JPH0669441U - 腐食環境下における異種材の継手構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異種材により締結する接触面積を広げて結合
力を確保すると共に、これら異種材間を電気的に絶縁す
る。 【構成】 腐食環境下において締結する被継手部材Ｊ
と、この被継手部材Ｊを異種材のボルト２，ナット３に
より締結する継手構造において、前記被継手部材Ｊとボ
ルト２，ナット３との間に座金４を設け、この座金４を
ボルト・ナット側座面４Ａから被継手部材側座面４Ｂに
向けて拡大するよう形成し、この座金４に前記被継手部
材Ｊとボルト２，ナット３との間を電気的に絶縁するセ
ラミック材４ａを一体的に設けた。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、鉄鋼材とアルミ材等のように異種材により締結する継手構造に関し 、更に詳しくは腐食環境下において被継手部材を異種材のボルト・ナットで締結 する継手構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、フランジ等の継手部を有する構造物においては、鉄鋼製の被継手部 材を鉄鋼製のボルト・ナットで締結する方法を一般的に採用している。この継手 部における結合状態は、図７のボルトによるフランジ継手締結時の締付力を模式 的に示した断面図のように、被継手部材であるフランジ継手５１をボルト５２， ナット５３により締結している締付力が、ボルト５２，ナット５３の接触面から 一点鎖線５４で示すように拡大した、いわゆる影響円錐と呼ばれる分布状態で結 合している。

【０００３】 しかし、これら構造物にあっても軽量化を必要とする構造物、例えば、その一 つである高速艇においては、軽量化を実現するためにアルミ合金を多用しており 、アルミ合金製の被継手部材も各所に採用している。そして、近年、海上輸送の 高速化を実現するためにこのような高速艇が数多く建造されている。

【０００４】 また、この高速艇にあっては、搭載される機械要素である、例えばウォータジ ェット推進器（以下、ＷＪＰ）なども必然的に軽量化が要求され、このため、Ｗ ＪＰも船体同様、軽量なアルミ合金などが多用されている。

【０００５】 そして、このＷＪＰのアルミ合金からなる被継手部材の締結においては、海水 と接する箇所での腐食対策のため、通常ステンレス製のボルト・ナットが使用さ れている。

【０００６】 なお、この種の従来技術として特開昭６０−２３６２７号公報記載の発明があ るが、この公報記載の発明は、電気閉回路により生じる電食を防ぐために絶縁接 合する軸継手に関するものである（従来例１）。

【０００７】 また、他の従来技術として実開昭６３−１１５６３１号公報記載の考案がある が、この公報記載の考案は、複数の部材により絶縁構造継手を構成したものであ る（従来例２）。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上記したようなアルミ合金製の被継手部材は剛性（ヤング率）が低 く、この剛性の低いアルミ合金製の被継手部材を、剛性の高いステンレス製ボル トで締結した場合には以下のような問題がある。

【０００９】 この問題を図５に示す鉄鋼ボルトと鉄鋼フランジとの継手における分担荷重を 模式的に示した線図と、図６に示す鉄鋼ボルトとアルミフランジとの継手におけ る分担荷重を模式的に示した線図に基づいて説明する。

【００１０】 まず、通常の鉄鋼ボルト／鉄鋼フランジの組合せによる締結では、図５に示す ように、ボルトを締めていくと剛性の高いフランジ側が少し縮み、ボルトが大き く伸びた状態で結合している。

【００１１】 この状態で結合部に外力Ｔが働くと、ボルトは締結時から更に伸びてその外力 Ｔの数分の１だけの荷重ＢＴを分担し、フランジは締結時から一部縮みが元に戻 って外力Ｔの大半の荷重ＦＴを分担することで結合状態を維持している。

【００１２】 一方、鉄鋼ボルト／アルミフランジの組合せによる締結では、図６に示すよう に、ボルトを締めていくと、フランジ側のヤング率が著しく小さいため、そのボ リュームが大きいにもかかわらず縮み代は大きくなった状態で結合している。

【００１３】 この状態で結合部に外力Ｔが働くと、ボルトは締結時から更に大きく伸びてそ の外力Ｔの荷重ＢＴを分担し、フランジは締結時から一部縮みが元に戻って荷重 ＦＴを分担することとなる。従って、鉄鋼ボルト／アルミフランジの組合せによ る締結の場合、上記鉄鋼ボルト／鉄鋼フランジの組合せによる締結に比べてボル トの荷重分担分が増大する。

【００１４】 すなわち、鉄鋼ボルト／アルミフランジの組合せよりなる締結では、外力に対 するボルトの負荷分担分が大幅に増加し、この図のように外力が繰り返し荷重と して作用する場合、ボルトが疲労破壊する可能性もあり、その継手部における継 手能力の低下を招いてしまう。

