JP2018189244A - おねじ部材 - Google Patents

Abstract

【課題】案内ねじ山の先端の構造を変えることにより、転造時に案内ねじ山と円筒状ガイドの間に生じる加工応力を可及的に緩和して転造工具の寿命増加を図る。【解決手段】頭部１０と軸部２０とを備え、軸部２０は、めねじ部材１１０と締結を行う通常ねじ山２１を形成した通常ねじ部２２と、通常ねじ部２２に対して軸部先端側に設けられ通常ねじ山２１より小径で同一ピッチの案内ねじ山２５が形成された案内ねじ部２６５、案内ねじ部２６のさらに軸部先端側に設けられた円筒状ガイド２４と、を有するおねじ部材において、前記案内ねじ山２５と円筒状ガイド２４との間にねじ無し領域２９を設け、案内ねじ山２５の先端２５ｅと円筒状ガイド２４との間に軸方向の隙間ｇを設け、案内ねじ山２５の谷部の外周面は、通常ねじ山の谷径と同一径で、ガイドより小径の円筒面となっていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、先端部にめねじ部材への螺合の案内をするパイロット部を備えたおねじ部材に関する。

従来から、自動車の組立等の量産加工において、おねじ部材の締結を行う際に、締付け機器として、作業性向上のために締め付けを高速回転で行える締付け機器が用いられている。締め付け部位によっては、作業体勢が不安定で、おねじ部材を相手めねじ部材に対して軸直角で行えない場合がある。締め付けが高速でかつ斜めに締め付ける場合がある悪条件下での作業のために、おねじ部材とめねじ部材間で齧りや焼き付けが生じている。

これらの対策として、たとえば、特許文献１に記載のようなパイロット部を備えたおねじ部材が提案されている。このおねじ部材は、通常ねじ山が形成された軸部の先端側に通常ねじ山よりも小径の案内ねじ山を設けるとともに、案内ねじ山よりもさらに先端側に円筒状ガイドを備えた構成となっていた。案内ねじ山は、めねじの内径と等しいか、それよりも小さい外径を有し、円筒状ガイドは、案内ねじ山の谷径よりも大きく、かつ案内ねじ山の外形と等しいか、それよりも小さい径を有する構成となっている。
めねじ部材に螺合して締め付ける際には、先端の円筒状ガイドによって傾きが矯正されながら挿入されていき、続いて案内ねじ部が挿入され、案内ねじ山がめねじ部材のめねじ山と係合し、ピッチを整えながら通常ねじ山と螺合されるように案内されていく。

特許第３７３９０１２号公報

しかし、従来は案内ねじ山の先端が円筒状ガイドに接続されてつながっていたため、円筒状ガイドの付け根と案内ねじ山の先端との間にくさび状の段差があり、転造工具（転造型）の、くさび状の段差に対応する部分に応力が集中し、工具命数が短いという問題があった。

本発明の目的は、転造時に案内ねじ山と円筒状ガイドの間に生じる加工応力を可及的に緩和し得る形状のおねじ部材を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、頭部と軸部とを備え、前記軸部は、めねじ部材と締結を行う通常ねじ山を形成した通常ねじ部と、該通常ねじ部に対して軸部先端側に設けられ前記通常ねじ山より小径で同一ピッチの案内ねじ山が形成された案内ねじ部と、案内ねじ部のさらに軸部先端側に設けられた円筒状ガイドと、を有するおねじ部材において、
前記案内ねじ山と円筒状ガイドとの間にねじ無し領域を設け、前記案内ねじ山の先端と円筒状ガイドとの間に軸方向の隙間を形成したことを特徴とする。
このように、案内ねじ山の先端と円筒状ガイドとの間に軸方向の隙間を形成したことにより、案内ねじ山の先端と円筒状ガイドとの間にくさび状の段差がなくなり、転造時に案内ねじ山と円筒状ガイドの間に生じる加工応力を可及的に緩和することができる。
また、案内ねじ山と円筒状ガイドとの間に軸方向の隙間を設けることにより、案内ねじ
山がめねじ部材の入口に係合するまでの円筒状ガイドの進入量を長くすることができ、円筒状ガイドの外径の寸法精度を上げることなく、ボルト挿入時の傾きを可及的に小さくすることができるという効果も得られる。円筒状ガイドが短くなればなるほど、進入量による影響が大きい。

