(57)【要約】【課題】  締付時、荷重がナットの座面側のねじ山に集中することなく座面から遠く離れたねじ山に分散するようにして疲労強度を向上させる。【解決手段】  通常の締付時、座面側で荷重の集中するねじ山１ａを有する第１ナット部１と、残りの荷重の集中しないねじ山２ａを有する第２ナット部２とからなり、第１ナット部１のねじ山１ａのせん断強さを、第２ナット部２のねじ山２ａのせん断強さよりも低めに設定して、締付時、座面側第１ナット部１のねじ山１ａ部分を塑性変形させて荷重を座面から遠い第２ナット部２のねじ山２ａに分散して逃がすようにした。【選択図】図１
2010281440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常の締付時、座面側で荷重の集中するねじ山１ａを有する第１ナット部１と、残りの荷重の集中しないねじ山２ａを有する第２ナット部２とからなり、第１ナット部１のねじ山１ａのせん断強さを、第２ナット部２のねじ山２ａのせん断強さよりも低めに設定して、締付時、座面側第１ナット部１のねじ山１ａ部分を塑性変形させて荷重を座面から遠い第２ナット部２のねじ山２ａに分散して逃がすようにしたことを特徴とするナット。
【請求項２】
通常の締付時、座面側で荷重の集中するねじ山１ａを有する第１ナット部１と、残りの荷重の集中しないねじ山２ａを有する第２ナット部２とを個別に形成し、第１ナット部１を軟鋼材から形成すると共に、第２ナット部２をＳ３５Ｃなどの硬鋼材から形成して調質を行い、かつ、第１ナット部１と第２ナット部２とを接合して、座面側第１ナット部１のねじ山１ａのせん断強さを、第２ナット部２のねじ山２ａのせん断強さよりも低めに設定し、締付時、座面側第１ナット部のねじ山部分を塑性変形させて荷重を座面から遠い第２ナットのねじ山に分散して逃がすようにしたことを特徴とするナット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はボルトにはめて部品を締付けるのに用いるナットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、例えば高力ボルトＦ１０Ｔ用のナットは高さが２０ｍｍで８山のねじ山により形成されている。その場合、ナットはＳ３５Ｃなどの硬鋼材で鍛造成形される一方、中心部に８山のねじ山がねじ加工されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  ところで、上記したナットにあっては、高力ボルトをナットで締め付けした際、ナットにかかる締付け軸力はすべての山に均等ではなく、座面側に集中することが知られている。概ね、座面側から３山分に締付け軸力の６５〜７０％程度が集中し、１山あたりの平均約２３％にかかることになり、残りの５山分に締付け軸力の３０〜３５％程度がかかることになる。そのため、座面側から３山分に片寄って締め付け軸力が集中することから、ボルトねじ山にも同様の荷重がかかるため疲労強度が低く３山分において部分的に短期間でボルトの疲労破壊が発生するといった問題があった。【０００４】  そこで、本発明は、締付時、荷重がナットの座面側のねじ山に集中することなく座面から遠く離れたねじ山に分散するようにして疲労強度を向上させることができるナットの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  上記目的を達成するため、本願の請求項１記載の発明は、通常の締付時、座面側で荷重の集中するねじ山１ａを有する第１ナット部１と、残りの荷重の集中しないねじ山２ａを有する第２ナット部２とからなり、第１ナット部１のねじ山１ａのせん断強さを、第２ナット部２のねじ山２ａのせん断強さよりも低めに設定して、締付時、座面側第１ナット部１のねじ山１ａ部分を塑性変形させて荷重を座面から遠い第２ナット部２のねじ山２ａに分散して逃がすようにしたことを特徴とする。【０００６】  また、本願の請求項２記載の発明は、通常の締付時、座面側で荷重の集中するねじ山１ａを有する第１ナット部１と、残りの荷重の集中しないねじ山２ａを有する第２ナット部２とを個別に形成し、第１ナット部１を軟鋼材から形成すると共に、第２ナット部２をＳ３５Ｃなどの硬鋼材から形成して調質を行い、かつ、第１ナット部と第２ナット部とを接合して、座面側第１ナット部１のねじ山１ａのせん断強さを、第２ナット部２のねじ山２ａのせん断強さよりも低めに設定し、締付時、座面側第１ナット部のねじ山部分を塑性変形させて荷重を座面から遠い第２ナットのねじ山に分散して逃がすようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】  上記した構成の本発明ナットによれば、荷重の集中する第１ナット部１のねじ山１ａのせん断強さを、残りの第２ナット部２のねじ山２ａのせん断強さよりも低めに設定し、締付時、座面側の第１ナット部１のねじ山１ａを積極的に塑性変形させ、これにより、荷重が座面近くのねじ山１ａだけに集中するのをなくし、座面から遠い第２ナット２のねじ山２ａにも広く分散して逃がすことができる。その結果、締付時におけるボルトねじ山の部分的な応力集中も分散することになって疲労強度を向上させることができ、従って、長期にわたる使用が可能で信頼度の高いナットを得ることができる。【０００８】  また、第１ナット部１と第２ナット部２とを個別に形成し、第１ナット部１を軟鋼材から形成すると共に、第２ナット部２をＳ３５Ｃなどの硬鋼材から形成して調質を行い、かつ、第１ナット部１と第２ナット部２とを接合するようにすれば、簡単容易に座面側第１ナット部１のねじ山１ａのせん断強さを、第２ナット部２のねじ山２ａのせん断強さよりも低めに設定することができるし、第１ナット部と第２ナット部２とを接合した後で、第１ナット部１と第２ナット部２とにねじ加工を同時に施すことができ、その製造も簡単にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。