(57)【要約】  工作物に形成される穴に締め込むためのねじ山形成ねじファスナであって、ドライバビットと係合されるべきドライブを有するヘッドと、内径および外径を有する対称なねじ山形状を成すねじ山を伴う軸部とを備え、外径がねじのねじ山頂部を画定し、内径がねじのねじ山谷底部を画定し、ねじの形状が、ねじ山フランクを形成する隣り合うねじ山頂部間のねじの表面によって画定され、ねじ山フランクがねじ山谷底部に沿う一定半径の第１の中央部を有し、半径が、ねじ山谷底部、それぞれの隣り合うねじ山頂部、および、２つの移行交点で共通であり、ねじ山フランクの形状が、それぞれの移行交点とそれぞれの隣接するねじ山頂部との間の異なる曲率半径を有する表面によって画定される第２および第３の部分を有する、ねじ山形成ねじファスナ。【選択図】  図１Ｄ
2012518136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ山形成ねじファスナであり、当該ねじ山形成ねじファスナによって工作物に形成される穴に締め込むためのものであって、
ドライバビットと係合されるべきドライブを有するヘッドと、
内径および外径を有する対称なねじ山形状を成すねじ山を伴う軸部と
を備え、
前記外径がねじのねじ山頂部を画定し、前記内径がねじのねじ山谷底部を画定し、ねじの形状が、ねじ山フランクを形成する隣り合う前記ねじ山頂部間のねじの表面によって画定され、前記ねじ山フランクが前記ねじ山谷底部に沿う一定の半径の第１の中央部を有し、前記半径が、前記ねじ山谷底部、それぞれの隣り合う前記ねじ山頂部、および、２つの移行交点で共通であり、前記ねじ山フランクの形状が、それぞれの前記移行交点とそれぞれの隣接する前記ねじ山頂部との間の異なる曲率半径を有する表面によって画定される第２の部分および第３の部分を有する、ねじ山形成ねじファスナ。
【請求項２】
前記第２の部分および前記第３の部分の互いに異なる曲率半径が、前記ねじ山谷底部に沿うねじ形状の中央部の一定の半径に対して変化する、請求項１に記載のねじ山形成ねじファスナ。
【請求項３】
前記第２の部分および前記第３の部分の互いに異なる曲率半径が、前記ねじ山谷底部に沿う前記ねじ形状の中央部の一定の半径よりも小さい、請求項１または２に記載のねじ山形成ねじファスナ。
【請求項４】
前記第２の部分および前記第３の部分のねじ形状の表面が、頂部と隣り合う移行交点との間に形成される直線状の縁部である、請求項１または２に記載のねじ山形成ねじファスナ。
【請求項５】
前記ねじ山、前記ねじ山頂部、前記ねじ山谷底部、および、前記ねじ山フランクの表面が、前記工作物の周囲の延性材料に亀裂や損傷を生じさせることなく延性材料を変形させるようになっている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のねじ山形成ねじファスナ。
【請求項６】
前記ねじ山が、前記工作物の材料を前記ねじ山フランクの表面に抗して変形させるようになっている、請求項５に記載のねじ山形成ねじファスナ。
【請求項７】
前記ねじ山フランクの前記第２および第３の部分が、前記ねじ山フランクの一定の半径の前記中央部の表面に抗して前記工作物の延性材料を変形させるようになっている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のねじ山形成ねじファスナ。
【請求項８】
一定の半径を有する前記ねじ山フランクの前記中央部の半径が、前記ねじ山のピッチを決定する構造円を画定する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のねじ山形成ねじファスナ。
【請求項９】
前記ねじ山のピッチが、ねじ山頂部を共有する隣り合う構造円同士の間の接線によって決定される、請求項８に記載のねじ山形成ねじファスナ。
【請求項１０】