前記案内ねじ山の外径の寸法公差は、めねじ部材の内径の寸法公差範囲の中央から下限値の範囲に設定することができる。
案内ねじ山の外径とめねじ部材の内径間の隙間は、プラス隙間とマイナス隙間が生じるが、寸法公差は同等でも、プラス隙間は従来よりも狭くすることができ、案内ねじ山をより確実にめねじ部材のねじ山に係合させてピッチを整えることができる。また、マイナス隙間が生じて、案内ねじ山の一部がめねじ部材のねじ山に引っ掛かっても、引っ掛かった分だけ１８０°反対側の部分はめねじから離間する方向となるので、干渉することなく傾きは吸収可能である。
また、本発明は、案内ねじ山の頂部断面形状を前記通常ねじ山の頂部断面形状と同一形状とすると共に、前記案内ねじ山のねじ山角を通常ねじ山のねじ山角と同一とすることができる。
案内ねじ山の頂部及びフランク面形状を案内ねじ山の頂部及びフランク面形状と同一形状とすることにより、案内ねじ山がめねじねじ山に確実に係合し、ピッチを整えることができる。また、案内ねじ山のフランク面が通常ねじ山のフランク面に連続しているので、案内ねじ山から通常ねじ山にスムースに案内することができる。

本発明によれば、転造時に案内ねじ山と円筒状ガイドの間に生じる加工応力を可及的に緩和することができ、工具寿命を延ばし生産性向上を図ることができる。

本発明の実施の形態に係るおねじ部材を示すもので、（Ａ）は全体正面図、 （Ｂ）は円筒状ガイド及び案内ねじ部近傍の拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）の通常ねじ山、移行ねじ山及び案内ねじ山の部分拡大断面図、（Ｄ）は円筒状ガイドの先端部の他の例を示す図である。 図１のおねじ部材とめねじ部材の寸法関係を示す図である。 案内ねじ山、ねじ穴及び円筒状ガイドの寸法関係を示す図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は、図１のおねじ部材のねじ穴への進入開始状態から締め 付けに至る過程を模式的に示す図である。 他の実施の形態に係るおねじ部材の先端部を示す図である。

以下に、本発明を、図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るおねじ部材を示している。
図において、１はおねじ部材全体を示すもので、このおねじ部材１は、頭部１０と軸部２０とを備え、軸部２０は、通常ねじ山２１が形成された通常ねじ部２２と、軸部先端側に設けられるパイロット部３０と、を有している。
頭部１０の形状については、図では鍔付きの六角形状を例示しているが、特に限定されるものはではなく、種々の形状の頭部形状が適用可能である。

パイロット部３０は、通常ねじ部２２に対して軸部先端側に設けられ、通常ねじ山２１と同一ピッチ（Ｐ）の案内ねじ山２５が形成された案内ねじ部２６と、案内ねじ部２６のさらに先端側に設けられた円筒状ガイド２４と、を有している。
案内ねじ山２５は、通常ねじ山２１より小径で、通常ねじ山２１より山高さが低く設定されており、通常ねじ山２１から案内ねじ山２５に移行する移行領域２８には、案内ねじ
山２５から通常ねじ山２１に連続して移行する移行ねじ山２７が設けられている。

図１（Ｃ）は、上記通常ねじ山２１、移行ねじ山２７及び案内ねじ山２５を、中心軸線Ｎ１を通る面で切断した拡大断面図である。
通常ねじ山２１はＪＩＳ規格のメートルねじであり、断面形状は、円弧状の頂部２１ａを有する山形で、傾斜面となるフランク面２１ｂ、２１ｃは、中心軸線Ｎ１に対して直交するねじ山中心線Mに対して、対称的に傾斜している。この例では、ねじ山角度θは６０
°（左右のフランク角はθ／２で、共に３０°）となっている。
案内ねじ山２５も、通常ねじ山２１と同一の曲率半径を有する頂部２５ａと、同一のねじ山角度θを有するフランク面２５ｂ、２５ｃを備えた断面形状であるが、その山高さｈ５は通常ねじ山２１の山高さｈ１よりも低く、通常ねじ山２１の０．２〜０．３倍程度に設定されている。
案内ねじ山２５の谷径は通常ねじ山２１の谷径と同一であるが、その谷部２５ｄの形状は、通常ねじ山２１のアール形状の谷部２１ｄと異なり、直線状の円筒面となっている。

