JPWO2020261605A5 - - Google Patents
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Description
【0006】
集中緩和線である、態様3に記載のワッシャー締結構造。
[0016]
(態様5)
前記態様Aであって、前記縦断面において、前記第一応力非伝達空間(11s)の前記第三境界線(B3)は、前記ワッシャー本体(1b)の前記上平面(1u)にかかる締結力を、前記ワッシャー(1)の前記上平面(1u)が前記位置Ptから前記位置Poまで平坦であると仮定した前記ワッシャー(1)に対してかけたときに、上記仮定のワッシャー内に発生するミーゼス相当応力分布において、位置Ptから垂直下方向にかかるミーゼス相当応力の大きさを基準にして、その相対応力が95%である前記ボルト穴(1h)側の応力分布線よりも、前記ボルト穴(1h)側にある、態様3又は4に記載のワッシャー締結構造。
[0017]
(態様6)
前記ワッシャー本体(1b)は、前記ナット(4)側で前記半径方向に延在する平坦な上平面(1u)と、前記被締結物(2)側で前記半径方向に延在する平坦な下平面(1w)と、前記ボルト穴(1h)を画定する前記軸線に平行なボルト穴内周面(1i)とを有し、
前記ワッシャー(1)は、前記上平面(1u)から前記下平面(1w)までの厚さ(T)を有し、
前記ワッシャー本体(1b)の前記応力非伝達空間(1s)は、前記ワッシャー本体(1b)の前記上平面(1u)には開口しない第二応力非伝達空間(12s)であり、
前記第二応力非伝達空間(12s)は、前記ワッシャー(1)の前記軸線を含む縦断面において、前記ワッシャー本体(1b)の前記ボルト穴内周面(1i)の位置P1から、前記半径方向外側に延在し、前記ボルト穴内周面(1i)の位置P2に至る又は前記ワッシャー本体(1b)の前記下平面(1w)の位置P3に至る線を第四境界線(B4)とし、前記ボルト穴内周面(1i)の延長線を第五境界線(B5)とし、又はさらに任意に前記ワッシャー本体(1b)の前記下平面(1w)の延長線を第六境界線(B6)とす
集中緩和線である、態様3に記載のワッシャー締結構造。
[0016]
(態様5)
前記態様Aであって、前記縦断面において、前記第一応力非伝達空間(11s)の前記第三境界線(B3)は、前記ワッシャー本体(1b)の前記上平面(1u)にかかる締結力を、前記ワッシャー(1)の前記上平面(1u)が前記位置Ptから前記位置Poまで平坦であると仮定した前記ワッシャー(1)に対してかけたときに、上記仮定のワッシャー内に発生するミーゼス相当応力分布において、位置Ptから垂直下方向にかかるミーゼス相当応力の大きさを基準にして、その相対応力が95%である前記ボルト穴(1h)側の応力分布線よりも、前記ボルト穴(1h)側にある、態様3又は4に記載のワッシャー締結構造。
[0017]
(態様6)
前記ワッシャー本体(1b)は、前記ナット(4)側で前記半径方向に延在する平坦な上平面(1u)と、前記被締結物(2)側で前記半径方向に延在する平坦な下平面(1w)と、前記ボルト穴(1h)を画定する前記軸線に平行なボルト穴内周面(1i)とを有し、
前記ワッシャー(1)は、前記上平面(1u)から前記下平面(1w)までの厚さ(T)を有し、
前記ワッシャー本体(1b)の前記応力非伝達空間(1s)は、前記ワッシャー本体(1b)の前記上平面(1u)には開口しない第二応力非伝達空間(12s)であり、
前記第二応力非伝達空間(12s)は、前記ワッシャー(1)の前記軸線を含む縦断面において、前記ワッシャー本体(1b)の前記ボルト穴内周面(1i)の位置P1から、前記半径方向外側に延在し、前記ボルト穴内周面(1i)の位置P2に至る又は前記ワッシャー本体(1b)の前記下平面(1w)の位置P3に至る線を第四境界線(B4)とし、前記ボルト穴内周面(1i)の延長線を第五境界線(B5)とし、又はさらに任意に前記ワッシャー本体(1b)の前記下平面(1w)の延長線を第六境界線(B6)とす
【0047】
角形であることが多いが、その寸法は微細であり、最大でもねじのピッチpの0.35p未満程度であり、0.5pを超え、さらにねじのピッチpと同じになることはないので、本発明の応力非伝達空間(1s)とは明確に区別できるものである。
[0108]
(ワッシャーの外周寸法)
ワッシャー(1)の外周寸法は、ナット(4)の外周寸法と同じかそれより僅かに大きいことが好ましい。ワッシャー(1)の外周寸法は、ワッシャー(1)のねじ穴を覗く平面図においてワッシャー(1)に内接する円の直径と考えてよい。この意味におけるワッシャー(1)の外周寸法Dは、本発明の第一の側面において、用いるボルトの外径に対応して標準的に用いられるワッシャー(1)の外周寸法と同様であってよいが、1つの態様において、ワッシャー(1)の外周寸法は、ワッシャー(1)の内径(又はボルトの外径)の1.8倍以上であってよく、1.9倍以上、2倍以上、2.1倍以上、2.2倍以上、2.3倍以上であってもよい。また、ワッシャー(1)の外周寸法Dは、ワッシャー(1)の内径(又はボルトの外径)の4倍以下、3倍以下、2.5倍以下であってよい。
