CN101069021A - 螺纹形状以及具有此螺纹形状的螺纹零件 - Google Patents

螺纹形状以及具有此螺纹形状的螺纹零件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种螺纹形状，用于扣紧薄板及薄壁状零件，此螺纹形状的特征在于：减小粗螺纹的各螺距(P)与标称直径(D)的比率(P/D)的值，使此值小于符合各种螺纹标准的粗螺纹的各螺距(P)与标称直径(D)的比率(P/D)的值，并且使螺纹条数为2条或2条以上。由此，在使用现有的公制粗螺纹而无法确保3条啮合螺纹的数量的薄板或薄壁零件时，可以提供一种螺纹形状，与使用公制粗螺纹的情形相比，螺纹扣紧稳定，强度优异，且在施加振动后的旋松转矩也优良。

Description

螺纹形状以及具有此螺纹形状的螺纹零件
技术领域
本发明涉及用于扣紧的螺纹零件，尤其涉及用于扣紧薄板或薄壁状零件的易紧固·不易松动的“细密多条螺纹”的螺纹形状、及具有此螺纹形状的螺纹零件。
背景技术
所谓“三角螺纹(triangular screw thread)”，在JIS B 0101“螺纹用语”中被定义成“螺纹的形状接近正三角形的螺纹的总称。公制螺纹(metricscrew thread)·统一标准螺纹(unified screw thread)·微型螺纹(miniaturescrew thread)等属于所述三角螺纹。”。
此外，所谓“粗螺纹(coarse thread)”，在JIS B 0101“螺纹用语”中被定义成“直径与螺距的组合具有一般性且最常用的三角螺纹。”。
本发明的以下说明是以三角螺纹中最一般的“公制螺纹”为例进行说明的，但本发明同样可以适用于除符合“公制螺纹”以外的各种螺纹标准的“螺纹”。
在一般所使用的螺纹零件中，根据螺纹形状而大致分成“机器螺钉(machine screw)”与“螺栓(bolt)”，对于本发明中的直径小的螺纹零件而言，存在“JIS B 1101开槽机器螺钉”(参照日本标准协会发行的JIS B1101“开槽机器螺钉”)或“JIS B 1111十字槽机器螺钉”(参照日本标准协会发行的JI S B 1111“十字槽机器螺钉”)等。
在有关现有的JIS B 1101或JIS B 1111等机器螺钉类型的标准中，仅规定了公制粗螺纹的标称直径与螺距的组合。
另一方面，在扣紧螺钉时，如果从扣紧螺钉的稳定性或强度方面考虑，则一般而言，螺钉的啮合螺纹(mating screw)的数量至少必须为3条螺纹左右。也可以根据六角螺母(hexagon nut)的厚度或公制螺纹的啮合长度的最小值，近似地推断出所述内容。
众所周知，公制粗螺纹是指公制螺纹的标称直径与螺距的组合中最粗的螺纹，对于公制粗螺纹的螺距而言，在M1中为0.25mm，在M2中为0.4mm，在M3中为0.5mm，在M4中为0.7mm。
因此，如果因考虑到扣紧螺钉的稳定性或强度方面，而使啮合螺纹的数量最少必须为3条螺纹左右，则在M1中必须有0.75mm的板厚或壁厚，在M2中必须有1.2mm的板厚或壁厚，在M3中必须有1.5mm的板厚或壁厚，在M4中必须有2.1mm的板厚或壁厚。
然而，近年来，整个产业界内，轻薄短小化的倾向正在扩大，特别在与IT(Information Technology，信息技术)相关的设备的业界，所述倾向较为显着，且利用螺钉来扣紧薄板或薄壁状零件的情况显着增加。
因此，在设计与IT相关设备等的零件时，因为直接使用薄板或薄壁状零件，所以很多情况下无法确保与3条公制粗螺纹相当的啮合螺纹的数量。一般而言，在所述情形下，使薄板或薄壁状零件作成比3条公制粗螺纹还薄的板厚或壁厚，并仅在加工内螺纹(female screw)的部分，即在薄板上实施“修补”，在薄壁状零件上实施“填充”等，以确保与3条螺纹相当的啮合螺纹的数量。
然而，“修补”及“填充”的技术性高，零件的构造变得复杂，成本增加，因此，如果无须进行所述加工，则可以提高生产效率以降低成本。
发明内容
本发明的目的在于提供如下的螺纹形状及具有此螺纹形状的螺纹零件，针对无法确保与3条公制粗螺纹相当的啮合螺纹的数量的薄板或薄壁形状的零件，直接使用本发明的螺纹形状，在有效地解决所述问题的同时，与实施“修补”或“填充”后使用目前的公制粗螺纹的情形相比，在扣紧螺纹所必不可少的强度方面相同或更优越，且在紧固螺纹时的作业性或不易使螺纹松动方面，具有不逊色于目前的公制粗螺纹的功能。
