JP2012072837A - 締結用ボルト及び該締結用ボルトを用いたねじ締結体 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の汎用ねじに比べて緩み難く、かつ汎用性に富んだ締結用ボルト、および該締結用ボルトを用いたねじ締結体を提供する。
【解決手段】締結用ボルト１の圧力側フランク７の山側部と谷側部とに、つる巻き線に沿った一対の凹溝８ａ，８ｂを並成し、該一対の凹溝８ａ，８ｂの間を平坦形状とする。かかる構成にあっては、締結した時に、凹溝８ａ，８ｂ部分でおねじ４とめねじ１３の圧力側フランク７，１４が非接触となることで、当該箇所に集中していた応力が分散し、凹溝部分８ａ，８ｂ以外の平坦部９ａ，９ｃに負荷が均一に加わることで、ねじ山が塑性変形し難くなり、従来構成よりも緩み難いものとなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、緩み止め手段を備えた締結用ボルト及びそれを用いたねじ締結体に関する。

ねじによる締結は最も一般的な部材の結合方法であり、様々な機械構造物に用いられている。しかし他の結合方法と比較すると取り外しができる・作業性がよいという利点に対し、緩みが発生し易いという欠点があり、種々の緩み止め手段が提案されている。

ねじの緩み止め手段としては、二個のナットを用いて締め付けるダブルナット方式や、圧接面を接着剤で接着する接着剤塗布方式などが挙げられる。また、ねじ山の頂部にスリットを形成し、締結時にスリット部分を弾性変形させることで緩みを防止するボルト（特許文献１）も提案されている。

特公平２−５８０１６号公報

しかしながら、上記ダブルナット方式や接着剤塗布方式は、ねじ締結時の手間が大きいため、特殊用途に用いられることが多く汎用性に乏しい。また、特許文献１記載の緩み止めボルトは、締結力の有無に関わらずねじ山がめねじに弾接して負荷を発生させるため、ねじ込む際に一回転目から工具を用いなければならず、締結作業が煩雑である。また、上記緩み止めボルトは、汎用ねじよりもねじ山を大きく変形させるため、ねじ山の角度を一般規格に合致させることができず汎用性に乏しい。また、かかる緩み止めボルトは、ねじ山頂部にスリットを形成するために精密な加工が必要であり、コスト高でもある。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、従来の汎用ねじに比べて緩み難く、かつ汎用性に富んだ締結用ボルト、および該締結用ボルトを用いたねじ締結体の提供を目的とする。

発明者は、ねじ山の塑性変形により生じる緩みの防止に着目して研究を行ったところ、ねじ山の塑性変形は、おねじとめねじとが嵌め合っている基端側の第一山目（以下、第一山目と略す。）で最も多く発生することが判明した。これは、ねじ山で最も応力が集中して外力負荷を受け易いのが第一山目であるためと考えられる。そして、発明者らは、さらなる研究を行った末に、第一山目の圧力側フランクの、山側部と谷側部で特に塑性変形が起きやすいことを発見した。おねじとめねじのフランクは整一に面接触するよう設計されるが、ねじ山形成時にかかる部分に誤差が生じ易いためと考えられる。そして、発明者は、かかる知見に基づいて、さらに鋭意検討を行った結果、かかるフランクの応力集中箇所に凹溝を形成して、おねじとめねじの圧力側フランクを当該箇所を非接触とすることでねじ締結体を緩み難くし得ることを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明は、圧力側フランクの山側部と谷側部とに、つる巻き線に沿った一対の凹溝が並成されており、前記圧力側フランクは、前記一対の凹溝の間が平坦であることを特徴とする締結用ボルトである。ここで、圧力側フランクの「山側部」とは、ねじの有効径よりも外側の部分を指し、圧力側フランクの「谷側部」とは、ねじの有効径よりも内側の部分を指す。また、「平坦」とは、軸線を含んだ断面にあって直線状であり、つる巻き線方向に凹凸がないことを指す。かかる構成にあっては、締結用ボルトを締結した際に、圧力側フランクの一対の凹溝部分はめねじ側の圧力側フランクと非接触となる。このため、本構成では、めねじ側との圧接面積が通常の締結用ボルトに比べて減少することとなるが、発明者の研究によれば、かかる締結用ボルトを既存のめねじに締結することで、圧力側フランクに凹溝のない締結用ボルトと比較して、緩み難くすることができる。これは、山側部と谷側部の凹溝部分でおねじとめねじが非接触となることで、当該箇所に集中していた応力が分散してねじ山が塑性変形し難くなり、これによる緩み止め防止効果が、圧接面積の減少による影響を上回るためと考えられる。

