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JP2005061442A - Hexagonal nut with flange and bolt nut - Google Patents

Hexagonal nut with flange and bolt nut Download PDF

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JP2005061442A
JP2005061442A JP2003207565A JP2003207565A JP2005061442A JP 2005061442 A JP2005061442 A JP 2005061442A JP 2003207565 A JP2003207565 A JP 2003207565A JP 2003207565 A JP2003207565 A JP 2003207565A JP 2005061442 A JP2005061442 A JP 2005061442A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nut
flange
bolt
approximately
hexagonal
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003207565A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadaharu Miyata
忠治 宮田
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of JP2005061442A publication Critical patent/JP2005061442A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hexagonal nut having a flange embodied in a simple configuration and provide a bolt nut using it, capable of eliminating necessity for precluding a slack by the use of any separate member by equipping the hexagonal nut itself with the slack preventing function. <P>SOLUTION: The hexagonal nut 1 with the flange having a bolt inserting hole 14 where female threads are formed has a flange part 13 on the seat face of its nut body 11 having a hexagonal shape on the plan is furnished with a cylindrical wall 16 having a height approximately equal to two pitches of the female threads which is formed rigidly on the side with the seat face 13 in the bolt inserting hole 14 and has a cylindrical inner wall shape having approximately the same diameter as the nominal diameter d1 of the female threads 15a, wherein the distribution of the seat face pressure on the seat face 13 at the time of being fastened is made dispersing on the periphery of the seat face 13 in such a way as approximately symmetrical about the axis. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゆるみ防止機能を有するフランジ付六角ナット、及びこのフランジ付六角ナットと六角ボルトからなるボルトナットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
複数の部材(被緊結部材)同士を締結・固定するための手段として、ボルト及びナット(ボルトナット)が広く用いられている。被緊結部材が振動し易い条件下にある場合には、ナットとして、例えば図4に示すようなフランジ付六角ナットが用いられる場合が多い。この図に示すフランジ付六角ナット100においては、平面視六角形状をなすナット本体101の座面104側に、ナット本体101よりも大径とされたフランジ部102が形成されている。なお、符号103は、雌ねじ103aが形成されたボルト挿通孔である。
【0003】
こうしたフランジ付六角ナットは、通常の六角ナットと比較して、座面の面積、つまり被緊結部材との接触面積を広く確保することができるため、振動によるゆるみを、より発生させ難くすることができる。それでも、長期にわたる使用によりゆるみが発生することは避けられず、これが事故発生原因となるおそれがあり、定期的に増締めを行うなどのメンテナンスが必要である事が多い。
【0004】
上記のゆるみには、大きく分けて2種類あるとされている。
そのうちの1つは、加工の際に発生した微小な凹凸部や形状誤差がある場合に、締め付け後の外力の影響によって局部的な塑性変形が進行して凹凸部が平坦化することによって生じる、接触部のへたりや微動摩耗等に起因するゆるみである。こうしたゆるみは、ナットが戻り回転しないにもかかわらず発生する。他の1つは、振動や衝撃的外力が加わることにより、ナットが戻り回転することにより発生するゆるみである。
【0005】
