JP6929564B2 - ボルト - Google Patents

Description

本発明は、自動車部品などの締結に使用されるボルトに関するものである。

従来、ボルトをナットなどのめねじに締付ける際に、ボルトが斜めに組み込まれてしまうことによる焼付きが発生する場合があった。この問題を解決するため、特許文献１に示すようなボルトが提案されている。
特許文献１のボルトは、ねじが設けられた軸部の先端に、案内ボス部が突出して形成されている。そして、このボルトは、締付けを行う際に傾いていると、案内ボス部により、傾きが修正されるので、焼付きの発生を防止することが可能である。
しかし、特許文献１のボルトは、案内ボス部の機能を発揮するため、締結に必要なねじ長さに加え、案内ボス部の長さが呼び径の半分以上必要であるため、ボルトの首下長さが増す傾向があった。この傾向は、軽量化の観点や空間の制約から、好ましい状態ではない場面も少なくなかった。
特許文献１のボルトの問題を解決するため、特許文献２に示すようなボルトが提案されている。特許文献２のボルトは、軸部に設けたねじ部の完全ねじ山の始端部が、先端ねじ山頂点を境に外側が前に内側が後に屈曲した切り欠き形状に設けられている。このボルトは、切り欠き形状に設けられた完全ねじ山の始端部がめねじを捉えることで、傾きが修正されるので、ボルトの首下長さを増すことなく、焼付きを防止することが可能である。

特開２００１−０８２４３１ 特開２００４−１１６７７１

特許文献２のボルトは、斜めに組み込まれることによる焼付きを防止する機能を備えているものの、その機能は十分ではなかった。特に、めねじの材質がアルミニウム合金などのような軟らかいものであると、ねじ部でめねじを傷付けてしまうことにより、少なからず焼付きが発生してしまっていた。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、ボルトが斜めに組み込まれることによる焼付きを、ボルトの首下長さの増すことなく、より効果的に防止することが可能なボルトを提供するものである。

上記問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、先端側から順番にテーパ面、案内部、ねじ部を備えたボルトであり、前記案内部は、前記ねじ部のねじ溝と同一のつる巻き線の延長上に存在し、径方向の深さが前記ねじ溝よりも深くなるように前記ねじ部の先端部に形成された溝部と、前記テーパ面の基端側の面終わり位置との間に形成されており、前記案内部の形状は、前記テーパ面の基端側の面終わり位置と前記溝部によるつる巻き線との交点を始端部にして、前記始端部から終端部へと前記ボルトの軸回り方向へ延びるとともに、前記始端部から前記終端部に移行するにつれて前記ボルトの軸方向に拡張する形状とされており、前記案内部と前記ねじ部は、前記ねじ部の先端部が前記案内部の終端部に重なることにより連続的に形成されており、前記案内部の領域は、前記始端部から前記ボルトの軸回り方向角度９０〜３６０°の範囲に設定されていることを要旨とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記案内部の径は、前記ボルトに対応するめねじの内径より小さく、かつ前記ボルトのねじ溝径より大きくなるように設定されることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記ねじ部の始端部において、ねじ山は、前記ボルトの軸回り方向角度３０〜１８０°の範囲で完全な高さになることを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のうち何れか一項に記載の発明において、前記溝部の底を基準とした、前記案内部における前記ボルトの径方向寸法は、前記ボルトのねじ溝の底を基準とした、前記ねじ部におけるねじ山高さに対し０．４〜０．６倍であることを要旨とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のうち何れか一項に記載の発明において、前記テーパ面は、前記ボルトの軸線に対する角度が１５〜４５°の範囲であり、前記ボルトの先端における径が前記ボルトの呼び径の０．７〜０．９倍であることを要旨とする。

