JP4804940B2 - ねじ部品及び締め付け工具 - Google Patents

Description

本発明は、多角形状の頭部を備えたねじ部品に関し、特に、頭部側面にトルク伝達用の凹部を備えたねじ部品及び締め付け工具に関する。

従来のこの種のねじ部品として、本出願人は、既に、特許文献１に記載のようなねじ部品を提案している。
このねじ部品は、図４に示すように、多角形状の頭部１０２と、ねじが形成された軸部１０３とを備えたもので、頭部側面１２１にはトルク伝達用の凹部１０７が設けられ、頭部側面１２１を利用したトルク伝達の他に頭部側面１２１の凹部１０７を利用したトルク伝達を可能とした構成となっている。
凹部１０７を利用したトルク伝達は、頭部１０２に被着可能なソケット部１０６を有する締め付け手段が用いられる。ソケット部１０５内周には頭部側面１２１の凹部１０５に差込み可能な凸部１０６が設けられ、ソケット部１０５を頭部に対して相対回転することにより凸部側面１６１を凹部側面１７１に当接させてトルクを伝達するようになっている。

しかし、凸部側面１６１と凹部側面７間には、回転方向に遊びが設けられているために、遊び分だけ回転して当接した時点では、図４（Ｃ）に示すように、凹部側面１７１の頭部側面側の端部が凸部側面１６１に当接し、当接部１０８は線接触となってしまう。当接部１０８が回転中心となる頭部中心軸から最も離れた頭部側面１２１側の端部に位置することはトルク伝達の点では有利であるが、接触面積が小さくなるために当接部１０８の接触圧が狭い接触面に集中し、接触部が変形するおそれがある。

接触部の変形を防止するためには、接触長さを長くする必要があるが、接触長さを長くすると、勢い頭部高さが高くなり、大型化すると共に重量増大につながる。近年、より一層の軽量化が要請されており、従来の構造では強度上の要請と軽量化の要請が相反する結果となってしまうという問題があった。
特開２００４−７６９００（図８）

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、トルク伝達時に締め付け手段の凸部側面と頭部の凹部側面を面接触させることにより、大きな締め付けトルクの伝達が可能で、しかも頭部高さをより低くして軽量化を図り得るねじ部品および締め付け工具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、多角形状の頭部と、ねじが形成された軸部とを備え、頭部の頭部側面にはトルク伝達用の凹部が設けられ、頭部側面を利用したトルク伝達の他に前記頭部側面の凹部を利用したトルク伝達を可能とした構成で、凹部を利用したトルク伝達は、前記頭部に被着可能なソケット部を有する締め付け手段が用いられ、ソケット部内周に突設された凸部を頭部側面の凹部に差込み、ソケット部を頭部に対して相対回転させることにより凸部側面を凹部側面に当接させてトルクを伝達する構成で、凹部側面と凸部側面間には回転方向に遊びが設けられているねじ部品において、
凹部の凸部を挟んで回転方向に互いに逆側に位置する一対の凹部側面がなす角度を、一対の凹部側面と対向する一対の凸部側面がなす角度よりも所定角度大きく設定することにより、凹部側面と凸部側面間の回転方向の遊び分だけ相対回転した際に凹部側面と凸部側面が面接触する構成とし、
前記頭部は隣り合う凹部と凹部の間の部分が各角部に向かって放射状に突出する突出片部となっており、前記凹部側面と凸部側面は直線状に延びる平面形状で、前記凹部側面が、頭部の中心軸と角部頂点間を結ぶ角部中心線に対して、頭部中心側よりも頭部側面側に向かって徐々に近づく方向に所定角度傾斜し、突出片部の形状が中心軸側の付け根部が太く角部側の先端部が細いテーパ形状となっている。

そして、前記凹部の両凹部側面は、頭部の中心軸を通り各頭部側面を二等分するように放射状に引いた凹部中心線に対して左右対称的に設けられ、
一方、ソケット部の凸部の両凸部側面は、ソケット部の中心軸を通り前記凹部中心線と同一角度で放射状に延びる凸部中心線に対して左右対称的に設けられ、
前記凹部側面の凹部中心線に対する片角αが、前記凸部側面の凸部中心線に対する片角βよりも大きく設定されており、
前記頭部の角部と中心軸を結ぶ線と凹部中心線とのなす角を角部の中心角の片角γとすると、前記凹部側面の片角αは、角部の片角γよりも所定角度大きく設定され、
前記頭部形状は正六角形状で、頭部に設けた凹部側面の片角αが３５度、角部の片角γが３０度に設定され、凸部側面の片角βが３３度に設定されていることを特徴とする。

