JP2007032706A - 締結機能ボルト - Google Patents

Abstract

【課題】雄ねじ部が雌ねじ部に対して軸方向に傾いてセットされても、締結時に雄ねじ部と雌ねじ部との姿勢が修正されて、高い確度で雄ねじ部を雌ねじ部に正常に螺合させられる締結機能ボルトを提供する。
【解決手段】雄ねじ部２が雌ねじ部８に対して大きく傾いてセットされても、環状溝面部７が雌ねじ部８の入口周縁部８ａに対して逃げとして働くので、締着ミスが避けられて雌ねじ部８に対する案内軸部３のねじ込み動作が続けられる。テーパ面部９のテーパ角度は、６８度以上７２度以下の範囲内にあるので、雄ねじ部２が回転や振動を受けるに伴い、テーパ面部９が雌ねじ部８の入口周縁部８ａを内方に向かって滑り、締結時に雄ねじ部２と雌ねじ部８との姿勢が修正されて傾きがなくなり、高い確度で雄ねじ部２を雌ねじ部８に正常に螺合させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両などの組立て工程でインパクトレンチやロボットアームなどの工具を用いて締付ける締結機能ボルトに係り、とりわけ雌ねじ部に対して傾いた状態で締付ける場合に好適となる締結機能ボルトに関する。

自動車の組立てラインでは、工具を用いて車体フレームの底部から側面部にボルトを雌ねじ部に締結して必要な部品を組付ける工程が多く取入れられている。この際、ボルトは雌ねじ部に対して傾いた状態になり、ボルトが傾斜したまま雌ねじ部のねじ山に食い込むといった斜めねじ込みが行われてしまうことがある。
斜めねじ込みを防止するため、ボルトに工夫を凝らして設けたパイロット付きボルトが知られている（例えば、特許文献１参照）。このパイロット付きボルトでは、ボルトを軸部とパイロット部とに区分し、パイロット部におけるねじ山の谷径を軸部におけるねじ山の谷径の許容寸法内に設定し、パイロット部の外径を相手部材の雌ねじ部の内径の許容寸法内に設定している。

パイロット付きボルトにおけるパイロット部の先端を雌ねじ部の入口端に接触させて回転させると、パイロット部のねじ山が雌ねじ部に沿って進む。この時、雌ねじ部に対するボルトの傾きが修正されて、ボルトの軸芯と雌ねじ部の軸芯との進直度が保たれるようにしている。

また、特許文献２に記載された案内棒付きボルトでは、ねじ部の先端に連接棒を連結し、連接棒をねじ部よりも細径な合成樹脂製の案内棒にインサート成形している。外装部品の組付け時、ねじ部の案内棒を取付板の透孔に挿入してナットで締付けるようにしている。この場合、案内棒の先端は、孔さぐり性に優れた半球面状に形成されているため、取付板の透孔へ円滑に挿入されるようになっている。

特許文献１では、雌ねじ部に対するボルトの傾斜が大きい時、パイロット部のねじ山が雌ねじ部のねじ山に接触してしまう虞がある。この状態でボルトを回してしまうと、両者のねじ同士が噛み合わず、雌ねじ部に対してボルトを進入させられなくなる締着ミスが生じたり、パイロット部のねじ山が雌ねじ部に無理な角度で噛み込み、ねじ山の損傷が生じる虞がある。また、特許文献２では、ねじ部に対してナットが大きく傾く場合、両者のねじ山が接触してしまうので、特許文献１と同様な不都合が生じる虞がある。

そこで、特許文献１、２の欠点を解消するため、ボルトが雌ねじ部やナットに対して大きく傾いても、ボルトを雌ねじ部やナットに支障なく締付けられる自動組立用ボルトが登場している（例えば、特許文献３参照）。
この自動組立用ボルトでは、雄ねじ部の一端から一体に延出された軸状の案内部を設けている。この案内部は、相手部材のねじ孔のねじ山径よりも若干径小に設定されている。案内部の隅角部は、ねじ孔のピッチ寸法より大きな径で丸面取りが施されており、案内部の対角長さは、ねじ孔に対する当接部からねじ孔の入口に到る距離よりも長尺に設定されている。
実開平０５−０５７４１５号公報 特開平０９−１７７７４７号公報 特開２００１−３０４２２１号公報

