JP3986477B2

JP3986477B2 - ボールトナット結合構造

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Publication number: JP3986477B2
Application number: JP2003272822A
Authority: JP
Inventors: 洋生森安; 洋二森安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: JP2004211885A

Description

本発明は、緩み止め機能付きの締め付け用ボールトナット結合構造に関するものである。

複数の（２つの）部材を接合する締結手段として従来より知られる技術としては、固定ボールトと締め付けナットとによるものがある。具体的には、接合させる部材の連通する貫孔に固定ボールトを挿通させ、両部材を挟んだ状態で締め付けナットを螺合させる。そして、締め付けナットの旋回による締め付けにより、部材との接面及びネジ溝面に負荷される面圧を保持し、締め付け状態を確保している。

しかし、この締結手段では、振動、環境の変化や時間の経過と共に緩むという欠点がある。そこで、緩み止め構造を有するボールトナットが提案されており、例えば、ナットをダブルナットとし、上ナットに小ネジ孔を設け、小ネジ孔に止めネジを螺合させて止めネジの先端を下ナットの上面に当接させ、緩み止めを図るものがある（例えば、特許文献１参照）。しかし、この構造では、止めネジ自身が緩むおそれがあり、その結果、上・下ナットが緩むという問題点がある。つまり、従来の緩み止め構造は、その機能を十分にかつ永続的に満足させるものではない。
実開昭６０−１９１７１０号公報

解決しようとする課題は、部材間の締結状態を永続的に維持することができない点である。

本発明は、上方ナットと下方ナットと固定ボールトと付属ボールトとから成るボールトナット係合構造に於て、上記上方ナットには上記付属ボールトが挿入されるネジ孔を上下方向に設け、かつ、上記下方ナットにはその上面部に円形の凹窪部を設け、さらに、上記固定ボールトには下方が直径大であって上方が直径小として直径に差異があると共にネジピッチを異にした２段ネジを設け、しかも、上記直径とネジピッチを異にした双方のネジ境界部位置に外円形部を形成し、上記付属ボールトの外径を、該外円形部と上記下方ナットの凹窪部によって形成された周溝の溝幅よりも大に設定して、該付属ボールトが、該周溝の内径側の上記外円形部、及び、外径側の凹窪部の周面に噛み合ってねじ込まれ、上記上方ナットと下方ナットと固定ボールトが、一体化するように構成したものである。
あるいは、上方ナットと下方ナットと固定ボールトと付属ボールトとから成るボールトナット結合構造に於て、上記上方ナットにはその下面部に円形の凹窪部を設けると共に上記付属ボールトが挿入されるネジ孔を上下方向に該凹窪部の周上の一部を通過するよう設け、かつ、上記固定ボールトには下方が直径大であって上方が直径小として直径に差異があると共にネジピッチを異にした２段ネジを設け、しかも、上記直径とネジピッチを異にした双方のネジ境界部位置に外円形部を形成し、上記上方ナットの上記凹窪部に挿入状となる上記固定ボールトの上記外円形部に、上記付属ボールトが噛み合ってねじ込まれ、上記上方ナットと固定ボールトが、一体化するように構成したものである。

ネジピッチの異なる上方ナットと下方ナットによるダブルナット構造を採用することにより、ボールトナット結合が緩むのを防止できる。
さらに、付属ボールトによる噛み込み作用により、上方ナット及び下方ナットに緩みが一切生じず、被締結部材を永久的に締め付けた状態に維持することができる。
つまり、産業界における生産機械や輸送機械に必要不可欠な、接合物体（部材）の締め付けにおいて、設計者の意図する締め付け状態を恒久的に永続維持することができる。従って、生産機械や輸送機器において振動や環境の変化等により生じるおそれのあるボールトナットの緩み、脱落の危惧を払拭し、安全な生産活動や輸送業務に専念することができる。

図１、図２、図３は、本発明に係るボールトナット結合構造が備える上方ナット１、下方ナット２、固定ボールト４を示す図である。図４は、さらに付属ボールト３をこれらに合わせて、締結を意図する部材Ａ，Ｂを、このボールトナット結合構造により締め付けた状態を示す図である。つまり、本発明のボールトナット結合構造は、上方ナット１と下方ナット２と固定ボールト４と付属ボールト３とから成る。

