JP4792332B2 - ねじ締結構造およびねじ部品 - Google Patents

Description

本発明は、新規のピッチ構造を備えたねじ締結構造およびこれに用いるねじ部品に関する。

従来から、過度の繰り返し外力が加わるボルトとナットのねじ締結構造においては、図１３（Ａ）に示すように、ボルト１００のナット１０１に嵌合しているねじ山１０３のうち、ナット１０１の座面１０２側から数えて第１番目の嵌合第１ねじ山１０３１の嵌合第１山目ねじ谷部１０３１ａでねじ軸１０５が疲労破壊することが知られている。これは、ねじの締め付け力によってボルト１００のねじ軸１０５が引っ張られるため、嵌合第１山目ねじ谷部１０３１ａに応力が集中しやすいためである。

一方、従来から、図１３（Ｂ）に示すように、ナット１０１のねじ山１０４のピッチＰｉをボルト１００のねじ山１０３のピッチＰ０より所定量δだけ大きくしたものが知られている（たとえば特許文献１参照）。このようにピッチ差を設けた場合には、ボルト１００とナット１０１の各ねじ山１０３，１０４間の軸方向隙間が、締め付け座面１０２と反対側から締め付け座面１０２側に向けて、ピッチ差δ分ずつ累積的に大きくなる。この状態で締め付けていくと、締め付け荷重Ｆによってねじ軸１０５が点線で示すように伸び、第１ねじ山１０３１，１０４１間が当接する前に、締め付け座面１０２と反対側の各ねじ山１０３，１０４が順次当接することになり、ねじ軸１０５の嵌合第１山目ねじ谷部１０３１ａに集中していた応力を分散させることができる。

しかし、ナット１０１のピッチＰｉを一律に大きくしたものでは、第１ねじ山１０３１，１０４１間に作用する荷重は軽減するものの、２番目以降の他のねじ山との荷重の負荷分担を調整することまではできなかった。実際の応力分布を検討すると、依然としてねじ軸１０５の嵌合第１山目ねじ谷部１０３１ａに作用する応力が最も高く、嵌合第１ねじ山１０３１にかかる負担が大きい。そのため、耐久性は基準ピッチのものより高くなるものの、疲労破壊する場合は嵌合第１山目ねじ谷部１０３１ａ付近で破壊するという問題があった。
また、ナット１０１のねじ山１０４のピッチが一律に大きくなっているので、ボルト１００とナット１０１のねじ山１０３，ねじ山１０４の嵌合長が長くなると、図１３（Ｃ）に示すように、ねじ込んでいく過程で、累積ピッチ誤差がねじ山１０３，１０４間の軸方向隙間に達し、図中矢印Ａで示すように、ボルト１００とナット１０１の各ねじ山１０３，１０４同士が軸方向ぶつかり合い、途中でねじ込めなくなってしまい、応力を分散させるにも限界がある。
一方、一般的にめねじの材料が軽量化目的でマグネシウムなどが使用されている場合、めねじの強度が低いため、めねじの嵌合第１山目ねじ谷部に応力が集中すると、そこを起点としてめねじ側の嵌合ねじ山のせん断破壊が発生してしまう。その対策としては、嵌合長を長くするなどの対策がとらているが、嵌合長を長くすることによって、全体の肉厚が増加しおねじの全長も長くなるため、軽量化を目的にマグネシウムなどの材料を用いたいのにその効果が半減してしまうという問題もあった。
特開２００６−１１８６９１

本発明は、上記した従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、従来の均等なピッチ調整では限界があった嵌合第１山目のねじ谷部の応力分散効果を飛躍的に高めることができるピッチ構造を備えたねじ締結構造およびねじ部品を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、互いに螺合するめねじとおねじを備え、被締め付け部材をめねじとおねじによって締め付ける構成のねじ締結構造において、
おねじのピッチは基準ピッチとして一定に形成されているのに対して、めねじのねじ山のピッチを、基準ピッチに対してめねじの締付座面から数えて第１番目の嵌合第１ねじ山側から徐々にめねじの山数の数山分を増加させる除変ピッチパターンとしたことを特徴とする。
めねじの徐変ピッチパターンは、各ねじ山のピッチについて連続的に変化させていることが好ましい。
徐変ピッチパターンの各ピッチの増分の割合は、０．１５〜０．９％の範囲とすることが好ましい。
前記百分率で表した各ピッチの増分の変化量は、０．２％であることが好ましい。
徐変ピッチパターンの後段のねじ山のピッチについては、徐々にピッチの増分が小さくなる構成を備えていてもよい。
本発明のめねじを有するねじ部品は、めねじのねじ山のピッチを、基準ピッチに対して嵌合第１ねじ山側から徐々にめねじの山数の数山分を増加させる徐変ピッチパターンとしたことを特徴とする。
めねじの徐変ピッチパターンは、各ねじ山のピッチについて連続的に変化させていることが好ましい。
徐変ピッチパターンの各ピッチの増分の割合は、０．１５〜０．９％の範囲とすることが好ましい。
前記百分率で表した各ピッチの増分の変化量は、０．２％であることが好ましい。
徐変ピッチパターンの後段のねじ山のピッチについては、徐々にピッチの増分が小さくなる構成を備えていてもよい。
本発明のおねじを有するねじ部品は、おねじのねじ山のピッチを、予め設定されためねじとの嵌合領域で基準ピッチに対して嵌合第１ねじ山側から徐々に嵌合領域の山数の数山分を小さくなるように変化させる徐変ピッチパターンとしたことを特徴とする。

