JP4717055B2 - 座金 - Google Patents

Description

本発明は締結物との滑りを防止するために、片面に凹凸が設けられている座金に関するものである。

座金はねじやボルト、ナット等と締結物の間に入れて、緩み止めや締結圧を均一にする、などの目的で用いられている。座金には丸や角の平座金、皿座金、ばね座金、歯付座金など用途に応じてさまざまな種類が有る。例えば、建築物の鋼構造部を締結し接合するには、高力ボルト、ナットと共に高力用平座金が用いられている。この用途では、鋼構造物を確実に接合することが建物の信頼性の面から必要である。

確実な接合のためには、ナットを締め付ける際にまず座金の鋼構造物に接触する締結物接触面が、摩擦により動かないよう固定され、その座金の反対側の座面接触面をナットが滑って回転して締め付けていかなければならない。

けれども実際の施工現場では、ナットが鋼構造物との間に座金を挟んでナットを締め付けていく際に、ナットと座金がくっついて一緒に回り座金と鋼構造物間で滑ってしまう、いわゆる共回りが生じる場合がある。共回りが生じると鋼構造物を締結することができないので、ボルト、ナット、座金を交換して、再度締め付けを行わねばならなかった。従って、施工に余分に時間がかかり工期が延びてしまっていた。

また、共回りの際に座金と鋼構造物間で大きな騒音が発生して、現場環境が悪化すると共に現場の周囲にも騒音によって大きな迷惑を掛けることになっていた。

上述のような問題のある共回りを防止するためには、座金と締結物の間で滑りが起きないように座金と締結物との間の摩擦係数を大きくすれば良い。従来は、座金表面にショットブラスト加工をして面を荒らしたショット座金と呼ばれる座金が、高力ボルトによる鋼構造物の接合に用いられていた。

しかしながら、両方の面にショットブラスト加工をすると、ナットとの接触面も粗面化して、ナットと座金との間の摩擦係数が大きくなってしまい、却って共回りをしてしまう混合があった。そのため、座金の片面のみにショットブラスト加工を行ったショット座金も用いられているが、片面のみのショットブラスト加工は困難であるため加工コストが高くなっていた。

このような問題に対し特許文献１（特開２００３−１７２３３２号）では、丸の平座金の両面に、座面接触部よりも外周側の部位に凹凸を設けた構成が記載されている。この構成により、座金は締結物とは凹凸の部分で接触するので滑らなくなり、ナットは座面の平面部分で接触するので滑りやすくなる。したがって、共回りを防止できる。
特開２００３−１７２３３２号

しかしながら、特許文献１に記載の座金の場合、座金に形成した凹凸が大き過ぎると、凸部と締結物との食い付きが却って悪くなる。また、ナットを締め付けた状態でも凸部は押しつぶされず、接触面積が凸部だけとなる。そのため、接触面積が小さくなり、締め付け後に緩み易くなるという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは簡単な構造で確実に共回りを防止でき、かつ、締め付け後の緩みを防止できる座金を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明の座金は、中央にボルト挿通穴を備えた平板よりなり、片面にボルトあるいはナットの座面と接触する座面接触面を有し、反対側に締結物と接触する締結物接触面を有する座金であって、前記締結物接触面に複数の凹部が平行に、かつ、相互に離間するように設けられ、前記凹部の両側に凸部が形成され、隣接する２本の前記凹部の間には、各凹部の片側の凸部があり、これらの凸部と凸部との間には、変形を受けない締結物接触面が残っていることを特徴としている。

前記凹部とその両側の凸部とが、前記締結物接触面の周縁部に形成されている構成としたり、前記凹部の形成された座金が、中央が凹型になり、前記締結物接触面の両端部又は周縁部から先に締結物の表面に接触するように湾曲している構成としたり、前記凹部が凸形状のものを押し込むことで形成され、前記凸部が、凸型状のものを押し込んで凹部を形成したとき、周縁部にできる盛り上がりである構成としたりすることができる

座金の締結物と対向する締結物接触面に、相互に離間するように凹部を形成し、凹部の周縁部に凸部を形成した。そして、凸部の高さは、締結物接触面から２０〜５０μｍ突出している。ナットを締め付けていくとき、この複数の凸部があるので座金は締結物に対して滑らないように止められる。座金のナット側の座面接触面には凹凸が無いので、ナットと座面接触面との間の摩擦係数は、本来有している鋼板の自然のままの摩擦係数であり、締結物接触面の摩擦係数よりも小さい。従って、座金とナットの間は滑る。このためナットと座金が共回りを生じることなく確実に締め付けを行える。締め付けが進み締結完了が近くなると、締結物接触面の表面の凸部に大きな力が掛かって潰れ、潰れた肉は凹部に流れる。そして、締結完了時には座金表面のほぼ全面が締結物と接触するので、経時的な締結圧の減少は小さなものとなる。即ち、経時的に締結部に生じる緩みは小さなものであり、長期的に渡って緩みを防止した信頼性の高い締結を保持できる。

滑り防止の凹凸は締結物接触面の全面に設けられていてもよいが、周縁部だけに設けられていると、締結物に圧接したとき、大きな抵抗トルクを得ることができ、共回り防止の効果が大きい。

