特開 2024-46801 締結補助部材及びそれを用いた締結構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024046801

(43)【公開日】2024-04-05

(54)【発明の名称】締結補助部材及びそれを用いた締結構造

(51)【国際特許分類】

   F16B 43/00 20060101AFI20240329BHJP

   F16B 37/00 20060101ALI20240329BHJP

【ＦＩ】

F16B43/00 C

F16B37/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022152096

(22)【出願日】2022-09-26

(71)【出願人】

【識別番号】522379749

【氏名又は名称】佐藤 孝博

(74)【代理人】

【識別番号】100200333

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 真二

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 孝博

【テーマコード（参考）】

3J034

【Ｆターム（参考）】

3J034AA04

3J034BA09

3J034BD02

3J034CA01

(57)【要約】

【課題】全体の製造工数の増加を抑制して、ボルト及びワッシャを使用した被締結部材の締結におけるワッシャの圧着箇所での流体漏洩の防止を効果的で安定して行うことができる締結補助部材及びそれを用いた締結構造を提供する。
【解決手段】ボルト及びワッシャを用いて被締結部材を締結するときに使用される締結補助部材であって、軸方向に貫通する円形の貫通孔を中央に有する円板状の突縁部と、径方向に所定の厚さを有し、貫通孔の外縁から軸方向の一方に延伸する円筒状の嵌合部と、を備え、突縁部が、被締結部材を締結するときに、ワッシャと被締結部材の間に介挿されるように形成されており、嵌合部が、被締結部材が締結されるときに、ボルトの軸部とワッシャの間隙に嵌合されるように形成されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボルト及びワッシャを用いて被締結部材を締結するときに使用される締結補助部材であって、
軸方向に貫通する円形の貫通孔を中央に有する円板状の突縁部と、
径方向に所定の厚さを有し、前記貫通孔の外縁から軸方向の一方に延伸する円筒状の嵌合部と、を備え、
前記突縁部が、前記被締結部材を締結するときに、前記ワッシャと前記被締結部材の間に介挿されるように形成されており、
前記嵌合部が、前記被締結部材が締結されるときに、前記ボルトの軸部と前記ワッシャの間隙に嵌合されるように形成されていることを特徴とする締結補助部材。

【請求項2】

前記貫通孔の内面に、前記ボルトと螺合するためのネジ山が形成されている請求項１に記載の締結補助部材。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の締結補助部材、前記ボルト及び前記ワッシャを用いて、前記被締結部材を締結する締結構造であって、
前記ボルトの軸部が、前記ワッシャ及び前記締結補助部材を貫通しており、
前記締結補助部材の突縁部が、前記ワッシャと前記被締結部材の間に介挿されており、
前記締結補助部材の嵌合部が、前記ボルトの軸部とワッシャの間隙に嵌合されていることを特徴とする締結構造。

【請求項4】

前記ワッシャが、前記ボルトの座面に圧着している請求項３に記載の締結構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボルト及びワッシャを用いて被締結部材を締結するときに使用される締結補助部材及びそれを用いた締結構造に関する。

【背景技術】

【0002】

ボルト、ナット等で母材（被締結部材）を締結するときに、ワッシャ（座金）が広く使用されている。ワッシャは、中央にボルトの軸部を貫通させる孔（以下、「ワッシャ孔」とする）を有する薄い板状の部材で、ボルト、ナット等の座面と母材との間に介挿して使用される。ワッシャは、ボルトの頭部やナット等が母材に陥没する、ボルトやナット等の座面が母材に接触することにより母材の表面に傷が付く、振動等によりボルトやナット等が緩む等を防止するために使用されるが、気密性の保持、即ちボルトやナットと母材との間に隙間が生じるのを防ぎ、気体や液体の侵入や漏れ（以下、これらの現象を「流体漏洩」とする）を防ぐためにも使用される。気密性の保持を強化したワッシャとして、シールワッシャ（防水ワッシャ）がある。

【0003】

通常、ワッシャの内径（ワッシャ孔の直径）は、貫通するボルトの外径（軸部の直径）に対応して規格により決まっており、ボルトの外径より若干大きくなっている。よって、ボルトの軸部とワッシャ孔の内面との間に隙間が生じる。シールワッシャは、ワッシャの内側にゴム等を環状に一体化して接合したワッシャで、内側の部位（以下、「シール部」とする）がボルトの軸部に密着することにより、ボルトの軸部との隙間を埋め、ボルトやナットの座面での流体漏洩の防止を強化している。

