JP5677012B2

JP5677012B2 - 締結用部材

Info

Publication number: JP5677012B2
Application number: JP2010229155A
Authority: JP
Inventors: 輝夫中上; 勝彦森本
Original assignee: 有限会社ウェジコ
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2010-10-09
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2030-10-09
Also published as: JP2012013222A

Description

本発明は、例えば建築構造物のような構造物に好適に用いることができる締結用部材に関する。

ボルト及びナットを用いる締結用部材に関して、本願発明者の一人は、強固な締結を可能にするために、特許文献１に記載されているように、ナットを特有形状にし、更に特有形状のワッシャ（座金）を有した締結用部材を提案している。

図９は、特許文献１に記載されたものと同様の締結用部材を用いた締結構造体を示すものである。この締結構造体１００は、ボルト１０６、ナット１０２及びワッシャ１０４で構成される締結用部材１０１により、２個の被締結体１０８、１０９を締結している。ナット１０２は、雌ねじ部１２０の一方の開口部周辺に、軸対称でかつ断面視略台形状の凹部１２１を有する。ワッシャ１０４は、凹部１２１に一部が入り得るよう軸対称でかつ側面視略台形状に基部１４１の中央部から突出形成した突出部１４２を有するとともに、突出部１４２にボルト１０６の雄ねじ部１６０が挿通するボルト挿通孔１４０を有し、しかもボルト挿通孔１４０が突出部１４２の中心位置から偏心している。この締結構造体１００では、ボルト１０６にナット１０２を螺合させ回動させていくと、ナット１０２の凹部１２１にワッシャ１０４の突出部１４２の内方側の一部が入り込むとともに、凹部１２１の開放側端縁が突出部１４２を押圧した状態となる。更にナット１０２を回動させると、ワッシャ１０４のボルト挿通孔１４０の中心位置がワッシャ１０４の突出部１４２の中心位置に対して偏心しているので、締め付けトルクが径方向（軸方向に対し直交方向）の力として作用し、ワッシャ１０４のボルト挿通孔１４０の周縁の一部がボルト１０６のねじ山に食い込む。また、ねじ山に食い込むことによりその接触部分においてねじれが生じる。それにより、接触部分において集中的な径方向の力がかかるため、ワッシャ１０４とボルト１０６が押し付けあって強力に結合し、緩み止め効果が生じ、強固な締結となる。

特開２００２−２０６５１５号公報

しかしながら、この締結用部材１０１は、ワッシャ１０４及びナット１０２がともに特有形状であり、特に凹部１２１を形成するナット１０２は、その製作が面倒で締結構造体１００のコストアップの原因となる。

また、既存の構造物にて、緩みが生じた締結用部材を交換する場合、既存の締結用部材を最大限利用して緩まないようにするのが、コストを抑えることができるとともに、資源を無駄にせず、環境上好ましい。しかし、従来からの汎用仕様のワッシャ及びナットを用いた締結用部材を上記の締結用部材１０１に交換する場合は、少なくともワッシャ１０４及び高コストのナット１０２に交換しなければならない。

本発明は係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、汎用仕様のナットを用いて構成されて強固な締結を可能にする締結用部材を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の締結用部材は、ボルト及びナットとともに用いられる締結用部材であって、軸対称でかつ側面視略台形状に基部の中央部から突出形成した突出部を有するとともに、突出部にボルトの雄ねじ部が挿通するボルト挿通孔を有し、しかもボルト挿通孔が突出部の中心位置から偏心している第１のワッシャと、第１のワッシャの突出部の一部が入り得るよう、ボルトの雄ねじ部が挿通するボルト挿通孔の一方の開口部周辺に軸対称でかつ断面視略台形状の第１の凹部を有し、しかもナットと回動方向において係合し得るよう、ボルト挿通孔の他方の開口部周辺に第２の凹部を有する第２のワッシャと、を備えてなり、第２のワッシャの第２の凹部は、ナットの外郭形状と略同一形状の内方側凹部分と、その周囲に、内方側凹部分の角部から円周方向の一方向に離れるにしたがって浅くなる外方側凹部分と、を有することを特徴とする。

