JP2015010703A

JP2015010703A - 弛み防止ねじ

Info

Publication number: JP2015010703A
Application number: JP2013138921A
Authority: JP
Inventors: 良一三枝; Ryoichi Saegusa
Original assignee: FURIYA GIKEN CO Ltd
Current assignee: FURIYA GIKEN CO Ltd
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2015-01-19
Anticipated expiration: 2033-07-02
Also published as: JP5982331B2

Abstract

【課題】ねじ山の先端部にバネ性を付与することにより、弛み防止効果を向上させた弛み防止ねじを提供すること。
【解決手段】雄ねじのねじ山の進み側フランク及び圧力側フランクにおいて、前記進み側フランクのフランク角が、前記圧力側フランクのフランク角よりも大きく、かつ、ねじ山がバネ性を有し、雄ねじの締結固定時に、雄ねじ圧力側フランクの先端部が雌ねじフランクに当接することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ねじの締結後に弛みが生じない弛み防止ねじに関するものである。

通常、雌ねじに対して雄ねじを締結する過程では、図１１（１）に示すように、締結回転時には、ねじ回し（十字ドライバー）のカムアウトを防ぐため軸方向（進み側）にねじ回しがカムアウトしない程度の推力を加える。そのため雄ねじねじ山１０の進み側フランク１１と、雌ねじねじ山２０のフランク２１が推力を受け、面で干渉した状態で締結方向３にねじ込まれる。そして、締結固定時には図１１（２）に示すように、圧力方向４に雄ねじねじ山１０の圧力側フランク１２と、雌ねじねじ山２０のフランク２２が、面で干渉してその摩擦力により締結固定される。

通常は、締結固定時の上記雄ねじねじ山１０の圧力側フランク１２と雌ねじねじ山２０のフランク２２の干渉による摩擦力を維持させるために、図示しない被固定物と雄ねじ座面１４の間に平ワッシャー及びスプリングワッシャーを介在させるが、スプリングワッシャーの機能低下や、振動等によりねじの弛みが発生する場合がある。

このような状況に対し、これまでにねじの弛みを防止する目的で種々のねじが提案されている。これらのものとしては、例えば、主に精密機器等に用いられる弛み防止ねじとして、ねじ山にナイロン等の樹脂を被覆したものが提案されている。この弛み防止ねじは、ねじ山に被覆したナイロン等の樹脂の可撓性によって雄ねじフランクと雌ねじフランクの摩擦力を増加させてねじを弛み難くしたものである。

しかしながら、これらの弛み防止を目的とするねじは、通常、ねじを外すことを想定して用いられるものではないため、一度ねじを外すと弛み防止効果が極端に低下してしまうという問題がある。

上記の提案のほか、ねじ山の形状を特殊な形状にして、弛みを防止する緊締ねじが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この提案によれば、締結状態で雄ねじ圧力側フランクの先端部の傾斜をこれに対向する雌ねじフランクの傾斜よりも大きくすることにより、締結固定時に、雄ねじのねじ山先端部を雌ねじフランクに、また雌ねじフランク基端角部を雄ねじフランクに相互に食い込ませることにより強固な弛み防止効果を発現させるものである。

しかしながら、この提案では、雄ねじ及び雌ねじのフランクに相互のねじ山の先端部を食い込ませて相互に傷つけ合い、その摩擦により弛み防止効果を期待するものであるため、ねじを外すことにより、あるいはねじが弛んだ場合の再度の締結時には当初の弛み防止効果を発現できないという問題がある。

特開２００６−５７８０１号公報特開２０１１−２５２５９３号公報

このような、従来の弛み防止ねじの問題点を解消するねじとして、本発明者は、従来の弛み防止ねじとは弛み防止の機序が全く異なる、繰り返しの締結固定においても弛み防止効果が衰えない弛み防止ねじを発明している（特許文献２を参照）。

この弛み防止ねじは、雄ねじねじ山の進み側フランク形状と圧力側フランク形状を特定の形状として、ねじ山の先端部にバネ性を付与し、雌ねじのフランクを雄ねじ圧力側フランクの面で押えることにより、確実な弛み防止機能と、ねじを外した際、また再度の締結固定においても、当初の弛み防止効果を発現できる優れた弛み防止ねじである。

一方、この発明のねじ山の先端部にバネ性を付与するというこれまでにない基本構成については、種々の構成のバリエーションが考慮され、前記本発明者による特許文献２に記載の発明を改良した弛み防止ねじに関しては更なる開発の余地があった。