前記凹部の形成された座金が、中央が凹型に湾曲していると、締結物接触面は、鞍型の場合は両端部から、円錐台型の場合は周縁部から先に締結物に接触するので、抵抗の大きい座金の周縁部から接触を始めるので、大きな抵抗トルクを得ることができ、共回り防止の効果が大きい。

前記凹部が凸形状のものを押し込むことで形成され、前記凸部が、前記凸型状のものを押し込んで凹部を形成したとき、両側にできる盛り上がりからなる構成とすることで、凸部の形成を容易に行うことができる。また、ナットを締め付けたとき、凸部が凹部に流れ込みほぼ平らな状態に戻ることができる。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）は本発明の座金の実施例の中央縦断面図で、（ｂ）は座金の締結物接触面（裏面）の図である。この座金１０は外周が円形の平座金であり、中央に外周円と同心円のボルト挿通孔１１が開けられている。図１（ａ）の上側がボルトやナットの座面と接触する座面接触面１２で、下側が締結物に接触する締結物接触面１３である。座面接触面１２は、凹凸のない面であるが、締結物接触面１３には、全面に凹凸が形成されている。図１（ｂ）に示すように、凹部１４の形成された座金１０の締結物接触面１３が、中央が凹型に湾曲している。そのため、両端部から先に締結物に接触するようになる。

図１（ｂ）では座金１０を皿状（円錐台形状）に湾曲させているが、このようにすることで、外周縁から締結物に圧接するようになり、締め付け初期に、より大きい回り止めトルクを得ることができる。もっとも、湾曲を付与せずに平面でもよい。また、皿状ではなく鞍型に湾曲させてもよい。図１（ｃ）は、締結物接触面１３の周縁部にのみ凹凸が形成された座金１０’の例である。この場合も、皿状や鞍型に湾曲させることができる。

図２は、図１（ａ）の一部を拡大した図である。締結物接触面１３には、複数の凹部１４と、各凹部１４の両側に凸部１５が形成されている。そして、隣接する２本の凹部１４、１４の間には、各凹部１４の片側の凸部１５があり、これらの凸部１５と凸部１５との間には、変形を受けない締結物接触面１３が残っている。また、凹部１４は、金型に形成された凸形状のものを押し込んで形成したもので、両側の凸部１５、１５は、凹部１４を押し込んで形成したとき両側に盛り上がってできたものである。

本実施形態では、座金１０の凹部１４と凸部１５とは座金１０に対して全て一定の方向へ平行に形成している。図２に示す凹部１４と凸部１５は同じ長さである。

ボルトやナットを締め付けたとき、締結物２０との滑り阻止に寄与するのは凸部１５である。座金１０を締結物に押圧することで、凸部１５は締結物の表面に凹み部を造り引っかかるようになる。そして締結物と座金１０とが滑らないようにするのである。凸部１５は締結物接触面１３から２０〜５０μｍ突出していることによって、締結物表面に引っかかったり摩擦が大きくなって、好ましい。凹部１５の間隔は特に限定しないが１〜５ｍｍ程度が実用的である。

凸部１５の高さｈが２０μｍ未満であると、ナット等で座金１０を締結物に締め付けるとき、座金１０の突起が締結部に食い込む量が小さすぎて共回りを起こしやすくなるからである。反対に、５０μｍを越えると、座金１０を締め付けたとき、凸部１５が平らにならず、締結物接触面１３全体で接触することができなくなって、ねじの緩みが生じ易くなるからである。

凹部１４と凸部１５とを座金１０の外周縁部近傍にのみ配置し、座金自体を図１（ａ）に示すように皿状にすることで、外周部から先に締結物を押さえるようになり、外周近傍に形成された凸部１５が締結物に強固に食い込むことが出来る。また、この食い込む位置が外周側になるため、より大きな対共回り力が発生し共回りの防止に有効に働く結果となる。

図３は本発明の座金の製造方法を示す図である。本発明の座金１０は鋼板１００を、ポンチ１１０とダイス１２０との間で打ち抜いて形成する。鋼板１００には、予めボルト挿通孔１１を穿設している。打ち抜かれた座金１０は、図５に示すようにポンチ１１０側に凹型の湾曲をしている。

図４（ａ）は、次の座金製造工程を示す図で、ここで座金１０は、湾曲を矯正され、面取りがされる。すなわち、打ち抜かれた座金１０を裏返してダイス１４０の上に置き、上方からポンチ１３０を降ろして座金１０の湾曲を矯正する。それと共に、ポンチ１３０の先端の傾斜面１３１によって、ボルト挿通孔１１の上面側の内周端部の面取り１１ａを行う。また、このとき予めダイス１４０の表面上に設けた凹凸部１４１によって、座金１０の締結物接触面１３の全面もしくは外周縁部に凹部１４と凸部１５を形成する。

図４（ｂ）は、このようにして形成され、平板状にされた座金１０の断面図である。図５の打ち抜き工程で座金１０に大きな湾曲ができるので、図４（ａ）で凹部１４と凸部１５を形成した後も湾曲が残り、ｄの深さの皿状になる。あるいは、凹凸を形成するポンチを凸型に、下型を皿状にしておくことでも湾曲を形成可能である。

