JP3177869U

JP3177869U - 軸力表示座金

Info

Publication number: JP3177869U
Application number: JP2012003625U
Authority: JP
Inventors: 芳一阪村; 博道草深
Original assignee: 株式会社阪村機械製作所; 日本ファスナー工業株式会社
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2022-05-30

Abstract

【課題】所定の軸力で締め付けが目視によって容易に確認でき、かつ、設計軸力で締付時の軸力−回転角の関係曲線に大きな変化点がでるようにした軸力表示座金を提供する。
【解決手段】中心部に貫通孔１１を有する円板状の座金本体１０と、座金本体１０と一体でその一端面における外周部に厚み方向に突設される内面テーパー状の変形突起部１３とからなり、座金本体１０は、使用するボルト強度とボルト径に基づく設計軸力以上の硬度を有するように形成される。変形突起部１３は、設計軸力までの締付時にあってはその先端部分が座金本体１０の外周端からはみ出すように塑性変形されて締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが小さくなるよう形成されると共に、設計軸力がかかった時点で上記塑性変形を完了しかつ締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが大きくなる変化点がでるように形成される。
【選択図】図１

Description

本考案は、ボルトやナットと被締結体との間に介装される軸力表示座金に関する。

従来、ボルトやナットと被締結体との間に介装される座金としては、たとえばボルトの軸部が挿通される挿通孔を有する円板状の座金本体の下面に菊模様の係合溝が形成された構成となっている。

そして、ボルトと被締結体との間に上記座金を介装して適宜治具で締結するとき、頭付きボルトの頭部下面に座金を介して被締結体に押し付け、その軸力による締付抵抗で緩み止めを行うようにしている。

ところが、上記した座金のように、単にボルトの座金を介する被締結体への押し付けによる緩み防止構造では、トルクレンチを用いたり或いは普通の締付治具を用いたりして締結作業を行う場合、トルク係数などにより頭付きボルトの締め付けによる軸力にバラツキがあり、常に安定した締め付け軸力を得ることができないものであった。そのため、頭付きボルトによる締め付けが弱いと振動や何らかの外力がかかった場合に、ゆるみが発生するといった重大な問題があった。また、頭付きボルトを仮止めしたまま本締めを忘れたようなとき、これを目で見て確認しづらい問題も有していた。

そこで、本考案は、所定の軸力で締め付けが行われたかどうかを目視によって簡単容易に確認することができ、しかも、使用するボルト強度とボルト径に基づく設計軸力で締付時の軸力−回転角の関係曲線に大きな変化点がでるようにした軸力表示座金の提供を課題とする。

上記した問題を解決するため、本願の請求項１記載の考案は、中心部に貫通孔を有する円板状の座金本体と、座金本体と一体でその一端面における外周部に厚み方向に突設される内面テーパー状の変形突起部とからなり、座金本体は、使用するボルト強度とボルト径に基づく設計軸力以上の硬度を有するように形成されている一方、変形突起部は、上記設計軸力までの締付時にあってはその先端部分が座金本体の外周端からはみ出すように塑性変形されて締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが小さくなるよう形成されていると共に、上記設計軸力を満足する軸力がかかった時点で、変形突起部は上記塑性変形を完了しかつ締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが大きくなる変化点がでるように形成されていることを特徴とする。

本願の請求項２記載の考案は、変形突起部が座金本体の一端面外周部に筒状に形成されていると共に、座金本体における変形突起部の内側部分に変形突起部のテーパー状内周面に連続する環状溝が形成されており、座金本体は使用するボルト強度とボルト径に基づく設計軸力以上の硬度を有するようにその中間径Ａ、孔径Ｂ、厚みＣが形成されている一方、変形突起部は、上記設計軸力までの締付時にあってはその先端部分が座金本体の外周端からはみ出すよう塑性変形されて締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが小さくなるように変形突起部の高さＤ、環状溝部分の幅Ｅ、変形突起部の外径Ｆが形成されていると共に、上記設計軸力を満足する軸力がかかった時点で、変形突起部は上記塑性変形を完了しかつ締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが大きくなる変化点がでるように形成されていることを特徴とする。