すなわち本発明は、前記特許文献２の発明をさらに発展飛翔させ、この発明に記載のねじ山の先端部にバネ性を付与する基本的な弛み防止の機序を基本原理として用い、新たな構成により、さらに弛み防止効果を向上させた弛み防止ねじを提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。

第１に、雄ねじのねじ山の進み側フランク及び圧力側フランクにおいて、進み側フランクのフランク角が、圧力側フランクのフランク角よりも大きく、圧力側フランクのフランク角が雌ねじフランク角よりも小さく、かつ、ねじ山がバネ性を有し、締結固定時に、雄ねじ圧力側フランクの先端部が雌ねじフランクに当接して押さえつけることを特徴とする弛み防止ねじである。

第２に、雄ねじのねじ山の進み側フランク及び圧力側フランクにおいて、雄ねじねじ山頂部のフランク角が雄ねじねじ山谷部のフランク角より小さく、進み側フランク及び圧力側フランクの中間部にフランク角変位点を有し、進み側フランクのフランク角変位点が、圧力側フランクのフランク角変位点よりもねじ山頂部に近く、ねじ山頂部の圧力側フランクのフランク角がねじ山頂部の進み側フランク角よりも小さく、雄ねじねじ山頂部の圧力側フランクのフランク角が雌ねじフランク角よりも小さく、かつ、ねじ山がバネ性を有し、締結固定時に、雄ねじねじ山頂部の圧力側フランクの先端部が雌ねじフランクに当接して押さえつけることを特徴とする弛み防止ねじである。

第３に、上記第１又は第２に記載の弛み防止ねじにおいて、雄ねじのねじ山谷部に、締結する際の雌ねじのねじ山頂部と当接する高さの突起を少なくとも１以上形成することが好ましい。

本発明の弛み防止ねじによれば、ねじ山の先端部にバネ性を付与する基本的な弛み防止の機序を用い、さらに弛み防止効果を飛躍的に向上させた弛み防止ねじを提供することができる。

本発明のねじ山形状を示すねじ山断面図である。本発明のねじ山の形状変化の状態を示すねじ山断面図であり、（１）は締結回転時を示すねじ山断面図であり、（２）は締結固定時のねじ山断面図である。本発明の弛み防止ねじの締結時の断面写真である。本発明の弛み防止ねじの締結時の拡大断面写真である。本発明の他の実施形態のねじ山形状を示すねじ山断面図である。本発明の他の実施例のねじ山の形状変化の状態を示すねじ山断面図であり、（１）は締結回転時を示すねじ山断面図であり、（２）は締結固定時のねじ山断面図である。本発明の他の実施形態の弛み防止ねじの締結時の断面写真である。本発明の他の実施形態の弛み防止ねじの締結時の拡大断面写真である。（１）は本発明の弛み防止ねじのねじ山谷部に突起を設けたねじの正面図であり、（２）はねじ部Ａ−Ａの概略断面図である。（１）〜（３）は突起を１〜４個設けたねじのねじ部断面概略図である。一般的な雌ねじに対する雄ねじの締結過程を示す断面図であり、（１）は締結回転時を示すねじ山断面図であり、（２）は締結固定時のねじ山断面図である。（Ａ）は実施例１の締付測定結果の平均値を示すグラフであり、（Ｂ）は戻し測定結果の平均値を示すグラフである。（Ａ）は実施例２の締付測定結果の平均値を示すグラフであり、（Ｂ）は戻し測定結果の平均値を示すグラフである。（Ａ）は比較例の締付測定結果の平均値を示すグラフであり、（Ｂ）は戻し測定結果の平均値を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための最良の形態をあげて、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明の弛み防止ねじは、雄ねじねじ山の幅を薄くして、ねじ山を撓り易くし、かつ、雄ねじのねじ山先端の僅かな部分のみを雌ねじフランクに当接させることにより、バネ性による締結圧力を雄ねじ先端の当接部に集中させ、素材の弾性力を有効かつ十分に活用させて弛み防止効果を得るものである。

本発明の弛み防止ねじの具体的な構成として、図１に示すような構成のねじを挙げることができる。

図１に示す弛み防止ねじは、雄ねじねじ山１０の進み側フランク１１０及び圧力側フランク１２０において、進み側フランク１１０のフランク角θ_１が、圧力側フランク１２０のフランク角θ_２よりも大きく、かつ、圧力側フランク１２０のフランク角θ₂が、雌ねじのフランク角よりも小さく、さらに、ねじ山がバネ性による復元力を有する構成となっている。

