JPS6317848Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は工作機械のコラム、ブリツジ等の箱形
構造の結合、圧力容器、煙突等のような円筒形構
造の結合、その他回転軸の締結を始め各種軸類の
結合等に応用できるボルト締結構造に関するもの
である。

円筒形や箱形容器（例えば、圧力容器、工作機
械コラム、ブリツジ等）のフランジによるボルト
締結構造については、従来数多くの構造が提案さ
れているが、１例として第１図に示すような箱形
容器のボルト締結構造を例に説明すると、大別し
て第２図に示すようなフランジの全面当りタイプ
と、第５図に示すような座金４を介して一対のフ
ランジをボルト締結するタイプに分けられる。

先ず第２図の場合の、ボルト３を初締付け力
F₀で締付けた時のフランジ１，１ａの合せ面の
面圧分布q^Fを第３図に示す。第３図に示すとお
り、面圧はボルト中心位置から離れるにともなつ
て急激に減少し、フランジ１，１ａの高さと厚み
の関係如何では、内面ｎの近傍では殆ど面圧が発
生しないで図示のような面圧分布となる。

この状態において更に第４図に示すように軸力
Ｑ（曲げモーメントの場合もこのＱで代表して考
える）が作用すると、軸力Ｑは容器の外周壁２と
２ａの延長線上に最も多く流れようとするが、前
述のように面圧が殆ど発生していないために、小
さな軸力で面圧が零となり、フランジ１と１ａの
合せ面が第４図のａで示すとおり分離する。この
ように分離が生じると、面内の引張り抵抗からフ
ランジ１，１ａの面外曲げ抵抗にかわるため、軸
方向（Ｑの作用方向）の変位量は大きくなり、軸
方向に関する高い剛性は期待できない欠点があつ
た。

次に第５図の場合の、ボルト３を初締付け力
F₀にて締付けた時の変形状態の概念図を第６図
に示す。この場合には、座金４とフランジ１，１
ａとの合せ面に面圧が発生するため、容器の外周
壁２と２ａの延長線上の面圧が大きく、軸力Ｑは
外周壁２と２ａの延長線上を有効に流れることに
なり、第２図のタイプのように分離するという問
題はない。

しかし図示のように、F₀によつてフランジ１，
１ａが回転し、同フランジとの接続部近傍の容器
壁２，２ａは局部的にδ１，δ２の変形を生じ
る。このため、軸力Ｑが作用すると、δ１，δ２
をモーメントアームとするような局部的曲げモー
メントが発生して、δ１，δ２が減少するため、
その分だけ軸方向に多く変位し、軸方向に関する
剛性が低下する欠点があつた。

工作機械のコラムやブリツジ等は、大型化に伴
つて輸送上の制限から分割化が必要となつている
が、分割した場合でも、分割しない一体型と同等
か、これに近い剛性を持つた適正な分割組立構造
が必要であり、その開発が急務となつている。以
上の見地から本考案者等は、箱形容器（構造）の
フランジによるボルト締結構造を採用し、その合
理的な構造を検討して本考案に到達したものであ
る。

即ち、本考案は前記従来の欠点を解消するため
に提案されたもので、端部にボルト締結用フラン
ジを有し、同フランジ部を締結して力を伝達せし
めることのできる一対の容器形構造において、少
なくとも片方のフランジの合せ面のボルト位置回
りにフランジの全周にわたり凹所を形成してなる
構成を備え、ボルトの初締付け時において、容器
の外周壁の延長線上のフランジの合せ面の面圧を
十分に大きくとり、かつフランジの回転によるフ
ランジとの接続部近傍の局部的変形を十分小さく
なるようにして、軸方向に関する剛性を高めたボ
ルト締結構造を提供せんとするものである。

以下本考案の実施例を図面について説明する
と、第７図は本考案の第１実施例を示し、図中
１，１ａはフランジ、２，２ａは容器の外周壁、
３はボルトを示す。第７図において一対のフラン
ジ１，１ａの中、フランジ１の合せ面のボルト位
置近傍を切欠いて凹所ｂを形成し、更に最内周部
近傍の合せ面も一部ｃの如く切欠いて、フランジ
の外周部の一部（幅ｈ３）と容器外周壁２，２ａ
の軸方向延長線上の合せ面の一部（容器の壁厚ｔ
の範囲と外周側に幅ｈ１、内周側に幅ｈ２）が確
実に接触するようにして、両フランジ１，１ａを
ボルト締結したものである。