当該ねじ山形成ねじファスナのねじ山ピッチが、前記ねじ山谷底部へ向かう延性材料移動を促す、請求項１〜９のいずれか一項に記載のねじ山形成ねじファスナ。
【請求項１１】
前記工作物の材料が合成プラスチックである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のねじ山形成ねじファスナ。
【請求項１２】
前記工作物の材料が樹脂である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のねじ山形成ねじファスナ。
【請求項１３】
当該ねじ山形成ねじファスナの材料がステンレスまたはステンレススチールである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のねじ山形成ねじファスナ。
【請求項１４】
ねじ山形成ねじファスナを作るためのねじ転造ダイであって、
前記ねじ山形成ねじファスナは、延性材料から成る工作物に該ねじ山形成ねじファスナによって形成される穴に締め込むためのものであり、
前記ねじ山形成ねじファスナは、ドライバビットと係合されるべきドライブを有するヘッドと、内径および外径を有する対称なねじ山形状を成すねじ山を伴う軸部とを備え、前記外径がねじのねじ山頂部を画定し、前記内径が前記ねじのねじ山谷底部を画定し、ねじの形状が、ねじ山フランクを形成する隣り合う前記ねじ山頂部間の前記ねじの表面によって画定され、前記ねじ山フランクが前記ねじ山谷底部に沿う一定半径の第１の中央部を有し、前記半径が、前記ねじ山谷底部、それぞれの隣り合う前記ねじ山頂部、および、２つの移行交点で共通であり、前記ねじ山フランクの形状が、それぞれの前記移行交点とそれぞれの隣接する前記ねじ山頂部との間の異なる曲率半径を有する表面によって画定される第２の部分および第３の部分を有する、ねじ転造ダイ。
【請求項１５】
前記ねじ山形成ねじと同じ形状を有するダイ面を備える、請求項１４に記載のねじ転造ダイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成プラスチックや樹脂などの工作物材料に雌ねじを形成するためのねじ山形成ねじファスナ（ｔｈｒｅａｄ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｃｒｅｗ  ｔｈｒｅａｄ  ｆａｓｔｅｎｅｒ）、および、そのねじのねじ山を作るための対応するねじ転造ダイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のねじは、しばしば、特に工作物の材料が合成プラスチックや樹脂等であるときに、工作物の材料を損傷させる。ねじを工作物に締め込むためには比較的高いねじ込みトルクが一般に必要とされ、この高いねじ込みトルクは、ねじが工作物に締結されるときに工作物の材料を損傷させる可能性をもたらす。ねじは、外れ、破裂し、材料中に固着するようになる場合があり、および／または、応力亀裂が工作物材料に生じる場合もある。工作物材料およびねじに対するこの損傷は、工作物材料とねじとの間に形成される結合部の完全性を弱める。
【０００３】
ねじ設計を改良する試みがなされてきた。しかしながら、前述したように、従来のねじは重大な機能要件を十分に満たさず、また、結合部の強度および完全性が損なわれていた。例えば、開示された幾つかの以前のねじ山としては、米国特許第４，５２７，９３２号明細書、米国特許第５，５４４，９９３号明細書、米国特許第６，６７２，８１３号明細書、および、米国特許第５，０６１，１３５号明細書が挙げられる。これらの以前のねじ設計は、工作物ヘのねじの確かな挿入を行なうための試みとして、幾つかの用途で工作物に使用されてきた。しかしながら、従来のねじ設計では、積極的な噛み合い、破壊トルク、ねじり強度等に関して、最適な結果が得られなかった。