[0109]
別の好ましい態様において、ワッシャー(1)の外周寸法Dは、ワッシャー(1)の内径(又はボルトの外径)をR4とし、上記距離LsをLsとするとき、(D/2)2-{(R4)/2+Ls}2≧k{(R4)/2}2(式中、k=2.5)であってよく、さらには、k=2.7、k=2.9、k=3.0であってよい。また、ワッシャーの外周寸法Dは、(D/2)2-{(R4)/2+Ls}2≦q{(R4)/2}2(式中、q=3.5)であってよく、さらには、q=3.3、q=3.1、q=3.0であってよい。
[0110]
(ナット)
ナット(4)の外周寸法は、ナット(4)のねじ穴を覗く平面図においてナット(ねじ軸部、フランジナットではフランジ部)に内接する円の直径と考えてよい。この意味におけるナット(4)の外周寸法Dは、本発明の第一の側面において、用いるボルト(3)の外径に対応して標準的に用いられる
角形であることが多いが、その寸法は微細であり、最大でもねじのピッチpの0.35p未満程度であり、0.5pを超え、さらにねじのピッチpと同じになることはないので、本発明の応力非伝達空間(1s)とは明確に区別できるものである。
[0108]
(ワッシャーの外周寸法)
ワッシャー(1)の外周寸法は、ナット(4)の外周寸法と同じかそれより僅かに大きいことが好ましい。ワッシャー(1)の外周寸法は、ワッシャー(1)のねじ穴を覗く平面図においてワッシャー(1)に内接する円の直径と考えてよい。この意味におけるワッシャー(1)の外周寸法Dは、本発明の第一の側面において、用いるボルトの外径に対応して標準的に用いられるワッシャー(1)の外周寸法と同様であってよいが、1つの態様において、ワッシャー(1)の外周寸法は、ワッシャー(1)の内径(又はボルトの外径)の1.8倍以上であってよく、1.9倍以上、2倍以上、2.1倍以上、2.2倍以上、2.3倍以上であってもよい。また、ワッシャー(1)の外周寸法Dは、ワッシャー(1)の内径(又はボルトの外径)の4倍以下、3倍以下、2.5倍以下であってよい。
[0109]
別の好ましい態様において、ワッシャー(1)の外周寸法Dは、ワッシャー(1)の内径(又はボルトの外径)をR4とし、上記距離LsをLsとするとき、(D/2)2-{(R4)/2+Ls}2≧k{(R4)/2}2(式中、k=2.5)であってよく、さらには、k=2.7、k=2.9、k=3.0であってよい。また、ワッシャーの外周寸法Dは、(D/2)2-{(R4)/2+Ls}2≦q{(R4)/2}2(式中、q=3.5)であってよく、さらには、q=3.3、q=3.1、q=3.0であってよい。
[0110]
(ナット)
ナット(4)の外周寸法は、ナット(4)のねじ穴を覗く平面図においてナット(ねじ軸部、フランジナットではフランジ部)に内接する円の直径と考えてよい。この意味におけるナット(4)の外周寸法Dは、本発明の第一の側面において、用いるボルト(3)の外径に対応して標準的に用いられる
【0048】
ナット(4)の外周寸法と同様であってよいが、1つの態様において、ナット(4)の外周寸法は、ナット(4)の内径(又はボルトの外径)の1.8倍以上であってよく、1.9倍以上、2倍以上、2.1倍以上、2.2倍以上、2.3倍以上であってもよい。また、ナット(4)の外周寸法Dは、ナット(4)の内径(又はボルトの外径)の4倍以下、3倍以下、2.5倍以下であってよい。
[0111]
また、態様Aの1つの態様において、締結構造を軸線方向から視た平面図において、ワッシャー(1)の上平面(1u)とナット(4)の下平面(4w)との接触面は、軸線を中心として接触面に内接する円を想定したとき、内接円の半径が、ナット(4)のねじの谷底を結ぶ線(4e)とナット(4)の軸線との間の距離の2倍と距離Lsとの和の0.8倍以上、さらには0.9倍以上、1.0倍以上の寸法を有してよい。また、第二応力非伝達空間(12s)が下平面(1w)に開口している態様Bの1つの態様において、締結構造を軸線方向から視た平面図において、ワッシャー(1)の下平面(1w)と被締結物(2)との接触面は、軸線を中心として接触面に内接する円を想定したとき、内接円の半径が、ナット(4)のねじの谷底を結ぶ線(4e)と軸線の距離(半径)の2倍と距離Lsとの和の0.8倍以上、さらには0.9倍以上、1.0倍以上の寸法を有してよい。
[0112]
