(57)【要約】【課題】ねじの軸方向と直交する外力によりゆるみが生じるか否かをより正確に評価できる、ねじのゆるみ評価方法を提供する。【解決手段】ねじにより締結された部材にねじの軸方向と直交する外力を設定する外力設定工程（ステップＳ１）と、外力設定工程で設定された外力によりねじに蓄積される弾性ねじれを求める弾性ねじれ算出工程（ステップＳ２）と、ねじと部材との間に残存する残存座面摩擦トルクを求める残存座面摩擦トルク算出工程（ステップＳ３）と、弾性ねじれ算出工程で求めた弾性ねじれが残存座面摩擦トルク算出工程で求めた残存座面摩擦トルクよりも大きい時にねじにゆるみが生じると評価する評価工程（ステップＳ４）とを有する。【選択図】    図５
2015045923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじにより締結された部材に前記ねじの軸方向と直交する外力を設定する外力設定工程と、
前記外力設定工程で設定された外力により前記ねじに蓄積される弾性ねじれを求める弾性ねじれ算出工程と、
前記ねじと前記部材との間に残存する残存座面摩擦トルクを求める残存座面摩擦トルク算出工程と、
前記弾性ねじれ算出工程で求めた弾性ねじれが前記残存座面摩擦トルク算出工程で求めた残存座面摩擦トルクよりも大きい時に前記ねじにゆるみが生じると評価する評価工程と、
を有することを特徴とするねじのゆるみ評価方法。
【請求項２】
前記弾性ねじれ算出工程は、
前記弾性ねじれが蓄積されるモデルを作成するモデル作成工程と、
前記モデル作成工程で作成されたモデルを要素に分割し、前記弾性ねじれを求める有限要素法解析工程と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のねじのゆるみ評価方法。
【請求項３】
前記残存座面摩擦トルク算出工程は、
前記部材と前記ねじとの間に残存する残存座面摩擦力を求める残存座面摩擦力算出工程と、
前記残存座面摩擦力算出工程で求めた残存座面摩擦力を前記残存座面摩擦トルクに換算する残存座面摩擦トルク換算工程と、
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のねじのゆるみ評価方法。
【請求項４】
ねじ及び部材からなるねじ締結体のモデルを仮想空間に作成するモデル作成手段と、
前記モデル作成手段で作成された部材モデルにねじモデルの軸方向と直交する外力を設定する外力設定手段と、
前記外力設定手段で設定された外力により前記ねじモデルに蓄積される弾性ねじれを求める弾性ねじれ算出手段と、
前記ねじモデルと前記部材モデルとの間に残存する残存座面摩擦トルクを求める残存座面摩擦トルク算出手段と、
前記弾性ねじれ算出手段で求めた弾性ねじれが前記残存座面摩擦トルク算出手段で求めた残存座面摩擦トルクよりも大きい時に前記ねじにゆるみが生じると評価する評価手段と、
を備えたことを特徴とするねじ締結体の設計支援装置。
【請求項５】
前記弾性ねじれ算出手段は、
前記モデル作成手段で作成された部材モデル及びねじモデルを要素に分割し、前記ねじモデルに蓄積される弾性ねじれを近似的に求める有限要素法解析手段を有することを特徴とする請求項４に記載のねじ締結体の設計支援装置。
【請求項６】
前記残存座面摩擦トルク算出手段は、
前記ねじモデルと前記部材モデルとの間に残存する残存座面摩擦力を求める残存座面摩擦力算出手段と、
前記残存座面摩擦力算出手段が求めた残存座面摩擦力を残存座面摩擦トルクに換算する残存座面摩擦トルク換算手段と、
を有することを特徴とする請求項４又は５に記載のねじ締結体の設計支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじのゆるみを定性的に評価する、ねじのゆるみ評価方法及びねじ締結体の設計支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動や外力の影響によりゆるみが懸念される部位に使用されるねじとして、雄ねじねじ山に固着材を塗布したものや、雄ねじねじ山を変形させてゆるみ方向のトルク抵抗が発生するように構成したものが知られている。
