JP2006153190A - 締結部材 - Google Patents

Abstract

【課題】被取付け部を前記取付け部に結合する際にボルトに作用する曲げ力を防止する締結部材を提供する。
【解決手段】取付け部１６から突設したボルト１８を被取付け部１１に設けた取付け穴１２に挿通し、前記ボルトに係合することで前記被取付け部を前記取付け部に締結する締結部材である。締結部材は、前記ボルトに螺合するナット２２と、このナットと前記被取付け部との間に配置され、前記ナットに対し軸直方向に相対変位することで前記ナットの軸心と前記取付け穴の軸心とのずれを許容する心ずれ許容部材２０とで構成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ボルト及びナットにより被取付け部と取付け部とを結合する締結部材に関し、特に、車軸に設けたホイール取付け部に車両用ホイールを締結する際に好適な締結部材に関する。

車両ホイールの締結構造として、車両用ホイールのディスク部（被取付け部）の中心位置にディスク中心穴が設けられ、このディスク中心穴の周囲に複数の取付け穴が設けられているとともに、車両ホイールを締結する車軸のホイール取付け部（ハブ）の中心部に凸形状のハブ外端部が設けられ、このハブファイ端部の周囲に複数のボルトが突設しており、ディスク部のディスク中心穴にハブのハブ外端部を嵌合して車両用ホイールをハブにセンタリングし、ディスク部の複数の取付け穴にハブのボルトをそれぞれ挿通し、外側に突出したボルトにナットを螺合してディスク部側に締め付けていくことで、車両用ホイールをハブに締結する構造がある。

このような車両用ホイールの締結構造に使用するナットとして、軸方向の一端側にテーパ外周面を設けたテーパタイプのホイールナットが知られている（例えば特許文献１）。このテーパタイプのホイールナットをボルトに螺合してハブ側に締め付けていくと、取付け穴の開口周縁に設けたテーパ面形状のナット受け部にテーパ外周面が接触するので、軸直方向の耐すべり性が確保されるとともに、ホイールのナットに締結される部分の面圧が緩和されるようになっている。
特開平７−１８６６０５号公報

しかし、特許文献１のテーパタイプのホイールナットを使用すると、そのナットのテーパ外周面がナット受け部と接触する際に、ホイールナットの軸心にボルトの軸心を一致させようとする、所謂、ボルトのセンタリング機能が働く。前述したディスク中心穴とハブ外端部との嵌合による車両用ホイールのセンタリングを行いながら、ボルトのセンタリング機能が働いた状態で車両用ホイールをハブに締結すると、以下の場合に、ホイールナットがボルトを曲げる力（曲げ力）が発生するおそれがある。

つまり、図１１に示すように、ディスク部１のディスク中心穴２の中心から各々のナット受け部３の中心までの寸法精度が悪い場合（Ｒ１≠Ｒ２）、ハブ４に設けたハブ外端部５の中心から各々のボルト６の中心までの寸法精度が悪い場合（Ｒ３≠Ｒ４）、或いは、ディスク中心穴２にハブ外端部４が嵌合したときのナット受け部３の中心とボルト６の中心の精度が悪い場合（Ｒ１≠Ｒ３、Ｒ２≠Ｒ４）には、図１２（ａ）に示すようにナット受け部３の中心とボルト６の中心とにズレが発生する。このように、ナット受け部３の中心とボルト６の中心とにズレが発生した状態でボルト６に螺合したホイールナット７を締めつけていくと、図１２（ｂ）に示すように、ナット受け部５に接触したホイールナット７がボルト６に曲げ力を作用してしまう。

ところで、特表２０００−５０６８０３号公報には、テーパタイプのホイールナットを使用せず、ナットとナット受け部に接触するテーパ部分とが分離した締結部材が記載されている。この公報は、ハブの中心位置から突設した一本のボルトが車両用ホイールの中心位置に設けた取付け穴に挿通されており、このボルトに、取付け穴の開口周縁に設けたテーパ面形状のナット受け部に接触する環状の接触体（前述したテーパ部分）と、この接触体の軸方向の端面に当接する軸受部材とが挿通されている。そして、ボルトに螺合したナットを締め付けていく際に、ナットと接触体との間に介在した軸受部材が回転することで接触体の共回りを防止しながら、車両用ホイールをセンタリングしてハブに締結する構造である。

