WO2017149627A1

WO2017149627A1 - 締結具

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Publication number: WO2017149627A1
Application number: PCT/JP2016/056138
Authority: WO
Inventors: 佐藤　学
Original assignee: 佐藤　学
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2017-09-08
Also published as: JPWO2017149627A1; JP5941242B1

Abstract

締結していたい時には締結状態を確実に保持し、緩めたい時には容易に緩めることができる締結具を提供する。外周が六角形の第２ナット（１１）が、第１ナット（９）を覆うように配設されている。空洞（１３）の底面（１１ｂ）からは水平となす角α（＞０度）で、軸部（７Ａ）回りに半弧状の傾斜面（１１ｃ）が第２ナット（１１）の左端（１１ｄ）まで形成されている。この傾斜面（１１ｃ）は第１ナット（９）の角部（イ、ロ、ハ、ニ）を覆う範囲に形成されている。一方、角部（ホ、ヘ）を覆う第２ナット（１１）の下半分には傾斜面は形成されておらず、この範囲には底面（１１ｂ）から水平となす角α＝０度の半弧状の円筒内周面（１１ｅ）を有する半円筒部（１１Ｂ）が第２ナット（１１）の左端（１１ｄ）まで形成されている。角部（ホ、ヘ）とこの半弧状の円筒内周面（１１ｅ）とは接触していない状態である。

Description

締結具

　本発明は締結具に係わり、特に締結していたい時には締結状態を確実に保持し、緩めたい時には容易に緩めることができる締結具に関する。

　従来、普通のナットはもとより緩み止め機能を持つナットの多くもが、ナット座面と締結される物体が接する面に生じる摩擦力、あるいはボルトとナットが接する面に生じる摩擦力を利用することによってナットの緩む向きの回転を抑止する構造を持つものであった。

　そのため、締結後に振動や衝撃が生じる場合等においては、時間の経過とともにナットに緩みが生じやすかった。
　このため、従来より緩み防止を目的としたナットやボルト等の改良が行われている。

　例えば、この改良の例として特許文献１のボルトとナットによる締結具を説明する。この例では、ボルトの頭部とナットの間にワッシャー又は機械器具面が挟まれている。そして、このワッシャー又は機械器具面に対し面するナットの一端面には予め小さい半球状の突起部が形成されている。

　かかる構成において、ボルトとナット間を締めつけて行くと、ワッシャー又は機械器具面に対し最初にこの半球状の突起部が接触するようになっている。
　即ち、ナットの一端面の全面がワッシャー又は機械器具面に対し接触するという通常の用法とは異なり、ナットの一端面はワッシャー又は機械器具面間に対し半球状の突起部の高さにより傾きを生じる。このとき、雄ねじと雌ねじの正常な螺合状態に逆らってナットが強く締めつけられるので、両者のネジ山が不正に絡み接合することになり緩み止めの作用が生ずる。

実開昭５２－３７１５４

　ところで、特許文献１の締結具では、ワッシャー又は機械器具面間がボルトの軸足方向に対して垂直に配設されている。このため、半球状の突起部がワッシャー又は機械器具面に対し接触し始めてからねじ込むのにいきなり大きな力が必要となる。このため、ナットを軸足回りに回せる軌跡が短い。従って、締結後に強い振動や衝撃があった場合には一旦掛けられた力が容易に緩む恐れがあった。

　本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、締結していたい時には締結状態を確実に保持し、緩めたい時には容易に緩めることができる締結具を提供することを目的とする。

　このため本発明（請求項１）は、ボルトと、該ボルトに対し締結の対象となる被締結部材を間に挟むように配設された第１ナットと、前記ボルトと前記第１ナット間の締結を確実にさせる第２ナットを備えた締結具であって、前記第１ナットが、前記ボルトの軸部に対して螺合され螺進退自在であり、外周囲にｎ個の角部を有し、前記第２ナットが、前記ボルトの軸部に対して螺合され螺進退自在であり、前記第１ナットの角部の内の少なくとも一つが接触する傾斜面が内側に形成された壁部を有し、該傾斜面が前記軸部回りの全周の内の一部角度範囲内に形成されたことを特徴とする。

