JP5036411B2 - 雄ネジ部品の締付方法及びトルクレンチ - Google Patents
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本発明の他の態様は、カドミウムめっき雄ネジ部品と亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品とを締め付けるトルクレンチであって、亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付トルクを、カドミウムめっき雄ネジ部品の締付トルクの28%〜113%増として表示する設定トルク表示部を備えたトルクレンチであることを要旨とする。
カドミウムめっき雄ネジ部品と同一形状の亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の最適な締付トルクを実験的に決定するために、先ず、従来のカドミウムめっきによる航空機用の六角穴付ボルト(以下「比較例に係る六角穴付ボルト」という。) を用意した。そして、比較例に係る六角穴付ボルトと同一形状・同一下地金属の六角穴付ボルトに15%程度の共析率での亜鉛−ニッケル合金めっきを施し、更に3価クロム化成処理を施した試料(以下「実施例に係る六角穴付ボルト」という。) を用意した。図示を省略するが、比較例と実施例に係る六角穴付ボルトの識別はその色合いにより、容易に可能である。めっき厚さは、いずれも平均厚さ8μmとなるようにした。
T=(Q/2){d2 tan(β+ρ)+μn dn } ……(1)
tanρ=μ/cos(α/2) ……(2)
tanβ=l/(πd2 ) ……(3)
ここで、
d2:ネジの有効径(ピッチ径)(m);
dn:座面における摩擦トルクの等価直径(m)
=(2/3)(do 3-di 3)/(do 2-di 2)≒(do+di)/2;
do:接触座面外径(m);
di:接触座面内径(m);
α:ネジ山角度(三角ネジ:60°);
β:ネジのリード角;
l:ネジのリード(=1条ネジの場合はネジのピッチ)(m)
である。上記の値のうち、図1及び図2の測定では六角穴付ボルトにNAS1352−3−32を使用したことから、このボルト固有の以下の寸法を使用することになる:
d2:ネジの有効径 0.00414m(=0.1629インチ);
do:接触座面外径 0.0077m(=0.303インチ);
di:接触座面内径 0.0052m(=0.203インチ);
dn:座面における摩擦トルクの等価直径 0.0065m;
l:ネジのリード 0.001058m(1/24インチ);
tanβ:0.0814
式(1)〜(3)を用い、締付トルクTが大きい条件での摩擦係数の平均値μmeanを求めると、次の値が得られる:
亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品 μmean=0.14
カドミウムめっき雄ネジ部品 μmean=0.07
そこで、得られた摩擦係数μの値を用いて、ネジ径の異なる雄ネジ部品について、
(1)締め付ける部材座面の摩擦係数μnとネジ面での摩擦係数μとの両方を、カドミウムめっきの摩擦係数を、亜鉛−ニッケル合金めっきの摩擦係数に変更し、カドミウムめっき雄ネジ部品と同じ軸力Qが得られる締付トルクTを得るための値を、式(1)〜(3)により計算した。得られた締付トルクTについて、カドミウムめっき雄ネジ部品の締付トルクTからの増加割合を算出した。これを「第1の締付トルク」とする。図3にユニファイ細目ネジの場合の第1の締付トルクの増加割合(%)を◆で示し、図4にユニファイ並目ネジの場合の第1の締付トルクの増加割合(%)を◆で示した。第1の締付トルクの増加割合の分布範囲は、70.5〜87.2%程度であることが分かる。ネジ面自体の形状は規格で定められたものであるため,他のスクリュでもこの値から大きくは変化しない。一方,摩擦係数μ自体は多数のサンプルを測定した結果、摩擦係数の平均値μmeanに対して、±29.3%の標準偏差となる分布が観察された。そこで、第1の締付トルクの増加割合最大範囲は87.2×(1+0.293)=112.7%とすれば、適正な締付トルク設定値は、確実にこの範囲内に存在させることができる。
σe=((σt 2+4τs 2))1/2 ……(4)
で表現される。今、ネジの谷径をd3とすると、
σt=4Q/(πd3 2) ……(5)
τs=T/(πd3 3/16)=8Q・tan(β+ρ)・d2/(πd3 3) ……(6)
となるから、
σe=4Q/(πd3 2)×((1+4×(2tan(β+ρ)・d2/d3) 2))1/2 ……(7)
が得られる。式(7)を計算すると、カドミウムめっき雄ネジ部品の場合、ネジを締め付ける際は、ネジ軸力Qによる複合応力σeが10〜22%増加していたのに対し、亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品とすると、30〜47%増加することになる結果を得る。これは、逆算すると、亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品のネジ部に発生する軸力Qを、カドミウムめっき雄ネジ部品の場合の83〜85%に抑えるように締付けを行えば、ネジに発生する締付け時の応力は、カドミウムめっき雄ネジ部品を同程度になると言える。
