JP6025653B2 - Bolt for tightening characteristic evaluation and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、塑性域締め付けにより被締結部材を締結するための金属製のボルトの締め付け特性を、歪ゲージを用いて評価するための締め付け特性評価用ボルトと、該締め付け特性評価用ボルトの製造方法とに関するものである。 The present invention relates to a tightening characteristic evaluation bolt for evaluating a tightening characteristic of a metal bolt for fastening a member to be fastened by plastic region tightening using a strain gauge, and a manufacturing method of the tightening characteristic evaluation bolt It is about.
一般に、自動車や産業機器等の製造又は組み立てに際しては、種々の被締結部材がボルトで締結される。そして、ボルトで被締結部材を高精度で締め付けることが要求される場合、すなわちボルトの締め付け軸力のバラツキが小さいことが要求される場合は、通常、ボルトが塑性変形するまで締め付ける塑性域締め付け、例えば回転角度法による塑性域締め付けが用いられるが(例えば、特許文献1、2参照。)、このような塑性域締め付けを行うと、ボルトに永久的な変形である塑性伸びが生じる。
Generally, when manufacturing or assembling an automobile or industrial equipment, various members to be fastened are fastened with bolts. And when it is required to fasten the fastened member with a bolt with high accuracy, that is, when it is required that the variation in the tightening axial force of the bolt is small, usually the plastic region tightening until the bolt is plastically deformed, For example, plastic region tightening by the rotation angle method is used (see, for example,
ところで一方、自動車や産業機器等においては、通常、その修理や点検のために、ボルトで締結された複数の被締結部材の分解と再組み立てとが繰り返される。この場合、塑性域締め付けにより被締結部材を締結するたびにボルトの塑性伸びが累積されてゆく。このようにボルトの塑性伸びが累積されると、ボルト材料の加工硬化により、同一の回転角に対するボルトの締付け軸力が次第に上昇してゆく。そして、ボルトの締め付け軸力が極限締め付け軸力に到達すると、このボルトはもはやその機能を完全には果たすことができなくなるので、新しいボルトと交換しなければならない。このため、自動車や産業機器等の製造又は組み立てに塑性域締め付けを用い場合は、ボルトをどの程度まで再使用することができるかを正確に事前評価する必要がある。 On the other hand, in automobiles, industrial equipment, and the like, usually, for repair and inspection, disassembly and reassembly of a plurality of fastened members fastened with bolts are repeated. In this case, the plastic elongation of the bolt is accumulated every time the member to be fastened is fastened by plastic region fastening. When the plastic elongation of the bolt is accumulated in this way, the bolt tightening axial force for the same rotation angle gradually increases due to work hardening of the bolt material. And when the bolt tightening axial force reaches the ultimate tightening axial force, the bolt can no longer fully perform its function and must be replaced with a new bolt. For this reason, when using plastic region tightening for manufacturing or assembling automobiles or industrial equipment, it is necessary to accurately evaluate in advance how much the bolt can be reused.
そして、ボルトの塑性域締め付けを繰り返す場合、毎回の塑性域締め付けにおいてボルトに生じる塑性伸び量を安定させること、すなわち予め設定された塑性伸び量を確実に発生させることが必要であるが、塑性伸び量を安定させるためには適正な締め付け仕様を設定することが必要である。そして、適正な締め付け仕様を設定するためには、高精度な締め付け特性の評価が必要であり、高精度な評価を行うためには、実際の使用条件に近い条件での締め付け特性を測定ないしは評価することが必要である。 When the bolt is repeatedly tightened in the plastic region, it is necessary to stabilize the amount of plastic elongation generated in the bolt in each tightening of the plastic region, that is, to reliably generate a preset amount of plastic elongation. In order to stabilize the amount, it is necessary to set an appropriate tightening specification. In order to set an appropriate tightening specification, it is necessary to evaluate the tightening characteristics with high accuracy. To perform a highly accurate evaluation, the tightening characteristics under conditions close to actual use conditions are measured or evaluated. It is necessary to.
しかしながら、現時点では、実際の使用条件に近い条件で高精度な締め付け特性の評価を容易にかつ低コストで行うことを可能にする手段は見当たらない。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、実際の使用条件に近い条件で高精度な締め付け特性の評価を容易にかつ低コストで行うことを可能にする手段を提供することを解決すべき課題とする。 However, at present, no means has been found that makes it possible to easily and inexpensively evaluate the fastening characteristics with high accuracy under conditions close to actual use conditions. The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a means that makes it possible to easily and cost-effectively evaluate tightening characteristics under conditions close to actual use conditions. This is a problem to be solved.
上記課題を解決するためになされた本発明に係る締め付け特性評価用ボルト(以下「評価用ボルト」という。)は、塑性域締め付けにより被締結部材を締結するための金属製のボルトの締め付け特性を、歪ゲージを用いて評価するために用いられる。この評価用ボルトは、被締結部材を実際に締結するボルト(量産ボルト)と同一の外形を有するとともに該ボルトと同一の材料で形成されている。そして、この評価用ボルトにおいては、歪ゲージが装着される部位(以下「歪ゲージ装着部位」という。)を含む評価用ボルトの部分領域(以下「強化領域」という。)の強度が、高周波焼き入れにより、評価用ボルトの強化領域以外の領域(以下「非強化領域」という。)の強度より高められている。 The fastening characteristic evaluation bolt (hereinafter referred to as “evaluation bolt”) according to the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, has a fastening characteristic of a metal bolt for fastening a member to be fastened by plastic region fastening. Used to evaluate using strain gauges. This evaluation bolt has the same outer shape as a bolt (mass production bolt) that actually fastens the member to be fastened, and is formed of the same material as the bolt. In this evaluation bolt, the strength of the partial region (hereinafter referred to as “strengthening region”) of the evaluation bolt including the region where the strain gauge is mounted (hereinafter referred to as “strain gauge mounting region”) is high-frequency baked. By inserting, the strength of the region other than the reinforced region of the evaluation bolt (hereinafter referred to as “non-reinforced region”) is increased.
本発明に係る評価用ボルトにおいては、歪ゲージ装着部位を含む強化領域を、ボルト軸線方向に関して評価用ボルトの座面とねじ部との間の円柱部(軸部)に形成するのが好ましい。本発明に係る評価用ボルトにおいては、強化領域の強度が非強化領域の強度の1.1倍以上であるのが好ましい。また、強化領域のボルト軸線方向の長さは、評価用ボルトのねじ部の呼び径(雄ねじの外径)の0.5倍以上であるのが好ましい。 In the evaluation bolt according to the present invention, it is preferable that the reinforced region including the strain gauge mounting portion is formed in a cylindrical portion (shaft portion) between the seat surface of the evaluation bolt and the screw portion in the bolt axial direction. In the evaluation bolt according to the present invention, the strength of the reinforced region is preferably 1.1 times or more than the strength of the non-reinforced region. Moreover, it is preferable that the length of the reinforced region in the bolt axis direction is 0.5 times or more the nominal diameter of the thread portion of the evaluation bolt (the outer diameter of the male screw).
