JP4701253B2 - Bolt and fastener using the same - Google Patents
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Description
本発明は、緩み防止機能を有すると共に、疲労強度に優れることにより、各種機械装置、鉄橋、建築物、建設機械、各種搬送機器、電気製品、眼鏡等の可動部または外部から振動を受ける部材の接合部に好適に使用されるボルト及びそれを用いた締結具に関する。 The present invention has a loosening prevention function and is excellent in fatigue strength, so that various mechanical devices, iron bridges, buildings, construction machines, various transport equipment, electrical products, glasses, etc. The present invention relates to a bolt suitably used for a joint and a fastener using the bolt.
ボルトは、通常、同一箇所に複数本使用され、これらが緩まなければ使用中に破損することはほとんど考えられなかった。また、ボルトは螺子のテーパー効果(楔効果)で、厚い部材でも強力な締付けを行うことができ、かつ締付けたものでも簡単な工具で容易に緩ませることもできる、という優れた特徴を有している。その反面、締付けたものでも、長期の使用期間中にナットまたはボルトが逆回転し、「緩む」という現象が発生し、一度緩みが発生すると、その部分を再度締め直さない限り、その後の繰返し応力によって、ボルトに過大な応力が負荷され、ボルトが簡単に破壊するという問題点が発生していた。
特に、可動部または外部から振動を受ける部材の接合部に使用される螺子締結具(主として、ボルトおよびナット)においては、当初はきちんと締結されていても、長期にわたって繰返し使用されることにより、外部応力によってボルトに緩みが発生することは避けられず、使用期間中に締め直す必要があった。
そこで、これらの問題点を解決するために、近年、緩み防止機能を有する種々のボルト及びその製造方法等が研究・開発されている。
例えば、ダブルナット・ボルトの一種として、(特許文献1)のように、同一箇所に並目および細目の螺子を加工し、それぞれに対応して内側に並目、外側に細目のナットを嵌合させることで、極めて緩み難いボルトとナットの締結システムが提案されている。
また、(特許文献2)には、雌螺子のピッチを雄螺子のピッチより大きく形成することで、シングルナットのみでも極めて緩み難い螺子が提案されている。
一方、ボルトの疲労強度向上策として、有効なものは極めて少ないが、例えば、(特許文献3)には、雌螺子に嵌合する雄螺子を引張り力方向へ先細状に整形することにより、疲れ特性を改善させた螺子継手が提案されている。
In particular, in screw fasteners (mainly bolts and nuts) used for moving parts or joints of members that receive vibration from the outside, even if they are properly tightened at the beginning, It was inevitable that the bolts were loosened by stress, and it was necessary to retighten them during the period of use.
Therefore, in order to solve these problems, various bolts having a function of preventing loosening and methods for manufacturing the same have been researched and developed in recent years.
For example, as a kind of double nuts and bolts, as in (Patent Document 1), coarse and fine screws are machined in the same place, and the coarse nuts are fitted inside and the fine nuts are fitted to the outside. Therefore, a bolt and nut fastening system that is extremely difficult to loosen has been proposed.
Further, (Patent Document 2) proposes a screw that is very difficult to loosen with only a single nut by forming the pitch of the female screw larger than the pitch of the male screw.
On the other hand, there are very few effective measures for improving the fatigue strength of bolts. For example,
しかしながら上記従来の技術は、以下のような課題を有していた。
(1)(特許文献1)では、ダブルナットを使用するために、その分だけ製品の重量が重くなるだけでなく、ナットの締結に要する作業工数が増加し、ユーザから敬遠されることや用途が限定されることがあるという課題を有していた。
また、このようなダブルナット・ボルトの締結システムは、繰返し荷重が加わった場合、螺子締結部が緩まないという利点はあるものの、ボルトそのものには疲労強度向上策は適用されていないので、現状の螺子締結具よりもボルト本数を減らす、あるいはより安全性を確保する、というような利点までは期待できなかった。
(2)また、鉄骨構造物の固定には、溶接歪みが発生せず、高所での作業が容易で、分解も可能な高力ボルトが好適に用いられているが、遅れ破壊や応力腐食割れが発生するという課題を有していた。しかし、(特許文献1)のようなダブルナット・ボルトの締結システムでは、ボルトそのものの疲労強度は従来と変わらないので、遅れ破壊や応力腐食割れの観点から、ボルトの疲労強度の向上が望まれていた。
(3)(特許文献2)は、シングルナットのみでも極めて緩み難く、施工性に優れるものであったが、疲労強度の向上については、十分な検討が行われていなかった。
即ち、ボルト(雄螺子)のピッチがナット(雌螺子)のピッチよりも小さいことにより、通常状態では、ボルトの螺子谷底に圧縮応力が生じるので、外部から引張り応力が加わった場合、この圧縮応力と引張り応力が相殺し、外部応力の影響が抑えられ、疲労強度の改善は見られるが、ボルト及びナットのピッチが、緩み止めを目的として設定されているため、疲労強度向上策として不十分であり、現状の螺子締結具よりもボルト本数を減らす、あるいはより安全性を確保する、というような利点までは期待できなかった。
(4)(特許文献3)の螺子継手では、疲労強度を向上させることはできるが、緩みを防止するという点に関しては全く考慮されていなかった。
即ち、ボルトそのものの疲労強度は優れるものの、繰返し荷重が加わることにより、螺子締結部に緩みが生じるので、繰返し荷重(振動)が加えられる箇所に使用する際に、現状の螺子締結具よりもボルト本数を減らす、あるいはより安全性を確保する、というような利点までは期待できなかった。
(5)以上、説明したように、ボルトの緩みは繰り返し荷重(振動)が加えられる箇所に発生するため、本来であれば、螺子締結具には、緩み防止機能を有すると同時に、疲労強度の向上が望まれるが、十分に締結されている状態の螺子締結具においては、ボルトの外力の負担割合が1/3〜1/5程度しかないという理由から、ボルトの破損防止の研究は、緩み防止の研究に重きが置かれ、十分な緩み防止機能と疲労強度向上策を兼ね備えた螺子締結具については検討されていなかった。
緩みは発生し難いが、強度が不足するボルトや十分な強度があっても緩みが発生し易いボルトを使用する限り、ボルトの本数や寸法等を低減することができず、製品の重量や寸法が増加し易く、設計の自由度に欠けると共に、孔あけ加工やボルトの締付け作業等に工数を要し、実用性、信頼性に欠けるという課題を有していた。
However, the above conventional technique has the following problems.
In (1) (Patent Document 1), since the double nut is used, not only the weight of the product becomes heavier, but the work man-hours required for fastening the nut increase, and it is avoided from the user. However, there was a problem that there is a case where it is limited.
In addition, such a double nut / bolt fastening system has an advantage that the screw fastening portion does not loosen when a repeated load is applied, but the bolt itself does not have any measures to improve fatigue strength. We could not expect the advantage of reducing the number of bolts or securing more safety than screw fasteners.
(2) In addition, high-strength bolts that do not cause welding distortion, are easy to work in high places, and can be disassembled are used for fixing steel structures. It had the subject that a crack generate | occur | produced. However, in the fastening system of double nuts and bolts as in (Patent Document 1), since the fatigue strength of the bolt itself is not different from the conventional one, it is desired to improve the fatigue strength of the bolt from the viewpoint of delayed fracture and stress corrosion cracking. It was.
(3) (Patent Document 2) is very easy to loosen with only a single nut and is excellent in workability, but sufficient improvement has not been made for improving fatigue strength.
That is, since the bolt (male screw) pitch is smaller than the nut (female screw) pitch, a compressive stress is generated at the bottom of the screw thread valley in a normal state. Therefore, when a tensile stress is applied from the outside, this compressive stress is applied. The tensile stress cancels out, the effect of external stress is suppressed, and fatigue strength is improved, but the bolt and nut pitches are set for the purpose of preventing loosening. There were no advantages such as reducing the number of bolts or securing more safety than the current screw fasteners.
(4) In the screw joint of (Patent Document 3), although fatigue strength can be improved, no consideration has been given to preventing loosening.
In other words, although the bolt itself is excellent in fatigue strength, since the screw fastening portion is loosened by the repeated load, the bolt is more than the current screw fastener when used in locations where repeated load (vibration) is applied. We could not expect the advantage of reducing the number or securing more safety.
