JP4469408B1

JP4469408B1 - ネジの緩止め機構付き締結具

Info

Publication number: JP4469408B1
Application number: JP2009184007A
Authority: JP
Inventors: 晴久山田
Original assignee: 株式会社ヤリステ
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2029-08-07
Also published as: JP2011038549A

Abstract

【課題】大幅な軽量化を図りながら、十分な強度を有し、それにもかかわらず従来品よりも大きい緩止め効果を発揮するネジ緩止め機構付き締結具の提供。
【解決手段】下ナット４上にテーパー状凸部１０をもち、上ナット５の内下部にテーパー状凸部へ冠合可能なテーパー状凹部１５をもつもので、上記テーパー状凸部１０を下ナット４上部の傾斜上面９上に突設して、その中心線Ｙ3 が締結ボルト２の中心線Ｙ1 に対して傾くようにし、かつ該下ナット４の下側の座面６に、底面図で見て四隅部１１を残して切り欠く凹溝部１２を形成して、被締結部材１へ接触する面積を小面積にする。
【選択図】図６

Description

本発明は、雄ネジ部と雌ネジ部とを螺合させて締付け固定する締結具において、振動や衝撃を受けても締結状態が緩まない機構を備えたものの改良に係る。特に宇宙ロケット・航空機・新幹線等の乗物や、機械・電気・建築その他締結後に振動・衝撃等が加わってもネジ部の緩みを無くしたい場所での使用に好適な締結具に関するものである。

上記の宇宙ロケット、航空機、新幹線、その他において、締結具のネジ部の緩みは重大な事故につながることになる。そのために、締結後に振動や衝撃を受けてもネジ部が緩まない締結具の必要性が高まり、これまでも種々な構造のものが提案され、また一部には大量生産されているものもある。

本願発明に比較的に近いものの例として、次のようなものがある。
イ）１つめの類型としては、締結ボルトに螺合する２以上のナット間に、互いに係合可能なテーパー状凸部と凹部を形成して、上側のナットの締め付けによる係合で一方のナットの雌ネジ部をボルトの雄ネジ部に圧接させて緩止めとするものである。
特公平０３−５２６号公報特開平１０−２８６６４９号公報特開平１１−６５１６号公報特開２００２−８９５３３号公報特開２００２−１９５２３６号公報特開２００５−４８８０７号公報特開２００８−３８９４７号公報特開２００８−５１２６９号公報

５ロ）２つめの類型としては、傾斜面を形成して軸線を変形させるものである。
実公昭３７−２９３２２号公報特開昭５３−１１０７６５号公報特公昭６３−５３４０２号公報特開平５−３９８０７号公報実開平６−１８７１９号公報特開平１０−６８４０９号公報特開２００３−１４８４３８号公報特開２００４−１５６６３７号公報特開２００６−１００５４号公報特開２００８−２９８２６４号公報

ハ）３つめの類型としては、その他の構造を用いるものである。
特許第２７７６７９２号公報特開２００１−５９５１４号公報特開２００３−１５６０２２号公報実公昭３２−００６１２５号公報

ところが、上記従来のものには、次のような問題点があった。
ａ）上記特許文献１のものは、緩み止めナットとして一般的な２個のナットを用いるダブルナット式である。テーパー状凹・凸部に加えて、一方のナットに偏心構造を有しているが、被締結部材に対して下ナットの座面全体が接触するために、両者間の接触面積が広い。これでは摩擦力も大きくなり、被締結部材の振動等による摩擦トルクの作用で、下ナットが緩む方向への力を受けて回ってしまい、それに伴い下ナットと上ナットの共周りが生じる可能性もある。また重さはナット２個分であるため、例えば航空機での使用が不適当となる等で、使用用途・使用箇所が限られることがある。

ｂ）上記特許文献２のものは、下ナットのテーパー上凸部の周部の複数箇所に縦溝を形成して縮径を容易にしようとするものであるが、若干量の縮径しか生じず完全なネジ緩止め機能は持たないし、上記引用文献１のものと同様に、座面が広めで摩擦力も大きいため、被締結部材の振動等により下ナットが緩んで、下ナットと上ナットの共周りが生じる可能性もある。また重さもナット２個分となって、使用用途・使用箇所が限られることがある。

ｃ）上記特許文献３のものは、テーパー状凹・凸部に加えて、一方のナットを偏心構造にもしているが、これも上記引用文献１のものと同様に、下ナットの座面が広めで摩擦力も大きいため被締結部材の振動等により下ナットが緩んで、下ナットと上ナットの共周りが生じる可能性もある。また重さもナット２個分であるから、使用用途・使用箇所が限られることがある。

