JP7316123B2 - ボルトおよびナット - Google Patents
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Description
本発明は、標準のナットと組み合わせることにより緩み止め効果を奏するボルトと、標準のボルトと組み合わせることにより緩み止め効果を奏するナットとに関する。
従来から、締結対象物を締結する手段としてボルトおよびナットが広く用いられている。特に、締結対象物が振動を受ける環境に置かれている場合は、振動によって緩み難いボルトやナットが使われている。例えば、ボルトの先端の溝に弾性部材を介在させたボルトが提案されている（特許文献１）。また、２つのナットを組み合わせたものが提案されている（特許文献２）。
しかし、前述した従来のボルトは、ボルト以外の部材が必要であるため、ボルトの締結作業効率が悪いし、製造コストが高いという問題がある。また、前述した従来のナットもナットが２つ必要であるため、ナットの締結作業効率が悪いし、製造コストが高いという問題がある。
つまり、前述した従来のボルトおよびナットは、締結作業効率が悪いし、製造コストが高いという問題がある。
つまり、前述した従来のボルトおよびナットは、締結作業効率が悪いし、製造コストが高いという問題がある。
そこで、本発明は、上述した諸課題を解決するために鋭意研究の結果創出されたものであり、締結作業効率を高めることができるとともに製造コストを低減することができ、かつ、緩み止め効果を高めることができるボルトおよびナットを実現することを主な目的とする。
（第１発明に係るボルト）
前述した目的を達成するため、本出願の第１発明に係るボルトは、
ねじ山の角度が６０°の金属製の標準ナット（５０）に締結される金属製のボルト（２０）であって、
雄ねじ（ＭＳ）は、
当該ボルト（２０）の先端（２７）側に形成された標準雄ねじ部（２５）と、
当該ボルト（２０）の頭部（２１）側に形成された食い込み雄ねじ部（２４）と、を有し、
前記標準雄ねじ部（２５）は、ねじ山の角度が６０°に形成されており、
前記食い込み雄ねじ部（２４）は、
前記雄ねじ（ＭＳ）の谷底（２４ａ）側に形成されており、ねじ山の角度（α）が６０°であって、前記標準雄ねじ部（２５）の呼び径（ｄ）と同じ径の標準部（２４ｃ）と、
前記標準部（２４ｃ）の頂部から外方に向けて突出形成されており、ねじ山の角度（γ）が１９°～２１°であって、前記標準雄ねじ部（２５）の呼び径（ｄ）よりも大径の呼び径（Φ４）を有する食い込み部（２４ｄ）と、を有し、
さらに、当該ボルト（２０）を前記標準ナット（５０）に螺合したときに、前記食い込み部（２４ｄ）が前記標準ナット（５０）の雌ねじ（ＦＳ２）の谷底（５１）に食い込むように形成されており、かつ、前記標準ナット（５０）の締結および戻し（緩め）を繰り返すことが可能なことを特徴とする。
前述した目的を達成するため、本出願の第１発明に係るボルトは、
ねじ山の角度が６０°の金属製の標準ナット（５０）に締結される金属製のボルト（２０）であって、
雄ねじ（ＭＳ）は、
当該ボルト（２０）の先端（２７）側に形成された標準雄ねじ部（２５）と、
当該ボルト（２０）の頭部（２１）側に形成された食い込み雄ねじ部（２４）と、を有し、
前記標準雄ねじ部（２５）は、ねじ山の角度が６０°に形成されており、
前記食い込み雄ねじ部（２４）は、
前記雄ねじ（ＭＳ）の谷底（２４ａ）側に形成されており、ねじ山の角度（α）が６０°であって、前記標準雄ねじ部（２５）の呼び径（ｄ）と同じ径の標準部（２４ｃ）と、
前記標準部（２４ｃ）の頂部から外方に向けて突出形成されており、ねじ山の角度（γ）が１９°～２１°であって、前記標準雄ねじ部（２５）の呼び径（ｄ）よりも大径の呼び径（Φ４）を有する食い込み部（２４ｄ）と、を有し、
さらに、当該ボルト（２０）を前記標準ナット（５０）に螺合したときに、前記食い込み部（２４ｄ）が前記標準ナット（５０）の雌ねじ（ＦＳ２）の谷底（５１）に食い込むように形成されており、かつ、前記標準ナット（５０）の締結および戻し（緩め）を繰り返すことが可能なことを特徴とする。
（第１発明の効果）
第１発明のボルトによれば、標準ナットに螺合したときに、食い込み雄ねじ部の食い込み部を標準ナットの雌ねじの谷底に食い込ませることができるため、締結および戻しを繰り返しても、緩み止め効果の高い状態を維持することができる。
しかも、ボルト単体で緩み止めを行うことができ、ボルト以外の部品が不要である。
したがって、締結作業効率を高めることができ、かつ、製造コストを低減することができ、さらに、緩み止め効果を高めることができるボルトを実現することができる。
また、第１発明のボルトは、雄ねじのうち、標準ナットを螺合する先端部の側には標準雄ねじ部が形成されているため、一般的な標準ボルトを標準ナットに締結するときの要領で第１発明のボルトの標準雄ねじ部を、例えば指で第１発明のボルトを回転させて標準ナットに螺合することができる。
第１発明のボルトによれば、標準ナットに螺合したときに、食い込み雄ねじ部の食い込み部を標準ナットの雌ねじの谷底に食い込ませることができるため、締結および戻しを繰り返しても、緩み止め効果の高い状態を維持することができる。
しかも、ボルト単体で緩み止めを行うことができ、ボルト以外の部品が不要である。
したがって、締結作業効率を高めることができ、かつ、製造コストを低減することができ、さらに、緩み止め効果を高めることができるボルトを実現することができる。
また、第１発明のボルトは、雄ねじのうち、標準ナットを螺合する先端部の側には標準雄ねじ部が形成されているため、一般的な標準ボルトを標準ナットに締結するときの要領で第１発明のボルトの標準雄ねじ部を、例えば指で第１発明のボルトを回転させて標準ナットに螺合することができる。
ところで、標準部の頂部（標準部および食い込み部の境界）を標準雄ねじ部の呼び径の基点となる部位よりも外側に設定すると、当該ボルトを標準ナットに螺合するときに、標準部の頂部と、標準ナットの雌ねじのフランク面とが干渉するため、螺合が困難となる。
しかし、第１発明のボルトは、標準部の頂部（標準部および食い込み部の境界）が標準雄ねじ部の呼び径と同じ径であるため、標準部の頂部と、標準ナットの雌ねじのフランク面とが干渉しないので、当該ボルトを標準ナットに螺合することができる。
しかし、第１発明のボルトは、標準部の頂部（標準部および食い込み部の境界）が標準雄ねじ部の呼び径と同じ径であるため、標準部の頂部と、標準ナットの雌ねじのフランク面とが干渉しないので、当該ボルトを標準ナットに螺合することができる。
（第２発明に係るナット）
前述した目的を達成するため、本出願の第２発明に係るナットは、
ねじ山の角度が６０°の金属製の標準ボルト（３０）に締結される金属製のナット（１０）であって、
雌ねじ（ＦＳ）は、
当該雌ねじ（ＦＳ）の一端側に形成された標準雌ねじ部（１３）と、
当該雌ねじ（ＦＳ）の他端側に形成された食い込み雌ねじ部（１４）と、を有し、
前記標準雌ねじ部（１３）は、ねじ山の角度が６０°に形成されており、
前記食い込み雌ねじ部（１４）は、
雌ねじ（ＦＳ）の谷底（１４ａ）側に形成されており、ねじ山の角度が６０°であって、前記標準雌ねじ部（１３）の内径（Ｄ１）と同じ径の標準部（１４ｃ）と、
前記標準部（１４ｃ）の頂部から内方に向けて突出形成されており、ねじ山の角度（β）が４３°～４４°であって、前記標準雌ねじ部（１３）の内径（Ｄ１）よりも小径の内径（Φ１）を有する食い込み部（１４ｄ）と、を有し、
さらに、当該ナット（１０）を前記標準ボルト（３０）に螺合したときに、前記食い込み部（１４ｄ）が前記標準ボルト（３０）の雄ねじ（ＭＳ２）の谷底（３４）に食い込むように形成されており、かつ、前記標準ボルト（３０）に対する締結および戻し（緩め）を繰り返すことが可能であることを特徴とする。
前述した目的を達成するため、本出願の第２発明に係るナットは、
ねじ山の角度が６０°の金属製の標準ボルト（３０）に締結される金属製のナット（１０）であって、
雌ねじ（ＦＳ）は、
当該雌ねじ（ＦＳ）の一端側に形成された標準雌ねじ部（１３）と、
当該雌ねじ（ＦＳ）の他端側に形成された食い込み雌ねじ部（１４）と、を有し、
前記標準雌ねじ部（１３）は、ねじ山の角度が６０°に形成されており、
前記食い込み雌ねじ部（１４）は、
雌ねじ（ＦＳ）の谷底（１４ａ）側に形成されており、ねじ山の角度が６０°であって、前記標準雌ねじ部（１３）の内径（Ｄ１）と同じ径の標準部（１４ｃ）と、
前記標準部（１４ｃ）の頂部から内方に向けて突出形成されており、ねじ山の角度（β）が４３°～４４°であって、前記標準雌ねじ部（１３）の内径（Ｄ１）よりも小径の内径（Φ１）を有する食い込み部（１４ｄ）と、を有し、
さらに、当該ナット（１０）を前記標準ボルト（３０）に螺合したときに、前記食い込み部（１４ｄ）が前記標準ボルト（３０）の雄ねじ（ＭＳ２）の谷底（３４）に食い込むように形成されており、かつ、前記標準ボルト（３０）に対する締結および戻し（緩め）を繰り返すことが可能であることを特徴とする。
（第２発明の効果）
第２発明のナットによれば、当該ナットを標準ボルトに螺合したときに、食い込み雌ねじ部の食い込み部を標準ボルトの雄ねじの谷底に食い込ませることができるため、締結および戻しを繰り返しても、緩み止め効果の高い状態を維持することができる。
しかも、ナット単体で緩み止めを行うことができ、ナット以外の部材が不要である。
したがって、締結作業効率を高めることができるとともに製造コストを低減することができ、かつ、緩み止め効果を高めることができるナットを実現することができる。
また、第２発明のナットは、雌ねじのうち、当該雌ねじの一端側には標準雌ねじ部が形成されているため、一般的な標準ナットを標準ボルトに螺合するときの要領で第３発明のナットの標準雌ねじ部を、例えば指で第３発明のナットを回転させて標準ボルトに螺合することができる。
第２発明のナットによれば、当該ナットを標準ボルトに螺合したときに、食い込み雌ねじ部の食い込み部を標準ボルトの雄ねじの谷底に食い込ませることができるため、締結および戻しを繰り返しても、緩み止め効果の高い状態を維持することができる。
しかも、ナット単体で緩み止めを行うことができ、ナット以外の部材が不要である。
したがって、締結作業効率を高めることができるとともに製造コストを低減することができ、かつ、緩み止め効果を高めることができるナットを実現することができる。
また、第２発明のナットは、雌ねじのうち、当該雌ねじの一端側には標準雌ねじ部が形成されているため、一般的な標準ナットを標準ボルトに螺合するときの要領で第３発明のナットの標準雌ねじ部を、例えば指で第３発明のナットを回転させて標準ボルトに螺合することができる。
ところで、標準部の頂部（標準部および食い込み部の境界）を標準雌ねじ部の内径の基点となる部位よりも内側（雌ねじの中心線側）に設定すると、当該ナットを標準ボルトに螺合するときに、標準部の頂部と、標準ボルトの雄ねじのフランク面とが干渉するため、螺合が困難となる。
しかし、第２発明のナットは、標準部の頂部（標準部および食い込み部の境界）が標準雌ねじ部の内径と同じ径であるため、標準部の頂部と、標準ボルトの雄ねじのフランク面とが干渉しないので、当該ナットを標準ボルトに螺合することができる。
しかし、第２発明のナットは、標準部の頂部（標準部および食い込み部の境界）が標準雌ねじ部の内径と同じ径であるため、標準部の頂部と、標準ボルトの雄ねじのフランク面とが干渉しないので、当該ナットを標準ボルトに螺合することができる。
なお、上記各括弧内の符号および図番は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
締結作業効率を高めることができるとともに製造コストを低減することができ、かつ、緩み止め効果を高めることができるボルトおよびナットを実現することができる。
［ナットの構造］
本発明に係るナットの実施形態について図１ないし図４を参照しつつ説明する。
図１に示すように、本実施形態のナット１０は、六角部１１と、フランジ部１２とを有するフランジ付きナット（座付きナット）である。フランジ部１２の上に六角部１１が形成されている。フランジ部１２は円環状に形成されており、六角部１１は六角ナット状に形成されている。フランジ部１２の中央には、ボルトの先端を挿入する第１の孔１７が開口形成されており、六角部１１の中央には、第１の孔１７から挿入されたボルトの先端が突出する第２の孔１８が開口形成されている。第１の孔１７と第２の孔１８との間には、貫通孔１９が貫通形成されている。貫通孔１９の内周面には、ボルトの雄ねじと螺合する雌ねじＦＳが形成されている。雌ねじＦＳは、第１の孔１７の側に形成された標準雌ねじ部１３と、第２の孔１８の側に形成された食い込み雌ねじ部１４とを有する。
