JP2014224594A - ゆるみ止めナット - Google Patents

Abstract

【課題】容易に製作することができ、締め付け作業において容易に施工管理ができ、しかも確実にゆるみ止め効果を発揮するゆるみ止めナットを提供する。【解決手段】被締結体４をボルト２及びナット１で締結する際、被締結体４に接する側のナット下部１ａと、被締結体４に接する側と反対側のナット上部１ｂとを備え、ナット下部１ａとナット上部１ｂの境界部にナット１の全周に亘って１条のスリット３が切られており、スリット３は、ナット下部１ａとナット上部１ｂの厚さの寸法比が１：４〜１：２の範囲であり、深さ方向の先端がナット１の全周に亘って内周のネジ部に達していないことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ゆるみ止めナットに関する。

ボルト・ナットのゆるみ止めに関しては多くの技術が開示されている。しかしながら、それぞれの技術には制約や欠点が存在しており、全ての使用条件に適合する決定版は存在しないといってもよい。様々な問題点がある中で、ボルトとナットのメーカーが異なり、ゆるみ止めに関する共通の設計思想に基づいてボルト、ナットの両方が制作されていない、という点は大きな問題である。また、実際に使用される条件に合わせたゆるみ止め対策が、対策品とされるボルト、ナットに施されているとは言えない。

すなわち、屋外の風雨にさらされる環境で使用されるボルト、ナットに使用されるゆるみ止め対策品が、現場と異なる環境の試験室内で試験されたデータに基づいて製作されており、現場での耐久性に問題が生じることがある。また、現場での締結作業の施工容易性、熟練度といった問題により、設計段階で想定しているゆるみ止め性能が発揮できないという問題もある。

（ナットのゆるみについて）
ネジ締結体は、締め付けによってボルトに生じる引張り応力である軸力と被締結体に生じる圧縮応力により一体化している。しかし、機械の稼働や環境条件の変化等により、軸力が低下することがあり、一般にはこれをネジのゆるみという。
このネジのゆるみは原因によって大きく２種類に分類される。１つは「ナットの戻り回転によらないゆるみ」であり、もう１つは「ナットの戻り回転によるゆるみ」である。

「ナットの戻り回転によらないゆるみ」は原因によりさらにいくつかの種類に分けられる。ネジ締結体であるボルト・ナットと、被締結体である板材等の材料の接触部に、締結後の時間経過や外力により微小な塑性変形が生じて「へたる」ことでゆるむ「初期ゆるみ」や、接触部の面圧が高すぎることで接触部表面が塑性変形する「陥没ゆるみ」、ボルト自体に塑性伸びが生じて軸力が低下する「過大外力によるゆるみ」、被締結体との膨張係数の違いにより、高温条件でボルトが伸びて軸力が低下する「熱的原因によるゆるみ」等がある。

「ナットの戻り回転によるゆるみ」も原因によりさらにいくつかの種類に分けられ、「軸回り方向の繰返し外力によるゆるみ」、「軸直角方向の繰返し外力によるゆるみ」、「軸方向の繰返し外力によるゆるみ」に分けられる。

「ナットの戻り回転によるゆるみ」については、いまだにその機構が完全に解明されているわけではない。そのため、対策も不適切であったり、不十分であったりすることが多く、しばしば事故につながっている。

（トルク管理について）
現場には数多くのボルト・ナットによる締結部があるため、ネジの締付け管理を行う必要がある。代表的なネジの締付け管理方法としてトルク法があり、一般的にこのトルク法締付け管理が最も簡便な方法として普及している。
しかしながら、締め付け程度を実際に測ることは非常に困難である。したがって、現在は、軸力管理の代用管理としてトルク管理が実行されているが、ややもすると過剰に締め付けられ、ボルト・ナットの許容を超えて締め付けられている場合も多々見受けられる。これはトルク管理の特性を理解していないからに他ならない。しかしながら、トルク管理の特性を理解することは非常に困難である。

トルク管理は、自動車工業界、メーカー等においては、試験等により確立されているものと思われるが、屋外での締め付け施工にこのトルク管理を適用することは、環境、自然状況、個人差、ボルト・ナットの特性等を無視しての管理といえる。トルクレンチを使用して締め付けているとはいえ、管理しているとは言い難い。