ワッシャー本体(1b)の外周は、ナット(4)と接触する上平面(1u)の外周よりも大きくてよい。縦断面において、ワッシャー本体(1b)は、最外周(1o)と上平面(1u)との接続部が例えば30~60度、さらには40~50度の仰角で切欠かれていてよい。この切欠き部(1d)の大きさは、ワッシャー本体(1b)の厚さ方向の寸法で、ワッシャー本体(1b)の厚さTの半分以下、さらに3分の1以下であってよい。この切欠き部(1d)は、フランジナットのフランジ部に対応する形状であることができる。
[0113]
別の好ましい態様において、ナット(4)の外周寸法D’は、ナット(4)の内径(又はボルトの外径)をDnとし、上記距離LsをLsとするとき
ナット(4)の外周寸法と同様であってよいが、1つの態様において、ナット(4)の外周寸法は、ナット(4)の内径(又はボルトの外径)の1.8倍以上であってよく、1.9倍以上、2倍以上、2.1倍以上、2.2倍以上、2.3倍以上であってもよい。また、ナット(4)の外周寸法Dは、ナット(4)の内径(又はボルトの外径)の4倍以下、3倍以下、2.5倍以下であってよい。
[0111]
また、態様Aの1つの態様において、締結構造を軸線方向から視た平面図において、ワッシャー(1)の上平面(1u)とナット(4)の下平面(4w)との接触面は、軸線を中心として接触面に内接する円を想定したとき、内接円の半径が、ナット(4)のねじの谷底を結ぶ線(4e)とナット(4)の軸線との間の距離の2倍と距離Lsとの和の0.8倍以上、さらには0.9倍以上、1.0倍以上の寸法を有してよい。また、第二応力非伝達空間(12s)が下平面(1w)に開口している態様Bの1つの態様において、締結構造を軸線方向から視た平面図において、ワッシャー(1)の下平面(1w)と被締結物(2)との接触面は、軸線を中心として接触面に内接する円を想定したとき、内接円の半径が、ナット(4)のねじの谷底を結ぶ線(4e)と軸線の距離(半径)の2倍と距離Lsとの和の0.8倍以上、さらには0.9倍以上、1.0倍以上の寸法を有してよい。
[0112]
ワッシャー本体(1b)の外周は、ナット(4)と接触する上平面(1u)の外周よりも大きくてよい。縦断面において、ワッシャー本体(1b)は、最外周(1o)と上平面(1u)との接続部が例えば30~60度、さらには40~50度の仰角で切欠かれていてよい。この切欠き部(1d)の大きさは、ワッシャー本体(1b)の厚さ方向の寸法で、ワッシャー本体(1b)の厚さTの半分以下、さらに3分の1以下であってよい。この切欠き部(1d)は、フランジナットのフランジ部に対応する形状であることができる。
[0113]
別の好ましい態様において、ナット(4)の外周寸法D’は、ナット(4)の内径(又はボルトの外径)をDnとし、上記距離LsをLsとするとき
【0049】
、(D’/2)2-(Dn/2+Ls)2≧k(Dn/2)2(式中、k=2.5)であってよく、さらには、k=2.7、k=2.9、k=3.0であってよい。また、ナットの外周寸法D’は、(D’/2)2-(Dn/2+Ls)2≦q{Dn/2)2(式中、q=3.5)であってよく、さらには、q=3.3、q=3.1、q=3.0であってよい。
[0114]
ナット(4)は、フランジ部のない多角形ナット(通常六角ナット)であってよいが、フランジ部(4f)を有するフランジナットが好ましい。フランジナットはねじ軸部とねじ軸部より拡開したフランジ部(4f)を有し、フランジ部(4f)側の底面(座面)は平坦面である。フランジナットにおいて、フランジ部側の底面(座面)の外周寸法D’が上記の寸法を有することが、所定の締結面積を確保するために好ましい。これに対して、フランジナットにおけるねじ軸部は、底面(座面)の外周寸法Dより小さいことができ、材料費を節約できる。フランジナットにおけるフランジ部(4f)は、ナット(4)とワッシャー(1)との締結力を確保するために、必要な締結面積(の増加)を担うとともに、必要な軸線方向厚さを有することが好ましいが、軸線方向には必要な(最低限の)厚さがあればよく、それよりもねじ開放側の軸線方向厚さ部分は不要なので、縦断面において、仰角約70度以下が好ましく、さらに約60度以下、約50度以下、特に約45度以下あるいは約40度以下、また約20度以上が好ましく、さらに約30度以上、約35度以上、特に約40度以上の仰角(傾斜部)を有する形状として、ねじ軸部の材料を減少させてよい。ワッシャー(1)とナット(4)の間の締結力は、ナット(4)の外周近く(ボルト穴から遠い位置)では、ワッシャー(1)とナット(4)の締結面からナット(4)及びボルト(3)のねじに向かってほぼ40~45度以上の仰角方向の圧縮応力が重要であり、これより仰角の小さい部分の応力伝達はナット(4)のねじに向かわないか、力が小さいことがあり、ナット(4)のそのような部分はなくてもよいので、フランジナットの傾斜部及びねじ軸部としてよい(図3参照)。また、フランジナットのフランジ部の外周面近くは、縦断面において、強度補強のために