本発明に係るナットの実施形態について図１ないし図４を参照しつつ説明する。
図１に示すように、本実施形態のナット１０は、六角部１１と、フランジ部１２とを有するフランジ付きナット（座付きナット）である。フランジ部１２の上に六角部１１が形成されている。フランジ部１２は円環状に形成されており、六角部１１は六角ナット状に形成されている。フランジ部１２の中央には、ボルトの先端を挿入する第１の孔１７が開口形成されており、六角部１１の中央には、第１の孔１７から挿入されたボルトの先端が突出する第２の孔１８が開口形成されている。第１の孔１７と第２の孔１８との間には、貫通孔１９が貫通形成されている。貫通孔１９の内周面には、ボルトの雄ねじと螺合する雌ねじＦＳが形成されている。雌ねじＦＳは、第１の孔１７の側に形成された標準雌ねじ部１３と、第２の孔１８の側に形成された食い込み雌ねじ部１４とを有する。
ナット１０は、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１が、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１よりも小径に形成されていることを特徴とする。
また、食い込み雌ねじ部１４の有効長ｍ１は、２．０～２．５ｍｍであり、標準雌ねじ部１３の有効長ｍ２は、３．７～４．５ｍｍである。また、六角部１１の二面幅ｓは、９．７８～１０．０ｍｍであり、対角距離ｎは、１１．０５ｍｍである。フランジ部１２の外径は、１４．２ｍｍであり、肉厚ｔは、１．１ｍｍである。
また、標準雌ねじ部１３と食い込み雌ねじ部１４との境界には、雌ねじＦＳの内径が変化する部位である段部１５が形成されている。段部１５では、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１が、１周する間に、次第に食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１に螺旋状に変化する。
また、食い込み雌ねじ部１４の有効長ｍ１は、２．０～２．５ｍｍであり、標準雌ねじ部１３の有効長ｍ２は、３．７～４．５ｍｍである。また、六角部１１の二面幅ｓは、９．７８～１０．０ｍｍであり、対角距離ｎは、１１．０５ｍｍである。フランジ部１２の外径は、１４．２ｍｍであり、肉厚ｔは、１．１ｍｍである。
また、標準雌ねじ部１３と食い込み雌ねじ部１４との境界には、雌ねじＦＳの内径が変化する部位である段部１５が形成されている。段部１５では、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１が、１周する間に、次第に食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１に螺旋状に変化する。
このように、雌ねじＦＳのうち、ボルトの先端を挿入する第１の孔１７の側には標準雌ねじ部１３が形成されているため、一般的なナットをボルトに螺合するときの要領でナット１０の標準雌ねじ部１３を、例えば指でナット１０を回転させてボルトに螺合することができる。そして、ボルトの先端が段部１５に到達すると、そこからは小径の食い込み雌ねじ部１４に移行するため、標準雌ねじ部１３にボルトを螺合したときの締結トルクよりも大きい締結トルクが必要となるので、ナット１０の締結作業を行う者は、ボルトの先端が食い込み雌ねじ部１４の領域に進入したと認識することができる。
そしてさらに、ナット１０の締結を進めると、ナット１０の食い込み雌ねじ部１４がボルトの雄ねじの谷底に食い込みながら、ボルトの先端が第２の孔１８に向けて移動する。そして、ナット１０のフランジ部１２の底面が締結対象物に着座したときに締結作業を中止すると、食い込み雌ねじ部１４がボルトの雄ねじの谷底に食い込んだ状態となり、緩み止めが効いた状態になる。
そしてさらに、ナット１０の締結を進めると、ナット１０の食い込み雌ねじ部１４がボルトの雄ねじの谷底に食い込みながら、ボルトの先端が第２の孔１８に向けて移動する。そして、ナット１０のフランジ部１２の底面が締結対象物に着座したときに締結作業を中止すると、食い込み雌ねじ部１４がボルトの雄ねじの谷底に食い込んだ状態となり、緩み止めが効いた状態になる。
（食い込み雌ねじ部１４の構造）
図２に示すように、食い込み雌ねじ部１４を形成するねじ山１４Ｔは、雌ねじの谷底１４ａ側に形成され標準部１４ｃと、ねじ山１４Ｔの頂部１４ｂ側に形成された食い込み部１４ｄとを有する。標準部１４ｃのねじ山１４Ｔの角度αは６０°であり、食い込み部１４ｄのねじ山１４Ｔの角度βは４３°～４４°である。標準部１４ｃと食い込み部１４ｄとの境界、つまり、ねじ山１４Ｔの角度がαからβに変化する境界である変化点Ｖは、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１の基点となる部位１４ｆに相当する部位である。このように、食い込み雌ねじ部１４を形成するねじ山１４Ｔの角度は、谷底１４ａから頂部１４ｂに向かう途中で、基点となる部位１４ｆから狭角になっているため、食い込み部１４ｄの頂部１４ｂは、基点となる部位１４ｆよりも突出している。また、頂部１４ｂは、ねじ山の角度αが６０°のまま変化しない標準構造のねじ山の頂部Ｎ２よりも突出している。
つまり、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１は、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１よりも小径になっている。
なお、ナット１０がメートル平目ネジで呼び径Ｄが６．０ｍｍのＭ６ナットである場合は、標準雌ねじ部１３および食い込み雌ねじ部１４の各ピッチＰは、それぞれ１．０ｍｍであり、雌ねじ有効径Ｄ２は、それぞれ５．３５０～５．５００ｍｍである。また、標準雌ねじ部１３のねじ山の高さＨは、０．８６６ｍｍである。
図２に示すように、食い込み雌ねじ部１４を形成するねじ山１４Ｔは、雌ねじの谷底１４ａ側に形成され標準部１４ｃと、ねじ山１４Ｔの頂部１４ｂ側に形成された食い込み部１４ｄとを有する。標準部１４ｃのねじ山１４Ｔの角度αは６０°であり、食い込み部１４ｄのねじ山１４Ｔの角度βは４３°～４４°である。標準部１４ｃと食い込み部１４ｄとの境界、つまり、ねじ山１４Ｔの角度がαからβに変化する境界である変化点Ｖは、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１の基点となる部位１４ｆに相当する部位である。このように、食い込み雌ねじ部１４を形成するねじ山１４Ｔの角度は、谷底１４ａから頂部１４ｂに向かう途中で、基点となる部位１４ｆから狭角になっているため、食い込み部１４ｄの頂部１４ｂは、基点となる部位１４ｆよりも突出している。また、頂部１４ｂは、ねじ山の角度αが６０°のまま変化しない標準構造のねじ山の頂部Ｎ２よりも突出している。
つまり、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１は、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１よりも小径になっている。
なお、ナット１０がメートル平目ネジで呼び径Ｄが６．０ｍｍのＭ６ナットである場合は、標準雌ねじ部１３および食い込み雌ねじ部１４の各ピッチＰは、それぞれ１．０ｍｍであり、雌ねじ有効径Ｄ２は、それぞれ５．３５０～５．５００ｍｍである。また、標準雌ねじ部１３のねじ山の高さＨは、０．８６６ｍｍである。
（食い込み深さと緩み止め効果との関係）
本願発明者らは、ナット１０を標準ボルトに螺合したとき、ナット１０の食い込み部１４ｄが、標準ボルトの雄ねじの谷底に食い込むとともに、食い込み部１４ｄの頂部が塑性変形して雄ねじＭＳ２のフランク面３３（図４）を圧接することにより、緩み止め効果が出ると考えた。また、食い込み部１４ｄの食い込み深さが深すぎると、必要以上に大きな締結トルクが必要となるし、ボルトが破断するおそれがある。また、逆に、食い込み深さが浅すぎると緩み止め効果が小さくなると考えた。
そこで、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが変化すると、食い込み深さが変化することに着目し、ねじ山の角度βと食い込み深さとの関係を調べた。以下、その調べた内容について図３を参照しつつ説明する。
本願発明者らは、ナット１０を標準ボルトに螺合したとき、ナット１０の食い込み部１４ｄが、標準ボルトの雄ねじの谷底に食い込むとともに、食い込み部１４ｄの頂部が塑性変形して雄ねじＭＳ２のフランク面３３（図４）を圧接することにより、緩み止め効果が出ると考えた。また、食い込み部１４ｄの食い込み深さが深すぎると、必要以上に大きな締結トルクが必要となるし、ボルトが破断するおそれがある。また、逆に、食い込み深さが浅すぎると緩み止め効果が小さくなると考えた。
そこで、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが変化すると、食い込み深さが変化することに着目し、ねじ山の角度βと食い込み深さとの関係を調べた。以下、その調べた内容について図３を参照しつつ説明する。
図３（Ａ）は食い込み部１４ｄの拡大図であり、（Ｂ）は食い込み部１４ｄの各部位の寸法を計算するための説明図である。ここでは、ＪＩＳ規格の雌ねじ内径Ｄ１の基点となる部位、つまり、ナット１０の変化点Ｖから食い込み部１４ｄの頂部１４ｂまでの深さｇを計算により求める。深さｇは、ナット１０を標準ボルトに締結したときの食い込み部１４ｄの頂部１４ｂが、雄ねじの谷底に食い込む深さである。以下、深さｇを食い込み深さｇという。図３（Ａ）に示す符号ｗは、食い込み部１４ｄを形成するタップの限界幅であり、食い込み部１４ｄの頂部１４ｂは、幅ｗの制約を受けるため、食い込み深さｇは、頂部１４ｂの幅がｗとなる深さに制限される。本実施形態では、ｗ＝０．０４ｍｍである。以下では、メートル平目ネジで呼び径６．０ｍｍのＭ６ナットと共通の部分については、Ｍ６ナットの寸法を用いる。
（１）ねじ山の角度βが４２°のとき
図３（Ｂ）から、次の式１および式２が成立する。
ｔａｎθ１＝ｂ／ａ ・・・（式１）
ｔａｎθ２＝ｂ／ｃ ・・・（式２）
式１から求めたｂ＝ａ・ｔａｎθ１を式２に代入すると、次の式３が求まる。
ｔａｎθ２＝ａ・ｔａｎθ１／ｃ ・・・（式３）
式３から食い込み深さｃを求める式を導くと、
図３（Ｂ）から、次の式１および式２が成立する。
ｔａｎθ１＝ｂ／ａ ・・・（式１）
ｔａｎθ２＝ｂ／ｃ ・・・（式２）
式１から求めたｂ＝ａ・ｔａｎθ１を式２に代入すると、次の式３が求まる。
ｔａｎθ２＝ａ・ｔａｎθ１／ｃ ・・・（式３）
式３から食い込み深さｃを求める式を導くと、
ｃ＝ａ×（ｔａｎθ１／ｔａｎθ２） ・・・（式４）
また、ｔａｎθ２＝ｆ／ｅ ・・・（式５）
式５から、ｅを求める式を導くと、
式５から、ｅを求める式を導くと、
ｅ＝ｆ／ｔａｎθ２ ・・・（式６）
また、
ｇ＝ｃ－ｅ ・・・（式７）
であるから、式７に式４および式６を代入すると、
ｇ＝ｃ－ｅ ・・・（式７）
であるから、式７に式４および式６を代入すると、
ｇ＝ａ×（ｔａｎθ１／ｔａｎθ２）－（ｆ／ｔａｎθ２） ・・・（式８）
また、ａ＝Ｈ／４＝０．２１６ｍｍであり、θ１＝α／２＝３０°であり、θ２＝β／２＝２１°、ｆ＝ｗ／２＝０．０２ｍｍである。これらの数値を式８に代入すると、
ｇ＝０．２１６ｍｍ×（０．１２５／０．３８４）－（０．０２ｍｍ／０．３８４）＝０．２７３ｍｍとなる。
つまり、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４２°のときは、食い込み深さｇが、０．２７３ｍｍである。また、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１の平均値が、５．０３５ｍｍである場合は、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１は、５．０３５ｍｍ－（０．２７３ｍｍ×２）＝４．４８９ｍｍである。
ｇ＝０．２１６ｍｍ×（０．１２５／０．３８４）－（０．０２ｍｍ／０．３８４）＝０．２７３ｍｍとなる。
つまり、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４２°のときは、食い込み深さｇが、０．２７３ｍｍである。また、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１の平均値が、５．０３５ｍｍである場合は、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１は、５．０３５ｍｍ－（０．２７３ｍｍ×２）＝４．４８９ｍｍである。
