JP5787197B2 - 締結部材 - Google Patents
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Description
この締結部材による締結部分に振動衝撃が繰返し作用することで発生する締結部材の弛みを防止するための対策としては、以下の構成による締結部材が提案されている。
また、特許文献1に示された締結部材のテーパ筒体状部の形態では、外周面が全面的に凹状の曲面になっているため、周縁部の強度を適切に確保できないと共に外形寸法を適切に小さくすることができない。
さらに、被締結体に当接する座面が形成するリング状部のリングの幅が狭いと被締結体との十分な接触摩擦抵抗を得ることができないだけでなく、ボルト等の締め付け力や被締結体がもたらす衝撃・振動によってテーパ筒体状部の弾性力を凌駕して塑性変形を生ずるおそれがある。
そこで本発明の目的は、第1に、テーパ筒体状部の周縁部の強度を適切に確保すると共に外形寸法を適切に小さくした締結部材を提供すること、第2に、ボルト等の締め付け力や被締結体がもたらす衝撃・振動を塑性変形せずにより適切に吸収できる締結部材を提供すること、第3に、ボルトの頭からボルトの軸と同心に徐々に拡径するテーパ筒体状部を備えて且つより合理的に生産できる弛み止めボルトを提供することにある。
本発明にかかる弛み止め座金の一形態によれば、ネジ締付作用を利用して被締結体を締結する際に用いられる締結部材であって、被締結体に圧接するように軸心と同心の円形の平面帯リング状に設けられている座面へ向かって徐々に拡径する筒体状に形成されたテーパ筒体状部によって設けられている前記締結部材のうちの弛み止め座金において、前記テーパ筒体状部のテーパ角度が鋭角になるように設けられ、前記円形の平面帯リング状の座面の外径が、該座面の外周側において前記被締結体へ圧接する面圧が徐々に低下してゼロとなる位置よりも小さい直径となるように、前記テーパ筒体状部の外周面に、締結された際の前記被締結体から垂直に起立する起立面が設けられることで設定され、前記テーパ筒体状部の外周面が、前記起立面と、該起立面に連続して設けられて前記被締結体がもたらす衝撃・振動を吸収できるように設けられた凹状の曲面とによって形成され、前記起立面の起立長さが、前記締結部材の締め付け力や前記被締結体がもたらす衝撃・振動を塑性変形することなく受ける前記座面からの厚さを確保できるように、JIS規格に規定する平座金の厚さ又はそれ以上の厚さとなる長さに設定され、前記テーパ筒体状部の内周面が、前記座金が全面でより均等に前記被締結体に対して圧接できるように、凹状の曲面によって形成されている。
この形態例の弛み止めボルトは、ボルトの頭11から一体にボルトの軸21を取り巻いてそのボルトの軸21と同心に徐々に拡径するように設けられ、端面が被締結体40(図14参照)にボルトの軸と同心の円形の平面帯リング状に接する座面13として設けられたテーパ筒体状部12を備え、そのテーパ筒体状部12の内周面12aが円錐状の曲面に設けられると共にそのテーパ筒体状部12の外周面12bが凹状の曲面に設けられている弛み止めボルトの製造方法によって生産されるものである。なお、本発明に係るテーパ筒体状部12のテーパ角度は、鋭角αになっている(図31参照)。また、ボルトの軸と円形の平面帯リング状の座面とは同心状に所定の間隔を置いて離れた形態になっている。
この弛み止めボルト10の製造方法によれば、テーパ筒体状部12を切削によって削り出して形成する製造方法や鍛造によって形成する製造方法などに比較して軸方向に十分に長く大きく(深い)形態に、適切且つ安価でより合理的に生産できる。
これによれば、軸部材20とヘッド部材10とが単純な形状で製造しやすく、テーパ筒体状部12を弛み止め効果を高める十分な深さに適切に形成でき、摩擦圧接による相互の部材の固相拡散接合も好適になされて、所要の機能や強度を有する弛み止めボルトを適切且つ安価に生産できる。
