JP5104158B2 - ボルト締結方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボルト締結方法及びその装置に関する。

ボルト締結方法には、特許文献１に示すように、ボルトをその塑性域まで一旦締付けた後、その塑性域ボルトを所定角度以上、緩めたものが提案されている。このものによれば、ボルトに外力（温間時の熱応力）が作用しても、ボルトに塑性伸びが生じることを防止でき、ボルトから外力が除去されて元の状態に戻されたとしても（冷間時の収縮）、ボルトの締付軸力（軸方向に作用する引っ張り力）が低下することはない。

ところで、ボルト締結方法として、塑性域角度法が知られている。この塑性域角度法は、設定トルクまで締付けた後、ボルトを設定締付角度まで締め付けて塑性域に入るようにしたものであり、設定トルクまでの締付けにおいて締付軸力のばらつきが生じるものの、塑性域での締付けにより最終的に締付軸力は一定となる。しかし、塑性域角度法により締付けを行った場合、熱応力等の外力が作用したときには、ボルトに塑性伸びが生じることになり、それが、外力が除去されても戻らないことから、その外力が除去されたときには、ボルトの締付軸力は低下する。
このような問題点を特に重視した対策としては、弾性域トルク法、弾性域角度法等による弾性域締付けを行うことが考えられる。これら弾性域締付けを行えば、外力の作用、除去に応じて、ボルトが膨張、収縮して塑性変形することがなく、これに伴って、外力の除去時にボルトの締付軸力が低下することがないからである。
特開平１０−２９９７４０号公報

しかし、ボルトの締付けにおいては、ボルトの他に被締付部材も存在しており、その被締付部材には、一般にボルトよりも硬度が低いものもあり、仮に被締付部材も弾性域で使用されていても、熱応力等の外力の作用に基づき、被締付部材は塑性変形を起こすおそれがある。このため、被締付部材に塑性変形が起きたときには、外力が除去されても、被締付部材の収縮が抑制され、ボルトの締付軸力の低下を招くことになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その第１の技術的課題は、被締付部材の塑性変形に起因するボルトの締付軸力の低下を防止できるボルト締結方法を提供することにある。
第２の技術的課題は、上記ボルト締結方法を使用したボルト締結装置を提供することにある。

前記第１の技術的課題を達成するために本発明（請求項１に係る発明）にあっては、
ボルトにより被締付部材を締付けるボルト締結方法において、
前記ボルトの弾性域での締付けにより前記被締付部材を塑性変形させる初期締付工程と、
前記初期締付工程後、該初期締付工程のときよりも前記ボルトを弛め、該ボルト及び前記被締付部材を弾性域に存在するようにした状態の下で、該ボルトにより該被締付部材を締付けた状態とする最終締付工程と、
を備え、
前記初期締付工程と前記最終締付工程との間に、前記ボルトを弛めて該ボルトの締付軸力を０とするボルト弛め工程が介在され、
前記最終締付工程が、前記ボルトにより前記被締付部材をその弾性域において締付けた状態とするに際して、前記ボルトを、前記ボルト弛め工程後に、前記初期締付工程時のときよりも少ないボルト締付角度をもって締付けるように設定され、
前記初期締付工程および前記最終締付工程でのボルト締付角度が、トルク＋角度法の下でのスナッグトルクまでボルトが締付られた後の締付角度とされている、
ような構成としてある。請求項１の好ましい態様としては、請求項２〜４に記載の通りとなる。

前記第２の技術的課題を達成するために本発明（請求項５に係る発明）にあっては、
ボルトにより被締付部材を締付けるボルト締結装置において、
前記ボルトの締付けを調整するボルト締付け調整手段と、
前記ボルト締付け調整手段を制御して、初期時に、前記ボルトの弾性域での締付けにより前記被締付部材を塑性変形させ、その後、該ボルトを弛めて、該ボルト及び該被締付部材を弾性域に存在するようにした状態の下で、該ボルトにより前記被締付部材を締付けた最終締付状態とする締付量制御手段と、
を備え、
前記締付量制御手段は、前記ボルトを弛めるに際して、該ボルトの締付軸力を０とするように設定されていると共に、該ボルトにより前記被締付部材を締付けた最終締付状態とするに際しては、該ボルトを、前記被締付部材を塑性変形させるときよりも少ないボルト締付角度をもって締付けるように設定され、
前記初期時および前記最終締付状態でのボルト締付角度が、トルク＋角度法の下でのスナッグトルクまでボルトが締付られた後の締付角度とされている、
ような構成としてある。

