(57)【要約】 【課題】六角穴付きボルト単独で緩みを確実に防止する。        【解決手段】従来の六角穴付きボルトの形状を円錐形穴あき円筒形キャップ、それにはめ合う六角穴付き円錐形ヘッドおねじの２部品に変更・分離し、且つ、円錐形穴あき円筒形キャップの底面を軸直角面に対して僅かに傾斜させ、更にその天面を傾斜底面の最下端から鉛直上方に伸ばした高さを、傾斜底面に対する平行面よりも更に低くした非平行の形状にして両部品がはめ合う構造の２部品１組のボルトにする。円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップの傾斜底面が被締結部材に密着接触になり軸線が僅かに傾き、これにはめ合う六角穴付きボルトの更に僅かな軸線の傾きによる物理的および両テーパのくさび効果によって、共にボルトが緩まない。【選択図】図２
2010270805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現行ＪＩＳに規定の六角穴付きボルトの形体に準拠しつつ、その頭部形状を円錐形穴あき円筒形キャップおよびそれにはめ合うねじ部を六角穴付き円錐形ヘッドおねじ（３）の２部品に変更・分離する。且つ、その円錐形穴あき円筒形キャップは、円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）にし、またその天面を傾斜底面に対して「平行間隔」にした円錐形穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップ（２ｂ）にし、更にはその天面を「軸直角面に傾斜させた底面端」との交点から鉛直に伸ばした高さを平行面よりも更に低くした「非平行間隔」の円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）にする。そして、それらの天側から六角穴付き円錐形ヘッドおねじ（３）を挿入してはめ合う構造の２部品１組のウェッジロック  キャップボルト（１）。
【請求項２】
「請求項１」における六角穴付き円錐形ヘッドおねじ（３）にはめ合う円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）、円錐形穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップ（２ｂ）および円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）を現行ＪＩＳ規定の六角穴付きボルトの頭部外径よりも大きくし、また円錐形穴あき底面傾斜六角柱形キャップ（４）においても現行ＪＩＳ規定の六角ボルトの二面幅を大きくしたものに変えた２部品１組のウェッジロック  キャップボルト（１）。
【請求項３】
「請求項１」における円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）、円錐形穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップ（２ｂ）、円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）を現行ＪＩＳ規定の六角ナットに変えて、且つその底面を軸直角面に対して僅かに傾斜させた底面傾斜六角ナット（８Ｂ）、また軸直角面と傾斜させた底面端の交点から鉛直に伸ばしたナットの高さを低くして天面と底面両面を「平行間隔」で軸直角面に対して僅かに傾斜させた底面・天面平行傾斜六角ナット（８Ｃ）および軸直角面と底面端の交点から鉛直に伸ばしたナットの高さを平行面よりも更に低くして、天面と底面両面を軸直角面に対して僅かに「非平行間隔」に傾斜させた底面・天面非平行傾斜六角ナット（８Ｄ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナットを使用せずにボルト単独で被締結部材を相手のめねじ部材に締結する場合の六角穴付きボルトおよび六角ボルトの緩み防止並びにナットの緩み防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の六角穴付きボルトおよび六角ボルトは、緩み止めナットと組み合わせて使用する場合にはボルト自体に「緩み止め」を施す必要はない。一方、ボルト単独で被締結部材を相手のめねじ部材に締結する場合、軟らかい被締結部材に対しては「陥没緩み」を防ぐ目的でフランジ付き六角ボルトを使用し、あるいは被締結部材との接触面積が大きい「平座金」を併用している。しかし、振動などの外力によって起こるボルト頭と被締結部材との密着接触面が滑ることに対しては、そのボルトが回らないようにする有効な手段とは言えない。
【非特許文献１】「ねじのおはなし」、山本晃著  日本規格協会  ｐｐ．７３〜７５
【０００３】
硬質の被締結部材に対しては緩み止めとして「ばね座金」を使用している。しかし、とりわけ緩み止めが問題視されるナットにおいては、「軸直角方式ねじ緩み試験」の実験結果では緩み止め効果がないばかりか、却ってばね座金を使用しない場合に比べて「緩み止め」効果が劣ることが分かっている。また、「軸直角方式ねじ緩み試験」の実験結果では緩み止めナットの一種のナイロンインサート付きプリベリングトルク形六角ナットも標準六角ナットに比べて緩み止め効果に差がないことも分かっている。それでも緩んだナットの脱落・紛失防止の役目にはなる。また、緩み止め効果に優れた六角ナットには「二重式ゆるみ止めナット」や「ハードロックナット」があるが、これらはオスメス２部品１組であり、製造コストが廉価ではない。
【非特許文献２】「ハードロック工業株式会社  ハードロックナット  リーフレット」、１０Ｓ／０８．１０
【非特許文献３】「２０００  ねじ総合カタログ」、東京鋲螺協同組合  平成１２年１月  第１９版  ｐｐ．２２２、２２３
【非特許文献４】「ねじのおはなし」、山本晃著  日本規格協会  ｐｐ．８４〜８６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボルトの場合には、ナットの緩みと同列に比較できないとしても、「ばね座金」の使用でボルト頭の底座面と被締結部材表面に「ばね座金」切断部の爪を引っかけて回転を妨げる方式では、「ばね座金」の弾性力がボルトの軸方向の「予張力」の大きさに比較して極めて微少であり、緩み止め効果を期待できない。このことから、歯付き座金とても同様であり、ボルト単独使用での効果的な「緩み止め」対策がないことを意味する。
【０００５】
また、ボルトねじ部の埋め込み長さがボルト径の約３倍を超えれば、有効な締結効果が期待できるとされていても、むやみにねじ部を長くすることは無駄になる。
