(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ山を転造加工してなる転造めねじにおいて、
ねじ山の頂４を、ねじ軸線方向に一定の幅Ｌ１を有するように形成すると共に、頂き４のねじ軸線方向の両端とねじ山両側のフランク３ａ、３ｂと、をそれぞれ凸状のアール５、５を介して滑らかにつなぎ、
前記頂き４のねじ軸線方向の中間部には、前記両アール５，５と滑らかにつながると共にねじ軸芯側とは反対側に緩やかに凹む凹部７が形成され、
一方の前記フランク３ａから頂き４を経て他方のフランク３ｂに至るまで、角部が存在しないように形成されている、ことを特徴とする転造めねじ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ねじ山を転造加工してなる転造めねじに関し、特に、シリンダブロック、クランクケースあるいは連接棒の軸受メタルキャップ等エンジン構成部材の締結に利用されるメートルねじに適した転造めねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
転造めねじ及び転造おねじは、周知のように転造工程において、めねじ下孔の内周面あるいはおねじ用軸部材の外周面を、転造工具により塑性変形させることにより、ねじ山の頂き部分を隆起させると共に谷底部分を陥没させて製造する。
【０００３】
また、エンジン構成部材の締結に利用される転造めねじ及び転造おねじとしては、通常ＩＳＯメートルねじ（三角ねじ）を採用しており、基準山形のねじ山の角度は６０°に設定され、フランク角はねじ山の角度の半分（３０°）に設定されている。
【０００４】
図３は従来の転造めねじ１を示しており、ねじ山２のフランク角α01は上記のように３０°に設定されている。ねじ山２の頂き４は、概ね１つの円弧面により両フランク３ａ，３ｂをつないでおり、谷底６は、ねじ軸線方向（図３の左右方向）と平行に形成され、そのねじ軸線方向の両端６ａ，６ｂはフランク３ａ，３ｂと直接交差することにより、それぞれ１つの折曲点を介してつながっている。
【０００５】
図４は、従来の転造おねじ１１を示しており、ねじ山１２のフランク角α02及びα03は上記のように３０°に設定されている。ねじ山１２の頂き１４は、１つの円弧面により両フランク１３ａ，１３ｂをつないでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような転造めねじ及び転造おねじを製造し、螺合した場合には、次のような課題が生じる。特に、連接棒の軸受けメタルキャップ等、大形エンジンの構成部材の締結に用いる場合には、昨今のエンジンの高出力化に対して、ねじの引張強度及び疲労強度の点で次のような課題が生じる。
【０００７】
（１）ねじ山の頂きの強度及び欠けに関する課題
図３及び図４に示すように、転造めねじ１及び転造おねじ１１は塑性変形によりねじ山２、１２を隆起させるので、転造作業時、褶曲作用によって頂き４，１４に皺が寄せ集められ、転造作業終了時には、頂き４，１４にそれぞれＶ形の窪みＢやクラックＥが生じており、また、頂きの機械的性質も脆くなっている。このような状態でねじ１，１１同士を螺合すると、頂き４，１４に欠けが生じる。
【０００８】
具体的に説明すると、図３のめねじ１の圧力側フランク（ねじ込み時に直接荷重を受ける側のフランク）３ａの角度α01と、図４のおねじ１１の圧力側フランク１３ａの角度α03は、前述のように同一値に設計され、計算上ではねじ込み時に両フランク３ａ，１３ａ同士は略全面が接触するようになっている。しかし、製造誤差により、実際には角度α01と角度α03との間には差が生じており、ねじ同士の締付時には、圧力側フランク３ａと圧力側フランク１３ａは偏当たり状態となっている。たとえば、α01＞α03の場合は、図５に示すように、めねじ１の谷底６の近傍点Ｍ２とおねじ１１の頂き１４の近傍点Ｎ１で偏当たりし、両点Ｍ２，Ｎ１付近に接触面圧が集中する。そうすると、おねじ１１の頂き１４に欠けが発生し易くなる。
【０００９】
反対にα01＜α03の場合は、めねじ１の頂き４の近傍点Ｍ１とおねじ１１の谷底１６の近傍点Ｎ２で偏当たりし、両点Ｍ１，Ｎ２付近に接触面圧が集中する。そうすると、今度はめねじ１の頂き４に欠けが発生し易くなる。
【００１０】
締結時に上記のような欠けが発生すると、欠けた破片がねじの噛合い部に噛み込まれ、締付トルクと軸力のバランスが崩れてしまう。すなわち、所定の締付トルクで締め付けても、フランク間に破片（異物）が存在していることにより、所定の軸力を得ることができなくなる。
【００１１】
また、締付時に破片がフランクに焼き付いてしまい、ねじを緩める際に過大な力が必要となり、ねじを緩める作業に困難性を伴うようになる。
