JP4919997B2 - フランジ付きファスナー - Google Patents

Description

本発明は、フランジ付きボルトやフランジ付きナット等のフランジ付きファスナーに関する。

従来から、フランジ付きボルトやフランジ付きナット等のフランジ付きファスナーは知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなフランジ付きファスナーにおいて、例えば標準的なフランジ付き六角ボルトの場合、フランジ部に外力が負荷されたときには、そのフランジ部が反り上がるように変形し、座面面圧が頭部の外周面の各稜線直下に集中してしまう（不均一に内当たりしてしまう）ことで、結合剛性の低下を招いていた。
特開２００１−１２４０４０号公報

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、締結時等において、フランジ部の座面面圧をほぼ均一にできるフランジ付きファスナーを得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載のフランジ付きファスナーは、角柱状に形成された頭部と、前記頭部に一体に設けられるとともに、雄ネジ部が形成された本体部と、前記頭部と前記本体部との間に一体に設けられ、該頭部側表面が、該頭部の外周面の稜線部分を谷部とし、該稜線間部分を山部とする側面視略波型形状とされたフランジ部と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、フランジ部の頭部側表面が、その頭部の外周面の稜線部分を谷部とし、稜線間部分を山部とする側面視略波型形状とされているので、フランジ部の各稜線間部分の曲げ剛性を各稜線部分の曲げ剛性に近づけることができる。したがって、フランジ部に締結時の締付力や外力が負荷されても、フランジ部の座面面圧をほぼ均一にできる。

また、本発明に係る請求項２に記載のフランジ付きファスナーは、角筒状に形成され、内周面に雌ネジ部が形成された本体部と、前記本体部の一端側に一体に設けられ、該本体部の他端側を向く表面が、該本体部の外周面の稜線部分を谷部とし、該稜線間部分を山部とする側面視略波型形状とされたフランジ部と、を有することを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、フランジ部の本体部側表面が、その本体部の外周面の稜線部分を谷部とし、稜線間部分を山部とする側面視略波型形状とされているので、フランジ部の各稜線間部分の曲げ剛性を各稜線部分の曲げ剛性に近づけることができる。したがって、フランジ部に締結時の締付力や外力が負荷されても、フランジ部の座面面圧をほぼ均一にできる。

以上のように、本発明によれば、締結時等において、フランジ部の座面面圧をほぼ均一にできるフランジ付きファスナーを提供することができる。

以下、本発明の最良な実施の形態について、図面に示す実施例を基に詳細に説明する。まず最初に、本実施形態に係るフランジ付きファスナーの一例としてのフランジ付き六角ボルト１０について説明する。図１はフランジ付き六角ボルト１０の概略斜視図であり、図２（Ａ）はフランジ付き六角ボルト１０の概略平面図、図２（Ｂ）は同じく概略正面図である。そして、図３は図２（Ｂ）とは９０°異なる方向から見たときのフランジ付き六角ボルト１０の概略正面図である。なお、説明の便宜上、各図において矢印ＵＰで示す方向を上方向とする。

図１〜図３で示すように、このフランジ付き六角ボルト１０は、六角柱状に形成された頭部１２と、頭部１２の下面中央に一体かつ同心軸に設けられた円柱状の本体部１４と、頭部１２と本体部１４との間に一体かつ同心軸に設けられた円板状のフランジ部１６と、を有している。なお、このフランジ部１６は、その外周縁部１９が、頭部１２の外周面１２Ｂに形成された各稜線１２Ａ部分よりも径方向外側へ所定長さ（後述する距離Ｓ２）張り出すような直径Ｒを有している。

また、フランジ部１６の頭部１２側表面である上面１８は、頭部１２の各稜線１２Ａ直下が谷部１８Ａとなり、頭部１２の各稜線１２Ａ間が山部１８Ｂとなるような側面視略波型形状とされている。そして、このフランジ部１６の上面１８は、その外周縁部１９から頭部１２の外周面１２Ｂに向かって板厚が徐々に厚くなる傾斜面とされており、その外周縁部１９の板厚は全周において同一とされている。また、フランジ部１６の本体部１４側表面である下面（以下「座面」という）１７は平面とされており、本体部１４の下部側には、雄ネジ部１５が所定高さ（長さ）形成されている。

