WO2002097286A1 - Structure de serrage de vis, element de vis et outil de serrage de vis - Google Patents

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WO2002097286A1
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center line
screw tightening
screw member
torque
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Kouzou Yamamoto
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Definitions

  • Screw tightening structure screw member, and screw tightening tool
  • the present invention relates to a screw tightening structure, and more particularly to a screw tightening structure capable of reducing the size and weight of a screw member.
  • the driving angle a of the hexagonal head (see Fig. 10) is 60 ° and an extra component force is generated. It was difficult to reduce the height to make it smaller.
  • the driving angle is determined by the torque at the point of application Q (the apex of the hexagon) at which the tightening torque is transmitted to the hexagonal head 100, and the normal force N applied by the screw tightening tool and the tightening torque.
  • the tightening force F must be increased in inverse proportion to it, so that the normal force N and the expansion component E further increase, and As the rotational operation force required for rotating the tool increases, the application point Q, that is, the corner of the hexagonal head 100 may be crushed.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a screw tightening structure that can reduce the size and weight of a screw member while securing equal or higher tightening torque. . Disclosure of the invention
  • the first invention is provided on one and the other of a screw member and a screw tightening tool for tightening the screw member, and is provided on the outer peripheral side at equal angular intervals around the center line.
  • the screw tightening tool is rotated around its center line by a fitting hole and a fitting projection having a plurality of torque transmitting portions protruding to each other.
  • the torque transmitting section has a tangent line substantially coincident with a straight line passing through the center line in a cross-sectional shape perpendicular to the center line. And torque transmission is performed via the engaging portion.
  • a second invention is characterized in that, in the screw tightening structure of the first invention, the engaging portion is a flat surface having a predetermined dimension in the tangential direction.
  • a third invention is the screw tightening structure according to the first invention or the second invention, wherein the screw member has a male screw, and the fitting protrusion is provided on the screw member.
  • the maximum diameter dimension Dmax, the minimum diameter dimension Dmin, and the height dimension k of the fitting projection in the direction parallel to the center line are respectively the following with respect to the outer diameter d of the male screw: ⁇ (4), ( 5) and (6) are satisfied. Dmax ⁇ 1.5 d (4)
  • a fourth invention relates to a screw member, and is provided with the fitting hole or the fitting projection according to the first invention or the second invention. .
  • a fifth invention relates to a screw member, which has a male screw and is provided with the fitting projection according to the third invention.
  • a sixth invention relates to a screw tightening tool, and is provided with the fitting hole or the fitting protrusion according to the first invention or the second invention.
  • the plurality of torque transmitting portions protruding to the outer peripheral side have engaging portions whose tangents substantially coincide with straight lines passing through the center line in a cross-sectional shape perpendicular to the center line. Since the torque is transmitted through the joint, the drive angle is substantially zero. As a result, the normal force N on the surface and the tightening force .F substantially coincide with each other, and the extended component E becomes substantially zero. For this reason, the surface normal force N is smaller than in the case of the hexagonal head shown in FIG.
  • the flat surface having a predetermined dimension in the tangential direction that is, the flat engaging portion is provided along a straight line substantially passing through the center line
  • the tightening force F is dispersed and the surface pressure is reduced.
  • the size can be reduced, and the weight and size can be further reduced.
  • the maximum diameter dimension Dmax, the minimum diameter dimension Dmin, and the height dimension k of the fitting projection provided on the screw member having the male thread are expressed by the above-described equations (4), (5), (5), respectively.
  • the fitting projection is smaller than the external diameter d of the male screw while avoiding crushing or breaking of the torque transmitting part as compared with the conventional hexagonal head. Become lightweight. ''
  • the screw member of the fourth invention and the screw tightening tool of the sixth invention have substantially the same operation and effect as those of the first and second inventions, and the screw member of the fifth invention is substantially the same as the third embodiment. Departure The same operation and effect as in the case of Ming are obtained.
  • the screw tightening structure is often provided with a fitting hole on the screw member side, such as a hexagonal port, and a fitting hole on the screw tightening tool side.
  • a fitting hole (recess) can be provided, and a fitting protrusion (wing) can be provided on the screw tightening tool side.
  • These fitting holes and fitting projections can be provided substantially parallel to the axial direction.
  • the inclined portion is inclined with respect to the center line in terms of force, forging formability, and ease of fitting.
  • a chamfer or the like may be provided.
  • the number of the torque transmitting portions protruding to the outer peripheral side of the fitting convex portion and the fitting hole is generally five or six, but may be four or less or six or more.
  • the engaging portion whose tangent line substantially coincides with a straight line passing through the center line in a cross-sectional shape perpendicular to the center line be a flat surface having a predetermined dimension in the tangential direction as in the second invention.
  • a torque transmitting portion having a pair of linear side walls facing the center line from the outer peripheral side to the substantially center line is preferably used, but a part of the tangential line of the side wall surface curved in an arc shape is preferably used. It may be a case where it substantially coincides with a straight line passing through the center line.
