JP2002122120A - ネジ締結体とその締付け軸力管理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】締付け軸力を目視確認できる汎用性のネジ締結
体を提供する。 【解決手段】頭部（１３ａ）付きボルト（１３）と、そ
のボルト（１３）のネジ軸部（１３ｂ）に螺合締結され
るナット（１４）と、そのナット（１４）へ相対的な遊
転自在として且つ脱落不能に嵌め付けられた皿バネ座金
（１５）とから成り、締付け力を受けた上記皿バネ座金
（１５）が扁平に弾性変形することにより、自づと剥離
されることになる着色皮膜（１６）を、その皿バネ座金
（１５）の表面へ被着一体化させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はネジ締結体とその締
付け軸力の管理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ネジ締結は「ネジ」自体でな
く、「ネジを締付ける」行為によって、機能を発揮させ
るものであり、その締付け管理がトルク法によって行な
われている。

【０００３】トルク法は、締付けトルクが一定値に達し
た時、締付けを停止することにより、一定の軸力を得る
方法であるが、その値を正しく目視確認するためには、
トルクレンチや超音波軸力計などを使用して、一々測定
しなければならず、その停止位置決め作業上甚だ煩らわ
しい。

【０００４】通常、作業者はトルクレンチにより勘を頼
りに締付けているため、指定のトルクで締付けたつもり
が、その軸力はバラついてしまう。締付け過多の場合に
は、座面などがへたって、軸力の低下を招くおそれがあ
り、逆に軸力が不足した場合、繰返し外荷重の作用に対
して緩みを生じる。

【０００５】又、トルク法では締付けトルク（Ｔｆ）と
軸力（Ｆｆ）との関係を、Ｔｆ＝ＫＦｆｄと表わす（但
し、Ｋはトルク係数、ｄはネジの呼び径）が、そのトル
ク係数（Ｋ）の値の大部分はネジ面の摩擦係数と座面の
摩擦係数に支配され、同じ規格のボルトや同じ材料の被
締結部材を使用したとしても、その摩擦係数が微妙に異
なって、トルク係数（Ｋ）がバラつくのであり、延いて
は軸力（Ｔｆ）もバラつくことになる。

【０００６】その場合、上記ネジ面と座面の摩擦係数は
実際上、製造ロット毎にバラつくことを避けられず、締
付け作業現場での油汚れや温度、湿度などによっても左
右されるため、上記トルク法によって締付け軸力を確実
に管理することは至難の業である。

【０００７】この点、締付けトルクが一定値に達した締
付け停止位置を容易に確認できる公知発明として、特開
平９−７２３２５号が提案されているが、この「締付ト
ルク管理機能を有する座金付ナット」の構成では、皿バ
ネ座金（２）の外鍔部（６）から複数の突起（７）
（８）（９）をプレス加工によって、軸方向へ所定の寸
法だけ突き出す必要があり、そのため上記突起（７）
（８）（９）の個数や突き出し寸法などの設定が難しい
こととも相俟って、著しく高価な特殊品となり、汎用性
に劣る。

【０００８】又、座金付ナット（Ｚ１）が被締結部材
（１０）に対して締付けられた時、その座金（２）の外
鍔部（６）が弾性変形して、上記突起（７）（８）
（９）と逆向きの隆起（２３）が形成されるとしても、
その目印となる隆起（２３）は部分的に点在するにとど
まる。しかも、座金（２）のテーパー筒部（５）は扁平
に弾性変形せず、当初の円錐形態を保ったままであり、
その座金（２）の締結面（１１）が被締結部材（１０）
へ密着した状態も完全に目視し難いため、その締付けの
停止位置を瞬時に正しく確認することができず、未だ締
付けの過不足を生じる余地がある。

【０００９】更に、座金（２）のテーパー筒部（５）ま
では扁平に弾性変形せず、その当初の円錐形態を保った
ままである関係上、ナット（１）に締結するボルト（１
５）（１８）（３５）としても、いたづらに長い寸法を
確保しなければならない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
の改良を企図しており、そのための汎用性に富むネジ締
結体として、頭部付きボルトと、そのボルトのネジ軸部
に螺合締結されるナットと、そのナットへ相対的な遊転
自在として且つ脱落不能に嵌め付けられた皿バネ座金と
から成り、

