(57)【要約】【課題】  簡単な構造で精度の高い二次締め付けを行うことが可能なねじ締結具を提供する。【解決手段】  ボルト１４の頭部１４ａおよびカラー１５の当接部１６は、ボルト１４の締結方向の回転をカラー１５に伝達する段差面１４ｆ，１５ｃと、カラー１５のボルト締結方向の回転によりボルト１４の軸部１４ｂを引き伸ばす傾斜面１４ｈ，１５ｅと、カラー１５のボルト締結方向の回転を規制するストッパ面１４ｈ，１５ｇとを周方向に順番に備える。ボルト１４を所定のトルクで締結方向に回転させる一次締め付けを行った後、ボルト１４を回転不能に固定してカラー１５だけをボルト締結方向に回転させると、傾斜面１４ｈ，１５ｅによりボルト１４の軸部１４ｂが所定量Ｈを引き伸ばされて塑性変形する。そしてカラー１５が所定角度θ回転すると、ストッパ面１４ｈ，１５ｇによりカラー１５のボルト締結方向の回転が規制され、カラー１５をボルト締結方向に回転させるトルクが急激に増加するため、その位置で二次締め付けを終了する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルト（１４）で被締結部材（１２，１３）を締結するねじ締結具において、
レンチ（１７）が係合可能な頭部（１４ａ）および前記被締結部材（１２，１３）に螺合する雄ねじ（１４ｅ）が形成された軸部（１４ｂ）を備える前記ボルト（１４）と、レンチ（２０）が係合可能であって前記軸部（１４ｂ）に相対回転自在に嵌合する状態で前記頭部（１４ａ）および前記被締結部材（１２，１３）間に挟まれるカラー（１５）とからなり、  前記ボルト（１４）の頭部（１４ａ）および前記カラー（１５）の当接部（１６）は、前記ボルト（１４）の締結方向の回転を前記カラー（１５）に伝達する段差面（１４ｆ，１５ｃ；１４ｋ，１５ｈ）と、前記カラー（１５）のボルト締結方向の回転により前記ボルト（１４）の頭部（１４ａ）を前記軸部（１４ｂ）が所定量（Ｈ）を引き伸ばされる方向に付勢する傾斜面（１４ｈ，１５ｅ；１４ｍ，１５ｉ）と、前記カラー（１５）のボルト締結方向の前記ボルト（１４）との相対回転を規制するストッパ面（１４ｈ，１５ｇ；１４ｎ，１５ｊ）とを周方向に順番に備えることを特徴とするねじ締結具。
【請求項２】
前記当接部（１６）は、前記段差面（１４ｆ，１５ｃ；１４ｋ，１５ｈ）、前記傾斜面（１４ｈ，１５ｅ；１４ｍ，１５ｉ）および前記ストッパ面（１４ｈ，１５ｇ；１４ｎ，１５ｊ）のセットを周方向に複数セット備えることを特徴とする、請求項１に記載のねじ締結具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルトを弾性限度近傍まで所定トルクで締め付ける一次締付と、所定量の塑性変形をさせて締め付ける二次締付とを行う塑性領域使用のねじ締結具に関する。
【背景技術】
【０００２】
塑性領域締め付けボルトは、まずボルトを回転させて軸力が弾性限度の近傍に達するまで一次締め付けし、続いてボルトを所定回転角だけ回転させて二次締め付けすることで、ボルトを僅かに塑性変形させて大きな締結力を得るとともに弛みの発生を防止するようになっている。かかる塑性領域締め付けボルトは、ボルトの塑性変形量の管理が重要であり、そのために二次締め付け工程におけるボルトの回転角を正確に管理する必要がある。
【０００３】
そこで、ボルトの頭部の直下の軸部にナットを螺合しておき、このボルトの頭部をスパナで回転させて被締結部材に螺合して一次締め付けした後に、ボルトの頭部をスパナで回転不能に拘束した状態で、ナットをスパナで回転させて被締結部材に押し付ける二次締め付けを行うことで、ボルトを塑性領域まで引き伸ばすものが、下記特許文献１により公知である。
【０００４】
またボルトを予め設定した所定トルクで締め付け可能なトルクレンチに、ボルトの回転角を測定する機能を追加し、塑性領域締め付けボルトを所定回転角だけ正確に二次締め付け可能にしたものが、下記特許文献２により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４８６２３号公報
【特許文献２】特開２０００−９４３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載されたものは、二次締め付け時にナットを所定回転角だけ回転させる手段を持たないため、作業者が目視でナットの回転角を確認する必要があり、目視の困難な場所では正確な二次締め付けを行えない可能性があった。
【０００７】
