JP2016524681A - 緩み止めねじ部材 - Google Patents

Abstract

雌ねじ部材１と雄ねじ部材２を含む緩み止めねじ部材を提供する。雌ねじ部材１の内孔に円柱状雌ねじ３が設けられ、雄ねじ部材２のねじロッドに円柱状雄ねじ４が設けられ、雄ねじ４又は雌ねじ３は、谷底に雄ねじ４又は雌ねじ３の縦方向中軸線５との角度がα又はβであるくさび形傾斜面６を有し、ｔａｎα又はｔａｎβは、くさび形傾斜面６と雌ねじ３又は雄ねじ４の接触面との間の動摩擦係数よりも小さく、雌ねじ部材と雄ねじ部材が相互に締め付けられた後、雌ねじ３又は雄ねじ４の表面とくさび形傾斜面６とは互いに密着する構造、即ち横方向に係止する構造である。プレテンションにより雌ねじ又は雄ねじの表面とくさび形傾斜面を互いに密着させるだけで、各種材質のねじ表面の円柱状ねじ対偶の効果的な緩み止めを実現することができる。

Description

本発明は緩み止めねじ部材に関する。

横方向の振動又は衝突のある環境において、円柱状ねじ対偶の緩みは、長い時間に悩ませている問題であり、以下、横方向の振動又は衝突のある環境における円柱状ねじ対偶の緩みの原因について、具体的に分析する。

１組の円柱状ねじ対偶の雌ねじと雄ねじの間には、山側の間の摩擦係数とねじリード角度が所定値に達すると、ねじ対偶の縦方向セルフロックを実現することができる。

一般的な円柱状ねじ対偶は締め付け状態で外力の作用を受けていないとき、雌ねじと雄ねじとの間には、縦方向にも、横方向にも一定の隙間がある。

１組における標準右ねじの円柱状ナットが、対応する標準右ねじの円柱状完全ねじボルトに締め付けられ（雌ねじと雄ねじの間には、縦方向にも、横方向にも一定の隙間がある）、ナットの一端がボルトヘッドと接触し、一定のプレテンションを有するねじ対偶を例として、ボルトヘッドが上向きで水平面に垂直な姿勢において、ねじ対偶は、前向きの水平直線方向に一定の速度で硬い固定物に衝突するように運動する（衝突する瞬間に、ボルトヘッドのみが固定物と接触する）。互いに重ねる雌ねじの縦方向中軸線と雄ねじの縦方向中軸線を含み、ねじ対偶の移動方向と互いに平行する平面により、ボルトとナットが左右両側に分けられる場合、ボルトの左側雄ねじの上山側が、下向きの曲げ斜面になり、ボルトの右側雄ねじの上山側が上向きの曲げ斜面になる。このような構造により、ねじ対偶が固定物に衝突する瞬間に、ナットの右側雌ねじの下山側とボルトの右側雄ねじの上山側とは、押し合う傾向にあり、ナットの左側雌ねじの下山側とボルトの左側雄ねじの上山側とは、互いに離れる傾向にあるので、ねじ対偶が固定物に衝突する瞬間に、ナットの右側雌ねじの下山側とボルトの右側雄ねじの上山側との間の摩擦力は、ナットの左側雌ねじの下山側とボルトの左側雄ねじの上山側との間の摩擦力よりも大きい。したがって、ねじ対偶が固定物に衝突する瞬間に、ナットは、右側雌ねじの下山側と右側雄ねじの上山側との接触面を支点として（理論的には、一般的な円柱状ねじの１周りには、雌ねじと雄ねじの上、下山側は、いずれも互いに平行しない数本の直線がねじの螺旋線に沿って配列してなるため、相互に合わせて接触する一般的な円柱状ねじの１周りの雌ねじの下山側と１周りの雄ねじの上山側の間には、互いに合わせて接触する状態が変更されるだけで、雌ねじの下山側と雄ねじの上山側との間には接触面ではなく、１つの接触点のみになる。したがって、この接触点が理論的に支点である）左へ回転するように運動する傾向が生じる。このため、ねじ対偶が固定物に衝突する瞬間に、ナットが受けた合力が所定値を超えると、ナットは無固定軸の左回転運動をし、即ち、ナットがボルトに対して緩むように運動し、雌ねじと雄ねじの間の横方向における隙間は、ちょうどナットを無固定軸の左回転運動をさせるための空間を提供した。実験として以下の通りである。水平に掛け渡された円柱状鉛筆に内径が鉛筆の外径の２倍以上（このようにすると、試験しやすいとともに試験の視覚的効果を向上させることができる）のリングを嵌設し、力を加えてリングの中部を推し、リングは無固定軸の縦回転運動をし、且つ推力の方向が変わらなければ、リングの回転方向も変わらず、推力の方向が変えると、リングの回転方向も変える。