ｄ）上記特許文献４のものは、ダブルナット式ではなく３個のナットを用いるトリプルナット式のものである。各ナットにテーパー状凹・凸部に加えて、これも偏心構造を有するが、ナットが３個分であるためコスト高になるし、軽量化を図り難い。またナット３個分の高さがあるため、作業スペースや使用可能箇所が制限されるし、取付作業もナット３個分を締付ける締結が必要で作業時間が増える。

ｅ）上記特許文献５のものは、テーパー状凹・凸部に加えて、上ナットにその締付け作業時に締付け工具の下端部が下ナットに係わらぬように当接部を有するものであるが、加工が容易でないし、コスト面でも高くなる。また、上記引用文献１のものと同様に、これも下ナットの座面が広めで摩擦力も大きいため、被締結部材の振動等により下ナットが緩んで、下ナットと上ナットの共周りが生じる可能性もある。重さもナット２個分であるから、使用用途・使用箇所が限られることがある。

ｆ）上記特許文献６のものは、テーパー状凹・凸部に加えて、偏心構造を有するものであるが、上記引用文献１のものと同様に、これも下ナットの座面が広めで摩擦力も大きいため被締結部材の振動等により下ナットが緩んで、下ナットと上ナットの共周りが生じる可能性もある。また重さもナット２個分となり、使用用途・使用箇所が限られることがある。

ｇ）上記特許文献７のものは、テーパー凸部にスリットを形成して、締結ボルトの雄ネジ部への圧接を強くしようとしたものであるが、雄ネジ部へ食い込んだまま塑性変形してしまい、ナットを取り外し困難となる可能性があるし、やはり上記特許文献１のものと同様に、下ボルトの座面が広めであるから摩擦力も大きく、被締結部材の振動等により下ナットが緩んでしまう可能性もある。

ｈ）上記特許文献８のものは、実用化され現在も市販されている。テーパー状凹・凸部をもつダブルナットの一体型で、ボルトへ螺合させて締付けることで分離し、凸部側が凹部側へ係合していくものである。しかしこれは、人が手作業で締付ける場合は締付けトルクが一定とは限らず、一旦締付けて締結すると上・下に分離しているから、締結のやり直しや繰り返し使用には向かない。またその製造も容易ではなく、コスト高になるという課題が残る。これに近いものとして、実用新案登録第３０１８７０６号公報に記載のものがある。

ｉ）上記特許文献９のものは、座金とナットとの間に傾斜面を形成したものであり、ナットの締付けにより、ボルトに対してその中心線が傾く方向への力を作用させ、ボルトからの応力（反力）にてナットの雌ネジ部とボルトの雄ネジ部間を圧接状態にし、緩止めしようとするものである。しかし、ナット下部の座金の座面が広めであるから、被締結部材との摩擦力が大きく、被締結部材の振動等による摩擦トルクで下ナットが緩む方向へ力が作用し、緩止めの力は小さいものと考えられる。

ｊ）上記特許文献１０のものは、上・下のナット間に傾斜面を形成したもので、一方のナットの厚みを薄くすることで軽量化を図れているが、締付け作業時にトルクレンチやスパナが他方のナットにも掛かって、共締め状態になる可能性がある。また下ナットの広めの座面で摩擦力が大きく、ナットを緩む方向へ力を作用して緩める可能性がある。

ｋ）上記特許文献１１のものは、上ナットの下面を傾斜面に形成したものであるが、やはり締結部材と接する下ナットの座面が広めで摩擦力が大きいため、締結部材の振動がナットの緩みを誘発する可能性があるし、２個分のナットの重さで、使用用途や場所が制約されることがある。

ｌ）上記特許文献１２のものは、上ナットの下面の一部に突起を設けることで、下ナット上面に対して上ナットを傾斜させようとするものであり、また上記特許文献１３，同１４，同１５のものは、上ナットの下面を傾斜面にしたものである。これらも上記特許８と同様に、ナットの締付けによりボルトの中心線が傾く方向へ力を作用させ、ボルトの応力を反力として受けて、ナットの雌ネジ部とボルトの雄ネジ部間を圧接状態にし、緩止めをしようとするものである。

しかしこれらも、締結部材と接する下ナットの座面が広めで摩擦力が大きいため、締結部材の振動がナットの緩みを誘発する可能性があるし、また２個分のナットの重さで、使用用途や場所が制約されることがある。

ｍ）上記特許文献１６のものは、１個のナットを用いるシングルナット式で、現在市販されているものの１つである。ナットの側方からスリットを有し、かつ座面を傾斜面としたものである。これは、該ナットをボルトへ締付け時に、座面を被締結部材へ密着させるのに強力な締付け力が必要となるし、またその締付け時にオーバートルクとなって、後のナット取り外しが困難となる可能性もある。さらに、上記の各場合と同様にナット座面が広めで摩擦力が大きいため、被締結部材の振動によりナットが緩む可能性がある上に、スリットを設けたことで緩みが生じた際の緩止め効果を阻害されるおそれもある。

