JP3989203B2 - ねじ締付構造、ねじ部材、およびねじ締付工具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はねじ締付構造に係り、特に、アルミニウム合金製のねじ部材を使用する場合でも良好に締め付けることができるねじ締付構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
それぞれ中心線まわりに１２０°間隔で外周側へ突き出す３つのトルク伝達部を有する三叉形状を成していて互いに嵌合される嵌合凸部および嵌合穴から成り、その嵌合凸部がねじ部材に一体に設けられるとともにその嵌合穴がねじ締付工具に設けられて、互いに嵌合された状態でそのねじ締付工具が回転させられることにより前記トルク伝達部を介してそのねじ部材に締付トルクを伝達するねじ締付構造が知られている。特開２０００−１７０７２９号公報に記載のねじ締付構造はその一例で、前記トルク伝達部は、前記中心線からの突出方向と平行な一対の直線状の側部を有するとともに、隣接するトルク伝達部の側部は、それぞれ一定の曲率半径Ｒの円弧部を介して滑らかに接続されている一方、前記３つのトルク伝達部の先端の外接円の直径をｇ、前記３つの円弧部の内接円の直径をｂとした時、次式(1) および(2) を共に満足するように定められており、径寸法が小さくて締付トルクが得られ難い例えばＭ２程度以下のミニチュアねじに好適に適用される。
０．５ｇ≦ｂ≦０．６ｇ ・・・(1)
０．５ｂ≦Ｒ≦０．６ｂ ・・・(2)
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなねじ締付構造においても、例えばＩＳＯ１４００１に基づくねじ部品の軽薄短小化やリサイクルに適合するようにねじ部材のアルミニウム化を図ろうとすると、アルミニウム合金は引張強度が低いため、ねじ部材に一体に設けられた嵌合凸部が損傷して十分な締付トルクを加えることができないという問題があった。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、ねじ部材がアルミニウム合金または同等の強度を有する金属材料にて構成されている場合でも、ねじ部材に設けられた嵌合凸部の損傷を抑制して、より高い締付トルクで締め付けることができるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) それぞれ中心線まわりに１２０°間隔で外周側へ突き出す３つのトルク伝達部を有する三叉形状を成していて互いに嵌合される嵌合凸部および嵌合穴から成り、(b) その嵌合凸部がねじ部材に一体に設けられるとともにその嵌合穴がねじ締付工具に設けられて、互いに嵌合された状態でそのねじ締付工具が回転させられることにより前記トルク伝達部を介してそのねじ部材に締付トルクを伝達するもので、(c) 前記ねじ部材はアルミニウム合金製またはそのアルミニウム合金と同等の強度を有する金属材料にて構成されているねじ締付構造であって、(d) 前記トルク伝達部は、前記中心線からの突出方向と平行な一対の直線状の側部を有するとともに、隣接するトルク伝達部の側部は、それぞれ一定の曲率半径Ｒの円弧部を介して滑らかに接続されている一方、 (e) 前記３つのトルク伝達部の先端の外接円の直径をｇ、前記３つの円弧部の内接円の直径をｂとした時、次式 (3) を満足するとともに、前記曲率半径Ｒは次式 (4) の±１０％の範囲内で、 (f) 前記中心線と直角な断面において、外周側へ突き出す前記トルク伝達部の内側のねじ側領域Ｅ_B と、その中心線まわりにおいてそのトルク伝達部の間に位置する工具側領域Ｅ_S との面積比Ｅ_B ／Ｅ_S が２．８以上であることを特徴とする。
０．７ｇ≦ｂ≦０．８５ｇ ・・・ (3)
Ｒ＝（ｇ−ｂ）／２ ・・・ (4)
【０００８】
