JP2005030584A - ボルト・ナットの緩み止め構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動や衝撃に耐えられるボルト・ナットの緩み止め構造を提供する。
【解決手段】 ボルト１１と、内周面に形成した雌ねじにより、このボルト１１に螺合するナット部材１２と、このナット部材１２をボルト１１にロックするロックナット１３とを備えたボルト・ナットの緩み止め構造である。上記ナット部材１２は、軸方向の一端に向かって先細り状またはストレートに形成されたロックナット係止部１４を有する。このロックナット係止部１４には、外面に内周面の雌ねじとは同ねじ方向または逆ねじ方向の雄ねじが形成されるとともに、軸方向の一端に向かって延びるスリット１７を有する。このボルト・ナットの緩み止め構造は、内燃機関や鉄道など振動を伴う場所にも適用することができる。
【選択図】 図１

Description

この発明はボルト・ナットの緩み止め構造、詳しくはボルトにねじ込まれたナットの緩み止めを行うボルト・ナットの緩み止め構造に関する。

従来、ボルトにねじ込まれたナットの緩み止めを行うボルト・ナットの緩み止め構造には、図９に示すように、二重式のナットによる緩み止め構造がある。この二重式のナットによるボルト・ナットの緩み止め構造は、ナット５２がボルト５１に被締結部材をはさんで螺合される。そして、ナット５２の上に、このナット５２より高さが高いナット（ロックナット）５３がボルト５１に螺合される構造である。ロックナット５３は、下のナット５２の上からこのナット５２を強固に締め付ける。これにより、二重式の緩み止め構造は、一般のボルト・ナットの構造より緩みにくいという効果を有している。

しかしながら、このボルト・ナットの緩み止め構造では、以下の欠点があった。すなわち、下のナットがボルトに螺合される方向と、このナットの上から締め付けるロックナットがボルトに螺合される方向とが同じであった。その結果、振動や衝撃が特定の方向に加わると、その方向に向かって、上下のナットが同時に緩みやすくなる。

この発明は、この発明は、振動や衝撃に耐えられるボルト・ナットの緩み止め構造を提供することを目的としている。また、現存するボルトを使用して緩み止めを確実に行うことができるボルト・ナットの緩み止め構造を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、ボルトと、内周面に形成した雌ねじにより、このボルトに螺合するナット部材と、このナット部材をボルトにロックするロックナットとを備えたボルト・ナットの緩み止め構造であって、上記ナット部材は、軸方向の一端に向かって先細り状またはストレートに形成されたロックナット係止部を有し、このロックナット係止部には、外周面に内周面の雌ねじとは同ねじ方向または逆ねじ方向の雄ねじが形成されるとともに、軸方向の一端に向かって延びるスリットを有し、ロックナットが上記雄ねじに螺合することにより、ナット部材をボルトにロックするボルト・ナットの緩み止め構造である。
ナット部材は、軸方向の一端に向かって先細り状またはストレートに形成されたロックナット係止部を有する。このロックナット係止部の軸方向の長さは限定されない。
また、ロックナット係止部には、軸方向の一端に向かって延びるスリットを有する。このスリットの数は、少なくとも一つあればよい。さらに、ロックナット係止部の外周面には、ナット部材の内周面とは同ねじ方向または逆ねじ方向の雄ねじが形成される。
ナット部材の軸方向の他端には、このナット部材をボルトに締め付けるためのスパナ係止部が設けられる。このスパナ係止部の形状は、６角形などの多角形でも円形でもよい。また、スパナ係止部の幅はなるべく広い方が良い。
ボルトとナットとの間には、被締結部材が挟まれている。この場合の被締結部材は単一でも複数であってもよい。ボルトは、植え込みボルト（ｓｔｕｄ ｂｏｌｔ）を含むものとする。ボルト、ロックナットの頭部形状は、多角形でも円形でもよい。また、ボルト、ナット部材、ロックナットの素材、大きさ、形状などは不問である。例えば、これらの素材として、ＳＳ４００が用いられる。

