JP2020023991A - ロックワッシャおよび締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】締結状態ではボルトやナットが緩まず、メンテナンス時においては、簡単に緩めることができる。【解決手段】ナット４と取付対象物２との間に設けられるロックワッシャ１で、第１及び第２の部材１１、１２からなり、重ねた状態で用いられる。第１部材１１は、ナット４が締まる方向に回るときは抵抗が少なく、緩む側に回るときには摩擦抵抗が大きくなるように凹凸が放射状に形成されている上面１１ａと、円周方向に沿って斜面１１ｂａがナットの締め付け方向に向かって徐々に高さが低くなるように形成されている下面１１ｂとを備える。第２部材１２は、ナット４が締まる方向に回るときは抵抗が少なく、緩む側に回るときには摩擦抵抗が大きくなるように凹凸が放射状に形成されている下面１２ａと、円周方向に沿って斜面１２ｂａが第１部材１１における斜面１１ｂａに対応して形成され第１部材１１の下面１１ｂに接触する上面１２ｂと、ナット４を緩める際に第１部材１１と重なった状態で回転させるための凸部１２ｃとを備える、【選択図】 図１

Description

本発明は、ロックワッシャおよび締結構造に関するものである。

昔から緩み止めに関して、スプリングワッシャを用いる方法、ダブルナットを用いる方法、ナットとボルトに割ピンを貫通させる方法、など数多くの工夫がなされて実用に供されているが、効果が不十分で振動等により緩みが生じたり、機構や加工が複雑で高価なものであったりする。

そこで、ロックワッシャとして、外円周部は平坦、中央部は雄ねじが挿入出来る中心穴を持ち、中心穴と外円周部に挟まれた中円周部は２等分以上に分割し成形され、分割は中心穴と繋がり、中心穴から放射線上に外円周部平坦部内側まで切り欠きで２等分以上に分割され、各切り欠き面片側を切り起こし、ナット緩み止め係止片を設け、分割扇状部分を皿ばね状の円錐面に形成したナット緩み止め係止片を持つロックワッシャが提案されている(例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１２７７５２号公報

特許文献１に記載のものは、各切り欠き面片側を切り起こし、ナット緩み止め係止片を設けるなど構造が複雑で、加工が困難である。また、分割扇状部分を皿ばね状の円錐面に形成しているので、緩みが生じる可能性が残されている。つまり、あくまでも緩みにくいという機能の範囲内となっている。なぜなら緩められなければ困るから、緩みにくいという範囲に留まっているのである。

本発明は、締結状態ではボルトやナットが緩まず、メンテナンス時においては簡単に緩めることができるロックワッシャおよび締結構造を提供する。

請求項１の発明は、ボルト又はナットを用いて取付対象物を被取付部材に固定する場合に前記ボルトの頭部又は前記ナットと前記取付対象物との間に設けられるロックワッシャであって、重ねた状態で用いられる第１及び第２の部材からなり、 前記第１部材は、前記ボルト又はナットが締まる方向に回るときは抵抗が少なく、緩む側に回るときには摩擦抵抗が大きくなるように凹凸が放射状に形成されている第１面と、円周方向に沿って単数若しくは複数の斜面が、前記ボルト又はナットの締め付け方向に向かって徐々に高さが低くなるように形成されている第２面とを備え、前記第２部材は、前記ナットが締まる方向に回るときは抵抗が少なく、緩む側に回るときには摩擦抵抗が大きくなるように凹凸が放射状に形成されている第３面と、円周方向に沿って単数若しくは複数の斜面が前記第１部材における第２面の斜面に対応して形成され前記第１部材の第２面に接触する第４面と、前記ボルト又はナットを緩める際に前記第１部材と重なった状態で回転するための緩め用係合部とを備える、ことを特徴とする。

