JP2016205520A - 螺合構造、雄ねじ部及び雌ねじ部 - Google Patents

Abstract

【課題】雄ねじ部に作用する局所的な応力集中を低減し、雄ねじ部の破断が生じ難くする。
【解決手段】雄ねじ部４２と雌ねじ部８２の螺合による螺合構造１であって、互いに対向する、雄ねじ部４２のフランク面と雌ねじ部８２のフランク面との圧接量が、雄ねじ部４２の軸方向に沿って変化するように構成されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、雄ねじ部と雌ねじ部を螺合させる螺合構造等に関する。

雄ねじ部や雌ねじ部を利用した螺合構造は、例えば、雄ねじ体及び雌ねじ体により、被締結部材を締結する場合の締結構造として活用される。図５（Ａ）に示すように、雄ねじ体は、外形ねじ部が形成される軸部と、この軸部に対して径方向に拡張する拡張部（頭部）とを有する。例えば、頭部の軸方向垂直断面は六角形状となり、頭部にスパナ（オープンエンドレンチ）を係合させて強制的に回転させることで、頭部の座面を被締結部材Ｈに当接させて、被締結部材の締結やその解除を行う。

雌ねじ体は、雄ねじ体の軸部と螺合可能に構成される内形ねじ部を有する。従って、雌ねじ体は、それ自体が軸部に対して径方向に拡張する拡張部となって、座面を被締結部材Ｈに当接させることで、被締結部材の締結や解除を行う。

なお、ねじ体を利用した螺合構造は、例えば図５（Ｂ）に示すように、天井Ｔに対して対象物Ｈをぶら下げる場合にも活用できる。また特に図示しないが、雄ねじ部と雌ねじ部の相対回転運動を軸方向運動に変換させるアクチュエータとして機能させることもでき、産業機器等の様々な部位で利用される。

日本工業規格 ＪＩＳ Ｂ １１８０ 六角ボルト 日本工業規格 ＪＩＳ Ｂ １１７６ 六角穴付ボルト

雄ねじと雌ねじによる螺合構造は、互いのねじ山のフランク面を当接させることで、両者に作用する軸力を受け止める。理論上は、雄ねじ部と雌ねじ部の間において、互いに当接している全てのねじ山でこの軸力を受け止める。従って、軸力が接触中のフランク面の全体に分散されるので、内部応力も低くなり、耐久性が高いと考えられている。

しかしながら、現実は、被締結部材と接する雌ねじ体（ナット）の座面と、雄ねじ体（ボルト）の軸部が接近する箇所（図５（Ａ）及び（Ｂ）の領域Ｌ参照）において、雄ねじ体の軸部が破断する事例が頻発する。これは、雄ねじと雌ねじのフランク面どうしの当接による軸力が、雌ねじ体の座面近くと雌ねじ体の内部とで差が生じて均等に分散しておらず、雌ねじ体の座面に近いねじ山の近傍に応力集中が生じることが要因と推察される。

本発明は、上記問題点に鑑みて本発明者の鋭意研究により成されたものであり、雄ねじ部と雌ねじ部を利用した螺合構造において、螺合構造に作用する局所的な応力集中を低減し、螺合構造の破断が生じ難くすることを目的とする。

前記目的を達成する本発明の螺旋構造は、互いに対向する、雄ねじ部のフランク面と雌ねじ部のフランク面との圧接量が、該雄ねじ部の軸方向に沿って変化するように構成されることを特徴とする。なお、この「圧接量」とは、雄ねじ部のフランク面と雌ねじ部のフランク面とが実質的に接触することで軸力を受け止めることが可能な面積と定義できる。

前記雄ねじ部のフランク面と前記雌ねじ部のフランク面の掛かり長が、前記軸方向に沿って変化することを特徴とする。

互いに対向する、前記雄ねじ部の前記フランク面と前記雌ねじ部の前記フランク面の圧接量が、前記軸方向における、前記雄ねじ部を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって漸次減少するように構成されることを特徴とする。

前記掛かり長が、締結状態において前記雌ねじ部のフランク面が前記雄ねじ部のフランク面を押圧する方向に沿って増大することを特徴とする。

前記雄ねじ部は、前記軸方向における、該雄ねじ部を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって、該雄ねじ部の山径が漸次縮径するように構成されることを特徴とする。

前記雌ねじ部が、該雌ねじ部の軸方向における、該雌ねじ部を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって該雌ねじ部の山径が漸次縮径するように構成されることを特徴とする。

