JP5299816B2 - ナット - Google Patents

Description

本発明は、ナット、例えばトルシア形高力ボルト（摩擦接合ボルト）など安定した締付軸力を必要とするねじ部材に用いるナットに関するものである。

従来、例えばトルシア形高力ボルトは、図１０、１１に示すように頭部７１と、軸部７２と、軸部７２の先端に破断溝７３を介して連設されたピンテール部７４とを有し、軸部７２外周にねじ山の角度か６０°で両斜面が共に平面となるおねじ７５が形成され、かつピンテール部７４外周にセレーション７６が形成された構成となっている。一方、これに使用されるナット８はその中心部に貫通するめねじ８１を有し、めねじ８１のねじ山の角度は６０°で両ねじ山斜面が共に平面となるように形成された構成となっている。

そして、使用に際しては、図１０に示すように被締付け体２と被締付け体３の両貫通孔２ａ，３ａに高力ボルト７を貫通状に差し込む一方、該ボルト７のおねじ７５側に座金４を介してナット８を螺装し仮止めする。その後、仮想線で示す専用電動レンチ６を用い、そのインナースリーブ６１をピンテール７４に嵌め込み、レンチ６を押しながらアウタースリーブ６２をナット８に嵌め込む。然る後、電動レンチ６のスイッチを入れると、アウタースリーブ６２が回り、ナット８を回転させて締め付けが行われる。その後、所定トルクに達するとピンテール部７４で締付トルクの反力を受け破断溝７３が破断し、ボルト７の締め付けが完了するようになっている。

ところで、上記した高力ボルト７は建築、土木分野等において多量に使用されている。この建築、土木分野等では特に安全性が重視されるため、締付軸力範囲の上限・下限を、締付軸力のばらつきを考慮して設計軸力を上回り、捻じ切れを生じない値に設定されている。その際、締付軸力と比例関係にあるトルク係数を制御することにより締付軸力の確保を行うようにしている。ここでトルク係数はボルト７とナット８のねじ接触部で５０％、ナット８と座金４の間で５０％が決定される。

しかし、通常ナット及びボルトのねじ山はそれぞれ６０°の角度で製作しているが、その角度には製造上のばらつきがはいるため、図１１に示すように締結時におけるボルト７のおねじ７５とナット８のめねじ８１との接触位置が常に一定化されにくくトルク係数にばらつきが発生し易い問題があった。つまり、ボルト７の中心から接触位置までの距離の一定化が得られにくいと共に接触面積も一定化が困難であり、そのためトルク係数にばらつきが発生する。トルク係数がばらつきを有すると締付軸力もばらつくといった問題を有していた。

特に、ナット８のめねじ８１は通常タップによる切削によって製造されるため、ボルト７との接触位置によっては切削表面の粗い突起部がボルト７のおねじ７５にあたると、焼き付きが発生して余計にトルク係数をばらつかせる要因になっていた。

なお、上記した問題に対して従来では、ナット８やボルト７に潤滑処理を施すことにより、トルク係数を一定の範囲内に制御しようとすることも行われているが、ナット８の潤滑処理だけではトルク係数のばらつきを多少は制御できるものの、依然として締付軸力の変動係数をごく狭い範囲に抑えるまでには至っていないのが現状である。

そこで、本発明は、ナットのねじ部材（ボルト）へのねじ接触部を改良してトルク係数のばらつきを積極的に抑え、締付軸力を効果的に安定させることができるナットの提供を課題とする。

上記問題を解決するため願の請求項１の発明は、めねじにおけるねじ山斜面の少なくともナットへの荷重の伝わる側に、外膨らみに膨出するトルク係数安定部が設けられている一方、トルク係数安定部における有効径部分に膨出頂部となり、かつおねじ側のねじ山斜 面と平行となる所定長さの係合突面が形成されていることを特徴とする。

また、本願の請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、めねじにおけるね じ山斜面の両側に係合突面が形成されている一方、各係合突面の長さが１ｍｍ以内になっ ていると共に、隣り合う係合突面がＶ字状に対向し、その開放角度が６０°±２０´の範 囲に設定されており、かつ、隣り合う係合突面から谷径に至る上側ねじ山斜面がＶ字状に 対向し、その開放角度が４５°〜５８°の範囲に設定されていると共に、隣り合う係合突 面から内径側に至る下側ねじ山斜面がＶ字状に対向し、その開放角度が６２°〜７５°の 範囲に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、ナットのめねじにおけるねじ山斜面のたとえば両側に、外膨らみに膨出するトルク係数安定部が設けられているから、ナットのボルトへの締め込み時に、トルク係数安定部がボルトにおけるおねじのねじ山斜面と接触することになる。これにより、ナットにおけるめねじのボルトにおけるおねじとの接触位置を積極的に特定することができ、トルク係数を安定させることができる。つまり、積極的にナット中心から接触位置までの距離を一定化させると共に接触面積も一定化させることによってトルク係数をばらつきを狭い範囲に抑えることができる。その結果、トルク係数を安定させることによって安定した締付軸力を確保することができ、安全性も向上する。その上、締付軸力の変動係数が下ることにより、より高い軸力でかつ狭い範囲での締付管理が可能となるため、使用するナットやボルトの削減、省資源につながる。

