JP5481602B2 - ねじ締結装置 - Google Patents

Description

本発明はねじ締結装置に関する。より詳しくは、雌ねじ部および雄ねじ部に形成された複数のねじ山を結合させて別個の二つの部材を締結するねじ締結装置に関する。

ねじ締結装置は、別個の二つの部材を締結するための方法として広く用いられてきた。図８はねじ結合により二つの部材を締結する従来のねじ締結装置のねじ結合構造を示す。ねじ締結装置１００は、通常、雌ねじ部１１０に形成された複数のねじ山と雄ねじ部１２０に形成された複数のねじ山とを結合させて、雌ねじ部１１０が形成された部材と雄ねじ部１２０が形成された部材を締結および固定するように構成される。

図８に示すような従来のねじ締結装置１００において、雌ねじ部１１０および雄ねじ部１２０に形成された複数のねじ山の４つのねじ面（即ち、ねじのクレスト（ｃｒｅｓｔ）１１１、１２１、ねじのルート（ｒｏｏｔ）１１２、１２２、スタブフランク（ｓｔａｂｆｌａｎｋ）１１３、１２３およびロードフランク（ｌｏａｄｆｌａｎｋ）１１４、１２４）は直線状に形成される。また、従来のねじ締結装置１００は、ねじ締結装置１００が締結されるとき、雌ねじ部１１０のロードフランク１１４と雄ねじ部１２０のロードフランク１２４とが互いに接触してねじ締結装置１００を締結するように構成される。

このような従来のねじ締結装置１００は、ねじ結合方向と反対の方向（図８におけるＢ方向）に外力が作用すると、雌ねじ部１１０のロードフランク１１４および雄ねじ部１２０のロードフランク１２４がこのような外力を受容するように構成される。従って、このような従来のねじ締結装置１００において、ねじ結合方向と反対の方向（図８におけるＢ方向）に大きな外力が作用すると、雌ねじ部１１０のロードフランク１１４の端部（図８におけるＸ）部分および雄ねじ部１２０のロードフランク１２４の端部（図８におけるＹ）部分に大きな応力が印加され、雌ねじ部１１０および雄ねじ部１２０のねじ山が破損することがある。

従来のねじ締結装置１００は、図８に示すように、ロードフランク１１４、１２４がねじ結合軸に垂直な直線と正の角度αをなすように、即ち、ロードフランク１１４とねじのクレスト１１１、そして、ロードフランク１２４とねじのクレスト１２１が鈍角βをなすように構成されている。このような構造では、ねじ結合を解除しようとする方向に外力が加えられると、雌ねじ部１１０が雄ねじ部１２０の外側方向（図８におけるＤ方向）に力を受ける。従って、このような従来のねじ締結装置は、ねじ結合を解除しようとする方向に作用する比較的小さなサイズの外力によっても容易に解除され得る。

本発明は、従来のねじ締結装置における前述のような問題を解消するためのものである。詳しくは、本発明は、ねじ締結を安定的に維持し、ロードフランクの端部における応力の集中を最小化することができて、より一層長い使用寿命を提供するねじ締結装置に関するものである。

本発明は、雌ねじ部に形成された複数のねじ山と雄ねじ部に形成された複数のねじ山を結合させて二つの別個の部材を締結および固定するねじ締結装置を提供する。

本発明によるねじ締結装置１は、軸方向に沿って形成された複数のねじ山を介して互いに締結される雌ねじ部１０および雄ねじ部２０を含む。ねじ締結装置１の雌ねじ部１０および雄ねじ部２０のねじ山は、それぞれ、ねじ山の周方向に形成されたねじのクレスト１１、２１およびねじのルート１２、２２と、ねじのクレスト１１、２１とねじのルート１２、２２とを連結するスタブフランク１３、１４およびロードフランク２３、２４とからなる。雌ねじ部１０のねじのルート１２は軸方向に沿って延びる直線部１５と窪んだ形状のラウンド部１６とを含み、雄ねじ部２０のねじのルート２２は窪んだ形状のラウンド部２６を含む。本発明のねじ締結装置１は、ロードフランク１４、２４の端部に応力が集中して雌ねじ部１０および雄ねじ部２０のねじ山が破損するのを防ぐ。また、本発明のねじ締結装置１は、雌ねじ部１０のねじのルート１２の一部に直線部１５を形成して、雄ねじ部２０がねじ結合軸から雌ねじ部１０の一側にずれて雌ねじ部１０に締結されるのを防ぐように構成される。本発明のねじ締結装置１において、好ましくは、雄ねじ部２０に形成されたねじのルート２２のラウンド部２６は雌ねじ部１０のねじのルート１２に形成されたラウンド部１６より大きい半径を有する。ねじ結合時、雄ねじ部２０のロードフランク２４は雌ねじ部２０のロードフランク１４より大きい応力を受けることになるため、雄ねじ部２０のねじのルート２２に形成されたラウンド部２６を雌ねじ部１０のねじのルート１２に形成されたラウンド部１６より大きい半径に形成して、雄ねじ部２０に印加される応力をより減少させるのがよい。