請求項１の発明によれば、初期締付工程におけるボルトの締付けにより被締付部材（ボルト座面）を塑性変形させて、被締付部材の弾性限度（耐へたり限界）を高めること（弾性域の拡大）ができることになり、最終締付工程後に外力が作用されても（例えば熱応力負荷）、被締付部材の塑性変形（へたり）の進行を抑制できることになる。このため、外力を除去（例えば熱応力除荷）したとしても、被締付部材の塑性変形に起因するボルトの締付軸力の低下を抑制できる。勿論この場合、ボルトについては、弾性域での締付けが行われるので、外力に基づき塑性変形することはない。このため、ボルトの塑性変形に基づいてボルトの締付軸力が低下することはない。

以上に加えて、請求項１の発明によれば、初期締付工程と最終締付工程との間に、ボルトを弛めて該ボルトの締付軸力を０とするボルト弛め工程が介在され、最終締付工程が、ボルトにより被締付部材をその弾性域において締付けた状態とするに際して、ボルトを、ボルト弛め工程後に、前記初期締付工程時のときよりも少ないボルト締付角度をもって締付けるように設定されていることから、最終締付工程における最終締付け状態に締付けるための基準（締付軸力が０）を明確にして、最終締付工程における最終締付け状態がばらつくことを防止できる。

請求項２の発明によれば、被締付部材を、取付ボディに対して取付けられる軸受キャップとすると共に、最終締付工程において、ボルトにより軸受キャップを取付ボディに締付けた状態とし、しかも、軸受キャップと取付ボディとの間に軸孔を加工する加工工程と、該加工工程後、一旦、前記ボルトの締付け状態を解除して、軸孔内にクラッシュハイトを有する一対の半割メタルが装着された状態となるようにした上で、ボルトを締付けることにより軸受キャップを取付ボディに取付ける組立工程とを、順次、行い、その組立工程においては、前記ボルトの締付けに際して、該ボルトの弾性域の下で、前記加工工程段階のボルト締付角度に前記クラッシュハイトを潰すに必要な締付角度分を加えたボルト締付角度をもって締付けるように設定されていることから、前記請求項１と同様の作用効果を得ることができるだけでなく、メタルクリアランスの拡大を防止できる。

請求項３の発明によれば、ボルトの硬度が被締付部材の硬度よりも高いことから、被締付部材はへたり易く、ボルトの締付軸力の低下防止、軸孔の真円度を確保することが難しい状況にあるが、前述の請求項１〜４のいずれかを適用することにより、被締付部材のへたりを抑制して、ボルトの締付軸力の低下を抑制することができると共に、軸孔の真円度を確保できる。

請求項４の発明によれば、被締付部材の熱膨張率がボルトの熱膨張率よりも大きいことから、最終締付工程後に、外力として熱応力が被締付部材に負荷され易い状況にあるが、被締付部材の弾性限度（耐へたり限界）を高めること（弾性域の拡大）により、熱応力負荷時（熱膨張時）に被締付部材が塑性変形することを防止できる。このため、この後、熱応力が除荷されても、塑性変形に基づきボルトの締付軸力が低下することを防止できることになり、ボルトの締付軸力の安定化を図ることができる。

請求項５の発明によれば、作動において、前記請求項１に係るボルト締結方法が使用されることになり、請求項１に係るボルト締結方法を使用したボルト締結装置を提供できる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

（１）実施形態に係るボルト締結方法は、ナットランナ等のボルト回転手段を用いて、ボルトの締付けを行い、そのボルトの締付けにより被締付部材を締付けるものである。具体的には、エンジン軸受部品としての軸受キャップ（被締付部材）とシリンダボディからなる取付ボディとをボルトにより締結する場合等に用いることが想定されている。

