特許 7128500 ワッシャー締結構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-23

(45)【発行日】2022-08-31

(54)【発明の名称】ワッシャー締結構造

(51)【国際特許分類】

   F16B 43/00 20060101AFI20220824BHJP

   F16B 31/06 20060101ALI20220824BHJP

【ＦＩ】

F16B43/00 Z

F16B31/06 Z

【請求項の数】 23

(21)【出願番号】P 2021527326

(86)(22)【出願日】2019-12-17

(86)【国際出願番号】 JP2019049481

(87)【国際公開番号】W WO2020261605

(87)【国際公開日】2020-12-30

【審査請求日】2021-10-18

(31)【優先権主張番号】P 2019117940

(32)【優先日】2019-06-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】391016680

【氏名又は名称】株式会社松尾工業所

(73)【特許権者】

【識別番号】507346889

【氏名又は名称】株式会社ｉＭｏｔｔ

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100108903

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 和広

(74)【代理人】

【識別番号】100123593

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 宣夫

(74)【代理人】

【識別番号】100208225

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 修二郎

(74)【代理人】

【識別番号】100217179

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 智史

(74)【代理人】

【識別番号】100087413

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 哲次

(72)【発明者】

【氏名】松尾 誠

(72)【発明者】

【氏名】林田 興明

(72)【発明者】

【氏名】岩本 喜直

【審査官】土田 嘉一

(56)【参考文献】

【文献】特開平７－１６７１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平２－２５７１０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００２－８９５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－５４０１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｂ ４３／００

Ｆ１６Ｂ ３１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基体（５）側から延びるボルト（３）が被締結物（２）とワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）に挿通され、前記ボルト（３）とナット（４）で前記ワッシャー（１）を用いて前記被締結物（２）を基体（５）に締結するワッシャー締結構造であって、
前記ボルト（３）、前記ワッシャー（１）、前記ナット（４）及び前記ワッシャー締結構造は、共通の軸線及び軸線方向（以下単に「前記軸線」及び「軸線方向」ともいう。）及び前記軸線に垂直な半径方向（以下単に「前記半径方向」ともいう。）を有し、
前記半径方向において、前記軸線に近い側を内側、前記軸線から遠い側を外側とし、
前記被締結物（２）から前記ワッシャー（１）へ、前記ワッシャー（１）から前記ナット（４）へ向かう方向を上、上側又は上方向、その反対方向を下、下側又は下方向として、
前記ナット（４）は、前記半径方向に延在する平坦な下平面（４ｗ）と、内径側に前記軸線方向に延びるねじとを有し、前記ねじは、交互にねじ山とねじ谷とからなり、ねじピッチｐを有し、
前記ワッシャー（１）は、ワッシャー本体（１ｂ）と前記ワッシャー本体（１ｂ）を貫通する前記ボルト穴（１ｈ）とを有し、
前記ワッシャー本体（１ｂ）は、前記ナット（４）側で前記半径方向に延在する平坦な上平面（１ｕ）と、前記被締結物（２）側で前記半径方向に延在する平坦な下平面（１ｗ）と、前記ボルト穴（１ｈ）を画定する前記軸線に平行なボルト穴内周面（１ｉ）とを有し、
前記ワッシャー（１）は、前記上平面（１ｕ）から前記下平面（１ｗ）までの厚さ（Ｔ）を有し、
前記ワッシャー本体（１ｂ）は、前記ボルト穴（１ｈ）の前記軸線を中心とする同心円環状である応力非伝達空間（１ｓ）を有し、
前記応力非伝達空間（１ｓ）は、前記ボルト穴（１ｈ）に開口し、
前記応力非伝達空間（１ｓ）は、前記ボルト穴（１ｈ）に開口するとともに、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記上平面（１ｕ）にも開口する第一応力非伝達空間（１１ｓ）であり、
前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、前記ワッシャー（１）の前記軸線を含む縦断面において、
・前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記上平面（１ｕ）の延長線を第一境界線（Ｂ１）とし、前記ボルト穴内周面（１ｉ）の延長線を第二境界線（Ｂ２）とし、前記第一境界線（Ｂ１）より下側かつ前記第二境界線（Ｂ２）より前記半径方向外側にあり、前記第一境界線（Ｂ１）上にある位置Ｐｔと前記第二境界線（Ｂ２）の位置Ｐｈとを結ぶ線を第三境界線（Ｂ３）とする空間であり、
・前記第一境界線（Ｂ１）が前記第二境界線（Ｂ２）と交わる位置をＰｏとし、前記位置Ｐｏから前記位置Ｐｈまでの前記軸線方向の距離Ｌｈは、前記ナット（４）の前記ねじピッチｐの０．０１倍以上から、前記ワッシャー（１）の前記厚さＴの９９％以下の範囲にあり、
前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、前記縦断面における前記第一境界線（Ｂ１）、前記第二境界線（Ｂ２）及び前記第三境界線（Ｂ３）で囲まれた前記空間を、前記ワッシャー（１）の前記軸線を中心として回転して形成される同心円環状の三次元形状の空間であり、
前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、前記ボルト穴（１ｈ）の内周面（１ｉ）から前記半径方向の外側に最も遠い位置をＰｓとして、前記位置Ｐｓから前記ナット（４）のねじ谷底を結ぶ線の延長線（４ｅ）までの前記半径方向の距離Ｌｓは、前記ナット（４）の前記ねじピッチｐの１倍以上、６倍以下の長さの範囲にある、
（以下、前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）を有するワッシャー締結構造を「態様Ａ］という。）、
ことを特徴とするワッシャー締結構造。

【請求項5】

基体（５）側から延びるボルト（３）が被締結物（２）とワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）に挿通され、前記ボルト（３）とナット（４）で前記ワッシャー（１）を用いて前記被締結物（２）を基体（５）に締結するワッシャー締結構造であって、
前記ボルト（３）、前記ワッシャー（１）、前記ナット（４）及び前記ワッシャー締結構造は、共通の軸線及び軸線方向（以下単に「前記軸線」及び「軸線方向」ともいう。）及び前記軸線に垂直な半径方向（以下単に「前記半径方向」ともいう。）を有し、
前記半径方向において、前記軸線に近い側を内側、前記軸線から遠い側を外側とし、
前記被締結物（２）から前記ワッシャー（１）へ、前記ワッシャー（１）から前記ナット（４）へ向かう方向を上、上側又は上方向、その反対方向を下、下側又は下方向として、
前記ナット（４）は、前記半径方向に延在する平坦な下平面（４ｗ）と、前記軸線方向に延びるねじとを有し、前記ねじは、交互にねじ山とねじ谷とからなり、ねじピッチｐを有し、
前記ワッシャー（１）は、ワッシャー本体（１ｂ）と前記ワッシャー本体（１ｂ）を貫通する前記ボルト穴（１ｈ）とを有し、
前記ワッシャー本体（１ｂ）は、前記ナット（４）側で前記半径方向に延在する平坦な上平面（１ｕ）と、前記被締結物（２）側で前記半径方向に延在する平坦な下平面（１ｗ）と、前記ボルト穴（１ｈ）を画定する前記軸線に平行なボルト穴内周面（１ｉ）とを有し、
前記ワッシャー（１）は、前記上平面（１ｕ）から前記下平面（１ｗ）までの厚さ（Ｔ）を有し、
前記ワッシャー本体（１ｂ）は、前記ボルト穴（１ｈ）の前記軸線を中心とする同心円環状である応力非伝達空間（１ｓ）を有し、
前記応力非伝達空間（１ｓ）は、前記ボルト穴（１ｈ）に開口し、
前記応力非伝達空間（１ｓ）は、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記上平面（１ｕ）には開口しない第二応力非伝達空間（１２ｓ）であり、
前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、前記ワッシャー（１）の前記軸線を含む縦断面において、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記ボルト穴内周面（１ｉ）の位置Ｐ１から、前記半径方向外側に延在し、前記ボルト穴内周面（１ｉ）の位置Ｐ２に至る又は前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記下平面（１ｗ）の位置Ｐ３に至る線を第四境界線（Ｂ４）とし、前記ボルト穴内周面（１ｉ）の延長線を第五境界線（Ｂ５）とし、又はさらに前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記下平面（１ｗ）の延長線を第六境界線（Ｂ６）とする空間であり、
前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記上平面（１ｕ）から、前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）までの前記軸線方向の最短寸法である庇部最小厚さ（Ｔｈ）は、ワッシャー（１）の厚さＴの１％以上であり、
前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、前記縦断面における前記第四境界線（Ｂ４）と前記第五境界線（Ｂ５）、又は前記第四境界線（Ｂ４）と前記第五境界線（Ｂ５）と前記第六境界線（Ｂ６）で囲まれた前記空間を、前記ワッシャー（１）の前記軸線を中心として回転して形成される同心円環状の三次元形状の空間であり、
前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、前記ボルト穴（１ｈ）の内周面（１ｉ）から前記半径方向の外側に最も遠い位置をＰｓとして、前記位置Ｐｓから前記ナット（４）のねじ谷底を結ぶ線の延長線（４ｅ）までの前記半径方向の距離Ｌｓは、前記ナット（４）の前記ねじピッチｐの１倍以上、６倍以下の長さの範囲にあり、
前記ナット（４）の外周寸法Ｄ’は、前記ナット（４）の内径をＤｎとし、前記距離ＬｓをＬｓとするとき、（Ｄ’／２）^２－（Ｄｎ／２＋Ｌｓ）^２≧ｋ（Ｄｎ／２）^２（式中、ｋ＝２．５）を満たす、
（以下、前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）を有するワッシャー締結構造を「態様Ｂ］という。）、
ことを特徴とするワッシャー締結構造。

【請求項10】

平行な第一及び第二平面（１ｕ、１ｗ）を有するワッシャー本体（１ｂ）と、前記ワッシャー本体（１ｂ）を貫通し前記第一及び第二平面（１ｕ、１ｗ）に垂直な方向に延在するボルト穴（１ｈ）とを有するワッシャー（１）であって、前記ワッシャーは、前記ボルト穴（１ｈ）の軸線と、前記軸線に垂直な半径方向を有し、
前記ワッシャー本体（１ｂ）は、前記ワッシャー（１）の前記軸線を含む縦断面において、前記ボルト穴（１ｈ）に開口しかつ前記半径方向に延在する応力非伝達空間（１ｓ）を有し、
前記応力非伝達空間（１ｓ）は、前記ボルト穴（１ｈ）の前記軸線を中心とする同心円環状であり、
前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記応力非伝達空間（１ｓ）は、前記ワッシャー（１）の前記縦断面において、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記ボルト穴の内周面（１ｉ）から前記半径方向の外側に最も遠い前記応力非伝達空間（１ｓ）の位置をＰｓとして、前記位置Ｐｓから、前記ボルト穴（１ｈ）の前記軸線に平行な内周面又はその延長線までの前記半径方向の距離Ｌが、
０．５ｐ≦Ｌ≦５．０ｐ
（式中、前記ボルト穴（１ｈ）の直径をＲとし、Ｒ及びｐの単位はｍｍであり、
Ｒが１．９以下のときｐは０．２であり、
Ｒが１．９を超え２．４以下のときｐは０．２５であり、
Ｒが２．４を超え３．７以下のときｐは０．３５であり、
Ｒが３．７を超え５．５以下のときｐは０．５であり、
Ｒが５．５を超え７．５以下のときｐは０．７５であり、
Ｒが７．５を超え９．５以下のときｐは１．０であり、
Ｒが９．５を超え１３以下のときｐは１．２５であり、
Ｒが１３を超え２３以下のときｐは１．５であり、
Ｒが２３を超え３４以下のときｐは２であり、
Ｒが３４を超え４０以下のときｐは３であり、
Ｒが４０を超え１５０以下のときｐは４である。）
を満たし、
前記ワッシャー（１）の前記軸線に平行な方向から視た平面図において、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記第一平面（１ｕ）の外周に内接する円の直径をＤ、前記ボルト穴（１ｈ）の直径をＲとし、前記距離ＬをＬとするとき、（Ｄ／２）^２－（Ｒ／２＋Ｌ）^２≧ｋ（Ｒ／２）^２（式中、ｋ＝２．５）である、
ことを特徴とするワッシャー。

【請求項11】

前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記第二平面（１ｗ）から前記第一平面（１ｕ）に向かう方向を上、上側又は上方向、その反対方向を下、下側又は下方向として、
前記ワッシャー（１）の前記縦断面において、前記応力非伝達空間（１ｓ）が、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記第一平面（１ｕ）にも開口する第一応力非伝達空間（１１ｓ）であり、
前記ワッシャー本体（１ｂ）は、前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）より前記下側で、前記ボルト穴（１ｈ）の前記軸線に平行な内周面まで延在している、
（以下、前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）を有するワッシャー締結構造を「態様Ａ］という。）
請求項１０に記載のワッシャー。

【請求項13】

前記態様Ａの前記ワッシャー（１）であって、前記ワッシャー（１）の前記縦断面において、
・前記ワッシャー本体（１ｂ）と前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）との境界線（Ｂ３）は、前記ワッシャー本体（１ｂ）が前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）を有していない形状であると仮定して、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記上平面に仮想ナットによる締結力を加えたときに前記ワッシャー本体（１ｂ）に形成されるミーゼス相当応力分布において、前記上平面（１ｕ）が前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）と接する位置から、前記上平面（１ｕ）に垂直な前記下方向に加わるミーゼス相当応力値を基準値として、その基準値の９５％のミーゼス相当応力値の応力分布曲線よりも、前記ボルト穴（１ｈ）側にあり、かつ、
・前記ワッシャー本体（１ｂ）と前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）との前記第三境界線（Ｂ３）は、曲線又は曲線と直線で構成され、角部がない、応力集中緩和線である、請求項１１又は１２に記載のワッシャー。

【請求項14】

前記ワッシャー（１）の前記縦断面において、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記第一平面（１ｕ）が、前記ボルト穴（１ｈ）の前記軸線に平行なボルト穴内周面（１ｉ）まで延在して、前記ワッシャー本体（１ｂ）が前記第一平面（１ｕ）の前記上側に庇部（１ｐ）を形成し、前記応力非伝達空間（１ｓ）が、前記庇部（１ｐ）の前記下側に存在する第二応力非伝達空間（１２ｓ）である、
（以下、前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）を有するワッシャー締結構造を「態様Ｂ］という。）
請求項１０に記載のワッシャー。

【請求項23】

金型、切削工具、切削刃具、またはこれらの組み合わせを使用して、成形加工をする、請求項２２に記載のワッシャーの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、適正に締め付けられたボルト・ナット締結体において使用されるワッシャーの改良に関するものであり、ボルトのねじ山負荷分担率が最大となる噛合第一ねじ山の負荷分担率を低下させることによりその谷底部からの疲労亀裂の破壊強度を向上させるワッシャーとその製造方法に関するものである。本発明のワッシャーの改良により、ボルトの噛合第一ねじ山の負荷分担率を低下させるだけでなく、各ねじ山の負荷分担率の平準化に効果があり、ボルトのねじ部からの疲労破断強度を高めることができる。

【背景技術】

【0002】

様々な構造物の締結にはボルト、ナットとワッシャーが使われている。自動車、船舶、建築、鉄道車両、土木機械、各種工作機械などあらゆる機器で使用されている。この締結部材では噛合い一山目のボルトねじ谷底（図４、ボルトの※部）を起点とする疲労破壊が問題となることが多く、疲労破壊対策としてボルトの強度向上に注力されてきた。この噛合い一山目の静的締結力及び外力に起因する過大な負荷が知られているが、噛合い一山目のボルトねじ谷底部の疲労強度を向上させる目的でワッシャーの構造についての検討はなされてこなかった。

【0003】

図１は、従来方式のボルト、ナット、ワッシャーによる被締結物締結を示す縦断面図である。１はワッシャー、２は被締結物、３はボルト、４はナット、５は基体、４ｏはナットねじ山の開放側（矢の向きがねじを緩める方向）、４ｃはナットねじ山の締結側（矢の向きがねじを締め付ける方向）を示す。

【0004】

ボルト、ナット、ワッシャーの従来方式の締結について、本発明者が有限要素解析（ＦＥＭ解析）により検証した７山を持つフランジナットでの負荷分担率の数値は１山目３５．６％であり、２山目は２０．８％、３山目は１４．４％、４山目は１１．０％、５山目は８．６％、６山目は５．９％、７山目は３．９％と、ねじ山の開放側に向かって急激に負荷分担が下がることも確認され（図４，９参照）、多くの報告と一致する負荷分担率となっている。

【0005】

ワッシャーに関してはＪＩＳ,ＩＳＯなどの規格があり、主たる規定はサイズ（寸法）、硬度、平行度、幾何公差であり、形状に関しては断面が矩形のリングであり、一部最外周面が斜めに面取りされているものが有る程度である（非特許文献１）。

【0006】

従来方式のワッシャーの構造・形状に関しては、「有害なバリが無い事」程度であって、実際にプレス加工で作られたものには面取りやバリ取りの指示が不明確な状況である。この様に従来方式ワッシャーでは、求められる機能にナットやボルトに入る力の流れを改良するような機能を持つことは全く期待されてこなかった。単にナット座面が被締結物に沈みこまない、被締結物の表面性状の影響をナットの回転に影響を及ぼさないなどの機能を求められているにとどまっていた。

【0007】

特許文献１には，噛合い端ねじ谷底に発生する応力集中を低減し，耐遅れ破壊性，耐疲労特性に優れた高力ボルト，ナットおよび座金（ワッシャー）のセットが示されている。ナットの径中心側に突出部を設け，その突出部が定常時に被締結体に接触しないような高さを持つ座金とし，座金のナットと接する部分は，座金とナットの突出部が干渉しない形状とし，座金のナットと接する中心側コーナーは直線的な切り欠き部の例が図示されている。しかし，特許文献１は、径中心側に突出部を設けた特殊なナットに特徴があり、座金はその特殊なナットを補完するセット部品であり、座金単体では有用性がないものである。特許文献１の座金の内周面はボルトの軸を位置合わせ（センタリング）するものではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２００３－４０１６号公報

【非特許文献】

【0009】

【文献】ISO7089～7094：2000、887：2000、JIS B 1256：2000

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

従来のワッシャーの場合では、ボルト軸方向の力（初期締め付け軸力：平均応力、軸方向外力：変動応力）に対して、ナット側の力の流れが噛合第１ねじ山に最も集中し、噛合第２ねじ山以降で急激に低下する不均一な力の流れ特性を示す。本発明のワッシャーの場合は、被締結物、ワッシャー、ナット間の力の流れをできる限りナットの外周側に広く配置させることにより力の流れを各噛合ねじ山に広く分布させ、噛合第１ねじ山への負荷集中を低下させる効果がある。この効果を実現するワッシャー締結構造を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、ワッシャー締結構造の最適化を行い、ナットに入る力の流入位置をナット座面の外周側に導くことにより、力をナットの開放側に多く向け、その結果ボルト、ナットの締結噛合い１山目への負荷を低減する目的に関しており、以下の発明の態様を提供する。

【0012】

（態様１）
被締結物（２）側から延びるボルト（３）が被締結物（２）とワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）に挿通され、前記ボルト（３）とナット（４）で前記ワッシャー（１）を用いて前記被締結物（２）を基体（５）に締結するワッシャー締結構造であって、
前記ボルト（３）、前記ワッシャー（１）、前記ナット（４）及び前記ワッシャー締結構造は、共通の軸線及び軸線方向（以下単に「前記軸線」及び「前記軸線方向」ともいう。）及び前記軸線に垂直な半径方向（以下単に「前記半径方向」ともいう。）を有し、
前記ワッシャー（１）は、ワッシャー本体（１ｂ）と前記ワッシャー本体（１ｂ）を貫通する前記ボルト穴（１ｈ）とを有し、
前記ワッシャー本体（１ｂ）は、前記ボルト穴（１ｈ）の前記軸線を中心とする同心円環状である応力非伝達空間（１ｓ）を有し、
前記応力非伝達空間（１ｓ）は、前記ボルト穴（１ｈ）に開口していることを特徴とするワッシャー締結構造。

【0013】

（態様２）
前記半径方向において、前記軸線に近い側を内側、前記軸線から遠い側を外側とし、
前記被締結物（２）から前記ワッシャー（１）へ、前記ワッシャー（１）から前記ナット（４）へ向かう方向を上、上側又は上方向、その反対方向を下、下側又は下方向として、
前記ナット（４）は、前記半径方向に延在する平坦な下平面（４ｗ）と、前記軸線方向に延びるねじとを有し、前記ねじは、交互にねじ山とねじ谷とからなり、ねじピッチｐを有し、
前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記応力非伝達空間（１ｓ）は、前記ワッシャー（１）の前記軸線を含む縦断面において、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記ボルト穴の内周面（１ｉ）から前記半径方向の外側に最も遠い位置をＰｓとして、前記位置Ｐｓから前記ナット（４）のねじ谷底を結ぶ線の延長線（４ｅ）までの前記半径方向の距離Ｌｓは、前記ナット（４）の前記ねじピッチｐの０．５倍を超え、６倍以下の長さの範囲にある、態様１に記載のワッシャー締結構造。

【0014】

（態様３）
前記ワッシャー本体（１ｂ）は、前記ナット（４）側で前記半径方向に延在する平坦な上平面（１ｕ）と、前記被締結物（２）側で前記半径方向に延在する平坦な下平面（１ｗ）と、前記ボルト穴（１ｈ）を画定する前記軸線に平行なボルト穴内周面（１ｉ）とを有し、
前記ワッシャー（１）は、前記上平面（１ｕ）から前記下平面（１ｗ）までの厚さ（Ｔ）を有し、
前記応力非伝達空間（１ｓ）は、前記ボルト穴（１ｈ）に開口するとともに、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記上平面（１ｕ）にも開口する第一応力非伝達空間（１１ｓ）であり、
前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、前記ワッシャー（１）の前記軸線を含む縦断面において、
・前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記上平面（１ｕ）の延長線を第一境界線（Ｂ１）とし、前記ボルト穴内周面（１ｉ）の延長線を第二境界線（Ｂ２）とし、前記第一境界線（Ｂ１）より下側かつ前記第二境界線（Ｂ２）より前記半径方向外側にあり、前記第一境界線（Ｂ１）上にある位置Ｐｔと前記第二境界線（Ｂ２）の位置Ｐｈとを結ぶ線を第三境界線（Ｂ３）とする空間であり、
・前記第一境界線（Ｂ１）が前記第二境界線（Ｂ２）と交わる位置をＰｏとし、前記位置Ｐоから前記位置Ｐｈまでの前記軸線方向の距離Ｌｈは、前記ナット（４）の前記ねじピッチｐの０．０１倍以上から、前記ワッシャー（１）の前記厚さ（Ｔ）の９９％以下の範囲にあり、
前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、前記縦断面における前記第一境界線（Ｂ１）、前記第二境界線（Ｂ２）及び前記第三境界線（Ｂ３）で囲まれた前記空間を、前記ワッシャー（１）の前記軸線を中心として回転して形成される同心円環状の三次元形状の空間である、
（以下、前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）を有するワッシャー締結構造を「態様Ａ］という。）
態様２に記載のワッシャー締結構造。本態様Ａの図面は図５～１２に対応する。

【0015】

（態様４）
前記態様Ａであって、前記縦断面において、前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）の前記第三境界線（Ｂ３）は、前記第一境界線（Ｂ１）から、少なくとも、前記軸線方向の深さが前記ねじピッチｐの０．１倍になるまでの領域では、曲線又は曲線と直線の組合せから構成されており、角部がない、応力集中緩和線である、態様３に記載のワッシャー締結構造。

【0016】

（態様５）
前記態様Ａであって、前記縦断面において、前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）の前記第三境界線（Ｂ３）は、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記上平面（１ｕ）にかかる締結力を、前記ワッシャー（１）の前記上平面（１ｕ）が前記位置Ｐｔから前記位置Ｐｏまで平坦であると仮定した前記ワッシャー（１）に対してかけたときに、上記仮定のワッシャー内に発生するミーゼス相当応力分布において、位置Ｐｔから垂直下方向にかかるミーゼス相当応力の大きさを基準にして、その相対応力が９５％である前記ボルト穴（１ｈ）側の応力分布線よりも、前記ボルト穴（１ｈ）側にある、態様３又は４に記載のワッシャー締結構造。

【0017】

（態様６）
前記ワッシャー本体（１ｂ）は、前記ナット（４）側で前記半径方向に延在する平坦な上平面（１ｕ）と、前記被締結物（２）側で前記半径方向に延在する平坦な下平面（１ｗ）と、前記ボルト穴（１ｈ）を画定する前記軸線に平行なボルト穴内周面（１ｉ）とを有し、
前記ワッシャー（１）は、前記上平面（１ｕ）から前記下平面（１ｗ）までの厚さ（Ｔ）を有し、
前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記応力非伝達空間（１ｓ）は、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記上平面（１ｕ）には開口しない第二応力非伝達空間（１２ｓ）であり、
前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、前記ワッシャー（１）の前記軸線を含む縦断面において、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記ボルト穴内周面（１ｉ）の位置Ｐ１から、前記半径方向外側に延在し、前記ボルト穴内周面（１ｉ）の位置Ｐ２に至る又は前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記下平面（１ｗ）の位置Ｐ３に至る線を第四境界線（Ｂ４）とし、前記ボルト穴内周面（１ｉ）の延長線を第五境界線（Ｂ５）とし、又はさらに任意に前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記下平面（１ｗ）の延長線を第六境界線（Ｂ６）とする空間であり、
前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記上平面（１ｕ）から、前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）までの前記軸線方向の最短寸法である庇部最小厚さ（Ｔｈ）は、ワッシャー１の厚さＴの１％以上であり、
前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、前記縦断面における前記第四境界線（Ｂ４）と前記第五境界線（Ｂ５）、又は前記第四境界線（Ｂ４）と前記第五境界線（Ｂ５）と前記第六境界線（Ｂ６）で囲まれた前記空間を、前記ワッシャー（１）の前記軸線を中心として回転して形成される同心円環状の三次元形状の空間である、
（以下、前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）を有するワッシャー締結構造を「態様Ｂ］という。）
態様２に記載のワッシャー締結構造。

【0018】

（態様７）
前記態様Ｂであって、前記縦断面において、前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記下平面（１ｗ）側にも開口し、前記第四境界線（Ｂ４）は、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記下平面（１ｗ）から前記軸線方向に対して２０度以内の角度で前記上方向に延び、前記軸線に対して仰角２０～２５度をなす直線と接する位置に至る立上部（Ｂｒ）と、前記軸線に対して仰角２０～２５度及び６５～７０度をなす２つの直線とそれぞれ接する位置の間を結ぶコーナー部（Ｂｃ）と、前記コーナー部から前記ボルト穴内周面（１ｉ）に至るボルト穴内周末端部（Ｂｅ）を含む、態様６に記載のワッシャー締結構造。

【0019】

（態様８）
前記態様Ｂであって、前記縦断面において、前記第四境界線（Ｂ４）は、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記下平面（１ｗ）及び／又は前記ボルト穴内周面（１ｉ）との接続箇所を除いて、曲線又は曲線と直線で構成され、角部がない、応力集中緩和線である、態様６又は７に記載のワッシャー締結構造。

【0020】

（態様９）
前記軸線方向から視た前記締結構造の平面図において、前記ワッシャー（１）の前記上平面（１ｕ）と前記ナット（４）の前記下平面（４ｗ）との接触面は、前記軸線を中心として前記接触面に内接する円を想定したとき、前記内接円の半径が、前記ナット（４）の前記ねじの谷底を結ぶ線（４ｅ）と前記ナットの軸線との間の前記半径方向の距離の２倍と前記距離Ｌｓとの和の少なくとも０．８倍の寸法を有する、態様３～８のいずれか一項に記載のワッシャー締結構造。

