JPH11325033A - ボルト・ナットの緩め操作防止治具及びこれを用いるボルト・ナットの締結構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 締め上げた後には溶断等による解体をしない
限り緩めたり取り外したりできないボルト・ナットの締
結構造を提供する。 【解決手段】 ボルト４に接合フランジ３ａ，３ｂ等の
部材を締め付け固定するための締結ナット６ａ及びこれ
を拘束するロックナット６ｂを螺合し、このロックナッ
ト６ｂを拘束する治具本体１を更にボルト４に螺合し、
この治具本体１には螺合時の締め付けトルクが所定値に
なったときに剪断破壊する破壊代１ｅを介して工具掛か
り用のヘッド１ａを連接するとともに、治具本体１の外
周には回転自在であってナット６ａ，６ｂも含めて内包
できるスリーブ２を外挿し、締結後には工具をスリーブ
２に掛けて回しても空回りさせることでナット６ａ，６
ｂを緩める操作を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボルトとナットの
締結に係り、特にボルトとともに締め上げた後には溶断
等による解体をしない限り緩めたり取り外したりできな
いようにした緩め操作防止治具及びこれを用いるボルト
・ナットの締結構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボルトとナットは、各種の機械構造体の
部材を連結するのに多用され、たとえば各種の配管の接
続や鉄塔などの構築用のフランジどうしの連結は殆どボ
ルト・ナットが利用されている。

【０００３】ボルトとナットとによるフランジ等の部材
の締結は、ボルトの雄ネジとナットの雌ネジのネジ山に
よる軸線方向の摩擦拘束を利用するというものがその基
本である。そして、ボルトのヘッドとナットが部材の表
面を狭圧することではじめてこの部材を強固に固定する
ことができる。したがって、ボルトに対してナットが少
しでも緩んでしまうと、締め付け力は格段に低下してし
まい、部材どうしの間にガタが発生してしまう。

【０００４】このようなナットの緩みを防止するため、
この部材を狭圧している固定用のナットに加えてもう１
個のナットをボルトに螺合して固定用のナットを拘束す
る組立ても従来から採用されている。これはロックナッ
トといわれるもので、固定用のナットを緩める方向に回
そうとしても、ロックナットが締め付け方向に拘束して
いるので、固定用のナットを緩めることはできない。し
たがって、振動が発生しやすい部材や締結の緩みが許さ
れない構造体への施工では、このようなロックナットを
使用することはきわめて有効とされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ロックナッ
トを掛けていても、このロックナットを工具を使って緩
めてしまうと、固定用のロックナットへの拘束力がなく
なる。したがって、固定用のナットはロックナットを外
してから回転させることで、簡単にボルトから抜くこと
ができる。このようにロックナットを用いる場合でも、
工具を使用して固定用のナットを緩める操作ができ、部
材の分解もこれによって可能である。

【０００６】一方、各種の構造体において、ボルトとナ
ットの締結の管理や点検ができる場合では、ロックナッ
トがきっちりと締め付けられているかどうかを確認すれ
ば、構造体の保全が維持される。ところが、管理や点検
が頻繁にできないような現場に施工される構造体につい
ては、放置されたままとなることが多い。このため、管
理者による管理巡回が少ない屋外施設用等の各種構造体
では、地震やその他の外的な負荷によってロックナット
が緩んだり、人為的な操作によって無用に緩められたり
することがある。

【０００７】このように、ロックナットを用いるもので
は、これが固定用のナットに対して締め付け力を維持し
ていれば、構造体の保全が可能であるが、ロックナット
がたとえば人為的に緩められてしまうと、用をなさなく
なる。すなわち、ロックナットは工具掛かりを持つの
で、締め上げだけでなく緩めの操作もでき、人為的に緩
められて構造体の損壊等を招くという恐れがある。

【０００８】本発明において解決すべき課題は、締め上
げた後には溶断等による解体をしない限り緩めたり取り
外したりできない緩め操作防止治具及びボルト・ナット
の締結構造を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ボルトに螺合
したナットの緩め操作を防止する治具であって、回転軸
線方向の一端側に前記ボルトに螺合する雌ネジを備える
とともに他端側には工具掛かり用のヘッドを設けた治具
本体と、この治具本体の外周に回転自在に外挿された回
転子とを備え、前記ヘッドを、このヘッドに加わる締め
付けトルクによって剪断破壊する破壊代を介して連接し
てなることを特徴とする。