本発明の弛み防止ねじの材質としては、ねじ山１０、特にその先端部にバネ性を付与することができ、撓りに対する復元力を有するものであれば特に制限なく用いることができる。

例えば、鉄鋼材（ＳＳ４００、ＳＷＣＨ、Ｓ４５Ｃ、ＳＣＭ４３５、ＳＮＢ７等）、ステンレス鋼材（ＸＭ７、３０４、３１６、３１６Ｌ、４１０、４３０等）、真鍮、銅、燐青銅、アルミ、チタン、樹脂（ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ＡＢＳ、ユリヤ等）を用いることができる。

この構成の弛み防止ねじでは、締結回転時には、図２（１）に示すように、雌ねじフランク２１に雄ねじの進み側フランク１１０が当接した状態でねじ込まれる。なお、雄ねじの進み側フランク１１０のフランク角（θ_１）は、雌ねじフランク２１のフランク角の角度未満であることが望ましい。

雄ねじの進み側フランク１１０のフランク角（θ_１）を、雌ねじフランク２１のフランク角の角度未満とすることにより、進み側フランク１１０の先端部のみが雌ねじフランク２１に当接するため、抵抗なくねじ込むことができる。

そして、雄ネジ締結固定時には、図２（２）、図３、図４に示すように、圧力側フランク１２０の先端部が雌ねじフランク２２に当接する。この際、雄ねじのねじ山１０の先端部は、雌ねじフランク２２に食い込むことなく、バネ性により撓った状態で雌ねじフランク２２に当接している。このような状態で締結固定される本発明の弛み防止ねじによれば、雄ねじ圧力側フランク１２０の先端部が僅かな接触面積で撓った状態で雌ねじフランクに当接して、強い力で押さえつけることにより、雄ねじねじ山１０の先端部自体にスプリングワッシャーと同様の機能を持たせることが可能となり、優れた弛み防止効果が発現する。

摩擦力に関するクーロンの法則によれば、摩擦力は見かけの接触面積の大きさには無関係であるとされる。即ち、本発明者による特許文献２に記載の発明では、雄ねじフランクのバネ性により雌ねじフランクを比較的広い接触面積で押さえつけて弛み防止効果を発揮させているのに対し、本発明では、上記の通り圧力側フランクの先端部の僅かな接触面積で強い力により押さえつけるため、特許文献２の発明弛み防止ねじと同等、又はそれ以上の弛み防止効果を発現させることができる。

なお、雄ねじねじ山頂部の圧力側フランク１２０のフランク角（θ₂）と、雌ねじのフランク角の差を大きく設定することにより、雄ねじねじ山１０の撓り幅を調整することができ、これにより、バネ性による押さえつける力を大きく調整することができる。

また、本発明の弛み防止ねじによれば、雄ねじねじ山のバネ性により雌ねじフランクに食い込むことがないため、繰り返しの締結固定によっても、弛み防止効果が衰えることがない。

なお、本発明で用いる雄ねじねじ山のバネ性の意味は、雌ねじのフランクに当接した際に食い込むことなく、撓りにより雌ねじフランクを押さえつけ、雄ねじを緩めた状態で、ある程度元のねじ山形状に復元することを意味する。

本発明の弛み防止ねじの実施形態としては、上記で説明した図１、図２に示す実施形態の他、図５、図６に示す実施形態の構成の弛み防止ねじとすることもできる。

図５に示す構成の弛み防止ねじでは、進み側フランクの頂部側（１１０）フランク角θ_３は谷部側（１１１）フランク角θ_４より小さく、さらに、圧力側フランクの頂部側（１２０）フランク角θ_５は谷部側（１２１）フランク角θ_６より小さくなっている。

また、進み側フランクのフランク１１０とフランク１１１の中間部にはフランク角変位点１１２を有し、圧力側フランクのフランク１２０とフランク１２１の中間部にはフランク角変位点１２２を有している。

さらに、雄ねじねじ山１０頂部の圧力側フランク１２０のフランク角θ_５は、雌ねじフランク角よりも小さくなっている。

各フランク角の角度は、上記条件を満足すれば特に制限されるものではないが、適正なバネ性付与の観点から、フランク角θ_３：１８〜２２°、フランク角θ_４：２９〜３１°の範囲、フランク角θ_５：５〜１０°、フランク角θ_６：３８〜４２°の範囲とすることが好ましい。

