JP2008057578A - 連結構造及び連結方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】一方の部材の締結孔と他方の部材の締結孔とに芯ずれが生じていた場合であっても、一方の部材と他方の部材とをねじ締結体により所定の締結力で締結することができる連結構造を提供する。
【解決手段】2つの部材2、10をねじ締結体31により連結する連結構造1であって、一方の部材2に設けられる締結孔3と、他方の部材10に設けられる締結孔11と、前記何れか一方の部材10の締結孔11内に回動自在に設けられるとともに、偏心した位置に貫通孔23が設けられる調整部材20とを備え、前記ねじ締結体31により前記調整部材20の貫通孔23と前記何れか他方の部材2の締結孔3との間を締結するように構成したものである。
【選択図】図4

Description

本発明は、2つの部材をねじ締結体により連結する連結構造及び連結方法に関し、特に、2つの部材の締結孔間に生じる芯ずれを調整する機能を備えた連結構造及び連結方法に関する。
2つの部材をねじ締結体により連結する連結構造の一例として、例えば、図11に示すように、水力発電に使用される水車カバー42内面へのライナ49の取り付けに適用した連結構造50が提案されている。
すなわち、この連結構造50は、水車カバー42の内面にねじ孔51を設け、水車カバー42の内面に取り付けるライナ49に皿孔52を設け、ライナ49を水車カバー42の内面の所定の位置に位置して、ライナ49の皿孔52と水車カバー42のねじ孔51とを一致させ、この状態で皿ボルト32をライナ49の皿孔52内を挿通させて水車カバー42のねじ孔51に螺合させて締め付けることにより、ライナ49を水車カバー42の内面の所定の位置に取り付けることができるものである。
この場合、皿ボルト32の頂部33には工具掛け部34が一体に設けられ、この工具掛け部34にレンチ等の工具を掛けて、レンチ等の工具を操作して皿ボルト32を所定のトルクで締め付けることにより、ライナ49を水車カバー42の内面の所定の位置に取り付けることができるものである。
上記のような構成の連結構造にあっては、皿ボルト32の頭部33とライナ49との間を溶接により一体に接合することにより、皿ボルト32に緩みが生じるのを防止している。また、皿ボルト32の頭部33の表面とライナ49の表面とをグラインダ等により面一に仕上げることにより、キャビテーションが生じるのを防止している。
ところで、上記のような構成の水車にあっては、定期的にライナ49を新しいものと交換するメンテナンスを行っているが、ライナ49を新しいものと交換する際に、水車カバー42側のねじ孔51とライナ49側の皿孔52とに芯ずれが生じることがある。この芯ずれは、経年変化による水車カバー42の変形、新しいライナ49に皿孔52を加工する際の誤差等によるものであり、完全に防ぐことは難しい。
このため、ライナ49側の皿孔52と水車カバー42側のねじ孔51とに芯ずれが生じた状態で皿ボルト32を無理に締め付けると、皿ボルト32の頭部33と皿孔52との間にカジリが生じ、所定の締付けトルクを加える前に皿ボルト32の工具掛け部34が破断してしまい、皿ボルト32に緩みが生じる原因となる。また、皿ボルト32の首部に無理な力が加わるため、皿ボルト32が首部から破断してしまう可能性もある。さらに、ライナ49側の皿孔52と水車カバー42側のねじ孔51との芯を合わせるために、既存の皿孔52を楕円形状に拡径させる方法も採られているが、このような方法では皿ボルト32と皿孔52との間に大きな隙間が生じてしまうため、その隙間を埋める作業が必要になる。
上記のような皿孔52とねじ孔51との芯ずれの問題に対処するため、特許文献1には、一方の部材にねじ孔を設け、他方の部材に貫通孔を設け、貫通孔内にテーパワッシャを取り付け、テーパワッシャの鍔部を貫通孔の開口周縁部に設けた段差内に位置させ、この状態で皿ボルトをテーパワッシャの内側を挿通させて、一方の部材のねじ孔に螺合させて締め付けるように構成した連結構造が提案されている。
このような構成の連結構造にあっては、一方の部材のねじ孔の芯と他方の部材の貫通孔の芯とにずれが生じていても、テーパワッシャの鍔部が段差内で摺動することにより、テーパワッシャの芯を一方の部材のねじ孔の芯に合わせることができるので、適正なトルクで皿ボルトを締め付けることができるものである。
