JP2009115182A - ボルト用座金 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルトのゆるみが効果的に防止されるような構造とした、ボルト用座金を提供すること。
【解決手段】この発明のボルト用座金は、弾性変形可能な材質で一体に形成された上部１と下部２を有し、上部１は内側にボルト３の頭部３ａが嵌合する上方に開口した嵌合穴４を有しており、下部２は板状であってその底面５を凹面としており、さらに前記嵌合穴４の底から下部２にボルト３の軸部３ｂを貫通させるためのボルト孔６を有するものとしている。また、上部１の外周形状を多角形として、スパナーにより回転させられるようにしたものとすることができる。
【選択図】図３

Description

この発明は、適宜の被締結体をボルトにより締結する際に使用するボルト用座金に関するものである。

従来、被締結体をボルトにより締結する際に使用するボルト用座金としては、非特許文献１の図５．３（第９３頁）に記載のような、平座金がある。この平座金は、ボルトと一体的になるものではないため、ボルトの締め付け時及び締め付け後に、ボルトと相対回転して上面がボルト頭部によって削られたり、へたり・陥没が生じたりして、ボルトの軸力の低下を招き、ボルトのゆるみの原因となることがある。

また、ボルトによる締結において最も重要なことは、締結に関係する部品間の接合面における摩擦力を、ボルトのゆるみが生じない程度に維持することであるが、そのためには、部品間の接合面における締付け力を適正範囲内に保持することが必須である。この締付け力を発生するのは、ボルトの締結時、ボルト内に生じる抗張力である。この抗張力は、ボルトの弾性変形を伴って増大しながら、締付け力を維持するのである。

ボルトの弾性変形は、主としてボルト軸の伸張の形で現れるものであり、ボルトは軸長が長くなるほど弾性変形量が大きくなって、締め付けのエネルギーが大となるため、軸長の長いボルトが使用されることが多い。また、ボルトの弾性変形を補うため、ボルトとともに弾性変形量が多いスプリング座金が使用されてきた。

しかしながら、ボルトの軸長を長くするには限界があり、また、スプリング座金を使用するにしても、スプリング座金は、ボルトの頭部（又はナット）と被締結体の間に挟まれるために、その厚み、形状、大きさ、面粗度、精度、強度等において、十分に締付け力を補償するに足る弾性変形を生じ得るものではなかった。従来のスプリング座金のばね反力は、最大でもボルトの適正軸力の３分の１に過ぎないと言われており、ボルトの軸力を補償するには不十分であった。

また、前記平座金やスプリング座金は、被締結体との間に摩擦力が発生するのであるが、これら従来の座金においては、前記摩擦力は任意の接合面で発生するようになっており、この摩擦力を、ボルトのゆるみを防止するトルクとして最大限に利用できるような特定の位置で発生させられる構造にはなっていなかった。
酒井智次著「ねじ締結概論」増補第４版、株式会社養賢堂、２００３年

そこで、この発明は、ボルトのゆるみが効果的に防止されるような構造とした、ボルト用座金を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、この発明は次のような技術的手段を講じている。

この発明のボルト用座金は、弾性変形可能な材質で一体に形成された上部１と下部２を有し、上部１は内側にボルト３の頭部３ａが嵌合する上方に開口した嵌合穴４を有しており、下部２は板状であってその底面５を凹面としており、さらに前記嵌合穴４の底から下部２にボルト３の軸部３ｂを貫通させるためのボルト孔６を有するものとしている。

また、上部１の外周形状を多角形として、スパナーにより回転させられるようにしたものとすることができる。

この発明のボルト用座金は、上述のような構成を有しており、上部１の嵌合穴４にボルト３の頭部３ａが嵌合して、ボルト３と一体的になるため、ボルト３の頭部３ａによって削られたり、へたり・陥没が生じたりすることがなく、また、座金がボルト３の軸部３ｂのねじを磨耗させることもなく、しかも強靭かつ耐久性に優れたものとすることができる。

また、この発明の座金は、弾性変形することにより、ボルト３軸力の不足を補償することができる。しかも、下部２の底面５が凹面となっているため、底面５の外周付近の位置で主な摩擦力が発生するようになっており、大きな摩擦トルクが得られるため、座金のすべりを著しく少なくすることができる。さらに、摩擦面を特定できるので、摩擦係数を増大させるような加工も容易である。

以下、この発明の好適な実施形態を、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態のボルト用座金の上面側から見た斜視図、図２は同座金を底面側から見た斜視図、図３はボルト３を挿入した状態を示す説明図である。

