JP4639291B2

JP4639291B2 - 締結具

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Publication number: JP4639291B2
Application number: JP2006006715A
Authority: JP
Inventors: 輝夫中上; 壽一河嶋; 寛二月瀬; 利徳藤井
Original assignee: Shiga Prefectural Government.
Current assignee: Shiga Prefectural Government.
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2026-01-13
Also published as: JP2007187273A

Description

本発明は、緩み止め機能を有する締結具、およびこの締結具に用いられる座金並びにナットに関するものである。

ボルトおよびナットを用いた締結構造（締結具）においては、従来からボルト・ナット締結後の緩みが大きな課題であった。

この課題を解決するために、特許文献１には、ナットの座金側かつ内側に軸対称かつ断面略台形状の凹部を有し、座金のナット側かつ内側に軸対称かつ断面略台形状の凸部を有し、ナットの凹部と座金の凸部とが嵌合する締結構造であって、座金が備える孔は座金の凸部の内側に位置し当該孔の中心位置が座金の凸部の中心位置に対して偏芯している緩み止め用締結構造が開示されている。この技術では、座金が備える孔は、座金の凸部の内側に位置し当該孔の中心位置が座金の凸部の中心位置に対して偏芯しているので、締結時、座金の孔を構成する部分がボルトのねじ山部分に食い込むために、座金の孔を構成する部分が大きく歪み、この歪みの力により強力な緩み止め効果を得ることができるようになっている。

しかしながら、特許文献１の技術では、締結する際のナットの回転よりも緩める際のナットの回転に必要な力が小さくなるため、締結後にナットの戻り（緩み）が発生するという問題点があった。また、まずナットが緩み、次に座金が緩むため、緩み止め効果のばらつきが発生するという問題点があった。

そこで、特許文献２では、特許文献１の構成に加えて、ナットおよび座金における互いの接触部に、互いの斜面部の向きが逆となるように設けられた断面略直角三角形からなる回転抵抗部を設け、これによって締結する際の回転よりも緩める際の回転に必要な力が大きくなるようにしている。
特許第３５２２６９５号公報（公開日２００２年７月２６日）特開２００５−６９３４７号公報（公開日２００５年３月１７日）

しかしながら、上記特許文献２の技術では、締結する際に、座金とナットの双方の回転抵抗部が摩擦するため、回転抵抗部が変形するなどして、十分な戻り防止効果が得られない場合があった。また、締結時に、座金とナットの双方の回転抵抗部が摩擦しながらナットが回転することを許容するようにするためには、断面の略直角三角形における垂直部の高さを低くする必要があり、戻り防止効果を得るための回転抵抗を十分に得られない場合があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、緩み止め効果を確実に得ることのできる締結具、およびこの締結具に用いられる座金並びにナットを提供することにある。

本発明の座金は、上記の課題を解決するために、ボルトの軸が通る孔を備えたナットおよび座金からなり、上記ナットは、座金側かつ内側に軸対称かつ座金側に向かうほど開口部の面積が大きくなった凹部を有し、上記座金は、ナット側かつ内側に軸対称かつナット側に向かうほど外径が狭くなった凸部を有し、上記座金が備える孔は上記凸部の内側に位置し、当該孔の中心位置が上記座金の凸部の中心位置に対して偏芯しており、締結時、上記ナットにおける凹部と上記座金における凸部とが接触部を構成して嵌合する締結具に用いられる座金であって、上記ナットとの接触部に、上記凸部の中心位置を通る放射線よりもナットの締め込み方向に傾いた方向に延在し、上記ナット側に突出する突出部が少なくとも１つ以上形成されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、上記ナットは、座金側かつ内側に軸対称かつ座金側に向かうほど開口部の面積が大きくなった凹部を有し、上記座金は、ナット側かつ内側に軸対称かつナット側に向かうほど外径が狭くなった凸部を有しており、締結時には、上記ナットの凹部と上記座金の凸部とが接触部を構成して嵌合する。また、上記座金が備える孔は上記凸部の内側に位置し、当該孔の中心位置が上記座金の凸部の中心位置に対して偏芯しているので、ナットにおける凹部と座金における凸部とが接触して嵌合すると、座金が上記孔の中心位置と上記座金の凸部の中心位置とを一致させる方向に移動および／または変形し、座金がボルトに圧接する。その結果、ボルトとナットとの間に互いに押し付け合う力が作用し、ナットが締結状態から緩むことを防止する緩み止め効果（第１の緩み止め効果）が発生する。

さらに、上記座金における上記ナットとの接触部に、突出部が形成されているので、締結時にナットを締め込むと、この突出部がナットに圧接する。この圧接により、ナットの締め付けトルクに起因する力Ｆは、上記突出部が上記凸部の中心位置を通る放射線（凸部の直径方向）よりもナットの締め込み方向に傾いた方向に延在しているため、上記凸部の中心位置を通る放射線方向の成分Ｆ１と、上記凸部の円周方向の成分Ｆ２とに分解される。したがって、ナットと座金に設けられた突出部との接触部には、この座金をボルトに押し付ける方向の力Ｆ１が作用することになる。これにより、締結完了後には、締め付け時に突出部に作用した上記の力Ｆに相当する力を加えない限り、ナットが緩み始めなくなる。つまり、緩み止め効果をより強くすることができる（第２の緩み止め効果）。

また、上記突出部の延在方向の、上記凸部の中心位置を通る放射線に対する傾斜角度γが、０°＜γ≦６０°であってもよい。上記角度γをこの範囲に設定することにより、締結時に、ナットを締め込む方向の力を確実に作用させることができ、上記第２の緩み止め効果をより確実に得ることができる。

