JP2015187492A - 緩み止め機能を備えるボルトのねじ山の構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ締結時にねじ部に発生する応力集中を分散させ、破壊性、耐疲労性、ゆるみ止め効果に優れた雄ねじを提供する。【解決手段】螺旋が一周するごとにねじ山のスリットの幅が一度ずつ拡大と縮小を交互に繰り返し、それが軸方向に並んでいる全周同じねじ山の形状ではないボルトを設け、円周上の一部であるスリットが拡大している方でボルトとナットの摩擦抵抗を特に高めることで径方向の力を発生させることでゆるみ止め機能を持たせる。【選択図】 図１

Description

本発明は住宅用建築構造用部材の接合や自動車部品の締結などに使用される耐震性 安全性を向上させるのに優れたボルトのねじ山の構造に関する。

土木建築構造物、自動車、建築機械などの接合には広くねじが使用されている。その中でも特に安全確保が要求される箇所にはさまざまなゆるみ防止品が締結されている。

ねじ締結時各ねじ山に加わる荷重は有限要素法による解析や、公的機関による研究によりメートルねじでは締結側第１ねじ山に多くの荷重が加わることが解明されている。そのためねじ締結時応力集中部が破壊の起点になることが判明している。

ボルトのねじ山に緩み止め機能を持たせたものとして代表的なものには、セルフロックねじがあり、セルフロックねじはねじ山の中心にスリットが入っているためねじ山に弾性が有り、緩み止め機能だけでなく荷重が分散されるというメリットもある。

特願平１１−２５４０７９

本発明の目的はねじ締結時に ねじ部に発生する応力集中を分散させ、破壊性、耐疲労性に優れたねじを提供するとともに、通常の雄ねじや雌ねじと同様の締結方法で緩み止め効果を発揮する締結構造を提供することであり、その焦点は軸直角方向の外力によるゆるみの問題をいかに防ぐかである。

雄ねじの方でゆるみを止める構造の一つであるセルフロックねじは締結による軸力が生じなくても、一般的に空転トルクが掛かる仕組みであるため、雄ねじも雌ねじも共に径の大きさに精度が求められ許容公差の範囲を狭くする必要が有るなどの欠点がある。

上記のような欠点を克服するため特願平１１−２５４０７９では、より広い範囲の許容公差にするため、ねじの軸部の径方向の断面形状が略三角形のタップタイトねじとセルフロックねじを組み合わせたものが考案されている。

特願平１１−２５４０７９のねじは上述のように軸部が略三角形であり、軸心からの距離に大小が有るためねじ山の中心に設けられたスリットの溝幅が広いところと狭いところが複数個所ある。

本人出願の特願２０１４ −０４８１９５では、スリットの溝幅が開いた部分と閉じた部分は製造方法に工夫を加えることによるもので有り、それぞれ円周上に一箇所ずつであるため、ボルトとナットの軸心が径方向に相対的にずれることを可能とした。

本発明に係る請求項１はボルトのねじ山の構造であり、ねじ山の螺旋が一周する毎に１度ずつねじ山の中心にスリットが開いた方とスリットが閉じた方が交互に現れ、それぞれが軸方向に並んで位置している構造であることを特徴とする。

本発明に係る請求項２は請求項１のねじ山の製造方法であり、ねじ素材に所望のピッチの１／２のピッチかつ所望のねじ条数の２倍の条数のねじ溝を転造する第１転造工程と、前記第１転造工程において成形したねじ溝を１本おきに、谷部として形成し、第１転造工程で形成した２条のねじ山を集合して山頂に沿ってスリットを有する１条のねじ山として形成する第２転造工程とがある公知のスリット入りねじの製造方法において、第２転造工程の終わりの方で仕上げ部の一部のねじ山形成溝の谷底寄りのフランク面の幅が他の部分のねじ山形成溝より狭くなった平ダイスを用いて、スリットによって分断されたねじ山をねじ山の中心に向かって寄せることで、ねじの螺旋の各周の同じ部位においてスリットが開いた方だけでなくスリットが閉じた方をも設けること特徴とする製造方法。