【００１５】 また、上述したような、例えばアルミ製被継手部材をステンレス製ボルト・ナ ットにより締結した場合、これらの部材が海水と接触するような環境にさらされ ていると、異種金属であるステンレスとアルミとの間に電気的な腐食（以下、電 食という）を生じてしまう。

【００１６】 このような腐食環境下における電食を防止するためには、異種金属間を電気的 に絶縁する必要があるが、上記従来例１のごとく被継手部材とボルト・ナットと の間に絶縁材料を介装した場合、この絶縁材料は一般に柔軟材料であるため全体 として被継手部材の縮み代をさらに増大させる。この縮み代の増大は、上記図５ ，６で説明したボルトの負荷分担分を大幅に増大したり、被継手部材とボルトと の間に空隙を生じてボルトの衝撃破壊を招く可能性もある。

【００１７】 また、上記従来例２の場合、継手部で電気的な絶縁をすることは可能であるが 、構造が複雑であるため作業性が悪く、コストも上昇してしまう。

【００１８】 本考案は上記課題に鑑みて、異種材により締結する接触面積を広げて結合力を 確保すると共に、これら異種材間を電気的に絶縁した継手構造を提供することを 目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案における腐食環境下における異種材の継手 構造は、腐食環境下において締結する被継手部材と、該被継手部材を異種材のボ ルト・ナットにより締結する継手構造において、前記被継手部材とボルト・ナッ トとの間に座金を設け、該座金をボルト・ナット側座面から被継手部材側座面に 向けて拡大するよう形成し、該座金に前記被継手部材とボルト・ナットとの間を 電気的に絶縁する絶縁材を一体的に設けたことを特徴とするものである。

【００２０】

【作用】

上記構成によれば、被継手部材とボルト・ナットとの間に設けた座金の、ボル ト・ナット側座面から拡大するよう形成した被継手部材側座面で被継手部材と接 触した状態で締結するため、締付力が被継手部材の影響円錐を拡大する。

【００２１】 また、ボルトとナットとの間に座金を設けて被継手部材を締結するので、ボル ト長が増加してその剛性が相対的に下がるため、ボルトが荷重に対してたわむ比 であるバネ定数比が下がり、被継手部材とボルトとのバネ定数比を改善すること ができる。

【００２２】 更に、座金に絶縁材を一体的に設けることにより、被継手部材とボルト・ナッ トとの絶縁ができるので電食を防止することができる。また、この座金に絶縁材 を一体的に設けたので、被継手部材とボルト・ナットとの間の絶縁が座金のみに より可能となる。

【００２３】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例ではア ルミ合金製の被継手部材の一例として、外部が海水に没したり空中に出たりする 腐食環境下にあるＷＪＰにおけるケーシングのフランジ継手を例にし、この腐食 環境下において耐食性を保ち、強度を維持するためにステンレス製の継手ボルト ・ナットにより締結する例を説明する。

【００２４】 図１は本考案に係る継手構造の第１実施例を示す断面図であり、図示するよう に、被継手部材Ｊであるアルミ合金製のフランジ継手１を、ボルト２とナット３ により締結している。

【００２５】 このフランジ継手１とボルト２，ナット３との間には背高な座金４を設けてお り、ボルト２及びナット３側の座面４Ａから被継手部材側座面４Ｂにかけて拡大 するような円錐形状に形成し、締結時におけるフランジ継手１とボルト２，ナッ ト３との接触面積を拡大している。

【００２６】 この座金４は、中心部をセラミック材４ａにより形成しており、このセラミッ ク材４ａが電気的な絶縁材として機能する。また、このセラミック材４ａにはス テンレス製のカバー４ｂを設けており、このカバー４ｂによりセラミック材４ａ を保護すると共に座金製作時の成形用などの機能を果たすことができる。また、 このカバー４ｂはボルト２，ナット３から座金４へ作用する力の伝達を滑らかに することにも寄与している。

【００２７】 更に、ボルト２の軸部２ａには絶縁テープ５が巻かれており、この絶縁テープ ５によりフランジ継手１とボルト軸部２ａとの絶縁を計っている。なお、この絶 縁テープ５は、フランジ継手１とボルト軸部２ａとの間には横方向に大きな力が 働くことはないので少し隙間を保つことができるものであれば良く、予めボルト ２と一体化した絶縁材を巻き付けても良いし、組立時に絶縁テープを巻いても良 い。

【００２８】 また、上記座金４のステンレス材４ｂとボルト２，ナット３との接触面６は、 ステンレスの隙間腐食を防止するために液体パッキンないしは樹脂によるコーテ ィングを行う。

