(57)【要約】【課題】コンパクトで、且つ強いばね反力を有し、緩み止め機能に優れた形状をなすばね座金を提供する。【解決手段】等厚な環状をなすばね座金１を周方向に沿って屈曲させて、上下一面に環状凸面３を、上下他面に該環状凸面３と厚み方向で対向する環状凹面４を夫々周方向に沿って曲成し、ボルト締結体５の締結時に、その軸力により扁平に弾性変形して、ボルト軸部１２の伸び量が減少した際に、その径方向断面の変形により生じる強いばね反力で座面２１，３１間を押し広げ、ボルト締結体５の軸力低下を抑えるようにした。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルト締結体の緩み止めに用いるばね座金において、
等厚な環状をなし、上下一面に環状凸面が、上下他面に該環状凸面と厚み方向で対向する環状凹面が夫々周方向に沿って曲成されてなり、ボルト締結体の締結時に、該ボルト締結体の軸力により扁平に弾性変形することを特徴とするばね座金。
【請求項２】
等厚な閉環状をなすことを特徴とする請求項１記載のばね座金。
【請求項３】
上下一面の環状凸面と、上下他面の環状凹面とを厚み方向で対向し、径方向の断面が円弧状をなす環状屈曲部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のばね座金。
【請求項４】
上下一面の環状凸面と、上下他面の環状凹面とを厚み方向で対向してなる環状屈曲部を、径方向へ複数連続してなる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のばね座金。
【請求項５】
環状凸面をボルト締結体の座面と対向すると共に、環状凹面を被締結物の座面と対向して装着されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のばね座金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボルト締結体の緩み止めに用いるばね座金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボルトやナットからなるボルト締結体は、その締付け時にボルト軸部が軸方向へ伸びて、そのばね反力により被締結物を締付ける。ボルト軸部は一般的にばね定数が高い材質で構成されるため、ボルト締結体の締付け時に強い締付け力（軸力）が生じるが、その伸び量は僅かであり、締結後に、ボルト締結体や被締結物の座面に多少のへたりが生じただけで、ボルト軸部の伸び量の大部分が失われてボルト締結体の軸力は大きく低下し、いわゆる緩みが生じることとなる。
【０００３】
こうしたボルト締結体の緩みを抑えるためにばね座金が用いられている。かかるばね座金は、通常ボルトやナットと、被締結物との間に介装されて、締結時に、ボルト締結体の座面（ボルトやナットの座面）と被締結物の座面との間で挟圧され弾性変形し、上述のように被締結物の厚みが減少して、ボルト軸部の伸びが減少した際にその復元弾力（ばね反力）で、ボルトやナットの座面と被締結物の座面との間を押し広げ、軸力低下を抑えることにより、ボルト締結体の緩みを防止する。
【０００４】
ばね座金は、撓み量が大きく、且つ締結時に生じるばね反力が大きいもの程、ボルト締結体と被締結物の座面間を、強い力で、且つ長い距離押し広げることができ、緩み止め効果に優れる。しかし、従来のばね座金の大部分は、締付け時に、ボルトの適正軸力よりはるかに小さいばね反力しか生ぜず、その緩み止め効果は小さい。なぜなら、ばね座金は、ボルトやナットの座面の大きさに応じたサイズでなくてはならず、大型化にしてばね反力を強くするには限界があり、また硬い材質を使用してそのばね反力を強化すると、撓み量は極端に小さくなり緩み止め効果はむしろ減少してしまうからである。そして、こうしたばね座金のばね反力を強化するために、種々の形状をなすばね座金が提案されている。なかでも皿状に変形した閉環板状をなす皿ばね座金は、コンパクトで、大容量の負荷重を受け止められるものとして知られているが（例えば非特許文献１）、かかる皿ばね座金であっても、ボルト締結体の大きさに即したサイズでは、強度の高いボルト締結体の適正荷重に相当するばね反力を生じることはできず、より強いばね反力を生じる形状のばね座金が求められている。
【０００５】
【非特許文献１】
「ばね座金」，ＪＩＳ  Ｂ  １２５１，日本規格協会，２００１年７月