また、上記突出部における上記延在方向に垂直な断面のなす輪郭のうち、この突出部の設置面から突出する部分の少なくとも一方は、上記設置面に対する角度が９０°±１０°の範囲内である構成としてもよい。

上記の構成によれば、締結時に、ナットを締め込む方向の力をより好適に作用させることができ、上記第２の緩み止め効果をより好適に得ることができる。

また、上記凸部の被締結体側に設けられ、締結時に被締結体と当接する支持部を備え、上記突出部は、上記凸部から当該凸部の中心位置に対して外側に向かって延在するように、上記支持部の上面に形成されている構成としてもよい。

上記の構成によれば、突出部が上記凸部から上記座金の外側に向かって延在するように、上記支持部の上面に形成されているので、締結時には、ナットにおける上記凹部の先端がこの突出部に当接する。これにより、ナットにおける上記突出部との接触面に、ナットを締め込む方向の力をより好適に作用させることができる。

また、締結時には、上記ナットにおける凹部の座金側端部と上記凸部とが接触部を構成するようになっており、上記突出部は、締結時に上記ナットにおける凹部の座金側端部に圧接する構成としてもよい。

上記の構成によれば、締結時には、上記ナットにおける凹部の座金側端部と上記凸部とが接触部を構成するので、この座金側端部にナットと座金との圧接力が集中することになる。そして、この圧接力が集中する位置に上記突出部を設けることにより、上記第２の緩み止め効果をより強いものにできる。

また、上記凸部の被締結体側に、締結時に被締結体と当接する支持部を備えており、この支持部の上記被締結体表面に対する傾斜角度は、０°よりも大きくかつ上記凸部の上記被締結体表面に対する傾斜角度よりも小さい構成としてもよい。

上記の構成によれば、締結時にナットを締め込むと、この締め付けトルクにより、支持部にバネ作用が生じる。このバネ作用により、座金における孔を構成する部分がボルトにより強く圧接されるので、緩み止め効果をより強くすることができる（第３の緩み止め効果）。

また、締結時に上記ボルトに当接する部分の肉厚が、上記ボルトに設けられたねじ山のピッチよりも薄い構成としてもよい。

この場合、座金とナットとが嵌合することによって座金がボルトに圧接する際、座金をボルトのねじ山に食い込ませることができる。これにより、くさび効果により複合的な緩み止め効果（第４の緩み止め効果）が得られる。すなわち、ナットを締め付けると、その締め付けトルクがボルトのねじ山に横（ボルトの軸に対して略垂直な方向）からの力として作用する結果、座金がボルトのねじ山に食い込み、座金とボルトとの位置関係が固定化されるため、より強力な緩み止め効果が得られる。

また、ボルトのねじ山は螺旋状になっているので、座金の先端がボルトの螺旋状のねじ山と噛み合うことにより、この座金におけるねじ山との接触部分にねじれが生じる。このねじれとボルトに形成された螺旋状のねじ山との作用によって緩み止め効果をさらに強くすることができる（第５の緩み止め効果）。

本発明のナットは、上記の課題を解決するために、ボルトの軸が通る孔を備えたナットおよび座金からなり、上記ナットは、座金側かつ内側に軸対称かつ座金側に向かうほど開口部の面積が大きくなった凹部を有し、上記座金は、ナット側かつ内側に軸対称かつナット側に向かうほど外径が狭くなった凸部を有し、上記座金が備える孔は上記凸部の内側に位置し、当該孔の中心位置が上記座金の凸部の中心位置に対して偏芯しており、締結時、上記ナットにおける凹部と上記座金における凸部とが接触部を構成して嵌合する締結具に用いられるナットであって、上記座金との接触部に、上記孔の中心位置を通る放射線よりも該ナットの締め込み方向に傾いた方向に延在し、上記座金側に突出する突出部が少なくとも１つ以上形成されていることを特徴としている。

さらに、上記ナットにおける上記座金との接触部に、突出部が形成されているので、締結時にナットを締め込むと、この突出部が座金に圧接する。この圧接により、ナットの締め付けトルクに起因する力Ｆは、上記突出部が上記孔の中心位置を通る放射線（孔の直径方向）よりもナットの締め込み方向に傾いた方向に延在しているため、上記孔の中心位置を通る放射線方向の成分Ｆ１と、上記孔の円周方向の成分Ｆ２とに分解される。したがって、ナットに設けられた突出部と座金との接触部には、該座金をボルトに押し付ける方向の力Ｆ１が作用することになる。これにより、締結完了後には、締め付け時に突出部に作用した上記の力Ｆに相当する力を加えない限り、ナットが緩み始めなくなる。つまり、緩み止め効果をより強くすることができる（第２の緩み止め効果）。

本発明の締結具は、上記の課題を解決するために、ボルトの軸が通る孔を備えたナットおよび座金からなり、上記ナットは、座金側かつ内側に軸対称かつ座金側に向かうほど開口部の面積が大きくなった凹部を有し、上記座金は、ナット側かつ内側に軸対称かつナット側に向かうほど外径が狭くなった凸部を有し、上記座金が備える孔は上記凸部の内側に位置し、当該孔の中心位置が上記座金の凸部の中心位置に対して偏芯しており、締結時、上記ナットにおける凹部と上記座金における凸部とが接触部を構成して嵌合する締結具であって、上記したいずれかの座金、および／または、上記ナットを用いていることを特徴としている。

