JPH03505361A - ロックナット組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 ロックナツト組立体 発明の詳細な説明 本発明は、ナツト及びロックワッシャからなる形式のロックナツトに関する。

多種多様のロックナツト組立体が提案されている。その多くは充分に利用価値の あるものである。しかし、きわめて苛酷な使用条件下では、公知の組立体は、ナ ツトが弛んでくる場合がある０例えば、毎分１５，０００回転までの速度で回転 する回転機械は、機械軸に取付けられたブーりに噛合うベルトによって駆動され ることがある。軸の端部は螺子になっており、プーリは肩部においてロックナツ ト組立体により軸上に固定される。軸には、キー、平坦部又はテーバ部のような 駆動用成形部がないから、ブーりと軸との間の駆動トルクは、ロックナツト組立 体の締付けによって生じる摩擦力のみに依存することになる０通常、軸は時計回 りに回転する。従って、ナツトは締まる傾向にある。しかし、ときには、回転は 反時計回りに生じ、分割式へリカルロックワッシャ又はスプリングワッシャを使 用した従来のロックナツト組立体では、弛んでしまうことがある。もしナツトが あまりにも弛みすぎた場合、プーリが再び時計回りに回転しても、もはやナツト は締まることはなく、ブーりと軸との間の駆動力は伝達されることがない。

現在使用されている従来の組立体は、ナツトが弛もうとする場合、ナツトに軸方 向の力を付与するロックワッシャによってその弛み止め作用を期待している。ロ ックワッシャは、ナツト及び軸が螺合する螺子山同士に摩擦係合力を付与する。

ナツトが完全締付は状態から僅かに弛むと、この力は、締付けが完全であるとき よりも減少するが、さらなる弛みを防止するには依然として充分である。しかし 、上記したような苛酷な使用条件下、又は静的振動条件下では、従来のロックナ ツト組立体は弛み続ける。

上記のような分割式ヘリカル又はスプリングワッシャを用いた従来の構成に加え て、過去の特許に開示されたものの中には、より複雑な構成のものがある。しか し、これらのものは、出願人が知る限り、実用に供されたものはない。

１９３１年のＧＢ　Ａ　３４１３３３号は、柄に円錐状ワッシャが取付けられた ナツトを有するロックナツト組立体を開示している。１つの具体例として、ワッ シャの厚みより大きな長さを有し、ナツトが締付けられたときにワッシャが平坦 状になることを防止するストッパとして機能する柄がある。他の具体例として、 ナツトの下側が円錐状になっており、ワッシャとナツトが接したときにストッパ として機能するナツトがある。いずれの具体例も、ストッパはワッシャの平坦化 を防止するように機能し、従って、ワッシャはその弾性域を越えて圧縮されない 、特許明細書では、ナツトを固定するためにワッシャは継続的な高圧縮力を受け ると記載されている。また、ナツトとワッシャの摺接面、及びワッシャと物品と の間の摺接面に摩擦力が存在する。ナツトが締付けられたときに、ワッシャの孔 と柄との間に隙間が存在する。

１９１９年のＧＢ＾１２９４７６号には、分離型ナツトよりラシャが開示されて いる。ワッシャが平坦になったとき、そのワッシャはナツトの下側においてボル トの螺子部と摩擦係合する。従って、従来のスプリングワッシャの摩擦ロック作 用は、ワッシャとボルトの螺子部との付加的な摩擦係合力によって増強される。

この構造では、特許明細書中に記載されたものに拘らず、ボルトからワッシャを 除去することは実用性からみてきわめて困難なことである。

ＧＢ＾１０２７６７４号には類似するがより復雑な構造のものが開示されている 。上記明細書では、合成樹脂材料の分離型ワッシャがナツト上で柄の周りにモー ルドされており、ナツトは下方に締付けられたときにワッシャが軸方向に圧縮さ れ、そして、ナツトが取付けられるボルトの螺子部と係合するように半径方向に 広がるようになっている。また、ロック作用はボルトの螺子部の螺子山に係合す るナツトの螺子部の螺子山によって生じ、ワッシャとボルトの螺子部との間、一 方のワッシャとナツトとの間、及び他方のワッシャと物品との間で摩擦力が生じ る。

この組立体は、製造工程が多くなり、非常に高価なものとなる。

１９２１年の米国特許第１１８４０１９号では、外部円錐状表面を具えた柄を有 するナツトが開示されており、円錐状表面がロックワッシャの内部円錐状表面に 係合するようになっている。ナツトが締付けられたとき、円錐状表面は伸張し、 柄はボルトの螺子部を把持するように接触する。