前者の種類のゆるみは、ボルトやナットの加工精度を向上させる、或いは耐摩耗性の高い材料を用いる等といった対策を施すことで、比較的容易に防止することができる。一方、後者の種類のゆるみに対しては、特許文献1に記載されているようにかしめ部を設ける、あるいは、ボルトナットとは別の第3の部材をゆるみ防止用部材として用いる、等といった対策が施される場合が殆どであった。そのため、その構成が複雑となり、その結果、ボルトナットの耐久性を低下させてしまう等といった問題があった。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−99124号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ボルトあるいはナットが戻り回転することによりゆるみが発生する原因は、ボルトあるいはナットの座面圧力が非軸対称分布をしている場合に軸直角振動を受けることにより、ナットが戻り回転作用を受けるからであると考えられている。
ところが、これら座面圧力の非軸対称分布は、ボルトやナットの座面あるいはその接触面等の製作誤差等によって発生するばかりでなく、ボルトナットの構成自体から生ずる宿命的なものであることが、本願発明者らの検討によって確認された。すなわち、ボルトナットに形成された雄ねじ及び雌ねじは、その機能上、螺旋状で非軸対称形状に形成されており、その結果、座面圧力等の圧力分布もまた非軸対称性を有し、円周方向分布が一様とはならないのである。
【0008】
こうしたことから、座面等における圧力を軸対称的に分布させることができれば、充分なゆるみ防止効果が得られると考えられる。
【0009】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、フランジ付六角ナット自体にゆるみ防止機能をもたせて、別部材等を用いてゆるみ防止を行う必要が無く、簡易な構成としたフランジ付六角ナット、及びこれを用いたボルトナットを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、平面視六角形状をなすナット本体の座面側にフランジ部を有し、雌ねじが形成されたボルト挿通孔を有するフランジ付六角ナットにおいて、前記ボルト挿通孔内の座面側に、前記雌ねじの呼び径とほぼ同一径の円筒内壁形状をなして該雌ねじのほぼ2ピッチ分の高さを有する筒壁部を形成し、締め付け時における前記座面の座面圧力分布が、前記座面の外周側に分散しほぼ軸対称に分布するようにしたことを特徴とする。
【0011】
このように、雌ねじのほぼ2ピッチ分の高さを有する筒壁部を、ボルト挿通孔内の座面側に形成しているので、このフランジ付六角ナットをボルトに螺合させた際に、被締結部材との接触面となる座面の圧力分布を、外周側に分散させるとともに軸対称的な分布とすることができる。そのため、座面における圧力分布が不均一であることによって座面圧力に偏りが発生してこれにより発生する回転力を、排除あるいは消失させることができるとともに、圧力の外周側への分布化によって座面の摩擦抵抗モーメントを増大させることができる。これにより、フランジ付六角ナットのゆるみを的確に防止することができる。また、このフランジ付六角ナットに螺合されるボルトの、雄ねじの最大形状係数を低下させることができる。
【0012】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のフランジ付六角ナットであって、前記フランジ部の外径を、前記雌ねじの呼び径のほぼ2倍とし、前記ナット本体の2面幅を、前記呼び径のほぼ1.5倍とし、前記フランジ部のフランジ上面の前記座面に対する傾斜角度を、ほぼ45°とし、前記座面から前記フランジ上面と前記ナット本体とが交わる位置までの高さを、前記雌ねじのほぼ3ピッチ分としたことを特徴とする。
【0013】
フランジ部の外径、ナット本体の二面幅、フランジ上面の傾斜角度、及びフランジ上面とナット本体とが交わる位置までの高さ、といった各寸法をこのように設定することで、座面圧力分布の分散化及び軸対称化をより的確に図ることができ、フランジ付六角ナットのゆるみを更に的確に防止することができる。
【0014】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載のフランジ付六角ナットと、雄ねじが形成された軸部の一端部側に平面視六角形状をなす頭部が設けられ、前記フランジ付六角ナットに螺合される六角ボルトと、からなるボルトナットであることを特徴とする。
【0015】
このようなボルトナットを用いて、被締結部材を緊結固定する際には、フランジ付六角ナットの座面と六角ボルト頭部の座面とで被締結部材を狭持することとなる。このとき、フランジ付六角ナットの座面圧力分布は、上記の通り、外周側に分散されているとともに軸対称的な分布とされている。そして、フランジ付六角ナットの座面と六角ボルト頭部の座面とは、作用・反作用の法則により、同様の力で被締結部材を押圧している。すなわち、六角ボルト頭部の座面においても、圧力分布が不均一であることによって発生する回転力が排除あるいは消失されるとともに、圧力の外周側への分布化によって座面の摩擦抵抗モーメントが増大されている。これにより、フランジ付六角ナット側のゆるみのみならず、六角ボルト側のゆるみも、的確に防止することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図1乃至図3を用いて説明する。
図1には、本実施形態に係る、ゆるみ防止機能を有するフランジ付六角ナットを示している。このフランジ付六角ナット1は、平面視六角形状(二面幅をd2とする)をなすナット本体11の座面13側に、フランジ径(フランジ部の外径)d3のフランジ部12を有するとともに、雌ねじ15aが形成されたボルト挿通孔14を有する構成とされている。
【0017】
フランジ部12は、フランジ径d3、フランジ厚さがhcであって、フランジ上面12fが座面13に対して傾斜角度がθで傾斜した円錐台形状をなして形成されている。このフランジ上面12fと、ナット本体11の六側面とは、各々円弧状の交線を形成して互いに接しており、この交線は、ナット本体11の横方向のほぼ中央位置(中点)で、座面13からの高さが最も高くなっている。この上端点(上端位置)を交点Iとして、また座面13からこの交点Iまでの高さをフランジ上端高さhfとして、各々図示している。
【0018】
