JP6729427B2 - ワッシャ付ネジ - Google Patents

Description

本発明は、ネジ本体にワッシャが付いたワッシャ付ネジに関する。

下記の特許文献１には、車載用の電力変換装置において制御回路基板をケースに締結するための締結構造が開示されている。この締結構造に用いられるワッシャ付ネジは、ネジ本体に粘弾性材料製のワッシャが取り付けられるように構成されている。制御回路基板は、このワッシャ付ネジによってケースに締結固定されることで、粘弾性材料製のワッシャを介してケースに押し付けられる。これにより、車両走行時に制御回路基板が受ける振動やこの制御回路基板の熱変形による応力をワッシャの弾性によって吸収することができる。

特開２０１４−２４０６７５号公報

ところで、上記のワッシャ付ネジのワッシャは、通し穴の内周に突出部を備えている。このため、ワッシャは、その通し穴がネジ本体の軸部と頭部との間の円筒部に挿通された状態では、突出部を利用してネジ本体に係止されるように構成されている。

しかしながら、複数のワッシャ付ネジの搬送時にワッシャ付ネジ同士が互いに接触し合い粘弾性材料製のワッシャがネジ本体から抜け出す方向（軸方向）の荷重を受けた場合、このワッシャは、円筒部に対する突出部の摩擦力だけでネジ本体から抜け出すのを防止するための十分な係止力を得るのが難しい。このため、このワッシャ付ネジは、ワッシャがネジ本体から脱落し易いという問題を抱えている。
また、このような問題は、車載用の電力変換装置の締結構造のみならず、この種のワッシャ付ネジを用いた他分野の締結構造においても同様に生じ得る。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、ワッシャ付ネジにおいてネジ本体から粘弾性材料製のワッシャが脱落し難くするのに有効な技術を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
締結部品に螺合可能な軸部（１１）と頭部（１２）との間に円筒部（１３）を有するネジ本体（１０）と、
上記ネジ本体の上記円筒部に挿通された粘弾性材料製のワッシャ（２０）と、
を備え、
上記ネジ本体は、上記円筒部の外周に雄ネジ（１３ａ）を有し、この雄ネジ（１３ａ）によって上記ワッシャを係止するように構成されており、
上記ワッシャを第１ワッシャとしたとき、上記ネジ本体の上記円筒部に挿通されて上記ネジ本体の上記頭部と上記第１ワッシャとの間に介装された第２ワッシャ（３０）を備え、上記第２ワッシャは、上記ネジ本体の上記円筒部に挿通される通し穴（３１）の内周に上記雄ネジに螺合可能な雌ネジ（３２）を備えている、ワッシャ付ネジ（１，１０１，２０１）にある。

上記のワッシャ付ネジにおいて、ネジ本体の円筒部に設けられた雄ネジは、円筒部の軸方向に沿って延在しており、円筒部の軸方向に沿っていずれも螺旋状に連続して延びるネジ山及びネジ溝を有している。
このため、粘弾性材料製のワッシャがネジ本体から抜け出す方向の荷重を受けて軸方向に摺動するときには、このワッシャと軸方向に沿って延在している雄ネジとの間に摺動抵抗が生じ、この荷重に対抗するのに有効な係止力を生み出すことができる。
従って、ネジ本体から粘弾性材料製のワッシャが脱落するのを防止する助けになる。

以上のごとく、上記態様によれば、ワッシャ付ネジにおいてネジ本体から粘弾性材料製のワッシャが脱落し難くすることができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

電力変換装置の概略構造を示す断面図。 実施形態１のワッシャ付ネジの斜視図。 図２のワッシャ付ネジの分解斜視図。 図２のワッシャ付ネジの断面図。 実施形態２のワッシャ付ネジの分解斜視図。 図５のワッシャ付ネジの断面図。 実施形態３のワッシャ付ネジの断面図。 参考例のワッシャ付ネジの断面図。

