JP6846992B2

JP6846992B2 - ドリルねじの施工方法

Info

Publication number: JP6846992B2
Application number: JP2017118711A
Authority: JP
Inventors: 麻起大和矢; 聡安田; 加藤　圭; 圭加藤
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2037-06-16
Also published as: JP2019000952A

Description

本発明は、電動ドライバを用いたドリルねじの施工方法に関する。

鋼板等の基板にねじを締め付ける場合には、例えば特許文献１に示すように、トルク管理を行いながら締め付けるのが一般的である。このようなねじは、基板に形成された下穴にねじ込むのが一般的である。設備機器を基板に固定する場合や、鋼板同士を接合する場合等には、ねじを締結するための下穴を基板（鋼板）に多数形成する必要があるため手間がかかる。そのため、電動ドライバを用いてドリルねじを締結することで、下穴を形成する手間を省略する場合がある（例えば、特許文献２参照）。
ところが、下穴を設けることなくドリルねじを締結する場合には、削孔から締付完了までに時間がかかってしまう。また、締付に必要なトルクの大きさは、ドリルねじの形状（ねじ山の間隔や勾配等）、鋼板の厚さ、削孔時に生じるバリによる摩擦によって変動する。そのため、ドリルねじの施工では、インパクトドライバを用いて高トルクで作業する場合がある。
インパクトドライバ等の電動ドライバを用いたドリルねじの締結作業は、基板に衝撃を与えながら削孔を行うため、トルク管理が難く、締付トルクがドリルねじの適正トルク値よりも大きく上回ることから、ドリルねじ頭のねじ切れや基板のねじ孔の損傷によるねじの空転が発生する場合がある。このように、電動ドライバを用いたドリルねじの締結作業には、経験と技術が必要となる。一方、経験や技術は現場で評価し、客観的に施工管理することが困難であるため、施工品質のばらつきにより、ドリルねじの緩みや破断が確認されている。そのため、電動ドライバを用いたドリルねじの施工では、設計で必要とされる本数よりも多めにドリルねじを締結することで、安全性の向上を図っていた。

特開２０１０−１９４７０２号公報特開平０６−２００９１５号公報

ドリルねじの本数が多いと、施工に手間がかかるとともに材料費が高くなる。
このような観点から、本発明は、作業員の技量に関わらず、簡易かつ安価に電動ドライバを用いてドリルねじを締結することを可能としたドリルねじの施工方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、電動ドライバを用いてドリルねじを基板に締結するドリルねじの施工方法であって、前記ドリルねじを前記基板に締結する際の前記電動ドライバの運転モードを本施工工程の事前に決定する運転モード評価工程を備えるものである。前記運転モード評価工程では、前記ドリルねじの破壊トルクを測定する作業および前記基板と同種の試験板に対して、前記電動ドライバの所定の運転モードにより締結させた複数のドリルねじの戻しトルクを測定する作業と、前記ドリルねじの破壊トルクの確率分布を仮定する作業および前記戻しトルクの確率分布を仮定する作業と、前記ドリルねじの破壊トルクの確率分布および前記戻しトルクの確率分布とを比較して、前記所定の運転モードによる締結性能を評価し、前記ドリルねじ締結時の運転モードを決定する作業とを行う。

なお、前記電動ドライバの複数の運転モードに対して前記締結性能の評価をそれぞれ行えば、各運転モードの評価結果に基づいて最適の運転モードを決定することができる。

かかるドリルねじの施工方法によれば、事前に適切な運転モードを決定したうえで作業を行うため、作業員の技量に関わらず、電動ドライバを用いたドリルねじの締結を高品質に施工することができる。また、破壊トルクおよび戻しトルクの確率分布の関係に基づいて決定した運転モードでドリルねじを締結すれば、ドリルねじおよび基板に破壊が生じることがなく、かつ、必要な締結性能を確保することができる。そのため、ドリルねじを締結する必要がなく、簡易かつ安価に施工を行うことができる。

本発明の実施形態に係るドリルねじの施工方法のフローチャートである。ドリルねじの施工方法について実施した、電動ドライバの運転モード毎の試験結果を示すグラフであって、（ａ）は中モード、（ｂ）は弱モード、（ｃ）はＰモードである。本発明のドリルねじの施工方法の安全性を確認するための計算例を示す説明図である。

