JP7040142B2

JP7040142B2 - 緩み止めナット、およびボルト・ナットの締結構造

Info

Publication number: JP7040142B2
Application number: JP2018041088A
Authority: JP
Inventors: 幸雄小泉; 洋平小川; 祐太吉澤; 和也垣内
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2022-03-23
Anticipated expiration: 2038-03-07
Also published as: JP2019157897A

Description

本発明は、緩み止めナットに関する。

この種の技術として、例えば特許文献１、２に記載のものがある。特許文献１に記載の緩み止めナットは、ナット本体の上端面に、平板状弾性ワッシャーがカシメ固定されてなるものである。この平板状弾性ワッシャーは、一対の凸状係合部片を有する。ナット（緩み止めナット）をボルトに、またはボルトをナット（緩み止めナット）に螺合することで、一対の凸状係合部片のうちの一方の凸状係合部片を弾性変形させ、これにより、摩擦トルク（プリベリングトルク）を発生させて、ナットの緩み止めがなされる。

一方、特許文献２に記載の雌ねじ体は、周方向に鋸刃形状となる雌ねじ側凹凸を有し、当該雌ねじ体に対応する雄ねじ体は、同じく周方向に鋸刃形状となる雄ねじ側凹凸を有する。雌ねじ体を雄ねじ体に、または雄ねじ体を雌ねじ体に螺合することで、鋸刃形状の雌ねじ側凹凸と雄ねじ側凹凸とを係合させ、これにより、緩み方向の相対回転力が作用しても互いに係合する状態が保持される。

特開２０１５－９０２１４号公報特開２０１６－８０１３７号公報

特許文献１に記載の緩み止めナットのプリベリングトルクによる緩み止め効果は、凸状係合部片の弾性回復力による摩擦力のみに頼るものであり、条件によっては、長期間の使用において、ナット（緩み止めナット）が緩んでしまうことがある。例えば、クローラ式クレーンなどの建設機械は、路面が整備された平坦地だけでなく、傾斜地、水分を多く含んだ軟弱地、乾燥した岩盤地など様々な条件下で使用され、土砂の衝突や機械の振動により、使用しているナットが緩んでしまうことがある。

一方、特許文献２に記載の雌ねじ体と雄ねじ体との係合は、緩み方向には絶対に緩まない構造であり、この点は優れているが、これら雌ねじ体および雄ねじ体の構造は複雑であり、製作コストが高くなってしまう。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構造で、緩み止め効果の高い緩み止めナットを提供することである。

本発明は、外周面に雄ねじを有するボルトに螺合されるとともに、当該ボルトが挿入された被締結部材に当接される緩み止めナットである。この緩み止めナットは、内周面に前記雄ねじに螺合される雌ねじを有するナット本体と、前記ナット本体の軸方向の端面に固定された係止部材と、を備える。前記係止部材は、前記ナット本体の軸方向の端面に固定される環状の基部と、前記基部から立ち上がる係止爪部と、を有している。前記ボルトに螺合した状態で、前記被締結部材のボルト挿入孔の角部に、前記係止爪部の外面が押し付けられることで、前記ナット本体の内方に向かう方向に前記係止爪部が塑性変形し、これにより、前記ボルトに対する緩み止めがなされる。

また、本発明は、別の視点では、外周面に雄ねじを有するボルトと、当該ボルトに螺合されるともに当該ボルトが挿入された被締結部材に当接される緩み止めナットとの締結構造（ボルト・ナットの締結構造）である。前記緩み止めナットは、内周面に前記雄ねじに螺合される雌ねじを有するナット本体と、前記ナット本体の軸方向の端面に固定された係止部材と、を備える。前記係止部材は、前記ナット本体の軸方向の端面に固定される環状の基部と、前記基部から立ち上がる係止爪部と、を有している。前記緩み止めナットが前記ボルトに螺合した状態で、前記被締結部材のボルト挿入孔の角部に、前記係止爪部の外面が押し付けられることで、前記ナット本体の内方に向かう方向に前記係止爪部が塑性変形し、これにより、前記緩み止めナットの前記ボルトに対する緩み止めがなされる。