（２）実施形態に係るボルト締結方法は、初期締付工程において、ボルトの弾性域での締付けにより被締付部材を塑性変形させ、その初期締付工程後、その初期締付工程のときよりもボルトを弛め、最終締付工程において、該ボルト及び前記被締付部材を弾性域に存在するようにした状態の下で、該ボルトにより該被締付部材を締付けた状態とする。

(i)初期締付工程において被締付部材を塑性変形させ、その後、ボルトを弛めるのは、被締付部材の弾性限度（耐へたり限界）を高めて、被締付部材の弾性域を拡大するためである。

(ii)ボルトを弛めて、最終締付工程において、被締付部材を弾性域に存在するようにした状態の下で、ボルトにより該被締付部材を締付けた状態とするのは、被締付部材の取付けを確保しつつ、拡大された弾性域を含む弾性域で、外力の作用、除去に伴って被締付部材を的確に膨張、収縮させ、塑性変形させないためである。これにより、塑性変形に基づく締付軸力の低下が抑制されることになる。

(iii)初期締付工程において被締付部材を塑性変形する際にも、また、最終締付工程において被締付部材を締付けた状態とする際にも、ボルトの締付けを弾性域で行うこととしているのは、熱応力等の外力の作用、除去に対してボルトを膨張、収縮させて、ボルトが塑性変形しないようにするためである。

(iv)より具体的に説明する。ボルト及び被締付部材が弾性域にあっても、一般に、硬度に関し、被締付部材がボルトよりも低く、熱膨張率に関し、被締付部材がボルトよりも高い状況にあり、このような状況においては、熱応力等の外力が作用すると、当初、弾性域にあっても、被締付部材は、そのボルト座面においてへたり（塑性変形）を生じ易い傾向にある。図１において、Ｐ１からＰ２への移動は、弾性域にあった被締付部材（Ｐ１点）が、ボルト座面において、熱応力等の外力により座面へたり（塑性変形）が生じて塑性域内のＰ２点に移動したことを示している。この後、外力が除去（例えば熱応力除荷）されると、被締付部材は、塑性変形していることから、元の状態に戻ることができず、ボルトの締付軸力は低下することになる。図２において、Ｐ２点からＰ３点への移動は、塑性変形した被締付部材（Ｐ２点）が、外力除去により、当初の弾性線Ｌ１（トルク特性線の弾性限度までの領域）上の弾性域とは別の弾性線（塑性変形後の弾性線）Ｌ２上の弾性域において弾性収縮して安定した位置（Ｐ３）に移動したことを示している。Ｐ３点は、Ｐ２点からの弾性線Ｌ２と直線ｍとの交点として求められるが、直線ｍの傾きは被締付部材の剛性により定まるものであり、この直線ｍを弾性線Ｌ１上のＰ１点（要求締付軸力との交点）から引くことにより、その要求締付軸力に対応するものとして、Ｐ３が求まる。このＰ３点の位置からも明らかなように、外力に基づき塑性変形した被締付部材（Ｐ２点）が、外力が除去されて弾性収縮する場合には（Ｐ３点）、その締付軸力は、初期のＰ１点の締付軸力よりも低下することになる。

そこで、実施形態に係るボルト締結方法においては、先ず、ボルト座面（被締付部材）において座面へたり（塑性変形）を生じさせるべく、図２に示すように、初回締付けとして、着座点Ｐ０（トルク特性線のトルク勾配から算出）から初回締付角度θ１だけボルトを締付けて、トルク特性線上における弾性域を経てＰθ１点（塑性変形域）に至らせ、その後、ボルトを弛めて、弾性域のＰθｄに戻すこととしている。これにより、ボルト座面の状態は、以後、外力に対して塑性変形後の弾性線Ｌ２を変位動（膨張、収縮）することになるが、この塑性変形後の弾性線Ｌ２の弾性域は、当初の弾性線Ｌ１との比較からも明らかなように、その当初の弾性線Ｌ１の弾性域よりも拡大され、耐へたり限界（弾性限度）は高められる。この場合、Ｐθｄ点は、ボルト座面において所定の締付軸力が確保された状態（取付け状態）となっているが、Ｐθ１点からＰθｄ点に移動させるに際しては、正確性、的確性の観点から、一旦、締付軸力が０になるまでボルトを弛め（着座点Ｐ０’）、その後あらためて、ボルトを締付けることにより、塑性変形後の弾性線Ｌ２上のＰθｄ点に至るようにしてある。