逆に、約３倍の長さは緩むか緩まないかの「境界の長さ」とも言える。ボルト軸線方向の「予張力」の範囲内で有効な締結力を保持するためには、軸直角方向からの振動などの外力によってボルトが回らないようにする有効な手段が求められる。六角ナットでは、「非特許文献２」および「非特許文献３」に見られるオスメス２部品１組の製品ではなく、六角ナット単品のみで「緩み止め」効果を期待できる製品が求められる。
【０００６】
本発明は、このような従来の六角穴付きボルトおよび六角ボルト並びに六角ナットが繰り返し軸直角方向の衝撃あるいは振動によって生じる緩みに対し、「ばね座金」あるいは「歯付き座金」を使用する従来の有名無実の緩み止め対策ではなく、物理的根拠に基づいた手段によって根本的に当該ボルトの緩みを無くすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成するために、現行ＪＩＳに規定の六角穴付きボルトにおける六角穴あき円筒形頭部と「おねじ部」の形体に準拠しつつ、その形状を円錐形穴あき円筒形キャップ２およびそれにはめ合う六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３の２部品に変更・分離する。且つ、その円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップは、円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）にする。また、円錐形穴あき底面傾斜の被締結部材５との接触面圧を均一化するために、その天面を傾斜底面に対して「平行間隔」にした円錐形穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップ（２ｂ）、また、その天面を「軸直角面に傾斜させた底面端」との交点から鉛直に伸ばした高さを平行面よりも更に低くした「非平行間隔」の円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）にする。そして、その天側から六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３を挿入してはめ合う構造の２部品１組のウェッジロック  キャップボルト１にする。
【０００８】
また、「緩み止めナット」においては、本発明の構成部品の一つ円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）、その天面を傾斜底面に対して「平行間隔」にした円錐形穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップ（２ｂ）およびその天面を「軸直角面に傾斜させた底面端」との交点から鉛直に伸ばした高さを平行面よりも更に低くした「非平行間隔」の円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）の円錐形穴を「めねじ」にし、その底面を僅かに傾斜させた底面傾斜六角ナット８Ｂ、底面・天面平行傾斜六角ナット８Ｃおよび底面・天面非平行傾斜六角ナット８Ｄにする。
【発明の効果】
【０００９】
この２部品１組のウェッジロック  キャップボルト１は、六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３とめねじ部材６の「はめ合い」の隙間、および円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）、円錐形穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップ（２ｂ）および円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）と六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３ヘッド部のウェッジ「はめ合い」に起因する隙間の相乗効果によって、六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３を六角レンチで締め付けて「予張力」を付加することで円錐形穴あき円筒形キャップ２の傾斜底面座が、被締結部材５に密着する。その結果として円錐形穴あき円筒形キャップ２の軸線の向きがめねじ部材６の軸線の向きに対して微少な傾き角α（：１．７９°）Ｓ１になるために、外部からの軸直角方向の振動によって円錐形穴あき円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）、円錐形穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップ（２ｂ）および円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）が物理的に回ることが無いために緩まない。同時に、六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３とめねじ部材６間のねじ部外周ねじピッチのウェッジ原理による相乗ロック効果も加わる。
【００１０】
つまり、円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）、円錐形穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップ（２ｂ）および円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）の軸線の向き、それがめねじ部材６の軸線の向きに対して微少の傾きになる状態は、分かり易く模式図化すると「図３」のようになる。「図３」の座面傾斜六角ボルト７は、被締結部材５およびめねじ部材６に対して１０°傾斜した図にしてあるが、この状態で座面傾斜六角ボルト７が回転することは物理的に不可能になる。「０００９」項に開示した場合の傾斜角は、これほど極端に大きくないものの、その原理は全く同じと言える。
【００１１】
なお、「図４」の座面傾斜六角穴付きボルト８は、従来の六角穴付きボルトを追加工して、その頭部底面を軸心に対して僅かに傾斜させたものを示す。しかし、これを締結しても、ボルトの剛性によって軸線が曲がり変形することが無く、頭部底面は点接触のままであり、傾斜座面が被締結部材５との接触面に密着することが無いために、本発明の「０００９」と「００１０」項の「緩み止め効果」を生じない。
【００１２】