【0004】

シールワッシャは、シール部がワッシャ本体（シール部を除いた部位）の内側に一体化して接合しているので、シールワッシャを製造する工程において、シール部を形成する作業が必要である。更に、シール部がボルトの軸部に密着するように、ボルトの外径に合わせた内径を有するシール部を形成する必要があり、ボルトの外径の大きさ毎にシール部を形成する作業が必要となる。

【0005】

これに対して、例えば実開昭５４－５７２６２号公報（特許文献１）や特許第５１４２３４６号公報（特許文献２）では、ワッシャ本体とシール部とを分離させた構造が提案されている。このような構造を採用することにより、シールワッシャ製造でのシール部を形成する作業を軽減することができる。

【0006】

特許文献１では、ボルトの首部の外側にシールリングを有し、シールリングの外径と嵌合するように座金が配置された構造が提案されており、シールリングと座金とは分離している。そして、シールリングが、座金の内径端とボルトの首部で構成される空間内で弾性圧縮されることにより、締付面とボルトの首部に密着され、防水機能を行うようになっている。

【0007】

特許文献２では、塵を含むガスから塵を回収する集塵装置において、集塵装置のヒータ部のヒータボックスにカバーを固定する際に、取付けボルトとカバーの間に防水ワッシャを使用しており、防水ワッシャは、通常のワッシャの内周縁とボルトの外周面との間に防水用の充填部材を設けた構造となっている。特許文献２では、ワッシャの内周縁とボルトの外周面との間に充填部材を配置させるための手法は自由に選定できるとなっており、ワッシャと充填部材が分離した構造が図示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】実開昭５４－５７２６２号公報

【特許文献2】特許第５１４２３４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、ワッシャ本体とシール部を分離することにより、両者が一体化したシールワッシャを製造するよりも、全体の作業工数を削減することができるが、防水性能や安定性に問題が生じる可能性がある。

【0010】

例えば、図１は、ワッシャ１０、シール部に相当するシール部材２０、ボルト３０及びナット４０を用いて、母材５０及び６０を締結した場合の断面図である。ワッシャ１０のワッシャ孔の外縁にシール部材２０を接合し、それらをボルト３０の頭部と母材５０の間に介挿し、母材６０にナット４０を接触させ、ボルト３０の軸部をシール部材２０並びに母材５０及び６０の通し穴（ボルトを通すために貫通している穴）５１及び６１に貫通させ、ボルト３０及びナット４０を螺合することにより、母材５０及び６０を締結している。シール部材２０の内面はボルト３０の軸部と密着している。また、シール部材２０の外径は、母材５０の通し穴５１の直径（穴径）よりも小さくなっている。

【0011】

このような締結構造において、矢印Ａで示される、ボルト３０の座面とワッシャ１０の上面とが圧着している箇所での流体漏洩は、シール部材２０の働きにより、ワッシャ１０単体の場合よりも効果的に防止することができる。しかし、矢印Ｂで示される、ワッシャ１０の下面と母材５０の上面とが圧着している箇所での流体漏洩は、シール部材２０が母材５０に圧着していないので、効果的に防止するのが難しい。ワッシャ１０とシール部材２０が一体化した形状であるシールワッシャでも同様の問題が生じる。特許文献１では、シール部材２０に相当するシールリングの外径がボルト穴径（通し穴）の外側に位置するように寸法を設定することにより、矢印Ｂで示される箇所での流体漏洩を防止しようとしているが、そのためには、内径は同じだが、ボルト穴径に応じて異なる外径を有するシールリングを種々用意する必要がある。

【0012】

また、図１に示される締結構造では、振動等により、シール部材２０が母材５０の通し穴５１の奥行方向（図１において下向き）に沈降するおそれがある。

【0013】

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、全体の製造工数の増加を抑制して、ボルト及びワッシャを使用した被締結部材の締結におけるワッシャの圧着箇所での流体漏洩の防止を効果的で安定して行うことができる締結補助部材及びそれを用いた締結構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明は、ボルト及びワッシャを用いて被締結部材を締結するときに使用される締結補助部材に関し、本発明の上記目的は、軸方向に貫通する円形の貫通孔を中央に有する円板状の突縁部と、径方向に所定の厚さを有し、前記貫通孔の外縁から軸方向の一方に延伸する円筒状の嵌合部と、を備え、前記突縁部が、前記被締結部材を締結するときに、前記ワッシャと前記被締結部材の間に介挿されるように形成されており、前記嵌合部が、前記被締結部材が締結されるときに、前記ボルトの軸部と前記ワッシャの間隙に嵌合されるように形成されていることにより達成される。

