(57)【要約】【課題】汎用の工具が用いられた場合であっても、高トルクに耐え得るようにすることで実用性の向上を図ったボルトの頭部を提供する。【解決手段】軸方向に見た場合に、正六角形の各辺の一部にそれぞれ相当する複数の側面１１を有する頭部１０であって、正六角形の角部に相当する付近に、内側に凹んだ凹部１２が設けられており、これにより、専用工具を用いられれば、高いトルク伝達能力が発揮され、汎用の工具を用いられた場合であっても、頭部１０の変形を抑制することができる。【選択図】図１
2007211931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に見た場合に、正多角形の各辺の一部にそれぞれ相当する複数の側面を有する頭部であって、
前記正多角形の角部に相当する付近に、内側に凹んだ凹部が設けられていることを特徴とする頭部。
【請求項２】
前記凹部は、軸方向に見た場合に、前記正多角形の対角線に対して対象形状であることを特徴とする請求項１に記載の頭部。
【請求項３】
前記凹部は、軸方向に見た場合に、前記正多角形の対角線に一致する面を有していることを特徴とする請求項１に記載の頭部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルトの頭部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボルトの頭部としては、一般的には、四角頭や図８に示すボルト２００のような六角頭２０１が用いられるが、高トルクが要求される場合には、ヘクサロビュラ形状の頭部（特許文献１参照）や、図９に示すボルト３００の頭部３０１（特許文献２参照）のように特殊形状の頭部が用いられる。なお、図８は一般的なフランジ付き六角ボルトの外観図であり、同図（Ａ）はその平面図であり、同図（Ｂ）はその正面図である。また、図９は従来例に係る特殊形状の頭部を備えるボルトの頭部付近を示す斜視図である。
【０００３】
このような特殊形状の頭部を有するボルトの場合、断面形状が頭部の断面形状と相似である嵌合孔を有する専用工具を用いることにより、高いトルク伝達能力が発揮されるため、高トルクにてボルトの締結や締結解除を行うことができる。また、これらヘクサロビュラ形状の頭部や図９に示した頭部３０１は、六角頭用の汎用の工具をも用いることができるという特徴を有している。
【０００４】
しかしながら、これらの頭部を有するボルトに対して、六角頭用の汎用の工具を用いる場合には、頭部に対する工具の接触面積が小さいために応力集中が発生し、また、応力のかかる部分の肉厚が薄いために、素材によっては頭部の一部が変形してしまうことがある。そのため、素材によっては、六角頭用の汎用の工具を用いる場合に低トルクでの利用しか行えず、実用性が乏しいという問題がある。
【特許文献１】実公昭４８−３９９５９号公報
【特許文献２】特開２００４−７６９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、汎用の工具が用いられた場合であっても、高トルクに耐え得るようにすることで実用性の向上を図ったボルトの頭部を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
【０００７】
すなわち、本発明の頭部は、
軸方向に見た場合に、正多角形の各辺の一部にそれぞれ相当する複数の側面を有する頭部であって、
前記正多角形の角部に相当する付近に、内側に凹んだ凹部が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、頭部に嵌合する嵌合孔が頭部形状に対応した形状を有する専用工具を用いることで、側面部分だけでなく凹部の部分によっても回転トルクを生じさせることができる。そのため、高いトルク伝達能力が発揮され、高トルクによる締結や締結解除を行うことができる。そして、汎用の工具（ソケットやスパナ等）を用いた場合であっても、頭部のうち側面の部分に工具が当たるので、工具と頭部との接触面積を広くとることができ、応力の集中を緩和できる。また、頭部に対する応力のかかる部分の肉厚が薄くなってしまうことも抑制できる。これらのことから、汎用の工具が用いられ、高トルクが作用した場合であっても、頭部の変形を抑制することができる。これに伴い、一定トルクに対応
