JP6228203B2 - ねじ部品及びねじ部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、頭部座面近傍まで転造によるねじ山が形成されているねじ部品及びその製造方法に関する。

従来のこの種のねじ部品としては、たとえば特許文献１に記載のような全ねじボルトが知られている。この特許文献１に記載の全ねじボルトは、ねじ軸に形成されるねじ山を頭部の座面ぎりぎりまで設け、さらに頭部座面と不完全ねじ部のねじ終端の間に、ねじ谷径と同じ径の「結び入れ部」を形成している。
この特許文献１の「結び入れ部」というのは、頭部座面近傍のねじの無い首部のことであり、不完全ねじ部の谷径及び首部を、ねじ谷径と同じ径とすることにより、めねじ側のねじ山が不完全ねじ部の谷部に干渉しないようにし、ボルトをナットに螺合した場合に、ボルトの頭部座面がナットの座面に密着するように構成したものである。

しかしながら、この特許文献１の全ねじボルトの場合は、たとえば、図３に示すように、ボルト１０１の不完全ねじ部１２６及び首部１２４がナット１３０のねじ山と干渉しないとしても、首部１２４の付け根には首下アール部１２８が存在しているため、最終的に、この首下アール部１２８がめねじ穴の開口縁と干渉し、頭部座面１１１がナット１３０の座面に完全には密着しないという問題が生じる。締め付けトルクを大きくすれば、密着はするものの、首下アール部１２８やナットの口縁が損傷するおそれがある。
そこで、首部１２４及び首下アール部１２８を切削して細くすることが考えられるが、強度が低下し、しかも首部１２４に応力が集中して破断するおそれがある。

特開２００２−１４７４２５号公報

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、頭部座面を完全に密着させることができ、しかも強度の高いねじ部品及びねじ部品の製造方法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、頭部と、該頭部から延びるねじ軸とを備え、ねじ軸には、完全ねじ山が形成された平行ねじ部と、ねじ山の無い首部と、平行ねじ部から首部に向けて、谷径が完全ねじ山と同一で、かつ山高さが徐々に低くなって首部に至る不完全ねじ山が形成された移行ねじ部と、首部と頭部座面との隅角部に設けられる首下アール部と、を備えたねじ部品において、
前記首部は、前記平行ねじ部の谷径の９６％〜９８％まで細く絞られた加工硬化状態となっていることを特徴とする。
前記頭部座面と平行ねじ部の完全ねじ山の終端までの距離が１．５ピッチ以内となっていることが好ましい。
また、本発明のねじ部品の製造方法は、頭部と、該頭部から延びるねじ軸とを備え、ねじ軸には、完全ねじ山が形成された平行ねじ部と、ねじ山の無い首部と、平行ねじ部から首部に向けて、谷径が完全ねじ山と同一で、かつ山高さが徐々に低くなって首部に至る不完全ねじ山が形成された移行ねじ部と、首部と頭部座面との隅角部に設けられる首下アール部と、を備えたねじ部品の製造方法であって、
前記首部を、前記平行ねじ部及び移行ねじ部の転造時に、転造によって平行ねじ部の谷径の９６％〜９８％まで細く絞って加工硬化させることを特徴とする。
前記首下部は、頭部加工するヘッダ加工時に予備成形され、転造時に仕上げ加工されることが好ましい。

本発明によれば、首部の径を平行ねじ部の谷径より小さく設定しているので、首部の径はめねじの内径よりも小さく、基本的にめねじのねじ山とは干渉しない。首下アール部は、頭部座面に向けて、円弧状に大径となる形状で、首部の径が平行ねじ部の谷径より小さいので、首下アール部は干渉することなくめねじ穴に入り込み、頭部座面に近い部分は末広がり状に頭部座面と平行に近い状態となるので、めねじのねじ山との干渉が回避され、頭部座面をめねじ部材の座面に完全に密着させることができる。
また、首部の径が平行ねじ部の谷径より小さくても、加工硬化によって平行ねじ部により強度が高く設定しているので、破断する場合は平行ねじ部で破断し、首部で破断して頭部が締結箇所から脱離するおそれが無く、安全性が高い。
首部の径を平行ねじ部の谷径の９８％程度以下とすれば、加工硬化による強度向上が十分となる。あまり細くすると、加工硬化の度合いは大きくなるが断面積が減少するため、強度が低下していく傾向にあり、９６％〜９８％程度に設定することが効果的である。