第２発明は、アルミニウム合金製またはそのアルミニウム合金と同等の強度を有する金属材料にて構成されているねじ部材であって、第１発明のねじ締付構造に記載の嵌合凸部を一体に備えていることを特徴とする。
【０００９】
第３発明は、第２発明のねじ部材において、引張強度が３８０Ｎ／ｍｍ² 以上のアルミニウム合金製であることを特徴とする。
【００１０】
第４発明は、ねじ締付工具に関するもので、第１発明のねじ締付構造に記載の嵌合穴を備えていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
第１発明のねじ締付構造においては、中心線と直角な断面において、外周側へ突き出す前記トルク伝達部の内側のねじ側領域Ｅ_B と、その中心線まわりにおいてそのトルク伝達部の間に位置する工具側領域Ｅ_S との面積比Ｅ_B ／Ｅ_S が２．８以上であるため、嵌合凸部が設けられたねじ部材がアルミニウム合金または同等の強度を有する金属材料にて構成されている場合でも、その嵌合凸部の損傷が抑制されて、より高い締付トルクで締め付けることができるようになる。
【００１２】
すなわち、ねじ部材をアルミニウム合金にて構成する場合、ＪＩＳ−Ｂ １０５７の「非鉄金属製ねじ部品の機械的性質」に記載の材質区分でＡＬ４が一般に使用され、その引張強度は最低で３８０Ｎ／ｍｍ² とされている一方、ねじ締付工具の材質は、例えばＪＩＳ−Ｂ ４６３６の「ソケットレンチ−ソケット」に記載されているようにＪＩＳ−Ｇ ４１０５（クロムモリブデン鋼鋼材）のＳＣＭ４３５が一般的に用いられており、その強度区分は１０．９に属して引張強度は１０４０Ｎ／ｍｍ² であるため、それ等の強度比は１０４０／３８０≒２．７４である。したがって、前記面積比Ｅ_B ／Ｅ_S が強度比よりも大きい２．８以上になるように設定すれば、ねじ部材とねじ締付工具との強度差に拘らずねじ部材の嵌合凸部の損傷が抑制され、ねじ部材およびねじ締付工具の強度的な調和を図ることができるのである。
【００１４】
また、内接円の直径ｂが外接円の直径ｇに対してｂ≦０．８５ｇであるため、ねじ締付工具側の嵌合穴とねじ部材側の嵌合凸部との間に径方向において少なくとも０．０７５ｇ分の掛かり代が得られ、嵌合凸部の外周コーナー部分や嵌合穴の円弧部などの破損（圧潰）が抑制される。なお、ｂ≦０．８５ｇは、ねじ部材のトルク伝達部として広く用いられている六角頭の場合のｂ／ｇ≒０．８６６に基づいて、それよりも大きな掛かり代が得られるように定めたものである。
【００１５】
第２発明、第３発明のねじ部材、および第４発明のねじ締付工具は、実質的に上記第１発明と同様の作用効果が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
ここで、前記トルク伝達部を有する三叉形状の嵌合凸部および嵌合穴は、中心線と略平行に設けることも可能であるが、付着性や鍛造成形性等の点で中心線に対して傾斜するように設けることが望ましい。すなわち、嵌合凸部の場合は、先端側へ向かうに従って中心線に接近するようにテーパ状に傾斜し、嵌合穴の場合は開口部に近づくに従って中心線から離間するようにテーパ状に傾斜させるのである。嵌合凸部および嵌合穴の何れか一方を傾斜させるだけでも良い。
【００１７】
また、前記第１発明の各要件は、嵌合凸部および嵌合穴の軸方向の全域において満足するように設定することもできるが、少なくとも嵌合凸部と嵌合穴とが係合させられる部分で満足するようになっておれば良い。
【００１８】
ねじ部材の材質としては、ＪＩＳ−Ｂ １０５７の「非鉄金属製ねじ部品の機械的性質」に記載のアルミニウム合金に関する材質区分「ＡＬ４」が好適に用いられるが、他の材質区分のアルミニウム合金や、同等の機械的性質（引張強度など）を有する銅合金等の他の金属材料を採用することもできる。
【００１９】
