JP2018151053A

JP2018151053A - 緩まないロックナット

Info

Publication number: JP2018151053A
Application number: JP2017069009A
Authority: JP
Inventors: 忠井上; Tadashi Inoue
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2037-03-14
Also published as: JP6260843B1

Abstract

【課題】ボルトのねじ山とナットのねじ孔とを強制的に密接させ、緩み止め効果の高いロックナットの構造を提供する。【解決手段】フランジ付きナットの上端部から下端部に向かってねじ孔８の中心軸から放射状に複数の縦スリット７を入れ、ナットの底面２ｃにはボルトのねじ軸との螺着によって、被締結部材６からナットの底面の外周部２ｂに押圧力を受けてナットの底面２ｃが変形するように、ナット底面の中心軸周辺部分に空隙部を有する。上記形状のナットをボルトに締付けると、ナット上端部のねじ孔８がねじ孔の中心軸に向けて縮径変形し、ボルトとねじ孔の面に強力な摩擦抵抗力を生む。更に、ナット上端部にねじ孔の中心を軸とする円筒状突出部４を成形し、ロックリング３を嵌入させることで、ボルトに嵌合したナット上部のねじ孔部が元の形状に広がらなくなることで、長期的な緩み止め効果を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、各種の機械装置や建築物、自動車および車両等の振動を伴う機器に於いて、各部材をボルトまたは植え込みボルトを用いて固定するための締結用ナットであり、且つ緩みを防止する機能を有するロックナットに関するものである。

従来、数々の機械装置や車両等に使用される締結用のボルトとナットは、機械装置自体から発生する振動、または外部からの力や振動によって次第に緩む場合がある。このようなナットの緩みを防止する手段としては、次のように種々のものが提案されている。例えば、バネ座金や歯付き座金（不図示）を用いる手段がある。バネ座金は、弾性力を有する平座金の一部を切断し、その切断部分を相反する方向へやや曲成形したもので、ナットと被締結部材との間に常に突っ張った反発力を生じさせ、ナットが緩むことを防止するものである。

また、本願発明に関連する公知技術として次の特許文献を挙げることができる。

特開平１１−３１５８２０号公報

上記に述べたバネ座金は、締結した直後は緩み止め効果を期待することができるが、長期間使用しているとバネの弾性力が弱くなり緩み止め効果が低下することがある。また、歯付き座金は小さな機械装置、あるいは被締結部材が金属に比較して柔らかい材質のものには緩み止め効果が期待できるが、車両や大型の機械装置など加重が掛るものについては、緩み止め効果をあまり期待することはできない。

尚、緩み止め効果のあるダブルナットについては、一つの締付け箇所に対して、締結用ナットと緩み止めナットの２つのナットを締付ける必要があり、作業時間が２倍掛かり、またそれぞれのナットの締付けトルクの管理も難しい。

本発明は、上記の問題に鑑みて創案されたロックナットであり、ボルトまたは植え込みボルトに本ロックナットを締付けた場合、ナットの締付けトルクに比例してナット上端部のねじ孔の周囲がボルトのねじ山部を強制的に締付け、その摩擦抵抗力によりボルトとナット間での緩み止め効果を発生させ、その後にロックリングを嵌めることにより、長期間緩み止め効果を持続させることである。

本発明に係るロックナットは、ロックナットの上端部から下端部に向かってねじ孔の中心軸から放射状に複数の縦スリットを入れ、且つロックナットの座面はフランジ付きナットのように外周寸法を拡張させる。また、ロックナットの底面はボルトのねじ軸との螺着によって、被締結部材からロックナットの底面の外周部に押圧力を受けてロックナットの座面が変形するように、ロックナット底面の中心軸の周辺部分に空隙部を有する逆すり鉢の形状を形成する。そして、ロックナット締付け後の緩み防止のため、ロックナットの上端部には円筒状突出部とロックリング支持部を設け、そこにロックリングを嵌入する。また、ロックリングがロックナットの円筒状突出部から簡単に外れないように、円筒状突出部のロックリング支持部の周囲の淵にツバ状の突起を設ける。

上記の構成より本発明のロックナットはボルトに締付けることで、被締結部材からの押圧力を受けてボルトとロックナットが密接に嵌合し、一体となることで緩みに強いナットを提供する。更に、ロックナット上端部にロックリングを嵌入することで、長期的な緩み止め効果を有する。尚、ロックリングはロックナットの締付けが完了していないと嵌入ができないため、ロックナットの締め忘れ防止としての機能も果たす。

