JPH08226425A

JPH08226425A - トルシア形高力ボルトの締付け方法、その方法により締め付けられたトルシア形高力ボルト及びその方法に用いるシート

Info

Publication number: JPH08226425A
Application number: JP5522295A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Uno; 暢芳宇野; Eijiro Kurata; 栄治郎蔵田
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nittetsu Bolten KK
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Bolten Co Ltd
Priority date: 1995-02-21
Filing date: 1995-02-21
Publication date: 1996-09-03

Abstract

(57)【要約】【目的】高力ボルト締付け時の共回りを確実に防止
し、マーキング作業を不要なものとするトルシア形高力
ボルト。【構成】トルシア形高力ボルト１のボルト頭部６の座
面と被締付け材８との間に該ボルト頭部６の座面よりも
硬さが大きな微小粒子を、及び座金７の座面と被締付け
材８との間に該座金７の座面よりも硬さが大きな微小粒
子４を点在させて該トルシア形高力ボルト１を該被締付
け材８、８に取り付け、締め付けることにより、該トル
シア形高力ボルト１の共回りを防止するトルシア形高力
ボルトの締付け方法、その方法により締め付けられたト
ルシア形高力ボルト、及びトルシア形高力ボルトの締付
け方法に用いる微小粒子を点在して付着させたシート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トルシア形高力ボルト
の締付け方法、その方法により締め付けられたトルシア
形高力ボルトおよびその方法に用いるシートに関する。
ここで、トルシア形高力ボルトは建築分野をはじめ、土
木、機械プラント等の多くの鉄骨構造物に多用される高
力ボルト接合に使用される。

【０００２】

【従来の技術】図３に示すように（日本鋼構造協会規格
ＪＳＳII０９−１９８１参照）、トルシア形高力ボルト
１は、ボルトねじ部端部に連続して破断溝２とピンテー
ル３を有する高力ボルトであり、ボルトの締付け時に所
定のトルクで破断溝が破断して、目標とする張力をボル
トに導入するトルクコントロールタイプの高力ボルトで
ある。トルシア形高力ボルトについて、破断溝２の破断
トルクをＴ、ボルトの軸径（呼び径）をｄとすると、ボ
ルトに導入される張力Ｎは次の式で求められる。Ｎ＝Ｔ／（κｄ）ここで、κはトルク係数値と呼ばれ、ボルトが締付けら
れる時の各部位の摩擦係数から決まる値である。ところ
で、トルシア形高力ボルトは工場において厳密な品質管
理の下に製造されているため、破断トルクＴのバラツキ
は非常に小さい。従って、ボルトに導入した張力Ｎのバ
ラツキはトルク係数値κのバラツキによる。通常、この
κはボルトセットの潤滑処理等により、ボルトとナット
のねじ間およびナットと座金間の２つの動摩擦係数に基
づいて管理されていることから、それ以外の部位におけ
る動摩擦の発生は防止しなければならない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、時とし
てボルト自体、或いは座金自体の回転（共回りとい
う。）が発生する。現在、この共回りを有効に防止する
手段はなく、代替的な方策として日本建築学会ＪＡＳＳ
６等では次のような対策が規定されている。すなわち、
高力ボルトの１次締付け完了後、ボルト、ナット、座
金、被締付け材にわたるマークを施し（マーキングとい
う。）、ボルトの本締付けが完了した時点で、マークの
検査を行い、共回りが発生したか否かを確認する。も
し、共回り発生が確認されたならば、高力ボルトセット
を新しいものに交換する。

【０００４】このように、本締め前のマーキングと本締
め後の共回り発生の有無の検査は全締付けボルトに対し
て必要であるため、ボルト締付け施工管理が煩雑で手間
のかかるものとなり、施工コストの上昇と施工スピード
の低下を招いている。そのため、マーキングの手間を省
略するようなことにでもなれば、構造全体の安全性、信
頼性は損なわれることになる。このような状況のもと
に、高力ボルト締付け時の共回りを確実に防止し、マー
キング作業を不要なものとするトルシア形高力ボルトの
締付けについての簡易な方策である技術の確立が要請さ
れる。

