JP2008128292A

JP2008128292A - 締結装置

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Publication number: JP2008128292A
Application number: JP2006311524A
Authority: JP
Inventors: Taku Ichiyanagi; 卓一柳
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: US20090067947A1; US8038377B2; JP4801564B2

Abstract

【課題】ナットのネジ山とボルトのネジ山との噛み合い部分における締付荷重を、これらネジ山の長さ方向にわたって均一化することができるとともに、ボルトの噛合端における周方向の荷重分布も均一化させ、噛み合い始め近傍における応力集中を低減させることができる締結装置を提供すること。
【解決手段】ナット孔２を有する被締結体３と、前記ナット孔２に嵌入される雌ネジ部１０を一端部に有するとともに、前記ナット孔２の中に、その重心位置が位置するように構成されたナット５と、前記雌ネジ部１０と螺合する雄ネジ部６を一端部に有するボルト４とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスタービンや蒸気タービン等の回転機械に適用される締結装置に関し、特に回転機械の、締結方向と直交する方向（垂直な方向）に遠心力が作用する部位に適用される締結装置に関するものである。

締結方向と直交する方向に遠心力が作用する部位に適用される締結装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開２００１−６５５８６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された締結装置では、ナットに作用する遠心力により、半径方向外側に位置するナットの背面と、この背面と対向する被締結体の表面との間に生じる面圧が増加するとともに、半径方向内側に位置するナットの背面と、この背面と対向する被締結体の表面との間に生じる面圧が低下することとなる。そのため、ナットのネジ山と締結ボルトのネジ山との噛み合い部分における締付荷重が、噛み合い始めで大となり、噛み合い終わりで小となって、これらネジ山の長さ方向にわたって不均一となり、噛み合い始め近傍に応力が集中してしまうといった問題点がある。

一般に、締結ボルトに引張応力と遠心力による曲げモーメントが働いた場合の荷重分布を図９および図１０を用いて説明する。
図９において上側に示すように、締結ボルト２０１に単純引張荷重が作用した場合、締結ボルト２０１の軸方向に荷重分布が発生する。その場合、締結ボルト２０１の噛み合い始め（噛合始点）に最大荷重が働き、ここでの応力が最大となる。また、この状態でさらに遠心力が働いた場合、ナット２０２の遠心力による曲げモーメントが締結ボルト２０１に対して引き起こし作用を及ぼす。このため、図９において左側および図１０に示すように、締結ボルト２０１の噛み合い終わり（噛合端）で締結ボルト２０１の周方向に不均一な荷重分布が発生する。なお、図１０は締結ボルト２０１の断面視における荷重分布を示している。
一方、ナット２０２には、被締結体２０３との間に締め付け力が働き、ナット２０２の遠心力はこの締め付け力による摩擦力と相殺されることとなる。その面圧分布は、図９において右側に示すような分布になる。仮に、ナット２０２の遠心力が摩擦力より大きい場合には、残余の遠心力は締結ボルト２０１のネジ山を上向きに押すように働いて締結ボルト２０１に伝えられる。この押し付け力は、締結ボルト２０１の断面視における時計方向６°の位置で最大となる。また、この残余の遠心力は、最終的には締結ボルト２０１の噛み合い始めの断面に作用する剪断力として締結ボルト２０１の本体に伝えられる。そして、このネジ面に作用する押し付け力と剪断力も、図９において右側に示す面圧の最大荷重位置における応力集中の度合いを強くする一要因となる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ナットのネジ山とボルトのネジ山との噛み合い部分における締付荷重を、これらネジ山の長さ方向にわたって均一化することができるとともに、ボルトの噛合端における周方向の荷重分布も均一化させ、噛み合い始め近傍における応力集中を低減させることができる締結装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る締結装置は、ナット孔を有する被締結体と、前記ナット孔に嵌入される雌ネジ部を一端部に有するとともに、前記ナット孔の中に、その重心位置が位置するように構成されたナットと、前記雌ネジ部と螺合する雄ネジ部を一端部に有するボルトとを備えている。
このような締結装置によれば、ナットの大部分が被締結体に形成されたナット孔内に配置され（収められ）、ナット全体の重心がナット孔内、すなわち、被締結体の内側（内部）に位置することとなり、ナットに作用する遠心力がナット孔を介して直接被締結体に伝達されることとなる。
また、ナットの大部分が被締結体に形成されたナット孔内に配置される（収められる）こととなるので、被締結体から突出するナットの高さ（厚み方向の長さ）を低減させることができるとともに、遠心力が作用した際に、被締結体から突出するナットに作用する曲げモーメントを低減させることができる。
さらに、遠心力が作用した際に、被締結体から突出するナットに作用する曲げモーメントを低減させることができるので、半径方向外側に位置するナットの背面と、この背面と対向する被締結体の表面との間に生じる面圧の増加を低減させることができて、半径方向内側に位置するナットの背面と、この背面と対向する被締結体の表面との間に生じる面圧の低下を低減させることができる。
これにより、雄ネジ部のネジ山と雌ネジ部のネジ山との噛み合い部分における締付荷重を、ネジ山の長さ方向にわたって均一的に分布させることができるとともに、噛み合い部部における噛み合い始め近傍の応力集中を低減させることができて、締結装置の信頼性を向上させることができる。

