JP2005172033A - ナット - Google Patents

Abstract

【課題】 適正な軸力を安定して得ることができ、かつ安定したセンタリング機能を発揮させることのできるナットを提供する。
【解決手段】 内周面にめねじが設けられているとしたならば、ナット１０の先端が内側に変形した場合に、当該めねじがボルト２０のおねじ２１に対して、応力集中を発生させる範囲を避けた領域にのみ、めねじ１２を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ナットに関するものである。

ボルトとナットによって２部材を固定する構造において、一方の部材のボルト取付孔にテーパ座を設け、このテーパ座にナットを取り付ける技術が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。このような技術について、図４及び図５を参照して説明する。図４は従来技術に係るナットに対してボルトを締め付けた構造を示す一部破断断面図である。図５は図４の一部拡大図である。

図４は、ボルト２０とナット１００による締め付けによって、第１部材３１と第２部材３２を固定する構造を示している。図示のように、第１部材３１と第２部材３２には、それぞれボルト２０の軸部が挿通されるボルト取付孔３１ａ，３２ａが設けられている。そして、ボルト取付孔３１ａのナット１００側の開口端には、テーパ座３１ｂが設けられている。そして、ナット１００の外周面には、先端に向かって縮径するテーパ１０１が設けられている。このテーパ１０１とテーパ座３１ｂが当接するようにナット１００が取り付けられた状態で、ボルト２０とナット１００による締め付けが行われる。なお、ナット１００の「先端」とは、ボルト２０の軸部が入り込んでくる側の端部をいうものとする（以下、同様である）。

ボルト２０とナット１００による締め付けを行うにしたがって、ナット１００のテーパ１０１がテーパ座３１ｂに対して摺動しながら、ナット１００の先端は、ボルト取付孔３１ａの中に入り込んでいく。これにより、ボルト２０の軸心，ナット１００の軸心及びボルト取付孔３１ａ，３２ａの軸心のセンタリングがなされる。以上のようにして、第１部材３１と第２部材３２は精度良く位置決め固定される。

ここで、センタリングの機能を発揮させるために、ボルト取付孔３１ａに設けられたテーパ座３１ｂのテーパ角度と、ナット１００に設けられたテーパ１０１のテーパ角度は等しくなるように設定される。しかし、実際の製品においては、多少の寸法誤差は避けられない。そして、テーパ１０１のテーパ角度が、テーパ座３１ｂのテーパ角度よりも小さい場合に、ボルト２０にナット１００を嵌合させて、テーパ座３１ｂを規定のトルクで締め付けた場合、適正な軸力（締め付け応力）が得られない場合がある。また、適正な軸力を発生させる場合、規定のトルク以上の大きなトルクで締め付けなければならない。この点について、図５を参照して説明する。

テーパ１０１のテーパ角度とテーパ座３１ｂのテーパ角度が等しい場合には、ボルト２０を締め付けると、テーパ１０１の外周面とテーパ座３１ｂの内周面が面接触の状態で、ナット１００の先端はボルト取付孔３１ａに入り込んでいく（図５中、点線部）。これに対して、テーパ１０１のテーパ角度がテーパ座３１ｂのテーパ角度よりも小さいと、テーパ１０１の先端のエッジ部分のみがテーパ座３１ｂに接触しながら、テーパ１０１の先端はボルト取付孔３１ａに入り込んでいく。そのため、ナット１００の先端は内側（軸心方向）に倒れるように変形する（図５中、実線部）。これにより、ナット１００の内周面に設けられためねじ１０２のうち先端付近のめねじが、ボルト２０のおねじ２１を強く押圧する。従って、例えば、図５中Ｘで示した部分に応力が集中する。以上により、ボルト２０にナット１００を嵌合させて、テーパ座３１ｂを規定のトルクで締め付けた場合、適正な軸力（締め付け応力）が得られない場合がある。規定の軸力が発生していない場合、めねじの緩みや疲労破壊によるボルトの折損につながる。また、前記の問題を防ぐために、
規定の軸力を得ようと締め付けトルクを増加させた場合、ボルト２０とナット１００との応力集中部で破断する現象が発生する。これらに伴い従来の機能であるセンタリングが不十分になる問題も生じる。
特開平９−１１７０２号公報 「自動車技術ハンドブック」＜第２分冊＞設計編，社団法人自動車技術会，１９９２年６月１５日第１版第２刷発行，Ｐ５２１−５２２

