JP7328906B2 - おねじ部材 - Google Patents

Description

本発明は、めねじの切られていない下穴に対して、ねじ山を成形（塑性変形）しながらねじ込み及び締付けを行うタッピンねじとして使用できる他、塗膜やスパッタ等の異物が付着しためねじ（ナット等）に対して、ねじ込み及び締付けが可能なボルトとしても使用可能なおねじ部材に関する。

従来のこの種のねじとしては、たとえば、特許文献１に示されるようなセルフタップねじ（タッピンねじ）が知られている。このセルフタップねじは、軸部先端にテーパ状の縮径部を設け、この縮径部のおねじのねじ山部にはねじ込み回転時に後側となる位置に段差部を持つ最大径部と、この段差部から隣接する最大径部に向かって徐々に径を増加させた移行ねじ山部と、を複数組形成し、ねじ込みトルクを低く抑えるようになっている。

特許第５９０９７４７号公報

しかしながら、上記特許文献１のセルフタップねじでは、締結完了時に、成形しためねじと噛合う段差部及び移行ねじ山部が存在すると、めねじと最大径部となる頂点部の狭い範囲に軸力が集中し、円形断面の通常のねじ山と同等の軸力まで荷重を負荷するとめねじが破損するおそれがある。
そこで、段差部を先端部などめねじとの嵌合部以外に設定することが考えられるが、その場合、ねじ込み初期はねじ込みトルクを低く抑えられるものの、ねじ込む深さが深くなると、平行ねじ部と、成形しためねじとの接触面積が増加し、摩擦抵抗によりねじ込みトルクが高くなってしまう。
特に、近年、このようなセルフタップねじを、塗膜やスパッタ等の異物が付着しためねじ（ナット等）に対して、ねじ込み及び締付けを行うボルトとしての用途にも使用することがある。このようなボルトとしての用途で使用する場合、タッピンねじと比較して、より高い軸力(締結力)と安定した締付力が求められるが、最大径部となる頂点部の狭い範囲に軸力が集中してしまうため、めねじが破損するおそれが高くなることから、段差部の範囲は限定される。
また、ねじ込む深さが深くなると、タッピンねじとして使用する場合と同様に、平行ねじ部と、成形しためねじとの接触面積が増加して締め付けトルクが高くなってしまう。
本発明は上記した従来の問題点を解決するためになされたもので、タッピンねじとして使用でき、また、塗膜やスパッタ等の異物が付着しためねじ（ナット等）に対して、締め付け可能なボルトとしても使用でき、ねじ込みトルクの低減を図りつつ、十分な軸力(締
め付けトルク)を得ることができるおねじ部材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、
平行ねじ部と、該平行ねじ部よりも先端側に設けられるテーパねじ部を備え、前記平行ねじ部と前記テーパねじ部の少なくともいずれか一方に、径方向に山高さが低くなった段差部と、該段差部から反ねじ込み回転方向に徐々に径を増加して通常ねじ山部の山高さに達する移行ねじ山部とが、複数組設けられたおねじ部材において、
前記移行ねじ山部の頂部は、前記段差部における最小径部において正規ねじピッチの位
置に対して、圧力側にずれた位置にあり、反ねじ込み回転方向の径の増加とともに正規ねじピッチへ移行することを特徴とする。
本発明によれば、ねじ込み時は徐々に最小径部から徐々に径が増加する移行ねじ山部に沿ってめねじが成形されるため、初期ねじ込みトルクは低くできる。
最小径部において、移行ねじ山部の頂部が正規ねじピッチに対して圧力側にズレているため、軸力が作用した際にめねじとの接触面積が確保され、段差部を設ける位置に制限がなく、テーパねじ部に限らず、めねじと嵌合する平行ねじ部、もしくはねじ全域に設けることが可能となる。これにより、深い下穴に対しても平行ねじ部の長さに比例してねじ込みトルクが増加することが抑制できる。