本発明は、おねじとめねじのねじ山のピッチが場所によって異なるように変化させる構成としたので、各ねじ山の締め付け荷重の負荷割合を各ねじ山毎にきめ細かく調整することができ、嵌合第１山目ねじ谷部に作用する応力を大きく軽減することが可能となり、ねじ部品の疲労強度を大幅に向上させることができる。
軽量化目的でめねじの材料として強度の低いマグネシウムなどが用いられている場合でも、本発明によれば、嵌合第１山目ねじ谷部に作用する応力を大きく軽減させることができるので、強度の低いめねじの嵌合長さを短くすることができ、軽量でしかも耐久性の高いねじ締結構造を実現することができる。
特に、めねじについてのピッチの変化パターンを、第１ねじ山側から徐々に増加する除変ピッチパターンとしておけば、嵌合第１山目ねじ谷部に作用する応力を効果的に分散させることができる。

以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例に係るねじ締結構造を示している。
すなわち、互いに螺合するめねじ部品であるナット１０とおねじ部品であるボルト２０を備えたねじ締結構造であって、被締め付け部材３０をナット１０とボルト２０によって締結する構成となっている。
ボルト２０はねじ軸部２１を備え、ねじ軸部２１の一端には頭部２２が設けられている。ねじ軸部２１外周には螺旋状のねじ山２３が形成されている。ナット１０は、ナット本体１１にねじ穴１２が貫通形成された構成で、ねじ穴１２内周にボルト２０のねじ山２３が螺合するねじ山１３が形成されている。

ここで、ナット１０側のねじ山１３の符号については、総括的な説明では「１３」とし、個々のねじ山を特定する場合には、ナット座面１４側から順番に符号「１３」の後に連番を付し、第１ねじ山１３１，第２ねじ山１３２，第３ねじ山１３３・・・として説明するものとする。
図示例では、ナット１０のねじ山１３の数を８山としているが、ねじ山１３の数を限定するものではない。８山未満、たとえば３〜４山程度でもよいし、８山より多くてもよい。
また、ボルト２０側のねじ山２３の符号についても、総括的な説明では２３とし、ナット１０に嵌合する個々のねじ山２３を特定する場合には、ナット１０側のねじ山１３に嵌合する嵌合ねじ山２３に対して、ナット座面１４側から順番に、符号「２３」の後に連番を付し、第１ねじ山２３１，第２ねじ山２３２，第３ねじ山２３３・・・として説明するものとする。

本実施の形態では、ボルト２０の各ねじ山２３のピッチＰｏは基準ピッチとしてどの場所も一定に形成されているのに対して、ナット１０の各ねじ山１３のピッチＰ１，Ｐ２，・・・Ｐ８は、場所によって異なるように変化させ、これによって、ボルト２０とナット１０間のねじ山２３，１３間に作用する荷重を平均的に分散させている（図１（Ｂ）参照）。ここで、第１ねじ山１３１と第２ねじ山１３２間のピッチを１山目の第１ピッチＰ１、第２ねじ山１３２と第３ねじ山１３３間のピッチを２山目の第２ピッチＰ２というように、ねじ山間のピッチを若い番号のねじ山の番号を付すものとする。
このナット１０のねじ山１３のピッチは、周方向の所定の基準位相、たとえばナット座面１４側のねじ端部位置を基準にして設定される。また、ピッチの変化は、各ねじ山２３のリード角を変えることにより変化させることができる。

図２は、ナットのねじ山ピッチの変化パターンの一例を誇張して示している。
この例は、第１ねじ山１３１から数山分のピッチについて、ナット座面１４側から徐々に増加するように変化させる除変ピッチパターンとしたものである。
図示例では、第１ピッチＰ１の基準ピッチＰ０に対する増分をδ１、第２ピッチＰ２の基準ピッチＰ０に対する増分をδ２，第２ピッチＰ３の基準ピッチＰ０に対する増分をδ３とすると、増分が徐々に増加するように変化させている（δ１＜δ２＜δ３）。

