(57)【要約】【課題】 本発明は、ねじ山が、後部領域（ネジ頭部に近い側）において、実質的に円柱状外径を有し、前部領域（ネジ頭部に遠い側）において、ネジ先端へ延長すると共に外径が減少するセルフタッピンネジに関する。【解決手段】  ねじ山は、後部及び前部領域において、ねじ山頂で測定されるフランク角の二等分線に関して非対称な軸断面を有し、その軸断面は基底軸の軸方向コースに対して傾斜し、その軸断面は後部領域（第１断面）から前部領域（第２断面）へ変向し、その二等分線は、前部領域において、ネジ頭部側へ傾斜する。ねじ山軸断面の変向点は、第１断面が実質的に後部領域にあり、第２断面が実質的に前部領域にあるように位置する。【選択図】        図１
2004162906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ山は、後部領域（５）（ネジ頭部に近い側）において、実質的に円柱状外径を有し、前部領域（４）（ネジ頭部に遠い側）において、ネジ先端へ延長すると共に外径が減少するセルフタッピンネジであって、前記ねじ山は、後部領域（５）及び前部領域（４）において、ねじ山頂（１３）で測定されるフランク角（α、γ）の二等分線（９）に関して非対称な軸断面を有し、前記軸断面は基底軸（１０）の軸方向コースに対して傾斜し、前記軸断面は後部領域（５）（第１断面）から前部領域（４）（第２断面）へ変向し、前記二等分線（９）は、前部領域（４）において、ネジ頭部（２）側へ傾斜し、ねじ山軸断面の変向点（６）は、第１断面が実質的に後部領域（５）にあり、第２断面が実質的に前部領域（４）にあるように位置することを特徴とするセルフタッピンネジ。
【請求項２】
前記二等分線（９）は、前記後部（５）及び前部領域（４）において、前記基底軸（１０）の軸方向コースに対して約８２°傾斜することを特徴とする請求項１記載のセルフタッピンネジ。
【請求項３】
ねじ軸断面の変向点（６）は、後部領域（５）から前部領域（４）への移行域に位置することを特徴とする請求項１又は２記載のセルフタッピンネジ。
【請求項４】
ねじ軸断面の変向点（６）は、後部領域（５）から前部領域（４）への移行域より前方に位置することを特徴とする請求項１又は２記載のセルフタッピンネジ。
【請求項５】
ねじ軸断面の変向点（６）は、後部領域（５）から前部領域（４）への移行域より後方に位置することを特徴とする請求項１又は２記載のセルフタッピンネジ。
【請求項６】
第１断面は第２断面に対して鏡面像の形であること特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のセルフタッピンネジ。
【請求項７】
ねじ山のロードフランク（１２）とリアフランク（１１）は双方とも直線状であること特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のセルフタッピンネジ。
【請求項８】
後部領域（５）において、ロードフランク（１２）は直線状に延長し、リアフランク（１１）は外径から基底（１４）まで大きなフランク角（δ）のべンド（１５）を経て延長し、前部領域（４）において、リアフランク（１１）は直線状に延長し、ロードフランク（１２）は外径から基底（１４）まで大きなフランク角（δ）のべンド（１５）を経て延長すること特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のセルフタッピンネジ。
【請求項９】
ベンド（１５）はねじ山の高さの２０％ないし１５％であることを特徴とする請求項８記載のセルフタッピンねじ
【請求項１０】
ベンド付きねじフランクのフランク角δは基底（１４）とベンド（１５）の間の領域においては約７０°であり、ベンド（１５）とねじ山頂（１３）の間の領域においては約４５°でることを特徴とする請求項８又は９記載のセルフタッピンネジ。
【請求項１１】
ねじ山頂（１３）で測定されたフランク角（α、γ）は、後部及び前部両領域においては、双方とも、約４５°であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載のセルフタッピンネジ。
【請求項１２】
前部領域（４）において、ねじ山頂（１３）で測定されたフランク角（α、γ）は、後部領域（５）において測定されたものよりも大きいことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載のセルフタッピンネジ。
【請求項１３】
後部及び前部領域において、ねじ山は一点に先細ることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載のセルフタッピンネジ。
【請求項１４】
変向点（６）の領域において、各ねじ山頂は円周角が９０°より大きい平坦部（１６）を有することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載のセルフタッピンネジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後部領域（頭部に近い側）においてねじ山の外径が実質的に円柱状であり、前部領域（頭部に遠い側）においてねじ山の外径がネジ先端側に先細るセルフタッピンネジに関する。
【背景技術】
【０００２】