このようにすれば、締結状態ではボルトやナットが緩まず、メンテナンス時においては、第２部材の緩め用係合部を利用して簡単に緩めることができる。

この場合、請求項２に記載のように、前記第１部材の第２面および前記第２部材の第３面の斜面は、滑らかに形成されている、ことが望ましい。

請求項３に記載のように、前記緩め用係合部は、前記第２の部材において、半径方向外方に突出する凸部である、ことが望ましい。

この場合、前記第２部材は，前記第１部材よりも厚さが厚く、外径が大きい、ことが望ましい。

請求項１〜４のいずれか１項に記載のロックワッシャを用いた締結構造として、請求項５の発明は、ボルトのねじ棒を被取付部材の取付穴に貫通させて先端部分を突出させ、前記先端部分にワッシャを介してナットを適用して前記取付対象物を前記被取付部材に固定する締結構造であって、前記ワッシャが、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロックワッシャである、ことを特徴とし、請求項６の発明は、ボルトのねじ棒を、ワッシャを介して取付対象物の貫通させて前記取付対象物を被取付部材に固定する締結構造であって、前記ワッシャが、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロックワッシャである、ことを特徴とする。

また、前述した締結構造において、ナットと第１部材とを一体に形成することも可能である。そのような構造である、請求項７の発明は、ボルトのねじ棒を被取付部材の取付穴に貫通させて先端部分を突出させ、前記先端部分にワッシャを介してナットを適用して前記取付対象物を前記被取付部材に固定する締結構造であって、前記ナットは、前記ワッシャ側に噛み合い係合部を備え、前記噛み合い係合部の先端面が、円周方向に沿って単数若しくは複数の斜面が、前記ナットの締め付け方向に向かって徐々に高さが低くなるように形成されており、前記ワッシャは、前記取付対象物側の面が、前記ナットが締まる方向に回るときは抵抗が少なく、緩む側に回るときには摩擦抵抗が大きくなるように凹凸が放射状に形成され、前記ナット側の面が、円周方向に沿って単数若しくは複数の斜面が、前記ナットの噛み合い係合部の先端面に係合するように前記噛み合い係合部の斜面に対応して形成され、さらに、前記ナットを緩める際に前記ナットと一緒に回転するための緩め用係合部を備える、ことを特徴とする。

本発明は、ボルトやナットによる締結状態ではボルトやナットが緩まず、メンテナンス時においては、第２部材の緩め用係合部を利用して簡単に緩めることができる。

本発明に係るロックワッシャを用いた締結構造の一実施の形態を示す断面図である。 同平面図である。 本発明に係るロックワッシャの第１部材を示し、（ａ）は平面図，（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。 図１に示す締結構造において、締結を解除するのに用いる工具の説明図である。 図１に示す締結構造において、締結を解除する場合の説明図である。 本発明に係るロックワッシャを用いた、別の締結構造の一実施の形態を示す断面図である。 図６に示す締結構造において、締結を解除するのに用いる工具の説明図である。 係合ソケットを装着した状態を示す図である。 さらに別の締結構造の一実施の形態を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

図１は本発明に係るロックワッシャを用いた締結構造の一実施の形態を示す断面図、図２は同平面図である。

本発明に係るロックワッシャ１は、例えば図１に示すように、取付対象物２をナット４を用いて被取付部材（図示せず）に固定する場合に、取付対象物２とナット４との間に設けられるものである。つまり、取付対象物２を取り付けるためのボルト３のねじ棒３ａを被取付部材（図示せず）の取付穴および取付対象物２の貫通穴２ａに貫通させて先端部分を貫通穴２ａから突出させ、前記先端部分にナット４を適用して取付対象物２を前記被取付部材に固定する際に、ナット４と取付対象物２との間に設けられる。

ロックワッシャ１は、重ねた状態で使用される第１部材１１及び第２部材１２からなる。つまり、ロックワッシャ１は、板状の第１及び第２部材１１，１２の組み合わせてなるものである。

ナット４側に配置される第１部材１１は、図２に示すように、厚さ（ボルト３の軸線方向の長さ）が薄く、上面１１ａ（第１面）には、半径方向に延びる溝によって凸凹（いわゆる、ぎざぎざ）が放射状に形成されている。上面１１ａの凹凸は、ナット４が締まる方向に回る（時計回りに回る）ときは摩擦抵抗が少なく、ナット４が緩む側（反時計回りに）に回るときには摩擦抵抗が大きくなるように形成されている。