また、円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）、円錐形穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップ（２ｂ）および円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）は、はめ合う六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３と共に約２２．６°のテーパになっているために、ねじ部の軸線方向の「予張力」によってウェッジ原理の効果で一体化する。したがって、円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）、円錐形穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップ（２ｂ）および円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）の外周に対して、六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３を六角レンチで締め付けた場合のトルクに比べて約４．７倍のトルクを強制的に与えても緩むことが無い。この根拠については図９に示す。
【００１３】
つまり、円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）、円錐形穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップ（２ｂ）および円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）が緩まないのでウェッジ原理の効果で一体化した六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３も緩まない。なお、六角穴付き円錐形ヘッドおねじ軸線３Ａの傾き角β（：０．８°）Ｓ２は、めねじ部材６の軸線の向きに対して約半分と少ないために、六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３自体の六角穴に六角レンチを差し込んで強制的に緩めるには、締め付け時と同等のトルクで緩めることができる。
【００１４】
別言すると、六角レンチを使用し、人為によって六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３を強制的に緩めない限り、ウェッジロック  キャップボルト１は、軸直角方向の振動や衝撃などの外力では緩まない。
【００１５】
上述したように、本発明のウェッジロック  キャップボルト１は、完璧な緩み止めボルトであり、従来の六角穴付きボルトとの互換性を考慮してあり、また円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）、円錐形穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップ（２ｂ）および円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）に代えて円錐形穴あき底面傾斜六角柱形キャップ４を使用することで六角ボルトにも敷衍できる。ただし、この場合の円錐形穴あき底面傾斜六角柱形キャップ４頭部の高さは、六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３とセットで使用する場合には、従来のＩＳＯ対応六角ボルトの頭部高さよりも高くする。本発明のウェッジロック  キャップボルト１は、有名無実の緩み止め「ばね座金」あるいは「歯付き座金」を使用しなくて済むのは言うまでもない。とりわけ、従来の六角穴付きボルトが多く使用されている工作機械あるいは印刷機械には「増し締め」の必要がない本発明が活用できる。
【００１６】
また、円錐形穴あき底面傾斜六角柱形キャップ４頭部の緩み止め効果は、その円錐形穴を「めねじ」にすることで図１０、図１１および図１２に示す「緩み止めナット」にも適用できる。図１０における底面傾斜六角ナット８Ｂは、ボルトのはめ合い隙間があるために被締結部材５との接触面に「密着させる締め付けトルク」で一旦締結させると、ねじ部外周ねじピッチによるウェッジ原理の効果に対して底面傾斜六角ナット８Ｂ二面幅外周のウェッジ原理の効果が図９に開示するように４．７６倍であり、予張力付加で生じる底面傾斜六角ナット８Ｂの軸線と植込みボルト１２の軸線との傾斜と相俟って「０００９」と「００１０」項に開示の理由で緩みを防止できる。
【００１７】
ただし、図１０に示す底面傾斜六角ナット８Ｂは、単独で被締結部材５との接触面の緩みを生じないが、ダブルナットとしてJIS標準六角ナット９で締め付ける場合には、底面傾斜六角ナット８Ｂはダブルナットとのロック効果が無い。したがって、ナット底面のみを傾斜させた底面傾斜六角ナット８Ｂに対してのダブルナット使用は有効でない。
【００１８】
市販の六角ナットをダブルナットとして使用して更に堅固に締め付ける場合は、ナット底面を傾斜させる他に、ナット上面も傾斜させた形状の底面・天面傾斜六角ナット８Ｃにする。このときのナット上面の傾斜は、「底面の傾斜と平行な間隔」の傾斜にする(図１１)。
【００１９】
また、軸直角面と底面端の交点から鉛直に伸ばしたナットの高さを更に低くして、天面と底面両面を軸直角面に対して僅かに「非平行間隔」に傾斜させた底面・天面非平行傾斜六角ナット８Ｄ(図１２)にする。
ナット底面・天面を傾斜させた底面・天面傾斜六角ナット８Ｃおよび底面・天面非平行傾斜六角ナット８Ｄは、締め付けによって底面傾斜が被締結部材およびおねじ・めねじの「くさび効果」でロックし、天面傾斜においてもダブルナット底面およびおねじ・めねじの「くさび効果」でロックし、ねじ込んだボルトおよび底面・天面傾斜六角ナット８Ｃあるいは底面・天面非平行傾斜六角ナット８Ｄに軸直角振動が加わっても緩むことが無いばかりか益々締まる。
【００２０】
そのダブルナットを使用して実験した「緩み止め」効果は抜群であり、ダブルナットとのロックが益々締まる側に向かい、しかもはめ合い相手の植込みボルトと完璧にロックして微動だにしない。因みに、比較の対象に相応しい市販の優れた緩み止めナットの「ハードロックナット」は、そのオスメス２部品１組を目いっぱい締め付けた場合においても、はめ合い相手の植込みボルトとのロックが甘く、オスメス２部品１組同士がロックしたままで回転することが実験した結果確認された。
【００２１】
当然のこととして、底面・天面傾斜六角ナット８Ｃおよび底面・天面非平行傾斜六角ナット８Ｄは、「非特許文献１」の記述に見られる、ロック効果のない「ばね座金」あるいは「歯付き座金」を必要としないことはいうまでもない。
【００２２】
しかも、底面・天面傾斜六角ナット８Ｃおよび底面・天面非平行傾斜六角ナット８Ｄは、２部品１組のウェッジロック  キャップボルト１の創案から派生させて生まれた成果であって、現行のJIS標準六角ナットの底面・天面を傾斜させた簡素な形体のために、市販の緩み止めナットの「二重式ゆるみ止めナット」や優れた緩み止めナットの「ハードロックナット」がオスメス２部品１組で提供されるのに比べて単品で済み、廉価なコストで製造できる。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１２に基づいて説明する。