　第２ナットのボルトの軸部回りの全周の内の一部角度範囲内には、第１ナットの角部の内の少なくとも一つが接触する傾斜面が内側に形成された壁部を有する。この傾斜面により、第２ナットがねじ込みされると第１ナットの角部は傾斜面に沿って渦巻き状に長い軌跡を描きながら少しずつ奥の方にねじ込まれて行く。第１ナットの角部は渦巻き状に長い軌跡を描きながら進むため第２ナットを回す力は小さい力で済む。このとき、第１ナットの角部の一部と第２ナットの傾斜面間に力が働く。一方、傾斜面と接触しない第１ナットの角部は何らの力を受けないため第１ナットとボルトの軸部間及び第２ナットとボルトの軸部間には不均衡な力が働く。
　この不均衡な力により、第１ナットと第２ナットとは共にわずかに形状が傾けられる。
　以上により、第１ナットと第２ナットは共に固定され、締結後に強い振動や衝撃があった場合であってもナットが緩むことは無くなる。

　また、本発明（請求項２）は、前記第２ナットの前記軸部回りの全周の内の一部角度範囲以外の部分には前記角部が接触しない壁部が形成されたことを特徴とする。

　角部が接触しない部分を壁部としたことで構造が強固になる。

　更に、本発明（請求項３）は、前記第２ナットの前記軸部回りの全周の内の一部角度範囲以外の部分が切り欠かかれていることを特徴とする。

　このことにより、第２ナットは軽量で容易に形成でき、内部構造の一部を見えるようにもできる。

　更に、本発明（請求項４）は、前記第２ナットの端部には外周囲が前記第１ナットと同じサイズで前記第１ナットと同じ個数の角部を有するナット突設部が形成されたことを特徴とする。

　第１ナットとナット突設部とが同じサイズなので、第１ナットを締結する際に用いたレンチと同じレンチを使ってナット突設部を螺入できる。従って、用意するレンチは一つで済む。

　更に、本発明（請求項５）は、前記傾斜面の形成された軸部回りの角度範囲が、（３６０／ｎ）度以上で、かつ、ｎ／２＋１を演算した結果の小数点以下を切り捨てして得られた整数ｂに（３６０／ｎ）を乗じて得られる積の値の角度未満であることを特徴とする。

　以上説明したように本発明（請求項１）によれば、第２ナットが、第１ナットの角部の内の少なくとも一つが接触する傾斜面が内側に形成された壁部を有し、この傾斜面がボルトの軸部回りの全周の内の一部角度範囲内となるように構成したので、第１ナットと第２ナットは共に締結をした位置で固定され、締結後に強い振動や衝撃があった場合であってもナットが緩むことは無くなる。また、構造がシンプルで製造・生産が容易である。

本発明の第１実施形態である締結具の側面断面図本発明の第１実施形態である締結具の側面外形図図１中の矢視線Ａ－Ａよりみた正面図ナットの形状をｎ角形としたときの実施可能な要件図２の場合とは逆に、第２ナットの端部を被締結部材に接触させた例本発明の第２実施形態である締結具の側面断面図本発明の第２実施形態である締結具の側面外形図図６中の矢視線Ｂ－Ｂよりみた正面図本発明の第３実施形態である締結具の側面断面図本発明の第３実施形態である締結具の側面外形図本発明の第４実施形態である締結具の側面断面図本発明の第４実施形態である締結具の側面外形図

　以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の第１実施形態である締結具の構成図を図１～図３に示す。図１は第１実施形態の締結具の側面断面図を示し、図２はこの締結具の側面外形図を示す。また、図３は図１中の矢視線Ａ－Ａよりみた正面図を示す。