緊締力は、金属固有の弾性とは別に、円錐状表面の間の摩擦係合力によってのみ 生じ、ばね力が作用することはない、従って、僅かでも弛みが生じると、緊締力 は失わ書の記載によると、ナツトの一端に周方向の溝が形成されており、この溝 の中に略々Ｌ字状のスプリングワッシャの１つのリムが嵌入し、ワッシャの各々 のリムが円錐台形状をしている。溝中におけるワッシャのリムは、溝の内壁の相 補的円錐台表面に係合する。ナツトが締付けられると、溝内におけるワッシャの リムはさらに溝に押し付けられ、ナツトの螺子部とボルトの螺子部との間の隙間 を詰めるように、切削された溝の内壁に弾性締結する。ナツトの下側において溝 内にクツシャを取付けることとなると、ワッシャの厚みと、ナツトが締付けられ たときに溝の内壁に負荷できる力が制限される。

さらに、ナツトが締付けられたときに溝内のワッシャのリムに負荷される力は、 角度の関係でリムに沿った方向となり、溝の内壁ヘワッシャによって負荷される 二の力の分解成分は小さくなって、構造物のロック効率は低くなる。ナツトの本 体は標準的なサイズで製造されなければならないので、ナツトの下側の溝はナツ トの標準高さの範囲内で成形されなければならず、ボルトに接触する非変形部分 は限定される。

最後に、ＦＲＡ　２３６６４８０号には、単体のナツト及びワッシャが開示され ている。この明細書の内では、ナツトはナツト本体上で柄の拡開膨張を行う、ナ ツトが締付けられると、ワッシャの拡開が大きくなり、ワッシャの外周端部はナ ツト本体と物品との間で挟圧され、柄はこの柄の螺子部とボルトの螺子部との間 を隙間を詰めるように移動する。明細書から明らかように、螺子隙間を詰めるこ とによっては、はんの僅かなロックが得られるだけである。また、ナツトが完全 に締付けられたときに、ワッシャは締付けられず、ワッシャを締付けることがで きないことも明らかである。ワッシャの外端部が物品とナツト本体との間で把持 されるだけであり、従って、摩擦接触は僅かな面でしか生ぜず、発生するロック 力はそれに伴い小さなものでしかない。

ナツトは製造が困難でありその製造も高価であり、ロック効果は上述した理由に より低いものでしかない、さらに、ナツト及びワッシャは同材質のものから製造 する必要があり、ナツト及びワッシャの夫々を最適な異種の材質から選択するこ ともできない。

本発明の目的は、簡素で、廉価で、かつ実用的であ一ハ上述の欠点を解決し、苛 酷な条件下での使用に特に適したロックナツトを提供することである。

本発明の第１の観点によれば、駆動工具に係合可能な頭部を有するナツトと、前 記頭部の一端から延びる柄と、前記頭部及び前記病を貫通する螺子孔とを有し、 前記病が前記頭部より小さい断面積を具えて前記頭部と前記病の境目において略 々環状の肩部を形成しており、前記病が前記孔及び円筒外表面によって境界づけ られた比較的薄い壁からなっており、さらに、前記病に取付けられた皿型ワッシ ャを有するロックナツト組立体において、前記ワッシャが前記病の外表面に小さ な隙間で遊嵌する円筒状孔を有し、前記病が前記ワッシャの厚みと同等又は僅か に短い長さであり、前記ワッシャが前記肩部近傍において凸面で柄に取付けられ ており、前記ワッシャを平坦にするのに充分な圧縮力が前記孔の長手方向軸に平 行な方向で前記組立体に加えられたときに、前記病が前記ワッシャの孔で把持さ れ、前記ワッシャの前記孔の収縮によって前記病の前記壁が内向きに変形するよ うになっているロックナツト組立体を提供する。

本発明の組立体は、簡単に機械加工できる部品を使用できるという点で簡素であ る。所望であれば、ナツトは鋳造により製作が可能であり、ワッシャはプレス加 工により製造が可能である。各部品は容易に製造及び組立ができるので、組立体 は廉価である０例えば、前述したように、一方においてはワッシャとナツトの間 、他方においてはワッシャと物品の間で摩擦力が発生し、ワッシャが平坦になっ たときにワッシャの孔の収縮によって発揮される柄の大きな内向き力がボルトの 螺子部と接触するように柄の壁を変形させてナツトをその位置で固定するため、 苛酷な条件下でも有効である。この半径方向の力は、ワッシャの孔が円筒状であ り、柄の円筒外壁上で孔が小さな隙間で遊嵌しているために確実に作用する。

