JP2014219046A - 上下２種類のワッシャーを中央へスライドさせてネジの座面を持ち上げる事でネジの軸力を発生させて最適な締め付け力を確保する。その軸力は測定器具を使用しなくても確認出きる可視化が可能となる画期的なネジの軸力管理用ワッシャー - Google Patents

Abstract

【課題】適正な締め付け力を測定器具付の工具を使用しなくても確認でき、絶対緩まない軸力を発生させる技術を提供する。
【解決手段】２種類1-1,2-1ワッシャの斜めになった接地面を合わせて外部より圧入する作用がボルト３の頭部を固定対象物４と反対の方向へ持ち上げる為、回転による入力と同じようにボルト３に引っ張る力を与えることになる。この一連の作業が、ボルト３の締め付け作業で例えばトルクレンチ等の測定器具を用いるのと同様に軸力の発生状況を確認することができる可視化が瞬時に出来ることになる。いわゆる勘で締めることから管理して締めることが可能になる機能を有することが特徴のワッシャー1-1,2-1である。
【選択図】図１

Description

本来はネジが緩まない状態まで締め付けるにはその適切な軸力を発生させるための
入力が必要となる。しかしながらネジを締め付ける為の入力もネジの面同士や座面の摩擦抵抗が邪魔をして大きくロスが発生する。その軸力を確保するには摩擦抵抗を上回る力を投入する為必要とされるネジへの入力をトルクレンチ等の測定器具を使わなければ確認が取れない。そもそも軸力とはネジが螺旋状に雄・雌の状態に形状を成形されていることから、それぞれのネジ同士がネジに入力される力により回転運動を始める。そのネジ同士が引き寄せられる方向へ移動を開始してお互いの回転が行き詰まる事になる。その行き詰った状態から更にボルトの材料を引っ張りながらボルトを伸ばすまで力を与え続ける。そこで伸びたボルトの本体の伸びと戻ろうとするエネルギーが吊り合って適切な数値になった状態でネジが完全に締まっている状態といえる。この数値以上に力を与えるとネジの持っている剛性許容量を越え破断してしまう。この数値以下であると振動等の外部よりの不可抗力により緩むことになる。この適正な軸力を発生させる為測定器具を使用しないでネジを締め付ける場合は当該ネジが適切に締まっているかどうかは解らず、いわゆる勘で締めているのである。本発明品は、この勘で締めている状態に対して測定器具を使わなくても可能にする可視化を実現して誰が締めてもネジが適正軸力を発生する技術

ネジの適切な締め付け力を確認する為にはトルクレンチ等の測定器具等を使用するしか方法は一般的ではない。しかしこのトルクレンチはあくまで入力数値の確認をする為の測定道具に過ぎない。ネジを締める作業の中で大量に均等に締め付けなければならない場合は空圧や電気を使用したトルク制御装置内蔵型のインパクトレンチ等が工場の組み立てラインで使用されている。このような特殊レンチを使用する際にはかなり高額な設備投資が必要となる。空圧を使用する場合は工場全体の空圧レベルが下がった場合このトルク制御が正規の数値が適正に出ない場合がある。電力の場合も電圧低下で同じような現象が出る場合もある。経年変化で数値の誤差が出てくる可能性のある場合、トルク数値の誤差修正に校正が必要となるためメンテナンス費用もかかってくるのである。

空圧や電気を使用できる屋内作業では特殊な締め付け工具は有効ではあるが、屋外
作業等の空圧、電気を使用しづらい環境の下では数値制御可能な締め付け工具は使用することが困難となり、大量又は正確な軸力管理の締め付け作業が大変になっている。

そこで適正な締め付け力を測定器具付の工具を使用しなくても確認でき、絶対緩まない軸力を発生させる技術を確立するにはネジ本体の材料がどの位伸びたら軸力が発生するのかを確認する。その数値をボルトの座面に敷かれたワッシャーが中央に寄せられる事により座面上部を持ち上げることにより軸力として反映される。中央に移動する距離が上昇する距離との位置関係を適切に把握した上で軸力に応じワッシャーの軸力管理の技術である。そのワッシャーの構造によりストッパーを設けているため中央への移動が終了した時点で適切な軸力が発生し、それ以上の入力が停止するため完全な状態で締まっている。このストパー機能で締め付け作業が終了した事が確認取れるため、軸力確認の可視化がはかれるのである。

特開２００７−３１５４５１ 特開２００２−１９５２３７

軸力を発生させる為にボルトが伸びる寸法の確認をしなければならない。そのボル
トの伸びる力は数トンから数十トンにも及び、個々のボルト径やボルトの強度区分により個別の数値を確認しなければならない。

