JP7424687B2 - 緩み止めボルト - Google Patents

Description

本発明は、緩み止め機能を有する緩み止めボルトに関する。

従来より、ボルトの緩み止めを行うために、緩み止め機能を有する緩み止めナットや緩み止めワッシャが種々開発され実用化されている。緩み止めナットとしては、Ｕナットやハードロックナット（「ハードロック」及び「ＨＡＲＤＬＯＣＫ」は本願出願人の商標）などが知られている。また、緩み止めワッシャとしては、テーパーワッシャや、座面にセレーション等の凹凸形状を設けたワッシャなどがある。

近年、取付作業負担の軽減や軽量化等を図るために、ナットやワッシャを用いずに、装置フレームその他の被取付対象自体にねじ穴をタッピング等により形成して、そのねじ穴に螺着したボルトによって取付部品を被取付対象に締結固定することが、様々な業界において一層要望されている。かかる場合でもボルトが緩まないようにするには、単体で緩み止め機能を有する緩み止めボルトが必要となる。

一般に、雄ねじ及び雌ねじは、ＩＳＯ規格等の要求される規格に沿った寸法公差の範囲内の寸法精度で形成される。雄ねじ及び雌ねじの寸法公差は、ボルトのねじ軸に対してナットを螺着可能なように定められる。一般的なメートルねじにおいては、雄ねじの寸法公差は例えばJIS B0209-2:2001(ISO 965-2:1998)6g の公差域クラスであり、雌ねじの寸法
公差は例えばJIS B0209-2:2001(ISO 965-2:1998)6H の公差域クラスである。その結果、
雄ねじと雌ねじとの間には遊びが生じる。

雄ねじと雌ねじとの間に遊びが存在すると、振動によって座面圧が断続的に消失する状況では、短時間でボルトが緩んでしまう。

特許文献１には、雌ねじのフランク面に「こぶ１６」を設けることによって雄ねじと雌ねじとの間の遊びを無くし、これにより緩み止めを行う技術が開示されている。

特許文献２には、ボルト軸の雄ねじのフランク面を、雌ねじよりも緩い傾斜の頂側フランク面（１３）と、雌ねじよりも急傾斜の谷側フランク面（１２）とから構成し、これらを円弧面（１５）で接続して、この円弧面部分を雌ねじに干渉させることで緩み止めを行う技術が開示されている。

特許文献３には、ナットの雌ねじの端部において圧縮側フランクに凸部（９）を設け、締結完了時に雌ねじの端部を変形させることによって、雌ねじの遊び側フランクを雄ねじの遊び側フランクに押圧させ、これにより緩みを防止する技術が開示されている。

特許文献４には、ナットに締結した状態でナットとの接触面積を高め、ナットとの締結部に流れる電流量を増大させるためのアース用ボルトが開示されている。このアース用ボルトは、ねじ山の頭部側フランク面（１５ａ）に形成された凸条部（１８）を有している。

特許文献５には、雄ねじ又は雌ねじの圧縮フランクに凸曲面を設けることにより緩み止めをする技術が開示されている。

特許文献６には、雄ねじのフランク面を凸曲面により構成する一方、雌ねじのフランク
面は雄ねじの凸曲面に適合する凹曲面により構成し、これによりねじ接合の強度を高める技術が開示されている。

特許文献７には、ねじ山を傾いた形状に形成しておき、締結完了時にねじ山が変形することで圧縮側フランク面同士のみならず遊び側フランク面同士も接触させ、これにより緩み止めを行う技術が開示されている。

特表２００１－５１２８０７号公報 特開２０１９－１１３１５６号公報 特開２０１８－１００７６５号公報 特開２０１５－１３７７００号公報 特表２０１３－５４３９６２号公報 特開２００８－１５１３４６号公報 特開２０１４－２０６２３４号公報

本発明は、締結作業性に優れ、ボルト自体に緩み止め機能を有する緩み止めボルトを提供することを目的とする。

本開示による緩み止めボルトは、雌ねじを有するねじ穴に螺着されるよう雄ねじが外周面に形成されたねじ軸を有する。前記雄ねじは、前記ねじ軸の軸方向中途部に位置するＲねじ部と、前記Ｒねじ部よりも軸方向先端側に位置する先端側ねじ部とを備えている。

