JP2004108497A - Bolt fastening structure - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面接された少なくとも二枚の板状体をボルトを貫通させて締結するボルト締結構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常、金属板などの複数枚の板状体をボルトによって締結するには、通常、図5(a)に示されるような構造とする。ここでは、二枚の板状体101でもう一枚の板状体102を挟んでボルト103・ナット104によって締結した構造を示してある。このような構造とするのが最も一般的であり、その締結強度は、図5(b)のようになる。即ち、ボルトの締め付けトルクを増やせば、この締結部の破壊強度が上がる。なお、木材などは、剪断によってボルト孔が破損するため、このようなボルトによる締結は行われないのが通常である。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−228101号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、金属以外にも破壊強度に優れ、軽量な複合材(例えば、炭素繊維をエポキシ樹脂で固めたようなCFRP)なども多用されるようになってきている。このような素材はボルト孔の剪断強度も十分確保できるのでボルトによる締結も強度的には可能である。しかし、このような素材は樹脂を含有しているためクリープが生じ易く、締結トルクを増して締結部の破壊強度を上げることができない。締結トルクをあげると、時間の経過と共にクリープが発生して板状体の厚さが変化し、ボルトとナットにゆるみが生じる可能性があるからである。
【0005】
従って、本発明の目的は、長期間にわたって複数の板状体を確実に締結しておくことのできるボルト締結構造を提供することにある。なお、本発明は、特に上述したような樹脂を含有する複合材のボルト締結に有効な締結構造を提供するものであるが、複合材以外の金属などの締結にも有効なものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載のボルト締結構造は、面接された少なくとも二枚の板状体をボルトを貫通させて締結するもので、一方の板状体が、他方の板状体に向けて拡径するテーパー孔を有し、テーパー孔と同方向に傾斜するテーパー面を外周に有し、かつ、その中央部にボルト貫通孔が形成されたワッシャーがテーパー孔に収納され、他方の板状体がボルト貫通孔を有し、ワッシャー及び他方の板状体の各ボルト貫通孔にボルトが貫通され、ボルトにナットが螺合されて、一方の板状体と他方の板状体とが面接されていることを特徴としている。
【0007】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のボルト締結構造において、一方の板状体のテーパー孔が、拡径側外周縁部に鍔部を有する鍔付ワッシャーの中央部に形成され、鍔付ワッシャーが一方の板状体に形成された孔部に収納され、孔部の内径が鍔部の外径よりも小さいことを特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明のボルト締結構造の実施形態について、図面を参照しつつ以下に説明する。図1及び図2に、第一実施形態を示す。ここでは、二枚の板状体1によってもう一枚の板状体2を挟んでボルト3・ナット4によって締結した構造を示してある。なお、図1は、後述するワッシャー5のもたらす作用を分かりやすく示すため各部材の間に隙間を形成させて示してあるが、実際は三つの板状体1,2は面接状態で締結されている。本実施形態における板状体1は金属であり、板状体2はCFRPである。各板状体1には、締結部にテーパー孔6が穿孔されている。各板状体1のテーパー孔6は、円形孔であり、その内周面が拡径されている。各テーパー孔6は、各板状体1と締結される板状体2側に拡径側が位置されている。
【0009】
各テーパー孔6には、金属製のワッシャー5が収納されている。ワッシャー5の外形は、テーパー孔6の内部形状にほぼ等しくされており、ワッシャー5の厚さは板状体1の厚さにほぼ等しい。即ち、ワッシャー5の外周面は、収納されるテーパー孔6と同じ方向に傾斜されたテーパー面とされている。各ワッシャー5の中央には、ボルト3を挿通させるボルト貫通孔7が形成されている。一方、一対の板状体1に挟まれる板状体2の締結部には、ボルト3を挿通させるボルト貫通孔8が形成されている。
【0010】
板状体1のテーパー孔6のワッシャー5を収納させ、板状体1−板状体2−板状体1と積層させ、ボルト貫通孔7及びボルト貫通孔8にボルト3を挿通させ、ボルト3の先端にナット4を螺合させて締結を行う。なお、テーパー孔6及びワッシャー5の拡径方向は上述したとおりである。また、ここでは、板状体1とボルト3の頭部との間、及び、板状体1とナット4との間に平ワッシャー9を配置させている。平ワッシャー9の外径は、テーパー孔6の縮径側よりも十分に大きければよい。平ワッシャー9を用いない場合は、ボルト3の頭部やナット4の外形がテーパー孔6の縮径側よりも十分に大きければよい。
【0011】
このような締結構造を構築すると、一対の板状体1の何れか一方又は両方と板状体2との間にズレを起こすような力(どのような方向であっても良い)が生じた場合、テーパー孔6の内周面とワッシャー5の外周面との二つのテーパー面によって、ワッシャー5が板状体2に押し付けられる形になる。また、その反作用で板状体1はボルト3の頭部又はナット4に押し付けられる形になる。この結果、ボルト締結トルクを増したのと同じ効果が得られ、良好な締結強度が実現される。
【0012】
このボルト締結力を増加させるのと同じ効果は、板状体1,2の間にズレを生じさせるような力が働いた場合にのみ作用する。このため、通常時のボルト締結トルクを増す必要はなく、CFRPである板状体2にクリープを生じさせにくくできる。また、ワッシャー5が板状体2に押し付けられることで、ボルト3及びナット4の締結トルクを増すのと同様な効果が得られるが、これと同時に、一対のワッシャー5によって板状体2にボルト貫通孔7を圧縮することになり、ボルト貫通孔7の孔強度を向上させるという効果もある。
【0013】
また、本実施形態の場合は、一対の板状体1でもう一枚の板状体2を挟み込む構造としたので、CFRPである板状体2の両側から均等に締結強度を向上させることになるので好ましい。ただし、図3に示される第二実施形態のように、一枚の板状体1ともう一枚の板状体2とをボルト3及びナット4によって締結するような構造であっても同様の効果がある。この第二実施形態の構造は、上述した第一実施形態のものに準じているため、同一又は同等の構成部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。なお、第二実施形態においては、ワッシャー5とナット4とでCFRPである板状体2のボルト貫通孔7周辺を圧縮することで、ボルト貫通孔7の孔強度が向上される。
【0014】
図4に第三実施形態を示す。この第三実施形態の構造は、上述した第二実施形態のものに準じているため、同一又は同等の構成部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。以下には、異なる部分についてのみ詳しく説明する。本実施形態では、金属の板状体1のテーパー孔6が別部材として形成されている。板状体1の締結部には、孔部10が穿孔されている。そして、この孔部10の内部には、中央にテーパー孔6が形成された鍔付ワッシャー11が収納されている。鍔付ワッシャー11におけるテーパー孔6の拡径側外周部には、鍔部が全周にわたって形成されている。