図３は、塑性変形後の弾性線Ｌ２の着座点Ｐ０’を塑性変形前の当初のトルク特性線の着座点Ｐ０にシフトして、塑性変形後のトルク特性線（図３中、実線）を示したものである。この図３からも明らかなように、ボルト座面（被締付部材）の耐へたり限界が高められることになり、熱応力等の外力負荷が作用して、Ｐ１点からＰ２’点に移動するとしても、その移動点は、実質的に拡張された弾性域である。このため、その外力が除去されたときには、塑性変形後のトルク特性線（図３中、実線）上を弾性収縮することになり、弾性収縮によりＰ２’点から移動したＰ３’点は、初期のＰ１点と実質的に同じ位置に至る。この結果、Ｐ３’点，Ｐ１点のボルトの締付軸力は同じとなり、ボルトの締付軸力が熱応力等の外力により低下することはなくなる。

（３）実施形態に係るボルト締結方法は、ボルト、被締付部材として、ボルトの硬度が被締付部材の硬度よりも高いものを用いる。被締付部材がへたり易く、ボルトの締付軸力の低下防止、軸孔の真円度を確保することが難しい状況にあっても、前述の構成を採用することにより、被締付部材のへたりを抑制して、ボルトの締付軸力の低下を抑制することができると共に、軸孔の真円度を確保することができるからである。この場合、ボルトとしては、鋼製ボルト等が用いられ、被締付部材としては、軽合金又は軽金属製のもの、より具体的には、Ａｌ，Ｍｇ等を材料としたものが用いられる。

（４）実施形態に係るボルト締結方法は、被締付部材、ボルトとして、被締付部材の熱膨張率がボルトの熱膨張率よりも大きいものを用いる。最終締付工程後に、外力として熱応力が被締付部材に負荷され易い状況にあるが、被締付部材の弾性限度（耐へたり限界）を高めること（弾性域の拡大）により、熱応力負荷時（熱膨張時）に被締付部材が塑性変形することを防止できるからである。このため、この後、熱応力が除荷されても、塑性変形に基づきボルトの締付軸力が低下することを防止できることになり、ボルトの締付軸力の安定化を図ることができる。

次に、前述の実施形態に係るボルト締結方法を、エンジンのシリンダボディからなる取付ボディ２０と軸受キャップ２１（被締付部材）とをボルト２５により締結する場合に適用した具体例について説明する。

先ず、取付ボディ２０、軸受キャップ２１等の一般的な構成、関係について、図４に基づいて説明する。取付ボディ２０および軸受キャップ２１は、対をなしてクランク軸２４の軸受を構成する部材である。取付ボディ２０と軸受キャップ２１との境界部に、双方に略半々に跨るように軸孔２２が形成されている。軸孔２２には、クランク軸２４を環状に覆う１対の半割メタル２３が装着されている。半割メタル２３は、略円筒形の部材を直径に沿って分割したような形状である。取付ボディ２０と軸受キャップ２１とは、軸孔２２に半割メタル２３及びクランク軸２４を収めた状態で、ボルト２５によって締結されている。

前記取付ボディ２０と軸受キャップ２１とは、締付け前の状態において、１対の半割メタル２３を合わせた外周が、軸孔２２の孔周よりも僅かに大であるように設定されている。したがって、図５に示すように、軸受キャップ２１に半割メタル２３をセットした状態では、軸受キャップ２１から半割メタル２３が僅かに突出した状態となる（クラッシュハイト２３ａ）。軸受キャップ２１を取付ボディ２０にボルト締めする際、このクラッシュハイト２３ａが潰されて圧縮された状態で組みつけられる。こうすることにより、クランク系の放熱が促進され、またクランク軸２４の回転に伴う半割メタル２３の連れ回りが抑制される。さらに半割メタル２３の軸孔２２への密着性が向上し、半割メタル２３自体に張りが与えられる。

