(57)【要約】      （修正有）【課題】雄ねじの谷底の一部に平坦部と短い傾斜を形成することで、雌ねじのねじ山頂と雄ねじの谷底傾斜部が確実に圧接し、十分なゆるみ防止効果を発揮することができるゆるみ防止金属製雄ねじを提供する。【解決手段】ゆるみ防止金属製雄ねじ１０は、メートルねじ用雌ねじ２０と係合する金属製雄ねじ１０において、金属製雄ねじの谷底１３の断面形状が、非加圧フランク側１７を雄ねじの軸線に対し並行する平坦形状１４に形成され、加圧フランク側１６を平坦部延長線に対し加圧フランク側１６に向かって傾斜させた形状に形成され、金属製雄ねじ１０の外径寸法及び有効径寸法が、メートルねじ基準寸法より小さく形成されたこと、を特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メートルねじ用雌ねじと係合する金属製雄ねじにおいて、
前記金属製雄ねじの谷底の断面形状が、
非加圧フランク側を雄ねじの軸線に対し並行する平坦形状（以下、平坦部とする。）に形成され、
加圧フランク側を前記平坦部延長線に対し加圧フランク側に向かって傾斜させた形状（以下、傾斜部とする。）に形成され、
前記金属製雄ねじの外径寸法及び有効径寸法が、
メートルねじ基準寸法より小さく形成されたこと、
を特徴とするゆるみ防止金属製雄ねじ。
【請求項２】
螺合締め付けした際に前記傾斜部と前記雌ねじの加圧フランク側のねじ山頂角部のみを圧接させること、
を特徴とする請求項１に記載するゆるみ防止金属製雄ねじ。
【請求項３】
前記傾斜部の角度が、
ねじの軸線に対し加圧フランク側に向かって３２度以上３７度以内の角度に傾斜させた形状に形成されたこと、
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載するゆるみ防止金属製雄ねじ。
【請求項４】
前記平坦部延長線と加圧フランク延長線との交点から前記平坦部と前記傾斜部の交点までの長さが、
前記平坦部延長線と加圧フランク延長線との交点から前記平坦部非加圧フランク側端までの長さの０．６０倍以上０．７５倍以内に設定されて形成されること、
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載するゆるみ防止金属製雄ねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械、輸送用機械器具及び建設用機械器具の接合や部品締結などに使用され、締結時間の短縮や締結部品の安全性向上を図ることにより作業環境の向上に資する雄ねじ（例えば、ボルト）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、部品の締結による接合は、ＪＩＳ規格に基づく六角穴付きボルト（ＪＩＳ  Ｂ１１７６）、六角ボルト（ＪＩＳ  Ｂ１１８０）等で行われている。被締結物は、ねじ締め付けによって雄ねじに生じる引張り方向の軸力と被締結物に生じる軸力の反作用である圧縮力によって接合が行なわれている。正しく締め付けられた際には、軸力と圧縮力が釣り合っており、安定して強固に接合が保持される。
【０００３】
締め付けの状態は、時間の経過とともに被締結物が搭載された装置の振動などによって変化し、軸力と圧縮力の均衡が崩れ、ねじのゆるみが発生する。ねじのゆるみは、雄ねじの脱落や疲れ破壊を発生させ、大きな事故に至る場合がある。
【０００４】
その一方で、大きな力で締め過ぎた場合には、ねじの伸び、被締結物のへたりが発生することがある。ねじを原因とした事故の発生を回避するために、ねじ締め付けは被締結物との関係で規定された力（締め付けトルク）で正しく締めることが求められている。
【０００５】
ねじのゆるみは、「初期ゆるみ」、「陥没ゆるみ」及び「被締結物などねじ以外が要因となるゆるみ」のねじの回転が要因とはならないゆるみと、被締結物に外力が作用する際、雄ねじ又は雌ねじが戻り回転して、ゆるみが生じる「回転ゆるみ」とがある。
【０００６】
このように、最適締め付けを行っていた場合でも、ゆるみが生じることがあり、ゆるみを防止することは非常に困難な状況であり、産業界からは安心して使用でき、確実にゆるみを防止できるねじの開発を熱望されている。
【０００７】
上記の状況を鑑みて、各種のゆるみ防止ねじが開発されている。特許文献１には、圧力側フランク角を他方のフランク角よりも小さく形成した雄ねじの山頂部位を三点の頂点とする三角形状に形成し、この雄ねじの圧力側フランク角の傾斜面より谷径に向けて傾斜状に形成した傾斜突部を雄ねじの谷径部位に突出形成し、かつ、前記雄ねじの圧力側フランク角と対向する雌ねじのフランク角との間に空間域を形成し、前記雄ねじを雌ねじに螺入する際に、前記傾斜突部を前記雌ねじの内径側先端部である山頂部位に圧接すると共に、前記雄ねじの三点の山頂部位を雌ねじの谷径側に食い込ませ、かつ、雄ねじのフランク角を対向する雌ねじのフランク角に当接させた緩み防止ねじが開示されている。
【０００８】
また、本発明者は雌ねじ谷底部に傾斜を設けたゆるみ防止ねじを発明し特許文献２に開示した。特許文献２には、メートルねじ用ボルトと係合するナットにおいて、ナットの谷底部の断面形状を、締結したときに荷重が作用する側の加圧フランク面に軸線に対し２４．５度ないし２７度傾斜させた傾斜部を設け、ねじ基準寸法よりねじ寸法を拡大したねじ山で構成されたゆるみ防止ナットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４３６１１２８号公報
【特許文献２】特許第４９７４３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般的にねじ締結時においては、ねじ有限要素解析の結果から座面側第一ねじ山には約４４％の荷重がかかり、第二ねじ山には約３０％、第三ねじ山には約２６％荷重が加わっており、雄ねじ座面側の第一ねじ山に最も多くの荷重が加わることが分かっている。この荷重の不均衡が、座面側では塑性変形が発生し、雄ねじ先端側では微小すきまが発生して、雄ねじのねじ山の破断及びねじのゆるみの主原因となっている。