特に、組み立て効率や、従来のねじ設計の工作物へのねじの柔軟性は、工作物材料と共に形成されるねじの結合部の弱い完全性によって設計解決策が妨げられる製品小型化用途において、容易に適用されるものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、従来技術と関連付けられる問題および欠点を軽減するねじ山形成ねじおよび対応するねじ転造ダイが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、セルフタッピング型のねじ山形成ねじファスナによって工作物に形成される穴に締め込むための、そのセルフタッピング型のねじ山形成ねじファスナであって、ドライバビットと係合されるべきドライブを有するヘッドと、内径および外径を有する対称なねじ山形状を成すねじ山を伴う軸部とを備え、外径がねじのねじ山頂部を画定し、内径がねじのねじ山谷底部を画定し、ねじの形状が、ねじ山フランクを形成する隣り合うねじ山頂部間のねじの表面によって画定され、ねじ山フランクがねじ山谷底部に沿う一定半径の第１の中央部を有し、半径が、ねじ山谷底部、それぞれの隣り合うねじ山頂部、および、２つの移行交点で共通であり、ねじ山フランクの形状が、それぞれの移行交点とそれぞれの隣接するねじ山頂部との間の異なる曲率半径を有する表面によって画定される第２および第３の部分を有する、セルフタッピング型のねじ山形成ねじファスナである。
【０００６】
実施形態において、第２および第３の部分の異なる曲率半径は、ねじ山谷底部に沿うねじ形状の中央部の一定半径に対して変化する。第２および第３の部分の異なる曲率半径は、ねじ山谷底部に沿うねじ形状の中央部の一定半径よりも小さくてもよい。第２および第３の部分のねじ形状の表面は、頂部と隣り合う移行交点との間に形成される直線状の縁部であってもよい。ねじ山、ねじ山頂部、ねじ山谷底部、および、ねじ山フランクの表面は、工作物の周囲の延性材料に亀裂や損傷を生じさせることなく延性材料を変形させるようになっている。ねじ山は、工作物の延性材料をねじ山フランクの表面に抗して変形させるようになっている。ねじ山フランクの第２および第３の部分は、ねじ山フランクの一定半径の中央部の表面に抗して工作物の延性材料を変形させるようになっている。一定半径を有するねじ山フランクの中央部の半径は、ねじ山のピッチを決定する構造円を画定する。ねじ山のピッチは、ねじ山頂部を共有する隣り合う構造円同士の間の接線によって決定される。ファスナのねじ山ピッチは、ねじ山谷底部へ向かう延性材料移動を促す。
【０００７】
本発明の一態様は、工作物にファスナによって形成される穴に締め込むためのねじ山形成ねじファスナを作るためのねじ転造ダイであって、ファスナが、ドライバビットと係合されるべきドライブを有するヘッドと、内径および外径を有する対称なねじ山形状を成すねじ山を伴う軸部とを備え、外径がねじのねじ山頂部を画定し、内径がねじのねじ山谷底部を画定し、ねじの形状がねじ山フランクを形成する隣り合うねじ山頂部間のねじの表面によって画定され、ねじ山フランクがねじ山谷底部に沿う一定半径の第１の中央部を有し、半径が、ねじ山谷底部、それぞれの隣り合うねじ山頂部、および、２つの移行交点で共通であり、ねじ山フランクの形状が、それぞれの移行交点とそれぞれの隣接するねじ山頂部との間の異なる曲率半径を有する表面によって画定される第２および第３の部分を有する、ねじ転造ダイである。一実施形態において、ねじ転造ダイは、ねじ山形成ねじと同じ形状を有するダイ面を備える。
【０００８】
同様の参照符号が同様のまたは対応する要素、領域、および、部分を示す添付図面と併せて解釈される以下の説明から本発明の実施形態を非限定的な例として完全にかつ更に明確に理解できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係る、ねじ山形成ねじの側面斜視図を示している。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係る、図１ＡのＡ−Ａ線に沿うねじの断面図を示している。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態に係る、ねじ山形状の拡大図を示している。