しかも、トルク係数安定部における有効径部分にその膨出頂部となり、かつおねじ側のねじ山斜面と平行となる所定長さの係合突面を形成しているので、積極的に有効径部分、つまり最適な位置において接触させることができると共に、その接触もめねじ側のねじ山斜面に沿った一定の面積で安定よく接触させることができる。これによりトルク係数のばらつきを一層狭い範囲に抑えることができる。

さらに、ねじ山斜面の両側に形成する係合突面の長さをそれぞれ１ｍｍ以内にすると共に、隣り合う係合突面をＶ字状に対向させ、その開放角度を６０°±２０′の範囲に設定する一方、隣り合う係合突面から谷径に至る上側ねじ山斜面をＶ字状に対向させ、その開放角度が４５°〜５８°の範囲に設定すると共に、隣り合う係合突面から内径側に至る下側ねじ山斜面をＶ字状に対向させ、その開放角度を６２°〜７５°の範囲に設定するようにすれば、トルク係数安定部の有効径部分に位置する係合突面のみを確実かつ正確におねじ側のねじ山斜面に一定の面積で安定よく接触させることができ、トルク係数をばらつきをより効果的に狭い範囲に抑えることができるのでこのましい。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１〜３は、本発明に係るナットを示すもので、該ナット１はトルシア形高力ボルトの締付用ナットとして用いられ、その中心部には貫通するめねじ１１が形成されている。

そして、図１及び図２に示すようにめねじ１１におけるねじ山斜面の両面に、外膨らみに膨出するトルク係数安定部１１ａ，１１ａが設けられている。トルク係数安定部１１ａ ，１１ａにおける有効径部分Ｄ_２には、膨出頂部となり、かつ後記するボルトのおねじにおけるねじ山斜面と平行な係合突面１１ｂ，１１ｂが形成されている。このとき各係合突面１１ｂ，１１ｂの長さが１ｍｍ以内になっていると共に、隣り合う係合突面１１ｂ，１１ｂがＶ字状に対向し、その開放角度が６０°±２０´の範囲に設定されており、かつ、隣り合う係合突面１１ｂ，１１ｂから谷径Ｄに至る上側ねじ山斜面がＶ字状に対向し、その開放角度が４５°〜５８°の範囲に設定されていると共に、隣り合う係合突面１１ｂ，１１ｂから内径Ｄ_１側に至る下側ねじ山斜面がＶ字状に対向し、その開放角度が６２°〜７５°の範囲に設定されている。

図４〜６は、ナット１の使用状態を示す説明図で、各図中において符号２，３は被締付け体、４は座金、５はトルシア形高力ボルト、６はインナースリーブ６１とアウタースリーブ６２を有する専用電動レンチである。高力ボルト５は、図４に示すように大径の頭部５１と、軸部５２と、軸部５２の先端に破断溝５３を介して連設される小径のピンテール部５４とを有し、軸部５２外周におねじ５５が、またピンテール部５４外周にセレーション５６が形成されている。なお、専用電動レンチ６は既存のものであるのでその詳細については省略する。また、トルク係数安定部１１ａは例えばタップによるめねじの切削時に同時に形成される。

次に、上記したナットの作用について説明する。

まず、図４に示すように、被締付け体２と被締付け体３の取付孔２ａ，２ｂに高力ボルト５を差し込む一方、該ボルト５のおねじ５５側に座金４を介してナット１を螺装し仮止めする。

次に、図５に示すように、専用電動レンチ６を用い、そのインナースリーブ６１をピンテール部５４に嵌め込み、電動レンチ６を押しながらアウタースリーブ６２をナット１に嵌め込む。その後、電動レンチ６のスイッチを入れると、アウタースリーブ６２が回り、ナット１を回転させて締め付けが行われる。所定トルクに達するとピンテール部５４で締付トルクの反力を受け破断溝５３が図６に示すように破断し、ナット１による締め付けが完了する。破断溝５３が破断したら、電動レンチ６のスイッチを離し、レンチ６を手前に引いてアウタースリーブ６２をナット１から外して作業を終える。