【０００５】本発明の目的は、上述の従来技術の問題点
に鑑み、高力ボルト締付け時の共回りを確実に防止する
トルシア形高力ボルトの締付け方法、その方法により締
め付けられたトルシア形高力ボルト及びその方法に用い
るシートを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、トルシア形高
力ボルトのボルト頭部の座面と被締付け材との間に該ボ
ルト頭部の座面よりも硬さが大きな微小粒子を、及び座
金の座面と被締付け材の間に該座金の座面よりも硬さが
大きな微小粒子を点在させて該トルシア形高力ボルトを
該被締付け材に取り付け、締め付けることにより、該ト
ルシア形高力ボルトの共回りを防止することを特徴とす
るトルシア形高力ボルトの締付け方法により構成され
る。また、本発明は、トルシア形高力ボルトのボルト頭
部の座面と被締付け材との間に該ボルト頭部の座面より
も硬さが大きな微小粒子を、及び座金の座面と被締付け
材の間に該座金の座面よりも硬さが大きな微小粒子を点
在させ、トルシア形高力ボルトにより締め付けられたこ
とを特徴とするトルシア形高力ボルトにより構成され
る。さらに、本発明は、トルシア形高力ボルトの締付け
方法に用いる微小粒子を点在して付着させたシートによ
り構成される。

【０００７】本発明において、トルシア形高力ボルト
は、ボルト頭部の座面と被締付け材との間に、及び座金
の座面と被締付け材の間に該ボルト頭部の座面、及び座
金の座面よりもそれぞれ硬さが大きな微小粒子を点在さ
せた状態において、トルシア形高力ボルトを締め付け
る。ここで、被締付け材とは、構造物の構成部材等を添
板（スプライスプレート）を介して締め付ける場合はそ
の添板、また構造物の構成部材等を添板を介することな
く直接的に締め付ける場合はその構成部材等自体を指
す。

【０００８】本発明において、ボルト頭部の座面、及び
座金の座面よりもそれぞれ硬さが大きな微小粒子を用い
るのは、高力ボルトにおけるナットの回転による高力ボ
ルトの締め付けの進行とともに、微小粒子をボルト頭部
の座面内と被締付け材の表面内、及び座金の座面内と被
締付け材の表面内とに食い込ませ、高力ボルトの共回り
を確実に防止するためである。また、一般に、ボルト頭
部の座面、及び座金の座面の硬さは被締付け材の硬さよ
り大きい（約２倍以上）ので、微小粒子は被締付け材と
の表層に比して、より硬度が高いという関係にある。微
小粒子の硬度については、例えばＦ１０Ｔ高力ボルトを
使用する場合、ボルト頭部の座面の硬度はビッカース硬
さ（Ｈｖ）で３００〜３６０程度、座金の座面の硬さは
３５０〜４５０程度であるため、微小粒子の硬さはＨｖ
＝４５０以上、せいぜい５００もあればよい。なお、微
小粒子の硬さは、ボルト頭部の座面の硬さ、及び座金の
座面の硬さに対してそれぞれ独立な相対的な関係である
ので、ボルト頭部の座面用のものと、座金の座面用のも
のとでは、硬さが異なってもよい。微小粒子の粒子の大
きさは、直径または長径で０．１ｍｍ〜０．７ｍｍとす
る。シートに点在して付着させる場合は、シート厚より
も０．１ｍｍ以上大きな粒子とする。微小粒子の粒子が
かかる大きさであれば、形状は特別の性状であることを
要しない。また、微小粒子は、ボルト頭部の座面と被締
付け材との間、及び座金の座面と被締付け材との間に点
在させるが、ボルト頭部の座面面積、及び座金の座面面
積に対する微小粒子の投影面積比がそれぞれ３％以上で
ある。３％より小さいと、共回りを阻止する抵抗が弱く
なるからである。１００％、すなわち全面に存在させて
もよいが、特に、シートの場合、微小粒子をよく分布で
き、実用的に考えると１０％〜２０％が好ましい。ここ
で、投影面積を占める微小粒子は分離して点在する場合
だけでなく、密集して点在する場合がある。

