JPS6145364Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は高温の雰囲気中で明るい部材をボルト
を用いて締結する場合のボルトの緩み止め構造に
関するものである。

ガスタービンの各部部材のように高温の雰囲気
にさらされる各種部材にセラミツクスを用いるこ
とが試みられている。しかし、かかるセラミツク
ス部材を金属製のボルトナツトを用いて締結する
と以下に述べるような問題が生じる。

第１図は２つのセラミツクス部材をボルトナツ
トにより締結した従来例を示し、セラミツクス部
材１に設けた嵌合孔１Ａにセラミツクス部材２の
突出嵌合部２Ａを嵌め合わせ、ボルト３およびナ
ツト４により両部材を締結している。５はワツシ
ヤである。

このようにして各部材１，２を締結する場合、
セラミツクスとボルト３の金属材料とは熱膨張係
数が異なり、セラミツクスの熱膨張係数が金属材
料の熱膨張係数に比してはるかに低いので、高温
の雰囲気の下においては、ボルト３の方が部材１
および２より単位長さ当り余計に延びる。従つて
ボルト３，ナツト４による締付けが弛緩してしま
う。また、皿ばねやコイルばねをナツト４とワツ
シヤ５との間に介挿すること等も考えられるが、
高温の雰囲気中ではばねがへたつてしまい、ナツ
ト４が緩んでしまう。

第２図はかかるセラミツクス部材の連結部の他
の従来例を示すもので、本例は部材１と部材２と
を接着材６を用いて接着したものである。しかし
ながら、第２図に示すように接着材６を用いて接
着してしまうと、これらの部材１と２とを取外す
ことができず、従つて修理や点検のために取外し
を必要とする箇所には用いることができない。

本考案の目的は、上述した欠点を除去して、ボ
ルトおよびナツトの材質より熱膨張係数の大きい
材質の緩み止め部材を被締結部材間のボルトの周
囲部対向位置に形成した嵌合孔の双方に嵌合して
締結することにより、高温の雰囲気下においても
ボルトおよびナツトが弛緩することのないように
したボルトの緩み止め構造を提供することにあ
る。

以下に図面に基づいて本考案を説明する。

以下で第１図と同様の箇所には同一符号を用い
るものとする。

第３図ＡおよびＢは本考案の一実施例を示すも
ので、ここで、１０は２つのセラミツクス部材１
および２の間に挿着した緩み止め部材としてのス
リーブであり、スリーブ１０はボルト３の金属材
料より熱膨張係数の大きい材質例えばアルミニウ
ム合金等で形成する。すなわち、セラミツクス部
材１および２には予めスリーブ１０を介装するた
めの嵌合孔１１および１２をボルト孔１３に沿つ
てそれぞれ穿設しておき、スリーブ１０をこれら
孔１１，１２に挿着する。

次に部材１，２の全長Ｌに対するスリーブ１０
の長さｌを次のようにして決定する。

ここで、２つのセラミツクス部材１と２とを第
３図に示すように締結した時の部材１と２の合計
長さをＬとし、また、本例では両部材１および２
の材質が同一であるとしてその線膨張係数をα
_C、ボルト３およびスリーブ１０の線膨張係数を
それぞれα_bおよびα_Sとする。

いま、このようにスリーブ１０を用いて締結し
た部材１，２を雰囲気温度ｔ℃の中に置いたもの
とし、常温をｔ℃とすると、セラミツクス部材１
と２との合計長さの延びΔＬ_C、ボルト３および
スリーブ１０の延びΔＬ_bおよびΔｌ_Sはそれぞれ
次の(1)，(2)および(3)式で表わされる。

ΔＬ_C＝（ｔ−ｔ_O）α_CＬ ……(1) ΔＬ_b＝（ｔ−ｔ_O）α_bＬ ……(2) Δｌ_S＝（ｔ−ｔ_O）α_Sｌ ……(3) しかしながら、スリーブの長さｌの間でもセラ
ミツクス部材１および２の長さｌに相当する部分
が膨張しているので、このｌの長さ間におけるセ
ラミツクス部材１，２の延びをΔｌ_Cとすると、 Δｌ_C＝（ｔ−ｔ_O）α_Cｌ ……(4) で表わされる。但しここですきま８の寸法を無視
する。

また、このように締結した部材１と２，ボルト
３およびスリーブ１０の延びの関係を見ると、ス
リーブ１０はボルト３の金属より十分線膨張係数
の大きい材料を使用しており、また一般にセラミ
ツクスは金属材料より低い線膨張係数であるので
α_C，α_bおよびα_Sの間には次の関係が成り立
つ。