以下、ワッシャ付ネジの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。このワッシャ付ネジは、車載用の電力変換装置の締結構造に用いられている。

なお、この実施形態を説明するための図面においては、特に断わらない限り、ワッシャ付ネジの軸方向を矢印Ｘで示し、このワッシャ付ネジの周方向（軸回転方向）を矢印Ｙで示すものとする。

（実施形態１）
図１に示される電力変換装置４０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、直流の電源電力を駆動用モータの駆動に必要な交流電力に変換するインバータとして用いられる。

この電力変換装置４０は、電力変換回路を構成する複数の電子部品４１と、これら複数の電子部品４１に電気的に接続された制御回路基板４２と、複数の電子部品４１と制御回路基板４２を少なくとも収容するケース４３と、を備えている。

ケース４３は、ケース本体４４と、ケース本体４４の一方の開口４４ａを覆う第１カバー４５と、ケース本体４４の他方の開口４４ｂを覆う第２カバー４６と、を有する。ケース本体４４は、半導体モジュール４１ａと制御回路基板４２との間を仕切る仕切壁４４ｃを備えている。２つのカバー４５，４６はいずれも、ケース４３に収容された複数の電子部品４１や制御回路基板４２を点検したり交換したりするメンテナンス作業のために、ケース本体４４に着脱可能に構成されている。

複数の電子部品４１には、半導体モジュール４１ａが含まれる。この半導体モジュール４１ａは、直流電力を交流電力に変換するＩＧＢＴ等の半導体素子を内蔵している。この半導体モジュール４１ａは、複数の制御端子４１ｂ及びパワー端子（図示省略）を備えている。この半導体モジュール４１ａには、半導体素子の冷却のための冷却器（図示省略）が組み込まれている。

制御回路基板４２は、半導体モジュール４１ａをスイッチング駆動させるための駆動回路を有し、半導体モジュール４１ａの複数の制御端子４１ｂに電気的に接続されている。複数の制御端子４１ｂは、ケース４３のケース本体４４の仕切壁４４ｃに設けられた開口４４ｄを通じて半導体モジュール４１ａから制御回路基板４２まで延在している。

制御回路基板４２は、複数のワッシャ付ネジ１を用いた締結構造によってケース４３に締結固定されている。具体的には、ケース４３は、ケース本体４４の仕切壁４４ｃに立設形成されたボス部４７を備えている。このボス部４７は、ワッシャ付ネジ１の軸部（後述の軸部１１）に設けられた雄ネジ（後述の雄ネジ１１ａ）が螺合可能な雌ネジ穴（図示省略）を有する。一方で、制御回路基板４２は、ワッシャ付ネジ１の軸部が挿通される貫通穴（図示省略）を有する。このため、ワッシャ付ネジ１の軸部が制御回路基板４２の貫通穴に挿通された後にボス部４７の雌ネジ穴に螺合することよって、制御回路基板４２がケース４３に締結固定される。

ワッシャ付ネジ１によって制御回路基板４２がケース４３に締結固定されると、制御回路基板４２は、粘弾性を有するワッシャ（後述の粘弾性材料製ワッシャ２０）を介してケース４３に押し付けられる。ここでいう「粘弾性」とは、外力を与えると時間経過に伴って変形し、外力を取り除くと原形付近まで回復する性質をいう。これにより、車両走行時に制御回路基板４２が受ける振動やこの制御回路基板の熱変形による応力を、このワッシャの弾性によって吸収することができる。

図２及び図３に示されるように、ワッシャ付ネジ１は、ネジ本体１０と、２つのワッシャ２０，３０と、を備えている。

ネジ本体１０は、軸部１１と、頭部１２と、軸部１１と頭部１２との間に設けられた円筒部１３（図３参照）と、を備えている。このネジ本体１０は、金属材料からなる。

軸部１１は、被締結部品に螺合可能な雄ネジ１１ａを有する。本実施形態の場合、電力変換装置４０のケース４３（ケース本体４４）が軸部１１に螺合する被締結部品に相当する。