特許文献３の自動組立用ボルトでは、丸面取りを含む球面の中心部がねじ孔の内部に入らないうちは、雄ねじ部がねじ孔のねじ山に噛み込むことがないようにし、斜めねじ込みに起因するねじ山の損傷をなくしている。これにより、ねじ孔に対する雄ねじ部の傾斜角度が２２度までは１００％の確度で両者を支障なく正常に螺合させ得る成果をあげている。
しかしながら、案内部の先端部に雌ねじピッチの３倍程度の半径を有する球面となるように丸面取り部を形成しているため、球面の加工が難しく成形性が悪化して生産性の低下に繋がる虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、雄ねじ部が雌ねじ部に対して軸方向に傾いてセットされても、締結時に雄ねじ部と雌ねじ部との姿勢が修正されて傾きがなくなり、高い確度で雄ねじ部を雌ねじ部に正常に螺合させることができ、しかも加工が容易で成形性を損なわず、生産性の向上に寄与する優れた締結機能ボルトを提供することにある。

（請求項１の手段）
雄ねじ部と雄ねじ部よりも径小な案内軸部とを連接状態に形成し、雄ねじ部を案内軸部から相手部材の雌ねじ部に螺合させる締結機能ボルトにおいて、環状溝面部は、雄ねじ部と案内軸部との境界付近で周方向に形成されて断面略円弧状をなしている。テーパ面部は、環状溝面部の外側縁部から雄ねじ部の先端部にかけて、前記雌ねじ部の入口周縁部に対応するように連続形成されている。テーパ面部のテーパ角度は、６８度以上７２度以下の範囲内に設定されている。

雄ねじ部が雌ねじ部に対して軸方向に大きく傾いてセットされても、環状溝面部が雌ねじ部の入口周縁部に対して逃げとして働くので、案内軸部が雌ねじ部の入口周縁部に干渉することが避けられて、雌ねじ部に対する案内軸部のねじ込み動作を続けることができる。
この際、テーパ面部のテーパ角度は、６８度以上７２度以下の範囲内にあるので、雄ねじ部が締結時に回転や振動を受けるに伴い、テーパ面部が雌ねじ部の入口周縁部を内方に向かって滑り、締結時に雄ねじ部と雌ねじ部との姿勢が修正されて傾きがなくなり、高い確度で雄ねじ部を雌ねじ部に正常に螺合させることができる。

すなわち、雄ねじ部が雌ねじ部に対して傾いているうちは、雄ねじ部が雌ねじ部のねじ山に接触することなく、雄ねじ部と雌ねじ部との姿勢が修正されて傾きがなくなって初めて、雌ねじ部のねじ山に接触して噛み合い始める。このため、雄ねじ部が雌ねじ部のねじ山に無理に噛み合わず相互に損傷を負うことがない。
しかも、雄ねじ部、テーパ面部および環状溝面部は比較的簡素な構造のため、刃の欠損を生じる植刃ダイスや切削加工を用いず、ローリング加工により形成され得るので、加工が容易で成形性を損なわず、生産性の向上に寄与する。

（請求項２の手段）
テーパ面部のテーパ角度を６９度以上７１度以下の範囲内に設定するとともに、雄ねじ部と案内軸部との外径比を１．２以上１．７以下の範囲内に設定している。
この場合、雄ねじ部のテーパ面部が雌ねじ部の入口周縁部を一段と滑り易くなって雌ねじ部に円滑に進入し、雄ねじ部と雌ねじ部との姿勢が素早く修正される利点がある。また、雄ねじ部と案内軸部との外径比が１．２以上１．７以下の範囲内にあるので、両者間のバランスがよくなって案内軸部により雄ねじ部を雌ねじ部の内方に導入案内させ易くなる。

（請求項３の手段）
テーパ面部のテーパ角度を６９．５度以上７０．５度以下の範囲内に設定するとともに、雄ねじ部と案内軸部との外径比を１．２以上１．７以下の範囲内に設定している。
この場合、雄ねじ部のテーパ面部が雌ねじ部の入口周縁部を格段に滑り易くなって雌ねじ部に円滑に進入し、雄ねじ部と雌ねじ部との姿勢が一層早く修正される利点がある。また、請求項２と同様に雄ねじ部と案内軸部との外径比が１．２以上１．７以下の範囲内にあるので、両者間のバランスがよくなって案内軸部により雄ねじ部を雌ねじ部の内方に導入案内させ易くなる。