【００１２】
（２）谷底の強度的な課題
図３のような転造めねじ１において、谷底６のねじ軸線方向両端とフランク３ａ、３ｂの間が、それぞれ一箇所の折曲点６ａ，６ｂのみでつながっている形状に成形する場合には、転造作業時、転造工具の谷底成形部分により、図６に示すようにファイバーフロー組織Ｆが切断されてしまい、引張強度が低下する。また、ねじ螺合時には、図７に示すようにめねじ１の谷底６に応力が集中するが、特に、谷底６と遊び側フランク３ｂとが交差する折曲点６ｂに極端に大きな応力が集中し、疲労強度の低下につながる。
【００１３】
【発明の目的】
本願発明の目的は、ねじ山の頂きの強度を高くすると共に、欠けの生じ難い形状とし、また、谷底の角隅の強度を向上させることにより、転造めねじの引張強度及び疲労強度を向上させることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本願請求項１記載の発明は、ねじ山を転造加工してなる転造めねじにおいて、ねじ山の頂４を、ねじ軸線方向に一定の幅Ｌ１を有するように形成すると共に、頂き４のねじ軸線方向の両端とねじ山両側のフランク３ａ、３ｂと、をそれぞれ凸状のアール５、５を介して滑らかにつなぎ、前記頂き４のねじ軸線方向の中間部には、前記両アール５，５と滑らかにつながると共にねじ軸芯側とは反対側に緩やかに凹む凹部７が形成され、一方の前記フランク３ａから頂き４を経て他方のフランク３ｂに至るまで、角部が存在しないように形成されている。
【００１５】
【発明の実施の形態１】
図１は本願請求項１記載の発明を適用した転造めねじ１の断面拡大図であり、前記図３と同じ名称の部分には同じ符号を付しており、矢印Ｃ側がねじ軸芯側を示している。該図１に示す転造めねじ１は、ＩＳＯメートルねじであって、ねじ山角度は６０°、圧力側フランク３ａのフランク角α1は３０°に設定されており、これらは図３と同様であるが、図１のねじ山２の高さＨ1は、図３の従来のねじ山の高さＨ01よりも低く形成しており、これに伴い、図１の頂き４のねじ軸線方向の幅Ｌ1も、図３の従来の頂き幅Ｌ01より広く形成してある。具体的には、図１のようにねじ山２の基準山形を構成する正三角形（とがり三角形）の高さをＨとし、切取り高さをｈとすると、ｈ＞１／４×Ｈ×１．２５となるように切取り高さｈを設定する。これにより、頂き４のねじ軸方向幅Ｌ1は、必然的に従来の頂き幅Ｌ01（図３）の１．２５倍よりも大きく形成される。なお、上記ようにめねじのねじ山２を形成することに伴い、相手側おねじの谷底径は、上記寸法のめねじに嵌まる精度をもったものとする。たとえば、ねじの公差に関し、めねじの等級６Ｈとおねじの等級６ｈの組合せとする。なお、等級６Ｈ及び６ｈの各数字及び記号は、ＪＩＳ規格にしたがった公差グレード及び公差位置を示すものであり、前記正三角形Ｔの高さを示す「Ｈ」と重複記載になっているが、両者は別の内容を示す記号であることを、念のために付け加えておく。
【００１６】
図１の頂き４のねじ軸線方向両端には、凸状のアール５がそれぞれ形成され、各アール５を介して頂き４と各フランク３ａ，３ｂとを滑らかにつないでいる。また、頂き４のねじ軸線方向の中間部には、両アール５，５と滑らかにつながると共に矢印Ｃ側とは反対側に緩やかに凹む凹部７が転圧により形成されており、一方のフランク３ａから頂き４を経て他方のフランク３ｂに至るまで、角部が存在しないようになっている。アール５，５の曲率半径は、ねじの呼び径１６mmφに対して、たとえば０．１５mm程度に設定されている。
【００１７】
図２は、転造めねじ１に螺合可能な転造おねじ１１であり、頂き１４のねじ軸線方向両端に凸状のアール１５，１５を形成した例である。前記図４と同じ名称の部分には同じ符号を付しており、矢印Ｃ側がねじ軸芯側を示している。該図２に示す転造おねじ１１はＩＳＯメートルねじであって、ねじ山角度は６０°、圧力側フランク１３ａのフランク角α2及びα3は３０°に設定されており、これらは図４と同様であるが、図２のねじ山１２の高さＨ2は、図４の従来のねじ山高さＨ02よりも低く形成しており、これに伴い、図２の頂き１４のねじ軸線方向の幅Ｌ2も、図４の従来の頂き幅Ｌ02より広く形成してある。具体的には、図２のようにねじ山１２の基準山形を構成する正三角形（とがり三角形）の高さをＨとし、切取り高さをｈとすると、ｈ＞１／８×Ｈ×１．２５となるように切取り高さｈを設定する。これにより、頂き１４のねじ軸方向幅Ｌ2は、必然的に従来の頂き幅Ｌ02（図４）の１．２５倍よりも大きく形成される。なお、上記ようにおねじのねじ山１２を形成することに伴い、相手側めねじの谷底径は、上記寸法のおねじに嵌まる精度をもったものとする。たとえば、ねじの公差に関し、めねじの等級６Ｈとおねじの等級６ｈの組合せとする。なお、前記図１の説明の場合と同様に、等級６Ｈ及び６ｈの各数字及び記号は、ＪＩＳ規格にしたがった公差グレード及び公差位置を示すものであり、前記正三角形Ｔの高さを示す「Ｈ」と重複記載になっているが、両者は別の内容を示す記号である。