また、本発明の締め付け工具は、ねじ部品の多角形状の頭部に被着可能なソケット部を有し、ソケット部内周には頭部側面の凹部に差込可能な凸部が設けられ、ソケット部を頭部に対して相対回転させることにより凸部側面を凹部側面に当接させてトルクを伝達する構成で、前記凹部側面と凸部側面間には回転方向に遊びが設けられる締め付け工具において、
凹部の凸部を挟んで回転方向に互いに逆側に位置する一対の凹部側面がなす角度を、該一対の凹部側面と対向する一対の凸部側面がなす角度よりも所定角度大きく設定することにより、凹部側面と凸部側面間の回転方向の遊び分だけ相対回転した際に凹部側面と凸部側面が面接触する構成とし、前記頭部は隣り合う凹部と凹部の間の部分が各角部に向かって放射状に突出する突出片部となっており、前記凹部側面と凸部側面は直線状に延びる平面形状で、前記凹部側面が、頭部の中心軸と角部頂点間を結ぶ角部中心線に対して、頭部中心側よりも頭部側面側に向かって徐々に近づく方向に所定角度傾斜し、突出片部の形状が中心軸側の付け根部が太く角部側の先端部が細いテーパ形状となっており、
凹部の両凹部側面は、頭部の中心軸を通り各頭部側面を二等分するように放射状に引いた凹部中心線に対して左右対称的に設けられ、
一方、ソケット部の凸部の両凸部側面は、ソケット部の中心軸を通り前記凹部中心線と同一角度で放射状に延びる凸部中心線に対して左右対称的に設けられ、
前記凹部側面の凹部中心線に対する片角αが、前記凸部側面の凸部中心線に対する片角βよりも大きく設定されており、
前記頭部の角部と中心軸を結ぶ線と凹部中心線とのなす角を角部の中心角の片角γとすると、前記凹部側面の片角αは、角部の片角γよりも所定角度大きく設定され、
前記頭部形状は正六角形状で、頭部に設けた凹部側面の片角αが３５度、角部の片角γが３０度に設定され、凸部側面の片角βが３３度に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、頭部側面の凹部を利用してトルク伝達する際に、ソケット部の凸部側面が頭部の凹部側面が面接触するので、力が接触面全体に分散され、単位面積当たりに作用する力が小さくなり、接触部の変形を防止することができる。したがって、従来と同等の頭部高さであれば、許容締め付けトルクを大きくすることができる。

一方、従来と同等の許容締め付けトルクであれば、頭部高さを従来よりも低く設定することができ、締め付け時の強度を確保しつつ一層の小型，軽量化を図ることができる。
また、凹部と凹部の間の放射状の突出片部について、付け根部が角部側の先端部よりも太くすることにより、締め付け時に応力が集中しやすい付け根部の強度を維持しつつより一層の軽量化を図ることができる。

以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１乃至図３は、本発明の実施例に係るねじ部品及び締め付け工具を示している。
図２において、１はねじ部品を示している。このねじ部品１はフランジ付きのねじで、多角形状の頭部２と、外周にねじ３１が形成される軸部３とを備え、頭部２と軸部３の境界部にフランジ部４が一体的に設けられている。
頭部２は正六角形状で、６面の頭部側面２１にトルク伝達用の凹部７が設けられ、頭部側面２１を利用したトルク伝達の他に凹部７を利用したトルク伝達を可能とした構成となっている。
頭部２の頂面２４は平坦面で、中央に円形状の段凹部２５が設けられている。一方、頭部２の下端のフランジ部上面４１は、周辺部よりも中心側が高くなるように傾斜する円錐台形状となっている。

頭部側面２１を利用したトルク伝達は、スパナ，メガネレンチ等の一般的な工具を利用し、互いに平行の二面幅を構成する一対の頭部側面２１，２１を挟んで締め付けるものである。
各頭部側面２１は中央部の凹部７によって一対の平面部２１ａ，２１ａに分断されているが、各平面部２１ａ，２１ａは同一平面上にあって頭部側面２１を構成する。凹部７は頭部頂面２４から各頭部側面２１にかけて切り欠くように形成されている。各凹部７は頂面２４からフランジ部面４１まで頭部側面２１の全高さに亘って窪ませた構成で、隣合う頭部側面２１，２１に形成された凹部７と凹部７の間の部分が各角部２２に向かって放射状に突出する突出片部２３となっている。また、各角部２２の上端はアール形状に成形され、各突出片部２３の上面形状は全体として丸い花弁状を呈している。

