特許 7116899 緩み防止機能を有するコンビネーションナット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-03

(45)【発行日】2022-08-12

(54)【発明の名称】緩み防止機能を有するコンビネーションナット

(51)【国際特許分類】

   F16B 39/18 20060101AFI20220804BHJP

   F16B 39/12 20060101ALI20220804BHJP

   F16B 37/00 20060101ALI20220804BHJP

【ＦＩ】

F16B39/18

F16B39/12 Z

F16B37/00 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021049273

(22)【出願日】2021-01-30

【審査請求日】2021-07-02

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】398069182

【氏名又は名称】株式会社貴匠技研

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 貴文

【審査官】大谷 謙仁

(56)【参考文献】

【文献】貴匠技研、緩み止めネジ，日刊工業新聞，日本，日刊工業新聞，2020年06月08日，第２５面

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｂ ３９／１８

Ｆ１６Ｂ ３９／１２

Ｆ１６Ｂ ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

締結ボルトと該締結ボルトに螺合するナットより成り前記締結ボルトの頭部と前記ナットの座面との間に被締結部材を締結するねじ締結体に用する締結用のコンビネーションナットであり、該コンビネーションナットは、前記締結ボルトに螺合し、一対の同一形状の外円錐台形のロックナット部より成りかつそれらの大径端を共有するように倒置対称形に一体形成されているとともに、前記ロックナット部の壁部には径方向の外力に起因する弾性変形を許容するようにねじ軸方向の全長に渡ってスリット状開口が形成された内側ロックナットと、前記内側ロックナットの母線角と同一の母線角を有し前記ロックナット部と嵌合可能であってその座面を含む平面内に大経端が開口する内円錐台形の嵌合凹部が形成され、前記締結ボルトに螺合した前記内側ロックナットの軸方向の両側において前記締結ボルトと螺合する同一形状の一対の外側締結ナットとで構成され、前記ロックナット部のねじ軸方向の高さは前記嵌合凹部の前記ねじ軸方向の深さよりも小さく、前記内側ロックナットの共有された前記大径端の外径は前記嵌合凹部の前記大径端の内径よりも大きく、その小径端の外径は前記嵌合凹部の前記大径端の内径よりも小さく、前記ロックナット部及び前記嵌合凹部の前記母線角をθ、前記締結ボルトと前記内側ロックナットとの螺合時のねじの遊び側フランク間の幅をα、及び前記内側ロックナットと前記締結ボルトのピッチをｐとする時、前記ロックナット部と前記嵌合凹部とが自重を除く軸方向負荷が付与されない嵌合状態下において、前記内側ロックナットの共有された前記大径端が前記嵌合凹部の前記大経端から前記ねじ軸方向に突出する高さｅは下記数式１の関係を満足することを特徴とする緩み防止機能を有するコンビネーションナット。

【数1】

【請求項3】

前記内側ロックナットの前記ロックナット部と前記外側締結ナットの前記嵌合凹部が自重を除く軸方向負荷が付与されない嵌合状態で組合わされた集合体を裂開可能な両端が開口した筒状外装体で外装したことを特徴とする請求項１又は２に記載の緩み防止機能を有するコンビネーションナット。

【請求項4】

前記内側ロックナットの前記ロックナット部と前記外側締結ナットの前記嵌合凹部が自重を除く軸方向負荷が付与されない嵌合状態で組合わされた集合体の前記外円錐台形ロックナットと前記前記外側締結ナットはその境界に沿って分離可能に接着剤で接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の緩み防止機能を有するコンビネーションナット。

【請求項5】

前記内側ロックナットの前記ロックナット部と前記外側締結ナットの前記嵌合凹部が自重を除く軸方向負荷が付与されない嵌合状態で組合された集合体の両側に位置する前記外側締結ナットは剥離可能な連結部材によって連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の緩み防止機能を有するコンビネーションナット。

【請求項6】

前記内側ロックナットはプレス加工により形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の緩み防止機能を有するコンビネーションナット。

【発明の詳細な説明】

【0001】

本発明は複数の被締結部材を締結するためのボルトとナットにより構成されるねじ締結体に使用され、戻り回転を伴うねじ締結体の緩みを防止することができる締結用のコンビネーションナットに関し、さらに詳しくは、低締結トルクで所要のボルト軸力が得られ、作業現場において簡単で信頼性が高く効率的な締結及びロック作業が出来るねじ締結体用の緩み防止機能を有するコンビネーションナットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

複数の被締結部材を締結固定するために使用されるボルト・ナット締結体のようなねじ締結体としては、締結用のボルトとこの締結用のボルトに螺合するナットを用いて締結用のボルト頭部とナット座面の間に被締結部材を挟持しナットを締付けて、締結用のボルトに生じる張力であるボルト軸力（締結軸力）によって被締結部材を締結固定するのが一般的である。

【0003】

振動や繰り返し変動する荷重や衝撃荷重のような外部荷重に曝される構造物の一部を構成する被締結部材を固定するために使用されるねじ締結体にあっては、それら構造物の強度や信頼性を確保する上での不可欠な要件の一つはねじ締結体が緩まないことである。ねじ締結体が緩むと締結軸力であるボルト軸力が低下し、ねじ締結体の締結力が低下する原因となるからである。

【0004】

ねじ締結体の緩みは、ボルトやナットが相対的に緩む方向に回転する戻り回転を伴う締結体の緩み（回転緩み）、ボルトやナットの戻り回転は起きないが締め付け軸力が低下する締結体の緩み（非回転緩み）や被締結部材のへたり（歪すなわち永久変形）による締結体の緩み等に大別される。このような締結体の緩みのなかでも戻り回転を伴うねじ締結体の緩みは発生する可能性が高く、このような戻り回転は継続的な振動や繰り返し変動する荷重や衝撃荷重等の外部負荷等によって生じるボルトとナットの相対回転に起因する。このような緩みの原因となる戻り回転の発生は、大別すると、ボルトの軸まわり方向かかる外部荷重、ボルトの軸方向にかかる外部荷重及び／あるいはボルトの軸に向かう方向にかかる外部荷重に起因する。ねじ締結体に回転緩みが発生するとねじ締結体の締結軸力は低下し、場合によってはその締結体としての機能を失うばかりでなく、ボルトの疲労破壊や脱落という事態を惹起する可能性が生じ、結果的に構造物の信頼性や安全性を損なう結果になる。

【0005】

このようなねじ締結体の回転緩みの発生に対処するために、締め付けたねじが相対回転して戻り回転を発生するのを抑止あるいは防止するために、締付け部（ボルト頭部や締付けナットと被締結体の間）に種々の座金を介在させて使用したり、所謂ダブルナットなどを利用したり、あるいはねじ締結体の回転緩みを防止する特殊構造を有するロックナットをねじ締結体と併用するなどしてねじ締結体の回転緩みの発生を防止し、もって締結力（締結軸力）が低下する危険性を回避するのが通常である。しかしながら、特に大型の橋梁構造物、高架道路構造物、熱や水力あるいは電力等を駆動エネルギーとする機械的原動機関、またこれらの機関を搭載した船舶、航空機あるいは自動車等の運輸装置構造物のように、常に機械的振動などの種々の形態の変動する外力に曝される構造物の一部を構成する部材の締結固定に使用されるねじ締結体は、ねじ締結体の回転緩みが僅かでも継続的に生じる場合には、その構造物の強度や信頼性にとって看過し得ない程の締結軸力の低下を惹起し、その結果これら構造物の機能や安全性に重大な瑕疵をもたらすことになり、ねじ締結体の戻り回転緩みが大きくなる場合には、ねじ締結体としての機能を失うばかりでなくボルトの疲労破壊や脱落を引き起す事態も生じ、結果的に構造物の重大事故を誘発することにもなりかねない。そのため、このような構造物に使われているねじ締結体は定期的な点検が不可避であり、少しでも戻り回転を伴うねじ締結体の緩みが検知される場合には締結し直すか、場合によってはねじ締結体そのものを交換する必要が生じる場合もある。

【0006】

構造物に適用される締結体の戻り回転緩み防止用の締結ナットとして重層的に緊締する構造をもった二重ナットが提案されている。例えば特許文献１にはナット部に筒状部が設けられ該筒状部に形成された切込み部及び先方に形成された突状部とが設けられたた第一ナットと、この第一ナットに嵌入装着される開口部が形成された第二ナットで構成されたロックナットが開示されている。このロックナットでは、第二ナットの開口部の先方に先尖状のテーパ部が形成されているため、ねじ締結体の締結ボルトを螺着させて第二ナットの開口部に第一ナットの突状部が嵌入し、第一ナットの突状部が第二ナットのテーパ部に締め付けられて締結ボルトにロック状態で締結固定されるように構成されている。

