(57)【要約】      （修正有）【課題】新規のねじ形状を持つ高抗張力ボルトとその低コスト製造方法を提供する。【解決手段】ボルトを高強度の軸部１と低強度の軟鋼のナット２の２部品から構成することにより首下破断の問題を解消する。低コストの熱延棒線を材料として高周波加熱と探傷と熱間転造と制御冷却を直結し、恒温変態によって金属組織が微細パーライトであり抗張力が１１００ＭＰａ以上の大ピッチ低傾斜角台形粗ねじ棒線を高効率で成形し、切断してボルト軸とする。軸１とナット２間に間隙を設け事前又は事後塗料やグラウトがねじ面に沿って確実に圧入される。耐遅れ破壊性に優れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延丸棒鋼又は鋼線材の表層に熱間転造により下記形状の大ピッチ低傾斜角台形粗ねじを形成し、次いで制御冷却を施して主たる金属組織を微細パーライト、抗張力を１１００ＭＰａ以上とした棒鋼を所定長さに切断してボルト軸部とし、該軸部の片端にナットを螺合してボルトを構成し、軸部と両ナットとの螺合面には接着剤又は塗料又はグラウト材を圧入することができる下記間隙を持つことを特徴とする高抗張力ボルト。
記
ねじ高さ＝（０．０６〜０．０７）×棒径
ねじピッチ＝（０．５〜０．６）×棒径
ねじ山裾幅Ｂに対するねじ底幅Ｃの比Ｃ／Ｂ＝１．１〜２．０
ねじ山傾斜＝４０〜５０゜
対ナット軸方向間隙＝（０．３〜０．５）ｍｍ
対ナット半径方向間隙＝（０．２〜０．４）ｍｍ
【請求項２】
請求項１に記載した高抗張力ボルトの軸部の製造方法であって、軸径が１８ｍｍ以上５１ｍｍ以下の所定径で所定成分の素材丸棒を棒軸方向に走行させ、高周波誘導コイルを貫通させ該コイルの出口部において表面温度が１０５０℃以上の基準値になるよう急速加熱し、測温記録し、中心温度が遅滞のまま直ちにロール状ダイスを持ち回転軸固定のねじ転造機に通して該棒を軸周りに回転させつつねじ山を形成し、次いで多段に設けた固定向心スプレイの中心を通過させて加速冷却し、所定温度の恒温変態に誘導し、その後前記表面温度の前記基準値からの偏り部をマーキングして後刻当該部を排除することを特徴とする高抗張力ボルトの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載した高抗張力ボルトの軸部の製造方法であって、軸径が１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下の所定径で所定成分の鋼線材を軸方向に直進させ、高周波誘導コイルを貫通させ該コイルの出口部において表面温度が１０５０℃以上の基準値になるよう急速加熱し、測温記録し、中心温度が遅滞のまま直ちにロール状ダイスを持ち該ダイスが自転公転するねじ転造機に通して所定形状のねじを形成し、次いで多段に設けた線軸回りに回転する向心スプレイの中心を通過させて加速冷却し、所定温度の恒温変態に誘導し、その後前記表面温度の前記基準値からの偏り部をマーキングして後刻当該部を排除することを特徴とする高抗張力ボルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐遅れ破壊性に優れた高抗張力ボルトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通称高力ボルトの強度は１０００ＭＰａ以上であり、一部には１４００ＭＰａ級も使用されている。所定強度を得るため、ボルトに成形後焼入焼戻し処理により金属組織を焼戻しマルテンサイトとしている。当該組織の弱点は１１００ＭＰａ以上（規格Ｆ１１Ｔ）の強度で遅れ破壊が発生することである。遅れ破壊とは張力下にある鋼材が腐蝕の進行によってＨに起因する局所脆化が発現し、施工数ヶ月〜十数年後に破断する現象である。腐食性環境では破断はより加速する。
【０００３】
耐遅れ破壊性の改善のため全工程で諸対策が講じられる。製鋼では脱Ｈ精練、Ｈの有害性を緩和するＶ，Ｍｏの添加、破壊起点になる粗大な非金属介在物の低減、Ｐ，Ｓ等の不純物の低減、熱間圧延工程では同様に破壊起点になる表面キズの低減、加工工程では頭部割れや首部微小キズの発生防止、最終の熱処理工程では適正な金属組織を得るため厳密な条件管理が行われ、品質維持コストは相当なものである。
