(57)【要約】頭つき多小葉ブランク、該ブランクからのセルフタッピングねじの製造方法、及び結果的に得られる薄い被加工物(1402,1404)を結合させるための多小葉セルフタッピング(902)ねじ。これらは円錐形の先端及び本体部分に望ましいねじ山形成特性を提供し、頭近傍における振動による緩みに対する耐性を改善する。前記ブランク及び方法の結果として得られるねじは、ねじ頭(410)と本体部分との間にテーパ付き谷底部分(906)を含み、その断面は、頭(410)の下側に隣接する領域におけるほぼ円形から該テーパ付き谷底部分(906)とねじ本体との交差部における最大円外れ（又は小葉型）断面まで変化する。この形状が、テーパ付き谷底部分(906)を介して本体部分からほぼ一定に維持されるねじ山輪郭の外径、及び複数のコイル（リードねじ山）形状と組み合わされて、薄い固定材(1404)内にねじ(902)にしっかりと保持され、この場合、固定材は、テーパ付き谷底部分の周囲で軸方向で前後方向(1405)に押し出される。
2005502835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄い被加工物を結合させるための、所定の中心軸及び頭を有するねじであって、
多小葉型の断面を画定する本体部分と、
多小葉型の断面を画定する円錐ポイント部分と、
前記頭と前記本体部分との間に配置されたテーパ付き谷底部分であって、変動する断面を画定し、該変動する断面が、前記頭に隣接する最近円断面から前記本体に隣接する多小葉型の断面までの範囲で変動する、テーパ付き谷底部分と
を含む、ねじ。
【請求項２】
前記円錐ポイント部分、前記本体部分、及び前記テーパ付き谷底部分に沿って配置された一組のねじ山輪郭を有する複数のリードねじ山を更に含み、回転軸から各ねじ山の頂までの一定の半径方向距離が、前記テーパ付き谷底部分と該テーパ付き谷底部分に隣接する前記本体部分の少なくとも一部との両方に沿って維持される、請求項１に記載のねじ。
【請求項３】
隣接するねじ山の頂間の回転軸に沿った距離が軸方向ピッチを画定し、前記テーパ付き谷底部分が該軸方向ピッチの少なくとも２倍の軸方向長さを有する、請求項２に記載のねじ。
【請求項４】
隣接するねじ山の頂間の回転軸に沿った距離が軸方向ピッチを画定し、前記テーパ付き谷底部分が該軸方向ピッチの3.5倍以下の軸方向長さを有する、請求項２に記載のねじ。
【請求項５】
所定の中心軸を有するねじを使用して第１の薄い被加工物と第２の薄い被加工物とを結合させる方法であって、該ねじが、多小葉ねじ山形成断面を画定する本体部分と、頭と前記本体部分との間に配置され、及び該頭に隣接する最近円断面から前記本体部分に隣接する最大の小葉型を有する多小葉型の断面まで変動する断面を画定する、テーパ付き谷底部分と、多小葉ねじ山形成断面を画定する円錐ポイント部分と、前記ねじ本体及び前記テーパ付き谷底部分に沿って配置された一組のねじ山輪郭を有するリードねじ山とを含み、前記回転軸から各ねじ山の頂までの一定の半径方向距離が、前記テーパ付き谷底部分と該テーパ付き谷底部分に隣接する前記本体部分の少なくとも一部との両方に沿って維持されており、該方法が、
ねじを回転させると共にその回転軸に沿って被加工物の方向に圧力を加え、
前記第１の被加工物が、前記テーパ付き谷底部分により画定される多小葉型の断面間で弛緩する際に、外力による緩みに対する耐性を提供する、
という各ステップを含む方法。
【請求項６】
ねじ本体に沿って配置された複数のねじ山によって一連の雌ねじ山を形成するステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
薄い被加工物の結合用の回転軸及び頭を有するねじのための頭付きねじブランクであって、
前記頭に隣接するテーパ付き谷底部分であって、その軸方向長さに沿ってほぼ円形の断面を画定する、テーパ付き谷底部分と、
該テーパ付き谷底部分から延び、及び多小葉型の断面を画定する、本体部分と、
該本体部分から延び、多小葉型の断面を画定する、円錐ポイント部分と
を含む、頭付きねじブランク。
【請求項８】
薄い被加工物を結合させるためのねじを作成するための方法であって、
