JP7285523B2 - タッピンねじを用いた締結構造 - Google Patents

Description

本発明はタッピンねじを用いた締結構造、特に、相手材の下穴にねじ込まれたときに切粉の発生を抑制できるタッピンねじを用いた締結構造に関する。

従来、相手材にねじ込まれるタッピンねじとしては、例えば、高強度ねじ及び高強度用鋼に関する特許出願で開示されたタッピンねじがある（特許文献１参照）。前記タッピンねじの一例として、鉄の腐食防止として表面に亜鉛めっきしたタッピンねじが開示されている。

特開２００１－２４７９３７号公開公報

しかしながら、前記タッピンねじが、被締結物を固定するために相手材の下穴にネジ込まれると、切粉が発生しやすい。そして、前記切粉が、例えば、電子部品等が配置されたプリント基板上に落下して堆積すると、電子部品等が短絡して破損するという問題点がある。特に、プリント基板に配置される電子部品の集積度が高まるにつれ、発生する切粉の大きさや個数を低減することが強く望まれている。
本願発明は、前記問題点に鑑み、発生する切粉の大きさや個数を低減できるタッピンねじを用いた締結構造を提供することを課題とする。

本発明に係るタッピンねじを用いた締結構造は、前記課題を解決すべく、
頭部と、少なくとも１条のねじ山部を備えた軸部とからなり、相手材の下穴にねじ込まれるタッピンねじを用いた締結構造であって、
前記ねじ山部の頂部における表面粗度を、最大高さ粗さ（Ｒｚ）１．０以下とするとともに、算術平均粗さ（Ｒａ）０．２未満とした構成としてある。

本発明によれば、少なくともねじ山部の頂部における凹凸が小さいので、相手材の下穴の内周面を削ることなく塑性変形させて雌ねじを形成でき、切粉の発生を抑制できるという効果がある。

本発明の実施形態としては、前記ねじ山部のフランク面における表面粗度を、最大高さ粗さ（Ｒｚ）１．０以下とするとともに、算術平均粗さ（Ｒａ）０．２未満としておいてもよい。
本実施形態によれば、少なくともねじ山部の頂部における凹凸が小さいので、相手材の下穴の内周面を削ることなく塑性変形させて雌ねじを形成でき、切粉の発生を抑制できる。

本発明の他の実施形態としては、少なくともねじ山部の頂部における表面硬度を、相手材の下穴の内周面における表面硬度よりも大きくすることが必要である。
本実施形態によれば、ねじ山部の頂部における表面硬度が大きいので、相手材の下穴の内周面を塑性変形させて雌ねじを形成でき、切粉の発生を抑制できる。

本発明の異なる実施形態としては、少なくともねじ山部の頂部における表面硬度を、ビッカース硬さ（Ｈｖ）３５０以上としてもよい。
本実施形態によれば、少なくともねじ山部の頂部における表面硬度が相手材の表面硬度よりも大きい。このため、ねじ山部の頂部が相手材の下穴の内周面を塑性変形させて雌ねじを形成できるので、切粉の発生を抑制できる。
特に、ビッカース硬さ（Ｈｖ）３５０以上であれば、ビッカース硬さ（Ｈｖ）１００ないし２５０の鋼材よりも硬い。このため、タッピンねじのねじ山部自体が削られることないので、切粉を発生させることなく、雌ねじを形成できる。

本発明の他の実施形態としては、少なくともねじ山部の頂部における表面硬度を、ナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）３５００以上としてもよい。
本実施形態によれば、少なくともねじ山部の頂部における表面硬度が相手材の表面硬度よりも大きい。このため、ねじ山部の頂部が相手材の下穴の内周面を塑性変形させて雌ねじを形成できるので、切粉の発生を抑制できる。

本発明の別の実施形態としては、軸部が断面略三角形であるねじ山部の頂部のうち、少なくとも角部における表面粗度を、最大高さ粗さ（Ｒｚ）１．０以下とするとともに、
少なくとも角部における表面粗度を、算術平均粗さ（Ｒａ）０．２未満としてもよい。
本実施形態によれば、角部に位置する頂部の凹凸が小さい。このため、ねじ山部の頂部が相手材の下穴の内周面を削ることなく塑性変形させて雌ねじを形成できるので、切粉の発生を抑制できる。
なお、角部とは、軸部の横断面のうち、軸部の軸心から外方に最も遠く離れた突出する部分をいう。辺部とは、軸部の横断面のうち、隣り合う角部の間に位置する部分をいう。頂部とは、ねじ山部の最も高い部分の連なりをいう。