α_S＞α_b＞α_C ……(5) また、締結した部材の全体長さＬにおける延び
は、セラミツクス部材１と２との延びによるΔＬ
_Cにスリーブ１０のセラミツクス部材１および２
をボルト３の軸方向に突張らせる延びΔｌ_Sを加
算し、更にスリーブ１０の長さｌ間のセラミツク
ス部材１，２の延びΔｌ_Cを差引くことによつて
得られる。よつて、温度上昇によりボルト３，ナ
ツト４が緩まない条件は次式で表わされる。

ΔＬ_b−（ΔＬ_C＋Δｌ_S−Δｌ_C）≦０ ……(6) ここで、ｔ−ｔ_O＝Ｔとすると、 Ｔ・α_b・Ｌ−Ｔ｛α_C・Ｌ＋ｌ（α_S−α_C）｝≦
０ 故に、（α_b−α_C）Ｌ≦ｌ（α_S−α_C） すなわち、 ｌ／Ｌ≧α_ｂ−α_Ｃ／α_Ｓ−α_Ｃ ……(7) この(7)式で得られる条件を満足するようにスリ
ーブ１０の長さｌを決定しておくことにより高温
の雰囲気においてもボルト３，ナツト４の緩みを
防止できる。

例えば、ボルト３が鋼、セラミツクス１および
２が窒化けい素Si₃N₄で形成されていて、スリー
ブ１０をアルミニウムで形成したものとすると、 α_b＝10×10^-6／℃，α_C＝３×10^-6／℃， α_S＝23×10^-6／℃であることから、これらの数
値を(7)式に代入すると、 ｌ／Ｌ≧７／２０ よつて、本例の場合はｌを7/20Ｌ以上としてお
けば良いことが分る。

第４図ＡおよびＢは本考案の他の実施例を示す
もので、本例では第３図Ａ，Ｂで示したスリーブ
１０に代えて緩み止め部材として、例えば断面円
形のバー２０を用いる。すなわちボルト３の材質
より線膨張係数の大きい材質で、その長さｌがそ
れぞれ上述した(7)式を満足する値の２本のバー２
０をセラミツクス部材１および２のそれぞれ対応
する位置に設けた嵌合孔２１および２２に嵌め合
せて、第４図に示すと同様にボルト３およびナツ
ト４等により両部材１および２を締結するもので
ある。

なおここで、バーの本数は２本に限るものでは
なく、複数本のバーをボルトの周囲に配置しても
よいことは勿論であり、また、バーの断面形状も
円形に限るものでないこと勿論である。

以上説明してきたように、本考案によれば、被
締結部材間のボルトの周囲部対向位置に形成した
嵌合孔に、同質であるボルトおよびナツトの熱膨
張係数より大きい緩み止め部材を嵌合した上、ボ
ルトおよびナツトにより締結するようになし、緩
み止め部材のボルト軸方向の長さを被締結部材の
長さに対して適切に決定することにより、締結部
材を配設した雰囲気温度が高くなつても、ボルト
の締結緩みを防止することができる。

なお、以上の説明では２つの被締結部材が同質
である場合について述べたが、部材の材質の種類
が異なる場合であつても同様な効果が得られるこ
とはいうまでもない。また、２つの部材とは限ら
ず１以上の部材を締結する場合にあつても、同様
な緩み止め部材を用いることにより上述したと同
様の効果が得られることは勿論であり、更に、被
締結部材の材質はセラミツクスに限らず、ボルト
よりも熱膨張係数の小さい材質を用いる場合にも
本考案を適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２つのセラミツクス部材をボルト・ナ
ツトを用いて締結した従来の締結部の構成の一例
を示す断面図、第２図は２つのセラミツクス部材
を接着材を用いて締結した従来の締結部の構成の
一例を示す断面図、賃３図ＡおよびＢは本考案緩
み止め構造を適用した締結部材の構成の一例を示
すそれぞれ断面図およびＡ−Ａ線断面図、第４図
ＡおよびＢは本考案の他の実施例による締結部材
の構成の一例を示すそれぞれ断面図およびそのＢ
−Ｂ線断面図である。 １，２……セラミツクス部材、１Ａ……嵌合
孔、２Ａ……嵌合部、３……ボルト、４……ナツ
ト、５……ワツシヤ、６……接着材、１０……ス
リーブ、１１，１２……嵌合孔、２０……バー、
２１，２２……嵌合孔。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 熱膨張係数が被締結部材の熱膨張係数よりも共
   に大きい同質ボルトおよびナツトを用いて前記被
   締結部材を締結した締結構造のボルトの緩み止め
   構造において、前記ボルトおよびナツトよりも大
   きい熱膨張係数を有し、かつ熱膨張したときに、
   前記ボルトおよびナツトの伸びと前記被締結部材
   の伸びとの差以上に伸びるような長さをもつ緩み
   止め部材を前記被締結部材間の前記ボルトの周囲
   部対向位置に形成した嵌合孔の双方に嵌合して、
   その締結方向および該締結方向と直交する方向に
   対する移動が拘束されるようにして締結したこと
   を特徴とするボルトの緩み止め構造。