第１ピッチＰ１と第２ピッチＰ２を広げると、荷重が第１ねじ山１３１，２３１、第２ねじ山１３２，２３２及び第３ねじ山１３３，２３３に分散するが、第１ねじ山１３１，２３１間の軸方向隙間は第１ピッチＰ１と第２ピッチＰ２の増分が累積され、第１ねじ山１３１，２３１の応力低下が大きくなる。そこで、１山目のピッチＰ１の増分δ１を２山目のピッチＰ２の増分δ２より小さくしている。
各ピッチの増分δは、基準ピッチに対する百分率で表すと、０．１５〜０．９％程度が好適で、増分の変化量は、０．２％程度とすることが好適である。

図示例では、ナット１０の第１ねじ山１３１乃至第４ねじ山１３４間の各第１乃至第３ピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３について連続的に変化させているが、飛び飛びに変化させてもよい。
本発明では、ナット１０のねじ山１３のピッチを、第１，第２ねじ山１３１，１３２間の第１ピッチＰ１から徐々に増加するような除変ピッチパターンとすることにより、応力分布を改善することができた。
ナット１０のピッチの変化量が大きければ、ナット１０，ボルト２０の各ねじ山１３，２３の嵌合が不可能になり、締め付け不可能になるが、通常、おねじとめねじのねじ山嵌合部は、ＩＳＯ規格のＩＳＯ６ｇ６ｈのように隙間ばめに分類されており、この隙間の範囲でピッチを分配することにより、締め付け荷重を各ねじ山に平均的に分散させることが可能である。たとえば、ＩＳＯのナット高さはねじサイズによって異なるが、Ｍ１０×１．２５のボルトの場合は、ナット高さは８．９４〜９．３０で、ナット１０の中の山数は４山程度あるので、この隙間範囲でピッチを変化させる構成であれば、嵌合には問題はない。

図３（Ａ）は、８つのねじ山を有するナットについて、第１ねじ山１３１から４山分のねじ山に対して除変ピッチパターンを適用し、後段のねじ山については基準ピッチとした例を示している。
この場合は、ねじを締め付けていくと、基準ピッチの第４ねじ山１３４，２３４乃至第８ねじ山１３８，２３８が一度に当接し、さらに締め付けると、第３ねじ山１３３，２３３，第２ねじ山１３２，２３２，第１ねじ山１３１，２３１の順に当接して締め付けられ、締め付け荷重が各ねじ山に分散される。

図３（Ｂ）は、８つのねじ山を有するナットについて、いずれの端面が締め付け座面となってもいいように、両端面側のねじ山について、除変ピッチパターンを適用したものである。第１ねじ山１３１から第４ねじ山１３４については徐々にピッチの増分が大きくなるようになっているが、第５ねじ山１３５から第８ねじ山１３８については、徐々にピッチの増分が小さくなるようになっている。左右いずれの端面を締め付け座面としても、同一のパターンとなる。
この場合、ねじを締め付けていくと、最も遠い第８ねじ山１３８，２３８から順番に第４ねじ山１３４，２３４まで順次密接し、さらに締め付けると、第３ねじ山１３３，２３３，第２ねじ山１３２，２３２，第１ねじ山１３１，２３１の順に当接して締め付けられ、締め付け荷重が各ねじ山に分散される。

図３（Ｃ）は、本発明の参考例で、図３（Ｂ）の第５ねじ山１３５から第８ねじ山１３８に対応するパターンのみとし、ナット１０の締め付け座面１２側の数山分のねじ山は基準ピッチＰ０のままとしたものである。この場合でも、応力を分散させる一定の効果は得られる。
もちろん、ピッチの変化パターンとしては、図３に記載のパターンに限定されるものではなく、１山目のみを変化させてもよいし、ナット１０の締め付け座面１４側及び反対側の数山分は基準ピッチで、中間のねじ山についてピッチを大きくするように構成してもよく、種々のパターンを採用し得る。

なお、上記実施の形態では、ナット１０側のピッチの除変構造について説明したが、ナット１０側に限定されず、ボルト２０側についても、ピッチを変化させることによって、ナット１０とのねじ山嵌合部の応力分布を平均化することが可能である。おねじの場合には、伸び量を考慮して基準ピッチに対して小さくしておけばよい。ただし、ナット１０と違って、ナット１０との嵌合領域を予め設定しておく必要がある。
また、ナット１０のピッチを広げると共にボルト２０のピッチを狭めるというように両方のピッチを変化させてもよい。
また、ねじ山の形状について、三角ねじを例にとって説明したが、三角ねじに限定されるものではなく、角ねじ，台形ねじ等、種々の形状のねじに対して適用可能である。また、１条ねじだけでなく、多条ねじについても適用可能である。

図４乃至図９は、各種徐変ピッチパターンを備えたナットのサンプルについての応力の解析結果を示している。
ボルトの寸法は、Ｍ１２×１．２５、有効径１１．０７、ねじ谷Ｒが０．１５６のボルトで、サンプルのナットの基本寸法は、高さが１０．５０，有効径１１．１８８，内径１０．６４７である。
除変ピッチパターンとして、７パターンのサンプルを用意し、比較例として、基準ピッチの比較例１、基準ピッチに対してすべて均等にピッチを広げた比較例２を用意し、それぞれについて、軸力のみの引張り試験にて解析を行った。荷重は５０ｋＮとしてボルトとナットの締結構造体のＦＥＭ解析を行い、ボルトのねじ軸部についての最大主応力をグラフにとっている。