請求項１に記載のボルト・ナットの緩み止め構造にあっては、まず、ナット部材に、ボルトを一方向に回転させて螺合する。次いで、ナット部材のロックナット係止部に、ロックナットを上記とは同回りまたは逆回りに螺合する。これにより、ボルトはナット部材にねじ込まれるとともに、ナット部材は、ロックナットで締め付けられる。
ロックナット係止部は、軸方向の一端に向かって先細り状またはストレートに形成されている。また、ロックナット係止部には、スリットが形成されている。ボルトが螺合されたナット部材にロックナットが締め付けられる。すると、スリットの先端側が狭まるように変形する。これにより、ロックナット係止部の外周面とロックナットの内周面との密着性が増す。そして、この密着性が、ボルトとナット部材との締結をより強固にする。その結果、ボルトがナット部材に強固に締結されるとともに、ナット部材にロックナットが強固に締め付けられる。
特に、ロックナット係止部の外周面に内周面の雌ねじとは逆ねじ方向の雄ねじが形成されている場合、ナット部材およびロックナットは、ボルトに対して互いに逆向きにねじ込まれている。この締結構造に対して、振動や衝撃が付加されたとき、ナット部材は緩もうとする。すると、ロックナットがナット部材に対して締め付ける。この結果、ナット部材のボルトに対する緩み止めがなされる。

請求項２に記載の発明は、上記ナット部材のロックナット係止部の外周面に形成されている雄ねじは細目ねじである。細目ねじは、並み目ねじよりもねじ山のピッチが小さい。ピッチが小さいと、ナット部材の外周面とロックナットの内周面との接触面積が大きくなる。よって、並目ねじよりも細目ねじの方が緩み難い。細目ねじは、例えば、振動や衝撃が強い場所に適用される。

請求項２に記載のボルト・ナットの緩み止め構造にあっては、上記ナット部材のロックナット係止部の外周面に形成されている雄ねじは細目ねじである。細目ねじは、並み目ねじよりもねじ山のピッチが小さい。ピッチが小さいと、ナット部材の外周面とロックナットの内周面との接触面積が大きくなる。よって、並目ねじよりも細目ねじの方が緩み難い。細目ねじは、例えば、振動や衝撃が強い場所に適用される。

この発明によれば、ナット部材に、ボルトを一方向に回転させて螺合する。次いで、ナット部材のロックナット係止部に、ロックナットを上記とは同回りまたは逆回りに螺合する。これにより、ボルトはナット部材にねじ込まれるとともに、ナット部材は、ロックナットで締め付けられる。
ロックナット係止部は、軸方向の一端に向かって先細り状またはストレートに形成されている。また、ロックナット係止部には、スリットが形成されている。ボルトが螺合されたナット部材にロックナットが締め付けられると、スリットの先端側が狭まるように変形する。これにより、ロックナット係止部の外周面とロックナットの内周面との密着性が増す。そして、この密着性が、ボルトとナット部材との締結をより強固にする。その結果、ボルトがナット部材に強固に締結されるとともに、ナット部材にロックナットが強固に締め付けられる。
このボルト・ナットの緩み止め構造は、例えば、内燃機関や鉄道などの振動や衝撃を伴う場所に適用することができる。また、このボルト・ナットの緩み止め構造は、植え込みボルトなどの現存のボルトにも適用することができる。さらに、ボルトの中間でナット部材にロックナットを締め付けて止めることができる。

