(57)【要約】本発明に係る締結部材は、弛み止め作用を有するナットあるいはボルトとして提供されるものであり、締結部材を軸線の回りに回動させるためのヘッド部と、該ヘッド部と一体に、ヘッド部の基部から、ヘッド部と同芯でヘッド部よりも径大となるよう延出端側が徐々に拡径する筒状に形成されるとともに、延出端面が被締結体に当接する座面に形成されたテーパ部とを備えていることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ作用により被締結体を締結する締結部材であって、
締結部材を軸線の回りに回動させるためのヘッド部と、
該ヘッド部と一体に、ヘッド部の基部から、ヘッド部と同芯でヘッド部よりも径大となるよう延出端側が徐々に拡径する筒状に形成されるとともに、延出端面が被締結体に当接する座面に形成されたテーパ部とを備えていることを特徴とする締結部材。
【請求項２】
前記テーパ部の内面が、円錐曲面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の締結部材。
【請求項３】
前記テーパ部の外面が、凹面状の曲面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の締結部材。
【請求項４】
前記テーパ部の外面が、凹面状の曲面に形成されて形成されていることを特徴とする請求項２記載の締結部材。
【請求項５】
前記テーパ部の外面が、円錐曲面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の締結部材。
【請求項６】
前記締結部材が、ヘッド部にねじ孔が形成されたナットとして形成されていることを特徴とする請求項１記載の締結部材。
【請求項７】
前記締結部材が、ヘッド部にねじ孔が形成されたナットとして形成されていることを特徴とする請求項３記載の締結部材。
【請求項８】
前記締結部材が、ヘッド部およびテーパ部と同芯に形成されたねじ軸が、ヘッド部の基部側でヘッド部およびテーパ部と一体に形成されたボルトとして形成されていることを特徴とする請求項１記載の締結部材。
【請求項９】
前記締結部材が、ヘッド部およびテーパ部と同芯に形成されたねじ軸が、ヘッド部の基部側でヘッド部およびテーパ部と一体に形成されたボルトとして形成されていることを特徴とする請求項３記載の締結部材。
【請求項１０】
前記ヘッド部およびテーパ部が鉄系材料によって形成され、焼き入れ処理されてなることを特徴とする請求項１記載の締結部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ナットおよびボルト等の、ねじ作用を利用して部材を締め付け固定する締結部材に関し、より詳細には好適な弛み止め作用を備えた締結部材に関する。
【背景技術】  部品、部材の締め付け固定に使用する締結部材として、ナットおよびボルトは種々の分野に広く使用されてきた。これらのナットおよびボルトは、部品、部材を締め付けて固定するためのものであるが、これらの締結部分に振動が繰り返して作用するとナットやボルトが弛むという問題があり、ナットやボルトの弛み止めを目的として、平板ワッシャやスプリングワッシャを使用することが行われている。
また、ナットやボルトの弛み止めを目的として、座金付きナット（特開２００２−１２２１２０号公報、特開平９−７２３２５号公報）や、ナットの内周面を部分的にテーパ面に形成したもの（特開平３−２６８１７号公報）、座金をナットに一体に取り付けた構成のもの（特開平９−５３６２８号公報）等が提案されている。また、ダブルナット方式によって締め付け固定する方法、たとえば２つのナットをテーパ面によって嵌合させ、一方のテーパ面を軸心に対して偏心させ、くさび作用により強固に締め付ける構成としたもの（特開平９−４２２５９号公報）が考えられている。
しかしながら、従来の座金付きのナットやダブルナットは、一定の弛み止め作用を有するが、ナットあるいはボルトの締め付け部分に、繰り返してきわめて大きな振動や衝撃が作用するような場合には、締め付け部分が弛んでしまうという問題があった。また、弛み止めさせるためナット等に加工を施す場合に、加工が複雑になるという問題もあった。