一対のダイ間に小葉型の本体部分を有する頭付きブランクを挿入し、該一対のダイの各々の一方の側に設けられた一組の直線状の溝及びテーパ領域が、前記頭付きブランクの頭に隣接してその円形のテーパ部分上に配置されるよう構成されており、
前記一対のダイから前記頭付きブランクに圧縮力を加え、
前記一対のダイの一方を直線方向に移動させることにより前記頭付きブランクを該一対のダイ間で転動させ、これにより該ブランクの中心軸が前記ダイ間の空間の中心線に対して振動する経路を画定し、該ダイが前記頭付きブランクを可塑的に変形させることにより前記ねじ本体と前記テーパ部分上のテーパ付き谷底部分との上に一組のねじ山を形成し、
前記本体部分上のねじ山の外径と実質的に同じ外径のねじ山が前記テーパ付き谷底部分に設けられる、ねじの作成方法。
【請求項９】
前記移動ステップが、少なくとも２つの別個のリードねじ山を前記頭付きブランク上に形成することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記頭付きブランクの前記テーパ付き谷底部分に沿って可変断面を形成するステップを更に含み、該可変断面が、前記頭に隣接する最近円断面から前記本体に隣接する最大小葉型断面まで変動するものである、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
ねじブランクを形成するためのヘッダダイであって、
実質的に直線状のブランクを受容する成形用ダイキャビティであって、軸を通る断面を有し、及び、
i) 前記ブランクの頭に近接して円形の断面を画定し、及びそこから本体部分へと延びる、テーパ部分と、
ii) 多小葉型の断面を画定する本体部分と、
iii) 該本体部分から延び、及び多小葉型の断面を画定する、円錐ポイント部分と
を成形するための壁を含む、成形用ダイキャビティを含む、ヘッダダイ。
【請求項１２】
多小葉型のねじブランク上にねじ山を形成するための一対のロールフォーミングダイであって、
ねじ山をロールフォーミングするための１つ又は２つ以上の直線状の溝を有する第１のダイであって、その一端に向かう外方テーパを有し、該外方テーパが、ねじ頭に隣接するねじブランクのテーパ付き谷底部分のねじ山のロールフォーミングを可能とするよう形成されている、第１のダイと、
該第１のダイと対面する第２のダイであって、該第１のダイが、該第２のダイとの間に一定の間隔を置いて該第２のダイに対して移動し、該第２のダイが、ねじ山をロールフォーミングするための１つ又は２つ以上の直線状の溝を有しており、及びその一端に向かう外方テーパを有しており、該外方テーパが、前記ねじブランクの前記テーパ付き谷底部分のねじ山のロールフォーミングを可能とするよう形成されている、第２のダイと
を含む、一対のロールフォーミングダイ。
【請求項１３】
前記第１のダイ及び前記第２のダイが、前記ねじブランク上に複数の別個のリードねじ山を形成するよう構成されている、請求項１２に記載の一対のロールフォーミングダイ。
【請求項１４】
前記第１のダイの前記外方テーパ及び前記第２のダイの前記外方テーパが、それぞれ、前記テーパ付き谷底部分上にねじ山を形成するよう構成されており、該ねじ山が、前記ねじブランクの少なくとも前記本体部分に隣接する部分の頂における半径方向距離とほぼ同じである半径方向距離を個々の頂において有し、該頂間におけるねじ山の谷が、前記本体部分から軸方向に前記頭に向かって連続的に増大する半径方向外方のテーパを画定する、請求項１３に記載の一対のロールフォーミングダイ。
【請求項１５】
前記第１のダイの前記外方テーパ及び前記第２のダイの外方テーパが、それぞれ、前記テーパ付き谷底部分上にねじ山を形成するよう構成されており、該テーパ付き谷底部分が、前記頭へと向かう最近円部分から前記本体部分に隣接する最大小葉部分へと変化する、請求項１４に記載の一対のロールフォーミングダイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルフタッピングねじに関し、特に、セルフタッピングねじ、セルフタッピングねじ用のブランク、及び適当なロールフォーミングダイを使用してセルフタッピングねじを形成するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のセルフタッピングねじ製品は、薄いシート状の金属部品の組み立てに使用する場合に、ねじ締付けトルクを比較的小さい値に抑制する必要性に伴う問題に起因して、その作用の信頼性が不十分なものとなる、ということが当業者に認識されている。締付けトルクに必要とされる抑制は、組み立て中に固定材が剥離してねじが空回りする可能性を最小限にするために必要である。固定材は、結合される組み立て部品のうち、ねじ頭の下側から最も遠くに移動する部分である。かかる剥離及び空回りは、アセンブリのクランプ負荷を失わせ、続いてアセンブリの劣化を生じさせるものとなる。
