JP2007155105A

JP2007155105A - 緩み止め付きナット及び緩み止め付きボルト

Info

Publication number: JP2007155105A
Application number: JP2005355185A
Authority: JP
Inventors: Norio Nakajima; 紀夫中島
Original assignee: Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-06-21

Abstract

【課題】緩み止め付きナット及び緩み止め付きボルトに関し、簡素な構成で、ボルト及びナットの締結後の緩みを防止する。
【解決手段】所定の径，ピッチ及び条数を有する第１螺旋形状の溝１ａとして形成された第１螺合部１と、第１螺合部１に隣接し、第１螺合部１と同一の径，ピッチ及び条数を有する同一方向への第２螺旋形状の溝２ａとして形成された第２螺合部２と、第１螺合部１及び第２螺合部２の間に間隙を形成する切り欠き溝３とを備え、第１螺旋形状の溝１ａの位相と第２螺旋形状の溝２ａの位相とが相違するように、切り欠き溝３を介して第１螺合部１及び第２螺合部２を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、緩み止め付きナット及び緩み止め付きボルトに関する。

従来より、ボルトやナット等、締結部材の締結の緩みを防止するための様々な取り付け手法が提案されている。例えば、ナットと被締結部材との間に座金を挟装して、座金の弾性力を利用する方法や、ボルト及びナットの締結後にそれらを互いに溶接固定する方法、締結したボルト及びナットを貫通する孔を設け、その孔に割りピンを圧入して固定する方法等が公知である。

一方、部品点数の削減や締結作業工程の短縮といった観点から、ナット自身の構造を工夫することによって緩み止めを実現する技術も数多く提案されている。例えば、ナットの内周面にナイロン等の合成樹脂からなるリングを装着したナイロンナットが公知である。これは、ナットをボルトへ締結する際に合成樹脂のリングを塑性変形させながら螺合溝に噛み込ませるものであり、螺合溝と略完全に嵌合する合成樹脂の摩擦面を形成することによって長期間に渡って安定した締結力を保持できるようになっている。

また、特許文献１には、ナットの内部にコイルバネを収容したものが開示されている。このコイルバネの巻き方向は、ナットのボルトからの離脱方向への回転に伴ってボルトを締め付けるように作用する向きに配向されている。これにより、一旦ナットが締結されると、コイルバネの弾性力によりコイルバネとボルトとが密着し、振動や外力によるナットの緩みを防止することができるようになっている。
特開２００３−３０７２１０号公報

しかし、上述のような特殊な構造のナットは、標準的なナットよりも単価が高い。そのため、特に膨大な数の締結部材が用いられる機械（例えば、車両や船舶，航空機，建設機械，工作機械等）の組み立てにおいては、機械の製造にかかるトータルコストに対して、締結部材のコストの割合が決して軽視できない程膨らむ場合があり、より低コストで緩み止め効果の高い締結部材の開発が望まれている。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、ボルト及びナットの締結後の緩みを防止することができる緩み止め付きナット及び緩み止め付きボルトを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の緩み止め付きナット（請求項１）は、所定の径，ピッチ及び条数を有する第１螺旋形状の溝として形成された第１螺合部と、該第１螺合部に隣接し、該第１螺合部と同一の径，ピッチ及び条数を有する同一方向への第２螺旋形状の溝として形成された第２螺合部と、該第１螺合部及び該第２螺合部の間に間隙を形成する切り欠き溝とを備え、上記の第１螺合部及び第２螺合部が、該第１螺旋形状の溝の位相と該第２螺旋形状の溝の位相とが相違するように該切り欠き溝を介して配置されていることを特徴としている。

つまり、該第１螺合部及び該第２螺合部は、互いの螺旋形状の位相が一致しないような配置関係で一体形成されていることになる。また、該第１螺合部及び該第２螺合部は、該切り欠き溝によって互いの螺旋形状を分断されている。
なお、該第１螺旋形状の溝及び該第２螺旋形状の溝は、ボルトの外周面に形成された螺旋形状のボルト螺合部と螺合するネジ溝である。これらのネジ溝は、該ボルトと螺合する該緩み止め付きナットの内周面に形成されている。

