JP4100692B2 - 緊締ねじ - Google Patents

Description

本発明は、ねじを締め付けた際に一方のねじ山の一部が対向するねじ山のフランクに喰い込むことにより、締結後のねじが緩むことの無いようにした緊締ねじに関する。

従来より雌ねじと雄ねじを相対的に締め付ける際、締め付けた後にねじが次第に緩むのを防止するため種々の技術が提案されており、例えば特開昭６３−１７６８１０号公報に示されるような技術がある。即ち、同公報に開示されている技術はその一部を図４（ａ）に示すように、軸部５０の外周に形成した雄ねじ５１のねじ山５２の頂部において、ねじ山５２の両側のフランクである雄ねじねじ込み側フランク５３と雄ねじ圧接側フランク５４におけるねじ山頂部側にそれぞれ外方に膨出して、所定の厚みを有するようにねじ込み側膨出部５５と圧接側膨出部５６を設けており、それによってこの頂部側部分にほぼ矩形断面形状をなす緩み止め部５７を形成した構成となっている。このような構成により、この雄ねじ部材をナットもしくは非締結部材６０に形成された雌ねじ６１にねじ込む際に、上記緩み止め部５７のねじ込み側膨出部５５と圧接側膨出部５６を、上記雌ねじのねじ山における谷部に干渉させて喰い込ませ、その喰い込み部分における摩擦抵抗により雄ねじ部材の緩みを防止するようにしている。

前記緩み防止手段を備えたねじにおいては、それらを強固に締め付けた状態である締結状態において、雄ねじ５１のねじ山５２における締結時の圧接側となる雄ねじ圧接側フランク５４に設けた圧接側膨出部５６に、ナット等の被締結部材６０のねじ山６２における、前記雄ねじ圧接側フランク５４と圧接する雌ねじ圧接側フランク６４からの大きな締め付け荷重が局部的に集中してかかる。その結果、この圧接側膨出部５６は雄ねじ圧接側フランク５４のフランク面から僅かに突出しその表面が平坦な部分となって塑性変形してしまうため、このねじの使用時における初回においては大きな緩み止めトルクが得られる反面、この雄ねじ部材を一度使用すると、その後反復使用する場合、つまり雄ねじ部材を再度ナットもしくは被締結部材に形成された雌ねじにねじ込む場合に、上記緩み止め部５７における圧接側膨出部５６の上記雌ねじ６１のねじ山６２における谷部への喰い込みが得られなくなり、緩み止め部５７の緩み止め作用がほとんど失われて反復使用できなくなるといった問題がある。

その問題を解決するため、図４（ｂ）に示すような技術が実用新案登録第３０１９６１５号公報に開示されている。図４（ｂ）には同公報に示す技術のうち、雄ねじ部材７０のねじ山７１に緩み止めを行ったものを示しており、雄ねじ７０のねじ山７１における雄ねじねじ込み側フランク７２と雄ねじ圧接側フランク７３のうち、雄ねじねじ込み側フランク７２にのみ外方に膨出する緩み止め膨出部７４を設けたものであり、このような構造を採用することにより、雄ねじ７０を雌ねじ７５にねじ込む際には緩み止め膨出部７４が雌ねじ７５の雌ねじねじ込み側フランク７６に干渉して、緩み止めのための摩擦抵抗を与えることを期待している。
特解消６３−１７６８１０号公報 実用新案登録第３０１９６１５号公報

一般に用いられているねじ部材において、図５（ａ）に示すように被固定部材８０に形成した貫通孔８１にねじ８２の雄ねじ８３を挿通し、支持部材８４に形成した雌ねじ８５にねじ込んで締め付けることにより、被固定部材８０を支持部材８４と雄ねじ８２の頭部８６の裏面８７との間に挟んで固定して支持することがある。このようなねじ部材を用いるときには、最初は図５（ｂ）に示すようにしてねじ込まれる。

即ち、図５（ｂ）にはこのねじ込み状態におけるねじ山部分の拡大図を示しており、同図に示すように雄ねじ８３の雄ねじねじ込み側フランク９０は、雌ねじ８５の雌ねじねじ込み側フランク９１と圧接した状態でねじ込まれていく。このとき雄ねじ圧接側フランク９３と雌ねじ圧接側フランク９４とは離れた状態となっているか、或いはタップねじの場合はその圧接力は小さなものとなっている。