例えば、雄ねじねじ山の遊び側フランク面に、締結されるべき雌ねじねじ山の遊び側フランク面に向かって突出する遊び側突出部を設け、ねじ山の圧力側フランク面が雌ネジねじ山の圧力側フランク面に接触した状態で、遊び側突出部の先端部が雌ねじねじ山の遊び側フランク面と干渉するねじが提案されている。このねじは、ねじ締結時に遊び側突出部の先端が雌ねじねじ山の遊び側フランク面に押しつけられて撓み変形し、その弾性復元力によって接触面に所定の接触面圧を付与してゆるみ方向の抵抗となる（例えば、特許文献１参照）。
一方、ねじ（ボルトとナット）により締結された一対の部材にねじの軸方向と直交する外力（Ｗ）が作用し、その外力が座面摩擦力（μＷＦ）を超えると、ねじがゆるむことが知られている。これにより、従来のねじのゆるみ評価方法では、ねじの軸方向と直交する外力が座面摩擦力を超える場合（Ｗ＞μＷＦ）にねじがゆるむと評価されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１２４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したねじのゆるみ評価方法では、ねじの軸方向と直交する外力によりねじに蓄積される弾性ねじれを考慮しないために、その評価は正確ではなく、想定した外力よりも小さな外力でねじがゆるむことがある。
本発明は、上記実情に鑑みて、ねじの軸方向と直交する外力によりねじにゆるみが生じるか、否かをより正確に評価できる、ねじのゆるみ評価方法及びねじ締結体の設計支援装置を提供することを目的とする。
尚、特許文献１には、ねじのゆるみ評価方法及びねじ締結体の設計支援装置に言及する記載はない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ねじにより締結された部材に前記ねじの軸方向と直交する外力を設定する外力設定工程と、前記外力設定工程で設定された外力により前記ねじに蓄積される弾性ねじれを求める弾性ねじれ算出工程と、前記ねじと前記部材との間に残存する残存座面摩擦トルクを求める残存座面摩擦トルク算出工程と、前記弾性ねじれ算出工程で求めた弾性ねじれが前記残存座面摩擦トルク算出工程で求めた残存座面摩擦トルクよりも大きい時に前記ねじにゆるみが生じると評価する評価工程と、を有することを特徴とする。
本発明は、ねじの軸方向と直交する外力によりねじに蓄積される弾性ねじれを考慮するので、ねじの軸方向と直交する外力によりねじにゆるみが生じるか、否かをより正確に評価できる。
【０００６】
本発明の一態様では、前記弾性ねじれ算出工程は、前記弾性ねじれが蓄積されるモデルを作成するモデル作成工程と、前記モデル作成工程で作成されたモデルを要素に分割し、前記弾性ねじれを求める有限要素法解析工程と、を有することが好ましい。
このようにすれば、ねじに蓄積される弾性ねじれを比較的簡単に求めることができる。
【０００７】
本発明の一態様では、前記残存座面摩擦トルク算出工程は、前記部材と前記ねじとの間に残存する残存座面摩擦力を求める残存座面摩擦力算出工程と、前記残存座面摩擦力算出工程で求めた残存座面摩擦力を前記残存座面摩擦トルクに換算する残存座面摩擦トルク換算工程と、を有することが好ましい。
このようにすれば、部材とねじとの間に残存する残存座面摩擦トルクを適切に求めることができる。
【０００８】
また、本発明は、ねじ及び部材からなるねじ締結体のモデルを仮想空間に作成するモデル作成手段と、前記モデル作成手段で作成された部材モデルにねじモデルの軸方向と直交する外力を設定する外力設定手段と、前記外力設定手段で設定された外力により前記ねじモデルに蓄積される弾性ねじれを求める弾性ねじれ算出手段と、前記ねじモデルと前記部材モデルとの間に残存する残存座面摩擦トルクを求める残存座面摩擦トルク算出手段と、前記弾性ねじれ算出手段で求めた弾性ねじれが前記残存座面摩擦トルク算出手段で求めた残存座面摩擦トルクよりも大きい時に前記ねじにゆるみが生じると評価する評価手段と、を備えたことを特徴とする