前記雄ねじ部のねじ山ピッチと前記雌ねじ部のねじ山ピッチの間には、前記軸方向において変化する、有限のピッチ差が設定されることを特徴とする。

前記雄ねじ部と前記雌ねじ部における前記ピッチが大きい方のねじ山の軸方向厚さが、軸方向に沿って変化することを特徴とする。

前記雌ねじ部の前記ねじ山の軸方向厚さが、前記雄ねじ部への螺合時の進行方向に沿って小さくなることを特徴とする。

前記目的を達成する本発明の螺旋構造は、雄ねじ部と雌ねじ部の螺合による螺合構造であって、前記雄ねじ部の山径及び／又は前記雌ねじ部の山径が、軸方向に沿って変化することを特徴とする。

前記雄ねじ部の山径及び前記雌ねじ部の山径の一方は、前記軸方向に沿って一定であり、前記雄ねじ部の山径及び前記雌ねじ部の山径の他方は、前記軸方向に沿って変化することを特徴とする。

前記雌ねじ部の山径が、締結状態において前記雌ねじ部のフランク面が前記雄ねじ部のフランク面に押圧する方向に沿って小さくなることを特徴とする。

前記雄ねじ部の山径が、締結状態において前記雄ねじ部のフランク面が前記雌ねじ部のフランク面に押圧する方向に沿って小さくなることを特徴とする。

前記目的を達成する本発明の螺旋構造は、雄ねじ部と雌ねじ部の螺合による螺合構造であって、締結状態において前記雌ねじ部の前記フランク面が前記雄ねじ部の銭フランク面に押圧する方向に沿って大きくなることを特徴とする。

前記目的を達成する本発明の螺旋構造は、雄ねじ部と雌ねじ部の螺合による螺合構造であって、少なくとも一部において、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部のピッチが互いに異なるように設定されることを特徴とする。

前記雄ねじ部のピッチより、前記雌ねじ部のピッチが大きいことを特徴とする。

前記目的を達成する本発明の雄ねじ部は、自身を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって、雄ねじ部の山径が漸次縮径するように構成されることを特徴とする。

前記目的を達成する本発明の雄ねじ部は、自身を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって、ねじ山のピッチが変化して設定されることを特徴とする。

前記目的を達成する本発明の雄ねじ部は、自身を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって、ねじ山のピッチが広くなっていることを特徴とする。

前記目的を達成する本発明の雄ねじ部は、自身を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって、ねじ山のピッチが、漸次、広くなっていくように設定されることを特徴とする。

前記目的を達成する本発明の雌ねじ部は、自身を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって、雌ねじ部の山径が漸次縮径するように構成されることを特徴とする。

前記目的を達成する本発明の雌ねじ部は、自身を基準とした螺合始端側から螺合終端側に向かって、ねじ山のピッチが変化して設定されることを特徴とする。

前記目的を達成する本発明の雌ねじ部は、自身を基準とした螺合始端側から螺合終端側に向かって、ねじ山のピッチが狭くなっていることを特徴とする。

本発明によれば、螺合構造に作用する局所的な応力集中を低減し、螺合構造の破断を生じ難くする。

（Ａ）は本発明の第一実施形態に係る螺合構造が適用される雄ねじ体及び雌ねじ体の正面断面図であり、（Ｂ）は同螺合構造を拡大した正面断面図である。 同螺合構造の雄ねじ部及び雌ねじ部を更に拡大して示す正面断面図である。 同螺合構造の応用例を示す正面断面図である。 本発明の第二実施形態に係る螺合構造の雄ねじ部及び雌ねじ部を拡大して示す正面断面図である。 （Ａ）は従来の螺合構造を示す正面断面図であり、（Ｂ）は同螺合構造による他の締結状態の例を示す正面断面図である。 従来の螺合構造の雄ねじ部及び雌ねじ部を拡大して示す正面断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

図１に本発明の第一実施形態に係る螺合構造１を示す。この螺合構造１は、所謂六角ボルトに相当する雄ねじ体１０及び所謂六角ナットに想到する雌ねじ体６０に適用されたものである。

雄ねじ体１０は、頭部２０と、軸部４０を備える。軸部４０は、螺旋状の雄ねじが形成されて相手側の雌ねじ体６０と螺合する雄ねじ部４２と、雄ねじ部４２によりも頭部２０側に形成される円柱状の円筒部４４（慣習上、円柱状であっても円筒部と呼ばれる）から構成される。なお、円筒部４４は必須ではない。