特開平9−170617号公報
しかし、上記のような構成の連結構造にあっては、テーパワッシャが薄く形成されているため、テーパワッシャと他方の部材との間を溶接によって接合する時に、テーパワッシャに穴が開かないように接合するためには技術を要するため、現場で溶接できない場合が多く、そのような場合には、使用中に皿ボルトに緩みが生じ、一方の部材と他方の部材との間にガタが生じてしまう。
さらに、水力発電の水車の流水面の内面へのライナの取り付けに適用した場合には、貫通孔の周縁部の段差によってライナの表面に凹凸が生じてしまうため、キャビテーションが発生する原因となる。さらに、水圧による振動によってテーパワッシャが疲労破断し、ライナが浮き上がる虞がある。
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、2つの部材をねじ締結体によって連結する場合に、両部材の締結孔間に芯のずれが生じていても、そのずれを調整することができて、芯を合わせた状態で両部材の締結孔間を締結することができる連結構造及び連結方法を提供することを目的とする。
上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、請求項1に係る発明は、2つの部材をねじ締結体により連結する連結構造であって、一方の部材に設けられる締結孔と、他方の部材に設けられる締結孔と、前記何れか一方の部材の締結孔内に回動自在に設けられるとともに、偏心した位置に貫通孔が設けられる調整部材とを備え、前記ねじ締結体により前記調整部材の貫通孔と前記何れか他方の部材の締結孔との間を締結するように構成したことを特徴とする。
本発明による連結構造によれば、一方の部材の締結孔と他方の部材の締結孔との間に芯ずれが生じている場合には、調整部材を何れか一方の部材の締結孔内で回動させることにより、調整部材の貫通孔の芯を何れか他方の部材の締結孔の芯に合わせ、この状態で調整部材の貫通孔と何れか他方の部材の締結孔との間をねじ締結体により締結することにより、2つの部材を連結することができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の連結構造であって、前記ねじ締結体はボルトからなり、前記何れか他方の部材の締結孔は前記ボルトを螺合させるねじ孔に形成されていることを特徴とする。
本発明による連結構造によれば、調整部材の貫通孔を挿通させたボルトを何れか他方の部材のねじ孔に螺合させて所定のトルクで締め付けることにより、一方の部材と他方部材とを所定の締結力で連結することができる。
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の連結構造であって、前記ボルトは皿ボルトであり、前記調整部材の貫通孔は前記皿ボルトを挿通させる皿孔に形成されていることを特徴とする。
本発明による連結構造によれば、調整部材の皿孔を貫通させた皿ボルトを何れか他方の部材のねじ孔に螺合させて所定のトルクで締め付けることにより、一方の部材と他方の部材とを所定の締結力で連結することができる。この場合、ねじ締結体に皿ボルトを用いているので、皿ボルトの表面と何れか一方の部材の表面とを面一に形成することができる。
請求項4に係る発明は、請求項1に記載の連結構造であって、前記ねじ締結体はボルトとナットとからなり、前記何れか他方の部材の締結孔は前記ボルトを挿通させる貫通孔に形成され、該貫通孔から突出させた前記ボルトの部分に前記ナットが取り付けられることを特徴とする。
本発明による連結構造によれば、ボルトを調整部材の貫通孔及び何れか他方の部材の貫通孔を挿通させ、他方の部材の貫通孔から突出させたボルトの部分にナットを螺合させて所定のトルクで締め付けることにより、一方の部材と他方の部材とを所定の締結力で連結することができる。
請求項5に係る発明は、請求項1から4の何れかに記載の連結構造であって、前記調整部材の一部には、前記調整部材を回動させるための突起、溝又は治具が設けられていることを特徴とする。
本発明による連結構造によれば、一方の部材の締結孔内で調整部材を回動させる際に、調整部材に設けられている突起、溝又は治具を利用することにより、調整部材を容易に回動させることができるので、調整部材の貫通孔の芯と他方の部材の締結孔との芯合わせが容易になる。
