(57)【要約】従来は鋼材と樹脂材をねじ込み材としたタッピンねじはそれぞれの材質毎で異なるねじ部形状をもったタッピンねじが必要であったことに鑑み、本発明は、同じねじ部形状で、樹脂材から金属材まで幅広い相手材に対して十分な締結強度をとることができ、しかもゆるみ止めを図り得るタッピンねじを提供する。  相手材に塑性変形によりめねじを成形しながら締結を行うタッピンねじにおいて、少なくとも相手材との嵌合部におけるねじ山の圧力側フランク面（３１）に、ねじ山（３）の山頂部（３３）の外径は円筒螺旋形状を連続して保った状態で、ねじ径の円周方向に対して局部的に凹部（９）を複数設けたことを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手材に塑性変形によりめねじを成形しながら締結を行うタッピンねじにおいて、
少なくとも相手材との嵌合部におけるねじ山の圧力側フランク面に、ねじ山の山頂部の外径は円筒螺旋形状を連続して保った状態で、ねじ径の円周方向に対して局部的に凹部を複数設けたことを特徴とするタッピンねじ。
【請求項２】
凹部は、山頂部側からねじ山付け根側に向かって徐々に深くなるような断面形状を有している請求項１に記載のタッピンねじ。
【請求項３】
凹部の底面のねじ軸の中心軸線を通る面で切断した断面形状は、締め付け方向に回転させた場合に、回転方向後方に当る端縁がねじ山の圧力側フランク面と一致しており、締め付け方向前方に向かって、付け根側が徐々に深く切り込まれるように傾斜している請求項１又は２に記載のタッピンねじ。
【請求項４】
凹部を遊び側フランク面にも設けた請求項１乃至３のいずれかの項に記載のタッピンねじ。
【請求項５】
ねじ外径は、ねじの呼び寸法に対して小さい方向に公差範囲がある請求項１乃至４のいずれかの項に記載のタッピンねじ。
【請求項６】
ねじ山の山角度は４０〜４５°で、圧力側フランク角が遊び側フランク角より小さい請求項１乃至５のいずれかの項に記載のタッピンねじ。
【請求項７】
ねじピッチが、呼び径の０．２７〜０．３３倍とした請求項１乃至６のいずれかの項に記載のタッピンねじ。
【請求項８】
ねじ山高さを呼び径の、０．１４〜０．１６倍とした請求項１乃至７のいずれかの項に記載のタッピンねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相手材にめねじを成形しながら締結を行うタッピンねじに関し、特に、樹脂材から金属材まで、幅広い相手材に対して優れたねじ込み特性を有するタッピンねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から機械部品の組立てにはタッピンねじが用いられているが、近年、軽量化を目的として一部樹脂部品化された機械部品が増大しており、これらの組立作業においては、樹脂材用タッピンねじと金属材用タッピンねじを使い分ける必要があった。そのため、作業が煩雑なものとなり、樹脂材と鋼材の両方に共用できるような汎用性の高いタッピンねじの開発が要請されている。
樹脂材用タッピンねじと金属材用タッピンねじの間には種々の相違があるが、最も大きな相違は、樹脂材用タッピンねじは、空転トルクを高くできず、また、樹脂材特有のクリープ現象が発生して弛みやすいために、ねじ山に弛み止め用の凹部が設けられている点にある。【０００３】
従来の弛み止め用の凹部としては、たとえば、特許文献１に記載のように、ねじ山の頂部に、凹部となる溝をつる巻き方向に複数設け、締め付け力が低下しても、溝に樹脂材が引っ掛かるようにして、弛み止めが図られていた。
