JP2005195044A - ねじ及びそのねじを用いた圧力容器 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじの破損を防止するとともに、圧力容器の使用寿命を向上させる。
【解決手段】プレッシャフランク２０Ａとクリアランスフランク２０Ｂとを有する、めねじであって；めねじ有効径２０ｙを結ぶ線２０ｙＬは、軸心Ｃに対して傾斜しており、めねじ内径２０ｎを結ぶ線２０ｎＬは、該軸心Ｃに対して平行であり、ねじ谷底を結ぶ線２０ｔＬは、該軸心Ｃに対して傾斜している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、アキュムレータ等に用いられる、ねじに関するものであり、更に述べると、ねじ及びそれを用いた圧力容器に関するものである。

アキュムレータの容器本体の先端部（ねじ部）には、めねじが設けられており、このめねじには、蓋体のおねじが螺着されている。このめねじとして、三角ねじ、のこ歯ねじ、逆のこはねじ等が用いられている。
ここで、逆のこ歯ねじとは、クリアランスフランクとプレッシャフランクとを有する、標準状態ののこ歯ねじを、逆配置状態にして、該標準状態におけるクリアランスフランクの傾斜角度を荷重を受けるプレッシャフランクの傾斜角度とし、又、該標準状態におけるプレッシャフランクの傾斜角度をクリアランスフランクの傾斜角度にしたねじ、をいう（例えば、特許文献１参照）。

ＷＯ０３／０１４５８４ Ａ１（２００３年２月２０日 国際公開日）

圧力容器、例えば、アキュムレータのねじ部には、圧力変動に伴い、大きな繰り返し荷重がかかってめねじ山を押圧するので、めねじ谷底に引っ張り応力が発生する。特に、基端部側のめねじ山、例えば、一番目のめねじ山、には極端に大きな荷重がかかるので、その一番目のめねじ谷底には最大の引っ張り応力が発生することになる。そのため、該めねじ谷底から破損してしまい、アキュムレータは使用不可能となる。

本発明は、上記上記事情に鑑み、ねじの破損を防止することを目的とする。他の目的は、圧力容器の使用寿命を向上させることである。

この発明は、プレッシャフランクとクリアランスフランクとを有する、ねじであって；
有効径を結ぶ線は、軸心に対して傾斜しており、ねじ山を結ぶ線は、該軸心に対して平行であり、ねじ谷底を結ぶ線は、該軸心に対して平行、又は、傾斜していることを特徴とする。

この発明は、互いに連続する変形ねじ部と普通ねじ部とを有する、ねじであって；
前記変形ねじ部の有効径を結ぶ線は、軸心に対して傾斜しており、前記変形ねじ部のねじ山を結ぶ線は、該軸心に対して平行であり、前記変形ねじ部のねじ谷底を結ぶ線は、該軸心に対して平行、又は、傾斜していることを特徴とする。

この発明は、変形ねじ部と、該変形ねじ部の両端にそれぞれ連続して設けられた普通ねじ部と、を有する、ねじであって；
前記変形ねじ部の有効径を結ぶ線は、軸心に対して傾斜しており、前記変形ねじ部のねじ山を結ぶ線は、該軸心に対して平行であり、前記変形ねじ部のねじ谷底を結ぶ線は、該軸心に対して平行、又は、傾斜していることを特徴とする。

この発明のねじの有効径は、基端側が自由端側より小さく、ねじ谷底の径は、基端側が自由端側より小さいことを特徴とする。この発明のねじは、逆のこ歯ねじであること特徴とする。この発明のねじは、めねじであることを特徴とする。

この発明は、ねじを用いた圧力容器であって、前記ねじは、次のいずれかであることを特徴とする。
１：プレッシャフランクとクリアランスフランクとを有する、ねじであって；有効径を結ぶ線は、軸心に対して傾斜しており、ねじ山を結ぶ線は、該軸心に対して平行であり、ねじ谷底を結ぶ線は、該軸心に対して平行、又は、傾斜していることを特徴とするねじ。
２：互いに連続する変形ねじ部と普通ねじ部とを有する、ねじであって；有効径を結ぶ線は、軸心に対して傾斜しており、ねじ山を結ぶ線は、該軸心に対して平行であり、ねじ谷底を結ぶ線は、該軸心に対して平行、又は、傾斜していることを特徴とするねじ。
３：変形ねじ部と、該変形ねじ部の両端にそれぞれ連続して設けられた普通ねじ部と、を有する、ねじであって；前記変形ねじ部の有効径を結ぶ線は、軸心に対して傾斜しており、前記変形ねじ部のねじ山を結ぶ線は、該軸心に対して平行であり、前記変形ねじ部のねじ谷底を結ぶ線は、該軸心に対して平行、又は、傾斜していることを特徴とするねじ。