また、本発明の緩み止め付きナット（請求項２）は、上記の第１螺合部及び第２螺合部が、該第１螺合部の該第２螺合部との隣接面における溝の位相と、該第２螺合部の該第１螺合部との隣接面における溝の位相とが同一位相となるように配置されているとともに、該切り欠き溝の溝幅が、該ピッチの半分よりも小さく設定されていることを特徴としている。

また、本発明の緩み止め付きナット（請求項３）は、上記の第１螺合部，第２螺合部及び切り欠き溝を複数組備えていることを特徴としている。
また、本発明の緩み止め付きボルト（請求項４）は、所定の径，ピッチ及び条数を有する第１螺旋形状の山として形成された第１螺合部と、該第１螺合部に隣接し、該第１螺合部と同一の径，ピッチ及び条数を有する同一方向への第２螺旋形状の山として形成された第２螺合部と、該第１螺合部及び該第２螺合部の間に間隙を形成する切り欠き溝とを備え、上記の第１螺合部及び第２螺合部が、該第１螺旋形状の山の位相と該第２螺旋形状の山の位相とが相違するように該切り欠き溝を介して配置されていることを特徴としている。

なお、該第１螺旋形状の山及び該第２螺旋形状の山は、ナットの内周面に形成された螺旋形状のナット螺合部と螺合するネジ山である。これらのネジ山は、該ナットと螺合する該緩み止め付きボルトの外周面に形成されている。

本発明の緩み止め付きナット（請求項１）によれば、ナットの第１螺合部と第２螺合部との両方にボルトが締結（螺接，接触）したときに、第１螺合部からボルトへ与えられる摩擦抵抗力（締結力）の大きさと第２螺合部からボルトへ与えられる摩擦抵抗力（締結力）の大きさとを相違させることができ、緩み止め効果を獲得することができる。
また、本発明の緩み止め付きナット（請求項２）によれば、第１螺合部と第２螺合部とが互いに締め付け合う方向へ摩擦抵抗力を作用させることができる。つまり、第１螺合部と第２螺合部とがダブルナットのように機能することになる。これにより、緩み止め効果をさらに高めることができる。

また、本発明の緩み止め付きナット（請求項３）によれば、ナットの内周面における軸方向についての摩擦抵抗力の分布を調節することができる。例えば、複数の切り欠き溝によってナットの内周面が輪切り状に複数の領域に分割されれば、ナットの軸方向に並んだ複数の螺合部（すなわち、複数の第１螺合部，第２螺合部）が形成されることになり、各螺合部において摩擦抵抗力を設定することが可能となる。

また、本発明の緩み止めボルト（請求項４）によれば、ボルトの第１螺合部と第２螺合部との両方にナットが跨るように締結されたときに、第１螺合部からボルトへ与えられる摩擦抵抗力（締結力）の大きさと第２螺合部からボルトへ与えられる摩擦抵抗力（締結力）の大きさとを相違させることができ、緩み止め効果を獲得することができる。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図３は本発明の一実施形態にかかる緩み止め付きナットを説明するものであり、図１は本緩み止め付きナットを用いた締結動作を説明するための部分断面図、図２は本ナットの全体構成を示す断面図、図３は本ナットの要部を拡大した断面図（図２のＢ部拡大図）である。

なお、図３中の左方にはボルトのネジ山（符号５ａを付して示す）が示されているが、これはナットのネジ溝（符号１ａ，２ａを付して示す）との螺合位置関係を示すために描かれた仮想の図である。