また、半割メタル２３とクランク軸２４との間には、僅かな隙間（クリアランス）が存在するように構成されている。クリアランスは、大きすぎると振動や騒音が大きくなり、小さすぎると半割メタル２３の焼き付きを招き易くなるので、適切な範囲内となるように設定されている。

このような取付ボディ２０と軸受キャップ２１との組付け構造は、次の方法により得られる。先ず始めに、取付ボディ２０と軸受キャップ（被締付部材）２１とを弾性域締付けにより締結して、軸受キャップ２１（ボルト座面）を塑性変形させる（初期締付工程）。この場合、弾性域でのボルト締付けとして、図６に示すように、トルク＋角度法が用いられ、そのトルク＋角度法の下で、スナッグトルク（有効な（実質的な）締付けを開始する時における締付トルク）Ｔ１までボルトが締付けられた後、そのスナッグトルクＴ１における締付角度を基準としてさらに設定角度θ０だけ締付けられる。この工程により、図６中のトルク特性線上のＡ点に至るが、このＡ点に至らせるため、設定角度θ０として、被締付部材としての軸受キャップ２１のボルト座面を塑性変形させ、なおかつボルト２５が弾性域内となる角度が用いられる。

次に、前記ボルト２５を完全に弛め（ボルト弛め工程）、この後、あらためて、前記弾性域締付けと同じ弾性域締付け（トルク＋角度法）を行って、取付ボディ２０と軸受キャップ２１とを締結する（本締め：図７中、Ｂ点）。そして、その状態の下で、軸孔２２の内径加工を行う。この場合、トルク＋角度法による締付けとしては、スナックトルクＴ１までボルトを締付けた後、そのスナックトルクＴ１における締付角度を基準として、設定角度（本締め角度）θ１だけ締付けられることになり、その設定角度θ１は、前記初期締付工程における設定角度θ０に対して、θ１＜θ０となる角度に設定される。このとき、図７に示すように、締付トルクＴと締付角度θとの間には、直線的な比例関係が成立する。

次に、一旦、ボルト２５を外し、あらためて軸孔２２内に半割メタル２３とクランク軸２４とを収めてボルト締結するが（組立工程）、このとき、予め導出したメタルクラッシュ量Ｍinの影響角度量（θｘ：定角度）を、軸孔２２の内径加工前Ｂ点（図７参照）の締付角度に加えて増締めする（図８中、Ｃ点参照）。これにより、組立時の締付け条件は、スナッグトルクＴ１に達するまでの締付角度、設定角度θ１、影響角度量θｘの和となる。これを簡略的に記載すれば、組立時の締付け条件＝Ｔ１＋θ１＋θｘとなる。したがって、ボルト２５は、全て弾性域での締付けであり、最終ボルト締付点Ｃ点の締付軸力はＢ点よりも高く、ボルトの締付軸力は、被締付部材の弾性域内で保持される。

上記メタルクラッシュ量Ｍinの影響角度量θｘとは、軸受部の焼付き防止を前提にメタルクラッシュ量下限におけるメタルクリアランス拡大量を抑制するために必要とされる増し締め角度であり（図９，図１０参照）、その影響角度量θｘの導出方法としては、次のような具体例が用いられる。尚、図９中、メタルクラッシュ量下限は、軸受内径（軸孔２２内径）上限とクラッシュハイト２３ａ下限との組み合わせ（和）であり、メタルクラッシュ量上限は、軸受内径（軸孔２２内径）下限とクラッシュハイト２３ａ上限との組み合わせ（和）である。

具体例１（図１０、図１１）
具体例１は、予め準備した内径上限軸受とクラッシュハイト下限メタルを組み合わせた実体部品（軸受キャップ）の締付けにより影響角度量θｘを導出する方法である。
先ず、基準トルクＴｓ、角度サンプリングトルクΔＴ、締付完了トルクＴｅをそれぞれ設定する。その上で、ボルトの締付けを開始し、締付トルクが基準トルクＴｓに達した時点からトルクΔＴ毎の締付角度Δθのサンプリングを開始する（締付方法は、トルク法、トルク＋角度法のいずれでもよい。）。