【００１１】
特許文献１は、非加圧側フランクがナット挿入時より接触しており摩擦トルクが発生し、組み立て作業にはスパナ等を用いてナット側も固定しておかないとねじを回転することができない問題があった。特に、締め付け作業の後半には、雄ねじの加圧側フランクと雌ねじの山頂角部及び雄ねじの特殊形状に形成された山頂部と雌ねじ谷底を強く当接させ、ねじ山形状を変形させて摩擦トルクを発生させるために、雄ねじ頭部と雌ねじの両方をスパナ等で固定して行う締め付けには非常に大きな力が必要であった。
【００１２】
特許文献２おいては、雌ねじ谷底すべてが傾斜部に形成されており、どのような雄ねじに対しても十分なゆるみ防止効果を発揮できることを見込んでいたが、ＪＩＳ規格６ｇ精度下限に近い雄ねじ寸法では雄ねじのねじ山頂先端が雌ねじ谷底傾斜部にほとんど当接せず、ゆるみ止め効果が発揮できないことが分かった。
【００１３】
詳述すると、ＪＩＳ規格６ｇ精度（２級精度）の雄ねじとの螺合においては、理論上では雄ねじのねじ山頂が、雌ねじの加圧フランク側から非加圧フランク側に向かって傾斜部を０．０４８ｍｍ移動した位置に当接することになるが、実際のＪＩＳ規格６ｇ精度下限に近い雄ねじでは、ねじ山頂に円形の曲面加工（いわゆるＲ加工。以下、Ｒ加工とする。）が施されており、雌ねじ谷底傾斜部にはわずかしか当接しない場合があった。
【００１４】
また、ＪＩＳ規格８ｇ精度（３級精度）の雄ねじとの螺合においては、雄ねじ外径が精度下限に近い場合、理論上では雄ねじのねじ山頂が、雌ねじの加圧フランク側から非加圧フランク側に向かって傾斜部を０．０２３ｍｍ移動した位置に当接することになるが、実際の雄ねじでは、ねじ山頂にＲ加工が施されており、雌ねじ谷底傾斜部には当接しない。
【００１５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、雄ねじの谷底の一部に平坦部と短い傾斜部を形成することで、雌ねじのねじ山頂と雄ねじの谷底傾斜部が確実に圧接し、十分なゆるみ防止効果を発揮することができるゆるみ防止金属製雄ねじを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明のゆるみ防止金属製雄ねじは、メートルねじ用雌ねじと係合する金属製雄ねじにおいて、前記金属製雄ねじの谷底の断面形状が、非加圧フランク側を雄ねじの軸線に対し並行する平坦形状（以下、平坦部とする。）に形成され、加圧フランク側を前記平坦部延長線に対し加圧フランク側に向かって傾斜させた形状（以下、傾斜部とする。）に形成され、前記金属製雄ねじの外径寸法及び有効径寸法が、メートルねじ基準寸法より小さく形成されたこと、を特徴とする。
【００１７】
また、本発明のゆるみ防止金属製雄ねじは、螺合締め付けした際に前記傾斜部と前記雌ねじの加圧フランク側のねじ山頂角部のみを圧接させること、を特徴とする。
【００１８】
また、本発明のゆるみ防止金属製雄ねじは、前記傾斜部の角度が、ねじの軸線に対し加圧フランク側に向かって３２度以上３７度以内の角度に傾斜させた形状に形成されたこと、を特徴とする。
【００１９】
また、本発明のゆるみ防止金属製雄ねじは、前記平坦部延長線と加圧フランク延長線との交点から前記平坦部と前記傾斜部の交点までの長さが、前記平坦部延長線と加圧フランク延長線との交点から前記平坦部非加圧フランク側端までの長さの０．６０倍以上０．７５倍以内に設定されて形成されること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
標準雄ねじと標準雌ねじが螺合した場合には、雄ねじの加圧フランクと雌ねじの加圧フランクが当接した際に働く軸力によって発生する半径方向の拘束力によってねじがゆるむことなく保持されるが、面接触であるため、半径方向の拘束力は小さい。また、雌ねじにゆるみ防止の構造を形成した場合には、雌ねじのゆるみ防止のための傾斜部分と雄ねじのねじ山頂部とが当接した際に働く軸力によって発生する半径方向の拘束力によってねじがゆるむことなく保持されるが、雄ねじのねじ山頂部にＲ加工が施され丸みがあることで、当接時の半径方向の拘束力が大きくならない。一方、本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじでは、標準雌ねじのねじ山頂が角を有する台形状に形成されていることを利用して、標準雌ねじ山頂角部と雄ねじ傾斜部とを、圧接させて半径方向に大きい拘束力が得られることとなった。
【００２１】
試験規格ＮＡＳ３３５０及びＮＡＳ３３５４に規定されたねじゆるみ振動試験に基づいて、本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじを１８Ｎ・ｍの締め付けトルクで六角ナットに締めつけて台座に固定した後、ねじを固定した台座ごと３０，０００回転させた。試験終了後の戻しトルクは１３Ｎ・ｍ以上に維持されており、締結状態は正常でゆるみ防止効果を確認した。
【００２２】
ＩＳＯ１６０３１に規定されたせん断方向横振動試験に基づいて、本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじを１８Ｎ・ｍの締め付けトルクで六角ナットに締めつけて台座に固定した後、ねじのせん断方向に対し規定された振動を与えた。試験終了後も初期軸力の８０％を保持する良好な結果が得られた。
【００２３】
図１１は、締め付けトルク１８Ｎ・ｍの際の各ねじ山に掛かる拘束力を傾斜部のくさび角度ごとに示したものである。本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじでは、図３に示したように雌ねじの頂角部の荷重を雄ねじ谷底の短い傾斜部一点で受けることによって、第一ねじ山には多少大きな荷重がかかるが、その他のねじ山にはほぼ均等に分散して荷重が掛かることが図１１の表から分かる。したがって、ねじのゆるみ防止、ねじ山破断及び強度疲労を防止させることができる。