本发明的螺纹形状，用于扣紧薄板或薄壁状零件，所述螺纹形状的特征在于：减小粗螺纹的各螺距(P)与标称直径(D)的比率(P/D)的值，使所述值小于符合各种螺纹标准的粗螺纹的各螺距(P)与标称直径(D)的比率(P/D)的值，并使螺纹条数为2条或2条以上。
亦即，为了有效地解决所述问题，本申请案发明人着眼于符合JIS标准的公制螺纹的螺距(P)与标称直径(D)的比率(P/D)。
以下的表1表示JIS B 0205的公制粗螺纹的螺距(Pmm)与标称直径(Dmm)的比率(P/D)，但根据所述表1，对于粗螺纹而言，标称直径越小，比率(P/D)的值越大，螺距变得越粗。
[表1]
 D(标称直径)   P(螺距)   P/D(比率)  D(标称直径)   P(螺距)   P/D(比率)  D(标称直径)   P(螺距)   P/D(比率)
  1   0.25   0.250   6   1   0.167   42   4.5   0.107
  1.1   0.25   0.227   8   1.25   0.156   45   4.5   0.100
  1.2   0.25   0.208   10   1.5   0.150   48   5   0.104
  1.4   0.3   0.214   12   1.75   0.146   52   5   0.096
  1.6   0.35   0.219   14   2   0.143   56   5.5   0.098
  1.8   0.35   0.194   16   2   0.125   60   5.5   0.092
  2   0.4   0.200   18   2.5   0.139   64   6   0.094
  2.2   0.45   0.205   20   2.5   0.125   68   6   0.088
  2.5   0.45   0.180   22   2.5   0.114
  2.6   0.45   0.173   24   3   0.125
  3   0.5   0.167   27   3   0.111
  3.5   0.6   0.171   30   3.5   0.117
  4   0.7   0.175   33   3.5   0.106
  4.5   0.75   0.167   36   4   0.111
  5   0.8   0.160   39   4   0.103
而且，虽然在公制细牙螺纹(fine screw thread)中存在部分例外，但是标称直径越小，比率(P/D)越大，螺距变得越粗。研究所述内容后，发明人认为目前的螺纹标准的基础是50年前制定的，因此是在当时的加工或测定的技术可保证的水平下经标准化的。在数十年前的加工或测定技术下，越是直径小且细牙的螺距，越难以对内螺纹孔进行加工，或越难以制造机器螺钉之类，因此，发明人推测，对于螺纹标准而言，螺纹的直径越小，螺距与标称直径的比率(P/D)越大，螺纹变得越粗。
如上所述，因为目前的机器螺钉之类的标准以数十年前的技术水平为基础，所以螺距的直径越小，螺距变得越大，从而无法用于扣紧明显轻薄短小化的与IT相关的设备等的薄板或薄壁零件。
本发明的螺纹形状是组合“细螺纹”与“多条螺纹”而形成的，所述“细螺纹”用于扣紧轻薄短小的薄板或薄壁零件，且为了确保扣紧强度或不易松动性所必须的啮合螺纹的数量，须减小螺距(P)与标称直径(D)的比率(P/D)的值，使此值小于符合目前的螺纹标准的粗螺纹或细牙螺纹的螺距(P)与标称直径(D)的比率(P/D)的值；所述“多条螺纹”用以弥补如下不良情况等，所述不良情况是指：以所述方式减小比率(P/D)的值后螺纹的螺距变得细密，由此导致螺纹旋转1周的前进量变小，从而使紧固时的作业性下降；本申请案发明人将所述螺纹形状称为“细密多条螺纹”。
此外，本发明的螺纹零件具有所述本发明的螺纹形状。
以下的表2表示本发明的螺纹形状的标称直径(D)与螺距(P)、以及比率(P/D)与导程(L，lead)的一例。对于基于本发明的螺纹形状的“细密多条螺纹”的标称直径(D)与螺距(P)或条数而言，除了本例中的标称直径(D)与螺距(P)及条数之外，还考虑多种组合，在本例中，将与符合JIS标准的各标称直径的公制粗螺纹的螺距(P)的1/N(N为大于等于2的整数)相当的值、或者与其近似的值设为螺纹的螺距，并分别将螺纹设为N条。