ｎ）上記特許文献１７のものは、ダブルナット式の一体型であり、座面を傾斜面としたもので、ダブルナットと同等の締付け力を発揮する、とされている。しかしナットをこの上・下に分断させる構造は、繰り返しの使用には適さないから、使用用途に制限を受けるし、取外しが難しくなっている。また加工の難易度が高く、コストアップにつながることにもなる。

ｏ）上記特許文献１８のものは、シングルナット式で、ナットの上又は下面に傾斜面を形成するのではなく、ナットの雌ネジ孔が傾斜するように形成したもので、ナットの上または下面に傾斜面をもつものと同様の作用が生じるようにしたものである。しかしこのナットは、雌ネジ孔の形成が難しく、製造の手間とコスト高になるという問題点がある。

ｐ）上記特許文献１９のものは、上記各場合と異なる構造である。通常のナットの上から、円盤状で特殊な形状をもつ板状のナット緩止め具を螺合させ、ナット上面に対する撓みと、内周縁の粗面部がボルトの雄ネジ部に食い込むことで、緩みを止めるものである。しかしこの緩止め具は、複雑な形状を有しているため製造が容易ではなく、コスト高になっているし、繰り返しの使用については考慮されておらず、メンテナンス性や補修コスト面で課題がある。

ｑ）上記特許文献２０のものも、上記各場合と別の構造であり、ボルトの雄ネジ部にその外形より僅かに小さいコイルバネを、ネジの谷部に嵌まり込むように螺合させて締結するものである。しかしこれは、ボルト及びナットがＪＩＳで規定されたような通常のものではなく、ネジの谷部を径方向に深い特殊なネジにする必要があり、コスト高になる。

ｒ）上記特許文献２１のものは、シングルナット式で、ナットに設けたスカート状座金部の底面を浅く凹状とすると共に、座金部のやや上側外周に凹溝を形成することで、該座金部に底面が平坦となる方向へ弾性変形を可能として、該ナットをボルトへ螺合させて締付け時に、雌ネジ部と雄ネジ部間に大きな内部応力を加えて緩止めとしている。しかしこれは、該ナットを螺合して締付け時に、相当大きな締結トルクが必要となるし、座面と被締結部材との接触面積が広めで摩擦力も大きいから、被締結部材からの振動を受けて緩み易く、一旦緩み出すとそれを抑えることが難しい。

ｓ）上記特許文献２２のものは、上・下のナットがテーパー状凹部とテーパー状凸部を有し、かつ下ナット下部の傾斜面を有するものである。これは、下ナットの側部に縦溝を形成しておき、両ナットを締付けた場合に、下ナット下部の傾斜面の一端が被締結部材に接して、縦溝のために下ナット全体にスプリング作用を生じるようにして、ボルトとナット間のネジ部が強く噛み合うように考えたものである。しかし、スプリング作用には限度があるし、締付け方によってスプリング作用に差が生じるから、常に強行なネジ緩止め力が生じるとは限らない、等の問題点があった。

従来のものには、上記のような問題点・課題が残っているため、シンプルな構成で軽量化され、十分な強度を有しながら、しかも緩止め力が一層強力な締結具の出現が望まれていた。本発明は、上記従来のネジ緩止め機構付き締結具がもつ問題点の解決を課題としたものである。即ち、本発明の目的は、比較的シンプルな構造で、従来のものと比べて軽量化が図られると共に、十分な強度を有し、しかもより一層強力な緩止め効果をもつネジ緩止め機構付き締結具を提供することにある。

本発明に係るネジ緩止め機構付き締結具は、
被締結部材１に通挿した締結ボルト２の雄ネジ部３に、下ナット４を螺装すると共に、上ナット５を螺装して締結固定するダブルナット式のものであって、
上記下ナット４は、上下方向へ雌ネジ部７を有し、平面図で見てほぼ四角形状をした下半部８の上面を、その座面６に対して少し傾斜角αをもつ傾斜上面９に形成し、
該傾斜上面９の側辺部を残した上部に、上部寄りほど小径で側面図で見て台形状のテーパー状凸部１０を、傾斜上面９と直交する線を中心線Ｙ3 として形成し、
かつ該下半部８の座面６を、各辺縁から切り欠いて十字状の凹溝部１２を形成することで、底面図でみた四隅部１１を残してそこを被締結部材１への当接部分とし、
他方、上記上ナット５は、外形は六角ナット状であり、その上半部内に上下方向へ雌ネジ部１４を有すると共に、下半部内に下側面１３から上方へ向かって、上記下ナット４のテーパー状凸部１０に対応して上方から係合可能なテーパー状凹部１５を形成し、
該上ナット５を下ナット４へ上方から係合させ、締結ボルト２へ螺装した締結状態時に、上ナット５の下側面１３が下ナット４の傾斜上面９の側辺部へ圧接するようにしたものである。