〔作用〕
本発明のボルトによれば、テーパ面とねじ部との間には、案内部が設けられる。この案内部は、始端部から終端部に移行するにつれてボルトの軸方向に拡張する形状で、始端部と終端部との間の前記ボルトの軸回り方向角度が９０°〜３６０°の範囲で、終端部がねじ部の始端部と重なるようにして、ねじ部と連続的に形成される。このように形成された案内部の始端部は、ねじ部のねじ山の稜線上から基端寄りに位置ずれするため、ボルトがめねじに対して大きく斜めに傾いて組み込まれた場合、案内部が無理にめねじを捉えることがなくなる。そして、案内部が無理にめねじを捉えなければ、ねじ部とめねじとが噛み合わないので、ボルトが空転し易くなり、焼付きの発生率を低減することができる。また、案内部は、始端部と終端部との間のボルトの軸回り方向角度が９０°〜３６０°の範囲に設定されるので、ボルトの首下長さが増すことを抑えることができる。
前記案内部の径は、前記ボルトに対応するめねじの内径より小さく、かつ前記ボルトのねじ溝径より大きくなるように設定される場合、ボルトがめねじに対して大きく斜めに傾いているときに、ボルトを好適に空転させることができる。
前記ねじ部の始端部において、ねじ山は、前記ボルトの軸回り方向角度３０〜１８０°の範囲で完全な高さになる場合、一般的なおねじに比べて、早い段階でねじ山が完全な高さになることで、めねじとの軸線のずれを修正しやすくすることができる。
前記溝部の底を基準とした前記案内部における前記ボルトの径方向寸法は、前記ボルトのねじ溝の底を基準とした前記ねじ部におけるねじ山高さに対し、０．４〜０．６倍である場合、ボルトがめねじに対して大きく斜めに傾いているときに、ボルトを好適に空転させることができる。
前記テーパ面は、前記ボルトの軸線に対する角度が１５〜４５°の範囲であり、前記ボルトの先端における径が前記ボルトの呼び径の０．７〜０．９倍である場合、ボルトの先端部と、このボルトに対応するめねじの入り口との干渉を防止することができる。

〔効果〕
本発明によれば、ボルトの首下長さを増すことなく、ボルトの姿勢を修正する機能を備えつつ、傾きが大きい場合には、無理に姿勢を修正しようとせず空転することによって、幅広い状況下において、より効果的に焼付きを防止することが可能となる。

本実施例のボルトの概観図である。 図１中のIIの部分を拡大して示した図である。 本実施例のボルトにおけるねじ部の立ち上がり近傍を示した図である。 本実施例のボルトにおける案内部とねじ部の位置関係を示した図である。 本実施例のボルトのめねじの軸線に対する傾き角度が姿勢修正限界より大きい状態を示した図である。 本実施例のボルトのめねじの軸線に対する傾き角度が姿勢修正限界より小さい状態において（ａ）傾いた状態を示した図である。（ｂ）傾きが修正された状態を示した図である。 本実施例のボルトと特許文献１、２のボルト及び一般的なＣ面付のボルトにおける斜め挿入性能確認試験（傾き角度６°）の結果を示した図である。 図７の試験条件に対し、ボルトの傾き角度を８°に変更した試験の結果を示した図である。 図７の試験条件に対し、ボルトの傾き角度を１０°に変更した試験の結果を示した図である。 斜め挿入性能確認試験で使用する試験装置を示した図である。

以下に本発明の実施例を示す。
図１に示すように、ボルト１は同一の軸線Ａｘ上に配置された頭部２と軸部３とを備えている。図２に示すように、軸部３には、先端側から順番に、テーパ面１１、案内部１２、ねじ山１３Ａとねじ溝１３Ｂとを有するねじ部１３が設けられている。
ボルト１の頭部２の形状は、特に限定されず、図１中では六角柱状としたが、六角穴が設けられた円柱状や半球状や逆円錐台状、リング状、蝶状等としてもよい。あるいは、頭部２を省略してボルト１をスタッドボルトとしてもよい。
ボルト１の材質は、特に限定されず、例えば鋼、ステンレス、アルミ合金、チタン合金等の合金、あるいは合成樹脂等、用途に応じたものが使用される。
これ以降の記載において、基端側とは軸線Ａｘの方向でボルト１の頭部２側、先端側とは軸線Ａｘの方向でボルト１の軸部３側を示す。また、周方向とはボルト１の軸回り方向、径方向とはボルト１の径方向を示す。

