JPH09280234A - 緊締具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 形状記憶合金を材料とするつる巻きばねを用
いて、ねじ結合の弛緩の抑止を可能にする緊締具を提供
する。 【構成】 形状記憶合金を材料とするつる巻きばねを主
部材として、これを二つの被締結部材の間、あるいは一
方の被締結部材とねじ部材、たとえばナットの一端面ま
たはボルト頭下面など、との間に挿入し、該材料の低温
域でねじ部材の螺合の進行と共に該ばねに傾斜変形を加
えて後、該材料の形状回復高温域にまで加熱して形状復
元力を発生し、それによりねじ結合を緊締し、その弛緩
を抑止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はねじ結合の緊締具に関
し、詳しくは、ねじ結合の際加熱されると自動的にこの
結合を緊締し、弛緩を抑止する機能を有する緊締具に関
するものであって、広く一般の産業用機器、生活必需品
および車両、航空機などの運輸手段をその利用対象とす
るが、特に熱機関、加熱調理器具など熱を利用する機器
がその好適な利用分野である。

【０００２】

【従来の技術】従来、ねじ結合の弛緩を防止する方法と
しては、ねじ山の接触圧力を殊更大きくし、あるいは維
持するようにゴム座金やばね座金を併用することによ
り、ねじ面の回転抵抗の増大を図っているが、十分な信
頼性を得るには至っていない。他の積極的な方法として
は、ナットに止めを施す方法、締め付ける対象物にナッ
トを留める方法などの機械的方法、さらにねじ面に接着
剤を塗布する化学的方法が使用されるが、いずれも能率
に劣りコスト増となる難点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ねじ結合の信頼性を高
めようとすると、一般に構造が複雑になるという問題が
あるばかりでなく、一旦螺合したねじ結合が振動や衝撃
などの動的原因で、あるいは座面部やねじ部材の塑性変
形の進行、被締結部材とねじ部材間の接触面の凹凸平坦
化の進行などの静的原因で、いつの間にか緩んでくると
いう事態がしばしば起こって事故につながる場合があ
り、未だにねじ結合に関して信頼性が得られていないと
いう古くて新しい問題がある。

【０００４】この発明はこのような課題に着目し、容易
な手段で弛緩を抑止できるねじ結合を実現する新規な緊
締具を提供することにより、従来からの懸案であったね
じ結合の信頼性を確立することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は、以下
に示す緊締具を提供することにより達成される。すなわ
ち、形状記憶合金を材料とするつる巻ばねからなり、そ
の中心線の方向に弾発力を有し、該材料の低温域のマル
テンサイト相の状態において、該中心線に交叉する方向
に荷重を加えることにより、該中心線に沿って該つる巻
ばねを傾斜変形せしめ、然る後に該材料を加熱して高温
域の母相に回復せしめることにより、前記傾斜変形以前
の形状を復元する機能を有することを特徴とする緊締具
である。