【００２４】
図１において、円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ２などは、従来の六角穴付きボルトの頭部と同等の外径、高さにして天部の角を面取りし、底面に１．７９°の傾斜を付け、円錐形穴は頂角を約２２．６°のテーパにしてある。円錐穴あき底面傾斜六角柱形キャップ４は、外径六角二面幅をＩＳＯ対応の六角ボルトに準拠しつつ、高さを従来の六角穴付きボルトの頭部の高さと同等にしてある。また、その円錐形穴は、円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ２などと同等にしてある。
【００２５】
六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３は、円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ２などあるいは円錐穴あき底面傾斜六角柱形キャップ４にはめ合うテーパの円錐形ヘッドを有し、強度を低下させないための処置として、軸線方向の天側を半円形ドーム状の凸にして従来の六角穴付きボルトの六角穴と同等の「二面幅および深さ」を維持するサイズにしてある。
【００２６】
円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ２などあるいは円錐穴あき底面傾斜六角柱形キャップ４の底面座部の面積は、従来の六角穴付きボルトあるいはＩＳＯ対応の六角ボルトと同等であって、それと同等の面圧に耐える。
【００２７】
一方、円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ２などおよび円錐穴あき底面傾斜六角柱形キャップ４の環状肉厚部の断面積で受け持つ円周方向の強度は、計算上で軸力の約２倍の力が掛かるために、ボルトのねじ谷径部の断面積との比較による単純な計算ではボルト谷径部の引張り強度に対して約５０％になる。
【００２８】
しかし、円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ２などのボルト側寄り座部の被締結部材との接触面積は、ボルト谷径部断面積の２．２倍であり、当該ボルト側寄り座部の強度は、実際には「００２６」項における耐面圧に近い強さと考えられる。つまり、円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ２などおよび円錐穴あき底面傾斜六角柱形キャップ４の環状肉厚部円周方向の強度は、単純な強度計算の手法では正確に算出できないが、ボルト谷径部断面積で受け持つ引張り強度１００％と「００２７」項に述べた約５０％の値との中間になると推定できる。
【００２９】
したがって、上記環状肉厚部の円周方向の強度は、強度試験によって実測するのが確実だが、「００２８」項の理由によってボルト谷径部断面積で受け持つ引張り強度の７５％と仮定した場合、通常の設計においては、静荷重で極限強さの２．４〜３．６倍、片振り繰り返し荷重で約３〜５倍、交番荷重で７〜１１倍の大雑把な安全率を見て設計される許容応力基準に照らせば、看過できないほどの強度低下とは言えない。
【００３０】
なお、ＪＩＳに規定されている六角ナットの強度試験として、テーパ度「１：１００」の試験用丸軸治具を挿入して行う「六角ナットの拡張試験」がある。この破壊試験に比較して、上記環状肉厚部の円周方向の強度は、テーパ度「１：２．５」の六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３がはめ合う「拡張試験」に相当することになり、ウェッジ原理の効果による付加荷重値が格段に小さく、桁違いに破壊し難い。
【００３１】
さらに、円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ２など底面座の傾斜角１．７９°は、ＩＳＯによらない「六角ボルト・並」の許容される加工誤差の最大傾斜角２°とほぼ同等であり、「六角ボルト・上」や「小形六角ボルト・中」の許容最大傾斜角１°との中間に位置する加工誤差の範囲内に入る。しかし、円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ２など底面の座は、成形段階で傾斜角が付いていても、実際に使用する時の締結状態では現行の頭部とねじ部が一体のボルトと違って被締結部材５に密着するので、成形段階において傾斜があってはならないと制限することは意味を成さない。
【００３２】
また、本発明のウェッジロック  キャップボルト１は、前例の無い形体であって円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ２などの外径をＪＩＳ規格の六角穴付きボルトの頭部外径に準拠させた試作品を製作して実験した。この試作品は、サイズの上限を抑えたことになるので、「００２７〜００３０」項に開示した円錐穴あき底面傾斜六角柱形キャップ４の環状肉厚部の強度を上げる手段として、ＪＩＳに規定の六角ボルト頭部の「６頂角に外接する外径」のものも含めることで強度アップを図ることができる。
【００３３】
図２は、試作品の本発明ウェッジロック  キャップボルト１を組み立てて被締結部材５をめねじ部材６で挟んでねじ込んだ状態を示し、傾斜底面端ＢＦ部が被締結部材５の接触面に完全密着したことがルーペ使用の目視で確認できる。このことから円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ軸線２Ａがめねじ軸線５Ａに対して傾斜していることを類推した図を示す。因みに、図４に示した従来の六角穴付きボルトの頭部底面に傾斜加工した実験用試料は、「００１１」項に述べた如く、六角穴付きボルト自体の剛性によって絶対にねじ部軸が変形することは無く、試作品を使用して密着しないことを確認した。
【００３４】
図５は、本発明の円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ２などを用いたウェッジロック  キャップボルト１の組合せ状態を示し、図６および図７はそれを各々に分解した図を示す。また、図８は円錐穴あき底面傾斜六角柱形キャップ４を用いたウェッジロック  キャップボルト１の組合せ状態を示す。
【００３５】
図９は、円錐穴あき底面傾斜六角柱形キャップ４の外周に対して強制的にトルクを加えて緩める場合の難易度を六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３にトルクを加えて緩める場合と比較した状態を示す。
【００３６】