図２に示すように、前記テーパ面１１は、先端側に向かうにつれ小径になるように形成されている。
テーパ面１１は、軸線Ａｘに対する角度θ１が１５〜４５°の範囲に設定されることが好ましい。またテーパ面１１は、先端側の径ｄ１が、ボルト１の呼び径ｄ３の０．７〜０．９倍（０．７ｄ３≦ｄ１≦０．９ｄ３）に設定されることが好ましい。
角度θ１は、より好ましくは２０°〜４５°の範囲、さらに好ましくは２０°〜４０°の範囲である。径ｄ１はボルト１の呼び径ｄ３の、より好ましくは０．７〜０．８倍、さらに好ましくは０．７５〜０．８倍である。
テーパ面１１は、前記のように角度θ１と径ｄ１とを設定することで、ボルト１の先端部とめねじの入り口との干渉を防止することができる。

前記ねじ部１３の先端部には、溝部１４が設けられている。この溝部１４は、ねじ部１３のねじ溝１３Ｂと同一のつる巻き線の延長上に存在するように形成されている。そして、溝部１４は、ねじ溝１３Ｂに比べて、径方向の深さが若干深くなるように形成されている。

図３は、案内部１２を平面に展開して示した図である。同図中の線１２ｃは、溝部１４によるつる巻き線を示している。同図中の線１２ｄは、テーパ面１１の基端側の面終わり位置を示している。
案内部１２は、線１２ｄと線１２ｃとの間、つまりテーパ面１１の基端側の面終わり位置と、溝部１４との間に形成されている。

図４に示すように、案内部１２の始端部１２ａは、テーパ面１１の基端側の面終わり位置（図３中で線１２ｄ）上で、溝部１４によるつる巻き線（図３中で線１２ｃ）との交点に設けられる。案内部１２の終端部１２ｂは、始端部１２ａから周方向で時計回りに延びた位置に設けられる。
案内部１２が形成される領域は、始端部１２ａと終端部１２ｂとの間の周方向の角度θ２で設定される。このθ２は、ボルト１の構造上、必然的に９０°〜３６０°の範囲である。
そして、案内部１２は、始端部１２ａから終端部１２ｂに移行するにつれ、基端側に拡張されて幅広になる形状に形成される（図３参照）。

溝部１４の底を基準とした案内部１２の高さ（径方向の寸法）は、ねじ部１３におけるねじ溝１３Ｂの底を基準としたねじ山１３Ａの高さに対し、０．４〜０．６倍であることが好ましい。案内部１２の高さはねじ山１３Ａの高さに対し、より好ましくは０．４〜０．５５倍、さらに好ましくは０．４５〜０．５５倍である。
また、案内部１２の径ｄ２は、ボルト１に対応するめねじの内径より僅かに小さく、かつねじ溝１３Ｂの径ｄ４より僅かに大きくなるように設定することが好ましい。
上記のように設定された案内部１２を有するボルト１は、めねじの軸線に対して傾いた状態で挿入された場合に、めねじ穴に入り込み過ぎることを防止することができるので、ボルト１とめねじとのピッチずれによる噛み込みの発生を低減することができる。

