JP5223080B2 - 締付装置 - Google Patents

Description

この発明は、軸力規制型締付装置または定締付力型締付装置に係り、より詳細には、締め込むボルトのねじ軸に所定の軸力が発生した段階で、締め込み部位が空転して、それ以上は軸力を増加させないタイプの締付装置に関するものである。

この種の軸力規制型締付装置としては、同じ出願人による特公平４−２００９０号公報および特公平６−７２６０６号公報で公開されているものがあり、同公報に示されている例を参照して、従来の締付装置１０ａを図３に示す。
特公平４−２００９０号公報 特公平６−７２６０６号公報

図３に示す従来の締付装置１０ａは、ナットの機能を有する締め込み部材であり、その内部には皿ばねやコイルスプリング式ばねなどからなる弾性部材を有するが、ここでの弾性部材３は複数枚の皿ばね３である。
ラチェット部材１はラチェット歯１ａの基体であり、その一端面(部材１の下面)において皿ばね３の一端面(皿ばね３の上面)に当接し、他端面(部材１の上面)では回転部材２のラチェット歯２ａとラチェット歯１ａが噛み合う。また、ラチェット部材１の内側には円筒状のねじ部１ｂを有して、ボルト４のねじ部４ａと螺合し、そのねじ部１ｂのねじ穴１ｈはラチェット部材１の内部を上方にまで貫通している。

回転部材２は、下方の被締付部材８ａの側にはラチェット基体２Ａを有して、その下面にはラチェット歯２ａが突設されており、また、上方の外側には締め込み用のヘッド２Ｂを備える。
皿ばね３の上端にはラチェット部材１(ラチェット歯１ａの基体)が当接され、その反対側の皿ばね３の下端面には座金７が当接して配設されており、座金７の下方の端面は被締付部材８ａに当接している。なお、図３では、互いに締め付けられる他の被締付部材８ｂが設けられている。

図３のように、「回転部材２(ラチェット歯２ａの基体)−ラチェット部材１(ラチェット歯１ａの基体)−皿ばね３−座金７」の各部材は、その内部はボルト４を貫通させる構造となっており、共通の中心軸ｇ１に対して各部材が対称的でかつ並列的に配置されている。
また、「回転部材２−ラチェット部材１−皿ばね３−座金７」の各部材の外側はハウジング（ケース）６によって覆われており、このハウジング６の上下の両端部は内側に曲げられて、回転部材２のラチェット基体２Ａの上面の縁と、断面Ｌ型の座金７の下面とを係止させており、この構造によって、ハウジング６と各部材とは一体的に連結されて、一つの商品となるよう構成されている。

そして、ハウジング６の下端部と断面Ｌ型の座金７の下面とを係止させるにあたっては、その係止部には波形ばね座金などのばね部材９を介在して設けている。
このばね部材９は、組み立て設定後の変形することができる変形量が、圧縮される方向へは圧縮不能であり、伸張する方向へはラチェット歯の歯の高さにほぼ等しく伸張することができる変形量を有するものが用いられる。
これにより、このばね部材９は「戻しばね」として機能し、締め付け作業が完了して、回転部材２のラチェット基体２Ａが空転したときの状態で、回転部材２のラチェット部２Ａを被締付部材８ａの側へ引き寄せて、戻し時の空転を防止することができる。

図４は、締付装置１０ａの締め込み動作についてステージ１〜４に示した図であり、ハウジング６内部の各部材の動きを明らかにしている。
まず、ステージ１において、締付装置１０ａ、被締付部材８ａ、ボルト４を準備しておき、各部材を所定位置に設定する。
次のステージ２において、この締付装置１０ａに被締付部材８ａを介してボルト４を挿入し、手動または工具によって回転部材２の締め込み用のヘッド２Ｂを回すと、ラチェット基体２のラチェット歯２ａはヘッド２Ｂと共動して回転する。

