JP2024077817A - 焼付き防止ボルト - Google Patents

Abstract

【課題】斜めに挿入された場合の焼付き防止効果を維持しつつ、ガイドねじ部の長さを従来よりも大幅に短縮できる焼付き防止ボルトを提供する。【解決手段】正規ねじ２１が形成された軸部２０の先端に、ガイドねじ部３０が形成された焼付き防止ボルトである。ガイドねじ部３０は、正規ねじに連続する第１縮径部３１と、それに続く一定径のガイド径部３２と、先端に向かって縮径する第２縮径部３３とからなる。ガイド径部は、このボルトが螺合されるめねじの内径Ｄ１よりも僅かに大きい一定径ｒである。ガイドねじ部３２の軸線方向長さは一般的な荒先ボルトの不完全ねじ長さ２ピッチ以内と同等とすることができる。【選択図】図５

Description

本発明は、めねじに対して斜めに挿入された場合にも、焼付きが生じにくい焼付き防止ボルトに関するものである。

ボルトをナット等のめねじに対して斜めに挿入すると、傾斜角度によっては焼付きが生じることがある。焼付きは、ボルトのおねじがめねじの本来入るべき位置から１ピッチずれた位置に噛み込むことによって発生し、おねじのねじ山がめねじのねじ山とクロスして喰い込み、焼付く現象である。焼付きが発生したボルトは抜き取ろうとしても容易には抜き取れず、抜き取れたとしてもめねじのねじ山が破壊されてしまい元に戻すことができない。

このようなボルトの焼付きは、自動車の組み立てライン等では重大なトラブルとなる。しかも自動車の組み立てライン等では、上向きや斜め上向きにボルトを締め込まねばならないことがある。そのような場合には下向きの締結作業とは異なり、作業者はめねじの軸芯とボルトの軸芯を正確に一致させることが容易ではなく、焼付きが発生し易くなる。そこで従来から、多くの焼付き防止ボルトが開発されている。

例えば特許文献１、特許文献２には、正規ねじの先端にガイドねじ部を形成した焼付き防止ボルトが記載されている。これらの従来の焼付き防止ボルトは、正規ねじの２ピッチ程度の長さのガイドねじ部を有するものが一般的である。ボルトが斜めに挿入された場合にもガイドねじ部がめねじの内面に接触し、更にねじ込むと接触点で生ずる反力によりボルトの姿勢が矯正され、焼付きが防止される効果がある。

しかしガイドねじ部は正規ねじの先端側に形成されているため、締結が完了した状態ではナット等のめねじを貫通してめねじの裏面に突出することとなる。このため、めねじの裏面側に十分なスペースを確保できない場合には、ガイド部ねじの先端が干渉して完全な締結ができないこととなる。このような場合にはめねじの裏面側にガイドねじ部を収納できるスペースを確保できるように機器の設計変更が必要となり、機器サイズの小型化を妨げるなどの問題があった。また、ガイドねじ部はボルトの挿入開始時に機能するだけであって、締結完了後は締結強度の向上に寄与する部分ではない。このためガイドねじ部を長くすることは、ボルト材料の無駄につながり、コスト増加の要因ともなっていた。

特許第５６５５２０８号公報 特開２０１３－２４９９１９号公報

本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、斜めに挿入された場合の焼付き防止効果を維持しつつ、ガイドねじ部の長さを従来よりも大幅に短縮できる焼付き防止ボルトを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の焼付き防止ボルトは、正規ねじが形成された軸部の先端にガイドねじ部が形成された焼付き防止ボルトであって、前記ガイドねじ部は、正規ねじに連続する第１縮径部と、それに続く一定径のガイド径部と、先端に向かって縮径する第２縮径部とからなり、前記ガイド径部は、このボルトが螺合されるめねじの内径よりも僅かに大きい一定径であることを特徴とするものである。

なお、前記ガイド径部が形成される角度範囲を、６０°～１８０°とすることが好ましい。また、このボルトが螺合されるめねじの谷径をＤ、めねじの内径をＤ_１としたとき、前記ガイド径部の一定径は、直径表示でＤ_１より大きく、（Ｄ＋Ｄ_１）/２より小さいことが好ましい。また、前記ガイドねじ部の軸線方向長さを、１ピッチ以内とすることができる。