【図１Ｄ】本発明の一実施形態に係る、ねじ山形成ねじの基本的な構造および幾何学的形状を示している。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る、ねじ山形成ねじが円柱状のヘッダブランクから転造されるねじの側面図を示している。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る、図２ＡのＡ−Ａ線に沿うねじの断面図を示している。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係る、ねじ山を形成するためのねじ転造ダイの側面図を示している。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係る、ねじ転造ダイの面を示している。
【図４】噛み合って組み付けられたねじ山形成ねじファスナ、および、本発明の一実施形態にしたがってファスナが取り付けられる工作物の材料の材料流れの断面図を示している。
【図５Ａ】工作物への挿入中の３つのポイントでの挿入深さおよびトルクを示す本発明の一実施形態に係るねじ山形成ねじファスナの断面図を示している。
【図５Ｂ】工作物への挿入中の３つのポイントでの挿入深さおよびトルクを示す本発明の一実施形態に係るねじ山形成ねじファスナのグラフを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、ねじ山形成ねじファスナ、および、該ファスナのねじ山を作るための対応するねじ転造ダイを開示する。ねじ山形成ねじファスナは、合成プラスチック、樹脂、ガラス充填ナイロン、ポリプロピレン、ポリフェニレン酸化物、ポリスチレン、ポリエチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネートなどの低延性材料から成る工作物の、該ファスナによって形成される穴に締め込まれるものである。より具体的には、ねじ山形成ねじファスナは、例えばダイカスト、成形、ドリル穴等によって形成されてもよいねじがない工作物に雌ねじを切ることができるセルフタッピング型ねじである。ねじ山形成用のセルフタッピング型ねじは、低い取り付けトルクで工作物に雌ねじを形成する鋭い移行頂部と円形のねじ山谷底部とを伴う対称なねじ山形状を有する。低い取り付けトルクは、工作物とねじとの間の取り付け中または噛み合い中に本発明の一実施形態にしたがって構成されるねじ山形成ねじに加えられるトルクの大きさとして規定され、それにより、工作物に応力亀裂が殆ど生じず、ねじ山破壊が回避される一方で、より高い締め付け荷重が結合部で保たれるなどの結果がもたらされる。取り付けトルクが低いため、工作物で伝えられる摩擦を低くすることができ、それにより、ねじ山フランクの特定の工学的な幾何学的設計によって、効果的な切断作用が促進され、その一方で、取り付け中に工作物材料の効率的な変形を促し、高い締め付け荷重を促して工作物のプラスチック材料の嵌め合い部との結合一体性を向上させるための高い破壊トルクを持つ。本発明の一実施形態の例を考えると、ねじ山形成ねじの破壊トルクが１．０Ｎｍである場合、目標取り付けトルクが０．２５Ｎｍを下回ると予期され、これは、従来のファスナにおいて以前のねじ山を用いてなされる幾つかの試みよりも１０〜１５％の向上をもたらす。無論、ねじ山形成ねじの破壊トルクの値および目標取り付けトルクは、例えば材料のタイプ、噛み合いの長さ、ボス直径、ねじのサイズ、ねじ山形成ねじの仕上げのタイプ等を含む幾つかのファクタに依存する。
【００１１】