(5) As described above, since the loosening of the bolt occurs at a place where a repeated load (vibration) is applied, the screw fastener originally has the function of preventing the loosening and at the same time, the fatigue strength. Although improvement is desired, in screw fasteners that have been sufficiently fastened, research on prevention of bolt breakage has been conducted because the load ratio of the external force of the bolt is only about 1/3 to 1/5. The importance of research on prevention has not been investigated for screw fasteners that have sufficient functions to prevent loosening and improve fatigue strength.
Looseness is difficult to occur, but as long as bolts with insufficient strength or bolts with sufficient strength that are susceptible to loosening are used, the number and dimensions of the bolts cannot be reduced. However, it has a problem that it lacks practicality and reliability due to lack of design freedom and man-hours for drilling and bolt tightening.
本発明は上記従来の課題を解決するもので、量産性に優れ、繰り返し荷重(振動)を受けても緩み難い優れた緩み防止機能と締結力と共に、大幅に改善された疲労強度を兼ね備えることにより、従来の螺子締結具では得られなかった優れた安全性、信頼性を実現することができるボルトの提供、そのボルトを用いることにより簡素な構成で、部品点数が少なく、ボルト,ナットの使用数や寸法を大幅に低減し、製品の小型化、軽量化を実現できるだけでなく、ボルトの孔あけ加工や締付け作業等に要する工数を低減して製品のコストダウンを図ることができ、製品設計の自在性、組立て作業性を著しく向上させることができる実用性に優れる締結具を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and has excellent productivity in terms of mass productivity, and has an excellent anti-loosening function and a fastening force that are difficult to loosen even when subjected to repeated loads (vibrations), and a greatly improved fatigue strength. , Providing bolts that can realize superior safety and reliability that could not be obtained with conventional screw fasteners, using bolts with a simple configuration, fewer parts, and the number of bolts and nuts used In addition to significantly reducing the size and size of the product, it is possible not only to reduce the size and weight of the product, but also to reduce the cost of the product by reducing the man-hours required for drilling and tightening bolts. It is an object of the present invention to provide a fastener having excellent practicality capable of remarkably improving flexibility and assembly workability.
上記従来の課題を解決するために本発明のボルト及びそれを用いた締結具は、以下の構成を有している。
本発明の請求項1に記載のボルトは、ボルト軸部の少なくとも先端部側に形成されたピッチpbの雄螺子部と、前記雄螺子部のボルト頭側又はボルト円筒部側の螺子山の頂部の一部が除去され前記ボルト頭側又は前記ボルト円筒部側に向かって螺子山外径が縮径したテーパ部と、前記テーパ部の最小径部から前記ボルト頭側又は前記ボルト円筒部側に向かって緩やかに円弧状に拡径して形成された不完全螺子除去部と、を有し、前記雄螺子部のピッチpbと前記雄螺子部と螺合して締結される雌螺子のピッチpnが、0.003≦(pn−pb)/pb≦0.05の関係である構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
(1)雄螺子部のボルト頭側又はボルト円筒部側の螺子山の頂部の一部が除去されボルト頭側又はボルト円筒部側に向かって螺子山外径(呼び径)が縮径したテーパ部を有することにより、雌螺子と螺合されるテーパ部の各々の螺子山の高さが、分担する面圧力に逆比例して漸減するので、テーパ部の各々の螺子山の荷重分担が均一化し、雌螺子を螺合した際に、雌螺子のボルト頭側又はボルト円筒部側(内側)の端面近傍のテーパ部の螺子谷底に引張りや曲げの応力が集中するのを緩和でき、ボルトの疲労強度を大幅に向上することができる。
(2)通常、雄螺子部の切始めに形成される不完全螺子部には応力集中が発生し易いが、テーパ部の最小径部からボルト頭側又はボルト円筒部側に向かって緩やかに円弧状に拡径して不完全螺子除去部を形成することにより、テーパ部を形成しても不完全螺子除去部に応力集中がほとんど発生せず、テーパ部による疲労強度改善効果を維持することができる。
(3)雄螺子部のピッチpbと雄螺子部と螺合して締結される雌螺子のピッチpnが、0.003≦(pn−pb)/pb≦0.05の関係であることにより、雌螺子のピッチpnが雄螺子部のピッチpbよりも大きくなるので、螺合状態で雄螺子部の螺子山の間隔を広げようとする力と、その力に抗する力に基づいて、雄螺子部とナットの螺子山間に適度な摩擦力を発生させ、雌螺子の螺合、締付けを可能にすると共に、緩み方向への大きな抵抗を付与することができ、外部から変動応力が加わっても優れた緩み止め機能を維持することができる。この結果、長期の使用期間を通して外力による緩みの発生を確実に抑えることができ、緩みに伴うトラブルを防止でき、信頼性、メンテナンス性に優れる。
(4)テーパ部の作用により、雌螺子内側の端面近傍の螺子谷底に引張りや曲げの応力が集中することはないが、外部からボルトに引張り応力が加わったとしても、雄螺子部のピッチpbが雌螺子のピッチpnよりも小さく、通常(静止)状態では雄螺子部の螺子谷底に圧縮応力が生じているので、この引張り応力と圧縮応力が相殺し、外部応力の影響を確実に抑えることができ、疲労破壊の一番の原因である繰り返しの変動応力に対する耐性を大幅に向上させることができ、優れた緩み防止機能と疲労強度を兼ね備えることができる。
In order to solve the above-described conventional problems, the bolt of the present invention and the fastener using the bolt have the following configurations.
Bolt according to
With this configuration, the following effects can be obtained.
(1) Taper whose outer diameter (nominal diameter) is reduced toward the bolt head side or the bolt cylindrical part side by removing a part of the top of the screw thread on the bolt head side or the bolt cylindrical part side of the male screw part. Since the height of each screw thread of the taper part screwed with the female screw gradually decreases in inverse proportion to the surface pressure to be shared, the load sharing of each screw thread of the taper part is uniform. When the female screw is screwed, it is possible to alleviate the tension and bending stress from concentrating on the bottom of the threaded portion of the taper portion near the end face of the female screw on the bolt head side or the bolt cylindrical part side (inner side). The fatigue strength can be greatly improved.
(2) Normally, stress concentration is likely to occur in the incomplete screw portion formed at the beginning of the male screw portion, but the circle gradually increases from the minimum diameter portion of the taper portion toward the bolt head side or the bolt cylindrical portion side. By forming the incomplete screw removal part by expanding the diameter in an arc shape, even if the taper part is formed, stress concentration hardly occurs in the incomplete screw removal part, and the fatigue strength improvement effect by the taper part can be maintained. it can.
(3) the pitch p b and the pitch p n of the female screw which is fastened screwed with the male screw portion of the male screw portion, 0.003 ≦ (p n -p b ) / p b ≦ 0.05 relation by it, the pitch p n of the female screw becomes larger than the pitch p b of the male screw portion, a force to widen the distance between threads of the male threaded portion is screwed state, against the force Based on the force, an appropriate frictional force is generated between the male screw part and the screw thread of the nut, enabling the female screw to be screwed and tightened, and giving a large resistance in the loosening direction. Even if fluctuating stress is applied, an excellent loosening prevention function can be maintained. As a result, it is possible to reliably suppress the occurrence of loosening due to external force over a long period of use, prevent troubles associated with loosening, and have excellent reliability and maintainability.
(4) Although the tension or bending stress is not concentrated on the bottom of the thread valley near the end face on the inner side of the female screw by the action of the taper portion, even if tensile stress is applied to the bolt from the outside, the pitch p of the male screw portion b is smaller than the pitch p n of the female screw, in the normal (stationary) state because the compression stress occurs in the thread root of the male thread portion, sacrificed compressive stress this tensile stress phase, to ensure the effects of external stress It can be suppressed, the resistance to repeated fluctuating stress, which is the main cause of fatigue failure, can be greatly improved, and it can have an excellent anti-loosening function and fatigue strength.
