(57)【要約】【課題】  ナットとワッシャの共回りを防止する。【解決手段】  ナット１０は、ボルト１２に螺合され、ワッシャ１８を介装して被締結体１４、１６を締結する。ワッシャ１８と対向するナット１０の接触面１９には、ワッシャ１８の共回りを検出する歪みゲージ２８が設けられる。ナット１０の頂部１１には、共回り防止油を貯留した油タンク３６が埋め込まれている。歪みゲージ２８の抵抗変化に基づいて、ワッシャ１８の共回りが検出されると、制御部３０は電磁弁３２を開いて、共回り防止油を接触面１９に供給し、ナットとワッシャの間の摩擦抵抗を低減させる。【選択図】  図１
2005249075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルトに螺合され、ワッシャを介装して締結されるナットにおいて、
ワッシャと対向するナットの接触面に設けられ、ワッシャの共回りを検出する共回り検出手段と、
ワッシャの共回りを検出したときに、前記接触面に共回り防止油を供給する給油手段と、
を備えることを特徴とする共回り防止ナット。
【請求項２】
前記検出手段は、前記接触面の歪みに基づいてワッシャの共回りを検出することを特徴とする請求項１に記載の共回り防止ナット。
【請求項３】
ボルトの雄ネジに対向するナットの雌ネジ部に設けられ、ボルトに発生する軸力を検出する軸力検出手段と、
検出された軸力が予め定められたしきい値を超えたとき点灯する発光部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の共回り防止ナット。
【請求項４】
ボルトに螺合され、ワッシャを介装して締結されるナットにおいて、ナットとワッシャの共回りを検出する装置であって、
ワッシャと対向するナットの接触面に設けられ、ワッシャの共回りを検出する共回り検出手段と、
前記共回り検出手段からの信号を取り出す第１の電極と、
前記第１の電極と接触して信号を受け取る第２の電極を設けたトルクレンチと、を備え、
前記トルクレンチが、ワッシャの共回りを検出したときに前記接触面に共回り防止油を供給する給油手段をさらに備えることを特徴とする共回り検出装置。
【請求項５】
前記トルクレンチが、前記接触面の歪みに基づいてワッシャが共回りしているか否かを判定する判定部をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の共回り検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナットとワッシャの共回りを検出するナットの構造および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボルトとナットの機能を適切に発揮するためには、ナットの締め込みによってボルトに発生する軸力を適正な値に管理する必要がある。従来、ボルトの軸力を直接測定することは困難なので、軸力を管理する代わりにトルクレンチを用いて締め付けトルクを管理することがよく行われている。締め付けトルクと、被締結体とボルト、ナット間の摩擦係数とがわかれば、軸力を算出することができる。
【０００３】
しかし、規定のトルクでナットを締め付けた場合でも、実際の摩擦係数が軸力換算式の摩擦係数よりも小さければ、算出した軸力がボルトに発生しないことになる。
【０００４】
高軸力をかけた状態でナットを回転させると、ナットの接触面に肌荒れを生じることがある。肌荒れを生じると、ナットと被締結体の間に介装されるワッシャとの間に高い摩擦力が生じ、ナットに締め付け力を加えたとき、ナットとワッシャとが共回りしてしまう。こうなると、ナットを締め付けてもボルトとナットが空転してしまい、指定されたトルクをかけたとしても、予期した軸力が発生しないことが起こりえる。そのため、実際の取り付け現場では、指定トルクより過大なトルクでナットを締め付けたりする場合があり、これはトルク管理上好ましくない。
【０００５】
このような共回りを防止する技術として、特許文献１には、締め付けトルクをかけられ、内周でボルトに螺合するナットＡと、ナットＡに対して相対的に回転および軸方向移動可能で、ナット座面に軸方向に押し付けられるナットＢと、ナットＡとナットＢとの間に装着され、ナットＡにかかる締め付けトルクによってナットＡとナットＢのばね座間距離が縮小した時に自身が圧縮変形する皿ばねと、からなるナットアセンブリが開示されている。このナットアセンブリによれば、ナットＡにかかる締め付けトルクを皿ばねにより軸力に変換して該軸力をナットＢにかけるので、ナットＡの回転がナットＢにほとんど伝わることがなく、ナットＢとナット座面が回転摺動による肌荒れを生じることがなくなるとしている。
【特許文献１】特開２００２−１７８７０２号公報
