JP2018187674A - 自穿孔ねじの転造ダイス - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ込みが円滑に行えると共に、木質部材の割れ発生を効果的に防ぐことができる自穿孔ねじの転造ダイスを提供する。
【解決手段】一端に尖り先端と他端に頭部を有する軸部のねじ山を設けた部分に、ねじ山を分断してねじ山の谷部に達する深さの切削溝が形成された自穿孔ねじを転造するためのダイス１１であって、固定ダイス１１ａにおけるねじ山加工面１２の後端側の位置に前記切削溝の溝成形部１４を設け、この溝成形部１４を、ねじ材料の転がり方向に沿って配置された溝加工部分１５と、前記溝加工部分１５に対してねじ材料の頭部４側の位置に並列配置され、溝加工部分１５における溝加工面１５ａに対して凹入する逃がし溝１６によって形成した。
【選択図】図２

Description

この発明は、軸部の一端に尖り先端と他端に頭部を有し、この軸部の外周面に尖り先端から頭部側に向けてねじ山が設けられ、前記軸部におけるねじ山を設けた部分の途中に、ねじ山を分断してねじ山の谷部に達する深さの切削溝が形成された自穿孔ねじの転造ダイスに関する。

例えば、木質部材の締結に用いるねじにおいて、一端を尖り先端とした軸部の外周面に、尖り先端から頭部側に向けてねじ山を設け、この軸部の先端側又は途中の位置に、木質部材を削る切刃溝やねじ山を分断する切削溝を形成し、前記尖り先端の侵入性と切刃溝や切削溝の切削作用により、ねじ込みが円滑に行えると共に木質部材の割れ発生を防ぐことができる自穿孔ねじが知られている。

また、上記のような尖り先端の自穿孔ねじに対して軸部の先端を平坦面にした自穿孔ねじも提案されているが、このような自穿孔ねじをねじ込む場合は、木質部材に予め下孔を穿孔しなければならないという不便があり、これに対して、尖り先端を有する自穿孔ねじは、木質部材に直接ねじ込むことができ、締結時の作業性に優れているので多用されている。

上記のような自穿孔ねじの製造は、量産性の点からダイスを用いた転造によるのが一般的であるが、この自穿孔ねじにおける切刃溝や切削溝を形成する方法には、ねじ本体の転造後に行う切削加工とねじ本体の転造工程時に同時に行う転造形成があり、前者の切削加工は、切削加工設備が別に必要になると共に、工程数の増加により加工時間が余分にかかり、製品のコストアップになり、このため、切削加工の問題点を解決できる後者の転造形成が主流になっている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１と２は、軸部の先端が平坦面となり、その軸部の先端部周囲に複数の切刃溝を有する自穿孔ねじを製造するための転造ダイスであり、ダイスは固定ダイスと移動ダイスの組み合わせからなり、何れか一方のダイスにおけるねじ山加工面の途中で下半部の位置に前記切刃溝の成形部を設けた構造を有している。

上記ダイスで自穿孔ねじを転造すると、両ダイスのねじ山加工面でねじ材料の軸部にねじ山を形成し、その途中で成形部がねじ山を分断して軸部の谷底に達する深さで切刃溝を加工するものであり、この成形部は、溝加工面を形成する溝形成突起が上下方向に傾斜角度をもち、前記溝形成突起の頂部がダイスにおけるねじ山加工面から突出するように、ダイスに設けた切り欠きに納まるよう固定されている。

特許文献３は、軸部の一端が尖り先端となり、前記軸部の途中にねじ山を分断する切削溝を有する自穿孔ねじを製造するための転造ダイスであり、ダイスは固定ダイスと移動ダイスの組み合わせからなり、何れか一方のダイスにおけるねじ山加工面の後端側の位置に、前記切削溝の成形部をねじ材料の転がり方向に沿って設けた構造になっている。

上記ダイスで自穿孔ねじを転造すると、両ダイスのねじ山加工面でねじ材料の軸部にねじ山を形成し、その終わりの工程で成形部がねじ山を分断する切削溝を加工するものであり、前記成形部は、ダイス本体に一体に設けられ、又は、ダイスに形成した切り欠きに嵌め込み固定され、切削溝加工面を形成する切削溝形成突起が上下方向に垂直となり、この切削溝形成突起の頂部がダイスにおけるねじ山加工面から突出している。

