(57)【要約】【課題】簡単な操作で、高精度なボルト軸力制御を行う。【解決手段】ボルト頭部２が、ボルト軸部３に繋がる内径部５とその外側に設けられた外径部６とで構成され、上記外径部６の被ボルト締結部材７との接触面８が、上記内径部５の被ボルト締結部材７との接触面１１よりも上記ボルト軸部３側へ突出するように形成され、上記外径部６と上記内径部５とが、ボルト軸方向に沿って弾性的に相互移動可能に接続する接続部１２で接続された。【選択図】        図１
2004156691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルト頭部が、ボルト軸部に繋がる内径部とその外側に設けられた外径部とで構成され、上記外径部の被ボルト締結部材との接触面が、上記内径部の被ボルト締結部材との接触面よりも上記ボルト軸部側へ突出するように形成され、上記外径部と上記内径部とが、ボルト軸方向に沿って弾性的に相互移動可能に接続する接続部で接続されたことを特徴とする軸力制御ボルト。
【請求項２】
ボルト頭部が、ボルト軸部に繋がる内径部とその外側に設けられた外径部とで構成され、上記外径部の被ボルト締結部材との接触面が、上記内径部の被ボルト締結部材との接触面よりも上記ボルト軸部側へ突出するように形成され、上記外径部と上記内径部とが、ボルト軸方向に沿って弾性的に相互移動可能に接続する接続部で接続された軸力制御ボルトの締付方法であって、締付トルクを測定しながら上記軸力制御ボルトを締め付け、その締付によって上記内径部が上記被ボルト締結部材に着座したときに発生する締付トルクの変曲点を検出し、この変曲点を締付終了点或いは塑性域角度締付法の開始点とすることを特徴とする軸力制御ボルトの締付方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボルト軸力を制御可能な軸力制御ボルト及びその締付方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボルトの締付に際して、その軸力を制御するためには、以下に示すような手段があった。
【０００３】
（１）ボルト軸力を測定する代わりに、締付トルクを予め設定しておき、締付トルクを制御しながら締付を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
（２）塑性域で所定角度締付を行う塑性域角度締付法のように、ボルト材料特性を利用して軸力を制御する。
【０００５】
（３）超音波軸力計等の軸力測定装置を内蔵したナットランナにて、軸力を測定しながら締付を行う（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３２６２５０号公報
【特許文献２】
特開平７−２８０６７７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した（１）〜（３）の各手段では、以下に示すような問題がそれぞれあった。
【０００８】
（１）締付トルクを制御して締付を行う方法では、材料の表面荒さや潤滑状態等の外乱により変動しやすく、ボルト軸力の代用特性としては精度、再現性に乏しい。
【０００９】
（２）塑性域角度締付法による締付自体はある程度の精度は期待できるが、その締付開始ポイントはトルク法を使用せざるをえないので、軸力制御精度には限界がある。
【００１０】
（３）正しく校正された軸力測定装置を用いれば軸力は高精度に制御可能であるが、その操作は煩雑で、特に量産工法としては実用化が困難である。
【００１１】
そこで、本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、その目的は、操作が簡単で、且つ高精度なボルト軸力制御が行える軸力制御ボルト及びその締付方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、ボルト頭部が、ボルト軸部に繋がる内径部とその外側に設けられた外径部とで構成され、上記外径部の被ボルト締結部材との接触面が、上記内径部の被ボルト締結部材との接触面よりも上記ボルト軸部側へ突出するように形成され、上記外径部と上記内径部とが、ボルト軸方向に沿って弾性的に相互移動可能に接続する接続部で接続された軸力制御ボルトである。
【００１３】
