JPH02242101A - めねじ有効径測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ナツト等のめねじの有効径を測定する方法お
よび測定器、特に、ねじ送り機構のねじ軸と螺合するナ
ツト等のめねじを機械工場でねじ切りする際に適用され
るめねじ有効径測定方法およびその測定器に関するもの
である。

（従来の技術） 従来、おねじの有効径の測定方法としては、般に三針法
が用いられており、三針法は簡便で、しかも、最も信頼
できる測定原理であり、その理論的考察も進んでいる。

これに対し、ナツト等のめねじの有効径の測定方法とし
ては（１）キャリパによる２点測定方法、（２）綱球と
マイクロメータによるナツトの外径基準測定方法、（３
）ねじ山総形フィーラを有する内径マイクロメータによ
る測定方法および（４）測定室内で行なわれている万能
測定顕微鏡を用いる測定方法が既知である。

これらの既知の測定方法のうち、（１）のキャリパによ
る２点測定方法と（３）のねじ山総形フイーラを有する
内径マイクロメータによる方法が工作現場でのめねじ有
効径の測定に用いることが可能であるとされている。

しかし、キャリパによる方法は、厳密なマスクを必要と
し、２点測定となるため測定が不安定で、最大直径部分
を正確に・ひろうためには触感に頼った熟練が必要であ
り、個人差が生じるとともに測定結果のバラツキが大き
いという問題がある。また、ねじ山総形フィーラを用い
る方法は、断面形状が各ねじ規格に一敗するような特殊
なフィーラと較正のだめのねじ状マスクを必要とし、用
途が限られている。

上述したように、従来のめねじの有効径測定方法は、お
ねじの三針法に匹敵するような簡便さや正確さがなく、
確立した測定原理がないままに今日に至っている。

めねじの正確な寸法管理の必要性は、台形ねし、ボール
ねじ等の精密送りねじの工作において特に高く、工作機
械や種々の精密位置決め機構にはねじによる送り機構が
最も多く用いられるが、これらのねし送り機構の性能は
ねじ軸単体の工作精度とともにねじ軸とナツトとのはめ
あいに大きく依存する。例えば台形ねじでは、ねじ軸の
おねじの有効径に対してナツトのめねじの有効径が必要
以上に大きいとバックラッシュが大きくなり、逆に、す
きまが小さすぎると駆動トルクが増大する。ねじ送り機
構のこれらの動的性能を適正に保つためには、ねじ軸と
ナツトのはめあいを数μｍ単位で調整する必要がある。

しかし、現在のところはめねじの有効径の正確な測定方
法が無いために、前加工されたナツトのめねじと所定の
寸法に仕上げられたねじ軸のおねじとを、実際に螺合さ
せ、工作者の触感に頼りながらラッピングにより最終的
に調整している。このような方法では、ねじ軸とナツト
とを１対１で対応させなければならず、互換性のある生
産は不可能である。またボールねじでは、２個のナツト
に予圧を与えた状態で使用す・るため、ナツトの有効径
のばらつきを、間座やボ−ル径を調整することで解消し
ており、これもまた厳密な意味で互換性のある生産が行
なわれていない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、操作が簡便で、めねじの有効径を高い
精度で確実に測定でき、めねじを高精度で加工する製造
工程に取り入れ得るめねし有効径測定方法を提供しよう
とするものである。

また、本発明の他の目的は、上述した測定方法に用いる
ための測定器を提供しようとするものである。

（問題を解決するための手段） 本発明によれば、３個の球状フィラーを半角形の頂点に
それぞれ位置させた３点内径マイクロメータを測定器と
して用い、ナツト等の被測定めねじの１ピッチ内のねじ
溝に３個の球状フィラーをはめておしつけ、この際の３
点内径マイクロメータの目盛により３個の球状フィラー
の外接円径ｄｏを読み取り、 上式において、 ｄ、＝ｄｏ−Ｗ Ｗ：球状フィーラの直径（ｍｍ） Ｐ：被測定めねじのねし山のピッチ（ｍｍ）θ：被測定
めねじの軸線方向投影図におけるつる巻線の中心Ｏと頂
点Ｃとを結ぶ線と垂直線■とのなす角度 によりピッチＰのつる巻線の直径ｄｓを求め、ナツト等
のめねじ有効径ｄ、を次式 α：被測定めねじのねし山の半角 により決定することを特徴とする。

