(57)【要約】【課題】頭部の強度を確保しつつ、限界まで材料を節減できる鋼材連結用ボルトを提供すること。【解決手段】六角形状を呈する頭部と、該頭部の中央に延出する軸部とを有し、前記軸部の一部または全長に亘っておねじを有する鋼材連結用ボルトであって、前記頭部の頂面に段階的に窪ませて減量凹部を成形し、前記減量凹部と頭部の座面との間に残余頭部を形成し、前記残余頭部のせん断強度を軸部の引張強度より大きく形成した。【選択図】図１
0003172971.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
六角形状を呈する頭部と、該頭部の中央に延出する軸部とを有し、前記軸部の一部または全長に亘っておねじを有する鋼材連結用ボルトであって、
前記頭部の頂面に段階的に窪ませて減量凹部を成形し、
前記減量凹部と頭部の座面との間に残余頭部を形成し、
前記残余頭部の距離Ｅが、前記軸部の径ｄｓに対してつぎの関係を有していることを特徴とする、請求項１に記載の鋼材連結用ボルト。
Ｅ＞ｄｓ√３／４    （式１）
【請求項２】
前記減量凹部が均一径の円柱形を呈することを徴とする、請求項１に記載の鋼材連結用ボルト。
【請求項３】
前記減量凹部が円球状を呈することを徴とする、請求項１に記載の鋼材連結用ボルト。
【請求項４】
前記減量凹部が円錐状を呈することを徴とする、請求項１に記載の鋼材連結用ボルト。
【請求項５】
前記減量凹部の内周面の曲率が変化して形成されていて、減量凹部の頂面側の曲率半径が、底面側の曲率半径より小さく形成したことを徴とする、請求項１に記載の鋼材連結用ボルト。
【請求項６】
前記減量凹部の内周面が異径に形成されていて、頂面の入口側に大径で円筒状に形成した大径凹部と、底面側に小径で略円錐状に形成した小径凹部とを組み合わせて形成し、前記両凹部の境界部を円弧面に形成したことを徴とする、請求項１に記載の鋼材連結用ボルト。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案はボルト頭部に凹部を有する六角ボルトに関し、特に仮設鋼材の連結用途に好適な鋼材連結用ボルトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
山留め工事、仮設桟橋、仮設構台等の土木工事において、突き合わせた形鋼等の鋼材間の連結箇所には、両側に当板を重合配置し、鋼材と当板の重合間に解体可能な複数組の鋼材連結用ボルト、ナットを螺着して固定している。
鋼材連結用ボルトは市販の六角ボルトで、工事現場全体で数百本乃至数千本もの大量本数を使用している。
鋼材は転用するが、この種のボルトは安全性の要請から転用されることはなく常に新規ボルトを使用している。そのため、仮設資材の全体費用に占める鋼材連結用ボルトの費用割合が小さくない。
【０００３】
資材コストの削減を図るため、ボルト頭部に種々の形状の凹部を形成した六角ボルトが提案されている。
【０００４】
特許文献１には、ヘッダー加工により、ボルト頭部の端面に円錐面、正多角錐面、または球面を呈する凹部を形成することで、材料強度の向上とボルトの軽量化を図ることが開示されている。
【０００５】
特許文献２には、凹部の底面を水平面に形成し、底面から端面へかけて拡張した中間面を形成し、該中間面から端面にかけて軸線と平行な立上面を形成し、凹部全体を略錐台形に形成することで、凹部の劣化を防止することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭４８−５４２５号公報
【特許文献２】特公平２−３３８８７号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
前記した従来の凹部を有する六角ボルトにあっては次の問題点がある。
＜１＞従来の六角ボルトは専ら機械用ボルトであるため、鋼材連結用ボルトと比べてコストが高く、さらに凹部の体積を無制限に大きくすることができない。