【0015】
この鍔部に対応して、板状体1の表面には段差が形成されている。孔部10の内径は、鍔付ワッシャー11の鍔部外径よりも小さく、鍔部は上述した段差部に引っかかる。鍔付ワッシャー11の厚さは板状体1の厚さとほぼ等しいかやや薄い。また、平ワッシャー9の外形は孔部10よりも十分大きい。このような構造とすることで、板状体1,2に外力が働いた際には、ワッシャー5が板状体2に押し付けられると共に、その反力で鍔付ワッシャー11が斜め上方に押し付けられる。この結果、鍔付ワッシャー11の鍔部とボルト3の頭部(本実施形態の場合は平ワッシャー9)とで、板状体1の孔部10の開口縁部を挟み込んで圧縮することになり、孔部10の孔強度をより一層向上させることができる。
【0016】
本発明の燃ボルト締結構造は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においてはテーパー孔が円形孔として形成され、ワッシャーも円形とされた。このように形成することで、板状体同士に働く引張力がどの方向からでもワッシャーが有効に作用するので好ましいが、テーパー孔が多角形孔・ワッシャーが多角形であってもほぼ同様の効果が得られる。引張力の方向が予測できるような場合は、(三角形や四角形であっても)テーパー孔の配置を適切化すれば円形孔・円形ワッシャーと全く同様の効果が得られれる。また、テーパー孔を多角形孔・ワッシャーを多角形にすれば、ボルトを軸とした板状体同士の回転を抑止する効果も期待できる。
【0017】
また、上述した実施形態では、金属の板状体と複合材の板状体とを締結する場合について説明したが、金属と金属、複合材と複合材、あるいはその他の同種又は異種の素材の部材を締結することが可能である。また、テーパー孔を形成させてワッシャーと協働させるには、両者とも滑らかな表面となる金属が好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。さらに、ボルト貫通孔や貫通孔に直接ボルトを挿通させずに、円筒状のスリーブを挿通させた後に、このスリーブにボルトを挿通させるようにしても良い(ただし、スリーブが長すぎるとボルト締結が阻害されるので注意が必要)。さらに、ナットは、板状体に固定されたウェルドナットなどでも良い。
【0018】
【発明の効果】
本発明のボルト締結構造によれば、テーパー孔やワッシャーを用いたボルト締結構造とすることで、板状体に外力が作用したときにのみ、ボルト締結力を向上させる作用を発揮させることができ、通常時の締結トルクを大きくする必要がなくな離、種々の効果が得られる。例えば、ボルトを締結する機器の出力トルクが小さくて済むため、機器の小型化やそれに伴う作業性の向上が期待できる。人力で締結する場合は、力が少なくて済むので作業を行いやすくなる。また、締結する素材が潰れやすい素材でも、ボルトによる締結が可能となる。また、定型津する素材が樹脂を含む複合材などである場合は、クリープなどの影響を受けにくくしてボルト締結を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のボルト締結構造の第一実施形態を有する断面図である。
【図2】本発明のボルト締結構造の第一実施形態の分解斜視図である。
【図3】本発明のボルト締結構造の第二実施形態を有する断面図である。
【図4】本発明のボルト締結構造の第三実施形態を有する断面図である。
【図5】(a)は従来のボルト締結構造を示す断面図である。(b)は締結トルクと締結強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1…(一方の)板状体、2…(他方の)板状体、3…ボルト、4…ナット、5…ワッシャー、6…テーパー孔、7,8…ボルト貫通孔、9…平ワッシャー、10…孔部、11…鍔付ワッシャー。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a bolt fastening structure for fastening at least two plate-like bodies that are in contact with each other by penetrating bolts.
[0002]
[Prior art]
Usually, in order to fasten a plurality of plate-like bodies such as a metal plate with bolts, a structure as shown in FIG. Here, a structure is shown in which two plate-
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-228101
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, in addition to metals, lightweight composite materials (for example, CFRP in which carbon fibers are hardened with an epoxy resin) and the like, which have excellent breaking strength, have also been widely used. Since such a material can sufficiently secure the shear strength of the bolt hole, the fastening by the bolt is also possible in terms of strength. However, since such a material contains a resin, creep is apt to occur, and it is not possible to increase the fastening torque and increase the breaking strength of the fastening portion. This is because if the fastening torque is increased, creep occurs with the passage of time, the thickness of the plate-like body changes, and the bolts and nuts may be loosened.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a bolt fastening structure that can securely fasten a plurality of plate-like bodies for a long period of time. The present invention provides a fastening structure particularly effective for bolting a composite material containing a resin as described above, but is also effective for fastening a metal other than the composite material.