JPH09170617A - 皿ボルト用テーパワッシャとその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２個の部材を皿ボルトで接合するとき、複数
の貫通孔の孔心のずれのために正常な締結ができず、一
方の皿ボルトの頭面が飛び出したり孔との間に隙間が生
じる。 【解決手段】 皿ボルト３の頭部３２を密着して被覆す
る截頭円錐形の傾斜面４１と、先端で外周側へ水平方向
に屈折した鍔部４２よりなる円錐形ワッシャ４を部材１
の貫通孔１１と皿ボルト３間へ介装する。この場合、該
貫通孔１１は前記鍔部の外周径よりさらに大径で深さが
鍔部肉厚とほぼ同一の浅い段差１２を頂面１３から凹設
すると共に、該段差の下方は円錐形ワッシャの傾斜面と
干渉しない内周面よりなる。仮に部材１と部材２のそれ
ぞれに穿孔された貫通孔の孔心がずれていても段差内で
鍔部が摺動してずれを吸収し、皿ボルトの頭部が部材の
頂面から競り上がったり、一方向に偏在して隙間を生じ
たりする懸念がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は皿ボルトの取付け、
特に屋外の装飾的な実用品として近来注目を集めている
エクステリアの組み立てに使用する皿ボルト用の部材に
係る。

【０００２】

【従来の技術】皿ボルト自体は早くから知られ、種々の
部材同士を組合わせて一体的な製品を形成するときの一
つの手法として多くの産業用、家庭用の屋内、屋外の諸
設備に広く汎用化されている。その特徴は２個の部材に
共通する中心を具えた貫通孔をそれぞれ穿孔し、下方部
材の貫通孔の内面に雌ネジを螺刻し、両部材の中心を一
致するように重ねて皿ボルト（または皿ビス）を挿入し
て、皿ボルトのボルト軸に螺刻した雄ネジと前記雌ネジ
とを螺合し、皿ボルト上部の皿状の傾斜面と貫通孔の傾
斜面とを係合させて接合するという原理であるから、皿
ボルトの頭部が部材の表面と同一面に沈んで表面から飛
び出さないという利点が認められて広く使用されてい
る。

【０００３】２個の単品を接合する手段として最も普遍
的なのはボルトナットによる締結方式であるが、この場
合には当然、部材の取付け面からナットが露出するか
ら、取付け部が常に大衆の手足など、身体が触れる可能
性の高い箇所に露呈するときは、外部に曝された突出部
分に人々の手足が衝き当るかも知れない。また、単なる
産業用の設備でなく、街頭などで多数の人々の目に触れ
る諸設備であれば、市街地の美観を損う原因ともなって
決して好ましくない。これに反して皿ボルトの場合に
は、その頂面が取付けた部材の表面と同一面に沈めた状
態となるから、皿ボルトの表面が人々の身体に当る虞れ
は全くなく、その点ではボルト・ナット方式よりも遥か
に有利である。しかも、部材の表面から突出していない
ことは美観を損う虞れも少ないことを意味し、安全性と
美観の点での有利性が高く評価され、屋外などに設置さ
れる実用品、たとえば橋梁の欄干、車道の車止め、外
灯、公園の柵、などの他、屋内でも住宅用品、たとえば
戸棚、ドア、押入などの装飾的な、または実用的な内装
に至るまで広く活用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図３に示す状態は皿ボ
ルトを取付ける場合にしばしば直面するトラブルを説明
するものである。部材１ａと部材２ａは金属製の直板と
して、この両部材を２箇所の取付け部で皿ボルト３ａ，
３ｂによって一体的に締結する場合を考えると、部材２
ａには２箇所の貫通孔２１ａ，２１ｂが穿孔されてそれ
ぞれ雌ネジが螺刻されている。部材１ａにも貫通孔１１
ａ，１１ｂが穿孔されそれぞれ傾斜面を形成している。
皿ボルト３ａ，３ｂが両部材に共通する貫通孔へ挿通さ
れ回動されると、皿ボルトのボルト軸３１ａ，３１ｂが
部材２ａの貫通孔の雌ネジと螺合し、螺合し終ると共に
皿ボルトの頭部３２ａ，３２ｂの傾斜面が部材１ａの貫
通孔の傾斜面と密着して両部材が締結され、皿ボルトの
頭部３２ａ、３２ｂの頂面は部材１の頂面と同一面に一
致する筈であるが、実際の取付け工程では必ずしもその
ように完全な取付けができるとは限らない。