その後ねじ込みが進んでねじ８２の頭部８６の裏面８７が被締結部材８０の表面に接すると、その後のねじ込み方向への回転により図５（ｃ）に示すように、雄ねじねじ込み側フランク９０が雌ねじねじ込み側フランク９１から離れ、或いはタップねじの場合はその圧接力が小さくなり、雄ねじ圧接側フランク９３が雌ねじ圧接側フランク９４と接触する状態、或いは圧接力が小さな状態から大きな状態となる。その後更に雄ねじ８２をねじ込むと、前記両圧接側フランク部分に図中矢印で示すような強い締結力が作用し、その摩擦力によってねじの緩み止めがなされることとなる。

上記のような一般のねじのねじ込み時と締結時における雄ねじ及び雌ねじのフランク部分の接触状態の変化から明らかなように、最初はねじ込み方向の両フランクが接触した状態でねじ込まれていくため、前記特許文献１に開示されているような緩み止め機能を有する雄ねじ部材では、ねじ山５２における雄ねじねじ込み側フランク５３と雄ねじ圧接側フランク５４のねじ山頂部側にそれぞれねじ込み側膨出部５５と圧接側膨出部５６とを設けた構成であるので、その雄ねじ５１をナットもしくは非締結部材６０にねじ込む時には、ねじ込み側膨出部５５が雌ねじねじ込み側フランク６３と強く接触して変形し、次第に平坦化していくと同時に、圧接側膨出部５６も雌ねじ圧接側フランク６４と強く接触して変形し、次第に平坦化していく。その後の締結時には圧接側膨出部５６が雌ねじ圧接側フランク６４と圧接して緩み止め作用を行うこととなるが、このとき圧接側膨出部５６は前記のように変形しているので実質的に緩み止め作用が生じなくなる。

このように、ねじ込み側膨出部５５はねじ込み時に大きな摩擦力を発生し、更に圧接側膨出部の摩擦力も存在することにより大きなねじ込みトルクを必要とする。それにもかかわらず、最もその機能が必要とされる締結時の緩み止め作用には、圧説側膨出部５６が前記のように変形しているときにはあまり寄与せず、ねじ込み側膨出部５５についてはほとんど寄与しなくなる。更に緩み止め部分が、ねじ山の頂部のみに設けられているので局部的であるため、この点でも必ずしも充分な緩み止め効果が得られない恐れがある。

また、上記特許文献２に開示されているような緩み止め機能を有するねじ部材においても、ねじ込みを行う締め付け時に前記特許文献１のねじ部材と同様の作用によって、緩み止め膨出部７４はねじ込み時に雌ねじねじ込み側フランク７６の谷部で強く接触し、大きな摩擦力を発生して大きなトルクを必要とする。また、そのねじ込み時における大きな摩擦によって緩み止め防止部７４が変形してしまう。したがってこのような緩み止めでは、ねじ込み時の最終的な締め付けを行う締結時において、上記のように大きな摩擦で変形した緩み止め膨出部７４は遊び側となって雌ねじねじ込み側フランク７６から離れるため、実質的な緩み止め防止効果が得られなくなる。そのときには雄ねじ圧接側フランク７３が雌ねじ圧接側フランク７７に接する部分は互いに平行な平坦面であるため、前記図５に示す一般のねじと同程度の緩み止め効果となり、適切な緩み止め対策とはなっていない。

したがって本発明は、雄ねじと雌ねじの相対的な移動によるねじ込み時には、そのねじ込みに抵抗を与える摩擦を発生することなく、最終的にねじ込んで締め付けるねじの締結時には十分大きな摩擦力或いは喰い込み作用によって緩み止めを行うことができるようにした締結ねじを提供することを主たる目的とする。

本発明による緊締ねじは、上記課題を解決するため、雄ねじまたは雌ねじのねじ山における両側のフランクのうち、締結状態において圧接側となる圧接側フランクに対して、ねじ山の先端側に平坦フランク部と、該平坦フランク部に続く圧接側フランク部とを形成し、前記圧接側フランク部の傾斜をこれに対向する雌ねじまたは雄ねじのフランクの傾斜よりも大きく形成し、且つ前記平坦フランク部の傾斜を前記これに対向するフランクの傾斜よりも小さく形成し、それによりねじ締結時には前記平坦フランク部の先端角部が前記これに対向するフランクと圧接するとともに、前記対向するフランクの角部が前記圧接側フランク部と圧接して２箇所による結合を行い、前記ねじのねじ込み時には前記圧接側フランクと対向するフランクとが接触しないようにしたものである。