図１０は、本発明のウェッジロック  キャップボルト１の緩み止め効果を六角ナットに敷衍できることから、実験試料として製作した底面傾斜六角ナット８Ｂの試作図を示す。底面傾斜六角ナット８Ｂの底面傾斜角度１．７９度では植込み長さが長いおねじに締め付けたときに計算上０．０６２５ｍｍの隙間が生じたために底面傾斜角度１．４３２°にすることで完全密着することを確認できた。
【００３７】
図１１および図１２は、本発明のウェッジロック  キャップボルト１の緩み止め効果を「００３６」項の他に、標準六角ナットをダブルナットとして使用する場合にも敷衍できることから、実験試料として製作した底面・天面平行傾斜六角ナット８Ｃおよび底面・天面非平行傾斜六角ナット８Ｄの試作図を示す。
実用に供する場合には、ダブルナットも使用することが予想され、底面傾斜六角ナット８Ｂを利用せずに、底面・天面平行傾斜六角ナット８Ｃあるいは底面・天面非平行傾斜六角ナット８Ｄを提供する。  
【００３８】
図１〜図１２に示したウェッジロック  キャップボルト１の円錐穴あき六角柱形キャップ４および底面傾斜六角ナット８Ｂの底面並びに底面・天面平行傾斜六角ナット８Ｃおよび底面・天面非平行傾斜六角ナット８Ｄなどの底面・天面の傾斜角度は、呼びＭ１０サイズの例であり、他のサイズについてはほぼ比例関係にあるものの、最大サイズと最小サイズでは、頭部のサイズは呼びのサイズと直線的に比例しないので個別に試作して最適値を決定する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の全体側面図および頭部正面図
【図２】本発明の組立・締結状態図
【図３】座面傾斜六角ボルトの説明用模式図
【図４】従来の六角穴付きボルトの頭部底面に傾斜加工した試料の図
【図５】本発明のウェッジロック  キャップボルト１の組合せ状態図
【図６】本発明の円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ２、円錐形穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップ（２ｂ）および円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）の部品図
【図７】本発明の「六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３」の部品図
【図８】本発明の「円錐穴あき底面傾斜六角柱形キャップ４」の部品図
【図９】本発明の「円錐穴あき底面傾斜六角柱形キャップ４」の外周長および「六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３」ねじ部の外周長におけるウェッジ効果の傾斜角度比較図
【図１０】底面傾斜六角ナット８Ｂの試作品図および締結状態図
【図１１】底面・天面平行傾斜六角ナット８Ｃの試作品図
【図１２】底面・天面非平行傾斜六角ナット８Ｄの試作品図
【符号の説明】
【００４０】
１      ウェッジロック  キャップボルト
２      円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ
２ａ    締結前の位置図
２ｂ    円錐穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップ
２ｃ    円錐穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ
２Ａ    円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ軸線
３      六角穴付き円錐形ヘッドおねじ
３Ａ    六角穴付き円錐形ヘッドおねじ軸線
４      円錐穴あき底面傾斜六角柱形キャップ
５      被締結部材
６      めねじ部材
６Ａ    めねじ部材軸線
７      座面傾斜六角ボルト
８      底面傾斜六角穴付きボルト
８Ｂ    底面傾斜六角ナット
８Ｃ    底面・天面平行傾斜六角ナット
８Ｄ    底面・天面非平行傾斜六角ナット
９      JIS標準六角ナット
１０    底面傾斜六角ナットの締結状態図
１１    ダブルナットによるロック状態図
１２    植込みボルト
ＢＡ    底面部傾斜角（：１．７９°）
ＢＦ    傾斜底面端密着
ＢＰ    傾斜底面端
Ｈ      円錐穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップの高さ
ｈ      円錐穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップの平行端の高さ
ｈｓ    円錐穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップの非平行端の高さ
Ｒｈ    ナットの一方の高さ
Ｌｈ    ナットの平行端の高さ
Ｌｓ    ナットの非平行端の高さ（低）
ＸＸ    ナットの天面
Ｘ’Ｘ’ナットの底面
Ｓ１    傾き角α（：１．７９°）
Ｓ２     傾き角β（：０．８°）
θＤ     円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ外周におけるウェッジ効果の傾斜角度
θｄ     六角穴付き円錐形ヘッドおねじ外周におけるウェッジ効果の傾斜角度
【図１】
2010270805.tif 000003
【図２】
2010270805.tif 000004
【図３】
2010270805.tif 000005
【図４】
2010270805.tif 000006
【図５】
2010270805.tif 000007
【図６】
2010270805.tif 000008
【図７】
2010270805.tif 000009
【図８】
2010270805.tif 000010
【図９】
2010270805.tif 000011
【図１０】
2010270805.tif 000012
【図１１】
2010270805.tif 000013
【図１２】
2010270805.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月7日(2009.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナットを使用せずにボルト単独で被締結部材を相手のめねじ部材に締結する場合の六角穴付きボルトの緩み防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の六角穴付きボルトは、緩み止めナットと組み合わせて使用する場合にはボルト自体に「緩み止め」を施す必要はない。一方、ボルト単独で被締結部材を相手のめねじ部材に締結する場合、軟らかい被締結部材に対しては「陥没緩み」を防ぐ目的でフランジ付き六角ボルトを使用し、あるいは被締結部材との接触面積が大きい「平座金」を併用している。しかし、振動などの外力によって起こるボルト頭と被締結部材との密着接触面が滑ることに対しては、そのボルトが回らないようにする有効な手段とは言えない。