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところはナットやボルトの締結部材を用いた締め付け部分に、大きな衝撃や振動が繰り返し作用したような場合でも、締結部材が弛まず、きわめて強固な締め付け固定が可能であり、使いやすく、また構成が簡易であることから製造が容易なナットおよびボルト等の締結部材を提供するにある。
【発明の開示】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
すなわち、ねじ作用により被締結体を締結する締結部材であって、締結部材を軸線の回りに回動させるためのヘッド部と、該ヘッド部と一体に、ヘッド部の基部から、ヘッド部と同芯でヘッド部よりも径大となるよう延出端側が徐々に拡径する筒状に形成されるとともに、延出端面が被締結体に当接する座面に形成されたテーパ部とを備えていることを特徴とする。
ヘッド部と一体に、ヘッド部から徐々に拡径する形状にテーパ部を設けたことによって、きわめて強固に被締結体を締め付けて固定することができ、テーパ部の作用によって振動および衝撃を吸収して好適な弛み止め作用を備えた締結部材として提供される。本発明に係る締結部材は構成が簡易であり、使い勝手がよく、製造が容易である。
また、前記テーパ部の内面が、円錐曲面に形成されていることを特徴とする。
また、前記テーパ部の外面が、凹面状の曲面に形成されていることにより、締結部材による弛み止め作用をさらに有効にすることができる。
また、前記テーパ部の外面が、円錐曲面に形成されているものの場合にも一定の弛み止め作用を有することができる。
また、前記締結部材は、ヘッド部にねじ孔が形成されたナットとして提供することができ、また、前記締結部材は、ヘッド部およびテーパ部と同芯に形成されたねじ軸が、ヘッド部の基部側でヘッド部およびテーパ部と一体に形成されたボルトとして提供することができる。
また、前記ヘッド部およびテーパ部が鉄系材料によって形成され、焼き入れ処理されてなることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】  図１Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、本発明に係る締結部材としてのナットの第１の実施形態の構成を示す正面図、断面図、平面図および底面図であり、図２Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、本発明に係る締結部材としてのナットの第２の実施形態の構成を示す正面図、断面図、平面図、底面図であり、図３Ａ、Ｂは、第１の実施形態のナットと第２の実施形態のナットの構成を比較して示す説明図であり、図４Ａ、Ｂは弛み試験機における供試ナットの配置を示す説明図であり、図５Ａ−Ｅは弛み試験機における供試ナットの他の配置を示す説明図であり、図６はナットを用いて被締結体を締め付けた状態を示す説明図であり、図７Ａ、Ｂ、Ｃは本発明に係る締結部材としてのボルトの構成を示す正面図、左側面図、右側面図であり、図８はボルトを用いて被締結体を締め付けた状態を示す説明図である。
発明を実施する最良の形態
図１Ａ−Ｄは、本発明に係る締結部材の第１の実施形態としてのナットの構成を示す正面図、断面図、平面図、底面図である。本実施形態のナット１０は、平面形状が六角形をなすヘッド部１２と、先端側が徐々に拡径する筒状に形成されたテーパ部１４とを一体に形成してなるものである。ヘッド部１２には通常のナットと同様にねじ孔１６が設けられている。１６ａがねじ山である。
本実施形態のナット１０の構成において最も特徴とする構成は、ヘッド部１２と同芯状にヘッド部１２と一体に形成されたテーパ部１４の構成にある。テーパ部１４は、図１Ｂに示すように、外面が凹面状の曲面に形成され、内面が円錐曲面（面の断面が直線的に傾斜する）に形成されている。すなわち、テーパ部１４はラッパ状に、延出端側が外側に反った筒体状に形成されている。
このナット１０を使用する際は、テーパ部１４の端面を被締結体に向け座面１４ａを被締結体に当接させて通常のナットと同じようにヘッド部１２によって締め付ければよい。座面１４ａはナット１０を被締結体に締め付けて固定した際に、被締結体に面的に当接するように平坦面状に形成する。本実施形態では、図１Ｄに示すように、座面１４ａに同芯状に滑り止め用の溝１４ｂを設けている。
図２は、本発明に係る締結部材の第２の実施形態としてのナット１１の構成を示す。図２に示すナット１１と図１に示すナット１０との構成上で相違している点は、ヘッド部１２と一体に形成されるテーパ部１４の構成である。