【０００５】図３の右側の取付け状態はその一例を示す
ものであり、部材１ａの貫通孔の孔心間のピッチＰ₁と
部材２ａの貫通孔の孔心間のピッチＰ₂とが厳密に一致
しないときには、皿ボルトの頭部３２ｂの傾斜面は右側
が貫通孔１１ｂの傾斜面と衝き当り左側は貫通孔から離
れざるを得ない。皿ボルトの頭部の頂面は競り上がって
部材１ａの頂面１３ａから上方へ飛び出してΔＨだけ表
面から浮き上がっている。この取付け状態では皿ボルト
の利点である安全性も美観性も完全に失われるだけでな
く、屋外などの風雨に曝される場所に据えられた部材
は、取付け部に開口した隙間Ｓから雨水が侵入し、直ち
に発錆して腐食が急速に進行して接合力を失い、両部材
が離脱する危険性も孕んでいる。

【０００６】さらに取付け後の皿ボルトは一方の貫通孔
の傾斜面にだけ偏った片当りとなっているから、曲げ応
力が発生することは物理的に避けられず、締めつけトル
クを強化すれば曲げ応力も増加して本来の接合力である
引張り力が有効に働かなくなる。この状態に置かれたま
まで地震や重車両の通過に伴う振動、震動、揺動などの
外力が加わると、ときには一点に外力が集中して皿ボル
トを破損する危険さえないわけではない。

【０００７】このようなトラブルの元々の原因は、両部
材の穿孔時の寸法精度の誤差にあることは言うまでもな
いが、本来的に高度な穿孔精度を厳しく維持することが
困難なケースも多いことが問題である。たとえば図４
（Ａ）（Ｂ）は車道と歩道を区分する車止めであり、鋳
造品である球形のヘッド１ｂと遠心力鋳造によって製造
した支柱２ｂを組合わせてできている。この車止めは従
来、鋼管製であったが、鋳造品に置き換えることによっ
て鋳造品独特の梨地模様で表面を形成し、何の興趣も呼
ばなかった従来の製品に比べて格段に美観を醸成し、看
者に安らぎやゆとりなどの心理的作用を誘発するので、
市街地道路に立設される車止めなどではきわめて好評を
博している。このように都市部の美観を向上する目的で
置き換えられる部材は、エクステリアと呼ばれて近年注
目を集めているが、ほとんどが中世ヨーロッパ風の重厚
な印象を模した鋳造材などを多用することが一つの特徴
となっている。

【０００８】しかし、この製品は鋳造品であるから機械
的に量産した鋼管製よりも直径や偏心度、軸方向の反り
などの寸法精度が及ばないのは避けられない。そのため
に図３に例示したような穿孔時の孔心のずれという問題
が発生する確率がかなり高くなるのである。通常はこの
トラブルを回避するために、現地で組合わせる前にヘッ
ドと支柱とを組合わせて同時に穿孔しておくが、これで
は特定のヘッドに対して特定の支柱を組合わせる１：１
の関係に相手側が限定され、不特定多数の部材を一括し
て穿孔し、任意に選んだ部材同士を組合わせて工事を進
めるという作業上の能率性が全く失われ、作業や部材の
個別の管理は煩瑣を極め、工事費の高騰にまで発展し兼
ない厄介な課題となる。

【０００９】次の課題として屋外で使用される実用品の
場合には、気温の変動による金属の膨張・収縮が避けら
れない点が挙げられる。図３において左側の取付け部は
両部材の孔心が完全に一致して正常に締結された状態で
あるが、取付け部が外部に露呈した場所で使用されたと
き、夏期の灼熱の太陽の直射を浴びて５０℃以上に昇温
すれば、両部材が同一条件で膨張すれば問題ないとして
も、実際には両部材はそれぞれ別の部材とも接合してい
ることが多いから、第三の部材による拘束条件に差があ
れば、両部材の熱膨張長さにも差が生れて異常な内部応
力が取付け部の皿ボルトに集中する可能性も否定できな
い。皿ボルトには膨張収縮に伴う集中剪断力が常に繰り
返されるので、逃げ場のない皿ボルトは金属疲労を起こ
して破断する懸念が残る。これは屋外に露呈される部品
の宿命とも言うべきものであるが、取付け部に対する物
理的な信頼性の低下は留意すべき課題の一つである。

