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日本建築学会大会学術講演梗概集（中国） 2017 年 8 月

独自のねじ形状を有するスレッドローリングねじの締結特性
正会員 ○藤井勝義*1
正会員
桑原 進*2
締付けトルク

硬度分布

破壊性状

1． はじめに鋼板にあけた下孔に，ねじ自身がめねじを成形しながら部材を締結するスレッドローリングねじ（以下，TR ねじ）は片側施工が可能であり，建材や胴縁などの薄板，建築や土木構造物などの厚中板の接合に用いられている．
筆者らは，TR ねじで接合された継手の引張強度を検証し，荷重と板厚の関係および破壊モードについて明らかにした 1) ．本研究では TR ねじの締付けトルク，硬度分布および破壊性状について検証を行った．
2．スレッドローリングねじの概要
写真.1 に TR ねじの断面を示す．TR ねじの形状はメー
トルねじ 3)とは異なり，独自のねじ形状となっている．ねじピッチを小さく，ねじ山高さを低くすることにより，低トルクで締結可能となる．また，おねじ形状は同心円であり，高い締結性能を有する．材質は冷間圧造用炭素
鋼 SWCH20K で浸炭焼入れを施している．本研究で用いた TR ねじのサイズは直径 16mm である．

締結可能であった．
最大トルクに達した後，締付けトルクは急激に低下したが，この時，鋼板のめねじが破壊されていることを確認した．既往の研究 2)によれば，TR ねじで接合された継手の引張強度は板厚に依存することが分かっているが，締付けトルクについても，板厚に依存することが分かる．
図.2 に TR ねじの締付けトルクと締付け軸力の関係を示す．試験体の板厚は 10mm である．写真.2 に示すねじ性能試験機を使用して測定を行った．試験機の能力により200N・m までのトルクと軸力を測定した．図中には，試験体 9 体の締付け軸力をプロットした．締付けトルク約200N・m の軸力は約 23kN であった．

ねじ山高さ
M16=1.08 mm
0.41 mm350
TRねじ Φ16 板厚9mm

300

TRねじ Φ16 板厚6mm

締付けトルク N・m

スレッドローリングねじ

正会員 中島一浩*1
川邉裕一*1250

板厚6mm9mm

①ねじ込み

42.6

44.4

②着座

31.8

26.0

➂破断

240.0

330.0

トルク

200150➂100①50②01.59 mm

0下孔径 Φ15.5mm

360

回転角

M16=2.0 mm
ねじピッチ

720 1080 1440 1800 2160 2520

図.1 締付けトルクと回転角

ねじ山径 Φ16 mm

30

写真.1 ねじ断面

25kN

3．締付けトルクTR ねじで接合された接合部は，締め過ぎによるねじ部締付軸⼒の破壊を防ぐために，締付けトルクを把握する必要がある．
図.1 に締付けトルクと回転角の関係を示す．TR ねじの6mm の場合約 240N・m であった．また，ねじ込みトルク― 681 ―

100は約 50N・m であり，スレッドローリングねじ 3)の呼び径

A Fastening characteristic of Thread forming Screw with theoriginal screw shape

155

最大締付トルクは，板厚 9mm の場合約 330N・m，板厚12mm の最大ねじ込みトルク 75N・m よりも低いトルクで20

写真.2 ねじ性能試験機

050100150

トルクN・m200

図.2 締付けトルク－軸⼒

FUJII Katsuyoshi, KUWAHARA Susumu
NAKAJIMA Kazuhiro, KAWABE Yuichi

250

4．硬度分布
図.3 に TR ねじのねじ山およびねじ谷の表面から中心に向かって 1.5mm までのビッカース硬さ HV(0.3)を示す．
表面近傍の硬度は約 650HV であり，TR ねじ中心部のじ断面が細くなる．次に，上板接合面近辺のねじ断面が細くなることによって，ねじのかかりが少なくなり，めねじが破壊する．これと同時に，下板にかかっているおねじに荷重が集中しておねじが破壊した．

浸炭硬化層の深さは，約 0.4mm 程度までであり，表面近120

ビッカース硬さ HV（0.3）

500

Φ16mm

Φ16mm

熱処理前・ねじ山

熱処理後・ねじ山

Φ16mm

Φ16mm

熱処理前・ねじ⾕

熱処理後・ねじ⾕

27600

60400

Φ14Φ16300

図.4 TR ねじ寸法

120kN

TRねじΦ16-140

TRねじΦ16-220

3 37008033

2.8 9.6への浸炭焼き入れ処理の影響は小さいことが分かる．

123kN

100kN

傍のみ硬化している．熱処理の影響は表面のみで，深部荷重22140

Φ33硬度に対して約 3 倍の硬度となっている．硬度分布より，

0012変位 mm

3図.5 引張試験結果
表.1 TR ねじ測定結果

200100試験体

000.5

110mm

1.5

ねじ表面からの距離 mm19mm

図.3 硬度分布

TR ねじの硬度を確認するために，高張力鋼板への締結を試みた．ここでは，直径 10mm の TR ねじを使用した．

写真.4 測定位置

鋼板の板厚は 12mm，引張強さは 780MPa である．TR ね
じのおねじおよび鋼板のめねじは破壊されること無く，インパクトドライバで締結が可能であった．

写真.3 高張⼒鋼への締結

5．破壊性状直径 16mm の TR ねじの引張試験を行い，試験後のねじの直径と首下長さを測定した．TR ねじの寸法を図.4 に示す．試験体の材質は SS400，上板の板厚は 10mm，下板の板厚は 19mm である．引張試験における荷重と変位の関係を図.5 に，測定結果を表.1 に示す．ねじの直径は最大で 0.65mm 細く，首下長さは 1.2mm 長くなっていた．破壊後の写真および測定結果から，TR ねじの破壊性状について，以下のように推察した．
まず，ねじがかかっていない首下部分が塑性化してね①②➂④mm

No.1No.2①首下15.5815.63②上板接合面

15.3515.46➂下板接合部

15.49

15.59

④おねじ破壊部

15.67

15.80

首下の⻑さ

34.234.2

測定位置

6．まとめ
独自のねじ形状を有する直径 16mm のスレッドローリングねじについて，以下の締結特性を確認した．
1．最大締付トルクは，板厚 9mm の場合約 330N・m，板厚 6mm の場合約 240N・m であった．最大締付けトルクは板厚に依存することが分かった．JIS に規定されているスレッドローリングねじよりも低トルクで締結が可能である．
2．浸炭焼入れの深さは表面から約 0.4mm 程度までであり，深部への影響は小さい．表面のビッカース硬さは約650HV であり，高張力鋼板への締結が可能である．
3．引張試験における破壊性状は，ねじ部断面が塑性化して細くなることに起因し，本検討の条件では，おねじとめねじの両方が破壊された．
参考文献
1) 鈴木博之ら：直径 16mm のスレッドローリングねじ引張接合継手に関する実験的研究,平成 29 年日本建築学会大会（中国）に投稿中
2) 鈴木博之ら：スレッドローリングスクリューの接合強度に及ぼす板厚と孔径の影響, 日本建築学会大会学術講演梗概集（北海道), P733-734, 2013 年 8 月
3) JIS B 1060：浸炭焼入焼戻しを施したメートル系スレッドロ
ーリングねじの機械的性質及び性能*1 ロブテックスファスニングシステム*2 大阪大学大学院 地球総合工学専攻

4准教授・博士(工学)― 682 ―

*1 Lobtex Fastening Systems Co., Ltd.
*2 Associate Prof., Osaka Univ., Dr.Eng.