JP6363270B1

JP6363270B1 - 締結具

Info

Publication number: JP6363270B1
Application number: JP2017125984A
Authority: JP
Inventors: 嘉玉松本
Original assignee: Chudenko Corp
Current assignee: Chudenko Corp
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2037-06-28
Also published as: JP2019007595A

Abstract

【課題】本発明は、所定の軸力で簡単に締付固定ができるとともにナットの緩み止め効果を得ることができる締結具を提供することを目的とするものである。【解決手段】ボルト１螺合するナット２は、中央部分に貫通して形成されるとともに内周面に雌ネジ部が形成された装着孔２４と、外側面が締付用工具と係合するように形成された螺合部２０と、外側面が締付用工具と係合するように形成された固着部２２と、螺合部２０と固着部２２との間の外周側において全周にわたって形成された外溝部２１と、螺合部２０が形成された部位の内周側において全周にわたって形成された内溝部２３と、外溝部２１と内溝部２３との間の部位において全周にわたって薄肉状に形成された破断部２５とを備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、ネジの締付けにより発生する軸力で部材を結合する締結具に関する。

従来より機械や構造物の組立て等にボルト及びナットを用いた締結具が使用されている。こうした締結具では、ナットをボルトに螺合させて部材同士を締付固定するが、ナットの締付けによりボルトに発生する軸力で部材を結合している。締結具が安定した固定状態を継続するにはこうした軸力を保持する必要があることから、ボルトとナットの間の緩み止め及び戻り止めのための様々な対策が採られている。

例えば、特許文献１では、基礎中に鉛直方向に沿って埋設固定されたアンカーボルトに螺合されてベースプレートを固定する柱脚固定用金具として、螺合部、破断部及び固着部が形成されたナットを用い、ナットをアンカーボルトに螺合して締付固定される際に螺合部及び固着部が破断部の破断により分離されるようになっており、分離された螺合部を再度螺合して固着部の上面に密着することでダブルナット構造を構成し、緩み止めを行っている。特許文献１のナットは、締付固定するトルクが所定値以上に到達すると破断するようになっており、ナットが破断するまで締付固定すれば常に一定の軸力をアンカーボルトに発生させることができるようになっている。

特許文献１に記載された締結具では、締付固定したナット自体が回転して緩みが生じる可能性があることから、特許文献２では、破断部の外形形状に沿うように内周面が形成された段差部が装着孔に対して偏心した位置に設定することで、破断部の破断により分離された螺合部をボルトに再度螺合する場合に段差部が固着部の破断部の残留部分を収容するように設定して締付固定し、破断部の残留部分に段差部を圧接させてナットの緩み止め効果及び戻り止め効果を得るようにした点が記載されている。

特許第３７４０６８３号公報特許第４６８１０７８号公報

特許文献１及び２に記載された締結具では、ナットの破断により所定の軸力を設定するとともにナットの破断した螺合部を取り外して再度螺合することでダブルナット構造を構成するようにしているが、破断後に螺合部を一旦取り外して再度螺合する手間がかかるため、高所や狭隘箇所といった作業現場では作業効率が低下するのは避けられない。

そこで、本発明は、所定の軸力で簡単に締付固定ができるとともにナットの緩み止め効果及び戻り止め効果を得ることができる締結具を提供することを目的とするものである。

本発明に係る締結具は、ボルトにナットを螺合して部材を締付固定する締結具であって、前記ナットは、中央部分に貫通して形成されるとともに内周面に雌ネジ部が形成された装着孔と、螺合方向の一方の側に形成されるとともに外側面が締付用工具と係合するように形成された螺合部と、螺合方向の他方の側に形成されるとともに外側面が締付用工具と係合するように形成された固着部と、前記螺合部と前記固着部との間の部位の外周側において全周にわたって形成された外溝部と、前記螺合部が形成された部位の内周側において全周にわたって形成された内溝部と、前記外溝部と前記内溝部との間の部位において全周にわたって薄肉状に形成された破断部とを備え、前記破断部は、螺合方向からみて前記外溝部と前記内溝部とが重なり合った部分に形成されているとともに前記螺合部を螺合させて締め付ける締付力により生じる所定値以上のせん断応力で破断するように設定されており、前記内溝部の螺合方向の幅に前記破断部の螺合方向の厚さを加算した長さは、前記外溝部の螺合方向の幅よりも長くなるように設定されており、前記締付力により前記破断部を破断させて分離した前記螺合部をさらに螺入させて前記固着部に圧接状態とするとともに前記内溝部の圧接による押圧力で前記外溝部に対応する前記装着孔のネジ山部分が前記ボルトのネジ溝部分に押し当てられて圧接状態に保持されて締付固定する。さらに、前記破断部は、螺合方向の肉厚が前記外溝部の底面と前記雌ネジ部のネジ溝との間の間隔よりも薄くなるように設定されている。