頭部２０は、軸部４０よりも径方向に拡張する拡張部であって、外周面２６を備える。外周面２６は、軸方向外側の端面２４から視ると正六角形状となっている。なお、ここでは雄ねじ体１０として六角ボルトを例示しているが、本発明はこれに限定されず、六角穴付ボルト、頭部端面に十字溝や一字溝が形成されるビス（小ねじ）など、様々な雄ねじ体に適用可能である。

頭部２０における軸部４０側の座面５０は、被締結部材Ｈに当接する。

雌ねじ体６０は、円筒部８０を備える。円筒部８０の内周面には、相手側の雄ねじ体１０と螺合する雌ねじ部８２が形成される。

雌ねじ体６０の外周面７６は、軸方向外側の端面７４から視ると正六角形状となっている。なお、ここでは雌ねじ体６０として六角ナットを例示しているが、本発明はこれに限定されず、様々な雄ねじ体に適用可能である。

雌ねじ体６０は、螺合する雄ねじ体１０の軸部４０よりも径方向に拡張する拡張部となり、被締結部材Ｈ側の座面９０が被締結部材Ｈに当接する。

ここで、雄ねじ体１０にとって、雄ねじ部４２を基準とした（雌ねじ体６０に対する）螺合開始側Ｏｉｎとは、雄ねじ部４２の先端側となり、雄ねじ部４２を基準とした（雌ねじ体６０に対する）螺合完了側Ｏｏｕｔとは、雄ねじ部４２の頭部２０側となる。また、雌ねじ体６０にとって、雌ねじ部８２を基準とした（雄ねじ体１０に対する）螺合開始側Ｍｉｎとは、雌ねじ部８２における雄ねじ部４２挿入側となり、雌ねじ部８２を基準とした（雄ねじ体１０に対する）螺合完了側Ｍｏｕｔとは、雌ねじ部８２の雄ねじ部４２の反挿入側となる。

図２に拡大して示すように、雄ねじ部４２の山径（外径）４２Ｈは、軸方向に沿って一定であり、雌ねじ部８２の山径（内径）８２Ｈは、軸方向に沿って変化する。なお、雄ねじ部４２の山径４２Ｈとは、ねじ山４２Ａの頂を連ねた仮想円筒の直径となり、雌ねじ部８２の山径８２Ｈとは、ねじ山８２Ａの頂を連ねた仮想円筒の直径となる。

具体的には、雌ねじ体６０を雄ねじ部４２への螺合させていく時の進行方向ＭＳに沿って、雌ねじ部８２の山径８２Ｈが次第に大きくなる。換言すると、雌ねじ部８２を基準とした螺合開始側Ｍｉｎから螺合完了側Ｍｏｕｔに向かって、雌ねじ部８２の山径８２Ｈが漸次縮径する。結果、雄ねじ部４２と雌ねじ部８２の互いのねじ山４２Ａ、８２Ａの、（掛かり長Ｕに対応する）引っ掛かり高さＫが、進行方向ＭＳに沿って次第に小さくなる。なお、引っ掛かり高さＫは、｛「雄ねじ部４２の山径４２Ｈ」−「雌ねじ部８２の山径８２Ｈ」｝／２と定義できる。

別の観点から説明すると、被締結部材Ｈを締結している状態において、雌ねじ部８２のねじ山８２Ａのフランク面８２Ｂが、雄ねじ部４２のねじ山４２Ａのフランク面４２Ｂに押圧する方向ＭＰに沿って、雌ねじ部８２の山径８２Ｈが次第に小さくなる。結果、雄ねじ部４２と雌ねじ部８２のねじ山の引っ掛かり高さＫが、押圧方向ＭＰに沿って次第に大きくなる。

更に別の観点から説明すると、雌ねじ部８２のねじ山８２Ａの頂を連ねる仮想円筒は円錐台形となっており、フランク面４２Ｂへの押圧方向ＭＰの先側が狭く、元側が広くなっている。