上記締結装置において、前記ナットに、前記ボルトの一端部を前記雌ネジ部とともに支持する支持部が設けられているとさらに好適である。
このような締結装置によれば、ボルトの一端部と被締結体との間にナットの雌ネジ部および支持部が介在し、かつ、遠心力が作用した際にボルトの一端部がナットの雌ネジ部および支持部により支持され、ボルトに作用する遠心力の一部がナットの雌ネジ部および支持部を介して被締結体に直接伝達されることとなる。
これにより、遠心力が作用した際に生じる、ボルトの一端部における曲がりを低減させることができ、雄ネジ部のネジ山と雌ネジ部のネジ山との噛み合い部における締付荷重を、ネジ山の長さ方向にわたってさらに均一化させることができる。

上記締結装置において、前記支持部が、前記ナット孔の内周面に沿って連続して設けられているとさらに好適である。
このような締結装置によれば、支持部の位置を気にすることなくナットをボルトに締め付けていくことができ、締結作業の効率化を図ることができて、作業時間の短縮化を図ることができる。

上記締結装置において、前記支持部が、前記雌ネジ部に対して着脱可能に構成されているとさらに好適である。
このような締結装置によれば、例えば、テーパー状に形成された雌ネジ部の内周面にネジ山を加工するような場合に、支持部を雌ネジ部から取り外した状態とすることができ、雌ネジ部の内周面を容易に加工することができることとなる。
これにより、加工作業の効率化を図ることができて、作業時間の短縮化を図ることができる。

上記締結装置において、前記雌ネジ部と前記雄ネジ部との噛み合い始め近傍に位置する前記雌ネジ部の外周側端部が、前記ナット孔の内周面との間に隙間が形成されるように切り欠かれているとさらに好適である。
このような締結装置によれば、雌ネジ部と雄ネジ部との噛み合い始め近傍の部分は、ナットが軸方向に引っ張られたときに伸び易いように構成されている。
これにより、ボルトにナットを締結した際の噛み合い始め近傍における締付荷重を低減させることができ、雄ネジ部のネジ山と雌ネジ部のネジ山との噛み合い部における締付荷重を、ネジ山の長さ方向にわたって均一的に分布させることができるとともに、噛み合い部における噛み合い始め近傍の応力集中を低減させることができて、締結装置の信頼性をさらに向上させることができる。

本発明に係る回転機械は、信頼性の高い締結装置を具備しているので、回転機械の信頼性を向上させることができるとともに、保守点検間隔を延ばすことができて、保守点検費用の低減化を図ることができる。

本発明によれば、ナットのネジ山とボルトのネジ山との噛み合い部分における締付荷重を、これらネジ山の長さ方向にわたって均一化することができるとともに、噛み合い始め近傍における応力集中を低減させることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る締結装置の第１実施形態を、図１ないし図３を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る締結装置１を具備した、タービン（以下、「ガスタービン」という。）１００の要部概略構成図、図２は図１に示す締結装置１の要部を拡大した図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ矢視断面図、図３は図１および図２に示す締結装置１の斜視図である。

図１に示すように、ガスタービン（回転機械）１００は、燃焼用空気を圧縮して燃焼器（combustor）１０１に送る圧縮機（図示せず）と、この圧縮機（compressor）から送られてきた燃焼用空気に燃料を噴射して燃焼させ、高温燃焼ガスＧを発生させる燃焼器１０１と、この燃焼器１０１の下流側に位置し、燃焼器１０１を出た燃焼ガスＧにより駆動されるタービン部１０２とを主たる要素として構成されたものである。

タービン部１０２はたとえば、上流側から１段（row1）静翼１１１、１段動翼１１２、２段（row2）静翼１１３、２段動翼１１４、３段（row3）静翼１１５、３段動翼１１６、４段（row1）静翼１１７、４段動翼１１８が順に配置されたものである。
１段静翼１１１、２段静翼１１３、３段静翼１１５、および４段静翼１１７はそれぞれ、外側シュラウド（outer shroud）１１１ａ，１１３ａ，１１５ａ，１１７ａ、断面翼型を有する静翼ブレード本体１１１ｂ，１１３ｂ，１１５ｂ，１１７ｂ、および内側シュラウド（inner shroud）１１１ｃ，１１３ｃ，１１５ｃ，１１７ｃを具備するものであり、外側シュラウド１１１ａ，１１３ａ，１１５ａ，１１７ａを介して静止側の車室（図示せず）に固定されている。
これら１段静翼１１１、２段静翼１１３、３段静翼１１５、および４段静翼１１７は、燃焼ガスＧを膨張・減圧させるほか、これら静翼１１１，１１３，１１５，１１７からの流出ガスが、下流側に位置する動翼（moving blade）１１２，１１４，１１６，１１８に対して最適な角度で衝突するよう流れの方向を与える働きをするものである。

１段動翼１１２、２段動翼１１４、３段動翼１１６、および４段動翼１１８はそれぞれ、動翼ブレード本体１１２ｂ，１１４ｂ，１１６ｂ，１１８ｂを具備するものであり、その基端部に固定されたプラットフォーム１１２ｄ，１１４ｄ，１１６ｄ，１１８ｄを介して動翼ディスク１１２ｅ，１１４ｅ，１１６ｅ，１１８ｅに取り付けられている。
これら動翼ディスク（被締結体）１１２ｅ，１１４ｅ，１１６ｅ，１１８ｅは、回転軸Ｒに沿って延びるとともに、周方向に複数本（例えば、１２本）配置された締結装置１により互いに締結され、タービンロータ（turbine rotor）１２０を構成している。