【００２９】 以上のように構成した本考案の第１実施例における締結構造の作用を以下に説 明する。 被継手部材Ｊであるフランジ継手１を、ボルト２，ナット３よりもヤング率の 高いセラミック材４ａを用いた座金４で締結することにより、このボルト２，ナ ット３に作用する締付力がこのボルト２，ナット３の座面４Ａから拡大するよう 形成した被継手部材側座面４Ｂへと確実に伝達されてフランジ継手１に作用する 。従ってこの締付力は、座金４の広い面積からフランジ継手１側に作用するため 、フランジ継手１部の継手に参加する影響円錐を拡大することができ、ボルト２ とフランジ継手１相互のバネ定数比を改善して継手の負荷分担能力を向上させて いる。

【００３０】 また、ボルト２とナット３との間に座金４を設けてフランジ継手１を締結する ので、ボルト長が増加してボルトの剛性が相対的に下がるため、ボルト２の相対 的なバネ定数比が下がり、フランジ継手１とのバネ定数比を改善することができ る。

【００３１】 ところで、座金４に用いたセラミック材４ａは引張りや曲げ荷重には弱いので 、ある程度背を高くし、これは同時に、上記バネ定数比の改善に寄与しているわ けであるが、これに円錐形状を導入することで、セラミックが一番強いほぼ圧縮 荷重だけが働くようにしている。

【００３２】 なお、セラミック材４ａはステンレス材に比べて比重が小さいので重量増加を 少なくすることができ、また、座金４を円錐形状にすることにより、若干、重量 の軽減もできる。従って、ＷＪＰの場合、船が重くなると抵抗が増加するため、 高速艇においては軽量化を行うことによる総合推進効率の向上にも寄与すること ができる。

【００３３】 また、上記第１実施例におけるステンレス製のカバー４ｂはセラミック材４ａ の性質によっては特に設けなくてもよい。

【００３４】 次に、本考案に係る継手構造に用いる座金の第２実施例を図２に示す断面図に 基づいて説明すると、この第２実施例の座金１４は、上記第１実施例における座 金４と外形を同一にし、フランジ継手１との座面１４Ｂ側に薄いアルミ合金材１ ４ａを設け、ボルト２，ナット３との座面１４Ａ側にステンレス材１４ｃを設け 、これらの間に薄い絶縁材１４ｂを設け、これらを接着することにより一体化し た座金１４を形成したものである。なお、通常の絶縁材１４ｂは軟らかくヤング 率が低いため極力薄い材料を用いるのが好ましく、この絶縁材１４ｂをアルミ合 金材１４ａとステンレス材１４ｃとの間に接着することにより損傷から保護して いる。また、ヤング率の高いステンレス材１４ｃ側を極力厚くすることにより、 座金１４全体の高ヤング率を確保している。

【００３５】 この第２実施例においても上記第１実施例と同様に、座金１４がフランジ継手 １とボルト２，ナット３とを絶縁すると共に、ボルト２，ナット３の締付力が拡 大した座面１４Ｂからフランジ継手１に作用するため、上記第１実施例と同様に 締付力の確保と共にフランジ継手１とボルト２，ナット３との間を絶縁すること ができる。

【００３６】 なお、第２実施例における座金１４は、セラミックよりもヤング率の低いボル ト２と同じ材質を用いている。これはセラミックの入手性，加工性等に不都合が ある場合に使用される。

【００３７】 次に、本考案に係る継手構造に用いる座金の第３実施例を、図３に示す断面図 に基づいて説明すると、この第３実施例の座金２４は、上記第２実施例における 座金１４と外形を同一にし、フランジ継手１との座面２４Ｂに所定厚のセラミッ ク部材２４ａを設け、ボルト２，ナット３との座面２４Ａにステンレス部材２４ ｂを設け、これらを接着して一体化することにより座金２４を形成したものであ る。

【００３８】 従って、上記第１及び第２実施例と同様に、座金２４がフランジ継手１とボル ト２，ナット３とを絶縁すると共に、ボルト２，ナット３の締付力が拡大した座 面２４Ｂからフランジ継手１に作用するため、上記第１実施例と同様に締付力の 確保と共にフランジ継手１とボルト２，ナット３との間を絶縁することができる 。