上記の構成によれば、緩み止め効果を確実に得ることができる。

以上のように、本発明の座金は、上記ナットとの接触部に、上記凸部の中心位置を通る放射線よりもナットの締め込み方向に角度γだけ傾いた方向に延在し、上記ナット側に突出する突出部が形成されている。また、本発明のナットは、上記座金との接触部に、上記孔の中心位置を通る放射線よりもナットの締め込み方向に角度γだけ傾いた方向に延在し、上記座金側に突出する突出部が形成されている。また、本発明の締結具は、上記いずれかの座金および／または上記ナットを備えている。

それゆえ、本発明の座金、ナット、および締結具は、緩み止め効果を適切に得ることができる。

本発明の一実施形態について、図を参照しながら説明する。

図１（ａ）は、本実施形態にかかる締結具１における締結完了前の状態を示す断面図であり、図１（ｂ）は締結完了時の状態を示す断面図である。これらの図に示すように、締結具１は、ボルト４と座金３とナット２とからなる。

ボルト４は、ねじ部４１と頭部４２とからなる。ナット２は、座金３側（被締結体５側）かつ内側（ボルト４側）に、ボルト４の軸４ａに対して軸対称であって、かつ、この軸４ａに平行な断面の形状が略台形状の凹部２１を有している。座金３は、ナット２側かつ内側に、ボルト４の軸４ａに対して軸対称であって、かつ、この軸に平行な断面の形状が略台形状の凸部３１を有している。

そして、被締結体５，６に設けられた孔にボルト４のねじ部４１を貫通させ、座金３を被締結体５との間に挟みこむようにしてナット２を締め込むことにより、被締結体５と６とを締結するようになっている。

なお、ナット２および座金３の材質は特に限定されるものではないが、後述するように、座金３の方がナット２よりも硬い（硬度が高い）材質であることが好ましい。本実施形態では、ナット２の材質をＳ３５Ｃとし、座金３の材質をＳ４５Ｃとしている。また、座金３には焼入れ加工を施している。

図２（ａ）はナット２の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面の断面図であり、図２（ｃ）はナット２の底面図である。

図２（ｂ）に示したように、ナット２の内側の上部（座金３とは反対側）には、ナット２の上面から高さＳの範囲に、ボルト４のねじ部４１に形成された雄ねじ部と噛み合うように、雌ねじ部２６が形成されている。また、ナット２の内側の下部には、軸対称かつ断面略台形状の凹部２１が、底面からの高さがＨ’となるように形成されている。なお、ここでいう軸対称とは、ナット２の中心軸Ｔ（締結時にボルト４の軸４ａと一致する）に関して対称であるという意味である。

凹部２１は、傾斜部２２と、この傾斜部２２と底面２８との交点に位置する下面交点部２５と、凹部２１の上面である上面部２３と、この上面部２３と傾斜部２２との交点に位置する上面交点部２４とからなる。なお、本実施形態では、傾斜部２２の中心軸Ｔに対する角度θを約１４°に設定している。ただし、角度θの大きさはこれに限るものではなく、締結時に座金３をボルト４に圧接させることができるように、座金３の形状などを考慮して適宜設定すればよい。

このように、ナット２の内側の下部には軸対称かつ断面略台形状の凹部２１が形成されているので、図２（ｃ）に示すように、雌ねじ部２６の内径２７、上面交点部２４、下面交点部２５は同心円となる。

図２（ｃ）に示したように、ナット２の外形は二面幅（対辺間の距離）がＶの正六角形になっている。なお、本実施形態では、ナット２の外形を正六角形としているが、これに限るものではない。

雌ねじ部２６の外径Ｄ、上面交点部２４の直径Ｄ'、下面交点部２５の直径Ｄ''、二面幅Ｖの寸法は、この順で大きくなるように設定される。すなわち、上記Ｄ，Ｄ’，Ｄ’’，Ｖは、Ｄ＜Ｄ'＜Ｄ''＜Ｖの関係を満たすように設定される。

また、雌ねじ部２６の高さＳおよび凹部２１の高さＨ’は、ナット２の高さをＨとすると、Ｈ＝Ｓ＋Ｈ'の関係を満たしている。なお、雌ねじ部２６の高さＳおよび凹部２１の高さＨ’は、特に限定されるものではなく、ねじ部に必要な強度を得ることができるように高さＳを設定し、かつ、緩み止め効果を十分に得ることができるように高さＨ’を設定すればよい。

図３（ａ）は座金３の上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面の断面図である。

この図に示すように、座金３は、凸部３１と、支持部３２と、この支持部３２の上方に設けられた突出部３９とからなる。なお、本実施形態では、説明の便宜上、凸部３１と支持部３２と突出部３９とを区別しているが、これらは一体的に形成されるものであってもよい。また、突出部３９は、例えば、圧造、切削、鋳造、あるいはプレス等の特殊加工により製造される。

支持部３２は、凸部３１の下側に形成されており、この支持部３２が被締結体５に当接するようになっている。支持部３２は、ボルト４の軸４ａおよびナット２の中心軸Ｔと共通な軸ｘ−ｘに垂直な面に対する角度がαになっている。なお、本実施形態ではα＝１０°としている。

凸部３１は、図３（ｂ）に示すように、湾曲下部点３４、湾曲部３６、湾曲上部点３８、孔３５からなり、ナット２側かつ内側に、ボルト４の軸４ａに対して軸対称であって、かつ、この軸に平行な断面の形状が略台形状となるように設けられている。湾曲下部点３４は図３（ａ）に示したように、凸部３１の中心位置ｉを中心とする円を構成している。この凸部３１の中心位置ｉはｘ−ｘ軸上にある。