  • the minimum diameter Dini n is larger than 1.Id, but in the first and second inventions, the minimum diameter Dmin and the maximum diameter Dmax may be made smaller than the outer diameter d. It is possible. In this case, the height k may be set to 0.6 d or more as necessary so that a predetermined breaking strength is obtained.
  • the maximum diameter dimension Dmax is set to 1.5 d or less and the height dimension k is made smaller than 0.6 d because the height dimension k is made smaller than the conventional hexagonal port. Is set to 0.3 d or more so that the breaking strength of the head, that is, the fitting convex portion, is larger than the breaking strength of the male screw portion at the time of tightening. It is more desirable that the height dimension k satisfies the following equation (7).
  • the fitting convex portion is provided on the screw member, and the angle of the torque transmitting portion of the fitting convex portion around the center line is ⁇ 1, and the angle between the contacting torque transmitting portions is When ⁇ 2, it is desirable to satisfy the following equation (8). That is, for example, JISB 4636 “Socket Wrench-Socket” specifies that the material of the tightening tool should be SCM435 of JIS G4105 or a material equivalent or higher, while the material of the screw member is generally of strength class 8.8.
  • SCM435 belongs to strength class 10.9, its tensile strength whereas a 10 4 oN / mm 2 approximately, the tensile strength of the screws of strength class 8.8 80 Since ONZmm 2 is about 2 , if the expression (8) is satisfied, the torque transmission portion on the screw member side is suitably prevented from breaking.
  • the above “strength class” refers to the strength class specified in “Mechanical Properties of Steel Porto Machine Screws” in JISB 1051, and the same applies to the following description.
  • FIG. 1 is a view showing a screw member according to an embodiment of the present invention, wherein (a) is a plan view as viewed from the head side, and (b) is a cross-sectional view taken along line BB of (a).
  • FIG. 2 shows a screw tightening tool used for tightening the screw member shown in Fig. 1.
  • (a) is a bottom view from the socket side
  • (b) is a view from a direction perpendicular to the center line S.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing an example of a ratio (ZRm) between the shear strength and the tensile strength Rm of the screw material for each strength category.
  • Figure 4 shows the value of the ratio in FIG. 3 (x B / Rm) From height kini n obtained for each strength class with, and determined for strength class 12.9 as an example (kniin / d)
  • FIG. 3 shows the value of the ratio in FIG. 3 (x B / Rm) From height kini n obtained for each strength class with, and determined for strength class 12.9 as an example (kniin / d)
  • FIG. 3 shows the value of the ratio in FIG. 3 (x B / Rm) From height kini n obtained for each strength class with, and determined for strength class 12.9 as an example (kniin / d)
  • FIG. 5 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention, and is a diagram corresponding to FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining still another embodiment of the present invention, and is a diagram corresponding to FIG.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining still another embodiment of the present invention, and is a diagram corresponding to FIG.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining still another embodiment of the present invention, and is a diagram corresponding to FIG.
  • FIGS. 9A and 9B are diagrams illustrating still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is a plan view as viewed from the head side
  • FIG. 9B is a front view as viewed from a direction perpendicular to the center line.
  • FIG. 10 is a diagram showing a hexagonal head of a conventional hexagonal port.
  • FIG. 11 is a diagram showing dimensions s, e, k, and d of each part specified in the “hexagon port” of JISB 1180. .
  • FIG. 12 is a diagram showing dimensions s, e, k, and d of each part specified in “Hexagon Port with Flange” of JIS B 1189.
  • FIG. 13 is a diagram showing specific examples of the dimensions s, e, and k of each part in FIGS. 11 and 12, and the results of obtaining “eZd” and “k / d” from those values.
  • FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a screw member 10 according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view as viewed from the head 12 side, and FIG. A screw 14 is provided on the body concentrically with the center line 0 continuously with the head 12, and the socket 32 of the screw tightening tool 30 shown in FIG. By turning it around, the male screw 14 is tightened or loosened.
  • the head 12 corresponds to a fitting projection, and six torque transmission portions 16 are provided at equal angular intervals around the center line ⁇ , that is, at 60 ° intervals so as to protrude to the outer peripheral side.
  • the outer peripheral portion of the fan has a fan shape centered on the center line O in plan view of FIG.
  • the crossing angle of the side wall surface 18 with a straight line passing through the center line O is substantially 0 °, that is, ⁇ 1 in this embodiment. It is as follows.
  • the outer peripheral shape of the head 12 is provided parallel to the center line 0, and the shape in plan view of FIG. 1 (a) matches the cross-sectional shape perpendicular to the center line O, and the side wall surface 18 is aligned with the center line 0. It is a parallel flat surface.
  • the side wall surfaces 18 of the adjacent torque transmitting portions 16 are connected to each other via a pair of flat inclined surfaces 20 symmetrically inclined inward, and a pentagonal groove 22 is provided between the torque transmitting portions 16. Is provided.
  • the socket portion 32 of the screw tightening tool 30 has a bottomed cylindrical shape having a fitting hole 34.
  • 2A is a bottom view as viewed from the socket 32 side
  • FIG. 2B is a front view as viewed from a direction perpendicular to the center S.
