新開發自攻螺絲用鎖緊試驗機

1. 前序
　　現在製品的裝配，有很多是使用母螺紋在材料上以公螺紋自身成形鎖上的自攻螺絲，這理由是無需螺帽可使製品簡單化及輕量化也達到鎖緊的省力化。如此使製品更高性能化、越精密化或具耐久性。對於自攻螺絲不只重視品質，也要求能適當且正確的鎖緊扭矩或所作用於鎖緊軸立的數據，要求確實的鎖緊。


　　要評價螺絲零件（螺栓•螺帽等）鎖緊可信度的方法，有螺絲的鎖緊通用規則（JISB1083）或螺絲零件鎖緊試驗方法（JISB1084），以此標準作為鎖緊方法的指南。


但是包含JIS的規格或試驗機都是針對直徑8mm以上的螺絲零件，直徑3mm以下的小螺絲或自攻螺絲鎖緊評價的試驗機還沒有，但仍有很多檢驗的要求。


　　因此為防止小螺絲零件的鎖緊不良，於是檢驗鎖緊可靠性的鎖緊試驗機進行開發。此試驗機主要針對直徑3mm以下的自攻螺絲，開發可測定用的小型測力器。


2. 鎖緊試驗機的開發方法
　　自攻螺絲的鎖緊狀態圖1.鎖緊過程的概要與扭矩的變化圖2。自攻螺絲最初依扭進扭矩把母螺紋成形扭進材料。


　　此扭矩是以手拿電動螺絲起子進行作業，希望減少手部的負擔以達到省力化，並以改善扭進性的方法作為檢討的評估數據。
圖2.自攻螺絲的鎖緊過程與扭矩的變化
其次進行最終鎖緊的鎖緊扭矩，扭矩小的時候完全不能鎖緊，呈現鎖緊不足，大的時候會發生成形的母螺紋剪斷破壞問題，這種問題很多發生在樹脂或鋁材料等比較軟的扭進材料上。在如此情況時就要做成如圖3的鎖緊線圖，並從此圖求出適當正確的鎖緊軸力與鎖緊扭矩的關係來進行解決鎖緊問題。因此鎖緊軸力與鎖緊扭矩的數據需預先知道。
但是直徑3mm以下的自攻螺絲，測定值或形狀、尺寸小，所以要測定鎖緊軸力及扭進、鎖緊扭矩較困難。因此才開發小型測力器及構成此測定資料的處理裝置。最後發小型測力器、資料處理裝置及電動螺絲起子等的組立鎖緊試驗機，進行此鎖緊性能與直徑2.5mm及2mm的自攻螺絲的鎖緊試驗的評價。

圖3.鎖緊線圖

3. 結果及考察
3.1小型測力器的開發
對直徑3mm以下的自攻螺絲鎖緊軸力、扭進及鎖緊扭矩的資料同時測定。圖4表示開發小型測力器，此測力器是把鎖緊軸力檢出部分成為墊圈型的載重變換器，全長69mm、外徑52mm體積小型化。鎖緊軸力1KN、扭矩5N•m小的數值也可測定。

3.2資料處理裝置的構成
自測力器所測的鎖緊軸力與扭進及鎖緊扭矩資料保存於紙夾如圖5，把資料處理裝置和電腦一併組成。由此可以從扭進扭矩與時間、鎖緊軸力與鎖緊扭矩的線圖，顯示最大扭進扭矩及最適當且正確的鎖緊軸力與其鎖緊扭矩、扭矩係數的分析等。
使用此資料處理裝置對如圖6，M3小螺絲鎖薄板母螺紋時採用手持電動螺絲起子鎖緊與固定於車架的電動螺絲起子鎖緊時的兩種鎖緊線圖（圖7）作成。在圖7(a)手持電動螺絲起子鎖緊時的鎖緊線圖獲得凸輪外圍（螺絲起子鑽錐的浮上現象）發生問題等不穩定的資料。另一方面圖7(b)是固定電動螺絲起子鎖緊時鎖緊線圖，獲得穩定的資料。
從此可想手持電動螺絲起子鎖緊時發生小螺絲鎖緊不良的原因，因此可知此裝置是可獲得鎖緊的問題點之瞭解。

圖7.鎖緊圖線

3.3鎖緊測試機的開發與性能評價
圖8.開發的鎖緊試驗機
圖9.鎖緊性能試驗（扭進材：樹脂）
開發的小型測力器、情報資料處理裝置及電動螺絲起子等的組成，開發如圖8的鎖緊試驗機。對此鎖緊性能，直徑2.5mm的自攻螺絲鎖進樹脂材料的鎖緊測試結果如圖9，直徑2mm的自攻螺絲鎖進鋼鐵材料的鎖進試驗結果如圖10。如此開發試驗機可測定扭矩與時間，鎖緊軸力與鎖緊扭矩的關係在性能上並無特別的問題。因此可獲得對3mm以下的自攻螺絲有關鎖緊情報資料，可防止鎖緊不良，可保證鎖緊的可靠性。

4. 總結
以防止小螺絲零件鎖緊不良為目的及進行鎖緊的可靠性評價而開發出鎖緊試驗機，此試驗機主要螺絲對象是3mm以下的自攻螺絲，可測定鎖緊軸力與鎖緊扭矩等關係在性能上沒問題。