可能な頭部の高さを低くすることができるため、軽量化を図ることも可能となる。
【０００９】
前記凹部は、軸方向に見た場合に、前記正多角形の対角線に対して対象形状であるとよい。
【００１０】
このようにすれば、右回転と左回転に対して、同等のトルク伝達能力が発揮される。これにより、締結時についても締結解除時についても高いトルク伝達能力が発揮される。
【００１１】
また、前記凹部は、軸方向に見た場合に、前記正多角形の対角線に一致する面を有していることも好適である。
【００１２】
このようにすれば、当該一致する面に対して作用する力を、ほぼ全て回転トルクとして寄与させることができるため、トルク伝達能力を可及的に高くすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、汎用の工具が用いられた場合であっても、高トルクに耐え得ることができ、実用性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１５】
（実施例１）
図１〜図４を参照して、本発明の実施例１に係るボルトの頭部について説明する。
【００１６】
＜ボルト＞
特に、図１を参照して、本発明の実施例１に係るボルト全体の構成について説明する。図１は本発明の実施例１に係るボルトの外観図である。なお、同図（Ａ）はその平面図であり、同図（Ｂ）はその正面図である。
【００１７】
本実施例に係るボルト１００は、いわゆるフランジ付き六角ボルトの改良品であり、頭部１０と、フランジ部２０と、軸部３０とから構成されている。フランジ部２０及び軸部３０に関しては、一般的な公知のボルトのフランジ部及び軸部と特に変わりはないので、その説明は省略する。
【００１８】
本実施例に係る頭部１０は、一般的な六角頭における６つの角部に相当する部分をそれぞれ内側に凹ましたような形状であり、平面状の６つの側面１１と、内部側に凹んだ６つの凹部１２とを備えている。したがって、この頭部１０を軸方向に見ると、図１（Ａ）からも分かる通り、各側面１１は、正六角形の各辺の一部にそれぞれ相当する。そして、正六角形の６つの角部に相当する部分が、それぞれ内側に凹んで、６つの凹部１２が形成されている。なお、本実施例は、上述のようにフランジ付き六角ボルトの改良品であり、頭部１０の形状は、軸方向に見て正六角形ではないが、説明の便宜上、以下の説明においては、軸方向に見て各側面１１の両端をそれぞれ延長した直線によって囲まれることで形成される仮想的な正六角形を、単に「正六角形」と称する。
【００１９】
＜頭部の詳細＞
特に、図２を参照して、本発明の実施例１に係る頭部１０について、更に詳しく説明する。図２は本発明の実施例１に係るボルトを上から見た場合の頭部及びフランジ部の外形
を示す図である。
【００２０】
図２から分かるように、本実施例に係る頭部１０に設けられた凹部１２は、軸方向に見た場合、正六角形の対角線に対して対象形状である。この凹部１２は、最も深い軸心側が湾曲面１２ａで構成され、その両側がそれぞれ平面１２ｂによって構成されている。そして、これらの平面１２ｂは、外側に向かって開くように構成されている。
【００２１】
軸方向に見た場合における側面１１の幅Ｃ１は、正六角形の１辺の長さの５５〜６５％となるように設定されている。そして、対向する側面１１間の距離Ｓ１は、一般的な六角頭の二面幅と同様に設定される。すなわち、ＩＳＯ規格やＪＩＳ規格などの規格により定められた二面幅の寸法に設定される。また、軸方向に見た場合、凹部１２の開口部の深さＢ１は、上記距離Ｓ１の７〜１０％の範囲に設定される。なお、この開口部の幅Ａ１は、上記側面１１の幅Ｃ１に応じて適宜設定すればよい。
【００２２】
＜工具による締結または締結解除＞