  • Six torque transmitting portions 36 are provided at equal angular intervals, that is, at 60 ° intervals, so as to protrude toward the outer peripheral side, and the torque transmitting portions 36 have a fan shape in a bottom view in FIG. 2 (a).
  • a pair of linear side walls 38 extending from the outer peripheral edge toward the center line S are provided as engaging portions.
  • each part of the fitting hole 34 are slightly larger than the dimensions of each part of the head 12 so that they can be fitted to the outer peripheral side of the head 12, and the dimensions of the torque transmitting part 36 are
  • the sockets and sockets 32 are concentrically fitted to the heads 12 so that the torque transmitting portions 16 of the heads 12 respectively enter and are rotated about the center line S, so that the side wall surfaces 38 and Torque is transmitted to the screw member 10 via 18.
  • the six torque transmitting portions 16 and 36 protruding to the outer peripheral side are formed with the center lines O or S, respectively.
  • the right-angled cross-section has side walls 18 and 38 on a straight line passing through the center lines 0 and S, and torque is transmitted through those side walls 18 and 38.
  • the direction of the surface normal force N applied from the screw tightening tool 30 matches the direction of the tightening force F effective for tightening (the circumferential direction around the center line O).
  • the extended component E (see Fig. 10) becomes almost zero.
  • the surface normal force N is smaller than that of the conventional hexagonal head 100, and the rotational operation force applied to the screw tightening tool 30 and the load acting on the torque transmitting parts 16 and 36 are smaller. Therefore, the diameter of the head 12 of the screw member 10 is reduced while securing the specified tightening torque while avoiding crushing of the side walls 18 and 38 where torque is transmitted. Weight and weight. '
  • the flat side wall surfaces 18 and 38 on a straight line passing through the center line ⁇ or S Is provided the tightening force F is dispersed, the surface pressure is reduced, and the head 12 of the screw member 10 can be further reduced in weight and size.
  • the maximum diameter dimension Dmax of the head 12 of the screw member 10 is 1.5 d and the height dimension k is 0.35 d, as is apparent from FIG.
  • the head 12 is much smaller than that of the first embodiment, and the screw member 10 is small and light.
  • kmin (RmxA (s)) Z (x B X txd)
  • the ratio R) between the shear strength and the tensile strength Rm of the screw material is determined by the German Technical Association VD 12230 ⁇ Systematic calculation method for high-strength screw fastening '' for each strength category as shown in Fig. 3.
  • the minimum height dimension kmin is calculated for each of the strength members of several screw members 10 with different outer diameters d according to the above equation (12)
  • the result is as shown in Fig. 4.
  • (kmin Zd) is obtained for the strength class 12.9.
  • the values shown in the rightmost column of Fig. 4 are obtained. Therefore, even in the case of the strength class 12.9, a sufficient breaking strength can be obtained if the height dimension k is 0.35 d as in the present embodiment. In the case of strength class 8.8 or 10.9, the conditions are relaxed, and sufficient breaking strength can be obtained even with a height k of about 0.3 d.
  • the angle ⁇ 1 of the torque transmission 16 and the angle ⁇ 2 of the groove 22 are Since the relation of the expression (8) is satisfied, the breakage of the torque transmitting portion 16 on the screw member 10 side is suitably prevented.
  • the material of the screw tightening tool 30 is SCM 435 of JISG 4105 as specified in JISB 4 636 “Socket wrench-socket”, and the material of the screw 10 is strong. If segment 8. belongs to 8, S CM 4 3 5 belongs to property class 1 0. 9 that the tensile strength whereas it for a 1 0 4 0 NZmm 2 extent, the strength class 8. 8 because the tensile strength of the screws is 8 0 0 NZmm 2 mm, (8) if so as to satisfy the equation, it is the breaking strength of the screw member 1 0 than the tool 3 0 screw tightening is high.
  • the screw member 40 in FIG. 5 is a case where five torque transmitting portions 16 are provided at equal angular intervals around the center line 0, and the dimensions Dmax, Dmin, k, ⁇ 1, and ⁇ 2 of the respective portions are as described above. Equations (4), (5), (7), and (8) are set to satisfy.
  • the screw member 42 in FIG. 6 is a case where a recess 12 of 6 grooves is provided in the head 12 of the screw member 10 corresponding to the torque transmitting portion 16, and two types of screw tightening tools are used. It can be used for fastening work.
  • the recess 44 does not satisfy the requirements of the present invention, and does not have an engaging portion that substantially coincides with a straight line passing through the center line 0.
  • the screw members 46 and 48 in FIGS. 7 and 8 are U-shaped grooves 5 having a substantially semicircular bottom 50 smoothly curved from the flat side wall surface 18 instead of the pentagonal groove 22. When the groove 2 is provided and the opening of the groove 52 is rounded, the same operation and effect as those of the screw members 10 and 40 can be obtained.
  • FIG. 9 shows a case where the present invention is applied to a stud port 60, in which a head portion 62 functioning as a fitting projection and a screw portion 68 having a pair of external threads 64, 66 are concentrically arranged.