本発明は、ねじの軸方向と直交する外力によりねじに蓄積される弾性ねじれを考慮するので、ねじの軸方向と直交する外力によりねじにゆるみが生じるか、否かをより正確に評価できる。
【０００９】
本発明の一態様では、前記弾性ねじれ算出手段は、前記モデル作成手段で作成された部材モデル及びねじモデルを要素に分割し、前記ねじモデルに蓄積される弾性ねじれを近似的に求める有限要素法解析手段を有することが好ましい。
このようにすれば、ねじモデルに蓄積される弾性ねじれを比較的簡単に求めることができる。
【００１０】
本発明の一態様では、前記残存座面摩擦トルク算出手段は、前記ねじモデルと前記部材モデルとの間に残存する残存座面摩擦力を求める残存座面摩擦力算出手段と、前記残存座面摩擦力算出手段が求めた残存座面摩擦力を残存座面摩擦トルクに換算する残存座面摩擦トルク換算手段と、を有することが好ましい。
このようにすれば、ねじと部材との間に残存する残存座面摩擦トルクを適切に求めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、ねじの軸方向と直交する外力によりねじに蓄積される弾性ねじれを考慮するので、ねじの軸方向と直交する外力によりねじにゆるみが生じるか否かをより正確に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態でねじのゆるみを評価する締結構造を示す図である。
【図２】ねじに弾性ねじれが蓄積するメカニズムを説明するための模式図である。
【図３】ねじに弾性ねじれが蓄積された締結構造を示す模式図である。
【図４】ねじから弾性ねじれが解放された締結構造を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態であるねじのゆるみ評価方法を示すフローチャートである。
【図６】図５に示した弾性ねじれ算出工程の内容を示すフローチャートである。
【図７】図５に示した残存座面摩擦トルク換算工程の内容を示すフローチャートである。
【図８】ねじのゆるみ評価方法の検証条件を示す図である。
【図９】ねじのゆるみ評価方法の検証に用いる解析モデルを示す斜視図である。
【図１０】図９に示した解析モデルの断面図である。
【図１１】ねじのゆるみ評価方法の検証結果を示す図である。
【図１２】図１１に示した検証結果を整理した図である。
【図１３】可動板の変位を±０．０１ｍｍとしたときの検証結果を示す図である。
【図１４】図１３に示した検証結果を整理した図である。
【図１５】可動板の変位を±０．０１６６ｍｍとしたときの検証結果を示す図である。
【図１６】図１５に示した検証結果を整理した図である。
【図１７】可動板の変位を±０．３５ｍｍとしたときの検証結果を整理した図である。
【図１８】本発明の実施の形態であるねじ締結体の設計支援装置を示す模式図である。
【図１９】図１８に示したねじ締結体の設計支援装置の制御構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の実施の形態であるねじ締結体の設計支援装置の演算手順を示すフローチャートである。
【図２１】図１８に示したねじ締結体の設計支援装置において作成されたねじ締結体の設計条件を示す図である。
【図２２】図１８に示したねじ締結体の設計支援装置において作成された解析モデルを示す図である。
【図２３】図２２に示した解析モデルの断面図である。
【図２４】図２２に示した解析モデルに軸力と荷重を与えた図である。
【図２５】図１８に示したねじ締結体の設計支援装置において解析された解析結果を示す図であって、ナット座面に横すべりが生じるとともに、ナットに回転ゆるみが生じた状態を示す図である。
【図２６】図１８に示したねじ締結体の設計支援装置において解析された解析結果を示す図であって、ナット座面に横すべりが生じることなく、ナットに回転ゆるみが生じない状態を示す図である。