この型のセルフタッピンネジは多くの実施例が周知である。例えば、ドイツ実用新案第７１２５２９４号公報には、いわゆる、シートメタルネジが開示されている。そのネジは、
円錐領域がねじ込み先まであり、それによりシートメタルネジはシートメタル板の孔に容易にねじ込み可能である。ネジ頭部近くのねじピッチが小さい部分をのぞき、ネジ軸からネジ先端までのネジ構造は一様である。同様な構造は、ドイツ特許明細書第１９８３１２６９号に記載されている。そのネジはねじ山外径はネジ頭部の後部領域において拡大し、この領域におけるねじ山軸断面は半径に関して非対称である。このねじ山の短い区間の特徴を除くと、ネジの残りの領域のネジの構造は一様である。さらに、ドイツ公開明細書第２８５３９７６号公報には、後部領域においてねじ山は連続する対称な軸断面と円柱状の外径を有し、小さい基軸径と先端を含む前部領域において、ねじ山は実質的に小さい外径と小さいネジピッチを有し、点状の先端にまで延長する。
【０００３】
始のシートメタルネジを除き、他の２つの公報に記載されるネジは、プラシチック材にねじ込まれる形状である。
【特許文献１】ドイツ実用新案公報第７１２５２９４号
【特許文献２】ドイツ特許公報第１９８３１２６９号
【特許文献３】ドイツ公開特許公報第２８５３９７６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、シートメタル材へのねじ込みに好適なネジの提供を課題とするものであり、そのネジは、ねじ込み作用により、シートメタル材から押し出される材料が、実質的にねじ込み方向、即ち、ネジ頭部とは反対側のシートメタル材側に集中してサポートを形成する形状を有し、さらに、締め付け後、そのネジは引き抜き力に対して高い抵抗を示す。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
課題を解決するため、本発明のねじ山は、前部領域と後部領域の双方において、ねじ山頂で測定されるフランク角の二等分線に関して非対称な軸断面を有する。その軸断面は、半径方向に対して傾斜し、後部領域（第１断面）から前部領域（第２断面）へと変向する。第２断面の領域において、二等分線は、ネジ頭部側に傾斜する。ねじ山軸断面の変向点は、第１断面が実質的に後部領域にあり第２断面が実質的に前部断面にある位置である。
【発明の効果】
【０００６】
二等分線が傾くため、即ち、斜めであるため、前部領域において、ネジ頭部側に傾斜するねじ山は、ネジがねじ込まれるに従い、より大きな面積のリアフランク（ネジ頭部に遠い側）により、シートメタル材に対し特に高い軸方向圧力を作用し、それ故に、ロードフランク（ネジ頭に近い側）よりも多くのシートメタル材料をねじ込み方向に移動させる。この結果、ネジがねじ込まれる工程において形成されるサポート（シートメタルビード）は実質的にねじ山の前方に押し出され、シートメタル材のネジ頭部の反対側の面上に現れる。それ故、サポート形成可能な材料は、シートメタル材のネジ頭部側の面から排除されることなく、殆どが、反対側の面上に残る。ネジの後部領域において、ねじ山軸断面は前部領域とは反対側に向く、すなわち、後部領域のねじ山の二等分線は、ネジ頭部から遠ざかる側に向く。後部領域のねじ山は、シートメタル材に対しロードフランクにより良く支持される。ロードフランクは、リアフランクに比べると、傾斜が平らであり面積が大きいため、ねじ込まれるネジに高い引き抜き抵抗を与える。ねじ山の軸断面の変向による効果は、前部及び後部領域のいずれにおいても、シートメタル材に関する移動が変向する効果である。その第一は、サポートを所望の形状とすることであり、第二は、ネジに高い引き抜き抵抗を与えることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
ねじ山は、便宜上、両領域において、その二等分線がネジ基底軸の軸方向コースに対して約８２°傾斜するように形成する。これに対し、正規の対称ねじ山の二等分線とネジ基底軸の軸方向コースの間の角度は９０°である。、
【０００８】
ねじ山軸断面の変向点は、ネジ上の多くの点に、特に後部領域から前部領域へ移行する遷移領域に配置可能である。しかしながら、ねじ山軸断面の変向点は、後部領域から前部領域へ移行する遷移領域の前側にも後側にも配置することができる。
【０００９】
ネジは、便宜上、第１断面が第２断面との関係において鏡像となるように形成する。この場合、ネジがシートメタル材にねじ込まれるとき、第１断面と第２断面の双方が同様な関係にあるネジにより押しのけられる材料については、シートメタル材を前部領域の第２断面により前方へ押し出す作用は、後部領域の第１断面においてシートメタルの引き抜き力に抵抗する力と同じ力によりなされるという結果をもたらす。
【００１０】
ねじ山の軸断面形状を変えることも可能である。例えば、ネジは、ねじ山のロードフランクとリアフランクの双方を直線状にすることも可能である。この形状は、ドイツ公開特許明細書３２３５３５２号により公知である。
【００１１】
別のねじ山軸断面の有利な形状は、後部領域において、ロードフランクを直線状に延長し、リアフランクをねじ山外径から大きなフランク角のベンドを経てネジ基底まで延長し、前部領域において、リアフランクを直線状に延長し、ロードフランクをねじ山外径から大きなフランク角のベンドを経てネジ基底まで延長するものである。この形状の基本は、ドイツ特許明細書  １９９６０２８７  により公知であり、特に有利な結果は、前部領域においてシートメタルから材料をその前方に押し出す力であり、それにより、ネジ頭部に遠い側の面にのみサポートを形成する。ねじ山のベンドと基底の間のより大きなフランク角は、サポート特性として有利に作用し、それによりねじ山に対して高い安定性を与える。