本発明の他の実施形態としては、軸部が断面略三角形であるねじ山部の頂部のうち、少なくとも角部における表面硬度を、相手材の下穴の内周面における表面硬度よりも大きくしてもよい。
本実施形態によれば、軸部が断面略三角形であるねじ山部の頂部のうち、少なくとも角部における表面硬度が大きいので、相手材の下穴の内周面を塑性変形させて雌ねじを形成でき、切粉の発生を抑制できる。

本発明の他の実施形態としては、軸部が断面略三角形であるねじ山部の頂部のうち、少なくとも角部における表面硬度を、ビッカース硬さ（Ｈｖ）３５０以上としてもよい。
本実施形態によれば、角部に位置する頂部の表面硬度が大きい。このため、角部に位置する頂部が相手材の下穴の内周面を塑性変形させて雌ねじを形成できるので、切粉の発生を抑制できる。
特に、ビッカース硬さ（Ｈｖ）３５０以上であれば、ビッカース硬さ（Ｈｖ）１００ないし２５０の鋼材よりも硬い。このため、タッピンねじのねじ山部自体が削られることがないので、切粉を発生させることなく、雌ねじを形成できる。

本発明の別の実施形態としては、軸部が断面略三角形であるねじ山部の頂部のうち、少なくとも角部における表面硬度を、ナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）３５００以上としてもよい。
本実施形態によれば、角部に位置する頂部の表面硬度が大きい。このため、角部に位置する頂部が相手材の下穴の内周面を塑性変形させて雌ねじを形成できるので、切粉の発生を抑制できる。

本発明の他の実施形態としては、少なくともねじ山部の表面に、ビッカース硬さ（Ｈｖ）３５０以上の金属めっきを施してもよい。

本実施形態によれば、金属めっきすることにより、ねじ山部の頂部における表面粗度が小さくなり、かつ、表面硬度が大きくなる。すなわち、ねじ山部の頂部が平坦、かつ、硬くなる。このため、ねじ山部の頂部が、相手材の下穴の内周面を削ることなく塑性変形させて雌ねじを形成でき、切粉の発生を抑制できる。
特に、ビッカース硬さ（Ｈｖ）３５０以上であれば、ビッカース硬さ（Ｈｖ）１００ないし２５０の鋼材よりも硬い。このため、ねじ山部に形成された金属めっき自体が削られることがないので、切粉を発生させずに雌ねじを形成できる。

本発明の別の実施形態としては、少なくともねじ山部の表面に、ナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）３５００以上の金属めっきを施してもよい。
本実施形態によれば、金属めっきすることにより、ねじ山の頂部における表面粗度が小さくなり、かつ、表面硬度が大きくなる。このため、ねじ山部の頂部が相手材の下穴の内周面を削ることなく塑性変形させて雌ねじを形成でき、切粉の発生を抑制できる。

本発明の異なる実施形態としては、金属めっきはニッケル系めっきであってもよい。
本実施形態によれば、鉄の腐食を防止できる。

本発明の他の実施形態としては、前記課題を解決すべく、前述のタッピンねじを、相手材の下穴にねじ込んで被締結物を固定してもよい。

本実施形態によれば、ねじ山部の頂部における凹凸が小さいので、相手材の下穴の内周面を削ることなく、塑性変形させて雌ねじを形成できる。このため、切粉の発生を抑制しつつ、被締結物を固定できる締結構造が得られる。

本発明の別の実施形態としては、相手材の下穴をバーリング穴としてもよい。
本実施形態によれば、タッピンねじの保持強度が高くなるという効果がある。

本発明に係るタッピンねじの平面図である。 図１に示したタッピンねじの正面図である。 タッピンねじをねじ込むための下穴を備えた相手材の部分断面図である。 図２に示したタッピンねじの拡大横断面図である。 図２に示したタッピンねじの部分拡大縦断面図である。 実施例１の測定結果を示す棒グラフである。 実施例２の測定結果を示す棒グラフである。 比較例の測定結果を示す棒グラフである。 測定結果をまとめた一覧表である。 参考例２の測定結果を示す対比表である。 参考例３の測定結果を示す対比表である。

本願発明に係るタッピンねじは、図１および図２に示すように、１条のタッピンねじ１０に適用した場合であり、頭部１１と、軸部２０とを有している。
前記タッピンねじ１０は、例えば、図３に示した相手材３０の下穴３１であるバーリング穴にねじ込まれる。