本発明の緩み止めナット、または本発明のボルト・ナットの締結構造によると、係止部材を構成する係止爪部が、ボルトの雄ねじ部分と被締結部材との間に食い込むように塑性変形して、ナットの緩み止めがなされるので、弾性回復力による摩擦力のみに頼る緩み止めナットよりも、高い緩み止め効果が得られる。また、ナット（ボルトおよびナット）の構造は、特許文献２に記載の雌ねじ体（雄ねじ体および雌ねじ体）の構造よりも簡易である。

本発明の一実施形態に係る緩み止めナットの平面図である。図１のＡ－Ａ一部断面図である。図１のＢ－Ｂ断面図である。図１に示す係止部材の平面図である。図４ＡのＣ－Ｃ断面図である。図４ＡのＤ－Ｄ矢視図である。クローラ式クレーンの側面図である。図５に示すクローラを構成するシューの連結構造を示す平面図である。図６中の本発明の一実施形態に係るボルト・ナット部分の拡大図である。本発明の一実施形態に係る緩み止めナットのナット本体が、ボルトの軸部に螺合される直前の状態を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る緩み止めナットの係止爪部の立ち上がり部が、被締結部材のボルト挿入孔の角部に到達した時点の平面図である。本発明の一実施形態に係る緩み止めナットの係止爪部が塑性変形し、これにより、ボルトに対する緩み止めがなされた状態を示す平面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

図１～図３は、本発明の一実施形態に係るナット１（緩み止めナット）を示し、図４Ａ～図４Ｃは、ナット本体２とともにナット１を構成する係止部材３を示す。

ナット１は、ねじ孔２ａが形成されたナット本体２と、ナット本体２の軸方向の端面に固定された係止部材３とで構成される。ねじ孔２ａは雌ねじである。また、ナット本体２の外形は、例えば六角形である。

係止部材３は、全体として薄板状の環状体であって、ナット本体２の軸方向の端面に固定される環状の基部４（リング部）と、基部４から立ち上がる係止爪部５とを備えている。なお、この係止部材３は、ナット本体２と同心（同軸）でナット本体２に固定される。

基部４と係止爪部５とは例えば一体であり、係止爪部５は、例えば曲げ加工により基部４から立ち上げられて形成される。環状の基部４は、ナット本体２のねじ孔２ａよりも大径であり、ナット本体２の軸方向の端面に、かしめ固定される。符号２ｂを付してかしめ部を図１～図３中に示している。なお、ナット本体２と基部４（係止部材３）との固定は、かしめ固定に限られるものではなく、例えば、スポット溶接により両者が固定されてもよい。

環状の基部４から立ち上がる係止爪部５は、雌ねじが形成されたナット本体２のねじ孔２ａよりも外方から、当該ナット本体２の軸心に向かう方向に斜めに立ち上がる立ち上がり部６と、立ち上がり部６の先端から延在し、ナット本体２がボルト２０に螺挿された状態において、ボルト２０のねじ山２１ａ（雄ねじのねじ山）に沿う先端部７と、を有している。

ナット本体２がボルト２０に螺挿された状態において、先端部７が、ボルト２０のねじ山２１ａに沿う形状とされている（ボルト２０のねじ山２１ａに沿う角度で立ち上がり部６に対して曲げられている）ことで、ナット１を、当該先端部７を先頭にしてボルト２０に螺挿する際に、被締結部材のボルト挿入孔の角部に係止爪部５が当接するまで、比較的小さいトルクで（例えば、工具を用いずに手のみでも）ナット１をボルト２０に螺挿することができる。

具体的には、図２に示すように、断面視においては、先端部７は、螺挿されるボルト２０のねじ山２１ａに沿うように、径内方向に向かって、ナット本体２の軸方向に対して傾斜させられている。なお、ボルト２０のねじ山２１ａの角度αは、メートル並目ねじの場合、α＝３０度である。また、図３に示すように、側面視においては、先端部７は、螺挿されるボルト２０のねじ山２１ａに沿うように、回転方向に対して角度βの角度で傾斜させられている。この角度βは、回転方向におけるねじ山２１ａの傾斜角度（ねじの傾斜角度）であり、Ｍ２０のメートル並目ねじの場合、β＝３．９度である。