本発明の締結用部材によれば、第１のワッシャが第２のワッシャの第１の凹部に嵌り込んで第１のワッシャがボルトのねじ山に食い込むことによって、第２のワッシャと第１のワッシャとボルトは強力に結合し、かつ、汎用仕様のナットの一部が第２のワッシャの第２の凹部に入り込むことによって、ナットの第２のワッシャからの分離が阻まれるので、汎用仕様のナットを用いて強固な締結を可能にする。

本発明の実施形態に係る締結用部材１を用いた締結構造体１０の側面視断面図であり、（ａ）は締結作業途中の状態、（ｂ）は締結作業完了時の状態である。同上の締結用部材の第１のワッシャ４を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面視断面図である。同上の締結用部材の第２のワッシャ３を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側面視断面図である。同上の締結用部材の第２のワッシャ３の変形例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面視断面図である。同上の締結用部材の第２のワッシャ３の他の変形例を示す平面図である。同上の締結用部材のワッシャカバー５を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側面視断面図、（ｄ）は（ｃ）の端面図である。同上の締結用部材の第１のワッシャ４の２つの変形例を示す平面図である。同上の締結用部材の第１のワッシャ４の図７で示した変形例を用いた締結構造体１０の締結作業完了時の状態の側面視断面図である。従来の締結用部材を用いた締結構造体の締結作業完了時の状態の側面視断面図である。

以下、本発明を実施するための好ましい形態を図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係る締結用部材１は、図１に示すように、ボルト６に加えナット２も汎用仕様のものであり、これらとともに用いられる第１のワッシャ４、第２のワッシャ３、ワッシャカバー５を備えて構成されており、２個の被締結体８、９を締結する。具体的には、被締結体８からナット２までの間に、ワッシャカバー５、第１のワッシャ４、第２のワッシャ３の順に位置させて用いられる。汎用仕様のボルト６及びナット２は、用途に応じ規格（ＩＳＯ規格やＪＩＳ規格）に対応したものであり、例えば、サイズＭ１０の六角ボルト（或いは六角ナット）などである。

第１のワッシャ４は、図２に示すように、基部４１の中央部から軸対称でかつ側面視略台形状に突出した突出部４２が形成されている。この突出部４２は、詳細には、傾斜面４２Ａと中心軸Ｘに対し略直交する頂面４２Ｂからなる。傾斜面４２Ａは、中心軸Ｘのまわりに軸対称に形成され、その傾斜角φは、例えば中心軸Ｘに対して約２０度などとしている。また、頂面４２Ｂにはボルト挿通孔４０が形成されている。

また、傾斜面４２Ａと基部４１との境界４２ａが描く線（傾斜面４２Ａの外周線）と、傾斜面４２Ａと頂面４２Ｂとの境界４２ｂが描く線（傾斜面４２Ａの内周線）と、は中心軸Ｘ上のｉ点を中心とした実質的に同心円である。この中心軸Ｘは、第１のワッシャ４をナット２（及びボルト６）及び第２のワッシャ３と組み合わせたときに、ナット２（及びボルト６）の中心軸Ｕ及び第２のワッシャ３の後述する中心軸Ｖと共通になるものである。ボルト挿通孔４０の周縁４０ａが描く線は、中心軸Ｘとは異なる中心軸Ｙ上のｊ点を中心とした実質的な円である。すなわち、ボルト挿通孔４０の中心位置ｊ点は突出部４２の中心位置ｉ点から偏心している。

第２のワッシャ３は、図３に示すように、ボルト６の雄ねじ部６０が挿通するボルト挿通孔３０がその中心に形成されており、また、外観的には円板状であるが、以下に詳述するよう特有の形状を有している。