本発明は上記のように構成したので、雄ねじと雌ねじの相対的な移動によるねじ込み時には、そのねじ込みに抵抗を与える摩擦を発生することなく容易にねじ込むことができる。しかも最終的にねじ込んで締め付けるねじの締結時には、ねじ山の先端と基端角部の２箇所で、対向するフランクに対して互いに喰い込み、或いは弾性変形または塑性変形を行うことにより大きな摩擦力を発生することができる。したがってこの十分大きな摩擦力によって確実な緩み止めを行うことができる。

本発明は雄ねじと雌ねじの相対的な移動によるねじ込み時には、そのねじ込みに抵抗を与える摩擦を発生することなく、最終的にねじ込んで締め付けるねじの締結時には十分大きな摩擦力によって緩み止めを行うことができるようにするという課題を、雄ねじまたは雌ねじのねじ山における両側のフランクのうち、締結状態において圧接側となる圧接側フランクに、ねじ山の先端側に平坦フランク部と、該平坦フランク部に続く圧接側フランク部とを形成し、前記圧接側フランク部の傾斜をこれに対向するフランクの傾斜よりも大きく形成することにより実現する。

本発明の第１実施例を図１及び図２に基づいて説明する。図１に示す実施例においては、前記図５に示す従来の一般のねじと同様の基本構造、及び同様の使用態様で用いられているねじ部材の例を示している。即ち、被固定部材１０に形成した貫通孔１１にねじ１２の雄ねじ１３を挿通し、支持部材１４に形成した雌ねじ１５にねじ込んで締め付けることにより、被固定部材１０を支持部材１４と雄ねじ１２の頭部１６の裏面１７との間に挟んで固定して支持した例を示している。ここで用いられる雄ねじ１３は同図（ｂ）に示されるような断面円形の通常のねじが用いられるほか、特に被固定部材１０が樹脂等の比較的柔らかい素材の時には、同図（ｃ）に示されるような断面がおむすび型のタップねじが用いられることもある。本発明はこのような断面おむすび型のタップねじにも有効に利用されるほか、他の種々の形式のねじにも用いることができる。

図１に示す実施例においては、前記図５に示す一般のねじにおける図５（ｂ）に対応する状態を示す図２（ａ）、及びその一部拡大図を示す同図（ｂ）に示すように、雄ねじ１２のねじ山１３の先端２５における雄ねじ圧接側フランク２３側に平坦フクランク部２６を形成し、その平坦フクランク部２６のねじ内側方向端部２７から雄ねじ圧接側フランク部２３を立ち上げることによって雄ねじ圧接側フランク２８を構成している。この雄ねじ圧接側フランク部２３の傾斜は雌ねじ１４の雌ねじ圧接側フランク２４よりも大きな傾斜をなすように設定している。

これらの雄ねじ圧接側フランク部２３と平坦フクランク部２６からなる雄ねじ圧接側フランク２８は、図２（ａ）（ｂ）に示すようなねじ込み時において、雌ねじ圧接側フランク２４と接触しないように設定することが好ましい。ただし、前記図１（ｃ）に示すような断面非円形のタップねじにおいては、ねじ込み側フランクにかかる力よりも充分に小さな力で接触可能に設定することとなる。なお、図示実施例では平坦フクランク部２６を、雄ねじ軸線方向に直角な面をなして平坦部分を形成する例を示したが、この面は必ずしも直角な面である必要はなく、雌ねじ圧接側フランク２４よりも緩い傾斜であるならば、適宜の緩傾斜をなすように構成しても、後述するような作用を行わせることもできる。

上記のような構成をなす雄ねじ１２のねじ山１３を図２（ａ）（ｂ）に示すように雌ねじ１５に対してねじ込んでいくとき、上記のように雄ねじ圧接側フランク２８が雌ねじ圧接側フランク２４と接触しないように形成し、あるいはタップねじにおいては、ねじ込み側フランクにかかる力よりも充分に小さな力で接触可能に設定しているので、両圧接側フランク間においては特に大きな摩擦を発生することなくねじ込まれていく。

その後のねじ込みにより図２（ｃ）に示すように雄ねじ１２の頭部１６の裏面１７が被固定部材１０の表面に当接すると、その後の雄ねじ１２の回転により前記図５の一般のねじと同様に雄ねじ圧接側フランク２８が雌ねじ圧接側フランク２４に当接するようになる。このとき、雄ねじ１２のねじ山１３の先端２５と平坦フクランク部２６との交点である平坦フクランク部２６の先端角部３０と雌ねじ圧接側フランク２４とが接触し、この接触とほぼ同時に雌ねじ圧接側フランク２４の基端角部３１が雄ねじ圧接側フランク部２３の面と接触することとなる。なお、前記先端角部３０と基端角部３１が対向するフランクに接触する時期は、任意に設定することができる。