【0007】

また特許文献２には、締結ボルトに螺合し中間の座鍔の両側に截頭円錐形の嵌合突部を対称的に備えると共に、この該嵌合突部の一側周面に縦溝を穿設した雄ナットと、雄ナットの両側に於いて締結ボルトに螺合し雄ナットの嵌合突部と嵌合する截頭円錐形の嵌合凹部を備えた一対の雌ナットで構成された双二重ナットが開示されている。この双二重ナットは、雌雄のナットが嵌合緊締されるとある程度の弾性を帯びた雄ナットが復動力を生じて嵌合し雄ナットの外円錐台形の嵌合突部と雌ナットの内円錐台形の嵌合凹部が密着して雌雄ナットの復転離脱を完全に防止する。またこの双二重ナットは雌雄のナットが嵌合緊締される際、雄ナットの圧縮が左右平均して生じ、雄ナットは局部的集中荷重を受けて破損することなく緊密な螺締ができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特許公報 特許第６０９６４２０

【文献】実用新案公報 昭３０－１０８１５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１記載のロックナットは、第一ナットの突状部が第二ナットのテーパ部によって締め付けられて締結ボルトにロック状態で螺着されるが、第一ナットのボルトとの螺合距離が長いにもかかわらずテーパ部によって圧縮される第一ナットの筒状部の軸方向の長さが、第一ナットのねじ部もしくは筒状部に形成された切込みがナット全長に比して距離が短いので、第二ナットのテーパ部による筒状部の圧縮が軸方向に不均一となり、第一ナットの突状部のボルトに対する螺合固定力の強度はねじ軸方向において不均一となる。このような不均一な螺合固定力によるボルトと第一ナットの間のロック状態は極めて不安定であり、その結果ボルトと第一ナットは相対的な戻り回転による回転緩みを生じる危険性がある。このような構造のロックナットは締結作業が煩雑であり、その上二度にわたるナット螺合作業を要し、特に大型の橋梁や高架道路等のように作業環境が劣悪な現場においては作業者に大きな負担をかける結果になり、作業の安全性の観点から望ましいものとは言えない。また第一ナットの筒状部はその多角形部と一体構造である上にその幾何学的形状が複雑であるから製造作業が煩雑である上に工数が大きく、従来のねじ締結体のナットに比して製造コストが増大するという難点がある。

【0010】

特許文献２記載の双二重ナットは、最初に一方（以下第一と表記する）の雌ナットをボルトに螺着し、次に雄ナットを螺合し最後に他方の雌ナットを螺着して二重に螺着緊締する構成であり、最初の雌ナットをボルトの所定箇所まで螺着した後、雄ナットを雌ナットに螺合嵌入するためには雄ナットを多数回回転して雄ナットの嵌合凹部の深さにほぼ等しい距離だけ軸方向に締め付けて変位させて嵌合凹部へ嵌入して雄ナットを弾性変形させることによって締結固定しなければならない。さらに一方の雌ナットに螺合緊締した雄ナットに他方の雌ナットを螺合緊締するために、該他方の雌ナットをほぼ同様に操作して雄ナットの嵌合凸部の高さにほぼ等しい距離だけ軸方向移行して嵌合凸部へ嵌合して螺合緊締することが必要である。このため、双二重ナットの締結を達成するためには、ねじ軸方向の距離が比較的長い螺合作業を三度に渡って繰り返さねばならず、また雄ナットの一方の雌ナット内への螺着締結に要求される締結トルク及び他方の雌ナットを雄ナットへ螺合締結するのに要求される締結トルクはともに高い。このような締結作業は大型の橋梁構造物や高架道路構造物等のように作業環境が劣悪な現場において、しかも、一か所のねじ締結部位に多数個のねじ締結体を施工する場合、高い締結トルクと長い締結距離を要求される螺合固定作業を三度繰り返すことは作業効率や作業の安全性の観点から望ましいものとは言えない。

【0011】

また大型の橋梁構造物や高架道路構造物等の接続固定部位によっては、同一部位において数十個ないしは百個以上のねじ締結体を施工する場合も多い。このような作業現場では、最初に所定箇所に必要数のボルトを挿入設置し一方の雌ナットを全てのボルトに螺合諦着した後、雄ナットを全ての雌ナットに螺合嵌合する。最後に他方の雌ナットを雄ナットに螺合諦着するのであるが、時に他方の雌ナットの装着を失念してしまう作業ミスが少なからず発生する。このような作業ミスは構造物の強度や信頼性の低下を惹起するものであるから、現場作業者は劣悪作業環境下においては必要以上の精神的重圧感を受けることになる。

【0012】

本発明は上述する従来の緩み防止機能を備えたねじ締結体の欠点に鑑み、特に大型の橋梁構造物や高架道路構造物、種々の機械的原動機関、またこれらの機関を搭載した船舶、航空機あるいは自動車等の運輸装置等のような重量構造物等に使用され、常時機械的振動や継続的に変動する外部負荷等に曝されるような厳しい環境下に置かれる構造物のねじ締結体として施工され、過酷な作業環境下での締結作業が要求されるねじ締結体に適しており、ねじの戻り回転を伴うねじ締結体の緩みを確実に防止し、もって構造物の安全性や信頼性を担保することが出来るねじ締結体用のコンビネーションナットを提供することを目的とするものである。

【0013】

本発明のさらなる目的は、一対の同一形状の外側締結ナットと該一対の外側締結ナットの間に内側ロックナットを挟んで集合体として一体的に組み合わせて使用され、集合体に組み合わせられた状態で、外円錐ロックナットの大経端が外側締結ナットの座面から所定の高さ突出するようにすることによって、特に橋梁構造物や高架道路構造物のような大型構造物に施工するねじ締結体の締結及びロック作業に要する締結トルクが極めて低くて済む上に、ねじ締結体の締結ボルトとの螺合とねじ締結体の締結及びロック作業が、特に劣悪な締結ロック作業環境下における締結及びロック作業が、被締結部材から遠い方の外側締結ナットだけを一回転以下の回転操作によって容易に達成できる一方、三個のナット部品から成るねじ締結体が低コストで製造が可能なコンビネーションナットを提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題を解決するために、本発明のコンビネーションナットは、互いに螺合するボルトとナットの間に被締結部材を締結固定するねじ締結体に使用されるものであり、戻り回転を伴う締結体の緩みの発生防止機能を有するコンビネーションナットである。このコンビネーションナットは、締結ボルトに螺合する一対の同一形状の外側締結ナットと該外側締結ナットの間に挟まれて外側締結ボルトに螺合する双外円錐台形の内側ロックナットの独立した三個のナット部品で構成される。内側ロックナットは、一対の同一形状の外円錐台形のロックナット部より成るとともに、これらのロックナット部はそれらの大径端を共有するように倒置対称形に一体形成されているとともに、両ロックナット部の壁部には径方向の外力に起因する弾性変形によりその縮径を許容するようにねじ軸方向の全長に渡るスロット状開口が穿設されている。また外側締結ナットは内側ロックナットのロックナット部の母線角と同一の母線角を有しロックナット部と嵌合可能であり、その座面を含む平面内に大経端が開口する内円錐台形の嵌合凹部が形成されている。この外円錐台形のロックナット部のねじ軸方向の高さは、内円錐台形の嵌合凹部のねじ軸方向の深さよりも小さく構成され、また内側ロックナットの共有された大径端は外側締結ナットの内円錐台形の嵌合凹部の大径端よりも大きく、その小径端は内円錐台形の嵌合凹部の大端径よりも小さく構成さている。そして、外側締結ナットの内円錐台形の嵌合凹部とが自重を除く軸方向負 荷が付与されない無負荷嵌合状態におけるロックナット部の大径端が嵌合凹部の大経端から突出する高さをｅ，ロックナット部及び嵌合凹部の母線角をθ、外側締結ボルトと内側ロックナットとの螺合時のねじの遊び側フランク間の幅をα及び内側ロックナットと外側締結ボルトのピッチをｐとする時、前記突出高さｅは下記数式１の関係を満足することを特徴としている。