前記Ｒねじ部の圧縮側フランク面及び遊び側フランク面のうち少なくとも一方は、前記雌ねじに対する遊びが無くなるように（すなわち、雄ねじのＲねじ部及び雌ねじの圧縮側フランク面同士が接触し、且つ、雄ねじのＲねじ部及び雌ねじの遊び側フランク面同士が接触するように）軸方向に沿う断面において凸円弧形状の凸フランク面部分を有していてよい。この凸フランク面部分は少なくとも前記雄ねじの１／２ピッチ分にわたって螺旋状に連続していてよい。好ましくは、Ｒねじ部の圧縮側フランク面全体が前記凸フランク面部分であってよい。また、Ｒねじ部の遊び側フランク面全体が前記凸フランク面部分であってよい。

前記先端側ねじ部は前記凸フランク面部分を有していない。好ましくは、ねじ軸をねじ穴に締結完了した状態で、雄ねじの先端側ねじ部及び雌ねじの圧縮側フランク面同士が接触するが、雄ねじの先端側ねじ部及び雌ねじの遊び側フランク面の間には隙間が形成される。先端側ねじ部は、一般的な規格、例えばJIS B 0205-1に規定される基準山形状にしたがって設計されていてよい。例えば、先端側ねじ部の圧縮側フランク面及び遊び側フランク面は、ボルトの軸心方向に沿う断面において平坦であってよいし、また、凹面状であってもよい。一方、Ｒねじ部の前記凸フランク面部分は、基準山形状の寸法公差から径方向外方に僅かにはみ出るように設計することができる。
かかる本発明の緩み止めボルトによれば、ボルト締結作業の初期においては、先端側ねじ部をねじ穴に対して円滑に螺進させていくことができる。Ｒねじ部がねじ穴に嵌合すると、Ｒねじ部及び雌ねじの圧縮側フランク面同士が接触するのみならず遊び側フランク面同士も接触するため、接触摩擦抵抗が増大して、所定のプリベリングトルクが発生するが、先端側ねじ部が既にねじ穴に嵌合しているため、ボルトを回転操作すれば軸方向の螺進力が生まれ、Ｒねじ部がねじ穴に嵌合されていく。

前記Ｒねじ部の前記凸フランク面部分は少なくとも前記雄ねじの３／４ピッチ分にわたって螺旋状に連続していてもよいし、少なくとも前記雄ねじの１ピッチ分にわたって螺旋状に連続していてもよい。これによれば、Ｒねじ部が雌ねじに嵌合することによって調心作用が生じ、ねじ軸の軸心がねじ穴の軸心に対して偏心してしまうことを防止できる。また、Ｒねじ部が一つのみ設けられている場合、この唯一のＲねじ部を少なくとも前記雄ねじの１ピッチ分にわたって螺旋状に連続させることで、必要なプリベリングトルクを唯一のＲねじ部によって生じさせることができる。

好ましくは、前記Ｒねじ部の圧縮側フランク面及び遊び側フランク面のそれぞれが前記
凸フランク面部分を有していてよい。すなわち、前記Ｒねじ部の圧縮側フランク面及び遊び側フランク面はいずれも、前記雌ねじに対する遊びが無くなるように（すなわち、雄ねじのＲねじ部及び雌ねじの圧縮側フランク面同士が接触し、且つ、雄ねじのＲねじ部及び雌ねじの遊び側フランク面同士が接触するように）軸方向に沿う断面において凸円弧形状の凸フランク面部分を有していてよい。これによれば、Ｒねじ部及び雌ねじの圧縮側フランク面同士の接触と、Ｒねじ部及び雌ねじの遊び側フランク面同士の接触とを、より確実に発生させることができる。

好ましくは、前記雄ねじは、前記Ｒねじ部よりも軸方向基端側に位置する基端側ねじ部をさらに備えていてよい。この基端側ねじ部は前記凸フランク面部分を有していない。好ましくは、ねじ軸をねじ穴に締結完了した状態で、雄ねじの基端側ねじ部及び雌ねじの圧縮側フランク面同士が接触するが、雄ねじの基端側ねじ部及び雌ねじの遊び側フランク面の間には隙間が形成される。基端側ねじ部は、一般的な規格、例えばJIS B 0205-1に規定される基準山形状にしたがって設計されていてよい。例えば、基端側ねじ部の圧縮側フランク面及び遊び側フランク面は、ボルトの軸心方向に沿う断面において平坦であってよいし、また、凹面状であってもよい。このように基端側ねじ部を設けておくことにより、基端側ねじ部にねじ軸の軸力の大部分を負担させることができ、Ｒねじ部に生じる軸力を低減させることによって、Ｒねじ部における焼き付き発生を防止できる。