本発明のねじ締結装置１において、好ましくは、雄ねじ部２０のねじのルート２２におけるラウンド部２６は実質的に完全な円弧状に形成される。雄ねじ部２０のねじのルート２２におけるラウンド部２６を直線部を含まない完全な円弧状に形成することによって、ねじ締結装置１はラウンド部２６の曲率半径を最大にしてロードフランク２４に印加される応力をより減少させる。

また、本発明のねじ締結装置１は、スタブフランク１３、２３に対してねじ締結方向（図２および図５におけるＡ方向）の後方に位置するロードフランク１４、２４がねじ結合軸に垂直な直線と負の角αをなすように、即ち、ロードフランク１４、２４が対応するねじのクレスト１１、２１と鋭角をなすように構成される。このような構成により、ねじ締結装置１は、ねじ結合を解除しようとする方向に作用する外力により雌ねじ部１０と雄ねじ部２０のねじ結合が解除されるのを防止し、ねじ結合を強固に維持することができる。より好ましくは、ねじ締結装置１のロードフランク１４、２４とねじのクレスト１１、２１は８３度以上９０度未満の角度をなすのがよい。

また、本発明は、本発明によるねじ締結装置１を含む圧延機を提供する。

前述したように、本発明によるねじ締結装置は軸方向に平行な直線部と窪んだ形状のラウンド部とを含み、直線部によって、雄ねじ部がねじ結合軸から雌ねじ部の一側にずれて雌ねじ部と締結されるのを防ぐことができ、窪んだ形状のラウンド部によって、ロードフランクの端部に応力が集中して雌ねじ部が破損するのを防ぐことができる。また、本発明のねじ締結装置では、雄ねじ部のねじのルートは、雌ねじ部のねじのルートに形成されたラウンド部より大きい曲率半径を有するラウンド部を含むため、本発明のねじ締結装置は雄ねじ部のロードフランクに印加される応力を減少させることができ、ねじ締結装置の使用寿命をより一層向上させることができる。

さらに、本発明のねじ締結装置は、雌ねじ部および雄ねじ部のロードフランクを、ねじ結合軸に垂直な直線と負の角をなすように、即ち、ロードフランクがねじのルートと鋭角をなすように構成され、ねじ結合を解除しようとする方向の外力が作用する場合にも、ねじ結合を強固に維持できるようにする。

本発明によるねじ締結装置を有する圧延機の断面図である。 図１に示す圧延機のねじ締結部Ｚの拡大断面図であり、本発明の一実施形態におけるねじ締結装置がねじ結合された状態を示す。 図２に示すねじ締結装置の雌ねじ部を示す断面図である。 図２に示すねじ締結装置の雄ねじ部を示す断面図である。 本発明の他の実施形態におけるねじ締結装置がねじ結合された状態を示す断面図である。 図５に示すねじ締結装置の雌ねじ部を示す断面図である。 図５に示すねじ締結装置の雄ねじ部を示す断面図である。 従来のねじ締結装置を示す断面図である。

以下で、本発明によるねじ締結装置１を添付の図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明によるねじ締結装置１によって圧延機の二つの構成要素が互いに結びついている圧延機の一部を示し、図２は、図１に示す圧延機のねじ締結部Ｚのねじ結合構造を示す。

図２に示すように、ねじ締結装置１は軸方向に沿って形成された複数のねじ山を有する雌ねじ部１０および雄ねじ部２０を含み、雄ねじ部２０のねじ山と雌ねじ部１０のねじ山を結合させて二つの別個の部材を締結および固定するように構成されている。