この発明は、容器主体のめねじに、蓋体のおねじを螺合した圧力容器であって：
前記めねじの有効径を結ぶ線は、軸心に対して傾斜しており、前記めねじのねじ山を結ぶ線は、該軸心に対して平行であり、前記めねじのねじ谷底を結ぶ線は、該軸心に対して平行、又は、傾斜していることを特徴とする。

この発明の圧力容器のめねじの有効径は、基端側が自由端側より小さく、前記めねじのねじ谷底の径は、基端側が自由端側より小さいことを特徴とする。

この発明は、ねじの有効径を結ぶ線は軸心に対して傾斜しており、ねじ山を結ぶ線は該軸心に対して平行であり、ねじ谷底を結ぶ線は該軸心に対して平行、又は、傾斜している ので、ねじ山の山頂幅が基端部側から自由端部に向かって次第に大きくなっている。そのため、ねじの基端部側に繰り返し荷重がかかっても、従来例のように破損することはない。従って、このねじを用いた圧力容器は、使用寿命を伸ばすことができる。

この発明の第１実施形態を図１〜図２により説明する。
圧力容器、例えば、アキュムレータACCは、容器本体１内にブラダ２を内蔵している。このブラダ２は、プリーツブラダであり、所定形状に折り畳まれるように折り癖がつけられている。このブラダ２のフランジ部３は、容器本体１の上部１ａに係止され、蓋体５により固定されている。この蓋体５には、ブラダ２内に連通する給排気口６と、容器主体１のめねじ２０に螺合するおねじ２１とが設けられている。

このめねじ２０は、逆のこ歯めねじであり、６個のめねじ山F1〜F６を備えているが、めねじ山F1は、めねじ２０の基端部２０Ｄ側に位置し、めねじ山F６は、先端部（自由端部）２０Ｗ側に位置している。

この逆のこ歯めねじは、のこ歯めねじ、例えば、プレッシャフランクの傾斜角度θが１５°、クリアランスフランクの傾斜角度βが４５°、のめねじ山Ｆ1〜Ｆ６のプレッシャフランクの形状（傾斜角度）とクリアランスフランクの形状（傾斜角度）とが互いに逆になっている。

即ち、逆のこ歯めねじのクリアランスフランクの傾斜角度が、のこ歯ねじのプレッシャフランク２０Ａの傾斜角度βに形成され、又、逆のこ歯めねじのプレッシャフランクの傾斜角度がのこ歯ねじのクリアランスフランク２０Ｂの傾斜角度θに形成されている。
従って、プレッシャフランク２０Ａの傾斜角度βは、４５°であり、又、クリアランスフランクの傾斜角度θは、１５°である。

このめねじ２０の有効径２０ｙは、基端部２０Ｄ側が先端部２０Ｗ側より小さくなっており、従って、この有効径２０ｙを結ぶ線（有効径線）２０ｙＬは、前記軸心Ｃに対して傾斜しており、先端部２０Ｗ側になる程前記軸心Ｃから離れている。

めねじ２０の各内径２０ｎは、等しく、従って、各内径２０ｎを結ぶ線（内径線）２０ｎＬは、前記軸心Ｃに対して平行となっている。めねじ２０のねじ山Ｆ１〜Ｆ６の山頂幅は、基端部２０Ｄ側から自由端部２０Ｗ側に向かって次第に小さくなっており、ねじ山Ｆ１の山頂幅ＦＷ１が最も大きく、又、ねじ山Ｆ６の山頂幅ＦＷ６が最も小さくなっている。