【０００６】前記したつる巻ばねの中心線に線材状もし
くは棒材状の芯部材を配した構成であることを特徴とす
る第二の緊締具を提供する。

【０００７】前記したつる巻ばねを保持するように、収
納部材を配した構成であることを特徴とする第三の緊締
具を提供する。

【０００８】また、前記段落０００５記載のつる巻ばね
の両端を結合して、環状に形成した第四の緊締具を提供
する。

【０００９】また、前記段落０００６記載のつる巻ばね
及び芯部材それぞれに両端を結合して、環状に形成した
第五の緊締具を提供する。

【００１０】さらにまた、前記段落０００７記載のつる
巻ばね及び収納部材それぞれに両端を結合して、環状に
形成した第六の緊締具を提供する。

【００１１】

【作用】前述の構成からなる緊締具を、二つの被締結部
材の間、あるいは一方の被締結部材とねじ部材、たとえ
ばナットの一端面またはボルト頭下面など、との間に挿
入し、該形状記憶合金のマルテンサイト相の状態にある
低温域においてねじの螺合が進行すると、つる巻ばねは
その挟持部材間の狭まりによりその中心線に交叉する方
向に押圧されて、該中心線に沿って該つる巻ばねが傾斜
変形し、その状態でねじ結合される。然る後に前記材料
の母相の状態に回復する高温域にまで加熱すると、つる
巻ばねは変形前の形状に復元しようとする。この作用が
つる巻きばねを挟持する二つの被締結部材間あるいは、
一方の被締結部材とねじ部材との間を離隔しようとする
が、同ばねは挟持により拘束されているため、応力を発
生し、これが被締結部材を締結しているねじ部材のねじ
山に接触圧力として作用するに至る。この圧力がねじ部
材の弛緩を抑止し、締め付け力を維持する。

【００１２】一般に、ねじ山の接触圧力により固着され
たねじ結合は、使用状態の経過と共に振動や衝撃などの
外力により、ねじ部、座面部の相対的変位がしばしば起
こる。また、座面部やねじ部材の塑性変形の進行、また
は、被締結部材とねじ部材との接触面の凹凸の平坦化の
進行など、静的状態変化の進行によるねじ部、座面部の
圧縮力の低下がしばしば起こる。従来技術では、こうし
たねじ部、座面部の相対的変位や圧縮力の低下を補償す
る手段はなく、したがってねじの締め付け力を維持でき
なくなり、やがてねじの弛緩を生起するに至る。

【００１３】本発明に係る緊締具では、前述の原因によ
るねじ結合の弛緩を生じようとすると、それに付随して
二つの被締結部材の間、あるいは一方の被締結部材とね
じ部材との間で遊隙を生じようとするが、緊締具の形状
復元によりこれを消去補償するようにはたらくので、不
断に緊締作用が持続され、ねじ結合の弛緩を抑止する。

【００１４】また、緊締具を構成するつる巻きばねは、
締め付けねじの進みと反対の向きに傾斜変形して装着さ
れる。したがって、ねじ山に付与される復元力は、ねじ
部材の軸方向の力（分力Ａという）と、前記つる巻きば
ねの中心線に沿って締め付けねじの進み方向の力（分力
Ｂという）の合成力として作用する。ゆえに、分力Ａは
常時接触圧力としてねじ山に作用して摩擦抵抗を維持
し、分力Ｂはねじの緩みの向きと正反対の向きに作用し
て緩み移動の抑止力として常時維持される。

【００１５】この緊締具は、その用途により実用に供す
る方法が二通りに分かれる。その一は使用雰囲気温度が
前記高温域にある場合で、低温域で傾斜変形したつる巻
ばねを装着したまゝ実用に供する。その結果、使用雰囲
気温度により自然加熱され、自動的に形状回復の作用が
起こる。これに使用される材料が一方向形状記憶処理を
施したものであれば、この段階で以後使用不使用に係ら
ず緊締状態を維持する。該材料が二方向形状記憶処理を
施したもので、不使用時の雰囲気温度が前記低温域にな
る場合は、マルテンサイト相に変態し、つる巻ばねは使
用前の傾斜変形の状態に戻ることにより緊締が解除され
る。したがって、この段階でねじ結合を分解することも
可能である。その二は使用雰囲気温度が前記高温域に至
らない場合で、一方向形状記憶処理を施した材料を用
い、低温域で傾斜変形したつる巻ばねを装着したまゝの
状態で加熱炉に入れるなどして、強制的に加熱すること
により形状復元の作用を生ぜしめ、この段階で緊締状態
となった部品や装置を実用に供するのである。以後この
緊締状態が使用不使用に係らず維持される。