また、図２に示すように、先端部７は、ナット本体２がボルト２０に螺挿された状態において、当該先端部７の先端が、ボルト２０のねじ山２１ａの頂Ｇ１と谷底Ｇ２との間に位置する寸法にされている。すなわち、先端部７は、ナット本体２ボルト２０に螺挿された状態において、ボルト２０のねじ山２１ａにかかる長さとされている。

これらにより、先端部７は、ナット本体２がボルト２０に螺挿された状態において、ボルト２０のねじ山２１ａに沿う形状（薄板形状）とされている。

ここで、先端部７の先端の内周面７ａは、ねじ孔２ａの内径Ｄ（図１参照）とほぼ同径（または、同径）の円弧状に形成されていることが好ましい。「ほぼ同径」とは、先端部７の先端の内周面７ａの径が、ねじ山２１ａの谷底Ｇ２の径以上、且つ、ねじ山２１ａの頂Ｇ１の径未満であることである。この構成によると、ボルト２０のねじ山２１ａと先端部７との干渉を防止することができ、被締結部材のボルト挿入孔の角部に係止爪部５が当接するまで、より小さいトルクでナット１をボルト２０に螺挿することができる。なお、先端部７の先端の内周面７ａの径は、ねじ山２１ａの谷底Ｇ２の径以上、且つ、ねじの有効径以下であることがより好ましい。

また、係止爪部５の立ち上がり部６に関しては、その軸方向の長さＬ（図２参照）が、雌ねじのねじピッチＰの整数倍とされていることが好ましい。この構成によると、ボルト２０のねじ山２１ａと先端部７との干渉を防止することができ、被締結部材のボルト挿入孔の角部に係止爪部５が当接するまで、より小さいトルクでナット１をボルト２０に螺挿することができる。なお、本実施形態では、立ち上がり部６の軸方向の長さＬは、雌ねじのねじピッチＰの１倍とされている。

次に、本発明の一実施形態に係るナット１の使用例について、図５～図８Ｃを参照しつつ説明する。

図５は、クローラ式クレーン１００の側面図である。なお、図５において、クローラ式クレーン１００のアタッチメントの図示は省略している。クローラ式クレーン１００は、ナット１、および当該ナット１で緩み止めされたボルト２０を備える建設機械の一例である。また、クローラ式クレーン１００は、ボルト２０・ナット１の締結構造を備える建設機械の一例である。

図５に示すように、クローラ式クレーン１００は、走行体３１と、走行体３１の上に搭載された旋回体３２とを備えている。旋回体３２には、前部に運転室３３が設けられ、後部にはカウンターウェイト３４が配置されている。旋回体３２には、図示を省略するエンジン、油圧ポンプなどの駆動機構が搭載される。

走行体３１は、駆動輪としてのドライブタンブラ３５、および従動輪としてのアイドラ３６と、ドライブタンブラ３５とアイドラ３６との間に巻き回されたクローラ３７とを有する。クローラ式クレーン１００は、ドライブタンブラ３５が回転駆動されることで、クローラ３７により走行する。

図６に示すように、クローラ３７は、複数のシュー３８が連結されてなるものである。シュー３８は、本体部３９と、本体部３９の両側に設けられた複数の連結部４０とを備えている。一方の連結部４０が、他方の連結部４０の間に嵌め込まれ、その後、連結部４０のピン孔４０ａに連結ピン４１が挿入されることで、シュー３８は相互に連結される。

ここで、連結ピン４１により連結されたシュー３８は、連結ピン４１まわりに回動自在とされる。すなわち、連結ピン４１は、ピン孔４０ａに固定されない。

よって、連結ピン４１は、その軸方向に移動可能である。そのため、連結ピン４１の軸方向の抜け止め（規制部材）として、ボルト２０（ボルト２０の頭部２２）が用いられる。シュー３８の本体部３９には、ボルト挿入孔３９ａが形成されており、このボルト挿入孔３９ａにボルト２０が挿入される。ボルト２０は、ナット１により緩み止めがなされ、これにより、ボルト挿入孔３９ａからボルト２０が抜け落ちるのが防止される。なお、ボルト２０が挿入されるシュー３８（シュー３８の本体部３９）は、本発明における被締結部材に相当する。