ところで、上記自穿孔ねじの転造において、ねじ本体に対するねじ山と共に切刃溝や切削溝を転造する場合、ねじ本体の軸部に対して、切刃溝や切削溝を形成したい部分を溝形成突起や切削溝形成突起で押し込んで形成することになり、押し込まれた部分はねじ材料が押し込まれて潰れるので、当該部分のねじ材料は軸部の上下軸方向に流れることで、軸部を形成する材料の一部になる。

特開昭５９−１２６１０７号公報 特開平６−２７７７７８号公報 実開平１−１４３６４６号公報

ところで、特許文献１と２のような、軸部の先端が平坦面に形成され、その軸部の先端部周囲に複数の切刃溝を有する自穿孔ねじを製造する転造ダイスにおいては、軸部の先端に平坦面を確保するため、一対のダイスの対向させたねじ山加工面は下部を広く解放させ、軸部先端の絞り量を少なくして閉じ込めないような構造になっている。

このため、軸部に対して切刃溝を転造した場合、切刃溝を形成する部分の押し込まれたねじ材料は、軸部の上下軸方向に流れることになるが、軸部の先端側においては、ダイスによる閉じ込めがないので、押し込まれたねじ材料の軸部先端側に向けての流れがスムースとなり、このため、軸部先端側のねじ材料の流れ込みによって生じる拡径力を先端側へ逃がすことができ、切刃溝の転造時にダイスに過剰な負荷を掛けることがなく、従って、ダイスの耐久性を維持して割れが生じるのを防ぎ、ねじ山の谷底よりも深い切刃溝を有する自穿孔ねじを製造できることになる。

これに対して、軸部の一端が尖り先端となる自穿孔ねじの転造ダイスにおいては、砲弾形の尖り先端を成形するため、一対のダイスは、その対向させたねじ山加工面の下部が、互いに僅かな隙間を介して近接する接近面の構造に形成され、実質的に軸部の先端側を閉じ込めて先端へ向けてのねじ材料の流れを阻止して転造するようになっている。

このような構造のダイスで、軸部の尖り先端に近い位置にねじ山の谷底よりも深い切削溝を加工した場合、切削溝に該当する部分の押し込まれたねじ材料は、切削溝の上部と下部に流れることになるが、上記のように、転造されたねじ本体における軸部の尖り先端側は、軸方向先端側へ延びないようにダイスで閉じ込められているので、押し込まれたねじ材料の切削溝より下部は、軸部の先端へ向けての流れが困難となって逃げ場を失い、このため、切削溝より下部のねじ材料は軸部上方へ流れようとする。

また、上記切削溝より上部のねじ材料は軸部の頭部側に流れるが、軸部の切削溝より上部はダイスに挟まれて軸部とねじ山が加工されて転圧されているので、切削溝より下部に流れんとするねじ材料を切削溝より上部側に吸収することが困難であり、このため、ダイスの下部で尖り先端を成形する部分においては、先端側に流れようとするねじ材料によって尖り先端が過度に拡径しようとし、これによってダイスの下部に過剰な押し広げ力が加わり、これが原因で、ダイスに割れが生じたり、割れない場合でも尖り先端近傍の成形が不良になる。

更に、ダイスの対向させたねじ山加工面の上部は開状態になっているので、切削溝から頭部側への材料の逃げは許容され、特にダイスに過剰な力を加えることにはならないが、先端側に流れようとしたねじ材料が頭部側への逃げに加わることにした場合は、ねじ全長の仕上がり寸法が大きく狂ってしまうという問題があり、このため、尖り先端を有する自穿孔ねじのダイスを用いた転造において、切削溝を同時に形成する場合、ねじ材料の軸部への流れ量発生をできるだけ抑える必要があり、従って、従来は刊行物３のように、ねじ山にこのねじ山を分断するように、谷底よりも浅い切削溝を設けた尖り先端を有する自穿孔ねじしか製造できなかった。

ちなみに、上記したような、ねじ山に谷底よりも浅い切削溝を設けた自穿孔ねじは、単にねじ山の途中を分断しただけのものであるため、ねじ山の断面形状に見合う切削機能しかなく、ねじ込み時にねじ山の螺進軌跡の部分だけを削るだけであり、しかも、発生した切削屑の逃がし機能がないため、切削屑が木質部材と軸部の間に食い込むことでねじ込みに対する抵抗要素となり、ねじ込みを円滑にさせたり、木質部材の割れ発生を防ぐための目的を十分に達成することができないものである。