このボルト用座金は、弾性変形可能な材質で一体に形成された上部１と下部２を有し、上部１は内側にボルト３の頭部３ａが嵌合する上方に開口した嵌合穴４を有しており、下部２は板状であってその底面５を凹面としており、さらに前記嵌合穴４の底から下部２にボルト３の軸部３ｂを貫通させるためのボルト孔６を有するものとしている。

このボルト用座金は、材質や製造方法は特に限定されないが、抗圧力・抗張力の高い高弾性体であることが望ましい。例えば、高い弾性を有する鋼材を、鍛造技術を利用することにより形成することができるが、その他にも、特殊鋼、非鉄合金（例えばベリリウムカッパー）、非金属材料（例えば炭素繊維とプラスチックの合成材）等を材料として、適宜の方法で製造することができる。

上部１は、短い六角柱の内側に上下方向の孔を穿ったような形状であり、その外周形状は六角形で、内周形状は外周形状を縮小した六角形であり、外周・内周の各対応する辺が平行になるようにしている。

上部１の内周形状、すなわち嵌合穴４の形状は、使用するボルト３の頭部３ａの形状に応じたものとしている。この実施形態では、使用するボルト３の頭部３ａは六角形であり、嵌合穴４の形状は、この頭部３ａがほぼ隙間無く嵌合する六角形としている。また、嵌合穴４の深さは、締結時のボルト３の頭部３ａの３分の１程度が上方に露出する程度（図３参照）としているが、これに限定されず、ボルト３の頭部３ａが適宜の長さ上方に露出、あるいは嵌合穴４内に完全に埋没するようにしてもよい。

下部２は、上部１の径よりも大きな略円板状であり、その上面は、上部１の外周の外側の領域において露出している。この上面は、後述の底面５の凹曲面の曲率に対応した凸曲面としているが、平坦な面であっても良い。

下部２の底面５は被締結体と接する部分であるが、この底面５は、図２に示したように、平坦な面ではなく、凹面となっている。したがって、底面５におけるボルト孔６の周囲の領域は、締結時において、被締結体に接することなく、被締結体との間に空隙を有し離間した状態となる。図示した例においては、底面５は適宜の大きさの球面の一部に接するような凹曲面となっているが、これに限定されない。下部２の厚みや底面５の曲率は、求められる締結状態に応じて適宜設定することができる。

下部２の形状は、図示したような円板形に限定されず、被締結体に適応するように適宜設定することができる。例えば、楕円形、正方形あるいは矩形にしたり、さらに、後述の図６以下に示したように周囲に突出部を設けたり、縁部を折り曲げて断面略コ字状にしたりして、被締結体に係合させられるようにしてもよい。

また、上部１の嵌合穴４の底から下部２には、円形の孔が形成されており、これがボルト３の軸部３ｂを貫通させられるボルト孔６となっている。

この座金は、使用状態においては、図３に示したように、上部１の嵌合穴４にボルト３の頭部３ａが内蔵された構造になるので、ボルト３と一体的になり、従来の座金のようなボルト３と遊離したものとはならない。そのため、ボルト３の締め付け時ないし締め付け後に、座金とボルト３が相対回転して座金がボルト３の頭部３ａによって削られたり、へたり・陥没が生じたりすることがなく、ボルト３の軸力の低下及びそれによるボルト３のゆるみが防止されることとなる。また、座金がボルト３の軸部３ｂのねじに当たってこれを磨耗させることもない。しかも、上部１と下部２とは一体であり、強靭かつ耐久性に優れたものとなっている。

また、上部１は、多角形（六角形）として外周形状がスパナーにより回転させられるようにした形状とすることにより、スパナーを使用して容易に増し締めすることが可能となっている。しかも、上部１はボルト３の頭部３ａより一回り径が大きいため、通常のボルト３の頭部３ａを回転させる場合よりも、強く締付けることが可能となる。なお、上部１は必ずしも多角形としてスパナーを使用できるようにする必要はなく、円形等でもよいが、ボルト３の頭部３ａやナット７の形状に合わせて多角形とすることにより、見栄えを良くすることができる。

また、この座金は、従来の座金とは全く異なる構造として、弾性変形に対する抵抗力を可及的に大きくし、ボルト３の適正軸力域に近づけようとするものであり、ボルト３の軸力を補償するとともに、被締結体との接合面における摩擦力を最大に活用することができる構造となっている。