【０００３】
図１は、従来の、薄いシート状の金属部品104,106を結合して１つの結合されたアセンブリにするために使用される従来の一条ねじ山を有するセルフタッピングねじ102に共通して生じる欠点を示している。該ねじは、従来の円形の断面を含むものである。
【０００４】
ねじ頭から最も離れて位置するねじ固定材106は、ねじの軸方向ピッチ110と同じか又はそれよりも小さい幅108を有するものであり（本書では概して「薄い」被加工物と称す）、一般に螺旋又はねじ山の前面112が固定材106を変形させ、該固定材は、隣接する螺旋、スクロール、又はねじ山間の間隔に従うようになる。この種の固定材及びアセンブリは、最も効果的な結合クランプ負荷を生じさせることができない。加えて、不適切なねじ山の係合接触が生じることになる。
【０００５】
一条ねじ山構成の特定の欠点を克服するために、薄い材料を結合するために使用する際には、頭付きブランクの周囲に形成された多条ねじ山を有する断面が真円のねじが、最近使用されてきた。多条ねじの使用は、固定材を一層良好に捉える傾向を有するものとなり、これにより、固定材のパイロット孔の周囲の複数の場所での一層分散した係合が提供されて、固定材がねじ山間に捕捉されることが防止される。
【０００６】
しかし、多条ねじを使用する場合であっても、該多条ねじの単独での使用は完璧な解決策とはならない。図２は、薄い被加工物を結合させる場合における、（断面が円形又は非円形の）一条ねじ山又は多条ねじ山を有する従来のねじに関する依然と存在する欠点を明らかに示したものである。典型的なねじ200は、ねじ頭206の下側204に対して可能な限り近接して平行なコア直径202を維持するものである。この実施形態は、アセンブリの性能を低下させ得るものである。製造上の制約により、一般に、ねじ頭206の下側204に隣接してねじ山の頂の充填不足が生じ、このため、不特定の調整することができないねじ山の逆テーパ208が生じることになる。かかる場合、ねじのエントリポイントに一層近いねじ山の頂は、ねじ頭に一層近いねじ山の頂よりも直径が大きくなる。このねじ山の逆テーパ208は、アセンブリの雌ねじと雄ねじとの間にギャップ210を生じさせるという欠点を有するものである。このギャップ210は、結合された構造体の重要な領域におけるねじの係合接触が低減するという結果を招き、その結果として、予想される適用トルクを下回るトルクでアセンブリが破壊されることになる。
【０００７】
（上述したような）円形断面のねじを使用することがこれまで好まれてきた。非円形断面のねじを使用してねじ山の形成で特定の利点を達成することが可能であるが、一般に、非円形断面（市販のロールフォーミングセルフタッピング多葉型ねじ等）の使用は、アセンブリにとって不利であると考えられてきた。かかる非円形断面は、１つのアセンブリへと結合された際に加えられるトルクに対して必要とされる抵抗強度に欠けるものと見なされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、非円形断面のブランクを使用してかかるねじを形成し、これにより有利なねじ山形成特性及び望ましい多葉ねじ山を有する有利な多葉ねじを作製するための、セルフタッピングねじ及びそれに関連する方法を提供することにある。このねじは、多葉であるにもかかわらず、また結合されたアセンブリの「クランプ結合領域」に全体的に非円形の断面部分を使用するにもかかわらず、各葉間で材料が緩む場合の振動による緩みに対して良好に抗するものとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、頭つき多葉型ブランク、該ブランクからセルフタッピングねじを製造する方法、及びその結果として得られる薄い被加工物を結合させるための多葉型セルフタッピングねじであって、円錐形の先端及び本体部分において望ましいねじ山形成特性を呈し、及び頭の近傍で振動による緩みに対して改善された抵抗を呈する、多葉型セルフタッピングねじを提供することにより、従来技術の欠点を克服するものである。