JP7406910B1 - ボルトナットセット - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、緩みを生じないボルトナットセットを提供する。
【解決手段】ナット１と座金３の軸方向に切り欠き部や溝を加え、これを契合させることによりナットと座金の回転を同期させることにより、ねじ面を外部に露出させずに、ボルト２とそれに付随するレバーやフックの操作だけで工具を使用せず、繰り返し使用できる、ねじのゆるみを大幅に低減させるボルトナットセット。更に座金とボルトを容易に固定することによりボルトとナットの回転を同期させ、ねじ面を外部に露出させずに、ボルトとそれに付随するレバーやフックの操作だけで工具を使用せず、繰り返し使用できる、ねじ緩み止めを行うボルトナットセット。
【選択図】図２

Description

本発明は工具を使用することなく、容易に着脱することができ、緩みを生じることがないボルトナットセットに関するものである。

本発明はボルトとナットにより構成されるボルトナットセットに関するものである。
ねじは使用している箇所の振動や回転、旋回、揺動などの動作によって緩みが発生することがあり、特に回転や旋回、揺動の支点軸にねじを使用した場合、回転、旋回、揺動動作により、ねじに回転方向のトルクがかかりねじが緩みやすくなる。
緩みを防止するためにダブルナット等の構造が考えられるが、ナット側を操作するためにねじ面が露出しねじの劣化が進みやすい。
また、多くは操作する箇所が複数になり、そのために構造を理解する必要があり、多くは締めこむための工具が必要になる。

改善策として特許文献１は皿状をなす座金の外周斜縁を両側方より加圧折曲し、弛み止めとなる。

実公昭４６－０１６６６５号公報

従来の技術は、ねじの緩みが生じる。具体的には、従来の技術では、使い続けていると、ボルトナットセットにおいて、ボルトとナットの間がねじ締めされても、ねじが緩み、工具で再度ねじを締める作業を要する。特に、スノーボード等の雪山では、工具の調達が困難な場合もある。
本発明は、緩みを生じないボルトナットセットを提供するのを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、ナットと座金の軸方向に切り欠き部や溝を加え、これを契合させることによりナットと座金の回転を同期させ、これによってナットとボルトの回転を同期させる。さらに座金とボルトをレバーで容易に回転止めを行うことにより、ボルトとナットの回転を同期させるものである。

本発明によれば、緩みを生じないボルトナットセットが提供できる。

比較例のねじの構造である。 図２から図１０は本発明の構造である。図２はボルトナットセットの実施方法を示した説明図である（実施例１） 図３にナットの部品図を示す。 図４にナットの溝の詳細図を示す。 図５に座金の部品図を示す。 図６に座金の溝の詳細図を示す。 図７はボルトナットセットの実施方法を示した説明図である。（実施例２） 図８は図７に示す構造の座金の部品図を示す。 図９は図７に示す構造のボルト及びレバーの部品図を示す。 図１０はボルトナットセットの実施方法を示した説明図である。（実施例３） 図１１はボルトナットセットの実施方法を示した説明図である。（実施例４） 図１２はボルトナットセットの実施方法を示した説明図である。（実施例５） 図１３はスノーボードのハイバックのヒンジのねじの構造の比較例である。 図１４はスノーボードのハイバックのヒンジのねじの構造に本発明に示すボルトナットセットを適用した例である。 図１５は比較例と実施例１と実施例２のねじの緩みに関する実験結果である。

以下、添付する図面を参照し、具体例を説明する。なお、実施形態は、以下に説明する具体例に限られない。

［比較例］
図１は、以下、重力方向を「Ｚ軸方向」とする。そして、Ｚ軸方向に対し、直交する軸の方向を「Ｘ軸方向」、及び、「Ｙ軸方向」とする。また、Ｘ-Ｙ平面が水平面となる。したがって、Ｘ軸方向とＹ軸方向は直交する関係となる。
また、以下の説明では、Ｚ軸方向がねじの「軸方向」と一致する。

図１は、比較例の分解図と組立図を示す図である。
ナット１とボルト２は、ゆるみ止めを目的とする座金３を介して固定された部材又は回転、旋回、揺動、直動など動作する部材４と回転、旋回、揺動、直動など動作する部材又は固定された部材５を締めこむ。
この比較例では回転、旋回、揺動動作によりねじに回転方向のトルクがかかり、ナット１とボルト２を嵌合させている、ねじが緩みやすくなる。