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題に鑑みなされたものであり、コンパクトで、強いばね反力を有するばね座金の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ボルト締結体の緩み止めに用いるばね座金において、等厚な環状をなし、上下一面に環状凸面が、上下他面に該環状凸面と厚み方向で対向する環状凹面が夫々周方向に沿って曲成されてなり、ボルト締結体の締結時に、該ボルト締結体の軸力により扁平に弾性変形することを特徴とするばね座金である（請求項１）。かかる環状凸面及び環状凹面は、等厚な環状板をプレス成形し周方向に沿って屈曲させることにより、その上下面に対向状に形成される。すなわち、ばね座金は径方向断面に屈曲形状を有するものであり、該屈曲部により環状凸面及び環状凹面が形成される。そして、このばね座金を、ボルトやナットと被締結物との間に介装してボルト締結体を締付けていくと、ボルト又はナットの座面と被締結物の座面との間で挟圧されて、環状凸面の最上部と、反対側面の環状凹面の内外縁とに上下方向の締付け荷重がかかり、該ばね座金はその屈曲部が扁平になるように弾性変形する。そして、ボルト締結体を適正軸力で締付けた状態では、ばね座金はボルト又はナットと被締結物との間で平板状となって保持されることとなる。
【０００８】
このように、本発明のばね座金は、ボルト締結体の締付け時に、径方向断面の屈曲形状を扁平に弾性変形してばね反力を生じる。そして座面のへたり等によりボルト軸部の伸び量が減少し、ボルト締結体の軸力が低下した際には、扁平となっていたばね座金が弾性復帰して、そのばね反力でボルト又はナットの座面と被締結物の座面との間を押し広げ、軸力の低下を抑えることとなる。ここで、径方向の屈曲形状を扁平にする際に生じるばね反力は、皿ばね座金の形状より生じるばね反力よりも大きいため、ボルト軸部の伸び量減少に対する軸力低下を抑える作用が強く、同サイズの従来のばね座金と比して、ボルト締結体の緩みをより確実に防止できる。また、かかる屈曲部の形状は、上述のようにプレス成形等により容易に成形可能であり、皿ばね座金と同程度のコストで製造可能である。尚、本発明のばね座金は、従来のばね座金と同様に、締結時に生じる多少のばねのへたりは許容し得るものであり、また、その形状は弾性変形により扁平となり得る程度の等厚形状であればよく、屈曲部の厚みに多少の歪みがあっても構わない。
【０００９】
本発明のばね座金の形状は欠環状でも、締結時に径方向断面は弾性変形し、ばね反力による緩み止め作用を発揮する。しかし、閉環状をなす構成（請求項２）にあっては、ボルト締結体の締付け時に、径方向断面に沿った弾性変形に加えて、皿ばね座金と同様にその外周部が拡径する方向に、そして内周部が縮径する方向に弾性変形し、これらの弾性力すべてがボルト締結体と被締結物の座面の間を押し広げるばね反力を生じるため、欠環形状のものよりばね反力は強くなる。
【００１０】
また、本発明のばね座金は、上下一側全面が環状凸面を、上下他側全面が環状凹面を形成するものでもよいが、上下一面の環状凸面と、上下他面の環状凹面とを厚み方向で対向してなる環状屈曲部と、該環状屈曲部と径方向に連続する扁平部とからなる形状であっても構わない。
【００１１】
ここで、上下に対向状に形成される環状凸面と、環状凹面とからなる環状屈曲部の径方向の断面が円弧状をなすようにした構成が提案される（請求項３）。かかる構成にあっては、環状凸面上部と環状凹面の両縁とにかかる荷重が、環状屈曲部全域に分散し、環状屈曲部全体が弾性変形することとなり、局所的な負荷が少なく塑性変形や破損が起こり難いため、強いばね反力を生じ得ると共に、その撓み量を大きくすることが可能となる。そして、その厚みや幅、円弧形状の曲率を適切に設定することにより、コンパクトで適度な撓み量を有し、且つボルト締結体の適正軸力に近いばね反力を有するばね座金を実現可能となる。
【００１２】
さらに、上下一面の環状凸面と、上下他面の環状凹面とを厚み方向で対向してなる環状屈曲部を、径方向へ複数連続した構成にあっては（請求項４）、ボルト締結体の締付け時に、径方向に重なる、径の異なる複数の環状屈曲部が、それぞれ扁平に弾性変形してばね反力を生じ、ボルト締結体に緩みが生じた際には、かかる複数のばね反力を合わせた大きなばね反力がその軸力低下を抑えることとなる。ここで、かかる環状屈曲部は上述の断面円弧状のものに限らず、例えば断面ヘ字状をなすものでもよい。
