JP2006329415A - ワッシャおよびボルトナット - Google Patents

Abstract

【課題】ボルト頭部と被緊締物との間の抵抗を低減させ、低い締め付けトルクで高い軸力を得ること。
【解決手段】本発明は、挿通されるボルトを回転緊締する際に、少なくともボルト頭部や被被緊締物と摺動する面に凸部が形成されているワッシャである。
【選択図】図１

Description

本発明は、金型や建設機械などを緊締する際に使用され得るワッシャおよびボルトナットに関するものであり、特に高い締め付けトルクで被緊締物を緊締するのに好適なものである。

従来より、金型や建設機械などの緊締や解除を頻繁に繰り返すものであって、且つ締め付けトルクが高いものについては、ボルト頭部と被緊締物との接触面の抵抗により高い締め付けトルクで緊締しても所望の軸力（ボルトの軸方向の締め付け力）が得にくく、また複数回緊締と解除を繰り返すとボルト頭部と被緊締物との接触面が相互に擦過して傷つき抵抗が一層大となって、結果としてレンチが破損されるかボルトが破損され、充分緊締できなくなるという課題があった。

この場合、ボルト頭部と被緊締物との間にスプリングワッシャや平ワッシャが介装されていてもこの状況に大差はない。

そこで、この課題を解決する手段として、ボルト頭部と被緊締物の接触面との抵抗を減殺して高い軸力を確保しつつも、複数回緊締と解除を繰り返してもレンチや当該ボルトが破損せず、確実に被緊締物を謹呈しえる手段が考えられてきた。

例えば特許文献に記載のように、ボルト頭部と被緊締物との間にボールベアリングを介装させて両者間の抵抗を減らし、同一の締め付けトルクでも高い軸力を得ることのできると共に、緊締と解除を繰り返しても、ボルト頭部のボールベアリングとの接触面や、被緊締物のボールベアリングとの接触面が傷つかないようにすることが提案されている。

特開２００２−３２３０２５

発明が解決しようとする課題

前述のように、ボルト頭部と被緊締物との間にボールベアリングを介装させて両者間の抵抗を減らすと、同一の締め付けトルクでも高い軸力を得ることのできると共に、緊締と解除を繰り返しても、ボルト頭部のボールベアリングとの接触面や、被緊締物のボールベアリングとの接触面が傷つかないが、しかしながら今度は高額になると共に大型になるという大きな課題が生じる。

特に金型等にボルトを使用する場合、被緊締物である金型のボルト挿入部に、ボルト頭部が埋没する座ぐり部が削設され、ボルトとしてはキャップボルトが常用される。

この金型の座ぐり部の直径はボルト頭部の直径より若干大径であり、深さはボルト頭部の厚みより若干深い程度に削設されているため、使用中の金型に前記ボールベアリングを利用すると、全体として大型になり、ボルト頭部が前記座ぐり部に収納されないことになるので、座ぐり部を再度削設する必要が生じることになる。

また、前述のようにボールベアリングやその付属物の価格が高額であるため、ボルト自体の価格の数倍になる虞があった。

課題を解決するための手段

第１の発明は、挿通されるボルトを回転緊締する際に、少なくともボルト頭部と摺動する面に凸部が形成されているワッシャである。

ワッシャのボルト頭部と摺動する面に凸部が形成されていると、ワッシャの凸部の先端とボルト頭部が接触し、ワッシャとボルト頭部が全面わたって接触するよりも摩擦抵抗が減殺され、小さな締め付けトルクで大きな軸力（ボルトの軸方向の締め付け力）を得ることができる。

第２の発明は、挿通されるボルトを回転緊締する際に、少なくとも被緊締物と摺動する面に凸部が形成されているワッシャである。

ワッシャの被緊締物と摺動する面に凸部が形成されていると、ボルト頭部と共にワッシャが回転する際に、ワッシャの凸部の先端が被緊締部と接触し、ワッシャと被緊締部が全面わたって接触するよりも摩擦抵抗が減殺され、小さな締め付けトルクで大きな軸力を得ることができる。

