JP5193282B2 - 回り止め機構付きのボルトとナット - Google Patents

Description

本発明は、ボルトとナットの組み合わせに関する。特に、回り止め機構を有するボルトとナットの組み合わせに関する。

ボルトとナットを締め付けた状態で、両者を回り止めしておきたいとする要求が存在する。

ボルトの先端に、ボルト軸に直交する方向に伸びる軸の周りに折れ曲がる部分を設けておくとともに、ナットの先端面に、上記の折れ曲がる部分を受け入れる溝を設けておけば、ボルトとナットを回り止めすることができる。
例えば、図５に例示するように、ボルト４０の先端に、ボルト軸４０ｘに直交する方向に伸びるピン４２によって、ピン４２を中心に揺動するロック部材４６を設けておく。一方、ナット４４の先端面（ボルト４０の先端に取り付けられているロック部材４６が飛び出してくる側の面）に、ロック部材４６を受け入れる溝４４ａを設けておく。ロック部材４６をボルト軸４０ｘに沿って伸びる方向に向けておくことによって、ボルト４０にナット４４をねじ込むことができる。ナット４４を所定の深さにまでねじ込んでからロック部材４６をピン４２を中心に揺動させて溝４４ａに挿入する。するとロック部材４６と溝４４ａによって、ボルト４０とナット４４の相対回転が禁止され、ボルト４０とナット４４が回り止めされる。

上記の技術によって、回り止めできるが、図５の例では、回り止めできるナット４４の回転角度が限られてしまう。360°の回転角度中の１箇所でしか回り止めすることができない。
ナット４４の先端面に、複数本の溝４４ａを放射状に設ければ、回り止めできる回転角度の数が増大する。例えば、図６（ａ）に例示するように、２本の溝を直径上に配置すれば、180°回転する度に回り止めすることができ、図６（ｂ）に例示するように、８本の溝を放射状に配置すれば、45°回転する度に回り止めすることができる。

ボルト４０とナット４４間のトルク管理が厳しい場合には、溝の本数を増やすのが有利である。例えば、図５に例示するように、360°の回転角度中の１箇所しか回り止めすることができない場合、回り止めできる回転角度ではトルクが弱すぎるか強すぎる事態がありえる。適正トルクが得られる回転角度に溝がなく、適正トルクが得られる回転角度で回り止めすることができないといった事態が生じる。図６（ｂ）に例示するように、多数の溝を放射状に配置すれば、所望のトルクが得られる回転角度で回り止めすることができる可能性が増大する。

図６（ｂ）に例示するように、８本の溝を放射状に配置すれば、ボルトとナットを相対的に45°回転させる度に回り止めすることができる。回り止めできる回転角度の分解能が45°であるということができる。
トルク管理が厳しい場合は、45°の分解能では粗すぎることがある。45°の分解能では、回り止めできる回転角度ではトルクが弱すぎるか強すぎかのいずれかであって、所望のトルクを実現できないことがある。要求されるトルク管理が厳しくなるほど、溝の本数を増大させて回り止めできる回転角度の分解能を細かくする必要が存在する。
しかしながら、有限なサイズのナットに、必要な幅を備えた溝を形成できる本数は限られている。必要とされる分解能を実現するのに必要な本数の溝を形成できない場合もある。