そこで、この発明の課題は、軸部に谷部よりも深い切削溝を有し、ねじ込み時の切削効率の向上と切削屑の処理が有効に行え、ねじ込みの円滑化と木質部材の割れ発生防止を十分に達成できる尖り先端を有する自穿孔ねじを、転造によって製造することができる転造ダイスを提供することにある。

上記のような課題を解決するため、請求項１の発明は、一端に尖り先端と他端に頭部を有する軸部の外周面に尖り先端から頭部側に向けてねじ山が設けられ、前記軸部におけるねじ山を設けた部分の途中に、ねじ山を分断してねじ山の谷部に達する深さの切削溝が形成された自穿孔ねじを転造するためのダイスであって、前記ダイスは固定ダイスと移動ダイスの組み合わせからなり、何れか一方のダイスにおけるねじ山加工面の後端側の位置に前記切削溝の成形部を設け、この成形部が、ねじ材料の転がり方向に沿って配置された溝加工部分と、前記溝加工部分に対してねじ材料の頭部側の位置に並列配置され、溝加工部分における溝加工面に対して凹入する逃がし溝によって形成されているようにしたものである。

請求項２の発明は、上記成形部は、上記溝加工部分をダイスの上部と下部の位置に設け、下部溝加工部分と上部溝加工部分がその間に設けた逃がし溝を挟んで上下に分断された配置になっているようにしたものである。

請求項３の発明は、上記成形部の溝加工部分は、溝加工面を形成する溝形成突起の頂部がダイスにおけるねじ山加工面から突出する高さを有しているようにしたものである。

請求項４の発明は、上記溝加工部分の溝加工面は、ねじ材料の転がり方向に対して上流側から下流側に沿って、上り傾斜部と中間平坦部及び下り傾斜部に形成され、前記上り傾斜部は１〜２．５°の範囲に設定され、下り傾斜部は２〜４°の範囲に設定したものである。

請求項５の発明は、上記溝加工部分の溝加工面におけるねじ材料の転がり方向に沿う長さが、下り傾斜部の長さを1とした場合、上り傾斜部を１．５〜２倍の長さに、中間平坦部を２．４〜３倍の長さに設定したものである。

請求項６の発明は、上記逃がし溝のねじ材料の軸方向に沿う幅が、転造する自穿孔ねじにおけるねじ山の１ピッチ以上３ピッチ未満に設定されているようにしたものである。

請求項７の発明は、上記溝加工部分と逃がし溝は、ダイスに対してねじ材料の転がり方向の後半から最終工程の直前までの間に配置され、この逃がし溝の後端とダイスのねじ山加工面の後端との間に、仕上げ用ねじ山加工面を設けたものである。

ここで、上記固定ダイスと移動ダイスは、それぞれのねじ山加工面が自穿孔ねじの軸部を加工することができる間隔で対向するように配置され、両ねじ山加工面のねじ材料の先端側に該当する下部は、尖り先端を成形することができるように互いに接近する形状となり、このねじ山加工面は、谷部を所定の径に仕上げてねじ山を形成するための突起部と谷溝が交互に並列する状態で設けられ、前記突起部と谷溝はねじ材料の転がり方向に所定の傾斜角度になっている。

上記溝加工部分の溝加工面は、ダイスの突起部よりも急な角度で傾斜する溝形成突起と谷溝をねじ材料の転がり方向に沿って交互に並設して形成され、この溝加工部分と逃がし溝は、ねじ材料の転がり方向に沿って軸部が数回転する長さを有し、これら溝加工部分と逃がし溝が一体に形成されて角形のブロックとなり、一方ダイスにおけるねじ山加工面で転造方向の後端側に設けた凹欠部又は角孔に納まるように固定配置され、溝加工部分がねじ材料に対してねじ山形成の後半を過ぎて最終工程の直前までの間で、ねじ山を分断してねじ山の谷部に達して凹入する深さの切削溝を形成することになる。