  • the shape of the head 62 in plan view is the same as that of the head 12, and includes six torque transmission portions 16 having a pair of side walls 18, but each of the diameters Dmax and Drain is almost the same. Outer diameter d of screws 6 4 and 6 6 is smaller.
  • torque is transmitted through the flat side wall surface 18 located on a straight line passing through the center line ⁇ in a plan view, so that a large tightening force F is generated with the downsizing of the head 62.
  • FIG. 9A is a plan view as viewed from the head 62 side
  • FIG. 9B is a front view as viewed from a direction perpendicular to the center line.

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Description

ねじ締付構造、 ねじ部材、 およびねじ締付工具 技術分野
本発明はねじ締付構造に係り、 特に、 ねじ部材を小型で軽量化できるねじ締付 構造に関するものである。
ねじ締結に関しては、 従来六角頭が一般に広く用いられているが、 六角頭の駆 動角 a (図 1 0参照） は 6 0 °で余分な分力が発生するため、 頭部径ゃ頭の高さ を小さくして小型化することが困難であった。 図 1 0において、 駆動角ひは、 六 角頭 1 0 0に締付トルクが伝達される着力点 Q (六角形の頂点） において、 ねじ 締付工具から加えられる面直角力 Nと、 締め付けに有効な締付力 Fとの間の角度 のことで、 六角薺1 0 0の場合は 6 0 °になり、 締付トルク Tは締付力 Fおよび 半径寸法 rを用いて次式（1) で表される。 この時、 六角頭 1 0 0には次式（2) か ら明らかなように締付力 Fの 2倍の面直角力 Νが着力点 Qに加えられることにな り、 その半径方向の拡張分力 Εは次式 (3) から明らかなように、 締付力 Fの約 1 . 7倍になる。 そして、 締付トルク Τを維持しながら半径寸法 rを小さくすると、 それに反比例して締付力 Fを大きくする必要があるため、 面直角力 Nや拡張分力 Eが更に大きくなり、 ねじ締付工具の回転に必要な回転操作力が大きくなるとと もに、 着力点 Qすなわち六角頭 1 0 0の角部が潰れる可能性がある。
T= 6 xFx r . · · · (1)
N = F /cos 6 0 °= 2 F · · · (2)
E = F X tan 6 0 °= 1 . 7 F · · · (3)
このため、 例えば J I S B 1 1 8 0の 「六角ポルト」 や J I S B 1 1 8 9 の 「フランジ付き六角ポルト」 では、 図 1 1、 図 1 2に示す六角頭の各部の寸法 s、 e、 k (何れも mm) について、 図 1 3に示すようにねじの径寸法 （呼び） に応じて細かく規定している。 これ等の規定について、 六角頭の外接円の直径 e および高さ寸法 kとねじの外径 d (mm) との関係 （割合） を調べた結果が、 図 1 3の 「e /d」 欄、 「kZd」 欄の値で、 直径 eは 1 . 5 5 d以上であり、 高 さ寸法 kは 0 . 6 d以上である。
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、 その目的とするところは、 同等以上の締付トルクを確保しつつねじ部材を小型で軽量化できるねじ締付構造 を提供することにある。 発明の開示
かかる目的を達成するために、 第 1発明は、 ねじ部材およびそのねじ部材を締 め付けるねじ締付工具の一方および他方に設けられているとともに、 それぞれ中 心線まわりに等角度間隔で外周側へ突き出す複数のトルク伝達部を有して互いに 嵌合される嵌合穴および嵌合凸部から成り、 前記ねじ締付工具がその中心線まわ りに回転させられることによりそのトルク伝達部を介して前記ねじ部材に締付ト ルクを伝達するねじ締付構造であって、 前記トルク伝達部は、 前記中心線と直角 な断面形状において接線がその中心線を通る直線と略一致する係合部を有し、 そ の係合部を介してトルク伝達が行われることを特徴とする。
なお、 接線と中心線を通る直線とが略一致する場合は、 それ等の交差角が ± 3 ° 以下であることを意味しており、 トルク伝達部の少なくとも一部にそのような係 合部が設けられておれば良い。 但し、 接線と中心線を通る直線とが完全に一致す ることが理想的で、 それ等の交差角が ± 1。以下であることが望ましい。
第 2発明は、 第 1発明のねじ締付構造において、 前記係合部は、 前記接線方向 において所定の寸法を有する平坦面であることを特徵とする。
第 3発明は、 第 1発明または第 2発明のねじ締付構造において、 前記ねじ部材 はおねじを有するもので、 前記嵌合凸部はそのねじ部材に設けられており、 その 嵌合凸部の最大径寸法 Dmax、 最小径寸法 Dmin、 およびその嵌合凸部の前記中 心線と平行な方向の高さ寸法 kは、 それぞれそのおねじの外径 dに対して次^ (4) 、 (5) 、 (6) を満足することを特徴とする。 Dmax≤1 . 5 d · · · (4)
1 . 1 d <Dmin · · · (5)
0 . 3 d≤k < 0 . 6 d · · · (6)
第 4発明はねじ部材に関するもので、 第 1発明または第 2発明に記載の嵌合穴 または嵌合凸部を備えていることを特徴とする。.