本発明に係る請求項３はボルトのねじ山の構造であり、ねじ山の中心に全周スリットが入っているが、スリットの幅が一様ではなく、ねじ山の螺旋が一周する毎に一度ずつ幅が広い方と幅が狭い方が交互に現れそれぞれが軸方向に並んで位置している構造であることを特徴とする。

本発明に係る請求項１のボルトのねじ山の構造による効果はセルフロックねじの役割というより、スリットが開いた方が緩み止めのナイロン樹脂の代わりになっているとみなすことができ、そこだけ雌ねじのねじ溝に引っ掛かり特に強く摩擦力が働くことを可能にする。

本発明に係る請求項１のボルトのねじ山は上記の効果のみでなく円周上の一部の摩擦抵抗が大きいことにより締結後も常に一定の径方向へ力が掛かる構造であり、外力が発生しても回転方向へずれにくく緩みにくくなる可能性がある。

本発明に係る請求項２の製造方法によれば、ボルトのねじ山の形状が全周同じである必要がなくなり、フランク面の角度を各円周上の同一箇所において変えることができ今まで転造加工では難しいとみなされてきたことが可能になる。

従来のセルフロックねじではスリット入りのねじ山がそのばね効果でナットのねじ溝に収まる大きさへと収縮する仕組みのみであるのに対し、本発明に係る請求項３のねじ山は一方でスリットの幅が広い方では従来と同様の仕組みであるが、他方でスリットの幅が狭い方では、ねじ山が始めからナットのねじ溝に収まる大きさであっても、スリットの幅が広い方から押し付けられれば、その大きさより更に小さく収縮することが仕組みなので許容公差が通常のセルフロックねじよりを大きくできる可能性がある。

本発明に係る請求項３のボルトのねじ山は、従来のセルフロックねじのように通常のねじより軸力が各ねじ山に分散しやすいのでねじ山の強度が上がる。

実施例１のボルトのねじ山の構造を説明する軸方向の図である。 実施例１に必要なダイスの特徴を説明する図。 実施例１のボルトのねじ山を製造する際に必要なダイスのねじ溝の特徴を説明する別の図。 実施例１のボルトの開いた方のねじ山の形状を説明する図。 実施例１のボルトの閉じた方のねじ山の他の形状を説明する図。 実施例１のボルトのねじ山の構造の他の例を説明する図。 実施例２のボルトのねじ山の構造の特徴を説明する図。 実施例３のボルトのねじ山の構造を説明するボルト軸方向の図である。 実施例３のボルトのねじ山の構造の他の例を説明する図。 実施例１，２，３のねじ山の他の形状を説明する。

破壊性、耐疲労性に優れた製品を提供するとともに、通常の雄ねじと同様の締結方法でゆるみ止め効果を発揮するねじを提供する目的で螺旋が一周するごとにスリットが開いた方と閉じた方が交互に現れるねじ山のボルトを設け、開いた方で特にボルトとナットのねじ山に強い摩擦力が掛かり、締結固定時に径方向に力が掛かるようにする。

本発明に係る雄ねじの実施形態を図面を用いて詳しく以下に説明する

ボルトのねじ山の構造１は図１に示す通り、ねじ山の螺旋が１周する毎に１度ずつねじ山の中心にスリット２が開いた方３とスリットが閉じた方４が交互に現れ、それぞれが軸方向に並んで位置していることを特徴とする。

スリット入りのねじ山の製造方法は、まずねじ素材に所望のピッチの１／２のピッチかつ所望のねじ条数の２倍の条数のねじ溝を転造する第１転造工程と、前記第１転造工程において形成したねじ溝を１本おきに、谷部として形成し、第１転造工程で形成した２条のねじ山を集合して山頂に沿ってスリットを有する１条のねじ山として形成する第２転造工程の２段階に分けることで製造するという従来からある方法を取る。

スリットが閉じた方のねじ山を形成するための転造平ダイス５であるが図２に示す固定ダイスまたは移動ダイスのいずれか一方のねじ面６のねじ山形成溝７の逃げ部Ｃに近い方の仕上げ部Ｂの一部に、ねじ山の外周の長さの半分以上だが全周未満の幅に亘り、図２と３に示す通り他より溝幅が狭い部分８が存在するダイスを用いる。