本実施形態では、鋼板に機器を接合する場合において、電動ドライバを用いてドリルねじを鋼板（基板）に締結するドリルねじの施工方法について説明する。
本実施形態では、図１に示すように、鋼板にドリルねじを締結する本施工工程Ｓ２の事前に、ドリルねじを基板に締結する際の電動ドライバの運転モードを決定する運転モード評価工程Ｓ１を実施する。本施工工程Ｓ２では、運転モード評価工程Ｓ１で決定した電動ドライバの運転モードにより、ドリルねじの締結を行う。

運転モード評価工程Ｓ１は、破壊トルク測定作業Ｓ１１と、戻しトルク測定作業Ｓ１３と、破壊トルク確率分布仮定作業Ｓ１２と、戻しトルク確率分布仮定作業Ｓ１４と、締結性能評価・モード決定作業Ｓ１５とを備えている。運転モード評価工程Ｓ１では、使用する電動ドライバの機種やメーカ、鋼板の材質、寸法およびドリルねじの製造元や種類等の組み合わせに対して適切な運転モードを決定する。

「破壊トルク」とは、基板にドリルねじを過度に締め付けることで、ドリルねじまたは基板に破壊が生じた時のトルク値である。破壊トルク測定作業Ｓ１１では、本施工工程Ｓ２で使用するドリルねじと同種のドリルねじについて、その破壊トルクを複数回測定する。

また、「戻しトルク」とは、締め付けられているドリルねじに緩む向きに力を加え、ドリルねじが廻り始めた時のトルク値で、ドリルねじがどの程度のトルクで締め付けられているかを表す指標ある。戻しトルク測定作業Ｓ１３では、本施工工程Ｓ２で使用する鋼板と同種の鋼板からなる試験板に対して、電動ドライバの所定の運転モードにより締結させたドリルねじの戻しトルクを複数回測定する。なお、一般に戻しトルクは負の値で示されるが、ここでは簡単のため正の値として扱う。

破壊トルク確率分布仮定作業Ｓ１２では、破壊トルクの確率分布をその平均値μ_Ｆと標準偏差σ_Ｆからなる正規分布と仮定する。同様に、戻しトルク確率分布仮定作業Ｓ１４では、戻しトルクの確率分布をその平均値μ_Ｒと標準偏差σ_Ｒからなる正規分布と仮定する。
戻しトルクの確率分布は、戻しトルクの測定結果を用いて、運転モード毎に仮定する。このとき、ドリルねじや鋼板の破損等により、戻しトルクが測定できないドリルねじは除外し、平均値μ_Ｒおよび標準偏差σ_Ｒの算出に使用しない。

締結性能評価・モード決定作業Ｓ１５では、破壊トルクおよび戻しトルクの確率分布を比較して、所定の運転モードによる締結性能を評価し、本施工工程Ｓ２におけるドリルねじ締結の運転モードを決定する。
破壊トルクの平均値μ_Ｆおよび標準偏差σ_Ｆを用いて、破壊トルク判断値Ｘ_Ｆを式１により定義する。ここでαは正の値で、好ましくは２以下の値である。
Ｘ_Ｆ＝μ_Ｆ−ασ_Ｆ・・・式１
戻しトルクの確率分布における破壊トルク判断値Ｘ_Ｆ以上となる領域の積分値が０〜１５％以下、好ましくは５％以下となる運転モードを選択する。ここで「１５％」は、戻しトルクの確率分布において、トルク値が平均値μ_Ｒと標準偏差σ_Ｒの和以上となる確率（３１．７％）を、同様に「５％」は、戻しトルクの確率分布において、トルク値が平均値μ_Ｒと標準偏差σ_Ｒの倍数との和以上となる確率（４．５５％）を目安に設定した。
なお、運転モードを複数のモードから選択する場合には、戻しトルクの確率分布における、破壊トルク判断値Ｘ_Ｆ以上となる領域の積分値が最小の運転モードに決定すると良い。

