JP2016136050A - 締結具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】メートル並目ねじよりもピッチの大きなボルト(1)と、ボルトに螺合されて被締結部材(M)を締め付けるナット(2)と、ボルトの頭部(12)又はナットと被締結部材との間に挿入され、弾性変形自在な座金(3)と、を備える締結具(10)であって、座金は、複数の平面(31a,31b)からなる表面部(31)と、表面部の各平面に対して平行な平面(32a,32b)を有する裏面部(32)と、を有する。
【選択図】図1
Description
また、ボルトとナットによる締結を補強するため、ボルトとナットの間に座金が挿入されることが多い。ここで、座金の表面を滑らかな曲面となるように湾曲形成することで、締結時に座金を弾性変形させて座金の復元力を利用してボルトとナットの緩みを防止することができるような座金も知られている(例えば、特許文献3,4参照)。
<締結具の構成>
図1は、締結具の各構成要素を示す図であり、(a)はボルトの正面図、(b)は座金の正面図、(c)は座金の平面図、(d)はナットの正面図である。
図1に示すように、締結具10は、ボルト1と、ナット2と、座金3と、を備えている。
ボルト1は、六角ボルトであり、ねじ部11がメートル並目ねじのピッチに対して2倍程度のピッチを有する、いわゆる倍ピッチボルトである。例えば、ボルト1がM16の規格に対応したものの場合、メートル並目ねじのピッチが2mmであるのに対して、ボルト1は、4.5mmのピッチを有している。ボルト1のねじ山の尖り角は、90°である。
ボルト1の頭部12は、メートル並目ねじの規格と同じ大きさに形成されており、ボルト1の頭部12の底面には、円板状のフランジ13が一体に接合されている。
ナット2は、六角ナットであり、倍ピッチボルトであるボルト1に螺合するように形成された倍ピッチナットである。ナット2は、メートル並目ねじのピッチに対して2倍程度のピッチを有している。例えば、ナット2がM16の規格に対応したものの場合、メートル並目ねじのピッチが2mmであるのに対して、ナット2は、4.5mmのピッチを有している。ナット2のねじ山の尖り角は、90°である。ナット2のねじ以外の部分は、メートル並目ねじの規格と同じ大きさに形成されている。
座金3は、ボルト1の頭部12と被締結部材M(図2,図3参照)、又は、ナット2と被締結部材Mとの間に挿入されるものである。座金3は、平面視円環状の平座金を屈曲形成したものであり、例えば、ナット2よりも軟らかい材料、例えば、鋼材(SS400)から形成されている。座金3は、外力の付加により、正面視で屈曲状態(V字状)から平板状態に弾性変形する。座金3は、環状の平座金の中心を通る一つの中心線Cに沿って屈曲形成されており、正面視した際に一つの中心線Cを通る軸線Xに対して線対称となるようにV字状に形成されている。
ここで、座金3は、裏面部32の屈曲部34と、座金3における屈曲部34から最も遠い外縁部35までの軸線Xの延在方向に沿った距離が、例えば、2.5mmとなるように屈曲されている。
平面31aと平面32aは平行に延在しており、平面31bと平面32bは平行に延在している。
座金3は、ナット2の締め付けにより、ボルト1の頭部12と被締結部材M、又は、ナット2と被締結部材Mとの間に挟まれて、表面部31及び裏面部32が互いに平行な一つの平面となるように弾性変形する。そして、ナット2を緩めることにより、座金3自身の復元力により、元の屈曲された形状に復元する。
ナット2をボルト1に螺合させて徐々に締め付けていくと、ナット2の締付面が座金3の裏面部32を押圧し、座金3は被締結部材Mとナット2の締付面に挟まれて、屈曲された状態から平板状に弾性変形していく。
そして、図3に示すように、最終的に座金3が平板状に弾性変形した状態で締結が完了し、座金3の元の形態に戻ろうとする復元力によってナット2のボルト1への締結力を強化することになる。
なお、ボルト1及びナット2は、メートル並目ねじのピッチに対して2倍程度のピッチを有する倍ピッチボルト及び倍ピッチナットであることから、ナット2の一回転あたりのボルト1の軸線方向への移動量が大きくなり、ナット2の一回転あたりの座金3に作用する押圧力も大きなものとなる。したがって、通常のボルト及びナットと比較して、座金3の弾性変形と、座金3への凹部Rの形成とが容易なものとなる。
