金属への盛り上げタッピンねじ：効いているのは穴です

規格の状況は、思っているより散らかっています

これは先にはっきりさせておく必要があります。もう存在しないものを引用しやすいからです。

廃止されたことが、いちばん見落とされます。ISO 7085 の欧州版は、破壊トルクと硬さの規定に 技術的な問題があったため廃止され、そのあとを DIN 7500-1 が引き継ぎました。 ですから図面に「ISO 7085」と書いてあれば、存在しない文書を指していることになります。

ついでに、当サイト自身が間違えていた箇所を正します—— DIN 7500-1 は三葉の断面を規定していません。 性能と技術条件の規格であって、ねじの輪郭は製造者が決めます。 三葉は市場で主流の実現であって、規格が求めているものではありません。

あの三つの葉が、実際にしていること

よくある説明——当サイトの下書きもそう書いていました——は、 三葉のねじは穴の壁に三点でしか触れないので、 成形は断続的になり、そのあいだに材料が戻る時間がある、というものです。 実際に起きていることは、そうではありません。

ねじが回るとき、葉は穴の壁を連続してなでていきます。 三つの固定点があるわけでもなく、成形の動作が止まるわけでもありません。三葉の形がしているのは——

• 真円の断面に比べ、どの瞬間の接触面積も小さくすること
• 塑性成形の圧力を葉に集中させること
• 摩擦を下げ、それによって成形トルクを下げること
• 押しのけられた材料を、径の小さい逃げの部分へ押し込むこと。葉が通り過ぎたあと、弾塑性の回復が起きます

有限要素の研究はトルクが低いことを確認し、その原因を接触面積の小ささに帰しています。 けれども一般に引用できる百分率はありません—— 供給者が数字を出してきたら、どの穴、どの材料、どの板厚で測ったのかを尋ねてください。

母材の側で起きていること

ここには、根拠のしっかりしたものが二つと、よく言い過ぎられるものが一つあります。

よく引用されるが、当サイトが裏書きできない三つの数字

この三つはわざわざ探しにいきました。供給者の資料によく現れ、そのまま仕様書へ写されるからです。

• 「ねじ山せん断トルク対ねじ込みトルクは最低 3:1」。 これが規格の要求であるという裏づけは見つかりませんでした。DIN 7500-1 と廃止された ISO 7085 の性能表が 比べているのは、最大のねじ込みトルクとねじ自身の最小破壊トルクであって、 母材のねじ山せん断トルクではありません。3:1 はメーカーが特定の薄鋼板で行った試験データには現れ、 実測の比はおよそ 2.0:1 から 3.4:1 です。製品と穴径と板厚に固有のデータです。
• 「盛り上げの引抜き強さは切削式より高い」。 二種類のねじのあいだでは確立されていません。しっかりした比較研究は 盛り上げタップと切削タップのあいだのもので、そのうち一つは C22 鋼の盛り上げためねじが およそ 27% 高い引張強さを示したと報告していますが、それを二種類のねじの比較にそのまま持ち込むことはできません。
• 「盛り上げ式には切削の取りしろがない」。 これは当サイト自身が書いた一文で、削除しました。標準化された言い方ではありませんし、 文書が支持していない精度をほのめかしています。

穴。本当の違いはここにあります

ここには具体的なものがあります。二つの DIN 文書が推奨する下穴の公差を比べます。

盛り上げ用の穴が与えられている公差域の幅は、およそ 60% から 62.5% です。 実務上の帰結はこれです——タッピンねじの下穴なら楽に開けられていた工程が、 盛り上げねじの求める窓を必ずしも守れるとはかぎりません。

そして証拠を見るかぎり、下穴の径はこの工程でもっとも重要な変数の一つです。 穴を大きくすれば成形トルクは下がりますが、ねじ山の充満とせん断に対する余裕も一緒に下がります。 穴を小さくすれば押しのけられる材料が増え、成形トルクは上がります。

図面に書く前に決めておくこと

• この継手にはどちらの仕組みが要るか——切りくずは汚染の問題で、強度と同じくらい重要です。この部分はねじの種類の選び方に。
• 下穴の径と公差。径だけではありません。H11 は推奨であって、いまの穴あけ工程がただでくれる結果ではありません。
• 穴をどう作るか。同じ呼び寸法でも、打ち抜きと穴あけではふるまいが違います。
• 使用中に継手を外すかどうか。入るときに作られためねじは、組み直すときには別の話です——ねじを再使用する（中国語）をご覧ください。
• 量産前の検証。規格が明確に求めています。

