特開 2023-15535 タッピンねじ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023015535

(43)【公開日】2023-02-01

(54)【発明の名称】タッピンねじ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16B 25/04 20060101AFI20230125BHJP

   F16B 33/02 20060101ALI20230125BHJP

   F16B 39/30 20060101ALI20230125BHJP

   B23G 7/00 20060101ALI20230125BHJP

   B21H 3/06 20060101ALI20230125BHJP

【ＦＩ】

F16B25/04 B

F16B25/04 A

F16B33/02 B

F16B39/30 Z

B23G7/00 A

B21H3/06 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021119370

(22)【出願日】2021-07-20

(71)【出願人】

【識別番号】391006739

【氏名又は名称】株式会社丸エム製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100077791

【弁理士】

【氏名又は名称】中野 収二

(72)【発明者】

【氏名】川島 遼太郎

(57)【要約】

【課題】緩み止めないし戻り止め機能を具備したタッピンねじ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ねじ軸部(1)のねじ込み方向の先行側の領域(1A)にワークの下穴(3a)に挿入される螺旋条(2a)を設け、後行側の領域(1B)にワークの下穴(3a)に雌ねじを形成しながらねじ込まれるタップ用雄ねじ(2b)を設けており、タップ用雄ねじ(2b)により下穴に雌ねじを形成したとき、ワークの素材をタップ用雄ねじの谷部に向けて塑性変形させることにより下穴の内周面から盛り上がる隆起部(8)を形成するように構成されており、ねじ軸部のねじ込み方向(F1)と反対方向の戻り方向(F2)に関して、螺旋条(2a)が隆起部(8)に対向して接するように構成されている。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ねじ軸部(1)のねじ込み方向の先行側にワークの下穴(3a)に挿入される螺旋条(2a)を設け、後行側にワークの下穴(3a)に雌ねじを形成しながらねじ込まれるタップ用雄ねじ(2b)を設けており、
前記タップ用雄ねじ(2b)は、前記下穴の内径ＤＷに対して、該タップ用雄ねじの山径Ｄ１と谷径Ｄ２をＤ１＞ＤＷ＞Ｄ２に形成し、下穴に雌ねじ(7)を形成したときに、ワークの素材を雌ねじからタップ用雄ねじの谷部に向けて塑性変形させることにより隆起部(8)を形成するように構成されており、
前記螺旋条(2a)は、前記隆起部(8)の内径Ｄ４に対して、該螺旋条の山径Ｄ３をＤ３＞Ｄ４に形成し、ねじ軸部のねじ込み方向(F1)と反対方向の戻り方向(F2)に関して、螺旋条(2a)が前記隆起部(8)に対向して接するように構成されて成ることを特徴とするタッピンねじ。

【請求項2】

前記タップ用雄ねじ(2b)は、ねじ山の頂端に断面ほぼ台形の歯部(6)を形成しており、該歯部を下穴に食い込ませることにより雌ねじ(7)及び隆起部(8)を形成するように構成されて成ることを特徴とする請求項１に記載のタッピンねじ。

【請求項3】

前記螺旋条(2a)は、頂面に形成された平坦面(5)により該螺旋条の山径Ｄ３を規定しており、
前記山径Ｄ３に対応する部位におけるねじ軸の軸方向の厚さに関して、タップ用雄ねじ(2b)のねじ山の断面の厚さＴ１と螺旋条(2a)の平坦面(5)の厚さＴ２は、Ｔ２＞Ｔ１に形成されて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載のタッピンねじ。

【請求項4】

請求項１、２又は３に記載のタッピンねじの製造方法であり、
第１転造ダイス(4a)のねじ加工溝により、ねじ軸部の外周面に、該ねじ軸部の先行側の領域(1A)と後行側の領域(1B)の両領域にわたり連続して延びる１本の螺糸から成る雄ねじ(2)を転造する第１転造工程と、
その後、第２転造ダイス(4b)により、先行側の領域(1A)における雄ねじ(2)のねじ山を縮径方向に塑性変形させることにより前記螺旋条(2a)を形成する第２転造工程とから成り、
後行側の領域(1B)における雄ねじ(2)は、タップ用雄ねじ(2b)として供するように構成されて成ることを特徴とするタッピンねじの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タッピンねじ、特に、ワークの下穴にねじ込んだ状態で、緩み止めないし戻り止め機能を備えたタッピンねじと、その製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

タッピンねじは、金属材や樹脂材に雌ねじを形成しなくても、下穴をあけておくだけで、下穴に雌ねじを形成しながらねじ込むことができる利点がある。

【0003】

しかしながら、その一方で、タッピンねじは、一般的に戻しトルクが小さいので、容易に逆転し、緩みやすいという欠点がある。

【0004】

このため、従来から、緩み止めないし戻り止めのために、接着剤を使用しているが、コスト及び作業性の点に難点があるだけでなく、接着剤が乾燥硬化するまで待たなければならないという致命的な問題がある。

