JP2020133819A - ナット - Google Patents

Abstract

【課題】かじりの発生が抑制されたナットを提供することを目的とする。【解決手段】呼び径をＤ、嵌合するボルトの公差を考慮した最大外径と最小外径の平均値をｄ［ｍｍ］、ねじ穴の挿入側に設けられるザグリ穴の内径をＤ＋０．２［ｍｍ］、ねじ山のピッチをＰ［ｍｍ］、θをａｒｃｔａｎ（Ｐ／ｄ）としたとき、ザグリ穴の深さｔが（Ｄ−ｄ×ｃｏｓθ）／ｔａｎθよりも大きく設定されている、ナットが提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、ナットに関する。

特許文献１のように、ナットが知られている。

特開平7-238914号公報

特許文献１のナットは、ねじ山のないねじ込み導入部をねじ穴に設けることを提案している。特許文献１は、このようなナットによって、ボルトとナットの食いつきを良好にしたり、ボルトとナットとを直角に保持して斜めに食い込むことを抑制できるとしている。
本発明は、より斜め締めやかじりが抑制されたナットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面に係るナットは、
呼び径をＭ、
嵌合するボルトの公差を考慮した最大外径と最小外径の平均値をｄ［ｍｍ］、
ねじ穴の挿入側に設けられるザグリ穴の内径ＤをＭ＋０．２［ｍｍ］、
ねじ山のピッチをＰ［ｍｍ］、
θを、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｐ／ｄ）としたとき、
ザグリ穴の深さｔが、式（１）で算出される値よりも大きく設定されている。
ｔ＝（Ｄ−ｄ×ｃｏｓθ）／ｔａｎθ 式（１）

本発明に係るナットによれば、締結時のボルトによるかじりが抑制される。

本発明の実施形態に係るナットの上面図である。 図１に示したナットのＩＩ−ＩＩ断面図である。 かじり角度測定試験の様子を示す図である。 かじり角度の測定結果を示す図である。 傾斜角度を説明するための図である。 ザグリ穴の深さを説明するための図である。

本発明の実施形態に係るナット１を図１および図２を用いて説明する。図１はナット１の上面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

図１および図２に示すように、ナット１には、ねじ穴２が設けられている。ねじ穴２の挿入側には、ザグリ穴３が設けられている。ザグリ穴３とは、内周面にねじ山が設けられていない穴である。ザグリ穴３は、平滑な内周面を有している。本実施形態のナット１は、ナット１のねじ穴２に対して傾いて挿入されたボルト１０のねじ山が、ザグリ穴３の平滑な内周面に接触し、傾いたままボルト１０がナット１にねじ込まれることを防止する。

ところで、本発明者は、ナット１にボルト１０が傾いたまま挿入され、ボルト１０のねじ山がナット１のねじ山をかじってしまう現象（以降、かじりと称する）がどのような条件で生じるかを鋭意研究していた。本発明者は、ナット１のねじ穴２に対するボルト１０の傾斜角度（以降、単に傾斜角度と呼ぶ）がかじり発生の一つの要因だと考え、図３に示した実験装置を使って実験を行った。

図３は、かじり角度測定試験機２０の様子を示す図である。図３に示したように、ナット１は、水平方向に延びる回転軸線ｒ回りに回転可能なステージに固定されている。ナット１は、ねじ穴２が鉛直方向に延びる姿勢で、ステージに固定されている。かじり角度測定試験機２０は、回転軸線ｒ回りの回転角度を傾斜角度として検出可能に構成されている。

ボルト１０は、鉛直方向の上方からナット１にねじ込まれる。ボルト１０は図示せぬモータによって一定の回転速度で鉛直方向に延びる回転軸線回りに回転される。ボルト１０を回転させてもボルト１０の姿勢は変化しない。すなわち、ボルト１０を回転させても、ボルト１０の軸線は鉛直方向のままである。

本実施形態において、試験の開始前に、ステージの上面が水平方向に対して角度をなす初期状態を設定することができる。この初期状態でナット１をステージの上面にセットすることにより、ボルト１０とナット１とが傾斜角度をなした状態で、ボルト１０をナット１にねじ込むことができる。

なお、ナット１の軸線回りに視点を動かすと、ナット１の軸線Ｇに対するボルト１０の軸線ｇのなす角度は変化する。ここでいう傾斜角度とは、ナット１の軸線Ｇに対するボルト１０の軸線ｇのなす角度が最も大きくなる視点から見た時の、ナット１の軸線Ｇに対するボルト１０の軸線ｇのなす角度である。

試験において、初期状態の傾斜角度を１２°に設定した状態で、Ｍ６のナット１にＭ６のボルト１０をねじ込んだときの、傾斜角度の時間変化を記録した。その測定結果を図４に示す。