本発明では、溝の本数から単純に計算される分解能よりも細かな分解能を実現する技術を提供する。

本発明のボルトは、ボルトの先端に、ボルト軸に直交する方向に伸びる軸の周りに折れ曲がる部分を備えている。その部分は、ボルト軸に沿って伸びる方向を中心にして両サイドに折れ曲がる。本発明のナットは、先端面（ボルトとナットを締めたときにボルトの先端が飛び出してくる側の面）に、ボルトの折れ曲がる部分を受け入れる複数本の溝が形成されている。その溝の本数は奇数であり、ナットのねじ穴を中心として放射状に等角度間隔で形成されている。
例えば７本の溝が放射状に等角度間隔で形成されている場合を例示する。この場合、溝と溝が作る角度はほぼ51.4°であり、それが回り止めできる角度の分解能のはずである。しかしながら本発明では、その半分の分解能(すなわち25.7°)を実現することができる。
一つの溝に挿入して回り止めしていた角度から25.7°回転させた場合、ボルトの先端の折れ曲がり部分を、それまでに挿入していた溝に隣接する溝に挿入することができない。しかしながら、ボルトの先端の折れ曲がり部分を、それまでとは逆方向に折れ曲げると、その側に存在している溝に挿入することができる。溝の本数が偶数本であると上記の関係が得られない。しかしながら、奇数本であると、回り止めできる角度の分解能を半幅にまで細かくすることができる。３本の溝を形成すれば、60°の分解能を実現することができ、５本の溝を形成すれば36°の分解能を実現することができ、７本の溝を形成すれば25.7°の分解能を実現することができる。

上記のボルトとナットの組み合わせは、道具を使わず、人間の手で直接にボルトとナットを締め付ける場合に特に有用である。道具を使わずに人間の手で直接にボルトとナットを締め付ける場合、締め付けトルクが低く、緩み易い。回り止め機構が特に有用である。

また上記のボルトとナットの組み合わせは、航空機の機体に機器を固定するのに特に有用である。航空機は振動に晒され、ボルトとナットが緩み易い。その一方においてしばしばメインテナンスする必要があり、ボルトとナットを緩める必要がしばしば生じる。航空機の機体に機器を固定するのに本発明のボルトとナットの組み合わせを用いると、振動に晒されても緩みにくく、しかもメインテナンス作業性をそこねない。

本発明では、ナットとボルトの間に所定値以上のトルクが加わらないようにするクラッチ機構を設けてもよい。すなわち締めすぎることを防止するクラッチ機構を設けてもよい。この場合には、ナットの他にノブを設ける。ナットとノブの間に所定トルク以上が加われると遊転するクラッチ機構を設ければ、締めすぎることを防止できる。この場合、ナットとノブが遊転するまで締め付けてから回り止めすることによって、所定値のトルクを維持することができる。

本発明のボルトは、ボルトが取り付けられている部材に対して揺動するものであってもよい。ボルト自体が揺動するタイプであると、ボルトとナットで固定する機器を脱着しやすくなる。

本発明のボルトとナットの組み合わせによると、回り止め用の溝の本数から単純に計算される分解能よりも細かな分解能を実現することができる。トルク管理と回り止め機能の両者を満足することができる。

実施例のボルトとナットの組み合わせを分解斜視した図を示す。 実施例のボルトとナットの組み合わせを斜視した図を示す。 （ａ）から（ｃ）は、実施例のノブとナットの間に形成されているクラッチ機構の構造を模式的に示す。 （ａ）から（ｃ）は、回り止め用の溝の正面図を示す。 従来のボルトとナットを模式的に示す。 （ａ）と（ｂ）は従来のナットを模式的に示す。

各実施例の特徴を以下に記す。
（第１特徴）ボルトは機体に取り付けられている。
（第２特徴）ボルトは機体に対して揺動する。
（第３特徴）ナットは、人が手で握って回転させる。

図面を参照して実施例を説明する。
図１は、ボルトとナットの組み合わせを分解した斜視図を示す。参照番号２は、サポートを示し、ベース２ａが飛行機の機体に固定されている。より正確にいうと、サポート２のベース２ａは、機体に固定されているラックに固定されている。サポート２には、上方が開いている溝２ｆが軸に沿って形成されている。参照番号２ｃは、ナット１８との間で航空機用電子機器のフランジ３６を固定する鍔である。溝２ｆを画定している両壁には、貫通孔２ｂが形成されている。
溝２ｆの中にボルト２０が収容される。ボルト２０の基端に、貫通孔２０ｂが形成されている。ボルト２０の中間部の外周には雄ねじ２０ａが形成されている。ボルト２０の先端には、貫通孔２０ｃが形成されている。ボルト２０の貫通孔２０ｂにはピン３４が挿入されている。ピン３４は、サポート２の貫通孔２ｂに挿入されて固定されている。ボルト２０はピン３４の周りに揺動し（矢印Ｓを参照）、溝２０ｆの中を軸心２ｘに沿って伸びる姿勢をとることもできれば、それから上方に90°回転して鉛直線２ｙに沿って伸びる姿勢をとることもできる。サポート２の先端には、貫通孔２ｂの近傍に中心を有する部分球面２ｅが形成されている。部分球面２ｅの後方には円柱部２ｄが形成されている。溝２０ｆは、鍔２ｃ、円柱部２ｄ、部分球面２ｅを貫通し、サポート２の軸心２ｘに沿って伸びている。