ここで、燃焼ガスＧの流れについて説明すると、燃焼器１０１で燃焼して高温となった燃焼ガスＧは１段静翼１１１から流入し、２段〜４段の各翼間を流れる過程において膨張して、それぞれ動翼１１２，１１４，１１６，１１８を回転させ、タービンロータ１２０に回転動力を与えて排出される。

さて、図２に示すように、本実施形態に係る締結手段１は、ナット孔２を有する被締結体３と、ボルト４と、ナット５とを主たる要素として構成されたものである。
被締結体３は、図１に示すように、動翼ディスク１１２ｅ，１１４ｅ，１１６ｅ，１１８ｅとともにタービンロータ１２０を構成するものであり、タービンロータ１２０の軸方向における一端部（図１において左側（圧縮機側）の端部）に配置されている。また、ナット孔２は、被締結体３の板厚方向（軸方向）に貫通するとともに断面視（平面視）円形状を呈する貫通穴であり、周方向に沿って複数個（例えば、１２個）設けられている。

ボルト４は、その一端部（図１において左側（圧縮機側）の端部）に雄ネジ部６と、この雄ネジ部６に連続する、くびれ状の部分とされた首部７と、この首部７に連続するナット接触部８とを有するとともに、断面視（平面視）円形状を呈する棒状の部材である。また、雄ネジ部６の外周面にはネジ山６ａが形成されており、ボルト４の他端部は、例えば、図４に示すように構成されている。
ナット接触部８の外径は、その一端から他端にかけて、雄ネジ部６の外径よりわずかに大きくなるように形成されている。

ナット５は、図２および図３に示すように、ナット孔２の内径よりも大きい外径を有する鍔部９と、この鍔部９に連続するとともにボルト４の雄ネジ部６と螺合する雌ネジ部１０と、この雌ネジ部１０に連続する舌片部（支持部）１１と、雌ネジ部１０と舌片部１１とを連結（接続）する連結部１２とを有している。
鍔部９の背面（すなわち、被締結体３の表面３ａと対向する面）９ａ、およびこの背面９ａと対向する被締結体３の表面３ａには、平滑な座面が形成されており、ボルト４とナット５とが締結された際には、被締結体３とナット５とがこの座面を介して当接することとなる。また、鍔部９の半径方向内側には、ナット５の板厚方向（軸方向）に貫通するとともに断面視（平面視）円形状を呈する貫通穴９ｂが設けられており、この貫通穴９ｂの内周面には、雌ネジ部１０の内周面に形成されたネジ山１０ａの延長としてのネジ山９ｃが形成されている。

雌ネジ部１０の内周面には、雄ネジ部６のネジ山６ａと螺合するネジ山１０ａが形成されているとともに、雌ネジ部１０の外径は、その一端から他端にかけて、ナット孔２の内径と略同じになるように形成されている。すなわち、雌ネジ部１０は、ナット孔２に（完全に）嵌り込むように形成されている。
舌片部１１は、ナット接触部８の外周面を、ナット接触部８の長さ方向（軸方向）において全体的に支持するとともに、ナット接触部８の周方向（軸方向と直交する方向）において部分的に支持する平面視略矩形状、断面視円弧状を呈する部材である。そして、この舌片部１１は、ボルト４とナット５とが締結される際に、ボルト４に作用する遠心力を受け止める側、すなわち、半径方向外側に配置されることとなる。
連結部１２は、雌ネジ部１０の外周側端部と舌片部１１の外周側端部とを連結するとともに、舌片部１１と略同じ幅を有する部材である。

舌片部１１および連結部１２の外周面における曲率は、雌ネジ部１０の外周面における曲率、すなわち、ナット孔２の内周面における曲率と略同じとされており、舌片部１１の内周面における曲率は、ナット接触部８の外周面における曲率と略同じとされている。また、ナット孔２の内周面、雌ネジ部１０の外周面、舌片部１１の外周面、連結部１２の外周面、舌片部１１の内周面、およびナット接触部８の外周面は、それぞれ平滑な座面とされている。

本実施形態に係る締結装置１によれば、ナット５の大部分が被締結体３に形成されたナット孔２内に配置され（収められ）、ナット５全体の重心がナット孔２内、すなわち、被締結体３の内側（内部）に位置することとなり、ナット５に作用する遠心力が雌ネジ部１０、舌片部１１、および連結部１２を介して被締結体３に伝達されることとなる。
また、ナット５の大部分が被締結体３に形成されたナット孔２内に配置される（収められる）こととなるので、ナット５の鍔部９の高さ（厚み方向の長さ）を低減させることができるとともに、遠心力が作用した際に、ナット５の鍔部９に作用する曲げモーメントを低減させることができる（事実上、表面（座面）３ａには遠心力による曲げモーメントを作用させないようにすることができる）。
さらに、遠心力が作用した際に、ナット５の鍔部９に作用する曲げモーメントを低減させることができるので、半径方向外側に位置する鍔部９の背面９ａと、この背面９ａと対向する被締結体３の表面３ａとの間に生じる面圧の増加を低減させることができて、半径方向内側に位置する鍔部９の背面９ａと、この背面９ａと対向する被締結体３の表面３ａとの間に生じる面圧の低下を低減させることができる。
これにより、雄ネジ部６のネジ山６ａと雌ネジ部１０のネジ山１０ａとの噛み合い部分（以下、「噛合部」という。）における締付荷重を、ネジ山６ａ，１０ａの長さ方向にわたって均一的に分布させることができるとともに、噛合部における噛み合い始め近傍の応力集中を低減させることができて、締結装置１の信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る締結装置１によれば、遠心力が作用した際に面圧が増加する、半径方向外側に位置する鍔部９の背面９ａ、およびこの背面９ａと対向する被締結体３の表面３ａと、ネジ山６ａ，１０ａとの間、および遠心力が作用した際に面圧が低下する、半径方向内側に位置する鍔部９の背面９ａ、およびこの背面９ａと対向する被締結体３の表面３ａと、ネジ山６ａ，１０ａとの間が、それぞれ少なくとも雌ネジ部１０の厚み分だけ離間していることとなるので、雄ネジ部６のネジ山６ａと雌ネジ部１０のネジ山１０ａとの噛合部における締付荷重を、ネジ山６ａ，１０ａの長さ方向にわたってさらに均一化させることができる。

