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日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸） 2019 年 9 月

スレッドローリングねじの締付けトルクに関する一考察
正会員
スレッドローリングねじ

締付けトルクトルク管理○中島一浩*1

鈴木博之*2

川邉裕一*1

締結不良

締付けトルク T

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，建築のC
非構造部材の取付け 2)や鋼橋の補修・補強 3)に使用されたTF例が報告されている．このねじの締付けにあたっては，高力ボルトの締付けの場合と同様に，締付け不足あるいは締付け過多といった締結不良を起こさないよう，締付けトルクの管理には十分な注意を払わなければならない．
本研究では，ねじの締付けトルクに関する基礎的な特性について検討する．
A
2．実験方法
TDB
試験片形状を図 1 に示す．板厚は 4.5mm と 6mm の 2 種類とし，鋼板にはねじ径より 0.5mm 小さい孔を明けた．
試験片の材質は SS400 である．使用したねじは φ8mm と回転角
φ12mm の 2 種類であり，試験本数は各 5 本とした．ねじ
図 3 締付けプロセスの形状・寸法を図 2 に示す．締付けにはデジタル式トルクレンチを用い，ねじ込みから締結部の破壊までの締付けク TD と呼ぶこととする．鋼板を貫通したねじを更に締付トルクと回転角を測定した．試験状況を写真 1 に示す．
けていくとねじが鋼板に着座し（B 点），締付けトルクは急激に増加する．着座後さらに締付け続けると締結部に破壊が生じ（C 点），締付けトルクは低下に転じる．C 点におけるトルクを破壊トルク TF とする．
4．目標締付けトルク
ねじに締付け不足あるいは締付け過多による締結不良を生じさせないためには，ねじの着座を確認した上で締付けトルク T を少なくとも TD＜T＜TF に収める必要がある．しかし，TD，TF にはばらつきがあるため，TD の平図 1 試験片形状
均値を TDav，TD の標準偏差を σd および TF の平均値をTFav、TF の標準偏差 σf とすると，締付けトルク T は式(1)の範囲となる．
TDav+3σd < T < TFav-3σf(1)従って，目標締付けトルク TT を(TDav+3σd)と(TFav-3σf)の平均値に設定すると，TT は(TDav+3σd) < ( TFav-3σf )の条件のもとで，式(2)によって算出することが出来る 4)．
TT = { ( TDav+3σd ) + ( TFav-3σf ) } / 2(2)
φ12mm

φ8mm

図 2 ねじ形状・寸法

写真 1 試験状況

3．締付けプロセス
図 3 にねじ込みから締結部の破壊までの締付けトルク回転角のプロセスの概念図を示す．ねじのねじ込みが進むと鋼板へのねじ山のかかりが増えていくため締付けトルクが上昇する．ねじが鋼板を貫通するとねじ込みトルクは極値（A 点）を示し，その後，締付けトルクは徐々に低下する．本稿では A 点におけるトルクをねじ込みトル

5．実験結果図 4 に φ12mm，t6mm および φ8mm，t6mm の締付けトルク-回転角の実測結果を例示する．φ12mm，t6mm の TD
は 28Nm、TF は 138Nm であり，φ8mm，t6mm の TD は15Nm、TF は 54Nm となった．また，ねじの着座から破壊までの回転角は，φ8mm が 150 度，φ12mm が 220 度であった．着座後はねじが一回転することなく締結部の破壊に至っていることが分かる．
図 5，6 にすべての試験片の TD，TF を示す．図には後述

