JP5793291B2 - ゆるみ防止ねじ部品 - Google Patents

Description

本発明は、ねじ締結部のゆるみ止め機能を備えたゆるみ防止ねじ部品に関する。

現状、振動や外力の影響によりゆるみが懸念される部位に使用されるゆるみ防止ねじ部品としては、おねじねじ山に固着剤を塗布したものや（特許文献１参照）、おねじねじ山を変形させてゆるみ方向のトルク抵抗が発生するように構成したものが知られている（特許文献２参照）。
このうち、おねじねじ部に固着剤を塗布するものは、ねじ製造工程、もしくは締め付け工程において、別途、ねじ山に固着剤塗布工程が追加されるため、固着剤自体の費用と共に製品コストや作業コスト（締め付け前に塗布する場合）が上昇してしまう。

また、固着剤は樹脂を主成分にしているため、高温時の樹脂軟化による固着力の低下の問題や、締め付けてから固着剤が硬化するまでにある程度の時間を要し、作業時間が長くなる。
加えて、ねじ嵌合部に固着剤が塗布されているため、締結時のねじ部の摩擦係数が大きく変化し、締結時の締め付け条件を調整する必要があり、一般のねじ部品には無い特別な取り扱いをする必要がある。

さらに、締め付け作業時において、固着剤の剥離粉が粉塵となって作業場周辺に落下し、粉塵を処理する必要もある。
一方、特許文献２のねじ部品は、おねじねじ山の頂部からスリットを形成し、圧力側のねじ山半部をめねじねじ山の圧力側フランク面に圧接させ、遊び側のねじ山半部をめねじねじ山の遊び側フランク面に圧接させるように構成されている。
このおねじねじ山の成形は、先ず、スリットとなるべきスリット用ねじ溝と製品のねじ溝となるべき製品用ねじ溝を成形し、次いで、製品用ねじ溝を拡げてスリット用ねじ溝を狭めるように塑性変形させて、製品用ねじ溝間を盛り上げておねじねじ山とし、ねじ山頂部にスリットを残すようにして成形するようになっている。

しかし、おねじねじ山のねじ山半部は剛性が高く、めねじねじ山の圧力側フランク面および遊び側フランク面を大きく変形させ、締結時の締め付け力に対してねじ嵌合部の強度が耐えられなくなって、嵌合ねじ山の破壊が、低い軸力のレベルで発生してしまう。そのため、締め付け時に高い軸力を得ることが困難であり、締め付け後に外力が加わる部位において、おねじねじ山とめねじねじ山の締結部ですべりが発生するといった問題がある。

また、締め付け面となるねじ山の圧力側フランク面を大きく変形させて締結するため、同一トルクにおける発生軸力は不安定となる。
さらに、締結時にめねじねじ山が塑性変形してしまい、繰り返し使用した際には、初期のゆるみ方向へのトルク抵抗を期待できず、おねじは、わずかなトルクで戻り方向に回転してしまう。
さらに、製造にあたって、スリット用ねじ溝と製品用ねじ溝を成形する転造型と、最終的なおねじねじ山を成形する転造型の２つの転造型が必要となる。仮に、一つの転造型にまとめるとしても、転造型にそれぞれの工程の型部分が必要となるので、通常のねじの製造設備とは別に、専用の設備が必要となり、コスト上昇につながる。

一方、近年、部品軽量化に関する技術革新が進み、めねじの形態、工法も変化してきており、ナットを使用せず、部材に直接めねじ加工を行う部品が増えてきている。このため
、めねじを加工する部材の寸法的な制約により、めねじの山数を十分確保できない場合が多く、おねじとの嵌合山数はナットに比べて減少してきている。これに対して、上記したような従来部品は、ナットと同レベルの嵌合長さが確保できていないとゆるみ止め効果を発揮することは難しく、嵌合山数が十分確保できないめねじへ適用するには限界がある。
さらに、これらのめねじは転造による加工も多く、転造加工前の部材穴径は、転造後のめねじ内径に影響を及ぼし内径部分の山形は中央部に窪みのある山形状となってしまう。
加えて転造前の穴周辺部位の形状により、内径にばらつきが発生する場合があり、おねじとめねじの嵌合状況はさらに不安定なものとなり、上記したような軸力が安定しないおねじ部品では、ゆるみ止め効果が発揮できない状況となる。