比較例１のピッチパターンは、図４（Ａ）に示すように、すべて基準ピッチＰｏ（１．２５ｍｍ）である。比較例２のピッチは、基準ピッチ１．２５ｍｍに対して、すべて０．００１８７５ｍｍ（０．１５％）ずつ均等に広げている。
比較例１の最大主応力のピーク値は、図４（Ｂ）に示すように、
ナットの第１ねじ山が嵌合する嵌合第１山目ねじ谷部位置で１０６０ＭＰａ、
第２ねじ山が嵌合する嵌合第２山目ねじ谷部位置で８３０ＭＰａ、
第３ねじ山が嵌合する嵌合第３山目ねじ谷部位置で６４０ＭＰａ、
第４ねじ山が嵌合する嵌合第４山目ねじ谷部位置で５２０ＭＰａ、
第５ねじ山が嵌合する嵌合第５山目ねじ谷部位置で４００ＭＰａ、
第６ねじ山が嵌合する嵌合第６山目ねじ谷部位置で３１０ＭＰａ、
第７ねじ山が嵌合する嵌合第７山目ねじ谷部位置で２３０ＭＰａ、
第８ねじ山が嵌合する嵌合第８山目ねじ谷部位置では、１７０ＭＰａであった。

これに対して、比較例２では、ねじ軸部の最大主応力のピーク値は、
ナットの第１ねじ山が嵌合する嵌合第１山目ねじ谷部位置で９８０ＭＰａ、
第２ねじ山が嵌合する嵌合第２山目ねじ谷部位置で８３０ＭＰａ、
第３ねじ山が嵌合する嵌合第３山目ねじ谷部位置で６６０ＭＰａ、
第４ねじ山が嵌合する嵌合第４山目ねじ谷部位置で５５０ＭＰａ、
第５ねじ山が嵌合する嵌合第５山目ねじ谷部位置で４７０ＭＰａ、
第６ねじ山が嵌合する嵌合第６山目ねじ谷部位置で４２０ＭＰａ、
第７ねじ山が嵌合する嵌合第７山目ねじ谷部位置で３６０ＭＰａ、
第８ねじ山が嵌合する嵌合第８山目ねじ谷部位置で３２０ＭＰａであった。
比較例１に対して、最大主応力が嵌合第１山目ねじ谷部位置で８０ＭＰａ低下し、嵌合第８山目ねじ谷部で１１０ＭＰａ増大しており、第８ねじ谷部では嵌合第１山目ねじ谷部の３分の１程度となっている。

これに対して、サンプル１のピッチパターンは、図３（Ａ）の除変ピッチタイプで、
１山目の第１ピッチＰ１が、１．２５１８７５ｍｍ（０．１５％）、
２山目の第２ピッチＰ２が、１．２５４３７５ｍｍ（０．３５％）、
３山目の第３ピッチＰ３が、１．２５７５ｍｍ（０．６％）、
４山目の第４ピッチＰ４が、０．２６１２５ｍｍ（０．９％）、
５山目から８山目までが基準ピッチ１．２５ｍｍとなっている。

このサンプル１における最大主応力の各ピーク値は、
ナットの第１ねじ山１３１が嵌合する嵌合第１山目ねじ谷部位置で９２０ＭＰａ、
第２ねじ山１３２が嵌合す嵌合第２山目ねじ谷部位置で８００ＭＰａ、
第３ねじ山１３３が嵌合する嵌合第３山目ねじ谷部位置で７９０ＭＰａ、
第４ねじ山１３４が嵌合する嵌合第４山目ねじ谷部位置で８９０ＭＰａ、
第５ねじ山１３５が嵌合する嵌合第５山目ねじ谷部位置で９２０ＭＰａ、
第６ねじ山１３６が嵌合する嵌合第６山目ねじ谷部位置で６００ＭＰａ、
第７ねじ山１３７が嵌合する嵌合第７山目ねじ谷部位置で４８０ＭＰａ、
第８ねじ山１３８が嵌合する嵌合第８山目ねじ谷部位置で４００ＭＰａであった。
このように、比較例１，２に比べて、嵌合第１山目ねじ谷部の応力を低下させることができ、さらに嵌合第５山目ねじ谷部まで応力分布を平均化することができた。嵌合第６〜第８山目ねじ谷部についても最大主応力は増大している。