ねじ締付工具の材質としては、ＪＩＳ−Ｇ ４１０５の「クロムモリブデン鋼鋼材」に記載のＳＣＭ４３５が好適に用いられるが、同等の機械的性質（引張強度など）を有する他の種類のクロムモリブデン鋼やその他の金属材料を採用することもできる。
【００２０】
第１発明の実施に際しては、面積比Ｅ_B ／Ｅ_S が２．８以上であれば良いが、この面積比Ｅ_B ／Ｅ_S が大き過ぎると工具側が損傷し易くなるため、面積比Ｅ_B ／Ｅ_S を４．０以下、更に好適には３．５以下の範囲で設定することが望ましい。
【００２２】
第１発明の(4) 式は、実質的に円弧部の曲率中心が直径ｇの外接円上に位置することを意味するもので、径寸法の大小に拘らず適当な大きさの曲率半径Ｒを設定できるが、加工誤差や作用効果の点で±１０％の許容範囲を設けたものである。
【００２４】
また、本発明のねじ部材は、一般に雄ねじに適用されるが、例えば有底円筒形状の内周面にねじ山が形成された雌ねじにも適用され得る。
【００２５】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明のねじ部材の一実施例である雄ねじ１０の頭部１２付近を示す図で、(a) は頭部１２側から見た平面図で、(b) は(a) におけるＢ−Ｂ断面図である。この雄ねじ１０は、外周面にねじ山が設けられたねじ部１４を備えているとともに、頭部１２には、締付用の嵌合凸部１６が一体に設けられており、図２に示すようにねじ締付工具であるソケット２０の先端に設けられた有底の嵌合穴２２と同心に嵌合された状態で、そのソケット２０が中心線Ｏまわりに回転させられることにより、締付トルクが伝達されて図示しない雌ねじに螺合され、或いは逆方向のトルクが伝達されることにより緩められる。図２は、嵌合穴２２が嵌合凸部１６に嵌合して係合させられた状態を示す中心線Ｏを含む断面図で、図３は、両者の係合部分における中心線Ｏと直角な断面形状を説明する図である。中心線Ｏは、嵌合凸部１６や嵌合穴２２の中心で、雄ねじ１０やソケット２０の軸心と一致する。
【００２６】
上記嵌合凸部１６は、中心線Ｏまわりに１２０°間隔で外周側へ突き出す３つのトルク伝達部３０を有する三叉形状を成しており、トルク伝達部３０は、中心線Ｏからの突出方向と平行な一対の直線状の側部３２を有するとともに、隣接するトルク伝達部３０の側部３２は、それぞれ一定の曲率半径Ｒの円弧部３４を介して滑らかに接続されている。円弧部３４は、嵌合凸部１６の先端側（図１(b) における上方）へ向かうに従って中心線Ｏ側へ接近するように傾斜角αで傾斜させられており、嵌合穴２２の先端縁は、その円弧部３４の中間部分に係合させられる。円弧部３４は係合用傾斜部として機能し、傾斜角αは約５°４５′である。また、トルク伝達部３０の外周側の先端面（外周面）３６は、嵌合凸部１６の先端側（図１(b) における上方）へ向かうに従って小径となるように、中心線Ｏに対して傾斜角εでテーパ状に傾斜させられており、傾斜角εは約１５°である。更に、頭部１２の嵌合凸部１６側に位置する上面は、所定の傾斜角度θ（例えば０°〜５°程度）で外周側へ向かうに従って嵌合凸部１６と反対側へ傾斜させられている。
【００２７】
一方、前記嵌合穴２２は、図３に示すように中心線Ｏに対して直角な断面が嵌合凸部１６と同様な三叉形状を成しており、中心線Ｏまわりに１２０°間隔で外周側へ突き出す３つのトルク伝達部４０を備えている。トルク伝達部４０は、中心線Ｏからの突出方向と平行な一対の直線状の側部４２を有するとともに、隣接するトルク伝達部４０の側部４２は、それぞれ前記円弧部３４と略同じ曲率半径Ｒの円弧部４４を介して滑らかに接続されている。円弧部４４は、軸方向の開口側へ向かうに従って所定の傾斜角で中心線Ｏから離間するように傾斜させられているが、その傾斜角は前記傾斜角αよりも小さくて約５°３０′であり、これにより開口側の先端縁が嵌合凸部１６の円弧部３４の軸方向の中間部分に係合させられる。また、トルク伝達部４０の外周側の先端面（内周面）４６は、開口側へ向かうに従って大径となるように、中心線Ｏに対して所定の傾斜角でテーパ状に傾斜させられている。この傾斜角は前記傾斜角εと略同じで約１５°である。