［構成］
図１に、本実施形態に係るナット（緩み止め付きナット）４が、上下に重ね合わされた被締結部材Ｗ₁，Ｗ₂をボルト５と共に挟み込んで締結する場合を例示する。ここで使用されているボルト５は汎用品であり、六角柱状の頭部５Ａと円筒状の外周面にネジ山（雄ネジ）５ａが螺刻された軸部５Ｂとを備えている。軸部５Ｂのネジ山５ａは、所定の径，ピッチ及び条数（ネジ山の本数）を有する螺旋形状の山として形成されている。なお、図１中において、ナット４はボルト５の下方からＡ方向へ向かってねじ込まれ、締結されるようになっている。このＡ方向とは、ボルト５の軸方向と等しく、ナット４の円筒状内周面の軸方向でもある。以下、ボルト５の軸方向のことを、ナット４の軸方向とも呼ぶ。

ナット４の内周面には、軸部５Ｂのネジ山５ａと螺合しうる、同径，同ピッチ，同条数（ネジ溝の本数）のネジ溝（雌ネジ）が２種類形成されている。これらの２種類のネジ溝は、図１，２に示すように巻き方向が同一の螺旋形状であり、ナット４の内周面の略中央（ナット４の軸方向の略中央）付近で切り欠き溝３を隔てて上下方向に隣接するように形成されている。

また、切り欠き溝３は、ナット４の内周面を環状に切り欠いて形成された切削溝であり、この切り欠き溝３によってナット４の内周面は、その上部側の第１螺合部１とその下部側の第２螺合部２とに分割されている。以下、図２中におけるナット４の切り欠き溝３よりも上半分の内周面のネジ溝に符号１ａを付し、切り欠き溝３よりも下半分の内周面のネジ溝に符号２ａを付して説明する。

第１螺合部１のネジ溝１ａの位相は、第２螺合部２のネジ溝２ａの位相に対して僅かにずれるように形成されている。この位相のズレとは、例えば図３に示すように、ナット４の断面形状において、第１螺合部１のネジ溝１ａを基準として、第１螺合部１の切り欠き溝３側の端部１ｂからネジ溝１ａを仮想的に下方へ延長して螺刻した仮ネジ溝（図３中に破線で示す）に対する第２螺合部２のネジ溝２ａのズレのことである。なお、この断面形状において、ネジ溝１ａ一個の断面形状とネジ溝２ａ一個の断面形状は同一の形状である。また、ネジ溝１ａのピッチＰ₁はネジ溝２ａのピッチＰ₂と等しくなっている（Ｐ₁＝Ｐ₂）。

さらにここでは、第１螺合部１の第２螺合部２への隣接面１ｂにおけるネジ溝１ａの位相と、第２螺合部２の第１螺合部１への隣接面２ｂにおけるネジ溝２ａの位相とが同一位相となるように、第１螺合部１及び第２螺合部２の配置関係が設定されている。つまり、第２螺合部２のネジ溝２ａは、第１螺合部１のネジ溝１ａと同位相の断面形状を、切り欠き溝３の溝幅ｄの分だけナット４の軸方向移動させたような形状となっている。換言すると、ナット４の溝形状は、通常のナットの溝形状と比較して、切り欠き溝３で第１螺合部１と第２螺合部２とが分割された後捻れることなくそのまま互いに距離ｄだけ離れたような形状となっている。

なお、切り欠き溝３の溝幅ｄの大きさは、ネジ溝１ａ，２ａのピッチＰ₁の半分の大きさよりも小さくなる（ｄ＜Ｐ₁／２）ように設定されている。

［作用・効果］
本発明の一実施形態にかかる緩み止め付きナットは上述のように構成されて、以下のような作用，効果を奏する。
まず、ナット４が図１に示す状態から、ボルト５に対してＡ方向へねじ込まれ始めて、軸部５Ｂのネジ山５ａがナット４における第１螺合部１のネジ溝１ａへ螺接される。ネジ山５ａとネジ溝１ａの径，ピッチ及び条数は同一であるから、ナット４はボルト５へスムーズに取り付けられる。

