(57)【要約】【課題】フランジナットの締結が緩むのを効果的に抑制する。【解決手段】フランジナット１は、ナット本体２と、ナット本体２の軸方向一端部に一体に形成され且つ締結面３ｂを有するフランジ３とを備えている。フランジ３は、締結面３ｂと被締結部材１４との間に生じる最大面圧が、フランジ３の降伏応力及び被締結部材１４の降伏応力のうちの小さい方に所定マージンを差し引いた閾値以下となる構造（テーパ面４等）を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナット本体と、当該ナット本体の軸方向一端部に一体に形成され且つ締結面を有するフランジとを備えたフランジナットであって、
前記フランジは、前記締結面と被締結部材との間に生じる最大面圧が、前記フランジの降伏応力及び被締結部材の降伏応力のうちの小さい方に所定マージンを差し引いた閾値以下となる構造を有するフランジナット。
【請求項２】
前記フランジの締結面には、被締結部材に形成されたボルト挿通孔の開口縁との間に生じる面圧を抑制するための逃げ部が形成されている請求項１に記載のフランジナット。
【請求項３】
前記逃げ部は、締結完了前後において前記開口縁との接触を避けるように、前記フランジの径方向外側から径方向内側に向かうに従って被締結部材から離反するテーパ面とされている請求項２に記載のフランジナット。
【請求項４】
前記逃げ部は、締結完了前において前記フランジの径方向外側から径方向内側に向かうに従って被締結部材から離反するように傾斜するとともに、締結完了時に弾性変形することで被締結部材に面接触するテーパ面とされている請求項２に記載のフランジナット。
【請求項５】
前記逃げ部は、締結完了前後において前記開口縁との接触を避けるように形成された溝部からなる請求項２に記載のフランジナット。
【請求項６】
前記フランジの厚さ寸法は、前記最大面圧が前記閾値以下となる厚さ寸法に設定されている請求項１に記載のフランジナット。
【請求項７】
前記フランジの厚さ寸法は、ＪＩＳ  Ｂ  １１９０に規格された厚さ寸法以上であって、且つ当該厚さ寸法の３倍以下に設定されている請求項６に記載のフランジナット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランジナットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ボルトに締結されるナットとして、その締結作業を効率的に行うために、ワッシャとして機能するフランジをナットに一体化したフランジナットが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−９９１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フランジナットは、そのフランジが被締結部材に接触するため、通常のナットに比べて、被締結部材との接触面積が大きくなる。このため、フランジナットと被締結部材との接触面圧が分散されることによって、被締結部材の変形を防止することができ、その変形に起因するフランジナットの緩みを抑えることができると考えられている。しかし、このようなフランジナットを使用していても、依然としてフランジナットの締結が緩むという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、フランジナットの締結が緩むのを効果的に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ナット本体と、当該ナット本体の軸方向一端部に一体に形成され且つ締結面を有するフランジとを備えたフランジナットであって、前記フランジは、前記締結面と被締結部材との間に生じる最大面圧が、前記フランジの降伏応力及び被締結部材の降伏応力のうちの小さい方に所定マージンを差し引いた閾値以下となる構造を有するフランジナットである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、フランジナットの締結が緩むのを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるフランジナットの使用状態を示す斜視図である。
【図２】上記フランジナットの使用状態を示す断面図である。
【図３】上記フランジナットの斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかるフランジナットを示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかるフランジナットを示す断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態にかかるフランジナットを示す断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態にかかるフランジナットを示す斜視図である。
