(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
締め付けトルクの測定に代えて、ボルトの軸部に発生する軸力をボルトの両端面での反射波の伝播時間から測定することができるボルトの製造方法であって、
ボルトの両端部の各端面のうちの一方又は双方を、中間工程でボルト軸方向外側に膨出するように鍛造で予備成形し、その後前記予備成形した膨出部を平坦面に鍛造加工しており、
その鍛造加工は膨出部の外周に膨出部を一部残して凹状に鍛造加工し、その凹状部の底面で前記平坦面を形成し、その平坦面は軸力測定のための、ボルト軸線と直角な基準平面となっていることを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項２】
締め付けトルクの測定に代えて、ボルトの軸部に発生する軸力をボルトの両端面での反射波の伝播時間から測定することができるボルトの製造方法であって、
ボルトの両端部の各端面は、中間工程でボルト軸方向外側に膨出するように鍛造で予備成形し、その後前記予備成形した膨出部を平坦面に鍛造加工しており、
前記鍛造加工するボルトの頭部の予備成形した膨出部は、その外周に膨出部を一部残して凹状に鍛造加工し、その凹状部の底面で前記平坦面を形成し、
前記ボルトの両端部の平坦面は軸力測定のための、ボルト軸線と直角な基準平面となっていることを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項３】
締め付けトルクの測定に代えて、ボルトの軸部に発生する軸力をボルトの両端面での反射波の伝播時間から測定することができるボルトの製造方法であって、
ボルトの両端部の各端面のうちの一方又は双方を、中間工程でボルト軸方向外側に膨出するように鍛造で予備成形し、その後前記予備成形した膨出部を平坦面に鍛造加工しており、
その鍛造加工は膨出部の外周に膨出部を一部残して凹状に鍛造加工し、その凹状部の底面で前記平坦面を形成し、その平坦面は軸力測定のための、ボルト軸線と直角な基準平面となっており、
さらにその基準平面の外側の凹状部の周囲の盛り上がり部を研削又は切削によって除去することを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項４】
前記ボルトの頭部端面のうちボルト軸線を中心とする所定範囲であって、ボルト軸部断面の全部又は一部を投影した範囲又は該範囲を内包する領域を鍛造加工によりボルト軸線と直角な平面に加工し、その平面がボルト頭部側の前記基準平面となるようにした請求項１〜３のいずれかに記載のボルトの製造方法。
【請求項５】
前記ボルトの頭部端面のうちボルト軸線を中心とする所定範囲であって、ボルト軸部断面の全部又は一部を投影した範囲又は該範囲を内包する領域を鍛造加工で凹状に加工し、その凹状の底面がボルト軸線に直角なボルト頭部側の前記基準平面となるようした請求項１〜３のいずれかに記載のボルトの製造方法。
【請求項６】
前記ボルトの頭部端面のうちボルト軸線を中心とする所定範囲であって、ボルト軸部断面の全部又は一部を投影した範囲又は該範囲を内包する領域を鍛造加工で凹状に加工し、その凹状の底面がボルト軸線に直角なボルト頭部側の前記基準平面となるようにし、さらに該凹状部の周囲の盛り上がり部を研削又は切削によって除去することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のボルトの製造方法。
【請求項７】
前記鍛造又は鍛造加工は、冷間鍛造又は冷間鍛造加工である請求項１〜６のいずれかに記載のボルトの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法で形成されたボルトであって、ボルトの軸線に対するボルト両端部の前記基準平面である各端面の直角度が０．０００５〜０．１ｍｍとされたことを特徴とするボルト。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法で形成されたボルトであって、ボルト軸線に対するボルトの両端部の前記基準平面である各端面の直角度が０．０００５〜０．１ｍｍとされ、かつ前記両端部の各端面の平面度が０．０００５〜０．１ｍｍとされたことを特徴とするボルト。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法で形成されたボルトであって、ボルト軸線に対するボルトの両端部の各端面の直角度が０．０００５〜０．１ｍｍとされ、かつ前記両端部の各端面の十点平均粗さＲｚが１〜１５とされたことを特徴とするボルト。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法で形成されたボルトであって、ボルト軸線に対するボルトの両端部の前記基準平面である各端面の直角度が０．０００５〜０．１ｍｍとされ、かつ前記両端部の各端面の平面度が０．０００５〜０．１ｍｍとされ、さらに前記両端部の各端面の十点平均粗さＲｚが１〜１５とされたことを特徴とするボルト。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法で形成されたボルトであって、ボルト軸線に直角な仮想の軸直角平面に対する、ボルトの両端部の前記基準平面である各端面の実際角度θについて、ｔａｎθが０．０２以下とされたことを特徴とするボルト。
【請求項１３】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法で形成されたボルトであって、ボルト軸線に直角な仮想の軸直角平面に対する、ボルトの両端部の前記基準平面である各端面の実際角度θについて、ｔａｎθが０．０２以下とされ、かつ前記両端部の各端面の平面度が０．１ｍｍ以下とされたことを特徴とするボルト。
【請求項１４】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法で形成されたボルトであって、ボルト軸線に直角な仮想の軸直角平面に対する、ボルトの両端部の前記基準平面である各端面の実際角度θについて、ｔａｎθが０．０２以下とされ、かつ前記両端部の各端面の十点平均粗さＲｚが１５以下とされたことを特徴とするボルト。
【請求項１５】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法で形成されたボルトであって、ボルト軸線に直角な仮想の軸直角平面に対する、ボルトの両端部の前記基準平面である各端面の実際角度θについて、ｔａｎθが０．０２以下とされ、かつ前記両端部の各端面の平面度が０．１ｍｍ以下とされ、さらに前記両端部の各端面の十点平均粗さＲｚが１５以下とされたことを特徴とするボルト。
【請求項１６】
請求項７から１５のいずれかに記載のボルトを製造する方法であって、
ボルトの両端部の各端面のうちの一方又は双方を、中間工程でボルト軸方向外側に膨出するように、かつそのボルト中間部材の先端部に、ねじ有効径又はねじ外径と等しい外径から断面円弧状に漸次縮径するアールコーナー部を鍛造で予備成形し、さらにそのアールコーナー部が残るように、前記予備成形した膨出部を平坦に鍛造加工してボルト軸線と直角な基準平面とし、さらに残された前記アールコーナー部の中間にねじ端がくるようにねじ山を形成することを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項１７】
締め付けトルクの測定に代えて、ボルトの軸部に発生する軸力をボルトの両端面での反射波の伝播時間から測定することができるボルトの製造方法において、
ボルトの両端部の各端面は、中間工程でボルト軸方向外側に膨出するように鍛造で予備成形し、その後前記予備成形した膨出部を平坦面に鍛造加工しており、