シュー３８の本体部３９へのボルト２０の固定について、図８Ａ～図８Ｃを参照しつつ説明する。

まず、シュー３８の本体部３９のボルト挿入孔３９ａに、連結ピン４１側からボルト２０を挿入する。その後、係止部材３が固定された側からナット１をボルト２０の軸部２１（雄ねじ）に螺挿していく。

ボルト２０の軸部２１にナット１を螺挿していくと、やがて、係止部材３の係止爪部５が、ボルト挿入孔３９ａの角部に当たる。ボルト挿入孔３９ａの角部に係止部材３の係止爪部５が当接した状態から、工具を用いて、ナット本体２をボルト２０の軸部２１に締め込むと、図８Ｃに示すように、ボルト挿入孔３９ａの角部に、係止爪部５の外面が押し付けられて、ナット本体２の内方に向かう方向に係止爪部５が塑性変形する。このとき、係止爪部５は、ボルト２０の雄ねじ部分（軸部２１）とシュー３８の本体部３９との間に食い込むように塑性変形する。これにより、ボルト２０に対するナット１の緩み止めがなされ（ナット本体２がロックされ）、その結果、ボルト挿入孔３９ａからのボルト２０の抜け落ちが防止される。

ナット１によると、係止部材３を構成する係止爪部５が、ボルト２０の雄ねじ部分とシュー３８の本体部３９との間に食い込むように塑性変形して、ナット本体２の緩み止めがなされるので、弾性回復力による摩擦力のみに頼る、特許文献１に記載の緩み止めナットよりも、高い緩み止め効果が得られる。また、ナット１の構造は、特許文献２に記載の雌ねじ体（雄ねじ体および雌ねじ体）の構造よりも簡易である。

また、クローラ式クレーン１００などの建設機械は、路面が整備された平坦地だけでなく、傾斜地、水分を多く含んだ軟弱地、乾燥した岩盤地など様々な条件下で使用され、土砂の衝突や機械の振動により、使用しているナットが緩んでしまうことがあったが、ナット１によると、これを防止することができる。

なお、ボルト２０の雄ねじ部分（軸部２１）とシュー３８の本体部３９との間への係止爪部５の食い込み性を高めるために、係止部材３（係止部材３の係止爪部５）は、塑性変形し易い材料で形成されていることが好ましく、その材料は、例えば、銅合金、または樹脂などである。

従来は、シュー３８からボルト２０が抜け落ちるのを防止するために、ナットをボルト２０に溶接固定することもあったが、連結ピン４１を使用している箇所は、通常１００箇所以上あるので、ナットの溶接固定に多くの労力と時間が必要であった。

一方、ナット１によると、ナット本体２をボルト２０の軸部２１に締め込むだけで、強固な緩み止め効果が得られる。そのため、シュー３８の連結作業効率を、ナット溶接の場合よりも大きく向上させることができる。

シュー３８の取替え時には、ボルト２０を捩じ切るか、溶断することになるが、これは、ナットをボルト２０に溶接固定していた従来も同じである。

（変形例）
前記実施形態では、環状の基部４から立ち上がる係止爪部５は１つとされているが、複数の係止爪部５が、環状の基部４から立ち上げられていてもよい（環状の基部４に設けられていてもよい）。この構成によると、ナット１をボルト２０に螺挿していく際に、係止爪部５が１つの場合よりもナット本体２の姿勢が安定し、より容易にナット１をボルト２０に螺合することができる。しかも、複数の係止爪部５により、緩み止めがなされるため、緩み止め効果がより向上する。

この場合、基部４の周方向に、等しい位相差で、すなわち、等間隔で、少なくとも２つの係止爪部５が基部４から立ち上げられていることがより好ましい。さらには、等間隔で、すなわち１８０度間隔で、２つの係止爪部５が基部４に設けられる場合（３つ以上の係止爪部５が基部４に設けられる場合も同様であるが）、２つの（複数の）係止爪部５のうちの両方の先端部７が、ナット本体２がボルト２０に螺挿された状態において、ボルト２０のねじ山２１ａ（雄ねじのねじ山）に沿う形状とされることが好ましい。この構成によると、ナット１をボルト２０に螺挿していく際に、ナット本体２の姿勢がより安定する。なお、例えば、１８０度間隔で、２つの係止爪部５が基部４に設けられる場合、２つの係止爪部５のうちの一方の立ち上がり部６の軸方向の長さＬは、他方の立ち上がり部６の軸方向の長さＬに対して、雌ねじのねじピッチＰの（０．５＋ｎ－１）倍（ｎは自然数）、長いものとなる。２つの立ち上がり部６の軸方向の長さＬの差は、小さい方がよりナット本体２の姿勢が安定するので、この長さＬの差は、雌ねじのねじピッチＰの０．５倍であることが好ましい。