上記の範囲内の具体的なフランク角としては、例えばフランク角θ_３＝２０°、フランク角θ_４＝３０°、フランク角θ_５＝８°、フランク角θ_６＝４０°とすることができる。

また、上記各フランク角はそれぞれの比を、フランク角θ_３／フランク角θ_４＝２０／３０、フランク角θ_５／フランク角θ_６＝８／４０、フランク角θ_３／フランク角θ_５＝２０／８、フランク角θ_４／フランク角θ_６＝３０／４０とすることが好ましい。

各フランク角を上記の条件とすることにより、ねじ山先端部に所望のバネ強度を付与することができ、適用するねじの特性、材質に応じたねじ山先端部のバネ性を設定することが可能となる。

また、進み側フランクのフランク１１０とフランク１１１のフランク角変位点１１２を、圧力側フランクのフランク１２０とフランク１２１のフランク角変位点１２２よりもねじ山の頂部に近い位置とする。この進み側フランクのフランク角変位点１１２と、圧力側フランクのフランク角変位点１２２の位置関係は、上記の条件を満足すれば特に制限されるものではないが、適正なバネ性付与の観点から、進み側フランク角変位点１１２を、ねじ山高さ／２の位置とし、圧力側フランク角変位点１２２は、ねじ山高さ／３の位置とするのが好ましい。

フランク角変位点の位置関係を上記の条件とすることにより、作用点となる圧力側フランク１２０と、支点としての進み側フランク角変位点１１２の位置関係から、ねじ山の戻ろうとする力が大きくなるようにねじ山を変形させ、また、雄ねじフランク１２０の先端部を雌ねじフランク２２に対して僅かな面積で強力に押さえつけるため、雌ねじフランクに対する雄ねじフランク先端部の強力な圧力での干渉が可能となる。

図６（１）、図６（２）に、締結回転時及び締結固定時の雌ねじのねじ山２０と雄ねじのねじ山１０の状態の概略断面図を示す。

雄ねじの進み側フランク１１０の先端部は、雌ねじフランク２１と接する状態で締結回転してねじ込まれる。なお、雄ねじの進み側フランク１１０のフランク角の角度（θ_３）は、雌ねじフランク２１のフランク角の角度未満であることが望ましい。

雄ねじの進み側フランク１１０のフランク角の角度を、雌ねじフランク２１のフランク角の角度未満とすることにより、進み側フランク１１０の先端部のみが雌ねじフランク２１に当接するため、抵抗なくねじ込むことができる。

締結固定時には、図６（２）、図７、図８に示すように、雄ねじの圧力側フランク１２０が雌ねじフランク２２と干渉する際に、フランク１２０が進み側のフランク角変位点１１２を支点として撓るように変形し、フランク先端部が元に戻ろうとするバネ性による力により、フランク１２０の先端部は雌ねじフランク２２を押さえつけ、この力により弛み防止効果を発現させる。

なお、雄ねじねじ山１０頂部の圧力側フランク１２０のフランク角θ_５と、雌ねじのフランク角の差を大きく設定することにより、雄ねじねじ山のバネ性による押さえつける力を大きく調整することができる。

本発明の弛み防止ねじは、上記の形状及び動作により、ねじ山先端部に付与した強力なバネ性により、ねじの締結固定時において雌ねじフランク２２と雄ねじフランク１２０の先端部が干渉した状態で、フランク１２０の押さえ付け効果により摩擦を増幅させ、弛みを防止することが可能となるものである。

さらに、本発明の弛み防止ねじは、図９、図１０に示すように、雄ねじの谷部に雌ねじのねじ山の頂部と干渉する高さの突起５０を設けることができる。図９（１）では、突起５０が、ねじ山谷部円周上の軸方向に形成されており、図９（２）のねじ部１３のＡ−Ａ断面図に示すように形成されている。この突起５０は、図１０（１）〜（３）に示すように、１以上、好ましくは１〜４設けることができる。

この突起５０の断面形状は特に制限されるものではなく、断面三角形の形状、断面台形の形状、断面半円の形状等種々の形状とすることができる。また、締め付け時に雌ねじのねじ山頂部と接する突起先端部は摩擦を増幅させる目的で表面形状を加工したり、突起先端部表面にナイロン等を被覆することもできる。

