(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルトとナットと挿入ピンとからなり、前記ボルトのねじ部の軸部に前記挿入ピンを挿入する長孔を有すると共に、前記挿入ピンの径が、常温域においては前記長孔の径よりも大きく、かつ−１０℃以下の低温域では熱収縮により前記長孔の径と同等またはそれよりも小さくなっていることを特徴とする締結具。
【請求項２】
請求項１に記載の締結具において、  前記挿入ピンは、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７のうち、いずれかからなることを特徴とする締結具。
【請求項３】
請求項１または２に記載の締結具を用いた締結方法であって、  前記挿入ピンを、その径が前記長孔の径と同等またはそれよりも小さくなる温度に冷却しておき、前記ボルトにナットを螺合した後に、前記挿入ピンを前記ボルトの長孔に圧入することを特徴とする締結方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボルトに螺合されたナットの緩みを防止するための締結具およびその締結方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨構造物や機械設備などを構築する上で不可欠なボルトおよびナットは、長期に亘る振動などが加わることによってナットが緩んだり脱落することがある。このようなナットの緩みを防止する方法としては、例えばボルトに螺合されたナットを接着剤で接着したり、割りピンでボルトとナットを連結したり、バネ座金などを用いる方法が知られているが、その他にも様々な方法が提案されている。
【０００３】
例えば、以下の特許文献１には上ナットと下ナットからなるダブルナットを用いることでナットの緩みを防止した緩み止めナットが提案されている。また、特許文献２には締結されたナットにキャップを被せることでナットの弛みや脱落を防止した締結体の弛み止め機構が提案されている。また、特許文献３にはねじ面に特殊な加工を施すことで緩み止め効果を発揮できるナット・ボルトが提案されている。さらに、特許文献４にはフリクショントルク発生用のフリクション片を用いることでナットの緩みを防止した緩み止めナットが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９５２３６号公報
【特許文献２】特開２００５−３０６８号公報
【特許文献３】特開２０１３−２４９９４４号公報
【特許文献４】特開２０１５−１０２２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述したような従来の方法は、いずれもボルトまたはナット自体に特殊な工夫を施しているため、構造が複雑となり、コストが高くなるといった問題がある。
【０００６】
そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その目的は簡単な構造でナットの緩みを確実に防止できる新規な締結具を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために第１の発明は、ボルトとナットとからなり、前記ボルトのねじ部の軸部に冷却剤を注入する長孔を有すると共に、前記ねじ部の外径が常温域においては前記ナットの内径よりも大きくなっていることを特徴とする締結具である。このような構成によれば、ボルトの長孔に冷却剤を注入してそのねじ部を径方向に熱収縮させ、熱膨張する前にそのねじ部にナットを螺合させれば簡単に締結できる。また、その後にねじ部が常温に戻ることで熱膨張してナットを押し広げるようにしてねじ溝に食い込むようにしっかりと螺合する。これによって、ボルトに振動などが加わってもナットが緩んだりすることがなくなる。また、構造も簡単であるため、製造コストも安価となる。なお、本発明でいう「常温域」とは、屋外の構造物が通常年間を通じて晒される気温、例えば０℃〜４０℃の範囲をいうものとする（以下同じ）。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記ボルトは、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７のうち、いずれかからなることを特徴とする締結具である。