本発明に係る塑性域締め付けにより被締結部材を締結するための金属製のボルトの締め付け特性を、歪ゲージを用いて評価するための評価用ボルトの製造方法は、次の各工程を備えている。
(1) 被締結部材の締結に用いられるボルトと同一仕様のボルト(すなわち量産ボルト)を評価用ボルト素材として準備する工程。
(2) 評価用ボルト素材の歪ゲージ装着部位を決定する工程。
(3) 歪ゲージ装着部位を含む評価用ボルト素材の強化領域に高周波焼き入れ処理を施して、該強化領域の強度を非強化領域の強度より高める工程。
An evaluation bolt manufacturing method for evaluating the tightening characteristics of a metal bolt for fastening a member to be fastened by plastic region tightening according to the present invention using a strain gauge includes the following steps. .
(1) A step of preparing, as an evaluation bolt material, a bolt having the same specification as that of a bolt used for fastening a member to be fastened (that is, a mass production bolt).
(2) A step of determining a strain gauge mounting portion of the bolt material for evaluation.
(3) A step of subjecting the reinforced region of the evaluation bolt material including the strain gauge mounting portion to induction hardening to increase the strength of the reinforced region over the strength of the non-reinforced region.
本発明に係る評価用ボルトの製造方法においては、強化領域に高周波焼き入れ処理を施した後、該強化領域に焼き戻し処理を施すのが好ましい。ここで、歪ゲージ装着部位を含む強化領域は、ボルト軸線方向に関して評価用ボルト素材の座面とねじ部との間の円柱部に形成するのが好ましい。この評価用ボルトの製造方法においては、強化領域の強度が非強化領域の強度の1.1倍以上となるように、高周波焼き入れ処理ないし焼き戻し処理を施すのが好ましい。また、強化領域のボルト軸線方向の長さは、評価用ボルト素材のねじ部の呼び径の0.5倍以上に設定するのが好ましい。 In the evaluation bolt manufacturing method according to the present invention, it is preferable to subject the strengthened region to a tempering process after the strengthened region is subjected to induction hardening. Here, the reinforced region including the strain gauge mounting portion is preferably formed in a cylindrical portion between the seat surface of the bolt material for evaluation and the screw portion in the bolt axial direction. In this evaluation bolt manufacturing method, it is preferable to perform induction hardening or tempering so that the strength of the reinforced region is 1.1 times or more the strength of the non-reinforced region. Moreover, it is preferable to set the length of the reinforced region in the bolt axis direction to 0.5 times or more the nominal diameter of the threaded portion of the bolt material for evaluation.
本発明に係る評価用ボルトは、被締結部材の締結に実際に用いられるボルト(量産ボルト)と同一の外形を有するとともに該ボルトと同一の材料で形成されている。例えば、量産ボルトそのものが、評価用ボルトの素材として用いられる。このため、実際にボルトで締め付けを行うときとほぼ同様の締め付け状態で締め付け特性を評価することができる。したがって、本発明に係る評価用ボルトを用いれば、実際の使用条件に近い条件で高精度なボルトの締め付け特性の評価を容易にかつ低コストで行うことができる。 The evaluation bolt according to the present invention has the same outer shape as a bolt (mass production bolt) actually used for fastening the member to be fastened, and is formed of the same material as the bolt. For example, the mass production bolt itself is used as a material for the evaluation bolt. For this reason, it is possible to evaluate the tightening characteristics under substantially the same tightening state as when actually tightening with bolts. Therefore, if the evaluation bolt according to the present invention is used, it is possible to easily and accurately evaluate the tightening characteristics of the bolt under conditions close to actual use conditions.
また、歪ゲージ装着部位を含む強化領域の強度が、高周波焼き入れにより、ねじ部等の非強化領域の強度より高められている。このため、評価用ボルトの締め付け特性評価試験において、評価用ボルトで被締結部材を締め付けたときに、ねじ部に塑性変形が生じた後も、歪ゲージ装着部位のまわりの部分に塑性変形が生じない。その結果、歪ゲージで評価用ボルトに生じる軸力を正確に測定することができ、締め付け特性を正確に評価することができ、適正な締め付け仕様を設定することができる。 In addition, the strength of the reinforced region including the strain gauge mounting portion is higher than the strength of the non-reinforced region such as the threaded portion by induction hardening. For this reason, in the tightening characteristic evaluation test of the evaluation bolt, when the member to be fastened is tightened with the evaluation bolt, the plastic deformation is generated in the portion around the strain gauge mounting portion even after the thread portion is plastically deformed. Absent. As a result, the axial force generated in the evaluation bolt can be accurately measured with the strain gauge, the tightening characteristics can be accurately evaluated, and an appropriate tightening specification can be set.
本発明に係る評価用ボルトの製造方法によれば、被締結部材の締結に実際に用いられるボルトと同一の仕様のボルト(すなわち、量産ボルトそのもの)が評価用ボルト素材として用いられる。すなわち、この製造方法によって製造される評価用ボルトは、実際に用いられるボルトを部分的に若干改質しただけのものである。したがって、本発明に係る製造方法により製造された評価用ボルトを用いれば、実際に用いられるボルトで締め付けを行うときと実質的に同一の締め付け状態で締め付け特性を評価することができる。このため、実際の使用条件に非常に近い条件で高精度なボルトの締め付け特性の評価を容易にかつ低コストで行うことができる。 According to the evaluation bolt manufacturing method of the present invention, a bolt having the same specification as that of a bolt actually used for fastening a member to be fastened (that is, a mass production bolt itself) is used as an evaluation bolt material. In other words, the bolt for evaluation manufactured by this manufacturing method is a partially modified version of the actually used bolt. Therefore, if the evaluation bolt manufactured by the manufacturing method according to the present invention is used, the tightening characteristics can be evaluated in substantially the same tightening state as when tightening with the bolt that is actually used. For this reason, it is possible to easily evaluate the tightening characteristics of the bolt with high accuracy under conditions very close to the actual use conditions at low cost.
また、歪ゲージ装着部位を含む強化領域の強度が、高周波焼き入れにより、ねじ部等の非強化領域の強度より高められる。このため、評価用ボルトの締め付け特性評価試験において、評価用ボルトで被締結部材を締め付けたときに、ねじ部に塑性変形が生じた後も、歪ゲージ装着部位のまわりの部分に塑性変形が生じない。その結果、歪ゲージで評価用ボルトに生じる軸力を正確に測定することができ、締め付け特性を正確に評価することができ、適正な締め付け仕様を設定することができる。 In addition, the strength of the reinforced region including the strain gauge mounting portion is increased from the strength of the non-reinforced region such as the threaded portion by induction hardening. For this reason, in the tightening characteristic evaluation test of the evaluation bolt, when the member to be fastened is tightened with the evaluation bolt, the plastic deformation is generated in the portion around the strain gauge mounting portion even after the thread portion is plastically deformed. Absent. As a result, the axial force generated in the evaluation bolt can be accurately measured with the strain gauge, the tightening characteristics can be accurately evaluated, and an appropriate tightening specification can be set.