（Ａ）は本発明の実施の形態に係るねじ部品を示す全体図、（Ｂ）は締結状態を示す図である。 （Ａ）は本発明のねじ部品と従来のねじ部品のねじ全体の引張試験結果を示すグラフ、（Ｂ）は本発明のねじ部品の首部の引張試験結果を示すグラフである。 従来のねじ部品における首下アール部の干渉状態を示す図である。

以下に、本発明を、図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るねじ部品を示している。図において、１はねじ部品を示すもので、このねじ部品１は、頭部１０と、頭部１０から延びるねじ軸２０とを備え、ねじ軸には、完全ねじ山が形成された平行ねじ部２２と、ねじ山の無い首部２４と、平行ねじ部２２から首部２４に向けて不完全ねじ山が形成された移行ねじ部２６と、首部２４と頭部座面１１との隅角部に設けられる首下アール部２８と、を備えている。
本願発明は、首部２４の径Ｄを、平行ねじ部２２の谷径ｄよりも細く絞って加工硬化させたものである。首部２４の径は平行ねじ部２２の谷径の９６％〜９８％に設定することが好ましい。

この実施の形態では、ねじ部品１として六角ボルトを例示しており、頭部１０は六角柱形状で、その下面の頭部座面１１は、ねじ軸２０の中心軸線に対して直交方向に張り出している。もちろん、六角ボルトに限定されるわけではなく、頭部形状については特に限定されない。
移行ねじ部２６は、谷部が平行ねじ部２２の谷径と同一で、かつ不完全ねじ山２６ａの高さが、平行ねじ部から首部２４に向かって徐々に低くなるような形状で、ねじ山の形状は、歪みの無いねじ山形状で連続するようになっている。
首部２４は、平行ねじ部２２及び移行ねじ部２６の谷径よりも、細く絞られた断面円形状の円筒面となっている。首部２４の頭部座面との付け根部に、断面円弧状の首下アール部２８が形成されている。首下アール部２８は、頭部加工時に予備成形され、転造時に仕上げ成形された部分である。

首下アール部２８は、頭部座面１１に向かって、頭部座面１１に近づくほど円弧状に大きく拡がる末広がり形状となっている。
この例では、首部２４を円筒面としているが、首部２４が凹状に湾曲していてもよい。また、首部２４の長さが短い場合には、首部が首下アール部２８の一部によって構成されていてもよい。

この実施の形態では、頭部座面１１から、完全ねじ山２２ａの終端（不完全ねじ山２６ａへの移行開始位置）までの距離Ｐ１を、１．５ピッチ以内とし、移行ねじ部２６の軸方向の範囲、完全ねじ山２２ａの終端から不完全ねじ山の終端までの距離Ｐ２が、１ピッチ程度に設定され、不完全ねじ山２６ａの終端から頭部座面１１までの間に、首部２４、首下アール部２８が連続して形成されている。
上記頭部座面１１から完全ねじ山２２ａの終端までの距離Ｐ１は、締結する板材の板厚及び締付力に応じて設定する。高い締付力を得る場合は、ねじ山がせん断破壊するためナット内（めねじ）に完全ねじ山の山数をなるべく多く確保する必要がある。
移行ねじ部２６の範囲は、小径ボルトでは山高さとねじ外形部の円周長の関係から、５０°は加工困難であり、５０°以上に設定されることが好ましく、範囲としては、１８０°から３６０°程度（一巻き分）にしてもよく、適宜設定される。

このねじ軸２０の平行ねじ部２２、移行ねじ部２６は転造によって成形されるもので、首部２４についても、平行ねじ部２２、移行ねじ部２６の転造時に転造によって成形される。転造については、特に図示しないが、転造型によって、移行ねじ部２６の谷径を平行ねじ部２２の谷径と同一径となるように転造する。
首下アール部２８は、頭部加工時に予備成形され、転造時に仕上げ成形された部分である。

次に、本実施の形態のねじ部品の作用について説明する。
図１（Ｂ）に示すように、ナット等のめねじ部材３０のめねじ穴３２に締め付ける場合を想定すると、ねじ軸２０は、平行ねじ部２２から移行ねじ部２６まで、谷径が同一径で続いているので、めねじ穴３２のねじ山３２ａと干渉することなく、移行ねじ部２６までめねじ穴３２に入り込み、首部２４の径も平行ねじ部２２の谷径より小径なので、首部２４まで干渉することなく入り込む。