【0015】

本発明の上記目的は、前記貫通孔の内面に、前記ボルトと螺合するためのネジ山が形成されていることにより、より効果的に達成される。

【0016】

また、本発明は、上述の締結補助部材、前記ボルト及び前記ワッシャを用いて、前記被締結部材を締結する締結構造に関し、本発明の上記目的は、前記ボルトの軸部が、前記ワッシャ及び前記締結補助部材を貫通しており、前記締結補助部材の突縁部が、前記ワッシャと前記被締結部材の間に介挿されており、前記締結補助部材の嵌合部が、前記ボルトの軸部とワッシャの間隙に嵌合されていることにより達成される。

【0017】

本発明の上記目的は、前記ワッシャが、前記ボルトの座面に圧着していることにより、より効果的に達成される。

【発明の効果】

【0018】

本発明の締結補助部材によれば、ワッシャと被締結部材の間に介挿されて通し穴の外縁を跨いで被締結部材に圧着する突縁部と、ボルトの軸部とワッシャの間隙に嵌合される嵌合部を備えるので、ボルトやナットの座面等がワッシャに圧着している箇所での流体漏洩の防止を効果的に行うことができる。更に、締結補助部材とワッシャは分離しているので、汎用のワッシャに対して締結補助部材を使用することができ、製造工数の増加を抑制することができる。

【0019】

また、本発明の締結構造によれば、突縁部がワッシャと被締結部材の間に介挿されており、嵌合部がボルトの軸部とワッシャの間隙に嵌合されているので、気密性が向上し、流体漏洩を効果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】ワッシャ及びシール部材を使用した従来の締結構造の例を示す断面図である。

【図2】本発明に係る締結補助部材の例（第１実施形態）を示す図であり、図２（Ａ）は正面断面図、図２（Ｂ）は平面図である。

【図3】本発明に係る締結構造の例を示す断面図である。

【図4】本発明に係る締結補助部材の例（第２実施形態）を示す正面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明に係る締結補助部材は、中央に円形の貫通孔を有する円板状の突縁部と、貫通孔の外縁から軸方向に延伸する円筒状の嵌合部を備え、ボルトとワッシャを使用して被締結部材を締結するときに使用される。被締結部材を締結させた状態において、突縁部はワッシャと被締結部材の間に介挿され、嵌合部はボルトの軸部とワッシャの間隙に嵌合される。このような締結構造により、締結状態での気密性が向上し、ボルトやナットの座面等のワッシャとの圧着箇所での流体漏洩を効果的に防止することができる。また、締結補助部材とワッシャは一体化されずに分離しており、一般的に使用されているワッシャを対象として締結補助部材を製造することにより、市販のワッシャをそのまま利用できるので、シールワッシャ等と比べて、製造工数の増加を抑制することができる。

【0022】

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付し、説明を省略することがある。また、以下の説明における数値や形状等は例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0023】

図２は、本発明に係る締結補助部材の例（第１実施形態）を示す図であり、図２（Ａ）は締結補助部材７０の正面断面図で、図２（Ｂ）は締結補助部材７０の平面図である。図３は、締結補助部材７０を使用した締結構造の例を示す図であり、ワッシャ１０、ボルト３０、ナット４０及び締結補助部材７０を用いて、母材（被締結部材）５０及び６０を締結した場合の断面図である。母材５０及び６０には、ボルト３０を貫通させるための通し穴５１及び６１がそれぞれ穿設されている。ワッシャ１０及び締結補助部材７０は、ボルト３０の頭部側で使用されている。なお、図２（Ａ）及び図３における上下方向が軸方向で、左右方向が径方向であり、各部材において上方を向いている面を上面、下方を向いている面を下面とする。

【0024】

締結補助部材７０は、突縁部７１及び嵌合部７２からなり、軸方向に貫通する円形の貫通孔７３を有する。図２（Ｂ）に示されるように、平面図において、突縁部７１、嵌合部７２及び貫通孔７３は同心円となっており、図２（Ａ）に示されるように、嵌合部７２は、突縁部７１における貫通孔７３の外縁から軸方向の一方（図２（Ａ）では上方）に延伸するように形成されている。つまり、嵌合部７２は突縁部７１の上面に結合しており、突縁部７１の内面（内径に対応する面）及び嵌合部７２の内面とで、貫通孔７３の内面を構成している。突縁部７１及び嵌合部７２の詳細については後述する。

【0025】

締結補助部材７０は、流体漏洩を防止するために、母材５０及び６０を締結した締結状態においてワッシャ１０、ボルト３０及び母材５０に密着するように、弾力性を有する素材で作製されている。例えば、パッキング・シール材として使用されているエチレン・プロピレンゴム、合成ゴムの弾性とプラスチックの剛性を併せ持つウレタンゴム、自己融着テープの素材として使用されるブチルゴム等の合成ゴムやその他の弾性体で作製されている。締結補助部材７０の素材は、締結される母材５０及び６０の素材、締結補助部材７０やワッシャ１０の使用用途等に応じて選択される。なお、締結補助部材７０をアルミニウムや胴等で作製しても良い。

