JP7011852B2 - 緩み止めボルト及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、緩み止め構造を有する緩み止めボルト、並びに、その製造方法に関するものである。

特許文献１には、座金等を用いずに緩み止めを行い得る緩み止めリング付きボルトが開示されている。この従来のボルトは、ねじ軸のおねじ部外周に所定幅の無端環状溝が設けられ、この溝に、おねじ外径とほぼ同じ外径の合成樹脂製緩み止めリングが嵌着されている。このように、ボルトと緩み止めリングとを一体化することによって、締め付けにかかる手間並びに紛失のリスクを抑えることができる。

実願昭６０－１９５８６０号（実開昭６２―１００３２４号公報）のマイクロフィルム

特許文献１に開示された従来技術では、緩み止めリングの外径がねじ軸のおねじ外径とほぼ同じであり、且つ、ボルトの締め付け時に緩み止めリングの外周がめねじによってその螺旋方向に沿って削り取られることにより緩み止めリング外周にねじ溝が形成される。このため、緩み止めリングの外周に形成されるおねじの外径は、ねじ軸のおねじの外径とほぼ同じになる。

特許文献１の第４頁第１行目～第１３行目には、「このリング６による緩み止め効果は、高分子物質を主原料とするプラスチック特有の力学的性質、即ち外力による塑性変形と適宜な弾性変形とを備えているためである。このため外力を加えねじ穴に螺着した後、時間経過と共にもとの形に復元する弾性変形が生じ強力にめねじに密着するようになる。」、「この考案の緩み止めリング付きボルトは、これを使用する場合、所定のねじ穴に強い力で無理にねじ込むとリング６の外周面にねじ穴のめねじによって螺旋溝ができると共にこのリング６を介してめねじに隙間なく密着するようになり、機械の振動や衝撃によって緩むようなことがない。」との開示がある。

しかし、緩み止めリングのおねじの外径が、ねじ軸のおねじの外径とほぼ同じであるため、おねじ及びめねじの遊び側フランク同士は密着しないか、仮に密着してもその密着力は小さくなるはずである。上記特許文献１の記載は、おねじ及びめねじの荷重側フランク同士の密着力について言及しているものと解される。

また、上記従来技術によれば、ねじ穴への装着前は緩み止めリングの外周におねじが形成されておらず、ねじ穴に無理にボルトをねじ込むことによって緩み止めリングの外周にめねじを形成する。したがって、ボルトをねじ穴にねじ込む際に緩み止めリングの削り屑が大量に発生し、その削り屑がおねじとめねじの間に介在することとなる。このような削り屑の存在は、締結状態の安定性を阻害するとともに、長期間の時間経過に伴って削り屑が劣化して締結トルクが低下し、ボルトの緩みの原因となるおそれもある。

本開示は、一層優れた緩み止め効果を安定的に発揮し得る緩み止めリング付きボルト、並びに、その製造方法を提供することを目的とする。

本開示に係る緩み止めボルトは、雄ねじが外周に形成されたボルト軸部と、前記ボルト軸部の軸方向中途部に形成された溝部と、前記溝部に装着された緩み止めリングと、を有する。

前記緩み止めリングの外周には、前記ボルト軸部の雄ねじに連続する雄ねじが形成されていてよい。

前記緩み止めリングの雄ねじは、前記ボルト軸部の雄ねじよりも大きなねじ径を有していてよい。

前記緩み止めリングの雄ねじは、前記ボルト軸部が螺着される雌ねじに対して、遊び側フランク及び荷重側フランクのいずれにおいても密着するよう弾性変形可能に構成されていてよい。

また、本開示に係る緩み止めボルトの製造方法は、
前記ボルト軸部及び前記緩み止めリングの両方の前記雄ねじを転造によって同時に形成するステップと、
前記緩み止めリングの雄ねじのねじ径が、前記緩み止めリング自体の弾性復元力によって、転造時よりも転造後の方が大きくなるステップと
を有する。

さらに、本開示に係る緩み止めボルトの製造方法は、
前記雄ねじを形成する前に前記ボルト軸部の先端部を先細りするテーパー形状に形成するステップと、
前記ボルト軸部及び前記緩み止めリングに前記雄ねじを形成する前に、前記ボルト軸部を前記テーパー形状の先端部から前記緩み止めリング内に挿入していくことによって前記緩み止めリングを前記溝部に装着するステップと、
をさらに有していてよい。