【0021】

（態様１０）
前記距離Ｌｓは、前記ねじピッチｐの２倍以上、４倍以下の長さの範囲にある、態様２～９のいずれか一項に記載のワッシャー締結構造。

【0022】

（態様１１）
前記ナット（４）はフランジナットである、態様１～１０のいずれか一項に記載のワッシャー締結構造。

【0023】

（態様１２）
平行な第一及び第二平面（１ｕ、１ｗ）を有するワッシャー本体（１ｂ）と、前記ワッシャー本体（１ｂ）を貫通し前記第一及び第二平面（１ｕ、１ｗ）に垂直な方向に延在するボルト穴（１ｈ）とを有するワッシャー（１）であって、前記ワッシャー（１）は、前記ボルト穴（１ｈ）の軸線と、前記軸線に垂直な半径方向を有し、
前記ワッシャー本体（１ｂ）は、前記ワッシャー（１）の前記軸線を含む縦断面において、前記ボルト穴（１ｈ）に開口しかつ前記半径方向に延在する応力非伝達空間（１ｓ）を有し、
前記応力非伝達空間（１ｓ）は、前記ボルト穴（１ｈ）の前記軸線を中心とする同心円環状であることを特徴とするワッシャー。

【0024】

（態様１３）
前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記応力非伝達空間（１ｓ）は、前記ワッシャー（１）の前記縦断面において、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記ボルト穴の内周面（１ｉ）から前記半径方向の外側に最も遠い前記応力非伝達空間（１ｓ）の位置をＰｓとして、前記位置Ｐｓから、前記ボルト穴（１ｈ）の前記軸線に平行な内周面又はその延長線までの前記半径方向の距離Ｌが、
０．５ｐ≦Ｌ≦５．７ｐ
（式中、前記ボルト穴（１ｈ）の直径をＲとし、Ｒ及びｐの単位はｍｍであり、
Ｒが１．９以下のときｐは０．２であり、
Ｒが１．９を超え２．４以下のときｐは０．２５であり、
Ｒが２．４を超え３．７以下のときｐは０．３５であり、
Ｒが３．７を超え５．５以下のときｐは０．５であり、
Ｒが５．５を超え７．５以下のときｐは０．７５であり、
Ｒが７．５を超え９．５以下のときｐは１．０であり、
Ｒが９．５を超え１３以下のときｐは１．２５であり、
Ｒが１３を超え２３以下のときｐは１．５であり、
Ｒが２３を超え３４以下のときｐは２であり、
Ｒが３４を超え４０以下のときｐは３であり、
Ｒが４０を超え１５０以下のときｐは４である。）
を満たす、態様１２に記載のワッシャー。

【0025】

（態様１４）
前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記第二平面（１ｗ）から前記第一平面（１ｕ）に向かう方向を上、上側又は上方向、その反対方向を下、下側又は下方向として、
前記ワッシャー（１）の前記縦断面において、前記応力非伝達空間（１ｓ）が、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記第一平面（１ｕ）にも開口する第一応力非伝達空間（１１ｓ）であり、
前記ワッシャー本体（１ｂ）は、前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）より前記下側で、前記ボルト穴（１ｈ）の前記軸線に平行な内周面まで延在している、
（以下、前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）を有するワッシャー締結構造を「態様Ａ］という。）
態様１２又は１３に記載のワッシャー。

【0026】

（態様１５）
前記態様Ａの前記ワッシャー（１）であって、前記縦断面において、前記ワッシャー本体（１ｂ）と前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）との第三境界線（Ｂ３）は、前記第一平面（１ｕ）から、少なくとも、前記軸線方向の深さが前記ｐの０．１倍なるまでの領域では、曲線又は曲線と直線の組合せから構成されており、角部がない、応力集中緩和線である、態様１４に記載のワッシャー。

【0027】

（態様１６）
前記態様Ａの前記ワッシャー（１）であって、前記ワッシャー（１）の前記縦断面において、
・前記ワッシャー本体（１ｂ）と前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）との境界線（Ｂ３）は、前記ワッシャー本体（１ｂ）が前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）を有していない形状であると仮定して、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記上平面（１ｕ）に締結力を加えたときに前記ワッシャー本体（１ｂ）に形成されるミーゼス相当応力分布において、前記上平面（１ｕ）が前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）と接する位置から、前記上平面（１ｕ）に垂直な前記下方向に加わるミーゼス相当応力値を基準として、その基準の９５％のミーゼス相当応力値の応力分布曲線よりも、前記ボルト穴（１ｈ）側にあり、かつ、
・前記ワッシャー本体（１ｂ）と前記第一応力非伝達空間（１１ｓ）との前記第三境界線（Ｂ３）は、曲線又は曲線と直線で構成され、角部がない、応力集中緩和線である、態様１４又は１５に記載のワッシャー。

【0028】

（態様１７）
前記ワッシャー（１）の前記縦断面において、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記第一平面（１ｕ）が、前記ボルト穴（１ｈ）の前記軸線に平行なボルト穴内周面（１ｉ）まで延在して、前記ワッシャー本体（１ｂ）が前記第一平面（１ｕ）の前記上側に庇部（１ｐ）を形成し、前記応力非伝達空間（１ｓ）が、前記庇部（１ｐ）の前記下側に存在する第二応力非伝達空間（１２ｓ）である、
（以下、前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）を有するワッシャー締結構造を「態様Ｂ］という。）
態様１２又は１３に記載のワッシャー。

【0029】

（態様１８）
前記態様Ｂの前記ワッシャー（１）であって、前記ワッシャー（１）の前記縦断面において、前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）は前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記第二平面（１ｗ）側にも開口し、前記ワッシャー本体（１ｂ）と前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）との境界線（Ｂ４）は、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記第二平面（１ｗ）から、前記軸線方向に対して２０度以内の角度で前記上方向に延び、前記軸線に対して仰角２５度をなす直線と接する位置に至る立上部（Ｂｒ）と、前記軸線に対して仰角２０～２５度及び６５～７０度をなす直線とそれぞれ接する位置の間を結ぶコーナー部（Ｂｃ）と、前記コーナー部から前記ボルト穴内周面（１ｉ）に至るボルト穴内周末端部（Ｂｅ）とを含む、態様１７に記載のワッシャー。

【0030】

（態様１９）
前記態様Ｂの前記ワッシャー（１）であって、前記ワッシャー（１）の前記縦断面において、前記ワッシャー本体（１ｂ）と前記第二応力非伝達空間（１２ｓ）との前記第四境界線（Ｂ４）は、曲線又は曲線と直線で構成され、角部がない、応力集中緩和線である、ただし、前記第二平面（１ｗ）との接続部は応力集中緩和線でなくてもよい、態様１７又は１８に記載のワッシャー。

【0031】

（態様２０）
２ｐ≦Ｌ≦４ｐを満たす、態様１３～１９のいずれか一項に記載のワッシャー。

【0032】

（態様２１）
前記ワッシャー（１）の前記軸線に垂直な方向から視た平面図において、前記ワッシャー本体（１ｂ）の前記上平面（１ｕ）の外周に内接する円の直径をＤ、前記ボルト穴（１ｈ）の直径をＲとして、（Ｄ／２）^２－（Ｒ／２＋Ｌ）^２≧ｋ（Ｒ／２）^２（式中、ｋ＝２．５）である、態様１３～２０のいずれか一項に記載のワッシャー。

【0033】

（態様２２）
前記ワッシャー（１）の表面の一部または全部に防錆、耐摩耗、潤滑性向上、摺動性向上、外観向上、加飾、または識別の目的を持つ表面処理が施されている、態様１２～２１のいずれか一項に記載のワッシャー。

【0034】

（態様２３）
前記表面処理が、メッキ、プラズマＣＶＤ被膜、プラズマＰＶＤ被膜、真空蒸着、樹脂塗装、高分子コート、アルマイト、もしくはリン酸マンガン化成処理、またはこれらの２つ以上の組み合わせである、態様２２に記載のワッシャー。

【0035】

（態様２４）
前記ワッシャー（１）の材質は、金属、窒化物、炭化物、酸化物、または硬質樹脂（ＣＦＲＰを含む）から選ばれる、態様１２～２３のいずれか一項に記載のワッシャー。

【0036】

（態様２５）
前記ワッシャー（１）の前記二平面は、算術平均粗さＲａが５０μｍ以下の面粗度及び０．２ｍｍ以下の平面度をもつ、態様１２～２４のいずれか一項に記載のワッシャー。

【0037】

（態様２６）
プレス加工、切削加工、研削加工、冷間、温間、熱間プレス加工、鋳造、鍛造、またはこれらの工法を組み合わせてワッシャー（１）を加工、製造することを特徴とする態様１２～２５のいずれか一項に記載のワッシャーの製造方法。

【0038】

（態様２７）
金型、切削工具、切削刃具、またはこれらの組み合わせを使用して、成形加工をする、態様２６に記載のワッシャーの製造方法。

【発明の効果】

【0039】

本発明のワッシャー締結構造を用いた場合、ボルト、ナットの締結噛合い１山目の負荷分担率を下げることができ、たとえば、従来構造の３５．６％から３０％前後に下げることもできる。この効果により初期締結軸力方向に外部負荷が繰り返し入力する実負荷合計の応力も同じ割合で低減されることにより噛合い１山目のボルトねじ谷底の疲労強度が向上する。締結構造物の安全性の向上、耐久性向上の効果がある。

【0040】

本発明のワッシャーの加工、製造には従来から使用している機械類、加工冶具、加工具、プレス加工機械、冷間、温間、熱間鍛造機械、鋳造設備などを使用することができる。プレス加工（塑性加工の一例）においては塑性加工用金型の形状が変わるだけである。

【0041】

また、このワッシャーを加工する工法や加工具類の中でも専用刃具などは工数低減実現化や加工ミス防止につながる合理的なものである。塑性加工用金型（プレス金型など）では専用工具と同じで、金型に空間構造加工部分が入れられるため工数増加もなく本発明のボルトの疲労強度向上効果を得ることができる。鍛造、鋳造などでも同様に金型に本技術を織り込むことで、ボルトの締結１山目谷底の疲労強度向上効果を得ることができる。

【0042】

本開示では、本発明のワッシャー締結構造によって主にボルトねじの疲労強度を改良することを述べるが、ナットのねじもボルトねじと同じ原因及び機序によって疲労劣化することが知られており、ナットの疲労破壊はボルトの疲労破壊と比べると少ないが、本発明のワッシャーはナットのねじの疲労強度の改良にも有効である。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】図１は、従来のワッシャーを用いた締結構造の例を示す縦断面図である。

【図2】図２は、図１の締結構造においてボルトにかかる引張応力の流れを示す図である。

【図3】図３は、図１の締結構造においてナットにかかる圧縮応力の流れを示す図である。

【図4】図４は、図２の引張応力と図３の圧縮応力を合成したミーゼス相当応力分布を示す図である。

【図5】図５は、本発明の態様Ａのワッシャーを用いた締結構造の例を示す縦断面図である。

【図6】図６は、図５のワッシャー締結構造の部分拡大縦断面図である。

【図7】図７（ａ）は図５のワッシャーの縦断面図、図７（ｂ）（ｃ）は、図５のワッシャーの斜視図である。

【図8】図８は、図５のワッシャー締結構造の例におけるミーゼス相当応力分布を示す図である。

【図9】図９（ａ）（ｂ）は、図４と図８のミーゼス相当応力分布を比較する表及びグラフである。

【図10】図１０は、態様Ａのワッシャーの例において第一応力非伝達空間の形状を変えたときのミーゼス相当応力分布を示すグラフ及び図である。

【図11】図１１（ａ）（ｂ）は、態様Ａのワッシャーにおけるミーゼス相当応力分布と第一応力非伝達空間の形状を示す図である。

【図12】図１２（ａ）～（ｅ）は、本発明の態様Ａのワッシャーの変形例を示す縦断面図である。

【図13】図１３は、本発明の態様Ｂのワッシャーを用いた締結構造の例を示す縦断面図である。

【図14】図１４は、図１３のワッシャーの縦断面図の部分拡大縦断面図である。

【図15】図１５（ａ）は図１３のワッシャーの縦断面図、図１５（ｂ）（ｃ）は図１３のワッシャーの斜視図である。

【図16】図１６は、図１３のワッシャー締結構造の例におけるミーゼス相当応力分布を示す図である。

【図17】図１７（ａ）（ｂ）は、図４と図１６のミーゼス相当応力分布を比較する表及びグラフである。

【図18】図１８は、態様Ｂのワッシャーの例において第二応力非伝達空間の形状を変えたときのミーゼス相当応力分布を示すグラフ及び図である。

【図19】図１９（ａ）～（ｄ）は、本発明の態様Ｂのワッシャーの変形例を示す縦断面図である。

【図20】図２０は、本発明の態様Ｂのワッシャーの変形例を示す縦断面図である。

【図21】図２１（ａ）～（ｄ）は、本発明のワッシャーを製造する刃具の形状の例を示す。

【図22】図２２は、本発明のワッシャーを製造する金型の例を示す。

【図23】図２３は、本発明のワッシャーを製造する鋳型などの金型の例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0044】

〔本発明の第一の側面〕
本発明は、第一の側面において、
被締結物（２）側から延びるボルト（３）が被締結物（２）とワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）に挿通され、前記ボルト（３）及びナット（４）で前記ワッシャー（１）を用いて前記被締結物（２）を基体（５）（基体５はボルト３の頭（３ｈ）である場合もある）に締結するワッシャー締結構造であって、
前記ボルト（３）、前記ワッシャー（１）、前記ナット（４）及び前記ワッシャー締結構造は、共通の軸線及び軸線方向（以下単に「前記軸線」及び「前記軸線方向」ともいう。）及び前記軸線に垂直な半径方向（以下単に「前記半径方向」ともいう。）を有し、
前記ワッシャー（１）は、ワッシャー本体（１ｂ）と前記ワッシャー本体（１ｂ）を貫通する前記ボルト穴（１ｈ）とを有し、
前記ワッシャー本体（１ｂ）は、前記ボルト穴（１ｈ）の前記軸線を中心とする同心円環状である応力非伝達空間（１ｓ）を有し、
前記応力非伝達空間（１ｓ）は、前記ボルト穴（１ｈ）に開口していることを特徴とするワッシャー締結構造を提供する。
以下に、本発明の第一の側面を、限定する意図なく、図面を参照して詳しく説明する。

【0045】

図１は従来技術におけるワッシャー締結構造の例を示す縦断面図であり、図５は本発明の第一の側面のワッシャー締結構造の例を示す縦断面図である。図１及び図５を参照すると、基体５側から延びるボルト（３）が被締結物（２）のボルト穴及びワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）に挿通され、ワッシャー（１）を介在させてボルト（３）及びナット（４）で被締結物（２）を基体（５）に締結するワッシャー締結構造に関する。本発明の第一の側面のワッシャー締結構造では、ナット（４）と被締結物（２）の間にワッシャー（１）が存在する。

【0046】

図１及び図５において、ボルト（３）は、基体（５）、被締結物（２）及びワッシャー（１）を貫通してナット（４）と結合されているが、ボルト（３）は、基体（５）の一部であってもよいし、基体（５）に埋め込まれていて、基体（５）を貫通しなくてもよい。ボルト（３）は、円柱状のねじ軸体とねじ軸体の先端部にナットと係合するねじ部（雄ねじ）を有し、ねじ部はねじ山及びねじ谷を有し、ねじ山間及びねじ谷間の距離であるピッチｐを有する。また、ボルト（３）の外径は、通常ねじ山頂の直径によって指称される。ボルト（３）の軸線方向において、ボルト（３）のねじ部を有する先端側を（ねじ）開放側、その反対方向を（ねじ）締結側といい、ボルト（３）のねじ開放側、締結側に対応して、ナット（４）もナットのねじが開放される開放側（４ｏ）、締結される締結側（４ｃ）を有する。

【0047】

ナット（４）は、ねじ軸部（４ｓ）と、ねじ軸部（４ｓ）を貫通しボルト（３）の雄ねじに対応する雌ねじ（ねじ部）を有する。ナットのねじ径は、通常ねじ谷底の直径によって指称される。ねじ軸部（４ｓ）は、横断面が一般的に六角形であるが、六角形以外の多角形でもよい。本発明では、ナット（４）は、必須ではないが、好ましくは、ねじ軸部（４ｓ）のワッシャー（１）側にフランジ部（４ｆ）を有する。フランジ部（４ｆ）はねじ軸部（４ｓ）の外周寸法より大きい外周寸法を有する部分を指称する。ここで、ねじ軸部（４ｓ）及びフランジ部（４ｆ）の外周寸法は、平面図においてねじ軸部（４ｓ）及びフランジ部（４ｆ）に内接する円の寸法（直径）としてよい。ナット（４）のねじは、ねじ山及びねじ谷を有し、ボルト（３）のねじと同じピッチｐを有するが、ナット（４）のねじ谷底の直径はボルト（３）の外径より僅かに大きく設定される。同様に、ナット（４）のねじ山頂の直径は、ボルト（３）のねじ谷底の直径より僅かに大きく設定される。ナット（４）の軸線方向において、ボルト（３）の開放側をナット（４）の開放側（４ｏ）、その反対方向を締結側（４ｃ）という。

【0048】

本発明において被締結物（２）及び基体（５）は、特に限定されない。ボルトとナットで締結される被締結物及び基体であれば、本発明のワッシャー締結構造の利益を享受することができる。ボルト、ナットによる締結は、航空機、自動車、鉄道車両、工作機械、土木機械、農業機械、各種製造装置、橋梁、建築構造物などで広く用いられており、本発明のワッシャー締結構造はそのいずれにも適用可能である。

【0049】

（ねじにおける締結応力の負荷分担率）
ボルト（３）とナット（４）を締結するとき、ボルト（３）のねじ山の締結側斜面に対して、ナット（４）のねじ谷開放側の斜面が押圧するので、ボルト（３）のねじ山の締結側斜面にはボルト（３）の根本（図１（ａ）のボルト頭（３ｈ））との間に引張応力がかかり、これが軸力となる。また、ナット（４）を締結側に押圧すると、ナット（４）のねじ谷開放側の斜面と被締結物（ナット（４）の座面）の間に圧縮応力がかかり、ボルト（３）のねじ山の締結側の斜面はナット（４）のねじ谷開放側の斜面によって押圧され、圧縮応力がかかる。その結果、ボルト（３）のねじには、上記の引張応力と圧縮応力を合成（ベクトル合成）した応力がかかる。引張応力と圧縮応力は、ボルト頭（３ｈ）に近いところほど大きな応力を負担する性質があるので、ボルト（３）の締結噛合い１山目に最大の応力がかかり、２山目、３山目と開放側に向かうほど応力負担は小さくなる。以下、本開示においてねじの何山目というときは、締結噛合い１山目から数えた山の順番を表している。ねじは軸線方向にらせん状であるから、ねじの何山目の位置は平均値（中央値）での位置である。

【0050】

図２は、従来方式のワッシャーを含む締結体において、ボルト（３）とナット（４）を締結するときに、ボルト（３）にかかる引張応力の向きと大きさをＦＥＭ解析して表すベクトル図であり、図のベクトルの向きが応力の向きであり、ベクトルの長さと密集度が応力の大きさを表している。ボルト（３）にかかる引張応力は、締結噛合い１山目において最大であり、開放側の高次山目に向かって小さくなっている。同様に、図３は、従来方式のワッシャーを含む締結体において、ボルト（３）とナット（４）を締結するときに、ナット（４）にかかる圧縮張力の向きと大きさをＦＥＭ解析して表すベクトル図であり、図のベクトルの向きが応力の向きであり、ベクトルの長さと密集度が応力の大きさを表している。この圧縮張力の反力がボルト（３）のねじ山の締結側の斜面にかかっている。図４は、従来方式のワッシャーを含む締結体において、図４に示す形状のボルト（３）とフランジナット（４）を締結するときにかかるミーゼス相当応力をＦＥＭ解析した図であり、図２の引張応力図と図３の圧縮応力及びその反力を合成した図になる。

【0051】

図４において、ミーゼス相当応力が最大の領域は白色、最小の領域は黒色、中間は明暗２段階灰色で表されている（グレースケール）。図４では、ワッシャーの最内径部から入った力（白色領域）は、直ぐ上にあるナットの締結側１山目に集中して流れ込み、このナットの１山目は白色と明るいグレーで埋め尽くされており、ボルトの１山目のねじ山の締結側の面を押しつける方向に働いて、白色で押し合い、ボルト内部にも白色と明るいグレーを発生させている。ボルトは図４にあるように下方（ボルト頭方向）に軸力がかかっており、噛合い1山目ねじ山から開放側のねじ山でナットと力のやり取りをしている。ボルトねじの1山目のすぐ下（ボルト頭側）のねじ山はナットねじ山が無いためにボルト軸力を多く受け、ナットの1山目がボルトねじ1山目を押し上げるように働き、※部が開かれるような大きな応力を受けている。次いで２山目に伝わり、小さな白色と明るいグレーが周辺にあるが１山目とは格段に小さく、暗いグレーがナットねじ山に入り込んでいる。次いで３山目には明るいグレーが、ナットねじ山側に小さく現れている程度となり、４山目は、ほとんど暗いグレーとなり、５山目は、黒色の弱い応力が多くなり、６山目、７山目では、応力小の黒色がほとんどの分布になっている。この応力分布状況は、負荷分担率表に示されるように、平準化とはかけ離れた不均一な状況を示している。この※部が、締結噛合い１山目ボルトねじ谷底であり、疲労破壊を起こすことが多い場所である。図４を参照すると、ボルト３の締結側から１山目に最大の応力がかかり、２山目、３山目と開放側に向かうほど応力負担は小さくなっていることが認められる。負荷分担率の数値は、図９に示しているように、１山目３５．６％であり、２山目は２０．６％、３山目は１４．５％、４山目は１１．０％、５山目は８．５％、６山目は５．９％、７山目は３．９％であった。

【0052】

図４のワッシャー（１）に発生している応力分布を見ると、ワッシャー（１）とナット（４）が座面全体で触れているため応力小の黒色がワッシャー（１）の外周部側及び中央部に大きく広がってナット（４）からの圧縮力を広い範囲で受けているが、最内径部のナット（４）と接触している点に応力大の白色が表れており、明るいグレーがナットの１山目と同等面積を持ち、暗いグレー領域が大きく広がっている。これはワッシャー（１）のボルト穴内壁側の端部において、高いミーゼス相当応力が真っすぐ上のナット（４）との接触部分に伝搬している状況を示している。

【0053】

（応力非伝達空間）
本発明のワッシャー締結構造は、ボルト（３）の締結噛合い１山目の応力負担率を低減することで、ボルト（３）の耐久性向上及び疲労寿命延長を図るものである。

【0054】

図６は、図５のワッシャー（１）とナット（４）が係合する、ワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）付近の部分拡大図である。図７（ａ）はワッシャー（１）の縦断面図であり、図７（ｂ）（ｃ）はワッシャー（１）の上及び下から視た斜視図である。

【0055】

本発明の第一の側面によれば、図５～図７を参照すると、ワッシャー（１）は、上平面（１ｕ）と下平面（１ｗ）を有するワッシャー本体（１ｂ）と、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）及び下平面（１ｗ）を貫通するボルト穴（１ｈ）とを有し、ワッシャー本体（１ｂ）は、応力非伝達空間（１ｓ）を有する。なお、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）は、ナット（４）と係合する側の面をいう。以下の説明では、ワッシャー（１）のナット（４）と係合する側を上、上側、上方向と称し、ワッシャー（１）の被締結物（２）と係合する側を下、下側、下方向と称する。

【0056】

本発明の第一の側面において、ワッシャー本体（１ｂ）は、ボルト穴（１ｈ）の軸線を中心とする同心円環状である応力非伝達空間（１ｓ）を有し、応力非伝達空間（１ｓ）はボルト穴（１ｈ）に開口している。応力非伝達空間（１ｓ）は、ボルト穴（１ｈ）に開口するとともにワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）にも開口してよく（例えば、図５～７）、又はボルト穴（１ｈ）に開口するとともにワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）にも開口してよく（例えば、図１３～１５）、あるいはボルト穴（１ｈ）に開口するが、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）及び下平面（１ｗ）のいずれにも開口していなくてもよい(例えば、図１９（ｃ））。図５～７は、応力非伝達空間（１ｓ）が、ボルト穴（１ｈ）に開口するとともに、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）にも開口している例であり、このように応力非伝達空間（１ｓ）がワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）にも開口しているとき、応力非伝達空間（１ｓ）を第一応力非伝達空間（１１ｓ）という（態様Ａ)。第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、ワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）には開口していない。一方、図１３～１５の例のように、応力非伝達空間（１ｓ）がワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）に開口していないとき、応力非伝達空間（１ｓ）を第二応力非伝達空間（１２ｓ）という（態様Ｂ）。第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、ワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）には開口していても、開口していなくてもよい。以下では、必要に応じて、第一応力非伝達空間（１１ｓ）と第二応力非伝達空間（１２ｓ）を、まとめて、応力非伝達空間（１ｓ）と表記する。

【0057】

態様Ａにおいて、第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、ワッシャー（１）の軸線を含む縦断面において、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）の延長線を第一境界線（Ｂ１）とし、ボルト穴内周面（１ｉ）の延長線を第二境界線（Ｂ２）とし、第一境界線より下側かつ第二境界線より半径方向外側にあり、第一境界線の位置Ｐｔと第二境界線の位置Ｐｈとを結ぶ線を第三境界線（Ｂ３）とする空間であるとともに、縦断面における第一境界線（Ｂ１）、第二境界線（Ｂ２）及び第三境界線（Ｂ３）で囲まれた前記空間を、ワッシャー（１）の軸心を中心として回転して形成される同心円環状の三次元形状の空間である。第三境界線（Ｂ３）が第一境界線（Ｂ１）と接する位置Ｐｔは、第一応力非伝達空間（１１ｓ）において、ボルト穴内周面（１ｉ）から半径方向に最も遠い位置であることが好ましい。図５～７の好ましい例を参照すると、第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、第一応力非伝達空間（１１ｓ）とワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）との境界位置Ｐｔ、第一応力非伝達空間（１１ｓ）とワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴内周面（１ｉ）との境界位置Ｐｈを有し、ボルト穴内周面（１ｉ）から半径方向に最も遠い位置Ｐｓからナット（４）のねじ谷底を結ぶ線の延長線までの距離としてＬｓ、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）の延長線から位置Ｐｈまでの距離としてＬｈを有する。本発明の第一の側面において距離Ｌｓは、ボルト穴内周面（１ｉ）から半径方向に最も遠い位置からナット（４）のねじ谷底を結ぶ線の延長線までの距離として定義され、第一応力非伝達空間（１１ｓ）とワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）との境界位置Ｐｔが第一応力非伝達空間（１１ｓ）におけるボルト穴内周面（１ｉ）から半径方向に最も遠い位置Ｐｓであることが好ましい（例えば、図５～７）。しかし、第一応力非伝達空間（１１ｓ）におけるボルト穴内周面（１ｉ）から半径方向に最も遠い位置Ｐｓは、第一応力非伝達空間（１１ｓ）とワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）との境界位置Ｐｔでなく、位置Ｐｔと位置Ｐｈとを結ぶ第三境界線（Ｂ３）の途中にあってもよい。