図５Ａ〜図５Ｂは、工作物への挿入中の３つのポイントでの挿入深さおよびトルクを示す本発明の一実施形態に係るねじ山形成ねじファスナの断面図（図５Ａ）およびグラフ（図５Ｂ）を示している。図５Ａは、ねじが組み付けられ始めるときのねじ山形成トルクであるポイント１での工作物の挿入深さおよびトルクを示している。ポイント２はねじが更に挿入されるポイントであり、図５Ｂに見られるようにねじが工作物ベースと接触するまでトルクが増大する。このポイントでは、ねじがねじ山摩擦を通過してしまっている。ねじ山形成トルクとねじ山摩擦を乗り越えるためのトルクとの総和が取り付けトルク（Ｔｉ）と呼ばれる。このポイントでは、結合部で作用している締め付け荷重（締め付け力）が存在しないと結論付けられる。更なるトルクがねじに対して更に加えられると、材料およびまたはねじが機能しなくなるポイントであるポイント３にねじが達するまで、結合部における張力が増大し、結合部における締め付け力も増大する。締め付け荷重は、加えられたトルクおよび挿入深さに関連して次第に増大され得る。
【００１２】
本発明の一実施形態に係る組み付け結合部の目的は、低い取り付けトルク（Ｔｉ）および高い破壊トルクを有することである。低い取り付けトルクとは、ねじ山と工作物との間の低摩擦であって、効率的なねじ山形成によってもたらされる低摩擦を意味する。図５Ａ〜図５Ｂを参照すると、ポイント２とポイント３との間のトルクは結合部で締め付け力を与え、ポイント２とポイント３との間の隙間が狭い場合、それは、取り付けトルクが高いことを意味しまたは結合部の破壊トルクが低いことを意味し、したがって、低い締め付け力または荷重を与える。これは、不十分な荷重支持能力が存在するために起こり得るものであり、その結果、実時間用途で衝撃または振動に晒されると、緩む場合があり、それにより、組み付け結合部に不具合をもたらす。
【００１３】
一実施形態において、ねじ山形成ねじは、電子デバイス用途に関しては０．８ｍｍ〜３ｍｍのサイズ範囲から成り、用途のニーズに基づいて更に大きい範囲にまで及び得る。ねじ山形成ねじの材料は、一般に、用途のニーズに基づいて、スチール、ステンレススチール、および、他の材料が使用される。
【００１４】
本発明の実施形態は、フランクと円形のねじ山谷底部との間に鋭い移行を伴う対称なねじ山形状を有するセルフタッピング型ねじに関する。ねじ軸部は、ねじ山の谷底部から径方向に突出する螺旋状に周回する切断縁によって取り囲まれる。ねじ山フランクは、工作物のベース材料を変形させおよびまたは切断するように形成される、例えば３０度の角度を有する鋭利な頂部を伴って構成される。工作物はねじ切りされる必要がない場合があり、また、ねじ山谷底部は、工作物の材料の効率的な流れを促して工作物材料のねじ山の谷底部へ向かう変形を助長するために一方のフランクから他方のフランクへ径方向に接続した円形状を成す。フランク自体にはねじ山の谷底部から一定のピッチが与えられ、それにより、２つのフランクライン間に一定のねじ山角度が存在する。ねじ山が単一螺旋ならびに同じピッチおよび形状を有する二重螺旋を伴って構成されるのが適していることが理解される。
【００１５】
実施形態は、異なる硬度のプラスチックであっても、比較的低い取り付けトルクで、プラスチックなどの工作物の材料とねじとの間の高応力接続を確保する汎用ねじを提供する。高応力接続は、６０°角度のねじ山フランクを有する一般的なセルフタッピング型ねじが工作物の亀裂および破裂をもたらす場合があるフープ応力および径方向の力を増大させるときに考慮に入れられる。本発明の一実施形態において、これは、鋭いねじ山頂部を有することによって達成される。鋭いねじ山頂部は、材料を変形させて、ねじ山を形成するとともに、円形コアを有する谷底部へ向けた材料の流れを効率的に促す。これがねじとプラスチックとの間の径方向の応力を減少させ、それにより、ボス破裂、亀裂、および、ストリッピングなどの早期の破損が防止される。改良されたファスナは３０度の鋭い頂部の二等辺三角形をフランクとして有しており、これは、ねじ山谷底部を形成する基本的な基本円と交差する全フランク高さの半分である。
