JP2023097783A - 斜め入り防止ナットとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ナットの大型化を可及的に抑制しつつ、ボルトの斜め入りを防止することができる斜め入り防止ナットを提供する。【解決手段】本発明の斜め入り防止ナットは、ナット本体１０のボルト挿入側の端部に、ナットに形成されためねじ１２の谷径ｄ１より小さく、ボルト２０の外径ｄ２よりも大きい内径Ｄの円形孔１３を持つボルトガイド部１３を形成したものである。ボルトガイド部１３をワッシャやカラーなどの環状部材１１の内面に形成し、この環状部材１１をナット本体１０のボルト挿入側の端部に固定した構造とすることができる。また、ボルトガイド部１３をナット本体のボルト挿入側の面を押し潰して形成した構造とすることもできる。【選択図】図１

Description

本発明は、ナットに対してボルトが斜め入りすることを防止する機能を持つ斜め入り防止ナットとその製造方法に関するものである。

ボルトとナットによる締結を行う際に、ボルトとナットが同一軸線上になく、図１２のようにボルトがナットに対して斜めに入ると、ボルトのねじ山が本来接するべきナットのねじ山に隣り合うねじ山と干渉し、そのまま更にねじ込むと焼付きを起こして正しい締付ができなくなる。この現象は斜め入りと呼ばれ、焼付き（かじり、山上がりとも言う）を起こしてしまうと元に戻すことは容易ではない。このため、特に動力ドライバを用いた自動車組み立てラインなどにおいては、重大なトラブルとなる。

そこで従来から、斜め入り防止機能を備えたボルトが多数開発され、実用化されている。その代表的な例は、特許文献１に示されるように正規ねじ部の先端に小径の不完全ねじ部やガイド部を形成したボルトである。しかしそれらの部分は締結された後の締結強度には寄与しないうえ、それらの部分を設けただけボルトが長くなる。このためそのような斜め入り防止ボルトは、ボルト締結のためのスペースを十分に確保できない部位には使用できなかった。また特殊形状のボルトとなるため、他部位のボルトとの共通化を図ることができず、コスト高となるなどの問題があった。

一方、ボルトではなくナットに斜め入り防止機能を持たせたものも、特許文献２に記載されている。これは、ナットのボルト挿入側の端部をざぐり加工してナットのめねじの最大径（めねじ谷径）よりも大きい円形孔を形成し、その円形孔の部分でナットに対するボルトの挿入方向を矯正しようとするものである。しかしこの構造によってボルトの挿入方向を矯正するためには、円形孔の軸線方向の長さを大きくする必要があり、ナットの大型化を招くという問題があった。特許文献２の図面では、円形孔の軸線方向の長さはめねじのピッチの３～４倍となっている。

特開２０１３－２４９９１９号公報 特開２０２０－１３３８１９号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、ナットの大型化を可及的に抑制しつつ、ボルトの斜め入りを防止することができる斜め入り防止ナットとその製造方法を提供することである。

本発明者は上記の課題を解決するために検討を重ねた結果、ナットの大型化を抑制しつつ、ボルトの斜め入りを防止する機能を高めるためには、ナットのボルト挿入側の端部に形成されるボルトガイド用の円形孔の内径をできるだけ小さくすることが有効であり、特にナット本体のめねじの最大径（めねじ谷径）よりも小さくすることが有効であることを見出した。

上記の知見に基づいてなされた本発明の斜め入り防止ナットは、ナット本体のボルト挿入側の端部に、ナットに形成されためねじの谷径より小さく、ボルトの外径よりも大きい内径を持つボルトガイド部を形成したことを特徴とするものである。なお、前記ボルトガイド部は環状部材の内面に形成されており、この環状部材をナット本体のボルト挿入側の端部に固定した構造とすることができ、この環状部材はワッシャ又はカラーとすることができる。

