JPWO2019131685A1 - Fastening nut - Google Patents

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Abstract

ボルト、ナット締結において、締結の力を開放側に向け、3山目以後のねじ山に、負荷分担を増加させることにより、最大負荷を分担する締結噛合い1山目の負荷を下げ、ボルトの亀裂軸破断の疲労破壊寿命を延長させることができるナットを提供する。ナットは、第1の態様において、ナットの縦断面図の形状において、ナット締結側の座面にねじの軸を中心に、上に凸形状の空間を同心円状に形成させ、この凸状空間は直線、曲線又はそれらの組み合わせで結ばれた形状として凸状空間を形成させた構造であり、当該凸状空間の座面からの深さをL2、ナットの完全ねじ部の第1の谷底から該座面までの軸方向長さをL1としたとき、該凸状空間の深さL2を、L1<L2≦L1+ねじ山5ピッチの長さの範囲として該凸状空間を形成することにより、締結時のナットのねじ山にかかる応力を開放側の第3ねじ山以後により多く向かわせてナットとボルトの締結噛合い1山目への負荷集中を低減するように構成する。When fastening bolts and nuts, direct the fastening force toward the open side and increase the load sharing to the threads after the third thread to reduce the load of the first thread of fastening meshing that shares the maximum load. Provided is a nut capable of extending the fatigue fracture life of a crack shaft fracture. In the first aspect, in the shape of the vertical cross-sectional view of the nut, the nut forms a convex space concentrically on the seat surface on the nut fastening side with the screw axis as the center, and the convex space is formed. It is a structure in which a convex space is formed as a shape connected by a straight line, a curved line, or a combination thereof, and the depth of the convex space from the seat surface is L2, and the depth from the first valley bottom of the completely threaded portion of the nut is the same. When the axial length to the seat surface is L1, the convex space is fastened by forming the convex space with the depth L2 of the convex space as the range of L1 <L2 ≦ L1 + 5 pitches of threads. The stress applied to the thread of the nut at that time is directed more toward the third thread on the open side and thereafter, so that the load concentration on the first thread of the fastening engagement of the nut and the bolt is reduced.

Description

本発明は、ボルト、ナット締結において使用されるナットであって、締結噛合い1山目ねじ山の負荷を低減する目的を持つナットに関するものである。 The present invention relates to a nut used for fastening a bolt and a nut, and has a purpose of reducing the load on the first thread of the fastening mesh.

様々な構造物の締結には、ボルトとナットが多く使われ、航空機・自動車・鉄道車両、工作機械・土木機械・農業機械、各種製造装置、橋梁・建築構造物などの多くは、ボルト、ナットによる締結が一般的である。しかし、ボルトが噛合い1山目で破断する事例が多く発生しており、その原因として使用中のボルトの締結噛合い1山目ねじ谷底での亀裂軸破断が指摘されている。ボルトの破断は締結そのものが分断され、その影響の大きさも問題になる。 Bolts and nuts are often used to fasten various structures, and many of aircraft, automobiles, railroad vehicles, machine tools, civil engineering machines, agricultural machines, various manufacturing equipment, bridges, building structures, etc. are bolts and nuts. It is common to conclude with. However, there are many cases where the bolt breaks at the first thread of meshing, and it has been pointed out that the cause is the fracture of the crack shaft at the bottom of the first thread of the fastening mesh of the bolt in use. When a bolt breaks, the fastening itself is broken, and the magnitude of its effect also becomes a problem.

従来方式のねじ締結部には、初期締結負荷の上に、使用時の繰り返しの外力負荷が加わることにより、断面積が最も小さく、負荷分担が最大であるボルトの噛合い1山目のねじ谷底部で疲労破壊強度が最も低くなる。多くの亀裂軸破断がこの場所で発生することが知られている。 In the conventional screw fastening part, a repeated external force load during use is applied on top of the initial fastening load, so that the cross-sectional area is the smallest and the load sharing is the largest. The fatigue fracture strength is the lowest in the part. It is known that many crack shaft fractures occur at this location.

これまでは、ボルトが破断することに対してボルト側の材質変更、熱処理などで硬度や引張強度を上げることで破断しにくくするように工夫しているが、この様な破壊靭性値の低い高強度部材のボルトねじ谷底では切り欠き感度の上昇を伴って、負荷の影響を敏感に受けていることも知られている。しかし、この様な工夫をしても従来方式ナットを使用する場合には、噛合い1山目のボルトねじ谷底への負荷集中状態は一向に変わらない。すなわち、ボルト側へのこれまでの硬度、強度向上の改良は、初期締め付け時の静的破壊強度には効果があっても、使用時の外力負荷の影響を受ける時の疲労破壊強度には破壊靱性値の影響で逆効果になることが多い。 Until now, we have devised ways to make it difficult for bolts to break by increasing the hardness and tensile strength by changing the material on the bolt side and heat treatment, but such high fracture toughness values are low. It is also known that the bottom of the bolt screw valley of the strength member is sensitively affected by the load as the notch sensitivity increases. However, even with such a device, when the conventional nut is used, the load concentration state on the bottom of the bolt screw valley of the first meshing thread does not change at all. In other words, the improvement of hardness and strength improvement to the bolt side has an effect on the static fracture strength at the time of initial tightening, but it breaks at the fatigue fracture strength when affected by the external force load during use. The effect of toughness value is often counterproductive.

この実情に対し、ボルト側とナット側を工夫した下記特許文献で例が示されている。特許文献1および3は、嵌合するボルトねじ山を、ボルトの引張方向へ先細状に成形し、ボルトねじ山を斜めに低く加工したことを特徴とするボルトを開示し、軸力方向に向かってボルトねじ山とナットねじ山の接触面積を順次低減し、ボルトねじ山にナットねじ山からかかる負荷を均等化して疲労寿命の改善を図る意図のものが開示されている。この成形加工はナットに対して行ってもよいことが述べられているが、何の説明も図も示されていない。特許文献4には、ボルトに嵌合するナットのねじ山の斜面の角度の一方もしくは両方をボルトの斜面の角度よりも小さくとることを特徴とするナットが開示され、引張方向に向かってボルトとナットのねじ山の接触面積を低減し、ねじ山にかかる荷重の均等化を図り疲労寿命の改善を図ったものが開示されている。 An example of this situation is shown in the following patent document in which the bolt side and the nut side are devised. Patent Documents 1 and 3 disclose a bolt characterized in that the bolt thread to be fitted is tapered in the tensile direction of the bolt and the bolt thread is processed diagonally low, and the bolt is oriented in the axial force direction. The purpose is to gradually reduce the contact area between the bolt thread and the nut thread, equalize the load applied to the bolt thread from the nut thread, and improve the fatigue life. It is stated that this molding may be performed on the nut, but no explanation or figure is given. Patent Document 4 discloses a nut characterized in that one or both of the slope angles of the threads of the nuts fitted to the bolts are smaller than the slope angles of the bolts, and the nuts and bolts are oriented in the tensile direction. It is disclosed that the contact area of the thread of the nut is reduced, the load applied to the thread is equalized, and the fatigue life is improved.

特許文献2には、ボルト素材のねじ加工部を引張力作用方向にテーパー状に成形加工し、続いて谷底径が一様のねじ加工を行うボルトの製作方法が開示されている。 Patent Document 2 discloses a method for manufacturing a bolt, in which a threaded portion of a bolt material is formed into a taper shape in the direction of tensile force, and then a threaded portion having a uniform valley bottom diameter is formed.

特許文献5には、ボルトのピッチをナットのピッチよりも小さくした鋼製ボルトにおいて、ピッチ差を日本工業規格JIS B 0205に規定されるピッチ公差の0.5〜0.8%の範囲で、ずれを設けるように設定していることを特徴とする鋼製ボルトが開示され、ねじ面の接触が同時に起こることを避け、締結が進行し、ねじ山が応力で変形した時に応力伝達位置が順次移動して負荷を全山で受ける構造が開示されている。 Patent Document 5 describes that for steel bolts in which the bolt pitch is smaller than the nut pitch, the pitch difference is in the range of 0.5 to 0.8% of the pitch tolerance specified in Japanese Industrial Standard JIS B 0205. Steel bolts characterized by being set to provide misalignment are disclosed, avoiding simultaneous screw surface contact, tightening progressing, and sequential stress transfer positions when the thread is deformed by stress. A structure that moves and receives a load on all mountains is disclosed.

しかしながら、特許文献1〜5は、これらのボルトやナットのねじ山に加工を施すこととなるため、ねじ形状がJISやISO等の規格外となる難点があり、さらにこれらは、基本的にボルトを対象にしており、そのねじ山加工位置は被締結物の板厚、構造などで専用部品化され、被締結物ごとに特定の寸法となる位置にボルトのねじ山成形加工を施す必要があり、これらのボルトには汎用性がない。 However, in Patent Documents 1 to 5, since the threads of these bolts and nuts are processed, there is a problem that the screw shape is out of the standard such as JIS and ISO, and these are basically bolts. The threading position is made into a special part depending on the plate thickness, structure, etc. of the object to be fastened, and it is necessary to thread the bolt at a position with specific dimensions for each object to be fastened. , These bolts are not versatile.

これらの特許文献1〜5の先行技術は、ボルトのねじ山高さを低くしても各ねじ山の負荷には大きな変化はないため、ボルトの低いねじ山の斜面では、ねじ山同士の接触面積が低下し、高応力が発生することになる。特にねじ噛合い1山目ではナット側の接触面に圧痕傷発生の凹凸塑性変形の可能性があり、ナットが繰り返し使用される用途には圧痕が締結に悪影響を及ぼす恐れがある。 In the prior arts of Patent Documents 1 to 5, even if the thread height of the bolt is lowered, the load of each thread does not change significantly. Therefore, on the slope of the thread with a low bolt, the contact area between the threads Will decrease and high stress will be generated. In particular, at the first thread meshing, there is a possibility of uneven plastic deformation that causes indentation on the contact surface on the nut side, and indentation may adversely affect fastening in applications where the nut is used repeatedly.

さらに、特許文献6〜8には、ナット側に関して、特許文献6には、摩擦接合用高力ナットにおいて、ボルト、ナット、座金のセットが提案されている。このセットの第1の構造例が、同特許文献の図1、2に記載されている。ボルト、ナット、座金のセットにおいて重要なのがトルク係数のバラつきを小さくすることであると述べ、そのためにナットの座金側の端面の外周部側に座金に喰い込みやすくするための曲面状突起を形成し、内周部に後退面と環状の溝を形成する構造を提案している。座面に形成した突起と後退面によって、締結時におけるねじ部の1つ目のねじ山への応力集中が緩和され、さらに環状の溝によって、さらにその効果が高められると述べている。また、ボルト軸力はナットと座金部の接触部の潤滑性能、及びナットねじ部とボルトねじ部との潤滑性能に影響を受けるとして、効果的な潤滑剤の使用を示唆している。しかし、ナット座面の曲面状の突起が条件であり、通常の平面状座面は適用せず、またナットとしての構造、応力集中の緩和特性に本質的に関係する環状の溝の形状、特にその深さに関する記述がない。応力集中の緩和の効果は、トルク係数のばらつきの大きさで示しているが、潤滑剤、突起、後退面、溝のいずれの効果によるものか、ボルト、ナットの組み合わせの本質的な構造と特性の関係であるにもかかわらず判別できない。本来、トルク係数のバラつきは、ねじ山や座面での摩擦状態やボルト材質・硬度に由来するものであって、ナットが締結1山目の負荷集中を減じる目的とは異なる要素である。 Further, Patent Documents 6 to 8 propose a set of bolts, nuts, and washers for a high-strength nut for friction joining with respect to the nut side. A first structural example of this set is described in FIGS. 1 and 2 of the same patent document. He stated that it is important to reduce the variation in torque coefficient in the set of bolts, nuts and washers, and for that purpose, a curved protrusion is formed on the outer peripheral side of the end face of the nut on the washer side to make it easier to bite into the washer. However, we are proposing a structure that forms a receding surface and an annular groove on the inner circumference. It is stated that the protrusions and receding surfaces formed on the seat surface alleviate the stress concentration of the threaded portion on the first thread at the time of fastening, and the annular groove further enhances the effect. Further, the bolt axial force is affected by the lubrication performance of the contact portion between the nut and the washer and the lubrication performance between the nut screw portion and the bolt screw portion, suggesting the effective use of a lubricant. However, the condition is a curved protrusion on the nut bearing surface, and a normal planar bearing surface is not applied, and the structure as a nut and the shape of the annular groove that is essentially related to the stress concentration relaxation characteristics, especially There is no description about its depth. The effect of stress concentration relief is indicated by the magnitude of variation in torque coefficient, but whether it is due to the effect of lubricant, protrusion, receding surface, or groove, the essential structure and characteristics of the combination of bolts and nuts. Despite the relationship, it cannot be determined. Originally, the variation in the torque coefficient is derived from the frictional state on the screw thread and the seat surface and the bolt material / hardness, and is a factor different from the purpose of reducing the load concentration of the first thread of the nut.

この特許文献6のボルト、ナット構造は、ナットを回転させながら締結を進める通常のボルト、ナット締結方式とは大きく異なる目的と締結方法を採用している。ナットが回転しにくいように、ナット座面の摩擦を大きくするため、ナット座面に凸型突起を設け被締結物に食い込ませる方式としているのが特徴で、この点が特許文献6でいう、「これまでの平面の座面を持つナットを改良した」と主張する部分である。 The bolt and nut structure of Patent Document 6 employs a purpose and a fastening method that are significantly different from the normal bolt and nut fastening method in which fastening is carried out while rotating the nut. In order to increase the friction of the nut seating surface so that the nut does not rotate easily, a convex protrusion is provided on the nut seating surface so that the nut bites into the object to be fastened. This point is referred to in Patent Document 6. This is the part that claims that "the nut with a flat seating surface has been improved".

また、このナットの第2の構造例が特許文献6の図7に記載されている。六角ナットの外周部に別部品が挿嵌されているが、この別部品は一種のスリーブ状で、内側の六角ナットに嵌合されて内側の六角ナットに対し回転できない構造であり、座金側に曲面状突起を設けているのが特徴である。想定している締結時の締結作用は第1の構造例と同じで、座面からの力はこの山形の曲面状突起部に入り、山形の曲面状突起が相手側の座面を変形させたのちに内側ナット上部のフランジ部に入る。同文献6の図7に示すような薄い上部フランジでは、締結側曲面状突起部を座屈させる力が入ったときに、フランジが開放側に曲がる恐れがある。この方式の「回転させないナット」であれば、フランジの変形はさほど問題にはならないが、ナット座面突起部もフランジも変形してしまうために、この構造のボルト、ナット、座金セットは増し締めも再使用もできない問題がある。 A second structural example of this nut is described in FIG. 7 of Patent Document 6. A separate part is inserted in the outer peripheral part of the hexagon nut, but this separate part is a kind of sleeve-like structure that is fitted to the inner hexagon nut and cannot rotate with respect to the inner hexagon nut, and is on the washer side. It is characterized by having curved protrusions. The assumed fastening action at the time of fastening is the same as in the first structural example, the force from the seat surface enters this chevron curved protrusion, and the chevron curved protrusion deforms the seating surface on the other side. Later, it enters the flange on the upper part of the inner nut. With a thin upper flange as shown in FIG. 7 of the same document 6, the flange may bend to the open side when a force for buckling the curved protrusion on the fastening side is applied. With this type of "non-rotating nut", deformation of the flange does not matter so much, but since both the nut bearing surface protrusion and the flange are deformed, the bolt, nut, and washer set of this structure are retightened. There is a problem that it cannot be reused.

特許文献7には、剪断遅れ破壊防止機能ナットとして、ボルト、ナットのねじ山に働く剪断応力が一様になるようにするため、ボルトには先端部に回転放物体状の空隙、ナットにはフランジリップ付きナットの組み合わせが提案されている。 In Patent Document 7, as a nut with a shear delay failure prevention function, in order to make the shear stress acting on the threads of the bolt and the nut uniform, the bolt has a rotating release object-like gap at the tip, and the nut has a rotating release object-like gap. A combination of nuts with flange lips has been proposed.

特許文献7のナットの縦断面には 上部内径側にねじ山がない部分(図1の11)が設けられていて、このねじがない深さと同じ高さのところまで、斜めのくさび型リップが入り込んでいる。このため、ねじがない窪み11の内部コーナーとねじ山外側にあるくさび型リップの最奥部の高さ方向寸法は「くさび型リップの深さの被締結物からの高さ≧ねじのない空間11の底までの高さ」となっている。特許文献7には、この時「ボルトのせん断遅れ破壊防止」が成立するとの記載がされているが、この目的があるとき、くさび型のリップはナットの最上部近傍まで入れる必要があって、このリップによってナットの剛性は不足し、繰返し入る外力負荷に対し、ナット上部の剛性不足が原因となって、ナットのリップ最奥部とボルトの上部の彫り込み(窪み11)最下部を結ぶ線上で破断する恐れが高く、耐久性に疑問がある。 The vertical cross section of the nut of Patent Document 7 is provided with a portion without a thread (11 in FIG. 1) on the upper inner diameter side, and an oblique wedge-shaped lip is provided up to the same height as the depth without the screw. It's getting in. Therefore, the height direction dimension of the inner corner of the recess 11 without screws and the innermost part of the wedge-shaped lip on the outside of the screw thread is "height of wedge-shaped lip depth from the object to be fastened ≥ space without screws". The height to the bottom of 11 ". Patent Document 7 states that "prevention of bolt shear delay fracture" is established at this time, but for this purpose, the wedge-shaped lip must be inserted up to the vicinity of the top of the nut. Due to this lip, the rigidity of the nut is insufficient, and due to the insufficient rigidity of the upper part of the nut against the repeated external force load, on the line connecting the innermost part of the lip of the nut and the lowermost part of the carving (dent 11) of the upper part of the bolt. There is a high risk of breakage, and durability is questionable.

