JPH09280236A - 緩み止め機構付螺子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 緩み止め機構付螺子を提供する。 【解決手段】 雄螺子ａの雌螺子ｂが対面する座面５に
複数の窪み３を形成し、雌螺子ｂの雄螺子ａが対面する
座面６に突起４を形成して、雌螺子ｂの締めつけ完了直
前に突起４を窪み３の一つに嵌め込むことによって緩み
止めを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般家庭用から産
業用までの幅広い分野において用いられる機器、装置あ
るいは雑貨などのアセンブリのために使われる緩み止め
機構付螺子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、螺子が各構成部材から目的とする
全体構造へ組み立てられるために必要不可欠なものであ
ることは、広く周知のとおりである。しかしながら、締
めつけた螺子が使用中に緩み、部品等の壊れ、外れある
いは構造物としての強度低下の原因となったり、場合に
よっては全体構造が変形あるいは崩壊といったトラブル
につながるケースも少なくない。すなわち、分解、組み
立てが容易という基本的な螺子の特徴はそのまま使用中
にも緩み易いという欠点を本質的に有するものである。

【０００３】緩みの原因として考えられるものには、初
期締めつけ時の接触部のへたりや座面部全体の塑性変
形、使用時の外的作用による振動、衝撃、摩擦あるいは
螺子自体や各部材の環境温度変化にともなう熱膨張、収
縮など各機器等の使われ方により種々雑多である。螺子
の緩み止めについて登録された特許はその汎用性から数
千件以上に上っているが、どれがどのように有効である
かについてはほとんど判っていないのが実情である。そ
の主な理由としては、未だ緩みの機構が十分に解明され
ていないことや適切な緩み試験方法が確立されていない
点などが挙げられる。

【０００４】螺子の緩み止め方法には大別して次の４つ
の手法がある。すなわち、ボルトナットに設けた貫通
穴を通して割りピン、針金などで固定するもの、さら
ばね座金などの螺子の締めつけ力の保持を図るもの、
各種工夫による螺子面の摩擦トルクを高める方式、接
着剤による固定化の４つである。まず、については古
くから確実な緩み止めとして知られるが、ボルトナット
のピン穴同士を合わせるなどの調整を必要とするため作
業性に問題があり、量産的な使用には適さない。の場
合は座金の全圧縮状態までの締めつけが重要であり、座
面部のへたりなどを考慮した増締めのためのアフタケア
が必要となる。

【０００５】の高摩擦トルクの方式は簡便な手段とし
て多く用いられるが、の場合と同様に螺子面のへたり
によるトルクの低下や衝撃、振動により変化し易く、信
頼性の点には疑問がある。の接着剤を用いて固定する
のは多くの場合、嫌気性接着剤が使われるがその特性
上、すなわち空気を遮断してはじめて硬化するメカニズ
ムであるため、気密性の点で螺子の嵌合精度の高いもの
でなければ効果が得られず、また螺子の最大の特徴であ
る再使用性を失うなどの欠点も有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、日本国内におい
てＰＬ法が施行（1995年度）されたことがきっかけとな
り、特に一般消費者を対象とする製品に関しては対策を
付加する傾向がメーカを中心に現れはじめている。たと
えば螺子の緩みが起因する事故等が予測されるような製
品については十分な信頼性のある螺子設計が必要となる
が、先述したとおり螺子はその使い方により多少の差は
あっても緩み易いという欠点を本質的に有するものであ
る。現在まで採用されてきた前述の緩み止め方法のう
ち、割りピンあるいは針金で固定するもの以外は信頼性
の点で充分とは言えない。しかし、割りピン、針金を用
いる手法では量産が必要な製品にはコスト的に対応が難
しいだけでなく、外観品質あるいは使用上、差し支えを
生ずることも考えられる。

【０００７】すなわち、本発明は、上記のような従来技
術の課題を解決すべくなされたものであって、量産対応
のための作業性に優れ、座面のへたり等の寸法的変化や
衝撃、振動など外的作用による緩みの影響に対してもア
フタケアを必要とせず、接着剤等の余分な経費もかから
ず信頼性のある緩み止め機構付螺子を提供しようとする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】従来の機械的に固定する
手法の一つにナットまたはボルトの一方のみの座面に歯
（セレーション）を刻み込んだものがあり、相手方部材
へのくい込みにより緩み止めを行うものがある。しかし
この場合、相手方部材の座面を傷付け易く、また締めつ
けトルクの管理が難しい欠点がある。また緩み止め効果
についても歯の損傷などにより緩みに対する抗力が乏し
く、衝撃ならびに振動等の外的作用により効果が消失す
る可能性が高いものであると考えられる。