好ましくは、前記基端側ねじ部、前記Ｒねじ部及び前記先端側ねじ部が、一つのねじ山を形成するように螺旋状に連続していてよい。これに代えて、基端側ねじ部がＲねじ部に対して軸方向に離間した別のねじ山の一部であってもよい。また、基端側ねじ部がＲねじ部に対して軸方向に離間した別のねじ山の一部であってもよい。

前記雄ねじは、前記Ｒねじ部（以下、「第１Ｒねじ部」という。）とは異なる第２Ｒねじ部と、中間ねじ部とをさらに備えていてよい。前記第２Ｒねじ部及び前記中間ねじ部は、軸方向において前記第１Ｒねじ部と前記基端側ねじ部との間に位置していてよい。前記中間ねじ部は、軸方向において前記第１Ｒねじ部と前記第２Ｒねじ部との間に位置していてよい。前記第２Ｒねじ部の圧縮側フランク面及び遊び側フランク面のうち少なくとも一方は、前記雌ねじに対する遊びが無くなるように軸方向に沿う断面において凸円弧形状の凸フランク面部分を有していてよい。第２Ｒねじ部の前記凸フランク面部分は少なくとも前記雄ねじの１／２ピッチ分にわたって螺旋状に連続していてよい。前記中間ねじ部は前記凸フランク面部分を有していない。例えば、第２Ｒねじ部の前記凸フランク面部分は、雄ねじの基準山形状の寸法公差から径方向外方に僅かにはみ出るように設計することができる。

このように、第２Ｒねじ部と中間ねじ部とを設けることにより、過度にプリベリングトルクが大きくなることを防止しつつ、必要なプリベリングトルクを生じさせることができる。

前記中間ねじ部は、少なくとも前記雄ねじの０．９ピッチ分にわたって螺旋状に連続していてよい。中間ねじ部を、少なくとも前記雄ねじの１ピッチ分にわたって螺旋状に連続させれば、第１Ｒねじの先端側端部と第２Ｒねじの基端側端部とが隣接することがなく、いずれの断面においても第１Ｒねじ部と第２Ｒねじ部との間に中間ねじ部が介在することとなる。

好ましくは、前記第２Ｒねじ部の圧縮側フランク面及び遊び側フランク面のそれぞれが前記凸フランク面部分を有していてよい。

前記第２Ｒねじ部の前記凸フランク面部分は少なくとも前記雄ねじの３／４ピッチ分にわたって螺旋状に連続していてよいし、少なくとも前記雄ねじの１ピッチ分にわたって螺旋状に連続していてもよい。

好ましくは、前記基端側ねじ部、前記第１Ｒねじ部、前記中間ねじ部、前記第２Ｒねじ部及び前記先端側ねじ部は、一つのねじ山を形成するように螺旋状に連続していてよい。

本発明によれば、締結作業性に優れ、ボルト自体に緩み止め機能を有する緩み止めボルトを提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る緩み止めボルトの正面図、及び、要部拡大図である。 図２は、同緩み止めボルトをねじ穴に締結した状態の断面図である。 図３は、本発明の第２実施形態に係る緩み止めボルトの正面図、及び、要部拡大図である。 図４は、ボルト転造装置の概略構成図である。 図５は、第２実施形態に係る緩み止めボルトを転造するための転造丸ダイスの要部拡大側面図である。 図６は、第２実施形態に係る緩み止めボルトの繰り返し着脱試験の試験結果を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１及び図２は本発明の第１実施形態に係る緩み止めボルトを示している。この緩み止めボルトは、装置フレームや鋼板等の被取付対象３に対して取付部品４を締結固定するために用いられる。被取付対象３には予めねじ穴３１がタッピング等によって形成されており、取付部品４にはボルト挿通孔が形成されている。

緩み止めボルトは、ＳＳ若しくはＳＵＳ等の金属製であり、雌ねじを有するねじ穴３１に螺着されるよう雄ねじ２が外周面に形成されたねじ軸１を有している。雄ねじ２は、ねじ軸１の軸方向中途部に位置するＲねじ部２１と、Ｒねじ部２１の軸方向先端部から先端側に向けて延びる先端側ねじ部２２と、Ｒねじ部２１の軸方向基端部から基端側に向けて延びる基端側ねじ部２３とを備えている。

先端側ねじ部２２及び基端側ねじ部２３は、一般的なねじ山形状、例えば、三角ねじ形状のねじ山からなり、それらの圧縮側フランク面（図においてねじ山の上側側面）及び遊び側フランク面（図においてねじ山の下側側面）のいずれも、軸方向に沿う断面において平坦に形成されている。なお、各フランク面のフランク角は例えば３０°である。