また、特許文献7の図1に示されるボルト8の先端に空間5がある場合、このボルト側ねじ部先端側も軸方向に伸びることが可能であって、特許文献7の図4に示すように力のやり取りが小さくなる。このためJIS(ISO)で規定する軸力を発生・維持できないボルト、ナットになってしまうおそれもある。 Further, when there is a space 5 at the tip of the bolt 8 shown in FIG. 1 of Patent Document 7, the tip side of the threaded portion on the bolt side can also extend in the axial direction, as shown in FIG. 4 of Patent Document 7. The exchange of power becomes smaller. For this reason, there is a possibility that bolts and nuts cannot generate and maintain the axial force specified by JIS (ISO).

特許文献8には、座金に大きなR(内側が凹んでいる球面)を持ち、ナット座面も同様のRがついたナットが提案されている。座金(ワッシャ)はナットより大きな外径を持ち、座金の下にある被締結部の面が少し傾いたり、面状態が凸凹であったり不安定な場合に、ボルトに対しナットを締めこんだ時、そのナット座面にワッシャ状基材が均一に当たる構造を示しており、被締結物表面が不安定状況でも締結が行えるとしている。しかし、座金はナットより大きな外径を持つが、中心穴径については記載されていない。締結噛み合い1山目のボルトねじ谷底への負荷低減につながる効果や構造については開示されておらず、本発明とは目的が異なるものである。 Patent Document 8 proposes a nut having a large R (a spherical surface having a concave inside) on the washer and having a similar R on the nut seat surface. The washer has a larger outer diameter than the nut, and when the nut is tightened against the bolt when the surface of the to be fastened under the washer is slightly tilted, the surface condition is uneven or unstable, It shows a structure in which the washer-like base material uniformly hits the nut bearing surface, and it is said that fastening can be performed even when the surface of the object to be fastened is unstable. However, although the washer has a larger outer diameter than the nut, the center hole diameter is not described. The effect and structure of reducing the load on the bottom of the bolt screw valley of the first thread of fastening meshing are not disclosed, and the object is different from that of the present invention.

特開昭52−79163号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 52-79163 特開昭52−131060号公報JP-A-52-1310060 米国特許第4189975号明細書U.S. Pat. No. 4,189,975 特開昭58−160613号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-160613 特開2005−265150号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-265150 特開平5−288209号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-288209 特開2002−61619号公報JP-A-2002-61619 特開平1−182614号公報JP-A-1-182614

従来方式のボルト、ナット締結において、ボルトの改良は数多く実施されてきたにもかかわらず、いまだにボルトの噛合い1山目谷底での亀裂軸破断が発生しており、その理由が噛合い1山目への過度の応力集中ということは知られてきた。しかしながらその原因の、応力が噛合い1山目に負荷集中している状況(ナットに入る力がどの様にボルトに流れ込むのか)を調べることが難しかった。 In the conventional bolt and nut fastening, although many improvements have been made to the bolts, crack shaft breakage still occurs at the bottom of the first mesh valley of the bolt, and the reason is one mesh. It has been known that excessive stress concentration on the eyes. However, it was difficult to investigate the cause, the situation where the stress is concentrated on the first thread (how the force entering the nut flows into the bolt).

図4は、従来方式のフランジナットの一般的な締結の縦断面図である。フランジナット1のねじ山は締結側から開放側までJIS B 0205(ISO 724)で規定されるねじ山がほぼ一様に形成されている。図4において、1は従来方式のフランジナット本体、2はボルト、3は被締結物、8はナットのねじ山の締結側、8aはナットのねじ山の締結側の端面及びナット座面、9はナットのねじ山の開放側、9aはナットのねじ山の開放側の端面、14はナット座面、15は従来方式のねじ谷底、17はナットの外周部、19はナットのねじ山を示す。ナット1のねじ部にボルト2のねじ部がねじ込まれワッシャ23を挟み被締結物3を締結する。 FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of a general fastening of a conventional flange nut. The thread of the flange nut 1 has a thread defined by JIS B 0205 (ISO 724) almost uniformly formed from the fastening side to the opening side. In FIG. 4, 1 is a conventional flange nut body, 2 is a bolt, 3 is an object to be fastened, 8 is the fastening side of the nut thread, 8a is the end face and nut bearing surface of the nut thread fastening side, 9 Is the open side of the nut thread, 9a is the end face of the nut thread on the open side, 14 is the nut bearing surface, 15 is the bottom of the conventional thread, 17 is the outer periphery of the nut, and 19 is the thread of the nut. .. The threaded portion of the bolt 2 is screwed into the threaded portion of the nut 1, sandwiches the washer 23, and fastens the object to be fastened 3.

本発明者は、従来方式のボルト、ナットで締結した場合の応力負荷分担を調べた結果、7山の場合の1山目は36.5%分担しており、2山目は20.6%、3山目以後は順次低下していることを見出した。全負荷の1/3以上が噛合い1山目に集中しており、1山目から3山目までで、全負荷の70%以上を分担している(負荷分担率;全体負荷を100%としたときの各ねじ山が負荷を分担する割合、%)。上記のように、図4は従来方式の締結状態を示し、ナット1はワッシャ23を介し被締結物3を締結している。ボルト2は下方からねじ穴を貫通してきてナットと締結する。図4−1(a)に図4と同じナット(7ねじ山)のミーゼス相当応力分布図を示している(ボルトの1山目(番号1)の左側に※マークを付けたねじ谷底に最大応力がかかり、亀裂軸破断が起こりやすい場所を示す)。ナット座面14から入った力が直近のボルトねじ山1番を押し上げる方向に向いていること、ボルトは軸力により1番山を一番強く引張るため、※部は開かれるような状態になっている。図4−2はミーゼス相当応力のベクトル図で最大主応力(引張応力)でボルトにどのような力が流れているかを表し、図4−3に同じくベクトル図で最小主応力(圧縮応力)を示し、ここではナット内の力の流れを表している。このベクトル図においても噛合い1山目に力が集中していることが見て取れる。 As a result of investigating the stress load sharing when fastening with bolts and nuts of the conventional method, the present inventor has shared 36.5% for the first thread and 20.6% for the second thread in the case of seven threads. It was found that it gradually decreased after the third mountain. More than 1/3 of the total load is concentrated on the 1st mountain, and 70% or more of the total load is shared by the 1st to 3rd threads (load sharing rate; 100% of the total load). The ratio of each thread sharing the load,%). As described above, FIG. 4 shows the fastening state of the conventional method, and the nut 1 fastens the object to be fastened 3 via the washer 23. The bolt 2 penetrates the screw hole from below and is fastened to the nut. Fig. 4-1 (a) shows the Mises equivalent stress distribution diagram of the same nut (7 threads) as in Fig. 4 (maximum on the thread valley bottom marked with * on the left side of the first thread (number 1) of the bolt. Indicates where stress is applied and crack shaft breakage is likely to occur). The force applied from the nut seat surface 14 is oriented in the direction of pushing up the nearest bolt thread No. 1, and the bolt pulls the No. 1 thread most strongly due to the axial force, so the * part is in a state of being opened. ing. Fig. 4-2 is a vector diagram of Mises equivalent stress, showing what kind of force is flowing in the bolt at the maximum principal stress (tensile stress), and Fig. 4-3 also shows the minimum principal stress (compressive stress) in the vector diagram. It is shown here and represents the flow of force in the nut. In this vector diagram as well, it can be seen that the force is concentrated on the first peak of meshing.

前記の、噛合い1山目の負荷が大きいことに対して、ナットの負荷分担するねじ山数を増加することで噛合い1山目の負担を下げられないかという案がある。これに対し従来方式ナットの7山の他に8山、9山についても同様の解析を行い負荷分担を調べた結果、開放側に山数が増えた場合の従来方式ナットは、8山ナットの場合の噛合い1山目の負荷は約1%下がり34.5%であり、9山ナットの場合では約2%低減し、噛合い1山目負荷は33.4%になることが確認された。図4−1(b)にねじ8山のミーゼス相当応力分布図、図4−1(c)にねじ山9山のミーゼス相当応力分布図を、さらにこれらの負荷分担率を7山と比較して図4−4(a)(従来方式ナット(7,8,9ねじ山の負荷分担率比較表)に表示し、これらの3つの負荷分担率の比較棒グラフを図4−4(b)に示す。従来方式では、噛合い1山目への負荷分担率は7山で36.5%、8山で34.5%、9山で33.4%である。そしてねじ山数を7山、8山、9山のいずれの場合も図4−1(a),(b),(c)中の※部のボルト側噛合い1山目ねじ谷底には過大な応力がかかっていることを示している。この結果は、従来方式ナットのねじ山数を増加させても、噛合い1山目負荷の低減効果は微々たるものであることを示している。 With respect to the large load of the first meshing thread, there is an idea that the load of the first meshing thread can be reduced by increasing the number of threads that share the load of the nut. On the other hand, as a result of conducting the same analysis on 8 and 9 threads in addition to the 7 threads of the conventional nut and examining the load sharing, the conventional nut when the number of threads increases on the open side is the 8-thread nut. It was confirmed that the load of the first meshing thread in the case decreased by about 1% to 34.5%, and in the case of the 9-thread nut, it decreased by about 2% and the load of the first meshing thread became 33.4%. It was. Fig. 4-1 (b) shows a stress distribution map equivalent to Mieses with 8 threads, Fig. 4-1 (c) shows a stress distribution map equivalent to Mieses with 9 threads, and the load sharing ratio is compared with 7 threads. 4-4 (a) (conventional nut (7,8,9 thread load sharing ratio comparison table)), and a comparison bar graph of these three load sharing ratios is shown in Fig. 4-4 (b). In the conventional method, the load sharing ratio to the first meshing thread is 36.5% for 7 threads, 34.5% for 8 threads, 33.4% for 9 threads, and the number of threads is 7 threads. , 8 threads, and 9 threads, the bolt side meshing of the * part in Fig. 4-1 (a), (b), (c) 1st thread The thread valley bottom is under excessive stress. This result shows that even if the number of threads of the conventional nut is increased, the effect of reducing the load on the first meshing thread is insignificant.

前記従来方式ナットの噛合い1山目への負荷集中に対し、本発明方式でナットの構造を最適化することにより、ボルト、ナット締結噛合い1山目への負荷を低減させることにより、ボルト強度最弱部である噛合い1山目谷底からの亀裂軸破断の疲労破壊寿命を向上させるナットを提供することができる。 By optimizing the structure of the nut by the method of the present invention with respect to the load concentration on the first meshing thread of the conventional nut, the load on the bolt and the first meshing thread of the nut is reduced. It is possible to provide a nut that improves the fatigue fracture life of a crack shaft fracture from the bottom of the first mesh valley, which is the weakest part of the strength.

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の発明を提供する。すなわち、ナットが受ける負荷の力の流れを負荷分担の低い開放側の噛合いねじ山により多く向かわせるナット構造とすることにより、開放側3山目以後の負荷分担を増加させることにより、噛合い1山目への負荷集中を低減させるように構成したことを特徴とする構造のナットを提供する。 The present invention provides the following inventions in order to solve the above problems. That is, by adopting a nut structure in which the flow of the load force received by the nut is directed more toward the meshing thread on the open side where the load sharing is low, the load sharing after the third thread on the opening side is increased, thereby engaging. Provided is a nut having a structure characterized by being configured to reduce load concentration on the first mountain.

(1)締結用のナットであって、
A.ナットの縦断面図の形状において、ナット締結側の座面にねじの軸を中心に、上に凸形状の空間を同心円状に形成させ、該空間は直線、曲線又はそれらの組み合わせで結ばれた形状として空間を形成させた構造であり、該空間の座面からの深さをL、ナットの完全ねじ部の第1の谷底から該座面までの軸方向長さをLとしたとき、該空間の深さLを、L<L≦L+ねじ山5ピッチの長さの範囲として該空間を形成することにより;
B.ナットの縦断面図の形状において、ナットの締結部材側の座面のねじ中心側に矩形状の凹部を有する構造であって、該凹部はナット座面から垂直に立ち上がる内壁と曲線、直線またはそれらを組み合わせたコーナー部と上面とを持ち、上面の位置から該ナットの不完全ねじ部の軸方向長さとナットの2ピッチの長さを加えた軸方向長さをLaとし、また該凹部の該座面から該上面までの軸方向長さをLb、ナットのねじ谷底と該凹部の内壁までの該凹部の半径方向の長さをLhとしたとき、LbはLaの0.001倍以上1倍以下の範囲とし、またLhはLaの0.5倍以上5倍以下の範囲として該凹部をねじの中心と同心円状に形成することにより;または
C.内部にねじ山を設けたねじ軸部およびフランジ座面部を有するナット本体と少なくとも一方の端面内径側に面取り座面を持つパイプ状であるナット部品とにより構成された2部品構成のナットであって、該ナット本体の縦断面図の形状がT字状であり、該ナット本体のフランジ座面部から該ナット部品の内側の被締結物側に向けてナット本体のねじ軸部が入り込む長さを、不完全ねじ部長さs+ねじピッチ0.5山分の長さ以上、不完全ねじ部s+ねじピッチ5山分の長さ以下となるようにねじ外側面外周部に中空パイプ状の該ナット部品を配置した構造であり、該T字形状のナット本体の最下部が被締結物に接しないように、かつ該ナット部品の最上部が該T字形状ナット本体のフランジ状座面に接触し、また該ナット部品の最下部が被締結物に接触するように該ナット部品の長さを設定し、該ナット部品内径面と該ナット本体の外周面はそれぞれ回転自在とし、該ナット本体と該ナット部品をねじの中心と同心円状に形成することにより;
ナットが受ける負荷の力の流れを負荷分担の低い開放側の噛合いねじ山により多く向かわせるナット構造とすることにより、噛合い3山目以後の負荷分担を増加させることにより、噛合い1山目への負荷集中を低減させるように構成したことを特徴とする構造のナット。
(2)ナットのねじ山表面の少なくともボルトとの噛合い第1ねじ山またはそれ以外のねじ山の一部もしくは全部のボルト側ねじと接する面、またはねじ山の両側の斜面に、ダイヤモンド状炭素(DLC)膜、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al膜、ZnO膜、SiO膜、アルマイト、金属メッキ、固体潤滑層、リン酸マンガン化成処理、浸炭焼入れ、窒化処理、クロマイズド処理のいずれか、またはこれらの組み合わせを被覆してなる上記(1)に記載のナットを提供する。
(3)ナット本体とナット部品の接触面の双方または片側にダイヤモンド状炭素(DLC)膜、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al膜、ZnO膜、SiO膜、アルマイト、金属メッキ、高分子樹脂コート、固体潤滑層、リン酸マンガン化成処理、浸炭焼入れ、窒化処理、クロマイズド処理のいずれか、またはこれらの組み合わせを被覆してなる上記(1)〜(2)のいずれかに記載のナット。
(4)ナットの被締結物と接する面にダイヤモンド状炭素(DLC)膜、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al膜、ZnO膜、SiO膜、アルマイト、金属メッキ、高分子樹脂コート、固体潤滑層、リン酸マンガン化成処理、浸炭焼入れ、窒化処理、クロマイズド処理のいずれか、またはこれらの組み合わせを被覆してなる上記(1)〜(3)のいずれかに記載のナットを提供する。
(1) A nut for fastening
A. In the shape of the vertical cross-sectional view of the nut, a space having a convex shape is formed concentrically on the seat surface on the nut fastening side centering on the axis of the screw, and the space is connected by a straight line, a curved line, or a combination thereof. a structure with a space as a shape, when L 2 of the depth from the seating surface of the space, the axial length of the first root of the complete thread portion of the nut to the seat surface and the L 1 By forming the space with the depth L 2 of the space as the range of L 1 <L 2 ≤ L 1 + 5 pitches of threads;
B. In the shape of the vertical sectional view of the nut, the structure has a rectangular recess on the screw center side of the seat surface on the fastening member side of the nut, and the recess is an inner wall rising vertically from the nut seat surface and a curved line, a straight line, or those. La is the axial length obtained by adding the axial length of the incompletely threaded portion of the nut and the length of two pitches of the nut from the position of the upper surface, and the concave portion. When the axial length from the seat surface to the upper surface is Lb and the radial length of the recess from the screw valley bottom of the nut to the inner wall of the recess is Lh, Lb is 0.001 times or more and 1 times La. By forming the recess concentrically with the center of the screw with the following range and Lh in the range of 0.5 times or more and 5 times or less of La; or C.I. A two-part nut composed of a nut body having a screw shaft portion and a flange bearing surface portion provided with threads inside, and a pipe-shaped nut component having a chamfered seating surface on the inner diameter side of at least one end face. The shape of the vertical cross-sectional view of the nut body is T-shaped, and the length from the flange bearing surface of the nut body to the inside of the nut component toward the object to be fastened is the length by which the screw shaft portion of the nut body enters. A hollow pipe-shaped nut component is placed on the outer peripheral portion of the outer surface of the screw so that the length of the incomplete thread portion s + the screw pitch is 0.5 threads or more and the length of the incomplete thread portion s + the thread pitch is 5 threads or less. The structure is arranged so that the lowermost part of the T-shaped nut body does not come into contact with the object to be fastened, and the uppermost part of the nut part comes into contact with the flange-shaped seating surface of the T-shaped nut body. The length of the nut component is set so that the lowermost portion of the nut component contacts the object to be fastened, the inner diameter surface of the nut component and the outer peripheral surface of the nut body are rotatable, respectively, and the nut body and the nut component are made rotatable. By forming concentric circles with the center of the screw;
By adopting a nut structure that directs the flow of the load force received by the nut to the meshing thread on the open side, which has a low load sharing, the load sharing after the third meshing thread is increased, and one meshing thread is used. A nut with a structure characterized by being configured to reduce the concentration of load on the eyes.
(2) Engagement with at least the bolt on the thread surface of the nut Diamond-like carbon on the surface of the first thread or other threads that contacts some or all of the bolt-side threads, or on the slopes on both sides of the thread. (DLC) film, BN film, WC films, CrN films, HfN film, VN film, TiN film, TiCN film, Al 2 O 3 film, ZnO film, SiO 2 film, anodized aluminum, a metal plating, a solid lubricating layer, phosphoric acid The nut according to (1) above, which is coated with any one of a manganese chemical conversion treatment, a carburizing and quenching treatment, a nitride treatment, a chromated treatment, or a combination thereof.
(3) Diamond-like carbon (DLC) film, BN film, WC film, CrN film, HfN film, VN film, TiN film, TiCN film, Al 2 O 3 film on both or one side of the contact surface between the nut body and the nut component. , ZnO film, SiO 2 film, alumite, metal plating, polymer resin coat, solid lubricating layer, manganese phosphate chemical conversion treatment, carburizing quenching, nitriding treatment, chromated treatment, or a combination thereof. The nut according to any one of (1) to (2).
(4) Diamond-like carbon (DLC) film on the surface in contact with the fastened object of the nut, BN film, WC films, CrN films, HfN film, VN film, TiN film, TiCN film, Al 2 O 3 film, ZnO film, (1) to the above (1) to which any one of SiO 2 film, alumite, metal plating, polymer resin coating, solid lubricating layer, manganese phosphate chemical conversion treatment, carburizing and quenching, nitriding treatment, chromated treatment, or a combination thereof is coated. The nut according to any one of (3) is provided.