【0015】

【数1】

【0016】

このようなコンビネーションナットを使用して被締結部材を締結する場合、締結及びロック作業に先立つ準備作業として、被締結部材に通した締結ボルトに一方（以下、下側または第一と表記する）の外側締結ナット、双外円錐台形の内側ロックナット及び他方（以下、上側または第二と表記する上側）の外側締結ナットを手指によって順次嵌合して、内側ロックナットの両側から第一、第二の外側締結ナットの内円錐台形の嵌合凹部に自重を除く軸方向の外部負荷が互いにに作用しない状態、すなわち、内側ロックナットのロックナット部の小径端を外側締結ナットの嵌合凹部の内周面に最初に当接した状態で嵌合させて集合体を構成する。コンビネーションナットが、三個構成ナット部品が無負荷嵌合状態で嵌合して単一集合体化されて、無負荷嵌合状態に維持された準備状態のコンビネーションナットは、外側締結ナットの大端径と外円錐台形の内側ロックナットの共有された大端径との径差に応じて、外側締結ナットの座面（内円錐台形の嵌合凹部の大経端を含む面）からねじ軸方向に予め決められた所定の高さだけ突出した状態で準備位置に位置付けられる。この集合体化されたコンビネーションナットは、例えば親指を含む三本の指で、一体的に回転して外側締結ボルトに螺合し被締結部材に隣接する位置、すなわち締結及びロック作業を実行するための上記準備位置、へ位置付けられる。この準備位置におけるコンビネーションナットの被締結部材に隣接する外側締結ナットを所定の締結トルクで締め付けることによって、被締結部材の締結固定作業が達成される。

【0017】

この準備位置において、それぞれのロックナット部はその嵌合した外側締結ナットの座面から上記の所定突出高さだけ突出した状態に維持されている。そして、内側ロックナットに対して被締結部材に隣接する側の第一の外側締結ナットを、予め定められた所定のトルクで締め付けることによって被締結部材の締結固定が達成される。引き続いて、被締結部材とは反対側の第二の外側締結ナットを締め付けると、同時的に摩擦係合している内側ロックナットを従属的に螺合回転させながらねじ軸方向へ変位させ、その座面が被締結部材を締結している第一の外側締結ナットの座面に当接するまで螺合回転してねじ軸方向に変位する。この間、内側ロックナットの外壁面が各外側締結ナットの内円錐台形の嵌合凹部の内壁面から側圧を受けて内側ロックナットが弾性変形して徐々にその内径を縮小するとともに、内側ロックナットは第一と第 二の外側締結ナットの内円錐台形の嵌合凹部との嵌合深さを増大して行く。第一と第二の外側締結ナットの座面が当接するまで第二の外側締結ナットを締め付けると内側ロックナットは第一と第二の外側締結ナットの内円錐台形の嵌合凹部内に完全に嵌入する。この結果、内側ロックナットの弾性変形は最終的に締結ボルトの雄ねじの山の頂の縁部が内側ロックナットの雌ねじのフランクを塑性変形させて食い込み、その結果、締結ボルトと内側ロックナットが機械的に鎖錠（ロック）状態になる。

【0018】

第二の外側締結ナットの締め付けが完了すると、各外側締結ナットの内円錐台形の嵌合凹部の傾斜内壁面は弾性変形した内側ロックナットの傾斜外壁面との間に生じる高い接触面圧（摩擦力）と両外側締結ナットの接触座面間に生じる高い接触面圧（摩擦力）とにより、各外側締結ナットの戻り回転が抑制される。すなわち本発明のねじ締結体用のコンビネーションナットは内側ロックナットと締結ボルトの機械的ロックに加えて、複合的に戻り回転を防止する機能を備えており、従来のねじ締結体用のナット構造では得られなかった強固で信頼性の高いねじ締結体の緩みを防止する機能を実現するのみならず、その締結ロック作業を極めて簡単にするものである。

【0019】

また本発明の望ましい実施形態によれば、コンビネーションナットは三個の単体ナット部品を順次締結ボルトに螺合して準備位置に位置付ける他に、三個の単体ナット部品を締結ボルトに螺合するのに先立って、予め自重を除く外部負荷が互いに作用しない無負荷嵌合状態に組み合わせて集合体として、手指で一体的に保持して締結ボルトに螺合して準備位置に位置付けることもできる。また三個の単体ナット部品を一体的に手指によって保持してボルトに螺合する代わりに、外部負荷が互いに作用しない無負荷嵌合状態に組み合わせた三個の単体ナット部品を、容易に破断可能な外装体で一体的集合体として外装して単体のコンビネーションナットとして集合体として取り扱えるようにすれば、締結ボルトとの螺合による準備位置への位置付けは、過酷な作業現場においてさえも、単一のナット集合体として一回の螺合作業で締結準備位置に簡単にかつ効率的に位置付けすることが出来、その上で外装体を破断除去すれば締結前の準備は完結する。準備位置に位置付けされた後のコンビネーションナットは上述した作業と同様の一連の締結ロック作業工程を通して実施される。

【発明の効果】

【0020】

本発明のコンビネーションナットによれば、双外円錐台形の内側ロックナットの外側締結ナットの座面からの突出高さｅをその許容範囲内で管理することによって、締結準備位置に位置付けされている第二の外側締結ナットを３６０°以下の範囲の角
度だけ回転してねじ軸方向へ変位させるだけで、双外円錐台形の内側ロックナットは従動的にねじ軸方向へ変位しながらねじ軸方向と直交する方向へ弾性変形してその直径が縮径されるとともに、内側ロックナットの座面が互いに圧接してその内円錐台形の嵌合凹部の内部に完全に嵌入されると、内側ロックナットと締結ボルトの間に強固な機械的ロックが達成される。内側ロックナットは第一及び第二の外側締結ナットの内円錐台形の嵌合凹部の内側壁傾斜面によって内側ロックナットの軸方向全長に渡って均一に押圧されるので、内側ロックナットのフランクと締結ボルトのねじ山の頂縁との食い込みが内側ロックナットの全長に渡って均等になり、内側ロックナットと締結ボルトはロック長さの全長に渡って強固で信頼性の高いロック結合が担保され、戻り回転を伴うねじ締結体の緩みの発生が確実に防止される。

【0021】

この強固なロック結合は内側ロックナットのねじの遊び側フランクと締結ボルトのねじ山の頂縁部との食い込みを生じるに必要な内側ロックナットのねじ軸と直交方向への最小限の弾性変形量は遊び側フランク間の幅にほぼ等しく、この遊び幅はねじのピッチに比較して極めて小さく、必要とされる第二の外側締結ナットの回転操作角は一回転の数分の１以下で十分である。第二の外側締結ナットを回動操作して軸方向へ螺合変位するのに伴って、内側ロックナットは外側締結ナットの内円錐台形の嵌合凹部の内側壁傾斜面との間の逓増する摩擦力によって従動的に回動されてねじ軸方向へ螺合変位する。この時の第二の外側締結ナットの締結トルクは内円錐台形の嵌合凹部の内側壁傾斜面に応じて内側ロックナットの外側壁傾斜面に伝播されるので、内側ロックナットを弾性変形させるために第二の外側締結ナットの締結トルクを増加する必要がなく、コンビネーションナットの締め付けトルクは低くて済む。

【0022】

また、本発明のコンビネーションナットは内側ロックナットと締結ボルトとの強固なロック結合に加えて、弾性変形した内側ロックナットから外側締結ナットに加わる反作用圧力、内側ロックナットと外側締結ナットの傾斜面間に発生する摩擦力、及び第一と第二の外側締結ナットの座面間に発生する摩擦力によって、戻り回転を伴うねじ締結体緩みの発生を二重に補強的に防止する。

【0023】

本発明のコンビネーションナットは三個の単体ナット部材で構成されているにも拘らず、簡単かつ容易に組み合わせて集合一体化することが出来るので、三個の単体ナット部品を個々に長い締結ボルトのねじ部に螺合して三度の類似する締結作業を繰り返し行うことを要せず、作業者が手指にて或いは外装体にて組み合わせて一体化されたコンビネーションナットを一回の手指による螺合操作で締結準備位置に螺合配置し、その後第二の外側締結ナットを締め付けるだけでコンビネーションナットの諦結作業とロック作業が同時に達成できる。大型の構造物に対して締結作業を実施する場合のような一般に劣悪な作業環境下であっても、本発明のコンビネーションナットは取り扱いが極めて簡単かつ容易なので、作業効率が向上し締結作業の信頼性が向上する。

【0024】

さらに本発明のコンビネーションナットは幾何学的形状および機械的機能が全く同一の二個の外側締結ナットとプレス加工で製造できる内側ロックナットで構成出来るので、製造コストが安くその上製造管理が容易であるという現実的利点を有するものである。その上、容易に破断可能な外装体で三個の組み合わせナット部品が集合一体化されたコンビネーションナットは、商品流通上のみならず現場作業上の処理・運用の利便性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は本発明のコンビネーションナットを使用したねじ締結体の構成を示す分解斜視図である。

