JP4580061B2 - Rolled female screw - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ねじ山を転造加工してなる転造めねじに関し、特に、シリンダブロック、クランクケースあるいは連接棒の軸受メタルキャップ等エンジン構成部材の締結に利用されるメートルねじに適した転造めねじに関する。
【0002】
【従来の技術】
転造めねじ及び転造おねじは、周知のように転造工程において、めねじ下孔の内周面あるいはおねじ用軸部材の外周面を、転造工具により塑性変形させることにより、ねじ山の頂き部分を隆起させると共に谷底部分を陥没させて製造する。
【0003】
また、エンジン構成部材の締結に利用される転造めねじ及び転造おねじとしては、通常ISOメートルねじ(三角ねじ)を採用しており、基準山形のねじ山の角度は60°に設定され、フランク角はねじ山の角度の半分(30°)に設定されている。
【0004】
図3は従来の転造めねじ1を示しており、ねじ山2のフランク角α01は上記のように30°に設定されている。ねじ山2の頂き4は、概ね1つの円弧面により両フランク3a,3bをつないでおり、谷底6は、ねじ軸線方向(図3の左右方向)と平行に形成され、そのねじ軸線方向の両端6a,6bはフランク3a,3bと直接交差することにより、それぞれ1つの折曲点を介してつながっている。
【0005】
図4は、従来の転造おねじ11を示しており、ねじ山12のフランク角α02及びα03は上記のように30°に設定されている。ねじ山12の頂き14は、1つの円弧面により両フランク13a,13bをつないでいる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような転造めねじ及び転造おねじを製造し、螺合した場合には、次のような課題が生じる。特に、連接棒の軸受けメタルキャップ等、大形エンジンの構成部材の締結に用いる場合には、昨今のエンジンの高出力化に対して、ねじの引張強度及び疲労強度の点で次のような課題が生じる。
【0007】
(1)ねじ山の頂きの強度及び欠けに関する課題
図3及び図4に示すように、転造めねじ1及び転造おねじ11は塑性変形によりねじ山2、12を隆起させるので、転造作業時、褶曲作用によって頂き4,14に皺が寄せ集められ、転造作業終了時には、頂き4,14にそれぞれV形の窪みBやクラックEが生じており、また、頂きの機械的性質も脆くなっている。このような状態でねじ1,11同士を螺合すると、頂き4,14に欠けが生じる。
【0008】
具体的に説明すると、図3のめねじ1の圧力側フランク(ねじ込み時に直接荷重を受ける側のフランク)3aの角度α01と、図4のおねじ11の圧力側フランク13aの角度α03は、前述のように同一値に設計され、計算上ではねじ込み時に両フランク3a,13a同士は略全面が接触するようになっている。しかし、製造誤差により、実際には角度α01と角度α03との間には差が生じており、ねじ同士の締付時には、圧力側フランク3aと圧力側フランク13aは偏当たり状態となっている。たとえば、α01>α03の場合は、図5に示すように、めねじ1の谷底6の近傍点M2とおねじ11の頂き14の近傍点N1で偏当たりし、両点M2,N1付近に接触面圧が集中する。そうすると、おねじ11の頂き14に欠けが発生し易くなる。
【0009】
反対にα01<α03の場合は、めねじ1の頂き4の近傍点M1とおねじ11の谷底16の近傍点N2で偏当たりし、両点M1,N2付近に接触面圧が集中する。そうすると、今度はめねじ1の頂き4に欠けが発生し易くなる。
【0010】
締結時に上記のような欠けが発生すると、欠けた破片がねじの噛合い部に噛み込まれ、締付トルクと軸力のバランスが崩れてしまう。すなわち、所定の締付トルクで締め付けても、フランク間に破片(異物)が存在していることにより、所定の軸力を得ることができなくなる。
【0011】
また、締付時に破片がフランクに焼き付いてしまい、ねじを緩める際に過大な力が必要となり、ねじを緩める作業に困難性を伴うようになる。
【0012】
(2)谷底の強度的な課題
図3のような転造めねじ1において、谷底6のねじ軸線方向両端とフランク3a、3bの間が、それぞれ一箇所の折曲点6a,6bのみでつながっている形状に成形する場合には、転造作業時、転造工具の谷底成形部分により、図6に示すようにファイバーフロー組織Fが切断されてしまい、引張強度が低下する。また、ねじ螺合時には、図7に示すようにめねじ1の谷底6に応力が集中するが、特に、谷底6と遊び側フランク3bとが交差する折曲点6bに極端に大きな応力が集中し、疲労強度の低下につながる。
【0013】
【発明の目的】
本願発明の目的は、ねじ山の頂きの強度を高くすると共に、欠けの生じ難い形状とし、また、谷底の角隅の強度を向上させることにより、転造めねじの引張強度及び疲労強度を向上させることである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本願請求項1記載の発明は、ねじ山を転造加工してなる転造めねじにおいて、ねじ山の頂4を、ねじ軸線方向に一定の幅L1を有するように形成すると共に、頂き4のねじ軸線方向の両端とねじ山両側のフランク3a、3bと、をそれぞれ凸状のアール5、5を介して滑らかにつなぎ、前記頂き4のねじ軸線方向の中間部には、前記両アール5,5と滑らかにつながると共にねじ軸芯側とは反対側に緩やかに凹む凹部7が形成され、一方の前記フランク3aから頂き4を経て他方のフランク3bに至るまで、角部が存在しないように形成されている。