以下、この発明の実施例を図１〜図７を参照して説明する。
本実施形態に係るボルト・ナットの緩み止め構造は、図１に示すように、上下に重ね合わされた被締結部材２１，２２を、ボルト１１およびナット部材１２で締結し、ナット部材１２をロックナット１３でロックすることにより構成されている。
ボルト１１は、汎用品を使用する。ボルト１１は、六角形の頭部２４と、所定長さで先端側にネジ（並目ねじ）が螺刻された軸部２３とを有している。
図１に示す状態でナット部材１２には、下部には六角形状のスパナ係止部２５、上部にはロックナット係止部１４が連続して設けられている。ナット部材１２の内周面１５には、ボルト１１の雄ねじに螺合する雌ねじが形成されている。そして、ナット部材１２の軸方向の一端部に形成されたロックナット係止部１４は、その一端に向かって先細り状に形成されている。このロックナット係止部１４には、軸方向の一端に向かって延びる一対のスリット１７が形成されている。スリット１７は、半円周だけ離間して平行に設けられている。なお、スリット１７の長さ、幅は任意である。
図２に示すように、ロックナット係止部１４の外周面１６には、内周面１５とは逆ねじ方向のねじが切られた雄ねじを有している。また、図３に示すように、内周面１５とは同ねじ方向のねじが切られた雄ねじを有している。この雄ねじは、内周面１５のねじよりねじ山のピッチが小さい細目ねじである。
このロックナット係止部１４の外周面１６の雄ねじに、ロックナット１３が螺合される。このロックナット１３は、ナット部材１２よりも大きい外径の六角ナットで構成されている。ロックナット１３の内周面１８には、ナット部材１２の雄ねじに螺合されるための雌ねじが形成されている。この雌ねじも上記ロックナット係止部１４の雄ねじと同様の細目ねじである。また、ロックナット１３の内周面１８は、軸方向の一端に向かって先細り状に形成されている。すなわち、ロックナット１３の雌ねじは、テーパー面に形成されている。
また、ロックナット１３の軸方向の厚み（スパナ係止部の幅）を大きくすると、これが螺合するナット部材１２のロックナット係止部１４の外周面１６と、ロックナット１３の内周面１８との接触面積が大きくなる。よって、ボルト・ナット緩み止め構造の緩み止めが強固になる。
これらのボルト１１、ナット部材１２、ロックナット１３の材質、寸法（厚さ、長さ、幅）などは適宜に構成することができることはいうまでもない。これらはその使用部位などにより決定される。

次に、これらを用いて、ボルト・ナット緩み止め構造の締め付け方法について説明する。
図２または図３に示すように、ボルト・ナット緩み止め構造では、まず、上下に重ね合わされた被締結部材（所定厚さの鋼板）２１，２２に一方向からボルト１１をねじ込む。この際、被締結部材２１，２２の孔にボルト１１の軸部２３が挿通され、その軸部２３の先端が突出している。次いで、被締結部材２１，２２に他方向から、ボルト１１の軸部２３の先端にナット部材１２を一方向にねじ込む。そして、ナット部材１２のロックナット係止部１４に、ロックナット１３を螺合する。
ロックナット１３を締め付けると、ナット部材１２のロックナット係止部１４は、ナット部材１２の軸中心に向かって締め付けられる。ロックナット係止部１４は、軸方向の一端に向かって先細り状に形成されており、このロックナット係止部１４には、スリット１７が設けられている。ロックナット１３の締め付けにより、このスリット１７は軸方向の一端に向かって先細り状に変形する。これにより、ロックナット係止部１４の外周面とロックナット１３の内周面との密着性が増す。そして、この密着性が、ボルト１１とナット部材との締結をより強固にする。その結果、ボルト１１がナット部材１２に強固に締結されるとともに、ナット部材１２にロックナット１３が強固に締め付けられる。
図２に示すように、ロックナット係止部１４の外周面１６に内周面１５の雌ねじとは逆ねじ方向の雄ねじが形成されている場合、ナット部材１２およびロックナット１３は、ボルト１１に対して互いに逆向きにねじ込まれている。この締結構造に対して、振動や衝撃が付加されたとき、ナット部材１２は緩もうとする。すると、ロックナット１３がナット部材１２に対して締め付ける。この結果、ナット部材１２のボルト１１に対する緩み止めがなされる。
また、ロックナット係止部１４には、細目ねじを採用している。このため、並目ねじと比較しても、ロックナット係止部１４の外周面１６と、ロックナット１３の内周面１８との単位長さ当たりの接触面積が大きくなる。よって、ボルト・ナットの緩み止めがより強固になる。