ボルト挿通孔14内の上端部側からの大部分は、ピッチがPである雌ねじ15aが形成された、雌ねじ部15とされている。そして、このボルト挿通孔14内の座面13側には、雌ねじ15aの呼び径d1とほぼ同一径で、高さ(筒壁高さ)hsの円筒内壁形状をなす筒壁部16が、雌ねじ部15に連なるように形成されている。この筒壁部16は、雌ねじ15aを所定長さ分、つまり筒壁高さhsだけ切除したと同様の部分となっており、ボルトがボルト挿通孔14に螺合された際に、ボルトに形成された雌ねじの山の頂部分のみが、線的に当接するようになっている。この筒壁部16は、ボルト2を挿通し易くするとともに、締め付け時における座面の座面圧力分布を座面13の外周側に分散させて、ほぼ軸対称に分布するようにさせる機能を有している。
【0019】
この筒壁高さhsと、雌ねじ15aのピッチPとは、ほぼ次の式(1)の関係となるように設定されている。
hs = 2P …式(1)
このように、筒壁部16の筒壁高さhsを雌ねじ15aのほぼ2ピッチ分とすれば、ボルトと螺合された際の、座面13における座面圧力分布を、この座面13の外周側に分散させ、且つ軸対称的に分布させることができる。これにより、座面圧力の不均一分布によって発生するフランジ付六角ナット1の回転力を排除・消失させる作用と、座面圧力の外周側への分布化によって座面13の摩擦抵抗モーメントを増大させる作用との、2つの作用が相俟って、ゆるみ防止効果を得ることができる。
【0020】
筒壁部16の筒壁高さhsが2ピッチ分よりも短い場合、例えば1ピッチ分程度であれば、座面圧力分布を軸対称分布させるには至らず、その結果、座面圧力は内周側、すなわちねじ直下部近傍に集中することとなり、座面圧力の不均一分布によるボルトあるいはナット回転作用を充分に排除、消失させることはできない。また逆に、筒壁高さhsが2ピッチ分よりも長い場合、例えば4ピッチ分程度であれば、今度は、座面圧力が座面の全範囲で一様に分布するようになり、その結果、座面の摩擦抵抗モーメントが減少して、摩擦力によるゆるみ防止効果を充分に得ることができなくなってしまう。
このため、充分なゆるみ防止機能を奏し得るための、筒壁部16の筒壁高さhsは、雌ねじ15aのほぼ2ピッチ分の長さであるといえる。こうしたことは、本願発明者らが独自に鋭意検討した結果、見出したものである。
【0021】
また、本願発明者らが検討した結果、このような筒壁部16が形成されたフランジ付六角ボルト1を用いることにより、筒壁部のない通常のフランジ付六角ボルトを用いた場合と比較して、螺合されるボルトにおける雄ねじの最大形状係数を、約20%程度低下させることが出来ることを見出した。すなわち、雄ねじへの過大な応力集中が生じ難くなるので、雄ねじの変形やへたり、破断等を抑制することができ、ボルトの耐久性を大幅に向上させて、長寿命化を図ることができる。
【0022】
通常の六角ナットにおいて、このように雌ねじのほぼ2ピッチ分の高さを有する筒壁部を形成することによって充分なゆるみ防止効果を得ることができることは、本願発明者らの検討により既に実証されている。そして本願発明者らは、こうした構成をフランジ付六角ナットに適用する場合には、このフランジ付六角ナットにおける各寸法を所定に設定することで、より好適な、更に大きなゆるみ防止効果が期待できることを見出した。これについて、以下に説明する。
【0023】
このフランジ付六角ナット1において、上記した傾斜角度θ、呼び径d1、二面幅d2、フランジ径d3、筒壁高さhs、フランジ上端高さhf、及びピッチPといった各寸法は、ほぼ次の式(2)〜式(5)に示す関係となるように各々設定されている。
d3 = 2d1 …式(2)
d2 = 1.5d1 …式(3)
θ = 45° …式(4)
hf = hs+P = 3P …式(5)
なお、式(4)から、フランジ厚さhcは次の式(6)で与えられる。
hc = hf−((d3−d2)/2) …式(6)
【0024】
このように設定することで、上記2つの作用、すなわち、座面圧力の不均一分布によって発生するフランジ付六角ナット1の回転力を排除・消失させる作用と、座面圧力の外周側への分布化による座面13の摩擦抵抗モーメントが増大する作用とを、より的確に奏することができて、更に大きなゆるみ防止効果を得ることができる。
【0025】
図2には、こうしたフランジ付六角ナット1と六角ボルト2とからなるボルトナットAによって、被締付部材31と32とを締結し、一体に連結固定している状態を示している。ここで用いる六角ボルト2は、雄ねじ21aが形成された軸部21の一端部側に、平面視六角形状をなす頭部22が設けられているもので、フランジ付六角ナット1に螺合されている。
【0026】
被締付部材31,32は、その厚さ方向に貫通する貫通孔31h,32hを有しており、これら貫通孔31h及び32h内に、六角ボルト2の軸部21が挿通されている。これら被緊結部材31及び32は、六角ボルト2の頭部22の座面23と、六角ボルト2の軸部21と螺合しているフランジ付六角ナット1の座面13とによって挟持され、一体に緊結固定されている。
【0027】
ここで、上記のように、フランジ付六角ナット1の座面13における圧力分布は、外周側に分散されるとともに軸対称的な分布となっている。そして、螺合されている六角ボルト2の座面23における圧力分布もまた、作用・反作用の法則によって、外周側に分散されるとともに軸対称的な分布とされている。すなわち、六角ボルト2側においても、座面23における圧力分布が不均一であることによって座面圧力に偏りが発生してこれにより発生する回転力を、排除あるいは消失させることができるとともに、圧力の外周側への分布化によって座面23の摩擦抵抗モーメントを増大させることができる。これにより、ボルトナットAのゆるみは的確に防止される。
【0028】
従来のフランジ付六角ナット100と、上記フランジ付六角ナット1との、光弾性法による比較を、図3(a)及び(b)に各々示す。この光弾性法とは、エポキシ樹脂等の特定の高分子材料で模型を作製し、荷重を付加した後に厚さ3mm程度にスライスし、偏光を通してこのスライス片を見て、応力分布状態を調べる応力測定法である。すなわち、偏光を通して見ることで、応力分布状態が縞模様の粗密として出現するため、この模様を解析することによって、応力分布状態を視覚的に調べることができる。図3(a)及び(b)は、このときに撮影した写真(光弾性写真)である。
【0029】
これらの写真においては、濃色の部分が接触圧力が集中している部分であり、こうした圧力集中部を符号Fとして示している。これらの図から、フランジ付六角ナット1の圧力は、従来のフランジ付六角ナット100の圧力と比較して、外周側に分散していることがわかる。
【0030】