【００１２】
ネジは、実用上、ベンドがねじ山の高さの２０％から５０％、即ち、ねじ山高さの３分の１弱程度となるような形状とする。
【００１３】
ベンドを有するねじ山フランクの有利な形状は、フランク角をねじ山基底とベンドの間の領域においては約７０°とし、ベンドとねじ山先端の間の領域においては約４５°とすることである。
【００１４】
ねじ山は、実用上、ねじ山先端において測定されるフランク角が、両領域共に同じとし、その値は約４５°とする。
【００１５】
ネジに生じる前部及び後部領域の応力差を解消するために、ネジの形状を、ねじ山先端において測定される前部領域のフランク角が、後部領域のものより大きくすることも可能である。この場合、シートメタル材は、ねじ込むネジの前方に特に強く押され、それ故に、サポートはネジ頭部から遠い面上にのみ生じる。この場合、実用上、ねじ山は両領域において１点に向かって延長するように形成される。この場合、前部領域がナット部品にねじを切り易くするために、実用上、ねじ山軸断面は、前部領域の各ねじ山頂上が円周角約９０°の面に沿うように形成する。
【実施例１】
【００１６】
本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
図１は、非対称に延長するねじ山からなるセルタッピンネジを示す図である。
図２ａ及び図２ｂは、後部領域及び前部領域のねじ山コースを示す略図であり、ロードフランク及びリアフランクが直線であるねじ山を基本とする。
図３ａ及び図３ｂは、リアフランク及びロードフランクにベンドがあるねじ山コースを示す略図である。
【００１７】
図１に示すように、非対称に延長するねじ山を備えるセルフタッピンネジ１は、、ネジ頭部２とネジ軸３とを有する。ネジ軸３は、ネジ頭部２に遠い側の前部領域４と、ネジ頭部２に近い側の後部領域５を含み、両領域は符号６で識別される変向点において合体する。後部領域５において、ねじ山は実質的に円柱形の外径に沿い、前部領域４において、ねじ山の外径は減少し、ねじ山は実質的に円錐形に沿うコースとなる。
【００１８】
後部領域５及び前部域４の双方において、ねじ山は軸断面が非対称である。事実、後部領域５において、ねじ山はネジ頭部２から離れる方に傾斜し、他方、前部領域４において、ねじ山はネジ頭部２の方へ傾斜する。このねじ山の傾斜については、図２ａ、図２ｂ、図３ａ、図３ｂに示す実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１に示すネジの特徴は、後部領域５と前部領域４のねじ山の軸断面が、相互に反対向きになることであり、後部領域５においてねじ山の軸断面はネジ頭部から離れる側へ傾斜するが、前部領域４において、ねじ山の軸断面はネジ頭部側へ傾斜する。この傾斜については、図２ａ、図２ｂ、図３ａ、図３ｂにおいて、それぞれのフランク角に基づいてさらに詳細に説明する。
【００２０】
図１に示すネジ１は、好適な用例として、鋼板又はアルミ板等の比較的薄いメタルシートにねじ込まれる。外径が４ｍｍのネジは、メタルシートがアルミ板の場合、板厚約１ｍｍのものに、鋼板の場合、板厚約０．８ｍｍのものにねじ込まれる。このため、メタルシートには、ネジの前部領域４先端の最小外径が嵌入する孔を設ける必要がある。
【００２１】
ネジ１がねじ込まれるとき、前部領域４の比較的小さな外径が孔に嵌入してねじ切りを開始する。この前部領域４の作用による結果として、ねじ山はシートメタルに雌ねじを切る。この工程において、前部領域４のねじ山のロードフランク（ネジ頭部側）に比べて面積がより大きなリアフランク（ネジ先端側）は、シートメタルの材料をより強く加圧し、それ故、工程中に特に多量のシートメタル材料をリアフランクと共に前方に押し出す。それから、リアフランクは、シートメタルのネジ頭部２とは反対側の裏面上に好ましいサポート（シートメタルビード）を形成する。シートメタルへのねじ切りを容易にするため、変向点６の領域にあるねじ山には複数の平坦部１６が設けられる。
【００２２】
ネジ頭部２には、トルクス等のネジ締め用工具７を押し込み、そのタッピングトルクをネジに伝達することを指摘しておく。
【００２３】
図２ａ及び図２ｂは、図１のネジ軸３のねじ山軸断面の略図であり、特に、ネジの軸心線８の片側を示す。
【００２４】
図２ａは、ねじ山がネジ先端側に向く後部領域５に関するものである。ここで後部領域５のねじ山のフランク角αは４５°である。さらに、１つのねじ山について、図２ａはフランク角αの二等分線９を示す。ここで、その二等分線のねじ山の基底軸１０の軸方向コースに対する傾斜角βは約８２°である。
【００２５】
図２ｂに示すように、図１に示すネジ軸３のねじ山の前部領域４は、原則的には図２ａに示す後部領域５のねじ山断面に相当する。しかし、外径は軸方向に減少する円錐形である。図２ｂの二等分線９の角は、図２ａと同じ角βである。この角はいずれもねじ山の基底軸１０の軸方向コースにより規定される。前部領域４のねじ山基底軸は円錐形である。前部領域４のフランク角αは後部領域５のフランク角αに等しい。特に、薄いシートメタルに適用する場合、前部領域４において、リアフランクの傾斜をより平らにしてフランク角αをより大きくすることができる。これは図３ａ及び図３ｂのねじ山にも適用することができる。