上記構成において、下ナット４や上ナット５という表現は、被締結部材１の下方から締結ボルト２を通挿して、上部に突出した該ボルト２の雄ネジ部３に、２つのナット４，５を螺装する場合の位置関係を意味している。上・下位置関係が逆の場合でも、締結ボルト２へ先に螺合して締付けるものを下ナット４、後から螺合してロックするものを上ナット５と表示する。そのため、下ナット４の下半部８とは、下ナット４の内で被締結部材１側の部分を意味する。

上記下ナット４を側面図で見て、その下半部８の上面は該下ナット４の座面６に対して少し傾斜角αのある傾斜上面９に形成しておき、その傾斜角αは通常１．５〜３．５度位が望ましい。

該傾斜上面９上のテーパー状凸部１０は上部寄りほど小径で側面図で見て台形状、即ち円錐台形をしており、上記傾斜上面９に直交する線を中心線Ｙ3 として形成してある。該中心線Ｙ3 は、下ナット４の中心線Ｙ2 や締結ボルト２の中心線Ｙ1 に対して傾むくことになる。この傾く角度は、上記傾斜上面９の傾斜角αと同じになり、１．５〜３．５度位になる。

下ナット４の下半部８の座面６は、底面図で見て四隅部を残して、各辺縁から切り欠いてあり、雌ネジ孔を挟んで十字状となる凹溝部１２に形成してある。ここで凹溝部１２の断面は浅い四角形状でも、アーチ形状であってもよい。

上記上ナット５のテーパー状凹部１５は、下ナット４のテーパー状凸部１０に対応してそこへ上方から係合可能に、上部寄りほど小径となるテーパー状の凹部即ち中空の円錐台形をしている。

本発明に係るネジ緩止め機構付き締結具によれば、比較的シンプルな構造でありながら、従来のものに比べて十分な強度を有すると共に、より軽量化を図ることができ、しかもより一層強力な緩止め効果を発揮できる。

その理由について説明する。
その理由の第１は、下ナット４上部に突設したテーパー状凸部１０が、下ナット４の中心線Ｙ2 や締結ボルト２の中心線Ｙ1 を中心線として形成されず、座面６に対して傾斜角αをもつ傾斜上面９の上部に、該傾斜上面９と直交する線を中心線Ｙ3 として形成されている。即ち、テーパー状凸部１０の中心線Ｙ3 は、下ナット４の中心線Ｙ2 や締結ボルト２の中心線Ｙ1 に対して傾いている。

そのため、被締結部材１に通挿した締結ボルト２に下ナット４を螺装後、上から上ナット５を螺合させていくと、該上ナット５は当初はボルト２の中心線Ｙ1 に沿って螺合される（例えば図１参照）。しかし上ナット５のテーパー状凹部１５が下ナット４のテーパー状凸部１０に上方から係合し始めると、中心線Ｙ3 が傾いたテーパー状凸部１０に沿った係合になり、ボルト２の中心線Ｙ1 に沿った螺合ではなくなる。

続いて上ナット５のボルト２への螺合を進め、テーパー状凹部１５がテーパー状凸部１０への係合が進むにつれて、上記の如くテーパー状凸部１０の中心線Ｙ3 がボルト２の中心線Ｙ1 に対して傾斜している影響を受けて、上ナット５は言わばボルト２を「く」の字状に曲げる方向へ力を及ぼしながら螺合していく。上ナット５の下側面１３の一部が下ナット４の傾斜上面９の一部にまで当接した後、さらに上ナット５を螺合させていくと、上ナット５の下側面１３はその全体が下ナット４の傾斜上面９に当接することになる（例えば図２，図６参照）。

この状態では、上ナット５の雌ネジ部１４に対して、曲がらないでおこうとするボルト２の応力により、反傾斜側（例えば図６の左側）で、ボルト２からの強力な反作用の力が加わる。そのため、該上ナット５の雌ネジ部１４は、反傾斜側でボルト２の雄ネジ部３と食い込み合って、強い圧接状態になると共に、圧接面積も広くなっている（後記実施例での説明及び例えば図６参照）。

上記の食い込み圧接状態や圧接面積は、上ナット５の雌ネジ部１４の反傾斜側で、上端縁寄りほど大きくなるから（例えば図６参照）、上ナット５の雌ネジ部１４はボルト２の雄ネジ部からの強い応力を受けることになり、上ナット５に強力な緩止めの力が働いている。