頭部１１は、図２に示すように、バインド頭の上面に十文字ドライバで締め付け可能な十文字のねじ穴１２を有し、その座面１３の中央から軸部２０が延在している。
なお、前記頭部１１の形状は、バインド頭に限らず、例えば、トラス頭、皿頭、丸皿頭、なべ頭、六角頭であってもよく、フランジ付きであってもよい。
また、前記頭部１１には、十文字のねじ穴１２に限らず、例えば、すりわり、プラスマイナス穴、四角穴、六角穴、あるいは、星形穴を設けてもよい。

前記軸部２０は、図２に示すように、前記頭部１１の座面１３の中央から延在し、１条のねじ山部２５を有している。なお、タッピンねじ１０は１条ねじに限らず、例えば、２条ねじ、３条ねじであってもよい。
そして、軸部２０は、首下部２１と、中間部２２と、先端部２３と、に分けられる。中間部２２は、ねじ山部２５のねじ山高さが同一高さに揃っている領域である。先端部２３は、ねじ山部２５が形成され始める領域である。
なお、軸部２０の先端部２３は円錐台形となっている。しかし、前記先端部２３は円錐台形に限らず、例えば、円錐形、ドーム形であってもよく、必要に応じて適宜選択できる。

前記軸部２０の横断面は、図４に示すように、いわゆるおむすび形(丸みを有する断面略三角形)である。そして、軸部２０は、その横断面のうち、軸心から外方に最も遠く離れた突出する位置に角部２４を有するとともに、隣り合う前記角部２４，２４の間に辺部２８を有する。
特に、図４に示すタッピンねじ１０の軸部２０のうち、角部２４はねじ込み作業において重要な役目を果たす。このため、角部２４を中心として８０度ないし９０度の範囲内に位置する頂部２６は、後述する表面粗度および表面硬度を備えていることが好ましい。
なお、軸部２０は、断面略三角形に限らず、例えば、断面円形であってもよく、断面略四角形、断面略六角形であってもよい。

軸部２０に形成されたねじ山部２５は、図５に示すように、断面台形であり、ねじ山部２５の最も高い部分の連なりである頂部２６を有する。前記頂部２６の両側にはフランク面２７がそれぞれ形成されている。
なお、断面台形のねじ山部２５は断面三角形のねじ山部（図示せず）のように鋭利な頂部を有していないので、表面硬化処理前の搬送中でも頂部に傷がつきにくい。このため、頂部の表面粗度が低下しにくく、切粉が出にくいという利点がある。
また、フランク面２７が形成するねじ山部２５の角度は、必要に応じて適宜選択でき、例えば、２０度ないし７５度、好ましくは５０度ないし６０度であればよい。２０度未満であると、タッピンねじ自体の製造が困難となり、所望の強度が得られないからであり、７５度を超えると、所望の締結力が得られないからである。

ねじ山部２５は、従来のタッピンねじのように下穴３１の内周面を削るのではなく、相手材３０の下穴３１の内周面を塑性変形させて雌ねじを形成する。このため、ねじ山部２５の表面粗度、特に、頂部２６の表面粗度は、最大高さ粗さ（Ｒｚ）１．０以下、好ましくは０．８以下であればよい。最大高さ粗さ（Ｒｚ）が１．０を超えると、切粉が発生しやすくなるからである。なお、最大高さ粗さ（Ｒｚ）とは、所定の範囲において最も低い凹部と、最も高い凸部との差に基づく粗さをいう。
また、ねじ山部２５の表面粗度、特に、少なくとも頂部２６の表面粗度は算術平均粗さ（Ｒａ）０．３以下、好ましくは０．２以下が好適である。算術平均粗さ（Ｒａ）が０．３を超えると、切粉が発生しやすくなるからである。なお、算術平均粗さ（Ｒａ）とは、所定の範囲における凹凸の差を平均した粗さをいう。

従来のタッピンねじは、ねじ山部の表面粗度が大きかった。特に、ねじ山部の頂部における表面粗度が大きく、いわばノコギリ歯状の凹凸が存在していた。このため、従来のタッピンねじは、その頂部が下穴の内周面を削って雌ねじを形成するので、切粉の発生を防止できなかった。これに対し、本願発明のタッピンねじは、所定の表面粗度および／または表面硬度を有する頂部２６が、下穴３１の内周面を塑性変形させて雌ねじを形成するので、切粉の発生を抑制できるという利点がある。

タッピンねじ１０の表面のうち、少なくともねじ山部２５の頂部２６における表面硬度は、相手材３０に設けた下穴３１の内周面の表面硬度よりも大きいこと、すなわち、硬いことが必要である。頂部２６における表面硬度が、相手材３０の下穴３１の表面硬度よりも小さいと、相手材３０の下穴３１の内周面を塑性変形させることができず、雌ねじを形成できないからである。相手材との硬度差は、ビッカース硬さ（Ｈｖ）の硬度差であれば、少なくとも２５０以上であることが好ましい。硬度差が２５０未満であると、タッピンねじのねじ山部が変形し、相手材に完全な雌ねじを形成できないからである。