したがって、一般的な円柱状ねじ対偶が横方向の振動又は衝突のある環境に緩みが発生する原因は、一般的な円柱状ねじ対偶は、横方向の振動又は衝突のある環境において、ねじの螺旋構造により、一方側の雌ねじと雄ねじの山側の間の摩擦力は、他方側の雌ねじと雄ねじの山側の間の摩擦力よりも大きいので、雌ねじ部材又は雄ねじ部材は、摩擦力の大きい側の雌ねじと雄ねじの山側の接触面を支点として横回転するように運動する傾向が発生し、このため、雌ねじ部材又は雄ねじ部材の受けた合力が所定値を超えると、雌ねじ部材又は雄ねじ部材は、無固定軸の横回転運動をし、横回転する方向は、雌ねじ部材と雄ねじ部材の相対的に緩む方向であり、雌ねじと雄ねじの間の横方向の隙間は、雌ねじ部材と雄ねじ部材の間が無固定軸の横回転運動をするための空間を提供し、且つ雌ねじと雄ねじの山側の間の動摩擦係数と山側の傾斜角度がねじ対偶の横方向でのセルフロックの条件に満たすことができないことであるためと考えられる。

したがって、雌ねじ部材と雄ねじ部材の間の、無固定軸の横回転運動を阻止すれば、ねじ対偶の、横方向の振動又は衝突のある環境における緩みを完全に防止することができる。

米国のＨｏｒａｃｅ Ｄ． ＨｏｌｍｅｓはＳｐｉｒａｌｏｃｋナットを設計し、２０世紀７０年間に特許権を受け、生産に投入し、使用者の賞賛を受けていたが、ＭＩＴ（マサチューセッツ工科大学）の一名の教授は、「このような締め付けシステムの試験状況が非常に良いが、試験の目的は理論的な根拠を欠乏するためである」と指摘した。通常、Ｓｐｉｒａｌｏｃｋ円柱状ねじ部材の雌ねじ又は雄ねじの谷底には、雌ねじ又は雄ねじの縦方向の中軸線となす角度が３０°であるくさび形傾斜面を有し、多くの場合には、緩み止めの必要がある円柱状ねじ対偶のねじ表面の間の動摩擦係数がいずれもｔａｎ３０°（≒０．５７７）よりも小さいので、雌ねじ又は雄ねじの表面とくさび形傾斜面との間には、横方向に係止することができず、このため、薦められたように、大きいプレテンションにより雌ねじ又は雄ねじの表面とくさび形傾斜面との間に変形を発生させて横方向に係止する構造とするにより、雌ねじ部材と雄ねじ部材の間の、無固定軸の横回転運動を効果的に阻止しなければ、円柱状ねじ対偶の効果的な緩み止めを実現することができない。

物体が傾斜面に静止している場合、傾斜面の傾斜角度がθに増大すると、物体がちょうど傾斜面から等速で摺動することができ、このときの傾斜面の傾斜角度θが摩擦角と称される。摩擦角の大きさによって、物体と傾斜面との間の動摩擦係数を計算することができ、即ち、μ＝ｔａｎθである。物体と傾斜面との間の動摩擦係数に基づいて摩擦角の大きさを計算してもよく、即ち、θ＝ｔａｎ^−１μである。傾斜面の傾斜角度が摩擦角θよりも小さい場合、傾斜面上の物体がどのように重くなっても摺動することはない。傾斜面の傾斜角度が摩擦角θよりも大きい場合、傾斜面上の物体がどのように重くなっても摺動する。

ねじ締結具の使用にあたって、雌ねじと雄ねじの間の動摩擦係数が大きすぎると、クランプ力の不足により被締め付け部材との間に緩みが発生する問題が生じ易い。ドイツ自動車工業会により制定されたＶＤＡ ２３５−１０１標準よると、雌ねじ部材と雄ねじ部材の雌ねじと雄ねじの間の動摩擦係数が０．１５以下であるべきである。

本発明が解決しようとする技術課題は、Ｓｐｉｒａｌｏｃｋ円柱状ねじ部材の上記不足を克服するために、本発明は、プレテンションにより雌ねじ又は雄ねじの表面とくさび形傾斜面を互いに密着させるだけで、各種材質のねじ表面の円柱状ねじ対偶の効果的な緩み止めを実現することができる緩み止めねじ部材を提供することである。

上記問題を解決するために、本発明が採用する技術的解決手段は、雌ねじ部材の内孔に円柱状雌ねじが設けられ、雄ねじ部材のねじロッドに円柱状雄ねじが設けられ、雌ねじと雄ねじの表面に緩み止め材料が被覆されておらず、雄ねじ又は雌ねじは、谷底に雄ねじ又は雌ねじの縦方向中軸線との角度がα又はβであるくさび形傾斜面を有し、ｔａｎα又はｔａｎβは、くさび形傾斜面と雌ねじ又は雄ねじの接触面との間の動摩擦係数よりも小さく、雌ねじ部材と雄ねじ部材とが相互に締め付けられた後、雌ねじ又は雄ねじの表面とくさび形傾斜面とは互いに密着する構造、即ち横方向に係止する構造であり、それにより、雌ねじ部材と雄ねじ部材の間の無固定軸の横回転運動を効果的に阻止することができ、即ち円柱状雌ねじ部材と円柱状雄ねじ部材との間の効果的な緩み止めを実現することができることである。