本発明にあって、前記圧力側フランクは、前記一対の凹溝以外の部分が平坦であることが提案される。かかる構成にあっては、おねじとめねじの圧力側フランクの圧接面積減少を最低限に抑えることができる。

本発明にあって、前記一対の凹溝は、軸線を含んだ緩やかな断面が円弧状を成していることが提案される。凹溝をかかる形状とすれば、当該凹溝形成部分において圧力側フランクを非接触にできるとともに、凹溝部分に局所的な応力が集中せず、圧力側フランクの全域で十分な反力を発揮できる。

本発明にあっては、圧力側フランクに占める凹溝の割合が大きすぎると、圧力側フランクの締結時の反力が減少してしまい、凹溝の割合が小さすぎると、圧力側フランクの応力集中を十分に分散させることができない。このため、緩み止め効果を適切に発揮させるためには、締結用ボルトのサイズや材質に合わせて、凹溝の割合を適正範囲に収めることが望ましい。

本発明にあって、圧力側フランクに形成される一対の凹溝は、ねじ山の基端から先端にわたって形成する必要はなく、少なくともめねじと締結した時に第一山目となる部位に形成されていればよい。すなわち、第一山目となることのない、ねじ山の先端部には凹溝を形成する必要はない。また、被締結物の厚みが決定されており、第一山目と成り得る部分が決定される場合には、その付近の圧力側フランクに凹溝が形成されていればよい。

本発明の締結用ボルトは、ねじ山が転造加工又は切削加工によって形成されたものであることが提案される。本発明に係る一対の凹溝はつる巻き線に沿ったものであるから、転造ねじである場合には、ねじ山を転造する工程において、かかる凹溝を同時に転造できる。

また、本発明の別の態様は、上記締結用ボルトと、圧力側フランクが平坦な締結用ナットとを備えてなり、前記締結用ボルトと締結用ナットを締結した際に、締結用ボルトの圧力側フランクが、前記一対の凹溝が形成された部位で締結用ナットの圧力側フランクと非接触となるよう構成されていることを特徴とするねじ締結体である。ここでいう「圧力側フランクが平坦」とは、軸線を含んだ断面にあって直線状であり、つる巻き線方向に凹凸がないことを指す。かかるねじ締結体によれば、上記締結用ボルトの緩み止め作用によって、緩み難く、かつ汎用性に富んだねじ締結体を実現できる。

以上に述べたように、本発明によれば、圧力側フランクの圧接面積減少にも関わらず、緩み止め防止効果を得ることができる。また、本発明に係る一対の凹溝は、応力分散による荷重の平準化を目的とするものであり、上記特許文献１記載の締結用ボルトのスリット部分のように、極端に弾性変形させるものではないから、本発明の締結用ボルトは、ねじ山の角度や有効径を一般的な規格サイズに収めることができ、汎用性が高く、実用性に富むものである。そして、本発明の締結用ボルトを規格サイズにすれば、基本山形の規定ゲージを用いることで品質チェックを簡単に行うことが可能となる。また、本発明の締結用ボルトのねじ山は、締結力が生じるまではめねじと弾接しないため、通常の締結用ボルト同様に、締結力が発生するまでは、無負荷でねじ込むことができる。また、本発明に係る一対の凹溝は、ねじ山転造と同時に形成できるため、本発明の締結用ボルトは製造容易で、大量生産に適する。