さらに、本実施形態に係る締結装置１によれば、ボルト４のナット接触部８と被締結体３との間にナット５の舌片部１１が設けられており、かつ、遠心力が作用した際にボルト４のナット接触部８がナット５の舌片部１１により支持され、ボルト４に作用する遠心力の一部が舌片部１１を介して被締結体３に伝達されることとなる。
これにより、遠心力が作用した際に生じる、ボルト４の一端部における曲がりを低減させることができ、雄ネジ部６のネジ山６ａと雌ネジ部１０のネジ山１０ａとの噛合部における締付荷重を、ネジ山６ａ，１０ａの長さ方向にわたってより一層均一化させることができる。

本発明に係る締結装置の第２実施形態を、図４を用いて説明する。
本実施形態に係る締結装置２１は、ボルト４の代わりにボルト２２が設けられ、ナット５の代わりにナット２３が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

ボルト２２は、その一端部（図４において右側の端部）に余長部２４と、この余長部２４に連続する雄ネジ部６と、この雄ネジ部６に連続する、くびれ状の部分とされた首部７と、この首部７に連続するナット接触部８とを有するとともに、断面視（平面視）円形状を呈する棒状の部材である。
余長部２４の外径は、その一端から他端にかけて、雄ネジ部６の外径と略同じになるように形成されており、余長部２４の外周面には雄ネジ部６の外周面に形成されたネジ山６ａと同じネジ山２４ａが形成されている。なお、余長部２４には、その端面から雄ネジ部６に向かって穴２４ｂが設けられている。この穴２４ｂはボルト２４に働く遠心力を軽減するためのものであり、省略することもできる。余長部２４は、ボルト２２にナット２３を締結する際に、ボルト２２を軸方向に引っ張るためのジャッキ（図示せず）の先端部を取り付けるためのものである。

ナット２３は、ナット孔２の内径よりも大きい外径を有する鍔部９と、この鍔部９に連続するとともにボルト２２の雄ネジ部６と螺合する雌ネジ部２５と、この雌ネジ部２５に連続する支持部２６と、雌ネジ部２５と支持部２６とを連結（接続）する連結部２７とを有している。
鍔部９の背面（すなわち、被締結体３の表面３ａと対向する面）９ａ、およびこの背面９ａと対向する被締結体３の表面３ａには、平滑な座面が形成されており、ボルト２２とナット２３とが締結された際には、被締結体３とナット２３とがこの座面を介して当接することとなる。また、鍔部９の半径方向内側には、ナット２３の板厚方向（軸方向）に貫通するとともに断面視（平面視）円形状を呈する貫通穴９ｂが設けられており、この貫通穴９ｂの内周面には、雌ネジ部２５の内周面に形成されたネジ山２５ａと同じ内径およびピッチを有するネジ山９ｃが形成されている。

雌ネジ部２５の内周面には、雄ネジ部６のネジ山６ａと螺合するネジ山２５ａが形成されている。一方、雌ネジ部２５は、その外径が、鍔部９の側から支持部２６の側に向かって所定距離の間、ナット孔２の内径と略同じになるように形成された嵌合部２５ｂと、支持部２６の側に向かって徐々に縮径する縮径部２５ｃとを備えている。すなわち、雌ネジ部２５は、その嵌合部２５ｂがナット孔２に嵌り込み、縮径部２５ｃの外周面とナット孔２の内周面との間に隙間ができるように形成されている。
支持部２６は、ナット接触部８の外周面を、ナット接触部８の長さ方向（軸方向）において全体的に支持するとともに、ナット接触部８の周方向（軸方向と直交する方向）において全体的に支持する断面視円形状を呈する中空円筒状の部材である。
連結部２７は、縮径部２５ｃの外周側端部と支持部２６の端面中央部とを連結する断面視円形状を呈する中空円筒状の部材である。

支持部２６の外周面における曲率は、嵌合部２５ｂの外周面における曲率、すなわち、ナット孔２の内周面における曲率と略同じとされており、支持部２６の内径は、ナット接触部８の外径と略同じとされている。また、ナット孔２の内周面、嵌合部２５ｂの外周面、支持部２６の外周面、支持部２６の内周面、およびナット接触部８の外周面は、それぞれ平滑な座面とされている。