【図2】図２は本発明のコンビネーションナットの構成を示す断面図である。

【図3】図３の（ａ）は組み合わせて一体化した本発明のコンビネーションナットの外観斜視図であり、（ｂ）は組み合わせて一体化した無負荷嵌合状態下の本発明のコンビネーションナットの断面図である。

【図4】図３の符号Ｆ４で示す部分の幾何学的詳細を示す拡大摸式図である。

【図5】図５は図１に示すねじ締結体の使用状態を示し、ねじ締結体が締結直前の準備位置に位置付けられた状態を示す部分断面図である。

【図6】図６は図１に示すねじ締結体の使用状態を示し、ねじ締結体の締結及びロック作業が終了した状態を示す部分断面図である。

【図7】図７の（ａ）は締結ボルトが固定している時の締結ボルトの雄ねじと内側ロックナットの雌ねじのフランクの弾性域の螺合状態下における幾何学的位置関係を説明する拡大模式図であり、（ｂ）は内側ロックナットの雌ねじが弾性変形によりねじ軸と直交する方向へ変形して締結用ボルトの雄ねじの山の頂部に噛み込む様子を示し、その幾何学的位置関係を説明するための拡大模式図である。

【図8】図８は本発明のコンビネーションナットの他の実施例を示す外観平面図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例1】

【0026】

以下に本発明の望ましい実施例について説明する。図１は本発明のコンビネーションナットを使用したボルト・ナット締結体（以下ねじ締結体と略記する）１の分解斜視図であり、２枚の平板状の被締結部材を一体的に締結して固定するのに使用される場合を例示的に示している。ねじ締結体１は、締結ボルト１０とこの締結ボルト１０と後述するように組み合わせて使用する三個の単体ナット部品よりなるコンビネーションナット２２で構成されている。締結ボルト１０は日本工業規格（ＪＩＳ）に規定された六角ボルトが採用されているが、目的に応じて制作された特殊ボルトであっても良い。締結ボルト１０は座面１５を備えた頭部１４、この頭部１４と一体の軸部１８から成り、軸部１８はねじの軸Ｘ方向に延在する円筒部１９及び円筒部１９の延長部外周に雄ねじ２１が形成されたねじ部２０より構成されている。締結ボルト１０のねじ部２０に形成された雄ねじ２１は、例えばＪＩＳに規定された呼び径Ｍ１６の通常のメートルねじである。この締結ボルト１０は通常通しボルトと呼ばれる雄ねじ部品であり被締結部材に形成された通し孔に挿通されて使用される（図５、図６のＭ１，Ｍ２参照）。

【0027】

図２に詳細に示されるように、締結ボル１０と組み合わせて使用される本発明の締結ナットは三個の単体ナットで構成されたコンビネーションナット２２であり、一対の第一及び第二の外側締結ナット２４Ａと２４Ｂ及び単一の双外円錐台形の内側ロックナット４０で構成されている。第一及び第二の外側締結ナット２４Ａと２４Ｂは後に詳述するように全く同一の幾何学的形状を有し、それぞれの外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂは雌ねじ２７が形成されたねじ部２６に隣接して設けられた内円錐台形の嵌合凹部３０が形成されている。一方双外円錐台形の内側ロックナット４０は締結ボルト１０のねじ部２０の雄ねじ２１と着脱自在に螺合する雌ねじ４３が創生されたねじ部４２が形成されている。これらの第一及び第二の外側締結ナット２４Ａと２４Ｂ及び双外円錐台形の内側ロックナット４０は基本的には呼び径が締結ボルト１０と同一の単体のナット部品であり、第一及び第二の外側締結ナット２４Ａと２４Ｂが通常の鋼製ナットあるいはステンレス鋼製ナットであるのに対して、双外円錐台形の内側ロックナット４０は弾性体材料で製作されたナットであり、望ましくはプレス加工によって制作されている。三個の単体ナット部品で構成されるコンビネーションナット２２は締結作業に際しては後述するように、図３（ａ）及び（ｂ）に示されたように分離可能に組み合わされて一体化された集合体として取り扱われるのが望ましい。以下の説明においては説明の都合上、内側ロックナット４０の下側半分の部分を第一のロックナット部４０ａ、上側半分の部分を第二のロックナット部４０ｂと仮称する。

【0028】

図２及び図３に示されるように、第一の外側締結ナット２４Ａ（図中下側の締結ナット）にはねじ部２６とこのねじ部２６に隣接して内円錐台形の嵌合凹部３０が内部に形成されている。外側締結ナット２４Ａ内部に形成された内円錐台形の嵌合凹部３０はその直径がＤ２の大経端３１ａが通常面取りされた側の座面２９ａと構成する端面内に開口し、一方直径がＤ１の小径端３１ｂはねじ部２６に隣接し開口している。この内円錐台形の嵌合凹部３０の傾斜壁面の母線角はθ（嵌合凹部３０の円錐角＝２θ）であり、その深さはＧである。後述するようにこれらの内円錐台形の嵌合凹部３０の円錐角２θ及深さＧはねじ締結体１を構成する締結ボルトやナットの呼び径や幾何学的、物理的属性等及び被締結部材の締結強度等に応じて適切に選定され、締結体１の締結軸力やその他の諸条件を含む設計要素に適合する最適な値に設定れる。本実施例においては、ねじの呼び径がＪＩＳで規定されたＭ１６のボルト及びナットを例示しており、二枚の板状部材を締結する締結体に使用される場合を例示すものであり、外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの内円錐台形の嵌合凹部３０の母線角θは１１°（円錐角２θは２２°）に設定されている。外側締結ナット２４Ａと２４Ｂはねじ軸Ｘ方向に見た使用態様が上下逆向きであることを除けば全く同一の幾何学的形状を有しているので、同一部分には同一の符号を付して第二の締結ナット２４Ｂ（図２及び３において上側の締結ナット）については説明を省略する。

【0029】

一方双外円錐台形の内側ロックナット４０は倒置対称に配置された一対の外円錐台形のロックナット部４０ａ及び４０ｂで構成され一体的に形成されている。具体的には内側ロックナット４０は幾何学的形状が同一の一対の外円錐台形のロックナット部４０ａ及び４０ｂがその大経端（図４において点線４１で示された双外円錐台形の内側ロックナット４０の稜線４１を含む仮想的な面）を共有するように稜線４１を含む平面を対称面としてねじ軸Ｘ方向に見て上下逆さに対称形に倒置重畳された双外円錐台形に一体化された特殊ナットである。各外円錐台形のロックナット部４０ａ、４０ｂの大端径ｄ２（稜線４１で囲まれた端面円の直径）は外側締結ナット２４Ａの内円錐台形の嵌合凹部３０の大端径Ｄ２よりも大きく（ｄ２＞Ｄ２）、また、その小端径ｄ１は外側締結ナット２４Ａの内円錐台形の嵌合凹部３０の大端径Ｄ２よりも小さく（ｄ１＜Ｄ２）設定されている。また各外円錐台形のロックナット部４０ａ、４０ｂのねじ軸Ｘ方向の高さｇは内円錐台形の嵌合凹部３０のねじ軸Ｘ方向の深さＧよりも小さく（ｇ＜Ｇ）設定されている。

【0030】

双外円錐台形の内側ロックナット４０は外力によって弾性変形可能な材質で製作されており、締結ボルト１０のねじ部２０の雄ねじ２１と着脱自在に螺合する雌ねじ４３が形成されたねじ部４２が形成されているとともに、その壁部４４の一方の小径端３５ａから他方の小径端３５ａの間にはねじ軸Ｘ方向に延在する細長のスリット状開口４５が形成されている。この弾性変形可能な双外円錐台形の内側ロックナット４０はねじ軸Ｘ向かう方向に外力が加えられるとスリット状開口４５の幅が許容する範囲内で自身の直径が縮径するように弾性変形することが出来る。