【０００４】
破壊起点は多くの場合頭部と軸部の境界近辺いわゆる首下である。首下は圧造における塑性流れの変局点であり、キズや延伸した非金属介在物等の材料欠陥が開口し、応力集中点として新たな欠陥となり易い。又熱延材料には元々異方性があって、圧延方向に対して垂直方法は延靭性が低下する。首下では使用時の張力がその低下方向にも作用して不都合である。圧造によりボルト頭部を形成する現行の方法では避けられない弱点である。
【０００５】
特許文献１には耐遅れ破壊性の改善の一方法が開示されている。それによるとピアノ線材を使用し、パテンティング処理を施してパーライト組織とした後伸線加工し、その後切断・ねじ切りを加えボルトに仕上げる。パーライト組織を持つ鋼は従来の焼入焼戻し処理した鋼（以下調質鋼と称する）よりも耐遅れ破壊性に優れることは周知であるが冷間加工の附加により更に優れると説明されている。
【０００６】
当方法の問題は、加工硬化した鋼線を圧造・転造しようとするので種々の無理が生ずる。両端ねじ切りとしなければならない。ねじ切り時の発熱が大きい。工具の摩耗が早い。細径製品には適用できても１５ｍｍ径以上の場合は素材となる棒鋼のパテンティング処理とその後の引抜には特別の設備を要する等々実用的ではない。
【０００７】
特許文献２（先行例１とする）には耐遅れ破壊性改善の他の例が示されている。それによると破壊の原因となる拡散性Ｈの悪影響を抑制するにはＶ、Ｍｏの添加が極めて有効であると記されている。高価なレアメタルの多量添加は材料コスト上の問題が大きい。
【０００８】
非特許文献１にはパイル用、ポール用のＰＣ（プレストレスト・コンクリート）鋼棒の遅れ破壊性が研究されている。鋼材表面のショットピーニング加工が耐遅れ破壊性を強化することが解明されている。張力下にある高強度鋼材は表面の腐蝕の進行によりいずれ遅れ破壊が生ずる。ＰＣ鋼棒の場合、鋼棒がコンクリートに密接して埋設されていて腐蝕が防止され従って遅れ破壊も防止されている。当該処理は密接が不完全の場合に遅れ破壊の危険性を軽減する。
【０００９】
特許文献３には橋梁用の高強度ＰＣ鋼棒の製造方法が開示されている。それによると高炭素低合金鋼を材料にして熱間圧延後の制御冷却により大部分が緻密なパーライトから成る組織に誘導し抗張力１３５０ＭＰａを得ている。１６〜３２ｍｍ径のねじ節棒鋼も製造されている。ＰＣ鋼棒の施工に当たって防蝕は不可欠要素であり、そのためグラウト・メカニズムが組み込まれている。ナット等から構成される両端の特殊な緊張・定着部材や鋼棒を所定長さに延長する特殊結合ナット及び数１０ｍにもなる棒本体ともそれぞれグラウト（セメントと水から成る乳液状のアルカリ性被覆材）処理がなされる。その結果遅れ破壊は発生せず半永久的耐久性を持つ。当該技術が簡単な作業でボルトに転用できれば問題解決となろう。
【００１０】
特許文献４（先行例２とする）には上記ねじ節ＰＣ鋼棒を高抗張力ボルトに展開した製品と定着工法が提案されている。強度・耐遅れ破壊性、首下破断等品質にはＰＣ鋼棒の実績から申し分ない。ボルトの製造コストもレアメタルを含まず、且つ熱延製品であることから現行の高力ボルトと比較して格段に低い。防蝕に対しては、ＰＣ工法のグラウト処理を参考にして、ボルト軸とナット間に隙間を設けてグラウト処理を組み込み解決している。
【００１１】
当該方法の問題点を挙げる。ねじ節はねじ山が１周で２回欠落したもので、実質半周分しかないので二つの不利が生ずる。
１）ナットの必要結合長さが通常のねじの倍増となる。当然軸当該部も倍増する。
２）グラウト作業では比較的簡単なナット端面からの圧入であるが、ねじ山の間欠する圧延圧下側面の間隙が大きいので状況により流れが短絡し、ねじ面間に気泡が残存しグラウト不備が発生することである。
【００１２】
