JP7305292B2

JP7305292B2 - ボルト

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Publication number: JP7305292B2
Application number: JP2021562335A
Authority: JP
Inventors: 源太郎宮崎
Original assignee: Aoyama Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Aoyama Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2023-07-10
Anticipated expiration: 2041-04-01
Also published as: JP2022532033A; WO2021205974A1; CN114008336A; DE112021000029T5; US20220042541A1; CN114008336B

Description

本発明は、ボルトの正規ねじ部にねじ山の潰し部を形成したボルトに関するものである。

ボルトの正規ねじ部のねじ山の頂部を潰してフランク面を膨らませ、めねじのフランク面にその膨らみを干渉させて緩みを防止する緩み止めボルトは、従来から多数知られている。

例えば特許文献１には、ねじ山の潰し部を正規ねじ部の周面に４条の螺旋形状となるように形成した緩み止めボルトが記載されている。特許文献１の図７、図８に示されるように、ねじ山の頂部に形成された膨らみはめねじのフランク面と干渉し、緩みを防止する構造である。

また特許文献２にも、ねじ山の潰し部を正規ねじ部の周面に複数条の螺旋形状となるように形成した緩み止めボルトが記載されている。この特許文献２の潰し部も、その図３に示されるようにめねじのフランク面と干渉し、緩みを防止する構造である。

このような従来の緩み止めボルトにおけるねじ山の潰し量は、潰しによって生じた膨らみがめねじの圧力側フランク面と遊び側フランク面の両方に干渉する大きさとなっている。このためボルトを捩じ込む際に抵抗となり、通常のボルトよりもねじ込みトルクが増大する。このため低トルクで使用する部位ではターゲットトルクでボルトを着座させることができず、確実な締結ができないおそれがあった。また膨らみが大きいためめねじに干渉し、ボルトが着座後にめねじのフランク面に膨らみが食い込むことによって、めねじのフランク面に大きな傷を付けてしまうという問題があった。

実用新案登録第３１９４８５４号公報

特許第６２６３７５１号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、ねじ込みトルクを増大させることなく、まためねじのフランク面を大きく傷つけることなく、緩み止め効果や導電効果を得ることができる新規なボルトを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、ボルトの正規ねじ部にねじ山の潰し部を形成したボルトであって、ねじ山の潰し部の潰し量を、前記正規ねじ部のねじ山高さの７～２２.５％とし、ねじ山の頂部を押し潰すことによってその両側に生ずる膨らみの大きさを、めねじの谷との間に形成される軸線方向の隙間の幅よりも小さくして、ボルトをめねじに捩じ込むときに、遊び側フランク面の膨らみだけがめねじのフランク面に接触する大きさとし、前記ねじ山の潰し部は頭部から見て正規ねじ部のねじ山とは反対回りに軸先端部へ進む螺旋形状となるように、正規ねじ部の全域半周もしくは部分的半周に、１条のみ形成されていることを特徴とするものである。ここで正規ねじ部の部分的半周とは、正規ねじ部の全域ではなく、正規ねじ部のうち一部又は断続的な部分の半周を意味するものである。

本発明のボルトは、正規ねじ部にねじ山の潰し部を形成したことは従来と同様であるが、ねじ山の頂部を押し潰すことによってその両側に生ずる膨らみの大きさを、めねじの谷との間に形成される軸線方向の隙間の幅よりも小さくし、ボルトをめねじに捩じ込むときに、遊び側フランク面の膨らみだけがめねじのフランク面に接触する大きさとした。このためねじ込み時にはねじ山の遊び側フランク面に形成された膨らみがめねじのフランク面と干渉するだけであり、反対側はめねじのフランク面との間に余裕があるので、従来の緩み止めボルトのようにねじ込みトルクを増大させたり、めねじのフランク面を大きく傷つけることがない。

また、ねじ山の潰し部を頭部から見て左回りに軸先端部へ進む螺旋形状となるように、正規ねじ部の全域半周もしくは部分的半周に１条のみ形成したので、着座後、ボルトのフランク面に形成された膨らみがめねじに食い込む。ボルトとめねじにはクリアランスがあるため、ボルトの軸線に対して直角方向の振動荷重を受けたとき、食い込んだ膨らみを中心に微少にボルトが傾きながら首を回すような挙動を行い、徐々に右方向に回転する。このため本発明のボルトは振動を受けると自ら締まる効果を持つ。この効果については、後述する。