ワッシャーが中央にスムーズに寄る為の摩擦抵抗を極力減らさなければ接触面同士
にブレーキが掛かってしまい、はネジに軸力を与える上昇運動を起すことが出来ない。一旦中央に寄って軸力が発生した場合外部よりの振動等にて逆戻りすることを防ぎ、適正に与えられた軸力が解除されることを防がなければならない。

本発明品は個々のボルトのネジの径や様々な材質、強度区分により剛性の違いがあ
る。そのボルト毎に最適な軸力が存在する為個々のボルトの軸力に対するボルトの伸び代を実測する必要がある。県内の工業技術支援センターの万能引っ張り試験機にボルトの両端をチャックではさみ固定する。そのボルト本体に目印をマーキングして引っ張り試験を行う。その際ボルトのマーキングの位置を特殊なモニターで位置を計測する。引っ張り試験で移動したマーキングの位置の測定をすることで移動する位置が確認取れる。その移動した位置の差がボルトの伸び代の実測値としデーター収集になる。そのデーターに基づきワッシャーの移動距離とスライド角度の数値を決定して個々のワッシャーの基本設計につなげる。

本発明品は上下２種類のワッシャーを接地させてスライドする為にお互いの面同士
の摩擦抵抗が発生してしまう。その摩擦抵抗が大きくなると圧入するエネルギーがが凹面と凸面のレールを設けて接地面にかかる摩擦抵抗を極力抑えることによりスムーズに移動することが可能になる。そのレールに対してブレを生じない為に上下２種類のワッシャーに対して移動方向の制御をするガイドを設けてブレを抑えることでスムーズな移動が可能になる。そしてその接地面の硬さを適切な表面硬度に設定して、適切な熱処理を施す。更にかじり防止の耐磨耗処理を行うことで摩擦係数を下げることで安定したリピート作業が可能となる。

本製品は上下２種類のワッシャーという単純な構造である為複雑な動きが無い。そ
のため上下２種類のワッシャーを圧入という手段で２枚の内上部のワッシャーのみを中央に寄せる事で軸力を発生させる仕組みである。その際スライドする上下テーパー部の爪部を圧入治具で押し込むことで逃げ場がなくなった上下２種類のシャーの行き先が中央部に寄るしか無くなり行く先を限定してしまう。ネジを締める為に圧入するエネルギーを打撃で治具へぶつける為ワンタッチで作業が完了する為作業が今までより時間短縮が可能となる。

上下２種類のワッシャーは両端面にストッパー機能を設けていることから設計上適
正な移動を完了させるともうそれ以上は移動することが出来ない。その移動が完了する際に接地面のロック用爪が噛み合うことで逆戻りが出来ない構造に成ってる。その為この圧入による移動が終了した時点では、必然的に軸力が適正に発生している状態になる。ロックが掛かっている状態が確認取れたら、そこで作業終了の教えてくれる可視化が可能となる。

本発明を使用してボルトを固定するための説明図である。

本発明品のワッシャーＡとワッシャーＢの上下の違った２種類のワッシャーから構
成される。先ずはＡとＢのワッシャーを所定の位置で組み合わせ固定する対象物にセッティングする。ワッシャーの中央に開いている貫通穴にボルト又はボルトナットの組み合わせたものを差し込む。つぎに締め付けるボルト又はナットの六角部座面をワッシャーＢに手動で着座するまでねじ込む。手動で動かなくなった位置から圧入工具等でワッシャーの爪部分を押し込み固定物に接触しているワッシャーＡが下面に固定されている状態であるから、移動が可能なワッシャーＢを中央に寄る。そのワッシャーＢは貫通穴が楕円になって移動することが可能な設計になっているので、ワッシャーＡから伸びている固定されているボルトに対して楕円貫通穴によってワッシャーＢは中央へ移動する。その移動の際ワッシャーＢにつられて上昇するワッシャーの面に押されてボルト又はナットの座面も固定物から離れる方向へ移動する。その際ボルトの剛性の許す限りボルトは伸びてネジ面に適切な軸力を与えることとなる。その与えられた適切な軸力は通常の振動等では緩まない力を与えて負荷を掛けているので決して緩むものではない。

本発明品は産業用の構造物を固定するために締め付けるネジの緩み止めの機構とし
て一般的なネジの殆どに使用が可能となる。ネジの緩みに対して特殊なボルト又はナットを使用しなくても良い為コストの上昇を抑えることが可能となる。例えばインチサイズのネジ又は細目のネジ又は逆ネジ等の特殊な種類のボルト又はナットをそのまま使用することが可能となる。