【0058】

態様Ｂにおいて、第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、ワッシャー（１）の軸線を含む縦断面において、ワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴内周面（１ｉ）の位置Ｐ１から、半径方向外側に延在し、ボルト穴内周面（１ｉ）の位置Ｐ２に至るか（例えば図１９（ｃ）参照）又は前記ワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）の位置Ｐ３に至る（例えば図１３～１５参照））線を第四境界線（Ｂ４）とし、ボルト穴内周面（１ｉ）の延長線を第五境界線（Ｂ５）とし、又は追加してワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）の延長線を第六境界線（Ｂ６）とする空間であるともに、縦断面における第四境界線（Ｂ４）と第五境界線（Ｂ５）、又は第四境界線（Ｂ４）と第五境界線（Ｂ５）と第六境界線（Ｂ６）で囲まれた前記空間を、ワッシャー（１）の軸心を中心として回転して形成される同心円環状の三次元形状の空間である。図１３～１５を参照すると、第二応力非伝達空間（１２ｓ）においても、ボルト穴（１ｈ）から最も遠い位置をＰｓとし、位置Ｐｓからナット（４）のねじ谷底を結ぶ線の延長線までの距離としてＬｓを有する。図１３～１５の例では、下平面（１ｗ）の位置Ｐ３が、第二応力非伝達空間（１２ｓ）において、ボルト穴内周面（１ｉ）から半径方向に最も遠い位置Ｐｓである。

【0059】

ワッシャー（１）は、縦断面において、応力非伝達空間（１ｓ）の下側及び／又は上側にワッシャー本体（１ｂ）がボルト穴１ｈまで延在して、その延在部分の先端がボルト穴を画定するボルト穴内周面（１ｉ）を形成している。ボルト穴内周面（１ｉ）は、縦断面において軸線に平行な線分をなすべきであるが、線分の究極的な場合として点でもよい。このボルト穴内周面（１ｉ）を形成するワッシャー本体（１ｂ）の延在部分は、ボルト（３）とワッシャー（１）の位置合わせ用であり、平面図において、少なくとも２箇所、好ましくは少なくとも３箇所において、ボルト穴内周面（Ｉｉ）まで延在している必要があるが、ボルト穴内周面（１ｉ）まで延在している部分は突起状であってもよく、すなわち、平面図において、その突起状以外の領域では空間を形成していてもよい（図示せず）。このような空間は、図５～７の縦断面図においては、応力非伝達空間（１ｓ）の下側のワッシャー本体１ｂが存在する領域であり、図１３～１５の縦断面図においては、応力非伝達空間（１ｓ）の上側のワッシャー本体（１ｂ）が存在する領域である。このような空間は、形成する必要はないが、形成された場合、応力非伝達空間（１ｓ）と連続した空間を形成する。しかし、この空間は、本発明が定義する応力非伝達空間（１ｓ）とは異なる。

【0060】

本発明の第一の側面のワッシャー締結構造では、ワッシャー（１）が応力非伝達空間（１ｓ）を有するので、ボルト（３）とナット（４）を締結するとき、ナット（４）とワッシャー（１）との間にかかる圧縮応力において、応力非伝達空間（１ｓ）が存在するワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴（１ｈ）側の領域では、応力を伝達することができない。締結時の圧縮応力は、基本的に、ナット（４）及びワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴（１ｈ）の軸線方向ないし半径方向の外側から内側へいくらか傾斜した角度で作用する（すなわち、基本的に、軸線方向、図６の上下方向に作用する）。そのため、ワッシャー（１）の縦断面において、応力非伝達空間（１ｓ）が存在する領域では、圧縮応力は上下方向にも左右方向にも伝達されないので、ワッシャー（１）の応力非伝達空間（１ｓ）より半径方向の外側の領域における上下方向の圧縮応力が、応力非伝達空間（１ｓ）より上側で半径方向の内側に曲がることで、ボルト（３）とナット（４）のねじ、特に低次山目のねじに対して、作用することができる。上下方向の圧縮応力が曲がることができる角度は最大で４５度程度である。したがって、ワッシャー（１）とナット（４）の境界においてボルト穴側にある応力非伝達空間（１ｓ）の半径方向の寸法が大きくなるほど、ボルト（３）とナット（４）のねじに作用する圧縮応力は、より高次側山目に移動し、低次山目、特に１山目のねじに対する応力は小さくなる。こうして、本発明の第一の側面のワッシャーの締結構造では、ワッシャー（１）に上記のような応力非伝達空間（１ｓ）を形成することで、ボルト（３）とナット（４）の低次山目、特に１山目のねじの応力負荷分担率を小さくすることができ、ボルト（３）の噛合い１山目谷底の疲労強度を向上させることができる。

【0061】

図８は、図５～７に示すような第一の側面のワッシャー締結構造の例において、図４の従来方式と同様の寸法構成で、応力非伝達空間（１ｓ）の半径方向寸法、すなわち、ワッシャー（１）の上平面（１ｕ）における応力非伝達空間（１ｓ）の最もボルト穴（１ｈ）から遠い位置（ワッシャー（１）の上平面（１ｕ）と応力非伝達空間（１１ｓ）との境界位置Ｐｔから、ナット（４）のねじ谷底を結ぶ線の延長線（４ｅ）までの距離Ｌｓを、約２．２１ｐ（２．２１ピッチ相当）とし、応力非伝達空間（１１ｓ）の軸線方向寸法（深さ）、すなわち、ボルト穴内周面（１ｉ）の延長線においてワッシャー（１）の上平面（１ｕ）の位置Ｐｏから応力非伝達空間（１１ｓ）のボルト穴内周面（１ｉ）における最も深い位置（ボルト穴内周面（１ｉ）と応力非伝達空間（１１ｓ）との境界位置Ｐｈまでの距離Ｌｈを、約１．０ｐ（１．０ピッチ相当）として、ボルト（３）とナット（４）を締結するときにかかるミーゼス相当応力をＦＥＭ解析した図であり、図４に対応する図になる。なお、態様Ａのワッシャーの形状、寸法を除く他の部分は図１と図５の締結体において全て共通である。図８を図７とともに参照すると、位置Ｐｔ（Ｐｓ）近傍とナット最外周部を比較すれば、位置Ｐｔ（Ｐｓ）付近の方が大きな応力を発生している。白色の応力大が位置Ｐｔ（Ｐｓ）から斜めねじ山方向に出て、ナット内部に入ったところで明るいグレーと暗いグレーが大きく広がり、ナットねじ山の開放側の３，４，５山目に幅広く拡散しており、ねじ山の６番、７番では黒色となっている。これに対し、ワッシャーの強度は従来方式同様の材料として、位置Ｐｔ（Ｐｓ）から少し斜めに白色、明るいグレー、暗いグレーがミーゼス相当応力分布の線１ｍｇ（図１１（ａ）参照）に類似する分布を示している。この分布状態が力の流れを表わしている。

【0062】

図８と図４を比較して見ると、応力の分布状態が大きく異なることが判る。図８では、５山目まで明るいグレーと暗いグレーが広がっていることが見える。ワッシャーの位置Ｐｔ（Ｐｓ）近傍から斜めねじ山方向に小さな白色が見られるが、この白色が応力の大きさを示していて、この白色の向いている方向にナットねじ山の３、４、５山目がある。図８を参照すると、図４と比べて、応力がより多く開放側に向かって、１山目の応力負荷分担率は小さくなっていることが認められる。負荷分担率の数値は、１山目３０．２％であり、２山目は１９．４％、３山目は１５．２％、４山目は１２．６％、５山目は１０．３％、６山目は７．４％、７山目は４．９％であった。

【0063】

図９（ａ）（ｂ）に、図７の各ねじ山の負荷分担率を調べた結果を示す。図９（ａ）に、本発明の締結構造の一例（図８）の負荷分担率を示し、従来方式ワッシャー締結構造の図４に対応する負荷分担率を比較した表と、図９（ｂ）に、その比較を棒グラフにして表示している。この２つの比較をみれば、従来方式のボルトの噛合い１山目の負荷分担率が３５．６％であることに対し、本発明のボルトの噛合い１山目の負荷分担率は３０．２％と絶対値で５．４ポイント、相対比では約１５％低減している。この１山目負荷低減により、ボルトの噛合い１山目谷底の疲労強度向上に効果がある。

【0064】

ボルト、ナット締結部の破壊はボルトの噛合い１山目谷底で亀裂軸破断として発生することが多いが、疲労破壊強度の向上の効果があるとする初期締結負荷の低減がどの様に効果を発揮するのかを説明する。ボルトの疲労試験結果より求められるＳ－Ｎ線図は、疲労破壊寿命（繰り返し数Ｎｆ）と外力負荷（応力振幅σｒ）の関係を示すものであるが、一般的に次の実験式で示すことができる。
Ｎｆ・σｒ^ｂ＝Ｃ
（式中、Ｎｆ：疲労破壊するまでの負荷の繰り返し数
σｒ：負荷の応力振幅
ｂ： 応力指数（一般的に３～５）
Ｃ： 材料定数）
ここで示すように、締結噛合い1山目のボルトねじ谷底への負荷を下げておくことは、同じ割合で、外力負荷（σｒ）分担を下げることにつながり、下がった負荷の応力振幅のｂ（一般に３～５）乗分、繰返し数Ｎｆを大きくできる効果につながる。負荷分担率が１５％低下するので、上記の式から，Ｎｆは５０～１００％向上し，寿命が１．５～２倍に増大することが期待される。応力指数ｂ＝４とすると、寿命が約１．９倍に増大することが期待される。

【0065】

なお、本発明で採用するＦＥＭ解析を行うボルト、ナット、ワッシャーの境界条件となるねじ山形状、部材強度、部材ヤング率、ポアソン比、締結トルク、軸力などの要素はすべて従来方式と同様のＪＩＳ（ＩＳＯ）に規定されるものを採用して解析を行い、比較して改良効果を確認している。ねじのピッチに関しては細目を採用する。図４および図８に示す解析では参考にＭ１２×Ｐ１．２５（細目ねじ）の場合を表示している。第三境界線（Ｂ３）を典型的な形で示した一例が図８であり、同じ形状でＬｓを変えた例のＦＥＭ解析結果を図１０の右図の中断及び下段に示している。なお、負荷分担比率はＬｓ／ｐに対する値に換算して示している。ワッシャー内のボルト穴径はねじが通過するために最小の隙間（０．５ｍｍ）とし、従来方式のボルト穴とボルトねじの関係と同じ隙間で、かつストレートである。距離Ｌｓは約２．２１ｐ（２．２１ピッチ相当）、距離Ｌｈは約１．０ｐ（１．０ピッチ）である。ナットの座面の外周径は２４ｍｍである。

【0066】

応力非伝達空間（１ｓ）の好ましい態様の例を図５～７の縦断面図に示すが、ワッシャー本体（１ｂ）は、ボルト穴（１ｈ）に開口している。応力非伝達空間（１ｓ）は、縦断面図において、三次元的には、ワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）の軸線を中心とする同心円環状である（図７（ｂ）（ｃ）参照）。すなわち、応力非伝達空間（１ｓ）は、図５～７に示す断面形状の空間１ｓを、軸線を中心として３６０度回転させてできる三次元形状の空間（同心円環状空間）である。図５～７を参照する応力非伝達空間（１ｓ）が、ワッシャー（１）の縦断面図において、ボルト穴（１ｈ）に開口していることによって、ワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴側における締結力の軸方向の伝達が遮断されるので、ボルト穴側にあるボルト（３）の締結噛合い低次山目にかかる力が減少する。

【0067】

図１０は、図７と同様に、第一の側面のワッシャー締結構造の例において、ボルト（３）とナット（４）を締結するときにかかるミーゼス相当応力をＦＥＭ解析し、距離Ｌｓ（Ｌｓ／ｐ）を変化させたときの１山目の応力負担率の変化をまとめたグラフ及びミーゼス相当応力分布図である。図１０を参照すると、距離Ｌｓ（Ｌｓ／ｐ）が大きくなると、１山目の負荷分担率がより小さくなっていることが認められる。Ｌｓ／ｐが０から、０．８０、２．２１、３．００、３．４１、３．８１と順に大きくなると、１山目の負荷分担率は、Ｌｓ／ｐ＝０のときの３５．６％から、３２．８％、３０．２％、２９．１％、２８．７％、２８．３％に順に低下している。図８（ｂ）のグラフを見ると。各数値は下に凸の曲線に乗っている。ワッシャーの設計では、材質、ヤング率、硬度など様々な条件が関係する設計条件として、ユーザー側で選択してよい。

【0068】

先に述べたボルトの疲労試験結果より求められるＳ－Ｎ線図の関係式から、負荷分担率が３５．６％から、３２．８％、３０．２％、２９．１％、２８．７％、２８．３％に低下するとき、応力指数ｂ＝４として、Ｎｆ及び寿命は、約１．３９倍、約１．９２倍、約２．２２倍、約２．３３倍、約２．５６倍にそれぞれ増大することが期待される。

【0069】

図１１では、力Ｆが位置Ｐｔで垂直に負荷している例を示しているが，実際のボルト、ナット、ワッシャーの関係においては、図１１中のＦの矢印の方向は図に対して右上から左下に向かうこともある。その理由は、位置Ｐｔの右側にボルトが有って、位置Ｐｔの上にナット座面があるため、ねじ山でボルト（３）とナット（４）が力を受け渡し、その圧縮力がナット座面とワッシャー（１）の接触部分の最内周部（ここでは位置Ｐｔ）に応力集中することによる。このため、ミーゼス相当応力分布曲線の例えば応力線１ｍｇも（図８において）少し時計回りに回転する形になる。このことは、図１１の左半分側において境界線（Ｂ３）から、応力線１ｍｇを含む圧縮応力分布全体が時計回り方向に傾き、離れることになるので、本発明の評価において悪影響はない。図８のミーゼス相当応力分布図を見てもナット座面とワッシャー（１）の接触する位置Ｐｔ近傍に応力大の白色、応力やや大の明るいグレー、応力少し弱い濃いグレーの領域が力Ｆの方向を示しており、ワッシャー（１）とナット（４）の中で広がっている。この応力の方向は位置Ｐｔからねじ４山目を向いているように見える。

【0070】

（好適な応力非伝達空間；態様Ａ）
本発明の第一の側面の一つの好ましい態様において、応力非伝達空間（１ｓ）は、下記の条件を満たす第一応力非伝達空間（１１ｓ）であることが好ましいことが見出された（この態様を態様Ａという）。すなわち、第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、図５～７に示すようなワッシャー（１）の軸線を含む縦断面において、特に図６を参照すると、
・ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）の延長線を第一境界線（Ｂ１）とし、ボルト穴内周面（１ｉ）の延長線を第二境界線（Ｂ２）とし、第一境界線（Ｂ１）より下側かつ第二境界線（Ｂ２）より半径方向外側にあり、第一境界線（Ｂ１）の位置Ｐｔと第二境界線（Ｂ２）の位置Ｐｈとを結ぶ線を第三境界線（Ｂ３）とする空間であり、第一応力非伝達空間（１１ｓ）においてボルト穴内周面（１ｉ）から半径方向に最も遠い位置をＰｓとし、好ましくは位置Ｐｔが位置Ｐｓであり、
・位置Ｐｓから、ナット（４）のねじ谷底を結ぶ線の延長線（４ｅ）までの半径方向の距離Ｌｓは、ナット（４）のねじピッチｐの０．５倍を超え、６倍以下の長さの範囲にあり、
・第一境界線（Ｂ１）から第一応力非伝達空間（１１ｓ）の軸線方向に最も遠い位置までの軸線方向の距離Ｌｈ、好ましい態様では第一境界線（Ｂ１）が第二境界線（Ｂ２）と交わる位置をＰｏとし、位置Ｐоから位置Ｐｈまでの軸線方向の距離が距離Ｌｈであるが、ナット（４）のねじピッチｐの０．０１倍以上から、ワッシャー（１）の厚さＴの９９％以下の範囲にある。

【0071】

図５～７の縦断面図に第一応力非伝達空間（１１ｓ）の好ましい態様の例を示すが、ワッシャー本体（１ｂ）は、ボルト穴（１ｈ）に開口するとともに上平面（１ｕ）にも開口する第一応力非伝達空間（１１ｓ）を有している。第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、ワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）には開口していない。ワッシャー（１）の縦断面において、第一応力非伝達空間（１１ｓ）とワッシャー本体（１ｂ）との第三境界線（Ｂ３）は、上平面（１ｕ）の位置Ｐｔからボルト穴内周面（１ｉ）（ボルト穴（１ｈ）を画定する面）の位置Ｐｈまで繋がる上に凸の応力集中緩和曲線である。図５～７では、第三境界線（Ｂ３）は円弧ないし楕円弧である。円弧であれば、中心点はＰｔからワッシャー内部を通過する真下にあり、楕円弧であればＰｔは楕円短軸の頂点であることが望ましい。さらに、上平面（１ｕ）の位置Ｐｔ付近は、ナット（４）からの力がかかるので、上平面（１ｕ）と第三境界線（Ｂ３）との接続の仕方も応力集中緩和曲線であることが望ましく、上平面（１ｕ）の直線からなだらかな曲線で第三境界線（Ｂ３）に移り、角部がない応力集中緩和曲線であることが重要である。一方、ボルト穴内周面（１ｉ）の位置Ｐｈ付近における、第三境界線（Ｂ３）とボルト穴内周面（１ｉ）との接続の仕方は、ナット（４）及び被締結物（２）からの力が殆どかからないので、必ずしも応力集中緩和曲線でなくてもよい。例えば、第三境界線（Ｂ３）は、図１１に示すように、位置Ｐｔから上に凸の曲線で始まり、変曲して下に凸の曲線をなして、位置Ｐｈに至ってよい。

【0072】

この態様において、第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、縦断面において、図５～７に示す上に凸の断面形状を有するが、三次元的には、ワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）の軸線を中心とする同心円環状である（図７（ｂ）（ｃ）参照）。すなわち、第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、図５～７に示す断面形状の空間（１１ｓ）を、軸線を中心として３６０度回転させてできる三次元形状の空間（同心円環状空間）である。

【0073】

図５～７を参照すると、第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、ワッシャー（１）の縦断面において、ボルト穴（１ｈ）に開口している。第一応力非伝達空間（１１ｓ）がボルト穴（１ｈ）に開口していることによって、ワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴側における締結力の軸線方向の伝達が遮断されるので、ボルト穴側にあるボルトの締結噛合い低次山目にかかる力が減少する。第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、ワッシャー（１）の縦断面図において、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）にも開口している。第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）にも開口しているので、ナット（４）及びボルト（３）の低次ねじ山に近い箇所にあり、ボルト（３）の締結噛合い低次山目にかかる力を低減する効果が強力、確実であり得、また空間の深さが小さくても負荷低減効果が強力、確実であり得、ワッシャー本体（１ｂ）における空間の形成も容易である。

【0074】

第一応力非伝達空間（１１ｓ）が半径方向の距離Ｌｓを有すると、ボルト（３）の低次、特に１山目の負荷低減により、ボルト（３）の噛合い１山目谷底の疲労強度を向上させる効果があり、距離Ｌｓが大きいほどその効果は大きいが、その効果は次第に飽和する。一つの好ましい態様において、距離Ｌｓは、例えば、ナット（４）のねじピッチｐの長さの０．８倍以上、１倍以上、１．５倍以上、２倍以上、２．５倍以上、３倍以上、また、５倍以下、４倍以下、３．５倍以下の長さの範囲にあってよい。特に、２．０倍以上、４倍以下であることが好ましい。

【0075】

第一応力非伝達空間（１１ｓ）の軸線方向の距離Ｌｈは、ワッシャー（１）が弾性変形しても、Ｐｈがナット座面と接触しない空間を確保しておくように設定され、ねじピッチの０．０１倍～０．１倍程度のごく浅くても良く、ワッシャー（１）を軽量化するには、深くても良い。一つの好ましい態様において、距離Ｌｈは、例えば、ナット（４）のねじピッチｐの０．１倍以上からワッシャー（１）の下記厚さＴの９０％以下の範囲、さらにはねじピッチｐの１倍以上からワッシャー（１）の厚さＴの６５％以下の範囲であってよい。望ましくは０．０１ｐを超え、ワッシャーの厚さＴの６５％以下の範囲であって、更に望ましくは０．０３ｐを超え、ワッシャー（１）の厚さＴの５０％以下の範囲であって、更に望ましくは０．０４ｐを超え、ワッシャー（１）の厚さＴの４０％以下の範囲である。なお、距離Ｌｈは、ボルト穴内周面（１ｉ）の面における距離である。距離Ｌｈは、第一応力非伝達空間（１１ｓ）の軸線方向に最も長い距離であってよいが、第一応力非伝達空間（１１ｓ）の軸線方向に最も長い距離でなくてもよい。距離Ｌｈが第一応力非伝達空間（１１ｓ）の軸線方向に最も長い距離であるか否かに関わりなく、第一応力非伝達空間（１１ｓ）の軸線方向に最も長い距離は、ナット（４）のねじピッチｐの０．０１倍から、ワッシャー（１）の厚さＴの９９％以下であることが好ましい。

【0076】

一つの好ましい態様において、距離Ｌｈあるいは第一応力非伝達空間（１１ｓ）の軸線方向に最も長い距離は、ナット（４）のねじピッチｐの０．５倍以上から、ワッシャー（１）の厚さＴの９５％以下の範囲であり、さらに３０～９０％の範囲、５０～９０％の範囲にあってよい。距離Ｌｈあるいは第一応力非伝達空間（１１ｓ）の軸線方向に最も長い距離は、厚さＴの１％以上、３％以上、５％以上、１０％以上であってもよく、また厚さＴの５０％以下、３０％以下、２０％以下、１０％以下、５％以下であってよい。

【0077】

応力非伝達空間（１ｓ）及び第一応力非伝達空間（１１ｓ）を有する態様について先に述べたが、図８～１０のミーゼス相当応力評価結果を参照することによって、その評価として、距離Ｌｓ（Ｌｓ／ｐ）が大きくなると、１山目の応力負荷分担率がより小さくなっていることについても、既に述べたとおりである。

【0078】

（ミーゼス相当応力分布）
第一の側面の態様Ａのワッシャー締結構造では、一つの好ましい態様において、第一応力非伝達空間（１１ｓ）の第三境界線（Ｂ３）は、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）にかかる締結力を、ワッシャー（１）の上平面（１ｕ）が位置Ｐｔから位置Ｐｏまで平坦であると仮定したワッシャー（１）に対してかけたときに、上記仮定のワッシャー（１）内に発生するミーゼス相当応力分布において、位置Ｐｔから垂直下方向にかかるミーゼス相当応力の大きさを基準にして、その相対応力が９５％であるボルト穴側の応力分布線よりも、ボルト穴側にある。

【0079】

ミーゼス相当応力分布は、実際には見ることが出来ない延性材料内部の力の状態を可視化する技術であって、物質内部を細分化し、３軸方向のベクトルを計算し、それをまとめて表現することで内部の力の方向や力（応力）の大きさを分布として表したものである。材料力学において知られている手法であり、代表的な式は以下のとおりであり、ミーゼス応力σMisesは主応力σ₁、σ₂、σ₃を用いて次式で表される；

【数1】

【0080】

本発明ではボルト、ナット、ワッシャーをＪＩＳ規定の軸力で締結した時の状態を比較することで従来方式に対して目的に沿って改良を行うためにミーゼス相当応力の分布を使用して、本発明の締結構造を評価した。

【0081】

締結時に発生するボルトの軸力全てが，ナットと相接する山全体で不均等に噛合い，軸力相当の力をナットに移し，ナットの山で不均等に分担した力の総和がナットの内部を経て，ワッシャーとの接触面全面で圧縮する応力となる。ボルト軸力の全体はワッシャーの面全面で受ける力の総和に等しい．図４、図８等では１つの縦断面を示しているが，解析は１／３６０度分で行っているので、３６０度の総和と一致する．またワッシャーにかかる応力は，決して均等にならず，ナットの内周側（ボルト側）により多く，あるいはかなり多くの割合で（さまざまのシミュレーション結果から）ナット内周側に集中し、ナット外周側の負荷分担は小さい（シミュレーションの黒部分が多い）．従って，内周側のナットとワッシャーの接触点Ｐｔに集中して加わると考えても，ワッシャーのボルト穴側にワッシャー本体の部材を多く配置することで強固となりワッシャーの座屈を防げるなど、より安全な締結構造となる。

【0082】

本発明の第一の側面の締結構造の１つ目の要素として，図６及び図８の例において，ナット（４）のねじ谷底を結ぶ線（４ｅ）から、ナット座面（４ｗ）とワッシャー（１）が触れ始める位置（点）Ｐｔまでの距離Ｌｓがある。この位置Ｐｔに最大荷重がかかり、位置Ｐｔ直下に最大の圧縮応力が発生する。

【0083】

図１１（ａ）のミーゼス（von Mises）相当応力分布１ｍは、一般的に位置Ｐｔに垂直に力が掛かった時のワッシャー内部に発生する圧縮応力の分布状態をＦＥＭ解析での計算をポスト処理して表わしている。図１１（ａ）では、第三境界線（Ｂ３）も併記しているが、本発明では、ワッシャー（１）が、第一応力非伝達空間（１１ｓ）がない平坦な上平面（１ｕ）を有すると仮定して、その仮定のワッシャー（１）の上平面（１ｕ）の位置Ｐｔ（第一応力非伝達空間（１１ｓ）との境界）に力Ｆが加わるときに、その仮定のワッシャー（１）の内部に加わるミーゼス相当応力分布を基準とするものであり、図１１（ａ）でも、そのようにして求めたミーゼス相当応力分布を模式的に表している。ミーゼス相当応力分布は、ワッシャーのヤング率とポアソン比に依存し、また応力の大きさは力Ｆに依存するが、応力分布状況は力Ｆの大きさに依存しない相対的な応力分布を基準として示すので、図１１（ａ）に示すミーゼス相当応力分布を表す矢印曲線１ｍ（具体的には１ｍａから１ｍｇ；力の大きさ、方向を示すベクトルであるが、連続的に描くことで力の流れを表わしている）は、力が拡散する範囲である半円内を縦方向に曲線で延びており、最内部（Ｐｔ直下部）の応力１ｍａが最も大きく、それより外部及び遠方になるほど応力が（１ｍｂから１ｍｇへ）順に小さくなる。図１１（ａ）では、第三境界線（Ｂ３）は、Ｐｔ直下垂線から最も小さい応力線１ｍｇより遠い側（ボルト穴側）に形成されている例である。ただし、図１１（ａ）の応力線１ｍ（１ｍａ～１ｍｇ）は７段階の応力分布を表しているが、模式的に任意の応力分布である。

【0084】

図１１（ｂ）は、この状態の力の大きさを実際に求めて、黒（応力大）、グレー、淡いグレー、白色（応力小）を使って８段階のグラデーション模様で示したものであり、色が濃いほど応力が大きい状態であり、表示では力Ｆがかかる中心部Ｐｔの直下の応力１ｍａが一番大きく、位置Ｐｔから最外周の線１ｍｇの部分が、一番応力が小さい。この応力は、さらに最外周線１ｍｇの外側にも広がっているが、外周線１ｍｇの外側（図では線１ｍｇの右側）の応力の大きさは、極微小であり、応力としての影響が無視できるほど小さくなっている。図の最外周線１ｍｇの内部（略半円の内部）が全荷重Ｆの９５％以上を分担している。第一応力非伝達空間（１１ｓ）の第三境界線（Ｂ３）が、位置Ｐｔから遠い、ミーゼス相当応力がより小さい領域にあれば、第一応力非伝達空間（１１ｓ）によって分担されなくなる応力は、その小さい応力分だけであるので、ワッシャー本体（１ｂ）に余計に加わる応力をより小さくできるので、ワッシャーの強度が向上し、ワッシャーの座屈を防止又は低減することができる。