【００１０】  図１は、本発明に係るナットを示すもので、該ナットＮは、その座面側で通常の締付時荷重の集中する３山分のねじ山１ａを有する第１ナット部１と、残りの荷重の集中しない５山分のねじ山２ａを有する第２ナット部２とからなる。第１ナット部１は軟鋼材から形成され、また、第２ナット部２はＳ３５Ｃなどの硬鋼材から形成されている。そして、第１ナット部１と第２ナット部２とが接合されて、荷重の集中する座面側部分に位置する第１ナット部１のねじ山１ａのせん断強さが残りの第２ナット部２のねじ山２ａのせん断強さよりも低めに設定されている。そして、ナットＮの締付時、座面側第１ナット部１の３山分のねじ山１ａを塑性変形させて荷重を座面から遠い残りの第２ナット２の５山分のねじ山２ａに分散して逃がすように構成したのである。【００１１】  また、上記したナットＮの製造に際しては、まず、３山分のねじ山１ａを有する第１ナット部１を軟鋼材により鍛造成形する一方、５山分のねじ山２ａを有する第２ナット部２をＳ３５Ｃなどの硬鋼材により鍛造成形する。その際、第２ナット部２は、熱間鍛造時水冷し、焼戻しを行なう。また、この時点においては両者のねじ山の成形はしない。次に、第１ナット部１と第２ナット部２とを接合する。その後、両者にタップを立てねじ山１ａ，２ａを同時に形成する。これにより、簡単容易に製造できる。【００１２】  以上のように構成することにより、締付時、座面側の第１ナット部１のねじ山１ａを積極的に塑性変形させ、荷重が座面近くのねじ山１ａだけに集中するのをなくし、座面から遠い第２ナット２のねじ山２ａにも広く分散して逃がすことができる。その結果、締付時におけるボルトねじ山の部分的な応力集中も分散することになって疲労強度を向上させることができ、従って、長期にわたる使用が可能で信頼度の高いナットＮを得ることができる。【００１３】  次に、図３及び図４に基づいて本発明ナットＮの作用効果を従来のナットの場合と比較して具体的に説明する。ここでＭ２０（ピッチ＝２．５ｍｍ）の高力ボルト（Ｆ１０Ｔ）１１での締付けで、降伏引張応力σ＝５００ＭＰａの軟鋼をナットＮの座面側３山分のねじ山１ａを有する第１ナット部１の材料に使うとする。なお、図３において、符号１２，１３は被結合部材、１４，１５は座金である。【００１４】  まず、軸力の７０％が掛かるとされる第１ナット部１の降伏せん断荷重Ｑ３を求める。その場合、せん断力がねじ山の有効径断面に掛かり、当該箇所の有効径断面Ａは、【００１５】
【数１】
2010281440.tif 000003
【００１６】  となる。（Ｄ２は有効径）
そして、降伏引張応力σに対する降伏せん断応力τの関係から、【００１７】
【数２】
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【００１８】  従って、第１ナット部１の有効径断面における降伏せん断荷重は、【００１９】
【数３】
2010281440.tif 000005
【００２０】  ここでＦ１０Ｔ、Ｍ２０の標準ボルト張力はＮ１＝１８２ｋＮであるので、第１ナット部１に掛かる軸力はその７０％のＮ３＝１８２×０．７≒１２７ｋＮとなる。【００２１】  その結果、第１ナット部１の降伏せん断荷重Ｑ３に対し、軸力Ｎ３がＮ３−Ｑ３＝１２７−６３＝６４ｋＮ上回るため、第１ナット部１は塑性変形し、上回った分の６４ｋＮは４山目以降の第２ナット部２のねじ山２ａに分散する。従って、第１ナット部１のねし山１ａにはＮ１に対して約３５％の６３ｋＮが、残りの第２ナット部２のねじ山２ａには６５％の１１９ｋＮが掛かり、Ｆ１０Ｔ用Ｍ２０のナットＮはその高さＨ＝２０ｍｍ＝８山であるので、次の表１に示すとおり、図６に示した従来のナットｎよりも応力が分散する。つまり、座面側の３山部分における一山当り平均荷重が２３％から１２％に減少し、残りの５山における一山当り平均荷重が６％から１３％に増加することになる。従って、ボルトねじ山の応力集中も分散することで疲労強度が向上する。【００２２】
【表１】
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【００２３】  また、ねじ山の応力分担を変えるには、軟鋼材の材質を変更するか、又はその応力負担山数を変化させればよい。【００２４】  さらに、ナットＮの第１ナット部１としては、上記したように硬鋼材からなる第２ナット部２とは別の軟鋼材を用いて第２ナット部２に接合する他、例えば図５に示すように焼入れ、焼戻しを行なった鋼材からなるナットＮの第１ナット部１部分のみを高周波等で急速加熱冷却して部分的に焼なましを行い、これにより、焼き入れ前の状態に戻すことによりせん断強さが残りの第２ナット部２のせん断強さよりも低めに設定された第１ナット部１を形成するようにしてもよい。【００２５】  このようにして第１ナット部１を形成した場合にも、上記した場合と同様の作用効果が得られるし、また、第１ナット部１部分のみを高周波等で急速加熱冷却して部分的に焼なましを行うだけでよいのでその製造も簡単容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】  本発明のナットの一部切り欠き正面図である。
【図２】  同ナットの分離状態の一部切り欠き正面図である。
【図３】  同ナットの使用状態の説明図である。
【図４】  ねじ山形状の説明図である。
【図５】  別のナットの一部切り欠き正面図である。
【図６】  従来例の説明図である。
【符号の説明】
【００２７】１        第１ナット部
１ａ      ねじ山
２        第２ナット部
２ａ      ねじ山
Ｎ        ナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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