つまり、このトルクレンチを使用する管理方法は、締付け管理方法として比較的簡便ではあるが、その評価はあくまで研究室における実験値との比較で行われるため、現場での締め付け施工に適用する場合は、締付け施工条件の研究室との相違等を考慮する必要があり、そうしなければ必ずしも満足できるものとは言えないのである。現状では、どのような施工条件でも、どのような作業者でも容易に行える管理方法であるとは到底言えない。

（ゆるみ止めナットについて）
ゆるみ止めナットとしては従来から種々の方式が知られている。２つの部品からなり、ゆるみ止めを実現する方式もある。また、ナットとボルトのネジ部の隙間（バックラッシ）を特別の部品で埋めたり、流体を流し込んで埋めたりする方式もある。また、１つのナットのみでゆるみ止めを実現させる方式としてはフリクションリングを用いる方式や、特許文献１、特許文献２のようにナットにスリットを設ける方式がある。

特開２００１−２７１８２０号公報 特開２００２−３９１４３号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２の方式はゆるみ止めの原理として、ナットにスリットを設けることにより、ナットのネジ部を撓ませて、ナットのネジ部がボルトのネジ部とより強固に接触するようにしてボルトの軸力を高めるという方式を採用している。このため、過大な衝撃的な外力が締結部に加わった場合にボルト、ナットのネジ接触面が降伏してゆるみが生じるという問題がある。

「ナットの戻り回転によるゆるみ」については、いまだにその機構が完全に解明されているわけではない。そのため、対策も不適切であったり、不十分であったりすることが多く、しばしば事故につながっている。

ボルト・ナットの締結体では、被締結体に近い、第一ネジ山部に大きな力がかかるため、ネジ山部での破損が生じる危険性がある。

回転によるゆるみを引き起こす外力としては、「軸回り方向」、「軸直角方向」、「軸方向」の３種類があるが、実際のゆるみはこれらが複合的に作用することで生じており、試験によってこの複雑な挙動を再現することは困難である。このため、ゆるみの評価は比較試験の域を出ていないのが現状で、ゆるみ止め対策用装置の研究開発も多くあるが、現場の要求を十分に満足させるものは少ないといえる。

本発明は上記の従来の問題点に鑑み、既存のナットにスリットを設けることで容易に製作することができ、締め付け作業において容易に施工管理ができ、しかも確実に上記「ナットの戻り回転によるゆるみ」を防止する効果を発揮するゆるみ止めナットを提供することを課題とする。

ダブルナットによるゆるみ止めは従来から知られているが、施工上の問題から確実性に不安があり、ゆるみ止めナットの方式としてあまり利用されていない。しかしながら、ダブルナットについては施工を厳密に行うことにより、確実にゆるみ止め効果を得られることが実証されている。本発明のゆるみ止めナットは、基本的にダブルナット構造の上記利点に着目したもので、ナットにスリットを設けることにより、１個のナットでダブルナット構造を実現させた方式といえる。すなわち、従来のダブルナット構造における上部ナット及び下部ナットを連結することにより、ダブルナット構造の不確実性が払拭されている。そのためナット上部とナット下部との間に設けられるスリットの幅は極力小さくする構造とする。

ナットにスリットを入れて締め付けることにより、ナットの上部・下部の、ナット自体のネジ山ピッチに変化を与え、ゆるみ止め機能を発揮させる方式である。
ナット下部及びナット上部を後述する方法でお互いをさらに密着させる方向に締め付けることにより、ネジ山に平均的に応力が分散され、スリットによる強度低下をカバーして外力に対する強度が増すと考えられる。また、スリットの上下に設けられたマークにより、確実に締め付けられていることが確認できる。本発明の方式はボルトのネジ山への接触力を増大させるものではなく、締め付けによりナット自体が変化する方式であるため、アンカーボルト等には特に有意義である。