これらのステンレススチールは、その熱膨張係数が他の金属製ねじ材料に比べて大きいため、熱膨張によりボルトのねじ部が強くナットに食い込み、より確実にナットの緩みを防止できる。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記ボルトの長孔に冷却剤を注入してそのねじ部を径方向に熱収縮させ、熱膨張する前に前記ねじ部に前記ナットを螺合することを特徴とする締結方法である。このような締結方法によれば、熱収縮した状態のボルトとナットとを簡単に締結できると共に、その後にボルトが熱膨張するとそのねじ部がナットに食い込むようにしっかりと螺合する。これによって、ボルトに振動などが加わってもナットが緩んだりすることがなくなる。
【００１０】
第４の発明は、ボルトとナットと挿入ピンとからなり、前記ボルトのねじ部の軸部に前記挿入ピンを挿入する長孔を形成すると共に、前記挿入ピンの外径が常温域においては前記長孔の内径よりも大きくなっていることを特徴とする締結具である。このような構成によれば、その挿入ピンを常温域以下に冷却しておき、ボルトにナットを螺合した後に、その挿入ピンをボルトの長孔に圧入すれば、やがてこの挿入ピンが常温になることで熱膨張してボルトのねじ部を拡径する。これによって、そのねじ部がナットを押し広げてねじ溝に食い込むようにしっかりと螺合するため、ボルトに振動などが加わってもナットが緩んだりすることがなくなる。
【００１１】
第５の発明は、第４の発明において、前記挿入ピンは、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７のうち、いずれかからなることを特徴とする締結具である。これらのステンレススチールは、その熱膨張係数が他の金属製ねじ材料に比べて大きいため、熱膨張によりボルトのねじ部が強くナットに食い込み、より確実にナットの緩みを防止できる。
【００１２】
第６の発明は、第４または第５の発明において、前記挿入ピンを常温以下に冷却しておき、前記ボルトにナットを螺合した後に、前記挿入ピンを前記ボルトの長孔に圧入することを特徴とする締結方法である。このような締結方法によれば、ボルトにナットを螺合した後に、その挿入ピンをボルトの長孔に圧入すれば、やがてこの挿入ピンが常温になることで熱膨張してボルトのねじ部を拡径する。これによって、そのねじ部がナットを押し広げてねじ溝に食い込むようにしっかりと螺合するため、ボルトに振動などが加わってもナットが緩んだりすることがなくなる。
【００１３】
第７の発明は、ボルトとナットと圧入ピンとを有し、前記ボルトのねじ部に、前記挿入ピンを圧入するスリットを有することを特徴とする締結具である。このような構成によれば、ボルトにナットを螺合した後に、前記圧入ピンを前記ボルトのスリットに圧入すれば、そのねじ部が拡径してナットを押し広げるようにしっかりと螺合するため、ボルトに振動などが加わってもナットが緩んだりすることがなくなる。また、構造も簡単であるため、製造コストも安価となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ボルトのねじ部が熱膨張などによって拡径してナットを押し広げるようにしてそのねじ溝に食い込むようにしっかりと螺合する。これによって、ボルトに振動などが加わっても簡単にナットが緩んだりすることがなくなる。また、構造も簡単であるため、製造コストも安価となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る締結具１００の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】ねじ部１２のねじ山の径（外径）ｄ１と、ナット２０のねじ溝の径（内径）ｄ２との関係を示した説明図である。
【図３】第１の実施形態に係る締結方法を示す説明図である。
【図４】本発明に係る締結具１００の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図５】挿入ピン３０の径ｄ３と、ボルト１０の長穴１４の径ｄ４との関係を示した説明図である。
【図６】第２の実施形態に係る締結方法を示す説明図である。