【特許文献２】特開２００２−１８１０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１のように、ナットを二部材に分けなくても、ナットとワッシャの間の摩擦係数を低減させれば共回りがなくなり、適正なトルクによる軸力管理をすることができる。従来、このようなナットとワッシャの共回りを防止するために、予めワッシャに油を塗布しておくことが行われていた。しかし、このようにすると、油を塗布してから実際に組み付け作業を実施するまでの間に油が乾燥してしまうことがあり、当初の目的が果たされなくなるおそれがある。これを防止するためには、ナットの組み付けの直前に塗布すればよいが、作業が面倒であり、また組み付け作業中に油がふき取られてしまう場合がある。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ナットの共回りを検知して共回りを防止する油を供給する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様は、ボルトに螺合され、ワッシャを介装して締結されるナットにおいて、ワッシャと対向するナットの接触面に設けられ、ワッシャの共回りを検出する共回り検出手段と、ワッシャの共回りを検出したときに、前記接触面に共回り防止油を供給する給油手段と、を備える共回り防止ナットを提供する。
【０００９】
この態様によれば、ナットとワッシャの共回りを検出したときに、ナットとワッシャの間の摩擦係数を低下させるための共回り防止油が供給されるので、ナットとワッシャの共回りが防止され、指定の締め付けトルクでナットを締め付けたときに、予期した通りの軸力をボルトに発生させることができる。
【００１０】
前記共回り検出手段は、前記接触面の歪みに基づいてワッシャの共回りを検出してもよい。共回り検出手段は、例えばナットの接触面近傍に設けられた歪みゲージである。
【００１１】
前記共回り防止ナットは、ボルトの雄ネジに対向するナットの雌ネジ部に設けられ、ボルトに発生する軸力を検出する軸力検出手段と、検出された軸力が予め定められたしきい値を超えたとき点灯する発光部と、をさらに備えてもよい。これによると、ボルトの軸力が規定軸力に達したときに発光部が点灯するので、ユーザはこれを合図としてナットの締め付けを終了することができ、過大なトルクをボルトに与えてしまうことがない。軸力検出手段は、例えばナットの雌ネジ部に設けられた歪みゲージである。
【００１２】
本発明の別の態様は、ボルトに螺合され、ワッシャを介装して締結されるナットにおいて、ナットとワッシャの共回りを検出する装置を提供する。この共回り検出装置は、ワッシャと対向するナットの接触面に設けられ、ワッシャの共回りを検出する共回り検出手段と、前記共回り検出手段からの信号を取り出す第１の電極と、前記第１の電極と接触して信号を受け取る第２の電極を設けたトルクレンチと、を備える。前記トルクレンチは、ワッシャの共回りを検出したときに、前記接触面に共回り防止油を供給する給油手段をさらに備える。
【００１３】
この態様によれば、ナットとワッシャの共回りを検出したときに、ナットとワッシャの間の摩擦係数を低下させるための共回り防止油が供給されるので、ナットとワッシャの共回りが防止され、指定の締め付けトルクでナットを締め付けたときに、予期した通りの軸力をボルトに発生させることができる。また、トルクレンチ側に油タンクを設けておくので、油の補充が比較的容易である。
【００１４】
前記トルクレンチは、前記接触面の歪みに基づいてワッシャが共回りしているか否かを判定する判定部をさらに備えてもよい。これによれば、ナット毎に共回りの判定部を設ける必要がなく、コストが低減される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による共回り防止ナット、または共回り検出装置によれば、ナットとワッシャの共回りを検出して共回り防止油を供給するので、ナットとワッシャの共回りが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
第１の実施形態．
この実施形態では、ナットのワッシャとの接触面に設けた歪みゲージの出力に基づいてナット締め付け時におけるワッシャの共回りを検知し、共回り防止油をナットとワッシャ間に給油して共回りを防止する共回り防止ナットである。
【００１７】
図１を参照して、本実施形態に係る共回り防止ナットの構成を説明する。ナット１０は、レンチなどによって締め付けトルクをかけられる六角外形を有する頂部１１と、ワッシャと接触する接触面１９を下面に持つつば部２０と、内周に雌ネジが刻まれ、ボルトの雄ネジに螺合される突出部２２とからなる。ナット１０の突出部２２は、被締結体１６に形成された穴に挿入される。被締結体１６は、この穴とナットの突出部２２によって位置決めされる。ナット１０と被締結体１６との間には、ワッシャ１８が介装される。このワッシャ１８は、ナット１０にかかる締め付けトルクによって、ナットのつば部２０と被締結体１６との距離が縮小するにつれて、つば部２０の接触面１９により圧縮される。