めねじ２０のねじ谷底の径２０ｔは、基端部２０Ｄ側が先端部２０Ｗがより小さくなっており、従って、このねじ谷底を結ぶ線（谷底線）２０ｔＬは、前記軸心Ｃに対して傾斜しており、先端部２０Ｗになる程前記軸心Ｃから離れている。おねじ２０の山頂面２１ｓとめねじのねじ谷底２０ｃ間の空間部２０ｋは、基端部２０Ｄ側から自由端部２０Ｗに向かって次第に大きくなっている。

このめねじ２０に螺合しているおねじ２１は、のこ歯ねじ、例えば、プレッシャフランクの傾斜角度θが１５°、クリアランスフランクの傾斜角度βが４５°、のおねじ山Ｍ1〜Ｍ６のプレッシャフランクの形状（傾斜角度）とクリアランスフランクの形状（傾斜角度）とが互いに逆になっている。

即ち、逆のこ歯おねじのクリアランスフランク２０Ｂの傾斜角度が、のこ歯ねじのプレッシャフランクの傾斜角度βに形成され、又、逆のこ歯おねじのプレッシャフランク２０Ａの傾斜角度がのこ歯ねじのクリアランスフランクの傾斜角度θに形成されている。
従って、プレッシャフランク２１Ａの傾斜角度βは、４５°であり、又、クリアランスフランク２１Ｂの傾斜角度θは、１５°である。

このおねじ２１の有効径２１ｙは、基端部２１Ｄ側が先端部２１Ｗ側より小さくなっており、従って、この有効径２１ｙを結ぶ線（有効径線）２１ｙＬは、前記軸心Ｃに対して傾斜しており、先端部２１Ｗ側になる程前記軸心Ｃから離れている。

おねじ２１の各外径２１ｇは、等しく、従って、各外径２１ｇを結ぶ線（外径線）２１ｇＬは、前記軸心Ｃに対して平行となっている。おねじ２１のねじ山Ｍ１〜Ｍ６の山頂幅は、基端部２１Ｄ側から自由端部２１Ｗ側に向かって次第に小さくなっており、ねじ山Ｍ１の山頂幅ＭＷ１が最も小さく、又、ねじ山Ｆ６の山頂幅ＭＷ６が最も大きくなっている。

おねじ２１のねじ谷底の径２１ｔは、基端部２１Ｄ側が先端部２１Ｗがより小さくなっており、従って、このねじ谷底を結ぶ線（谷底線）２１ｔＬは、前記軸心Ｃに対して傾斜しており、先端部２１Ｗになる程前記軸心Ｃから離れている。めねじ２０の山頂面２０ｓとおねじのねじ谷底２１ｃ間の空間部２１ｋは、基端部２１Ｄ側から自由端部２１Ｗに向かって次第に小さくなっている。

容器本体１の底部１ｂには、貫通穴１０が設けられ、この貫通穴１０にはＯリングを介して給排筒１３が挿着されている。この給排筒１３のフランジ部１４は貫通穴１０の受部１１に圧接されている。給排筒１３にはクッションカップ１５の付いたポペット弁１６が摺動自在に支持されている。この給排筒１３には、ナット１７により容器本体１に固定されている。

次に、本実施例の作動について説明する。
給排筒１３を介して図示しない液圧回路にアキュムレータAccを接続する。該液圧回路の液圧が変化し、容器本体１内の圧力が上昇すると、蓋体５は矢印Ａ５方向に押圧され、おねじ２１のおねじ山Ｍ1がめねじ２０の逆形プレッシャフランク２０Ａに圧接する。

この時、めねじ山Ｆ1にかかる荷重は、分散され、矢印Ａ２０方向の押圧力、即ち、即ち軸心Ｃと直交方向の拡径力、を発生させるので、プレッシャフランク２０Ａは、おねじ２１のおねじ山Ｍ1のプレッシャフランク２１Ａ上を滑るようにしながら弾性変形し外方に拡がる。このプレッシャフランク２０Ａの傾斜角度βは４５°であり、従来例のプレッシャフランクの傾斜角度１５°の３倍なので、周方向変位量は大幅に増加する。