本発明の目的の一つとして、適正な軸力を安定して得られるようにすることが挙げられる。

また、本発明の目的の一つとして、締め付け力不足や疲労破壊を抑制することが挙げられる。

また、本発明の目的の一つとして、ボルト破断やねじ山破壊を防止することが挙げられる。

また、本発明の目的の一つとして、安定したセンタリング機能を発揮させることが挙げられる。

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。

すなわち、本願発明は、めねじを設ける領域を工夫することによって、ナットの先端が変形しても、めねじがおねじを強く押圧しないように構成した。この構成により、ボルトとナットによる締め付けを行うと、適正な軸力を得ることができる。

より具体的な本願発明のナットとしては、
ボルト取付孔の開口端に設けられたテーパ座に取り付けられるナットにおいて、
外周面には、先端に向かって縮径し、かつ前記テーパ座に当接するテーパが設けられると共に、
内周面に設けられるめねじは、ボルトが締め付けられる際に、前記テーパの先端が前記テーパ座に当たって、ナットの先端が内側に変形した場合に、当該変形によりボルトのおねじに対して応力集中が発生しない領域にのみ設けられていることを特徴とするものが挙げられる。

ここで、ナットの先端の内側への変形により、めねじによるボルトのおねじに対する応力集中が発生しない領域には、完全に応力集中が発生しない領域の他に、締め付けトルクに殆ど影響を与えないような実質的に応力集中が発生しない領域も含まれるものとする。なお、ナットの「先端」とは、ボルトの軸部が入り込んでくる側の端部をいうものとする（以下、同様である）。

本発明によれば、テーパの先端がテーパ座に当たって内側に変形しても、めねじによるボルトのおねじに対する応力集中は発生しない。従って、めねじがおねじを強く押圧することを防止できる。これにより、ナットに設けたテーパは、ボルト取付孔の開口端に設けられたテーパ座に対して、十分に入り込んでいく。従って、ボルトをナットに嵌合させて、テーパ座を締め付ける場合に、適正な軸力を得ることができ、かつ、安定したセンタリング機能を発揮する。

また、より具体的な本願他の発明のナットとしては、
ボルト取付孔の開口端に設けられたテーパ座に取り付けられるナットにおいて、
外周面には、先端に向かって縮径し、かつ前記テーパ座に当接するテーパが設けられると共に、
内周面に設けられるめねじは、ボルトが締め付けられる際に、ナットの先端が前記ボルト取付孔に入り込む範囲を避けた領域にのみ設けられていることを特徴とするものが挙げられる。

ここで、ナットの先端がボルト取付孔に入り込む範囲を避けた領域には、完全にボルト取付孔に入り込んでいない領域の他に、締め付けトルクに殆ど影響を与えない程度に、多少入り込んだ部分も含まれるものとする。

本発明によれば、ナットの先端がボルト取付孔に入り込んで、ナットの先端が変形したとしても、めねじは、当該入り込む領域を避けた領域にあるので、ナットの先端の変形による影響を全く受けないか、受けても僅かである。従って、めねじがおねじを強く押圧することを防止できる。これにより、ナットに設けたテーパは、ボルト取付孔の開口端に設けられたテーパ座に対して、十分に入り込んでいく。従って、ボルトをナットに嵌合させて、テーパ座を締め付ける場合に、適正な軸力を得ることができ、かつ、安定したセンタリング機能を発揮する。

また、より具体的な本願他の発明のナットとしては、
ボルト取付孔の開口端に設けられたテーパ座に取り付けられるナットにおいて、
外周面には、先端に向かって縮径し、かつ前記テーパ座に当接するテーパが設けられると共に、
内周面に設けられるめねじは、ボルトが締め付けられる際に、前記テーパの先端が前記テーパ座に当たって、ナットの先端が内側に変形した場合であっても、内周面のうち内側に変形しない領域にのみ設けられていることを特徴とするものが挙げられる。