【0005】

そこで、ねじ自体の構成により、緩み止めないし戻り止めの機能を具備させたタッピンねじが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第３２４５４６４号公報

【特許文献2】特許第３９０９７６７号公報

【特許文献3】特許第４１００６９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１は、主ねじと外径及びピッチが相違する副ねじを設けることにより緩み止めを形成したタッピンねじを提案している。特許文献２は、非円形の雄ねじに窪みを設けることにより緩み止めを形成したタッピンねじを提案している。特許文献３は、ねじ山の両側のフランクの傾斜角度に工夫を加えることにより緩み止めを形成したタッピンねじを提案している。

【0008】

しかしながら、これらのタッピンねじは、製造のために特別な装置が必要とされ、生産性やコストの点に問題があり、量産に不向きである。

【0009】

本発明は、簡単な構成により優れた緩み止め機能を実現することができ、しかも、量産に適したタッピンねじとその製造方法を提供することを課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、上記課題を解決したタッピンねじを提供するため、その手段として構成したところは、ねじ軸部のねじ込み方向の先行側にワークの下穴に挿入される螺旋条を設け、後行側にワークの下穴に雌ねじを形成しながらねじ込まれるタップ用雄ねじを設けており、前記タップ用雄ねじは、前記下穴の内径ＤＷに対して、該タップ用雄ねじの山径Ｄ１と谷径Ｄ２をＤ１＞ＤＷ＞Ｄ２に形成し、下穴に雌ねじを形成したときに、ワークの素材を雌ねじからタップ用雄ねじの谷部に向けて塑性変形させることにより隆起部を形成するように構成されており、前記螺旋条は、前記隆起部の内径Ｄ４に対して、該螺旋条の山径Ｄ３をＤ３＞Ｄ４に形成し、ねじ軸部のねじ込み方向と反対方向の戻り方向に関して、螺旋条が前記隆起部に対向して接するように構成された点にある。

【0011】

前記タップ用雄ねじは、ねじ山の頂端に断面ほぼ台形の歯部を形成しており、該歯部を下穴に食い込ませることにより雌ねじ及び隆起部を形成するように構成されている。

【0012】

本発明の好ましい実施形態において、前記螺旋条は、頂面に形成された平坦面により該螺旋条の山径Ｄ３を規定しており、前記山径Ｄ３に対応する部位におけるねじ軸の軸方向の厚さに関して、タップ用雄ねじのねじ山の断面の厚さＴ１と螺旋条の平坦面の厚さＴ２は、Ｔ２＞Ｔ１に形成されている。

【0013】

本発明は、上記のようなタッピンねじの製造方法を提供するため、その手段として構成したところは、第１転造ダイスのねじ加工溝により、ねじ軸部の外周面に、該ねじ軸部の先行側の領域と後行側の領域の両領域にわたり連続して延びる１本の螺糸から成る雄ねじを転造する第１転造工程と、その後、第２転造ダイスにより、先行側の領域における雄ねじのねじ山を縮径方向に塑性変形させることにより前記螺旋条を形成する第２転造工程とから成り、後行側の領域における雄ねじは、タップ用雄ねじとして供するように構成された点にある。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、簡単な構成により優れた緩み止め機能を実現したタッピンねじを提供することができ、しかも、生産性が良く量産に適しているという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係るタッピンねじの実施形態を示す正面図である。

【図2】タッピンねじの実施形態に関して、ねじ軸部を回転しながらワークの下穴に進入させた状態を説明しており、（Ａ）はねじ軸部の先行側の領域を挿入した状態を示す説明図であり、（Ｂ）はねじ軸部の後行側の領域をねじ込んだ状態を示す説明図である。

【図3】本発明に係る製造方法に関して、（Ａ）は第１転造工程を示す説明図であり、（Ｂ）は第２転造工程を示す説明図である。

【図4】製造方法の実施形態に関して、（Ａ）は第１転造工程によりねじ軸部の先行側の領域と後行側の領域に連続して転造された雄ねじを示す断面図であり、（Ｂ）は第２転造工程によりねじ軸部の先行側の領域に形成された螺旋条を示す断面図である。

【図5】タッピンねじの実施形態に関して、（Ａ）はねじ軸に設けた螺旋条及びタップ用雄ねじとワークの下穴の関係を示す断面図であり、（Ｂ）はタップ用雄ねじによりワークの下穴に形成された雌ねじ及び隆起部を示す断面図である。