ここで、ボルトとしては、ボルト頭部を有するものとして、六角ボルト、四角ボルト、アイボルト、角根丸頭ボルト、皿ボルト、蝶ボルト、基礎ボルト、六角穴付きボルト等があり、両端に雄螺子部が形成されボルト頭部を有さないものとして、植込みボルトやUボルト等がある。ボルトに螺合される雌螺子は、一般的にはナットであるが、このボルトは埋込みボルトとしても使用でき、その場合には、雌螺子として、接合部に埋設された雌螺子部材や接合部に形設された雌螺子部などが用いられる。
ボルトの材料に関して、特に制約を設ける必要はなく、金属,非金属を問わず、全ての固体材料にその考え方を適用できる。しかし、特に効果が顕著と考えられるのは、鉄鋼材料や銅,アルミニウム,チタン,マグネシウム等の軟質金属とそれらの合金類である。
雄螺子部の螺子山の断面形状としては、三角螺子、台形螺子、角螺子、のこ刃螺子、丸螺子等が挙げられる。
ボルトと雌螺子のピッチ差pn−pbのボルトのピッチpbに対する割合は0.3%〜5%が好ましい。この割合が0.3%より小さくなるにつれ、雌螺子によってボルトの雄螺子部の螺子山の間隔を広げようとする力やボルトと雌螺子の螺子山間に生じる摩擦力が低下し、緩み止め機能が低下し易くなる傾向があり、5%より大きくなるにつれ、ボルトと雌螺子の間にかじり付きが発生し易くなり、締結に必要な締付トルクが増加して、施工性が低下し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
Here, the bolt has a bolt head, and includes a hexagon bolt, a square bolt, an eye bolt, a square root round head bolt, a flat head bolt, a butterfly bolt, a foundation bolt, a hexagon socket head bolt, etc. Examples of parts that are formed with no bolt head include implant bolts and U bolts. The female screw to be screwed to the bolt is generally a nut, but this bolt can also be used as an embedded bolt. In this case, as the female screw, a female screw member or a joint portion embedded in the joint portion. The female screw part etc. which were formed in are used.
There is no particular restriction on the material of the bolt, and the concept can be applied to all solid materials regardless of metal or non-metal. However, particularly effective are considered to be steel materials, soft metals such as copper, aluminum, titanium and magnesium, and alloys thereof.
Examples of the cross-sectional shape of the screw thread of the male screw part include a triangular screw, a trapezoidal screw, a square screw, a saw blade screw, and a round screw.
Bolt proportion to the pitch p b of the pitch difference p n -p b of the bolt and the female thread is preferably 0.3% to 5%. As this ratio becomes smaller than 0.3%, the force to increase the space between the threads of the male screw portion of the bolt by the female screw and the frictional force generated between the screw thread of the bolt and the female screw are reduced, and the loosening prevention function Tends to decrease, and as it becomes larger than 5%, it becomes easy for galling to occur between the bolt and the female screw, the tightening torque required for fastening increases, and the workability tends to deteriorate. There is a tendency and neither is preferable.
本発明の請求項2に記載の締結具は、請求項1に記載のボルトと、少なくとも一部が前記ボルトの前記テーパ部と螺合して締結されるピッチpnの雌螺子と、を備えている構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
(1)ボルトが、雄螺子部のボルト頭側又はボルト円筒部側の一部の螺子山の頂部の一部が除去されボルト頭側又はボルト円筒部側に向かって螺子山外径(呼び径)が縮径したテーパ部を有することにより、雌螺子と螺合されるテーパ部の各々の螺子山の高さが、分担する面圧力に逆比例して漸減するので、テーパ部の各々の螺子山の荷重分担が均一化し、螺合された雌螺子のボルト頭側又はボルト円筒部側(内側)の端面近傍のテーパ部の螺子谷底に引張りや曲げの応力が集中するのを緩和でき、ボルトの疲労強度を大幅に向上することができる。
(2)雌螺子の少なくとも一部がボルトのテーパ部と螺合して締結されることにより、雌螺子のボルト頭側又はボルト円筒部側(内側)の端面のテーパ部の螺子山に対し、撓み易いナットの螺子山の先端側のみで接触し、接触面積が小さくなるため、片当たりが緩和され、危険断面に近いテーパ部の螺子谷底における応力を大幅に低減して破壊を防止することができ、ボルトの疲労限を向上できる。
(3)ボルトの雄螺子部のピッチpbと雄螺子部と螺合して締結される雌螺子のピッチpnが、0.003≦(pn−pb)/pb≦0.05の関係であることにより、螺合状態でボルトの螺子山の間隔を広げようとする力と、その力に抗する力に基づいて、ボルトと雌螺子の螺子山間に適度な摩擦力を発生させ、雌螺子の螺合、締付けを可能にすると共に、緩み方向への大きな抵抗を付与することができ、外部から変動応力が加わっても優れた緩み止め機能を維持することができる。この結果、長期の使用期間を通して外力による緩みの発生を確実に抑えることができ、緩みに伴うトラブルを防止でき、信頼性、メンテナンス性に優れる。
Fastener according to
With this configuration, the following effects can be obtained.
(1) The bolt has a screw thread outer diameter (nominal diameter) toward the bolt head side or the bolt cylinder part side by removing a part of the top of the screw thread part on the bolt head side or the bolt cylinder part side of the male screw part. ) Has a taper portion with a reduced diameter, the height of each screw thread of the taper portion screwed with the female screw gradually decreases in inverse proportion to the surface pressure to be shared. The load sharing of the mountain is made uniform, and it is possible to alleviate the tension and bending stress from concentrating on the bottom of the threaded valley of the taper portion near the end face of the screwed female bolt head side or bolt cylindrical part side (inner side). The fatigue strength of can be greatly improved.
(2) When at least a part of the female screw is screwed and fastened with the taper portion of the bolt, the screw thread of the taper portion on the bolt head side or the bolt cylindrical portion side (inside) of the female screw is Contact is made only at the tip of the screw thread of the nut, which is easy to bend, and the contact area is reduced, so that the contact is eased and the stress at the thread valley bottom of the tapered part close to the dangerous cross section can be greatly reduced to prevent breakage. And the fatigue limit of the bolt can be improved.
(3) the pitch p b and the pitch p n of the male screw portion threadably engaged with a female screw to be fastened in the male screw portion of the bolt, 0.003 ≦ (p n -p b ) / p b ≦ 0.05 Therefore, an appropriate frictional force is generated between the screw thread of the bolt and the female screw on the basis of the force to increase the space between the screw threads of the bolt in the screwed state and the force against the force. In addition to enabling the female screw to be screwed and tightened, a large resistance in the loosening direction can be imparted, and an excellent anti-loosening function can be maintained even when fluctuating stress is applied from the outside. As a result, it is possible to reliably suppress the occurrence of loosening due to external force over a long period of use, prevent troubles associated with loosening, and have excellent reliability and maintainability.
ここで、雌螺子の材料に関しては、ボルトと同様のものが好適に用いられるが、一部の硬質金属を使用する場合、ボルトおよび雌螺子の両方とも同じ硬質であると、嵌合時に噛り付きを起こす恐れもあるので、その場合は破壊され難い雌螺子の材料をいくらか軟らかいものにした方が望ましい。具体的には、ボルトのビッカース硬さHvbと雌螺子のビッカース硬さHvnの関係が、0.5Hvb≦Hvn<Hvbのものが好適に用いられる。ボルトのピッチpbと雌螺子のピッチpnのピッチ差が小さければ、硬さの差も小さくすることができるので、ピッチ差に応じて、各々の硬さHvb,Hvを前述の範囲から選択することができる。 Here, as for the material of the female screw, the same material as that of the bolt is preferably used. However, when a part of hard metal is used, if both the bolt and the female screw are the same hard, they are bitten during fitting. In this case, it is desirable to make the material of the female screw that is difficult to break somewhat soft. Specifically, the relationship between Vickers hardness Hv n Vickers hardness Hv b and the female screw of the bolt are preferably used those 0.5Hv b ≦ Hv n <Hv b . If the pitch difference between the bolt pitch p b and the female screw pitch pn is small, the difference in hardness can be reduced. Therefore, depending on the pitch difference, the respective hardnesses Hv b , Hv can be reduced from the aforementioned ranges. You can choose.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の締結具であって、前記雌螺子が、前記雌螺子の全長の50%〜80%の範囲で前記ボルトの前記テーパ部と螺合される構成を有している。
この構成により、請求項2で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
(1)雌螺子が、ナットの全長の50%〜80%の範囲でボルトのテーパ部と螺合されることにより、危険断面である雌螺子の内側端面側のボルトのテーパ部の螺子谷底において、確実かつ効率的に、荷重分担の均一化,引張り及び曲げの応力集中の緩和,片当たりの緩和を図ることができ、疲労強度の信頼性に優れる。
A third aspect of the present invention is the fastener according to the second aspect, wherein the female screw is screwed with the tapered portion of the bolt within a range of 50% to 80% of the total length of the female screw. It has the composition which is.