【００２４】
本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじによれば、標準寸法の雌ねじの場合には、螺合によって軸力が働くまでは、雄ねじ傾斜部と雌ねじのねじ山頂角部分が当接することがないか、又は、当接した場合であっても大きな負荷が発生するほどの圧接ではなく、標準品のねじと同様に道具を用いずねじの締め付けができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０を使用した状態の概念図である。
【図２】Ａ−Ａ’拡大図である。
【図３ａ】本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０谷底１３を中心としたねじ山１１形状図である。
【図３ｂ】本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０と標準雄ねじ１１０のねじ山を比較した図である。
【図４】（ａ）本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０と標準雌ねじ２０とを締め付けた際のねじ山が圧接した状態を示した概念図である。（ｂ）標準雄ねじ１１０とくさび角を設けた雌ねじ（ゆるみ防止雌ねじ１２０）とを締め付けた際のねじ山が当接した状態を示した概念図である。（ｃ）標準雄ねじ１１０と標準雌ねじ２０とを締め付けた際のねじ山が当接した状態を示した概念図である。
【図５】くさび角度２６度、くさび長さ０．３８８ｍｍの条件で設計されたＭ８雄ねじ（傾斜部付雄ねじ１９）のねじ山と標準雌ねじ２０との当接した状態を示した概念図である。
【図６ａ】くさび角度３０度、くさび長さ０．２６ｍｍの条件で設計されたＭ８雄ねじ（傾斜部付雄ねじ１９）のねじ山と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。
【図６ｂ】くさび角度３０度、くさび長さ０．３８８ｍｍの条件で設計されたＭ８雄ねじ（傾斜部付雄ねじ１９）のねじ山と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。
【図７ａ】くさび角度３３度、くさび長さ０．２５７ｍｍの条件で設計された本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０（Ｍ８雄ねじ）のねじ山１１と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。
【図７ｂ】くさび角度３３度、くさび長さ０．３８８ｍｍの条件で設計されたＭ８雄ねじ（傾斜部付雄ねじ１９）のねじ山と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。
【図８】くさび角度３５度、くさび長さ０．２６ｍｍの条件で設計された本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０（Ｍ８雄ねじ）のねじ山１１と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。
【図９】くさび角度４０度、くさび長さ０．３３ｍｍの条件で設計されたＭ８雄ねじ（傾斜部付雄ねじ１９）のねじ山と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。
【図１０】傾斜部付Ｍ８雄ねじのくさび角度とくさび長さとの関係において、標準雌ねじ２０との締め付け状態を表した表である。
【図１１】くさび角及びくさび長さを設けた雄ねじの締め付け状態におけるくさび角度に対する各ねじ山の拘束力を表した表である。
【図１２】くさび角を設けた雌ねじの締め付け状態におけるくさび角度に対する各ねじ山の拘束力を表した表である。
【図１３】本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０（Ｍ３雄ねじ）のねじ山１１と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。
【図１４】本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０（Ｍ６雄ねじ）のねじ山１１と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。
【図１５】本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０（Ｍ１０雄ねじ）のねじ山１１と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。
【図１６】本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０（Ｍ１２雄ねじ）のねじ山１１と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。
【図１７】本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０（Ｍ１６雄ねじ）のねじ山１１と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０を実施するための形態について、図を参照しつつ説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０を使用した状態の概念図である。図２は、Ａ−Ａ’拡大図である。ゆるみ防止金属製雄ねじ１０と標準雌ねじ２０とによって被締結物３０を挟み、所定の締め付けトルクで締め付けた状態を示している。すべての図のねじは断面であるが、説明の際に補助線を必要とするために平行斜線を省略した。ゆるみ防止金属製雄ねじ１０の谷底１３は、平坦部１４と傾斜部１５とから形成される。標準雌ねじ２０のねじ穴は、下穴である貫通穴を開けた後に雌ねじ切り工具によってねじ山を形成する加工方法が主であるため、頂２２は角部を備える。