図２は、本発明装置の実施例１の分解図と組立図を示す図である。
ナット１と座金３の軸方向に切り欠き部や溝を加え、これを契合させることによりナット１と座金３の回転を同期させ、これによってナット１とボルト２の回転を同期させる。

図３は、ナット１の部品図を示す図である。具体的には、図３は、図２に示すナット１を三面図で示す。
以下、ねじのサイズは、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ（ＪＩＳ）におけるＪＩＳ B ０２０５：２００１（メートルねじ、並目ねじ）に基づいて表記する。
例えば、ナット１に形成する雌螺子部のねじのサイズは、M６（ねじの谷径６ｍｍ）である。ただし、ねじのサイズは、限定されるものではなく、他にＭ２０からＭ３であればよい。
図４にナット１の切り欠き部を示す。
以下、図４に示す切り欠き部を第１切り欠き部１００、及び、第２切り欠き部１０１の２つの切り欠き部を形成する例で説明する。
また、切り欠き幅を４ｍｍとしているが切り欠き部が回転力により変形するようなことがなければ切り欠き幅は限定させない。ただし、小径のねじでも切り欠き幅は円周方向に、２ｍｍ程度以上が望ましい。
第１切り欠き部１００、及び、第２切り欠き部１０１は、切削工具等で形成するため、ある程度の幅がないと切削工具が入らず、製造が難しくなる。
したがって、２ｍｍ程度以上の幅があると、安価な切削工具でも容易に製造しやすくできる。
切り欠き数も２か所としているが切り欠き数も限定されるものではない。切り欠き幅が確保されれば切り欠き数は限定されるものではない。ただし、切り欠き部は、１か所、又は、２か所が望ましい。切り欠き部が増えると、製造が複雑になり、かつ、ねじ部分が少なくなる。そのため、ねじが噛み合う部分が少なくなりすぎ、強度等に影響が出る場合がある。一方で、２か所で、切り欠き部とねじ部が同じくらいの比率であれば、強度等には影響が少ない。
２か所であっても、図４に示す第１切り欠き部１００、及び、第２切り欠き部１０１のように対向する位置関係にあれば、両箇所を１回の切削工具で製造できるので、製造負荷が変わらずに製造できる。このように、切り欠き部は２か所以下にすると、強度、かつ、製造コストを少なくできる。
例えば、切り欠き部は、ナット１の円周部の一部をやすり又はグラインダー又は切削工具で削って形成する。
図４に示す第１切り欠き部１００、及び、第２切り欠き部１０１のように、ナット１の円周方向に円中心点を対称にして、切り欠き部は対向する位置に形成するのが望ましい。このように対向した位置関係に切り欠き部を形成すると、切削工具がナット１の直径よりも十分に長ければ、一度の切削作業で複数の切り欠き部を形成でき、効率良く切り欠き部が形成できる。
このように、ナット１は、円周方向に、雌螺子部と第１嵌合部が形成される。なお、雌螺子部と第１嵌合部の割合は限定されない。雌螺子部が形成されるため、ナット１にボルト２の雄螺子部が挿入されると、ねじが噛み合い、モーメントによってナット１とボルト２を緩めたり、又は、締めたりすることができる。
一方で、第１嵌合部の例である、第１切り欠き部１００、及び、第２切り欠き部１０１が嵌合部の凹部となる。したがって、第１切り欠き部１００、及び、第２切り欠き部１０１に対し、座金３の第２嵌合部の凸部が挿入され、契合する。ゆえに、第１切り欠き部１００、及び、第２切り欠き部１０１の寸法は、座金３の第２嵌合部に合わせて製造される。