図5に示すように、本発明の実施の形態に係るトルクレンチは、雄ネジ部品の一例である六角穴付きボルト15の頭部の駆動面に係合する六角形ロッド14を有する係合部18と、この係合部18を所定角度回動可能に保持する杆体部12と、この杆体部12に設けられたハンドル13と、表示ユニット11とを備える。表示ユニット11は、図5(b)の上面図に示すように、表示部24と、表示部24の周りに配置された電源ボタン23a、引張応力設定ボタン23b、圧縮応力設定ボタン23c、カドミウム/亜鉛−ニッケル合金切り換えボタン23dを備えている。図5(a)の横面図に隠れ線(破線)で示したように、杆体部12には係合部18の締付トルクを検出するトルク検出部19が設けられている。例えば、トルク検出部19は係合部18が回動するとこれを阻止する方向に弾性力が働く弾性体を有し、この弾性体の変形ひずみ量がひずみゲージの出力信号に変換されるように構成されている。又、トルク検出部19はひずみゲージの出力信号を所定の係数を乗じて所定単位とし、これをA/D変換部21でディジタルの検出値に変換し、トルク値として制御部22に出力するように構成されている。
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
12…杆体部
13…ハンドル
14…六角形ロッド
15…ボルト
16…トルクメータ部
18…係合部
19…トルク検出部
21…A/D変換部
22…制御部
23…スイッチ部
23a…電源ボタン
23b…引張応力設定ボタン
23c…圧縮応力設定ボタン
23d…カドミウム/亜鉛−ニッケル合金切り換えボタン
24…表示部
25…記憶部
91…設定トルク表示部
93…締付トルク調整ツマミ
161…針
162…第1の締付トルク表示部
163…第2の締付トルク表示部
Claims (8)
- カドミウムめっき雄ネジ部品と同一形状の亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付トルクを、前記カドミウムめっき雄ネジ部品の締付トルクの28%〜113%増とすることを特徴とする亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付け制御法。
- 前記亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品のめっき層のニッケル共析率を12〜18%としたことを特徴とする請求項1に記載の亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付け制御法。
- 前記亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品のめっき層には3価クロム化成皮膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付け制御法。
- 締付け後のネジ部の引張又は圧縮応力と、ネジ部の材料の持つ許容応力との比に基づいて、前記亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付トルクを、前記28%〜113%増の範囲内で調整することを特徴とする請求項1に記載の亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付け制御法。
- 前記カドミウムめっき雄ネジ部品に対し締付け後のネジ部の引張又は圧縮応力が、ネジ部許容応力の90%の場合には、前記亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付トルクを前記カドミウムめっき雄ネジ部品の締付トルクの28%〜46%増の締付トルクに、
前記カドミウムめっき雄ネジ部品に対し締付け後のネジ部の引張又は圧縮応力が、ネジ部許容応力の60%以下の場合には、前記亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付トルクを前記カドミウムめっき雄ネジ部品の締付トルクの71〜113%増の締付トルクに、
前記カドミウムめっき雄ネジ部品に対し締付け後のネジ部の引張又は圧縮応力が、ネジ部許容応力の90%〜60%の間の引張又は圧縮応力の場合には、前記引張又は圧縮応力の状態に応じて、前記亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付トルクを段階的に設定する、又は28%〜46%増の締付トルクに設定する
ことを特徴とする請求項4に記載の亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付け制御法。 - カドミウムめっき雄ネジ部品と亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品とを締め付けるトルクレンチであって、
前記亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付トルクを、前記カドミウムめっき雄ネジ部品の締付トルクの28%〜113%増として表示する設定トルク表示部を備えたことを特徴とするトルクレンチ。 - 前記設定トルク表示部に、締付け後のネジ部の引張又は圧縮応力と、ネジ部の材料の持つ許容応力との比に基づいて、前記亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付トルクを、前記28%〜113%増の範囲内の値として表示させる手段を備えたことを特徴とする請求項6に記載のトルクレンチ。
- 前記設定トルク表示部が、
前記カドミウムめっき雄ネジ部品に対し締付け後のネジ部の引張又は圧縮応力が、ネジ部許容応力の60%を超えて使用するため、前記亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付トルクを前記カドミウムめっき雄ネジ部品の締付トルクの28%〜46%増の締付トルク、及び
前記カドミウムめっき雄ネジ部品に対し締付け後のネジ部の引張又は圧縮応力が、ネジ部許容応力の60%以下で使用するため、前記亜鉛−ニッケル合金めっき雄ネジ部品の締付トルクを前記カドミウムめっき雄ネジ部品の締付トルクの71〜113%増の締付トルク
の少なくとも2種類の締付トルクを表示することを特徴とする請求項6に記載のトルクレンチ。
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