JPH0124925B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明目的） （産業上の利用分野） 本発明は、締結要素として広く用いられている
ボルト・ナツト機構の内、ナツトの形状及び構造
に関する。さらに具体的には、トルクリミツト機
能及びロツク機能を具備するよう構成したナツト
の形状及び構造に関する。

（従来技術及びその問題点） ボルト・ナツト（本明細書において、螺合によ
る締結機能の、広い意味でのボルト・ナツトをい
う。）は、産業界において締結要素として、広く
用いられている。そして、ボルト・ナツトは、使
用される機械あるいは部位により、厳格な所定の
回転トルクで締結しなければならない場合があ
り、かかる場合には従来トルクレンチを用いて要
求される所定の回転トルク（本明細書において回
転モーメントと同義語で使用する。）で締めつけ
ていた。

また、振動を受ける機械あるいは部位に、ボル
ト・ナツトによる締結手段が用いられる場合に
は、該振動によりボルトとナツトの締結が解けな
いよう、所謂ダブルナツトあるいは回り止めの割
りピンを付着していた。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上述のトルクレンチを使用する場合に
は、締結に際して、いちいち通常のレンチに換え
てトルクレンチを使用するのは煩わしくまたその
都度トルクレンチを所定の回転トルクに合わせて
調製しなければ成らないため作業効率を低下す
る。さらに、上記トルクレンチの調整の誤りによ
り、所定の回転トルクと異なるトルクで締結され
るおそれもあつた。

一方、上記ダブルナツト、割りピンによる回り
止め手段は、一つのナツトを締めた上にさらに、
もう一つのナツトを締めるか、またはナツトの回
転を係止する割りピンをボルトあるいはボルトと
ナツトに装着するかしなければならず、余分の時
間を労力を必要とするものであつた。また、上記
ダブルナツト、割りピンの装着は、初期の組立あ
るいはオーバーホールの組立の段階で、作業ミス
により忘れられることもあり、これらがしばしば
重大事故の原因になつていることは周知のとおり
である。

尚、先行技術として特開昭54―99860号にかか
るものもあるが、この構造のナツトの場合には、
その軸横断面形状が真円の周囲に半円状の突起が
形成された形状であることに起因して、これに対
応する締めつけ工具との接触のメカニズムから、
精度の高いトルクリミツト機能とロツク機能を合
わせもつことができないといる問題点があつた。

本発明は上記現況に鑑み行われたもので、精度
の高い所望の回転トルクに設定できるトルクリミ
ツト機能と、締結が完了した後にはナツトの回り
止めとして作用するロツク機能とを合わせて具備
するナツトを提供することを目的とする。

（発明の構成） （問題を解決するための手段） 本発明にかかるトルクリミツト機能及びロツク
機能付ナツトは、外周面にその横断面の外周形状
が非円形（ナツトの回転中心に対して非円形の形
状のものをいう。本明細書において同じ。）から
なる係合部分を、内周面にボルトのおねじ部分に
対応するぬねじを形成したナツトであつて、該ナ
ツトをそれに対応するボルトに締めつけるに際
し、一定（設定値）以上の回転トルクが作用する
と、締めつけ工具に係合する上記ナツトの係合部
分のうち該締めつけ工具の最小の回転半径で回転
する部分によつてそれより外側に位置する部分が
塑性変形されて該締めつけ工具がスリツプすると
ともに、ナツト内周面の最小径となるぬねじ部が
この部分と接触するボルトのおねじ部より小さく
変形し、該ナツトの内周面が螺合するおねじの外
周面を押圧するように構成したトルクリミツト機
能及びロツク機能付ナツトにおいて、上記ナツト
外周面の係合部分の軸横断面の外周形状を、多葉
曲線好ましくはポリゴン曲線、ハイポトリコイド
曲線、エピトリコイド曲線で代表される３葉曲線
で構成したことを特徴とする。

（作用） しかして、上記構成よりなるナツトをボルトに
締めつける際には、軸横断面の内周形状が上記ナ
ツトの係合部分の軸横断面の外周線と相似で僅か
に大きい凹部あるいは貫通孔からなる係合部分を
有するボツクスレンチ等の締めつけ工具あるいは
これに代わる工具を用いて締めつければ、この締
めつけの回転トルクが所望（規制）の回転トルク
以上になると上記締めつけ工具の最小の回転半径
で回転する部分によつてそれより外側（ボツクス
レンチの係合部分のうち回転させた場合最小回転
半径となる部分の回転軌跡の外側）に位置するナ
ツトの係合部分の外周部が塑性変形してナツトと
レンチの係合が解け、該ナツトとレンチの間でス
リツプを生じ、それ以上回転しない。従つて、作
業者はナツトとレンチが相対的にスリツプするま
でレンチで締めつけるだけで所定の回転トルク
（締めつけトルク）が得られる。この際、上記塑
性変形は、上述のようにナツト外周面の係合部分
の軸横断面の外周形状がポリゴン曲線、ハイポト
リコイド曲線等の多葉曲線で構成されているた
め、ボツクスレンチの内周壁とナツト外周面の係
合部分の構成する圧力角（それらの接触部分とナ
ツトの中心を結ぶ線と、その部分での法線のなす
角をいう）が余り大きくなく且つ各位置でほぼ一
定の角度となり、従つて、作業者は一定の力でボ
ツクスレンチを回転させればよく、且つ正確に所
定の回転トルクで塑性変形してスリツプする。ま
た、ナツト外周面の係合部分を多葉曲線で構成す
ると、圧力角が余り大きくないため、ナツトの外
周面にボツクスレンチとの接触によつて損傷を与
えることがなく、従つて、ナツト外周面の潤滑被
膜、メツキ被覆等が破壊されず、正確な締めつ
け、防錆機能が得られる。