上記した移行ねじ山部の最小径部における頂部の径は、成形されるめねじの内径以上とすることが好ましい。めねじの内径以上とすることで、めねじとねじ全周にわたって接触面積が確保できる。
具体的には、移行ねじ山部の最小径部における頂部のねじ山高さは、最大径部のねじ山高さの２０％以上で９０％以下の範囲とすることが好適である。
２０％未満では、めねじと嵌合した場合に、接触面積増大による軸力集中の緩和の効果が小さくなる。９０％を超えると、接触面積は増大するものの摩擦抵抗が増大し、ねじ込みトルクが大きくなってしまう。
前記段差部と移行ねじ山部の複数組の組数は、ねじ山部の一巻き当たり２以上で８以下に設定することが好ましい。
２以下では、軸力集中の緩和の効果が小さく、８を超えるとねじ込みトルクの軽減効果が小さくなる。
前記移行ねじ山部は、正規ねじピッチの台形ねじ山と、台形ねじ山部の頂部に設けられ前記正規ねじピッチに対して圧力側にずれた前記移行ねじ山の頂部を構成する縮小ねじ山部と、を備えた構成とすることができる。
前記最小径部における台形ねじ山部の山高さは、おねじのねじ山部の山高さに対して１０％以上で５０％以下に設定することが好ましい。
１０％未満では、金型命数の悪化が懸念され、５０％を超えると、ねじ込みトルクの軽減効果は小さくなる。
前記縮小ねじ山部は、前記台形ねじ山部の圧力側フランク面より突出しない範囲で正規ねじピッチに対して圧力側にずれている。
前記台形ねじ山部の山高さが反ねじ込み回転方向に徐々に高くなる構成となっていてもよい。
また、前記台形ねじ山部の山高さが回転方向に一定で、縮小ねじ山部が、反ねじ込み回転方向に徐々に高くなっている構成としてもよい。
前記おねじのねじ山角度はＪＩＳ規格にある６０°であるが、１５°以上４５°以下とすることもできる。樹脂やＣＦＲＰなど、ねじ込み時に割れや白化が懸念される部材への締結に有効である。
また、前記おねじのねじ山角度は圧力側フランク角が遊び側フランク角以下となる非対称ねじ山とすることもできる。
圧力側フランク角を小さくすることにより、軸力をねじ中心軸線に対して軸直角方向に分散させることができ、より大きな軸力を受けることができる。

以上説明したように、本発明によれば、最大径部の段差部及び移行ねじ山部が、下穴に成形されためねじ、あるいは、予め成形されたナット等のめねじと噛合って軸力が作用しても、最大径部の頂点側への力の集中を緩和でき、めねじが破損するおそれがない。また、深い下穴や、長いめねじにねじ込む場合でも、平行ねじ部に、段差部と移行ねじ山部を設けることで、ねじ込みトルクが高くなることを抑制することができる。

図１は本発明の実施形態に係るおねじ部材を示すもので、（Ａ）は全体構成を示す図、（Ｂ）はねじ山一巻きにおける移行ねじ山部及び最大径部の配置を示す図、（Ｃ）は（Ｂ）の最小径部のねじ山のＣ－Ｃ断面図、（Ｄ）は（Ｂ）の最大径部のねじ山のＤ－Ｄ断面図である。 図２（Ａ）は移行ねじ山部の構造を直線状にして模式的に示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図、（Ｃ）は移行ねじ山部の他の構成例を示す斜視図、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ方向矢視図である。 図３（Ａ）は本実施形態のおねじ部材とめねじとのねじ山一巻き当たりの接触状態を示す説明図、（Ｂ）は比較例のおねじ部材とめねじとのねじ山一巻き当たりの接触状態を示す説明図である。 図４はねじ山の圧力側と遊び側のフランク角を変えた実施形態を示すもので、（Ａ）は図１（Ｄ）に対応する図、（Ｂ）は図１（Ｃ）に対応する図である。