再者，对于表2中的下划线部分而言，将公制粗螺纹的螺距的1/N的近似值设为螺距。
[表2]
  标称直径(D)                   一般用公制螺纹                                         细密多条螺纹
        粗螺纹        细螺纹               条数：2              条数：3              条数：4
  螺距   比率   螺距   比率   螺距   比率   导程   螺距   比率   导程   螺距   比率   导程
  (P)   (P/D)   (P)   (P/D)   (P)   (P/D)   (L)   (P)   (P/D)   (L)   (P)   (P/D)   (L)
  1   0.25   0.25   0.2   0.2   0.125   0.125   0.25   0.08   0.08   0.24   0.06   0.06   0.24
  1.1   0.25   0.227   0.2   0.182   0.125   0.114   0.25   0.08   0.073   0.24   0.06   0.055   0.24
  1.2   0.25   0.208   0.2   0.167   0.125   0.104   0.25   0.08   0.067   0.24   0.06   0.05   0.24
  1.4   0.3   0.214   0.2   0.143   0.15   0.107   0.3   0.1   0.071   0.3   0.07   0.05   0.28
  1.6   0.35   0.219   0.2   0.125   0.175   0.109   0.35   0.1   0.063   0.3   0.08   0.05   0.32
  1.8   0.35   0.194   0.2   0.111   0.175   0.097   0.35   0.1   0.056   0.3   0.08   0.044   0.32
  2   0.4   0.2   0.25   0.125   0.2   0.1   0.4   0.125   0.063   0.375   0.1   0.05   0.4
  2.2   0.45   0.205   0.25   0.114   0.225   0.102   0.45   0.15   0.068   0.45   0.1   0.045   0.4
  2.5   0.45   0.18   0.35   0.14   0.225   0.09   0.45   0.15   0.06   0.45   0.1   0.04   0.4
  3   0.5   0.167   0.35   0.117   0.25   0.083   0.5   0.15   0.05   0.45   0.125   0.042   0.5
  3.5   0.6   0.171   0.35   0.1   0.3   0.086   0.6   0.2   0.057   0.6   0.15   0.043   0.6
  4   0.7   0.175   0.5   0.125   0.35   0.088   0.7   0.225   0.056   0.675   0.175   0.044   0.7
  5   0.8   0.16   0.5   0.1   0.4   0.08   0.8   0.25   0.05   0.75   0.2   0.04   0.8
  6   1   0.167   0.75   0.125   0.5   0.083   1   0.3   0.05   0.9   0.25   0.042   1
8 1.25 0.156   10.75   0.1250.094 0.6 0.075 1.2 0.4 0.05 1.2 0.3 0.038 1.2
10 1.5 0.15   1.2510.75   0.1250.10.075 0.75 0.075 1.5 0.5 0.05 1.5 0.35 0.035 1.4