第 5発明はねじ部材に関するもので、 おねじを有するとともに第 3発明に記載 の嵌合凸部が設けられていることを特徴とする。
第 6発明はねじ締付工具に関するもので、 第 1発明または第 2発明に記載の嵌 合穴または嵌合凸部を備えていることを特徴とする。
このようなねじ締付構造においては、 外周側へ突き出す複数のトルク伝達部が、 中心線と直角な断面形状において接線がその中心線を通る直線と略一致する係合 部を有し、 その係合部を介してトルク伝達が行われるため、 前記駆動角ひが略 0。になって面直角力 Nと締付力 .Fとが略一致するようになるとともに、 拡張分 力 Eが略 0になる。 このため、 前記図 1 0に示す六角頭の場合に比較して面直角 力 Nが小さくなり、 ねじ締付工具に加える回転操作力やトルク伝達部に作用する 負荷が小さくなるとともに、 係合部の圧潰などを回避しつつ所定の締付トルクを 確保しながら径寸法を小さくしてねじ部材などの軽量化、 小型化を図ることがで さる。
第 2発明では、 前記接線方向に所定の寸法を有する平坦面、 すなわち中心線を 略通る直線に沿つて平坦な係合部が設けられているため、 締付力 Fが分散されて 面圧が小さくなり、 更に軽量化、 小型化を図ることができる。
第 3発明では、 おねじを有するねじ部材に設けられた嵌合凸部の最大径寸法 D max、 最小径寸法 Dmin、 および高さ寸法 kがそれぞれ前記 (4) 式、 （5) 式、 (6) 式を満足するため、 従来の六角頭に比較してトルク伝達部の圧潰や破断など を回避しつつおねじの外径 dに対して嵌合凸部が小さくなり、 ねじ部材が小型で 軽量になる。 ''
第 4発明のねじ部材および第 6発明のねじ締付工具は、 実質的に前記第 1発明、 第 2発明と同様の作用効果が得られ、 第 5発明のねじ部材は実質的に前記第 3発 明と同様の作用効果が得られる。
ここで、 ねじ締付構造は、 六角ポルトなどのようにねじ部材側に嵌合 ώ部が設 けられ、 ねじ締付工具側に嵌合穴が設けられるが場合が多いが、 ねじ部材側に嵌 合穴 （リセス） を設けるとともにねじ締付工具側に嵌合凸部 （羽根部） を設ける こともできる。 それ等の嵌合穴および嵌合凸部は、 軸方向に略平行に設けること も可能である力、 鍛造成形性、 嵌合容易性などの点で中心線に対して傾斜する傾 斜部ゃ面取部などを設けることもできる。
嵌合凸部および嵌合穴の外周側へ突き出すトルク伝達部の数は、 一般に 5個或 いは 6個が適当であるが、 4個以下や 6個以上とすることも可能である。
中心線と直角な断面形状において接線が中心線を通る直線と略一致する係合部 は、 第 2発明のように接線方向に所定の寸法を有する平坦面とすることが望まし く、 例えば断面形状において外周側から略中心線に向かう直線状の一対の側壁面 を係合部として備えているトルク伝達部が好適に用いられるが、 円弧形状に湾曲 している側壁面の一部の接線が中心線を通る直線と略一致する場合であっても良 い。
第 3発明では最小径寸法 Dini nが 1 . I dより大きいが、 第 1発明、 第 2発明 の実施に際しては、 最小径寸法 Dminは勿論最大径寸法 Dmaxについても外径 d より小さくすることが可能である。 その場合は、 所定の破断強度が得られるよう に高さ寸法 kを必要に応じて 0 . 6 d以上とすれば良い。
第 3発明で、 最大径寸法 Dmaxを 1 . 5 d以下にするとともに、 高さ寸法 kを 0 . 6 dより小さくしたのは、 従来の六角ポルトの場合より小さくする趣旨で、 高さ寸法 kを 0 . 3 d以上としたのは、 締付時におけるおねじ部分の破断強度よ り頭部すなわち嵌合凸部の破断強度の方が大きくなるようにするためである。 な お、 高さ寸法 kとしては、 次式 (7) を満足することが更に望ましい。
0 . 3 d≤k≤0 . 4 5 d · · · (7)
また、 好適には、 前記嵌合凸部は前記ねじ部材に設けられ、 前記中心線まわり におけるその嵌合凸部の前記トルク伝達部の角度を Θ 1、 ,接するトルク伝達部 の間の角度を Θ 2とした時、 次式（8) を満足することが望ましい。 すなわち、 ね じ締付工具の材質は、 例えば J I S B 4636 「ソケットレンチ一ソケット」 では、 J I S G4105の SCM435または同等以上の材料とすることが規 定されている一方、 ねじ部材の材質は一般に強度区分 8. 8に属するものが広く 用いられており、 SCM435は強度区分 10. 9に属し、 その引張強度は 10 4 ON/mm2程度であるのに対し、 強度区分 8. 8のねじ類の引張強度は 80 ONZmm2程度であるため、 （8) 式を満足するようにすれば、 ねじ部材側の卜 ルク伝達部の破断が好適に防止されるのである。 なお、 上記 「強度区分」 は、 J I S B 1051の 「鋼製のポルト ·小ねじの機械的性質」 に規定の強度区分の ことで、 以後の説明も同じである。