請求項6に係る発明は、2つの部材をねじ締結体により連結する連結方法であって、請求項1から5に記載の連結構造を用い、前記調整部材を前記何れか一方の部材の締結孔内で回動させることにより、前記調整部材の貫通孔の芯を前記何れか他方の部材の締結孔の芯に合わせ、この状態で前記貫通孔と前記何れか他方の部材の締結孔との間を前記ねじ締結体により締結して、前記2つの部材を連結することを特徴とする。
以上、説明したように、本発明の連結構造及び連結方法によれば、一方の部材の締結孔と他方の部材の締結孔とに芯ずれが生じた場合に、調整部材を何れか一方の部材の締結孔内で回動させることにより、調整部材の貫通孔の芯を何れか他方の部材の締結孔の芯に合わせることができる。そして、この状態で調整部材の貫通孔と何れか他方の部材の締結孔との間をねじ締結体によって締結することにより、一方の部材と他方の部材とを所定の締結力で連結することができる。従って、一方の部材の締結孔と他方の部材の締結孔とに芯ずれが生じていても、その芯ずれを調整してねじ締結体によって2つの部材を所定の締結力で連結することができるので、使用中にねじ締結体に緩みが生じるのを防止でき、2つの部材間にガタが生じるのを防止できる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図1〜図4には、本発明による連結構造の第1の実施の形態が示されていて、図1は一方の部材と他方の部材と調整部材との関係を示す平面図、図2は図1のA−A線断面図、図3は調整部材の貫通孔の芯と一方の部材の締結孔の芯とを合わせた状態を示す平面図、図4は図3のB−B線断面図である。
すなわち、本実施の形態の連結構造1は、2つの部材2、10をねじ締結体31によって連結するのに適用可能なものであって、図1〜図4に示すように、一方の部材2の複数箇所に設けられる締結孔3と、一方の部材2の各締結孔3に対応する他方の部材10の部分にそれぞれ設けられる締結孔11と、他方の部材10の各締結孔11内にそれぞれ回動自在に設けられるとともに、偏心した位置に貫通孔23が設けられる調整部材20とを備え、各調整部材20の貫通孔23と一方の部材2の各締結孔3との間をねじ締結体31によって締結することにより、一方の部材2と他方の部材10とを連結するように構成したものである。
一方の部材2の各締結孔3は、所定の深さのねじ孔4又は一方の部材2を貫通するねじ孔4に形成され、このねじ孔4に対応する他方の部材10の部分に他方の部材10を貫通する締結孔11がそれぞれ設けられている。
他方の部材10の各締結孔11は、内周面が所定の角度のテーパ面に形成されるテーパ孔部12と、テーパ孔部12の底部に連続して設けられるとともに、内周面が曲面に形成される直孔部13とからなり、この締結孔11内に調整部材20が回動自在に取り付けられる。
調整部材20は、外周面が他方の部材10の各テーパ孔部12のテーパ面と合致するテーパ面に形成される円錐台形状のテーパ部21と、テーパ部21の底部に連続して設けられるとともに、外周面が他方の部材10の直孔部13の曲面と合致する曲面に形成される円柱状の直棒部22とからなり、直棒部22が他方の部材10の締結孔11の直孔部13に回動自在に嵌合され、テーパ部21が他方の部材10の締結孔11のテーパ孔部12に回動自在に嵌合される。
この場合、調整部材20の直棒部22と他方の部材10の直孔部13との嵌め合い交差、及び調整部材20のテーパ部21と他方の部材10のテーパ孔部12との嵌め合い交差は、それらの間にガタが生じることなく、調整部材20を円滑に回動させることができる値に設定されている。
調整部材20には、偏心した位置に表裏面間を貫通する一つの貫通孔23が設けられ、この貫通孔23は、内周面が所定の角度のテーパ面に形成されるテーパ孔部25と、テーパ孔部25の底部に連続して設けられるとともに、内周面が曲面に形成される直孔部26とからなる皿孔24に形成されている。
調整部材20の皿孔24内には、ねじ締結体31である皿ボルト32が取り付けられ、この皿ボルト32によって調整部材20の皿孔24と後述する一方の部材2のねじ孔4との間が締結される。この場合、皿ボルト32の頭部33は、調整部材20のテーパ孔部25内に隙間が形成されることなく嵌合され、かつ表面が調整部材20の表面と面一となるように、各部の寸法が設定されている。