移行ねじ山２７も、通常ねじ山２１と同一の曲率半径を有する頂部２５ａと、同一のねじ山角度θを有するフランク面２７ｂ、２７ｃを備えた断面形状であり、案内ねじ山２５側から通常ねじ山２１に向かって頂部２７ａの高さが徐々に高くなって通常ねじ山２１の頂部２１ａにつながっている。
この実施の形態では、案内ねじ山２５から通常ねじ山２１への移行は、１．５ピッチから２ピッチの間で移行する。移行長さが極端に短いと、斜め矯正が行われないうちに通常ねじ山２１が嵌め合おうとするため、かじりが発生しやすくなる。移行長さが長すぎると、軽量化の観点から見て重量増につながるため不利となる。
案内ねじ山２５は、２．５〜４ピッチ程度の長さに設定され、その先端側部分は、頂部２５ａの形状とねじ山角度θを維持したまま山高さを低くし、先端２５ｅにて円筒状の谷部２５ｄに収束させている。不完全山としないことで、めねじピッチとのピッチ合わせが容易となり、かじりの発生を起こさせない機構となる。このねじ山形状は、斜めねじ込み特性に大きく影響するもので、不完全山となると、外径が張らず、狙いの外径まで出すことができなくなる。この先端２５ｅから案内ねじ山２５の正規の山高さｈ５までの立ち上がり範囲については、０．２〜０．４ピッチ程度かけて立ち上がるようになっている。

一方、円筒状ガイド２４の外周面は基本的に円筒形状で、その先端部は円弧状のアール形状となっており、めねじ部材１１０への挿入性が確保されている。先端部の形状としてはアール形状だけでなく、図１（Ｄ）に示すようなカット形状としてもよい。また、円筒状ガイド２４の軸方向長さＬは、通常ねじ部２２の呼び径（外径）ｄの０．２５〜０．２０程度の長さに設定されており、傾きを補正するのに適宜な長さとなっている。 円筒状ガイド２４の外径ｄ１は、案内ねじ山２５の谷径ｄ２よりも大きく、案内ねじ山２５の円筒面状の谷部２５ｄとの間に段差２４ｂが形成されている。そして、案内ねじ山２５の先端２５ｅと円筒状ガイド２４の付け根側端部との間は、ねじ無し領域２９となっており、案内ねじ山２５の先端２５ｅと円筒状ガイド２４との間に軸方向の隙間ｇが形成されている。
このように、案内ねじ山２５の先端と円筒状ガイド２４との間に軸方向の隙間ｇを形成したことにより、案内ねじ山２５の先端と円筒状ガイド２４との間にくさび状の段差がなくなり、転造時に案内ねじ山２５と円筒状ガイド２４の間に生じる加工応力を可及的に緩和することができ、転造工具の命数を増加させることができる。
転造工具の命数増加の観点では、隙間ｇが大きい方が好ましいが、隙間ｇを大きくすると、案内ねじ山２５の長さが短くなり、ピッチ合わせの観点では、隙間ｇが小さい方が好ましい。
また、あまり隙間ｇを小さくすると、ねじ無領域２９があっても、転造時に、円筒状ガイド２４の付け根と案内ねじ部２６の円筒状の谷部２５ｄとの段差２４ｂと案内ねじ２５
の先端２５ｅの間の加工応力が高くなるので、隙間ｇは０．１〜０．２ｍｍ程度が好適
である。

図２及び図３には、めねじ部材１１０、案内ねじ山２５及び円筒状ガイド２４の寸法関係を示している。
案内ねじ山２５の外径ｄ５は、めねじ部材１１０の内径規格範囲の中央から下限値の間で設定され（図３）、円筒状ガイド２４がめねじ部材１１０に挿入された後に、めねじピッチとのピッチ合わせを行う役割を果たす。このピッチ合わせによって、後続する通常ねじ山２１の齧りや焼き付きが防止される。
より詳細には、案内ねじ山２５の外径ｄ５の寸法公差は、めねじ部材１１０の規格範囲（寸法公差）の中央から下限値の範囲に設定される。中央値で比較すると、めねじ部材１１０の内径Ｄよりも案内ねじ山２５の外径の方が小さくなるように設定されている。
一方、円筒状ガイド２４の外径ｄ１は、めねじ部材１１０の内径Ｄよりも小さい。実際には、内径規格下限値と（めねじ部材内径規格下限値―α[ｍｍ]）の範囲に設定されるαとしては、０．５[ｍｍ]程度に設定され、クリアランスの小さい状態でめねじ部材１１０へ挿入して傾きが補正される。案内ねじ山２５の山高さにすれば、通常ねじ山２１の０．２〜０．３倍程度となる。