市場面に関して、高力ボルトは致命的な多数の事故例から学会・業界の長い協同研究開発成果により耐遅れ破壊問題がほぼ解決され、ＪＩＳにおいて『高力ボルト』が認定され、張力管理が適切になされ、寡占市場の現行品が協調されている。新規参入には問題が多々あるが、『高力』でなくても高強度のボルトやねじ棒にはそれなりの需要があり、本発明の名称も『高力』とはしなかった。今後海外で受け入れられる可能性がある。
【００１３】
【特許文献１】公開特許公報２００２−３３７３３４
【特許文献２】公開特許公報２００６−２１９７１８
【特許文献３】公開特許公報昭６１−２６７３０
【特許文献４】特許第４３９０１５７
【特許文献５】特許第４０２５８５１
【００１４】
【非特許文献１】CAMP-ISIJ Vol.8(1995)-1507
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
以上述べたように現行の１１００ＭＰａ級以上の高力ボルト（先行例１）は調質鋼であって遅れ破壊の危険性があり、対策として多量のＶ，Ｍｏの添加により拡散性Ｈの悪影響を解決しているが材料コストが極めて高いという問題がある。
ねじ節ＰＣ鋼棒を軸として両ナット方式でボルトを構成し、ナット端面からのワンタッチのグラウトで防蝕する方法（先行例２）は、優れたＰＣ鋼材としての性能と実績をボルトに転用したもので、上記遅れ破壊問題とコストの大幅低減をほぼ解決しているが、ねじ節（間欠ねじ山）に起因する軸・ナットの必要結合長さの倍増とグラウトがねじ欠落部を短絡してねじ面全周を覆いにくいと言う問題がある。
本発明はねじ節ＰＣ鋼棒の両優秀性（耐遅れ破壊と低コスト）を継承しつつ先行例２のボルトの問題、即ちねじ節に起因する必要結合長さの倍増問題とボルト軸とナット間のグラウト不備問題を解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記問題解決のため以下の諸手段が適用される。
１）  耐遅れ破壊性の確保のため微細パーライトによる強靱化を踏襲する。
２）  同目的のため確実なグラウト又は塗装を適用する（公知）。
３）  橋梁用ＰＣ鋼棒として実績と信頼性のあるねじ節形状をさらに改良する（新規）。
４）  改良ねじ形状の成形困難性を解決する（新規）。
５）  高速ねじ成形（新規）と熱処理と不良部除去を一体化してコスト低減を図る（新規）。
【００１７】
第１発明は、熱間圧延丸棒鋼又は鋼線材の表層に熱間転造により下記形状の大ピッチ低傾斜角台形粗ねじを形成し、次いで制御冷却を施して主たる金属組織を微細パーライト、抗張力を１１００ＭＰａ以上とした棒鋼を所定長さに切断してボルト軸部とし、該軸部の片端にナットを螺合してボルトを構成し、軸部と両ナットとの螺合面には接着剤又は塗料又はグラウト材を圧入することができる下記間隙を持つことを特徴とする高抗張力ボルトである。
記
ねじ高さ＝（０．０６〜０．０７）×棒径
ねじピッチ＝（０．５〜０．６）×棒径
ねじ山裾幅Ｂに対するねじ底幅Ｃの比Ｃ／Ｂ＝１．１〜２．０
ねじ山傾斜＝４０〜５０゜
対ナット軸方向間隙＝（０．３〜０．５）ｍｍ
対ナット半径方向間隙＝（０．２〜０．４）ｍｍ
【００１８】
第２発明は、第１発明に記載した高抗張力ボルトの軸部の製造方法であって、軸径が１８ｍｍ以上５１ｍｍ以下の所定径で所定成分の素材丸棒を棒軸方向に走行させ、高周波誘導コイルを貫通させ該コイルの出口部において表面温度が１０５０℃以上の基準値になるよう急速加熱し、測温記録し、中心温度が遅滞のまま直ちにロール状ダイスを持ち回転軸固定のねじ転造機に通して該棒を軸周りに回転させつつねじ山を形成し、次いで多段に設けた固定向心スプレイの中心を通過させて加速冷却し、所定温度の恒温変態に誘導し、その後前記表面温度の前記基準値からの偏り部をマーキングして後刻当該部を排除することを特徴とする高抗張力ボルトの製造方法である。
【００１９】