第１部材１１の下面１１ｂ（第２面）には、円周方向に沿って３つの斜面１１ｂａ，１１ｂａ，１１ｂａが、ナット４の締め付け方向に向かって徐々に高さが低くなるように（厚さが薄くなるように）形成されている。３つの斜面１１ｂａの傾斜角度は同じで、一定角度の斜面である。３つの斜面１１ｂａが円周方向に沿って繰り返し並べられている。なお、斜面１１ｂａの数は、３つに限らず、いくつでも構わない。

第２部材１２も、基本的には第１部材１１と同じ形状であるが、厚さが第１部材１１よりも厚く、外径が大きくなっている点が異なる。つまり、第１部材１１と同様に、半径方向に延びる溝によって凸凹が放射状に形成されている下面１２ａ（第４面）と、３つの斜面１２ｂａを有する上面１２ｂ（第３面）とを備える。上面１２ｂの斜面１２ｂａは、下面１１ｂ側の斜面１１ｂａに対応して形成され、斜面１２ｂａが斜面１１ｂａに噛み合うように上面１２ｂと下面１１ｂとを接触させ、それらが一体化した状態で使用する。これら斜面１１ｂａ，１２ｂａは非常に滑らかに形成され，滑りやすくなっている。

第２部材１２の外周部分は、複数の凸部１２ｃ（緩め用係合部）を有するスプライン形状である
このような締結構造では、ナット４が振動などで緩む方向に、つまり反時計回りに少しでも回ろうとすると、噛み合うように接触している両部材２，３の斜面１１ｂａ，１２ｂａは非常に滑らかに形成されているので、まず、斜面１１ｂａ，１２ｂａ同士が滑り出すことになる。これは、第１部材１１の、ナット４と接触している上面１１ａおよび第２部材１２の、取付対象物２と接触している下面１２ａの凹凸が、前述したように、ナット４を締める方向である時計回りには簡単に回っても、緩む方向である反時計回りへは抵抗するように摩擦抵抗が大きくなるよう形成されているからである。

第１および第２部材２，３の間で滑ると、斜面１１ｂａ，１２ｂａ間での滑りとなるので、ナット４には上方へ押し上げられる方向へ力が働く。これによりボルト３の軸力が上昇する。その結果、第１部材１１とナット４との接触部分および第２部材１２と取付対象物２との接触部分は、一層強く押し合うので、それらの間の摩擦抵抗は一層強まり、これらの接触部分で滑ることはない。

そして、ナット４が緩もうと動けば動くほど、ナット４は一層強く締まることになるので、結果として緩むことがない。

なお、緩むためには、この実施の形態であれば、１２０°回らないと緩まない。緩むために前記角度を回すためには、三つの斜面１１ｂａ，１２ｂａの角度を、それぞれボルト３のねじのリード角以上になるように適切に選べば、ボルト締め付け時トルクの１．５〜３倍のトルクを必要とすることになる。この大きなトルクはボルト３が破断する位の大きさになるので、事実上、ナット４が緩まない、ことになる。

一方、どのような装置に用いられる締結構造であっても、メンテナンスを行うためには、締められたナット４を緩める必要がある。緩める必要がない場合には、通常、溶接等により固定されているからである。

この実施の形態の場合において緩めるには、つまり締結を解除するには、例えば、図４に示す工具としてのスパナ２１を用いることによりできる。スパナ２１は、第２部材１２の外形状に対応する形状の嵌合穴２１ａａが形成されている嵌合部２１ａと、嵌合部２１ａより外方に延びる把持部１２ｂとを有する。

凸部１２ｃが半径方向外方に突出している第２部材１２の外側に嵌合部２１ａの嵌合穴２１ａａが嵌合するようにスパナ２１を嵌め込んで、ナット４に一切触れず、ロックワッシャ１全体を反時計回りに回転させることで、緩めることができる。