このような効果的な半径方向の力は従来のロックワッシャでは得ることができな い、なぜなら、従来の技術は、皿型ワッシャが平坦になるときの孔の収縮によっ て得られる非常に大きな力を利用していないからである。

さらに、ナツトの頭部及び本体を、適当な規格に合わせて正確に高さに製造する ことができる。この場合、柄は、ボルトと螺合する螺子孔に追加長さを提供する 。この構造により、柄の変形部分に加えて、ナツトの螺子孔及びボルトの非変形 部分との間で、全長に亘って螺子係合する二とになる。

ワッシャが平坦になったときの柄の変形は、塑性変形であることが好ましい、塑 性変形にすることに帆より、ナツトが完全な締付は状態から僅かに弛んだときで も、ナツトの弛みに対して良好な抵抗力が得られる。

ワッシャを平坦にした後において圧縮力が解放されたときに、ワッシャが初期の 形状に復帰するばねとして機能するように加工された材料からワッシャを製造す ることが好ましい、これにより、組立体を再使用することができ、ナツトが締付 けられたときにナツトと物品との間に負荷されるばね力がロック作用を増大させ る。ワッシャを硬化処理及び熱処理されたばね鋼から製造することもできる。

ワッシャの凹面の外端部に面取りを施すことが好ましい０組立体の初期の締付は 時において、ナツトはワッシャとは相対的に回転する。しかし、さらに締付けた ときには、ワッシャはナツトとともに回転し、締付けが完全に行われてワッシャ が平坦になったときには、面取りされた端部は物品が損傷することを最小限に抑 える。

前述のように、組立体は苛酷な条件下、特に回転機械の用途に好適である。従っ て、本発明の他の観点によれば、外螺子を真えた回転スピンドルと、前記スピン ドルの肩部に取付けられた駆動部材と、前記スピンドルと前記部材間で駆動トル クが伝達されるように前記ワッシャが前記部材の表面に対して実質的に平坦にな って前記スピンドル上で前記部材を保持するように前記スピンドルに取付は及び 締付けられた本発明の第１の観点による組立体を有する回転機械の組合せが提供 される。

この組合せは、前記部材とスピンドルの間に嵌合駆動成形体が存在しない場合に 特に有用である。

本発明は、添付図面を参照しながら、実施例によって説明される。

１１Ｌｉ１星ＩＩ 第１図は本発明の組立体のナツトを構成する部分の下面図である。

第２図は第１図のナツトの側面図である。

第３図は前記組立体の他の部分を構成する皿型ワッシャの平面図である。

第４図は第３図のワッシャの断面図である。

第５図は組立体の断面図である。

第６図は組立体が無負荷状態のときにワッシャがナツトの柄にどのように嵌合し ているかを示す要部断面図である。

第７図はボルトの負荷状態における組立体の要部断面図である。

第８図は駆動プーリを保持する本発明による実施例の組立体を有する回転機械の 概略図である。

た　　日 第１図及び第２図に示されるように、全体が符号１゜で示されるナツトは、従来 のように、スパナや回転工具と係合できる形状の六角頭部１１を有している０頭 部は適当な大きさのナツトとなるように標準的な寸法で製造される０頭部の一端 からは柄１２が延びており、柄の長さは標準高さよりもナツトの高さを大きくし ている。平坦な略々環状の肩部１３は、頭部１１と柄１２との間の境目において 頭部に設けられている。螺子孔１４は、頭部及び柄を通じ、ナツトの全長に亘っ て貫通している。

柄は比較的薄い壁部分を有し、この壁部分は孔１４によって内側面が境界づけら れ、円筒状外表面１５によって外側面が境界づけられている。柄の壁は連続して おり、完全な円筒形状である。

第３図及び第４図に示されるように、ワッシャは全体が符号１６で表わされてい る。ワッシャは、凸面１７及び凹面１８を有する皿形状に形成されている。ワッ シャは円形孔１９を有し、以下に詳細に説明されるが、その円形孔１９は、凹面 １８に開口する孔の端部において、円錐状傾斜部２０を有する。ワッシャの凹面 の外端部２１は丸く面取りされている。

第５図に示されるように、組立体は柄１２上にワッシャ１６を配置することによ り製作される。そして、柄の自由端は、円錐状傾斜部２０中に僅かに延びて、第 ６図に示されるように、病上でワッシャを保持できるようにカシメられる。ワッ シャの円形孔１９と柄の円筒状外表面１５との間は小さな隙間の遊嵌状態である 。従って、ワッシャは病上で回転でき、カシメは回転を阻止しないように施され る。