以下に、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
まず、図１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、本発明の実施形態に係るおねじ部材の全体構成について説明する。図１（Ａ）はおねじ部材の全体構成を示す図、（Ｂ）はねじ山一巻き当たりの形状を示す図である。
このおねじ部材１は、頭部１０とねじ軸１１とを有し、ねじ軸１１には、平行ねじ部２と、平行ねじ部２よりも先端側に設けられるテーパねじ部３を備えている。平行ねじ部２とテーパねじ部３に設けられたねじ山４（通常ねじ山部）には、ねじ込み回転方向Ｗに対して後側となる位置に段差部５をもつ最大径部６と、段差部５から反ねじ込み回転方向ＣＷに隣接する最大径部６に向かって徐々に径を増加させた移行ねじ山部７とを複数組形成している。
図示例では、ねじ山４には、図１（Ｂ）に示すように、一巻き毎に円周方向複数箇所、本実施例では３箇所に、移行ねじ山部７が所定間隔でもって等配され、テーパねじ部３から平行ねじ部２にかけて設けられている。この例では、移行ねじ山部7が平行ねじ部２の
全長にわたって形成されているが、テーパねじ部３のみ、もしくはテーパねじ部３から平行ねじ部２の一部に形成されていてもよい。また、平行ねじ部２のみに形成することもでき、要するに、平行ねじ部２とテーパねじ部３の少なくともいずれか一方に形成される場合が含まれる。一巻き３か所の移行ねじ山部７は、周方向に同一位相に等間隔に設けられている。段差部５、最大径部６及び移行ねじ山部７を一組と数えると、一巻き当たり、２組以上で８組以下とすることが好適である。２組以下では、軸力集中の緩和の効果が小さく、８組を超えるとねじ込みトルクの軽減効果が小さくなる。
本発明は、移行ねじ山部７の頂部を構成する縮小ねじ山部７２が、段差部５における最小径部８において正規ねじピッチの位置に対して、圧力側、図示例では頭部１０側にずれた位置にあり、反ねじ込み回転方向ＣＷの径の増加とともに正規ねじピッチへ移行する構成となっている。

次に、図１（Ｃ）（Ｄ）を参照して、本発明の特徴である移行ねじ山部７の構成について説明する。
移行ねじ山部７の最小径部８（段差部５の付け根位置）におけるねじ山形は、ねじ山４と連続する同一ピッチの台形ねじ山部７１と、台形ねじ山部７１の頂部７１ａから部分的に突出する縮小ねじ山部７２を重ねた断面形状となっている。図示例では、縮小ねじ山部７２の頂部７２ａも台形ねじ山形状となっているが、台形に限らず、三角形状、円弧状等、種々の頂部形状とすることができる。
台形ねじ山部７１は、圧力側（頭部１０側）及び遊び側（ねじ先側）のフランク面が、ねじ山４のフランク面と連続しており、ねじ山４を切り欠いた形状となっている。
ねじ山４の山角度はＪＩＳ規格にある６０°以外にも、１５°以上４５°以下とするこ
とや、非対称ねじ山とすることもできる。この実施形態では、圧力側及び遊び側のフランク角は同一角の対称形状となっている。図示例では、縮小ねじ山部７２の圧力側及び遊び側のフランク角も、台形ねじ山部と同一角度であり、圧力側のフランク面は台形ねじ山部７１の圧力側フランク面の延長面上に連続している。
移行ねじ山部７の最小径部８における台形ねじ山部７１の山高さ、すなわち、ねじ山４のねじ谷部４１からの山高さＨ１は、最大径部６の山高さＨ０（ねじ山４の山高さと同じ）に対して１０％以上で５０％以下に設定される。
また、移行ねじ山部７の最小径部８のねじ山高さＨ２（台形ねじ山部７１と縮小ねじ山部７２を重ねた高さ）は、最大径部６の山高さＨ０の２０％以上で９０％以下の範囲となっている。
一方、縮小ねじ山部７２の頂部７２ａは、段差部５における最小径部８において、ねじ山４の頂部４ａの正規ねじピッチの位置Ｘ０に対して、前記台形ねじ山部７１の圧力側フランク面より突出しない範囲で正規ねじピッチに対して圧力側にaだけずれており、反ね
じ込み回転方向ＣＷの径の増加とともに正規ねじピッチの位置Ｘ０へ移行する構成となっている。
正規ねじピッチの位置Ｘ０は、ねじ山４の頂部４ａが描くつる巻き線上の位置である。縮小ねじ山７２の頂部７２ａの位置は、頂部７２ａの中心を通り、ねじ軸１１の中心軸線と直交する線の位置とする。