ここで、この特表２０００−５０６８０３号公報の環状の接触体、軸受部材及びナットからなる締結部材を、特許文献１のテーパタイプのホイールナットの替わりに採用しても、ナット受け部の中心とボルトの中心とにズレが発生したときに、環状の接触体及び軸受部材はズレを許容する方向に移動しないので、ナットがボルトに曲げ力を作用してしまう。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであって、その目的は、被取付け部と前記取付け部とを結合する際にボルトに作用する曲げ力を防止する締結部材を提供する。

前記課題を解決するため、本発明に係る締結部材は、取付け部から突設したボルトを被取付け部に設けた取付け穴に挿通し、前記ボルトに締結することで前記被取付け部と前記取付け部とを結合する締結部材であって、前記ボルトに螺合するナットと、このナットと前記被取付け部との間に配置され、前記ナットに対し軸直方向に相対変位することで前記ナットの軸心と前記取付け穴の軸心とのずれを許容する心ずれ許容部材とを備えている。

本発明の締結部材によると、取付け部から突設したボルトの軸心と被取付け部に設けた取付け穴の軸心とがずれていても、心ずれ許容部材がナットに対し軸直方向に相対変位することでボルト及び取付け穴の心ずれを許容するので、被取付け部と前記取付け部とを結合する際にボルトに曲げ力が作用しない。

以下、本発明に係る車両用ホイールの締結構造の１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１の符号８で示すホイールは、タイヤ９を装着している環状のリム部１０と、リム部１０の内側に設けたディスク部１１とを備えている。
ディスク部１１は、図２に示すように、所定直径の円周上に等ピッチ間隔で複数の取付け穴１２を形成している。また、各取付け穴１２の外側を向く開口周縁に、外側に向かうに従い徐々に拡径したテーパ面形状の受け部１４を設けている。

図２の符号１６は、車軸（図示せず）の端部に設けたホイール取付け部としてのハブである。このハブ１６の端面に、複数のボルト１８が突出して設けられている。これらボルト１８は、ディスク部１１に形成した複数の取付け穴１２に対応する位置でハブ１６から突出している。
また、ハブ１６の軸心方向の端には、ホイール８の中心に設けたディスク中心穴１１ａに若干のクリアランスを持って嵌合するハブ外端部１６ａが設けられている。この嵌合によって、ホイール８の中心とハブ１６の中心とがセンタリングされている。

そして、ハブ１６に設けた複数のボルト１８が、それぞれ対応する取付け穴１２に挿通され、車幅方向の外側に突出したボルト１８にナット２２が各取付け穴１２の受け部１４側からねじ込まれている。ここで、ナット２２よりディスク部１１側に、ナット２２のねじ込みにより受け部１４に嵌入していくテーパ部材２０が配置されている。
ナット２２は六角ナットであり、図３に示すように、テーパ部材２０に当接する座面２４が、ナット２２の軸線（ボルト１８の軸線）に直交する方向（以下、軸直方向と称する）に延在する平面として形成されている。

テーパ部材２０は、ナット２２より硬度の低い材料で形成されており、例えばナット２２がＨｖ４００に対し、テーパ部材２０はＨｖ３００になっている。
テーパ部材２０は、軸心位置にボルト１８を挿通する挿通穴２８を設け、軸心に沿う外周をテーパ外周面３０とし、ナット２２の座面２４に当接する着座面３２を、軸心に直交する方向（以下、軸直方向と称する）に延在する平面とした部材である。なお、テーパ部材２０の着座面は軸直方向に延在する平面に限らず、例えば図５に示すように、一部が凹んでいる着座面３２ａにしても構わない。

また、テーパ外周面３０は、ディスク部１１に設けた受け部１４と同一のテーパ比で形成されている。また、テーパ部材２０の挿通穴２８の内径Ｄｔは、ナット２２の雌ねじ谷径Ｄｎより大きな寸法、つまり、ボルト１８の外径より大きな寸法に設定されている。
また、ナット２２のねじ込みによりテーパ部材２０が受け部１４内に嵌入していくときには、テーパ部材２０の着座面３２及びナット２２の座面２４の摺動抵抗が、テーパ部材２０のテーパ外周面３０及びディスク部１１の受け部１４の摺動抵抗より小さく設定されている。