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態を具体的に説明する。本発明に係る評価用ボルト(締め付け特性評価用ボルト)は、例えば自動車や産業機器等の製造又は組み立てに際して塑性域締め付けにより被締結部材を締結するためのボルトの締め付け特性を、歪ゲージを用いて評価するために用いられるものである。まず、回転角度法により塑性域締め付けを行う場合における、ボルトの挙動ないしは締め付け特性の特徴を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The evaluation bolt according to the present invention (tightening characteristic evaluation bolt) uses, for example, a strain gauge for tightening characteristics of a bolt for fastening a member to be fastened by plastic region fastening when manufacturing or assembling an automobile or industrial equipment. It is used for evaluation. First, the behavior of the bolt or the characteristics of the tightening characteristics when the plastic region is tightened by the rotation angle method will be described.
図1は、回転角度法により塑性域締め付けを行う場合における、締め付け回転角θ(以下「回転角θ」という。)に対する締め付けトルクT(以下「トルクT」という。)及び締め付け軸力F(以下「軸力F」という。)の変化特性を示している。図1に示す例では、回転角θがθyとなったときに、ボルトは降伏点に到達し、降伏締め付け軸力Fy及び降伏締め付けトルクTyが生じている。したがって、回転角θがθy以下の領域は弾性域締め付け領域であり、θyを超える領域は塑性域締め付け領域である。また、θstはスナグトルク点に対応する回転角θを示し、θuは極限締め付け軸力Fuないしは極限締め付けトルクTuに対応する回転角θを示している。なお、「スナグトルク」は、回転角度法で締め付けを行う前に、比較的小さいトルクで締め付けを行って被締結部材間の各隙間をなくし、回転角θと軸力Fとの間に直線的な比例関係が生じるようにするためのトルクである。 FIG. 1 shows a tightening torque T (hereinafter referred to as “torque T”) and a tightening axial force F (hereinafter referred to as “rotation angle θ”) with respect to a tightening rotation angle θ (hereinafter referred to as “rotation angle θ”) in the case of performing plastic region tightening by the rotation angle method. The change characteristic of “axial force F” is shown. In the example shown in FIG. 1, when the rotation angle θ becomes θy, the bolt reaches the yield point, and the yield tightening axial force Fy and the yield tightening torque Ty are generated. Therefore, the region where the rotation angle θ is equal to or less than θy is the elastic region tightening region, and the region exceeding θy is the plastic region tightening region. Θst represents the rotation angle θ corresponding to the snag torque point, and θu represents the rotation angle θ corresponding to the ultimate tightening axial force Fu or the ultimate tightening torque Tu. Note that the “snugging torque” is a linear relationship between the rotation angle θ and the axial force F by tightening with a relatively small torque before the tightening by the rotation angle method to eliminate each gap between the fastened members. This is a torque for causing a proportional relationship to occur.
本発明の対象となるボルトは、被締結部材を締結するときに、回転角θがθyを超えて、例えばθcとなるまで被締結部材を締め付けて塑性変形すること、すなわち塑性域締め付けを行うことが予定されているボルトである。この場合、ボルトの軸力Fのバラツキが小さい高精度の締め付けを行うことができるが、ボルトには永久変形である塑性伸びが生じる。したがって、同じボルトで塑性域締め付けと締め付けの解除とを繰り返すと、塑性域締め付けを行うたびにボルトの塑性伸びが累積されてゆく。 When fastening a member to be fastened, the bolt subject to the present invention is to be plastically deformed by tightening the member to be fastened until the rotation angle θ exceeds θy, for example, θc, that is, to perform plastic region fastening. Are planned bolts. In this case, it is possible to perform high-precision tightening with a small variation in the axial force F of the bolt, but the bolt undergoes plastic elongation, which is a permanent deformation. Therefore, when the plastic region tightening and the releasing of the tightening are repeated with the same bolt, the plastic elongation of the bolt is accumulated every time the plastic region tightening is performed.
このようにボルトに塑性伸びが累積されると、ボルトの素材の加工硬化により、同一の回転角θに対する軸力Fが次第に上昇してゆく。そして、ボルトの軸力Fが極限締め付け軸力Fuに到達すると、このボルトはもはやその機能を完全には果たすことができないので新たなボルトと交換しなければならない。したがって、同じボルトで塑性域締め付けを繰り返す場合、締め付けを行うことができる回数(再使用回数)は、極限締め付け軸力Fuが発生したときの回数より1回少ない回数である。なお、ボルトの軸力Fが極限締め付け軸力Fuに到達した後に、さらにボルトの塑性域締め付けと締め付けの解除とを繰り返すと、軸力Fは次第に低下してゆき、最終的にはボルトが破断することになる。 When plastic elongation is accumulated in this way, the axial force F with respect to the same rotation angle θ gradually increases due to work hardening of the bolt material. When the axial force F of the bolt reaches the ultimate tightening axial force Fu, the bolt can no longer fully perform its function and must be replaced with a new bolt. Therefore, when the plastic region tightening is repeated with the same bolt, the number of times that the tightening can be performed (the number of reuses) is one less than the number of times when the ultimate tightening axial force Fu is generated. When the bolt axial force F reaches the ultimate tightening axial force Fu, if the bolt is further tightened in the plastic region and the tightening is released, the axial force F gradually decreases and eventually the bolt breaks. Will do.
図2は、同じボルトを用いて塑性域締め付けと締め付けの解除とを8回繰り返した場合に、回転角θに対する軸力Fの変化特性がどのように変化してゆくかを示している。図2において、Δθは、初回の締め付けを行った場合のボルトの塑性伸び量に対応する回転角を示している。また、図2に示す例では、8回目の締め付けを行ったときに、軸力Fが極限締め付け軸力Fuに到達している。したがって、このボルトでは、問題なく塑性域締め付けを行うことができる回数は7回である。なお、軸力Fが極限締め付け軸力Fu又はその付近に達した場合、ボルトの最小断面部(有効径ボルトの場合はねじ部)には局部的な断面減少が生じ、その部位での実応力(真応力)は急激に増大する。図2中の2点鎖線は、このように増大する実応力を示している。実応力が増大したボルトは、疲労破壊や遅れ破壊を起こす可能性があるので用いることはできない。 FIG. 2 shows how the change characteristic of the axial force F with respect to the rotation angle θ changes when the plastic region tightening and the tightening release are repeated eight times using the same bolt. In FIG. 2, Δθ represents a rotation angle corresponding to the plastic elongation amount of the bolt when the first tightening is performed. In the example shown in FIG. 2, the axial force F reaches the ultimate tightening axial force Fu when the eighth tightening is performed. Therefore, with this bolt, the number of times that the plastic region can be tightened without any problem is seven times. Note that when the axial force F reaches or near the ultimate tightening axial force Fu, a local cross-sectional reduction occurs in the minimum cross-sectional portion of the bolt (in the case of an effective diameter bolt), and the actual stress at that portion (True stress) increases rapidly. The two-dot chain line in FIG. 2 indicates the actual stress that increases in this way. Bolts with increased actual stress cannot be used because they may cause fatigue failure or delayed failure.