ボルト２０の先端には、ボルト軸２０ｘに直交する方向に伸びているピン３２によってロック部材３０が取り付けられている。ロック部材３０はピン３２の周りに揺動可能であり、その長手方向３０ｃがボルト軸２０ｘに沿って伸びる姿勢と、長手方向３０ｃが鉛直上方を向く姿勢と、長手方向３０ｃが鉛直下方を向く姿勢をとることができる。すなわち、ロック部材３０は、長手方向３０ｃがボルト軸２０ｘに沿って伸びる姿勢から、上方（矢印Ｕで示す方向）にも下方（矢印Ｄで示す方向）にも揺動することができる。
ロック部材３０には、後記する溝１８ａ〜１８ｇに挿入される凸部３０ａ，３０ｂが形成されている。凸部３０ａはロック部材３０の前面に形成されており、凸部３０ｂはロック部材３０の後面に形成されている。ロック部材３０が上方に揺動すると、凸部３０ｂが後記する溝１８ａ〜１８ｇの一つに挿入される。ロック部材３０が下方に揺動すると、凸部３０ａが後記する溝１８ａ〜１８ｇの一つに挿入される。ロック部材３０は、上方に揺動しても下方に揺動しても、溝１８ａ〜１８ｇの一つに挿入される。
ロック部材３０とボルト２０の間には、ワッシャ２２，２４，２６，２８等が挿入されている。ロック部材３０は、ボルト３０の先端において、ボルト軸２０ｘに直交する方向に伸びる軸３２の周りに折れ曲がる部分である。

ボルト２０は、図示の４から１８に示す部材を挿通している。ワッシャ２８によってノブ１８がボルト２０から抜け出さないように取り付けられている。
図示４はホルダであり、図２に示すように、鍔２ｃとの間でフランジ３６を挟みつける当接面４ａが基端側に形成されている。当接面４ａに中心部には、図示されていない凹所が形成されている。凹所は、貫通孔２ｂの近傍に中心を有する部分球面となっている。部分球状の凹所は、部分球面２ｅに対して滑ることができる。すなわちホルダ４は、貫通孔２ｂを中心として部分球面２ｅに沿って上下方向に移動することができる。ホルダ４の先端面４ｂは、平坦となっている。
図示６，８は、ワッシャ類である。
図示１０は、ニードルローラとケージであり、ナット１２の回転を円滑化する。ナット１２の貫通孔には、ボルトの雄ねじ２０ａに螺合する雌ねじが切られている。
ナット１２が時計周りに回転すると、ナット１２とホルダ４は、ボルト２０の基端部に向けて前進する。すると、サポート２がホルダ４に深く挿入され、ボルト２０がピン３４に回りに揺動できなくなる。ボルト２０は、ボルト軸２０ｘがサポート２の軸心２ｘによって伸びる姿勢に固定される。この状態でナット１２を時計周りにさらに回転させ、ホルダ４がボルト２０の基端部に向けてさらに前進すると、図２に示すように、ホルダ４と鍔２ｃの間で航空機用電子機器のフランジ３６が固定される。