【０００９】次に、微小粒子を、ボルト頭部の座面と被
締付け材との間、及び座金の座面と被締付け材との間に
点在させる態様について説明する。微小粒子は高力ボル
トの締付け作業時に散布して点在させてよい。また、ボ
ルト頭部の座面と被締付け材との一方もしくは双方に、
及び座金の座面と被締付け材の一方もしくは双方に予め
接着材、例えばアクリル系あるいはエポキシ系などの接
着材を用いて接着させておいてもよい。接着材は速乾性
のものがよい。粒子が小さい場合には、塗料により接着
させてもよい。接着材あるいは塗料の中に微小粒子を混
入させたものを吹き付け、あるいは刷毛塗りしてもよ
い。さらに、微小粒子はシートに点在させて付着させて
もよい。ここで、シートの材質は紙、ゴム、ビニール等
のものを用い、そのシートの厚みは微小粒子の大きさと
の関係で薄いものがよく、０．１ｍｍ以下のものであ
り、またそのシートの形状は微小粒子を点在させる場所
との関係を考慮し、円形、正方形、多角形、等のもので
ある。なお、微小粒子をシートに付着させる接着材は、
上述したボルト頭部の座面あるいは被締付け材、及び座
金の座面あるいは被締付け材に直接的に微小粒子を接着
させる場合の接着材と同じものでよい。シートは、ボル
ト頭部の座面と被締付け材との間に、及び座金の座面と
被締付け材との間に挟むように取り付けてもよいし、ま
たボルト頭部の座面または被締付け材の側に、及び座金
の座面または被締付け材側に外れないように接着しても
よい。

【００１０】上述したシートに微小粒子を点在させる例
を図１により示す。図１（イ）、（ロ）はシートに微小
粒子を一様に分布、付着させた場合であり、（ハ）、
（ニ）は円周状にそって等間隔に分布、付着させた場合
である。（ヘ）は同心円の中に微小粒子を点在させた場
合であり、微小粒子は中心から遠ざかるほど効果があ
る。また、図１（ト）は６個の高力ボルト分を１枚のシ
ートとした場合である。

【００１１】図２はボルト頭部６の座面６ａと被締付け
材８、及び座金７と被締付け材８との間に微小粒子４を
点在（介在）させた状態を示す。（イ）は高力ボルト１
の締付け前であり、（ロ）はその締付け後である。

【００１２】

【作用】トルシア形高力ボルトの共回りは、ナットを回
転させてボルトを締め付ける時に、ボルト頭部の座面と
被締付け材間の摩擦による抵抗力が、ボルトに負荷され
るねじり力よりも小さい場合に、或いは座金の座面と被
締付け材間の摩擦による抵抗力が座金に負荷されるねじ
り力よりも小さい場合に発生する。通常は、この摩擦に
よる抵抗力がボルトのねじり力や座金のねじり力を上回
っているために、共回りは発生しない。しかし、共回り
現象が発生する場合について考察するに、摩擦による抵
抗力はボルトのねじり力、或いはナットのねじり力をわ
ずかに上回っている程度であるため、下記の（ア）〜
（エ）のような状態では摩擦係数が低下し、上記の両者
の力の大きさが逆転して、共回りが発生すると考えられ
る。（ア）被締付け材表面に塗料や油が付着している。（イ）被締付け材表面のボルト孔の周辺が研磨されてい
る。（ウ）仮ボルトの施工の影響で、ボルト頭部の座面や座
金の座面に対面する被締付け材表面の粗さが非常に小さ
くなる。（エ）被締付け材表面にミルスケールや浮き錆が部分的
にまたは全面に付着している。