縮小ねじ山部７２の移行形態
次に、図２を参照して、縮小ねじ山部７２の移行形態について説明する。図２（Ａ）は移行ねじ山部の構造を直線状にして模式的に示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。
図示例では、縮小ねじ山部７２の圧力側フランク面は台形ねじ山部の中心側に若干ずれているが、基本的な構成は図１と同様である。図示例では、最小径部８から、台形ねじ山部７１の頂部７１ａが反ねじ込み回転方向ＣＷに徐々に山高さが高くなる傾斜面であり、最大径部６に向かって、その幅Ｇ（ねじ軸１１の中心軸と平行方向の幅）が徐々に狭くなり、最大径部６の頂部に至る。縮小ねじ山部７２の圧力側フランク面が台形ねじ山部７１の中心側に若干ずれていて、台形ねじ山部７１の圧力側フランク面と同一面上にない場合でも、締め付け時の軸力によって台形ねじ山部７２の圧力側フランク面が圧縮変形して段差が解消され、縮小ねじ山部７２にも接触範囲が広がる。また、縮小ねじ山部７２は反ねじ込み回転方向ＣＷの径の増加とともに、台形ねじ山部７１の圧力側フランク面に近づいていくので、めねじとの接触面積を従来品と比較して広く確保することが可能となる。一方、縮小ねじ山部７２の頂部７２ａは、台形ねじ山部７１の頂部７１ａからの山高さＨ３が、最大径部６に向かって徐々に低くなるとともに、最小径部８のねじ山高さＨ２（台形ねじ山部７１と縮小ねじ山部７２を重ねた高さ）は最大径部６に向かって徐々に高くなり、最大径部６の頂部において、台形ねじ山部７１と一体化し、正規ねじピッチへと移行する。
移行形態としては、たとえば、図２（Ｃ）に示すように、台形ねじ山部７１については、ねじ谷部４１から台形ねじ山部７１の頂部７１aの山高さＨ１が最大径部６に向かって
山高さが一定で、縮小ねじ山部７２の山高さＨ３(台形ねじ山部７１の頂部７１aからの高さ)が、反ねじ込み回転方向ＣＷに徐々に高くなると共に、その幅Ｆ（ねじ軸１１の中心
軸と平行方向の幅）が大きくなって、最大径部６において、あるいはその手前でねじ山４と同じ山形となるような移行形態でもよい。

次に、図３を参照して、上記実施形態のおねじ部材１の作用について説明する。
図３（Ａ）は、本実施形態のおねじ部材１とめねじ１２０とが、ある程度噛み合って軸力が作用したときの圧力側のねじ山一巻き当たりの接触状態の説明図、図３（Ｂ）は比較例のおねじ部材１００とめねじ１２０とのねじ山一巻き当たりの接触状態の説明図であり、接触領域には、ハッチングを施している。なお、これらの図は、おねじ部材１が、予め
めねじが成形されたナットのめねじ１２０に螺合する場合を例示しているが、タッピンねじとして使用する場合も同様である。
移行ねじ山部７とめねじ１２０との接触領域Ｓ１（図中、ハッチング領域）は、台形ねじ山部７１に圧力側にズレた縮小ねじ山部７２が付加されている分だけ、最大径部６、段差部５、移行ねじ山部７を通じて、ほぼ全周にわたって、めねじ１２０と接触する。図示例では、移行ねじ山部７の最小径部８における縮小ねじ山部７２の径は、成形されるめねじ１２０の内径とほぼ同一であり、最小径部において接触領域Ｓ１が一部切れているが、めねじ１２０の内径より大径にしておけば、接触領域は全周にわたって途切れることが無い。したがって、噛合って軸力が作用しても、最大径部６の頂点側への力の集中を緩和でき、めねじ１２０が破損するおそれがない。その結果、段差部５を設ける位置に制限がなくなり、テーパねじ部３に限らず、めねじ１２０と嵌合する平行ねじ部２、もしくはねじ全域に設けることが可能となる。
これに対して図３（Ｂ）に示す比較例のおねじ部材１００では、移行ねじ山部１０７が台形ねじ部１７１のみで、めねじ１２０との接触領域Ｓ２が、最大径部１０６近傍のみとなって、周方向３か所で局所的に接触する部分接触となるために、軸力を大きくすると、接触部に応力が集中し、締め付け力を大きくできない。