そして、上記ナツトの係合部分を構成する軸横
断面の外周形状の塑性変形に伴つて、ナツトの軸
横断面の内周形状の塑性変形、即ちめねじ部分が
形成されている内周面の軸横断面の内周形状が初
期のナツト外周形状に相似する形状に変形して、
おねじ部分の外周面を押圧するため、上記ナツト
とレンチとのスリツプが生じた際にボルトに対し
てナツトの回転は所定の力でロツクされる。その
結果、回り止めとして機能（ロツク機能）するこ
ととなる。また、ボルトと螺合するナツトの軸横
断面の内周面形状が当初の外周面形状に相似する
多葉曲線となり、一部に極端な変形部分を形成し
ないため、必要に応じてロツク機能を解除してナ
ツトを外すこともできる。

また、上記ナツト外周面の係合部分の軸横断面
の外周形状を多葉曲線のうち特に３葉曲線で構成
した場合には、ナツトの変形がボルトをその軸の
周囲から固定するのに最低限必要な数だけ生じ、
且つ比較的大きな変形量が得られる結果十分なロ
ツク機能が生じる。一方、３葉曲線以上にすると
ナツト周囲でその葉数分だけ変形が生じ、一つの
変形箇所の変形量が小さくなり、全体のロツク機
能を低いものにすることができる。即ち、葉数が
多くなると極端に言うと円に近くなるため、全体
のロツク機能が低くなる。

（第１実施例） 以下、本発明を実施例に基づいて図面を参照し
ながらより具体的に説明する。

第１図は本発明の実施例を示すナツトの平面
図、第２図は同一部断面を有する正面図、第３図
は第１図に示すナツトをボルトに螺合させた場合
のナツトの係合部分の変形を示す平面図である。

図において、１はナツトの全体を示し、２はナ
ツト１の外周面に締めつけのために形成された係
合部分、３はめねじが形成されたナツトの内周面
部分である。

本実施例にかかるナツトの外周面の係合部分の
軸横断面の外周形状は、基礎円に外側に塑性変形
域部分を設けた外周線であるハイポトリコイド曲
線より構成されている。即ち、ハイポトリコイド
曲線とは、 Ｘ＝rcosθ＋Rcosθ／ｎ， Ｙ＝rsinθ−Rsinθ／ｎ， の座標方程式で表される曲線をいい、本実施例の
ハイポトリコイド曲線は、ｎ＝２，ｒ：Ｒ＝１：
10となつている（第４図参照）。上記数式で、ｒ
は第４図で点Ｏ―Ｍ間、Ｒは第４図で点Ｍ―Ｐ間
の半径を意味する。

尚、ｎは２またはそれ以上の整数で、ｎ＝２は
３葉曲線となり、一般にｎ＝ｋはｋ＋１葉曲線と
なる。

また、ナツト１の内周面には、通常のめねじ４
が形成されている。

しかして、第５図に図示するように、上記構成
よりなるナツト１を、このナツト１に適応するお
ねじ６部分が形成されたボルト５に、ボツクス
（ボツクスレンチのボツクス部分をいう。）の軸横
断面の内周形状が上記ナツトの係合部分の軸横断
面の外周形状と相似で僅かに大きい凹部からなる
係合部分を有するボツクスレンチ等を用いて締め
つければ、その締めつけの最終過程、即ち、めね
じ４の締めつけがおねじ６の軸方向の引張力とし
て作用する過程において、めねじ４を締めつける
とボツクスレンチに上記おねじ６の軸方向の引張
力に対応する回転トルクが作用する。かかる、回
転トルクが所定の設定回転トルクに近付くと、上
記ボツクスレンチの係合部分からの応力（回転
力）によりナツト１の係合部分２の外周部分が塑
性変形を始める。そして、ボツクスレンチによる
回転トルクが所定の設定回転トルク（ナツト係合
部分の塑性変形域部分の変形量の設定により決定
される）を上回ると、ナツト１の係合部分２が、
ボツクスレンチの係合部分のうち回転させた場
合、最小回転半径となる部分の回転軌跡内に納ま
るよう塑性変形するため（第３図実線参照）、上
記ボツクスレンチの係合部分とナツトの係合部分
間の係合が解け、ナツトに対してボツクスレンチ
はスリツプ（空回り）する。

