(57)【要約】【課題】要求されるボルト軸力が高い場合においても、座金に高い強度が要求されないボルト締結構造を提供する。【解決手段】本発明のボルト締結構造は、ボルト（１）と、このボルトの頭部（１ａ）と被締結物（３ａ）との間に設けられ、テーパ状または凸曲面状の第１外側面を有する第１座金（４）と、この第１座金と被締結物との間に設けられ、テーパ状または凸曲面状の第２外側面を有する第２座金（４）と、第１外側面と第２外側面との間に挟まるように設けられ、径方向に弾性変形するリング（５）と、を備え、ボルトを締め付ける前は、第１座金と第２座金との間にリングによる隙間が形成され、ボルトを締め付けると、リングは第１外側面および第２外側面からボルトの締め付け力を受けることで拡径し、リングが拡径することで第１座金が第２座金と当接する構成となっている。【選択図】図１
2015010686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被締結物に挿入されるボルトと、このボルトの頭部と前記被締結物との間に設けられ、前記ボルトの締め付け方向に向かうに連れて縮径するテーパ状または凸曲面状の第１外側面を有する第１座金と、この第１座金と前記被締結物との間に設けられ、前記ボルトの締め付け方向に向かうに連れて拡径するテーパ状または凸曲面状の第２外側面を有する第２座金と、前記第１外側面と前記第２外側面との間に挟まるように設けられ、径方向に弾性変形するリングと、を備え、
前記ボルトを締め付ける前は、前記第１座金と前記第２座金との間に前記リングによる隙間が形成され、前記ボルトを締め付けると、前記リングは前記第１外側面および前記第２外側面から前記ボルトの締め付け力を受けることで拡径し、前記リングが拡径することで前記第１座金が前記第２座金と当接する構成とした
ことを特徴とするボルト締結構造。
【請求項２】
被締結物に挿入されるボルトと、このボルトの頭部と前記被締結物との間に設けられ、前記ボルトの締め付け方向に向かうに連れて縮径するテーパ状または凸曲面状の第１外側面を有する第１座金と、前記第１外側面と当接するようにして前記第１座金と前記被締結物との間に設けられ、径方向に弾性変形するリングと、を備え、
前記ボルトを締め付ける前は、前記第１座金と前記被締結物との間に前記リングによる隙間が形成され、前記ボルトを締め付けると、前記リングは前記第１外側面から前記ボルトの締め付け力を受けることで拡径し、前記リングが拡径することで前記第１座金が前記被締結物と当接する構成とした
ことを特徴とするボルト締結構造。
【請求項３】
被締結物に挿入されるボルトと、このボルトの頭部と前記被締結物との間に設けられ、前記ボルトの締め付け方向に向かうに連れて拡径するテーパ状または凸曲面状の第１内側面を有する第１座金と、この第１座金と前記被締結物との間に設けられ、前記ボルトの締め付け方向に向かうに連れて縮径するテーパ状または凸曲面状の第２内側面を有する第２座金と、前記第１内側面と前記第２内側面との間に挟まるように設けられ、径方向に弾性変形するリングと、を備え、
前記ボルトを締め付ける前は、前記第１座金と前記第２座金との間に前記リングによる隙間が形成され、前記ボルトを締め付けると、前記リングは前記第１内側面および前記第２内側面から前記ボルトの締め付け力を受けることで縮径し、前記リングが縮径することで前記第１座金が前記第２座金と当接する構成とした
ことを特徴とするボルト締結構造。
【請求項４】
被締結物に挿入されるボルトと、このボルトの頭部と前記被締結物との間に設けられ、前記ボルトの締め付け方向に向かうに連れて拡径するテーパ状または凸曲面状の第１内側面を有する第１座金と、前記第１内側面と当接するようにして前記第１座金と前記被締結物との間に設けられ、径方向に弾性変形するリングと、を備え、
前記ボルトを締め付ける前は、前記第１座金と前記被締結物との間に前記リングによる隙間が形成され、前記ボルトを締め付けると、前記リングは前記第１内側面から前記ボルトの締め付け力を受けることで縮径し、前記リングが縮径することで前記第１座金が前記被締結物と当接する構成とした
ことを特徴とするボルト締結構造。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項の記載において、
前記リングは、スリットが設けられることにより略Ｃ字状に形成される
ことを特徴とするボルト締結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被締結物をボルトで締結するボルト締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
被締結物をボルトで締結する場合、ボルトの頭部と被締結物との間に座金を挿入することが一般的である。図１９に従来のボルト締結構造を示す。同図に示すように、被締結物１０３ａと被締結物１０３ｂとをボルト１０１で締結するためには、まず座金１０４を装着したボルト１０１を被締結物１０３ａ，１０３ｂのボルト穴１０３ａ’，１０３ｂ’に挿入し、次いでボルト１０１の先端部に形成されたねじ部１０１ｂにナット１０２を装着し、次いで工具等を用いてボルト１０１をナット１０２に対して締め付けるという手順を踏む。
【０００３】
