JP2010133446A - ねじ及びねじを用いた締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】被締付材の締付面を破損することもなく、締付力の低下も防止できるねじ、および、ねじを用いた締結構造を提供する。
【解決手段】ボルト１の頭部の座面１ｃの周囲に、座面よりも段差をもって後退した押圧面が形成されている。座面１ｃの周囲からフランジ部の先端まで押圧面を覆うように形成された環状部分を有し、さらに、フランジ部の先端を乗り越えて押圧面の反対側の表面側に被さって表面側の外周を覆うように形成された取付部分が設けられた環状体３が取り付けられている。環状体は、弾性を有するが、時間の経過とともに弾性が徐々に減少して、常温でクリープする材料、たとえば、ナイロンを用いる。締付状態において、環状部分の押圧面側の表面が押圧面に密着し、被締付材側の表面が被締付材の凹凸に密着して、緩み止めが行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、緩み止め構造を施したねじ及びねじを用いた締結構造に関するものである。

ねじの緩み防止方法として、ねじの座面に突起を設けたり、ねじの座面の外周を波形状にしたり、座面をセレーション形状にしたものが利用されている。

特許文献１に記載された戻り止めボルトは、頭部座面に突起を設けたものである。座面に周方向に等角度間隔で、戻り止め部が形成されている。戻り止め部は、座面に対して突起した突起部を有し、この突起部は、ねじ軸の締め付け回転方向と反対方向に向かって突起高さが漸次増大し最大の突起高さ位置でエッジを有する直角三角形形状である。ボルトが締め付け回転方向と逆方向に戻ろうとするときに、エッジが締付材の締付面に喰い込むように作用して戻り止め効果を奏することができるものである。

しかしながら、締付材の締付面に食い込むようにして戻り止めをする方法は、締付面に傷を与えるから、締め付けと取り外しを繰り返して行うと、締付面を破損してしまうことがある。

ねじの座面と被締付面との間にワッシャーを入れる方法も行われている。スプリングワッシャーを用いる方法は、スプリングワッシャーのばね力によって緩みが生じた際の締付面への力を与えて、緩みを生じ難くするものである。弾性を有する合成樹脂のワッシャーを用いる方法もあるが、合成樹脂が、時間とともに弾性を失い、締付力が低下してしまうという問題がある。
特開２００４−１１９１８号公報

本発明は、上述した方法とは異なる方法で緩み止めを行うものであり、被締付材の締付面を破損することもなく、締付力の低下も防止できるねじ、および、ねじを用いた締結構造を提供することを目的とするものである。

本発明は、ねじにおいて、座面の周囲に該座面よりも段差をもって後退した押圧面が形成されたフランジ部が設けられたねじ部と、前記押圧面によって押圧される環状部分を有する環状体とよりなり、前記環状体は常温でクリープする材料で形成され、前記環状体の孔は前記座面が挿入される大きさであり、前記環状部分の厚さが前記段差の高さよりも厚いことを特徴とするものである。

締付力に基づく軸力を座面が受けるので、ねじが緩まない限り締付力を維持することができるとともに、座面の周囲に設けられた押圧面と非締付材との間に常温でクリープする材料（以下、「常温クリープ材料」という。）よりなる環状体の環状部分が密に介在することて、時間の経過とともに環状部分が常温でクリープすることにより、押圧面と環状部分との接触面において回転緩みを防止するとともに、被締付材の表面と環状部分との接触面においても回転緩みを防止することができるという効果がある。環状部分のクリープは、段差部の高さによって規制される。

図１，図２は、本発明のねじの第１の実施例を説明するためのもので、図１は、六角ボルトとナットに適用した例であり、図１（Ａ）は六角ボルトの側面図、図１（Ｂ）はナットの側面図、図１（Ｃ）は六角ボルトの頭部の正面図、図２は、図１の常温クリープ材料を外した状態を示すもので、図２（Ａ）は六角ボルトのねじ部の側面図、図２（Ｂ）はナットであるねじ部の側面図、図２（Ｃ）はねじ部の頭部の正面図、図２（Ｄ）は環状体の断面図、図２（Ｅ）は環状体の斜視図である。図中、１はボルト、１ａは頭部、１ｂは軸部、１ｃは座面、１ｄはフランジ部、１ｅは押圧面、２はナット、２ａは座面、２ｂはフランジ部、２ｃは押圧面、３，４は環状体である。なお、図１（Ａ），（Ｂ）において、環状体３，４は断面で図示した。