第３発明は、第１発明に記載した高抗張力ボルトの軸部の製造方法であって、軸径が１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下の所定径で所定成分の鋼線材を軸方向に直進させ、高周波誘導コイルを貫通させ該コイルの出口部において表面温度が１０５０℃以上の基準値になるよう急速加熱し、測温記録し、中心温度が遅滞のまま直ちにロール状ダイスを持ち該ダイスが自転公転するねじ転造機に通して所定形状のねじを形成し、次いで多段に設けた線軸回りに回転する向心スプレイの中心を通過させて加速冷却し、所定温度の恒温変態に誘導し、その後前記表面温度の前記基準値からの偏り部をマーキングして後刻当該部を排除することを特徴とする高抗張力ボルトの製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の高抗張力ボルトは金属組織が微細パーライトであるので優れた耐遅れ破壊性を持つ。ねじ面の塗装やショットピーニング加工を追加すると一層優れる。先行例１のような焼戻しマルテンサイト組織では遅れ破壊が問題であり対策としてＶやＭｏを含有する高価な鋼種が不可欠である。
【００２１】
本発明の高抗張力ボルトは高強度の軸部と低強度の軟鋼のナットから構成され、いわゆる首下に特異な塑性加工流れが無く、圧造に伴う首下の耐遅れ破壊性の低下問題は解消される。
【００２２】
本発明の高抗張力ボルトは連続ねじを持ち、先行例２のような間欠ねじ節を持つボルトと比較して軸とナットの結合部の必要長さが半減する。また適切なねじ間隙を持つので接着剤や塗料やグラウトの圧入に際してねじ節のようにねじ欠落部を短絡することがなく螺合面全周にそって確実に被覆が進む。防蝕・耐遅れ破壊の確実性が向上する。
さらに単なる連続ねじではなく、実績と信頼性のあるねじ節ＰＣ鋼棒の大ピッチ低傾斜台形粗ねじ節を連続化したものであって、先行例の無い特殊なねじを持つボルトである。
【００２３】
コスト比較では、現行の高力ボルトは高価なＭｏ−Ｖ鋼の棒線を材料とし、焼鈍・酸洗・伸線・切断・圧造・転造・熱処理の長い工程を持ち高コストである。引用２のねじ節ＰＣ鋼棒を細分化したボルトでは著しくコスト低減がなされるが、前述した間欠ねじその他の問題がある。本発明では後者と同様の経済的な鋼種の棒線を材料にして、加熱・転造・冷却が１工程の中に組み込まれ引用１よりも圧倒的に有利である。中でも大ピッチ台形粗ねじは転造の能率を飛躍させ、急速加熱との直結が該転造を補助している。表面不良の部位がライン内で除去されコストと信頼性を強化する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の大ピッチ低傾斜角台形粗ねじ高抗張力ボルトの形状を示す。
【図２】本発明のボルトの軸部となる粗ねじ棒鋼を製造する設備の概略図である。
【図３】Ａは固定軸ねじ転造機を軸方向に見た図、Ｂは上から見た図である。
【図４】スプレイ装置の構成単位である固定環状スプレイ管を示す。
【図５】高周波誘導による急速加熱において芯部の温度を推定する図で、加熱直後の表面冷却線を無次元で示し、Ｂ図は縦軸を対数温度で示す。
【図６】ボルトの軸部となる粗ねじ棒鋼を線材から製造する設備の概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１に本発明の高抗張力ボルトの形状を示す。ボルトは軸部１と該軸部に螺合する頭部ナット２とから構成される。軸部１は金属組織が微細パーライトであり、抗張力が１１００ＭＰａ以上である所定径、所定形状の大ピッチ低傾斜角台形粗ねじ棒鋼を単純に所定長さに切断したものであって、ねじ形状は以下である。
ねじ高さｈ＝（０．０６〜０．０７）×棒径Ｄ                  −−−（１）
ねじピッチｐ＝（０．５〜０．６）×棒径Ｄ                    −−−（２）
ねじ山裾幅Ｂに対するねじ底幅Ｃの比Ｃ／Ｂ＝１．１〜２．０    −−−（３）
ねじ山傾斜＝４０〜５０゜                                    −−−（４）
対ナット軸方向間隙＝（０．３〜０．５）ｍｍ                  −−−（５）
対ナット半径方向間隙＝（０．２〜０．４）ｍｍ                −−−（６）
【００２６】