【００１８】
ボルト１２は、頭部１５と軸部１７とからなる。軸部１７の長さ方向の少なくとも先端側には、雄ねじが形成されている。軸部１７の長さは被締結体１４の厚さよりも長くされており、雄ねじの一部は被締結体１４から突出している。この突出部分とナット１０の突出部２２の内周の雌ネジとが螺合することで、被締結体１４および１６が締結される。
【００１９】
ナット１０およびボルト１２の基本的な機能は、ナット１０を締めこむことによってボルト１２の軸方向に軸力を発生させ、被締結体１４、１６を強く拘束することである。被締結体１４、１６は、例えば、車両のハブと締結されるホイールディスクであり、図１では、被締結体１４がハブであり、被締結体１６がホイールディスクに相当する。
【００２０】
ナット１０の頂部１１には、ＣＰＵ、メモリ、電気回路などで構成される制御部３０が埋め込まれている。ナット１０の頂部には、図示しない電池も埋め込まれている。
【００２１】
つば部２０のワッシャ１８に対向する接触面１９の付近には、共回り検出手段としての歪みゲージ２８が設けられている。歪みゲージ２８は制御部３０に接続される。ナット１０とワッシャ１８とが共回りをすると、ワッシャ１８の抵抗によりつば部２０の接触面１９に応力が発生し、歪みゲージ２８の抵抗が変化する。したがって、この抵抗変化を検出することでナットとワッシャの共回りが発生しているか否かを判定することができる。図１では１つの歪みゲージ２８のみが示されているが、歪みゲージ２８は、つば部２０の複数個所に設けられることが好ましい。
【００２２】
ナット１０の突出部２２内周の雌ネジ付近には、軸力検出手段としての歪みゲージ２４が設けられている。歪みゲージ２４は制御部３０に接続される。ナット１０に締め付けトルクをかけていき、雌ネジと雄ネジが螺合されると、ボルト１２の軸部１７に軸力が発生する。この軸力によって、ナット１０の突出部２２の内周面に応力が発生し、歪みゲージ２４の抵抗が変化する。したがって、この抵抗変化を検出することで、ボルト１２の軸部１７に発生している軸力を算出することができる。
【００２３】
ナット１０の頂部１１には、油タンク３６も設けられている。油タンク３６内には、ナット１０とワッシャ１８間に供給されて摩擦抵抗を低減することで共回りを防止する共回り防止油を予め封入しておく。共回り防止油は一例としてスピンドル油であるが、これに限定されるわけではなく、摩擦抵抗を低下させる油であれば任意のものを使用できる。油タンク３６の底面の一部からは、油通路２６が図１の斜め下方向に延びており、この油通路２６は、つば部２０のワッシャに対向する接触面１９に通じている。この油通路２６の途中には電磁弁３２が設けられ、制御部３０からの信号により開閉されるようになっている。代替的に、通電によって焼き切れる電気ヒューズでもって油通路２６を塞いでおくようにしてもよい。
【００２４】
ナット１０の頂部には、図示しない電池から電気が供給されて点灯する発光ダイオード等の発光部３４が設けられている。
【００２５】
図２は、制御部３０の構成を示す機能ブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、マイクロコンピュータやメモリをはじめとする素子や回路で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２６】
信号検出部４２は、歪みゲージ２８に電圧を印可し、抵抗の変化を検出してナット１０の接触面１９の歪みを求める。続いて、求めた歪みからナット１０の接触面１９における応力を算出する。同様に、信号検出部４２は、歪みゲージ２４にも電圧を印可し、抵抗の変化を検出してナット１０の突出部内周の歪みを求める。さらに、求めた歪みからナット１０の突出部内周における応力を算出する。判定部４４は、信号検出部４２で算出されたナット１０の接触面１９における応力に基づいて、ナット１０とワッシャ１８の共回りが発生しているか否かを判定する。同様に、判定部４４は、信号検出部４２で算出されたナット１０の突出部内周における応力に基づいて、ボルト１２の軸部１７に発生する軸力が適正値に達したか否かを判定する。弁駆動部４６は、判定部４４によりナット１０とワッシャ１８の共回りが発生していると判定されたときに、共回り防止油をナット１０の接触面１９に供給すべく、電磁弁３２を開弁する信号を送る。
【００２７】