【0085】

従来のワッシャーの典型的なボルト穴構造では、ワッシャー（１）のボルト穴側の端部はワッシャー（１）の上平面（１ｕ）に垂直であり、ボルト（３）の軸線方向であるから、ボルト穴端部に加わる力Ｆの応力の全部を、ボルト穴端部が１００％直下に受ける構造であった。本発明の第一の側面では、ワッシャー（１）の第一応力非伝達空間（１１ｓ）を形成する第三境界線（Ｂ３）が、上記のミーゼス相当応力分布曲線のうち位置Ｐｔの直下に加わる応力の９５％、９０％、さらにより小さい応力分布曲線よりもボルト穴側にあると、位置Ｐｔに加わる力を位置Ｐｔ直下よりボルト穴側でも分担するので、ワッシャー１の疲労強度が向上する。第三境界線（Ｂ３）が、位置Ｐｔの直下に加わるミーゼス相当応力１ｍａの大きさの９５％の応力分布曲線よりもボルト穴側にあるとき、図１１（ａ）では９５％の応力分布曲線は例えば１ｍｂのように上平面１ｕから下平面１ｗに向かってほぼ垂直に近い線であるが、多くの場合、第三境界線（Ｂ３）は距離Ｌｓ／ｐ＝０．５～６の条件によって、１ｍｂのような応力分布曲線に沿う場合であっても途中のどこかで変曲してボルト穴側に延在するであろう。また、第三境界線（Ｂ３）は、ミーゼス相当応力分布曲線のうち位置Ｐｔの直下に加わる応力の８０％、７０％、５０％、３０％、２０％、１０％、又は５％の応力分布曲線よりもボルト穴側にあってよい。境界線Ｂ３は、ミーゼス相当応力分布曲線のうち位置Ｐｔの直下に加わる応力の５％の応力分布曲線よりもボルト穴側にあることが特に好ましい。

【0086】

また、第三境界線（Ｂ３）が、ミーゼス相当応力分布曲線のうち位置Ｐｔの直下に加わる応力の、例えばＸ％の応力分布曲線よりもボルト穴側にあるとき、第三境界線（Ｂ３）はそのＸ％の応力分布曲線１ｍに完全に沿う必要はなく、そのＸ％の応力分布曲線よりもボルト穴側にあればよく、特にワッシャー（１）の上平面から下平面へ所定の深さまで（通常、上に凸の曲線で）延在した後は、応力非集中線を維持しながら、よりボルト穴側に向かって（ワッシャー（１）の上平面により平行になる方向に、すなわち、下に凸の曲線として）折れ曲がってよい。例えば、図１１の第三境界線（Ｂ３）は、位置Ｐｔから深さ方向に初めは応力分布曲線１ｍｇに沿っているが（上に凸の曲線）、所定の深さにおいてボルト穴側に曲がって（変曲点を経て下に凸の曲線でボルト穴に向かって）延在している。典型的な１例では、縦断面において第三境界線（Ｂ３）は、位置Ｐｔから上に凸の曲線として始まり、変曲して下に凸の曲線として位置Ｐｈに至るように構成されてよい（ここにおいて上に凸又は下に凸の曲線とは、その曲線の任意の２点を結ぶ直線に対してその２点の間の点がその直線よりそれぞれ上又は下にあること、その曲線に対する接線がそれぞれ上又は下にあることをいう）。第三境界線（Ｂ３）がこのような曲線であることによって、ワッシャー（１）は第一応力非伝達空間（１１ｓ）によって小さい応力集中を実現しながら、ワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴近くの強度低下を小さくでき、第一応力非伝達空間（１１ｓ）を形成する加工量も小さくでき、またボルト（３）との位置合わせにも有利でありえる。第三境界線（Ｂ３）は、ミーゼス相当応力分布曲線のうち位置Ｐｔの直下に加わる応力の５％の応力分布曲線よりもボルト穴側にあり、ワッシャー（１）の上平面（１ｕ）近くでは５％の応力分布曲線に沿いながら、深さがねじピッチのある倍率（例えば０．０１倍～０．０３倍）以上に達した位置からボルト穴側に変曲することが特に好ましい。

【0087】

図１１（ｂ）を参照すると、特定の応力の大きさの分布状態の半径方向寸法は、最初は深さ方向に従い拡大しているが、図１１（ａ）に示す力の流れるベクトル線（１ｍ）が４５度程度まで広がったあたりで図１１（ｂ）の中心の応力大が徐々に伝播拡大し周囲に応力が少し弱まった領域を順次広げている。応力最大を表わす黒範囲は途中から縮小している。第三境界線（Ｂ３）の半径方向寸法を深さ方向の途中で（図１１（a）の１ｍaの方向に、例えば１ｍｃまで）縮小させると、その第三境界線（Ｂ３）は、最も縮小した位置から軸線方向の線を引いたときに交わる位置Ｐｔに最も近い応力分布曲線（上記の縮小している応力分布曲線より位置Ｐｔに近い応力分布曲線）の応力が被締結物（２）にかかる。したがって、本発明の目的では、ミーゼス相当応力分布範囲は、半径方向寸法が最大になった位置より深い箇所では、その位置から軸線方向に下面まで延ばした直線と考えるとよい。

【0088】

図１１（ｂ）において、第三境界線（Ｂ３）は、深さ方向に、応力分布図の応力大の範囲の半径方向寸法は縮小していても、その周囲の応力中程度の応力が伝播拡大しているため、第三境界線（Ｂ３）の半径方向寸法が縮小することは好ましくない。第三境界線（Ｂ３）の位置Ｐｔからボルト穴方向に拡大し、Ｐｈに至ることを基本とすれば、位置ＰｔからＰｈに向かう第三境界線（Ｂ３）は、深さ方向で、縮小することがないこと、拡大するだけであることが好ましい。あるいは、応力分布の相対的応力は、曲線矢印の上部（Ｐｔ近傍）と下部（図の矢印の矢付近）で大きさが異なるので、１つの態様では被締結物（２）の下面あるいはねじのピッチ１０～２０ｐまたはそれ以上までの深さにおいて評価してよい。もう１つの態様では、被締結物（２）のナット側平面からねじ０．１～１ピッチあるいは１～２ピッチの深さまでにおいて評価してよい。

【0089】

逆に、縦断面において、第一応力非伝達空間（１１ｓ）の第三境界線（Ｂ３）が存在してはならない領域は、Ｐｔ直下の線１ｍａからボルト穴側に僅かな領域であるが、位置Ｐｔから始まる第三境界線（Ｂ３）のボルト穴側への半径方向の長さが、例えばねじピッチ０．０１ｐないし０．５ｐまで応力集中緩和曲線であることが好ましい。応力集中緩和曲線については先に記載したが、例えば、第１境界線（Ｂ１）と第三境界線（Ｂ３）が接する点がＰｔとなるため、その接する形態は、第三境界線（Ｂ３）が応力集中緩和曲線として円弧、または楕円弧の一部であり、Ｐｔ位置においてその円弧または楕円弧の接線として接することが望ましい。円弧であれば、その円の中心はＰｔの下方にあり、楕円であれば、Ｐｔは短軸の頂点になる。

【0090】

また、位置Ｐｔから始まる第三境界線（Ｂ３）は、位置Ｐｔからボルト穴側に向かって少なくともねじピッチ０．０１ｐないし０．５ｐまでは応力集中緩和曲線であることが好ましいが、それよりボルト穴側では必ずしも応力集中緩和曲線でなくてもよい。

【0091】

（第一応力非伝達空間の態様Ａの変形例）
図１２に、第一応力非伝達空間（１１ｓ）の変形例を縦断面図で示す。例えば、
・図１２（ａ）は、１つの楕円又は大きな円弧の一部で構成されている。
・図１２（ｂ）では、第一応力非伝達空間（１１ｓ）はワッシャー（１）の両平面に対象に形成されており、ワッシャー（１）の両両面のどちらも上平面としても使える。図１２（ｂ）の特徴として、第一応力非伝達空間（１１ｓ）を作る第三境界線（Ｂ３）がＰｔよりボルト穴側に必要量延伸された場所で変曲点を経由して下に凸の、例えば円弧の一部により構成され、ワッシャーの上平面（１ｕ）側に戻り、（但しワッシャー上平面（1ｕ）に触れない範囲として）途中でボルト穴側に（半径方向に）延伸しボルト穴にあるＰｈに至る形状である。ワッシャー製造時の加工量が少なく、ボルトとのセンタリングが容易である形状を持つ。
・図１２｛ｃ)では、ワッシャー（１）の両平面に非対称な第一応力非伝達空間（１１ｓ）が形成されているが、ワッシャー（１）の両面のどちらを上平面としても使える。なお、ワッシャー（１）の両平面に非対称な第一応力非伝達空間（１１ｓ）を形成した場合、ワッシャー（１）の両面のどちらを上平面としても使ってもよいが、上平面に形成された応力非伝達空間が第一応力非伝達空間として作用するか、下平面に形成された応力非伝達空間が第二応力非伝達空間として作用するか、両方の可能性がある。距離Ｌｓが大きい方の応力非伝達空間が実質的な応力非伝達空間として機能する。この場合、ワッシャー（１）がナット（４）に触れる位置Ｐｔと被締結物（２）に触れる点の間を圧縮力が通ることになり、この２点間よりボルト穴側の（いわゆる半島状の）突起部分はボルトとのセンタリングを行う部分として存在する。
・図１２(ｄ)は、曲線で中央部分が波を打つ又は一部凹んでいる形状である。この他にも様々な形状が有りうる。
・図１２(ｅ)は、第一応力非伝達空間（１１ｓ）においてボルト穴（１ｈ）から半径方向に最も遠い位置Ｐｓが、ワッシャーの上平面（１ｕ）における第一応力非伝達空間（１１ｓ）との境界点をなす位置Ｐｔよりも、ボルト穴（１ｈ）からより遠い位置にある例である。

【0092】

（好適な応力非伝達空間；態様Ｂ）
本発明の第一の側面の１つの態様として、応力非伝達空間（１ｓ）は、下記の条件を満たす第二応力非伝達空間（１２ｓ）であることが好ましいことが見出された（この態様を態様Ｂという）。すなわち、第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、図１３～１５及び図１９に示すようなワッシャー（１）の軸線を含む縦断面において、ワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴内周面（１ｉ）の位置Ｐ１から、半径方向外側に延在し、ボルト穴内周面（１ｉ）の位置Ｐ２に至るか又はワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）の位置Ｐ３に至る線を第四境界線（Ｂ４）とし、ボルト穴内周面（１ｉ）の延長線を第五境界線（Ｂ５）とし、又はさらに任意にワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）の延長線を第六境界線（Ｂ６）とする空間であり、
第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、縦断面において、
・好ましくは、ボルト穴周面（１ｉ）から半径方向に最も遠い位置をＰｓとして、位置Ｐｓからナットのねじ谷底を結ぶ線の円筒性までの半径方向の距離Ｌｓは、ナット（４）のねじピッチｐの０．５倍を超え、６倍以下の長さの範囲にあり、
・ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）から、第二応力非伝達空間（１２ｓ）までの軸線方向の最短寸法である庇部厚さＴｈは、ワッシャー（１）の厚さＴの１％以上である。

【0093】

図１３～１５の縦断面図に第二応力非伝達空間（１２ｓ）の好ましい態様の例を示すが、ワッシャー本体（１ｂ）は、ボルト穴（１ｈ）に開口するとともに下平面（１ｗ）にも開口する第二応力非伝達空間（１２ｓ）を有している。第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）には開口していない。第二応力非伝達空間（１２ｓ）とワッシャー本体（１ｂ）との第四境界線（Ｂ４）は、下平面（１ｗ）からほぼ垂直に立ち上がる立上部（Ｂｒ）があり、円弧に近い曲線のコーナー部（Ｂｃ）において上平面（１ｕ）に近づき、コーナー部（Ｂｃ）からワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴内周面（１ｉ）（ボルト穴（１ｈ）を画定する面）に至るボルト穴内周末端部（Ｂｅ）で終わり、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の上側に、特にボルト穴内周末端部（Ｂｅ）の上側に庇部（１ｐ）を形成している。下平面（１ｗ）からほぼ垂直に立ち上がる立上部（Ｂｒ）は、製作の精度を考慮して、垂直方向に対して±２０度の角度の範囲内であってよい。コーナー部（Ｂｃ）は、限定するわけではないが、図１３～１５の縦断面図において、そのコーナー部（Ｂｃ）の線分は、軸線ｚに対して２０～２５度、特には２５度をなす直線と接する位置から、軸線ｚに対して６５～７０度、特には６５度をなす直線と接する位置までの部分であってよい。ボルト穴内周末端部（Ｂｅ）は、コーナー部（Ｂｃ）の端部（軸線ｚに対して６５～７０度、特には６５度をなす直線と接する位置）からボルト穴内周面（１ｉ）までである。

【0094】

この態様において、第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、縦断面図において、図１３～１５に示す上に凸の断面形状を有するが、三次元的には、ワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）の軸線を中心とする同心円環状である（図１５（ｂ）（ｃ）参照）。すなわち、第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、図１３～１５に示す断面形状の空間を、軸線を中心として３６０度回転させてできる三次元形状の空間（同心円環状空間）である。

【0095】

図１３～１５を参照すると、第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、ワッシャー（１）の縦断面において、ボルト穴（１ｈ）に開口している。第二応力非伝達空間（１２ｓ）がボルト穴（１ｈ）に開口していることによって、ワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴側における締結力の軸方向の伝達が低減されるので、ボルト穴側にあるボルト（３）の締結噛合い低次山目にかかる力が減少する。

【0096】

態様Ｂのワッシャーをナットとともに用いる場合、ワッシャー（１）とナット（４）の接触面からボルト（３）に至る締結力（圧縮応力）は、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の存在によって第二応力非伝達空間（１２ｓ）のボルト穴内周面（１ｉ）から半径方向に最も遠い位置Ｐｓの外側からボルト穴側に回り込む角度（圧縮応力がボルト穴側に及ぶ方向）は、位置Ｐｓから立上部（Ｂｒ）を通り、コーナー部（Ｂｃ）の曲線の頂点を超えた付近から軸線ｚに対してほぼ４５度の仰角が限界である。この周り込む圧縮応力がボルトの高次山目（特に山頂）側に向かうことで、ボルトの低次山目（特に１山目）の負荷分担を小さくすることができる。

【0097】

第二応力非伝達空間（１２ｓ）のボルト穴内周面（１ｉ）から半径方向に最も遠い位置Ｐｓから、ナット（４）のボルト穴（１ｈ）のねじ谷底を結ぶ線（４ｅ）までの半径方向の距離Ｌｓが、ナットのねじピッチｐの長さの０．５倍以上、６倍以下であることが好ましい。１つの好ましい態様において、距離Ｌｓは、ねじピッチｐの長さの０．７倍以上、１倍以上、１．５倍以上、２倍以上、２．５倍以上、３倍以上であること、また５倍以下、４．５倍以下、４倍以下、３．５倍以下であることが好ましい。距離Ｌｓが２ピッチ以上、４ピッチ以下であることが特に好ましい。第二応力非伝達空間（１２ｓ）の半径方向の寸法を適当な寸法以下にすると、低次のねじ山目にかかる応力が十分に小さくしながら、ナット及びワッシャーの外径寸法を小さく抑えることができるので、好ましい。

【0098】

図１３～１５の縦断面図において、ワッシャー本体（１ｂ）は、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の上側に、庇部（１ｐ）を有する。庇部（１ｐ）は、ボルト穴（１ｈ）に対してボルト（３）をセンタリングするための部材であり、庇部（１ｐ）の先端がボルト穴（１ｈ）の内周面を構成していればよい。ボルト穴（１ｈ）の内周面を構成する庇部（１ｐ）は、ワッシャー本体（１ｂ）の平面図において、必ずしもボルト穴（１ｈ）の全周に存在する必要はないが、全周に存在して円形のボルト穴（１ｈ）を画定することが好ましい。庇部（１ｐ）は、応力を伝達する部分ではないので、図の上下方向の厚さは庇部（１ｐ）の強度が保たれる限り小さくてよく、厚さが小さいほど応力伝達への寄与が小さくなるので、好ましい。例えば、庇部（１ｐ）の最小厚さＴｈは、ワッシャーの厚さＴの１％以上であるが、０．１倍以上０．７倍以下とすることが望ましい。更に望ましくは、Ｔｈは０．２Ｔ≦Ｔｈ≦０．６Ｔであり、更に望ましくは０．２２Ｔ≦Ｔｈ≦０．５Ｔである。この庇部１ｐの厚さは部分的に薄くすることが可能で、コーナー部Ｂｃを通り、ボルト穴内周面Ｉｉに至る途中が一番薄くなる形状を取れば、最内径側のボルトとのセンタリングが容易に行える内周面の長さｔを確保することが出来る。

【0099】

図１３～１５の縦断面図を参照すると、ワッシャー本体（１ｂ）と第二応力非伝達空間（１２ｓ）の第四境界線（Ｂ４）は、ワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）からほぼ垂直に立ち上がる立上部（Ｂｒ）と、ボルト穴内周面（１ｉ）に接続されるボルト穴内周側端部（Ｂｅ）と、立上部（Ｂｒ）とボルト穴内周側端部（Ｂｅ）の間を連結するコーナー部（Ｂｃ）とを有する。ワッシャー本体（１ｂ）と第二応力非伝達空間（１２ｓ）の第四境界線（Ｂ４）、特に図１３～１５では上に凸の曲線であるがそのコーナー部（Ｂｃ）は、全体が曲線又は曲線と直線の組合せからなり、直線と直線が交差する角部を有していない応力集中緩和線で構成されていることが好ましい。図１３～１５の縦断面図において、コーナー部（Ｂｃ）は、限定するわけではないが、軸線ｚに対して２０～２５度、特には２５度をなす直線と接する位置から、軸線ｚに対して６５～７０度、特には６５度をなす直線と接する位置までの部分であってよく、軸線ｚに対して４５度の仰角を有する直線が第四境界線（Ｂ４）と接する位置が存在する部分である。コーナー部（Ｂｃ）は、例えば、仰角約４０～５０度、特には約４５度の直線から構成されてよいが、その場合には、コーナー部（Ｂｃ）と立上部（Ｂｒ）の接続部分、及びコーナー部（Ｂｃ）とボルト穴内周側端部（Ｂｅ）の接続部分は、曲線で結合されて角を形成しないことが好ましい。また、コーナー部（Ｂｃ）は、円弧又は楕円弧あるいはそれに近い形状によって形成されてよい。ワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）と第四境界線（Ｂ４）との接続の仕方、及びワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴内周面（１ｉ）と第四境界線（Ｂ４）との接続の仕方も、応力集中緩和線であることは好ましいが、必ずしも必須ではなく、特にワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴内周面（１ｉ）と第四境界線（Ｂ４）との接続箇所は、ナットと被締結物の間にかかる力が殆ど及ばないか小さいので、応力集中緩和線でなくてもよい。

【0100】

１つの態様において、図１３～１５の縦断面図を参照すると、ワッシャー本体（１ｂ）と第二応力非伝達空間（１２ｓ）の第四境界線（Ｂ４）は、ワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）からほぼ垂直に立ち上がる立上部（Ｂｒ）から、円弧又は楕円弧に接続されてコーナー部（Ｂｃ）を形成し、その後曲率がさらに小さくなるボルト穴内周末端部（Ｂｅ）によってボルト穴内周面（１ｉ）に至ってよい。このような第四境界線（Ｂ４）は、下平面（１ｗ）及びボルト穴内周面（１ｉ）との接続箇所を除いて応力集中緩和曲線であり、しかもこの形状の第二応力非伝達空間（１２ｓ）は形成が容易である。また、軸線に対する仰角４５度の直線がコーナー部（Ｂｃ）と接する位置Ｐが上平面（１ｕ）に近いと、被締結物（２）からねじに伝達される圧縮応力が、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の外側を回る位置がボルト穴内周面（１ｉ）からより遠くなる効果があり、好ましい。コーナー部（Ｂｃ）が軸線に対する仰角４５度の直線と接する位置Ｐは、ワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）から、ワッシャー（１）の厚さＴの１／２以上の軸線方向距離にあることが好ましく、ワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）における立上部（Ｂｒ）の起点の位置Ｐ３（Ｐｓ）からボルト穴内周面（１ｉ）に向かってねじの１ピッチの長さ以下であることが好ましい。立上部（Ｂｒ）（下平面（１ｗ）から軸線に対する仰角２０～２５度の直線が第四境界線（Ｂ４）と接する位置まで）は、限定されないが、ワッシャー（１）の厚さＴの１／４～１／３以上の軸線方向長さを有することが好ましい。ボルト穴内周末端部（Ｂｅ）（軸線に対する仰角６５～７０度の直線が第四境界線（Ｂ４）と接する位置からボルト穴内周面（１ｉ）まで）は、コーナー部（Ｂｃ）との接続箇所からボルト穴内周面（１ｉ）まで、接線が軸線に対して形成する仰角が漸増する形状であり、最大仰角は９０度以下であることが好ましい。ボルト穴内周末端部（Ｂｅ）の上側に形成される庇部（１ｐ）の最小厚さ（図１４ではボルト穴内周面（１ｉ）の厚さｔ）は、ワッシャー（１）の厚さＴの３～２０％、さらには５～１５％の範囲であることが好ましい。ボルト穴内周末端部（Ｂｅ）は、図１３の形状以外に、図１９及び図２０に示すように様々な変形であってよいし、さらには、ボルト穴内周末端部（Ｂｅ）は存在せずに、コーナー部（Ｂｃ）の途中又は末端がボルト穴内周面（１ｉ）との接続箇所であってもよい。

【0101】

（態様Ｂのワッシャー締結構造のＦＥＭ解析結果）
図１６に図１３～１５に示す態様Ｂのワッシャー締結構造についてＦＥＭ解析を行い、ミーゼス相当応力分布で示される応力状況を示す。図１３に示す第四境界線（Ｂ４）のコーナー部（Ｂｃ）上の位置Ｐに該当する位置周辺に白色（応力大）が斜めにあり、圧縮応力が大きいこと、ねじ山４番方向を向いていることが見られる。明るいグレー（応力やや大）が広がり、ナットねじ山２～５番目までかかっている。ボルト側を見れば白色（応力大）はボルトねじ１，２山目にあるが、面積は小さい。淡グレーは３番、暗いグレー（応力やや小）はボルトの端部５，６山目あたりまで大きく広がっている。この様に応力がナット（４）の多くの部分に広がり、ねじ山の多くでボルト（３）とナット（４）が力を与え合っている。ワッシャー（１）を見れば、ワッシャー内で応力が収まっており、黒い応力小部分がワッシャー（１）の外周側と内周側（ボルト側）にある。ここでは座面変形などの悪影響は起きていない。

【0102】

図１７（ａ）（ｂ）には、図１６に示す態様Ｂのワッシャー締結構造で締結した場合と従来のワッシャーで締結した場合のＦＥＭ解析で求めた結果を、図１７（ａ）に各ねじ山の負荷分担率を一覧表で比較を示し、図１７（ｂ）にその比較を棒グラフで示す。締結噛合い１山目での負荷分担率の状況は従来構造ワッシャーの場合は３５．６％であるのに対し、態様Ｂのモデル（図１３～１５の例）では１山目３２．３％と絶対値で３．３ポイント、相対値で約９％低減している。

【0103】

態様Ｂは、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の半径方向の距離Ｌｓのピッチｐに対する比（Ｌｓ／ｐ）が大きくなるほど、すなわちＬｓが長くなることと等価であるが、噛合い１山目ねじ山の負荷分担率が低下する傾向がある。その理由は、距離Ｌｓの終端である位置Ｐｓ（Ｐ３）の外周側でナット座面にワッシャーからの力が入る関係があり、その入力位置から斜め方向にナットねじ山に向かう力が増し、ナットのねじ山の開放側の３山目以後に応力が増加するため、相対的に１山目に入る負荷分担率が下がるからである。

【0104】

図１８に態様Ｂの距離Ｌｓ（Ｌｓ／ｐ）の変化と噛合い１山目の負荷分担率の関係を示す。図１８に、態様Ｂのワッシャーの距離Ｌｓを変化した場合の効果をまとめて示す。図１８の右上図は、従来構造のワッシャー締結（Ｌｓ＝０）のミーゼス相当応力分布図、中段はモデル２（Ｌｓ＝２．２１ｐ）のミーゼス相当応力分布図、下段はモデル３（Ｌｓ=３．００ｐ）のミーゼス相当応力分布図である。モデル２とモデル３は、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の形状は、ボルト穴内周面（１ｉ）までの深さは同じで、モデル２と比べてモデル３では距離Ｐｓ（位置Ｐ３までの距離）が半径方向により長くなった形状である。これらのミーゼス相当応力分布図を参照すると、上図から中図、下図へ行くにつれて、応力大である白色部分がねじ１山目から高次山目側に延びていることが見られる。これらの図から、各黒点位置におけるボルトねじ１山目負荷分担率を求めると、上図（従来方式ワッシャー）では３５．６％、中図では３２．３％、下図では３０．９％であった。距離Ｌｓが長くなるに従い、ねじ１山目の負荷分担率が略直線的に下がることが示され、距離Ｌｓの増大によって、ボルトねじ１山目負荷分担率が３５．６％から３２．３％へと、相対的に約９％も減少している。この１山目負荷低減により、ボルトの噛合い１山目谷底の疲労強度向上に効果がある。先に述べたボルトの疲労試験結果より求められるＳ－Ｎ線図の関係式から、負荷分担率が３５．６％から、３４．５％、３２．３％、３０．９％、３０．３％、２９．７％にそれぞれ低下するとき、応力指数ｂ＝４として、Ｎｆ及び寿命は、約１．１２倍、約１．４５倍、約１．７５倍、約１．９２倍、約２．１３倍にそれぞれ増大することが期待される。

【0105】

（第二応力非伝達空間の態様Ｂの変形例）
図１９（ａ）～（ｄ）及び図２０に、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の変形例の略図を示す。図１９において、第四境界線（Ｂ４）はワッシャー本体（１ｂ）と第二応力非伝達空間（１２ｓ）の境界線である。
・図１９（ａ）は、ボルト穴内周面（１ｉ）の軸線方向長さｔが庇部（１ｐ）の最小厚さＴｈより長い一例である。
・図１９（ｂ）は、被締結物（２）とワッシャー（１）の下平面（１ｗ）の接触する位置Ｐ３（Ｐｓ）から立上部（Ｂｒ）に至る部分に応力集中緩和曲線の構造を付けたものの一例を示し、この場合の第二応力非伝達空間（１２ｓ）の半径方向の長さは図示のように立上部（Ｂｒ）よりもより半径方向外側になる。
・図１９（ｃ）は、ワッシャー本体（１ｂ）の厚さの中間にボルト穴内周面から半径方向外側に向かって凸の第二応力非伝達空間（１２ｓ）を設け、第二応力非伝達空間（１２ｓ）がワッシャー本体（１ｂ）の上下平面（１ｕ、１ｗ）に開口していない例である。図１９（ｃ）は、図１９（ｂ）のワッシャーを２枚向かい合わせに張り付けたような例である。ワッシャー本体（１ｂ）の厚さＴが厚い時に、ナット（４）に近いところに、図１９（ｃ）のような第二応力非伝達空間（１２ｓ）を設ける事により、噛合い１山目のねじ山負荷分担率を低減することが出来る。またこの例では、ワッシャーの上下平面が同じになり使用時の誤使用がない。
・図１９（ｄ）は、ワッシャー（１）のセンター合わせを考慮した形状であり、ボルト穴内周面の長さｔを大きくする方法（ボルト穴側の形状を参照）と、外周側のナット側にリング状や数か所の突起部を設け、ナット外周部を利用してボルトとのセンター合わせをする方法（ワッシャー本体（１ｂ）の外周側の突起を参照）の一変形例を示している。
・図２０は、コーナー部（Ｂｃ）の両側の立上部（Ｂｒ）とボルト穴内周末端部（Ｂｅ）に曲線もしくは直線を持ち、その曲線もしくは直線の中間、すなわちコーナー部（Ｂｃ）が直線である例である。図２０の例では立上部（Ｂｒ）及びボルト穴内周末端部（Ｂｅ）も直線であり、それぞれの線の接続部のみが応力集中緩和曲線で接続されている例である。