【００２８】
図３において実線で示す三叉形状の内側は、実質的に嵌合凸部１６の断面形状を表しており、その三叉形状の外側は実質的に嵌合穴２２が設けられたソケット２０の断面形状を表している。かかる図３において、寸法ｇは、３つのトルク伝達部３０、４０の先端の外接円５０の直径で、寸法ｂは、３つの円弧部３４、４４の内接円５２の直径で、Ｐは曲率半径Ｒの円弧部３４、４４の曲率中心であり、本実施例では、これらの寸法ｇ、ｂ、Ｒは前記(3) 式および (4) 式を共に満足するように設定されている。すなわち、０．７ｇ≦ｂ≦０．８５ｇを満足するとともに、Ｒ＝（ｇ−ｂ）／２に設定されているのであり、曲率中心Ｐは外接円５０上に位置する。なお、円弧部３４と４４とが係合させられるように、嵌合穴２２のトルク伝達部４０の外周側への突出寸法は、図２の左側に示すように嵌合凸部１６のトルク伝達部３０の外周側への突出寸法より僅かに大きくされており、厳密には図３に示す外接円５０よりも外周側に位置している。
【００２９】
ここで、トルク伝達部３０、４０の内側すなわち雄ねじ１０の嵌合凸部１６が存在するねじ側領域Ｅ_B 、およびトルク伝達部３０、４０の間すなわちソケット２０が存在する工具側領域Ｅ_S は、それぞれ次式(6) 、(7) で表され、それ等の面積比Ｅ_B ／Ｅ_S は次式(8) で表される。但し、(7) 式は、図３に示すＲ₁ ＝Ｒと見做して計算した概算式である。そして、図３は、ｂ＝０．７ｇ、Ｒ＝（ｇ−ｂ）／２＝０．１５ｇの場合で、その場合の面積比Ｅ_B ／Ｅ_S は約２．９になる。

【００３０】
一方、本実施例の雄ねじ１０は、ＪＩＳ−Ｂ １０５７の「非鉄金属製ねじ部品の機械的性質」に記載のアルミニウム合金に関する材質区分「ＡＬ４」に属するアルミニウム合金にて構成されており、その引張強度は３８０Ｎ／ｍｍ² 以上である。また、ソケット２０は、ＪＩＳ−Ｇ ４１０５の「クロムモリブデン鋼鋼材」に記載のＳＣＭ４３５にて構成されており、その強度区分は１０．９に属して引張強度は１０４０Ｎ／ｍｍ² である。したがって、それ等の強度比は１０４０／３８０≒２．７４であるが、前記面積比Ｅ_B ／Ｅ_S ≒２．９は強度比２．７４よりも大きいため、それ等の強度差に拘らず雄ねじ１０の嵌合凸部１６の損傷が抑制される。
【００３１】
また、内接円の直径ｂが大きくなると、工具の掛かり代が小さくなるため、嵌合凸部１６側のトルク伝達部３０の外周コーナー部分や、嵌合穴２２側のトルク伝達部４０の円弧部４４などが破損（圧潰）し易くなるが、本実施例ではｂ≦０．８５ｇの範囲で設定されるため、ソケット２０側の嵌合穴２２と雄ねじ１０側の嵌合凸部１６との間に径方向において少なくとも０．０７５ｇ分の掛かり代が得られ、嵌合凸部１６の外周コーナー部分や嵌合穴２２の円弧部４４などの破損（圧潰）が抑制される。すなわち、ねじ部材のトルク伝達部として広く用いられている六角頭の場合、ｂ／ｇ≒０．８６６であるため、本実施例ではそれよりも大きな掛かり代が得られることになるのである。因みに、図４は、ｂ＝０．８５ｇ、Ｒ＝（ｇ−ｂ）／２＝０．０７５ｇの場合で、この時の面積比Ｅ_B ／Ｅ_S は約７．５である。
【００３２】
なお、上記面積比Ｅ_B ／Ｅ_S が大き過ぎると、強度的に工具側が損傷し易くなるため、面積比Ｅ_B ／Ｅ_S が４．０以下、更に好適には３．５以下になるように各部の寸法ｂ、ｇ、Ｒを設定することが望ましい。
【００３３】
このような本実施例のねじ締付構造、或いは雄ねじ１０、ソケット２０においては、中心線Ｏと直角な断面において、外周側へ突き出すトルク伝達部３０、４０の内側のねじ側領域Ｅ_B と、その中心線Ｏまわりにおいてトルク伝達部３０、４０の間に位置する工具側領域Ｅ_S との面積比Ｅ_B ／Ｅ_S が２．８以上であるため、嵌合凸部１６が設けられた雄ねじ１０がアルミニウム合金製（ＡＬ４）でＳＣＭ４３５製のソケット２０に比較して強度が低い場合でも、その嵌合凸部１６の損傷が抑制されて、より高い締付トルクで締め付けることができる。