【００２６】
次に、ねじ山の特別な作用を、図２ａ及び図２ｂに基づいて説明する。ネジがシートメタルにねじ込まれるに従い、前部領域４のねじ山のリアフランク１１は、ロードフランク１２よりも、実質的により多くの材料をネジ頭部２の反対側に軸方向に移動させる。ロードフランク１２は、面積がより小さいため、リアフランク１１よりもシートメタルに対する作用は弱い。その結果、リアフランク１１は、自身の前方にロードフランク１２よりもより多くの材料をシートメタルから押し出す。しかしながら、ロードフランク１２は、引き抜く力に対して抵抗しなければならない。引き抜き力は後部領域５が耐えなければならない。そのため、後部領域５において、ロードフランク１２はリアフランク１１よりも面積が大きくなるように設計される。その結果、後部領域がシートメタル材にねじ込まれると、ネジの引き抜き力に対する抵抗は非常に大きくなる。
【実施例２】
【００２７】
図３ａ及び図３ｂに示す実施例は、図１、図２ａ、図２ｂに示すねじ山の変形である。図２ａ、図２ｂに示すねじ山のロードフランク１２とリアフランク１１は直線状であるが、
図３ａ、図３ｂに示すねじ山はいずれもフランクにベンド１５が存在する。ベンド１５を有するフランクは、フランク角がねじ山頂１３からの初期は小さく、ベンド１５以後はより大きくなるように、外径（ネジ山頂１３）から基底（ねじ山基底１４）へ延長する。図３ａにおいて、より小さい外フランク角はγとし、より大きな内フランク角はδとする。図に示す実施例は、角γが４５°、角δが７０°である。二等分線９は角γに対するものである。ここで、ベンド１５はねじ山高さの３０％に位置する。
【００２８】
ベンド１５は、より大きなフランク角で基底軸（ねじ山基底線１０）へ延長するため、その反対側のねじ山フランクに負荷が掛かるとき、各ねじ山は特に具合良く支持される。即ち、このねじ山の形状は、特に曲げ又は剪断に対して各ねじ山を保護する。負荷は、ネジがねじ込まれるに従い、前部領域４が負担する。この場合、特にねじ山のリアフランク１１がメタルシートにねじを切り、それ故、自身の前方に材料を押す。後部領域５においては、対照的に、ロードフランク１２は発生する引き抜き力を負担し、その工程において、ネジ頭部から離れる方向に曲がり、それ故、各ねじ山は反対側にあるベンド付きリアフランクにより、都合良く支持される。ベンド１５を備えるねじ山は、それ故、高引き抜き力に対する抵抗性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】非対称に延長するねじ山からなるセルタッピンネジを示す図である。
【図２ａ】後部領域のねじ山の軸方向コースを示す略図であり、ロードフランク及びリアフランクが直線であるねじ山を基本とする。
【図２ｂ】前部領域のねじ山の軸方向コースを示す略図であり、ロードフランク及びリアフランクが直線であるねじ山を基本とする。
【図３ａ】リアフランクにベンドがあるねじ山を示す略図である。
【図３ｂ】ロードフランクにベンドがあるねじ山を示す略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１：セルフタッピンネジ
２：ネジ頭部
３：ネジ軸部
４：前部領域
５：後部領域
６：変向点
７：ドライバ
８：中心線
９：二等分線
１０：基底軸
１１：リアフランク
１２：ロードフランク
１３：ねじ山頂
１４：基底
１５：ベンド
１６：平坦部
【図１】
2004162906.tif 000003
【図２ａ】
2004162906.tif 000004
【図２ｂ】
2004162906.tif 000005
【図３ａ】
2004162906.tif 000006
【図３ｂ】
2004162906.tif 000007
【外国語明細書】
Self-tapping screw
The invention relates to a self-tapping screw whose threads, in a rear area (facing the head), have a substantially cylindrical external diameter and, in a front area (facing away from the head), extend with an external diameter which decreases towards the screw end.