なお、前記ワッシャの両面に凸が形成されている場合には、当該ワッシャの凸部とボルト頭部との摩擦抵抗と、当該ワッシャの凸部と被緊締物のボルト頭部との摩擦抵抗と、いずれか摩擦抵抗の低い方が摺動することになる。

第３の発明は、相互に重畳される少なくとも２個１対のワッシャであって、一方のワッシャの少なくとも重畳面に凸部が形成され、挿通されるボルトを回転緊締する際に、前記凸部が他方のワッシャに摺動するように構成されているワッシャである。

本発明では、一方のワッシャの少なくとも重畳面に凸部が形成され、挿通されるボルトを回転緊締する際に、前記凸部が他方のワッシャに摺動するので、一方のワッシャの凸部の先端が他方のワッシャと接触し、ワッシャ同士が全面わたって接触するよりも摩擦抵抗が減殺され、小さな締め付けトルクで大きな軸力を得ることができる。

第４の発明は、前記第３の発明を前提とし、他方のワッシャの少なくとも重畳面に凹部が形成されており、挿通されるボルトを回転緊締する際に、前記凹部と一方のワッシャの凸部が相互に摺動するように構成されているワッシャである。

本発明では、前記凹部と一方のワッシャの凸部が相互に摺動するように構成されているので、両ワッシャ間の摩擦抵抗が少なくなると共に、相互に接触する部分がより滑らかに摺動し、多数回にわたって緊締、解除を繰り返しても接触部分が擦過により傷つくことがない。

なお、本発明において 凸部の断面の曲率は、凹部の断面の曲率よりも大である方が好ましい。

第５の発明は、前記第１ないし第４のいずれかの発明を前提とし、凸部は、ボルト軸部を囲繞するように環状に連続的もしくは断続的に配置されているワッシャである。

本発明では、凸部の断面形状にもよるが、当該凸部が断続的に形成されていると、当該凸部とそれに接触する部分の摩擦抵抗が減殺され、相対的により円滑に回転することになる。

第６の発明は、前記第４の発明を前提とし、凹部はボルト軸部を囲繞するように環状に連続的に備えられているワッシャである。

本発明では、凹部はボルト軸部を囲繞するように環状に連続的に備えられているので、凸部との摩擦抵抗が減殺され、両ワッシャは相対的により円滑に回転することになる。

第７の発明は、第１ないし第６のいずれかの発明を前提とし、凸部もしくは凹部が形成されている面と反対側の面に、前記凸部や凹部よりも高摩擦係数となる手段が施されているワッシャである。

ワッシャの、ボルト頭部や被緊締物との接触面に、例えば微細な凹凸が形成されていると、当該面が高摩擦計数化され、ワッシャの前記ボルト頭部や被緊締部と接触する部分は摩擦抵抗が大となってそれらの部分は相互に摺動せず、必ずワッシャの凸部の先端部はその接触部と相対的に摺動することになり、相互により円滑に回転することになる。

第８の発明は、ボルト頭部の、少なくとも被緊締物との摺動面に凸部が形成されているボルトである。

本発明では、ボルト頭部の、少なくとも被緊締物との摺動面に凸部が形成されているので、ボルト頭部と被緊締物の摺動面との摩擦抵抗が減殺され、ボルトは円滑に回転し、小さな締め付けトルクで高い軸力を得ることができる。

第９の発明は、前記第８の発明を前提とし、凸部は、ボルト軸部を囲繞するように環状に連続的もしくは断続的に備えられているボルトである。

本発明では、凸部の断面形状にもよるが、当該凸部が断続的に形成されていると、当該凸部とそれに接触する被緊締物との摩擦抵抗が減殺され、相対的により円滑に回転することになる。