【００１０】このような構成において、前記回転子は前
記治具本体に外挿された円筒状のスリーブであって、前
記治具本体には、前記スリーブの前記破壊代側への抜け
を規制するための突起またはフランジを備えたものとす
ることができる。この場合、前記スリーブは、前記治具
本体を含み且つこの治具本体から前記ナットを内包可能
な突き出し長さを持つ構成とすることができ、ナットを
内包する部分はこのナットを差し込める程度の内径のも
のとすればよい。

【００１１】また、前記破壊代は、前記ヘッドを含む前
記治具本体の外径よりも小さく且つ前記ヘッド側が大径
で前記雌ネジ方向へ向けて先細りするテーパ形状とする
ことができる。

【００１２】以上の緩め操作防止治具を用いる本発明の
ボルト・ナットの締結構造は、前記ナットを螺合した前
記ボルトに対し、前記治具本体と前記ナットのそれぞれ
の突き合わせ端面どうしを狭圧または前記治具本体の雌
ネジの内部端面と前記ボルトの先端面どうしを狭圧する
まで前記治具本体を螺合し、前記破壊代を剪断破壊によ
って前記ヘッドとともに切除してなることを特徴とす
る。

【００１３】この締結構造において、前記ボルトに螺合
するナットは、締結する部材に締め付け力を負荷する締
結ナットと、この締結ナットを拘束するロックナットの
組み合わせであって、前記ロックナットを前記治具本体
によって拘束したものとすることができる。

【００１４】また、前記スリーブが、前記ナットの単体
または前記締結ナット及びロックナットの全体を内包す
る構成としてもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明のボルト・ナットの
締結構造に使用する緩め操作防止治具の詳細であって、
同図の（ａ）は切欠正面図、同図の（ｂ）は平面図であ
る。

【００１６】図において、緩め操作治具は治具本体１と
これに回転自在に回転子として外挿されたスリーブ２と
を部材としたものである。

【００１７】治具本体１は、従来のボルトやナットと同
様に機械構造鋼や高張力鋼等を用いたもので、上端には
工具掛かり用の六角形のヘッド１ａを備え、このヘッド
１ａと同軸上に下端を開放したほぼ円柱状のスピンドル
１ｂを形成している。スピンドル１ｂの内部にはボルト
を螺合するための雌ネジ１ｃを形成するとともに、上端
には外径を少し大きくしたフランジ１ｄを設けている。
そして、ヘッド１ａとフランジ１ｄとの間には、ヘッド
１ａに工具を掛けたときに所定の負荷トルクとなったと
きに剪断破壊するようにした破壊代１ｅを設ける。な
お、フランジ１ｄに代えて、このフランジ１ｄと同じ程
度の突き出し長さを持つ複数の突起を形成したものとし
てもよい。

【００１８】破壊代１ｅはヘッド１ａの六角形の内接円
及びスピンドル１ｂの外径のほぼ半分程度の外径を持
ち、同図の（ａ）に示すようにヘッド１ａ側の断面が大
きくてスピンドル１ｂ側に向けて先細りとしたテーパを
持たせたものである。

【００１９】ここで、雌ネジ１ｃの呼び径をたとえば３
０ｍｍとしたとき、ボルトとの締め付けトルクは５０ｋ
ｇｍ以上であって７０〜１００ｋｇｍの範囲とすること
が好ましい。そして、締め付けトルクはボルトの径によ
って変わるが、必要な締め付けトルクの約半分程度のト
ルクで剪断破壊するものとすればよい。

【００２０】なお、治具本体１をボルトに締結するとき
に所定の締め付けトルクまで締め上げるためには、破壊
代１ｅの最大剪断破壊トルクは先に述べたように７０〜
１００ｋｇｍとなるように設定する。このような最大剪
断破壊トルクの設定は、治具本体１の材質と破壊代１ｅ
自身の断面形状とその大きさに概ね依存するが、図示の
ようにフランジ１ｄ側に先細りのテーパを持たせること
で、同図の（ａ）において破壊代１ｅとフランジ１ｄと
の境界部分に応力を集中させることができる。したがっ
て、破壊代１ｅのテーパ形状を様々に変えたものを準備
して予め剪断破壊試験を行えば、所定の最大剪断破壊ト
ルクのものが簡単に得られる。