【００１６】
フランクの鋭いねじ山頂部から連続してねじ山の円形谷底部へ向かう滑らかな移行に起因して、取り付け中の応力および摩擦が減少され、これにより、ファスナが固定される工作物の材料の滑らかな材料流れが促進される。本発明の一態様によれば、上記ねじ山を作るための対応するねじ転造ダイが提供される。
【００１７】
図１Ａ〜図１Ｄを参照すると、本発明の一実施形態に係るねじ山形成ねじ１０が図１Ａ〜図１Ｄに示されている。図１Ａにおいて、ねじ山形成ねじは、交差部４６からねじ山の谷底部１８へ向かう一定の径方向移行を伴う対称なねじ山形状を中心軸線１１の周りに有して示されている。図１Ａにはねじ山の形状が示されており、その形状はねじの長手方向中心軸線１１に沿う断面である。ねじ山のフランク２０は、２つの円点４６との交差部から形成されて、例えば１つの実施形態では図１Ｄに示されるように３０度４８の二等辺三角形を形成する共通点５０に合流する。フランク２０、ねじ山谷径１８、および、ピッチ３２は、ねじ山の全体にわたって一定である。しかしながら、用途のニーズに基づいて様々な形状を有するリードねじ３０およびねじ山端２８を作ることができる。ファスナは、ドライバビットと係合されるべきドライブを有するヘッド１２を有する。
【００１８】
実施形態は、合成プラスチック、樹脂、ガラス充填ナイロン、ポリプロピレン、ポリフェニレン酸化物、ポリスチレン、ポリエチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネートなどの低延性材料を切断して変形させることができる能力を有するねじ山形成ねじを有する。３０度の角度４８を有する鋭いねじ山フランク２０は、プラスチック材料に分け入って、プラスチック材料をねじ山の円形の谷間で容易に流れて谷底部１８へ流出するように適応させる切断作用を促す。これは、パイロット穴およびまたはボスで径方向の応力を最小にするとともに、応力亀裂を排除する。ねじ山外径２６および内径２４の断面形態は円柱形状を成す。
【００１９】
本発明の他の態様では、ねじ山形成ねじを作るためのねじ転造ダイ５２が示され、ねじ転造ダイ５２は、ねじ山深さ５６、ねじ山谷径５８、ダイ面５４、ねじ山ピッチ６０、および、ねじ山頂部６２を有するねじ山形成ねじの鏡像形状を備える。ねじ、すなわち、本発明に係るプラスチック用のねじ山形成ねじの実施形態が開示される。また、ねじ山を作るための図３Ａ〜図３Ｂに示される対応するねじ転造ダイが開示される。
【００２０】
ねじ山形成ねじは、高いねじれ強度、タッピングプロセスを排除する効率的なねじ山形成能力、低いねじ山形成トルク、高い破壊トルクおよびまたはストリッピングトルクを有し、組み立て効率を高めるとともに、フープ応力を減少させ、複数の組み立てと共に再使用できるようになっている。また、本発明の物理的特性は、組み立てトルクと破壊トルクとの間に十分なマージンを与える信頼できる結合に帰する。この幅広いトルク範囲により、確実に全てのねじが完全に締め付けられ、組み付けが外れる可能性が排除される。ねじ山形成ねじは、主に、エンジニアリングプラスチック用途のため、小さい直径および長さを伴う小型化適合性のため、更には、低コストで製造できる実現可能性のために設計される。ねじ山形成ねじの材料は、一般に、用途のニーズに基づいて選択されてもよいスチール、ステンレススチール、および、他の材料が使用される。
【００２１】