図３は、図２に示すねじ締結装置１の雌ねじ部１０の形状を示す。雌ねじ部１０は軸方向に沿って形成された複数のねじ山からなり、それぞれのねじ山は４つのねじ面からなっている。具体的には、雌ねじ部１０のねじ山は、ねじ山の周方向に形成されたねじのクレスト１１およびねじのルート１２と、ねじのクレスト１１とねじのルート１２とを連結するスタブフランク１３およびロードフランク１４とを含む。

雌ねじ部１０のねじのクレスト１１は、通常のねじ締結装置のように軸方向に平行に形成されている。雌ねじ部１０のねじのルート１２は軸方向に沿って延びる直線部１５と、窪んだラウンド部１６とを含む。図８に示す通常のねじ締結装置とは異なり、本発明のねじ締結装置１は、ねじのルート１２とロードフランク１４が連結する部分を窪んだ形状のラウンド部１６として形成することによって、ロードフランク１４の端部に応力が集中して雌ねじ部１０が破損するのを防ぐ。また、本発明のねじ締結装置１は、雌ねじ部１０のねじのルート１２の一部を軸方向に平行な直線部１５に形成することによって、雄ねじ部２０がねじ結合軸から雌ねじ部１０の一側にずれて雌ねじ部１０に締結されるのを防ぐ。例えば、ロードフランク１４の端部に応力が集中するのを防ぐために雌ねじ部１０のねじのルート１２を直線部を含まない完全なラウンド形状に形成した場合、ねじ締結装置は雄ねじ部２０がねじ結合軸から雌ねじ部１０の一側にずれて雌ねじ部１０に締結されるのを防ぐことができず、ねじ締結装置１が不安定な状態に締結され得る。しかし、本発明のねじ締結装置１は、ねじのルート１２の一部を軸方向に平行な直線部１５として形成することによって、雄ねじ部２０が雌ねじ部１０の直線部１５を越えてずれて雌ねじ部１０に締結されるのを防ぐ。

また、雌ねじ部１０のねじのクレスト１１およびねじのルート１２はねじ結合方向（図２におけるＡ方向）の前方に位置するスタブフランク１３およびねじ結合方向の後方に位置するロードフランク１４により連結される。図３に示すように、本発明のねじ締結装置１は、ロードフランク１４がねじ結合軸に垂直な直線と負の角αをなすように、即ち、ロードフランク１４がねじのクレスト１１と鋭角βをなすように構成される。このように、ロードフランク１４をねじ結合軸に垂直な直線と負の角αをなすように形成することによって、ねじ結合を解除しようとする外力が作用する場合、雌ねじ部１０は内側に（図２におけるＣ方向に）力を受けるようになり、使用中に雄ねじ部２０が雌ねじ部１０から解除されるのを防ぎ、雌ねじ部１０と雄ねじ部２０の結合状態を安定的に維持させる。また、ロードフランク１４がねじ結合軸に垂直な直線となす負の角αがあまりに大きいと、ロードフランク１４の端部に大きな応力が印加されねじ山を破損させる。従って、ロードフランク１４はねじのクレスト１１と８３度以上９０度未満の角度βをなすのが好ましい。

図４は、図２に示すねじ締結装置１の雄ねじ部２０の形状を示す。図４に示すように、雄ねじ部２０は軸方向に沿って形成された複数のねじ山からなっている。具体的には、雄ねじ部２０のねじ山は、ねじ山の周方向に形成されたねじのクレスト２１およびねじのルート２２と、ねじのクレスト２１とねじのルート２２とを連結するスタブフランク２３およびロードフランク２４とを含む。

前述した雌ねじ部１０と類似して、雄ねじ部２０のねじのクレスト２１は軸方向と平行に形成され、雌ねじ部２０のねじのルート２２は軸方向に沿って延びる直線部２５と、窪んだ形状のラウンド部２６とを含む。ねじ締結装置１は図４に示すように、ねじのルート２２とロードフランク２４が連結される部分を窪んだ形状のラウンド部２６として形成することによって、ロードフランク２４の端部に応力が集中して雄ねじ部２０が破損するのを防ぐ。