調整部材20として、皿孔24の位置を変えたものを複数用意しておくことにより、一方の部材2の締結孔3と他方の部材10の締結孔11とに生じる芯ずれの大小に対応することができる。また、両部材2、10の締結孔3、11間に芯ずれが生じていない場合に対応するために、中心に皿孔24を設けた調整部材20も用意しておく。
図5〜図7に示すように調整部材20に回動補助部28〜30を設けるように構成してもよい。図5に示す回動補助部28は、調整部材20の表面に棒状の突起28を一体に設けて構成したものであり、図6に示す回動補助部29は、調整部材20の直孔部26の内面の対向する位置に2つの溝29を設けて構成したものであり、図7に示す回動補助部30は、調整部材20の表面に磁石又は吸盤により一対の棒状の治具30を着脱自在に取り付けたものである。このような構成の回動補助部28〜30を利用することにより、調整部材20を容易に回動させることができるので、調整部材20の皿孔24の芯を一方の部材2の締結孔3の芯に容易に合わせることが可能になる。
そして、上記のように構成した本実施の形態による連結構造1により一方の部材2と他方部材10とを連結するには、一方の部材2の上部に他方の部材10を位置し、一方の部材2の締結孔3に他方の部材10の締結孔11を合わせる。
そして、一方の部材2の締結孔3の芯と他方の部材10の締結孔11の芯とが一致している場合には、中心部に皿孔24が設けられている調整部材20を他方の部材10の締結孔11内に取り付け、皿ボルト32を調整部材20の皿孔24内を挿通させて一方の部材2のねじ孔4に螺合させ、所定のトルクで締め付けることにより、一方の部材2と他方の部材10とを皿ボルト32を介して所定の締結力で連結することができる。
また、一方の部材2の締結孔3の芯と他方の部材10の締結孔11の芯とにずれが生じている場合には、その芯のずれ量に応じた偏心位置に皿孔24が設けられている調整部材20を用い、この調整部材20を他方の部材10の締結孔11内に取り付け、締結孔11内で調整部材20を回動させて調整部材20の皿孔24の芯を一方の部材2の締結孔3の芯に合わせる。そして、この状態で、皿ボルト32を調整部材20の皿孔24内を挿通させて一方の部材2のねじ孔4に螺合させ、所定のトルクで締め付けることにより、一方の部材2と他方の部材10とを皿ボルト32を介して所定の締結力で連結することができる。
上記のように構成した本実施の形態による連結構造1にあっては、一方の部材2の締結孔3と他方の部材10の締結孔11とに芯ずれが生じた場合に、その芯ずれ量に応じた位置に皿孔24が設けられている調整部材20を用い、この調整部材20を他方の部材10の締結孔11内に取り付け、締結孔11内で調整部材20を回動させることにより、調整部材20の皿孔24の芯を一方の部材2の締結孔3の芯に合わせることができる。
従って、一方の部材2の締結孔3の芯と他方の部材10に取り付けられる調整部材20の皿孔24の芯とを合わせた状態で、それらの間を皿ボルト32によって締結することができるので、両部材2、10を所定の締結力で確実に連結することができ、使用中に皿ボルト32に緩みが生じて両部材2、10間にガタが生じるようなことはない。
図8には、本発明による連結構造の第2の実施の形態が示されていて、この連結構造1は、他方の部材10の締結孔11を大径部14と小径部15の2段に形成するとともに、調整部材20の外径を円形状に形成して、調整部材20の偏心した位置に貫通孔27を設け、調整部材20を他方の部材10の締結孔11の大径部14内に回動自在に取り付け、さらに、ねじ締結体31に六角ボルト35を用いて、六角ボルト35を調整部材20の貫通孔27内を挿通させて、一方の部材2のねじ孔4に螺合させて所定のトルクで締め付けることにより、一方の部材2と他方の部材10とを連結したものであって、その他の構成は前記第1の実施の形態に示すものと同様である。