ボルト１においては、頭部１ａの裏面側の座面１ｃの面積は、ねじの有効断面積の１／２以上に設計されるのが普通である（日本ねじ研究協会誌第２巻第３号、「ねじの座面強度に関する座面面積について」参照）が、使用目的に応じて適宜の値とすることができる。座面１ｃの周形状は、中心軸を中心とする円形であるが、必ずしも円形にする必要はなく、多角形や楕円等、適宜の形状としてもよい。フランジ部１ｄの内側における座面１ｃの周囲に押圧面１ｅが形成されている。押圧面１ｅは、座面１ｃより後退しており、常温クリープ材料で形成された環状体３の環状部分を押圧する面となっている。したがって、座面１ｃと押圧面１ｅとは段差を有している。座面１ｃと押圧面１ｅとの境界面は、この実施例では、座面１ｃと直角であるが、傾斜面としてもよい。

環状体３は、座面１ｃの周囲からフランジ部１ｄの先端まで押圧面１ｅを覆うように形成された環状部分を有し、さらに、フランジ部１ｄの先端を乗り越えて押圧面１ｅの反対側の表面側に被さって表面側の外周を覆うように形成された取付部分が設けられている。環状体３を押圧面側から表面側に乗り上げるように設けて、フランジ部１ｄの周側部を挟むことによって、環状体３がボルト１の頭部１ａに取り付けられている。

ナット２における座面２ａ，フランジ部２ｂ，押圧面２ｃ，環状体４については、ボルト１で説明したと同様であるので説明を省略する。

環状体の材料としては、弾性を有するが、常温において、時間の経過につれて、押圧力によって弾性が徐々に減少して、クリープする材料を用いる。ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネイト、ポリプロピレン、ポリエチレン等の合成樹脂材料、特に、ナイロン、ポリアセタール、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂が適し、加圧力により常温でクリープすることが可能な材料である。なお、クリープとは時間の経過と共に生じる材料の永久変形をいう。

図１，図２で説明したボルトナットを用いて被締付材を締め付ける様子を図３により説明する。図３は、ボルトを被締付材に開けられた孔に通して締め付ける状態の変化をボルトの頭部付近を拡大して図示したものであり、図３（Ａ）は、ボルトを被締付材に開けられた孔に通した状態、図３（Ｂ）は、締め付けが完了した状態を示している。図中、図１，図２と同じ部分は同じ符号を付して説明を省略する。５は被締付材である。

図３（Ａ）に示すように、被締付材６の表面には、多少の凹凸が存在している。環状体３の環状部分の厚さは、押圧面１ｅと座面１ｃとの間の段差より大きくなっている。座面１ｃの外径は、被締付材５に開けられた孔の内径よりも大きい。なお、環状部分の厚さは、均一な厚さでよいが、締付によって常温クリープ材料が座面側にはみ出さないようにするためには、内側の厚さを段差の高さとほぼ等しくし、外側に向けて厚さを厚くなるようにしてもよい。

ボルト１の締付は、ボルト１を回転させないでナットを回転させて締め付ける場合と、被締付材側に雌ねじが切られている場合など、ボルトを回転させて締め付ける場合とがある。いずれの締付においても、図３（Ｂ）の締付状態では、座面１ｃが被締付材５に圧着して被締付材５に締め付けられる。環状体３は、押圧面１ｅによって被締付材５に締め付けられて圧縮され、環状体３の被締付材５との接触面が、被締付材５の表面の凹凸になじむようにして、環状体３が被締付材５に密着する。したがって、締付におけるボルト１の受圧力は、座面１ｃと環状体３とに分担され、環状体３が押圧面１ｅと被締付材５にそれぞれ密着することによって、ボルト１の緩みを防止できる。

