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令和2年度土木学会全国大会第75回年次学術講演会

スレッドローリングねじの貫通トルクと破壊トルクに及ぼす板厚および孔径の影響
明星大学

正会員

鈴木博之

(株)ロブテックスファスニングシステム

正会員

○中島一浩

川邉裕一

(株)ロブテックスファスニングシステム
1．はじめにスレッドローリングねじ 1)（以下，ねじ）は，鋼部材同士を片側から接合することができるため，近年，鋼橋の補修・補強に使用された例が報告されている 2)．このねじの目標ねじ込みトルク TT は，一般に鋼板を貫通したときの貫通トルク TP と，ねじの接合部が破壊したときの破壊トルク TF を用いて定められる 3)．本研究では，TT の決定に用いられる TP および TF に及ぼす板厚 t お
よびねじ孔径 φ の影響について調査する．

図 2 ねじの寸法

図 1 トルク T と回転角 θ の関係

2．目標ねじ込みトルク
目標ねじ込みトルク TT とは，図 1 のように，ねじが鋼板を貫通した時のトルク TP と，ねじの接合部が破壊した時のトルク TF を用いて，一般に次式で求められる．
TT = { (TPav + 3σp) + (TFav – 3σf) } / 2
ここに，TPav ：貫通トルクの平均値
σp ：貫通トルクの標準偏差TFav ：破壊トルクの平均値
σf ：破壊トルクの標準偏差

図3鋼板

表 1 鋼材の機械的性質(ミルシート値)

3．実験方法
実験に使用したねじを図 2 に示す．ねじ径は φ=8mmと φ=12mm であり，試験に用いたねじの本数は各 5 本である．ねじのねじ込みに使用した鋼板を図 3 に示す．
鋼板の材質は SS400 であり，板厚は t=4.5mm，6.0mm，9.0mm，12.0mm である．表 1 に鋼材の機械的性質を，
表 2 に実験ケースを示す．鋼板には(ねじ径 φ－0.5mm)の孔を各 5 個あけた．ただし，ねじ径 φ=12mm，板厚 t＝6.0mm の場合は，ねじ孔径の影響を調査するために(ねじ径 φ－0.3mm)の孔をあけた実験ケースを追加した．
ねじのねじ込みにはデジタル式トルクレンチを用い，ねじ込みから接合部の破壊までのねじ込みトルク T とねじの回転角 θ を測定した．
4．実験結果および考察
4.1 板厚の影響
図 4 にねじ径 φ=8mm，図 5 にねじ径 φ=12mm のねじのねじ込みトルク T と鋼板の板厚 t の関係を示す．図中の記号は最大値，最小値および平均値を示している．
図 4 のねじ径 φ=8mm の TP の平均値は，板厚 t の増加に伴って大きくなっている．TP が板厚 t の増加と共に大きくなっているのは，板厚 t が大きくなると，ねじのはめあい長さが増えるので，おねじとめねじの間の摩擦が増え，トルク T が増加したためである．ねじ径φ=8mm の TF の平均値は，板厚が t=4.5mm から t=6.0mm

板厚 tmm

降伏点 YP

4.5387470346.0362

470

29N/mm2

引張強さ TSN/mm

2伸び EL%9.033544930

12.032344730

表2

実験ケース番号(ねじの本数)

ねじ径 (mm)φ=8

φ=12孔径(mm)

板厚t (mm)

φ=7.5

φ=11.54.54508(5)4512(5)6.06008(5)6012(5)9.09008(5)9012(5)12.01208(5)φ=11.7
L6012(5)に厚くなると 10.5Nm 増加しているが，板厚が t=6.0mm，9.0mm，12.0mm では，TF に有意な違いは認められない．
この違いは，破壊モードの違いに起因するものと思われる．板厚が t=4.5mm，6.0mm では，ねじが破壊していないので，鋼板に形成されためねじが破壊したものと推察されるが，板厚が t=9.0mm，12.0mm では，ねじがせん断破壊した．めねじの破壊を写真 1 に，ねじのせん断破壊を写真 2 に示す．板厚が t=6.0mm と t=9.0mm，キーワード スレッドローリングねじ，貫通トルク，破壊トルク，破壊モード，目標ねじ込みトルク
連絡先〒103-0012 東京都中央区日本橋堀留町 1-5-11 堀留 D ビル 5 階 TEL (03)5847-4100© Japan Society of Civil Engineers- I-41 -I-41