一般的な鋼材に対して、実用上の目安としてタッピンねじ１０の表面硬度はビッカース硬さ（Ｈｖ）３５０以上、好ましくは５００以上であることが好適である。ビッカース硬さ（Ｈｖ）が３５０未満であると、相手材に完全な雌ねじを形成できず、切粉が発生しやすくなるからである。
より具体的には、例えば、ビッカース硬さ（Ｈｖ）１２０のＳＵＳ鋼板であれば、タッピンねじの表面硬度はビッカース硬さ（Ｈｖ）４５０以上が好ましい。４５０未満であると、切粉が発生しやすくなるからである。
また、相手材が、例えば、ビッカース硬さ（Ｈｖ）１９０未満の亜鉛めっき付き鋼材であれば、タッピンねじの表面硬度はビッカース硬さ（Ｈｖ）４５０以上が好ましい。
そして、相手材が、例えば、ビッカース硬さ（Ｈｖ）２２０未満のステンレス鋼であれば、ビッカース硬さ（Ｈｖ）５００以上が好ましい。
さらに、相手材が、例えば、ビッカース硬さ（Ｈｖ）３２０未満の高張力鋼である場合には、タッピンねじの表面硬度はビッカース硬さ（Ｈｖ）６００以上が好ましい。
ついで、相手材が、例えば、ビッカース硬さ（Ｈｖ）４００未満の高張力鋼である場合には、タッピンねじの表面硬度はビッカース硬さ（Ｈｖ）７００以上が好ましい。

タッピンねじの材質としては、相手材の素材に応じて選択でき、例えば、炭素鋼（ＳＷＣＨ１０～１８Ａ）、ＳＡＥ１０２２Ｓｉ、ＳＣＭ４１５、ＳＵＳ４１０等から必要に応じて適宜、選択できる。

タッピンねじ１０の製造方法としては、例えば、線状材に、圧造、転造、表面硬化処理、平滑処理およびめっき処理を施して製造される。
なお、タッピンねじ１０の製造方法において、圧造および／または転造の代わりに、例えば、切削加工の他、焼結合金、３Ｄプリンターによる製造方法を適宜、利用してもよいことは勿論である。

圧造は、線状材を所定の長さに切断し、かつ、頭部１１と軸部２０とを形成する工程である。

転造は、軸部２０にねじ山部２５を形成する工程である。転造で製造することにより、ねじ山部２５のフランク面２７における表面粗度は小さくなり、滑らかに形成できる。しかし、転造で製造すると、ねじ山部２５の頂部２６における表面粗度にバラツキが生じやすく、切粉が発生する原因となっていた。このため、本願発明では、ねじ山部２５の頂部２６における表面粗度を改善する加工を行っている。

表面硬化処理は、軸部２０、特に、ねじ山部２５の表面に硬化層を形成する工程である。表面硬化処理としては、例えば、浸炭処理、窒化処理、高周波処理、火炎焼入れ処理等が挙げられる。

平滑処理は、ねじ山部２５の表面、特に、頂部２６の表面粗度を低減するための工程である。平滑処理としては、例えば、タッピンねじ１０の軸部２０の表面に研磨剤を含有する流動体を高圧で吹き付けて研磨するラップ加工の他、バレル研磨、電解研磨が挙げられる。

めっき処理は、タッピンねじの表面硬度を大きくし、かつ、表面粗度を改善するための工程である。めっき処理としては、例えば、ニッケルめっき、亜鉛ニッケル合金めっき、ニッケル-クロム複合めっきだけでなく、例えば、硬質クロムめっき、ニッケル-コバルト合金めっき、ニッケル-リンめっき、無電解ニッケル-リンめっき、無電解ニッケルめっき、Ｎｉ－Ｐ－ＳｉＣ複合めっき、ロジウムめっき、ルテニウムめっき等の他の金属めっきが挙げられる。所定の金属めっきを行うことにより、表面硬度を大きくでき、かつ、表面粗度を改善できるという利点がある。

なお、平滑処理は必要に応じて行えばよく、転造加工で所望の表面粗度を有するタッピンねじが得られるのであれば、必ずしも必要ではない。また、平滑処理は、表面硬化処理の前工程あるいは後工程として行ってもよい。
また、めっき処理は必要に応じて行えばよく、所望の表面粗度および表面硬度を有するタッピンねじを転造加工および表面硬化処理で得られるのであれば、必ずしも必要ではない。