本実施形態に係る締結装置２１によれば、噛合部における噛み合い始め近傍の部分に縮径部２５ｃが設けられるとともに、この縮径部２５ｃと支持部２６とが薄肉の連結部２７で連結されている。すなわち、ナット２３の噛合部における噛み合い始め近傍の部分は、ナット２３が軸方向に引っ張られたときに伸び易いように構成されている。
これにより、ボルト２２にナット２３を締結した際の噛み合い始め近傍における締付荷重を低減させることができ、雄ネジ部６のネジ山６ａと雌ネジ部２５のネジ山２５ａとの噛合部における締付荷重を、ネジ山６ａ，２５ａの長さ方向にわたって均一的に分布させることができるとともに、噛合部における噛み合い始め近傍の応力集中を低減させることができて、締結装置２１の信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る締結装置２１によれば、ボルト２２の端面にネジ山２４ａが設けられており、ボルト２２が軸方向に引っ張られた（伸ばされた）状態でボルト２２にナット２３が締結されることとなる。
このように、ボルト２２をジャッキで予め計算された所定量の引伸ばし状態でナット２３を締結する理由は、ナット９と被締結体３の表面３ａおよび背面９ａの面圧がない状態でボルト２２とナット９を締結して、ボルト２２に捩りトルクが働かないようにするためである。

さらに、支持部２６が周方向にわたって連続して設けられているのは、ボルト２２とナット９の締結に際して、ナット２３の位置を自由に選定できるためである。
その他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同様であるので、ここではその説明を省略する。

本発明に係る締結装置の第３実施形態を、図５を用いて説明する。
本実施形態に係る締結装置３１は、被締結体３の代わりに被締結体３２が設けられ、ボルト４の代わりにボルト３３が設けられ、ナット５の代わりにナット３４が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

ボルト３３は、その一端部（図５において左側の端部）に雄ネジ部６と、この雄ネジ部６に連続する、くびれ状の部分とされた首部７と、この首部７に連続する被締結体接触部３５とを有するとともに、断面視（平面視）円形状を呈する棒状の部材である。

被締結体３２には、その板厚方向（軸方向）に貫通するとともに断面視（平面視）円形状を呈する貫通穴３６が、周方向に沿って複数個（例えば、１２個）設けられている。
貫通孔３６は、ナット孔３７と、このナット孔３７の内径よりも小さな内径を有するボルト孔３８とを備えている。ボルト孔３８の内径は、その一端から他端にかけて、被締結体接触部３５の外径と略同じになるように形成されている。すなわち、ボルト孔３８は、被締結体接触部３５の外周面を、被締結体接触部３５の長さ方向（軸方向）において全体的に支持するとともに、被締結体接触部３５の周方向（軸方向と直交する方向）において全体的に支持するように形成されている。
また、これらナット孔３７およびボルト孔３８は、ナット孔３７の中心軸線とボルト孔３８の中心軸線とが同一線上に位置するように形成されている。

ナット３４は、ナット孔３７の内径よりも大きい外径を有する鍔部９と、この鍔部９に連続するとともにボルト３３の雄ネジ部６と螺合する雌ネジ部３９とを有している。
鍔部９の背面（すなわち、被締結体３２の表面３２ａと対向する面）９ａ、およびこの背面９ａと対向する被締結体３２の表面３２ａには、平滑な座面が形成されており、ボルト３３とナット３４とが締結された際には、被締結体３２とナット３４とがこの座面を介して当接することとなる。また、鍔部９の半径方向内側には、ナット３４の板厚方向（軸方向）に貫通するとともに断面視（平面視）円形状を呈する貫通穴９ｂが設けられており、この貫通穴９ｂの内周面には、雌ネジ部３９の内周面に形成されたネジ山３９ａと同じ内径およびピッチを有するネジ山９ｃが形成されている。

雌ネジ部３９の内周面には、雄ネジ部６のネジ山６ａと螺合するネジ山３９ａが形成されている。一方、雌ネジ部３９は、その外径が、鍔部９の側から内方（すなわち、ボルト孔３８の側）に向かって所定距離の間、ナット孔３７の内径と略同じになるように形成された嵌合部３９ｂと、内方に向かって徐々に縮径する縮径部３９ｃとを備えている。すなわち、雌ネジ部３９は、その嵌合部３９ｂがナット孔３７に嵌り込み、縮径部３９ｃの外周面とナット孔３７の内周面との間に隙間ができるように形成されている。

本実施形態に係る締結装置３１によれば、第１実施形態のところで説明した舌片部１１および連結部１２、第２実施形態のところで説明した支持部２６および連結部２７を不要とし（省略し）、ナット３４の形状が簡略化されることとなる。
これにより、ナット３４の加工工数を低減させることができ、ナット３４の製造コストを低減させることができる。

また、本実施形態に係る締結装置３１によれば、噛合部における噛み合い始め近傍の部分に縮径部３９ｃが設けられている。すなわち、ナット３４の噛合部における噛み合い始め近傍の部分は、ナット３４が軸方向に引っ張られたときに伸び易いように構成されている。
これにより、ボルト３３にナット３４を締結した際の噛み合い始め近傍における締付荷重を低減させることができ、雄ネジ部６のネジ山６ａと雌ネジ部３９のネジ山３９ａとの噛合部における締付荷重を、ネジ山６ａ，３９ａの長さ方向にわたって均一的に分布させることができるとともに、噛合部における噛み合い始め近傍の応力集中を低減させることができて、締結装置３１の信頼性を向上させることができる。
その他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同様であるので、ここではその説明を省略する。