また、本発明によれば、上述のｄ、を近似式０式％ また、本発明によれば目盛付シンブルを一端に嵌着した
ステムと、このステムと螺合してシンブルにより回転さ
れることによりステム内に軸線方向に動かされる中心ス
ピンドルと、ステムの他端に設けられて中心スピンドル
の推力により拡径される拡径部材と、拡径部材上に円周
方向に等間隔で離間した位置で設けられたフィーラとを
具え、シンブルの回転角度に応じてフィーラが半径方向
に移動するように構成された３点式マイクロメータの前
記フィーラを球状としたことを特徴とす。

（作　用） 第３図は本発明による測定原理を示す。

第３ａ図に示すように、正三角形ＡＢＣの各頂点がピッ
チＰのつる巻線上にある場合を考える。

点Ａ、Ｂ、’Ｃの上投影図（第３ｂ図）における位置を
Ａ、、Ｂ、、Ｃ，で表し、同様に右投影面（第３Ｃ図）
における位置をＡ　ｚ、　Ｂ　ｚ、　Ｃ２で、前投影図
（第３ｄ図）における位置をＡＩＢ！、Ｃ３で表す。

△ＡＢＣは第３ｅ図に示すように正三角形であるからＡ
Ｂ＝ＡＣであり、つる巻線と弦との関係より、前投影図
においては、点Ａ３から０３の軸方向距離と、点Ａ３か
らＢゴの軸方向距離は等しく、前投影面においては点Ａ
　ｆｆ＋　８３．　Ｃｘは一直線上にある。従って、Δ
ＡＢＣの法線はねじの軸線に対して、点Ａから辺ＢＣに
おろした中線を回転軸として角ψ°だけ傾くことになる
。よって、上投影面においては、ΔＡＩ　ＢＩ　ＣＩは
二等辺三角形となる。

ここで、つる巻線の直径をｄ３＋　正三角形ＡＢＣの外
接円の直径をｄ、とし、ねじの軸方向投影面（上投影面
）において頂点Ｃの方向、すなわちつる巻線の中心０と
頂点Ｃを結ぶ線と垂直線Ｖとのなす角をθで表すと、ね
じの各投影面での幾何学的関係より次の連立方程式が成
立する。

Ｌ、　　＝Ｌ２ ＬＩ＋　Ｌｚを消去して整理すると連立方程式となる。

またΔＡＢＣの法線の傾き？はθ Ｐ（１−−） π で与えられる。ここで式（２）において、ピッチＰを既
知とすると未知数はθ＋　　ｄｉ＋　　１の３個となり
、ｄ　ｉ＋　ｄ　、のいずれかを定めれば残りの２個の
未知数が求まる。Ａ、Ｂ、Ｃを３点内径マイクロメータ
の３個の球状ツイータの中心とすると、ｄ、は内径マイ
クロメータのリングゲージによる較正結果を参照するこ
とにより、内径マイクロメータの読み取り値とツイータ
直径Ｗより知ることができる（ｄ＝＝ｄｏ　Ｗ）。

３個の球状ツイータを実際のナツトのねし溝にはめ、ラ
チェットにより所定の測定圧を加えてｄ、を求める。次
に連立方程式（２）を解いてｄ、を求める。ｄｓが求ま
れば、ナツトの有効径ｄ、は、おねじの三針法において
有効径を求める式と同様の次式 で与えられる。連立方程式（２）の厳密解を解析的に求
めることは難しいが、θをパラメータとして数値的に解
くことができる。−例としてｄｓ’＝５０ｍｍの場合に
ついてｅ　＝ｄ　＝　　ｄ　ｏ　＋θおよびｐの計算結
果を第４図に示す。この計算はプログラムコンピュータ
により簡単に行なえるが、下記の近似計算式を用いるこ
ともできる。すなわち、式（２）よりθを消去すると となる。ここで、 ｅ＝ｄ＝　　ｄ３＋　　ε＝ （０〈ε＜１） ｄ□ とおいて式（５）を無次元化すると 分な近似精度を持つ、と言える。

