７】ドリル部３０には、上記ドリル溝３１の内
壁面３２とドリル部３０の外周面との交線に沿って、所
定のすくい角を有する外周部切刃３４が形成され、同様
に、内壁面３２とドリル部３０の先端面３６との交線に
沿って、所定のすくい角を有する先端部切刃３５が形成
されている。上記外周部切刃３４の径は、先端にいくほ
ど小さくなっており、本ドリルねじ１では、図に示すよ
うに約１．５゜のテーパ角を形成しており、ドリル部３
０の長さ５．５ｍｍのときにドリル部３０の最大径と最
小径との差が約０．２ｍｍ程度生じるようになってい
る。このテーパは、後述するようにドリル部３０先端部
における不規則なねじ下穴の形状を整えて最終的に規定
寸法の真円に仕上げるために形成されるものであり、当
該テーパ角の大きさは、その目的を達成すべく、ドリル
部３０の軸方向の長さやねじ部外径などの条件を考慮し
て最適な値が設定される。

【００１８】しかしながら、このテーパ角の大小は、対
象物への切り込み量やねじ込みに必要なトルク（ねじ込
みトルク）にも大きな影響を与えるものであり、この点
にも留意しなければならない。例えば、上記テーパ角を
２゜にすれば、外周部切刃３４の対象物への切み込み量
が多くなって当該ドリルねじ１のねじ込みに必要な時間
（以下、「ねじ込み時間」という。）の短縮化を図るこ
とができるが、一方でねじ込みトルクも大きくなって、
ねじ締め装置への負担が増大する。反対に、テーパ角を
１゜と小さくすれば、切り込み量が小さくなってねじ込
みトルクも小さくできるが、その分ねじ込み時間の短縮
率が悪くなる。これらの諸条件の調和点として当該テー
パ角を、本実施の形態におけるように１．５゜程度にす
ることが望ましい。

【００１９】先端面３６に形成された先端部切刃３５の
先端角Ａは、１１０゜に設定されており、従来のもの
（１１８゜〜１２０゜）に比べて鋭くなっており、ま
た、この先端面３６の尖状部には、チゼルエッジ３７
（図４参照）が形成される。このチゼルエッジ３７は、
ねじ締めしようとする対象物の表面に最初に当接して、
位置決めの穴を切削するための重要な切刃である。

【００２０】図３は、ドリルねじ１のドリル部３０を図
１の白抜きの矢印方向から見たときの側面図である。同
図に示すようにドリル溝３１は、内壁面３２、３３を備
えており、上述したように内壁面３２のドリル部３０の
外周面、先端面との交差部にはそれぞれ外周部切刃３
４、先端部切刃３５が形成されている。また、ドリル部
３０に形成された１ピッチ分のねじ山２１ａの一部にも
ドリル溝３１が刻まれている。

【００２１】図４は、図１を下方から見たときのドリル
部３０の端面図である。同図に示すように２つのドリル
溝３１が軸対象に形成され、その内壁面３４の外側端面
には上記外周部切刃３４が形成されている。また、チゼ
ルエッジ３７は、２つの先端面３６の接合部に形成さ
れ、その幅Ｗ１は、ドリル部３０の最小径Ｗのほぼ１０
％の大きさに設定されている。従来のドリルねじにおけ
るチゼルエッジの幅は、ドリル部外径のおよそ１６％程
度なので、上述した先端角Ａを小さくしたことと伴っ
て、従来のものに比較して切削力を大幅に向上させるこ
とが可能となった。

【００２２】なお、上述のドリル部３０は、金型成形に
より、ねじ部２０は、転造により成形される。図５は、
上記ドリルねじ１のドリル部３０により金属薄板にねじ
下穴の切削がなされる様子を示す図である。同図におい
て、破線４１はドリル部３０の最小径を示し、実線４３
は、ドリル部３０の最大径を示している。金属薄板にド
リルねじ１を締め付ける場合、その金属表面にドリル部
３０の先端部を当接させて荷重を負荷しながら回転させ
ていく。すると、まず、チゼルエッジ３７により金属薄
板表面に位置決めの小さな穴が切削され、それが先端部
切刃３５により徐々に拡大されて、ねじ下穴が深くなっ
ていく。そして、外周部切刃３４による切削へと進む。
この際、前述したようにねじ下穴の内周面が切刃により
必要以上に欠き取られて、実線４２に示すような不規則
な内径となる。しかし、本ドリルねじ１では、ドリル部
３０の外周部切刃３４の径を先端にいくほど小さく、言
い換えれば、ねじ部２０に近いほど大きくしているの
で、不規則なねじ下穴の内周面が、より径の大きな外周
部切刃３４により切削されて整形されていき、最終的に
実線４３に示す規定寸法の真円状のねじ下穴が形成され
る。続いて、ねじ部２０によるねじ立てが行われること
になるが、上述のように１ピッチ分のねじ山がドリル部
３０上部にも形成されているので、ねじ下穴の仕上げと
並行してねじ立てが開始され、円滑なねじ込み機能が得
られる。このように規定寸法のねじ下穴にねじ込みが行
われると、ねじ下穴の内周面にしっかりとねじ溝が形成
され、十分な締め付けトルクを得ることができる。