【００２８】
締め付けられた状態では、ゆるみ防止金属製雄ねじ１０には垂直上下に伸びる方向に軸力（応力）が働く。一方、標準雌ねじ２０には、垂直上下に圧縮する方向に軸力（応力）が働く。そのため、ゆるみ防止金属製雄ねじ１０は上向きフランクが加圧フランク１６であり、標準雌ねじ２０は下向きフランクが加圧フランク２６となる。図１及び図２に示されるように、標準雌ねじ２０の加圧フランク２６側の頂２２角部が、ゆるみ防止金属製雄ねじ１０の傾斜部１５に圧接することによって、ねじの半径方向に拘束力が働きゆるみが防止できる構造である。図１からも分かるように各ねじ山１１において同じ箇所の一点のみが圧接する。ゆるみ防止金属製雄ねじ１０の頂１２と標準雌ねじ２０の谷底２３とは接触しない。また、ゆるみ防止金属製雄ねじ１０及び標準雌ねじ２０の加圧フランク及び非加圧フランク同士も接触しない。
【００２９】
図３ａは、本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０谷底１３を中心としたねじ山１１断面形状図である。平坦部１４延長線と加圧フランク１６延長線との交点から平坦部１４と傾斜部１５の交点までの長さが、くさび長さＬ１である。平坦部１４延長線と加圧フランク１６延長線との交点から平坦部１４非加圧フランク１７側端までの長さが、谷底長さＬ２である。ゆるみ防止金属製雄ねじ１０は、谷底長さＬ２に対してくさび長さＬ１が０．６０倍以上０．７５倍以内の条件を満たし、かつ、ねじの軸線に対し加圧フランク１６側に向かって形成される傾斜部１５の角度（以下、くさび角度θと呼ぶ。）が３２度以上３７度以内の条件を満たして形成されたとき、最もゆるみ防止効果を発揮する。当該条件の決定方法の詳細については後述する。
【００３０】
図３ｂは、本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０と標準雄ねじ１１０のねじ山を比較した図である。ゆるみ防止金属製雄ねじ１０のねじ山１１を実線で、標準雄ねじ１１０のねじ山１１１を破線で示した。ゆるみ防止金属製雄ねじ１０の外径寸法ｄは、標準雌ねじ２０の谷底２３との接触を避けるために標準雄ねじ１１０の外径寸法（メートルねじ基準寸法）ｄ’未満に形成される。一方、平坦部１４及び傾斜部１５を備えるゆるみ防止金属製雄ねじ１０の谷径は、標準雌ねじ２０の頂２２角部と圧接させるために標準雄ねじ１１０の谷径寸法（メートルねじ基準寸法）を越えて形成される。しかしながら、標準雌ねじ２０の頂２２角部に対する傾斜部１５の当接の程度が過度に強い設定である場合には、傾斜部付雄ねじ１９と標準雌ねじ２０を係合させた当初からスパナなどのねじ締め工具を使用しなければ傾斜部付雄ねじ１９又は標準雌ねじ２０を回転させることが困難になる。したがって、ゆるみ防止金属製雄ねじ１０の有効径寸法は、標準ねじの有効径寸法（メートルねじ基準寸法）より小さく形成される。
【００３１】
図４（ａ）は、本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０と標準雌ねじ２０とを締め付けた際のねじ山が当接した状態を示した概念図である。図２での説明のとおり標準雌ねじ２０の加圧フランク２６側の頂２２角部がゆるみ防止金属製雄ねじ１０の加圧フランク１６側谷底１３に形成された傾斜部１５に圧接する。螺合が進み被締結物３０からの応力が大きくなるに従ってねじには軸力が働き鋭角な標準雌ねじ２０の頂２２角部がゆるみ防止金属製雄ねじ１０の傾斜部１５に噛み込む度合が大きくなる。その結果、ねじの半径方向に大きな拘束力１３０が発生し絶大なゆるみ防止の効果を発揮することができる。
【００３２】
図４（ｂ）は、標準雄ねじ１１０と谷底に傾斜部１２２を設けた雌ねじ（ゆるみ防止雌ねじ１２０）とを締め付けた際のねじ山が当接した状態を示した概念図である。標準雄ねじ１１０のねじ山は、金型による加工や軸を切削することによって形成されることが主であるため、頂１１２及び谷底１１３は丸みを帯びた曲面に加工される。標準雄ねじ１１０のねじ山は雌ねじにゆるみ防止のための傾斜部１２２を形成した場合には、雌ねじの傾斜部１２２と標準雄ねじ１１０のねじ山頂１１２部とが当接した際に働く軸力によって発生する半径方向の拘束力１３０によってねじがゆるむことなく保持されるが、標準雄ねじ１１０のねじ山頂１１２部に丸みがあることで、当接時の半径方向の拘束力１３０を最大限活用することができない。標準ねじと比較するとゆるみ防止の効果は高まるものの使用する環境によっては、ゆるみが発生する場合があり適用できないこともある。
【００３３】
図４（ｃ）は、標準雄ねじ１１０と標準雌ねじ２０とを締め付けた際のねじ山が当接した状態を示した概念図である。標準雄ねじ１１０の加圧フランク１１６と標準雌ねじ２０の加圧フランク２６が当接した際に働く軸力によって発生するねじの半径方向の拘束力１３０によってねじの締結が保持されるのであるが、加圧フランク同士が面接触であることからねじの半径方向の拘束力１３０は小さい。したがって、静止状態であれば戻しトルクは保持されるが、振動が多い環境では戻しトルクを大きく保持し続けることが困難であり、容易にねじがゆるむ。
【００３４】