続いて、ナット４がさらにねじ込まれ、軸部５Ｂのネジ山５ａが第２螺合部２のネジ溝２ａへ螺接される。ここで、第２螺合部２のネジ溝２ａは、第１螺合部１のネジ溝１ａと異なる位相の螺旋形状となっている。また、切り欠き溝３の溝幅ｄの大きさは、ネジ溝１ａ，２ａのピッチＰ₁の半分の大きさよりも小さくなるように設定されている。そのため、図３に示すように、第２螺合部２のネジ溝２ａはネジ山５ａによってＣ方向へ押し付けられることになる。

一方、ボルト５のネジ山５ａと第１螺合部１のネジ溝１ａとの間には、ネジ山５ａと第２螺合部２のネジ溝２ａとの間に作用するようなＣ方向への押付力が作用しないが、ネジ溝２ａからネジ山５ａへの反力としての押付力（Ｃ方向とは逆方向への押付力）が作用する。つまり、第１螺合部１と第２螺合部２とが互いに押し合うような力が作用することになる。なお、ネジ山５ａから第１螺合部１へ与えられる押付力と第２螺合部２へ与えられる押付力とは異なる向きとなっているため、ナット４が緩もうとした場合に第１螺合部１及び第２螺合部２において作用する摩擦抵抗力の大きさは、それぞれ異なる大きさとなる。

このようなボルト５のネジ山５ａの押圧作用により、ネジ溝２ａとネジ山５ａとが圧着されることになる。その後、ナット４端面が被締結部材Ｗ₂と接触するまで深くねじ込まれて、ボルト５とナット４とが締結される。
上述のように、本ナット４を用いれば、ナット４の第１螺合部１と第２螺合部２との両方にボルト５が螺接したときに、第１螺合部１及び第２螺合部２のそれぞれがボルト５から受ける押付力の大きさが異なっているため、第１螺合部１における摩擦抵抗力（締結力）の大きさと第２螺合部２における摩擦抵抗力（締結力）の大きさとを相違させることができる。つまり、ナット４を緩ませるためには、第１螺合部１における静止摩擦力よりも大きい力を作用させること（条件１）と、第２螺合部２における静止摩擦力よりも大きい力を作用させること（条件２）という２つの条件を満たす必要があることになる。したがって、簡素な構成で、ナット４をボルト５から緩みにくくすることができる。

また、第２螺合部２のネジ溝２ａは、ネジ山５ａによって第１螺合部１のネジ溝１ａ方向へ押圧され、一方、第１螺合部１のネジ溝１ａは第２螺合部２のネジ溝２ａ方向へ押圧されるため、第１螺合部１と第２螺合部２とが互いに締め付け合う方向へ摩擦抵抗力が作用する。言わば、ダブルナットのような締結力が作用することになる。したがって、ナット４が緩もうとした場合であっても、第１螺合部１又は第２螺合部２の何れか一方が、他方の緩みを抑制するように作用することになり、ナット４の緩み止め効果をさらに高めることができる。

［その他］
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
〔１．位相を変動させる場合〕
例えば、上述の実施形態では、第１螺合部１の第２螺合部２への隣接面１ｂにおけるネジ溝１ａの位相と、第２螺合部２の第１螺合部１への隣接面２ｂにおけるネジ溝２ａの位相とが同一となるように、第１螺合部１及び第２螺合部２の配置関係が設定されているが、第１螺合部１のネジ溝１ａと第２螺合部２のネジ溝２ａとの位相のずらし方についてはこれに限定されるものではなく、例えば、第１螺合部１及び第２螺合部２の各隣接面１ｂ，２ｂにおけるネジ溝１ａ，２ａの位相が異なっていても構わない。

つまり、第２螺合部２の断面形状が、図３に破線で示した仮ネジ溝の形状と一致しなければよく、第２螺合部２のネジ溝２ａを第１螺合部１のネジ溝１ａに対して軸方向に関して捻ったように配置してもよい。この構成は、切り欠き溝３の溝幅が微少量（ｄ≠０）である場合に好適である。なおこの場合、溝幅が全くない（ｄ＝０，つまり、切り欠き溝がない）ように加工したとしても、緩み止め効果が期待できるものと考えられる。