次に、図４を参照して、このボルト・ナットの緩み止め構造の振動試験について説明する。
図４には、一般的によく使用されるボルト・ナットの締結構造の振動試験を行うゆるみ試験機（ＮＡＳ式高速ねじゆるみ試験機）が図示されている。このゆるみ試験機には、加振対象物を加振する加振台３３が配設されている。加振台３３は、垂直方向または水平方向に加振対象物を振動させる。また、加振台３３の上には、加振対象物を固定する筒状の振動バーレル３４が配設されている。
振動バーレル３４に、一方向からボルト１１を略水平に挿入する。振動バーレル３４の他方向に、ジグワッシャ３５を介しナット部材１２（形状：Ｍ１２）がボルト１１の軸部の先端に螺合される。また、ナット部材１２のロックナット係止部１４にロックナット１３を螺合する。
ゆるみ試験機において、これらの緩み構造に対する振動試験を行った。振動試験の各条件は、振動方向を垂直方向、加振数は１７８０ｒｐｍ、加振台ストロークの幅Ａは１１ｍｍ、インパクトストロークの幅Ｂは１９ｍｍである。これらの条件において、ボルト１１をナット部材１２に締め付ける締め付けトルクを変化させる実験を行った。ロックナット係止部１４の外周面１６の雄ねじが内周面１５の雌ねじとは逆ねじ方向に形成されている場合（ケース１）の結果を表１に示す。同ねじ方向に形成されている場合（ケース２）の結果を表２に示す。表２では、参考として通常の六角ナット、Ｕナット、溝付きナットの結果も同時に示す。
なお、結果の判定には、ボルト１１、ナット部材１２、ジグワッシャ３５に記した合マークを使用する。振動試験の結果、この合マークの位置がずれ、ジグワッシャ３５が手で回せるようになった時を緩んだときと判定する。振動試験を１５分間行い、１５分間ジグワッシャ３５が緩まなかった時は、戻しトルクを測定した。

振動試験の結果、ケース１の場合、ボルト１１に対するナット部材１２の締め付けトルクが４０Ｎ・ｍ以上であれば、振動や衝撃が発生してもジグワッシャ３５が緩むことはない。この条件を満たせば、ボルト・ナットの緩み止め構造として、ゆるみを防止するのに十分に満足する構造となる。
また、ケース２の場合、ボルト１１に対するボルト１１に対するナット部材１２の締め付けトルクが５０Ｎ・ｍ以上であれば、振動や衝撃が発生してもジグワッシャ３５が緩むことはない。この条件を満たせば、ボルト・ナットの緩み止め構造として、ゆるみを防止するのに十分に満足する構造となる。戻しトルクは、ケース１の場合とは若干劣る結果となる。
以上の結果、本発明のボルト・ナットの緩み止め構造は、内燃機関や鉄道などの振動や衝撃を伴う場所においても適用することができる。

この発明のボルト・ナットの緩み止め構造は、以下の場合にも適用できる。
まず、被締結部材２１，２２に螺着された植え込みボルト（ｓｔｕｄ ｂｏｌｔ）１１にも適用して例を示す。すなわち、植え込みボルト１１が被締結部材２１，２２に螺着された状態で、植え込みボルト１１に錆びが発生したとき、この植え込みボルト１１をナット部材１２とロックナット１３を使用して簡単に取り外すことができる。
まず、図５に示すように、被締結部材２１，２２に螺着された植え込みボルト１１の螺着部分に水が浸入する。この植え込みボルト１１の素材が鉄鋼材の場合において、水を含有すると所定時間の経過の後、この植え込みボルト１１の表面に錆びが生じる。すなわち、植え込みボルト１１の表面に酸化物が形成される。植え込みボルト１１の表面に酸化物が形成されると、この植え込みボルト１１のねじ山が欠損する。ねじ山が欠損すると、植え込みボルト１１のねじの機能を失ってしまう。その結果、被締結部材２１，２２に螺着された植え込みボルト１１の取り外しができなくなる。
そこで、ねじの機能を無くした植え込みボルト１１に、ナット部材１２とロックナット１３とを締結する。まず、被締結部材２１，２２に螺着された植え込みボルト１１の軸部２３の先端からナット部材１２を挿入する。ナット部材１２は、植え込みボルト１１にねじ込まれ、ナット部材１２のスパナ係止部２５の下面が被締結部材２１，２２に当接される。そして、ナット部材１２にロックナット１３を螺合する。ロックナット１３を締め付けると、ナット部材１２は被締結部材２１，２２に強固に当接され、植え込みボルト１１には外部からの力が作用する。これにより、被締結部材２１，２２に錆びた状態で螺着された植え込みボルト１１の取り外しが可能となる。