かくして、塑性域締付けにおいては、毎回の塑性域締付けでボルトに生じる塑性伸び量を安定させること、すなわち設定した伸び量を確実に発生させることが必要であり、塑性伸びを安定させるためには適正な締付け仕様を設定することが必要である。そして、適正な締付け仕様を設定するためには、高精度な締付け特性の評価が必要であり、高精度な評価を行うためには、実際の使用条件に近い条件で締め付け特性を測定ないしは評価することが必要である。とくに、ボルトと被締結部材ないしは被螺入体(例えば、ナット等)との間の摩擦係数、降伏締め付け軸力、極限締め付け軸力等は、締め付け仕様の設定に大きな影響を与える項目であるので、正確に測定ないしは評価する必要がある。 Thus, in plastic region tightening, it is necessary to stabilize the amount of plastic elongation generated in the bolt in each plastic region tightening, that is, to reliably generate the set amount of elongation. It is necessary to set a proper tightening specification. In order to set appropriate tightening specifications, it is necessary to evaluate the tightening characteristics with high accuracy. To perform high-precision evaluation, the tightening characteristics are measured or evaluated under conditions close to actual use conditions. It is necessary. In particular, the coefficient of friction between the bolt and the member to be fastened or the member to be screwed (for example, a nut), the yield tightening axial force, the ultimate tightening axial force, etc. are items that greatly affect the setting of the tightening specifications. It is necessary to measure or evaluate accurately.
図3は、回転角度法で塑性域締め付けを行う場合における、トルクTに対する軸力Fの変化特性と、回転角θに対する軸力Fの変化特性とを関連付けて示している。図3において縦軸より右側のグラフは、トルクTに対する軸力Fの変化特性が、ボルトと被締結部材ないしは被螺入体との間の摩擦係数μによってどのように変化するかを示している。なお、図3においてμminは摩擦係数μの最小値を示し、μmaxは摩擦係数μの最大値を示している。図3から明らかなとおり、同一のトルクTに対する軸力Fは、摩擦係数μが小さいと大きくなり、摩擦係数μが大きいと小さくなる。例えば、ボルトを同一のスナグトルクTstで締め付けた場合、摩擦係数μが最小値μminであれば発生する軸力FはF1となり、摩擦係数μが最大値μmaxであればF2(<F1)となる。 FIG. 3 shows the change characteristic of the axial force F with respect to the torque T and the change characteristic of the axial force F with respect to the rotation angle θ in association with the plastic region tightening by the rotation angle method. The graph on the right side of the vertical axis in FIG. 3 shows how the change characteristic of the axial force F with respect to the torque T changes depending on the friction coefficient μ between the bolt and the member to be fastened or the screwed body. . In FIG. 3, μmin represents the minimum value of the friction coefficient μ, and μmax represents the maximum value of the friction coefficient μ. As is apparent from FIG. 3, the axial force F with respect to the same torque T increases as the friction coefficient μ decreases, and decreases as the friction coefficient μ increases. For example, when the bolts are tightened with the same snag torque Tst, the generated axial force F is F1 if the friction coefficient μ is the minimum value μmin, and F2 (<F1) if the friction coefficient μ is the maximum value μmax.
図3において縦軸より左側のグラフは、回転角度法で塑性域締め付けを行う場合における、回転角θに対する軸力Fの変化特性を示している。この塑性域締め付けにおいては、まずスナグトルクで締め付けを行い、さらに回転角度法による制御で塑性域締め付けを行って締め付けを完了している。ここで、摩擦係数μが小さい場合、例えば最小値μminである場合は、スナグトルクTstで締め付けたときに発生する軸力FはF1である。この後、さらにボルトを締め付けると、軸力Fは降伏締め付け軸力に到達するが、この締め付けに対応する回転角の増分はΔθ1である。そして、さらにボルト(又は被螺入体)を回転させて締め付けると、その分だけ塑性伸びが生じる。この場合、初回の締め付けでボルトに発生させるべき塑性伸び量を予め決定しておき、その塑性伸び量が発生するようにボルト(又は被螺入体)を回転させて締め付ける。 The graph on the left side of the vertical axis in FIG. 3 shows the change characteristics of the axial force F with respect to the rotation angle θ when the plastic region is tightened by the rotation angle method. In this plastic region tightening, first, tightening is performed with a snug torque, and then tightening is completed by performing plastic region tightening with control by a rotation angle method. Here, when the friction coefficient μ is small, for example, when it is the minimum value μmin, the axial force F generated when tightened with the snag torque Tst is F1. Thereafter, when the bolt is further tightened, the axial force F reaches the yield tightening axial force, but the rotation angle increment corresponding to this tightening is Δθ1. Further, when the bolt (or a member to be screwed) is further rotated and tightened, plastic elongation is generated accordingly. In this case, the amount of plastic elongation to be generated in the bolt by the first tightening is determined in advance, and the bolt (or the screwed body) is rotated and tightened so that the amount of plastic elongation is generated.
他方、摩擦係数μが大きい場合、例えば最大値μmaxである場合は、スナグトルクTstで締め付けたときに発生する軸力FはF2である。この後、さらにボルトを締め付けると、軸力Fは降伏締め付け軸力に到達するが、この締め付けに対応する回転角の増分はΔθ2である。図3から明らかなとおり、摩擦係数μが最大値μmaxであるときの回転角の増分θ2は、最小値μminであるときの回転角の増分Δθ1よりαだけ大きくなっている。 On the other hand, when the friction coefficient μ is large, for example, when it is the maximum value μmax, the axial force F generated when tightening with the snag torque Tst is F2. Thereafter, when the bolt is further tightened, the axial force F reaches the yield tightening axial force, but the increment of the rotation angle corresponding to this tightening is Δθ2. As apparent from FIG. 3, the rotation angle increment θ2 when the friction coefficient μ is the maximum value μmax is larger than the rotation angle increment Δθ1 when the friction coefficient μ is the minimum value μmin by α.