（２）ねじ山の角度βが４３°のとき
θ２＝β／２＝２１．５°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によって食い込み深さｇを求めると、
ｇ＝０．２６６ｍｍとなる。
つまり、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４３°のときは、食い込み深さｇが、０．２６６ｍｍである。また、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１が、５．０３５ｍｍである場合は、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１は、５．０３５ｍｍ－（０．２６６ｍｍ×２）＝４．５０３ｍｍである。
θ２＝β／２＝２１．５°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によって食い込み深さｇを求めると、
ｇ＝０．２６６ｍｍとなる。
つまり、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４３°のときは、食い込み深さｇが、０．２６６ｍｍである。また、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１が、５．０３５ｍｍである場合は、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１は、５．０３５ｍｍ－（０．２６６ｍｍ×２）＝４．５０３ｍｍである。
（３）ねじ山の角度βが４４°のとき
θ２＝β／２＝２２°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によって食い込み深さｇを求めると、
ｇ＝０．２５９ｍｍとなる。
つまり、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４４°のときは、食い込み深さｇが、０．２５９ｍｍである。また、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１が、５．０３５ｍｍである場合は、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１は、５．０３５ｍｍ－（０．２５９ｍｍ×２）＝４．５１７ｍｍである。
θ２＝β／２＝２２°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によって食い込み深さｇを求めると、
ｇ＝０．２５９ｍｍとなる。
つまり、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４４°のときは、食い込み深さｇが、０．２５９ｍｍである。また、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１が、５．０３５ｍｍである場合は、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１は、５．０３５ｍｍ－（０．２５９ｍｍ×２）＝４．５１７ｍｍである。
（４）ねじ山の角度βが４５°のとき
θ２＝β／２＝２２．５°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によって食い込み深さｇを求めると、
ｇ＝０．２５３ｍｍとなる。
つまり、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４５°のときは、食い込み深さｇが、０．２５３ｍｍである。また、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１が、５．０３５ｍｍである場合は、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１は、５．０３５ｍｍ－（０．２５３ｍｍ×２）＝４．５２９ｍｍである。
θ２＝β／２＝２２．５°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によって食い込み深さｇを求めると、
ｇ＝０．２５３ｍｍとなる。
つまり、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４５°のときは、食い込み深さｇが、０．２５３ｍｍである。また、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１が、５．０３５ｍｍである場合は、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１は、５．０３５ｍｍ－（０．２５３ｍｍ×２）＝４．５２９ｍｍである。
（５）ねじ山の角度βが４６°のとき
θ２＝β／２＝２３°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によって食い込み深さｇを求めると、
ｇ＝０．２４７ｍｍとなる。
つまり、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４６°のときは、食い込み深さｃが、０．２４７ｍｍである。また、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１が、５．０３５ｍｍである場合は、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１は、５．０３５ｍｍ－（０．２４７ｍｍ×２）＝４．５４１ｍｍである。
θ２＝β／２＝２３°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によって食い込み深さｇを求めると、
ｇ＝０．２４７ｍｍとなる。
つまり、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４６°のときは、食い込み深さｃが、０．２４７ｍｍである。また、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１が、５．０３５ｍｍである場合は、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１は、５．０３５ｍｍ－（０．２４７ｍｍ×２）＝４．５４１ｍｍである。
（考察１）
上述した計算結果から、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βを大きくすると、食い込み深さｇが浅くなり、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βを小さくすると、食い込み深さｇが深くなることが分かった。図４は、図２に示す食い込み部１４ｄが標準ボルト３０の雄ねじＭＳ２の谷底３４に食い込んだ状態を示す説明図である。図中、網目のハッチング領域は、食い込み部１４ｄの食い込み領域ｋを示す。
上述した計算結果から、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βを大きくすると、食い込み深さｇが浅くなり、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βを小さくすると、食い込み深さｇが深くなることが分かった。図４は、図２に示す食い込み部１４ｄが標準ボルト３０の雄ねじＭＳ２の谷底３４に食い込んだ状態を示す説明図である。図中、網目のハッチング領域は、食い込み部１４ｄの食い込み領域ｋを示す。
（実験１）
本願発明者らは、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４４°のナット１０を製造し、ナット１０の緩み止め効果を実証する実験を行った。ナットを締結する標準ボルトとして、ＪＩＳ規格のＭ６ボルト（メートル平目ネジ、公差ｇ）を使用した。また、性能の比較対象として、ＪＩＳ規格のＭ６ナット（メートル平目ネジ、公差ｇ）に対して自動車メーカーが定める締結トルク（２．９４Ｎ・ｍ）および戻しトルク（０．４５Ｎ・ｍ）を用いた。各ナットの材質は、冷間圧造用炭素鋼Ｓ４５Ｃである。以下、ナット１０を発明ナットと称し、比較対象のＭ６ナットを標準ナットと称する。
実験では、固定したボルトに対してナットの締結および戻し（緩め）を１回と数え、５回を１セットとし、計５セット行った。また、締結および戻しには、トルクレンチを使用した。そして、ナットがボルトに着座したときのトルクレンチの数値を締結トルクとして記録した。また、ナットがボルトに着座した状態が解除されたときのトルクレンチの数値を戻しトルクとして記録した。
本願発明者らは、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４４°のナット１０を製造し、ナット１０の緩み止め効果を実証する実験を行った。ナットを締結する標準ボルトとして、ＪＩＳ規格のＭ６ボルト（メートル平目ネジ、公差ｇ）を使用した。また、性能の比較対象として、ＪＩＳ規格のＭ６ナット（メートル平目ネジ、公差ｇ）に対して自動車メーカーが定める締結トルク（２．９４Ｎ・ｍ）および戻しトルク（０．４５Ｎ・ｍ）を用いた。各ナットの材質は、冷間圧造用炭素鋼Ｓ４５Ｃである。以下、ナット１０を発明ナットと称し、比較対象のＭ６ナットを標準ナットと称する。
実験では、固定したボルトに対してナットの締結および戻し（緩め）を１回と数え、５回を１セットとし、計５セット行った。また、締結および戻しには、トルクレンチを使用した。そして、ナットがボルトに着座したときのトルクレンチの数値を締結トルクとして記録した。また、ナットがボルトに着座した状態が解除されたときのトルクレンチの数値を戻しトルクとして記録した。
（実験１の結果）
実験１の結果を図１０の表２および図１１の表３に示す。表２および表３に示すように、発明ナットは、同じ回では、締結トルクと戻しトルクとの差が小さい。換言すると、発明ナットを外すときは、締結トルクと同程度の戻しトルクが必要となる。つまり、発明ナットの食い込み雌ねじ部１４がボルトの雄ねじの谷底に食い込んだ状態が維持されていることが分かる。これに対して、標準ナットは、戻しトルクが締結トルクの約１／６．５であり、１／４～１／３回転で完全に緩んだ状態になる。つまり、ナットの雌ねじの頂部がボルトの雄ねじの谷底に食い込んでいない。
発明ナットでも、締結および戻しを繰り返すと、食い込み部が摩耗してくるため、戻しトルクが小さくなってくる。しかし、５セット目の５回目の戻しトルクは、０．８０Ｎ・ｍであり、１セット目の１回目における標準ナットの戻しトルクの０．４５Ｎ・ｍよりも大きい。つまり、発明ナットは、締結および戻しを５回×５セット＝２５回繰り返しても、締結および戻しを最初の１回しか行っていない標準ナットの戻しトルクよりも大きい。
従って、発明ナットは、締結および戻しを繰り返しても、緩み止め効果の高い状態を維持することができることを実証できた。
実験１の結果を図１０の表２および図１１の表３に示す。表２および表３に示すように、発明ナットは、同じ回では、締結トルクと戻しトルクとの差が小さい。換言すると、発明ナットを外すときは、締結トルクと同程度の戻しトルクが必要となる。つまり、発明ナットの食い込み雌ねじ部１４がボルトの雄ねじの谷底に食い込んだ状態が維持されていることが分かる。これに対して、標準ナットは、戻しトルクが締結トルクの約１／６．５であり、１／４～１／３回転で完全に緩んだ状態になる。つまり、ナットの雌ねじの頂部がボルトの雄ねじの谷底に食い込んでいない。
発明ナットでも、締結および戻しを繰り返すと、食い込み部が摩耗してくるため、戻しトルクが小さくなってくる。しかし、５セット目の５回目の戻しトルクは、０．８０Ｎ・ｍであり、１セット目の１回目における標準ナットの戻しトルクの０．４５Ｎ・ｍよりも大きい。つまり、発明ナットは、締結および戻しを５回×５セット＝２５回繰り返しても、締結および戻しを最初の１回しか行っていない標準ナットの戻しトルクよりも大きい。
従って、発明ナットは、締結および戻しを繰り返しても、緩み止め効果の高い状態を維持することができることを実証できた。
本願発明者らは、発明ナットがボルトに締結された状態で、激しく振動する環境下に置かれた場合の緩み止め効果を実証するための試験を行った。
（緩み試験１）
以下、緩み試験１の内容について説明する。
１．緩み試験１に使用したナット