座金１０４は、ボルト１０１の頭部１０１ａと被締結物１０３ａの接触面である座面１０３ａ’’の陥没を防止したり、ねじ締結時のボルト軸力のばらつきを小さくしたり、ボルト１０１のゆるみを低減したりする機能があり、ボルト締結構造において重要な部品である。
【０００４】
また、ボルトやナットを締め付ける際、適正なボルト軸力を付与するために通常はトルクレンチなどトルク検出機能を持った締め付け具を用い、図２０に示すようなボルト軸力−トルクの関係からトルクを管理して締め付けを行うトルク法が多く用いられている。
【０００５】
しかし、ボルト軸力−トルクの関係は、雄ねじと雌ねじとの接触部、およびボルトの頭部と被締結物（あるいは座金）との接触部の２箇所の摩擦の影響を受けて大きく変動する。そのため、これら接触部の潤滑条件（摩擦係数）により、例えば図２１に示すようにボルト軸力−トルク線図の傾きがばらつきやすく、トルク法では、所定のトルクで締め付けてもボルト軸力が不足したり、反対にボルト軸力が高くなり過ぎたりすることがあった。
【０００６】
より正確なボルト締結方法として、回転角度法がある。この回転角度法は、例えば図２２に示すように、所定の軽度のトルク（スナグトルク）まで一旦締め付けた後（図２２（ａ）参照）、所定の角度だけボルトを回転させることにより所定のボルト軸力を得る（図２２（ｂ）参照）という手法である。
【０００７】
しかし、回転角度法は最初に所定の軽度のトルクを検知する必要があるが、座面やねじ部の摩擦係数などの影響で同じトルクでも軸力が異なる場合がある。そのため、同じトルクが検出された位置から同じ回転角度でボルトを締めても所定のボルト軸力にならない場合があった。
【０００８】
一方、トルクによらず所定の軸力を得る方法として特許文献１および特許文献２が公知である。特許文献１には、凸部を設けた特殊な座金を用い、座金の凸部が塑性変形するのを検知してボルトの締め付けを終了させる方法が記載されている。また、特許文献２は、弾性変形する２つの特殊な座金により所定のボルト軸力でボルトの締め付けを終了させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−２５６９９５号公報
【特許文献２】特開平１−３２１１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１および特許文献２は、座金の塑性変形あるいは弾性変形を利用して締め付け終了時におけるボルト軸力を適正値に管理するという方法であるため、その適正値が高い場合（即ち、要求されるボルト軸力が高い場合）は、座金は高い強度が要求される。そのため、座金に特殊材料を用いなければならない、座金の厚さを厚くしなければならない等の課題がある。
【００１１】
本発明の目的は、要求されるボルト軸力が高い場合においても、座金に高い強度が要求されないボルト締結構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、第１の発明に係るボルト締結構造は、被締結物に挿入されるボルトと、このボルトの頭部と前記被締結物との間に設けられ、前記ボルトの締め付け方向に向かうに連れて縮径するテーパ状または凸曲面状の第１外側面を有する第１座金と、この第１座金と前記被締結物との間に設けられ、前記ボルトの締め付け方向に向かうに連れて拡径するテーパ状または凸曲面状の第２外側面を有する第２座金と、前記第１外側面と前記第２外側面との間に挟まるように設けられ、径方向に弾性変形するリングと、を備え、前記ボルトを締め付ける前は、前記第１座金と前記第２座金との間に前記リングによる隙間が形成され、前記ボルトを締め付けると、前記リングは前記第１外側面および前記第２外側面から前記ボルトの締め付け力を受けることで拡径し、前記リングが拡径することで前記第１座金が前記第２座金と当接する構成としたことを特徴としている。
【００１３】
第１の発明によれば、リングは第１座金が第２座金と当接するまで拡径するが、第１座金と第２座金とが当接した後にリングはそれ以上拡径しないので、リングの強度をそれほど高くする必要はない。その結果、第１の発明は、座金に高い強度が要求されない。したがって、第１の発明は、従来技術のように座金が厚くなることを防止できる。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、第２の発明に係るボルト締結構造は、被締結物に挿入されるボルトと、このボルトの頭部と前記被締結物との間に設けられ、前記ボルトの締め付け方向に向かうに連れて縮径するテーパ状または凸曲面状の第１外側面を有する第１座金と、前記第１外側面と当接するようにして前記第１座金と前記被締結物との間に設けられ、径方向に弾性変形するリングと、を備え、前記ボルトを締め付ける前は、前記第１座金と前記被締結物との間に前記リングによる隙間が形成され、前記ボルトを締め付けると、前記リングは前記第１外側面から前記ボルトの締め付け力を受けることで拡径し、前記リングが拡径することで前記第１座金が前記被締結物と当接する構成としたことを特徴としている。
【００１５】