ここで、例えば、締め付け仕様を、スナグトルクTstで締め付けを行った後、回転角の増分がΔθ1となるまでさらに締め付けを行うように設定したとする。締め付け仕様をこのように設定した場合、摩擦係数μが最小値μminであれば、回転角度の増分をΔθ1とする締め付けにより、軸力Fは降伏締め付け軸力に到達するので、被締結部材を適切に締結することができる。しかしながら、摩擦係数μが最大値μmaxであれば、軸力Fを降伏締め付け軸力に到達させるためには回転角の度増分をΔθ2とする締め付けを行うことが必要であるので、締め付け仕様に従って回転角の増分をΔθ1とする締め付けを行ったのでは、軸力Fは降伏締め付け軸力には到達せず、被締結部材を適切に締結することができない。 Here, for example, it is assumed that the tightening specification is set such that after tightening with the snag torque Tst, further tightening is performed until the rotation angle increment becomes Δθ1. When the tightening specifications are set in this way, if the friction coefficient μ is the minimum value μmin, the axial force F reaches the yield tightening axial force by tightening the rotation angle increment to Δθ1, so that the member to be fastened is appropriately Can be fastened. However, if the friction coefficient μ is the maximum value μmax, in order to reach the axial force F to the yield tightening axial force, it is necessary to perform tightening with an increment of the rotation angle of Δθ2, and thus the rotation according to the tightening specification. If tightening is performed with an angle increment of Δθ1, the axial force F does not reach the yield tightening axial force, and the fastened member cannot be fastened properly.
このように、回転角θと降伏締め付け軸力の関係は、ボルトと被締結部材ないしは被螺入体との間の摩擦係数μによって左右されるので、締め付け仕様は、実際に用いられるボルトと被締結部材ないしは被螺入体との間の摩擦係数μに応じて設定する必要がある。そこで、本発明では、ボルトの締め付け仕様を設定するための締め付け特性の評価ないしは実験を、実際に用いられる冷間鍛造によるボルト(量産ボルト)と実際に用いられる被締結部材とを用いて行うようにしている。すなわち、実際に用いられるボルトと被締結部材ないしは被螺入体との間の摩擦係数μに応じた評価ないしは実験を行うようにしている。 Thus, since the relationship between the rotation angle θ and the yield tightening axial force depends on the friction coefficient μ between the bolt and the member to be fastened or the screwed body, the tightening specification depends on the actually used bolt and the target bolt. It is necessary to set according to the coefficient of friction μ between the fastening member or the member to be screwed. Therefore, in the present invention, the evaluation or experiment of the tightening characteristics for setting the tightening specifications of the bolt is performed by using the bolt (mass production bolt) by cold forging actually used and the member to be fastened actually used. I have to. That is, an evaluation or experiment is performed in accordance with the friction coefficient μ between the actually used bolt and the member to be fastened or screwed member.
図4は、例えば図1及び図2に示すような締め付け特性をもつボルトについて、締め付け仕様を設定するための締め付け特性の評価ないしは実験を行うときに、ボルトの歪ひいては軸力Fを測定するのに用いられる歪ゲージを示している。この歪ゲージ1は、絶縁材料からなる担体2(キャリア)と、担体2の上に取り付けられた線状又は箔状の電気抵抗体からなるグリッド3と、それぞれ接続タブ4を介してグリッド3に接続された2本のリード線5とを備えている。この歪ゲージ1は、後で説明するように、評価用ボルトの円柱部に装着され、評価用ボルトに生じる歪、ひいては軸力Fを測定するためのものである。
FIG. 4 shows, for example, the measurement of the bolt strain and the axial force F when evaluating or experimenting the tightening characteristics for setting the tightening specifications for the bolts having the tightening characteristics as shown in FIGS. The strain gauge used for is shown. The
図5及び図6は、それぞれ、一般に被締結部材を締結するために用いられている呼び径ボルト6及び有効径ボルト7を示している。呼び径ボルト6は、頭部8と、雄ねじが形成されたねじ部9と、頭部8とねじ部9の間の雄ねじが形成されていない円柱部10(軸部)とを有している。呼び径ボルト6は、ねじ部9の呼び径(外径)と円柱部10の直径とがほぼ等しいボルトであり、ねじ部9の有効断面積が円柱部10の断面積よりかなり小さいものである。他方、有効径ボルト7は、頭部11と、雄ねじが形成されたねじ部12と、頭部11とねじ部12の間の雄ねじが形成されていない円柱部13(軸部)とを有している。有効径ボルト7は、ねじ部12の呼び径(外径)と円柱部13の直径とがほぼ等しいボルトであり、ねじ部12の有効断面積が円柱部13の断面積より若干小さいものである。本発明は、図6に示すような有効径ボルト7を対象としており、図5に示すような呼び径ボルト6は対象としていない。
5 and 6 respectively show a
図7は、ナットと協働して2つの締結部材を締結している評価用ボルトとしての有効径ボルト7(以下「評価用ボルト7」という。)を示している。図7に示すように、評価用ボルト7のねじ部12及び円柱部13は、第1被締結部材15の穴部16と第2被締結部材17の穴部18とを通って伸びている。そして、評価用ボルト7のねじ部12には、ナット19が螺合されている。第1被締結部材15及び第2被締結部材17は、評価用ボルト7の頭部11とナット17とによって挟まれ、ボルト軸線方向の圧縮力(押圧力)が加えられている。その反作用として、評価用ボルト7にはボルト軸線方向の引張力(すなわち、軸力F)が作用している。なお、ねじ部12のうち12aで示す部分は、ナット19と螺合していない「遊びねじ」である。
FIG. 7 shows an effective-diameter bolt 7 (hereinafter referred to as “