この発明によると、尖り先端を有する自穿孔ねじを転造するためのダイスにおいて、ダイスにおけるねじ山加工面の後端側の位置に切削溝の成形部を設け、この成形部を溝加工部分と、前記溝加工部分に対して転造するねじの頭部側の位置に設けた逃がし溝によって形成したので、ねじ材料の軸部で尖り先端側の位置に溝加工部分でねじ山の谷部に達する深さの切削溝を加工した場合、軸部に対して前記切削溝の頭部側の位置が逃がし溝になっているので、溝形成時に逃がし溝によって軸部に対する押し込み圧の加わらない部分を確保でき、押し込まれたねじ材料がこの部分に流れることができるので、尖り先端側への材料の流れを抑え、両ダイスの尖り先端を形成する部分に過度な圧力を掛けることがなくなり、ダイスの割れの発生や尖り先端の成形不良の発生を防ぐことができ、尖り先端の近くにねじ山を分断してこのねじ山の谷部に達して凹入する深さの切削溝を有する自穿孔ねじの転造が可能になる。

また、ねじ山の谷部に達して凹入する深さの切削溝を加工しても、押し潰された材料の流れを軸部の逃がし溝によって転圧の加わらない部分に効率よく止めることができ、これにより、ねじの軸部全長に対する寸法狂いの発生を抑え、長さ精度の優れた尖り先端を有する自穿孔ねじを転造することができる。

更に、逃がし溝の後端とダイスのねじ山加工面の後端との間に、仕上げ用ねじ山加工面を設けたことにより、逃がし溝によって転圧の加わらない部分にねじ材料が流れても、逃がし溝に該当する部分のねじ山と谷径を前記加工面で最終的に修正することができ、各部の寸法精度が向上して品質の優れた尖り先端を有する自穿孔ねじを転造することができる。

（ａ）はこの発明に係るダイスで製造した尖り先端を有する自穿孔ねじの正面図、（ｂ）は（ａ）の矢印ｂ−ｂでの拡大横断面図 （ａ）はこの発明に係るダイスの一方ダイスを示す正面図、（ｂ）は（ａ）の矢印ｂ−ｂでの拡大縦断側面図、（ｃ）は（ａ）の矢印ｃ−ｃでの拡大した横断面図

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、この発明の転造ダイスで製造せんとする尖り先端を有する自穿孔ねじ１の一例を示し、所定の長さと直径を有する軸部２が一端に円錐形や砲弾型の尖り先端３と他端に頭部４を有し、前記軸部２の外周面で尖り先端３から頭部４側の途中の範囲にねじ山５が設けられ、ねじ山５と頭部４の間がねじ山５の最大外径よりも少し小径の無ねじ部７となり、前記軸部２におけるねじ山５を設けた部分の途中で、前記尖り先端３に近接する位置とこの位置から頭部４側へねじ山の数ピッチ離れた位置の二カ所に、ねじ山５の途中を分断して谷部５ａに達して凹入する深さの切削溝６が形成されている。

図示の場合、自穿孔ねじ１のねじ山５は、大径ねじ山と小径ねじ山の二条ねじとし、尖り先端３から頭部４側の途中の範囲に設けると共に、尖り先端３の部分では先端に向けて高さが漸減するものを示したが、ねじ山５を一条ねじにしたものであってもよい。

上記した切削溝６は、軸部２の軸方向に沿う長さがねじ山の１ピッチ以上で３ピッチ以下に設定され、また、長さ方向は軸部２の軸方向に対し、頭部４側の端部がねじ山５のねじ込み回転方向に対してねじ込み回転の後方に位置するような１〜２５°の範囲の角度で傾斜し、更に、谷部５ａに対する凹入深さは０．２〜０．３ｍｍ程度に設定され、この切削溝６は軸部２の周方向に対して三又は四カ所の位置にそれぞれ等間隔で配置されている。

このような切削溝６の長さと傾斜角度、深さ及び周方向の配置数の設定は、自穿孔ねじ１で木質部材の締結を行う場合に、ねじ込み時の切削効率の向上と切削屑の処理が有効に得られる条件から導き出された好ましい一例である。

図２は、上記自穿孔ねじ１を転造するするためのダイス１１を示し、このダイス１１はねじ材料の転造方向に長い長方形となる固定ダイス１１ａと移動ダイス１１ｂの組み合わせからなり、ねじの軸部２を転圧する間隔を設けて対向させる両者のねじ山加工面１２は、それぞれねじ山５と谷部５ａを形成する突起部１２ａと谷溝１２ｂが交互に並列する状態で設けられ、前記突起部１２ａは、谷部５ａを成形するための頂部が平坦な台形状の断面形状を有し、隣接するこの突起部１２ａ間がねじ山５を成形するＶ字状の谷溝１２ｂとなり、突起部１２ａと谷溝１２ｂはねじ材料の転がり方向に沿って下がる所定の傾斜角度になっている。