また、本発明のロックナットは取付けが容易で作業性が良く、部品点数も少なく材料コストが比較的安く製造できる。

本発明の第１の実施の形態に係るロックナットとロックリングの外観斜視図である。図１のロックナットとロックリングの平面図及び中央部のＡ−Ａ線断面図である。（ａ）は図１のロックナットとロックリング及びボルトの実施の形態を示し、ロックナットが被締結材を挟んでボルトに締付け固定される寸前の図２の中央部のＢ−Ｂ線断面図である。（ｂ）は（ａ）の状態から更にロックナットを規定トルクにて締付けを終了した後、ロックナットにロックリングを嵌入させた時の図２の中央部のＢ−Ｂ線断面図である。図１のロックナットのロックリングなしの基本仕様の形態を示した外観斜視図である。図４のロックナットの塗装を施した状態を示した外観斜視図である。図１のロックナットのねじ孔がボルトのねじ山に及ぼす摩擦抵抗力を増強させるための形態を示した正面図である。図１のロックナットの緩み止め強化対策、及び外部揺動力に対するロックナットまたはロックリングの強化対策を示した、図２の平面図を基準とした中央部のＢ−Ｂ線断面図である。図１のロックナットの外観の体裁改善と人為的ないたずら防止機能を有した、カバー付仕様の形態を示したロックリングの外観斜視図である。図１のロックリングの繰り返し嵌脱可能な形態を示した外観斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１、図２に示すようにロックナット１は、ロックナットの上端部から下端部の底面に向けてロックナットの高さの約６〜８割位の深さまで、ねじ孔８の中心軸から放射状に複数の縦スリット７を設ける。縦スリット７が入る外周側面の場所は、レンチ（またはスパナ）がロックナットに接するナット締付け工具装着面１ａのほぼ中央が最適であり、縦スリットの数は２つ以上が好ましい。また、ロックナット１の座面にはナット部の外径（ナット締付け工具装着部１ａの外径）より大きいフランジ２を有する。フランジ２の底面２ｃの形状は底面中心から少し上がったねじ孔８の中心点を仮想上の頂点とし、ロックナット１の座面の底の外周部２ｂを円錐形の外周の辺に対応した逆すり鉢型の形状を有する。

上記ロックナット１の逆すり鉢型の底面２ｃが図３の被締結部材６の表面と成す角度２ｄは、ロックナット１を規定トルクで締付けが完了した時、底面２ｃの中心部のねじ孔付近が被締結部材６に対して、僅かに接するよう設定されている。

ロックナット１の側面に入れる縦スリット７の深さと幅は、ボルト５へロックナット１を規定トルクで締付けた際、ロックナット上端部がねじ孔８の中心軸に向けて縮径変形し、ロックナット上端部のねじ孔とボルトのねじ山が隙間なく密接し、且つロックナットが破壊または塑性変形することがなく、ボルトとロックナットの咬合面で最大の摩擦抵抗力を発生させるように設定されている。
また、ロックナット１の縦スリット７の底の形状２ａは、水平よりもややねじ孔８の中心軸の下端部の方向に傾斜させており、ロックナット１の締付け時に於いて、ロックナット１の上端部にある複数の放射状の縦スリット７で区分された円筒状突出部４及びナット締付け工具装着部１ａが、ねじ孔８の中心軸方向へ縮径変形し易くなることと、外側のスリットを出来るだけ浅く形成した方がロックナット１の強度を高める要素となる。

更に、ロックナット１の上端部には、ロックリング３を嵌入し支持するための円筒状突出部４を設け、ロックリング支持部４ａ及びロックナット１からロックリング３が外れないよう、ロックリング支持部４ａの外周の淵にツバ状の突起４ｂで構成されている。突起４ｂの高さは、ロックリング３をロックリング支持部４ａにレンチとハンマーを使って嵌入させる際、取付けに支障がなく、また簡単に外れないよう最小の寸法とする。ロックリング３の内径Ｓは、ロックリング支持部４ａの外径Ｐよりも小さく、図３のボルト５に被締結部材６を挟んでロックナット１で締付けが完了し、ロックリング３を嵌入した時、ロックリング３の内側の面３ａとロックリング支持部４ａの外側の面との間に隙間がなく、しっかり密接（ある程度圧接された状態が好ましい）するよう設定されている。また、ロックリング３の厚みは、ロックリング支持部４ａの高さに合わせて形成され、ロックリング３の外径はナット部１ａの外径よりやや大きめに設定することで、もしロックリング３をロックナット１から外す場合に、スパナをロックナット１のナット部１ａに差し込んで引き上げることで取り外しが可能となる。