本発明に係る発明者は、従来ゆるみ防止のために谷底に傾斜部１２２を設けた雌ねじ（ゆるみ防止雌ねじ１２０）を開発した。しかし、前述したように、標準雄ねじ１１０の外径が最小許容寸法側にある場合、ゆるみ防止の傾斜部１２２を設けた雌ねじ（ゆるみ防止雌ねじ１２０）の傾斜部１２２に対し標準雄ねじ１１０の頂１１２の当接の程度が弱く、ゆるみ防止の効果を発揮しない場合があることを、試験規格ＮＡＳ３３５０に規定されたねじゆるみ振動試験により突き止めた。そこで、発想を転換させ、雄ねじ側に傾斜部を設けて標準雌ねじ２０のねじ山頂２２角部と雄ねじの傾斜部を当接させることによって、雌ねじに傾斜部１２２を設けるよりもゆるみ防止の効果が高いことを実験的に実証した。以下に、行った実験を示し、雄ねじのねじ山の条件の決定方法の詳細について説明する。
【００３５】
最初に、従来のゆるみ防止のために谷底に傾斜部１２２を設けた雌ねじ（ゆるみ防止雌ねじ１２０）の最適条件を雄ねじの谷底に適用し、ゆるみ防止の効果を確認した。図５は、くさび角度２６度、くさび長さ０．３８８ｍｍの条件で設計されたＭ８雄ねじ（傾斜部付雄ねじ１９）のねじ山と標準雌ねじ２０との当接した状態を示した概念図である。図左側が、標準雌ねじ２０のねじ山である。実線が、標準寸法である。実線左側の一点鎖線は最大寸法を表しており、実線右側の一点鎖線は最小寸法を表している。標準雌ねじ２０のねじ山は、実線の標準寸法を中心として最小寸法の一点鎖線から最大寸法の一点鎖線の範囲内のものが存在することになる。
【００３６】
図右側の実線がゆるみ防止の傾斜部１５を設けた傾斜部付雄ねじ１９の標準寸法のねじ山である。図５における条件では、雄ねじ谷底には平坦部１４は原則形成されない。傾斜部付雄ねじ１９と雌ねじを締め付けると互いの加圧フランク１６が接触する方向に移動する。すなわち、標準雌ねじ２０は図の鉛直下方向に、傾斜部付雄ねじ１９は図の鉛直上方向に移動し接触した際に軸力が発生する。
【００３７】
その際に、ゆるみ防止の効果を発揮させるためには標準雌ねじ２０の最小から最大のいずれの寸法であっても、傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５が標準雌ねじ２０のねじ山頂２２角部に当接する必要がある。具体的には、図の標準雌ねじ２０山頂２２から鉛直下方向に延伸させた直線が雄ねじの傾斜部１５上に交点を結ばなければならない。しかし、図５においては、標準雌ねじ２０が最大寸法の場合に傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５の左端の加圧フランク１６近傍に交点が結ばれる。したがって、標準雌ねじ２０が最大寸法の場合には、標準雌ねじ２０の頂２２角部が面取りされたような状態では互いの加圧フランク同士が当接しねじの半径方向の拘束力１３０が小さくゆるみ防止効果が薄いことが分かった。
【００３８】
図５の実験から、くさび角度を２６度以下にすると、標準雌ねじ２０が標準寸法より大きいときには傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５に標準雌ねじ２０の頂２２角部が当接しない場合が多いことが分かった。
【００３９】
一方で、標準雌ねじ２０が最小寸法であるときには、図５において標準雌ねじ２０の最小寸法の一点鎖線が実線で示された傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５内部にまで達し傾斜部付雄ねじ１９と標準雌ねじ２０を係合させた当初から傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５に標準雌ねじ２０の頂２２角部が圧接し、締め付け工具を使用しなければ締め付け作業を行うことができない場合があることが分かった。したがって、非加圧フランク１７側に平坦部１４を設け、傾斜部１５の始点を図の鉛直下方向に移動させて、標準雌ねじ２０の寸法が標準より小さい場合には、係合させた当初から互いのねじが圧接しないように対策する必要がある。以下、図５の結果を踏まえて条件設定を変更した。
【００４０】
図６ａは、くさび角度３０度、くさび長さ０．２６ｍｍの条件で設計されたＭ８雄ねじ（傾斜部付雄ねじ１９）のねじ山と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。標準雌ねじ２０が最小寸法のときに互いのねじが係合当初から圧接することは回避できた一方で、標準雌ねじ２０が最大寸法のときには螺合が進んでも標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５と圧接しない状態となった。
【００４１】
ここで、平坦部を有さないくさび長さ０．３８８ｍｍとの対比を行った。図６ｂは、くさび角度３０度、くさび長さ０．３８８ｍｍの条件で設計されたＭ８雄ねじ（傾斜部付雄ねじ１９）のねじ山と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。標準雌ねじ２０が最大寸法のときには、螺合が進んだ際に標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５と圧接する状態であった一方で、標準雌ねじ２０が最小寸法のときに互いのねじが係合当初から圧接する状態になった。
【００４２】
図７ａは、くさび角度３３度、くさび長さ０．２５７ｍｍの条件で設計された本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０（Ｍ８雄ねじ）のねじ山１１と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。標準雌ねじ２０が最小寸法のときに互いのねじが係合当初から軽く当接するものの圧接状態になることは回避できた。同時に標準雌ねじ２０が最大寸法のときには螺合が進んだ際に標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５と圧接する状態となった。当該条件が、ゆるみ防止効果を発揮できる条件の一つであることを見出すことができた。