【0026】

図３に示される締結構造では、ボルト３０の座面（ボルト３０の頭部３１の下面）とワッシャ１０の上面が圧着し、ボルト３０の軸部３２がワッシャ１０のワッシャ孔並びに母材５０及び６０の通し穴５１及び６１を貫通し、軸部３２の下部にナット４０が螺合している。ナット４０の上面は母材６０の下面と圧着している。

【0027】

ボルト３０の軸部３２と母材５０及び６０の通し穴５１及び６１の内面との間には間隙がある。例えば、ボルト３０が呼び径１０ｍｍのメートルねじ（Ｍ１０）の場合、ボルト３０の基準寸法の外径は１０ｍｍであるが、実際の外径は、ナット４０と滑らかに螺合するために、基準寸法より若干小さい値（例えば９．８ｍｍ）になっていることが多い。一方、通し穴５１及び６１に関しては、Ｍ１０のボルト３０に対して通し穴５１及び６１の直径がボルト３０の基準寸法の１０ｍｍの場合、穴ピッチ等の誤差の累積により組み上がらなくなる可能性があるので、通し穴５１及び６１の直径は基準寸法より若干大きい値（例えば１１ｍｍ）となっていることが多い。これらの結果、ボルト３０の軸部３２と通し穴５１及び６１の内面との間に間隙が生じる。

【0028】

ワッシャ１０は、ボルト３０の軸方向に加えられる力の分散、ボルト３０の滑落防止、母材５０の表面への傷の防止等を主目的として使用されるが、軸部３２と通し穴５１及び６１との間に生じる間隙により、ボルト３０やナット４０が緩むことを防止する目的でも使用される。しかし、ワッシャ１０の内径も、規格により、ボルト３０の外径より若干大きくなっている。例えば、ボルト３０がＭ１０の場合、ワッシャ１０の内径は１０．５ｍｍとなっている。よって、ワッシャ１０を使用することにより、ワッシャ１０を使用しない場合よりボルト３０やナット４０の緩みは防止されるが、防止力が十分ではない可能性がある。

【0029】

締結補助部材７０は、嵌合部７２において軸部３２とワッシャ１０の間隙に嵌合しており、これにより、ボルト３０やナット４０の緩みの防止力を強化すると共に、ボルト３０の座面とワッシャ１０の上面との圧着箇所での流体漏洩を効果的に防止することができる。嵌合部７２の上面はボルト３０の座面と圧着している。

【0030】

締結補助部材７０は、突縁部７１においてワッシャ１０と母材５０との間に介挿されている。具体的には、突縁部７１の外縁から径方向の一定の範囲までがワッシャ１０の下面と母材５０の上面と圧着しており、そこから貫通孔７３までの範囲は通し穴５１の上面に突出した形となっている。突縁部７１がワッシャ１０と母材５０との間に介挿されることにより、ワッシャ１０と母材５０の間隙での流体漏洩を効果的に防止することができる。

【0031】

突縁部７１及び嵌合部７２について、更に説明する。

【0032】

突縁部７１は、軸方向に貫通する円形の貫通孔７３を中央に有する円板状の形状をしている。上述のように、突縁部７１の外縁から径方向の一定の範囲がワッシャ１０と母材５０との間に介挿され、貫通孔７３を構成する面がボルト３０の軸部３２に密着する。よって、突縁部７１の外径は、通し穴５１の直径に一定の範囲の幅を加算した大きさとし、例えばボルト３０がＭ１０の場合、突縁部７１の外径は１８ｍｍ程度とする。突縁部７１の内径（貫通孔７３の直径）はボルト３０の外径に応じた大きさとし、例えばボルト３０がＭ１０の場合、突縁部７１の内径は９．８～１０ｍｍ程度とする。

【0033】

突縁部７１の厚さ（軸方向の長さ）は、厚過ぎるとワッシャ１０の効果が抑制されるので、ワッシャ１０の厚さより小さくし、例えばワッシャ１０がＭ１０用のワッシャの場合、突縁部７１の厚さはワッシャ１０の厚さの半分程度（０．８～１ｍｍ）とする。

