JPH03292409A - クリープ変形を生じる材料のボルト接合方法およびボルト接合用ワッシャー - Google Patents
クリープ変形を生じる材料のボルト接合方法およびボルト接合用ワッシャーInfo
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- Bolts, Nuts, And Washers (AREA)
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。
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］
この発明はクリープ変形を生じる材料をボルトで締結し
摩擦接合する接合方法およびこれに用いるワッシャーに
関する。
摩擦接合する接合方法およびこれに用いるワッシャーに
関する。
［従来の技術］
クリープ変形を生じる材料の接合部にボルト接合方式を
採用しようとすると、ボルト締め付は後の材料にクリー
プ変形が生じるため接合力が時間と共に低下しく第２図
）、摩擦接合として充分に機能しなくなる。
採用しようとすると、ボルト締め付は後の材料にクリー
プ変形が生じるため接合力が時間と共に低下しく第２図
）、摩擦接合として充分に機能しなくなる。
高温環境下では各種金属材料にクリープ変形が生じ、特
にオーステナイト系ステンレス鋼材については常温下で
もクリープ変形を起こすことは従来から知られていた。
にオーステナイト系ステンレス鋼材については常温下で
もクリープ変形を起こすことは従来から知られていた。
（例えば、寺井：材料試験、８ （１９６９）、Ｐ、６
５２） Ｌ、かじながら、クリープ変形を起こす材料を
ボルト接合した後の接合力の低下についての知見は少な
く、その対策は成されていなかった。このため、例えば
オーステナイト系ステンレス鋼材の接合は中ボルトによ
るせん断接合によらざるをえず、摩擦接合に比し接合力
が小さくなり、大きな応力が作用する部材の場合は溶接
接合とするか、ボルト本数を多くする必要がある。さら
に、中ボルトによるせん断接合の場合にはボルト穴のガ
タにより構造物全体が変形する恐れがあり、小規模構造
物にしか通用できないという問題点もある。
５２） Ｌ、かじながら、クリープ変形を起こす材料を
ボルト接合した後の接合力の低下についての知見は少な
く、その対策は成されていなかった。このため、例えば
オーステナイト系ステンレス鋼材の接合は中ボルトによ
るせん断接合によらざるをえず、摩擦接合に比し接合力
が小さくなり、大きな応力が作用する部材の場合は溶接
接合とするか、ボルト本数を多くする必要がある。さら
に、中ボルトによるせん断接合の場合にはボルト穴のガ
タにより構造物全体が変形する恐れがあり、小規模構造
物にしか通用できないという問題点もある。
これに対し、発明者らは、予めボルト接合部位のオース
テナイト系ステンレス鋼材を加工硬化させることにより
クリープ変形特性を変え、応力下でのクリープ変形量を
減少させることにより接合力低下を防止する方法（特願
平１−９５２７３号、特願平１−９５２７４号）を提案
した。
テナイト系ステンレス鋼材を加工硬化させることにより
クリープ変形特性を変え、応力下でのクリープ変形量を
減少させることにより接合力低下を防止する方法（特願
平１−９５２７３号、特願平１−９５２７４号）を提案
した。
これらの方法では接合部位を加工することによりクリー
プ抑制効果は得られるが、その反面、加工装置が必要で
あり、加工費用および時間の増大をきたしていた。
プ抑制効果は得られるが、その反面、加工装置が必要で
あり、加工費用および時間の増大をきたしていた。
［発明が解決しようとする課［１
この発明は上記事情に鑑みなされたものである。その目
的はボルト接合中の材料のクリープ変形の特徴を捉えた
上で、クリープによる圧縮変形を効果的に抑制する施策
を講じ、長期にわたり大きな摩擦接合力を維持できる接
合方法を提供するにある。
的はボルト接合中の材料のクリープ変形の特徴を捉えた