【００４３】
ここで、平坦部を有さないくさび長さ０．３８８ｍｍとの対比を行った。図７ｂは、くさび角度３３度、くさび長さ０．３８８ｍｍの条件で設計されたＭ８雄ねじ（傾斜部付雄ねじ１９）のねじ山と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。標準雌ねじ２０が最大寸法のときには、螺合が進んだ際に標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５と圧接する状態であった一方で、標準雌ねじ２０が最小寸法のときに互いのねじが係合当初から圧接する状態になった。
【００４４】
図８は、くさび角度３５度、くさび長さ０．２６ｍｍの条件で設計された本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０（Ｍ８雄ねじ）のねじ山１１と標準雌ねじ２０のねじ山２１とが当接した状態を示した概念図である。標準雌ねじ２０が最小寸法のときに互いのねじが係合当初の当接の度合が大きくなったものの手作業により互いのねじを係合することが可能であった。同時に標準雌ねじ２０が最大寸法のときには螺合が進んだ際に標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５と圧接する状態にあり、当該条件もゆるみ防止効果を発揮できる条件の一つであることを見出すことができた。
【００４５】
図９は、くさび角度４０度、くさび長さ０．３３ｍｍの条件で設計されたＭ８雄ねじ（傾斜部付雄ねじ１９）のねじ山と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。標準雌ねじ２０が最大寸法のときに、互いのねじが係合した当初から標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５と当接する状態であるとともに、標準雌ねじ２０が最小寸法のときにも互いのねじが係合当初から圧接する状態になった。くさび角度が４０度の場合にはフランク角との差は実質２０度しかなく、くさび長さを小さくし平坦部１４の長さを大きくすると、傾斜部１５は標準雌ねじ２０の頂２２角部に圧接できなくなる。特に、標準雌ねじ２０の頂２２角部が加工の際に面取りされてしまったような状態では、ゆるみ防止の効果が大きく薄れることになる。したがって、当該条件は、ゆるみ防止のための条件として好ましいとはいえない。
【００４６】
前述までに行った試験をくさび角度とくさび長さの値を変更して繰り返すことによって、くさび角度とくさび長さとの関係を得ることができた。これらの結果を図１０に示した。図１０は、傾斜部付Ｍ８雄ねじのくさび角度とくさび長さとの関係において、標準雌ねじ２０との締め付け状態を表した表である。各々のくさび角度とくさび角度を組み合わせたサンプルの数は１０である。ねじの締め付けトルクは、１８Ｎ・ｍとした。
【００４７】
表中の「〇」が、標準雌ねじ２０が最小寸法のときに互いのねじが係合当初から軽く当接するものの圧接することは回避でき、かつ、標準雌ねじ２０が最大寸法のときには螺合が進んだ際に標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５と圧接する状態となり、ゆるみ防止効果を発揮できるくさび角度及びくさび長さの条件である。当該条件を満たすものが、本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０として最も好適である。
【００４８】
表中の「△」は、標準雌ねじ２０が最小寸法のときに互いのねじが係合当初から軽く当接するものの圧接することは回避でき、かつ、標準雌ねじ２０が最大寸法のときには螺合が進んだ際に標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５と圧接する状態となるが、標準雌ねじ２０の頂２２角部が加工の際に面取りされてしまったような不確定条件によって、ゆるみ防止効果を得られない場合が１０パーセント程度発生するくさび角度及びくさび長さの条件である。しかしながら、使用箇所の振動条件によっては、十分にゆるみ防止効果を発揮することができるものである。
【００４９】
表中の「緩」は、螺合が進んでも標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５と当接しない状態が発生するなどの要因により、試験規格ＮＡＳ３３５０及びＮＡＳ３３５４に規定されたねじゆるみ振動試験の後にゆるみが発生したくさび角度及びくさび長さの条件である。
【００５０】
表中の「噛」は、標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５内部にまで達し傾斜部付雄ねじ１９と標準雌ねじ２０を係合させた当初から傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５に標準雌ねじ２０の頂２２角部が圧接し、締め付け工具を使用しなければ締め付け作業を行うことができない状態が発生するくさび角度及びくさび長さの条件である。
【００５１】
試験規格ＮＡＳ３３５０及びＮＡＳ３３５４に規定されたねじゆるみ振動試験に基づいて、図１０の表中「〇」の条件の本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０について試験を行った。表１に試験規格ＮＡＳ３３５０及びＮＡＳ３３５４に規定されたねじゆるみ振動試験の試験条件を示し、表２にその結果を示した。１８Ｎ・ｍの締め付けトルクで六角ナットに締めつけて台座に固定した後、ねじを固定した台座ごと３０，０００回転させた。試験終了後の戻しトルクは１３Ｎ・ｍ以上に維持されており、締結状態は正常でゆるみ防止効果を確認した。
【表１】
2019218993.tif 000003