【図７】挿入ピン３０を冷却する冷却ボックス４０を示す斜視図である。
【図８】本発明に係る締結具１００の第３の実施形態を示す斜視図である。
【図９】第２の実施形態に係る締結方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は本発明に係る締結具１００の第１の実施形態を示す斜視図である。図示するように、この締結具１００は、ボルト１０と、このボルト１０と螺合するナット２０とから構成されている。このボルト１０は、六角形状のボルト頭部１１とこれと一体となったねじ部１２を有しており、さらにこのねじ部１２の軸部にはその先端からボルト頭部１１に貫通するように長孔１３が形成されている。
【００１７】
このボルト１０は、その熱膨張係数が他の一般的な金属よりも大きい金属、例えばＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７のようなステンレス鋼から構成されている。これら各ステンレス鋼の平均熱膨張係数（１０−６／℃、０〜１００℃）は、ＳＵＳ３０１が１６．９、ＳＵＳ３０４およびＳＵＳ３０４Ｌが１７．３、ＳＵＳ３０９Ｓが１４．９、ＳＵＳ３１０Ｓが１４．４、ＳＵＳ３１６およびＳＵＳ３１６ＬならびにＳＵＳ３１７が１６．０、ＳＵＳ３２１およびＳＵＳ３４７が１６．７であり、他のステンレス鋼や他のねじ材料、例えば普通鋼、炭素鋼、合金鋼などに比べると約１．５倍〜２．０程度の高い熱膨張係数を有している。
【００１８】
そして、このボルト１０のねじ部１２の外径ｄ１（ねじ山）の大きさは、図２に示すように常温時（例えば０〜４０℃の温度域のとき）は、これと螺合するナット２０のねじ溝の内径ｄ２よりもやや大きく、低温時（例えば−１０〜−５０℃に冷却する）は熱収縮により、ナット２０と螺合できるようにそのねじ溝の内径ｄ２と同等またはそれ以下になる大きさとなっている。
【００１９】
図３は、このような構成をした本発明に係る締結具１００の締結方法を示したものである。先ず、同図（Ａ）に示すように締結前のボルト１０の長孔にスプレー式の瞬間冷却剤を噴射してボルト１０全体を氷点下、例えば−１０〜４０℃程度まで一気に冷却する。ここで使用するスプレー式の瞬間冷却剤としては特に限定されるものでなく、市販のものを用いることができる。例えば、ヘンケルジャパン株式会社製の製品（商品名「ロックタイト（登録商標）  フリーズ＆リリース」）などを用いれば、数秒〜十数秒噴射することでボルト１０全体を−４３℃まで一気に冷却することができる。
【００２０】
このようにしてボルト１０を−４０℃程度まで冷却すると、熱収縮によってそのねじ部１２の外径ｄ１が常温時（例えば２０℃）のときよりも約１０％程度小さくなることが確認されている。そして、この冷却状態を保ったまま同図（Ｂ）に示すようにそのねじ部１２にナット２０を螺合すれば、スムーズにその締結作業を行うことができる。その後、その状態のまま放置すると、同図（Ｃ）に示すようにボルト１０の温度が常温域まで上昇していくに従って熱膨張し、そのねじ部１２の外径ｄ１も徐々に元の大きさに戻ってくる。
【００２１】
常温域におけるねじ部１２の外径ｄ１は、上述したようにナット２０のねじ溝の内径ｄ２よりもやや大きくなっていることから、温度上昇に伴ってそのねじ部１２はナット２０のねじ溝に徐々に食い込むように膨張し、やがてナット２０のねじ溝を押し広げるようにナット２０ときつく密着する。これによって、ナット２０がボルト１０にがっちりと螺合するため、ボルト１０に振動などが加わってもナット２０が簡単に緩んだりすることがなくなる。
【００２２】
そして、この状態からナット２０を外す際には、同じようにそのボルト１０の長孔１３にスプレー式の瞬間冷却剤を数秒〜十数秒噴射すれば、これが熱収縮してそのねじ部１２の外径ｄ１が小さくなるため、簡単にナット２０を外すことができる。なお、ボルト１０に形成された長孔１３は、貫通していなくても良く、また、ねじ部１２の先端側から穿孔した構造であって良い。また、このボルト１０は、前述したようなステンレス鋼に限るものでなく、炭素鋼やチタン、アルミその他の金属や樹脂であっても良い。
【００２３】
〔第２の実施形態〕