、(D’/2)2-(Dn/2+Ls)2≧k(Dn/2)2(式中、k=2.5)であってよく、さらには、k=2.7、k=2.9、k=3.0であってよい。また、ナットの外周寸法D’は、(D’/2)2-(Dn/2+Ls)2≦q{Dn/2)2(式中、q=3.5)であってよく、さらには、q=3.3、q=3.1、q=3.0であってよい。
[0114]
ナット(4)は、フランジ部のない多角形ナット(通常六角ナット)であってよいが、フランジ部(4f)を有するフランジナットが好ましい。フランジナットはねじ軸部とねじ軸部より拡開したフランジ部(4f)を有し、フランジ部(4f)側の底面(座面)は平坦面である。フランジナットにおいて、フランジ部側の底面(座面)の外周寸法D’が上記の寸法を有することが、所定の締結面積を確保するために好ましい。これに対して、フランジナットにおけるねじ軸部は、底面(座面)の外周寸法Dより小さいことができ、材料費を節約できる。フランジナットにおけるフランジ部(4f)は、ナット(4)とワッシャー(1)との締結力を確保するために、必要な締結面積(の増加)を担うとともに、必要な軸線方向厚さを有することが好ましいが、軸線方向には必要な(最低限の)厚さがあればよく、それよりもねじ開放側の軸線方向厚さ部分は不要なので、縦断面において、仰角約70度以下が好ましく、さらに約60度以下、約50度以下、特に約45度以下あるいは約40度以下、また約20度以上が好ましく、さらに約30度以上、約35度以上、特に約40度以上の仰角(傾斜部)を有する形状として、ねじ軸部の材料を減少させてよい。ワッシャー(1)とナット(4)の間の締結力は、ナット(4)の外周近く(ボルト穴から遠い位置)では、ワッシャー(1)とナット(4)の締結面からナット(4)及びボルト(3)のねじに向かってほぼ40~45度以上の仰角方向の圧縮応力が重要であり、これより仰角の小さい部分の応力伝達はナット(4)のねじに向かわないか、力が小さいことがあり、ナット(4)のそのような部分はなくてもよいので、フランジナットの傾斜部及びねじ軸部としてよい(図3参照)。また、フランジナットのフランジ部の外周面近くは、縦断面において、強度補強のために
【0086】
[0191]
本発明の他の一つの態様において、例えば、ワッシャー本体の上平面における外周に内接する円の直径D0、ボルト穴径R、ボルト穴の内周面から位置Psでの距離Lとして、(D0/2)2-(R/2+L)2=3k(R/2)2(式中、k≧0.8)であると好適である。式中、k=0.8~1.5、さらにはk=0.9~1.3であるとより好ましい。また、ワッシャーの縦断面図において、ワッシャー本体の外周面が、位置Psを通る仰角45度の直線と交わる位置より内周側にないことが好適である。このとき、ワッシャー(1)の縦断面図において、ワッシャー本体の上平面1u側の外周寸法と比べて、下平面1w側の外周寸法は大きいので、ワッシャー本体の上平面1u側を図6及び図12に示すように傾斜切断(例えば軸線に対する仰角30~60度、特に約40~50度)してよい。
[0192]
本発明の態様Aの一つの態様において、ワッシャーの外周径はボルト穴径の1.4倍以上4倍以下、望ましくはボルト穴径の1.5倍以上3.5倍以下、更に望ましくはボルト穴径の1.7倍以上2.8倍以下であってよい。
[0193]
ワッシャー本体(1b)の外周は、ナットと接触する上平面(1u)の外周よりも大きくてよい。縦断面において、ワッシャー本体(1b)は、外周(1o)と上平面(1u)との接続部が例えば30~60度、さらには40~50度の仰角で切りかかれていてよい。この切欠き部(1d)の大きさは、ワッシャー本体(1b)の厚さ方向の寸法で、ワッシャー本体(1b)の厚さ(T)の半分以下、さらに3分の1以下であってよい。
[0194]
(ワッシーのその他の形状)
本発明のワッシャー(1)は、ワッシャー本体(1b)において、応力非伝達空間以外の空間を形成しない充実体であることが好ましい。しかし、本発明のワッシャーの強度、締結力を阻害しない範囲であれば、応力非伝達空間以外の空間を有してもよい。
[0195]
本発明のワッシャー(1)は、角部を面取りすることができ、特に曲線で面取りすることが好ましい。面取り寸法は小さいので、上記のワッシャー本体及び応力非伝達空間の形状及び寸法を考える場合は、面取りを無視しても
[0191]