【０００９】本発明者らは、上記手法の改良を検討する
過程において、構造的に確実に緩み止めを行うための嵌
合部を設けるという全く新しい発想を得、その知見に基
づいて本発明を完成させるに至ったものである。以下に
本発明の必要不可欠の要件について記述する。 雄および雌螺子の螺子部以外の対面部に一方は突起、
他方は突起あるいは窪みを成形する。螺子の締めつけ完
了直前に重なるこの突起と突起、または突起と窪みの寸
法的な重なり部（オーバラップ部）をある大きさの締め
つけトルクで互いに乗り越えることにより所定の嵌合位
置に嵌まり込む構造とする。

【００１０】したがって、このように互いの突起と突起
もしくは突起と窪みの寸法的重なり部を乗り越えて所定
の嵌合位置に収まった後は十分な緩み抗力が発揮される
ことになる。 前項に記述のとおり、所定位置への嵌合は寸法的重
なり部をある大きさの締めつけトルクで互いに乗り越え
るものであるため、雄または雌螺子の双方あるいはいず
れかはその重なり寸法分の変形をともなう。その変形の
形態は形状記憶、弾性、弾塑性あるいは塑性変形の一種
または二種以上である。

【００１１】雄または雌螺子側のいずれか一方の本嵌
合に供する突起もしくは窪みは、螺子の回転軸と同心円
上に１個以上形成されたおり、１回以上の取り外しおよ
び新たな締めつけを繰り返すことができるものである。
すなわち、たとえば変形の形態が塑性変形のみの場合、
最初に嵌合が行われた位置の重なり寸法（オーバラップ
部）が変化するため、同位置における嵌合については目
的の緩み抗力が乏しくなることが考えられる。このよう
な場合には、２個目の嵌合位置を使用することにより本
来の緩み抗力が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】当該螺子の材質は螺子の種類の如
何を問わず、製造加工できるすべてのものが利用でき
る。たとえば、木材、プラスチック、ステンレス鋼ある
いは形状記憶合金などの合金鋼、さらに鉄、鋳鉄、亜鉛
および銅ならびにそれらの合金類などである。

【００１３】本発明は螺子を締めつけていき、締めつけ
完了直前において行われる本発明の緩み止め機構、すな
わち、雄雌双方の締めつけ方向に対する寸法重なり部
（オーバラップ部）を互いに乗り越えて達成される所定
位置の嵌合は材料の何らかの変形をともなうものであ
る。この変形の形態は周知のことながら材料毎に異な
り、主体的には木材は弾塑性、プラスチックは弾性とな
る。また、ステンレス鋼などの合金鋼、鉄、鋳鉄、亜鉛
および銅などはその螺子の全体形状、寸法ならびに各々
の品種毎に表された材料特性によって異なるが、おおむ
ね塑性変形が主体的であると考えられる。また、形状記
憶合金の場合はその特殊な機能である環境条件の違いを
利用した寸法変化特性を併用することができる。

【００１４】次に発明の具体的な構成について実例を挙
げて説明する。一例として、図１に示すような雄螺子ａ
と雌螺子ｂを螺子の嵌め合いにより締めつけるのが通常
である。本発明の場合、同様に雄螺子部１と雌螺子部２
を嵌めて締めつけていくが、締めつけ完了直前の時点に
おいて雌螺子ｂの座面６に設けられた突起４の先端が雄
螺子ａの座面５に接する。雄螺子ａにはこの突起４と対
面する座面５に設けられた窪み３が相対する。この窪み
３は雄螺子部１の中心から雌螺子の突起４と同距離の同
心円上に位置する。

【００１５】前記の雌螺子ｂの座面６に設けられた突起
４の先端と雄螺子ａの座面５が接する点が、図２中に示
した雄螺子ａの窪み３（窪み数；８個）の位置数８であ
ると仮に設定する。この場合、図２中の位置数１の方向
（締めつける方向）へ螺子を回転することになるが、任
意の螺子ピッチの１／８寸法分の寸法的重なり部（オー
バラップ部）を乗り越えなければ所定の嵌合位置に嵌ま
り込むことができない。

【００１６】すなわち、言い換えれば、あるトルク
（力）で螺子ピッチに沿った方向（座面に平行方向）へ
嵌合位置まで圧入していくこととなる。嵌合を完了させ
るためには、雄螺子ａの窪みの間を乗り越えることが必
要となるが、この際、螺子全体もしくは部分的な変形が
必要となる。この変形の形態は材質により異なり、木材
では弾塑性、プラスチックでは弾性、ステンレス鋼など
の合金あるいは鉄、鋳鉄、亜鉛および銅ならびにそれら
の合金などでは塑性変形が主体と考えられる。また、特
殊な場合として形状記憶合金による形状記憶性を併用し
た嵌合もあり得る。ただし、形状あるいは寸法次第では
これらの組み合わせの変形形態が考えられるため一種の
変形形態に特化して表現するのは困難である。