ナット１２はノブ１８の中に収容されており、ナット１２を直接的には回転させることができない。ナット１２とノブ１８の間にクラッチ機構１５が形成されている。クラッチ機構１５は、ナット１２の先端面に形成されている６つの凹所１２ａと、３つのボール１４と、３つのスプリング１６で形成されている。３つのスプリング１６は、ノブ１８によってボール１４に押し付けられており、ボール１４は凹所１２ａに押し付けられている。
クラッチ機構１５は、ノブ１８を時計方向に回転させると、ナット１２を時計方向に回転させる。ナット１２に対する抵抗力が所定のトルクに達すると、それ以上のトルクをノブ１８に与えても、ボール１４が凹所１２ａから飛び出してしまい、ノブ１８が回転してもナット１２は回転しなくなる。クラッチ機構１５は、ナット１２の締め付けトルクが所定値以上となることを防止する。その一方において、クラッチ機構１５は、ノブ１８を反時計方向に回転させると、ナット１２を反時計方向に回転させる。ナット１２を緩める方向に対してはクラッチ機構１５が作動しない。

ノブ１８の先端面（ボルト２０とナット１２を締めたときにロック部材３０が飛び出してくる側の面）に、ロック部材３０を受け入れる７本の溝１８ａ〜１８ｇが形成されている。溝の本数は奇数であり、ノブ１８の中心穴を中心として放射状に等角度間隔で形成されている。図２は、ロック部材３０の凸部３０ｂが溝１８ａ内に挿入された状態を図示している。
図４の（ａ）は、ロック部材３０が上方に折り曲げられ、凸部３０ｂが溝１８ａ内に挿入された状態を図示している。図４（ｃ）に示すように、凸部３０ｂを溝１８ｇに挿入して回り止めするためには、図４（ａ）状態から51.4°回転させなければならない。溝の本数から単純に回り止め可能な角度の分解能を求めると51.4°なる。
しかしながら、本実施例では、ロック部材３０を下方に折り曲げ、凸部３０ａを溝１８内に挿入することができる。その状態を活用すると、図４の（ｂ）に図示するように、図（ａ）の角度から25.7°回転した角度でも凸部３０ａを溝１８ｄ内に挿入して回り止めすることができる。回り止め可能な角度の分解能が25.7°となる。

本実施例のように、奇数本の溝を放射状に等角度間隔で形成し、ロック部材３０を上方に折り曲げても下方に折り曲げても溝に係合するようにすると、回り止め可能な角度の分解能は、360°/溝本数でなく、360°/（溝本数の２倍）にまで細かくできる。

図３はクラッチ機構１５の作動を模式的に示している。（ａ）は、軽いトルクでノブ１８を時計回転方向に回転してナット１２を締めている状態を示す。それに対して、（ｂ）は、ナット１２に対する抵抗力が所定のトルクに達し、それ以上のトルクをノブ１８に与えた状態を示している。この場合、ボール１４が浅い凹所１２ｃから飛び出してしまい、ノブ１８が回転してもナット１２は回転しなくなる。クラッチ機構１５は、ナット１２の締め付けトルクが所定値以上となることを防止する。実際の操作時には、操作者は、ナット１２に対してノブ１８が遊転するまで締め付ける。すなわち、ボール１４が浅い凹所１２ｃから飛び出して次の凹所１２ａに挿入される現象が生じるまで締め付ける。操作者は、ボール浅い凹所１２ｃから飛び出して隣接する凹所１２ａに挿入される現象が生じ始めたことを手応えから明確に知ることができる。この現象が生じ始めれば、ナット１２とボルト２０は所定トルクにまで締め付けられている。操作者は、手応えによって、確実に所定トルクまで締め付けたことを確認することができる。
（ｃ）は、ノブ１８を反時計回転方向に回転してナット１２を緩めている状態を示す。ノブ１８を反時計回転方向に回転する場合は、ボール１４が深い溝１２ｂに噛み合うために、ノブ１８に大きなトルクを与えても、ボール１４が凹所１２ｂから飛び出すことがない。クラッチ機構１５は、ナット１２を緩める方向には作動しない。