【００１０】また、一般に口径や全長の小さい皿ボルト
（皿ネジ）は螺合するネジ部分の接触面が少ないので、
振動などが絶えず掛かる場合にはネジ弛みの生じる可能
性も経験上否定できない。動的な外力（振動）が繰り返
して加わったときに、如何にこれを緩衝してネジの弛み
を防止し、結合部の信頼性を常に保証するという課題も
残っている。

【００１１】本発明は以上の課題を解決するために、２
以上の部材の取付けに当って両部材に穿孔した取付け用
の貫通孔の孔心に若干の誤差があっても、この誤差を吸
収して正常な接合が保証され、さらに取付け後の安全性
と美観を常に維持する皿ボルトの取付け部を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る皿ボルト用
のテーパワッシャは、部材１と部材２に同心の貫通孔を
貫通し部材２の貫通孔２１に螺刻した雌ネジと螺合する
雄ネジを螺刻したボルト軸３１と、部材１の貫通孔１１
内へ嵌入する截頭円錐形の頭部３２を具えた皿ボルト３
の取付けに使用する部材である。テーパワッシャ４の形
態は、前記頭部３２を密着して被覆する截頭円錐形の傾
斜面４１と、先端で外周側へ水平方向に屈折した鍔部４
２よりなることを特徴とする。かつ、皿ボルト取付け時
における使用方法は、該テーパワッシャ４を部材１の貫
通孔１１と皿ボルト３間に介装し、該貫通孔１１は前記
テーパワッシャ４の鍔部４２の外周径よりさらに大径で
深さが鍔部肉厚と同一の段差１２を頂面１３から凹設す
ると共に、該段差１２の下方はテーパワッシャ４の傾斜
面４１と干渉しない内周面を形成する手順を特徴とす
る。

【００１３】テーパワッシャ４が皿ボルト３の傾斜面と
部材１の貫通孔との間に介装し、テーパワッシャの鍔部
４２が部材１の頂面に凹設した段差１２内へ余裕を以て
嵌合しているから、仮に部材１と部材２のそれぞれに穿
孔された貫通孔の孔心がずれていても段差内で鍔部が摺
動してずれを吸収し、皿ボルトの頭部が部材の頂面から
競り上がったり、一方向に偏在して隙間を生じたりする
懸念がゼロとなる。また、気温の大きな変動のために部
材の熱膨張が起こっても、皿ボルトは部材１の貫通孔内
で相対的な位置を変えるだけの余裕が与えられているか
ら、無理な拘束に強いられて応力を集中させることな
く、応力の負荷する方向へ円錐ワッシャの摺動と共に傾
動してして吸収する。

【００１４】テーパワッシャ４の傾斜面４１は部材１の
貫通孔１１の内周面とは相互に干渉しないフリーの状態
で嵌挿しているから、部材１、または部材２に振動など
の外力が繰り返し掛かってもフリーに吸収する緩衝作用
を具えており、振動によるネジの弛みが生じる懸念を取
り除く。以上の諸作用の発現によって先に列挙した全て
の課題を解決し、取付け部の信頼性を高める。

【００１５】この基本構成のうち、特に有効な形態は部
材１および部材２が屋外などで組合わせて設置される装
飾的な実用品、いわゆるエクステリアであり、梨地模様
の外観を具えた鋳造品である場合である。言うまでもな
く鋳造品の寸法精度は機械仕上げによる部材よりも低く
ならざるを得ないから、穿孔位置ずれに伴うトラブルの
対象となり易く、他の製造方法による部材に適用したと
きよりも課題解決の利点が顕著に得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態を示し
た縦断正面図であり、従来技術の図３と対応するもので
ある。部材１はたとえば図４に例示したような遠心力鋳
造によって製造した円筒管であり、部材２は普通鋳造法
で製造した球形ヘッドの下部などが好適な実施の形態に
相当する。両部材にそれぞれ貫通孔１１Ａ，１１Ｂ、貫
通孔２１Ａ，２１Ｂが定距離を隔てて穿孔されている
が、図示の通り貫通孔１１Ａ，１１Ｂの孔心間のピッチ
Ｐ₁と貫通孔２１Ａ，２１Ｂの孔心間のピッチＰ₂とは一
致せず、ΔＰだけの孔心ピッチのずれが存在している。