【表２】
2019218993.tif 000004
【００５２】
ＩＳＯ１６０３１に規定されたせん断方向横振動試験に基づいて、図１０の表中「〇」の条件の本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０について試験を行った。表３にＩＳＯ１６０３１に規定されたねじゆるみ振動試験の試験条件を示し、表４にその結果を示した。１８Ｎ・ｍの締め付けトルクで六角ナットに締めつけて台座に固定した後、ねじのせん断方向に対し規定された振動を与えた。試験終了後も初期軸力の８０％を保持する良好な結果が得られた。
【表３】
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【表４】
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【００５３】
図１０の表のうち、くさび角度が３２度以上３７度以内の角度に傾斜させた場合、かつ、くさび長さが０．２４ｍｍ以上０．２８ｍｍ以内の長さに設定した場合に、特に試験規格ＮＡＳ３３５０及びＮＡＳ３３５４に規定されたねじゆるみ振動試験の後に戻しトルクの値が高く好適であることが分かった。また、ＩＳＯ１６０３１に規定されたせん断方向横振動試験においても高い残留軸力を示し良好な結果が得られた。
【００５４】
図１１は、くさび角及びくさび長さを設けた雄ねじ（傾斜部付雄ねじ１９）の締め付け状態におけるくさび角度に対する各ねじ山の拘束力を表した表である。ねじ有限要素解析を用いて拘束力を算出した。くさび角及びくさび長さを設けた雄ねじ（傾斜部付雄ねじ１９）と標準雌ねじ２０の締め付けトルクは、１８Ｎ・ｍである。くさび長さは、図１０の表中の「〇」及び「△」の値を採用した。一般的に傾斜部１５を備えない雄ねじの各ねじ山の拘束力は、図１１の最上段に示したように、ねじ締結時においては座面側第一ねじ山に最大拘束力が発生し、第二ねじ山、第三ねじ山と座面から離れるにしたがって、拘束力が小さくなる。傾斜部付雄ねじ１９は、図３に示したように標準雌ねじ２０の頂２２角部の荷重を傾斜部付雄ねじ１９谷底１３の傾斜部１５の一点で受けることによって、第一ねじ山には多少大きな拘束力がかかるが、その他のねじ山にはほぼ均等に分散して荷重が掛かることが分かる。また、傾斜部１５を有さない標準雄ねじ１１０と比較すると各ねじ山の拘束力はいずれも２倍以上に達し、ゆるみ防止効果が発揮できている。したがって、拘束力の合計も傾斜部１５を有さない標準雄ねじ１１０と比較すると少なくとも３倍以上を確保できる。
【００５５】
荷重の掛かり方の効率を示す第５ねじ山の拘束力を第１ねじ山の拘束力で除した荷重負荷率を計算すると、くさび角度２８度以上３５度までのすべてにおいて、９０％以上確保されている。
【００５６】
図１２は、くさび角を設けた雌ねじの締め付け状態におけるくさび角度に対する各ねじ山の拘束力を表した表である。図１１に示したくさび角及びくさび長さを設けた雄ねじ（傾斜部付雄ねじ１９）の拘束力が、すべてのねじ山において上回っている。同様に、荷重負荷率を計算すると９０％を下回るくさび角度があり、本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０によってゆるみ防止効果が大きく改善されたことが分かる。
【００５７】
以上により、Ｍ８サイズのくさび角及びくさび長さを設けた雄ねじのゆるみ防止効果を発揮することができる最適条件を導き出した。以下は、その他のサイズに関して、ゆるみ防止効果を発揮することができる最適条件を検討した。図１３から図１７までは、Ｍ３からＭ１６サイズまでのくさび角及びくさび長さを設けた雄ねじ（本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０）の標準雌ねじ２０との当接状態を示した。
【００５８】
図１３は、本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０（Ｍ３雄ねじ）のねじ山１１と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。くさび角度３５度、くさび長さ０．１３ｍｍの条件で設定されている。標準雌ねじ２０が最小寸法のときに互いのねじが係合当初に当接するが、手作業により容易に互いのねじを係合することが可能であった。同時に標準雌ねじ２０が最大寸法のときには螺合が進んだ際に標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５と圧接する状態にあり、すなわち当該条件はゆるみ防止効果を発揮できる条件である。
【００５９】
図１４は、本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０（Ｍ６雄ねじ）のねじ山１１と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。くさび角度３５度、くさび長さ０．２６ｍｍの条件で設定されている。標準雌ねじ２０が最小寸法のときに互いのねじが係合当初に当接するが、手作業により容易に互いのねじを係合することが可能であった。同時に標準雌ねじ２０が最大寸法のときには螺合が進んだ際に標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５と圧接する状態にあり、すなわち当該条件はゆるみ防止効果を発揮できる条件である。
【００６０】
図１５は、本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０（Ｍ１０雄ねじ）のねじ山１１と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。くさび角度３５度、くさび長さ０．３ｍｍの条件で設定されている。標準雌ねじ２０が最小寸法のときに互いのねじが係合当初に当接するが、手作業により容易に互いのねじを係合することが可能であった。同時に標準雌ねじ２０が最大寸法のときには螺合が進んだ際に標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５と圧接する状態にあり、すなわち当該条件はゆるみ防止効果を発揮できる条件である。