ここで、回転部材２のラチェット歯２ａとラチェット部材１のラチェット歯１ａとは噛み合って係止されている状態であるので、回転部材２とラチェット部材１とは一緒になって回転し、ボルト４のねじ部４ａとラチェット部材２のねじ部２ｂとは螺合して相互にねじこまれ、ボルト４は内部(上方)に向って進んでゆく。
このボルト４の内部への進行は、皿ばね３を圧縮しながら進むために、ラチェット部材１も進行するが、皿ばね３の圧縮量が増えるに従って、回転部材２のラチェット歯２ａとラチェット部材１のラチェット歯１ａとは少しずつ相互にずれていき、ラチェット歯２ａとラチェット歯１ａとの噛み合いが徐々に離れるようになる。

次のステージ３において、皿ばね３の圧縮されるとラチェット部材１は図の下方へ進むと、回転部材２のラチェット歯２ａとラチェット部材１のラチェット歯１ａは噛み合いがずれていく。
すると、ラチェット部材１の進行距離と２つのラチェット歯２ａとラチェット歯１ａとの間隔が、ふたつのラチェット歯の歯高(Ｈ)に一致し、回転部材２の逃げ得る量も歯高(Ｈ)と同じになる。

ステージ３になると、回転部材２をさらに回したとしても、ラチェット部材１は下方に進行しなくなり、皿ばね３の圧縮量の増加はなくなり、２つのラチェット歯２ａとラチェット歯１ａとはその相互間において空転するだけで、部材の間隔や位置関係は変化しない状態となる。

この状態で、回転部材２をさらに回し続けると、ラチェット歯２ａとラチェット歯１ａとの係合と離脱による上下動や係合によって、回転部材２が固着されているハウジング６は、カチカチという発音が得られる。
このようにして、ラチェット歯の歯高(Ｈ)に相当する弾性部材３の圧縮量が得られ、それに相当する反発力を被締付部材８ａに与えることができる。

ステージ４は、締付け作業が完了した状態を示す図である。ここで、皿ばね３が所定の圧縮量になって、カム(ラチェット歯１ａと２ａ)の相互に噛み合う状態が解除されて、皿ばね３の圧縮力は、すべてにボルト４に預けられている。
カム(ラチェット歯１ａと２ａ)は噛み合い状態が解除されているので、戻し時の空転防止手段によって、ハウジング６(ケース)は戻しばね９によって下方向へ引き寄せられ、ハウジング６(ケース)内のラチェット歯１ａがある回転部材２も下方向へ移動して、カム(ラチェット歯１ａと２ａ)の間隔は「Ｈ」となっている。

従来の軸力規制型の締付装置は、先のように構成されているので、手近にこのようなボルトが用いられている場合には、締付装置の回転部材を回してみることにより、所定の締付力でもってボルトは締め付けられていることを確認することは可能ではあるが、遠隔の地、高所や高電圧等のために危険な場所などに用いられている場合には、適正に締め付けられているかどうかを容易に確認することができない。

このような場合を想定して、所定の締付力が得られている場合には、窓から特定の色がのぞき、その色を望遠鏡等で確認することにより確認する手段が提案されてはいるものの、そのような手段によっては、取り付け性や性能面で劣っていたり、確認表示させるための構造が複雑であって、製造コストが高くついたり、確認装置の再利用ができなかったりするデメリットがあった。
この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、取り付け性や性能面で優れ、構造が簡単で、製造コストが安く、再使用が可能で、締め込みの施工完了が目視により容易に判断でき、締め込み忘れの点検に最適な、締め込み確認装置付きの締付装置を得ることを目的とする。

（１）外部のねじ軸と螺合するねじ部と、そのねじ部の周囲に配設される弾性部材と、それらの部材と反対側に設けられた第１ラチェット歯と、を有するラチェット部材と、
前記第１ラチェット歯と噛み合う第２ラチェット歯と、この第２ラチェット歯とは反対側に設けられた締め込み部とを有する回転部材と、を備えて、
前記ラチェット部材と外部の被締付部材との間に介在された前記弾性部材の反撥力により、前記ねじ軸を締め込んで、その被締付部材を締め付ける締付装置であって、
前記ラチェット部材と前記回転部材とは、前記弾性部材が所定の圧縮量になるまでは前記第１第２のラチェット歯が相互に噛み合う状態から離れないように係止され、前記弾性部材が所定の圧縮量になるとそれらが解除されるように構成され、
前記回転部材は、前記ねじ軸を挿通可能な貫通穴を有して、この貫通穴に外部から挿入されて内設される締め込み施工の確認装置を備え、
前記確認装置は、前記貫通穴に内面に接する内設部と、この内設部に連結されて外部に露出される視認部とを有し、
前記内設部は一部が外周面から突出する係止部を有して、前記２つのラチェット歯の基体間の隙間に前記係止部が係止されるよう構成される締付装置とした。