ボルト中間部材の先端部は、前記予備成型の膨出部を作る鍛造加工によって、ねじ有効径又はねじ外径と等しい外径から断面円弧状に漸次縮径するアールコーナー部を形成すると共に、前記予備成型した膨出部に鍛造加工を施して、前記アールコーナー部の終端と一致する先端面の延長部で前記平坦面を形成し、前記アールコーナー部の中間にねじ端がくるようにねじ山を形成しており、
前記ボルトの両端部の平坦面は軸力測定のための、ボルト軸線と直角な基準平面となっていることを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項１８】
前記アールコーナー部及びそのアールコーナー部の終端と一致する先端面の延長部に前記平坦面が残るように、ねじ山をそのアールコーナー部の中間にねじ端がくるように転造又は切削により形成することを特徴とする請求項１７に記載のボルトの製造方法。
【請求項１９】
締め付けトルクの測定に代えて、ボルトの軸部に発生する軸力をボルトの両端面での反射波の伝播時間から測定することができるボルトの製造方法において、
ボルトの両端部の各端面は、中間工程でボルト軸方向外側に膨出するように鍛造で予備成形し、その後前記予備成形した膨出部を平坦面に鍛造加工しており、
ボルト中間部材の先端部は、前記予備成型の膨出部を作る鍛造加工によって、ねじ有効径と等しい外径から断面円弧状に漸次縮径するアールコーナー部を形成すると共に、前記予備成型した膨出部に鍛造加工を施して、前記アールコーナー部に続く先端面の延長部で前記平坦面を形成し、前記アールコーナー部の中間にねじ端がくるようにねじ山を転造によって形成しており、
前記ボルトの両端部の平坦面は軸力測定のための、ボルト軸線と直角な基準平面となっていることを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項２０】
締め付けトルクの測定に代えて、ボルトの軸部に発生する軸力をボルトの両端面での反射波の伝播時間から測定することができるボルトの製造方法において、
ボルトの両端部の各端面は、中間工程でボルト軸方向外側に膨出するように鍛造で予備成形し、その後前記予備成形した膨出部を平坦面に鍛造加工しており、
ボルト中間部材の先端部は、前記予備成型の膨出部を作る鍛造加工によって、ねじ外径と等しい外径から断面円弧状に漸次縮径するアールコーナー部を形成すると共に、前記予備成型した膨出部に鍛造加工を施して、前記アールコーナー部に続く先端面の延長部で前記平坦面を形成し、前記アールコーナー部の中間にねじ端がくるようにねじ山を切削によって形成しており、
前記ボルトの両端部の平坦面は軸力測定のための、ボルト軸線と直角な基準平面となっていることを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項２１】
請求項１〜７のいずれかに記載のボルトの製造方法において、前記基準平面の形成に先立ち、ボルト素材の軸端部に６０〜１５０°の範囲のテーパ角が付与されたテーパ状部を鍛造加工しておき、その後このテーパ状部の更なる鍛造を経て前記基準平面が鍛造で形成されることを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項２２】
請求項１６〜２０のいずれかに記載のボルトの製造方法において、前記アールコーナー部の形成に先立ち、ボルト素材の軸端部に６０〜１５０°の範囲のテーパ角が付与されたテーパ状部を鍛造加工しておき、その後このテーパ状部からアールコーナー部が鍛造加工されることを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項２３】
請求項２１又は２２のボルトの製造方法において、前記テーパ角は９０〜１２０°の範囲に設定されることを特徴とするボルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボルト及びその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
ボルトやナット等の締め付け力が過大・過小にならないように、締め付けトルクが所定値になったとき、締め付け完了とするインパクトレンチ等が広く用いられている。しかし、ボルト・ナットの噛み合わせが不良であったり、異物を噛み込んだりしたときは、締め込みが完了していなくても締め付けトルクが設定値まで上昇し、それで締め込みを止めてしまう場合も生じ得る。
【０００３】
このような締め付けトルクに代えて又はこれに加え、ボルト又はナットを締め付けたときにボルト軸部に発生する引張り力（ボルト軸力）を参照して、締め込みを完了する試みもある。そこで、ボルト軸力の増大に従ってボルトは軸方向にわずかに伸びる（ボルト軸方向長さが僅かに大きくなる）から、このボルトの伸びを超音波を利用して測定し、その伸びが所定値になったとき締め込み完了とすることが考えられる。その場合、ボルトの軸方向に超音波を発射し、ボルトの軸方向の両端面で繰り返し反射して往復する超音波の伝搬時間の増加をみて、ボルトの伸びひいてはボルト軸力を測定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般にボルトの軸方向の両端部の端面は、鍛造・鋳造等により形成された面で規定され、特にボルト軸部の先端面は鍛造等による複雑な３次元形態をしているのが普通である。そのため超音波をボルト軸方向に往復させても、伝搬される超音波が端面で軸方向に対し斜めに反射したり乱反射したりして、伝搬時間を求めるのが困難であったり、伝搬時間の誤差が大きくて、実用に供し得ない事情があった。
【０００５】
この発明の直接の課題は、超音波でボルトの軸力を測定することを可能とし、適正な締め付けを実現するボルト及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
この発明は、締め付けトルクの測定に代えて、ボルトの軸部に発生する軸力をボルトの両端面での反射波の伝播時間から測定することができるボルトの製造方法であって、ボルトの両端部の各端面のうちの一方又は双方を、中間工程でボルト軸方向外側に膨出するように鍛造で予備成形し、その後前記予備成形した膨出部をパンチ等により平坦面に鍛造加工しており、その鍛造加工は膨出部の外周に膨出部を一部残して凹状に鍛造加工し、その凹状部の底面で前記平坦面を形成し、その平坦面は軸力測定のための、ボルト軸線と垂直な基準平面となっていることを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記予備成形した膨出部をパンチ等により凹状に、かつその凹状部の底面が平坦になるように鍛造加工して該底面をボルト軸線とほぼ垂直な基準平面とすることもできる。また、この凹状の部分を最終製品に残るようにするか、あるいは前記凹状の周囲の盛り上がり部を研削又は切削その他の方法で除去することもできる。
【０００８】
また、ボルトの頭部端面のうちボルト軸線を中心とする所定範囲であって、ボルト軸部断面の全部又は一部を投影した範囲又は該範囲を内包する領域を鍛造加工で凹状に加工し、その凹状の底面が一方の基準平面となるようにすることができる。なお、加工方法として冷間鍛造が好適ではあるが、それ以外に、熱間鍛造、温間鍛造も採用可能である。
【０００９】