With this configuration, in addition to the operation obtained in the second aspect, the following operation can be obtained.
(1) When the female screw is screwed with the taper portion of the bolt in the range of 50% to 80% of the total length of the nut, at the screw valley bottom of the taper portion of the bolt on the inner end face side of the female screw, which is a dangerous section. Therefore, the load sharing can be made uniform and the stress concentration of tension and bending can be alleviated and the contact per piece can be alleviated reliably and efficiently, and the fatigue strength is highly reliable.
ここで、雌螺子は、雌螺子の全長の50%〜80%の範囲で、ボルトのテーパ部と螺合されることが好ましい。雌螺子と雄螺子部の嵌合部分に含まれるテーパ部が雌螺子の全長の50%より少なくなるにつれ、テーパ部による疲労強度向上作用が低下する傾向があり、80%より多くなるにつれ、テーパ部による疲労強度向上作用が低下すると共に、雌螺子と雄螺子部の引掛かりが減少して締付け力が低下し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
尚、雌螺子の位置を最適な位置とするために、被締結体の厚みに応じて、ボルトのボルト軸部の長さを選択するが、必要に応じてワッシャを用いることにより、雌螺子の位置を調節して良好な締結状態を得ることができ、優れた疲労強度及び緩み防止機能を実現できる。
Here, the female screw is preferably screwed with the taper portion of the bolt within a range of 50% to 80% of the total length of the female screw. As the taper portion included in the fitting portion between the female screw and the male screw portion becomes less than 50% of the total length of the female screw, the effect of improving the fatigue strength by the taper portion tends to decrease, and as the taper portion exceeds 80%, the taper portion increases. There is a tendency that the effect of improving the fatigue strength by the portion decreases, and the catch between the female screw and the male screw portion decreases, and the tightening force tends to decrease, both of which are not preferable.
In addition, in order to make the position of the female screw an optimum position, the length of the bolt shaft portion of the bolt is selected according to the thickness of the body to be fastened, but if necessary, by using a washer, A good fastening state can be obtained by adjusting the position, and an excellent fatigue strength and a loosening prevention function can be realized.
請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載の締結具であって、前記雌螺子の前記ボルト頭側又は前記ボルト円筒部側の端部の螺子山と嵌合する前記ボルトの前記テーパ部の螺子山の高さが、前記雌螺子の前記螺子山の高さの10%〜75%の高さである構成を有している。
この構成により、請求項2又は3で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
(1)雌螺子のボルト頭側又はボルト円筒部側の端部の螺子山と嵌合するテーパ部の螺子山の高さが、雌螺子の螺子山の高さの10%〜75%の高さであることにより、十分な締付け力を確保することができ、安全性の低下を防ぐことができる。
Invention of
With this configuration, in addition to the operation obtained in the second or third aspect, the following operation can be obtained.
(1) The height of the thread of the tapered portion that fits the thread on the end of the female screw on the bolt head side or the bolt cylindrical portion side is 10% to 75% higher than the height of the female screw. As a result, a sufficient tightening force can be secured, and a reduction in safety can be prevented.
ここで、雌螺子のボルト頭側又はボルト円筒部側の端部の螺子山と嵌合するテーパ部の螺子山の高さは、雌螺子の螺子山の高さの10%〜75%の高さとすることが好ましい。危険断面である雌螺子の内側端面側で雌螺子の螺子山と嵌合するテーパ部の螺子山の高さが、雌螺子の螺子山の高さの10%より低くなるにつれ、疲労強度が低下し、テーパ部における各々の螺子山の引掛かりが少なくなり、嵌合している残りの螺子山の負担が増加して、応力集中が発生し易くなると共に、締結安定性が低下する傾向があり、75%より高くなるにつれ、テーパ部による疲労強度向上作用が得られ難くなる傾向があり、いずれも好ましくない。 Here, the height of the thread of the taper portion that fits with the thread on the bolt head side or the end of the bolt cylindrical portion of the female screw is 10% to 75% higher than the height of the female screw. Preferably. Fatigue strength decreases as the height of the thread of the taper portion that engages with the thread of the female thread on the inner end face side of the female thread, which is a critical section, becomes lower than 10% of the height of the thread of the female thread. However, the hooking of each screw thread in the taper portion is reduced, the load of the remaining screw thread is increased, the stress concentration tends to occur, and the fastening stability tends to decrease. As it becomes higher than 75%, there is a tendency that the effect of improving the fatigue strength by the taper portion becomes difficult to obtain.
以上のように、本発明のボルト及びそれを用いた締結具によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項1に記載の発明によれば、以下のような有利な効果が得られる。
(1)雌螺子と螺合されるテーパ部の各々の螺子山の高さを、分担する面圧力に逆比例するように漸減させることにより、テーパ部の各々の螺子山の荷重分担を均一化し、雌螺子の内側端面近傍のテーパ部の螺子谷底に引張りや曲げの応力が集中するのを緩和でき、疲労強度を大幅に改善できる安全性、信頼性に優れたボルトを提供することができる。
(2)テーパ部の最小径部からボルト頭側又はボルト円筒部側に向かって緩やかに円弧状に拡径して形成された不完全螺子除去部により、応力集中の発生を防ぐことができ、テーパ部による疲労強度改善効果を維持して遅れ破壊や応力腐食割れなどの発生率を低減することができ、長寿命性、締結安定性に優れたボルトを提供することができる。
As described above, according to the bolt of the present invention and the fastener using the bolt, the following advantageous effects can be obtained.
According to the first aspect of the invention, the following advantageous effects can be obtained.
(1) By uniformly decreasing the height of each screw thread of the taper portion screwed with the female screw so as to be inversely proportional to the surface pressure to be shared, the load sharing of each screw thread of the taper portion is made uniform. It is possible to provide a bolt with excellent safety and reliability that can alleviate the concentration of tension and bending stress on the bottom of the thread valley of the tapered portion near the inner end face of the female screw, and can greatly improve the fatigue strength.
(2) With the incomplete screw removal part formed by gradually expanding the diameter from the minimum diameter part of the taper part toward the bolt head side or the bolt cylindrical part side, the occurrence of stress concentration can be prevented, The fatigue strength improvement effect by the taper portion can be maintained and the occurrence rate of delayed fracture, stress corrosion cracking, etc. can be reduced, and a bolt excellent in long life and fastening stability can be provided.
請求項2に記載の発明によれば、以下のような有利な効果が得られる。
(1)雌螺子の少なくとも一部をボルトのテーパ部と螺合させて締結することにより、雌螺子内側端面のテーパ部の螺子山に対し、撓み易い雌螺子の螺子山の先端側のみで接触させ、接触面積を低減することができ、片当たりを緩和して、危険断面に近いテーパ部の螺子谷底における応力を大幅に低減してボルトの破壊を防止することができ、ボルトの疲労強度を大幅に改善できる安全性、信頼性に優れた締結具を提供することができる。
(2)ボルトの雄螺子部のピッチpbと雄螺子部と螺合して締結される雌螺子のピッチpnが、0.003≦(pn−pb)/pb≦0.05であることにより、雌螺子によってボルトの螺子山の間隔を広げようとする力と、その力に抗する力に基づいて、ボルトと雌螺子の螺子山間に適度な摩擦力を発生させ、雌螺子の螺合、締付けを可能にすると共に、緩み方向への大きな抵抗を付与することができ、長期間使用しても外部からの変動応力による緩みが発生し難く、緩み防止機能の確実性、メンテナンス性に優れた締結具を提供することができる。
(3)確実な緩み防止機能と、大幅に改善された疲労強度を兼ね備えることにより、ボルト,雌螺子の使用数や寸法を大幅に低減することができ、製品の小型化、軽量化を実現できるだけでなく、ボルトの孔あけ加工や締付け作業等に要する工数を低減して製品のコストダウンを図ることができ、製品設計の自在性、組立て作業性、量産性を著しく向上させることができ、繰り返し使用が可能で、実用性、省資源性に優れた締結具を提供することができる。
According to the second aspect of the invention, the following advantageous effects can be obtained.