本発明の他の一つの態様において、例えば、ワッシャー本体の上平面における外周に内接する円の直径D0、ボルト穴径R、ボルト穴の内周面から位置Psでの距離Lとして、(D0/2)2-(R/2+L)2=3k(R/2)2(式中、k≧0.8)であると好適である。式中、k=0.8~1.5、さらにはk=0.9~1.3であるとより好ましい。また、ワッシャーの縦断面図において、ワッシャー本体の外周面が、位置Psを通る仰角45度の直線と交わる位置より内周側にないことが好適である。このとき、ワッシャー(1)の縦断面図において、ワッシャー本体の上平面1u側の外周寸法と比べて、下平面1w側の外周寸法は大きいので、ワッシャー本体の上平面1u側を図6及び図12に示すように傾斜切断(例えば軸線に対する仰角30~60度、特に約40~50度)してよい。
[0192]
本発明の態様Aの一つの態様において、ワッシャーの外周径はボルト穴径の1.4倍以上4倍以下、望ましくはボルト穴径の1.5倍以上3.5倍以下、更に望ましくはボルト穴径の1.7倍以上2.8倍以下であってよい。
[0193]
ワッシャー本体(1b)の外周は、ナットと接触する上平面(1u)の外周よりも大きくてよい。縦断面において、ワッシャー本体(1b)は、外周(1o)と上平面(1u)との接続部が例えば30~60度、さらには40~50度の仰角で切りかかれていてよい。この切欠き部(1d)の大きさは、ワッシャー本体(1b)の厚さ方向の寸法で、ワッシャー本体(1b)の厚さ(T)の半分以下、さらに3分の1以下であってよい。
[0194]
(ワッシーのその他の形状)
本発明のワッシャー(1)は、ワッシャー本体(1b)において、応力非伝達空間以外の空間を形成しない充実体であることが好ましい。しかし、本発明のワッシャーの強度、締結力を阻害しない範囲であれば、応力非伝達空間以外の空間を有してもよい。
[0195]
本発明のワッシャー(1)は、角部を面取りすることができ、特に曲線で面取りすることが好ましい。面取り寸法は小さいので、上記のワッシャー本体及び応力非伝達空間の形状及び寸法を考える場合は、面取りを無視しても
Claims (23)
- 基体(5)側から延びるボルト(3)が被締結物(2)とワッシャー(1)のボルト穴(1h)に挿通され、前記ボルト(3)とナット(4)で前記ワッシャー(1)を用いて前記被締結物(2)を基体(5)に締結するワッシャー締結構造であって、
前記ボルト(3)、前記ワッシャー(1)、前記ナット(4)及び前記ワッシャー締結構造は、共通の軸線及び軸線方向(以下単に「前記軸線」及び「軸線方向」ともいう。)及び前記軸線に垂直な半径方向(以下単に「前記半径方向」ともいう。)を有し、
前記半径方向において、前記軸線に近い側を内側、前記軸線から遠い側を外側とし、
前記被締結物(2)から前記ワッシャー(1)へ、前記ワッシャー(1)から前記ナット(4)へ向かう方向を上、上側又は上方向、その反対方向を下、下側又は下方向として、
前記ナット(4)は、前記半径方向に延在する平坦な下平面(4w)と、内径側に前記軸線方向に延びるねじとを有し、前記ねじは、交互にねじ山とねじ谷とからなり、ねじピッチpを有し、
前記ワッシャー(1)は、ワッシャー本体(1b)と前記ワッシャー本体(1b)を貫通する前記ボルト穴(1h)とを有し、
前記ワッシャー本体(1b)は、前記ナット(4)側で前記半径方向に延在する平坦な上平面(1u)と、前記被締結物(2)側で前記半径方向に延在する平坦な下平面(1w)と、前記ボルト穴(1h)を画定する前記軸線に平行なボルト穴内周面(1i)とを有し、
前記ワッシャー(1)は、前記上平面(1u)から前記下平面(1w)までの厚さ(T)を有し、
前記ワッシャー本体(1b)は、前記ボルト穴(1h)の前記軸線を中心とする同心円環状である応力非伝達空間(1s)を有し、
前記応力非伝達空間(1s)は、前記ボルト穴(1h)に開口し、
前記応力非伝達空間(1s)は、前記ボルト穴(1h)に開口するとともに、前記ワッシャー本体(1b)の前記上平面(1u)にも開口する第一応力非伝達空間(11s)であり、
前記第一応力非伝達空間(11s)は、前記ワッシャー(1)の前記軸線を含む縦断面において、
・前記ワッシャー本体(1b)の前記上平面(1u)の延長線を第一境界線(B1)とし、前記ボルト穴内周面(1i)の延長線を第二境界線(B2)とし、前記第一境界線(B1)より下側かつ前記第二境界線(B2)より前記半径方向外側にあり、前記第一境界線(B1)上にある位置Ptと前記第二境界線(B2)の位置Phとを結ぶ線を第三境界線(B3)とする空間であり、
・前記第一境界線(B1)が前記第二境界線(B2)と交わる位置をPoとし、前記位置Poから前記位置Phまでの前記軸線方向の距離Lhは、前記ナット(4)の前記ねじピッチpの0.01倍以上から、前記ワッシャー(1)の前記厚さTの99%以下の範囲にあり、
前記第一応力非伝達空間(11s)は、前記縦断面における前記第一境界線(B1)、前記第二境界線(B2)及び前記第三境界線(B3)で囲まれた前記空間を、前記ワッシャー(1)の前記軸線を中心として回転して形成される同心円環状の三次元形状の空間であり、