特開平１１−５１０３２号公報 特開平７−１３９５３６号公報

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、固着剤を用いることなく締結部のゆるみを確実に防止でき、しかも締結強度を大きくとることができ、さらに繰り返し使用が可能な新規のゆるみ防止ねじ部品を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、ねじ山の遊び側フランク面に、締結されるべき相手ねじ山の遊び側フランク面に向かって突出する遊び側突出部を設け、該遊び側突出部は、ねじ山の圧力側フランク面が相手ねじ山の圧力側フランク面に接触した状態で、先端部が前記相手ねじ山の遊び側フランク面と干渉する構成で、
ねじ締結時に遊び側突出部の先端が相手ねじ山の遊び側フランク面に押し付けられて撓み変形し、その弾性復元力によって接触面に所定の接触面圧を付与してゆるみ方向の抵抗となる構成で、
前記ねじ山の圧力側フランク面側の圧力側頂部は、遊び側突出部の頂部よりも低く、前記ねじ山の圧力側フランク面の頂部から遊び側突出部の付け根にかけて切り欠かれた欠肉部となっており、
前記遊び側突出部は、先端部から付け根部に向かって厚みが徐々に大きくなるリップ形状であり、
前記遊び側突出部の遊び側フランク面は、ねじ山中心線に対する角度が遊び側フランク面の角度よりも小さい角度で直線的に延びて頂部に至り、該頂部は、ねじ山中心線に対して直交する方向に直線状に延びる円筒面に沿って所定幅で螺旋状に延びる構成で、
前記遊び側突出部の頂部と遊び側フランク面との角部と相手ねじ山の遊び側フランク面との干渉分だけ、先端部が相手ねじ山の遊び側フランク面に押し付けられて撓み変形し、その弾性復元力によって接触面に所定の接触面圧を付与してゆるみ方向の抵抗となる構成となっていることを特徴とする。

本発明のゆるみ防止ねじ部品は、以下のように構成することができる。
前記圧力側フランク面の山頂部は、ねじ谷部の谷底からとがり山の高さに対して、０．５〜０．８×Ｈ２の範囲となっており、前記遊び側突出部の反遊び側フランク面が欠肉部と接する隅角部は、圧力側フランク面の頂部よりも若干低く、欠肉部は遊び側突出部に向かって直線的に傾斜する傾斜面とする。
また、遊び側突出部は、おねじねじ山の両端の不完全ねじ山を除いて全長にわたって設けることが好適である。
なお、このねじ山はおねじねじ山とめねじねじ山の両方に適用可能である。

本発明によれば、外力の作用によって軸力が低下するような場合でも、遊び側突出部の弾性復元力によって接触面圧が維持されており、その摩擦トルクによって、ねじのゆるみを確実に防止することができる。
また、締め付け時において、遊び側突出部が相手ねじ山の遊び側フランク面に接触するが、遊び側突出部の弾性変形分が締め付けトルクの増分となるだけで、締め付け時の抵抗は小さい。
さらに、圧力側フランク面には、特に部分接触するような凹凸はなく、締め付け荷重が圧力側フランク面の接触面全面に分散されるので、大きな軸力を得ることができる。
また、相手ねじ山の圧力側および遊び側フランク面は、特に塑性変形しないので、繰り返し使用した場合にも、安定した締め付け荷重を得ることができ、さらに戻り方向の回転を伴うゆるみに対して安定した抵抗トルクを得ることができる。
さらに、ねじ山の遊び側フランク面側に遊び側突出部を設けるだけなので、おねじの場合に、従来のようにスリットを設ける必要はなく、通常のねじ山を変形させるだけで一つの転造型で製造可能であり、既存の設備の転造型を変えるだけ成形することができる。

