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プラスチックの板をコンクリート面にボルトで固定したいのですが、ボルトの締め付けトルクに耐えられるプラスチックの板の厚みを求める方法がわかりません。
薄すぎると割れてしまうかと思うのですが、割れないように具体的な厚みを導き出すにはどのように考えれば良いのでしょうか。
(イメージ図を載せておきます)

「ボルトの締め付けトルクに耐えられるプラス」の質問画像
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A 回答 (2件)

ボルトの軸力の限界は、①ボルト自体の引張強度 ②座面の塑性変形(陥没)・・・で決まります。


 つまり被締結物の素材の陥没=限界面圧で決まるワケで、限界面圧は被締結物の厚みとは関係ありません。

 プラスチックは金属と違い、素材の許容圧縮荷重より低いチカラでも、かけたまま時間がたつと永久歪みが発生し、座面が陥没します。
 これは材料のクリープ特性(コールドフロー)に関係する話ですが、プラスチックは金属に比べクリープが極端に悪いという事であり、故にプラスチックでは、厳密に言うと限界面圧が定義出来ません。(№1様御回答の『樹脂板を挟んだボルト締結ではトルク管理してはいけない』というのは、ちゃんとねじ設計をしていたら当然そういう結論となります。またプラスチック部品の締結にタッピングスクリューを使うことが多いのは、タッピングだとねじの軸力に頼らなくても、ねじ部にフリクションが働き緩み難いから、ということもあります。)

 っというワケで。

 プラ部品をしっかり締結する場合は、①プラスチックのボルト穴にチューブ状の金属ボスを埋め込み、ボルト軸力はそのボスで受けてプラスチックにはかけない様にする ②緩み止めボルトを使うとかねじ部に緩み止め剤を塗るなど、弱いボルト軸力でも緩まない方法を使う・・・・などが必要になります。

 それと、もう一つ。
 御質問のケースでプラ部品が割れるのは、①プラ部品に力をかける(何か重いものを取り付けるなど) ②コンクリート壁面~プラ部品間のスキマの凹凸が大きく密着していない為、ボルトを締め込むとプラ部品が変形する・・・などの寄与度が高いと考えられます。プラ部品の座面厚さは、『締め付けトルクで割れる』よりも、それらを考慮して決定する必要があるでしょう。
 御質問の内容だけではこの2点が判らず、故に座面の板厚に関しては何とも言えません。
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私が設計検証をしていた会社では、樹脂板を挟んだボルト締結ではトルク管理してはいけないことになっていました。


樹脂板は硬いといってもトルク管理する観点では『やわらかい』または『経時・経年でやせ・割れを生じる』ために『トルクを維持できない』ためです。
特にご質問にあるようにボルトの頭を隠すような場合です。
頭隠しのへこみを削りで作る場合、切削面には細かな傷が出来、樹脂はかなりもろくなります。
最も弱いのが底のコーナーで、そこから割れます。
私はそういう場合、金属ブラケットを樹脂板に一体成型で埋め込み、金属板を締め上げるトルクを管理しました。
勤続と樹脂の界面は所詮異種ですのでなじみません。
そこを経時・経年で安定させるのは腕と技です。
そこに安全率を加えたうえで、何百万台も市場に出す量産製品で、温度・振動・衝撃環境で、無整備で、何十年もの期間持たせるようにできていました。
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