(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルトを締め付けながら、その回転角度とトルクおよび軸力の値を求め、
上記値を複数のボルトについて求めデータを収集し、
Ｔ１の仮定したスナグトルクから目標の軸力Ｆまで締めるための角度θを複数本のボルト毎に求め、その平均値（θｍ１とする）を、Ｔ１の仮定したスナグトルクで締めたときの角度締めの角度とし、
複数本のボルトについてＴ１の仮定スナグトルク及び角度θｍ１だけ角度締めしたときの軸力ばらつきを求め、
さらにスナグトルクをＴ２，Ｔ３，・・・Ｔｎと仮定して、それぞれの仮定したスナグトルクから目標の軸力Ｆまで締めるための角度θを複数本のボルト毎に求め、その平均値（θｍ２，θｍ３，・・・θｍｎ，とする）を、それぞれの仮定したスナグトルクで締めたときの角度締めの角度とし、
複数本のボルトについてそれぞれの仮定したスナグトルク及びそれぞれの仮定したスナグトルクに対応する角度平均値（θｍ２，θｍ３，・・・θｍｎ）だけ角度締めしたときの軸力ばらつきを求め、
前記求めた軸力ばらつきが極小値になるときのトルクの値をスナグトルクとし、また、そのときの角度を締め付け角度とする、
ことを特徴とするボルト、ナットの回転角法締付の最適条件を求める方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボルトの軸力管理方法、特にボルトを角度締めによって目標とする軸力まで締め込むに当たり、軸力のばらつきを最も少ない状態でボルト締めすることができるボルト、ナットの回転角法締付の最適条件を求める方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボルトを締め付ける際にはボルトの回転角度とそれに応じて変化する軸力との間には一定の関係があり、両者の間には、例えば図６の線図に示すような関係がある。すなわちボルトを回転させると、締め付けの初期にはなじみがあって軸力は緩やかに増大し（図６中ａの部分）、次に回転角度と軸力との間に比例関係が認められるようになり（図６中ｂの部分）、その後ボルトの材質が降伏点に到達して軸力は回転角度に応じて増大しなくなる（図６中ｃの部分）。このような回転角度−軸力線図はボルトによっても締付け物の製造上のばらつきなどによって異なり、そのためボルト締めにより所定の軸力を得るためには種々の方法によってボルトの軸力管理が行なわれている。
【０００３】
その中の一つとして従来から角度法締め付けがあり、これは締め付け角度を管理して、目的の締め付け軸力を得る方法である。この方法は或る基準値からスタートしてボルトを決められた角度だけ回転させ、目的の締め付け軸力を得ることとしている。上記基準値としては決められたトルクを回転のスタートポイント（締め付け角度の開始点）としており、この決められたトルクをスナグトルクという。従来においては、多数のボルトを準備し、適当なスナグトルクと回転角度の組み合わせのデータを取って、目的の締め付け軸力を得るのに最適と考えられるスナグトルクと回転角度の組を設定しボルトの軸力管理を行なっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のボルトの軸力管理方法にあっては、多数のボルトを準備し、適当なスナグトルクと回転角度の組み合わせのデータを取って、目的の締め付け軸力を得るのに最適と考えられるスナグトルクと回転角度の組を設定しボルトの軸力管理を行なっていただけであったので、そのスナグトルクと回転角度の組が最適なものであるのか、さらにはそのスナグトルクと回転角度の組によってボルト締めを行なった場合に軸力のばらつきは最小限に抑えることができるのかは不明であり、安定的に目標とする軸力が得られない場合もあった。