　図１において、板等の被締結部材１とこの被締結部材１に対して固定される被締結部材３には外周に雄ねじ５の刻設された軸部７Ａと六角形の頭部７Ｂとを有するボルト７が通されている。そして、この軸部７Ａに対し、内側部分９ａに図示しない雌ねじの刻設された外周が六角形の第１ナット９が螺合され螺進退自在なようになっている。ボルト７及び第１ナット９は市販の一般的に広く普及しているものでよい。

　図１において、第１ナット９を覆うように外周が六角形の第２ナット１１が配設されている。第２ナット１１の軸部７Ａと接触する内側部分１１ａには第１ナット９の内側部分９ａと同様に図示しない雌ねじが刻設されている。第２ナット１１の軸部７Ａと接触しない内側部分には空洞１３が形成されている。そして、この空洞１３の底面１１ｂからは水平となす角α（＞０度）で、軸部７Ａ回りに半弧状の傾斜面１１ｃが第２ナット１１の左端１１ｄまで形成されている。従って、図１においては、傾斜面１１ｃと軸部７Ａ間の距離が底面１１ｂから左端１１ｄ側に向けて次第に大きくなっている。

　この傾斜面１１ｃは図３中に点線で示すように第１ナット９の角部イ、ロ、ハ、ニを覆う範囲に形成されている。即ち、第１ナット９の角部イより角部ニまでの図３中の上半分に点線で示した軸部７Ａの軸中心Ｏ点から見て１８０度の範囲に傾斜面１１ｃは形成されている。以後、この傾斜面１１ｃの形成された第２ナット１１の１８０度の範囲の壁をストッパー部１１Ａと呼ぶ。

　一方、図３中の角部ホ、ヘを覆う第２ナット１１の下半分の軸部７Ａの軸中心Ｏ点から見て１８０度未満の範囲には傾斜面は形成されておらず、この１８０度未満の範囲には底面１１ｂから水平となす角α＝０度の半弧状の円筒内周面１１ｅを有する半円筒部１１Ｂが第２ナット１１の左端１１ｄまで形成されている。角部ホ、ヘとこの半弧状の円筒内周面１１ｅの間には円筒内周面１１ｅと軸部７Ａ間の距離が軸方向に向けて一定の隙間が形成されており、角部ホ、ヘとこの半弧状の円筒内周面１１ｅとは接触していない状態である。

　次に、本発明の第１実施形態の動作を説明する。
　まず、被締結部材１と被締結部材３を図示しないレンチを使いボルト７と第１ナット９で挟みしっかりと締結する。その後、口幅寸法の大きいレンチを使って第２ナット１１を螺入する。図１に示すように、第２ナット１１のストッパー部１１Ａの半弧状の傾斜面１１ｃが第１ナット９の角部イ、ロ、ハ、ニの右端側頂部と接触をした後、更にレンチを回し第２ナット１１を少しずつねじ込む。

　半弧状の傾斜面１１ｃは水平より角α（＞０度）だけ傾斜しているので、第１ナット９の角部イ、ロ、ハ、ニの右端側頂部は傾斜面１１ｃに沿って渦巻き状に長い軌跡を描きながら少しずつ奥の方にねじ込まれて行く。渦巻き状に長い軌跡を描きながら進むため第２ナット１１を回す力は小さい力で済む。このとき、第１ナット９の角部イ、ロと第２ナット１１のストッパー部１１Ａの半弧状の傾斜面１１ｃ間に力が働き、図１に示す通り、第１ナット９の右端より軸部７Ａに向けて下向きの力Ｆ１が作用する。

　また、第２ナット１１の右端より軸部７Ａに向けて下向きの力Ｆ２が作用する。これに対し、第１ナット９の角部ホ、ヘと、この角部ホ、ヘに対峙する半弧状の円筒内周面１１ｅとは接触していない状態であるので、第１ナット９の角部ホ、ヘと半弧状の円筒内周面１１ｅ間に力は生じていない。