また、固定ダイス１１ａと移動ダイス１１ｂにおいて、ねじ山加工面１２の下部位置は、図２（ｂ）のように、自穿孔ねじ１の尖り先端３を形成するため、長さ方向の全長に沿って相手ダイス側に隆起し、固定ダイス１１ａと移動ダイス１１ｂのねじ山加工面１２間を近接させるための接近部１３となり、前記ねじ山加工面１２の下部は、突起部１２ａと谷溝１２ｂの下端が接近部１３に弧状となって移行し、軸部２の先端に尖り先端３とその外周面にねじ山５が加工できるようになっている。

一方のダイス、図示の場合は固定ダイス１１ａには、ねじ山加工面１２の後端側の位置に切削溝６の溝成形部１４が設けられ、ねじ材料に対するねじ山形成の後半から終段工程の直前の間で、ねじ山５を分断して谷部５ａに達して凹入する深さの切削溝６を形成するようになっている。

上記溝成形部１４は、ねじ山加工面１２のねじ材料の転がり方向に沿って、軸部２に対する尖り先端３に近い位置に配置された溝加工部分１５と、前記溝加工部分１５に対してねじ材料の頭部４側の位置に並列配置され、溝加工部分１５における溝加工面１５ａに対して凹入する逃がし溝１６と、この逃がし溝１６に対してねじ材料の頭部４側の位置に配置された上部の溝加工部分１７とで形成され、下部の溝加工部分１５と上部の溝加工部分１７が逃がし溝１６を挟んでねじ材料の軸方向に分断された配置になっている。

上記溝加工部分１５と１７及びその間の逃がし溝１６は、同一材料から一体に形成されて全体が角形のブロック状になり、固定ダイス１１ａに対してその後部に設けた凹欠部又は角孔１８内に収まる状態で固定化され、前記凹欠部又は角孔１８は、後端側に固定ダイス１１ａの一部を残すことで、該固定ダイス１１ａの強度低下の発生を抑えることになる。

上記溝成形部１４における溝加工部分１５と１７の溝形成突起１９は、上記突起部１２ａと同じような断面が台形状や頂部が円弧の山形となり、固定ダイス１１ａの上下方向に対して傾斜し、この溝形成突起１９の頂部が固定ダイス１１ａにおけるねじ山加工面１２から突出する高さを有し、この突出高さが切削溝６の谷部５ａに対する深さを決定することになる。

図２（ｃ）のように、上記溝加工面１５ａ、１７ａは、ねじ材料の転がり方向に対して上流側から下流側に沿って、上り傾斜部ａと中間平坦部ｂ及び下り傾斜部ｃに形成され、前記上り傾斜部ａは１〜２．５°の範囲に、中間平坦部ｂはねじ材料の転がり方向と平行に、下り傾斜部ｃは２〜４°の範囲にそれぞれ設定され、上り傾斜部ａの始端と下り傾斜部ｃの後端が固定ダイス１１ａにおけるねじ山加工面１２に一致している。

更に、溝加工面１５ａ、１７ａにおけるねじ材料の転がり方向に沿う長さが、下り傾斜部ｃの長さを1とした場合、上り傾斜部ａが１．５〜２倍の長さに、中間平坦部ｂが２．４〜３倍の長さに設定されている。

このような上流側から下流側への条件を設定することにより、溝形成突起１９による切削溝６の形成時におけるねじ材料の押し込みの衝撃発生を緩和し、溝成形部１４と固定ダイス１１ａに対する負荷の発生を和らげることができる。

また、上記逃がし溝１６のねじ材料の軸方向に沿う幅は、転造する自穿孔ねじ１におけるねじ山５の１ピッチ以上３ピッチ未満に設定されていると共に、逃がし溝１６の表面高さは固定ダイス１１ａのねじ山加工面１２における谷溝１２ｂと同一かそれよりも低くなるように設定され、ねじ材料の軸部が溝成形部１４を通過するとき、ダイス１１のねじ山加工面１２で形成されてきたねじ山５を変形もしくは損傷させないと共に、前記軸部２の逃がし溝１６に臨む部分にダイス１１の転造圧を掛けないようにし、溝形成突起１９が軸部２に食い込んだとき、軸部２の逃がし溝１６に臨む部分にねじ材料の流れを容易にし、尖り先端３へのねじ材料の流れ量を低減することで、両ダイス１１ａと１１ｂの尖り先端３を成形する部分に対して過度な圧力を掛けないようにし、ダイス１１ａと１１ｂの耐久性の向上及び割れの発生や尖り先端３の成形不良の発生を防ぐことになる。