1. 3≤Θ1/Θ2 · · · (8) 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一実施例であるねじ部材を示す図で、 （a) は頭部側から見た 平面図、 （b) は (a) の B— B断面図である。
図 2は、 図 1のねじ部材の締付に用いられるねじ締付工具を示す図で、 （a) は ソケット側から見た底面図、 （b).は中心線 Sと直角な方向から見た正面図である。 図 3は、 ねじ用材料の剪断強度 と引張強度 Rmとの比 （ ZRm) の一例を 強度区分毎に示した図である。
図 4は、 図 3の比 (xB/Rm) を用いて強度区分毎に求めた最低高さ寸法 kini n、 および一例として強度区分 12. 9について求めた （kniin /d) の値を示 す図である。
図 5は、 本発明の他の実施例を説明する図で、 図 1に対応する図である。
図 6は、 本発明の更に別の実施例を説明する図で、 図 1に対応する図である。 図 7は、 本発明の更に別の実施例を説明する図で、 図 1に対応する図である。 図 8は、 本発明の更に別の実施例を説明する図で、 図 1に対応する図である。 図 9は、 本発明の更に別の実施例を説明する図で、 （a) は頭部側から見た平面 図、 （b) は中心線と直角な方向から見た正面図である。
図 10は、 従来の六角ポルトの六角頭を示す図である。 図 11は、 J I S B 1180の 「六角ポルト」 に規定されている各部の寸法 s、 e、 k、 dを示す図である。.
図 12は、 J I S B 1189の 「フランジ付き六角ポルト」 に規定されて いる各部の寸法 s、 e、 k, dを示す図である。
図 13は、 図 11、 図 12の各部の寸法 s、 e、 kの具体例と、 それ等の値 から 「eZd」 、 「k/d」 を求めた結果を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図 1は、 本発明の一実施例であるねじ部材 10を示す図で、 （a) は頭部 12側 から見た平面図、 （b) は (a) における B— B断面図であり、 頭部 12に連続して 中心線 0と同心におねじ 14がー体に設けられており、 図 2に示すねじ締付工具 30のソケット部 32が頭部 12に嵌合されて中心線 Oまわりに回転させられる ことにより、 おねじ 14が締め付けられ、 或いは緩められる。 頭部 12は嵌合凸 部に相当し、 中心線〇まわりに等角度間隔すなわち 60°間隔で 6個のトルク伝 達部 16が外周側へ突き出すように設けられており、 そのトルク伝達部 16の外 周側部分は、 図 1 (a) の平面視において中心線 Oを中心とする扇形状を成し、 外 周縁から中心線 Oに向かう直線状の一対の側壁面 18が係合部として設けられて いる。 側壁面 18は、 中心線 Oを通る直線との交差角が略 0°、 すなわち本実施 例で «±1。以下である。 頭部 12の外周形状は中心線 0と平行に設けられていて、 図 1 (a) の平面視の形状は、 中心線 Oと直角な断面形状と一致し、 側壁面 18は 中心線 0と平行な平坦面である。 なお、 隣接するトルク伝達部 16の側壁面 18 は、 内側へ対称的に傾斜する一対の平坦な傾斜面 20を介して互いに接続されて おり、 トルク伝達部 16の間には 5角形の溝 22が設けられている。
そして、 頭部 12の最大径寸法 Dmax、 最小径寸法 Dmin、 および高さ寸法 k は、 それぞれおねじ 14の外径 dに対して前記 (4) 式、 （5) 式、 （7) 式を満足す るように設定されている。 また、 中心線 0まわりにおけるトルク伝達部 16の角 度 θ 1、 および隣接するトルク伝達部 16の間の溝 22の角度 Θ 2は、 前記（8) 式の関係を満足するように定められている。 因みに、 図 1では、 Dmax = l . 5 d、 Dmin = 1 . 1 d、 k = 0 . 3 5 d、 Θ 1 /Θ 2 = 1 . 4であり、 二点鎖線 は J I S B 1 1 8 0で規定されている六角ボルトの六角頭 1 0 0を比較のため に示したものである。
一方、 前記ねじ締付工具 3 0のソケット部 3 2は、 嵌合穴 3 4を有する有底円 筒形状を成している。 図 2の（a) は、 ソケット部 3 2側から見た底面図で、 （b) は中心 Sと直角な方向から見た正面図であり、 嵌合穴 3 4には中心線 Sまわり に等角度間隔すなわち 6 0 °間隔で 6個のトルク伝達部 3 6が外周側へ突き出す ように設けられているとともに、 トルク伝達部 3 6は、 図 2 (a) の底面視におい て扇形状を成し、 外周縁から中心線 Sに向かう直線状の一対の側壁面 3 8が係合 部として設けられている。 嵌合穴 3 4の各部の寸法は、 前記頭部 1 2の外周側に 嵌合できるように頭部 1 2の各部の寸法より多少大きめに定められており、 トル ク伝達部 3 6内に頭部 1 2のトルク伝達部 1 6がそれぞれ入り込むようにソケッ, ト部 3 2が頭部 1 2に同心に嵌合されて中心線 Sまわりに回転させられることに より、 側壁面 3 8および 1 8を介してねじ部材 1 0にトルクが伝達される。