そして、めねじ山Ｆ1で負担しきれない荷重は、逃がされて次のめねじ山Ｆ2にかかるとともに、該めねじ山Ｆ2で負担しきれない荷重は、逃されて次のめねじ山Ｆ3にかかる。このような過程を繰り返し、おねじにかかる全荷重は、めねじ山Ｆ1〜Ｆ６に伝達される。

この時、互いに接触しているおねじ山Ｍ1〜Ｍ6とめねじ山Ｆ1〜Ｆ6の肉厚を比較すると、めねじ山Ｆ1〜Ｆ6の肉厚は、基端部側２０Ｄになるほど厚くなっているのに対し、おねじ山の肉厚は、基端部２１Ｄ側になるほど薄くなっている。即ち、めねじ山Ｆ1〜Ｆ6の肉厚／おねじ山Ｍ1〜Ｍ6の肉厚 の値は、基端部２０Ｄ側になるほど大きくなっている。

本実施形態における、おねじに圧力28.1ＭＰaがかかっていることを前提として、全めねじ谷底の引っ張り応力（N／mm² ）をコンピュータで計算（有限要素法）したところ、第１番目のめねじ谷底２０ｃ1に最大引っ張り応力２８３N／mm² が発生していることがわかった。この値は、従来例の逆のこ歯ねじ、即ち、各めねじ山の山頂幅が等しく、有効径を結ぶ線、内径を結ぶ線、めねじ谷底を結ぶ線が、互いに平行になっているめねじ、の場合の最大引っ張り応力３２７N／mm² に比べ、大幅に低減していることが明らかになった。
なお、本発明によるメートルネジを形成し、前記と同様の要領でめねじ谷底に発生する引っ張り応力を計算したところ、第１番目のめねじ谷底に、最大引っ張り応力４９５Ｎ／mm² が発生した。この値は、標準のメートルねじの場合の最大引っ張り応力６５６N／mm² に比べ、大幅に低減していることが明らかになった。

この発明の第２実施形態を図３により説明するが、図１、図２と同一図面符号は、その名称も機能も同一である。
本実施形態と第１実施形態の相違点は、めねじ谷底を結ぶ線２０ｔＬ１、おねじ谷底を結ぶ線２１ｔＬ１が、軸心Ｃに対して傾斜している代わりに、平行になっている点である。
すなわち、本実施形態では、めねじ有効径を結ぶ線２０ｙＬは、軸心Ｃに対して傾斜しているが、内径を結ぶ線２０ｎＬとねじ谷底を結ぶ線２０ｔＬ１とは、互いに平行になっており、又、おねじ有効径を結ぶ線２１ｙＬは軸心Ｃに対して傾斜しているが、外径を結ぶ線２１ｇＬとねじ谷底を結ぶ線２１ｔＬ１とは、互いに平行になっている。

本実施形態における、おねじに圧力28.1ＭＰaがかかっていることを前提として、全めねじ谷底の引っ張り応力（N／mm² ）をコンピュータで計算（有限要素法）したところ、第１番目のめねじ谷底２０ｃ1に最大引っ張り応力２９０N／mm² が発生していることがわかった。この値は、前記従来例の逆のこ歯ねじの最大引っ張り荷重３５５N／mm² に比べ、大幅に低減していることが明らかになった。
なお、本発明によるメートルネジを形成し、前記と同様の要領でめねじ谷底に発生する引っ張り応力を計算したところ、第１番目のめねじ谷底に、最大引っ張り応力６３９Ｎ／mm² が発生した。この値は、標準のメートルねじの場合の最大引っ張り応力６５６N／mm² に比べ、低減していることが明らかになった。

この発明の第３実施形態を図４により説明するが、図１〜図３と同一図面符号は、その名称も機能も同一である。
本実施形態と第１実施形態の相違点は、ねじ部を変形ねじ部２５Ｐと標準ねじ部３０Ｐとに二分割し、第１実施形態の逆のこ歯ねじに形成した基端部２０Ｄ、２１Ｄ側を変形ねじ部２５Ｐとし、又、標準のメートルに形成した自由端２０Ｗ、２１Ｗ側を標準ねじ部３０Ｐにしたことである。