この際、ナット１のめねじ１１におけるねじ山斜面の有効径Ｄ_２部分が膨出頂部となるように、外膨らみに膨出するトルク係数安定部１１ａが設けられているから、ナット５のボルト１への締め込み時に、図７に示すようにナット１におけるめねじ１１のトルク係数安定部１１ａがボルト５のねじ山斜面と接触することになる。これにより、ナット１におけるめねじ１１のボルト５におけるおねじ５５との接触位置を積極的に特定することができ、トルク係数を安定させることができる。つまり、積極的にボルト５の中心から接触位置までの距離を一定化させることができると共に接触面積も一定化させることができる。これによってトルク係数のばらつきを狭い範囲に抑えることができる。その結果、トルク係数を安定させることで安定した締付軸力を確保することができ、安全性も向上する。その上、締付軸力の変動係数が下ることにより、より高い軸力でかつ狭い範囲での締付管理が可能となる。このため、使用するボルトの削減、省資源につながる顕著な効果が得られる。

また、特にトルク係数安定部１１ａにおける有効径Ｄ_２部分にその膨出頂部となり、かつめねじ１１側のねじ山斜面と平行となる係合突面１１ｂを形成しているので、積極的に有効径Ｄ_２部分、つまり最適な位置において接触させることができると共に、その接触も高力ボルト５におけるおねじ５５のねじ山斜面に沿った一定の面積で安定よく接触させることができ、トルク係数のばらつきを一層狭い範囲に抑えることができる。

さらに、係合突面１１ｂの長さをそれぞれ１ｍｍ以内にすると共に、隣り合う係合突面１１ｂ，１１ｂをＶ字状に対向させ、その開放角度を６０°±２０′の範囲に設定する一方、隣り合う係合突面１１ｂ，１１ｂから谷径Ｄに至る上側ねじ山斜面をＶ字状に対向させ、その開放角度が４５°〜５８°の範囲に設定すると共に、隣り合う係合突面から内径Ｄ_１側に至る下側ねじ山斜面をＶ字状に対向させ、その開放角度を６２°〜７５°の範囲に設定するようにしているので、トルク係数安定部１１ａの有効径Ｄ_２部分に位置する係合突面１１ｂ，１１ｂのみを確実かつ正確にボルト５のおねじ５５側のねじ山斜面に一定の面積で安定よく接触させることができ、トルク係数のばらつきをより効果的に狭い範囲に抑えることができる。

なお、上記した実施の形態では、トルク係数安定部１１ａをナット１のめねじ１１におけるねじ山斜面の両側に設けたものについて説明したけれども、ナット１のめねじ１１におけるねじ山斜面のボルト５（おねじ部材）へ荷重の伝わる側だけに設けるようにしてもよい。また、上記した説明では、本発明に係るナット１をトルシア形高力ボルト５に用いた場合についてのみ説明したけれども、何らトルシア形高力ボルト５に限られるものではなく、例えば軸部におねじが形成されただけ通常のボルトなどにも広く適用できることは勿論である。

因みに、ナットサイズがＭ２０の本発明ナットを製造し、ナットサイズがＭ２０の通常ナットとの締付軸力の比較実験を行った。その実験結果は、下記の［表１］及び図８、９の通りであった。

上記した表１及び図８、９から明らかなように、通常ナット（従来品）では、締付変動係数が４．６１程度であるが、本発明ナット１では、めねじ１１の斜面に外膨らみに膨出するトルク係数安定部１１ａを設けることにより変動係数を１．７３まで下げることができた。このように変動係数が下がることにより、高い軸力でかつ狭い範囲での締付管理が可能となる。

本発明に係るナットのめねじ部分の拡大縦断面図である。 同めねじにおける要部の拡大縦断面図である。 同ナット全体の一部省略正面図である。 同ナットの仮止め状態を示す説明図である。 同ナットの締付け作業中の状態を示す説明図である。 同ナットの締付け完了時の状態を示す説明図である。 同ナットの締付け完了時における要部の拡大縦断面図である。 締付軸力の比較実験結果の折れ線グラフである。 変動係数の比較実験結果の説明図である。 従来の説明図である。 同要部拡大縦断面図である。

符号の説明

１ ナット
１１ めねじ
１１ａ トルク係数安定部
１１ｂ 係合突面
Ｄ 谷径
Ｄ_１ 内径
Ｄ_２ 有効径

Claims (2)

1. 中心部にめねじが形成されたナットにおいて、めねじにおけるねじ山斜面の少なくともナットへの荷重の伝わる側に、外膨らみに膨出するトルク係数安定部が設けられている一 方、トルク係数安定部における有効径部分に膨出頂部となり、かつおねじ側のねじ山斜面 と平行となる所定長さの係合突面が形成されていることを特徴とするナット。
2. めねじにおけるねじ山斜面の両側に係合突面が形成されている一方、各係合突面の長さが １ｍｍ以内になっていると共に、隣り合う係合突面がＶ字状に対向し、その開放角度が６ ０°±２０´の範囲に設定されている一方、隣り合う係合突面から谷径に至る上側ねじ山 斜面がＶ字状に対向し、その開放角度が４５°〜５８°の範囲に設定されていると共に、 隣り合う係合突面から内径側に至る下側ねじ山斜面がＶ字状に対向し、その開放角度が６ ２°〜７５°の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１記載のナット。

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