評価用ボルト7には、頭部11からボルト先端側に向かってボルト軸線方向に伸びる小径(例えば、直径1〜2mm)の孔部20が形成され、この孔部20内に接着剤を用いて歪ゲージ1が埋め込まれている。歪ゲージ1は、ボルト軸線方向に関して、円柱部13の中央部よりやや頭部11側の部位に接着剤で固定されている。歪ゲージ1の2本のリード線5は、該歪ゲージ1を外部のホイートストンブリッジ回路等の電気回路(図示せず)と接続するために、評価用ボルト7の外部に突出している。なお、歪ゲージ1を、円柱部13内に埋め込まず、接着剤で円柱部13の外周面に接着して固定するようにしてもよい。ただし、この場合は、評価用ボルト7の頭部11に、リード線5を外部に引き出すための穴を設ける必要がある。
The
このように、歪ゲージ1が評価用ボルト7の円柱部13内に埋め込まれて固定されているので、評価用ボルト7にボルト軸線方向の歪が生じたときには、歪ゲージ1のグリッド3に、評価用ボルト7の歪に対応する歪が生じ、このグリッド3の歪に対応して該グリッド3の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化を、ホイートストンブリッジ回路(図示せず)等を介して電圧として検出し、この電圧に基づいて評価用ボルト7の時々刻々の歪を測定することができる。この評価用ボルト7の歪は、一般に知られたキャリブレーション手法を用いて予め設定された歪量と軸力Fとの関係を示す関係式により軸力Fに換算される。
Thus, since the
以下、図7に示すような状態において、評価用ボルト7を回転させて、評価用ボルト7とナット19とで第1、第2被締結部材15、17を、評価用ボルト7が破断するまで締め付ける場合、すなわち塑性域締め付けを行う場合における、評価用ボルト7及び歪ゲージ1の挙動ないしは動作を説明する。スナグトルクTstで第1、第2被締結部材15、17を締め付けた後、評価用ボルト7を回転させてゆくと、まずねじ部12及び円柱部13に、評価用ボルト7のばね定数に見合った弾性変形が生じる。
Hereinafter, in the state shown in FIG. 7, the
さらに評価用ボルト7を回転させて軸力Fを上昇させると、評価用ボルト7は弾性限界を超える。その結果、まずねじ部12のみが塑性変形し始めるが、これに伴ってねじ部12の材料の加工硬化によりねじ部12の強度ないしは硬度が上昇する。そして、ねじ部12の強度ないしは硬度が上昇すると、円柱部13(直径がねじ部12の有効径、すなわちほぼ転造前径)が塑性変形を開始する。この後、さらに評価用ボルト7を回転させて第1、第2被締結部材15、17を締め付けると、最弱部(すなわち最小断面部)であるねじ部12が破断する。
When the
図8中の実線は、このような塑性域締め付けを行った場合における、回転角θと実際に生じる軸力Fとの関係を示している。また、破線は、回転角θと、歪ゲージ1の出力に基づいて算出される締め付け軸力(以下「見かけの軸力Fi」という。)との関係を示している。図8に示すように、ねじ部12が弾性限界を超えるP点付近までは、円柱部13は塑性変形しないので、実際に生じる軸力Fと見かけの軸力Fiはほぼ一致している。
The solid line in FIG. 8 shows the relationship between the rotation angle θ and the axial force F actually generated when such plastic region tightening is performed. A broken line indicates a relationship between the rotation angle θ and the tightening axial force calculated based on the output of the strain gauge 1 (hereinafter referred to as “apparent axial force Fi”). As shown in FIG. 8, the
しかしながら、ねじ部12が弾性限界を超えて塑性変形し始めると、ねじ部12が加工硬化し、主な塑性変形部がねじ部12から円柱部13に移行する。このため、歪ゲージ1の出力に基づいて算出される見かけの軸力Fiが急上昇する。したがって、このような状況下では、塑性域締め付けにおける軸力Fを正確に測定することはできない。このため、評価用ボルト7ひいては実際に用いられる量産ボルトの適切な締め付け特性を評価することができず、適正な締め付け仕様を設定することはできない。
However, when the
このような事実に鑑み、本願発明者は、歪ゲージ装着部位、すなわち歪ゲージ1が装着ないしは配置された部位を含む評価用ボルト7の円柱部13の部分領域(以下「歪ゲージ近傍領域」という。)の強度ないしは硬度を高めて塑性変形の発生を防止すれば、塑性域締め付けを行ったときに、歪ゲージ1の近傍では円柱部13は塑性変形せず、軸力Fと見かけの軸力Fiはほぼ一致するものと考察した。
In view of such facts, the inventor of the present application has a strain gauge mounting region, that is, a partial region of the
かくして、図9及び図10に示すように、評価用ボルト7aの円柱部13の歪ゲージ近傍領域の直径を大きくしてその強度を高めるといった対応が考えられる。例えば、全体的にはねじ部12の有効径とほぼ同一の直径をもつ円柱部13の歪ゲージ近傍領域の直径を呼び径まで大きくするといった対応が考えられる。ここで、歪ゲージ1は、直径が拡大された強度の高い歪ゲージ近傍領域22(以下「太軸部22」という。)内に位置している。このため、評価用ボルト7が破断するまで塑性域締め付けを行っても、太軸部22には塑性変形は生じない。その結果、塑性変形による見かけの軸力Fiの上昇を防止することができ、したがって実際に生じる軸力Fと見かけの軸力Fiとをほぼ一致させることができる。
Thus, as shown in FIGS. 9 and 10, it is conceivable to increase the strength of the
ところで一方、このような太軸部22を備えた評価用ボルト7の円柱部13(22)の輪郭形状は、一般に切削加工で成形される。なお、ねじ部12は、金型を用いて転造で成形される。この場合、評価用ボルト7の座面は切削加工(旋削加工)で形成されるので、この座面には輪状の溝が形成される。このため、冷間鍛造により製造され実際に使用される量産ボルトとは摩擦係数μが異なることになる。このように評価用ボルトと量産ボルトとで摩擦係数μが異なると、前記のとおり(段落[0026]参照)、実際に用いられるボルトと被締結部材15、17との間の摩擦係数μに応じた適正な評価ないしは実験を行うことができない。
Meanwhile, the contour shape of the cylindrical portion 13 (22) of the
そこで、図11に示すように、本発明では、評価用ボルト7は、被締結部材を実際に締結する量産ボルトと同一の外形ないしは輪郭を有するとともに、該量産ボルトと同一の材料で形成されている。すなわち、評価用ボルト7の素材として、量産ボルトそのものを用いている。そして、歪ゲージ近傍領域23の強度ないしは硬度を、高周波焼き入れ処理と焼き戻し処理とによって、歪ゲージ近傍領域以外の領域の強度より高めている(以下、この領域を「調質部23」という。)。
Therefore, as shown in FIG. 11, in the present invention, the
このような調質部23(強化領域)を備えた評価用ボルト7は、例えば次の工程を経て製造される。
(1) 第1、第2被締結部材15、17の締結に用いられるボルトと同一仕様のボルト(すなわち量産ボルトそのもの)を評価用ボルト素材として準備する。
(2) 評価用ボルト素材の歪ゲージ装着部位を決定する。
(3) 歪ゲージ装着部位を含む評価用ボルト素材の所定の部分領域に高周波焼き入れ処理を施して調質部23を形成する。
(4) 調質領域23に焼き戻し処理を施す。
The
(1) A bolt having the same specifications as the bolt used for fastening the first and second fastened
(2) Determine the strain gauge attachment site of the bolt material for evaluation.