上記のような構成を有することで、所定の軸力で簡単に締付固定ができるとともにナットの緩み止め効果及び戻り止め効果を得ることができる。ボルトにナットを螺入していくことで、破断部が破断して螺合部が固着部から分離した状態となって所定の締付力で締付固定され、分離した状態からそのまま螺合部をさらに螺入させて内溝部に外溝部を収容して固着部に圧接させることで、緩み止め効果が得られる。

また、内溝部に外溝部を収容した状態では、破断部の残留部分が内溝部と外溝部との間に嵌め込まれて外溝部を押圧するようになり、外溝部に対向する内周側に形成されたネジ山がボルトのネジ溝に圧接されて楔のように作用して螺合部の戻り回転に対する抵抗を増加させることができ、優れた戻り止め効果が得られる。

また、分離した螺合部を取り外すことなくナットの締付作業を行うことが可能となり、作業効率を向上させることができる。

本発明に係る実施形態に関する構成図である。ナットに関する平面図である。ナットに関する側面図である。ナットに関する軸方向の断面図である。外溝部、内溝部及び破断部に関する一部拡大断面図である。図１に示す締結具の締付固定過程に関する説明図である。螺合分及び固着部が密着した状態を示す断面図である。ナットの製造工程に関する説明図である。

以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る実施形態に関する構成図である。この例では、締結具は、ボルト１及びナット２からなる。ボルト１は、部材Ｍ１及びＭ２を重ねて各部材に穿設された取付孔Ｈ１及びＨ２に貫通して挿着し、ボルト１の雄ネジ部にナット２を螺合して締付固定することで、部材Ｍ１及びＭ２を重ねた状態で固定する。締結具の固定状態では、ボルト１に引張力による軸力が発生しており、部材Ｍ１及びＭ２を圧接した状態で保持するようになる。

ボルト１は、機械部品や構造物の部材等を固定する公知の締結具に使用されるものであればよく、特に限定されない。

図２はナット２に関する平面図、図３はナット２に関する側面図及び図４はナット２に関する軸方向の断面図である。ナット２は、螺合部２０、外溝部２１、固着部２２、内溝部２３及び破断部２５が一体形成されており、中心部には中心軸Ｏの方向に沿って円形の装着孔２４が貫通するように穿設されている。この例では、中心軸Ｏに沿う軸方向が螺合方向と一致している。

螺合部２０はナット２の軸方向の一方の側に形成されており、固着部２２はナット２の軸方向の他方の側に形成されている。螺合部２０及び固着部２２は、外側面が六角形に成形されており、レンチ等の締付工具を嵌合してボルト１に螺合して締付動作が行えるようになっている。螺合部２０及び固着部２２はほぼ同じ肉厚に形成されており、軸方向の長さは螺合部２０が広くなるように設定されている。なお、螺合部２０及び固着部２２の長さは、同じ長さに設定するようにしてもよく、特に限定されない。

外溝部２１は、螺合部２０と固着部２２との間の部位の外周側において全周にわたって形成されており、内溝部２３は、螺合部２０が形成された部位の内周側において全周にわたって形成されている。外溝部２１及び内溝部２３は、軸方向にずれた位置において軸方向と直交する方向に沿って装着孔２４と同心円状となるように形成されている。そして、外溝部２１及び内溝部２３の間の部位に破断部２５が形成されている。

図５は、外溝部２１、内溝部２３及び破断部２５に関する一部拡大断面図である。内溝部２３の底面となる外周側の周面２３ａの径ｒ₁は外溝部２１の底面となる内周側の周面２１ａの径ｒ₂よりも大きくなるように設定されており、軸方向からみて内溝部２３と外溝部２１とが重なり合った部分に全周にわたって薄肉状の破断部２５が形成されている。また、内溝部２３の軸方向の幅ａに破断部２５の軸方向の厚さｃを加算した幅（ａ＋ｃ）は、外溝部の軸方向の幅ｂよりも広くなるように設定されている。このように設定することで、後述するように、破断部２５が全周にわたって破断した場合に、螺合部２０をさらに固着部２２に向かって螺合させていくと、内溝部２３内に外溝部２１の周面２１ａが嵌め込まれていくようになる。