A study on tightening torque of thread forming screw

NAKAJIMA Kazuhiro,― 799 ―SUZUKI Hiroyuki
KAWABE Yuichi

する TT も示した．図 6 において，φ12mm，t4.5mm，No.4の TF は他の 4 体よりかなり小さくなっている．これは，ねじが鋼板に斜めに入ったためではないかと思われる．
図 5，6 より，ねじ径が同じ場合，板厚が異なっても TD には有意な差は認められないが，TF は板厚が厚くなると大きくなることが分かる．TD に有意な差が現れなかったのは板厚の差が小さすぎたためではないかと考えられる．
表 1 に各実験ケースの 5 体の TDav，TFav，標準偏差 σd，σf を示す．表 2 には表 1 の結果に基づいて算出した
TDav+3σd ， TFav-3σf ， TT お よ び TT/TFav を 示 す ．
TT/TFav は 53%～58%の範囲となり，ねじ径と板厚が異なっていても，概ね同程度の比率であることが分かる．また，図 5，6 において，TD，TF にはばらつきがあるが，TT は十分に余裕があることが分かる．
このように，適用する部材の板厚と使用するねじの径ごとにねじ込みトルクと破壊トルクを測定することによって，目標締付けトルクを設定することが可能になることが分かった．
6．まとめと今後の課題
スレッドローリングねじの締付けトルクについて検討した結果，本実験の範囲においては，ねじ込トルクおよび破壊トルクのばらつきを考慮した目標締付けトルクは，破壊トルクの 53%～58%となった．
ねじの締付けトルクは，ねじの傾き，板厚，孔径の大きさにも依存すると考えられ，さらに検討したいと考えている．

160

締付けトルク T（Nm）

TF=138 Nm
φ8 t6.0 No.2
φ12 t6.0 No.5

120

80
TF=54 Nm
TD=28 Nm40

TD=15 Nm

00360

7201080 1440 1800 2160

回転角 θ（度）図 4 トルク-回転角

80
TF
TD

ねじ径φ8mm

締付けトルク T（Nm）

60
TFav-3σf

40

TFav-3σf

TT : 32Nm (t6.0mm)

TT : 25Nm (t4.5mm)
TDav+3σdTDav+3σd20

表 1 実験結果

φ8φ12破壊トルクσf4755
107
126

4.7
3.110.28.8

試験番号

図 5 実験結果 (φ8)

160

φ8
φ12120mm

Nm

Nm

Nm

TT/TFav%

4.5
6.0
4.56.01818373633467699253256
6854%
58%
53%
54%

TDav +3σd TFav -3σfTT

締付けトルク T（Nm）mm

板厚

ねじ径φ12mmTF
TD

表 2 目標締付けトルク
ねじ径t6.0-5

Nm

1.8
0.9
2.4
2.3

t6.0-4σd13153029

t6.0-3

Nm

4.5
6.0
4.5
6.0

t6.0-2mm

t6.0-10

標準偏差t4.5-5TFav

t4.5-4

標準偏差t4.5-3

ねじ込みトルク

TDavt4.5-2mm

板厚

t4.5-1

ねじ径

TFav-3σf
TFav-3σf80

TT : 68 Nm (t6.0mm)
TT : 56 Nm (t4.5mm)
TDav+3σd40

TDav+3σd

参考文献
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と高耐食タッピング型ワンサイドボルトによる乾式接合胴縁システムに

試験番号関する実験的研究, 日本建築学会大会学術講演梗概集（九州）, P1143-

図 6 実験結果 (φ12)

t6.0-5t6.0-4t6.0-3t6.0-2t6.0-1t4.5-5

中島一浩, 岡本憲尚, 川邉裕一, 星山守, 藤井勝義：高耐食めっき鋼板

t4.5-42)

t4.5-3

実験的研究, 構造工学論文集 Vol.61A, P614-626, 土木学会, 2015 年 3 月

t4.5-20t4.5-11)

1144, 2016 年 8 月
3)坂本千洋, 坂野昌弘, 小西日出幸, 小山雅弘：対傾構取付け垂直補剛材上端部の疲労対策に関する実験的研究, 鋼構造論文集, 第 25 巻, 第 100号, P1-14, 2018 年 12 月
4) 小長井和裕：タッピンねじの締め付け条件選定とその対応,日本ねじ研究協会誌,第 38 巻第 5 号抜刷,2007 年 5 月*1 ロブテックスファスニングシステム*2 明星大学理工学部総合理工学科建築学系教授

工学博士― 800 ―

*1 Lobtex Fastening Systems Co., Ltd.
*2 Prof.,Dept. of Architecture, Meisei Univ.,Dr.Eng