本実施形態に係るフランジ付六角ナット1においては、雌ねじ15aのほぼ2ピッチ分の筒壁高さhfを有する筒壁部16を、ボルト挿通孔14内の座面13側に形成しているので、このフランジ付六角ナット1をボルトに螺合させた際に、被締結部材との接触面となる座面13の圧力分布を、外周側に分散させるとともに軸対称的な分布とすることができる。そのため、座面13における圧力分布が不均一であることによって座面圧力に偏りが発生して、これにより発生する回転力を、排除あるいは消失させることができるとともに、圧力の外周側への分布化によって座面の摩擦抵抗モーメントを増大させることができる。これにより、フランジ付六角ナット1の被締付部材31に対する回転を防止して、ゆるみを的確に防止することができる。このように、フランジ付六角ナット1にゆるみ防止機能をもたせているので、別部材を用いてゆるみ防止を行う必要が無く、その構成を簡易なものとしながら、ゆるみを的確に防止することができる。
【0031】
また、このフランジ付六角ナット1を用いることで、螺合されるボルトの雄ねじの最大形状係数を、約20%程度低下させることができる。すなわち、雄ねじへの過大な応力集中が生じ難くなるので、雄ねじの変形、へたり、破断等を抑制することができ、ボルトの耐久性を大幅に向上させて、長寿命化を図ることができる。
【0032】
更に、上記した傾斜角度θ、呼び径d1、二面幅d2、フランジ径d3、筒壁高さhs、フランジ上端高さhf、及びピッチPといった各寸法を、式(2)〜式(5)のように設定することで、座面圧力分布の分散化及び軸対称化をより的確に図ることができ、フランジ付六角ナット1のゆるみを更に的確に防止することができる。
【0033】
更に、フランジ付六角ナット1と六角ボルト2からなるボルトナットAを用いて、被締結部材31,32を緊結し固定する際には、フランジ付六角ナット1の座面13と、六角ボルト2の頭部22の座面23とで、被締結部材31,32を狭持することとなる。このとき、フランジ付六角ナット1の座面圧力分布は、外周側に分散されているとともに軸対称的な分布とされている。そして、フランジ付六角ナットの座面と六角ボルト頭部の座面とは、作用・反作用の法則により、同様の力で被締結部材を押圧している。すなわち、六角ボルト頭部の座面においても、圧力分布が不均一であることによって発生する回転力を排除あるいは消失されるとともに、圧力の外周側への分布化によって座面の摩擦抵抗モーメントが増大されている。これにより、フランジ付六角ナット1側のゆるみのみならず、六角ボルト2側のゆるみも、的確に防止することができる。
【0034】
また、上記のように、六角ボルト2の雄ねじ21aの最大形状係数を、約20%程度低下させることができるため、雄ねじ21aの変形、へたり、破断等を抑制することができ、六角ボルト2の耐久性を大幅に向上させて長寿命化を図ることができ、ねじ強度上の有利な効果を奏することができる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るフランジ付六角ナットおいては、上記の如き構成を採用しているので、フランジ付六角ナット自体にゆるみ防止機能をもたせて、別部材等を用いてゆるみ防止を行う必要が無く、簡易な構成とすることができる。
また、このフランジ付六角ナットと、六角ボルトとを用いたボルトナットにおいては、六角ボルトの雄ねじの最大形状係数を、約20%程度低下させることができるため、雄ねじの変形や破断等を抑制することができ、六角ボルトの耐久性を大幅に向上させて、長寿命化を図ることができ、ねじ強度上の有利な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るフランジ付六角ナットの一実施形態を示す図であって、(a)は平面図、(b)は部分断面側面図である。
【図2】図1に示したフランジ付六角ナットと六角ボルトとの締め付け時を示す側断面図である。
【図3】(a)は従来のフランジ付六角ナットの応力分布状態を示す光弾性写真、(b)は本発明の一実施形態に係るフランジ付六角ナットの応力分布状態を示す光弾性写真である。
【図4】従来のフランジ付六角ナットの一例を示す図であって、(a)は平面図、(b)は側断面図である。
【符号の説明】
A ボルトナット
1 フランジ付六角ナット
11 ナット本体
12 フランジ部
13 座面
14 ボルト挿通孔
15 雌ねじ部
15a 雌ねじ
16 筒壁部
2 六角ボルト
21 軸部
21a 雄ねじ
22 頭部
23 座面
d1 呼び径
d2 二面幅
d3 フランジ径(フランジ部の外径)
hf フランジ上端高さ
hs 筒壁高さ
hc フランジ厚さ
I 交点
P ピッチ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flanged hex nut having a function of preventing looseness, and a bolt nut comprising the flanged hex nut and a hex bolt.
[0002]
[Prior art]
Bolts and nuts (bolt nuts) are widely used as means for fastening and fixing a plurality of members (members to be tightened). For example, a flanged hexagonal nut as shown in FIG. 4 is often used as a nut when the member to be tightened is in a condition where it can easily vibrate. In the flanged hexagon nut 100 shown in this figure, a flange portion 102 having a larger diameter than the nut body 101 is formed on the seat surface 104 side of the nut body 101 having a hexagonal shape in plan view. Reference numeral 103 denotes a bolt insertion hole in which an internal thread 103a is formed.