前記第一応力非伝達空間(11s)は、前記ボルト穴(1h)の内周面(1i)から前記半径方向の外側に最も遠い位置をPsとして、前記位置Psから前記ナット(4)のねじ谷底を結ぶ線の延長線(4e)までの前記半径方向の距離Lsは、前記ナット(4)の前記ねじピッチpの1倍以上、6倍以下の長さの範囲にある、
(以下、前記第一応力非伝達空間(11s)を有するワッシャー締結構造を「態様A]という。)、
ことを特徴とするワッシャー締結構造。 - 前記態様Aであって、前記縦断面において、前記第一応力非伝達空間(11s)の前記第三境界線(B3)は、前記第一境界線(B1)から、少なくとも、前記軸線方向の深さが前記ねじピッチpの0.1倍になるまでの領域では、曲線又は曲線と直線の組合せから構成されており、角部がない、応力集中緩和線である、請求項1に記載のワッシャー締結構造。
- 前記態様Aであって、前記縦断面において、前記第一応力非伝達空間(11s)の前記第三境界線(B3)は、前記ワッシャー本体(1b)の前記上平面(1u)にかかる締結力を、前記ワッシャー(1)の前記上平面(1u)が前記位置Ptから前記位置Poまで平坦であると仮定した前記ワッシャー(1)に対してかけたときに、上記仮定のワッシャー内に発生するミーゼス相当応力分布において、位置Ptから垂直下方向にかかるミーゼス相当応力の大きさを基準にして、その相対応力が95%である前記ボルト穴(1h)側の応力分布線よりも、前記ボルト穴(1h)側にある、請求項1又は2に記載のワッシャー締結構造。
- 前記軸線方向から視た前記締結構造の平面図において、前記ワッシャー(1)の前記上平面(1u)と前記ナット(4)の前記下平面(4w)との接触面は、前記軸線を中心として前記接触面に内接する円を想定したとき、前記内接円の半径が、前記ナット(4)の前記ねじの谷底を結ぶ線(4e)と前記ナットの軸線との間の前記半径方向の距離の2倍と前記距離Lsとの和の少なくとも0.8倍の寸法を有する、請求項1~3のいずれか一項に記載のワッシャー締結構造。
- 基体(5)側から延びるボルト(3)が被締結物(2)とワッシャー(1)のボルト穴(1h)に挿通され、前記ボルト(3)とナット(4)で前記ワッシャー(1)を用いて前記被締結物(2)を基体(5)に締結するワッシャー締結構造であって、
前記ボルト(3)、前記ワッシャー(1)、前記ナット(4)及び前記ワッシャー締結構造は、共通の軸線及び軸線方向(以下単に「前記軸線」及び「軸線方向」ともいう。)及び前記軸線に垂直な半径方向(以下単に「前記半径方向」ともいう。)を有し、
前記半径方向において、前記軸線に近い側を内側、前記軸線から遠い側を外側とし、
前記被締結物(2)から前記ワッシャー(1)へ、前記ワッシャー(1)から前記ナット(4)へ向かう方向を上、上側又は上方向、その反対方向を下、下側又は下方向として、
前記ナット(4)は、前記半径方向に延在する平坦な下平面(4w)と、前記軸線方向に延びるねじとを有し、前記ねじは、交互にねじ山とねじ谷とからなり、ねじピッチpを有し、
前記ワッシャー(1)は、ワッシャー本体(1b)と前記ワッシャー本体(1b)を貫通する前記ボルト穴(1h)とを有し、
前記ワッシャー本体(1b)は、前記ナット(4)側で前記半径方向に延在する平坦な上平面(1u)と、前記被締結物(2)側で前記半径方向に延在する平坦な下平面(1w)と、前記ボルト穴(1h)を画定する前記軸線に平行なボルト穴内周面(1i)とを有し、
前記ワッシャー(1)は、前記上平面(1u)から前記下平面(1w)までの厚さ(T)を有し、
前記ワッシャー本体(1b)は、前記ボルト穴(1h)の前記軸線を中心とする同心円環状である応力非伝達空間(1s)を有し、
前記応力非伝達空間(1s)は、前記ボルト穴(1h)に開口し、
前記応力非伝達空間(1s)は、前記ワッシャー本体(1b)の前記上平面(1u)には開口しない第二応力非伝達空間(12s)であり、
前記第二応力非伝達空間(12s)は、前記ワッシャー(1)の前記軸線を含む縦断面において、前記ワッシャー本体(1b)の前記ボルト穴内周面(1i)の位置P1から、前記半径方向外側に延在し、前記ボルト穴内周面(1i)の位置P2に至る又は前記ワッシャー本体(1b)の前記下平面(1w)の位置P3に至る線を第四境界線(B4)とし、前記ボルト穴内周面(1i)の延長線を第五境界線(B5)とし、又はさらに前記ワッシャー本体(1b)の前記下平面(1w)の延長線を第六境界線(B6)とする空間であり、
前記ワッシャー本体(1b)の前記上平面(1u)から、前記第二応力非伝達空間(12s)までの前記軸線方向の最短寸法である庇部最小厚さ(Th)は、ワッシャー(1)の厚さTの1%以上であり、