Self-tapping screws of this type are known in various embodiments.  For example, German utility model 7 125 294 discloses what is known as a sheet-metal screw which runs out over a conical area into a threaded point, by which means screwing the sheet-metal screw into a hole in a sheet-metal plate is made easier, the thread structure extending uniformly over the screw shank and the threaded point, apart from a smaller thread pitch in the vicinity of the screw head. A similar configuration is shown by German patent specification 198 31 269, in which the external diameter of the thread is enlarged only in the rear area in the vicinity of the screw head and, in this area, the threaded cross section runs asymmetrically with respect to the radius. Apart from this special feature, extending over a short section of the thread, the thread structure is uniform over the remaining area of the screw. In addition, reference should also be made to German laid-open specification 28 53 976 which, in its rear area, continuously has a cylindrical external diameter with a symmetrical threaded cross section and, in its front area, with a smaller basic diameter and a pointed end, has a thread with a substantially smaller external diameter and a smaller thread pitch, this thread extending as far as the end of the thread running out into the point
Apart from the aforementioned sheet-metal screw, the screws mentioned in the other two documents are substantially configured to be screwed into plastic. 
The invention is based on the object of providing a screw which is suitable to be screwed into sheet-metal material and which has a configuration by means of which the material forced out of the sheet-metal material by the screwing action produces a support which is concentrated substantially in the screwing-in direction, that is to say on the side of the sheet-metal material which faces away from the screw head. In addition, after being tightened, the screw is intended to withstand high pull-out forces.  According to the invention, this is achieved by the threads, both in the rear area and in the front area, having an asymmetrical cross section with a bisector of the flank angle, measured at the thread tips, which is located obliquely with respect to the radial direction and reverses from the rear area (first cross section) towards the front area (second cross section), the bisector in the area of the second cross section being inclined towards the screw head and the reversal point of the threaded cross section being placed such that the first cross section is present substantially in the rear area and the second cross section substantially in the front area.