【図２７】図１８に示したねじ締結体の設計支援装置において解析された解析結果を示す図であって、ナット座面に横すべりが生じることなく、ナットに回転ゆるみが生じた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。尚、以下に説明する本実施の形態は、特許請求の範囲に記載した本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施の形態で説明する構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００１４】
［評価の対象となる締結構造］
図１は、本発明の実施の形態でねじのゆるみを評価する締結構造を示す図である。図１に示すように、本発明の実施の形態でねじのゆるみを評価する締結構造１は、二つの部材２，３をボルト４とナット５とにより締結したものである。二つの部材２，３は、ボルト４とナット５との間に作用する締付軸力Ｆで締結される。また、ナット５の部材３に対する摩擦係数（座面摩擦係数）はμWであり、二つの部材２，３には、ねじ（ボルト４）の軸方向と直交する荷重Ｗが作用する。
【００１５】
［弾性ねじれ］
図２は、ねじに弾性ねじれが蓄積するメカニズムを説明するための模式図である。広く知られているように、ねじ（ボルト４）は、円柱の外周にねじ山が螺旋状に形成されたもので、ねじ山（右ねじ）をモデル化すると、図２に示すように、円柱（図示せず）の中心を通る軸線（ねじの軸線）Ｌを境に、一方側が登り斜面４１となり、他方側が降り斜面４２となる。そして、ねじの軸方向と直交する荷重Ｗが作用すると、登り斜面４１に抵抗力Ｆａｓが生じ、降り斜面４２に抵抗力Ｆｄｅが生じる。登り斜面４１に生じる抵抗力Ｆａｓと降り斜面４２に生じる抵抗力Ｆｄｅとの差は、時計まわりの弾性ねじれＴＳとなり、ねじ（ボルト４とナット５との間）に蓄積される。
【００１６】
図３は、ねじに弾性ねじれが蓄積された締結構造を示す模式図であり、図４は、ねじから弾性ねじれが解放された締結構造を示す模式図である。図３及び図４に示すように、下側となる部材（固定板）２を固定するとともに、上側となる部材（可動板）３を変位させる。図３に示すように、その変位が小さい時には、ナット５と部材３との間（ナット座面）にすべりが生じることはなく、図３において太実線で模式的に示すように、弾性ねじれＴＳがねじ（ボルト４とナット５との間）に蓄積される。一方、図４に示すように、その変位が大きいときには、ナット５と部材３との間（ナット座面）にすべりが生じる。このとき、弾性ねじれＴＳがねじ（ボルト４とナット５との間）から解放され、ナット５にゆるみ方向（反時計方向）の回転を与える。
【００１７】
［ねじのゆるみ評価方法］
図５は、本発明の実施の形態であるねじのゆるみ評価方法を示すフローチャートである。また、図６は、図５に示した弾性ねじれ算出工程の内容を示すフローチャートであり、図７は、図５に示した残存座面摩擦トルク算出工程の内容を示すフローチャートである。
【００１８】
本発明の実施の形態であるねじのゆるみ評価方法は、上述した弾性ねじれＴＳを考慮したもので、弾性ねじれＴＳが残存座面摩擦トルクＴＮよりも大きい時にねじにゆるみが生じると評価する。図５に示すように、本発明の実施の形態であるねじのゆるみ評価方法は、外力設定工程（ステップＳ１）、弾性ねじれ算出工程（ステップＳ２）、残存座面摩擦トルク算出工程（ステップＳ３）、評価工程（ステップＳ４）を有する。
【００１９】
外力設定工程（ステップＳ１）は、ねじにより締結された部材３にねじの軸方向と直交する外力（荷重Ｗ）を設定する工程である。弾性ねじれ算出工程（ステップＳ２）は、外力設定工程で設定された外力によりねじに蓄積される弾性ねじれＴＳを求める工程である。図６に示すように、弾性ねじれ算出工程（ステップＳ２）は、モデル作成工程（ステップＳ２１）、有限要素法解析工程（ステップＳ２２）を有する。モデル作成工程（ステップＳ２１）は、仮想空間に弾性ねじれＴＳが蓄積されるモデルを作成する工程である。モデル作成工程（ステップＳ２１）は、ねじ（ボルト４，ナット５）の諸元、ナット５の部材３に対する摩擦係数（座面摩擦係数）μＷ、締付軸力Ｆ、ねじの軸方向と直交する方向への強制変位量ΔＬ、サイクル数（外力繰返数）に基づいてモデルを作成する。有限要素法解析工程（ステップＳ２２）は、モデル作成工程で作成されたモデルを要素に分割し、弾性ねじれＴＳを求める工程で、作成されたモデルに蓄積される弾性ねじれＴＳを有限要素法（ＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ））により近似的に求める。
