JP2015014308A - 弛み止めナット - Google Patents

Abstract

【課題】 保証荷重性能を保証でき、長期にわたって使用しても弛み止め性能の経時変化が少ないようにした弛み止めナットを提供する。
【解決手段】 ナット頂面１１にはばね収納凹所１２を座繰り形成し、ばね収納凹所の底面とナット座面１４との間はＪＩＳ・Ｂ・１１８１附属書１規定のねじ呼び径のナット高さの寸法ｍｌとし、ナット座面からばね収納凹所の底面までの部分には雌ねじを形成する。ばね収納凹所内にはコイルばね２０を設置する。コイルばねの線径はボルト３０の雄ねじピッチの０．５から０．９倍の範囲内の線径で、巻き方向をボルト雄ねじの巻き方向とし、コイルばねの平均径はボルト有効径の寸法に等しく、コイルばねの一端部２１はオープンエンド研削仕上げをし、他端部には係止かぎ部２２を形成し、係止かぎ部をばね収納凹所外端面に形成された係止穴１３に挿入係止する。
【選択図】 図３

Description

本発明は弛み止めナットに関し、特に保証荷重性能を保証でき、長期にわたって使用しても弛み止め性能の経時変化が少ないようにしたナットに関する。

ボルト・ナットを用いて被締結物材を締結する方式は多くの構造物において採用されている。ボルト・ナットは単純に螺合し締付けただけでは、座面の陥没による弛み、ねじ締結体の接触部のあらさ、うねりあるいは形状誤差による初期弛み、軸力の静的な変動あるいは動的な変動に起因するナットの戻り回転などにより、締結の弛みが生ずることが懸念される。

そこで、従来より、種々な弛み止め構造が提案されている。例えば、ナットを螺挿したボルト軸部にスプリングワッシャーを嵌め、あるいはダブルナットによってナットの弛み方向への回転を阻止する方法が提案されている。また、ナットを螺挿したボルト軸部にコイルばねを密着巻装し、ナットの弛み方向への回転を阻止する方法が提案されている（特許文献１）。しかし、これらの方法では長期にわたって使用すると、振動や衝撃などによってナットが一旦弛み始めると、ボルト・ナットの締結が簡単に外れてしまうなど、弛み止め性能が不十分である。

他方、ナット頂面側にばね収納凹所を形成してコイルばねを収納し、ボルト・ナットの締付け方向への回転時にはコイルばねをボルトの雄ねじから離反させて摩擦力を少なくしてボルトの螺進を許容する一方、ボルト・ナットの弛み方向への回転時にはコイルばねをボルトの雄ねじに密着させて摩擦力を増大させ、ボルト・ナットの弛み方向への回転を抑制するようにした弛み止めナットが提案されている（特許文献２、特許文献３）。

特開２００１−０５９５１４号公報 特開２００３−３０７２１０号公報 特開２０１０−００７８１９号公報

上述の特許文献２、３記載の弛み止めナットはナットの弛み止め性能についての評価検討されているものの、ナットとして基本的に必要な保証荷重性能についての検討がなされていない。

本発明はかかる状況において、保証荷重性能を保証でき、長期にわたって使用しても弛み止め性能の経時変化が少ない弛み止めナットを提供することを課題とする。

そこで、本発明に係る弛み止めナット構造は、ナット頂面にはばね収納凹所が座繰り形成され、該ばね収納凹所の底面とナット座面との間はＪＩＳ・Ｂ・１１８１附属書１規定のねじ呼び径のナット高さの寸法になっており、上記ナット座面からばね収納凹所の底面までの部分には雌ねじが形成される一方、上記ばね収納凹所内にはコイルばねが設置され、該コイルばねの線径はボルトの雄ねじピッチの０．５から０．９倍の範囲内の線径で、巻き方向がボルト雄ねじの巻き方向であり、上記コイルばねの平均径はボルト有効径の寸法に等しく、上記コイルばねの一端部はオープンエンド研削仕上げされ、他端部には係止かぎ部が形成され、該係止かぎ部が上記ばね収納凹所外端面に形成された係止穴に挿入係止されていることを特徴とする。

一般にナットの弛み止め性能は組み合わせて使用されるボルトの軸力によって大きく影響され、ボルトの降伏点を越える軸力で締め付けたナットは弛み止め構造を使用しなくても弛みが発生することはほとんどない。本発明は軸力が降伏点以下の弾性変形領城のボルトにナットを組み合わせる際のナットの弛み止めを単純かつ有効な構造で実現するものである。