【００１３】
また、かかるばね座金は、ボルト締結体の座面（ボルトやナットの座面）と、被締結物の座面との間で、環状屈曲部全面が挟圧される場合であれば、環状凸面と環状凹面を上下どちら側に向けて介装してもよいが、環状屈曲部の凸面側をボルト締結体の座面と対向し、その凹面側を被締結物の座面と対向して装着すると（請求項５）、環状屈曲部の外縁部がナットやボルトの座面から多少はみ出していても、締付けの際には、環状凹面の外側縁は被締結物の座面側で確実に支持される。すなわち、環状屈曲部の外径が、ボルトやナットの座面の外径よりも大きい場合でも、安定したばね作用を発揮することこととなり、ボルト締結体に強いばね反力を有する、径の大きなばね座金を装着可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
本実施例のばね座金１は、図１に示すように中心に貫通孔６が形成された中心対称な閉環状をなすと共に、図２に示すように径方向の断面全体が上方に凸に湾曲して円弧形状をなし、かかる断面円弧形状が周方向に沿って形成されて、締付け荷重により扁平に弾性変形する環状屈曲部２を構成する。
【００１５】
環状屈曲部２の形状について詳しく述べると、図３に示すように環状屈曲部２は、定常状態では径方向断面が円弧状に湾曲して、その上面に環状凸面３を、下面に環状凹面４を形成する。かかる環状凸面３と環状凹面４は、径方向断面が平行な円弧状をなす。そして、環状凹面４の外縁と内縁に位置する角部は、定常状態でばね座金１の最下部に位置し、かかる内外の角部が、ばね座金１の下面側で、ボルト締結体５（図４参照）の締付け荷重を受ける支持縁８，９を構成する。一方ばね座金１の上面側には環状凸面中央の最上部にボルト締結体５の締付け荷重が加わることとなり、かかる最上部が中央支持部７を構成する。
【００１６】
次に本実施例のばね座金１の作用を説明する。
図４はボルト１０とナット２０からなるボルト締結体５及び被締結物３０の分解図であり、ばね座金１はナット２０と被締結物３０との間に介装される。ここで、ばね座金１の外径は、ナット２０の外径よりも僅かに大きく、環状凹面４をナット２０側に向けた場合には、環状屈曲部２の外側支持縁９がナット２０の座面２１と当接せず、安定したばね作用が働かないため、ばね座金１は環状凸面３をナット２０の座面２１と対向するように装着される。
【００１７】
そして、ボルト１０の軸部１２を、被締結物３０とばね座金１に通し、ボルト１０とナット２０を締付けていくと、図５（イ）に示すように、ナット２０の座面２１が環状凸面３の中央支持部７と、被締結物３０の座面３１が環状凹面４の内外の支持縁８，９と夫々当接する。さらにボルト締結体５を締付けていくと、ばね座金１は、ナット２０の座面２１と被締結物３０の座面３１との間で挟圧されて、内側支持縁８を内方に、外側支持縁９を外方に変位させて、その環状屈曲部２を扁平にするように弾性変形していき、図５（ロ）に示すように、ナット２０を適正軸力で締付けた状態では、ばね座金１は締付け荷重に屈して扁平となり、その上面をナット２０の座面２１に、下面を被締結物３０の座面３１に密着させて、弾性力を維持した状態で保持される。そして座面のへたり等により、ボルト軸部１２の伸び量が減少した場合には、環状屈曲部２が湾曲して、環状凸面３の中央支持部７及び環状凹面４の支持縁８，９とで、ナット２０と被締結物３０との間を押し広げて軸力の低下を抑えることとなる。
【００１８】
このように、かかるばね座金１は、ボルト締結体５の締結時に、ナット２０と被締結物３０との間で挟圧されて扁平に弾性変形し、ボルト軸部１２の伸びが減少した際に、その復元弾力（ばね反力）によりボルト締結体５の軸力を補償して、ボルト締結体５の緩みを防止する。ここでボルト締結体５の締結によるばね座金１の弾性変形は、図５（ロ）に示すように径方向断面の変形だけでなく、その外周部が拡径する方向に、そして内周部が縮径する方向に弾性変形し、これら全ての弾性力がナット２０と被締結物３０との間を押し広げるばね反力として働くこととなる。特に径方向断面の復元弾力は、周方向の弾性力よりも非常に強く、従来の皿ばね座金の形状より強いばね反力を生じ得るため、ボルト軸部１２の伸び量が低下した際に、ボルト締結体５の適正軸力に近い軸力で被締結物３０を締付け続けることが可能となる。
【００１９】