締結される相手材３０は、図３に示すように、鋼板などの金属板単体だけでなく、例えば、亜鉛めっきされた鋼板が挙げられる。そして、相手材３０には、ねじ込み作業を行うための下穴３１を設けてある。下穴３１は貫通穴であればよく、例えば、ドリル穴、パンチ穴、シェービング穴、ピアス穴、バーリング穴、押出し穴であってもよい。
特に、下穴３１がバーリング穴であれば、タッピンねじ１０の保持強度が高いという利点がある。なお、めっきされた金属板に下穴３１としてバーリング穴を設けると、バーリング穴の開口縁部のうち、表面側の開口縁部近傍にめっき材が残存する。しかし、裏面側の開口縁部近傍には相手材３０の素地が露出しているので、めっき材が切粉として落下することは少ないと考えられる。

（実施例１）
実施例１のタッピンねじ１０として、図１、図２、図４および図５に示したＳＵＳ４１０製のタッピンねじ１０本をサンプルとした。前記サンプルの外形寸法は、全長１０．５ｍｍ、頭部の直径５．３ｍｍ、頭部の高さ２．５ｍｍ、軸径２．６ｍｍ、首下長さ８ｍｍであり、１条のねじ山部を有し、ニッケル-クロム複合めっきが施されている。ただし、ラップ加工は施していない。
なお、ニッケル-クロム複合めっきとして、膜厚５μｍ以上のニッケル-クロム複合めっき層を形成した。

サンプルのねじ山部の表面粗度として、下端から４山目に位置するねじ山部を、レーザ顕微鏡（キーエンス製ＶＫ－Ｘ１１００ 倍率５０倍のレンズを使用）で、最大高さ粗さ（Ｒｚ）と、算術平均粗さ（Ｒａ）とを測定した。
なお、ノイズとなる波長（λｓ）（２.５μｍ以下）と、うねりを示す波長（λｃ）（８０μｍ以上）とはカットオフした。
測定箇所は、角部２４の頂部２６（測定長さ１２００μｍ）と、辺部２８の頂部２６（測定長さ１２００μｍ）とであった。ただし、フランク面の表面粗度についてはサンプルの軸部を２分割して露出したフランク面（測定長さ７００μｍ）を測定した。測定結果を図９に示す。

サンプルの表面硬度として、日本工業規格ＪＩＳ Ｚ ２２４４に基づいてビッカース硬さ（Ｈｖ）と、ＩＳＯ１４５７７に基づいてナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）とを測定した。測定の結果を図９に示す。
ビッカース硬さ（Ｈｖ）は、ねじ山部の頂部に試験機の圧子を測定荷重５０ｇで押し付けて測定した。通常の測定荷重（３００ｇ）としなかったのは、測定荷重３００ｇで圧子を押し付けると、ネジ山部の頂部における変形が大きくなりすぎ、測定不能となるためである。
ナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）についても、ねじ山部の頂部に試験機の圧子を押し当てて測定した。
なお、ビッカース硬さ（Ｈｖ）と、ナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）とを測定するのは、タッピンねじの下地の硬さによる影響を考慮したためである。

相手材としては、図３に示すように、表裏面に亜鉛めっきを施した厚さ（Ｔ）０．８ｍｍの鋼板に、高さ（Ｈ）１．５ｍｍ、穴径（Ｄ）２．３ｍｍのバーリング穴を設けたものをサンプルとした。

被締結物には、Ｍ２．５ねじに使用される厚さ０．５ｍｍのワッシャ２枚を準備した。

バーリング穴にタッピンねじを回転数３００ｒｐｍの電動ドライバで破断するまで締結することにより、ねじ込みトルク（Driving Torque 以下、「ＤＴ」という。）と、破断トルク（Stripping Torque 以下、「ＳＴ」という。）と、を測定した。
ねじ込みトルクＤＴは０．４１Ｎｍ、破断トルクＳＴは１．７Ｎｍ、トルク比は４．２であった。実用上、必要なトルク比が２．５であるので、実施例１には実用上の問題がないことを確認できた。

締結作業によって発生した切粉を収集し、大きさ毎に分類して個数を集計した。
切粉には、締結作業時にタッピンねじのねじ山部から落下した切粉と、タッピンねじのねじ山部に付着した切粉とがあり、これらを別々に収集した。そして、長さ毎の切粉の個数を集計した。集計結果を棒グラフとして図６に示す。