【図８】ボルト挿通孔の孔径を小さくしてフランジの厚さ寸法を変化させた場合における締結力と最大面圧との関係を示すグラフである。
【図９】ボルト挿通孔の孔径が大きくしてフランジの厚さ寸法を変化させた場合における締結力と最大面圧との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
（１）ナット本体と、当該ナット本体の軸方向一端部に一体に形成され且つ締結面を有するフランジとを備えたフランジナットであって、前記フランジは、前記締結面と被締結部材との間に生じる最大面圧が、前記フランジの降伏応力及び被締結部材の降伏応力のうちの小さい方に所定マージンを差し引いた閾値以下となる構造を有している。
【０００９】
上記のように構成されたフランジナットによれば、フランジと被締結部材との間に生じる最大面圧が、フランジ及び被締結部材の降伏応力を越えることがないため、フランジ及び被締結部材が塑性変形するのを防止することができる。これにより、フランジ及び被締結部材の塑性変形に起因してフランジナットの締結が緩むのを効果的に抑制することができる。
すなわち、本願発明者は、フランジナットの締結が緩む原因について鋭意研究した結果、フランジの締結面と被締結部材との間における面圧分布が不均一であることを見い出し、前記締結面と被締結部材との間に生じる最大面圧が降伏応力（限界面圧）を越えたときに、フランジ又は被締結部材が塑性変形することで、フランジナットの締結が緩むという知見を得、かかる知見に基づいて上記（１）の発明を完成させた。
【００１０】
（２）また、前記（１）のフランジナットにおいて、前記フランジの締結面には、被締結部材に形成されたボルト挿通孔の開口縁との間に生じる面圧を抑制するための逃げ部が形成されていることが好ましい。
この場合、フランジの締結面と、被締結部材のボルト挿通孔の開口縁との間に、最大面圧となる集中応力を低減することができるため、この集中応力に起因するフランジや被締結部材の塑性変形を抑制することができる。
すなわち、本願発明者は、さらに鋭意研究した結果、フランジの締結面と被締結部材との間に生じる面圧のうち、前記締結面と前記ボルト挿通孔の開口縁との間に生じる集中応力が最大面圧となることを見い出し、かかる知見に基づいて上記（２）の発明を完成させた。
【００１１】
（３）また、前記（２）のフランジナットにおいて、前記逃げ部は、締結完了前後において前記開口縁との接触を避けるように、前記フランジの径方向外側から径方向内側に向かうに従って被締結部材から離反するテーパ面とされていることが好ましい。
この場合、前記締結面と前記ボルト挿通孔の開口縁とが接触することがないため、前記集中応力が発生するのを防止することができる。これにより、前記集中応力に起因するフランジや被締結部材の塑性変形を効果的に防止することができる。
【００１２】
（４）また、前記（２）のフランジナットにおいて、前記逃げ部は、締結完了前において前記フランジの径方向外側から径方向内側に向かうに従って被締結部材から離反するように傾斜するとともに、締結完了時に弾性変形することで被締結部材に面接触するテーパ面とされていることが好ましい。
この場合、テーパ面と被締結部材とが締結完了したときに接触するため、前記集中応力が発生するのを抑制することができる。また、テーパ面と被締結部材とは面接触するため、締結面と被締結部材との間の面圧を分散させることができる。これにより、締結面と被締結部材との間に生じる最大面圧を低減することができるため、フランジや被締結部材の塑性変形を効果的に抑制することができる。
【００１３】
（５）また、前記（２）のフランジナットにおいて、前記逃げ部は、締結完了前後において前記開口縁との接触を避けるように形成された溝部からなることが好ましい。
この場合、前記締結面と前記ボルト挿通孔の開口縁とが接触することがないため、前記集中応力が発生するのを防止することができる。これにより、前記集中応力に起因するフランジや被締結面の塑性変形を効果的に防止することができる。
【００１４】
（６）また、前記（１）のフランジナットにおいて、前記フランジの厚さ寸法は、前記最大面圧が前記閾値以下となる厚さ寸法に設定されていることが好ましい。
この場合、フランジの厚さ寸法を設定するだけで、前記最大面圧を前記閾値以下にすることができるため、簡単な構造でフランジ及び被締結部材が塑性変形するのを防止することができる。これにより、フランジ及び被締結部材の塑性変形に起因してフランジナットの締結が緩むのを効果的に抑制することができる。