破断部２５は、内溝部２３と外溝部２１との間に全周にわたってリング状に一体形成されている。そして、破断部２５の幅及び肉厚は、外溝部２１及び内溝部２３の形成位置によって調整することができ、この例では、内溝部２３の径ｒ₁及び外溝部２１の径ｒ₂との差により破断部２５の径方向の幅を調整し、内溝部２３と外溝部２１との間の軸方向の間隔により破断部２５の肉厚を調整することができる。そして、破断部２５の幅及び厚さは、ボルト１にナット２を螺合した状態で螺合部２０を締付工具により締め付けていき、所定の締付力以上が加わると破断するように調整されている。また、破断部２５の軸方向の肉厚は、外溝部２１の底面と装着孔２４の内周面に形成された雌ネジ部のネジ溝との間の間隔よりも薄肉となるように設定することで、締付動作の際に破断部２５が最初に確実に破断するようになる。そのため、破断部２５が破断する締付力を設定する際には、外溝部２１と装着孔２４のネジ溝との間の間隔についても破断部２５の肉厚に合わせて設定すればよい。

また、外溝部２１の軸方向の幅は、装着孔２３の内周面に形成された雌ネジ部のネジ山１つ分の幅以上となるように設定されている。また、ネジ山１つ分が含まれる雌ネジ部のピッチ以上の長さに設定するようにしてもよい。

装着孔２４の内周面には雌ネジ部が形成されており、雌ネジ部は螺合部２０から固着部２２まで全面にわたって形成されている。

図６は、図１に示す締結具の締付固定過程に関する説明図である。図６では、部材Ｍ１及びＭ２に挿着したボルト１にナット２を螺合し、締付工具を螺合部２０に嵌合させて力Ｆでナット２を回動させながら部材Ｍ１及びＭ２を重ね合わせた状態で締め付けていく。ナット２を締め付けていくと、ボルト１が軸方向に引っ張られて軸力Ｐが生じるようになる。

螺合部２０をさらに回動させて締め付けていくと、破断部２５の周方向に加わるせん断応力が次第に大きくなって、せん断応力が破断部２５のせん断強度以上になると破断部２５が破断する。破断した場合の破断ラインは、破断部２５に沿ってリング状に形成され、軸方向に延びて外溝部２１及び内溝部２３が連通するようになり、螺合部２０及び固着部２２が分離した状態となる。図５に示すように、破断部２５は外溝部２１のネジ溝が形成されている部分よりも肉厚が薄くなっているため、周囲に比べてせん断強度が弱くなっており、破断ラインは破断部２５に沿って生じるようになる。この場合、破断部２５のせん断強度を所定の締付力で破断するように幅及び肉厚を調整しておけば、螺合部２０とともに固着部２２に所定の締付力が加わって破断部２５が破断し、固着部２２は所定の締付力が加わった状態で維持されるようになる。そのため、破断後もボルト１には所定の締付力Ｆに対応する所定の軸力Ｐが保持された状態となる。

破断により固着部２２と分離した螺合部２０をボルト１にさらに螺入させていくと、外溝部２１の周囲に内溝部２３が嵌まり込むように収容されるようになる。また、破断部２５が破断した後には、破断部２５の残留部分が内溝部２３の内周側及び／又は外溝部２１の外周側に突出するように形成される。そのため、螺合部２０を強制的に螺入させていくと、内溝部２３と外溝部２１との間に破断部２５の残留部分が押し潰されながら外溝部２１の周囲に内溝部２３が強制的に嵌め込まれていき、内溝部２３の内周面が残留部分を介して外溝部２１を押圧するように作用する。