第２のワッシャ３は、第１のワッシャ４の突出部４２の一部が入り得るよう、ボルト挿通孔３０の一方（図３（ｃ）において下方側）の開口部周辺に軸対称でかつ断面視略台形状の第１の凹部３１が形成されている。この第１の凹部３１は、詳細には、側面３１Ａと中心軸Ｖに対し直交する底面（図３（ｃ）においては上底面）３１Ｂからなる。側面３１Ａは、その開放側端縁３１ａから底面３１Ｂに向かって傾斜している。その傾斜角θは、第１のワッシャ４の傾斜面４２Ａの傾斜角φと同じかそれよりもやや小さく、例えば中心軸Ｖに対して約１５度などとしている。

開放側端縁３１ａが描く線と、側面３１Ａと底面３１Ｂとの境界３１ｂが描く線（側面３１Ａの内周線）と、ボルト挿通孔３０の周縁３０ａが描く線と、は中心軸Ｖ上のｈ点を中心とした実質的に同心円である。この開放側端縁３１ａが描く円の直径に対し、第１のワッシャ４の前述の傾斜面４２Ａと基部４１との境界４２ａが描く円の直径は大きく、傾斜面４２Ａと頂面４２Ｂとの境界４２ｂが描く円の直径は小さい。すなわち、第１の凹部３１は、その開放側端縁３１ａが第１のワッシャ４の突出部３１の傾斜面３１Ａに接触できるように、平面的に重合する位置にある。

また、第２のワッシャ３は、ナット２が軸方向に一部が入り得て、ナット２と回動方向において係合し得るよう、ボルト挿通孔３０の他方（図３（ｃ）において上方側）の開口部周辺に第２の凹部３２を有する。第２の凹部３２は、好ましくは、平面視において、ナット２の外郭形状と略同一形状（図では正六角形）で、大きさは同じか僅かに大きいものとする。従って、第２の凹部３２では、ナット２の軸方向の一部を入れ込み（嵌め込み）、ナット２を回動すると、ナット２の外郭側面が第２の凹部３２の周縁面３２ａに接触し、回動方向において係合してナット２と第２のワッシャ３とは一体的に回動することとなる。

この第２のワッシャ３は、金属材料あるいは合成樹脂材料にて製造する。第２のワッシャ３は、形状が比較的単純であるので、製造が容易であり、背景技術で述べたナット１０２に比べ、汎用仕様のナット２と合わせたコストが非常に低い。また、ナット２を低コストの材料製とすれば、更に、コストダウンになる。なお、外観的な円板状の形状については特に限定されるものではない。

第２のワッシャ３の第２の凹部３２は、いろいろな形状に変形することが可能である。図４に示す第２の凹部３２Ａは、平面視においてナット２の外郭形状と略同一形状の内方側凹部分３２ＡＡと、その周囲に、内方側凹部分３２ＡＡより浅く、内方側凹部分３２ＡＡの角部３２ＡＡｂから円周方向の一方向に離れるにしたがって浅くなる外方側凹部分３２ＡＢと、を有している。平面視において、外方側凹部分３２ＡＢの周縁面３２ＡＢａ（図では、円弧状）から内方側凹部分３２ＡＡの中心までの距離は全て、ナット２の角部から中心までの距離よりも大きくなっている。この第２の凹部３２Ａの場合、締結作業において、ナット２は、第２のワッシャ３に接触するとき、自然とナット２のすべての角部が外方側凹部分３２ＡＢに入り込むことになる。この状態で、ナット２が回動していくと、外方側凹部分３２ＡＢの周縁面３２ＡＢａに沿って内方側凹部分３２ＡＡの角部３２ＡＡｂまで移動して内方側凹部分３２ＡＡに自然と嵌り込むのである。そして、更にナット２を回動すると、ナット２の外郭側面が内方側凹部分３２ＡＡの周縁面３２ＡＡａに接触し、回動方向において係合してナット２と第２のワッシャ３とは一体的に回動することとなる。

また、図５に示す第２の凹部３２Ｂは、第２の凹部３２における対向する平坦な２面（周縁面３２ａの一部）３２Ｂａ_１、３２Ｂａ_２を残し、その他の部分を曲面（図では、平面視円弧状）に変形したものである。この第２の凹部３２Ｂの場合、締結作業において、第２の凹部３２Ｂに入れ込んだナット２が回動するときに接触する部分は平坦な２面３２Ｂａ_１、３２Ｂａ_２となる。