図１において、上方ナット１には、後に説明する付属ボールト３が挿入されるネジ孔５が上下方向（ナットの高さ方向）に設けられている。図１では、上方ナット１が一般的に使用されている六角（低）ナットとされており、ネジ孔５は、上方ナット１の軸心と平行な軸心を有するよう上下貫通状に形成されている。また、上方ナット１の下面は、平滑面とされている。

図２において、下方ナット２には、その上面部に浅い円形の凹窪部６が設けられている。図２では、下方ナット２が一般的に使用されている六角ナットとされており、凹窪部６は、下方ナット２のネジ孔と同心状となるよう円形に形成されている。つまり、下方ナット２の上面（上方ナット１との当接面）から段付き部が形成されて凹窪部６とされ、下面（部材Ａ）側へ下方ナット２のネジ孔が続く。凹窪部６は、浅い（偏平）円柱状孔であり、Ｄ１は凹窪部６の直径を表す。また、下方ナット２の下面は平滑面とされ、上面は凹窪部６が形成されているがその他の部分は平滑面とされている。

図３において、固定ボールト４には、下方（頭部側）が直径大であって、上方（先端部側）が直径小として、直径に差異があると共にネジピッチを異にした２段ネジを設けている。そして、下方の直径大の大径ネジ部10に下方ナット２が螺合し、上方の直径小の小径ネジ部９に上方ナット１が螺合する。
さらに、直径とネジピッチを異にした双方のネジ境界部位置に、短円柱形状の外円形部７を形成している。つまり、小径ネジ部９と大径ネジ部10との間に、軸心方向に所定小寸法を有し外周面が円形の外円形部７が形成され、外円形部７の直径Ｄは、小径ネジ部９の外径Ｍより大きく、大径ネジ部10の外径Ｍ１より小さく設定されている。

付属ボールト３は、図４に示すように、例えば、角孔付き止めネジ等からなるものであり、上方ナット１のネジ孔５に螺合するものである。
そして、部材Ａ，Ｂの貫孔に固定ボールト４を挿入し、下方ナット２を所定の締め付けトルクにて締め付けて、性能を満足させた圧接を確保せしめた状態とした後、上方ナット１を螺着させ、下方ナット２の上面と上方ナット１の下面とを面接触させる。この状態を半組み立て状態と呼ぶ。
半組み立て状態において、固定ボールト４の外円形部７（の一部）が凹窪部６内において露出状（突出状）となり、外円形部７の外周面と凹窪部６の内周面（周面６ａ）とを内外側壁とする環状の周溝８が形成される。
そして、付属ボールト３の外径は、固定ボールト４の外円形部７と下方ナット２の凹窪部６によって形成されたこの周溝８の溝幅よりも大に設定されている。

そして、半組み立て状態から、付属ボールト３をネジ孔５に螺進させることにより、図５の要部断面図に示すように、付属ボールト３が、周溝８の内径側の外円形部７、及び、外径側の凹窪部６の周面６ａに噛み合ってねじ込まれ、上方ナット１と下方ナット２と固定ボールト４が、一体化し、上方・下方ナット１，２の回転（旋回）を抑制する。
つまり、付属ボールト３が、タッピンネジとして機能し、外円形部７の外周面と、凹窪部６の周面６ａとに接触し、食い込み（噛み込み）、ネジ溝を形成しながら進むこととなる。従って、付属ボールト３は、下方ナット２及び固定ボールト４よりも硬質の材質とするのが好ましい。

以上のように、本発明によれば、ネジピッチの異なる上方ナット１と下方ナット２によるダブルナット構造を採用することにより、ボールトナット結合の緩みを防止できる。
さらに、付属ボールト３による固定ボールト４の外円形部７及び下方ナット２の凹窪部６への噛み込み作用により、固定ボールト４に下方ナット２と上方ナット１が固定される。従って、上方ナット１及び下方ナット２に緩みが一切生じず、被締結部材Ａ，Ｂを永久的に締め付けた状態に維持することができる。