前記ブランク及び製造方法の結果として得られるねじは、ねじ頭と本体部分との間にテーパ付き谷底部分を含み、該テーパ付き谷底部分は、頭の下側に隣接するほぼ円形から該テーパ付き谷底部分とねじ本体との交差部分における最大円外れ度の（又は小葉型の）断面まで変動する断面を有する。この形状が、本体部分からテーパ付き谷底部分を介してほぼ一定を維持するねじ山の外形輪郭、及び複数の螺旋コイル（食い付き部のねじ山）の形状と組み合わされて、薄い固定材におけるねじのしっかりとした保持が確実となり、この場合、固定材は、谷底部分の周囲において軸方向で前後に押し出される。
【００１０】
一実施形態では、全体的に円形又は小葉型の断面のワイヤ又はロッドをヘッダーダイのダイキャビティ内に打ち込むことにより、頭付きブランクが成形される。該ワイヤ又はロッドは、ヘッダキャビティ内に打ち込まれる際に、可塑的に変形して、４つの部分（すなわち、頭、円錐形のエントリ部分、本体部分、及びテーパ付き部分）を有する所望の完成したブランクとなる。ダイキャビティは、完成したブランクの本体部分及び円錐形のエントリ部分が多葉型の断面で形成されると共にテーパ付き部分が頭に隣接して本質的に円形の断面を有するように、適当な断面を有している。
【００１１】
小葉型ねじを形成するために、完成したブランクは、十分な圧力を加えてブランク表面の可塑的な変形を生じさせる横方向に移動するロールフォーミングダイにより係合される。該ダイは、等しい距離に維持され、これにより、ブランクの小葉型の断面に起因して、複数のダイのうちの１つが他のダイに対して横方向に移動する際の該ブランクの揺動する回転が生成される。このロールフォーミングプロセスは、テーパ付き谷底部分の領域に、本体部分とほぼ一定の外形を維持するねじ山パターンを形成するものとなる。但し、その（谷底の）内径（ねじ山の各々の谷）は、頭に向かって外方へと連続的にテーパーの付いたものとなる。加えて、テーパ付き谷底部分には、この態様では、本体部分の近傍で所望の最大円外れが提供され、頭の下側に隣接してほぼ円形の断面が提供される。このテーパ付き谷底部分に沿った円外れの変動は、頭の近傍の一層大きな直径の領域に存在する成形圧力が低下する結果として得られるものである。
【００１２】
本発明により形成されるねじは、頭に隣接して新規のテーパ付き谷底部分を提供し、該テーパ付き谷底部分は、該ねじにより結合されている材料が小葉間で弛緩する際に、振動その他の外力の影響による緩みに対する機械的な抵抗を生成する、変動する断面を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
I. 原理の概要
更なる技術的背景として、図３は、頭に隣接した逆ねじ山テーパに伴う特定の欠点をほぼ回避することにより保持強度及び振動による緩みに対する耐性を増大させる、例示的なねじ300を示している。該ねじ及びそれに関連する実施形態については、本出願と同日に出願された本出願人の「SELF-TAPPING SCREW AND METHOD FOR JOINING THIN WORKPIECES」(発明者:Alan Pritchard)と題する米国特許出願第09/952,091号に開示されている。端的に言えば、ねじ300は、頭302、テーパ付き谷底部分304（本体に沿って頭302に向かう方向で半径方向外方に向かってテーパが付けられたもの）、中央本体部分306、テーパ付きエントリ部分308、及び例示的なエントリポイント310（セルフドリリングポイント等）を含む。
【００１４】
ねじの本体306には、その外周に沿って複数の連続的な螺旋コイル、スクロール、又はねじ山312が配置されている。該ねじ山（螺旋コイル）は外径Dを有している。一実施形態では、Dの大きさは、1.6〜10mmの範囲内とすることができる。しかし、本書で指定する上述その他の範囲は、本発明によるねじの典型的な用途の一例を示したものに過ぎない。本書に記載する原理は、あらゆる種類及び／又は大きさのねじ及びそれに対応する材料に適用することが可能である。
【００１５】