収集できた切粉の総個数はサンプル１０本で計３６個であった。
収集した切粉のうち、ねじ山部から落下した切粉の中に、長さ０．０５ｍｍ以上の切粉は顕微鏡では発見できなかった。
また、ねじ山部に付着していた切粉のうち、長さ０．１２ｍｍ以上ないし０．２未満の切粉は計４個、長さ０．２ｍｍ以上の切粉は計１個であった。
したがって、サンプル１本当たりに発生した長さ０．１２ｍｍ以上ないし０．２ｍｍ未満の切粉の平均個数は０．４個／本、長さ０．２ｍｍ以上の切粉の平均個数は０．１個／本であった。計算結果を図９の一覧表に示す。

（実施例２）
実施例２に係るタッピンねじとして、ラップ加工を施した点を除き、他は実施例１と同様に製造したサンプル３０本を準備した。
ラップ加工には、鏡面加工装置（株式会社ヤマシタワークス製）による鏡面加工を施した。

サンプルの表面粗度については、実施例１と同様、角部の頂部、辺部の頂部およびフランク面を測定した。また、サンプルの表面硬度については、実施例１同様、ビッカース硬さ（Ｈｖ）およびナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）を測定した。測定の結果を図９に示す。

相手材には、実施例１と同一素材および同一形状のサンプルを準備した。

被締結物には、実施例１と同一のワッシャ２枚を使用した。

バーリング穴にタッピンねじを回転数３００ｒｐｍの電動ドライバで破断するまで締結することにより、ねじ込みトルクＤＴと、破断トルクＳＴとを測定した。
ねじ込みトルクＤＴは０．２９Ｎｍ、破断トルクＳＴは１．７０Ｎｍ、トルク比は５．９であった。実用上、必要なトルク比が２．５であるので、実施例２には実用上の問題がないことを確認できた。

作業中に発生した切粉を、実施例１と同様に収集し、切粉の長さ毎に分類し、個数を集計した。
集計した長さ毎の切粉の個数を棒グラフとして図７に示す。なお、図７に示された切粉の個数はサンプル３０本から発生した切粉の総個数である。

発生した切粉の総個数は、サンプル３０本で計８４個であった。
しかし、収集した切粉のうち、ねじ山部から落下した切粉の中に、長さ０．０５ｍｍ以上の切粉は顕微鏡では発見できなかった。
また、ねじ山部に付着していた切粉のうち、長さ０．１２ｍｍ以上ないし０．２未満の切粉は計９個、長さ０．２ｍｍ以上の切粉は計４個であった。
したがって、サンプル１本当たりに発生した長さ０．１２ｍｍ以上ないし０．２ｍｍ未満の切粉の平均個数は０．３個／本、長さ０．２ｍｍ以上の切粉の平均個数は０．１３個／本であった。計算結果を図９の一覧表に示す。

（比較例）
比較例のタッピンねじとしては、その素材に炭素鋼を使用し、圧造・転造・熱処理後に亜鉛めっきを施したサンプル１０本を準備した。ただし、ラップ加工は施していない。

サンプルの表面粗度については、実施例１と同様、角部の頂部、辺部の頂部およびフランク面を測定した。また、サンプルの表面硬度については、実施例１同様、ビッカース硬さ（Ｈｖ）およびナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）を測定した。測定の結果を図９に示す。

そして、実施例１、実施例２と同一の条件で相手材の下穴に締結作業を行い、発生した切粉を収集して長さ毎に分類し、切粉の長さ毎の個数を集計した。集計結果を棒グラフとして図８に示す。

なお、ねじ込みトルクＤＴは０．１６Ｎｍ、破断トルクＳＴは０．９７Ｎｍ、トルク比は６．１であった。実用上、必要なトルク比が２．５であるので、比較例には実用上の問題がないことを確認できた。

発生した切粉の総個数はサンプル１０本で計２５５個であった。
そして、ねじ山部から落下した切粉のうち、長さ０．１２ｍｍ以上ないし０．２ｍｍ未満の切粉は１２個、長さ０．２ｍｍ以上の切粉は１８個であった。
また、ねじ山部に付着していた切粉のうち、長さ０．１２ｍｍ以上ないし０．２ｍｍ未満の切粉は計５２個、長さ０．２ｍｍ以上の切粉は計３３個であった。
したがって、サンプル１本当たりに発生した長さ０．１２ｍｍ以上ないし０．２ｍｍ未満の切粉の平均個数は６．４個／本、長さ０．２ｍｍ以上の切粉の平均個数は５．１個／本であった。計算結果を図９の一覧表に示す。

以上の試験結果に加え、切粉の成分を分析した結果から、タッピンねじの亜鉛めっき層が破壊されているだけでなく、下穴の内周面素地も削られて切粉を発生していることが判った。