上記の構成を有する締結具10に振動等が加わったときの緩みの有無を評価する緩み試験を行った。緩み試験は、米国航空機規格NA3350に基づき、NAS式高速ねじ緩み試験機を用いて、軸直角振動衝撃試験を行った。
試験体としての座金3は、座金3における屈曲部34から最も遠い外縁部35までの軸線方向に沿った距離が2.5mmとなるように屈曲されたものを用いた。なお、上記の距離が2.5mm未満に屈曲された座金3でも座金3としての機能は果たしているが、目視により締結が完了しているか否かの判断を目視で行うことが困難であるため、座金3としては、上記の距離が2.5mm以上に屈曲されたものを用いることが、目視確認のしやすさ、座金3の復元力が大きくなることから好ましい。
試験方法は、図5に示すように、加振台90上に設けた振動バレル91に座金3をボルト92及びナット93で締結した。試験用の座金3は、振動バレル91とナット93との間に挟み込み、平板状になるまでナット93で締め付けた状態で試験を行った。
試験条件は、振動数が1780cpm、加振台90の加振ストロークが11mm(±5.5mm)、インパクトストロークが19mm、加振台90の振動加速度が19.5Gで、17分間加振(約30000サイクル)を続けた。その結果、このような条件下においても、ボルト92及びナット93が緩まないことが確認できた。
以上のような構成を有する締結具10によれば、ボルト1として倍ピッチボルト、ナット2として倍ピッチナットを用いることにより、被締結部材Mを締結する際のナット2の回転数を大幅に減らすことができるので、ボルト1及びナット2の締結にかかる作業時間を大幅に短縮することができ、施工効率を向上することができる。
また、弾性変形自在な座金3は、表面部31が2つの平面31a,31bからなり、裏面部32が2つの平面32a,32bからなるため、ボルト1及びナット2で締結した際に、屈曲部33が表面部31と面一になり、屈曲部34が裏面部32と面一になる。その結果、表面部31及び裏面部32が互いに平行な一つの平面となる。これにより、座金3の表面部31及び裏面部32の面全体を被締結部材M又はナット2に面接触させることができるので、摩擦力が大きくなり、締結力を大きくすることができる。また、座金3は弾性変形した状態のままナット2によって締結されるので、座金3の復元力が座金3及び被締結部材Mに作用するので、締結力を大きくすることができる。
また、突出している裏面部32がナット2に対向しているため、締め付けていくナット2の力を座金3に直接加えることができる。
また、座金3はナット2よりも軟らかい金属材料から形成されているので、ナット2を締め付けた際の座金3の復元力により、座金3の一方の面(裏面部32)には、ナット2が食い込み、ナット2の締付面形状の凹部Rが形成される。これにより、締結力を大きくすることができる。
また、座金3は、ナット2によって締め付けられる前はV字状に屈曲された形状であり、締め付けた後に平板状に弾性変形するので、作業者は、座金3の形状を目視確認することにより、その締結具10が締結されているか否かを判断することができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、座金の構成であるため、以下では座金の構成のみについて説明する。
図6は、締結具の座金を示す図であり、(a)は座金の正面図、(b)は座金の平面図である。
図6に示すように、座金4は、平面視円環状の平座金を屈曲形成したものであり、例えば、ナット2よりも軟らかい材料、例えば、鋼材(SS400)から形成されている。座金4は、外力の付加により、正面視で屈曲状態から平板状態に弾性変形する。座金4は、環状の平座金の中心を通る一つの中心線Cに沿った第1の屈曲部43aと、中心線Cに平行な直線L1に沿った第2の屈曲部43bと、中心線Cを挟んで直線L1に平行な直線L2に沿った第3の屈曲部43cとを有している。したがって、座金4の表面部41及び裏面部42は、それぞれ4つの平面からなる。座金4は、正面視した際に一つの中心線Cを通る軸線Xに対して線対称となるように形成されている。