そして、請求項２の発明は、ボルト頭部が、ボルト軸部に繋がる内径部とその外側に設けられた外径部とで構成され、上記外径部の被ボルト締結部材との接触面が、上記内径部の被ボルト締結部材との接触面よりも上記ボルト軸部側へ突出するように形成され、上記外径部と上記内径部とが、ボルト軸方向に沿って弾性的に相互移動可能に接続する接続部で接続された軸力制御ボルトの締付方法であって、締付トルクを測定しながら上記軸力制御ボルトを締め付け、その締付によって上記内径部が上記被ボルト締結部材に着座したときに発生する締付トルクの変曲点を検出し、この変曲点を締付終了点或いは塑性域角度締付法の開始点とする軸力制御ボルトの締付方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
図１は本発明に係る軸力制御ボルトの好適な実施の形態を示した要部断面図、図２は本発明に係る軸力制御ボルトの好適な実施の形態を示した平面図及び側面図、図３は本発明に係る軸力制御ボルトの好適な実施の形態を示した断面図、図４は本発明に係る軸力制御ボルトの締付方法の実施フローを示したチャート図、図５はボルト締付時の締付トルクとボルト回転角度との関係を示したグラフである。
【００１６】
なお、図１及び図３に示す各断面図のボルト軸線より上部はボルト内径部の被ボルト締結部材との接触前の状態を示し、ボルト軸線より下部はボルト内径部の被ボルト締結部材との接触後の状態を示している。
【００１７】
図１乃至図３に示すように、かかる軸力制御ボルト１は、ボルト頭部２とボルト軸部３とを有している。
【００１８】
ボルト頭部２は、ボルト軸部３に繋がる内径部５とその外側に設けられた外径部６とで構成されている。
【００１９】
外径部６は、外周が断面六角形で内周が断面円形の筒状に形成されており、その内周面と内径部５の外周面との間には所定間隔の隙間が形成されている。外径部６のボルト軸部３側端面が、被ボルト締結部材７と接触する接触面８を構成している。
【００２０】
内径部５は、円柱状に形成されている。内径部５は、被ボルト締結部材７に形成されたボルト穴９の径よりも大きい外径を有しており、内径部５のボルト軸部３側端部には、ボルト軸部３との間に段部が形成されている。その段部の端面が被ボルト締結部材７と接触する接触面１１を構成している。
【００２１】
外径部６の接触面８は、内径部５の接触面１１よりもボルト軸部３側へオフセットして突出するように形成されている（図１及び図３のボルト軸線よりも上部参照）。外径部６と内径部５とは、ボルト軸方向に沿って弾性的に相互移動可能に接続する接続部１２で接続されている。
【００２２】
接続部１２は、内径部５の外周面から外径部６の内周面に延びて一体的に形成された薄肉部１４によって構成されている。薄肉部１４は、円盤形状に形成されており、ボルト軸方向に所定のバネ定数を有している。なお、薄肉部１４の形状は円盤形状に限られるものではない。所定のバネ定数を有するのであれば、例えば、放射状に配置されたロッド形状であってもよい。
【００２３】
次に、図４に示すチャート図によって、かかる軸力制御ボルトの締付方法とその作用を説明する。
【００２４】
図４に示すように、まず、ナットランナによって所定角度、締付を行った（ｓｔｅｐ１）後に、ナットランナに設けられたトルク計にて締付トルクを測定する（ｓｔｅｐ２）。その後、再度、ナットランナによって所定角度、締付を行った（ｓｔｅｐ３）後に、ナットランナに設けられたトルク計にて締付トルクを測定する（ｓｔｅｐ４）。
【００２５】
そして、ナットランナに接続された制御装置によって、ｓｔｅｐ４で測定された締付トルクとその前回の測定工程で測定された（ここではｓｔｅｐ２）締付トルクとの差分を検出する（ｓｔｅｐ５）。
【００２６】
その差分が所定値に対して所定以上の幅があるかを判定する（ｓｔｅｐ６）。ここで、差分に幅がない場合、すなわち、締付トルクの増加割合が一定の場合は、再度ｓｔｅｐ３に戻り、ｓｔｅｐ６までの工程を繰り返す。
【００２７】
差分に幅がある場合には、ボルト締付を終了するか、或いは塑性域角度締付法の開始点とする（ｓｔｅｐ７）。塑性域角度締付法の開始点とした場合は、その後、所定角度、締付を行って締付工程が終了する。
【００２８】
ところで、ｓｔｅｐ６における所定値は、内径部５が被ボルト締結部材７と接触するまでの締付に要する締付トルクの増加割合である。