【非特許文献１】「ねじのおはなし」、山本晃著  日本規格協会  ｐｐ．７３〜７５
【０００３】
硬質の被締結部材に対しては緩み止めとして「ばね座金」を使用している。しかし、とりわけ緩み止めが問題視されるナットにおいては、「軸直角方式ねじ緩み試験」の実験結果では緩み止め効果がないばかりか、却ってばね座金を使用しない場合に比べて「緩み止め」効果が劣ることが分かっている。また、「軸直角方式ねじ緩み試験」の実験結果では緩み止めナットの一種のナイロンインサート付きプリベリングトルク形六角ナットも標準六角ナットに比べて緩み止め効果に差がないことも分かっている。それでも緩んだナットの脱落・紛失防止の役目にはなる。また、緩み止め効果に優れた六角ナットには「二重式ゆるみ止めナット」や「ハードロックナット」があるが、これらはオスメス２部品１組であり、製造コストが廉価ではない。
【非特許文献２】「ハードロック工業株式会社  ハードロックナット  リーフレット」、１０Ｓ／０８．１０
【非特許文献３】「２０００  ねじ総合カタログ」、東京鋲螺協同組合  平成１２年１月  第１９版  ｐｐ．２２２、２２３
【非特許文献４】「ねじのおはなし」、山本晃著  日本規格協会  ｐｐ．８４〜８６
【０００４】
上記の他には、六角ナットの緩み止め対策としては、ダブルナット同士が向かい合う接触面の双方に傾斜を付け、あるいはダブルナット同士の一方を標準の六角ナットにしてその相手側を片側が傾斜した六角ナットとし、その双方間に片側が傾斜した座金を挟み、ダブルナット同士の一方あるいは双方の軸線がボルトの軸線と微少な角度で傾くことにより、ダブルナット同士とボルトの緩み止めとする技術がある。
【特許文献１】特許６７３３３号明細書
【０００５】
また、ダブルナットの天側を標準の六角ナットとし、その下側の六角ナット底面を傾斜させ、これにはめ合うボルトの軸線方向の予張力で被締結部材との接触面との摩擦力を増し、同時にボルトおねじ部と六角ナットめねじとのロックで六角ナットの緩み止めとする技術がある。
【特許文献２】特開平０１−１４１２１３号公報
【０００６】
単独の六角ナットの底面を傾斜させて被締結部材との接触面との摩擦力を増し、同時にボルトおねじ部と六角ナットめねじとのロックで六角ナットの緩み止めとする技術もある。
【特許文献３】実開昭５６−０２９３０９号のマイクロフィルムで保管のデータ
【０００７】
六角ボルトの頭部底面を傾斜させて「０００５項」「０００６項」同様の
六角ボルトの緩み止めとする技術もある。
【特許文献４】実開昭５０−０８８７５４号のマイクロフィルムで保管のデータ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ボルトの場合には、ナットの緩みと同列に比較できないとしても、「ばね座金」の使用でボルト頭の底座面と被締結部材表面に「ばね座金」切断部の爪を引っかけて回転を妨げる方式では、「ばね座金」の弾性力がボルトの軸方向の「予張力」の大きさに比較して極めて微少であり、緩み止め効果を期待できない。このことから、歯付き座金とても同様であり、ボルト単独使用での効果的な「緩み止め」対策がないことを意味する。
【０００９】
また、ボルトねじ部の埋め込み長さがボルト径の約３倍を超えれば、有効な締結効果が期待できるとされていても、むやみにねじ部を長くすることは無駄になる。逆に、約３倍の長さは緩むか緩まないかの「境界の長さ」とも言える。ボルト軸線方向の「予張力」の範囲内で有効な締結力を保持するためには、軸直角方向からの振動などの外力によってボルトが回らないようにする有効な手段が求められる。
【００１０】
本発明は、このような従来の六角穴付きボルトが繰り返し軸直角方向の衝撃あるいは振動によって生じる緩みに対し、「ばね座金」あるいは「歯付き座金」を使用する従来の有名無実の緩み止め対策ではなく、物理的根拠に基づいた手段によって根本的に当該ボルトの緩みを無くすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の目的を達成するために、現行ＪＩＳに規定の六角穴付きボルトにおける六角穴あき円筒形頭部の外径と高さおよび「おねじ部」のねじ外径に準拠しつつ、その形状を円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ２およびそれにはめ合う六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３の２部品に変更・分離し、且つ、当該円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップは、その底面を軸直角面に対して傾斜させると共に、底面と被締結部材５との接触面圧を均一化するために、更にその天面を傾斜底面の最下端から鉛直上方に伸ばした高さを、傾斜底面に対する平行面よりも更に低くした「非平行間隔」の円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃにして、その天側から六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３を挿入してはめ合う構造の２部品１組のウェッジロック  キャップボルト１にする。
【発明の効果】
【００１２】
この２部品１組のウェッジロック  キャップボルト１は、六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３とめねじ部材６の「はめ合い」の隙間、および円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃと六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３ヘッド部のウェッジ「はめ合い」に起因する隙間の相乗効果によって、六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３を六角レンチで締め付けて「予張力」を付加することで円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃの傾斜底面座が被締結部材５に密着する。その結果として円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃの軸線の向き２Ａがめねじ部材６の軸線の向きに対して微少な傾き角α（：１．７９°）Ｓ１になるために、外部からの軸直角方向の振動によって円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃが物理的に回ることが無いために緩まない。同時に、六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３とめねじ部材６間のねじ部外周ねじピッチのウェッジ原理による相乗ロック効果も加わる。