この実施形態では、変形ねじ部２５Ｐのめねじ有効径を結ぶ線２０ｙＬ及びねめじ谷底を結ぶ線２０ｔＬは、軸心Ｃに対して傾斜しているが、内径を結ぶ線２０ｎＬは、前記軸心Ｃに対して平行になっており、又、おねじ有効径を結ぶ線２１ｙＬ及びおねじ谷底を結ぶ線２１ｔＬは、軸心Ｃに対して傾斜しているが、外径を結ぶ線２１ｇＬは、平行になっている。

基準ねじ部３０Ｐのめねじ有効径を結ぶ線３０ｙＬ及びめねじ谷底を結ぶ線３０ｔＬ、内径を結ぶ線３０ｎＬは、軸心Ｃに対して平行に形成されており、又、おねじ有効径を結ぶ線３１ｙＬ、おねじ外径を結ぶ線３１ｇＬ、おねじ谷底を結ぶ線３１ｔＬは、それぞれ軸心Ｃに対して平行になっている。

本実施形態における、おねじに圧力２８．１ＭＰａがかかっていることを前提として、全めねじ谷底の引っ張り応力（N／mm² ）をコンピュータで計算（有限要素法）したところ、第１番目のめねじ谷底２０ｃ1に最大引っ張り応力２８２N／mm² が発生していることがわかった。この値は、前記従来例の基準逆のこ歯ねじの最大引っ張り荷重３５５N・mm² に比べ大幅に低減していることが明らかになった。
なお、本発明によるメートルネジを形成し、前記と同様の要領でめねじ谷底に発生する引っ張り応力を計算したところ、第１番目のめねじ谷底に、最大引っ張り応力５９９Ｎ／mm² が発生した。この値は、標準のメートルねじの場合の最大引っ張り応力６５６N／mm² に比べ、著しく低減していることが明らかになった。

この発明の第４実施形態を図５により説明するが、図１〜図４と同一図面符号は、その名称も機能も同一である。
本実施形態と第３実施形態の相違点は、変形ねじ部２５Ｐの基端側２０Ｄ、２１Ｄに基端側基準ねじ部４０を連続させ、ねじ部を三つに分割したことである。
この実施形態のおける変形ねじ部２５と基準ねじ部３０Ｐは、実施形態３と同様なので、説明を省略する。

基端側基準ねじ部４０Ｐのめねじ有効径を結ぶ線４０ｙＬ及びめねじ谷底を結ぶ線４０ｔＬ、内径を結ぶ線４０ｎＬは、それぞれ軸心Ｃに対して平行に形成されており、又、おねじ有効径を結ぶ線４１ｙＬ、おねじ外径を結ぶ線４１ｇＬ、おねじ谷底を結ぶ線４１ｔＬは、それぞれ軸心Ｃに対して平行に形成されている。前記めねじの線４０ｙＬ、４０ｔＬ、４０ｎＬ、おねじの線４１ｙＬ、４１ｇＬ、４１ｔＬは、変形ねじ部２０Ｐのめねじの線２０ｙＬ、２０ｔＬ、２０ｎＬ、おねじの線２１ｙＬ、２１ｇＬ、２１ｔＬを介して基準ねじ部３０のめねじの線３０ｙＬ、３０ｇＬ、３０ｎＬ、基準おねじ部３０の線３１ｙＬ、ｇＬ、３１ｔＬに連続している。

基端側基準ねじ部４０Ｐのめねじの線４０ｙＬ、４０ｇＬ、４０ｔＬ及びおねじの線４１ｙＬ、４１ｇＬ、４１ｔＬは、それぞれ順次対応ずる前記基準ねじ部３０Ｐのめねじの線３０ｙＬ、３０ｇＬ、３０ｔＬ及びおねじの線３１ｙＬ、３１ｇＬ、３１ｔＬより、軸線Ｃに近い位置にある。

基端側基準ねじ部４０のめす山の山頂幅４０Ｗは、変形ねじ部２５Ｐのめす山の山頂幅ＦＷ、基準ねじ部３０のめす山の山頂幅３０Ｗより大きくなっている。
又、基端側基準ねじ部４０のおす山の山頂幅４１ｗは、変形ねじ部２５Ｐのおす山の山頂幅ＭＷ、基準ねじ部３０のおす山の山頂幅３１Ｗより小さくなっている。