　このため、第１ナット９の右端と第２ナット１１の右端には軸部７Ａに向けて不均衡な力が生じ第１ナット９と第２ナット１１は共に右回りにわずかに形状が傾けられる。
　このとき力Ｆ１の反動により第１ナット９の左端側はわずかに軸部７Ａより浮かされる状態となる。また、力Ｆ２の反動により第２ナット１１の左端側はわずかに軸部７Ａより浮かされる状態となる。

　そして、この第１ナット９と第２ナット１１の形状の傾きは第２ナット１１のねじ込みを止めた後も維持される。

　以上により、第１ナット９と第２ナット１１は共にこの位置で固定され、締結後に強い振動や衝撃があった場合であってもナットが緩むことは無くなる。なお、角αが小さいほど、小さい力で第２ナット１１を締めることができ、かつ摺動する軌跡の延長が長くなるため、ナットが緩み難くできる。締結による固定を解除したい場合には、第２ナット１１を緩める方向に回転させればよい。第２ナット１１は構造がシンプルで製造・生産が容易である。

　なお、ストッパー部１１Ａの半弧状の傾斜面１１ｃは図３から分かるように軸部７Ａの軸中心Ｏ点から見て１８０度以上２４０度未満の範囲内に形成されれば、第１ナット９の角部が常に３カ所～４カ所接触した状態となっている。このため、第２ナット１１がどの回転位置にあっても軸部７Ａに向けて常に力Ｆ１と力Ｆ２が作用することになり、第１ナット９と第２ナット１１の固定は安定し好ましい。この場合には、ねじ込み中にがたつくことも無く滑らかにねじ込める。

　但し、半弧状の傾斜面１１ｃは必ずしも軸部７Ａの軸中心Ｏ点から見て１８０度以上に形成される必要はなく、６０度以上１８０度未満であっても本実施形態の緩み防止の効果を得ることは可能である。六角形のナットの場合には最低限第１ナット９の角部の一つが半弧状の傾斜面１１ｃと接触してさえいれば力Ｆ１と力Ｆ２が得られるからである。この場合、力Ｆ１と力Ｆ２の作用方向は第２ナット１１の回転角により変動し、また、接触する第１ナット９の角部の数により力の大きさも変動するため多少のがたつきは生ずるが、第２ナット１１がどの回転位置にあっても軸部７Ａに向けて常に力Ｆ１と力Ｆ２が作用する。

　なお、六角形のナットの場合にはストッパー部１１Ａの半弧状の傾斜面１１ｃは軸部７Ａの軸中心Ｏ点から見て６０度未満に形成されることはできない。この場合には、第２ナット１１の回転位置によっては第１ナット９の角部が一つも半弧状の傾斜面１１ｃと接触しない状態ができるためである。

　また、六角形のナットの場合にはストッパー部１１Ａの半弧状の傾斜面１１ｃは軸部７Ａの軸中心Ｏ点から見て２４０度以上に形成することもできない。この場合には、第１ナット９の角部が５つ以上半弧状の傾斜面１１ｃと接触する状態があり、このときには、力Ｆ１と力Ｆ２の作用が図１の下向きだけの状態とは異なり、上向きと下向きの両方現れ相殺されることになるためである。

　以上の結果、六角形のナットの場合にはストッパー部１１Ａの半弧状の傾斜面１１ｃは軸部７Ａの軸中心Ｏ点から見て６０度以上２４０度未満の範囲内に形成されれば本実施形態として実施が可能である。

　この間の事情を図４に基づきナットの形状をｎ角形としたときの実施可能な要件を説明する。図４において、例えば第１ナット９が六角形でｎ＝６の場合には１角当りの中心角ａは６０度であり、このとき半円（１８０度）以内に収まる角部の数ｂは４個である。この場合、角部の５番目は半円内に収まらない。そして、ストッパー部１１Ａとしての半弧状の傾斜面１１ｃの必要角θの範囲は６０度以上２４０度未満である。