【００２３】また、本実施の形態においては、上述のよ
うにドリル部３０にテーパを形成して先端径を細くした
上に、さらにドリル部３０の先端角Ａを１１０゜と小さ
くすると共にチゼルエッジ３７の幅もドリル部の最小径
の１０％と小さくしたので、ドリル部３０による切削効
率が向上し、ドリルねじによるねじ込み時間を大幅に短
縮することが可能となった。

【００２４】次に示す（表１）、（表２）は、このねじ
込み時間の短縮を示す実験データである。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】各表において、従来の形状のドリルねじ
は、ねじ部の外径が４．２ｍｍ、ドリル部の径が３．２
ｍｍ、先端角が１２０゜、チゼルエッジ幅がＯ．５ｍ
ｍ、ねじの呼び長さが１３ｍｍのものを用い、また本件
のドリルねじとしては、ねじ部外径、呼び長さは従来の
ものと同じで、上記ドリル部のテーパ角１．５゜、ドリ
ル部の最小径を３．０ｍｍとし、先端角を１１０゜、チ
ゼルエッジ幅を０．３ｍｍに設定したものを用いてい
る。また、双方のドリルねじは、同じ硬度の素材で形成
されている。

【００２８】そして、（表１）は、硬度ＨＲＢ６２．
１、厚さ１．６ｍｍの鋼板に、各ドリルねじに荷重１
３．６Ｋｇを負荷して、回転数２５００ｒｐｍでねじ込
むときの実験データを示しており、それぞれ１０回試行
して、そのねじ込み時間を測定したものである。同表か
らも明らかなように、全て本発明のドリルねじの方が従
来のものよりねじ込み時間が短く、その平均時間は、
１．１４秒であって、従来のドリルねじによるねじ込み
時間の平均値１．４５秒に比較して約２１％の時間短縮
となる。

【００２９】この時間短縮率は、鋼板の厚さが大きいほ
ど顕著になる。（表２）は、硬度ＨＲＢ４７．３、厚さ
３．２ｍｍの鋼板に、各ドリルねじに荷重１５．８Ｋｇ
を負荷しながら、回転数２５００ｒｐｍでねじ込むとき
の実験データを示しており、同表に示すように、両者の
平均ねじ込み時間において、１．４２秒の差が生じてお
り、これはほぼ３６％の時間短縮に相当する。

【００３０】このように、鋼板の厚さが大きいほど、ね
じ込み時間の短縮率が大きくなるのは、外周部切刃３４
にテーパを設けたことにより、当該外周部切刃３４での
切削効率を向上させたことによるところが大きい。すな
わち、ドリル部の先端部切刃３５とこれに続くテーパ形
状の外周部切刃３４で連続して切削された切り粉が、当
該テーパおよびドリル溝３１に沿って確実に上方に運ば
れて切削表面から排出されて切削効率が向上し、これに
よりねじ込み時間がより一層短縮され、特に、鋼板の厚
さが厚いほど、すなわち、テーパ状の外周部切刃３４の
切削力を発揮する場面が多いほど、ねじ込み時間の短縮
率を向上させることができる。

【００３１】また、本ドリルねじ１は、上述のように先
端角Ａを小さくすると共に、チゼルエッジ幅を細くし
て、先端部を鋭くして切削力を強くしたため、最初にド
リルでねじ下穴を開ける際に従来金属板表面で生じてい
た、ドリル刃先の「おどり」が少なくなり、ねじ下穴の
位置決めが容易になった。このような「おどり」の減少
と、ねじ込み時間の大幅な短縮により、ねじ締め工程が
効率化されるので、特に生産ラインにおいて使用される
場合には、その生産効率が向上することが可能となる。