図５（Ａ）は、サンプル２についてのピッチパターンを示し、図５（Ｂ）はその解析結果を示している。
このサンプル２のピッチパターンは、図３（Ｂ）のタイプで、
１山目の第１ピッチＰ１が、１．２５１８７５ｍｍ（０．１５％）、
２山目の第２ピッチＰ２が、１．２５４３７５ｍｍ（０．３５％）、
３山目の第３ピッチＰ３が、１．２５７５ｍｍ（０．６％）、
４山目の第４ピッチＰ４が、０．２６１２５ｍｍ（０．９％）、
５山目の第５ピッチＰ５が、１．２５７５ｍｍ（０．６％）、
６山目の第６ピッチＰ６が、１．２５４３７５ｍｍ（０．３５％）、
７山目の第７ピッチＰ７が、１．２５１８７５ｍｍ（０．１５％）、
８山目の第８ピッチＰ８が、１．２５ｍｍ（０％）となっている。

このサンプル２における最大主応力の各ピーク値は、
第１ねじ山１３１が嵌合する嵌合第１山目ねじ谷部位置で８２０ＭＰａ、
第２ねじ山１３２が嵌合する嵌合第２山目ねじ谷部位置で７７０ＭＰａ、
第３ねじ山１３３が嵌合する嵌合第３山目ねじ谷部位置で７６０ＭＰａ、
第４ねじ山１３４が嵌合する嵌合第４山目ねじ谷部位置で９２０ＭＰａ、
第５ねじ山１３５が嵌合する嵌合第５山目ねじ谷部位置で９９０ＭＰａ、
第６ねじ山１３６が嵌合する嵌合第６山目ねじ谷部位置で８２０ＭＰａ、
第７ねじ山１３７が嵌合する嵌合第７山目ねじ谷部位置で６８０ＭＰａ、
第８ねじ山１３８が嵌合する嵌合第８山目ねじ谷部位置で５６０ＭＰａであった。
このように、サンプル２についても、比較例１，２に比べて、嵌合第１山目ねじ谷部の応力を低下させることができ、さらに嵌合第１山目ねじ谷部から嵌合第５山目ねじ谷部まで応力分布を平均化することができた。さらに嵌合第６〜第８山目ねじ谷部については、サンプル１よりも最大主応力は増大している。

図６（Ａ）は、サンプル３についてのピッチパターンを示し、図６（Ｂ）はその解析結果を示している。
このサンプル３のピッチパターンも、図３（Ａ）のタイプであるが、中央の第３乃至第６ピッチを一定としたものである。
１山目から３山目までがサンプル１と同じ、
中間の４山目から６山目までが、３山目と同じ１．２５７５ｍｍ（０．６％）、
７山目が１．２５４３７５ｍｍ（０．３５％）、
８山目が１．２５１８７５ｍｍ（０．１５％）である。

このサンプル３における最大主応力の各ピーク値は、
ナットの第１ねじ山１３１が嵌合する嵌合第１山目ねじ谷部位置で８００ＭＰａ、
第２ねじ山１３２が嵌合する嵌合第２山目ねじ谷部位置で７４０ＭＰａ、
第３ねじ山１３３が嵌合する嵌合第３山目ねじ谷部位置で７８０ＭＰａ、
第４ねじ山１３４が嵌合する嵌合第４山目ねじ谷部位置で９００ＭＰａ、
第５ねじ山１３５が嵌合する嵌合第５山目ねじ谷部位置で９５０ＭＰａ、
第６ねじ山１３６が嵌合する嵌合第６山目ねじ谷部位置で６８０ＭＰａ、
第７ねじ山１３７が嵌合する嵌合第７山目ねじ谷部位置で７００ＭＰａ、
第８ねじ山１３８が嵌合する嵌合第８山目ねじ谷部位置で５２０ＭＰａであった。
このサンプル３については、サンプル２とほぼ同じ傾向であるが、中央の嵌合第４，第５山目ねじ谷部位置の応力が低減され、第６ねじ谷部と第７ねじ谷部の応力が平均化している。

図７（Ａ）は、サンプル４についてのピッチパターンを示し、図７（Ｂ）はその解析結果を示している。
このサンプル４のピッチパターンも、基本的には図３（Ａ）のタイプであるが、第７，第８ピッチを基準ピッチとしたものである。
１山目〜４山目までがサンプル１と同じで、
５山目が１．２５９３７５ｍｍ（０．７５％）、
６山目が１．２５７５ｍｍ（０．６％）、
７山目と８山目が１．２５ｍｍ（０％）である。

このサンプル４における最大主応力の各ピーク値は、
ナットの第１ねじ山１３１が嵌合する嵌合第１山目ねじ谷部位置で７８０ＭＰａ、
第２ねじ山１３２が嵌合する嵌合第２山目ねじ谷部位置で７６０ＭＰａ、
第３ねじ山１３３が嵌合する嵌合第３山目ねじ谷部位置で８００ＭＰａ、
第４ねじ山１３４が嵌合する嵌合第４山目ねじ谷部位置で８８０ＭＰａ、
第５ねじ山１３５が嵌合する嵌合第５山目ねじ谷部位置で９７０ＭＰａ、
第６ねじ山１３６が嵌合する嵌合第６山目ねじ谷部位置で８００ＭＰａ、
第７ねじ山１３７が嵌合する嵌合第７山目ねじ谷部位置で６００ＭＰａ、
第８ねじ山１３８が嵌合する嵌合第８山目ねじ谷部位置で４８０ＭＰａであった。
このサンプル４についても、嵌合第１山目ねじ谷部の応力を低下させることができ、さらに嵌合サンプル２に比べて全体的に平均化している。