図３（ａ）はロックナット１とロックリング３及びボルト５の被締結部材６への締付け初期の状態で、ボルト５に被締結部材６を挟んでロックナット１を締付けて行くと、初めにロックナット底面の外周部２ｂが被締結部材６に接触する。

更に、ロックナット１を締付けて行くと、ボルト５のねじ山９からロックナット１のねじ孔８に加わる下端部方向への圧力がねじ孔近くの底面２ｃを押し下げ、被締結部材６からロックナット底面の外周部２ｂに働く押圧力により、ロックナット底面の外周部２ｂを支点としてロックナット１上端部の円筒状突出部４がねじ孔８の中心軸方向に向けて縮径する横方向の応力が働く。そして、ロックナット１上端部のねじ孔の谷８ａの面とボルト５のねじ山９ａの面とが密接に嵌合し、その部分に大きな摩擦抵抗力を生むことでボルト５とロックナット１が一体となり、緩みに強いナットが形成される。

次に、図３（ｂ）のようにロックナット１上端部のロックリング支持部４ａにロックリング３を嵌入すると、圧接されたロックナット１の上端部のねじ孔８とボルト５のねじ山９同志が固定され機械的に安定した状態となり、外部からの振動に対しても円筒状突出部４が元の形状に広がらなくなることで、長期的に緩まないナットが提供できる。

図４はロックナット１の基本型で、ロックリング３の装着を持たない仕様である。建築物等あまり外部からの振動の影響を受けない場所への取り付けやロックナットを装着・締付け完了後、塗装を施す場合の使用に最適である。ロックナット１０をボルト５に締付け後、図５のようにロックナット１０の表面に塗料を塗ることで、塗料が各スリット７に入り込み、塗料１０ａがネジロック（接着剤）の役目を果たし、ロックナットとボルト間が接着されることで緩み止め効果が期待できる。

図６は図１のロックナット１の上端部がねじ孔８の中心軸方向に向けて縮径する横方向の応力を更に強化する方法で、ロックナット１１のフランジ２の座面の各底部２ｅを山型の形状に高く形成する。この各山型の頂点となる場所は、隣り合う縦スリット７の間のほぼ中央の外周部に設定することが好ましく、山の高さはボルト５にロックナット１１を規定トルクで締付けが完了した時点で、各スリット７の直下フランジ２の底部２ｆが被締結部材６から僅かに浮いた状態になるように設定するのが望ましい。この各山型の頂点部分２ｅが被締結部材６から受ける押圧力は、ロックナット１１の上端部の円筒状突出部４をねじ孔の中心軸方向に働き掛ける最大の応力となる。尚、この方法は図４のロックナット１０にも適用できる。

図７は図１のロックナット１とボルト５の緩み止め効果を強化する方法１として、ロックナット１２の底面にねじ孔８の中心軸を中心とする同心円状の溝２ｈ（例として、図７の縦断面図に於いては半円型の溝）を複数形成する。前記の溝２ｈを形成することで、ロックナット１２の上端部のねじ孔８の面とボルト５のねじ山９との面に発生する静止摩擦力に対して、ロックナット１２の底面に形成した同心円状の突部２ｉの面と被締結部材６との面に発生する静止摩擦力は小さくなり、相対的にロックナット１２のねじ孔８とボルト５のねじ山９との面に発生する静止摩擦力が大きくなり結束力が強くなるため、外部振動に対するロックナットの緩み防止を強化することが出来る。この方法は図４のロックナット１０にも適用が可能。

また、図１のロックナット１とボルト５の緩み止め効果を強化する方法２として、図７のロックリング３０の内側の面３ｂ、またはロックナット１２のロックリング支持部４ｃの表面を図７の縦断面図に示すような鋸型形状、若しくは凹凸等の摩擦係数を高める形状を施すことで対向する接触面へ緩衝材として働き、ロックナット１２とロックリング３０の密接性の向上と外部揺動力に対する緩み止め効果が期待できる。