本発明の焼付き防止ボルトは、ガイドねじ部の長さを短くしても従来と同様の焼付き防止効果を発揮するものであり、機器の小型化やコストダウンに寄与することができる。

実施形態の焼付き防止ボルトの全体図である。 実施形態の焼付き防止ボルトの先端部を示す斜視図である。 先端部のねじ山の展開図である。 焼付き防止ボルトの先端部を３方向から見た、正面図と上面図である。 めねじとの関係を示す説明図である。 標準的なボルトとめねじの模式的な断面図である。 標準的なボルトとめねじにおける寸法説明図である。 標準的なボルトが斜め入りした状態の説明図である。 実施形態の焼付き防止ボルトのガイドねじ部の上面図である。 本発明の焼付き防止ボルトのガイド径部における寸法関係図である。 本発明の焼付き防止ボルトの空転状態を示す説明図である。 本発明の焼付き防止ボルトの姿勢矯正効果を示す説明図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示すが、まずねじ径の表示について述べる。
ねじの業界においては、ねじ径は直径で表示されるのが普通であり、ＪＩＳにおいても同様に直径表示がなされている。しかし本発明の要部となるガイドねじ部は軸芯に対して非対称であるため、直径表示が適さないことがある。このため本明細書においては、必要に応じて半径表示を併用することとする。

（全体構成）
図１に示すように、本実施形態の焼付き防止ボルトは、頭部１０と軸部２０とを備え、軸部２０には正規ねじ２１が形成されている。正規ねじ２１の先端には、正規ねじ２１に連続し、先端に向かって縮径するガイドねじ部３０が形成されている。本実施形態の焼付き防止ボルトの頭部１０は六角形の頭部本体１１とフランジ部１２とを備えているが、頭部１０の形状は任意である。２２は底面である。

正規ねじ２１は一定のピッチＰで形成されている。本実施形態の焼付き防止ボルトは、ピッチＰが１.２５ｍｍ、呼び径が１２ｍｍのＭ１２ボルトである。すなわち、ねじ山のピッチＰが１.２５ｍｍ、ねじ山の直径が１２ｍｍのメートルねじが形成されたボルトである。

（ガイドねじ部）
ガイドねじ部３０は図１、図２に示されるように、底面２２である先端に向かって順次縮径している。ガイドねじ部３０は図３の展開図に示すように、Ａ点において正規ねじ２１に連続する第１縮径部３１と、Ｂ点において第１縮径部３１に連続する一定径のガイド径部３２と、Ｃ点においてガイド径部３２に連続し、先端のＦ点に向かって縮径する第２縮径部３３とからなる。すなわち、第１縮径部３１は図３のＡからＢの部分であり、ガイド径部３２はＢからＣの部分であり、第２縮径部３３はＣからＦの部分である。

図１、図３に示すように、正規ねじ２１との接続点であるＡ点から、第２縮径部３３の先端点であるＦ点までの長さ、すなわち実施形態のガイドねじ部３０の軸線方向の長さは、正規ねじ２１の１ピッチ以内である。本実施形態ではガイドねじ部３０の軸線方向の長さは１ピッチに等しい１.２５ｍｍとなっている。また、ガイド径部３２が形成される角度範囲θは６０°～１８０°とすることが好ましく、本実施形態では図３に示すようにθは１２０°～２４０°の範囲となっている。

図４に本発明の焼付き防止ボルトの先端部を３方向から見た図を示す。ボルト先端部を示す図面は底面図とするのが普通であるが、図４の上部にはガイドねじ部３０を上方から見下ろした上面図を表示した。図４（イ）は第１縮径部３１を正面とした図であり、図４（ロ）はガイド径部３２を正面とした図であり、図４（ハ）は第２縮径部３３を正面とした図である。これらの図に示されるように、本実施形態ではこれらの各部分は１２０°ずつ形成されているが、ガイド径部３２の角度範囲θは６０°～１８０°の範囲で変更することができる。ガイド径部３２の角度範囲が６０°未満であると後述する斜め入り防止効果が低下し、１８０°を超えるとその他の部分におけるねじ山径の変化が急激になり、めねじに引っ掛かって斜め入り防止効果が阻害されるおそれがある。ガイド径部３２の角度範囲に応じて、全体が３６０°に収まるように第１縮径部３１と第２縮径部３３の角度範囲も適宜調整することとなるが、上記の理由から第１縮径部３１の角度範囲は９０°以上とすることが好ましい。

Ａ点は正規ねじ２１に連続する第１縮径部３１の始点であるからその径は正規ねじ２１の外径に等しく、本実施形態では直径表示で１２ｍｍである。正確には、軸芯ＯからＡ点までの距離（半径）は正規ねじ２１のねじ山半径である６ｍｍである。第１縮径部３１のねじ径はＢ点に向かって徐々に縮径し、Ｂ－Ｃ間のガイド径部３２では縮径せずに一定径ｒとなる。