次に、図６から図10に、本発明に係るボールトナット結合構造の他の実施の形態を示す。図６、図７、図８は、このボールトナット結合構造が備える上方ナット11、下方ナット12、固定ボールト14を示す図である。図９は、さらに付属ボールト13をこれらに合わせて、締結を意図する部材Ａ，Ｂを、このボールトナット結合構造により締め付けた状態を示す図である。つまり、本発明のボールトナット結合構造は、上方ナット11と下方ナット12と固定ボールト14と付属ボールト13とから成る。

図６において、上方ナット11には、その下面部に浅い円形の凹窪部16が設けられると共に、後に説明する付属ボールト13が挿入されるネジ孔15が上下方向（ナットの高さ方向）に、凹窪部16の周上の一部を通過するよう設けられている。
凹窪部16は、上方ナット11のネジ孔と同心状となるよう円形に形成され、上方ナット11の下面（下方ナット12との当接面）から段付き部が形成されて凹窪部16とされ、上面側へ上方ナット11のネジ孔へと続く。凹窪部16は、浅い（偏平）円柱状孔であり、Ｄ１は、凹窪部16の直径を表す。
図６では、上方ナット11が一般的に使用されている六角（低）ナットとされており、ネジ孔15は、上方ナット11の軸心と平行な軸心を有するよう上下貫通状に形成されている。また、上方ナット11の下面は、凹窪部16、ネジ孔15が形成されているがその他の部分は平滑面とされている。

ネジ孔15は、上方ナット11を貫通しており、しかも、ネジ孔15と凹窪部16とが軸心方向から見てラップするよう配置されている。つまり、ネジ孔15と凹窪部16とは連通することとなり、付属ボールト13をネジ孔15に螺着させると、付属ボールト13が凹窪部16内において一部が露出することとなる。
図６においては、上方ナット11の軸心からネジ孔15の軸心までの寸法が、凹窪部16の半径と（略）一致するよう、ネジ孔15が配置されている。
また、図７に示すように、下方ナット12は、一般的に使用されている六角ナットとされており、上面下面を平滑面としている。

図８において、固定ボールト14には、下方（頭部側）が直径大であって、上方（先端部側）が直径小として、直径に差異があると共にネジピッチを異にした２段ネジを設けている。そして、下方の直径大の大径ネジ部20に下方ナット12が螺合し、上方の直径小の小径ネジ部19に上方ナット11が螺合する。
さらに、直径とネジピッチを異にした双方のネジ境界部位置に、短円柱形状の外円形部17を形成している。つまり、小径ネジ部19と大径ネジ部20との間に、軸心方向に所定小寸法を有し外周面が円形の外円形部17を形成し、外円形部17の直径Ｄは、小径ネジ部19の外径Ｍより大きく、大径ネジ部20の外径Ｍ１より小さく設定されている。

図９に示すように、付属ボールト13は、例えば、角孔付き止めネジ等からなるものであり、上方ナット11のネジ孔15に螺合するものである。
そして、部材Ａ，Ｂの貫孔に固定ボールト14を挿入し、下方ナット12を所定の締め付けトルクにて締め付けて、性能を満足させた圧接を確保せしめた状態とした後、上方ナット11を螺着させ、下方ナット12の上面と上方ナット11の下面とを面接触させる。この状態を半組み立て状態と呼ぶ。

また、図６の上方ナット11において、上方ナット11の軸心からネジ孔15の軸心までの軸間寸法から、ネジ孔15の半径（谷半径）を差し引いた値である最近距離ａ（上方ナット11の軸心からネジ孔15までの最近距離ａ）と、図８の固定ボールト14において、外円形部17の半径ｒとの関係について図10の要部断面図により説明すると、外円形部17の半径ｒは、最近距離ａよりも僅かに大きく設定されており、具体的には、付属ボールト13の（略）ネジ山高さ寸法だけ大きく設定されている。

そして、付属ボールト13が組み込まれる前の半組み立て状態において、固定ボールト14の外円形部17（の一部）が凹窪部16内に挿入状（露出状）となる。
この半組み立て状態から、付属ボールト13をネジ孔15に螺進させることにより、図10に示すように、上記最近距離ａと外円形部17の半径ｒとの関係により、付属ボールト13が、上方ナット11の上記凹窪部16に挿入状となる固定ボールト14の外円形部17に、付属ボールト13が噛み合ってねじ込まれ、上方ナット11と固定ボールト14が、一体化する。これにより、上方ナット11は回転することが一切なく、上方ナット11の下面に上面が当接する下方ナット12を回転させることがなく、また、上方ナット11が回転することもない。