本発明に係る締結装置の第４実施形態を、図６を用いて説明する。
本実施形態に係る締結装置４１は、ボルト４の代わりにボルト４２が設けられ、ナット５の代わりにナット４３が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

本実施形態では、ボルト４２末端がナット４３先端より突き出ていない場合を示している。ボルト４２は、その一端部（図６において左側の端部）に雄ネジ部４４と、この雄ネジ部４４に連続する、くびれ状の部分とされた首部７と、この首部７に連続するナット接触部８とを有するとともに、断面視（平面視）円形状を呈する棒状の部材である。雄ネジ部４４外周面は、首部７の側からその端面に向かって有効径がテーパー状に拡大するように形成されており、この雄ネジ部４４の外周面にはネジ山４４ａが形成されている。なお、図６では雄ネジ部４４は誇張したテーパー形状で表示しているが、実際のテーパー量は極小に変えたにすぎない。また、ボルト４２の他端部は、例えば、図４に示すように構成されている。

ナット４３は、ナット孔２の内径よりも大きい外径を有する鍔部９と、この鍔部９に連続するとともにボルト４２の雄ネジ部４４と螺合する雌ネジ部４５と、この雌ネジ部４５に連続する連結部４６と、この連結部４６を介して雌ネジ部４５に連結（接続）される支持部４７とを有している。
鍔部９の背面（すなわち、被締結体３の表面３ａと対向する面）９ａ、およびこの背面９ａと対向する被締結体３の表面３ａには、平滑な座面が形成されており、ボルト４２とナット４３とが締結された際には、被締結体３とナット４３とがこの座面を介して当接することとなる。また、鍔部９の半径方向内側には、ナット４３の板厚方向（軸方向）に貫通するとともに断面視（平面視）円形状を呈する貫通穴９ｂが設けられている。

雌ネジ部４５の内周面には、雄ネジ部４４のネジ山４４ａと螺合するネジ山４５ａが形成されている。なお、図６には図示していないが、ボルトのネジ山４４ａは、上述のようにボルト端面に向けてテーパー状に拡大するとともに、雌ネジ部４５は円筒であって、ネジ山４５ａは平行ネジで形成される。すなわち、ボルト４２の噛合始点では噛合いが浅く、噛合終点（ボルト端面）に向かって深い噛合いとなる組合せであり、噛合終点では両ネジの有効径が正規の組合せとなるように選定される。ただし、ネジ山４４ａのテーパーの程度は極小であるため、外観上は雌ネジ部４５および連結部４６の外径は、その一端から他端にかけて、ナット孔２の内径と略同じになるように形成されている。すなわち、雌ネジ部４５および連結部４６は、ナット孔２に（完全に）嵌り込むように形成されている。

支持部４７は、ナット接触部８の外周面を、ナット接触部８の長さ方向（軸方向）において全体的に支持するとともに、ナット接触部８の周方向（軸方向と直交する方向）において全体的に支持する断面視円形状を呈する中空円筒状の部材である。また、この支持部４７は、連結部４６を介して雌ネジ部４５に着脱可能に構成されている。

支持部４７の外周面における曲率は、雌ネジ部４５および連結部４６の外周面における曲率、すなわち、ナット孔２の内周面における曲率と略同じとされており、支持部４７の内周面における曲率は、ナット接触部８の外周面における曲率と略同じとされている。また、ナット孔２の内周面、雌ネジ部４５の外周面、支持部４７の外周面、連結部４６の外周面、支持部４７の内周面、およびナット接触部８の外周面は、それぞれ平滑な座面とされている。

本実施形態に係る締結装置４１によれば、テーパー状の雌ネジ部４５の内周面にネジ山４５ａを加工する際には、支持部４７が雌ネジ部４５から取り外された状態となり、雌ネジ部４５の内周面を容易に加工することができることとなる。
これにより、加工作業の効率化を図ることができて、作業時間の短縮化を図ることができる。

また、本実施形態に係る締結装置４１によれば、噛合部がテーパー状とされ、噛合部における噛み合いが、噛み合い始めで浅く、噛み合い終わりで深くなるように構成されている。
これにより、ボルト４４にナット４３を締結した際の噛み合い始め近傍における締付荷重を低減させることができ、雄ネジ部４４のネジ山４４ａと雌ネジ部４５のネジ山４５ａとの噛合部における締付荷重を、ネジ山４４ａ，４５ａの長さ方向にわたって均一的に分布させることができるとともに、噛合部における噛み合い始め近傍の応力集中を低減させることができて、締結装置４１の信頼性を向上させることができる。

さらに、支持部４７が周方向にわたって連続して設けられているので、支持部４７の位置を気にすることなくナット４３をボルト４２に締め付けていくことができ、締結作業の効率化を図ることができて、作業時間の短縮化を図ることができる。
その他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同様であるので、ここではその説明を省略する。

図６に示す実施形態では、ボルト４２末端がナット４３先端より突き出ていない場合を説明したが、ボルト４２末端がナット４３先端より突き出ている場合には、逆の組合せとなる。すなわち、雌ネジ部４５のネジ山４５ａが噛合始点に向かって有効径がテーパー状に拡大し、雄ネジ部４４は円筒状であって、ネジ山４４ａは平行ネジで構成されている。この場合も、ボルト４２の噛合始点では噛合いが浅く、噛合終点（ボルト端面）に向かって深い噛合いとなる組合せであり、噛合終点では両ネジの有効径が正規の組合せとなるように選定される。この組合せによる作用効果は、図６に示す実施形態と同様である。