上で、クリープによる圧縮変形を効果的に抑制する施策
を講じ、長期にわたり大きな摩擦接合力を維持できる接
合方法を提供するにある。
［課題を解決するための手段］
例えば、オーステナイト系ステンレス鋼材に一定の圧縮
力を加えた場合、時間の経過と共に圧縮変形量が増加す
る、いわゆるり１ノ一ブ変升ヨ特性を示す。第２図に示
すようにこのクリープ変形が前述した接合力低下の主因
であるｈ＜、これに対し発明者らは加工硬化によりクリ
ープ変形を抑制でき、接合力低下を防止できることを既
に確認している（第３図）。しかじな力（ら、この方法
ではボルト締結に先んじて加工を行なう必要があり、こ
れに要する費用および時間を考えると、必ずしも実用的
とは言えなかった。
力を加えた場合、時間の経過と共に圧縮変形量が増加す
る、いわゆるり１ノ一ブ変升ヨ特性を示す。第２図に示
すようにこのクリープ変形が前述した接合力低下の主因
であるｈ＜、これに対し発明者らは加工硬化によりクリ
ープ変形を抑制でき、接合力低下を防止できることを既
に確認している（第３図）。しかじな力（ら、この方法
ではボルト締結に先んじて加工を行なう必要があり、こ
れに要する費用および時間を考えると、必ずしも実用的
とは言えなかった。
また、高温環境下の金属のように、組織の再結晶や転位
の回復により加工硬化現象が持続しない場合には、適用
できないという問題もある。
の回復により加工硬化現象が持続しない場合には、適用
できないという問題もある。
実際のボルト締結状態を考えた場合、ボルト及びワッシ
ャーには弾性変形が生じるため、締め付けにより材料内
に発生する応力は均一には分布せず、また発生する応力
は方向性を有することから、クリープ変形も不均一に、
かつ方向性をもって生じることが予想される。そこで発
明者らはオーステナイト系ステンレス鋼材を用いた実験
により、ワッシャー材料間及び材料−材料間の面圧分布
、ボルト穴内面のクリープによる変形を求めたところ、
第４図に示すように面圧は穴内面寄りで高く、またクリ
ープによる変形は穴内面で顕著に現われることが判明し
た。このことはボルト締結下のクリープ変形は材料内部
の板厚方向圧縮応力が高く、かつ半径方向拘束の無い穴
内表面に集中的に生じており、穴内面寄りの板厚方向圧
縮応力を低減し、穴内表面から遠方で接合力を支持すれ
ば、接合力の低下を抑制できることを示唆している。
ャーには弾性変形が生じるため、締め付けにより材料内
に発生する応力は均一には分布せず、また発生する応力
は方向性を有することから、クリープ変形も不均一に、
かつ方向性をもって生じることが予想される。そこで発
明者らはオーステナイト系ステンレス鋼材を用いた実験
により、ワッシャー材料間及び材料−材料間の面圧分布
、ボルト穴内面のクリープによる変形を求めたところ、
第４図に示すように面圧は穴内面寄りで高く、またクリ
ープによる変形は穴内面で顕著に現われることが判明し
た。このことはボルト締結下のクリープ変形は材料内部
の板厚方向圧縮応力が高く、かつ半径方向拘束の無い穴
内表面に集中的に生じており、穴内面寄りの板厚方向圧
縮応力を低減し、穴内表面から遠方で接合力を支持すれ
ば、接合力の低下を抑制できることを示唆している。
ここで、クリープ変形は永久変形の一種であり、その大
きさと方向は一般的な塑性変形と同様に偏差応力（各方
向垂直応力から静水圧応力を差し引いたもの）の大きざ
と方向性に依存すると考えられる。半径方向に拘束の無
い穴内表面近傍の材料に高い板厚方向圧縮力を負荷した
場合、大円周方向には板厚方向圧縮応力に応じた圧縮応
力が生じるが、大半径方向応力は零に近いためクリープ
により材料は穴中心に向かって大きく変形すると考えら
れる。これに対し、穴内表面から離れた部位に高い板厚
方向圧縮力を負荷した場合、負荷する部位より穴寄りの
材料の拘束により半径方向圧縮応力が増大し、上述した
偏差応力が激減するため、板厚方向の高い圧縮応力に対
してもクリープ変形を抑制でき、また一定幅の円環で同