上記のように、ボルトの両端部の各端面のうちの一方又は双方を、中間工程でボルト軸方向外側に膨出するように鍛造で予備成形してから、その予備成形した膨出部をパンチにより平坦に加工することにより、膨出部で良好な塑性変形（肉部の移動）が生じ、その平坦に加工した基準平面の、ボルト軸線に対する直角度、平面度、表面粗さ等を高めることができる。そのため、超音波等を利用してボルト軸力を測定する場合でも、ボルト端面に精度の高い基準平面が生じているため、超音波等の反射において、反射波がボルト軸線に対し大きく傾いたり、乱反射したりすることが抑制され、超音波等の反射による伝搬時間の変化が検出しやすく、精度の高いボルト軸力測定が可能となる。従来は、ボルト等の締付けに際し、締付けトルクで管理されていたが、ねじ部の噛み合いや抵抗等により締付けトルクは必ずしもボルト軸力とは対応しない。そのため実際の締付けトルクは安全上の配慮から計算上より大きく設定することが多く、従ってその締付けトルクに耐えるためにボルト等の径も大きなものが採用される傾向にあった。これをボルト軸力を測定して締付けを行いうるボルトとすることで、安全面が確保され、ボルトのサイズも小さくできるから、ボルトが多数使用される機器（例えば自動車等）の軽量化を図ることにもつながる。
【００１０】
また、ボルトの頭部端面のうちボルト軸線を中心とする所定範囲であって、ボルト軸部断面の全部又は一部を投影した範囲又は該範囲を内包する領域を鍛造加工で凹状に加工し、その凹状の底面（周囲の盛り上がり部分は残してもよいし、研削・切削その他の方法で除去してもよい）をボルト頭部側の基準平面とすることにより、例えばボルト軸部と対応するボルト頭部端面のみを部分的に基準平面に設定し、残りの頭部端面の領域は一般的なラフな加工面とすることができる。これにより、ボルト頭部のボルト軸部に対応する部分にのみ反射面を形成し、ボルト軸部を軸方向に往復する超音波等を精度よく反射させることができるとともに、ボルト頭部の端面全体を高精度に加工する場合に比べて、加工も容易で低コストになる。
【００１１】
さらに、上記のような製造方法を経たボルトにおいて、ボルト軸線に対するボルトの両端部の各端面（基準平面）の直角度が０．０００５〜０．１ｍｍとされる。また、ボルトの軸線に直角な仮想の軸直角平面に対する、ボルトの両端部の各端面の実際角度θについて、ｔａｎθが０．０２以下とする。さらに、おねじ部材の両端部の各端面の平面度を０．０００５〜０．１ｍｍ、上記両端部の各端面の十点平均粗さＲｚを１〜１５とすることができる。
【００１２】
ここで直角度（直角度公差）は、ボルトの両端部の各端面が、ボルト軸線（軸直線：データム直線）に対し直角（垂直）で、０．０００５〜０．１ｍｍだけ離れた２つの平行な仮想平面の間に画定されることを意味する（ＪＩＳＢ００２１参照）。直角度がこの範囲にあることによって、超音波等によるボルトの締め付け軸力を測定する上で超音波等が両端部の各端面で良好に反射し、その超音波等が軸方向の両端で繰り返し往復する伝搬時間の、ボルトの伸びによる増加を検出することができ、ボルトの軸力を参照しながら適正な軸力に達したときに締め込みを完了することが可能となる。
【００１３】
上記直角度が０．１ｍｍを超えると、超音波の反射角度がおねじ部材の軸線に対し相当傾くので、超音波の伝搬時間とボルトの伸びが対応しにくくなり、直角度が０．０００５ｍｍより小さくなると、製造の際の工程が複雑になり、製造設備のコストが増大するので、上記の範囲に直角度を規定する。
【００１４】
また、ボルト軸線に直角な仮想の（幾何学的）軸直角平面に対する、ボルトの両端部の各端面の実際角度θについて、ｔａｎθを０．０２以下とすることで、ボルトの軸力測定のための超音波等の反射の繰り返しを精度よく行わせ、ボルトの軸力の測定、ひいては締め付けの完了時期をより正確に設定することができる。上記各端面の実際角度θのｔａｎθが０．０２を超えるようになると、上記各端面で反射する超音波の反射方向と、ボルトの軸方向とのずれが大きくなり、超音波等の伝搬時間の増加がボルトの軸方向に作用する引っ張り力（軸力）による伸びに起因するものか、超音波等の斜め反射に起因するものかの判断が困難になるため、上記ｔａｎθの範囲に設定する。
【００１５】
さらに、平面度はボルトの両端部の各端面を幾何学的平行２平面で挟んだとき、その平行２平面の間隔が最小となる場合の、当該平行２平面の間隔で表わされる（ＪＩＳＢ０６２１参照）。そして、ボルトの両端部の各端面の平面度が０．０００５〜０．１ｍｍとされることで、ボルトの軸力測定のために超音波等を軸方向で繰り返し伝搬させてその伝搬時間の増加を見る場合に、両端面での反射波が拡散にくくなり、伝搬信号の指向性が向上し、軸力測定の信頼性が向上する。平面度が０．１ｍｍを超えると、ボルトのいわばうねりにより超音波等が分散して伝搬時間をどの信号波でみるか判定処理が困難又はあいまいなものとなり、逆に０．０００５ｍｍを下回ると、製造工程が複雑化し、またボルトのコストもあがるので、平面度を上記範囲に定めることが望ましい。
【００１６】
また、ボルトの両端部の各端面の十点平均粗さＲｚが１〜１５とされることにより、軸力測定で超音波等を用いる場合、各端面で超音波等が乱反射しにくくなり、超音波等の伝搬時間の増加を検出する信号波の指向性や強度が大きくなって、信頼性の高い軸力測定が可能となる。上記の表面粗さＲｚが１５以上になると、超音波等の信号波が各端面で乱反射して信号の指向性・強度を減じ、上記Ｒｚが１以下になると、加工工程が煩雑で高コストなものとなるため、表面粗さＲｚを上記の範囲に規定することが望ましい。
【００１７】
なお、ボルトの軸力を測定しつつ締め込みを実施する場合に、その軸力測定の手段は、超音波に限らず、ボルトの両端面での反射を利用するものとして、所定の電波、振動波、衝撃波等を利用することも可能であり、上記のボルトの特徴は、超音波以外の軸力測定媒体にも有効である。
【００１８】
さらに、ボルト中間部材の先端部に、ねじ有効径又はねじ外径とほぼ等しい外径から断面円弧状に漸次縮径するアールコーナー部を有し、かつそのアールコーナー部に続く先端面がねじ軸線にほぼ直角な平坦面とされる延長部を予め形成しておき、その延長部のアールコーナー部の中間にねじ端がくるようにねじ山を形成することができる。このようなアールコーナー部がボルトの先端に残ることにより、ナット等の雌ねじ部材との螺合の際に、このアールコーナー部が相手方のナット等の雌ねじ開口端と接触し、ナット等とボルトの各軸線が傾斜していても、これを同軸的に矯正するような作用を生じさせることが可能となる。また、一般にボルトの先端部のねじ端は、ねじ山が細長い断面の不完全ねじ部となって、何かに当たったりしたときに、薄いねじ山が倒れたり（ねじ端の潰れ）、打痕が大きく残りやすいのに対し、上記アールコーナー部の中間にねじ端が位置することで、ねじ端の不完全ねじ山は高さが減じて、その高さと厚みのバランスがよくなり、ねじ端の倒れ等の問題も生じにくくなる。そして総合すれば、締め付け時の精度高いボルト軸力測定ができるとともに、螺合の際の軸線の傾きの矯正作用、さらにボルト端部のねじ端に打痕が付きにくいボルトを提供することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施例を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すおねじ部材としてのボルト１は、頭部２と軸部３を有する。ボルト両端部の各端面、言い換えれば頭部２の端面４と軸部３の端面５は、ボルト軸線Ａに対する直角度が０．０００５〜０．１ｍｍの範囲に設定され、なかでも０．００１〜０．０８ｍｍ、特に０．０１〜０．０７ｍｍの範囲で形成される。つまり、図２に示すようにボルト１の各端面４及び５は、ボルト軸線Ａに垂直（直角）で、上記範囲（距離ｔ）だけ離れた２つの平行な仮想平面Ｐ1、Ｐ2の間に画定されている。
【００２０】
また、図３に示すように、ボルト軸線Ａに垂直（直角）な幾何学的平面Ｐに対し、ボルト１の両端部の各端面４、５のなす角度（交差角度）θは、ｔａｎ（図のｂ／ａ）が０．０２以下とされ（下限値としては０．００００３）、なかでも０．００００６〜０．０１６、特に０．０００６〜０．０１４程度の範囲とされる。これはθに換算すれば（ｔａｎ−１θとも言えるが）θ又はｔａｎ−１θは１．２度以下（下限値としては０．００１度）、なかでも０．００３〜０．９度、特に０．０３〜０．８度程度に設定できる。
