JPH07224823A - ボルト締め付け軸力の変動抑制装置およびその用途 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 建造物などの部材をボルトとナットで締め付
ける装置において、従来のボルト締め付け軸力が大きく
ばらつくという問題を解決するためになされたものであ
る。 【構成】 建造物の部材などの被締め付け材をボルトと
ナットで締め付ける装置において、ボルト１の締め付け
軸力を一定に制御するための荷重制御座金２と変形によ
る締め付け長さの変動や衝撃力を吸収するためのばね座
金３を備え、かつばね座金３と被締め付け材との間に平
座金２７を備えたボルト締め付け軸力の変動抑制装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は構造物および機械の分野
において、一定の制御された締め付け力を必要とし、か
つ締め付けられた部分の形状変化や各種衝撃力等により
締め付け長さの変動を生ずる場合においても、締め付け
軸力の変動を抑制する装置およびの用途に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ボルトの締め付け力を制御し、か
つ締め付け長さの程度の変動が生じても締め付け軸力が
大きく変動させない方法としては次に示す方法がある。

【０００３】（１）ばね要素をボルトと組み合わせ、ば
ねにより締め付け形状の変動を吸収するとともに、ばね
の寸法変化を測定することのみによって、締め付け軸力
を推定する方法 （２）ばね要素をボルトと組み合わせ、ばねにより締め
付け形状の変動や衝撃力を吸収するとともに、ボルトの
締め付けトルク値を測定することにより締め付け軸力を
推定する方法 （３）ばね要素とボルトと組み合わせ、ばねにより締め
付け形状の変動や衝撃力を吸収するとともに、いわゆる
トルシア形高力ボルトを用いて、ボルトのピンテール部
分のねじれ破断トルクを利用することで締め付け軸力を
推定する方法

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】

（１）による方法の例を図１９および図２０に示す。ボ
ルト１の締め付けにより、皿ばね３の高さが変形を生ず
る。この変形量を測定することにより軸力を推定する。

【０００５】しかしながら、この場合、ばね座金３の変
形は弾塑性変形であって純粋の弾性変形と異なり、荷重
−変形を精密には制御しにくいこと、皿ばね３の接触す
る部品５および８との摩擦がばね座金の剛性に大きく影
響を与えること、または皿ばね３の加工および熱処理に
よる材料特性の変化があることなど、締め付け軸力のば
らつきが大きくなる可能性が高い。

【０００６】（２）による方法は、高力摩擦ボルトのト
ルクコントロール法による締め付けに見られる方法であ
る。この場合には、ボルトの締め付けトルクとボルトと
ナットおよび締め付けられる部材相互間の摩擦力によっ
て発生させているため、各部品の表面状況や温度、湿度
による影響を受け易く、締め付け精度のばらつきが大き
い。

【０００７】（３）による方法は、ボルトのピンテール
の破断力を利用しているため、（２）による方法より精
度が高いと言われているが、（２）の場合と同様に、ボ
ルトと締め付け部材間の摩擦を締め付け軸力推定に利用
していること、またボルトの材料強度のばらつきがねじ
れ破断に直接影響を与えるため、締め付け軸力のばらつ
きが生ずる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、建造物などの
部材をボルトとナットで締め付ける装置において、従来
のボルト締め付け軸力が大きくばらつくという問題を解
決するためになされたものであり、ボルト１の締め付け
軸力を一定に制御する荷重制御座金２と変形による締め
付け長さの変動や衝撃力を吸収するばね座金３を備え、
かつばね座金３と被締め付け材との間に十分な硬さ好ま
しくはＨｖ１４０以上の平座金２７を備えたボルト締め
付け軸力の変動制御装置である。

【０００９】また、この装置を使用した、摩擦ダンパ
ー、免震積層ゴム支承体の載荷装置、柱および梁部のボ
ルト接合装置、アースアンカーおよびタイロッドの締結
装置も本発明の対象である。

【００１０】

【作用】本発明の装置例を図１〜図４に示す。

【００１１】図１、図２に示すように、剛性板７、８と
摩擦材９を積層した摩擦ダンパーが、ボルト１、荷重制
御座金２、ばね座金３、ナット４によって締め付けられ
る。図３はボルト締め付け前、図４はボルト締め付け後
を示す。

【００１２】図５は、本発明の装置によるボルト軸力の
変動制御効果を従来のトルク法と比較して示す。

【００１３】以下に、本発明の装置によって効果が得ら
れる作用についても述べる。

【００１４】本発明においては、ボルト１の締め付け軸
力を一定に制御することについては、荷重制御座金２に
よって行う。

【００１５】また、締め付け長さは締め付け部分の製作
誤差、温度変化、表面の傷、錆、曲がり、捻れ等によっ
て変化する場合がある。使用状況によっては震動等に起
因する衝撃力がかかる場合もある。このような締め付け
長さの変動および衝撃力による影響は、ばね座金３によ
り吸収することとし、ばね座金３の剛性を調整すること
により、締め付け軸力の変動を抑制する。