第２の発明によれば、リングは第１座金が被締結物と当接するまで拡径するが、第１座金が被締結物と当接した後にリングはそれ以上拡径しないので、リングの強度をそれほど高くする必要はない。その結果、第２の発明は、座金に高い強度が要求されない。したがって、第２の発明は、従来技術のように座金が厚くなることを防止できる。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、第３の発明に係るボルト締結構造は、被締結物に挿入されるボルトと、このボルトの頭部と前記被締結物との間に設けられ、前記ボルトの締め付け方向に向かうに連れて拡径するテーパ状または凸曲面状の第１内側面を有する第１座金と、この第１座金と前記被締結物との間に設けられ、前記ボルトの締め付け方向に向かうに連れて縮径するテーパ状または凸曲面状の第２内側面を有する第２座金と、前記第１内側面と前記第２内側面との間に挟まるように設けられ、径方向に弾性変形するリングと、を備え、前記ボルトを締め付ける前は、前記第１座金と前記第２座金との間に前記リングによる隙間が形成され、前記ボルトを締め付けると、前記リングは前記第１内側面および前記第２内側面から前記ボルトの締め付け力を受けることで縮径し、前記リングが縮径することで前記第１座金が前記第２座金と当接する構成としたことを特徴としている。
【００１７】
第３の発明によれば、リングは第１座金が第２座金と当接するまで縮径するが、第１座金と第２座金とが当接した後にリングはそれ以上縮径しないので、リングの強度をそれほど高くする必要はない。その結果、第３の発明は、座金に高い強度が要求されない。したがって、第３の発明は、従来技術のように座金が厚くなることを防止できる。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、第４の発明に係るボルト締結構造は、被締結物に挿入されるボルトと、このボルトの頭部と前記被締結物との間に設けられ、前記ボルトの締め付け方向に向かうに連れて拡径するテーパ状または凸曲面状の第１内側面を有する第１座金と、前記第１内側面と当接するようにして前記第１座金と前記被締結物との間に設けられ、径方向に弾性変形するリングと、を備え、前記ボルトを締め付ける前は、前記第１座金と前記被締結物との間に前記リングによる隙間が形成され、前記ボルトを締め付けると、前記リングは前記第１内側面から前記ボルトの締め付け力を受けることで縮径し、前記リングが縮径することで前記第１座金が前記被締結物と当接する構成としたことを特徴としている。
【００１９】
第４の発明によれば、リングは第１座金が被締結物と当接するまで縮径するが、第１座金が被締結物と当接した後にリングはそれ以上縮径しないので、リングの強度をそれほど高くする必要はない。その結果、第４の発明は、座金に高い強度が要求されない。したがって、第４の発明は、従来技術のように座金が厚くなることを防止できる。
【００２０】
また、上記第１〜第４の発明において、前記リングは、スリットが設けられることにより略Ｃ字状に形成される構成としても良い。
【００２１】
この構成によれば、リングの径方向への変形が容易になるため、ボルトの締め付け作業の負担が少なくて済むといった利点がある。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、上記構成を備えているから、ボルト軸力のばらつきが抑えられるうえ、座金が従来技術のように厚くなるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るボルト締結構造を示す部分断面図である。
【図２】図１に示す座金の詳細図である。
【図３】図１に示すリングの詳細図である。
【図４】本発明の第１実施形態における時間とボルトの締付トルクとの関係を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態において、座金とリングの変形状態を示す図である。
【図６】変形例１に係るリングの上面図である。
【図７】変形例２〜４に係るリングの断面形状の示す図である。
【図８】変形例５に係る座金の断面図である。
【図９】図８に示す座金を用いた場合において、リングが座金の外側面に作用する力の向きを示した図である。
【図１０】図８に示す座金を用いた場合におけるボルトの締付トルクとボルト軸力との関係を示す図である。
【図１１】変形例６に係る座金の詳細図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るボルト締結構造を示す部分断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態において、座金とリングの変形状態を示す図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係るボルト締結構造を示す部分断面図である。
【図１５】図１４に示す座金の詳細図である。
【図１６】図１４に示すリングの詳細図である。
【図１７】本発明の第３実施形態において、座金とリングの変形状態を示す図である。
【図１８】本発明の第４実施形態において、座金とリングの変形状態を示す図である。
【図１９】従来技術に係るボルト締結構造を示す部分断面図である。
【図２０】従来技術において締付トルクとボルト軸力との関係を示す図である。
【図２１】従来技術において締付トルクとボルト軸力との関係を示す図である。