基于本发明的螺纹形状的“细密多条螺纹”以如上所述的方式构成，即使对于使用目前公制粗螺纹仍无法确保3条啮合螺纹的数量的薄板或薄壁零件而言，如果使用所述“细密多条螺纹”，则即使是表2中条数最少的2条螺纹，也可以确保2倍于公制粗螺纹的啮合螺纹的数量，因此，与公制粗螺纹的情形相比，可以稳定地扣紧螺纹，如下所述，在强度方面也具有优越性。此外，即使是实施振动后的旋松转矩的测定结果，如下所述，与公制粗螺纹相比，所述“细密多条螺纹”也可以获得优越的数据。
利用符合目前的JIS标准的公制粗螺纹的机器螺钉来扣紧薄板或薄壁零件，当在薄板或薄壁零件中加工内螺纹时，为了确保3条啮合螺纹的数量，必须对薄板零件实施“修补”，且必须对薄壁零件实施“填充”，但如果使用基于本发明的螺纹形状的“细密多条螺纹”，则不实施“修补”或“填充”，便可以稳定地扣紧螺纹，从而可以避免复杂的零件构造。此外，当不但要考虑零件本身的强度，还要考虑“修补”后的螺纹的高度来决定板厚时，通过使用基于本发明的螺纹形状的“细密多条螺纹”，可以使螺纹的高度变低，并使零件本身的板厚变薄，从而可以减少材料费。
再者，对于本发明的螺纹形状而言，可以将与符合各种螺纹标准的粗螺纹的各标称螺距(P)的1/N(N为大于等于2的整数)相当的值设为螺距，并将螺纹条数设为所述N，如此，如果例如将与符合目前的JIS标准的公制粗螺纹的螺距的1/N(N为大于等于2的整数)相当的值设为螺距，并设置N条螺纹，则本发明的螺纹形状的导程与JIS的公制粗螺纹的导程相同，因此可以解决如下的不良情况：因与公制粗螺纹的螺纹零件相比，螺距变得细密，从而有损紧固螺纹时的作业性的效率。
在扣紧直径小的螺纹零件时，当使用气动式或电动式起子(driver)等来紧固机器螺钉或螺栓时，多会发生如下问题，即，外螺纹(male screw)倾斜地啮入螺钉孔，从而损伤螺纹，但是如果采用基于本发明的螺纹形状的“细密多条螺纹”，则因为螺纹多，且在内螺纹侧存在多个螺纹入口，所以插入外螺纹时较为稳定，从而可以消除所述损伤螺纹的问题。
附图说明
图1(a)、图1(b)以及图1(c)是具有基于本发明的螺纹形状的“细密多条螺纹”的第1实施例的机器螺钉的平面图、正视图以及截面图，图1(d)以及图1(e)分别是具有基于本发明的螺纹形状的“细密多条螺纹”的第2实施例以及第3实施例的机器螺钉的截面图。
图2(a)是表示利用所述具有第1实施例的“细密多条螺纹”的机器螺钉来将零件固定到薄板上时的使用实态的截面图，图2(b)是表示利用现有的粗螺纹的机器螺钉来将零件固定到薄板上时的使用实态的截面图。
图3(a)以及图3(b)是表示如下状态的截面图：分别在板厚为0.6mm的薄板上，以所述3条螺纹的第1实施例的“细密多条螺纹”来加工出3条或3条以上的标称直径2mm×螺距0.125mm的内螺纹，并以所述4条螺纹的第2实施例的“细密多条螺纹”来加工出3条或3条以上的标称直径2mm×螺距0.1mm的内螺纹，图3(c)是表示如下状态的截面图：在板厚为0.6mm的薄板上进行修补加工后，加工出3条左右的公制粗螺纹M2×螺距0.4mm的内螺纹。
[符号的说明]
1：机器螺钉
2：螺纹部
2a：螺纹
3：薄板
3a：内螺纹
3b：修补部
4：零件
具体实施方式
以下，通过实施例，并根据附图来详细地说明本发明的实施形态。此处，图1(a)、图1(b)以及图1(c)是具有基于本发明的螺纹形状的“细密多条螺纹”的第1实施例的作为本发明的螺纹零件的一实施例的机器螺钉的平面图、正视图以及截面图，所述具有第1实施例的“细密多条螺纹”的机器螺钉1是具有直螺纹(straight screw)的十字槽机器螺钉，且螺纹部2的螺纹2a为3条。此外，图1(d)以及图1(e)分别是表示基于本发明的螺纹形状的“细密多条螺纹”的第2实施例以及第3实施例的截面图，所述第2实施例以及第3实施例与第1实施例的不同点仅在于：第2实施例以及第3实施例各自的螺纹部2的螺纹2a分别为4条以及2条。
再者，所述第1至第3实施例的特征在于为“细螺纹”且为“多条螺纹”，标称直径并不限于以下的示例。而且，所述第1至第3实施例的螺纹形状不仅包括图1所示的外螺纹形状，而且有时也包括内螺纹形状。而且，图1(c)、图1(d)、图1(e)中的螺纹部的截面形状，是从轴线方向观察导程直角截面所得的形状。
图2(a)是表示利用具有所述第1实施例的“细密多条螺纹”的机器螺钉1来将零件4固定到薄板3上时的使用实态的截面图，可以利用与直接形成在薄板3中的内螺纹3a相扣紧的机器螺钉1来固定零件4，无须进行修补加工。另一方面，图2(b)是表示利用现有的粗螺纹的机器螺钉11来将零件4固定到薄板3上时的使用实态的截面图，内螺纹3a形成在已对修补部3b进行修补加工后的薄板3上，利用与所述内螺纹3a扣紧的机器螺钉11来固定零件4。