【００２１】本実施の形態において回転子を構成するス
リーブ２は、適切な硬度を持つ鋼材またはパイプ材を利
用したもので、スピンドル１ｂの周りに外挿したときに
速やかに回転できる程度の内径を持つ。そして、スリー
ブ２は、同図の（ａ）に示すように上端をフランジ１ｄ
に突き当てたとき、下端はスピンドル１ｂよりも下に突
き出ないような軸線長さとする。また、フランジ１ｄに
よって拘束されるので、ヘッド１ａ側にスリーブ２が抜
き取られることはなく、先に述べたようにフランジ１ｄ
に代えて突起を設ける場合でも同様である。

【００２２】図２は構造体の２枚の接合フランジ３ａ，
３ｂを治具本体１とボルト４とによって連結したときの
一部切欠図である。

【００２３】接合フランジ３ａ，３ｂのボルト孔３ａ−
１，３ｂ−１に下からボルト４が差し込まれてそのヘッ
ド４ａを接合フランジ３ａの下面に突き当て、接合フラ
ンジ３ｂの上面には座金５を置いて締結ナット６ａ及び
ロックナット６ｂを雄ネジ４ｂに螺合している。締結ナ
ット６ａ及びロックナット６ｂは、従来技術の項で説明
したものと同様に、ヘッド４ａと締結ナット６ａにより
接合フランジ３ａ，３ｂが狭圧されて連結され、ロック
ナット６ｂによって締結ナット６ａが拘束されている。

【００２４】ボルト４の雄ネジ４ｂの先端には治具本体
１の雌ネジ１ｃを螺合し、図示のようにスピンドル１ｂ
の下端がロックナット６ｂの上面に当たるまで締め付け
る。または、スピンドル１ｂの軸線長さが短い場合に
は、雌ネジ孔１ｃの上端の内壁に雄ネジ４ｂの先端面が
当たるまで締め付ける。この締め付け操作は、スパナや
パイプレンチ等の工具をヘッド１ａに掛けることで容易
に行える。

【００２５】ここで、治具本体１を締め付けていくと
き、スピンドル１ｂの下端がロックナット６ｂの上面に
突き当たった後には締付けトルクが作用していき、治具
本体１にもその反作用力が及ぶ。そして、工具はヘッド
１ａに掛けられているので、このヘッド１ａ及びスピン
ドル１ｂよりも外径が格段に小さい破壊代１ｅに締め付
けトルクが集中する。特に、破壊代１ｅとスプリング１
ｂとの境界部分の細い部分に応力が集中し、この部分の
最大剪断応力を越える締付けトルクとなると、この破壊
代１ｅが剪断破壊される。

【００２６】以上により、治具本体１からは図３に示す
ようにヘッド１ａが破壊代ｅの一部とともに切り離され
る。なお、破壊代ｅの剪断破壊が起きる締付けトルクの
大きさは、ボルト４に対して治具本体１を強固に螺合し
たときのトルクに等しくすることは当然であり、このよ
うな操作は既に述べたように破壊代１ｅの外径や応力の
集中を検討することによって可能である。

【００２７】図３において、治具本体１をボルト４に締
め付けた後には、治具本体１によってロックナット６ｂ
が拘束され、これによって締結ナット６ａの緩みの発生
を完全になくすことができる。そして、ロックナット６
ｂに工具を掛けて緩める向きに回しても、治具本体１に
よって拘束されているので、人為的に緩ませることはで
きない。そして、治具本体１については、パイプレンチ
等の工具をスリーブ２の外周面に掛けても、このスリー
ブ２はスピンドル１ｂの周りで回転するだけであり、工
具は治具本体１に対しては空回りする。したがって、治
具本体１は工具を用いたとしても人為的な操作によって
緩める方向に回すことはできず、これによりロックナッ
ト６ｂの緩みも規制される。

【００２８】このように、治具本体１をボルト４に螺合
して締め付けるとき、必要な締め付けトルクとなった時
点での破壊代ｅの剪断破壊を利用することで、工具掛か
りとなっていたヘッド１ａを切り離すことができる。し
たがって、どのような工具を用いたとしても、スリーブ
２は治具本体１に対して空回りするだけなので、治具本
体１を無用に緩める方向に回す操作はできず、管理巡回
が少ない現場の構造体についても、その保全が図られ
る。