湾曲部３６は、ｘ−ｘ軸に対する平均角度が概ね角度βになっている。この角度βの大きさは特に限定されるものではないが、本実施形態ではβ＝１５°としている。

凸部３１の上部に位置する孔３５の外径点３７は、図３（ａ）に示したように、円を構成しており、この円の中心位置ｊ、すなわち孔３５の中心位置ｊはｙ−ｙ軸上にある。このように、孔３５の中心位置ｊはｙ−ｙ軸上にあり、凸部３１の中心位置ｉはｘ−ｘ軸上にある。すなわち、孔３５の中心位置ｊと凸部３１の中心位置ｉとは偏芯している。

なお、支持部３２の外側の端部３３が構成する円の直径（座金３の外径）ｐ、湾曲部３６の最下部点である湾曲下部点３４が構成する円の直径ｐ''、湾曲部３６の最上部点である湾曲上部点３８が構成する円の直径ｐ'、孔３５の直径ｄ、前述したナット２における雌ねじ部２６の直径Ｄは、この順で小さくなるように設定されている。すなわち、ｐ＞ｐ''＞ｐ'＞ｄ＞Ｄの関係が成り立つように設定されている。

さらに、湾曲上部点３８が構成する円の直径ｐ'は、ナット２における上面交点部２４の直径Ｄ'未満の寸法になっており、湾曲下部点３４が構成する円の直径ｐ''は、ナット２における下面交点部２５の直径Ｄ''以上の寸法になっている。すなわち、ｐ'＜Ｄ'＜Ｄ"≦ｐ"の関係が成り立っている。これにより、ナット２における凹部２１と座金３における凸部３１とが嵌合状態になったときは、ナット２における凹部２１の下面交点部２５が座金３における凸部３１の湾曲部３６周辺に圧力をかける状態になる。

突出部３９は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、凸部３１（湾曲部３６）の下部から支持部３２の上面に沿って、凸部３１の中心位置ｉを通る放射線よりも締結時にナット２を締め込む方向に角度γだけ傾いた方向に延在するように形成されている。なお、本実施形態では、この角度γを４５°に設定しているが、これに限るものではない。詳細については後述するが、この角度γの設定値を変更することにより、締結時の緩み止め効果の程度、およびそれに相反する締結解除時に必要となる力（戻しトルク）の程度を変更することができる。

突出部３９の上記延在方向の長さは特に限定されるものではなく、締結時に突出部３９の少なくとも一部とナット２とが圧接すればよい。また、上記延在方向の先端部分の形状についても特に限定されるものではなく、図３（ａ）のように丸みを帯びた形状であってもよい。

また、突出部３９は、図３（ａ）に示したように、座金３の円周方向に沿って等間隔で８個設けられている。これにより、締結時にナット２を締め込むと、少なくとも１つ以上の突出部３９が確実にナット２（特にナット２の下面交点部２５）に圧接して食い込むようになっている。

図４は、突出部３９の延在方向に対して垂直な断面（図３（ａ）に示したｃ−ｃ断面）の断面図である。この図に示すように、突出部３９は、該突出部３９の延在方向に対して垂直な断面が矩形となっている。なお、突出部３９の幅ｗおよび高さｔは、締結具１のサイズ（ボルト４の径）等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されるものではないが、例えばボルト４のサイズがＭ８の場合、幅ｗを０．５ｍｍ程度、高さｔを０．３ｍｍ程度に設定すればよい。

次に、締結具１において、ナット２を締め込んだときの作用について説明する。

図１（ａ）に示すように、ボルト４の頭部４２の上に被締結体５，６および座金３をこの順で置いた状態でナット２をボルト４の雄ねじ山に沿って回していく（締め込んでいく）。すると、まず、ナット２の凹部２１における下面交点部２５が、座金３における凸部３１の湾曲部３６に接触する。

凸部３１の中心位置ｉは図３（ａ）に示したｘ−ｘ軸上にあり、このｘ−ｘ軸は図２（ａ）に示したナット２の中心軸Ｔと共通なので、ナット２の凹部２１の下面交点部２５が座金３の凸部３１の湾曲部３６に接触した後、座金３の凸部３１の湾曲部３６は、ナット２の凹部２１に沿って嵌り込んでいき、 HYPERLINK "JP-B-3522695.files\\000004.gif" 図１（ｂ）に示したように、座金３の凸部３１とナット２の凹部２１とが嵌合した状態となる。

この際、上記したように、座金３における孔３５の中心位置ｊと凸部３１の中心位置ｉとは偏芯しているため、図１（ｂ）に示すように、座金３の凸部３１に設けられた孔３５の外径点３７がボルト４のねじ部４１の一部（図１（ｂ）では図中左側）に圧接する。

図５は、締結時に締結具１における各部に作用する接触応力を有限要素法によって解析した結果を示す透視図である。なお、図中に示した矢印は、各部材の接触面に作用する応力の向きおよび大きさを示している。この図（図５におけるボルト４の右側）に示したように、締結時、ナット２の回転（締め込み）によってナット２における凹部２１の下面交点部２５と、座金３における凸部３１の湾曲部３６とが接触して嵌合し、座金３がボルト４に圧接する。そして、その結果、図１（ｂ）に示した矢印ａ，ｂのように、図５に示した各接触応力の合力に相当して、ボルト４とナット２との間に逆方向横向き（ボルト４の軸４ａに垂直な方向）の力が作用する。また、これにより、ナット２と座金３との接触部に対してボルト４の軸４ａを介して反対側におけるボルト４とナット２との接触面に、図１（ｂ）に示した矢印ｃ，ｄのように、ボルト４とナット２とを互いに押し付け合う力が作用し、ナット２が締結状態から緩むことを防止する緩み止め効果（第１の緩み止め効果）が発生する。