分離した螺合部２０をさらに締付工具で螺入させていき、螺合部２０の下面が固着部２２の上面に密着した状態になるまで締め付ける。図７は、螺合分２０及び固着部２２が密着した状態を示す断面図である。螺合分２０及び固着部２２が密着した状態になると、ダブルナット構造となって緩み止め効果を得ることができ、ナットの破断部の破断時に設定されたボルト１の所定の軸力を長期間にわたって維持することが可能となる。また、内溝部２３の圧接による押圧力で外溝部２１に対応する装着孔２４のネジ山部分がボルト１のネジ溝部分に押し当てられて圧接した状態に保持されるので、固着部２２の戻り回転に対する抵抗が増加して優れた戻り止め効果を得ることができる。

また、螺合部２０及び固着部２２の外形は、締付工具が嵌合可能なように六角形状に形成されているため、締付工具で螺合部２０及び固着部２２を互いに逆方向に締め付けることで再度締め直すこともでき、部材を安定した締付固定状態に保持することが容易に行える。

以上説明したように、ボルト１にナット２を螺入していくことで、破断部２５が破断して螺合部２０が固着部２２から分離した状態となって所定の締付力に設定することができ、分離した状態からそのまま螺合部２０をさらに螺入させて固着部２２に圧接させることで、緩み止め効果及び戻り止め効果を得ることができる。そして、分離した螺合部２０を一旦外すことなくナットの締付作業を行うことが可能となり、作業効率を向上させることができる。

以上説明したナットは、切削加工装置等の公知の工作機械を用いて製造することができる。図８は、ナットの製造工程に関する説明図である。まず、フォーマナット１００が中心軸方向に送給されて、フォーマナット１００の中心軸Ｏが加工装置の主軸と一致するように取付固定され、主軸を中心に回転駆動される（図８（ａ））。回転するフォーマナット１００に対して、先端部から主軸方向に所定間隔を空けた位置に溝切削用工具１０１を位置決めして外周面に所定幅で溝を削り外溝部２１を形成する（図８（ｂ））。この場合、必要に応じて外溝部２１の両側を面取り用工具（図示せず）により面取りを行うとよい。

外溝部２１を形成後、穴ぐり用工具１０２をフォーマナット１００の内部に挿入して、外溝部２１が形成された位置より先端部側に所定間隔を空けた位置に位置決めし、内周面に所定幅で溝を削り内溝部２３を形成する（図８（ｃ））。内溝部２３を形成後、加工成形されたナット２を搬出する（図８（ｄ））。

以上のようにナット２を製造することで、ナット２を自動的に効率よく製造することができる。また、外溝部２１及び内溝部２３のそれぞれの深さ及び幅を調整することで、破断部の厚さ及び幅を精度よく調整することができ、所定の締付力となるように設定するとともに緩み止め及び戻り止めの効果を発揮するナットを安定して製造することが可能となる。

１・・・ボルト、２・・・ナット、２０・・・螺合部、２１・・・外溝部、２２・・・固着部、２３・・・内溝部、２４・・・装着孔、２５・・・破断部

Claims

ボルトにナットを螺合して部材を締付固定する締結具であって、前記ナットは、中央部分に貫通して形成されるとともに内周面に雌ネジ部が形成された装着孔と、螺合方向の一方の側に形成されるとともに外側面が締付用工具と係合するように形成された螺合部と、螺合方向の他方の側に形成されるとともに外側面が締付用工具と係合するように形成された固着部と、前記螺合部と前記固着部との間の部位の外周側において全周にわたって形成された外溝部と、前記螺合部が形成された部位の内周側において全周にわたって形成された内溝部と、前記外溝部と前記内溝部との間の部位において全周にわたって薄肉状に形成された破断部とを備え、前記破断部は、螺合方向からみて前記外溝部と前記内溝部とが重なり合った部分に形成されているとともに前記螺合部を螺合させて締め付ける締付力により生じる所定値以上のせん断応力で破断するように設定されており、前記内溝部の螺合方向の幅に前記破断部の螺合方向の厚さを加算した長さは、前記外溝部の螺合方向の幅よりも長くなるように設定されており、前記締付力により前記破断部を破断させて分離した前記螺合部をさらに螺入させて前記固着部に圧接状態とするとともに前記内溝部の圧接による押圧力で前記外溝部に対応する前記装着孔のネジ山部分が前記ボルトのネジ溝部分に押し当てられて圧接状態に保持されて締付固定する締結具。
前記破断部は、螺合方向の肉厚が前記外溝部の底面と前記雌ネジ部のネジ溝との間の間隔よりも薄くなるように設定されている請求項１に記載の締結具。