次に、図４を参照して、本実施の形態のおねじ部材の締め付け作業について説明する。

締め付け作業に当たって、まず、パイロット部３０の円筒状ガイド２４がめねじ部材１１０のねじ穴１１２に挿入される。円筒状ガイド２４の外径ｄ１はめねじ部材１１０の内径Ｄよりも小径となっているので、円筒状ガイド２４がねじ穴１１２内周面に案内されながら、ねじ穴１１２内に挿入され、おねじ部材１の軸部２０とめねじ部材１１０との心合わせがなされる。
しかし、円筒状ガイド２４とねじ穴１１２内周面との間に隙間があるので、案内ねじ山２５の先端２５ｅがねじ穴１１２の入口にてめねじ部材１１０のねじ山１１４に係合した場合、係合部に対して１８０°反対側にて円筒状ガイド２４の先端部２４ａがねじ穴１１２内周に係合して傾く。円筒状ガイド２４とねじ穴１１２間の隙間が小さいほど傾きを小さくできるが、寸法精度を高くする必要がある。

本発明では、円筒状ガイド２４と案内ねじ山２５の先端２５ｅとの間に軸方向の隙間ｇを形成し、円筒状ガイド２４のねじ穴１１２内への進入量を可及的に大きくすることにより、傾きを小さくしている。したがって、円筒状ガイド２４の外径寸法の寸法精度は同じでも、おねじ部材１の挿入時の傾きを可及的に小さくすることができ、初期の傾き矯正をスムースに行うことができる。
さらに、本実施の形態では、案内ねじ山２５は、先端から徐々に所定の山高さまで立ち上がるので、先端から所定量は案内ねじ山２５がねじ穴１１２の入口のねじ山１１４に係合することなく、案内ねじ部２６が所定量挿入されることとなり、傾き矯正効果が高くなっている。
特に、案内ねじ山２５の谷部２５ｄは円筒面となっており、この円筒面状の谷部２５ｄがめねじ部材１１０の内周面に係合するので、これによっても傾き矯正がなされる。

一方で、案内ねじ山２５の外径ｄの寸法公差は、めねじ部材１１０の内径規格範囲の中央から下限値の範囲に設定されているので、案内ねじ山２５の外径ｄとめねじ部材１１０の内径Ｄ間の隙間は、プラス隙間とマイナス隙間となるが、寸法公差は同等でも、プラス隙間は従来よりも狭くなり、案内ねじ山２５がより確実にねじ穴１１２内にてめねじ部材１１０のねじ山１１４に係合し、ピッチを確実に整えることができる。
特に、案内ねじ山２５は通常ねじ山２１と同じ頂部形状とねじ山角を有しているので、めねじ部材１１０のねじ山１１４に、より確実に係合し、ピッチを正確に合わせることが
できる。さらに、案内ねじ山２５のフランク面２５ｂ、２５ｃ及び移行ねじ山２７のフランク面２７ｂ、２７ｃが通常ねじ山２１のフランク面２１ｂ、２１ｃに連続しているので、案内ねじ山２５から通常ねじ山２１にスムースに案内される。したがって、円筒状ガイド２４及び案内ねじ山２５を安定して案内でき、従来よりもパイロット部３０の長さを短くして軽量化を図ることができる。

図５は、円筒状ガイド２４の先端に、徐々に先細となるように傾斜する先端ガイド部５０を設けた例である。
この先端ガイド部５０の形状は円錐台状に傾斜する構成で、図示例では傾斜角βは９０°で、先端径は円筒状ガイド２４の径の１／３程度となっている。傾斜角βは９０°に限定されず、傾斜面は直線に限定されず円弧状等の曲線でもよい。このように先端ガイド部５０を設ければ、重量は増大するものの、ねじ穴への挿入時に、ねじ穴とねじ軸の軸心がずれていても、先端ガイド部５０でねじ穴を探ることができ、穴探り性が向上する。進入角度が大きくなるものの、その後の円筒状ガイド２４及び案内ねじ山２５によって自動的にピッチ合わせが行われるので、利便性が高い。
上記実施の形態では、円筒状ガイド２４の軸方向長さＬを、通常ねじ部２２の呼び径（外径）ｄの０．２５〜０．２０程度の長さに設定しているが、穴探り性を優先する分だけ、傾き補正のために、上記した実施の形態よりも円筒ガイド２４の軸方向長さを長くしている。この長さは、通常ねじ部２２の呼び径（外径）ｄの０．３５〜０．６倍程度とすることが好ましい。