【図２２】従来の回転角締付法において、（ａ）締付トルクに対するボルト軸力の関係、（ｂ）ボルトの回転角度に対するボルト軸力の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るボルト締結構造Ａ１を示しており、（ａ）はボルト１を締め付ける前の状態の部分断面、（ｂ）はボルト１を締め付けた状態の部分断面を示している。図１に示すように、第１実施形態に係るボルト締結構造Ａ１は、被締結物３ａのボルト穴３ａ’および被締結物３ｂのボルト穴３ｂ’に挿入されるボルト１と、ボルト１の頭部１ａと被締結物３ａとの間に設けられる２枚の座金４と、これら２枚の座金４の間に挟まるように設けられたリング５と、を備えて構成される。このボルト締結構造Ａ１は、被締結物３ａと被締結物３ｂとを、ボルト１およびナット２により締め付けて強固に締結するものである。より詳細には、ボルト１の先端部に形成されたねじ部１ｂにナット２が螺合することによって、被締結物３ａと被締結物３ｂとは締結される。
【００２６】
図２は、座金４の詳細を示す図であり、（ａ）は座金４の断面図、（ｂ）は座金４の下面図を示している。図２に示すように、座金４は、中央部にボルト１を挿入するための穴（内径ｄ１）が形成された円盤状の部材（厚さｔ）であって、平坦な上面４ｃおよび下面４ｄと、内側面４ｂと、外側面４ａとで形成される。上面４ｃ、下面４ｄ、および内側面４ｂの形状は標準的な平座金と同じであるが、外側面４ａだけは特殊な形状である。
【００２７】
具体的には、外側面４ａは、上面４ｃから下面４ｄに向かうに連れて（別言すれば、ボルト１を締め付ける方向に向かうに連れて）縮径したテーパ形状となっている。即ち、座金４は、円錐台形状を成している。そして、図２（ｂ）に示すように、座金４の上面４ｃ側の第１外径をｄ３、下面４ｄ側の第２外径をｄ２としたときに、「第２外径ｄ３＞第１外径ｄ２」である。
【００２８】
また、第１実施形態では、同じ座金４が向きを逆にして２枚取り付けられている。よって、２枚の座金４うち上側の座金４は、本発明の「第１座金」に相当し、下側の座金４は、本発明の「第２座金」に相当することになる。なお、座金４の外側面４ａの形状は種々の変形が可能であるが、これについては後ほど詳しく説明する。
【００２９】
図３は、リング５の詳細を示す図であり、（ａ）はリング５の断面図、（ｂ）はリング５の上面図を示している。図３に示すように、リング５は線径（太さ）ｄ４、外径ｄ６、内径ｄ５の円環状部材である。リング５は、図３（ａ）に示す通り、円形断面を有している。これは、製作が容易であるという理由からであるが、その断面形状は後述するように種々の変形が可能である。
【００３０】
ここで、図５に示すように、線径ｄ４は、「座金４の厚さｔ＜リング５の線径ｄ４＜座金４の厚さｔ×２」の関係となっている。また、内径ｄ５は、「座金４の第１外径ｄ２＜リング５の内径ｄ５＜座金４の第２外径ｄ３」の関係となっている。これは、後述するボルト締結構造Ａ１の作用により、リング５を径方向に押し広げて拡径させると共に、ボルト１を締め付けた状態で、リング５を２枚の座金４の間に挟んだまま保持しておくのに好適だからである。
【００３１】
次に、２枚の座金４とリング５とがボルト１に対してどのように装着されているかについて説明する。図１（ａ）に示すように、上側の座金４と下側の座金４とは、互いの下面４ｄ同士が対向するように取り付けられる。こうして取り付けられた２枚の座金４は、テーパ形状の各外側面４ａによって、ボルト１の中心部に向かって略く字状の凹部が形成される。この凹部にリング５が装着されており、リング５の外表面は、両方の外側面４ａと接している。なお、ボルト１を締め付ける前の状態では、リング５によって２枚の座金４の下面４ｄ同士は接触していない。つまり、図１（ａ）において、２枚の座金４の間には隙間が生じている。この隙間は、リング５の線径ｄ４と外側面４ａの傾斜角度によって決められ、第１実施形態では、図５（ａ）に示すように隙間ＣＬ１である。
【００３２】
［作用］
次に、ボルト締結構造Ａ１の作用について図４および図５を用いて説明する。図４は、ボルト１およびナット２で被締結物３ａおよび被締結物３ｂを締結する過程における、時間とボルト１の締付トルクとの関係を示す図である。図５は、座金４とリング５の変形状態を示す図であって、（ａ）はボルト締付前の状態、（ｂ）はボルト締付後の状態、をそれぞれ示している。
【００３３】
図５（ａ）に示す状態からボルト１を徐々に締め付けると、２枚の座金４間の隙間ＣＬ１が小さくなる（座金４同士が近接する）と共に、リング５は座金４の外側面４ａによって径方向に広げられるよう弾性変形する。このとき、リング５は、元に戻ろうとする力で座金４の隙間を広げる方向（図５の上下方向）へ力が働き、この力がボルト１の軸力と釣り合う。このため、２枚の座金４が接するまで（隙間ＣＬ１が零になるまで）、即ち、図４の時点Ｔａに到達するまでは、リング５の弾性変形による反力に応じてボルト１の軸力が変化する。そのため、リング５の弾性変形のばらつきがないかぎり、ボルト１の軸力のばらつきは生じないということになる。そして、図４に示すように、ボルト１の締付トルクは、時点Ｔａまでは緩やかな一定の傾きで大きくなる。
【００３４】