また、このような環状部材を用いず、ボルトガイド部をナット本体のボルト挿入側の面を押し潰して形成した構造とすることもできる。そのような斜め入り防止ナットは、ボルト挿入側に大径の凹部が形成されたナット本体を製造し、このナット本体の凹部にナットに形成されためねじの谷径より小さく、ボルトの外径よりも大きい外径を持つガイドピンを挿入し、ナット本体の座面をガイドピンに向けて塑性変形させることにより、ナット本体のボルト挿入側の端部に、ナットに形成されためねじの谷径より小さく、ボルトの外径よりも大きい内径を持つボルトガイド部を形成する方法により製造することができる。なお、ナット本体をその座面に環状の突起を備えたものとし、ガイドピンを挿入した状態で前記突起をガイドピンに向けて塑性変形させる方法を取ることもできる。

本発明の斜め入り防止ナットは、ボルトの斜め入りを防止するためのボルトガイド部の内径を、ナットに形成されためねじの谷径より小さく、ボルトの外径よりも大きくしたので、円形孔の軸線方向の長さをめねじのピッチの１.２～２.０倍程度にまで短くしても、ボルトの斜め入りを防止することができる。本発明の斜め入り防止ナットを用いれば、ボルトを長くする必要がないため、ボルト締結のためのスペースを十分に確保できない部位においても締結が可能となる。

本発明の第１の実施形態を示す断面図である。 めねじの谷径とおねじの外径の説明図である。 製造工程の説明図である。 ボルトが正しく挿入される状態の説明図である。 ボルトが斜めに挿入された状態の説明図である。 ボルトが斜めに挿入された状態の説明図である。 本発明の斜め入り防止ナットを固定して、ボルトを螺合させるテストを示す外観図である。 ボルトを固定して、本発明の斜め入り防止ナットを螺合させるテストを示す外観図である。 本発明の第２の実施形態を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態を示す断面図である。 従来のナットにボルトが斜め入りした状態を示す断面図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示す断面図であり、１０はナット本体、１１はナット本体１０のボルト挿入側の端部に取付けられた環状部材であり、この実施形態では環状部材１１はワッシャである。本実施形態ではこれらは何れも金属製である。ナット本体１０には従来と同様にめねじ１２が形成されている。また環状部材１１の内面には、円形のボルトガイド部１３が形成されている。このボルトガイド部１３の内径Ｄは、ナット本体１０に形成されためねじ１２の最大径である谷径ｄ１より小さく、ナット本体１０にねじ込まれるボルト２０の外径ｄ２よりも大きくなっている。

めねじの谷径ｄ１は、おねじの外径ｄ２とほぼ等しいが、ｄ１がｄ２と完全に同一であると、螺合させることが困難となる。JIS B 0101「ねじ用語」には、めねじの谷径は図２のAであり、おねじの外径は図２のBであることが記載されている。このようにめねじの谷径ｄ１は、おねじの外径ｄ２よりも僅かに大きく設定されており、環状部材１１であるワッシャのボルトガイド部１３の内径Ｄはその間の値に設定されている。すなわち、ｄ２<D<ｄ1となっている。

一般にナットは外形状を鍛造加工により製造したうえで、ねじ切りする方法で製造されている。しかし上記のようなボルトガイド部１３をナット本体１０に形成した後にねじ切りを行うと、ボルトガイド部１３の内径Dがめねじの谷径ｄ１より小さいため、ボルトガイド部１３の内面にもねじが切れてしまうこととなる。この部分にねじが切られてしまうと、斜め入りを防止する機能が不十分となる。そこで本発明の第１の実施形態形態の斜め入り防止ナットは、図３に示すように、ボルトガイド部１３を備えた環状部材１１を別に製造し、ナット本体１０に取り付けた構造となっている。

このためナット本体１０のボルト挿入側の端部には本体外径よりもやや小径の凸部１４が形成されており、環状部材１１にはこの凸部１４よりわずかに小径の凹部１５が形成されている。そしてその凹部１５にナット本体１０の凸部１４を圧入することにより、ナット本体１０に環状部材１１を強固に取り付けてある。ただしナット本体１０と環状部材１１との接合手段は圧入に限定されるものではなく、例えば溶接やろう付けであっても差し支えない。

