WO2004113744A1

WO2004113744A1 - ボルトとナットの緩み止め構造

Info

Publication number: WO2004113744A1
Application number: PCT/JP2004/008632
Authority: WO
Inventors: Masayuki Uryu
Original assignee: Japan Mechanical Engineering Co.,Ltd.
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2004-12-29
Also published as: EP1635078A4; EP1635078A1; JP2005030584A; EP1635078A9; US20070071573A1

Abstract

　ボルトと、このボルトに螺合するナット部材と、ロックナットとを備えたボルトとナットの緩み止め構造である。上記ナット部材は、軸方向の一端に向かって先細り状に形成されたロックナット係止部を有する。このロックナット係止部には、外面に内周面の雌ねじとは同ねじ方向または逆ねじ方向の雄ねじが形成されるとともに、軸方向の一端に向かって延びるスリットを有する。

Description

明細書

ボルトとナットの緩み止め構造

技術分野

[0001] この発明はボルトとナットの緩み止め構造、詳しくはボルトにねじ込まれたナットの緩み止めを行うボルトとナットの緩み止め構造に関する。

背景技術

[0002] 従来、ボルトにねじ込まれたナットの緩み止めを行うボルトとナットの緩み止め構造には、図 9に示すように、二重式のナットによる緩み止め構造がある。この二重式のナットによるボルトとナットの緩み止め構造では、被締結部材をはさんでナット 52がボルト 51に螺合される。そして、ナット 52の上に、このナット 52より高さが高いロックナット 5 3がボルト 51に螺合される構造である。ロックナット 53は、下のナット 52の上からこのナット 52を強固に締め付ける。これにより、二重式の緩み止め構造は、一般のボルトとナットの構造より緩みにくいとレ、う効果を有してレ、る。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] し力ながら、このボルトとナットの緩み止め構造では、以下の欠点があった。すなわち、下のナットがボルトに螺合される方向と、このナットの上から締め付けるロックナットがボルトに螺合される方向とが同じであった。その結果、振動や衝撃が特定の方向に加わると、その方向に向かって、上下のナットが同時に緩みやすくなる。

[0004] この発明は、振動や衝撃に耐えられるボルトとナットの緩み止め構造を提供することを目的としている。また、現存するボルトを使用して緩み止めを確実に行うことができるボルトとナットの緩み止め構造を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0005] 請求項 1に記載の発明は、ボルトと、内周面に形成した雌ねじにより、このボルトに螺合するナット部材と、このナット部材をボルトにロックするロックナットとを備えたボルトとナットの緩み止め構造であって、上記ナット部材は、軸方向の一端に向かって先細り状またはストレートに形成されたロックナット係止部を有し、このロックナット係止部には、外周面に内周面の雌ねじとは同ねじ方向または逆ねじ方向の雄ねじが形成されるとともに、軸方向の一端に向かって延びるスリットを有し、ロックナットが上記雄ねじに螺合することにより、ナット部材をボルトにロックするボルトとナットの緩み止め構造である。

ナット部材は、全体として筒状であって、その断面円形の軸孔の内周面には雌ネジが螺刻されている。また、このナット部材は、スパナ係止部をその軸方向他端に有する他、このスパナ係止部から軸方向の一端に向かって先細り状にまたは軸方向一端に向かってストレートに形成されたロックナット係止部を有する。先細り形状とは、ロックナット係止部が全体として円錐台形状を呈することであり、その外径が他端から一端に向かって連続的に小さくなることである。また、ストレートの形状は、この外径が軸線方向に同一であることを意味している。なお、このロックナット係止部の軸方向の長さは限定されない。

また、ロックナット係止部には、軸方向の一端力他端に向かって延びるスリットを有する。このスリットの数は、少なくとも一つあればよい。また、一対のスリットを対称に形成することもできる。そうすると、ロックナット係止部の弾性変形が容易になる。