本願の請求項１記載の軸力表示座金によれば、ボルト又はナットによる締結時、使用するボルト強度とボルト径に基づく設計軸力にて内面テーパー状の変形突起部を座金本体の外周端から外方にはみ出すように変形させ、そのはみ出し度合いから所定の軸力で締め付けが行われたかどうかを目視により簡単容易に確認することができる。しかも、内面テーパー状の変形突起部は、上記設計軸力までの締付時にあってはその先端部分が座金本体の外周端からはみ出すように塑性変形されて締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが小さくなるよう形成されており、かつ、上記設計軸力を満足する軸力がかかった時点で、変形突起部は上記塑性変形を完了しかつ締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが大きくなる変化点がでるように形成されているので、電動レンチを用いて締め付けを行う場合、上記設計軸力を満足する軸力がかかった時点で電動レンチを自動停止させることができる。つまり、変形突起部の塑性変形が完了し、軸力−回転角の曲線の傾きが大きく変化した時点では、電動レンチのモーター電流が大きく変化するため、この変化点を感知することにより電動レンチによる締め付けを自動停止させることができる。その結果、この変化点をとらえて自動停止させる締結手段によれば、トルク係数に関係なく安定した締め付け軸力を得ることができる。さらに、後日の締結軸力をチェックする際にも、目視によるチェックや電動レンチを用いてのチェックが簡単容易にかつ迅速に行うことができる。

また、本願の請求項２記載の考案のように、変形突起部が座金本体の一端面外周部に筒状に形成されていると共に、座金本体における変形突起部の内側部分に変形突起部のテーパー状内周面に連続する環状溝が形成されており、座金本体は使用するボルト強度とボルト径に基づく設計軸力以上の硬度を有するようにその中間径Ａ、孔径Ｂ、厚みＣが形成されている一方、変形突起部は、上記設計軸力までの締付時にあってはその先端部分が座金本体の外周端からはみ出すよう塑性変形されて締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが小さくなるように変形突起部の高さＤ、環状溝部分の幅Ｅ、変形突起部の外径Ｆが形成されており、かつ、上記設計軸力を満足する軸力がかかった時点で、変形突起部は上記塑性変形を完了し、締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが大きくなる変化点がでるように形成されている構成とすれば、座金の材質や、ボルト強度とボルト径に基づく設計軸力に合わせて、その設計軸力を満足する軸力がかかった時点で締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが大きくなる変化点がでるように容易に設定できるのでこのましい。

本考案に係る軸力表示座金の縦断面図である。同軸力表示座金の一部縦断面図である。同軸力表示座金の底面図である。締結時の軸力−回転角の関係曲線図である。締結前の状態を示す一部縦断面図である。締結後の状態を示す一部縦断面図である。軸力表示座金の成形開始前の状態を示す一部縦断面図である。第１工程での成形状態を示す一部縦断面図である。第２工程での穴あけ開始前の状態を示す一部縦断面図である。第２工程での穴あけ状態を示す一部縦断面図である。別の軸力表示座金の正面図である。同底面図である。同縦断面図である。