【0106】

（面取り）
本発明において、ワッシャー本体（１ｂ）は、応力非伝達空間（１ｓ）を形成されて、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）、下平面（１ｗ）、ボルト穴内周面（１ｉ）との接続箇所が断面において応力集中緩和曲線の一部として構成されると、面取りは基本的に不要であるが、応力非伝達空間（１ｓ）の形状によっては、特に円弧状あるいは楕円弧状の曲線形状に面取りしてもよい。第一応力非伝達空間（１１ｓ）のワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴内周面（１ｉ）側の位置Ｐｈは、応力集中緩和曲線の一部として構成されてよく、また応力集中緩和曲線の一部ではないが任意に面取りされてもよい。第二応力非伝達空間（１２ｓ）のワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）の位置Ｐ３あるいはボルト穴内周面（１ｉ）側の位置Ｐ２は、応力集中緩和曲線の一部として構成されてよく、また応力集中緩和曲線の一部ではないが任意に面取りされてもよい。

【0107】

なお、従来技術において、ワッシャー本体のボルト穴形成部の角は面取りされることがある。従来技術における面取りは縦断面において円弧状又は三角形であることが多いが、その寸法は微細であり、最大でもねじのピッチｐの０．３５ｐ未満程度であり、０．５ｐを超え、さらにねじのピッチｐと同じになることはないので、本発明の応力非伝達空間（１ｓ）とは明確に区別できるものである。

【0108】

（ワッシャーの外周寸法）
ワッシャー（１）の外周寸法は、ナット（４）の外周寸法と同じかそれより僅かに大きいことが好ましい。ワッシャー（１）の外周寸法は、ワッシャー（１）のねじ穴を覗く平面図においてワッシャー（１）に内接する円の直径と考えてよい。この意味におけるワッシャー（１）の外周寸法Ｄは、本発明の第一の側面において、用いるボルトの外径に対応して標準的に用いられるワッシャー（１）の外周寸法と同様であってよいが、１つの態様において、ワッシャー（１）の外周寸法は、ワッシャー（１）の内径（又はボルトの外径）の１．８倍以上であってよく、１，９倍以上、２倍以上、２．１倍以上、２，２倍以上、２，３倍以上であってもよい。また、ワッシャー（１）の外周寸法Ｄは、ワッシャー（１）の内径（又はボルトの外径）の４倍以下、３倍以下、２．５倍以下であってよい。

【0109】

別の好ましい態様において、ワッシャー（１）の外周寸法Ｄは、ワッシャー（１）の内径（又はボルトの外径）をＲ４とし、上記距離ＬｓをＬｓとするとき、（Ｄ／２）２－｛（Ｒ４）／２＋Ｌｓ｝２≧ｋ｛（Ｒ４）／２｝２（式中、ｋ＝２．５）であってよく、さらには、ｋ＝２．７、ｋ＝２．９、ｋ＝３．０であってよい。また、ワッシャーの外周寸法Ｄは、（Ｄ／２）２－｛（Ｒ４）／２＋Ｌｓ｝２≦ｑ｛（Ｒ４）／２｝２（式中、ｑ＝３．５）であってよく、さらには、ｑ＝３．３、ｑ＝３．１、ｑ＝３．０であってよい。

【0110】

（ナット）
ナット（４）の外周寸法は、ナット（４）のねじ穴を覗く平面図においてナット（ねじ軸部、フランジナットではフランジ部）に内接する円の直径と考えてよい。この意味におけるナット（４）の外周寸法Ｄは、本発明の第一の側面において、用いるボルト（３）の外径に対応して標準的に用いられるナット（４）の外周寸法と同様であってよいが、１つの態様において、ナット（４）の外周寸法は、ナット（４）の内径（又はボルトの外径）の１．８倍以上であってよく、１．９倍以上、２倍以上、２．１倍以上、２，２倍以上、２，３倍以上であってもよい。また、ナット（４）の外周寸法Ｄは、ナット（４）の内径（又はボルトの外径）の４倍以下、３倍以下、２．５倍以下であってよい。

【0111】

また、態様Ａの１つの態様において、締結構造を軸線方向から視た平面図において、ワッシャー（１）の上平面（１ｕ）とナット（４）の下平面（４ｗ）との接触面は、軸線を中心として接触面に内接する円を想定したとき、内接円の半径が、ナット（４）のねじの谷底を結ぶ線（４ｅ）とナット（４）の軸線との間の距離の２倍と距離Ｌｓとの和の０．８倍以上、さらには０．９倍以上、１．０倍以上の寸法を有してよい。また、第二応力非伝達空間（１２ｓ）が下平面（１ｗ）に開口している態様Ｂの１つの態様において、締結構造を軸線方向から視た平面図において、ワッシャー（１）の下平面（１ｗ）と被締結物（２）との接触面は、軸線を中心として接触面に内接する円を想定したとき、内接円の半径が、ナット（４）のねじの谷底を結ぶ線（４ｅ）と軸線の距離（半径）の２倍と距離Ｌｓとの和の０．８倍以上、さらには０．９倍以上、１，０倍以上の寸法を有してよい。

【0112】

ワッシャー本体（１ｂ）の外周は、ナット（４）と接触する上平面（１ｕ）の外周よりも大きくてよい。縦断面において、ワッシャー本体（１ｂ）は、最外周（１о）と上平面（１ｕ）との接続部が例えば３０～６０度、さらには４０～５０度の仰角で切欠かれていてよい。この切欠き部（１ｄ）の大きさは、ワッシャー本体（１ｂ）の厚さ方向の寸法で、ワッシャー本体（１ｂ）の厚さＴの半分以下、さらに３分の１以下であってよい。この切欠き部（１ｄ）は、フランジナットのフランジ部に対応する形状であることができる。

【0113】

別の好ましい態様において、ナット（４）の外周寸法Ｄ’は、ナット（４）の内径（又はボルトの外径）をＤｎとし、上記距離ＬｓをＬｓとするとき、（Ｄ’／２）２－（Ｄｎ／２＋Ｌｓ）２≧ｋ（Ｄｎ／２）２（式中、ｋ＝２．５）であってよく、さらには、ｋ＝２．７、ｋ＝２．９、ｋ＝３．０であってよい。また、ナットの外周寸法Ｄ’は、（Ｄ’／２）２－（Ｄｎ／２＋Ｌｓ）２≦ｑ｛Ｄｎ／２）２（式中、ｑ＝３．５）であってよく、さらには、ｑ＝３．３、ｑ＝３．１、ｑ＝３．０であってよい。

【0114】

ナット（４）は、フランジ部のない多角形ナット（通常六角ナット）であってよいが、フランジ部（４ｆ）を有するフランジナットが好ましい。フランジナットはねじ軸部とねじ軸部より拡開したフランジ部（４ｆ）を有し、フランジ部（４ｆ）側の底面（座面）は平坦面である。フランジナットにおいて、フランジ部側の底面（座面）の外周寸法Ｄ’が上記の寸法を有することが、所定の締結面積を確保するために好ましい。これに対して、フランジナットにおけるねじ軸部は、底面（座面）の外周寸法Ｄより小さいことができ、材料費を節約できる。フランジナットにおけるフランジ部（４ｆ）は、ナット（４）とワッシャー（１）との締結力を確保するために、必要な締結面積（の増加）を担うとともに、必要な軸線方向厚さを有することが好ましいが、軸線方向には必要な（最低限の）厚さがあればよく、それよりもねじ開放側の軸線方向厚さ部分は不要なので、縦断面において、仰角約７０度以下が好ましく、さらに約６０度以下、約５０度以下、特に約４５度以下あるいは約４０度以下、また約２０度以上が好ましく、さらに約３０度以上、約３５度以上、特に約４０度以上の仰角（傾斜部）を有する形状として、ねじ軸部の材料を減少させてよい。ワッシャー（１）とナット（４）の間の締結力は、ナット（４）の外周近く（ボルト穴から遠い位置）では、ワッシャー（１）とナット（４）の締結面からナット（４）及びボルト（３）のねじに向かってほぼ４０～４５度以上の仰角方向の圧縮応力が重要であり、これより仰角の小さい部分の応力伝達はナット（４）のねじに向かわないか、力が小さいことがあり、ナット（４）のそのような部分はなくてもよいので、フランジナットの傾斜部及びねじ軸部としてよい（図３参照）。また、フランジナットのフランジ部の外周面近くは、縦断面において、強度補強のために座面にほぼ垂直であってよく、その部分の厚さは、例えば、ねじピッチｐに対して０．５ｐ以上であってよいが、好ましくは１ｐ以上、１．５ｐ以上、２ｐ以上、３ｐ以上であり、２０ｐ以下、１０ｐ以下、さらには５ｐ以下であってよい。ナットの軸部（４ｓ）とフランジ部（４ｆ）の接続部の外周面は応力集中緩和線で接続されることが望ましい。ねじ軸部の外径はナットのねじ穴径に対応した標準寸法であることが好ましく、また、フランジ部の座面の外径は、応力非伝達空間（１ｓ）の半径方向寸法（Ｌｓ)に対応してねじ軸部の外径より拡大することが好ましく、その拡大する寸法は応力非伝達空間（１ｓ）の半径方向寸法（Ｌｓ)の０．７倍以上であることが好ましく、０．８倍以上、０．９倍以上、１．０倍以上であってよく、また１．３倍以下が好ましく、１．２倍以下、１．１倍以下、１．０倍以下であってよい。また、フランジ部の軸線方向の（最大）寸法、すなわち、フランジ部の半径方向寸法が拡開する始点からナット座面までの寸法は、応力非伝達空間（１ｓ）の半径方向寸法（Ｌｓ)に対応することが好ましく、その寸法は応力非伝達空間（１ｓ）の半径方向寸法（Ｌｓ)の０．５倍以上であることが好ましく、０．７倍以上、０．８倍以上、０．９倍以上、１．０倍以上であってよく、また１．３倍以下が好ましく、１．２倍以下、１．１倍以下、１．０倍以下であってよい。

【0115】

１つの態様において、ワッシャー（１）が態様Ｂのとき、ナット（４）のフランジ部（４ｆ）の外周傾斜部が、縦断面において、ワッシャー（１）の第二応力非伝達空間（１２ｓ）のコーナー部（Ｂｃ）と対応し、フランジ部（４ｆ）の外周傾斜部とワッシャー（１）のコーナー部（Ｂｃ）の間の最短距離が、ねじ軸部の半径方向寸法（ねじ軸部の外周寸法とねじ内径との差）とほぼ同じ、例えば、０．８～１．２倍、０．９～１．１倍であることが好ましい。

【0116】

ナット（４）のワッシャー（１）側の面（座面）は平坦面であってよい。座面が平坦面であるナット（４）は入手及び製造が容易であり、好ましい。だだし、必要性はないが、締結時に、ナットのワッシャー（１）側の面（座面４ｗ）において、ワッシャー（１）の応力非伝達空間の上側（ナット側）にあって、ねじ軸部（４ｓ）の強度を保持し、かつ締結力を伝達する必要がない部分であれば、空間（凹部）として形成されていてもよい。また、上記のような空間が存在する場合においても、ナット（４）はワッシャー（１）側の平坦面でワッシャー（１）と接触し、ナット（４）のねじ部（ねじ１山目を含む）はそのワッシャー（１）側平坦面より下（ワッシャー側）に位置することはない。

【0117】

また、ナット（４）は、通常の形状に対して、切込み又は凹部（空間）を形成する必要はなく、ナット（４）がフランジナットである場合、フランジ部（４ｆ）及びねじ軸部（４ｓ）のいずれにおいても、ナット（４）の通常の形状に対して、切込み又は凹部（空間）を形成する必要はなく、そのような切込み又は凹部（空間）はないことが好ましい。切込み又は凹部（空間）はナットの強度を損なう恐れがある。ここで、ナット（４）の通常の形状とは、ねじ軸部本体（ねじ軸部を含む多角形部）であれば、ボルト穴（１ｈ）からねじ軸部本体外周までの距離が軸線方向に一定であり、その肉部に切込み又は空隙がないことをいい、フランジ部（４ｆ）であれば、ボルト穴（１ｈ）からねじ軸部本体外周までの距離が、ねじ軸部本体の対応する距離から軸線方向に拡大して座面に至り（座面近傍は、前記したように、ボルト穴（１ｈ）からねじ軸部本体外周までの距離が一定であってよい）、その肉部に余分な切込み又は空隙がないことをいう。

【0118】

〔本発明の第二の側面〕
本発明の第二の側面によれば、平行な第一及び第二平面（１ｕ、１ｗ）を有するワッシャー本体（１ｂ）と、前記ワッシャー本体（１ｂ）を貫通し前記第一及び第二平面（１ｕ、１ｗ）に垂直な方向に延在するボルト穴（１ｈ）とを有するワッシャー（１）であって、前記ワッシャー（１）は、前記ボルト穴（１ｈ）の軸線（ｚ）及び軸線方向と、前記軸線（ｚ）に垂直な半径方向（ｒ）を有し、
前記ワッシャー本体（１ｂ）は、前記ワッシャー（１）の前記軸線を含む縦断面において、前記ボルト穴（１ｈ）に開口しかつ前記半径方向に延在する応力非伝達空間（１ｓ）を有し、
前記応力非伝達空間（１ｓ）は、前記ボルト穴（１ｈ）の前記軸線（ｚ）を中心とする同心円環状であることを特徴とするワッシャー（１）が提供される。
以下、本発明の第二の側面を、好ましい態様と図面を用いて、限定することなく、説明する。

【0119】

本発明の第二の側面は、第一の側面の応用展開の面を有する発明であり、第一の側面において記載した事項は、そのまま、あるいは第二の側面に適用させるために修正をすれば、第二の側面にも適応する。したがって、特に、第一の側面においてワッシャーについて記載した事項、ワッシャーとワッシャー締結構造との関係に関する事項は、特に断らなくても、第二の側面にも適用されるものであることが理解されるべきである。また、逆に、第二の側面においてワッシャーについて記載する事項、ワッシャーとワッシャー締結構造との関係に関する事項は、特に断らなくても、第一の側面にも適用できるものであることが理解されるべきである。

【0120】

図１及び図５は、ボルト（３）、ナット（４）、ワッシャー（１）を用いて、被締結物（２）を基体（５）に締結する構造の例をその縦断面図として示すが、図１は従来技術の例、図５は本発明のワッシャーを用いる締結構造の例である。ボルト（３）とナット（４）とワッシャー（１）によって被締結物（２）を基体（５）に締結するに当たって、被締結物（２）とナット（４）の間にワッシャー（１）を介在させ、ワッシャー（１）がナット（４）の締結面より大きい面積を有することにより、ナット（４）による被締結物（２）の締結を安定にすることができる。本発明において、ボルト（３）、ナット（４）、ワッシャー（１）、被締結物（２）及び基体（５）の締結方向は、ボルト（３）の軸線方向であり、締結構造、ボルト（３）、ナット（４）及びワッシャー（１）に共通の軸線方向である。軸線方向に垂直な方向を半径方向という。ナット（４）及びワッシャー（１）は、半径方向のボルト側（ボルト穴側）を内側、ボルト側から遠ざかる方向を外側という。

【0121】

ボルト・ナット締結は、ナット（４）に形成された雌ねじを、ボルト（３）に形成された雄ねじに対して、締め付けることで行われるので、ボルト（３）のねじには、基本的に、ボルト（３）の軸線方向（ナット（４）とワッシャー（１）の接触面及びワッシャー（１）と被締結物（２）の接触面に対して垂直な方向）にナット（４）からワッシャー（１）の側に向かう引張応力が作用する（図２参照）。同時に、ナット（４）をボルト（３）に対して締め付けると、ナット（４）のねじに対しては、ナット（４）とワッシャー（１）の接触面との間に圧縮応力が働き、この圧縮応力は、ワッシャー（１）のねじ軸から半径方向に離れた位置とナット（４）のねじとの間に働くので、ねじ軸線に対して傾斜した方向に作用する（図３参照）。図２及び図３において、力線の方向とともに強度がベクトル密集度と長さによって表されている。このナット（４）のねじに働く圧縮応力の反力として圧縮応力が、ボルト（３）のねじに対して働く。したがって、ボルト（３）のねじに対しては、上記の引張応力と圧縮応力が合成された応力が作用する（図４参照）。図４において、※は破壊しやすい場所を示す。

【0122】

この締結構造において、先に述べたように、ボルト（３）の締結噛合い１山目の疲労を原因とする亀裂軸破断が起きやすいという問題がある（図４の※の位置）。図２及び図３は、従来技術の締結構造の例においてボルト（３）及びナット（４）に作用する引張応力と圧縮応力のそれぞれを本発明者が実際に評価した結果を、ベクトルの方向及び強度（ベクトルの密集度及び長さ）として表す図である。ボルト（３）のねじに対してボルト（３）の締結噛合い低次山目側から高次山目側に向かって、１山目、２山目、３山目、４山目・・・と順次かかる応力は小さくなり、１山目に最大の応力がかかっている。図４は、図２及び図３の引張応力と圧縮応力を合成した結果であり、応力ベクトルの大きさをグレースケール表示（白色が最も大きい力を表す）したものである。応力の方向は、白色部分の位置及び向きによって理解することができる。ボルト（３）の締結噛合い１山目（山頂）、２山目（山頂）・・・は、ナット（４）のねじでは締結噛合い１山目（谷底）、２山目（谷底）・・・にそれぞれ対応する。ナットでの負荷分担率（ボルトの負荷分担率も対応している）の数値は、締結噛合い１山目３５．６％、２山目２０．６％、３山目１４．５％、４山目１１．０％、５山目８．５％、６山目５．９％、７山目３．９％であり、ねじ山の開放側（高次山目側）４ｏに向かって急激に負荷分担が下がることが確認された。

【0123】

したがって、締結によって各ねじ山にかかる応力（引張応力及び圧縮応力）を、従来品と比べて、高次山目側（図１～４の上方向、締結力開放側）４оに移動させ、締結によるボルト（３）のねじの締結噛合い１山目及び２山目、特に１山目にかかる応力を低減できれば、ボルト（３）の疲労破壊を減らし、疲労寿命を延ばすことができると考えられる。

【0124】

本発明の第二の側面のワッシャー（１）は、これを可能にする構造をもつワッシャーである。図５は、本発明の第二の側面のワッシャー（１）の１例のボルト穴（１ｈ）を含む縦断面を表す図であるが、その縦断面図において、ワッシャー（１）のワッシャー本体（１ｂ）の被締結物（２）側かつボルト穴（１ｈ）側に応力非伝達空間（１ｓ）が設けられている。この応力非伝達空間（１ｓ）はボルト穴（１ｈ）の軸線を中心として同心円環状の形状である。ワッシャー本体（１ｂ）においてこの応力非伝達空間（１ｓ）の部分では締結力が伝播されないので、ワッシャー（１）と被締結物（２）との接触面からの圧縮応力は、応力非伝達空間（１ｓ）がない部分においてのみ、ワッシャー（１）と被締結物（２）との接触面とナット（４）及びボルト（３）のねじとの間に作用する。応力非伝達空間（１ｓ）がない部分においてボルト（３）の軸方向（図の上方向）に伝播した応力の一部は、応力非伝達空間（１ｓ）より上側においてボルト（３）側に偏向（拡散）するが、応力が偏向（拡散）する角度には限界があるので、ワッシャー（１）と被締結物（２）との接触面からねじに伝達される応力は、応力非伝達空間（１ｓ）がない場合と比べて、ボルト（３）の締結噛合い高次山目谷底側に移動する結果、ボルト（３）の締結噛合い低次山目谷底側にかかる応力を低減することが可能である。

【0125】

図５に示した応力非伝達空間は、本発明の第二の側面のワッシャー（１）の応力非伝達空間の一例（態様Ａの一例）であり、本発明のワッシャー（１）はこの構造に限定されない。応力非伝達空間（１ｓ）は、ワッシャー（１）の軸線を含む縦断面においてボルト穴（１ｈ）に開口しかつ半径方向に延在する空間であって、ボルト穴（１ｈ）の軸線を中心とする同心円環状であればよい。

【0126】

（応力非伝達空間）
応力非伝達空間（１ｓ）は、ワッシャー（１）の縦断面において、ボルト穴（１ｈ）に開口している。応力非伝達空間（１ｓ）がボルト穴（１ｈ）に開口していることによって、ワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）側における締結力の軸方向の伝達が遮断されるので、応力非伝達空間（１ｓ）より外周側からの締結力だけがボルト穴（１ｈ）側に伝達され、締結力は応力非伝達空間（１ｓ）の外周側から回り込むほかないので、ボルト穴（１ｈ）側にあるボルト（３）の締結噛合い低次山目側にかかる力が減少する。

【0127】

応力非伝達空間（１ｓ）は、ワッシャー（１）の縦断面において、ボルト穴（１ｈ）に開口するとともに、さらにワッシャー本体（１ｂ）のナット（４）側の第一平面（上平面）（１ｕ）にも開口していることができ、又はワッシャー本体（１ｂ）の被締結物（２）側の第二平面（下平面）（１ｗ）にも開口していることができ、あるいはワッシャー本体（１ｂ）の第一平面（上平面）（１ｕ）及び第二平面（下平面）（１ｗ）のいずれにも開口していない形状であってもよい。図５～７は、ワッシャー本体（１ｂ）の第一平面（上平面）（１ｕ）側に開口している例である。ワッシャー本体（１ｂ）は、位置合わせ（センタリング）のために、その一部がボルト穴（１ｈ）まで延在して、ボルトの位置合わせを可能にしなければならないので、少なくとも１つの応力非伝達空間（１ｓ）は、通常、ワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）まで延在している部分を含む縦断面において、ワッシャー本体（１ｂ）の第一平面（上平面）（１ｕ）及び第二平面（下平面）（１ｗ）の一方又は両方に開口しない形状である。本発明の第二の側面において、ワッシャー（１）の第一平面（１ｕ）と第二平面（１ｗ）は、どちらが上であることもできるが、ボルト・ナット締結構造においてはナット側を上と考えることが便利であるので、以下では、説明の便宜上、第一平面を上平面（１ｕ）、第二平面を下平面（１ｗ）と称して説明する。本発明の第二の側面のワッシャー（１）は、二平面のうち一方の平面が第一平面（上平面）とした場合において、本発明の第二の側面のワッシャー（１）の要件を満たせばよい。

【0128】

応力非伝達空間（１ｓ）は、従来から一般的に行われている面取りやバリ取りとは、少なくとも目的及び寸法において、また殆どの場合形状において、異なる。特にワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴（１ｈ）に接する面における角の面取りやバリ取りは、ボルト（３）の首下に入れる場合は、ボルト首下Ｒが乗り上げるなどの干渉を防ぐため軸線方向と半径方向を同じ寸法とする必要がありＣ取りやＲ取りを行い、ナット（４）と接触させる場合にはナット座面を傷つけないよう、または被締結物表面を傷つけないよう不要な突起（バリ）を除去する事を目的として、角を許容される最小限の寸法で研削又は切削するものであり、その目的を達成する限り、面取りやバリ取りの寸法はできるだけ小さくされる。その寸法は、ワッシャー本体１ｂの厚さＴの約５％以下、特に４%以下、あるいはボルト穴１ｈの直径の５％以下、特に４％以下の程度である。具体的な寸法は、ボルト穴（１ｈ）の半径方向において、ボルト穴径が１３ｍｍのとき０．５ｍｍ未満、ボルト穴径が２１ｍｍのとき０．５ｍｍ未満、ボルト穴径が３６ｍｍのとき１ｍｍ未満の程度である。また、面取りやバリ取りの形状は、ワッシャー（１）の縦断面において、殆どの場合、角を傾斜した直線でカットするか、角を円弧状にされるかのいずれかである（角において軸線方向及び半径方向に同じ形状）。これに対して、本発明における応力非伝達空間（１ｓ）は、ボルトとナットの間の締結力の伝達を遮断して、ボルトの締結噛合い低次山目側にかかる応力を減少させることを目的としているので、そのための寸法は面取りやバリ取りとは実質的に異なる寸法（より大きい寸法）である。また、応力非伝達空間（１ｓ）の形状も、通常、面取りやバリ取りとは実質的には異なる。応力非伝達空間１ｓの形状は、多くの場合、面取りのように角において軸線方向及び半径方向に同じ形状ではなく、軸線方向と比べて半径方向の寸法が大きい形状である。本発明の応力非伝達空間は、その形状と寸法を見れば、面取りやバリ取りと異なることは明らかなものである。本発明のワッシャー（１）は従来方式のワッシャーに求められる“相手（ナット座面、被締結物表面）を傷つけない、ボルト（３）が入る時はボルト首下Ｒとの干渉を避ける”機能は持たせて設計、製造できる。

【0129】

応力非伝達空間（１ｓ）は、ボルト穴（１ｈ）の軸線を中心とする同心円環状である。応力非伝達空間（１ｓ）は、例えば、図５に示すような断面形状の空間（１ｓ）を、軸線を中心として３６０度回転させてできる三次元形状の空間（同心円環状空間）である。同心円環状空間は本発明の効果を損なわない範囲で形状（例えば軸線方向寸法）に変位、変動があってもよい。変位、変動があっても、その範囲又は平均値が、本発明が定義する範囲に入ればよい。ワッシャー（１）の上平面を視る平面図において、ワッシャー本体（１ｂ）がボルト穴（１ｈ）まで延在するのは、ワッシャー本体（１ｂ）の一部でもよいので、その場合、ワッシャー本体（１ｂ）がボルト穴（１ｈ）まで延在しない部分から構成される空間は、同心円環状の応力非伝達空間と連続していることができる。その応力非伝達空間と連続する空間は、応力を伝達しない部分であるが、本発明において定義される応力非伝達空間（同心円環状空間）ではない。

【0130】

上記のように、締結力は基本的に軸線方向に作用するが、ワッシャー（１）の被締結物（２）との接触面からの圧縮応力は、ナット（４）内部を伝わり、軸線方向から一定の広がり（傾斜）をもってボルト（３）のねじに伝達されることができ、応力非伝達空間（１ｓ）の外側からボルト穴（１ｈ）側に回り込むことができる。本発明のワッシャー（１）を用いる場合、ワッシャー（１）と被締結物（２）の間の圧縮応力は応力非伝達空間（１ｓ）の存在によって応力非伝達空間（１ｓ）の外側だけに限定され（結果として半径方向外側へ移動し）、その圧縮応力は応力非伝達空間（１ｓ）の外側からボルト穴側に回り込むほかなく、その回り込む圧縮応力がボルト穴側に及ぶ方向は、応力非伝達空間（１ｓ）のボルト穴（１ｈ）から遠い末端から約４５度の角度が最大である。ナット（４）とワッシャー（１）の間の圧縮応力が応力非伝達空間（１ｓ）の外側から最大４５度の角度で回り込んでねじの低次山目に伝達されなくても、ボルト（３）とナット（４）の間の締結力は、ボルトねじと軸部の引張応力が基本であり、ねじの低次山目ほど大きいので、これらの２つの締結応力（引張応力と圧縮応力）を合成した力は依然としてねじの低次山目ほど大きい。しかし、応力非伝達空間１ｓが存在すると、応力非伝達空間（１ｓ）がない場合と比べて、ねじの低次山目にかかる圧縮応力が小さくなる結果として、ねじの低次山目にかかる応力は小さくなる。また、応力非伝達空間（１ｓ）の半径方向の寸法が大きいほど、ねじの低次山目にかかる圧縮応力を小さくすることができるので、ねじの低次山目にかかる引張応力と圧縮応力の合成応力はより小さくなる。応力非伝達空間（１ｓ）の半径方向の寸法を適当な寸法以下にすると、ボルトの低次ねじ山目にかかる応力を小さくしながら、ナット及びワッシャーの外径寸法をあまり大きくしないで済むので、好ましい。