図３は、制御部３０で実行される共回り検出のフローチャートである。ユーザが図示しないレンチを用いてナット１０に締め付けトルクを与えている間、信号検出部４２は、歪みゲージ２８の出力からナット１０の接触面１９の歪みを検出し、さらに接触面１９に発生している応力を算出する（Ｓ１０）。判定部４４は、算出された応力と予め定められたしきい値とを比較して、ナットとワッシャの共回りが発生しているか否かを判定する（Ｓ１２）。算出された応力がしきい値より大きい場合は、ナットとワッシャの共回りが発生していると判定される（Ｓ１２のＹＥＳ）。弁駆動部４６からの信号により電磁弁３２が開弁され（Ｓ１４）、油タンク３６からナット１０の接触面１９に共回り防止油が供給される。
【００２８】
共回り防止油がナット１０とワッシャ１８の間に供給されると、ナット１０とワッシャ１８の間の摩擦抵抗が低減するので、接触面１９に発生している応力が小さくなる。この応力が上記しきい値以下になると、共回りが発生していないと判定され（Ｓ１２のＮＯ）、弁駆動部４６は電磁弁３２を閉弁する（Ｓ１５）。電磁弁３２を閉弁することなく、油タンク３６内の共回り防止油をすべてナット１０の接触面１９に供給するようにしてもよい。
【００２９】
続いて、信号検出部４２は、歪みゲージ２４の出力からナット１０の突出部内周の歪みを検出し、さらに突出部内周に発生している応力を算出する（Ｓ１６）。判定部４４は、算出された応力が予め定められた規定軸力を上回ったか否かを判定する（Ｓ１８）。算出された応力が規定軸力以下の場合（Ｓ１８のＮＯ）、Ｓ１６とＳ１８の処理が繰り返され、ナット１０にはユーザにより締め付けトルクが与えられ続ける。ナットの締め付けが進んで、ナット１０の突出部内周に発生している応力が規定軸力に到達すると（Ｓ１８のＹＥＳ）、ナット１０の頂部１１に設けられている発光部３４が点灯される（Ｓ２０）。これによって、ナット１０の突出部内周の応力が規定軸力に達したことを知らせるので、ユーザはナット１０の締め付けを終了することができ、過大なトルクをボルト１２に与えることがない。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態による共回り防止ナットによれば、共回りを検出したときに共回り防止油が供給されて共回りが解消される。したがって、指定の締め付けトルクでナットを締め付けたときに、予期した通りの軸力がボルトに発生するようになり、指定トルクより過大なトルクでナットを締め付けたりする必要がなくなる。
【００３１】
従来、このようなナットとワッシャの共回りを防止するために、予めワッシャに油を塗布しておくことが行われていた。しかし、このようにすると、油を塗布してから実際に組み付け作業を実施するまでの間に油が乾燥してしまうことがあり、当初の目的が果たされなくなるおそれがある。これを防止するためには、ナットの組み付けの直前に塗布すればよいが、作業が面倒であり、また組み付け作業中に油がふき取られてしまう場合がある。本実施の形態では、実際に共回りを検知したときに初めて共回り防止油をナットのワッシャとの接触面に供給するので、上述のような問題が発生しない。
【００３２】
この実施形態は、例えば、自動車のホイールディスクを車体に取り付けるハブナットや、エンジン組立に使用されるナットなどに適用することができる。
【００３３】
第２の実施形態．
第２の実施形態は、ナットとワッシャの共回りを判断する制御部と、ナットに共回り防止油を供給するための油タンクを、ナットの締め付けおよびトルク管理を行うためのトルクレンチ側に設けた共回り検出装置である。
【００３４】
図４は、第２の実施形態に係る共回り検出装置の全体構成図である。ナット１０、ボルト１２、被締結体１４、１６、共回り検出部としての歪みゲージ２８、軸力検出部としての歪みゲージ２４の配置は、図１に示した第１の実施形態と同様であるので、一部を省略している。ナット１０のつば部２０の上面には、図５に示すように、歪みゲージ２４、２８に電圧を印可するための電極４０ａ、４０ｂが設けられている。
【００３５】
トルクレンチ５０は、ユーザにより予め設定されたトルクになると、ヘッド部５２が空転して設定トルク以上のトルクがナットにかからないようにするレンチである。トルクレンチ５０のヘッド部５２には、締め付けるナット１０の六角外形サイズに適合するアダプタ５４が取り付けられている。アダプタ５４の下面には、つば部２０の上面の電極４０ａ、４０ｂと接触して歪みゲージ２４、２８に電圧を印可するための電極５６ａ、５６ｂが設けられている。アダプタ５４の電極５６ａ、５６ｂをナットの電極４０ａ、４０ｂと位置合わせしやすくするために、アダプタ５４に電極５６ａ、５６ｂの位置がわかる目印を付けておいたり、または、電極５６ａ、５６ｂと電極４０ａ、４０ｂとが位置合わせされる場所以外では、アダプタ５４とナット１０とが嵌合できないような構造にしておいてもよい。
【００３６】
電極５６ａ、５６ｂは、ヘッド部５２内に設けられる制御部６０に接続される。ヘッド部５２内には油タンク５８も設けられており、共回り防止油を貯留できるようになっている。油タンク５８からは、図示しない油通路がアダプタ５４内に設けられた通路に連結されており、ナット１０のつば部２０の側面へと油が流れてワッシャ１８に共回り防止油が供給されるようになっている。ヘッド部５２内には、図示しない電池も備えられている。