【００３２】さらに、上記切削力の向上により、金属薄
板を重ねて結合する場合における、薄板と薄板の間に切
り粉が混入して金属薄板同士が浮いた状態で結合される
という不都合も解決される。すなわち、金属薄板間に切
り粉が混入するのは、上方の金属薄板の下穴開けが完了
した時点で、ドリルねじ１に加える荷重によりまだ下穴
の開いていない下方の金属薄板がたわんで薄板間に隙間
が生じるからであると考えられるが、本発明のドリルね
じ１では、ドリル部３０先端の切削力を向上したので、
下の金属薄板に大きなたわみ力が加わる以前に当該金属
薄板に下穴を開けてしまうので、切り粉が混入する隙間
をほとんど生ぜしめない。その上、上述のテーパ状の外
周部切刃３４による切削力の向上により、連続した大き
な切り粉が生じるようになったので、下穴外部への排出
効率もよくなり、当該隙間にますます混入しにくくなっ
た。

【００３３】これにより、複数枚の金属薄板を密着した
望ましい状態でしかも高締め付けトルクで結合すること
が可能となり、従来のようにアルミなどの金属薄板の結
合のほか、薄い鋼板を組み合わせて構造的に結合して建
築資材として使用することも可能となり、ドリルねじの
用途を広げることができる。なお、ドリル部３０の先端
角Ａは小さくすればするほど切削力は増すが、その一方
で、剛性が少なくなって先端が欠け易くなるので、１０
０゜から１１５゜までの範囲に設定されるのが望まし
い。また、チゼルエッジの幅についても同様な理由によ
り、ドリル部の最小径のほぼ１０％程度が望ましい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ドリル
ねじのドリル部の外周部に設けられた外周部切刃の外径
を、その先端部に近いほど小さくなるようにテーパ状に
形成したので、ドリル先端部で切削したねじ下穴が不規
則な形状をしていても、ドリル部の根元にいくにつれ
て、整形されていき、規定寸法のねじ下穴を形成するこ
とが可能となる。これにより次のねじ部によるねじ立て
の際に十分にねじ溝を形成でき、より大きな締め付けト
ルクを得ることができる。

【００３５】また、本発明は、前記ねじ部の少なくとも
１ピッチ分のねじ山が前記ドリル部にも延びて形成され
ているので、形成したねじ下穴に円滑にねじ込み可能と
なる。さらに、前記ドリル部の先端部切刃の先端角が１
００゜〜１１５゜であると共に、そのチゼルエッジ幅
を、ドリル部の最小径のほぼ１０％の大きさに設定して
いるので、ドリル部先端部による切削力を向上させるこ
とができ、外周部切刃がテーパ状に形成されていること
と相まって、短時間でのねじ締め動作を可能とする。

【００３６】すなわち、ドリル部の先端部切刃とこれに
続くテーパ形状の外周部切刃で連続して切削された切り
粉は、当該テーパおよびドリル溝に沿って確実に上方に
運ばれて切削表面から排出されるので、切削速度が速ま
ってねじ込み時間を短縮することが可能となり、特に、
金属板の厚さが厚いほど、ねじ込み時間の短縮が顕著に
なる。これにより、生産ラインなどにおけるねじ締め工
程に要する時間を大幅に縮減することができ、その生産
性の向上に大きく貢献する。

【００３７】また、結合する部材間に切り粉などが混入
せず相互に密着させて結合させることができると共に、
ねじ下穴開け作業開始時におけるドリル部の刃先の「お
どり」も少なくすることができ、効率的なねじ締めが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るドリルねじの正面図である。

【図２】上記ドリルねじの平面図である。

【図３】上記ドリルねじのドリル部を図１の矢印方向か
ら見た図である。

【図４】上記ドリルねじを図１の下方から見たときのド
リル部の端面を示す図である。

【図５】上記ドリルねじのドリル部によって、ねじ下穴
が切削されていく様子を示す図である。

【図６】従来のドリルねじの形状を示す正面図である。

【符号の説明】

１ドリルねじ１０頭部２０ねじ部３０ドリル部３１ドリル溝３４外周部切刃３５先端部切刃３７チゼルエッジＡ先端角Ｗ１チゼルエッジ幅

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】頭部を備えたシャンクの先端部にドリル
部を形成すると共に、当該頭部とドリル部の間にねじ部
を形成したドリルねじであって、前記ドリル部は、その外周部と先端に、それぞれ外周部
切刃と先端部切刃を備え、前記外周部切刃の径は、当該ドリル部の先端に近いほど
小さくなっていることを特徴とするドリルねじ。
【請求項２】前記ねじ部の少なくとも１ピッチ分のね
じ山が前記ドリル部にも延びて形成されていることを特
徴とする請求項１記載のドリルねじ。
【請求項３】前記ドリル部の先端部切刃の先端角は、
１００゜〜１１５゜であると共に、そのチゼルエッジ幅
は、当該ドリル部の最小径のほぼ１０％の大きさに設定
されていることを特徴とする請求項１または２記載のド
リルねじ。