図３に示されるように、頭部１２は、フランジ部の上面になべ頭が設けられたような形状を有する。この頭部１２は、その外径Ｄ１が軸部１１の軸径Ｄ２を上回るように構成されている。この頭部１２は、その上面に締結用工具であるドライバ（図示省略）が係合可能な係合溝１２ａを備えている。

なお、頭部１２の形状は、なべ頭以外に、平頭や皿頭などの形状を利用したものであってもよく、更には、締結用工具であるレンチが係合可能な多角形などであってもよい。

円筒部１３は、その最大外径である外径Ｄ３が軸部１１の軸径Ｄ２を上回り且つ頭部１２の外径Ｄ１を下回るように構成されている。この円筒部１３は、その外周にワッシャ係止用の雄ネジ１３ａが設けられた第１領域１３ｂと、この第１領域１３ｂよりも頭部１２寄りに位置する第２領域１３ｃと、に分類される。

第１領域１３ｂの雄ネジ１３ａは、円筒部１３に挿通されたワッシャ２０を係止するためのものであり、軸方向Ｘに沿っていずれも螺旋状に形成されたネジ山及びネジ溝からなる。この第１領域１３ｂにおける雄ネジ１３ａの外径（ネジ山の外径）が円筒部１３の外径Ｄ３となる。

これに対して、第２領域１３ｃには、雄ネジ１３ａのようなネジ山及びネジ溝が形成されていない。この第２領域１３ｃの外径Ｄ４は、第１領域１３ｂにおける雄ネジ１３ａの外径、即ち円筒部１３の外径Ｄ３を下回るように寸法設定されている。

第１ワッシャとしてのワッシャ２０は、ネジ本体１０の円筒部１３に挿通される通し穴２１を有する環状部材である。このワッシャ２０は、粘弾性材料製のワッシャである。このワッシャ２０は、粘弾性材料であるゴム材料や樹脂材料からなるのが好ましい。ゴム材料の一例として、エチレン・プロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）が挙げられる。

ワッシャ２０の通し穴２１の内径Ｄ５は、円筒部１３の外径Ｄ３に概ね一致している。このワッシャ２０は、通し穴２１の内周に係合突出部２２を備えている。

係合突出部２２は、通し穴２１の内周面２１ａから内方へ突出し且つ周方向Ｙに環状に延びる環状突起２３として構成されている。この環状突起２３は、円筒部１３の雄ネジ１３ａに係合可能に構成されている。この目的のために、環状突起２３は、その先端部によって形成される内径が円筒部１３の雄ネジ１３ａのネジ山の外径を下回り且つネジ溝の外径を上回るように構成されている。この環状突起２３の内径が通し穴２１の内径Ｄ５となる。

なお、係合突出部２２として、上記の環状突起２３の複数が軸方向Ｘに互いに平行に配置された構造を採用することもできる。

第２ワッシャとしてのワッシャ３０は、ネジ本体１０の円筒部１３に挿通される通し穴３１を有する環状部材である。このワッシャ３０は、金属製のワッシャである。このワッシャ３０は、鉄等の強度の高い材料からなるのが好ましい。

ワッシャ３０の通し穴３１の内径Ｄ６は、円筒部１３の外径Ｄ３に概ね一致している。このワッシャ３０は、通し穴３１の内周に雌ネジ３２を備えている。この雌ネジ３２は、円筒部１３の雄ネジ１３ａに螺合可能に構成されている。この雌ネジ３２の内径が通し穴３１の内径Ｄ６となる。

ワッシャ３０は、ワッシャ２０よりも前にネジ本体１０の円筒部１３に挿通される。このとき、円筒部１３の第１領域１３ｂに設けられている雄ネジ１３ａにワッシャ３０の雌ネジ３２が螺合するように、ネジ本体１０とワッシャ３０とを相対回転させる操作がなされる。そして、ワッシャ３０の雌ネジ３２が雄ネジ１３ａと螺合した後にその螺合が解除されて第２領域１３ｃに到達するまでこの操作が継続される。