【００１６】まず、荷重制御座金２としては、図６のよ
うな各種形状のもの、あるいは図７に示すような突起
（エンボス）がついたものが挙げられる。

【００１７】いずれの荷重制御座金の場合も、ボルト締
め付けを行ってゆくと座金の一部が塑性変形を起こし、
ボルトの回転角が多少変化しても、ボルト締め付け軸力
が一定の幅内に納まるような定荷重域を得ることができ
る（図８）。

【００１８】材料強度、座金の厚みおよび傾斜角度を調
整することにより、このような定荷重域を持つ荷重特性
を得ることができる。

【００１９】次に、ばね座金の形状としては、圧縮コイ
ルばね、皿ばね、弓形ばね、重ね板ばね、輪ばねなどが
ある。この内、皿ばねがコンパクトでかつ比較的大きな
荷重に対応できるため、経済的で小さな装置が可能とな
る。また、変形量が大きい場合は、ばね座金を重ねて使
用してもよい。

【００２０】また、被締め付け部材の硬さが十分でない
場合には、ばね座金３が被締め付け部材に直接に接する
とばね座金の端部が被締め付け部材にめり込むことによ
りばねの効果に予想しない変動を与える恐れがある。

【００２１】従って、十分な硬さ（好ましくはＨｖ１４
０以上）の平座金２７を中間に介在させることによっ
て、ばね座金３のめり込みを回避する。さらには、平座
金の表面状況を管理することによって、被締め付け部材
の表面状況に関わりなく、ばね座金３のばね定数を一定
に保つことが容易にできる。

【００２２】以上のように、簡便かつ経済的な方法によ
って、安定した締め付け荷重を維持することができる。

【００２３】

【実施例】

［実施例１］図９は本発明の装置を摩擦ダンパーに適用
した例を示し、図９（ａ）は図９（ｂ）のＡ−Ａ視図、
図９（ｂ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ視図、図９（ｃ）は図
９（ａ）のＢ−Ｂ視図である。

【００２４】１は高力ボルト、２は荷重制御座金、３は
皿状のばね座金、４はナット、５は平座金、７は建造物
の一端にボルト孔１２を利用してボルト留めされるステ
ンレス板、８は建造物の他の一端にボルト孔１１を利用
してボルト留めされる鋼鈑、９は銅系焼結摩擦材で部材
８に固着されている。１３はステンレス板を両面から押
さえるための鋼鈑を示している。

【００２５】建造物に振動が発生すると、ステンレス板
７と鋼鈑８は相互にずれを生ずるため、ステンレス板と
銅系焼結摩擦材９の間に動摩擦力が発生し、振動エネル
ギーを吸収することによって振動の抑制を行う。

【００２６】１０は相互間の変形を許容するための平行
部分を持つ孔を示す。

【００２７】ここで、ボルト１を締めることにより、ま
ず荷重制御座金２が降伏し平坦になり、一定の締め付け
軸力が導入されたことが確認される。

【００２８】この場合、ばね座金３はボルト１の締め付
け力によって変形し、若干平坦になるため、それによっ
ても導入荷重の確認がある程度可能である。

【００２９】平座金２７は十分な硬さ、好ましくはＨｖ
１４０以上を持つことによってばね座金３の端部のめり
込みを防止する。また、平座金２７の表面状況を一定に
管理することによって、容易にばね座金３のばね定数を
一定に保持することができる。

【００３０】建造物の振動が発生すると、前述のとおり
ステンレス板７と銅系焼結摩擦材の間に摩擦力が発生す
るが、逃げの無い場合、各板の変形や接合部のずれ等に
起因する摩擦力の不同が生じ易く、最悪の場合には摩擦
面の焼き付きなども発生する。

【００３１】ばね座金３は、ばねの効果によって逃げを
作り、これらの事態に対処する。

【００３２】［実施例２］図１０、図１１、図１２は免
震アイソレーター（積層ゴム支承体）の耐久性試験の載
荷装置として本発明の装置を適用した例を示す。

【００３３】１は締め付けボルト、２は荷重制御座金、
３はばね座金、４はナット、５は平座金、６は平座金、
１４はアイソレーター上下の鋼鈑によるベースプレー
ト、１５は積層ゴムを形成する鋼鈑、１６は同じく積層
ゴムを形成するゴム板を示す。