発明ナットとして、標準雌ねじ部１３がＪＩＳ規格のＭ６ナットと同じ構造であり、標準部１４ｃのねじ山の角度αが６０°であり、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４４°の食い込み雌ねじ部１４を有する発明ナットを使用した。また、発明ナットと性能を比較するために、標準ナット（ＪＩＳ規格のメートル平目ネジのＭ６ナット（公差ｇ））を使用した。
（緩み試験１）
以下、緩み試験１の内容について説明する。
１．緩み試験１に使用したナット
発明ナットとして、標準雌ねじ部１３がＪＩＳ規格のＭ６ナットと同じ構造であり、標準部１４ｃのねじ山の角度αが６０°であり、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４４°の食い込み雌ねじ部１４を有する発明ナットを使用した。また、発明ナットと性能を比較するために、標準ナット（ＪＩＳ規格のメートル平目ネジのＭ６ナット（公差ｇ））を使用した。
２．試験機
ＩＭＶ株式会社製の振動試験機Ｊ２５０／ＳＡ６Ｍおよび同社製の振動制御器Ｋ２を使用した。また、ナット１０の緩みによる変位を測定する装置として株式会社キーエンスのレーザ変位計ＬＢ－０１を使用した。また、試験機の振動台にナットをセットするための治具７０を作成した。この治具７０は、図１２に示すように、振動台８０に固定する板状のベース７１と、このベース７１から起立した板状の取付部７２とを有し、ベース７１の四隅が、ボルト７３によって振動台８０に固定されている。取付部７２には、標準ボルト３０を挿通する挿通孔７２ａが、水平方向に所定間隔を置いて２箇所に貫通形成されている。図１２（Ｂ）に示すように、各挿通孔７２ａは、それぞれ上下方向に延びた長孔に形成されており、上下方向に衝撃幅ＷＳを有する。また、各挿通孔７２ａには、中空のカラー９０が上下方向に移動可能に挿入されている。そして、ＪＩＳ規格のメートル平目ネジのＭ６標準ボルト（公差ｇ）３０をそれぞれワッシャー９１を介してカラー９０にそれぞれ挿通し、一方の標準ボルト３０に発明ナット１０を締結し、他方の標準ボルト３０に標準ナット５０を締結した。これにより、一方のカラー９０およびワッシャー９１に締結された発明ナット１０および標準ボルト３０が挿通孔７２ａ内を上下方向に移動可能になった。また、他方のカラー９０およびワッシャー９１に締結された標準ナット５０および標準ボルト３０が挿通孔７２ａ内を上下方向に移動可能になった。また、各ナット１０，５０の各雌ねじの各中心軸および各標準ボルト３０の各雄ねじの各中心軸は、それぞれ振動台８０の表面と平行である。
ＩＭＶ株式会社製の振動試験機Ｊ２５０／ＳＡ６Ｍおよび同社製の振動制御器Ｋ２を使用した。また、ナット１０の緩みによる変位を測定する装置として株式会社キーエンスのレーザ変位計ＬＢ－０１を使用した。また、試験機の振動台にナットをセットするための治具７０を作成した。この治具７０は、図１２に示すように、振動台８０に固定する板状のベース７１と、このベース７１から起立した板状の取付部７２とを有し、ベース７１の四隅が、ボルト７３によって振動台８０に固定されている。取付部７２には、標準ボルト３０を挿通する挿通孔７２ａが、水平方向に所定間隔を置いて２箇所に貫通形成されている。図１２（Ｂ）に示すように、各挿通孔７２ａは、それぞれ上下方向に延びた長孔に形成されており、上下方向に衝撃幅ＷＳを有する。また、各挿通孔７２ａには、中空のカラー９０が上下方向に移動可能に挿入されている。そして、ＪＩＳ規格のメートル平目ネジのＭ６標準ボルト（公差ｇ）３０をそれぞれワッシャー９１を介してカラー９０にそれぞれ挿通し、一方の標準ボルト３０に発明ナット１０を締結し、他方の標準ボルト３０に標準ナット５０を締結した。これにより、一方のカラー９０およびワッシャー９１に締結された発明ナット１０および標準ボルト３０が挿通孔７２ａ内を上下方向に移動可能になった。また、他方のカラー９０およびワッシャー９１に締結された標準ナット５０および標準ボルト３０が挿通孔７２ａ内を上下方向に移動可能になった。また、各ナット１０，５０の各雌ねじの各中心軸および各標準ボルト３０の各雄ねじの各中心軸は、それぞれ振動台８０の表面と平行である。
３．試験条件
各ナット１０，５０は、５Ｎ・ｍの締付トルクにてカラー９０およびワッシャー９１に締結した。また、各ナット１０，５０をカラー９０およびワッシャー９１に締結したとき、締結された標準ボルト３０の先端が各ナット１０，５０からそれぞれ突出した状態となった。そして、振動台８０上の治具７０にセットされた各ナット１０，５０を３０．０Ｈｚの正弦波によって、図中矢印Ｆで示す上下方向（各ナット１０，５０の各雌ねじの各中心軸および各標準ボルト３０の各雄ねじの各中心軸と直交する方向）に加振した。また、振動時の各ナット１０，５０の変位レベルは、１１．４ｍｍp-pであり、最大加速度は、２０２．５２４９ｍ／ｓ２0-p、最大速度は、１．０７４４ｍ／ｓ0-pである。また、振動回数は、３０，０００回であり、振動時間は、約１６分４０秒である。また、試験中の様子をビデオカメラにて撮影した。
各ナット１０，５０は、５Ｎ・ｍの締付トルクにてカラー９０およびワッシャー９１に締結した。また、各ナット１０，５０をカラー９０およびワッシャー９１に締結したとき、締結された標準ボルト３０の先端が各ナット１０，５０からそれぞれ突出した状態となった。そして、振動台８０上の治具７０にセットされた各ナット１０，５０を３０．０Ｈｚの正弦波によって、図中矢印Ｆで示す上下方向（各ナット１０，５０の各雌ねじの各中心軸および各標準ボルト３０の各雄ねじの各中心軸と直交する方向）に加振した。また、振動時の各ナット１０，５０の変位レベルは、１１．４ｍｍp-pであり、最大加速度は、２０２．５２４９ｍ／ｓ２0-p、最大速度は、１．０７４４ｍ／ｓ0-pである。また、振動回数は、３０，０００回であり、振動時間は、約１６分４０秒である。また、試験中の様子をビデオカメラにて撮影した。
４．試験結果
標準ナット５０は、試験時間１７秒にて標準ボルト３０から脱落した。一方、発明ナット１０の緩みは、レーザ変位計によって計測されなかった。つまり、発明ナット１０は、食い込み部１４ｄが標準ボルト３０の雄ねじの谷底に食い込むとともに、食い込み部１４ｄの頂部が塑性変形して雄ねじのフランク面を圧接するため、激しい振動を繰り返し受けても緩まないということが実証された。
標準ナット５０は、試験時間１７秒にて標準ボルト３０から脱落した。一方、発明ナット１０の緩みは、レーザ変位計によって計測されなかった。つまり、発明ナット１０は、食い込み部１４ｄが標準ボルト３０の雄ねじの谷底に食い込むとともに、食い込み部１４ｄの頂部が塑性変形して雄ねじのフランク面を圧接するため、激しい振動を繰り返し受けても緩まないということが実証された。
５．考察
上記の実験１および緩み試験１に使用した発明ナット１０は、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４４°である。
従って、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４４°のナットは、緩み止め効果が高いことが実証された。
ところで、発明ナット１０の食い込み深さｇは、０．２５９ｍｍである。また、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１は４．５１７ｍｍであり、標準ナットの内径Ｄ１の平均値５．０３５ｍｍよりも、０．５１８ｍｍ小径である。
また、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４３°のときは、食い込み深さｇが、０．２６６ｍｍであり、ねじ山の角度βが４４°の場合の食い込み深さｇ＝０．２５９ｍｍとの差は、＋０．００７ｍｍ（＝０．２６６ｍｍ－０．２５９ｍｍ）であり、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１の差は、－０．０１４ｍｍ（＝４．５０３ｍｍ－４．５１７ｍｍ）である。ボルトおよびナットを長年に亘って製造してきた本願発明者らの知見から、この程度のプラスマイナスの差では、締結トルクおよび戻しトルクが、ねじ山の角度βが４４°の場合よりも少し大きくなるが、ボルトが破断するおそれも無いと推定した。
従って、ねじ山の角度βが４３°の場合もねじ山の角度βが４４°の場合と同様に、緩み止め効果を高めることができると推定した。
上記の実験１および緩み試験１に使用した発明ナット１０は、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４４°である。
従って、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４４°のナットは、緩み止め効果が高いことが実証された。
ところで、発明ナット１０の食い込み深さｇは、０．２５９ｍｍである。また、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１は４．５１７ｍｍであり、標準ナットの内径Ｄ１の平均値５．０３５ｍｍよりも、０．５１８ｍｍ小径である。
また、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４３°のときは、食い込み深さｇが、０．２６６ｍｍであり、ねじ山の角度βが４４°の場合の食い込み深さｇ＝０．２５９ｍｍとの差は、＋０．００７ｍｍ（＝０．２６６ｍｍ－０．２５９ｍｍ）であり、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１の差は、－０．０１４ｍｍ（＝４．５０３ｍｍ－４．５１７ｍｍ）である。ボルトおよびナットを長年に亘って製造してきた本願発明者らの知見から、この程度のプラスマイナスの差では、締結トルクおよび戻しトルクが、ねじ山の角度βが４４°の場合よりも少し大きくなるが、ボルトが破断するおそれも無いと推定した。
従って、ねじ山の角度βが４３°の場合もねじ山の角度βが４４°の場合と同様に、緩み止め効果を高めることができると推定した。
また、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４２°のときは、食い込み深さｇが、０．２７３ｍｍであり、ねじ山の角度βが４４°の場合との差は、＋０．０１４ｍｍ（＝０．２７３ｍｍ－０．２５９ｍｍ）であり、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１の差は、－０．０２８ｍｍ（４．４８９ｍｍ－４．５１７ｍｍ）となる。この程度の差になると、締結トルクが大きくなるため、緩み止め効果は高くなるが、ボルトが破断するおそれがあると推定した。
また、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４５°および４６°のときは、食い込み深さｇが、ねじ山の角度βが４４°の場合よりも浅くなり、締結および戻しを繰り返したときに、戻しトルクが標準トルクの戻しトルクに近づき、緩み止め効果が小さくなると推定した。
従って、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βは、４３°～４４°（食い込み深さｇが０．２６６ｍｍ～０．２５９ｍｍ、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１が４．５０３ｍｍ～４．５１７）に設定すると、緩み止め効果を高めることができると結論した。
また、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４５°および４６°のときは、食い込み深さｇが、ねじ山の角度βが４４°の場合よりも浅くなり、締結および戻しを繰り返したときに、戻しトルクが標準トルクの戻しトルクに近づき、緩み止め効果が小さくなると推定した。
従って、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βは、４３°～４４°（食い込み深さｇが０．２６６ｍｍ～０．２５９ｍｍ、食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１が４．５０３ｍｍ～４．５１７）に設定すると、緩み止め効果を高めることができると結論した。
［ボルトの構造］
本発明に係るボルトの実施形態について図５ないし図８を参照しつつ説明する。