平面41aと平面42aは平行に延在しており、平面41bと平面42bは平行に延在している。平面41cと平面42cは平行に延在しており、平面41dと平面42dは平行に延在している。
座金4は、使用の際に、裏面部42の屈曲部44a、44b、44cがナット2側となるように、ボルト1に挿通される。
座金4は、ナット2の締め付けにより、ボルト1の頭部12と被締結部材M、又は、ナット2と被締結部材Mとの間に挟まれて、表面部41及び裏面部42が互いに平行な一つの平面となるように弾性変形する。そして、ナット2を緩めることにより、座金4自身の復元力により、元の屈曲された形状に復元する。
このように、第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、座金の構成であるため、以下では座金の構成のみについて説明する。
図7は、締結具の座金を示す図であり、(a)は座金の正面図、(b)は座金の平面図である。
図7に示すように、座金5は、平面視円環状の平座金を屈曲形成したものであり、例えば、ナット2よりも軟らかい材料、例えば、鋼材(SS400)から形成されている。座金5は、外力の付加により、正面視で屈曲状態から平板状態に弾性変形する。座金5は、環状の平座金の中心を通る一つの中心線Cに沿った第1の屈曲部53aと、中心線Cに平行な直線L1に沿った第2の屈曲部53bと、中心線Cを挟んで直線L1に平行な直線L2に沿った第3の屈曲部53cとを有している。したがって、座金5の表面部51及び裏面部52は、それぞれ4つの平面からなる。座金5は、正面視した際に一つの中心線Cを通る軸線Xに対して線対称となるように形成されている。
平面51aと平面52aは平行に延在しており、平面51bと平面52bは平行に延在している。平面51cと平面52cは平行に延在しており、平面51dと平面52dは平行に延在している。
座金5は、使用の際に、裏面部52の屈曲部54a、54b、54cがナット2側となるように、ボルト1に挿通される。
座金5は、ナット2の締め付けにより、ボルト1の頭部12と被締結部材M、又は、ナット2と被締結部材Mとの間に挟まれて、表面部51及び裏面部52が互いに平行な一つの平面となるように弾性変形する。そして、ナット2を緩めることにより、座金5自身の復元力により、元の屈曲された形状に復元する。
このように、第3の実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。第4の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、座金の構成であるため、以下では座金の構成のみについて説明する。
図8は、締結具の座金を示す図であり、(a)は座金の正面図、(b)は座金の平面図である。
図8に示すように、座金6は、平面視円環状の平座金を屈曲形成したものであり、例えば、ナット2よりも軟らかい材料、例えば、鋼材(SS400)から形成されている。座金6は、外力の付加により、正面視で屈曲状態から平板状態に弾性変形する。座金6は、環状の平座金の中心を通る一つの中心線Cに平行な直線L1に沿った第1の屈曲部63aと、中心線Cを挟んで直線L1に平行な直線L2に沿った第2の屈曲部63bとを有している。したがって、座金6の表面部61及び裏面部62は、それぞれ3つの平面からなる。座金6は、正面視した際に一つの中心線Cを通る軸線Xに対して線対称となるように形成されている。
座金6の裏面部62は、直線L1に平行な第1の屈曲部64aを境として、2つの平面62a,62bを有している。裏面部62は、直線L2に平行な第2の屈曲部64bを境として、2つの平面62a,62cを有している。
平面61aと平面62aは平行に延在しており、平面61bと平面62bは平行に延在している。平面61cと平面62cは平行に延在している。
座金6は、使用の際に、表面部61がナット2側となるように、ボルト1に挿通される。
座金6は、ナット2の締め付けにより、ボルト1の頭部12と被締結部材M、又は、ナット2と被締結部材Mとの間に挟まれて、表面部61及び裏面部62が互いに平行な一つの平面となるように弾性変形する。そして、ナット2を緩めることにより、座金6自身の復元力により、元の屈曲された形状に復元する。