ここで、ナットの先端が内側に変形しても、ナットの内周面のうち変形しない領域には、完全に内側に変形しない領域の他に、締め付けトルクに殆ど影響を与えないような実質的に内側に変形しない領域も含まれるものとする。

本発明によれば、テーパの先端がテーパ座に当たって、ナットの先端が内側に変形したとしても、めねじはナットの内周面が変形しない領域に設けられているので、当該変形の影響を受けない。従って、めねじがおねじを強く押圧することを防止できる。これにより、ナットに設けたテーパは、ボルト取付孔の開口端に設けられたテーパ座に対して、十分に入り込んでいく。従って、ボルトをナットに嵌合させて、テーパ座を締め付ける場合に、適正な軸力を得ることができ、かつ、安定したセンタリング機能を発揮する。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、適正な軸力を安定して得ることができる。また、締め付け力不足や疲労破壊を抑制することができる。また、ボルト破断やねじ山破壊を防止することができる。更に、安定したセンタリング機能を発揮させることができる。

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。

図１〜図３を参照して、本発明の実施例に係るナットについて説明する。図１は本発明の実施例に係るナットの一部破断断面図である。図２は本発明の実施例に係るナットに対してボルトを締め付けた構造を示す一部破断断面図である。図３は図２の一部拡大図である。

図１に示すように、本実施例に係るナット１０は、その外周面に、先端に向かって縮径するテーパ１１が設けられている。なお、ナット１０の「先端」とは、ボルト２０の軸部が入り込んでくる側の端部をいうものとする（以下、同様である）。そして、ナット１０の内周面には、めねじ１２が設けられている部分と、めねじ１２が設けられていない部分（以下、単純孔部１３と称する）が設けられている。単純孔部１３の内径は、ボルト２０のおねじ２１と干渉しないように、おねじ２１の外径よりも大きくなっている。

図２は、ボルト２０とナット１０による締め付けによって、第１部材３１と第２部材３２を固定する構造を示している。なお、第１部材３１と第２部材３２の具体例としては、例えば、車両に自動車用のディスクホイールを取り付ける部分の構造における、ホイールと車両のハブが挙げられる。図示のように、第１部材３１と第２部材３２には、それぞれボルト２０の軸部が挿通されるボルト取付孔３１ａ，３２ａが設けられている。そして、ボルト取付孔３１ａのナット１０側の開口端には、テーパ座３１ｂが設けられている。そして、上述したテーパ１１とテーパ座３１ｂが当接するようにナット１０が取り付けられた状態で、ボルト２０とナット１０による締め付けが行われる。

ボルト２０とナット１０による締め付けを行うにしたがって、ナット１０のテーパ１１がテーパ座３１ｂに対して摺動しながら、ナット１０の先端は、ボルト取付孔３１ａの中に入り込んでいく。これにより、ボルト２０の軸心，ナット１０の軸心及びボルト取付孔３１ａ，３２ａの軸心のセンタリングがなされる。以上のようにして、第１部材３１と第２部材３２は精度良く位置決め固定される。

ここで、上記従来技術の中でも説明したように、センタリングの機能を発揮させるために、ボルト取付孔３１ａに設けられたテーパ座３１ｂのテーパ角度と、ナット１０に設けられたテーパ１１のテーパ角度は等しくなるように設定される。しかし、実際の製品においては、多少の寸法誤差は避けられない。そして、テーパ１１のテーパ角度がテーパ座３１ｂのテーパ角度よりも小さいと、テーパ１１の先端のエッジ部分のみがテーパ座３１ｂに接触しながら、テーパ１１の先端はボルト取付孔３１ａに入り込んでいく。そのため、ナット１０の先端は内側（軸心方向）に倒れるように変形する（図３中、実線部）。なお、図３中の点線部は、テーパ１１のテーパ角度とテーパ座３１ｂのテーパ角度が等しい場合において、ナット１０が締め付けられた場合におけるナット１０の先端の様子を示している。