図４に示されるように、上記の操作によって、ワッシャ３０は、ネジ本体１０の円筒部１３の第１領域１３ｂを経て第２領域１３ｃに配置される。これにより、円筒部１３の第２領域１３ｃとワッシャ３０の通し穴３１の内周面３１ａとの間には、ネジ本体１０とワッシャ３０との相対回転を許容する隙間３３が形成される。

一方で、ワッシャ２０は、ワッシャ３０に引き続いてネジ本体１０の円筒部１３に挿通される。このとき、ワッシャ２０は、その環状突起２３（係合突出部２２）が弾性変形しつつ円筒部１３の雄ネジ１３ａに係合するようにネジ本体１０に押し込まれる。これにより、ワッシャ２０は、その環状突起２３が円筒部１３の雄ネジ１３ａに係合することによってネジ本体１０に係止される。

そして、２つのワッシャ２０，３０がネジ本体１０に取付けられた状態では、ネジ本体１０の頭部１２とワッシャ２０との間にワッシャ３０が介装されてその両面が挟み込まれる。このとき、ワッシャ３０は、ネジ本体１０の頭部１２とワッシャ２０との間の摩擦係数を小さく機能を果たす。これにより、ワッシャ付ネジ１の締結時に生じるトルクによってワッシャ２０が捩れるのを防ぐことができる。

なお、図４では、円筒部１３の雄ネジ１３ａを断面形状が台形である台形ネジとして示しているが、雄ネジ１３ａを断面形状はこれに限定されるものではなく、必要に応じて種々の断面形状のものを採用することができる。

次に、実施形態１の作用効果について説明する。

上記のワッシャ付ネジ１において、ネジ本体１０の円筒部１３の外周に設けられた雄ネジ１３ａは、円筒部１３の軸方向Ｘに沿って延在しており、円筒部１３の軸方向Ｘに沿っていずれも螺旋状に連続して延びるネジ山及びネジ溝を有している。
このため、粘弾性材料製のワッシャ２０がネジ本体１０から抜け出す方向の荷重を受けて円筒部１３に対して軸方向Ｘに摺動するときには、このワッシャ２０と軸方向Ｘに沿って延在している雄ネジ１３ａとの間に摺動抵抗が生じ、この荷重に対抗するのに有効な係止力を生み出すことができる。
従って、ネジ本体１０からワッシャ２０が脱落するのを防止する助けになる。

特に、ワッシャ２０の係合突出部２２である環状突起２３が、ネジ本体１０の円筒部１３の雄ネジ１３ａのネジ山とネジ溝との間に入り込んで引っ掛かるため、ネジ本体１０からワッシャ２０が脱落し難くできる。

また、雄ネジ１３ａは、ワッシャ２０の抜け出しに対しては、円筒部１３の外周に単に設けられるような突起に比べて大きい係止力が得られるという利点がある。

以下、上記の実施形態１に関連する他の実施形態について図面を参照しつつ説明する。他の実施形態において、実施形態１の要素と同一の要素には同一の符号を付しており、当該同一の要素についての説明は省略する。

（実施形態２）
図５及び図６に示されるように、実施形態２のワッシャ付ネジ１０１は、ワッシャ２０の係合突出部２２が雌ネジ２４である点で、実施形態１のワッシャ付ネジ１と相違している。ワッシャ２０は、その通し穴２１の内周に設けられた雌ネジ２４がネジ本体１０の円筒部１３の雄ネジ１３ａに螺合するように構成されている。本構成の場合、この雌ネジ２４の内径がワッシャ２０の通し穴２１の内径Ｄ５となる。
その他の構成は、実施形態１と同様である。

この実施形態２によれば、ワッシャ２０の係合突出部２２として雌ネジ２４を採用することによって、実施形態１の環状突起２３に比べてネジ本体１０にワッシャ２０を係止する係止力を高めることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