このような接触の後更に雄ねじ１２を回転すると雄ねじ１２による更なる締め付けが行われ、最終的にはほぼ図２（ｃ）（ｄ）に模式的に示すような相互干渉状態となる。この相互干渉部は図中網目ハッチングで示している。同図から明らかなように、この締結時の状態では、例えば支持部材１４が樹脂製で雄ねじ１２が金属製のような場合には、前記２箇所の接触部のうち平坦フクランク部２６の先端角部３０が支持部材１４の母材中にほぼ図示するように喰い込むこととなり、雌ねじ圧接側フランク２４の基端角部３１は弾性変形或いは塑性変形する。また、支持部材１４が雄ねじ１２と同程度の硬度の金属製である場合には、雄ねじ圧接側フランク２８において雌ねじ圧接側フランク２４方向に突出している先端角部３０とその対向接触部で、締結力に応じて相互に弾性変形或いは塑性変形が生じ、同様に雌ねじ圧接側フランク２４において雄ねじ圧接側フランク２６方向に突出している基端角部３１とその圧接側フランク２６で締結力に応じて相互に弾性変形或いは塑性変形が生じる。

上記のようなねじ締結時における先端角部３０と基端角部３１の喰い込み状態或いは弾性変形及び塑性変形の状態は、雌ねじ圧接側フランク２４と雄ねじ圧接側フランク部２３との角度差により、また雄ねじ圧接側フランク部２３の角度にも影響する平坦フクランク部２６の先端からの長さ、その角度、更には前記のような両部材の素材の相違等によって異なるため、このねじ部材の使用環境等によって予め適切な値に設定する。

本実施例においては上記のように構成し、前記のような作用をなすので、ねじの最終的な締結状態において、雄ねじ圧接側フランク２８側に形成される突起と雌ねじ圧接側フランク２４側に形成される突起が互いに対向するフランク側に喰い込むか或いは弾性変形または塑性変形して強固な摩擦力で結合するため、ねじの緩みを確実に防止することができる。

上記のような２箇所による結合によって確実なねじの緩み止めを行うことができるものであるが、特にねじが使用される最も一般的な状態は、ねじが金属製でこれがねじ込まれる雌ねじが樹脂等の非金属である場合が多いが、その際には雄ねじのねじ山の先端側が雌ねじに食い込んで強い結合力を生じ、雄ねじのねじ山の基端角部側では、相手側の雌ねじ部材が変形して圧接するため、この部分では弾性力を含む結合力で結合することとなる。このように、２箇所による結合部分で各々特性の異なった締結状態が生じ、どのような状態でも安定した緩み止め作用を行うことができる。

しかも各突起は単に雄ねじのねじ山１３における雄ねじ圧接側フランク２８の先端側を平坦に形成し、そのようにして形成された平坦フクランク部２６における平坦部の内側方向端部から雄ねじ圧接側フランク部２６を形成するのみでよいので、従来のねじ転造工法等により容易に製造することができる。

本発明の第２実施例を図３に沿って説明する。図３に示す実施例は本発明による緩み止め作用部をナット３５に適用した例を示している。図３に示すナット３５は雄ねじ３６のねじ山３７と螺合する雌ねじ３８を形成しており、図３（ａ）に示す例においては、第１部材４１と第２部材４２とをねじの締結により固定する例を示している。同図においては前記第１実施例と対応するようにその要部を（ｂ）及び（ｃ）に示しており、同図から明らかなようにこの実施例においてはナット３５の雌ねじ圧接側フランク４３側にその先端側から平坦フクランク部３９と、それに続く雌ねじ圧接側フランク部４０とを設けており、雌ねじ圧接側フランク部４０の傾斜を、雄ねじ圧接側フランク部４４の傾斜よりも大きく設定している。

上記のような構成により、この第２実施例も前記第１実施例と同様に、図３（ｂ）に示すような雄ねじ３６とナット３５の相対回転によってねじ込みを行うときには、雌ねじ圧接側フランク４３を構成する各部は雄ねじ圧接側フランク部４４と接触せずにねじ込むことができ、摩擦の少ない状態でねじ込み作業を行うことができる。その後ねじ込みが終了し締め付けを行う段階では、前記実施例と同様に雄ねじ圧接側フランク４４が雌ねじ圧接側フランク４３側と接触し、雄ねじねじ込み側フランク４５は雌ねじねじ込み側フランク４６から離れる。

