JPS63270908A - 高軸力ボルト - 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］ この発明は一般・各Ｈ１産業橢械、構造物の機械要素と
しての締イ１ポル１−に係り、特に保証された軸力を発
揮させることのできる高軸力ボルトに関する。

［従来の技術］ 機械・構造物を構成する上で、構成部材相互を簡易に且
つ確実に接続する手段として締付ポル１−がある。しか
し、締付部分に振動や熱応力が繰り返しイ」加されると
、次第に緩んで部材相互の接続が解かれてしまう恐れが
ある。

このため、締付ボルトの軸力と締付トルクが略比例関係
にあることを利用して締付トルクを管理することによる
軸力の管理が行なわれている。しかし、軸力の保証を要
求される場合には、一定の軸力を得るにあたっての締付
トルクが、締付ボルト１本毎に異なるため、このような
場合に限界締付トルクを高めに定めざるを得なくなる。

しかし充分とは言い難い。

高軸力を発揮させその軸力を維持する関連技術に「ボル
ト加熱装置」　（特公昭４５−３４３３０号公報）の提
案がある。

第１１図には同提案が示されている。この提案は、中空
で外周部ａに雄ねじを右づる締付ボルトＣを形成し、そ
の締付ボルトＣの接続状態で、ボルト頭部ｄに、中空部
ｅ内へその締付ボルトＣを軸方向に沿って均一に加熱し
熱膨張させるための加熱装置ｆを接続して構成している
。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記提案にあって（よ一定の軸力を維持するた
めの不可欠要素として加熱装置が必要であり、またその
加熱装置の運転・制御を継続しなければならないから、
この装置を設備として用いるには有効であるものの、一
般の機械や構造物には容易に適用できるものではなかっ
た。

そこで近来にあっては締付ボルトやこの締付ボルトが嵌
合するねじ部の一部を、嵌合時に、塑性変形させ、嵌合
後に於いて強固な結合力、即ち軸力を発生させる塑性締
付法にすづいたボルトヤナットが開発されている。しか
し、ボルトやナツト等の一部を塑性変形させることは、
塑性変形に要する抵抗を増大させることになり、締付作
業に於ける労力増加の問題が生じる。また塑性締付法は
塑性変形させて軸力を得るものであるから、メンテナン
ス上で取り外した後にそのまま軸力を確保する締付ボル
ト、ナツトとして利用できない大きな問題点を残してい
る。

尚、ボルトの軸力を管理する方法に角度法が知られ、こ
の方法が締付トルクを管理する方法に対して品質を保証
しやすい。しかし、角度測定用の治具が必要であったり
、空間的に制限される部分での適用が困ガになっていた
。

［問題点を解決するための手段］ この発明は上記問題点を解決することを目的としており
、この発明は、一端から他端側に向って軸芯方向に沿っ
た雌ねじ有し軸方向への静的背型を加えられたままで保
持された軸部材と、この状態で上記雌ねじに嵌合された
プレストレス用ボルトとでボルト索材を形成し、この素
材外周に雄ねじを形成して高軸力ボルトを構成したもの
である。

［作　用］ 軸部材に軸方向の静的引張または静的圧縮荷重を加える
と、この軸部材は軸方向に沿って伸びまたは縮む。この
一方の状態を保った上で、軸部材内の雌ねじに、これに
係合するプレストレス用ボルトを嵌合し、例えば加えら
れ保持された荷重が引張であると荷重の除去後に軸部材
には引張応力が発生し、プレストレス用ボルトには圧縮
応力が発生する。これら応力が発生させた軸部材の外周
に雄ねじを形成し、この雄ねじを被装着部材に嵌合した
後に、上記ポル１−を軸部材から外すと軸部材には逆方
向の、即ち例では圧縮荷重が発生し、発生した圧縮荷重
が雄ねじを介して被装着部材の雌ねじに加えられる。即
ちこのときに一定の高軸力が発生する。

メンテナンスを必要としたときには、上記雌ねじにプレ
ストレス用ボルトを嵌合することによって、軸力が弱ま
る。

このように、着＋＞ｉが容易で繰返し使用可能な高軸力
ボルトが１！ｌられる。

［実施例１ 以下にこの発明の好適一実施例を添付図面に阜づいて説
明する。

第１図に示す１は軸部材としての締付ボルトであり、２
はプレストレス用ボルトである。

締付ボルト１内には、その締付ボルト１の一端となる頭
部３を開口し、軸芯に沿って他端側に向って穴４が形成
しである。穴４はこの実施例では他端近傍までの穴長ｊ
を有して形成される。この穴４の少なくとも頭部３に該
当する部分には雌ねじ５が形成されている。一方、プレ
ストレス用ボルト２は頭部３側に上記雌ねじ５に嵌合す
る雄ねじ６を有し、その雄ねじ６の先端に、上記穴４に
係合する軸部７を有して形成される。この軸部７の軸長
ｊ１は、雌ねじ５のねじ長Ｊ２を減じた穴４の穴長＜Ｊ
−Ｊ！２）に対して （Ｊ−Ｊ２２　）　＜Ｊｈ になるように定めである。