ドイツ自動車工業会により制定されたＶＤＡ ２３５−１０１標準によると、雌ねじ部材と雄ねじ部材の雌ねじと雄ねじの間の動摩擦係数は、０．１５以下であるべきである。また、ｔａｎα又はｔａｎβが０（雌ねじ又は雄ねじの縦方向中軸線がくさび形傾斜面に位置する可能性がない）になる可能性がないので、ｔａｎα又はｔａｎβが０よりも大きく且つ０．１５よりも小さいことが好ましい。

本発明の有益な効果は、プレテンションにより雌ねじ又は雄ねじの表面とくさび形傾斜面を互いに密着させるだけで、各種材質のねじ表面の円柱状ねじ対偶の効果的な緩み止めを実現することができることである。また、上記の緩み止めねじ部材は、その構造が簡単で、使用が便利であり、且つ従来の工程と設備で量産を実現することができる。

図１は本発明の第１実施例に係る雌ねじと雄ねじとが相互に締め付けられた後のねじ対偶の中央の縦断側面模式図である。 図２は図１の部分拡大模式図である。 図３は本発明の第２実施例に係る雌ねじと雄ねじとが相互に締め付けられた後のねじ対偶の中央の縦断側面模式図である。 図４は図３の部分拡大模式図である。

以下、具体的な実施例を参照しながら、本発明の緩み止めねじ部材を更に詳しく説明する。

実施例１
図１、図２に示すように、緩み止めねじ部材は、雌ねじ部材１と雄ねじ部材２を含み、図１に示すように、雌ねじ部材１の内孔に円柱状雌ねじ３が設けられ、雄ねじ部材２のねじロッドに円柱状雄ねじ４が設けられ、雌ねじ３と雄ねじ４の表面に緩み止め材料が被覆されていない。また、図２に示すように、雄ねじ４は、谷底に雄ねじ４の縦方向中軸線５との角度がαであるくさび形傾斜面６を有し、ｔａｎαは、くさび形傾斜面６と雌ねじ３の接触面との間の動摩擦係数よりも小さい。また、図１、２に示すように、雌ねじ部材１と雄ねじ部材２とが相互に締め付けられた後、雌ねじ３の表面とくさび形傾斜面６とは互いに密着する構造である。前記のｔａｎαは、０よりも大きく且つ０．１５よりも小さい。

実施例２
図３、図４に示すように、緩み止めねじ部材は、雌ねじ部材１と雄ねじ部材２を含み、図３に示すように、雌ねじ部材１の内孔に円柱状雌ねじ３が設けられ、雄ねじ部材２のねじロッドに円柱状雄ねじ４が設けられ、雌ねじ３と雄ねじ４の表面に緩み止め材料が被覆されていない。また、図４に示すように、雌ねじ３は、谷底に雌ねじ３の縦方向中軸線５との角度がβであるくさび形傾斜面６を有し、ｔａｎβは、くさび形傾斜面６と雄ねじ４の接触面との間の動摩擦係数よりも小さい。また、図３、４に示すように、雌ねじ部材１と雄ねじ部材２とが相互に締め付けられた後、雄ねじ４の表面とくさび形傾斜面６とは互いに密着する構造である。前記のｔａｎβは、０よりも大きく且つ０．１５よりも小さい。

上記の実施例は、本発明の創造原理及びその効果、並びに一部の応用実施例を例示的に説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するためのものではない。なお、当業者にとって、本発明の創造思想を逸脱しない限り、多種の変形及び改良が可能であり、これらはすべて本発明の保護範囲に属すものである。

１ 雌ねじ部材
２ 雄ねじ部材
３ 雌ねじ
４ 雄ねじ
５ 縦方向中軸線
６ くさび形傾斜面

Claims (2)

1. 雌ねじ部材と雄ねじ部材を含み、雌ねじ部材の内孔に円柱状雌ねじが設けられ、雄ねじ部材のねじロッドに円柱状雄ねじが設けられ、雌ねじと雄ねじの表面に緩み止め材料が被覆されず、雄ねじ又は雌ねじは、谷底に雄ねじ又は雌ねじの縦方向中軸線との角度がα又はβであるくさび形傾斜面を有し、雌ねじ部材と雄ねじ部材とが相互に締め付けられた後、雌ねじ又は雄ねじの表面とくさび形傾斜面とは、互いに密着する構造である緩み止めねじ部材であって、ｔａｎα又はｔａｎβは、くさび形傾斜面と雌ねじ又は雄ねじの接触面との間の動摩擦係数よりも小さいことを特徴とする緩み止めねじ部材。
2. ｔａｎα又はｔａｎβは、０よりも大きく且つ０．１５よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の緩み止めねじ部材。

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