タワーボルト、ナット、ワッシャーとは何ですか?

この文書では、特殊なファスナーの詳細な技術概要を説明します。ボルト、ナット、ワッシャー—送電塔、風力タービンタワー、その他の重要な鉄骨設備などの構造物の建設に使用されます。これらの部品は、高い強度、耐久性、そして耐環境性を備えて設計されています。

1. コンポーネントと主な機能

タワーファスナーアセンブリは通常、それぞれ特定の役割を持つ 3 つの主要要素で構成されます。

・ボルト：ボルトは、接続された構造部材に予め開けられた穴に通すように設計された、六角形の頭を持つねじ棒です。主な機能は、引張力（伸び）とせん断力（滑り）に耐えることです。最も一般的に使用されるボルトの種類は、六角ボルトとアンカーボルト（タワーの土台を基礎に固定するために使用）です。
· ナット：これらの内ねじ部品はボルトと噛み合って接続部を締め付けます。六角ナットが標準ですが、重要な高強度接続では、振動による緩みを防ぐために、標準ナットと薄型ナット（またはジャムナット）を併用することもあります。
・ワッシャー：ナットまたはボルトの頭の下に配置される平らなリングです。いくつかの重要な機能を果たします。
· 圧力を分散: クランプ力をより広い領域に分散させることで、接続された鋼鉄表面を損傷から保護します。
· 緩み防止: スプリング ワッシャー (皿ばねとも呼ばれます) は、振動によるナットの緩みを防止する補正力を提供します。
· ギャップの補正: ドリルで開けた穴のわずかなずれを補正するのに役立ちます。

2. 外形寸法

これらのファスナーの寸法は標準化されており、ねじのサイズと強度グレードに対応しています。

・ねじサイズ：高荷重タワー構造物では、一般的なメートルねじサイズはM10からM64以上です。NB/T 31082-2016などの規格では、M36からM64までのボルトに使用されるワッシャーの寸法が規定されており、風力タービンタワーなどの用途で使用される締結具のスケールを示しています。
・ボルトの長さ：長さは、接合する材料の厚さと、ナットおよびワッシャーに必要なスペースによって決まります。一般的な目安として、確実な接続のためには、ボルトのねじ山がナットから1～2ピッチ突き出ている必要があります。
・ワッシャーの寸法：ワッシャーの寸法は、ボルトのシャンクに適合する内径（d）と、座面を決定する外径（dc）によって決まります。例えば、M42ボルト用のワッシャーは、NB/T 31082-2016によれば、内径は43.4 mm、外径は78 mmです。

3. 学年/クラス

「グレード」または「クラス」は、ファスナーの機械的強度を示し、構造の完全性にとって重要です。

· ボルト: ボルトの性能グレードは、ドットで区切られた 2 つの数字でヘッド上にマークされています (例: 6.8、8.8、10.9)。
· 最初の数字は、公称引張強度（MPa）を 100 で割った値を表します。グレード 8.8 のボルトの公称引張強度は 800 MPa です。
2番目の数値は降伏比（降伏強度と引張強度の比）です。グレード8.8のボルトの降伏強度は800 * 0.8 = 640 MPaです。
· 最も重要な高応力接続には、10.9 や 12.9 などの高グレードが使用されます。
· ナット: ナットの強度クラスは単一の数字 (例: 8、10、12) で示され、通常はボルトの強度クラスと一致するかそれを超え、負荷がかかってもねじ山が緩まないようにする必要があります。
· 特殊グレード: 耐候性鋼ボルトおよびナットには、T/CISA 193-2021 などの規格があり、送電塔などの構造物の大気腐食耐性のために特別に設計されています。

4.表面処理

表面処理は、時間の経過とともに接続部の強度を著しく損なう可能性がある腐食を防ぐために不可欠です。

· 溶融亜鉛メッキボルト （HDG）：これは屋外で最も一般的で堅牢な保護です。 タワーファスナー部品は溶融亜鉛浴に浸漬され、厚い結合コーティングが施され、数十年にわたる優れた耐食性を発揮します。これは、トランスミッション用のDL/T 284-2012などの規格で特に義務付けられています。 タワーボルト ナットも同様です。欠点は、コーティングが厚くなり、ねじのフィット感に影響が出る可能性があるため、組み立て時に注意が必要になることです。
・機械めっき：部品を亜鉛粉末とガラスビーズでタンブリングするこのプロセスは、電気を使用せずに均一なコーティングを形成します。主な利点は、高強度鋼の破損を引き起こす可能性のある危険な現象である水素脆化のリスクを実質的に排除できることです。
・リン酸塩処理：この化学処理は、表面に結晶性のリン酸塩層を形成します。この層はそれ自体では耐食性はそれほど高くありませんが、油保持性に優れています。油でコーティングすると優れた保護性能を発揮し、特に高強度ボルト（グレード10.9以上）に有効です。これは、機械めっきと同様に水素脆化を防ぐためです。また、優れた耐かじり性も備えています。
・酸化（黒化処理）：表面に薄いマグネタイト層を形成する低コストの処理で、それ自体では最小限の耐腐食性しか得られません。通常はオイル塗布を併用します。「黒化処理＋オイル塗布」は、耐腐食性がそれほど重要でない工業用ファスナーにおいて、経済的な選択肢として人気があります。
・ダクロメット：亜鉛-アルミニウムフレークコーティング。標準的な電気めっきに比べて優れた耐食性を備え、水素脆化も防止します。しかし、柔らかいため、施工時に損傷を受ける可能性があり、また、クロム含有量に関する環境問題も懸念されます。

5. 国際規格

これらのファスナーの製造と使用は、安全性、性能、互換性を確保するために、さまざまな国際規格、国内規格、業界固有の規格に準拠しています。

· 一般用語: GB/T 3099.3-2017 (ISO 1891 に準拠) は、ファスナーの表面処理の用語を定義します。
· 業界固有の標準:
· 送電塔：T/CISA 193-2021は、これらの構造物に使用される耐候性鋼製ボルトおよびナットを規定しています。DL/T 1236-2013は、送電塔構造物に使用されるアンカーボルトおよびナットの要件を規定しています。
· 風力タービンタワー：NB/T 31082-2016 は、風力タービンタワーフランジに使用されるワッシャーを含む高強度ボルトアセンブリの詳細を規定しています。
· 国際および地域標準:
· ASTM（米国）：次のような規格 ASTM F436 硬化鋼ワッシャーの要件を指定します。
· EN（ヨーロッパ）： EN14399 シリーズは高強度プリロードを制御 構造用ボルト さまざまなタイプのワッシャーを含むアセンブリ。
· ISO (国際): ISO 7416 などの規格では、高強度ボルト用の硬化および焼き入れされた鋼製ワッシャーが規定されています。

要約すると、タワーボルト、ナット、ワッシャーは、一般的な締結部品とは異なります。寸法、高強度グレード、そして堅牢な表面処理（溶融亜鉛めっきなど）が厳選され、それらが調和して機能するよう設計された、綿密に設計されたシステムであり、それらが支える重要な構造物の長期的な安全性と安定性を確保しています。