そして、本実施の形態による連結構造1にあっても、前記第1の実施の形態に示すものと同様に、一方の部材2の締結孔3と他方の部材10の締結孔11とに芯ずれが生じた場合に、その芯ずれ量に応じた位置に貫通孔27が設けられている調整部材20を用い、この調整部材20を他方の部材10の締結孔11の大径部14内に取り付け、締結孔11の大径部14内で調整部材20を回動させることにより、調整部材20の貫通孔27の芯を一方の部材2の締結孔3の芯に合わせることができる。
従って、一方の部材2の締結孔3の芯と他方の部材10に取り付けられている調整部材20の貫通孔27の芯とを合わせた状態で、それらの間を六角ボルト35によって締結することができるので、両部材2、10を所定の締結力で確実に連結することができ、使用中に六角ボルト35に緩みが生じて両部材2、10間にガタが生じるようなことはない。
図9には、本発明による連結構造の第3の実施の形態が示されていて、この連結構造1は、一方の部材の2締結孔3を貫通孔5に形成するとともに、他方の部材10の締結孔11を大径部14と小径部15の2段に形成し、さらに、調整部材20の外径を円形状に形成して、偏心した位置に貫通孔27を設け、この調整部材20を他方の部材10の締結孔11の大径部14内に回動自在に取り付け、そして、ねじ締結体31に六角ボルト35とナット36を用いて、六角ボルト35を調整部材20の貫通孔27及び一方の部材2の貫通孔5内を挿通させて、一方の部材2の貫通孔5から突出させ、この突出させた六角ボルト35の部分にナット36を螺合させて所定のトルクで締め付けることにより、一方の部材2と他方の部材10とを連結したものであって、その他の構成は前記第1の実施の形態に示すものと同様である。
そして、本実施の形態による連結構造1にあっても、前記第1の実施の形態に示すものと同様に、一方の部材2の締結孔3と他方の部材10の締結孔11とに芯ずれが生じた場合に、その芯ずれ量に応じた位置に貫通孔27が設けられている調整部材20を用い、この調整部材20を他方の部材10の締結孔11の大径部14内に取り付け、締結孔11の大径部14内で調整部材を回動させることにより、調整部材20の貫通孔27の芯を一方の部材2の締結孔3の芯に合わせることができる。
従って、一方の部材2の締結孔3の芯と他方の部材10に取り付けられている調整部材20の貫通孔27の芯とを合わせた状態で、それらの間を六角ボルト35とナット36によって締結することができるので、両部材2、10を所定の締結力で確実に連結することができ、使用中に六角ボルト35及びナット36に緩みが生じて両部材2、10間にガタが生じるようなことはない。
なお、前記第2、第3の実施の形態において、前記第1の実施形態と同様に、六角ボルト31の頭部を調整部材20の内部に収め、頭部が調整部材20の表面から突出しないように使用してもよい。
図10には、本発明による連結構造の適用例が示されている。この連結構造1は、水力発電に使用される水車40の水車カバー42へのライナ49の取り付けに、図1〜図4に示す第1の実施の形態の連結構造1を適用したものである。
水力発電に使用される水車40は、流入路43を有する一方の部材2であるケーシング41と、ケーシング41の中心部に設けられるランナ44と、ケーシング41からランナ44への水の連通部45に設けられるガイドベーン46とステーベーン47とを備えており、ガイドベーン46の上下は水車カバー42で流入路43を形成している。ランナ44は、発電機に直結するため主軸48が接続される。
ケーシング41の連通部のガイドベーン46の取付け部には、他方の部材10であるシート状のライナ49がねじ締結体31である皿ボルト32により取り付けられ、このライナ49によって水車カバー42の摩耗が防止されるとともに、水車カバー42の平滑度が高められて、連通部45を流れる水に作用する抵抗を低減させている。
そして、このような構成のライナ49の締結孔11及び締結孔11内に取り付けられる調整部材20を、第1の実施の形態に示す他方の部材10の締結孔11及び調整部材20と同様に構成することにより、水車カバー42の締結孔3(ねじ孔4)とライナ49の締結孔11とに芯ずれが生じた場合に、その芯ずれ量に応じた位置に貫通孔23が設けられている調整部材20を用い、その調整部材20をライナ49の締結孔11内で回動させることにより、調整部材20の皿孔24の芯を水車カバー42の締結孔3の芯に合わせることができる。