（２）(１)の締付装置において、
前記回転部材の貫通穴と前記確認装置の内設部とは、同じ中心軸を有する断面円形からなり、
前記内設部の係止部は、前記中心軸に直交する円周形状からなる。
（３）(２)の締付装置において、
前記内設部の係止部の係止面と前記内設部の円筒端部とは所定距離を有し、
前記所定距離は、前記弾性部材の所定の圧縮量において前記２つのラチェット歯が噛み合う状態から離れるときのラチェット歯の基体間の距離に合わせて設定される。
（４）(１)〜(３)の締付装置において、
前記視認部は、締め込み施工を確認する部位と取り去り可能な部位とを有して構成される。

本発明による締付装置は、取り付け性や性能面で優れ、構造が簡単で、製造コストが安く、再使用が可能で、締め込みの施工完了が目視により容易に判断でき、締め込み忘れの点検に最適な締め込み確認装置付きの締付装置を得ることができる。

さて、本発明の一実施形態に係る締付装置１０について、添付の図１、図２を用いて詳細に説明する。
図１は、締め込み施工の確認装置２０を備える締付装置１０を示す説明図であり、図１(１)は確認装置２０の上面図と正面図、図１(２)は確認装置２０の外観斜視図である。
本発明の締付装置１０は締め込み施工の確認装置２０を備えるところに特徴があり、他の構成部材は図３と図４に示した締付装置１０ａと同じである。

図１の締付装置１０において、ラチェット部材１は、その下面側に外部のねじ軸(図示せず)と螺合するねじ部１ｂと、そのねじ部１ｂの周囲に配設される弾性部材である皿ばね３とを有し、また、その上面側には第１ラチェット歯１ａを有している。
回転部材２のラチェット基体２Ａは、ラチェット部材１の第１ラチェット歯１ａと噛み合う第２ラチェット歯２ａをその下面に有し、また、この第２ラチェット歯２ａとは反対側の上面には締め込み部２Ｂが設けられている。

図１の締付装置１０は、ラチェット部材１と外部の被締付部材(図示せず)との間に介在された弾性部材の皿ばね３の反撥力により、ねじ軸(図示せず)をねじ部１ｂで締め込んで、その被締付部材(図示せず)を締め付ける装置である。
ラチェット部材１と回転部材２とは、皿ばね３が所定の圧縮量になるまでは第１ラチェット歯１ａと第２ラチェット歯２ａとが相互に噛み合う状態から離れないように係止されていて、皿ばね３が所定の圧縮量になると、第１ラチェット歯１ａと第２ラチェット歯２ａとが相互に噛み合う状態から解除されるように構成されている。

この締付装置１０では、ラチェット部材１のねじ部１ｂには図１の下方からねじ軸(図示せず)が進行してきて螺合するが、そのねじ軸(図示せず)をさらに上方に逃がすために、回転部材２はねじ軸を挿通可能とする貫通穴２ｈを有している。
回転部材２の貫通穴２ｈは図１の上下方向に抜けており、この貫通穴２ｈに上方向から挿入されて内設される締め込み施工の確認装置２０を配設している。

締め込み施工の確認装置２０は、図１(１)(２)にと示すように、回転部材２の貫通穴２ｈに挿入されてその内面に接する内設部２１と、この内設部２１に連結されて外部に露出される視認部２２とを有する。
また、視認部２２は、締め込み施工の完了を確認できる表示部２２ａ(施工確認キャップ)と、表示部２２ａに連結して接続されていて施工後に取り去り可能な部位としてリング状部２２ｂ(プルリング)と、それらの接続部２２ｃとを有して構成されている。

