JPH02212077A - ボルト締結方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ボルトの締結方法、特に簡便に精度よくボル
ト締結力を管理できるボルト締結方法に関するものであ
る。また、本発明は、このボルト締結方法の実施に直接
使用する歪ゲージ及びボルト締結機に関するものである
。

［従来の技術］ ボルト締結構造は、あらゆる機械に採用されている。し
かし、このボルトの締結力を正確に管理する事の必要性
は長年説かれているにもかかわらず、未だに簡便で正確
な方法が確立されていない。

特に、高圧容器のフランジ締付ボルトは、適正な締結力
で締付ける事が重要とされている。即ち、締結力が不足
すれば、ボルトの緩みが起り漏洩等の事故に進展する。

また締付力が過大であれば、内圧負荷と重畳して、ボル
トの応力が過大となり、時にはボルト破断に至る。

この様な事から、従来、種々の方法でボルトの締結力を
管理する事が試みられて来た。その代表的なものを以下
に列記する。

（１）超音波による軸力測定 特公昭４９−３９０３５号に記載のように、ボルトの長
さの微少な変化を、超音波の反射時間の差から求めるも
ので、ボルトの伸びを測り、締結力を知る方法である。

（２）締付トルクによる管理 最も簡便で一般的に行われている方法であり、トルクが
ほぼ締結力に比例する事を利用したものである。

（３）ボルトの歪測定 歪ゲージをあらかじめボルトに取付けておき、締付時の
歪みを測定し、締結力を知る方法である。

（４）ストレッチ法 外力を加えてボルトを引き伸ばし、ナツトを止まるまで
廻した後、外力を除く、結果として、加えた外力がボル
ト締結力となる。締結力管理法としては最も正確である
。

［発明が解決しようとする課題］ 前述のような種々の従来の方法には、それぞれ問題があ
り、汎用の標準ボルトに適した方法とはなっていない。

以下に各種従来方法の問題点を述べる。

（１）超音波による軸力測定の問題点 超音波の入射面と反射面が必要であるためボルト両端面
が平面でなければならない、圧力容器用ボルトは、通常
六角穴付ボルトであるので、この方法は採用できない。

（２）締付トルクによる管理の問題点 ねじ面及び座面の摩擦係数のバラツキのためトルクと締
結力との関係はボルト毎に異る。これを一定のトルク値
で管理するのであるから、管理できる締結力の精度が悪
い。

（３）ボルトの歪測定の問題点 ボルトに歪ゲージを取付けるため、リード線の引出し用
溝をボルトに加工する必要があり、このためボルトの強
度が低下してしまう、また、リード線をつけたまま実用
に供する事は、一般には不都合なので、適用が非常に限
定され一般的でない。

（４）ストレッチ法の問題点 外力を加えるための特殊な装置が必要であり。

通常はナツトが掛る部分にボルトの余長部を設け、その
余長部に引伸し装置を取付けて引張る。従ってボルト長
が必要以上に長くなり、宇宙ロケットモータケースのよ
うに寸法制限や重畳制限がある場合には不適である。

以上、要約すれば、従来方法の問題点は、■適用に際し
て、形状、寸法等に制約があり、般の標準ボルトに適用
できないこと、 ■標準ボルトに適用できる方法は、精度が悪いこと。

である。

本発明は、上に述べた問題点、即ち、「適用に鹸して制
約がある、または、精度が十分でない」という問題点を
改善し、簡便な方法で十分な精度を有し、ボルト締結力
を的確に管理できるボルト締結方法およびそれに用いる
に好適なボルト締結機を提供することを目的とするもの
である。

［課題を解決するための手段］ 本発明のボルト締結方法の要点は、ボルトによって締付
けられる被締結物（例えばフランジ）がボルト締結力に
よって僅かに変形するとき、その微少歪がボルト締結力
に比例する事を利用する点にあり、被締結物の歪を測定
し乍らボルトを締付け、この歪が所定の値に達した時、
ボルト締付を停止す、る事により、ボルト締結力を管理
するものである。