本発明品は激しい振動が発生するネジにもワッシャーＡ及びＢを合わせて使用する
ことで適切な軸力を発生することが目で見て確認できる。それもトルクレンチ等の測定器具を使用する事が出来ない環境でも全てのネジの締め付け完了が一目瞭然として可視化が出来る為、締め付けする対象物のネジの数が多い作業現場や大量にネジで固定する製品の締め付けが可能である。振動の激しい環境で使用する車両や機械等の量産品にも適応し、安心安全が確保出来る。

本発明品は一回ネジを締めても締め付け力を解除する方向に力を投入することでネ
ジの軸力解除が可能になる。そこでリピート作業して何回もネジの締め付け作業が可能になる。その際クサビ形の偏芯ダブルナットやスリット型ナットの様にネジを変形させ潰す可能性があるような製品と違い、正規な軸力をボルト又はナットにダメージを与える事無く発生させることが可能となるため金型や加工物等の締め付けに使用することでクランプ能力が上がり作業時間が短縮できる。締め付けの軸力も可視化が可能となるため作業標準として工場等のクオリティーコンロールにも寄与できる。

本発明品は一旦軸力が発生した状態に達した時点で上下２種類のワッシャーのロッ
ク用爪部がロックして逆戻りが出来ない構造である。そのワッシャーに対して六角部のボルト又はナットの頭を丸い形状で特殊なネジを使用することで、レンチ等で締めたり外したり出来ない状態になる。この特殊なネジを使うことによりいたずら防止用ネジのシステムが完了する。例えば送電線の鉄塔や構造物の永久締結に適応できる。鉄骨等で作られている構造物は各骨組みをボルト、ナット等で締め付けているが、各ネジの軸力の不揃いは各骨組みのテンションの均衡を保つことが出来ない。まして故意にネジを緩める行為を働けば、各骨組みのテンションは崩れて一気に構造物の崩壊を招く可能性がある。この軸力の統一といたずら防止の為に締め付けたネジは、瞬時に同じ軸力を発生し、頭部が一般的なレンチを使用しなくてもネジの軸力が発生できる本発明品のワッシャーを使用することで解決できる。その際はネジの丸い頭部分にローレット等の滑り止め機構を設けることで、ワッシャーへ着座が確認取れるまで手動にてねじ込むことで一般的なレンチを使用しなくても締め付け可能になる。

１−１ワッシャーＡ
１−２スライド圧入部爪
１−３ロック用の爪
２−１ワッシャーＢ
２−２スライド圧入部爪
２−３ロック用の爪
３ボルト・ナット ４固定対象物

Claims (2)

1. ２種類の個別の構造を持つ１−１ワッシャーＡと２−１ワッシャーＢを合わせて使
   用することで、あらゆるボルト又はナットで締め付ける固定対象物を、２種類ワッシャーが各ワッシャーの両端面に設けられている１−２又は２−２のスライド圧入部爪に打撃圧入治具で圧力を与える為、行き場所のなくなった２−１ワシャーＢはスライドして中央へ寄せられる。そのスライドが完了すると移動距離とスライド角度の設定からスライドする２−１ワッシャーＢにつられて３ボルト又はナットの座面が持ち上げられることによりボルトが４固定対象物と反対方向へ移動する動きでボルトが伸びてしまう。そのボルトの伸びる動きを予め本発明品のワッシャーが発生させる構造になっているため、適切な軸力を発生する設計になっている。その適切な軸力が発生する位置まで本発明品のワッシャーがスライドを完了するまで移動して１−１ワッシャーＡ及び２−１ワッシャーＢの端面に設けられている１−３及び２−３のロック用の爪がスライド移動により所定の位置で噛み合う設計になっていることから事から逆方向への戻る心配が無くなる構造を有する。そしてこの一連の動きから適切な軸力発生を可能にする機構を有する構造が特徴のワッシャー
2. 本発明品は請求項１のとおり画期的な構造から専用の圧入治具を用いてネジの締め
   付けを行うのであるが、所定の位置まで移動した段階で１−２及び２−２のスライド圧入爪がストッパーとなり、２種類のワッシャーがそれ以上移動できなくなる。１−３及び２−３のロック用爪がお互い噛み合うことも完全に軸力が発生した状態で静止し、逆戻りが防げることで締め付け作業がこの段階で終了したことが確認できる。通常軸力が適正に発生している状態を確認するには、一般的にトルクレンチ等の測定器具を使用しなければならないのであるが、本発明品はトルクレンチ等の測定器具を使用しなくてもネジの締め付け完了を可視化が可能になる構造が特徴のワッシャー