(3) The tempered
(4) A tempering process is performed on the tempered
かくして、評価用ボルト7においては、調質部23の強度ないしは硬度が、調質部23以外の領域の強度より高められる。ここで、高周波焼き入れ処理及び焼き戻し処理は、調質部23の強度ないしは硬度が、例えば、調質部以外の領域の強度ないしは硬度の1.1〜3.0倍(好ましくは、1.1〜2.0倍)の範囲となるように実施される。また、調質部23のボルト軸線方向の長さは、例えば評価用ボルト7のねじ部12の呼び径の0.5〜3.0倍(好ましくは、0.5〜2.0倍)の範囲に設定される。
Thus, in the
以下、図12〜図17を参照しつつ、量産ボルト(M10ボルト)を評価用ボルト素材として用いて評価用ボルト(シリンダヘッドボルト)を試作し、その締め付け特性を測定ないしは評価した実験結果を説明する。試作された評価用ボルトは、その引張り時にはねじ部だけではなく円柱部(軸部)にも塑性変形が起こっているといった事実に鑑み、量産ボルトの歪ゲージ装着部位を含む調質部(強化領域)に高周波焼き入れ処理のみを施し、又は高周波焼き入れ処理と焼き戻し処理とを施し、調質部の強度ないしは硬度を高めて塑性域締め付けを行ったときに評価用ボルトの円柱部(軸部)の調質部に塑性変形が生じないようにしたものである。この実験においては、焼き戻しの有無又は焼き戻し温度が異なる4種の評価用ボルトを試作した上で、これらの評価用ボルトの硬度を測定するとともに、塑性域締め付けを行ったときに歪ゲージ装着領域に塑性変形が生じているか否かを判定した。 Hereinafter, with reference to FIGS. 12 to 17, an experimental bolt (cylinder head bolt) is manufactured using a mass production bolt (M10 bolt) as an evaluation bolt material, and the experimental results of measuring or evaluating the tightening characteristics are described. To do. In view of the fact that the prototype bolt that was prototyped was deformed not only in the threaded part but also in the cylindrical part (shaft part) during its tension, the tempered part including the strain gauge mounting part of the mass production bolt (strengthened region) ) Is subjected to induction hardening only, or induction hardening and tempering treatment, and the tempered part is strengthened or hardened to tighten the plastic zone. ) To prevent plastic deformation. In this experiment, four types of evaluation bolts with different tempering presence / absence or tempering temperatures were prototyped, the hardness of these evaluation bolts was measured, and a strain gauge was attached when the plastic zone was tightened. It was determined whether plastic deformation occurred in the region.
表1は、ロックウェル硬度(HRC)及びビッカース硬度(HV)硬度の測定に用いられた評価用ボルトの高周波焼き入れ及び焼き戻しの条件を示している。また、表2は、締め付け特性の測定ないしは評価に用いられた評価用ボルトの高周波焼き入れ及び焼き戻しの条件を示している。表1又は表2において、焼き戻し温度の欄が「−」である試作品については焼き戻し処理を施していない。なお、焼き戻しは、評価用ボルトの試作品を各焼き戻し温度で1時間保持した後、空冷することにより行った。
Table 1 shows the conditions of induction hardening and tempering of the evaluation bolts used for the measurement of Rockwell hardness (HRC) and Vickers hardness (HV) hardness. Table 2 shows the conditions of induction hardening and tempering of the bolts for evaluation used for measurement or evaluation of the fastening characteristics. In Table 1 or Table 2, the tempering process is not performed for the prototype whose column of the tempering temperature is “−”. The tempering was carried out by holding the evaluation bolt prototype at each tempering temperature for 1 hour and then air cooling.
図12に、評価用ボルトの試作品1〜4について、調質部及び熱処理が施されていないねじ部のロックウェル硬度(HRC)をそれぞれ複数回測定し、その測定値を平均した結果を示す。また、図13に、評価用ボルトの試作品1〜4について、調質部のビッカース硬度(HV)をボルト径方向の複数の部位で測定した結果を示す。なお、図13において、横軸(X軸)は、評価用ボルトの試作品の円柱部の表面から中心に向かう距離(深さ)を示している。
FIG. 12 shows the results of measuring the Rockwell hardness (HRC) of the tempered part and the threaded part not subjected to heat treatment a plurality of times for the
図12によれば、各評価用ボルトの試作品の調質部のロックウェル硬度(HRC)ひいては強度は、熱処理が施されていないねじ部に比べて、おおむね50〜70%高められていることが分かる。なお、本願発明者の知見によれば、評価用ボルトの調質部のロックウェル硬度がねじ部のロックウェル硬度の1.1〜3.0倍(好ましくは1.1〜2.0倍)程度であれば、該評価用ボルトで塑性域締め付けを行っても調質部に塑性変形は生じないものと考察される。また、図13によれば、M10の量産ボルトを評価用ボルト素材として用いて、高周波焼き入れ処理及び焼き戻し処理により調質部を形成する場合は、円柱部の表面では、ビッカース硬度は比較的低いが、表面から中心に向かって1〜3.5mmの範囲内では、ビッカース硬度は比較的安定して高められていることが分かる。したがって、歪ゲージは、円柱部の表面ではなく内部に装着する方が好ましい。 According to FIG. 12, the Rockwell hardness (HRC) and hence the strength of the tempered portion of each evaluation bolt prototype is generally increased by 50 to 70% as compared to the unthreaded screw portion. I understand. According to the knowledge of the present inventor, the Rockwell hardness of the tempered portion of the evaluation bolt is 1.1 to 3.0 times (preferably 1.1 to 2.0 times) the Rockwell hardness of the threaded portion. If it is about the extent, it is considered that plastic deformation does not occur in the tempered portion even if the plastic region is tightened with the bolt for evaluation. Further, according to FIG. 13, when a tempered part is formed by induction hardening and tempering using a mass production bolt of M10 as an evaluation bolt material, the Vickers hardness is relatively low on the surface of the cylindrical part. Although it is low, it can be seen that the Vickers hardness is relatively stably increased within the range of 1 to 3.5 mm from the surface toward the center. Therefore, it is preferable that the strain gauge is mounted not on the surface of the cylindrical portion but inside.