［作　　　用］ 相隣るボルトを締めると、該ボルト間に被締結物の微小
歪が生じ、この歪の程度はボルト締結力に比例する。よ
って、この歪を測定し乍らボルトを締付け、その値が所
定値に達した時にボルトの締付けを停止すると、所定の
ボルト締結力を正しく実現し得る。

［実　施　例］ 以下に、被締結物の一例としてのフランジをボルトで締
結するに際にフランジの歪によりボルト締結力を検出・
管理する実施例の場合について、本発明の方法を詳述す
る。

先ず原理的に説明する。ボルトによって締付けられたフ
ランジ１は、第２図に２点鎖線で示すような形状に変形
する。即ち、ボルト２により締付けられている部分は大
きく圧縮され、ボルトとボルトの中間は、取残される形
で山伏になる。このとき、この山の頂上の部分にてフラ
ンジ１に歪ゲージ３を貼っておけば、この部分が両側か
ら引張りを受けて引張歪を生じている事を検出する事が
できる。

この歪はフランジの変形が弾性限度内であればボルト締
結力に比例するから、あらかじめ比例定数を試験によっ
て求めておけば、フランジの歪を測定する事によってボ
ルトの締結力を知ることができる。よって、フランジの
歪の測定値が所定値に達した時にボルトの締付を停止す
れば、正確なボルト締結力を実現し得る。この方法は、
ボルトの１１１ｔ！Ｉ係数とは無関係でありまた、使用
するボルトには何の制約もなく、ボルトに何の加工も必
要はなく、締結力そのものの測定結果を用いることにな
るので、正確な締結力でボルト諦めが出来る。

第３図に、実際に、ボルトの締付トルクとフランジの歪
との関係について測定した例を示す。

測定は、フランジの００位置のボルトとその両側に近接
したボルトとの中間位ｆｉ１０３．１０５、及び１８０
°位置のボルトとその両側に近接したボルトとの中間位
［１１５，１１７で行った（第３図（ｂ）参照）、測定
の前にフランジの密着度を調査したところＯ°位鴛付近
には数μ−の隙間がある事が確認された。

第３図（ａ）は、横軸にボルト締付トルク、縦軸にフラ
ンジの歪を示している。

１８００位置両側の２点（１１５，１１７）について見
れば、トルクとフランジ歪は完全に比例している事が判
る。この場合、１本１本の個々のボルトだけについて言
えば、摩擦係数は変らないから、ボルト締結力とトルク
は比例関係にあり、従ってフランジ歪もボルト締結力に
比例する事が実証されたと見ることができる。

０°位置両側の２点（１０３，１０５）は、途中非線形
の変化をしている。これは、前述した様に、フランジの
密着度が悪く、隙間が最初あった事による。つまり隙間
が密着するまでは、フランジに正常な引張歪が生ぜず、
隙間が密着してから急激に正常な歪に近づき、トルクが
ある程度大きくなると、ほぼ他の密着していた部分と同
じ歪になる。

この事から、このフランジ歪によるボルト締結力管理方
法は、フランジの密着度についても、同時に検出でき、
本当に必要な締結力がフランジに加わっている事を確認
できる。

以上の方法を実施する具体的実施例を次に述べる。これ
ら実施例において、ボルトは相隣る２本づつを同時に締
めるものとする。

第１図（ａ）は、ボルト２本を同時に締結できる自動の
締結機を用いた場合を示す、被締結物たるフランジｌの
表面に歪ゲージ３をボルト２間に取り付け、歪測定器５
で歪の値を検出し、制御器６に入力する。ボルト２は２
本同時に締結できる電動式の締結機４で締付けられるが
、締結機４は制御器６で制御されており、歪があらかじ
め入力されてあった規定値に達すると停止する様に制御
される。

ここで、歪測定器５は一般に公知の市販のストレンメー
タであり、制御器６もまた一般に公知なマイクロコンピ
ュータ内蔵の簡単な制御器である。

この方式はすべて電気信号系で成り立っているので、非
常に信頼性が高い。

一方、第１図（ｂ）は１手動制御する締結機４を用いた
場合を示す、大略の構成は第１図（ａ）の構成と同様で
あるが、制御器６の代りに表示器６′を用いている点及
び締結機４への制御信号を送るケーブルが無い点で異る
。フランジ１は歪ゲージ３によって検出され表示器６′
に入力される。歪があらかじめ入力されてあった規定値
に達すると。