次に、Δθ１（初期値）とサンプリング経過後の値Δθｎとの比（Δθｎ／Δθ１）をモニタリングしてそれが閾値Ｋ１以下に変化し始めた点を変曲トルクＴｘとする。この後、変曲トルクＴｅまで締付け後、変曲トルクＴｘから締付完了トルクまでの角度差θｅから影響角度量θｘを導出し、影響角度量θｘとして、θｘ＝（Ｔｘ×θｅ）／（Ｔｅ−Ｔｘ）を得る。

図１３は、具体例１に係る影響角度量θｘの導出をより具体的に説明するフローチャートを示す。
先ず、各種情報として、基準トルクＴｓ，角度サンプリングトルクΔＴ，締付完了トルクＴｅが読み込まれ（各種情報設定）、ボルトの締付けが開始される（Ｓ１，Ｓ２）。ボルトの締付開始後、締付トルクＴが基準トルクＴｓに達したか否かが判別され（Ｓ３）、締付トルクＴが基準トルクＴｓに達したと判断されたときには、トルクΔＴ毎の締付角度Δθｎ（ｎ＝１，２，３・・・）のサンプリングを開始すると共に締付角度Δθの初期値Δθ１と各サンプリング値Δθｎ／Δθ１のモニタリングを開始する（Ｓ４，Ｓ５）。そして、Δθｎ／Δθ１が閾値Ｋ１以下かを検出し続け、Δθｎ／Δθ１≦閾値Ｋ１のときには、その変化し始めた時点のトルクを変曲トルクＴｘとする（Ｓ６，Ｓ７）。

その後、ボルトの締付けを締付完了トルクＴｅまで締付け、その締付完了トルクＴｅ時点の締付角度θと変曲トルクＴｘ時点の締付角度とから、その両者間の締付角度θｅを算出する（Ｓ９）。そして、Ｓ１０において、Ｔｅ，Ｓ７のＴｘ，Ｓ９のθｅを用いて、θｘ＝（Ｔｘ×θｅ）／（Ｔｅ−Ｔｘ）により、影響角度量θｘを求める。

具体例２（図１４，図１５）
具体例２は、予め準備した内径上限軸受とクラッシュハイト下限メタルを組み合わせた実体部品の加工時（メタル無し）と組立時（メタル有り）の締付解析を行い、軸受キャップとメタルの締付剛性比から影響角度量θｘを導出する方法である。
先ず、加工時（メタル無し）と組立時（メタル有り）の実体部品を角度法により定角度θｓだけ締付け、締付角度とボルト軸力との関係式に基づき、軸受キャップの締付剛性Ｅｃ≒締付軸力Ｆ／締付角度θ、メタルの締付剛性Ｅｍ≒締付軸力Ｆ／締付角度θを求める（図１４参照）。
一方、前述の具体例１に従い、変曲トルクＴｘを求めると共に、基準トルクＴｓにおける締付角度、変曲トルクＴｘにおける締付角度に基づき、基準トルクＴｓから変曲トルクＴｘまでの締付角度θＡを求める。
この後、Ｔｓ，Ｔｘ，θＡ，Ｅｍ，Ｅｃを用いて、θｘ＝θＡ×Ｔｘ／（Ｔｘ−Ｔｓ）×Ｅｍ／Ｅｃに基づき、影響角度量θｘを求める（図１５参照）。
尚、軸受キャップとメタルの締付剛性比は、各々の計算値で代用してもよい。

具体例３（図１６）
具体例３は、予め準備した内径上限軸受とクラッシュハイト下限メタルを組み合わせた実体部品における軸受キャップの隙間及び軸受キャップとメタルの締付剛性比から影響角度量を算出する方法である。
先ず、内径上限軸受とクラッシュハイト下限メタルとを組み合わせた軸受キャップ２１と取付ボディ２０との隙間δｘを隙間ゲージ等で求める（図１６参照）。
その一方、前述の具体例２に記した方法により、軸受キャップ２１、メタル２３の締付剛性Ｅｃ，Ｅｍを求める。
この後、軸受キャップ２１と取付ボディ２０との隙間δｘ、軸受キャップ２１、メタル２３の締付剛性Ｅｃ，Ｅｍから、影響角度量θｘを、θｘ＝δｘ×３６０／Ｐ×（Ｅｍ／Ｅｃ）により導出する。
尚、軸受キャップ２１の隙間及び軸受キャップ２１とメタルの締付剛性比は、各々の計算値で代用してもよい。