このようにすれば、部材１１，１２の斜面１１ｂａ，１２ｂａの、滑る機能が全く働かないことになるので、ボルト軸力が上昇しナット４が一層余計に締るという現象が起きず、締め付け時のトルク値よりもやや大きなトルクになるとしても、容易に緩められる。これは実験でも確認されている。

このように、合わせ面となる斜面１１ｂａ，１２ｂａの長さを十分に長くして、確実に緩まない機能を確保した上で、第１部材１１よりも厚く、かつ直径が大きく必要な強度を確保している第２部材１２に凸部１２ｃを設け、その凸部１２ｃを利用して、スパナ２１などで緩めることができるようにし、緩めるための機能を付加したものが、本発明の特徴である。

また、ナット４を締めた直後では、図５（ａ）に示すように、ワッシャ１の厚さ（上面１１ａと下面１２ａとの間隔）はＬ１となっているが、振動などで緩みかけた状態では、図５（ｂ）に示すように、ワッシャ１の厚さはＬ２（＞Ｌ１）と増加し、軸力が上がり、余計に締まった状態となるので、ナット３は緩まない。この状態では軸力が上がった状態であるので、一見緩めにくいように見えるが、第２部材１２の凸部１２ｃを利用して、第２部材１２を反時計回り（緩める方向）に回転すると、その回転によってワッシャ１の厚さが、図５（ｂ）に示す状態から図５（ａ）に示す状態に変化する。これにより、ワッシャ１の厚さ（上面１１ａと下面１２ａとの間隔）はＬ２からＬ１へと薄くなり、その結果として軸力が低下するので、ワッシャ１は回しやすくなり、結果的にナット４は緩むことになる。

よって、一旦ナット４を締め付けると、ワッシャ１の機能によってテコでも緩まないが、緩めようとすれば、凸部１２ｃを利用して簡単に緩めることができる。

なお、このようなスパナ６の代わりに、嵌合穴がこのような形状になったインパクトソケットを嵌めて、油圧レンチやエアインパクトレンチで反時計回りに回して緩めるようにしてもよい。

このようなロックワッシャ１は、小径のボルトから大径のボルトまで、どのようなサイズのボルトに対しても適用でき、ボルトのねじ棒に対してナットが緩まないようにできるから、振動する機械・地震の揺れなどによるナットの緩みなどを確実に防止することができる。

このように、ロックワッシャ１を用いた構造の場合には、少しでもナット４が動くと、余計に締るという原理を利用しているので、ナットが緩むというようなことが起きない。一方、通常のワッシャを用いる構造であれば、振動などでナットが一旦少しでも緩み、反時計方向へ動くと、ボルトが軸力を失い、後は無し崩しに緩んでしまうものが大部分である。

ところで、前述した締結構造は、ロックワッシャ１が緩もうとして逆回転すると、結果として余計に締まる構造となっているが、例えば振動などで、そのように余計に強く締まった状態になった場合には、メンテナンスで、ロックワッシャ１（第２部材１２）をスパナ６を用いて無理やり回して緩めることになる。このとき、第２部材１２の下面１２ａには凹凸が形成されているので、緩める際に、第２部材１２の下面１２ａが取付対象物２の表面を擦ることになり、それにより取付対象物２の表面が荒れる。そのため、再組立ての時に荒れた表面を、やすりなどで修復する必要が生ずる場合がある。

そこで、そのような修復を不要とするために、図６に示すように、前述した締結構造とは逆に、第２部材１２が上側に、第１部材１１が下側になる締結構造とすれば、第２部材１２を固定して、ナット４を回転することで、取付対象物２の表面が荒れることを回避して、ナット４を緩めることができる。このとき、ナット４の下面（接触面）は、第２部材１２の回転によって荒らされるが、取付対象物２に比べてナット４は非常に安価であるので、新品と交換しても大きな損失にならない。

この締結構造の場合には、緩める場合には、第２部材１２を回転しないように確実に固定した上で、ナット４だけを回転する必要がある。第２部材１２が同時に回転すると、ロックワッシャ１の緩み止め機能が働き、余計に締ることになるからである。