一実施形態では、本体306に沿って配置された２つの別個の連続する螺旋コイル、スクロール、又はねじ山（「多リードねじ山」とも称す）が存在することが可能であり、この場合には、ねじはツイン又はダブルリードタイプのものであるが、これ以外の数の別個のねじ山を利用することも可能であることが考慮されている。この実施形態では、複数のねじ山の使用は、固定材の変形を更に防止する働きをする。本書で用いる用語「ねじ山」は、円筒形状のシャフト又は本体に沿って螺旋状に巻き付く全体的な連続する１つ又は２つ以上の構造、又はねじの断面で別個の輪郭をなす山及び谷からなる構造の何れも指し得るものであることに留意されたい。該用語を用いた文脈は、その一般的な用語の２つの用法の違いを読み手が区別するのを助けるものとなろう。
【００１６】
例示的な実施形態では、本発明のねじのテーパ付き谷底部分304は、頭302とねじの本体306との間で軸方向に配置され、軸方向ピッチPの少なくとも2倍、好ましくは約3.5倍以下の軸方向長さWを有する。テーパ付き谷底部分304は、頭302に隣接して最大直径Rを有し、ねじの谷底の直径Bに等しい直径まで下方に向かって先細りになっている。角度φは、テーパ付き谷底部分304が本体306に対してなす角度である。この角度φは、約6〜15°、好ましくは約8〜10°の間とすべきである。
【００１７】
テーパ付き谷底部分304上にねじ山312が配設され、ねじ及びねじ山の外径Dがテーパ付き谷底部分304及びねじ本体306に沿ってほぼ同じ大きさとなるようになっている。頭（テーパ付き谷底部分を含む）とエントリポイント領域との間の全てのねじ山がほぼ同じ外径を有することが好ましい場合もあるが、代替的な実施形態では、特定の被加工物の厚さ及び材料に関連して特定の有益な効果が得られるように、エントリポイントに近い領域とテーパ付き谷底部分から離れた部分とで異なるねじ山の直径及び輪郭を採用することが可能であることが考慮されている。このため、ねじ山が、テーパ付き谷底部分と該テーパ付き谷底部分に直ぐ隣接するねじ本体部分（該隣接部分は、テーパ付き谷底部分から少なくともねじ山ピッチの４倍の距離だけエントリポイントに向かって延びている）とでほぼ同じ外径を有している場合について考察することとする。
II. 小葉型ブランクの成形
上述の原理（例えば、テーパ付き谷底部分及び多リードねじ山）は、多小葉型のねじ山を形成する断面を有するねじに一般に適用することができる。かかる多少葉型の断面は、丸くない（非円形の）周辺を画定する奇数個（３,５,７個等）の小葉から一般に構成される。一般に、小葉型ねじが、適当な大きさのパイロット孔にねじ込まれる際には、該小葉が材料を可塑的に変形させてロールフォーミングによるねじ山を形成する。かかるねじ山は、一定の度合いのスプリングバックに従う成形を維持し、これにより、振動による緩みを有利に低減させる保持圧がねじに加えられる。かかる小葉を３個有する多少葉型の断面の一例が、Research Engineering and Manufacturing Inc. (Middletown, RI and Conti Fastners AG of Switzerland) により開発され同社から入手可能なTrilobular (R) シリーズのセルフタッピングねじである。
【００１８】
頭付きブランクの冷間成形は、本発明の位置実施形態に関連する完成したねじを最終的に形成するために使用されるものであり、これを図４に示す。このブランクは、典型的には３個の小葉型の断面を有するブランクであるが、それ以外の個数の小葉を用いることも明らかに考慮されている。形成用ダイキャビティ404を有する硬質のヘッダダイ402が示されている。成形プロセスは、典型的には、ほぼ円形の又は小葉型の断面を有する所定の大きさのワイヤ又はロッドの切断片がダイキャビティ内に配置されたときに開始される。多くの場合、異なる成形段階を表す３個又は４個以上の異なるダイキャビティが１ラインで使用され、その１つのダイキャビティから別のダイキャビティへとブランクが漸次移動されることになる。本例示の実施形態では、最終成形ダイ402が示されている。そのダイキャビティ404は、所望の完成したブランク形状と一致する大きさに形成された孔である。該ダイキャビティ404は、未完成のブランクが内部に打ち込まれて図示するような所望の完成したブランク405へと可塑的に変形される際にダイキャビティの変形が生じないよう十分な厚さ及び硬度を有する側壁を有している。勿論、ダイキャビティ404の横断面（図示せず）は、以下で詳述するように、所望のブランク断面（円形又は多小葉型の周辺）を画定するものである。