[0003]
Such a flanged hex nut can secure a wider area of the seating surface, that is, a contact area with the member to be tightened than a normal hex nut. it can. Nevertheless, loosening due to long-term use is unavoidable, which may cause accidents, and maintenance such as regular tightening is often necessary.
[0004]
There are two types of loosening as described above.
One of them occurs when there is a minute uneven part or shape error that occurred during processing, and local plastic deformation proceeds due to the influence of external force after tightening and the uneven part is flattened. Looseness caused by contact sag or fine wear. Such loosening occurs even though the nut does not return and rotate. The other is looseness that occurs when the nut returns and rotates due to vibration or impact external force.
[0005]
The former type of looseness can be prevented relatively easily by taking measures such as improving the machining accuracy of bolts and nuts, or using a material with high wear resistance. On the other hand, for the latter type of loosening, measures such as providing a caulking portion as described in Patent Document 1, or using a third member different from the bolt and nut as a loosening prevention member, etc. In most cases, was applied. Therefore, the configuration becomes complicated, and as a result, there is a problem that durability of the bolt and nut is lowered.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-99124
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the cause of loosening due to the bolt or nut returning and rotating is that the bolt or nut seat surface pressure is non-axisymmetrically distributed, and the nut returns due to axial vibration. This is thought to be due to the rotational action.
However, these non-axisymmetric distributions of the seating surface pressure are not only caused by manufacturing errors of the seating surfaces of the bolts and nuts or the contact surfaces thereof, but are also fatal due to the configuration of the bolts and nuts themselves. This has been confirmed by the inventors' investigation. That is, the male screw and the female screw formed on the bolt and nut are formed in a spiral and non-axisymmetric shape in function, and as a result, the pressure distribution such as the seating surface pressure also has non-axisymmetricity, Circumferential distribution is not uniform.
[0008]
For these reasons, it is considered that a sufficient loosening prevention effect can be obtained if the pressure on the seating surface or the like can be distributed axisymmetrically.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, the flanged hexagon nut itself has a function of preventing loosening, and it is not necessary to prevent loosening using another member, etc., and the flanged hexagonal nut has a simple configuration, And it aims at providing the bolt nut using this.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a hexagon nut with a flange having a flange portion on a seat surface side of a nut body having a hexagonal shape in plan view and having a bolt insertion hole in which a female thread is formed. A cylindrical wall portion having a cylindrical inner wall shape having a diameter substantially the same as the nominal diameter of the female screw and having a height corresponding to approximately two pitches of the female screw is formed on the seat surface side, and the seating surface pressure of the seat surface during tightening The distribution is distributed on the outer peripheral side of the seating surface and is distributed approximately axisymmetrically.
[0011]
Thus, since the cylindrical wall portion having a height corresponding to approximately two pitches of the female screw is formed on the seat surface side in the bolt insertion hole, when the hexagon nut with flange is screwed to the bolt, The pressure distribution of the seating surface that is a contact surface with the fastened member can be distributed to the outer peripheral side and can be axisymmetric. For this reason, the pressure distribution on the seating surface is non-uniform so that the seating surface pressure is biased and the generated rotational force can be eliminated or eliminated, and the pressure is distributed to the outer peripheral side. The frictional resistance moment of the surface can be increased. Thereby, loosening of a hexagon nut with a flange can be prevented exactly. Moreover, the maximum shape factor of the external thread of the bolt screwed into the flanged hex nut can be reduced.
[0012]
The invention according to claim 2 is the hexagon nut with flange according to claim 1, wherein the outer diameter of the flange portion is approximately twice the nominal diameter of the female screw, and the two-surface width of the nut body is , Approximately 1.5 times the nominal diameter, and an inclination angle of the flange upper surface of the flange portion with respect to the seat surface is approximately 45 °, and a height from the seat surface to a position where the flange upper surface and the nut body intersect with each other. This is characterized by approximately three pitches of the female screw.
[0013]
By setting the dimensions such as the outer diameter of the flange, the width of the two faces of the nut body, the angle of inclination of the flange upper surface, and the height to the position where the flange upper surface and the nut body meet, the bearing surface pressure distribution is set in this way. Can be more accurately distributed and symmetric with respect to the axis, and loosening of the hexagon nut with flange can be prevented more accurately.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, the flanged hexagon nut according to the first or second aspect and a head portion having a hexagonal shape in plan view are provided on one end side of the shaft portion on which the male screw is formed. A bolt nut comprising a hexagon bolt screwed to a flanged hexagon nut.