そして、テーパ部材２０は、ナット２２の軸方向の一端側で遊挿状態で係合している。
すなわち、ナット２２の座面２４で開口しているねじ穴の開口周縁には係合部３４が設けている。この係合部３４は、図４に示すように、座面２４の開口周縁から略同一の外径寸法で外方に突出している円筒部３４ａと、この円筒部３４ａの先端部から徐々に拡径しながら外方に突出している拡径筒部３４ｂとで構成されている。

また、テーパ部材２０の着座面３２で開口している挿通穴２８の開口周縁には、径方向内方に延在している円環状の係合部３６が設けられている。この係合部３６の内径は、ナット２２に設けた係合部３４の円筒部３４ａの外径より大きく、且つ、係合部３４の拡径筒部３４ｂの外径より小さい寸法に設定され、ナット２２から抜け落ちないようになっている。なお、テーパ部材２０の係合部３６は、円環状でなくとも部分的に拡径筒部３４ｂに係合できるようになっていても構わない。

そして、ナット２２の係合部３４を外側から囲むようにテーパ部材２０の係合部３６を配置し、図４の実線で示すように、係合部３６及び係合部３４の拡径筒部３４ｂが軸方向で引っ掛かることで、テーパ部材２０がナット２２から軸方向に抜け落ちないように、遊挿状態で係合している。なお、テーパ部材２０が、本発明の心ずれ許容部材に相当し、テーパ部材２０のテーパ外周面３０が、本発明の伝達面に相当する。

上記構成の車両用ホイールの締結構造において、車軸の端部に設けたハブ１６にホイール８を結合するには、先ず、ハブ１６に設けた複数のボルト１８をそれぞれ対応する取付け穴１２に挿通するとともに、ホイール８の中心とハブ１６の中心とが合うように、ハブ外端部１６ａにディスク中心穴１１ａを嵌め合わせながら組み込む。
次いで、各取付け穴１２の受け部１４から車幅方向の外側に突出したボルト１８に、互いに軸方向に係合しているテーパ部材２０及びナット２２を装着する。その際、テーパ部材２０の挿通穴２８にボルト１８を挿通してからナット２２をボルト１８に螺合していく。

ナット２２の回転によりテーパ部材２０が受け部１４内に入り込んでいくとき、テーパ部材２０の着座面３２及びナット２２の座面２４の摺動抵抗が、テーパ部材２０のテーパ外周面３０及びディスク部１１の受け部１４の摺動抵抗より小さく設定されているので、図６に示すように、ナット２２が回転してもテーパ部材２０は回転せず、座面２４及び着座面３２が摺動する。このため、テーパ部材２０は、テーパ外周面３０が受け部１４のテーパ面に摺動せずに入り込んでいく。

ここで、図２に示すように、例えばハブ１６の中心Ｐ０からボルト１８の軸心まＰｓでまの寸法精度が悪く（ｒ１≠ｒ２）、ボルト１８の軸心Ｐｓと受け部１４の軸心Ｐｒとがずれている場合には、テーパ部材２０は、受け部１４の軸心Ｐｒと同心となるように受け部１４内に入り込んでいく。すなわち、ボルト１８がテーパ部材２０の挿通穴２８に遊挿されており、テーパ部材２０及びナット２２の互いに当接する座面２４，３２が軸直方向に延在した平面としているので、テーパ部材２０はナット２２に対して軸直方向に移動可能となる。このため、ナット２２に押されたテーパ部材２０は、受け部１４にテーパ外周面３０が接触することで、受け部１４の軸心Ｐｒと同心となるように軸直方向に移動しながら受け部１４内に入り込んでいく。

受け部１４内に入り込むテーパ部材２０は、ナット２２に対して軸直方向に移動可能となっていることから、従来のテーパタイプのホイールナットのようなボルト１８のセンタリング機能を持たず、ボルト１８に対して曲げ力を発生しない。
そして、ナット２２をさらに締め付けてディスク部１１側に締結していき、ナット２２の軸力が、テーパ部材２０のテーパ外周面３０から受け部１４に伝達されることで、ホイール８がハブ１６に結合される。