以下本考案の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１〜図３は、本考案の軸力表示座金１を示し、この座金１は、中心部に貫通孔１１を有する円板状の座金本体１０の一端面（以下底面という）に、その底面中間部分に形成される環状溝１２と、環状溝１２の外側でかつ座金本体１０と一体でその外周部に厚み方向の下側に突設される内面テーパー状の筒状変形突起部１３とからなるものである。そして、座金本体１０は、使用するボルトのボルト径（たとえばＭ１２Ｍ１６Ｍ２０等）とそのボルト強度（８．８１０．９１２．９等）とに基づく設計軸力以上の硬度を有するようにその材質が適宜選択されると共に、中間径Ａ、孔径Ｂ、厚みＣが形成されている一方、変形突起部１３は、上記設計軸力までの締付時にあってはその先端部分が座金本体１０の外周からはみ出すよう塑性変形されて図４のイで示すように締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが小さくなるように変形突起部の高さＤ、環状溝部分の幅Ｅ、変形突起部１３の外径Ｆが形成されていると共に、上記設計軸力を満足する軸力がかかった時点で、変形突起部１３は座金本体１０の外周端から外方にはみ出す塑性変形を完了しかつ図４のロで示すように締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが大きくなる変化点Ｇがでるように形成されている。また、筒状変形突起部１３の先端部は、図１に示すように鋭角に尖らせて、最初の塑性変形を容易にし、かつ内面側につぶれない形状に形成するのがこのましい。

使用に際しては、図５に示すように軸力表示座金１をその変形突起部１３を下側にして頭付きボルト（又はナット）３と被締結体４との間に介在させ、電動レンチ（図示せず）により締め付けて締結する。その締め付け時、軸力表示座金１の変形突起部１３が図６に示すように座金本体１０の外周端から外方にはみ出すように拡径しながら変形することになる。このとき変形突起部１３は使用するボルトのボルト強度とボルト径に基づく設計軸力までの締付時にあっては図４のイで示すように締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが小さくなるようにその先端部分が座金本体１０の外周からはみ出すよう塑性変形される。そして、上記設計軸力を満足する軸力がかかった時点で、変形突起部は座金本体１０の外周端から外方にはみ出す塑性変形を完了しかつ図４のロで示すように締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが大きくなる変化点Ｇがでる。この変化点を電動レンチに内蔵された検出器が感知したとき電動レンチを自動停止させ締結を完了する。つまり、変形突起部１３の塑性変形が完了し、軸力−回転角の曲線の傾きが大きく変化した変化点Ｇでは、電動レンチのモーター電流が大きく変化するため、この変化点Ｇを感知することにより電動レンチによる締め付けを自動停止させることができる。

このように、電動レンチを用いて締め付けを行う場合、上記設計軸力を満足する軸力がかかった時点で電動レンチを自動停止させ手締め付けを完了させることができ、これにより、トルク係数に関係なく一定の弾性範囲内の締め付け軸力を得ることができる。また、変化点Ｇを越えて最大荷重がかかってもボルトの弾性範囲内にあり、軸力が抜けるといったこともない。その上、変形突起部１３における先端部の座金本体１０の外周端、つまりボルト３の外周端に対するはみ出し度合いからもボルト３による被締結体４への締結軸力を目視により容易に確認することができる。さらに、後日の締結軸力をチェックする際にも、目視によるチェックや電動レンチを用いて簡単容易にかつ迅速にチェックすることが可能となる。

次に、上記した軸力表示座金１の製造方法について述べる。
まず、図７に示すような２度打ちヘッダー機構を備えた熱間圧造成形機２０を用いて、熱処理が可能な金属からなる長尺の金属素材Ｓからスクラップレスにて一貫した２つの工程で座金本体１０と変形突起部１３とが一体成形された図８に示す座金成形体１Ｂを成形する。

ここで、熱間圧造成形機２０は、グリップダイ２１と座金成形ダイ２２と高周波熱処理機（図示せず）などにより１０００℃以下の温度に加熱された長尺の金属素材Ｓを座金成形ダイ２２に供給する供給機構（図示せず）を備えた機体２３と、第１工程の座金成形パンチ２４と第２工程のピアスパンチ２５を並設した移動パンチプレート２６を備えたラム２７とから構成されている。ラム２７は機体２３側に進退動されると共に、移動パンチプレート２６は図示しない移動手段を介してラムに対し移動パンチ並設方向に移動可能に支持されている。また、金属素材Ｓは高周波熱処理機などにより１０００℃以下の温度に加熱され、そのうえで供給機構により座金成形ダイ２２へ移送される。さらに、具体的には明記していないが、座金成形ダイ２２と第１工程の座金成形パンチ２４におけるそれぞれ対向面に、貫通孔１１を有しない図８に示す座金成形体１Ｂを成形するための割り型成形部２２ａ，２４ａがそれぞれ形成されている。なお、座金成形ダイ２２の挿通孔２２ａの内径と第２工程のピアスパンチ２４の外径とは同径である。