此处，当以标称直径为2mm的公制粗螺纹为示例进行说明时，因为公制粗螺纹M2的螺距为0.4mm，所以如果必须使啮合螺纹的数量最少为3条，则板厚必须为大于等于1.2mm的厚度，如果板厚不足1.2mm，例如，板厚为0.6mm，则如图3(c)的截面图所示，必须在薄板3上对修补部3b实施修补加工。相对于此，例如当在所述螺纹为3条的第1实施例的“细密多条螺纹”的情形下，因为螺距为0.125mm，所以如图3(a)所示，可以利用0.6mm的板厚来加工出4.8条啮合螺纹，此外，当在所述螺纹为4条的第2实施例的“细密多条螺纹”的情形下，因为螺距为0.1mm，所以如图3(b)所示，可以利用0.6mm的板厚来加工出6条啮合螺纹，且均无须实施修补加工。
而且，对于紧固时所必须的时间而言，例如在螺距为0.125mm的所述螺纹为3条的第1实施例的情形下，导程为0.375mm，比粗螺纹的导程稍短，精确而言稍有不足，但实质上几乎与粗螺纹无差别。另一方面，在螺距为0.1mm的所述螺纹为4条的第2实施例的情形下，导程与粗螺纹相同，可以利用与粗螺纹完全相同的时间来加以紧固。
此外，就旋入时的作业性而言，多条螺纹在内螺纹侧具有多个螺纹的入口，因此可以认为，外螺纹在进入螺钉孔时容易进入，优于1条螺纹的螺纹。
而且，关于作为螺纹扣紧强度的指标之一的静拉伸(static tension)强度，本申请案发明人做了如下实验。亦即，将板厚设为0.8mm，对M2的粗螺纹螺距为0.4mm的螺纹为1条的内螺纹、与所述螺纹为2条的第3实施例中的M2的螺距为0.2mm的内螺纹进行加工，在所述内螺纹各自与外螺纹相嵌的状态下，在轴方向上拉伸，测定内螺纹的螺纹断裂时的荷重。其结果，在所述螺纹为2条的第3实施例中，M2×0.2的螺纹的断裂总重是M2×0.4的1条螺纹的断裂总重的106％。由此显而易见的是，即使是使用粗螺纹螺距而无法确保啮合螺纹的数量为3条的板厚，也可以利用所述实施例的“细密多条螺纹”来确保稳定的强度。
而且，关于螺纹扣紧时的松动测试，本申请案发明人做了如下实验。亦即，因为松动测试装置的缘故，在板厚为3mm的S50C板材上，加工出M10而并非M2的粗螺纹螺距为1.5mm的1条螺纹的内螺纹、与所述螺纹为3条的第1实施例中的M10的螺距为0.5mm的内螺纹，在以小于等于粗螺纹的弹性弯曲点(inflection point)(断裂点(breakdown point))的转矩值，将对应的外螺纹紧固到所述多个内螺纹的状态下，打开振动激振器(vibration exciter)一固定时间之后，利用转矩扳手(torque wrench)来测定外螺纹松动时的转矩。其结果，所述螺纹为3条的第1实施例中M10×0.5的螺纹的旋松转矩，是M10×1.5的1条螺纹的旋松转矩的115％。所述关系对于其他标称直径也相同，由此显而易见的是，与粗螺距的1条螺纹相比，所述实施例的“细密多条螺纹”具有同等以上的旋松转矩。
以上，已根据图示例进行了说明，但本发明不限于所述示例，可以在申请专利范围记载的范围内作适当改变，例如，螺纹的形状不限于“三角螺纹”。而且，螺纹的条数可以为5条或5条以上。本发明的螺纹形状不限于符合所述实施例的JIS标准的公制粗螺纹，也可以对应于符合其他种类的螺纹标准的粗螺纹。此外，本发明的螺纹零件不限于所述实施例的机器螺钉。
如此，根据本发明的“细密多条螺纹”，无须修补加工，从而可以大幅降低成本，而之前，因使用粗螺纹，所以必须对薄板进行所述修补加工。而且，螺纹的功能可以丝毫不逊色于现有的粗螺纹的功能。

Claims (3)

1.一种螺纹形状，用于扣紧薄板或薄壁状零件，
所述螺纹形状的特征在于：
减小粗螺纹的各螺距(P)与标称直径(D)的比率(P/D)的值，使所述值小于符合各种螺纹标准的粗螺纹的各螺距(P)与标称直径(D)的比率(P/D)的值，并使螺纹条数为2条或2条以上。
2.如权利要求1所述的螺纹形状，其特征在于：
将与符合各种螺纹标准的粗螺纹的各标称螺距(P)的1/N(N为大于等于2的整数)相当的值设为螺距，
将螺纹条数设为所述N。
3.一种螺纹零件，其特征在于：具有如权利要求1或权利要求2所述的螺纹形状。
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