図５は、座金の部品図を示す図である。
図６は、座金の切り欠き部の詳細図を示す図である。図６は、図２における座金３を下方向から見る視点で示す。
座金３の第３切り欠き部２００、及び第４切り欠き部２０１は、それぞれがナット１の第１切り欠き部１００、及び、第２切り欠き部１０１の切り欠き部に契合する。したがって、座金３における第３切り欠き部２００、及び第４切り欠き部２０１の円周方向の位置、及び、寸法（はめあいを含む。）は、ナット１の第１切り欠き部１００、及び、第２切り欠き部１０１に合わせて形成される。
ナット１に一か所以上の切り欠き部、又は、溝を設けて第１嵌合部を形成する。一方で、座金３にはナットの切り欠き部、又は、溝に契合する切り欠き部や摺動部位を設けて第２嵌合部を形成する。このような、第１嵌合部、及び、第２嵌合部の嵌め込みにより、ナット１と座金３を契合させる、これにより座金３は軸方向（図１におけるZ軸方向である。）には直線動作するが、回転はナット１の回転（Z軸回りの回転、すなわち、ヨー（Yaw）軸回転である。）に同期する。
座金３の内周には、ねじ山が形成されていないため、ボルト２が座金３の貫通穴を貫通してもボルト２と座金３の間には拘束がない。したがって、座金３は、軸方向を直線動作する。
ボルト２は座金３に接しているので、ナット１とボルト２の回転は同期し、ねじの緩みを大幅に低減することができる。すなわち、ボルト２の頭部は、モーメントを入力するのに持ち手となり、かつ、ボルト２の頭部サイズが座金３の貫通穴のサイズより大きい。そのため、座金３は、ボルト２から抜けることがなく、ボルト２の頭部でナット１側（図１におけるZ軸方向で下方向となる。）に押し付けられる。この押し付けにより、第１嵌合部、及び、第２嵌合部が契合し、Ｚ軸方向に抜けずに契合状態が維持される。
なお、座金３の切り欠き数や切り欠き幅もねじの切り欠きと同様に限定されるものではない。
ボルト２は、モーメント入力部の例となる頭部と、雌螺子部で構成される。なお、モーメント部は、人が手でつまめる程度の大きさが望ましい。また、頭部は、モーメントが入力されるため、雌螺子部より直径が大きいと、大きなモーメントが伝達しやすい。

［実施例２］
図７は、本発明装置の実施例２の分解図と組立図を示す図である。
実施例１と比較すると、実施例２は、ボルト２にレバー６が加わる点が異なる。更に、レバー６は、座金３と回転を同期させる「第２同期部」を実現する。第２同期部は、レバー６と座金３で実現する。
座金３は、実施例１と比較すると、第２同期部を実現するため、実施例１より直径サイズが大きい円盤部を備える。円盤部の円周方向には、レバー６に形成される突起部を固定できる固定部が形成される。固定部は、例えば、レバー６の突起部が接触する位置に形成される。固定部は、レバー６の突起部が引っ掛かれば形状等は問わない。
レバー６は、頭部から円周に向かう方向に形成される。そして、レバー６は、座金３のある方向に突起する突起部が形成される。
ナット１と座金３に切り欠きを加え、これを契合させることによりナット１と座金３は回転方向に同期され、更にボルト２にはレバー６を備え、レバー６は座金３に弾性変形を利用し一動作で固定することができる。これによりナット１とボルト２の回転は同期し、ねじは緩むことはない。
これにより図２に示す構造でボルトの締め込みが緩い状態でナットを急速に回転させることによりねじの緩みが発生する可能性を完全に防止することができる。
ねじ面は外部に露出することはなく、レバー６はボルト２に備えられているのでねじ込み時は、レバー６によって回転させることもできるので、操作部は一か所のため容易にねじ込み動作および固定動作を行うことができる。
ボルト２とレバー６は手動で操作可能なため工具は必要なく、レバー６の固定はレバー６の弾性変形で行うので繰り返し使用することができる。

図８は、実施例２における座金３の部品図を示す図である。座金３にはナットと契合するための切り欠きとボルトと固定するための固定部となる溝が施されている。この溝は図６では３ｍｍの球状としているが、レバー６の突起部を固定するためのものであるのでこの形状に限定されるものではない。

図９に図７に示す構造のボルト２及びレバー６の部品図を示す図である。レバー６はボルト２の頭部に旋回可能（Y軸を回転中心とする。いわゆるPitch回転である。）に設置され先端の球（突起部）により座金に固定される。また、レバー部は半径方向に伸びるように棒状に形成する。なお、レバー部の形成位置、及び、長さは、座金３と固定できる位置関係で定まる。これによりボルト２と座金３は回転方向に同期され、座金３はナット１の回転に同期するのでねじは緩むことがない。
レバー６先端の球（突起部）は、座金３と固定するためのものでこの形状に限定されるものではない。ただし、突起部は、強度を確保するため、φ３以上の大きさがあるのが望ましい。