また、座金３におけるナット２との接触部には、凸部３１（湾曲部３６）の下部から支持部３２の上面に沿って、凸部３１の中心位置ｉを通る放射線よりも締結時にナット２を締め込むように回転させる方向に角度γだけ傾いた方向に延在するように、突出部３９が形成されている。そして、締結時にナット２を締め込むと、この突出部３９がナット２に圧接して食い込むようになっている。これにより、ナット２が締結状態から緩むことをさらに防止することができる（第２の緩み止め効果）。

この第２の緩み止め効果について、より詳細に説明する。図６は、締結時にナット２と座金３との間に作用する力を模式的に示した説明図である。この図に示すように、ナット２の凹部２１と座金３の凸部３１とが嵌合して締結が完了すると、軸方向の力Ｐに加えて、ナット２の凹部２１と座金３の凸部３１との間に作用・反作用の力Ｓ・Ｓ’が複合的に働き、中心方向への力（座金３をボルト４に押し付ける方向の力）Ｑが作用する。これにより、上記第１の緩み止め効果が得られる。

図７（ａ）は、ナット２と突出部３９との接触部に作用する力を模式的に示した説明図である。この図に示すように、ナット２を締め込むと、ナット２と突出部３９との接触部には、力Ｆが突出部３９における延在方向に平行な側面（ナット２を緩める方向側の側面）３９ａに主に垂直に作用する。ここで、突出部３９は座金３の中心位置ｉを通る放射線よりもナット２の締め込み方向に角度γだけ傾斜した角度で延在しているので、上記の力Ｆは、図７（ａ）に示すように、凸部３１の中心位置ｉを通る放射線方向（凸部３１の直径方向）の成分Ｆ１と凸部３１の円周方向の成分Ｆ２とに分解される。したがって、ナット２と突出部３９との接触部には、この座金３をボルト４に押し付ける方向の力Ｆ１がさらに作用する。

これにより、突出部３９がナット２の緩みに対する抵抗力を負担することになり、締め付け時に突出部３９に作用した上記の力Ｆに相当する力を力Ｆとは反対方向に加えない限り、ナット２が緩み始めない（回転し始めない）。つまり、図７（ｂ）に示すように、締め付け時に突出部３９に作用した力Ｆに対して反対方向かつほぼ同じ大きさの力Ｆ’を突出部３９（突出部３９におけるナット２を絞め込む方向側の側面３９ｂ）に加えない限り、ナット２が緩み始めなくなる。したがって、突出部３９を備えることにより、緩み止め効果をより強くすることができる。

なお、座金３（座金３における突出部３９）の方がナット２（ナット２における座金３との接触部）よりも硬い材質であることが好ましい。これにより、締結時に突出部３９がナット２に食い込むので、緩み止め効果をより強くすることができる。

また、座金３はその下部に支持部３２を有しており、この支持部３２は、ｘ−ｘ軸に垂直な平面、すなわち被締結体５の表面に対して角度αだけ傾いている。この角度αが０°よりも大きく、凸部３１の被締結体５表面に対する傾斜角よりも小さい場合（０°＜α≦９０−β°）、ナット２の締め付けトルクにより、この支持部３２にバネ作用が生じる。このバネ作用により、座金３における孔３５の外径点３７がボルト４のねじ部４１により強く圧接されるので、緩み止め効果をより強くすることができる（第３の緩み止め効果）。なお、この支持部３２の形状が被締結体５に対して水平（角度α＝０）であってもよく、その場合には、座金３が正確に水平移動可能となるという特有の効果を得られる。

また、座金３の孔３５を構成する部分の厚さ（座金３の肉厚）を、ボルト４に形成されたねじ山のピッチよりも薄くなるように形成しておいてもよい。この場合、上記のように座金３における孔３５の中心位置ｊと凸部３１の中心位置ｉとが偏芯していることから、ナット２を締め込むことによって座金３の位置、あるいは孔３５の外径点３７の位置が移動して、この外径点３７がボルト４のねじ山に食い込むことになる。

このため、座金３を介してナット２を締結した後は、いわゆるくさび効果により複合的な緩み止め効果（第４の緩み止め効果）が得られる。すなわち、ナット２を締結するためにナット２を締め付けると、その締め付けトルクの一部がボルト４のねじ山に横（ボルト４の軸４ａに対して垂直な方向）からの力として作用する結果、座金３の孔３５の外径点３７がボルト４のねじ山に食い込み、座金３とボルト４との位置関係が固定化されるため、より強力な緩み止め効果が得られる。

また、座金３の孔３５を構成する部分の厚さ（座金３の肉厚）が、ボルト４に形成されたねじ山のピッチよりも薄い場合、ボルト４のねじ山は螺旋状になっているので、座金３における孔３５の外径点３７がこのボルト４の螺旋状のねじ山と噛み合うことにより、孔３５の外径におけるねじ山との接触部分にねじれが生じる。このねじれとボルト４に形成された螺旋状のねじ山との作用によって緩み止め効果をさらに強くすることができる（第５の緩み止め効果）。