一方、凹部７を利用したトルク伝達は、頭部２に被着可能なソケット部５を有する締め付け工具が用いられる。
ソケット部５は略円筒形状で、図３に示すように、一端に頭部２が嵌合される嵌合穴５１が設けられ、他端には不図示の駆動用工具が連結される連結手段としての連結穴５２が設けられている。図示例では、連結穴５２は四角形状で、手動あるいは自動の駆動工具の駆動軸が差し込まれる。もっとも、ソケット部５と駆動工具が一体的な構成としてもよい。
嵌合穴６は頭部２の全高さ分が差し込み可能な深さになっている。この嵌合穴６内周に前記凸部６が突設されている。図示例では嵌合穴６にはフランジ部４まで嵌合可能で、開口端部にフランジ部４の上面４１に対応する円錐状穴５３が設けられている。

ソケット部５の凸部６と頭部２の凹部７との関係は、図１に詳細に示すように、ソケット部５内周に突設された凸部６を頭部側面２１の凹部７に差込み、ソケット部５を頭部２に対して相対回転させることにより凸部側面６１，６２を凹部側面７１，７２に当接させてトルクを伝達する構成で、凹部側面７１，７２と凸部側面６１，６２間には回転方向に遊びｇが設定されている。
凹部７の凸部６を挟んで回転方向に互いに逆側に位置する一対の凹部側面７１，７２がなす角度は、一対の凹部側面７１，７２と対向する一対の凸部側面６１，６２がなす角度よりも所定角度大きく設定されている。これにより、凹部側面７１，７２と凸部側面６１，６２間の回転方向の遊び分ｇだけ相対回転した際に凹部側面７１，７２と凸部側面６１，６２が面接触させる構成となっている。

この実施例では、凹部側面７１，７２は直線状に延びる平面形状で、頭部側面２１側に開く開口部の幅よりも中心側に向かって徐々に幅が狭くなるように傾斜しており、中心側の端部がアール形状の連結面７３によって連結されている。
両凹部側面７１，７２は、頭部２の中心軸Ｏを通り各頭部側面２１を二等分するように放射状に引いた凹部中心線Ｎに対して左右対称的に設けられている。、また、凸部側面６１，６２については、ソケット部５の中心軸Ｏ１を通り凹部中心線Ｎと同一角度で放射状に引いた凸部中心線Ｎ１に対して左右対称的に設けられている。凹部中心線Ｎに対する凹部側面７１，７２の片角をα、凸部中心線Ｎ１に対する凸部側面６１，６２の片角をβとすると、凹部側面７１，７２の片角αが凸部側面６１，６２の片角βよりも大きく設定されている。
この角度差（α−β）を大きくすると、遊びｇが大きくなり、角度差が小さいと遊びｇが小さくなるので、角度差（α−β）は２〜３度程度に設定することが好ましい。特に、２度程度が最適である。

一方、凹部側面７１，７２は、頭部２の中心軸Ｏと各角部２２とを結ぶ角部中心線Ｎ２とのなす角を角部２２間の中心角の片角γとすると、凹部側面２１の片角αは、角部２２の片角γよりも所定角度大きく設定されている。
このようにすれば、頭部中心側よりも頭部側面側に向かって徐々に近づく方向に傾斜し、突出片部２３の形状が中心軸Ｏ側の付け根部が太く角部２２側の先端部が細いテーパ形状となる。

この実施例では、頭部２は正六角形で、上記角部２２間の中心角の片角γは３０度であり、これに対して凹部側面７１，７２の片角αが３５度、締め付け工具のソケット部５の凸部側面６１，６２の片角βが３３度に設定されている。

次に、上記実施例のねじ部品と締め付け工具を用いた締め付け作業について説明する。
すなわち、ソケット部５の連結穴５２に駆動用工具の駆動軸を差し込み、ソケット部５の嵌合穴５１をねじ部品１の頭部２に被着し、ソケット部５の凸部６を頭部２の頂面側から凹部７に差し込む。凸部６と凹部７間には適度な遊びがあるので、スムーズに差し込むことができる。
また、頭部２に被着する際には、嵌合穴５１の開口端部にフランジ用の円錐穴部５３が形成されているので、頭部２の中心とソケット部５の中心がずれている場合でも、頭部が円錐穴部５３の円錐面に案内されて芯ずれが調整される。