この発明のボルト・ナットの緩み止め構造は、上記の通りロックナット係止部にスリットを有している。これにより、ナット部材１２にロックナット１３を締め付けたとき、ロックナット係止部１４の外周面とロックナット１３の内周面との密着性が増す。そして、この密着性が、ボルト１１とナット部材１２との締結をより強固にする。したがって、ボルト１１の途中で、ナット部材１２にロックナット１３を締め付けて止めることも可能である。例えば、図６に示すように、長いボルト１１に所定間隔（Ｃ部分）を有して止めることもできる。
また、パイプ３０をＵボルト１１を使用して部材に固定する場合がある。特に、ガス用パイプ３０は、温度変化により膨張または収縮する。このため、通常のナットで締め付けると、パイプ３０が膨張し、パイプ３０自体が破損するおそれが生じる。逆に、パイプ３０が収縮した場合は、通常のナットでは緩みが生じ、結果的にボルト１１からナットが外れてしまうおそれが生じる。
そこで、図７に示すように、パイプ３０にＵボルト１１を係止し、Ｕボルト１１の二本足を固定部材３２から突出する。ボルト１１の二本足の先端には、ねじ山がそれぞれ形成されている。そして、このねじ山にナット部材１２をそれぞれ螺合する。さらに、ナット部材１２にロックナット１３を締め付ける。このとき、ナット部材１２およびロックナット１３は、固定部材３２から所定間隔（Ｄ部分）を有して止められる。これにより、ガスの温度変化によって、パイプ３０が膨張してもパイプ３０が破損することもない。また、パイプ３０が収縮しても、ボルト１１からナット部材１２およびロックナット１３が抜脱しない。

次に、この発明の実施例２を図８を参照して説明する。
本実施例に係るボルト・ナットの緩み止め構造は、上記実施例１に係るボルト・ナットの緩み止め構造に対して、以下の変更を加えたものである。すなわち、ロックナット係止部１４が、軸方向の一端に向かってストレートに形成された点である。ストレートに形成とは、軸方向の太さが一定に、すなわち円筒状に形成されている。一方、ロックナット１３の内周面は、テーパー状に雌ねじが形成されている。その他の構成は上記実施例１と同じである。
ナット部材１２のロックナット係止部１４にロックナット１３を締め付ける。すると、ロックナット係止部１４の一端側から締め付けられ、スリットは先端が狭まるように変形する。上記実施例１の先端が先細り状のロックナット係止部１４を有するナット部材１２よりも、一端側からきつく締め付けられる。これにより、上記実施例１のナット部材１２より速くしかも強固に締め付けられる。一端側がきつく締め付けられることから、ロックナット１３の高さ方向の長さを略１／２にしてもよい。

この発明の実施例１に係るボルト・ナットの緩み止め構造の一部を破断して示すその正面図である。 この発明の実施例１に係るボルト・ナットの緩み止め構造を示すその分解図である。 この発明の実施例１に係るボルト・ナットの緩み止め構造を示すその分解図である。 この発明の実施例１に係るボルト・ナットの緩み止め構造の試験を行う試験装置の構成を示すその断面図である。 この発明の実施例１に係るボルト・ナットの緩み止め構造の植え込みボルトを適用した状態を示すその正面図である。 この発明の実施例１に係るボルト・ナットの緩み止め構造のボルトの中間で係止した状態を示すその正面図である。 この発明の実施例１に係るボルト・ナットの緩み止め構造のパイプを固定した状態を示すその正面図である。 この発明の実施例２に係るボルト・ナットの緩み止め構造の一部を破断して示すその正面図である。 従来技術に係るボルト・ナットの緩み止め構造を示すその正面図である。

符号の説明

１１ ボルト、
１２ ナット部材、
１３ ロックナット、
１４ ロックナット係止部、
１５ ナット部材の内周面、
１６ ナット部材（ロックナット係止部）の外周面、
１７ スリット。

Claims (2)

1. ボルトと、内周面に形成した雌ねじにより、このボルトに螺合するナット部材と、このナット部材をボルトにロックするロックナットとを備えたボルト・ナットの緩み止め構造であって、
   上記ナット部材は、軸方向の一端に向かって先細り状またはストレートに形成されたロックナット係止部を有し、
   このロックナット係止部には、外周面に内周面の雌ねじとは同ねじ方向または逆ねじ方向の雄ねじが形成されるとともに、軸方向の一端に向かって延びるスリットを有し、
   ロックナットが上記雄ねじに螺合することにより、ナット部材をボルトにロックするボルト・ナットの緩み止め構造。
2. 上記ロックナット係止部の内周面の雌ねじは並目ねじであり、上記ロックナット係止部の雄ねじは細目ねじである請求項１に記載のボルト・ナットの緩み止め構造。

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