＜２＞鋼材使用量の削減目的でボルト頭部の凹部をボルト頭部の奥深くまで拡張すると、ボルト頭部が強度不足に陥り易いといった問題がある。
ボルト頭部の凹部を浅くして頭部の強度を優先すると、凹部の体積が小さくなって鋼材の節減効果が小さくなる。
＜３＞機械用ボルトと鋼材連結用ボルトでは、求められる強度条件が大きく異なるため、機械用ボルトの凹部の設計思想をそのまま鋼材連結用ボルトに適用することができない。
【０００８】
本考案は以上の点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、頭部の強度を確保しつつ、限界まで材料を節減できる鋼材連結用ボルトを提供することにある。
さらに本考案の目的はボルト頭部の加圧成形用工具の摩耗を少なくできる鋼材連結用ボルトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本考案は、六角形状を呈する頭部と、該頭部の中央に延出する軸部とを有し、前記軸部の一部または全長に亘っておねじを有する鋼材連結用ボルトであって、前記頭部の頂面に段階的に窪ませて減量凹部を成形し、前記減量凹部と頭部の座面との間に残余頭部を形成し、前記残余頭部の距離Ｅが、前記軸部の径ｄｓに対してつぎの関係を有していることを特徴とする。
Ｅ＞ｄｓ√３／４    （式１）
本考案は、前記減量凹部が均一径の円柱形を呈することを徴とする。
本考案は、前記減量凹部が円球状を呈することを徴とする。
本考案は、前記減量凹部が円錐状を呈することを徴とする。
本考案は、前記減量凹部の内周面の曲率が変化して形成されていて、減量凹部の頂面側の曲率半径が、底面側の曲率半径より小さく形成したことを徴とする。
本考案は、前記減量凹部の内周面が異径に形成されていて、頂面の入口側に大径で円筒状に形成した大径凹部と、底面側に小径で略円錐状に形成した小径凹部とを組み合わせて形成し、前記両凹部の境界部を円弧面に形成したことを徴とする。
【考案の効果】
【００１０】
本考案では、頭部の強度を確保しつつ、限界まで材料を節約できる鋼材連結用ボルトを提供することができる。
特に本考案の鋼材連結用ボルトは仮設鋼材の連結用途に最も適している。
また、従来の六角ボルトに代えて、本考案の鋼材連結用ボルトを使用すれば、資材コストを大幅に低減できるだけでなく、最終的には鋼材の消費量を大幅に節減することができる。
さらにまた、軸部におねじを形成する工程の前において、減量凹部を二回に分けて段階的に成形することで、減量凹部にひび割れやシワ等が生じることなく、減量凹部の内周面をきれいに成形できるとともに、加圧成形用の工具の摩耗を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本考案の実施例１に係る鋼材連結用ボルトの説明図で、（Ａ）は一部を破断した六角ボルトの側面図、（Ｂ）は頭部の平面図
【図２】頭部の部分拡大図
【図３】鋼材連結用ボルトの製造方法の説明図
【図４】本考案の実施例２に係る鋼材連結用ボルトの説明図で、一部を破断したボルトの側面図
【図５】本考案の実施例２に係る鋼材連結用ボルトの説明図で、一部を破断したボルトの側面図
【図６】本考案の実施例２に係る鋼材連結用ボルトの説明図で、一部を破断したボルトの側面図
【図７】本考案の実施例２に係る鋼材連結用ボルトの説明図で、一部を破断したボルトの側面図
【図８】本考案の実施例２に係る鋼材連結用ボルトの説明図で、一部を破断したボルトの側面図
【考案を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本考案の実施例について説明する。
【００１３】
［実施例１］
＜１＞鋼材連結用ボルトの概要
図１に本考案に係る鋼材連結用ボルト（以下「六角ボルト」という）のモデル図を示し、図２に頭部の拡大図を示す。
【００１４】
六角ボルトは六角形状を呈する頭部１０と、該頭部１０の中央に延出する軸部２０とを有する。頭部１０はその頂面１１にパンチ成形した減量凹部１２を有し、軸部２０はその一部または全長に亘って転造により形成したおねじ２１を有する。