図示の場合、自穿孔ねじ１は、尖り先端３側の位置と頭部４側にねじ山の１〜３ピッチ離れた位置に切削溝６を形成したものを示し、この自穿孔ねじ１を転造するダイス１１は、その溝成形部１４が、溝加工部分１５と１７が逃がし溝１６を挟んでねじ材料の軸方向に分断されて配置されている例を示したが、自穿孔ねじ１は、尖り先端３に近い１カ所の位置にのみ切削溝６を形成したものであってもよく、このような自穿孔ねじ１を転造する場合のダイスに設ける溝成形部１４は、図２（ａ）における上部の溝加工部分１７を省き、下部の溝加工部分１５と逃がし溝１６からなる構造とすればよく、下部の溝加工部分１５に対して逃がし溝１６は、ねじ材料の軸部２に対して切削溝６が加工される部分の頭部４側に位置し、軸部２の当該部分にダイス１１の転造圧を掛けないようにするので、上記したと同じように、尖り先端３でかつ谷部５ａに凹入する深さの切削溝６を有する自穿孔ねじ１のダイス１１による転造が可能である。

上記溝加工部分１５と１７と逃がし溝１６は、ダイス１１のねじ山加工面１２に対して、ねじ材料の転がり方向の後半から最終工程の直前までの間に配置し、この逃がし溝１６の後端とダイス１１のねじ山加工面１２の後端との間に、仕上げ用ねじ山加工面２０を設け、この仕上げ用ねじ山加工面２０は、ねじ山加工面１２の突起部１２ａと谷溝１２ｂが延長状の配置で残り、ねじ材料の軸部２で逃がし溝１６を通過した部分の谷部５ａとねじ山５を修正して仕上げることになる。

この発明のダイス１１は、上記のような構成であり、移動ダイス１１ｂが退動位置にある状態で、固定ダイス１１ａと移動ダイス１１ｂの間に、予め頭部４が加工されているねじ材料を供給し、移動ダイス１１ｂを前進位置に移動させると、両ダイス１１ａと１１ｂで挟まれたねじ材料の軸部２は、転がりながら両ダイス１１ａと１１ｂのねじ山加工面１２で転圧を受け、谷部５ａが絞られて材料の一部が谷溝１２ｂに流れることでねじ山５が形成され、これと共に軸部２の先端側がねじ山加工面１２の下部で絞られ、尖り先端３が形成されていく。なお、転造工程の途中でねじ材料に形成されていく、軸部、ねじ山、切削溝等に対しては、完成した自穿孔ねじ１の該当部位と同じ符号を付して説明する。

ねじ材料に対するねじ山５の加工が後半に近くなると、ねじ材料の軸部２は転がりながら溝成形部１４に進入し、固定ダイス１１ａの後端へ移動する間に、下部の溝加工部分１５と上部の溝加工部分１７の溝加工面１５ａ、１７ａを形成する溝形成突起１９が軸部２に食い込んで押し潰し、ねじ山５の途中を分断すると共に谷部５ａよりも深い切削溝６を形成することになる。

上記溝加工部分１５と１７は、溝加工面１５ａ、１７ａを形成する溝形成突起１９の頂部が固定ダイス１１ａにおけるねじ山加工面１２から突出する高さを有し、この溝加工面１５ａ、１７ａは、ねじ材料の転がり方向に対して上流側から下流側に沿って、上り傾斜部ａと中間平坦部ｂ及び下り傾斜部ｃに形成されているので、上り傾斜部ａによって溝加工面１５ａ、１７ａへのねじ山５の食い込み開始時の衝撃発生を和らげながらねじ山５を分断し、次に、中間平坦部ｂがねじ山５の分断した部分に谷部５ａよりも深い切削溝６を形成し、最後に下り傾斜部ｃで切削溝６から溝形成突起１９を離反させていくことで、切削溝６を円滑に精度良く形成していく。