(1) By screwing and fastening at least a part of the female screw with the taper part of the bolt, the screw thread of the taper part on the inner end face of the female screw is brought into contact only at the tip side of the screw thread of the female screw that is easily bent. The contact area can be reduced, the contact per piece can be relaxed, the stress at the bottom of the threaded valley of the taper portion close to the dangerous cross section can be greatly reduced, and the bolt can be prevented from being broken. It is possible to provide a fastener with excellent safety and reliability that can be greatly improved.
(2) the pitch p b and the pitch p n of the male screw portion threadably engaged with a female screw to be fastened in the male screw portion of the bolt, 0.003 ≦ (p n -p b ) / p b ≦ 0.05 Therefore, an appropriate frictional force is generated between the screw thread of the bolt and the female screw on the basis of the force to increase the space between the screw screw threads by the female screw and the force against the force. Can be screwed and tightened, and can be given a large resistance in the loosening direction. Even if it is used for a long period of time, it is difficult to loosen due to external fluctuating stress. A fastener with excellent properties can be provided.
(3) Combined with a reliable loosening prevention function and greatly improved fatigue strength, the number and dimensions of bolts and female screws can be greatly reduced, and the product can be made smaller and lighter. In addition, the number of man-hours required for drilling and tightening bolts can be reduced to reduce the cost of products, and the flexibility of product design, assembly workability, and mass productivity can be significantly improved. It is possible to provide a fastener that can be used and has excellent utility and resource saving.
請求項3に記載の発明によれば、請求項2に記載の効果に加えて以下のような有利な効果が得られる。
(1)雌螺子が、雌螺子の全長の50%〜80%の範囲でボルトのテーパ部と螺合されることにより、危険断面である雌螺子の内側端面側のボルトのテーパ部の螺子谷底において、確実かつ効率的に、荷重分担の均一化,引張り及び曲げの応力集中の緩和,片当たりの緩和を図ることができるだけでなく、テーパ部を除く雄螺子部との螺合部分で強固な締付け力を得ることができ、疲労強度の信頼性と共に、緩み防止機能の信頼性、確実性に優れた締結具を提供することができる。
According to the invention described in
(1) The screw thread bottom of the taper portion of the bolt on the inner end face side of the female screw, which is a dangerous section, by screwing the female screw with the taper portion of the bolt within a range of 50% to 80% of the total length of the female screw. In addition, in addition to ensuring uniform and efficient load sharing, reducing stress concentration during tension and bending, and reducing the impact per piece, it is strong at the threaded portion with the male screw portion excluding the taper portion. Fastening force can be obtained, and it is possible to provide a fastener that is excellent in reliability and reliability of a loosening prevention function as well as reliability in fatigue strength.
請求項4に記載の発明によれば、請求項2又は3に記載の効果に加えて以下のような有利な効果が得られる。
(1)雌螺子の内側端部の螺子山と嵌合するテーパ部の螺子山の高さを、雌螺子の螺子山の高さの10%〜75%の高さとすることにより、十分な締付け力を確保して、安全性の低下を防ぐことができ、繰り返し使用が可能な耐久性、省資源性に優れた締結具を提供することができる。
According to the invention described in
(1) Tightening is sufficient by setting the height of the thread of the taper part to be fitted to the thread of the inner end of the female thread to be 10% to 75% of the height of the thread of the female thread. It is possible to provide a fastener that can secure a force and prevent a reduction in safety, and can be used repeatedly and has excellent durability and resource saving.
以下、本発明の実施の形態におけるボルト及びそれを用いた締結具について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は実施の形態1のボルトの要部側面図であり、図2は図1のA部の拡大模式側面図である。
図1中、1は実施の形態1のボルト、2はボルト1のボルト軸部、3は冷間鍛造等により形成されたボルト1のボルト頭、4は切削又は転造によりボルト軸部2の先端部から所定部まで形成されたボルト1の雄螺子部である。
次に、ボルトの雄螺子部の詳細について説明する。
図2中、4aは雄螺子部4の螺子山の頂部、4bは雄螺子部4の谷底部、4cは雄螺子部4のフランク、5は雄螺子部4のボルト頭3側の螺子山の頂部の一部が除去されボルト頭3側に向かって螺子山外径(呼び径)が縮径したボルト1のテーパ部、6はテーパ部5の最小径部からボルト頭3側に向かって緩やかに円弧状に螺子山外径(呼び径)が拡径して形成されたボルト1の不完全螺子除去部である。
Hereinafter, bolts and fasteners using the bolts according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a side view of the main part of the bolt according to the first embodiment, and FIG. 2 is an enlarged schematic side view of part A of FIG.
In FIG. 1, 1 is the bolt of the first embodiment, 2 is the bolt shaft portion of the
Next, details of the male screw portion of the bolt will be described.
In FIG. 2, 4 a is the top of the screw thread of the
図3は実施の形態1のボルトを用いた締結具の使用状態を示す要部断面模式側面図である。
図3中、10はボルト頭3側の一部がピッチpbのボルト1のテーパ部5と螺合して締結された実施の形態1のボルトを用いた締結具におけるピッチpnの雌螺子としてのナット、20は実施の形態1のボルトを用いた締結具によって締結された被締結体、hnはナット10の螺子山の高さ、htはナット10のボルト頭3側の端部の螺子山と嵌合するボルト1のテーパ部5の螺子山の中央高さ(ナット10に嵌合するテーパ部5の最小螺子山高さという。)、lnはナット10の全長、ltはボルト1のテーパ部5の内のナット10と螺合される部分の長さである。
FIG. 3 is a cross-sectional schematic side view of the relevant part showing a usage state of the fastener using the bolt of the first embodiment.
In FIG. 3, reference numeral 10 denotes a female screw having a pitch pn in a fastener using the bolt according to the first embodiment in which a part on the