図５に示すように、本実施形態のボルト２０は、頭部２１と、駆動部２３と、ねじ部２８と、先端部２７とを有する。ねじ部２８の周面には、雄ねじＭＳが形成されており、雄ねじＭＳは、頭部２１の側に形成された食い込み雄ねじ部２４と、先端部２７の側に形成された標準雄ねじ部２５とを有する。標準雄ねじ部２５の呼び径ｄは、ＪＩＳ規格の呼び径であり、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は、呼び径ｄよりも大径になっている。標準雄ねじ部２５と食い込み雄ねじ部２４との境界、つまり、呼び径が大きくなる境界には、段部２６が形成されている。段部２６では、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄが、１周する間に、次第に食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４に螺旋状に変化する。
本発明に係るボルトの実施形態について図５ないし図８を参照しつつ説明する。
図５に示すように、本実施形態のボルト２０は、頭部２１と、駆動部２３と、ねじ部２８と、先端部２７とを有する。ねじ部２８の周面には、雄ねじＭＳが形成されており、雄ねじＭＳは、頭部２１の側に形成された食い込み雄ねじ部２４と、先端部２７の側に形成された標準雄ねじ部２５とを有する。標準雄ねじ部２５の呼び径ｄは、ＪＩＳ規格の呼び径であり、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は、呼び径ｄよりも大径になっている。標準雄ねじ部２５と食い込み雄ねじ部２４との境界、つまり、呼び径が大きくなる境界には、段部２６が形成されている。段部２６では、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄが、１周する間に、次第に食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４に螺旋状に変化する。
本実施形態では、頭部２１の上面２２に形成された駆動部２３は、ヘクサロビュラ穴の形状に形成されている。また、頭部２１は、頭部底面の外径ｚよりも、頭部上面の外径ｙの方が小径となっており、頭部２１の周面はテーパ形状に形成されている。また、駆動部２３の底面から突起２９が突出形成されており、ヘクサロビュラ穴用の一般的な工具を駆動部２３に嵌合することができないようになっている。つまり、ボルト２０の締結対象物の盗難防止効果が出るように形成されている。
本実施形態では、外径ｚは１６．０ｍｍであり、外径ｙは１３．０ｍｍである。また、ボルト２０の全長ｘは、２４．５ｍｍであり、呼び径ｄは５．８８４ｍｍである。
本実施形態では、外径ｚは１６．０ｍｍであり、外径ｙは１３．０ｍｍである。また、ボルト２０の全長ｘは、２４．５ｍｍであり、呼び径ｄは５．８８４ｍｍである。
このように、雄ねじＭＳのうち、ナットを螺合する先端部２７の側には標準雄ねじ部２５が形成されているため、一般的なボルトをナットに締結するときの要領でボルト２０の標準雄ねじ部２５を、例えば指でボルト２０を回転させてナットに螺合することができる。そして、ボルトの段部２６がナットの雌ねじに到達すると、そこからは大径の食い込み雄ねじ部２４に移行するため、標準雄ねじ部２５をナットに螺合したときの締結トルクよりも大きい締結トルクが必要となるので、ボルト２０の締結作業を行う者は、食い込み雄ねじ部２４がナットの雌ねじに進入したと認識することができる。
そしてさらに、ボルト２０の締結を進めると、食い込み雄ねじ部２４がナットの雌ねじの谷底に食い込みながら螺合が進行する。そして、ボルト２０の頭部２１（図５）の下面が締結対象物に着座したときに締結作業を中止すると、食い込み雄ねじ部２４がナットの雌ねじの谷底に食い込んだ状態となり、緩み止めが効いた状態になる。
そしてさらに、ボルト２０の締結を進めると、食い込み雄ねじ部２４がナットの雌ねじの谷底に食い込みながら螺合が進行する。そして、ボルト２０の頭部２１（図５）の下面が締結対象物に着座したときに締結作業を中止すると、食い込み雄ねじ部２４がナットの雌ねじの谷底に食い込んだ状態となり、緩み止めが効いた状態になる。
（食い込み雄ねじ部２４の構造）
図６に示すように、食い込み雄ねじ部２４を形成するねじ山２４Ｔは、雄ねじＭＳの谷底２４ａ側に形成され標準部２４ｃと、雄ねじＭＳの頂部２４ｂ側に形成された食い込み部２４ｄとを有する。標準部２４ｃのねじ山の角度αは６０°であり、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γは１９°～２１°である。標準部２４ｃと食い込み部２４ｄとの境界、つまり、ねじ山の角度の変化点Ｖは、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの基点となる部位２４ｆに相当する部位である。このように、食い込み雄ねじ部２４を形成するねじ山２４Ｔの角度は、谷底２４ａから頂部２４ｂに向かう途中から狭角になっているため、頂部２４ｂが、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの基点となる部位２４ｆよりも突出している。
つまり、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄよりも大径になっている。
なお、ボルト２０がメートル平目ネジで呼び径６．０ｍｍのＭ６（公差ｇ）ボルトである場合は、ピッチＰは、１．０ｍｍであり、呼び径ｄは、５．７９４～５．９７４ｍｍであり、有効径ｄ２は、５．２１２～５．３２４ｍｍであり、谷径ｄ１は、５．８０～６．００ｍｍであり、ねじ山の高さＨは、０．８６６ｍｍである。
図６に示すように、食い込み雄ねじ部２４を形成するねじ山２４Ｔは、雄ねじＭＳの谷底２４ａ側に形成され標準部２４ｃと、雄ねじＭＳの頂部２４ｂ側に形成された食い込み部２４ｄとを有する。標準部２４ｃのねじ山の角度αは６０°であり、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γは１９°～２１°である。標準部２４ｃと食い込み部２４ｄとの境界、つまり、ねじ山の角度の変化点Ｖは、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの基点となる部位２４ｆに相当する部位である。このように、食い込み雄ねじ部２４を形成するねじ山２４Ｔの角度は、谷底２４ａから頂部２４ｂに向かう途中から狭角になっているため、頂部２４ｂが、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの基点となる部位２４ｆよりも突出している。
つまり、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄよりも大径になっている。
なお、ボルト２０がメートル平目ネジで呼び径６．０ｍｍのＭ６（公差ｇ）ボルトである場合は、ピッチＰは、１．０ｍｍであり、呼び径ｄは、５．７９４～５．９７４ｍｍであり、有効径ｄ２は、５．２１２～５．３２４ｍｍであり、谷径ｄ１は、５．８０～６．００ｍｍであり、ねじ山の高さＨは、０．８６６ｍｍである。
（食い込み深さと緩み止め効果との関係）
本願発明者らは、ボルト２０を標準ナットに螺合したとき、ボルト２０の食い込み部２４ｄが、標準ナット５０の雌ねじＦＳ２の谷底５１に食い込むとともに、食い込み部２４ｄが塑性変形して雌ねじＦＳ２のフランク面５３を圧接することにより、緩み止め効果が出ると考えた。また、食い込み部２４ｄの食い込み深さが深すぎると、必要以上に大きな締結トルクが必要となるし、ボルトが破断するおそれがあり、逆に、食い込み深さが浅すぎると緩み止め効果が小さくなると考えた。
そこで、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが変化すると、食い込み深さが変化することに着目し、ねじ山の角度γと食い込み深さとの関係を調べた。以下、その調べた内容について図７を参照しつつ説明する。
本願発明者らは、ボルト２０を標準ナットに螺合したとき、ボルト２０の食い込み部２４ｄが、標準ナット５０の雌ねじＦＳ２の谷底５１に食い込むとともに、食い込み部２４ｄが塑性変形して雌ねじＦＳ２のフランク面５３を圧接することにより、緩み止め効果が出ると考えた。また、食い込み部２４ｄの食い込み深さが深すぎると、必要以上に大きな締結トルクが必要となるし、ボルトが破断するおそれがあり、逆に、食い込み深さが浅すぎると緩み止め効果が小さくなると考えた。
そこで、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが変化すると、食い込み深さが変化することに着目し、ねじ山の角度γと食い込み深さとの関係を調べた。以下、その調べた内容について図７を参照しつつ説明する。
図７（Ａ）は食い込み部２４ｄの拡大図であり、（Ｂ）は食い込み部２４ｄの各部位の寸法を計算するための説明図である。ここでは、ＪＩＳ規格の雄ねじの呼び径ｄの基点となる部位２４ｆ、つまり、ボルト２０の変化点Ｖから食い込み部２４ｄの頂部２４ｂまでの深さｇを計算により求める。深さｇは、ボルト２０をナットに締結したときの食い込み部２４ｄの頂部２４ｂが、雌ねじの谷底に食い込む深さである。以下、深さｇを食い込み深さｇという。図中、ｗは、雄ねじの転造加工において、雄ねじの先端の加工限界幅を示しており、ｗ＝０．１ｍｍである。食い込み部２４ｄの頂部２４ｂは、幅ｗの制約を受けるため、食い込み深さｇは、頂部２４ｂの幅がｗとなる深さに制限される。以下では、メートル平目ネジで呼び径６．０ｍｍのＭ６（公差ｇ）ボルトを基準とする。
（１）ねじ山の角度γが１８°のとき
図７（Ｂ）から、次の式５および式６が成立する。
ｔａｎθ１＝ｂ／ａ ・・・（式５）
ｔａｎθ２＝ｂ／ｃ ・・・（式６）
式５から求めたｂ＝ａ・ｔａｎθ１を式６に代入すると、次の式７が求まる。
ｔａｎθ２＝ａ・ｔａｎθ１／ｃ ・・・（式７）
式７からｃを求める式を導くと、
図７（Ｂ）から、次の式５および式６が成立する。
ｔａｎθ１＝ｂ／ａ ・・・（式５）
ｔａｎθ２＝ｂ／ｃ ・・・（式６）
式５から求めたｂ＝ａ・ｔａｎθ１を式６に代入すると、次の式７が求まる。
ｔａｎθ２＝ａ・ｔａｎθ１／ｃ ・・・（式７）
式７からｃを求める式を導くと、
ｃ＝ａ×（ｔａｎθ１／ｔａｎθ２） ・・・（式８）
また、
ｔａｎθ２＝ｂ／ｅ ・・・（式９）
式９からｅを求める式を導くと、
ｔａｎθ２＝ｂ／ｅ ・・・（式９）
式９からｅを求める式を導くと、
ｅ＝ｂ／ｔａｎθ２ ・・・（式１０）
また、ｇ＝ｃ－ｅであるから、これに式８および式１０を代入すると、
ｇ＝ａ×（ｔａｎθ１／ｔａｎθ２）－ｂ／ｔａｎθ２ ・・・（式１１）
また、ａ＝Ｈ／８＝０．１０８ｍｍであり、ｂ＝ｗ／２＝０．０５ｍｍであり、θ１＝α／２＝３０°であり、θ２＝γ／２＝９°である。これらの数値を式４に代入すると、
ｇ＝０．１０８ｍｍ×（０．５７７／０．１５８）－０．０５ｍｍ／０．１５８＝０．０７８ｍｍとなる。
つまり、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが１８°のときは、食い込み深さｇが、０．０７８ｍｍである。また、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの平均値が、５．８８４ｍｍである場合は、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は、５．８８４ｍｍ＋（０．０７８ｍｍ×２）＝６．０４０ｍｍである。
ｇ＝０．１０８ｍｍ×（０．５７７／０．１５８）－０．０５ｍｍ／０．１５８＝０．０７８ｍｍとなる。
つまり、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが１８°のときは、食い込み深さｇが、０．０７８ｍｍである。また、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの平均値が、５．８８４ｍｍである場合は、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は、５．８８４ｍｍ＋（０．０７８ｍｍ×２）＝６．０４０ｍｍである。
（２）ねじ山の角度γが１９°のとき
θ２＝γ／２＝９．５°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によってｇを求めると、
ｇ＝０．０７４ｍｍとなる。
つまり、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが１９°のときは、食い込み深さｇが、０．０７４ｍｍである。また、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの平均値が、５．８８４ｍｍである場合は、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は、５．８８４ｍｍ＋（０．０７４ｍｍ×２）＝６．０３２ｍｍである。