特に、図３及び図４を参照して、本実施例に係る頭部１０を備えたボルトを、工具を用いて締結または締結解除する場合の挙動について説明する。図３は本発明の実施例１に係る頭部に専用工具が嵌合した様子を示す模式的断面図（軸に対して垂直な断面図）である。図４は本発明の実施例１に係る頭部に一般的な汎用工具が嵌合した様子を示す模式的断面図（軸に対して垂直な断面図）である。
【００２３】
まず、専用工具を用いる場合について、図３を参照して説明する。なお、本実施例では、専用工具がソケットの場合を例にして説明する。本実施例に係る専用工具５００は、頭部１０に嵌合する嵌合孔５０１を備えている。この嵌合孔５０１の内周面は、軸方向に見た場合に、正六角形の各辺の一部にそれぞれ相当する複数の側面５０１ａと、この正六角形の角部に相当する位置に設けられた６つの凸部５０１ｂとを備えている。すなわち、軸方向に見た場合に、この専用工具５００における嵌合孔５０１の内周形状は、頭部１０の外周形状と相似形状であり、クリアランス分だけ、嵌合孔５０１の内周の方が大きな形状となっている。
【００２４】
このように構成された専用工具５００を回転させると、頭部１０における６つの側面１１に、専用工具５００における嵌合孔５０１の６つの側面５０１ａがそれぞれ当たると共に、頭部１０における６つの凹部１２に、専用工具５００の６つの凸部５０１ｂがそれぞれ当たり、これらによってボルトに回転トルクが与えられる。ここで、本実施例では、凹部１２及び凸部５０１ｂのいずれについても、軸方向に見た場合、正六角形の対象線に対して対象形状であるので、右回転と左回転のトルク伝達能力はほぼ等しくなる。
【００２５】
次に、汎用工具を用いる場合について、図４を参照して説明する。なお、本実施例では、汎用工具がソケットの場合を例にして説明する。図４に示す汎用工具６００は、軸方向に見た断面形状が正六角形の嵌合孔６０１を備えている。この嵌合孔６０１の二面幅は、ＩＳＯ規格やＪＩＳ規格などの規格により定められていることは言うまでもない。
【００２６】
このように構成された汎用工具６００を回転させると、頭部１０における６つの側面１１に、汎用工具６００における嵌合孔６０１の６面がそれぞれ当たり、これらによってボルトに回転トルクが与えられる。
【００２７】
＜本実施例の優れた点＞
本実施例に係る頭部１０によれば、専用工具５００を用いた場合に、頭部１０の側面１１だけでなく、凹部１２にも回転トルクが付与されるので、優れたトルク伝達性能が発揮される。
【００２８】
なお、以下にトルク伝達性能等に関して、本実施例に係る頭部１０と一般的な六角頭を比較した解析結果について説明する。
【００２９】
二面幅が１２ｍｍ，頭部高さが７．３ｍｍの頭部を備えるフランジ付き六角ボルトと、上記距離Ｓ１が１２ｍｍ，頭部高さが５．１１ｍｍの頭部を備える本実施例に係るボルトについて、それぞれ頭部重量を測定すると共に、３９Ｎ・ｍの回転トルクを負荷した際の最大塑性ひずみを測定した。なお、最大塑性ひずみの測定は、前者は汎用工具を用い、後者は専用工具を用いた。また、頭部を除く部分の形状や寸法及び素材については、両者とも同一のものとした。
【００３０】
測定の結果、頭部重量については、前者が８．４５ｇに対して後者が６．０５ｇであり、最大塑性ひずみについては、前者が０．１７９に対して後者が０．００６７２であった。
【００３１】
以上のように、本実施例に係る頭部１０によれば、一般的な六角頭に比べて、頭部高さを低くして軽量化を図っても、非常に優れたトルク伝達性能が発揮されることが分かる。また、本実施例に係る頭部１０に設けた凹部１２は、軸方向に見た場合、正六角形の対角線に対して対象形状であるので、右回転と左回転のいずれについても、トルク伝達能力をほぼ等しくすることができる。従って、締結時と締結解除時のいずれについても、同等のトルク伝達能力が発揮される。
【００３２】