時点Ｔａまでボルト１を締め付けると、２枚の座金４が接触した状態（より詳細には座金４の下面４ｄ同士が当接した状態）となる。この状態を示したものが図５（ｂ）である。図５から明らかなように、ボルト締付前のリング５は外径ｄ６であるが、ボルト１を締め付けていき、座金４同士が接触すると、リング５が外径ｄ６−１に広がる。
【００３５】
そして、２枚の座金４が接触した時点Ｔａ（図４）から、ボルト１を締め付ける際に生じる摩擦力は急に大きくなる。そのため、時点Ｔａ以降は、ボルト１の締付トルクが急に増大する。本実施形態に係るボルト締結構造Ａ１において、この時点Ｔａは、座金４とリング５の製作誤差の範囲内で多少のばらつきはあるものの、ほぼ一定と言える。つまり、ボルト１の締付トルクがほぼ同じ値になったときに、２枚の座金４がちょうど当接することになる。そのため、時点Ｔａのときの締付トルクの値を回転角締め付け法におけるスナグトルクの値（図２２参照）に設定しておけば、時点Ｔａから所定の回転角度だけボルト１を締め付けることにより、常に一定のボルト軸力を得ることができる。即ち、一定のボルト軸力でボルトの締め付けの管理を行うことができる。
【００３６】
また、リング５は２枚の座金４が接した後は変形しないので、リング５の強度はそれほど高くする必要がなく、小さな部品で十分である。よって、２枚の座金４、リング５を組み合わせても全体の厚さが増す量は少なくて済み、上記した従来技術のように座金が厚くなることを防止することができる。
【００３７】
ところで、上記したボルト締結構造Ａ１は、種々の変形が可能である。そこで、以下、ボルト締結構造Ａ１を構成する各要素の変形例を説明する。
【００３８】
［変形例１］
図６は、変形例１に係るリング５−１の上面図である。図６に示すリング５−１は、スリット６が１箇所設けられており、その形状が略Ｃ字状に形成されるものである。このリング５−１によれば、スリット６が設けられているので、径方向への変形が容易になるという利点がある。また、ボルトの締め付け作業が楽である。
【００３９】
［変形例２〜４］
図７は、リング５の断面形状の変形例２〜４を示す図である。図７（ａ）は、変形例２に係るリング５−２を示す断面図である。変形例２に係るリング５−２は、その断面が台形状に形成されている。この構成によれば、座金４の外側面４ａとリング５−２とは面接触するので、面圧が低くなり、座金４の外側面４ａの変形を小さくすることができるという利点がある。
【００４０】
また、図７（ｂ）は、変形例３に係るリング５−３を示す断面図である。変形例３に係るリング５−３は、その断面が三角形状に形成されている。この構成によれば、座金４の外側面４ａとリング５−３とは面接触するので、面圧が低くなり、座金４の外側面４ａの変形を小さくすることができるという利点がある。
【００４１】
また、図７（ｃ）は、変形例４に係るリング５−４を示す断面図である。変形例４に係るリング５−４は、その断面が四角形状に形成されている。この構成によれば、リング５−４の製作が容易となるという利点がある。
【００４２】
［変形例５］
図８は、変形例５に係る座金４−１を示す断面図である。図８に示す座金４−１は、その外側面４−１ａが凸曲面状に形成されている点に特徴がある。変形例５に係る座金４−１を用いた場合の、外側面４−１ａのリング５に対する力の向きについて、図９を用いて説明する。
【００４３】
図９（ａ）に示すように、ボルト１を締め始めると、リング５は座金４−１の外側面４−１ａによって径方向に広げられる。このとき、外側面４−１ａは凸曲面状に形成されているから、ボルト１を締め始めたときは、外側面４−１ａがリング５から受ける力は図９（ａ）の矢印Ｒ１の方向である。ボルト１を徐々に締め付けていき、２枚の座金４−１が接した状態になると、図９（ｂ）に示すように、外側面４−１ａがリング５から受ける力は、矢印Ｒ２の方向である。このことから、変形例５に係る座金４−１を用いると、ボルト１の締め始めと締め付け状態とで、座金４−１の外側面４−１ａがリング５から受ける力の向きは、ボルト１の締め始めから締め付け状態に行くに連れて、徐々に水平方向へ傾いていくことになる。
【００４４】
そのため、締付トルクとボルト軸力との関係が図１０のように変化する。即ち、図１０に示すように、ボルト１の締め始めから２枚の座金４が接する状態に至るまでの過程において、ボルト１の締め始めの段階では、締付トルクに対するボルト軸力の増加は急であるが、２枚の座金４−１が接する直前から締付トルクに対するボルト軸力の増加は緩やかとなる。この特性から、変形例５によれば、スナグトルク付近のボルト軸力が安定しやすいという利点がある。
【００４５】
［変形例６］
図１１は、変形例６に係る座金４−２を示す図であり、（ａ）は座金４−２の断面図、（ｂ）は座金４−２の下面図、（ｃ）は座金４−２の上面図を示している。図１１に示すように、座金４−２は、中央部にボルト１を挿入するための穴が形成された円盤状の部材であって、表面にセレーション７が形成された上面４−２ｃと、同じく表面にセレーション７が形成された下面４−２ｄと、内側面４−２ｂと、外側面４−２ａとで形成される。なお、変形例６に係る座金４−２は、座金４と同一寸法で形成され、さらに、外側面４−２ａおよび内側面４−２ｂは、座金４の外側面４ａおよび内側面４ｂとそれぞれ同じ形状である。
【００４６】