　また、例えば第１ナット９が八角形でｎ＝８の場合には図４より、１角当りの中心角ａは４５度であり、このとき半円（１８０度）以内に収まる角部の数ｂは５個である。この場合、角部の６番目は半円内に収まらない。そして、ストッパー部１１Ａとしての半弧状の傾斜面１１ｃの必要角θの範囲は４５度以上２２５度未満である。

　第１ナット９をｎ角形として一般化すると、１角当りの中心角ａは３６０度／ｎであり、このとき半円（１８０度）以内に収まる角部の数ｂは（ｎ／２）＋１個（但し、小数点以下は切り捨て）である。この場合、角部のｂ＋１番目は半円内に収まらない。そして、ストッパー部１１Ａとしての半弧状の傾斜面１１ｃの必要角θの範囲はａ度以上ａ×ｂ度未満である。

　なお、ねじ込み中にがたつくことを防止するにはｎによらずストッパー部１１Ａとしての半弧状の傾斜面１１ｃの必要角θの範囲は１８０度以上が望ましい。

　更に、図１において第１ナット９の端面は必ずしも被締結部材３に接触させる必要は無く、軸部７Ａの任意の箇所であっても第１ナット９と第２ナット１１を固定させることができる。

　更に、図５に示すように、図２の場合とは逆に、第２ナット１１の端部１１ｆを被締結部材３に接触させ第１ナット９をレンチを使って螺入し第２ナット１１側に向けて押し込むようにされてもよい。
　更に、半弧状の傾斜面１１ｃの水平からの角α（＞０度）は、軸部７Ａの軸方向距離に応じて一定とはせずに変化させるようにされてもよい。

　次に、本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態である締結具の構成図を図６～図８に示す。図６は第２実施形態の締結具の側面断面図を示し、図７はこの締結具の側面外形図を示す。また、図８は図６中の矢視線Ｂ－Ｂよりみた正面図を示す。なお、図１～図３と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。

　図６において、第１ナット９を覆うように外周が六角形の第２ナット２１が配設されている。第２ナット２１の軸部７Ａと接触する内側部分２１ａには第１ナット９の内側部分９ａと同様に図示しない雌ねじが刻設されている。第２ナット２１の軸部７Ａと接触しない内側上半部には図６と図８に示すように空洞２３が形成されている。この空洞２３は図１の空洞１３の上半分と同じ形状である。

　また、図１の内側下半部には半円筒部１１Ｂが形成されていたのに対して、図６ではこの半円筒部１１Ｂに相当するものは無く、底面２１ｂにより半円筒部は切欠かれた状態である。
　即ち、内側上半部の空洞２３に連設して内側下半部には切欠部２５が形成されている。半弧状の傾斜面２１ｃは図１の半弧状の傾斜面１１ｃと同一の構造、作用である。

　傾斜面２１ｃは図８中に点線で示すように図３と同様に第１ナット９の角部イ、ロ、ハ、ニを覆う範囲に形成されている。即ち、第１ナット９の角部イより角部ニまでの図８中の上半分に点線で示した軸部７Ａの軸中心Ｏ点から見て１８０度の範囲に半弧状の傾斜面２１ｃは形成されている。そして、この傾斜面２１ｃは第２ナット１１の底面２１ｂより左端２１ｄまで形成されている。以後、この傾斜面２１ｃの形成された第２ナット２１の１８０度の範囲の壁をストッパー部２１Ａと呼ぶ。

　一方、図８中の角部ホ、ヘと対峙する第２ナット２１の下半分の軸部７Ａの軸中心Ｏ点から見て１８０度未満の範囲が切欠かれており、角部ホ、ヘは接触していない状態である。

　かかる構成において、第１ナット９の角部イ、ロ、ハ、ニが半弧状の傾斜面２１ｃと接触している一方で、角部ホ、ヘは壁部との接触が無く、第１実施形態と同じ作用、効果が得られる。この第２実施形態の場合には第２ナット２１が軽量で安価であり、内部の構造も一部が見えるという反面、構造的には第１実施形態よりも弱くなる。