じ接合力を支持する場合、半径が大きいほど材料に負荷
される面圧（板厚方向圧縮力）が下がるため、接合力の
低下を効果的に抑制できることが解る。
きさと方向は一般的な塑性変形と同様に偏差応力（各方
向垂直応力から静水圧応力を差し引いたもの）の大きざ
と方向性に依存すると考えられる。半径方向に拘束の無
い穴内表面近傍の材料に高い板厚方向圧縮力を負荷した
場合、大円周方向には板厚方向圧縮応力に応じた圧縮応
力が生じるが、大半径方向応力は零に近いためクリープ
により材料は穴中心に向かって大きく変形すると考えら
れる。これに対し、穴内表面から離れた部位に高い板厚
方向圧縮力を負荷した場合、負荷する部位より穴寄りの
材料の拘束により半径方向圧縮応力が増大し、上述した
偏差応力が激減するため、板厚方向の高い圧縮応力に対
してもクリープ変形を抑制でき、また一定幅の円環で同
じ接合力を支持する場合、半径が大きいほど材料に負荷
される面圧（板厚方向圧縮力）が下がるため、接合力の
低下を効果的に抑制できることが解る。
ボルトによる接合力を穴内表面から離れた部位で支持す
る方法としては、第１図（ａ） 、 （ｂ） 。
る方法としては、第１図（ａ） 、 （ｂ） 。
（ｃ） 、 （ｄ） 、 （ｅ） に示すように、ワッ
シャーとの接触部位の材料に、ワッシャー外径方向に相
当する方向に増加する厚み分布（テーパー）を施す方法
や、ワッシャー形状として、外径方向に増加する厚み分
布を有するもの、ワッシャーと材料間接触部の内径がボ
ルト穴径より大きい寸法を有するもの、外径方向に増加
する厚み分布を有しかつワッシャーと材料間接触部の内
径がボルト穴径より大きい寸法を有するもの等をボルト
接合時に用いる方法が考えられる。ワッシャーに用いる
材料はボルトと同様に使用環境下でクリープ変形を生じ
難いものとする方が良い。また、被締結材料が常温下の
オーステナイト系ステンレスのように加工硬化によるク
リープ変形抑制効果が期待できる場合は、材料に厚みテ
ーパーを施す際もしくはボルト締結に際し、ボルト穴上
端部近傍に強いテーパーを形成し、被締結材に加工を施
すことで、接合力低下の抑制効果はさらに増大する。
シャーとの接触部位の材料に、ワッシャー外径方向に相
当する方向に増加する厚み分布（テーパー）を施す方法
や、ワッシャー形状として、外径方向に増加する厚み分
布を有するもの、ワッシャーと材料間接触部の内径がボ
ルト穴径より大きい寸法を有するもの、外径方向に増加
する厚み分布を有しかつワッシャーと材料間接触部の内
径がボルト穴径より大きい寸法を有するもの等をボルト
接合時に用いる方法が考えられる。ワッシャーに用いる
材料はボルトと同様に使用環境下でクリープ変形を生じ
難いものとする方が良い。また、被締結材料が常温下の
オーステナイト系ステンレスのように加工硬化によるク
リープ変形抑制効果が期待できる場合は、材料に厚みテ
ーパーを施す際もしくはボルト締結に際し、ボルト穴上
端部近傍に強いテーパーを形成し、被締結材に加工を施
すことで、接合力低下の抑制効果はさらに増大する。
［実 施 例コ
５Ｏ５３０４ステンレス鋼材（０，０５Ｃ−０，６１Ｓ
ｔ −０，８７Ｍｎ −０，０３７Ｐ −０，００９Ｓ
−１８，８６Ｃｒ −９，２３Ｎｉ：数値はｗｔ％）
を対象に摩擦接合力試験を実施した。試験では、先ず２
枚重ねした厚さ２５ｍｍの鋼材にＭ２４の高張力ボルト
で３５ｔｏｎの締め付は力を与え、１０００時間後に鋼
材を側方から引張り、鋼材間にずれを生じる荷重を測定
した。ワッシャーにはボルトと同じ材質を用い、厚み６
ｍｍＸ外径４８ｍｍｘ内径２５ｍｍの標準寸法に対し、
外縁と内縁の厚み差を０．１２ｍｍ（外縁厚〉内縁厚）
としたもの、内径を３２ｍｍとしたもの、および外縁と
内縁の厚み差を０．１２ｍｍとしかつ内径を３２ｍｍと
したものを用いた。
ｔ −０，８７Ｍｎ −０，０３７Ｐ −０，００９Ｓ
−１８，８６Ｃｒ −９，２３Ｎｉ：数値はｗｔ％）
を対象に摩擦接合力試験を実施した。試験では、先ず２
枚重ねした厚さ２５ｍｍの鋼材にＭ２４の高張力ボルト