図８はロックリング３の別仕様で、ロックナット１の外観をスッキリ見せる側面カバー３１ａが付いたカバー付きのロックリング３１である。側面カバー３１ａの高さは、ロックナット１の上端部のロックリング支持部４ａにカバー付きロックリング３１を嵌入した時、側面カバー３１ａの下の底面３１ｂがロックナット１のフランジ２の表面に僅かに接する長さと形状が好ましい。また側面カバー３１ａの内径は、ロックナット１のナット部１ａの外径より僅かに大きく、側面カバー３１ａの厚みは、外部からの力や衝撃で容易に変形しないよう適宜設定することで、人為的なナット外し等のいたずら防止としての機能も果たす。

図９はロックリング３の発展型で、外形寸法等はロックリング３とほぼ同じであるが、何度でも繰り返し嵌脱可能な仕様のロックリング３２となる。材料は弾性力を持つ金属等で製造し、水平方向に圧延し螺旋状に複数回巻いた形状とし、ロックリング３と同様ロックリング３２の内径は、ロックナット１のロックリング支持部４ａの外径よりも小さく設定し螺旋状とすることで、常にロックリングの中心軸方向に張力が働き、ロックリング３２をロックナット１から脱着の際、ロックリングの径が多少広がってもまた元の形状に戻ることで、初期の特性や形状を維持でき、繰り返し嵌脱が可能な仕様となる。

１、１０、１１、１２ロックナット
１ａナット部、またはナット締付け工具装着部
２フランジ
２ａスリットの底部
２ｂロックナットの底面の外周部
２ｃロックナットの底面
２ｄロックナットの底面の傾斜角度
２ｅスリット間の中央位置となる座面外周部の底部
２ｆスリットの直下位置となる座面の底部
２ｈロックナットの底面の同心円状の溝部
２ｉロックナットの底面の同心円状の突部
３、３０、３１、３２ロックリング
３ａ、３ｂロックリングの内側の面
３１ａロックリングの側面カバー部
３１ｂロックリングの側面カバーの底面
４円筒状突出部
４ａ、４ｃ円筒状突出部のロックリング支持部
４ｂロックリング支持部のツバ状の突起
５ボルト
６被締結部材
７スリット
８ねじ孔部
８ａねじ孔の面（フランク）
９ボルトのねじ山部
９ａボルトのねじ山の面（フランク）

Claims

ボルトのねじ軸と螺合するねじ孔を有するロックナットであって、前記ロックナットの側面にロックナット上端部から下端部に向かって複数の縦スリットを有し、前記ロックナットの座面にはロックナットの外径より大きいフランジを備え、ロックナット底面の中心軸の周辺部分に空隙部を有することを特徴としたロックナット。
前記ロックナットのねじ孔の中心軸の上端部に円筒状突出部を形成し、前記円筒状突出部の外周の淵にツバ状の突起を設け、前記円筒状突出部の外側に嵌入する円筒形状のロックリングを備え、前記ロックリングの内径は前記円筒状突出部の外径より小さく形成されていることを特徴とする請求項１記載のロックナット。
請求項１又は２に記載のロックナットにおいて、前記ロックナットの底面に、隣り合う縦スリットのほぼ中央で、且つロックナットの底面の外周部を山型の頂点とし、スリットの数と同じ個数分底面を高く形成したことを特徴とするロックナット。
請求項１又は２に記載のロックナットにおいて、前記ロックナットの底面に、ねじ孔の中心軸を中心とする複数の同心円状の溝を形成していることを特徴とするロックナット。
請求項２に記載のロックナット又はロックリングにおいて、前記ロックナットのロックリング支持部の表面または前記ロックリングの内側の表面のいずれか一方の表面に、断面が鋸型又は凹凸等の摩擦係数が高い形状に形成したことを特徴とするロックナット又はロックリング。
請求項２に記載のロックリングにおいて、前記ロックリングの下端部に内径を前記ロックナットのナット外径よりも大きく、外径を前記ロックリングの外径に合わせ、高さを前記ロックナットに前記ロックリングを装着した時に、前記ロックナットのフランジ上面までの高さに設定した円筒形状の側面カバーを有していることを特徴とするロックリング。
請求項２に記載のロックリングを弾性部材で水平方向に薄く圧延し、螺旋状に数回巻かれ、内径を前記ロックナットの円筒状突出部の外径より小さく形成されていることを特徴とするロックリング。