図１（Ａ）はゆるみ防止ねじ部品の一例を示す全体図、（Ｂ）は（Ａ）のおねじねじ山の形状を示す拡大図である。 図２（Ａ）は図１のゆるみ防止ねじ部品の締結状態の一例を示す図、（Ｂ）は（Ａ）のおねじねじ山とめねじねじ山のねじ嵌合部を示す図である。 図３は本発明をめねじねじ山に適用したゆるみ防止ねじ部品のおねじねじ山とのねじ嵌合部を示す図である。

以下に、本発明を実施するための形態を、図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係るゆるみ防止ねじ部品を示している。図において、１はゆるみ防止ねじ部品を示すもので、このゆるみ防止ねじ部品１はおねじであり、ねじ軸１０外周に螺旋状に形成されるおねじねじ山２０を備え、このおねじねじ山２０の遊び側フランク面２１に、径方向外向きに突出する遊び側突出部２５が設けられている。
図示例では、このおねじねじ山２０は三角ねじで、図１（Ａ）に示すように、遊び側フランク面２１と圧力側フランク面２３は、ねじ軸１０の中心軸線Ｎに対して直交するねじ山中心線M（図１（Ｂ）参照）に対して、対称的に所定角度θだけ傾斜している。この例
では、おねじねじ山２０は基本的にＪＩＳ規格のメートルねじであり、傾斜角度θは３０°となっている。

遊び側突出部２５は、おねじねじ山２０に関して、ねじ両端部の不完全ねじ部２０ａ，２０ａを除き、ねじ山形を一様な形状としながら、遊び側フランク面２１と圧力側フランク面２３の形状をねじ山中心線Mに対して非対称山形としている。
おねじねじ山２０の圧力側フランク面２３の圧力側頂部２３ａは、遊び側突出部２５の頂部２５ｔよりも低く、おねじねじ山２０の圧力側フランク面２３の圧力側頂部２３ａから遊び側突出部２５の付け根にかけて切り欠かれた欠肉部２４となっている。
したがって、遊び側突出部２５の頂部２５ｔがおねじねじ山２０の最も高い頂部であり、おねじねじ山２０の山頂部となる。

この例では、圧力側フランク面２３は、ねじ谷部２２の谷底からとがり山の高さ（Ｈ２）に対して、０．５〜０．８×Ｈ２の範囲までは、規格ねじ形状と同様の形状であり、これよりもねじ山山頂にかけては、ねじ山中心線Ｍに向かって遊び側突出部２５の付け根まで延びる欠肉部２４となっている。とがり山は、遊び側フランク面２１の延長線と圧力側フランク面２３の延長線で描かれる三角形の山形状である。
遊び側フランク面２１は、ねじ谷部２２の谷底からとがり山の高さ（Ｈ２）で、０．２〜０．６×Ｈ２までは、通常ＪＩＳメートルねじと同様の形状とし、これよりもねじ山山頂にかけては、遊び側突出部２５となっている。
この遊び側突出部２５の遊び側フランク面２５ａは直線的に延び、ねじ山中心線Ｍに対する角度α（フランク角度）は、遊び側フランク面２１の角度θよりも小さい角度、この例ではＪＩＳメートルねじの半角３０°よりも小さい角度をとり、頂部２５ｔに至る。この角度αは０°を含むものである。

遊び側フランク面２１の遊び側突出部２５の頂部２５ｔは、ねじ山中心線Ｍに対して直交する方向に直線状に延びる円筒面に沿って螺旋状に延びる構成で、ｍ寸法（頂部２５ｔのねじ軸１０の中心軸線Ｎ方向の長さ）で、所定幅を有している。この例では、Ｍ６のメートルねじで、遊び側突出部２５のｍ寸法は、０．０５〜０．２ｍｍまでの寸法としている。このｍ寸法の中点に位置し、おねじねじ山２０のねじ山中心線Ｍと平行に引いた遊び側突出部２５の中心線Ｍ１は、ねじ山中心線Ｍよりも遊び側フランク面２１側に、所定量ｓだけずれた位置に位置している。ねじ山中心線Ｍ１は、ねじ谷部２２から山形が変化するところまでで形成されるＪＩＳメートルねじ山形の中心線である。
この位置ずれ量ｓは、おねじねじ山２０のピッチをＰとすると、最大Ｐ／４までが好適である。これより大きくすると、遊び側突出部２５とめねじねじ山との干渉が大きくなりすぎる。これより小さいと、遊び側突出部２５とめねじねじ山との干渉が充分にとれなくなる。