実施形態のボルトの正面図である。実施形態のボルトの説明図である。要部の拡大断面図である。実験に用いた締結体の断面図である。図４のＡＢＣの各断面位置におけるボルトの傾き方向を示す図である。ＪＩＳに規定される５／８Ｈの寸法を示す図面である。導電性試験に用いた器具の説明図である。導電性試験の結果を示すグラフである。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。図１は実施形態のボルトの正面図、図２はその説明図である。これらの図において、１０はボルトの頭部、１１はその軸部に転造法により形成された正規ねじ部である。正規ねじ部１１は首下部１２及び軸先端部１３を除いて、軸部の全長にわたり形成されている。このボルトは正規ねじ部１１を右ねじとした右ねじボルトであり、めねじに対して右方向に回転させると前進するものである。なお、この実施形態では頭部１０に工具を受ける凹状部が形成されているが、頭部１０の形状は任意であり、一般的な六角形であってもよい。また、軸先端部１３の形状は特に限定されるものではない。

正規ねじ部１１のねじ山には、潰し部１４が形成されている。従来の緩み止めボルトにおいては、潰し部１４は軸対称となるように軸部に複数条形成されているのが普通である。これに対して本発明では、頭部１０から見て左回りに軸先端部１３へ進む螺旋形状となるように、潰し部１４が正規ねじ部１１の全域半周に１条のみ形成されている。このため本発明のボルトを図１、図２の背面から見た場合には、潰し部１４は見えないこととなる。このようなボルトを製造するためにはボルトを転造する一対のダイスの片側にのみ潰し部１４を形成する部位を設けておき、ダイス間でブランクを１８０度回転させながら転造する方法を用いればよい。なおこの実施形態では、潰し部１４は正規ねじ部１１の全長にわたり、すなわち正規ねじ部の全域半周にわたり形成されている。

潰し部１４は図３に示すようにねじ山の頂部を押し潰して形成される。本発明では、ねじ山の頂部を押し潰すことによってその両側に生ずる膨らみ１６、１９の大きさを、めねじの谷との間に形成される軸線方向の隙間の幅よりも小さくした。実施形態のボルトでは、ねじ山の潰し部１４の潰し量ｈを、正規ねじ部のねじ山高さｈ’の７～２２．５％とし、潰し量を従来よりもはるかに小さく設定している。例えば従来技術を示す特許文献１には、潰し量はＭ８並目ねじの場合、０．４７４ｍｍであり、おねじ外径の約８％と記載されている。これは、潰し部が両側２ヶ所ある為、１ヶ所の潰し量は０．２３７ｍｍである。ＪＩＳＢ０２０５－１（ＩＳＯ６８－１）によれば、Ｍ８並目ねじのピッチ１．２５の山高さ５／８Ｈは０．６７６５８２ｍｍである為、潰し量は、ねじ山高さの約６５％に設定していたのであり、これに比べて本発明のねじ山の潰し量は極めて小さい。なお、ＪＩＳＢ０２０５－１の一般用メートルねじの基準山形の図面には、５／８Ｈの寸法が図６に示す通り規定されている。

このように本発明では、ねじ山の頂部を押し潰すことによってその両側に生ずる膨らみ１６、１９の大きさを、めねじの谷との間に形成される軸線方向の隙間の幅よりも小さくしたので、図３に示すようにボルトをめねじに捩じ込むときには、ボルトの遊び側フランク面１５に形成された膨らみ１６のみがめねじの遊び側フランク面１７に当接し、ボルトの圧力側フランク面１８に形成された膨らみ１９はめねじの圧力側フランク面２０に当接しない。このため従来の緩み止めボルトとは異なり、ねじ込みトルクを増大させることがなく、低トルクで使用する部位ではターゲットトルクでボルトを着座させることができる。また着座後にさらにボルトを締め込んだときにも、めねじの遊び側フランク面１７及びめねじの圧力側フランク面２０が大きく傷付くことはない。

なお、ねじ山の潰し部１４の潰し量が正規ねじ部のねじ山高さの２２．５％以上であると、潰し部のフランク面の膨らみが圧力側、遊び側、両方共にめねじと干渉する為、ねじ込みトルクが発生し、従来の緩み止めボルトに近づいて本発明の利点が十分に発揮されなくなる。また、ねじ山の潰し部１４の潰し量が正規ねじ部のねじ山高さの７％未満となると潰し部のない通常のボルトに近づき、やはり本発明の利点が十分に発揮されなくなる。

次にこのボルトの緩み止め効果について説明する。一般にボルトは軸線に対して直角方向の振動を受けると緩むことがある。これはねじ面の摩擦力が小さく、振動による力がその摩擦力を上回るためである。この緩みを防止するために、従来の緩み止めボルトは、ねじ山を潰すことによってねじ面の摩擦力が増加したと同様の効果を得ていた。同様に、本発明のボルトはねじ山の頂部に形成される圧力側の膨らみ１６が、ボルト着座後軸力が発生すると、わずかにめねじに食い込み、摩擦力は増加する。