本発明の態様(A)、(B)、(C)のナットの構造により噛合い3山目以後の開放側ねじ山にナット座面から入る力を多く向け、負荷を多く分担させることで、噛合い1山目への負荷集中を低減することができ、この効果により噛合い1山目のボルト谷底の亀裂軸破断の疲労破壊寿命の向上につながる。 According to the structure of the nuts (A), (B), and (C) of the present invention, a large amount of force applied from the nut bearing surface is directed to the open side thread after the third thread of meshing, and a large amount of load is shared. It is possible to reduce the load concentration on the first meshing thread, and this effect leads to an improvement in the fatigue fracture life of the crack shaft fracture at the bottom of the bolt valley of the first meshing thread.

この効果を得るためには、好適には「力の流れ」を開放側3山目以後に多く向かわせるナット構造とすれば良い。その方法として、ナットのねじ山形状のJIS(ISO)の基準を変えることなくナットの外形形状や構造を変えること、すなわち構造を最適化することで被締結物からナットに入った力をナットの3山目以後の開放側ねじに向かわせることができる。または、ナットを2部品構成とし、力の通る場所の構造を最適化してナットに入る応力を3山目以後の開放側のねじ山に向けることで、噛合いねじ1山目への力の負荷集中の低減を実現させることができる。 In order to obtain this effect, it is preferable to use a nut structure in which the "force flow" is directed more toward the third and subsequent peaks on the open side. The method is to change the outer shape and structure of the nut without changing the JIS (ISO) standard for the thread shape of the nut, that is, by optimizing the structure, the force applied to the nut from the object to be fastened is applied to the nut. It can be directed to the open side screw after the third thread. Alternatively, the nut is composed of two parts, the structure of the place where the force passes is optimized, and the stress entering the nut is directed to the thread on the open side after the third thread, so that the force is applied to the first thread of the meshing screw. It is possible to realize a reduction in concentration.

さらに前記(2)〜(4)に示すナットへの表面処理を付加することにより、締結時の摩擦低減、ねじ面摺動性向上、表面の耐候性向上が図られ、使用上有用なナットを実現することができる。 Furthermore, by adding the surface treatment to the nuts shown in (2) to (4) above, friction at the time of fastening can be reduced, screw surface slidability can be improved, and surface weather resistance can be improved, and nuts useful for use can be obtained. It can be realized.

上記のねじ噛合い1山目は、例えば図4−1に示す従来方式のボルト、ナットに示される1印のねじ山であり、「第1ねじ山」とする。ナットの第1ねじ山の側面はボルトの第1ねじ山の側面に負荷を与えて締結する。ナットの「第1ねじ山」は、締結側にあり、ねじ部が正常なねじ形状を有している最初の完全ねじ部とする。これに対して、上記の不完全ねじ部は、ねじの切り始めから約1ピッチと面取りを含む長さを持つ部分である。 The first thread of the screw meshing is, for example, the thread of 1 mark shown on the conventional bolt and nut shown in FIG. 4-1 and is referred to as a “first thread”. The side surface of the first thread of the nut is fastened by applying a load to the side surface of the first thread of the bolt. The "first thread" of the nut is on the fastening side and is the first fully threaded portion that has a normal threaded shape. On the other hand, the incomplete threaded portion is a portion having a length including chamfering and about 1 pitch from the beginning of thread cutting.

ナットの第1ねじ山の位置は完全ねじ部の最初の1山目である。ボルト側では、ナットの第1ねじ山と噛合うボルトのねじ山がボルトの第1ねじ山となり、ボルトの第1谷底は、ボルトの第1ねじ山の締結側に位置する。 The position of the first thread of the nut is the first thread of the fully threaded portion. On the bolt side, the thread of the bolt that meshes with the first thread of the nut becomes the first thread of the bolt, and the first valley bottom of the bolt is located on the fastening side of the first thread of the bolt.

本発明のナットのねじ形状は、好適にはJIS B 0205(ISO 724)に規定されているものに準拠している。また、本発明のナットの構成は、例えばインチねじなど、従来から広く使用されているねじ形状を持つナットにおいても適用され、これらも本発明の一部である。 The screw shape of the nut of the present invention preferably conforms to that specified in JIS B 0205 (ISO 724). The nut configuration of the present invention is also applied to nuts having a thread shape that has been widely used conventionally, such as an inch screw, and these are also a part of the present invention.

ボルト、ナットによる締結力の負荷分担は、初期締付け時だけでなく、ねじ締結部へ外部から力がかかる振動などの外力負荷に対しても軸力変動として初期締付け時と同じ分担率で作用する。特に負荷の厳しい第1ねじ山への負荷分担を低減しておくことは、同じ負荷分担率で合算される外力負荷(変動軸力負荷)を受ける噛合い1山目ボルトねじ谷底の疲労破壊強度の向上に効果がある。 The load sharing of the fastening force by the bolts and nuts acts at the same sharing rate as the initial tightening as the axial force fluctuation not only at the time of initial tightening but also against the external force load such as vibration applied to the screw fastening part from the outside. .. Reducing the load sharing to the first thread, which has a particularly severe load, is the fatigue failure strength of the first thread bolt thread valley bottom that receives the external force load (fluctuation axial force load) that is added up at the same load sharing rate. It is effective in improving.

ボルト、ナット締結部の破壊はボルトの噛合い1山目谷底で亀裂軸破断として発生することが多いが、疲労破壊強度の向上の効果があるとする初期締結負荷の低減がどの様に効果を発揮するのかを説明する。ボルトの疲労試験結果より求められるS−N線図は、疲労破壊寿命(繰り返し数Nf)と外力負荷(応力振幅σr)の関係を示すものであるが、一般的に次の実験式で示すことができる。
Nf・σr=C
ここで Nf:疲労破壊するまでの負荷の繰り返し数
σr:負荷の応力振幅
b:応力指数(一般的に3〜5)
C:材料定数
ここで示すように、締結噛合い1山目のボルトねじ谷底への負荷を下げておくことは外力負荷(σr)分担を下げることにつながり、下がった負荷の応力振幅のb(一般に3〜5)乗分 繰返し数Nf を大きくできる効果につながる。
Fracture of bolt and nut fastening parts often occurs as crack shaft fracture at the bottom of the first peak valley of bolt engagement, but how is the reduction of the initial fastening load, which is said to have the effect of improving fatigue fracture strength, effective? Explain whether it will work. The SN diagram obtained from the bolt fatigue test results shows the relationship between the fatigue fracture life (repetition number Nf) and the external force load (stress amplitude σr), but it is generally shown by the following empirical formula. Can be done.
Nf · σr b = C
Here, Nf: Number of repeated loads until fatigue failure
σr: stress amplitude of load
b: Stress index (generally 3-5)
C: Material constant As shown here, lowering the load on the bottom of the bolt screw valley at the first thread of fastening mesh leads to lowering the share of the external force load (σr), and the stress amplitude b of the lowered load (b ( Generally, it leads to the effect that the multiplication / repetition number Nf can be increased by 3 to 5).

一般的に物質内を伝わる力を直接見ることはできないので、物質内の力の状態、流れ方を予測する方法として有限要素解析が有用である。従来方式のボルト、ナット締結における各ねじ山負荷を分析するため、有限要素法(FEM:Finite Element Method)を活用したCAE(Computer Added Engineering)手法により、ねじ締結部のシミュレーション解析を実施し、従来方式ナットのミーゼス相当応力分布を図4−1(a),(b),(c)に示す。また、本発明の態様(A)、(B)、(C)についても同様の解析を行っている。 In general, it is not possible to directly see the force transmitted in a substance, so finite element analysis is useful as a method for predicting the state and flow of force in a substance. In order to analyze each thread load in the conventional bolt and nut fastening, a simulation analysis of the screw fastening part was carried out by the CAE (Computer Added Engineering) method utilizing the finite element method (FEM: Fine Element Method). The Mises equivalent stress distribution of the method nut is shown in FIGS. 4-1 (a), (b), and (c). Further, the same analysis is performed for the aspects (A), (B), and (C) of the present invention.

本解析を行う上で、ナットのねじ山の数は一般的なものとして、有効ねじ山数7を選択し、本発明の各態様においても同様としている。締結時の締結力、ナット強度も総て同一の条件を採用している。また、従来方式7山と比較するねじ山数8山,9山のナットについてもねじ山数以外は同条件としている。
本発明態様(C)ではねじ山数7山の場合の解析とねじ山数を8山とした解析を行い、それぞれ従来方式7山、8山の負荷分担を比較をしている。
In performing this analysis, the number of threads of the nut is generally 7 and the number of effective threads is selected, and the same applies to each aspect of the present invention. The same conditions are used for the fastening force and nut strength at the time of fastening. In addition, the same conditions apply to nuts with 8 and 9 threads, which are compared with the conventional 7 threads, except for the number of threads.
In the aspect (C) of the present invention, the analysis in the case of 7 threads and the analysis in which the number of threads is 8 are performed, and the load sharing of 7 threads and 8 threads in the conventional method is compared, respectively.

図4-1に示すように、従来方式では、ねじ噛合い1山目(図4-1(a)の1印)が最も内部応力が高く、2山目(図4-1の2印)、3山目(図4-1の3印)では応力は急激に低下する。この状況を全ねじ山の負荷分担率として図4-4(a)に示し、負荷分担率の比較を棒グラフで表したものを図4-4(b)に示す。従来方式7山の締結に対しては白枠表示の棒グラフで示す。この場合、1山目に全負荷の35.6%が掛かり、2山目では20.6%、3山目では14.4%であり、この3山目までの負荷分担は実に70%以上に達する。4山目以降はそれぞれのねじ山の負荷分担率は約11〜4%以下に過ぎない。ボルト1山目の谷底部(図4−1(a)の※印)は高応力となり、従来方式のナットを使用する場合に発生するボルトの亀裂軸破断は、この噛合い1山目のボルトねじ谷底から発生することが多い。 As shown in FIG. 4-1 in the conventional method, the first thread of screw meshing (1 mark in FIG. 4-1 (a)) has the highest internal stress, and the second thread (2 mark in FIG. 4-1) has the highest internal stress. At the third peak (mark 3 in Fig. 4-1), the stress drops sharply. This situation is shown in FIG. 4-4 (a) as the load sharing ratio of all threads, and the comparison of the load sharing ratio is shown in a bar graph in FIG. 4-4 (b). A bar graph with a white frame is used for fastening 7 threads in the conventional method. In this case, 35.6% of the total load is applied to the first mountain, 20.6% to the second mountain, and 14.4% to the third mountain, and the load sharing up to the third mountain is actually 70% or more. To reach. From the 4th thread onward, the load sharing ratio of each thread is only about 11 to 4% or less. The valley bottom of the first thread of the bolt (marked with * in Fig. 4-1 (a)) becomes highly stressed, and the crack shaft breakage of the bolt that occurs when using a conventional nut is the bolt of the first thread of meshing. It often occurs from the bottom of the screw valley.

本発明の第1の態様(A)のナットの一例を示す縦断面図である。(a)ナットの断面図、(b)ナット開放側から見た平面図、(c)ナット座面側から見た平面図の例。It is a vertical sectional view which shows an example of the nut of the 1st aspect (A) of this invention. Examples of (a) cross-sectional view of the nut, (b) plan view seen from the nut open side, and (c) plan view seen from the nut seat surface side. 本発明の第1の態様(A)のナットの一例のミーゼス相当応力分布図。The Mises equivalent stress distribution diagram of an example of the nut of the first aspect (A) of the present invention. 本発明の第1の態様(A)のナットの一例の最大主応力(引張応力)のベクトル図。The vector diagram of the maximum principal stress (tensile stress) of an example of the nut of the 1st aspect (A) of this invention. 本発明の第1の態様(A)のナットの一例の最小主応力(圧縮応力)のベクトル図。The vector diagram of the minimum principal stress (compressive stress) of an example of the nut of the 1st aspect (A) of this invention. 本発明の態様(A)の一例と従来方式ナット図4−1の負荷分担率比較。Comparison of load sharing ratio between an example of the aspect (A) of the present invention and the conventional nut FIG. 4-1. 本発明の態様(A)の一例と従来方式ナット図4−1の棒グラフ。An example of the aspect (A) of the present invention and a bar graph of a conventional nut FIG. 4-1. 本発明の第1の態様(A)の変形例縦断面図を示す。A vertical sectional view of a modified example of the first aspect (A) of the present invention is shown. 本発明の第1の態様(A)の変形例縦断面図を示す。A vertical sectional view of a modified example of the first aspect (A) of the present invention is shown. 本発明の第2の態様(B)のナットの基本形の一例を示す縦断面図。The vertical sectional view which shows an example of the basic form of the nut of the 2nd aspect (B) of this invention. 本発明の第2の態様(B)の変形例の縦断面図。The vertical sectional view of the modification of the 2nd aspect (B) of this invention. 本発明の第2の態様(B)他の変形例のミーゼス相当応力分布図。Second aspect of the present invention (B) Mises equivalent stress distribution diagram of another modified example. 本発明の第2の態様(B)他の変形例。Second aspect of the present invention (B) Another modification. 本発明の第2の態様(B)他の変形例。Second aspect of the present invention (B) Another modification. 本発明の第3の態様(C)のナットの一例を示す縦断面図。The vertical sectional view which shows an example of the nut of the 3rd aspect (C) of this invention. 本発明の第3の態様(C)のナットの一例のミーゼス相当応力分布図。The Mises equivalent stress distribution diagram of an example of the nut of the third aspect (C) of the present invention. 本発明の第3の態様(C)のナットの一例と従来方式との負荷分担率の数値比較表。A numerical comparison table of the load sharing ratio between an example of the nut of the third aspect (C) of the present invention and the conventional method. 本発明の第3の態様(C)のナットの一例と従来方式との比較の棒グラフ。A bar graph comparing an example of a nut according to a third aspect (C) of the present invention with a conventional method. 本発明の第3の態様(C)のナットの変形例のミーゼス相当応力分布図。The Mises equivalent stress distribution diagram of the modified example of the nut of the third aspect (C) of the present invention. 本発明の第3の態様(C)のナットの変形例と従来方式との負荷分担率の数値比較表。A numerical comparison table of the load sharing ratio between the modified example of the nut of the third aspect (C) of the present invention and the conventional method. 本発明の第3の態様(C)のナットの変形例と従来方式との比較の棒グラフ。A bar graph comparing a modified example of the nut according to the third aspect (C) of the present invention with the conventional method. 従来方式のフランジナットの縦断面図(a)、上からの平面図(b)、および下からの平面図(c)。A vertical sectional view (a), a plan view (b) from above, and a plan view (c) from below of a conventional flange nut. ねじ山数7山の従来方式のナットのミーゼス相当応力分布図。Mises equivalent stress distribution diagram of a conventional nut with 7 threads. ねじ山数8山の従来方式のナットのミーゼス相当応力分布図。Mises equivalent stress distribution diagram of a conventional nut with 8 threads. ねじ山数9山の従来方式のナットのミーゼス相当応力分布図。Mises equivalent stress distribution diagram of a conventional nut with 9 threads. ねじ山数7山の従来方式のナットの最大主応力(引張応力)のベクトル図。A vector diagram of the maximum principal stress (tensile stress) of a conventional nut with 7 threads. ねじ山数7山の従来方式のナットの最小主応力(圧縮応力)のベクトル図。Vector diagram of the minimum principal stress (compressive stress) of a conventional nut with 7 threads. 従来方式のナットの負荷分担率数値表。Numerical table of load sharing ratio of conventional nuts. 従来方式のナットの負荷分担率の棒グラフ。A bar graph of the load sharing ratio of conventional nuts.