樹脂は違いが大きいので別に扱う必要があります—— 樹脂用のねじに。 この決定が全体の順序のどこに入るかは ねじを指定するにあります。

参考資料

• DIN 7500-1:2021-07 —— ISO メートルねじの盛り上げタッピンねじ、浸炭焼入れ焼戻しのものの技術条件、M2–M12
• DIN 7500-2:2016-04 —— 下穴径の指針値。H11 の推奨。検証の要求
• ISO 7085:1999 —— 2010-02-10 に廃止。現在、有効な ISO の対応なし
• ISO 1478:1999 —— タッピンねじのねじ、ST1.5–ST9.5 のねじとねじ先の寸法
• DIN 7975:2016-04 —— 金属の母材における ST タッピンねじの穴のデータ、H12
• DIN 7513／DIN 7516 —— ISO メートルねじの切削タッピンねじ
• ISO 286-2 —— H11 と H12 の公差域の幅
• Stéphan ほか、«Journal of Materials Processing Technology»、2012。Mathurin ほか、盛り上げタッピン組立ての三次元有限要素モデル —— 成形トルクと下穴径
• Sarafraz ほか、«Engineering Failure Analysis»、2021 —— 盛り上げためねじと切削しためねじの比較

個々の継手の合否は、あなたの図面と、規格が求める検証が決めます。

ねじが規格番号ではなく型式の文字で指定されているなら、まずどちらの体系から来た文字かを確かめてください——タッピンねじの型式の文字が言っていることに ISO と ASME の文字の衝突を書いています。

この記事は手順 2、ねじを扱います。全体の順序は相手材、ねじ、頭部、駆動部、表面処理、書類で、これを崩すと微調整ではなく手直しになる理由はねじの決め方にあります。

よくある質問

盛り上げタッピンねじとは何ですか。

母材の金属を削るのではなく押しのけて相手のめねじを作るねじで、切りくずが出ません。ISO メートルねじの現行の文書は DIN 7500-1:2021-07 で、浸炭焼入れ焼戻しした M2 から M12 を扱います。注意すべきは、それが性能と技術条件の規格であって、ねじの輪郭を規定していないことです。この種のねじと結び付けられがちな三葉の断面は、市場で主流の実現であって、規格の要求ではありません。

盛り上げタッピンねじに ISO 規格はありますか。

いまはありません。ISO 7085:1999 は浸炭焼入れ焼戻しのメートル盛り上げタッピンねじの機械的・性能上の要求を規定していましたが、2010 年 2 月 10 日に廃止され、欧州版は破壊トルクと硬さの規定の技術的な問題が理由でした。そのあとを DIN 7500-1 が引き継いだので、図面に ISO 7085 と書くことは廃止された文書を引用することになります。

盛り上げタッピンねじの下穴はどれくらいにしますか。

DIN 7500-2:2016-04 が、ねじの寸法、母材の種類、有効なねじ込み長さごとに下穴径を挙げ、H11 を推奨しています。それらは製造者と使用者の試験から得られた指針値であると明記されていて、規格は量産の前に自分で検証することを求めます。成形部の形状、かみ合い長さ、穴の作り方、穴壁の加工硬化が、必要な値を変えるからです。2016 年版は鋼とアルミを扱い、銅のデータは削除されました。

下穴の公差は、本当にタッピンねじより厳しいのですか。

この二つを直接規定している二つの DIN 文書のなかでは、そうです。DIN 7500-2 は盛り上げに H11 を推奨し、DIN 7975 は金属中の ST タッピンねじに H12 を採ります。ISO 286-2 によれば、1 から 3 mm は 0.060 対 0.100、3 から 6 mm は 0.075 対 0.120、6 から 10 mm は 0.090 対 0.150——およそ 6 割から 62.5% の幅です。この比較はこの二つの規定のあいだのものであって、あらゆる切削タッピンねじのねじ山や材料に及ぶ一般則ではありません。

盛り上げは切削式より強くかみますか。

二種類のねじのあいだでは、当サイトはその結論を立てられませんでした。しっかりした比較研究は盛り上げタップと切削タップのあいだのもので、そのうち一つは C22 鋼の盛り上げためねじがおよそ 27% 高い引張強さを示したと報告していますが、それをそのまま持ち込むことはできません。実際の強さは、母材、穴径、ねじ山の形、有効なかみ合い長さ、ねじ山が成形しきれているかに同時に支配されます。「盛り上げのほうが強くかむ」は、決着のついた結果ではなく、よくある供給者の言い方として扱ってください。