また特許文献２に記載されたレンチは構造が複雑で高価であるため、コストの面で導入が困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で精度の高い二次締め付けを行うことが可能なねじ締結具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ボルトで被締結部材を締結するねじ締結具において、レンチが係合可能な頭部および前記被締結部材に螺合する雄ねじが形成された軸部を備える前記ボルトと、レンチが係合可能であって前記軸部に相対回転自在に嵌合する状態で前記頭部および前記被締結部材間に挟まれるカラーとからなり、前記ボルトの頭部および前記カラーの当接部は、前記ボルトの締結方向の回転を前記カラーに伝達する段差面と、前記カラーのボルト締結方向の回転により前記ボルトの頭部を前記軸部が所定量を引き伸ばされる方向に付勢する傾斜面と、前記カラーのボルト締結方向の前記ボルトとの相対回転を規制するストッパ面とを周方向に順番に備えることを特徴とするねじ締結具が提案される。
【００１０】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記当接部は、前記段差面、前記傾斜面および前記ストッパ面のセットを周方向に複数セット備えることを特徴とするねじ締結具が提案される。
【００１１】
なお、実施の形態の第１部材１２および第２部材１３は本発明の被締結部材に対応し、実施の形態の第１傾斜面１４ｈは本発明の傾斜面およびストッパ面に対応し、実施の形態第１傾斜面１５ｅは本発明の傾斜面に対応し、実施の形態の第２傾斜面１５ｇは本発明のストッパ面に対応し、実施の形態のトルクレンチ１７は本発明のレンチに対応する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の構成によれば、ボルトで被締結部材を締結するねじ締結具は、レンチが係合可能な頭部および被締結部材に螺合する雄ねじが形成された軸部を備えるボルトと、レンチが係合可能であって軸部に相対回転自在に嵌合する状態で頭部および被締結部材間に挟まれるカラーとからなる。
【００１３】
ボルトの頭部およびカラーの当接部は、ボルトの締結方向の回転をカラーに伝達する段差面と、カラーのボルト締結方向の回転によりボルトの頭部を軸部が引き伸ばされる方向に付勢する傾斜面と、カラーのボルト締結方向の回転を規制するストッパ面とを周方向に順番に備えるので、ボルトを所定のトルクで締結方向に回転させることで、段差面によりカラーがボルトに連れ回りしながら一次締め付けが行われる。続いてボルトの回転を規制し、カラーだけをボルト締結方向に回転させると、傾斜面によりボルトの頭部が押し上げられて軸部が引き伸ばされることで軸部が所定量の塑性変形をする。やがてストッパ面によりカラーのボルト締結方向の回転が規制され、カラーをボルト締結方向に回転させるトルクが急激に増加するため、その位置で二次締め付けを終了する。
【００１４】
これにより、二次締め付けの所定回転角をマークしたり測定したりすることなく、作業者がレンチから受ける反力の大きさから所定量の塑性変形をさせる所定角度の二次締め付けが終了したことが容易に判断可能となり、ねじ締結具を目視し難い場所での作業であっても、また高価な角度レンチを必要とせずに、精度の高い二次締め付けを行うことができる。
【００１５】
また請求項２の構成によれば、当接部は、段差面、傾斜面およびストッパ面のセットを周方向に複数セット備えるので、ねじ締結具の一次締め付けおよび二次締め付け時にボルトに偏荷重が作用して傾くのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ねじ締結具の縦断面図（図２の１−１線断面図）。（第１の実施の形態）
【図２】図１の２方向矢視図。（第１の実施の形態）
【図３】図１の３−３線断面図。（第１の実施の形態）
【図４】図３の４−４線断面展開図。（第１の実施の形態）
【図５】一次締め付けおよび二次締め付けの作用説明図。（第１の実施の形態）
【図６】一般的な塑性領域ボルトの回転角と軸力との関係を示すグラフ。（第１の実施の形態）
【図７】ボルトの回転角とトルクとの関係を示すグラフ。（第１の実施の形態）
【図８】図４に対応する図。（第２の実施の形態）
【図９】ボルトの回転角とトルクとの関係を示すグラフ。（第２の実施の形態）
【発明を実施するための形態】
【第１の実施の形態】
【００１７】
