(57)【要約】      （修正有）【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】カラー１５に設けられる第１突起１５ｃと、ボルト１４の頭部１４ａに設けられる第２突起１４ｆとを備え、カラーの締め付けトルクが第１突起および第２突起の当接によりボルトの頭部に伝達されるので、カラーを所定のトルクで回転させると、カラーの第１突起に第２突起を押されたボルトが回転することで、所定のトルクでの一次締め付けが行われる。続く二次締め付け工程でボルトだけを回転させると、ボルトが締め増しされて軸部１４ｂが引き伸ばされることで軸部が塑性変形する。そしてボルトの第２突起がカラーの第１突起から離れて他の第１突起に当接すると、ボルトの締結方向の回転が所定角度θに規制され、ボルトを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（１９）が係合可能な頭部（１４ａ）および前記被締結部材（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（１６）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）間に挟まれるカラー（１５）とからなり、
前記カラー（１５）に設けられる第１突起（１５ｃ）と、前記ボルト（１４）の頭部（１４ａ）に設けられる第２突起（１４ｆ）とを備え、前記カラー（１５）がボルト締結方向に回転すると、前記第１突起（１５ｃ）と前記第２突起（１４ｆ）との当接により前記ボルト（１４）の頭部（１４ａ）にトルクが伝達されて前記ボルト（１４）と前記カラー（１５）とが一体で回転し、さらに前記ボルト（１４）が前記カラー（１５）に対してボルト締結方向に相対回転すると、前記第２突起（１４ｆ）が前記第１突起（１５ｃ）から離反して他の前記第１突起（１５ｃ）あるいは前記第１突起（１５ｃ）の他側面に当接可能であることを特徴とするねじ締結具。
【請求項２】
前記ボルト（１４）が回転不能に拘束された前記カラー（１５）に対してボルト締結方向に相対回転して前記第２突起（１４ｆ）が所定角度離れた前記第１突起（１５ｃ）に当接したとき、前記ボルト（１４）は所定量塑性変形することを特徴とする、請求項１に記載のねじ締結具。
【請求項３】
前記カラー（１５）の最小外径は前記ボルト（１４）の頭部（１４ａ）の前記第２突起（１４ｆ）の径方向先端の最大外径よりも大きく、前記カラー（１５）の前記第１突起（１５ｃ）の内接円径は前記ボルト（１４）の頭部（１４ａ）の鍔部（１４ｃ）の最大外形よりも大きく、前記第１突起（１５ｃ）は前記カラー（１５）の前記ボルト（１４）の頭部（１４ａ）の鍔部（１４ｃ）との合わせ面から軸方向に突出し、前記第２突起（１４ｆ）は前記頭部（１４ａ）から径方向外側に突出することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のねじ締結具。
【請求項４】
前記カラー（１５）は前記第２突起（１４ｆ）に当接可能な第３突起（１５ｄ）を備えることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項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、ボルトを弾性限度付近まで所定トルクで締め付ける一次締め付けと、所定角度締め付ける二次締め付け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、前記カラーに設けられる第１突起と、前記ボルトの頭部に設けられる第２突起とを備え、前記カラーがボルト締結方向に回転すると、前記第１突起と前記第２突起との当接により前記ボルトの頭部にトルクが伝達されて前記ボルトと前記カラーとが一体で回転し、さらに前記ボルトが前記カラーに対してボルト締結方向に相対回転すると、前記第２突起が前記第１突起から離反して他の前記第１突起あるいは前記第１突起の他側面に当接可能であ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、前記ボルトが回転不能に拘束された前記カラーに対してボルト締結方向に相対回転して前記第２突起が所定角度離れた前記第１突起に当接したとき、前記ボルトは所定量塑性変形することを特徴とするねじ締結具が提案される。
【００１１】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記カラーの最小外径は前記ボルトの頭部の前記第２突起の径方向先端の最大外径よりも大きく、前記カラーの前記第１突起の内接円径は前記ボルトの頭部の鍔部の最大外形よりも大きく、前記第１突起は前記カラーの前記ボルトの頭部の鍔部との合わせ面から軸方向に突出し、前記第２突起は前記頭部から径方向外側に突出することを特徴とするねじ締結具が提案される。
【００１２】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記カラーは前記第２突起に当接可能な第３突起を備えることを特徴とするねじ締結具が提案される。
【００１３】
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、実施の形態のトルクレンチ１６は本発明のレンチに対応する。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の構成によれば、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。
【００１５】
カラーに設けられる第１突起と、ボルトの頭部に設けられる第２突起とを備え、カラーのボルト締結方向のトルクが第１突起および第２突起の当接によりボルトの頭部に伝達されるので、カラーを所定の締め付けトルクで締結方向に回転させると、カラーの第１突起に第２突起を押されたボルトが締結方向に回転することで、所定の締め付けトルクでの一次締め付けが行われる。続く二次締め付け工程でボルトをレンチで回転不能に拘束されたカラーに対してボルト締結方向に相対回転させると、ボルトが締め増しされて軸部が引き伸ばされることで軸部が塑性変形する。そしてボルトの回転によって第２突起がカラーの第１突起から所定角度離れた他の第１突起、あるいは同じ第１突起の他側面に当接すると、ボルトの締結方向の回転が規制され、ボルトを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。