で３５ｔｏｎの締め付は力を与え、１０００時間後に鋼
材を側方から引張り、鋼材間にずれを生じる荷重を測定
した。ワッシャーにはボルトと同じ材質を用い、厚み６
ｍｍＸ外径４８ｍｍｘ内径２５ｍｍの標準寸法に対し、
外縁と内縁の厚み差を０．１２ｍｍ（外縁厚〉内縁厚）
としたもの、内径を３２ｍｍとしたもの、および外縁と
内縁の厚み差を０．１２ｍｍとしかつ内径を３２ｍｍと
したものを用いた。
結果を第５図、第６図に示す。第５図は接合時のワッシ
ャー材料間の面圧分布を示したものであるが、ワッシャ
ーの形状を変更し、厚みにテーパーもしくは／かつ内径
を大きくすることにより、面圧の高い部位が外径側に移
動することが判る。また、第６図より明らかなように、
接合力は、末法を通用しない場合、−万時間で約１０％
低下するのに対し、厚みにテーパーを施したワッシャー
を用いた場合、約６％の低下にとどまる。内径を大きく
したワッシャーを用いた場合には約７％の低下にとどま
るが、更に厚みにテーパーを施すと、約３％の低下にま
で改善され、接合力の低下は実用上問題とならない程度
にまで改善されている。
ャー材料間の面圧分布を示したものであるが、ワッシャ
ーの形状を変更し、厚みにテーパーもしくは／かつ内径
を大きくすることにより、面圧の高い部位が外径側に移
動することが判る。また、第６図より明らかなように、
接合力は、末法を通用しない場合、−万時間で約１０％
低下するのに対し、厚みにテーパーを施したワッシャー
を用いた場合、約６％の低下にとどまる。内径を大きく
したワッシャーを用いた場合には約７％の低下にとどま
るが、更に厚みにテーパーを施すと、約３％の低下にま
で改善され、接合力の低下は実用上問題とならない程度
にまで改善されている。
［発明の効果コ
本発明によればクリープ変形を生じる材料をボルト締結
し、摩擦接合する事が可能となり、大規模構造物などに
応用して長期にわたり高い接合強度を維持することが可
能となる。
し、摩擦接合する事が可能となり、大規模構造物などに
応用して長期にわたり高い接合強度を維持することが可
能となる。
第１図（ａ） 、 （ｂ） 、 （ｃ） 、 （ｄ）
、 （ｅ）は本発明の実施形態例を示す説明図、第２図
はクリープ変形による接合力低下の機構を示す説明図、
第３図はボルト締結前に接合部位全体を加工硬化させた
鋼材の初期降伏応力と１０００時間経過後の摩擦接合力
の相関図、第４図はワッシャー材料間及び材料−材料間
の面圧分布、および穴内面のクリープ変位量を示すグラ
フ、第５図は実施例におけるワッシャー材料間の面圧分
布を示すグラフ、第６図は実施例におけるボルト接合後
の経過時間と摩擦接合力の相関図である。 第 ２ 図 Ｆ１＝μ Ｐｌ Ｆ２＝μ Ｆ２＜Ｆ２ 第 図 加工硬化材の初期降伏応力（ｋｇｆ／ｍｍ’）第 図
、 （ｅ）は本発明の実施形態例を示す説明図、第２図
はクリープ変形による接合力低下の機構を示す説明図、
第３図はボルト締結前に接合部位全体を加工硬化させた
鋼材の初期降伏応力と１０００時間経過後の摩擦接合力
の相関図、第４図はワッシャー材料間及び材料−材料間
の面圧分布、および穴内面のクリープ変位量を示すグラ
フ、第５図は実施例におけるワッシャー材料間の面圧分
布を示すグラフ、第６図は実施例におけるボルト接合後
の経過時間と摩擦接合力の相関図である。 第 ２ 図 Ｆ１＝μ Ｐｌ Ｆ２＝μ Ｆ２＜Ｆ２ 第 図 加工硬化材の初期降伏応力（ｋｇｆ／ｍｍ’）第 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 接合すべき複数個のクリープ変形を生じる材料の接
合部位を重ね、該材料を貫通するボルトにて締結し接合
する接合方法において、ボルト締結に先んじ、ワッシャ
ーとの接触部位の該材料に、ワッシャー外径方向に相当
する方向に増加する厚み分布を有せしめることを特徴と
するクリープ変形を生じる材料のボルト接合方法。 ２ 接合すべき複数個のクリープ変形を生じる材料の接
合部位を重ね、該材料を貫通するボルトにて締結し接合