以下、図１〜図７に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。なお、本明細書において、ボルトの頭部の方向を上方と定義し、ボルトの軸部の方向を下方と定義する。
【００１８】
図１および図２に示すように、本実施の形態のねじ締結具１１は、被締結部材である第１部材１２および第２部材１３を締結するもので、ねじ締結具１１の軸線Ｌ上に整列するように、第１部材１２はボルト穴１２ａを備え、第２部材１３はボルト穴１３ａおよび雌ねじ１３ｂを備える。第１部材１２のボルト穴１２ａおよび第２部材１３のボルト穴１３ａは、第２部材１３の雌ねじ１３ｂよりも僅かに大径である。
【００１９】
ねじ締結具１１は、ボルト１４およびカラー１５の二つの部材からなり、ボルト１４は軸線Ｌに沿って上側の六角形断面の頭部１４ａと、下側の円柱状の軸部１４ｂとからなる。頭部１４ａは、その下面に円板状の鍔部１４ｃを備え、軸部１４ｂは、その上部に該軸部１４ｂよりも僅かに大径の調芯部１４ｄを備えるとともに、その下部に第２部材１３の雌ねじ１３ｂに螺合可能な雄ねじ１４ｅを備える。本実施の形態のボルト１４は、塑性変形領域で使用されるもので、その材質はアルミニウム合金である。
【００２０】
カラー１５は六角形断面の部材であり、その軸線Ｌを中心とする円形断面の貫通孔１５ａが形成され、その下面に第１部材１２の上面に当接可能な座部１５ｂが突設される。ボルト１４の軸部１４ｂはカラー１５の貫通孔１５ａを貫通し、鍔部１４ｃの下面がカラー１５の上面に当接した状態で、ボルト１４の調芯部１４ｄの外周面がカラー１５の貫通孔１５ａの内周面に相対回転可能に嵌合することで、ボルト１４の軸線Ｌ上にカラー１５を調芯する。
【００２１】
図１および図３に示すように、ボルト１４の鍔部１４ｃの下面とカラー１５の上面とが相互に当接する部分に、円周方向に配置された三つの当接部１６…が形成される。図４は、この当接部１６…を軸線Ｌを中心として、図３に示される円弧４−４に沿って切断して展開した断面図である。当接部１６…は、同一形状のものが軸線Ｌを中心として、円周方向に１２０゜毎に３セット形成される。
【００２２】
各当接部１６は、ボルト１４側の当接部とカラー１５側の当接部とからなり、ボルト１４側の当接部は、軸線Ｌから径方向に延びる段差面１４ｆと、段差面１４ｆの周方向一方側に連続して軸線Ｌに対して直交する第１平坦面１４ｇと、第１平坦面１４ｇの周方向一方側に連続して軸線Ｌ方向の上側に傾斜する第１傾斜面１４ｈと、第１傾斜面１４ｈの周方向一方側に連続して軸線Ｌに対して直交する第２平坦面１４ｉと、第２平坦面１４ｉの周方向一方側に連続して軸線Ｌ方向の上側に傾斜する第２傾斜面１４ｊとを周方向に順番に備える。
【００２３】
またカラー１５側の当接部は、軸線Ｌから径方向に延びる段差面１５ｃと、段差面１５ｃの周方向一方側に連続して軸線Ｌに対して直交する第１平坦面１５ｄと、第１平坦面１５ｄの周方向一方側に連続して軸線Ｌ方向の上側に傾斜する第１傾斜面１５ｅと、第１傾斜面１５ｅの周方向一方側に連続して軸線Ｌに対して直交する第２平坦面１５ｆと、第２平坦面１５ｆの周方向一方側に連続して軸線Ｌ方向の上側に傾斜する第２傾斜面１５ｇとを周方向に順番に備える。
【００２４】
ボルト１４を締結方向に回転させると、ボルト１４の段差面１４ｆがカラー１５の段差面１５ｃに当接し、それ以後はボルト１４およびカラー１５は一体で締結方向に回転する（図４（Ａ）参照）。このとき、ボルト１４の第１平坦面１４ｇとカラー１５の第１平坦面１５ｄとの間には隙間αが形成され、ボルト１４の第１傾斜面１４ｈとカラー１５の第１傾斜面１５ｅとは当接し、ボルト１４の第２平坦面１４ｉとカラー１５の第２平坦面１５ｆとの間には隙間βが形成され、ボルト１４の第２傾斜面１４ｊとカラー１５の第２傾斜面１５ｇとは当接する。
【００２５】
この状態で、ボルト１４の第１平坦面１４ｇとカラー１５の第２平坦面１５ｆとの軸線Ｌ方向の距離Ｈは、二次締め付け工程において要求されるボルト１４の所定の軸方向塑性変形量と締め増し量とに等しく設定され、その大きさは例えばボルト１４の雄ねじ１４ｅの１ピッチの３分の１である。
【００２６】
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
【００２７】
本実施の形態では、ねじ締結具１１による第１部材１２および第２部材１３の締結は、ボルト１４をカラー１５と共に予め設定された設定トルクに達するまで回転させる一次締め付け工程と、一次締め付け工程後にカラー１５のみを予め設定された所定角度だけ回転させ、所定量の軸方向の塑性変形をさせる二次締め付け工程とからなる。