【0131】

本発明の第二の側面のワッシャーにおいて、応力非伝達空間（１ｓ）の半径方向の寸法は、応力非伝達空間（１ｓ）のボルト穴（１ｈ）から最も遠い位置をＰｓとして、その位置Ｐｓから、軸線ｚと平行なボルト穴内周面（１ｉ）又はその延長線までの半径方向の距離Ｌと定義することができる。

【0132】

図５～７の縦断面図を参照すると、ワッシャー（１）は、ワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴（１ｈ）側及び上平面（１ｕ）側に開口した応力非伝達空間（１１ｓ）を有することができる。第一応力非伝達空間（１１ｓ）では、第一応力非伝達空間（１１ｓ）のボルト穴（１ｈ）から最も遠い位置Ｐｓ、図５～７では第一応力非伝達空間（１１ｓ）がワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）と接する位置Ｐｔから、軸線と平行なボルト穴内周面（１ｉ）の延長線までの半径方向の距離をＬと定義する。

【0133】

図１３～１４の縦断面図を参照すると、ワッシャー（１）は、ワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴（１ｈ）側及び下平面（１ｗ）側に開口した第二応力非伝達空間（１２ｓ）を有することができる。ワッシャー本体（１ｂ）と第二応力非伝達空間（１２ｓ）の第四境界線（Ｂ４）では、第四境界線（Ｂ４）のうち第二応力非伝達空間（１２ｓ）のボルト穴から半径方向に最も遠い位置Ｐｓ、図１３～１４では第二応力非伝達空間（１２ｓ）がワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）と接する位置Ｐ３から、軸線と平行なボルト穴内周面（１ｉ）又はその延長線までの半径方向の距離をＬと定義する。

【0134】

本発明の第二の側面のワッシャー（１）は、一つの好ましい態様において、ワッシャー（１）の縦断面において、応力非伝達空間（１ｓ）が軸線ｚから半径方向に最も遠い位置Ｐｓを有するとき、位置Ｐｓから、ボルト穴１ｈの軸線に平行な内周面（１ｉ）又はその延長線までの半径方向の距離Ｌが、
０．５ｐ≦Ｌ≦５．７ｐ、より好ましくは０．８ｐ≦Ｌ≦５．６ｐ、１．０ｐ≦Ｌ≦５．０ｐ、さらに好ましくは１．５ｐ≦Ｌ≦４．５ｐ、特に２．０ｐ≦Ｌ≦４．０ｐ、さらには２．５ｐ≦Ｌ≦３．５ｐ
（式中、前記ボルト穴（１ｈ）の直径をＲとし、Ｒ及びｐの単位はｍｍであり、
Ｒが１．９以下のときｐは０．２であり、
Ｒが１．９を超え２．４以下のときｐは０．２５であり、
Ｒが２．４を超え３．７以下のときｐは０．３５であり、
Ｒが３．７を超え５．５以下のときｐは０．５であり、
Ｒが５．５を超え７．５以下のときｐは０．７５であり、
Ｒが７．５を超え９．５以下のときｐは１．０であり、
Ｒが９．５を超え１３以下のときｐは１．２５であり、
Ｒが１３を超え２３以下のときｐは１．５であり、
Ｒが２３を超え３４以下のときｐは２であり、
Ｒが３４を超え４０以下のときｐは３であり、
Ｒが４０を超え１５０以下のときｐは４である。）
を満たす。この態様は、ワッシャーを細目のねじ又は並目のねじを有するボルト及びナットと組み合せるときに有利であり、細目ねじを有するボルト及びナットと組み合せるときに特に有利である。ボルト及びナットは、精密な構造用途では、細目ねじが好適に用いられており、細目ねじでは耐久性の問題がより深刻であり、そのため細目ねじを用いる場合の締結構造の改良がより希求されているので、この態様のワッシャーがもたらす効果は細目ねじのボルト及びナットとともに用いる場合により顕著である。しかし、この態様のワッシャーは、並目ねじのボルト及びナットとともに用いる場合にも効果があり、さらには荒目ねじの場合でも有効でありえる。

【0135】

また、本発明の第二の側面のワッシャー（１）は、他の好ましい態様において、上記の範囲と異なる範囲のＬを有することができる。例えば、並目又は荒目ねじのボルト及びナットと組み合せるときに特に有利なワッシャーを提供してもよい。

【0136】

（好ましい応力非伝達空間）
図５に、本発明の第二の側面における好ましい例であるワッシャー（１）と、そのワッシャー（１）を用いるワッシャー締結構造の縦断面図を示す。（３）はボルト、（４）はナット、（１）はワッシャー、（２）は被締結物、（５）は基体である。ワッシャー（１）はワッシャー本体（１ｂ）と、ワッシャー本体（１ｂ）を貫通し、軸線を有するボルト穴（１ｈ）とを有する。ワッシャー（１）及びワッシャー本体（１ｂ）は、軸線及び軸線方向ｚと、軸線ｚに対して垂直な半径方向ｒとを有する。

【0137】

ワッシャー本体（１ｂ）は、平行な二平面、すなわち、上平面（１ｕ）と下平面（１ｗ）を有し、中央にボルト穴（１ｈ）を画定する内周面（１ｉ）と、ボルト穴（１ｈ）から半径方向の外側である外周面（１о）を有する。ボルト穴（１ｈ）は、ボルト（３）を貫通させる穴であり、想定されるボルト径に応じてそのボルト径より僅かに大きい直径Ｒを有する。例えば、呼びＭ１０（ねじ山径１０ｍｍ）のボルト用のナットのボルト穴径は１１ｍｍであってよい。ボルト穴１ｈの直径Ｒを画定する面（内周面）（１ｉ）は、図６のような軸線を含む縦断面図において、軸線と平行である。ボルト穴（１ｈ）の横断面の形状（平面図における形状）は、限定されるわけではないが、通常円形である。ボルト穴１ｈにボルトを貫通させることで、ワッシャー（１）をボルト（３）に対して安定的に配置させるために、ワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）はボルト（３）の外径に対して、所定の大きさで、円形であることが好ましい。しかし、後述する庇部１ｐは、その内周面がボルト穴の内周面（１ｉ）によって構成されることが好ましいが、庇部（１ｐ）の内周面（１ｉ）は、平面図（横断面図）において、円形のボルト穴（１ｈ）の全周に存在する必要はなく、２本以上の突起状をなして、ボルト（３）に対して位置決めができればよい。この突起状の庇部（１ｐ）を有する場合、平面図における突起の間の空間は、本発明の第二の側面におけるボルト穴ではない。平面図においてボルト穴とその突起の間の空間は連続している。その突起の間の空間を含めてボルト穴と考えると、ボルト穴の平面形状は円形ではなくなるが、このような場合には、ボルト穴は仮想の円形の穴であり、ワッシャー本体１ｂのその仮想の円形の穴を構成する内周面（１ｉ）だけを、ボルト穴の内周面（１ｉ）として考える。

【0138】

図５～７の縦断面図において、ワッシャー本体（１ｂ）は、応力非伝達空間（１ｓ）を有し、応力非伝達空間（１ｓ）はボルト穴（１ｈ）に開口している。応力非伝達空間（１ｓ）は、縦断面図において、三次元的には、ワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）の軸線を中心として、図６及び図７（ａ）に示す断面形状の空間を、３６０度回転して形成される三次元形状の空間（同心円環状）である（図７（ｂ）（ｃ）参照）。応力非伝達空間（１ｓ）がボルト穴（１ｈ）に開口していることによって、ワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴側における締結力の軸方向の伝達が遮断されるので、ボルト穴側にあるボルトの締結噛合い低次山目にかかる力が減少する。

【0139】

本発明の第二の側面のワッシャー（１）をナット（４）とともに用いる場合、ワッシャー（１）とナット（４）の接触面からボルト（３）のねじにかかる圧縮応力は、応力非伝達空間（１ｓ）の存在によって応力非伝達空間（１ｓ）の外周側だけに限定され、応力非伝達空間（１ｓ）の外周側からボルト穴（１ｈ）に回り込むが、その圧縮応力がボルト穴側に及ぶ方向は、応力非伝達空間（１ｓ）のボルト穴（１ｈ）から遠い末端である位置Ｐｓから、軸線ｚに対してほぼ４５度の仰角（角度θ）が最大である。この軸線ｚに対して約４５度以下の角度でボルト穴側に伝達される圧縮応力は、応力非伝達空間１ｓの半径方向寸法Ｌの大きさに応じて、ボルトの高次山目（特に山頂）、すなわち、開放側に向かうことになり、 ボルトのねじ低次山目、特に１山目の負荷分担率を減少させることが可能である。また、応力非伝達空間（１ｓ）の半径方向の寸法Ｌを適当な寸法以下にすると、低次のねじ山目にかかる応力が十分に小さくしながら、ナット及びワッシャーの外径寸法を小さく抑えることができるので、好ましい。

【0140】

応力非伝達空間（１ｓ）の距離Ｌは、先に定義したｐの値に基づいて、０．５ｐ以上であるが、例えば、０．６ｐ以上、０．７ｐ以上、０．８ｐ以上、１．０ｐ以上、１．２ｐ以上、２．０ｐ以上、２．５ｐ以上、３ｐ以上であってよく、また５．７以下であるが、例えば、５．０ｐ以下、４．０ｐ以下、３．５ｐ以下であってよい０．６ｐ≦Ｌ≦５．６ｐ、より好ましくは、０．８ｐ≦Ｌ≦５．６ｐ、１．０ｐ≦Ｌ≦５．０ｐ、さらに好ましくは１．５ｐ≦Ｌ≦４．５ｐ、特に２．０ｐ≦Ｌ≦４．０ｐ、さらには２．５ｐ≦Ｌ≦３．５ｐを満たすことは好ましい。

【0141】

（態様Ａの応力非伝達空間；第一応力非伝達空間）
図５に、本発明の第二の側面における態様Ａの好ましい例であるワッシャー（１）と、そのワッシャー（１）を用いるワッシャー締結構造の縦断面図を示す。（３）はボルト、（４）はナット、（１）はワッシャー、（２）は被締結物、（５）は基体である。ワッシャー（１）はワッシャー本体（１ｂ）と、ワッシャー本体（１ｂ）を貫通し、軸線を有するボルト穴（１ｈ）とを有する。ワッシャー（１）は及びワッシャー本体（１ｂ）は、軸線及び軸線方向ｚと、軸線ｚに対して垂直な半径方向ｒとを有する。

【0142】

図５～７の縦断面図において、ワッシャー本体（１ｂ）は第一応力非伝達空間（１１ｓ）を有し、第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、ボルト穴（１ｈ）に開口するとともに、上平面（１ｕ）にも開口している。すなわち、第一応力非伝達空間（１１ｓ）は縦断面図において上平面（１ｕ）の延長線（Ｂ１）に接してその下側にある。縦断面図において、第一応力非伝達空間（１１ｓ）とワッシャー本体（１ｂ）との第三境界線（Ｂ３）は、上平面（１ｕ）の位置Ｐｔから上に凸の円弧又は楕円弧などの応力集中緩和曲線でワッシャー本体（１ｂ）の内周面（１ｉ）（ボルト穴（１ｈ）を画定する面）の位置Ｐｈまで延在している。位置Ｐｔは、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）にある（上平面（１ｕ）の末端であり、上平面（１ｕ）と第一応力非伝達空間（１１ｓ）の境界である）ので、軸線ｚに対する仰角４５度の直線Ｘが第一応力非伝達空間（１１ｓ）のボルト穴（１ｈ）から最も遠くで接する位置Ｐｓであるとともに、その位置Ｐ_１を通る直線Ｘがワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）と交わる位置Ｐｔでもある。この場合、直線Ｘが第一応力非伝達空間（１１ｓ）と「接する」というが、直線Ｘが第一応力非伝達空間（１１ｓ）と「交わる」ボルト穴（１ｈ）から「最も遠い位置」を意味している。

【0143】

第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、縦断面図において、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）（又はその延長線）と接しそれより下にある断面形状を有するが、三次元的には、ワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）の軸線を中心として、図６及び図７（ａ）に示す断面形状の空間を、３６０度回転して形成される三次元形状の空間（同心円環状）である（図７（ｂ）（ｃ）参照）。

【0144】

図５～７を参照すると、第一応力非伝達空間（１１ｓ）は、ワッシャー（１）の縦断面図において、ボルト穴（１ｈ）に開口している。第一応力非伝達空間（１１ｓ）がボルト穴（１ｈ）に開口していることによって、ワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴側における締結力の軸方向の伝達が遮断されるので、ボルト穴側にあるボルトの締結噛合い低次山目にかかる力が減少する。

【0145】

本発明の第二の側面のワッシャーをナットとともに用いる場合、ワッシャー（１）とナット（４）の接触面からボルト（３）のねじにかかる圧縮応力は、第一応力非伝達空間（１１ｓ）の存在によって第一応力非伝達空間（１１ｓ）の外周側だけに限定され、第一応力非伝達空間（１１ｓ）の外周側からボルト穴（１ｈ）に回り込むが、その圧縮応力がボルト穴側に及ぶ方向は、第一応力非伝達空間（１１ｓ）のボルト穴から遠い末端である位置Ｐｓから、軸線ｚに対してほぼ４５度の仰角（角度θ）が最大である。この軸線ｚに対して約４５度以下の角度でボルト穴側に伝達される圧縮応力は、第一応力非伝達空間（１１ｓ）の半径方向寸法Ｌの大きさに応じて、ボルトの高次山目（特に山頂）、すなわち、開放側に向かうことになり、 ボルトのねじ低次山目、特に1山目の負荷分担率を減少させることが可能である。また、第一応力非伝達空間（１１ｓ）の半径方向の寸法Ｌを適当な寸法以下にすると、低次のねじ山目にかかる応力が十分に小さくしながら、ナット及びワッシャーの外径寸法を小さく抑えることができるので、好ましい。

【0146】

１つの態様において、第一応力非伝達空間（１１ｓ）の距離Ｌは、
０．６ｐ≦Ｌ≦５．６ｐ、より好ましくは、０．８ｐ≦Ｌ≦５．６ｐ、１．０ｐ≦Ｌ≦５．０ｐ、さらに好ましくは１．５ｐ≦Ｌ≦４．５ｐ、特に２．０ｐ≦Ｌ≦４．０ｐ、さらには２．５ｐ≦Ｌ≦３．５ｐ
（式中、前記ボルト穴の半径をＲとし、Ｒ及びｐの単位はｍｍであり、Ｒ及びｐは上記した関係にある。）
を満たすことが好ましい。

【0147】

ワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴（１ｈ）側の端部は、ワッシャー本体（１ｂ）の末端がボルト穴（１ｈ）に面する内周面（１ｉ）を構成して、ボルト（３）のセンタリングを可能にすればよいので、ワッシャー本体（１ｂ）の末端部（第一応力非伝達空間（１１ｓ）の下側）の厚さは小さくしてもよい。ワッシャー本体（１ｂ）の末端（内周面（１ｉ）の軸方向寸法は、ワッシャー本体（１ｂ）の厚さＴの１～９９％であってよい。また、例えば、ワッシャー本体（１ｂ）の末端部（内周面（１ｉ））の軸方向の最小寸法（厚さ）Ｔｈは、ワッシャーの厚さＴの０．１倍以上０．７倍以下とすることが望ましい。更に望ましくは、Ｔｈは０．２Ｔ≦Ｔｈ≦０．６Ｔであり、更に望ましくは０．２２Ｔ≦Ｔｈ≦０．５Ｔである。

【0148】

ワッシャーの縦断面図において、ワッシャー本体（１ｂ）と第一応力非伝達空間（１１ｓ）の第三境界線（Ｂ３）は、曲線又は曲線と直線の組合せからなり、角のない応力集中緩和曲線から構成されることが好ましく、特に曲線だけから構成されることが好ましい。また、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）と第一応力非伝達空間（１１ｓ）の第三境界線（Ｂ３）との接続箇所は、締結のための応力が集中し易い箇所であるから、角のない応力集中緩和曲線として構成されることが特に好ましい。一方、ワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴内周面（１ｉ）と第一応力非伝達空間（１１ｓ）の第三境界線（Ｂ３）との接続箇所は、応力が大きくないので、必ずしも応力集中緩和曲線として構成されなくてもよい。

【0149】

（ミーゼス相当応力分布）
本発明の第二の側面の態様Ａのワッシャーは、１つの好ましい態様において、ワッシャー（１）の縦断面において、ワッシャー本体（１ｂ）と第一応力非伝達空間（１１ｓ）との第三境界線（Ｂ３）は、ワッシャー本体（１ｂ）が第一応力非伝達空間（１１ｓ）を有していない形状であると仮定して、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）に仮想ナットによる締結力を加えたときにワッシャー本体（１ｂ）に形成されるミーゼス相当応力分布において、上平面（１ｕ）が第一応力非伝達空間（１１ｓ）と接する位置Ｐｔから、上平面（１ｕ）に垂直な下方向に加わるミーゼス相当応力値を基準として、その基準に対して所定の割合のミーゼス相当応力値の応力分布曲線よりも、ボルト穴１ｈ側にあることが好ましい。この所定の割合は９５％であってよい。さらに、この所定の割合は、例えば、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、１０％、５％のいずれでもよい。所定の割合が２０％、１０％、又は５％であることは特に好ましい。

【0150】

ミーゼス相当応力分布は、実際には見ることが出来ない延性材料内部の力の状態を可視化する技術であって、物質内部を細分化し、３軸方向のベクトルを計算し、それをまとめて表現することで内部の力の方向や力（応力）の大きさを分布として表したものである。材料力学において知られている手法であり、代表的な式は以下のとおりであり、ミーゼス応力σMisesは主応力σ₁、σ₂、σ₃を用いて次式で表される；

【数2】

【0151】

締結時に発生するボルトの軸力全てが，ナットと相接するねじ山全体で不均等に噛合い，軸力相当の力をナットに移し，ナットの山で不均等に分担した力の総和がナットの内部を経て，ワッシャーとの接触面全面を圧縮する応力となる。ボルト軸力の全体は、ワッシャーの面全面で受ける応力総和に等しい．図１３は１つの縦断面を示しているが、例えば、図８や図１１の解析は１/３６０度分で行っており、３６０度の総和と一致する。またワッシャー（１）にかかる応力は，決して均等にならず，ボルト穴側（ナットの内周側）により多く，あるいはかなり多くの割合で（さまざまのシミュレーション結果から）ボルト穴側に集中する。ナット（４）及びワッシャー（１）の外周側の負荷分担は小さい（シミュレーションの黒部分が多い）。従って，内径側のナットとワッシャーの接触点Ｐｔに集中して加わると考えても，より安全サイドとなることを考慮して解析，設計するのが適切である。

【0152】

図１１を参照すると、締結時にナット（４）の座面からワッシャー（１）の接触面（Ｐｔより外径側の領域）に締結力がかかり、図１１（ａ）の位置Ｐｔに、ナット座面からの圧縮の力Ｆが垂直に負荷され、位置Ｐｔからワッシャー内に圧縮応力が発生する。このとき、ワッシャー（１）は上下両面とも全面に亘って平坦であり、全面が同一厚さであるワッシャーを仮定し、ワッシャーにかかる力は位置Ｐｔだけに集中してかかると仮定している。そして力Ｆはワッシャー内を拡散する。このようにして、ワッシャーのボルト穴端部まで、上記のように力がかかっている状態をＦＥＭ解析すると、大きな力は力Ｆの向く方向に働き、同時にワッシャー内を拡散する応力が発生する。ここで、ワッシャー内のミーゼス相当応力分布（相対値）は、ワッシャー及びナットの形状が決まれば締結力の大きさに依存しないので、上記仮定を採用することができる。また、ミーゼス相当応力分布は、ワッシャーの材質（ヤング率とポアソン比）に依存するが、特定のワッシャーではヤング率とポアソン比及び形状で決まる。

【0153】

上記の仮定におけるミーゼス相当応力分布を可視化した例を、図１１（ｂ）に白黒のグラデーションで表す。位置Ｐｔ直下が最大応力であり、Ｐｔから離れるに従い、応力は弱くなる。また、図１１（ａ）に力の流れ方を、模式的に力線を示す曲線矢印で表現している。図１１（ａ）では、中央の１ｍａからボルト穴側に１ｍｂ、１ｍｃ、１ｍｄ、１ｍe、１ｍｆ、１ｍｇの６本の線が表示されている。番号は片側しかつけていないが、応力分布曲線は両側に対照的に存在する。応力の大きい順に並べると１ｍａ＞１ｍｂ＞１ｍｃ＞１ｍｄ＞１ｍe＞１ｍｆ＞１ｍｇである。１ｍａは、Ｐｔから垂直に下方にかかる応力であり、最大応力である。この１ｍａの応力の大きさを基準にしたときの１ｍａ、１ｍｂ、１ｍｃ、１ｍｄ、１ｍe、１ｍｆ、１ｍｇが表す応力の相対的な大きさは、ワッシャーの締結力の大きさに関係なく決まるが、一定間隔でも、一定でない間隔でも、任意に選択することができる。この例では１ｍａから１ｍｇの外側まで７段階表示である。図１１（ｂ）の白黒のグラデーションは９段階で表示しており、図１１（a）の線と直接に対応するものではない。しかし、ワッシャーのナット側平面からの深さが浅い領域を見ると、図１１（a）の線に近い線が得られる箇所がありえる。ミーゼス相当応力分布を求めることは可能であるので、求めたい相対応力で区分された段階表示にすればよい。例えば、５段階、７段階、８段階、９段階の表示を選択することができ、各段階の強度差は同一としてもよいし、Ｐｔ直下付近の相対応力についてのみ、細かい段差にした段階評価も可能である。用途に応じて求めたいミーゼス相当応力分布曲線を知ることが可能である。単純に、位置Ｐｔから垂直に下方にかかる応力１ｍａを基準にして、それに対する相対応力が９５％～９０％より大きい領域には、第一締結力非伝達空間（１１ｓ）の第三境界線（Ｂ３）が存在しないことが好ましく、その相対応力線をミーゼス相当応力分布で求めてもよい。

【0154】

図１１（ａ）において、１ｍａは位置Ｐｔ直下の垂直線であり、ワッシャー（１）の上平面（１ｕ）では最もボルト穴側の線であり、最大の応力線である。１ｍｂ～１ｍｇは１ｍａより順に小さい応力線である。１ｍｇは最も小さい応力線であり、これよりボルト穴側の応力は小さいので、その領域の応力は、締結力がワッシャーの強度に及ぼす影響を無視することができる。したがって、第一締結力非伝達空間（１１ｓ）の第三境界線（Ｂ３）が１ｍｇよりボルト穴側の領域（破線斜線部）に存在すれば、第一締結力非伝達空間（１１ｓ）を形成しても、位置Ｐｔにかかる力のワッシャー強度に対する影響は無視でききる。第三境界線（Ｂ３）が、位置Ｐｔの直下に加わるミーゼス相当応力１ｍａの大きさの９５％の応力分布曲線よりもボルト穴側にあるとき、図１１（ａ）では９５％の応力分布曲線は例えば１ｍｂのように上平面１ｕから下平面１ｗに向かってほぼ垂直に近い線であるが、多くの場合、第三境界線（Ｂ３）は距離Ｌ／ｐ＝０．５～５．７の条件によって、１ｍｂのような応力分布曲線に沿う場合であっても途中のどこかで変曲してボルト穴側に延在するであろう。１ｍｇは、例えば、１ｍａにおける応力の１０％、特に５％であると好ましい。この相対的応力は、図１１（ｂ）から理解できるように、曲線矢印の上部（Ｐｔ近傍）における応力と下部（図の矢印の矢付近）における応力の大きさが異なるので、１つの態様ではワッシャーの下平面（１ｗ）（すなわち被締結物（２）に接する面）において評価してよい。

【0155】

もう１つの態様では、ワッシャーのナット側平面から特定の深さまで評価してよい。このような応力分布を表わしているのが図１１（ｂ）の黒（応力大）～グレー～白色（応力小）である。力は拡散する時も接線方向で４５度程度に広がることが多い。その時、Ｐｔ直下の応力の強さ（１ｍａ）とそれよりボルト穴側の応力の強さ（例えば１ｍｃ）を比ｔすれば、１ｍａの方が大きいことは、図１１（ｂ）の黒色とグレーで表現されている。図１１（ｂ）の黒や濃いグレー（応力大）の領域は位置Ｐｔの下に向かって応力低下していることが見られるが、これは与えられた力はワッシャー内部で横方向（ねじ軸半径方向）にも拡散しているため、Ｐｔ近傍に比較して相対的に応力が小さく表示される。

【0156】

図１１（ａ）（ｂ）のような縦断面において、第一締結力非伝達空間（１１ｓ）の第三境界線（Ｂ３）が存在してはならない領域は、位置Ｐｔ直下の線１ｍａからボルト穴側に僅かな領域であるが、位置Ｐｔから始まる第一締結力非伝達空間（１１ｓ）の第三境界線（Ｂ３）は、例えば０．０１ｐより大きく０．０３ｐ以内（ｐは先に定義した値である。）まで位置Ｐｔ近傍では応力集中緩和曲線であることが重要である。応力集中緩和曲線としては例えば、円弧、または楕円弧であり、円弧であればＰｔは頂点であり、その円の中心はＰｔの直下であり、楕円弧であればＰｔ点が楕円の短軸の頂点が望ましい。また、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）の位置Ｐｔから第一締結力非伝達空間（１１ｓ）の第三境界線（Ｂ３）に連結される部分も、上記にある円弧、楕円の一部、その他の応力集中緩和曲線として構成されることが特に望ましい。

【0157】

本発明の第二の側面では、ワッシャー本体（１ｂ）の第三境界線（Ｂ３）が特定のミーゼス相当応力分布よりボルト穴（１ｈ）側にあるということは、曲線矢印の例えば、１ｍｂ、１ｍｃ、１ｍｄ、１ｍｅ,１ｍｆ、１ｍｇのいずれかのボルト穴側にのみ第一応力非伝達空間（１１ｓ）の第三境界線（Ｂ３）があることをいう。例えば、最も好ましく特定のミーゼス相当応力分布が線１ｍｇ（上記した相対応力が５％の応力線）である場合、その第三境界線（Ｂ３）の右側の領域側には位置Ｐｔからの応力がほとんど影響しない範囲となり、空間をつくってもワッシャー（１）が変形、座屈を起こさない領域である。

【0158】

１つの態様において、図１１（ａ）の破線斜線で示す範囲は位置Ｐｔからの応力の影響を受けない範囲として、その中だけに第一応力非伝達空間（１１ｓ）の領域を設定することは好ましい。しかし、部品構成上応力の及ぶ範囲内で使用することもありうるので、その場合には図１１（ａ）の曲線矢印の形に似させて、位置Ｐｔ近傍は応力集中緩和曲線で始まり、それよりボルト穴側では第三境界線（Ｂ３）が下平面側に下がる形状となるが、第三境界線（Ｂ３）は１ｍａよりボルト穴側であればよく、１ｍｇよりも外周側に設けてもよい。図１１では、第三境界線（Ｂ３）は、位置Ｐｔから、ミーゼス相当応力分布線１ｍｇよりボルト穴（１ｈ）側にあって、上に凸の曲線で始まり、途中で変曲して下に凸の曲線として位置Ｐｈに至っているが、特に、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）の位置Ｐｔから第三境界線（Ｂ３）に連結される部分も、応力集中緩和曲線として構成されている。１ｍａよりボルト穴側にあればよく、１ｍｂのボルト穴側、１ｍｃのボルト穴側、更に１ｍｄよりボルト穴側、１ｍeよりボルト穴側、１ｍｆよりボルト穴側にあればより好ましい。１ｍｇより外側のボルト穴側に形成されると特に好ましい。逆に一番厳しい１ｍａで垂直に応力分布範囲を切っているのが、従来方式の締結であり、図４の応力分布の状況となる。したがって、境界線Ｂ３は１ｍａのように垂直線となってはいけない。ミーゼス相当応力分布の求め方は、上記のように知られている。ミーゼス相当応力は、締結力の大きさによって変わるが、上記の相対的な応力の大きさの分布は不変である。