なお、図４にネジ溝１ａ，２ａの位相のズレθと切り欠き溝３の溝幅ｄとの関係を模式的に示す。この図４は、ナット４の内周面を平面に展開した図であり、ネジ溝１ａ，２ａの溝底を太実線で示し、切り欠き溝３を細実線で示している。また、この図４中の破線は、図３に破線で示されていた仮ネジ溝の溝底である。この図では、上下方向がナット４の軸方向に対応し、左右方向が位相θに対応する。

上述の実施形態におけるネジ溝２ａの位置は、切り欠き溝３を介してネジ溝１ａと同一位相となっており、図４上にネジ溝２ａとして表現される。一方、ネジ溝２ａの位相をネジ溝１ａの位相に対してθ₁だけずらした場合には、図４上にネジ溝２ａ′のように表現されることになる。なお、ずらすべき位相θの大きさは、図４上において、ネジ溝２ａ′が仮ネジ溝と一致しない大きさに設定される。具体的には、ネジ溝の形状（径，ピッチ及び条数）及び切り欠き溝３の溝幅ｄに応じて設定される。

〔２．同一位相で溝幅を変える場合〕
また、上述の実施形態では、切り欠き溝３の溝幅ｄの大きさがネジ溝１ａ，２ａのピッチＰ₁の半分の大きさよりも小さくなるように設定されているが、第１螺合部１と第２螺合部２とが互いに締め付け合うように締結力を作用させるためには、溝幅ｄが以下の式１に示す範囲内となるように設定すればよい。

ｎ・Ｐ₁＜ｄ＜ｎ・Ｐ₁＋Ｐ₁／２（ただし、ｎは自然数）・・・（式１）
ただし、ｎが大きいほど溝幅ｄも大きくなってしまうため、できるだけｎは小さい方が好ましい。なお、切り欠き溝３の溝幅を以下の式２に示す範囲内となるように設定することも考えられる。
ｎ・Ｐ₁＋Ｐ₁／２＜ｄ＜（ｎ＋１）・Ｐ₁ （ただし、ｎは自然数）・・・（式２）
ここで、ｎ＝０の場合の例を、図５に示す。

この場合、ナット４の内周面において、第１螺合部１と第２螺合部２とが互いに離れ合う方向へ摩擦抵抗力が作用する。したがって、ダブルナットのような締結力は作用しないが、逆に、ナット４のボルト５への締結時に過大な締め付けトルクが作用したとしても、第１螺合部１が第２螺合部２に締め付けられることがないため、ネジ山の潰れや破断を抑制することができるという効果がある。また、たとえ螺合部１と第２螺合部２とが互いに離れ合う方向へ摩擦抵抗力が作用したとしても、第１螺合部１及び第２螺合部２はそれぞれ同じナット４の内周面に形成されている（すなわち、一体である）ため、ダブルナットと同様の緩み止め効果を期待することができる。

〔３．複数の切り欠き溝を設ける場合〕
また、上述の実施形態では、第１螺合部１と第２螺合部２との間に１本の切り欠き溝３が形成されているが、このような切り欠き溝３をナット４の内周面に複数設けることも考えられる。この場合、複数の切り欠き溝によってナット４の内周面を輪切り状に分割し、分割されたそれぞれの領域のネジ溝の位相を少しずつずらすことにより、上述の実施形態のものと同様の効果を得ることができる。

また、分割された各領域の大きさや、ずらす位相の大きさを適宜調節することにより、ナット４の内周面における摩擦抵抗力の軸方向への分布を自在に設定することができ、例えば摩擦抵抗力を平均化して内周面全体で均一に締め付けることや、ナット４の軸方向両端部の摩擦抵抗力をナット４の中央付近よりもやや大きくすること等が可能である。