なお、下ナット４についても、テーパー状凸部１０が傾斜側（図６で右側）で上ナット５のテーパー状凹部１５内側面に圧接し合っているから、該下ナット４の雌ネジ部とボルト２の雄ネジ部３との間でも圧接状態になり、圧接面積も大きくなっているから、下ナット４の緩止め力として貢献している。それに加えて本発明では、係合させての締結状態時に、上記上ナット５の下側面１３が下ナッ４の傾斜上面９に側辺部へ圧接することで、上ナット５と下ナット４間が密着状態となり、言わば一体化するから、より一層の緩止め効果が生じている。

その理由の２は、下ナット４の下側の座面６に、底面図で見て四隅部１１を残して各辺縁から切り欠いて、雌ネジ孔を挟んで十字状となる如くに凹溝部１２を形成したことである。これにより、下ナット４の座面６が被締結部材１に接する面積を、上記四隅部１１だけの小面積としたことである（例えば図３，図１０参照）。

これは言わば逆転の発想に基づくものである。即ち、従来は被締結部材１との摩擦面積を大きくすることで、摩擦力を大きくしてナットの緩みを防止すべく、フランジ付きナットや皿バネナットとし、或いは平ワッシャを介装させていた。

しかし、被締結部材１側に生じる振動や衝撃による摩擦トルクは、ボルト２に螺合して締結してある下ナット４を、締結状態をさらに強めようとする方向の力として作用せず、締結状態を緩めようとする方向への力として作用する。その力は、被締結部材１と下ナット４の座面６間の摩擦力が大きい程、摩擦トルクも大きくなってネジが緩み易くなる。

これに対して本発明では、上記の如く下ナット４の座面６に凹溝部１２を形成して、下ナット４の座面６が被締結部材１へ接する面積を上記四隅部１１の部分だけにしており、摩擦面積は四角形の座面全体と比べて数分の１の小面積となっている。

そのため、下ナット４と被締結部材１間における摩擦力は小さくなっており、被締結部材１の振動・衝撃等により下ナット４が受ける緩む方向への力、摩擦トルクも小さいくなっており、その結果、下ナット４の緩止め力として作用することになる。

加えて、本発明に係るネジ緩止め機構付き締結具は、上記の緩止め効果の他に、下ナット４の下側面に凹溝部１２を形成したことにより、後記実施例で説明する如く、従来のものと比較して軽量化を図ることができているし、また下ナット４が平面図で見て四角形状であるため、製造工程で雌ネジ孔や傾斜面の加工の際に治具に固定し易く、加工ラインへ流せる形状であると共に、精度や加工効率の向上を図ることも容易となる等の効果も有する。

以上のように、本発明に係るネジ緩止め機構付き締結具は、より軽量化を図りながら、大きな緩止め効果を発揮できるものである。この点は、後記実施例の項中で具体的に、また緩止め効果大として世界的に高い評価を得ているＡ社製品の「 H-1型Ｍ12 P1.75 SS400」（例えば図７・図８参照）と対比して説明してある。

本発明に係るネジ緩止め機構付き締結具で、締結ボルトに上ナットを螺合中の状態を示す概略側面図である。図１で示したものにおいて、上ナットを螺合してそのテーパー状凹部が下ナットのテーパー状凸部へほぼ完全に係合した状態を示す概略側面図である。図１で示したもので用いた下ナットの下方からの斜視図である。図１で示したもので用いた下ナットの一部縦断側面図である。図１で示したもので用いた上ナットの一部縦断側面図である。図２で示した状態において、上・下各ナットと締結ボルト間の圧接面積比を示すための一部縦断側面図である。従来例としてのＡ社製の締結具で、締結ボルトに上ナットを螺合中の状態を示す概略側面図である。図７で示したものにおいて、上ナットを螺合してそのテーパー状凹部が下ナットのテーパー状凸部へほぼ完全に係合した状態を示す概略側面図である。図８で示した状態において、上記Ａ社製の上・下各ナットと締結ボルト間の圧接面積をイメージ化した一部縦断側面図である。本発明に係るネジ緩止め機構付き締結具で、下ナットの座面による摩擦トルクが小さいことを説明する計算式の図である。本発明に係るネジ緩止め機構付き締結具の強度試験データを示す図である。図１１による強度試験データによる保証荷重値を、ＪＩＳ規定の保証荷重値と対比して表示したものである。本発明に係るネジ緩止め機構付き締結具の緩止め効果を上記Ａ社製のものと比較すべく、ユンカー式ねじゆるみ試験を行った結果を示す図である。本発明に係るネジ緩止め機構付き締結具の緩止め効果を、ＮＡＳ式振動試験で確認した結果を示す図である。