さらに、首下アール部２８は、頭部座面１１に向けて、円弧状に大径となる形状で、首部２４の径が平行ねじ部２２の谷径より小さいので、首下アール部２８は干渉することなくめねじ穴３２に入り込み、頭部座面１１に近い部分は末広がり状に頭部座面１１と平行に近い状態となるので、めねじのねじ山３２ａとの干渉が回避され、頭部座面１１をめねじ部材３０の座面に完全に密着させることができ、締め付け力を高くすることができる。

また、首部２４の径が平行ねじ部２２の谷径より小さくても、加工硬化によって平行ねじ部２２により強度が高くなっているので、破断する場合は平行ねじ部２２で破断し、首部２４で破断して頭部１０が締結箇所から外れるおそれが無く、安全性が高い。
この点、従来のものと比較すると、従来は、首部は平行ねじ部の谷径程度と想定され、首部まではねじ孔に挿入可能であるが、最終的に首下アール部が干渉し、頭部座面と相手部材の対向面との間に微小な隙間が生じてしまう。締め付けトルクを大きくすると、隙間を解消できるが、干渉した部分のねじ山が部分的に潰れてしまう。

また、薄板鋼板等の薄板を締結する場合を想定すると、基本的に相手めねじ部品の対向面に密接するまでねじ込み可能なので、どんな肉厚の板材についても締結可能である。

図２（Ａ）は、通常の転造ボルトと、首部を絞った本発明の実施品と、首部を切削によって細くした切削品についての、ねじ全体の引張試験結果を比較して示している。
切削品では、従来の転造ボルトに対して引張り強度が低下し、しかも破断個所が首部であったのに対し、本発明品の場合には、首部が細くなっているが、通常ボルトと同等の引張り強さを有し、しかも破断部位はねじ部であり、仮に破断した場合でも、締結部が外れるおそれはない。
図２（Ｂ）は、本発明の実施品の首部２４の引張試験結果を示している。
試験は、転造径が強度大、中、小のサンプルを容易し、絞り率を変えて試験を行った。上記図２（Ａ）の本発明の実施品のサンプルは、転造径が強度大のサンプルである。
グラフから明らかなように、首部２４の径を小さくするにしたがって、徐々に引張り強度が上昇し、９６％〜９８％の間で最大となり、絞り量が大きくなるにしたがって、徐々に強度が低下していく傾向となっている。強度が低下していくのは、加工硬化の度合いは大きくなるが断面積が減少するためであり、軸径を谷径に対し、９６％〜９８％程度に設定しておけば、最大強度を得ることができる。
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形状、構造を選択することができる。

１ ねじ部品
１０ 頭部
１１ 頭部座面
２０ ねじ軸
２２ 平行ねじ部
２４ 首部
２６ 移行ねじ部
２６ａ 不完全ねじ山
２８ 首下アール部
３０ めねじ部材
３２ めねじ穴
３２ａ ねじ山
ｄ 平行ねじ部の谷径
Ｄ 首部の軸径
Ｐ１ 頭部座面１１から完全ねじ山２２ａの終端までの距離
Ｐ２ 完全ねじ山２２ａの終端から不完全ねじ山の終端までの距離

Claims (4)

1. 頭部と、該頭部から延びるねじ軸とを備え、ねじ軸には、完全ねじ山が形成された平行ねじ部と、ねじ山の無い首部と、平行ねじ部から首部に向けて、谷径が完全ねじ山と同一で、かつ山高さが徐々に低くなって首部に至る不完全ねじ山が形成された移行ねじ部と、首部と頭部座面との隅角部に設けられる首下アール部と、を備えたねじ部品において、
   前記首部は、前記平行ねじ部の谷径の９６％〜９８％まで細く絞られた加工硬化状態となっていることを特徴とするねじ部品。
2. 前記頭部座面と平行ねじ部の完全ねじ山の終端までの距離が１．５ピッチ以内となっている請求項１に記載のねじ部品。
3. 頭部と、該頭部から延びるねじ軸とを備え、ねじ軸には、完全ねじ山が形成された平行ねじ部と、ねじ山の無い首部と、平行ねじ部から首部に向けて、谷径が完全ねじ山と同一で、かつ山高さが徐々に低くなって首部に至る不完全ねじ山が形成された移行ねじ部と、首部と頭部座面との隅角部に設けられる首下アール部と、を備えたねじ部品の製造方法であって、
   前記首部を、前記平行ねじ部及び移行ねじ部の転造時に、転造によって平行ねじ部の谷径の９６％〜９８％まで細く絞って加工硬化させるねじ部品の製造方法。
4. 前記首下部は、頭部加工するヘッダ加工時に予備成形され、転造時に仕上げ加工される請求項３に記載のねじ部品の製造方法。

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