図14(a)、(b)〜図17(a)、(b)に、評価用ボルトの試作品5〜12について、万能材料試験機とX−Yレコーダとを用いて引張り試験を行った結果を示す。具体的には、これらの図は、基本的には各評価用ボルトの変位量(X軸)に対する、歪ゲージの出力に基づいて算出された軸力F(Y軸)の変化特性を示している。しかしながら、これらの引張り試験では、極限締め付け軸力を超えた後も評価用ボルトを伸長させ(締め付けを行い)、評価用ボルトが破断する直前に変位計を外して変位量の測定を中止し、この後評価用ボルトを破断させ、上記軸力Fを評価用ボルトの破断後まで記録(モニター)している。なお、図14(a)、(b)はそれぞれ試作品5、6についてのグラフであり、図15(a)、(b)はそれぞれ試作品7、8についてのグラフであり、図16(a)、(b)はそれぞれ試作品9、10についてのグラフであり、図15(a)、(b)はそれぞれ試作品11、12についてのグラフである。
14 (a), 14 (b) to 17 (a), 17 (b), a tensile test was performed on evaluation bolt prototypes 5-12 using a universal material testing machine and an XY recorder. Results are shown. Specifically, these drawings basically show the change characteristics of the axial force F (Y axis) calculated based on the output of the strain gauge with respect to the displacement amount (X axis) of each evaluation bolt. Yes. However, in these tensile tests, the evaluation bolt was extended (tightened) even after exceeding the ultimate tightening axial force, and the displacement meter was removed immediately before the evaluation bolt broke, and the measurement of the displacement amount was stopped. Thereafter, the evaluation bolt is broken, and the axial force F is recorded (monitored) until after the evaluation bolt is broken. 14A and 14B are graphs for
図14(a)、(b)〜図17(a)、(b)に示す各グラフにおいては、いずれも、例えば図8中の破線で示すような見かけの軸力Fiの上昇ないしは急上昇は生じていない。ただし、図14(a)、(b)に示すように、焼き戻し処理が施されていない試作品5、6では、評価用ボルトが破断した後、歪ゲージの出力に基づいて算出された軸力Fは0kNに戻らず9kN〜10kNの残留歪(残留軸力)が生じている。これは、焼き戻し処理が施されていない試作品5、6では、極限引張り強さ(極限締め付け軸力)まで引張ったときに、調質部のゲージ貼り付け部分にわずかに塑性伸びが発生していることを示している。
In each of the graphs shown in FIGS. 14 (a), 14 (b) to 17 (a), (b), for example, the apparent axial force Fi as shown by the broken line in FIG. Not. However, as shown in FIGS. 14A and 14B, in the
また、図15(a)、(b)〜図17(a)、(b)に示すように、焼き戻し処理が施された試作品7〜12では、評価用ボルトが破断した後、歪ゲージの出力に基づいて算出された軸力Fはほぼ0kNに戻っている。これは、焼戻し処理が施された試作品7〜12では、いずれも塑性伸びは発生しなかったことを示している。高周波焼き入れ処理及び焼き戻し処理が施された調質部を備えた評価用ボルトを用いれば、引張り試験により抗張力を超えて引張っても、ゲージの伸びが見られないことから、部分的に調質をしてゲージを貼りつけた部分は、ねじ部が破断するまで引張りを行っても塑性変形せず、したがって実際に生じる軸力Fを支障なく測定することができるものと考察される。
Further, as shown in FIGS. 15 (a), 15 (b) to 17 (a), (b), in the
調質部23を備えた評価用ボルト7は、第1、第2被締結部材15、17の締結に実際に用いられる量産ボルトと同一の外形を有するとともに該量産ボルトと同一の材料で形成されている。すなわち、量産ボルトそのものが、評価用ボルト7の素材として用いられている。このため、実際にボルトで締め付けを行うときとほぼ同様の締め付け状態で締め付け特性を評価することができる。したがって、この評価用ボルト7を用いれば、実際の使用条件に近い条件で高精度なボルトの締め付け特性の評価を容易にかつ低コストで行うことができる。
The
また、調質部23の強度ないしは硬度が、高周波焼き入れ処理及び焼き戻し処理により、調質部23以外の領域の強度ないしは硬度より高められている。このため、評価用ボルト7の締め付け特性評価試験において、評価用ボルト7で被締結部材を締め付けたときに、ねじ部12に塑性変形が生じた後も、歪ゲージ装着部位のまわりの部分に塑性変形が生じない。その結果、歪ゲージ1で評価用ボルト7に生じる軸力を正確に測定することができ、締め付け特性を正確に評価することができる。
Further, the strength or hardness of the tempered
この評価用ボルト7によれば、評価用ボルト7の座面の摩擦係数μが量産ボルトの摩擦係数μと同等であるため、スナグトルクで締め付けを行っているときに発生する軸力Fも量産ボルトの場合とほぼ同等である。このため、適正な締め付け仕様を設定することができる。また、量産ボルトを用いて締め付け軸力Fを、弾性域、降伏締め付け軸力、極限締め付け軸力、破断締め付け軸力の各段階まで測定可能となるため、ボルトの再使用性(繰り返し締め付け性)の評価の精度が向上し、適正な締め付け仕様を設定することができる。さらに、評価用ボルト7の素材として量産ボルトを使用するため、評価用ボルト7のばね定数も量産ボルトの場合と同一となり、例えば図9及び図10に示すような太軸部22を備えた評価用ボルト7aのようにばね定数が量産ボルトよりも大きくなるといった不具合が起こらず、締め付け角度に影響を与えるような弊害は生じない。
According to this
1 歪ゲージ、2 担体、3 グリッド、4 接続タブ、5 リード線、6 呼び径ボルト、7 評価用ボルト(有効径ボルト)、8 頭部、9 ねじ部、10 円柱部、11 頭部、12 ねじ部、13 円柱部、15 第1被締結部材、16 孔部、17 第2被締結部、18 孔部、19 ナット、20 穴部、22 太軸部、23 調質部(強化領域)。 1 strain gauge, 2 carrier, 3 grid, 4 connection tab, 5 lead wire, 6 nominal diameter bolt, 7 evaluation bolt (effective diameter bolt), 8 head, 9 threaded portion, 10 cylindrical portion, 11 head, 12 Screw part, 13 Cylinder part, 15 1st to-be-fastened member, 16 Hole part, 17 2nd to-be-fastened part, 18 Hole part, 19 Nut, 20 Hole part, 22 Thick shaft part, 23 Tempered part (strengthening area).
Claims (9)
前記ボルトと同一の外形を有するとともに前記ボルトと同一の材料で形成されていて、
前記歪ゲージが装着される部位を含む該締め付け特性評価用ボルトの部分領域の強度が、高周波焼き入れにより、該締め付け特性評価用ボルトの前記部分領域以外の領域の強度より高められていることを特徴とする締め付け特性評価用ボルト。 A tightening characteristic evaluation bolt for evaluating a tightening characteristic of a metal bolt for fastening a member to be fastened by plastic region tightening using a strain gauge,
It has the same outer shape as the bolt and is formed of the same material as the bolt,
The strength of the partial region of the tightening characteristic evaluation bolt including the portion to which the strain gauge is attached is higher than the strength of the region other than the partial region of the tightening characteristic evaluation bolt by induction hardening. Bolt for evaluating tightening characteristics.
前記被締結部材の締結に用いられる前記ボルトと同一仕様のボルトを締め付け特性評価用ボルト素材として準備し、
前記締め付け特性評価用ボルト素材における前記歪ゲージを装着するための歪ゲージ装着部位を決定し、
前記歪ゲージ装着部位を含む前記締め付け特性評価用ボルト素材の部分領域に高周波焼き入れ処理を施して、該部分領域の強度を、該締め付け特性評価用ボルト素材の該部分領域以外の領域の強度より高めることを特徴とする締め付け特性評価用ボルトの製造方法。 A method for producing a bolt for tightening characteristics evaluation for evaluating a tightening characteristic of a metal bolt for fastening a member to be fastened by plastic region tightening using a strain gauge,
Prepare bolts of the same specifications as the bolts used to fasten the fastened member as bolt material for tightening characteristics evaluation,
Determine the strain gauge mounting site for mounting the strain gauge in the bolting property evaluation bolt material,
Inductive quenching treatment is performed on a partial region of the bolting material for tightening characteristic evaluation including the strain gauge mounting portion, and the strength of the partial region is determined from the strength of the region other than the partial region of the bolt material for tightening characteristic evaluation. A method for producing a bolt for evaluating tightening characteristics, characterized in that it is enhanced.
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