［実施例３］
図１０はボルトナットセットの実施方法を示した説明図を示す図である。実施例１と比較すると、実施例３は、切り欠き部でなく、溝で第１嵌合部、及び、第２嵌合部を実現している点が異なる。
ナット１と座金３に溝を設けそれを契合させることによりナットと座金を同期させる。
そのほかの構造は図７と同じである。溝は、切り欠き部より、製造しやすく、ねじ部分が多く残せる。

［実施例４］
図１１はボルトナットセットの実施方法を示した説明図を示す図である。
座金３とボルト２の固定をボルト２に設置されたレバー６とフック７で座金３に引っ掛け固定する。実施例４は、実施例２と比較すると、レバー６の突起部でなく、フック７で座金３に引っ掛かる構造である点が異なる。このようなフック７の構造であると、引っ掛ける操作をしやすく、よりユーザが使いやすい。そのほかの構造は図７と同じである。

［実施例５］
図１２はボルトナットセットの実施方法を示した説明図を示す図である。
座金３とボルト２の固定を座金３上に設置されたレバー６の内に設置されたとフック７をボルト２の頭部に引っ掛け、レバー６を倒してボルトの頭部を固定する。レバー６を倒すときにボルトの頭部をフック７とレバー６で挟み込んでもよい。多くのボルトの頭部には鋸歯状の多連の溝が形成されており、フック７及びレバー６のボルト２の頭部との接触面にボルト２の多連の溝にはまり込む溝を整形しボルト２の多連の溝に引っ掛けてもよい。そのほかの構造は図７と同じである。

代表的な実施例としてスノーボードのバインディングに使用されているハイバックのヒンジに使用されるねじをあげる。
このねじは屋外の雪中で使用されるため、工具を使用せずに容易に着脱し緩み止めを行うことが必要になる。スノーボードの使用時にはスノーボードブーツをサポートするためにハイバックはスノーボードに対して立てて使用されるが、運搬時や使用していないときはバインディングのヒンジを中心にたたまれる。ハイバックのヒンジにはハイバックの旋回用と位置調整用のためにねじが使用され、リフトの搭乗時や休憩時などにはブーツの着脱のためにハイバックはたたまれ、使用時は立てられるため、ねじはヒンジの支点となり、このナットはハイバックの動作に追従して旋回する。
このねじはこの旋回運動を阻害しないようにするため、適度な締め付けが必要となり、強固に締め付けをすることができない。
ブーツの着脱のたびに、ヒンジは旋回運動を行う必要があるため、このねじはしばしば緩んでしまい、緩みが進行するとねじが脱落し、ハイバックがブーツをサポートすることができずに非常に危険な状況になる。
このため、適度な締め付け力を維持しながら、緩むことのないねじが必要となる。

図１３はスノーボードのハイバックのヒンジのねじの構造の比較例である。
ナット１は往復するハイバック８に追従して旋回する。
ボルト２により締めこむが緩み止め用の座金３などを使用してもハイバック８の往復に伴いねじに緩みが発生することがある。

図１４はスノーボードのハイバックのヒンジのねじの構造に本発明に示すボルトナットセットを適用した例である。
ナット１には切り欠き又は溝が設けてある。切り欠きまたは溝の本数は問わない。図１２は２か所の切り欠きの例である。
座金３にはナットの切り欠き部又は溝に契合する切り欠き又は溝が設けてある。
またボルト２との結合のための複数の穴または溝が設けられている。
ボルト２には座金と回転を同期するためのレバー６またはフック（図示せず）などが設けられている。
これによりボルト２とナット１の回転は同期し、ハイバック８が旋回しても緩みが発生することはない。