【００２１】
また、ボルト１の両端部の各端面４、５の平面度は、０．０００５〜０．１ｍｍとされ、なかでも０．００１〜０．０８、特に０．００２（又は０．０１）〜０．０７程度に設定される。
【００２２】
さらに、ボルト１の両端部の各端面４、５のそれぞれの表面粗さが、十点平均粗さＲｚで１５以下（下限値として例えば１）とされ、なかでもＲｚが１．５〜１１とされる。特に、Ｒｚが２〜８（さらには５〜７）が望ましい。
【００２３】
上記のようにボルトの両端面４、５の直角度、平面度及び表面粗さを定めることにより、例えば図４に示すように、ボルト１にナット７を螺合してボルト１又はナット７を締め込む場合、ボルトの軸力Ｔｆ（図５）を超音波を利用して測定しながら、インパクトレンチ等の締め込み装置又は工具で締め込み工程又は作業を実施することができる。ボルト軸力Ｔｆは締め込みによってボルトの軸方向に生じる引張り力であり、この引張り力（ボルト軸力）が増大すれば、ボルトは軸方向に多少伸びるため、この伸び量を超音波の伝搬時間の増加により検出することにより間接的にボルト軸力を測定し、予め定められたボルト軸力に達したところで締め込みを完了する。
【００２４】
例えば図４（ａ）に示すように、ボルト１の頭部端面４又は軸部端面５のいずれかに（ナット７を締め込むのであればボルト１の頭部端面４）に超音波式ボルト軸力計１０の検出部（トランデューサ：例えば圧電素子で電圧印加により一定短時間超音波を発し、その後は反射の繰返しで伝搬される超音波を受けてこれを電気信号に変換する）を当て、ボルトの軸方向に超音波を発する。その超音波はボルト１の軸部端面５で反射して、ボルト頭部側に戻り、頭部端面４で再び反射するというように、両端面４、５で反射を繰り返して往復（例えば数百〜数千回）する。この超音波の伝搬時間を測定することにより、締め込みに伴うボルト１の伸び、ひいてはボルト１の軸力を測定できる。図４（ａ）の場合は１つのトランスデューサ１１で超音波の発信と受信を兼ねるが、同図（ｂ）に示すように、ボルトの１の両端面４、５にそれぞれ発信用及び受信用のトランスデューサ１１、１２を当ててもよく、この場合でも多数回往復した超音波の伝搬時間の変化をみることになる。
【００２５】
このように超音波を利用してボルト軸力を測定しようとする場合、図６（ａ）に示すようにボルトの両端面４、５の直角度が前述の範囲を逸脱すると、超音波がボルト軸方向に傾斜するように反射し、ボルト軸部の側面でも反射して、伝搬経路が長くなるので、ボルトの伸びに伴う伝搬時間の増加とを区別できなくなる。また、同図（ｂ）のようにボルト１の両端面４、５の平面度が前述の範囲を逸脱すると、超音波の反射波がうねりのある端面で分散し、超音波の伝搬時間を把握困難になる。さらに同図（ｃ）のようにボルト１の両端面４、５の表面粗さＲｚが上記範囲から外れると、超音波が両端面４、５で乱反射し、その強度を減じる（いわば減衰される）ため、超音波の指向性のある往復波を生じにくい。
【００２６】
上記の実施例では、ボルトの両端面の直角度、平面度、表面粗さを相乗的に画定したことにより、超音波の反射ひいては伝搬時間の検出に伴い、超音波がボルト軸方向に沿い易く、かつ分散しにくく、しかも乱反射が抑制されて、ボルト軸力の測定が可能となり、かつその精度も高いものとなる。
【００２７】
次に、ボルトの製造方法の実施の形態を図面に示す実施例を参照して説明する。
図７において、ボルト頭部端面に前述のような直角度、平面度、表面粗さの基準平面をする際に、（ａ）のように中間製品のボルト（素材）２０の頭部端面に肉盛り部２１が生じるように冷間鍛造（以下、冷鍛とも称する）を行う。この肉盛り部２１は膨出部として機能するもので、その膨出部の形状は、ボルト軸線の外側に膨らむ形状（例えば球面状、滑らかな山状、台形山状、２段３段等の複数段状等）とすることができ、膨出部２１の端面は、ボルト軸線に直角に近い平坦面でもよい。
【００２８】
その後、（ｂ）に示すように、その肉盛り部２１（膨出部）を凹ませるように所定のパンチで冷鍛加工して凹部２２を形成する。この凹部２２の底面２３をボルト頭部側の基準平面又は基準平面の基礎面（予備成形面）とする。凹部２２はボルト軸線を中心とする所定の範囲で形成され、その平面形状は円形、多角形（例えば六角ボルトの場合は正六角形等）適宜に選定できる。また、その凹部２２の大きさは、ボルト（素材）２０の軸部２４の直径とほぼ同等かそれより大きい程度（この場合はボルト軸部２４の断面全体を投影した面が凹部２２の底面２３に包含される、言い換えれば底面２３の方がボルト軸部２５の断面より大きい）に設定される。逆に、凹部の底面２３をボルト軸部２５の軸直角断面より小さくすることもでき、この場合は後述するボルト軸部の端面もボルト軸線を中心として凹み成形して、その凹みの底面を基礎にボルト軸部側の基準平面とする際に、その軸部側の凹部平面と、頭部側の凹部底面とをほぼ対応する大きさ（領域）に設定することもできる。
【００２９】
上記凹部２２の周囲の盛り上がり部２４は、最終のボルト製品に残るようにすれば、凹部２２の冷鍛加工による底面２３を最終的な基準平面とすることができる。あるいは、図７（ｃ）（ｄ）に示すように、凹部底面２３の周囲の盛り上がり部２４を、後工程の研削・切削加工等で底面２３と面一となるように除去することもできる。また、それに併せて凹部底面２３も研削等して表面粗さ等を高めてもよい。
【００３０】
図８は、ボルト軸部の端面に基準平面を形成する工程の一例を示すものである。鍛造型３０と、パンチ３１があり、パンチ３１の端面（ボルト軸部の端面を成形する面）３２は、凹球面状その他適宜の窪んだ形態とされている。このパンチ３１を（ａ）、（ｂ）に示すように位置させ、（ｃ）のようにボルト素材３３を冷鍛してボルト軸部の中間的な形態を作る。これにより、（ｄ）のようにボルト軸部の中間形態３３は、ボルト軸線に対し外側に膨らんだ端面３４を有するものとなる。この膨出した形状は、例えば凸球面状（断面で言えば円弧状）、滑らかな山状、台形山状、複数段の山状、あるいは中心部のみ飛び出たへそ状等適宜の形状が可能である。そして、（ｅ）に示すように、この端面（膨出部）３４に対し、平坦な成形面をもつパンチ３５によりさらに冷鍛加工し、（ｆ）に示すような基準平面３６とする。これにより、軸部端面にボルト軸線に対しほぼ直角な精度の高い基準平面３６が形成される。
【００３１】
また図９（ａ）に示すように、鍛造型３０の所定位置に対しパンチ３１を意図的に後退させる（図では下げる）ように位置させ、これによりボルト軸部の冷鍛加工を行うと、（ｂ）に示すように中間製品のボルト軸部３３に対しその中心部が部分的に突出して膨出部３７が形成される。この膨出部３７に対し、前述のパンチ３５で冷鍛加工することにより、ボルト軸部に平坦な基準平面３８を形成することもできる。
【００３２】
図１０に示す例では、鍛造型３９のボルト軸部の端部に相当する部分に凹球面状、又は滑らかな凹曲面４０が形成され、この凹曲面４０とパンチ３１の端面３２とが滑らかに連続するように、パンチ３１の端面も凹曲面状に形成される。このような鍛造型３９及びパンチ３１で冷鍛加工することにより、中間段階のボルト軸部４１の端面４２は、（ｂ）に示すようにボルト軸線の外側へ球状又は滑らかな凸球面状に突出した端面４２となり、この端面４２（膨出部）を平坦な端面をもつ前述のパンチで冷鍛加工することにより、ボルト軸部端面に基準平面３６を形成することができる。
【００３３】
さらに図１１に示す例のように、鍛造型３９（又は図８の鍛造型３０）と、平坦な成形面を有するパンチ４３との組合せにおいて、ボルト軸部４１の冷鍛加工時に、意図的にパンチ４３を通常の成形位置より後退させた位置へ保持し、この状態で冷鍛加工すると、（ｂ）のように、ボルト軸部端面の肉部がボルト軸線の外側方向へ部分的に膨出してへそ状（中心部分が他よりも突出した）の膨出部４４が形成され、この膨出部４４を前述の成形パンチで冷鍛加工して、（ｃ）に示すようなボルト軸部３３の基準平面３６とすることもできる。