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ボルトの軸力管理をするに当たって、軸力ばらつきを最小限に抑えて目標とする軸力を得ることができるボルト、ナットの回転角法締付の最適条件を求める方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、ボルトの軸力管理を行なうに当たって、複数のボルトについて、ボルトを締め付けながら、その回転角度とトルクおよび軸力の値を求め、上記値を複数のボルトについて求めデータを収集し、Ｔ１の仮定したスナグトルクから目標の軸力Ｆまで締めるための角度θを複数本のボルト毎に求め、その平均値（θｍ１とする）を、Ｔ１の仮定したスナグトルクで締めたときの角度締めの角度とし、複数本のボルトについてＴ１の仮定スナグトルク及び角度θｍ１だけ角度締めしたときの軸力ばらつきを求め、さらにスナグトルクをＴ２，Ｔ３，・・・Ｔｎと仮定して、それぞれの仮定したスナグトルクから目標の軸力Ｆまで締めるための角度θを複数本のボルト毎に求め、その平均値（θｍ２，θｍ３，・・・θｍｎ，とする）を、それぞれの仮定したスナグトルクで締めたときの角度締めの角度とし、複数本のボルトについてそれぞれの仮定したスナグトルク及びそれぞれの仮定したスナグトルクに対応する角度平均値（θｍ２，θｍ３，・・・θｍｎ）だけ角度締めしたときの軸力ばらつきを求め、前記求めた軸力ばらつきが極小値になるときのトルクの値をスナグトルクとし、また、そのときの角度を締め付け角度とするようにボルト、ナットの回転角法締付の最適条件を求めたことを要旨とする。
【０００７】
上記方法によりボルト、ナットの回転角法締付の最適条件を求め、ボルトの軸力管理を行なうことにより、目標とする軸力を単なる予想、経験ではなく、軸力のばらつきをも考慮した最適値を得ることができる。これにより、機械組立てに際して目標とする軸力が安定的に得られ、組立て精度を向上させることが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。図１乃至図５は本発明に係るボルト、ナットの回転角法締付の最適条件を求める方法を実行する場合の作業の流れを解説する図である。これらの図において、図１は本発明の方法の第１段階におけるボルトを締め付けながら、その回転角度とトルクおよび軸力の値を求める操作を表す図である。この図に示すようにボルトを回転させ、種々の回転角度位置においてトルクおよび軸力の値を測定により求める。図１において横軸は回転角度、縦軸は軸力（単位：Ｋｇ）またはトルク（単位：Ｋｇ・ｍ）の値を表す。また図１において○で表された測定値は軸力の値を表し、×で表された測定値はトルクの値を表す。このような回転角度とトルクおよび軸力の測定値を複数のボルトについて求めデータを収集する。これにより、図２に示すような、複数のボルトについての回転角−軸力・トルク曲線が得られる。図２中の曲線の１つ１つがそれぞれのボルト（図２ではボルト１、ボルト２、・・・・、ボルトｎのｎ個のボルト）についての測定により得られた結果である。
【０００９】
次に、目標とする軸力（Ｆとする）を定め、またスナグトルクを或る１つの値に仮定し（Ｔ１とする）、Ｔ１の仮定したスナグトルクに対応する回転角度位置を開始点とし、そこからボルトを回転させて目標の軸力Ｆに到達するまでの締め付け角度θを複数本のボルト毎に求める。図３はこの締め付け角度θをボルト毎に求めている様子を表しており、ボルト１については上記締め付け角度はθ１１、ボルト２については上記締め付け角度はθ１２・・・・ボルトｎについては上記締め付け角度はθ１ｎ、というように締め付け角度を求めている。上述の説明において、スナグトルクに対応し開始点とされた回転角度位置をスナグ点という。図３中には、ボルト１についてのスナグトルクＴ０に対応するスナグ点が例示されている。なお図３にはスナグ点を一点に定め、複数のボルトについて同じ締め付け角度θだけ角度締めすると、ボルト間において軸力ばらつきが生じることを示している。このようにならないように効果的に締付条件を設定するのが本発明の目的とするところである。
【００１０】
Ｔ１の仮定したスナグトルクに対して目標の軸力Ｆに到達するまでの上記締め付け角度を複数のボルトについて求められたら、次にその締め付け角度の平均値（θｍ１とする）を求める。平均の締め付け角度θｍ１は、
θｍ１＝（θ１１＋θ１２＋・・・・＋θ１ｎ）／ｎ
で求められる。
【００１１】
