(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本のボルトを用いて予変形を有する部品であるブレーキディスクを鉄道用車輪にボルト締結する方法であって、
予変形押し潰し軸力を超えかつ最終締付け軸力未満の締付けトルクで前記ブレーキディスクを仮締付けして予変形を押し潰した後、
この予変形を押し潰した状態を維持したまま、全ての仮締付けボルトを、適数本ずつ、スナッグトルク未満まで一旦緩めた後、再度スナッグトルク迄締付け、
その後、さらに所定の角度締付けることを特徴とするナット回転角法を用いた鉄道車輪用ブレーキディスクのボルト締結方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道用車輪に取付けるブレーキディスクのように予変形を有する部品をボルト締結する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボルトの締結法には、トルク法、ナット回転角法、トルク勾配法などがある。このうち、トルク法は締付けトルクによりボルトに発生する軸力を管理するものである。また、ナット回転角法は締付けの際にナットの回転角を測定して所定の締付け軸力を保証しようとするものである。また、トルク勾配法はボルト或いはナットの回転角に対する締付けトルクの勾配の変化からボルトの降伏点を検出して締付け軸力の管理を行うものである。
【０００３】
そして、上記のボルト締結法においては、ナットの回転角に対する軸力の変動が塑性域で安定することから、塑性域での締付け軸力のばらつきが小さく、最高の締付け軸力が得られるナット回転角法が、塑性域で適用される締付け方法として一般的に採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ボルトによって締結する部品のうち、予変形のない部品は上記のナット回転角法によって締付け軸力を安定させることは可能である。しかしながら、予変形を有する部品をボルト締結する際には、組立時にボルトに曲げ応力が加わると共に、スナッグトルク（被締結体が密着した時点のトルク）の設定が困難となることから、ナット回転角法の適用は困難であった。
【０００５】
そのため、予変形を有する部品をボルト締結するに際し、締付け軸力を安定させるためには、押付けプレスを必要としていたが、押付けプレスを使用した場合には、設備が複雑かつ高価なものとなる。これを避け、ボルト締結により予変形を押し潰すためには、必然的にボルトの締結にはトルク法等を採用することになり、結果的に締付け軸力にばらつきが発生し、曲げ応力や締付け軸力のばらつきによりボルトの疲労強度が低下するという問題を誘発していた。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、予変形を有する部品である鉄道車輪用ブレーキディスクをボルト締結するに際し、ナット回転角法の適用を可能にして締付け軸力のばらつきを抑制し、ボルトの疲労強度の低下を防止できる鉄道車輪用ブレーキディスクのボルト締結方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係るナット回転角法を用いた鉄道車輪用ブレーキディスクのボルト締結方法は、予変形押し潰し軸力を超えかつ最終締付け軸力未満の締付けトルクで予変形を有するブレーキディスクを仮締付けして予変形を押し潰した後、この予変形を押し潰した状態を維持したまま、全ての仮締付けボルトを、適数本ずつ、スナッグトルク未満まで一旦緩めた後、再度スナッグトルク迄締付け、その後、さらに所定の角度締付けることとしている。
【０００８】
そして、このようにすることで、予変形を有する鉄道車輪用ブレーキディスクをボルト締結するに際し、締付け軸力のばらつきを抑制しつつ、予変形を回復させることなく安定した締付け軸力を得ることができるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、予変形を有する部品である鉄道車輪用ブレーキディスクをボルト締結するに際し、ナット回転角法の適用を可能にして締付け軸力のばらつきを抑制し、ボルトの疲労強度の低下を防止するために、実験を行った結果、次のような知見を得た。