そして、締め付けあるいは緩める方向にトルクを伝達する際には、ソケット部５を頭部２に対して遊びｇの分だけ回転させた時点で凸部側面６１（６２）が頭部２の凹部側面７１（７２）に面接触するので、力が接触面全体に分散され、単位面積当たりに作用する力が小さくなり、接触部の変形を防止することができる。したがって、頭部高さＨが従来と同等であれば、許容締め付けトルクを大きくすることができる。

一方、従来と同等の許容締め付けトルクとすれば、頭部高さＨを従来よりも低く設定することができ、締め付け時の強度を確保しつつ一層の小型化，軽量化を図ることができる。
本発明のように頭部側面２１に凹部７を設けている場合には、頭部成形時に凹部７から角部２２方向への材料の流動量が大きくなって角部２２上端部のだれ部を減らすことができ、頭部高さを低くしても所定の有効頭高さを確保することができる。したがって、頭部の凹部側面７１，７２と凸部側面６１，６２を面当たりとしたことと相俟って頭部高さをより低くして軽量化を図ることができる。特に、本実施例の場合には、角部２２間の中心角の片角γ（３０度）に対して凹部側面７１，７２の片角αを３５度と大きく設定しているので、角部２２方向への材料の流動をより大きくしてだれ部をより減らすことができ、より一層、頭部高さＨを低くして軽量化を図ることができる。
因みに、本実施例によれば、Ｍ１０、二面幅が１４ｍｍのねじ部品の場合、頭部高さＨについて、従来は８．９ｍｍであったところ、許容締め付けトルクは同一のままで、４．７ｍｍまで低くすることができ、重量にして４２％程度軽量化することができた。
凹部７と凹部７の間の放射状の突出片部２３については、付け根部が角部２２側の先端部よりも太くなっているので、締め付け時に応力が集中しやすい付け根部の強度を維持しつつより一層の軽量化を図ることができる。

さらに、図３（Ｄ）に示すように、ソケット部５の凸部６の凸部中心線Ｎ１方向の長さを、二点鎖線で示すように長くして、大きいサイズのねじ部品の頭部の大きさに対応させておけば、異なる寸法のねじ部品について、一つの工具で締め付け作業が可能である。

なお、上記実施例では頭部形状として正六角形状の頭部を備えたねじ部品に広く適用可能であり、フランジ部が無いねじ部品について適用可能である。
また、互いに当接する頭部２の凹部側面とソケット部の凸部側面について直線状の場合について説明した。
さらに、上記実施例では、凹部７の両凹部側面７１，７２が凹部中心線Ｎに対して左右対称的に設けられている。

図１は本発明の実施例に係るねじ部品と締め付け工具の係合状態を示すもので、同図（Ａ）はトルク伝達前の状態の横断面図、同図（Ｂ）はトルク伝達時の状態を示す横断面図、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）の凹部側面と凸部側面の当接状態を示す部分拡大図、同図（Ｄ）はねじ部品の凹部と締め付け工具の凸部の嵌合状態を外して示す要部拡大断面図である。 図２は本発明の実施例に係るねじ部品を示すもので、同図（Ａ）は概略斜視図、同図（Ｂ）は上面図、同図（Ｃ）は締め付け工具のソケット部と共に示す正面図である。 図３は本発明の実施例に係る締め付け工具のソケットを示すもので、同図（Ａ）は概略斜視図、同図（Ｂ）は縦断面図、同図（Ｃ）は底面図、同図（Ｄ）は異なるサイズのねじ頭部に適用する状態を模式的に示す説明図である。 図４（Ａ）は従来のねじ部品をを示す斜視図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のねじ部品の頭部に工具のソケット部が嵌合した状態を示す断面図、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）のトルク伝達状態の部分拡大図である。

符号の説明

１ ねじ部品
２ 頭部
２１ 頭部側面、２１ａ 平面部
２２ 角部
２３ 突出片部
２４ 頂面
２５ 段凹部
３ 軸部
３１ ねじ
４ フランジ部、４１ 上面
５ ソケット部
５１ 嵌合穴、５２ 連結穴、５３ 円錐状穴
６ 凸部
６１，６２ 凸部側面
７ 凹部
７１，７２ 凹部側面
ｇ 遊び
Ｏ 頭部の中心軸
Ｎ 凹部中心線
Ｎ１ 凸部中心線
Ｎ２ 角部中心線
α 凹部側面７１，７２の片角
β 凸部側面６１，６２の片角
γ 角部２２の片角
Ｈ 頭部高さ

Claims (2)