好ましくは、前記緩み止めリングは、前記ボルト軸部よりも高い弾性を有する。

本開示に係る緩み止めボルトによれば、雌ねじと、緩み止めリングの雄ねじとが、荷重側フランク同士のみならず遊び側フランク同士においても密着して、大きな緩み止め作用を安定的に発揮できる。

また、本開示に係る緩み止めボルトの製造方法によれば、前記緩み止めリングを有するボルトを効率的に製造できる。さらに、ボルト軸部に雄ねじを形成する前に緩み止めリングをボルト軸部に装着すれば、その装着の際に、緩み止めリングがボルト軸部外周の雄ねじに引っかかることなく、装着作業を円滑化できる。また、ボルト軸部の先端部をテーパー形状に加工することで、緩み止めリング内へのボルト軸部の挿入作業を円滑に行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る緩み止めボルトの半断面側面図である。。 図２は、緩み止めボルトをねじ穴に装着した状態を示す断面図である。 図３は、雄ねじ形成前に緩み止めリングをボルト軸部に装着する工程を示す側面図である 図４は、緩み止めリングをボルト軸部に装着した状態（但し、雄ねじの形成前）を示す側面図である。 図５は、リング取付治具を用いる実施例を示す側面図である。 図６は、雄ねじを転造により形成する時の緩み止めボルトの縦断面図である。

図５は、発明の一実施形態に係る緩み止めボルト１を示す。緩み止めボルト１は、ボルト軸部２と、軸部２の基端部に一体的に設けられたボルト頭３と、軸部２の軸方向中途部に装着された緩み止めリング４とを備えている。

軸部２の外周には、先端部から軸方向所定範囲にわたって雄ねじ２ａが形成されているとともに、雄ねじ２ａ形成範囲の軸方向中途部に環状の溝部２ｂが形成されている。

緩み止めリング４は溝部２ｂ内に嵌着されており、緩み止めリング４の外周には、軸部２の雄ねじ２ａの螺旋形状に連続する螺旋形状を有する雄ねじ４ａが形成されている。溝部２ｂ及び溝部２ｂ内に装着されているリング４の軸長は、雄ねじ２ａ，４ａの１ピッチよりも大きく２ピッチよりも小さいことが好ましい。なお、雄ねじ２ａ，４ａは多条ねじであってもよいが、比較的小さな軸長のリング４外周に少なくとも１ピッチ分の雄ねじ４ａを形成するには１条ねじが好適である。

ボルト軸部２の成形材料は、鉄鋼若しくはステンレス鋼が好ましいが、その他チタン合金等の適宜の合金や合成樹脂材を用いることもでき、また、炭素繊維強化複合材料を用いることもできる。

ボルト頭３は、六角柱や円柱その他適宜の形状であってよい。また、ボルト頭３の天面には、すりわり、十字穴、六角穴、四角穴などの工具係合溝が形成されていてよい。ボルト頭３を設けない場合には、軸部２の基端面に、同様の工具係合溝を形成することができる。

緩み止めリング４の雄ねじ４ａは、軸部２の雄ねじ２ａよりも大きなねじ径を有するとともに、緩み止めリング４は、径方向及び軸方向の圧縮に対する復元弾性を有し、その特性により緩み止め機能を発揮するように構成される。

緩み止めリング６の成形材料は適宜のものであってよいが、例えば、熱硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマー、６６ナイロン、６ナイロン又はポリアミド６６などであってよく、また、これらの混合材料であってもよい。また、本発明の目的達成のために必要な復元弾性を有するものであれば、エラストマー以外の適宜の合成樹脂材料、例えばポリカーボネート樹脂材、ポリプロピレン樹脂材、フェノール樹脂材、エポキシ樹脂材、ポリウレタン樹脂材などを用いることもできる。

熱硬化性エラストマーとしては、天然ゴム若しくは合成ゴム（本明細書において樹脂系エラストマーを含む。）を用いることができる。合成ゴムとしては、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム又はシリコーンゴムなどを用いることができる。

熱可塑性エラストマーとしては、ポリスチレン系エラストマー、オレフィン／アルケン系エラストマー、ポリ塩化ビニル系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー又はポリアミド系エラストマーなどを用いることができる。

