JPH0760081B2

JPH0760081B2 - めねじ有効径測定方法

Info

Publication number: JPH0760081B2
Application number: JP1060898A
Authority: JP
Inventors: 二郎大塚; 茂生深田
Original assignee: 東京工業大学長
Priority date: 1989-03-15
Filing date: 1989-03-15
Publication date: 1995-06-28
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPH02242101A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ナッ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
ッ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、一般に三針
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、ナッ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）鋼球と
マイクロメータによるナッ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）のねじ山総形フィーラを有する
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、厳密なマスタを必要と
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致するような特殊
なフィーラと較正のためのねじ状マスタを必要とし、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。

（発明が解決しようとする問題点）めねじの正確な寸法管理の必要性は、台形ねじ、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
械や種々や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、これらのねじ送り機構の性能は
ねじ軸単体の工作精度とともにねじ軸とナットとのはめ
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ッ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
ナットのはめあいを数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、前加工されたナッ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、ねじ軸とナット
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個のナット
に予圧を与えた状態で使用するため、ナットの有効径の
ばらつきを、間座やボー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。

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じ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）本発明は、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測定器として用
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、連立方程式上式において、 d_i＝d₀−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_pを次式 α：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
にある。

また、本発明によれば、上述のd_sを近似式で求めることができる。

（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A₁,B₁,C₁で表し、同様に右投
影面（第3c図）における位置をA₂,B₂,C₂で、前投影図
（第3d図）における位置をA₃,B₃,C₃で表す。△ABCは第3
e図に示すように正三角形であるからAB＝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C₃の軸方向距離と、点A₃からB₃の軸方向距離は等し
く、前投影面においては点A₃,B₃,C₃は一直線上にある。
従って、△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各角゜だけ傾くこと
になる。よって、上投影面においては、△A₁B₁C₁は二等
辺三角形となる。

ここで、つる巻線の直径をd_s,正三角形ABCの外接円の直
径をd₁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Ｏ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。

L₁,L₂を消去して整理すると連立方程式となる。また△ABCの法線の傾きはで与えられる。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,d_i,d_sの３個となり、d_i,d_s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個の球状フィーラの中心
とすると、d_i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
の読み取り値とフィーラ直径Ｗより知ることができる
（d_i＝d_o−Ｗ）。

３個の球状フィーラを実際のナットのねじ溝にはめ、ラ
チエットにより所定の測定圧を加えてd_iを求める。次に
連立方程式（２）を解いてd_sを求める。d_sが求まれば、
ナットの有効径d_p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。一例としてd_S＝50mmの場合についてｅ
＝d_i−d_s,θおよびの計算結果を第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、とおいて式（５）を無次元化するとが得られる。ｇ（ε）＝０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が十分の大き
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。

実際に計算を行うとａ∞は1.4622に収束する。式
（６），（８）より次の近似計算式が得られる。

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/d_s）＜0.2の範囲内で実用上十分な近似精
度を持つと言える。

台形ねじの場合、フィーラ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。適用しうるフィ
ーラの最大直径をd_max,最小直径をd_min,最適直径を
d_opt,とするとまたボールねじの場合は、フィーラ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１に球状フ
ィーラ２を取付けたものである。図示の３点内径をマイ
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
ピンドール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の一端6aに既知のように取付けられたラチエッ
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
状フィーラ２を半径方向外方に押し出す。したがって、
フィーラの外接円の直径d₀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の移動量はシン
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、ラチエット16を用いること
により、被測定面に球状フィーラ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フィーラ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、本発明によるめねじ有効径測定器は従
来の３点内径マイクロメータとは、フィーラの形状が相
違する。従来の３点内径マイクロメータはフィーラが円
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、めねじの有効形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。

JIS 30度台形ねじTr50×８（外径50mm,ピッチＰ＝8mm,
ねじ山の半角α＝15゜）を、直径Ｗ＝11/64インチ（＝
4.366mm）の球状フィーラを用いて測定し、内径マイク
ロメータの読みd_oが48.854mmであった。これからd_i＝d₀
−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＝44.072mm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＝44.074mm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
球状フィーラを用いており、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
じ、ボールねじ等の種々のねじに適用することができ
る。

（発明の効果）本発明は、ナッ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
されるナッ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d_s＝50mmの場合のe,θ，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……球状フィーラ、３……ステム４……目盛、５……シンブル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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、連立方程式上式において、 d_i＝d₀−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_pを次式 α：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。
【請求項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、近似式上式において、 d_i＝d₀−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_pを次式 α：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。