【図6】本発明に係るタッピンねじのタッピング作用に関して、ねじ軸を正転させながらワークの下穴に進入したときの螺旋条とタップ用雄ねじの状態を示す断面図である。

【図7】本発明に係るタッピンねじの緩み止め作用に関して、ねじ軸を逆転させたときにおける隆起部と螺旋条の関係を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を詳述する。

【0017】

図面は、１つの実施形態として寸切りボルトを例示しているが、これにより本発明が限定されないことは勿論であり、頭付きボルトや、ねじ釘や、ビス等、あらゆる形態のねじにおけるねじ軸部に実施可能であることを諒解されたい。

【0018】

（基本的構成）
図１に示すように、ねじ軸部１は、ねじ込み方向Ｆ１に関して、先行側の領域１Ａと、後行側の領域１Ｂを備えており、先行側の領域１Ａには螺旋条２ａが設けられ、後行側の領域１Ｂにはタップ用雄ねじ２ｂが設けられており、タップ用雄ねじ２ｂにより、タッピンねじとして機能するように構成されている。

【0019】

図２に示すように、タッピンねじは、ねじ軸部１を矢印Ｒで示す正転方向に回転させながら、ワーク３の下穴３ａにねじ込むことにより使用される。尚、下穴３ａの内径をＤＷで示している。

【0020】

ワーク３は、例えば、建築材や構築材に関して、アルミニウムや合成樹脂等の塑性変形能力の高い素材により形成されていることが好ましく、このような素材のワーク３に本発明のタッピンねじを使用したとき、緩み止めないし戻り止めに関する本発明の効果が最も発揮される。しかしながら、塑性変形能力が比較的低い素材により形成されたワーク３でも、素材の塑性変形が可能であれば、本発明の効果は失われない。

【0021】

図２（Ａ）に示すように、ねじ軸部１は、先ず、螺旋条２ａを設けた先行側の領域１Ａが下穴３ａに挿入され、螺旋条２ａが下穴３ａの内周面に近接状態で回転することにより、下穴３ａの軸方向に前進させられる。

【0022】

このように、螺旋条２ａは、ねじ軸部１のガイドとして機能し、先行側の領域１Ａを下穴３ａに対して同心姿勢となるように軸心を位置決めすると共に、下穴３ａの内周面に接することにより進入方向のスラスト力を発生する。

【0023】

引き続き、図２（Ｂ）に示すように、ねじ軸部１のタップ用雄ねじ２ｂを設けた後行側の領域１Ｂが下穴３ａにねじ込まれ、タップ用雄ねじ２ｂが下穴３ａの内周面をタッピングしながら該下穴３ａの軸方向に前進させられる。この点に関する作用の詳細については後述する。

【0024】

（製造方法と螺旋条及び雄ねじの構成）
本発明に係るタッピンねじの製造方法に関して、図３は、ねじ軸部１に螺旋条２ａとタップ用雄ねじ２ｂを転造する方法を示しており、図４は、転造された螺旋条２ａとタップ用雄ねじ２ｂの断面形状を示している。

【0025】

（第１転造工程）
図３（Ａ）に示すように、ねじ軸部１は、一対の第１転造ダイス４ａ、４ａの間に挟まれた状態で該ダイスの表面に沿って回転させられ、ダイスに形成されたねじ加工溝（図示省略）により、ねじ軸部１の外周面に、先行側の領域１Ａと後行側の領域１Ｂの両領域に連続して延びる１本の螺糸から成る雄ねじ２が転造される（第１転造工程）。

【0026】

第１転造工程により転造された雄ねじ２は、図４（Ａ）に示すように、軸方向の全長にわたり山径Ｄ１と谷径Ｄ２が不変とされ、同一ピッチＰで連続する螺糸を形成する。

【0027】

（第２転造工程）
引き続いて、ねじ軸部１は、図３（Ｂ）に示すように、先行側の領域１Ａが一対の第２転造ダイス４ｂ、４ｂの間に挟まれた状態で該ダイスの表面に沿って回転させられ、ダイスに形成された平坦面を圧接することにより、先行側の領域１Ａにおける雄ねじ２のねじ山を縮径方向に圧縮して塑性変形させ、これにより螺旋条２ａが形成される（第２転造工程）。

【0028】

２種類の転造ダイス４ａ、４ｂは、別個独立に構成したものを使用して良いが、ねじ加工溝を設けた第１転造ダイス４ａから連続して平坦面を設けた転造ダイス４ｂを延設した装置を使用することにより、連続する一連のローリング工程により第１転造工程と第２転造工程を実行するように構成することが好ましい。