【0034】

嵌合部７２は、径方向に所定の厚さを有し、貫通孔７３の外縁において突縁部７１と結合する円筒状の部位である。上述のように、嵌合部７２がボルト３０の軸部３２とワッシャ１０との間の間隙に嵌合されるので、嵌合部７２の厚さは、間隙の大きさに合わせた大きさとする。例えばボルト３０がＭ１０で、ボルト３０の外径が９．８ｍｍ、ワッシャ１０の内径が１０．５ｍｍの場合、嵌合部７２の厚さは０．３５ｍｍとする。ボルト３０の規格サイズより１サイズ上の規格サイズのワッシャ１０を使用し、例えばボルト３０の外径が１０ｍｍ、ワッシャ１０の内径が１２ｍｍの場合は、嵌合部７２の厚さは１ｍｍとする。締結補助部材７０が弾力性を有する素材で作製されている場合、嵌合部７２が軸部３２とワッシャ１０の間隙に堅固に嵌合されるように、嵌合部７２の厚さを間隙の大きさより若干大きくしても良い。嵌合部７２の内径は、貫通孔７３の直径と同じである。

【0035】

嵌合部７２の高さ（軸方向の長さ）は、ワッシャ１０の厚さに合わせた大きさとする。例えばワッシャ１０がＭ１０用のワッシャの場合、嵌合部７２の厚さはワッシャ１０の厚さと同程度（１．６～２ｍｍ）とする。締結補助部材７０が弾力性を有する素材で作製されている場合、嵌合部７２の上面がボルト３０の座面に強く圧着するように、嵌合部７２の高さをワッシャ１０の厚さより若干大きくしても良い。逆に、嵌合部７２が軸部３２とワッシャ１０の間隙に嵌合されるのであれば、嵌合部７２の高さをワッシャ１０の厚さより若干小さくしても良いが、嵌合部７２の上面がボルト３０の座面に圧着するような高さが好適である。

【0036】

このような構造の締結補助部材７０を使用して母材５０及び６０を締結することにより、ボルト３０の座面とワッシャ１０の上面との圧着箇所での流体漏洩及びワッシャ１０と母材５０の間隙での流体漏洩を効果的に防止することができる。また、図３に示されるように、ワッシャ１０の内径が母材５０の通し穴５１の直径より小さい場合でも、締結補助部材７０の突縁部７１がワッシャ１０と母材５０の間に介挿されるので、振動等により、締結補助部材７０が通し穴５１の奥行方向に沈降するおそれを抑制することができる。

【0037】

なお、図３で示される締結構造では、ワッシャ１０及び締結補助部材７０は、ボルト３０の頭部側で使用されているが、ナット４０側で使用しても良く、両側で使用しても良い。

【0038】

また、ボルト３０とナット４０を強く螺合したときに、突縁部７１の一部が分離するような締結補助部材７０を使用しても良い。例えば、締結補助部材７０の素材や突縁部７１の厚さを適宜選定し、突縁部７１が、嵌合部７２と結合している上面と結合していない上面の境界線を含む軸方向の面で分離できるようにする。これにより、ワッシャ１０、締結補助部材７０及び母材５０を、より強く圧着することができる。

【0039】

ボルト３０としては、メートルねじだけではなく、インチねじ等も使用可能であり、タッピングねじのようにナットを使用しないボルトも使用可能である。軸部に円筒部を有するボルトも使用可能である。ワッシャ１０としても、平ワッシャだけではなく、スプリングワッシャ等も使用可能である。

【0040】

本発明の他の実施の形態について説明する。

【0041】

第１実施形態での締結補助部材７０の貫通孔７３の内面には凹凸がないが、貫通孔の内面にネジ山を形成し、貫通孔を貫通するボルトと締結補助部材が螺合するようにすることも可能である。このような締結補助部材を使用することにより、締結構造における圧着箇所からの流体漏洩の防止や構造の安定性を更に強化することができる。

【0042】

貫通孔の内面にネジ山を形成した締結補助部材の例（第２実施形態）を図４に示す。図４は締結補助部材８０の正面断面図であり、締結補助部材８０は突縁部８１及び嵌合部８２からなり、軸方向に貫通する貫通孔８３を有し、貫通孔８３の内面にネジ山が形成されている。ネジ山は、螺合するボルトのネジ山に合わせて形成されている。

【0043】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記形態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で種々の変形が可能である。また、上記形態において明示的に開示されていない事項、例えば締結補助部材の重量等は、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用することができる。

【符号の説明】

【0044】

１０ ワッシャ
２０ シール部材
３０ ボルト
３１ 頭部
３２ 軸部
４０ ナット
５０、６０ 母材
５１、６１ 通し穴
７０、８０ 締結補助部材
７１、８１ 突縁部
７２、８２ 嵌合部
７３、８３ 貫通孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】