【0031】

図３（ａ）及び（ｂ）関連して説明したように、コンビネーションナット２２は三個の単体ナット部品である外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂと内側ロックナット４０を組み合わせて集合体として一体化したナットである。図３（ｂ）に詳細に示されているように、コンビネーションナット２２は、内側ロックナット４０の上下両側において外側締結ナット２４Ａと２４Ｂの内円錐台形の嵌合凹部３０と内側ロックナット４０のロックナット部４０ａと４０ｂとがそれぞれ自重以外の外力が付与されない状態で嵌合する（以下この状態を、無負荷嵌合状態と表記する）ように組み合わせて一体化されている。すなわち締結時に被締結部材に隣接する側（図中下側）の第一の外側締結ナット２４Ａの内円錐台形の嵌合凹部３０の内部へ、内側ロックナット４０の外円錐台形の一方のロックナット部４０ａをねじ軸Ｘ方向にほぼ同軸的に整合させて挿入する。この場合、第一の外側締結ナット２４Ａの内円錐台形の嵌合凹部３０の円錐角と外円錐台形のロックナット部４０ａの円錐角は共に２θ（母線角＝θ）で等しいが、外円錐台形のロックナット部４０ａの大端径ｄ２は第一の外側締結ナット２４Ａの内円錐台形の嵌合凹部３０の大端径Ｄ２よりも大きく設定されているので、外円錐台形のロックナット部４０ａの自重以外のねじ軸Ｘ方向の外力が作用しない条件下では、外円錐台形のロックナット部４０ａは外側締結ナット２４Ａの内円錐台形の嵌合凹部３０内に於いて自重を除く荷重が付与されない状態で嵌合（以下、無負荷嵌合と表記する）保持されている。この無負荷嵌合状態にあっては、ロックナット部４０ａの大経端（外外円錐台形の内側ロックナット４０の稜線を４１を含む仮想的な面）は第一の外側締結ナット２４Ａの内円錐台形の嵌合凹部３０の大経端３１ａ、即ち外側締結ナット２４Ａの座面２９ｂ、から軸方向Ｘに所定の高さｅだけ突出する。

【0032】

次に上側の第二の外側締結ナット２４Ｂの内円錐台形の嵌合凹部３０をねじ軸Ｘ方向にほぼ同軸的に整合させて内側ロックナット４０の上半部である外円錐台形のロックナット部４０ｂに覆い被せるようにして載置する。この上半部のロックナット部４０ｂと第二の外側締結ナット２４Ｂの嵌合凹部３０は、上記した位置関係とはねじ軸Ｘ方向に見て全く逆の上下が反転した位置関係にあることを除けば、外円錐台形の内側ロックナット４０の下半部のロックナット部４０ａと第一の外側締結ナット２４Ａの内円錐台形の嵌合凹部３０との幾何学的位置関係は全く同じであり、第二の外側締結ナット２４Ｂは無負荷嵌合状態でその嵌合凹部３０を介して内側ロックナット４０の上半部である外円錐台形のロックナット部４０ｂに嵌合保持される。この場合も内側ロックナット４０の上半部のロックナット部４０ｂの大経端（双外円錐台形の内側ロックナット４０の稜線４１を含む仮想的な面）は第二の外側締結ナット２４Ｂの座面２９ｂから軸方向Ｘに所定の高さｅだけ突出することは明らかである。この三個の単体ナット部品が集合体として組み合わされたコンビネーションナット２２を分離しないように手指によって一体的に保持するか、望ましくは容易に破断可能な外装体、あるいは容易に剥離可能な接続部材又は接着剤などの周知の手段によって連結固定して一体的に保持するのが取り扱い上望ましい。

【0033】

図４は集合体として一体的に保持されたコンビネーションナット２２の図（ｂ）中符号４Ｆで指示した部分の拡大模式図であり、上述の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂと双外円錐台形の内側ロックナット４０の組み合わせ状態の幾何学的関係を示すものである。既に説明したように、外側締結ナット２４Ａと２４Ｂの内円錐台形の嵌合凹部３０はその深さがＧ、母線角はθ（円錐角＝２θ）である。また外側締結ナット２４Ａと２４Ｂの内円錐台形の嵌合凹部３０の大端径はＤ２はである。また双外円錐台形の内側ロックナット４０はその各外円錐台形のロックナット部４０ａ、４０ｂのねじ軸Ｘ方向の高さがｇでその円錐角は嵌合凹部３０と同一で２θ（母線角θ）である。この円錐角２θ（母線角θ）の値は被締結体の締結構造、被締結体やねじ締結体の材質や幾何学的形状など及び双外円錐台形の内側ロックナット４０の弾性係数等の属性をファクターとして設定されるのが望ましく、また双外円錐台形の内側ロックナット４０の外円錐台形のロックナット部４０ａ、４０ｂの大端径ｄ２は内円錐台形の嵌合凹部３０の大端径Ｄ２よりも大きく設定されていること及び無負荷嵌合状態に於ける双外円錐台形の内側ロックナット４０の稜線４１を含む仮想的な面である大経端は、外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂのそれぞれの座面２９ｂからのねじ軸Ｘ方向の突出高さが値ｅだけ突出していることは既に述べたところである。図中符号ｔは第一及び第二の外側締結ナットの座面２９ｂが当接して、双外円錐台形の内側ロックナット４０の稜線４１が上下の内円錐台形の嵌合凹部３０内部に完全に包囲された時、即ち外円錐台形の内側ロックナット４０の稜線４１が外側締結ナットの座面２９ｂの当接面に一致する位置まで第二の外側締結ナット２４Ｂを締め付けた時に、双外円錐台形の内側ロックナット４０の小径端３５ａと外側締結ナットの内円錐台形の嵌合凹部３０の小径端３１ｂの間に残留する間隙深さである。この間隙深さｔは外側締結ナット２４Ａ及び２４Ｂの対向する座面２９ｂが当接した時に、双外円錐台形の内側ロックナット４０の雌ねじ４３が外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの雌ねじ２７との間に位相差が生じ締結ボルト１０と干渉するのを防止するために設けられる。

【0034】

集合体として一体化されたコンビネーションナット２２の締結前の準備作業としての締結ボルト１０への螺合位置付け作業と、それに引き続いて行われる締結及びロック作業について図５及び図６を参照して説明する。締結作業現場に於いてはねじ締結体１は、締結作業に先立ち被締結部材Ｍ１、Ｍ２の挿通孔１Ａ，２Ａに挿通された締結ボルト１０に、集合体として組合され一体化されたコンビネーションナット２２を螺合して、図５に示された締結前の準備位置（以下、締結前準備位置と表記する）に位置付ける。この締結前の準備位置においては、コンビネーションナット２２の第一の外側締結ナット２４Ａの、本実施例においては座面として作用する、頭部座面２９ａが被締結部材Ｍ１に接する位置に位置付けられ、第一と第二の外側締結ナット２４Ａと２４Ｂの内円錐台形の嵌合凹部３０と双外円錐台形の内側ロックナット４０のロックナット部４０ａと４０ｂが無負荷嵌合状態（図３参照）を維持するようにして、双外円錐台形の内側ロックナット４０と第一と第二の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂとが締結ボルト１０と螺合状態にある。

【0035】

このコンビネーションナット２２の締結前準備位置への位置付けは、図３に示されたように予め集合体として組み合わせたコンビネーションナット２２を手指で一体的に保持して被締結部材に挿通された締結ボルト１０に螺合して締結前準備位置に位置付けることも出来るし、必要によっては、コンビネーションナット２２を構成する三個の単体ナット部品である第一外側締結ナット２４Ａ、内側ロックナット４０及び第二外側締結ナット２４Ｂを個別にこの順序で締結ボルト１０に螺合して、最終的に一体化された集合体としてコンビネーションナット２２として締結前準備位置に位置付けることも出来る。望ましくは、後述するように、図３に示されたように予め組み合わせたコンビネーションナット２２の三個の単体ナット部品である第一外側締結ナット２４Ａ、内側ロックナット４０及び第二外側締結ナット２４Ｂを容易に破断可能な外装体等で包装し、単一化された集合体として被締結部材に挿通された締結ボルト１０に螺合し、締結前準備位置に位置付けることが出来る。

【0036】

コンビネーションナット２２の締結準備位置への位置付けに引き続いて、まず第一の外側締結ナット２４Ａを締付けて被締結部材Ｍ１、Ｍ２を所定の締め付け軸力（締結ボルト軸力）で締結する。締結作業は、トルク法や回転角法等の締め付け管理法のもとで行われるが、既存の締め付け工具や装置を用いて実施され、第一の外側締結ナット２４Ａを所定の締め付け軸力を得るために予め定められた締付けトルクで締付けて被締結部材Ｍ１とＭ２を締結ボルト１０の頭部１４の座面１５と第一の外側締結ナット２４Ａの頭部座面２９ａの間に緊締して締結する。例えばトルク法による締め付けでは、スパナ、一定のトルクで作動が止まるインパクトレンチ、一定の空気圧で一定時間作動する空圧式装置あるいは一定のトルクで油圧を作用させる油圧式装置などの締め付け工具や装置を使用して行うのが一般的である。