また、この形態例においては、内底部15における凸状部15aの接合面15a’とボルトの軸21の接合端面22とが同形で同径に形成されている。このように接合される面同士が同一形状に設けられることで、摩擦圧接による熱の広がりがバランス良くなされ、より好適な接合がなされる。
これによっても、摩擦圧接による相互の部材(軸部材20とヘッド部材10)の固相拡散接合も好適になされて、所要の機能や強度を有する弛み止めボルトを適切且つ安価に生産できる。なお、ボルトの頭11の内底部15における接合面と、軸部材20の接合端面の形状は特に限定されるものではなく、製造された弛み止めボルトの機能や強度について仕様を満たすものであればよい。
弛み止めナット300についても、フランジ部として一体に形成されたテーパ筒体状部の座面側は、本発明に係る弛み止めボルト100の座面13側の形状と同じく形成されている。
すなわち、弛み止めナット300は、ナットの頭31から一体にナットが螺着されるボルトの軸を取り巻いて該ボルトの軸と同心に徐々に拡径するように設けられ、端面が被締結体41(図14参照)に接する座面33として設けられたテーパ筒体状部32を備え、該テーパ筒体状部の内周面32aが円錐状に設けられると共に該テーパ筒体状部の外周面の少なくとも一部が凹状の曲面32bに設けられている。
高速ねじ弛み試験機の加振台50上に設けられた振動バーベル(被締結体40)にワッシャー51を介して、供試品である弛み止めボルト100と、弛み止めナット300とを締め付けて固定した状態にセットした。M10、M12、M16の各ねじについて、JIS規格の締め付け力によって締結した状態で、試験を行った。
この高速ねじ弛み試験機によるねじ緩み試験は、振動数が1780rpm、加振台ストロークが11mm、インパクトストロークが19mm、振動方向がボルト軸直角方向という条件で、最長17分間を行い、弛むまでの時間を測定するものである。
この高速弛み試験は、高速で振動及び衝撃を繰り返して加えて試験する装置であり、通常のボルト、ナットでは、数秒〜数十秒のうちに弛んでしまう。また、現在市販されている最高度の締め付け保持力を有するといわれるダブルナット構成であっても、数分間程度保持できるだけである。この試験方法で17分間にわたって締め付け力を保持できたことによって、本発明に係る弛み止めボルト100と弛み止めナット300とによる締結具の構成は、最高の性能を有するものであることが確認できた。
テーパ筒体状部12の内周面12aの凹状の曲面の形状は、断面が円曲線の一部によって構成される通常の円弧状に湾曲した凹面に限らず、例えば懸垂曲線(カテナリー曲線)を上下反対にした逆懸垂曲線やスプライン曲線の少なくとも一部を用いることができる。
このように、テーパ筒体状部12の内周面12aが凹状の曲面によって形成されることで、テーパ筒体状部12の端面である座面が、その全面で被締結体に対して極めて均等に圧接できる。すなわち、ボルト及びナットからなる締結具の締め付け力が、均等に分散されて被締結体に対する均等な圧力に変換され、その座面の全面を弛み止めのために有効に活用できる。これにより、弛み止め効果をより向上させることができる。
これによれば、図26の適正な直径の場合は、ボルトの軸にかかる荷重(軸力)が33700Nであるとき、座面33にかかる垂直応力(面圧)が、内縁部で最大の5.9×108Paとなって、段階的な濃淡によって表わされているように外側へ向かって徐々に低下して外縁部で最小の4.3×107Paとなっている。これに対して、図27の形態の場合は同様の軸力であるとき、座面33にかかる面圧が、内縁部で最大の6.1×108Paとなって、外側へ向かって徐々に低下して外縁部の最も濃く表されている部分では面圧がゼロで浮いた状態になっている。同様に一般に市販されているM10の直径20mmのフランジ付六角ボルト(JISB1189U形座面タイプ)では、内縁部での面圧の最大が2.5×109Paとなって、外縁部ではより広い部分が浮いた状態となり、本発明に比較して面圧が明らかに不均一にかかった状態になっている(図28参照)。