【００１３】したがって、共回りを防止するためには、
上記の（ア）〜（エ）のような状況下でも、ボルトのね
じり力以上の抵抗力をボルト頭部の座面と被締付け材間
に、座金のねじり力以上の抵抗力を座金の座面と被締付
け材間に確保すればよい。本発明は、上記の構成によ
り、摩擦による抵抗力を増大させる。ここで、本発明に
おける共回りの防止のメカニズムを作用として説明する
と、以下の通りである。（１）ボルトを締め付けていくとボルト頭部の座面と被
締付け材間、及び座金の座面と被締付け材間に材間圧縮
力が付与される。この材間圧縮力はボルトを強く締付け
れば締付ける程大きくなる。したがって、ボルト締付け
初期にはボルト自身、或いは座金自身はわずかに回転す
るが、徐々に材間圧縮力が大きくなるため、締付けに伴
ってボルト頭部の座面と被締付け材間の微小粒子がボル
ト頭部の座面と被締付け材の両方に、また座金の座面と
被締付け材間の微小粒子が座金の座面と被締付け材の両
方に食い込んでいく。（２）こうして建築学会ＪＡＳＳ６に規定する一次締付
けが完了した時点では、本締付け開始時にボルト自身、
及び座金自身の回転を阻止するのに十分な程度に、微小
粒子がボルト頭部の座面と被締付け材、及び座金の座面
と被締付け材に食い込んでいる。ボルトの回転はボルト
頭部の座面と被締付け材に食い込んだ微小粒子のずれ止
め作用により、また座金の回転は座金の座面と被締付け
材に食い込んだ微小粒子のずれ止め作用により阻止され
る。（３）さらに、本締付けを進めていくと、ボルトのねじ
り力は増大していくが、ボルト頭部の座面と被締付け材
間、及び座金の座面と被締付け材間の材間圧縮力を同時
に増大し、この材間圧縮力の増大により微小粒子が双方
の鋼材に更に深く食い込んでいき、常に材間のねじり抵
抗力がボルトのねじり力や座金のねじり力を上回り、ボ
ルト及び座金の回転すなわち共回りが阻止される。（４）微小粒子の大きさが０．１ｍｍ以上あるため、上
記（ア）〜（エ）の状態が生じたとしても、微小粒子が
ボルト頭部の座面と被締付け材、及び座金の座面と被締
付け材に十分深く食い込むことができ、共回りは阻止さ
れる。（５）微小粒子の被締付け材への食い込みに比べると被
締付け材の２倍程度の硬さを持つボルト頭部の座面や座
金の座面への食い込みは浅い。しかし、微小粒子とボル
ト頭部の座面や座金の座面の硬さが被締付け材の硬さよ
りも十分硬いために、共回り防止に関しては完全に機能
する。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を図４を参照して説明する。
図４に示す被締付け材８、８にトルシア形高力ボルトを
挿通して実施した。図４（イ）は被締付け材８の平面
図、図４（ロ）は被締付け材８のボルト孔１を通る断面
図、図５（イ）、（ロ）は微小粒子を点在させたシート
の平面図を示す。ここで、実施条件とその結果を示す
と、次の通りである。（１）実施条件１．トルシア形高力ボルトトルシア形高力ボルトはＦ１０ＴＭ２２であり、首下長
さ８５ｍｍ、ボルト頭部の座面のビッカース硬さＨｖ＝
３２１、座金の座面のビッカース硬さＨｖ＝４２６であ
る。２．被締付け材被締付け材８、８の鋼種はＳＭ４９０、ビッカース硬さ
Ｈｖ＝１７４である。被締付け材８の表面８ａはボルト
頭部の座面に、また表面８ｂは座金の座面に面し、直径
２４ｍｍ（ボルト孔の直径と同一）と直径５０ｍｍによ
り同心的に囲まれる領域９ａ、９ｂをＲｚ（ＤＩＮ）１
０μｍ以下に機械研磨し、グリースを塗布し、表面状態
を調製した。３．微小粒子微小粒子の材質は鋼であり、ビッカース硬さＨｖ＝４５
０〜５５０である。微小粒子の形状は球と不定形との２
種であり、この２種は混合せず、別々にして実施した。
微小粒子の大きさは、球について０．３〜０．５ｍｍで
あり、不定形について０．１〜０．３ｍｍである。４．ボルト頭部の座面面積、及び座金の座面面積それぞ
れに対する微小粒子の投影面積比ｒ微小粒子の投影面積比ｒは３％、４％、５％、１０％、
５０％であり、比較のため投影面積比ｒは０％、１％、
２％を併せて実施した。微小粒子の配置は、シートの場
合について、ボルト頭部側は図５（イ）に示すように、
座金側は図５（ロ）に示すように、等ピッチの８個の円
状の領域９の中になるべく均等に点在させ、円の直径Ｄ
₁、Ｄ₂を変化させて上記の微小粒子の投影面積比ｒに
設定した。５．微小粒子の貼付方法微小粒子の貼付にはアクリル系接着剤を使用した。形状
が球の微小粒子の場合、パラフィン紙を材料として微小
粒子４を貼付し、図５（イ）、（ロ）に示すシート５
ａ、５ｂを作成した。シート５ａはボルト頭部の座面と
被締付け材間に、シート５ｂは座金の座面と被締付け材
間に挿入した。また、形状が不定形の微小粒子の場合、
直接ボルト頭部の座面、及び座金の座面に貼付した。そ
の貼付位置は上記の図５（イ）及び（ロ）に示すシート
５ａ、５ｂの場合における位置に相当する位置とした。６．実施した本数形状の球と不定形の各々について１０本である。７．締付け一次締付けトルクは１５００ｋｇｆ・ｃｍ（手締付め）
であり、締付けツールとしては一般の施工現場で常用さ
れている市販の電動トルクレンチを使用した。以上の実
施条件により次の結果を得た。