【0037】

被締結部材Ｍ１とＭ２の締結後、引き続き締結体１の回転緩みを防止のためのコンビネーションナット２２の締結ロック作業を行う。この回転緩み防止締結ロック作業は第二の外側締結ナット２４Ｂを締め付けることで簡単に達成される。すなわち、第一の外側締結ナット２４Ａの締結作業に採用された工具あるいは装置または類似の工具あるいは装置を使用して、第二の外側締結ナット２４Ｂを回転して締め付ける。第二の外側締結ナット２４Ｂは回転に伴ってそのねじ２７と締結ボルト１０のねじ２１との螺合を介してねじ軸Ｘ方向下方へ変位する。この第二の外側締結ナット２４Ｂのねじ軸Ｘ方向の変位に伴い、第二の外側締結ナット２４Ｂの嵌合凹部３０の内円錐台内壁面２８を介して上半部の外円錐台形のロックナット部４０ｂの外円錐台外壁面４８ｂにはねじ軸Ｘ方向の力に対して母線角θに応じた外力が加えられ、その結果、ロックナット部４０ｂは弾性変形して内径が減少する。同時進行的に第二の外側締結ナット２４Ｂの嵌合凹部３０の内円錐台内壁面２８と上半部のロックナット部４０ｂの外円錐台外壁面４８ｂとの間の摩擦力が漸増的に高くなり、その結果、上半部の外円錐台形のロックナット部４０ｂ、従って一体である下半部の外円錐台形のロックナット部４０ａを含む双外円錐台形の内側ロックナット４０全体が第二の外側締結ナット２４Ｂの回転に従動して回転して締結ボルト１０の雄ねじ２１との螺合を介してねじ軸Ｘ方向下方へ変位する。双外円錐台形の内側ロックナット４０全体のねじ軸Ｘ方向下方への変位、従って下半部分の外円錐台形のロックナット部４０ａのねじ軸Ｘ方向下方への変位により、第一の外側締結ナット２４Ａの嵌合凹部３０の内円錐台内壁面２８を介して下半部の外円錐台形のロックナット部４０ａの外円錐台外壁面２８ａに大きな外力が加えられてねじ軸Ｘに直交する方向に弾性変形して内径が減少する。内側ロックナット４０は対向する第一及び第二の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの嵌合凹部３０の内円錐台内壁面２８を介して上下両側から同時にほぼ等しい外力を受けるのでその弾性変形はねじ軸Ｘ方向に均一となる。

【0038】

上述した締結ロック作業は、第二の外側締結ナット２４Ｂの締め付けによるねじ軸Ｘ方向の変位が進み、図６に示すように第一及び第二の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの座面２９ｂが当接することによって達成される。締結ロック作業の達成状態においては、双外円錐台形の内側ロックナット４０は第一、第二の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの嵌合凹部３０で形成される閉鎖空間内に完全に包含される。図５及び図６から明らかなように、第一及び第二の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの座面２９ｂが当接するまでに要する第二の外側締結ナット２４Ｂのねじ軸Ｘ方向下方への変位距離は、コンビネーションナット２２が無負荷嵌合状態で集合体化された状態に於ける双外円錐台形の内側ロックナット４０の稜線４１（仮想大経端）が各外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの座面２９ｂから突出する突出高さｅ（図３（ｂ）及び図４参照）に等しい。第二の外側締結ナット２４Ｂが双外円錐台形の内側ロックナット４０の稜線４１の突出高さｅに等しい距離だけ変位すると、該内側ロックナット４０は締結ボルト１０とロック状態になる。締結ロック作業に於ける第二の外側締結ナット２４Ｂの変位距離と内側ロックナット４０と締結ボルト１０の間に発生するロック機序について模式的に示した図４及び図７（ａ）及び（ｂ）を参照して以下に詳述する。

【0039】

図７（ａ）は使用される締結ボルト１０と双外円錐台形の内側ロックナット４０が、例えばＪＩＳに規定されたねじ呼び径Ｍ１６の一般用メートルねじの場合の締結前準備位置に位置付けられたコンビネーションナット２２の双外円錐台形の内側ロックナット４０のねじ４３と締結ボルト１０のねじ２１の幾何学的相対位置関係を示す模式図である。ねじの呼び径がＭ１６のメートルねじの場合、締結ボルト１０のねじ２１と双外円錐台形の内側ロックナット４０のねじ４３のねじ山角δは共に６０°、従って、フランク角は３０°であり、コンビネーションナット２２と締結ボルト１０が互いに普通通りに螺合している場合のねじ２１及びねじ４３の対向する遊び側フランク２１ａ、４３ａの間には幅αの遊びが存在している。図中符号９は締結ボルト１０のねじ２１のねじ山の頂を、符号９ａ、９ｂはその側端縁を示している。

【0040】

図７（ａ）及び（ｂ）は締結ボルト１０と双外円錐台形の内側ロックナット４０が機械的にロックされる前後の状態を模式的に示している。内側ロックナット４０の弾性変形の結果、内側ロックナット４０の雌ねじ４３の遊び側と圧力側のフランク４３ａ、４３ｂが締結ボルト１０の雄ねじ２１のネジ山の頂９の側端縁９ａ、９ｂに係合して内側ロックナット４０の遊び側のフランク４３ａの塑性変形を惹起してねじ山２１の頂９の側端縁９ａが双外円錐台形の内側ロックナット４０の遊び側のフランク４３ａに食い込み状態となり、その結果双外円錐台形の内側ロックナット４０と締結ボルト１０は相対的回転が不能化され、両者は機械的にロックされる。図７（ｂ）中の符号Ｒはロック作業の工程に於いて、締結前準備位置に在る双外円錐台形の内側ロックナット４０のねじ４３の対向するフランク４３ａ、４３ｂの交点（ねじ４３の谷底）Ｓが、第二の外側締結ナット２４Ｂを締め付けてその座面２９ｂが第一の外側締結ナット２４Ａの座面２９ｂに当接して内側ロックナット４０が第一と第二の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの内円錐台形の嵌合凹部３０に嵌合して、上下の嵌合凹部３０で形成された閉鎖空間の内部に完全に包含された時の双外円錐台形の内側ロックナット４０の遊び側フランク４３ａに食い込み状態となり、その結果双外円錐台形の内側ロックナット４０の弾性変形による雌ねじ４３の遊び側フランク４３ａが締結ボルト１０の雄ねじ２１の遊び側のフランク２１ａに接した時（図７（ｂ）で点線にて示す）に、内側ロックナット４０のフランクの交点Ｓが締結ボルト１０のねじ２１の圧力側フランク２１ｂの延長線上を点Ｓ‘まで変位した時の交点Ｓのねじ軸Ｘに垂直な方向の変位距離を示している。図５（ｂ）から明らかなように、線分ＳＳ’の長さをＭ、フランク角をδ／２（ねじ山角δ）とすると、この変位距離Ｒ及び遊び幅αは共にＭ・ｃｏｓ（λ／２）で表されるから、変位距離Ｒと遊び幅αは等しい（Ｒ＝α）ことになる。

【0041】

また図４の双外円錐台形の内側ロックナット４０の稜線４１の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂからの突出高さｅと内側ロックナット４０の半径方向の弾性変形との関係を示す模式図において、図中符号ｒは第二の外側締結ナット２４Ｂの回転により、内側ロックナット４０がねじ軸Ｘ方向下方へ突出距離ｅに等しい距離だけ変位して、第一と第二の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの座面２９ｂが当接した時、内側ロックナット４０が弾性変形して生じる半径方向の変位距離を表し、この変位距離ｒはｅ・ｔａｎｇθで表されることは明らかである。

【0042】

締結後のロック作業の詳細を以下に説明する。コンビネーションナット２２が締結前準備位置に位置付けられた時、内側ロックナット４０の雌ねじ４３は図７（ａ）中実線で示され、コンビネーションナット２２の第二の外側締結ナット２４Ｂをその座面２９ｂが対向する第一の外側締結ナット２４Ａの座面２９ｂに当接した時、内側ロックナット４０の雌ねじ４３は図７（ｂ）では点線で示され示されている。締結ロック作業において、締結前準備位置に位置付けられたコンビネーションナット２２の第二の外側締結ナット２４Ｂを締め付けると、既に説明したように、第二の外側締結ナット２４Ｂは締結ボルト１０との螺合を介して締め付け回転角度に応じてねじ軸Ｘ方向下方に変位し、上半部のロックナット部４０ｂの内円錐台形の嵌合凹部３０への強い嵌合を引き起こし、内円錐台形の嵌合凹部３０の内円錐台内壁面２８と上半部のロックナット部４０ｂの外円錐台外壁面４８ａとの間に強い摩擦力を発生する。この第二の外側締結ナット２４Ｂの締め付け回転により、強い摩擦力で第二の外側締結ナット２４Ｂに係合している上半部のロックナット部４０ｂは双外円錐台形の内側ロックナット４０全体を従属回転させてねじ軸Ｘ方向の変位を惹起する。双外円錐台形の内側ロックナット４０全体の従属回転は同時に、下半部のロックナット部４０ａの第一の外側締結ナット２４Ａの内円錐台形の嵌合凹部３０への嵌入を惹起する。