次に、本実施形態にかかる締結具１について行った振動試験の結果について説明する。

本実施形態にかかる締結具１について、振動試験を行い、緩み止め効果を調べた。なお、この試験には、サイズＭ１２Ｐ１．７５の締結具１を用いた。また、試験方法については、アメリカ航空規格（ＮＡＳ規格）Ｎｏ．３３５０に準拠して行った。具体的には、振動方向をボルト軸垂直方向とし、振動周波数２９．７Ｈｚ（１７８０ｃｐｓ）、振動全振幅１１ｍｍ、衝撃長さ１９ｍｍ、試験時間１７分、試験回数３００００回とした。

表１は、同形状からなる１０個の締結具１について、締め付けトルク４００ｋｇｆ・ｃｍで締結状態とした後、上記の条件で１０分間振動を加え、締結状態を解除するためのトルク（戻しトルク）を測定した結果を示している。

この表に示すように、上記の条件で１０分間振動を加えても、緩みは発生しなかった。また、戻しトルクは、締め付けトルクの７５％以上１００％以下であり、平均８４％であった。

表２は、同形状からなる１０個の締結具１について、締め付けトルク３８０ｋｇｆ・ｃｍ〜４００ｋｇｆ・ｃｍで締結状態とした後、上記の条件で１７分間振動を加え、戻しトルクを測定した結果を示している。

この表に示すように、上記の条件で１７分間振動を加えても、緩みは発生しなかった。また、戻しトルクは、締め付けトルクの６７．５％以上１０５％以下であり、平均８６％であった。

なお、表２に示したように、戻しトルクが締め付けトルクを超える場合もあった。このように、本実施形態にかかる締結具１によれば、突出部３９とナット２との接触状態によっては、戻しトルクが締め付けトルクを上回るような、強固な緩み止め効果が得られる。

これらの実験結果から、本実施形態にかかる締結具１は、優れた緩み止め効果を有することがわかる。また、十分な緩み止め効果を有しつつも、戻しトルクが過大になることがなく、締結状態を解除することも比較的容易であることがわかる。

なお、上記特許文献２の技術では、ナットおよび座金にそれぞれ設けた断面略直角三角形の回転抵抗部が互いに噛み合った場合、締結状態を解除するために過大な戻しトルクが必要であり、締結状態を解除することが困難であった。また、締結状態を解除するための戻しトルクを作用させると、回転抵抗部が破損してしまうので、ナットおよび座金の再利用が困難であった。これに対して、本実施形態にかかる締結具１では、過大な戻しトルクを要することなく締結状態を解除でき、ナットおよび座金を再利用することも可能である。

以上のように、本実施形態にかかる締結具１は、ナット２と座金３とボルト４とからなり、ナット２の座金３側かつ内側に軸対称かつ断面略台形状（座金３側に向かうほど開口部の面積が大きくなった形状）の凹部２１を有し、座金３のナット２側かつ内側に軸対称かつ断面略台形状（ナット側に向かうほど外径が狭くなった形状）の凸部３１を有し、ナット２の凹部２１と座金３の凸部３１とが嵌合するようになっており、座金３が備える孔３５は前記凸部３１の内側に位置し、当該孔３５の中心位置ｊが座金３における凸部３１の中心位置ｉに対して偏芯している。

これにより、ナット２を締め込むと、ナット２における凹部２１の一部と、座金３における凸部３１の一部とが接触して嵌合し、座金３がボルト４に圧接する。その結果、ボルト４とナット２との間に互いに押し付け合う力が作用し、ナット２が締結状態から緩むことを防止する緩み止め効果が発生する（第１の緩み止め効果）。

さらに、本実施形態にかかる締結具１では、座金３におけるナット２との接触部に、凸部３１（湾曲部３６）の下部から支持部３２の上面に沿って、凸部３１の中心位置ｉを通る放射線よりも締結時にナット２を締め込むように回転させる方向に角度γだけ傾いた方向に延在するように、突出部３９が形成されている。

これにより、締結時にナット２を締め込むと、この突出部３９がナット２に圧接してナット２に食い込む。また、締結時にナット２を締め込むことにより、突出部３９とナット２との間には互いに押し付け合う方向の力Ｆが作用する。この力Ｆは、主に、突出部３９における延在方向に平行な側面３９ａにおいて延在方向に垂直な方向に作用するので、ナット２と突出部３９との接触部に作用する半径方向の力Ｆ１は座金３をボルト４に押し付ける方向に作用することになる。これにより、ナット２の緩み止め効果をさらに強固にできる（第２の緩み止め効果）。

なお、本実施形態では、上記の角度γを４５°としているが、これに限るものではなく、角度γは０°＜γ＜９０°の範囲内であればよい。ただし、角度γを大きくすれば上記の力Ｆ１の大きさが大きくなり、逆に角度γを小さくすれば力Ｆ１は小さくなる。したがって、必要とする緩み止め効果の程度と、締結状態の解除に必要な力とを考慮して、角度γを０°＜γ＜９０°の範囲内で適宜設定すればよい。換言すれば、角度γを０°＜γ＜９０°の範囲に設定することで、上記の力Ｆ１を、緩み止め効果を適切に得られる程度に大きくできる。なお、緩み止め効果をより効果的に得るためには、角度γは、０°＜γ≦６０°の範囲であることが好まく、３０°≦γ≦６０°であることがさらに好ましい。