また、本実施例に係る頭部１０によれば、汎用工具を用いた場合であっても、頭部１０のうち側面１１（一般的な六角頭における二面幅を構成する側面）に工具が当たるため、ヘクサロビュラ形状の頭部や図９に示す特殊形状の頭部の場合に比べて、工具と頭部との接触面積を広くとることができ、応力集中を緩和することができる。また、頭部１０に対する応力のかかる部分の肉厚が薄くなってしまうことも抑制できる。これらのことから、汎用の工具が用いられ、高トルクが作用した場合であっても、頭部１０の変形を抑制することができる。これに伴い、一定トルクに対応可能な頭部１０の高さを低くすることができるため、軽量化を図ることも可能となる。実際上、一般的なものと比べて頭部１０の高さを３０％程度低くすることが可能となった。
【００３３】
（実施例２）
図５〜図７には、本発明の実施例２が示されている。本実施例では、頭部に設ける凹部の変形例を説明する。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００３４】
図５は本発明の実施例２に係るボルトを上から見た場合の頭部及びフランジ部の外形を示す図である。図６は本発明の実施例２に係る頭部に専用工具が嵌合した様子を示す模式的断面図（軸に対して垂直な断面図）である。図７は本発明の実施例２に係る頭部に一般的な汎用工具が嵌合した様子を示す模式的断面図（軸に対して垂直な断面図）である。
【００３５】
本実施例に係る頭部４０は、一般的な六角頭における６つの角部に隣接する部分をそれぞれ内側に凹ましたような形状であり、実施例１の場合と同様に、平面状の６つの側面４１と、内部側に凹んだ６つの凹部４２とを備えている。したがって、この頭部４０を軸方向に見ると、図５からも分かる通り、各側面４１は、正六角形の各辺の一部にそれぞれ相当する。そして、正六角形の６つの角部に隣接する部分が、それぞれ内側に凹んで、６つの凹部４２が形成されている。なお、本実施例の場合も、フランジ付き六角ボルトの改良品であり、頭部４０の形状は、軸方向に見て正六角形ではないが、説明の便宜上、以下の説明においては、軸方向に見て各側面４１の両端をそれぞれ延長した直線によって囲まれ
ることで形成される仮想的な正六角形を、単に「正六角形」と称する。
【００３６】
本実施例に係る頭部４０に設けられた凹部４２は、軸方向に見た場合、実施例１の場合とは異なり、正六角形の対角線に対して対象形状ではない。本実施例における凹部４２は、最も深い軸心側の湾曲面４２ａと、湾曲面４２ａの一方側に設けられ、対角線に沿うように設けられる（軸方向に見た場合に対角線と一致する）平面４２ｂと、この平面４２ｂに対して所定の角度α２だけ傾くように設けられる平面４２ｃを備えている。
【００３７】
また、この凹部４２は、軸方向に見た場合における側面４１の幅Ｃ２は、正六角形の１辺の長さの６０〜７０％となるように設定されている。そして、対向する側面４１間の距離Ｓ２は、一般的な六角頭の二面幅と同様に設定される。すなわち、ＩＳＯ規格やＪＩＳ規格などの規格により定められた二面幅の寸法に設定される。また、軸方向に見た場合、凹部４２の開口部の深さＢ２は、上記距離Ｓ２の１０〜１３％の範囲に設定される。なお、この開口部の幅Ａ２は、上記側面４１の幅Ｃ２に応じて適宜設定すればよい。また、本実施例においては、平面４２ｂと平面４２ｃのなす角度α２は６０°に設定している。
【００３８】
次に、特に、図６及び図７を参照して、本実施例に係る頭部４０を備えたボルトを、工具を用いて締結または締結解除する場合の挙動について説明する。
【００３９】
まず、専用工具を用いる場合について、図６を参照して説明する。なお、本実施例では、専用工具がソケットの場合を例にして説明する。本実施例に係る専用工具７００は、頭部４０に嵌合する嵌合孔７０１を備えている。この嵌合孔７０１の内周面は、軸方向に見た場合に、実施例１の場合と同様に、正六角形の各辺の一部にそれぞれ相当する複数の側面７０１ａと、この正六角形の角部に隣接する位置に設けられた６つの凸部７０１ｂとを備えている。すなわち、軸方向に見た場合に、この専用工具７００における嵌合孔７０１の内周形状は、頭部４０の外周形状と相似形状であり、クリアランス分だけ、嵌合孔７０１の内周の方が大きな形状となっている。
【００４０】