図3において、ボルト1のピッチpbと、ナット10のピッチpnの関係が、0.003≦(pn−pb)/pb≦0.05となるようにした。ボルト1とナット10の螺合範囲におけるボルト1のピッチpbに対するボルト1とナット10のピッチ差pn−pbの割合が0.3%より小さくなるにつれ、ナット10によってボルト1の螺子山の間隔を広げようとする力やボルト1とナット10の螺子山間に生じる摩擦力が低下し、緩み止め機能が低下し易くなる傾向があり、5%より大きくなるにつれ、ボルト1とナット10の間にかじり付きが発生し易くなり、締結に必要な締付トルクが増加して、施工性が低下し易くなる傾向があることがわかったためである。
0.003≦(pn−pb)/pb≦0.05とすることにより、ボルト1とナット10を螺合する際に、抵抗が発生するが、両者のピッチ差が小さく、螺子山の弾性変形によって吸収できる範囲となっているので、一般的に用いられる工具のみで容易に締結することができる。
尚、ボルト1やナット10の材料に関して、特に制約を設ける必要はなく、金属,非金属を問わないが、効果の面からは、鉄鋼材料や銅,アルミニウム,チタン,マグネシウム等の軟質金属とそれらの合金類が好ましい。一部の硬質金属を使用する場合、ボルト1及びナット10の両方とも同じように硬質であると、嵌合時に噛り付きを起こす恐れもあるので、その場合は破壊し難い側であるナット10の材料をいくらか軟らかいものにした方が望ましい。具体的には、ボルト1のビッカース硬さHvbとナット10のビッカース硬さHvnの関係が、0.5Hvb≦Hvn<Hvbのものが好適に用いられる。ボルト1のピッチpbとナット10のピッチpnのピッチ差が小さければ、硬さの差も小さくすることができるので、ピッチ差に応じて、各々の硬さHvb,Hvを前述の範囲から選択することができる。
3, the pitch p b of the
When 0.003 ≦ (p n −p b ) / p b ≦ 0.05, resistance is generated when the
There are no particular restrictions on the material of the
また、ナット10の全長lnと、ボルト1の雄螺子部4のテーパ部5の内のナット10と螺合される部分の長さltの関係が、0.5ln≦lt≦0.8lnとなるようにした。ナット10とボルト1の雄螺子部4の嵌合部分に含まれるテーパ部5がナット10の全長lnの50%より少なくなるにつれ、テーパ部5による疲労強度向上作用が低下する傾向があり、80%より多くなるにつれ、テーパ部5による疲労強度向上作用が低下すると共に、ナット10と雄螺子部4の引掛かりが減少してナット10による締付け力が低下し易くなる傾向があることがわかったためである。
ナット10のボルト頭3側の端部の螺子山と嵌合するテーパ部5の螺子山の高さhtと、ナット10の螺子山の高さhnの関係が、0.1hn≦ht≦0.75hnとなるようにした。危険断面であるナット10の内側端面側でナット10の螺子山と嵌合するテーパ部5の螺子山の高さhtが、ナット10の螺子山の高さhnの10%より低くなるにつれ、疲労強度が低下し、テーパ部5における各々の螺子山の引掛かりが少なくなり、嵌合している残りの螺子山の負担が増加して、応力集中が発生し易くなると共に、寸法精度がばらつき易く、その影響によって疲労強度のばらつきも発生し易くなり、締結安定性が低下する傾向があり、75%より高くなるにつれ、テーパ部5による疲労強度向上作用が得られ難くなる傾向があることがわかったためである。
Further, the relationship between the total length l n of the
The height h t of the threads of the tapered
図3において、所定位置で締付けが完了した状態では、ナット10側から見れば、ボルト1の雄螺子部4の螺子山のピッチpbをナット10のピッチpnに近づけようとする力、つまり、雄螺子部4の螺子山を左右方向に押し広げようとする力が、矢印のように働いている。
一方、ボルト1側から見れば、雄螺子部4の螺子山を押し広げようとする力に抗する力が発生し、ボルト1とナット10の螺子山間に適度な摩擦力が生じ、緩み難い状態となっている。
図3では、ナット10の全長の1/2の位置を境にして、矢印で示した雄螺子部4の螺子山を押し広げようとする力の向きが左右に分かれているが、ナット10の位置が変われば、ボルト1とナット10の各々の螺子山の嵌合状態は周期的に変化し、それに伴って、力の働く向きも周期的に変化することになる。
3, in the state where the tightening is completed at a predetermined position, when viewed from the
On the other hand, when viewed from the
In FIG. 3, the direction of the force for expanding the screw thread of the
通常のピッチの等しいボルトとナットの組合せでは、締結使用中のボルトの螺子谷底では、引張応力が発生し、ナット側では圧縮応力が発生する。螺子谷底の径は、ボルト側よりもナット側が大きいことから、一般にボルト側から破壊が発生し易くなっている。そして、ボルトが疲労破壊する場合には、一般に引張応力によって、螺合するナットの内側端面側から破壊が起こる。
本実施の形態では、ボルト1のピッチpbがナット10のピッチpnよりも小さく、通常(静止)状態では、ナット10の内側端面側のボルト1の螺子谷底に圧縮応力が生じているので、外部からボルト1に加わる引張り応力と相殺し、外部応力の影響を確実に抑え、変動応力に対する耐性を大幅に向上させることができる。
また、ナット10と螺合されるテーパ部5の各々の螺子山の高さを、螺子山が分担する面圧力に逆比例するように漸減させることにより、テーパ部5の各々の螺子山の荷重分担を均一化し、ナット10の内側端面近傍のテーパ部5の螺子谷底に引張りや曲げの応力が集中するのを緩和すると共に、ナット10の一部をボルト1のテーパ部5と螺合させて締結することにより、ナット10の内側端面のテーパ部5の螺子山に対し、撓み易いナット10の螺子山の先端側のみで接触させ、接触面積を低減することができ、片当たりを緩和して、危険断面に近いテーパ部5の螺子谷底における応力を大幅に低減している。
これらの相乗効果により、緩み防止機能に加え、ボルト1の疲労強度を飛躍的に向上させることができる。
In a normal combination of bolts and nuts having the same pitch, tensile stress is generated at the bottom of the screw valley of the bolt in use, and compressive stress is generated at the nut side. Since the diameter of the screw valley bottom is larger on the nut side than on the bolt side, in general, breakage easily occurs from the bolt side. When the bolt breaks down due to fatigue, the breakage generally occurs from the inner end face side of the nut to be screwed in due to tensile stress.
In this embodiment, the pitch p b of the
Further, by gradually reducing the height of each screw thread of the
Due to these synergistic effects, the fatigue strength of the
実施の形態1のボルト1を製造するには、まず、絞り加工工程において、ボルト材料に不完全螺子除去部6とテーパ部5を形成する。
次に、転造工程又は切削工程により、雄螺子部4を形成する。このとき、ボルト1のピッチpbとナット10のピッチpnが、0.003≦(pn−pb)/pb≦0.05の関係となるようにする。
尚、ISOやJIS等の寸法規格に適合するようにボルト1を製造し、さらに上式を満たすようにボルト1のピッチpbよりもピッチが大きなピッチpnのナット10を製造してもよいが、ISOやJIS等の寸法規格に適合するように製造されたナット10を基準として、上式を満たすようにナット10のピッチpnよりもピッチが小さなピッチpbのボルト1を製造するようにすれば、既存のナット10をそのまま使用することができ、汎用性、使用性に優れる。
また、本実施の形態では、ボルト1に螺合される雌螺子としてナット10を用いた場合について説明したが、このボルト1を埋込みボルトとして使用する際には、雌螺子として、接合部に埋設された雌螺子部材や接合部に形設された雌螺子部などを用いることができる。
To manufacture the
Next, the
Incidentally, to produce a
In the present embodiment, the case where the
以上のような本発明の実施の形態1のボルトによれば、以下のような作用が得られる。
(1)雄螺子部4のボルト頭3側の螺子山の頂部の一部が除去されボルト頭3側に向かって螺子山外径が縮径したテーパ部5を有することにより、ナット10と螺合されるテーパ部5の各々の螺子山の高さが、分担する面圧力に逆比例して漸減するので、テーパ部5の各々の螺子山の荷重分担が均一化し、ナット10(雌螺子)を螺合した際に、ナット10のボルト頭3側(内側)の端面近傍のテーパ部5の螺子谷底に引張りや曲げの応力が集中するのを緩和でき、ボルト1の疲労強度を大幅に向上することができる。
(2)通常、雄螺子部4の切始めに形成される不完全螺子部には応力集中が発生し易いが、テーパ部5の最小径部からボルト頭3側に向かって緩やかに円弧状に拡径して不完全螺子除去部6を形成することにより、テーパ部5を形成しても不完全螺子除去部6に応力集中がほとんど発生せず、テーパ部5による疲労強度改善効果を維持することができる。
(3)雄螺子部4のピッチpbと雄螺子部4と螺合して締結されるナット10(雌螺子)のピッチpnが、0.003≦(pn−pb)/pb≦0.05の関係であることにより、ナットのピッチpnが雄螺子部4のピッチpbよりも大きくなるので、螺合状態で雄螺子部4の螺子山の間隔を広げようとする力と、その力に抗する力に基づいて、雄螺子部4とナット10の螺子山間に適度な摩擦力を発生させ、ナット10の螺合、締付けを可能にすると共に、緩み方向への大きな抵抗を付与することができ、外部から変動応力が加わっても優れた緩み止め機能を維持することができる。この結果、長期の使用期間を通して外力による緩みの発生を確実に抑えることができ、緩みに伴うトラブルを防止でき、信頼性、メンテナンス性に優れる。
(4)テーパ部5の作用により、ナット10内側の端面近傍の螺子谷底に引張りや曲げの応力が集中することはないが、外部からボルト1に引張り応力が加わったとしても、雄螺子部4のピッチpbがナット10のピッチpnよりも小さく、通常(静止)状態では雄螺子部4の螺子谷底に圧縮応力が生じているので、この引張り応力と圧縮応力が相殺し、外部応力の影響を確実に抑えることができ、疲労破壊の一番の原因である繰り返しの変動応力に対する耐性を大幅に向上させることができ、優れた緩み防止機能と疲労強度を兼ね備えることができる。
According to the bolt of the first embodiment of the present invention as described above, the following operation is obtained.