【００２９】なお、スリーブ２と治具本体１との間は褶
動抵抗が小さいほうが好ましく、摩擦が大きくなって治
具本体１が回転させられてしまうと、ロックナット６ｂ
の拘束が緩くなる。これに対して、たとえば、回転子と
してラジアル−スラストのベアリングを用いてその内環
をスピンドル１ｂの周りに固定する構成とすれば、工具
は外環に掛けられることになり、この外環が速やかに回
転して治具本体１の共回りを防ぐことができる。

【００３０】図４は緩め操作防止治具の別の例を示す一
部切欠図であり、この例はスリーブを治具本体のスピン
ドルよりも長くして締結ナット及びロックナットを含め
てカバーできるようにしたものである。なお、図１〜図
３の例と同じ部材については共通の符号で指示し、その
詳細な説明は省略する。

【００３１】治具本体１は、先の例と同様に、ヘッド１
ａ，スピンドル１ｂ，雌ネジ１ｃ，フランジ１ｄ及び破
壊代１ｅをそれぞれ形成したもので、ヘッド１ａはスピ
ンドル１ｂ及びフランジ１ｄよりも小さい点だけが異な
る。すなわち、この例では、スピンドル１ｂの外径を締
結ナット６ａ及びロックナット６ｂよりも少し大きく
し、このスピンドル１ｂの周りに外挿するスリーブ２の
中にこれらの締結ナット６ａ及びロックナット６ｂが干
渉しないで差し込めるようにする。そして、スリーブ２
はスピンドル１ｂ回りに回転自在であって、その上端を
フランジ１ｄの下面に突き当てたとき、スピンドル１ｂ
の回りだけでなくその下側まで延びて突き出る軸線長さ
を持つ。

【００３２】図５は図４の緩め操作防止治具を用いた施
工例を示す一部切欠図である。

【００３３】接合フランジ３ａ，３ｂのボルト４と締結
ナット６ａ及びロックナット６ｂとによる締め付けは先
の例で説明した同じ要領で行うことができ、締め付けの
後には治具本体１の雌ネジ１ｃをボルト４の雄ネジ４ｂ
に螺合する。そして、治具本体１をボルト４に螺合して
締め付けるときに、必要な締め付けトルクとなった時点
での破壊代ｅの剪断破壊を利用してこれが切り離され
る。

【００３４】緩め操作防止治具をボルト４に装着したと
きには、スリーブ２は治具本体１のスピンドル１ｂだけ
でなく、締結ナット６ａ及びロックナット６ｂの全体も
含めてこれらを被覆する。したがって、剪断破壊によっ
てヘッド１ａが切り離された治具本体１には工具を掛け
る部分がなく、締結ナット６ａ及びロックナット６ｂの
周りもスリーブ２で被覆されているので、これらの締結
ナット６ａやロックナット６ｂにも工具を掛けることは
できない。

【００３５】このように、スリーブ２を治具本体の１の
軸線長さよりも長くすることによって、締結ナット６ａ
やロックナット６ｂに工具を掛けることができないよう
にすることができる。このため、ヘッド１ａが破壊代１
ｅの剪断破壊によって切り離された後には、パイプレン
チ等の工具は円筒状のスリーブ２に掛けるしかなく、工
具を回しても治具本体１，締結ナット６ａ及びロックナ
ット６ｂは緩められることはない。したがって、先の例
のように締結ナット６ａとロックナット６ｂが露出して
いる場合に比べると、ボルト６からこれらのナット６
ａ，６ｂが人為的に緩められてしまうことが回避される
ので、構造体の保全がより効果的に図られる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明では、工具掛かり用のヘ
ッドはボルトに螺合するときの締め付けトルクを利用し
て最終的に切り離されるので、施工後には工具を掛ける
ことができず、回転子に工具を掛けても治具本体の回り
で空回りするだけなので、治具本体を抜くことはでき
ず、ナットの緩め操作を完全に防止できる。

【００３７】請求項２の発明では、治具本体に突起また
はフランジを設けるので、回転子としてはこれらの突起
またはフランジを抜け止めとして円筒状のスリーブを治
具本体に外挿するだけでよく、部品形状が単純でしかも
部品点数も少なくて済み、コスト上昇が抑えられる。

【００３８】請求項３の発明では、スリーブは治具本体
だけでなくボルトに螺合したナットを含めてカバーでき
るので、ヘッドを切り離した後にはナットにも工具を掛
けることはできず、人為的なナットの緩み操作を確実に
防止できる。