しかし、このような樹脂用タッピンねじを、鋼板等の締め付けに用いようとすると、凹部が大きな抵抗となって、ねじ込みトルクが大きくなってしまう。また、ねじ山の受圧面積が小さくなるために、高い締め付け力に耐えられず、低いトルクでねじ山破壊が発生してしまうといった問題も生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１３９５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、樹脂材から金属材まで幅広い相手材に対して十分な締結強度をとることができ、しかもゆるみ止めを図り得るタッピンねじを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、相手材に塑性変形によりめねじを成形しながら締結を行うタッピンねじにおいて、
少なくとも相手材との嵌合部におけるねじ山の圧力側フランク面に、ねじ山の山頂部の外径は円筒螺旋形状を連続して保った状態で、ねじ径の円周方向に対して局部的に凹部が複数設けられていることを特徴とする。【０００７】
凹部は、山頂部側からねじ山付け根側に向かって徐々に深くなるような断面形状を有していることが好適である。
凹部の底面のねじ軸の中心軸線Ｎを通る面で切断した断面形状は、締め付け方向に回転させた場合に、回転方向後方に当る端縁がねじ山の圧力側フランク面と一致しており、締め付け方向前方に向かって、付け根側が徐々に深く切り込まれるように傾斜させてもよい。
凹部を遊び側フランク面にも設けることができる。
また、ねじ外径は、ねじの呼び寸法に対して小さい方向に公差範囲があることが好適である。
また、ねじ山の山角度は４０°〜４５°で、圧力側フランク角が遊び側フランク角より小さいことが好適である。
また、ねじピッチが、呼び径の０．２７〜０．３３倍とすることが好適である。
さらに、ねじ山高さを呼び径の、０．１４〜０．１６倍としてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、ねじ山の山頂部が溝等によって不連続となることなく、同一径で連続して螺旋状に形成されているので、ねじ山は相手材に連続的に食い込んで、ねじ込み時の抵抗が軽減され、ねじ込みトルクを低くできる。
また、ねじ山の山頂部に溝等の切欠きが無いので、高い締め付け力を必要とする鋼板等の金属材に対して、強く締め付けることが可能となり、空転トルクを大きくできる。一方、圧力側フランク面に凹部があるので、樹脂材に対する耐ゆるみ性についても確保することができる。
したがって、空転トルクの小さい樹脂材から大きい金属材まで、ねじ込みトルクと耐ゆるみ性において、従来製品よりも優れた特性をもつ。【０００９】
また、凹部が、山頂部側からねじ山付け根に向かって徐々に深くなるような断面形状を有していれば、山頂部側の受圧面積を大きくとることができ、耐ゆるみ性についても確保することができる。
凹部の底面を、回転方向後方に当る端縁がねじ山の圧力側フランク面と一致させておけば、締め付け方向前方に向かって抵抗は小さくなり、ねじ込みトルクは小さい。一方、弛み側の回転については、弛み方向の回転方向に対して後方部分が深くなっているので、抵抗が大きくなり、弛み止めを図ることができる。
凹部を圧力側フランク面と遊び側フランク面の両方に設ければ、めねじ成形時のねじ込みトルクをより小さくすることができる。
また、ねじ外径が、ねじの呼び寸法に対して小さい方向に公差範囲を持っているので、鋼板等の金属材に使用する場合、谷部との干渉を回避でき、小径孔でも締め付けが可能となって、下穴の孔径の許容範囲を広くできる。一方、従来の樹脂材用タッピンねじと比較すると、呼び径に対して小さい方向の公差を有するので、ねじ込みトルクが小さく、作業性に優れる。【００１０】
また、ねじ山の山角度を４０°〜４５°とし、圧力側フランク角を遊び側フランク角より小さい非対称形状としておけば、鋼板に対する特性として、ねじ山の強度を確保でき、樹脂材に対する特性として、樹脂の白化、割れを防止できる。