【００１６】
これにより、二次締め付けの回転角を測定することなく、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。
【００１７】
また請求項２の構成によれば、ボルトが相対回転不能に拘束されたカラーに対してボルト締結方向に相対回転して第２突起が所定角度離れた第１突起に当接したとき、ボルトは所定量塑性変形するので、ボルトの塑性変形量を目標値に一致させて最大の締結力を得ることができる。
【００１８】
また請求項３の構成によれば、カラーの最小外径はボルトの頭部の第２突起の径方向先端の最大外径よりも大きく、カラーの第１突起の内接円径はボルトの頭部の鍔部の最大外形よりも大きく、第１突起はカラーのボルトの頭部の鍔部との合わせ面から軸方向に突出し、第２突起はボルトの頭部から径方向外側に突出するので、一次締め付け工程でボルトの頭部に邪魔されずにカラーにレンチに装着したソケットを嵌合させて回転させることが可能になって作業性が向上するだけでなく、カラーが被締結部材に当接する座面を大きく確保してボルトの姿勢を安定させることができる。
【００１９】
また請求項４の構成の構成によれば、カラーは第２突起に当接可能な第３突起を備えるので、ボルトの締結方向の回転をボルトの第２突起とカラーの第３突起との当接により規制することで、二次締め付け工程におけるボルトの所定回転角の設定自由度が増加する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ねじ締結具の縦断面図（図３の１−１線断面図）。（第１の実施の形態）
【図２】ねじ締結具の縦断面図（図３の２−２線断面図）。（第１の実施の形態）
【図３】図１の３方向矢視図。（第１の実施の形態）
【図４】ねじ締結具の作用説明図。（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】ボルトの回転角とボルトの軸力との関係を示すグラフ。（第１の実施の形態）
【図７】図３に対応する図。（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】
【００２１】
以下、図１〜図６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。
【００２２】
図１〜図３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。
【００２３】
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１４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。
【００２４】
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。
【００２５】
カラー１５の最小外径Ｄ１、すなわちカラー１５の正六角形の外形の内接円の直径Ｄ１は、ボルト１４の頭部１４ａの最大外径Ｄ２、すなわち頭部１４ａから突出する２個の第２突起１４ｆ，１４ｆの先端間の距離の外径Ｄ２よりも大きく設定される（図３参照）。
【００２６】
カラー１５の上面であってボルト１４の鍔部１４ｃの外周よりも径方向外側に、軸線Ｌを中心として１８０゜の位相差を有する２本の第１突起１５ｃ，１５ｃが上向きに突設され、ボルト１４の鍔部１４ｃの最大外径Ｄ３は第１突起１５ｃ，１５ｃ内側の内接円直径Ｄ４よりも小さく設定される（図３参照）。一方、ボルト１４の鍔部１４ｃの外周に、軸線Ｌを中心として１８０゜の位相差を有する２本の第２突起１４ｆ，１４ｆが径方向外向きに突設される。第１突起１５ｃ，１５ｃおよび第２突起１４ｆ，１４ｆは軸線Ｌから等距離にあり、ボルト１４およびカラー１５が相対回転したとき、第１突起１５ｃ，１５ｃおよび第２突起１４ｆ，１４ｆは相互に当接可能である。
【００２７】
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。
【００２８】
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およびカラー１５を一体で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、ボルト１４だけを予め設定された所定角度だけ回転させる二次締め付け工程とからなる。
【００２９】
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１６のソケット１７をカラー１５に嵌合してボルト１４の締結方向に回転させる。図４（Ａ）に示すように、カラー１５が矢印Ａ方向に回転すると、カラー１５の第１突起１５ｃ，１５ｃによって第２突起１４ｆ，１４ｆを押圧されたボルト１４がカラー１５と共に矢印Ｂ方向に回転し、ボルト１４の雄ねじ１４ｅが第２部材１３の雌ねじ１３ｂに螺合し、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。
【００３０】
カラー１５を介して締め込まれるボルト１４の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１６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。
【００３１】
続いて、図５（Ｂ）に示すように、カラー１５にスパナやメガネレンチなどのレンチ１８を嵌合して回転不能に拘束した状態で、レンチ１９のソケット１７をボルト１４の頭部１４ａに嵌合してボルト１４の締結方向に回転させる。
【００３２】