上記の寸法関係は橋梁用として信頼性及び実績のあるねじ節ＰＣ鋼棒のねじ形状を踏襲し、従来全く製造されていない連続ねじに展開している。間欠ねじ節から連続ねじに変更された結果、螺合面の間隙形状が変化する。螺合において間隙は螺旋を描くが前者の間欠ねじ節ではねじ欠落部で間隙が螺旋を短絡する。そのため間隙の防蝕用グラウトの圧入に際して不完全が生ずる。連続台形ねじではねじ山・ねじ底・１斜面の３面が互いに平行隣接した螺旋間隙を形成し、グラウトやねじ面塗装の確実性が得られる。
【００２７】
『大ピッチ』とした理由は、１）ねじ節棒鋼の品質安定の実績を踏襲したこと、２）転造において成形速度（ｍ／ｓ）が効率的であることである。
『低傾斜角』とした理由は、１）前記同様にねじ節棒鋼の品質安定の実績を踏襲したこと、２）傾斜角の大きい通常の台形ねじに生ずる山裾部の応力集中を避けるためであり、  『台形』とした理由は、１）前記同様にねじ節棒鋼の品質安定の実績を踏襲したこと、２）圧延後の冷却に際してメートルねじでは頂部の過剰冷却が生ずるのを回避するためである。
『粗ねじ』とした理由は、ねじ形成は通常引抜により直径一定化後になされるが、素材である熱延棒鋼の寸法精度を許容するためである。結果としてナットとの間隙が大きくなり、いわゆる『ガタ』のあるねじであるがグラウトや塗料圧入に活用される。
間隙は圧入が可能となるよう０．２ｍｍ以上、ねじの強度面からは０．４ｍｍ以下が望ましい。間隙に対して軸方向間隙寸法は約√２倍になる。
金属組織や抗張力については従来水準を超えるものではない。また高力ボルトがしばしばショットピーニング加工されることから本発明においても該加工を付加することは有効である。該棒鋼の抗張力は遅れ破壊の危険性が増大する１１００ＭＰａ以上と特定する。
【００２８】
図２は本発明の高抗張力ボルトの主要材料である軸部のねじ棒鋼の製造ライン（径１９ｍｍ以上）の概要を示す。
素材である所定成分・所定棒径の熱延丸棒１０が供給台１２から処理パス１１に送られ、該パス１１に沿って回転送給装置１３によって回転しつつ直進する。ソレノイド型の高周波コイル１４に通して表面を１０５０℃以上の所定温度に急熱する。高周波故に表面が優先加熱される。中心部もオーステナイトへ変態させるが内部に大きな温度勾配が生ずる。コイル出口直近において放射式の温度センサー５を介して測温を記録する。
【００２９】
このときほとんど知られていないが表面キズがあると表面温度は高温側に微妙にばらつき偏る。温度センサー１５は探傷器の機能を果たす。本願発明では該現象を応用し、測温信号を制御器を介して後述の当該部のマーキングと排除に供する。測温位置が遅れると均熱化が進み温度異常を見失う。
【００３０】
該コイル１４に密接してねじ転造機１６が後続し、温度勾配を持ったまま直ちに熱間ねじ転造がなされる。ねじ転造機１６は図３に示すように、２本のロール型ダイス３２の回転軸３３が固定式であり、従って被処理材３１は自軸の周りに回転する。該ダイス３２の表面には製品のねじの形状の反転型のねじ山がその高さを傾斜的に増加して数周設けられ、１回転２回の圧下を数回転受けてねじ山が所定形状まで成長する。
【００３１】
被処理材３１は転造機１６に後続して設けられたスプレイ装置１７を通過し所定の冷却過程を経過させる。図４に示すように該スプレイ装置１７は内側に向心ノズル４２を設けた多段の環状スプレイ管４４から成り、各個冷却強度が調整可能である。
冷却過程において適宜設けられた測温センサー１８により表面温度を追跡し適切にスプレイ強度を調節し所定の恒温変態に誘導する。
【００３２】
後続して回転引抜装置１８が設けられ、転造機１６と同期して駆動され被処理材後端が転造機１６を抜けた後も同一速度、同一回転数でパスを走行する。
【００３３】
後続して設けられたマーカー１９により温度センサー１５によって検出された温度異常部に塗料が吹き付けられる。正常材２３とマークされた異常材２２とは搬出台２１で別方向にへ移送される。
【００３４】
以上工程全体を概説したが、重要工程の要点を説明する。