すなわち、この座金は、全体が靭性の高い弾性体であり、弾性変形量が大きくなるので、ボルト３軸力の不足を十分に補うことが可能である。しかも、下部２の底面５が凹面となっているため、底面５の中央部付近には被締結体との間に空隙が生じ、底面５の外周付近の位置で主な摩擦力が発生するようになっている。この摩擦力が発生する位置は、回転の中心となるボルト３の軸からの距離（アーム）が最長となるので、摩擦トルクの値も最大となる（摩擦トルクは、多数箇所の接触面における摩擦力と回転中心までの距離との積の総和である）。したがって、座金のすべりを著しく少なくすることができ、さらに、摩擦面を特定できるので、摩擦係数を増大させるような加工も容易となる。

なお、下部２の厚みを大きくすれば、座金はより大きな弾性変形量を得ることができるとともに、非回転ゆるみを防止するスペーサー機能の効果が高まる。すなわち、下部２の厚みを大きくすることは、ボルト３の軸長及び被締結体の厚みも大きくすることとなり、ボルト３及び被締結体双方のばね定数を低下させ、ボルト３と被締結体の弾性変形量が増加するので、軸力の低下を防ぎ、締付け力の減少を少なくすることができる。

次に、この座金の具体的な使用例について説明する。

〔使用例１〕
図４は、上下１対の座金とボルト３・ナット７により締結する場合の説明図であり、前記１対の座金の間に、上下に重なる２つの被締結体８，９を挟み、これらに形成したボルト孔８ａ，９ａにボルト３を通して締結した状態を示している。ここで、上側の被締結体８は、ロータリ耕耘機のフランジ式の耕耘爪取り付け構造における耕耘爪、下側の被締結体９は、フランジとすることができる。

この例では、前記１対の座金のうち、上方の座金は、その上部１の嵌合穴４にボルト３の頭部３ａが嵌合し、下部２の底面５が上側の被締結体８（耕耘爪）に接触するようにしている。他方、下方の座金は、上下逆向きにされ、その上部１の嵌合穴４に、前記ボルト３に螺合するナット７が嵌合し、下部２の底面５が下側の被締結体９（フランジ）に接触するようにしている。

各座金の下部２の底面５は、その中央部付近において被締結体８，９との間に空隙１０が生じ、外周付近の位置が接触面となるようにしており、これによって大きな摩擦トルクが得られるので、ボルト３のゆるみを効果的に防止できる。

〔使用例２〕
図５はナットを使用せずに１つの座金とボルト３により締結する場合の説明図であり、上側の被締結体８に形成された孔８ａにボルト３を通し、その下の被締結体９の板に形成された孔９ａにボルト３が螺合した状態の断面を示している。

このようにナットを使用せずにボルト３のみで締結を行う場合でも、この座金を使用すれば、座金の弾性変形によりボルト３の軸力低下を効果的に補償することができるとともに、下部２の底面５と被締結体８との間の空隙１０の存在により、被締結体８との接合面における摩擦力を最大に活用することができるため、ボルト３のゆるみが効果的に防止される。

〔第２実施形態〕
図６〜図９は、この発明の他の実施形態のボルト用座金を使用した耕耘爪の取り付け構造に関するものであり、図６は座金を上面側から見た斜視図、図７は同座金を底面側から見た斜視図、図８はこの座金を使用した耕耘爪の取り付け構造の分解状態の説明図、図９は１つの耕耘爪を締結した状態の説明図である。

この耕耘爪の取り付け構造は、座金、被締結体８（耕耘爪）、被締結体９（フランジ）、ボルト３及びナット７から構成されるものであり、上から座金、耕耘爪８及びフランジ９を配置して、これらにそれぞれ設けたボルト孔６，８ａ，９ａに上方から下方へボルト３を通し、フランジの下方からボルト３にナット７を螺着させるようにしている。

フランジ９は、その中央に位置する耕耘軸貫通孔１１の周囲に、耕耘軸（図示せず）に外嵌する筒状部１２を設けている。筒状部１２は、フランジ９の耕耘爪取り付け面及びその裏面と垂直、すなわち耕耘軸の軸方向に延びるように形成されている。筒状部１２には、耕耘爪８の端部が接触するようにしている。

また、フランジ９は、その耕耘爪取り付け面上において、ボルト孔９ａよりも外周縁寄りの位置に耕耘爪８に被せた座金に当接する突起状の第１ストッパー１３を有しており、これによって耕耘爪８に加わる負荷を吸収するようにしている。