したがって、上記雌ねじ５に雄ねじ６を（Ｊ？−ｊ！＋
）＝Ｊ！＋　となるまでねじ込むと、第２図に示しであ
るように、締付ボルト１の軸部分１ａには軸方向の引張
応力６丁が、プレストレス用ボルト２には反力としての
圧縮応力σＣが発生することになる。次いで、この状態
のまま締付ボルト１の外周８に雄ねじ９を形成し、第３
図に示す被装着部材１１ｂの雌ねじ１２に締付ボルト１
の雄ねじ６をねじ込んで、第４図に示すようにプレスト
レス用ボルト２のみを取り外すと、被装管部材１１ｂに
は軸方向の引張応力σ１が、締付ボルト１には圧縮応力
σ。が発生する。即ち、この時点で応力に見合った軸力
が発生する。

しかし、プレストレス用ボルト２のねじ込みによって締
付ボルト１に引張応力σ□を発生させるには、ねじ込み
時の抵抗が大きくなる。このため、嵌合しあう雌ねじ５
．雄ねじ６のリードを小さくするか、ねじ山形状として
効率の良い台形ねじにする等の対処が考えられるが、高
トルクの締付工具があれば、特に必要なものではない。

以下に、プレストレス用ボルト２の抵抗を小さくして嵌
合するための実施例を添付図面に基づいて説明する。

第９図に示す２０は締付ボルト１の引張装置であり、こ
の装置２０は油圧によって作動する。同装置２０にセッ
トされた締付ボルト１の他端１ｂには予め引張用の雄ね
じ１５ａが形成してあり、この雄ねじ１５ａが引張側の
引張装置２０ａに固定される。固定側の引張装置２０ｂ
には、締付ボルト１の頭部座面３ａを着座させ引張側の
引張装置２０ａの荷重を受ける固定部材２０Ｇが設けで
ある。

したがって引張装置２０にて締付ボルト１に静的引張荷
重Ｗを加えると、その締イ」ボルト１には引張応力σ１
が発生する。ここで、引張応力σ１、は、材質、締付ボ
ルト１の荷重に対する断面積及びひずみ速度によって異
なるが、引張後の引張応力σ１を材料の弾性限度内とす
ることが望ましい。

即ち、この実膿例では、締付ボルト１の軸方向の静的引
張荷重を引張装置によって与える。

次いで締付ボルト１に引張応力６丁が発生した状態で引
張装置２０を停止させ、締付ボルト１の雌ねじ５にプレ
ストレス用ボルト２の雄ねじ６をねじ込み、穴４に軸部
７を係合させると、第２図に示したように締付ボルト１
の軸部分１ａには引張応力σ１が、プレストレス用ボル
ト２には圧縮応力σ。が発生し、これらの応力が保持さ
れる。

次に、引張装置２０から締付ボルト１を外し、締付ボル
ト１の引張用の雄ねじ１５ａを切断する。

この後に、締付ボルト１の外周８に雄ねじ９を形成して
高軸力ボルト１０を完成する。

尚、この実施例にあってプレストレス用ボルト２に対し
て予め締付ボルト１の雌ねじ５の谷径を大きくし且つリ
ードを小さくしておき、プレストレス用ボルト２のねじ
込みを容易にすることも当然考慮される。

以上が締付ボルト１の軸方向に静的引張荷重を加えた状
態でプレストレス用ボルト２をねじ込み、さらに外周８
に雄ねじ９を形成して構成した高軸力ボルト１０の実施
例であるが、軸方向の静的前ｍが圧縮である場合は上記
引張装置２０に替えて第１０図に示すような圧縮装置２
５を用いても良い。まず第５図に示４ように予め締付ボ
ルト１の頭部３側の軸部分１ａに圧縮方向の荷重を受る
段部２６を設けておく。圧縮装置２５としては第１０図
に示すようにこの段部２６と締付ボルト１の頭部座面３
ａとの間に、その間の軸部分１ａを挟んだのちに、圧縮
方向の荷重を受けることのでざる係止部材２５ａを設け
る。この係止部材２５ａは油圧で軸部分１ａの半径方向
へ動作させても良いが、係止部材２５ａへの圧縮方向の
受け２５ｂを固定系に設けておく。また締付ボルト１の
他端１ｂには予め圧縮用の雄ねじ１５ｔ）が形成してあ
り、この雄ねじ１５ｂに嵌合する圧縮側の圧縮袋ｆ？？
　２５　ｂを駆動すると、締（＝ｊボルト１の軸部分１
ａには第５図に示しであるように圧縮応力σＣが発生す
ることになる。