（実施形態３）
図７に示されるように、実施形態３のワッシャ付ネジ２０１は、２つのワッシャ２０，３０が互いに対向する対向面２０ａ，３０ａにおいて接合されており、これにより一体化されている点で、実施形態１のワッシャ付ネジ１と相違している。この接合のために、ワッシャ２０の対向面２０ａとワッシャ３０の対向面３０ａが接着剤を介して接着されている。
その他の構成は、実施形態１と同様である。

この実施形態３の場合、ワッシャ３０は、ネジ本体１０の円筒部１３にワッシャ２０と一体化された状態で挿通される。このとき、ワッシャ３０の雌ネジ３２が円筒部１３の雄ネジ１３ａに螺合するように、ネジ本体１０と２つのワッシャ２０，３０とを相対回転させる操作がなされる。この操作によって、ワッシャ３０は、ネジ本体１０の円筒部１３の第２領域１３ｃに配置される。また、この操作に伴って、ワッシャ２０は、その係合突出部２２が弾性変形しつつ円筒部１３の雄ネジ１３ａに係合するようにネジ本体１０に押し込まれる。

この実施形態３によれば、ワッシャ付ネジ２０１において２つのワッシャ２０，３０が一体化されおり、ワッシャ２０がネジ本体１０から脱落するためには、円筒部１３の第２領域１３ｃに配置されているワッシャ３０は、雄ネジ１３ａを有する第１領域１３ｂを通過する必要がある。即ち、ワッシャ３０の雌ネジ３２がネジ本体１０の雄ネジ１３ａに螺合した後、更にこの螺合が解除される必要がある。このため、ネジ本体１０からワッシャ２０が脱落し難くできる効果が高い。

（参考例）
図８に示されるように、参考例のワッシャ付ネジ３０１は、２つのワッシャ２０，３０のうち一方のワッシャ２０のみを備えている点で、実施形態１のワッシャ付ネジ１と相違している。この場合、ワッシャ３０を配置するためのスペースを必要としないため、ネジ本体１０の円筒部１３から上記の第２領域１３ｃが除去された構造を採用するのが好ましい。
その他の構成は、実施形態１と同様である。

この参考例によれば、粘弾性材料製のワッシャ２０のみを備えたワッシャ付ネジ３０１を提供できる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上記の実施形態１〜３では、ワッシャ２０が係合突出部２２（環状突起２３や雌ネジ２４）を備える場合について記載したが、ネジ本体１０の円筒部１３の雄ネジ１３ａとの間で所望の摺動抵抗が得られる場合には、ワッシャ２０の係合突出部２２を省略することもできる。
また、実施形態１において、ワッシャ２０の環状突起２３を周方向Ｙについて分断し、周方向Ｙに互いに離間して配置された複数の突起によって係合突出部２２を構成することもできる。

上記の実施形態１〜３では、ワッシャ３０がその通し穴３１にネジ本体１０の円筒部１３の雄ネジ１３ａに螺合可能な雌ネジ３２を備える場合について例示したが、この雌ネジ３２を省略することもできる。

上記の実施形態１〜３では、金属製のワッシャ３０について例示したが、このワッシャ３０の素材は金属に限定されるものではなく、この素材に樹脂材料や炭素繊維材を使用してもよい。

上記の実施形態３では、２つのワッシャ２０，３０の接合のために接着剤を用いる場合について例示したが、接着剤を用いる代わりに、熱溶着、超音波溶着、振動溶着などの方法を利用して２つのワッシャ２０，３０を接合することもできる。

上記の実施形態１〜３では、車載用の電力変換装置の締結構造に用いるワッシャ付ネジについて例示したが、このワッシャ付ネジを車載用の電力変換装置とは別の装置の締結構造に適用できることは勿論である。