【００１９】
ダイキャビティ404内の完成したブランク405の成形は、ラム又はパンチ406により加えられる複数回の打撃で生じることが多い。例示的なパンチ406は、典型的には強力な機械的なアクチュエータ（図示せず）により駆動され、ブランクを高圧で打撃してブランク頭と完成した内部のブランク形状とを同時に形成する。複数のダイキャビティを漸次用いる場合と同様に、ブランク405の成形時に複数の異なる形状のパンチを使用することが可能である。この場合、各パンチは、完成したブランク頭410の形状に漸進的に近くなっていく形状を有するものとなる。この実施形態では、ブランク頭410は、Phillips駆動構造412（断面で示す）を含む。しかし、該駆動構造は、あらゆる所望の形状とすることが可能であり、代替的に、（例えば）標準的な凹上の十字スロット、六葉型駆動凹部、又は六角ソケット凹部とすることが可能である。その他にも、ブランクは、あらゆる外部的又は内部的なレンチ係合用の頭駆動用形状を設けることが可能なものであり、又は適切かつ適当な機構を介してねじにトルクを伝達することを可能とする他のあらゆる機構を含むことが可能である。可動突き出しピン414を使用して、ブランクの先端を停止させ、及び完成したブランクを（後述する）ねじ山形成ダイへと導くチャネルその他の搬送手段へとイジェクトすることが可能である、ということに留意されたい。
【００２０】
ダイキャビティ404は、本発明の様々な実施形態に従って少なくとも４つの別個の形状のブランク部分を生成する。冷間成形による完成した頭付きブランク405のそれらの部分を図５に示し、以下で詳述する。例示的な一実施形態によれば、かかる部分は、円錐ポイント（又は「エントリ」）部分502、本体部分504、及び頭410に隣接するテーパ部分506、及び頭自体を含む。
【００２１】
円錐ポイント部分502、本体部分504、及びテーパ部分506における全体的な断面が、図６、図７、及び図８にそれぞれ示されている。概して言えば、ねじブランクは、先端510から頭410へと連続的にテーパ付けされた形状を画定する。例示的なブランクの特徴となる３小葉型の断面形状が、図６及び図７の断面（それぞれ小葉602,702を参照）に一層明瞭に示されている。該小葉602,702は、軸512を中心とし、それぞれ同軸円606,706（仮想線で示す）内に位置する。小葉602,702間の「谷」領域は、（それぞれ）円外れ間隔K1,K2だけ間隔を置く。本書に記載するように「円外れ」が大きくなるほど値Kが大きくなる。これはまた、本発明の教示によれば、「小葉性」の度合いとも称することができる。
【００２２】
同様に、図８は、テーパ部分506の軸方向のほぼ中間点を横切る断面を示している。この軸512を中心とする断面は、本質的に円形であり、該部分に沿った円形の輪郭を表している。また図５を参照すると、テーパ部分506は、本体部分504から頭410の下側514に近づくにつれて外方へとテーパがついている。該テーパの増大の度合いは、形成されたねじ山の軸方向ピッチ（図１４のピッチAPを参照）の約２倍以上であり、その軸方向長さは、好ましくは、形成されたねじ山の軸方向ピッチ(AP)の3.5倍である値WB以下である。
III. ねじ形成
図９及び図１０は、完成したねじ（符号902で示す）を作製するためのブランク405上のねじ山の形成を詳細に示したものである。この実施形態では、ねじ902は、頭410の直ぐ下でブランクの軸に沿って平坦なロールフォーミングダイ908,910により係合される。これらのダイは、一方のダイプレート908が他方のダイプレート910に対して横方向（矢印1002）に移動される際に、３つの部分（502,504,506）の各々におけるブランク表面の可塑的な変形を生じさせるのに十分な圧力（矢印912）を加える。該ダイプレートの移動中に、該ダイプレート間の間隔は、互いに対面するダイ形成面間の等距離の中央線により示すように一定に維持される。ダイが、偏心した断面のブランクに係合するため、該ダイ908の動きにより、振動するブランクの転動が生じることになる。詳細には、転動するブランク／ねじの中心軸512は、中心線1004の上下に交互に延びる経路1008をたどる。しかし、ダイ間の距離が一定であるため、平坦なアンビルマイクロメータを使用した断面の測定値は、完成したねじの外周全体について一定の大きさを示す傾向を有するものとなる。