〔４．ボルトの場合〕
なお、上述の実施形態では、本発明をナット４に適用したものを示したが、本発明をボルトに適用することも可能である。
図６に本発明のボルト（緩み止め付きボルト）６が汎用品としてのナット１０に締結される場合を例示する。

ボルト６は、その軸部の外周面に、ナット１０の内周面に形成されたネジ溝と同一の径，ピッチ及び条数（ネジ山の本数）を有する第１螺旋形状のネジ山として形成された第１螺合部７及び第２螺合部８を備えている。また、第１螺合部７と第２螺合部８との間には、間隙ｄを形成する切り欠き溝９が設けられている。そして、第１螺合部７のネジ山７ａの位相は、第２螺合部８のネジ溝８ａの位相に対してずれるように形成される。
このようなボルト６にナット１０を締結させれば、上述の実施形態と同様に、ボルト６とナット１０との間の摩擦抵抗力を大きくすることができ、ナット１０を緩みにくくすることができる。

なお、ボルトとナットとの締結位置が予めわかっているような場合（例えばオーダーメイドの場合）には、このようにボルト側のネジ山に位相変位を設けることが好ましい。これにより、締結位置以外では従来の汎用ナット及びボルトと同様に摩擦抵抗力を小さくすることができ、ナットの締結作業が容易となる。また、ボルトのナットとの締結位置が不定である場合（例えば規格品として様々な用途に用いる場合）には、前述のように、ナット側のネジ溝に位相変位を設けることで、締結位置に関わらず確実にナットの緩み止めを行うことができる。

本発明の一実施形態にかかる緩み止め付きナットを用いた締結動作を説明するための部分断面図である。本ナットの全体構成を示す断面図である。本ナットの要部を拡大した断面図（図２のＢ部拡大図）である。本発明の変形例としての緩み止め付きナットを説明するための模式図である。本発明の別の変形例としての緩み止め付きナットの要部を拡大した断面図である。本発明にかかる緩み止め付きボルトを示す断面図である。

符号の説明

１第１螺合部
２第２螺合部
１ａ，２ａネジ溝
１ｂ，２ｂ隣接面
３切り欠き溝
４ナット（緩み止め付きナット）
５ボルト
５ａネジ山

Claims

所定の径，ピッチ及び条数を有する第１螺旋形状の溝として形成された第１螺合部と、
該第１螺合部に隣接し、該第１螺合部と同一の径，ピッチ及び条数を有する同一方向への第２螺旋形状の溝として形成された第２螺合部と、
該第１螺合部及び該第２螺合部の間に間隙を形成する切り欠き溝とを備え、
上記の第１螺合部及び第２螺合部が、該第１螺旋形状の溝の位相と該第２螺旋形状の溝の位相とが相違するように該切り欠き溝を介して配置されている
ことを特徴とする、緩み止め付きナット。
上記の第１螺合部及び第２螺合部が、該第１螺合部の該第２螺合部との隣接面における溝の位相と、該第２螺合部の該第１螺合部との隣接面における溝の位相とが同一位相となるように配置されているとともに、
該切り欠き溝の溝幅が、該ピッチの半分よりも小さく設定されている
ことを特徴とする、請求項１記載の緩み止め付きナット。
上記の第１螺合部，第２螺合部及び切り欠き溝を複数組備えている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の緩み止め付きナット。
所定の径，ピッチ及び条数を有する第１螺旋形状の山として形成された第１螺合部と、
該第１螺合部に隣接し、該第１螺合部と同一の径，ピッチ及び条数を有する同一方向への第２螺旋形状の山として形成された第２螺合部と、
該第１螺合部及び該第２螺合部の間に間隙を形成する切り欠き溝とを備え、
上記の第１螺合部及び第２螺合部が、該第１螺旋形状の山の位相と該第２螺旋形状の山の位相とが相違するように該切り欠き溝を介して配置されている
ことを特徴とする、緩み止め付きボルト。