θ２＝γ／２＝９．５°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によってｇを求めると、
ｇ＝０．０７４ｍｍとなる。
つまり、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが１９°のときは、食い込み深さｇが、０．０７４ｍｍである。また、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの平均値が、５．８８４ｍｍである場合は、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は、５．８８４ｍｍ＋（０．０７４ｍｍ×２）＝６．０３２ｍｍである。
（３）ねじ山の角度γが２０°のとき
θ２＝γ／２＝１０°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によってｇを求めると、
ｇ＝０．０７０ｍｍとなる。
つまり、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２０°のときは、食い込み深さｇが、０．０７０ｍｍである。また、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの平均値が、５．８８４ｍｍである場合は、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は、５．８８４ｍｍ＋（０．０７０ｍｍ×２）＝６．０２４ｍｍである。
θ２＝γ／２＝１０°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によってｇを求めると、
ｇ＝０．０７０ｍｍとなる。
つまり、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２０°のときは、食い込み深さｇが、０．０７０ｍｍである。また、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの平均値が、５．８８４ｍｍである場合は、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は、５．８８４ｍｍ＋（０．０７０ｍｍ×２）＝６．０２４ｍｍである。
（４）ねじ山の角度γが２１°のとき
θ２＝γ／２＝１０．５°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によってｇを求めると、
ｇ＝０．０６７ｍｍとなる。
つまり、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２１°のときは、食い込み深さｇが、０．０６７ｍｍである。また、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの平均値が、５．８８４ｍｍである場合は、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は、５．８８４ｍｍ＋（０．０６７ｍｍ×２）＝６．０１８ｍｍである。
θ２＝γ／２＝１０．５°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によってｇを求めると、
ｇ＝０．０６７ｍｍとなる。
つまり、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２１°のときは、食い込み深さｇが、０．０６７ｍｍである。また、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの平均値が、５．８８４ｍｍである場合は、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は、５．８８４ｍｍ＋（０．０６７ｍｍ×２）＝６．０１８ｍｍである。
（５）ねじ山の角度γが２２°のとき
θ２＝γ／２＝１１°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によってｇを求めると、
ｇ＝０．０６３ｍｍとなる。
つまり、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２２°のときは、食い込み深さｇが、０．０６３ｍｍである。また、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの平均値が、５．８８４ｍｍである場合は、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は、５．８８４ｍｍ＋（０．０６３ｍｍ×２）＝６．０１０ｍｍである。
θ２＝γ／２＝１１°である以外、各数値は上記と同じである。上記と同様の手順によってｇを求めると、
ｇ＝０．０６３ｍｍとなる。
つまり、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２２°のときは、食い込み深さｇが、０．０６３ｍｍである。また、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの平均値が、５．８８４ｍｍである場合は、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は、５．８８４ｍｍ＋（０．０６３ｍｍ×２）＝６．０１０ｍｍである。
（考察１）
上述した計算結果から、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γを大きくすることにより、食い込み深さｇを浅くできることが分かった。換言すると、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γを小さくすることにより、食い込み深さｇを深くできることが分かった。図８は、図６に示す食い込み部２４ｄが標準ナット５０の雌ねじＦＳの谷底５１に食い込んだ状態を示す説明図である。図中、網目のハッチング領域は、食い込み部２４ｄの食い込み領域ｋを示す。
上述した計算結果から、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γを大きくすることにより、食い込み深さｇを浅くできることが分かった。換言すると、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γを小さくすることにより、食い込み深さｇを深くできることが分かった。図８は、図６に示す食い込み部２４ｄが標準ナット５０の雌ねじＦＳの谷底５１に食い込んだ状態を示す説明図である。図中、網目のハッチング領域は、食い込み部２４ｄの食い込み領域ｋを示す。
（実験２）
本願発明者らは、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２０°のボルト２０を製造し、ボルト２０の緩み止め効果を実証する実験を行った。ボルトを締結するナットとして、ＪＩＳ規格のＭ６ナット（メートル平目ネジ、公差ｇ）を使用した。また、比較対象として、ＪＩＳ規格のＭ６ボルト（メートル平目ネジ、公差ｇ）を使用した。各ボルトの材質は、機械構造用炭素鋼Ｓ２５Ｃである。以下、ボルト２０を発明ボルトと称し、ＪＩＳ規格のＭ６ボルトを標準ボルトと称する。
実験では、固定したナットに対してボルトの締結および戻し（緩め）を１回と数え、計５回行った。また、締結および戻しには、トルクレンチを使用した。そして、ボルトの頭部の下面がナットに着座したときのトルクレンチの数値を締結トルクとして記録した。また、ボルトがナットに着座した状態が解除されたときのトルクレンチの数値を戻しトルクとして記録した。なお、ＪＩＳ規格のＭ６ボルトの最大締付トルクは、５．０７Ｎ・ｍである。
本願発明者らは、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２０°のボルト２０を製造し、ボルト２０の緩み止め効果を実証する実験を行った。ボルトを締結するナットとして、ＪＩＳ規格のＭ６ナット（メートル平目ネジ、公差ｇ）を使用した。また、比較対象として、ＪＩＳ規格のＭ６ボルト（メートル平目ネジ、公差ｇ）を使用した。各ボルトの材質は、機械構造用炭素鋼Ｓ２５Ｃである。以下、ボルト２０を発明ボルトと称し、ＪＩＳ規格のＭ６ボルトを標準ボルトと称する。
実験では、固定したナットに対してボルトの締結および戻し（緩め）を１回と数え、計５回行った。また、締結および戻しには、トルクレンチを使用した。そして、ボルトの頭部の下面がナットに着座したときのトルクレンチの数値を締結トルクとして記録した。また、ボルトがナットに着座した状態が解除されたときのトルクレンチの数値を戻しトルクとして記録した。なお、ＪＩＳ規格のＭ６ボルトの最大締付トルクは、５．０７Ｎ・ｍである。
（実験２の結果）
実験２の結果を図９の表に示す。同表に示すように、発明ボルトは、１回目は、締結トルクが４．００Ｎ・ｍであり、戻しトルクが５．００Ｎ・ｍであり、締結トルクと戻しトルクとの差は、１．００Ｎ・ｍであった。また、２回目～５回目は、締結トルクおよび戻しトルクが、それぞれ５．００Ｎ・ｍであり、締結トルクと戻しトルクとが同一であった。換言すると、発明ボルトを外すときは、締結トルクと同程度の戻しトルクが必要となる。つまり、発明ボルトの食い込み雄ねじ部２４がナットの雌ねじの谷底に食い込んだ状態が維持されていることが分かる。これに対して、標準ボルトは、戻しトルクが締結トルクよりも、１．２０～２．２０Ｎ・ｍ小さい。つまり、ボルトの雄ねじの頂部がナットの雌ねじの谷底に食い込んでいない。
従って、発明ボルトは、締結および戻しを繰り返しても、緩み止め効果の高い状態を維持することができることを実証できた。
実験２の結果を図９の表に示す。同表に示すように、発明ボルトは、１回目は、締結トルクが４．００Ｎ・ｍであり、戻しトルクが５．００Ｎ・ｍであり、締結トルクと戻しトルクとの差は、１．００Ｎ・ｍであった。また、２回目～５回目は、締結トルクおよび戻しトルクが、それぞれ５．００Ｎ・ｍであり、締結トルクと戻しトルクとが同一であった。換言すると、発明ボルトを外すときは、締結トルクと同程度の戻しトルクが必要となる。つまり、発明ボルトの食い込み雄ねじ部２４がナットの雌ねじの谷底に食い込んだ状態が維持されていることが分かる。これに対して、標準ボルトは、戻しトルクが締結トルクよりも、１．２０～２．２０Ｎ・ｍ小さい。つまり、ボルトの雄ねじの頂部がナットの雌ねじの谷底に食い込んでいない。
従って、発明ボルトは、締結および戻しを繰り返しても、緩み止め効果の高い状態を維持することができることを実証できた。
本願発明者らは、発明ボルトがナットに締結された状態で、激しく振動する環境下に置かれた場合の緩み止め効果を実証するための試験を行った。
（緩み試験２）
以下、緩み試験２の内容について説明する。
１．緩み試験２に使用したボルト
発明ボルトとして、標準雄ねじ部２５（図５）がＪＩＳ規格のＭ６ボルトと同じ構造であり、標準部２４ｃのねじ山の角度αが６０°であり、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２０°の食い込み雄ねじ部２４を有するボルト２０を使用した。また、発明ボルトと性能を比較するために、標準ボルト（ＪＩＳ規格のメートル平目ネジのＭ６ボルト（公差ｇ））を使用した。また、各ボルトには、標準ナット（ＪＩＳ規格のメートル平目ネジのＭ６ナット（公差ｇ））を締結した。
（緩み試験２）
以下、緩み試験２の内容について説明する。
１．緩み試験２に使用したボルト
発明ボルトとして、標準雄ねじ部２５（図５）がＪＩＳ規格のＭ６ボルトと同じ構造であり、標準部２４ｃのねじ山の角度αが６０°であり、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２０°の食い込み雄ねじ部２４を有するボルト２０を使用した。また、発明ボルトと性能を比較するために、標準ボルト（ＪＩＳ規格のメートル平目ネジのＭ６ボルト（公差ｇ））を使用した。また、各ボルトには、標準ナット（ＪＩＳ規格のメートル平目ネジのＭ６ナット（公差ｇ））を締結した。
２．試験機