このことが表示器６′によって表示されて、締結機４の
操作者がこのことを知覚し、締付けを停止する。この場
合も隣り合う２本のボルトを１組として締付は作業を行
う０表示器６′は視覚に訴えるものであっても聴覚に訴
えるものであってもよく、また操作者が知覚できるもの
であれば、他の感覚に訴えるものであってもよい。

第１図（ａ）、　（ｂ）に示したいずれの実施例も歪の
規定値は、別に実験により測定して定める。この実験で
定めるとき、ボルトの締結力は、従来の方法１例えばス
トレッチ法により設定して行う。

第４図は、胴部との連結部に応力集中が起るのを防ぐた
め、ある程度大きな曲率半径を有する円弧部１′をもっ
て胴部と連結されているフランジの場合の実施例を示す
、この円弧部１′にはボルトおよびナツトのための座ぐ
り８を設けるのが一般的である。この座ぐりは、ボルト
首下面の密看度をよくし面圧を均一化するのに有効であ
るが、このため、一般にはボルト間の歪ゲージ取付部と
ボルト締付面との間に段差ができ、フランジ歪の測定に
支障が生ずる。これを改善するため１本実施例では、フ
ランジ１の面に全周均一な歪ゲージ取付面７を設け、こ
れに歪ゲージ３を取付ける。

歪ゲージ取付面７は座ぐり面８と同一面となるよう加工
する。歪ゲージ取付面７を全周均一な面とするのは、加
工上の便からであり、旋削により容易に加工できるから
である。

第５図は本発明の方法に用いるに好適な歪ゲージについ
て示す、圧力容器等における多数のボルトを使用するフ
ランジは、ボルト間隔が非常に狭く１通常の歪ゲージが
取付は難い場合が多い、そこで、ボルト間の空間に適合
するように、第５図の如く歪ゲージ３のベースの平面形
状を台形とし、この台形のベースにその平行辺の方向に
歪測定抵抗線を設け、リード線を歪測定方向（台形の平
行辺の方向）に対し垂直方向に引出している。これによ
り、ボルト間隔が非常に狭い場合でも容易にゲージを取
付けることができる。

次に、フランジのボルト締付作業の手順について説明す
る。

−１１１２に、従来、フランジのボルト締付順序は、全
周の締付力が均等になるように、全周に分散して飛び飛
びにボルト１本毎に締付けて行く方法がとられている。

しかし、この様なボルトの締付順序では、本発明の適用
に支障が出てくる。即ち。

ボルト間のフランジ歪は、両隣りのボルトにそれぞれ５
０％の影響を受けるので、両隣りのボルトが完全に締付
けられるまで、フランジ歪が正規の値に達しない、飛び
飛びにボルトを締付けると、両隣りのボルトが締付けら
れるのは、ほぼ全周のボルトの締付けが完了する時であ
るので、この時に締結力の適否を判定するのでは遅すぎ
る。

そこで、本発明の実施例では、ｇり合う２本のボルトを
１組とし、その中間のフランジ歪を測定し乍ら締付作業
を行うようにする。即ち、第６図に番号で示すような順
序で、隣り合う２本毎にボルトを同時に締付け、それぞ
れ締結力をその中間のフランジ部位の歪値で管理し乍ら
作業を進める。

この方法で、各２本毎に作業が完了するので、効率的に
作業ができる。

実際の作業に当っては、全周すべての点についてフラン
ジ歪を測定する必要はなく、９０°おきに代表４点の作
業結果により、制御データ、即ち締付トルク値を取得し
たら、その平均値をもって。