【0029】

これにより、図４（Ｂ）に示すように、第１転造工程で形成された雄ねじ２のうち、先行側の領域１Ａにおける雄ねじ２は、縮径されることにより、頂面に平坦面５を有する螺旋条２ａとなるように変形加工される。

【0030】

これに対して、第１転造工程で形成された雄ねじ２のうち、後行側の領域１Ｂにおける雄ねじ２は、そのままの状態で加工されることなく、上述したタップ用雄ねじ２ｂとして供される。この際、タップ用雄ねじ２ｂは、ねじ山の頂端に鋭利な切削刃は形成しておらず、断面ほぼ台形の歯部６を形成している。

【0031】

ところで、後行側の領域１Ｂにおけるタップ用雄ねじ２ｂは、雄ねじ２について上述したとおり、山径Ｄ１と谷径Ｄ２を有して同一ピッチＰで連続する螺糸を形成している。これに対して、螺旋条２ａは、平坦面５により山径Ｄ３が規定され、該山径Ｄ３は、Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２に形成されており、しかも、上記の下穴３ａの内径ＤＷよりも若干小さくなるように形成され、ＤＷ＞Ｄ３とされている。

【0032】

そして、前記山径Ｄ３に対応する部位におけるねじ軸１の軸方向の厚さに関して、タップ用雄ねじ２ｂのねじ山の断面の厚さＴ１と螺旋条２ａの平坦面５の厚さＴ２は、Ｔ２＞Ｔ１に形成されている。

【0033】

（タッピンねじの作用）
図２に基づいて上述したように、ワーク３の下穴３ａに対して、ねじ軸部１を正転方向に回転させながらねじ込むと、先ず、螺旋条２ａを設けた先行側の領域１Ａが挿入された後、引き続いて、タップ用雄ねじ２ｂを設けた後行側の領域１Ｂが下穴３ａに進入し、下穴３ａの内周面をタッピングしながら前進する。

【0034】

図５（Ａ）及び図６に示すように、タップ用雄ねじ２ｂは、鋭利な刃ではなく、鈍い台形の歯部６により下穴３ａの内周面をタッピングするので、ワーク３の素材を主として塑性変形させながら雌ねじ７を形成する。つまり、本発明におけるタップ用雄ねじ２ｂによるタッピングは、素材の切削を伴うものでも良いが、切削だけでねじ切りを行うのではなく、ねじ込みに要するスラスト力を過大にしない範囲で、できるだけ素材の塑性変形を促進させるように構成されている。

【0035】

このため、ワーク３の素材は、歯部６の食い込みを受けることにより、雌ねじ７の両側からタップ用雄ねじ２ｂの谷部に向けて塑性変形され、その結果、下穴３ａの内周面から盛り上がる隆起部８が形成される。

【0036】

そこで、図５（Ｂ）に示すように、隆起部８の内径Ｄ４は、螺旋条５ａの山径Ｄ３よりも小さい、つまり、Ｄ３＞Ｄ４となるように形成される。そして、雌ねじ７の両側に形成された一対の隆起部８、８を包含する厚さ方向の寸法Ｔ３は、上述のタップ用雄ねじ２ｂのねじ山の断面の厚さＴ１よりも大きく、螺旋条２ａの平坦面５の厚さＴ２よりも小さい。つまり、Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１に形成されている。

【0037】

上記の結果、下穴３ａにねじ込まれたねじ軸部１は、その後、逆転等により戻り方向Ｆ２の外力を受けたとき、図７に示すように、螺旋条２ａが隆起部８に対向して接する関係となるように構成されている。

【0038】

このため、ねじ軸部１は、螺旋条２ａが順次ねじピッチＰ毎に形成された隆起部８を圧潰しながら雌ねじ７に沿って回転されない限り、戻り方向Ｆ２に移動することはない。つまり、緩み止めないし戻り止めされた状態が保持されている。

【0039】

本出願人において図示実施形態のタッピンねじに関して、第１転造工程だけを経て試作した比較品（図３（Ａ）に示すもの）と、第１転造工程及び第２転造工程を経て試作した本発明品について、それそれアルミニウム製のワークに設けた下穴にねじ込んだ後、戻しトルクを測定することにより比較実験を行ったところ、比較品の戻しトルクが６．７７Ｎ・ｍであるのに対して、本発明品の戻しトルクは１５．５０Ｎ・ｍであり、極めて良好な緩み止めないし戻り止めの効果が確認された。

【符号の説明】

【0040】

１ ねじ軸部
１Ａ 先行側の領域
１Ｂ 後行側の領域
２ 雄ねじ
２ａ 螺旋条
２ｂ タップ用雄ねじ
３ ワーク
３ａ 下穴
４ａ、４ｂ 転造ダイス
５ 平坦面
６ 歯部
７ 雌ねじ
８ 隆起部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】