締結用ボルト１および締結用ナット５の正面図である。 締結用ボルト１のねじ山形状を示す中央縦断面の拡大図である。 締結用ボルト１と締結用ナット５の締結状態を示す中央縦断面の拡大図である。 図３中のＸ部分拡大図である。

本発明の実施形態を、以下の実施例に従って説明する。

本実施例の締結用ボルト１は、図１に示すように、六角形の頭部２と、おねじ４が形成された円柱状の首部３とからなり、締結用ナット５とともにねじ締結体６を構成する。

図２は、締結用ボルト１のおねじ４の形状を示す縦断面図である。本実施例の締結用ボルト１にあって、おねじ４のピッチや有効径、山の角度などの基本山形は、一般用メートルねじの規格（ＪＩＳ Ｂ０２０５）に準拠している。

そして、本実施例にあっては、図２に示すように、おねじ４の圧力側フランク７には、有効径ラインＬを挟んで一対の凹溝８ａ，８ｂが形成される。一対の凹溝８ａ，８ｂの一方は、圧力側フランク７の谷側部に形成される谷側凹溝８ａであり、他方は、圧力側フランク７の山側部に形成される山側凹溝８ｂである。各凹溝８ａ，８ｂは、軸線を含む断面が緩やかな円弧状をなす浅い凹溝であり、おねじ４の全長に亘って、つる巻き線に沿って並成される。そして、圧力側フランク７には、凹溝８ａ，８ｂに挟まれた有効径ラインＬ付近に平坦部９ａが形成される。また、谷側凹溝８ａと谷底１０の間、並びに山側凹溝８ｂと頂部１１の間にも幅狭な平坦部９ｂ，９ｃが形成される。すなわち、おねじ４の圧力側フランク７は、一対の凹溝８ａ，８ｂを除く全ての部分が、軸線を含む断面が直線状で、つる巻き線方向に凹凸のない平坦形状をなしている。

一方、本実施例にあって、おねじ４の遊び側フランク１２は、溝の全くない平坦形状をなしている。

締結用ボルト１と螺合する締結用ナット５には、既存一般の汎用ナットが用いられる。すなわち、本実施例の締結用ボルト１に対しては、一般用メートルねじの規格（ＪＩＳ Ｂ０２０５）に準拠する、圧力側フランクに凹凸のない締結用ナットが用いられる。

上記締結用ボルト１と締結用ナット５を締結すると、図３，４に示すように、おねじ４とめねじ１３の圧力側フランク７，１４が圧接することとなる。この時、凹溝８ａ，８ｂが形成されたおねじ４の圧力側フランク７は、めねじ１３の平坦な圧力側フランク１４に対して、凹溝８ａ，８ｂ形成部分が非接触となり、凹溝８ａ，８ｂ間の平坦部９ａと山側の平坦部９ｃのみが接触する。このように、本実施例の締結用ボルト１では、締結時に圧力側フランク７が谷側部と山側部で非接触状態となるため、従来のねじ締結体にあって、第一山目の圧力側フランクの山側部と谷側部に集中していた応力が分散することとなり、従来構成よりも荷重分担が平準化することでねじ山が塑性変形し難く、緩み難くなる。

また、かかる締結用ボルト１は、既存の一般用メートルねじの圧力側フランクに凹溝を付加しただけの形状であり、おねじ４のピッチや有効径、山の角度などは、一般用メートルねじの規格（ＪＩＳ Ｂ０２０５）に準拠しているから、既存の一般用メートルねじに替えて使用でき、汎用性に富む。また、一般用メートルねじの規定ゲージを使用して品質チェックができるという利点もある。

また、かかる締結用ボルト１は、締結力が発生するまでは無負荷でねじ込むことができるため、既存の締結用ボルトに比べて締結作業が煩雑になることはない。

本実施例の締結用ボルト１のおねじ４は、転造加工や切削加工によって製造できる。転造加工による場合には、所要のダイスを用意することで、おねじ４の転造と同時に圧力側フランク７に凹溝８ａ，８ｂを形成可能である。