このように構成された専用工具７００を回転させると、頭部４０における６つの側面４１に、専用工具７００における嵌合孔７０１の６つの側面７０１ａがそれぞれ当たると共に、頭部４０における６つの凹部４２に、専用工具７００の６つの凸部７０１ｂがそれぞれ当たり、これらによってボルトに回転トルクが与えられる。
【００４１】
次に、汎用工具を用いる場合について、図７を参照して説明する。なお、本実施例では、汎用工具がソケットの場合を例にして説明する。図７に示す汎用工具６００は、上記実施例１で説明したものと同一のものであるので、その説明は省略する。
【００４２】
本実施例においても、汎用工具６００を回転させると、頭部４０における６つの側面４１に、汎用工具６００における嵌合孔６０１の６面がそれぞれ当たり、これらによってボルトに回転トルクが与えられる。
【００４３】
＜本実施例の優れた点＞
本実施例に係る頭部４０によれば、実施例１の場合と同様に、専用工具７００を用いた場合に、頭部４０の側面４１だけでなく、凹部４２にも回転トルクが付与されるので、優れたトルク伝達性能が発揮される。
【００４４】
なお、以下にトルク伝達性能等に関して、本実施例に係る頭部４０と一般的な六角頭を比較した解析結果について説明する。
【００４５】
二面幅が１２ｍｍ，頭部高さが７．３ｍｍの頭部を備えるフランジ付き六角ボルトと、
上記距離Ｓ１が１２ｍｍ，頭部高さが５．１１ｍｍの頭部を備える本実施例に係るボルトについて、それぞれ頭部重量を測定すると共に、３９Ｎ・ｍの回転トルクを負荷した際の最大塑性ひずみを測定した。なお、最大塑性ひずみの測定は、前者は汎用工具を用い、後者は専用工具を用いた。また、頭部を除く部分の形状や寸法及び素材については、両者とも同一のものとした。
【００４６】
測定の結果、頭部重量については、前者が８．４５ｇに対して後者が６．０６ｇであり、最大塑性ひずみについては、前者が０．１７９に対して後者が０．０３２６であった。
【００４７】
以上のように、本実施例に係る頭部１０によれば、一般的な六角頭に比べて、頭部高さを低くして軽量化を図っても、非常に優れたトルク伝達性能が発揮されることが分かる。なお、実際上、一般的なものと比べて２０％程度軽量化を図ることができた。
【００４８】
また、本実施例に係る頭部４０に設けた凹部４２は、対角線に沿うように設けられる平面４２ｂを備えているので、この平面４２ｂに対して作用する力を、ほぼ全て回転トルクとして寄与させることができる。すなわち、図６において専用工具７００を右回転させる場合に、非常に優れたトルク伝達性能が発揮される。
【００４９】
一般的には、締結時の方が締結解除時よりも大きな回転トルクを要するため、右回転によって締結するタイプのボルトの場合には、図５〜図７に示すように、上から見て凹部４２の右側が対角線に沿うようにすればよい。また、左回転によって締結するタイプのボルトの場合には、上から見て凹部の左側が対角線に沿うようにすれば良い。
【００５０】
また、本実施例に係る頭部４０によれば、汎用工具を用いた場合であっても、上記実施例１の場合と同様に、頭部４０のうち側面４１（一般的な六角頭における二面幅を構成する側面）に工具が当たるため、ヘクサロビュラ形状の頭部や図９に示す特殊形状の頭部の場合に比べて、工具と頭部との接触面積を広くとることができ、応力集中を緩和することができる。また、頭部４０に対する応力のかかる部分の肉厚が薄くなってしまうことも抑制できる。これらのことから、汎用の工具が用いられ、高トルクが作用した場合であっても、頭部４０の変形を抑制することができる。これに伴い、一定トルクに対応可能な頭部４０の高さを低くすることができるため、軽量化を図ることも可能となる。
【００５１】
なお、以下に汎用工具（軸方向に見た断面形状が正六角形の嵌合孔を有する工具）を用いた場合における頭部の変形抑制性能等に関して、本実施例に係る頭部４０とヘクサロビュラ形状の頭部を比較した解析結果について説明する。
【００５２】