このように構成された座金４−２は、上面４−２ｃおよび下面４−２ｄにセレーション７が加工されているため、上面４−２ｃおよび下面４−２ｄの表面は、外側面４−２ａの表面に比べて摩擦係数が大きくなっている。そのため、対向する２枚の座金４−２が接する前後で座面３ａ’’の摩擦力が大きく変化する。即ち、２枚の座金４−２が接する前では座金４−２の外側面４−２ａとリング５とが接触しながらボルト１を締め付けるため、摩擦力は小さい。しかし、２枚の座金４−２が接するとボルト１と上側の座金４−２との接触面、および下側の座金４−２と被締結物３ａとの接触面は全て摩擦係数の大きい面となる。そのため、２枚の座金４−２が接すると、急激に摩擦力が増大する。
【００４７】
このことから、摩擦力の急激な変化を確認することで、時点Ｔａ（図４参照）を把握しやすくなる。そして、摩擦力が急激に変化した時点から、所定の回転角度だけボルト１を締め付けることで、ボルト軸力のばらつきをより一層抑えることができる。
【００４８】
なお、変形例６では、座金の上面および下面にセレーション加工を施したが、上面と下面の何れかにセレーション加工を施すようにしても良い。また、セレーション７以外に、例えば、ショットブラスト等によって表面に凹凸を形成して、摩擦係数を大きくする方法や、やすり等で表面を粗くして摩擦係数を大きくする方法も採用することができる。
【００４９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るボルト締結構造Ａ２について図１２および図１３を参照しながら説明する。第２実施形態に係るボルト締結構造Ａ２は、座金４を１枚しか用いていない点で上述した第１実施形態に係るボルト締結構造Ａ１と構成が異なるが、それ以外の構成は同じである。そこで、以下、その異なる構成を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ構成については、符号を同じにしている。
【００５０】
図１２は、本発明の第２実施形態に係るボルト締結構造Ａ２を示しており、（ａ）はボルトを締め付ける前の状態の部分断面図、（ｂ）はボルトを締め付けた状態の部分断面図を示している。図１２に示すように、第２実施形態に係るボルト締結構造Ａ２は、被締結物３ａのボルト穴３ａ’および被締結物３ｂのボルト穴３ｂ’に挿入されるボルト１と、ボルト１の頭部１ａと被締結物３ａとの間に設けられる１枚の座金４と、被締結物３ａと座金４の間に挟まるように設けられたリング５と、を備えて構成される。なお、座金４は、本発明の「第１座金」に相当する。
【００５１】
なお、ボルト１を締め付ける前の状態では、リング５によって座金４の下面４ｄと被締結物３ａとは接触していない。つまり、図１２（ａ）において、座金４と被締結物３ａとの間には隙間が生じている。この隙間は、リング５の線径ｄ４と外側面４ａの傾斜角度によって決められ、第２実施形態では、図１３（ａ）に示すように隙間ＣＬ２である。
【００５２】
［作用］
次に、ボルト締結構造Ａ２の作用について図１３を用いて説明する。図１３は、座金４とリング５の変形状態を示す図であって、（ａ）はボルト締付前の状態、（ｂ）はボルト締付後の状態、をそれぞれ示している。
【００５３】
第２実施形態に係るボルト締結構造Ａ２も第１実施形態に係るボルト締結構造Ａ１と同様の作用がある。即ち、図１３（ａ）に示す状態からボルト１を徐々に締め付けると、座金４と被締結物３ａとの隙間ＣＬ２が小さくなる（座金４が被締結物３ａに近接する）と共に、リング５は、座金４の外側面４ａによって径方向に広げられるように弾性変形する。このとき、リング５は、元に戻ろうとする力で座金４の隙間を広げる方向（図１３の上下方向）へ力が働き、この力がボルト１の軸力と釣り合う。このため、座金４の下面４ｄが被締結物３ａに接するまで、リング５の弾性変形による反力に応じてボルトの軸力１の軸力が変化する。
【００５４】
ボルト１をさらに締め付けていくと、図１３（ｂ）に示すように、リング５がさらに径方向に押し広げられていき、最終的には座金４の下面４ｄが被締結物３ａと接触した状態となる。このように、ボルト１による締付前は、図１３（ａ）に示すリング５は外径ｄ６であるが、ボルト１を締め付けていき、座金４が被締結物３ａに接触すると、図１３（ｂ）に示すように、リング５が外径ｄ６−２に広がる。
【００５５】
そして、座金４が被締結物３ａに接触した時点Ｔｂ（図示しない）から、ボルト１を締め付ける際に生じる摩擦力は急に大きくなる。そのため、この時点Ｔｂ以降は、ボルト１の締付トルクが急に増大する。本実施形態に係るボルト締結構造Ａ２において、この時点Ｔｂは、座金４とリング５の製作誤差の範囲内で多少のばらつきはあるものの、ほぼ一定と言える。つまり、ボルト１の締付トルクがほぼ同じ値になったときに、座金４がちょうど被締結物３ａに接することになる。そのため、時点Ｔｂのときの締付トルクの値を回転角締め付け法でのスナグトルクの値に設定しておけば、時点Ｔｂから所定の回転角度だけボルト１を締め付けることにより、常に一定のボルト軸力を得ることができる。即ち、一定のボルト軸力でボルトの締め付けの管理を行うことができる。また、座金が１枚で済むので、座金の厚みを薄くできるという利点もある。