前述の軸受キャップ２１の締付方法（本案）による効果をまとめると、下記に示す通りとなる。
（１）被締付部材としての軸受キャップ２１における塑性変形工程の有無による軸受内径の安定性について
図１７は、被締付部材としての軸受キャップ２１の塑性変形工程（弾性域ボルト締付）の有無による加工（メタル無し）、再締め時の軸受内径安定性を検証した結果を示し、図１８は、その締付条件を示している。これによれば、軸受キャップ２１の塑性変形工程無しの場合に比べて塑性変形工程有りの場合の方が、再締め時の軸受内径の安定性を大幅に向上させると共に、軸孔２２の真円度等を確保できることを示した。

（２）影響角度量θｘ増し締め時のクリアランスについて
メタルが挿入される組立時には、軸孔２２加工前の本締め条件Ｔ１＋θ１にメタルクラッシュの影響角度θｘ（定角度）を増した締付けＴ１＋θ１＋θｘを行うことにより、メタルクリアランスの拡大を抑制できることになる（図１９，図２０参照）。

（３）弾性締付ボルト及び被締付部材としての軸受キャップ２１の弾性限度向上による軸力安定性について
ボルトについては、弾性締付ボルトとして使用しており、軸受組立後に生じる運転時の熱応力に対してボルトが塑性変形することがない一方、被締付部材としての軸受キャップ２１におけるボルト座面については、そこが塑性変形されてその部分の弾性限度が高められていることから（弾性域の拡大）、座面へたり（塑性変形）は進行しない（前述の図３参照）。このため、当該軸受キャップの締付方法においては、熱応力により塑性変形したものが、その後に熱応力が除荷されることにより締付軸力が低下するようなこと（一般的内容を示す図１参照）はなく、安定したボルト締付軸力が得られる。

次に、前述の実施形態に係るボルト締結方法を使用するボルト締結装置について説明する。ボルト締結装置１は、図２１に示すように、ボルト回転手段としてのナットランナ２と、そのナットランナ２を制御する制御ユニット３と、を備えている。ナットランナ２は、ボルトの頭部に係合されるソケット４と、そのソケット４を回転駆動する駆動モータ（ボルト締付け調整手段）５と、ソケット４によってボルトに負荷されるトルクを検知するためのトルクトランスデューサ（トルク検知手段）６と、駆動モータ５の回転角度を検出することによりボルトの締付角度を測定する角度エンコーダ（締付角度検出手段）７とを有している。

制御ユニット３には、トルクトランスデューサ６からトルク信号、角度エンコーダ７から締付角度信号が入力され、制御ユニット３からは、前記ナットランナ２における駆動モータ５に対して制御信号が出力されることになっている。この制御ユニット３内には、締付量制御手段が備えられており、その締付量制御手段は、前述の実施形態に係るボルト締結方法を実施すべく、トルクトランスデューサ６からのトルク信号、角度エンコーダ７からの締付角度信号を確認しつつ、予め記憶されている制御内容に基づいて制御信号を出力することになっている。

外力により塑性変形した後、外力除去した場合に、ボルト締付軸力が低下する過程を説明する説明図。 実施形態に係るボルト締結方法を説明する説明図。 実施形態に係るボルト締結方法により得られるトルク特性を示す図。 半割メタル装着状態の下で取付ボディと軸受キャップとを締結した状態を示す図。 締結前の半割メタルの設置状態を示す図。 具体例における被締付部材の塑性変形工程を説明する説明図。 具体例における本締め工程を説明する説明図。 具体例における影響角度の増し締め工程を説明する説明図。 メタルクラッシュ量とメタルクリアランスとの関係を示す図。 図９の実験を行うためのボルト締付条件を示す図。 影響角度量（メタルクリアランス拡大量を抑制するために必要な増し締め角度）の導出方法を示す説明図。 図１１に続く導出過程を示す説明図。 図１１，図１２における影響角度量の導出方法をより具体的に説明するフローチャート。 影響角度量の別の導出方法を示す説明図。 図１４に続く導出過程を示す説明図。 影響角度量のさらに別の導出方法を示す説明図。 被締付部材としての軸受キャップにおける塑性変形工程の有無による軸受内径の安定性の結果を示す図。 図１７の実験を行うための締付条件を示す図。 影響角度量θｘ増し締め時のクリアランスについて説明する説明図。 図１９の締付条件を示す図。 実施形態に係るボルト締結方法を使用するボルト締結装置を示す説明図。