次に、本螺合構造１の作用について説明する。

図２に示すように、本螺合構造１では、雄ねじ体１０と雌ねじ体６０によって被締結部材Ｈを締結した状態において、螺合構造１の締結力により、被締結部材Ｈから雌ねじ体６０の座面９０全体に対して軸方向の反力Ｚが作用する。この反力Ｚは、雌ねじ体６０の内部を軸方向に伝播していく。雌ねじ体６０内を伝播する反力Ｚは、雌ねじ部８２のフランク面８２Ｂを介して、雄ねじ部４２のフランク面４２Ｂに対して押圧方向ＭＰに伝達される。この際、反力Ｚは、雌ねじ体６０における座面９０に近いねじ山８２Ａから順番に分散反力ＢＺ１、ＢＺ２、ＢＺ３・・・・となって雄ねじ部４２のねじ山４２Ａに伝達する。これらの分散反力ＢＺ１、ＢＺ２、ＢＺ３・・・・の合計が、雄ねじ体１０に作用する軸力Ｊとなる。図６に示すように、従来の螺合構造の分散反力ＢＺ１、ＢＺ２、ＢＺ３・・・・は、座面に近いほど大きく、座面から離れるほど小さくなるのが通常である。即ち、反力を受ける座面に近いねじ山に内部応力が集中しやすく、座面から遠いねじ山はほとんど機能しない。

一方、本実施形態の螺合構造１の場合、図２に示すように、雄ねじ部４２と雌ねじ部８２の間の引っ掛かり高さＫが、座面９０に近いほど小さく、座面９０から軸方向（押圧方向ＭＰ）に離れるほど大きくなる。換言すると、引っ掛かり高さＫは、雄ねじ部４２の螺合完了側Ｏｏｕｔ（座面９０側）に近いほど小さく、雄ねじ部４２の螺合開始側Ｏｉｎ（座面９０から軸方向に離れる側）ほど大きくなる。

同様に、雄ねじ部４２のフランク面４２Ｂと雌ねじ部８２のフランク面８２Ｂの圧接量（互いに接して軸力を受け止めることができる面積）は、軸方向に沿って変化し、特に雄ねじ部４２の螺合完了側Ｏｏｕｔ（座面９０側）に近いほど小さく、雄ねじ部４２の螺合開始側Ｏｉｎ（座面９０から軸方向に離れる側）ほど大きくなる。

これにより、座面９０に近い（雄ねじ部４２の螺合完了側Ｏｏｕｔに最も近い）ねじ山８２Ａ、４２Ａは、分散反力を伝える能力が低く、座面９０から軸方向（押圧方向ＭＰ）に離れる（雄ねじ部４２の螺合開始側Ｏｉｎに近づく）ほど分散反力を伝える能力が高い。結果、雌ねじ体６０の一方の座面９０に作用する反力Ｚの分散反力ＢＺ１、ＢＺ２、ＢＺ３・・・・は、軸方向（押圧方向ＭＰ）に沿って均質化される。即ち、座面９０に最も近いねじ山８２Ａ、４２Ａも適切な分散反力ＢＺ１を伝達し、座面９０から離れたねじ山８２Ａ、４２Ａも、十分な分散反力ＢＺ８を伝達する。結果、螺合している雄ねじ部４２及び雌ねじ部８２の双方において、局所的な内部応力が作用しにくく、全体に応力が分散されるので、大きい締結力に耐えることが可能となり、更に経時劣化等による破断等も抑制できる。

また、雄ねじ体１０と雌ねじ体６０を螺合させていく際の摺動抵抗も低減させることができるので、螺合させる際の負荷が小さくなり、作業効率を高めることもできる。

なお、上記実施形態では、雌ねじ部８２の山径８２Ｈが軸方向に沿って変化し、雄ねじ部４２の山径４２Ｈが軸方向に沿って一定となる場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図３に示す変形例の螺合構造１ように、雌ねじ部８２の山径８２Ｈが軸方向に沿って一定となり、雄ねじ部４２の山径４２Ｈを、軸方向に沿って変化させることも可能である。本変形例では、雄ねじ部４２の山径４２Ｈが、雌ねじ部８２への螺合させていく時の進行方向ＯＳに沿って大きくなる。換言すると、雄ねじ部４２を基準とした螺合開始側Ｏｉｎから螺合完了側Ｏｏｕｔに向かって、雄ねじ部４２の山径４２Ｈが漸次縮径する。結果、雄ねじ部４２と雌ねじ部８２の互いのねじ山４２Ａ、８２Ａの引っ掛かり高さＫが、進行方向ＯＳに沿って次第に大きくなる。同様に、雄ねじ部４２のフランク面４２Ｂと雌ねじ部８２のフランク面８２Ｂの圧接量（互いに接して軸力を受け止めることができる面積）は、軸方向に沿って変化し、特に雄ねじ部４２の螺合完了側Ｏｏｕｔ（座面９０側）に近いほど小さく、雄ねじ部４２の螺合開始側Ｏｉｎ（座面９０から軸方向に離れる側）ほど大きくなる。