【００１１】締付け力を受けた上記皿バネ座金が扁平に
弾性変形することにより、自づと剥離されることになる
着色皮膜を、その皿バネ座金の表面へ被着一体化させた
ことを特徴とし、

【００１２】又、そのネジ締結体の締付け軸力管理方法
として、表面に着色皮膜が被着一体化された皿バネ座金
を、ナットへ相対的な遊転自在として且つ脱落不能に嵌
め付けると共に、複数の被締結部材に通し込んだ頭部付
きボルトのネジ軸部へ、上記ナットを螺合締結して締付
けるに当り、

【００１３】上記皿バネ座金の扁平な弾性変形による着
色皮膜の剥離状態とを目印として、上記ボルトとナット
との締付けを停止することを特徴とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基いて本発明の詳細
を説明すると、図１はその本発明のネジ締結体（Ｎ）を
示しており、これは複数の被締結部材（１１）（１２）
に通し込み使用される頭部（１３ａ）付きボルト（１
３）と、そのボルト（１３）のネジ軸部（１３ｂ）へ螺
合締結されるナット（１４）と、上記ボルト（１３）と
ナット（１４）との締付け力を受けて、扁平に弾性変形
し得る皿バネ座金（１５）とから成る汎用品である。

【００１５】しかも、図２〜４のように、ナット（１
４）の底面（１４ａ）から連続一体に張り出す係合スカ
ート（１４ｂ）へ、皿バネ座金（１５）の中心孔（１５
ａ）が相対的な遊転自在として、且つ脱落不能に予じめ
嵌め付けユニット化されており、横向き姿勢としても、
その皿バネ座金（１５）がボルト（１３）のネジ軸部
（１３ｂ）を傷付けるおそれなく、被締結部材（１１）
（１２）を正規に締結使用できるようになっている。

【００１６】その場合、ナット（１４）の底面（１４
ａ）から張り出す係合スカート（１４ｂ）の外周面を下
広がりな円錐面に造形する一方、皿バネ座金（１５）に
おける中心孔（１５ａ）の内周面を、これと対応する円
錐面に造形することが好ましい。そうすれば、皿バネ座
金（１５）を当初の円錐形態から最終的な扁平形態へ、
円滑に弾性変形させることができるからである。

【００１７】（１６）は上記皿バネ座金（１５）の表面
へほぼ均一な厚みに被着一体化された着色皮膜であっ
て、好ましくはアクリル系又はニトリルセルロース系の
ラッカーに着色顔料が添加された塗料から成り、その皿
バネ座金（１５）がボルト（１３）とナット（１４）の
締付け力を受けて、最終的な扁平状態に弾性変形した
時、自づと剥離されてしまうようになっている。

【００１８】つまり、当初の円錐形態をなす皿バネ座金
（１５）の表面に被着一体化された着色皮膜（１６）
が、その皿バネ座金（１５）の弾性変形に追従できず、
皿バネ座金（１５）が扁平化された最終的には、その表
面から剥離してしまうように設定してある。上記着色皮
膜（１６）の着色カラーとしては、皿バネ座金（１５）
の金属地肌やこれに施されたメッキなどの処理表面と明
確に識別できるそれ（例えば黒色や赤色、蛍光色など）
が好ましい。

【００１９】この点、図示の実施形態では上記塗料から
成る着色皮膜（１６）を、皿バネ座金（１５）の表側円
錐面のみに塗布しているが、その表側円錐面と円形外周
面へ着色皮膜（１６）を被着一体化させても良い。又、
例えばドブ漬けなどの方法により、皿バネ座金（１５）
の裏側円錐面や中心孔（１５ａ）の内周面も含む全体
へ、その着色皮膜（１６）を被着一体化させることがで
きる。

【００２０】更に、上記皿バネ座金（１５）の地肌に一
旦メッキなどの防蝕表面処理を施し、これを言わば下地
として、上記着色皮膜（１６）の上塗りなどを行なって
も良い。その着色皮膜（１６）としても上記ラッカーな
どの塗料に代えて、各種合成樹脂のライニング皮膜やシ
ルクスクリーン印刷皮膜などを採用することができる。