また、本実施形態では、突出部３９における、該突出部３９の上記延在方向に垂直な断面の形状を矩形としているが、この断面の形状はこれに限るものではなく、例えば図８（ａ）に示すように三角形であってもよく、図８（ｂ）に示すように台形であってもよく、図８（ｃ）に示すようにドーム形（アーチ形）であってもよい。また、これらの形状を適宜組み合わせて得られる形状であってもよい。例えば、図８（ｄ）に示すように矩形と三角形とを組み合わせた形状であってもよく、図８（ｅ）に示すように矩形とドーム形とを組み合わせた形状であってもよい。

なお、突出部３９における延在方向に垂直な断面の断面形状は、図８（ａ）〜図８（ｅ）に示すように、左右対称（支持部３２の表面（突出部３９の設置面）に垂直な方向を軸として線対称）であることが好ましい。これにより、突出部３９をより容易に形成することができる。

また、突出部３９における延在方向に垂直な断面のなす輪郭のうち、支持部３２の上面（座金３における突出部３９の設置面）から突出する部分（側面３９ａ，３９ｂ）の少なくとも一方（より好ましくは両方）は、この面に対する角度が９０°±１０°の範囲内であることがより好ましい。これにより、上記の力Ｆを適切に突出部３９に作用させることができ、緩み止め効果を効果的に得ることができる。

また、図８（ｆ）に示すように、突出部３９の上記延在方向に垂直な断面におけるナット２の締め込み方向側の側面３９ａの高さが、ナット２を緩める方向側の側面３９ｂの高さよりも高い形状としてもよい。これにより、ナット２を緩める方向のトルクが作用したときに突出部３９が負担する力（ナット２を回転させるために加える必要のある力）を大きくでき、ナット２をより緩みにくくすることができる。

また、本実施形態では、突出部３９を座金３の円周方向に沿って８個備えているが、突出部３９の数はこれに限るものではなく、締結時にナット２を締め込んだ際、少なくとも１つの突出部３９が確実にナット２に圧接するように適宜設定すればよい。したがって、突出部３９は少なくとも１つ備えられていればよい。また、各突出部３９同士の間隔についても、必ずしも等間隔である必要はなく、適宜設定すればよい。

なお、突出部３９のうちの少なくとも１つは、孔３５の中心位置ｊから凸部３１の中心位置ｉを通過して延びる直線上に形成されていることが好ましい。この場合、孔３５の中心位置ｊの凸部３１の中心位置ｉに対する偏芯方向に対して反対側に突出部３９が設けられることになる。したがって、ナット２の凹部２１と座金３の凸部３１とが接触して嵌合し、座金３が孔３５の中心位置ｊと座金３の凸部３１の中心位置ｉとを一致させる方向に移動する際、座金３とナット２との間に最も強い圧接力が生じる位置に突出部３９が形成されることになる。したがって、上記第２の緩み止め効果をより大きくすることができる。

また、本実施形態では、突出部３９を上方から見た形状は、図３（ａ）に示したように先端部に面取りを施した略矩形になっているが、これに限るものではない。例えば、先端部に面取りを施さない形状としてもよい。また、突出部３９の延在方向に平行な辺は、直線形状に限らず、例えばギザギザ状に形成されていてもよい。

また、本実施形態では、締結時に突出部３９がナット２に食い込むものとしたが、これに限るものではなく、突出部３９がナット２に食い込む方向の力が作用するように、突出部３９とナット２とが圧接すればよい。

また、本実施形態にかかる座金３の凸部３１の一部（湾曲部３６）は、軸Ｔに平行な断面が湾曲した形状になっているが、これに限らず、この部分が直線形状になっていてもよい。また、ナット２における凹部２１の軸Ｔに対する角度θと、座金３の凸部３１における湾曲部３６のｘ−ｘ軸に対する角度βとは、等しくてもよく、異なっていてもよい。つまり、凸部３１の形状は、ナット２を締め込んだときに座金３をボルト４に圧接させることができればよく、ナット２や座金３の材質等により適宜変更してもよい。なお、いずれの形状にする場合にも、ナット２と座金３との当接部に、上記した突出部３９が設けられていることが好ましい。

また、本実施形態では、ボルト４はねじ部４１と頭部４２とからなるものとしたが、これに限るものではない。例えば、頭部４２を備えず、被締結体に埋め込まれて用いられるものであってもよく、あるいは被締結体と一体的に設けられたものであってもよい。また、締結具１は、ナット２と座金３とからなり、汎用部品としてのボルトと組み合わされて用いられるものであってもよい。

また、本実施形態では、ナット２の締め込み方向が時計回りである「右ネジ」の場合について説明したが、これに限らず、「左ネジ」にも適用できる。「左ネジ」に適用する場合にも、突起部３９を、凸部３１の中心位置ｉを通る放射線よりも締結時にナット２を締め込むように回転させる方向に角度γだけ傾いた方向に延在するように形成すればよい。

また、本実施形態では、突出部３９が座金３に設けられている場合について説明したが、これに限るものではなく、ナット２側に突出部３９が設けられていてもよく、ナット２と座金３の両方に突出部３９が設けられていてもよい。

突出部３９をナット２に設ける場合には、上記孔３５の中心位置を通る放射線よりも該ナット２の締め込み方向に傾いた方向に延在する突出部３９を、座金３との接触部に少なくとも１つ以上形成すればよい。