(1) A part of the top of the screw thread on the
(2) Usually, stress concentration is likely to occur in the incomplete screw portion formed at the beginning of the
(3) the pitch p n of the pitch p b and the
(4) The action of the
以上のような本発明の実施の形態1のボルトを用いた締結具によれば、以下のような作用が得られる。
(1)ボルト1が、雄螺子部4のボルト頭3側の一部の螺子山の頂部の一部が除去されボルト頭3側に向かって螺子山外径が縮径したテーパ部5を有することにより、ナット10と螺合されるテーパ部5の各々の螺子山の高さが、分担する面圧力に逆比例して漸減するので、テーパ部5の各々の螺子山の荷重分担が均一化し、螺合されたナット10のボルト頭3側(内側)の端面近傍のテーパ部5の螺子谷底に引張りや曲げの応力が集中するのを緩和でき、ボルト1の疲労強度を大幅に向上することができる。
(2)ナット10の少なくとも一部がボルト1のテーパ部5と螺合して締結されることにより、ナット10のボルト頭3側(内側)の端面のテーパ部5の螺子山に対し、撓み易いナット10の螺子山の先端側のみで接触し、接触面積が小さくなるため、片当たりが緩和され、危険断面に近いテーパ部5の螺子谷底における応力を大幅に低減して破壊を防止することができ、ボルト1の疲労限を向上できる。
(3)ボルト1の雄螺子部4のピッチpbと雄螺子部4と螺合して締結されるナット10(雌螺子)のピッチpnが、0.003≦(pn−pb)/pb≦0.05の関係であることにより、螺合状態でボルト1の螺子山の間隔を広げようとする力と、その力に抗する力に基づいて、ボルト1とナット10の螺子山間に適度な摩擦力を発生させ、ナット10の螺合、締付けを可能にすると共に、緩み方向への大きな抵抗を付与することができ、外部から変動応力が加わっても優れた緩み止め機能を維持することができる。この結果、長期の使用期間を通して外力による緩みの発生を確実に抑えることができ、緩みに伴うトラブルを防止でき、信頼性、メンテナンス性に優れる。
(4)ナット10が、ナット10の全長lnの50%〜80%の範囲でボルト1のテーパ部5と螺合されることにより、危険断面であるナット10の内側端面側のボルト1のテーパ部5の螺子谷底において、確実かつ効率的に、荷重分担の均一化,引張り及び曲げの応力集中の緩和,片当たりの緩和を図ることができ、疲労強度の信頼性に優れる。被締結体20の厚みに応じて、ボルト1のボルト軸部2の長さを選択すると共に、必要に応じてワッシャを用いることにより、ナット10の位置を最適な位置に調節して良好な締結状態を得ることができ、優れた疲労強度及び緩み防止機能を実現できる。
(5)ナット10のボルト頭3側の端部の螺子山と嵌合するテーパ部5の螺子山の高さhtが、ナット10の螺子山の高さhnの10%〜75%の高さであることにより、十分な締付け力を確保することができ、安全性の低下を防ぐことができる。
According to the fastener using the bolt of
(1) The
(2) When at least a part of the
(3) the pitch p n of the nut 10 (a female screw) fastened screwed with pitch p b and the
(4) When the
(5) The thread height h t of the
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1〜3、比較例1,2によるピッチ差の評価)
まず、JIS B 0205−1997に規定されるM16の並目ナットを基準として、実施の形態1で説明した製造方法により、ピッチpbが異なるボルトを製造した。
製造したボルトのピッチpbに対するボルトとナットのピッチ差pn−pbの割合(%)を表1に示す。
比較例2のボルトはナットとのかじり付きが発生したので、実施例1〜3及び比較例1のボルトを振動バーレルに挿通し、ボルトの雄螺子部にJIS B 0205−1997に規定されるM16のナットを螺合し、同一の締付トルク(145N・m)で締結した。
十分な疲労強度が得られるように、ナットに嵌合するテーパ部の最小螺子山高さの割合(=(ht/hn)×100(%))を10%とし、ナット全長に対するテーパ部長さの割合(=(lt/ln)×100(%))を80%として評価を行った結果を表1に示す。
評価の結果、比較例1では、試験後にナットに緩みが発生したが、実施例1〜3については、試験後にナットに緩みが発生しているものはなかった。
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. The present invention is not limited to these examples.
(Evaluation of pitch difference by Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2)
First, based on the M16 coarse nut as defined in JIS B 0205-1997, by the manufacturing method described in
The proportion of the pitch difference p n -p b of the bolt and the nut with respect to the pitch p b of bolts were prepared (%) shown in Table 1.
Since the bolt of Comparative Example 2 was galling with the nut, the bolts of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were inserted into the vibration barrel, and M16 defined in JIS B 0205-1997 was inserted into the male screw portion of the bolt. Were tightened with the same tightening torque (145 N · m).
In order to obtain sufficient fatigue strength, the ratio of the minimum screw thread height of the taper part fitted to the nut (= (h t / h n ) × 100 (%)) is 10%, and the taper part length with respect to the entire length of the nut Table 1 shows the results of evaluation with the ratio of (= (l t / l n ) × 100 (%)) being 80%.
As a result of evaluation, in Comparative Example 1, the nut was loosened after the test, but in Examples 1 to 3, none of the nut was loosened after the test.
次に、実施例1〜3及び比較例1のボルトについて疲労強度試験を行った。
実施例1〜3及び比較例1のボルトを治具に挿通し、ボルトの雄螺子部にJIS B 0205−1997に規定されるM16のナットを螺合し、同一の締付トルク(145N・m)で締結した。ナットの位置は表1に示した通りである。
サーボ型疲労試験機(±392kN)を用い、ボルトの頭部とナットをボルトの軸方向に繰返し引張り、破壊が発生するまでの繰返し回数(時間)をカウントした。尚、引張りの平均応力は176.4MPaで一定とし、繰返し速度は500回/分とした。
評価は、従来のM16の並目ボルトと並目ナットを螺合した締結具の疲労強度を100%とした時の相対値とした。
表1に示すように、ボルトのピッチpbに対するボルトとナットのピッチ差pn−pbの割合が0.3%〜5%の範囲を満たす実施例1〜3では、従来の2倍以上の優れた疲労強度を有することがわかった。
ボルトのピッチpbに対するボルトとナットのピッチ差pn−pbの割合が0.3%より小さな比較例1では、従来の並目ボルトと並目ナットを螺合した締結具と同等の疲労強度しかなく、疲労強度改善効果が得られないことがわかった。
Next, fatigue strength tests were performed on the bolts of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.
The bolts of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 are inserted into the jig, and the nut M16 defined in JIS B 0205-1997 is screwed into the male screw portion of the bolt, and the same tightening torque (145 N · m ) The position of the nut is as shown in Table 1.
Using a servo type fatigue tester (± 392 kN), the bolt head and nut were repeatedly pulled in the axial direction of the bolt, and the number of repetitions (time) until failure occurred was counted. The tensile average stress was constant at 176.4 MPa, and the repetition rate was 500 times / minute.
Evaluation was made into a relative value when the fatigue strength of a conventional fastener in which a coarse bolt of M16 and a coarse nut were screwed together was taken as 100%.
As shown in Table 1, in Examples 1 to 3 the proportion of the pitch difference p n -p b of the bolt and the nut with respect to the pitch p b of the bolt satisfies the range of 0.3% to 5%, conventional 2 times It was found to have excellent fatigue strength.
Bolt the small Comparative Example 1 ratio of pitch difference p n -p b of the bolt and nut than 0.3% of the pitch p b of the fastener equivalent fatigue screwed conventional coarse bolt and coarse nut It was found that there was only strength and the effect of improving fatigue strength could not be obtained.
(実施例4〜12、比較例3〜10によるナット螺合位置の評価)
実施例1〜3、比較例1,2によるピッチ差の評価で、ボルトのピッチpbと、ナットのピッチpnの関係を0.003≦(pn−pb)/pb≦0.05とすることにより、優れた緩み防止機能が得られることがわかったので、ボルトのピッチpbと、ナットのピッチpnの関係を(pn−pb)/pb=0.02で一定(実施例2相当)にし、ナットの位置を変えながら、緩みの発生及び疲労強度について評価を行った結果を表2に示す。
振動バーレルに締結した締結具に、NAS式高速緩み試験機(米国航空機規格NAS3350に準じる)を用いて、ボルトの軸方向と直交する方向に振動を繰り返し与える振動試験を17分間(30000回)行った。振動数は1780rpmm、加振ストロークは11mm、インパクトストロークは19mmとした。
評価の結果、試験後又は試験中にナットに緩みが発生するものはなく、実施例4〜12、比較例3〜10の全てが合格となった。
(Evaluation of nut screwing position according to Examples 4 to 12 and Comparative Examples 3 to 10)
Examples 1-3, in the evaluation of pitch difference by Comparative Examples 1 and 2, the pitch p b of the bolt, 0.003 ≦ a relationship pitch p n of the nut (p n -p b) / p b ≦ 0. with 05 excellent since loosening prevention function is found to result, the bolt and the pitch p b of the relationship of the pitch p n of nut (p n -p b) / p b = 0.02 Table 2 shows the results of evaluating the occurrence of looseness and fatigue strength while keeping the position constant (corresponding to Example 2) and changing the position of the nut.