更に雄ねじ３６とナット３５の相対的な回転により締め付けを強めて締め付けを行うと、同図３（ｃ）に模式的に示すように、雄ねじのねじ山３７の先端角部４７が雌ねじ圧接側フランク４２に対して喰い込む方向に、また雌ねじ圧接側フランク４３の平坦フクランク部３９の基端角部４８が雄ねじ圧接側フランク４４に対して喰い込む方向に圧接する。このとき雄ねじ３６とナット３５がほぼ同質材料の時には、各角部が対向するフランクの平坦面に喰い込む方向に圧接しながら弾性変形或いは塑性変形する。

この第２実施例においても前記第１実施例と同様に、ねじの最終的な締結状態において、ナット３５の雌ねじ圧接側フランク４３側に形成される突起としての基端角部４８と、雄ねじ圧接側フランク４４側に形成される突起としての先願角部が、互いに対向する側に喰い込む方向に圧接し、弾性変形または塑性変形して強固に結合するため、ねじの緩みを確実に防止することができ、しかもそれらは容易に製造できる形状となっている等の作用効果は前記第１実施例と同様である。

本発明による緊締ねじは、前記第１実施例のように雄ねじ側に適用する際には一般に使用されるねじ、或いは特殊用途の超小型のねじ、タップねじ等の種々のねじに適用することができるほか、各種ボルト等にも使用することができる。また、本発明による緊締ねじは、前記第２実施例のように雌ねじ側にも適用することができ、その際には雌ねじを構成する部材としてのナットに対して有効に利用することができ、そのほか被固定部材を支持する支持部材に形成する雌ねじ等、種々の雌ねじに使用することができる。

本発明の第１実施例を示す図であり、（ａ）はねじの締結状態の全体構成を示す断面図であり、（ｂ）は雄ねじが一般のねじであるときの（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図であり、（ｃ）は雄ねじがタップねじであるときの（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図である。 第１実施例の作用を示す図であり、（ａ）は雄ねじのねじ込み時における主要部の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の要部拡大断面図であり、（ｃ）はねじの締結時における主要部の断面図であり、（ｄ）は（ｃ）の要部拡大断面図である。 本発明をナットに適用した第２実施例を示す図であり、（ａ）はねじとナットの締結状態の全体構成を示す断面図であり、（ｂ）はそのねじ込み時の状態を示す主要部の拡大断面図であり、（ｃ）はその締結時の状態を示す主要部の拡大断面図である。 従来例を示す図であり、（ａ）は第１の従来例の要部断面図であり、（ｂ）は第２の従来例の要部断面図である。 従来から用いられている一般のねじのねじ込み時と締結時の作用を示す図であり、（ａ）は締結状態の全体構成を示す断面図であり、（ｂ）はそのねじ込み時の状態を示す要部断面図であり、（ｃ）はその締結状態を示す要部断面図である。

符号の説明

１０ 被固定部材
１１ 貫通孔
１２ ねじ
１３ 雄ねじ
１４ 支持部材
１５ 雌ねじ
１６ 頭部
１７ 裏面
２０ 雄ねじねじ込み側フランク
２１ 雌ねじねじ込み側フランク
２３ 雄ねじ圧接側フランク部
２４ 雌ねじ圧接側フランク
２５ 先端
２６ 平坦フクランク部
２７ ねじ内側方向端部
２８ 雄ねじ圧接側フランク
３０ 先端角部
３１ 基端角部

Claims (1)

1. 雄ねじまたは雌ねじのねじ山における両側のフランクのうち、締結状態において圧接側となる圧接側フランクに対して、ねじ山の先端側に平坦フランク部と、該平坦フランク部に続く圧接側フランク部とを形成し、
   前記圧接側フランク部の傾斜をこれに対向する雌ねじまたは雄ねじのフランクの傾斜よりも大きく形成し、且つ前記平坦フランク部の傾斜を前記これに対向するフランクの傾斜よりも小さく形成し、それによりねじ締結時には前記平坦フランク部の先端角部が前記これに対向するフランクと圧接するとともに、前記対向するフランクの角部が前記圧接側フランク部と圧接して２箇所による結合を行い、
   前記ねじのねじ込み時には前記圧接側フランクと対向するフランクとが接触しないようにすることを特徴とする緊締ねじ。

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