【００２０】
残存座面摩擦トルク算出工程（ステップＳ３）は、残存座面摩擦トルクＴＮを求める工程である。図７に示すように、残存座面摩擦トルク算出工程（ステップＳ３）は、残存座面摩擦力算出工程（ステップＳ３１）、残存座面摩擦トルク換算工程（ステップＳ３２）を有する。残存座面摩擦力算出工程（ステップＳ３１）は、部材３にねじの軸方向と直交する外力（荷重）Ｗが作用した時の残存座面摩擦力Ｎを求める工程で、具体的には、下記の数式１によって求められる。
【００２１】
（数１）
Ｎ＝μＷＦ−Ｗ
μＷ：ナットの部材に対する摩擦係数（座面摩擦係数）
【００２２】
残存座面摩擦トルク残存換算工程（ステップＳ３２）は、残存摩擦力算出工程（ステップＳ３１）で求めた残存座面摩擦力Ｎを残存座面摩擦トルクＴＮに換算する工程で、具体的には、下記の数式２によって換算される。
【００２３】
（数２）
ＴＮ＝Ｎ×（ｄＷ／２）
ｄＷ：等価座面摩擦直径
【００２４】
評価工程（ステップＳ４）は、弾性ねじれ算出工程（ステップＳ２）で求められた弾性ねじれＴＳが残存座面摩擦トルク算出工程（ステップＳ３）で求められた残存座面摩擦トルクＴＮよりも大きい時にねじにゆるみが生じると評価する工程で、具体的には、下記の数式３を満たす場合にねじに回転ゆるみが生じると評価し、下記の数式３を満たさない場合にねじに回転ゆるみが生じないと評価する。
【００２５】
（数３）
ＴＮ＜ＴＳ
【００２６】
上述した数式３は、下記の数式４で示すことができ、下記の数式４を満たす場合にねじに回転ゆるみが生じると評価し、下記の数式４を満たさない場合にねじに回転ゆるみが生じないと評価してもよい。
【００２７】
（数４）
Ｗ＞μＷＦ−２ＴＳ／ｄＷ
Ｆ：軸力
【００２８】
［ねじのゆるみ評価方法の検証］
図８は、ねじのゆるみ評価方法の検証条件を示す図である。図９は、ねじのゆるみ評価方法の検証に用いる解析モデルを示す斜視図であり、図１０は、図９に示した解析モデルの断面図である。
【００２９】
次に、上述した本発明の実施の形態であるゆるみ評価方法を検証する。ここでは、図８に示すように、メートル並目ねじＭ１０（ピッチ１．５）のボルト４とナット５とで締結した部材（可動板）３を例に、有限要素法を用いて検証した。摩擦係数μは０．０７，軸力５．０ｋＮ，軸と直交する方向の変位量は±０．３５ｍｍ、サイクル数（外力繰返数）は１０回、とした。また、ボルト下端は、ｘ方向変位とｙ方向変位を拘束するとともに、ｚ方向に５．０ｋＮの締付軸力Ｆを与える（図１０参照）。
【００３０】
図１１は、ねじのゆるみ評価方法の検証結果を示す図であり、図１２は、図１１に示した検証結果を整理した図である。図９に示すように、部材（可動板）３をｙ方向に変位させると、ねじ（ボルト４とナット５との間）に弾性ねじれＴＳが生じる。この弾性ねじれＴＳは、図１１に示すように、ｙ方向の変位が小さいうちは、ねじ（ボルト４とナット５との間）に蓄積される。このとき、ナット座面（ナット５と可動板３との間）に横すべりは生じない。その後、ｙ方向の変位が大きくなると、ねじに蓄積された弾性ねじれＴＳが解放され、ナット座面に横すべりが生じる。そして、部材（可動板）３がナット座面をすべり、ｙ方向に＋０．３５ｍｍまで変位する。これにより、ナット５はわずかに回転する。その後、部材（可動板３）の移動方向は反転する。すると、先程と同様に、ねじに弾性ねじれＴＳが生じる。この弾性ねじれＴＳは、ｙ方向の変位が小さいうちは、ねじに蓄積される。このとき、ナット座面に横すべりは生じない。その後、ｙ方向の変位が大きくなると、ねじに蓄積された弾性ねじれＴＳが解放され、ナット座面に横すべりが生じる。その後、部材（可動板）３がナット座面をすべり、ｙ方向に−０．３５ｍｍまで変位し、元の位置に戻る。これにより、ナット５はわずかに回転する。以後、ｙ方向の変位を繰り返すことにより、ナット５は回転する（図１２参照）。これにより、回転ゆるみは再現される。