さらに、ロックナット係止部の外周面には、ナット部材の内周面とは同ねじ方向または逆ねじ方向の雄ねじが形成される。

ナット部材の軸方向の他端には、このナット部材をボルトに締め付けるためのスパナ係止部が設けられる。このスパナ係止部の形状は、 6角形などの多角形でも円形でもよレ、。また、スパナ係止部の幅はなるべく広い方が良い。

ボルトとナットとの間には、被締結部材が挟まれている。この場合の被締結部材は単一でも複数であってもよレ、。ボルトは、植え込みボルト（stud bolt)を含むものとする。ボノレト、ロックナットの頭部形状は、多角形でも円形でもよレ、。また、ボルト、ナット部材、ロックナットの素材、大きさ、形状などは不問である。例えば、これらの素材として、 SS400力用レヽられる。

請求項 1に記載のボルトとナットの緩み止め構造にあっては、まず、ナット部材に、ボルトを一方向に回転させて螺合する。この場合、被締結部材にボルトを揷通しておレ、てもよレ、。次いで、ナット部材のロックナット係止部に、ロックナットを上記とは同回りまたは逆回りに螺合する。これにより、ボルトはナット部材にねじ込まれるとともに、ナット部材は、ロックナットで締め付けられる。

ロックナット係止部は、軸方向の一端に向かって先細り状またはストレートに形成されている。また、ロックナット係止部には、スリットが形成されている。ボルトが螺合されたナット部材にロックナットが締め付けられる。すると、スリットの先端側が狭まるように弾性変形する。これにより、ロックナット係止部の外周面とロックナットの内周面との密着性が増す。そして、この密着性が、ボルトとナット部材との締結をより強固にする。その結果、ボルトがナット部材に強固に締結されるとともに、ナット部材にロックナットが強固に締め付けられる。

特に、ロックナット係止部の外周面に内周面の雌ねじとは逆ねじ方向の雄ねじが形成されている場合、ナット部材およびロックナットは、ボルトに対して互いに逆向きにねじ込まれている。この締結構造に対して、振動や衝撃が付加されたとき、ナット部材は緩もうとする。すると、ロックナットがナット部材に対して締め付ける。この結果、ナツト部材のボルトに対する緩み止めがなされる。

[0007] 請求項 2に記載の発明は、上記ナット部材のロックナット係止部の外周面に形成されている雄ねじは細目ねじである。細目ねじは、並み目ねじよりもねじ山のピッチが小さい。ピッチが小さいと、ナット部材の外周面とロックナットの内周面との接触面積が大きくなる。よって、並目ねじよりも細目ねじの方が緩み難レ、。細目ねじは、例えば、振動や衝撃が強い場所に適用される。

[0008] 請求項 2に記載のボルトとナットの緩み止め構造にあっては、上記ナット部材のロックナット係止部の外周面に形成されている雄ねじは細目ねじである。細目ねじは、並み目ねじよりもねじ山のピッチが小さい。ピッチが小さいと、ナット部材の外周面とロックナットの内周面との接触面積が大きくなる。よって、並目ねじよりも糸田目ねじの方が緩み難い。細目ねじは、例えば、振動や衝撃が強い場所に適用される。

発明の効果

[0009] この発明によれば、ナット部材に、ボルトを一方向に回転させて螺合する。次いで、ナット部材のロックナット係止部に、ロックナットを上記とは同回りまたは逆回りに螺合する。これにより、ボルトはナット部材にねじ込まれるとともに、ナット部材は、ロックナットで締め付けられる。

ロックナット係止部は、軸方向の一端に向かって先細り状またはストレートに形成されている。また、ロックナット係止部には、スリットが形成されている。ボルトが螺合されたナット部材にロックナットが締め付けられると、スリットの先端側が狭まるように変形する。これにより、ロックナット係止部の外周面とロックナットの内周面との密着性（摩擦力）が増す。そして、この密着性が、ボルトとナット部材との締結をより強固にする。その結果、ボルトがナット部材に強固に締結されるとともに、ナット部材にロックナットが強固に締め付けられる。