遊び側フランク面２１の頂部である遊び側突出部２５の頂部２５ｔから、圧力側フランク面２３にかけての形状は、遊び側突出部２５の反遊び側フランク面２５ｂと、圧力側フランク面２３の山頂部２３ａから延びる欠肉部２４とを有する形状となっている。遊び側突出部２５の反遊び側フランク面２５ｂは、頂部２５ｔから付け根側（谷底側）に向けて徐々に中心線Ｍ１から離れる方向に直線的に傾斜して延び、圧力側フランク面２３の山頂部２３ａから遊び側フランク面２１に向かって延びる欠肉部２４を形成する線分と接して異形のねじ山形を形成する。
この反遊び側フランク面２５ｂのねじ山中心線Ｍに対する角度βは、３０°から６０°の角度で延びており、圧力側フランク面２３の山頂部２３ａから遊び側突出部２５に向かって延びる欠肉部２４を形成する線分と接している。
したがって、遊び側突出部２５は、遊び側フランク面２５ａと反遊び側フランク面２５ｂによって、先端部である頂部２５ｔから付け根部に向かって厚みが徐々に大きくなるようなリップ形状、あるいはブレード状の突出形状となっている。

一方、欠肉部２４は、遊び側突出部２５の頂部２５ｔ側から見れば、遊び側突出部２５の高さ分だけ段差となっており、遊び側突出部２５の反遊び側フランク面２５ｂが欠肉部２４と接する隅角部２５ｕは、圧力側フランク面２３の頂部２３ａよりも若干低く、欠肉部２４は遊び側突出部２５に向かって直線的に傾斜する傾斜面となっている。このように遊び側突出部２５の隅角部２５ｕに向けて傾斜するような構成とすれば、圧力側フランク面２３の接触幅を充分に取りながら、転造時に遊び側突出部２５に側に向けてねじ材料の肉を十分回すことができる。また、遊び側突出部２５の突出量を可及的に長くして撓みやすい構成とすることができる。
また、遊び側突出部２５の頂部２５ｔが形成するおねじ外径Ｄ１は、メートルねじ４ｈ（旧１級）の外径最大値（基準寸法）を越えない範囲に設定されている。図１において、メートルねじの外径最大値をＤ０とすると、Ｄ０よりもδ（０を含む）だけ小さくなっている。

図２は、図１のゆるみ防止おねじ部品のねじ締結部の一例を示す図である。
ゆるみ防止おねじ部品１の遊び側突出部２５は、ねじ締結時に、おねじねじ山２０の圧力側フランク面２３がめねじねじ山３０の圧力側フランク面３３に接触した状態で、先端部２５がめねじねじ山３０の遊び側フランク面３１と干渉する構成で、先端部２５がめねじねじ山３０の遊び側フランク面３１に押し付けられて撓み変形し、その弾性復元力によって接触面に所定の接触面圧を付与してゆるみ方向の抵抗となる構成となっている。
めねじねじ山３０もおねじ側と同様に、メートルねじであり、遊び側フランク面３１と圧力側フランク面３３の角度は、おねじねじ山２０の遊び側フランク面２１及び圧力側フランク面２３と同一である。

本発明によれば、軸力が低下するような場合でも、遊び側突出部２５の弾性復元力によってゆるみ方向の抵抗となる摩擦トルクが作用し、ねじのゆるみを防止することができる。すなわち、おねじの遊び側フランク面２１に形成される非対称山形山頂部を構成する遊び側突出部２５の先端部近傍がめねじ側の遊び側フランク面３１と干渉して弾性変形しながら接触することで、ねじ緩み方向回転時に適度なプリベリングトルクを発生させてゆるみを防止する。