１ ボルト締結装置
３ 制御ユニット
５ 駆動モータ（ボルト締付け調整手段）
６ トルクトランスデューサ
７ 角度エンコーダ
２１ 軸受キャップ（被締付部材）
２２ 軸孔
２３ 半割メタル
２３ａ クラッシュハイト
２５ ボルト
θｘ 影響角度量

Claims (5)

1. ボルトにより被締付部材を締付けるボルト締結方法において、
   前記ボルトの弾性域での締付けにより前記被締付部材を塑性変形させる初期締付工程と、
   前記初期締付工程後、該初期締付工程のときよりも前記ボルトを弛め、該ボルト及び前記被締付部材を弾性域に存在するようにした状態の下で、該ボルトにより該被締付部材を締付けた状態とする最終締付工程と、
   を備え、
   前記初期締付工程と前記最終締付工程との間に、前記ボルトを弛めて該ボルトの締付軸力を０とするボルト弛め工程が介在され、
   前記最終締付工程が、前記ボルトにより前記被締付部材をその弾性域において締付けた状態とするに際して、前記ボルトを、前記ボルト弛め工程後に、前記初期締付工程時のときよりも少ないボルト締付角度をもって締付けるように設定され、
   前記初期締付工程および前記最終締付工程でのボルト締付角度が、トルク＋角度法の下でのスナッグトルクまでボルトが締付られた後の締付角度とされている、
   ことを特徴とするボルト締結方法。
2. 請求項１において、
   前記被締付部材を、取付ボディに対して取付けられる軸受キャップとすると共に、前記最終締付工程において、前記ボルトにより前記軸受キャップを前記取付ボディに締付けた状態とし、
   しかも、前記最終締付工程後、前記軸受キャップと前記取付ボディとの間に軸孔を加工する加工工程と、該加工工程後、一旦、前記ボルトの締付け状態を解除して、前記軸孔内にクラッシュハイトを有する一対の半割メタルが装着された状態となるようにした上で、前記ボルトを締付けることにより前記軸受キャップを前記取付ボディに取付ける組立工程とを、順次、行い、その組立工程においては、前記ボルトの締付けに際して、該ボルトの弾性域の下で、前記加工工程段階のボルト締付角度に前記クラッシュハイトを潰すに必要な締付角度分を加えたボルト締付角度をもって締付けるように設定されている、
   ことを特徴とするボルト締結方法。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記ボルトの硬度が、前記被締付部材の硬度よりも高い、ことを特徴とするボルト締結方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
   前記被締付部材の熱膨張率が、前記ボルトの熱膨張率よりも大きい、ことを特徴とするボルト締結方法。
5. ボルトにより被締付部材を締付けるボルト締結装置において、
   前記ボルトの締付けを調整するボルト締付け調整手段と、
   前記ボルト締付け調整手段を制御して、初期時に、前記ボルトの弾性域での締付けにより前記被締付部材を塑性変形させ、その後、該ボルトを弛めて、該ボルト及び該被締付部材を弾性域に存在するようにした状態の下で、該ボルトにより前記被締付部材を締付けた最終締付状態とする締付量制御手段と、
   を備え、
   前記締付量制御手段は、前記ボルトを弛めるに際して、該ボルトの締付軸力を０とするように設定されていると共に、該ボルトにより前記被締付部材を締付けた最終締付状態とするに際しては、該ボルトを、前記被締付部材を塑性変形させるときよりも少ないボルト締付角度をもって締付けるように設定され、
   前記初期時および前記最終締付状態でのボルト締付角度が、トルク＋角度法の下でのスナッグトルクまでボルトが締付られた後の締付角度とされている、
   ことを特徴とするボルト締結装置。

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