このように構成された本発明の斜め入り防止ナットは、環状部材１１に形成されたボルトガイド部１３の内径Ｄがボルト２０の外径ｄ２よりも大きいため、図４に示すようにボルト２０がナット本体１０に対して傾くことなく挿入された場合には、支障なく締結を行うことができる。なお、図４～図６は、径方向の違いを誇張して表示している。

しかし図５に示すようにボルト２０がナット本体１０に対して斜めに挿入された場合には、ボルト２０のおねじのねじ山がボルトガイド部１３の内面に接触するためそのままねじ込むことができない。図５の傾斜角度のままではボルト２０はそれ以上進むことができず、空転するため焼付きは生じない。

図６に示すようにボルト２０の傾斜角度がさらに大きくなった場合には、ボルト２０の先端が環状部材１１であるワッシャの端面に当たり、やはりそのままねじ込むことができず、ボルト２０は空転する。このため焼付きは生じない。

実験の結果、上記したボルトの斜め入り防止効果を得るためには、環状部材１１のボルトガイド部１３の軸線方向の長さを、めねじ１２のピッチの１.２倍以上とすることが望ましいことを確認した。ボルトガイド部１３がボルトの斜め入り防止機能を発揮する部分であるから、その軸線方向の長さがこれよりも短いと、確実に斜め入り防止効果を発揮させることができなくなる。しかし環状部材１１の厚みを増大させると、斜め入り防止機能は向上するが、斜め入り防止ナットの大型化とコストアップを招く。このためボルトガイド部１３の軸線方向の長さは、めねじ１２のピッチの１.２～２.０倍とすることが好ましい。更に好ましくは、めねじ１２のピッチの１.２～１.５倍である。このように、本発明ではボルトガイド部１３の内径Ｄをめねじ１２の谷径より小さくしたことにより、ボルトガイド部１３の軸線方向の長さを、従来の半分以下にすることができる。

本発明の効果を確認するため、図７、図８に示すテストを行った。テストに用いたボルトナットは、Ｍ１０サイズで１.２５ｍｍピッチのものである。図７に示すようにバイス３０に第１の実施形態の斜め入り防止ナットを固定し、インパクトレンチ４０にボルト２０を取り付け、斜め方向からボルト締めを行った。傾斜角度を約１５度とした図７の状態でインパクトレンチ４０を回転させたが、ボルト２０は焼付きくことなく空転するだけであった。その後、インパクトレンチ４０を回転させたまま傾斜角度を小さくして行くと、斜め入り防止ナットとボルト２０が同軸となったところでボルト２０を螺合させることができた。

次に図８に示すようにバイス３０にボルト２０を固定し、インパクトレンチ４０に本発明の斜め入り防止ナットを取付けて同様のテストを行った。この場合にも傾斜角度を約１５度とした図８の状態でインパクトレンチ４０を回転させたが、ナットは焼付きくことなく空転するだけであった。その後、インパクトレンチ４０を回転させたまま傾斜角度を小さくして行くと、斜め入り防止ナットとボルト２０が同軸となったところでナット２０を螺合させることができた。このように、ボルト締めの場合でもナット締めの場合でも、焼付きを生じないことが確認できた。

以上に説明した第１の実施形態では環状部材１１は薄肉のワッシャであり、ナット本体１０の外側に圧入されていた。しかし図９に示す第２の実施形態では、環状部材１１はカラーであり、ナット本体１０の座面に形成された凹部１６の内部に圧入されている。このカラーの内径は、ナット本体１０に形成されためねじの谷径より小さく、ボルトの外径よりも大きくなっている。なお図９に示すように、フランジナットの内面にねじ切りを行った後に凹部１６にカラーを圧入すれば、カラーのボルトガイド部１３にねじが形成されることはない。