【００１０】
Ａ．スナッグトルクと締付け軸力のばらつきとの関係
本発明者等は、ナットランナーを用いたナット回転角法による締付け試験により、スナッグトルクと締付け軸力のばらつきとの関係を調査した。試験は踏面の外径が８６０ｍｍの図１に示した鉄道用車輪１に、外径が７２５ｍｍ、内径が２９５ｍｍ、摺動面の厚さが約４９ｍｍの図２に示した新品のブレーキディスク２（予変形量は２．５ｍｍで、摩耗、返り等はない。）を、１１本の鉄道用ブレーキディスク取付けボルト３と１本の応力測定用ボルト（ナット４を螺合させるねじ部３ａ近傍の軸部に、９０°ピッチで４か所に歪ゲージを貼着したもの）、平座金５、ナット４を用いて下記の要領で取付けることにより行った。
【００１１】
本発明者等は、ナットランナーによる締付け時、スナッグトルクによる違いが締付け軸力のばらつきに及ぼす影響を調査するにあたり、ナットランナーを用いた締付けでは、仮締付け段階でブレーキディスク２の予変形が既に押し潰されていることから、予変形が押し潰された状況の下で試験するのが望ましいと考えた。
【００１２】
そこで、先ず、応力測定用ボルト１本を除く、１１本のボルト３を十分に予変形を押し潰すトルクで締め付けた。次に、１本の応力測定用ボルトを数種類のスナッグトルクで締付けた後、目標軸力になるように更にある角度で締付けを行った。そして、その際の応力測定用ボルトの各締付け軸力を測定し、スナッグトルクの違いと締付け軸力のばらつきとの関係を調査した。
【００１３】
その結果を、図３に示す。この図３より、以下のことが判明した。
▲１▼  領域１のスナッグトルクでは、締付け軸力のばらつきは小さくなる。
▲２▼  領域１より小さいスナッグトルクの領域２では、ナットとボルト間のねじ部での密着性が乏しいため、締付け軸力はばらつき易い傾向になる。
【００１４】
▲３▼  領域１より大きいスナッグトルクの領域３では、摩擦係数が支配的となり、締付け軸力のばらつきが大きくなる主要因となって、締付け軸力はばらつき易い傾向になる。
【００１５】
▲４▼  ブレーキディスクの予変形はある締付けトルクで締付けた場合に押し潰されるので、前記領域１内のあるスナッグトルク（ポイント４）で締付ければ、予変形の影響を受けることなく、ばらつきの小さい締付け軸力を得ることができる。なお、この場合、予変形反力がある場合と無い場合とでは、一定の締付け軸力を得るためには当然に締付け角度が異なることは言うまでもない。
【００１６】
▲５▼  例えば、仮締付け後、ナット回転角法により本締付けを２回に分けて行う場合、仮締付けを予変形の押し潰しに要する締付け軸力の倍以上の軸力を生み出すトルクで行えば、半数のボルトを一旦緩めても、予変形を回復させることなく、締付け軸力の安定した締付けを行うことができる。
【００１７】
Ｂ．締付けトルクとブレーキディスクの予変形量との関係
本発明者等は、機械式トルクレンチを用いた締付け試験により、締付けトルクとブレーキディスクの予変形量との関係を調査した。試験には、前記Ａの試験と同じ鉄道用車輪、ブレーキディスク、ボルト、平座金、ナットを使用した。
【００１８】
試験は、図４に示す予変形量測定ポイントに隣接するボルト１本を除く１１本のボルトを十分に大きなトルクで締付け、一旦予変形を押し潰してレーザー変位計の原点をとった後、再度、全てのボルトを緩め、所定の締付けトルク（０から一定ピッチで数種類）で図４に示す順序で締付け、各締付けトルクでの予変形量をレーザー変位計で測定することにより行った。
【００１９】
その結果を、図５に示す。この図５より、以下のことが判明した。
▲１▼  ある締付けトルクまでは、トルクに比例して予変形量は小さくなる。
▲２▼  ある締付けトルクを超えると、予変形量はほとんど無くなる。
【００２０】
本発明に係るナット回転角法を用いた鉄道車輪用ブレーキディスクのボルト締結方法は、上記した本発明者等の知見に基づいてなされたものであり、複数本のボルトを用いて予変形を有する部品である鉄道車輪用ブレーキディスクをボルト締結する方法であって、予変形押し潰し軸力を超えかつ最終締付け軸力未満の締付けトルクで前記ブレーキディスクを仮締付けして予変形を押し潰した後、この予変形を押し潰した状態を維持したまま、全ての仮締付けボルトを、適数本ずつ、スナッグトルク未満まで一旦緩めた後、再度スナッグトルク迄締付け、その後、さらに所定の角度締付けるものである。