幅ｈ１，ｈ２，ｈ３は、フランジの高さ、幅及
び外力の関数として理論的に検定することがで
き、これらは一般には、容器の壁厚ｔ以下でよ
い。また凹所ｂ及び切欠きｃは浅いものでよい。

次に第７図の実施例について作用を説明する
と、一対のフランジ１，１ａの片方のフランジ
（第７図ではフランジ１）の合せ面のボルト３の
位置及びその近傍の一部を切欠いて凹所ｂを形成
し、容器の外周壁２，２ａの軸方向延長線上の部
分を合せ面としたため、ボルト３の初締付け時に
おいて、合せ面には第８図に示すとおり面圧q^FO
が発生し、フランジ１と１ａは強く締結される。
またフランジ１，１ａの外周部と内周部の２個所
で合せているため、フランジ１，１ａが回転して
容器壁が変形するようなことはない。

次にこの状態から軸方向に関する外力（軸力、
モーメント等）Ｑが作用すると、合せ面には第８
図に示すとおり応力q^Qが生じ、初締付け時のq^FO
と重畳されることになるが、図示のとおりq^FO＞
q^Qの条件により面圧は残留し、合せ面が分離する
ことはない。

次に第９図は第２実施例を示し、第７図に示す
切欠きｃを取止めたものであるが、作用効果にお
いて差異はない。また第１０図は第３実施例を示
し、凹所ｂを両方のフランジ１，１ａを切欠くこ
とにより形成し、最外周の合せ面の一部に切欠き
ｄを形成したものであるが、作用効果において差
異はない。なお、前記の各実施例はフランジの合
せ面を切欠くことにより凹所ｂを形成していた
が、この切欠きの代りにスペーサを設置して切欠
きに対応する部分を形成することにより、凹所を
作つても差支えない。

次に第１１図は第４実施例を示し、フランジ
１，１ａのボルト３の位置を容器の外周壁２，２
ａの軸心側に位置せしめ、片方のフランジ１の合
せ面のボルト位置近傍を切欠いて凹所ｂを形成
し、更に最内周部近傍の合せ面も、一部ｃの如く
切欠いて容器の外周壁２，２ａの軸方向延長線上
の合せ面の一部（幅ｈ３）とフランジの内周部の
一部（幅ｈ５）が確実に接触するようにして、両
フランジ１，１ａをボルト締結したものである。
幅ｈ３，ｈ５は、フランジ１，１ａの高さ、幅及
び外力の関数として理論的に決定することができ
る。一般には容器の壁厚の２倍（2t）程度以下で
よい。

次に第１１図に示す実施例について作用を説明
すると、一対のフランジの片方の合せ面のボルト
の位置及びその近傍の一部を切欠いて凹所ｂを形
成し、容器の外周壁２，２ａの軸方向延長線上の
部分を合せ面としたため、ボルトの初締付け時に
おいて合せ面には第１２図に示すとおり面厚q^FO
が発生し、フランジ１と１ａは強く締結される。
またフランジ１，１ａの外周部と内周部の２個所
で合せているため、フランジ１，１ａが回転して
容器壁が変形するようなことはない。

次にこの状態から軸方向に関する外力Ｑ（軸力、
モーメント等）が作用すると、合せ面には第１２
図に示すとおり応力q^Qが生じ、初締付け時のq^FO
と重畳されることになるが、図示のとおりq^FO＞
q^Qの条件により面圧は残留し合せ面が分離するこ
とはない。この第１１図の実施例も第７図の実施
例と作用、効果において差異はない。