【００１５】
＜２＞減量凹部
減量凹部１２は頭部１０の強度を確保しつつ、限界まで材料を節約した窪み空間であり、本例では減量凹部１２が均一径の円柱形を呈する場合について説明する。
減量凹部１２の成型を一度に行うと、頭部１０にひび割れが発生し易く、成型面も荒くなるだけでなく、加圧成形用の工具の摩耗が激しくなるといった問題を引き起こす。
本考案では、母材のひび割れや成形性に配慮しつつ、頭部の加圧成形用工具（パンチ）の摩耗を少なくするため、複数回のパンチ工程に分けて、減量凹部１２を段階的に成形する。
【００１６】
減量凹部１２の底面１３はボルトの軸心に対し直交方向へ向けた平面として形成し、減量凹部１２の円形を呈する側面１５はボルトの軸心とほぼ平行に形成して、底面１３と側面１５の境界部は弧面に形成してある。
パンチの抜き取り性を考慮すると、側面１５はボルトの軸線に対して外方へ向けて僅かな傾斜角θに傾斜させて成形することが望ましい。
【００１７】
また、減量凹部１２は頭部１０の頂面１１の全域に亘って形成してもよいが、一定幅で環状を呈するように頂面１１の一部を残置しておくとよい。
【００１８】
＜３＞残余頭部
頭部１０は、その頂面１１側に窪んだ減量凹部１２を有し、さらに減量凹部１２と座面１４との間に残余頭部１６を形成している。
ここで、残余頭部１６とは、図２に拡大して示すように、軸部２０の仮想延長線ｌと減量凹部１２との交点ｐから軸部２０（右方）側の頭部１０の母材を意味する。
【００１９】
＜４＞残余頭部と軸部の関係式
頭部１０に減量凹部１２の大きさが頭部１０の強度に与える影響について種々実験を行ったところ、頭部１０の残余頭部１６と軸部２０の径ｄｓの二つの要素が頭部１０の強度に大きく影響することを知得した。
【００２０】
すなわち、頭部１０のせん断強度が軸部２０の引張強度より大きい関係を有するように、本考案では残余頭部１６の距離（残余底厚）Ｅが、軸部２０の径ｄｓに対してつぎの関係を有している。
Ｅ＞ｄｓ√３／４    （式１）
【００２１】
上記した関係式（式１）はつぎの式（２）〜（５）により導き出したものである。
頭部１０のせん断強度＞軸部２０の引張強度                    （式２）
π×ｄｓ×Ｅ×τ＞π×ｄｓ×ｄｓ／４×σ                    （式３）
（せん断応力τ＝引張応力σ／√３）
π×ｄｓ×Ｅ×σ／√３＞π×ｄｓ×ｄｓ／４×σ              （式４）
【００２２】
残余頭部１６の距離Ｅが上記（式１）の関係式より小さくなると、頭部１０が軸部２０に先行してせん断破壊するおそれがある。
したがって、本考案では、上記（式１）の関係式を満たすことで、頭部１０の強度を確保しつつ、減量凹部１２の体積を最大限まで拡張して頭部１０の材料を極限まで節約することができる。
【００２３】
＜４．１＞残余頭部と軸部の関係について
上記（式１）の関係式により、残余頭部１６の距離Ｅは、軸部２０の径ｄｓに影響を受ける。したがって、軸部２０の径ｄｓを変更した場合にはその径ｄｓに応じて距離Ｅが変化するとともに、距離Ｅの変化に伴い減量凹部１２の窪み深さが変化する。
【００２４】
＜４．２＞頭部全高と残余頭部の関係について
残余頭部１６の距離Ｅは頭部１０の全高Ｈの影響を受けない。そのため、軸部２０の径ｄｓを変更せずに頭部１０の全高Ｈのみを変更した場合、残余頭部１６の距離Ｅは変化しないが、減量凹部１２の窪み深さは変化する。
【００２５】
［製造方法］
つぎに図３を参照して六角ボルトの製造方法について説明する。
【００２６】
（１）丸棒の切断（図３（Ａ））
所定の長さに丸棒１を切断する。丸棒１の素材としては、普通鋼、ステンレス鋼、特殊鋼等を含む。
【００２７】
（２）頭部の予備据込加工（図３（Ｂ））
第一パンチ（図示省略）で以て切断した丸棒１の一端を軸方向に加圧して、ボルト頭部に相当する部位に予備据込加工を施して一次膨出部２を成形する。