【００２９】
接続部１２の軸力に対するバネ定数をＫ１とし、ボルト軸部３とのネジ部のバネ定数をＫ２とすると、内径部５が被ボルト締結部材７と接触するまでは、ボルト系全体の軸力に対するバネ定数Ｋは、（Ｋ１＊Ｋ２）／（Ｋ１＋Ｋ２）となる。このバネ定数Ｋに対して、ボルトを所定角度締め付けたときの締付トルクの増加割合が、上記締付トルクの差分の所定値となる。
【００３０】
一方、内径部５が被ボルト締結部材７と接触した後は、ボルト系全体の軸力に対するバネ定数Ｋは、ボルト頭部２のバネ要素は機能しなくなるので、Ｋ２のみとなる。このとき、（Ｋ１＊Ｋ２）／（Ｋ１＋Ｋ２）＜Ｋ２である。
【００３１】
すなわち、内径部５が被ボルト締結部材７と接触したときに、ボルト系全体の軸力に対するバネ定数Ｋが（Ｋ１＊Ｋ２）／（Ｋ１＋Ｋ２）からＫ２へと変わる。これによって、締付トルク（ボルト軸力）の増加割合が突然変わる変曲点Ａ（図５のグラフ参照）が現れる。
【００３２】
要するに、ｓｔｅｐ４で測定された締付トルクとその前回の測定工程で測定された（ここではｓｔｅｐ２）締付トルクとの差分を検出して（ｓｔｅｐ５）、その差分から締付トルクの増加割合を検出して、締付トルクの変曲点Ａを探し出すことによって、ボルト頭部２の内径部５が被ボルト締結部材７に接触（着座）した（図１及び図３のボルト軸線よりも下部参照）ことを確実に検出することができる。
【００３３】
すなわち、締付トルクの絶対値が、外乱等によって不安定であっても、締付トルクの変曲点はボルト軸力のみに依存するので、外乱の影響を受けずに、正確にボルト頭部２の内径部５の被ボルト締結部材７への接触（着座）を検出することができる。
【００３４】
このときの（変曲点での）ボルト軸力が目標軸力になるように接続部１２を形成しておけば、軸力を直接制御して締付を行ったこととなり、この時点で、ナットランナによるボルトの締付を終了する。
【００３５】
また、変曲点でのボルト軸力を塑性域角度締付法の開始点となるように設定しておけば、開始点での軸力を正確に制御したこととなり、高精度な塑性域角度締付が行われる。
【００３６】
かかる軸力制御ボルト１及びその締付方法によれば、締付トルクを測定しながら締め付けるといった簡単な操作で、高精度なボルト軸力制御を行うことができる。
【００３７】
また、特別な測定機器を用いる必要がなく、既存のトルク締付制御機器のみでボルト軸力制御を行える。さらに、着座軸力は、ボルトの材料特性と形状で決定されるので、制御が容易である。
【００３８】
なお、本実施の形態では、ボルトを被ボルト締結部材に締結する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、その他、リベットに予張力を与える手段にも適用することができる。また、ナットへの適用も可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、簡単な操作で、高精度なボルト軸力制御が行えるといった優れた効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軸力制御ボルトの好適な実施の形態のボルト内径部の被ボルト締結部材との接触前（ボルト軸線より上部）後（ボルト軸線より下部）の状態を示した要部断面図である。
【図２】本発明に係る軸力制御ボルトの好適な実施の形態を示した平面図及び側面図である。
【図３】本発明に係る軸力制御ボルトの好適な実施の形態のボルト内径部の被ボルト締結部材との接触前（ボルト軸線より上部）後（ボルト軸線より下部）の状態を示した断面図である。
【図４】本発明に係る軸力制御ボルトの締付方法の実施フローを示したチャート図である。
【図５】ボルト締付時の締付トルクとボルト回転角度との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１  軸力制御ボルト
２  ボルト頭部
３  ボルト軸部
５  内径部
６  外径部
７  被ボルト締結部材
８  （外径部の）接触面
１１  （内径部の）接触面
１２  接続部
【図１】
2004156691.tif 000003
【図２】
2004156691.tif 000004
【図３】
2004156691.tif 000005
【図４】
2004156691.tif 000006
【図５】
2004156691.tif 000007