【００１７】皿ボルトの取付けは両部材の孔心を一致す
る位置に重ね合わせ、部材１の頂面１３の貫通孔１１の
上から、まずテーパワッシャ４を孔内へ嵌め込む。テー
パワッシャ４の上端に突出する鍔部４２が貫通孔１１の
頂部外周に凹設した段差１２へ遊嵌して係止し、鍔部よ
り下方の傾斜面４１は貫通孔１１の中で宙吊りの状態と
なる。このテーパワッシャの上から重ねて皿ボルトを挿
通して回動し、下部のボルト軸３１に螺刻した雄ネジと
部材２の貫通孔２１に螺刻した雌ネジとを螺合する。

【００１８】図の左側の取付け部では、貫通孔１１Ａと
貫通孔２１Ａの孔心が一致しているから、皿ボルト３Ａ
のボルト軸３１Ａに螺刻した雄ネジは、部材２の貫通孔
２１Ａに螺刻した雌ネジと螺合したとき、テーパワッシ
ャ４Ａの軸心と貫通孔１１Ａの孔心も一致し、鍔部４２
Ａは段差１２Ａの中心に収まっている。しかし、図の右
側の取付け部では貫通孔１１Ｂと貫通孔２１Ｂの孔心に
はΔＰだけのずれがあるが、皿ボルトのボルト軸３１Ｂ
と貫通孔２１Ｂとが螺合したときに、皿ボルト３Ｂとテ
ーパワッシャ４Ｂとは心のずれた距離ΔＰだけ段差内で
摺動して吸収するので、皿ボルトの取付けが何の支障も
なく円滑に進行する。

【００１９】この図で例示するように孔心のずれをテー
パワッシャの鍔部の外径と段差の内径との差の範囲内の
摺動によって吸収するので、多少の穿孔加工誤差があっ
ても皿ボルトの取付け作業の障害となることはない。か
つ、皿ボルト３が部材１の貫通孔の中で何れか片方に偏
ったとしても、その背後全面にテーパワッシャが密着し
て均等に支え、皿ボルトに負荷する剪断力はテーパワッ
シャの傾斜面全面で受圧して段差１２を介して部材１へ
掛かる水平、垂直の分力に変換するので、従来のような
片当りによる応力の集中が回避され、仮に地震、衝撃に
よる震動、振動、揺動などの外力を受けても、負担を均
等に分散して大事に至ることはない。

【００２０】さらに段差面には必ず鍔部４２が係止して
部材１の貫通孔１１の開口を塞いでいるから、激しい雨
雪に遭遇しても水滴が貫通孔内へ侵入することが防止さ
れ、腐食が急速に進行する虞れが全くなくなる。また、
段差１２の内周面と鍔部４２の外周面との間には設定さ
れた通りの余裕が取付け後もドーナツ形の凹部として残
されているから、灼熱の太陽に直射されて不規則な部材
の熱膨張が起こっても、その膨張方向に追随して皿ボル
トの姿勢を傾動し、応力の発生を阻止することもでき
る。また、振動が繰り返されてもフリーに遊嵌する傾斜
面４１が緩衝してネジの弛みを防止する。