ここで、パネル３１（Ｗ９００ｍｍ×Ｈ１５００ｍｍ）をドリルねじ３２（３００ｍｍピッチ）にて留め付ける場合において（図３参照）、風荷重が３０００Ｎ／ｍ^２に対するドリルねじ３２の１本当たりの負担面積は（ドリルねじピッチ幅）×（パネル幅／２）であり、引抜力Ｐは、Ｐ＝３０００×０．３×０．４５＝４０５Ｎである。
これに対し、ビス径：４．２ｍｍのドリルねじを、下地材（軽量形鋼６０×３０×１０、ｔ＝２．３ｍｍ）に締結する場合の引抜保持力（鉄板にドリルねじを打ち込み、ドリルねじが鋼板から抜けるまでの荷重値）は４．４６ｋＮである。このとき、安全率を５倍とした場合のドリルねじの引抜許容耐力は４．４６／５＝８９２Ｎ（＞Ｐ＝４０５Ｎ（約２．２倍））となる。すなわち、ドリルねじの２本中１本に不具合が生じたとしても、風荷重に対して安全性を確保することができる。
以上のように、締結性能評価において、戻しトルクの確率分布における、破壊トルク判断値Ｘ_Ｆ以上となる領域の積分値が１５％以下とした場合、６本中１本（５％以下とした場合は２０本中１本）が不良となる可能性があるが、前記の通り、安全性を確保することができる。よって、本発明のドリルねじの施工方法によれば、より安全な施工を行うための工具とドリルねじとの組み合わせを判定することができる。

以下、本実施形態のドリルねじの施工方法における運転モード評価工程Ｓ１について実施した実施例について説明する。
本実施例では、まず、某社のドリルねじ（Ｍ４）の破壊トルクをＰＣトルクアナライザーにより測定した（破壊トルク測定作業Ｓ１１）。ＰＣトルクアナライザーは、ねじを一定の回転数にて施工し、その過程のトルク値を測定する測定装置である。この測定結果より破壊トルクの平均値μ_Ｆおよび標準偏差σ_Ｆを算出し、破壊トルクの確率分布をその平均値μ_Ｆおよび標準偏差σ_Ｆからなる正規分布と仮定した（破壊トルク確率分布仮定作業Ｓ１２）。

次に、電動ドライバのうちマキタ社製インパクトドライバを用いて、その中モード［回転数：０〜２１００回転／分、打撃数：０〜２６００回／分］、弱モード［回転：０〜１１００回転／分、打撃数：０〜１１００回／分］およびＰモード［回転数：０〜２３００回／分］の各運転モードにより、それぞれ前記ドリルねじ（Ｍ４）を３０本ずつ、厚さｔ＝１．６ｍｍの鋼板に締結し、ドリルねじや鋼板の破損等により、戻しトルクが測定できない数本のドリルねじは除外し、戻しトルクをＰＣトルクアナライザーにより測定した（戻しトルク測定作業Ｓ１３）。なお、Ｐモードとは、打撃を加えないねじ締めのための運転モードである。この測定結果から戻しトルクの測定が不能な数本のドリルねじを除き、戻しトルクの平均値μ_Ｒおよび標準偏差σ_Ｒを算出し、戻しトルクの確率分布をその平均値μ_Ｒおよび標準偏差σ_Ｒからなる正規分布と仮定した（戻しトルク確率分布仮定作業Ｓ１４）。

運転モード毎に、戻しトルクおよび破壊トルクの確率分布を比較し、各運転モードによる締結性能を評価し、本施工工程Ｓ２におけるドリルねじ締結の運転モードを決定する（締結性能評価・モード決定作業Ｓ１５）。
ここで、破壊トルク判断値Ｘ_Ｆの算定におけるα値はα＝２と設定した。
中モードでは、戻しトルクの確率分布における破壊トルク判断値Ｘ_Ｆ以上となる領域の積分値（面積Ａ_１）が１３％程度となった（図２（ａ））。一方、弱モードでは、戻しトルクの確率分布における破壊トルク判断値Ｘ_Ｆ以上となる領域の積分値（面積Ａ_２）が０％程度であった（図２（ｂ））。さらに、Ｐモードでは、戻しトルクの確率分布における破壊トルク判断値Ｘ_Ｆ以下となる領域の積分値（面積Ａ_３）が２７％程度となった（図２（ｃ））。
この結果から、マキタ社製インパクトドライバを用いて、某社ドリルねじ（Ｍ４）を厚さｔ＝１．６ｍｍの鋼板に対して締結する際の運転モードは、弱モードが最適であると評価される。したがって、本施工工程Ｓ２におけるドリルねじ締結の運転モードは弱モードに決定できる。