【００３４】
ボルト軸部の端面の成形に際して、上記のように予め膨出部を形成して、そこをさらに冷鍛加工することにより平坦面を成形することによって、ボルト軸部の基準平面を精度よく加工することができる。例えば、膨出部の形成により表面がきれいになり、かつその膨出部を冷鍛加工して肉の移動を生じさせることにより、平面度や面粗度等も向上する。また、図１０のように鍛造型に滑らかな凹曲面４０等を形成することにより、冷鍛時において肉の移動がよりスムーズになり、型寿命の向上に加え、ボルト軸部の端面に膨出部を形成しやすくなる。逆に言えば、肉の移動が良好に行われないと、断続部や凹陥部が生じ、後でそこを平坦に成形してもきれいな平面とはなりにくいのに対し、上記のように冷鍛時における肉の移動を促進し、かつ膨出部を形成した後、さらに平面に冷鍛加工することにより、平面の成形精度が高められる。
【００３５】
なお、図８〜図１１に示す鍛造形状は概略的なものであり、実際の鍛造に際しては、冷鍛加工における先端面等のいわゆるヒケや、角部のアール（丸み）等が生じるのが普通であるが、そのような細部の形態は省略してある。
【００３６】
図１２は、ボルト製造方法のさらに具体的な一例を示すものである。なおこの図１２は、鍛造型等の設備が省略され、ボルトの形態の変化に着目して示したものである。この冷鍛工程では、まず（ａ）のように線材を一定長さに切断して軸状のボルト素材４６とし、次に（ｂ）でボルトの軸部側の先端をアール加工する。つまり前述のように鍛造型やパンチにより膨出部４２あるいは４４等を形成する。次に（ｃ）において、ボルト軸部の膨出部４２を所定のパンチで冷鍛加工して凹状にへこみをつけ（凹部４８を形成する）、その底面４９を、ボルト軸線に対しほぼ直角な軸部側の基準平面４９とする。前述のように、ボルト頭部側での冷鍛手法を、ボルト軸部の端面においても使用することができるわけである。なお、図９〜１１に示したように、ボルト軸部の端面に凹部４８を形成することなく、ここをパンチで平坦に形成することもできる。また、頭部側については、冷鍛加工により頭部の予備成形部５１を形成する。この部分は、例えば軸部の境界から一定量大径に形成され、かつ頭部側端面に向かって漸次径が縮小するような（テーパ状）端部として形成される。
【００３７】
そして、（ｄ）に示すように、その頭部に相当する予備成形部５１をさらに鍛造加工し、ボルト軸線から外側に膨らむような膨出部５２を形成する（このときの予備成形部を５５とする）。また、ボルト軸部にはねじ下径を作るために一定量縮小した軸部５３を形成する。なお、ボルト軸部側端面は（ｃ）の工程の基準端面４９が維持されるか、もしくはさらにここに高精度にパンチが当てられることにより、その基準面４９の精度がさらにアップされる。そして（ｅ）のように膨出部５２に凹部５６が冷鍛加工されて、その底面５７を基準平面とする。この頭部の予備成形部を５８とし、さらに（ｆ）の工程においてこの予備成形部５８を六角状に形成する工程が施される。例えば鍛造型により予備成形部５８の周囲を六角にそぎ落として冷鍛加工すればよい。符号の６０はその除去箇所を示している。この（ｆ）の工程でボルトの中間品６１の頭部６２には、凹部５６の底面５７としてボルト側基準平面が形成され、軸部６３側の端面にも、凹部４８の底面４９として軸部側基準平面が形成される。
【００３８】
さらにこの後の工程として、ボルト軸部６３の小径部５３に例えば転造加工で雄ねじが形成され、その後熱処理、メッキ工程等を経て最終製品としてのボルトになる。ここで、（ｆ）の工程における凹部５７の周囲の盛り上がり部５９や、軸部側の凹部４８の盛り上がり部５０等は、例えば両頭研削盤等により各凹部５６及び４８の底面５７，４９とほぼ面一となるように除去することもできる。さらにその研削等の加工代を増やして底面５７及び４９等に、例えば熱処理後に研削や研磨等の仕上げ処理を施して、基準平面の位置精度や表面精度を高めた後、メッキ処理等を行うようにしてもよい。
【００３９】
図１３は、図１２に示した工程を冷間鍛造装置とともに示すもので、図１３における（ａ）〜（ｆ）の工程は、図１２における（ａ）〜（ｆ）の工程に対応する。図１３において、（ａ）〜（ｆ）において冷間鍛造装置として第１の型７１〜７５（例えば上型）と、第２の型８１〜８５（例えば下型）が使用される。第１の型７１〜７５は、型本体７１ａ〜７５ａを備え、第１の型７１、７２はパンチ７１ｂ及び７２ｂを備え、（ｆ）の工程では、六角部を形成するためのダイス７５ｂを備えている。また、第２の型（下型）８１〜８５は、型本体８１ａ〜８５ｂ及びパンチ８１ｂ〜８５ｂを備えている。
【００４０】
（ａ）の工程で線材を切断してボルト素材４６とし、（ｂ）ではパンチ７１ｂと８１ｂとによりボルト素材４６に対し冷鍛加工が施される。この際ボルト素材４６のボルト軸部側となる端面に前述のような膨出部が形成される。なお、これとは逆にパンチ８１の先端を軸方向先端側に膨出した（例えば球面状その他）形態とし、ボルト素材４６の軸部側の端面に凹曲面（８１ｃ）等の凹部を形成しておくこともできる。つまり、ボルトの両端面部の各端面のうちの一方又は双方を、中間工程でボルト軸方向内側にくぼむように鍛造で予備成形し、その後前記予備成形した部分を平面になるように冷間鍛造加工して該平面をボルト軸線とほぼ直角なボルト軸部側の前記基準平面とする。（ｃ）の工程で、パンチ７２ｂと８２ｂとによりボルト素材４６の頭部に前述の予備成形部５１を形成するとともに、反対側の軸部端面には、前述の膨出部に対しパンチ８２ｂで凹部を形成するか、あるいは平坦なパンチによりその膨出部を平坦にして基準平面とする。また、（ｂ）の工程でボルト素材４６の軸部側端面を凹曲面状（凹部）に形成した場合には、この凹曲面に対し（ｃ）のパンチ８２ｂを突き当ててここを平坦面にする。なお、（ｃ）の工程で図１２に示すように凹部４８を形成してその底面４９を基準平面とすることはもちろん可能である。
【００４１】
図１３の（ｄ）の工程では、第１の型７３と第２の型８３及びパンチ８３ｂ（これも第２の型の一部ともいえる）とにより、外側に膨出した頭部の予備成形部５５を形成するとともに、ねじ転造のための小径部５３を成形する。（ｅ）の工程では、さらにその外側に膨出した予備成形部５５に対し第１の型７４により前述の凹部を形成しその底面を基準平面とする。さらに、（ｆ）の工程で第１の型７３のダイス７５ｂにより六角部６２を形成することとなる。
【００４２】
図１４（ａ）に示すように、ボルト７６の頭部側端面に凹部５６を形成するとともに、軸部側端面にも凹部４８を形成し、凹部５６の底面５７を頭部側の基準平面、凹部４８の底面４９を軸部側の基準平面とすることができる。この場合、頭部側の底面５７の広さは、ボルト軸線を中心にして、例えばボルト軸部の断面ｄを投影した平面とほぼ同等とすること、あるいはそれより大きくすること、あるいはそれより狭くすることができる。また、軸部側の凹部４８の底面４９は、軸部断面ｄより小さくなる。そして、頭部側の基準平面５７の直径ｄ1（多角形の場合はその広さを示す対角線等）と軸部側の底面４９の直径ｄ2との関係は、ｄ1＞ｄ2、ｄ1＜ｄ2あるいは、ｄ1＝ｄ2のいずれも可能である。
【００４３】
図１４（ｂ）に示すように、ボルト７７の頭部側の基準平面５７の広さ（ｄ1）と軸部側の基準平面４９の広さ（ｄ2）とがボルト軸線に関して同軸状の位置に等しい領域（ｄ1＝ｄ2）で存在する場合は、それら基準平面５７及び４９を結ぶ筒状（例えば円筒状）の内側の領域で超音波の反射を繰り返して往復伝搬させることができる。従って超音波の反射に必要な基準平面を最小とすることができ、精度の高い基準平面の形成領域が小さくて済むことにより、加工も容易で製造コストを抑えることができる。