本発明のナットは、
A.ナットの縦断面図の形状において、ナット締結側の座面にねじの軸を中心に、上に凸形状の空間を同心円状に形成させ、該空間は直線、曲線又はそれらの組み合わせで結ばれた形状として空間を形成させた構造であり、該空間の座面からの深さをL、ナットの完全ねじ部の第1ねじの谷底から該座面までの軸方向長さをLとしたとき、該空間の深さLを、L<L≦L+ねじ山5ピッチの長さの範囲として該空間を形成することにより;
B.ナットの縦断面図の形状において、ナットの締結部材側の座面のねじ中心側に矩形状の凹部を有する構造であって、該凹部はナット座面から垂直に立ち上がる内壁と曲線、直線またはそれらを組み合わせたコーナー部と上面とを持ち、上面の位置から該ナットの不完全ねじ部の軸方向長さとナットの2ピッチの長さを加えた軸方向長さをLaとし、また該凹部の該座面から該上面までの軸方向長さをLb、ナットのねじ谷底と該凹部の内壁までの該凹部の半径方向の長さをLhとしたとき、LbはLaの0.001倍以上1倍以下の範囲とし、またLhはLaの0.5倍以上5倍以下の範囲として該凹部をねじの中心と同心円状に形成することにより;または
C.内部にねじ山を設けたねじ軸部およびフランジ座面部を有するナット本体と少なくとも一方の端面内径側に面取り座面を持つパイプ状であるナット部品とにより構成された2部品構成のナットであって、該ナット本体の縦断面図の形状がT字状であり、該ナット本体のフランジ座面部から該ナット部品の内側の被締結物側に向けてナット本体のねじ軸部が入り込む長さを、不完全ねじ部長さs+ねじピッチ0.5山分の長さ以上、不完全ねじ部長さs+ねじピッチ5山分の長さ以下となるようにねじ外側面外周部に中空パイプ状の該ナット部品を配置した構造であり、該T字形状のナット本体の最下部が被締結物に接しないように、かつ該ナット部品の最上部が該T字形状ナット本体のフランジ状座面に接触し、また該ナット部品の最下部が被締結物に接触するように該ナット部品の長さを設定し、該ナット部品内径面と該ナット本体の外周面はそれぞれ回転自在とし、該ナット本体と該ナット部品をねじの中心と同心円状に形成することにより;
ナットが受ける負荷の力の流れを、負荷分担の低い開放側の噛合いねじ山により多く向かわせるナット構造とすることで、3山目以後の負荷分担を増加させることにより、噛合い1山目の最大負荷分担を低減させ、噛合い1山目への負荷集中を低減させるように構成したことを特徴とする。この特徴によって噛合い1山目への負荷の低減によりボルト疲労強度最弱部である噛合い1山目谷底からの亀裂軸破断の疲労破壊寿命を向上させることができる。
The nut of the present invention
A. In the shape of the vertical sectional view of the nut, a space having a convex shape is formed concentrically on the seat surface on the nut fastening side with the axis of the screw as the center, and the space is connected by a straight line, a curved line, or a combination thereof. It is a structure in which a space is formed as a shape, and the depth from the seat surface of the space is L 2 , and the axial length from the valley bottom of the first screw of the fully threaded portion of the nut to the seat surface is L 1 . Then, by forming the space with the depth L 2 of the space as the range of L 1 <L 2 ≤ L 1 + 5 pitches of threads;
B. In the shape of the vertical sectional view of the nut, the structure has a rectangular recess on the screw center side of the seat surface on the fastening member side of the nut, and the recess is an inner wall rising vertically from the nut seat surface and a curved line, a straight line, or those. La is the axial length obtained by adding the axial length of the incompletely threaded portion of the nut and the length of two pitches of the nut from the position of the upper surface, and the concave portion. When the axial length from the seat surface to the upper surface is Lb and the radial length of the recess from the screw valley bottom of the nut to the inner wall of the recess is Lh, Lb is 0.001 times or more and 1 times La. By forming the recess concentrically with the center of the screw with the following range and Lh in the range of 0.5 times or more and 5 times or less of La; or C.I. A two-part nut composed of a nut body having a screw shaft portion and a flange bearing surface portion provided with threads inside, and a pipe-shaped nut component having a chamfered seating surface on the inner diameter side of at least one end face. The shape of the vertical cross-sectional view of the nut body is T-shaped, and the length from the flange bearing surface of the nut body to the inside of the nut component toward the object to be fastened is the length by which the screw shaft portion of the nut body enters. The nut part in the shape of a hollow pipe on the outer peripheral part of the outer surface of the screw so that the length of the incomplete thread portion s + the length of the screw pitch 0.5 thread or more and the length of the incomplete thread portion s + the thread pitch 5 threads or less. The lowermost part of the T-shaped nut body is in contact with the object to be fastened, and the uppermost part of the nut part is in contact with the flange-shaped seat surface of the T-shaped nut body. Further, the length of the nut component is set so that the lowermost portion of the nut component contacts the object to be fastened, the inner diameter surface of the nut component and the outer peripheral surface of the nut body are made rotatable, respectively, and the nut body and the nut are formed. By forming the part concentrically with the center of the screw;
By adopting a nut structure that directs the flow of the load force received by the nut to the meshing thread on the open side, which has a low load sharing, the load sharing after the third thread is increased, and the first thread of meshing. It is characterized in that it is configured to reduce the maximum load sharing of the above and reduce the load concentration on the first mesh. Due to this feature, the fatigue fracture life of the crack shaft fracture from the valley bottom of the first meshing thread, which is the weakest part of the bolt fatigue strength, can be improved by reducing the load on the first meshing thread.

本発明の第1の態様(A)および第2の態様(B)のナットは、1部品構造であり、ナットの締結側の中央部の座面に、開放側に向かって凸状空間形成や凹部形成の加工を施して、「力の流れ」をナット座面及びナット本体の外周部を通し、ねじの開放側3山目以後に向かわせたものである。第3の態様(C)は、ナット本体とナット部品の2部品構成であり、ナット本体とナット部品を使って「力の流れ」をナットのねじの開放側3山目以後に向かわせたものである。この様な構造とすることで噛合い1山目ねじ山にかかる初期締付け負荷と外力負荷の両方の負荷分担を同時に低減させる構造を持つことを特徴とするナットを提供しうる。 The nut of the first aspect (A) and the second aspect (B) of the present invention has a one-part structure, and a convex space is formed on the seating surface of the central portion of the nut fastening side toward the open side. The recess is formed so that the "force flow" is passed through the nut bearing surface and the outer peripheral portion of the nut body and directed to the third and subsequent threads on the open side of the screw. The third aspect (C) is a two-part configuration consisting of a nut body and a nut part, and uses the nut body and the nut part to direct the "force flow" to the third and subsequent threads on the open side of the nut screw. Is. With such a structure, it is possible to provide a nut characterized by having a structure for simultaneously reducing the load sharing of both the initial tightening load and the external force load applied to the first mesh thread.

本発明の各態様の説明において、ねじ山に関してはJIS B 0205(ISO 724)に準拠している。 In the description of each aspect of the present invention, the threads are based on JIS B 0205 (ISO 724).

また本発明ではねじの1ピッチを長さの基準としているが、これはボルト、ナットは同じ太さであってもねじピッチが異なるものが複数存在しているため、ここではねじ太さではなく、ねじピッチを長さの1つの基準として採用している。 Further, in the present invention, one pitch of the screw is used as a reference for the length, but this is not the screw thickness here because there are a plurality of bolts and nuts having the same thickness but different screw pitches. , The screw pitch is adopted as one standard of length.

以下に、第1の態様(A)の構造を代表して取り上げて締結噛合い1山目への負荷の低減について述べる。
第1の態様(A)は、ナットの縦断面図の形状において、ナット締結側の座面にねじの軸を中心に、曲線、直線またはそれらの組み合わせで結ばれた、上に凸形状の空間を同心円状に形成させた構造であり、該凸空間の座面からの深さをL、ナットの完全ねじ部の第1ねじの谷底から該座面までの軸方向長さをLとしたとき、該空間の深さLを、L<L≦L+ねじ山5ピッチの長さの範囲として該空間を形成することにより、締結時のナットのねじ山にかかる応力を開放側3山目以降のねじ山により多く向かわせて従来方式比で多くの負荷分担をさせ、ナットとボルトの締結噛合い1山目への負荷集中を低減するように構成したことを特徴とする。ここで、該空間とナットねじ山の間にある構造で内部にねじ山を持つナットのねじ軸部の太さを一定ではなく、P側からP側に繋がる軸部太さがPからPに暫次変化することも可能であって曲線、直線又はそれらの組み合わせとした形状により、P側を太く、座面側のP側を細くすることができる。
The reduction of the load on the first thread of the fastening engagement will be described below by taking up the structure of the first aspect (A) as a representative.
In the first aspect (A), in the shape of the vertical cross-sectional view of the nut, an upwardly convex space connected to the seat surface on the nut fastening side with a curved line, a straight line, or a combination thereof around the axis of the screw. The depth from the seat surface of the convex space is L 2 , and the axial length from the valley bottom of the first screw of the fully threaded part of the nut to the seat surface is L 1 . Then, by forming the space with the depth L 2 of the space as the range of L 1 <L 2 ≤ L 1 + thread 5 pitch length, the stress applied to the thread of the nut at the time of fastening is reduced. The feature is that the thread is directed more toward the third and subsequent threads on the open side to share more load than the conventional method, and the load concentration on the first thread of the nut and bolt fastening is reduced. To do. Here, the thickness of the screw shaft portion of the nut having a screw thread inside in the structure between the space and the nut thread is not constant, and the thickness of the shaft portion connecting from the P 2 side to the P 1 side is P 2 It is also possible to tentatively change from to P 1 , and the P 2 side can be made thicker and the P 1 side on the seating surface side can be made thinner depending on the shape of a curved line, a straight line, or a combination thereof.

第1の態様(A)のナットの一例の縦断面図を図1に示す。図1は、ナットの縦断面図(a)とナット開放側から見た平面図(b)および座面から見た平面図(c)であり、1がナット、2がボルト、3が被締結物、4がナット座面とナット軸部最下端間の空隙、5がナット座面内の上に凸形状の空間、7がねじ軸部最下端、8がナット締結側、9がナットの開放側、9aがナット開放端、14がナット座面、17がナットの外周部、18が内部にねじ山を設けたネジ軸部、19がナットねじ山である。 A vertical sectional view of an example of the nut of the first aspect (A) is shown in FIG. 1A and 1B are a vertical sectional view (a) of a nut, a plan view (b) seen from the nut open side, and a plan view (c) seen from the seat surface. 1 is a nut, 2 is a bolt, and 3 is a fastened nut. 4 is the gap between the nut bearing surface and the lowermost end of the nut shaft, 5 is the convex space above the nut bearing surface, 7 is the lowermost end of the screw shaft, 8 is the nut fastening side, and 9 is the opening of the nut. On the side, 9a is the nut open end, 14 is the nut bearing surface, 17 is the outer peripheral portion of the nut, 18 is the screw shaft portion having a thread inside, and 19 is the nut screw thread.

締結の状況について図1を参照しながら説明する。ボルト2、ナット1で被締結物3を締結する場合、ナットの座面側中央部のねじ軸部最下端7は空隙4があるために締結時に座面からの力はねじ軸部18には直接にはかからない。空間5の外周側にあるナット座面14が、被締結物3に接しているために、締結時の被締結物3からの力は、被締結物3と接するナット座面14でやり取りされる。締結力は被締結物3からナット座面14に入り、ナット内部を通りナットのねじ山19に伝わる。この時、力はナットの内部を空間5の外周にある曲線内部に沿うように進み、その後、空間5の最深部(P近傍)を通り各ねじ山を経由してボルトに入る。P近傍から一番近いねじ山19は 図1の例では3番目のナットねじ山である。そのほかの力は4番目、5番目、6番目、7番目にも伝わっていく。このように開放側に向かった力はその相手のボルトねじ山に伝わり、内部応力を3山目以後のねじ山で多く負担している。ボルトは軸力によって噛合い1山目が最大主応力(引張応力)を受けることに変わりがないがナットの開放側で多くの力を受けることにより、1山目は相対的に負荷分担が下がる。またナットねじ軸部18の形状効果もあいまって、ボルト、ナットの噛合い1山目の負荷は従来方式の構造と比較して格段に下がる。このように開放側のねじ山3番目以後に力を向けることにより、噛合い1山目への負荷を低減することができる。The state of conclusion will be described with reference to FIG. When the object to be fastened 3 is fastened with the bolt 2 and the nut 1, the force from the seat surface is applied to the screw shaft portion 18 at the time of fastening because the lowermost end 7 of the screw shaft portion at the center of the seat surface side of the nut has a gap 4. It doesn't take directly. Since the nut seat surface 14 on the outer peripheral side of the space 5 is in contact with the object to be fastened 3, the force from the object to be fastened 3 at the time of fastening is exchanged by the nut seat surface 14 in contact with the object to be fastened 3. .. The fastening force enters the nut bearing surface 14 from the object to be fastened 3, passes through the inside of the nut, and is transmitted to the thread 19 of the nut. At this time, the force proceeds along the inside of the nut to the curve inside on the outer periphery of the space 5, then enter the bolt through the deepest (P 2 near) the street each thread space 5. P 2 threads 19 nearest from the vicinity in the example of FIG. 1 is the third nut thread. Other powers are also transmitted to the 4th, 5th, 6th, and 7th. In this way, the force toward the open side is transmitted to the bolt thread of the other party, and a large amount of internal stress is borne by the third and subsequent threads. The bolt meshes with the axial force, and the first thread still receives the maximum principal stress (tensile stress), but by receiving a lot of force on the open side of the nut, the load sharing on the first thread is relatively reduced. .. In addition, due to the shape effect of the nut screw shaft portion 18, the load of the first thread of meshing of the bolt and the nut is significantly reduced as compared with the conventional structure. By directing the force to the third and subsequent threads on the open side in this way, the load on the first thread of meshing can be reduced.

図1は、本発明の第1の態様(A)における空間5の深さの関係を説明する図であり、Pはナットのねじ軸部18にある第1の山の完全ねじ部の谷底中央に位置し、Pは空間の奥行方向の最深部に位置する。ナットの座面14からP,Pまでの距離をそれぞれL,Lとする。Figure 1 is a diagram for explaining a first embodiment (A) the depth of the relationship between the space 5 in the present invention, P 1 root of complete thread portion of the first mountain in the threaded shaft portion 18 of the nut Located in the center, P 2 is located in the deepest part of the space in the depth direction. Let the distances from the seat surface 14 of the nut to P 1 and P 2 be L 1 and L 2 , respectively.

図1は、ナットの中心軸を通り、ねじ山1ピッチ内の任意の1断面を示し、ナットねじ軸部18の拡大図に示す通り、ねじ軸部18の最下部7の位置にあるねじ入口には加工された面取りがあり、続いてねじの切り始めから約1ピッチの不完全ねじ部があり、その奥に完全ねじ部が繋がっている。Pはねじ1回転(360度回転)中で位置が変化するためLの座面からの距離はねじピッチ1山分+面取り長さの影響を受ける。従ってPの座面14からの距離Lは、空隙4の寸法とねじ部面取り長さと不完全ねじ部長さの合計以上の距離となる。FIG. 1 shows an arbitrary one cross section within one thread pitch through the central axis of the nut, and as shown in the enlarged view of the nut screw shaft portion 18, the screw inlet at the position of the lowermost portion 7 of the screw shaft portion 18. Has a machined chamfer, followed by an incomplete threaded portion of about 1 pitch from the beginning of thread cutting, in which a fully threaded portion is connected. Since the position of P 1 changes during one screw rotation (360 degree rotation), the distance from the seat surface of L 1 is affected by one screw pitch + chamfering length. Therefore, the distance L 1 of P 1 from the seat surface 14 is equal to or greater than the sum of the dimensions of the gap 4, the chamfered length of the threaded portion, and the length of the incomplete threaded portion.

なお、上記態様(A)において、図1に示すように、完全ねじ部になっているナットねじ山の座面側の第1ねじ山のねじ谷中央にあるポイントPと空間5の最奥部にあるPの関係は、座面からの距離LとLにおいて、L>LとなるLの寸法を設定する。Lは、ねじにあるため360度の回転をすると1ピッチ分距離が変化するが、Lは成形加工により一定の数値となることが多い。このため、Lは少なくともLより深くするのが好適であるが、深さ上限はL+ねじ山5ピッチ分の長さとするのが適切である。図1の基本形の一例ではPより約2.4ピッチ分の長さの位置にPを設定している。In the above embodiments (A), as shown in FIG. 1, the point P 1 and the space 5 in the thread root center of the first thread of the seating surface side of the nut thread that is a complete thread portion deepest relationship P 2 in the part is at a distance L 1 and L 2 from the seating surface, to set the dimensions of the L 2> L 1 and becomes L 2. Since L 1 is located on a screw, the distance changes by one pitch when rotated 360 degrees, but L 2 often becomes a constant value due to molding. Therefore, it is preferable that L 2 is at least deeper than L 1 , but the upper limit of the depth is appropriately set to the length of L 1 + 5 pitches of threads. In an example of the basic form of FIG. 1, P 2 is set at a position about 2.4 pitches longer than P 1 .

上記態様(A)において、ねじ軸部18の太さを締結側に向かって太さを変化させることも、または空間5の最奥部(P)から軸部に形状が変わったところから同じ太さで最下部7近傍まで形成することも可能である。その形状は空間5の形状と一体化させ、直線、曲線、またはその組み合わせの形状を採用することが好適である。最下部7近傍には応力集中を避ける曲線を設けることが好適である。In the above embodiments (A), varying toward the thickness in the fastening side thickness of the threaded shaft portion 18 also, or deepest portion of the space 5 (P 2) the same from where the shape is changed to the shaft portion from It is also possible to form up to the vicinity of the bottom 7 in terms of thickness. It is preferable that the shape is integrated with the shape of the space 5 and a straight line, a curved line, or a combination thereof is adopted. It is preferable to provide a curve in the vicinity of the lowermost portion 7 to avoid stress concentration.

上に凸形状の空間を設ける加工の容易化を考慮し、上に凸形状の空間5は基本形の一例や変形例に示すように滑らかな曲線又は直線で結ばれた形状を持つ空間5が実用的構造である。上に凸形状は、本発明の態様(A)の目的を逸脱しない限り任意の形状とすることができ、第1の態様(A)の発明に含まれる。図1−5の(a),(b)は図1に対する2つの変形例であるが、主に空間5の形状と座面部内外形が異なるものである。いずれも被締結物3から入る力をナット1内部を通し、相手ボルトとの噛合いねじ山の3山以後の開放側に力を向けるものである。変形例である図1−5以外にも同様の効果を持つ形状を、製造上の要件などの諸条件によって決定することができる。 In consideration of facilitation of processing to provide a convex space on the upper side, the space 5 having a convex shape on the upper side is practically a space 5 having a shape connected by a smooth curve or a straight line as shown in an example of a basic shape or a modified example. Structure. The upwardly convex shape can be any shape as long as it does not deviate from the object of the aspect (A) of the present invention, and is included in the invention of the first aspect (A). (A) and (b) of FIGS. 1-5 are two modified examples with respect to FIG. 1, but mainly the shape of the space 5 and the outer shape inside the seat surface are different. In each case, the force applied from the object to be fastened 3 is passed through the inside of the nut 1 and the force is directed to the open side after the three threads of the meshing thread with the mating bolt. A shape having the same effect other than the modified example of FIG. 1-5 can be determined according to various conditions such as manufacturing requirements.

本態様(A)において重要なことはナットの座面側に形成する上に凸形状の空間5の形成である。特にその深さの選択であり、L<L≦L+ねじ山5ピッチ分の長さが成立するようにLを設定し、P近傍を通る力とボルトから引っ張られる力に対応できる強度を持つ構造のナット形状を実現すれば多くの力の流れを開放側3番目以後のねじ山に向かわせることが可能となり、噛合い1山目への負荷を低減することができる。What is important in this aspect (A) is the formation of a convex space 5 on the seat surface side of the nut. In particular, it is the selection of the depth, and L 2 is set so that the length of L 1 <L 2 ≤ L 1 + thread 5 pitches is established, and the force passing near P 2 and the force pulled from the bolt are set. If a nut shape having a structure having a corresponding strength is realized, a large amount of force flow can be directed to the third and subsequent threads on the open side, and the load on the first meshing thread can be reduced.