本実施形態のドリルねじの施工方法によれば、事前に最適な運転モードを決定したうえで作業を行うため、作業員の技量に関わらず、電動ドライバを用いたドリルねじの締結を所要の締結性能で行うことができる。また、破壊トルクと戻しトルクの確率分布の関係により、運転モードを決定しているため、ドリルねじおよび基板に破壊が生じることがなく、かつ、必要な締結性能を確保することができる。そのため、設計上必要とされる最小限の本数でドリルねじによる締結を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
前記実施形態では、電動ドライバの複数の運転モードに対して、それぞれ締結性能を確認する場合について説明したが、締結性能の確認は、所定の運転モードに対して行えばよく、必ずしも複数の運転モードに対して行う必要はない。
また、締結性能評価・モード決定作業Ｓ１５における締結性能の評価基準は、前記実施形態で示したものに限定されるものではない。例えば、破壊トルクと戻しトルクの確率分布から両者の差の確率分布を仮定し、０以下となる領域の積分値により評価してもよい。
前記実施形態では、α＝２の場合の破壊トルク判断値Ｘ_Ｆで評価を行ったが、αの値はこれに限定されるものではなく、例えばα＝１であってもよい。
戻しトルクを測定する場合において試験板に締結させるドリルねじの本数は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。このとき、試験板には、各運転モードにより所定数のドリルねじを締結する。また、戻しトルクの測定個所および測定装置は限定されるものではなく、現場において実施してもよい。

Ｓ１運転モード評価工程
Ｓ１１破壊トルク測定作業
Ｓ１２破壊トルク確率分布仮定作業
Ｓ１３戻しトルク測定作業
Ｓ１４戻しトルク確率分布仮定作業
Ｓ１５締結性能評価・モード決定作業
Ｓ２本施工工程
３１パネル
３２ドリルねじ

Claims

電動ドライバを用いて、ドリルねじを基板に締結するドリルねじの施工方法であって、
前記ドリルねじを前記基板に締結する際の前記電動ドライバの運転モードを事前に決定する運転モード評価工程を備えており、
前記運転モード評価工程では、
前記ドリルねじの破壊トルクを測定する作業と、
前記基板と同種の試験板に対して、前記電動ドライバの所定の運転モードにより締結させた複数のドリルねじの戻しトルクを測定する作業と、
前記破壊トルクの確率分布を仮定する作業と、
前記戻しトルクの確率分布を仮定する作業と、
前記破壊トルクの確率分布と前記戻しトルクの確率分布との関係から前記所定の運転モードによる締結性能を評価し、前記ドリルねじ締結時の運転モードを決定する作業と、
を行うことを特徴とする、ドリルねじの施工方法。
前記電動ドライバの複数の運転モードに対して前記締結性能の評価をそれぞれ行い、各運転モードによる締結性能の評価結果に基づいて最適の運転モードを決定することを特徴とする、請求項１に記載のドリルねじの施工方法。
前記破壊トルクの平均値μ_Ｆおよび標準偏差σ_Ｆを用いた式１により算出した破壊トルク判断値Ｘ_Ｆと、前記戻しトルクの確率分布との比較により締結性能を評価することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のドリルねじの施工方法。
Ｘ_Ｆ＝μ_Ｆ−ασ_Ｆ・・・式１
ここで、αは正の値である。
前記戻しトルクの確率分布における前記破壊トルク判断値Ｘ_Ｆ以上となる領域の積分値が０〜１５％以下となる運転モードに決定することを特徴とする、請求項３に記載のドリルねじの施工方法。
前記電動ドライバが、インパクトドライバであることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のドリルねじの施工方法。