第１０の発明は、少なくとも被緊締物との摺動面に、凸部が形成されているナットである。

本発明では、ナットの、少なくとも被緊締物との摺動面に凸部が形成されているので、ナットと被緊締物の摺動面との摩擦抵抗が減殺され、ナットは円滑に回転し、小さな締め付けトルクで高い軸力を得ることができる。

第１１の発明は、前記第１０の発明を前提とし、凸部は、ボルト軸部を囲繞するように環状に断続的もしくは断続的に備えられているナットである。

本発明では、凸部の断面形状にもよるが、当該凸部が断続的に形成されていると、当該凸部とそれに接触する被緊締物との摩擦抵抗が減殺され、相対的により円滑に回転することになる。

図面はいずれも各種の実施の形態を示すもので、図１は第１の実施例の断面図、図２は第２の実施例の断面図、図３は第３の実施例の断面図、図４は第４実施例の断面図、図５は第１ワッシャの斜視図、図６は第２ワッシャの斜視図、図７は第３ワッシャの斜視図、図８は第２ワッシャと第３ワッシャの断面図、図９はボルトの頭部の断面図そして図１０はナットの断面図である。

図１において、１および２は被緊締物としての金型や建設機材等の構成物であり、上部構成物１にはキャップボルトのボルト軸部３が挿通される貫通孔４と、ボルト頭部１１が挿入される座ぐり部５が削設され、下部構造物２には前記ボルト軸部３と螺合する雌螺子部６が螺設されている。

また、前記上部構造物１の座ぐり部５の底部には高硬度鋼やベアリング鋼等で形成されている第１ワッシャ７が装着されており、当該第１のワッシャ７の上面には、図５に示すように、凸部８・・・がボルト軸部３を囲繞するように環状に断続的に配置されている。

なお、前記第１ワッシャ７に代えて、図６に示すような第２ワッシャ９が装着されていてもよい。

前記第２ワッシャ９には、図６や図８に示すように、凸部１０がボルト軸部３を囲繞するように環状に連続的に膨出している。

これらの第１ワッシャ７、第２ワッシャ９は、Ｍ１６サイズのボルトの場合、外径が２４．５ｍｍ、内径が１６．５ｍｍ、平行平面部の厚さが２．５ｍｍであり、凸部８、１０の断面の曲率半径ｒ１は２．４ｍｍ、高さは０．５ｍｍである（図８参照）。

即ち、第１ワッシャ７は、挿通されるボルト３を回転緊締する際に、ボルト頭部１１の下面と摺動する面（上面）に凸部８が形成されていることになる。

かように第１ワッシャ７（もしくは第２ワッシャ９）のボルト頭部１１と摺動する面に凸部８（もしくは凸部１０）が形成されていると、第１ワッシャ７（もしくは第２ワッシャ９）の凸部８（もしくは凸部１０）の先端とボルト頭部１１が接触し、ワッシャとボルト頭部が全面わたって接触するよりも摩擦抵抗が減殺され、小さな締め付けトルクで大きな軸力（ボルトの軸方向の締め付け力）を得ることができる。

具体例として、Ｍ１６のキャップボルトを使用した際の締め付けトルク（ニュートンメータ）と軸力（キロニュートン）との関係は下記の通りである。

下記のデータからわかるように、所定のトルクで締め付けた際の軸力は、前記第１ワッシャ７を利用した場合は、キャップボルトのみで締め付けた場合の軸力の１．５倍程度になっていることがわかる。

即ち、同一の軸力を得ようとする場合には、その締め付けトルクは、前記第１ワッシャ７を利用すれば、キャップボルトのみで締め付ける際の６０％〜７０％程度で済むことになる。

トルク キャップボルトのみ 第１ワッシャ使用時
７０Ｎ・ｍ １０〜１２Ｋ・Ｎ １５〜１７Ｋ・Ｎ
１００Ｎ・ｍ １５〜１８Ｋ・Ｎ ２２〜２６Ｋ・Ｎ
１５０Ｎ・ｍ ２５〜３０Ｋ・Ｎ ４０〜４５Ｋ・Ｎ
２００Ｎ・ｍ ３５〜４０Ｋ・Ｎ ５０〜５５Ｋ・Ｎ