一般に、力が平板の外部からある1点に加わると、力はその場所から内部に大きさに比例して広がること、力は最短経路を通ること、力が曲がる時でも急角度では曲がらないこと、力は通りやすいところを通ること、力は空間を通らないことなどが知られている。ミーゼス相当応力分布、ベクトル図においてもこの力の伝わり方の特徴が明確に読み取れるものである。 In general, when a force is applied to a point from the outside of a flat plate, the force spreads from that location to the inside in proportion to the magnitude, the force follows the shortest path, and even when the force bends, it does not bend at a steep angle. It is known that force passes through easy-to-pass places, and force does not pass through space. The characteristics of how this force is transmitted can be clearly read in the Mises equivalent stress distribution and the vector diagram.

この力の伝わり方を基にして、態様(A)に対応する図1−1のミーゼス相当応力分布図、図1−2の力の流れが見られる最大主応力(引張応力)のベクトル図,図1−3の最小主応力(圧縮応力)のベクトル図により力の流れが確認できる。特にベクトル図では小さな矢印がびっしり並んでおり、その向きは力の方向を示し、長さは力の大きさを示し、並び方の粗密はその場所で多くの力がそれぞれの方向に向かって流れる状況を示している。 Based on the way this force is transmitted, the stress distribution diagram corresponding to Mieses in FIG. 1-1 corresponding to the mode (A), and the vector diagram of the maximum principal stress (tensile stress) in which the force flow in FIG. 1-2 can be seen, The force flow can be confirmed from the vector diagram of the minimum principal stress (compressive stress) in Fig. 1-3. Especially in the vector diagram, small arrows are lined up closely, the direction indicates the direction of the force, the length indicates the magnitude of the force, and the density of the arrangement indicates the situation where many forces flow in each direction at that place. Is shown.

図1−1のミーゼス相当応力分布図は上記ベクトル図を全体的な応力分布として可視化し、白黒四階調で色分けしたものである。ベクトル図(図1−2,図1−3)において矢の方向がどこを向いているかに注目すると、多くの力の向く先がナット内をねじ山に向かうが、その多くが向いているところがナットねじ山の3番、4番である。それより開放側の5,6,7番ねじ山に向かうものも多いことも見て取れる。ナットねじ山締結側については、P近傍から渦を巻くように2番、次いで1番の方向に曲がりながら伝わっている。図1−2ではボルトねじ部とボルト軸部を締結側に引張る軸力を受けているため、ナットの斜めのねじ面からボルトの斜めのねじ面に(それも強く押し付けられている片側の面に)集中して力がかかっている様子が見える。ボルト軸力が締結側に向かっているため、ねじ山1番が一番大きな引張応力を受けているが、ナットのねじ山1番、2番はねじ軸部18周囲でP近傍から曲がってきた小さな力とボルトからの引張の力の方を多く受けており、ナットねじ3番、2番、1番と強さ順に締結側に引張られている状況となっている。このため、ナットねじ1番に至っては内部応力が低いことを示す黒色が表れている。ここにはねじ軸部の形状効果が付加されている。The Mises equivalent stress distribution diagram in FIG. 1-1 is a visualization of the above vector diagram as an overall stress distribution and color-coded in four black and white gradations. Focusing on where the direction of the arrow points in the vector diagram (Fig. 1-2, Fig. 1-3), the tip of many forces points toward the thread in the nut, but most of them point. No. 3 and No. 4 of the nut thread. It can also be seen that there are many that go to the 5, 6 and 7 threads on the open side. The nut threaded engagement side, it is transmitted while curving from P 2 near No. 2 to swirl, and then in the direction of number 1. In Fig. 1-2, since the bolt thread and the bolt shaft are subjected to the axial force that pulls them toward the fastening side, the diagonal thread surface of the nut is pressed against the diagonal thread surface of the bolt (it is also strongly pressed on one side). It can be seen that the force is applied in a concentrated manner. Since the bolt axial force is towards the fastening side, but thread No. 1 has received the largest tensile stress, thread No. 1 of the nut, No. 2 has bent from P 2 vicinity around the screw shaft portion 18 It receives more of the small force and the pulling force from the bolt, and the nut screws No. 3, No. 2, No. 1 are pulled toward the fastening side in order of strength. For this reason, the nut screw No. 1 has a black color indicating that the internal stress is low. The shape effect of the screw shaft portion is added here.

図1−1、図1−2、図1−3に表されている変形例の解析図において、ナットからの力は3山目以後のねじ山方向に向かって流れ、締結噛合い1山目の負荷を低減している。3山目以降の負荷分担は従来方式に比較して増加しており、7山目まで力が及んでいる。特に図1−1の応力大の領域(白色表示領域)は1,2,3番ねじ山では狭く、小さくなっており、4番、5番、6番,7番では暗いグレー(応力やや小さい)が広い領域に表れている。 In the analysis diagram of the modified example shown in FIGS. 1-1, 1-2, and 1-3, the force from the nut flows toward the thread direction after the third thread, and the first thread of the fastening mesh is engaged. The load is reduced. The load sharing after the 3rd mountain has increased compared to the conventional method, and the force has reached the 7th mountain. In particular, the area of high stress (white display area) in Fig. 1-1 is narrow and small at threads 1, 2 and 3, and dark gray (slightly small stress) at threads 4, 5, 6 and 7. ) Appears in a wide area.

従来方式における同様の図4−1、最大主応力のベクトル図4−2、最小主応力の図4−3に見られるように、従来方式ではナットの最内径側を通る力に支配された状況であることに対し、本発明の図1−1の応力分布図は、まったく異なる応力分布となっており、本発明の態様(A)は力の流れる方向を締結噛合い3山目以後に向け、噛合い1山目への負荷を低減することが明確に示されている。 As can be seen in Fig. 4-1 of the conventional method, the vector of the maximum principal stress in Fig. 4-2, and Fig. 4-3 of the minimum principal stress, in the conventional method, the situation is dominated by the force passing through the innermost diameter side of the nut. On the other hand, the stress distribution diagram of FIG. 1-1 of the present invention has a completely different stress distribution, and in the aspect (A) of the present invention, the direction in which the force flows is directed toward the third and subsequent peaks of fastening engagement. , It is clearly shown to reduce the load on the first mesh.

これらの結果、態様(A)の一例での噛合い1山目の負荷分担率は26.3%となっている(従来方式:35.6%)。この結果を各山の負荷分担率の基準とした従来方式7山のものとの比較表を図1−4(a)に、この数値の比較棒グラフを図1−4(b)に示す。この比較を見ると、態様(A)のナットの一例は従来方式に比較して3山目以後の負荷分担が増加し、噛合い1山目の負荷分担が低減していることが読み取れる。 As a result, the load sharing rate of the first meshing peak in the example of the aspect (A) is 26.3% (conventional method: 35.6%). Fig. 1-4 (a) shows a comparison table with the conventional method of 7 mountains using this result as a reference for the load sharing ratio of each mountain, and Fig. 1-4 (b) shows a comparison bar graph of this numerical value. Looking at this comparison, it can be seen that in the example of the nut of aspect (A), the load sharing after the third thread is increased and the load sharing of the first meshing thread is reduced as compared with the conventional method.

第1の態様(A)における凸空間構造ナットの各コーナー部に関して、各コーナーの処理は好適には次のようなものとする。部材の場所ごとに最適な応力集中緩和曲線で作られるコーナー部形状を使用することが好ましい。応力集中緩和曲線は、例えば 2次曲線(単純R、複合R,楕円など)があり、更に斜めCカットなど直線も用いることができる。 With respect to each corner of the convex space structure nut in the first aspect (A), the treatment of each corner is preferably as follows. It is preferable to use the corner shape formed by the optimum stress concentration relaxation curve for each member location. The stress concentration relaxation curve includes, for example, a quadratic curve (simple R, composite R, ellipse, etc.), and a straight line such as an oblique C cut can also be used.

また、第1の態様(A)において、ナットの表面粗さについて、ねじ面はJIS規定に準じ、摺動する面は精級仕上げ、その他の面は中級仕上げ又は必要な面粗度でよいものとするが、後述する表面処理と整合する表面粗さが望ましい。 Further, in the first aspect (A), regarding the surface roughness of the nut, the threaded surface may have a refined finish on the sliding surface, and the other surface may have an intermediate finish or the required surface roughness. However, it is desirable that the surface roughness is consistent with the surface treatment described later.

次いで、本発明の第2の態様(B)のナットについて説明する。
本発明のナット(B)は、ナットの縦断面図の形状において、ナットの締結部材側の座面のねじ中心側に矩形状の凹部を有する構造であって、凹部は座面から垂直に立ち上がる内壁と曲線、直線、またはそれらを組み合わせたコーナー部と上面とを持ち、上面の位置からナットの不完全ねじ部の軸方向長さとナットの2ピッチの長さを加えた軸方向長さをLaとし、また凹部の座面から上面までの軸方向長さをLb、ナットのねじ谷底と凹部の内壁までの凹部の半径方向の長さをLhとしたとき、LbはLaの0.001倍以上1倍以下の長さとし、またLhはLaの0.5倍以上5倍以下の長さとした凹部をねじの中心と同心円状に形成することを特徴とする。
Next, the nut of the second aspect (B) of the present invention will be described.
The nut (B) of the present invention has a structure having a rectangular recess on the screw center side of the seat surface on the fastening member side of the nut in the shape of the vertical sectional view of the nut, and the recess rises vertically from the seat surface. It has an inner wall and a curved line, a straight line, or a corner part and an upper surface that combine them, and the axial length is La, which is the sum of the axial length of the incompletely threaded part of the nut and the two pitch lengths of the nut from the position of the upper surface. Lb is 0.001 times or more of La, where Lb is the axial length from the seat surface to the upper surface of the recess, and Lh is the radial length of the recess from the screw valley bottom of the nut to the inner wall of the recess. It is characterized in that a recess having a length of 1 time or less and Lh having a length of 0.5 times or more and 5 times or less of La is formed concentrically with the center of the screw.

ナットの座面部分にこのように凹部を設けて形成することにより、締結時にナットに入る力の流れは、被締結物に接するナット座面の全面から入り、ナット凹部の壁に沿って流れ、コーナー近傍を通り、ナットの中央部付近を開放側の3番目山以後に向かい、全てのねじ山に広く分散して流れることとなる。ボルトからナットに入る引張応力が噛合い1山目で最大であることは変わりがないが、締結時のナットのねじ山にかかる応力を開放端側のねじ山側により多く分担させることができるため、ナットとボルトの締結噛合い1山目への負荷を低減することができる。 By forming the concave portion on the seat surface portion of the nut in this way, the flow of the force entering the nut at the time of fastening enters from the entire surface of the nut seat surface in contact with the object to be fastened and flows along the wall of the nut concave portion. It passes near the corner, passes near the center of the nut toward the third thread on the open side and beyond, and flows widely distributed over all threads. The tensile stress that enters the nut from the bolt is still the maximum at the first thread of meshing, but the stress applied to the thread of the nut at the time of fastening can be shared more on the thread side on the open end side. It is possible to reduce the load on the first thread of the fastening mesh of the nut and the bolt.

本発明態様(B)について図面を用いて説明する。図2は、本発明の第2の態様(B)のナットの一例を示す縦断面図であり、ナット1は、ナット内径下部に凹部10を持つ構造である。凹部10には、被締結物3に接するナット座面14から垂直に立ち上がる壁11、その上に繋がる曲線に挟まれた直線を持つコーナー部12(このコーナー12にある直線はナットの締結側から2山目以降のねじ谷底を向くことが好ましい。図2は2山目谷底を向いている例を示す。)、そしてコーナー部12から繋がる上面13があって、上面13の最内径ねじ側には開放側に順次面取り加工部と不完全ねじ部があり、ねじ山19に至る線で構成される開放空間である。凹部10の寸法は、ナット1のねじ部面取り寸法+不完全ねじ部の軸方向長さsとナットの2ピッチの長さを加えた軸方向長さをLaとし、また凹部10の座面14から上面13までの軸方向長さをLb、ナット1のねじ谷底15と凹部10の内壁11までの凹部10の半径方向の長さをLhとしたとき、LbはLaの0.001倍以上1倍以下の長さとし、またLhはLaの0.5倍以上5倍以下の長さとして、凹部10をねじの中心と同心円状に形成する。 Aspect (B) of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing an example of the nut according to the second aspect (B) of the present invention, and the nut 1 has a structure having a recess 10 in the lower part of the inner diameter of the nut. In the recess 10, a wall 11 rising vertically from the nut seat surface 14 in contact with the object to be fastened 3 and a corner portion 12 having a straight line sandwiched by a curved line connected to the wall 11 (the straight line in this corner 12 is from the nut fastening side). It is preferable to face the bottom of the second and subsequent threads. FIG. 2 shows an example of facing the bottom of the second thread.) And there is an upper surface 13 connected from the corner portion 12, and the innermost screw side of the upper surface 13 has an upper surface 13. Is an open space composed of a chamfered portion and an incompletely threaded portion on the open side, and a line leading to the thread 19. The dimension of the recess 10 is La, which is the sum of the chamfered dimension of the threaded portion of the nut 1 + the axial length s of the incomplete threaded portion and the length of 2 pitches of the nut, and the seat surface 14 of the recess 10. When the axial length from to the upper surface 13 is Lb and the radial length of the screw valley bottom 15 of the nut 1 and the concave portion 10 to the inner wall 11 of the concave portion 10 is Lh, Lb is 0.001 times or more 1 than La. The recess 10 is formed concentrically with the center of the screw so that the length is not more than twice as long and Lh is 0.5 times or more and 5 times or less as long as La.

本発明の第2の態様(B)には、様々の変形例があり得る。図2−1がその第1の変形例であって、凹部10のコーナー部12が1つの応力集中緩和曲線構造であって、コーナー部12が上面13に繋がって、順次面取り、ねじ不完全部、ねじ谷底15を経て、ねじ山19へ至る構造である。凹部における寸法は、ナット1の不完全ねじ部+面取りの軸方向長さsとナットの2ピッチの長さを加えた軸方向長さをLaとし、また凹部10の座面14から上面13までの軸方向長さをLb、ナット1のねじ谷底15と該凹部10の内壁11までの凹部10の半径方向の長さをLhとしたとき、LbはLaの0.001倍以上1倍以下の長さとし、またLhはLaの0.5倍以上5倍以下の長さとして、凹部10をねじの中心と同心円状に形成する。図2−1の変形例においてLhはLaの約1.1倍の場合である。本構造とすることによって、力の流れはナット座面14からの力がナットの外周部分を流れ、開放側の3山目以後に多く向かわせることができる。またナットは加工には単純な形状であり、形状確認を含め製作容易の利点がある。 There may be various variations of the second aspect (B) of the present invention. FIG. 2-1 is the first modification, in which the corner portion 12 of the recess 10 has one stress concentration relaxation curve structure, the corner portion 12 is connected to the upper surface 13, and the chamfered portion and the screw incomplete portion are sequentially chamfered. , The structure is such that the screw thread 19 is reached through the screw valley bottom 15. The dimension of the recess is La, which is the sum of the axial length s of the incomplete threaded portion of the nut 1 + chamfering and the length of 2 pitches of the nut, and from the seat surface 14 to the upper surface 13 of the recess 10. Lb is 0.001 times or more and 1 times or less of La, where Lb is the axial length of the nut 1 and Lh is the radial length of the recess 10 up to the screw root 15 of the nut 1 and the inner wall 11 of the recess 10. The recess 10 is formed concentrically with the center of the screw so that the length is 0.5 times or more and 5 times or less the length of La. In the modified example of FIG. 2-1 Lh is about 1.1 times La. With this structure, the force from the nut seat surface 14 flows through the outer peripheral portion of the nut, and a large amount of force can be directed to the third and subsequent peaks on the open side. In addition, the nut has a simple shape for processing, and has the advantage of being easy to manufacture, including shape confirmation.

本態様(B)の基本例である図2の一例のミーゼス相当応力分布図を図2−2に示す。図2−2のミーゼス相当応力分布を注意深くみると、ナット座面14から入った力はナット座面内を斜め45度方向ねじ山に向かって流れるものが多い。座面14中央に近いところからコーナー12直線部にほぼ平行に斜め45度程度ねじ山側に向いて、ナットねじ山3番から4番に流れる力と、ナット外周の段付き付近から斜め45度程度ねじ山側に傾いたままねじ山5、6番目に向かうものが見られる。コーナー12を回りこんで上面13に平行な水平方向に締結側の1山目に流れる力は少ない。ナットのねじ山1番のねじ山の後方(ナット内部)に応力小の黒色が大きく表れている。この様な黒色部分は従来方式ナット(図4−1)には見られないもので、この黒色部分の少し開放側をコーナー12を通った力が流れていると考えられる。ナットの中で広がった力はねじ山に至ったところでボルトねじ山から引っ張られる力を受けることとなるが、多くのねじ山に力が分散された結果として噛合い1山目にかかる負荷は従来方式と比較して低減されている。 FIG. 2-2 shows a Mises equivalent stress distribution diagram of an example of FIG. 2, which is a basic example of this aspect (B). Looking carefully at the Mises equivalent stress distribution in FIG. 2-2, most of the forces applied from the nut bearing surface 14 flow in the nut bearing surface toward the thread in the diagonal 45 degree direction. About 45 degrees diagonally parallel to the straight part of the corner 12 from near the center of the seat surface 14 The force flowing from the nut thread 3 to 4 toward the thread side and about 45 degrees diagonally from the stepped area on the outer circumference of the nut. You can see the ones that go to the 5th and 6th threads while tilting toward the threads. The force flowing around the corner 12 in the horizontal direction parallel to the upper surface 13 to the first mountain on the fastening side is small. Thread of nut A large black color with low stress appears behind the thread No. 1 (inside the nut). Such a black portion is not seen in the conventional nut (FIG. 4-1), and it is considered that the force passing through the corner 12 flows through the slightly open side of the black portion. The force spread in the nut receives the force pulled from the bolt thread when it reaches the thread, but as a result of the force being distributed to many threads, the load applied to the first thread is conventional. It is reduced compared to the method.