次に、図４乃至図７は本発明に係る締結具１００の第２の実施形態を示したものである。図示するように、この締結具１００は、ボルト１０と、これと螺合するナット２０と、挿入ピン３０とから構成されている。そして、ボルト１０のねじ部１２の軸部には、これを貫通するように長孔１４が形成されており、この長孔１４に前記挿入ピン３０が挿入されるようになっている。
【００２４】
この挿入ピン３０は、その先端がややテーパー状に縮径した先端部３１を有すると共にその頂部には打込用の平部３２が一体的に形成されており、その全体形状は略釘形状となっている。そして、ボルト１０に形成された長孔１４のボルト頭部１１側には、段部１４ａが形成されており、この挿入ピン３０をその先端部３１側から長孔１４に挿入した際に、その平部３２が段部１４ａに嵌ってその表面が略面一になるようになっている。
【００２５】
この挿入ピン３０は、前記第１実施の形態と同様にその熱膨張係数が他の一般的な金属よりも大きい金属、例えばＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７のようなステンレス鋼から構成されている。
【００２６】
この挿入ピン３０の外径ｄ３の大きさは、図５に示すように常温時（例えば０〜４０℃の温度域のとき）は、ボルト１０の長孔１４の内径ｄ４よりもやや大きく、低温時（例えば−１０〜−５０℃）は熱収縮により、その長孔１４の内径ｄ４と同等またはそれ以下になる大きさとなっている。
【００２７】
図６は、このような構成をした本発明に係る締結具１００の締結方法を示したものである。先ず、同図（Ａ）に示すように、挿入前の挿入ピン３０を冷却してその全体を−４０℃程度まで一気に冷却する。この挿入ピン３０の冷却方法としては、前記実施の形態のようなスプレー式の瞬間冷却剤を直接噴射して全体を冷却する方法であっても良いが、本数が多い場合には、例えば図７に示すような専用の冷却ボックス４０を用いれば冷却剤を無駄に消費することなく効率的に冷却することができる。
【００２８】
この冷却ボックス４０は、立方体状の筐体４１の上面に差込孔４２を複数形成すると共にその側面に冷却剤注入穴４３を形成したものである。そして、図示するようにこれらの差込孔４２にそれぞれ挿入ピン３０を差し込んで吊るように保持した状態で冷却剤注入穴４３から前記実施の形態のようなスプレー式の瞬間冷却剤を筐体４１内に数秒〜十数秒間注入すれば、各差込孔４２に保持された複数本の挿入ピン３０を−４０℃程度まで一気に安全かつ効率的に冷却することができる。
【００２９】
このようにして挿入ピン３０を−４０℃程度まで冷却すると、熱収縮によってその径ｄ３が常温時（例えば２０℃）のときよりも約１０％程度小さくなることが確認されている。そして、この冷却状態を保ったまま同図（Ｂ）に示すようにそのボルト１０の長穴１４にそのテーパー状の先端部３１から挿入する。この作業に際しては挿入ピン３０の径ｄ３が縮径していることからスムーズに挿入することができるが、そうでない場合にはハンマーなどでその頭部３２を叩いて圧入するようにしても良い。
【００３０】
その後、その状態のまま放置すると、同図（Ｃ）に示すように挿入ピン３０の温度が常温域まで上昇していくに従って熱膨張し、その外径ｄ３も元の大きさに戻ってくる。上述したように常温域における挿入ピン３０の外径ｄ３は、ボルト１０の長穴１４の径ｄ４よりもやや大きくなっていることから、温度上昇に伴ってボルト１０の長穴１４の表面に強く密着し、やがてその長穴１４を押し広げるように拡径する。
【００３１】
すると、第１の実施形態と同様にボルト１０のねじ部１２がナット２０のねじ溝表面にに徐々に食い込むように膨張し、やがてナット２０のねじ溝を押し広げるようにナット２０と密着する。これによって、ボルト１０とナット２０がしっかりと螺合するため、ボルト１０に振動などが加わってもナット２０が簡単に緩んだりすることがなくなる。
【００３２】
そして、この状態からボルト１０を外す際には、挿入ピン３０の頭部３１あるいはボルト１０全体にスプレー式の瞬間冷却剤を噴射すれば、挿入ピン３０またはボルト１０全体熱収縮してそのねじ部１２の外径ｄ１が小さくなるため、簡単にナット２０を外すことができる。しかも、本実施の形態の締結具１００もその構造は簡単であるため、製造コストも安価となる。なお、ボルト１０に形成された長孔１４も貫通していなくても良く、また、ねじ部１２の先端側から穿孔し、その先端側から挿入ピン３０を挿入するようにしても良い。また、この挿入ピン３０は、前述したようなステンレス鋼に限るものでなく、炭素鋼やチタン、アルミその他の金属や樹脂であっても良い。