　次に、本発明の第３実施形態について説明する。本発明の第３実施形態である締結具の構成図を図９～図１０に示す。図９は第３実施形態の締結具の側面断面図を示し、図１０はこの締結具の側面外形図を示す。なお、図１～図３と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。

　図９、図１０において、六角形の第２ナット１１の右端には第２ナット１１の外形よりも小さく、第１ナット９の外形と同じ寸法の六角形のナット突設部３１が形成されている。

　かかる構成において、第１ナット９とナット突設部３１とが同じサイズなので、第１ナット９を締結する際に用いたレンチと同じレンチを使ってナット突設部３１を螺入できる。従って、用意するレンチは一つで済む。

　次に、本発明の第４実施形態について説明する。本発明の第４実施形態である締結具の構成図を図１１～図１２に示す。図１１は第４実施形態の締結具の側面断面図を示し、図１２はこの締結具の側面外形図を示す。なお、図１～図３と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。

　図１１、図１２において、六角形の第２ナット２１の右端には第２ナット２１の外形よりも小さく、第１ナット９の外形と同じ寸法の六角形のナット突設部３１が形成されている。

　かかる構成において、第３実施形態と同様に第１ナット９とナット突設部３１とが同じサイズなので、第１ナット９を締結する際に用いたレンチと同じレンチを使ってナット突設部３１を螺入できる。従って、用意するレンチは一つで済む。

　なお、本発明の各実施形態は、ボルトとナットにより締結しうるすべてのものに利用できる。特に従来、緩みやすいが故に緩み止め機能を持つ締結具が用いられてきた分野において有用である。

　１、３　被締結部材
　７ボルト
　７Ａ軸部
　７Ｂ頭部
　９、１１、２１ナット
１１Ａ、２１Ａ　ストッパー部
１１Ｂ半円筒部
１１ｂ、２１ｂナット底面
１１ｃ、２１ｃナット傾斜面
１１ｄ、２１ｄ　ナット左端
１１ｅ円筒内周面
１１ｆナット端面
１３、２３空洞
２５切欠部
３１ナット突設部

Claims

　ボルト（７）と、
該ボルト（７）に対し締結の対象となる被締結部材（１，３）を間に挟むように配設された第１ナット（９）と、
前記ボルト（７）と前記第１ナット（９）間の締結を確実にさせる第２ナット（１１）を備えた締結具であって、
前記第１ナット（９）が、前記ボルト（７）の軸部（７Ａ）に対して螺合され螺進退自在であり、外周囲にｎ個の角部を有し、
前記第２ナット（１１）が、前記ボルト（７）の軸部（７Ａ）に対して螺合され螺進退自在であり、前記第１ナット（９）の角部の内の少なくとも一つが接触する傾斜面（１１ｃ）が内側に形成された壁部を有し、該傾斜面（１１ｃ）が前記軸部（７Ａ）回りの全周の内の一部角度範囲内に形成されたことを特徴とする締結具。
　前記第２ナット（１１）の前記軸部（７Ａ）回りの全周の内の一部角度範囲以外の部分には前記角部が接触しない壁部が形成されたことを特徴とする請求項１記載の締結具。
　前記第２ナット（１１）の前記軸部（７Ａ）回りの全周の内の一部角度範囲以外の部分が切り欠かかれていることを特徴とする請求項１記載の締結具。
　前記第２ナット（１１）の端部には外周囲が前記第１ナット（９）と同じサイズで前記第１ナット（９）と同じ個数の角部を有するナット突設部（３１）が形成されたことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の締結具。
　前記傾斜面の形成された軸部回りの角度範囲が、（３６０／ｎ）度以上で、かつ、ｎ／２＋１を演算した結果の小数点以下を切り捨てして得られた整数ｂに（３６０／ｎ）を乗じて得られる積の値の角度未満であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の締結具。