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the bolt fastening structure according to the first aspect, at least two plate-like members that are in contact with each other are fastened by penetrating the bolt, and one plate-like member expands in diameter toward the other plate-like member. A washer having a tapered hole, having a tapered surface inclined in the same direction as the tapered hole on the outer periphery, and a washer having a bolt through hole formed in the center thereof is housed in the tapered hole, and the other plate-like body is provided with a bolt. It has a through hole, a bolt is passed through a washer and each bolt through hole of the other plate-like body, a nut is screwed to the bolt, and one plate-like body and the other plate-like body are in surface contact with each other. It is characterized by:
[0007]
According to a second aspect of the present invention, in the bolt fastening structure according to the first aspect, the tapered hole of the one plate-shaped body is formed at a central portion of a flanged washer having a flange portion on an outer peripheral edge on an enlarged diameter side. The flanged washer is housed in a hole formed in one of the plate-like bodies, and the inner diameter of the hole is smaller than the outer diameter of the flange.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a bolt fastening structure of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show a first embodiment. Here, a structure in which another plate-
[0009]
The
[0010]
The
[0011]
When such a fastening structure is constructed, a force (in any direction) that causes a displacement between one or both of the pair of plate-
[0012]
The same effect as increasing the bolt fastening force acts only when a force that causes a displacement between the plate-
[0013]
Further, in the case of the present embodiment, since another plate-
[0014]
FIG. 4 shows a third embodiment. Since the structure of the third embodiment is similar to that of the above-described second embodiment, the same or equivalent components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, only different parts will be described in detail. In the present embodiment, the
[0015]
A step is formed on the surface of the plate-shaped
[0016]
The fuel bolt fastening structure of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the embodiment described above, the tapered hole is formed as a circular hole, and the washer is also circular. By forming in this way, the tensile force acting on the plate-like bodies is preferable because the washer works effectively from any direction, but the same effect is obtained even if the tapered hole is a polygonal hole and the washer is polygonal. Is obtained. When the direction of the tensile force can be predicted, the same effect as that of the circular hole / circular washer can be obtained by appropriately arranging the tapered holes (even in the case of a triangle or a quadrangle). Further, if the tapered hole is formed in a polygonal hole and the washer is formed in a polygonal shape, an effect of suppressing rotation of the plate-like bodies around the bolt can be expected.