このようにしてボルト１４を締め込むと、図４（Ｂ）に示すように、カラー１５に対してボルト１４が矢印Ｂ方向に相対回転し、カラー１５の第１突起１５ｃ，１５ｃに対してボルト１４の第２突起１４ｆ，１４ｆが離反する。そして図４（Ｃ）に示すように、ボルト１４が所定回転角θだけ回転すると、ボルト１４の第２突起１４ｆ，１４ｆがカラー１５の当初の第１突起１５ｃ，１５ｃとは反対側の別の第１突起１５ｃ，１５ｃに当接してレンチ１９のトルクが急激に高まるため、そこで二次締め付けを終了する。
【００３３】
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、カラー１５に対してボルト１４は所定回転角θだけ相対回転し、その分だけボルト１４が締め増しされることで、軸部１４ｂ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。
【００３４】
図６はボルト１４の回転角に対するボルト１４の軸力の変化を示すもので、先ず一次締め付け工程で、トルクレンチ１６を用いて予め設定された所定トルクを上限値としてカラー１５を介してボルト１４を締め付ける。続く二次締め付け工程で、カラー１５をレンチ１８で回転不能に拘束して、ボルト１４をレンチ１９を用いて所定角度締め付けを行い、ボルト１４を僅かに塑性変形させる。この状態でボルト１４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。
【００３５】
ボルトを目視し難い場所で締め付け作業を行うとき、二次締め付け工程でボルトの所定角度を目視確認しながら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、二次締め付け工程でボルト１４を回転させると、ボルト１４の第２突起１４ｆ，１４ｆが所定角度θ離れたカラー１５の第１突起１５ｃ，１５ｃに当接してレンチ１９のトルクが急激に増加することで、作業者はボルト１４が予め設定した所定角度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。
【００３６】
またカラー１５の最小外径をボルト１４の頭部１４ａに設置した第２突起１４ｆ，１４ｆの径方向先端の最大外径よりも大きくしたので、一次締め付け工程でボルト１４の頭部１４ａに邪魔されずにカラー１５にトルクレンチ１６に装着したソケット１７を嵌合させ、ソケット１７内でカラー１５とボルト１４とが相対回転可能になるだけでなく、二次締め付け工程でレンチ１８をボルト１４の頭部１４ａを通過させてカラー１５に嵌合装着し、カラー１５の回転を拘束することが可能となり、しかもカラー１５が第１部材１２に当接する座面を大きく確保してボルト１４の姿勢を安定させることができる。
【００３７】
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を予め設定された所定角度だけ回転させるとき、レンチ１９のトルクの変化によりボルト１４が所定角度だけ回転したことを認識できるので、ねじ締結具１１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。
【第２の実施の形態】
【００３８】
次に、図７に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００３９】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態を改良したもので、二次締め付け工程におけるボルト１４の所定回転角の設定自由度を高めるものである。
【００４０】
すなわち、本実施の形態のねじ締結具１１のカラー１５は２本の第１突起１５ｃ，１５ｃに加えて、更に２本の第３突起１５ｄ，１５ｄを備えている。その結果、二次締め付け工程でボルト１４をカラー１５に対して相対回転させると、ボルト１４の第２突起１４ｆ，１４ｆはカラー１５の第１突起１５ｃ，１５ｃに当接する前にカラー１５の第３突起１５ｄ，１５ｄに当接し、レンチ１９のトルクの急増により作業者はボルト１４が予め設定した所定回転角θだけ回転したことを認識することができる。従って、第３突起１５ｄ，１５ｄの位置を変化させることで、二次締め付け工程におけるボルト１４の所定回転角θを容易に設定することができる。
【００４１】
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。
【００４２】
例えば、実施の形態では第１突起１５ｃおよび第２突起１４ｆを各２個ずつ設けているが、その数は任意である。よって、第１突起１５ｃおよび第２突起１４ｆの数を変化させることで、第３突起１５ｄを設けることなく、二次締め付け工程におけるボルト１４の所定回転角θを設定することができる。なお、第１突起１５ｃおよび第２突起１４ｆの数が各１個である場合には、二次締め付け工程でボルト１４がカラー１５に対して相対回転すると、ボルト１４の第２突起１４ｆがカラー１５の同じ第１突起１５ｃの他側面と当接することで、所定角度θが設定される。
【００４３】
また第１の実施の形態において、第１突起１５ｃおよび第２突起１４ｆの円周方向の幅を変化させて所定角度θを設定することもできる。
【００４４】
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】
【００４５】
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
１４ｃ      鍔部
１４ｅ      雄ねじ
１４ｆ      第２突起
１５        カラー
１５ｃ      第１突起
１５ｄ      第３突起
１６        トルクレンチ（レンチ）
１９        レンチ
【図１】
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【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】
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