【0015】
【発明の実施の形態1】
図1は本願請求項1記載の発明を適用した転造めねじ1の断面拡大図であり、前記図3と同じ名称の部分には同じ符号を付しており、矢印C側がねじ軸芯側を示している。該図1に示す転造めねじ1は、ISOメートルねじであって、ねじ山角度は60°、圧力側フランク3aのフランク角α1は30°に設定されており、これらは図3と同様であるが、図1のねじ山2の高さH1は、図3の従来のねじ山の高さH01よりも低く形成しており、これに伴い、図1の頂き4のねじ軸線方向の幅L1も、図3の従来の頂き幅L01より広く形成してある。具体的には、図1のようにねじ山2の基準山形を構成する正三角形(とがり三角形)の高さをHとし、切取り高さをhとすると、h>1/4×H×1.25となるように切取り高さhを設定する。これにより、頂き4のねじ軸方向幅L1は、必然的に従来の頂き幅L01(図3)の1.25倍よりも大きく形成される。なお、上記ようにめねじのねじ山2を形成することに伴い、相手側おねじの谷底径は、上記寸法のめねじに嵌まる精度をもったものとする。たとえば、ねじの公差に関し、めねじの等級6Hとおねじの等級6hの組合せとする。なお、等級6H及び6hの各数字及び記号は、JIS規格にしたがった公差グレード及び公差位置を示すものであり、前記正三角形Tの高さを示す「H」と重複記載になっているが、両者は別の内容を示す記号であることを、念のために付け加えておく。
【0016】
図1の頂き4のねじ軸線方向両端には、凸状のアール5がそれぞれ形成され、各アール5を介して頂き4と各フランク3a,3bとを滑らかにつないでいる。また、頂き4のねじ軸線方向の中間部には、両アール5,5と滑らかにつながると共に矢印C側とは反対側に緩やかに凹む凹部7が転圧により形成されており、一方のフランク3aから頂き4を経て他方のフランク3bに至るまで、角部が存在しないようになっている。アール5,5の曲率半径は、ねじの呼び径16mmφに対して、たとえば0.15mm程度に設定されている。
【0017】
図2は、転造めねじ1に螺合可能な転造おねじ11であり、頂き14のねじ軸線方向両端に凸状のアール15,15を形成した例である。前記図4と同じ名称の部分には同じ符号を付しており、矢印C側がねじ軸芯側を示している。該図2に示す転造おねじ11はISOメートルねじであって、ねじ山角度は60°、圧力側フランク13aのフランク角α2及びα3は30°に設定されており、これらは図4と同様であるが、図2のねじ山12の高さH2は、図4の従来のねじ山高さH02よりも低く形成しており、これに伴い、図2の頂き14のねじ軸線方向の幅L2も、図4の従来の頂き幅L02より広く形成してある。具体的には、図2のようにねじ山12の基準山形を構成する正三角形(とがり三角形)の高さをHとし、切取り高さをhとすると、h>1/8×H×1.25となるように切取り高さhを設定する。これにより、頂き14のねじ軸方向幅L2は、必然的に従来の頂き幅L02(図4)の1.25倍よりも大きく形成される。なお、上記ようにおねじのねじ山12を形成することに伴い、相手側めねじの谷底径は、上記寸法のおねじに嵌まる精度をもったものとする。たとえば、ねじの公差に関し、めねじの等級6Hとおねじの等級6hの組合せとする。なお、前記図1の説明の場合と同様に、等級6H及び6hの各数字及び記号は、JIS規格にしたがった公差グレード及び公差位置を示すものであり、前記正三角形Tの高さを示す「H」と重複記載になっているが、両者は別の内容を示す記号である。
【0018】
図2の頂き14のねじ軸線方向両端に、上記凸状のアール15,15がそれぞれ形成され、各アール15,15を介して頂き14と各フランク13a、13bとをそれぞれ滑らかにつないでいる。すなわち、一方のフランク13aから頂き14を経て他方のフランク13bに至るまで、角部が存在しないようになっている。アール15,15の曲率半径は、ねじの呼び径16mmφに対して、たとえば0.15mm程度に設定されている。
【0019】
図1及び図2のように、各ねじ山2,12の高さH1、H2を従来の図3及び図4の高さH01、H02よりも低くすることにより、図1及び図2の頂き4,14をねじ軸線方向に広く形成し、かつ、各頂き4,14のねじ軸線方向両端にアール5,5,15,15を形成しているので、頂き4,14に転造時の褶曲作用による窪みやクラックが生じることはなく、かつ、強度も向上し、たとえフランク角に製造誤差が存在して、フランク同士が偏当たり状態となつても、頂き4又は14に欠けが生じることはなくなる。
【0020】
【その他の発明の実施の形態】
図1に示すような転造めねじの頂きの形状は、転造おねじに適用することができる。
【0021】
【発明の効果】
(1)転造めねじ1において、ねじ山の頂4を、ねじ軸線方向に一定の幅L1を有するように形成すると共に、頂き4のねじ軸線方向の両端とねじ山両側のフランク3a、3bと、をそれぞれ凸状のアール5、5を介して滑らかにつなぎ、前記頂き4のねじ軸線方向の中間部には、前記両アール5,5と滑らかにつながると共にねじ軸芯側とは反対側に緩やかに凹む凹部7が形成され、一方の前記フランク3aから頂き4を経て他方のフランク3bに至るまで、角部が存在しないように形成されているので、転造時に褶曲作用により頂き4に窪みが生じるのを防ぐことができると共に、頂き4自体の強度を向上させることができる。それにより、相手側おねじとの螺合時(締結時)に、頂き4に欠けが生じる心配はなくなり、従来のように欠けた破片がねじ噛合い部に噛み込まれることによる軸力の低下あるいは焼付きによる取外し作業の困難性が解消される。