この座金は、ネジ締付作用を利用して被締結体を締結する際に用いられる締結部材としてボルトやナットと共に用いられるもので、被締結体に圧接するように軸と同心の円形の平面帯リング状に設けられている座面へ向かって徐々に拡径する筒体状に形成されたテーパ筒体状部を備える。
また、この座金は、ボルトやナットの締結部材によるネジ締付作用を利用して被締結体を締結する際に、前記締結部材と前記被締結体との間に挟まれて用いられる弛み止め効果に優れた座金であって、締結部材の座面が圧接される被圧接面60(図34参照)から前記被締結体に圧接する座金座面13に向かって徐々に拡径する筒体状に形成されたテーパ筒体状部12と、前記被圧接面60に、前記締結部材の共回りを防止できるように複数の凸部61を備える構成になっている。
また、座金の貫通孔62の上端縁(内周縁)は面取りがなされて面取り部63が形成されており、ボルトの頭から軸に連続するRの部分に干渉しないで、ボルトの軸が挿通されて適切にフィットできる形態になっている。さらに、この面取り部63が形成された内周縁部よれば、被圧接面60と内周面12aとの間の肉厚が小さく、ボルトの芯出しができるように内径を規定できると共に、そのボルトの形状に馴染みやすい形態になっている。
これによれば、ボルトやナットを締め付けるために曲面600との間に介在させた従来のスペーサーに代えて、弛み止め座金500を適切に配することができる。これによっても、以上に説明したものと同様に優れた弛み止め効果を得ることができる。
11 ボルトの頭
12 テーパ筒体状部
12a 内周面
12b 外周面
13 座面
15 内底部
15a 凸状部
15a’ 接合面
15b 外周面
15c 接合面
16 圧接部
20 軸部材
21 ボルトの軸
22 接合端面
22c 接合端面
23 寄り
31 ナットの頭
32 テーパ筒体状部
32a 内周面
32b 外周面
33 座面
40 被締結体
50 加振台
60 被圧接面
61 凸部
62 座金の貫通孔
63 面取り部
100 弛み止めボルト
300 弛み止めナット
500 弛み止め座金
600 曲面
Claims (3)
- ネジ締付作用を利用して被締結体を締結する際に用いられる締結部材であって、被締結体に圧接するように軸心と同心の円形の平面帯リング状に設けられている座面へ向かって徐々に拡径する筒体状に形成されたテーパ筒体状部によって設けられている前記締結部材のうちの弛み止め座金において、
前記テーパ筒体状部のテーパ角度が鋭角になるように設けられ、
前記円形の平面帯リング状の座面の外径が、該座面の外周側において前記被締結体へ圧接する面圧が徐々に低下してゼロとなる位置よりも小さい直径となるように、前記テーパ筒体状部の外周面に、締結された際の前記被締結体から垂直に起立する起立面が設けられることで設定され、
前記テーパ筒体状部の外周面が、前記起立面と、該起立面に連続して設けられて前記被締結体がもたらす衝撃・振動を吸収できるように設けられた凹状の曲面とによって形成され、
前記起立面の起立長さが、前記締結部材の締め付け力や前記被締結体がもたらす衝撃・振動を塑性変形することなく受ける前記座面からの厚さを確保できるように、JIS規格に規定する平座金の厚さ又はそれ以上の厚さとなる長さに設定され、
前記テーパ筒体状部の内周面が、前記座金が全面でより均等に前記被締結体に対して圧接できるように、凹状の曲面によって形成されていることを特徴とする弛み止め座金。 - 前記テーパ筒体状部の内周面の前記凹状の曲面が、逆懸垂曲線による曲面になっていることを特徴とする請求項1記載の弛み止め座金。
- 座金の貫通孔の上端の内周縁には、締結されるボルトの頭から軸に連続する部分に干渉しないように、面取り部が形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の弛み止め座金。
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