次に第１３図の第５実施例は、第１１図の第４
実施例に位置決め用のピン５を増設したものであ
り、第１４図の第６実施例は、フランジ１，１ａ
の外周部を容器の外周壁２，２ａより若干外周方
向に突出させて合せ面の幅ｈ６を調節するととも
に、フランジ１，１ａの両方を切欠いて凹所ｂを
形成したものであるが、いずれも構造の細部が若
干異なるだけで、基本的な構造、作用、効果は第
１１図に示す実施例と同じである。

次に第１５図は第７実施例を示し、フランジ
１，１ａのボルト３の位置を容器の外周壁２，２
ａの両側に位置せしめ、片方のフランジ１の合せ
面のボルト位置及びその近傍を切欠いて凹所ｂ，
ｂ１を形成し、フランジ１，１ａの外周部の一部
（幅ｈ３）、軸心側内周部の一部（幅ｈ４）及び容
器外周壁２，２ａの軸方向延長線上の合せ面の一
部（容器の壁厚ｔの範囲と外周側に幅ｈ１、内周
側に幅ｈ２）が確実に接触するようにして両フラ
ンジ１，１ａをボルト締結したものである。な
お、幅ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４はフランジ１，１
ａの高さ、幅及び外力の関数として理論的に決定
することができる。一般には容器の壁厚ｔ以下で
よい。

次に第１５図に示す実施例について作用を説明
すると、一対のフランジ１，１ａの片方の合せ面
に、ボルト３，３の位置及びその近傍の一部を切
欠いて凹所ｂ，ｂ１を形成し、容器の外周壁２，
２ａの軸方向延長線上の部分を合せ面としたた
め、ボルト３，３の初締付け時において合せ面に
は第１６図に示すととり、面圧q^FOが発生し、フ
ランジ１と１ａは強く締結される。またボルト
３，３を挾んだ２個所で合せ、更に容器の外周壁
２，２ａの両側で締付けているため、フランジ
１，１ａが回転して容器壁が変形するようなこと
はない。

次にこの状態から軸方向に関する外力（軸力、
モーメント等）Ｑが作用すると、合せ面には第１
６図に示すとおり、応力q^Qが生じ、初締付け時の
q^FOと重畳されることになるが、図示のとおりq^FO
＞q^Qの条件により、面圧は残留し、合せ面が分離
することはない。

次に第１７図は第８実施例を示し、第１５図の
実施例のフランジ１，１ａの最内周及び最外周の
合せ面の一部に切欠きｃ及びｄを形成したもので
あるが、作用効果において差異はない。

以上詳細に説明した如く本考案は、少なくとも
片方のフランジの合せ面のボルト位置回りにフラ
ンジの全周にわたり凹所を形成したので、軸方向
に作用する外力の大部分は、容器の外周壁の延長
線上を流れて、その合せ面の面内応力で抵抗する
ので、フランジ部の軸方向の変位量は小さく、軸
方向に関する高い剛性特性を持たせることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の箱形容器のフランジによるボル
ト締結構造の斜視図、第２図は第１図のＡ〜Ａ断
面図、第３図は第２図の場合のフランジ合せ面の
面圧分布を示す説明図、第４図は第２図の場合に
軸力Ｑが作用した時の合せ面の分離状態を示す説
明図、第５図は従来の第２図と異なるボルト締結
構造を示す側断面図、第６図は第５図のボルト締
結け力による変形状態を示す側断面図、第７図、
第９図、第１０図、第１１図、第１３図、第１４
図、第１５図及び第１７図は夫々本考案の実施例
を示すボルト締結構造の側断面図、第８図は第７
図の場合の合せ面における面圧状態を示す説明
図、第１２図は第１１図の場合の合せ面における
面圧状態を示す説明図、第１６図は第１５図の場
合の合せ面における面圧状態を示す説明図であ
る。 図の主要部分の説明、１，１ａ……フランジ、
２，２ａ……容器の外周壁、３……ボルト、ｂ…
…凹所。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 端部にボルト締結用フランジを有し、同フラン
   ジ部を締結して力を伝達せしめることのできる一
   対の容器形構造において、少なくとも片方のフラ
   ンジの合せ面のボルト位置回りにフランジの全周
   にわたり凹所を形成してなることを特徴とするボ
   ルト締結構造。