【００２１】

【実施例】皿ボルトは現行のＪＩＳに規定された標準品
をそのまま流用すればよい。皿ボルトの頭部の傾斜面に
密着するテーパワッシャの寸法も自ずから決定される
が、一例を示すと、図２はネジの呼びがＭ１０に該当す
る皿ボルトと、本発明のテーパワッシャを組合わせた略
図であり、ここで皿ボルトの寸法（ｍｍ）はピッチ：
１．５、ａ：３，ｄ_k：１８．３，ｋ：５．ｌ，θ：９
０°，ｌ：たとえば３０のＨ形十字孔である。テーパワ
ッシャは肉厚２ｍｍのステンレス鋼の薄板を、板金プレ
スで所定の傾斜面（皿ボルトと同角度）となるように押
圧成形して打ち抜いたものであり、鍔部の幅は５ｍｍと
して平均２ｍｍの環状の隙間を以て遊嵌するように段差
の外径寸法を逆算している。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上に述べた通り、従来から皿
ボルトを使用して部材同士を取付けている箇所におい
て、部材の製作上、多少の孔心のずれが避けられないと
きでもその誤差を吸収して支障なく取付け作業を行な
い、穿孔加工時の煩瑣な管理を不要とする他、取付け作
業の能率向上にも貢献する効果が著しい。さらに取付け
た後、屋外の施設として風雪、豪雨に曝されても、取付
け部からの水滴の侵入を完璧に阻止して腐食の急速な進
行を許さず、長期に亘って部材の組み立てを堅固に維持
する効果がある。また、厳しい日照に曝されて部材間の
熱膨張量の均衡が破れ、内部応力が両部材を締結してい
る取付け部に集中することがあっても、遊嵌状態を利し
て応力を消滅する方向に摺動するので、繰り返し応力に
よる金属疲労や破断の危険性を解消する効果もある。さ
らに構造的な偏荷重が負荷しても、皿ボルトの傾斜面を
全面で披着するテーパワッシャを介して外力はすべて部
材１の段差面へ変換されるから、剪断力は均等に分散し
て皿ボルトを直接損う虞れがなくなる。また、フリー状
態で遊嵌する傾斜面が衝撃、振動を吸収する緩衝作用が
現われるから、短いネジであっても弛むことがなく、信
頼性の高い取付け部を形成する効果がある。

【００２３】請求項３については、近年の都市景観の向
上を目指した種々のエクステリア企画に最もフィットす
る実施形態を提供する点で意義が深く、従来技術では折
角製造した美観要素を具えた部材ではあるが、その組み
立てに難渋していた負の特徴を払拭して簡単で能率的な
取付け工事に置換したから、都市毎に競い合う市街地の
美観醸成が一層容易となり、直接、視覚に訴える心理的
効果が大きい都市構造の再構築を、より円滑に、より経
済的に進行できる性格に変える効果が顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す縦断正面図である。

【図２】本発明の実施例の縦断正面図である。

【図３】従来技術の課題を示す縦断正面図である。

【図４】本発明、従来技術で対象とする物品の一例を示
す縦断正面図（Ａ）とそのＸ−Ｘ断面図（Ｂ）である。

【符号の説明】 １ 部材 ２ 部材 ３ 皿ボルト ４ テーパワッシャ 11 貫通孔 12 段差 13 頂面 21 貫通孔 31 ボルト軸 32 頭部 41 傾斜面 42 鍔部 Ｐ 孔心間のピッチ Ｓ 隙間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】部材１と部材２に同心の貫通孔を貫通し部
   材２の貫通孔２１に螺刻した雌ネジと螺合する雄ネジを
   螺刻したボルト軸３１と、部材１の貫通孔１１内へ嵌入
   する截頭円錐形の頭部３２を具えた皿ボルトの取付け用
   の部材であって、皿ボルト３の頭部３２を密着して被覆
   する截頭円錐形の傾斜面４１と、先端で外周側へ水平方
   向に屈折した鍔部４２よりなることを特徴とする皿ボル
   ト用テーパワッシャ。
2. 【請求項２】 部材１と部材２に同心の貫通孔を貫通し
   部材２の貫通孔２１に螺刻した雌ネジと螺合する雄ネジ
   を螺刻したボルト軸３１と、部材１の貫通孔１１内へ嵌
   入する截頭円錐形の頭部３２を具えた皿ボルト３の取付
   けにおいて、皿ボルト３の頭部３２を密着して被覆する
   截頭円錐形の傾斜面４１と、先端で外周側へ水平方向に
   屈折した鍔部４２よりなるテーパワッシャ４を部材１の
   貫通孔１１と皿ボルト３間へ介装し、該貫通孔１１は前
   記テーパワッシャ４の鍔部４２の外周径よりさらに大径
   で深さが鍔部肉厚とほぼ同一の浅い段差１２を頂面１３
   から凹設すると共に、該段差１２の下方はテーパワッシ
   ャ４の傾斜面４１と干渉しない内周面よりなることを特
   徴とする皿ボルト用テーパワッシャの使用方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、部材１および部材２
   は屋外などで組合わせて設置される装飾的な実用品であ
   り、梨地模様の外観を具えた鋳造品であることを特徴と
   する皿ボルト用テーパワッシャ。