【００４４】
図１４（ｃ）のように、ボルト７８の軸部側端面３６を凹部の底面として形成することなく、軸部端面を全体にわたって平面に形成して基準平面３６とする一方で、ボルト頭部側は前述のような凹部５６を形成し、その底面５７を基準平面とすることもできる。この場合、その底面５７の広さｄ1はボルト軸部の断面ｄと等しいかそれよりやや大きく形成することができる。この場合、ｄ1とｄとの広さの比は、例えばｄ1＝０．７ｄ〜１．３ｄ、中でも０．９ｄ〜１．１ｄとすることができる。なお図１４（ａ）のように両端に凹部５６及び４８を形成する場合、各基準平面の大きさの比率はｄ1＝０．５ｄ2〜２ｄ2、中でも０．７ｄ2〜１．３ｄ2、特に０．８ｄ2〜１．２ｄ2程度とすることができ、ｄ1＝ｄ2にほぼ相当させたものが（ｂ）に示す例である。
【００４５】
さらに、図１４（ｄ）に示すように、ボルト頭部側の凹部５６の底面５７を可及的に大きくし、ボルト軸部側の凹部４８の底面４９も可及的に大きくすることができる。これは言い換えれば凹部５６の盛り上がり部５９や、凹部４８の盛り上がり部５０を可及的に最小限にすることを意味する。この場合、超音波等の反射に寄与する基準平面５７、４９を広くとることができる。
【００４６】
なお、凹部５６の盛り上がり部５９や、凹部４８の盛り上がり部５０は、前述のように例えば両頭研削盤等で除去して、図１５（ａ）に示すように、ボルト頭部側の端面に凹部をなくし、ほぼ全体にわたり平坦な基準平面５７とし、また軸部側についても凹部をなくし、ほぼ全体が平坦な基準平面４９とすることができる。このような後工程における盛り上がり部５９、５０の研削等による除去を予定している場合は、図１４（ｄ）のようにそれら盛り上がり部５９、５０を最小限にすることで、研削による切除量を少なくして、後工程での研削等を簡単に行うことができる。なお、盛り上がり部５９、５０の切除とともに、冷鍛加工による基準平面５７、４９もわずかな研削代で研削して、最終的に表面粗さや平面度等を整えることもできる。このようにする場合でも、予め冷鍛加工により直角度等の精度の高い平面が成形されているため、研削等によって一層面精度の高い基準面とすることができる。
【００４７】
また、図１５（ｂ）に示すように、そのように盛り上がり部を除去した状態で、当初の冷鍛加工による基準平面５７、４９（あるいはその面に研削等による仕上げを施した面）の、ボルト軸線を中心とする各広さｄ1、ｄ2についても、上述の凹部５６、４８でを説明したように、それらｄ1とｄ2との比率を定めることができる。
【００４８】
さらに前述のような冷鍛加工による基準平面を作る発想ではなく、従来と同様なラフなボルト頭部端面及び軸部端面から、例えば研削等の仕上げ加工によりボルト頭部にｄ1の基準平面を、ボルト軸部にｄ2の基準平面をそれぞれ形成することも可能である。
【００４９】
なお、以上の説明では、一般的なボルトを例に採ったが、頭部のないボルト、スタッドボルト、その他おねじを有する軸状のボルト全てに本発明を適用することもでき、その意味でここでのボルトはおねじ部材と同義と言える。
【００５０】
また、ボルトの製造方法における鍛造は、冷間鍛造を前提として説明したが、ボルトの種類、大きさ、使用目的等の条件によっては、熱間鍛造・温間鍛造等であってもよい。
【００５１】
さらに別の実施の形態として、ボルトの先端部にアールコーナー部を付加して、そのアールコーナー部に続く平坦面をボルト軸線にほぼ直角なボルト脚部側（軸部側）の基準平面とすることもできる。その実施例を図１６以降に基づいて説明する。図１６のボルト１０１は、ボルト頭部１０２に頭部端面１０４、脚部（ボルト軸部）１０３に軸部端面１０５を備え、それらがボルト軸線にほぼ直角な基準平面となるが、軸部端面１０５の近傍にはアールコーナー部１０６を有するガイド延長部（ガイド突出状部）１０７が形成されている。雄ねじ部１０８のねじ端１０８ａは、このアールコーナー部１０６の中間に位置し、言い換えればアールコーナー部１０６の中間から雄ねじ部１０８が始まり（又は終わるとも言える）、アールコーナー部１０６に続いて、ボルト軸線にほぼ直角な平坦面である軸部端面１０５が形成されている。
【００５２】
図１７に示すように、上記アールコーナー部１０６は実質的な球面の一部又は球面に近似した曲面の一部で構成され、その曲率半径はｒcとされる。また、アールコーナー部１０６の一方の端は、そのコーナー部１０６を規定する円弧断面又は円弧状断面曲線が雄ねじ部１０４のねじ有効径ｄbにほぼ接するように形成され、アールコーナー部１０６の他方の端は、平坦面である軸部端面１０５にその円弧断面又は円弧状断面曲線がほぼ接触するように形成されている。そして、このようなアールコーナー部１０６を含む延長部（ガイド延長部）１０７のボルト軸方向における長さ（突出量）はＬとされ、またボルト中心線Ｏを中心とする軸部端面（平坦面）１０５の直径はφとされる。
【００５３】
後述するように、雄ねじ形成前のボルト中間品において、雄ねじ形成前のボルト軸部とアールコーナー部１０６とは滑らかに連続し、ボルト軸線を含む断面においてアールコーナー部１０６とねじ形成前のボルト軸部とは接線形態で連なる。そして、図１８に概念的に示すように、雄ねじを転造する場合は（転造ねじ）、ねじ谷になる部分の肉が移動してねじ山になって雄ねじが形成される（ねじ転造下径がねじ形成前のボルト中間品の軸部直径となる）ので、アールコーナー部１０６の端はねじ有効径ｄbを起点又は終点として形成され、ねじ内径ｄcとねじ外径ｄaの間にくることとなる。
【００５４】
一方、図１９に示すように、ボルトの雄ねじを切削により形成する場合は（切削ねじ）、ねじ谷に相当する部分が切削で除去されてねじ山が形成される（ねじ切削下径がねじ形成前のボルト中間品の軸部直径となる）ので、アールコーナー部１０６の端はねじ外径ｄaを起点又は終点として形成される。ただし、以下では転造ねじの例で代表させるものとする。
【００５５】
上記のように、延長部１０７の先端が軸部端面１０５とされ、また延長部１０７の外周部がアールコーナー部１０６とされたことにより、前述のように軸部端面１０５によりボルト軸力測定の際の超音波等の良好な反射面が形成されることに加えて、上記アールコーナー部１０６がナット等の相手方の雌ねじ部材との螺合の際に、ボルトとナット等の双方のねじ部材の軸線を一致させるようにガイドする機能が付与される。図２０はそれを概念的に示すもので、いま、上述のボルト１０１とナット１１０を螺合させる際に、ボルト１０１の軸線Ｏ1に対してナッ１１０のの軸線Ｏ2が角度θ傾斜していたと仮定する。一般には螺合時にボルト・ナットの両軸線が理想的に同軸的な位置にあることはなく、多かれ少なかれ両軸線が相対的に傾いているのが普通である。
【００５６】
その傾いた状態で、ボルト・ナットを押し付けていくと（あるいは押し付けながらどちらかを回転させると）、ボルト１０１の先端部に形成された球面状のアールコーナー部１０６に沿ってナット１１０の開口端部が滑り動き（摺動し）、ナット１１０の軸線Ｏ2がボルト１０１の軸線Ｏ1と同軸的になる向きに相対的に回動し、ボルト・ナットの両軸線の傾きが矯正されるように作用する。それにより、ある程度の軸線の傾きがあっても、ボルト・ナットが良好に螺合を開始でき、軸線の傾きにより食い付いたり（噛み込んだり）焼き付いたりすることを防止ないし軽減できる。その後、前述のようなボルトの軸力を超音波等でチェックしながら締め込むことにより、適切な締結状態を得ることができる。
【００５７】