する接合方法に用いるワッシャーにおいて、ワッシャー
外径方向に増加する厚み分布を有することを特徴とする
クリープ変形を生じる材料のボルト接合用ワッシャー。 ３ 接合すべき複数個のクリープ変形を生じる材料の接
合部位を重ね、該材料を貫通するボルトにて締結し接合
する接合方法に用いるワッシャーにおいて、ワッシャー
と材料間接触部の内径がボルト穴径より大きい寸法を有
することを特徴とするクリープ変形を生じる材料のボル
ト接合用ワッシャー。 ４ 接合すべき複数個のクリープ変形を生じる材料の接
合部位を重ね、該材料を貫通するボルトにて締結し接合
する接合方法に用いるワッシャーにおいて、ワッシャー
外径方向に増加する厚み分布を有し、かつワッシャーと
材料間接触部の内径がボルト穴径より大きい寸法を有す
ることを特徴とするクリープ変形を生じる材料のボルト
接合用ワッシャー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9559490A JPH03292409A (ja) | 1990-04-11 | 1990-04-11 | クリープ変形を生じる材料のボルト接合方法およびボルト接合用ワッシャー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9559490A JPH03292409A (ja) | 1990-04-11 | 1990-04-11 | クリープ変形を生じる材料のボルト接合方法およびボルト接合用ワッシャー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03292409A true JPH03292409A (ja) | 1991-12-24 |
Family
ID=14141898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9559490A Pending JPH03292409A (ja) | 1990-04-11 | 1990-04-11 | クリープ変形を生じる材料のボルト接合方法およびボルト接合用ワッシャー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03292409A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015121252A (ja) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | 新日鐵住金株式会社 | 高力ボルト摩擦接合構造 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5635762B2 (ja) * | 1978-04-25 | 1981-08-19 | ||
| JPS6131710A (ja) * | 1984-07-25 | 1986-02-14 | 日本鋼管株式会社 | 複合鋼板のボルト締付方法 |
-
1990
- 1990-04-11 JP JP9559490A patent/JPH03292409A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5635762B2 (ja) * | 1978-04-25 | 1981-08-19 | ||
| JPS6131710A (ja) * | 1984-07-25 | 1986-02-14 | 日本鋼管株式会社 | 複合鋼板のボルト締付方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015121252A (ja) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | 新日鐵住金株式会社 | 高力ボルト摩擦接合構造 |
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