（請求項４の手段）
環状溝面部は断面略円弧状をなし、その半径を雌ねじ部のリードピッチの１．５倍以上で２．５倍以下の範囲内に設定している。このため、雄ねじ部が雌ねじ部に対して大きく傾く場合、環状溝面部を雌ねじ部の入口周縁部に素早く当接させることにより、逃げとして働かさせて、雌ねじ部に対して雄ねじ部を進入させられなくなる締着ミスを防ぐことができる。

（請求項５の手段）
案内軸部の表面部には、雌ねじ部のリードピッチと同一あるいは略同一の幅寸法で複数の溝条部を形成している。これにより、雌ねじ部の入口周縁部に対する案内軸部の接触面積が実質的に減少し、案内軸部が溝条部を介して雌ねじ部の入口周縁部を滑り易くなり、雄ねじ部を雌ねじ部に素早く導入案内させることができる。

（請求項６の手段）
テーパ面部の表面部には、案内軸部の溝条部に対応する複数の溝条部が放射状に形成されている。これにより、雌ねじ部の入口周縁部に対するテーパ面部の接触面積が実質的に減少し、テーパ面部が溝条部を介して雌ねじ部の入口周縁部を滑り易くなり、雄ねじ部を雌ねじ部に素早く導入案内させることができる。

本発明に係る締結機能ボルトでは、雄ねじ部が雌ねじ部に対して軸方向に傾いてセットされても、締結時に雄ねじ部と雌ねじ部との姿勢が修正されて傾きがなくなり、高い確度で雄ねじ部を雌ねじ部に正常に螺合させることができ、しかも加工が容易で成形性を損なわず、生産性の向上に寄与する。

図１ないし図５を参照しながら本発明の実施例１について説明する。
本発明の実施例１における締結機能ボルト１は、ローリング加工を用いて一体に設けられたもので、図１に示すように、雄ねじ部２と雄ねじ部２よりも径小な案内軸部３とを連接状態に形成している。雄ねじ部２の頭部には、中間部にゴム製パッキン６を挟む二枚の鍔部４、５が設けられている。

雄ねじ部２と案内軸部３との境界付近には、周方向に形成されて所定の径寸法で丸みが付けられた断面略円弧状の環状溝面部７が設けられている。環状溝面部７の断面半径（Ｒ）は、後述する雌ねじ部８｛図３（ａ）参照｝のリードピッチ（Ｌ）の１．５倍以上で２．５倍以下の範囲内に設定されている。これにより、環状溝面部７が雌ねじ部８の入口周縁部８ａへの逃げとして働くようにし、雌ねじ部８に対して雄ねじ部２を進入させられなくなる締着ミスを防ぐ。

環状溝面部７の外側縁部７ａからは、テーパ面部９が所定の角度で雄ねじ部２の先端部２ａに跨がるように連続形成されている。
この場合、テーパ面部９のテーパ角度（θ）を６８度以上７２度以下の範囲内に設定するとともに、雄ねじ部２の外径（Ｄ）と案内軸部３の外径（ｄ）との算術比を外径比（Ｄ／ｄ）として１．２以上１．７以下の範囲内に設定し、案内軸部３により雄ねじ部２を雌ねじ部８に案内し易いようにしている。

上記構成において、締結機能ボルト１の雄ねじ部２は、図２の（ａ）に示す車体１０に内装品や外装品（ダッシュボード、インストールメントパネル、バンパーおよびスポイラーなど）を取付けるために用いられる。インパクトレンチなどの工具やロボットアーム（いずれも図示せず）を使用し、同図の（ｂ）に示す作業者Ｕにより雄ねじ部２が車体１０の底部１０ａから雌ねじ部８に螺合により締結される。

この時、図３の（ａ）に示すように、雄ねじ部２が雌ねじ部８の入口周縁部８ａに対して軸方向（Ｈ）に大きな傾斜角（Φ）で傾いてセットされても、案内軸部３が雌ねじ部８の内部に進入していると考えられる。このため、雄ねじ部２が締結時に回転や振動を受けるに伴い、同図の（ｂ）に示すように、雄ねじ部２が姿勢を修正し、雌ねじ部８の入口周縁部８ａに対して両者の軸芯の真直度が高くなるように立ち上がり始める。