また、図２６に示すように、上述のアールコーナー部のない従来の一般的なボルト２０１では、雄ねじ部２０８の不完全ねじ部となるねじ端２０８ａが細長い薄肉の断面になりやすく、そのためにねじ端が正規の螺旋から外れるように変形した「倒れ」が生じることがある。これに対し、前述のアールコーナー部Ｒ（１０６）が形成されたボルト１０１では、アールコーナー部１０６により球面状に外径が漸減して軸部端面１０５に至り、そのアールコーナー部１０６の中間からねじ端１０８ａが始まる（又は終わる）ため、強度が低い薄肉のねじ端、ひいてはねじ端の「倒れ」が生じにくく、ねじ端の強度上も有利となり、運搬時や加工落下時に生じやすい打痕に対する強度も高く、信頼性が向上する。
【００５８】
なお、従来において、図２７に示すように、ボルト先端に２段軸で球面状に突出したナット孔挿入突起２１２を備えたボルト２１１は存在するが、ねじ形成前のねじ転造下径（ねじ有効径ｄb）に対し、突起２１２の外径ｄeははるかに小さく、ねじ内径ｄcより小さいもので、ねじ転造後においてねじ内径ｄcと突起径ｄeとの間には隙間（ギャップ）Ｇが生じる。つまり、雄ねじ部２１８のねじ端２１８ａは突起２１２の中間に形成されるものではないから、上述の倒れ防止の効果はない。また、突起２１２は、ボルト・ナットの各軸線同士を一定の距離範囲に接近させて（ボルト・ナットの同軸度を一定範囲の条件下に制約して）、螺合をスムーズに行わせようとするもので、一定範囲の同軸度のズレについてまで矯正しようとするものではないため、そのズレを許容する範囲が大きいほど、言い換えればギャップＧが大きいほど、また突出量が小さいほど、螺合開始時の噛み合い不良を生じやすいものであった。これに対し、上記のアールコーナー部１０６は、ナットの開口縁部との滑動によりナットを相対的に回動させようとするものであり、いわば球面関節のようにボルト・ナットの相対的な傾き（互いの軸線の食い違い）を同軸になるまで可及的に矯正して、双方の軸線をより同心的に一致させて両者の螺合をスムーズにスタートさせる機能を持つ。
【００５９】
次に、以上のようなアールコーナー部１０６とその端部に平坦面を備えたボルト１０１の製造方法について説明する。全体の流れは、鍛造で行う場合、前述の図１２、１３とほぼ共通する。異なるところは主にアールコーナー部１０６を付与する工程である。
【００６０】
図２１に示すように、線材を切断して単純な軸状のボルト素材１４６とし（ａ）、次にそのボルト素材１４６の上記アールコーナー部１０６が付与される側の端部に先細りのテーパ状部１４２を鍛造成形する（ｂ）。さらに（ｃ）工程でボルト頭部になる側の端部に、頭部予備成形部１５１を他の軸部より大きな径となるように鍛造する。また、これとは反対側の端部には、上述のテーパ状部１４２のテーパ角をさらに大きくするとともに、軸方向寸法も圧縮したアールコーナー予備成形部１４３を鍛造加工する。すなわち、この（ｃ）工程では、後の最終的な軸部端面１４９（１０５）やアールコーナー部１０６を形成する直前の鍛造品の形状として、上記テーパ状部１４２を更に鍛造して所定のテーパ角θを有する直前のテーパ状部１４３を鍛造加工する。このテーパ状部１４３のテーパ角θは、約６０〜１５０°、なかでも例えば９０〜１２０°の範囲が望ましいと言える。鍛造工程でこのような角度範囲にテーパ角θを設定することにより、図２１（ｄ）における最終的な軸部端面１４９（１０５）の直角度、平面度、表面粗さが向上し、きれいな軸部端面１４９を形成することができる。また上記のようなテーパ角θの設定により、後に予定されているアールコーナー部１０６の仕上り表面も、より精度が高くかつ表面粗さも良い状態となる。なお、上記のようなテーパ角θは、１段階の鍛造で形成する以外に、図２１（ｂ）（ｃ）の２段階又はそれ以上の複数回の鍛造により形成することもできる。その場合は、最初のテーパ角θ１、次段階のテーパ角をθ２とすれば、θ１＜θ２とするようにテーパ角を増大させていくことが可能である。もっとも図２１（ｂ）工程で、テーパ状部１４２の代わりに、予めテーパ角θのテーパ状部１４３を鍛造加工し、（ｃ）工程ではそのテーパ角θを維持するものとしてもよい。要するに、最終的な軸部端面１４９等の鍛造加工の直前の鍛造形状としてテーパ角θを付与しておくことが推奨される。また、上記（ｂ）工程は省略することもでき、その場合は同図（ａ）工程から同図（ｃ）工程へ移行するので、上記（ｃ）工程の１回で、上述のような角度範囲のテーパ角θが、後に予定される軸部端面１４９及びアールコーナー部１０６の形成のための前工程として、あるいはアールコーナー部１０６が形成されない場合は、精度の高い軸部端面１４９の形成のための前工程として、付与されることとなる。なお、（ｂ）工程を残し、（ｃ）工程を省略してもよいし、その場合は、（ｂ）工程で軸端部に上述のようなテーパ角θが６０〜１５０°、望ましくは９０〜１２０°のテーパ状部１４２が形成され、その後（ｄ）工程へ移行することとなる。いずれにしても、アールコーナー予備成形部１４３（（ｃ）工程又は（ｂ）工程）の軸方向寸法は、図１７、１８等で示したアールコーナー部１０６を有する延長部１０７の軸方向突出量Ｌより大きく設定することができ、またその予備成形部１４３の外周面は円錐面状、もしくは最終的なアールコーナー部１０６の曲率半径ｒcより大きな曲率半径の球面状に形成することもできる。
【００６１】
その後、（ｄ）に示すように、ボルト軸部のうち雄ねじが形成されるべき部分を、ねじ転造に先立ち、転造下径部１２０として、他のボルト軸部より細くなるように鍛造する。この転造下径部１２０の直径は最終的な雄ねじ部の有効径とほぼ同じであり、雄ねじが形成されないボルト軸部は雄ねじ部のねじ外径とほぼ同じである。また、アールコーナー予備成形部１４３をさらに鍛造して、半径ｒcの球面状の最終的なアールコーナー部１０６にするとともに、ボルト軸線にほぼ直角な軸部端面１４９も併せて鍛造成形する。アールコーナー部１０６はねじ有効径と滑らかに接するようにされる。また、ボルト頭部１０２はこの段階までに（ねじ転造前までに）軸部端面１０４を有する最終形態に鍛造される。なお、このボルト頭部の鍛造進行の段階的な工程（予備成形部１５１からボルト頭部１０２となるまでの詳しい工程）は省略する。また、後述するように、テーパ角θのテーパ状部１４３の端面をパンチで打撃する等して鍛造する際、金型内面にテーパ状部１４３の自由な膨出を許容する逃がし部（フリースペース）を設定しておけば（図２４参照）、テーパ角θのテーパ状部１４３がパンチ１８３ｂの打撃で自由変形し、良好なアールコーナー部１０６を容易に形成することができる。逃がし部の手法によれば、金型の寿命を延ばす利点がある。もちろん、図２３のようにアールコーナー部１０６を金型内面で形成することもできる。
【００６２】
そして、（ｅ）に示すように、上記アールコーナー部１０６の中間を始点又は終点としてねじ端が位置するように転造成形されて、その転造ねじ部のねじ有効径とアールコーナー部１０６の起点又は終点とがほぼ一致することとなる。このねじ転造により最終的なボルト１０１となり、図２２に拡大して示すように、ねじ端がアールコーナー部１０６の中間に位置し、その転造ねじ部のねじ有効径から球面状のアールコーナー部１０６が始まっている（又は終わっているとも言える）。
【００６３】
図２１の（ｃ）から（ｄ）の鍛造工程で使用する鍛造型としては、例えば図２３に示すように、型１８３ａの内面に、アールコーナー部１０６をボルト中間品１４６に転写するための、曲率半径ｒcの凹球面状の鍛造成形面１４２を有する鍛造型を使用することができる。この型１８６ａにボルト中間品１４６を充填し、パンチ１８３ｂでボルト軸方向に打撃又は押圧すれば、ボルト中間品１４６の肉が逃げて上記凹球面状の鍛造成形面１４２に密着し、その面がボルト中間品１４６の軸端部に転写されるともに、パンチ１８３ｂの平坦な先端面がそのアールコーナー部１０６に続いてその先端に軸部端面１０５をボルト軸部側の基準平面として付与する。このアールコーナー部１０６が形成されるのは、前述のようにねじ有効径ｄａに設定されるねじ転造下径部１２０の先端部であり、その他のボルト軸部はねじ外径ｄａに対応するものとされる。