また、ねじピッチを、呼び径（ｄ）の０．２７〜０．３３倍としておけば、従来の鋼板用ねじとの対比では、空転トルク、保持力大を大きくでき、一方、従来の樹脂用ねじとの対比では、ピッチが小さいので、空転トルクを大きくできる。
さらに、ねじ山高さを呼び径の、０．１４〜０．１６倍としておけば、ピッチと相俟って、空転トルク、保持力をさらに大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係るタッピンねじを示すもので、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は凹部を軸方向から見た図である。
【図２】図２（Ａ）は図１のタッピンねじのねじ部の部分拡大側面図、（Ｂ）はねじ山の拡大図である。
【図３】図３は本発明の他の実施の形態に係るタッピンねじを示す部分斜視図である。
【図４】図４は本発明のさらに他の実施の形態に係るタッピンねじを示すもので、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は凹部の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るタッピンねじを示している。図において、１はタッピンねじ全体を示すもので、ねじ山３が形成されたねじ軸５と、ねじ頭部７とを備えている。ねじ山３は、ねじ軸５の先端側の軸方向所定長さの領域である先端ねじ部５Ａにおいて、先端側からねじ頭部７に向けて徐々にねじ山高さが高くなり、一定のねじ山高さの平行ねじ部５Ｂに連続的に移行している。ねじ込んだ際には、平行ねじ部５Ｂが、相手材に形成される めねじと嵌合する。
この平行ねじ部５Ｂにおけるねじ山３の圧力側フランク面３１に、ねじ山の山頂部３３の外径が連続するつる巻き形状である円筒螺旋形状を保った状態で、ねじ径の円周方向に対して局部的に凹部９が複数設けられている。この凹部９は、この実施の形態では、平行ねじ部５Ｂの全体に設けられているが、少なくとも相手材との嵌合部に設けられていればよい。
【００１３】
凹部９は、ねじ軸５の中心軸線を中心として、ねじ山３のつる巻き方向に、所定の間隔で複数設けられている。この例では、凹部９は、図１（Ｂ）に示すように、９０°の周期で形成され、ねじ山一巻き毎に４個形成されている。
この凹部９は、圧力側フランク面３１を山頂部３３側から根元側（谷部側）に向かって徐々に深くなるように切り欠いた形状で、ねじ軸５の中心軸線方向から見ると扇形に切り欠かれている。扇形の外径はねじ山の外径に沿っており、内径がねじ山の中途部に、ねじ山の山頂部と同心円上の円弧形状であり、扇形の両端縁９１，９３は、ねじ軸５の中心軸線から放射状に直線的に延びている。
凹部９の外径端は、図示例では、ねじ山の山頂部３３であるが、山頂部３３よりも０．１Ｈ（Ｈはねじ山高さ）程度谷部側に存在するようにずらしておくことが好ましい。
【００１４】
また、凹部９の底面９２については、中心軸線Ｎを通る面で切断した断面形状が、中心軸線Ｎ回りのどの位相角でも同一形状、同一深さに形成されている。この例では、ねじ軸５の中心軸線を通る面で切断した断面形状は、図２に示すように、断面三角形状に切り欠いた形状で、この断面形状は、らせん方向の両端縁９１，９３、及び根元側の内側縁９４は、圧力側フランク面３１との間に段差部が形成されている。
【００１５】
ねじ山３は、図２（Ｂ）に示すように、ねじ軸５の中心軸線Ｎと直交し山頂部３３の中央を通る山中心線Ｇに対して、圧力側フランク角αが遊び側フランク角βより小さくなるような非対称山角となっている。圧力側フランク角αと遊び側フランク角βの比率（α：β）は、２：８〜３：７とすることが好適である。
【００１６】