高周波加熱において表面キズが表面温度に微妙に影響する現象に関して、表皮だけを加熱する場合（例；表皮焼入）もあるが、断面全体を加熱する場合、正確な温度を把握するため通常温度センサーはコイル出口から離して均熱化後を測定する。そのため上記現象を見逃す。表面キズが表面温度を上昇させるプロセスとして、円断面内を周回する誘導電流は表皮効果により表層に集中しているが表層の最外層にあるキズが最外層の抵抗値を増加させて昇温し、さらに昇温による抵抗増加が重複するためと推測される。
なお当該部にキズが存在しない場合もある。細かく調査すると脱炭層が大きい場合に表面温度が細かく変動する。いずれにしても、不良部の排除に有効である。
【００３５】
表面温度を１０５０℃以上と特定した理由の一つは中心部が十分なオーステナイト化に達する温度（約９００℃）とするためである。
誘導加熱において被処理材の中心部をオーステナイトへ変態させるに際して、中心部の温度挙動を正確に推測する方法を以下に説明する。
丸棒をコイル内で加熱し、通電中での昇温と切電後での空冷時の表面温度の経過を追跡する。図５はその１例でありＡ図は冷却線（温度・時間とも無次元化）を示す。切電後急速に温度降下するがその後徐々に冷却速度が低下し滑らかな曲線になる。表面温度の急速降下は内部への熱伝導に起因する。均熱化が進み表層の出熱が空冷のみとなると緩慢な空冷冷却線となる。その遷移時が均熱状態であり中心部の最高温度を示す。
【００３６】
該遷移時を検出するにはＡ図の温度軸を対数（Ｂ図）にする。空冷部は正確に直線に乗るが切電直後の均熱へ向かう過程では勾配が異なり、変曲点を容易に把握することができる（図中の矢印）。なぜなら均熱状態では冷却式は以下となって、対数関数で記述されるからである。
logeθ＝−ｋ・ｔ    −−−−−（７）
ｋ＝4α／cρＤ
θ；温度  ｋ；時定数  ｔ；時間  α；熱伝達率  ｃ；比熱  ρ；密度  Ｄ;棒径
【００３７】
ねじ転造について説明する。図１に示されるように形成されるねじ形状は現行のねじ節ＰＣ鋼棒を踏襲し、しかも特許文献５に開示されたねじ部の軽量化も含めた連続台形ねじになる。冷間で丸棒の端部のみに形成される正確なメートルねじと異なり、特徴はねじ高さｈは同様であるが傾斜（α）は緩く、ねじ山頂（幅ｂ）・ねじ底（幅Ｃ）とも平坦で長く、従ってねじピッチｐ（＝山裾幅Ｂ＋谷底幅Ｃ）が異常に大きくなってメートルねじの８〜９倍になる。軸方向に沿う連続転造の場合、ねじピッチが大きいと言うことは転造の難易は別として転造速度（ｍ／ｓ）が比例的に増大することを意味する。ねじ形状は既述［（１）〜（６）式］した。
棒径Ｄが与えられるとピッチｐ、山裾幅Ｂ、谷底幅Ｃが決まり、雌ねじの実効山幅（＝ねじ山高さ中間値のねじ山幅）と雄ねじのそれとが幾何的に算出され、両者のねじ部厚さ比ｑが決まる。両者の材料の降伏強度比を該比ｑの逆数に設定すると両者とも必要材料寸法に無駄が無くなる。ナット材料強度からＢの最適値を決定すれば良い。
【００３８】
塑性加工により該台形ねじを形成する場合、圧延では間欠ねじ節となるが容易である。リーダーオーバルからねじ節円断面に圧下する際、圧下率を大きくするだけでカリバーねじ溝に材料が流れ込む。
メートルねじの転造ではダイスの溝幅（山々間）と溝深さ（山高さになる）はほぼ等しく且つ小さいので材料は盛り上がり易く、ねじ山の形成は困難ではない。
台形ねじでは溝幅が大きいので圧下面（ねじの谷底）から溝部への流れ込みは遅れる。転造ダイスを長くして反復加工を増加させなければならないと言う問題が生ずる。径が大きいとダイスが過大になってねじ形成はさらに困難になる。当該問題を解決すべく本発明は次の工夫を込める。
【００３９】
転造促進に高周波誘導急速加熱を適用する。約１０５０℃以上、望ましくは１１００℃以上に急熱するので表層はかなり軟化し下層は多少硬く、従って表層が流れ易い。さらに温度勾配により表層には圧縮応力が生じている。当２条件により転造に際して最初の圧下を大きく設定することができ（必要ダイス長が短縮される）、肉の盛り上がりが早く、広幅台形ねじの形成が促進される。これが誘導コイルと転造機とを密接配置する理由である。