このボルトとナットの緩み止め構造は、例えば、内燃機関や鉄道などの振動や衝撃を伴う場所に適用することができる。また、このボルトとナットの緩み止め構造は、植え込みボルトなどの現存のボルトにも適用することができる。さらに、ボルトの中間でナツト部材にロックナットを締め付けて止めることができる。

図面の簡単な説明

[図 1]この発明の実施例 1に係るボルトとナットの緩み止め構造の一部を破断して示すその正面図である。

[図 2]この発明の実施例 1に係るボルトとナットの緩み止め構造を示すその分解図である。

[図 3]この発明の実施例 1に係るボルトとナットの緩み止め構造を示すその分解図である。

[図 4]この発明の実施例 1に係るボルトとナットの緩み止め構造の試験を行う試験装置の構成を示すその断面図である。

[図 5]この発明の実施例 1に係るボルトとナットの緩み止め構造の植え込みボルトを適用した状態を示すその正面図である。

[図 6]この発明の実施例 1に係るボルトとナットの緩み止め構造のボルトの中間で係止した状態を示すその正面図である。

[図 7]この発明の実施例 1に係るボルトとナットの緩み止め構造のパイプを固定した状態を示すその正面図である。

[図 8]この発明の実施例 2に係るボルトとナットの緩み止め構造の一部を破断して示すその正面図である。

[図 9]従来技術に係るボルトとナットの緩み止め構造を示すその正面図である。

符号の説明

[0011] 11 ボルト、

12 ナット部材、

13 ロックナツ卜、

14 ロックナット係止部、

15 ナット部材の内周面、

16 ナット部材（ロックナット係止部）の外周面、

17 スリット。

発明を実施するための最良の形態

[0012] 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

実施例 1

[0013] この発明の実施例 1を図 1一図 7を参照して説明する。

本実施形態に係るボルトとナットの緩み止め構造は、図 1に示すように、上下に重ね合わされた (水平な）被締結部材 21 , 22を、ボルト 11およびナット部材 12で締結し、ナット部材 12をロックナット 13でロックする（強固に固定する）ことにより構成されている。

ボルト 11は、汎用品を使用する。ボノレト 11は、六角形の頭部 24と、これと一体の所定長さで先端側にネジ (並目ねじ）が螺刻された軸部 23とを有してレ、る。

図 1に示す状態でナット部材 12には、その下部（軸方向他端部）には六角形状のスパナ係止部 25が、上部（軸方向一端部）にはロックナット係止部 14が連続して設けられている。ナット部材 12の内周面 15には、ボルト 11の雄ねじに螺合する雌ねじ（並目ネジ）が形成されている。そして、ナット部材 12の軸方向の一端部に形成された口ックナット係止部 14は、その一端に向かって先細り状に形成されている。このロックナット係止部 14には、軸方向の一端から他端に向かって延びる一対のスリット 17が形成されている。これら一対のスリット 17は、半円周（180度）だけ離間してかつ平行に設けられている。なお、スリット 17の長さ、幅は任意である。図 2に示す例では、ロックナット係止部 14の外周面 16には、内周面 15とは逆ねじ方向のねじが切られた雄ねじ（糸田めネジ）を有している。

また、図 3に示すように、内周面 15とは同ねじ方向のねじが切られた雄ねじを形成してもよレ、。この雄ねじは、内周面 15のねじょりねじ山のピッチが小さい細目ねじである。

なお、これらのロックナット係止部 14にあって、その外周面に並目ネジを形成することあできる。

このロックナット係止部 14の外周面 16の雄ねじに、ロックナット 13が螺合される。このロックナット 13は、ナット部材 12よりも大きい外径の六角ナットで構成されている。口ックナット 13の内周面 18には、ナット部材 12の雄ねじに螺合されるための雌ねじが形成されている。この雌ねじも上記ロックナット係止部 14の雄ねじと同様の細目ねじである。また、ロックナット 13の内周面 18は、軸方向の一端に向かって先細り状に形成されている。すなわち、ロックナット 13の雌ねじは、テーパー面に形成されている。また、ロックナット 13の軸方向の厚み（スパナ係止部の幅）を大きくすると、これが螺合するナット部材 12のロックナット係止部 14の外周面 16と、ロックナット 13の内周面 18との接触面積が大きくなる。よって、ボルトとナット緩み止め構造の緩み止めが強固になる。