案内部１２は、終端部１２ｂがねじ部１３の始端部と重なるようにして、ねじ部１３と連続的に形成されている。
案内部１２の終端部１２ｂ（ねじ部１３の始端部）において、ねじ山１３Ａは、ねじ部１３の始端から周方向へ徐々に高くなり、周方向の角度θ３（以下、「立ち上がり角度θ３」とする）で完全な高さ（他のねじ山１３Ａと同じ高さ）になる。立ち上がり角度θ３は、好ましくは３０°〜１８０°に設定される。また立ち上がり角度θ３は、より好ましくは４０°〜９０°、さらに好ましくは５０°〜７０°に設定される。
一般的なおねじの立ち上がり角度は、３６０°以上に設定される。即ち、ねじ部１３は、一般的なおねじに比べて、早い段階でねじ山１３Ａが完全な高さとなるよう設定される。この設定により、ボルト１は、一般的なおねじに比べ、めねじとの軸線のずれを修正しやすくすることができる。

案内部１２は、始端部１２ａから終端部１２ｂに移行するにつれて基端側に拡張して幅広になる形状とされている。この形状で、角度θ２が前記の範囲に設定され、終端部１２ｂがねじ部１３の始端部と重なるように形成されることにより、案内部１２の始端部１２ａは、ねじ山１３Ａの山頂を通るつる巻き線１３Ｃの延長上から基端寄りに外れて位置している（図３参照）。
図５は、めねじの軸線Ａｘ２に対するボルト１の軸線Ａｘの傾き角度が、姿勢修正限界値より大きい角度のθｂ１である場合を示している。この場合、ねじ部１３よりも小径な案内部１２は、めねじに接触せず、またボルト１の締付けを試みても、案内部１２の始端部１２ａがねじ山１３Ａの山頂を通るつる巻き線の延長上から基端寄りに位置ずれしているため、案内部１２が無理にめねじを捉えることがない。そして、ねじ部１３の始端部は、この案内部１２の終端部１２ｂと重なるように形成されているので、案内部１２が無理にめねじを捉えることがなければ、ねじ部１３とめねじとが噛み合う確率は非常に小さくなる。従って、ねじ部１３とめねじとが噛み合わないことにより、ボルト１が空転し易くなって、焼付きの発生率が低減される。

図６（ａ）は、めねじの軸線Ａｘ２に対するボルト１の軸線Ａｘの傾き角度が、姿勢修正限界値より小さい角度のθｂ２である場合を示している。この場合、案内部１２は、めねじに接触することで、めねじを捉えることができる状態となる。この状態でボルト１の締付けを試みると、めねじが案内部１２の終端部１２ｂからねじ部１３の始端部へと案内され、図６（ｂ）に示すように、ねじ部１３とめねじとのピッチが合うようにボルト１の姿勢が修正されて、正常に締結することができる。
姿勢修正限界値は、好ましくは１０°未満以下、より好ましくは８°以下、さらに好ましくは６°以下に設定される。姿勢修正限界値が１０°以上の場合、焼付きの発生率が増加してしまう。

図７、図８及び図９は、本実施例のボルトと特許文献１、２のボルト及び一般的なＣ面付のボルトにおける斜め挿入性能確認試験を行った結果を示すグラフである。
斜め挿入性能確認試験は、図１０に示す試験装置５０を使用し、以下に示す試験条件で行った。
ここで、試験装置５０は、試験台Ｇ上に設置された固定治具５１と、当接板５２と、支持体５３とを有している。固定治具５１上にはナット５４が固定されている。当接板５２は、固定治具５１の近傍に配置されるとともに、ナット５４のめねじの軸線Ａｘ２に対し、図中に矢印で出示すように傾動可能とされている。支持体５３は、上端部が当接板５２の上端部と回動可能に繋げられ、下端部が図中に矢印で出示すように試験台Ｇ上をスライド移動可能に設けられることにより、軸線Ａｘ２に対して測定角度θｂとなるように傾動された当接板５２を支持固定するように構成されている。

