JP2012167816A - トルク制限式締着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク制限式締着装置の破断面の耐食性を、内部基材の被覆のない表面よりも強くする。
【解決手段】締着工具を装着しうる形状をもつ少なくとも１つの形状要素を含む第１の頭部１１と、少なくとも１つのねじ山を含む第２の頭部１２とを有し、これら２つの頭部は、両頭部間に境界値を超えるトルクが与えられると、第１の頭部１１には第１の破断面が、第２の頭部１２には第２の破断面が生まれるように破断する破断部４を介して、互いに連結されており、これら２つの頭部のうち、少なくとも第２の頭部は、内部基材と耐食性の表面層からなるトルク制限式締着装置において、第２の頭部１２に形成される第２の破断面の耐食性を、第２の頭部１２の内部基材の被覆のない表面よりも強くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１および第２の頭部を有するトルク制限式締着装置に関する。第１の頭部は、締着工具を装着しうる形状をもつ少なくとも１つの形状要素を含み、第２の頭部は、少なくとも１つのねじ山を含む。これら２つの頭部は、少なくとも１つの破断部を介して互いに連結される。また、これら２つの頭部の間に境界値を超えるトルクが与えられると、第１の頭部には第１の破断面が、第２の頭部には第２の破断面が生まれ、かつ少なくとも第２の頭部（好ましくは第１の頭部も）は、耐腐食性の表面層を有する内部基材からなる。

溶接によって互いに連結された２つの頭部を有するシャーナット（トルク制限式ナット）またはシャーボルト（トルク制限式ボルト）は公知である。このようなナットまたはボルトを締着する際には、締着用の工具を用いて、第１の頭部にトルクを与える。締着工程において、初めトルクは連結部を介して第２の頭部に伝達されるが、終了時にはトルクは所定の値に到達し、締着が完了して、第１の頭部は、第２の頭部から剪断・分離される。この剪断による分離のために、締着工程を通じて第２の頭部に働くトルクの最大値は制限される。

トルク制限式ナットおよびトルク制限式ボルトは、それぞれ、特許文献１および特許文献２により公知となっている。

上記のようなトルク制限式ナットは、コスト上の理由により、比較的腐食を受けやすい材料から製造されることが多く、その場合には、腐食を防ぐ表面処理が施される。しかし、そのような表面処理にも拘わらず、このようなナットを使用すると、腐食が見られることがある。

米国特許出願公開第２００２／０７６２９５号明細書 英国特許出願公開第１４１１１５号明細書

本発明の課題は、製造上有利でかつ耐食性を有する、トルク制限式締着装置を提供することである。

上記の課題は、本発明に係る、独立請求項に記載の特徴をもつトルク制限式締着装置によって解決される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明に係る締着装置は、少なくとも第２の頭部に形成される第２の破断面が、第２の頭部の内部基材の、被覆されていない表面よりも耐食性が高いという特徴を有する。

本発明者らは、公知のトルク制限式ナットに観察される腐食の問題は、２つの頭部の剪断時に所定の破断部に生成される破断面に起因することを見出した。なぜなら、上記の破断面は、締着装置（ナット）を所定の手順に従って使用して（すなわち、境界値を超えるトルクを与え、所定の破断部に破断を生じさせることによって）、初めて露出するため、使用前の準備状態の締着装置に施された表面腐食保護層は機能しない。今日の技術水準の下では、そのような腐食保護層には、２つの頭部の剪断・分離時に亀裂が生じることがある。そのため、破断面が腐食の開始点となり、腐食が、ここから頭部の基材に向かって進行し、時間が経過するにつれて、破断面に隣接し表層部だけを腐食から保護している領域にまで拡大するおそれがある。

本発明においては、破断時に露出する頭部の破断面が、頭部が基材だけからなる場合よりも強い耐食性を発揮するように、破断が生ずる領域に用いられる材料を変更する。すなわち、本発明によれば、破断部に破断面が生じた後でも、頭部の内部基材にまで到達する亀裂が生じない十全な防食機構が得られるよう、破断面は防食の役目を果たす。そこで、本発明の締着装置は、十分な耐食性をもち同時に低コストで製造しうる接合部分を有する。このような効果が生まれるのは、表層部に近い領域の組織が防食性をもつものとなり、かつ頭部の基材を、腐食されやすくても比較的低コストの材料から選択するからである。

換言すれば、本発明の基本的な技術思想は、少なくとも第２の頭部における破断部の破断によって生まれる破断面が、第２の頭部の基材を貫通する破断を仮に生じさせた場合の破断によって生まれる破断面よりも強い耐食性を有するように、前記締着装置を構成する材料を選択することにある。したがって、破断部に生ずる第２の破断面は、第２の頭部の基材のための腐食防止層として働くことになる。