【００２８】
まず図５（Ａ）に示すように、ボルト１４の軸部１４ｂをカラー１５の貫通孔１５ａに嵌合した状態で、第１部材１２および第２部材１３のボルト穴１２ａ，１３ａにボルト１４の軸部１４ｂを挿入し、締め付けトルクの上限値を設定可能なトルクレンチ１７のソケット１８をボルト１４の頭部１４ａに嵌合して締結方向に回転させると、ボルト１４の雄ねじ１４ｅが第２部材１３の雌ねじ１３ｂに螺合する。
【００２９】
ボルト１４を更に締め込むと、ボルト１４の頭部１４ａの調芯部１４ｄがカラー１５の貫通孔１５ａに嵌合して、カラー１５がボルト１４に対して調芯されるとともに、ボルト１４およびカラー１５の当接部１６において、ボルト１４の段差面１４ｆがカラー１５の段差面１５ｃに当接し、回転するボルト１４に押されてカラー１５も回転を開始する（図４（Ａ）参照）。締め付けトルクが設定値に達すると、その時点で一次締め付けを終了する。このときのトルクレンチ１７の設定トルクは、ボルト１４の軸力が弾性限度の直前となるように設定される。
【００３０】
続いて、図５（Ｂ）に示すように、レンチ１９をソケット１８に装着し、ボルト１４の頭部１４ａに嵌合させて第１部材１２および第２部材１３との相対回転がないように固定し、カラー１５にボルト１４の頭部１４ａと干渉しないレンチ２０を嵌合し、レンチ２０をボルト１４の締結方向と同じ方向に回転させて締め込みを行う。
【００３１】
ボルト１４を回転不能に固定し、カラー１５をボルト１４の締結方向と同じ方向に回転させると、ボルト１４の段差面１４ｆからカラー１５の段差面１５ｃが離れ、ボルト１４の第１傾斜面１４ｈおよび第２傾斜面１４ｊがカラー１５の第１傾斜面１５ｅおよび第２傾斜面１５ｇに沿って摺動し（図４（Ｂ）参照）、やがてカラー１５が角度θ回転すると、カラー１５の第２平坦面１５ｆにボルト１４の第１平坦面１４ｇが乗り上げてカラー１５の第２傾斜面１５ｇがボルト１４の第１傾斜面１４ｈに当接する（図４（Ｃ）参照）。この時点でレンチ２０のトルク負荷が急激に高まるため、そこで二次締め付けを終了する。
【００３２】
一次締め付けの終了時点（図４（Ａ）参照）と二次締め付けの終了時点（図４（Ｃ）参照）とを比較すると明らかなように、ボルト１４およびカラー１５は角度θだけ相対回転し、ボルト１４の第１平坦面１４ｇとカラー１５の第２平坦面１５ｆとの軸線Ｌ方向の距離Ｈだけボルト１４が引き伸ばされ、ボルト１４は弾性限度を超えて所定量だけ塑性変形し、最大の締結力を得ることができる。
【００３３】
図６は一般的な塑性領域締め付けボルトの作用を示すもので、先ず一次締め付け工程で、トルクレンチを用いて予め設定された所定トルクを上限値としてボルトを締め付ける。続く二次締め付け工程で、被締結物に二次締め付けの開始位置をマークし、さらに所定角度の位置をマークしてレンチで所定角度締め付けを行い、ボルトを僅かに塑性変形させる。この状態でボルトは最大の軸力を発生し、充分な締結力を得るとともに弛みの発生を防止することができる。
【００３４】
ボルトを目視し難い場所で締め付け作業を行うとき、上記所定角度の目視が困難であるため、二次締め付け工程でボルトの所定角度締め付けを行うのは困難である。しかしながら、本実施の形態によれば、図７に示すように、二次締め付け工程でカラー１５を回転させ、ボルト１４の第１傾斜面１４ｈがカラー１５の第１傾斜面１５ｅに乗り上げる際にレンチ２０のトルクが急激に増加し、続いてボルト１４の第１平坦面１４ｇがカラー１５の第２平坦面１５ｆに乗り上げるとレンチ２０のトルクが急激に減少し、続いてボルト１４の第１傾斜面１４ｈがカラー１５の第２傾斜面１５ｇに当接するとレンチ２０のトルクが再び急激に増加する。作業者は、この２度目のトルクの急増加によりカラー１５が所定角度θ回転したことを認識し、二次締め付け工程を終了することができる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態によれば、二次締め付け工程において、ボルト１４を軸方向に所定量Ｈを塑性変形させ、カラー１５を予め設定された所定角度θだけ回転させるとき、レンチ２０のトルクが急激に増加することによりカラー１５が所定角度θだけ回転したことを認識できるので、ねじ締結具１１や、その周辺の被締結部位を目視し難い場所で作業を行う場合であっても、また高価な角度レンチを必要とせずに、精度の高い二次締め付けを行うことができる。
【００３６】