本発明に係る締結装置の第５実施形態を、図７を用いて説明する。
本実施形態に係る締結装置５１は、ボルト４の代わりに第１のボルト５２および第２のボルト５３が設けられ、ナット５の代わりにナット５４が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

第１のボルト５２は、その一端部（図７において左側の端部）にボルトヘッド５５と、このボルトヘッド５５に連続するとともに、被締結体５６に形成されたボルト孔５６ａに嵌り込む被締結体接触部５７とを有し、その他端部（図７において右側の端部）に雄ネジ部５８有する、断面視（平面視）円形状を呈する棒状の部材である。また、被締結体接触部５７の外径は、その一端から他端にかけて、ボルト孔５６ａの内径と略同じになるように形成されており、雄ネジ部５８の外周面にはネジ山５８ａが形成されている。

第２のボルト５３は、その一端部（図７において左側の端部）に雄ネジ部５９を有する、断面視（平面視）円形状を呈する棒状の部材である。また、雄ネジ部５９の外周面にはネジ山５９ａが形成されており、第２のボルト５３の他端部には、第１のボルト５２の一端部に設けられたボルトヘッド５５と同様のボルトヘッドが設けられている。

ナット５４は、断面視円形状を呈する中空円筒状の部材である。ナット５４の外径は、その一端から他端にかけて、ナット孔２の内径と略同じになるように形成されている。すなわち、ナット５４は、ナット孔２に（完全に）嵌り込むように形成されている。一方、ナット５４の内周面には、雄ネジ部５８のネジ山５８ａおよび雄ネジ部５９のネジ山５９ａと螺合するネジ山５４ａが形成されている。
また、ナット５４は、雄ネジ部５８および雄ネジ部５９の外周面を、これら雄ネジ部５８および雄ネジ部５９の長さ方向（軸方向）において全体的に支持するとともに、これら雄ネジ部５８および雄ネジ部５９の周方向（軸方向と直交する方向）において全体的に支持するものである。
さらに、ナット５４の外径は、ナット孔２の内径と略同じとされており、これらナット５４の外周面、およびナット孔２の内周面は、それぞれ平滑な座面とされている。

本実施形態に係る締結装置５１においては、ボルトの締め付け荷重を被締結体に伝達すべき部材、すなわち、ネジ山５４ａ，５８ａ，５９ａそのものをボルトヘッド５５の近傍から十分な長さ離すように（離間させるように）している。ネジ山５４ａを有するナット５４は、図７において隣（左側）に位置する被締結体５６に設けられたボルト孔５６ａによってその遠心力が支えられるようになっている。第２のボルト５３の他端部は、例えば、図４に示すように構成されており、第２のボルト５３の締結荷重は、ナット５４を介してボルト５７に伝えられる。第２のボルト５３のネジ山５９ａとナット５４のネジ山５４ａとの噛合、およびボルト５７のネジ山５８ａとナット５４のネジ山５４ａとの噛合はそれぞれ、いわゆる「植え込みボルトの植え込み部分のネジの噛合」となり、ネジとナットの組合せに比較してネジの長さ方向の荷重配分を平均化できる。さらに要すれば、ボルト５２，５３のネジを図６に示したようなテーパーネジとすることでさらに平均化することもできる。ナット５４の遠心力は直接ナット孔２で支えられる。ボルト５２，５３に働く遠心力は、ナット５４の端部のボルト５３，５７との嵌合面である程度支えられ、残余はネジ山５４ａ，５８ａ，５９ａの噛合面でナット５４に伝えられる。

本発明に係る締結装置の第６実施形態を、図８を用いて説明する。
本実施形態に係る締結装置６１は、ボルト４の代わりに第１のボルト６２および第２のボルト６３が設けられ、ナット５の代わりにナット６４が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

第１のボルト６２は、その一端部（図８において左側の端部）にボルトヘッド５５と、このボルトヘッド５５に連続するとともに、被締結体６５に形成されたボルト孔６５ａに嵌り込む被締結体接触部６６とを有し、その他端部（図８において右側の端部）に雄ネジ部６７有する、断面視（平面視）円形状を呈する棒状の部材である。また、被締結体接触部６６の外径は、その一端から他端にかけて、ボルト孔６５ａの内径と略同じになるように形成されており、雄ネジ部６７の外周面にはネジ山６７ａが形成されている。

第２のボルト６３は、その一端部（図８において左側の端部）に雄ネジ部６と、この雄ネジ部６に連続する、くびれ状の部分とされた首部７と、この首部７に連続するナット接触部８とを有するとともに、断面視（平面視）円形状を呈する棒状の部材である。また、雄ネジ部６の外周面にはネジ山６ａが形成されており、第２のボルト６３の他端部には第１のボルト６２の一端部に設けられたボルトヘッド５５と同様のボルトヘッドが設けられている。
ナット接触部８の外径は、その一端から他端にかけて、雄ネジ部６の外径と略同じになるように形成されている。