ここで、第６図は、ワッシャ１６をナツト上に嵌合する方法をより詳細に表わし ている。ワッシャの円形孔１９は柄の円筒状外表面１５を囲繞しており、両方の 面の間に小さな隙間２２が存在することを示している。この隙間は、ナツト上で ワッシャが自由に回転することを許容する程度を越えないことが好ましい、第６ 図は、柄のカシメられた端部１２２を示しており、これが円錐状傾斜部２０に小 さな隙間で遊嵌し、ワッシャがナツトの回転を阻止していないことを示している 。

次に、第７図には、物品２５の表面２４に向ってボルト２３が下方に締付けられ た本発明の組立体が示されている。ワッシャが図示のように平坦になるまで、ナ ツトは下方に締付けられる。締付けの初期では、端部２１は表面２４と係合する ようにワッシャの一部分として機能する。引き絖き締付けると、面１７と型部１ ３との間の摩擦力によりワッシャがナツトと伴回りするまで、ナツトはワッシャ と相対回転を行う、このとき、表面２４への傷は、端部２１に面取りがされてい ることから、最小限に抑えられる。

ワッシャが第７図のように平坦状態に近付くと、孔１９は柄１２と接触して柄を 把持し、柄は内側に塑性変形して、柄の内部に位置する孔１４の部分の螺子部に 力を加え、孔１４の螺子部はボルトの螺子部に密着する。ワッシャの孔１９は第 ７図に示されるように、ワッシャの無負荷状態では円筒形であったので、ワッシ ャが平坦になると、孔は第７図の表面２４から上方になるほど縮径し、柄の壁の 変形は肩１３の近傍２６において最大になる。しかし、隙間２２は、柄の壁がそ の実質的な全長に亘って変形してボルトの螺子部に良好な把持力を発揮するよう になっている。

柄の長さがワッシャの厚みと略々等しく、その厚み以下であることが理解されよ う０組立体が下方に締付けられたときに、ワッシャの平坦化を阻止しないように 、柄は表面２４と接触してはならないから、このことは重要である。柄の長さが ワッシャの厚みよりほんの僅かだけ短いとすると、第７図のように完全に締付け られた状態では、柄の端部１２２と表面２４との間には隙間２７が確保される。

このような隙間を確保することにより、ナツトが締付けられたときにワッシャは 確実に完全な平坦になることができる。ワッシャが完全に締付けられると、ワッ シャは孔の収縮によって柄に最大内向き力を加え、柄を塑性変形させる。

柄の内部におけるナツトとボルトの協働的なロックに加えて、ワッシャの表面、 ナツトの接触面及び物品の王者の間の摩擦力によってさらなるロック作用が得ら れる。

ロック作用は、ワッシャの歪みによって生じる力により増大される。

ナツトは、使用される用途に遺した種々の材料から製造することができる０例え ば、５ＡＥ１００８やＳＡＷ　１０１０の軟鋼や、高張力鋼８３３１１　Ｔｙｐ ｅ　９や、熱処理鋼ＴＳＯ１０１２がある。ワッシャは、プレス加工されたもの が好ましく、ＲＣ（ＨＲＣ）　４３乃至４８に硬化処理及び熱処理された　ＢＳ 　１４４９１部のＣ３６０，Ｃ３７０，Ｃ３８０のばね鋼から製造することがで きる。ワッシャの皿角度（ｄｉｓｈ　ａｎｇｌｅ）ｚは、第４図のように２０′ ″であることが好ましい。

第８図は、回転機械上で使用される本発明の組立体を示している０機械は全体が 符号２８で示され、回転軸２９を有する。軸は肩部３０を有し、肩部にはＶ型ベ ルトプーリ３１が取付けられている。プーリは断面が縮径した軸の螺子部分３２ に取付けられており、本発明による組立体３３により肩部に対してその位置を保 持されている０組立体３３のワッシャ３４はブーり上の表面３５に接して平坦に なっている。プーリと軸との間には、嵌合駆動用成形体は存在しないが、プーリ から軸への駆動力は、通常の駆動方向が時計回りであって、たとえ、軸が時々反 時計回りに回転したとしても、充分に伝達されることがわかった。