本実施例のばね座金１の製造方法を説明すると、ばね座金１の材質は、高い引張り応力と、低い弾性率を持つばね鋼等を好適に用いうるが、上述の形状とした際に所要のばね特性を得られるものであれば、いかなる材料を用いても差し支えない。そして、例えばリング状に打ち抜いたばね鋼の板材をプレス成形して環状屈曲部２を形成した後、焼入、焼戻し等の熱処理を行うことにより、本実施例のばね座金１は製造できる。ここで、ばね座金１のばね特性は、材質、厚さ、環状屈曲部の曲率、高さ等を変化させることにより適宜変更可能である。そして上述したように、ばね座金１の形状は強いばね反力を生じるものであるから、上記のパラメータを適切に設定することにより、コンパクトで、且つ締付け時にボルト締結体の適正軸力に近いばね反力を生じる緩み止め効果に優れたばね座金１が実現可能である。
【００２０】
尚、本実施例のばね座金１は、上述した方法に限らず種々の方法でボルト締結体５に装着可能である。例えば、ばね座金１をボルト１０と被締結物３０との間に介装し、ボルト１０の座面１３と、被締結物３０の座面３２との間で挟圧して扁平に弾性変形させても同様の緩み止め効果を発揮させることができる。もちろん、ボルト１０側とナット２０側の両方に、夫々ばね座金１を介装しても構わない。さらには、図６に示すように、ボルト締結体５と被締結物３０との間に、複数のばね座金１を上下の向きを変えて交互に積み重ねてもよい。このように複数のばね座金１を組み合わせて装着した場合には、ばね座金１を組み合わせたものの撓み量は、ばね座金１一枚の撓み量より、その枚数倍だけ増加することとなる。従って、ボルト軸部１２の伸びの減少量に対して、より長く軸力を補償し続けることとなる。また、同種のばね座金１だけでなく、使用目的に合わせて平座金等の他種の座金と組み合わせて装着してもよい。そして、装着するボルト締結体の形状に関しても、その座面が平坦で、その大きさがばね座金１の形状に適合するものであれば、本実施例のボルト締結体５に限らず、種々のボルト締結体に装着可能である。そしてボルトやナットの座面の外径がばね座金１の外径よりも大きい場合には、ばね座金１は上下どちら向きに装着しても構わない。
【００２１】
以下に、径方向の断面形状が上述の実施例のばね座金１と異なる幾つかの変形例を示す。尚、かかる変形例のばね座金１ａ〜１ｅは、第一実施例のばね座金１と同様の方法で製造・使用可能であり、ばね座金１ａ〜１ｅの断面形状のみを示し、重複する説明は省略する。
【００２２】
図７は第二実施例のばね座金１ａの径方向断面を示し、かかるばね座金１ａは、中央がα°に屈折して、断面ヘ字状をなす環状屈曲部２ａからなる。かかるばね座金１ａにあっては、ボルト締結体を締付ける際に、上面の中央支持部７ａと、下面の支持縁８ａ，９ａとに締付け荷重が加わり、中央の屈折部が拡開するように弾性変形して扁平となる。
【００２３】
図８は第三実施例のばね座金１ｂの径方向断面を示し、かかるばね座金１ｂでは、断面円弧状をなす環状屈曲部２ｂの内方と外方に扁平部４０ｂ，４０ｂが連成される。かかるばね座金１ｂにあっては、環状凹面４ｂの内外の支持縁８ｂ，９ｂが鈍角形状をなすため、締付け荷重に対する耐久性に優れる。また、図９に示す第四実施例のばね座金１ｃのように、内外の一側のみに扁平部４０ｃを設けてもよい。
【００２４】
そして、図１０は第五実施例のばね座金１ｄの径方向断面を示し、かかるばね座金１ｄにあっては、二つの環状屈曲部２ｄ，２ｄ’が径方向に連続して形成される。すなわち、ばね座金１ｄは、径の小さい環状屈曲部２ｄと、該環状屈曲部２ｄを囲繞する径の大きい環状屈曲部２ｄ’とで構成される。そして、ボルト締結体の締付けにより、各環状屈曲部２ｄ，２ｄ’は扁平に弾性変形し、夫々がばね反力を生じることとなる。かかる形状のばね座金１ｄは、特に強いばね反力を生じ得るため、径の太いボルト締結体に好適に使用できる。また、同様にしてばね座金に三つ以上の環状屈曲部を形成することも可能である。
【００２５】