[0017]
Further, in the above-described embodiment, the case where the metal plate and the composite plate are fastened is described. However, metal and metal, composite and composite, or other members of the same or different material are used. Can be concluded. Further, in order to form a tapered hole and cooperate with the washer, it is preferable that both have a smooth surface, but the metal is not necessarily limited thereto. Further, instead of directly inserting the bolt into the bolt through-hole or the through-hole, the cylindrical sleeve may be inserted, and then the bolt may be inserted into the sleeve. Be careful as it will be inhibited). Further, the nut may be a weld nut fixed to a plate-like body.
[0018]
【The invention's effect】
According to the bolt fastening structure of the present invention, a bolt fastening structure using a tapered hole or a washer can exert an effect of improving the bolt fastening force only when an external force acts on the plate-like body. In addition, various effects can be obtained without the necessity of increasing the fastening torque in a normal state. For example, since the output torque of the device to which the bolt is fastened can be small, the size of the device can be reduced and the workability associated therewith can be expected. In the case of fastening by manual power, the work is easy because the power is small. Further, even if the material to be fastened is easily crushed, fastening by bolts is possible. Further, when the material to be fixed is a composite material containing a resin or the like, it is possible to make the bolt less likely to be affected by creep or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a bolt fastening structure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the first embodiment of the bolt fastening structure of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the bolt fastening structure of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing a third embodiment of the bolt fastening structure of the present invention.
FIG. 5A is a sectional view showing a conventional bolt fastening structure. (B) is a graph showing a relationship between fastening torque and fastening strength.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
一方の板状体が、他方の板状体に向けて拡径するテーパー孔を有し、
前記テーパー孔と同方向に傾斜するテーパー面を外周に有し、かつ、その中央部にボルト貫通孔が形成されたワッシャーが前記テーパー孔に収納され、
前記他方の板状体がボルト貫通孔を有し、
前記ワッシャー及び前記他方の板状体の各ボルト貫通孔にボルトが貫通され、
前記ボルトにナットが螺合されて、前記一方の板状体と前記他方の板状体とが面接されていることを特徴とするボルト締結構造。In a bolt fastening structure for fastening by passing a bolt through at least two plate-like bodies that are in contact with each other,
One plate has a tapered hole whose diameter increases toward the other plate,
A washer having a tapered surface inclined in the same direction as the tapered hole on the outer periphery, and a washer formed with a bolt through hole in the center thereof is housed in the tapered hole,
The other plate has a bolt through hole,
A bolt is penetrated through each washer and each bolt through hole of the other plate-shaped body,
A bolt fastening structure, wherein a nut is screwed to the bolt, and the one plate-shaped body and the other plate-shaped body are in surface contact with each other.
前記鍔付ワッシャーが前記一方の板状体に形成された孔部に収納され、
前記孔部の内径が前記鍔部の外径よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載のボルト締結構造。The tapered hole of the one plate-shaped body is formed at a central portion of a flanged washer having a flange on an outer peripheral edge on an enlarged diameter side,
The flanged washer is housed in a hole formed in the one plate-like body,
The bolt fastening structure according to claim 1, wherein an inner diameter of the hole is smaller than an outer diameter of the flange.
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- 2002-09-18 JP JP2002272096A patent/JP2004108497A/en active Pending
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