【0159】

図１１に示されるミーゼス相当応力分布の範囲には、その応力分布に相当するナットからの力が入り、ワッシャー内部に圧縮応力が働いている。例えば、ワッシャーの第三境界線（Ｂ３）がＰｔを離れて直ぐにワッシャー内部に向かって入ると想定し、線１ｍｂと線１ｍｃの間に入り、そのまま垂直に下がる線を持つということを想定する時、第三境界線Ｂ３が、Ｐｔからボルト穴側に向いている圧縮力ベクトルがある場所を通過することになる。この時、応力力線１ｍｂと１ｍｃの間のＰｔに近い部分（力線半径の中心からみて、Ｐｔからボルト穴側に向かって５度ほど下がっている部分）では、ボルト穴側を向いているベクトルが大きく働いている。このベクトルはＰｔから荷重Ｆにより与え続けられている。この範囲に第三境界線（Ｂ３）がある時、その第三境界線Ｂ３によって作られた曲線には、荷重Ｆ由来の力がワッシャー（１）内部からかかっている。図１１（ｂ）などで応力分布を調べてみると、その第三境界線（Ｂ３）には応力大の表示がなされる。このベクトルがボルト穴側に向かってワッシャー内にある場合、ナットから入る初期締結負荷Ｆに外部負荷変動が繰り返し加わる時、その外部負荷が過大であると初期締結負荷が大きく働いている部分であり、第三境界線（Ｂ３）で構成される第一応力非伝達空間（１１ｓ）のボルト穴側表面が疲労破壊して座屈が起きる可能性がある。このため、内部応力が大きい領域に第三境界線（Ｂ３）が入る場合には、ワッシャーの強度、剛性を上げるなど、使用条件を満足する事が望ましい。

【0160】

第二の側面の態様Ａは、１つの好適な態様において、ワッシャー（１）の第一締結力非伝達空間（１１ｓ）を形作る第三境界線（Ｂ３）の形状に厚さの制限を受けることがある。その制限は、ｉ）一定の厚さＴの中で第三境界線（Ｂ３）はボルト穴側にボルトの軸とセンター合わせを可能とする長さを持つ面があること、但しワッシャー最外周部にセンター合わせ機構を設けた場合には不要、ii）ワッシャーの第一締結力非伝達空間（１１ｓ）は片面又は両面にあってよい、iii）ワッシャーの第一締結力非伝達空間（１１ｓ）の深さによって減じられるワッシャー部材の厚さはワッシャーの厚さＴの１％～９９％の範囲であること、iv）ナット座面と接する点Ｐｔは基準点Ｐ_oを始点として外周側に向かって０．５ｐ以上６ｐ以下の範囲（０．５ｐ≦Ｌ≦６ｐ）にあること、ｖ）ワッシャーの第一締結力非伝達空間（１１ｓ）を作る境界線Ｂ３はミーゼス相当応力分布で応力が掛かっている範囲に入らないこと、vi）位置Ｐｔで境界線Ｂ３はナット座面とエッジの無い応力集中緩和曲線で接すること、vii）ナット座面とワッシャーの接触は位置Ｐｔを境界としてそれより外周側であること、であり、態様Ａのワッシャーの第一締結力非伝達空間１１ｓはこれらの条件をできるだけ多く満たすのが好適である。ここで、Ｐｔ～Ｐ_０間の距離Ｌは、基準点Ｐ_０を始点として外周側に向かって０．５ｐ以上６ｐ以下の範囲（０．５ｐ≦Ｌ≦６ｐ）にあり、望ましくは１ｐ≦Ｌ≦５ｐであり、更に望ましくは２ｐ≦Ｌ≦４ｐである範囲である。

【0161】

（第一応力非伝達空間の態様Ａの変形例）
図１２（ａ）～（ｄ）に、第一応力非伝達空間（１１ｓ）の変形例の略図を示す。
・図１２（ａ）は、位置Ｐｔからの楕円の一部だけで位置Ｐｈに至る第三境界線（Ｂ３）を持つ例である。
・図１２（ｂ）は、第一応力非伝達空間（１１ｓ）が上下平面双方にあり上下対称形状であり、位置Ｐｔから楕円の一部を使って出始めた線に続き、変曲点を通り、次に下に凸の線によって、ワッシャーの平面に近づき、再度変曲点があり、水平の直線によって位置Ｐｈに至る境界線Ｂ３で構成されている例である。
・図１２（ｃ）は、第一応力非伝達空間（１１ｓ）が上下平面双方にあり、上下非対称の第三境界線（Ｂ３）によってそれぞれＰｈに至る形状の例である。
・図１２（ｄ）は、上平面のみに第一応力非伝達空間（１１ｓ）を持ち、楕円の一部で始まり、途中逆向きの円弧の一部が入り最後には直線で位置Ｐｈに至る境界線（Ｂ３）により第一応力非伝達空間（１１ｓ）が形成される例であり、それぞれの線は曲線で繋がる。
・図１２(ｅ)は、第一応力非伝達空間（１１ｓ）においてボルト穴（１ｈ）から半径方向に最も遠い位置Ｐｓが、ワッシャーの上平面（１ｕ）における第一応力非伝達空間（１１ｓ）との境界点をなす位置Ｐｔよりも、ボルト穴（１ｈ）からより遠い位置にある例である。

【0162】

図１２において、１ｍはミーゼス相当応力分布曲線である。この様な第三境界線（Ｂ３）で作られる第一応力非伝達空間（１１ｓ）によれば、切削やプレス加工などで空間（１１ｓ）を製作する時に変形、減肉させる量が少なくなる利点がある。また、このような場合にはワッシャーの両面に第一応力非伝達空間（１１ｓ）を設定できるのでワッシャー使用時に表裏の区別が不要となる利点もある。また、態様Ａのワッシャーは図１２に示す変形例に制限されない。ワッシャーはボルトとの中心合わせのために、ボルト穴内周面の軸方向寸法はｐ（ｐは上記定義した値である。）より長いことが望ましい。このｐ以上の接触面寸法は一断面の寸法だけではなく、ボルト穴内周面の軸方向又は周方向において複数個所を使ってセンター合わせをする形状、寸法にしても良い。また、ワッシャーの外周側でボルトとセンター合わせをするワッシャーであれば、ボルト穴寸法はＰｔ位置とミーゼス応力分布を示す、少なくとも１ｍｂよりワッシャーのボルト穴側に第三境界線（Ｂ３）があればよく、ワッシャーのボルト穴を広くし、広くした部分を軽量化することも可能となる。

【0163】

図１２（ｂ）や（ｃ）のように、ワッシャー（１）の両面に第一応力非伝達空間（１１ｓ）を設けた場合、ナット（４）の座面と被締結物（２）の接触位置Ｐｔが両面でほぼ同じ距離になることが多いが、この場合にワッシャー（１）内に発生するミーゼス相当応力の分布は、ナット座面からワッシャーのボルト穴側への広がりは少ないため、圧縮応力を受けるワッシャーは座屈を起こさないよう、より高硬度、高強度であることが望ましい。ワッシャーの強度選択は設計時に織り込む必要がある。この場合、被締結物（２）とワッシャー（１）の接する点も応力集中緩和曲線の接線で接触するように形成し、不要な座屈は起こさないようにコーナー部はボルト穴側、外周側を問わず応力集中緩和構造の円や楕円の一部を付けておくことが望ましい。

【0164】

（態様ＡのワッシャーのＦＥＭ解析結果）
図８に図４（従来方式ワッシャー）と同様の寸法構成で態様ＡのワッシャーについてＦＥＭ解析を行い、ミーゼス相当応力分布で示される応力状況を示す。位置Ｐｔに白色（応力大）が斜めにあり、圧縮応力が大きいこと、ねじ山４番方向を向いていることが見られる。明るいグレー（応力やや大）が広がり、フランジナットねじ２～５山目までかかっている。ボルト側を見れば白色（応力大）はボルトねじ１，２山目にあるが、面積は小さい。淡グレーはねじ３山目、暗いグレー（応力やや小）はボルトの端部まで大きく広がっている。この様に応力がナット（４）の多くの部分に広がり、ねじ山の多くでボルト（３）とナット（４）が力を与え合っている。ワッシャー（１）の応力分布に関しては、ワッシャー（１）内で応力が収まっており、黒い応力小の部分がボルト（３）側とワッシャー（１）の外周側にある。Ｐｔに相当する接触部分では座面変形などの悪影響は起きていない。

【0165】

図９には、図６に示す態様Ａのワッシャー構造で締結した場合と図１に示す従来構造のワッシャーで締結した場合のＦＥＭ解析で求めた結果を、図９（ａ）に各ねじ山の負荷分担率を一覧表で比較して示し、図９（ｂ）にその負荷分担率の比較を棒グラフで示す。締結噛合い１山目での負荷分担率の状況は従来構造ワッシャーの場合は３５．６％であるのに対し、態様Ａのモデル（図６の例）では１山目３０．２％と絶対値で５．４ポイント、相対値で約１５％低減している。

【0166】

態様ＡはＬ／ｐが大きくなるほど（Ｌが長くなるのと等価）噛合い１山目ねじ山の負荷分担率が低下する傾向がある。その理由は距離Ｌに位置Ｐｓ（図８では位置Ｐｔ）があり、その外周側でナット座面にワッシャーからの力が入る関係があり、図８に示すように、その入力位置から斜め右上方向にナットのねじ山に向かう力が増し、ナットのねじ山の開放側の３山目以後に応力が増加するため、相対的に１山目に入る負荷分担率が下がるからである。図６でワッシャー（１）の上平面（１ｕ）上において、Ｌｓはナットねじ谷底の軸方向延長線（４ｅ）に直角に交わる点から位置Ｐｓ（Ｐｔ）までの距離としている。またワッシャー（１）のボルト穴内周面（１i）から位置Ｐｓ（Ｐｔ）までの距離をＬとしている。ＬはＬｓに対し、ボルト穴との隙間の長さ分が短くなっている。この隙間長さはボルト穴のボルトに対する隙間長さであり、標準的には使用するナットのねじピッチｐの０．３５倍～０．６５倍であり、ここでは０．４ｐと設定している。

【0167】

図１０の左図は、本発明の第一の側面の態様Ａにおける距離Ｌ（Ｌ／ｐ）の変化と噛合い１山目の負荷分担率の関係を示す。図のグラフの上に横軸Ｌ/ｐの値を示している。図１０左図の例ではＬｓ＝Ｌ＋０．５ｍｍ＝Ｌ＋０．４ｐ（Ｌ／ｐ＝（Ｌｓ／ｐ）－０．４）である。図１０の右図に、態様Ａのワッシャーの距離Ｌを変化した場合の効果をまとめて示している。図１０の右上図は、図１の従来構造のワッシャー締結のミーゼス相当応力分布図、右中図はモデル２（Ｌ/ｐ＝１．８１）のミーゼス相当応力分布図、右下図はモデル３（Ｌ/ｐ=２．６０）のミーゼス相当応力分布図である。モデル２とモデル３は、第一応力非伝達空間（１１ｓ）の形状が、Ｐｏからボルト穴内周面（１ｉ）のＰｈまでの深さＬｈは同じで、モデル２と比べてモデル３では距離Ｌｓが半径方向により長くなった形状である。これらのミーゼス相当応力分布図を参照すると、右上図から右中図、右下図へ行くにつれて、応力大である白色部分がねじ１山目から高次山目側にも延びていることが見られる。これらの図から、各黒点位置において、ボルトねじ１山目負荷分担率を求めると、右上図では３５．６％、右中図では３０．２％、右下図では２９．１％であった。距離ＬあるいはＬｓが長くなるに従い、ねじ１山目の負荷分担率が略直線的に下がることが示され、距離Ｌの増大によって、ボルトねじ１山目負荷分担率が３５．６％から２９．１％へと、相対的に約１８％も減少している。この１山目負荷低減により、ボルトの噛合い１山目谷底の疲労強度向上に効果がある。

【0168】

先に述べたボルトの疲労試験結果より求められるＳ－Ｎ線図の関係式から、負荷分担率が３５．６％から、３２．８％、３０．２％、２９．１％、２８．７％、２８．３％に低下するとき、応力指数ｂ＝４として、Ｎｆ及び寿命は、約１．３９倍、約１．９２倍、約２．２２倍、約２．３３倍、約２．５６倍にそれぞれ増大することが期待される。

【0169】

（態様Ｂの応力非伝達空間；第二応力非伝達空間）
図１３～１５に、本発明の第二の側面の態様Ｂのワッシャー（１）の例を示す。図１５（ｂ）（ｃ）以外は縦断面図である。図１５（ｂ）（ｃ）は斜視図である。ワッシャー（１）はワッシャー本体（１ｂ）と、ワッシャー本体（１ｂ）を貫通し、軸線を有するボルト穴（１ｈ）とを有する。ワッシャー（１）及びワッシャー本体（１ｂ）は、軸線及び軸線方向ｚと、軸線ｚに対して垂直な半径方向ｒとを有する。

【0170】

ワッシャー本体（１ｂ）は、平行な二平面（この態様でも、便宜上、それぞれ上平面（１ｕ）と下平面（１ｗ）と称する）を有し、中央にボルト穴（１ｈ）を画定する内周面（１ｉ）と、ボルト穴（１ｈ）から半径方向の外側である外周面（１о）を有する。ボルト穴（１ｈ）は、ボルトを貫通させる穴であり、想定されるボルト径に応じてそのボルト径より僅かに大きい直径Ｒを有する。例えば、呼びＭ１０（ねじ山径１０ｍｍ）のボルト用のナットのボルト穴径は１１ｍｍであってよい。ボルト穴（１ｈ）の直径Ｒを画定する面（内周面（１ｉ））は、図１３～１５のような軸線を含む縦断面図において、軸線と平行である。ボルト穴（１ｈ）の横断面の形状（平面図における形状）は、限定されるわけではないが、通常円形である。ボルト穴（１ｈ）にボルトを貫通させることで、ワッシャー（１）をボルトに対して安定的に配置させるために、ワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）はボルトの外径に対して、所定の大きさで、円形であることが好ましい。しかし、後述する庇部（１ｐ）は、その内周面がボルト穴の内周面（１ｉ）によって構成されることが好ましいが、庇部（１ｐ）の内周面（１ｉ）は、平面図（横断面図）において、円形のボルト穴（１ｈ）の全周に存在する必要はなく、２本以上の突起状をなして、ボルトに対して位置決めができればよい。この突起状の庇部（１ｐ）を有する場合、平面図における突起の間の空間は、本発明においてボルト穴ではない。平面図においてボルト穴とその突起の間の空間は連続している。その突起の間の空間を含めてボルト穴と考えると、ボルト穴の平面形状は円形ではなくなるが、このような場合には、ボルト穴は仮想の円形の穴であり、ワッシャー本体（１ｂ）のその仮想の円形の穴を構成する内周面（１ｉ）だけを、ボルト穴の内周面（１ｉ）として考える。

【0171】

図１３～１５の縦断面図において、ワッシャー本体（１ｂ）は、ボルト穴（１ｈ）に開口する第二応力非伝達空間（１２ｓ）を有し、第二応力非伝達空間（１２ｓ）は下平面（１ｗ）にも開口している。第二応力非伝達空間（１２ｓ）とワッシャー本体（１ｂ）との境界線は、下平面（１ｗ）からほぼ垂直に立ち上がり（立上部（Ｂｒ））、円弧に近い曲線のコーナー部を経由して上平面（１ｕ）に近づき、ワッシャー本体（１ｂ）の内周面（１ｉ）（ボルト穴（１ｈ）を画定する面）まで延在して、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の上側に庇部（１ｐ）を形成している。下平面（１ｗ）からほぼ垂直に立ち上がる立上部（Ｂｒ）は、製作の精度を考慮して、垂直方向に対して±２０度の角度の範囲内であってよい。

【0172】

第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、縦断面図において、図１３～１５に示す上に凸の断面形状を有するが、三次元的には、ワッシャー（１）のボルト穴（１ｈ）の軸線を中心とする同心円環状である（図１５（ｂ）（ｃ））参照）。すなわち、第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、図１３～１５に示す断面形状の空間を、軸線を中心として３６０度回転させてできる三次元形状の空間（同心円環状空間）である。

【0173】

図１３～１５を参照すると、第二応力非伝達空間（１２ｓ）は、ワッシャーの縦断面図において、ボルト穴（１ｈ）に開口している。第二応力非伝達空間（１２ｓ）がボルト穴（１ｈ）に開口していることによって、ワッシャー本体（１ｂ）のボルト穴側における締結力の軸方向の伝達が遮断されるので、ボルト穴側にあるボルトの締結噛合い低次山目にかかる力が減少する。

【0174】

第二の側面のワッシャーをナットとともに用いる場合、ワッシャー（１）とナット（４）の接触面からボルト（３）のねじ部に至る圧縮応力は、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の存在によって第二応力非伝達空間（１２ｓ）の外側だけに限定され、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の外側からボルト穴側に回り込む結果として、その圧縮応力がボルト穴側に及ぶ方向は、第二応力非伝達空間（１２ｓ）のボルト穴から半径方向に最も遠い位置Ｐｓから、軸線ｚに対して約４５度以下の仰角（角度θ）の領域である。この軸線ｚに対して約４５度以下の角度でボルト穴側に曲がる圧縮応力が、ボルトの高次山目（特に山頂）の開放側に向かうことによってボルトの締結噛合い低次山目にかかる応力が小さくなるという好ましい特徴を見出した。第二応力非伝達空間（１２ｓ）の半径方向の寸法を適当な寸法以下にすると、低次のねじ山目にかかる応力を十分に小さくしながら、ナット及びワッシャーの外径寸法を小さく抑えることができるので、好ましい。

【0175】

第二の側面の態様Ｂの一つの態様において、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の軸線から最も遠い位置Ｐｓから、ボルト穴（１ｈ）の軸線に平行な内周面（１ｕ）までの半径方向の距離Ｌが、
０．５ｐ≦Ｌ≦５．６ｐ、より好ましくは、０．７ｐ≦Ｌ≦５．６ｐ、１．０ｐ≦Ｌ≦５．０ｐ、さらに好ましくは１．５ｐ≦Ｌ≦４．５ｐ、特に２．０ｐ≦Ｌ≦４．０ｐ、さらには２．５ｐ≦Ｌ≦３．５ｐ
（式中、前記ボルト穴の直径をＲとし、Ｒ及びｐの単位はｍｍであり、Ｒ及びｐは上記した関係にある。）
を満たすことが好ましい。

【0176】

図１３～１５の縦断面図において、ワッシャー本体（１ｂ）は、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の上側に庇部（１ｐ）を有する。庇部（１ｐ）は、ボルト穴（１ｈ）に対してボルト３とセンタリングするための部材であり、庇部（１ｐ）の先端がボルト穴（１ｈ）の内周面を構成していればよい。ボルト穴（１ｈ）の内周面（１ｉ）を構成する庇部（１ｐ）は、ワッシャー本体（１ｂ）の平面図において、必ずしもボルト穴（１ｈ）の全周に存在する必要はないが、全周に存在して円形のボルト穴（１ｈ）を画定することが好ましい。庇部（１ｐ）は、応力を伝達する部分ではないので、図１３～１５の上下方向の厚さは庇部（１ｐ）の強度が保たれる限り小さくてよく、厚さが小さいほど応力伝達への寄与が小さくなるので、好ましい。例えば、庇部（１ｐ）の最小厚さ（Ｔｈ）は、ワッシャーの厚さＴの０．１倍以上０．７倍以下とすることが望ましい。更に望ましくは、Ｔｈは０．２Ｔ≦Ｔｈ≦０．６Ｔであり、更に望ましくは０．２２Ｔ≦Ｔｈ≦０．５Ｔである。この庇部（１ｐ）の厚さは部分的に薄くすることが可能で、コーナー部を通り、ボルト穴内周面に至る途中が一番薄くなる形状を取れば、最内径側のボルトとのセンタリングが容易に行える内周面（１ｉ）の長さを確保することが出来る。

【0177】

図１３～１５の縦断面図を参照すると、ワッシャー本体（１ｂ）と第二応力非伝達空間（１２ｓ）の第四境界線（Ｂ４）は、ワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）からほぼ垂直に立ち上がる立上部（Ｂｒ）と、ボルト穴（１ｈ）に面する庇部（１ｐ）を画する部分との間を連結するコーナー部（Ｂｃ）を有する。ワッシャー本体（１ｂ）と第二応力非伝達空間（１２ｓ）の境界線（Ｂ４）、特に図１３～１５では上に凸の曲線であるがそのコーナー部（Ｂｃ）の境界線（Ｂ４）は、全体が曲線又は曲線と直線の組合せからなり、直線と直線が交差する角部を有していない応力集中緩和線で構成されていることが好ましい。コーナー部（Ｂｃ）は、限定するわけではないが、図１３～１５の縦断面図において、前記境界線が、軸線ｚに対して２０～２５度、特に２５度をなす直線と接する位置から、軸線ｚに対して６５～７０度、特に６５度をなす直線と接する位置までの部分であり、軸線ｚに対して４５度の仰角θを有する直線が前記境界線と接する位置（Ｐ）が存在する部分である。コーナー部（Ｂｃ）は、例えば、仰角約４０～５０度、特には約４５度の直線から構成されてよいが、その場合には、コーナー部（Ｂｃ）と立上部（Ｂｒ）の接続部分、及びコーナー部（Ｂｃ）と庇部（１ｐ）の接続部分は、曲線で結合されて角を形成しないことが好ましい。また、コーナー部（Ｂｃ）は、円弧又は楕円弧あるいはそれに近い形状によって形成されてよい。コーナー部（Ｂｃ）からボルト穴内周面（１ｉ）までは、ボルト穴内周末端部（Ｂｅ）である。

【0178】

１つの態様において、図１３～１５の縦断面図を参照すると、ワッシャー本体（１ｂ）と第二応力非伝達空間（１２ｓ）の第四境界線（Ｂ４）は、ワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）からほぼ垂直に立ち上がる立上部（Ｂｒ）から、円弧又は楕円弧又は両側が曲線に繋がる中間が直線の複合線に接続されてコーナー部（Ｂｃ）を形成し、その後曲率がさらに小さくなるボルト穴内周末端部（Ｂｅ）によってボルト穴内周面（１ｉ）に至ってよい。このような第四境界線（Ｂ４）は、下平面（１ｗ）及びボルト穴内周面（１ｉ）との接続箇所を除いて応力集中緩和曲線であり、しかもこの形状の第二応力非伝達空間（１２ｓ）は形成が容易である。また、軸線に対する仰角４５度の直線がコーナー部（Ｂｃ）と接する位置Ｐが上平面（１ｕ）に近いと、被締結物（２）からねじに伝達される圧縮応力が、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の外側を回る位置がボルト穴内周面（１ｉ）からより遠くなる効果があり、好ましい。コーナー部（Ｂｃ）が軸線に対する仰角４５度の直線と接する位置Ｐは、ワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）から、ワッシャー（１）の厚さＴの１／２以上の軸線方向距離にあることが好ましく、ワッシャー本体（１ｂ）の下平面（１ｗ）における立上部（Ｂｒ）の起点の位置Ｐ３（Ｐｓ）からボルト穴内周面（１ｉ）に向かってねじの１ピッチの長さ以下であることが好ましい。立上部（Ｂｒ）（下平面（１ｗ）から軸線に対する仰角２０～２５度の直線が第四境界線（Ｂ４）と接する位置まで）は、限定されないが、ワッシャー（１）の厚さＴの１／４～１／３以上の軸線方向長さを有することが好ましい。ボルト穴内周末端部（Ｂｅ）（軸線に対する仰角６５～７０度の直線が第四境界線（Ｂ４）と接する位置からボルト穴内周面（１ｉ）まで）は、コーナー部（Ｂｃ）との接続箇所からボルト穴内周面（１ｉ）まで、接線が軸線に対して形成する仰角が漸増する形状であり、最大仰角は９０度以下であることが好ましい。ボルト穴内周末端部（Ｂｅ）の上側に形成される庇部（１ｐ）の最小厚さ（図１４ではボルト穴内周面（１i）の厚さｔ）は、ワッシャー（１）の厚さＴの３～２０％、さらには５～１５％の範囲であることが好ましい。ボルト穴内周末端部（Ｂｅ）は、図１９及び図２０に示すように様々な変形であってよいし、さらにボルト穴内周末端部（Ｂｅ）は存在せずに、コーナー部（Ｂｃ）の途中又は末端がボルト穴内周面（１ｉ）との接続箇所であってもよい。

【0179】

（態様ＢのワッシャーのＦＥＭ解析結果）
本発明の第二の側面の態様Ｂのワッシャーを用いて、図１３に示すようにして、ボルト（３）にナット（４）を締め付けた場合のワッシャー（１）、ナット（４）及びボルト（３）にかかる応力をＦＥＭ解析した。ボルト、ナット、ワッシャーのねじ山形状、部材強度、部材ヤング率、ポアソン比、締結トルク、軸力などの要素はすべてＪＩＳ｛ＩＳＯ｝に規定されるものを適用した。しかし、ナットのフランジ部の厚さ、ねじ軸部の強度については充分な強度を持つ前提としている。この部分はＪＩＳでは特に規定が無く、最低の強度を推奨しているものとしている。ねじのピッチは細目を採用した（ボルトのねじ径Ｍ＝１２ｍｍ、ねじピッチＰ＝１．２５ｍｍ）。

【0180】

図１６にミーゼス相当応力分布図を示す。図１６において、ミーゼス相当応力は色が白いほど大きく、色が黒いほど小さい。グレーは中間の大きさであり、黒色部では白色に比較して応力が小さいことを表している。この図１６と従来構造のワッシャーの図４を比較すれば白色の応力大の範囲、位置が明確に異なることが見られる。図１６では淡いグレー、濃いグレーの範囲がねじ山５番目まで広がって、黒色（応力小）部分は小さくなっていることが見られる。この図１６により応力分布は、ねじ山３山目以後に応力が拡散していることを示している。また、ミーゼス相当応力が大きい白色部分を見ると、凹状空間のコーナー部からねじ軸線方向に対して主に仰角４５度またはそれより少し小さい角度で大きなミーゼス相当応力が延びているが、３山目以降（５山目）にも大きなミーゼス相当応力を表す白色及びグレーの部分があることが分かる。このように、凹部空間がない場合と比べて大きいミーゼス相当応力が向かう先が、ナットのねじの３山目以降にあれば、１山目のねじの応力負荷分担率を、凹部空間がない場合と比べて低減できる。

【0181】

図１７（ａ）と（ｂ）は、ＦＥＭ解析で求めた態様Ｂのワッシャーと従来構造のワッシャーの各ねじ山の負荷分担率と負荷分担率の比較棒グラフである。図１６で使用したモデルでは、距離Ｌｓをｐ（１．２５ｍｍ）の２．２１倍に設定したものである。締結噛合い１山目の負荷分担率は３２．３％であり、従来構造のワッシャーの同負荷分担率３５．６％に比較して、絶対値で３．３ポイント、相対比で９．３％下げることが示されている。