つまり、付属ボールト13が、タッピンネジとして機能し、凹窪部16において半割状となる半円弧状ネジ孔部15ａを螺進しながら、外円形部17の外周面に食い込み、ネジ溝を形成しながら進むこととなる。従って、付属ボールト13は、固定ボールト14よりも硬質の材質とするのが好ましい。
さらに、図10の状態から、さらに付属ボールト13は（矢印ｅのように）螺進し、図９に示すように、付属ボールト13の先端面が下方ナット12の上面に当接しかつ押圧した状態となり、下方ナット12の緩み止めを一層強固にしている。

以上のように、本発明によれば、ネジピッチの異なる上方ナット11と下方ナット12によるダブルナット構造を採用することにより、ボールトナット結合の緩みを防止できる。
さらに、付属ボールト13による、固定ボールト14の外円形部17への噛み込み作用により上方ナット11が固定ボールトと一体となって廻り止めがされ、そして、上方ナット11が、その下面において接触する下方ナット12の廻り止めとして作用する。従って、上方ナット11及び下方ナット12に緩みが一切生じず、被締結部材Ａ，Ｂを永久的に締め付けた状態に維持することができる。

図４及び図９に示した構造によれば、産業（生産）機械や輸送機械等で、特に振動を伴う物体に於て、締め付けナットの緩みを効果的に防止できる。その結果、性能不良、機械の損傷、これらが原因する作業の停滞等を回避することができる。

上方ナットの図である。下方ナットの図である。固定ボールトの図である。本発明のボールトナット結合構造の実施の一形態を示す側面断面図である。ボールトナット結合構造の要部断面図である。上方ナットの図である。下方ナットの図である。固定ボールトの図である。本発明のボールトナット結合構造の他の実施の形態を示す側面断面図である。ボールトナット結合構造の要部断面図である。

符号の説明

１上方ナット
２下方ナット
３付属ボールト
４固定ボールト
５ネジ孔
６凹窪部
６ａ周面
７外円形部
８周溝
11 上方ナット
12 下方ナット
13 付属ボールト
14 固定ボールト
15 ネジ孔
16 凹窪部
17 外円形部

Claims

上方ナット（１）と下方ナット（２）と固定ボールト（４）と付属ボールト（３）とから成るボールトナット結合構造に於て、上記上方ナット（１）には上記付属ボールト（３）が挿入されるネジ孔（５）を上下方向に設け、かつ、上記下方ナット（２）にはその上面部に円形の凹窪部（６）を設け、さらに、上記固定ボールト（４）には下方が直径大であって上方が直径小として直径に差異があると共にネジピッチを異にした２段ネジを設け、しかも、上記直径とネジピッチを異にした双方のネジ境界部位置に外円形部（７）を形成し、上記付属ボールト（３）の外径を、該外円形部（７）と上記下方ナット（２）の凹窪部（６）によって形成された周溝（８）の溝幅よりも大に設定して、該付属ボールト（３）が、該周溝（８）の内径側の上記外円形部（７）、及び、外径側の凹窪部（６）の周面（６ａ）に噛み合ってねじ込まれ、上記上方ナット（１）と下方ナット（２）と固定ボールト（４）が、一体化するように構成したことを特徴とするボールトナット結合構造。
上方ナット（11）と下方ナット（12）と固定ボールト（14）と付属ボールト（13）とから成るボールトナットに於て、上記上方ナット（11）にはその下面部に円形の凹窪部（16）を設けると共に上記付属ボールト（13）が挿入されるネジ孔（15）を上下方向に該凹窪部（16）の周上の一部を通過するよう設け、かつ、上記固定ボールト（14）には下方が直径大であって上方が直径小として直径に差異があると共にネジピッチを異にした２段ネジを設け、しかも、上記直径とネジピッチを異にした双方のネジ境界部位置に外円形部（17）を形成し、上記上方ナット（11）の上記凹窪部（16）に挿入状となる上記固定ボールト（14）の上記外円形部（17）に、上記付属ボールト（13）が噛み合ってねじ込まれ、上記上方ナット（11）と固定ボールト（14）が、一体化するように構成したことを特徴とするボールトナット結合構造。