【００４０】
冷却について説明する。転造加工により被処理材は自転し、向心ノズルは固定であるからスプレイ４２はねじ面に沿って周回（螺旋状）するように吹き付けられ、原理的に被処理材は接線方向・軸方向とも均等に冷却される。被処理材は上流側では転造機によって、下流側では回転引抜装置によって支えられて宙づりであるから冷却条件を乱す接触物が無い。転造回転と固定スプレイは好都合な組み合わせである。
スプレイの冷却能（熱伝達率で示される）はほぼ水量密度（ｇ／ｓ・ｍ2）に比例する。過大に設定すると制御精度が問題となる。中庸が使用し易い。また単なるスプレイよりも気水混合スプレイ（通称ミストスプレイ）が種々の点（例；目詰まりが少ない）で安定している。経験上熱伝達率は６００（kcal/hm2℃）以下が望ましい。
【００４１】
本発明の冷却では恒温変態に誘導して微細パーライトを得る。そのためにはまず通常所望変態温度まで急冷し、その後当該温度に維持するよう冷却を調整する。冷却が強くない場合、断面内均熱と見なされるので冷却速度は棒径に反比例して低下するが、冷却が強くなると表面中心差が生じ棒径が大きいほど該差異は拡大する。その結果芯部は恒温変態からずれる。焼入性強化合金の添加は当該問題を緩和する。恒温変態に対しては棒径と冷却強度と焼入性の３要因を組み込んだ製造条件の設定が求められる。恒温変態温度とパーライトのラメラピッチと強度との関係は周知である。
【００４２】
芯部冷却遅れについて検討する。該遅れは無次元数であるビオー数Biによって推測することができる。固体から流体への１次元定常伝熱の場合、固体表面の熱の授受は等しいので、
λ（θa−θb）／ｄ＝α（θb−θc）        −−−−（８）
λ；固体熱伝導率  θa；個体熱源温度  θb；境界温度  θc；流体温度
ｄ；固体厚さ  α；熱伝達率
上記式から次式が導かれる。
α×ｄ／λ＝（θa−θb）／（θb−θc）    −−−−（９）
左辺はビオー数Biとして定義されている。Bi＝１の場合、
θb＝（θa＋θc）／２                     −−−（１０）
表面温度は熱源冷媒間の中間値となる。Bi数が１より大きいと表面は中間値よりも低下し、０．１程度では逆に固体内均熱と見なして良い。
【００４３】
棒鋼の場合円柱の二次元定常伝熱を基準とする。中心を熱源と想定して表面積・質量を幾何的に修正すると（８）式、（１０）式は以下となる。
λ（θa−θb）／ｄ＝４α（θb−θc）      −−−（１１）
θb＝（θa＋θc）／５                     −−−（１２）
上記式から境界温度は全温度差に対して、固体側１流体側４に分配される。具体的には、９２０℃の棒鋼を２０℃のスプレイによりBi数＝１の条件で冷却すると、表面温度が９２０℃から１８０℃低下して７４０℃になった時点で中心の冷却が始まり、中心と表面の温度差に対して表面と冷媒との温度差が１：４の比で冷却が進行する。
棒の平均冷却速度は棒径に反比例し熱伝達率に比例するものであるが、中心部の表面に対する遅れもまた棒径と熱伝達率に依存するので中心部は２重に遅れると言うことである。
【００４４】
Bi数＝１とはどの様な条件か試算する。棒径Ｄ＝５１ｍｍ、熱伝達率α＝４００
（kcal/m2h℃）、熱伝導率λ＝２０（kcal/mh℃）の場合、
Bi＝４００×０．０５／２０＝１
該α値はかなり強力なミストスプレイだが十分実用範囲にある。
既述の冷却遅れを想定して中心部が所定恒温変態になるよう、鋼の変態を記述するＴＴＴ線図を比較検討し、且つ適正値を想定し、焼入性を増加させておかなければならない。具体的にはＭｎ，Ｃｒ，Ｍｏ（微量），Ｖ（微量）等を増量又は新規に添加する。
棒径が２０ｍｍの場合、α値を下げても十分な冷却速度が得られ、且つBi数も小さく、従って冷却遅れは無視してもよい。この場合、α値をある程度強化して合金量を削減するのが賢明である。
【００４５】
恒温変態の誘導に関して、Bi数が０．５以上（α値は既定、棒径大）では中心部冷却遅れを十分考慮し、表面温度を所望変態温度よりも多少低位に且つ速やかに誘導、その後冷却を停止して多少の昇温を待って以後所望温度を維持する。