前記実施形態では、クローラ式クレーン１００のクローラ３７を構成するシュー３８同士の連結ピン４１の抜け止め用に、ボルト２０およびナット１が用いられているが、ボルト２０およびナット１の用途は、これに限定されるものではく、様々な部材（被締結部材）にボルト２０およびナット１を用いることができる。また、ボルト２０およびナット１を適用する建設機械は、クローラ式クレーン１００に限定されることはなく、ショベルなどの建設機械にも、ボルト２０およびナット１を適用することができる。

以上、本発明の実施形態、およびその変形例について説明したが、その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。

１：ナット（緩み止めナット）
２：ナット本体
２ａ：ねじ孔
３：係止部材
４：基部
５：係止爪部
６：立ち上がり部
７：先端部
７ａ：内周面
２０：ボルト
２１ａ：ねじ山（雄ねじのねじ山）
３８：シュー（被締結部材）
３９：本体部（シューの本体部）
３９ａ：ボルト挿入孔
１００：クローラ式クレーン（建設機械）
Ｄ：内径（ねじ孔の内径）
Ｌ：立ち上がり部の軸方向の長さ

Claims

外周面に雄ねじを有するボルトに螺合されるとともに、当該ボルトが挿入された被締結部材に当接される緩み止めナットであって、
内周面に前記雄ねじに螺合される雌ねじを有するナット本体と、
前記ナット本体の軸方向の端面に固定された係止部材と、
を備え、
前記係止部材は、
前記ナット本体の軸方向の端面に固定される環状の基部と、
前記基部から立ち上がる係止爪部と、
を有しており、
前記係止爪部は、
前記雌ねじが形成された前記ナット本体のねじ孔よりも外方から、当該ナット本体の軸心に向かう方向に斜めに立ち上がる立ち上がり部と、
前記立ち上がり部の先端から延在し、前記ボルトに螺挿された状態において、前記雄ねじのねじ山に沿う先端部と、
を備え、
前記ボルトに螺合した状態で、前記被締結部材のボルト挿入孔の角部に、前記係止爪部の外面が押し付けられることで、前記ナット本体の内方に向かう方向に前記係止爪部が塑性変形し、これにより、前記ボルトに対する緩み止めがなされる、緩み止めナット。
請求項１に記載の緩み止めナットにおいて、
前記立ち上がり部の前記軸方向の長さが、前記雌ねじのねじピッチの整数倍とされている、緩み止めナット。
請求項１または２に記載の緩み止めナットにおいて、
前記先端部の先端の内周面が、前記ねじ孔の内径とほぼ同径に形成されている、緩み止めナット。
外周面に雄ねじを有するボルトと、当該ボルトに螺合されるともに当該ボルトが挿入された被締結部材に当接される緩み止めナットとの締結構造であって、
前記緩み止めナットは、
内周面に前記雄ねじに螺合される雌ねじを有するナット本体と、
前記ナット本体の軸方向の端面に固定された係止部材と、
を備え、
前記係止部材は、
前記ナット本体の軸方向の端面に固定される環状の基部と、
前記基部から立ち上がる係止爪部と、
を有しており、
前記係止爪部は、
前記雌ねじが形成された前記ナット本体のねじ孔よりも外方から、当該ナット本体の軸心に向かう方向に斜めに立ち上がる立ち上がり部と、
前記立ち上がり部の先端から延在し、前記ボルトに螺挿された状態において、前記雄ねじのねじ山に沿う先端部と、
を備え、
前記緩み止めナットが前記ボルトに螺合した状態で、前記被締結部材のボルト挿入孔の角部に、前記係止爪部の外面が押し付けられることで、前記ナット本体の内方に向かう方向に前記係止爪部が塑性変形し、これにより、前記緩み止めナットの前記ボルトに対する緩み止めがなされる、ボルト・ナットの締結構造。