図３に、これらのナット１０とナット１１の構成の相違を比較して示す。図３Ａは、図１に示すナット１０、図３Ｂは図２に示すナット１１の断面形状を示す。ナット１０とナット１１とで形状的に相違する点は、ナット１０では、テーパ部１４の外面Ａが凹面状の曲面に形成されているのに対して、ナット１１では、テーパ部１４の外面Ａが単なる円錐曲面となっている点である。図３Ｂで、テーパ部１４の断面の外形線は直線となっているが、図３Ａのテーパ部１４の断面の外形線は凹曲線となっており、ナット１０のテーパ部１４はナット１１の外周面でＣ部分（斜線部分）を取り除いた形状となっている。
なお、テーパ部１４の内面については、いずれのナット１０、１１の場合も、円錐曲面となっている。したがって、ナット１１の場合にはテーパ部１４の肉厚がヘッド部１２側と延出端側とで略一定であるのに対して、ナット１０の場合にはテーパ部１４は、ヘッド部１２と延出端側の中間部で薄くなっている。
図１、２に示すナット１０およびナット１１は、ヘッド部１２とヘッド部１２から筒状に延出するテーパ部１４とを備えていることにより、テーパ部１４が衝撃を吸収する作用を有し、すぐれた弛み止め作用を有する締結部材として使用することが可能である。とくに、図１に示すナット１０の場合は、テーパ部１４の中間部の肉厚を薄くすることによって、ナット１１にくらべてテーパ部１４に弾性が付与され、ナット１０を締め付けた際に十分な締め付け力を保持することができるとともに、ナット１０に作用する衝撃や振動をより吸収しやすくし、締め付け状態を強固に保持することが可能となる。また、テーパ部１４の中間部の肉厚を薄くして、テーパ部１４を若干外側に反る形態としたことによって、ナット１１にくらべてテーパ部１４の座面１４ａを幅広に形成することができ、テーパ部１４が外側で裾をひく形態となって、ナット１０を締め付けた際に被締結体と接触する面積を広く確保することができ、座面１４ａが被締結体に平坦的に当接しやすくなり、振動や衝撃を吸収しやすくする作用を有するものとなる。
なお、ナット１０の大きさは、ねじ孔１６の寸法等に応じて適宜設計することができる。図３に示したナット１０、１１の設計値は以下のとおりである。ヘッド部１２の外径Ｔ＝２１．５ｍｍ、ねじ孔径Ｓ＝１２ｍｍ、テーパ部１４の外径Ｒ＝３２ｍｍ、座面の幅Ｗ＝３ｍｍ、ヘッド部１２とテーパ部１４との高さ寸法Ｈ＝９ｍｍ。テーパ部１４に弾性を付与させるためには、テーパ部１４の形状を先端側がより拡径した形状とすること、テーパ部１４の高さ寸法をある程度以上とすること、テーパ部１４の肉厚を薄くすることが有利である。ヘッド部１２とテーパ部１４の高さＨの比は適宜設定可能であるが、通常は１：１程度の比とすればよい。また、テーパ部１４の肉厚は、ヘッド部１２のねじ孔を除いた肉厚程度とすればよい。
以下では、図１に示すナット１０と、図２に示すナット１１について、高速弛み試験機を用いて弛み試験を行った結果について説明する。
図４、５は高速弛み試験機で試験を行ったナットの試験時の配置を示す。図４Ａは片側からナットを締め付けて試験した配置、図４Ｂは両側からナットを締め付けて試験した配置を示す。図４で３０が供試ナット、３２がボルトである。供試ナット３０は、振動バーレル３４とジグワッシャ３６を介してボルト３２によって締め付け固定されている。試験では座金３８を用いてナットを固定した。４０が加振台である。
図５はナットによる締め付け形態の変形例で、図５Ａは２つの供試ナット３０を座面を向かい合わせて（対向させて）配置して締め付けた例、、図５Ｂは供試ナット３０を両側から締め付け供試ナット３０の内側に中ナット３１を入れて中ナット３１でも締め付けた例、図５Ｃは中ナット３１を両側の供試ナット３０に配入れて締め付けた例、図５Ｄは、２つの供試ナット３０を同じ向きにして締め付けた例、図５Ｅは、２つの供試ナット３０を同じ向きにするとともに、２つの供試ナット３０の間にロックホルダ３３を装着した例である。
ねじ弛み試験は、振動数１７８０ｒｐｍの高速ねじ弛み試験機を使用し、加振台ストローク１１ｍｍ、インパクトストローク１９ｍｍ、振動方向をねじ軸に対して直角方向として弛み試験を行った。弛みの判定は、ジグワッシャ３６が手で回せるようになった時に弛んだと判定した。
表１は、図１に示すナット１０について試験した結果を示す。供試ナットとしては、座面幅が３．０ｍｍと２．０ｍｍの２種類のナットを使用した。弛み試験におけるナット１０の締付トルクは５１．２（Ｎ・ｍ）とした。