【００１７】なお、本発明においては、雄または雌螺子
側のいずれかに１個以上の突起もしくは窪みを形成させ
るが、これは繰り返し使用を可能にするものである。た
とえば、前出図２の位置数１を使用済の場合、次の使用
は位置数２あるいは３というように嵌合させることがで
き、しかも検討の過程において、位置数が大きくなるほ
ど緩みに対する抗力が大きくなることが判明した。した
がって、このことは用途により嵌合力をコントロールで
きることを意味し、幅広い分野において採用できる繰り
返し使用可能な緩み止め機構付螺子を供するものであ
る。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明の実施例について詳細に説明
する。昨今、消費者保護の立場から制定されたＰＬ法に
絡み、メーカ側はより安全な製品を作ろうとして品質の
向上に余念がない状況である。本実施例に記述する内容
も品質強化の一環として検討されたものの一つであり、
螺子の緩み問題に対する改善策を供するものである。

【００１９】〔実施例１〕ステンレス製のケトル本体と
それに取り付けるハンドルを特注により製作した螺子
（雄および雌螺子）により取り付け、しかも安全上の問
題から使用中に緩みの発生がないものとすることを目的
としている。しかしながら、把手中央に巻かれた樹脂部
が時折、不正な使い方から焼ける場合があり、これを取
り替えることが予め設計に盛り込まれている。したがっ
て、把手のメンテナンスのために最少１回の取り替えが
必要であり、雄螺子を外す機会が生じるものである。

【００２０】螺子はステンレス鋼（たとえばSUS 316L）
による直径15mm厚さ３mmの円盤状の頭部とM4×0.7 のメ
ートルねじ（総ねじ）によりできた雄螺子と外径10mm、
高さ10mmの円柱状の軸方向の中心に雄螺子と同様のM4×
0.7 のねじ加工された雌螺子について実施した。なお、
雌螺子の螺子穴側には座面に設けた半球状の突起（直径
1.5mm ×高さ0.57mm）、雄螺子の螺子建て側の座面には
雌螺子の中心位置から突起までと同距離に雄螺子の同心
円上に合計８個（円周を８分割した角度）の窪み（直径
1.5mm ×深さ0.75mm）を設けた。

【００２１】なお、雌螺子の螺子穴側と反対側はケトル
本体に溶接により取り付けられたものである。ケトルの
ハンドルをセッティング後、指で雌螺子の突起先端が雄
螺子の座面に接するまで締めつけ、その後、さらに締め
つけ専用治具を用いて雄螺子の３個目の穴位置まで締め
つけた。その際、トルクメータで測定したところ15kg−
cmのトルクを要した（図３参照）。

【００２２】その後、緩み抗力を確かめるため、同様の
専用治具を用いて緩める方向に回転する試験を30台につ
いて実施したが、平均値 9.5kg−cmのトルクを示す結果
であった。因みに締めつけトルクと外しトルクの差は塑
性変形量に相当するものと理解できる。３個目の穴位置
を選定した理由は、緩み抗力の安全率を見る必要性から
であり、実際には２〜３kg−cm以上の緩み抗力があれば
十分である。本螺子の場合はその根拠として、先ず第一
に指の力で外す時の最大トルクが 2.0kg−cm以下であっ
た。第二に実際の使用状況から考えて到底あり得ない過
酷な衝撃および振動試験を実施した結果、 2.0kg−cm以
上の嵌合力があれば緩みの発生が起こらないことが確か
められた。

【００２３】〔実施例２〕実施例１の結果を踏まえ、他
材料の場合にどのような状態になるかを確かめた。ま
ず、木製椅子などで使われている木螺子を検討した。実
施例１と同様の形状、すなわち30mm立方体の木製ブロッ
クの中心に管用平行ねじPF1/4 をタップ加工して雌螺子
を設け、その座面に螺子の中心から半径10mmの同心円上
を中心として６分割の位置に合計６個の窪み（直径３m
m、深さ1.5mm ）を設けた。一方、直径30mm×厚さ10mm
の円盤状の頭部を有する長さ15mmの雄螺子（PF1/4 ）の
螺子側座面に雌螺子側の窪みに相対する位置に直径３mm
×高さ1.5mm の突起１個を設けた。この雄と雌螺子を締
めつけ、雌螺子側座面に接する点から２個目の窪み位置
に嵌合させた。この嵌合させるに必要なトルクは10kg−
cmであった。また、この嵌合を緩める（外す）ときのト
ルクは６kg−cmであった。嵌合跡の観察ならびにトルク
値から推察すると、この場合は弾塑性変形によるもので
あることが推測された。なお、緩み止めについては十分
過ぎるほどの効果が確かめられた。