下ナット４上部に突設したテーパー状凸部１０の中心線Ｙ3 を、下ナット４の中心線Ｙ2 やボルト２の中心線Ｙ1 に対して傾かせており、かつ下ナット４の座面６に、底面図で見て四隅部１１を残して切り欠く凹溝部１２を形成し、被締結部材１へ接触する面積を四隅部１１だけの小面積とすることにより、緩止め効果をきわめて大きくする。

イ．図１ないし図６は、本発明に係るネジ緩止め機構付き締結具の実施例を示すものであって、１は被締結部材、２は締結ボルト、４は下ナット、５は上ナットを各々示し、被締結部材１に形成した丸孔にここでは下方から締結ボルト２が通挿され、被締結部材１を間にしてまず下ナット４をボルト２に螺装し、その上から上ナット５を螺装して、締結固定するものである。

上記被締結部材１は、ここでは締結される２枚の板材であり、またここで用いた締結ボルト２は、ＳＣＭ４３５製でＪＩＳ規格のＭ１２のボルトである。

上記下ナット４は、ここではＳ５５Ｃ製のものを用いており、平面図で見て角隅部を切り欠いた正方形状の下半部８と、その上部に側面図で見て台形状のテーパー状凸部１０を有し、ここでは該下半部８の正方形状の一辺の寸法が１７．０ｍｍで、ＪＩＳ規格のＭ１２の雌ネジ部７を有している。

上記下半部８の上面は、側面図で見て座面６に対してここでは傾斜角αが２．５度の傾斜上面９に形成してあり、その上部に傾斜上面９に直交する線を中心線Ｙ3 とするテーパー状凸部１０を突設してある。したがって、テーパー状凸部１０の中心線Ｙ3 は、下ナット４の中心線Ｙ2 に対してここでは約２．５度傾いたものになっている。

また該下ナット４の下反部は、ここでは厚い側で３．５ｍｍとし、テーパー状凸部１０はテーパー周面が中心線Ｙ3 に対する傾斜を１２度とした円錐台形状であり、その下部外径が１５．６ｍｍ、上部外径が１４ｍｍで、高さを３．８ｍｍに形成してある。

他方、上ナット５は、ここではＳ５５Ｃ製で、高さ約１０ｍｍ、外形は通常の六角ナットと同じである。その内上部に上記締結ボルト２へ螺合可能に上下方向への雌ネジ部１４を形成してある。その内下部には、上記テーパー状凸部１０へ上方から係合可能に、上ナット５の中心線の周りに側面図で見て台形状、換言すれば上方ほど小径の中空円錐台形のテーパー状凹部１５を形成してある。該テーパー状凹部１５はテーパー状内周面が、上ナット５の中心線Ｙ4 に対して１２度の傾きをもつもので、ここでは下部の内径が１５．７ｍｍ、上部内径が１４ｍｍ、高さ４ｍｍとしてある。

ロ．本発明の作用・効果は上記したが、以下に実施例に基づいてより詳しく説明する。ａ）本実施例を使用する場合に、被締結部材１に通挿した締結ボルト２に下ナット４を螺装後、上から上ナット５を螺合させていくと、該上ナット５は当初はボルト２の中心線Ｙ1 に沿って螺合されるが（図１参照）、その後上ナット５のテーパー状凹部１５が、中心線Ｙ3 の傾いた下ナット４のテーパー状凸部１０に上方から係合していく。

上ナット５の螺合を続けて、テーパー状凹部１５のテーパー状凸部１０への係合が進むと、上ナット５は締結ボルト２を、言わば「く」の字状に曲げる方向へ力を及ぼしながら螺合していく。これにより、上ナット５の雌ネジ部１４は、「く」の字状に曲げられまいとする応力によりボルト２から強力な反力を受けて、反傾斜側（図２，図６の左側）で、ボルト２からの強い力を受けながらの螺合になる。

その後、上ナット５の下側面１３の一部が下ナット４の傾斜上面９の一部に当接し、遂には上ナット５の下側面１３の全体が下ナット４の傾斜上面９に当接することになる（例えば図２，図６参照）。

この状態での上ナット５の雌ネジ部１４は、反傾斜側で上記のようにボルト２からの反力を受けて、その雄ネジ部３との間で強く食い込み合い、きわめて強力な圧接状態になって、圧接面積も増大している。しかもこの食い込み圧接状態や圧接面積は、上ナット５の雌ネジ部１４の反傾斜側の上端縁で特に大きい。

その際同時に下ナット４と締結ボルト２間でも、下ナット４の傾斜側の雌ネジ部７がボルト２の雄ネジ部３と圧接状態になり、ここでも圧接面積も増大している。

上記圧接状態にある下ナット４・上ナット５とボルト２との間の圧接面積をイメージで表したものが図６である。これは、Ａｕｔｏｄｅｓｋ社製の「ＡｕｔｏＣＡＤ２００８」を用いて実寸で作図し、かつ圧接状態にある部分の面積を計算・図示させたものである。同じ条件下で、緩止め力に関して世界的に評価の高い上記Ａ社製のものについても、計算・図示させたのが図９である（同一符号を付してある）。