台形ねじの場合、ツイータ直径とねじ溝の関係はおねじ
の三針法と全く同様に次のようになる。

適用しうるツイータの最大直径をｄ　１ＩｉＸ＋最小直
径をｄ　ｅ＋ｉｎ＋最適直径をｄ。ｐい　とするとが得
られる。ｇ（ε）＝Ｏの解を求めるために、ｇ（０）の
点よりニュートン近似をとり、γが十分に大きいという
条件のもとに微小項を無視するとεは次のようになる。

ａｏ＝１） 実際に計算を行うとａ。は１．４６２２に収束する。

弐（６）、　（８）より次の近似計算式が得られる。

ｃｔ＝ 近似計算式（９）による計算結果の一例を第４図の破線
で示す。（ｐ／ｄｓ）　＜０．２の範囲内で実用上子ま
たポールねじの場合は、ツイータ直径は測定対象に実際
に組み込まれる転動体球径と等しくする。

（実施例） 第１および２図は本発明によるめねじ有効径測定器の１
実施例を示し、図示の例は（株）三豊製作所「ホールテ
スト」として市販の３点内径マイクロメータｌに球状ツ
イータ２を取付けたものである。図示の３点内径マイク
ロメータ１はステム３の一端に目盛４をつけたシンブル
５が取付けられ、ステム３内に軸線方向に延在するスピ
ントール６の一端６ａがシンブル５に一体に回転するよ
う取付けられ、スピンドル６に設けたピッチ０．５ｍｍ
のおねじ７がステム３の一端３ａに設けられためねじ８
と螺合し、ステム３の他端３ｂの内部に設けられた円筒
孔９内にピストン１０が軸線方向に摺動自在に挿入され
、このピストン１０に頂角が５３．１３　’　の円錐形
前端１１が形成され、この円錐形前端１１と協働し得る
斜切面１２を内側端に有する３個の拡径部材１３がステ
ム先端ヘッド１４内に半径方向に摺動自在に取付けられ
、拡径部材１３を板ばね１５によってピストン１０に押
しつけるよう構成されている。１６はスピンドル６の−
＠６ａに既知のように取付けられたラチェットを示す。

上述の構成により、シンブル５を回転することによりス
ピンドル６がピストン１０を軸線方向に押し動かし、ピ
ストン１０の軸線方向移動量の半分だけ、拡径部材１３
上の球状ツイータ２を半径方向外方に押し出す。したが
って、ツイータの外接円の直径ｄｏの増加量とスピンド
ル６の移動量とは等しくなる。このスピンドル６の移動
量ハシンブル５の円周上に刻まれている目盛４によって
読み取ることができる。測定に際し、ラチェット１６を
用いることにより、被測定面に球状ツイータ２を一定の
圧力で接触させることができる。さらに、リングゲージ
により予め較正しておくことによってツイータの外接円
の直径を正確に知ることができる。

上述したように、本発明によるめねし有効径測定器は従
来の３点内径マイクロメータとは、ツイータの形状が相
違する。従来の３点内径マイクロメータはツイータが円
筒形状であって、単純な円筒体の内径を測定するもので
あり、めねじの有効径を測定し得るものではない。

次に、本発明により上述した測定器を用いてめねじの有
効径を測定した実施例につき説明する。

ＪｒＳ　３０度台形ねじＴｒ５０　Ｘ　８　（外径５０
ｍｍ、　　ピッチＰ＝８ｍｍ、ねじ山の半角α−１５°
）を、直径Ｗ＝１１／６４インチ（＝４．３６６ｍｍ）
の球状ツイータを用いて測定し、内径マイクロメータの
読みｄ。が４８．８５４ｍｎ＋であった。これからｄ　
ｉ　＝ｄ　ｏ　　Ｗ　＝　４４　、２８８ｍｍをプログ
ラム電卓に入力して式（２）により数値的に解くことに
よりｄ　ｓ”’４４．０７２　ｍｍが得られ、さらに式
（４）により有効径ｄ　Ｐ　＝　４６．０１３ｍｍが得
られた。

また、近似式（９）を用いると、ｄ　ｓ　＝４４　、０
７４ｍｍが得られ、さらに式（４）により有効径ｄ　ｐ
　＝　４６．０１４ｍｍが得られた。

上述したように、本発明による測定方法は比較的単純な
球状ツイータを用いており、較正も通常の円筒リングゲ
ージだけで行うことができるため、三角ねじ、台形ねし
、ボールねじ等の種々のねじに通用することができる。