通常、ねじ結合装置の雄ねじ部２０と雌ねじ部１０との締結時、雄ねじ部２０のロードフランク２４は雌ねじ部１０のロードフランク１４より大きい応力を受けるようになる。雄ねじ部２０と雌ねじ部１０のねじ締結時にねじ締結装置の各部分に作用する応力の分布を解析した結果によれば、雌ねじ部１０のロードフランク１４は、通常雄ねじ部２０のロードフランク２４に印加される応力の６０〜８０％の応力のみを受ける。従って、ねじ締結装置１は、一般的に雌ねじ部１０より雄ねじ部２０がまず破損するようになり、このため雌ねじ部１０が使用可能であるにもかかわらずねじ締結装置１を交換しなければならないということが発生する。このような問題を解消するために、本発明のねじ締結装置１は、雄ねじ部２０のねじのルート２２に形成されたラウンド部２６の曲率半径を雌ねじ部１０のねじのルート１２に形成されたラウンド部１６の曲率半径より大きく形成している。このように、本発明のねじ締結装置１は、雄ねじ部２０のねじのルート２２に形成されたラウンド部２６を雌ねじ部１０のねじのルート１２に形成されたラウンド部１６より大きい曲率半径で形成することによって、雄ねじ部２０のロードフランク２４に印加される応力をより減少させてねじ締結装置１の使用寿命をより一層向上させる。

図５は、本発明の他の実施形態におけるねじ締結装置１を示しており、図６と図７はそれぞれ図５に示すねじ締結装置１の雌ねじ部１０および雄ねじ部２０を示す。図２に示すねじ締結装置１の構成要素と類似の構成要素は、図２に示すねじ締結装置と同一の図面符号で指示する。

図５に示すように、本実施形態のねじ締結装置１は、軸方向に沿って形成された複数のねじ山を有する雌ねじ部１０および雄ねじ部２０を含む。また、図６および図７に示すように、本実施形態のねじ締結装置１の雌ねじ部１０および雄ねじ部２０は、雄ねじ部２０のねじのルート２２の形状を除いては、図２に示すねじ締結装置１と類似の形状を有する。

図７は、図５に示すねじ締結装置１の雄ねじ部２０のねじのルート２２の形状を示す。本実施形態におけるねじ締結装置１は、雄ねじ部２０のねじのルート２２が実質的に完全な円弧状に形成されている。このように、雄ねじ部２０のねじのルート２２を直線部を含まない完全な円弧状に形成することによって、本発明のねじ締結装置１は雄ねじ部２０のロードフランク２４に印加される応力をより減少させてねじ締結装置１の使用寿命をより一層向上させる。

また、図２に示す実施形態と類似して、本実施形態のねじ締結装置１における雌ねじ部１０および雄ねじ部２０は、ロードフランク１４、２４がねじ結合軸に垂直な直線と負の角αをなすように構成されている。従って、本実施形態のねじ締結装置１はねじ結合を解除しようとする方向の外力に抵抗して雌ねじ部１０と雄ねじ部２０の結合状態を安定的に維持することができる。

前述した本発明の実施形態は例示として説明したものであって、本発明を限定するものではない。本発明が適用される技術分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で多様な変形および修正を加えることが可能である。

Claims (5)

1. 軸方向に沿って形成された複数のねじ山を介して互いに締結される雌ねじ部および雄ねじ部を有するねじ締結装置であって、
   前記雌ねじ部および雄ねじ部のねじ山は、それぞれ、ねじ山の周方向に形成されたねじのクレストおよびねじのルートと、前記ねじのクレストとねじのルートとを連結するスタブフランクおよびロードフランクとを有し、
   前記雌ねじ部のねじのルートは軸方向に沿って延びる直線部および当該直線部よりも軸方向と直交する方向に窪んだラウンド部を含み、
   前記雄ねじ部のねじのルートは窪んだラウンド部を含み、
   前記雄ねじ部のラウンド部の曲率半径は前記雌ねじ部のラウンド部の曲率半径より大きい、
   ねじ締結装置。
2. 前記雄ねじ部のラウンド部が完全な円弧状に形成される、請求項１に記載のねじ締結装置。
3. スタブフランクに対してねじ締結方向の後方に位置するねじ山のロードフランクとねじのクレストとがなす角度が９０度よりも小さい、請求項１に記載のねじ締結装置。
4. スタブフランクに対してねじ締結方向の後方に位置するねじ山のロードフランクとねじのクレストとがなす角度が８３度以上９０度未満である、請求項３記載に記載のねじ締結装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のねじ締結装置を含む圧延機。

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