したがって、本実施形態によると、ボルト１８の軸心Ｐｓと受け部１４の軸心Ｐｒとがずれていても、ナット２２に対して軸直方向に移動しながら受け部１４内に入り込むテーパ部材２０がボルト１８に対して曲げ力を発生しない。
また、ナット２２を回転させて締め付けていくときには、ナット２２に押されて受け部１４内に入り込んでいくテーパ部材２０が回転しないので、受け部１４の疵の発生を抑制することができる。また、テーパ部材２０のテーパ外周面３０及び受け部１４のテーパ面が摺動しないことから、それらの表面粗さを高精度に設定しなくて済むので、製造コストの低減化を図ることができる。

また、外観の美観を必要とするナット２２の表面処理と、外部に露出しないテーパ部材２０の表面処理とを分けて行うことができるので、外部に露出しない部分も外観の美観を必要とするナットの表面処理と同一に行わなければならない従来のテーパタイプのホイールナットと比較して、表面処理コストも低減することができる。
また、テーパ部材２０はナット２２と比較して耐久性が低い部品であるが、本実施形態のテーパ部材２０は、ナット２２より硬度の低い安価な材料で形成しているので、部品交換のコストを低減することができる。

また、ナット２２に対して別部品であるテーパ部材２０は、各々に設けた係合部３４，３６により軸方向の一端側で遊挿状態で係合しており、テーパ部材２０の挿通穴２８にボルト１８を挿通してから直ぐにナット２２をボルト１８に螺合することができるので、テーパ部材２０及びナット２２の組み付け作業を簡単に行うことができる。
次に、図７及び図８は、ナット２２の軸方向の一端側で遊挿状態で係合しているテーパ部材２０の他の構造を示すものである。

本実施形態では、ナット２２に設けた係合部４０と、テーパ部材２０に設けた係合部４２と、環状部材４４とを備えている。
ナット２２の係合部４０は、座面２４で開口しているねじ穴の開口周縁に設けており、図７に示すように、座面２４の開口周縁から略同一の外径寸法で外方に突出している円筒部４０ａと、この円筒部４０ａの先端部から径方向外方に延在している円環部４０ｂとで構成されている。

テーパ部材２０の係合部４２は、着座面３２で開口している挿通穴２８の開口周縁から径方向内方に延在している円環状の部位である。この係合部４２の内径は、係合部４０の円環部４０ｂの外径より大きい寸法に設定している。
また、環状部材４４は、図８に示すように、スリット４４ａを設けた縮径自在な弾性リングであり、自由形状の外径寸法Ｄｏを、テーパ部材２０の係合部４２の内径寸法より大きく、挿通穴２８の内径寸法より小さくし、内径寸法Ｄｉを、ナット２２の係合部４０の円環部４０ｂの外径寸法より僅かに小さくした部材である。

そして、環状部材４４を、弾性変形により縮径して係合部４０の円筒部４０ａの外周側に配置しておき、テーパ部材２０の係合部４２が係合部４０の円筒部４０ａの外側に位置したときに環状部材４４を弾性復帰し、環状部材４４が係合部４０の円環部４０ｂ及び係合部４２に対して軸方向において重なる位置に配置されることで、環状部材４４を介して係合部４０の円環部４０ｂ及び係合部４２が引っ掛かり、テーパ部材２０及びナット２２が軸方向で抜け落ちないように係合している。

本実施形態のナット２２に設けた係合部４０と、テーパ部材２０に設けた係合部４２と、環状部材４４とでナット２２の軸方向の一端側にテーパ部材２０を遊挿状態で係合した構造でも、前述した第１実施形態の構造と同様の効果を得ることができる。
さらに、図９は、ナット２２の軸方向の一端側で遊挿状態で係合しているテーパ部材２０の図７及び図８と異なる構造を示すものである。

本実施形態では、ナット２２の外周に設けた係合部４６と、テーパ部材２０の外周に設けた係合部４８とを備えている。
ナット２２の係合部４６は、座面２４の外周から徐々に縮径しながら外方に突出している。
テーパ部材２０の係合部４８は、係合部４６の最も縮径されている先端部４６ａの内径寸法より僅かに大きな最大外径部であり、この係合部４８と係合部４６の先端部４６ａとが軸方向で引っ掛かることで、テーパ部材２０及びナット２２が軸方向で抜け落ちないように係合している。