以下の実施例においても、前記軸力と回転トルクの関係は概ね同様の数値である。

図２に示す第２の実施例では、前記第１ワッシャ７（もしくは第２ワッシャ９）が、その凸部８（もしくは凸部１０）が上部構成物１の座ぐり部５の底部に接触するように装着されている。

即ち、前記第１の実施例と異なる点は、第１ワッシャ７（もしくは第２ワッシャ９）の上下面が逆に装着されているところである。

この場合も、第１ワッシャ７（もしくは第２ワッシャ９）の座ぐり部５と摺動する面に凸部８（もしくは凸部１０）が形成されているので、第１ワッシャ７（もしくは第２ワッシャ９）の凸部８（もしくは凸部１０）の先端と座ぐり部５が接触し、ワッシャと座ぐり部が全面わたって接触するよりも摩擦抵抗が減殺され、小さな締め付けトルクで大きな軸力（ボルトの軸方向の締め付け力）を得ることができる。

なお、図示はしていないが、第１ワッシャ７（もしくは第２ワッシャ９）の表裏面に共に凸部８（もしくは凸部１０）が形成されていてよい。

第３の実施例では、座ぐり部５の底部に、凸部８（もしくは凸部１０）が形成されていない一般的な平ワッシャ１２が装着されている。

ボルト３を多数回にわたり回転緊締する際には平ワッシャ１２が装着されていると、ボルト頭部１１の摺動面や、座ぐり部５の第１ワッシャ７（もしくは第２ワッシャ９）の表裏面に共に凸部８（もしくは凸部１０）が傷つくことがなく、他数回の緊締や解除に耐えることが可能となる。

第４の実施例では、図４、図７、図８に示すように、前記平ワッシャ１２に代えて、前記第１ワッシャ７（もしくは第２ワッシャ９）の凸部８（もしくは凸部１０）に接触する面（摺動面）に、環状の凹部１３が形成された第３ワッシャ１４が装着されている。

即ち、挿通されるボルト３を回転緊締すると、第３ワッシャ１４の凹部１３と第１ワッシャ７（もしくは第２ワッシャ９）の凸部８（もしくは凸部１０）が図８に矢印で示す方向に重畳し相互に摺動することになる。

かように構成されていると、第３ワッシャ１４と第１ワッシャ７（もしくは第２ワッシャ９）間の摩擦抵抗が少なくなると共に、相互に接触する部分がより滑らかに摺動し、多数回にわたって緊締、解除を繰り返しても接触部分が擦過により傷つくことがない。

なお、第３ワッシャ１４の外径と内径は、Ｍ１６サイズのボルトの場合、前記第１ワッシャ７（もしくは第２ワッシャ９）と同一で、厚さは２．７ｍｍ、凹部１３の断面の曲率半径ｒ２は２．６ｍｍ、深さは０．４ｍｍである（図８参照）。

なお、第３ワッシャ１４の両面に凹部１３が形成されていてもよく、またワッシャの一方の面に凸部８、１０が形成され、他方の面に凹部１３が形成されていてもよい。

また、図８に示すように、前記第１ワッシャ７（もしくは第２ワッシャ９）の凸部８（もしくは凸部１０）や第３ワッシャ１４の凹部１３が形成されている面と反対側の面に、前記凸部８、１０や凹部１３よりも高摩擦係数となる微細な凹凸１５が形成されると、当該面が高摩擦計数化され、ワッシャ７，９，１４の、前記ボルト頭部１１や構造物１の座ぐり部５と接触する部分は摩擦抵抗が大となるので、それらの部分は相互に摺動せず、必ずワッシャ７、９の凸部８、１０の先端部はその接触部と相対的に摺動することになり、相互により円滑に回転することになる。