このガイド径部３２の径は、このボルトが螺合されるめねじの内径よりも僅かに大きく設定されている。ＪＩＳによれば、呼び径１２ｍｍ、ピッチ１.２５ｍｍのボルトが螺合されるめねじの内径は、１０．６４７～１０．９１２ｍｍである。本実施形態では、ガイド径部３２の径は、直径表示で僅かに大きい１１.１ｍｍに設定されている。換言すると、図４に示されるガイド径部３２の半径ｒは、（１０.６４７/２）ｍｍよりも大きい（１１.１/２）ｍｍとなっている。後述するように、ガイド径部３２の径をめねじの内径よりも大きくしたことによって、斜め入りを防止する効果が得られる。

なお、ガイド径部３２の径を大きくし過ぎるとめねじへの螺合が行いにくくなる。このため、図５に示すようにめねじの谷径をＤ、めねじの内径をＤ_１としたとき、ガイド径部の一定径は、直径表示でＤ_１より大きく、（Ｄ＋Ｄ_１）/２より小さいことが好ましい。具体的には、Ｄ＝１２ｍｍ、Ｄ_１＝１０.６４７ｍｍであるから、（Ｄ＋Ｄ_１）/２＝１１.３２３５ｍｍとなり、ガイド径部の一定径は直径表示で、１０.６４７ｍｍより大きく１１．３２３５ｍｍより小さくすることとなる。本実施形態ではガイド径部３２の一定径は、直径表示で１１.１ｍｍとなっている。この値は、１０.６４７と１１.３２３５を両端とする線分の約２/３の位置にある。よってガイド径部の一定径は、直径表示でＤ_１とＤの間の１/３～２/３程度とすることが最も好ましい。

ガイド径部３２の終端であるＣ点から先の第２縮径部３３は、先端のＦ点に向けて再び縮径して行く。本実施形態では、Ｆ点の径は正規ねじ部の外径の約７０％となっているが、この値はさほど重要ではなく、適宜縮径することができる。

（焼付き防止機能）
以下に本発明の焼付き防止ボルトの焼付き防止作用について説明するが、最初に、ガイドねじ部を持たない標準的なボルトの焼付きについて説明する。
図６はガイドねじ部を持たない標準的なボルトと、ナットの模式的な断面図であり、上記と同様にめねじの谷径をＤ、めねじの内径をＤ_１とし、おねじの外径をｄとした。なおＤとｄは呼び径であってＪＩＳによればＤ＝ｄである。ボルトの片側の山から反対側の山までの長さをＨ_Ｘとし、ナットの片側の谷から反対側の山までの長さをＨ_１とする。またピッチをＰとする。

図７に示すように、ボルト側のＨ_Ｘはｄを底辺とし、高さが１/２Ｐの直角三角形の斜辺である。これに対してナット側のＨ_１は、Ｄ/２＋ｄ/２を底辺とし、高さが１Ｐの直角三角形の斜辺である。ピタゴラスの定理を用い、Ｄ＝１２ｍｍ、Ｄ_１＝１０.６４７ｍｍ、Ｐ＝１.２５ｍｍの値を用いて計算すると、Ｈ_Ｘ＝（１２^２＋０.６２５^２）^１/２＝１２.０２、Ｈ_１＝（（６＋５.３２３５）^２＋１.２５^２）^１/２＝１１.３９となり、Ｈ_ＸがＨ_１よりも大きい。

図８に示すように、標準的なボルトがナットに対して斜め入りした場合、ボルトの片側のねじ山がナットの谷に入り込み、ボルトの反対側のねじ山がナットの反対側のねじ山に乗る。ここでＨ_ＸがＨ_１よりも大きいため、ボルトの姿勢を矯正しようとしても、ボルトの反対側のねじ山がナットの反対側のねじ山を通過することができず、姿勢の矯正ができない。このためそのままねじ込むと焼付くこととなる。

これに対して本発明の焼付き防止ボルトは、先端部にガイドねじ部３０を備え、そのガイド径部３２は上記の通り設定されている。図９に示すように、ガイド径部３２の半径ｒは（１１.１/２）ｍｍであり、その反対側の半径Ｒはおねじ外径Ｄの半径（Ｄ/２）よりも縮径している。もしガイド径部３２の反対側が縮径していない場合には、Ｒは＝６ｍｍとなり、半径ｒを５.５５ｍｍとして上記のＨｘを計算すると、Ｈ_Ｘ＝１１.５６７ｍｍとなり、先に計算したＨ_１＝１１.３９ｍｍよりもやや大きく、やはり姿勢の矯正ができない。