一方、上記ナツトの係合部分の軸横断面の外周
形状の塑性変形にともない、ナツトの軸横断面の
内周形状が、第３図に図示するようにエピトロコ
イド曲線に近い形状に変形する。そのため、ナツ
ト１の内周面（めねじ４）が、ボルト５の外周面
（おねじ）を押圧するため、その内周面と外周面
との摩擦力により、ボルト５に対するナツト１の
回転は阻害される。

（第２実施例） 本実施例にかかるナツトは、上記第１実施例の
ナツトの係合部分とともにボルトとナツトの締結
を解除するための係合部分が形成されている。例
えば、第６図ａ，ｂに図示するように、ナツト１
の係合部分２の下部（ボルト側）に、一度締めつ
けたナツトを解除するための係止部分８（本実施
例では軸横断面の外周形状が六角形状の係止部
分）が形成されている。しかして、かかるナツト
１が一度ボルトに締結し、該ボルトにロツク状能
に締結したナツトを解除する場合、上記係止部分
に通常のスパナあるいはレンチの係合部分を、あ
てがつてナツト１をボルトより解除することがで
きる。尚、かかる場合のナツトの解除は、通常の
ナツトを解除する場合と異なり、上述のとおり、
ナツトのぬねじがボルトのおねじを押圧してロツ
クしているため、上記押圧による摩擦力に抗して
解除しなければならないため大きな回転トルクを
必要とする。

また、第７図ａ，ｂに図示するように、上記第
１実施例のナツト係合部分とともにナツトの一端
に座面９を形成してもよい。また、図示していな
いが、上記ナツトの係合部分の軸横断面の外周形
状をポリゴン曲線の外周形状、エピトリコイド曲
線あるいはその他多葉曲線の外周形状で構成して
も上記作用と同様の作用効果が得られる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明にかかるナツトを
使用すれば、従来の如く、厳格に所定の回転トル
クで締めつける必要のある部分にナツトを使用す
る場合でも、いちいち所定の回転トルクにトルク
レンチを調整してから用いなくとも、常に設定し
た回転トルクで締めつけが可能となり、必要とす
る回転トルクに合わせて、例えば10Kg・cm用のナ
ツト、15Kg・cm用のナツト、・・・Kg・cm用のナ
ツトと予め製作しておけば、所定の回転トルクで
の締めつけが保証され、従来のように締めつけ回
転トルクを誤るというミスを生じない。

また、本発明にかかるナツトが、上記トルクリ
ミツト機能の他に、上記ロツク機能を有するた
め、振動を有する機械、部位に使用する場合も、
従来の如く、ダブルナツトあるいは割りピンを装
着しなくとも、単にナツトのみ使用すればよいた
め、作業効率が著しく向上する。さらに、上記ダ
ブルナツトあるいは割りピンを装着し忘れること
により生じるミスも回避することができる。ま
た、必要によつて、所定以上の回転トルクを加え
ることにより、上記ナツトとボルトとのロツクを
解除してナツトを外すこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すナツトの平面
図、第２図は同一部断面を有する正面図、第３図
は上記ナツトをボルトに螺合させた場合のナツト
の係合部分の変形を示す平面図、第４図は本実施
例において用いたハイポトリコイド曲線、第５図
は本発明にかかるナツトをボルトに螺合させた状
態を示す斜視図、第６図ａ，ｂ、第７図ａ，ｂは
本考案にかかる他の実施例を示す平面図及び同一
部断面を有する側面図である。 １…ナツト、２…ナツトの係合部分、３…ナツ
トの内周面部分、４…めねじ、５…ボルト、６…
おねじ、７…ナツト係合部分の軸横断面の外周
線、８…ナツトの係止部分、９…座面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外周面にその横断面の外周形状が非円形から
   なる係合部分を、内周面にボルトのおねじ部分に
   対応するめねじを形成したナツトであつて、該ナ
   ツトをそれに対応するボルトに締めつけるに際
   し、一定以上の回転トルクが作用すると、締めつ
   け工具に係合する上記ナツトの係合部分のうち該
   締めつけ工具の最小の回転半径で回転する部分に
   よつてそれより外側に位置する部分が塑性変形さ
   れて該締めつけ工具がスリツプするとともに、ナ
   ツト内周面の最小径となるめねじ部分がこの部分
   と接触するボルトのおねじ部より小さく変形し、
   該ナツトの内周面が螺合するおねじの外周面を押
   圧するように構成したトルクリミツト機能及びロ
   ツク機能付ナツトにおいて、 上記ナツト外周面の係合部分の軸横断面の外周
   形状を、多葉曲線で構成したことを特徴とするト
   ルクリミツト機能及びロツク機能付ナツト。 ２ 前記多葉曲線が３葉曲線であることを特徴と
   する特許請求の範囲１項記載のトルクリミツト機
   能及びロツク機能付ナツト。 ３ 前記３葉曲線がポリゴン曲線であることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載のトルクリミ
   ツト機能及びロツク機能付ナツト。 ４ 前記３葉曲線がハイポトリコイド曲線である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のト
   ルクリミツト機能及びロツク機能付ナツト。 ５ 前記３葉曲線がエピトリコイド曲線であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のトル
   クリミツト機能及びロツク機能付ナツト。