【００３４】
また、本実施例ではｂ≦０．８５ｇであるため、ソケット２０側の嵌合穴２２と雄ねじ１０側の嵌合凸部１６との間に径方向において少なくとも０．０７５ｇ分の掛かり代が得られ、六角頭の場合（ｂ／ｇ≒０．８６６）よりも大きな掛かり代が得られて、嵌合凸部１６の外周コーナー部分や嵌合穴２２の円弧部４４などの破損（圧潰）が抑制される。
【００３５】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である雄ねじの頭部付近を示す図で、(a) は頭部側から見た平面図、(b) は(a) におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図２】図１の雄ねじの嵌合凸部とソケットの嵌合穴との係合状態を示す断面図である。
【図３】ｂ＝０．７ｇ、Ｒ＝０．１５ｇの場合の嵌合凸部および嵌合穴の中心線Ｏと直角な断面形状を説明する図である。
【図４】ｂ＝０．８５ｇ、Ｒ＝０．０７５ｇの場合の嵌合凸部および嵌合穴の中心線Ｏと直角な断面形状を説明する図で、図３に対応する図である。
【符号の説明】
１０：雄ねじ（ねじ部材） １６：嵌合凸部 ２０：ソケット（ねじ締付工具） ２２：嵌合穴 ３０、４０：トルク伝達部 ３２、４２：側部 ３４、４４：円弧部 Ｏ：中心線 Ｅ_B ：ねじ側領域 Ｅ_S ：工具側領域 ｇ：外接円 ｂ：内接円

Claims (4)

1. それぞれ中心線（Ｏ）まわりに１２０°間隔で外周側へ突き出す３つのトルク伝達部（３０、４０）を有する三叉形状を成していて互いに嵌合される嵌合凸部（１６）および嵌合穴（２２）から成り、該嵌合凸部（１６）がねじ部材（１０）に一体に設けられるとともに該嵌合穴（２２）がねじ締付工具（２０）に設けられて、互いに嵌合された状態で該ねじ締付工具（２０）が回転させられることにより前記トルク伝達部（３０、４０）を介して該ねじ部材（１０）に締付トルクを伝達するもので、前記ねじ部材（１０）はアルミニウム合金製または該アルミニウム合金と同等の強度を有する金属材料にて構成されているねじ締付構造であって、
   前記トルク伝達部（３０、４０）は、前記中心線（Ｏ）からの突出方向と平行な一対の直線状の側部（３２、４２）を有するとともに、隣接するトルク伝達部（３０、４０）の側部（３２、４２）は、それぞれ一定の曲率半径Ｒの円弧部（３４、４４）を介して滑らかに接続されている一方、
   前記３つのトルク伝達部（３０、４０）の先端の外接円の直径をｇ、前記３つの円弧部（３４、４４）の内接円の直径をｂとした時、次式 (3) を満足するとともに、前記曲率半径Ｒは次式 (4) の±１０％の範囲内で、
   ０．７ｇ≦ｂ≦０．８５ｇ ・・・ (3)
   Ｒ＝（ｇ−ｂ）／２ ・・・ (4)
   前記中心線（Ｏ）と直角な断面において、外周側へ突き出す前記トルク伝達部（３０、４０）の内側のねじ側領域Ｅ_B と、該中心線（Ｏ）まわりにおいて該トルク伝達部（３０、４０）の間に位置する工具側領域Ｅ_S との面積比Ｅ_B ／Ｅ_S が２．８以上である
   ことを特徴とするねじ締付構造。
2. アルミニウム合金製または該アルミニウム合金と同等の強度を有する金属材料にて構成されているねじ部材であって、請求項１に記載の嵌合凸部を一体に備えている
   ことを特徴とするねじ部材。
3. 引張強度が３８０Ｎ／ｍｍ² 以上のアルミニウム合金製であることを特徴とする請求項２に記載のねじ部材。
4. 請求項１に記載の嵌合穴を備えていることを特徴とするねじ締付工具。

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