そして、軸力表示座金１の成形に際しては、まず第１工程において、図７に示すようにグリップダイ２１を開いた状態で供給機構により１０００℃以下の温度に加熱された長尺の金属素材Ｓを座金成形ダイ２２の挿通孔２２ａから前方に所定長さ送り出し、その後、グリップダイ２１を閉じて金属素材Ｓが後退しないようにグリップし、そのグリップ状態のもとでラム２６をダイ側に前進させ、第１工程の座金成形パンチ２４と座金成形ダイ２２により金属素材Ｓの先端部を圧造成形する。これにより、金属素材Ｓの先端に、図８に示すように中心部に貫通孔１１を有する円板状の座金本体１０と、この座金本体１０の厚み方向一方側に、環状溝１２を介して外周から軸方向外方に向かって一体に突出する締結軸力確認用のテーパー筒状変形突起部１３を備えた中間成形体Ａを一体に圧造成形する。この場合、変形突起部１３は座金本体１０の外径と同径に形成されている

次に、第２工程として、ラム２７を一旦後退させ、その後移動パンチプレート２６をパンチ並設方向に移動させて、図９に示すように第２工程のピアスパンチ２５を中間成形体１Ａの中心部に対向させる。そして、グリップダイ２１を開いて金属素材Ｓの後退を許す状態のもとで、ラム２７を前進させ、図１０に示すように第２工程のピアスパンチ２５で中間成形体１Ａの中心部分を打ち抜く。これにより、中心部に貫通孔１１のあいた座金成形体１Ｂをスクラップレスにて成形すると共に、分離された残りの金属素材Ｓをダイ２１内のスタート位置に押し戻す。
ここで、座金成形ダイ２２の挿通孔２２ｂの内径と第２工程のピアスパンチ２４の外径とは同径である。また、移動パンチプレート２５のラム２６に対する移動方向は左右方向（水平方向）とする他、上下方向であってもよい。

然る後、ラム２７を後退させ、その後移動パンチプレート２６をパンチ並設方向に移動させて、図７で示すように第１工程の座金成形パンチ２４をそのパンチ２４が成形ダイ２２の挿通孔２２ａに対向するスタート位置に戻す。また、この移動の間に座金成形体１Ｂを座金成形ダイ２２から外部に取り出すのであり、以後上記した動作を繰り返し行うことにより座金成形体１Ｂを、スクラップを発生させずに連続して成形する。

そして、座金成形ダイ２２から取り出した座金成形体１Ｂを、高周波熱処理機（図示せず）などにより８００℃以下にて熱処理を施して、締結時、求める所定の締結軸力に合わせてテーパー筒状の変形突起部１３が座金本体１０の外周端から外方にはみ出すよう変形する弾力を具備した軸力表示座金１に形成するのである。

以上のように、２度打ちヘッダー機構を備えた熱間圧造成形機２０を用いて、熱処理が可能な金属からなる長尺の金属素材Ｓから一貫した２つの工程でスクラップレスにて座金本体１０と変形突起部１３とが一体成形された座金成形体１Ｂを成形し、そのうえで座金成形体１Ｂに、高周波熱処理機（図示せず）などにより８００℃以下にて熱処理を施すことにより、締結時、求める所定の締結軸力に合わせてテーパー筒状の変形突起部１３が座金本体１０の外周端から外方にはみ出すよう変形する弾力を具備した軸力表示座金１を得ることができる。上記した本考案の製造方法によれば、熱処理を利用して変形突起部１３が求める所定の軸力で締め付けが行われたときに変形するように正確に設定された軸力表示座金１を簡単容易に製造でき、その上、材料の無駄がなくコスト安価にできる。