ねじ山３の山角度は４０〜４５°、遊び側フランク角βは３０°程度に設定し、圧力側フランク角αを８°〜１８°程度に設定することが好ましい。
ピッチｐは、呼び径ｄの０．２５〜０．２９倍とすることが好適である。
さらに、ねじ山高さＨは、呼び径ｄの、０．１４〜０．１６倍とすることが好適である。
また、ねじの外径については、呼び寸法に対して小さい方向に公差範囲δが設定されている。
【００１７】
本発明のタッピンねじは、相手材にめねじを成形しながら締結を行うものである。本実施の形態では、ねじ山３の山頂部３３の外径が溝等によって不連続となることなく、同一径で連続して螺旋状に形成されているので、ねじ山３は相手材に連続的に食い込んで、ねじ込み時の抵抗が軽減され、ねじ込みトルクを低くできる。
また、ねじ山３の山頂部３３に溝等の切欠きが無いので、高い締め付け力を必要とする鋼板等の金属材に対して、強く締め付けることが可能となり、空転トルクを大きくできる。一方、圧力側フランク面３１に凹部９があるので、締め付け力を弱くしても、圧力側フランク面に設けられた凹部９に樹脂材が食い込んでおり、クリープなどによって軸力が低下しても、凹部９で引っ掛かり、弛みを防止することができる。
したがって、空転トルクの小さい樹脂材から大きい金属材まで、ねじ込みトルクと耐ゆるみ性において、従来製品よりも優れた特性を有する。
【００１８】
また、凹部９については、山頂部３３側からねじ山付け根側に向かって徐々に深くなるような断面形状を有しているので、山頂部３３側の受圧面積を確保することができる。
また、ねじ外径が、ねじの呼び寸法に対して小さい方向に公差範囲δを持っているので、鋼板等の金属材に使用する場合、谷部との干渉を回避でき、小径孔でも締め付けが可能となって、下穴の孔径の許容範囲を広くできる。一方、従来の樹脂材用タッピンねじと比較すると、呼び径に対して小さい方向の公差を有するので、ねじ込みトルクが小さく、作業性に優れる。
【００１９】
すなわち、高い締め付け力を必要とする鋼板等の金属材に対して、強く締め付けることが可能となり、空転トルクを大きくできる。一方で、樹脂材に対しては、凹部９の存在によって、弛み止めを図ることができ、ねじ込みトルクと耐ゆるみ性において、従来製品よりも優れた特性をもつ。
【００２０】
さらに、本実施の形態にあっては、ねじ山角度（ねじ山の山角度）θ、ねじ山高さＨ，ピッチｐについて、鋼板用と樹脂材の両方に共用できるように、好適な範囲を選択している。
鋼板用のタッピンねじは、ねじ山角度は６０°のものが多く、ねじ山高さも外径比で０．１１〜０．１５の範囲にある。ねじピッチは、メートルねじと同様のピッチを持つＪＩＳ規格の２種とそれ以外では、外径比で０．３５〜０．４２の範囲となっている。
また、ねじ山高さとピッチの比率では、メートルねじと同等ピッチのＪＩＳ規格の３種で、０．６５〜０．６６、それ以外では、０．３１〜０．４３となるようなねじ部形状を持ち、幅広く板厚や穴形状等を使い分けられている。
【００２１】
一方、樹脂専用のタッピンねじは、ねじ山角度θが４５°以下のものが多く、ねじ山高さも外径比で０．１６〜０．２１の範囲となるものが多く、ねじピッチは、外径比で０．３５〜０．４５の範囲となっている。ねじ山高さとピッチの比率では、０．３９０〜０．５０となるようなねじ部形状を持ち、ねじ部にはゆるみ止め機能を持たせるために、ねじ山の外径を切り欠くようにねじ山頂部に溝等の凹み部を持ったものが多い。
また、樹脂専用のタッピンねじの特徴として、ねじの呼び径に対する外径公差範囲が呼び径を基準寸法としてプラス側に位置している。さらに、ねじ山高さが鋼板用タッピンねじよりも高いため、同じ呼び径で比較すると、谷部の径が小さい値となっている。
【００２２】
上記した従来の鋼板用タッピンねじを樹脂部材に適用すると、以下のような問題があるため、樹脂部材への締め付けには使用されていない。