確認装置２０の表示部２２ａは、回転部材２の締め込み部２Ａの上端部に配置される部位であり、締め込み部２Ａに合わせて円板状の形状をなして、中心にはねじ軸(図示せず)を挿通可能な挿通穴２２ｈを備えている。
また、表示部２２ａのリング状部２２ｂは、確認装置２０の取り付け前には、接続部２２ｃを介して表示部２２ａと一体的に結合されているが、施工完了後に取り去り可能な部位である。
このリング状部２２ｂは施工が完了する毎に持ち帰ることができ、リング状部２２ｂにシールなどを貼ってその取り付け場所や位置を明確にしておけば、締め付け施工の管理業務に活用することができる。

確認装置２０の内設部２１は、回転部材２の貫通穴２ｈと同じ中心軸ｇを有する断面円形の円筒形状からなり、回転部材２の段差のある貫通穴２ｈの内面形状に内接するように、内設部２１の外面形状はそれに合わせた形状としており、回転部材２の上端部では拡大径円筒部２１ｂとしている。また、円筒軸ｇの方向にはスリットｓ１を設けて内設部２１が内側に変形し易くしており、確認装置２０の内設部２１を貫通穴２ｈに挿入する作業を容易にするうえで役に立つ部位である。

また、確認装置２０の内設部２１は、一部が外周面から突出する係止部２１ａを有し、この係止部２１ａは、中心軸ｇに直交する円周又は円環形状からなり、この係止部２１ａが２つのラチェット歯(１ａ−２ａ)の基体間の隙間に係止されるよう構成されている。
ここで、内設部２１の係止部２１ａは上向きの円輪状の係止面２１ｋと円筒端部２１ｔとを有しており、係止面２１ｋと円筒端部２１ｔとは所定距離ｈ１を備えている。

確認装置２０の所定距離ｈ１は、皿ばね３の所定の圧縮量において２つのラチェット歯が噛み合う状態から離れるときの距離に合わせて設定されている。第１ラチェット歯１ａの歯高と第２ラチェット歯２ａの歯高とは等しいので、それぞれの歯高を「Ｈ」とすれば、２つのラチェット歯が噛み合う状態から離れるときの距離は「Ｈ×２」となる。
そこで、「係止面２１ｋと円筒端部２１ｔとの所定距離ｈ１」を「２Ｈ」として設定することができる。

さて、締付装置１０に確認装置２０を装着する手順について、図２を用いてステージ１〜５毎に説明する。
この図２において、各ステージに対応する上方の一連の図は締付装置１０のハウジングの内部の状態を示し、下方の一連の図は締付装置１０の回転部材２の貫通穴２ｈの内部の状態を示すものであって、下方の一連の図では貫通穴２ｈの中に下から上へと進入してくるねじ軸４については省略している。

図２のステージ１において、締付装置１０はナットの機能を持つように各部材を組み立てたものである。
ラチェット部材１のラチェット歯１ａ(ネジカム)と、回転部材２のラチェット歯２ａ(ヘッドカム)の歯の高さは等しく、「歯高Ｈ」であり、この値は締め付け後の皿ばね３のたわみに等しく設定されている。
ステージ１での締付装置１０は、ハウジング６(ケース)の中の各部品間にガタは全くなく、戻しばね９は圧死された状態になっている。

ステージ２において、回転部材２の締め付け部２Ｂ(ヘッド)を回してボルト４にねじ込んで行くと、カム同士(ラチェット歯１ａと２ａ)のすべりおよびねじの進行により、皿ばね３は除々に圧縮されていき、その圧縮量に見合った力を発生する。
ステージ１での皿ばね３の初期の厚みを「Ｌ１」とすれば、ステージ２での皿ばね３の厚みは「Ｌ２」であり、「Ｌ１＞Ｌ２」の関係となる。

ステージ３は、締付け作業が完了する直前状態を示す図である。
カム(ラチェット歯１ａと２ａ)は歯高Ｈいっぱいに持ち上がり、ラチェット歯１ａとラチェット歯２ａの間で「高さ２Ｈ」の間隙(隙間)が生じている分、皿ばね３は圧縮されている。その皿ばね３の圧縮力を、ボルト４と、ラチェット部材１のラチェット歯１ａ(ネジカム)とで受けている状態である。
このときの皿ばね３の初期の厚みを「Ｌ１」とすれば、ステージ３での皿ばね３の厚みは「Ｌ３」であり、「Ｌ１(初期)＞Ｌ２(中間期)＞Ｌ３(完了期)」の関係となる。