そして、この平均の締め付け角度θｍ１を、Ｔ１の仮定したスナグトルクでボルトを角  度締めするときの締め付け角度とし、複数本のボルトについてＴ１の仮定したスナグトルクから角度θｍ１だけ角度締めし、そのときの軸力ばらつきを求める。図４はこのＴ１の仮定したスナグトルクから角度θｍ１だけ角度締めしたときの複数のボルトの軸力、および複数のボルト間における軸力のばらつきの求め方の一例を表しており、ボルト１については上記角度締めしたときの軸力はＦ１１、ボルト２については上記角度締めしたときの軸力はＦ１２・・・・ボルトｎについては上記角度締めしたときの軸力はＦ１ｎ、というように軸力が求められる。そして、この事例では、複数本のボルトについて求められた軸力のうちで最も大きい軸力はボルト１についてのＦ１１であり、最も小さい軸力はボルトｎについてのＦ１ｎであり、複数本のボルトについて求められた軸力はＦ１１とＦ１ｎとの間にばらついていることがわかる。
【００１２】
以上で仮定スナグトルクＴ１についての平均の締め付け角度θｍ１での角度締めによる軸力ばらつきが求められる。
【００１３】
次に、仮定スナグトルクをＴ２，Ｔ３，・・・Ｔｎとし、仮定スナグトルクＴ１についての上述の操作と同様にして、それぞれの仮定スナグトルクＴ２，Ｔ３，・・・Ｔｎに対応する回転角度位置を開始点とし、予め取っているデータベースから目標の軸力Ｆに到達するまでの締め付け角度θを複数本のボルト毎に求める。さらに、それぞれの仮定スナグトルクＴ２，Ｔ３，・・・Ｔｎに対応する締め付け角度の平均値（θｍ２，θｍ３，・・・θｍｎ，とする）を求め、それぞれの仮定スナグトルクで締めたときの角度締めの角度とする。それぞれの仮定スナグトルクＴ２，Ｔ３，・・・Ｔｎに対応する平均の締め付け角度θｍ２，θｍ３，・・・θｍｎは、
θｍ２＝（θ２１＋θ２２＋・・・・＋θ２ｎ）／ｎ
θｍ３＝（θ３１＋θ３２＋・・・・＋θ３ｎ）／ｎ
：
：
θｍｎ＝（θ１１＋θ１２＋・・・・＋θ１ｎ）／ｎ
で求められる。
【００１４】
次に、複数本のボルトについてそれぞれの仮定スナグトルク及び各仮定スナグトルクに対応する平均の締め付け角度（θｍ２，θｍ３，・・・θｍｎ）だけ締めたときの軸力ばらつきを求める。
【００１５】
以上の操作から、複数本のボルトについて、種々の仮定スナグトルクＴ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・Ｔｎに対して、それぞれの仮定スナグトルクに対応する平均の締め付け角度θｍ１，θｍ２，θｍ３，・・・θｍｎと、その平均の締め付け角度だけ角度締めしたときの軸力と、軸力ばらつきと、必要に応じて軸力の平均値と、軸力の最大値および最小値とを求めることができる。これらのスナグトルク、平均の締め付け角度、軸力、軸力ばらつき、その他の項目を実際に求めた事例を下記（表１）に示す。この事例では目標軸力を４０００Ｋｇとしている。
【表１】
0004187846.tif 000002
【００１６】
この（表１）から明らかになるように、本実施の形態においては、仮定スナグトルクとして採用されたトルクは、０．５Ｋｇ・ｍ，１．０Ｋｇ・ｍ，１．５Ｋｇ・ｍ，２．０Ｋｇ・ｍ，２．５Ｋｇ・ｍ，３．０Ｋｇ・ｍ，３．５Ｋｇ・ｍ，４．０Ｋｇ・ｍ，４．５Ｋｇ・ｍ，５．０Ｋｇ・ｍ，５．９Ｋｇ・ｍの１１種類であり、これらの仮定スナグトルクのそれぞれに対応する平均の締め付け角度は、１２３度、１１２度、１０４度、９６度、８８度、８０度、７１度、６０度、４８度、３３度、０度である。そして、仮定スナグトルクが０．５Ｋｇ・ｍ、平均の締め付け角度が１２３度のときの軸力の平均値は４００６Ｋｇ、軸力の最小値は３７６０Ｋｇ、軸力の最大値は４２３９Ｋｇであり、軸力の最大値と最小値との差（軸力ばらつき：表１中「Ｒ」で表す）は４７９Ｋｇであった。同様にして仮定スナグトルクが１．０Ｋｇ・ｍ、平均の締め付け角度が１１２度の場合、およびその他の場合における軸力およびそのばらつきなども上記表１により求めることができる。
【００１７】