すべてのボルトに適用しても実用上支障ない。これによ
り更に作業能率の向上を図ることができる。

次に、第７図にボルト締結機の実施例を示す。

これは、電動機ｌＯと、これに連結したウオームギア１
２および減速ギアの組合せにより回転トルクを増大する
ギア装置と、該ギア装置により回転せしめられるボルト
係合具と、より各々成るボルト締結機９を２台、連結ビ
ン１１で回転自在に連結した複合構成としている。この
ようにすると、ボルトピッチが異る場合でもボルト締結
機を２本のボルトに係合可能となり、更に、ボルト１本
毎の締結機では必要な廻り止めレバーが省略できる利点
がある。また、電動機１０を独立に２ケ有しているので
、ボルトを２本毎に締付け、最後に１本残った場合でも
片側の電動機１０だけを即動する事が可能なので、特に
支障なく作業ができる。

この実施例は、Ｍ２４ボルト用で、電動機出力５０　Ｗ
　（１５００ｒｐｍ）　、ギア比１０００程度であり、
十分小型で使い易いものとなっている。

また、他の実施例として、第１図の構成で歪ゲージと歪
測定器による歪の測定装置を、Ｘ線による歪み測定器に
置換え、同様の構成・作用とする事によっても、同一の
効果を得ることができる。

この方式によれば、あらかじめ歪ゲージを取付ける作業
が不要となる利点がある。Ｘ線による歪測定の原理及び
歪測定器については、公知であるので、説明を省略する
。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、被締結物の歪を測
定し乍らボルトの締付を制御する事により、ボルトの締
結力を非常容易に精度よく管理することができる。

しかも、用いるボルトには何らの加工も制約も必要とせ
ず、ボルトの摩擦係数などの影響も全く受けずに、正確
な締結力でボルト締めが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はボルト２本を同時に締結できる自動制御
式の締結機を用いた本発明の１実施例を示す図、第１図
（ｂ）は同じく手動制御式の締結機を用いた実施例を示
す図、第２図は本発明の基本原理を説明する図、第３＠
（ａ）はフランジ歪に対するボルト締付トルクの測定値
を示し第３図（ｂ）は測定位置を示す図、第４図（ａ）
、　（ｂ）座ぐりされた丸味部を持つフランジの場合の
実施例の夫々断面図および正面図、第５図は本発明に用
いるに好適な歪ゲージを取り付けた状態の図、第６図は
本発明によるフランジ締結ボルトの締付順序を示した図
、第７図は本発明によるボルト締結機の例を示す正面図
である。 １・・・被締結物（たとえばフランジ）２・・・ボルト
　　　　　　３・・・歪ゲージ４・・・ボルト締結機　
　　５・・・歪測定器６・・・制御器　　　　　　６′
・・・表示器７・・・歪ゲージ取付面 ９・・・ギア装置 １１・・・連結ピン ８・・・座ぐり面 １０．１０’・・・電動機 １２・・・ウオームギア 第１図 ３−１ゲージ 第４図（α） （ｂ） 第３図（α） Ｃｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　隣り合うボルトが互に近接配置されている様な複数
   のボルトにより被締結物を締結するボルト締結方法にお
   いて、隣り合う２本のボルトの間における被締結物の歪
   を測定し乍ら該２本のボルトを同時に締付け、該歪の測
   定値が所定値に達した時、それらのボルトの締付けを停
   止することを特徴とするボルト締結方法。 ２　隣り合う２本のボルト間の被締結物表面に歪ゲージ
   を取付けて被締結物の前記歪を測定する事を特徴とする
   請求項１に記載のボルト締結方法。 ３　被締結物がフランジであり、該フランジのボルト締
   結面外周側にボルト用座ぐり面と共通な全周均一な面を
   設け、この全周均一な面に歪ゲージを取付る請求項２に
   記載のボルト締結方法。 ４　ほぼ台形のベースに台形の平行辺の方向に抵抗線を
   設けると共に、リード線を該平行辺の方向に垂直の方向
   に引き出した事を特徴とする歪ゲージ。 ５　電動機と該電動機で駆動される減速機構と該減速機
   構で駆動されるボルト係合具とから各々成る二台のボル
   ト締結機を連結ピンで互に回動自在に連結してなること
   を特徴とする複合ボルト締結機。