図４は、かじり角度の測定結果を示す図である。図４に示したように、傾斜角度が８．８°〜９．２°のときに傾斜角度が大きく変動し、かじりが生じていることが確認できた。なお、図４に示した例においては、かじりが生じた後に続けてボルト１０を回転させていくと、急激に傾斜角度が小さくなった後に傾斜角度の変動が安定し、傾斜角度３．６°で程度でボルト１０とナット１とが締結されている。

図３の試験機２０を用いて、繰り返し同様の試験を行うと、傾斜角度が９°付近で頻繁にかじりの発生が確認された。また、初期状態で傾斜角度を９°より小さく設定した場合には、かじりが生じることが極めて少なかった。このような実験結果に基づいて、本発明者は、ボルト１０をナット１にねじ込む際の最初の傾斜角度を所定値以下にすることにより、かじりの発生を抑制できるのではないかと考えた。具体的には、ナット１にザグリ穴３を設けることによって、ボルト１０をナット１にねじ込む際の最初の傾斜角度を所定値以下とすることを考えた。

図５は、傾斜角度をなした状態でボルト１０がナット１にねじ込まれる様子を示した断面図である。図５は、傾斜角度が最大となる断面のナット１とボルト１０を見た図である。図５に示したように、ナット軸線Ｇ（ねじ穴２の中心線）に対して、ボルト軸線ｇ（ボルト１０の中心線）がなす角度を、傾斜角度θと定義する。また、ナット１のねじ穴２の谷径をＤ（呼び径Ｄ）、呼び径Ｄのナット１に嵌合するボルト１０の外径をｄとする。

図５に示すように、ナット１をある断面で見たときには、ボルト１０の左側に位置するねじ山がナット１の左側に位置するねじ山に噛み合い、ボルト１０の右側に位置するねじ山がナット１の右側に位置するねじ山に噛み合う。
かじりが生じているとは、図５に示すように、ボルト１０の左側に位置するｋ（ｋは任意の自然数）番目のねじ山がナット１の左側に位置するｎ（ｎは任意の自然数）番目のねじ山に噛み合っているときに、ボルト１０の右側に位置するｋ番目のねじ山がナット１の右側に位置するｎ＋１番目のねじ山に噛み合う状態である。
図５においては、ボルト１０の左側に位置する１番目（ｋ＝１）のねじ山Ｘ１が、ナット１の左側に位置する１番目（ｎ＝１）のねじ山に噛み合っている。ところが、ボルト１０の右側に位置する１番目のねじ山Ｘ２が、ナット１の右側に位置する１番目のねじ山Ｙ２ではなく、２番目のねじ山Ｙ３に噛み合ってしまっている。
なお、図５において、ボルト１０の先端の１ピッチ分は不完全ねじ山である。

また、このように外径ｄのボルト１０がナット１に対して傾斜角度θで挿入され、このときにねじ山が１ピッチ分だけずれているときには、ｔａｎθ＝Ｐ／ｄと表されるから、以下の式（１）のように表すことができる。
θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｐ／ｄ） 式（１）

本発明者は、このような傾斜角度θでナット１に挿入されたボルト１０を、その最下点でナット１のねじ穴２と接触させないために、ナット１にザグリ穴３を設けることを考案した。このような目的で設けられるザグリ穴３の深さｔは、図６に示したように、呼び径Ｄのナット１との関係で以下のように求めることができる。

まず、点Ａ〜Ｃ，Ｆ，Ｅおよび長さｔを以下のように定める。
点Ａ：ボルト１０の下縁の二つの頂点のうち、ナット１側に深く挿入された点（ボルト１０の最下点）。
点Ｂ：ボルト１０の下縁の二つの頂点のうち、ナット１側に浅く挿入された点。
点Ｃ：点Ａを通ってナット軸線Ｇに直交する線分が、点Ｂ側でナット１の内周面と交わる点。
点Ｆ：点Ａを通ってナット軸線Ｇに直交する線分が、点Ｂと反対側でナット１の内周面と交わる点。
点Ｅ：点Ｆを通ってナット軸線Ｇに平行な線分が、ナット１の上面と交わる点。
長さｔ：線分ＦＥの長さ（ナット軸線Ｇに平行な、ボルト１０の最下点とナット１上面との距離）

線分ＣＦの長さは、ナット１のねじ穴２の谷径（呼び径Ｄ）に等しい。
直角三角形ＡＢＣの辺ＡＣの長さは、ボルト１０の外径ｄである辺ＡＢのコサイン成分である。すなわち、ＡＣ＝ｄ×ｃｏｓθである。
線分ＡＦの長さは、ナット１のねじ穴２の谷径（呼び径Ｄ）から線分ＡＦを引いたものである。すなわち、ＡＦ＝Ｄ−ｄ×ｃｏｓθ
三角形ＡＦＥについて、ｔａｎθ＝（Ｄ−ｄ×ｃｏｓθ）／ｔが成立している。
すなわち、深さｔは以下の式（２）で表すことができる。
ｔ＝（Ｄ−ｄ×ｃｏｓθ）／ｔａｎθ 式（２）