なお、突出部３９をナット２に設ける場合には、座金３に設ける場合と同様、突出部３９の孔３５の中心位置を通る放射線に対する角度γを、０°＜γ≦６０°の範囲とすることが好まく、３０°≦γ≦６０°とすることがより好ましい。また、突出部３９の断面形状についても、座金３に設ける場合と同様、特に限定されるものではない。また、突出部３９における延在方向に垂直な断面のなす輪郭のうち、ナット２における突出部３９の設置面から突出する部分の少なくとも一方（より好ましくは両方）は、この面に対する角度が９０°±１０°の範囲内であることがより好ましい。また、突出部３９の設置数についても、座金３に設ける場合と同様、少なくとも１つ以上であればよい。また、突出部３９を上方から見た形状についても、座金３に設ける場合と同様、特に限定されるものではない。

また、突出部３９をナット２にのみ設ける場合には、ナット２に設けた突出部３９が座金３に食い込むように、ナット２の方が座金３よりも硬い（硬度が高い）材質であることが好ましい。ただし、ナット２の締め込み時に座金３がボルト４側に適切に移動あるいは変形するように、所定の締め付けトルクに達するまでは突出部３９が座金３に食い込まずに座金３の表面を滑りながらナット２が回転するように、各部材の硬度を決定することが好ましい。なお、必ずしも締結時に突出部３９が座金３に食い込む必要はなく、突出部３９がナット２に食い込む方向の力が作用するように、突出部３９とナット２とが圧接すればよい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明にかかる締結具は、非常に優れた緩み止め効果を得ることができ、製造が容易であって、締結状態を解除することも比較的容易なので、建築構造物、配管設備、輸送設備、機械製品、電気製品、など様々な用途に適用できる。

本発明の一実施形態にかかる締結具の断面図であり、（ａ）は締結完了前の状態（ｂ）は締結完了時の状態を示している。（ａ）は本発明の一実施形態にかかる締結具に備えられるナットの平面図（上面図）、（ｂ）は（ａ）に示したＡ−Ａ断面の断面図、（ｃ）はこのナットの底面図である。（ａ）は本発明の一実施形態にかかる締結具に備えられる座金の平面図（上面図）、（ｂ）は（ａ）に示したＢ−Ｂ断面の断面図である。図３に示した座金に備えられる突出部の断面図である。本発明の一実施形態にかかる締結具における各部に作用する接触応力を有限要素法によって解析した結果を示す透視図である。本発明の一実施形態にかかる締結具において、締結時にナットと座金との間に作用する力を模式的に示した説明図である。（ａ）は、本発明の一実施形態にかかる締結具において、締結時にナットと座金に設けられた突出部との接触部に作用する力を模式的に示した説明図である。（ｂ）は、本発明の一実施形態にかかる締結具において、締結状態を解除するために、ナットと座金に設けられた突出部との接触部に作用させる必要のある力を模式的に示した説明図である。（ａ）〜（ｆ）は、図４に示した座金に備えられる突出部の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１締結具
２ナット
３座金
４ボルト
２１凹部
２２傾斜部
２３上面部
２４上面交点部
２５下面交点部
２６雌ねじ部
２８底面
３１凸部
３２支持部
３４湾曲下部点
３６湾曲部
３７外径点
３８湾曲上部点
３９突出部

Claims

ボルトの軸が通る孔を備えたナットおよび座金からなり、上記ナットは、座金側かつ内側に軸対称かつ座金側に向かうほど開口部の面積が大きくなった凹部を有し、上記座金は、ナット側かつ内側に軸対称かつナット側に向かうほど外径が狭くなった凸部を有し、上記座金が備える孔は上記凸部の内側に位置し、当該孔の中心位置が上記座金の凸部の中心位置に対して偏芯しており、締結時、上記ナットにおける凹部と上記座金における凸部とが接触部を構成して嵌合する締結具であって、
上記座金における上記ナットとの接触部または上記ナットにおける上記座金との接触部のいずれか一方のみに、上記凸部または上記孔の中心位置を通る放射線よりもナットの締め込み方向に傾いた方向に延在し、他方の上記接触部側に突出する突出部が少なくとも１つ以上形成されていることを特徴とする締結具。
上記座金および上記ナットのうち、上記突出部の設けられている方の部材は、上記突出部の設けられていない方の部材よりも硬い材質からなり、締結時に上記突出部が上記突出部の設けられていない側の部材に食い込むことを特徴とする請求項１に記載の締結具。
上記突出部のうちの少なくとも１つは、上記座金における上記孔の中心位置から上記凸部の中心位置を通過して伸びる直線上に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の締結具。
上記突出部の延在方向の、上記放射線に対する傾斜角度γが、０°＜γ≦６０°であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の締結具。
上記突出部における上記延在方向に垂直な断面のなす輪郭のうち、この突出部の設置面から突出する部分の少なくとも一方は、上記設置面に対する角度が９０°±１０°の範囲内であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の締結具。
上記凸部の被締結体側に設けられ、締結時に被締結体と当接する支持部を備え、
上記突出部は、上記凸部から当該凸部の中心位置に対して外側に向かって延在するように、上記支持部の上面に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の締結具。
締結時には、上記ナットにおける凹部の座金側端部と上記凸部とが接触部を構成するようになっており、
上記突出部は、上記座金に設けられており、かつ締結時に上記ナットにおける凹部の座金側端部に圧接することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の締結具。
上記支持部の上記被締結体表面に対する傾斜角度は、０°よりも大きくかつ上記凸部の上記被締結体表面に対する傾斜角度よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の締結具。
締結時に上記ボルトに当接する部分の肉厚が、上記ボルトに設けられたねじ山のピッチよりも薄いことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の締結具。