このようなねじ部材 1 0およびねじ締付工具 3 0から成るねじ締付構造におい ては、 外周側へ突き出す 6個のトルク伝達部 1 6、 3 6が、 それぞれ中心線 Oま たは Sと直角な断面形状において中心線 0、 Sを通る直線上に側壁面 1 8、 3 8 を有し、 それ等の側壁面 1 8、 3 8を介してトルク伝達が行われるため、 締付ト ルクが伝達される着力点 Qにおいて、 ねじ締付工具 3 0から加えられる面直角力 Nの方向と、 締め付けに有効な締付力 Fの方向 （中心線 Oを中心とする周方向） とが一致するとともに、 拡張分力 E (図 1 0参照） が略 0になる。 このため、 従 来の六角頭 1 0 0に比較して面直角力 Nが小さくなり、 ねじ締付工具 3 0に加え る回転操作力やトルク伝達部 1 6、 3 6に作用する負荷が小さくなるため、 トル ク伝達が行われる側壁面 1 8、 3 8の圧潰などを回避しつつ、 所定の締付トルク を確保しながらねじ部材 1 0の頭部 1 2の径寸法を小さくして小型化、 軽量化す ることができる。 '
特に、 本実施例では中心線〇または Sを通る直線上に平坦な側壁面 1 8、 3 8 が設けられているため、 締付力 Fが分散されて面圧が小さくなり、 ねじ部材 10 の頭部 12を更に軽量化、 小型化することができる。
すなわち、 本実施例ではねじ部材 10の頭部 12の最大径寸法 Dmax =1. 5 d、 高さ寸法 k==0. 35 dであるため、 図 1から明らかなように従来の六角頭 100に比較して頭部 12が大幅に小さくなり、 ねじ部材 10が小型で軽量にな る。
ここで、 頭部 12の高さ寸法 kについて検討すると、 おねじ 14の最大引張強 度 Fmax (ねじ） 、 および頭部 12の最大引張強度 Fmax (頭部） は、 ねじ材料 の引張強度 Rm、 おねじ 14の有効断面積 A (s) 、 剪断強度 τΒ、 頭部 12の剪断 面積 Ask (=kx7rxd) を用い Tそれぞれ次式 (9) 、 （10)で表される。 また、 頭部 12の最大引張強度 Fmax (頭部） はおねじ 14の最大引張強度 Fmax (ね じ） よりも大きいことが要求されるため、 Fmax (頭部） >Fmax (ねじ） から 次式（11)が得られ、 最低高さ寸法 kminは次式 (12)で表される。
. Fmax (ねじ） =RmxA(s) . · · · (9)
Fmax (頭部） = xAsk · · · (10)
xB x k x 7tx d >Rmx A (s) · · · (11)
kmin = (RmxA(s) ) Z (xBX txd)
=A(s) /〔 (xB/Rm) x exd] · · · (12)
一方、 ねじ用材料の剪断強度 と引張強度 Rmとの比 R ) は、 ドイツ 技術協会 VD 12230 「高強度ねじ締結の体系的計算法」 で強度区分毎に図 3 のように定められており、 外径 dが異なる幾つかのねじ部材 10について強度区 分毎に上記（12)式に従って最低高さ寸法 kminを求めると図 4のようになり、 強 度区分 12. 9について （kmin Zd) を求めると図 4の一番右側の欄に示す値 になる。 したがって、 強度区分 12. 9の場合でも、 本実施例のように高さ寸法 k=0. 35 dであれば十分な破断強度が得られる。 なお、 強度区分 8. 8や 1 0. 9の場合は条件が緩和され、 高さ寸法 k=0. 3 d程度でも十分な破断強度 が得られる。
また、 本実施例ではトルク伝 部 16の角度 θ 1、 および溝 22の角度 Θ 2が 前記（8) 式の関係を満足しているため、 ねじ部材 1 0側のトルク伝達部 1 6の破 断が好適に防止される。 すなわち、 ねじ締付工具 3 0の材質が J I S B 4 6 3 6 「ソケットレンチ—ソケット」 で定められているように J I S G 4 1 0 5の S CM 4 3 5で、 ねじ部材 1 0の材質が強度区分 8 . 8に属するものである場合、 S CM 4 3 5は強度区分 1 0 . 9に属し、 その引張強度は 1 0 4 0 NZmm2程 度であるのに対し、 強度区分 8 . 8のねじ類の引張強度は 8 0 0 NZmm2程度 であるため、 （8) 式を満足するようにすれば、 ねじ締付工具 3 0よりもねじ部材 1 0の破断強度が高くなるのである。
次に、 本発明の他の実施例を説明する。 なお、 以下の実施例において前記実施 例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図 5のねじ部材 4 0は、 トルク伝達部 1 6が中心線 0まわりに等角度間隔で 5 個設けられている場合であり、 各部の寸法 Dmax 、 Dmin、 k、 Θ 1、 Θ 2は前記 (4) 式、 （5) 式、 （7) 式、 および (8) 式を満足するように設定されている。