別の観点から説明すると、被締結部材Ｈを締結している状態において、雄ねじ部４２のフランク面４２Ｂが、雌ねじ部８２のフランク面８２Ｂに押圧する方向ＯＰに沿って、雄ねじ部４０の山径４２Ｈが次第に小さくなる。結果、雄ねじ部４２と雌ねじ部８２のねじ山の引っ掛かり高さＫが、押圧方向ＯＰに沿って次第に大きくなる。

更に別の観点から説明すると、雄ねじ部４２のねじ山４２Ａの頂を連ねる仮想円筒は円錐台形となっており、フランク面８２Ｂへの押圧方向ＯＰの先側が狭く、元側が広くなっている。

このようにしても、雌ねじ体６０の一方の座面９０に作用する反力Ｚの分散反力ＢＺ１、ＢＺ２、ＢＺ３・・・・は、軸方向に沿って均質化される。即ち、座面９０に最も近いねじ山８２Ａ、４２Ａに適切な分散反力ＢＺ１を伝達し、座面９０から離れるねじ山８２Ａ、４２Ａも、十分な分散反力ＢＺ８を伝達する。なお、本応用例は、雌ねじ部８２の軸方向の長さが長く、雄ねじ部４２の軸方向長さがそれもよりも短い場合、即ち、雌ねじ部８２の端部に雄ねじ部４２を螺合させる場合等に特に有効となる。

また、ここでは特に図示しないが、雌ねじ部８２の山径８２Ｈと雄ねじ部４２の山径４２Ｈの双方を軸方向に沿って変化させることで、雄ねじ部４２と雌ねじ部８２の互いのねじ山４２Ａ、８２Ａの引っ掛かり高さＫを、軸方向に沿って変化させることも可能である。

次に、図４を参照して本発明の第二実施形態に係る螺合構造１０１について説明する。なお、雄ねじ体及び雌ねじ体の基本的な構成要素は、第一実施形態で説明した螺合構造１と同様であるので、符号の下二けたを第一実施形態と一致させることで、各構成要素の説明を省略し、第一実施形態と異なる点について説明する。

この螺合構造１０１は、雄ねじ部１４２のピッチＯＴが軸方向に沿って一定であり、雌ねじ部１８２のピッチＭＴ１、ＭＴ２・・・ＭＴ７が軸方向に沿って変化する。具体的には雌ねじ部１８２のピッチＭＴが、雄ねじ部１４２への螺合させていく時の進行方向ＭＳに沿って次第に大きくなる。

例えば、座面９０から最も遠い雌ねじ部１８２のねじ山のピッチＭＴ１は、雄ねじ部１４２のピッチＯＴと一致しており、座面９０に近づくにつれて、ねじ山のピッチＭＴ２、ＭＴ３・・・が次第に大きくなる。従って、対向する雄ねじ部１４２と雌ねじ部１８２の有限のピッチ（ＭＴ−ＯＴ）差は、軸方向に沿って変化することになる。

なお、この図４では、視覚的に解りやすさを優先して、ピッチＭＴの軸方向に沿って変化する量を誇張表示している。実際には、螺合構造１に作用する外力によって、雄ねじ部１４２と雌ねじ部１８２が弾性変形すると、双方のフランク面１４２Ｂ，１８２Ｂが長手方向に十分に密着し得る範囲内で変化させる。ねじのサイズによっても異なるが、例えば最大の変化量が１ミリメートル以下に設定される。

また、ピッチＭＴが変化する雌ねじ部１８２のねじ山１８２Ａのフランク角Ｍαは軸方向に沿って常に一定となっている。勿論、雄ねじ部１４２のねじ山１４２Ａのフランク角Ｏαも軸方向に沿って常に一定となっている。互いのフランク角Ｍα、Ｏαは同じになる。結果、ピッチＭＴのみの変化により、雄ねじ部１４２と雌ねじ部８２の互いのねじ山１４２Ａ、１８２Ａのフランク面１４２Ｂ，１８２Ｂに作用する面圧が、進行方向ＭＳに沿って次第に小さくなる。結果として、雄ねじ部１４２のフランク面１４２Ｂと雌ねじ部１８２のフランク面１８２Ｂの圧接量は、軸方向に沿って変化し、特に雄ねじ部１４２の螺合完了側Ｏｏｕｔ（座面１９０側）に近いほど小さく、雄ねじ部１４２の螺合開始側Ｏｉｎ（座面１９０から軸方向に離れる側）ほど大きくなる。