【００２８】
（３）頭部の据込と凹部の同時加工（図３（Ｃ））
第一パンチに代えて、中央に成形突起３１を有する第二パンチ３０を使用して、丸棒１の一次膨出部２を軸方向に加圧する。
第二パンチ３０の加圧力により、一次膨出部２を押し潰してチーズ形（扁平ドーム形）の二次膨出部３を成形するとともに、二次膨出部３の頂面に成形突起３１を押し込んで最終的な減量凹部１２より浅い深さの浅凹部４を成形する。
【００２９】
（４）ねじ下部の絞り加工と凹部の同時加工（図３（Ｄ））
つぎにおねじの形成範囲に亘って丸棒１に絞り加工６を施す。
この際、中央に成形突起３２を有する第三パンチ３３を使用して、丸棒１の二次膨出部３を軸方向に加圧して所定の深さの減量凹部１２を凹設する。
減量凹部１２を二回に分けて段階的にパンチして成形するので、減量凹部１２の窪みが深い場合であっても、ひび割れやシワ等が生じることなく、減量凹部１２の内周面をきれいに成形することができる。
【００３０】
尚、絞り加工６は図３（Ｂ）に示した頭部の予備据込加工時、または図３（Ｃ）に示した頭部の据込とパンチの同時加工時に併せて行ってもよく、要はねじの転造工程に至る前であれば、何れの時期に行ってもよい。
【００３１】
（５）六角形フォーミング（図３（Ｅ））
第四パンチ３５を使用して、二次膨出部３を六角形に加圧成形して頭部１０を形成する。
また頭部１０を六角形に形成する他の手段としては、トリミングダイスを使用してもよい。
【００３２】
尚、減量凹部１２の成型時期は、図３（Ｃ）に示した頭部の据込加工時、または図３（Ｄ）に示したねじ下部の絞り加工時に限定されるものではなく、次記するねじの転造工程に至る前であれば、何れの時期に行ってもよい。
【００３３】
（６）ねじの転造（図３（Ｆ））
丸棒１を回転させながら軸部２０の絞り加工６を施した箇所に、公知の転造用工具を用いておねじ２１を転造する。おねじ２１は半ねじの他に全ねじであってもよい。
また、おねじ２１の形成手段は、転造に限られず、切削等の公知の形成手段を適用することができる。
【００３４】
尚、必要に応じて、上記工程で製作した六角ボルトに、メッキなどの表面処理や焼き入れ等を行う。
また上記した六角ボルトの製造方法では、公知の冷間圧造、温間圧造、熱間圧造(鍛造)、または高温圧造が適用可能である。
【００３５】
[強度試験]
＜１＞試験体
Ｍ２２の六角ボルト（２２×６５)を使用し、頭部１０に減量凹部１２を有する本考案の六角ボルトと、減量凹部１２を形成しない同サイズの六角ボルト（対比六角ボルト）をそれぞれ３０本準備し、頭部１０の締切試験を行った。
六角ボルトの機械的性質はつぎのとおりである。
【００３６】
0003172971.tif 000003
Ｍ２２の六角ボルト(ピッチ２．５並目)のサイズはつぎのとおりである（図１参照、無単位ｍｍ）。
【００３７】
0003172971.tif 000004
【００３８】
＜２＞試験方法
本考案の六角ボルトと対比六角ボルトとを対象に、おねじ２１が伸び破断するまで頭部１０をスパナで締め付け、頭部１０と首下の変化を検査した。
【００３９】
＜３＞試験結果
本考案の六角ボルトはすべて、対比六角ボルト同様に頭部１０と首下に変化のないことが確認できた。
【００４０】
本考案の六角ボルトと対比六角ボルトの重量を比較すると、対比六角ボルトの平均重量が２９４ｇであるのに対し、本考案の六角ボルトでは平均重量が２８０ｇであった。本考案の六角ボルトは対比ボルトに対して１４ｇを節減でき、重量比で約５％の軽量化を図ることができた。
鋼材の節減効果は、六角ボルトの規格に比例して大きくなる。
【００４１】
また山留め工事、仮設桟橋、仮設構台等の土木工事において、突き合わせた形鋼等の鋼材間の連結箇所に使用される六角ボルトの本数は、業界全体で年間にして数百万本〜数千万本にもおよび、その大半は使い捨てである。
したがって、従来の六角ボルトに代えて、本考案の六角ボルトを使用すれば、節約可能な鋼材の累積量が莫大となり、単に資材コストを低減できるだけでなく、最終的には鋼材の消費量を大幅に削減することができる。