図 6のねじ部材 4 2は、 前記ねじ部材 1 0の頭部 1 2に、 トルク伝達部 1 6に 対応して 6溝のリセス 4 4を設けた場合で、 2種類のねじ締付工具を使用して締 付作業などを行うことが可能である。 なお、 リセス 4 4は本発明の要件を満足す るものではなく、 中心線 0を通る直線と略一致する係合部を有するものではない。 図 7、 図 8のねじ部材 4 6、 4 8は、 5角形の溝 2 2の代わりに平坦な側壁面 1 8から滑らか湾曲した略半円形状の底部 5 0を有する U字形状の溝 5 2を設け るとともに、 その溝 5 2の開口部に丸みを付けた場合で、 前記ねじ部材 1 0、 4 0と同様の作用効果が得られる。
図 9は、 本発明がスタッドポルト 6 0に適用された場合で、 嵌合凸部として機 能する頭部 6 2、 および一対のおねじ 6 4、 6 6を有するねじ部 6 8を同心に一 体に備えている。 頭部 6 2の平面視の形状は前記頭部 1 2と同じで、 一対の側壁 面 1 8を有する 6個のトルク伝達部 1 6を備えているが、 径寸法 Dmax 、 Drain は何れもおねじ 6 4、 6 6の外径 dより小さい。 この場合も、 平面視において中 心線〇を通る直線上に位置する平坦な側壁面 1 8を介してトルク伝達が行われる ため、 頭部 6 2の小型化に伴って大きな締付力 Fが必要になっても、 側壁面 1 8 に加えられる力 （=面直角力 N) は締付力 Fと同じであるため、 側壁面 1 8の圧 潰などが防止される。 なお、 図 9の（a) は頭部 6 2側から見た平面図で、 （b) は 中心線と直角な方向から見た正面図である
以上、 本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、 これ等はあくまで も一実施形態であり、 本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更， 改良を加え た態様で実施することができる。

Claims

請求の範囲
1 . ねじ部材および該ねじ部材を締め付けるねじ締付工具の一方および他方に設 けられているとともに、 それぞれ中心線まわりに等角度間隔で外周側へ突き出す 複数のトルク伝達部を有して互いに嵌合される嵌合穴および嵌合凸部から成り、 前記ねじ締付工具が該中心線まわりに回転させられることにより該トルク伝達部 を介して前記ねじ部材に締付トルクを伝達するねじ締付構造であって、
前記トルク伝達部は、 前記中心線と直角な断面形状において接線が該中心線を 通る直線と略一致する係合部を有し、 該係合部を介してトルク伝達が行われる ことを特徵とするねじ締付構造。
2 . 前記係合部の接線と前記中心線を通る直線との交差角は ± 3 ° 以下である 請求項 1のねじ締付構造。 .
3 . 前記係合部の接線と前記中心線を通る直線との交差角は ± 1 ° 以下である 請求項 1のねじ締付構造。
4. 5個又は 6個のトルク伝達部を備えたものである請求項 1のねじ締付構造。
5 . 前記係合部は、 前記接線方向において所定の寸法を有する平坦面である ことを特徴とする請求項 1に記載のねじ締付構造。
6 . 前記ねじ部材はおねじを有するもので、 前記嵌合凸部は該ねじ部材に設けら れており、 該嵌合凸部の最大径寸法 Dmax、 最小径寸法 Dmin、 および該嵌合凸 部の前記中心線と平行な方向の高さ寸法 kは、 それぞれ該ぉねじの外径 dに対し て次式 (4) 、 (5) 、 (6) を満足する
Dmax≤1 . 5 d · ■ · (4)
1 . 1 d <Dmin · · · (5)
0 . 3 d≤k < 0 . 6 d · · · (6)
ことを特徴とする請求項 1または 2に記載のねじ締付構造。
7 . 前記高さ寸法 kは、 次式 (7)を満足するものである請求項 6のねじ締付構造。
0 . 3 d≤k≤0 . 4 5 d · · · (7)
8 . 請求項 1またほ 2に記載の嵌合穴または嵌合凸部を備えて ることを特徴と するねじ部材。
9. おねじを有するとともに請求項 3に記載の嵌合凸部カ設けられていることを 特徴とするねじ部材。
10. 請求項 1または 2に記載の嵌合穴または嵌合凸部を備えていることを特徴 とするねじ締付工具。
1 1. 前記嵌合凸部は前記ねじ部材に設けられ、 前記中心線まわりにおけるその 嵌合凸部の前記トルク伝達部の角度を Θ 1、 隣接するトルク伝達部間の角度を Θ 2 とした時、 次式 (8)を満足するものである請求項 6のねじ締付構造。
1. 3≤ΘΙ/Θ2 · · · (8)
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