【0022】
(2)また、めねじ1とおねじ11のフランク角の製造誤差により、圧力側フランク3a、13a同士が偏当たりしていても、上記アール5により、応力が一点に極端に集中するのを緩和し、このことからも上記頂き4の欠けを防止することができる。
【0023】
上記のように各部分の引張強度及び疲労強度が向上すると共に、頂きが欠ける現象を無くし、あるいは少なくすることができるので、ねじ全体としての疲労強度が向上し、高出力が要求されるエンジンのシリンダブロック、連接棒、メタルキャプ等構成部材の締結用ねじとして、強度的に充分に耐え得るねじを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願請求項1記載の発明を適用した転造めねじの縦断面拡大部分図である。
【図2】 本願の転造めねじに螺合する転造おねじの一例を示す縦断面拡大部分図である。
【図3】 従来の転造めねじの縦断面拡大部分図である。
【図4】 従来の転造おねじの縦断面拡大部分図である。
【図5】 従来の転造めねじと転造おねじの締結時の縦断面拡大部分図である。
【図6】 図3の転造めねじのファイバーフロー組織図である。
【図7】 図3の転造めねじの締結時の応力分布を示す縦断面拡大部分図である。
【符号の説明】
1 転造めねじ
2 めねじのねじ山
3a 圧力側フランク
3b 遊び側フランク
4 めねじの頂き
5 アール
6 めねじの谷底
7 凹部
8 アール
9 中間面
10 中間面
11 転造おねじ
12 おねじのねじ山
13a 圧力側フランク
13b 遊び側フランク
14 おねじの頂き
15 アール
16 おねじの谷底[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rolling female thread formed by rolling a thread, in particular, the cylinder block, rolling suitable for metric thread utilized in the fastening of the crankcase or a bearing metal cap, such as an engine component member of the connecting rod Regarding female threads .
[0002]
[Prior art]
As is well known, a rolled female screw and a rolled male screw are formed by plastically deforming the inner peripheral surface of a female screw lower hole or the outer peripheral surface of a male screw shaft member with a rolling tool in a rolling process. Produced by raising the top of the mountain and sinking the bottom of the valley.
[0003]
In addition, ISO metric screws (triangular screws) are usually used as the rolling female screw and the rolling male screw used to fasten engine components, and the angle of the standard thread is set to 60 °. The flank angle is set to half the thread angle (30 °).
[0004]
FIG. 3 shows a conventional rolled female screw 1, and the flank angle α01 of the
[0005]
FIG. 4 shows a conventional rolled external thread 11, and the flank angles α02 and α03 of the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When the above-described rolled female screw and rolled male screw are manufactured and screwed together, the following problems occur. In particular, when used for fastening components of large engines, such as bearing metal caps for connecting rods, the following issues in terms of the tensile strength and fatigue strength of screws against the recent increase in engine output Occurs.