【００１５】２．実施結果実施結果を次の表１に示す。

【００１６】

【表１】注）０％、１％、２％は比較例を示す。以上の表１に示す通り、球形、不定形のいずれの場合に
も、投影面積比ｒ３％以上の場合には共回りは全く発生
せず、良好な結果を得た。

【００１７】

【発明の効果】本発明によって、次のような効果を奏す
る。（１）トルシア形高力ボルトの共回りを確実に防止でき
るため、安定したボルト張力の導入が可能になり、接合
部の信頼性、構造物の安全性が高くなる。（２）共回りが無くなるために、本締付け後に従来のよ
うに共回りを起こした欠陥ボルトを取り替える必要がな
くなり、ボルトのロスも少なくなる。（３）マーキング、およびその作業が廃止できるため、
施工の効率化が図れ、工期短縮とコスト低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における微小粒子を付着させたシート示
す図である。

【図２】本発明において、トルシア形高力ボルトのボル
ト頭部の座面と被締付け材との間、座金の座面と被締付
け材との間、に微小粒子を介在させた状態を示す図であ
る。

【図３】トルシア形高力ボルト１を示す図である。
（イ）は側面図、（ロ）は正面図である。

【図４】本発明の実施例を説明するための図である。
（イ）は被締付け材８の平面図、（ロ）は被締付け材８
のボルト孔１０を通る断面図である。

【図５】本発明における微小粒子を点在させたシートの
平面図を示す。（イ）はボルト頭部側のシート、（ロ）
は座金側のシートを示す。

【符号の説明】

１トルシア形高力ボルト２破断溝３ピンテール４微小粒子５シート５ａシート５ｂシート６ボルト頭部６ａボルト頭部の座面７座金８被締付け材８ａ表面８ｂ表面９領域１０ボルト孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トルシア形高力ボルトのボルト頭部の座
面と被締付け材との間に該ボルト頭部の座面よりも硬さ
が大きな微小粒子を、及び座金の座面と被締付け材との
間に該座金の座面よりも硬さが大きな微小粒子を点在さ
せて該トルシア形高力ボルトを該被締付け材に取り付
け、締め付けることにより、該トルシア形高力ボルトの
共回りを防止することを特徴とするトルシア形高力ボル
トの締付け方法。
【請求項２】微小粒子の粒子の大きさが０．１ｍｍ〜
０．７ｍｍ、トルシア形高力ボルトのボルト頭部の座面
面積、及び座金の座面面積に対する該粒子の投影面積比
がそれぞれ３％以上であることを特徴とする請求項１記
載のトルシア形高力ボルトの締付け方法。
【請求項３】トルシア形高力ボルトのボルト頭部の座
面と被締付け材との間に、及び座金の座面と被締付け材
との間に微小粒子を散布して点在させることを特徴とす
る請求項１又は請求項２記載のトルシア形高力ボルトの
締付け方法。
【請求項４】トルシア形高力ボルトのボルト頭部の座
面と被締付け材との間に、及び座金の座面と被締付け材
との間に微小粒子を点在して付着させたシートを介在さ
せることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のトル
シア形高力ボルトの締付け方法。
【請求項５】トルシア形高力ボルトのボルト頭部の座
面と被締付け材との間に該ボルト頭部の座面よりも硬さ
が大きな微小粒子を点在させ、請求項１、請求項２、請
求項３又は請求項４記載のトルシア形高力ボルトの締付
け方法により締め付けられたことを特徴とするトルシア
形高力ボルト。
【請求項６】請求項４のトルシア形高力ボルトの締付
け方法に用いる微小粒子を点在して付着させたシート。