すなわち、本願発明者は、さらに鋭意研究した結果、フランジの厚さ寸法を変更することで、締結面と被締結部材との間に生じる最大面圧が変化することを見い出し、かかる知見に基づいて上記（６）の発明を完成させた。
【００１５】
（７）また、前記（６）のフランジナットにおいて、前記フランジの厚さ寸法は、ＪＩＳ  Ｂ  １１９０に規格された厚さ寸法以上であって、且つ当該厚さ寸法の３倍以下に設定されていることが好ましい。
この場合、フランジナットの締め付け作業性を損なうことなく、フランジの締結面と被締結部材との間に生じる最大面圧を前記閾値以下にすることができる。
【００１６】
［実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態について添付図面に基づき詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかるフランジナット１の使用状態を示す斜視図である。図２は、フランジナット１の使用状態を示す断面図である。
図１及び図２に示すように、本実施の形態にかかるフランジナット１は、例えばリチウムイオン電池等の複数の電池容器１１を直列に配置した状態で、隣り合う電池容器１１同士のうちの一方の正極端子１２と他方の負極端子１３とを連結する被締結部材１４を、電池容器１１に締結するために用いられる。
【００１７】
正極端子１２及び負極端子１３は、電池容器１１の上面に接続端子１６を介して頭部１５ａが固定されたボルト１５からなる。接続端子１６は、例えば、銅板又はアルミ板を断面略Ｚ字状に折り曲げ形成してなり、電池容器１１の上面に固定された第１水平部１６ａと、第１水平部１６ａの一端部から上方に延びる鉛直部１６ｂと、鉛直部１６ｂの上端部から水平に延びる第２水平部１６ｃとを有している。第２水平部１６ｃには、ボルト１５の雄ねじ部１５ｂを貫通させた状態で、頭部１５ａが固定されている。
【００１８】
被締結部材１４は、例えば銅板等の金属板（バスバー）からなり、ボルト１５の雄ねじ部１５ｂが挿通される円孔からなるボルト挿通孔１４ａが厚さ方向に貫通して形成されている。ボルト挿通孔１４ａの孔径は、後述するナット本体２の内径よりも大きく形成されている。なお、フランジナット１は、電池容器１１の締結部品として使用する場合に限らず。他の一般的な締結部品として適用することも可能である。
【００１９】
図３は、フランジナット１を示す斜視図である。
図２及び図３に示すように、フランジナット１は、ナット本体２と、このナット本体２の軸方向一端部に一体に形成されたフランジ３とを備えている。ナット本体２の外形は、六角形に形成されており、インパクトレンチ等の工具が係合されるようになっている。ナット本体２の内周には雌ねじ部２ａが形成されている。
【００２０】
フランジ３は、円環状に形成されており、その外形はナット本体２の外形よりも径方向外方に突出して形成されている。フランジ３の内周には雌ねじ部３ａが、ナット本体２の雌ねじ部２ａと一体に形成されている。前記両雌ねじ部２ａ，３ａは、ボルト１５の雄ねじ部１５ｂに螺合するようになっている。フランジ３の一端面は、被締結部材１４の被締結面１４ｂと対向する締結面３ｂとされている。なお、本実施形態のフランジ３の厚さ寸法は、ＪＩＳ  Ｂ  １１９０に規格された厚さ寸法に設定されている。
【００２１】
フランジ３は、締結面３ｂと被締結面１４ｂとの間に生じる最大面圧が、フランジ３の降伏応力及び被締結部材１４の降伏応力のうちの小さい方に所定マージン（例えば降伏応力の５０％の値）を差し引いた閾値以下となる構造を有している。具体的には、図２に示すように、フランジ３の締結面３ｂには、被締結部材１４のボルト挿通孔１４ａの開口縁１４ａ１との間に生じる面圧を抑制するための逃げ部４が形成されている。
【００２２】
本実施形態の逃げ部４は、締結完了前後において前記開口縁１４ａ１との接触を避けるように、フランジ３の径方向外側から径方向内側に向かうに従って被締結面１４ｂから離反するテーパ面とされている。このテーパ面４は、締結面３ｂの径方向の全長に亘って形成されるとともに、締結面３ｂの全周に亘って形成されている。なお、テーパ面４は、前記開口縁１４ａ１との間に生じる面圧を抑制することができれば、径方向の一部に形成されていてもよい。
【００２３】