【００３１】
図１３は、部材（可動板）の変位を±０．０１ｍｍとしたときの検証結果を示す図であり、図１４は、図１３に示した検証結果を整理した図である。図１３に示すように、部材（可動板）３の変位を±０．０１ｍｍとしたときには、弾性ねじれＴＳはわずかに蓄積するが弾性ねじれＴＳの解放はない。また、締付軸力Ｆの変動（締付軸力Ｆ／初期軸力Ｆｆ）もわずかで、ナット座面（ナット５と部材（可動板）３との間）に横すべりは生じない。これにより、ナット５もほとんど回転しない。したがって、部材（可動板）３の変位が±０．０１ｍｍのときにはゆるみが生じないと評価される。この結果を残存座面摩擦トルクＴＮとの関係で整理すると、図１４に示すように、ＴＮ＞ＴＳの関係を有する。
【００３２】
図１５は、部材（可動板）の変位を±０．０１６６ｍｍとしたときの検証結果を示す図であり、図１６は、図１５に示した検証結果を整理した図である。図１５に示すように、可動板３の変位を０．０１６６ｍｍとしたときには、弾性ねじれＴＳの蓄積と解放が認められる。また、締付軸力Ｆの変動もみられるが、ナット座面に横すべりは生じない。これにより、ナット５は徐々にではあるが回転する。したがって、部材（可動板）３の変位が±０．０１６６ｍｍのときにはゆるみが生じると評価される。この結果を残存座面摩擦トルクＴＮとの関係で整理すると、図１６に示すように、ＴＮ＜ＴＳの関係を有する。したがって、本発明の実施の形態であるゆるみ評価方法は適切であり、残存座面摩擦トルクＴＮが弾性ねじれＴＳよりも小さいときにゆるみが生じると評価できる。
【００３３】
図１７は、可動板の変位を±０．３５ｍｍとしたときの検証結果を整理した図である。図１７に示すように、部材（可動板）３の変位を±０．３５としたときの検証結果を残存座面摩擦トルクＴＮとの関係で整理すると、図１７に示すように、ＴＮ＞ＴＳのときに弾性ねじれＴＳが蓄積し、ＴＮ＜ＴＳのときに弾性ねじれＴＳが解放される。
【００３４】
上述した本発明の実施の形態であるねじのゆるみ評価方法は、ボルト４とナット５により締結された部材（可動板）３にボルト４の軸方向と直交する荷重Ｗが作用することにより、ボルト４とナット５との間に蓄積された弾性ねじれＴＳがナット５と部材（可動板）３との間に残存する残存座面摩擦トルクＴＮよりも大きいときにゆるみが生じると評価するので、ボルト４の軸方向と直交する荷重Ｗによりゆるみが生じるか否かをより正確に評価できる。
【００３５】
また、弾性ねじれＴＳが蓄積されるモデルを要素に分割し、弾性ねじれＴＳを有限要素法により求めるので、ねじ（ボルト４とナット５との間）に蓄積される弾性ねじれＴＳを比較的簡単に求めることができる。
【００３６】
また、部材（可動板）３とねじ（ナット５）との間に残存する残存座面摩擦力Ｎを求め、その残存座面摩擦力Ｎを残存座面摩擦トルクＴＮに換算するので、部材（可動板）３とねじ（ナット５）との間に残存する残存座面摩擦トルクＴＮを適切に求めることができる。
【００３７】
［ねじ締結体の設計支援装置］
図１８は、本発明の実施の形態であるねじ締結体の設計支援装置を示す模式図である。図１９は、図１８に示したねじ締結体の設計支援装置の制御構成を示すブロック図である。図１８に示すように、ねじ締結体の設計支援装置６は、コンピュータにより構成され、キーボード７１やマウス７２（図１９参照）等の入力装置７、コンピュータ本体等の演算装置８、モニタ９１等の出力装置９を備えている。入力装置７は、演算装置８に各種情報を入力するためのもので、演算装置８に入力された各種情報、演算装置８で求められた各種情報は、出力装置９に出力される
【００３８】