【００４２】
［実施例２］
以降に他の形態について説明するが、その説明に際し、前記した実施例と同一の部位は同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００４３】
前記実施例１では、減量凹部１２が均一径の円柱形を呈する場合について説明したが、減量凹部１２はこの形状に限定されるものではない。
図４〜８を参照しながら頭部１０の減量凹部１２の他の形状例について説明する。
本実施例においても、先の実施例１と同様に、残余頭部１６の距離（残余底厚）Ｅが、軸部２０の径ｄｓに対してつぎの関係を有している。
Ｅ＞ｄｓ√３／４    （式１）
【００４４】
＜１＞円球形の減量凹部
図４，５は頭部１０の頂面１１側に円球状の減量凹部１２を形成した六角ボルトを示す。
図４，５に示した六角ボルトにおいて、減量凹部１２の窪み深さは異なるが、軸部２０の仮想延長線ｌと減量凹部１２との交点ｐから軸部２０（右方）側の頭部１０の母材が残余頭部１６の距離Ｅはほとんど変わらない。
【００４５】
また減量凹部１２の最奥の底面が残余頭部１６の一部に食い込んでいても、上記（式１）の関係式を満たしていれば、強度的に問題はない。
【００４６】
＜２＞円錐形の減量凹部
図６は頭部１０の頂面１１側に円錐状の減量凹部１２を形成した六角ボルトを示す。
本例においても、軸部２０の仮想延長線ｌと減量凹部１２との交点ｐから軸部２０（右方）側の頭部１０の母材が残余頭部１６を構成する。
【００４７】
＜３＞変形円弧形の減量凹部
図７は頭部１０の頂面１１側に内周面の曲率を変化させた変形円弧状の減量凹部１２を形成した六角ボルトを示す。
本例では減量凹部１２の頂面１１側の勾配（曲率半径）が、底面側の勾配（曲率半径）より小さくなっている。
【００４８】
＜４＞異径の減量凹部
図８は頭部１０の頂面１１側に異径の減量凹部１２を形成した六角ボルトを示す。
本例では減量凹部１２の頂面１１の入口側に大径で円筒状に形成した大径凹部と、底面側に小径で略円錐状に形成した小径凹部とを組み合わせていて、両凹部の境界部が円弧面に形成してある。
【００４９】
図４〜８に示した減量凹部１２は例示であって、本考案の六角ボルトの減量凹部１２はこれらの形状に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・・・丸棒
２・・・・・一次膨出部
３・・・・・二次膨出部（チーズ形）
４・・・・・浅凹部
１０・・・・六角ボルトの頭部
１１・・・・頭部の頂面
１２・・・・減量凹部
１３・・・・減量凹部の底面
１４・・・・頭部の座面
１５・・・・減量凹部の内周面
１６・・・・残余頭部
２０・・・・六角ボルトの軸部
２１・・・・おねじ
【図１】
0003172971.tif 000005
【図２】
0003172971.tif 000006
【図３】
0003172971.tif 000007
【図４】
0003172971.tif 000008
【図５】
0003172971.tif 000009
【図６】
0003172971.tif 000010
【図７】
0003172971.tif 000011
【図８】
0003172971.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月15日(2011.11.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
六角形状を呈する頭部と、該頭部の中央に延出する軸部とを有し、前記軸部の一部または全長に亘っておねじを有する鋼材連結用ボルトであって、
前記頭部の頂面に段階的に窪ませて減量凹部を成形し、
前記減量凹部と頭部の座面との間に残余頭部を形成し、
前記残余頭部の軸心方向の距離Ｅが、前記軸部の径ｄｓに対してつぎの関係を有していることを特徴とする、鋼材連結用ボルト。
Ｅ＞ｄｓ√３／４    （式１）