（参考例１）
表面に亜鉛ニッケル合金めっきを施し、他は実施例１と同一の素材で同一外形寸法に製造したサンプル１０本を準備した。ただし、ラップ加工は施していない。

サンプルの表面粗度については、実施例１と同様、角部の頂部、辺部の頂部およびフランク面を測定した。また、サンプルの表面硬度については、実施例１同様、ビッカース硬さ（Ｈｖ）およびナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）を測定した。測定の結果を図９に示す。

実施例１と同一条件で締結作業を行い、ねじ込みトルクおよび破断トルクを測定した。
ねじ込みトルクＤＴは０．２０Ｎｍ、破断トルクＳＴは１．１０Ｎｍ、トルク比は５．５であった。実用上、必要なトルク比が２．５であるので、比較例は実用上の問題がないことを確認できた。

さらに、実施例１，２と同様、作業中に発生した切粉を収集し、長さ毎に分類し、個数を集計した。

落下した切粉のうち、長さ０．１２ｍｍ以上ないし０．２ｍｍ未満の切粉は４個、長さ０．２ｍｍ以上の切粉は２個であった。
ねじ山部に付着していた切粉のうち、長さ０．１２ｍｍ以上ないし０．２ｍｍ未満の切粉は３１個、長さ０．２ｍｍ以上の切粉は１７個であった。
したがって、サンプル１本当たりに発生した０．１２ｍｍ以上ないし長さ０．２ｍｍ未満の切粉の平均個数は３．５個／本、長さ０．２ｍｍ以上の切粉の平均個数は１．９個／本であった。集計結果を図９の一覧表に示す。

図９の一覧表に示すように、０．１２ｍｍ以上ないし長さ０．２ｍｍ未満の切粉の総個数と、長さ０．２ｍｍ以上の切粉の総個数と、を基準にして比較すると、実施例１および実施例２は、いずれも比較例よりも切粉の個数が著しく少ないことが判った。この結果より、ねじ山部の頂部の表面粗度として最大高さ粗さ（Ｒｚ）０．８０以下とし、算術平均粗さ（Ｒａ）０．１９以下とすると共に、ビッカース硬さ（Ｈｖ）７００以上、および、ナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）７５００以上とすれば、切粉の総個数だけでなく、大きな切粉の発生を著しく低減できることが判った。

参考例１の表面粗度が比較例の表面粗度よりも大きく、粗いにも拘わらず、ねじ山部の頂部における表面硬度がビッカース硬さ（Ｈｖ）４８６であれば、発生する切粉の大きさ、個数を低減できることが判った。このため、表面硬度をビッカース硬さ（Ｈｖ）４８６以上とすれば、切粉の発生を抑制できることが判った。

（参考例２）
実施例１、実施例２、比較例および参考例１に係るビッカース硬さ（Ｈｖ）の測定はいずれも、タッピンねじのねじ山部の頂部に試験機の圧子を測定荷重５０ｇで押し付けて測定した。
これに対し、参考例２では、タッピンねじの頭部に試験機の圧子を測定荷重５０ｇおよび測定荷重３００ｇを押し付けて測定した。測定結果を図１０に示す。

図１０から明らかなように、測定荷重が５０ｇの場合には、ねじ山部の頂部におけるビッカース硬さ（Ｈｖ）と、頭部におけるビッカース硬さ（Ｈｖ）とがほぼ同等であることを確認できた。このため、測定しやすい頭部を測定することにより、測定しにくいねじ山部の頂部におけるビッカース硬さ（Ｈｖ）の測定に代替できると考えられる。
また、測定荷重５０ｇで測定したねじ山の頂部におけるビッカース硬さ（Ｈｖ）は、測定荷重３００ｇで測定した頭部におけるビッカース硬さ（Ｈｖ）とも、近似した数値であることが判った。このため、通常の測定荷重（３００ｇ）で頭部を測定することにより、測定しにくいねじ山部の頂部におけるビッカース硬さ（Ｈｖ）の測定に代替しても、実用上、問題はないと考えられる。

（参考例３）
実施例１、実施例２、比較例および参考例１に係るナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）の測定はいずれも、タッピンねじのねじ山部の頂部に試験機の圧子を押し付けて測定した。これに対し、参考例３では、タッピンねじの頭部に試験機の圧子を押し付けて測定した。測定結果を図１１に示す。

図１１から明らかなように、実施例１、２、比較例および参考例１のいずれもが、ねじ山部の頂部におけるナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）と、頭部におけるナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）とがほぼ同等の数値であることを確認できた。このため、測定しやすい頭部の測定することにより、測定しにくいねじ山部の頂部におけるナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）の測定に代替できると考えられる。