なお、ボルトとしてはキャップボルト以外にも六角ボルトや他のボルトを使用することができる。

次に図９に従い、他のキャップボルトの実施例につき説明するが、この図において、構造物１やその座ぐり部５の構造は上記実施例と同様である。

本実施例では当該キャップボルトのボルト頭部１１の、構造物１との摺動面に凸部１７が形成されている。１８は６角レンチの挿入穴である。

前記凸部１７は前述のワッシャ７、９、の凸部８，１０と同様に、環状に連続的に形成されていてもよく断続的に形成されていてもよい。

本実施例では、ボルト頭部１６の、構造物１との摺動面に凸部１７が形成されているので、ボルト頭部１６と構造物１の摺動面との摩擦抵抗が減殺され、ボルトは円滑に回転し小さな締め付けトルクで高い軸力を得ることができる。

従って、この場合には必ずしも前記ワッシャ７、９、１４は必ずしも必要ではない。

なお、この実施例においても、ボルトとしてはキャップボルト以外の六角ボルトや他のボルトを利用することができる。

次に図１０に従い、ナットの実施例につき説明する。

本実施例においてはナット１９の、被緊締物との摺動面に凸部２０が形成されている。

前記凸部２０は前述のワッシャ７、９、の凸部８，１０と同様に、環状に連続的に形成されていてもよく、断続的に形成されていてもよい。

本実施例では、ナット２０の、被緊締物との摺動面に凸部２０が形成されているので、ナット１９と被緊締物の摺動面との摩擦抵抗が減殺され、ナット１９は円滑に回転し小さな締め付けトルクで高い軸力を得ることができる。

また、凸部２０はナット１９の両面に形成されていてもよい。

発明の効果

第１の発明では、挿通されるボルトを回転緊締する際に、少なくともボルト頭部と摺動する面に凸部が形成されているワッシャが使用されるので、ワッシャの凸部の先端とボルト頭部が接触し、ワッシャとボルト頭部が全面わたって接触するよりも摩擦抵抗が減殺され、小さな締め付けトルクで大きな軸力（ボルトの軸方向の締め付け力）を得ることができる。

また、本発明および以下の発明においても共通であるが、本発明はワッシャであり、冷間鍛造で製造することが可能で、コストも先行技術であるボールベアリングの数分の一以下となり、また小型化が可能となって、ボルト頭部が挿入される被緊締物の座ぐり部に完全に挿入することができ、座ぐり部を再度削設する必要はなくなる。

第２の発明では、挿通されるボルトを回転緊締する際に、少なくとも被緊締物と摺動する面に凸部が形成されているワッシャが使用されるので、ボルト頭部と共にワッシャが回転する際に、ワッシャの凸部の先端が被緊締部と接触し、ワッシャと被緊締部が全面わたって接触するよりも摩擦抵抗が減殺され、小さな締め付けトルクで大きな軸力を得ることができる。

第３の発明では、一方のワッシャの少なくとも重畳面に凸部が形成され、挿通されるボルトを回転緊締する際に、前記凸部が他方のワッシャに摺動するので、一方のワッシャの凸部の先端が他方のワッシャと接触し、ワッシャ同士が全面わたって接触するよりも摩擦抵抗が減殺され、小さな締め付けトルクで大きな軸力を得ることができる。

第４の発明では、前記凹部と一方のワッシャの凸部が相互に摺動するように構成されているので、両ワッシャ間の摩擦抵抗が少なくなると共に、相互に接触する部分がより滑らかに摺動し、多数回にわたって緊締、解除を繰り返しても接触部分が擦過により傷つくことがない。

第５の発明では、凸部の断面形状にもよるが、当該凸部が断続的に形成されていると、当該凸部とそれに接触する部分の摩擦抵抗が減殺され、相対的により円滑に回転することになる。

第６の発明では、凹部はボルト軸部を囲繞するように環状に連続的に備えられているので、凸部との摩擦抵抗が減殺されて、両ワッシャは相対的により円滑に回転することになる。