【００２４】〔実施例３〕実施例２と同様の形状のもの
を亜鉛40％を含んだ黄銅合金により製作し、同様の方法
にて締めつけならびに外し時の嵌合トルクを測定した。
なお、この場合の嵌合位置は２個目の窪みに嵌合させ
た。その結果、嵌合時のトルクは18kg−cm、外す時のト
ルクは8.0 kg−cmであった。本実施例の場合のトルク差
は嵌合跡の観察も踏まえて主体的には塑性変形量に相当
するものと考えられる。

【００２５】しかし、緩み抗力としては実用上まったく
問題がなく、目的とする緩み止め効果は十分に確かめら
れた。 〔実施例４〕形状記憶合金を利用する例として、例えば
雄または雌螺子のいずれか一方の螺子側座面には螺子の
中心から放射状に等分割する８本の三角形断面形状をも
つ筋状の突起を設ける。また、他方には垂直方向に突出
するNi−Ti系の形状記憶合金からなる箔片状の突起１個
を先の筋状突起と相対する位置に溶接により設ける。次
に、この垂直方向に突出する箔片状の突起をこの合金の
変態温度以下において折り曲げる（座面に平行に寝かせ
る）塑性加工を行い、締めつけ時には折り曲げ状態、嵌
合完了後には立ち上がり状態に戻るといった特性を付与
する。このように形状制御することにより、本発明が目
的とする緩み止め機構をもつ螺子を提供しようとするも
のである。

【００２６】すなわち、本実施例は、緩み止め抗力を発
揮させるために必要なある条件下の塑性加工により特異
な現象である形状記憶性を発現させようとするものであ
り、そのメカニズムはマルテンサイト変態点を境とした
可逆的形状制御によってもたらされる変形量を応用する
ものである。一方、形状記憶性を有する材料には、同種
の組成においても組成比あるいは熱処理条件により特性
が変化する。具体的には、Ni−Ti系、Cu−Al−Ni系、Cu
−Zn系、Cu−Sn系、In−Tl系あるいはAu−Cd系などが挙
げられる。実際には、実用性の観点から各々の組成毎に
得られるマルテンサイト変態点（温度）によって選択さ
れることになる。

【００２７】なお、本発明の目的である緩み抗力を発揮
させるための前記形状記憶合金を用いた場合でも、必要
な寸法的重なり量、すなわちオーバラップ寸法をすべて
形状記憶性に頼る必要はなく、塑性および弾塑性ならび
に弾性変形との複合的な変形量により緩み抗力が発揮さ
れても一向にかまわない。 〔比較例〕上記実施例２および３と全く同様の方法にて
シリカ系セラミック（製造法：セラミック粉末射出成形
法による）について試験した。その結果、嵌合窪み位置
１個目の段階で、雄螺子側の突起先端部と雌螺子側の螺
子山部に欠損部が生じた。さらに２〜３個目まで嵌合さ
せたが欠損部が拡大し、同時に緩み止め効果は得られな
かった。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
量産対応が可能となる作業性に優れ、座面のへたりなど
の寸法的変化や使用中の衝撃、振動あるいは熱収縮など
の外的作用による緩みの影響にも左右されず、また接着
剤等の余分な経費もかからず、さらに繰り返し使用が可
能な信頼性のある緩み止め機構付螺子を提供することが
可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る雄螺子と雌螺子の一例を示す斜視
図である。

【図２】本発明に用いられる雄螺子の模式図である。

【図３】嵌合トルクの変化を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 雄螺子部 ２ 雌螺子部 ３ 窪み ４ 突起 ５ 雄螺子の座面 ６ 雌螺子の座面 ａ 雄螺子 ｂ 雌螺子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 螺子構造により締めつける雄雌螺子の双
   方の螺子部以外に雄雌螺子の対面部に嵌め込みによる緩
   み止めを目的とする一方は突起、他方は突起あるいは窪
   みを形成してなることを特徴とする緩み止め機構付螺
   子。
2. 【請求項２】 前記突起および窪みの嵌め込み時、形状
   記憶、弾性、弾塑性あるいは塑性変形を伴いながら嵌合
   が完了することを特徴とする請求項１記載の緩み止め機
   構付螺子。
3. 【請求項３】 前記螺子部以外の対面部の突起もしくは
   窪みは雄あるいは雌螺子のいずれか一方の螺子部中心を
   基軸とした同心円上に１個以上形成されていることを特
   徴とする請求項１記載の緩み止め機構付螺子。
4. 【請求項４】 前記螺子は１回以上の取り外し、締めつ
   け嵌合が可能なことを特徴とする請求項１記載の緩み止
   め機構付螺子。
5. 【請求項５】 前記螺子の材質は木材、プラスチック、
   ステンレス鋼あるいは形状記憶合金などの合金鋼、さら
   に鉄、鋳鉄、亜鉛および銅ならびにそれらの合金など螺
   子の材料となるすべてのものを含むことを特徴とする請
   求項１ないし４のいずれかに記載の緩み止め機構付螺
   子。