この締付状態で、常温において、時間の経過につれて、押圧力によって環状体３の弾性は徐々に失われ、クリープする。常温クリープが進行するにつれて、環状体３の環状部分と非締付材５との接触面は面圧は０に近づくが、軸部１ｂの伸び量が変化しないことから、環状体３の環状部分と非締付材５との接触面で失われた受圧力は、座面１ｃに移行され、座面１ｃの受圧力は高くなり、座面１ｃでの緩みに対して有効に作用することになる。この状態では、環状体３の環状部分は、上下面が押圧面１ｅの表面と被締付材５の表面と同じ平面にまで変形する状態での締結構造を実現でき、環状体３が押圧面１ｅに密着する。また、被締付材５の表面の凹凸や、被締付材５の表面が軸部の中心軸に対して傾斜している場合には、傾斜状態のまま環状部分が密着していることによって緩みを防止できる。環状部分を座面の周囲に配置したことによって、緩みに抵抗するトルクは、半径が大きいところで働くから、有利である。

図４は、小型のビスに本発明を適用した第２の実施例を説明するためのもので、図４（Ａ）はねじ部の頭部の正面図、図４（Ｂ）は側面図である。図中、図１，図２と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。なお、環状体３は断面で図示した。この実施例では、座面１ｃと押圧面１ｅとの境界面を傾斜面としたが、座面１ｃと直角としてもよい。このように、本発明は、小型のビスにも適用することができる。ナットにおいても同様である。

上述した実施例においては、環状体はねじに取り付けられているだけであり、ねじと環状体とは接触しているだけである。ねじと環状体との接触をすべり難いようにし、ねじに対する環状体の回り止めを行うようにしてもよい。

図５は、第３の実施例を説明するためのもので、環状体の回り止めをしたものである。図５（Ａ）はおねじの頭部近傍の側面図、図５（Ｂ）は頭部を裏側（座面側）からみた底面図である。図中、図１，図２と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。１ｆは突起部である。なお、図５では、環状体の図示を省略した。

この実施例では、押圧面１ｅの２個所に半球状の突起部１ｆを形成した。このねじに用いる環状体には、突起部１ｆに対応する部分に凹部を設けておいてもよい。凹部を設けなくても、締付によって突起部１ｆが環状体中に埋没するように侵入するから、回り止めを行うことができる。突起部１ｆの高さは、座面１ｃと押圧面１ｅとの段差以下とする。突起部１ｆの数は、２個に限られるものではなく、１個または３個以上でもよい。その形状も半球状に限られるものではなく、回り止めが可能な形状であれば足りる。突起部１ｆが環状体に嵌合するようにしてもよく、その場合には、環状体を表面側に乗り上げるようにしなくても、ねじに取り付けることができる利点がある。なお、環状体を表面側に乗り上げるようにした場合には、突起部を表面側に形成してもよい。

図６は、第４の実施例を説明するためのもので、この実施例も環状体の回り止めをしたものである。図６（Ａ）はおねじの頭部の正面図、図６（Ｂ）はおねじの頭部近傍の側面図である。図中、図１，図２と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。１ｇは切欠部である。なお、図６でも、環状体の図示を省略した。

この実施例では、フランジ部１ｄの２個所に切欠部１ｇを形成した。このねじに用いる環状体には、切欠部１ｇに対応する部分に突起を設けておいてもよい。環状体に突起を設けなくても、締付によって環状体の一部が切欠部１ｇに盛り上がるようになるから、回り止めを行うことができる。切欠部１ｇの数は、２個に限られるものではなく、１個または３個以上でもよい。その形状も回り止めが可能な形状であればよく、必ずしも表側まで貫通する必要はなく、溝形状にしてもよい。すなわち、押圧面１ｅに溝を形成してもよいのである。したがって、この明細書では、溝も押圧面を切り欠いて形成されていることによって切欠部に含まれているものである。溝を多数個設けたセレーション形状にしてもよく、その場合、セレーションの高いところを座面よりも低くすることは明らかであろう。この実施例においても、環状体に切欠部に対応する突起を設けた場合には、切欠部と突起とが嵌合するようにしてもよい。その場合には、環状体を表面側に乗り上げるようにしなくてもよいことは上述したとおりである。

図７は、第５の実施例を説明するためのもので、この実施例も環状体の回り止めをしたものである。図７（Ａ）はおねじの頭部の正面図、図７（Ｂ）はおねじの頭部近傍の側面図である。図中、図１，図２と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。なお、図７でも、環状体の図示を省略した。

この実施例では、フランジ部１ｄの周囲の形状に工夫をして回り止めを行うようにした。図では、楕円形である。環状体を、この楕円形に合わせてフランジ部１ｄを挟むようにすることにより、回り止めがなされる。フランジ部の形状は、楕円形に限られるものではなく、非円形、例えば、多角形や、外周を波形形状としたものなど、適宜の形状とすることができる。