しかし本発明の焼付き防止ボルトにおいては、ガイド径部３２の反対側はおねじの外径Ｄよりも縮径している。計算上、Ｈ_Ｘが１１.３９ｍｍに等しくなるのは反対側の半径Ｒが直径表示で１１・６４６ｍｍのときである。図９に示すＡ点とＢ点の間では、半径ＲがＢ点（直径表示で１１.１ｍｍ）に向かって縮径している。また、Ｃ点とＦ点との間では１１.１ｍｍよりも更に小さい。よって、ガイド径部３２の反対側の半径Ｒは、ほとんどの部分で１１.６４６ｍｍよりも小さくなる。参考のため、本発明のガイド径部における寸法関係図を図１０（ニ）（ホ）に示す。

このため本発明の焼付き防止ボルトは、図１１に示すようにナットに対して斜めに挿入された場合、ボルトの片側のねじ山がナットの谷に入り込んでも、ボルトの反対側のねじ山がナットの反対側のねじ山を通過することができる。このため作業者はボルトの姿勢を矯正し、正しく螺合させることが可能となる。

また本発明の焼付き防止ボルトは、ガイド径部３２の径をめねじの内径よりも大きくしたので、図１２に示すようにボルトが大きく傾いてめねじに挿入された場合には、ボルトがめねじの内径に入り込むことが防止されて空転する。すなわち、図１２の状態ではガイド径部３２のねじ山がめねじのねじ山の上に当たり、それ以上入ることがない。なお、ガイド径部３２が形成されている角度範囲は６０°～１８０°であって全周ではないが、最近の自動車組み立てライン等においては高速回転するドライバが用いられており、ボルトが高速回転するため、ガイド径部３２がめねじに当たるとボルトが外側にはじかれる。このため、ガイド径部３２を６０°～１８０°の角度範囲と全周よりも狭くしても、焼付きを確実に防止することができる。なお上記した本発明の焼付き防止ボルトの焼付き防止効果について、本発明者は試作品を製造して様々な角度からめねじに挿入するテストを行い、確認済みである。

以上に述べた本発明の焼付き防止ボルトの作用効果を整理すると、次の通りである。
（１）本発明の焼付き防止ボルトは、ガイド径部３２の径をめねじの内径よりも大きくしたので、ボルトが傾いてめねじに挿入された場合、ボルトがめねじの内径に入り込むことが防止されて空転する（図１２）。
（２）ボルトが空転すると、作業者はボルトの軸芯をめねじの軸線に一致させようとする動作を行うが、本発明の焼付き防止ボルトは、ガイド径部３２の反対側の大部分が縮径されているので、ボルトの片側のねじ山がナットの谷に入り込んでも、ボルトの反対側のねじ山がナットの反対側のねじ山を通過することができ、姿勢の矯正が可能となる（図１１）。
（３）本発明の焼付き防止ボルトは、正規ねじの先端に形成されたガイドねじ部の長さを従来実用されてきた焼付き防止ボルトよりも短くできるので、めねじの裏面側のガイドねじ部を収納できるスペースを小さくすることができる。また、ボルト材料の無駄を省き、コスト低減にも寄与することができる。上記した実施形態ではガイドねじ部の長さは１ピッチであるがこれに限定されるものではなく、一般的な荒先ボルトの不完全ねじ長さ２ピッチ以内と同等としてもよい。

以上に説明した実施形態の説明は、ピッチが１.２５ｍｍのＭ１２ボルトについて行ったが、サイズやピッチが異なるボルトにも適用できることはいうまでもない。

１０ 頭部
１１ 頭部本体
１２ フランジ部
２０ 軸部
２１ 正規ねじ
２２ 底面
３０ ガイドねじ部
３１ 第１縮径部
３２ ガイド径部
３３ 第２縮径部
Ｐ ピッチ
Ｄ めねじの谷径
Ｄ_１ めねじの内径
ｄ ボルトの外径
ｒ ガイド径部の半径
Ｒ ガイド径部の反対側の半径

Claims (4)

1. 正規ねじが形成された軸部の先端にガイドねじ部が形成された焼付き防止ボルトであって、
   前記ガイドねじ部は、正規ねじに連続する第１縮径部と、それに続く一定径のガイド径部と、先端に向かって縮径する第２縮径部とからなり、
   前記ガイド径部は、このボルトが螺合されるめねじの内径よりも僅かに大きい一定径であることを特徴とする焼付き防止ボルト。
2. 前記ガイド径部が形成される角度範囲を、６０°～１８０°としたことを特徴とする請求項１に記載の焼付き防止ボルト。
3. このボルトが螺合されるめねじの谷径をＤ、めねじの内径をＤ_１としたとき、前記ガイド径部は、直径表示でＤ_１より大きく、（Ｄ＋Ｄ_１）/２より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の焼付き防止ボルト。
4. 前記ガイドねじ部の軸線方向長さが、１ピッチ以内であることを特徴とする請求項１または２に記載の焼付き防止ボルト。

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