そこで、第２部材１２（ロックワッシャ１）を固定してナット４だけを回す工具として、例えば図７に示すものを用いることができる。つまり、図７（ａ）に示すように、ナット４に嵌まり込む内部ソケット３１Ａの外側に第２部材１２に嵌まり込む外部ソケット３１Ｂが設けられている係合ソケット３１が装着され、内部ソケット３１ａだけを回転させる電動トルクレンチ３２である。ここで、３２ａは外側ソケット３１Ｂの係合穴３１Ｂａに嵌合するスプライン状の係合凸部、３２ｂは内側ソケット３１Ａの係合穴３１Ａａに嵌合する係合凸部である。内側ソケット３１Ａには、図７（ｂ）に示すように、ナット４に嵌合する嵌合穴３１Ａｂが形成されており、外側ソケット３１Ｂには、図７（ｃ）に示すように、第２部材１２に嵌合する嵌合穴３１Ｂｂが形成されている。

そして、締結を解除するためには、図８に示すように、まず、第２部材１２に外側ソケット３１Ｂを、ナット４に内側ソケット３１Ａをそれぞれ嵌合する。なお、Ａで示す部分において第２部材１２（ワッシャ１）と外側ソケット３１Ｂとが嵌合している。

それから、ナット４に嵌合している内側ソケット３１Ａを、電動トルクレンチ３２によって回転してナット４を回せばよい。このとき、第２部材１２に外側ソケット３１Ｂを嵌合してワッシャ１が回転しないように固定しているので、非常に手早く、ワッシャ１を回転させることなく、ナット４だけを回して簡単に緩めることができる。
（その他）
(i)前記実施の形態では、第２部材１２の外周部分は、複数の凸部１２ｃを有するスプライン形状であるが、凸部１２ｃは１つだけでもよい。また、スプライン形状に代えて、六角形状、十二角形状とし、外周面を緩み用係合部とすることができるのはいうまでもない。また、凸部１２ｃに代えて凹部を第２部材１２に形成し、スパナの嵌合穴に前記凹部に係脱可能に係合する凸部を設ける構成とすることも可能である。

(ii)前記実施の形態では、ボルトのねじ棒を被取付部材の取付穴に貫通させて先端部分を突出させ、前記先端部分にナットを適用して前記取付対象物を前記被取付部材に固定する締結構造において、ナットと取付対象物との間に設けられるロックワッシャに適用して、ナットが緩むのを防止しているが、本発明はそれに限らず、ボルトのねじ棒を取付対象物の貫通させて前記取付対象物を被取付部材に固定する締結構造において、ボルト頭部と取付対象物との間に設けられるロックワッシャについても同様に適用し、ボルトが緩むのを防止することもできる。
(iii)前記実施の形態では、第１及び第２部材１１，１２からなるロックワッシャ１とナット４とによって構成される締結構造について説明しているが、第１部材とナットとを一体に成型して、第１部材を省略することもできる。具体的には、図９に示すように、ナット４Ａは、ワッシャとしての第２部材１２側に第１部材１１に対応する形状の噛み合い係合部４Ａａを備える特殊形状で、噛み合い係合部４Ａａの先端面４Ａａａ（第１部材１１の下面１１ｂに対応）が、円周方向に沿って単数若しくは複数の斜面が、前記ナットの締め付け方向に向かって徐々に高さが低くなるように形成されており、特殊形状のワッシャとしての第２部材１２は、取付対象物２側の下面１２ａが、ナット４Ａが締まる方向に回るときは抵抗が少なく、緩む側に回るときには摩擦抵抗が大きくなるように凹凸が放射状に形成され、ナット４Ａ側の上面１２ｂが、円周方向に沿って単数若しくは複数の斜面が、ナット４Ａの噛み合い係合部４Ａａの先端面４Ａａａに係合するように噛み合い係合部４Ａａの斜面に対応して形成され、さらに、ナット４Ａを緩める際にナット４Ａと一緒に回転するための緩め用係合部１２ｃを備える締結構造とすればよい。その場合も前述した実施の形態と同様な効果を発揮させることができる。