図８（Ａ）は、サンプル５についてのピッチパターンを示し、図８（Ｂ）はその解析結果を示している。
このサンプル５のピッチパターンも、基本的には図３（Ｂ）のタイプであるが、第１ピッチを基準ピッチとし、第２ピッチから第５ピッチの基準ピッチに対する増分を徐々に増加させ、第６ピッチから第８ピッチの基準ピッチに対する増分を徐々に減少させたものである。
すなわち、
１山目が１．２５ｍｍ（０％）、
２山目が１．２５６２５ｍｍ（０．５％）、
３山目が１．２５７５ｍｍ（０．６％）、
４山目が１．２５９３７５ｍｍ（０．７５％）、
５山目が１．２６１２５ｍｍ（０．９％）、
６山目が１．２５８７５ｍｍ（０．７５％）、
７山目が１．２５７５ｍｍ（０．６％）、
８山目が１．２５６２５ｍｍ（０．５％）である。

このサンプル５における最大主応力の各ピーク値は、
ナットの第１ねじ山１３１が嵌合する嵌合第１山目ねじ谷部位置で８３０ＭＰａ、
第２ねじ山１３２が嵌合する嵌合第２山目ねじ谷部位置で８００ＭＰａ、
第３ねじ山１３３が嵌合する嵌合第３山目ねじ谷部位置で８３０ＭＰａ、
第４ねじ山１３４が嵌合する嵌合第４山目ねじ谷部位置で９１０ＭＰａ、
第５ねじ山１３５が嵌合する嵌合第５山目ねじ谷部位置で９６０ＭＰａ、
第６ねじ山１３６が嵌合する嵌合第６山目ねじ谷部位置で９００ＭＰａ、
第７ねじ山１３７が嵌合する嵌合第７山目ねじ谷部位置で６５０ＭＰａ、
第８ねじ山１３８が嵌合する嵌合第８山目ねじ谷部位置で５２０ＭＰａ、
であった。
このサンプル５も、嵌合第１山目ねじ谷部の応力を低下させることができ、さらに嵌合
サンプル２に比べてより平均化している。

図９（Ａ）は、本発明の参考例であるサンプル６についてのピッチパターンを示し、図９（Ｂ）はその解析結果を示している。
このサンプル６のピッチパターンは、基本的には図３（Ｃ）のタイプであり、
１山目〜４山目までが基準ピッチ１．２５ｍｍで、
５山目が０．２６１２５ｍｍ（０．９％）、
６山目が１．２５７５ｍｍ（０．６％）、
７山目が１．２５４３７５ｍｍ（０．３５％）、
８山目が１．２５１８７５ｍｍ（０．１５％）である。

このサンプル６における最大主応力の各ピーク値は、
ナットの第１ねじ山１３１が嵌合する嵌合第１山目ねじ谷部位置で１０００ＭＰａ、
第２ねじ山１３２が嵌合する嵌合第２山目ねじ谷部位置で７５０ＭＰａ、
第３ねじ山１３３が嵌合する嵌合第３山目ねじ谷部位置で５２０ＭＰａ、
第４ねじ山１３４が嵌合する嵌合第４山目ねじ谷部位置で４１０ＭＰａ、
第５ねじ山１３５が嵌合する嵌合第５山目ねじ谷部位置で５１０ＭＰａ、
第６ねじ山１３６が嵌合する嵌合第６山目ねじ谷部位置で８１０ＭＰａ、
第７ねじ山１３７が嵌合する嵌合第７山目ねじ谷部位置で７２０ＭＰａ、
第８ねじ山１３８が嵌合する嵌合第８山目ねじ谷部位置で５５０ＭＰａであった。
このサンプル６については、サンプル１乃至５に比較すると、嵌合第１山目ねじ谷部の応力はそれほど低下しないが、第６，第７，第８山目ねじ谷部位置の応力が増大しており、この第６，第７，第８ねじ山に荷重が分散されていることがわかる。
図１０（Ａ）は、サンプル７についてのピッチパターンを示し、図１０（Ｂ）はその解析結果を示している。
このサンプル７のピッチパターンも、基本的には図３（Ｂ）のタイプであるが、第１ピッチから第４ピッチの基準ピッチに対する増分を徐々に増加させ、第４ピッチから第８ピッチの基準ピッチに対する増分を対称的に徐々に減少させ、第８ピッチを基準ピッチとしたものである。
すなわち、
１山目が１．２５２５ｍｍ（０．２％）、
２山目が１．２５５ｍｍ（０．４％）、
３山目が１．２５７５ｍｍ（０．６％）、
４山目が１．２６ｍｍ（０．８％）、
５山目が１．２６７５ｍｍ（０．６％）、
６山目が１．２５５ｍｍ（０．４％）、
７山目が１．２５２５ｍｍ（０．２％）、
８山目が１．２５ｍｍ（０％）である。