以上の試験結果から、軸部の表面粗度、特に、最大高さ粗さ（Ｒｚ）を０．８以下、算術平均粗さ（Ｒａ）を０．２以下とすることにより、切粉を著しく低減できることが判った。
また、表面硬度をビッカース硬さ（Ｈｖ）４８６以上とすることにより、切粉の発生個数を効果的に抑制できるだけでなく、発生する切粉を小さくできることが判った。

また、ラップ加工を施していない実施例１と、ラップ加工を施した実施例２とを比較したが、実施例１と実施例２とは切粉の総個数において大きな差は見受けられなかった。
しかし、ラップ加工を施した実施例２は、表面粗度のうち、最大高さ粗さ（Ｒｚ）が実施例１よりも改善されていることが判った。そして、発生する切粉の大きさに注視すると、実施例２の切粉の大きさは実施例１のそれよりも相対的に小さくなっていることが判った。これは、ラップ加工によって頂部の表面に存在する凹凸のうち、特に、大きな凹凸がラップ加工によって減少するため、発生する切粉が小さくなったと考えられる。

本願発明は前述のタッピンねじに限らず、例えば、カメラ、携帯電話等の精密機器、車載電子機器などの分野に使用される他の形状のタッピンねじに適用できることは勿論である。

１０ タッピンねじ
１１ 頭部
１２ ねじ穴
２０ 軸部
２１ 首下部
２２ 中間部
２３ 先端部
２４ 角部
２５ ねじ山部
２６ 頂部
２７ フランク面
２８ 辺部
３０ 相手材
３１ 下穴（バーリング穴）

Claims (14)

1. 頭部と、少なくとも１条のねじ山部を備えた軸部とからなり、相手材の下穴にねじ込まれるタッピンねじを用いた締結構造であって、
   前記ねじ山部の頂部における表面粗度を、最大高さ粗さ（Ｒｚ）１．０以下とするとともに、
   算術平均粗さ（Ｒａ）０．２未満としたことを特徴とするタッピンねじを用いた締結構造。
2. 前記ねじ山部のフランク面における表面粗度を、最大高さ粗さ（Ｒｚ）１．０以下とするとともに、
   算術平均粗さ（Ｒａ）０．２未満としたことを特徴とする請求項１に記載のタッピンねじを用いた締結構造。
3. 少なくともねじ山部の頂部における表面硬度が、相手材の下穴の内周面における表面硬度よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のタッピンねじを用いた締結構造。
4. 少なくともねじ山部の頂部における表面硬度を、ビッカース硬さ（Ｈｖ）３５０以上としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のタッピンねじを用いた締結構造。
5. 少なくともねじ山部の頂部における表面硬度を、ナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）３５００以上としたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のタッピンねじを用いた締結構造。
6. 軸部が断面略三角形であるねじ山部の頂部のうち、少なくとも角部における表面粗度を、最大高さ粗さ（Ｒｚ）１．０以下とするとともに、
   少なくとも角部における表面粗度を、算術平均粗さ（Ｒａ）０．２未満としたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のタッピンねじを用いた締結構造。
7. 軸部が断面略三角形であるねじ山部の頂部のうち、少なくとも角部における表面硬度が、相手材の下穴の内周面における表面硬度よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のタッピンねじを用いた締結構造。
8. 軸部が断面略三角形であるねじ山部の頂部のうち、少なくとも角部における表面硬度を、ビッカース硬さ（Ｈｖ）３５０以上としたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のタッピンねじを用いた締結構造。
9. 軸部が断面略三角形であるねじ山部の頂部のうち、少なくとも角部における表面硬度を、ナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）３５００以上としたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のタッピンねじを用いた締結構造。
10. 少なくともねじ山部の表面に、ビッカース硬さ（Ｈｖ）３５０以上の金属めっきを施したことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のタッピンねじを用いた締結構造。
11. 少なくともねじ山部の表面に、ナノインデンテーション硬さ（ＨＩＴ）３５００以上の金属めっきを施したことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のタッピンねじを用いた締結構造。
12. 金属めっきが、ニッケル系めっきであることを特徴とする請求項１０または１１に記載のタッピンねじを用いた締結構造。
13. 相手材の下穴にねじ込んで被締結物を固定したことを特徴する請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のタッピンねじを用いた締結構造。
14. 相手材の下穴が、バーリング穴であることを特徴とする請求項１ないし１３いずれか１項に記載のタッピンねじを用いた締結構造。

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