ｉ）ねじ込み時、ねじ山成形時に樹脂材を大きく変形させるため、樹脂の割れや白化といった現象が多発する。
ｉｉ）鋼材に比べて樹脂材の強度は低く、めねじ破壊トルク（空転トルク）が低くなるため、めねじのボス形状として、嵌合長さを増加させ、めねじ強度を確保する必要がある。
この樹脂ボスの内径部は、射出成型時に金型から樹脂部材が分離しやすいようテーパーが付いており、このテーパーが影響してねじ込み時にねじ先端部の内径が非常に小さくなるため、ねじ谷底部と干渉してねじ込みトルクが非常に高くなってしまい、極端な場合着座しない現象も発生する。
ｉｉｉ）高温時における樹脂材特有のクリープ現象によりゆるみが発生する。高温にならなくても、鋼材に比べると戻しトルク比が低く、弛みやすい。
【００２３】
一方、従来の樹脂用タッピンねじを鋼板に適用すると、以下のような問題があるため、鋼板部材への締め付けには使用されていない。
ｉ）ピッチが大きいため、薄板鋼板への締め付けに関して、十分なめねじ強度が確保できず、めねじ破壊トルク（空転トルク）が低く、保持力も低い値となる。
ｉｉ）樹脂ボス対応のためにねじ長さが長くなり、鋼板に適用した場合、ねじ先端側の周辺部材との干渉が生じる。
ｉｉｉ）ねじ部に切欠き部のあるものが多く、ねじ山高さも小さいため、鋼板の高い締め付け力に耐えられず、低いトルクでねじ山破壊が発生する。
ｉｖ）谷径が小さいため、厚板ねじ込み時にねじり破断が発生する。
ｖ）鋼板用のねじと比較すると、外径が大きいため、同じ下穴条件では、ねじ込みトルクが高くなる。
以上のことから、鋼材と樹脂材をねじ込み材としたタッピンねじはそれぞれの材質毎で異なるねじ部形状をもったタッピンねじを使用する必要があった。
【００２４】
これに対して、本発明のタッピンねじにおいて、ねじ山角度θ、ねじ山高さＨ、ピッチｐについて、上記のような範囲に設定すれば、従来の鋼材用のタッピンねじ（ＪＩＳ規格）及び樹脂用のタッピンねじと比較して次のような効果がある。
ねじ山角度θについて
ねじ山角度θは４０〜４５°で、樹脂用のタッピンねじと同程度に設定しているので、樹脂に対する食い込み量は従来と同様であり、樹脂材に対して白化、割れ等を防止できる。
一方、ねじ山３は、圧力側フランク角αが遊び側フランク角βより小さく非対称となっており、特に遊び側のフランク角は３０°程度となるので、従来の鋼板用のタッピンねじと同程度の角度があるので、鋼材用として利用した場合でも、遊び側フランク面側の強度は高く、ねじ山が潰れることなく、鋼材を塑性変形させることができる。
【００２５】
ねじ山高さＨについて
本実施の形態では、ねじ山高さＨを呼び径ｄの、０．１４〜０．１６倍としており、ＪＩＳ規格タッピンねじの０．１１〜０．１５と樹脂用のタッピンねじの０．１６〜０．２１の中間程度に設定されている。
ＪＩＳ規格タッピンねじよりねじ山高さＨが高いので、谷部に干渉して焼きつきが発生するレベルの小さい穴径に対しても、ねじ込みが可能であり、適用できる穴径の許容範囲が大きい。特に、ねじ外径を、呼び寸法に対して小さい方向に公差範囲を設定しているので、より干渉しにくい構造となっている。
【００２６】
ピッチｐについての特性
また、呼び径（ｄ）に対するねじピッチ（ｐ）の比率（ｐ／ｄ）を、０．２７〜０．３３倍とし、ＪＩＳ規格の１種、２種、４種のピッチの比率（０．３１〜０．４３）より小さく設定しているので、空転トルク、保持力が高く、特に薄板に対して係合するねじ山の数が多くなり、従来に比べて薄板に対して有利である。
また、ＪＩＳ規格の３種のタッピンねじよりもピッチの比率が大きいため、ねじ込みトルクが３種よりも低く、３種よりも適用下穴の範囲が広く汎用性がある。