更に本発明者は実験により、本発明のボルトが振動を受けても緩まないか、締まる方向である右方向に回転することを確認した。具体的には、ＪＩＳに規定されるＭ８（ピッチ１．２５ｍｍ）サイズで本発明のボルトを製作し、図４に示すように２つの部材２１、２２をナット３０を用いて締結した。締め付けトルクは２Ｎｍである。図４の部材２２にボルトの軸線方向に対して直角方向に振幅荷重３．６ｋＮの振動を１０Ｈｚで４万回加えた。また比較のために、本発明とは逆に頭部から見て右回りに軸先端部１３へ進む螺旋形状となるように、潰し部を１条のみ形成した比較例のボルトも製作し、同一条件で試験を行った。

その結果、本発明のボルトは振動を受けても全く緩まず、一部のボルトは締まる方向である右方向に回転した。これに対して比較例のボルトは回転緩みが発生し、締め付けトルクを高めてもなお回転緩みを完全に防止することができなかった。

この実験により、頭部から見て右回りに軸先端部１３へ進む螺旋形状となるように潰し部１４を形成すると緩み易くなり、左回りに軸先端部１３へ進む螺旋形状となるように潰し部を形成すると緩み止め効果が得られることが確認されたが、その理論的な理由はいまだ明確ではない。しかし発明者は、本発明のボルトは片側だけに潰し部１４を形成したため、部材２２より振動を受けた際にボルトの頭部１０に加わるボルトの軸直角方向の力によりボルトが僅かにフランク面膨らみとほぼ反対方向に傾き、それが連続して嵌合域のボルト頭部から先端方向へ起こり、頭部から見て左回りに傾く。その際、ボルトはめねじの内側に沿って転がるように倒れる為、ボルトは締まる方向に回転すると推測している。

参考のため、図５に図４のＡ、Ｂ、Ｃの３断面位置におけるボルトの傾き方向を矢印で示した。なお、軸対称位置に複数条の潰し部を形成した従来の緩み止めボルトにおいてはこのような傾きを互いの条による傾きにより打消し合う為、本発明と同様の作用効果は期待できない。

以上に説明したように、本発明のボルトは、ねじ込みトルクを増大させることなく、まためねじのフランク面を大きく傷つけることなく、緩み止め効果を得ることができる。

次に、本発明のボルトの導電効果を確認する実験を行った。自動車等の製造ラインにおいて導電性を確保する必要のある部品を取り付ける際には、アースボルトと呼ばれる特殊なボルトが用いられている。本発明のボルトはねじ山の遊び側フランク面の膨らみ１６がめねじのフランク面１７に強く当たるため、ねじ山の潰し部とめねじとが擦れ合い、電流に対する抵抗値が安定して低くなる導電効果があり、緩み止めボルトのほか、アースボルトとしても利用することができる。

この実験は図７に示すようにアルミ製のめねじ部材４０に絶縁シート４１を載せ、その上に銅端子４２を置いて本発明のボルトで締結し、めねじ部材４０から銅端子４２に電流を流し、電圧値から電気抵抗値を算出する方法で行った。ボルトがめねじ部材４０に確実にメタルタッチしておれば電気抵抗値が低くなり、ボルトとめねじ部材４０とのメタルタッチが不十分であると電気抵抗値が不安定となる。その結果を図８に示す。

図８に示すように、普通ボルトを用いた場合には抵抗値は０.０９９ｍΩから０.１９３ｍΩの間で大きくばらつき、平均値も０.１２４ｍΩと高くなったが、本発明のボルトを用いた場合には抵抗値は０．０８９ｍΩから０.１１０ｍΩの範囲にあり、バラツキが小さく、平均値も０.０９７ｍΩと低かった。この実験により、本発明のボルトがアースボルトとして使用できることが確認された。

１０ボルトの頭部
１１正規ねじ部
１２首下部
１３軸先端部
１４潰し部
１５ボルトの遊び側フランク面
１６遊び側フランク面の膨らみ
１７めねじの遊び側フランク面
１８ボルトの圧力側フランク面
１９圧力側フランク面の膨らみ
２０めねじの圧力側フランク面
２１部材
２２部材
３０ナット
４０アルミ製のめねじ部材
４１絶縁シート
４２銅端子

Claims

ボルトの正規ねじ部にねじ山の潰し部を形成したボルトであって、
ねじ山の潰し部の潰し量を、前記正規ねじ部のねじ山高さの７～２２.５％とし、
ねじ山の頂部を押し潰すことによってその両側に生ずる膨らみの大きさを、めねじの谷との間に形成される軸線方向の隙間の幅よりも小さくして、ボルトをめねじに捩じ込むときに、遊び側フランク面の膨らみだけがめねじのフランク面に接触する大きさとし、
前記ねじ山の潰し部は頭部から見て正規ねじ部のねじ山とは反対回りに軸先端部へ進む螺旋形状となるように、正規ねじ部の全域半周もしくは部分的半周に、１条のみ形成されていることを特徴とするボルト。