なお、上記した圧造成形機２０において、移動パンチプレート２５のラム２６に対する移動方向は上記した実施の形態のように左右方向とする他、上下方向であってもよい。

また、軸力表示座金１の変形突起部１３の形状としては、図１〜図３に示すようなテーパー筒状の変形突起部１３に限られるものではなく、たとえば図９〜図１１に示すように複数個（図では６個）の変形突起部１３ａ…１３ａを周方向に断続的に設けたものであってもよい。図に示す実施の形態では、変形突起部１３ａ…１３ａの周りにそれぞれ環状溝１２ａ…１２ａを形成している。この複数の変形突起部１３ａ…１３ａについても、ボルト、ナットなどによる締結時、変形突起部１３ａ…１３ａは、上記設計軸力までの締付時にあってはその先端部分が座金本体１０の外周端からはみ出すように塑性変形されて締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが小さくなるよう形成されていると共に、上記設計軸力を満足する軸力がかかった時点で、変形突起部１３ａ…１３ａは上記塑性変形を完了しかつ締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが大きくなる変化点がでるように形成されている。

このように形成した軸力表示座金１の場合においても、先の軸力表示座金１の場合と同様に、電動レンチによる締結時、変形突起部１３ａ…１３ａは、上記設計軸力までの締め付けに際して変形突起部１３ａ…１３ａがそれぞれ座金本体１０の外周端から放射方向外方に大きくはみ出すように変形することになる。これにより、ボルト、ナットによる締結軸力を複数の変形突起部１３ａ…１３ａの変形度合により目視によって確認することができ、また、その締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きは小さくなっている。そして、上記設計軸力を満足する軸力がかかった時点で、変形突起部１３ａ…１３ａは上記塑性変形を完了しかつ締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが大きくなるので、この変化点Ｇを感知することにより電動レンチによる締め付けを自動停止させることができる。

なお、上記した実施の形態では、変形突起部１３又は変形突起部１３ａ…１３ａの周りにそれぞれ環状溝１２又は環状溝１２ａ…１２ａを形成しているが、これら環状溝１２又は溝１２ａ…１２ａは省略してもよい。

１軸力表示座金
１０座金本体
１１貫通孔
１２環状溝
１２ａ環状溝
１３変形突起部
１３ａ変形突起部

Claims

中心部に貫通孔を有する円板状の座金本体と、座金本体と一体でその一端面における外周部に厚み方向に突設される内面テーパー状の変形突起部とからなり、座金本体は、使用するボルト強度とボルト径に基づく設計軸力以上の硬度を有するように形成されている一方、変形突起部は、上記設計軸力までの締付時にあってはその先端部分が座金本体の外周端からはみ出すように塑性変形されて締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが小さくなるよう形成されていると共に、上記設計軸力を満足する軸力がかかった時点で、変形突起部は上記塑性変形を完了しかつ締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが大きくなる変化点がでるように形成されていることを特徴とする軸力表示座金。
変形突起部が座金本体の一端面外周部に筒状に形成されていると共に、座金本体における変形突起部の内側部分に変形突起部のテーパー状内周面に連続する環状溝が形成されており、座金本体は使用するボルト強度とボルト径に基づく設計軸力以上の硬度を有するようにその中間径Ａ、孔径Ｂ、厚みＣが形成されている一方、変形突起部は、上記設計軸力までの締付時にあってはその先端部分が座金本体の外周端からはみ出すよう塑性変形されて締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが小さくなるように変形突起部の高さＤ、環状溝部分の幅Ｅ、変形突起部の外径Ｆが形成されていると共に、上記設計軸力を満足する軸力がかかった時点で、変形突起部は上記塑性変形を完了しかつ締付時の軸力−回転角の関係曲線の傾きが大きくなる変化点がでるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の軸力表示座金。