【0043】

この上下半部の外円錐台形のロックナット部４０ａ、４０ｂのそれぞれ第一及び第二の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂへの嵌入は随伴的に双外円錐台形の内側ロックナット４０全体の直径方向（ねじ軸Ｘに直交する方向）の弾性変形を引き起こす。この弾性変形の起因となる外力は、第一及び第二の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂを締付ける軸Ｘ方向の負荷であり、この負荷が第一及び第二の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの嵌合凹部３０の傾斜内壁面２８によりその母線角θに応じてねじ軸Ｘの方向に向かう力である。そして、この弾性変形により内側ロックナット４０の内径が減縮される。内側ロックナット４０は対向する第一及び第二の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの嵌合凹部３０の内円錐台内壁面２８を介して内側ロックナット４０の外円錐台の傾斜外壁面４８ｂ、４８ｂから同時に均等な外力を受けるのでその弾性変形はねじ軸Ｘ方向に均一である。

【0044】

既に説明したように、締結ロックのための第二の外側締結ナット２４Ｂの回転で生じる内側ロックナット４０の弾性変形により生じる対向するフランク４３ａ、４３ｂの交点Ｓのねじ軸Ｘに直交する方向の変位距離Ｒは、内側ロックナット４０がねじ軸Ｘ方向に変位した時に生じる半径方向の変位距離ｒそのものであるから、ｒ＝Ｒ＝αという関係が成立する。また既に図４に関連して説明したように、第二の外側締結ナット２４Ｂがねじ軸Ｘ方向下方へ突出高さｅに等しい距離だけ変位して、その座面２９ｂが第一の外側締結ナット２４Ａの座面２９ｂに当接した時、内側ロックナット４０の弾性変形の結果生じる半径の変位距離ｒはα／ｔａｎθで表される。また、すでに述べた通り、内側ロックナット４０の弾性変形の結果生じる半径方向の変位距離ｒと締結ボルト１０が互いに螺合している場合の雄ねじ２１及び雌ねじ４３の対向する遊び側フランク２１ａ、４３ａの間には遊び幅αのとは等しい（ｒ＝α）関係にあるので、三個の単体ナット部品を無負荷嵌合状態に組合せて集合体としたコンビネーションナット２２の双外円錐台形の内側ロックナット４０の稜線４１の外側締結ナット２４Ａ，２４Ｂの座面２９ａ、２９からの突出高さｅはｅ＝α／ｔａｎｇθで規定することが出来る。

【0045】

以上の説明から解るように、コンビネーションナット２２の組み立て集合体に於ける双外円錐台形の内側ロックナット４０の稜線４１の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの座面２９ａ、２９ｂからの突出高さｅを下記数式１で規定するように、α／ｔａｎθより小さくなく、かつ双外円錐台形の内側ロックナット４０のねじのピッチｐ未満の値に設定管理すれば、締結前準備位置に位置付けられたコンビネーションナット２２の第二の外側締結ナット２４Ｂの３６０°以下の締め付け回転操作で締結ボルト１０と内側ロックナット４０の間に強固で信頼性の高い機械的ロック状態を容易に実現することが出来る。

【0046】

【数1】

【0047】

ＪＩＳのねじ呼び径がＭ１６の締結ボルト１０と三個の個別ナットで構成された本発明のコンビネーションナット２２を使用してねじ締結体１を構成する場合の具体的数値例を示すと以下の如くである。第一及び第二の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの高さ１３ｍｍ、二面幅２．４ｍｍ、内円錐台形の嵌合凹部３０の円錐角２θが２２°（母線角１１°）、深さ５．０ｍｍ、大端径１９．７８６ｍｍ，小端径１８．０ｍｍ，また双外円錐台形の内側ロックナット４０のロックナット部の高さ９．７ｍｍ、大径端（稜線）４１の外径２０．０ｍｍ、スリット状開口４５の幅２．０ｍｍの場合、締結ボルト１０と内側ロックナット４０の螺合時のフランク間の遊び幅αは０．０５ｍｍであるから、内側ロックナット４０の大径端（稜線）４１の第一及び第二の外側締結ナット２４Ａ，２４Ｂの座面２９ｂからの突出高さｅは約０．２５ｍｍとなる。

【0048】

このコンビネーションナット２２の双外円錐台形の内側ロックナット４０と締結ボルト１０とのそれぞれの雌ねじ４３と雄ねじ２１との間の機械的ロックのためにフランクの塑性変形を惹起するのに要する第二外側締結ナット２４Ｂの必要な最小回転角λはねじの呼び径Ｍ１６のネジのピッチをｐとして次の数式２で表すことが出来る。

【0049】

【数2】

【0050】

本例では呼び寸法Ｍ１６のねじピッチは２ｍｍであるから第二の外側締結ナット２４Ｂの必要最小回転角λは約４６°となる。従って図５に示される締結準備位置に位置付けられた第一の外側締結ナット２４Ａを所定の締め付けトルクで締め付けて被締結部材Ｍ１，Ｍ２を締結固定した後、スパナ等の締結用具を使用して第二の外側締結ナット２４Ｂを締め付けてコンビネーションナット２２のロック状態を具現しようとする場合、上側の第二の外側締結ナット２４Ｂを最小値で約４６°の回転操作をすれば内側ロックナット４０と締結ボルト１０との機械的ロックが達成される。コンビネーションナット２２の内側ロックナット４０と締結ボルト１０との機械的ロックが達成されたとき、各外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの嵌合凹部３０の内円錐台の低壁である小径端３１ａと内側ロックナット４０の小径端３５ａとの間には嵌合凹部３０の内円錐台の深さＧと内側ロックナット４０の上下半部の外円錐台形のロックナット部４０ａ、４０ｂの高さｇとの差（Ｇ－ｇ）にほぼ等しい深さｔの間隙が形成される。

【0051】

第二の外側締結ナット２４Ｂを締め付けてその座面２９ｂが第一の外側締結ナット２４Ａの座面２９ｂに接触した後、追加的に第二の外側締結ナット２４Ｂを回転角４６°を超えて回転操作すれば、螺合している内側ロックナット４０の雌ねじ４３と締結ボルト１０の雄ねじ２１との間に滑りが生じ、第二の外側締結ナット２４Ｂのフランクは締結ボルト１０のねじ山の頂９にさらなる塑性変形を惹起して杭子に領が増大するので、内側ロックナット４０と締結ボルト１０間にはより強固な機械的ロックが達成される。

【0052】

更に第二の外側締結ナット２４Ｂを締め付けてその座面２９ｂが第一の外側締結ナット２４Ａの座面２９ｂに当接して第二の外側締結ナット２４Ｂを締め付けが完了すると、締結ボルト１０と内側ロックナット４０との機械的ロックが達成され、同時に副次的作用として、各外側締結ナット２４Ａ，２４Ｂの内円錐台形の嵌合凹部３０の傾斜内壁面２８は弾性変形した内側の双外円錐台形のロックナット４０の傾斜外壁面４８ａ、４８ｂの高い弾性復元力により両側壁面間に高摩擦力が生じるので、各外側締結ナット２４Ａ，２４Ｂは外的振動などに起因して起きる可能性のある戻り回転の発生を抑制するのに寄与し、同時に、第一と第二の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの座面２９ｂ同士の強い接触により、両座面間に高摩擦力が生じ、外側締結ナット２４Ａ，２４Ｂは所謂ダブルナットと同様の作用によって、各外側締結ナット２４Ａ，２４Ｂが外的振動などに起因して戻り回転することを抑制する。このように、コンビネーションナット２２は戻り回転防止機能が複合的に作用して、その結果戻り回転を伴うねじ締結体の緩み防止機能を高い信頼性をもって実現することができる。