【００２１】
本発明に係るナット回転角法を用いた鉄道車輪用ブレーキディスクのボルト締結方法によれば、押付けプレスを使用することなく、予変形を押し潰した状態で予変形を回復させることなく、締付け軸力のばらつきを抑制しつつ、安定した締付け軸力を得ることができるようになる。本発明者等の実験によれば、弾性域であっても同様の効果が得られた。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明に係るナット回転角法を用いた鉄道車輪用ブレーキディスクのボルト締結方法の効果を確認するために行った実験結果について説明する。なお、実験は上記のＡ．スナッグトルクと締付け軸力のばらつきとの関係に使用したものと同じ鉄道用車輪、ブレーキディスク、ボルト、平座金、ナットを使用した。
【００２３】
ナットランナーを用いて、予変形を有するブレーキディスクを鉄道用車輪に１２本のボルトで仮締付けした。この仮締付けによりブレーキディスクの予変形は完全に押し潰されていた。
【００２４】
次に、前記仮締付けによりブレーキディスクの予変形を完全に押し潰した状態を維持するため、先ず、円周方向に１本飛ばしで計６本のボルトをスナッグトルク未満まで一旦緩めた後、再度スナッグトルク迄締付け、その後、目標軸力になるまでさらに所定の角度締付けた。
【００２５】
次に、残りの６本のボルトを、先の６本のボルトと同じように、スナッグトルク未満まで一旦緩めた後、再度スナッグトルク迄締付け、その後、目標軸力になるまでさらに所定の角度締付けた。
【００２６】
上記のようにして鉄道用車輪に予変形を有するブレーキディスクを取付けたところ、ボルトに発生する曲げ応力を抑制しつつ、ボルトの弾性域締付けであっても、トルク法を使用して取付けた場合と比べて、全てのボルトの締付け軸力を安定させた状態で締結することができた。
【００２７】
なお、本発明に係るナット回転角法を用いた鉄道車輪用ブレーキディスクのボルト締結方法において、仮締付けしたボルトのうち、スナッグトルク未満まで一旦緩めた後、再度スナッグトルク迄締付け、その後、さらに所定の角度締付けるボルトの数は、仮締付け時の予変形を押し潰した状態を維持できるのであれば、その本数は限定されない。また、本発明方法はナットランナーを使用して締付けるものに限らないことは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るナット回転角法を用いた鉄道車輪用ブレーキディスクのボルト締結方法によれば、ボルトの弾性域締付け、塑性域締付けを問わず、押付けプレスを使用することなく、ボルトに発生する曲げ応力を抑制しつつ、トルク法等を使用して取付けた場合と比べて、ボルトの締付け軸力を安定させた状態で締結することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ブレーキディスクを取付けた鉄道用車輪を示した図で、（ａ）は上半分を平面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１の鉄道用車輪に取付けたブレーキディスクを示した図で、（ａ）は上半分を平面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】スナッグトルクと締付け軸力のばらつきとの関係を示した図である。
【図４】ブレーキディスクを鉄道用車輪に取付ける際のボルトの締付け順序と予変形量測定ポイントの説明図である。
【図５】締付けトルクとブレーキディスクの予変形量との関係を示した図である。
【符号の説明】
１    鉄道用車輪
２    ブレーキディスク
３    ボルト
４    ナット
【図１】
0004268786.tif 000002
【図２】
0004268786.tif 000003
【図３】
0004268786.tif 000004
【図４】
0004268786.tif 000005
【図５】
0004268786.tif 000006