これらのボルト 11、ナット部材 12、ロックナット 13の材質、寸法（厚さ、長さ、幅）などは適宜に構成することができることはいうまでもない。これらはその使用部位などにより決定される。

次に、これらを用いて、ボルトとナット緩み止め構造の締め付け方法について説明する。

図 2および図 3に示すように、ボルトとナット緩み止め構造では、まず、上下に重ね合わされた水平な被締結部材 (所定厚さの鋼板） 21 , 22の各取付孔に一方向力ボルト 11をねじ込む。この際、被締結部材 21， 22の取付孔にボルト 11の軸部 23が揷通され、その軸部 23の先端が取付孔から所定長さだけ突出している。次いで、被締結部材 21 , 22に他方向から、ボルト 11の軸部 23の先端にナット部材 12を一方向にねじ込む。そして、ナット部材 12のロックナット係止部 14に、ロックナット 13を螺合する。

ロックナット 13を締め付けると、ナット部材 12のロックナット係止部 14は、ナット部材 12の軸中心に向かって締め付けられる。この場合、ロックナット係止部 14は、軸方向の一端に向かって先細り状に形成されており、かっこのロックナット係止部 14には、スリット 17が設けられている。ロックナット 13による締め付けにより、このロックナット係止部 14がスリット 17により軸方向の一端に向かって先細り状に変形する。これにより、ロックナット係止部 14の外周面とロックナット 13の内周面との密着性が増す。ロックナット係止部 14の内周面（雌ネジ）とボルト 11の雄ネジとの密着性も増すこととなる。そして、この密着性が、ボルト 11とナット部材 12との締結をより強固にする。その結果、ボルト 11がナット部材 12に強固に締結されるとともに、ナット部材 12にロックナット 1 3が強固に締め付けられる。

図 2に示すように、ロックナット係止部 14の外周面 16に内周面 15の雌ねじとは逆ねじ方向の雄ねじが形成されている場合、ナット部材 12およびロックナット 13は、ボルト 11に対して互いに逆向きにねじ込まれている。この締結構造に対して、振動や衝撃が付加されたとき、ナット部材 12は緩もうとする。すると、ロックナット 13がナット部材 1 2に対して締め付ける。この結果、ナット部材 12のボルト 11に対する緩み止めがなされる。すなわち、より強固に緩み止めがなされるのである。

さらにまた、このロックナット係止部 14の外周面には、細目ねじを採用している。このため、並目ねじと比較しても、ロックナット係止部 14の外周面 16と、ロックナット 13 の内周面 18との単位長さ当たりの接触面積が大きくなる。よって、ボルトとナットの緩み止めがより強固になる。

次に、図 4を参照して、このボルトとナットの緩み止め構造の振動試験について説明する。

図 4には、一般的によく使用されるボルトとナットの締結構造の振動試験を行うゆるみ試験機 (NAS式高速ねじゅるみ試験機）が図示されている。このゆるみ試験機には、加振対象物を加振する加振台 33が配設されている。加振台 33は、垂直方向または水平方向に加振対象物を振動させる。また、加振台 33の上には、加振対象物を固定する筒状の振動バーレル 34が配設されてレ、る。振動バーレル 34に、一方向力ボルト 11を略水平に挿入する。振動バーレル 34 の他方向に、ジグヮッシャ 35を介しナット部材 12 (形状： M12)がボルト 11の軸部の先端に螺合される。また、ナット部材 12のロックナット係止部 14にロックナット 13を螺合する。

ゆるみ試験機において、これらの緩み構造に対する振動試験を行った。振動試験の各条件は、振動方向を垂直方向、加振数は 1780rpm、加振台ストロークの幅 Aは 11mm,インパクトストロークの幅 Bは 19mmである。これらの条件において、ボノレト 1 1をナット部材 12に締め付ける締め付けトルクを変化させる実験を行った。ロックナツト係止部 14の外周面 16の雄ねじが内周面 15の雌ねじとは逆ねじ方向に形成されてレ、る場合 (ケース 1 )の結果を表 1に示す。同ねじ方向に形成されてレ、る場合 (ケース 2)の結果を表 2に示す。表 2では、参考として通常の六角ナット、 Uナット、溝付きナツトの結果も同時に示す。