二面幅に相当する部分の幅が１２ｍｍ，頭部高さが１１．８７５ｍｍ，フランジ径が１７．７８ｍｍのヘクサロビュラ形状の頭部を備えるフランジ付きボルトと、上記距離Ｓ１が１２ｍｍ，頭部高さが５．１１ｍｍ，フランジ径が１７．１ｍｍの頭部を備える本実施例に係るボルトについて、それぞれ頭部重量を測定すると共に、３９Ｎ・ｍの回転トルクを負荷した際の最大塑性ひずみを測定した。最大塑性ひずみの測定は、いずれも汎用工具を用いた。ただし、実際上は、上記の寸法形状である市販のヘクサロビュラ形状の頭部を備えるボルト（Ｅ型トルクス）に対して、汎用の工具（ＪＩＳ規格にしたがった工具）によって締め付けを行うと、クリアランスが大きく、工具が空転してしまった。そのため、ヘクサロビュラ形状の頭部を有するボルトに対しては、工具の嵌合孔の寸法（二面幅寸法）を、市販のヘクサロビュラ形状の頭部の二面幅寸法に合うように調整した工具を用いて測定を行った。なお、頭部を除く部分の形状や寸法及び素材については、両者とも同一のものとした。
【００５３】
測定の結果、頭部重量については、前者が１１．７４ｇに対して後者が６．０５ｇであ
り、最大塑性ひずみについては、前者が０．１３７に対して後者が０．１０２であった。
【００５４】
このように、本実施例に係る頭部４０によれば、頭部の高さを低くしても、塑性歪みを低減させることができる。従って、汎用の工具を用いても、高トルクに耐えることができ、実用性を向上させることができる。
【００５５】
＜その他＞
上記各実施例においては、六角頭を改良したもの、すなわち、六角頭の角部に相当する付近に、内側に凹んだ凹部を設けたものを例にして説明したが、六角頭に限らず、四角頭など、正多角形頭の角部に相当する付近に、内側に凹部を設けた場合でも、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５６】
また、上記各実施例では、全ての角部に相当する付近に、内側に凹んだ凹部をそれぞれ設ける場合を例にして説明したが、全ての角部ではなく、いくつかの角部（例えば、六角頭を改良したものにおいて、ひとつおきの３つの角部）に相当する付近に凹部を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は本発明の実施例１に係るボルトの外観図である。
【図２】図２は本発明の実施例１に係るボルトを上から見た場合の頭部及びフランジ部の外形を示す図である。
【図３】図３は本発明の実施例１に係る頭部に専用工具が嵌合した様子を示す模式的断面図である。
【図４】図４は本発明の実施例１に係る頭部に一般的な汎用工具が嵌合した様子を示す模式的断面図である。
【図５】図５は本発明の実施例２に係るボルトを上から見た場合の頭部及びフランジ部の外形を示す図である。
【図６】図６は本発明の実施例２に係る頭部に専用工具が嵌合した様子を示す模式的断面図である。
【図７】図７は本発明の実施例２に係る頭部に一般的な汎用工具が嵌合した様子を示す模式的断面図である。
【図８】図８は一般的なフランジ付き六角ボルトの外観図である。
【図９】図９は従来例に係る特殊形状の頭部を備えるボルトの頭部付近を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  頭部
１１  側面
１２  凹部
１２ａ  湾曲面
１２ｂ  平面
２０  フランジ部
３０  軸部
４０  頭部
４１  側面
４２  凹部
４２ａ  湾曲面
４２ｂ  平面
４２ｃ  平面
１００  ボルト
５００  専用工具
５０１  嵌合孔
５０１ａ  側面
５０１ｂ  凸部
６００  汎用工具
６０１  嵌合孔
７００  専用工具
７０１  嵌合孔
７０１ａ  側面
７０１ｂ  凸部
【図１】
2007211931.tif 000003
【図２】
2007211931.tif 000004
【図３】
2007211931.tif 000005
【図４】
2007211931.tif 000006
【図５】
2007211931.tif 000007
【図６】
2007211931.tif 000008
【図７】
2007211931.tif 000009
【図８】
2007211931.tif 000010
【図９】
2007211931.tif 000011