図示実施形態では、Ｒねじ部２１の圧縮側フランク面及び遊び側フランク面のそれぞれが、ねじ穴３１の雌ねじに対する遊びが無くなるように軸方向に沿う断面において凸円弧形状の凸フランク面として形成されている。本実施形態では、凸フランク面からなるＲねじ部２１の圧縮側フランク面及び遊び側フランク面は、雄ねじの約２ピッチ分にわたって螺旋状に連続している。

緩み止めボルトのねじ軸１をねじ穴３１に締結すると、図２に示すように、Ｒねじ部２１では、雄ねじ２及び雌ねじの圧縮側フランク面同士が接触するとともに、雄ねじ２及び雌ねじの遊び側フランク面同士が接触する。一方、一般ねじとして形成された先端側ねじ部２２及び基端側ねじ部２３では、雄ねじ２及び雌ねじの圧縮側フランク面同士が接触するが、雄ねじ２及び雌ねじの遊び側フランク面間に隙間が形成される。このような締結状態では、ねじ軸１の軸力の大部分は基端側ねじ部２３によって負担され、圧縮側及び遊び側のフランク面が雌ねじに対して接触状態にあるＲねじ部２１に過大な応力が生じることを回避できる。一方、ボルトの締結作業初期においてはまず一般ねじからなる先端側ねじ部２２から螺着していくため、この先端側ねじ部２２の螺進力によってＲねじ部２１をねじ穴３１に嵌合させることができる。したがって、Ｒねじ部２１による大きな緩み止め作用を発揮するものでありながら、締結作業性に優れたものとなる。

図３は本発明の第２実施形態に係る緩み止めボルトを示しており、上記第１実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略し、異なる構成、作用効果について説明する。

第２実施形態に係る緩み止めボルトは、軸方向に離間した２つのＲねじ部２１’，２１”（図３において網掛け部分で示す。）と、２つのＲねじ部２１’，２１”の間に設けられた中間ねじ部２４とを備えている。

各Ｒねじ部２１’，２１”は、雄ねじの約１ピッチ分にわたって螺旋状に連続している。各Ｒねじ部の形状は上記第１実施形態と同様であってよい。

中間ねじ部２４は、雄ねじの約１ピッチ分にわたって螺旋状に連続している。中間ねじ部２４のねじ山形状は、先端側ねじ部２２及び基端側ねじ部２３と同様であってよい。すなわち、ボルトのねじ軸１をねじ穴３１に締結したとき、中間ねじ部２４の圧縮側フランク面が雌ねじの圧縮側フランク面に接触するが、中間ねじ部２４の遊び側フランク面と雌ねじに遊び側フランク面との間には隙間が生じるよう、中間ねじ部２４の各フランク面は軸方向に沿う断面において平坦状に形成されている。

第２実施形態に係る緩み止めボルトによれば、２つのＲねじ部によってプリベリングトルクを生じさせて、ボルトの緩み止めを行うことができる。しかも、２つのＲねじ部の間に中間ねじ部を設けることにより、製作誤差等によって過度にプリベリングトルクが大きくなることを防止できる。

上記各実施形態に係る緩み止めボルトは、図４に示すボルト転造装置を用いて製造することができる。このボルト転造装置は、２つの転造丸ダイスを備え、この転造丸ダイスの
間でブランク（棒材）を転造することによって、ブランクの外周に雄ねじを形成する。

図５は、第２実施形態に係る緩み止めボルトを転造するための転造丸ダイスの一例を示す。このダイスは、ねじ軸１に対してｎ倍（例えば８倍）の直径を有し、条数がｎの多条ねじが外周面に形成されている。ダイスが１回転するとねじ軸がｎ回転する。すなわち、ダイスが１／ｎ回転するとねじ軸が１回転して、ダイス外周のねじ形状がねじ軸に転写されていく。

ダイスの多条ねじの一部には、２つのＲねじの各フランク面を形成するための複数のＲフランク面形成部（図５に編掛け部分で示す。）が設けられている。ダイスの雄ねじの条数がｎので、約１ピッチ分のＲねじ部を形成する場合、各Ｒフランク面形成部は、ダイスの約１／ｎ周にわたって連続していればよい。

２つの転造ダイスともに図５に示すダイスを用いることで、Ｒねじ部を有する緩み止めナットを高い生産性で製造することができる。なお、各ダイスの軸方向の位置決め、並びに、各Ｒフランク面形成部の回転周期を２つのダイス間で同期させることが肝要であるが、意図的に回転周期をわずかにずらすことによって、形成されるＲねじ部の長さを微調整することも可能である。