前記第二応力非伝達空間(12s)は、前記縦断面における前記第四境界線(B4)と前記第五境界線(B5)、又は前記第四境界線(B4)と前記第五境界線(B5)と前記第六境界線(B6)で囲まれた前記空間を、前記ワッシャー(1)の前記軸線を中心として回転して形成される同心円環状の三次元形状の空間であり、
前記第二応力非伝達空間(12s)は、前記ボルト穴(1h)の内周面(1i)から前記半径方向の外側に最も遠い位置をPsとして、前記位置Psから前記ナット(4)のねじ谷底を結ぶ線の延長線(4e)までの前記半径方向の距離Lsは、前記ナット(4)の前記ねじピッチpの1倍以上、6倍以下の長さの範囲にあり、
前記ナット(4)の外周寸法D’は、前記ナット(4)の内径をDnとし、前記距離LsをLsとするとき、(D’/2)2-(Dn/2+Ls)2≧k(Dn/2)2(式中、k=2.5)を満たす、
(以下、前記第二応力非伝達空間(12s)を有するワッシャー締結構造を「態様B]という。)、
ことを特徴とするワッシャー締結構造。 - 前記態様Bであって、前記縦断面において、前記第二応力非伝達空間(12s)は、前記ワッシャー本体(1b)の前記下平面(1w)側にも開口し、前記第四境界線(B4)は、前記ワッシャー本体(1b)の前記下平面(1w)から前記軸線方向に対して20度以内の角度で前記上方向に延び、前記軸線に対して仰角20~25度をなす直線と接する位置に至る立上部(Br)と、前記軸線に対して仰角20~25度及び65~70度をなす2つの直線とそれぞれ接する位置の間を結ぶコーナー部(Bc)と、前記コーナー部から前記ボルト穴内周面(1i)に至るボルト穴内周末端部(Be)を含む、請求項5に記載のワッシャー締結構造。
- 前記態様Bであって、前記縦断面において、前記第四境界線(B4)は、前記ワッシャー本体(1b)の前記下平面(1w)及び/又は前記ボルト穴内周面(1i)との接続箇所を除いて、曲線又は曲線と直線で構成され、角部がない、応力集中緩和線である、請求項5又は6に記載のワッシャー締結構造。
- 前記距離Lsは、前記ねじピッチpの2倍以上、4倍以下の長さの範囲にある、請求項1~7のいずれか一項に記載のワッシャー締結構造。
- 前記ナット(4)はフランジナットである、請求項1~8のいずれか一項に記載のワッシャー締結構造。
- 平行な第一及び第二平面(1u、1w)を有するワッシャー本体(1b)と、前記ワッシャー本体(1b)を貫通し前記第一及び第二平面(1u、1w)に垂直な方向に延在するボルト穴(1h)とを有するワッシャー(1)であって、前記ワッシャーは、前記ボルト穴(1h)の軸線と、前記軸線に垂直な半径方向を有し、
前記ワッシャー本体(1b)は、前記ワッシャー(1)の前記軸線を含む縦断面において、前記ボルト穴(1h)に開口しかつ前記半径方向に延在する応力非伝達空間(1s)を有し、
前記応力非伝達空間(1s)は、前記ボルト穴(1h)の前記軸線を中心とする同心円環状であり、
前記ワッシャー本体(1b)の前記応力非伝達空間(1s)は、前記ワッシャー(1)の前記縦断面において、前記ワッシャー本体(1b)の前記ボルト穴の内周面(1i)から前記半径方向の外側に最も遠い前記応力非伝達空間(1s)の位置をPsとして、前記位置Psから、前記ボルト穴(1h)の前記軸線に平行な内周面又はその延長線までの前記半径方向の距離Lが、
0.5p≦L≦5.0p
(式中、前記ボルト穴(1h)の直径をRとし、R及びpの単位はmmであり、
Rが1.9以下のときpは0.2であり、
Rが1.9を超え2.4以下のときpは0.25であり、
Rが2.4を超え3.7以下のときpは0.35であり、
Rが3.7を超え5.5以下のときpは0.5であり、
Rが5.5を超え7.5以下のときpは0.75であり、
Rが7.5を超え9.5以下のときpは1.0であり、
Rが9.5を超え13以下のときpは1.25であり、
Rが13を超え23以下のときpは1.5であり、
Rが23を超え34以下のときpは2であり、
Rが34を超え40以下のときpは3であり、
Rが40を超え150以下のときpは4である。)
を満たし、
前記ワッシャー(1)の前記軸線に平行な方向から視た平面図において、前記ワッシャー本体(1b)の前記第一平面(1u)の外周に内接する円の直径をD、前記ボルト穴(1h)の直径をRとし、前記距離LをLとするとき、(D/2)2-(R/2+L)2≧k(R/2)2(式中、k=2.5)である、
ことを特徴とするワッシャー。 - 前記ワッシャー本体(1b)の前記第二平面(1w)から前記第一平面(1u)に向かう方向を上、上側又は上方向、その反対方向を下、下側又は下方向として、
前記ワッシャー(1)の前記縦断面において、前記応力非伝達空間(1s)が、前記ワッシャー本体(1b)の前記第一平面(1u)にも開口する第一応力非伝達空間(11s)であり、
前記ワッシャー本体(1b)は、前記第一応力非伝達空間(11s)より前記下側で、前記ボルト穴(1h)の前記軸線に平行な内周面まで延在している、