ねじ山を有する第２の頭部は、通常、締着装置による締着が完了した後でも、荷重を支える役割を担うのに対して、第１の頭部は、締着の工程中にのみ用いられ、締着が完了した後には取り去られる。したがって、第２の頭部の耐食性は、通常、長期にわたって重要である。しかし、仮に第１の頭部の耐食性が重要な場合には、第１の頭部に生ずる第１の破断面も、第１の頭部の被覆されていない基材表面よりも高い耐食性をもつようにすることができる。また、締着装置の製造を容易にするという観点からは、便宜上２つの頭部を同一の基材から形成する場合もある。

本発明における基材とは、締着装置の内部、すなわち、締着装置の中核部分に存在する材料と理解してよい。また、基材と別個に表面層を設ける以上、基材の材料と表面層の材料とは互いに異なる。ただし、変形例として、基材の材料と表面層の材料とを同一とすることもできる。

本発明の締着装置および／または頭部は、金属材料、特にスチールから形成することができる。本発明においては、この場合の耐食性について、特にＰＲＥ(Pitting Resistance Equivalent)値を指標とする。このＰＲＥ値は、次式で与えられる：
ＰＲＥ＝Ｃｒの重量％＋３．３×Ｍｏの重量％＋３０×Ｎの重量％
（ここで、Ｃｒの重量％、Ｍｏの重量％、およびＮの重量％は、それぞれ、鉄合金中のクローム、モリブデン、および窒素の含有量を重量パーセントで表したものである）。耐食性が強い破断面は、大きなＰＲＥ値をもっていると考えられる。耐食性を高めるためには、材料にステンレススチールおよび／または亜鉛を用いる。

本発明は、腐食性をもたらす環境下、例えば空気中における上記締着装置の使用にも関係する。ここで、「耐食性」の語は、腐食性の環境下における耐食性を意味する。また、「耐食性」の語には、耐酸性という意味も含まれる。

第２の頭部（および第１の頭部）の耐食性をもつ表面層は、亜鉛層または樹脂層とすることができる。

本発明の好ましい態様によれば、２つの頭部は、少なくとも１つの接合部分を介して互いに接合されており、この接合部分（破断部はこの接合部分に形成される）は、第２の頭部よりも（特に、これに加えて第１の頭部よりも）耐食性が強い材料から形成される。この態様は、破断部の破断面における強い耐食性が、表層領域の変性によってではなく、表層領域の下に位置する基材の組成が局所的に変化することによって実現される場合を含んでいる。この実施形態によれば、接合部分は、第１および／または第２の頭部と異なる材料を用いて形成される。この接合部分は、例えば溶接によって２つの頭部と強固に接合させることができる。このような耐食性を高めるための接合部分は、例えば、ステンレススチールから形成することができる。

本発明の他の実施形態によれば、２つの頭部は、少なくとも１つの補助材を介して材料同士がつながる態様で接合される。この補助材に形成される。この接合が半田付けによって行われるならば、補助材は半田材となる。この実施形態においては、破断部における強い耐食性は、（補助材が覆うことによる）表面効果によって実現される。補助材は、接合のためだけでなく、破断部の破断後、すなわち、両頭部の接合の破断後に、生じた破断面に耐食性を実現する役割を果たす。

接合部分または補助材の強度および/もしくは伸びをその周辺よりも小さくすることによってその部分を破断部とすることもできる。

本発明に係るトルク制限式締着装置が、トルク制限式ナットである場合には、第２の頭部に形成されるねじは、めねじである。一方、トルク制限式締着装置が、トルク制限式ボルトである場合には、第２の頭部に形成されるねじは、おねじである。

前記形状要素は、締着工具のトルクを第１の頭部に伝達する際に、締着工具と一体的に回転方向しうるように、締着工具に合わせた形状とされる。
この形状要素は、第１の頭部の外側または内側に形成される多角形（特に六角形）の要素である。この外、この形状要素は、溝、特に十字形状の溝とすることもできる。

本発明の第１の実施形態に係る、トルク制限式締着装置の、与えるトルクが境界値未満の状態を示す、右半分が側面、左半分が断面を表した図である。 図１のトルク制限式締着装置の、境界値を超えるトルクを与えた後の状態を示す、右半分が側面、左半分が断面を表した図である。 本発明の第２の実施形態に係る、トルク制限式締着装置の、与えるトルクが境界値未満の状態を示す、右半分が側面、左半分が断面を表した図である。 図３のトルク制限式締着装置の、境界値を超えるトルクを与えた後の状態を示す、右半分が側面、左半分が断面を表した図である。

添付図面の全体を通じて、同一の機能を営む要素には、同一の符号を付してある。

本発明の第１の実施形態に係るトルク制限式締着装置（トルク制限式ナットの形態をとっている）を、図１および図２に示す。なお、図１は与えるトルクが境界値未満の状態を、図２は境界値を超えるトルクを与え２つの頭部を分離させた後の状態を示す。