[0015]
When such a bolt and nut is used to fasten and fix the member to be fastened, the member to be fastened is sandwiched between the seating surface of the hexagon nut with flange and the seating surface of the head of the hexagon bolt. At this time, the bearing surface pressure distribution of the hexagon nut with flange is distributed to the outer peripheral side and is axisymmetric distribution as described above. And the bearing surface of the hexagon nut with a flange and the bearing surface of a hexagon bolt head press the to-be-fastened member with the same force by the law of action and reaction. That is, on the seating surface of the hex bolt head, the rotational force generated by the non-uniform pressure distribution is eliminated or eliminated, and the frictional resistance moment of the seating surface increases due to the distribution of the pressure to the outer peripheral side. Has been. Thereby, not only the looseness on the flanged hexagon nut side but also the looseness on the hexagon bolt side can be prevented accurately.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
In FIG. 1, the hexagon nut with a flange which has a loosening prevention function based on this embodiment is shown. This flanged hexagon nut 1 has a flange portion 12 having a flange diameter (outer diameter of the flange portion) d3 on the seat surface 13 side of the nut body 11 having a hexagonal shape in plan view (dual width is d2). The bolt insertion hole 14 is formed with a female screw 15a.
[0017]
The flange portion 12 has a flange diameter d3 and a flange thickness hc, and the flange upper surface 12f is formed in a truncated cone shape with an inclination angle θ with respect to the seat surface 13. The flange upper surface 12f and the six side surfaces of the nut body 11 are in contact with each other by forming an arc-shaped intersection line, and this intersection line is at a substantially central position (midpoint) in the lateral direction of the nut body 11. The height from the seating surface 13 is the highest. This upper end point (upper end position) is shown as an intersection point I, and the height from the seating surface 13 to this intersection point I is shown as a flange upper end height hf.
[0018]
Most of the bolt insertion hole 14 from the upper end side is a female screw portion 15 in which a female screw 15a having a pitch P is formed. On the side of the seat surface 13 in the bolt insertion hole 14, a cylindrical wall portion 16 having a cylindrical inner wall shape having the same diameter as the nominal diameter d1 of the female screw 15a and a height (cylinder wall height) hs is provided. It is formed so as to continue to the portion 15. The cylindrical wall portion 16 is the same portion as the female screw 15a is cut by a predetermined length, that is, the cylindrical wall height hs, and is formed into a bolt when the bolt is screwed into the bolt insertion hole 14. Only the top part of the threaded female thread is in linear contact. The cylindrical wall portion 16 has a function of facilitating insertion of the bolt 2 and distributing the seat surface pressure distribution of the seat surface during tightening to the outer peripheral side of the seat surface 13 so as to be distributed almost symmetrically. doing.
[0019]
The cylinder wall height hs and the pitch P of the female screw 15a are set so as to have a relation of the following expression (1).
hs = 2P Formula (1)
Thus, if the cylinder wall height hs of the cylinder wall portion 16 is about two pitches of the female thread 15a, the seating surface pressure distribution on the seating surface 13 when screwed with the bolt is obtained. It can be distributed on the outer peripheral side and distributed axisymmetrically. As a result, the frictional resistance moment of the seat surface 13 is increased by eliminating and eliminating the rotational force of the flanged hexagon nut 1 generated by the uneven distribution of the seat surface pressure and by distributing the seat surface pressure to the outer peripheral side. Together with the two actions, the action of preventing loosening can be obtained.
[0020]
When the cylinder wall height hs of the cylinder wall portion 16 is shorter than two pitches, for example, if it is about one pitch, the seating surface pressure distribution is not axisymmetrically distributed. Since it concentrates on the circumferential side, that is, in the vicinity of the lower part of the screw, the bolt or nut rotating action due to the uneven distribution of the bearing surface pressure cannot be sufficiently eliminated or eliminated. On the other hand, if the cylinder wall height hs is longer than 2 pitches, for example, about 4 pitches, then the seating surface pressure is uniformly distributed over the entire range of the seating surface. As a result, the frictional resistance moment of the seating surface is reduced, and the effect of preventing loosening due to the frictional force cannot be obtained sufficiently.
For this reason, it can be said that the cylinder wall height hs of the cylinder wall part 16 for providing a sufficient loosening prevention function is a length corresponding to approximately two pitches of the female screw 15a. This has been found by the inventors of the present application as a result of independent studies.
[0021]
Further, as a result of the study by the inventors of the present application, by using the flanged hexagon bolt 1 in which such a cylindrical wall portion 16 is formed, it is compared with the case where a normal flanged hexagon bolt without a cylindrical wall portion is used. It has been found that the maximum shape factor of the male screw in the bolt to be screwed can be reduced by about 20%. That is, excessive stress concentration on the male screw is less likely to occur, so that deformation, sag, and breakage of the male screw can be suppressed, and the durability of the bolt can be greatly improved and the life can be extended. .
[0022]
It has already been demonstrated by the inventors of the present invention that a sufficient loosening prevention effect can be obtained by forming a cylindrical wall portion having a height corresponding to approximately two pitches of the female screw in such a normal hex nut. ing. And when this application applies such a structure to a hexagon nut with a flange, by setting each dimension in this hexagon nut with a flange to be predetermined, it can be expected that a more suitable and even greater loosening prevention effect can be expected. I found it. This will be described below.