(以下、前記第一応力非伝達空間(11s)を有するワッシャー締結構造を「態様A]という。)
請求項10に記載のワッシャー。 - 前記態様Aの前記ワッシャー(1)であって、前記縦断面において、前記ワッシャー本体(1b)と前記第一応力非伝達空間(11s)との境界線(B3)は、前記第一平面(1u)から、少なくとも、前記軸線方向の深さが前記pの0.1倍になるまでの領域では、曲線又は曲線と直線の組合せから構成されており、角部がない、応力集中緩和線である、請求項11に記載のワッシャー。
- 前記態様Aの前記ワッシャー(1)であって、前記ワッシャー(1)の前記縦断面において、
・前記ワッシャー本体(1b)と前記第一応力非伝達空間(11s)との境界線(B3)は、前記ワッシャー本体(1b)が前記第一応力非伝達空間(11s)を有していない形状であると仮定して、前記ワッシャー本体(1b)の前記上平面に仮想ナットによる締結力を加えたときに前記ワッシャー本体(1b)に形成されるミーゼス相当応力分布において、前記上平面(1u)が前記第一応力非伝達空間(11s)と接する位置から、前記上平面(1u)に垂直な前記下方向に加わるミーゼス相当応力値を基準値として、その基準値の95%のミーゼス相当応力値の応力分布曲線よりも、前記ボルト穴(1h)側にあり、かつ、
・前記ワッシャー本体(1b)と前記第一応力非伝達空間(11s)との前記第三境界線(B3)は、曲線又は曲線と直線で構成され、角部がない、応力集中緩和線である、請求項11又は12に記載のワッシャー。 - 前記ワッシャー(1)の前記縦断面において、前記ワッシャー本体(1b)の前記第一平面(1u)が、前記ボルト穴(1h)の前記軸線に平行なボルト穴内周面(1i)まで延在して、前記ワッシャー本体(1b)が前記第一平面(1u)の前記上側に庇部(1p)を形成し、前記応力非伝達空間(1s)が、前記庇部(1p)の前記下側に存在する第二応力非伝達空間(12s)である、
(以下、前記第二応力非伝達空間(12s)を有するワッシャー締結構造を「態様B]という。)
請求項10に記載のワッシャー。 - 前記態様Bの前記ワッシャー(1)であって、前記ワッシャー(1)の前記縦断面において、前記第二応力非伝達空間(12s)は前記ワッシャー本体(1b)の前記第二平面(1w)側にも開口し、前記ワッシャー本体(1b)と前記第二応力非伝達空間(12s)との第四境界線(B4)は、前記ワッシャー本体(1b)の前記第二平面(1w)から、前記軸線方向に対して20度以内の角度で前記上方向に延び、前記軸線に対して仰角20~25度をなす直線と接する位置に至る立上部(Br)と、前記軸線に対して仰角20~25度及び65~70度をなす直線とそれぞれ接する位置の間を結ぶコーナー部(Bc)と、前記コーナー部から前記ボルト穴内周面(1i)に至るボルト穴内周末端部(Be)とを含む、請求項14に記載のワッシャー。
- 前記態様Bの前記ワッシャー(1)であって、前記ワッシャー(1)の前記縦断面において、前記ワッシャー本体(1b)と前記第二応力非伝達空間(12s)との前記第四境界線(B4)は、曲線又は曲線と直線で構成され、角部がない、応力集中緩和線である、ただし、前記第二平面(1w)との接続部は応力集中緩和線でなくてもよい、請求項14又は15に記載のワッシャー。
- 2p≦L≦4pを満たす、請求項10~16のいずれか一項に記載のワッシャー。
- 前記ワッシャー(1)の表面の一部または全部に防錆、耐摩耗、潤滑性向上、摺動性向上、外観向上、加飾、または識別の目的を持つ表面処理が施されている、請求項10~17のいずれか一項に記載のワッシャー。
- 前記表面処理が、メッキ、プラズマCVD被膜、プラズマPVD被膜、真空蒸着、樹脂塗装、高分子コート、アルマイト、もしくはリン酸マンガン化成処理、またはこれらの2つ以上の組み合わせである、請求項18に記載のワッシャー。
- 前記ワッシャー(1)の材質は、金属、窒化物、炭化物、酸化物、複合樹脂、CFRPまたは硬質樹脂から選ばれる、請求項10~19のいずれか一項に記載のワッシャー。
- 前記ワッシャー(1)の前記二平面は、算術平均粗さRaが50μm以下の面粗度及び0.2mm以下の平面度をもつ、請求項10~20のいずれか一項に記載のワッシャー。
- プレス加工、切削加工、研削加工、冷間、温間、熱間プレス加工、鋳造、鍛造、射出成型、焼結加工またはこれらの工法を組み合わせてワッシャー(1)を加工、製造することを特徴とする請求項10~21のいずれか一項に記載のワッシャーの製造方法。
- 金型、切削工具、切削刃具、またはこれらの組み合わせを使用して、成形加工をする、請求項22に記載のワッシャーの製造方法。
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