実施形態において、ヘッド１２、凹部１４を有する図１Ａ〜図１Ｄおよび図２Ａ〜図２Ｂのねじ山形成ねじ１０は、ヘッド形状が平坦であるが、円形、皿状、長円形などの様々な形状に及ぶことができる。ねじ山形成ねじ１０は、適切な必須の特性を有するスチールやステンレススチールなどの任意の適した材料から形成することができ、また、要件に基づいて可変の直径および長さを有する円柱冷間成形ブランク４０から転造される。ねじ山は、ヘッド１２の支持面４４からねじ山端２８へ延在され、ねじの全長である。ねじ山形成ねじのねじ山長さは、サイズおよび用途のニーズに基づいて、例えば２ｍｍ以上の範囲であってもよい。支持面４４から第１の完全ねじ山３６までの上部領域はねじの振れ１６である。下部領域、ねじ山端２８はリードねじであり、ねじ山端２８は、図示の平坦面に限定されず、意図される用途どおりにテーパ状の円形、鋭利、棒先、および、他の形状などの可変形状をもって作ることができる。中央は、鋭いフランク２０、円形ねじ山谷底部１８、外径２６、内径２４、ねじ山ピッチ３２、および、ねじ山高さ２２を伴う完全形態のねじ山である。ねじ山形成ねじの断面形態は円柱であり、これにより、完全外周噛み合いにより噛み合いを伴う嵌め合い部が得られ、振動緩みを防止する嵌め合い部材での強力な接触、高い引き抜き力、高い破壊トルク、ねじ山ストリッピング、および、多重使用能を得ることができる。
【００２２】
本発明に係るねじ山形成ねじは、基本構造円の交点４６に接続される３０°角度４８の二等辺三角形を形成した鋭いフランク２０を有し、また、交点４６からの凹面が連続する。これは、凹面が一定の半径を有する基本谷径１８によって形成され、その中心が同じ面内に配置されるからである。鋭いねじ山フランク２０は、亀裂を何ら伴うことなく、プラスチック材料等６４を効率的に切断することができる。この場合、取り付け中に低いトルク伝達を伴い、嵌め合い部で材料噛み合いが最大となり、これが円形ねじ山谷径１８をもって及び、それにより、何らの障害を伴うことなく谷底部へ向かう材料６６の滑らかな移動流れが得られる。このように、ファスナは、内径と外径とを伴う対称なねじ山形状を有するねじ山をもつ軸部を有する。ねじ山の外径はねじのねじ山頂部を画定し、また、ねじ山の内径はねじのねじ山谷底部を画定する。ねじの形状は、ねじ山フランクを形成する隣り合うねじ山頂部間のねじの表面によって画定される。ねじ山フランクは、ねじ山谷底部に沿う一定半径の第１の中央部を有する。一定半径は、ねじ山フランクの中央領域部の形状の表面により形成される図１Ｄに示される結果として生じる円として画定される。ねじ山フランクの中央領域部により形成される同じ円の半径もまた２つの対応するねじ山頂部で共通である。フランクの中央部の中央一定半径表面に隣接して該表面の両側に形成される２つの対応するねじ山頂部は、同じ半径を共有する。２つの移行交点４６が設けられ、これらの移行交点は、それぞれの移行交点４６とそれぞれの隣接するねじ山頂部５０との間の異なる曲率半径を有する表面によって画定される第２および第３の部分を有するフランクの鋭利部を形成するねじ山フランクのねじ山形状を与えるねじ山フランクの表面の第２および第３の部分をそれぞれ画定する。一方の移行交点から谷底部１８を介して他方の移行交点へ向かう凹面は連続している。これは、凹面が一定の半径を有する基本構造円４６の円弧によって形成され、その中心７６が同じ面内に配置されるからである。ねじ山頂部２０もまた、同じ半径を共有するとともに、一定半径の中央フランク部と同じ面上に配置される。滑らかな半径頂部２０、フランク４４は、亀裂を何ら伴うことなくまたは亀裂を最小限に抑え、残骸を最小限に抑えて、取り付け中の摩擦を低くするとともに、嵌め合い部におけるフランク４４の噛み合いを最大にして、工作物、ボス、プレート等の延性材料を効率的に変形させることができる。一定半径ねじ山フランクのねじの設計によって決定される幅広い間隔のねじ山ピッチ３２は、一定半径のねじ山フランクの形態を有さない従来のねじと比べて、障害を何ら伴うことなくまたは工作物、ボス、プレート等の延性材料の内部構造に対する損傷を伴うことなくねじ山谷底部１８へ向かう最大材料移動を可能にする。
【００２３】