以上、本実施形態のフランジナット１によれば、フランジ３の締結面３ｂに、締結完了前後において被締結部材１４のボルト挿通孔１４ａの開口縁１４ａ１との接触を避けるテーパ面４が形成されているため、締結面３ｂと開口縁１４ａ１との間に、最大面圧となる集中応力が発生するのを防止することができる。これにより、フランジ３と被締結部材１４との間に生じる最大面圧が、フランジ３及び被締結部材１４の降伏応力を越えることがないため、フランジ３及び被締結部材１４が塑性変形するのを防止することができる。これにより、フランジ３及び被締結部材１４の塑性変形に起因してフランジナット１の締結が緩むのを効果的に抑制することができる。
【００２４】
＜第２実施形態＞
図４Ａは、本発明の第２実施形態にかかるフランジナット１の締結完了前の状態を示す断面図であり、図４Ｂは、そのフランジナット１の締結完了時の状態を示す断面図である。
本実施形態のフランジナット１は、第１実施形態のフランジナット１の変形例を示すものであり、締結完了前後においてフランジ３が弾性変形するようになっている。具体的には、締結面３ｂに形成されたテーパ面４は、締結完了前（図４Ａ参照）においてフランジ３の径方向外側から径方向内側に向かうに従って被締結面１４ｂから離反するように傾斜している。そして、フランジナット１をボルト１５に所定の締結力（軸力）で締め付けた締結完了時（図４Ｂ参照）に、フランジ３の全体が弾性変形することで、テーパ面４が被締結面１４ｂに面接触するようになっている。本実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００２５】
本実施形態のフランジナット１によれば、テーパ面４と被締結面１４ｂとが締結完了したときに接触するため、テーパ面４とボルト挿通孔１４ａの開口縁１４ａ１との間に、集中応力が発生するのを抑制することができる。また、テーパ面４と被締結面１４ｂとは面接触するため、テーパ面４と被締結面１４ｂとの間の面圧を分散させることができる。これにより、フランジ３と被締結部材１４との間に生じる最大面圧となる集中応力を低減することができるため、フランジ３や被締結部材１４の塑性変形を効果的に抑制することができる。
【００２６】
＜第３実施形態＞
図５は、本発明の第３実施形態にかかるフランジナット１を示す断面図である。
本実施形態のフランジナット１は、第１実施形態のフランジナット１の変形例を示すものであり、フランジ３の締結面３ｂに、逃げ部として、テーパ面の代わりに溝部５が形成されている。この溝部５は、締結完了前後において締結面３ｂとボルト挿通孔１４ａの開口縁１４ａ１との接触を避けるように、締結面３ｂの前記開口縁１４ａ１に対向する位置に、全周に亘って断面凹状に形成されている。本実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００２７】
＜第４実施形態＞
図６は、本発明の第４実施形態にかかるフランジナット１を示す断面図である。
本実施形態のフランジナット１は、第３実施形態のフランジナット１の変形例を示すものであり、逃げ部である溝部５が、フランジ３の雌ねじ部３ａ及び締結面３ｂを切り欠いて形成されている。本実施形態のその他の構成は、第１及び第３実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００２８】
以上、第３及び第４実施形態のフランジナット１によれば、フランジ３の締結面３ｂに、被締結部材１４のボルト挿通孔１４ａの開口縁１４ａ１との接触を避ける溝部５が形成されているため、締結面３ｂと開口縁１４ａ１との間に、最大面圧となる集中応力が発生するのを防止することができる。これにより、フランジ３と被締結部材１４との間に生じる最大面圧が、フランジ３及び被締結部材１４の降伏応力を越えることがないため、フランジ３及び被締結部材１４が塑性変形するのを防止することができる。これにより、フランジ３及び被締結部材１４の塑性変形に起因してフランジナット１の締結が緩むのを効果的に抑制することができる。
【００２９】
＜第５実施形態＞
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の第５実施形態にかかるフランジナット１を示す斜視図である。
本実施形態のフランジナット１は、第１〜第４実施形態のようにフランジ３に逃げ部４〜６を形成するのではなく、フランジ３の厚さ寸法ｃを変更することによって、締結面３ｂと被締結面１４ｂとの間に生じる最大面圧が上述の閾値以下となるようにしている。具体的には、フランジ３の厚さ寸法ｃは、ＪＩＳ  Ｂ  １１９０に規格された厚さ寸法（以下、ＪＩＳ厚さ寸法という）以上であって、且つＪＩＳ厚さ寸法の３倍以下に設定されている。ここでは、呼び径がＭ４のフランジナット１を用いる場合について説明する。
【００３０】