[0023]
In the flanged hexagon nut 1, the dimensions such as the inclination angle θ, the nominal diameter d1, the two-sided width d2, the flange diameter d3, the cylinder wall height hs, the flange upper end height hf, and the pitch P are substantially the following. Each is set so as to have the relationship shown in Expression (2) to Expression (5).
d3 = 2d1 Formula (2)
d2 = 1.5d1 Formula (3)
θ = 45 ° Formula (4)
hf = hs + P = 3P (5)
In addition, from the formula (4), the flange thickness hc is given by the following formula (6).
hc = hf − ((d3−d2) / 2) (6)
[0024]
By setting in this way, the above two actions, that is, the action of eliminating and eliminating the rotational force of the flanged hexagon nut 1 caused by the uneven distribution of the seating surface pressure, and the distribution of the seating surface pressure to the outer peripheral side. Thus, the effect of increasing the frictional resistance moment of the seating surface 13 can be more accurately achieved, and an even greater loosening prevention effect can be obtained.
[0025]
FIG. 2 shows a state where the members to be tightened 31 and 32 are fastened and integrally connected and fixed by the bolt nut A composed of the hexagon nut 1 with flange and the hexagon bolt 2. The hexagon bolt 2 used here is provided with a head portion 22 having a hexagonal shape in a plan view on one end portion side of a shaft portion 21 on which a male screw 21a is formed, and is screwed into the hexagon nut 1 with a flange. Yes.
[0026]
The to-be-tightened members 31 and 32 have through holes 31h and 32h penetrating in the thickness direction, and the shaft portion 21 of the hexagon bolt 2 is inserted into the through holes 31h and 32h. These to-be-tightened members 31 and 32 are sandwiched between the seat surface 23 of the head portion 22 of the hexagon bolt 2 and the seat surface 13 of the flanged hexagon nut 1 screwed into the shaft portion 21 of the hexagon bolt 2. Tightly fixed to.
[0027]
Here, as described above, the pressure distribution on the seating surface 13 of the flanged hexagon nut 1 is distributed to the outer peripheral side and has an axisymmetric distribution. The pressure distribution on the seating surface 23 of the screwed hexagon bolt 2 is also distributed to the outer peripheral side and is axisymmetric distribution by the law of action and reaction. That is, even on the hexagon bolt 2 side, the pressure distribution on the seating surface 23 is non-uniform, so that the seating surface pressure is biased and the rotational force generated thereby can be eliminated or eliminated, and the pressure The frictional resistance moment of the seating surface 23 can be increased by the distribution to the outer peripheral side. Thereby, loosening of the bolt nut A is prevented accurately.
[0028]
A comparison by a photoelastic method between the conventional flanged hexagon nut 100 and the flanged hexagon nut 1 is shown in FIGS. This photoelasticity method is a method of creating a model with a specific polymer material such as epoxy resin, slicing it to a thickness of about 3 mm after applying a load, and looking at this slice piece through polarized light to examine the stress distribution state. It is a measurement method. In other words, when viewed through polarized light, the stress distribution state appears as a density of striped patterns. By analyzing this pattern, the stress distribution state can be visually examined. 3A and 3B are photographs (photoelastic photographs) taken at this time.
[0029]
In these photographs, the dark colored portion is the portion where the contact pressure is concentrated, and such a pressure concentrated portion is indicated by the symbol F. From these figures, it can be seen that the pressure of the flanged hex nut 1 is dispersed on the outer peripheral side as compared with the pressure of the conventional flanged hex nut 100.
[0030]
In the hexagon nut 1 with flange according to the present embodiment, the cylindrical wall portion 16 having a cylindrical wall height hf corresponding to approximately two pitches of the female screw 15a is formed on the seat surface 13 side in the bolt insertion hole 14. When the flanged hexagonal nut 1 is screwed to the bolt, the pressure distribution of the seating surface 13 serving as the contact surface with the member to be fastened can be distributed to the outer peripheral side and can be axisymmetric. . For this reason, the pressure distribution on the seating surface 13 is non-uniform so that the seating surface pressure is biased, and the rotational force generated thereby can be eliminated or eliminated, and the pressure is distributed to the outer peripheral side. Thus, the frictional resistance moment of the seating surface can be increased. Thereby, rotation with respect to the to-be-clamped member 31 of the hexagon nut 1 with a flange can be prevented, and loosening can be prevented exactly. Thus, since the flanged hexagon nut 1 has a function of preventing loosening, it is not necessary to prevent loosening using a separate member, and it is possible to accurately prevent loosening while simplifying the configuration. .
[0031]
Moreover, by using this hexagon nut 1 with a flange, the maximum shape factor of the external thread of the bolt to be screwed can be reduced by about 20%. That is, excessive stress concentration on the male screw is less likely to occur, so that deformation, sag, and breakage of the male screw can be suppressed, and the durability of the bolt can be greatly improved and the life can be extended. .
[0032]
Further, the dimensions such as the inclination angle θ, the nominal diameter d1, the two-sided width d2, the flange diameter d3, the cylinder wall height hs, the flange upper end height hf, and the pitch P are expressed by the equations (2) to (5). By setting as described above, dispersion and axial symmetry of the bearing surface pressure distribution can be achieved more accurately, and loosening of the flanged hexagon nut 1 can be prevented more accurately.