【００１３】
つまり、円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃの軸線の向き２Ａがめねじ部材６の軸線の向きに対して微少の傾きになる状態は、分かり易く模式図化すると「図３」のようになる。「図３」における座面傾斜六角ボルト７は、被締結部材５およびめねじ部材６に対して１０°傾斜した図にしてあるが、この状態で座面傾斜六角ボルト７が回転することは物理的に不可能になる。「００１２」項に開示した場合の傾斜角は、これほど極端に大きくないものの、その原理は全く同じと言える。
【００１４】
なお、「図４」の座面傾斜六角穴付きボルト８は、従来の六角穴付きボルトを追加工して、その頭部底面を軸心に対して僅かに傾斜させたものを示す。しかし、これを締結しても、ボルトの剛性によって軸線が曲がり変形することが無く、頭部底面は点接触のままであり、その傾斜座面が被締結部材５との接触面に密着することが無いために、本発明の「００１２」と「００１３」項の「緩み止め効果」を生じない。
【００１５】
また、円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃの円錐穴は、はめ合う六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３と共に約２２．６°のテーパになっているために、ねじ部の軸線方向の「予張力」によってウェッジ原理の効果で一体化する。したがって、円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃの外周に対して、六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３を六角レンチで締め付けた場合のトルクに比べて約４．７倍のトルクを強制的に与えても緩むことが無い。この根拠については図８に示す。
【００１６】
つまり、円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃが緩まないのでウェッジ原理の効果で一体化した六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３も緩まない。なお、六角穴付き円錐形ヘッドおねじ軸線３Ａの傾き角β（：０．８°）Ｓ２は、めねじ部材６の軸線の向きに対して約半分と少ないために、六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３自体の六角穴に六角レンチを差し込んで強制的に緩めるには、締め付け時と同等のトルクで緩めることができる。
【００１７】
別言すると、六角レンチを使用し、人為によって六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３を強制的に緩めない限り、ウェッジロック  キャップボルト１は、軸直角方向の振動や衝撃などの外力では緩まない。
【００１８】
上述したように、本発明のウェッジロック  キャップボルト１は、完璧な緩み止めボルトであり、ＩＳＯの規定に準拠して制定されたＪＩＳ規定の六角穴付きボルトとの互換性を考慮してある。当該互換性は、ＪＩＳ規定以外の規定が想定され得ない実情を考察すると重要なことになる。本発明のウェッジロック  キャップボルト１は、有名無実の緩み止め「ばね座金」あるいは「歯付き座金」を使用しなくて済むのは言うまでもない。とりわけ、従来の六角穴付きボルトが多く使用されている工作機械あるいは印刷機械には「増し締め」の必要がない本発明が活用できる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。
【００２０】
図１において、円錐穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃは、従来の六角穴付きボルトの頭部と同等の外径、高さにして天部の角を面取りし、底面に１．７９°の傾斜を付け、円錐形穴は頂角を約２２．６°のテーパにしてある
【００２１】
六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３は、円錐穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃの円錐穴にはめ合うテーパの円錐形ヘッドを有し、強度を低下させないための処置として、軸線方向の天側を半円形ドーム状の凸にして従来の六角穴付きボルトの六角穴と同等の「二面幅および深さ」を維持するサイズにしてある。
【００２２】
円錐穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃの底面座部の面積は、従来の六角穴付きボルトあるいはＩＳＯ対応ＪＩＳ規定の六角ボルトと同等であって、それと同等の面圧に耐える。
【００２３】
一方、円錐穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃの環状肉厚部の断面積で受け持つ円周方向の強度は、計算上で軸力の約２倍の力が掛かるために、ボルトのねじ谷径部の断面積との比較による単純な計算ではボルト谷径部の引張り強度に対して約５０％になる。
【００２４】
しかし、円錐穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃのボルト側寄り座部の被締結部材との接触面積は、ボルト谷径部断面積の２．２倍であり、当該ボルト側寄り座部の強度は、実際には「００２２」項における耐面圧に近い強さと考えられる。つまり、円錐穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃの環状肉厚部円周方向の強度は、単純な強度計算の手法では正確に算出できないが、ボルト谷径部断面積で受け持つ引張り強度１００％と「００２３」項に述べた約５０％の値との中間になると推定できる。
【００２５】
したがって、上記環状肉厚部の円周方向の強度は、強度試験によって実測するのが確実だが、「００２４」項の理由によってボルト谷径部断面積で受け持つ引張り強度の７５％と仮定した場合、通常の設計においては、静荷重で極限強さの２．４〜３．６倍、片振り繰り返し荷重で約３〜５倍、交番荷重で７〜１１倍の大雑把な安全率を見て設計される許容応力基準に照らせば、看過できないほどの強度低下とは言えない。
【００２６】