上記の実施形態や種々の変更例の記載に鑑みた場合、ワッシャ付ネジにおいてネジ本体から粘弾性材料製のワッシャが脱落し難くするのに有効な技術を提供するために、参考例では、以下の態様を採り得る。

（態様１）
「被締結部品に螺合可能な軸部（１１）と頭部（１２）との間に円筒部（１３）を有し、上記円筒部の外周に、この円筒部に挿通された上記ワッシャを係止するための雄ネジ（１３ａ）を備えている、ワッシャ用ネジ（１，１０１，２０１，３０１）。」という態様を採り得る。

（態様２）
「被締結部品に螺合可能な軸部（１１）と頭部（１２）との間に円筒部（１３）を有し、上記円筒部の外周に雄ネジ（１３ａ）を備えたワッシャ用ネジ（１，１０１，２０１，３０１）に取付けられる粘弾性材料製のワッシャ（２０）であって、
上記ワッシャ用ネジの上記円筒部に挿通される通し穴（２１）の内周に上記雄ネジに係合する係合突出部（２２）を備えている、ワッシャ（２０）。」という態様を採り得る。

（態様３）
「上記ネジ本体の上記円筒部に挿通される通し穴（３１）の内周に上記雄ネジに螺合可能な雌ネジ（３２）を備えたワッシャ（３０）に接合されている、上記態様２に記載のワッシャ（２０）。」という態様を採り得る。

１，１０１，２０１，３０１ ワッシャ付ネジ
１０ ネジ本体
１１ 軸部
１２ 頭部
１３ 円筒部
１３ａ 雄ネジ
２０ 粘弾性材料製のワッシャ（第１ワッシャ）
２１ 通し穴
２１ａ 内周面
２２ 係合突出部
２３ 環状突起
２４ 雌ネジ
３０ 金属製のワッシャ（第２ワッシャ）
３１ 通し穴
３２ 雌ネジ
４０ 電力変換装置
４１ 電子部品
４２ 制御回路基板
４３ ケース
Ｙ 周方向

Claims (5)

1. 被締結部品に螺合可能な軸部（１１）と頭部（１２）との間に円筒部（１３）を有するネジ本体（１０）と、
   上記ネジ本体の上記円筒部に挿通された粘弾性材料製のワッシャ（２０）と、
   を備え、
   上記ネジ本体は、上記円筒部の外周に雄ネジ（１３ａ）を有し、この雄ネジ（１３ａ）によって上記ワッシャを係止するように構成されており、
   上記ワッシャを第１ワッシャとしたとき、上記ネジ本体の上記円筒部に挿通されて上記ネジ本体の上記頭部と上記第１ワッシャとの間に介装された第２ワッシャ（３０）を備え、上記第２ワッシャは、上記ネジ本体の上記円筒部に挿通される通し穴（３１）の内周に上記雄ネジに螺合可能な雌ネジ（３２）を備えている、ワッシャ付ネジ（１，１０１，２０１）。
2. 上記第１ワッシャは、上記ネジ本体の上記円筒部に挿通される通し穴（２１）の内周に上記雄ネジに係合する係合突出部（２２）を備えている、請求項１に記載のワッシャ付ネジ。
3. 上記第１ワッシャの上記係合突出部は、上記通し穴の内周面（２１ａ）から内方へ突出し且つ周方向（Ｙ）に環状に延びる環状突起（２３）である、請求項２に記載のワッシャ付ネジ。
4. 上記第１ワッシャと上記第２ワッシャは、互いに対向する対向面において接合されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のワッシャ付ネジ。
5. 車載用の電力変換装置（４０）であって、
   電力変換回路を構成する複数の電子部品（４１）と、
   上記複数の電子部品に電気的に接続された制御回路基板（４２）と、
   上記複数の電子部品と上記制御回路基板を少なくとも収容するケース（４３）と、
   を備え、
   上記制御回路基板は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のワッシャ付ネジ（１，１０１，２０１）を用いて上記ケースに締結固定されている、電力変換装置（４０）。

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