１ ロックワッシャ
２ 取付対象物
２ａ 貫通穴
３ ボルト
３ａ ねじ棒
４，４Ａ ナット
４Ａａ 噛み合い係合部
４Ａａａ 先端面
１１ 第１部材
１１ａ 上面（第１面）
１１ｂ 下面（第２面）
１１ｂａ 斜面
１２ 第２部材
１２ａ 下面（第４面）
１２ｂ 上面（第３面）
１２ｂａ 斜面
１２ｃ 凸部（緩め用係合部）
２１ スパナ
２１ａ 嵌合部
２１ａａ 嵌合穴
２１ｂ 把持部
３１ 係合ソケット
３１Ａ 内側ソケット
３１Ａａ 係合穴
３１Ａｂ 嵌合穴
３１Ｂ 外側ソケット
３１Ｂａ 係合穴
３１Ｂｂ 嵌合穴
３２ 電動トルクレンチ
３２ａ，３２ｂ 係合凸部

Claims (7)

1. ボルト又はナットを用いて取付対象物を被取付部材に固定する場合に前記ボルトの頭部又は前記ナットと前記取付対象物との間に設けられるロックワッシャであって、
   重ねた状態で用いられる第１及び第２の部材からなり、
   前記第１部材は、前記ボルト又はナットが締まる方向に回るときは抵抗が少なく、緩む側に回るときには摩擦抵抗が大きくなるように凹凸が放射状に形成されている第１面と、円周方向に沿って単数若しくは複数の斜面が、前記ボルト又はナットの締め付け方向に向かって徐々に高さが低くなるように形成されている第２面とを備え、
   前記第２部材は、前記ナットが締まる方向に回るときは抵抗が少なく、緩む側に回るときには摩擦抵抗が大きくなるように凹凸が放射状に形成されている第３面と、円周方向に沿って単数若しくは複数の斜面が前記第１部材における第２面の斜面に対応して形成され前記第１部材の第２面に接触する第４面と、前記ボルト又はナットを緩める際に前記第１部材と重なった状態で回転するための緩め用係合部とを備える、
   ことを特徴とするロックワッシャ。
2. 前記第１部材の第２面および前記第２部材の第３面の斜面は、滑らかに形成されている、請求項１記載のロックワッシャ。
3. 前記緩め用係合部は、前記第２の部材において、半径方向外方に突出する凸部である、請求項１又は２記載のロックワッシャ。
4. 前記第２部材は，前記第１部材よりも厚さが厚く、外径が大きい、請求項３記載のロックワッシャ。
5. ボルトのねじ棒を被取付部材の取付穴に貫通させて先端部分を突出させ、前記先端部分にワッシャを介してナットを適用して前記取付対象物を前記被取付部材に固定する締結構造であって、
   前記ワッシャが、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロックワッシャである、
   ことを特徴とする締結構造。
6. ボルトのねじ棒を、ワッシャを介して取付対象物の貫通させて前記取付対象物を被取付部材に固定する締結構造であって、
   前記ワッシャが、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロックワッシャである、
   ことを特徴とする締結構造。
7. ボルトのねじ棒を被取付部材の取付穴に貫通させて先端部分を突出させ、前記先端部分にワッシャを介してナットを適用して前記取付対象物を前記被取付部材に固定する締結構造であって、
   前記ナットは、前記ワッシャ側に噛み合い係合部を備え、前記噛み合い係合部の先端面が、円周方向に沿って単数若しくは複数の斜面が、前記ナットの締め付け方向に向かって徐々に高さが低くなるように形成されており、
   前記ワッシャは、前記取付対象物側の面が、前記ナットが締まる方向に回るときは抵抗が少なく、緩む側に回るときには摩擦抵抗が大きくなるように凹凸が放射状に形成され、前記ナット側の面が、円周方向に沿って単数若しくは複数の斜面が、前記ナットの噛み合い係合部の先端面に係合するように前記噛み合い係合部の斜面に対応して形成され、さらに、前記ナットを緩める際に前記ナットと一緒に回転するための緩め用係合部を備える、
   ことを特徴とする締結構造。

Images