本実施形態における、おねじに圧力28.1ＭＰaがかかっていることを前提として、全ねじ谷底の引っ張り応力（N／mm² ）をコンピュータで計算（有限要素法）したところ、第１番目のめねじ谷底４０ｃ1に最大引っ張り応力２５５N・mm² が発生していることがわかった。この値は、前記従来例の基準逆のこ歯ねじの最大引っ張り荷重３２７N／mm² に比べ大幅に低減していることが明らかになった。
なお、本発明によるメートルネジを形成し、前記と同様の要領でめねじ谷底に発生する引っ張り応力を計算したところ、第１番目のめねじ谷底に、最大引っ張り応力５１１Ｎ／mm² が発生した。この値は、標準のメートルねじの場合の最大引っ張り応力６５６N／mm² に比べ、著しく低減していることが明らかになった。

この発明の実施形態は、前記逆のこ歯ねじに限定されるものではなく、例えば、この発明は、普通ねじ、のこ歯ねじ、等にも適用できることは勿論である。

本発明の第１実施形態を示す要部拡大縦断面図である。 アキュムレータの縦断面図である。 本発明の第２実施形態を示す要部拡大縦断面図である。 本発明の第３実施形態を示す要部拡大縦断面図である。 本発明の第４実施形態を示す要部拡大縦断面図である。

符号の説明

１ 容器本体
２０ めねじ
２０Ａ プレッシャフランク
２０Ｂ クリアランスフランク
２１ おねじ
２１Ａ プレッシャフランク
２１Ｂ クリアランスフランク
２０ｙ 有効径
２０ｎ 内径
２０ｔ 谷径
２１ｙ 有効径
２１ｎ 外径
２１ｔ 谷径
２０ｙＬ 有効径傾斜線
２０ｎＬ 内径線
２０ｔＬ 谷径線
２１ｙＬ 有効径傾斜線
２１ｎＬ 外径線
２１ｔＬ 谷径線

Claims (9)

1. プレッシャフランクとクリアランスフランクとを有する、ねじであって；
   有効径を結ぶ線は、軸心に対して傾斜しており、
   ねじ山を結ぶ線は、該軸心に対して平行であり、
   ねじ谷底を結ぶ線は、該軸心に対して平行、又は、傾斜していることを特徴とするねじ。
2. 互いに連続する変形ねじ部と普通ねじ部とを有する、ねじであって；
   前記変形ねじ部の有効径を結ぶ線は、軸心に対して傾斜しており、
   前記変形ねじ部のねじ山を結ぶ線は、該軸心に対して平行であり、
   前記変形ねじ部のねじ谷底を結ぶ線は、該軸心に対して平行、又は、傾斜していることを特徴とするねじ。
3. 変形ねじ部と、該変形ねじ部の両端にそれぞれ連続する普通ねじ部と、を有する、ねじであって；
   前記変形ねじ部の有効径を結ぶ線は、軸心に対して傾斜しており、
   前記変形ねじ部のねじ山を結ぶ線は、該軸心に対して平行であり、
   前記変形ねじ部のねじ谷底を結ぶ線は、該軸心に対して平行、又は、傾斜していることを特徴とするねじ。
4. 有効径は、基端側が自由端側より小さく、
   ねじ谷底の径は、基端側が自由端側より小さいことを特徴とする請求項１、２、又は、３記載のねじ。
5. ねじが、逆のこ歯ねじであること特徴とする請求項１，２，又は、３記載のねじ。
6. ねじが、めねじであることを特徴とする請求項１，２，又は、３記載のねじ。
7. 請求項１、２、又は、３記載のねじが用いられていることを特徴とする圧力容器。
8. 容器主体のめねじに、蓋体のおねじを螺合した圧力容器であって：
   前記めねじの有効径を結ぶ線は、軸心に対して傾斜しており、
   前記めねじのねじ山を結ぶ線は、該軸心に対して平行であり、
   前記めねじのねじ谷底を結ぶ線は、該軸心に対して平行、又は、傾斜していることを特徴とする圧力容器。
9. 前記めねじの有効径は、基端側が自由端側より小さく、
   前記めねじのねじ谷底の径は、基端側が自由端側より小さいことを特徴とする請求項８記載の圧力容器。