本実施例のねじ山の製造方法であるが、第２工程は上述の通り元々ねじ山をその中心に向かって寄せる工程であるが、ねじの螺旋の各周の同じ部位においてスリットが閉じるよう、上述のダイスを用いて第２工程の終わりの方で、更にねじ山の中心に向かってねじ山形成溝の両側のフランク面からねじ山を寄せることでスリットが開いた方と閉じた方が周回する毎に交互に現れるねじ山を設ける。

図４に示す通り本実施例のボルトのねじ山の構造はスリットが開いた方３のねじ山の両フランク面９が締結時において弾性変形してナットの対応する面１０と接触するよう未使用時はナットのねじ溝より外側に若干張り出しており、図５に示す通り、スリットが閉じた方４は少なくとも開いた方から押さえつけらボルトとナットが相対的にずれない限りは、ボルトとの両フランク面が同時にナットの対応する面１０と接触することがない形状である。

スリットが閉じた方４のねじ山はスリットによる弾性が失われるので、ボルトとナットの両フランク面が同時に接触しない形状にしないとねじ山に入らない恐れがあるためである。

図１に示す、スリットが閉じた方のねじ山のフランク角Ｄは６０度前後が望ましい。

スリットが開いた方と閉じた方のねじ山の円周に占める割合は、閉じた方の割合を開いた方より大きくし、ボルトとナットの軸が相対的に若干ずれることを可能にする。但し、ずれすぎると開いた方のボルトとナットの摩擦力が落ちる可能性が有るので注意する必要がある。

スリットが開いた方のねじ山は、締結時に工具を用いればスリットが収縮して、ナットのねじ溝に入る範囲で外側に張り出す大きさにする必要があることは言うまでもない。

加工の都合上、スリットが開いた方と閉じた方の境にスリットが半分閉じかけた、どちらともつかないねじ山が一定の割合で存在する可能性がある。

本実施例のスリットが開いた方３と閉じた方４は図６のように徐々に開いたり閉じたりする構造にしても良い。

ねじ山の形状の差異はスリットを閉じるか否かによってのみ生じるものであり、特にねじ山の幅に違いが出る。

本明細書の図は他の実施例のものも含めて、スリットが開いた方とスリットが閉じた方のねじ山の配置やその特徴を端的に示した概略図であり、スリットの深さや形状等が実際を忠実に反映しているとは限らない。

本実施例においてねじ部の構造は実施例１と同様にねじ山が周回する毎に、ねじ山が開いた方と閉じた方が存在するが、ねじ山が開いた方のねじの開き具合とその円周に占める割合が違う。

本実施例においてはスリットが開いた方３のねじ山は図７のように押さえつけなくてもナットのねじ溝１１に入る形状である。

本実施例の場合はスリットが閉じた方のねじ山の円周に占める割合は、実施例１とは逆に開いた方より小さくし円周の４分の１以下１０分の1以上で良く、ボルトとナットの軸を相対的に若干ずらすことが可能である。

本実施例の場合は、仮に本明細書の実施例1と同様のゆるみ止めの効果が認められるなら、空転トルクが掛からなくて、トルク管理や締結作業がしやすい分こちらの方が便利である。

本実施例のボルトのねじ山は図８に示す通り、ねじ山の中心に全周スリットが入っているが、スリットの幅が一様ではなく、ねじ山の螺旋が一周する毎に一度ずつ幅が広い方１２と幅が狭い方１３が交互に現れそれぞれが軸方向に並んで位置している構造であることを特徴とする。

本実施例のボルトのねじ山は、スリットの幅が広い方は図４のように、そのフランク面が、ナットのねじ溝に接触する形状であり、スリットの幅が狭い方は図７のように、ねじ溝に始めから収まる形状である。