上記のように、溝成形部１４による軸部２への切削溝６の成型時に、軸部２は溝成形部１４の上下が両ダイス１１ａ、１１ｂで転圧されて尖り先端３とねじ山５の形成が続いており、このような状態で、上記のように、溝加工部分１５と上部溝加工部分１７の溝形成突起１９が軸部２に食い込むと、ねじ材料の押し込まれた部分が軸方向にながれることになる。

このとき、溝成形部１４は、溝加工部分１５と１７の間に逃がし溝１６が設けてあるので、軸部２に対して切削溝６を形成する位置に隣接して両ダイス１１ａ、１１ｂで転圧されていない部分が生じ、従って、押し込まれたねじ材料は軸部２の前記逃がし溝１６に臨む部分への流れが容易となり、これにより、溝成形部１４による切削溝６の形成においては、ねじ材料の軸部２の尖り先端３側への流れ量を低減でき、これにより、尖り先端３の成形工程において両ダイス１１ａ、１１ｂに過度な圧力を掛けることがなくなり、両ダイス１１ａ、１１ｂの割れの発生や尖り先端３の成形不良の発生を防ぐことができる。

また、上部の溝加工部分１７による軸部２の途中への切削溝６の形成においては、切削溝６より頭部４側が両ダイス１１ａ、１１ｂによって転圧されているので、軸部２の逃がし溝１６に臨む部分へのねじ材料の流れが容易となって、ねじ材料の軸部２の頭部４側への逃げ量を低減でき、従って、軸部２の長さ寸法の変動発生を抑えることができる。

更に、ダイス１１によるねじ山５の成形における転造工程の後半では、固定ダイス１１ａに設けた溝成形部１４により、切削溝６とその間に位置する逃がし溝１６に臨む部分に対するねじ山５の成形が移動ダイス１１ｂだけとなってしまうが、軸部２の逃がし溝１６に臨む部分に材料を逃がして多くすることにより、逃がし溝１６に臨む部分におけるねじ山５を他の部分と略同じ高さに形成することができる。

また、溝成形部１４による切削溝６の形成において、溝加工部分１５と１７で谷部５ａに凹入する深さに加工する場合、固定ダイス１１ａのねじ山加工面１２に対して溝加工部分１５と１７の溝加工面１５ａ、１７ａが高くなり、そのため、ねじ山５が溝加工部分１５と１７に進入したとき、溝成形部１４に大きな負荷が掛かるという危惧がある。

これに対し、この発明においては、溝加工部分１５と１７の溝加工面１５ａ、１７ａは、ねじ材料の転がり方向に対して上流側から下流側に沿って、上り傾斜部ａと中間平坦部ｂ及び下り傾斜部ｃによって台形とすることで、上り傾斜部ａにより軸部２の進入時における衝撃の発生を緩和し、溝成形部１４の割れ等の発生を低減することができると共に、ねじ山５が溝成形部１４から離れる際は、下り傾斜部ｃになっているので、ねじ山５がダイス１１に噛み込むのを防止することができる。

更に、逃がし溝１６の後端とダイス１１ａのねじ山加工面１２の後端との間に設けた仕上げ用ねじ山加工面２０が、逃がし溝１６によって転圧の加わらない部分にねじ材料が流れても、逃がし溝１６に該当する部分のねじ山５と谷部５ａの径を前記加工面２０で最終的に修正することができる。

上記した固定ダイス１１ａの後端側から排出される完成した自穿孔ねじ１は、図１に示したように、軸部２の一端に尖り先端３と他端に頭部４を有し、軸部２の外周面でねじ山５を設けた部分の尖り先端３寄りの位置と、この位置から頭部４側にねじ山の数ピッチ離れた位置の二カ所に、ねじ山５の途中を分断して谷部５ａに達する深さの切削溝６が形成された構造を有している。

このような自穿孔ねじ１は、尖り先端３により、ねじ込み位置の精度及びねじ込み初期の螺進性が向上し、また、ねじ山５の途中に設けた切削溝６が、ねじ山５を分断して谷部５ａに凹入する深さになっているので、ねじ山５を分断する部分のねじ込み回転の後方縁が刃先となって、木質部材へのねじ込み時にねじ山５の螺進部分を切削すると共に、谷部５ａに凹入する部分のねじ込み回転の後方縁が刃先となり、軸部２の進入部分を切削するので、切削量の増大化を図ることができ、しかも、切削溝６は切削屑を収納することになり、木質部材と自穿孔ねじ１間への切削屑の食い込みによるねじ込み抵抗の増大発生を抑えることができる。