ここで、フランジ付き六角ボルト１０における頭部１２及びフランジ部１６の寸法の一例をＭ１０サイズの場合で示す。まず、頭部１２は、平面視で対辺間の距離Ｗ１が、Ｗ１＝１４．０ｍｍ、対角間の距離Ｗ２が、Ｗ２＝１６．１６６ｍｍとされている。そして、フランジ部１６は、平面視でその直径Ｒが、Ｒ＝２１．５ｍｍとされ、外周縁部１９における最小板厚Ｄ１が、Ｄ１＝１．４ｍｍ、山部１８Ｂにおける最大板厚Ｄ２が、Ｄ２＝４．１ｍｍ、谷部１８Ａにおける最大板厚Ｄ３が、Ｄ３＝２．３７１ｍｍとされている。なお、谷部１８Ａにおけるフランジ部１６の板厚は、従来のフランジ部の板厚と同じにしてもよい。

また、フランジ部１６の波型形状とされた上面１８の谷部１８Ａにおける底部（頭部１２との境界部分）は、側面視で曲率半径３．５ｍｍの曲面とされており、山部１８Ｂにおける頂部（頭部１２との境界部分）は、側面視で曲率半径０．９ｍｍの曲面とされている。更に、側面視で、山部１８Ｂにおける上面１８の傾斜角度θ１は、θ１＝３５．７５４°とされ、谷部１８Ａにおける上面１８の傾斜角度θ２は、θ２＝１９．９９９°とされている。なお、これらの寸法は一例であり、特に限定されるものではない。

次に、本実施形態に係るフランジ付きファスナーの一例としてのフランジ付き六角ナット２０について説明する。図４（Ａ）はフランジ付き六角ナット２０の概略斜視図であり、図４（Ｂ）は同じく概略正面図である。そして、図５（Ａ）はフランジ付き六角ナット２０の概略平面図であり、図５（Ｂ）は図４（Ｂ）とは９０°異なる方向から見たときのフランジ付き六角ナット２０の概略正面図である。なお、説明の便宜上、各図において矢印ＵＰで示す方向を上方向とする。

図４、図５で示すように、このフランジ付き六角ナット２０は、六角筒状に形成され、その内周面に雌ネジ部２４が形成された本体部２２と、本体部２２の一端側である下端部に一体かつ同心軸に設けられた円板状のフランジ部２６と、を有している。なお、このフランジ部２６も、その外周縁部２９が、本体部２２の外周面２２Ｂに形成された各稜線２２Ａ部分よりも径方向外側へ所定長さ（後述する距離Ｓ２）張り出すような直径Ｒを有している。

また、フランジ部２６の上面２８（本体部２２の他端側である上端部を向く表面）は、本体部２２の各稜線２２Ａ直下が谷部２８Ａとなり、本体部２２の各稜線２２Ａ間が山部２８Ｂとなるような側面視略波型形状とされている。そして、このフランジ部２６の上面２８は、その外周縁部２９から本体部２２の外周面２２Ｂに向かって板厚が徐々に厚くなる傾斜面とされており、その外周縁部２９の板厚は全周において同一とされている。また、フランジ部２６の下面（以下「座面」という）２７は平面とされている。

ここで、フランジ付き六角ナット２０における本体部２２及びフランジ部２６の寸法の一例を示すが、各部の寸法は、例えば上記したＭ１０サイズのフランジ付き六角ボルト１０と同一にしても構わない。すなわち、本体部２２は、平面視で対辺間の距離Ｗ１が、Ｗ１＝１４．０ｍｍ、対角間の距離Ｗ２が、Ｗ２＝１６．１６６ｍｍとされている。

そして、フランジ部２６は、平面視でその直径Ｒが、Ｒ＝２１．５ｍｍとされ、外周縁部２９における最小板厚Ｄ１が、Ｄ１＝１．４ｍｍ、山部２８Ｂにおける最大板厚Ｄ２が、Ｄ２＝４．１ｍｍ、谷部２８Ａにおける最大板厚Ｄ３が、Ｄ３＝２．３７１ｍｍとされている。なお、谷部２８Ａにおけるフランジ部２６の板厚は、従来のフランジ部の板厚と同じにしてもよい。