そして、本実施例に係るナット１０の場合には、ナット１０の先端が内側に倒れ込むように変形しても、締め付けの不具合が生じることはない。以下、この点について説明する。

上述のように、本実施例に係るナット１０には、ボルト２０のおねじ２１と干渉しない単純孔部１３が設けられている。この単純孔部１３が設けられる範囲（図３中ｌ）は、次の観点に基づいて設定されている。すなわち、当該範囲ｌは、内周面にめねじが設けられているとしたならば、ナット１０の先端が内側に変形した場合に、当該めねじがボルト２０のおねじ２１に対して、応力集中を発生させる範囲である。そして、このような範囲ｌ
は、テーパ座３１ｂのテーパ角度やテーパ１１のテーパ角度の寸法誤差（通常発生し得る範囲内の寸法誤差）を考慮した場合には、おおよそ、ナット１０の先端がボルト取付孔３１ａに入り込む範囲に一致する。また、このような範囲ｌは、ナット１０の先端が内側に変形した場合に、ナット１０の内周面のうち内側に変形する範囲に、おおよそ一致する。以上の３つの観点のうち、少なくともいずれか一つに基づいて、上記範囲ｌが設定される。

すなわち、ナット１０の内周面に設けられるめねじ１２は、このような範囲ｌを避けた領域にのみ設けられている。従って、本実施例に係るナット１０によれば、ボルト２０によって締め付けられる際に、テーパ１１の先端がテーパ座３１ｂに当たり、ナット１０の先端が内側に変形しても、めねじ１２がボルト２０のおねじ２１を強く押圧することはない。

以上のことから、ボルト２０とナット１０による締め付け時において、めねじ１２がおねじ２１を強く押圧することを防止できる。これにより、ナット１０に設けたテーパ１１は、ボルト取付孔３１ａの開口端に設けられたテーパ座３１ｂに対して、十分に入り込んでいく。従って、ボルト２０をナット１０に嵌合させて、テーパ座３１ｂを締め付ける場合に、適正な軸力を得ることができ、かつ、安定したセンタリング機能を発揮する。

本発明の実施例に係るナットの一部破断断面図である。 本発明の実施例に係るナットに対してボルトを締め付けた構造を示す一部破断断面図である。 図２の一部拡大図である。 従来技術に係るナットに対してボルトを締め付けた構造を示す一部破断断面図である。 図４の一部拡大図である。

符号の説明

１０ ナット
１１ テーパ
１２ めねじ
１３ 単純孔部
２０ ボルト
２１ おねじ
３１ 第１部材
３１ａ ボルト取付孔
３１ｂ テーパ座
３２ 第２部材
３２ａ ボルト取付孔

Claims (3)

1. ボルト取付孔の開口端に設けられたテーパ座に取り付けられるナットにおいて、
   外周面には、先端に向かって縮径し、かつ前記テーパ座に当接するテーパが設けられると共に、
   内周面に設けられるめねじは、ボルトが締め付けられる際に、前記テーパの先端が前記テーパ座に当たって、ナットの先端が内側に変形した場合に、当該変形によりボルトのおねじに対して応力集中が発生しない領域にのみ設けられていることを特徴とするナット。
2. ボルト取付孔の開口端に設けられたテーパ座に取り付けられるナットにおいて、
   外周面には、先端に向かって縮径し、かつ前記テーパ座に当接するテーパが設けられると共に、
   内周面に設けられるめねじは、ボルトが締め付けられる際に、ナットの先端が前記ボルト取付孔に入り込む範囲を避けた領域にのみ設けられていることを特徴とするナット。
3. ボルト取付孔の開口端に設けられたテーパ座に取り付けられるナットにおいて、
   外周面には、先端に向かって縮径し、かつ前記テーパ座に当接するテーパが設けられると共に、
   内周面に設けられるめねじは、ボルトが締め付けられる際に、前記テーパの先端が前記テーパ座に当たって、ナットの先端が内側に変形した場合であっても、内周面のうち内側に変形しない領域にのみ設けられていることを特徴とするナット。

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