【００１６】

【実施例】次に図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。図１ａは本発明の第一の実施例に係る線形緊
締具１であって、これの組み付け使用前の形態が図１ｂ
にに示す線形つる巻きばね１’である。すなわち、成形
された該線形つる巻きばね１’が組み付け螺合の進行に
伴って傾斜変形され、これが形状復元の作用が起こる雰
囲気温度にさらされて自然加熱されるか、あるいは、加
熱炉などで強制加熱されて形状復元の作用が生じ、線形
緊締具１が作られる。同じく、図２ｂに示す成形された
環状つる巻きばね２’が組み付け段階で傾斜変形され、
これが前述のように自然加熱または強制加熱されて図２
ａに示す環状緊締具２が作られる。

【００１７】緊締具の組み付けを安定化するために、補
助部材をつる巻きばねと組み合わせ使用することができ
る。その一は、つる巻きばね２とその中心線に沿って配
した芯部材２ａとからなる構成であって、一実施例とし
て図３に芯付環状緊締具３を示すが、線形緊締具も同じ
く実施可能である。その二は、つる巻きばね２とこれを
保持し、収納するように配した保持具２ｂとからなる構
成であって、一実施例として図４ａと図４ｂに保持型環
状緊締具４を示すが、保持具は図例とは異なる形態でも
よく、また、線形緊締具も同じく実施可能である。芯部
材２ａと保持具２ｂとをはじめとして補助部材は、十分
な剛性と前記つる巻きばねの加熱高温域における耐熱性
とを兼ね備える鋼材その他任意の材料からなる。

【００１８】図５に示すのはフライパン１０であって、
第二の緊締具２を加熱調理器具に応用した例である。フ
ライパン本体１１の取付部１２に把手１３が丸小ねじ１
４により取り付けられ、該丸小ねじは緩み止めに第二の
緊締具２を把手との間に介在せしめている。把手が本体
取り付け部に組み付けられるとき、用意された環状つる
巻きばね２’が丸小ねじの螺合の進行と共に傾斜変形さ
れて使用に供される。なお、緊締具は第三の緊締具３ま
たは第四の緊締具４の採用も当然可能である。調理に際
して食用油を満たした鉄製のフライパン本体１１をガス
コンロにかけて加熱すると、数分で該本体１１内の油温
は２００℃前後に達し、金属製の取付部１２と把手１３
とはフライパン本体１１からの伝熱などによって昇温
し、６０〜１００℃程度に達する。緊締具２はＣｕ−Ｚ
ｎ−Ａｌ系の形状記憶合金からなり、同合金の変態温度
設定可能範囲は−１００〜＋１００℃と広範囲なので常
温以上で前記取付部と把手の到達温度以下の例えば５０
℃に変態温度を設定することにより、フライパン１０を
使用に供すると前記取付部と把手からの伝熱で緊締具２
は自然加熱されて形状復元しようとする。しかし、把手
１３と丸小ねじの頭との間に拘束されているため、形状
変化の生じない緊締具２はこれに応じて応力が発生し、
ねじ結合の弛緩抑止のための復元力として機能する。

【００１９】図６に示すのは内燃機関のシリンダーヘッ
ド組立体２０の端部であって、第二の緊締具２を熱機閏
に応用した例である。シリンダーヘッド２１がボルト２
４によりガスケット２２を介してシリンダーブロック２
３に取り付けられ、該ボルトは緩み止めに第二の緊締具
２をシリンダーブロックとの間に介在せしめている。シ
リンダーヘッドがシリンダーブロックに取り付けられる
とき、用意された環状つる巻きばね２’がボルトの螺合
の進行と共に傾斜変形されて使用に供される。なお、緊
締具は第三の緊締具３または第四の緊締具４の採用も当
然可能である。内燃機関が始動し運転状態になると、シ
リンダーヘッド下面は７０〜１００℃程度に加熱され、
これに伴い同様にボルト２４も熱せられる。緊締具２は
Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系の形状記憶合金からなり、同合金は
−１００〜＋１００゜Ｃの広範囲にわたり変態温度の設
定が可能なので、常温以上で前記シリンダーヘッド下面
の加熱温度以下の例えば６０℃に変態温度を設定するこ
とにより、内燃機関が始動して運転状態にはいると緊締
具２は自然加熱されて形状復元しようとする。しかし、
シリンダーヘッド２１とボルト２４の頭部との間に拘束
されているため、形状変化の生じない緊締具２はこれに
応じて応力が発生し、ねじ結合の弛緩抑止のための復元
力として機能する。