Because of the inclined, that is to say oblique, bisector, the result is a corresponding skewed position of the threads which, in the front area, are inclined towards the screw head and therefore, as the screw is screwed in, exert a particularly high axially oriented pressure on the sheet-metal material with their greater-area rear flank (facing away from the screw head) and therefore, with this rear flank, displace more sheet-metal material in the screwing-in direction than with their load flank (facing the screw head).  The result of this is that, as the screw is screwed in, the support produced in the process (sheet-metal bead) is pushed substantially forwards in front of its threads and, accordingly, appears substantially on the side of the sheet-metal material which faces away from the screw head.  Therefore, only little displaced material, if any, which can lead to a support on this side of the sheet-metal material, remains on the other side of the sheet-metal material.  Since, in the rear area of the screw, the cross section of the threads runs in the opposite direction to that in the front area, that is to say the bisector of the threads in the rear area faces away from the screw head, the threads in the rear area can be supported particularly well against the sheet-metal material with their load flank, which is flat as compared with the rear flank and therefore has a larger area, which results in particularly high pull-out forces for the tightened screw.  Because of the reversal in the cross section of the threads, the result is therefore, in each case in the front and rear area, a reversed displacement effect with respect to the sheet-metal material, which firstly permits the desired shaping of the support and secondly advantageously equips the screw with high pull-out forces.
The threads are expediently configured in both areas in such a way that the bisector in both areas is inclined by about 82° to the axial course of the core.  As opposed to this, in a normal symmetrical thread, the angle between the bisector and the axial course of the core is 90°.
The reversal point of the thread cross section can be placed at various points on the screw, in particular the transition from the rear area to the front area.  However, it is also possible to place the reversal point in front of the transition from the rear area to the front area or behind the transition from the rear area to the front area.
The screw is expediently configured in such a way that the first cross section runs in mirror-image fashion in relation to the second cross section.  In this case, as the screw is screwed into the sheet-metal material, an effect is obtained on the material to be forced away by the screw [lacuna] similar relationships both in the first cross section and in the second cross section, that is to say the action of pushing sheet-metal material forwards by the second cross section in the front area is carried out with similar forces to those opposed to pull-out forces in the sheet-metal material in the first area of the first cross section.
The configuration of the cross section of the threads can be chosen to be different, for examples it is possible to configure the screw in such away at both the load flank and the rear flank of the threads run rectilinearly.  In this case, this is a configuration which is known per se from German laid-open specification 3235352.
Another advantageous configuration of the cross section of the threads is, in the rear area, for the load flank to run rectilinearly and for the rear flank to run from the outer diameter to the base of the thread over a bend to a larger flank angle and, in the front area, for the rear flank to run rectilinearly and for the load flank to run from the outer diameter towards the base of the thread over a bend to a larger flank angle.  On the basis of this configuration, which is known per se from German patent specification 199 60287, the result, in a particularly beneficial way, is forces which, in the front area, push the material out of the sheet metal in front of them and, accordingly, produce a support substantially only on that side of the sheet metal which faces away from the screw head, the greater flank angle running between the bend and the base of the thread advantageously acting as a supporting feature and therefore imparting an appropriately high stability to the threads.
The screw is expediently configured in such a way that the bend is located at 20% to 50% of the thread height, that is to say more in the lower third of the thread height.
An advantageous configuration of the bent thread flank results if its flank angle is about 70°  in the area between thread base and bend and about 45° in the area between bend and thread tip.
The thread is expediently configured in such a way that the flank angle measured at the thread tips is the same in both areas and is around 45°.
In order to be able to counteract different stresses on the screw in the front and rear areas, the screw can be configured in such a way that the flank angle measured at the thread tips is greater in the front area than in the rear area.  In this case, the result is that the sheet-metal material is pushed particularly intensively in front of the screw screwed in, and therefore virtually only a support on the side of the sheet-metal material facing away from the screw head.  In this case, the thread is expediently configured in such a way that the threads run out to a point in both areas.  In order in this case to make it easier to tap the thread in a nut piece in the front area, the thread course is expediently configured in such a way that the individual thread tips in the front area run with a flat over a circumferential angle of about 90°.
Exemplary embodiments of the invention are illustrated in the figures, in which:
Figure 1 shows a self-tapping screw configured with the thread running asymmetrically;
Figures 2a and b show a schematic representation of the thread course in the rear and front areas on the basis of a thread in which the load flank and the rear flank run rectilinearly;
Figures 3a and b show, in a schematic illustration, the thread course in which in each case a bend is placed in the rear flank and the load flank.
Figure 1 illustrates the screw 1 provided with the thread running asymmetrically, having the screw head 2 and the threaded shank 3.  The threaded shank 3 contains the front area 4 facing away from the head 2 and the rear area 5 facing the head, the two meeting at the reversal point designated by 6.  In the rear area 5, the thread runs with a substantially cylindrical external diameter, while, in the front area 4, the external diameter of the thread decreases, so that there is therefore in effect a type of conical thread course.