【００３４】ボルト１を締め付けることにより、まず荷
重制御座金２塑性化して平坦になることよって一定の初
期締め付け荷重が確認される。

【００３５】積層ゴムは、ゴム部分のクリープおよび温
度変化により体積または厚みが変化するため、締め付け
長さが大きくて数ｍｍ変動する。従って、荷重を一定範
囲に納めるためには、ばね座金の剛性を適切に調整する
とよい。剛性の調整はばね座金を複数個重ねて使用する
ことによってできる。本実施例の場合は、ばね座金３を
２枚重ねて使用した場合を示している。

【００３６】平座金２７は十分な硬さ、好ましくはＨｖ
１４０以上を持つことによってばね座金３の端部のめり
込みを防止する。また、平座金２７の表面状況を一定に
管理することによって、容易にばね座金３のばね定数を
一定に保持することができる。

【００３７】これにより、簡便かつ経済的な方法による
載荷装置が得られる。

【００３８】［実施例３］図１３、図１４、図１５は鉄
骨柱の柱脚に本発明の装置を適用した場合を示す。２は
荷重制御座金、３はばね座金、４はナット、５は平座
金、１７はアンカーボルト、１８は鉄骨柱、１９は鉄骨
柱１８に溶接されたベースプレートを示す。

【００３９】２１はベースプレートに明けられたアンカ
ーボルトのための孔、２６はばね座金の反転防止材を示
す。

【００４０】本実施例では、鉄骨柱１８の柱脚におい
て、基礎コンクリート２０に埋め込まれたアンカーボル
ト１７とベースプレート１９の締結部に荷重制御座金２
およびばね座金３を重ねてナット４にて締め付ける。

【００４１】さらには、アンカーボルトの剛性をばね座
金３の剛性とほぼ等しくすることができ、アンカーボル
トに比べて柔らかく変形に追随し易いものとすることが
できる。

【００４２】平座金２７は十分な硬さ、好ましくはＨｖ
１４０以上を持つことによってばね座金３の端部のめり
込みを防止する。また、平座金２７の表面状況を一定に
管理することによって、容易にばね座金３のばね定数を
一定に保持することができる。

【００４３】すなわち、部材１に曲げモーメントがかか
った場合に、柱としての回転剛性を調整することが可能
である。

【００４４】従って、建造物鉄骨柱または鉄骨部材にお
ける端部の引っ張りボルト接合部において、簡便かつ経
済的な方法によって、初期締め付け荷重を付与すると共
に、部材としての回転剛性を制御することもできる。

【００４５】［実施例４］図１６、図１７、図１８は土
留め壁を鋼棒と締結する装置として、本発明の装置を採
用した例を示す。

【００４６】２は荷重制御座金、３はばね座金、４はナ
ット、５は平座金、２２は鋼棒アンカー、２３は土、２
４は土留め壁、２５は鋼棒アンカーのねじ切り部を示
す。

【００４７】ナット４を締めることにより、まず荷重制
御座金２が塑性変形し平坦になり、アンカーの一定の締
め付け力の導入が確認される。

【００４８】同時にばね座金３も圧縮力を受けて変形す
るため、ばね座金の寸法変化によっても締め付け力が推
定される。

【００４９】平座金２７は十分な硬さ、好ましくはＨｖ
１４０以上を持つことによってばね座金３の端部のめり
込みを防止する。また、平座金２７の表面状況を一定に
管理することによって、容易にばね座金３のばね定数を
一定に保持することができる。

【００５０】土圧が変化すると、ばね座金の形状が変化
するため、形状変化を測定することによって、過荷重等
の検知を行い、危険防止措置を取ることができる。

【００５１】

【発明の効果】

（１）本発明のボルト締め付け軸力の変動抑制装置は、
ボルトの締め付け軸力の制御を荷重制御座金によって行
い、締め付け部分の製作誤差、温度変化、表面の傷、
錆、曲がり、ねじれなどによって変化する締め付け長さ
の変動や振動等に起因する衝撃力をばね座金で吸収でき
るため、常に締め付け軸力のばらつきを小さくできる。

【００５２】それとともに、ばね座金と被締め付け部材
との間に十分に硬い平座金を介在させるので、ばね座金
のめり込みが防止され、ばね効果を一定に保つことがで
きる。

【００５３】（２）本発明による装置を摩擦ダンパーに
使用した場合には、摩擦ダンパーの稼働に伴って締め付
け長さが変動する場合や予期せぬ衝撃的な荷重が摩擦面
に付加される場合が発生しても、摩擦力が変動する。軸
力の変動を極力抑えて、摩擦力を安定させることができ
る。

【００５４】（３）本発明による装置を免震アイソレー
ター（積層ゴム支承体）に一定の圧縮荷重を与える装置
に使用すると、温度変化やゴムのクリープなどによって
締め付け長さが変動する場合であっても簡便かつ経済的
な方法で一定の圧縮荷重を加えることができる。