[0033]
Further, when the fastened members 31 and 32 are fastened and fixed using the bolt nut A composed of the hexagon nut 1 with flange and the hexagon bolt 2, the seat surface 13 of the hexagon nut 1 with flange and the hexagon bolt 2 are fixed. The fastened members 31 and 32 are held between the seating surface 23 of the head 22. At this time, the bearing surface pressure distribution of the flanged hexagon nut 1 is distributed to the outer peripheral side and is axisymmetric. And the bearing surface of the hexagon nut with a flange and the bearing surface of a hexagon bolt head press the to-be-fastened member with the same force by the law of action and reaction. That is, on the seating surface of the hexagon bolt head, the rotational force generated by the non-uniform pressure distribution is eliminated or eliminated, and the frictional resistance moment of the seating surface is increased by the distribution of the pressure to the outer peripheral side. Has been. As a result, not only the loosening on the flanged hexagonal nut 1 side but also the looseness on the hexagonal bolt 2 side can be prevented accurately.
[0034]
Moreover, since the maximum shape factor of the male screw 21a of the hexagon bolt 2 can be reduced by about 20% as described above, deformation, sag, breakage, etc. of the male screw 21a can be suppressed, and the hexagon bolt 2 As a result, it is possible to significantly improve the durability of the steel plate and to prolong the service life, and to obtain an advantageous effect on the screw strength.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, the flanged hexagonal nut according to the present invention employs the above-described configuration, so that the flanged hexagonal nut itself has a function of preventing loosening and prevents loosening by using another member. There is no need to perform the above, and a simple configuration can be achieved.
Further, in the bolt nut using the hexagonal nut with flange and the hexagonal bolt, the maximum shape factor of the male screw of the hexagonal bolt can be reduced by about 20%, so that deformation or breakage of the male screw is suppressed. Therefore, the durability of the hexagon bolt can be greatly improved, the life can be extended, and an advantageous effect on the screw strength can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an embodiment of a hexagon nut with a flange according to the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a partial sectional side view.
2 is a side cross-sectional view showing when the flanged hexagon nut and the hexagon bolt shown in FIG. 1 are tightened. FIG.
3A is a photoelastic photo showing the stress distribution state of a conventional flanged hex nut, and FIG. 3B is a photoelastic photo showing the stress distribution state of the flanged hex nut according to one embodiment of the present invention. is there.
4A and 4B are views showing an example of a conventional flanged hexagon nut, where FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a side sectional view.
[Explanation of symbols]
A Bolt nut 1 Hexagon nut with flange 11 Nut body 12 Flange portion 13 Seat surface 14 Bolt insertion hole 15 Female thread portion 15a Female screw 16 Tube wall portion 2 Hexagon bolt 21 Shaft portion 21a Male screw 22 Head portion 23 Seat surface d1 Nominal diameter d2 Two surfaces Width d3 Flange diameter (outer diameter of flange)
hf Flange top edge height hs Tube wall height hc Flange thickness I Intersection point P Pitch

Claims (3)

平面視六角形状をなすナット本体の座面側にフランジ部を有し、雌ねじが形成されたボルト挿通孔を有するフランジ付六角ナットにおいて、前記ボルト挿通孔内の座面側に、前記雌ねじの呼び径とほぼ同一径の円筒内壁形状をなして該雌ねじのほぼ2ピッチ分の高さを有する筒壁部を形成し、
締め付け時における前記座面の座面圧力分布が、前記座面の外周側に分散しほぼ軸対称に分布するようにしたことを特徴とするフランジ付六角ナット。
In a hexagonal nut with a flange having a flange portion on the seat surface side of the nut body having a hexagonal shape in plan view and having a bolt insertion hole in which an internal thread is formed, the female screw is called on the seat surface side in the bolt insertion hole. Forming a cylindrical wall having a cylindrical inner wall shape having substantially the same diameter as the diameter and having a height corresponding to approximately two pitches of the female screw;
A flanged hex nut, wherein a seating surface pressure distribution of the seating surface at the time of tightening is distributed on the outer peripheral side of the seating surface and is distributed approximately axisymmetrically.
前記フランジ部の外径を、前記雌ねじの呼び径のほぼ2倍とし、
前記ナット本体の2面幅を、前記呼び径のほぼ1.5倍とし、
前記フランジ部のフランジ上面の前記座面に対する傾斜角度を、ほぼ45°とし、
前記座面から前記フランジ上面と前記ナット本体との交線における上端位置までの高さを、前記雌ねじのほぼ3ピッチ分としたことを特徴とする請求項1に記載のフランジ付六角ナット。
The outer diameter of the flange portion is approximately twice the nominal diameter of the female screw,
The width of the nut body is approximately 1.5 times the nominal diameter,
An inclination angle of the flange upper surface of the flange portion with respect to the seating surface is approximately 45 °,
2. The hexagon nut with flange according to claim 1, wherein a height from the seat surface to an upper end position at an intersection line between the upper surface of the flange and the nut body is set to approximately three pitches of the female screw.
請求項1又は請求項2に記載のフランジ付六角ナットと、
雄ねじが形成された軸部の一端部側に平面視六角形状をなす頭部が設けられ、前記フランジ付六角ナットに螺合される六角ボルトと、からなるボルトナット。
Hexagon nut with flange according to claim 1 or claim 2,
A bolt nut comprising a hexagonal bolt screwed into the flanged hexagon nut, a head portion having a hexagonal shape in plan view is provided on one end side of the shaft portion on which the male screw is formed.
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