【００６４】
なお、図２３の鍛造型１８３ａに代えて、アールコーナー部１０６の転写のための凹球面状の形成面１４２ではなく、図２４に示すように鍛造の際の逃げ部１４３を有して、鍛造の際にボルト中間品１４６の肉をその逃げ部１４３に膨出するように逃がすことにより、外側に凸となる凸曲面状のアールコーナー部（Ｒ’）１０６’（正確な球面状とはならないであろうが）を形成する鍛造型１８３ａ’を使用することもできる。
【００６５】
ところで、以上説明したアールコーナー部１０６（１０６')が形成されたボルト１０１のより好ましい態様として次のようなことが言える。例えば、ガイド延長部（ガイド突出状部）１０７のねじ軸方向における突出量をＬ（図１７〜図１９等参照）、ガイド延長部１０７のアールコーナー部１０６の曲率半径をｒcとしたとき、Ｌ／ｒcは、望ましくは０．６５〜１．５とされる。  また、ガイド延長部１０７の先端に形成される平坦面（基準平面）１０５の直径をφとしたとき、ｒc／φは、好ましくは０．１５〜０．３５とされ、同様にＬ／φも０．１５〜０．３５とすることが望ましい。  さらに、上記のＬ、ｒc及びφに関し、Ｌ：ｒc：φは、１４〜１８：３５：３〜５：１４〜１８とすることが好ましい。また、ガイド延長部１０６のアールコーナー部の表面粗さは（十点平均粗さをＲｚとして）、０．３〜１２．５Ｒｚとすることが推奨される。  上記の範囲に設定することにより、アールコーナー部１０６のナット等に対する良好なガイド機能（軸線一致機能など）及び前述の打痕等に対する耐久性、さらには基準平面で超音波等を反射させる軸力測定の精度を向上させる効果が相乗的に得られる。
【００６６】
また、別の側面から評価するために、図２５において、ボルト１０１の雄ねじ部１０８のピッチをＰ、アールコーナー部１０６の曲率半径をｒc、アールコーナー部１０６の第一端のボルト軸線と直角な基準線（基準面）Ｃ1に対する角度をα、アールコーナー部１０６の第二端のボルト軸線と平行な基準線（基準面）Ｃ2に対する角度をβとする。ここで、各値の一般的に可能な範囲、通常採用する望ましい範囲、最適な値は次のとおりである。
【００６７】
αについて、一般的に可能な範囲は０〜±３０°、通常採用する望ましい範囲は０〜±２０°、最適な値はα＝０°程度と言える。  βについて、一般的に可能な範囲は±２０°〜±３０°、通常採用する望ましい範囲は０〜±２０°、最適な値はβ＝０°程度と言える。  さらにｒcについては、一般的に可能な範囲はＰ〜３Ｐ、通常採用する望ましい範囲は１．５Ｐ〜２．５Ｐ、最適な値はｒc＝２Ｐ程度と言える。言い換えれば、アールコーナー部１０６の曲率半径ｒcを、雄ねじのピッチＰの１〜３ピッチ程度に相当するものとし、望ましくは１．５〜２．５ピッチ、特に好ましくは２ピッチ程度に相当するものとすることが推奨される。
【００６８】
このアールコーナー部１０６の曲率半径ｒcが小さすぎると、ねじの形成後に残るアールコーナー部１０６の部分がごく少なくなって、前述のナット等に対するガイド機能が得られにくくなり、逆にｒcが大きすぎても（曲率が小さい）、相対的に軸線が傾いた状態からの螺合を果たす上で、それを矯正するようにナット等を回動させる機能が得にくくなるので、上述のように範囲ないし値を定めることが望ましい。またα、βについても、それらのマイナス方向の値が大きくなって、アールコーナー部１０６の形成角度範囲が９０°を大きく下回るようになると、上述のナット等に対するガイド機能が不十分となり、逆に、α、βのプラス方向の値が大きくなって、アールコーナー部１０６の形成角度範囲が９０°を大きく超えるようになると、ねじ転造下径部との間や、ボルト軸部先端の平坦面との間に不連続な段差を生じたりして好ましくない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例のボルトを示す正面図。
【図２】  ボルトの端面の直角度を説明する図。
【図３】  ボルトの端面の幾何学的基準面に対する角度を示す図。
【図４】ボルトの軸力を測定する例を示す図。
【図５】超音波の伝搬（反射）を概念的に示す図。
【図６】超音波の伝搬（反射）を端面の直角度、平面度及び表面粗さとの関係で概念的に示す図。
【図７】  この発明の製造工程の一例をボルト頭部側に着目して示す工程図。
【図８】  この発明の製造工程の一例をボルト軸部側の端部に着目して示す工程図。
【図９】図８の変形例を示す工程図。
【図１０】さらに別の変形例を示す工程図。
【図１１】  図１０のさらに変形例を示す工程図。
【図１２】  この発明のより具体的な製造工程の一例をボルトの各工程での形態に着目して示す工程図。
【図１３】図１２の工程に鍛造金型の装置を付加して示す工程図。
【図１４】  この発明のボルトのいくつかの具体例を簡略に示す図。
【図１５】図１４のさらに別の例を簡略に示す図。
【図１６】この発明の別の実施例のボルト示す図。
【図１７】  図１６の要部を拡大して示す図。
【図１８】  図１７におけるアールコーナー部の位置及び形態を概念的に示す図。
【図１９】図１７の変形例を示す図。
【図２０】  アールコーナー部のガイド機能を概念的に説明する図。
【図２１】  図１６のボルトの製造工程の一例を工程ごとのワーク形態に着目して示す図。
【図２２】  図２１の工程を経て得られるボルトの要部拡大図。
【図２３】  図２１の工程で採用可能な鍛造型の一例を示す図。
【図２４】図２３の変形例を示す図。
【図２５】  アールコーナー部の好適な形成形態を説明する図。
【図２６】  従来のボルトと、アールコーナーを有する本発明のボルトとを対比して説明する図。
【図２７】従来のボルト軸端から２段軸状に突出した例を示す図。
【符号の説明】
１  ボルト（おねじ部材）
４  端面（ボルト頭部の）
５  端面（ボルト軸部の）
２１、３７、４２、４４、５２  膨出部
２２、４８、５６  凹部
２３、４９、５７  底面（基準平面）
２４、５０、５９  盛り上がり部
１０３  ボルト軸部
１０５  軸部端面（基準平面）
１０６  １０６’  アールコーナー部
１０７  延長部（ガイド突出部）
１０８  雄ねじ部
【図１】
0003660881.tif 000002
【図２】
0003660881.tif 000003
【図３】
0003660881.tif 000004
【図４】
0003660881.tif 000005
【図５】
0003660881.tif 000006
【図６】
0003660881.tif 000007
【図７】
0003660881.tif 000008
【図８】
0003660881.tif 000009
【図９】
0003660881.tif 000010
【図１０】
0003660881.tif 000011
【図１１】
0003660881.tif 000012
【図１２】
0003660881.tif 000013
【図１３】
0003660881.tif 000014
【図１４】
0003660881.tif 000015
【図１５】
0003660881.tif 000016
【図１６】
0003660881.tif 000017
【図１７】
0003660881.tif 000018
【図１８】
0003660881.tif 000019
【図１９】
0003660881.tif 000020
【図２０】
0003660881.tif 000021
【図２１】
0003660881.tif 000022
【図２２】
0003660881.tif 000023
【図２３】
0003660881.tif 000024
【図２４】
0003660881.tif 000025
【図２５】
0003660881.tif 000026
【図２６】
0003660881.tif 000027
【図２７】
0003660881.tif 000028