1. 多角形状の頭部と、ねじが形成された軸部とを備え、
   前記頭部の頭部側面にはトルク伝達用の凹部が設けられ、前記頭部側面を利用したトルク伝達の他に前記頭部側面の凹部を利用したトルク伝達を可能とした構成で、
   前記凹部を利用したトルク伝達は、前記頭部に被着可能なソケット部を有する締め付け手段が用いられ、ソケット部内周に突設された凸部を頭部側面の凹部に差込み、ソケット部を頭部に対して相対回転させることにより凸部側面を凹部側面に当接させてトルクを伝達する構成で、前記凹部側面と凸部側面間には回転方向に遊びが設けられているねじ部品において、
   前記凹部の凸部を挟んで回転方向に互いに逆側に位置する一対の凹部側面がなす角度を、該一対の凹部側面と対向する一対の凸部側面がなす角度よりも所定角度大きく設定することにより、凹部側面と凸部側面間の回転方向の遊び分だけ相対回転した際に凹部側面と凸部側面が面接触する構成とし、
   前記頭部は隣り合う凹部と凹部の間の部分が各角部に向かって放射状に突出する突出片部となっており、前記凹部側面と凸部側面は直線状に延びる平面形状で、前記凹部側面が、頭部の中心軸と角部頂点間を結ぶ角部中心線に対して、頭部中心側よりも頭部側面側に向かって徐々に近づく方向に所定角度傾斜し、突出片部の形状が中心軸側の付け根部が太く角部側の先端部が細いテーパ形状となっており、
   凹部の両凹部側面は、頭部の中心軸を通り各頭部側面を二等分するように放射状に引いた凹部中心線に対して左右対称的に設けられ、
   一方、ソケット部の凸部の両凸部側面は、ソケット部の中心軸を通り前記凹部中心線と同一角度で放射状に延びる凸部中心線に対して左右対称的に設けられ、
   前記凹部側面の凹部中心線に対する片角αが、前記凸部側面の凸部中心線に対する片角βよりも大きく設定されており、
   前記頭部の角部と中心軸を結ぶ線と凹部中心線とのなす角を角部の中心角の片角γとすると、前記凹部側面の片角αは、角部の片角γよりも所定角度大きく設定され、
   前記頭部形状は正六角形状で、頭部に設けた凹部側面の片角αが３５度、角部の片角γが３０度に設定され、凸部側面の片角βが３３度に設定されていることを特徴とするねじ部品。
2. ねじ部品の多角形状の頭部に被着可能なソケット部を有し、ソケット部内周には頭部側面の凹部に差込可能な凸部が設けられ、ソケット部を頭部に対して相対回転させることに
   より凸部側面を凹部側面に当接させてトルクを伝達する構成で、前記凹部側面と凸部側面間には回転方向に遊びが設けられる締め付け工具において、
   前記凹部の凸部を挟んで回転方向に互いに逆側に位置する一対の凹部側面がなす角度を、該一対の凹部側面と対向する一対の凸部側面がなす角度よりも所定角度大きく設定することにより、凹部側面と凸部側面間の回転方向の遊び分だけ相対回転した際に凹部側面と凸部側面が面接触する構成とし、
   頭部は隣り合う凹部と凹部の間の部分が各角部に向かって放射状に突出する突出片部となっており、
   前記凹部側面と凸部側面は直線状に延びる平面形状で、前記凹部側面が、頭部の中心軸と角部頂点間を結ぶ角部中心線に対して、頭部中心側よりも頭部側面側に向かって徐々に近づく方向に所定角度傾斜し、突出片部の形状が中心軸側の付け根部が太く角部側の先端部が細いテーパ形状となっており、
   凹部の両凹部側面は、頭部の中心軸を通り各頭部側面を二等分するように放射状に引いた凹部中心線に対して左右対称的に設けられ、
   一方、ソケット部の凸部の両凸部側面は、ソケット部の中心軸を通り前記凹部中心線と同一角度で放射状に延びる凸部中心線に対して左右対称的に設けられ、
   前記凹部側面の凹部中心線に対する片角αが、前記凸部側面の凸部中心線に対する片角βよりも大きく設定されており、
   前記頭部の角部と中心軸を結ぶ線と凹部中心線とのなす角を角部の中心角の片角γとすると、前記凹部側面の片角αは、角部の片角γよりも所定角度大きく設定され、
   前記頭部形状は正六角形状で、頭部に設けた凹部側面の片角αが３５度、角部の片角γが３０度に設定され、凸部側面の片角βが３３度に設定されていることを特徴とする締め付け工具。

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