本実施例のボルトは例えばスリットの幅が狭い方をメートルねじ基準寸法程度の形状にすると、ボルトとナットの径の大きさに差があまりない場合はスリットの幅が狭い方がメートルねじ基準寸法以下に収縮しスリットの幅が大きい方が結果的に入り、ボルトとナットの径の差が大きいときは、スリットの幅が広い方だけがナットの遊び側フランク面に引っかかりスリットの幅が狭い方をメートルねじ基準寸法程度の形状ということが考えられ、広い公差の範囲に対応できる構造である可能性がある。

本発明に係るボルトのねじ山を製造する方法は、本発明に係る請求項２に記載してある本発明に係る請求項１のねじ山の製造方法の一部を変更し、第２転造工程の終わりの方でねじ山をその中心に向かって寄せる際に、スリットを閉じる代わりに、スリットの幅を狭くすることで可能である。

本実施例のボルトの円周上に占めるスリットの幅が広い方と狭い方の割合は、狭い方の割合を大きくする。

図９のように、スリットの幅が広い方と狭い方は徐々に拡大と徐々に縮小するため切れ目がなく、拡大縮小を螺旋が一周する毎に一度ずつ繰り返す構造でも良い。

以上本発明の実施例について説明したが、本明細書に係る実施例１、２及び３のボルトのねじ山の構造は、図１０で示す通り、ねじ山の谷底に近い側の両フランク面１４が削られている形状の場合も含み、図ではスリットが開いている方で示してあるが、閉じている方も含む全周のねじ山をそのような形状にする。

ねじ山の谷底に近い側の両フランク面１４を削ればスリットが弾性変形しやすいという利点がある。

また本発明はこのような実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施しうることはもちろんである。

ねじの材料としてはねじとして使用できるいかなる材料でもよく、例えば、ステンレス、鋼、その他の金属、プラスチック等が使用できる。

以上の実施の形態においては、製造方法としては、転造によって成形するものについて説明したが、本発明の緩み防止ねじのねじ山形状を射出成形等の他の製造工程によって成形するものであってもよい。

本実施例は、締結作業時にボルトとナットを螺合させやすくするため、軸先から数山は全周スリットが閉じたねじ山にし、途中から上記に記述の特徴あるねじ山にしても良い。

本発明の締結部材は、車輌や様々な装置、建築物等における締結部材または締結構造として広く利用することができる。

１ボルトのねじ山の構造
２スリット
３開いた方
４閉じた方
５転造平ダイス
６ねじ面
７ねじ山形成溝
８溝幅が狭い部分
９ねじ山の両フランク面
１０ナットの対応する面
１１ナットのねじ溝
１２広い方
１３狭い方
１４ねじ山の谷底に近い側の両フランク面
Ａ食いつき部
Ｂ仕上げ部
Ｃ逃げ部
Ｄフランク角
Ｅメートルねじ基準寸法

Claims (3)

1. ねじ山の螺旋が一周する毎に１度ずつねじ山の中心にスリットが開いた方とスリットが閉じた方が交互に現れ、それぞれが軸方向に並んで位置している構造であることを特徴とするボルトのねじ山の構造。
2. ねじ素材に所望のピッチの１／２のピッチかつ所望のねじ条数の２倍の条数のねじ溝を転造する第１転造工程と、前記第１転造工程において形成したねじ溝を１本おきに、谷部として成形し、第１転造工程で成形した２条のねじ山を集合して山頂に沿ってスリットを有する１条のねじ山として成形する第２転造工程とがある公知のスリット入りねじの製造方法において、第２転造工程の終わりの方で仕上げ部の一部のねじ山形成溝の幅が他の部分のねじ山形成溝より狭くなった平ダイスを用いて、スリットによって分断されたねじ山をねじ山の中心に向かって寄せることで、ねじの螺旋の各周の同じ部位においてスリットが開いた方だけでなくスリットが閉じた方をも設けること特徴とする請求項１記載のねじ山の製造方法。
3. ねじ山の中心に全周スリットが入っているが、スリットの幅が一様ではなく、ねじ山の螺旋が一周する毎に１度ずつ幅が広い方と幅が狭い方が交互に現れそれぞれが軸方向に並んで位置しているボルトのねじ山の構造。