【００５５】（４）本発明の装置を鉄骨柱１７の柱脚に
おいて、基礎コンクリートに埋め込まれたアンカーボル
トとベースプレートを締結する装置として適用すること
によって、一定の締め付け荷重にてボルト１の軸力を与
えることができるとともに、アンカーボルトの剛性をば
ね座金３の剛性とほぼ等しくすることができる。

【００５６】従って、部材１に曲げモーメントがかかっ
た場合、柱としての回転剛性を調整することが可能であ
る。

【００５７】これによって、建造物の鉄骨柱部材または
鉄骨梁部材における端部の引っ張りボルト接合部によっ
て、簡便かつ経済的な方法によって、初期締め付け荷重
を与えると共に、部材としての回転剛性を制御すること
ができる。

【００５８】（５）本発明の装置を、建造物の土留め壁
と鋼棒を締結する装置として採用することによって、一
定の軸力をアンカーに与えることができる。また、土圧
が変動するとばね座金の高さが変動することによって、
アンカーにかかる荷重の状態を検知することができると
ともに、初期張力を簡便に与え、かつ軸力の変動が生じ
た場合に簡便に検知できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置例で、摩擦ダンパーに適用した例
を示す図。

【図２】図１のイ−イ断面図。

【図３】図１の装置でボルト締め付けの前の状態を示す
図。

【図４】図１の装置でボルト締め付け後の状態を示す
図。

【図５】本発明による装置において、ボルト軸力のばら
つきが小さいことを示す図。

【図６】（ａ）は各種荷重制御座金の形状を示す図、
（ｂ）は各種荷重制御座金の形状を示す図、（ｃ）は各
種荷重制御座金の形状を示す図。

【図７】突起（エンボス）を有する荷重制御座金を示す
図。

【図８】荷重制御座金のナット回転角度とボルト軸力の
関係を示す図

【図９】（ａ）は本発明の装置を摩擦ダンパーに適用し
た別の例を示す図、（ｂ）は本発明の装置を摩擦ダンパ
ーに適用した別の例を示す図、（ｃ）は本発明の装置を
摩擦ダンパーに適用した別の例を示す図。

【図１０】免震積層ゴム支承体の載荷装置に本発明の装
置を適用した例を示す図。

【図１１】図１０の載荷装置の断面図を示す。

【図１２】図１０の載荷装置を上から見た図。

【図１３】鉄骨柱の柱脚に本発明の装置を適用した例を
示す図。

【図１４】図１３の締結部断面図を示す。

【図１５】図１３の柱脚を上から見た図。

【図１６】土留め壁を鋼棒と締結する装置として本発明
の装置を適用した例を示す図。

【図１７】図１６の締結部を横から見た図。

【図１８】図１６の締結装置の断面図。

【図１９】従来技術の装置例で、摩擦ダンパーに適用し
た例を示す図。

【図２０】図１９のイ−イ断面図。

【符号の説明】

１…ボルト ２…荷重制御座金 ３…ばね座金 ４…ナット ５…平座金 ６…平座金 ７…剛性板 ８…剛性板 ９…摩擦材 １０…平行部を持つ
ボルト孔 １１…ボルト孔 １２…ボルト孔 １３…鋼鈑 １４…ベースプレー
ト １５…鋼鈑 １６…ゴム板 １７…アンカーボルト １８…鉄骨柱 １９…ベースプレート ２０…基礎コンクリ
ート ２１…ボルト孔 ２２…鋼棒アンカー ２３…土 ２４…土留め壁板 ２５…鋼棒アンカーねじ切り部 ２６…ばね座金反転
防止材 ２７…平座金

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建造物の部材などの被締め付け材をボル
   トとナットで締め付ける装置において、ボルト１の締め
   付け軸力を一定に制御する荷重制御座金２と変形による
   締め付け長さの変動や衝撃力を吸収するばね座金３を備
   え、かつばね座金３と被締め付け材との間に平座金２７
   を備えたボルト締め付け軸力の変動抑制装置。
2. 【請求項２】 ボルトとナットによって締め付けられる
   摩擦ダンパーにおいて、請求項１記載のボルト締め付け
   軸力の変動抑制装置によって締め付けられる摩擦ダンパ
   ー。
3. 【請求項３】 ボルトとナットによって締め付けられる
   免震積層ゴム支承体の載荷装置において、請求項１記載
   のボルト締め付け軸力の変動抑制装置によって載荷され
   る免震積層ゴム支承体の載荷装置。
4. 【請求項４】 建造物の柱部または梁部を接合するため
   のボルト接合において、請求項１記載のボルト締め付け
   軸力の変動抑制装置からなるボルト接合装置。
5. 【請求項５】 建造物の仮設工事などで鋼棒またはワイ
   ヤーの端部と土留め壁を締結する装置において、請求項
   １記載のボルト締め付け軸力の変動抑制装置からなる締
   結装置。