また、本発明における締結用ボルトおよびねじ締結体は、上記実施例の形態に限らず本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。

例えば、上記実施例の締結用ボルト１は、一般用メートルねじに準拠したものであるが、本発明の締結用ボルトは、規格に準拠したものに限らない。すなわち、おねじのねじ山の角度やピッチ、遊び側フランクの形状、ボルト頭部の形状などは適宜変更可能である。

また、本発明の締結用ボルトは、メッキ等の表面処理を施したものであってもよい。

また、上記実施例では、圧力側フランク７の凹溝８ａ，８ｂが、おねじ４の全長に亘って形成されていたが、本発明に係る一対の凹溝は、おねじ全体に形成されている必要はなく、第一山目となり得る部分に形成されていれば足りる。

また、本発明の締結用ボルトは、実施例のように締結用ナットと組み合わせるものに限らず、その他のめねじと螺合するものでもかまわない。

＜試験品１＞
上記実施例の締結用ボルト１を、下記のサイズで作製して試験品１とした。おねじは平ダイスによる転造で成形し、圧力側フランクの一対の凹溝は、おねじ転造時に同時に加工した。
Ｍ１２×１．７５（メートル並目ねじ）
首下長：５０ｍｍ
ねじ長：３０ｍｍ
材質：Ｓ４５Ｃ
熱処理：あり
表面処理：なし

＜試験品２＞
熱処理を施さない他は、試験品１と同条件で締結用ボルトを製作し、試験品２とした。

＜比較品１＞
圧力側フランクに凹溝を形成せず、圧力側フランク全体を平坦にする他は、上記試験品１と同条件、同サイズで締結用ボルトを作製し、比較品１とした。

＜比較品２＞
圧力側フランクに凹溝を形成せず、圧力側フランク全体を平坦にする他は、上記試験品２と同条件、同サイズで締結用ボルトを作製し、比較品２とした。

＜試験用ナット＞
下記のサイズの締結用ナットを試験用ナットとして準備した。
Ｍ１２×１．７５（メートル並目ねじ）
高さ：１０ｍｍ
材質：Ｓ４５Ｃ
熱処理：なし
表面処理：なし

＜試験＞
試験品１および比較品１をそれぞれ試験用ナットと８５Ｎの締付力で締結し、米国航空規格ＮＡＳ３３５０に準拠してねじ緩み試験を行い、ねじ締結体が緩むまでの時間を測定した。同様に、試験品２および比較品２をそれぞれ試験用ナットと８０Ｎの締付力で締結して同じ試験を行い、ねじ締結体が緩むまでの時間を測定した。結果を表１に示す。

表１の結果から、締結用ボルトの圧力側フランクの山側部と谷側部に一対の凹溝を形成することでねじ締結体が緩み難くなることが立証された。

１ 締結用ボルト
２ 頭部
３ 首部
４ おねじ
５ 締結用ナット
６ ねじ締結体
７ 圧力側フランク
８ａ，８ｂ 凹溝
９ａ，９ｂ，９ｃ 平坦部
１３ めねじ
１４ 圧力側フランク

Claims (5)

1. 圧力側フランクの山側部と谷側部とに、つる巻き線に沿った一対の凹溝が並成されており、前記圧力側フランクは、前記一対の凹溝の間が平坦であることを特徴とする締結用ボルト。
2. 前記圧力側フランクは、前記一対の凹溝以外の部分が平坦であることを特徴とする請求項１記載の締結用ボルト。
3. 前記一対の凹溝は、軸線を含んだ断面が緩やかな円弧状を成していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の締結用ボルト。
4. ねじ山が転造加工又は切削加工によって形成されたものである請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の締結用ボルト。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の締結用ボルトと、圧力側フランクが平坦な締結用ナットとを備えてなり、前記締結用ボルトと締結用ナットを締結した際に、締結用ボルトの圧力側フランクが、前記一対の凹溝が形成された部位で締結用ナットの圧力側フランクと非接触となるよう構成されていることを特徴とするねじ締結体。

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