つまり、本発明の特徴の１つは、ナット頂面のばね収納凹所にコイルばねを設置し、コイルばね他端部の係止かぎ部をばね収納凹所外端面に形成された係止穴に挿入係止するようにした点にある。

これにより、ボルト・ナットを締付け方向に相対回転させる時にはコイルばねはボルトの雄ねじから離反されて摩擦力が少なくなる結果、ボルト雄ねじの螺進が許容される。他方、ボルト・ナットを弛み方向に相対回転させる時にはコイルばねがボルトの雄ねじに密着されて摩擦力が増大する結果、ボルト・ナットの弛み方向への相対回転が抑制されることとなる。

コイルばねに上述の機能を発揮させる上で、コイルばねの線径はボルトの雄ねじピッチの０．５から０．９倍の範囲内の線径、巻き方向をボルト雄ねじの巻き方向、コイルばねの平均径はボルト有効径の寸法に等しく、コイルばねの一端部をオープンエンド研削仕上げするのが好ましい。

本発明の第２の特徴はばね収納凹所の底面とナット座面との間をＪＩＳ・Ｂ・１１８１附属書１規定のねじ呼び径のナット高さの寸法とした点にある。これにより、ナットの基本的な保証荷重性能を確保できる。

ナット頂面にばね収納凹所を座繰り形成しかつばね収納凹所の底面とナット座面との間をＪＩＳ・Ｂ・１１８１附属書１規定のねじ呼び径のナット高さの寸法とした形状のナットブランクは、切削加工で製造してもよいが、保証荷重性能を確保する上で、鍛造、好ましくは熱間鍛造によって製造されるのが好ましい。

本発明に係る弛み止めナットの好ましい実施形態におけるナットブランクを示す一部切欠き側面（ａ）及び平面（ｂ）を示す図である。 上記実施形態におけるコイルばねの側面（ａ）及び底面（ｂ）を示す図である。 上記実施形態の弛み止めナットを用いた締結構造を示す図である。 図３の要部拡大図である。

以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１ないし図４は本発明に係る弛み止めナットの好ましい実施形態を示す。図において、ナットブランク１０はナット頂面１１に内径ｄｚの円形のばね収納凹所１２が形成され、ばね収納凹所１２の底面とナット座面１４との間の部分はＪＩＳ・Ｂ・１１８１附属書１規定のねじ呼び径のナット高さの寸法ｍｌとなっており、ナット座面１４からばね収納凹所１２の底面までの部分には雌ねじが形成される。

また、ばね収納凹所１２内にはコイルばね２０が設置されている。このコイルばね２０の線径はボルト３０の雄ねじピッチの０．５から０．９倍の範囲内の線径で、巻き方向がボルト雄ねじの巻き方向であり、コイルばね２０の平均径はボルト有効径の寸法に等しく さらにコイルばね２０の一端部２１はオープンエンド研削仕上げされ、他端部には係止かぎ部２２が形成され、他方、ばね収納凹所１２外端面には係止穴１３が形成され、係止穴１３にはコイルばね２０の他端部の係止かぎ部２２が挿入されて係止されている。

次に、ねじ呼び径がＭ１８のナットを例に説明する。ＪＩＳ・Ｂ・１０５２・２表５に規定する強度区分１０の保証荷重要求値、硬さ要求値を満足するように、ＪＩＳ・Ｇ・４０５１に規定するＳ４５Ｃ鋼材を用い、熱間鍛造によってねじ呼び径、高さ１８ｍｍで、ナット頂面にねじ収納凹所の座繰りを有する形状に鍛造成形し、所定の硬度ＨＶ２７２からＨＶ３５３に調質する。

座繰り部の深さはナット全高の２０％程度とする。ナット頂面の端部にねじりコイルばねを固定する内径１．５２φｍｍ、深さ９ｍｍの係止穴を加工する。

弛み止めナットブランクに組み合わせるコイルばねは、ナットに組み合わせるボルトのねじピッチの０．５〜０．９倍の線径、今回は１．４７ｍｍで、巻き方向が右巻きのコイル、平均径がボルトの有効径寸法１６・３７３０ｍｍに略等しい寸法とし、一端部はオープンエンド研削仕上げをし、他端部は係止かぎ部を加工する。

ねじ収納凹所を座繰り形成したナットブランクにねじりコイルばねを、オープンエンド研削仕上げした端部を底側にしてセットする。コイルばねの反対側端部の係止かぎ部をナットブランクに頂面に形成した係止穴に挿入する。