【0182】

図１８左図は、第二の側面の態様Ｂのワッシャーにおいて横軸をＬ／ｐ（同じピッチｐであるので、距離Ｌを変化した場合と等価）として、噛み合い１山目の負荷分担率を示すグラフである。図１８の右上図は、図１に対応する従来構造のワッシャー締結のミーゼス相当応力分布図、右中図はモデル２（Ｌ＝１．８１ｐとしたもの）のミーゼス相当応力分布図、右下図はモデル３（Ｌ=２．６０ｐとしたもの）のミーゼス相当応力分布図である。モデル２とモデル３は、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の形状は、その立上部及びコーナー部の形状はほぼ同じで、モデル２と比べてモデル３では庇部（１ｐ）が半径方向により長くなった形状である。これらのミーゼス相当応力分布図を参照すると、右上図から右中図、右下図へ行くにつれて、応力大である白色部分がねじ１山目から高次山目側にも延びていることが見られる。これらの図から、各黒点位置においてボルトねじ１山目の負荷分担率を求めると、右上図（従来方式ワッシャー）では３５．６％、右中図では３２．３％、右下図では３０．９％であった。距離Ｌ（Ｌ／ｐ）が長くなるに従い、ねじ１山目の負荷分担率が略直線的に下がることが示され、距離Ｌ（Ｌ／ｐ）の増大によって、ボルトねじ１山目負荷分担率が３５．６％から３０．９％へと絶対値で４．７ポイント、相対比で約１３％も減少している。この１山目負荷低減により、ボルトの噛合い１山目谷底の疲労強度向上に効果がある。先に述べたボルトの疲労試験結果より求められるＳ－Ｎ線図の関係式から、負荷分担率が３５．６％から、３４．５％、３２．３％、３０．９％、３０．３％、２９．７％にそれぞれ低下するとき、応力指数ｂ＝４として、Ｎｆ及び寿命は、約１．１２倍、約１．４５倍、約１．７５倍、約１．９２倍、約２．１３倍にそれぞれ増大することが期待される。

【0183】

（第二応力非伝達空間の態様Ｂの変形例）
図１９（ａ）～（ｃ）及び図２０に、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の変形例の略図を示す。図１９において、Ｂ４はワッシャー本体（１ｂ）と第二応力非伝達空間（１２ｓ）の境界線である。
・図１９（ａ）は、ボルト穴内周面（１ｉ）の軸線方向長さ（ｔ）が庇部（１ｐ）の最小厚さ（Ｔｈ）より長い一例である。
・図１９（ｂ）は、被締結物とワッシャー（１）の接触位置から立上部（Ｂｒ）に至る部分に応力集中緩和曲線の構造を付けたものの一例を示し、この場合の距離Ｌは図示のように立上部（Ｂｒ）よりもより半径方向外周側になる。
・図１９（ｃ）は、ワッシャー本体の厚さの中間にボルト穴内周側から外周側に向かって凸の第二応力非伝達空間（１２ｓ）を設け、第二応力非伝達空間（１２ｓ）がワッシャー本体の上下平面（１ｕ、１ｗ）に開口していない例である。図１９（ｃ）は、図１９（ｂ）のワッシャーを２枚向かい合わせに張り付けたような例である。ワッシャー本体の厚さ（Ｔ）が厚い時に、ナットに近いところに、図１９（ｃ）のような応力非伝達空間（１２ｓ）を設ける事により、噛合い１山目のねじ山負荷分担率を低減することが出来る。またこの例では、ワッシャーの上下平面が同じになり使用時の誤使用がない。
・図１９（ｄ）は、ワッシャーのセンター合わせを考慮した形状であり、ボルト穴内周面の長さｔを大きくする方法（ボルト穴側の形状を参照）と、外周側のナット側にリング状や数か所の突起部を設け、ナット外周部を利用してボルトとのセンター合わせをする方法（ワッシャー本体の外周側の突起を参照）の一変形例を示している。図１９（ｄ）の例では、ナット外周部を利用してボルト（３）とワッシャー（１）のセンター合わせをするので、ボルト穴の直径は、想定されるボルトの直径と比べて大きくてよい。その場合には、図１９（ｄ）の例のボルト穴の直径Ｒに基づいて不等式０．５ｐ≦Ｌ≦５．６ｐにおける定義に基づくｐの値よりも小さいピッチのねじを有するボルトに用いられるが、上記不等式を満たすとき、ボルトのねじ１山目の負荷分担率を低減する効果は得られる。
・図２０は、第二応力非伝達空間（１２ｓ）の境界線（Ｂ４）のコーナー部（Ｂｃ）が直線で構成され、立上部（Ｂｒ）もボルト穴内周末端部（Ｂｅ）も直線で構成され、コーナー部（Ｂｃ）と立上部（Ｂｒ）及びボルト穴内周末端部（Ｂｅ）との繋がりの部分を曲線で構成している例である。

【0184】

本発明の第二の側面のワッシャー（１）は、２つの平面、すなわち、第一及び第二平面（１ｕ、１ｗ）を有するが、ボルト（３）、ナット（４）で被締結物（２）を締結するとき、ワッシャー（１）の二平面のどちらかを被締結物側（又はナット側）に向けて使用される。第二の側面のワッシャーが態様Ａであるか態様Ｂであるかは、２つの平面のいずれか一方を第一平面（１ｕ）（ナット側、上平面）と考えたときに、態様Ａ又は態様Ｂの要件を満たせばよい。したがって、１つのワッシャーが、一方の平面を第一平面（１ｕ）と考えると態様Ａのワッシャーであるとともに、他方の平面を第一平面（１ｕ）と考えても態様Ａのワッシャーであることができる。このような場合、そのワッシャーは、いずれの平面を上平面として使用しても態様Ａのワッシャーとして使用することができる。また、１つのワッシャーは、一方の平面を第一平面（１ｕ）と考えると態様Ａのワッシャーであるとともに、他方の平面を第一平面（１ｕ）と考えると態様Ｂのワッシャーであることができる。態様Ａの要件を満たすワッシャーは、上下平面をひっくり返すと、態様Ｂのワッシャーとしても、そのまま使用できることが多い。一方、態様Ｂの要件を満たすワッシャーは、上下平面をひっくり返して態様Ａのワッシャーとして使用してよいが、態様Ａのワッシャーとして使用するためには、立上部と下面と接続する部分が応力非集中曲線として構成されていることが好ましい。

【0185】

また、１つのワッシャーが、２つの応力非伝達空間（１ｓ）を有して、その２つの応力非伝達空間（１ｓ）が態様Ａの要件と態様Ｂの要件をそれぞれ満たすことも可能である。このような場合、そのワッシャーは、一方の平面を上平面として使用する際に、態様Ａであると同時に態様Ｂのワッシャーでもあるが、使用時には実質的には１山目負担低減効果の大きい態様のワッシャーとして作用すると考えられる。しかし、本発明の第二の側面のワッシャーは、態様Ａと態様Ｂの要件を同時に満たすとしても、態様Ａ又は態様Ｂのいずれか一方の態様として使用されることを意図して製造され、その意図される態様で使用することが好ましいことはいうまでもない。

【0186】

（ワッシャーの厚さ）
本発明のワッシャー（１）の厚さ（上下平面間の軸線方向寸法）は、応力非伝達空間が形成されていないワッシャー本体部分における厚さＴとして、ボルト穴径Ｒに対して、０．１倍以上、０．２倍以上、さらに０．５倍以上であってよく、また２０倍以下、１０倍以下、さらに１．０倍以下であってよい。

【0187】

本発明の態様Ａのワッシャーの一つの態様では、厚さ（Ｔ）はボルト穴内径の０．１倍以上であり、望ましくはボルト穴径の０．２倍以上２．０倍以下、更に望ましくはボルト穴径の０．３倍以上１．５倍以下であってよい。

【0188】

（ワッシャーの外周面）
本発明のワッシャー（１）の外周面は、図５を参照すると、ワッシャー（１）のナット（４）との接触面（上平面）、及びワッシャー（１）の被締結物（２）との接触面（下平面）が、いずれも、ナット（４）及びワッシャー（１）より被締結物（２）を締結するために十分な面積を有することが好ましい。ナット（４）及びワッシャー（１）により被締結物（２）を締結するための面積は、応力非伝達空間（１ｓ）を有していない従来のワッシャーにおけると同様であってよい。従来のワッシャーにおけるワッシャー（１）の外周面は、ボルト穴径の２倍程度（例えば、２Ｒ±１０％以内）の内接円を有する寸法であってよい。

【0189】

本発明の一つの態様において、本発明のワッシャー（１）の外周面は、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面（１ｕ）における外周に内接する円の直径Ｄ_１、ボルト穴径Ｒのとき、Ｄ_１＝ｎＲ（ｎ≧１．８、さらにはｎ≧１．９、ｎ≧２．０、ｎ≧２．２）であってよい。ここでボルト穴径Ｒはワッシャー本体の内周面によって画定される中心穴の直径である（本開示において他の箇所でも同じ。）。

【0190】

本発明の一つの態様において、本発明のワッシャーの外周面は、ワッシャー本体（１ｂ）の上平面の平面図において、ワッシャーの上平面の外周面に内接する円の直径が、ボルト穴径の２倍（あるいはその±１０％以内；同上）と、ボルト穴の内周面から位置Ｐｓでの距離Ｌとの合計以上の寸法であってよい。Ｄ_ｏ＝ｎＲ＋Ｌ（ｎ≧１．８、さらにはｎ≧１．９、ｎ≧２．０、ｎ≧２．２）であってよい。

【0191】

本発明の他の一つの態様において、例えば、ワッシャー本体の上平面における外周に内接する円の直径Ｄ０、ボルト穴径Ｒ、ボルト穴の内周面から位置Ｐｓでの距離Ｌとして、（Ｄ０／２）２－（Ｒ／２＋Ｌ）２＝３ｋ（Ｒ／２）２（式中、ｋ≧０．８）であると好適である。式中、ｋ＝０．８～１．５、さらにはｋ＝０．９～１．３であるとより好ましい。また、ワッシャーの縦断面図において、ワッシャー本体の外周面が、位置Ｐｓを通る仰角４５度の直線と交わる位置より内周側にないことが好適である。このとき、ワッシャー（１）の縦断面図において、ワッシャー本体の上平面１ｕ側の外周寸法と比べて、下平面１ｗ側の外周寸法は大きいので、ワッシャー本体の上平面１ｕ側を図６及び図１２に示すように傾斜切断（例えば軸線に対する仰角３０～６０度、特に約４０～５０度）してよい。

【0192】

本発明の態様Ａの一つの態様において、ワッシャーの外周径はボルト穴径の１．４倍以上４倍以下、望ましくはボルト穴径の１．５倍以上３．５倍以下、更に望ましくはボルト穴径の１．７倍以上２．８倍以下であってよい。

【0193】

ワッシャー本体（１ｂ）の外周は、ナットと接触する上平面（１ｕ）の外周よりも大きくてよい。縦断面において、ワッシャー本体（１ｂ）は、外周（１о）と上平面（１ｕ）との接続部が例えば３０～６０度、さらには４０～５０度の仰角で切りかかれていてよい。この切欠き部（１ｄ）の大きさは、ワッシャー本体（１ｂ）の厚さ方向の寸法で、ワッシャー本体（１ｂ）の厚さ（Ｔ）の半分以下、さらに３分の１以下であってよい。

【0194】

（ワッシーのその他の形状）
本発明のワッシャー（１）は、ワッシャー本体（１ｂ）において、応力非伝達空間以外の空間を形成しない充実体であることが好ましい。しかし、本発明のワッシャーの強度、締結力を阻害しない範囲であれば、応力非伝達空間以外の空間を有してもよい。

【0195】

本発明のワッシャー（１）は、角部を面取りすることができ、特に曲線で面取りすることが好ましい。面取り寸法は小さいので、上記のワッシャー本体及び応力非伝達空間の形状及び寸法を考える場合は、面取りを無視してもよいし、面取り部分を除外して考えてもよい。

【0196】

以下に、ワッシャー（１）のその他の構成及び製造方法を述べるが、これらの事項は本発明の第一の側面及び第二の側面の両方に共通の事項である。

【0197】

（ワッシャーの材質）
本発明のワッシャー（１）の材質については従来のワッシャーで使用されてきた金属、非鉄金属、各種合金、高分子樹脂、酸化物、炭化物、窒化物、複合材料（ＣＦＲＰ；炭素繊維強化プラスチックなど）、硬質樹脂（例えば、ビッカース硬度Ｈｖ７０以上、さらにはＨｖ１００以上の硬度を有する）の１つまたは２つ以上の組み合わせから使用することができる。締結時の圧縮応力に耐えるのに十分な強度を持つものである。また、材質や強度の選定はユーザー側技術者による選択で決定できる。

【0198】

（表面処理）
本発明のワッシャー（１）は、従来からワッシャーに求められている防錆、加飾、摺動性向上、識別などの効果を持つ表面処理を施すことができる。具体的には金属メッキ、高分子塗装、フッ素樹脂塗装、ＰＶＤ，ＣＶＤなどのプラズマ被膜処理によるＤＬＣ，ＴｉＮ，ＣｒＮ，ＢＮなどの被膜、リン酸マンガン化成処理、アルマイト、電解研磨などの１種類または２種類以上の組み合わせから選択使用することができる。ワッシャー（１）はナット（４）との摺動性確保のために前工程で表面面粗度を向上させる研磨加工を行うことが出来る。特にワッシャー表面でナット座面と接する部分には摩擦抵抗の小さな、更には摩擦係数が安定した表面処理を行うことにより、ナット締付けトルクを軸力に変換する効率が向上し、摩擦のバラつきによる軸力発生変動が小さくなる利点がある。

【0199】

（Ｓ－ＤＬＣ被覆）
ワッシャー（１）の表面はナット座面との間で圧力を伴う摺動を行うため、相対的な摩擦係数が小さな表面が望ましい。初期締結時のみならず使用中にかかる外力負荷はナット座面とワッシャー間で相互に入力する。初期締結時に締付けトルクを基準として締結を行う場合には、ナット座面とねじ山の摩擦抵抗を含むことになり、摩擦が大きい時には実際の軸力発生は小さくなる影響を受ける。この時、ねじ山やナット座面の摩擦抵抗を減ずるため潤滑油を付与することが有る。この給油により摩擦係数がオイル同様と見做せ、摩擦係数は約０．１程度に下がる。ドライ環境では多くの金属の摩擦係数が０．５程度である事を考えれば摩擦係数０．１は格段に低い数値である。同様の目的でワッシャー表面に摩擦を下げるリン酸マンガン処理、固体潤滑剤、二硫化モリブデンペースト塗布などを施し、締結を行うことが有る。このような処理はワッシャー表面との密着性が弱いため繰り返しの増し締めや分解、再締結などには不向きという性質がある。これらの課題を解決できる表面処理として、ＤＬＣ（ダイヤモンド状炭素膜）などの固体潤滑層被膜があり、なかでも繰り返し締結に適しているのがＤＬＣ膜を更に細分化し、表面が溝などにより分割された不連続な膜を多数並べたセグメント構造ＤＬＣである。セグメント構造ＤＬＣ（Ｓ－ＤＬＣ）は、ナットとワッシャーの接触では柔らかいほうの基材に弾性変形が大きく発生するので、高脆性・高硬度薄膜であっても、その基材変形に追随して、膜破壊が起きにくいことが知られている。ワッシャーにＤＬＣなどの低摩擦係数を持つ被膜処理を施した場合、ナット座面とワッシャーが接触する範囲で摩擦が小さくなるため、同じトルクでナットを締めつけた時に座面抵抗と摩擦係数のバラつきが小さくなり、ボルト軸力が向上するとともに軸力のバラつきが小さくなる利点がある。ワッシャーの上平面（ナット座面側）にＳ－ＤＬＣを被膜することにより摩擦低減効果が最も発揮され、Ｓ－ＤＬＣを施す効果は大きく表れる。

【0200】

Ｓ－ＤＬＣの被膜の場合、ワッシャーが小さな弾性変形をした場合にも膜の破壊が極少であること、締結完了時に軸力を変化させずにボルトの捻じりトルクを減少するナットの微細な逆回転が出来る特徴を持つ。ボルトの捻じりトルク減少を図れることは、ねじの緩み開始が遅延される効果につながる。

【0201】

ワッシャーの摺動面は、ナットの螺合時の回転を阻害しない面粗度及び平面度をもつように形成するが好適である。このような面粗度としては、算術平均粗さＲaが５０μｍ以下、さらには６．５μｍ以下が好適であり、平面度としては、０．２ｍｍ以下、さらには０．０５ｍｍ以下が好適である。算術平均粗さＲａの測定はＪＩＳＢ０６０１：２０１３による。

【0202】

（ワッシャーの使用形態）
本発明のワッシャー（１）は、従来のワッシャーと同様に、例えば、図２及び図１４に示すように、被締結物（２）とナット（４）の間に挿入して用いることができる。本発明のワッシャーとともに用いるナット（４）は、六角ナットでもよいが、フランジナットであることが好ましい。フランジナットであれば、ナットのフランジ部以外のねじ軸部分を大きくすることなく、ワッシャーとの接触側面の面積を大きくすることができるからである。

【0203】

（ワッシャーの製造方法）
ワッシャーの製造方法は、ｉ）除去加工（機械切削加工など）とii）塑性加工（プレス加工、鍛圧加工など）に大別できる。ｉ）は素材からＮＣ旋盤、精密自動機械、汎用旋盤などの工作機械と切削用刃具を使用して作られるもので、使用対象物専用の性格を持つ。ii）は汎用品を同じ形状で多数製造することに優れ、金型を使用して連続的に作られる。一例として、小さなものは板からプレス加工で打ち抜くことで形状、寸法、が決まり、バリ取り工程と表面処理によって完成品となる。また、中～大型のワッシャーを作る時には冷間鍛造（ファインブランキング）工法により素材から連続的な鍛造をすることで形状を作り上げる事が可能で、表面粗度や平面度などの仕上げ加工、表面処理などの後工程作業がある時には、その部分を行う事で完成品となる。

【0204】

上記の機械加工（マシニング、カッティング）により製造する場合は、一個ずつ加工をするNC旋盤（自動機を含む）のような工作機械ではエンドミル状の専用刃具を使用することが多いので、専用刃具の刃面形状が重要である。従来方式ワッシャーでは座面はほとんど平面であるため、刃具も平面を削ることに適したものを採用している。本発明のワッシャーを削り出すには応力集中緩和曲線を削り出す必要があり、刃具は予め刃部を専用の形状に仕上げてある成形刃物を使用することにより、工作機械のＮＣプログラム（数値制御部分）に具備されていない楕円曲線を作るには簡単であり、外部でプログラムをあらかじめ作っておく必要が無く、工数低減の合理性を持つ。

【0205】

本発明のワッシャーを形成する場合の刃具について：
１；機械加工で直接構造を加工する場合と、２；金型を作成して、この金型を使用して形を転写する工法に大別される。１の直接加工する場合には穴あけ用のドリルに似たエンドミル形状の刃を、目的に沿った形状に成形することで「削りやすい、工作機械に適応している、刃の強度、耐久性に実績がある」といったものを得られる。２の場合には最終的に加工対象物が製品になるので、転写される形状はいわゆる雄雌の関係となる。この様な形状を切削するためにも本発明のワッシャーの構造となるような曲線を持つ刃具を使用することが望ましい。刃具は切削に限らず研削砥石も含まれる。

【0206】

図２１（ａ）～（ｅ）に刃具の専用形状のいくつかの例を表示する。白抜き部分が刃具２１の断面、その周囲の////部分（斜線部）には切り刃２２が設けてある刃具２１の変形例である。切り刃２２の形状が応力非伝達空間の形状に対応する形状であるので、刃具２１が回転すると、切り刃２２によってワッシャーのボルト穴部分に////部分（斜線部）の断面形状の空間が形成される。
・図２１（ａ）は、エンドミル形状であり、ワッシャー構造の境界線Ｂ３やＢ４を楕円や円の形状で作る刃形状２２としたもの、多くの穴径に対応することが可能である。
・図２１（ｂ）は、ドリル２３がセンターにあり、両サイドに（ａ）と同様の応力緩和曲線を形成する刃２２が足されたものであり、被切削物に設けられたガイド穴にしたがい穴のセンターとワッシャー構造のセンターを合わせやすい。
・図２１（ｃ）は、金型などの主に突起部を削り出せる構造としたものであり、転写する対象物の形状がマザーとなる金型となる場合に使用する。
・図２１（ｄ）は、図１９（ｃ）に示すワッシャーのボルト穴側に構造を作る場合に使用する例である。ワッシャーが長いパイプ状である時にパイプ内径端部付近に態様Ｂのワッシャー構造を作るのに適している。この他にも使用対象に応じた多くの変形例がある。特に楕円、円などの応力集中緩和曲線を作る時に、使用する刃具にあらかじめ刃具に希望する形状を入れておけばＮＣ工作機械で簡単に所望する応力集中緩和曲線を持つ形状を作ることが出来る。

【0207】

塑性加工により本発明のワッシャー（１）を作るには、金型にあらかじめ目的の形状を織り込んでおくことにより所望のワッシャー構造を作ることが出来る。金型形状が異なるだけで製造方法は全く変わらず、工数増加無しに様々な本発明のワッシャーを得られる。金型の転写型が製品になるため、金型を削り出す刃具も応力集中緩和曲線を作る形状になっていることが合理的である。鍛造工法も同じである。

【0208】

厚さの薄いワッシャーを作る際に塑性加工用の金型を使用することが多くある。製造順序の一例を上げると、ｉ）内径穴を打ち抜く、ii）金型に設けた本発明のワッシャー構造作成部分を押し込み形状に形成する、iii）外径部を打ち抜く、iv）バリ取り処理を行う、ｖ）表面処理を行ない完成品となる。ここでｉ）とii）は同じ金型で行うことも出来る。この様に金型を工夫することで工数増加無しに本発明品を作ることが出来る。この金型の一例を図２２に示す。厚さの厚いワッシャー、材質が特別なワッシャー、大きなワッシャーなどを作る際に鋳造方法を採用する場合があり、その際の金型の一例を図２３に示す。金型にあらかじめ曲面を設けておけば従来の鋳造技術で本発明のワッシャーを作ることが出来る。加工工数の増加は無い。

【0209】

図２２は金型の一例としてパンチ型の縦断面図を示す。雄型（上部）３１と雌型（下部）３２の中間の太黒線が被加工物３３を表わしている。加工前に平板（点線で示す）である被加工物２３が穴を基準にパンチ型（金型）３１，３２でプレス塑性加工を受け、肩～穴部分が下方に楕円型に変形している。ワッシャーの穴のコーナーがワッシャー構造の形状となる。使用時には図の下側からボルトねじ山が出てきて、上からナット座面がボルトに螺合してくる構造である。また、従来と同じに、1回のプレス加工で狙った加工ができることは構造を作るための工数上昇は無いと言える。金型は専用金型となり、穴位置、方向などを間違えることもない。

【0210】

図２３は鋳造型４１の一例を示す。リング状の鋳物４２を黒で表し斜線部が鋳物型４１を示している。形状を単純化しているが、黒矢印が湯口（ゲート）４３で、そこから溶融金属が流し込まれ空間を満たし、冷却を経て黒色の製品が出来る。斜線で示す金型（鋳物型）にあらかじめワッシャー構造の形状を仕込んでおけば、製品に所望のワッシャーの構造が転写される。鋳造工法はプレス加工のような1方向からの加工ではなく、全方向からの成形が出来るので、例えばブロック状金型に複数の金型形状を設け、その金型内部にワッシャー構造を一度に、複数、あらゆる角度から、異なる寸法で作ることが出来る特徴を持つ。鋳造、ダイキャスト、ＭＩＭ（金属粉末射出成形）,ロストワックス、インジェクションモールドなど素材を溶かして型に入れ成形する金型は無限に応用変形例があり得る。

【0211】

刃具材質
加工用刃具の材質は、従来から実績のある合金鋼、刃物鋼、タングステンカーバイド（ＷＣ）などの炭化物、セラミックス、窒化物などから選択使用することができる。

【0212】

表面処理
本発明のワッシャー（１）には、前述したように、従来からワッシャーに求められている防錆、加飾、摺動性向上、識別などの効果を持つ表面処理を施すことができる。

【0213】

刃具の表面処理
刃具の表面処理については従来方式の高周波焼き入れ、浸炭焼入れ、窒化処理などの他に表面に硬化被膜をコートして、耐久性を向上させることが出来る。ＤＬＣ，ＴｉＮ、ＴｉＣ，CｒＮ、ＢＮ、Ａｌ₂Ｏ₃などのコーティング薄膜をコートできる、薄膜コーティング方式はＰＶＤ（物理蒸着）,ＣＶＤ（化学蒸着）,アークイオンプレーティング、スパッタ、ＦＣＶＡ（フィルター型カソーディック真空アーク）,マグネトロンスパッタ、ＰＢＩＩ（プラズマベースイオン注入法）、ＤＣ単パルスＣＶＤなどを用いることができる。

【産業上の利用可能性】

【0214】

本発明は、適正に締め付けられたボルト・ナット締結体において使用されるワッシャーの構造の改良を提案する。本発明のワッシャー構造の改良により、ボルトの噛合第１ねじ山の負荷分担率を低下させるだけでなく、各ねじ山の負荷分担率の平準化に効果があり、ボルトのねじ部からの疲労破断強度を高めることが実現できる。

【符号の説明】

【0215】

１ ワッシャー
１ｂ ワッシャー本体
１ｈ ボルト穴
１ｕ 上平面（第一平面）
１ｗ 下平面（第二平面）
１ｈ ボルト穴
１ｓ 応力非伝達空間
１ｐ 庇部
１ｉ ボルト穴内周面
１о ワッシャーの外周面
２ 被締結物
３ ボルト
３ｈ ボルト頭
４ ナット
４ｅ ナットのねじ谷底を結ぶ線
４ｏ ナットねじ山の開放側（矢の向きがねじを緩める方向）
４ｃ ナットねじ山の締結側（矢の向きがねじを締め付ける方向）
４ｗ ナットのワッシャーと接する面
４ｓ ナットのねじ軸部
４ｆ ナットのフランジ部
５ 基体
１１ｓ 第一応力非伝達空間
１２ｓ 第二応力非伝達空間
２１ 刃具
２２ 切り刃の断面
２３ ドリル
３１ 雄型
３２ 雌型
３３ 被加工物
４１ 鋳造型
４２ 鋳物
４３ 湯口（ゲート）
Ｂ１～Ｂ６ 境界線
Ｂｒ 立上部の境界線
Ｂｃ コーナー部の境界線
Ｂｅ ボルト穴内周末端部の境界線
ｐ ねじピッチ
ｚ 軸線
ｒ 半径方向
θ 仰角
Ｐｔ 第一応力非伝達空間の上平面開始位置
Ｐо 上平面とボルト穴内周面の延長線の交点
Ｐ１ 第二応力非伝達空間のボルト穴内周面開始位置
Ｐ２ 第二応力非伝達空間のボルト穴内周面終点位置
Ｐ３ 第二応力非伝達空間の下平面終点位置
Ｐｓ 応力非伝達空間のボルト穴内周面から最も半径方向の遠い位置
Ｒ ワッシャーのボルト穴径
Ｄｏ ワッシャーの外周寸法
Ｌｓ 位置Ｐｓからボルト穴谷底を結ぶ線までの距離
Ｌ 位置Ｐｓからボルト穴内周面までの距離
Ｌｈ ワッシャー上平面から位置Ｐｈまでの距離
Ｔ ワッシャーの厚さ
Ｔｈ 庇部の最小厚さ
ｔ 庇部のボルト穴側端部の厚み
※ 破壊しやすいボルトの噛合い1山目のねじ谷底の位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】