本実施形態に係る緩み止めボルト１においては、緩み止めリング４の雄ねじ４ａのねじ径が、軸部２の雄ねじ２ａのねじ径よりも僅かに大きい。より詳細には、雄ねじ４ａのねじ山頂部のおねじ外径が、雄ねじ２ａのねじ山頂部のおねじ外径よりも僅かに大きく、且つ、雄ねじ４ａのねじ谷底のおねじ谷径が、雄ねじ２ａのねじ谷底のおねじ谷径よりも僅かに大きい。好ましくは、軸部２の雄ねじ２ａのねじ径は、軸部２が螺着されるねじ穴５のねじ径よりも小さく、且つ、緩み止めリング４の雄ねじ４ａのねじ径は、ねじ穴５のねじ径よりも大きい。

図２は、緩み止めボルト１をねじ穴５に締結した状態を示している。軸部２の雄ねじ２ａとねじ穴５の雌ねじ５ａとは、荷重側フランク同士が接触するが、遊び側フランク同士は僅かに離間している。一方、緩み止めリング４の雄ねじ４ａとねじ穴５の雌ねじ５ａとは、荷重側フランク同士が接触するとともに、遊び側フランク同士もまた接触している。緩み止めリング４は、ねじ穴５に螺合していく際に、雌ねじ５ａによって外周側から圧縮されて弾性的に僅かに縮径変形し、リング４自体の弾性復元力によって雄ねじ４ａの荷重側及び遊び側のフランクがいずれも雌ねじ５ａの対応するフランクに密着する。これにより、大きな緩み止め作用が発揮される。

以下、緩み止めリング１の好適な製造方法を説明する。まず、図３に示すように、雄ねじが形成されていないが溝部２ｂが形成されたボルト軸部２Ａとボルト頭３とを有するボルト中間製造物と、雄ねじが形成されていない中間製造物としての緩み止めリング４Ａとを製作する。図に示すように、ボルト軸部２Ａの先端部は、先端側に至るにしたがって徐々に縮径する先細りのテーパー形状に形成しておくことが好ましい。

次に、図４に示すように、ボルト軸部２Ａをテーパー形状の先端部から緩み止めリング４Ａ内に挿入していくことによってリング４Ａを溝部２ｂに装着する。このとき、リング４Ａの外周部が、ボルト軸部２Ａの外周面よりも径方向外方に突出することが好ましい。

リング４Ａのボルト軸部２Ａへの装着作業は全て人手によって行ってもよいが、図５に示すように、リング取付治具７を用いて行うこともできる。リング取付治具７は、ボルト軸部２Ａを挿通可能な挿通穴７ａと、挿通穴７ａの開口端部に同心円状に設けられ且つ挿通穴７ａよりも大径のリング設置凹部７ｂとを有する。図に示されるように、リング設置凹部７ｂ内にリング４Ａを設置して、ボルト軸部２Ａを先端部からリング４Ａに挿入していくことで、容易且つ迅速にリング４Ａの装着作業を行うことができる。

なお、リング４Ａの軸方向幅は、溝部２ｂより大きいほうがより好ましい。これにより、リング４Ａが溝部２ｂ内に装着された状態で、リング４Ａが溝部２ｂの軸方向両側部に密着して、後述する転造工程における雄ねじ４ａの形成が安定化するとともに、雄ねじ４ａの形成後に緩み止めリング４が溝部２ｂ内で軸方向に移動することを防止できる。

次に、図６に示すように、転造ダイス８，９を用いて、軸部２Ａ及びリング４Ａの外周面に雄ねじ２ａ，４ａを同時に形成することによって、雄ねじ２ａ，４ａを有する軸部２及びリング４を得る。なお、転造ダイス８，９は、二つの平面ダイスの間にボルト軸部を挟み込んで雄ねじを形成する往復式、二つの丸形ダイスの間にボルト軸部を挟み込んで雄ねじを形成する回転２ロール式または、丸形ダイスとその円周外側に配置されるアーチ型のセグメントダイスとの間にボルト軸部を挟み込んで雄ねじを形成するセグメント式であってよく、その他適宜の転造方式を採用できる。

転造時には、軸部２Ａ及びリング４Ａの外周面がいずれも転造ダイス８，９によって外周側から押さえ付けられ、軸部２Ａの外周には塑性変形によって雄ねじ２ａが形成される。一方、リング４Ａは弾性的に縮径変形するとともに、リング４Ａの外周には塑性変形若しくはダイス８，９によって切削されることによって雄ねじ４ａが形成される。

弾性材料からなるリング４Ａの外周部の塑性変形による雄ねじ２ａの形成を行うには、リング４Ａの成形材料にもよるが、加熱によって可塑性が大きくなる材料の場合には、転造工程前に予めリング４Ａを加熱し、これによりリング４Ａの可塑性を大きくしておくことが好ましい。