図2に示す本態様(B)の基本例において、ナット座面14から入る力をナットの開放側に向ける能力を図2−1の変形例に比較して制御しやすくできる。例えば図中符号13の上面の長さを長くして、座面内のLh長さをLaの2.0倍程度と長くしたり、コーナー12の直線部の傾きを45度より大きく傾け開放側を向くようにしたり、壁11の長さが少し短くなる構造とすることなどが変化の要素である。この様に、凹部の各要素を最適に組み合わせることで力の向きを制御することができて、噛合い1山目への負荷分担を低減できる。図示はしていないが、本態様(B)の他の変形例の場合でも噛合い1山目の負荷分担率は30%を下回る数値を示す。 In the basic example of the present aspect (B) shown in FIG. 2, the ability to direct the force applied from the nut bearing surface 14 toward the open side of the nut can be easily controlled as compared with the modified example of FIG. 2-1. For example, the length of the upper surface of reference numeral 13 in the drawing may be lengthened to lengthen the Lh length in the seat surface to about 2.0 times that of La, or the inclination of the straight portion of the corner 12 may be tilted more than 45 degrees to the open side. Factors of change are such as facing the wall 11 and making the wall 11 a little shorter in length. In this way, the direction of the force can be controlled by optimally combining the elements of the recesses, and the load sharing to the first meshing peak can be reduced. Although not shown, the load sharing ratio of the first meshing peak is less than 30% even in the case of the other modification of the present aspect (B).

態様(B)の図2の一例の場合と従来方式の負荷分担率を図2−3(a)に、従来方式ナットと比較した棒グラフを図2−3(b)に示す。棒グラフで黒枠表示が態様(B)の変形例を示す。ちなみに負荷分担率は噛合い1山目では従来方式35.6%に対し、態様(B)の一変形例では29.6%と低減している。3山目以後は態様(B)の方が増加している。 The case of the example of FIG. 2 of the aspect (B) and the load sharing ratio of the conventional method are shown in FIG. 2-3 (a), and the bar graph comparing with the conventional nut is shown in FIG. 2-3 (b). In the bar graph, the black frame display shows a modified example of aspect (B). By the way, the load sharing ratio is reduced to 29.6% in the modified example of the aspect (B), compared with 35.6% in the conventional method in the first meshing. After the third mountain, the aspect (B) is increasing.

また、本態様(B)のナットの開放側の形状は例えば六角形や四角形など、従来からある締結工具を使用できる形状であってもよい。 Further, the shape of the nut on the open side of the present aspect (B) may be a shape such as a hexagon or a quadrangle that can use a conventional fastening tool.

またナット座面14あるいは凹部10の壁面11、コーナー部12、上面13に関して、表面粗さは、ねじはJIS規定に準拠する精級仕上げ、ナット座面は精級仕上げ、その他の面は粗仕上げまたは並仕上げとするのが好適であるが、表面処理と整合する表面とすることがさらに好適である。 Regarding the surface roughness of the nut seat surface 14, the wall surface 11, the corner portion 12, and the upper surface 13 of the recess 10, the screws have a fine finish according to JIS regulations, the nut seat surface has a fine finish, and the other surfaces have a rough finish. Alternatively, a normal finish is preferable, but a surface consistent with the surface treatment is more preferable.

凹部10、ナット座面14、その他の表面にあるコーナー部に関し、すべてのコーナー部には、好適には円弧、楕円の一部などの2次曲線などの応力集中緩和曲線を有する形状であることが望ましい。 With respect to the concave portion 10, the nut bearing surface 14, and other corner portions on the surface, all the corner portions preferably have a shape having a stress concentration relaxation curve such as a quadratic curve such as an arc or a part of an ellipse. Is desirable.

次いで、本発明の第3の態様(C)について説明する。
C.内部にねじ山を設けたねじ軸部およびフランジ座面部を有するナット本体と少なくとも一方の端面内径側に面取り座面を持つパイプ状であるナット部品とにより構成された2部品構成のナットであって、該ナット本体の縦断面図の形状がT字状であり、該ナット本体のフランジ座面部から該ナット部品の内側の被締結物側に向けてナット本体のねじ軸部が入り込む長さを、不完全ねじ部長さs+ねじピッチ0.5山分の長さ以上、不完全ねじ部s+ねじピッチ5山分の長さ以下となるようにねじ外側面外周部に中空パイプ状の該ナット部品を配置した構造であり、該T字形状のナット本体の最下部が被締結物に接しないように、かつ該ナット部品の最上部が該T字形状ナット本体のフランジ状座面に接触し、また該ナット部品の最下部が被締結物に接触するように該ナット部品の長さを設定し、該ナット部品内径面と該ナット本体の外周面はそれぞれ回転自在とし、該ナット本体と該ナット部品をねじの中心と同心円状に形成することにより;
締結時のナットのねじ山にかかる応力を開放側のねじ山3山目以後により多く向かわせてナットとボルトの締結噛合い1山目への負荷集中を低減するように構成したことを特徴とする。
Next, the third aspect (C) of the present invention will be described.
C. A two-part nut composed of a nut body having a screw shaft portion and a flange bearing surface portion provided with threads inside, and a pipe-shaped nut component having a chamfered seating surface on the inner diameter side of at least one end face. The shape of the vertical cross-sectional view of the nut body is T-shaped, and the length from the flange bearing surface of the nut body to the inside of the nut component toward the object to be fastened is the length by which the screw shaft portion of the nut body enters. A hollow pipe-shaped nut component is placed on the outer peripheral portion of the outer surface of the screw so that the length of the incomplete thread portion s + the screw pitch is 0.5 threads or more and the length of the incomplete thread portion s + the thread pitch is 5 threads or less. The structure is arranged so that the lowermost part of the T-shaped nut body does not come into contact with the object to be fastened, and the uppermost part of the nut part comes into contact with the flange-shaped seating surface of the T-shaped nut body. The length of the nut component is set so that the lowermost portion of the nut component contacts the object to be fastened, the inner diameter surface of the nut component and the outer peripheral surface of the nut body are rotatable, respectively, and the nut body and the nut component are made rotatable. By forming concentric circles with the center of the screw;
The feature is that the stress applied to the thread of the nut at the time of fastening is directed more toward the third and subsequent threads on the open side to reduce the load concentration on the first thread of the nut and bolt fastening. To do.

本発明の第3の態様(C)のナットの縦断面図を図3に例示的に示す。ナット本体1の縦断面図の形状が略T字状で、ナット本体1は内部にねじ山を設けたねじ軸部と一体化しており、ナット本体1のフランジ下面部ねじ軸部18側面に少なくとも一方の片側内径側に軸部18と干渉しないための面取り構造を持つパイプ状のナット部品6を配置した構造であり、ナット本体軸部18はナット部品6の中で回転自在であって、ナット本体1は内部にボルト2を捻じ込み、ナット部品6とは摺動面16で接触、回転摺動する。ナット本体1のねじ軸部最下部7が被締結物3に接しないように、ナット部品6の最上面22から座面14までの長さをナット本体1のフランジ座面からねじ軸部の最下部7までの長さより長くして、ナット部品6が被締結物3と接する構造を示している。ナット本体1の上方開放側外形は締結工具に合わせた形状とすることができる。ナット本体1の軸方向に内部にねじ山が設けられたねじ軸部18の太さは一定でもよく、または開放側を太く、被締結物側を細くすること、さらに軸部の長さの途中からさらに細くすることもできる。また、図3のようにナット部品6の座面20を拡大し、ナット部品6と被締結物3の締結時の面圧を下げることもできる。 A vertical sectional view of the nut according to the third aspect (C) of the present invention is exemplified in FIG. The vertical cross-sectional view of the nut body 1 has a substantially T-shape, and the nut body 1 is integrated with a screw shaft portion having a thread inside, and at least on the side surface of the screw shaft portion 18 on the lower surface of the flange of the nut body 1. A pipe-shaped nut component 6 having a chamfering structure is arranged on one side of the inner diameter side so as not to interfere with the shaft portion 18, and the nut body shaft portion 18 is rotatable in the nut component 6 and is a nut. The main body 1 has a bolt 2 screwed inside, and is in contact with the nut component 6 on a sliding surface 16 and slides rotationally. The length from the uppermost surface 22 to the seat surface 14 of the nut component 6 is set from the flange seat surface of the nut body 1 to the maximum of the screw shaft portion so that the lowermost portion 7 of the screw shaft portion of the nut body 1 does not come into contact with the object to be fastened 3. The structure is shown in which the nut component 6 is in contact with the object to be fastened 3 so as to be longer than the length up to the lower portion 7. The outer shape of the nut body 1 on the upper open side can be shaped according to the fastening tool. The thickness of the screw shaft portion 18 provided with threads inside in the axial direction of the nut body 1 may be constant, or the open side may be thicker and the object to be fastened side may be thinner, and the length of the shaft portion may be in the middle. It can be made even thinner. Further, as shown in FIG. 3, the seat surface 20 of the nut component 6 can be enlarged to reduce the surface pressure at the time of fastening the nut component 6 and the object to be fastened 3.

ボルト2とナット本体1及びナット部品6により被締結物3を締結する場合、ナット本体1の締結側最下面7は直接被締結物3に接しないで、ナット部品6の座面20が被締結物3に接しているため、締結時の力の流れが、ナット部品6とナット本体1との接触面16を介してナット本体1の開放側に向かい、さらに各ねじ山に向かう。この時、力はナット部品6からナット本体1に入るが、その位置はナット部品6とナット本体1が触れている接触面16の最内径部近傍から多く入り、ナット本体1内をねじ山3番目以後のねじ山に向かい、広がりながら開放側のねじ山に達する。 When fastening the object to be fastened 3 with the bolt 2, the nut body 1 and the nut component 6, the lowermost surface 7 on the fastening side of the nut body 1 does not directly contact the object to be fastened 3, and the seat surface 20 of the nut component 6 is fastened. Since it is in contact with the object 3, the flow of force at the time of fastening is directed to the open side of the nut body 1 via the contact surface 16 between the nut component 6 and the nut body 1, and further toward each thread. At this time, the force enters the nut body 1 from the nut component 6, but the position is large from the vicinity of the innermost inner diameter of the contact surface 16 where the nut component 6 and the nut body 1 are in contact with each other, and the screw thread 3 is inside the nut body 1. It goes to the thread after the second and reaches the thread on the open side while expanding.

図3に示すように、ナット本体のフランジ部からねじ軸部18に移行する曲線部分とナット部品6の内径側肩部には、望ましくはそれぞれ形状や大きさが変わることがあっても互いが干渉しない構造を維持できる応力集中緩和曲線を持たせ、ナット本体、ナット部品双方に応力集中をさせない構造とする。ねじ山の負荷分担状況は、ナット部品6とナット本体1の触れ合う面16に対応するねじ軸部18内にあるねじの軸方向高さにあるねじ山の位置の相対的な関係から変化する。 As shown in FIG. 3, the curved portion transitioning from the flange portion of the nut body to the screw shaft portion 18 and the inner diameter side shoulder portion of the nut component 6 are preferably mutual even if their shapes and sizes may change. The structure shall have a stress concentration relaxation curve that can maintain a structure that does not interfere, and shall not cause stress concentration on both the nut body and nut parts. The load sharing state of the screw thread changes from the relative relationship of the screw thread positions at the axial height of the screw in the screw shaft portion 18 corresponding to the contact surface 16 of the nut component 6 and the nut body 1.

本態様(C)ではナット本体1の開放側に近いナットねじ山に力を向けることが可能であって、どのように負荷を分担させるかは、ナット1の強度、材質、ナット部品6の強度、材質、それらの形状から決めることができる。ナット部品6とナット本体1が接触する面16の高さにあるLは、L+ねじ山0.5ピッチ分の長さ≦L≦L+ねじ山5ピッチの長さの範囲内が望ましい。In this aspect (C), the force can be directed to the nut thread near the open side of the nut body 1, and how the load is shared depends on the strength of the nut 1, the material, and the strength of the nut component 6. It can be decided from the material, the material, and their shape. L 2 at the height of the surface 16 where the nut component 6 and the nut body 1 contact is in the range of L 1 + 0.5 pitch length ≤ L 2 ≤ L 1 + 5 thread length. Inside is desirable.

ここで、Lは、図3にあるように、ナットのねじ軸部18のねじ山の締結側にある完全ねじ1番のねじ谷底にある点Pからナット座面14までの距離を示し、Pとナット座面の間には、空隙4とねじ面取りとねじ不完全部の合計の長さsがあることとする。ナット部品6の軸方向長さ、空隙4の長さ、ねじ軸部18突出量を調整することで、ナット本体1のねじ軸部18の最下端7が被締結物3に触れることがない構造とすることができる。Here, L 1 indicates the distance from the point P 1 at the bottom of the thread valley of the perfect screw No. 1 on the fastening side of the thread of the screw shaft portion 18 of the nut to the nut bearing surface 14, as shown in FIG. , between the P 1 and the nut bearing surface, and that there is a total length s of the space 4 and a screw chamfer and thread imperfections. By adjusting the axial length of the nut component 6, the length of the gap 4, and the amount of protrusion of the screw shaft portion 18, the lowermost end 7 of the screw shaft portion 18 of the nut body 1 does not touch the object to be fastened 3. Can be.

図3は、一例としてナットのねじ山の数を8山としている。これはねじ軸部の影響によりナットの開放側に多くの応力が流れることによる力のバランス上ナット自体の剛性向上目的によるものである。ナット本体1のねじ軸部18外周に一例として段又はテーパー又はこれらを組み合わせた形状を設けた構造である。また、図3ではナット部品6の座面20が被締結物3と接触する接触面積を増やした構造であり、ナット部品6と被締結物3が接する座面20の締結面圧を下げる効果がある。 In FIG. 3, the number of threads of the nut is set to 8 as an example. This is due to the purpose of improving the rigidity of the nut itself in terms of the balance of force due to the large amount of stress flowing on the open side of the nut due to the influence of the screw shaft portion. As an example, the nut body 1 has a structure in which a step or a taper or a shape combining these is provided on the outer periphery of the screw shaft portion 18. Further, in FIG. 3, the seat surface 20 of the nut component 6 has a structure in which the contact area in contact with the object to be fastened 3 is increased, which has the effect of reducing the fastening surface pressure of the seat surface 20 in which the nut component 6 and the object to be fastened 3 are in contact with each other. is there.

本態様(C)には変形例が多くあるが、使用方法に関するものがある(図示はしていない)。ナット部品6を被締結物3と置き換えて、ナット本体1を被締結物3から出てくるボルト2に直接螺合し、被締結物3を締結することができる変形(使用実施)例がある。この変形例の場合、被締結物3のねじ穴をナット本体1のねじ軸部18が回転自在に入る構造として、さらに被締結物3に設ける穴の入口は図3に示すようなナット部品6の大きな応力集中緩和曲線またはそれと同等効果を持つ構造とすることで、ナット本体1をボルト2を介して直接被締結物3と締結することができる。ナット本体1と被締結物3はナット本体1のフランジ座面の面16で接触する。このような場合、ボルト2は図3に示すように被締結物側からねじ山が出てくる方向を向いていて、ナット本体1と螺合するよう設定する。このような変形例においてもナット本体の開放側ねじ山3山目以後に力を多く流せ、噛合い1山目の負荷低減を実施できる。この様な使用方法、面取り形状も本発明の一部である。この場合の利点は、態様(C)の効果に加え、部品点数の削減、軽量化、ナット突出量削減などが挙げられる。 There are many modifications of this aspect (C), but there are some related to the usage method (not shown). There is a deformation (use implementation) example in which the nut component 6 can be replaced with the object to be fastened 3 and the nut body 1 can be screwed directly into the bolt 2 coming out of the object to be fastened 3 to fasten the object to be fastened 3. .. In the case of this modification, the screw hole of the object to be fastened 3 has a structure in which the screw shaft portion 18 of the nut body 1 can rotate, and the inlet of the hole provided in the object to be fastened 3 is a nut component 6 as shown in FIG. The nut body 1 can be directly fastened to the object to be fastened 3 via the bolt 2 by adopting a structure having a large stress concentration relaxation curve or an effect equivalent thereto. The nut body 1 and the object to be fastened 3 come into contact with each other on the surface 16 of the flange bearing surface of the nut body 1. In such a case, as shown in FIG. 3, the bolt 2 is set so as to face the direction in which the thread comes out from the object to be fastened and to be screwed with the nut body 1. Even in such a modified example, a large amount of force can be applied after the third thread on the open side of the nut body, and the load on the first thread of meshing can be reduced. Such a usage method and a chamfered shape are also a part of the present invention. Advantages in this case include reduction in the number of parts, weight reduction, reduction in nut protrusion amount, and the like, in addition to the effect of aspect (C).

本態様(C)のミーゼス相当応力分布図を図3−1に示す。ここでは、態様(C)ナットのFEM解析にはねじ山を8山にした構造のナット本体を使用している。これはねじ軸部の影響によりナットの開放側に多くの応力が流れることによるナット自体の剛性向上によるものである。これに従い、比較の基準の従来方式ナットはねじ8山の数値を使用する。 The Mises equivalent stress distribution diagram of this aspect (C) is shown in FIG. 3-1. Here, the nut body having a structure with eight threads is used for the FEM analysis of the nut of aspect (C). This is due to the improvement in the rigidity of the nut itself due to the large amount of stress flowing on the open side of the nut due to the influence of the screw shaft portion. In accordance with this, the conventional nut, which is the reference for comparison, uses the value of 8 threads.

図3−1のミーゼス相当応力分布図では、応力の大きさを四段階色調で色分けしており、白色が応力大、黒色が応力小を示し、中間の明るいグレーは応力やや大、暗いグレーがやや小を表している。 In the stress distribution diagram equivalent to Mieses in Fig. 3-1 the magnitude of stress is color-coded in four color tones. White indicates high stress, black indicates low stress, and light gray in the middle indicates slightly large stress and dark gray. It represents a little small.