【００５６】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係るボルト締結構造Ａ３について図１４〜図１６を参照しながら説明する。なお、第３実施形態に係るボルト締結構造Ａ３は、座金とリングの構成が上述した第１実施形態に係るボルト締結構造Ａ１と異なるが、それ以外の構成は同じである。そこで、以下、その異なる構成を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ構成については、符号を同じにしている。
【００５７】
図１４は、本発明の第３実施形態に係るボルト締結構造を示しており、（ａ）はボルトを締め付ける前の状態の部分断面図、（ｂ）はボルトを締め付けた状態の部分断面図を示している。図１４に示すように、第３実施形態に係るボルト締結構造Ａ３は、被締結物３ａのボルト穴３ａ’および被締結物３ｂのボルト穴３ｂ’に挿入されるボルト１と、ボルト１の頭部１ａと被締結物３ａとの間に設けられる２枚の座金１４と、これら２枚の座金１４の間に挟まるように設けられたリング１５と、を備えて構成される。
【００５８】
図１５は、座金１４の詳細を示す図であり、（ａ）は座金１４の断面図、（ｂ）は座金１４の下面図を示している。図１５に示すように、座金１４は、中央部にボルト１を挿入するための穴（内径ｄ１）が形成された円盤状の部材（厚さｔ）であって、平坦な上面１４ｃおよび下面１４ｄと、内側面１４ｂと、外側面１４ａとで形成される。上面１４ｃ、下面１４ｄ、および外側面１４ａの形状は標準的な平座金と同じであるが、内側面１４ｂだけは特殊な形状である。
【００５９】
具体的には、内側面１４ｂは、上面１４ｃから下面１４ｄに向かうに連れて（別言すれば、ボルト１を締め付ける方向に向かうに連れて）拡径したテーパ形状となっている。そして、図１５（ｂ）に示すように、座金１４の上面１４ｃ側の第１内径ｄ１と下面１４ｄ側の第２内径ｄ７と外径ｄ３との関係が、「外径ｄ３＞第２内径ｄ７＞第１内径ｄ１」である。
【００６０】
また、第３実施形態では、同じ座金１４が向きを逆にして２枚取り付けられている。よって、２枚の座金１４うち上側の座金１４は、本発明の「第１座金」に相当し、下側の座金１４は、本発明の「第２座金」に相当することになる。
【００６１】
図１６は、リング１５の詳細を示す図であり、（ａ）はリング１５の断面図、（ｂ）はリング１５の上面図を示している。図１６に示すように、リング１５は線径（太さ）ｄ４、外径ｄ９、内径ｄ８の円環状部材である。リング１５は、図１６（ａ）に示す通り、円形断面を有している。これは、製作が容易であるという理由からである。
【００６２】
ここで、図１７に示すように、線径ｄ４は、「座金１４の厚さｔ＜リング１５の線径ｄ４＜座金１４の厚さｔ×２」の関係となっている。また、外径ｄ９は、「座金１４の第１内径ｄ１＜リング１５の外径ｄ９＜座金１４の第２内径ｄ７」の関係となっている。これは、後述するボルト締結構造Ａ３の作用により、リング１５を径方向に縮径させると共に、ボルト１を締め付けた状態で、リング１５を２枚の座金１４の間に挟んだまま保持しておくのに好適だからである。
【００６３】
次に、２枚の座金１４とリング１５とがボルト１に対してどのように装着されているかについて説明する。図１４（ａ）に示すように、上側の座金１４と下側の座金１４とは、互いの下面１４ｄ同士が対向するように取り付けられる。こうして取り付けられた２枚の座金１４は、テーパ形状の各内側面１４ｂによって、略く字状の凹部が形成される。この凹部にリング１５が装着されており、リング１５の外表面は、両方の内側面１４ｂと当接している。なお、ボルト１を締め付ける前の状態では、リング１５によって２枚の座金１４の下面１４ｄ同士は接触していない。つまり、図１４（ａ）において、２枚の座金１４の間には隙間が生じている。この隙間は、リング１５の線径ｄ４と内側面１４ｂの傾斜角度によって決められ、第３実施形態では、図１７（ａ）に示すように隙間ＣＬ３である。
【００６４】
［作用］
次に、ボルト締結構造Ａ３の作用について図１７を用いて説明する。図１７は、座金１４とリング１５の変形状態を示す図であって、（ａ）はボルト締付前の状態、（ｂ）はボルト締付後の状態、をそれぞれ示している。
【００６５】
図１７（ａ）に示す状態からボルト１を徐々に締め付けると、リング１５は、２枚の座金１４間の隙間ＣＬ３が小さくなる（座金１４同士が近接する）と共に、座金１４の内側面１４ｂによって径方向に縮むように弾性変形する。このとき、リング１５は、元に戻ろうとする力で座金１４の隙間を広げる方向（図１７の上下方向）へ力が働き、この力がボルト１の軸力と釣り合う。このため、２枚の座金１４が接するまで（隙間ＣＬ３が零になるまで）、リング１５の弾性変形による反力に応じてボルト１の軸力が変化する。そのため、リング１５の弾性変形のばらつきがないかぎり、ボルト１の軸力のばらつきは生じないということになる。
【００６６】
２枚の座金１４が接触した状態（より詳細には座金１４の下面１４ｄ同士が接触した状態）では、図１７（ｂ）に示すように、リング１５の外径が、ボルト締付前の外径ｄ９から外径ｄ９−１に縮まるようになる。
【００６７】
そして、２枚の座金１４が接触した時点から、ボルト１を締め付ける際に生じる摩擦力は急に大きくなる。そのため、その時点以降は、ボルト１の締付トルクが急に増大する。本実施形態に係るボルト締結構造Ａ３において、２枚の座金１４が接する時点は、ほぼ一定である。そのため、この時点における締付トルクの値を回転角締め付け法におけるスナグトルクの値に設定しておけば、その時点から所定の回転角度だけボルト１を締め付けることにより、常に一定のボルト軸力を得ることができる。