なお、結果の判定には、ボルト 11、ナット部材 12、ジグヮッシャ 35に記した合マークを使用する。振動試験の結果、この合マークの位置がずれ、ジグヮッシャ 35が手で回せるようになった時を緩んだときと判定する。振動試験を 15分間行い、 15分間ジグヮッシャ 35が緩まな力た時は、戻しトルクを測定した。

[表 1]

[表 2] 試料締め付けトルク戻し卜ルク N · m 試験品目 if口米

N o 下ナツト上ナツ卜上ナツ卜下ナツ卜六角ナツ卜 M l 2

1 4 0 1 7秒で緩んだ -

(平ワッシャーとスプリングワッシャー）

六角ナツ卜 M l 2

2 4 0 4 0 1 7秒で緩んだ - -

(ダブルナツト（ジャミツト））

Uナツ卜 M 1 2 3 4 0 1分 2 9秒で緩んだ

溝付きナット M l 2 4 4 0 3秒で緩んだ - 溝付きナット M l 2 5 4 0 2秒で緩んだ

緩み止めナット M l 2 6 4 0 4 0 1 2分 3 4秒

緩み止めナット M l 2 7 5 0 5 0 1 5分間緩まなかった 4 2 . 1 3 6 . 7 緩み止めナット M l 2 8 6 0 6 0 1 5分間緩まなかった 5 7 . 0 0 . 0

[0018] 振動試験の結果、ケース 1の場合、ボルト 11に対するナット部材 12の締め付けトノレクが 40N *m以上であれば、振動や衝撃が発生してもジグヮッシャ 35が緩むことはなレ、。この条件を満たせば、ボルトとナットの緩み止め構造として、ゆるみを防止するのに十分に満足する構造となる。

また、ケース 2の場合、ボルト 11に対するボルト 11に対するナット部材 12の締め付けトノレクが 50N*m以上であれば、振動や衝撃が発生してもジグヮッシャ 35が緩むことはない。この条件を満たせば、ボルトとナットの緩み止め構造として、ゆるみを防止するのに十分に満足する構造となる。戻しトルクは、ケース 1の場合とは若干劣る結果となる。

以上の結果、本発明のボルトとナットの緩み止め構造は、内燃機関や鉄道などの振動や衝撃を伴う場所においても適用することができる。

[0019] この発明のボルトとナットの緩み止め構造は、以下の場合にも適用できる。

まず、被締結部材 21， 22に螺着された植え込みボルト（stud bolt) 11にも適用して例を示す。すなわち、植え込みボルト 11が被締結部材 21 , 22に螺着された状態で、植え込みボルト 11に鲭びが発生したとき、この植え込みボルト 11をナット部材 12 とロックナット 13を使用して簡単に取り外すことができる。

まず、図 5に示すように、被締結部材 21 , 22に螺着された植え込みボルト 11の螺着部分に水が浸入する。この植え込みボルト 11の素材が鉄鋼材の場合において、水を含有すると所定時間の経過の後、この植え込みボルト 11の表面に鲭びが生じる。すなわち、植え込みボルト 11の表面に酸化物が形成される。植え込みボルト 11の表面に酸化物が形成されると、この植え込みボルト 11のねじ山が欠損する。ねじ山が欠損すると、植え込みボルト 11のねじの機能を失ってしまう。その結果、被締結部材 21 , 22に螺着された植え込みボルト 11の取り外しができなくなる。