[0007]
(1) Issues related to the strength and chipping of screw threads
As shown in FIGS. 3 and 4 , the rolling female screw 1 and the rolling male screw 11 raise the
[0008]
More specifically, the angle α01 of the pressure side flank (flank on the side directly receiving a load when screwed) 3a of the female screw 1 in FIG. 3 and the angle α03 of the pressure side flank 13a of the male screw 11 in FIG. The two flanks 3a and 13a are substantially in contact with each other at the time of screwing. However, due to manufacturing errors, there is actually a difference between the angle α01 and the angle α03, and the pressure side flank 3a and the pressure side flank 13a are in a biased state when the screws are tightened. For example, in the case of α01> α03, as shown in FIG. 5 , the contact point is offset at the point M2 near the
[0009]
On the other hand, when α01 <α03, the contact surface pressure is concentrated in the vicinity of the point M1 near the
[0010]
If the above-mentioned chipping occurs at the time of fastening, the chipped piece is caught in the meshing portion of the screw, and the balance between the tightening torque and the axial force is lost. That is, even when tightening with a predetermined tightening torque, a predetermined axial force cannot be obtained due to the presence of debris (foreign matter) between the flank.
[0011]
In addition, debris is burned into the flank during tightening, and an excessive force is required to loosen the screw, which makes it difficult to loosen the screw.
[0012]
(2) Strength issues at the bottom of the valley
In the case of forming the rolled female screw 1 as shown in FIG. 3 into a shape in which the two ends in the screw axial direction of the
[0013]
OBJECT OF THE INVENTION
The purpose of the present invention is to improve the tensile strength and fatigue strength of the rolled female screw by increasing the strength of the thread crest, making it difficult to chip, and improving the strength of the corners of the valley bottom. It is to let you.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 of the present invention is a rolled female screw formed by rolling a thread so that the
[0015]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a rolled female screw 1 to which the invention of claim 1 of the present application is applied . Parts having the same names as those in FIG. 3 are given the same reference numerals, and the arrow C side is the screw shaft side. Is shown. The rolled female screw 1 shown in FIG. 1 is an ISO metric screw, the thread angle is set to 60 °, and the flank angle α1 of the pressure side flank 3a is set to 30 ° . However, the height H1 of the
[0016]
In FIG. 1,
[0017]
FIG. 2 shows a rolling male screw 11 that can be screwed onto the rolling female screw 1 and is an example in which
[0018]
The
[0019]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, by a height H1, H2 of the
[0020]
[Other Embodiments]
The shape of the rolling female screw as shown in FIG. 1 can be applied to a rolling male screw .
[0021]
【The invention's effect】
(1) In the rolled female screw 1, the
[0022]
(2) Even if the pressure side flank 3a, 13a is unevenly offset due to the manufacturing error of the flank angle of the female screw 1 and the male screw 11, the above-mentioned
[0023]
As described above, the tensile strength and fatigue strength of each part can be improved, and the phenomenon of lack of cracks can be eliminated or reduced, so that the fatigue strength of the screw as a whole is improved and high output is required. As a fastening screw for a structural member such as a cylinder block, a connecting rod, or a metal cap, a screw that can withstand a sufficient strength can be supplied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged partial sectional view of a rolled female screw to which the invention of claim 1 of the present application is applied.
FIG. 2 is an enlarged partial sectional view showing an example of a rolled male screw that is screwed to a rolled female screw of the present application.
FIG. 3 is an enlarged partial sectional view of a conventional rolled female screw.
FIG. 4 is an enlarged partial sectional view of a conventional rolled external thread.
FIG. 5 is an enlarged partial sectional view of a conventional rolled female screw and rolled male screw when fastened.
6 is a fiber flow structure diagram of the rolled female screw of FIG . 3. FIG.
7 is an enlarged partial sectional view showing a stress distribution at the time of fastening the rolled female screw of FIG . 3; FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rolled
7 Recess 8 R 9
Claims (1)
ねじ山の頂4を、ねじ軸線方向に一定の幅L1を有するように形成すると共に、頂き4のねじ軸線方向の両端とねじ山両側のフランク3a、3bと、をそれぞれ凸状のアール5、5を介して滑らかにつなぎ、
前記頂き4のねじ軸線方向の中間部には、前記両アール5,5と滑らかにつながると共にねじ軸芯側とは反対側に緩やかに凹む凹部7が形成され、
一方の前記フランク3aから頂き4を経て他方のフランク3bに至るまで、角部が存在しないように形成されている、ことを特徴とする転造めねじ。In the rolled female screw formed by rolling the thread,
The thread crest 4 is formed to have a constant width L1 in the screw axis direction, and both ends of the screw 4 in the screw axis direction and the flanks 3a and 3b on both sides of the thread are respectively provided with convex round 5, Connect smoothly through 5,
A concave portion 7 is formed in an intermediate portion in the screw axis direction of the flange 4 so as to be smoothly connected to both the rounds 5 and 5 and to be gently recessed on the side opposite to the screw shaft core side,
A rolled internal thread characterized by being formed so that no corners exist from one of the flank 3a through 4 to the other flank 3b .
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