【００２３】
特に図９を参照すると、形成されたテーパ付き谷底部分906の領域におけるダイ908,910には、特徴的な外方テーパ920が設けられる。この外方テーパは、ブランクのテーパ部分に作用し、その結果として、本体部分904におけるねじ山の頂に対して比較的一定の外径（破線914参照）を維持するねじ山輪郭の頂を有するねじ山パターンを形成するが、破線916で示すような内径（各ねじ山輪郭の谷）は、頭410に向かって特徴的な円錐状の外方テーパを呈するものとなる。ブランクが転動する際に移動するダイ908,910の作用によって大きな部分に連続するテーパが形成される。更に、一連のブランク材料は、ダイの形状に基づいて、図９（及び後述する図１５）に示す一層連続的な外観を呈する。この外方にテーパした形状は、従来技術において一般に見られた頭の近傍の望ましくない充填不足とは全く対照的なものである。
【００２４】
ここで図１１ないし図１３に一層詳細に示す転動するねじ902の断面を参照する。図１１を参照すると、本体部分904は、複数の小葉1102とその間に位置する「谷」との間の円外れ値K3を示している。
【００２５】
ねじ山が形成されたテーパ付き谷底部分906のうち本体904に隣接する部分を詳細に示す図１２の断面は、小葉1202間の縮小された（しかし依然として大きな）円外れ値K4を示している。転動するダイは、先細りの増大に比例して（テーパが頭の下側514に近づくにつれて）低下した圧力を加えることが一般に理解されよう。したがって、頭の下側に比較的近い図１３の断面では、比較的小さい円外れ値K5が示されている。この小さな（最小の）円外れ断面形状は、本説明の目的では「最近円断面」と称することができる。実施形態によっては、最近円断面は、本質的に円形とすることが可能である。このため、該用語は、かかる代替例も含むものとして解釈されるべきである。
【００２６】
明らかに、上述のブランクの振動性の転動運動は、ロールフォーミングダイの影響下では、頭の下側に隣接するテーパの付いた円形の断面の最終的な形成に影響を与える傾向を有するものとなる。本書で用いるブランク及びねじ形成ダイの組み合わせは、クランプ結合領域に円形の断面を有するねじに伴う振動による緩みに対して向上した耐性を有する多小葉型ねじの有利なねじ山形成特性を有するねじを結果的に生じるものとなることもまた明らかである。この最近円断面は、部分的にはテーパ付き谷底部分の結果として得られ、該テーパ付き谷底部分は、その領域における形成圧力を有利に低下させるものである。
IV. 結合アセンブリ
図１４に詳細に示すように、完成した転動によるねじ902は、第１の薄い被加工物1402と第２の固定材用の被加工物1404とからなるアセンブリを共に結合させる。頭410は、第１の被加工物1402に対して堅く圧縮される。図示のように２つ又は３つ以上の別個の螺旋コイル、スクロール、又はリードねじ山1406,1408がねじ902に形成されている。これらは、ねじシャフトに沿って同じ軸方向位置に配置された直径方向で対向するねじ山輪郭1406,1408によって表されている。上述のように、完成したねじは、任意の小葉型の断面領域（3,5,9,11その他の個数の小葉）からなるものである。テーパ付き谷底部分906は、固定材1404に係合し、該固定材1404を前後方向に押し出して（押し出し位置1405を参照）、該固定材1404とねじ山1406等との間に更なるねじ係合を提供することに留意されたい。該押し出しは、部分的にはテーパ付き谷底部分におけるねじ山の谷が頭に向かって外方へテーパしているために生じ、一方、ねじ山の頂は、少なくとも本体部分の隣接部分の頂とほぼ同じ直径を維持する（及び頭の近くの断面が一層完全な円形になる）。このため、ねじが薄い固定材1404内に締め付けられるにつれて、該固定材1404が、図示するように、テーパ付き谷底部分のねじ山の谷に対して、軸方向前方及び後方に移動する位置へと次第に圧縮されていく。
【００２７】