ステージ４は、締付け作業が完了した状態を示す図である。ここで、皿ばね３が所定の圧縮量になって、カム(ラチェット歯１ａと２ａ)の相互に噛み合う状態が解除されて、皿ばね３の圧縮力は、すべてにボルト４に預けられている。
カム(ラチェット歯１ａと２ａ)は噛み合い状態が解除されているので、戻し時の空転防止手段によって、ハウジング６(ケース)は戻しばね９によって下方向へ引き寄せられ、ハウジング６(ケース)内のラチェット歯１ａがある回転部材２も下方向へ移動して、カム(ラチェット歯１ａと２ａ)の間隔は「Ｈ」となっている。

ステージ５は、ステージ４の状態において、確認装置２０を導入したとき図である。
確認装置２０は、回転部材２の上方から貫通穴２ｈの中に挿入されるが、この確認装置２０の内設部２１の形状は、貫通穴２ｈの内部の形状に合わせて形成されており、また、内設部２１の内径２１ｍは、ラチェット部材１のボルトのねじ穴１ｈの径１ｈｍよりも大きく設定されているので、内設部２１の円周端部２１ｔがラチェット部材１の上面に当接して、内設部２１は貫通穴２ｈの内部に配置設定される構成となっている。

ステージ４において、回転部材２のラチェット基体２Ａのラチェット歯２ａは下がった位置にあるが、ステージ５において、確認装置２０を締付装置１０の上から挿入して、ラチェット部材１の上面に内設部２１の円周端部２１ｔを当接しておいて、ハウジング６(ケース)を矢印↑の方向に引き上げてゆく。
ここで、内設部２１は係止部２１ａの上向きの円輪状の係止面２１ｋと円筒端部２１ｔとを有し、係止面２１ｋと円筒端部２１ｔとは所定距離ｈ１を備え、その所定距離ｈ１は２つのラチェット歯の歯高「Ｈ×２」となっている。
したがって、ハウジング６(ケース)は上方に移動できる距離Ｈの２倍の位置で停止し、その位置において、係止部２１ａは上向きの円輪状の係止面２１ｋが回転部材２のラチェット部２Ａの下面に引っ掛かり、そこで係止されて所定の位置に固定される状態となる。

さて、図１に戻って、確認装置２０の取り付けについて説明する。
図１の中央下の図は、確認装置２０を取り付ける前(施工前)の締付装置１０である。
図１の右下の図は、確認装置２０を締付装置１０の中に挿入したものの、表示部２２ａ(施工確認キャップ)と回転部材２の上端面とのに間にギャップＧ１を生じてしまい、それ以上中まで挿入できない「施工未了」の状態となっている。ここでは、施工後に取り去りさられる「リング状部２２ｂ(プルリング)」も取り付けられたままとなっている。

図１の右下の図は、確認装置２０を締付装置１０の中に最後まで適正に挿入できた図であり、表示部２２ａ(施工確認キャップ)と回転部材２の上端面とのに間にギャップを生じることがなく、「施工完了」の状態である。
表示部２２ａ(施工確認キャップ)と接続部２２ｃを介して連結されているリング状部２２ｂ(プルリング)とは、樹脂などの比較的柔らかい材料からなり、接続部２２ｃの部位でリング状部２２ｂを表示部２２ａから引っ張って引きちぎることにより、「施工完了」を明確に示すことができる。

なお、確認装置２０の取り外しに関連し、図１の右下の図のように施工完了した締付装置１０を緩めたいときには、確認装置２０を強引に回しながら引っ張り、内設部２１の係止部２１ａを破壊して除去することにより、確認装置２０を緩めることができる。
締付装置１０は取り外して再利用することが可能であり、そのときには新しい確認装置２０を用いればよい。

本発明による締付装置１０は締め込み施工の確認装置２０を備え、上述のようにして、締め込みが完了した締付装置１０に確認装置２０が装着されるものであり、適正に締めこまれて２つのラチェット歯の基体間の隙間「２Ｈ」が得られたときにだけ、確認装置２０が所定位置に係止されて固定される構成となっている。