【００３９】請求項４の発明では、破壊代のテーパ形状
によってその最も径が小さい部分と治具本体との継ぎ目
部分に剪断応力を集中させることができ、破壊代のテー
パの外径を変更するだけで締め付けトルクに対応した剪
断破壊が得られ、設計が簡単になる。

【００４０】請求項５の発明では、請求項１の発明と同
様に、施工後にはナットの緩め操作を確実に防止でき、
管理巡回が少ない現場に施工される構造体の安全確保が
更に向上する。

【００４１】請求項６の発明では、ロックナットによる
締結ナットの拘束と、治具本体によるロックナットの拘
束が２重に行われるので、締結ナットの緩み操作をより
一層確実に防止できる。

【００４２】請求項７の発明では、ナット単体またはロ
ックナットを備えるものではこれも含めてスリーブの中
に内包して工具が掛けられないようにできるので、治具
本体のヘッドを切り離した後では、溶断等の操作を用い
ない限りボルトとナットとを緩めることはできず、構造
体の保全をより一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の緩め操作防止治具の詳細であって、
（ａ）は一部切欠正面図、（ｂ）は平面図である。

【図２】 ２枚のナットとともに緩め操作防止治具をボ
ルトに螺合した例を示す要部の一部切欠図である。

【図３】 緩め操作防止治具が所定のトルクで締め付け
られて破壊代の剪断破壊によりヘッドが切り離されたと
きの一部切欠図である。

【図４】 ナットを内包できる内径を持ちスピンドルよ
りも長くしたスリーブを備える緩め操作防止治具の例を
示す一部切欠正面図である。

【図５】 図４の操作防止治具を用いたボルト・ナット
の締結構造の例を示す切欠図である。

【符号の説明】

１ 治具本体 １ａ ヘッド １ｂ スピンドル １ｃ 雌ネジ １ｄ フランジ １ｅ 破壊代 ２ スリーブ（回転子） ３ａ，３ｂ 接合フランジ ４ ボルト ４ａ ヘッド ４ｂ 雄ネジ ５ 座金 ６ａ 締結ナット ６ｂ ロックナット

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボルトに螺合したナットの緩め操作を防
   止する治具であって、回転軸線方向の一端側に前記ボル
   トに螺合する雌ネジを備えるとともに他端側には工具掛
   かり用のヘッドを設けた治具本体と、この治具本体の外
   周に回転自在に外挿された回転子とを備え、前記ヘッド
   を、このヘッドに加わる締め付けトルクによって剪断破
   壊する破壊代を介して連接してなるボルト・ナットの緩
   め操作防止治具。
2. 【請求項２】 前記回転子は前記治具本体に外挿された
   円筒状のスリーブであって、前記治具本体には、前記ス
   リーブの前記破壊代側への抜けを規制するための突起ま
   たはフランジを備えてなる請求項１記載のボルト・ナッ
   トの緩め操作防止治具。
3. 【請求項３】 前記スリーブは、前記治具本体を含み且
   つこの治具本体から前記ナットを内包可能な突き出し長
   さを持つ請求項２記載のボルト・ナットの緩め操作防止
   治具。
4. 【請求項４】 前記破壊代は、前記ヘッドを含む前記治
   具本体の外径よりも小さく且つ前記ヘッド側が大径で前
   記雌ネジ方向へ向けて先細りするテーパ形状としてなる
   請求項１から３のいずれかに記載のボルト・ナットの緩
   め操作防止治具。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載のボル
   ト・ナットの緩め操作防止治具を用いるボルト・ナット
   の締結構造であって、ナットを螺合したボルトに対し、
   前記治具本体と前記ナットのそれぞれの突き合わせ端面
   どうしを狭圧または前記治具本体の雌ネジの内部端面と
   前記ボルトの先端面どうしを狭圧するまで前記治具本体
   を螺合し、前記破壊代を剪断破壊によって前記ヘッドと
   ともに切除してなるボルト・ナットの締結構造。
6. 【請求項６】 前記ボルトに螺合するナットは、締結す
   る部材に締め付け力を負荷する締結ナットと、この締結
   ナットを拘束するロックナットの組み合わせであって、
   前記ロックナットを前記治具本体によって拘束してなる
   請求項５記載のボルト・ナットの締結構造。
7. 【請求項７】 前記スリーブが、前記ナットの単体また
   は前記締結ナット及びロックナットの全体を内包する請
   求項５または６記載のボルト・ナットの締結構造。