いずれの図においても、部分的に拡大して○で囲んで斜線にて示した部分のＳ1 ，Ｓ2
が、下ナット４及び上ナット５と締結ボルト２との間で、ネジ部の圧接面積をイメージ化したものである。その圧接面積の合計Ｓ1 ＋Ｓ2 は、図９で示したＡ社製のものが３．３ｍｍ²であるのに対し、本実施例のものでは３．９ｍｍ²である。

この結果から、実施例の方がＡ社製のものに比べて約１．２倍の広さの圧接面積を有しており、したがって実施例の方が強く圧接状態にあり、大きな緩止め力が作用していることが判る。

ｂ）上記圧接面積の増大による効果に加えて、本実施例においては、下ナット４の座面６が被締結部材１へ接する部分を、四隅部１１だけの小面積としたことも、別の緩止め力として作用している。これは上記の如く、言わば逆転の発想に基づくものであり、従来のようにナットやボルト頭部の圧接面積を広くして、摩擦力を大きくすることでナットの緩みを防止しようとするものでは無い。

本発明の実施例では、下ナット４の座面６が被締結部材１へ接触する面積を上記四隅部１１だけの小面積としている。本実施例での下ナット４は、平面図で見て１７ｍｍ×１７ｍｍの正方形状の座面６を有し、その各角部を除いたことで座面全体の面積は２８４．７ｍｍ²となっている。雌ネジ孔が９５ｍｍ²であるから、それを除いた座面６が被締結部材１と接する面積は、１８９．７ｍｍ²である。

本実施例では、上記のように座面６の四隅部１１だけで被締結部材１と接し、その四隅部１１の各面積は７．７ｍｍ²であるから、座面６が被締結部材１と接する部分の実際の面積は、全体で７．７ｍｍ²×４で３１．６ｍｍ²となる。これにより、被締結部材１に座面が接する場合の面積比は、凹溝部１２を形成しないものと比較すると、１８９．７ｍｍ²対３１．６ｍｍ²となり、本実施例では１／６の圧接面積になっている。

次にこれを、Ｍ１２の標準六角ナット（ＪＩＳでは二面幅が１８ｍｍ）と対比すると、六角ナットでは座面面積が１３７ｍｍ²であるから、これを本実施例と対比すると、１３７ｍｍ²対３１．６ｍｍ²で、約１／４の圧接面積となる。したがって、本実施例では圧接力・摩擦力も小さくなっているから、被締結部材１の振動・衝撃を原因とする緩み力が下ナット４へ伝わり難くなり、緩みの発生を低減させている。

さらに、上記下ナット４の座面６による摩擦トルクの差について検証したものが、図１０で示した「摩擦トルクについての図説」である（これは、文章と図面による説明であるため、明細書中に記載し難いので図面として示した）。これによる検証の結果、本実施例の下ナット４の座面の摩擦トルクＴｗ3 が、六角ナットの場合の摩擦トルクＴｗ1 に比べて１／６になっていた。その結果、被締結部材１の振動・衝撃が摩擦トルクとして作用する力は小さく、下ナット４を緩ませる方向への力はきわめて小さく押さえられることが判る。

ｃ）また、本実施例の軽量化の度合いを知るために重さを測定したところでは、締結ボルト２を除いた上ナット５と下ナット４との合計重量が１７．８ｇであった。同等の強度区分である１０Ｔに属する上記Ａ社製のものが２６．３ｇであったから、本実施例の下ナット４は、上記のような形状としたことにより、約３３パーセントの軽量化が図れていることが判った。

ハ）そして、本実施例について強度試験、及びネジの緩止め効果を確認する試験を行った結果を示す。
ａ）まず、図１１は本実施例の強度試験（保証荷重試験）の結果を示している。これは、平成２１年７月１７日に大阪府立産業技術総合研究所に依頼して行ったもので、荷重を負荷し、最大荷重を測定する。その試験結果で１３２．８ｋＮの最大荷重まで耐えることができた。

この結果、本実施例と同等の強度区分である１０Ｔに属するＳ５５Ｃ製のＭ１２の六角ナット（メートル並目ネジ）の場合に、図１２で示した如く、ＪＩＳＢ１０５２附属書付表２において保証荷重が８２．３８ｋＮとされていることからすれば、本実施例がきわめて優れた強度を有することを確認できた。