整理すると、以下の式（１），式（２）を満たすθおよびｔでザグリ穴３を形成することにより、ボルト１０のねじ山がナット１のねじ山に噛み合い始めるときになすボルト１０とナット１との傾斜角度を、かじりが生じやすい角度よりも小さくすることができる。既存のボルト１０を本実施形態のナット１にねじ込んでも、かじりが生じにくい。これにより、かじりが生じにくいナット１が提供される。
θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｐ／ｄ） 式（１）
ｔ＝（Ｄ−ｄ×ｃｏｓθ）／ｔａｎθ 式（２）

なお、ボルト１０の先端には約２ピッチ分だけ不完全なねじ山が形成されていることがある。つまり、不完全ねじ山が形成されていると、同じ傾斜角度であっても、その分（２Ｐ／ｃｏｓθ）だけボルト１０が深くナット１に挿入されてしまう。そこで、ザグリ穴３の深さｔは、この分（２Ｐ／ｃｏｓθ）だけ深くすることが好ましい。つまり、ザグリ穴３の深さは、以下の式（３）のｔ１よりも大きいことが好ましい。
ｔ１＝（Ｄ−ｄ×ｃｏｓθ）／ｔａｎθ＋２Ｐ／ｃｏｓθ 式（３）

さらに、図１に示したように、ナット１の入口には、１．２５×ピッチ分だけ面取り部が設けられていることがある。つまり、面取り部が形成されていると、同じ傾斜角度であっても、その分（１．２５×Ｐ／√２）だけボルト１０が深くナット１に挿入されてしまう。そこで、ザグリ穴３の深さｔは、この分（１．２５×Ｐ／√２）だけ深くすることが好ましい。つまり、ザグリ穴３の深さは、以下の式（４）のｔ２よりも大きいことが好ましい。
ｔ１＝（Ｄ−ｄ×ｃｏｓθ）／ｔａｎθ＋２Ｐ／ｃｏｓθ＋１．２５×Ｐ／√２ 式（３）

なお上述した説明では、ザグリ穴３の内径Ｄをナット１の呼び径に設定したが、ナット１のねじ山がボルト１０のねじ山に確実に接触しないように、Ｄをナット１の呼び径＋０．２［ｍｍ］に設定するのが好ましい。

また、上述した説明では、単にｄをボルト１０の外径とだけ説明したが、同じ呼び径のボルト１０でも公差によってボルト１０の外径はばらついている。そこで、呼び径Ｄに対応するボルト１０の最大外径と最小外径の平均値を、ボルト１０の外径ｄとする。

また、上述した説明においては、ナット１に通常のボルト１０がねじ込まれる例を説明したが、ナット１にパイロットボルトがねじ込まれてもよい。パイロットボルトは、先端にねじ山を持たない案内部を有することから、ナット１に対して斜めに挿入されたとしても、パイロットボルトのねじ山がナット１のねじ山に干渉しにくく、かじりは生じにくい。

１ ナット
２ 穴
３ ザグリ穴
１０ ボルト
２０ 角度測定試験
ｇ ボルト軸線
Ｇ ナット軸線
Ｐ ピッチ
θ 傾斜角度

Claims (3)

1. 呼び径をＤ、
   嵌合するボルトの公差を考慮した最大外径と最小外径の平均値をｄ［ｍｍ］、
   ねじ穴の挿入側に設けられるザグリ穴の内径をＤ＋０．２［ｍｍ］、
   ねじ山のピッチをＰ［ｍｍ］、
   θを、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｐ／ｄ）としたとき、
   ザグリ穴の深さｔが、式（１）で算出される値よりも大きく設定されている、ナット。
   ｔ＝（Ｄ−ｄ×ｃｏｓθ）／ｔａｎθ 式（１）
2. ねじ山のピッチをＰ［ｍｍ］としたとき、
   前記ザグリ穴の深さｔは、式（２）で算出される値よりも大きく設定されている、請求項１に記載のナット。
   ｔ＝（Ｄ−ｄ×ｃｏｓθ）／ｔａｎθ＋２×Ｐ／ｃｏｓθ 式（２）
3. 前記ザグリ穴の挿入側には面取り部が設けられており、
   前記ザグリ穴の深さｔは、式（３）で算出される値よりも大きく設定されている、請求項２に記載のナット。
   ｔ＝（Ｄ−ｄ×ｃｏｓθ）／ｔａｎθ＋２×Ｐ／ｃｏｓθ＋１．２５×Ｐ／√２ 式（３）

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