【００２１】何れにしても、本発明のネジ締結体（Ｎ）
を使用して、複数の被締結部材（１１）（１２）を締結
するに当っては、そのボルト（１３）とナット（１４）
とをトルクレンチなどにより締付けて、上記皿バネ座金
（１５）を図１の円錐形態から、図５のような被締結部
材（１１）と密着する扁平形態になるまで弾性変形させ
るのである。

【００２２】そうすれば、その弾性変形に追従できない
上記着色皮膜（１６）が、最終的に皿バネ座金（１５）
の表面から剥離されてしまう結果となるため、茲に扁平
化した皿バネ座金（１５）と、その表面の露呈とを目印
として、上記締付けを停止するのであり、これによって
本発明に係るネジ締結体（Ｎ）の締付け軸力が、所期の
一定値に達したことを正しく目視確認することができ
る。

【００２３】因みに、本発明者は呼び径：Ｍ１０（ピッ
チ１．５）、強度区分：４．６（表面処理なし）の六角
ボルト（１３）と、同じく呼び径：Ｍ１０（ピッチ１．
５）、強度区分：４（電気亜鉛メッキ処理）の六角ナッ
ト（１４）と、図６に記入した数値（単位ミリメート
ル）を備えた材料：鋼板、硬度：Ｈｖ１７５〜２００の
皿バネ座金（１５）とを供試体として、図７の試験装置
（Ａ）により締付け力を加え、その時の発生軸力（目標
軸力９．５５ＫＮ）とトルク値並びに皿バネ座金（１
５）の弾性変形量を測定し、これらの相関々係を調べ
た。

【００２４】尚、その試験装置（Ａ）を示した図７の符
号（１７）はトルクレンチ（歪みゲージ式トルク計）、
（１８）はロードセル（歪みゲージ式荷重センサー）、
（１９ａ）（１９ｂ）は一対の歪みゲージ式変位計であ
り、皿バネ座金（１５）の弾性変形量をその一対の平均
値として収集できるようになっている。

【００２５】図８は上記測定試験結果として、皿バネ座
金（１５）の使用時に発生する締付け軸力とトルク値と
の関係を示すグラフ、図９は同じく皿バネ座金（１５）
の弾性変形量と締付け軸力との関係を示すグラフであ
り、これらから明白なように、締付け軸力は約１０ＫＮ
まで一旦上昇し、引続き皿バネ座金（１５）の変形に伴
なって、約５ＫＮまで低下するが、その後反転上昇し
て、当初における皿バネ座金（１５）の膨らみ量である
４．０ｍｍだけ変形し終えた時点では、目標軸力の約
９．５ＫＮまで再度上昇することになる。

【００２６】つまり、皿バネ座金（１５）が当初の円錐
形態から完全な扁平形態になるまで、ボルト（１３）と
ナット（１４）を締付ければ、目標とする一定値の締付
け軸力を得られるわけである。

【００２７】そのため、上記皿バネ座金（１５）の表面
へその弾性変形の扁平化により、自づと剥離されてしま
う着色皮膜（１６）を被着一体化しておけば、その着色
皮膜（１６）の剥離状態を目印として、上記ネジ締結体
（Ｎ）の締付け軸力を容易に正しく確認・管理できるこ
ととなる。

【００２８】尚、図１０は呼び径：Ｍ１０の丸平座金を
使用して、その締付け時に発生する軸力とトルク値との
関係を示すグラフであるが、図８との対比から確認され
るように、これではトルク値の増大に比例して締付け軸
力が増大する一方となり、その言わば終点を知ることが
できないため、本発明での採用に値いしない。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明のネジ締結体
（Ｎ）は頭部（１３ａ）付きボルト（１３）と、そのボ
ルト（１３）のネジ軸部（１３ｂ）に螺合締結されるナ
ット（１４）と、そのナット（１４）へ相対的な遊転自
在として且つ脱落不能に嵌め付けられた皿バネ座金（１
５）とから成り、