図６に示されるように、転造工程におけるリング４の雄ねじ４ａのねじ径は、軸部２の雄ねじ２ａのねじ径と等しい。しかし、転造後、転造ダイス８，９からボルト１を取り出すと、リング４を縮径させる外力が解放されるため、リング４自体の弾性復元力によって図１に示すようにリング４が僅かに拡径して、リング４の雄ねじ４ａのねじ径がボルト軸部２の雄ねじ２ａのねじ径よりも大きくなる。

本実施形態によれば、緩み止めリング４の外周に転造により予め雄ねじ４ａを形成しているので、ねじ穴５にボルト１を締結する際に削り屑が大量に発生することがなく、締結トルクが安定化するとともに、雄ねじと雌ねじとの間に介在する削り屑が時間経過とともに劣化することによる影響が小さいので、長期間の経過後も緩み止め効果を維持することができる。

また、転造によって軸部２Ａ及び緩み止めリング４Ａの外周に同時に雄ねじ２ａ，４ａを形成するため、雄ねじ２ａ，４ａの形成のための工程数を減らすことができ、生産性が向上する。

また、軸部２Ａの先端部をテーパー形状に加工しておくことで、緩み止めリング４Ａの装着を容易かつ迅速に行うことができる。

また、雄ねじ２ａが形成されていない軸部２Ａに対してリング４Ａを装着するので、軸部２Ａにリング４Ａを装着する際の引っかかりの原因となる雄ねじが軸部２Ａに存在せず、容易に装着することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。。例えば、ボルト頭３は設けられていなくともよい。また、緩み止めリング４及び溝部２ｂの断面形状は、半円状や三角形状等の適宜の形状であってよく、また、緩み止めリング４の断面形状と溝部２ｂの断面形状とが異なっていてもよい。また、上記実施形態に係る製造方法では雄ねじ２ａ，４ａを形成する前に軸部２にリング４を装着したが、軸部２及びリング４に予め雄ねじ２ａ，４ａを形成した後、雄ねじ４ａを有するリング４を軸部２に装着してもよい。

１ 緩み止めボルト
２ ボルト軸部
２Ａ 雄ねじ形成前の中間製造物としてのボルト軸部
２ａ 雄ねじ
２ｂ 溝部
４ 緩み止めリング
４Ａ 雄ねじ形成前の中間製造物としての緩み止めリング
４ａ 雄ねじ

Claims (2)

1. 雄ねじ（２ａ）が外周に形成されたボルト軸部（２）と、前記ボルト軸部（２）の軸方向中途部に形成された溝部（２ｂ）と、前記溝部（２ｂ）に装着された緩み止めリング（４）と、を有し、前記緩み止めリング（４）の外周に、前記ボルト軸部（２）の雄ねじ（２ａ）に連続する雄ねじ（４ａ）が形成されており、前記緩み止めリング（４）の雄ねじ（４ａ）は、前記ボルト軸部（２）の雄ねじ（２ａ）よりも大きなねじ径を有し、前記緩み止めリング（４）の雄ねじ（４ａ）は、前記ボルト軸部（２）が螺着される雌ねじ（５ａ）に対して、遊び側フランク及び荷重側フランクのいずれにおいても密着するよう弾性変形可能に構成されている緩み止めボルト（１）の製造方法であって、
   前記ボルト軸部（２）及び前記緩み止めリング（４）の両方の前記雄ねじ（２ａ，４ａ）を転造によって同時に形成するステップと、
   前記緩み止めリング（４）の雄ねじ（４ａ）のねじ径が、前記緩み止めリング（４）自体の弾性復元力によって、転造時よりも転造後の方が大きくなるステップと
   を有することを特徴とする、
   緩み止めボルトの製造方法。
2. 前記雄ねじ（２ａ）を形成する前に前記ボルト軸部（２Ａ）の先端部を先細りするテーパー形状に形成するステップと、
   前記ボルト軸部（２）及び前記緩み止めリング（４）に前記雄ねじ（２ａ，４ａ）を形成する前に、前記ボルト軸部（２Ａ）を前記テーパー形状の先端部から前記緩み止めリング（４Ａ）内に挿入していくことによって前記緩み止めリング（４Ａ）を前記溝部（２ｂ）に装着するステップと、
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の緩み止めボルトの製造方法。

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