また、フランジ部２６の波型形状とされた上面２８の谷部２８Ａにおける底部（本体部２２との境界部分）は、側面視で曲率半径３．５ｍｍの曲面とされており、山部２８Ｂにおける頂部（本体部２２との境界部分）は、側面視で曲率半径０．９ｍｍの曲面とされている。更に、側面視で、山部２８Ｂにおける上面２８の傾斜角度θ１は、θ１＝３５．７５４°とされ、谷部２８Ａにおける上面２８の傾斜角度θ２は、θ２＝１９．９９９°とされている。なお、これらの寸法は一例であり、特に限定されるものではない。

以上のような構成とされたフランジ付き六角ボルト１０及びフランジ付き六角ナット２０において、次にその締結時における作用について、主に図６、図７を基に説明する。図６は被締結部材３０、３２をフランジ付き六角ボルト１０及びフランジ付き六角ナット２０で締結したときのＦＥＭ応力分布を正面から示す説明図であり、図７は同じくフランジ部１６のＦＥＭ応力分布を平面で示す説明図である。

まず、図６で示すように、フランジ付き六角ボルト１０の本体部１４を被締結部材３０に形成された貫通孔３４に挿通し、更に被締結部材３２に形成された貫通孔３６に挿通する。そして、その被締結部材３２の貫通孔３６から突出した本体部１４の雄ネジ部１５に、フランジ付き六角ナット２０の雌ネジ部２４を螺合する。

なお、このとき、フランジ付き六角ナット２０は、そのフランジ部２６が上側（被締結部材３２側）に来るように、図４、図５で示した上下方向を逆にしてフランジ付き六角ボルト１０の本体部１４に螺合される。そして、フランジ付き六角ボルト１０及びフランジ付き六角ナット２０の何れか一方を固定し、何れか他方を回転させて締結することにより、被締結部材３０、３２は、各フランジ部１６、２６間に狭持された状態で締め付け固定される。

ここで、図２（Ａ）で示すように、フランジ付き六角ボルト１０では、頭部１２の各稜線１２Ａ間における外周面１２Ｂからフランジ部１６の外周縁部１９までの径方向における距離Ｓ１（対辺部分）と、頭部１２の各稜線１２Ａ部分からフランジ部１６の外周縁部１９までの径方向における距離Ｓ２（対角部分）とは異なる（Ｓ１＞Ｓ２）。

また、図５（Ａ）で示すように、フランジ付き六角ナット２０でも、本体部２２の各稜線２２Ａ間における外周面２２Ｂからフランジ部２６の外周縁部２９までの径方向における距離Ｓ１（対辺部分）と、本体部２２の各稜線２２Ａ部分からフランジ部２６の外周縁部２９までの径方向における距離Ｓ２（対角部分）とは異なる（Ｓ１＞Ｓ２）。

したがって、フランジ部１６と頭部１２とがつながるフランジ付け根部と、フランジ部２６と本体部２２とがつながるフランジ付け根部に作用する曲げモーメントは、対辺部分（距離Ｓ１部分）及び対角部分（距離Ｓ２部分）で異なり、各フランジ部１６、２６の曲げ変形量も、対辺部分及び対角部分で異なる。つまり、各フランジ部１６、２６のモーメント長は、対辺部分が対角部分よりも長いため、周方向において板厚が一定のフランジ部の場合には、対辺部分が対角部分に比べて変形しやすく、その変形量も大きい。

例えば図８で示すように、フランジ部４６の板厚が周方向において一定の従来のフランジ付き六角ボルト４０の場合では、フランジ部４６に締結時の締付力や外力が負荷されたときには、そのフランジ部４６の対辺部分の曲げ剛性が、対角部分の曲げ剛性よりも低いため、フランジ部４６の対辺部分は反り上がるように変形してしまい、その座面４７の面圧が、対角部分である頭部４２の各稜線４２Ａ直下に集中してしまう（不均一に内当たりしてしまう）。

そこで、本実施形態に係るフランジ付き六角ボルト１０及びフランジ付き六角ナット２０の各フランジ部１６、２６では、曲げモーメントが大きくなる対辺部分（各稜線１２Ａ、２２Ａ間部分）の板厚が、対角部分（各稜線１２Ａ、２２Ａ直下部分）の板厚よりも厚くなるように、その各上面１８、２８が、側面視略波型形状に形成されるとともに、各外周縁部１９、２９から各外周面１２Ｂ、２２Ｂに向かって徐々に板厚が厚くなるような傾斜面に形成されている。