図3−1の概要として、ナット部品6の座面20から入った力は最下部では黒色であり、上に向かって暗いグレーから明るいグレーに斜めにナット本体1に向かい、ナット本体1とナット部品6が接触する面16上下で高圧縮応力を示す白色となり、最大の応力となっているが、この部分ではナット本体1のねじ山7〜8番目に白やグレーの帯状の高応力が向いていることも見える。また、ナット本体1に入った直後にナット軸部18に向かって白と明るいグレーが見えているが、この部分は引張応力を受けている。この部分を通してナットねじ山4番と3番の間、3番と2番の間のねじ谷底へ向かう白色が見える。また、ねじ山3番付近が一番多くの力を通しているように見える。さらにナット側1番では内部に黒色が見え、この1山目部分は応力が小さいことを示している。改めて全体を眺めるとねじ軸部にあるナット1のねじ山1,2,3番はボルトから引張られる力を受けている。ナットからボルトに伝わる力はボルトねじ山3番が大きく、4,5,6,7、8番まで力が掛かっていて、7、8番にも暗いグレーが見えている。ボルト側を見ればねじ山近傍で1〜3番目までは白色が小さくみられるが4,5番にも淡いグレーが出ている。さらにボルトねじ山の8番まですべての長さにわたって暗いグレーが広がっている。この様にボルト内部に広く応力が拡張している様子が見られる。ナットには力が方向を持って広がっていく様子が見えている。 As an outline of FIG. 3-1 the force applied from the seat surface 20 of the nut component 6 is black at the bottom, and diagonally from dark gray to light gray upward toward the nut body 1, the nut body 1 and the nut. On the top and bottom of the surface 16 where the part 6 contacts, it becomes white, which indicates high compressive stress, and is the maximum stress. In this part, the white or gray band-shaped high stress is suitable for the 7th to 8th threads of the nut body 1. You can also see that it is. Immediately after entering the nut body 1, white and light gray are visible toward the nut shaft portion 18, but this portion is subjected to tensile stress. Through this part, a white color can be seen between the nut threads 4 and 3 and toward the bottom of the thread valley between the 3 and 2. Also, it seems that the area around thread 3 is passing the most force. Furthermore, black color is visible inside the nut side No. 1, indicating that the stress is small in this first mountain portion. Looking at the whole again, the threads 1, 2, and 3 of the nut 1 on the screw shaft are subjected to the pulling force from the bolt. The force transmitted from the nut to the bolt is large on the bolt thread No. 3, and the force is applied to Nos. 4, 5, 6, 7, and 8, and dark gray is also visible on Nos. 7 and 8. Looking at the bolt side, white is small in the 1st to 3rd positions near the thread, but light gray is also appearing in the 4th and 5th positions. In addition, dark gray spreads over all lengths up to bolt thread number 8. In this way, it can be seen that the stress is widely expanded inside the bolt. You can see the force spreading in the direction of the nut.

この態様(C)の図3−1と従来方式による図4−1を見比べると、ミーゼス相当応力分布図は全く異なる様相になっていることが読み取れる。従来方式の図4−1では締結側1番に直ぐに力が向かい、力の多くを1番で受け渡しをして、次いで2番目、3番目と順次小さくなっていき、開放側ねじ山は小さな負荷分担しかしていないことが見られる。 Comparing FIG. 3-1 of this aspect (C) with FIG. 4-1 of the conventional method, it can be seen that the Mises equivalent stress distribution diagram has a completely different aspect. In Fig. 4-1 of the conventional method, the force is immediately directed to No. 1 on the fastening side, most of the force is transferred by No. 1, and then gradually decreases to the second and third, and the thread on the open side has a small load. It can be seen that they are only sharing.

本発明の態様(C)と従来方式の性能比較のために態様(C)の一例と従来方式の比較を図3−2(a)負荷分担率,(b)棒グラフに示す。ここで本態様(C)の噛合い1山目の負荷分担率は22.9%であり、従来方式の34.5%とはかけ離れた数値となっている。3山目以後の数値では態様(C)の方の負荷負担率が高くなっている。この比較は双方のナットねじ山数8山で行っている。 In order to compare the performance of the aspect (C) of the present invention with the conventional method, an example of the aspect (C) and a comparison of the conventional method are shown in FIG. 3-2 (a) load sharing ratio and (b) bar graph. Here, the load sharing ratio of the first meshing peak of the present aspect (C) is 22.9%, which is a value far from the conventional method of 34.5%. In the numerical values after the third peak, the load burden rate of the aspect (C) is higher. This comparison is made with eight nut threads on both sides.

本発明の態様(C)の7山での変形例の解析を図3−3のミーゼス相当応力分布図に、従来方式7山との比較を図3−4(a)比較数値表、図3−4(b)で比較棒グラフをそれぞれ示す。この変形例での噛合い1山目の負荷分担率は24.0%であり、従来方式の35.6%とは大きく異なることを示している。ここでは双方ともねじ山数7山で比較している。 The analysis of the modified example of the aspect (C) of the present invention at 7 peaks is shown in the Mises equivalent stress distribution diagram of FIG. 3-3, and the comparison with the conventional method 7 peaks is shown in FIG. 3-4 (a) Comparative numerical table and FIG. -4 (b) shows the comparison bar graphs, respectively. The load sharing ratio of the first meshing peak in this modified example is 24.0%, which is significantly different from the conventional method of 35.6%. Here, both are compared with 7 threads.

この様に態様(C)は、ナット本体1のフランジ座面の軸方向の位置とナット本体のねじ山の位置(ねじ軸部突出量)に相関がみられ、開放側への力の流れ量の大きさ、ひいては噛合い1山目の負荷分担に影響を及ぼすことを示唆している。ちなみに図3−1と図3−3ではナット本体軸部18の突出量が変わっており、図3−1は3.5山程度に対し、図3−3では4.3山程度と異なっている。 In this way, in aspect (C), a correlation is observed between the axial position of the flange bearing surface of the nut body 1 and the thread position of the nut body (screw shaft portion protrusion amount), and the amount of force flowing to the open side. It is suggested that it affects the size of the mesh and the load sharing of the first mountain of meshing. By the way, the amount of protrusion of the nut body shaft 18 is different between FIGS. 3-1 and 3-3, which is different from about 3.5 peaks in FIG. 3-1 and about 4.3 peaks in FIG. 3-3. There is.

本発明の第3の態様(C)の各部品のコーナー部や他と接触する部分は、応力集中を避けるため、ナット部品6の座面20側コーナーやナット本体と接する部分などは応力集中緩和曲線を設けることが望ましい。また、これら応力集中緩和曲線の大きさ、形状は任意に決定することが可能である。 In order to avoid stress concentration in the corners and other parts of each part of the third aspect (C) of the present invention, stress concentration is relaxed in the corners on the seat surface 20 side of the nut part 6 and the parts in contact with the nut body. It is desirable to provide a curve. Further, the size and shape of these stress concentration relaxation curves can be arbitrarily determined.

ナット部品6の座面20の表面粗さは精級仕上げ、あるいはナット本体1とナット部品6が接する面16は双方とも精級仕上げ、ねじ面はJIS規定の面粗度、その他の表面粗さは、粗仕上げまたは並仕上げとするなど、後述する表面処理との整合性をもつように、場所により最適な面粗度とするのが好適である。 The surface roughness of the seat surface 20 of the nut component 6 is refined, or the surface 16 where the nut body 1 and the nut component 6 are in contact is both refined, the threaded surface is the surface roughness specified by JIS, and other surface roughness. Is preferably set to the optimum surface roughness depending on the location so as to have consistency with the surface treatment described later, such as rough finish or normal finish.

T字状ナット構造は、必ずしも厳密なT字状構造でなくてもよく、主旨を逸脱しない限り、変形構造はあり得る。例えば十字構造であってもよい。また、ナット本体上部が通常の六角形などの締結工具を使える形状を持っていることも可能であり、より好適である。 The T-shaped nut structure does not necessarily have to be a strict T-shaped structure, and a deformed structure is possible as long as the purpose is not deviated. For example, it may have a cross structure. Further, it is also possible that the upper part of the nut body has a shape that can be used with a fastening tool such as a normal hexagon, which is more preferable.

本発明においては、態様が(A),(B),(C)と異なっていても、上記のようにナットが受ける負荷の力の流れを、負荷分担の低い開放側の噛合いねじ山により多く向かわせるナット構造として、3山目以後の負荷分担を増加させることにより、噛合い1山目の最大負荷分担を低減させるように構成したナットを提供することができる。これにより、噛合い1山目への負荷の低減により、ボルトの噛合い1山目谷底からの亀裂軸破断を起こす疲労破壊寿命を延長させる目的を達成することができる。 In the present invention, even if the mode is different from (A), (B), and (C), the flow of the load applied to the nut as described above is caused by the meshing thread on the open side, which has a low load sharing. As a nut structure that can be directed to a large number, it is possible to provide a nut configured to reduce the maximum load sharing of the first meshing thread by increasing the load sharing after the third thread. As a result, by reducing the load on the first meshing thread, it is possible to achieve the purpose of extending the fatigue fracture life that causes the crack shaft fracture from the bottom of the first meshing thread of the bolt.

本発明の第1〜第3態様のナットは、従来から用いられてきた材料を利用することができる。材料としては、軟鋼、炭素鋼、ニッケルクロム鋼、クロム鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼等の合金鋼、ステンレス合金鋼、アルミ合金、ニッケル合金、チタン合金等の非鉄金属、樹脂、セラミック(酸化物、窒化物、炭化物等)等の材質、材料が好適に使用される。 As the nut of the first to third aspects of the present invention, a material conventionally used can be used. Materials include alloy steels such as mild steel, carbon steel, nickel chrome steel, chrome steel and nickel chrome molybdenum steel, non-ferrous metals such as stainless alloy steel, aluminum alloys, nickel alloys and titanium alloys, resins and ceramics (oxides and nitrides). Materials such as (materials, carbonized materials, etc.) and materials are preferably used.

ねじの形成は従来と同様の工法を採用することができて、例えば、タップによるねじ成形加工、NC(数値制御)旋盤、マシニングセンター(MC)、複合加工機(旋盤とフライスの複合加工機)、放電加工、のいずれかまたはこれらの組み合わせ、粗材製作にはプレス塑性加工、冷間・熱間・温間プレス加工、鍛造、鋳造、射出成型、精密鋳造、3Dプリンタ加工、モールディング、MIMS、あるいはそれらを組み合わせて行うことができる。ねじ山寸法、強度に関しては、各国の工業規格(日本においてはJIS B0205:2001,JIS B0216:1987,JIS B1051:2000等)に規定された形状等を採用できる。 The same method as before can be used for thread formation. For example, thread forming by tapping, NC (numerical control) lathe, machining center (MC), multi-tasking machine (combined lathe and milling machine), Electric discharge machining, or a combination of these, press plastic working, cold / hot / warm press working, forging, casting, injection molding, precision casting, 3D printer machining, molding, MIMS, or They can be combined. Regarding the screw thread size and strength, the shape specified in the industrial standards of each country (JIS B0205: 20011, JIS B0216: 1987, JIS B1051: 2000, etc. in Japan) can be adopted.

一例として、NC旋盤による第1の態様(A)のナットの形成について説明する。外形部は冷間・温間・熱間鍛造/プレス、切削、ナットフォーマー、スイス型自動旋盤などで製作し、ナットの座側側の空間部や略矩形の凹型をNC旋盤、自動盤、等の加工機により形成した後、従来のナットのねじ山形成と同様に切削加工、研削加工、切削タップ、転造タップを用いてナットのねじ山を形成することで本発明のナットを作製することができる。あるいは、作製順序を変えて、同様の装置でタップを用いてねじ山を形成した後に、ナットの座面側に空間や略矩形の凹部を形成し、その後に外周形状を形成しても良い。 As an example, the formation of the nut of the first aspect (A) by the NC lathe will be described. The outer shape is manufactured by cold / warm / hot forging / pressing, cutting, nut former, Swiss type automatic lathe, etc., and the space on the seat side of the nut and the substantially rectangular concave shape are made by NC lathe, automatic lathe, etc. After forming with a processing machine such as, the nut of the present invention is produced by forming a nut thread using cutting, grinding, cutting tap, and rolling tap in the same manner as the conventional nut thread forming. be able to. Alternatively, the manufacturing order may be changed to form a screw thread using a tap in the same device, a space or a substantially rectangular recess may be formed on the seat surface side of the nut, and then an outer peripheral shape may be formed.

他の態様のナットの製造法もほぼ同じようになるが、例を挙げれば、部材はナット本体になる部材とナット部品になる部材に大別できる。ナットの外形及びねじ下穴の製作は、熱間/冷間/温間プレス、鍛造、切削、鋳造などを採用し、1部品型ナットや略T字状形状を作製する。通常の工具で締結作業がしやすいように六角形などの締結工具を使えるように最頭部を形成し、切削や冷間/熱間鍛造、鋳造などで作った下穴にタップを通し、ねじ山/谷を形成する。ねじ部は旋削、研削加工を施して形成しても良い。ナット部品はパイプの切断、冷間/温間/熱間鍛造、鋳造、CNC旋盤による丸棒からの連続自動切削、など、もしくはこれらの組み合わせにより製作することができる。3Dプリンタによる成形でも良い。樹脂やセラミックスなどで作る場合は射出成型、焼結などと切削、研削などの工法の組み合わせを行っても良い。ナットとナット部品が接する面の面粗度は摺動抵抗を少なくするものを選択、採用しうる。鏡面研磨面、研磨面、精密切削面、精密金型によるプレス面、マイクロショットピーニング、ガラスビーズショットなどから選択もしくは組み合わせで加工できる。また、ナット本体とナット部品の組み合わせで、ねじ中心軸周りにナット本体が回転しながら締結を進めるため、被締結物面とナットねじ中心軸が垂直に保たれるように、ナット本体とナット部品の製作を行うことが望ましい。 The method for manufacturing nuts in other embodiments is almost the same, but for example, the members can be roughly divided into a member that becomes a nut body and a member that becomes a nut component. For the outer shape of the nut and the preparation of the screw pilot hole, hot / cold / warm press, forging, cutting, casting, etc. are adopted, and a one-part nut or a substantially T-shaped shape is manufactured. The head is formed so that a hexagonal fastening tool can be used so that fastening work can be easily performed with a normal tool, and a tap is passed through a pilot hole made by cutting, cold / hot forging, casting, etc. Form peaks / valleys. The threaded portion may be formed by turning or grinding. Nut parts can be manufactured by cutting pipes, cold / warm / hot forging, casting, continuous automatic cutting from round bars with a CNC lathe, or a combination of these. Molding with a 3D printer may be used. When it is made of resin or ceramics, it may be a combination of injection molding, sintering, etc. and cutting, grinding, etc. The surface roughness of the surface where the nut and the nut component contact can be selected and adopted to reduce the sliding resistance. It can be processed by selecting or combining mirror-polished surface, polished surface, precision cutting surface, pressed surface with precision die, micro shot peening, glass bead shot, etc. In addition, by combining the nut body and nut parts, the nut body rotates around the screw center axis to proceed with fastening, so the nut body and nut parts are kept vertical so that the surface to be fastened and the nut screw center axis are kept vertical. It is desirable to make.

ナットとボルトが締結開始する以前の表面は、例えば、材質が金属の場合、削り、研磨などの面粗度を持ち、摩擦係数μも、ドライ時μ≒0.5、ウェット時でμ≒0.1であることは知られている。しかし、締結開始後、隙間が無くなり基材が強く圧着された時、潤滑剤は流出し、金属表面の酸化膜は剥離し、金属地肌が現れる。この時、特にドライ環境では金属表面で金属結合が起きるような強い圧接状態になっている。この場合、ねじ山の摩擦係数が元のままであるとは想定しにくく、摩擦係数が非線形的に上昇し、双方のねじ山が凝着する大きさまで達することがありえる。 For example, when the material is metal, the surface before the nut and bolt start fastening has surface roughness such as shaving and polishing, and the coefficient of friction μ is μ ≈ 0.5 when dry and μ ≈ 0 when wet. It is known to be .1. However, when the gap disappears and the base material is strongly pressure-bonded after the start of fastening, the lubricant flows out, the oxide film on the metal surface is peeled off, and a metal background appears. At this time, especially in a dry environment, the metal surface is in a strong pressure welding state in which metal bonding occurs. In this case, it is difficult to assume that the friction coefficient of the thread remains unchanged, and the friction coefficient may increase non-linearly to reach a size at which both threads adhere.

ダイヤモンド状炭素膜であって、膜がついていない溝部で細分化され、摺動面に設けた膜が分割されている機能を持つセグメント構造ダイヤモンド状炭素(S−DLC)膜がこの様な圧力を受けながら接する基材間に成膜されている場合、膜が存在している限り、摩擦係数(μ≒0.15)が変化することなく基材同士が擦りあう状態を維持できる。この密着耐久性は、本発明者らによる多くの実験で示されている。ナットの締結側のねじ山にS−DLC膜がある場合、少なくとも締結噛合い第1ねじ山にS−DLC膜がある場合、摩擦係数の上昇の影響は少ない。 A segmented structure diamond-like carbon (S-DLC) film, which is a diamond-like carbon film and has a function of being subdivided in a groove without a film and having a function of dividing the film provided on the sliding surface, exerts such pressure. When a film is formed between the base materials that are in contact with each other while receiving the film, the base materials can maintain a state of rubbing against each other without changing the friction coefficient (μ≈0.15) as long as the film is present. This adhesion durability has been shown in many experiments by the present inventors. When there is an S-DLC film on the thread on the fastening side of the nut, at least when there is an S-DLC film on the first thread of the fastening mesh, the effect of the increase in the friction coefficient is small.