【００３７】
トルクレンチ５０には、ダイアルまたはボタン操作により設定トルクを変更可能にする設定トルク入力部（図示せず）も設けられている。
【００３８】
図６は、制御部６０の構成を示す機能ブロック図である。ユーザがトルクレンチ５０をナット１０と嵌め合わせると、信号検出部７２は、歪みゲージ２８に電圧を印可し、抵抗の変化を検出してナット１０の接触面１９の歪みを求める。求めた歪みからナット１０の接触面１９における応力を算出する。同様に、信号検出部７２は、歪みゲージ２４にも電圧を印可し、抵抗の変化を検出してナット１０の突出部内周の歪みを求める。さらに、求めた歪みからナット１０の突出部内周における応力を算出する。判定部７４は、信号検出部７２で算出されたナット１０の接触面１９における応力に基づいて、ナット１０とワッシャ１８の共回りが発生しているか否かを判定する。同様に、判定部７４は、信号検出部７２で算出されたナット１０突出部内周における応力に基づいて、ボルト１２の軸部１７に発生する軸力が適正値に達したか否かを判定する。
【００３９】
弁駆動部７６は、判定部７４によりナット１０とワッシャ１８の共回りが発生していると判定されたときに、共回り防止油をナット１０の接触面１９に供給すべく、油タンク５８からの油通路に設けられた図示しない電磁弁を開弁する信号を送る。共回り防止油がナット１０とワッシャ１８の間に供給されることで、ナット１０とワッシャ１８の間の摩擦抵抗が低減し、共回りが防止される。
【００４０】
ナット１０の突出部内周における応力が規定軸力に到達すると、トルクレンチ５０のヘッド部５２が空転する。このとき、ヘッド部５２の上面に設けられた発光部６２を点灯させてもよい。これによって、ボルトの軸力が規定軸力に達したことを知らせるので、ユーザはナット１０の締め付けを終了することができ、過大なトルクをボルト１２に与えることがない。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態による共回り検出装置によれば、共回りを検出したときにトルクレンチからナットに共回り防止油が供給されて、ナットとワッシャの共回りが解消される。第１の実施形態では、そのナットが螺合されるボルトの規定軸力を予め設定しておく必要があったが、本実施形態では、ナットに設けられた歪みセンサからの信号を取得してトルクレンチ側で規定軸力に達したか否かの判定をするので、トルクレンチで設定した締め付けトルクに合わせた規定軸力の判定をすることができる。さらに、トルクレンチ側に油タンクを設けておくので、油の補充が比較的容易である。加えて、制御部をトルクレンチ側に設けておくので、ナット毎に制御部を設ける必要がなく、コストが低減される。
【００４２】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そのような変形例を述べる。
【００４３】
第２の実施形態において、油タンクをナットに設け、トルクレンチ内の制御部からの信号に応答して、共回り防止油をナット接触面に供給するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態の全体構成を示す図である。
【図２】制御部の機能ブロック図である。
【図３】本実施形態による共回り検出のフローチャートである。
【図４】本発明の別の実施形態の全体構成を示す図である。
【図５】図４のナットの平面図である。
【図６】制御部の機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  ナット、  １１  頂部、  １２  ボルト、  １４  被締結体、  １６  被締結体、  １８  ワッシャ、  １９  接触面、  ２０  つば部、  ２２  突出部、  ２４  歪みゲージ、  ２６  油通路、  ２８  歪みゲージ、  ３０  制御部、  ３２  電磁弁、  ３４  発光部、  ３６  油タンク、  ４０  電極、  ４２  信号検出部、  ４４  判定部、  ４６  弁駆動部、  ５０  トルクレンチ、  ５４  アダプタ、  ５６  電極、  ５８  油タンク、  ６０  制御部、  ６２  発光部、  ７２  信号検出部、  ７４  判定部、  ７６  弁駆動部。
【図１】
2005249075.tif 000003
【図２】
2005249075.tif 000004
【図３】
2005249075.tif 000005
【図４】
2005249075.tif 000006
【図５】
2005249075.tif 000007
【図６】
2005249075.tif 000008