Both in the rear area 5 and in the front area 4, the thread exhibits asymmetry with respect to its cross section, which is expressed in the fact that, in the rear area 5, the thread is inclined away from the head 2, so to speak, while it is inclined towards the head 2 in the front area 4.  This thread inclination is brought out clearly in detail in the schematic illustrations according to Figures 2a and b and also 3a and b.
The special feature of the screw illustrated in Figure 1 is that the cross section of the thread in the rear area 5 and in the front area 4 reverses, specifically in such a way that, in the rear area 5, the thread is inclined with its cross section away from the head 2 and, in the front area 4, appears inclined towards the head 2.  This inclination will be explained in more detail further below on the basis of the respective flank angle, by using Figures 2a and b and also 3a and b.
The screw 1 illustrated in Figure 1 is screwed into relatively thin metal sheet, for example steel sheet or aluminium sheet, in its preferred use. Given an external diameter of 4 mm of a screw used, this screw will expediently be screwed into metal sheets which have a thickness of about 1 mm in the case of aluminium sheet and 0.8 mm in the case of steel sheet.  For this purpose, the metal sheet must have a hole into which the screw just fits with its smallest external diameter at the front end of the front area 4.
As the screw 1 is screwed in, the result is the thread being tapped into the sheet metal material on account of the action of the front area 4, which fits into the hole for the screw and, with its relatively small external diameter, begins to tap the thread.  In the process, the thread of the front area 4 with the greaterarea rear flank (facing away from the head) as compared with the load flank (facing the head) presses more on the material of the sheet metal and, in the process, therefore pushes a particularly great amount of sheet-metal material in front of it with the rear flank, which then leads to the desired formation of the support (sheet-metal bead) on the side of the metal sheet which faces away from the screw head 2.  In the area of the reversal point 6, various threads have the flats 16 which make it easier to tap the thread in the sheet metal.
It should be pointed out that a screw driving means 7, a Torx here, is pressed into the screw head 2, by means of which the tapping torque is transmitted to the screw.
Figures 2a and b illustrate the thread of the screw shank 3 according to Figure 1 in a schematic illustration in cross section, specifically on one side beside the centre line 8 which passes through the screw.
Figure 2a concerns the rear area 5, in which the threads are illustrated as facing away from the screw head.  The flank angle α of the thread in the rear area 5 is 45° here.  In addition, with respect to one thread, Figure 2a shows the bisector 9 of the angle α which, in relation to the axial course of the core according to the line 10, runs at the angle β, which is around 82° here.
In Figure 2b, the front area 4 of the thread of the threaded shank 3 according to Figure 1 is illustrated which, in principle, corresponds to the cross section of the thread in the rear area 5 according to Figure 2a but, because of the external diameter which reduces in the axial direction, is, so to speak, conical, but the angle of the bisector 9 in Figure 2b being equal to the angle β in Figure 2a, specifically because this angle is in any case defined with respect to the axial course of the core 10, which runs conically in the front area 4.  The flank angle α in the front area 4 is equal to the angle α in the rear area.  In the case of application to particularly thin sheet metal, the flank angle α can also be chosen to be larger in the front area 4, specifically with a flatter course of the rear flank.  This also applies to the thread according to Figures 3a and b.
The particular action of the thread illustrated using Figures 2a and b is to be explained again below: with the rear flank 11 of the thread in the front area 4, substantially more material is displaced in the axial direction away from the screw head 2 as the screw is screwed into the metal sheet than with the load flank 12, which has a weaker action on the material of the metal sheet than the rear flank 11 because of its smaller surface.  In consequence, the rear flank 11 pushes more material in front of itself out of the metal sheet than the load flank 12.  However, the load flank 12 has to withstand the pull-out forces which the rear area 5 has to endure, in which the load flank 12 there is designed with a greater area than the rear flank 11.  As a result, the screw is particularly resistant to pull-out forces if it is screwed with its rear area into the sheet-metal material.
Figures 3a and 3b illustrate a modification of the thread cross section as compared with the thread according to Figures 1 and 2a and b.  While, in the case of the thread according to Figures 2a and b, both the load flank 12 and the rear flank 11 run rectilinearly, in the case of the thread according to Figures 3a and 3b there is in each case a bend 15 in a flank, to be specific the flank with the bend 15 runs from the external diameter (thread tip 13) towards the core (thread base 14) in such a way that the flank angle initially runs from the thread tip 13 with a small angle and after the bend 15 with a greater angle.  In Figure 3a, the smaller (outer) flank angle is designated γ and the greater (inner) flank angle is designated δ.  In the exemplary embodiment illustrated, the angle γ is 45° and the angle δ is 70°. The bisector 9 refers to the angle γ here.  Here, the bend 15 is located at 30% of the thread height.