【0053】

本発明のコンビネーションナット２２の性能評価のために、試験用に製作した上記実施例中に具体例として例示したコンビネーションナット２２をＮＡＳ（米国航空規格）３３５０に準拠した加速振動試験機によってねじの緩み評価試験を実施した。試験条件は以下のとおりである。
試験用コンビネーションナット：
試験コンビネーションナットの種類：Ｍ１６鋼製ナット
ねじ締結トルク：１８６Ｎ．ｍ；１００Ｎ．ｍ；８４．３Ｎ．ｍ
ねじ締結体固定治具：ＮＡＳ３３５０に準拠する試験用治具
ＮＡＳ３３５０に準拠する試験環境：
振動数：３０Ｈｚ 動方向：ボルト軸直角方向
振動幅：１１．４＋／－０．４ｍｍｐ－ｐ 衝撃幅：１９ｍｍ
振動時間：１６分４０秒（振動回数３０．０００回相当）
上記緩み評価試験の結果、締めつけトルクが１８６Ｎ．ｍ、１００Ｎ．ｍ及び８４．３Ｎ．ｍの試験条件の場合について実施した緩み評価試験では、試験中も試験後もコンビネーションナットには緩みの発生は全く認められなかった。さらに、試験後の緩みトルク測定においては締めつけトルクが１００Ｎ．ｍの場合の緩みトルクは１００Ｎ．ｍであった。この試験結果は、ねじ呼び径Ｍ１６のナットに全く回転緩みが生じない締め付けトルクの最小値が８４．３Ｎ．ｍ以上でわない事を実証しており、本発明のコンビネ ーションナットがその信頼性の高い緩み防止機能を発現するために必要な締めつけトルクが如何に低いかを明確に示している。

【実施例2】

【0054】

図６は本発明の他の実施例を示すものであり、締結作業現場において締結作業を最も効率的に容易かつ安全に行うことを可能とするものである。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示された無負荷嵌合状態に組み合わされたコンビネーションナット２２の集合体は、その軸方向の両端が開口した薄いビニル樹脂製の筒状外装体１００で包装されている。この筒状外装体１００には両側の解放端縁１０１の間に延在する二本の平行なミシン目１０２が穿設されていると共に、ミシン目１０２の間の一方の解放端縁１０１の中央部には摘み用の突片１０３が形成されている。筒状外装体１００はコンビネーションナット２２の集合体が挿入された筒状外装体１００は熱収縮により収縮させてコンビネーションナット２２の三個の単体ナット部品２４Ａ、４０及び２４Ｂを固定する。

【0055】

筒状外装体１００に包装されたコンビネーションナット２２は、その全体を手指で保持しつつ締結ボルト１０に螺合されて締結前準備位置に位置付けられる。この時、コンビネーションナット２２はいずれの端部側から締結ボルト１０に螺合しても良い。締結前準備位置に位置付けられたコンビネーションナット２２の筒状外装体１００は、その摘み用の突片１０３を摘まんで平行なミシン目１０２に沿って引き裂くことによって容易に取り除くことができる。このように筒状外装体１００で外装されたコンビネーションナット２２は、締結作業現場で包装されたまま集合体全体を一度の螺合操作で締結前準備位置に螺合位置付けすることが出来、被締結部材側の第二外側締結ナット２４Ａを締付けて締結作業を行った後に、反対側の第二外側締結ナット２４Ａを締付けることによってコンビネーションナット２２の緩み防止機能を簡単かつ迅速に有効化することが出来る。

【0056】

コンビネーションナット２２の三個の単体ナット部品２４Ａ、４０及び２４Ｂを外装して集合体として一体化する場合、内側ロックナット４０の稜線４１の外側締結ナット２４Ａ、２４Ｂの座面２９ｂからの突出高さｅを微小量大き目にして組み合わせて外装固定するのが望ましい。集合体として外装されたまま締結ボルト１０に螺合する時に隣接するナットのねじの位相にずれが生じると、隣接するねじ部分が干渉し合ってしまいそれ以上のスムーズな螺合が困難になることを防ぐためである。このように内側ロックナット４０の稜線４１の突出高さｅが規定値よりも大きなコンビネーションナット２２の場合は、筒状外装体１００を取り除いた後にほぼ無負荷嵌合状態に微調整すればよい。

【0057】

コンビネーションナット２２の三個の単体ナット部品２４Ａ、４０及び２４Ｂを組み合わせて集合体として一体化するには、筒状外装体１００以外に、コンビネーションナット２２の内側ロックナットを中間に挟み込んだ両側の外側締結ナット２４Ａと２４Ｂが連結固定されていれば良く、例えば連結部材を両側の外側締結ナットの側面に剥離可能に接着して外側締結ナット２４Ａと２４Ｂを連結固定して単一の集合体することもできる。あるいは、集合体とされた両側の外側締結ナット２４Ａと２４Ｂと内側ロックナット４０とのそれぞれをその境界部の接触線に沿って剥離可能な接着剤によって連結固定することもできる。剥離可能な連結部材を用いる場合には、筒状外装体１００を用いる場合と同様に集合体全体を一度の螺合操作で締結前準備位置に螺合位置付けした後に連結部材を剥離した上で、外側締結ナットを締付けてコンビネーションナット２２の緩み防止機能を迅速に有効化することが出来る。また、外側締結ナット２４Ａと２４Ｂを内側のロックナット４０との境界部の接触線に沿って接着剤によって連結固定した場合には、集合体全体を一度の螺合操作で締結前準備位置に螺合位置付けした後に接着剤を剥離することなく連結固定されたまま第二の外側締結ナットを締付けてコンビネーションナット２２の緩み防止機能を迅速に有効化することが出来る。

【0058】

また上記実施例においては、ねじ呼び径Ｍ１６という比較的大型のねじ締結体について説明したが、本発明のコンビネーションナット２２のねじ呼び寸径の大小によらず適用することができるものであり、また特殊な目的にあわせて制作された非規格ねじにも同様に適用することができる。

【0059】

以上の実施例１及び２は本発明のコンビネーションナット２２を被締結部材をねじ軸方向に固定結合する場合のねじ締結体に適用された例であるが、本発明のコンビネーションナット２２は、例えばそれ自体が振動するロボットのアームの関節部のように、枢軸に回転可能に枢着されかつ枢軸方向への往復動する関節部材の往復動許容範囲を規制するための位置規制部材あるいは往復動範囲規制装置としても適用することできる。

【符号の説明】

【0060】

１ ねじ締結体
１０ 締結ボルト
２１ 締結ボルトの雄ねじ
２２ コンビネーションナット
２４Ａ、 第一の外側締結ナット
２４Ｂ 第二の外側締結ナット
２９ａ、２９ｂ 座面
３０ 嵌合凹部
４０ 内側ロックナット
４０ａ、 下半部のロックナット部
４０ｂ 上半部のロックナット部
４３ 内側ロックナットの雌ねじ
４１ 内側ロックナットの稜線（大経端）
４５ スリット状開口
１００ 外装体
Ｇ 内円錐台形の嵌合凹部の軸方向深さ
ｇ 外円錐台形のロックナット部の軸方向高さ
Ｄ１ 内円錐台形の嵌合凹部の小端径
Ｄ２ 内円錐台形の嵌合凹部の大端径
ｄ１ 外円錐台形のロックナット部の小端径
ｄ２ 外円錐台形のロックナット部の大端径
α フランク間遊び幅
θ 円錐台の母線角
ｅ 外円錐台形のロックナット部の稜線の突出高さ
ｒ 外円錐台形のロックナット部の弾性変位距離
ｐ ねじ締結体のねじピッチｒ
λ 第二の外側締結ナットの２４Ｂの必要最小回転角

【要約】      （修正有）

【課題】戻り回転を伴うねじ締結体の緩みを防止するロック機能を有するコンビネーションナットにおいて、被締結部材の強固な締結とねじ締結体の強固なロックを低い締め付けトルクと簡単な締付け操作で達成する。
【解決手段】内円錐台形の嵌合凹部が形成され、該嵌合部が対向するように配置した一対の外側締結ナット２４Ａ，２４Ｂと、外円錐台形のロックナット部がその大経端を共有するように倒置対称形に一体形成された内側ロックナットとよりなり、前記内側ロックナットのロックナット部を前記嵌合凹部に嵌合させた時、前記内側ロックナットの共有大経端が前記嵌合凹部の大経端から下記数式１を満足する所定の高さｅだけねじ軸方向に突出する。下記数式において、締結用のナットとボルトの螺合時の遊び側フランクの幅をα、嵌合凹部及ロックナット部の母線角をθ及び締結体のピッチをｐとする。
［数１］

【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】