この過程では、案内軸部３の先端角部３ａが雌ねじ部８のねじ山８ｂに沿って摺動するので、雄ねじ部２が雌ねじ部８の内部に引込まれるような作用を受ける。この時、雄ねじ部２は、図４の（ａ）に示すように、環状溝面部７を雌ねじ部８の入口周縁部８ａに逃げとして当接させて締着ミスを防ぐ。

さらに、雄ねじ部２は、図４の（ｂ）に示すように、テーパ面部９を入口周縁部８ａに滑らせて雌ねじ部８の内部に進入する。これに伴い、雄ねじ部２は、姿勢をいち早く修正して、軸方向（Ｈ）が雌ねじ部８の入口周縁部８ａと略直角をなす位置に移行する｛図５の（ａ）参照｝。この時点で、図５の（ｂ）に示すように雄ねじ部２が雌ねじ部８のねじ山８ｂに噛み合い正常に螺合し始める。

このように、雄ねじ部２が雌ねじ部８に対して軸方向（Ｈ）に大きく傾いてセットされても、環状溝面部７が雌ねじ部８の入口周縁部８ａに対して逃げとして働く。このため、締着ミスが回避されるとともに、雌ねじ部８の入口周縁部８ａに対する案内軸部３の干渉が避けられて、雌ねじ部８に対する案内軸部３のねじ込み動作を続けることができる。

この際、テーパ面部９のテーパ角度（θ）は、６８度以上７２度以下の範囲内にあるので、雄ねじ部２が締結時に回転や振動を受けるに伴い、テーパ面部９が雌ねじ部８の入口周縁部８ａを内方に向かって滑り、締結時に雄ねじ部２と雌ねじ部８との姿勢が修正されて傾きがなくなり、高い確度で雄ねじ部２を雌ねじ部８に正常に螺合させることができる。

すなわち、雄ねじ部２が雌ねじ部８に対して傾いているうちは、雄ねじ部２が雌ねじ部８のねじ山８ｂに接触することなく、雄ねじ部２と雌ねじ部８との姿勢が修正されて傾きがなくなって初めて、雌ねじ部８のねじ山８ｂに接触して噛み合い始める。

この結果、雄ねじ部２が雌ねじ部８のねじ山８ｂに無理に噛み合わず相互に損傷を負うことがなくなる。実験によれば、雄ねじ部２の傾斜角（Φ）が２２度以下では、１００％の確度で雄ねじ部２を雌ねじ部８に正常に螺合させて締結させ得ることが判明している。 また、雄ねじ部２、テーパ面部９および環状溝面部７は比較的簡素な構造のため、刃の欠損を生じる植刃ダイスや切削加工を用いず、ローリング加工により形成され得るので、加工が容易で成形性を損なわず、生産性の向上に寄与する。

図６は、雌ねじ部８の入口周縁部８ａに対するテーパ面部９の摺動性（Ｖ）とテーパ角度（θ）との関係を特性グラフで示す。図６では、テーパ面部９の摺動性（Ｖ）を滑り速度で表しており、テーパ面部９のテーパ角度（θ）が７０度で摺動性（Ｖ）が最も良いことが分かる。
実施例１の変形例としてテーパ角度（θ）を６９度以上７１度以下の範囲内や６９．５度以上７０．５度以下の範囲内といったように７０度の近傍となる区域に設定してもよい。

図７は本発明の実施例２を示す。実施例２が実施例１と異なるところは、案内軸部３の表面部には、雌ねじ部８のリードピッチ（Ｌ）と同一あるいは略同一の幅寸法で複数の溝条部１１を形成したことである。この場合、テーパ面部９には、さらに案内軸部３の溝条部１１に対応する複数の溝条部１２を放射状に形成している。

実施例２では、溝条部１１、１２の形成に伴い、雌ねじ部８の入口周縁部８ａに対する案内軸部３およびテーパ面部９の接触面積が実質的に減少する。このため、案内軸部３が表面部の溝条部１１およびテーパ面部９の溝条部１２を介して雌ねじ部８の入口周縁部８ａを滑り易くなり、雄ねじ部２を雌ねじ部８に素早く導入案内させることが可能となる。