Using a NAS type high-speed looseness tester (according to the US aircraft standard NAS3350) to the fasteners fastened to the vibration barrel, a vibration test is repeatedly applied for 17 minutes (30000 times) in a direction perpendicular to the axial direction of the bolt. It was. The frequency was 1780 rpm, the excitation stroke was 11 mm, and the impact stroke was 19 mm.
As a result of the evaluation, there was no loosening of the nut after the test or during the test, and all of Examples 4 to 12 and Comparative Examples 3 to 10 passed.
次に、実施例4〜12、比較例3〜10のボルトについて疲労強度試験を行った。
ナットの位置が異なる以外は、実施例1〜3及び比較例1と同様にして評価を行った。
表2に示すように、ナットに嵌合するテーパ部の最小螺子山高さhtが、ナットの螺子山の高さhnの10%〜75%の高さで、ナットが、ナットの全長lnの50%〜80%の範囲でボルトのテーパ部と螺合された実施例4〜12は、優れた疲労強度を有することがわかった。
また、ナットに嵌合するテーパ部の最小螺子山高さhtをナットの螺子山の高さhnの80%とした比較例4,6,8では、従来の並目ボルトと並目ナットを螺合した締結具と同等の疲労強度しかなく、疲労強度改善効果が得られないことがわかった。
さらに、ナットが、ナットの全長lnの40%でボルトのテーパ部と螺合された比較例9では、50%の実施例4と比べて急激に疲労強度改善効果が低下することがわかった。また、ナットが、ナットの全長lnの90%でボルトのテーパ部と螺合された比較例10では、従来の1.5倍の疲労強度が得られることはわかったが、ナットの全長lnのほとんどがテーパ部で螺合しているため、外力などによってすっぽ抜ける可能性があり、締結の信頼性に欠けるので、好ましくない。
尚、ナットに嵌合するテーパ部の最小螺子山高さhtをナットの螺子山の高さhnの5%とした比較例3,5,7は、ナットに嵌合するテーパ部の最小螺子山高さhtをナットの螺子山の高さhnの50%とした実施例5,8,11ほぼ同程度の疲労強度となっているが、ナットに嵌合するテーパ部の最小螺子山高さhtをナットの螺子山の高さhnの10%とした実施例4,7,10をピークとして、急激に疲労強度が低下しており、5%〜10%の範囲は、少しの位置の違いで疲労強度にばらつきが発生し易い不安定な領域であると言える。また、テーパ部における各々の螺子山の引掛かりが少ないため、嵌合している残りの螺子山の負担が増加し、応力集中が発生し易くなり、実用性に欠けるので、好ましくない。さらに、螺子山の高さが低くなると、寸法精度のばらつきの影響を受け易く、製造安定性に欠けると共に、疲労強度のばらつきが発生し易く、締結安定性に欠けるので、好ましくない。
本実施例では、一般的に使用される代表的なM16のサイズに形成されたボルトを用いたが、ボルトのサイズによらず、表1,2と同様の傾向が見られる。
※疲労強度試験の説明(赤字)につき、問題がないかご確認下さい。
Next, fatigue strength tests were performed on the bolts of Examples 4 to 12 and Comparative Examples 3 to 10.
Evaluation was performed in the same manner as in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 except that the position of the nut was different.
As shown in Table 2, the minimum thread height h t of the tapered portion to be fitted to the nut, with 10% to 75% of the height of the height h n of the threads of the nut, the nut is, the total length of the nut l It was found that Examples 4 to 12 screwed with the taper portion of the bolt in the range of 50% to 80% of n had excellent fatigue strength.
In Comparative Example 4, 6 and 8 were the smallest thread height h t of the tapered portion to be fitted to the nut 80% of the height h n of the threads of the nut, the conventional coarse bolt and coarse nut It was found that there was only a fatigue strength equivalent to that of the screwed fastener, and an effect of improving fatigue strength could not be obtained.
Furthermore, it was found that the effect of improving the fatigue strength sharply decreased in Comparative Example 9 in which the nut was screwed with the taper portion of the bolt at 40% of the total length l n of the nut as compared with 50% of Example 4. . Further, in Comparative Example 10 in which the nut is screwed with the taper portion of the bolt at 90% of the total length l n of the nut, it has been found that 1.5 times the fatigue strength of the conventional nut can be obtained. Since most of n is screwed at the tapered portion, there is a possibility that it may be completely pulled out by an external force or the like, and it is not preferable because it is not reliable in fastening.
In Comparative Example 3, 5, 7 to the minimum thread height h t of the tapered portion was 5% of the height h n of the threads of the nut to be fitted to the nut, the minimum thread taper portion to be fitted to the nut While the crest height h t is 50 percent to
In this embodiment, a bolt formed in a typical M16 size that is generally used is used, but the same tendency as in Tables 1 and 2 is observed regardless of the bolt size.
* Check the fatigue strength test (in red) for any problems.
本発明は、量産性に優れ、繰り返し荷重(振動)を受けても緩み難い優れた緩み防止機能と締結力と共に、大幅に改善された疲労強度を兼ね備えることにより、従来の螺子締結具では得られなかった優れた安全性、信頼性を実現することができるボルトの提供、そのボルトを用いることにより簡素な構成で、部品点数が少なく、ボルト,ナットの使用数や寸法を大幅に低減し、製品の小型化、軽量化を実現できるだけでなく、ボルトの孔あけ加工や締付け作業等に要する工数を低減して製品のコストダウンを図ることができ、製品設計の自在性、組立て作業性を著しく向上させることができる実用性に優れる締結具の提供を行うことができ、各種機械装置、鉄橋、建築物、建設機械、各種搬送機器、電気製品、眼鏡等の可動部または外部から振動を受ける部材の接合部の信頼性を高めることができ、遅れ破壊や応力腐食割れの発生率を低減することができる。 The present invention can be obtained with a conventional screw fastener by combining the excellent anti-loosening function and fastening force which are excellent in mass production and difficult to loosen even when subjected to repeated load (vibration), and a greatly improved fatigue strength. Providing bolts that can realize superior safety and reliability that were not present, and using the bolts, the configuration is simple, the number of parts is small, the number of bolts and nuts used, and the dimensions are greatly reduced. In addition to reducing the size and weight of the product, it is possible to reduce the cost of the product by reducing the man-hours required for drilling and tightening bolts, significantly improving product design flexibility and assembly workability. It is possible to provide fasteners with excellent practicality that can be made, from various mechanical devices, iron bridges, buildings, construction machines, various transport equipment, electrical products, movable parts such as glasses, or from the outside Can increase the reliability of the joint portion of the member which receives the motion, it is possible to reduce the incidence of delayed fracture and stress corrosion cracking.
1 ボルト
2 ボルト軸部
3 ボルト頭
4 雄螺子部
4a 頂部
4b 谷底部
4c フランク
5 テーパ部
6 不完全螺子除去部
10 ナット
20 被締結体
DESCRIPTION OF
Claims (4)
The height of the thread of the taper portion of the bolt that fits with the thread of the end of the female screw on the bolt head side or the bolt cylindrical portion side is 10 times the height of the screw thread of the female screw. The fastener according to claim 2 or 3, wherein the height is from% to 75%.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4930740A (en) * | 1972-07-20 | 1974-03-19 | ||
JPS59107321U (en) * | 1983-01-07 | 1984-07-19 | 株式会社富士電機総合研究所 | Bolt/nut fastening structure |
JPH0689768B2 (en) * | 1989-11-21 | 1994-11-14 | 新日本製鐵株式会社 | High-strength bolt / nut / washer set |
JP2005265150A (en) * | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Nippon Steel Corp | Steel bolt set |
-
2008
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4930740A (en) * | 1972-07-20 | 1974-03-19 | ||
JPS59107321U (en) * | 1983-01-07 | 1984-07-19 | 株式会社富士電機総合研究所 | Bolt/nut fastening structure |
JPH0689768B2 (en) * | 1989-11-21 | 1994-11-14 | 新日本製鐵株式会社 | High-strength bolt / nut / washer set |
JP2005265150A (en) * | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Nippon Steel Corp | Steel bolt set |
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