従って、水車カバー42の締結孔3の芯とライナ49に取り付けられる調整部材20の皿孔24の芯とを合わせた状態で、それらの間を皿ボルト32によって締結することができるので、水車カバー42にライナ49を所定の締結力で確実に連結することができ、使用中に皿ボルト32に緩みが生じてライナ49にガタが生じるようなことはない。
また、皿ボルト32によりライナ49を水車カバー42に取り付けた後に、皿ボルト32の頭部と調整部材20の皿孔24との間を溶接により接合することにより、使用中に皿ボルト32に緩みが発生するのを確実に防止できる。
さらに、皿ボルト32の表面とライナ49の表面とは面一に形成されているので、ライナ49の表面を平滑な状態にすることができ、キャビテーションの発生を防止できることになる。
本発明による連結構造の第1の実施の形態を示す部分拡大平面図である。 図1のA−A線断面図である。 図1の連結構造の調整部材の貫通孔の芯を一方の部材の締結孔の芯に合わせた状態を示す部分拡大平面図である。 図3のB−B線断面図である。 第1の実施の形態の連結構造の変形例を示す部分拡大断面図である。 第1の実施の形態の連結構造の変形例を示す部分拡大断面図である。 第1の実施の形態の連結構造の変形例を示す部分拡大断面図である。 本発明による連結構造の第2の実施の形態を示す部分拡大断面図である。 本発明による連結構造の第3の実施の形態を示す部分拡大断面図である。 本発明による連結構造の適用例を示した概略断面図である。 従来の連結構造の一例を示した概略断面図である。
符号の説明
1 連結構造、2 一方の部材、3 締結孔、4 ねじ孔、
5 貫通孔、10 他方の部材、11 締結孔、12 テーパ孔部、
13 直孔部、14 大径部、15 小径部、20 調整部材、
21 テーパ部、22 直棒部、23 貫通孔、24 皿孔、
25 テーパ孔部、26 直孔部、27 貫通孔、28 回動補助部(突起)、
29 回動補助部(溝)、30 回動補助部(治具)、31 ねじ締結体、
32 皿ボルト、33 頭部、34 工具掛け部、35 六角ボルト、
36 ナット、40 水車、41 ケーシング、42 水車カバー、
43 流入路、44 ランナ、45 連通部、46 ガイドベーン、
47 ステーベーン、48 主軸、49 ライナ、50 連結構造、
51 ねじ孔、52 皿孔

Claims (6)

  1. 2つの部材をねじ締結体により連結する連結構造であって、
    一方の部材に設けられる締結孔と、他方の部材に設けられる締結孔と、前記何れか一方の部材の締結孔内に回動自在に設けられるとともに、偏心した位置に貫通孔が設けられる調整部材とを備え、
    前記ねじ締結体により前記調整部材の貫通孔と前記何れか他方の部材の締結孔との間を締結するように構成したことを特徴とする連結構造。
  2. 前記ねじ締結体はボルトからなり、前記何れか他方の部材の締結孔は前記ボルトを螺合させるねじ孔に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の連結構造。
  3. 前記ボルトは皿ボルトであり、前記調整部材の貫通孔は前記皿ボルトを挿通させる皿孔に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の連結構造。
  4. 前記ねじ締結体はボルトとナットとからなり、前記何れか他方の部材の締結孔は前記ボルトを挿通させる貫通孔に形成され、該貫通孔から突出させた前記ボルトの部分に前記ナットが取り付けられることを特徴とする請求項1に記載の連結構造。
  5. 前記調整部材の一部には、前記調整部材を回動させるための突起、溝又は治具が設けられていることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の連結構造。
  6. 2つの部材をねじ締結体により連結する連結方法であって、
    請求項1から5に記載の連結構造を用い、前記調整部材を前記何れか一方の部材の締結孔内で回動させることにより、前記調整部材の貫通孔の芯を前記何れか他方の部材の締結孔の芯に合わせ、この状態で前記貫通孔と前記何れか他方の部材の締結孔との間を前記ねじ締結体により締結して、前記2つの部材を連結することを特徴とする連結方法。

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