他の実施形態
上記実施形態では、ねじ山４の山形が、圧力側フランク角と遊び側フランク角が同一の対称形状となっている例について説明したが、図４に示すように、ねじ山４が、圧力側フランク角θ１が遊び側フランク角θ２以下となる非対称ねじ山となっていてもよい。フランク角のみが相違するだけで、その他の構成は、上記実施形態と同じであるので、同一の構成部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図示例の場合、移行ねじ山部７の台形ねじ山部７１及び縮小ねじ山部７２のフランク角も、ねじ山４のフランク角と同様に、圧力側フランク角θ１が遊び側フランク角θ２以下となっている。
以上説明したように、本発明は、タッピンねじ以外に、めねじに塗膜が付着したナットなどへねじ込むボルトの用途などにも広く適用でき、ねじ込み時は接触面間の摩擦が小さくなり、ねじ込みトルクを軽減することができる一方、締付時は高い軸力(締結力)と安定した締付が行える。特に、厚膜塗装しためねじへのねじ込みは接触摩擦が高く、ねじ込みトルクが高くなる傾向にあり、本発明のおねじ部材が有効である。
なお、上記実施形態では、移行ねじ山部７を、台形ねじ山部７１と、縮小ねじ山部７２で構成しているが、土台となる台形ねじ山部７１の山形は、台形に限定されるものではなく、たとえば、頂部７１ａが凸形状あるいは凹形状に湾曲するような形状等に構成することができる。また、台形ねじ山部７１が無くてもよく、たとえば、図２（Ｃ）の縮小ねじ山部７２のみの構成とすることができる。要するに、移行ねじ山部の頂部が、段差部における最小径部において、正規ねじピッチの位置に対して、圧力側にずれた位置にあり、反ねじ込み回転方向の径の増加とともに正規ねじピッチへ移行する構成となっていればよい。

１ タッピンねじ
２ 平行ねじ部
３ テーパねじ部
４ ねじ山(通常ねじ山部)、４ａ 頂部
５ 段差部
６ 最大径部
７ 移行ねじ山部
８ 最小径部
１０ 頭部
１１ ねじ軸
４１ ねじ谷部
７１ 台形ねじ山部、７１ａ 頂部
７２ 縮小ねじ山部、７２ａ 頂部
１２０ めねじ
ＣＷ 反ねじ込み回転方向
Ｗ ねじ込み回転方向
Ｈ０ おねじ(最大径部)の山高さ
Ｈ１ 台形ねじ山部の山高さ
Ｈ２ おねじ(最小径部)のねじ山高さ
(台形ねじ山部７１と縮小ねじ山部７２を重ねた高さ)
Ｈ３ 縮小ねじ山部の山高さ
(台形ねじ山部７１の頂部７１ａから縮小ねじ山部７２の頂部７２aまでの高さ）
Ｐ ピッチ
Ｘ０ 正規ねじピッチの位置
ａ ずれ量

Claims (10)

1. 平行ねじ部と、該平行ねじ部よりも先端側に設けられるテーパねじ部を備え、前記平行ねじ部と前記テーパねじ部の少なくともいずれか一方に、径方向に山高さが低くなった段差部と、該段差部から反ねじ込み回転方向に徐々に径を増加して通常ねじ山部の山高さに達する移行ねじ山部とが、複数組設けられたおねじ部材において、
   前記移行ねじ山部の頂部は、前記段差部における最小径部において正規ねじピッチの位置に対して、圧力側にずれた位置にあり、反ねじ込み回転方向の径の増加とともに正規ねじピッチへ移行することを特徴とするおねじ部材。
2. 前記移行ねじ山部の最小径部のねじ山高さは、最大径部のねじ山高さの２０％以上で９０％以下の範囲となっている請求項１に記載のおねじ部材。
3. 前記複数組の段差部と移行ねじ山部の組数は、ねじ山部の一巻き当たり２以上で８以下に設定されている請求項１又は２に記載のおねじ部材。
4. 前記移行ねじ山部は、正規ねじピッチの台形ねじ山部と、該台形ねじ山部の頂部に設けられ前記正規ねじピッチに対して圧力側にずれた前記移行ねじ山の頂部を構成する縮小ねじ山部と、を備えている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のおねじ部材。
5. 前記台形ねじ山部の山高さは、前記通常ねじ山部の山高さに対して１０％以上で５０％以下に設定されている請求項４に記載のおねじ部材。
6. 前記縮小ねじ山部は、前記台形ねじ山部の圧力側フランク面より突出しない範囲で正規ねじピッチに対して圧力側にずれている請求項４又は５に記載のおねじ部材。
7. 前記台形ねじ山部の山高さが反ねじ込み回転方向に徐々に高くなる構成となっている請求項４乃至６のいずれか1項に記載のおねじ部材。
8. 前記台形ねじ山部の山高さが回転方向に一定で、縮小ねじ山部が、反ねじ込み回転方向に徐々に高くなっている請求項４乃至６のいずれか１項に記載のおねじ部材。
9. 前記おねじのねじ山角度を１５°以上４５°以下としたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のおねじ部材。
10. 前記おねじのねじ山は、圧力側フランク角が遊び側フランク角以下となる非対称ねじ山となっている請求項１乃至８のいずれか１項に記載のおねじ部材。
    
    

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