そこで、ねじの機能を無くした植え込みボルト 11に、ナット部材 12とロックナット 13とを締結する。まず、被締結部材 21 , 22に螺着された植え込みボルト 11の軸部 23の先端からナット部材 12を揷入する。ナット部材 12は、植え込みボルト 11にねじ込まれ、ナット部材 12のスパナ係止部 25の下面が被締結部材 21 , 22に当接される。そして、ナット部材 12にロックナット 13を螺合する。ロックナット 13を締め付けると、ナット部材 12は被締結部材 21， 22に強固に当接され、植え込みボルト 11には外部からの力が作用する。これにより、被締結部材 21 , 22に鲭びた状態で螺着された植え込みボノレト 11の取り外しが可能となる。

この発明のボルトとナットの緩み止め構造は、上記の通りロックナット係止部にスリツトを有している。これにより、ナット部材 12にロックナット 13を締め付けたとき、ロックナット係止部 14の外周面とロックナット 13の内周面との密着性が増す。そして、この密着性が、ボルト 11とナット部材 12との締結をより強固にする。したがって、ボルト 11の途中で、ナット部材 12にロックナット 13を締め付けて止めることも可能である。例えば、図 6に示すように、長いボルト 11に所定間隔（C部分）を有して止めることもできる。また、パイプ 30を Uボルト 11を使用して部材に固定する場合がある。特に、ガス用パイプ 30は、温度変化により膨張または収縮する。このため、通常のナットで締め付けると、パイプ 30が膨張し、パイプ 30自体が破損するおそれが生じる。逆に、パイプ 30が収縮した場合は、通常のナットでは緩みが生じ、結果的にボルト 11からナットが外れてしまうおそれが生じる。

そこで、図 7に示すように、ノィプ 30に Uボノレト 11を係止し、 Uボルト 11の二本足を固定部材 32から突出する。ボルト 11の二本足の先端には、ねじ山がそれぞれ形成されている。そして、このねじ山にナット部材 12をそれぞれ螺合する。さらに、ナット部材 12にロックナット 13を締め付ける。このとき、ナット部材 12およびロックナット 13は、固定部材 32から所定間隔（D部分）を有して止められる。これにより、ガスの温度変化によって、パイプ 30が膨張してもパイプ 30が破損することもない。また、パイプ 30が収縮しても、ボルト 11からナット部材 12およびロックナット 13が抜脱しない。

実施例 2

次に、この発明の実施例 2を図 8を参照して説明する。

本実施例に係るボルトとナットの緩み止め構造は、上記実施例 1に係るボルトとナツトの緩み止め構造に対して、以下の変更を加えたものである。すなわち、ロックナット係止部 14が、軸方向の一端に向かってストレートに形成された点である。ストレートに形成とは、軸方向の太さが一定に、すなわち円筒状に形成されている。一方、ロックナット 13の内周面は、テーパー状に雌ねじが形成されている。その他の構成は上記実施例 1と同じである。

ナット部材 12のロックナット係止部 14にロックナット 13を締め付ける。すると、ロックナット係止部 14の一端側から締め付けられ、スリットは先端が狭まるように変形する。上記実施例 1の先端が先細り状のロックナット係止部 14を有するナット部材 12よりも、一端側からきつく締め付けられる。これにより、上記実施例 1のナット部材 12より速くし力も強固に締め付けられる。一端側がきつく締め付けられることから、ロックナット 13 の高さ方向の長さを略 1/2にしてもよい。

Claims

請求の範囲

[1] ボノレトと、内周面に形成した雌ねじにより、このボルトに螺合するナット部材と、このナット部材をボルトにロックするロックナットとを備えたボルトとナットの緩み止め構造であって、

上記ナット部材は、軸方向の一端に向かって先細り状またはストレートに形成されたロックナット係止部を有し、

このロックナット係止部には、外周面に内周面の雌ねじとは同ねじ方向または逆ねじ方向の雄ねじが形成されるとともに、軸方向の一端に向かって延びるスリットを有しロックナットが上記雄ねじに螺合することにより、ナット部材をボルトにロックするボルトとナットの緩み止め構造。

[2] 上記ロックナット係止部の内周面の雌ねじは並目ねじであり、上記ロックナット係止部の雄ねじは細目ねじである請求項 1に記載のボルトとナットの緩み止め構造。