第７の発明では、ワッシャの、ボルト頭部や被緊締物との接触面に、例えば微細な凹凸が形成されているので、当該面が高摩擦計数化され、ワッシャの前記ボルト頭部や被緊締部と接触する部分は摩擦抵抗が大となってそれらの部分は相互に摺動せず、必ずワッシャの凸部の先端部はその接触部と相対的に摺動することになり、相互により円滑に回転することになる。

第８の発明では、ボルト頭部の、少なくとも被緊締物との摺動面に凸部が形成されているので、ボルト頭部と被緊締物の摺動面との摩擦抵抗が減殺されて、ボルトは円滑に回転し、小さな締め付けトルクで高い軸力を得ることができる。

第９の発明では、凸部の断面形状にもよるが、当該凸部が断続的に形成されていると、当該凸部とそれに接触する被緊締物との摩擦抵抗が減殺され、相対的により円滑に回転することになる。

第１０の発明では、ナットの、少なくとも被緊締物との摺動面に凸部が形成されているので、ナットと被緊締物の摺動面との摩擦抵抗が減殺され、ナットは円滑に回転し、小さな締め付けトルクで高い軸力を得ることができる。

第１１の発明では、凸部の断面形状にもよるが、当該凸部が断続的に形成されているので、当該凸部とそれに接触する被緊締物との摩擦抵抗が減殺され、相対的により円滑に回転することになる。

本発明の第１の実施例の断面図である。 本発明の第２の実施例の断面図である。 本発明の第３の実施例の断面図である。 本発明の第４の実施例の断面図である。 本発明の実施例である第１ワッシャの斜視図である。 本発明の実施例である第２ワッシャの斜視図である。 本発明の実施例である第３ワッシャの斜視図である。 本発明の実施例である第２ワッシャと第３のワッシャの断面図である。 本発明の実施例であるボルトの頭部の断面図である。 本発明の実施例であるボナットの断面図である。

符号の説明

１ 上部構成物
２ 下部構造物
３ ボルト軸部
４ 貫通孔
５ 座ぐり部
６ 雌螺子部
７ 第１ワッシャ
８ 凸部
９ 第２ワッシャ
１０ 凸部
１１ ボルト頭部
１２ 平ワッシャ
１３ 凹部
１４ 第３ワッシャ
１５ 微細な凹凸
１６ ボルト頭部
１７ 凸部
１８ 挿入穴である。
１９ ナット
２０ 凸部

Claims (11)

1. 挿通されるボルトを回転緊締する際に、少なくともボルト頭部と摺動する面に凸部が形成されているワッシャ。
2. 挿通されるボルトを回転緊締する際に、少なくとも被緊締物と摺動する面に凸部が形成されているワッシャ。
3. 相互に重畳される少なくとも２個１対のワッシャであって、一方のワッシャの少なくとも重畳面に凸部が形成され、挿通されるボルトを回転緊締する際に、前記凸部が他方のワッシャに摺動するように構成されているワッシャ。
4. 他方のワッシャの少なくとも重畳面に凹部が形成されており、挿通されるボルトを回転緊締する際に、前記凹部と一方のワッシャの凸部が相互に摺動するように構成されている請求項３記載のワッシャ。
5. 凸部は、ボルト軸部を囲繞するように環状に連続的もしくは断続的に配置されている請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のワッシャ。
6. 凹部は、ボルト軸部を囲繞するように環状に連続的に備えられている請求項４記載のワッシャ。
7. 凸部もしくは凹部が形成されている面と反対側の面に、前記凸部や凹部よりも高摩擦係数となる手段が施されている請求項１ないし請求項６に記載のワッシャ。
8. ボルト頭部の、少なくとも被緊締物との摺動面に凸部が形成されているボルト。
9. 凸部は、ボルト軸部を囲繞するように環状に連続的もしくは断続的に備えられている請求項８記載のボルト。
10. 少なくとも被緊締物との摺動面に凸部が形成されているナット。
11. 凸部は、ボルト軸部を囲繞するように環状に断続的もしくは断続的に備えられている請求項１０記載のナット。

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