また、表１に示された内容をグラフに表すと図５のようになる。この図において横軸にはスナグトルクおよび平均の締め付け角度をとっており、縦軸には軸力をとっている。また、このグラフ図中における線の一本一本は、複数本のボルトのそれぞれ１個１個に対応している。そして、上記図５のグラフの説明から、軸力ばらつきが極小値を示すところ（全体線図の「くびれ」部分：すなわち、グラフ線の集まり方が上下方向に最も近接しているように表されるところ）でボルト締めを行なえば最も有利にボルトの軸力管理が行なえることになり、それは、上記表１で表された事例では、仮定スナグトルクが１．０Ｋｇ・ｍ、平均の締め付け角度が１１２度のときであり、そのときの軸力ばらつきは４２０Ｋｇであることがわかる。したがって、上述のようにして求めた軸力ばらつきが極小値になるときのトルクの値をボルト、ナットの回転角法締付の最適条件に合ったスナグトルクとし、また、そのときの角度を締め付け角度とするのである。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ボルトの軸力管理を行なうに当たって、複数のボルトについて、ボルトを締め付けながら、その回転角度とトルクおよび軸力の値を求めた後、複数本のボルトについて、種々の仮定スナグトルクＴ１〜Ｔｎから目標の軸力Ｆまで締めるための角度θを求め、それぞれの仮定グトルクで締めたときの角度締めの角度を算出し、複数本のボルトについてそれぞれの仮定スナグトルクから平均の締め付け角度θｍだけ角度締めし、それぞれの仮定スナグトルク・平均の締め付け角度θｍに対する軸力ばらつきを求め、軸力ばらつきが極小値になるときのトルクの値をボルト、ナットの回転角法締付の最適条件に合ったスナグトルクとし、また、そのときの角度を締め付け角度とするようにしたため、目標とする軸力を単なる予想、経験ではなく、軸力のばらつきをも考慮した上で得ることができる。これにより、機械組立てに際して目標とする軸力が安定的に得られ、組立て精度を向上させることが可能となる。
【００１９】
仮に、このようにして求めた軸力のばらつきに極小値がなく、図５に示すようなグラフがほぼ平行な線になった場合は、回転角による締付け管理方法とトルクによる締付け管理方法とで軸力のばらつきに差がないことが判明する。さらに、データは１回取得すればよく、極めて効率的に回転角締付けの条件を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るボルトの軸力管理方法を実行する場合の第１段階におけるボルトを締め付けながら、その回転角度とトルクおよび軸力の値を求める操作を表す図である。
【図２】前記実施の形態において、複数のボルトについての回転角度とトルクおよび軸力の測定値をグラフに表示した図である。
【図３】前記実施の形態において、Ｔ１の仮定したスナグトルクに対応する回転角度位置を開始点とし、そこからボルトを回転させて目標の軸力Ｆに到達するまでの締め付け角度θを複数本のボルト毎に求める様子を表すグラフ図である。
【図４】前記実施の形態において、平均の締め付け角度θｍ１を、Ｔ１の仮定したスナグトルクでボルトを角度締めするときの締め付け角度とし、複数本のボルトについてＴ１の仮定したスナグトルクから角度θｍ１だけ角度締めしたと想定し、そのときの軸力ばらつきを求め、複数のボルトについて、所定の仮定スナグトルクから平均の締め付け角度だけ角度締めしたときの軸力、および複数のボルト間における軸力のばらつきを求める様子を表すグラフ図である。
【図５】種々のスナグトルクを設定し、複数のボルトについて、そのスナグトルクから平均の締め付け角度だけ角度締めしたときの軸力、および複数のボルト間における軸力のばらつきを求めた結果を集計した表１に示された内容をグラフ線で表した図である。
【図６】ボルトを締め付ける際のボルトの回転角度とそれに応じて変化する軸力との間の関係を表す図である。
【符号の説明】
Ｆ（Ｆ１１，Ｆ１２，・・・Ｆ１ｎ）  軸力
Ｔ（Ｔ１１，Ｔ１２，・・・Ｔ１ｎ）  仮定スナグトルク
θ（θ１１，θ１２，・・・θ１ｎ）  締め付け角度
θｍ（θｍ１，θｍ２，・・・θｍｎ）  平均の締め付け角度
【図１】
0004187846.tif 000003
【図２】
0004187846.tif 000004
【図３】
0004187846.tif 000005
【図４】
0004187846.tif 000006
【図５】
0004187846.tif 000007
【図６】
0004187846.tif 000008