ダブルナット方式の締め付け方法と同様の締め付け方式が用いられることで、
ボルトのネジ部に過大な軸力を掛けずにゆるみ止め効果が得られる。

被締結体付近までは普通ナットと同様に手で回すことができるため、プリベリング型ナット等の既製のゆるみ止めナットよりも施工性がよい。

ボルト・ナットに掛かる力が分散されるため、ネジ山部での破損が少なくなる。
また、従来のプリべリング型ゆるみ止めナット等では、締め付け施工においてボルトの不完全ネジ部を避け、また、プリべリング効果を保つために、ナット上部に３山（ボルト・ナットの３ピッチ相当）程度の余長を必要とするが、本発明のナットでは応力分散が想定されること、ゆるみ止め効果を発揮する部位がナット中部（スリット部）にあることから、余長を少なくできる。

スリットを挟んで上下に設けられたマークを見ながら締め付け作業を行うことができるため、作業に熟練を要さず、トルクレンチを使用したトルク管理も不要となる。これにより、作業者による個人差や、締め付け作業ごとの個体差の発生が防止できる。

構造が簡単であり、従来の市販ナットにスリットを設けるだけで製作できるため設備投資が少なくて済み、安価に製作できる。

本発明の第１の実施形態を示すゆるみ止めナットの説明図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の第２の実施形態を示すゆるみ止めナットの説明図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の第１の実施形態におけるゆるみ止めナットの締結部の断面図であり、ネジ部の応力状態を示す。 従来のナットの締結部の断面図であり、ネジ部の応力状態を示す。 従来のダブルナット方式によるゆるみ止めを示す断面図である。

図１は本発明の第１の実施形態を示すゆるみ止めナットの断面図であり、図２は本発明の第２の実施形態を示すゆるみ止めナットの断面図である。

まず、各実施形態のナットの構成について説明する。
図１に示すように、第１の実施形態のゆるみ止めナットは、被締結体４，４’をボルト２及びナット１で締結する際、被締結体４に接する側のナット下部１ａと、被締結体４に接する側と反対側のナット上部１ｂとを備え、ナット下部１ａとナット上部１ｂの境界部にナット１の全周に亘って１条のスリット３が切られている。

第２の実施形態ではスリット３の下部には、ナット１’の外周面に連続して鍔部１ｃが設けられており、鍔部１ｃの外周は六角形となっている。
スリット３は図１、図２に示すように、いずれの実施形態においても、その深さ方向の先端部はナット１の内周に切られたネジ部に達していない。ただし、必ずしもこの条件が満たされていなくても差し支えない。すなわち、スリット３の深さ方向の先端部の内、ある部分はナット１のネジ部まで達してナット１の内周の一部に開口部を形成してもよい。

逆に言えば、スリット３の深さ方向の先端部の内、ナット１のネジ部まで達していない部分があることが必要とされる。これは、ナット１がスリット３によって下部１ａと上部１ｂとに分断されてしまわないために当然のことではあるが、後述するナット１の締め付け作業において、第１段階の締め付け時まではナット１の下部１ａと上部１ｂとは一体物として締め付け前の状態を保っていなければならない。

スリット３はナット下部１ａとナット上部１ｂの厚さ寸法の比が１：４〜１：２の範囲内であることが望ましい。つまり、スリット３はナット１の下部近傍に設置されることが望ましい。なぜなら、図４に示すように、スリット３の無い通常のナットの場合、ナットの最下部端面からネジ１ピッチ程度上部に応力が集中するネジ面があり、スリット３には後述するナット下部１ａとナット上部１ｂの締め込みにより、その部分の応力集中を分散させる効果が期待されているからである。

スリット３の幅方向の寸法はできるだけ小さいことが望ましい。これにはスリット３の加工技術の問題も関係するが、レーザーによる加工等によってより幅寸法の小さいスリット３とすることが望ましい。

図１に示すように、スリット３を挟んで対峙するナット１の下部１ａと上部１ｂの縁には、ナット１の軸と平行な線上に刻印、あるいは印刷により各々マークＰ、Ｑが付されている。また、図２に示すように、ナット１’の鍔部１ｃと上部１ｂ’の縁には各々マークＰ’、Ｑ’が付されている。これらのマークは締め込み施工の目安としての役割を持つ。すなわち、スリットを挟んで上下に設けられたマークＰ及びＱを規定量ずらすようにナット下部１ａ及びナット上部１ｂを締め込むことで、所定のゆるみ止め効果が常に得られ、作業者による個人差や、締め付け作業ごとの個体差の発生が防止できる。