Because of the bend 15, which is followed in the direction of the core (thread base 10) by a greater flank angle, when the respectively opposite thread flank is loaded, the result is particularly beneficial support for each thread which, because of this thread course, is, so to speak, particularly secured against being bent or sheared off.  This loading has to be endured by the front area 4 as the screw is screwed in since, specifically in this case, the rear flank 11 of the thread there has to tap into a metal sheet and therefore has to push the material in front of itself.  In the rear area 5, in contrast, the load flank 12 is loaded on account of pull-out forces which occur and, in the process, is, so to speak, bent in the direction away from the screw head, whereas each thread can then be supported beneficially by the bent-over rear flank arranged on the other side.  The thread provided with the bend 15 is therefore particularly more resistant with respect to high pull-out forces.
Patent Claims
1.     Self-tapping screw (1), whose threads in a rear area (5) (facing the head) have a substantially cylindrical external diameter and, in a front area (4) (facing away from the head), extend with an external diameter which decreases towards the end of the screw, characterized in that, both in the rear area (5) and in the front area (4), the threads have an asymmetrical cross section with a bisector (9) of the flank angle (α, γ), measured at the thread tips (13), which is located obliquly with respect to the axial course of the core (10) and which reverses from the rear area (5) (first cross section) towards the front area (4) (second cross section), the bisector (9) in the front area (4) being inclined towards the screw head (2), and the reversal point (6) of the thread cross section being placed such that the first cross section is substantially present in the rear area (5), the second cross section substantially in the front area (4).
2.     Screw according to Claim 1, characterized in that the bisector (9) in both areas (4, 5) is inclined at about 82° to the axial course of the core (10).
3.     Screw according to Claim 1 or 2, characterized in that the reversal point (6) of the thread cross section is located at the transition from the rear area (5) to the front area (4).
4.     Screw according to Claim 1 or 2, characterized in that the reversal point (6) of the thread cross section is located in front of the transition from the rear area (5) to the front area (4).
5.     Screw according to Claim 1 or 2, characterized in that the reversal point (6) is located behind the transition from the rear area (5) to the front area (4).
6.     Screw according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the first cross section runs in mirror-image fashion in relation to the second cross section.
7.     Screw according to one of Claims 1 to 6, characterized in that both the load flank (12) and the rear flank (11) of the threads run rectilinearly.
8.     Screw according to one of Claims 1 to 6, characterized in that, in the rear area (5), the load flank (12) runs rectilinearly and the rear flank (11) runs from the external diameter to the thread base (14) over a bend (15) to a greater flank angle (δ) and, in the front area (4), the rear flank (11) runs rectilinearly and the load flank (12) runs from the external diameter to the thread base (14) over a bend (15) to a greater flank angle (δ).
9.     Screw according to Claim 8, characterized in that the bend (15) is located at 20% to 15% of the thread height.
10.    Screw according to Claim 8 or 9, characterized in that the flank angle δ of the bent thread flank is approximately 70° in the region between thread base (14) and bend (15) and approximately 45° in the area between bend (15) and thread tip (13).
11.   Screw according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the flank angle (α, γ) measured at the thread tips (13) is equal in both areas and is approximately 45°.
12.    Screw according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the flank angle (α, γ) measured at the thread tips (13) is greater in the front area (4) than in the rear area (5).
13.    Screw according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the threads run out to a point in both areas.
14.    Screw according to one of Claims 1 to 13, characterized in that, in the area of the reversal point (6), individual thread tips run with a flat (16) over a circumferential angle of about ＞90°.
Abstract
The invention relates to a self-tapping screw, whose threads, in a rear area (facing the head), have a substantially cylindrical external diameter and, in a front area (facing away from the head), extend with an external diameter which decreases towards the end of the screw. Both in the rear area and in the front area, the threads have an asymmetrical cross section with a bisector of the flank angle, measured at the thread tips, which is located obliquly with respect to the axial course of the core and which reverses from the rear area (first cross section) towards the front area (second cross section), the bisector in the front area being inclined towards the screw head. The reversal point of the thread cross section is placed such that the first cross section is substantially present in the rear area, the second cross section substantially in the front area.
2004162906.tif 000008