なお、ＪＩＳに規定されている六角ナットの強度試験として、テーパ度「１：１００」の試験用丸軸治具を挿入して行う「六角ナットの拡張試験」がある。この破壊試験に比較して、上記環状肉厚部の円周方向の強度は、テーパ度「１：２．５」の六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３がはめ合う「拡張試験」に相当することになり、ウェッジ原理の効果による付加荷重値が格段に小さく、桁違いに破壊し難い。
【００２７】
さらに、円錐穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃ底面座の傾斜角１．７９°は、ＩＳＯによらない「六角ボルト・並」の許容される加工誤差の最大傾斜角２°とほぼ同等であり、「六角ボルト・上」や「小形六角ボルト・中」の許容最大傾斜角１°との中間に位置する加工誤差の範囲内に入る。しかし、円錐穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃ底面の座は、成形段階で傾斜角が付いていても、実際に使用する時の締結状態では現行の頭部とねじ部が一体のボルトと違って被締結部材５に密着するので、成形段階において傾斜があってはならないと制限することは意味を成さない。
【００２８】
また、本発明のウェッジロック  キャップボルト１は、前例の無い形体であって円錐穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃの外径をＪＩＳ規格の六角穴付きボルトの頭部外径に準拠させた試作品を製作して実験した。
【００２９】
図２は、試作品の本発明ウェッジロック  キャップボルト１を組み立てて被締結部材５をめねじ部材６で挟んでねじ込んだ状態を示し、傾斜底面端ＢＦ部が被締結部材５の接触面に完全密着したことがルーペ使用の目視で確認できる。このことから円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ軸線２Ａがめねじ軸線５Ａに対して傾斜していることを類推した図を示す。因みに、図４に示した従来の六角穴付きボルトの頭部底面に傾斜加工した実験用試料は、「００１４」項に述べた如く、六角穴付きボルト自体の剛性によって絶対にねじ部軸が変形することは無く、試作品を使用して密着しないことを確認した。
【００３０】
図５は、本発明の円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ２を用いたウェッジロック  キャップボルト１の組合せ状態を示す。円錐穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ２ｃは、底面傾斜円筒形キャップ２に置き換える。図６および図７はそれらを各々に分解した図を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の全体側面図および頭部正面図
【図２】本発明の組立・締結状態図
【図３】座面傾斜六角ボルトの説明用模式図
【図４】従来の六角穴付きボルトの頭部底面に傾斜加工した試料の図
【図５】本発明のウェッジロック  キャップボルト１の組合せ状態図
【図６】本発明の円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）及び円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）の部品図
【図７】本発明の「六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３」の部品図
【図８】本発明の「円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）」及び「六角穴付き円錐形ヘッドおねじ３」ねじ部外周長におけるウェッジ効果の傾斜角度比較図
【符号の説明】
【００３２】
１      ウェッジロック  キャップボルト
２      円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ
２ａ    締結前の位置図
２ｃ    円錐穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ
２Ａ    円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ軸線
３      六角穴付き円錐形ヘッドおねじ
３Ａ    六角穴付き円錐形ヘッドおねじ軸線
５      被締結部材
６      めねじ部材
６Ａ    めねじ部材軸線
７      座面傾斜六角ボルト
８      座面傾斜六角穴付きボルト
１２    植込みボルト
ＢＡ    底面部傾斜角（：１．７９°）
ＢＦ    傾斜底面端密着
ＢＰ    傾斜底面端
Ｈ      円錐穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップの高さ
ｈ      円錐穴あき底面・天面平行傾斜円筒形キャップの平行端の高さ
ｈｓ    円錐穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップの非平行端の高さ
Ｓ１    傾き角α（：１．７９°）
Ｓ２     傾き角β（：０．８°）
θＤ     円錐穴あき底面傾斜円筒形キャップ外周におけるウェッジ効果の傾斜角度
θｄ     六角穴付き円錐形ヘッドおねじ外周におけるウェッジ効果の傾斜角度
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現行ＪＩＳに規定の六角穴付きボルトのねじ部外径および頭部の外径と高さの寸法に準拠しつつ、その形状を円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップ（２）およびそれにはめ合う六角穴付き円錐形ヘッドおねじ（３）の２部品に変更・分離し、且つ、当該円錐形穴あき底面傾斜円筒形キャップは、その底面を軸直角面に対して傾斜させると共に、更にその天面を傾斜底面の最下端から鉛直上方に伸ばした高さを、傾斜底面に対する平行面よりも更に低くした「非平行間隔」の円錐形穴あき底面・天面非平行傾斜円筒形キャップ（２ｃ）にして、その天側から六角穴付き円錐形ヘッドおねじ（３）を挿入してはめ合う構造の２部品１組のウェッジロック  キャップボルト（１）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010270805.tif 000015
【図２】
2010270805.tif 000016
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010270805.tif 000021
【図８】
2010270805.tif 000022