ナット６４は、その一端部に第１の雌ネジ部６８を有し、その他端部に第２の雌ネジ部６９と、この第２の雌ネジ部６９に連続する舌片部１１と、第１の雌ネジ部６８と第２の雌ネジ部６９とを連結（接続）する連結部７０とを有する、断面視円形状を呈する中空円筒状の部材である。
第１の雌ネジ部６８の外径は、その一端から他端にかけて、ボルト孔６５ａに連通するとともにボルト孔６５ａの内径よりも大きな内径を有するナット孔６５ｂの内径と略同じになるように形成されている。すなわち、ナット６４の一端部はナット孔６５ｂに嵌り込むように形成されている。一方、第２の雌ネジ部６９および舌片部１１の外径は、その一端から他端にかけて、ナット孔２の内径と略同じになるように形成されている。すなわち、ナット６４の他端部はナット孔２に嵌り込むように形成されている。
また、第１の雌ネジ部６８の内周面には、雄ネジ部６７のネジ山６７ａと螺合するネジ山６８ａが形成されており、第２の雌ネジ部６９の内周面には、雄ネジ部６のネジ山６ａと螺合するネジ山６９ａが形成されている。

舌片部１１は、ナット接触部８の外周面を、ナット接触部８の長さ方向（軸方向）において全体的に支持するとともに、ナット接触部８の周方向（軸方向と直交する方向）において部分的に支持する平面視略矩形状、断面視円弧状を呈する部材である。そして、この舌片部１１は、第１のボルト６２、第２のボルト６３、およびナット６４が締結される際に、第２のボルト６３に作用する遠心力を受け止める側、すなわち、半径方向外側に配置されることとなる。

第１の雌ネジ部６８、第２の雌ネジ部６９、舌片部１１の外周面における曲率と、ナット孔２，６５ｂの内周面における曲率とは略同じとされ、第１の雌ネジ部６８の外周面、第２の雌ネジ部６９の外周面、舌片部１１の外周面、ナット孔２，６５ｂの内周面、舌片部１１の内周面、およびナット接触部８の外周面は、それぞれ平滑な座面とされている。

本実施形態に係る締結装置６１は、図７に示す締結装置５１と略同等の効果を、第１のボルト５２よりも短い第１のボルト６２により得ようとするものである。ナット６４に作用する遠心力は、ナット６４の一端部に位置する被締結体６５のボルト孔６５ａ、およびナット６４の他端部に位置するとともに、図８において隣（右側）に位置する被締結体３に設けられたナット孔２によって支えられる。第１のボルト６２を所定の位置に組み込むためには、被締結体６５の前面（正面）側に、その長さに略等しいスペースが必要であるが、本実施形態では第１のボルト６２が第１のボルト５２よりも短くなるので、図７を用いて説明した実施形態のものよりも有利になる。

なお、本発明に係る締結装置は、図１を用いて説明したようなガスタービンのタービン部のみに適用され得るものではなく、ガスタービンの圧縮機等、締結装置の長手方向軸線（中心軸線）に対して略直交する方向に遠心力が作用する部位であれば、いずれの部位にも適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る締結装置を具備した、ガスタービンの要部概略構成図である。図１に示す締結装置の要部を拡大した図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。図１および図２に示す締結装置の斜視図である。本発明に係る締結装置の第２実施形態を示す要部拡大断面図である。本発明に係る締結装置の第３実施形態を示す要部拡大断面図である。本発明に係る締結装置の第４実施形態を示す要部拡大断面図である。本発明に係る締結装置の第５実施形態を示す要部拡大断面図である。本発明に係る締結装置の第６実施形態を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図である。締結ボルトに引張応力と遠心力による曲げモーメントが働いた場合の荷重分布を説明するための図である。締結ボルトに引張応力と遠心力による曲げモーメントが働いた場合の荷重分布を説明するための図である。

符号の説明

１締結装置
２ナット孔
３被締結体
４ボルト
５ナット
６雄ネジ部
１０雌ネジ部
１１舌片部（支持部）
２１締結装置
２２ボルト
２３ナット
２５雌ネジ部
２６支持部
３１締結装置
３２被締結体
３３ボルト
３４ナット
３７ナット孔
３９雌ネジ部
４１締結装置
４２ボルト
４３ナット
４４雄ネジ部
４５雌ネジ部
４７支持部
５１締結装置
５２第１のボルト
５３第２のボルト
５４ナット
５８雄ネジ部
５９雄ネジ部
６１締結装置
６２第１のボルト
６３第２のボルト
６４ナット
６５被締結体
６５ｂナット孔
６７雄ネジ部
６８第１の雌ネジ部
６９第２の雌ネジ部
１００ガスタービン（回転機械）

Claims

ナット孔を有する被締結体と、
前記ナット孔に嵌入される雌ネジ部を一端部に有するとともに、前記ナット孔の中に、その重心位置が位置するように構成されたナットと、
前記雌ネジ部と螺合する雄ネジ部を一端部に有するボルトとを備えていることを特徴とする締結装置。
前記ナットに、前記ボルトの一端部を前記雌ネジ部とともに支持する支持部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の締結装置。
前記支持部が、前記ナット孔の内周面に沿って連続して設けられていることを特徴とする請求項２に記載の締結装置。
前記支持部が、前記雌ネジ部に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の締結装置。
前記雌ネジ部と前記雄ネジ部との噛み合い始め近傍に位置する前記雌ネジ部の外周側端部が、前記ナット孔の内周面との間に隙間が形成されるように切り欠かれていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の締結装置。
請求項１から５のいずれか一項に記載の締結装置を具備してなることを特徴とする回転機械。