【００３３】
〔第３の実施形態〕
次に、図８および図９は本発明に係る締結具１００の第３の実施形態を示したものである。図示するようにこの締結具１００は、ボルト１０と、このボルトに螺合するナット２０と、圧入ピン５０とから構成されている。そして、ボルト１０のねじ部１２には、スリット（切れ込み）Ｓが形成されており、このスリットＳに圧入ピン５０が圧入されるようになっている。このスリットＳは、ねじ部１２の先端側から略その全体に亘って形成されており、ねじ部１２をその先端側から縦方向に分割可能となっている。
【００３４】
一方、圧入ピン５０は、その全体が先端側に向かってややテーパー状に縮径しており、その頂部には打込用の平部５１が一体的に形成されており、その全体形状は略画鋲形状となっている。なお、この圧入ピン５０も炭素鋼やステンレス鋼などの強度の高い材料から形成されている。
【００３５】
図９は、このような構成をした本発明に係る締結具１００の締結方法を示したものである。先ず、同図（Ａ）および（Ｂ）に示すように通常のボルトと同様にそのボルト１０のねじ部１２にナット２０を螺合する。このとき、同図（Ｂ）に示すようにナット２０を規定位置まで螺合したときにねじ部１２の先端がナット２０から所定長さ、例えば１０〜２０ｍｍ程度突き出るようにそのねじ部１２を有するボルト１０を選択しておく。  
【００３６】
そして、ナット２０を規定位置まで螺合したならば、同図（Ｃ）に示すようにナット２０から突き出たねじ部１２の先端側からそのスリットＳ内に圧入ピン５０を圧入する。通常このボルト１０は炭素鋼やステンレス鋼などの高硬度な材料からなっているため、素手で圧入するのは困難であるため、例えば圧入ピン５０をスリットＳの先端に指で軽く差し込んで保持した状態でハンマーなどで強く叩く。
【００３７】
すると、同図（Ｃ）に示すようにねじ部１２先端のスリットＳ内に圧入ピン５０が圧入されると同時に、そのスリットＳが左右に別れて径方向外方に拡径するように広がる。これによって前記実施の形態と同様にねじ部１２がナット２０を押し広げるようにしっかりと密着するため、ボルト１０に振動などが加わってもナット２０が緩んだりすることがなくなる。さらに本実施の形態では、締結後にはねじ部１２の外径がその先端側になるに従って大きくなっているため、仮にナット２０が緩んだとしてもそれがそのままねじ部１２先端から脱落してしまうようなことはない。さらに本実施の形態でも構造が簡単であるため、製造コストも安価となる。
【００３８】
なお、このねじ部１２先端にさらにスリットＳと繋がる小穴Ｈやテーパー状の溝Ｍを形成し、この小穴Ｈや溝Ｍをガイドとして圧入ピン５０を圧入するようにすれば、より確実かつ容易にねじ部１２の拡径作業を行うことができる。また、このスリットＳは複数であっても良く、そのねじ部１２が３つ以上に割れるような構造であっても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１００…締結具
１０…ボルト
１１…頭部
１２…ねじ部
１３、１４…長穴
２０…ナット
３０…挿入ピン
４０…冷却ボックス
４１…筐体
４２…差込孔
４３…注入穴
５０…圧入ピン
Ｓ…スリット
【要約】 
【課題】簡単な構造でナットの緩みを確実に防止できる新規な締結具の提供。
【解決手段】ボルト１０とナット２０とからなり、ボルト１０のねじ部１２の軸部に冷却剤を注入する長孔１３を有すると共に、ねじ部１２の外径を常温域においてはナット２０の内径よりも大きくする。そして、ボルト１０の長穴１３から冷却剤を注入してねじ部１２を冷却して径方向に熱収縮させてからナット２０を螺合させれば、その後ねじ部１２が熱膨張してナット２０を押し広げるようにして食い込むようにしっかりと螺合する。これによって、ナット２０が緩んだりすることがなくなる。また、構造も簡単であるため、製造コストも安価となる。
【選択図】図１【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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