回り止めについて、３つの実施例を説明したが、これらは、その複数が組み合わされてもよい。また、おねじについて説明したが、めねじでも同様である。

上述した実施例では、環状体がねじに取り付けられているが、本発明は、環状体をワッシャー状に形成して、座面の周囲に押圧面が設けられたねじ部と組み合わせるようにしてもよく、緩み止めの効果を発揮できるものである。ワッシャーと組み合わせた場合においても、第３〜第５の実施例で説明した回り止めの構造を採用できる。また、ワッシャーの孔が座面の周囲と嵌合するようにして、環状体であるワッシャーをねじに取り付けるようにしてもよい。

自動車産業などではプレス部品が多く使用され、非締付材のねじ取り付け穴は一般にプレス加工にて穴があけられており、その穴の周辺では板の平面度が出なく締結において緩みやすい環境にある。又建築産業においても鉄骨構造の場合Ｈ形鋼やＩ形鋼、Ｌ形鋼、Ｃ形鋼等が使用されておりその締結部の周辺は平面度が維持できていない環境である。この発明は、この様な環境の下での締結において回転緩みを防止し安定した締結状態を維持することを可能とした。

図１は、本発明のねじの第１の実施例を説明するためのもので、（Ａ）は六角ボルトの側面図、（Ｂ）はナットの側面図、（Ｃ）は六角ボルトの頭部の正面図である。 図２は、本発明のねじの第１の実施例のねじ部を説明するためのもので、（Ａ）は六角ボルトのねじ部の側面図、（Ｂ）はナットであるねじ部の側面図、（Ｃ）はねじ部の頭部の正面図、（Ｄ）は環状体の断面図、（Ｅ）は環状体の斜視図である。 図１，図２で説明したボルトナットを用いて被締付材を締め付ける様子の説明図である。 小型のビスに本発明を適用した第２の実施例を説明するためのもので、（Ａ）はねじ部の頭部の正面図、（Ｂ）は側面図である。 図５は、第３の実施例を説明するためのもので、図５（Ａ）はおねじの頭部近傍の側面図、図５（Ｂ）は頭部を裏側（座面側）からみた底面図である。 第４の実施例を説明するためのもので、（Ａ）はおねじの頭部の正面図、（Ｂ）はおねじの頭部近傍の側面図である。 第５の実施例を説明するためのもので、（Ａ）はおねじの頭部の正面図、（Ｂ）はおねじの頭部近傍の側面図である。

符号の説明

１…ボルト、１ａ…頭部、１ｂ…軸部、１ｃ…座面、１ｄ…フランジ部、１ｅ…押圧面、１ｆ…突起部、１ｇ…切欠部、２…ナット、２ａ…座面、２ｂ…フランジ部、２ｃ…押圧面、３，４…環状体、５…被締付材。

Claims (11)

1. 座面の周囲に該座面よりも段差をもって後退した押圧面が形成されたフランジ部が設けられたねじ部と、前記押圧面によって押圧される環状部分を有する環状体とよりなり、
   前記環状体は常温でクリープする材料で形成され、
   前記環状体の孔は前記座面が挿入される大きさであり、
   前記環状部分の厚さが前記段差の高さよりも厚いこと
   を特徴とするねじ。
2. 前記環状体が前記ねじ部に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
3. 前記環状体が前記フランジ部の表面側の少なくとも一部を覆うようにして前記ねじ部に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載のねじ。
4. 前記フランジ部の外周の形状が非円形であることを特徴とする請求項３に記載のねじ。
5. 前記環状体がねじ部の一部に嵌合して前記ねじ部に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載のねじ。
6. 前記環状体がワッシャー状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
7. 前記フランジ部の外周に切欠部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のねじ。
8. 前記押圧面に前記段差の高さ以下の高さの凸部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のねじ。
9. 前記押圧面に溝が形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のねじ。
10. 常温でクリープする材料が合成樹脂材料であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のねじ。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のねじを用いて、前記座面が被締付面に衝合するとともに、前記押圧面と前記被締付面との間において前記環状体の環状部分が変形するようにねじが締め付けられていることを特徴とする締結構造。

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