本発明の実施形態は図１Ａ〜図１Ｄに示されるねじ山形成ねじ１０に関する。図１Ａにおいて、ねじ山形成ねじは、移行交点４６間の中央フランク部に一定半径移行部を伴う対称なねじ山形状を中心軸線１１の周りに有するとともにねじ山の谷底点１８を含むように示されている。ねじ山の中央フランク部は、一定の構造円４６を伴って形成される。ねじ山のピッチ３２は、両側の隣り合う構造円または共通のもしくは同じねじ山頂部２０を共有する構造円のそれぞれの間の接線７８によって決定されてもよい。構造円４６が図１Ｄに示されている。谷径１８は一定であって連続している。これは、基本円４６の同じ円弧が谷径を形成するからである。それぞれの移行交点と対応する頂点との間の領域の半径は、構造円の半径と異なる。しかしながら、用途のニーズに基づき、テーパ端、丸み、棒先、および／または、鋭利ポイントを伴ってリードねじ３０およびねじ端２８を作ることができるが理解されよう。
【００２４】
本発明の一実施形態は、マグネシウム、軟質アルミニウム、熱硬化プラスチック、および、他の低延性材料などの低延性材料を変形させることができる能力を有する改良されたねじ山形成ねじである。頂部２０からの滑らかな半径フランク４４は、谷底部へ向かって確実に増大し、材料をねじ山の谷間で容易に変形させて谷底部１８へ流出させるように適応させる。亀裂形成、ボス破裂、および、チッピングが回避され、したがって、結合部において積極的で最適なフランク噛み合い５６がもたらされる。ねじ山外径２６および内径または谷径２４の断面形態は円柱形状である。
【００２５】
図３Ａ〜図３Ｂは、ねじ山を作るためのねじ山形成ねじ転造ダイ５２が開示されるのを示しており、ねじ転造ダイ５２は、ねじダイ深さ５６、ねじ山谷径５８、ダイ面５４、ねじ山ピッチ６０、および、ねじ山頂部６２を伴って形成するねじ山の同じ形状を備える。
【００２６】
図４Ａは、意図されるプラスチック材料等６４に組み付けられたねじ山形成ねじの断面図を示している。ねじ山形成ねじの実施形態は、特に、タッピング工程を排除するようになっており、ねじ山フランク２０の完全な材料噛み合いにより強力なねじ山を形成するとともに、強力な結合信頼性のためにねじ山谷底部１８へ向かう材料の変形をもたらす。
【００２７】
本発明の実施形態は、工作物への高速挿入のための二重螺旋ねじ山として構成されてもよいが、明確のためおよび本発明の実施形態を明確に説明するために一条ねじに関して説明してきたことが理解される。
【００２８】
このように、合成プラスチックや樹脂等の材料から成る工作物の穴内に締め込むためにセルフタッピング型のねじ山形成ねじファスナおよび対応するねじ転造ダイが開示される。より具体的には、ねじ山形成ねじファスナは、取り付け中に工作物材料の効率的な変形を促進させつつかつ高い締め付け荷重を促して工作物の低延性材料の嵌め合い部との結合一体性を向上させるための高い破壊トルクを有しつつ低いトルクで工作物に雌ねじを形成する鋭い移行フランクと円形のねじ山谷底部とを伴う対称なねじ山形状を有するセルフタッピング型ねじである。
【００２９】
本発明の実施形態を説明して図示してきたが、関連する技術の当業者であれば分かるように、添付の請求項によって画される本発明の範囲から逸脱することなく、設計または構造の細部において多くの変形または改良がなされてもよい。
【図１Ａ】
2012518136.tif 000003
【図１Ｂ】
2012518136.tif 000004
【図１Ｃ】
2012518136.tif 000005
【図１Ｄ】
2012518136.tif 000006
【図２Ａ】
2012518136.tif 000007
【図２Ｂ】
2012518136.tif 000008
【図３Ａ】
2012518136.tif 000009
【図３Ｂ】
2012518136.tif 000010
【図４】
2012518136.tif 000011
【図５Ａ】
2012518136.tif 000012
【図５Ｂ】
2012518136.tif 000013
【国際調査報告】
2012518136.tif 000014
2012518136.tif 000015
2012518136.tif 000016