なお、図４（ａ）の工程で座金１０が平らになった場合は、そのままでもよい。このような座金１０を製造する場合、特に、工程を付加する必要はなく、製造コストは通常の座金と変わらない。

図５はナットで締め付ける状態を示す図である。締結物２０にはボルト３０を挿通する通し孔２２が明けられ、ボルト３０が貫通している。ボルト３０の下端には図示しないが、抜止のための頭部がある。貫通したボルト３０の先端から座金１０が挿通され、座金１０は締結物２０の表面２１上に載る。座金１０の上からナット４０が螺合される。ナット４０の座面の内側には膨出部４１があり、この先端が座金１０の座面接触面１２と接触している。

座金１０の締結物２０の表面２１との接触部は締結物接触面１３であり、ここには凹部１４と凸部１５とがあり、座金１０と締結物２０との間では摩擦が大きく、滑らない。一方ナット４０と座面接触面１２とは、膨出部４１で接触しており、滑りやすい。そのため、ナット４０を回転して締め付けていくとき、座金１０は締結物２０の表面２１に固定されナット４０と共回りすることがない。

図６はナット４０を回して締め終えた状態を示す。締結完了時には締結物２０の表面２１に圧接していた凸部１５が潰れて、凹部１４内に入り、ほぼ平らな面１７となる。そして、締結物２０の表面はほぼ締結物接触面１３ないし面１７の全体と接触するようになる。そのため、締結後に時期が経過してリラクゼーションが生じても、座金１０と締結物２０とは、座金１０の締結物接触面１３のほぼ全体で接触した状態を保ち、生じる緩みは小さくて締結状態を確実に保持することができる。

以上説明した実施の形態は例示であり、本発明はこれらの例に限定されない。座金の素材は鋼板でもステンレスでもよいし、その他、公知の座金に用いられる素材であれば何を用いても構わない。座金表面の処理もメッキをするなどの防錆処理等、どのような処理をしても構わない。また、座金の製造方法もプレス加工に限定されず鍛造や鋳造であっても構わない。滑り止めの凹部１４の形状も溝状やドット状に限られず、例えば角錐状の凹凸が連続して並んでいる場合や、並みの形状等、特に限定されない。凹部１４や凸部１５は全面に連続、もしくは不連続で設けても良い。また、座金の凹部１４と凸部１５の作製も座金製造装置の金型に凹凸を形成しておいて、座金製造と同時に凹凸を作製してもよいし、座金形成後に凹凸を作製してもよい。また、予め素材の鋼板に凹部１４と凸部１５を作製しておいてもよい。凹部や凸部の作製方法もプレス加工に限定されず、研削やコーティングなどでもよい。ただし、ボルトやナットを締め付けたとき、凸部が押しつぶされて凹部に入り込みほぼ平らな状態になることが望ましい。

締結物と接触する側にのみ凹部１４と凸部１５が設けられているため裏表の区別が明確で、使用時に間違えることはない。

ボルトやナットを締め付けた後、滑り防止の凸部１５が、凹部１４に入り込み、ほぼ平らな締結物接触面１３となるので、締結完了後のリラクゼーションによる緩みは小さく、経時的にも緩みが生じにくくなり、締結の信頼性が高い。

（ａ）は本発明の座金の実施例の中央縦断面図で、（ｂ）は座金の締結物接触面（裏面）の図である。 図１（ａ）の一部を拡大した図である。 本発明の座金の製造方法を示す図である。 （ａ）は座金の湾曲工程・面取り工程を示す図、（ｂ）は出来上がった座金の中央縦断面図である。 本発明の座金を用いた締結前の状態を示す断面図である。 本発明の座金を用いた締結完了の状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ 座金
１１ ボルト挿通孔
１２ 座面接触面
１３ 締結物接触面
１４ 凹部（凹溝）
１５ 凸部
４０ ナット

Claims (5)

1. 中央にボルト挿通穴を備えた平板よりなり、片面にボルトあるいはナットの座面と接触する座面接触面を有し、反対側に締結物と接触する締結物接触面を有する座金であって、前記締結物接触面に複数の凹部が平行に、かつ、相互に離間するように設けられ、前記凹部の両側に凸部が形成され、隣接する２本の前記凹部の間には、各凹部の片側の凸部があり、これらの凸部と凸部との間には、変形を受けない締結物接触面が残っていることを特徴とする座金。
2. 前記凹部とその両側の凸部とが、前記締結物接触面の周縁部に形成されていることを特徴とする請求項１記載の座金。
3. 前記凹部の形成された座金が、中央が凹型になり、前記締結物接触面の両端部又は周縁部から先に締結物の表面に接触するように湾曲していることを特徴とする請求項１又は２に記載の座金。
4. 前記凹部が凸形状のものを押し込むことで形成され、前記凸部が、前記凸型状のものを押し込んで凹部を形成したとき、周縁部にできる盛り上がりであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の座金。
5. 前記凹部が凹溝であり、前記凸部が凹溝の両側に形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の座金。

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