演算装置８は、入力装置７から入力された情報に基づいてねじ締結体の設計条件等を作成するとともに、仮想空間にゆるみ評価モデルＭを作成し、弾性ねじれ（回転反力）ＴＳ、残存座面摩擦トルクＴＮ、軸力変動（軸力／初期軸力）、ナット変位、ナット回転角度を求めるものである。演算装置８は、設計条件作成手段８１、ゆるみ評価モデル作成手段（モデル作成手段）８２、外力設定手段８３、弾性ねじれ算出手段８４、残存座面摩擦トルク算出手段８５、軸力変動算出手段８６、ナット変位算出手段８７、ナット回転角度算出手段８８、評価手段８９を有している。
【００３９】
設計条件作成手段８１は、入力装置７から入力された情報に基づいてねじ締結体の設計条件を作成するためのもので、要求する情報をモニタ９１に表示する一方、要求に応じて入力装置７から入力された情報に基づいて、ボルト諸元、ナット諸元、被締結物諸元、潤滑条件、締付軸力、ボルトの軸方向と直交する荷重などの外力条件等の設計条件（図２１参照）を作成する。ゆるみ評価モデル作成手段８２は、ゆるみ評価モデルＭを作成するためのもので、設計条件作成手段８１で作成された設計条件に基づいてゆるみ評価モデルＭ（図２２及び図２３参照）を作成する。
【００４０】
外力設定手段８３、弾性ねじれ算出手段８４、残存座面摩擦トルク算出手段８５、軸力変動算出手段８６、ナット変位算出手段８７、ナット回転角度算出手段８８は、それぞれ、弾性ねじれＴＳ、残存座面摩擦トルクＴＮ、軸力変動、ナット変位、ナット回転角度を求めるものであるが、これらは、外力設定手段８３がゆるみ評価モデルＭに設計条件により与えられた外力（締付軸力Ｆ、外力条件（強制変位量ΔＬ、繰返数等））を設定する（図２４参照）ことにより求められる。例えば、弾性ねじれＴＳは、外力が設定されたゆるみ評価モデルＭを有限要素法（ＦＥＭ）を用いることにより求められる。また、残存座面摩擦トルクＴＮは、外力が設定されたゆるみ評価モデルＭに上述した数式１及び数式２を適用することにより求められる。評価手段８９は、ねじ（ナット）に回転ゆるみが生じるか否かを評価するためのもので、弾性ねじれ算出手段８４が求めた弾性ねじれＴＳと残存座面摩擦トルク算出手段８５が求めた残存座面摩擦トルクＴＮを比較することにより評価される。具体的には、上述した数式３を満たす場合にナットに回転ゆるみが生じると評価し、上述した数式３を満たさない場合にナットに回転ゆるみが生じないと評価する。
【００４１】
図２０は、本発明の実施の形態であるねじ締結体の設計支援装置の演算手順を示すフローチャートである。図２０に示すように、まず、設計条件作成手段８１がねじ締結体の設計条件を作成する（ステップＳ５１）。具体的には、ねじ締結体の設計支援装置６を操作するオペレータに要求する情報をモニタ９１に表示する一方、要求に応じてオペレータが入力装置７から入力した情報に基づいて設計条件を作成する。これにより、図２１に示すように、ボルト諸元、ナット諸元、被締結物諸元、潤滑条件、締付軸力、外力条件等の設計条件が作成される。
【００４２】
次に、図２０に示すように、ゆるみ評価モデル作成手段８２がゆるみ評価モデルＭを作成する（ステップＳ５２）。具体的には、設計条件作成手段８１が作成したねじ締結体の設計条件に基づいてゆるみ評価モデルＭを作成する。ここでは、図２３に示すように、被締付物モデル（部材モデル）ＭＯのｘ方向及びｚ方向の変位、ボルトモデルＭＢの下端のｘ方向及びｙ方向の変位を拘束する。また、図２４に示すように、ねじ山螺旋形状、ねじ底丸みをモデル化するとともに、ねじ部は１ピッチをヘキサメッシュにより１６分割する。これにより、図２３及び図２４に示すように、被締結物モデルＭＯ、ボルトモデルＭＢ、ナットモデルＭＮが作成される。
【００４３】
次に、図２０に示すように、外力設定手段８３がボルトモデルＭＢに締付軸力Ｆを設定し、部材モデル（被締結モデル）ＭＯに外力条件（強制変位量ΔＬ、繰返数等）を設定する（ステップＳ５３）。具体的には、図２５に示すように、ゆるみ評価モデル作成手段８２が作成したゆるみ評価モデルＭに締付軸力Ｆ及び外力条件を与える。ここでは、図２５に示すように、ｙ方向に±０．３ｍｍの強制変位量ΔＬを与える。これにより、図２０に示すように、弾性ねじれ算出手段８４、残存座面摩擦トルク算出手段８５、軸力変動算出手段８６、ナット変位算出手段８７、ナット回転角度算出手段８８は、それぞれ、弾性ねじれＴＳ、残存座面摩擦トルクＴＮ、軸力変動、ナット変位、ナット回転角度を求める（ステップＳ５４）。