ところで、この実施例に於ける締付ボルト１には、上記
した実施例同様に穴４が形成されるが、圧縮荷重に対処
するために雌ねじ５は、他端１ｂ側に形成される。これ
に伴いプレストレス用ポル１〜２も頭部３側に軸部７が
形成され先端側に上記雌ねじ５にねじ込まれる雄ねじ６
が形成される。

したがって、軸部７の軸長、Ｌ＋は、この実施例にあっ
ては雌ねじ５のねじ長ｐ２をひいた穴４の穴長＜ｆｌ−
１２＞に対して（トＩ２）＜、Ｌ＋　どなるように定め
られる。

この後、圧縮用の雄ねじ１５ｂ及び段部２６が除かれ、
外周８に雄ねじ９を形成して高軸力ボルト１０が完成す
る。

この実施例に於ける高軸力ボルト１０は、第７図に示し
であるように装着部材１１ｂへの嵌合後、第８図に示す
ようにプレストレス用ボルト２を外すことによって装着
部材１１ｂには引張応力σ１が、締付ボルト１には圧縮
応力σ。が発生することになる。

尚、これらの実施例で説明した引張装置、圧縮装置に替
えて、締付ボルト１を周知の加熱炉等の加熱手段、冷却
炉等の冷却手段により、膨張、収縮させることも可能で
ある。但しこれらの場合、膨張、収縮状態を保持させる
ように温度管理を行うことが条件となるが、製造上問題
なく製作できる。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように本発明によれば、
安価で、高軸力を右しそして軸力保証ｍ合の高い高軸力
ボルトを提供できるという優れた効果を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の高輪カボル１−の好適一実施例を示
す断面図、第２図は締付ボルトにプレストレス用ボルト
を嵌合する状態を示す断面図、第３図は高軸力ボルトの
装着部材への猪首状態を示す断面図、第４図は装着完了
後の締付ボルトを示す断面図、第５図はこの発明のｎ軸
力ボルトの伯の実施例を示す断面図、第６図は締付ボル
トにプレストレス用ボルトを嵌合する状態を示す断面図
、第７図は高軸力ボルトの装着部材への菰４状態を示１
断面図、第８図は装着完了後の締付ポル１へを示す断面
図、第９図は引張装買例を示す概略図、第１０図は圧縮
装置例を示す概略図、第１１図は関連技術としてのボル
ト加熱装置を示す断面図ある。 図中、１は軸部材としての締付ボルト、２はプレストレ
ス用ボルトである。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端から他端側に向って軸芯方向に沿った雌ねじ
   を有し軸方向への静的荷重が加えられたままで保持され
   た軸部材と、この状態で上記雌ねじに嵌合されたプレス
   トレス用ボルトとでボルト素材を形成し、該素材外周に
   雄ねじを形成して成る高軸力ボルト。
2. （２）上記軸方向静的荷重が、上記軸部材を構成する金
   属材料の弾性限度内静的引張荷重である上記特許請求の
   範囲第１項記載の高軸力ボルト。
3. （３）上記弾性限度内静的引張荷重が熱応力によって与
   えられる上記特許請求の範囲第２項記載の高軸力ボルト
   。
4. （４）上記軸方向静的荷重が、上記軸部材を構成する金
   属材料の弾性限度内静的圧縮荷重である上記特許請求の
   範囲第１項記載の高軸力ボルト。
5. （５）上記弾性限度内静的圧縮荷重が熱応力によつて与
   えられる上記特許請求の範囲第３項記載の高軸力ボルト
   。
6. （６）上記軸部材が、該軸部材の一端より他端側に向つ
   て軸芯方向に沿った穴を有し、上記軸部材に加えられ保
   持される軸方向の静的荷重が静的引張荷重である場合は
   上記雌ねじが該軸部材の一端側部分に形成され、上記プ
   レストレス用ボルトが上記雌ねじに係合すると共に上記
   穴に係合する軸部を有して構成された上記特許請求の範
   囲第１項記載の高軸力ボルト。
7. （７）上記軸部材が、該軸部材の一端より他端側に向つ
   て軸芯方向に沿った穴を有し、上記軸に加えられ保持さ
   れる軸方向の静的荷重が圧縮荷重である場合は、上記雌
   ねじが穴の他端側に形成され、上記プレストレス用ボル
   トがその雌ねじに係合すると共に、上記穴に係合する軸
   部を有して構成された上記特許請求の範囲第１項記載の
   高軸力ボルト。