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表１中で配置とあるのは、供試ナットの試験配置を示す。なお、座面幅２．０ｍｍの供試ナットを使用した図５Ｅの配置の試験では、１３分２０秒経過時にロックホルダが破断した。
この表１の試験結果から、中ナット３１を用いた例はいずれの場合も、短時間のうちに弛んでしまっている。この結果は、中ナット３１を使用して締め付ける方法は有効でないことを示す。
また、座面幅が３．０ｍｍの供試ナットで、図４Ａ、図５Ｄおよび図５Ｅの配置のもの、座面幅が２．０ｍｍの供試ナットで、図５Ａおよび図５Ｅの配置のものについて、１５分間経過時にも弛まない状態で維持されていることは特徴的である。
この高速弛み試験機は、高速で振動および衝撃を繰り返して加えて試験する装置であり、通常のナットでは、数秒〜数十秒のうちに弛んでしまう。また、現在市販されている最高度の締め付け保持力を有するといわれるナット（ダブルナット構造等）であっても、数分間程度保持できるだけであり、この試験方法で１５分間にわたって締め付け力を保持できるナットは、現在市販されているナットのうちで最高レベルのものに相当し、ナット構造としては稀なものである。この表１に示す試験結果は、図１に示すナット１０の締め付け保持性能、弛み防止性能がきわめて高性能のものであることを示している。
なお、表１において、座面幅３．０ｍｍの供試ナットで、図４Ｂおよび図５Ａの配置、座面幅２．０ｍｍの供試ナットで図４Ａの配置による試験結果は、数分程度は弛まずに保持しており、最高度の弛み止め作用が得られたものではないが、通常のナットに比較すれば相当程度の弛み止め性能を有することが認められる。すなわち、１５分間にわたって弛みが認められなかった配置以外のものについても相当程度の弛み止め性能が確認される。これらの配置の場合には供試ナットの締め付けトルクをより大きくする等の手段によって、さらに良好な結果を得ることが可能であり、用途によっては十分使用に耐えうるものである。
次に、表２、表３は、図２に示すナット１１について、上述した振動数１７８０ｒｐｍの高速ねじ弛み試験機を使用して、上述した試験と同一の条件でねじの弛み試験をした結果を示す。表２は締付トルクを３５．８（Ｎ・ｍ）とした場合である。供試ナットは図４Ａ、Ｂの配置について試験した。
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表３は、締付トルクを表１の場合と同様に５１．２（Ｎ・ｍ）として試験した場合である。表３で座面幅３．０ｍｍのものについては、締付トルクを５１．２（Ｎ・ｍ）よりもさらに大きくして、７５．８（Ｎ・ｍ）として再試験を行った。供試ナットは図４Ａの配置として試験した。
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この表２、３の試験結果をみると、図１に示すナット１０と比較してナット１１による弛み止め作用は劣っている。上述したナット１０の試験結果とナット１１の試験結果とを比較すると、ナット１０の方が締め付け作用、弛み止め作用として優位である。この試験結果は、テーパ部１４の外面形状を凹面状の曲面形状とすることは、ナットに作用する衝撃、振動を吸収する作用として有効であり、テーパ部１４によってナットに作用する振動、衝撃が吸収され、弛み止め作用が良好に機能することを示唆するものと考えられる。
なお、図２に示すナット１１の場合でも、表３に示すように、ナット１１に対する締め付け力を大きくするといったことで相当程度弛み止め作用を発揮させることが可能である。したがって、ナットの材質を選択したり、使用用途によっては図２に示すナット１１であっても十分に使用することが可能である。
図６は、上記実施形態のナット１０を被締結体の締め付けに使用している使用例を示す。２２ａ、２２ｂが被締結体であり、ボルト２４を被締結体２２ａ、２２ｂに設けた貫通孔に挿通し、ナット１０をボルト２４に螺合させて締め付け固定している。２６ａ、２６ｂが平ワッシャである。
図のように、ナット１０はテーパ部１４の座面１４ａを被締結体側に向けるようにしてボルト２４に螺合させ、ヘッド部１２をスパナ等で回して締め付けることによって一般のナットとまったく同様の操作によって被締結体２２ａ、２２ｂを締め付け固定することができる。