図１〜４に示した締付装置１０または１０’は、誰が締めこんでも軸力が一定であり、施工性が良く、性能が安定した優れた締め込みナット装置である。
しかし、この装置は、製造時に規定の荷重にチューニングされたており、単に締め忘れると外観からは締め忘れを判断することができないという問題点がある。
締付装置１０または１０’を用いる締め込みを伴う電線接続や電力関連工事では、単なる締め忘れというヒュマンエラーが必ず発生するといわれており、そのようなポカよけの対策には、ユーザーからの要求が高いものがある。

本発明では、ナットとして機能するタイプの締付装置１０において施工完了の確認装置２０を付けたものを図１と図２に示している。
この締付装置１０は、締付装置１０の内部の皿ばね３が規定荷重の高さまで撓んだ時に生じる隙間分を利用して、その隙間にはまり込む部位（爪、環状の係止部など）を設けた装置から構成されており、締め込みが完了していなければ確認装置２０の表示が出来ず、締め込みが完了していれば確認装置２０が表示できる締付装置１０であるので、施工管理に大いに活用することができる。

本発明による一実施形態に係る図で、施工完了を確認できる確認装置２０とそれを備える締付装置１０を示す説明図である。 本発明による施工完了の確認装置２０を備える締付装置１０において、締め込みの手順を示す説明図である。 従来の締付装置１０ａの構造を示す説明図である。 従来の締付装置１０ａの締め込みの手順を示す説明図である。

符号の説明

１ ラチェット部材（ラチェット基体）
１ｂ ねじ部
３ 皿ばね（弾性部材）、
１ａ 第１ラチェット歯
３ 皿ばね（弾性部材）、
４ ねじ軸 (外部の部材)
２ 回転部材
２Ａ ラチェット基体
２Ｂ 締め込み部
２ａ 第２ラチェット歯
２ｈ 貫通穴
２０ 確認装置
２１ 内設部
２１ａ 係止部
ｈ１ 内設部の係止部の係止面と内設部の円筒端部との距離
２２ 視認部
２２ａ 締め込み施工を確認する部位
２２ｂ 取り去り可能な部位

Claims (4)

1. 外部のねじ軸と螺合するねじ部と、そのねじ部の周囲に配設される弾性部材と、それらの部材と反対側に設けられた第１ラチェット歯と、を有するラチェット部材と、
   前記第１ラチェット歯と噛み合う第２ラチェット歯と、この第２ラチェット歯とは反対側に設けられた締め込み部とを有する回転部材と、を備えて、
   前記ラチェット部材と外部の被締付部材との間に介在された前記弾性部材の反撥力により、前記ねじ軸を締め込んで、その被締付部材を締め付ける締付装置であって、
   前記ラチェット部材と前記回転部材とは、前記弾性部材が所定の圧縮量になるまでは前記第１第２のラチェット歯が相互に噛み合う状態から離れないように係止され、前記弾性部材が所定の圧縮量になるとそれらが解除されるように構成され、
   前記回転部材は、前記ねじ軸を挿通可能な貫通穴を有して、この貫通穴に外部から挿入されて内設される締め込み施工の確認装置を備え、
   前記確認装置は、前記貫通穴に内面に接する内設部と、この内設部に連結されて外部に露出される視認部とを有し、
   前記内設部は一部が外周面から突出する係止部を有して、前記２つのラチェット歯の基体間の隙間に前記係止部が係止されるよう構成される、ことを特徴とする締付装置。
2. 請求項１に記載の締付装置において、
   前記回転部材の貫通穴と前記確認装置の内設部とは、同じ中心軸を有する断面円形からなり、
   前記内設部の係止部は、前記中心軸に直交する円周形状からなる、ことを特徴とする締付装置。
3. 請求項２に記載の締付装置において、
   前記内設部の係止部の係止面と前記内設部の円筒端部とは所定距離を有し、
   前記所定距離は、前記弾性部材の所定の圧縮量において前記２つのラチェット歯が噛み合う状態から離れるときのラチェット歯の基体間の距離に合わせて設定される、ことを特徴とする締付装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の締付装置において、
   前記視認部は、締め込み施工を確認する部位と取り去り可能な部位とを有して構成される、ことを特徴とする締付装置。

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