これによれば、各フランジ部１６、２６の変形し難い対角部分（距離Ｓ２部分）の曲げ剛性に、対辺部分（距離Ｓ１部分）の曲げ剛性を近づけることができる。つまり、このような構成にすることにより、各フランジ部１６、２６の座面１７、２７全体の曲げ剛性を周方向及び径方向において、ほぼ均一化することができる。

したがって、図６、図７のＦＥＭ応力分布（色の濃い方が応力は高く、色の薄い方が応力は低い）で示すように、被締結部材３０、３２をフランジ付き六角ボルト１０とフランジ付き六角ナット２０で締め付けても（或いは各フランジ部１６、２６に外力が負荷されても）、各フランジ部１６、２６の変形量を抑制することができ、各フランジ部１６、２６の座面１７、２７の面圧を周方向及び径方向において、ほぼ均一にすることができる。

また、このように、各フランジ部１６、２６の座面１７、２７における面圧が、径方向において（軸心部から外周縁部１９、２９にかけて）ほぼ均一に掛かるようになると、各フランジ部１６、２６の座面１７、２７全体に応力を分散させることができるため、各フランジ部１６、２６全体の曲げ剛性を向上させることができる。

したがって、被締結部材３０、３２に対するフランジ付き六角ボルト１０とフランジ付き六角ナット２０の結合剛性を向上させることができる。また、これにより、被締結部材３０、３２の限界面圧に対しても有利となり、フランジ付き六角ボルト１０及びフランジ付き六角ナット２０のゆるみ防止に対しても効果的となる。

以上、説明したように、本実施形態に係るフランジ付きファスナー（六角ボルト１０及び六角ナット２０）によれば、締結時等におけるフランジ部１６、２６の変形量を抑制することができ、座面１７、２７の面圧をほぼ均一にすることができる。したがって、より高い結合剛性が得られるとともに、ゆるみ防止等に対しても有効となる。なお、本実施形態に係るフランジ付きファスナーは、図示のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能であることは言うまでもない。

フランジ付き六角ボルトの概略斜視図 （Ａ）フランジ付き六角ボルトの概略平面図、（Ｂ）フランジ付き六角ボルトの概略正面図 図２（Ｂ）とは９０°異なる方向から見たときのフランジ付き六角ボルトの概略正面図 （Ａ）フランジ付き六角ナットの概略斜視図、（Ｂ）フランジ付き六角ナットの概略正面図 （Ａ）フランジ付き六角ナットの概略平面図、（Ｂ）図４（Ｂ）とは９０°異なる方向から見たときのフランジ付き六角ナットの概略正面図 被締結部材をフランジ付き六角ボルト及びフランジ付き六角ナットで締結したときのＦＥＭ応力分布を正面から示す説明図 被締結部材をフランジ付き六角ボルト及びフランジ付き六角ナットで締結したときのフランジ部のＦＥＭ応力分布を平面で示す説明図 （Ａ）従来のフランジ付き六角ボルトの概略正面図、（Ｂ）従来のフランジ付き六角ボルトで締結したときのフランジ部のＦＥＭ応力分布を平面で示す説明図

符号の説明

１０ フランジ付き六角ボルト（フランジ付きファスナー）
１２ 頭部
１２Ａ 稜線
１４ 本体部
１５ 雄ネジ部
１６ フランジ部
１７ 下面（座面）
１８ 上面（表面）
１８Ａ 谷部
１８Ｂ 山部
２０ フランジ付き六角ナット（フランジ付きファスナー）
２２ 本体部
２２Ａ 稜線
２４ 雌ネジ部
２６ フランジ部
２７ 下面（座面）
２８ 上面（表面）
２８Ａ 谷部
２８Ｂ 山部
３０ 被締結部材
３２ 被締結部材

Claims (2)

1. 角柱状に形成された頭部と、
   前記頭部に一体に設けられるとともに、雄ネジ部が形成された本体部と、
   前記頭部と前記本体部との間に一体に設けられ、該頭部側表面が、該頭部の外周面の稜線部分を谷部とし、該稜線間部分を山部とする側面視略波型形状とされたフランジ部と、
   を有することを特徴とするフランジ付きファスナー。
2. 角筒状に形成され、内周面に雌ネジ部が形成された本体部と、
   前記本体部の一端側に一体に設けられ、該本体部の他端側を向く表面が、該本体部の外周面の稜線部分を谷部とし、該稜線間部分を山部とする側面視略波型形状とされたフランジ部と、
   を有することを特徴とするフランジ付きファスナー。