【００６１】
図１６は、本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０（Ｍ１２雄ねじ）のねじ山１１と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。くさび角度３５度、くさび長さ０．３２ｍｍの条件で設定されている。標準雌ねじ２０が最小寸法のときに互いのねじが係合当初に当接するが、手作業により容易に互いのねじを係合することが可能であった。同時に標準雌ねじ２０が最大寸法のときには螺合が進んだ際に標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５と圧接する状態にあり、すなわち当該条件はゆるみ防止効果を発揮できる条件である。
【００６２】
図１７は、本発明に係るゆるみ防止金属製雄ねじ１０（Ｍ１６雄ねじ）のねじ山１１と標準雌ねじ２０のねじ山とが当接した状態を示した概念図である。くさび角度３５度、くさび長さ０．３８ｍｍの条件で設定されている。標準雌ねじ２０が最小寸法のときに互いのねじが係合当初に当接するが、手作業により容易に互いのねじを係合することが可能であった。同時に標準雌ねじ２０が最大寸法のときには螺合が進んだ際に標準雌ねじ２０の頂２２角部が傾斜部付雄ねじ１９の傾斜部１５と圧接する状態にあり、すなわち当該条件はゆるみ防止効果を発揮できる条件である。
【００６３】
Ｍ８雄ねじの場合と同様にくさび角度とくさび長さの値を変更して繰り返すことによって、くさび角度とくさび長さとの関係を得ることができる。Ｍ３からＭ１６までのサイズにおいて図１０に示した表と同様の関係を導き出したところ、くさび角度に関しては、いずれのサイズにおいても、３２度から３７度までが最も好適であった。
【００６４】
くさび長さは、各ねじのサイズによって変わることは容易に理解できる。そこで、くさび角及びくさび長さを設けた雄ねじの平坦部１４延長線と加圧フランク１６延長線との交点から平坦部１４と傾斜部１５の交点までの長さＬ１を平坦部１４延長線と加圧フランク１６延長線との交点から平坦部１４非加圧フランク１７側端の長さＬ２で除した比率を計算したところ、すべてのサイズのくさび角及びくさび長さを設けた雄ねじにおいて０．６０倍以上０．７５倍以内の値が最も好適であることが分かった。
【００６５】
以上より、くさび角及びくさび長さを設けた雄ねじのＭ３からＭ１６のサイズにおいて、くさび角度が３２度以上３７度以内の角度に傾斜させた場合、かつ、Ｌ１をＬ２で除した比率が０．６０倍以上０．７５倍以内の値に設定した場合に試験規格ＮＡＳ３３５０及びＮＡＳ３３５４に規定されたねじゆるみ振動試験の後にゆるみが発生させない最適条件であることが導き出せた。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
振動を伴う箇所において締結部材を用いて固定を行うあらゆる施設、設備及び装置で利用することが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  ゆるみ防止金属製雄ねじ（くさびボルト）
１１  ねじ山（ゆるみ防止金属製雄ねじ）
１２  頂
１３  谷底
１４  平坦部
１５  傾斜部
１６  加圧フランク
１７  非加圧フランク
１９  傾斜部付雄ねじ
２０  標準雌ねじ
２１  ねじ山（標準雌ねじ）
２２  頂（標準雌ねじ）
２３  谷底（標準雌ねじ）
２６  加圧フランク（標準雌ねじ）
２７  非加圧フランク（標準雌ねじ）
３０  被締結物
１１０  標準雄ねじ
１１１  ねじ山（標準雄ねじ）
１１２  頂（標準雄ねじ）
１１３  谷底（標準雄ねじ）
１１６  加圧フランク（標準雄ねじ）
１２０  ゆるみ防止雌ねじ
１２２  傾斜部（ゆるみ防止雌ねじ）
１３０  ねじの半径方向の拘束力
Ｌ１  くさび長さ
Ｌ２  谷底長さ
ｄ  くさびボルト外径
ｄ’  標準ボルト外径
Ｄ１  雌ねじ内径（標準）
Ｄ１’  雌ねじ内径（最小）
Ｄ１’’  雌ねじ内径（最大）
Ｄ２  有効径（標準）
Ｄ２’  有効径（最小）
Ｄ２’’  有効径（最大）
θ  くさび角
【図１】
2019218993.tif 000007
【図２】
2019218993.tif 000008
【図３ａ】
2019218993.tif 000009
【図３ｂ】
2019218993.tif 000010
【図４】
2019218993.tif 000011
【図５】
2019218993.tif 000012
【図６ａ】
2019218993.tif 000013
【図６ｂ】
2019218993.tif 000014
【図７ａ】
2019218993.tif 000015
【図７ｂ】
2019218993.tif 000016
【図８】
2019218993.tif 000017
【図９】
2019218993.tif 000018
【図１０】
2019218993.tif 000019
【図１１】
2019218993.tif 000020
【図１２】
2019218993.tif 000021
【図１３】
2019218993.tif 000022
【図１４】
2019218993.tif 000023
【図１５】
2019218993.tif 000024
【図１６】
2019218993.tif 000025
【図１７】
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