なお、上記実施の形態では、案内ねじ山２５の外径ｄ５の寸法公差を、めねじ部材１１０の内径Ｄの寸法公差範囲の中央から下限値の範囲に設定しているが、従来と同様に、めねじ部材１１０の内径Ｄと等しいか、それよりも小さい外径を有するように設定してもよいし、めねじ部材１１０の内径Ｄと等しいか、それよりも大きい外径としてよい。
また、上記実施の形態では、案内ねじ山２５を通常ねじ山２１と同一の頂部断面形状及び同一のねじ山角度のフランク面を有する形状としているが、完全に同一ではなく多少の相違があってもよいし、場合によっては、不完全なねじ山形状となっていてもよい。
また、上記実施の形態では、案内ねじ山２５が徐々に収束していく範囲を１．５〜２ピッチとしているが、この範囲に限定されるものではなく、短くてもよいし、長くなっていてもよい。
また、案内ねじ山２５の先端は、頂部断面形状を保ちながら、所定高さから徐々に低くなって円筒状谷部の円筒面に収束する形状となっているが、収束途中段階の案内ねじ山２５の形状は、必ずしも頂部断面形状を保っていなくてもよく、たとえば不完全ねじ山の形状でもよい。

１ おねじ部材
１０ 頭部
２０ 軸部
２１ 通常ねじ山
２１ａ 頂部、２１ｂ，２１ｃ フランク面
２２ 通常ねじ部
２４ 円筒状ガイド、２４ｅ 先端
２５ 案内ねじ山
２５ａ 頂部、２５ｄ 円筒状谷部、２５ｅ 先端
２６ 案内ねじ部
２７ 移行ねじ山
２９ ねじ無し領域
３０ パイロット部
５０ 先端ガイド部
１１０ めねじ部材、１１２ ねじ穴、１１４ ねじ山
Ｄ めねじ部材の内径
Ｍ ねじ山中心線
Ｎ１ 中心軸線
ｄ 通常ねじ山２１の外径（呼び径）
ｄ１ 円筒状ガイドの外径
ｄ２ 案内ねじ山の外径
ｇ 隙間
θ ねじ山角度

Claims (5)

1. 頭部と軸部とを備え、前記軸部は、めねじ部材と締結を行う通常ねじ山を形成した通常ねじ部と、該通常ねじ部に対して軸部先端側に設けられ前記通常ねじ山より小径で同一ピッチの案内ねじ山が形成された案内ねじ部と、案内ねじ部のさらに軸部先端側に設けられた外周面が円筒状で外径がめねじ部材の内径より小さいガイドと、を有するおねじ部材において、
   前記案内ねじ山と前記ガイドとの間にねじ無し領域を設け、前記案内ねじ山の先端と前記ガイドとの間に軸方向の隙間を形成し、
   前記案内ねじ山の谷部の外周面は、通常ねじ山の谷径と同一径で、前記ガイドのより小径の円筒面となっていることを特徴とするおねじ部材。
2. 前記案内ねじ山の径の寸法公差を、めねじ部材の内径の寸法公差範囲の中央から下限値の範囲に設定した請求項１に記載のおねじ部材。
3. 前記案内ねじ山は、通常ねじ山と同一の頂部断面形状及び同一のねじ山角度のフランク面を有している請求項１又は２に記載のおねじ部材。
4. 前記通常ねじ山から案内ねじ山に移行する移行ねじ山は、前記通常ねじ山と同一の頂部断面形状及び同一のねじ山角度のフランク面を有している請求項１乃至３のいずれかの項に記載のおねじ部材。
5. 前記案内ねじ山の先端は、頂部断面形状を保ちながら、所定高さから徐々に低くなって円筒状谷部の円筒面に収束する形状となっている請求項１乃至４のいずれかの項に記載のおねじ部材。