本発明の組立体と従来のナツト及びスプリングワッシャとを取付けた第８図に示 されるような回転機械において、スリップトルクの比較試験を行った。各々の場 合において、使用されたナツトは、長さが９．５−■で螺子部が１７ｍ−で、平 坦面間が２４ｍ−であった、ナツトは、最初６０１ｂｆｔ　（８１Ｎ　ｍ　）の トルクで締付けられた。

第１種の試験では、軸２９が固定され、プーリが軸に対して回るまでそのプーリ ３１に時計回りのトルクが加えられた０時計回りは通常の回転方向である。

ＬＬＬ！ｔ　　　　Ｉ・　　　　　　　　　工瓦ユニ本発明による組立体 従来のナツト及びスプリングワッシャ ５　　　　　　　　　　ｉｉ　　　　　　６０平均　　　　　　　　１土−ｊＬ 　　　　　ＬＬ−ｉ第２種の試験では、ブーりにはナツトを弛ませる反時計回り のトルクが加えられ、以下のスリップトルクが測定された。

Ｍ　　　　　　　　ス　Ｉ　　−し　　　　　　　　　　　　　　　　　　　− ＬＬＪＩＬＬ本発明による組立体 ２　　　　　　　　　７４　　　　　　Ｚｏ。

従来のナツト及びスプリングワッシャ ２　　　　　　　　　　　　　　　　、先」−６２平均　　　　　　　　１ｊＬ ｕ 時計回りの回転試験では、本発明の組立体は従来のナツト及びスプリングワッシ ャのものに比べて５０％以上も良好な性能を備えていた。さらに、ナツトを弛ま せようとする反時計回りの試験では、本発明の組立体は従来のナツト及びスプリ ングワッシャ組立体に比べて、ナツトを締め付けようとする時計回りの試験より も良好な結果が得られた。

性能の改良は予期したちの以上であり、簡素で廉価な組立体を得ることができる 。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．駆動工具に係合可能な頭部を有するナットと、前記頭部の一端から延びる柄 と、前記頭部及び前記柄を貫通する螺子孔とを有し、前記柄が前記頭部より小さ い断面積を具えて前記頭部と前記柄の境目において略々環状の肩部を形成してお り、前記柄が前記孔及び円筒外表面によって境界づけられた比較的薄い壁からな っており、さらに、前記柄に取付けられた皿型ワッシャを有するロックナット組 立体において、前記ワッシャが前記柄の外表面に小さな隙間で遊嵌する円筒状孔 を有し、前記柄が前記ワッシャの厚みと同等又は僅かに短い長さであり、前記ワ ッシャが前記肩部近傍において凸面で柄に取付けられており、前記ワッシャを平 坦にするのに充分な圧縮力が前記孔の長手方向軸に平行な方向で前記組立体に加 えられたときに、前記柄が前記ワッシャの孔で把持され、前記ワッシャの前記孔 の収縮によって前記柄の前記壁が内向きに変形するようになっていることを特徴 とする、ロックナット組立体。
2. ２．前記ワッシャが平坦になったとき、前記柄は塑性変形していることを特徴と する請求項１記載の組立体。
3. ３．前記ワッシャを平坦にした後において前記圧縮力が解放されたときに、前記 ワッシャが初期の形状に復帰するばわとして機能するように加工された材料から 製造されていることを特徴とする請求項１または２記載の組立体。
4. ４．前記ワッシャが硬化処理及び熱処理されたばわ銅から製造されていることを 特徴とする請求項３記載の組立体。
5. ５．未変形状態における前記ワッシャの皿角度が略々２０°であることを特徴と する請求項１乃至４のいずれか１つに記載の組立体。
6. ６．前記ワッシャの凹面の外端部に面取りが施されていることを特徴とする請求 項１乃至５のいずれか１つに記載の組立体。
7. ７．前記柄の自由端部が前記ナット上で前記ワッシャを保持するように変形され ていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の組立体。
8. ８．記２柄の前記壁が連続する完全な円筒状であることを特徴とする請求項１乃 至７のいずれか１つに記載の組立体。
9. ９．外螺子を具えた回転スピンドルと、前記スピンドルの肩部に取付けられた駆 動部材と、前記スピンドルと前記部材間で駆動トルクが伝逹されるように前記ワ ッシャが前記部材の表面に対して実質的に平坦になって前記スピンドル上で前記 部材を保持するように前記スピンドルに取付け及び締付けられた請求項１乃至８ のいずれか１つに記載の組立体を有する回転機械の組合せ。
10. １０．前記部材と前記スピンドルの間に嵌合駆動成形体が存在しない請求項９記 載の組立せ。