【００６８】
また、リング１５は２枚の座金１４が接した後は変形しないので、リング１５の強度はそれほど高くする必要がなく、小さな部品で十分である。よって、上記した従来技術のように座金が厚くならない。
【００６９】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係るボルト締結構造Ａ４について図１８を参照しながら説明する。なお、第４実施形態に係るボルト締結構造Ａ４は、座金１４を１枚しか用いていない点で上述した第３実施形態に係るボルト締結構造Ａ３と構成が異なるが、それ以外の構成は同じである。そこで、以下では、第３実施形態に係るボルト締結構造Ａ３の作用についてのみ説明する。なお、図１８における座金１４が、本発明の「第１座金」に相当する。
【００７０】
［作用］
図１８は、座金１４とリング１５の変形状態を示す図であって、（ａ）はボルト締付前の状態、（ｂ）はボルト締付後の状態、をそれぞれ示している。図１８（ａ）に示す状態からボルト１を徐々に締め付けると、リング１５は、座金１４と被締結物３ａとの間の隙間ＣＬ４が小さくなる（座金１４が被締結物３ａに近接する）と共に、座金１４の内側面１４ｂによって径方向に縮むように弾性変形する。このとき、リング１５は、元に戻ろうとする力で座金１４の隙間を広げる方向（図１８の上下方向）へ力が働き、この力がボルト１の軸力と釣り合う。このため、座金１４が被締結物３ａと当接するまでは、リング１５の弾性変形による反力に応じてボルト１の軸力が変化する。そのため、リング１５の弾性変形のばらつきがないかぎり、ボルト１の軸力のばらつきは生じないということになる。
【００７１】
ボルト１をさらに締め付けていくと、図１８（ｂ）に示すように、リング１５がさらに径方向に縮まり、最終的には座金１４が被締結物３ａと接触した状態となる。このとき、図１８（ｂ）に示すように、リング１５の外径が、ボルト締付前の外径ｄ９から外径ｄ９−２に縮まるようになる。
【００７２】
そして、座金１４が被締結物３ａと接触した時点Ｔｃ（図示しない）から、ボルト１を締め付ける際に生じる摩擦力は急に大きくなる。そのため、その時点Ｔｃ以降は、ボルト１の締付トルクが急に増大する。本実施形態に係るボルト締結構造Ａ４において、座金１４が被締結物３ａと接する時点Ｔｃは、ほぼ一定である。そのため、この時点Ｔｃにおける締付トルクの値を回転角締め付け法におけるスナグトルクの値に設定しておけば、その時点Ｔｃから所定の回転角度だけボルト１を締め付けることにより、常に一定のボルト軸力を得ることができる。また、座金が１枚で済むので、座金の厚みを薄くできるという利点もある。
【００７３】
なお、上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。例えば、変形例１〜４に係るリングの構成を、第２実施形態〜第４実施形態のリングに適用することができる。また、変形例５に係る座金の外側面の形状を、第３実施形態または第４実施形態の座金の内側面に適用することもできる。また、変形例６に係る座金の表面加工を、第２実施形態〜第４実施形態の座金に適用することもできる。
【符号の説明】
【００７４】
Ａ１〜Ａ４  ボルト締結構造
１  ボルト
１ａ  ボルトの頭部
３ａ  被締結物
３ｂ  被締結物
４，４−１，４−２  座金（第１座金、第２座金）
４ａ，４−１ａ，４−２ａ  外側面（第１外側面、第２外側面）
５，５−１，５−２，５−３，５−４  リング
６  スリット
７  セレーション
１４  座金（第１座金、第２座金）
１４ｂ  内側面（第１内側面、第２内側面）
１５  リング
ＣＬ１〜ＣＬ４  隙間
【図１】
2015010686.tif 000003
【図２】
2015010686.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015010686.tif 000006
【図５】
2015010686.tif 000007
【図６】
2015010686.tif 000008
【図７】
2015010686.tif 000009
【図８】
2015010686.tif 000010
【図９】
2015010686.tif 000011
【図１０】
2015010686.tif 000012
【図１１】
2015010686.tif 000013
【図１２】
2015010686.tif 000014
【図１３】
2015010686.tif 000015
【図１４】
2015010686.tif 000016
【図１５】
2015010686.tif 000017
【図１６】
2015010686.tif 000018
【図１７】
2015010686.tif 000019
【図１８】
2015010686.tif 000020
【図１９】
2015010686.tif 000021
【図２０】
2015010686.tif 000022
【図２１】
2015010686.tif 000023
【図２２】
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