更に、切削溝６の長さ方向は、軸部２の軸方向に対して傾斜していると共に、その長さはねじ山５の１ピッチ以上で３ピッチ以下に設定されており、長さが１ピッチ以下だと十分な量の切削屑を収納することができず、また、長さが３ピッチ以上だと、軸部２の逃がし溝１６に臨む部分への材料の逃げ量が少なくなり、当該部分の中央付近におけるねじ山５の高さが低くなるという問題か生じるのを防ぐことができる。

上記のように、この発明のダイス１１で製造した自穿孔ねじ１は、尖り先端３と、軸部２にねじ山５を分断して谷部５ａに達して凹入する深さに設けた切削溝６の相乗効果によって、ねじ込みが円滑に行えると共に木質部材の割れ発生を効果的に防ぐことができることになる。

１ 自穿孔ねじ
２ 軸部
３ 尖り先端
４ 頭部
５ ねじ山
５ａ 谷部
６ 切削溝
７ 無ねじ部
１１ ダイス
１１ａ 固定ダイス
１１ｂ 移動ダイス
１２ ねじ山加工面
１２ａ 突起部
１２ｂ 谷溝
１３ 接近部
１４ 溝成形部
１５ 下部の溝加工部分
１６ 逃がし溝
１７ 上部の溝加工部分
１８ 角孔
１９ 溝形成突起
２０ 仕上げ用ねじ山加工面
ａ 上り傾斜部
ｂ 中間平坦部
ｃ 下り傾斜部

Claims (7)

1. 一端に尖り先端と他端に頭部を有する軸部の外周面に尖り先端から頭部側に向けてねじ山が設けられ、前記軸部におけるねじ山を設けた部分の途中に、ねじ山を分断してねじ山の谷部に達する深さの切削溝が形成された自穿孔ねじを転造するためのダイスであって、前記ダイスは固定ダイスと移動ダイスの組み合わせからなり、何れか一方のダイスにおけるねじ山加工面の後端側の位置に前記切削溝の成形部を設け、この成形部が、ねじ材料の転がり方向に沿って配置された溝加工部分と、前記溝加工部分に対してねじ材料の頭部側の位置に並列配置され、溝加工部分における溝加工面に対して凹入する逃がし溝によって形成されている自穿孔ねじの転造ダイス。
2. 上記成形部は、上記溝加工部分をダイスの上部と下部の位置に設け、下部溝加工部分と上部溝加工部分がその間に設けた逃がし溝を挟んで上下に分断された配置になっている請求項１に記載の自穿孔ねじの転造ダイス。
3. 上記成形部の溝加工部分は、溝加工面を形成する溝形成突起の頂部がダイスにおけるねじ山加工面から突出する高さを有している請求項１又は２に記載の自穿孔ねじの転造ダイス。
4. 上記溝加工部分の溝加工面は、ねじ材料の転がり方向に対して上流側から下流側に沿って、上り傾斜部と中間平坦部及び下り傾斜部に形成され、前記上り傾斜部は１〜２．５°の範囲に設定され、下り傾斜部は２〜４°の範囲に設定した請求項１乃至３の何れかに記載の自穿孔ねじの転造ダイス。
5. 上記溝加工部分の溝加工面におけるねじ材料の転がり方向に沿う長さが、下り傾斜部の長さを1とした場合、上り傾斜部を１．５〜２倍の長さに、中間平坦部を２．４〜３倍の長さに設定した請求項３に記載の自穿孔ねじの転造ダイス。
6. 上記逃がし溝のねじ材料の軸方向に沿う幅が、転造する自穿孔ねじにおけるねじ山の１ピッチ以上３ピッチ未満に設定されている請求項１乃至５の何れかに記載の自穿孔ねじの転造ダイス。
7. 上記溝加工部分と逃がし溝は、ダイスに対してねじ材料の転がり方向の後半から最終工程の直前までの間に配置され、この逃がし溝の後端とダイスのねじ山加工面の後端との間に、仕上げ用ねじ山加工面を設けた請求項１乃至６の何れかに記載の自穿孔ねじの転造ダイス。