すなわち、遊び側突出部２５が、めねじ側の遊び側フランク面３１と接触する先端部分は、遊び側突出部２５の頂部２５ｔと遊び側フランク面２１との角部２５ｃと、めねじねじ山３０の遊び側フランク面３１との干渉分だけ撓み変形し、角部２５ｃから遊び側フランク面３１にかけての所定領域が接触する。
この実施の形態では、遊び側突出部２５の厚みが頂部２５ｔ側から付け根に向けて徐々に大きくなるような構成となっているので、付け根側によって変形を支え、先端部分が大きく撓んで適度な弾性復元力が得られるようになっている。また、付け根側が太いので、付け根部に加わる応力を軽減することができる。
また、遊び側突出部２５は、おねじねじ山２０の両端の不完全ねじ山２０ａを除いて全長にわたって設けられているので、ねじを締め付ける際に、ねじ孔に係合を開始する段階から遊び側突出部２５が連続的に変形し、スムースにねじ嵌合する。

また、おねじねじ山２０が弾性変形してめねじねじ山３０と接触抵抗を得る部分は、めねじねじ山３０の遊び側フランク面３１であり、めねじ谷底部に干渉することなく接触しているため、プリベリングトルクが極度に高くなることは無く、適度な値で安定している。
特に、遊び側突出部２５の頂部２５ｔの径Ｄ１を、メートルねじの外径最大値Ｄ０よりも小さくしているので、めねじねじ山３０の遊び側フランク面３１との接触位置も、めねじ内径最大値よりも谷底側に位置し、めねじ内径のばらつきにより、プリべリングトルクがばらつくことはなく安定した値が得られる。
さらに、遊び側突出部２５の反遊び側フランク面２５ｂは、圧力側フランク面２３の頂部２３ａから遊び側突出部２５の付け根にかけて切り欠かれた欠肉部２４となっているので、遊び側突出部２５の変形を妨げることもない。

また、締め付け時におねじねじ山２０の遊び側突出部２５がめねじねじ山３０の遊び側フランク面３１に接触するが、遊び側突出部２５の弾性変形分が締め付けトルクの増分となるだけで、締め付け時の抵抗は小さい。
おねじねじ山２０の圧力側フランク面２３は、特に部分接触するような凹凸はなく、通常のねじ締結と全く変わることがなく、高い安定した軸力を得ることができる。特に、本実施の形態では、圧力側フランク面２３の構造は、通常のＪＩＳメートルねじと同様の構造であるため、めねじ側のフランク面との接触状態は通常ねじとの差異は無く、初回及び繰り返し時における締結特性も非常に安定している。

また、めねじねじ山３０の遊び側フランク面３１は特に塑性変形しないので、繰り返し使用した場合にも、安定したゆるみ方向へのトルク抵抗を得ることができる。
さらに、上記したように遊び側突出部２５の頂部２５ｔ側の先端部がめねじねじ山３０の遊び側フランク面３１に押し付けられて撓み変形し、その弾性復元力による接触抵抗でプリベリングトルクが発生するので、繰り返し使用においても初回時のほぼ同等のプリベリングトルク値が得られる。
さらに、相手材めねじの大きな塑性変形を伴わないため、ねじ山嵌合部の強度も高いため、締結力の許容限界も高く、嵌合山数の少ないめねじに対しても適正な嵌合部強度が確保できる。

ねじ山同士の金属間接触によるプリべリングトルクであるため、樹脂系固着剤の接着効果によるプリベリングトルクと比較すると高温時の特性もすぐれている。
また、従来のように、局部的にねじ山を潰したゆるみ防止ボルトは、転造工具の構造が複雑になり、さらにねじ山潰し加工部も局部的になるために、めねじとの嵌合位置に合せてねじ山潰し部を設ける必要があり、適用部位毎で、ねじ山潰し部を設定する必要があるが、本発明では、転造型等の転造工具の構造も一般のボルト工具と差異は無く、ねじ部全長にわたって一様な山形となっているため、適用部位のめねじ位置に制約を受けない。
また、上記実施の形態ではおねじ部品について説明したが、めねじ部品のめねじねじ山についても同様に適用可能である。