前述した緩み試験１と同じ試験機、振動制御器、レーザ変位計および治具７０（図１２）を使用した。また、一方のワッシャー９１およびカラー９０に発明ボルト２０および標準ナット５０を締結し、他方のワッシャー９１およびカラー９０に標準ボルト３０および標準ナット５０を締結した。また、各ボルト２０，３０の各雄ねじの各中心軸および各標準ナット５０の各雌ねじの各中心軸は、それぞれ振動台８０の表面と平行である。
前述した緩み試験１と同じ試験機、振動制御器、レーザ変位計および治具７０（図１２）を使用した。また、一方のワッシャー９１およびカラー９０に発明ボルト２０および標準ナット５０を締結し、他方のワッシャー９１およびカラー９０に標準ボルト３０および標準ナット５０を締結した。また、各ボルト２０，３０の各雄ねじの各中心軸および各標準ナット５０の各雌ねじの各中心軸は、それぞれ振動台８０の表面と平行である。
３．試験条件
各ボルト２０，３０は、５Ｎ・ｍの締付トルクにてワッシャー９１およびカラー９０に締結した。また、各ボルト２０，３０をワッシャー９１およびカラー９０に締結したとき、締結されたボルト２０，３０の先端が各標準ナット５０からそれぞれ突出した状態となった。そして、振動台８０上の治具７０にセットされた各ボルト２０，３０を３０．０Ｈｚの正弦波によって上下方向（各ボルト２０，３０の各雄ねじの各中心軸および各標準ナット５０の各雌ねじの各中心軸と直交する方向）に加振した。また、振動時の各ボルト２０，３０の変位レベルは、１１．４ｍｍp-pであり、最大加速度は、２０２．５２４９ｍ／ｓ２0-p、最大速度は、１．０７４４ｍ／ｓ0-pである。また、振動回数は、３０，０００回であり、振動時間は、約１６分４０秒である。また、試験中の様子をビデオカメラにて撮影した。
各ボルト２０，３０は、５Ｎ・ｍの締付トルクにてワッシャー９１およびカラー９０に締結した。また、各ボルト２０，３０をワッシャー９１およびカラー９０に締結したとき、締結されたボルト２０，３０の先端が各標準ナット５０からそれぞれ突出した状態となった。そして、振動台８０上の治具７０にセットされた各ボルト２０，３０を３０．０Ｈｚの正弦波によって上下方向（各ボルト２０，３０の各雄ねじの各中心軸および各標準ナット５０の各雌ねじの各中心軸と直交する方向）に加振した。また、振動時の各ボルト２０，３０の変位レベルは、１１．４ｍｍp-pであり、最大加速度は、２０２．５２４９ｍ／ｓ２0-p、最大速度は、１．０７４４ｍ／ｓ0-pである。また、振動回数は、３０，０００回であり、振動時間は、約１６分４０秒である。また、試験中の様子をビデオカメラにて撮影した。
４．試験結果
標準ボルト３０は、試験時間３０秒にて標準ナット５０から脱落した。一方、発明ボルト２０の緩みは、レーザ変位計によって計測されなかった。つまり、発明ボルト２０は、食い込み部２４ｄが標準ナット５０の雌ねじの谷底に食い込むため、激しい振動を繰り返し受けても緩まないということが実証された。
標準ボルト３０は、試験時間３０秒にて標準ナット５０から脱落した。一方、発明ボルト２０の緩みは、レーザ変位計によって計測されなかった。つまり、発明ボルト２０は、食い込み部２４ｄが標準ナット５０の雌ねじの谷底に食い込むため、激しい振動を繰り返し受けても緩まないということが実証された。
５．考察
上記の実験２および緩み試験２に使用した発明ボルト２０は、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２０°である。
従って、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２０°のボルトは、緩み止め効果が高いことが実証された。
ところで、発明ボルトの食い込み深さｇは、０．０７ｍｍである。また、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は６．０２４ｍｍであり、標準ボルトの呼び径ｄの平均値５．８８４ｍｍよりも、０．１４ｍｍ（＝６．０２４ｍｍ－５．８８４ｍｍ）大径である。
また、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが１９°のときは、食い込み深さｇが、０．０７４ｍｍであり、ねじ山の角度γが２０°の場合の食い込み深さｇ＝０．０７０ｍｍとの差は、＋０．００４ｍｍ（＝０．０７４ｍｍ－０．０７０ｍｍ）であり、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４の差は、＋０．００８ｍｍ（＝６．０３２ｍｍ－６．０２４ｍｍ）である。
ボルトおよびナットを長年に亘って製造してきた本願発明者らの知見から、この程度のプラスの差では、締結トルクおよび戻しトルクが、ねじ山の角度γが２０°の場合と比較して少し大きくなるが、ボルトが破断するおそれも無く、ねじ山の角度γが２０°の場合と同様に、緩み止め効果を高めることができると推定した。
上記の実験２および緩み試験２に使用した発明ボルト２０は、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２０°である。
従って、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２０°のボルトは、緩み止め効果が高いことが実証された。
ところで、発明ボルトの食い込み深さｇは、０．０７ｍｍである。また、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４は６．０２４ｍｍであり、標準ボルトの呼び径ｄの平均値５．８８４ｍｍよりも、０．１４ｍｍ（＝６．０２４ｍｍ－５．８８４ｍｍ）大径である。
また、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが１９°のときは、食い込み深さｇが、０．０７４ｍｍであり、ねじ山の角度γが２０°の場合の食い込み深さｇ＝０．０７０ｍｍとの差は、＋０．００４ｍｍ（＝０．０７４ｍｍ－０．０７０ｍｍ）であり、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４の差は、＋０．００８ｍｍ（＝６．０３２ｍｍ－６．０２４ｍｍ）である。
ボルトおよびナットを長年に亘って製造してきた本願発明者らの知見から、この程度のプラスの差では、締結トルクおよび戻しトルクが、ねじ山の角度γが２０°の場合と比較して少し大きくなるが、ボルトが破断するおそれも無く、ねじ山の角度γが２０°の場合と同様に、緩み止め効果を高めることができると推定した。
また、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２１°のときは、食い込み深さｇが、０．０６７ｍｍであり、ねじ山の角度γが２０°の場合の食い込み深さｇ＝０．０７ｍｍとの差は、－０．００３ｍｍ（＝０．０６７ｍｍ－０．０７０ｍｍ）であり、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４の差は、－０．００６ｍｍ（＝６．０１８ｍｍ－６．０２４ｍｍ）である。
ボルトおよびナットを長年に亘って製造してきた本願発明者らの知見から、この程度のマイナスの差では、締結トルクおよび戻しトルクが、ねじ山の角度γが２０°の場合と比較して少し小さくなるが、ねじ山の角度γが２０°の場合と同様に、緩み止め効果を高めることができると推定した。
ボルトおよびナットを長年に亘って製造してきた本願発明者らの知見から、この程度のマイナスの差では、締結トルクおよび戻しトルクが、ねじ山の角度γが２０°の場合と比較して少し小さくなるが、ねじ山の角度γが２０°の場合と同様に、緩み止め効果を高めることができると推定した。
また、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが１８°のときは、食い込み深さｇが、０．０７８ｍｍであり、ねじ山の角度γが２０°の場合との差は、＋０．００８ｍｍ（＝０．０７８ｍｍ－０．０７０ｍｍ）であり、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４の差は、＋０．０１６ｍｍ（＝６．０４０ｍｍ－６．０２４ｍｍ）となる。この程度の差になると、締結トルクが大きくなるため、緩み止め効果は高くなるが、ボルトが破断するおそれがあると推定した。
また、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２２°のときは、食い込み深さｇが、０．０６３ｍｍであり、ねじ山の角度γが２０°の場合との差は、－０．００７ｍｍ（＝０．０６３ｍｍ－０．０７０ｍｍ）であり、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４の差は、－０．０１４ｍｍ（＝６．０１０ｍｍ－６．０２４ｍｍ）である。この程度の差になると、締結および戻しを繰り返したときに、戻しトルクが標準トルクの戻しトルクに近づき、緩み止め効果が小さくなると推定した。
従って、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γは、１９°～２１°に設定（食い込み深さｇが０．０７４～０．０６７ｍｍ、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４が６．０３２～６．０１８ｍｍ）すると、緩み止め効果を高めることができると結論した。
また、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが２２°のときは、食い込み深さｇが、０．０６３ｍｍであり、ねじ山の角度γが２０°の場合との差は、－０．００７ｍｍ（＝０．０６３ｍｍ－０．０７０ｍｍ）であり、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４の差は、－０．０１４ｍｍ（＝６．０１０ｍｍ－６．０２４ｍｍ）である。この程度の差になると、締結および戻しを繰り返したときに、戻しトルクが標準トルクの戻しトルクに近づき、緩み止め効果が小さくなると推定した。
従って、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γは、１９°～２１°に設定（食い込み深さｇが０．０７４～０．０６７ｍｍ、食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４が６．０３２～６．０１８ｍｍ）すると、緩み止め効果を高めることができると結論した。
［実施形態の効果］
（１）前述した実施形態のナット１０によれば、標準ボルト３０に螺合したときに、食い込み雌ねじ部１４の食い込み部１４ｄを標準ボルト３０の雄ねじＭＳ２の谷底３４に食い込ませることができるため、緩むおそれがない。
しかも、ナット１０単体で緩み止めを行うことができ、ナット１０以外の部材が不要である。
したがって、締結作業効率を高めることができるとともに製造コストを低減することができ、かつ、緩み止め効果を高めることができるナットを実現することができる。
（１）前述した実施形態のナット１０によれば、標準ボルト３０に螺合したときに、食い込み雌ねじ部１４の食い込み部１４ｄを標準ボルト３０の雄ねじＭＳ２の谷底３４に食い込ませることができるため、緩むおそれがない。
しかも、ナット１０単体で緩み止めを行うことができ、ナット１０以外の部材が不要である。
したがって、締結作業効率を高めることができるとともに製造コストを低減することができ、かつ、緩み止め効果を高めることができるナットを実現することができる。
（２）標準部１４ｃおよび食い込み部１４ｄの変化点Ｖを、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１の基点となる部位１４ｆよりも内側に設定すると、ナット１０を標準ボルト３０に螺合するときに、変化点Ｖと、標準ボルト３０の雄ねじＭＳ２のフランク面３３とが干渉するため、螺合が困難となる。
しかし、標準部１４ｃおよび食い込み部１４ｄの変化点Ｖを、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１の基点となる部位１４ｆに設定することにより、変化点Ｖと、標準ボルト３０の雄ねじＭＳ２のフランク面３３とが干渉しないため、ナット１０を標準ボルト３０に螺合することができる。
しかし、標準部１４ｃおよび食い込み部１４ｄの変化点Ｖを、標準雌ねじ部１３の内径Ｄ１の基点となる部位１４ｆに設定することにより、変化点Ｖと、標準ボルト３０の雄ねじＭＳ２のフランク面３３とが干渉しないため、ナット１０を標準ボルト３０に螺合することができる。
（３）前述した実施形態のボルト２０によれば、標準ナット５０に螺合したときに、食い込み雄ねじ部２４の食い込み部２４ｄを標準ナット５０の雌ねじＦＳ２の谷底５１に食い込ませることができるため、緩むおそれがない。