本実施例のボルトでは、航空機用電子機器のフランジ３６が、溝２ｆと同一方向で開放されていることから、ノブ１８とナット１２を緩めることによって、航空機用電子機器をサポート２でサポートした状態で、ボルト２０を鉛直上方に向けることができる。この状態では、航空機用電子機器のフランジ３６をサポート２から容易に取り外すことができる。
図１と２に示すように、フランジ３６には、サポート２の円柱部２ｄが通過する孔３６ａが形成されている。また、ボルト２０が通過するスリット３６ｂが形成されている。スリット３６ｂが形成されていることから、フランジ３６にサポート２が挿入されている状態で、ボルト２０を鉛直上方に向けることができる。ボルト２０を鉛直上方に向ければ、ブラケット３６をサポート２の前方に移動させることができる。スリット３６ｂは、円柱部２ｄが通過できないほど絞られているが、それでもサポート２に対して脱着することができる。孔３６ａがＵ字型でなく、スリット３６ｂが狭められているＣ字型であることから、鍔２ｃとフランジ３６の密着面が広く、航空機用電子機器が強固に固定される。また、ボルト２０を鉛直上方に向けない限り、フランジ３６がサポート２から抜けることがない。
ボルト２０を鉛直上方に向ければ、サポート２から取り外したフランジ３６をサポート２に容易に取り付けることができる。部分球面２ｅを利用して、孔３６ａに円柱部２ｄを通すことができる。スリット３６ｂによって、フランジ３６が溝２ｆと同一方向で開放されていることから、その状態でボルト２０をサポート２と並行に伸びる状態とすることができる。この状態でノブ１８とナット１２を締めることで、航空機用電子機器のフランジ３６をボルト２０とナット１２で固定することができる。
なおノブ１８の外周には、人の手で握りやするするくぼみ１９が形成されている。工具を使わないで、クラッチ機構１５が遊転するまで、人の手でノブ１８を締め付けることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、上記実施例では、締め付けトルクを規制するクラッチ機構１５を利用するために、ナット１２とノブ１８に分離されている。上記した場合、ナット１２を緩める際には、ナット１２とノブ１８が一体に回転する。緩める際には、ナット１２とノブ１８が一体であり、ノブはナットの一部ということができる。特許請求の範囲でナットに溝が形成されているという場合、クラッチ機構が形成されている場合には、ナットとノブのいずれかに溝が形成されていることをいう。
本実施例では、サポート２に対してボルト２０とナット１２等の全体が揺動する。そのために、ボルト２０に対して機器を脱着する作業がやりやすい。しかしながら、本発明は、揺動しないボルトに対して有効であり、揺動しないボルトにロック部材を設けてもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (5)

1. ボルトとナットとノブの組み合わせであり、
   ボルトの先端に、ボルト軸に直交する方向に伸びる軸の周りに、ボルト軸に沿って伸びる方向から両サイドに向けて折れ曲がるロック部材が形成されており、
   ロック部材の表裏両面に凸部が形成されており、
   ノブ内にナットが収容されており、
   ナットとノブの間に、ナットを締める方向に所定値以上のトルクが作用する場合にはノブとナットを遊転させるクラッチ機構が形成されており、
   ノブの先端面に、前記凸部を受け入れる複数本の溝が形成されており、
   その溝の本数は奇数であり、ナットのねじ穴を中心として放射状に等角度間隔で形成されており、
   ロック部材を表面側に折り曲げれば表面側の凸部が溝に挿入され、ロック部材を裏面側に折り曲げれば裏面側の凸部が溝に挿入される。
2. 人間の手で直接にノブを締め付けることを特徴とする請求項１のボルトとナットとノブの組み合わせ。
3. ボルトは航空機の機体に固定されており、
   ボルトとナットの間に航空機用電子機器を取り付けることを特徴とする請求項１のボルトとナットとノブの組み合わせ。
4. 前記クラッチ機構は、ナットを緩める方向にトルクが作用する場合にはノブとナットを遊転させないことを特徴とする請求項１のボルトとナットとノブの組み合わせ。
5. ボルトとナットとノブの全体が、ボルトを支えているサポートに対して揺動可能であり、ナットを締めるとその揺動が禁止されることを特徴とする請求項１のボルトとナットとノブの組み合わせ。

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