図３には、めねじに適用したゆるみ防止ねじ部品の締結部を模式的に示している。
すなわち、めねじねじ山２３０の遊び側フランク面２３１に、径方向内向きであって締結されるべき相手ねじ山としてのおねじねじ山２２０の遊び側フランク面２２１に向かって突出する遊び側突出部２３５を設けたものである。
遊び側突出部２３５は、めねじねじ山２３０の圧力側フランク面２３３が相手おねじねじ山２２０の圧力側フランク面２２３に接触した状態で、先端部が相手おねじねじ山２２０の遊び側フランク面２２１と干渉する構成で、ねじ締結時に遊び側突出部２３５の先端が相手おねじねじ山２２０の遊び側フランク面２２１に押し付けられて撓み変形し、その弾性復元力によって接触面に所定の接触面圧を付与してゆるみ方向の抵抗となる構成となっている。
めねじねじ山２３０の圧力側フランク面２３３側の圧力側頂部２３３ａは、遊び側突出部２３５の頂部２３５ｔよりも低く、めねじねじ山２３０の圧力側フランク面２３３の頂部２３３ａから遊び側突出部２３５の付け根にかけて切り欠かれた欠肉部２３４となっている。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、遊び側突出部を締め付け面として用いてもよく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形状、構造を選択することができる。

１ ゆるみ防止ねじ
２ 頭部
１０ ねじ軸
２０ おねじねじ山
２１ 遊び側フランク面
２３ 圧力側フランク面
２５ 遊び側突出部
３０ めねじねじ山
３１ 遊び側フランク面
３３ 圧力側フランク面

Claims (3)

1. ねじ山の遊び側フランク面に、締結されるべき相手ねじ山の遊び側フランク面に向かって突出する遊び側突出部を設け、該遊び側突出部は、ねじ山の圧力側フランク面が相手ねじ山の圧力側フランク面に接触した状態で、先端部が前記相手ねじ山の遊び側フランク面と干渉する構成で、
   ねじ締結時に遊び側突出部の先端が相手ねじ山の遊び側フランク面に押し付けられて撓み変形し、その弾性復元力によって接触面に所定の接触面圧を付与してゆるみ方向の抵抗となる構成で、
   前記ねじ山の圧力側フランク面側の圧力側頂部は、遊び側突出部の頂部よりも低く、前記ねじ山の圧力側フランク面の頂部から遊び側突出部の付け根にかけて切り欠かれた欠肉部となっており、
   前記遊び側突出部は、先端部から付け根部に向かって厚みが徐々に大きくなるリップ形状であり、
   前記遊び側突出部の遊び側フランク面は、ねじ山中心線に対する角度が遊び側フランク面の角度よりも小さい角度で直線的に延びて頂部に至り、該頂部は、ねじ山中心線に対して直交する方向に直線状に延びる円筒面に沿って所定幅で螺旋状に延びる構成で、
   遊び側突出部の頂部と遊び側フランク面との角部と相手ねじ山の遊び側フランク面との干渉分だけ、先端部が相手ねじ山の遊び側フランク面に押し付けられて撓み変形し、その弾性復元力によって接触面に所定の接触面圧を付与してゆるみ方向の抵抗となる構成となっているゆるみ防止ねじ部品。
2. 前記ねじ山の圧力側フランク面の頂部は、ねじ谷部の谷底からとがり山の高さに対して、０．５〜０．８×Ｈ２の範囲となっており、前記遊び側突出部の反遊び側フランク面が欠肉部と接する隅角部は、圧力側フランク面の頂部よりも若干低く、欠肉部は遊び側突出部に向かって直線的に傾斜する傾斜面となっていることを特徴とする請求項１に記載のゆるみ防止ねじ部品。
3. 前記遊び側突出部は、ねじ山の両端の不完全ねじ山を除いて全長にわたって設けられている請求項１又は２に記載のゆるみ防止ねじ部品。
   

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