さらに、フランジ９は、耕耘爪取り付け面上のボルト孔９ａを挟んで第１ストッパー１３の反対側に、筒状部１２付近から縁部に至る直線壁状の第２ストッパー１４を有している。この第２ストッパー１４は、耕耘爪８に通常とは異なる大きさや方向の負荷が加わったときに、耕耘爪８に接触して負荷を吸収するようにしている。

図示したように、フランジ９には、ボルト孔９ａ、第１ストッパー１３、第２ストッパー１４が、耕耘軸貫通孔１１を中心として対称に２つ設けられている。図９においては、その片側だけに耕耘爪８を締結しているが、他方の側にも同様に耕耘爪８を締結することができる。

この第２実施形態の座金は、基本的な構造は図１等に示したものと同様であるが、下部２が耕耘爪８の基部の上面を覆う四角形状であって、一対の対角部に、下方に突出する突出部１５を形成したものとしている。この座金は、下部２の底面５が耕耘爪８の基部の上面に接触するとともに、前記各突出部１５が耕耘爪８の基部の側面に接触し、耕耘爪８との相対回動が防止されるようになっている。

〔その他の実施形態〕
また、この発明の座金は、前述のようなフランジ式の耕耘爪取り付け構造に限らず、特願２００６−３３６６９８の図１や特開２００７−１５９５６６（特願２００５−３３３５３５）の図１に記載のような、２つの断面略コ字状の金具（爪保持具とカバー体）の組み合わせにより構成されるホルダー式の耕耘爪取り付け構造に適用することもできる。

特開２００７−１５９５６６の図１に記載のものを例にとると、２つの断面略コ字状の金具のうち、「カバー体１１」（ボルトの頭部が接する方の金具）の代わりに、本願の図１等に記載の座金の下部２を断面略コ字状に形成して、「カバー体１１」の「両側の側部１１ｂ，１１ｃ」に相当する部分を設けたものを使用すると良い。逆に、「保持具２」（ナットが接する方の金具）の代わりに、本願の図１等に記載の座金の下部２を断面略コ字状に形成して、「保持具２」の「両側の側部２ｂ，２ｃ」に相当する部分を設けたものを使用しても良い。この場合、前記２つの金具、及びこれらに挟まれる耕耘爪の基部が強固に締結されるので、前記座金と金具を溶接する必要はない。

特願２００６−３３６６９８の図１に記載のものについても、前記特開２００７−１５９５６６の図１に記載のものと同様に本願発明の座金を適用することができる。２つの金具のうち、いずれを本願発明の座金として適用するかについては、加工し易い方を選択するとよい。

以上がこの発明の実施形態であるが、この発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、産業機械その他様々な分野において実施することが可能であり、素材、形状、寸法等は適宜変更することができる。

この発明の実施形態のボルト用座金の上面側から見た斜視図である。 この発明の実施形態のボルト用座金の底面側から見た斜視図である。 この発明の実施形態のボルト用座金にボルトを挿入した状態を示す説明図である。 この発明の実施形態の上下１対の座金と、ボルト・ナットにより締結する場合の説明図である。 ナットを使用せずにこの発明の実施形態の座金とボルトにより締結する場合の説明図である。 この発明の他の実施形態のボルト用座金の上面側から見た斜視図である。 この発明の他の実施形態のボルト用座金を底面側から見た斜視図である。 この発明の他の実施形態のボルト用座金を使用した耕耘爪の取り付け構造の分解状態の説明図である。 この発明の他の実施形態のボルト用座金を使用した耕耘爪の取り付け構造の説明図である。

符号の説明

１ 上部
２ 下部
３ ボルト
３ａ ボルトの頭部
３ｂ ボルトの軸部
４ 嵌合穴
５ 底面
６ ボルト孔

Claims (2)

1. 弾性変形可能な材質で一体に形成された上部（１）と下部（２）を有し、上部（１）は内側にボルト（３）の頭部（３ａ）が嵌合する上方に開口した嵌合穴（４）を有しており、下部（２）は板状であってその底面（５）を凹面としており、さらに前記嵌合穴（４）の底から下部（２）にボルト（３）の軸部（３ｂ）を貫通させるためのボルト孔（６）を有することを特徴とするボルト用座金。
2. 上部（１）の外周形状を多角形として、スパナーにより回転させられるようにした請求項１記載のボルト用座金。

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