（発明の効果） 本発明は、ナツト等のめねじの有効径を工作現場におい
て容易に正確に測定することを可能とし、高精度に要求
されるナツトの製造工程を大きく改善し、製造能率を向
上させることができ、互換性のある高精度の安定した品
質のめねじ付製品を大量に安価に生産することを可能と
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例による測定器の側面図、 第２図は第１図に示す測定器の概略縦断面図、第３図は
本発明の測定方法の原理説明図、第４図はｄｓ＝５０ｍ
ｍの場合のｅ、θ、ψの変化を示すグラフである。 １・・・３点内径マイクロメータ ２・・・球状ツイータ　　　３・・・ステム４・・・目
盛”　５・・・シンフ゛ル ６・・・スピンドル　　　　１０・・・ピストン１３・
・・拡径部材　　　　　１４・・・ステム先端ヘッド第
１図 ２球（にフィーラ １４ズテム先を島ヘッド ｌ　３点、１Ｍ径マイクロメーグ ハ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、３個の球状フィラーを三角形の頂点にそれぞれ位置
   させた３点内径マイクロメータを用い、ナット等の被測
   定めねじの１ピッチ内のねじ溝に３個の球状フィラーを
   はめておしつけ、この際の３点内径マイクロメータの目
   盛により３個の球状フィラーの外接円径ｄ＿ｏを読み取
   り、 連立方程式 ｛３ｄ＿ｉ＾２＝４（ｄ＿ｓｓｉｎθ）＾２＋４Ｐ＾２
   （１−［θ／π］）＾２、３ｄ＿ｉ＾２＝４（ｄ＿ｓｃ
   ｏｓ［θ／２］）＾２＋Ｐ＾２（１−［θ／π］）＾２
   ｝上式において、 ｄ＿ｉ＝ｄ＿ｏ−Ｗ Ｗ：球状フィーラの直径（ｍｍ） Ｐ：被測定めねじのねじ山のピッチ（ｍｍ）θ：被測定
   めねじの軸線方向投影図におけるつる巻線の中心Ｏと頂
   点Ｃとを結ぶ線と 垂直線Ｖとのなす角度 によりピッチＰのつる巻線の直径ｄ＿ｓを求め、ナット
   等のめねじ有効径ｄ＿ｒを次式 ｄ＿ｒ＝ｄ＿ｓ＋（Ｗ／ｓｉｎα）−（Ｐ／２）ｃｏｔ
   αα：被測定めねじのねじ山の半角 により決定することを特徴とするめねじ有効径測定方法
   。 ２、３個の球状フィラーを三角形の頂点にそれぞれ位置
   させた３点内径マイクロメータを用い、ナット等の被測
   定めねじの１ピッチ内のねじ溝に３個の球状フィラーを
   はめておしつけ、この際の３点内径マイクロメータの目
   盛により３個の球状フィラーの外接円径ｄ＿ｏを読み取
   り、近似式 ｄ＿ｓ＝ｄ＿ｉ（０．１４８１４Ｐ＾２／ｄ＿ｉ）上式
   において、 ｄ＿ｉ＝ｄ＿ｏ−Ｗ Ｗ：球状フィーラの直径（ｍｍ） Ｐ：被測定めねじのねじ山のピッチ（ｍｍ）によりピッ
   チＰのつる巻線の直径ｄ＿ｓを求め、ナット等のめねじ
   有効径ｄ＿ｒを次式 ｄ＿ｒ＝ｄ＿ｓ＋（Ｗ／ｓｉｎα）−（Ｐ／２）ｃｏｓ
   αα：被測定めねじのねじ山の半角 により決定することを特徴とするめねじ有効径測定方法
   。 ３、目盛付シンブルを一端に嵌着したステムと、このス
   テムと螺合してシンブルにより回転されることによりス
   テム内に軸線方向に動かされる中心スピンドルと、ステ
   ムの他端に設けられて中心スピンドルの推力により拡径
   される拡径部材と、拡径部材上に円周方向に等間隔で離
   間した位置で設けられたフィーラとを具え、シンブルの
   回転角度に応じてフィーラが半径方向に移動するように
   構成された３点式マイクロメータの前記フィーラを球状
   としたことを特徴とするめねじ有効径測定器。