この突起５０を設けることにより、雌ねじのねじ山頂部は、雄ねじのねじ山谷部に設けられた突起５０と干渉し、締結回転時には、がたつきのない安定したねじ込み性が得られると共に、弛み防止機能を発現させることができる。

さらに、締結固定後に振動が加わった場合であっても、がたつきの発生が抑制され、雄ねじと雌ねじのフランク面の滑りが発生し難くなるため、さらに弛み防止効果が得られる。

本発明の弛み防止ねじの構成は、ねじの種類を選ぶことなく適用することができ、一般に用いられるねじ、ボルト、微細ねじ等に対しても適用することができる。

以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
＜実施例１＞
実施例１の弛み防止ねじとして、図１〜３に示す形状の弛み防止ねじ（ねじの呼び：Ｍ２．５×５、材質：ニッケル３号（熱処理あり））を５本用意して、それぞれのねじについて、トルク測定試験機（クボタ社製：トルクデューサTD-001）を用いて、相手材料：鉄ナットに対して、荷重２０Ｎの条件で５回の締付及び戻しの繰り返しを行い、そのときの締付トルク（ＴＳ）及び戻しトルク（ＴＬ）を測定した。また、その測定結果の平均値から、戻し／締付比を計算した。

実施例１の締付測定結果の平均値を図１２（Ａ）のグラフに、戻し測定結果の平均値を図１２（Ｂ）のグラフに示す。
＜実施例２＞
実施例１に用いた弛み防止ねじを図４〜６に示す形状の弛み防止ねじ（ねじの呼び：Ｍ２．５×６、材質：三価クロメート白（熱処理あり））に変更した以外は実施例１と同様にして、締付トルク（ＴＳ）及び戻しトルク（ＴＬ）を測定し、戻し／締付比を計算した。

実施例２の締付測定結果の平均値を図１３（Ａ）のグラフに、戻し測定結果の平均値を図１３（Ｂ）のグラフに示す。
＜比較例＞
実施例１に用いた弛み防止ねじに替えて、標準ねじ（ねじの呼び：Ｍ２．５×４、材質：ニッケル３号（熱処理あり））を用いた以外は実施例１と同様にして、締付トルク（ＴＳ）及び戻しトルク（ＴＬ）を測定し、戻し／締付比を計算した。

比較例の締付測定結果の平均値を図１４（Ａ）のグラフに、戻し測定結果の平均値を図１４（Ｂ）のグラフに示す。

また、上記実施例１、２比較例の測定結果をまとめて表１に示す。

表１から、実施例１及び２の弛み防止ねじは、比較例の通常ねじに比べて戻しトルクが大きく、約１５〜２５％高いトルク比が得られることが確認された。

これらの結果から、本発明の弛み防止ねじは従来のねじに比べて、優れた弛み防止効果を有することが確認された。

１０雄ねじねじ山
１１０、１１１進み側フランク
１１２進み側フランク角変位点
１２０、１２１圧力側フランク
１２２圧力側フランク角変位点
１３ねじ部
１４雌ねじ座面
２０雌ねじねじ山
２１、２２雌ねじフランク
３締結方向
４圧力方向
５０突起

Claims

雄ねじのねじ山の進み側フランク及び圧力側フランクにおいて、進み側フランクのフランク角が、圧力側フランクのフランク角よりも大きく、圧力側フランクのフランク角が雌ねじフランク角よりも小さく、かつ、ねじ山がバネ性を有し、締結固定時に、雄ねじ圧力側フランクの先端部が雌ねじフランクに当接して押さえつけることを特徴とする弛み防止ねじ。
雄ねじのねじ山の進み側フランク及び圧力側フランクにおいて、雄ねじねじ山頂部のフランク角が雄ねじねじ山谷部のフランク角より小さく、進み側フランク及び圧力側フランクの中間部にフランク角変位点を有し、進み側フランクのフランク角変位点が、圧力側フランクのフランク角変位点よりもねじ山頂部に近く、ねじ山頂部の圧力側フランクのフランク角がねじ山頂部の進み側フランク角よりも小さく、雄ねじねじ山頂部の圧力側フランクのフランク角が雌ねじフランク角よりも小さく、かつ、ねじ山がバネ性を有し、締結固定時に、雄ねじねじ山頂部の圧力側フランクの先端部が雌ねじフランクに当接して押さえつけることを特徴とする弛み防止ねじ。
雄ねじのねじ山谷部に、締結する際の雌ねじのねじ山頂部と当接する高さの突起を少なくとも１以上形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の弛み防止ねじ。