【００２０】図７ａと図７ｂに示すのは、電気装置の配
線に使用される端子装置３０であって、第三の緊締具す
なわち保持型緊締具の応用例である。図示の線形つる巻
きばね１と保持具３４との組み合わせにより保持型線形
緊締具６が形成される。被緊締部材の特性や形状寸法に
応じ、図４ａ、図４ｂに示される保持型環状緊締具４と
対比して、線形、環状のいずれかの型を選択する。本図
の実施例は、基板３２、その上表面に固定される端子板
３１、案内具３３、および蓋材３７の構成において配線
作業のとき、端子板３１の各々に被覆電線３６が丸小ね
じ３５により固定され、次いで二列に配された前記丸小
ねじの列の上に、２本の前記保持型線形緊締具６がそれ
ぞれ載置され、次いで蓋材３７が案内具３３に位置案内
されて装置上面を覆い、丸小ねじ３８により案内具３３
にねじ結合される。前記緊締具は、丸小ねじ３８の螺合
の進行と共に傾斜変形される。引ぎ続いて、組み立てら
れた端子装置３０を強制加熱する。つる巻きばね１はＣ
ｕ−Ｚｎ−Ａｌ系の形状記憶合金からなり、同合金は−
１００〜＋１００℃の広範囲にわたり変態温度の設定が
可能なので、常温以上で同温度範囲内の任意温度、例え
ば４０℃に変態温度を設定しておき、組み立て後の端子
装置３０を例えば加熱炉に容れるなど同温度以上の雰囲
気にさらすことにより、保持型線形緊締具６は強制加熱
されて形状復元しようとする。しかし、端子板３１と蓋
材３７との間に拘束されているため、形状変化の生じな
い緊締具６はこれに応じて応力が発生し、ねじ結合の弛
緩抑止のための復元力として機能する。

【００２１】図８に示すのは流体圧シリンダー組立体４
０であって、第二の緊締具２を変形使用した応用例であ
る。シリンダー４１の後端に位置するヘッドカバー４２
は、４本のタイロッド４３と、それらの端部に設けられ
た雄ねじ４４に結合する４個のナット４５によってシリ
ンダー４１に強固に固着される。前記変形緊締具は楕円
状緊締具５であって、相隣る２本のねじを内部に囲んで
同時に緊締するものである。同緊締具はナット４５の螺
合の進行と共に傾斜変形される。引き続いで、組み立て
られたねじ結合部分を強制加熱する。緊締具６はＣｕ−
Ｚｎ−Ａｌ系の形状記憶合金からなり、同合金は−１０
０〜＋１００℃の広範囲にわたり変態温度の設定が可能
なので、常温以上で同温度範囲内の任意温度、例えば４
０℃に変態温度を設定しておき、前記ねじ結合部分を加
熱炉に容れるなどして同温度以上の雰囲気にさらすこと
により、楕円状緊締具５は強制加熱されて形状復元しよ
うとする。しかし、ヘッドカバー４２とナット４５との
間に拘束されているため、形状変化の生じない緊締具５
はこれに応じて応力が発生し、ねじ結合の弛緩抑止のた
めの復元力として機能する。

【００２２】実施例は以上のとおりであるが、本発明は
上記実施例の構成に限定されず、その要旨を逸脱しない
範囲で設計の変更が可能であることはいうまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、形状記憶合金を材料とするつる巻きばねを主
部材とし、これを二つの被締結部材の間、あるいは一方
の被締結部材とねじ部材との間に挿入して、常温の下で
ねじ結合に伴って傾斜変形し、その後高温域にまで加熱
し使用される。したがって、ねじ山への接触圧力とねじ
締めの向きの力との両方が常時はたらくので、振動や衝
撃などの外力に因る自然緩みを積極的に抑止する効果が
ある。しかもこの効果は簡易な部材で実現することがで
き、またその主部材は線材の簡易な加工のみで使用に供
せられ、コスト的にも有利である。