【００４４】
図２５〜図２７は、ねじ締結体の設計支援装置において解析された解析結果を示す図である。図２５〜図２７に示すように、弾性ねじれ算出手段８４、残存座面摩擦トルク算出手段８５、軸力変動算出手段８６、ナット変位算出手段８７、ナット回転角度算出手段８８で求められた弾性ねじれＴＳ、残存座面摩擦トルクＴＮ、軸力変動、ナット変位、ナット回転角度は、出力装置９に出力される（ステップＳ５５）。
【００４５】
次に、ねじ（ナット）に回転ゆるみが生じるか否かを評価する。具体的には、弾性ねじれ算出手段８４が求めた弾性ねじれＴＳと残存座面摩擦トルク算出手段８５が求めた残存座面摩擦トルクＴＮとを比較することにより評価する（ステップＳ５６）。弾性ねじれＴＳが残存座面摩擦トルクＴＮよりも大きい場合には、図２５及び図２７に示すように、ナットに回転ゆるみが生じるので、図２０に示すように、設計条件を見直すことになる。
【００４６】
一方、弾性ねじれＴＳが残存座面摩擦トルクＴＮよりも小さい場合には、図２６に示すように、ナットに回転ゆるみは生じないので、図２０に示すように、ねじ締結体の設計を終了する。
【００４７】
上述した本発明の実施の形態であるねじ締結体の設計支援装置６は、ボルトモデルＭＢとナットモデルＭＮとの間に蓄積された弾性ねじれＴＳがナットモデルＭＮと被締結物モデルＭＯとの間に残存する残存座面摩擦トルクＴＮよりも大きいときに回転ゆるみが生じると評価するので、ボルトの軸方向と直交する外力によりゆるみが生じるか否かをより正確に評価できる。
【００４８】
また、弾性ねじれＴＳが蓄積されるゆるみ評価モデルＭを要素に分割し、弾性ねじれＴＳを有限要素法により求めるので、ボルトモデルＭＢとナットモデルＭＮとの間に蓄積される弾性ねじれＴＳを比較的簡単に求めることができる。
【００４９】
また、部材モデル（締結板モデル）ＭＯとナットモデルＭＮとの間に残存する残存座面摩擦力Ｎを求め、その残存座面摩擦力Ｎを残存座面摩擦トルクＴＮに換算するので、部材モデル（可動板）ＭＯとナットモデルＭＮとの間に残存する残存座面摩擦トルクＴＮを適切に求めることができる。
【００５０】
［ねじのゆるみ評価プログラム］
本発明の実施の形態であるねじのゆるみ評価プログラムは、コンピュータを上述した設計条件作成手段８１、ゆるみ評価モデル作成手段８２、外力設定手段８３、弾性ねじれ算出手段８４、残存座面摩擦トルク算出手段８５、軸力変動算出手段８６、ナット変位算出手段８７、ナット回転角度算出手段８８、評価手段８９として機能させるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、ゆるみを定性的に評価することが求められるねじのゆるみ評価に好適である。
【符号の説明】
【００５２】
１    締結構造
２    部材（固定板）
３    部材（可動板）
４    ボルト
４１    登り斜面
４２    降り斜面
５    ナット
６    ネジ締結体の設計支援装置
７    入力装置
７１    キーボード
７２    マウス
８    演算装置
８１    設計条件作成手段
８２    ゆるみ評価モデル作成手段（モデル作成手段）
８３    外力設定手段
８４    弾性ねじれ算出手段
８５    残存座面摩擦トルク算出手段
８６    軸力変動算出手段
８７    ナット変位算出手段
８８    ナット回転角度算出手段
８９    評価手段
９    出力装置
９１    モニタ
Ｍ    ゆるみ評価モデル
ＭＢ    ボルトモデル
ＭＮ    ナットモデル
ＭＯ    被締結物モデル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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