本発明の第1〜3の態様(A)〜(C)に係るナットにおいて、ねじ山表面の少なくともボルトとの噛合い第1ねじ山またはそれ以上のねじ山の一部もしくは全部のボルト側ねじと接する面、またはねじ山の両側の斜面に、ダイヤモンド状炭素(DLC)膜、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al膜、ZnO膜、SiO膜、アルマイト、金属メッキ、固体潤滑剤、リン酸マンガン化成処理、浸炭焼入れ、窒化処理、クロマイズド処理のいずれか、またはこれらを組み合わせた被膜を被覆して保護膜を形成するのが、スムーズな締結作動上および安定な締結を実現する上でさらに好適である。ねじ山表面は少なくとも噛合い第1ねじ山表面を含む、より開放側のねじにもDLC膜の成膜が施されていることが好ましい。DLC保護膜を形成することにより、金属表面の荒れ、剥離を抑制し、摩擦係数を安定化させ、より安定した締結をもたらし得る。好適には、DLC膜は、溝により、例えば碁盤目状に分割されたセグメント状である(S−DLC膜)。In the nut according to the first to third aspects (A) to (C) of the present invention, a part or all of the bolt-side threads of the first thread or more threads that mesh with at least the bolt on the thread surface. the contact surface or both sides of the slope of the thread, and diamond-like carbon (DLC) film, BN film, WC films, CrN films, HfN film, VN film, TiN film, TiCN film, Al 2 O 3 film, ZnO film , SiO 2 film, alumite, metal plating, solid lubricant, manganese phosphate chemical conversion treatment, carburizing and quenching, nitrided treatment, chromated treatment, or a combination of these coatings to form a protective film. It is more suitable for smooth fastening operation and stable fastening. It is preferable that the thread surface includes at least the meshing first thread surface, and the screw on the more open side is also formed with a DLC film. By forming the DLC protective film, roughening and peeling of the metal surface can be suppressed, the coefficient of friction can be stabilized, and more stable fastening can be achieved. Preferably, the DLC film is in the form of segments divided by grooves, for example, in a grid pattern (S-DLC film).

また本発明の第1〜2の態様(A),(B)はナットの被締結物と接する座面14を、あるいは、第3の態様(C)に係るナットにおいて、ナット本体とナット部品が摺動する面16、あるいは被締結物と接するナット部品の面14をダイヤモンド状炭素(DLC)膜で被覆して保護膜を形成するのが、スムーズな締結作動上および安定な締結を実現する上でさらに好適である。摺動面にDLC保護膜を形成することにより、金属表面の荒れ、剥離を抑制し、摩擦係数を安定化させ、より安定した締結をもたらし得る。好適には、DLC膜は、膜がない溝により、例えば碁盤目状に分割されたセグメント状である(S−DLC膜)。S−DLC膜であれば被膜のない溝部は油溝となり、給油された場合には座面摩擦係数の安定が図られ、締結の安定に寄与する。 Further, in the first and second aspects (A) and (B) of the present invention, the nut body and the nut component are attached to the seat surface 14 in contact with the object to be fastened of the nut, or in the nut according to the third aspect (C). A protective film is formed by covering the sliding surface 16 or the surface 14 of the nut component in contact with the object to be fastened with a diamond-like carbon (DLC) film in order to realize smooth fastening operation and stable fastening. Is even more suitable. By forming the DLC protective film on the sliding surface, roughening and peeling of the metal surface can be suppressed, the coefficient of friction can be stabilized, and more stable fastening can be achieved. Preferably, the DLC film is in the form of segments divided into, for example, a grid pattern by grooves without a film (S-DLC film). In the case of the S-DLC film, the groove portion without the coating film becomes an oil groove, and when oil is supplied, the coefficient of friction of the bearing surface is stabilized, which contributes to the stability of fastening.

前記のナット本体とナット部品が摺動する面、ナットの座面、ねじ内面にDLC膜を堆積するためには、気相堆積法(CVD又はPVD法)が好適であり、たとえば直流、交流もしくは高周波等を電源とするプラズマCVDまたはマグネトロンスパッタもしくはイオンビームスパッタ等のスパッタ法が挙げられる。DLC膜の膜厚は、ナット、ナット部品の形状、使用用途等に依存するが、通常0.01〜10μmであり、更に望ましくは0.5〜3μmである。 The vapor deposition method (CVD or PVD method) is suitable for depositing the DLC film on the surface on which the nut body and the nut component slide, the seat surface of the nut, and the inner surface of the screw, for example, DC, AC, or Examples thereof include a sputtering method such as plasma CVD, magnetron sputtering, or ion beam sputtering using a high frequency or the like as a power source. The film thickness of the DLC film depends on the shape of the nut and nut parts, the intended use, etc., but is usually 0.01 to 10 μm, and more preferably 0.5 to 3 μm.

ねじ山表面、ナット、ナット部品、もしくはワッシャが相互に接触する部分、あるいは被締結物と接する面(座面)にダイヤモンド状炭素膜を成膜する効用を述べたが、ダイヤモンド状炭素膜に限定するものでなく、摩擦抵抗の低減、あるいは摩擦抵抗の変化を低減する目的で他の材料を選択することができる。例えば、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al膜、ZnO膜、SiO膜、アルマイト、金属メッキ、固体潤滑層、リン酸マンガン化成処理、浸炭焼入れ、窒化処理、クロマイズド処理、高分子樹脂コートのいずれか、またはたはこれらを組み合わせたものを選択することができる。これらの膜によって、スムーズな締結作動および安定な締結を実現する上で効果がある。The effect of forming a diamond-like carbon film on the thread surface, nut, nut parts, or the part where the washer comes into contact with each other, or the surface (seat surface) in contact with the object to be fastened is described, but it is limited to the diamond-like carbon film. Other materials can be selected for the purpose of reducing frictional resistance or reducing changes in frictional resistance. For example, BN film, WC films, CrN films, HfN film, VN film, TiN film, TiCN film, Al 2 O 3 film, ZnO film, SiO 2 film, anodized aluminum, a metal plating, a solid lubricating layer, manganese phosphate chemical conversion treatment , Carburizing and quenching, nitriding treatment, chromated treatment, polymer resin coating, or a combination thereof can be selected. These films are effective in achieving smooth fastening operation and stable fastening.

表面膜形成あるいは表面処理の種類としては、金属メッキ、高分子樹脂コート、アルマイト処理、真空蒸着、イオンプレーティング、PVD,CVDなどのプラズマ処理などを好適に適用することができる。 As a type of surface film formation or surface treatment, metal plating, polymer resin coating, alumite treatment, vacuum vapor deposition, ion plating, plasma treatment such as PVD and CVD can be preferably applied.

また、ナットやナット部品の外表面に表面処理を施し、耐候性向上、外観向上、識別表示付与、加飾、などを適宜行うことができる。 Further, the outer surface of the nut or nut component can be surface-treated to appropriately improve weather resistance, improve appearance, give identification display, decorate, and the like.

本発明によれば、ボルト、ナット締結において最大負荷を分担する噛合い1山目の負荷を下げることができ、ボルトの噛合い1山目谷底からの亀裂軸破断の疲労強度を向上させることができる特徴を持つ構造のナットを提供できる。 According to the present invention, it is possible to reduce the load of the first meshing thread that shares the maximum load when fastening bolts and nuts, and to improve the fatigue strength of crack shaft fracture from the valley bottom of the first meshing thread of the bolt. It is possible to provide a nut having a structure that can be used.

1 ナット、ナット本体
2 ボルト
3 被締結物
4 ナット座面14又はナット部品6の最下部20と、ねじ軸部最下端7の間の空隙
5 凸状空間 (ねじ軸部の背面曲線などを含む)
6 ナット部品
7 ねじ軸部最下端
8 ナットの締結側方向
8a ナットの締結座面
9 ナットの開放側方向
9a ナットの開放端
10 ナット内の凹部
11 ナット内の壁面(凹部の壁)
12 ナット凹部内のコーナー部
13 ナット凹部の上面
14 ナットの座面
15 ナットねじ谷底
16 ナット本体とナット部品が接触する面(摺動面)
17 ナット本体の外周部
18 ナット本体のねじ軸部
19 ナット本体のねじ山
20 ナット部品6の最下部
21 ナット本体1の外周部
22 ナット部品の最上部
23 ワッシャ
24 ナット本体のねじ軸部にあるPがナット部品に入る最短長さ(s+0.5ピッチの長さ)
25 ナット本体のねじ軸部にあるPがナット部品に入る最長長さ(s+5ピッチの長さ)
ナットねじの締結側1山目の完全ねじ部の谷底に位置するポイント
ナットの凸状空間の最奥部に位置するポイント
ナット座面14からPまでの距離
ナット座面14からPまでの距離
P ナットねじ1山のピッチ
La ナットのねじピッチ2山分と不完全ねじ部(面取りを含む)長さsの合計長さ
Lb ナット座面14からナット座面内の上面13までの長さ
Lh ナット座面内の壁面11とねじ谷底15の間の長さ
s 面取り長さとねじ不完全部長さの合計長さ
1 Nut, nut body 2 bolt 3 to be fastened 4 gap between the bottom 20 of the nut seat surface 14 or the nut part 6 and the bottom 7 of the screw shaft 5 Convex space (including the back curve of the screw shaft) )
6 Nut parts 7 Lower end of screw shaft 8 Nut fastening side direction 8a Nut fastening seat surface 9 Nut open side direction 9a Nut open end 10 Recess in nut 11 Recess in nut 11 Wall surface in nut (recess wall)
12 Corner in the nut recess 13 Top surface of the nut recess 14 Nut seat surface 15 Nut screw valley bottom 16 Surface where the nut body and nut parts come into contact (sliding surface)
17 Outer part of the nut body 18 Screw shaft part of the nut body 19 Thread of the nut body 20 Bottom of the nut part 6 21 Outer part of the nut body 1 22 Top of the nut part 23 Washer 24 Located on the screw shaft part of the nut body The shortest length that P 1 can enter into nut parts (s + 0.5 pitch length)
25 The longest length (s + 5 pitch length) at which P 1 on the screw shaft of the nut body enters the nut part.
P 1 Point located at the bottom of the valley bottom of the first thread on the fastening side of the nut screw P 2 Point located at the innermost part of the convex space of the nut L 1 Distance from the nut seat surface 14 to P 1 L 2 Nut Distance from seat surface 14 to P 2 P Pitch of 1 nut screw thread La Total length of 2 threads of nut screw pitch and incomplete threaded part (including chamfering) length s Lb Nut seat surface 14 to nut seat surface Length to the upper surface 13 of the inside Lh Length between the wall surface 11 and the bottom of the thread valley 15 in the nut bearing surface s Total length of the chamfered length and the incomplete thread length

Claims (4)

締結用のナットであって、
A.ナットの縦断面図の形状において、ナット締結側の座面にねじの軸を中心に、上に凸形状の空間を同心円状に形成させ、該空間は直線、曲線又はそれらの組み合わせで結ばれた形状として空間を形成させた構造であり、該空間の座面からの深さをL、ナットの完全ねじ部の第1ねじの谷底から該座面までの軸方向長さをLとしたとき、該空間の深さLを、L<L≦L+ねじ山5ピッチの長さの範囲として該空間を形成することにより;
B.ナットの縦断面図の形状において、ナットの締結部材側の座面のねじ中心側に矩形状の凹部を有する構造であって、該凹部はナット座面から垂直に立ち上がる内壁と曲線、直線またはそれらを組み合わせたコーナー部と上面とを持ち、上面の位置から該ナットの不完全ねじ部の軸方向長さとナットの2ピッチの長さを加えた軸方向長さをLaとし、また該凹部の該座面から該上面までの軸方向長さをLb、ナットのねじ谷底と該凹部の内壁までの該凹部の半径方向の長さをLhとしたとき、LbはLaの0.001倍以上1倍以下の範囲とし、またLhはLaの0.5倍以上5倍以下の範囲として該凹部をねじの中心と同心円状に形成することにより;または
C.内部にねじ山を設けたねじ軸部およびフランジ座面部を有するナット本体と少なくとも一方の端面内径側に面取り座面を持つパイプ状であるナット部品とにより構成された2部品構成のナットであって、該ナット本体の縦断面図の形状がT字状であり、該ナット本体のフランジ座面部から該ナット部品の内側の被締結物側に向けてナット本体のねじ軸部が入り込む長さを、不完全ねじ部長さs+ねじピッチ0.5山分の長さ以上、不完全ねじ部s+ねじピッチ5山分の長さ以下となるようにねじ外側面外周部に中空パイプ状の該ナット部品を配置した構造であり、該T字形状のナット本体の最下部が被締結物に接しないように、かつ該ナット部品の最上部が該T字形状ナット本体のフランジ状座面に接触し、また該ナット部品の最下部が被締結物に接触するように該ナット部品の長さを設定し、該ナット部品内径面と該ナット本体の外周面はそれぞれ回転自在とし、該ナット本体と該ナット部品をねじの中心と同心円状に形成することにより;
ナットが受ける負荷の力の流れを、負荷分担の低い開放側の噛合いねじ山により多く向かわせるナット構造とすることにより、噛合い1山目の最大負荷分担を低減させ、噛合い3山目以後の負荷分担を増加させることにより、噛合い1山目への負荷集中を低減させるように構成したことを特徴とするナット。
It is a nut for fastening
A. In the shape of the vertical sectional view of the nut, a space having a convex shape is formed concentrically on the seat surface on the nut fastening side with the axis of the screw as the center, and the space is connected by a straight line, a curved line, or a combination thereof. It is a structure in which a space is formed as a shape, and the depth from the seat surface of the space is L 2 , and the axial length from the valley bottom of the first screw of the fully threaded portion of the nut to the seat surface is L 1 . Then, by forming the space with the depth L 2 of the space as the range of L 1 <L 2 ≤ L 1 + 5 pitches of threads;
B. In the shape of the vertical sectional view of the nut, the structure has a rectangular recess on the screw center side of the seat surface on the fastening member side of the nut, and the recess is an inner wall rising vertically from the nut seat surface and a curved line, a straight line, or those. La is the axial length obtained by adding the axial length of the incompletely threaded portion of the nut and the length of two pitches of the nut from the position of the upper surface, and the concave portion. When the axial length from the seat surface to the upper surface is Lb and the radial length of the recess from the screw valley bottom of the nut to the inner wall of the recess is Lh, Lb is 0.001 times or more and 1 times La. By forming the recess concentrically with the center of the screw with the following range and Lh in the range of 0.5 times or more and 5 times or less of La; or C.I. A two-part nut composed of a nut body having a screw shaft portion and a flange bearing surface portion provided with threads inside, and a pipe-shaped nut component having a chamfered seating surface on the inner diameter side of at least one end face. The shape of the vertical cross-sectional view of the nut body is T-shaped, and the length from the flange bearing surface of the nut body to the inside of the nut component toward the object to be fastened is the length by which the screw shaft portion of the nut body enters. A hollow pipe-shaped nut component is placed on the outer peripheral portion of the outer surface of the screw so that the length of the incomplete thread portion s + the screw pitch is 0.5 threads or more and the length of the incomplete thread portion s + the thread pitch is 5 threads or less. The structure is arranged so that the lowermost part of the T-shaped nut body does not come into contact with the object to be fastened, and the uppermost part of the nut part comes into contact with the flange-shaped seating surface of the T-shaped nut body. The length of the nut component is set so that the lowermost portion of the nut component contacts the object to be fastened, the inner diameter surface of the nut component and the outer peripheral surface of the nut body are rotatable, respectively, and the nut body and the nut component are made rotatable. By forming concentric circles with the center of the screw;
By adopting a nut structure that directs the flow of the load force received by the nut to the meshing thread on the open side, which has a low load sharing, the maximum load sharing of the first meshing thread is reduced, and the third meshing thread. A nut characterized in that it is configured to reduce the load concentration on the first meshing thread by increasing the subsequent load sharing.
ナットのねじ山表面の少なくともボルトとの噛合い第1ねじ山またはそれ以外のねじ山の一部もしくは全部のボルト側ねじと接する面、またはねじ山の両側の斜面に、ダイヤモンド状炭素(DLC)膜、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al膜、ZnO膜、SiO膜、アルマイト、金属メッキ、固体潤滑層、リン酸マンガン化成処理、浸炭焼入れ、窒化処理、クロマイズド処理のいずれか、またはこれらの組み合わせた被膜を被覆してなる請求項1に記載のナット。 Engagement with at least the bolt on the thread surface of the nut Diamond-like carbon (DLC) on the surface of the first thread or other threads that contacts some or all of the bolt-side threads, or on the slopes on both sides of the thread. film, BN film, WC films, CrN films, HfN film, VN film, TiN film, TiCN film, Al 2 O 3 film, ZnO film, SiO 2 film, anodized aluminum, a metal plating, a solid lubricating layer, manganese phosphate chemical conversion treatment The nut according to claim 1, wherein the nut is coated with a coating film of any one of carburizing and quenching, nitrided treatment, and chromated treatment, or a combination thereof. ナットとナット部品の接触摺動面にダイヤモンド状炭素(DLC)膜、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al膜、ZnO膜、SiO膜、アルマイト、金属メッキ、固体潤滑層、リン酸マンガン化成処理、浸炭焼入れ、窒化処理、クロマイズド処理、高分子樹脂コートのいずれか、またはこれらの組み合わせた被膜を被覆してなる請求項1または2に記載のナット。Diamond-like carbon (DLC) film, BN film, WC film, CrN film, HfN film, VN film, TiN film, TiCN film, Al 2 O 3 film, ZnO film, SiO 2 on the contact sliding surface of the nut and nut parts. Claim 1 or 2 comprising coating a film, alumite, metal plating, solid lubricating layer, manganese phosphate chemical conversion treatment, carburizing and quenching, nitriding treatment, chromated treatment, polymer resin coating, or a combination of these. The nut described in. ナット部品の座面、ナットと被締結物が接触するナット座面にダイヤモンド状炭素(DLC)膜、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al膜、ZnO膜、SiO膜、アルマイト、金属メッキ、高分子樹脂コート、固体潤滑層、リン酸マンガン化成処理、浸炭焼入れ、窒化処理、クロマイズド処理のいずれか、またはこれらの組み合わせた被膜を被覆してなる請求項1〜3のいずれか1項に記載のナット。Diamond-like carbon (DLC) film, BN film, WC film, CrN film, HfN film, VN film, TiN film, TiCN film, Al 2 O on the seat surface of the nut component and the nut seat surface where the nut and the object to be fastened come into contact. 3 films, ZnO films, SiO 2 films, alumite, metal plating, polymer resin coat, solid lubricating layer, manganese phosphate chemical conversion treatment, carburizing and quenching, nitriding treatment, chromated treatment, or a combination of these coatings. The nut according to any one of claims 1 to 3.
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