【００２４】特に、使用雰囲気温度が当該形状記憶合金
の変態高温域にあれば、自動的にねじ結合の緊締がなさ
れる特性を有し、さらに同合金は広範囲な変態温度設定
可能範囲を持つことから、当該緊締具の使用環境を勘案
して自在に変態高温域を設定し、緊締を自動化し得ると
いうきわめて便益性の高い作業を実現できる。

【００２５】さらに、結合の永久的、非永久的の別に従
って、当該形状記憶合金を一方向形または二方向形の何
れかに形状記憶処理して使用に供し得るので、前記段落
の広範囲な変態温度設定可能範囲と合わせて本発明の緊
締具は仕様の多様化が実現でき、その有用性はきわめて
高い。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】本発明の第一の緊締具を示す説明図である。

【図１ｂ】図１ａに示す第一の緊締具の使用前の形態を
示す説明図である。

【図２ａ】本発明の第二の緊締具を説明する平面図であ
る。

【図２ｂ】図２ａに示す第二の緊締具の使用前の形態を
説明する平面図である。

【図３】本発明の第三の締結具を説明する平面図であ
る。

【図４ａ】本発明の第四の緊締具を説明する平面図であ
る。

【図４ｂ】図４ａに示す第四の緊締具の構造を説明する
Ｘ−Ｘ断面図である。

【図５】本発明の第二の緊締具による第一の応用例の結
合構造を説明する断面図である。

【図６】本発明の第二の緊締具による第二の応用例の結
合構造を説明する断面図である。

【図７ａ】本発明の第一の緊締具による第三の応用例の
結合構造を説明する分解斜視図である。

【図７ｂ】図７ａに示す第一の緊締具による第三の応用
例の結合構造を説明する断面図である。

【図８】本発明の第五の緊締具による第四の応用例の結
合構造を説明する分解斜視図である。

【符号の説明】 １：線形緊締具 １’ ：使用前（組付前）の線形緊締具 ２：環状緊締具 ２’：使用前（組付前）の環状緊締具 ２ａ：環状緊締具の芯部材 ２ｂ：環状緊締具の保持具 ３：芯付環状緊締具 ４：保持型環状緊締具 ５：楕円状緊締具 ６：保持型線形緊締具 １０：フライパン ２０：シリンダーヘッド組立体 ３０：端子装置 ４０：流体圧シリンダー組立体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 形状記憶合金を材料とするつる巻ばねか
   らなり、その中心線の方向に弾発力を有し、該材料の低
   温域のマルテンサイト相の状態において、該中心線に交
   叉する方向に荷重を加えることにより、該中心線に沿っ
   て該つる巻ばねを傾斜変形せしめ、然る後に該材料を加
   熱して高温域の母相に回復せしめることにより、前記傾
   斜変形以前の形状を復元する機能を有することを特徴と
   する緊締具。
2. 【請求項２】 請求項１記載のつる巻ばねの中心線に、
   線材もしくは棒材を芯部材として配した構成であること
   を特徴とする緊締具。
3. 【請求項３】 請求項１記載のつる巻ばねを支承するよ
   うに、収納部材を配した構成であることを特徴とする緊
   締具。
4. 【請求項４】 請求項１記載のつる巻ばねの両端を結合
   して、環状に形成したことを特徴とする緊締具。
5. 【請求項５】 請求項２記載のつる巻ばねの両端を結合
   し、かつ芯部材の両端を同時に結合して、環状に形成し
   たことを特徴とする緊締具。
6. 【請求項６】 請求項３記載のつる巻ばねの両端を結合
   し、かつ収納部材の両端を同時に結合して、環状に形成
   したことを特徴とする緊締具。