このサンプル７における最大主応力の各ピーク値は、
ナットの第１ねじ山１３１が嵌合する嵌合第１山目ねじ谷部位置で７７０ＭＰａ、
第２ねじ山１３２が嵌合する嵌合第２山目ねじ谷部位置で７７０ＭＰａ、
第３ねじ山１３３が嵌合する嵌合第３山目ねじ谷部位置で７２０ＭＰａ、
第４ねじ山１３４が嵌合する嵌合第４山目ねじ谷部位置で９１０ＭＰａ、
第５ねじ山１３５が嵌合する嵌合第５山目ねじ谷部位置で９４０ＭＰａ、
第６ねじ山１３６が嵌合する嵌合第６山目ねじ谷部位置で７８０ＭＰａ、
第７ねじ山１３７が嵌合する嵌合第７山目ねじ谷部位置で６２０ＭＰａ、
第８ねじ山１３８が嵌合する嵌合第８山目ねじ谷部位置で５００ＭＰａ、
であった。
このサンプル７も、嵌合第１山目ねじ谷部の応力を低下させることができ、さらに嵌合
サンプル２に比べてより平均化している。
図１１は上記サンプル１から７の最大主応力ピーク値をピックアップしたグラフである。
基準ピッチの比較例１に対して、一律にピッチを広げた比較例２は、共に嵌合第１山目ねじ谷部から山数が進むにつれて右肩下がりに下がっていく傾向となるのに対して、本願発明のサンプル１乃至７では、サンプル６を除いて嵌合第１山目ねじ谷部から中間部までの前半の嵌合ねじ谷部の応力が低く、山数が進んだ中間部が若干大きく、さらに中間から後方の嵌合ねじ谷部で減少する傾向の応力パターンとなっている。
このように嵌合第１山目ねじ谷部から中間までの前半の嵌合ねじ谷部の応力よりも中間のねじ谷部の応力が大きくなるように設定しておけば、過度の外力が作用した場合、第１山目嵌合ねじ谷部側が上昇し中間の嵌合ねじ谷部側が低下することになり、外力に対する第１山目嵌合ねじ谷部の応力の上昇を抑えることができる。
また、図１２は、この実施例では、ナットの嵌合長が長い場合のサンプル８についての、応力の解析結果を示している。
ボルトの寸法は、上記サンプル１乃至７の場合と同様に、Ｍ１２×１．２５、有効径１１．０７、ねじ谷Ｒが０．１５６のボルトで、ナット高さ（２ｄ）が２４ｍｍ、有効径１
１．１８８，内径１０．６４７であり、嵌合するねじ山の数が１９山である。
比較例１のナットはねじ山間のピッチがすべて基準ピッチであり、比較例２のナットは７山目までが０．１５％基準ピッチより大きくしたものである。
これに対して、サンプル８のピッチパターンは、第１ピッチから第８ピッチの基準ピッチに対する増分を、サンプル７のパターンと同様に、第１ピッチから第４ピッチまでを徐々に増大させ、第４ピッチから第８ピッチの基準ピッチに対する増分を対称的に徐々に減少させ、第９ピッチ以後を基準ピッチとしたものである。
すなわち、
１山目が１．２５２５ｍｍ（０．２％）、
２山目が１．２５５ｍｍ（０．４％）、
３山目が１．２５７５ｍｍ（０．６％）、
４山目が１．２６ｍｍ（０．８％）、
５山目が１．２６７５ｍｍ（０．６％）、
６山目が１．２５５ｍｍ（０．４％）、
７山目が１．２５２５ｍｍ（０．２％）、
８山目が１．２５ｍｍ（０％）である。
このように嵌合長が長い場合でも、嵌合ねじ山間の隙間の範囲内で、嵌合第１山目ねじ谷部の応力を効果的に分散させることができ、第８山目〜９山目程度までの応力を平均化することができた。したがって、嵌合長さが長い場合でも、高い応力分散効果を発揮することができる。