しかも、ボルト２０単体で緩み止めを行うことができ、ボルト２０以外の部品が不要である。
したがって、締結作業効率を高めることができ、かつ、製造コストを低減することができ、さらに、緩み止め効果を高めることができるボルトを実現することができる。
しかも、ボルト２０単体で緩み止めを行うことができ、ボルト２０以外の部品が不要である。
したがって、締結作業効率を高めることができ、かつ、製造コストを低減することができ、さらに、緩み止め効果を高めることができるボルトを実現することができる。
（４）標準部２４ｃおよび食い込み部２４ｄの変化点Ｖを、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの基点となる部位２４ｆよりも外側に設定すると、ボルト２０を標準ナット５０に螺合するときに、変化点Ｖと、標準ナット５０の雌ねじＦＳ２のフランク面５３とが干渉するため、螺合が困難となる。
しかし、標準部２４ｃおよび食い込み部２４ｄの変化点Ｖを、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの基点となる部位２４ｆに設定することにより、変化点Ｖと、標準ナット５０の雌ねじＦＳ２のフランク面５３とが干渉しないため、ボルト２０を標準ナット５０に螺合することができる。
しかし、標準部２４ｃおよび食い込み部２４ｄの変化点Ｖを、標準雄ねじ部２５の呼び径ｄの基点となる部位２４ｆに設定することにより、変化点Ｖと、標準ナット５０の雌ねじＦＳ２のフランク面５３とが干渉しないため、ボルト２０を標準ナット５０に螺合することができる。
［本発明のボルトまたはナットを適用可能な箇所］
本発明のボルトまたはナットは、振動が発生する箇所に適用すると、緩み止め効果を発揮する。例えば、バッテリーなどの部品を取付ける部材を車体に締結するために用いると、車両の振動によって部材の締結状態が緩むおそれを無くすことができる。また、工場において使用する機械部品の組立てに用いれば、機械の振動によって機械部品が緩むおそれを無くすことができる。また、車両が通行する橋の構造に使用すれば、車両の振動により、締結対象物が変位するおそれを無くすことができる。
また、本発明のボルトまたはナットは、締結および戻し（緩め）を繰り返しても、緩み止め効果が高い状態を維持することができるため、ボルトおよびナットを定期的に外して点検作業を行うような箇所に用いれば、点検作業回数が増加するに従って、ボルトおよびナットが緩み易くなるという事態が発生しないようにすることができる。
本発明のボルトまたはナットは、振動が発生する箇所に適用すると、緩み止め効果を発揮する。例えば、バッテリーなどの部品を取付ける部材を車体に締結するために用いると、車両の振動によって部材の締結状態が緩むおそれを無くすことができる。また、工場において使用する機械部品の組立てに用いれば、機械の振動によって機械部品が緩むおそれを無くすことができる。また、車両が通行する橋の構造に使用すれば、車両の振動により、締結対象物が変位するおそれを無くすことができる。
また、本発明のボルトまたはナットは、締結および戻し（緩め）を繰り返しても、緩み止め効果が高い状態を維持することができるため、ボルトおよびナットを定期的に外して点検作業を行うような箇所に用いれば、点検作業回数が増加するに従って、ボルトおよびナットが緩み易くなるという事態が発生しないようにすることができる。
〈他の実施形態〉
（１）前述した実施形態では、本発明のボルトとして、呼び径が６．０ｍｍの標準ナットに締結するボルトを例に挙げて説明したが、ナットの雌ねじ内径に応じて雄ねじ谷径ｄ１および食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４などの寸法を変更し、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが１９°～２１°となるように設計することができる。そして、本発明のボルトは、締結対象のナットの仕様に応じて設計変更した場合でも、本発明のボルトの効果を奏することができる。
（２）前述した実施形態では、本発明のナットとして、呼び径が６．０ｍｍの標準ボルトに締結するナットを例に挙げて説明したが、ボルトの呼び径に応じて雌ねじ内径Ｄ１および食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１などの寸法を変更し、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４３°～４４°となるように設計することができる。そして、本発明のナットは、締結対象のボルトの仕様に応じて設計変更した場合でも、本発明のナットの効果を奏することができる。
（３）本発明のボルトおよびナットを形成する材料は、前述した機械構造用炭素鋼の他、棒鋼、形鋼、鋼板、鋼帯、機械構造用合金鋼、特殊用途鋼、非鉄金属材、鋳鍛造品などでも良い。
（１）前述した実施形態では、本発明のボルトとして、呼び径が６．０ｍｍの標準ナットに締結するボルトを例に挙げて説明したが、ナットの雌ねじ内径に応じて雄ねじ谷径ｄ１および食い込み雄ねじ部２４の呼び径Φ４などの寸法を変更し、食い込み部２４ｄのねじ山の角度γが１９°～２１°となるように設計することができる。そして、本発明のボルトは、締結対象のナットの仕様に応じて設計変更した場合でも、本発明のボルトの効果を奏することができる。
（２）前述した実施形態では、本発明のナットとして、呼び径が６．０ｍｍの標準ボルトに締結するナットを例に挙げて説明したが、ボルトの呼び径に応じて雌ねじ内径Ｄ１および食い込み雌ねじ部１４の内径Φ１などの寸法を変更し、食い込み部１４ｄのねじ山の角度βが４３°～４４°となるように設計することができる。そして、本発明のナットは、締結対象のボルトの仕様に応じて設計変更した場合でも、本発明のナットの効果を奏することができる。
（３）本発明のボルトおよびナットを形成する材料は、前述した機械構造用炭素鋼の他、棒鋼、形鋼、鋼板、鋼帯、機械構造用合金鋼、特殊用途鋼、非鉄金属材、鋳鍛造品などでも良い。
１０・・ナット
１３・・標準雌ねじ部
１４・・食い込み雌ねじ部
１４ａ・・谷底
１４ｂ・・頂部
１４ｃ・・標準部
１４ｄ・・食い込み部
１４ｆ・・内径Ｄ１の基点となる部位
１７・・第１の孔
１８・・第２の孔
１９・・貫通孔
２０・・ボルト
２１・・頭部
２４・・食い込み雄ねじ部
２４ａ・・谷底
２４ｂ・・頂部
２４ｃ・・標準部
２４ｄ・・食い込み部
２４ｆ・・呼び径ｄの基点となる部位
２５・・標準雄ねじ部
２７・・先端部
３０・・標準ボルト
３４・・谷底
５０・・標準ナット
５１・・谷底
ＦＳ・・雌ねじ
ＦＳ２・・雌ねじ
ＭＳ・・雄ねじ
ＭＳ２・・雄ねじ
α・・標準部のねじ山の角度
β・・食い込み部のねじ山の角度
γ・・食い込み部のねじ山の角度
１３・・標準雌ねじ部
１４・・食い込み雌ねじ部
１４ａ・・谷底
１４ｂ・・頂部
１４ｃ・・標準部
１４ｄ・・食い込み部
１４ｆ・・内径Ｄ１の基点となる部位
１７・・第１の孔
１８・・第２の孔
１９・・貫通孔
２０・・ボルト
２１・・頭部
２４・・食い込み雄ねじ部
２４ａ・・谷底
２４ｂ・・頂部
２４ｃ・・標準部
２４ｄ・・食い込み部
２４ｆ・・呼び径ｄの基点となる部位
２５・・標準雄ねじ部
２７・・先端部
３０・・標準ボルト
３４・・谷底
５０・・標準ナット
５１・・谷底
ＦＳ・・雌ねじ
ＦＳ２・・雌ねじ
ＭＳ・・雄ねじ
ＭＳ２・・雄ねじ
α・・標準部のねじ山の角度
β・・食い込み部のねじ山の角度
γ・・食い込み部のねじ山の角度
Claims (2)
- ねじ山の角度が６０°の金属製の標準ナット（５０）に締結される金属製のボルト（２０）であって、
雄ねじ（ＭＳ）は、
当該ボルト（２０）の先端（２７）側に形成された標準雄ねじ部（２５）と、
当該ボルト（２０）の頭部（２１）側に形成された食い込み雄ねじ部（２４）と、を有し、
前記標準雄ねじ部（２５）は、ねじ山の角度が６０°に形成されており、
前記食い込み雄ねじ部（２４）は、
前記雄ねじ（ＭＳ）の谷底（２４ａ）側に形成されており、ねじ山の角度（α）が６０°であって、前記標準雄ねじ部（２５）の呼び径（ｄ）と同じ径の標準部（２４ｃ）と、
前記標準部（２４ｃ）の頂部から外方に向けて突出形成されており、ねじ山の角度（γ）が１９°～２１°であって、前記標準雄ねじ部（２５）の呼び径（ｄ）よりも大径の呼び径（Φ４）を有する食い込み部（２４ｄ）と、を有し、
さらに、当該ボルト（２０）を前記標準ナット（５０）に螺合したときに、前記食い込み部（２４ｄ）が前記標準ナット（５０）の雌ねじ（ＦＳ２）の谷底（５１）に食い込むように形成されており、かつ、前記標準ナット（５０）の締結および戻し（緩め）を繰り返すことが可能なことを特徴とするボルト。 - ねじ山の角度が６０°の金属製の標準ボルト（３０）に締結される金属製のナット（１０）であって、
雌ねじ（ＦＳ）は、
当該雌ねじ（ＦＳ）の一端側に形成された標準雌ねじ部（１３）と、
当該雌ねじ（ＦＳ）の他端側に形成された食い込み雌ねじ部（１４）と、を有し、
前記標準雌ねじ部（１３）は、ねじ山の角度が６０°に形成されており、
前記食い込み雌ねじ部（１４）は、
雌ねじ（ＦＳ）の谷底（１４ａ）側に形成されており、ねじ山の角度が６０°であって、前記標準雌ねじ部（１３）の内径（Ｄ１）と同じ径の標準部（１４ｃ）と、
前記標準部（１４ｃ）の頂部から内方に向けて突出形成されており、ねじ山の角度（β）が４３°～４４°であって、前記標準雌ねじ部（１３）の内径（Ｄ１）よりも小径の内径（Φ１）を有する食い込み部（１４ｄ）と、を有し、
さらに、当該ナット（１０）を前記標準ボルト（３０）に螺合したときに、前記食い込み部（１４ｄ）が前記標準ボルト（３０）の雄ねじ（ＭＳ２）の谷底（３４）に食い込むように形成されており、かつ、前記標準ボルト（３０）に対する締結および戻し（緩め）を繰り返すことが可能なナット。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019127049A JP7316123B2 (ja) | 2019-07-08 | 2019-07-08 | ボルトおよびナット |
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| JP2019127049A JP7316123B2 (ja) | 2019-07-08 | 2019-07-08 | ボルトおよびナット |
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|---|---|
| JP2021011926A JP2021011926A (ja) | 2021-02-04 |
| JP7316123B2 true JP7316123B2 (ja) | 2023-07-27 |
Family
ID=74226834
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2019127049A Active JP7316123B2 (ja) | 2019-07-08 | 2019-07-08 | ボルトおよびナット |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3208992U (ja) | 2016-11-24 | 2017-03-02 | 邦治 志々目 | きつめのナットおよび きつめのボルト |
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| JPS603309U (ja) * | 1983-06-20 | 1985-01-11 | 奥本 松博 | 緩み止めナツト |
| GB2198801B (en) * | 1986-12-19 | 1991-02-20 | Masco Ind Inc | Locking fastener |
| JPH0663923A (ja) * | 1992-08-25 | 1994-03-08 | Sekisui Chem Co Ltd | 水硬性無機質成形体の製造方法 |
-
2019
- 2019-07-08 JP JP2019127049A patent/JP7316123B2/ja active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2018173705A1 (ja) | 2017-03-24 | 2018-09-27 | 日本発條株式会社 | 締結部材 |
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