〔試験条件〕
（試験方法）
試験装置５０において、当接板５２を測定角度θｂに傾け、支持体５３で支持固定する。次いで、試験対象となるボルトＢをインパクトレンチ５５に装着し、このインパクトレンチ５５の背中部分を当接板５２に当接させた状態とする。この状態でボルトＢのナット５４への締付けを行い、締付け時の合否判定を行った。
（合否判定）
焼付き：ボルトＢもしくはナット５４のねじ山が変形し、挿入できない。
空転：ボルトＢのねじ山がナット５４のめねじと噛み合わず、空回りする。
正常締結：ボルトＢがナット５４にスムーズに挿入される。
（測定サンプル数）
本実施例、特許文献１、特許文献２及びＣ面付を各２０個ずつ。
（確率）
測定サンプル数２０個のうち、焼付き、空転及び正常締結のそれぞれの個数を測定し、百分率を算出した。
（試験したボルトとナットのサイズ）
Ｍ１０（呼び径１０ｍｍ）×１．２５（ピッチ（ｍｍ）
（試験用ボルト）
ねじ部の先端から軸部の先端までの不完全ねじ長さが、本実施例１．５ｍｍ、特許文献１６．２ｍｍ、特許文献２１．５ｍｍ、Ｃ面付２．５ｍｍのものを使用した。
（使用したインパクトレンチ）
自重：１．６５ｋｇ
回転速度：２３００回転／分
（測定角度）
図７でθｂ＝６°、図８でθｂ＝８°、図９でθｂ＝１０°とした。

上記の斜め挿入性能確認試験の結果、本実施例のボルトは、正常な締結あるいは空転となる確率が極めて高く、焼付きは、傾き角度が１０°の場合にのみ３０％程度しか発生しておらず、焼付きの発生率が極めて低かった。
一方、特許文献１、２のボルトは、傾き角度が８°の場合にも焼付きが発生しており、また一般的なＣ面付のボルトは、傾き角度が６°で既に焼付きが発生していた。
焼付きの発生率と先端側不完全ねじ長さを総合的に考慮すると、本実施例のボルトが、上述の供試ボルト４種類の中で最も市場の要求（作業性向上、軽量化）に適っていることが示された。

１ ボルト
１１ テーパ部
１２ 案内部
１３ ねじ部
１４ 溝部

Claims (5)

1. 先端側から順番にテーパ面、案内部、ねじ部を備えたボルトであり、
   前記案内部は、前記ねじ部のねじ溝と同一のつる巻き線の延長上に存在し、径方向の深さが前記ねじ溝よりも深くなるように前記ねじ部の先端部に形成された溝部と、前記テーパ面の基端側の面終わり位置との間に形成されており、
   前記案内部の形状は、前記テーパ面の基端側の面終わり位置と前記溝部によるつる巻き線との交点を始端部にして、前記始端部から終端部へと前記ボルトの軸回り方向へ延びるとともに、前記始端部から前記終端部に移行するにつれて前記ボルトの軸方向に拡張する形状とされており、
   前記案内部と前記ねじ部は、前記ねじ部の先端部が前記案内部の終端部に重なることにより連続的に形成されており、
   前記案内部の領域は、前記始端部から前記ボルトの軸回り方向角度９０〜３６０°の範囲に設定されている
   ことを特徴とするボルト。
2. 前記案内部の径は、前記ボルトに対応するめねじの内径より小さく、かつ前記ボルトのねじ溝径より大きくなるように設定される請求項１に記載のボルト。
3. 前記案内部の終端部において、ねじ山は、前記ボルトの軸回り方向角度３０〜１８０°の範囲で完全な高さになる請求項１又は請求項２に記載のボルト。
4. 前記溝部の底を基準とした前記案内部における前記ボルトの径方向寸法は、前記ボルトのねじ溝の底を基準とした前記ねじ部におけるねじ山高さに対し、０．４〜０．６倍である請求項１から請求項３のうち何れか一項に記載のボルト。
5. 前記テーパ面は、前記ボルトの軸線に対する角度が１５〜４５°の範囲であり、前記ボルトの先端における径が前記ボルトの呼び径の０．７〜０．９倍である請求項１から請求項４のうち何れか一項に記載のボルト。

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