図７Ａにおけるフランジ３の厚さ寸法ｃは、ＪＩＳ厚さ寸法の２倍である２．２ｍｍに設定され、図７Ｂにおけるフランジ３の厚さ寸法ｃは、ＪＩＳ厚さ寸法の３倍である３．３ｍｍに設定されている。図７Ａ及び図７Ｂのフランジナット１全体の高さｍは、前記ＪＩＳ  Ｂ  １１９０に規格された高さ寸法（ここでは４．５ｍｍ）に設定されている。なお、前記高さ寸法ｍは、フランジ３の厚さ寸法ｃに応じて変更しても良い。
【００３１】
図８は、被締結部材１４のボルト挿通孔１４ａの孔径を小さくして、フランジ３の厚さ寸法ｃを変化させた場合における、フランジナット１の締結力と、フランジ３と被締結部材１４との間に生じる最大面圧との関係を解析した結果を示すグラフである。
ここでは、フランジナット１は、フランジ３の厚さ寸法ｃが、図７Ａの厚さ寸法（２．２ｍｍ）、及び図７Ｂの厚さ寸法（３．３ｍｍ）の２種類を使用した。また、比較例として、ＪＩＳ厚さ寸法（１．１ｍｍ）のフランジナットを使用した。被締結部材１４は、ボルト挿通孔１４ａの孔径が４．３ｍｍ（１級）のものを使用した。また、各フランジナット１の材質は低炭素鋼とし、被締結部材の材質はアルミ合金製とした。
【００３２】
図８に示すように、フランジ１の厚さ寸法を厚くするほど、前記最大面圧が低下しているのが分かる。ここで、被締結部材１４の降伏応力に基づいて最大面圧を決定する場合、被締結部材１４の材質であるアルミ合金の降伏応力は２２０ＭＰａであるため、前記最大面圧の閾値は、降伏応力である２２０ＭＰａから、所定マージン（降伏応力の５０％の値）である１１０ＭＰａを差し引いた１１０ＭＰａとなる。図８において、最大面圧が１１０ＭＰａの場合における締結力は、厚さ寸法が１．１ｍｍ、２．２ｍｍ、及び３．３ｍｍの順に、１８７１Ｎ、２０９７Ｎ、及び２２６７Ｎとなる。
したがって、図７Ａ及び図７Ｂのフランジナット１（厚さ寸法＝２．２ｍｍ及び３．３ｍｍ）は、比較例のフランジナット（厚さ寸法＝１．１ｍｍ）に比べて、塑性変形することなく締結力を大きくできるため、フランジナット１を強固に締め付けることができるのが分かる。
【００３３】
図９は、被締結部材１４のボルト挿通孔１４ａの孔径を大きくして、フランジ３の厚さ寸法ｃを変化させた場合における、フランジナット１の締結力と、フランジ３と被締結部材１４との間に生じる最大面圧との関係を解析した結果を示すグラフである。
ここでは、被締結部材１４は、ボルト挿通孔１４ａの孔径が５．５ｍｍ（４級）のものを使用した。その他の解析条件は、図８の場合と同様の条件とした。
【００３４】
図９に示すように、前記ボルト挿通孔１４ａの孔径を大きくしても、フランジ１の厚さ寸法を厚くするほど、前記最大面圧が低下しているのが分かる。また、図８のグラフと図９のグラフとを比較すると、図９のボルト挿通孔１４ａの孔径を大きくした方が、全ての厚さ寸法において最大面圧が低下しているのが分かる。
【００３５】
以上、本実施形態のフランジナット１によれば、フランジ３の厚さ寸法ｃを厚くするだけで、フランジ３と被締結部材１４との間に生じる最大面圧を閾値以下にすることができるため、簡単な構造でフランジ３及び被締結部材１４が塑性変形するのを防止することができる。これにより、フランジ３及び被締結部材１４の塑性変形に起因してフランジナット１の締結が緩むのを効果的に抑制することができる。
また、フランジ３の厚さ寸法ｃは、ＪＩＳ厚さ寸法以上であって、且つＪＩＳ厚さ寸法の３倍以下に設定されているため、フランジナット１の締め付け作業性を損なうことなく、前記最大面圧を閾値以下にすることができる。
【００３６】
＜その他の変形例＞
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、上記実施形態では、フランジ３に逃げ部４〜６を形成する場合（第１〜第４実施形態）と、フランジ３の厚さｃを変更する場合（第５実施形態）とに分けて説明したが、フランジ３に逃げ部４〜６を形成するとともに、フランジ３の厚さｃを変更するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３７】
１  フランジナット
２  ナット本体
２ａ  雌ねじ部
３  フランジ
３ａ  雌ねじ部
３ｂ  締結面
４  テーパ面（逃げ部）
５  溝部（逃げ部）
１１  電池容器
１２  正極端子
１３  負極端子
１４  被締結部材
１４ａ  ボルト挿通孔
１４ａ１  開口縁
１４ｂ  被締結面
１５  ボルト
１５ａ  頭部
１５ｂ  雄ねじ部
１６  接続端子
ｃ  厚さ寸法
ｍ  高さ寸法
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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