これらの第１、第２の実施形態では、ナット本体１０に環状部材１１を取付けた２部材構造を採用したが、図１０に示す第３の実施形態では、ボルトガイド１３部はナット本体１０のボルト挿入側の面を押し潰して形成されている。図１０の上図に示すように、フランジナットの内面にねじ切りを行った後にめねじの谷径よりやや大径の凹部１７を形成し、その後にナット本体１０の座面を押し潰すことにより図１０の下図に示すように凹部１７の内径を縮小し、めねじの谷径より小さく、ボルトの外径よりも大きいボルトガイド部１３を形成する。この第３の実施形態では斜め入り防止ナットを１部材構造とすることができる。

なお、図１０に示すように、ナット本体１０の座面を押し潰すに先立ち、ナット本体１０の内部にガイドピン５０を挿入しておくことが望ましい。このガイドピン５０は、ナット本体１０のめねじ部に挿入される小径部５２と、ナット本体１０の凹部１７に位置する大径部５３を備える。大径部５３の外径はめねじの谷径より小さく、ボルトの外径よりも大きくなっている。これにより、図１０の下図に示される通り、ナット本体１０のボルト挿入側の端部に、ナットに形成されためねじの谷径より小さく、ボルトの外径よりも大きい内径を持つボルトガイド部１３を形成することができる。ガイドピン５０によって正確な寸法とすることができるので、ボルトガイド部１３の寸法精度を高めることができる利点がある。

図１１に示す第４の実施形態では、先ずボルト挿入側に大径の凹部１７が形成され、座面に環状の突起５１が形成されたナット本体１０を製造する。次にこのナット本体１０の内部に、第３の実施形態と同様のガイドピン５０を挿入する。図１１の上図に示すようにガイドピン５０を挿入した状態で、ナット本体１０の座面の環状の突起５１をガイドピン５０に向けて塑性変形させれば、図１１の下図に示される通り、ナット本体１０のボルト挿入側の端部に、ナットに形成されためねじの谷径より小さく、ボルトの外径よりも大きい内径を持つボルトガイド部１３を形成することができる。この第４の実施形態のボルトガイド部１３もガイドピン５０を用いたことによって、ボルトガイド部１３の寸法精度を高めることができる利点がある。

以上に説明したように、本発明の斜め入り防止ナットによれば、ナットの大型化を可及的に抑制しつつ、ボルトの斜め入りを防止することができる。

１０ ナット本体
１１ 環状部材
１２ めねじ
１３ ボルトガイド部
１４ 凸部
１５ 凹部
１６ 凹部
１７ 凹部
２０ ボルト
３０ バイス
４０ インパクトレンチ
５０ ガイドピン
５１ 突起
５２ 小径部
５３ 大径部

Claims (6)

1. ナット本体のボルト挿入側の端部に、ナットに形成されためねじの谷径より小さく、ボルトの外径よりも大きい内径を持つボルトガイド部を形成したことを特徴とする斜め入り防止ナット。
2. 前記ボルトガイド部は環状部材の内面に形成されており、この環状部材をナット本体のボルト挿入側の端部に固定した構造であることを特徴とする請求項１に記載の斜め入り防止ナット。
3. 前記環状部材は、ワッシャ又はカラーであることを特徴とする請求項２に記載の斜め入り防止ナット。
4. 前記ボルトガイド部は、ナット本体のボルト挿入側の面を押し潰して形成された構造であることを特徴とする請求項１に記載の斜め入り防止ナット。
5. ボルト挿入側に大径の凹部が形成されたナット本体を製造し、このナット本体の凹部にナットに形成されためねじの谷径より小さく、ボルトの外径よりも大きい外径を持つガイドピンを挿入し、ナット本体の座面をガイドピンに向けて塑性変形させることにより、ナット本体のボルト挿入側の端部に、ナットに形成されためねじの谷径より小さく、ボルトの外径よりも大きい内径を持つボルトガイド部を形成することを特徴とする斜め入り防止ナットの製造方法。
6. ナット本体はその座面に環状の突起を備えたものであり、ガイドピンを挿入した状態で前記突起をガイドピンに向けて塑性変形させることを特徴とする請求項５に記載の斜め入り防止ナットの製造方法。

Images