図１は本発明の実施の形態に係るねじ締結構造を示すもので、同図（Ａ）は締結構造を模式的に示す要部断面図、同図（Ｂ）はめねじとおねじのピッチの関係を示す説明図である。 図２（Ａ）は本発明のナットのピッチパターンの一例を示す模式図、同図（Ｂ）は（Ａ）の締結状態を示す模式図である。 図３（Ａ）及び（Ｂ）は本発明のねじ締結構造のピッチパターンの各種構成例を示す図、（Ｃ）は参考例を示す図である。 図４は本発明のねじ締結構造の応力解析結果を示すもので、同図（Ａ）はナットのサンプル１のピッチパターンを示すグラフ、同図（Ｂ）はボルト軸の最大主応力を示すグラフである。 図５は本発明のねじ締結構造の応力解析結果を示すもので、同図（Ａ）はナットのサンプル２のピッチパターンを示すグラフ、同図（Ｂ）はボルト軸の最大主応力を示すグラフである。 図６は本発明のねじ締結構造の応力解析結果を示すもので、同図（Ａ）はナットのサンプル３のピッチパターンを示すグラフ、同図（Ｂ）はボルト軸の最大主応力を示すグラフである。 図７は本発明のねじ締結構造の応力解析結果を示すもので、同図（Ａ）はナットのサンプル４のピッチパターンを示すグラフ、同図（Ｂ）はボルト軸の最大主応力を示すグラフである。 図８は本発明のねじ締結構造の応力解析結果を示すもので、同図（Ａ）はナットのサンプル５のピッチパターンを示すグラフ、同図（Ｂ）はボルト軸の最大主応力を示すグラフである。 図９は本発明の参考例であるねじ締結構造の応力解析結果を示すもので、同図（Ａ）はナットのサンプル６のピッチパターンを示すグラフ、同図（Ｂ）はボルト軸の最大主応力を示すグラフである。 図１０は本発明のねじ締結構造の応力解析結果を示すもので、同図（Ａ）はナットのサンプル７のピッチパターンを示すグラフ、同図（Ｂ）はボルト軸の最大主応力を示すグラフである。 図１１はサンプル１乃至７の最大主応力のピーク値をまとめて記載したグラフである。 図１２は嵌合長の長いサンプル８の応力解析結果を示すもので、同図（Ａ）はナットのピッチパターンを示すグラフ、同図（Ｂ）はボルト軸の最大主応力を示すグラフである。 図１３（Ａ）は従来のねじ締結構造を示す要部断面図、同図（Ｂ）は全体的にナットのピッチを広げた場合のおねじとめねじの関係を示す要部断面図、同図（Ｃ）は嵌合部が長くなった場合のねじ山の干渉状態を示す図である。

符号の説明

１０ ナット
１１ ナット本体
１２ ねじ穴
１３ ねじ山
１３１〜１３８ 第１〜第８ねじ山（ナット側）
１４ ナット座面
２０ ボルト
２１ ねじ軸部
２２ 頭部
２３ ねじ山
２３１〜２３８ 第１〜第８ねじ山（ボルト側）
３０ 被締め付け部材
Ｐ１〜Ｐ８ ピッチ
Ｐｏ 基準ピッチ
δ１〜δ３ ピッチ増分

Claims (11)

1. 互いに螺合するめねじとおねじを備え、被締め付け部材をめねじとおねじによって締め付ける構成のねじ締結構造において、
   おねじのピッチは基準ピッチとして一定に形成されているのに対して、めねじのねじ山のピッチを、基準ピッチに対してめねじの締付座面から数えて第１番目の嵌合第１ねじ山側から徐々にめねじの山数の数山分を増加させる除変ピッチパターンとしたことを特徴とするねじ締結構造。
2. 前記めねじの徐変ピッチパターンは、各ねじ山のピッチについて連続的に変化させていることを特徴とする請求項１に記載のねじ締結構造。
3. 徐変ピッチパターンの各ピッチの増分は、基準ピッチに対する百分率で表すと、０．１５〜０．９％である請求項１または２に記載のねじ締結構造。
4. 前記百分率で表した各ピッチの増分の変化量は、０．２％である請求項３に記載のねじ締結構造。
5. めねじのねじ山のピッチを、基準ピッチに対して嵌合第１ねじ山側から徐々にめねじの山数の数山分を増加させる徐変ピッチパターンとしためねじを有するねじ部品。
6. 前記めねじの徐変ピッチパターンは、各ねじ山のピッチについて連続的に変化させていることを特徴とする請求項５に記載のねじ部品。
7. 徐変ピッチパターンの各ピッチの増分は、基準ピッチに対する百分率で表すと、０．１５〜０．９％である請求項５または６に記載のねじ部品。
8. 前記百分率で表した各ピッチの増分の変化量は、０．２％である請求項７に記載のねじ部品。
9. おねじのねじ山のピッチを、予め設定されためねじとの嵌合領域で基準ピッチに対して
   嵌合第１ねじ山側から徐々に嵌合領域の山数の数山分を小さくなるように変化させる徐変ピッチパターンとしたおねじを有するねじ部品。
10. 徐変ピッチパターンの後段のねじ山のピッチについては、徐々にピッチの増分が小さくなる構成を備えている請求項１乃至４のいずれかの項に記載のねじ締結構造。
11. 徐変ピッチパターンの後段のねじ山のピッチについては、徐々にピッチの増分が小さくなる構成を備えている請求項５乃至８のいずれかの項に記載のねじ部品。

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