なお、ねじ山角度θ、ねじ山高さＨ，ピッチｐについては、これらの範囲に限定されるものではなく、相手材に応じて適切な範囲を選択することができることはもちろんである。
【００２７】
他の実施の形態
図３には、本発明の他の実施の形態が示されている。
上記実施の形態では、凹部９が圧力側フランク面３１のみに設けられているが、この実施の形態では、圧力側フランク面３１のみでなく、圧力側フランク面３１と遊び側フランク面３２の両方に設けられている。このように、凹部９を遊び側フランク面３２にも設ければ、めねじ成形時のねじ込みトルクをより小さくすることができる。
【００２８】
また、図４には、本発明のさらに他の実施の形態が示されている。
上記実施の形態では、凹部９の扇形の底面９２をねじ軸の中心軸線Ｎを通る面で切断した断面形状が、中心軸線Ｎまわりのどの位相角でも同一深さで同一形状となっているが、この実施の形態では、扇形の凹部２９の底面２９２のねじ軸の中心軸線Ｎを通る面で切断した断面形状が、締め付け方向、すなわち、図中、ねじ軸５の先端に向かって、ねじ軸の中心軸線Ｎ周りに時計回り方向に回転させた場合に、回転方向後方に当る第２端縁２９３がねじ山の圧力側フランク面３１と一致している。そして、締め付け方向前方に向かって、付け根側が徐々に深く切り込まれるように傾斜し、前端に当たる第１端縁２９１では、根元側が深い三角形状の段差が形成されている。また、根元側の円弧状の内側縁２９４は、圧力側フランク面３１に対して、第２端縁２９３から第１端縁２９１に向かって徐々に深くなる段差が形成されている。
ねじ込む際には、図１に示した実施の形態では後方の端縁９３が相手材に引っ掛かって抵抗になりやすいが、この実施の形態の場合には、後方の第２端縁２９３が圧力側フランク面３１と同一面となっているので、抵抗は小さくねじ込みトルクは小さい。一方、弛み側の回転については、弛み方向の回転方向に対して後方になる第１端縁２９１が段差となっているので、抵抗が大きくなり、弛み止めを図ることができる。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、樹脂材と鋼板の両方に共用できるタッピンねじとして説明したが、樹脂材と鋼板に限定されるものではなく、鋼板とアルミ材、アルミ材と樹脂材の共用品としても適用可能である。
また、樹脂材と鋼板の両方に共用できるものではなく、要するに、ねじ山の圧力側フランク面に、ねじ山の山頂部の外径は円形状態を連続して保った状態で、ねじ径の円周方向に対して局部的に凹部が複数設けられていることが特徴であり、ねじ山角度θ、ねじ山高さＨ，ピッチｐを選択することで、樹脂材専用のタッピンねじとして利用することもできるし、鋼板専用のタッピンねじとしても利用可能である。要するに、樹脂材から金属材まで幅広い相手材に対して適用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  タッピンねじ
３  ねじ山
３１  圧力側フランク面、３２  遊び側フランク面
３３  ねじ山頂部
５  ねじ軸
７  ねじ頭部
９  凹部、９１，９３  端縁、９２  底面、９４  内側縁
２９  凹部、２９１  第１端縁、２９３  第２端縁、２９２  底面、２９４  内側縁
ｄ  呼び径
Ｇ  山中心線
Ｎ  中心軸線
ｐ  ピッチ
α  圧力側フランク角
β  遊び側フランク角
θ  山角度
【図１】
2015098823.tif 000003
【図２】
2015098823.tif 000004
【図３】
2015098823.tif 000005
【図４】
2015098823.tif 000006
【国際調査報告】
2015098823.tif 000007
2015098823.tif 000008
2015098823.tif 000009
2015098823.tif 000010