【００３０】締付け力を受けた上記皿バネ座金（１５）
が扁平に弾性変形することにより、自づと剥離されるこ
とになる着色皮膜（１６）を、その皿バネ座金（１５）
の表面へ被着一体化させてあるため、皿バネ座金（１
５）の表面へその弾性変形の扁平化により、自づと剥離
することになる着色皮膜（１６）を被着一体化させるだ
けで、締付け軸力を管理し得るネジ締結体（Ｎ）に仕上
がり、そのネジ締結体（Ｎ）の量産効果と汎用性に著し
く優れる。

【００３１】特に、請求項２の構成を採用するならば、
その塗料から成る着色皮膜（１６）に上記皿バネ座金
（１５）の弾性変形と対応する確実な剥離性能を容易に
与えることができ、ますます実用向きとなる。

【００３２】又、上記ネジ締結体（Ｎ）の締付け軸力管
理方法として、表面に着色皮膜（１６）が被着一体化さ
れた皿バネ座金（１５）を、ナット（１４）へ相対的な
遊転自在として且つ脱落不能に嵌め付けると共に、複数
の被締結部材（１１）（１２）に通し込んだ頭部（１３
ａ）付きボルト（１３）のネジ軸部（１３ｂ）へ、上記
ナット（１４）を螺合締結して締付けるに当り、

【００３３】上記皿バネ座金（１５）の扁平な弾性変形
による着色皮膜（１６）の剥離状態を目印として、上記
ボルト（１３）とナット（１４）との締付けを停止する
ようになっているため、そのボルト（１３）とナット
（１４）の締付け過ぎや不足を確実に回避することがで
き、誰でも容易に正規な締付け軸力を得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るネジ締結体の使用状態を示す断面
図である。

【図２】その皿バネ座金付きのナットを抽出して示す正
面図である。

【図３】図２の平面図である。

【図４】図２の４−４線断面図である。

【図５】本発明に係るネジ締結体の締付け完了状態を示
す図１に対応する断面図である。

【図６】供試体の皿バネ座金を示す半欠截断面図であ
る。

【図７】供試体の測定試験装置を示す正面図である。

【図８】供試体の測定試験結果として、その締付け軸力
とトルク値との関係を示すグラフである。

【図９】同じく皿バネ座金の弾性変形量と締付け軸力と
の関係を示すグラフである。

【図１０】図８との比較例として、丸平座金を使用した
締付け軸力とトルク値との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

（１１）（１２）・被締結部材 （１３）・ボルト （１３ａ）・頭部 （１３ａ）・ネジ軸部 （１４）・ナット （１５）・皿バネ座金 （１６）・着色皮膜 （Ｎ）・ネジ締結体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】頭部（１３ａ）付きボルト（１３）と、そ
   のボルト（１３）のネジ軸部（１３ｂ）に螺合締結され
   るナット（１４）と、そのナット（１４）へ相対的な遊
   転自在として且つ脱落不能に嵌め付けられた皿バネ座金
   （１５）とから成り、 締付け力を受けた上記皿バネ座金（１５）が扁平に弾性
   変形することにより、自づと剥離されることになる着色
   皮膜（１６）を、その皿バネ座金（１５）の表面へ被着
   一体化させたことを特徴とするネジ締結体。
2. 【請求項２】着色皮膜（１６）をアクリル系又はニトリ
   ルセルロース系のラッカーに着色顔料が添加された塗料
   として、皿バネ座金（１５）の表面へ塗布したことを特
   徴とする請求項１記載のネジ締結体。
3. 【請求項３】表面に着色皮膜（１６）が被着一体化され
   た皿バネ座金（１５）を、ナット（１４）へ相対的な遊
   転自在として且つ脱落不能に嵌め付けると共に、 複数の被締結部材（１１）（１２）に通し込んだ頭部
   （１３ａ）付きボルト（１３）のネジ軸部（１３ｂ）
   へ、上記ナット（１４）を螺合締結して締付けるに当
   り、 上記皿バネ座金（１５）の扁平な弾性変形による着色皮
   膜（１６）の剥離状態を目印として、上記ボルト（１
   ３）とナット（１４）との締付けを停止することを特徴
   とするネジ締結体の締付け軸力管理方法。