本実施形態のナット２２の外周に設けた係合部４６と、テーパ部材２０の外周に設けた係合部４８とでナット２２の軸方向の一端側にテーパ部材２０を遊挿状態で係合した構造でも、前述した第１実施形態の構造と同様の効果を得ることができる。
ここで、本実施形態も、ナット２２の軸直方向に延在する平面として形成した座面２４に当接するテーパ部材２０の着座面を、例えば図１０に示すように、径方向内方に向かうに従い下り傾斜を付けた傾斜面形状の着座面３２ｂにしても構わない。

車両用ホイールを車軸のホイール取付部に締結した構造を示す図である。 図１のII-II線矢視図である。 本発明を構成する心ずれ許容部材がナットの軸方向の一端側で遊挿状態に係合している状態を示す図である。 ナット及び心ずれ許容部材の係合部分を示した図である。 図３で示した心ずれ許容部材の変形例を示す図である。 ナットを回転してねじ込んだときの心ずれ許容部材の状態を示す図である。 図３と異なる構造の心ずれ許容部材がナットの軸方向の一端側で遊挿状態に係合している状態を示す図である。 図７の構造で使用する部材を示す図である。 図３及び図７と異なる構造の心ずれ許容部材がナットの軸方向の一端側で遊挿状態に係合している状態を示す図である。 図９で示した心ずれ許容部材の変形例を示す図である。 ボルトの軸心と取付け穴の軸心とのずれを示す図である。 ボルトの軸心と取付け穴の軸心とにずれが発生した状態で車両用ホイールを締結したときにナットがボルトに曲げ力を作用してしまう状態を示した図である。

符号の説明

８ ホイール（車両用ホイール）
１１ ディスク部（被取付け部）
１２ 取付け穴
１４ 受け部
１６ ハブ（取付け部）
１８ ボルト（ボルト）
２０ テーパ部材（心ずれ許容部材）
２２ ナット
２４ ナットの座面
２８ テーパ部材の挿通穴
３０ テーパ部材のテーパ外周面（伝達面）
３２，３２ａ，３２ｂ テーパ部材の着座面
３４ ナットの係合部
３６ テーパ部材の係合部
４０ ナットの係合部
４２ テーパ部材の係合部
４４ 環状部材
４６ ナットの係合部
４８ テーパ部材の係合部
Ｄｎ ナットの雌ねじ谷径
Ｐｒ 受け部の軸心
Ｐｓ ボルトの軸心（ボルトの軸心）

Claims (9)

1. 取付け部から突設したボルトを被取付け部に設けた取付け穴に挿通し、前記ボルトに締結することで前記被取付け部と前記取付け部とを結合する締結部材であって、
   前記ボルトに螺合するナットと、このナットと前記被取付け部との間に配置され、前記ナットに対し軸直方向に相対変位することで前記ナットの軸心と前記取付け穴の軸心とのずれを許容する心ずれ許容部材とを備えたことを特徴とする締結部材。
2. 前記心ずれ許容部材は、前記ナットの座面に接触する着座面と、前記ナットからの力を前記ナットの軸心方向に対し傾いた方向で前記被取付け部に伝達する伝達面とを備えていることを特徴とする請求項１記載の締結部材。
3. 前記伝達面は、前記取付け穴の開口周縁に接触するテーパ面形状であることを特徴とする請求項２記載の締結部材。
4. 前記心ずれ許容部材の前記着座面と前記ナットの前記座面との少なくとも一方を、前記ナットの軸心に対して軸直方向に延在する平面としたことを特徴とする請求項２又は３記載の締結部材。
5. 前記心ずれ許容部材及び前記ナットは別部品であり、前記心ずれ許容部材は、前記ナットの雌ねじ谷径より大きな内径の挿通穴を設け、この挿通穴に前記ボルトを遊挿していることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の締結部材。
6. 前記心ずれ許容部材の材料硬度を、前記ナットの材料硬度より低くしたことを特徴とする請求項５記載の締結部材。
7. 前記心ずれ許容部材の前記着座面及び前記ナットの前記座面の摺動抵抗を、前記心ずれ許容部材の伝達面及び前記取付け穴の開口周縁の摺動抵抗より小さくしたことを特徴とする請求項５又は６記載の締結部材。
8. 前記心ずれ許容部材は、前記ナットの軸方向の一端側で遊挿状態に係合していることを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載の締結部材。
9. 前記被取付け部は、前記取付け穴を設けた車両用ホイールのディスク部であり、前記取付け部は、前記ボルトが突設した車軸のホイール取付け部であることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の締結部材。

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