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12mm の TF はほぼ等しく，板厚が t=6.0mm の場合もねじのせん断破壊が生じる可能性があったものと思われるが，今回の実験では鋼板に形成されためねじの破壊となった．したがって，本研究の範囲においては，板厚t=6.0mm がめねじの破壊とねじのせん断破壊の分岐点に相当するものと思われる．
板厚が t≧9.0mm になると，TF がほぼ一定になるのは，鋼板が厚くなると鋼板に形成されためねじの強度がねじの強度より大きくなり，接合部の強度がねじの強度によって決まるためである．ねじ径 φ=8mm のねじの場合は，ねじのフランジと鋼板表面の摩擦力よりもねじのせん断強度が低いため，ねじがせん断破壊した．
図 5 のねじ径 φ=12mm の TP の平均値は，板厚がt=4.5mm から t=6.0mm に厚くなっても変化していないが，板厚が t=6.0mm から t=9.0mm に厚くなると，TP が大きく増加しているので，板厚 t をさらに厚くするとTP も増加するものと推察される．
図 5 のねじ径 φ=12mm の TF の平均値は，板厚がt=4.5mm から t=6.0mm に厚くなると 22.4Nm 増加しており，板厚が t=6.0mm から t=9.0mm に厚くなると55.6Nm 増加している．板厚が 4.5mm≦t≦9.0mm において，TF と板厚 t がほぼ線形関係になったのは，ねじ径φ=12mm のねじを用いたので，ねじの強度が鋼板に形成されためねじの強度より大きくなったため，接合部の破壊が鋼板のめねじ破壊となり，TF がねじのはめあい長さに依存したためである．
ねじ径 φ=12mm のねじの場合は，板厚 t によらず全ての試験片がめねじの破壊であった．

70

ねじ込みトルク T (Nm)

60
5040

最大値
平均値
最小値

30TF(φ=7.5mm)
TP(φ=7.5mm)

2010002468
板厚 t (mm)101214図 4 ねじ径 φ=8mm のねじ込みトルク T に及ぼす板厚 t の影響

ねじ込みトルク T (Nm)200
160
TF(φ=11.5mm)
120

TP(φ=11.5mm)

最大値
平均値
最小値

80

TF(φ=11.7mm)
TP(φ=11.7mm)

40004.2 孔径の影響図 5 には板厚が t=6.0mm，ねじ径 φ=12mm，鋼板の孔径が φ=11.7mm(ねじ径 φ－0.3mm)の場合のねじ込みト
ルク T と鋼板の板厚 t の関係も示している．
鋼板の孔径が φ=11.5mm の TP の平均値は 28.0Nm，孔径が φ=11.7mm の TP の平均値は 21.8Nm であり，孔径 φ が大きくなると TP は小さくなった．また，孔径がφ=11.5mm の TF の平均値は 133.0Nm，孔径が φ=11.7mmの TF の平均値は 100.4Nm であり，孔径 φ が大きくなると TF は小さくなった．これは，鋼板の孔径 φ が大きくなると，ねじと鋼板とのねじのかかりが浅くなり，おねじとめねじの間の摩擦が減り，トルク T が小さくなったためである．
5．まとめ
本研究の範囲において，以下のことが分かった．
(1) ねじ径 φ＝8mm の TP は，板厚が 4.5mm≦t≦12.0mmにおいては，板厚 t が厚くなると共に増加する関係にあった．
(2) ねじ径 φ＝8mm の TF は，板厚が t=4.5mm，6.0mmでは増加し，鋼板に形成されためねじが破壊した．板厚が 6.0mm≦t≦12.0mm では TF はほぼ一定であり，ねじがせん断破壊した．
(3) ねじ径 φ＝12mm の TP は，板厚が t=4.5mm，6.0mm
では変化が無かったが，板厚が t=9.0mm になると TP は大きく増加した．
(4) ねじ径 φ＝12mm の TF は，板厚 t が厚くなると共に増加する関係にあり，鋼板に形成されためねじがせん断破壊した．
(5) ねじ径 φ=12mm，板厚が t=6.0mm の場合，鋼板の孔© Japan Society of Civil Engineers2468
板厚 t (mm)101214図 5 ねじ径 φ=12mm のねじ込みトルク T に及ぼす板厚 t の影響

写真 1 めねじの破壊

写真 2 ねじの破壊
実験ケース 9008

実験ケース 6008

径 φ が大きくなると，ねじと鋼板とのねじのかかりが浅くなり，TP および TF は小さくなった．
参考文献
1)

鈴木博之：スレッドローリングねじで接合された継手の強度に関する実験的研究, 構造工学論文集 Vol.61A, P614-626, 土木学会, 2015年3月
2)坂本千洋，小西日出幸，奥村信太郎，坂野昌弘：U リブ鋼床版垂直補剛材上端部に対する下面からの疲労対策, 鋼構造年次論文報告集，第 27 巻, P815-823, 日本鋼構造協会, 2019 年 11 月
3)鈴木博之，川邉裕一，中島一浩：スレッドローリングねじの締付けトルクに関する実験的検討，鋼構造年次論文報告集，第 27 巻, P99106, 日本鋼構造協会, 2019 年 11 月
謝辞：本研究の実施にあたり，吉田悠斗君（研究当時，明星大学 4 年生）の協力を得た．記して感謝の意を表します．

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