しかもボルト１４およびカラー１５は当接部１６…を円周方向に１２０゜毎に３セット備えているので、軸力によってボルト１４を倒そうとする偏荷重が発生するのを防止し、ボルト１４を軸線Ｌ上に正しく配置することができる。
【第２の実施の形態】
【００３７】
次に、図８および図９に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００３８】
第２の実施の形態は、ボルト１４およびカラー１５の当接部１６…の形状が異なるだけで、その他の構成は第１の実施の形態と同じである。
【００３９】
第２の実施の形態の当接部１６…も、同一形状のものが軸線Ｌを中心として１２０゜周期で３セット形成される。各当接部１６は、ボルト１４側の当接部とカラー１５側の当接部とからなり、ボルト１４側の当接部は、軸線Ｌから径方向に延びる段差面１４ｋと、段差面１４ｆの周方向一方側に連続して軸線Ｌ方向の上側に傾斜する傾斜面１４ｍと、傾斜面１４ｍの周方向一方側に連続して軸線Ｌから径方向に延びるストッパ面１４ｎとを周方向に順番に備える。
【００４０】
またカラー１５側の当接部は、軸線Ｌから径方向に延びる段差面１５ｈと、段差面１５ｈの周方向一方側に連続して軸線Ｌ方向の上側に傾斜する傾斜面１５ｉと、傾斜面１５ｉの周方向一方側に連続して軸線Ｌから径方向に延びるストッパ面１５ｊとを周方向に順番に備える。
【００４１】
第２の実施の形態の作用は、まず図８（Ａ）に示すように、ボルト１４を締結方向に回転させると、ボルト１４の段差面１４ｋがカラー１５の段差面１５ｈに当接し、回転するボルト１４に押されてカラー１５も回転を開始する。締め付けトルクが設定値に達すると、その時点で一次締め付けを終了する。
【００４２】
続いて、図８（Ｂ）に示すように、ボルト１４が回転しないように固定した状態で、カラー１５だけをボルト１４の締結方向と同じ方向に回転させて締め込みを行うと、ボルト１４の段差面１４ｋからカラー１５の段差面１５ｈから離れ、ボルト１４の傾斜面１４ｍがカラー１５の傾斜面１５ｉに沿って摺動し、ボルト１４の軸部１４ｂを引き延ばして塑性変形させる。そしてカラー１５が角度θ回転してボルト１４のストッパ面１４ｎにカラー１５のストッパ面１５ｊが当接するとボルト１４は軸方向に所定量Ｈを塑性変形し、図９に示すように、カラー１５を回転させるトルクが急激に増加するため、作業者はカラー１５が所定角度θ回転したことを認識して二次締め付け作業を終了することができる。
【００４３】
以上のように、この第２の実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４５】
例えば、実施の形態のボルト１４およびカラー１５は当接部１６…を円周方向に１２０゜毎に３セット備えているが、当接部１６…の数は３セットに限定されるものではない。しかしながら、当接部１６の数が１セットであるとボルト１４に偏荷重が作用するため、複数セットであることが望ましい。
【００４６】
また実施の形態では第２部材１３が雌ねじ１３ｂを備えているが、雌ねじ１３ｂの代わりに別部材のナットを設けることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１２        第１部材（被締結部材）
１３        第２部材（被締結部材）
１４        ボルト
１４ａ      頭部
１４ｂ      軸部
１４ｅ      雄ねじ
１４ｆ      段差面
１４ｇ      第１平坦面
１４ｈ      第１傾斜面（傾斜面、ストッパ面）
１４ｋ      段差面
１４ｍ      傾斜面
１４ｎ      ストッパ面
１５        カラー
１５ｃ      段差面
１５ｅ      第１傾斜面（傾斜面）
１５ｇ      第２傾斜面（ストッパ面）
１５ｈ      段差面
１５ｉ      傾斜面
１５ｊ      ストッパ面
１６        当接部
１７        トルクレンチ（レンチ）
２０        レンチ
Ｈ          所定量
【図１】
2017194118.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017194118.tif 000009
【図８】
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【図９】
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