別の観点から説明すると、被締結部材Ｈを締結している状態において、雌ねじ部１８２のねじ山１８２Ａのフランク面１８２Ｂが、雄ねじ部１４２のねじ山１４２Ａのフランク面１４２Ｂに押圧する方向ＭＰに沿って、雌ねじ部１８２のピッチＭＴが次第に小さくなる。結果、雄ねじ部１４２と雌ねじ部１８２のねじ山１４２Ａ、１８２Ａのフランク面１４２Ｂ，１８２Ｂに作用する面圧が、押圧方向ＭＰに沿って次第に大きくなる。

更に、ピッチＭＴが変化する雄ねじ部１８２のねじ山１８２Ａの軸方向の幅ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３・・・ＭＷ８（有効径におけるねじ山１８２の幅）が軸方向に沿って変化する。より具体的には、ねじ山１８２Ａの幅ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３・・・が、雄ねじ部１４２へ螺合させていく時の進行方向ＭＳに沿って次第に小さくなる。例えば、座面９０から最も遠いねじ山１８２ＡのＭＷ１は、雄ねじ部１４２のねじ山１８４Ａの幅ＯＷと一致しているが、座面９０に近づくにつれて、ねじ山１８２Ａの幅ＭＷ２、ＭＷ３・・・が次第に小さくなる。別の観点から説明すると、被締結部材Ｈを締結している状態において、フランク面１８２Ｂが、雄ねじ部１４２のフランク面１４２Ｂに押圧する方向ＭＰに沿って、雌ねじ部１８２のねじ山１８２Ａの幅ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３・・・が次第に大きくなる。

このように、ねじ山１８２Ａの軸方向の幅ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３・・・を変化させるのは、雄ねじ部１４２と雌ねじ部１８２のピッチＯＴ、ＭＴが互いに異なる状態において、ピッチが大きい方のねじ山の幅を一定のままにすると、互いのねじ山１４２Ａ、１８２Ａが干渉してしまうからである。

本螺合構造１０１では、雄ねじ体１１０と雌ねじ体１６０によって被締結部材Ｈを締結した状態において、螺合構造１０１の締結力により、被締結部材Ｈから雌ねじ体１６０の座面１９０全体に対して軸方向の反力Ｚが作用する。この反力Ｚが、雌ねじ体１６０の内部を軸方向に伝播していく。雌ねじ体６０内を伝播する反力Ｚは、雌ねじ部１８２のフランク面１８２Ｂを介して、雄ねじ部１４２のフランク面１４２Ｂに対して押圧方向ＭＰに伝達される。この際、反力Ｚは、雌ねじ体１６０における座面１９０に近いねじ山１８２Ａから順番に分散反力ＢＺ１、ＢＺ２、ＢＺ３・・・・となって雄ねじ部１４２のねじ山１４２Ａに伝達する。これらの分散反力ＢＺ１、ＢＺ２、ＢＺ３・・・・の合計が、雄ねじ体１１０に作用する軸力Ｊとなる。

そこで本第二実施形態の螺合構造１０１の場合、雄ねじ部１４２と雌ねじ部１８２の間のフランク面１４２Ｂ，１８２Ｂに作用する面圧が、座面１９０に近いほど小さく、座面９０から軸方向（押圧方向ＭＰ）に離れるほど大きくなる。これにより、座面９０に近いねじ山１８２Ａ、１４２Ａは、分散反力を伝える能力が低く、座面１９０から軸方向（押圧方向ＭＰ）に離れるほど分散反力を伝える能力が高い。従って、分散反力ＢＺ１、ＢＺ２、ＢＺ３・・・・は、軸方向（押圧方向ＭＰ）に沿って均質化される。即ち、座面１９０に最も近いねじ山１８２Ａ、１４２Ａも適切な分散反力ＢＺ１を伝達し、座面１９０から離れるねじ山１８２Ａ、１４２Ａも、十分な分散反力ＢＺ８を伝達する。