図１５に試作した比較品とナット１および座金３に切り欠きを入れ回転を同期化させたボルトセット（実施例１）とナット１および座金３に切り欠きを入れ、さらにボルトと座金を固定したボルトセット（実施例２）の、ハイバックの往復運動に対するゆるみトルクの変化を記す。
実施例２は簡易的な装置としてボルトの締め込み後、座金とボルトをクリップで固定した。
M５のねじを使用しM５ねじの標準トルクは３Nmであるがハイバックの回転操作を行いやすいものとするため１．５Ｎｍのトルクで締めこみ、これによりねじを緩みやすい状態とした。
ハイバックのヒンジを中心にして下端から上端まで移動させ、その後上端から下端まで往復させる動作をハイバック往復運動としその回数を図１５のグラフの横軸とした。
また所定回数後ねじを緩めるのに必要なトルクを測定しそのトルクを緩みトルクとし図１５の縦軸とした。
ねじの場合にはハイバックの1往復でねじトルクはトルクレンチの測定限界である０．３Nmまで低下し、ゆるみが発生したが、ナット１および座金３の回転同期品のボルトセットではハイバックの往復運動４回まで低下せず、ゆるみまでの回数が大幅に改善された。
更にボルト２と座金３とが固定されたナット座金ボルトの回転同期品では１０往復しても、ゆるみは発生しなかった。

本構造はねじの緩みという重大な欠陥を防止するものであり、ねじを使用している各種の製品や産業に対して利用される可能性は大きい。
本構造は、家具、又は、建築部材等にも適用されてよい。ただし、本構造は、スノボ、スキー、又は、スノーモービル、自動車用チャイルドシート、ベビーカー、車いすのように、工具を持ち合わせるのが難しく、かつ、振動等があってねじが緩みやすい環境の製品に適する。

１ ナット
２ ボルト
３ 座金
４ 固定された部材又は回転、旋回、揺動、直動など動作する部材
５ 回転、旋回、揺動、直動など動作する部材又は固定された部材
６ レバー
７ フック
８ ハイバック

Claims (8)

1. 円周方向の一部に雌螺子部が形成され、かつ、円周方向の一部に第１嵌合部が形成されるナットと、前記円周方向へのモーメントを受け付けるモーメント入力部、かつ、前記雌螺子部に挿入される雄螺子部が形成されるボルトと、前記ナットと前記ボルトに挟まれ、貫通穴を備え、かつ、前記第１嵌合部と嵌合する第２嵌合部が形成される座金とを備えるボルトナットセットであって、
   前記第１嵌合部、及び、前記第２嵌合部は、前記ナット、及び、前記座金の軸方向に形成され、前記ナットと前記座金を前記軸方向で嵌合させると、前記第１嵌合部、及び、前記第２嵌合部が契合し、前記ナット、又は、前記座金のいずれか一方が回転すると、前記回転が前記第１嵌合部、及び、前記第２嵌合部によって伝達されて、前記回転が生じたのとは異なる他方が前記回転に同期して回転し、前記ボルトは、前記貫通穴を通って、前記雄螺子部が前記雌螺子部に挿入され、前記モーメント入力部に前記モーメントを加えると、前記雄螺子部が前記雌螺子部に挿入していき、前記モーメント入力部と前記ナットの間に前記座金を挟むボルトナットセット。
2. 前記ボルトは、頭部から半径方向に形成され、かつ、前記座金に引っ掛かる突起部が形成されるレバー部を更に備える請求項１に記載のボルトナットセット。
3. 前記座金は前記ボルトの頭部に引っ掛かるフックとフックを前記ボルトの頭部に固定するレバー部を備える請求項１に記載のボルトナットセット。
4. 前記第１嵌合部、及び、前記第２嵌合部は、切り欠き部、又は、溝である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のボルトナットセット。
5. 前記雌螺子部、及び、前記雄螺子部は、Ｍ３からＭ２０である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のボルトナットセット。
6. 前記第１嵌合部、及び、前記第２嵌合部は、前記ナット、及び、前記座金にそれぞれ形成される切り欠き部であって、前記ナット、及び、前記座金の切り欠き部の幅は、２ｍｍから１５ｍｍである請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のボルトナットセット。
7. 前記ナット、及び、前記座金の切り欠き部は、前記ナット、及び、前記座金にそれぞれ１か所又は２か所形成される請求項６に記載のボルトナットセット。
8. スノーボードのハイバックのヒンジに使用される請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のボルトナットセット。