繰り返しになるが、２つ又は３つ以上の対向するコイル又はリード手段の使用は、固定材の所与の断面に沿った複数の位置が固定されることを意味している。この固定は、最近円の断面と一層円外れの大きい断面との間のテーパ付き谷底部分の領域で達成され、これにより、振動その他の外力による緩みに対する耐性が向上する。完成したねじでは、ねじ山1406,1408等が、隣接するねじ山間の距離である軸方向ピッチAPを画定する。図５に関して上述したように、テーパ付き谷底部分の長さWBは、一実施形態では軸方向ピッチAPの少なくとも2倍である。別の例示的な実施形態では、テーパ付き谷底部分の長さWBは、軸方向ピッチAPの3.5倍以下となる。
【００２８】
固定材1404の断面における力の分布を図１５に示す。詳細には、固定材1404内に存在するねじのテーパ付き谷底部分906は、各小葉1502の付近に応力勾配の集中を呈する一連の応力線1501により分類される応力パターンを生成する。この実施形態では３つの小葉1502が示されていることに留意されたい。
【００２９】
交互に生じる応力の弛緩領域と集中領域とにより、振動その他の外力に基づく固定材からのねじの緩みに対する機械的耐性が向上する。
【００３０】
上記では、本発明の特定の実施形態を詳細に説明したが、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく様々な変更や追加を実施することが可能である。例えば、セルフタッピングねじ山の設計を変更することが可能であり、また代替的な実施形態において代替的なねじ山形成輪郭に置換することが可能である。同様に、連続する螺旋コイル又はねじ山の数等を広範に変更することが可能である。更に、ねじの材料及び硬度、並びに下方に位置するシート状の固定シート材の材料を変更することが可能である。したがって、必要な場合には、所定のタイプの特定の固定材と係合する際に加えられるトルクに（破損せずに）耐えることができるようねじ材料が処理される。かかる処理には、表面硬化及び／又は導入点硬化が含まれる。したがって、上記説明は、本発明の例示としてのみ捉えられるべきものを意味するものであって本発明の範囲を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来のねじの一条螺旋状ねじ山を用いた場合における固定材の変形の一例を部分的に断面で示す側面図である。
【図２】ねじの全長に沿って平行なねじ山の谷底のコア直径を有することによる製造上の制約に伴う逆ねじテーパの発生を部分的に断面で示す側面図である。
【図３】耐振動性及び薄い材料の保持強度を改善するための例示的なテーパ付き谷底部分を有するセルフタッピングねじを示す側面図である。
【図４】本発明の一実施形態による頭付きブランクの成形を部分的に断面で示す側面図である。
【図５】図４のブランク成形により成形された頭付きブランクを示す側面図である。
【図６】頭付きブランクの円錐部分の断面を示す図５の6-6断面図である。
【図７】頭付きブランクの本体部分の断面を示す図５の7-7断面図である。
【図８】頭付きブランクのテーパ部分の断面を示す図５の8-8断面図である。
【図９】図５の頭付きブランクから形成されるねじを本発明の一実施形態によるねじ形成ダイにより係合された状態で部分的に断面で示す側面図である。
【図１０】図９の11-11断面にほぼ沿った回転経路に沿って異なる時点でねじ形成ダイ中の頭付きブランクを示す断面図である。
【図１１】ロールフォーミングプロセスの結果として形成されるねじの本体部分の断面を示す図９の11-11断面図である。
【図１２】ねじの本体部分に隣接した位置におけるテーパ付き谷底部分の断面を示す図９の12-12断面図である。
【図１３】ねじの頭に隣接した位置におけるテーパ付き谷底部分の断面を示す図９の13-13断面図である。
【図１４】図９に従って形成された完成したねじを一対の薄いシート材料を結合した状態で部分的に断面で示す側面図である。
【図１５】ねじにより図１４のライン15-15に沿って固定材に生成される応力パターンを示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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