（変形例）
なお、実施例２においては、案内軸部３の溝条部１１およびテーパ面部９の溝条部１２のうち一方を省略して他方のみを設けるようにしてもよい。溝条部１１、１２は直線状ばかりでなく、案内軸部３の中心軸に対して所定の角度を有する傾斜状や螺線状となるように形成してもよい。

本発明の締結機能ボルトでは、雄ねじ部が雌ねじ部に対して軸方向に傾いてセットされても、締結時に雄ねじ部と雌ねじ部との姿勢が修正されて傾きがなくなり、高い確度で雄ねじ部を雌ねじ部に正常に螺合させることができ、しかも加工が容易で成形性を損なわず、生産性の向上に寄与する。このため、雄ねじ部の締着ミスを大幅に低減して歩留りを高め、生産性の効率化を求める需要者を喚起し、関連部品の流通を介して機械産業に広く適用することができる。

締結機能ボルトを示す正面図である（実施例１）。 （ａ）は締結機能ボルトが使用される車体を示す模式図、（ｂ）は作業者が締結機能ボルトを取付ける態様を示す斜視図である（実施例１）。 （ａ）、（ｂ）は雄ねじ部を雌ねじ部に螺合させる態様を示す縦断面図である（実施例１）。 （ａ）、（ｂ）は雄ねじ部を雌ねじ部に螺合させる態様を示す縦断面図である（実施例１）。 （ａ）は雄ねじ部が雌ねじ部に略直角となるように立ち上がる態様を示す縦断面図、（ｂ）は雄ねじ部が雌ねじ部に正常に螺合し始める態様を示す縦断面図である（実施例１）。 テーパ面部の摺動性とテーパ角度との関係を示す特性グラフである（実施例１）。 締結機能ボルトを雌ねじ部と一緒に示す正面図である（実施例２）。

符号の説明

１ 締結機能ボルト
２ 雄ねじ部
２ａ 雄ねじ部の先端部
３ 案内軸部
７ 環状溝面部
７ａ 環状溝面部の外側縁部
８ 雌ねじ部
８ａ 雌ねじ部の入口周縁部
８ｂ 雌ねじ部のねじ山
９ テーパ面部
１１、１２ 溝条部
θ テーパ角度
Ｒ 環状溝面部の断面半径
Ｌ 雌ねじ部のリードピッチ
Ｈ 軸方向
Ｄ／ｄ 雄ねじ部と案内軸部との外径比

Claims (6)

1. 雄ねじ部と前記雄ねじ部よりも径小な案内軸部とを連接状態に形成し、前記雄ねじ部を前記案内軸部から相手部材の雌ねじ部に螺合させる締結機能ボルトにおいて、
   前記雄ねじ部と前記案内軸部との境界付近で周方向に形成された断面略円弧状の環状溝面部と、
   前記環状溝面部の外側縁部から前記雄ねじ部の先端部にかけて、前記雌ねじ部の入口周縁部に対応するように連続形成されたテーパ面部とを備え、
   前記テーパ面部のテーパ角度を６８度以上７２度以下の範囲内に設定したことを特徴とする締結機能ボルト。
2. 前記テーパ面部のテーパ角度を６９度以上７１度以下の範囲内に設定するとともに、前記雄ねじ部と前記案内軸部との外径比を１．２以上１．７以下の範囲内に設定したことを特徴とする請求項１に記載の締結機能ボルト。
3. 前記テーパ面部のテーパ角度を６９．５度以上７０．５度以下の範囲内に設定するとともに、前記雄ねじ部と前記案内軸部との外径比を１．２以上１．７以下の範囲内に設定したことを特徴とする請求項１に記載の締結機能ボルト。
4. 前記環状溝面部の断面半径は、前記雌ねじ部のリードピッチの１．５倍以上で２．５倍以下の範囲内に設定したことを特徴とする請求項１に記載の締結機能ボルト。
5. 前記案内軸部の表面部には、前記雌ねじ部のリードピッチと同一あるいは略同一の幅寸法で複数の溝条部を形成していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の締結機能ボルト。
6. 前記テーパ面部の表面部には、前記案内軸部の溝条部に対応する複数の溝条部が放射状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の締結機能ボルト。

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