本実施形態のナット１０、１１は、ヘッド部１２からテーパ部１４が延出する形態に設けられている他は通常のナットと変わらないから、使い方は簡単であり、普通に用いられているナットと同様な操作によって使用できるという利点がある。また、所定のトルクで締め付けることによって、被締結体を確実に締め付け固定することができる。本実施形態のナット１０、１１はテーパ部１４の作用によって容易に弛まないから、とくに振動や衝撃が繰り返し作用するような被締結体に対し弛み止め用のナットとして好適に使用することができる。
なお、座面１４ａに滑り止め用溝１４ｂを設けておくことにより、ナット１０、１１を滑り止めして、より好適な締め付け作用を得ることができる。
また、ナット１０、１１のテーパ部１４の内側の空間部分Ｄに樹脂あるいは軟質金属を充填しておき、ナット１０、１１を締め付けた際に、樹脂あるいは軟質金属を圧縮させて、樹脂あるいは軟質金属とともにナット１０、１１を締め付けるようにすることもできる。
上記実施形態においては締結部材の一実施形態としてナットについて説明したが、以下では、締結部材の他の実施形態としてのボルトについて説明する。
図７Ａ、Ｂ、Ｃは本発明に係る締結部材としてのボルト４０の正面側、左側面図、右側面図である。本実施形態のボルト４０は、ヘッド部１２からねじ軸４２の側に、ヘッド部１２と一体にテーパ部１４を延出させて形成したことを特徴とする。テーパ部１４の構成は、上述したナット１０におけるテーパ部１４とまったく同様であり、先端側が徐々に拡径するとともに、外面が凹面状となる曲面（ラッパ状）に形成されている。
ねじ軸４２はヘッド部１２およびテーパ部１４と同芯に配置され、ヘッド部１２の基部位置でヘッド部１２に連結して、ヘッド部１２とテーパ部１４とねじ軸４２とが一体に形成されている。４２ａはねじ山である。
図７Ｂは、ヘッド部１２の頂部に六角レンチを嵌合させる六角穴１２ａが形成されている状態を示す。図７Ｃは、ねじ軸４２と同芯にテーパ部１４が設けられていること、テーパ部１４の座面１４ａに滑り止め用溝１４ｂが形成されていることを示す。
図８は、本実施形態のボルト４０を用いて被締結体２８ａ、２８ｂを締め付け固定している状態を示す。ボルト４０のねじ軸４２を被締結体２８ｂに設けたねじ穴２９に螺入させ、ボルト４０のテーパ部１４の座面１４ａを被締結体２８ａの端面に当接させて締め付け固定したものである。
本実施形態のボルト４０の場合も、上述したナット１０、１１と同様に、ヘッド部１２と一体に形成したテーパ部１４の作用によって、ボルト４０が弛むことを防止して、確実に締め付け固定することが可能となる。
なお、図７、８に示すボルト４０はヘッド部１２に六角穴１２ａを形成したものであるが、ヘッド部１２自体を平面形状で六角状に形成して、スパナ等によりボルト４０を回して締め付けるようにすることも可能である。このように、ボルト４０の形態は本実施形態の形状に限らず、種々の形状に形成することができる。
また、図８では、ボルト４０を単体で被締結体の締め付け固定に使用した例であるが、図８に示すボルト４０と前述したナット１０、１１とを組み合わせて部材の締め付け固定に使用することももちろん可能である。この場合は、図４Ｂに示す構造と同様に、部材の両側からテーパ部１４を備えた締め付け部材によって締め付けることになり、効果的に締め付け固定することが可能となる。
なお、本発明に係るナット、ボルト等の締結部材に用いる素材はとくに限定されるものではないが、ナット、ボルト等の締結部材として求められる一定の強度および耐久性を備えると同時に、テーパ部１４として一定の弾性および強度を備えるように形成する必要がある。たとえば、鉄系材料を用いて焼き入れ処理するといったことも有効である。
また、締結部材として用いるナット、ボルト等の形状、寸法も適宜設定可能であり、小径のものから大径のものまで同様に適用可能である。ヘッド部１２およびテーパ部１４の構成が簡素であることからこれらの製造も容易であるという利点がある。
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【図６】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2004015285.tif 000015
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