次に、本実施形態のナットの締め込み方法について説明する。図３に示すように、まず、ナット１の下部１ａの底面が被締結体４上の座金５に接するまでナット１を締め込む。次に、スパナ（不図示）をナット上部１ｂに掛けてナット上部１ｂをさらに締め込んで、ナット上部１ｂの下面がナット下部１ａの上面に密着するまで、すなわちスリット３の幅がゼロとなるまで締め込む。

上記の締め込みによりゆるみ止め効果が生じるメカニズムは、ダブルナットによるゆるみ止めのメカニズムと同様である。図５はボルト３０とダブルナット１０、２０で被締結体４０、５０を締結する際に、ダブルナット１０、２０が密着して、矢印の方向にお互いに押し付けあう力が発生している状態を示すものである。このような状態においてダブルナット１０、２０はお互いの接触面近傍のねじピッチが小さくなるように変形し、他の部分のねじピッチとの間に差異が生じるため、ダブルナット１０、２０が一体ものとして回転できなくなってゆるみ止め効果を生じる。

上記ダブルナットの場合と同じように、本実施形態の場合も、図３において上記締め込みにより、ナット上部１ｂの下面とナット下部１ａの上面とが密着し、ナット上部１ｂとナット下部１ａがお互いに押し付けあう力を生じている。この際、ナット上部１ｂの下面とナット下部１ａの上面の近傍では、上記図５の場合と同様にねじピッチに変化が生じ、一体物であるナット１は回転することが不能となり、ナット１はゆるみ止めナットとしての機能を発揮する。

また、上述の締め込みにより、ナット１のネジ部には図３に示すような応力分布が生じると考えられる。これは図４に示す従来のナットにおける締め付け時の応力分布と比較して分散した形である。ナット上部１ｂの下面とナット下部１ａの上面が密着して互いに押し付けあうことにより、従来、図４に示すナット１の最下部のネジ山に集中していた応力がナット上部１ｂの下部の第一ネジ山部とナット下部１ａの上部の第一ネジ山部に分散するためである。これにより、ネジ山部での破損は少なくなるものと考えられる。

本実施形態のゆるみ止めナットでは、締め付けによりネジ山が変形するとともに、残肉部３ａが塑性変形ないし破断することから、再利用は考えていない。

締結施工の現場においては、取り付けたナットを取り外しすることはあるものの、取り付けたまま使用し続けるという使用方法がとられることが多い。したがって、本実施形態のゆるみ止めナットは、取り付けた状態で使用され続け、外すことが稀な部位での使用に適している。

１、１’ ナット
１ａ ナット下部
１ｃ 鍔部
１ｂ、１ｂ’ ナット上部
２、３０ ボルト
３ スリット
３ａ 残肉部
４、４’、４０、５０ 被締結体
５ 座金
１０、２０ ナット
Ｐ、Ｑ、Ｐ’、Ｑ’ マーク

Claims (6)

1. ボルトにねじ込まれることで被締結体を固定するためのナットであって、
   上記被締結体を上記ボルト及びナットで締結する際、上記被締結体に接する側のナット下部と、
   上記被締結体に接する側と反対側のナット上部とを備え、
   上記ナット下部と上記ナット上部の境界部に上記ナットの全周に亘って１条のスリットが切られている
   ことを特徴とするすべり止めナット。
2. 上記スリットは上記ナット下部と上記ナット上部の寸法比が、上記ナットの厚さ方向において１：４〜１：２の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のすべり止めナット。
3. 上記スリットは深さ方向の先端が上記ナットの全周に亘って内周のネジ部に達しないことを特徴とする、請求項１または２に記載のすべり止めナット。
4. 上記スリットは深さ方向の先端が上記ナットの内周のネジ部に達しない部分を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のすべり止めナット。
5. 上記ナット下部の最下部の外周に連続して、外周部が多角形の鍔部を有することを特徴とする、請求項１〜４に記載のすべり止めナット。
6. 上記ナット及び上記鍔部の外周形状は六角形であることを特徴とする、請求項５に記載のすべり止めナット。

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