結果、雄ねじ部１４２及び雌ねじ部１８２の双方において、局所的な内部応力が作用しにくく、全体に応力が分散されるので、大きい締結力に耐えることが可能となり、更に経時劣化等による破断等も抑制できる。また、雄ねじ体１１０と雌ねじ体１６０を螺合させていく際の摺動抵抗も低減させることができるので、螺合させる際の負荷が小さくなり、作業効率を高めることもできる。

なお、本第二実施形態では、雄ねじ部１４２のピッチＯＴが軸方向に沿って一定であり、雌ねじ部１８２のピッチＭＴが軸方向に沿って変化する場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、雄ねじ部１４２のピッチＯＴを軸方向に沿って変化させ、雌ねじ部１８２のピッチＭＴを軸方向に沿って一定にしても良い。この場合は、雄ねじ部１４２のピッチＯＴを、雌ねじ部１８２への螺合させていく時の進行方向ＯＳ（図３参照）に沿って小さくする。別の観点から説明すると、締結状態において雄ねじ部１４２のフランク面１４２Ｂが雌ねじ部１８２のフランク面１８２Ｂに押圧する方向ＯＰ（図３参照）に沿ってピッチＯＴを大きくする。このようにしても、雄ねじ部１４２と雌ねじ部１８２の間のフランク面１４２Ｂ，１８２Ｂに作用する面圧が、外部反力を受ける座面１９０に近いほど小さく、座面９０から軸方向に離れるほど大きくなる。

また、雄ねじ部１８２のピッチＯＴと雌ねじ部１４２のピッチＭＴの双方を変化させることで、雄ねじ部１４２と雌ねじ部１８２の間のフランク面１４２Ｂ，１８２Ｂに作用する面圧を軸方向に沿って変化させるようにしても良い。

更に第二実施形態では、雌ねじ部１８２のピッチＭＴを軸方向に沿って変化させる場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、雌ねじ部１８２のピッチＭＴを軸方向に一定としつつも、このピッチＭＴを、雄ねじ部１４２のピッチＯＴに対して大きく設定してもよい。このようにしても、互いの単一ピッチの差（ＭＴ−ＯＴ）が、軸方向に沿って累積的な差となり、面圧を変化させることができる。この際も、互いのねじ山の干渉を避けるために、雌ねじ部１８２のねじ山１８２Ａの幅ＭＷ１、ＭＷ２、ＭＷ３・・・を軸方向に変化させることが好ましい。反対に、雄ねじ部１４２のピッチＯＴを、雌ねじ部１８２のピッチＭＴに対して大きく設定する場合は、雄ねじ部１４２のねじ山１４２Ａの幅ＯＷを軸方向に変化させることが好ましい。

更に、上記第一実施形態と第二実施形態を組み合わせて、雄ねじ部の山径及び／又は雌ねじ部の山径を軸方向に沿って変化させつつ、雄ねじ部と雌ねじ部にピッチ差を設けたり、ピッチを軸方向に沿って変化させたりすることで、本発明が目的とする作用を得ることも可能である。

また、上記実施形態では、雄ねじ体が頭部を有しており、この頭部の存在により、雄ねじ体の軸部に対する雌ねじ体の螺合方向が一義的に決定する場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、軸部のみを有することで両端側から挿入可能な雄ねじ体の場合、雄ねじ体に対して雌ねじ体をどちらから螺合されるかは意義を有さない。即ち、最終的な締結状態において、雄ねじ体及び雌ねじ体に作用する軸力によって、互いのフランク面の圧接・押圧方向、掛かり方向等が決定されるものである。

なお、上記実施形態では、本発明の螺合構造をねじ体に適用する場合に限って示したが、所謂ねじ以外の螺合構造に適用することができる。

本発明は上記実施の形態に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内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１、１０１ 螺合構造
１０、１１０ 雄ねじ体
４２、１４１ 雄ねじ部
６０、１６０ 雌ねじ体
８２、１８２ 雌ねじ部
９０、１９０ 座面
Ｈ 被締結部材
ＭＰ、ＯＰ 押圧方向
ＭＳ、ＯＳ 進行方向
ＭＴ、ＯＴ ピッチ
ＭＷ、ＯＷ ねじ山の幅
Ｍα、Ｏα フランク角
Ｍｉｎ 雌ねじ体の螺合開始側
Ｍｏｕｔ 雌ねじ体の螺合完了側
Ｏｉｎ 雄ねじ体の螺合開始側
Ｏｏｕｔ 雄ねじ体の螺合完了側