ワッシャカバー５は、図６に示すように、第１のワッシャ４と第２のワッシャ３を包含し得るよう有底筒状の基部５１を有しており、その底部５１ａ側から順に第１のワッシャ４と第２のワッシャ３を包含するようになっている。基部５１の底部５１ａには、ボルト６の雄ねじ部６０が挿通するボルト挿通孔５０を有している。

更に、ワッシャカバー５は、第２のワッシャ３に近接して平面的に重合（平面視においてオーバラップ）するよう複数のカバー片５２、５２、…が基部５１から延びて形成されている。複数のカバー片５２、５２、…は、第１のワッシャ４と第２のワッシャ３がバラバラにならないように閉じ込めるためのものである。具体的には、第１のワッシャ４と第２のワッシャ３をワッシャカバー５に包含させた後、複数のカバー片５２、５２、…を基部５１から折り曲げて塑性変形させ、第１のワッシャ４と第２のワッシャ３を閉じ込める。この折り曲げ易いことと、強靭さがさほど必要ではないことから、ワッシャカバー５には塑性変形させてもクラック等が発生しにくい薄い金属が好適に用いられる。

このようなワッシャカバー５に第１のワッシャ４と第２のワッシャ３を正しい位置及び向きで配設しておけば、迅速、かつ、ミスが少ない締結作業が可能になる。

次に、締結用部材１を用いた締結構造体１０における締結作業を説明する。先ず、締結構造体１０は、被締結体９と被締結体８が合わされ、被締結体９のボルト挿通孔９Ａ、被締結体８のボルト挿通孔８Ａをボルト６の雄ねじ部６０が挿通している状態にしておく。そして、第１のワッシャ４と第２のワッシャ３を包含したワッシャカバー５を、ワッシャカバー５と第１のワッシャ４と第２のワッシャ３のそれぞれのボルト挿通孔５０、４０、３０をボルト６の雄ねじ部６０が挿通するようにして配置する。それから、ナット２の雌ねじ部２０にボルト６の雄ねじ部６０を螺合させる。

ナット２とボルト６が相対的に回動するようにナット２（又はボルト６）を回動させていくと、ナット２が第２のワッシャ３に接触する。そのとき、ナット２を軸方向に第２のワッシャ３の第２の凹部３２に入れ込んで、更にナット２（又はボルト６）を回動させていく（図１（ａ）参照）。そうすると、第１のワッシャ４が被締結体８からの力を受け、第１のワッシャ４の突出部４２は、その傾斜面４２Ａが第２のワッシャ３の第１の凹部３１の開放側端縁３１ａに接触しながら、徐々に第１の凹部３１に入り込んでいく。

そして、ナット２とボルト６をスパナ等により固定して強く締め付けると、第１のワッシャ４において、ボルト挿通孔４０の中心位置ｊ点と突出部４２の中心位置ｉ点とは前述のように偏心しているので、締め付けトルクが径方向（ボルト６の中心軸Ｕに対して直交方向）の力として作用し、図１（ｂ）の図面上中央右側に示されるように、ワッシャ４のボルト挿通孔４０の周縁の一部がボルト６の雄ねじ部６０と接触してねじ山に食い込む。また、ねじ山に食い込むことによりその接触部分においてねじれが生じる。それにより、接触部分において集中的な径方向の力がかかるため、ワッシャ４とボルト６が押し付けあって強力に結合し、緩み止め効果が生じ、強固な締結となる。

締結作業完了後には、第１のワッシャ４はボルト６との結合がすこぶる強力であるために、通常、第１のワッシャ４とボルト６の結合が緩むことはない。また、第１のワッシャ４の突出部４２が第２のワッシャ３の第１の凹部３１に嵌り込んでおり、第１のワッシャ４と第２のワッシャ３間は、第１のワッシャ４とボルト６間にかかった力の応力がかかるため、結合が緩むことはほとんどない。また、第２のワッシャ３の第２の凹部３２にはナット２の一部が入れ込まれ回動方向において係合しているので、ナット２が緩む方向に回動しようとしてもそれは阻まれ、通常、第２のワッシャ３とナット２が分離することはない。従って、過度の振動その他の原因で仮にナット２とボルト６の螺着に緩みが生じ易い条件になったとしても、ナット２はボルト６から緩むことが抑止され、また、被締結体９と被締結体８の強固な締結は維持されるのである。