ｂ）次に、本実施例についてネジ緩止め効果を上記Ａ社製のものと比較するために、ユンカー（Ｊｕｎｋｅｒ）式ねじゆるみ試験（振動試験）を行った。
これは、平成２１年７月２２日に「ケイエスティ株式会社（大阪市中央区徳井町２丁目４番１４号宇野ビルディング内）」に依頼して、株式会社島津試験機サービス製の「ユンカー（Ｊｕｎｋｅｒ）式ゆるみ試験機（実用新案登録第３１４４６９２号参照）」を用いて行ったもので、加振振幅を±０．５ｍｍ、振動周波数を３．３Ｈｚ、初期締付軸力を１５ｋＮ、測定時間を３分間の条件で行う試験である。

図１３はその結果を示したものであり、上側の線で示したものが本実施例での緩止め力を示し、下側の線で示したものが上記Ａ社製のものの緩止め力を示している。この試験結果からも明らかなように、本実施例の方が上記Ａ社製のものよりもネジの緩止め効果が大きいことを確認できた。

ｃ）さらに本実施例におけるネジ緩止め効果を確認するため、別の振動試験（ＮＡＳ式）をも行った。
これは、平成２１年７月３１日に、滋賀県工業技術総合センター（滋賀県栗東市上砥山２３２所在）に依頼して行ったもので、振動試験機ＶＳ−２００Ａ−１４０（ＩＭＶ株式会社製）、トルクレンチ（株式会社中村製作所製）を用い、本実施例と同じものを摺動面に潤滑油（ＫＵＲＥＣＲＣ５−５６）を塗布した状態で、４０Ｎｍの締付けトルクで加振台に装着して、ボルト軸と直角方向に振動周波数２９．７Ｈｚ（１７８２ｒｐｍ）、振動複振幅１１ｍｍ_pp、振動時間１７分間（総振動数３万回）の振動を加える条件で行う試験である。

その結果を図１４で示したが、同試験成績書の試験結果の欄に記載のように、「供試品に脱落・回転などの明らかな弛みは発生しなかった（ボルト及びナットに印したマーキングにズレは生じなかった）」との評価を得られた。

以上の如く、本実施例はネジの緩止め効果が大きいとして世界的に高い評価を得ている上記Ａ社製のものと比較しても、大幅な軽量化を図りながら、十分な強度を有し、しかもより一層大きい緩止め効果を有するものである。

なお、上記実施例で示した材質や寸法・角度等の数値は、一例であってこれに限るものではないことは勿論である。

本発明は、振動や衝撃を受けても締結部のネジが緩まないことが必要な場所、特に宇宙ロケット・航空機・新幹線等の乗物や、機械・電気・建築その他の場所で、ボルトにナットを締結後に振動・衝撃等が加わってもネジ部が緩まないようにしたい場合に好適なネジ緩止め機構付き締結具である。

１−被締結部材
２−締結ボルト
３−雄ネジ部
４−下ナット
５−上ナット
６−座面
７−雌ネジ部
８−下半部
９−傾斜上面
１０−テーパー状凸部
１１−四隅部
１２−凹溝部
１３−下側面
１４−雌ネジ部
１５−テーパー状凹部
α−傾斜角
Ｙ1 −締結ボルトの中心線
Ｙ2 −下ナットの中心線
Ｙ3 −テーパー状凸部の中心線
Ｙ4 −上ナットの中心線
Ｓ1 −圧接面積をイメージ化した部分
Ｓ2 −圧接面積をイメージ化した部分

Claims

被締結部材１に通挿した締結ボルト２の雄ネジ部３に、下ナット４を螺装すると共に、上ナット５を螺装して締結固定するダブルナット式のものであって、
上記下ナット４は、上下方向へ雌ネジ部７を有し、平面図で見てほぼ四角形状をした下半部８の上面を、その座面６に対して少し傾斜角αをもつ傾斜上面９に形成し、
該傾斜上面９の側辺部を残した上部に、上部寄りほど小径で側面図で見て台形状のテーパー状凸部１０を、傾斜上面９と直交する線を中心線Ｙ3 として形成し、
かつ該下半部８の座面６を、各辺縁から切り欠いて十字状の凹溝部１２を形成することで、底面図でみた四隅部１１を残してそこを被締結部材１への当接部分とし、
他方、上記上ナット５は、外形は六角ナット状であり、その上半部内に上下方向へ雌ネジ部１４を有すると共に、下半部内に下側面１３から上方へ向かって、上記下ナット４のテーパー状凸部１０に対応して上方から係合可能なテーパー状凹部１５を形成し、
該上ナット５を下ナット４へ上方から係合させ、締結ボルト２へ螺装した締結状態時に、上ナット５の下側面１３が下ナット４の傾斜上面９の側辺部へ圧接するようにした、ネジ緩止め機構付き締結具。
下ナット４の傾斜上面９が座面６に対する傾斜角αを、ほぼ１．５乃至３．５度にする、請求項１に記載のネジ緩止め機構付き締結具。