【００３９】 ところで、上述した第１実施例においては、フランジ継手１とボルト軸部２ａ との間に絶縁テープ５を設けることによりボルト軸部２ａにおける絶縁を計って いるが、フランジ継手１側と座金４を介してボルト軸部２ａの相対位置を規定し てやれば絶縁テープ５を省略することも考えられる。この例として、図４に示す 継手構造の第４実施例を示す断面図のように、フランジ継手１側に座金４が遊嵌 するような凹部１ａ（ざぐり）を設けることによりボルト軸部２ａとフランジ継 手１との接触を防ぐことができるので、上述した実施例における絶縁テープ５は 不要となる。なお、この第４実施例における他の構成は、上述した第１実施例と 同一であるため、詳細な説明は省略する。

【００４０】 以上のように、本考案によれば、海水中などの腐食環境下において、軽金属ま たは軽合金と同一材またはステンレス材（鉄鋼材）などよりなる被継手部材Ｊを 、ステンレス（鉄鋼）製の継手ボルト２，ナット３により締結するような継手構 造における第１の課題である、一般に軽金属やその合金は鉄鋼材料に比べて剛性 （ヤング率）が低いため、ボルトの負荷分担比率が大幅に上昇し、結果として継 手性能が低くなることに対して、座金の被継手側の面積を拡大して被継手部材と の接触面積の増大を計ることと、極力高いヤング率の背高座金を用いることによ ってボルトを長くし、フランジの縮み代に対するボルトの伸び代を大きくしてボ ルトの相対的なバネ定数比を下げることによって改善を計っている。

【００４１】 また、第２の課題である、異種材間における電食に対する防食対策が必要なこ とに対して、上記第１の課題と調和させながら、座金のボルト・ナット側座面と 被継手側座面との間に絶縁材を一体的に設け、座面間の電気的絶縁を計って電食 を防止している。

【００４２】 なお、上記実施例では、アルミ合金製のフランジ継手を例に説明しているが、 その他のアルミ製継手部材を連結するような箇所においても同様に実施すること ができる。

【００４３】 また、本考案に係る座金によれば、絶縁材であるセラミックとステンレスある いはステンレスと絶縁部材とを一体化して座金を形成しているため、組立／分解 時等のハンドリングが容易に行え、組立分解に際して特別な作業をほとんど必要 とせず、在来の座金と同様に扱うことができる。

【００４４】 更に、この座金の円錐形状の一部を切り取って、継手部材側のフランジ外形を 小さくすることも可能であり、フランジ継手１の軽量化を更に推進することが可 能となる。

【００４５】 なお、絶縁材としては軽量でヤング率の高いセラミックが最適であるが、薄い 絶縁材であってもよい。

【００４６】

【考案の効果】

本考案によれば、被継手部材とボルト・ナットとの間に設けた座金により締付 力が被継手部材の広い面積に作用するため、異種材からなる継手部における継手 機能を向上することができる。

【００４７】 また、座金に絶縁材を一体的に設けているため、継手部における電気的絶縁が 座金のみにより可能となり、これによって電食を防止することができる。

【００４８】 更に、この座金により継手としての効果が向上するため、より小径のボルトで 継手を構成することが可能になり、全体としてコンパクト化ないし軽量化が可能 となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る継手構造の第１実施例を示す断面
図である。

【図２】本考案に係る継手に用いる座金の第２実施例を
示す断面図である。

【図３】本考案に係る継手に用いる座金の第３実施例を
示す断面図である。

【図４】本考案に係る継手構造の第４実施例を示す断面
図である。

【図５】鉄鋼ボルトと鉄鋼フランジの継手における分担
荷重を模式的に示した線図である。

【図６】鉄鋼ボルトとアルミフランジの継手における分
担荷重を模式的に示した線図である。

【図７】ボルトによるフランジ継手締結時の締付力を模
式的に示した断面図である。

【符号の説明】

１…フランジ継手 ２…ボルト ３…ナット ４、１４、２４…座金 ４Ａ、１４Ａ、２４Ａ…ボルト・ナット側座面 ４Ｂ、１４Ｂ、２４Ｂ…被継手部材側座面 ４ａ…セラミック材 ４ｂ…カバー １４ａ…アルミ合金材 １４ｂ…絶縁材 １４ｃ…ステンレス材 ２４ａ…セラミック部材 ２４ｂ…ステンレス部材 ５…絶縁テープ ６…接触面 Ｊ…被継手部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｂ 17/56 4232−5Ｇ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 腐食環境下において締結する被継手部材
   と、該被継手部材を異種材のボルト・ナットにより締結
   する継手構造において、 前記被継手部材とボルト・ナットとの間に座金を設け、
   該座金をボルト・ナット側座面から被継手部材側座面に
   向けて拡大するよう形成し、該座金に前記被継手部材と
   ボルト・ナットとの間を電気的に絶縁する絶縁材を一体
   的に設けたことを特徴とする腐食環境下における異種材
   の継手構造。