製造実績のあるナットの有効高さ、有効ねじ長さ（呼び径の８０％）が確保され、硬さＨｖ２７２〜３３５、保証荷重応力１０６０Ｎ／ｍｍ２の機械的性質を満足する。

今、図３及び図４に示されるように、ボルト３０の軸部３１を被締結部材４０、４１の挿通穴に挿通し、上述の弛み止めナット１０に螺挿し、コイルばね２０に挿通すると、コイルばね２０はボルト３０の雄ねじから離反されて摩擦力が少なくなる結果、ボルト３０の螺進が許容される。

他方、ボルト３０・ナット１０を弛み方向に相対回転させると、コイルばね２０がボルト３０の雄ねじに密着されて摩擦力が増大する結果、ボルト３０・ナット１０の弛み方向への相対回転が抑制される。

つまり、コイルばね瑞部をナット頂面の係止穴に差し込むだけの単純な構造で、ボルト３０をナット１０に挿入して締め付けると、ナット座繰り部に固定されたコイルばね２０のオープンエンド研削端面がボルト３０の雄ねじのピッチに入り、軸方向に伸びながらボルト３０の雄ねじに巻きつく。

さらにボルト３０を締め付けると、固定されたコイルばね２０がボルト３０とコイルばね２０の摩擦力によってばねを弛める方向、つまりばねの径を広げる力向に変形して、ボルト３０はナット１０に軽く螺挿されることができる。

ボルト３０の締め付けを止めると、ボルト３０とコイルばね２０の摩擦力がなくなり、コイルばね２０を弛める、つまりコイルばね２０の径を広げる力もなくなり、コイルばね２０の弾性復元力によってコイルばね２０がボルト３０を締め付け、コイルばね２０とボルト３０の摩捺力で弛み止め効果が発揮される。

コイルばね２０の弾性でコイルばね２０がボルト３０を締め付けた状態でボルト３０を取リ外す、つまり弛める力がかかると、コイルばね２０とボルト３０の間に摩捺力が発生する。発生した摩擦力はコイルばね２０を締め付ける方向に変形させる。コイルばね２０が締め付けられるため、コイルばね２０とボルト３０の間の摩擦力は更に増加し、弛み止め効果を発揮する。

ボルト３０をナット１０から取り外す場合、ナット１０の係止穴１３に固定されたコイルばね２０の係止かぎ部２２を抜き取ることで、ナット１０は取り外すことができる。ただ、コイルばね２０は変形するため、再使用はできない。

以下、Ｍ１２からＭ３９までの各ねじ呼び径のナットブランクの寸法を表１に、そのナットブランクに用いるコイルばねの寸法を表２に示す。

１０ ナットフランク
１１ ナット頂面
１２ ばね収納凹所
１３ 係止穴
１４ ナット座面
２０ コイルばね
２１ オープンエンド研削仕上げ端部
２２ 係止かぎ部

Claims (2)

1. ナット頂面（１１）にはばね収納凹所（１２）が座繰り形成され、該ばね収納凹所（１２）の底面とナット座面（１４）との間はＪＩＳ・Ｂ・１１８１附属書１規定のねじ呼び径のナット高さの寸法（ｍｌ）になっており、上記ナット座面（１４）からばね収納凹所（１２）の底面までの部分には雌ねじが形成される一方、
   上記ばね収納凹所（１２）内にはコイルばね（２０）が設置され、該コイルばね（２０）の線径はボルト（３０）の雄ねじピッチの０．５から０．９倍の範囲内の線径で、巻き方向がボルト雄ねじの巻き方向であり、上記コイルばね（２０）の平均径はボルト有効径の寸法に等しく、上記コイルばね（２０）の一端部（２１）はオープンエンド研削仕上げされ、他端部には係止かぎ部（２２）が形成され、該係止かぎ部（２２）が上記ばね収納凹所（１２）外端面に形成された係止穴（１３）に挿入係止されていることを特徴とする弛み止めナット。
2. ナット頂面（１１）にばね収納凹所（１２）が座繰り形成されかつ該ばね収納凹所（１２）の底面とナット座面（１４）との間がＪＩＳ・Ｂ・１１８１附属書１規定のねじ呼び径のナット高さの寸法（ｍｌ）になった形状のナットブランクが、鍛造によって製造されている請求項１記載の弛み止めナット。

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