図６は、第２実施形態に係る緩み止めボルトの繰り返し着脱試験により、残留プリベリングトルクを測定した結果を示す。試験に用いたボルトのサイズはＭ２０、ねじピッチ２．５ｍｍである。試験結果から、最初の１０回の着脱によってプリベリングトルクは約６０％程度まで低下したが、その後着脱を繰り返してもプリベリングトルクは約６０％程度を維持している。これにより、本実施形態の緩み止めボルトは、繰り返し着脱しても十分な緩み止め機能を発揮することが確認された。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、ボルトのねじ軸に作用する軸力が比較的小さい場合等には、基端側ねじ部を設けなくてもよい。

１ ねじ軸
２ 雄ねじ
２１ Ｒねじ部
２２ 先端側ねじ部
２３ 基端側ねじ部
２４ 中間ねじ部
３１ ねじ穴

Claims (10)

1. 雌ねじを有するねじ穴に螺着されるよう雄ねじが外周面に形成されたねじ軸を有し、
   前記雄ねじは、前記ねじ軸の軸方向中途部に位置するＲねじ部と、前記Ｒねじ部よりも軸方向先端側に位置する先端側ねじ部とを備え、
   前記Ｒねじ部の圧縮側フランク面及び遊び側フランク面のうち少なくとも一方は、前記雌ねじに対する遊びが無くなるように軸方向に沿う断面において凸円弧形状の凸フランク面部分を有し、前記凸フランク面部分は少なくとも前記雄ねじの１／２ピッチ分にわたって螺旋状に連続しており、
   前記先端側ねじ部は前記凸フランク面部分を有していない、
   緩み止めボルト。
2. 請求項１に記載の緩み止めボルトにおいて、前記Ｒねじ部の前記凸フランク面部分は少なくとも前記雄ねじの１ピッチ分にわたって螺旋状に連続している、緩み止めボルト。
3. 請求項１又は２に記載の緩み止めボルトにおいて、前記Ｒねじ部の圧縮側フランク面及び遊び側フランク面のそれぞれが前記凸フランク面部分を有している、緩み止めボルト。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の緩み止めボルトにおいて、前記雄ねじは、前記Ｒねじ部よりも軸方向基端側に位置する基端側ねじ部をさらに備え、前記基端側ねじ部は前記凸フランク面部分を有していない、緩み止めボルト。
5. 請求項４に記載の緩み止めボルトにおいて、前記基端側ねじ部、前記Ｒねじ部及び前記先端側ねじ部は、一つのねじ山を形成するように螺旋状に連続している、緩み止めボルト。
6. 請求項４又は５に記載の緩み止めボルトにおいて、前記雄ねじは、前記Ｒねじ部（以下、「第１Ｒねじ部」という。）とは異なる第２Ｒねじ部と、中間ねじ部とをさらに備え、前記第２Ｒねじ部及び前記中間ねじ部は、軸方向において前記第１Ｒねじ部と前記基端側ねじ部との間に位置し、前記中間ねじ部は、軸方向において前記第１Ｒねじ部と前記第２Ｒねじ部との間に位置し、前記第２Ｒねじ部の圧縮側フランク面及び遊び側フランク面のうち少なくとも一方は、前記雌ねじに対する遊びが無くなるように軸方向に沿う断面において凸円弧形状の凸フランク面部分を有し、前記凸フランク面部分は少なくとも前記雄ねじの１／２ピッチ分にわたって螺旋状に連続しており、前記中間ねじ部は前記凸フランク面部分を有していない、緩み止めボルト。
7. 請求項６に記載の緩み止めボルトにおいて、前記中間ねじ部は、少なくとも前記雄ねじの０．９ピッチ分にわたって螺旋状に連続している、緩み止めボルト。
8. 請求項６又は７に記載の緩み止めボルトにおいて、前記第２Ｒねじ部の圧縮側フランク面及び遊び側フランク面のそれぞれが前記凸フランク面部分を有している、緩み止めボルト。
9. 請求項６～８のいずれか１項に記載の緩み止めボルトにおいて、前記第２Ｒねじ部の前記凸フランク面部分は少なくとも前記雄ねじの３／４ピッチ分にわたって螺旋状に連続している、緩み止めボルト。
10. 請求項６～９のいずれか１項に記載の緩み止めボルトにおいて、前記基端側ねじ部、前記第１Ｒねじ部、前記中間ねじ部、前記第２Ｒねじ部及び前記先端側ねじ部は、一つのねじ山を形成するように螺旋状に連続している、緩み止めボルト。

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