図１と図２に示すナットは、トルクを付与する締着用工具を適用しうるよう、外側が多角形、特に六角形の形状要素３１として形成された第１の頭部を有する。このナットは、さらに、内側にめねじが形成された貫通孔３２が設けられた第２の頭部も有する。なお、第１の頭部１１も、第２の頭部と同様に、第２の頭部の貫通孔３２と共面をなして連通する貫通孔３４を有する。第１の頭部１１の貫通孔３２の内径は、第２の頭部におけるめねじ３３の内径よりも大きい。そのため、第２の頭部１２のめねじ３３に対応するおねじをもつボルトは、第１の頭部１１の貫通孔３４内に、支障なく進入することができる。第１の頭部１１の外側には、径方向に延出した鍔３６が設けられている。この鍔３６は、第１の頭部１１に取り付けられる締着用工具によって第２の頭部１２が傷つくことがないようにするためのものである。

２つの頭部１１，１２の内部基材は、それぞれ、比較的腐食されやすい材料２１および２２（例えば他の元素を含まない炭素鋼）からなる。そこで、所望の耐食性を得るため、それぞれの内部基材は、表面層２３および２４を有している。

図１と図２に示す実施形態においては、２つの頭部１１，１２は、さしあたり、接合部分４０を介して連結されている（図１参照）。すなわち、この接合部分４０は、２つの頭部１１，１２と、例えば溶接または接着されている。また、接合部分４０は、テーパ付けされた破断部４を含んでいる。締着用工具を適用して２つの頭部１１と１２の間に発生するトルクが境界値に到達すると、破断部４は破断し、２つの頭部１１，１２は、互いに分離される（図２参照）。この際、接合部分４０には、破断面１，２が生ずる。このうち、破断面１は第１の頭部１１側に、破断面２は第２の頭部１２側に位置する。

接合部分４０の破断によって破断部４に生ずる破断面１，２は、接合部分４０の基材４１からなっている。この基材４１は、接合部分４０が破断することによって露出する。本発明によれば、接合部分４０の基材４１は、２つの頭部１１，１２の基材２１に比して耐食性をもつ材料からなっている。破断部分４０の基材４１は、例えばステンレススチールである。この基材４１は、強い耐食性を有するため、接合部分４０が破断したときに生ずる破断面１，２は、頭部１１，１２のための腐食防止領域となる。頭部１１，１２は、破断領域以外においては、それぞれの表面層２３，２４によって腐食から保護されるが、破断領域においては表面層２３，２４が存在しないものの、接合部分４０における基材４１の耐食性が高いため、腐食から保護される。

接合部分４０は、第２の頭部１２よりも耐食性が強い基材４１からなるため、接合部分４０に生ずる第２の頭部１２の破断面２は、例えば第２の頭部２２を貫通する仮想の破断９によって発生する破断面よりも耐食性が強い。

図３および図４は、本発明の第２の実施形態に係る締着装置を示す。ここで、図３は与えるトルクが境界値未満の状態を、図４は境界値を超えるトルクを与え２つの頭部を分離させた後の状態を示す。両図に示す締着装置の、図１および図２に示す締着装置との違いは、両頭部と材質の異なる接合部分を設けず、２つの頭部１１，１２が、補助材５０（例えば接着剤や半田）を介して材料同士直接接合されている点にある。破断部４'は、補助材５０に対応する接合位置に形成される。

境界値を越えるトルクが与えられて破断部４'が形成された後でも（図４参照）、補助材５０は、破断面１，２にくっついているため、頭部１１，１２の基材２１，２２は、腐食から保護される。補助材５０は、例えば、亜鉛および／または樹脂とすることができる。

Claims (5)

1. 締着工具を装着しうる形状をもつ少なくとも１つの形状要素（３１）を含む第１の頭部（１１）と、
   少なくとも１つのねじ山（３３）を含む第２の頭部（１２）とを有し、
   これら２つの頭部（１１，１２）は、両頭部（１１，１２）間に境界値を超えるトルクが与えられると、第１の頭部（１１）には第１の破断面（１）が、第２の頭部（１２）には第２の破断面（２）が生まれるように破断する破断部（４）を介して、互いに連結されており、
   これら２つの頭部のうち、少なくとも第２の頭部（１２）は、耐食性の表面層（２４）を有する内部基材（２２）からなるトルク制限式締着装置において、
   前記第２の頭部（１２）に形成される第２の破断面（２）は、第２の頭部（１２）の内部基材（２２）の被覆のない表面よりも耐食性が高くなっていることを特徴とする装置。
2. 前記２つの頭部（１１，１２）は、前記破断部（４）が生ずる接合部分（４０）を介して互いに接合されており、この接合部分（４０）は、第２の頭部（１２）よりも耐食性が強い材料（４１）から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記２つの頭部（１１，１２）は、破断部（４'）を形成する少なくとも１つの補助材（５０）を介して互いに接合されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. トルク制限式ナットとして形成され、第２の頭部（１２）にはめねじ（３３）が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
5. 前記締着工具を装着しうる形状をもつ少なくとも１つの形状要素（３１）は、外側が多角形となっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。

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