Claims (23)

1. 互いに対向する、雄ねじ部のフランク面と雌ねじ部のフランク面との圧接量が、該雄ねじ部の軸方向に沿って変化するように構成されることを特徴とする螺合構造。
2. 前記雄ねじ部のフランク面と前記雌ねじ部のフランク面の掛かり長が、前記軸方向に沿って変化することを特徴とする請求項１に記載の螺合構造。
3. 互いに対向する、前記雄ねじ部の前記フランク面と前記雌ねじ部の前記フランク面の圧接量が、前記軸方向における、前記雄ねじ部を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって漸次減少するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の螺合構造。
4. 前記掛かり長が、締結状態において前記雌ねじ部のフランク面が前記雄ねじ部のフランク面を押圧する方向に沿って増大することを特徴とする請求項２又は３に記載の螺合構造。
5. 前記雄ねじ部は、前記軸方向における、該雄ねじ部を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって、該雄ねじ部の山径が漸次縮径するように構成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の螺合構造。
6. 前記雌ねじ部が、該雌ねじ部の軸方向における、該雌ねじ部を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって該雌ねじ部の山径が漸次縮径するように構成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の螺合構造。
7. 前記雄ねじ部のねじ山ピッチと前記雌ねじ部のねじ山ピッチの間には、前記軸方向において変化する、有限のピッチ差が設定されることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の螺合構造。
8. 前記雄ねじ部と前記雌ねじ部における前記ピッチが大きい方のねじ山の軸方向厚さが、軸方向に沿って変化することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の螺合構造。
9. 前記雌ねじ部の前記ねじ山の軸方向厚さが、前記雄ねじ部への螺合時の進行方向に沿って小さくなることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の螺合構造。
10. 雄ねじ部と雌ねじ部の螺合による螺合構造であって、
    前記雄ねじ部の山径及び／又は前記雌ねじ部の山径が、軸方向に沿って変化することを特徴とする、
    螺合構造。
11. 前記雄ねじ部の山径及び前記雌ねじ部の山径の一方は、前記軸方向に沿って一定であり、
    前記雄ねじ部の山径及び前記雌ねじ部の山径の他方は、前記軸方向に沿って変化することを特徴とする、
    請求項１０に記載の螺合構造。
12. 前記雌ねじ部の山径が、締結状態において前記雌ねじ部のフランク面が前記雄ねじ部のフランク面に押圧する方向に沿って小さくなることを特徴とする、
    請求項１０又は１１に記載の螺合構造。
13. 前記雄ねじ部の山径が、締結状態において前記雄ねじ部のフランク面が前記雌ねじ部のフランク面に押圧する方向に沿って小さくなることを特徴とする、
    請求項１０又は１１に記載の螺合構造。
14. 雄ねじ部と雌ねじ部の螺合による螺合構造であって、
    締結状態において前記雌ねじ部の前記フランク面が前記雄ねじ部の銭フランク面に押圧する方向に沿って大きくなることを特徴とする、
    螺合構造。
15. 雄ねじ部と雌ねじ部の螺合による螺合構造であって、
    少なくとも一部において、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部のピッチが互いに異なるように設定されることを特徴とする、
    螺合構造。
16. 前記雄ねじ部のピッチより、前記雌ねじ部のピッチが大きいことを特徴とする、
    請求項１５に記載の螺合構造。
17. 自身を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって、雄ねじ部の山径が漸次縮径するように構成されることを特徴とする雄ねじ部。
18. 自身を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって、ねじ山のピッチが変化して設定されることを特徴とする雄ねじ部。
19. 自身を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって、ねじ山のピッチが広くなっていることを特徴とする雄ねじ部。
20. 自身を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって、ねじ山のピッチが、漸次、広くなっていくように設定されることを特徴とする雄ねじ部。
21. 自身を基準とした螺合開始側から螺合完了側に向かって、雌ねじ部の山径が漸次縮径するように構成されることを特徴とする雌ねじ部。
22. 自身を基準とした螺合始端側から螺合終端側に向かって、ねじ山のピッチが変化して設定されることを特徴とする雌ねじ部。
23. 自身を基準とした螺合始端側から螺合終端側に向かって、ねじ山のピッチが狭くなっていることを特徴とする雌ねじ部。

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