さらに、図１１は第六実施例のばね座金１ｅの径方向断面を示し、かかるばね座金１ｅは断面が波形状をなし、その上面に環状凸面３ｅと環状凹面４ｅ’を、下面に環状凹面４ｅと環状凸面３ｅ’を形成する。そしてボルト締結体を締付ける際には、上面の中央支持部７ｅ及び外側支持縁９ｅと、下面の内側支持縁８ｅ及び中央支持部７ｅ’とに締付け荷重が加わり、扁平に弾性変形することとなる。かかる形状のばね座金１ｅでも、締付け時にばね座金全域が弾性変形するため、耐久性に優れ、強いばね反力を生じることが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の、等厚な環状をなし、上下一面に環状凸面が、上下他面に該環状凸面と厚み方向で対向する環状凹面が夫々周方向に沿って曲成されてなり、ボルト締結体の締結時に、該ボルト締結体の軸力により扁平に弾性変形することを特徴とするばね座金は（請求項１）、適度な撓み量を有したコンパクトな形状で、皿ばね座金等の従来形状のばね座金よりも強いばね反力を有するため、ボルト締結体の座面の大きさに適したサイズで、該ボルト締結体の適正軸力に近いばね反力を生じさせることが可能であり、ボルト締結体の緩みを好適に防止できる。
【００２７】
ここで、ばね座金が閉環状をなす場合には（請求項２）、座面間で扁平となった際に、ばね座金の径方向断面に沿った弾性変形と、周方向の弾性変形との両方により、ボルト締結体と被締結物との間を押し広げるばね反力を生じるため、欠環状の構成よりばね反力が強く、緩み止め効果に優れる。
【００２８】
また、上下一面の環状凸面と、上下他面の環状凹面とを厚み方向で対向し、径方向の断面が円弧状をなす環状屈曲部を備える構成とすれば（請求項３）、締付け荷重が分散されて環状屈曲部全体が変形するため、局所的な負荷が少なく塑性変形や破損が起こり難く、ばね座金の撓み量やばね反力を大きくすることができる。
【００２９】
さらに、環状屈曲部を、ばね座金の径方向へ複数連続した場合には（請求項４）、ボルト軸部の伸び量の減少による軸力低下を、複数の環状屈曲部のばね反力を合わせた強い反力によって補償することとなり、径が大きく、強い適正軸力を有するボルト締結体でも、その軸力低下を好適に抑えることができる。
【００３０】
そして、ばね座金を、環状屈曲部の凸面側をボルト締結体の座面と対向し、その凹面側を被締結物の座面と対向して装着するようにすれば（請求項５）、ボルトやナットの座面面積に対して、環状屈曲部の外径を広く設定することが可能となり、ボルト締結体に、より強いばね反力を有するばね座金を装着できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ばね座金１の平面図である。
【図２】ばね座金１の径方向の縦断面図である。
【図３】図２の左側の拡大図である。
【図４】ボルト締結体５及び被締結物３０の分解図である。ここでばね座金１と被締結物３０は縦断して示す。
【図５】ボルト締結体５の締付けに伴う、ばね座金１の変形態様を示す説明図（イ），（ロ）であり、（イ）はばね座金１に締付け荷重がかかる前の状態を、（ロ）はボルト締結体５を適正軸力で締付けた状態を示す。
【図６】三枚のばね座金１を、交互に積み重ねて装着した状態を示す説明図である。
【図７】変形例のばね座金１ａの径方向断面を示す拡大図である。
【図８】変形例のばね座金１ｂの径方向断面を示す拡大図である。
【図９】変形例のばね座金１ｃの径方向断面を示す拡大図である。
【図１０】変形例のばね座金１ｄの径方向断面を示す拡大図である。
【図１１】変形例のばね座金１ｅの径方向断面を示す拡大図である。
【符号の説明】
１，１ａ〜１ｅ  ばね座金
２，２ａ〜２ｄ，２ｄ’  環状屈曲部
３，３ｂ〜３ｅ，３ｄ’，３ｅ’  環状凸面
４，４ａ〜４ｅ，４ｄ’，４ｅ’  環状凹面
５  ボルト締結体
６，６ａ〜６ｅ  貫通孔
７，７ａ〜７ｅ，７ｄ’，７ｅ’  中央支持部
８，８ａ〜８ｅ，８ｄ’  内側支持縁
９，９ａ〜９ｅ，９ｄ’  外側支持縁
１０  ボルト
１１  ボルト頭部
１２  ボルト軸部
１３  ボルト座面
２０  ナット
２１  ナット座面
３０  被締結物
３１，３２  被締結物座面
３３  貫通孔
４０ｂ，４０ｃ  扁平部
【図１】
2004316701.tif 000003
【図２】
2004316701.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004316701.tif 000008
【図７】
2004316701.tif 000009
【図８】
2004316701.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2004316701.tif 000012
【図１１】
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