このように、締結用部材１は、汎用仕様のナット２を用いて強固な締結を可能にしている。そのため、コストダウンできる。また、既存の構造物にて、緩みが生じた締結用部材を交換する場合、既存のボルトとナットを利用できる場合が多いので、コストを抑えることができるとともに、資源を無駄にせず、環境上好ましい。

以上、本発明の実施形態に係る締結用部材について説明したが、本発明は、実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、ワッシャカバー５は、第１のワッシャ４と第２のワッシャ３の締結作業時における位置や向きなどの取り扱いに注意すれば、省略することも可能である。また、ボルト６との螺合の前に、ナット２を第２のワッシャ３の第２の凹部３２に入れ込んでスポット溶接などで接着しておくことも可能である。その場合、締結作業における第２のワッシャ３は、ナット２とボルト６の螺合の始めから、ナット２とともに回動していくことになる。

また、第１のワッシャ４は、基部４１の中央部から軸対称でかつ側面視略台形状に突出形成した突出部４２を有するとともに、突出部４２に形成されたボルト挿通孔４０の中心位置ｊ点が突出部４２の中心位置ｉ点から偏心していれば、設計変更の例として、次に示すようなものが可能である。すなわち、図７（ａ）に示すように突出部４２の一部にスリット４２Ｃを設けたり、図７（ｂ）に示すように、スリット４２Ｃを基部４１にまで延長したスリット４２Ｃ’を設けたりすることができる。これらは、径方向の力によって突出部４２が比較的変形し易いようにして、ボルト挿通孔４０の周縁が動き易くし、その一部がボルト６の雄ねじ部６０のねじ山に食い込み易くしたものである。更に、場合によっては、このスリット４２Ｃ（又は４２Ｃ’）が設けられた第１のワッシャ４の突出部４２の厚みを大きくすることにより、締結時に、図８に示すように、ボルト挿通孔４０の周縁が、その一部が上述のようにボルト６の雄ねじ部６０のねじ山に食い込むことなく、ボルト６の雄ねじ部６０を圧迫して生じる摩擦力だけにより緩み難いようにすることもできる。なお、ワッシャカバー５の省略が可能であることは上記と同様である。

１締結用部材
２ナット
３第２のワッシャ
３０第２のワッシャのボルト挿通孔
３１第２のワッシャの第１の凹部
３２第２のワッシャの第２の凹部
４第１のワッシャ
４０第１のワッシャのボルト挿通孔
４１第１のワッシャの基部
４２第１のワッシャの突出部
５ワッシャカバー
５０ワッシャカバーのボルト挿通孔
５１ワッシャカバーの基部
５１ａワッシャカバーの基部の底部
５２ワッシャカバーのカバー片
６ボルト
６０ボルトの雄ねじ部

Claims

ボルト及びナットとともに用いられる締結用部材であって、
軸対称でかつ側面視略台形状に基部の中央部から突出形成した突出部を有するとともに、突出部にボルトの雄ねじ部が挿通するボルト挿通孔を有し、しかもボルト挿通孔が突出部の中心位置から偏心している第１のワッシャと、
第１のワッシャの突出部の一部が入り得るよう、ボルトの雄ねじ部が挿通するボルト挿通孔の一方の開口部周辺に軸対称でかつ断面視略台形状の第１の凹部を有し、しかもナットと回動方向において係合し得るよう、ボルト挿通孔の他方の開口部周辺に第２の凹部を有する第２のワッシャと、を備えてなり、
第２のワッシャの第２の凹部は、ナットの外郭形状と略同一形状の内方側凹部分と、その周囲に、内方側凹部分の角部から円周方向の一方向に離れるにしたがって浅くなる外方側凹部分と、を有することを特徴とする締結用部材。