【００１８】
図２の頂き１４のねじ軸線方向両端に、上記凸状のアール１５，１５がそれぞれ形成され、各アール１５，１５を介して頂き１４と各フランク１３ａ、１３ｂとをそれぞれ滑らかにつないでいる。すなわち、一方のフランク１３ａから頂き１４を経て他方のフランク１３ｂに至るまで、角部が存在しないようになっている。アール１５，１５の曲率半径は、ねじの呼び径１６mmφに対して、たとえば０．１５mm程度に設定されている。
【００１９】
図１及び図２のように、各ねじ山２，１２の高さＨ1、Ｈ2を従来の図３及び図４の高さＨ01、Ｈ02よりも低くすることにより、図１及び図２の頂き４，１４をねじ軸線方向に広く形成し、かつ、各頂き４，１４のねじ軸線方向両端にアール５，５，１５，１５を形成しているので、頂き４，１４に転造時の褶曲作用による窪みやクラックが生じることはなく、かつ、強度も向上し、たとえフランク角に製造誤差が存在して、フランク同士が偏当たり状態となつても、頂き４又は１４に欠けが生じることはなくなる。
【００２０】
【その他の発明の実施の形態】
図１に示すような転造めねじの頂きの形状は、転造おねじに適用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
（１）転造めねじ１において、ねじ山の頂４を、ねじ軸線方向に一定の幅Ｌ１を有するように形成すると共に、頂き４のねじ軸線方向の両端とねじ山両側のフランク３ａ、３ｂと、をそれぞれ凸状のアール５、５を介して滑らかにつなぎ、前記頂き４のねじ軸線方向の中間部には、前記両アール５，５と滑らかにつながると共にねじ軸芯側とは反対側に緩やかに凹む凹部７が形成され、一方の前記フランク３ａから頂き４を経て他方のフランク３ｂに至るまで、角部が存在しないように形成されているので、転造時に褶曲作用により頂き４に窪みが生じるのを防ぐことができると共に、頂き４自体の強度を向上させることができる。それにより、相手側おねじとの螺合時（締結時）に、頂き４に欠けが生じる心配はなくなり、従来のように欠けた破片がねじ噛合い部に噛み込まれることによる軸力の低下あるいは焼付きによる取外し作業の困難性が解消される。
【００２２】
（２）また、めねじ１とおねじ１１のフランク角の製造誤差により、圧力側フランク３ａ、１３ａ同士が偏当たりしていても、上記アール５により、応力が一点に極端に集中するのを緩和し、このことからも上記頂き４の欠けを防止することができる。
【００２３】
上記のように各部分の引張強度及び疲労強度が向上すると共に、頂きが欠ける現象を無くし、あるいは少なくすることができるので、ねじ全体としての疲労強度が向上し、高出力が要求されるエンジンのシリンダブロック、連接棒、メタルキャプ等構成部材の締結用ねじとして、強度的に充分に耐え得るねじを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願請求項１記載の発明を適用した転造めねじの縦断面拡大部分図である。
【図２】  本願の転造めねじに螺合する転造おねじの一例を示す縦断面拡大部分図である。
【図３】  従来の転造めねじの縦断面拡大部分図である。
【図４】  従来の転造おねじの縦断面拡大部分図である。
【図５】  従来の転造めねじと転造おねじの締結時の縦断面拡大部分図である。
【図６】  図３の転造めねじのファイバーフロー組織図である。
【図７】  図３の転造めねじの締結時の応力分布を示す縦断面拡大部分図である。
【符号の説明】
１  転造めねじ
２  めねじのねじ山
３ａ  圧力側フランク
３ｂ  遊び側フランク
４  めねじの頂き
５  アール
６  めねじの谷底
７  凹部
８  アール
９  中間面
１０  中間面
１１  転造おねじ
１２  おねじのねじ山
１３ａ  圧力側フランク
１３ｂ  遊び側フランク
１４  おねじの頂き
１５  アール
１６  おねじの谷底
【図１】
0004580061.tif 000002
【図２】
0004580061.tif 000003
【図３】
0004580061.tif 000004
【図４】
0004580061.tif 000005
【図５】
0004580061.tif 000006
【図６】
0004580061.tif 000007
【図７】
0004580061.tif 000008