このように、第4の実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、本発明の範囲を超えない範囲で適宜変更が可能である。例えば、ボルトへの座金の取り付けは、突出している面をナット側ではなく、ボルト側に向けて配置してもよい。
また、各実施形態において、屈曲部を境に隣接する平面がなす角度は任意であって、屈曲部の数等に応じて自由に設計変更が可能である。
また、座金は平面視円環状のものに限らず、図9に示すように、座金3Aを正方形状に形成し、その中心を通る中心線に沿った屈曲部33aを形成してもよい。また、図10に示すように、座金3Bを菱形状に形成し、その中心を通る中心線に沿った屈曲部33bを形成してもよい。他にも、座金は、平面視四角形の環状に限らず、五角形等の平面視多角形の環状に形成されていてもよい。
2 ナット
3、3A、3B、4、5、6 座金
10 締結具
31、41、51、61 表面部
31a、31b、41a、41b、51a、51b、61a、61b 平面
32、42、52、62 裏面部
32a、32b、42a、42b、52a、52b、62a、62b 平面
33 屈曲部
34 屈曲部
43a、44a、53a、54a、63a、64a 第1の屈曲部
43b、44b、53b、54b、63b、64b 第2の屈曲部
43c、53c 第3の屈曲部
C 中心線
L1、L2 中心線に平行な直線
L3、L4 軸線に平行な直線
R 凹部
X 軸線
Claims (12)
- メートル並目ねじよりもピッチの大きなボルトと、前記ボルトに螺合されて被締結部材を締め付けるナットと、前記ボルトの頭部又は前記ナットと前記被締結部材との間に挿入され、弾性変形自在な座金と、を備える締結具であって、
前記座金は、複数の平面からなる表面部と、前記表面部の各平面に対して平行な平面を有する裏面部と、を有することを特徴とする締結具。 - 前記表面部は、一つの中心線に沿った屈曲部を境に2つの平面からなることを特徴とする請求項1に記載の締結具。
- 前記表面部は、一つの中心線に沿った第1の屈曲部と、前記中心線に平行な直線に沿った第2の屈曲部と、前記中心線を挟んで前記直線に平行な直線に沿った第3の屈曲部と、を境に4つの平面からなることを特徴とする請求項1に記載の締結具。
- 前記第1の屈曲部と前記第2の屈曲部とに挟まれた平面と、前記第3の屈曲部を境とする2つの平面のうち、前記第1の屈曲部に対して遠い方の平面とが平行であり、
前記第1の屈曲部と前記第3の屈曲部とに挟まれた平面と、前記第2の屈曲部を境とする2つの平面のうち、前記第1の屈曲部に対して遠い方の平面とが平行であることを特徴とする請求項3に記載の締結具。 - 前記第2の屈曲部を境とする2つの平面のうち、前記第1の屈曲部に対して遠い方の平面と、前記第3の屈曲部を境とする2つの平面のうち、前記第1の屈曲部に対して遠い方の平面とが同一平面上にあることを特徴とする請求項3に記載の締結具。
- 前記表面部は、一つの中心線に平行な直線に沿った第1の屈曲部と、前記中心線を挟んで前記直線に平行な直線に沿った第2の屈曲部と、を境に3つの平面からなることを特徴とする請求項1に記載の締結具。
- 前記座金は、正面視において一つの中心線を通る軸線に対して線対称に形成されていることを特徴とする請求項1から6までのいずれか一項に記載の締結具。
- 前記座金は、使用時に、前記表面部と前記裏面部のうち、突出している方の面部が前記ナット側にあることを特徴とする請求項1から7までのいずれか一項に記載の締結具。
- 前記座金は、前記ナットの締め付けにより、前記表面部及び前記裏面部が互いに平行な一つの平面となるように弾性変形することを特徴とする請求項1から8までのいずれか一項に記載の締結具。
- 前記座金は、前記ナットよりも軟らかい材料から形成されていることを特徴とする請求項1から9までのいずれか一項に記載の締結具。
- 前記座金は、平面視円環状に形成されていることを特徴とする1から10までのいずれか一項に記載の締結具。
- 前記座金は、平面視多角形の環状に形成されていることを特徴とする1から10までのいずれか一項に記載の締結具。
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