Bi数が０．３以下であれば断面内均一と仮定して恒温変態に誘導する。
【００４６】
耐遅れ破壊性をより確実にするには棒鋼の表面にはショットピーニング加工を施す。当該処理はグラウト作業に局所的不備があった場合でも遅れ破壊を防止する安全策となる。表面のスケールは除去され灰白色の梨地状の光沢を示す。当表面性状におけるグラウト密着性はスケール付着の熱延鋼材よりも大きい。実施するには図２の製造ラインにおいて、制御冷却後、マーキング前に投射機を挿入（図示せず）する。注意点は処理時の棒鋼温度を５００℃以下とする。以上では軟化により効果が減退する。
ショット加工直後に防蝕塗装を行うことも好ましい。低コストで且つ容易になすことができる。防蝕は耐遅れ破壊性を向上させる。ねじ面には十分な間隙があるので嵌合には何ら問題は生じない。
【００４７】
ナットの材料には通常の軟鋼が使用される。第１の理由は高強度ナットを使用すると棒鋼のねじ節の寸法精度は精密でないので嵌合部におけるねじ山の接触圧力が場所によりバラツキが生じ部分的に無理が生ずる危険性がある。軟鋼ではねじ山が適当にせん断変形して嵌合面に広く応力が分散し易いからである。第２の理由は２個使用するので低コストにするためである。
【００４８】
ボルト径が１５ｍｍ以下の場合、素材には線材を使用することができる。図６には線材を処理するラインを示す。要点を以下に記す。
１）  線材コイル６１から線材を処理パス６２に挿入しピンチロール６３により伸直直進させる。
２）  加熱と測温は丸棒の場合と同様だが、転造機６６はロール状ダイスは公転・自転式の構造を要する。線材は回転しない。
３）  スプレイ冷却装置６７は同様に多段だが、パス芯回りの回転式にしなければならない。構造はスイベル・ジョイントの内管にノズルを取り付ければよい。
４）  転造・熱処理後は直棒にしても良いし、コイル７２にしても良い。後者の場合、コイル径は線径の２００倍以上とする。表面応力が降伏応力以下となるので曲がり癖が残らない。
【００４９】
生産能率とコストを検討する。先行例２のねじ節ＰＣ鋼棒を細分化したボルトは市場で認知されていないので除外し、先行例１の現行高力ボルトと比較する。
現行の高力ボルト（Ｆ１３Ｔ以上）は高価なＭｏ−Ｖ鋼の棒線を材料とし、焼鈍・酸洗・伸線・圧造・転造・熱処理の長い工程を持ち高コストである。
本発明では先行例２と同様の経済的な鋼種の熱延棒線を材料に、加熱・転造・冷却が１工程の中に組み込まれ引用１よりも圧倒的に有利である。
熱延棒線の直径は多少精度を欠くが熱間転造による粗ねじの形成には問題ない。引抜等が省略される。
【００５０】
本発明の一連の工程において律速は誘導加熱能力（ｔ／ｈ）と転造機の回転数
（ｒｐｍ）にある。加熱能力は生産計画に対応して事前に決定され設計される。転造機の能率Ｐ（ｔ／ｈ）は軸方向連続転造の場合以下になる。
Ｐ＝πＮ×ｐ×Ｄ2 ×ρ／４               −−−−（１３）
Ｎ；回転数  ｐ；ピッチ  Ｄ；棒径  ρ；密度
棒径Ｄは２３〜３６ｍｍのねじ節棒が市販されているが拡張して１８〜５１ｍｍをも想定する。ピッチｐは冷間転造のメートルねじと比較し８〜９倍である。従って原理的には能率飛躍は容易である。次に熱間加工であること、圧延と比較して１回の圧下量と圧下面積が著しく小さいので圧下荷重や動力については圧延機に比較し軽量である。転造機の能力強化（数ｔ／ｈ）に対する設備費用や設計には特に困難はない。
【実施例】
【００５１】
本発明の製品を本発明の製造方法によって製造する場合の具体的条件を整理する。表１は当該製品に適する鋼種を示す。現行のねじ節ＰＣ鋼棒とほぼ同様の成分範囲にある。棒径が大きいほど合金成分を増加させる。２６ｍｍ以下ではＭｏ，Ｖによる焼入性の強化は不要である。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
表２には現行の先行例１の高力ボルト、先行例２のねじ節ＰＣ鋼棒の細分化ボルトと本発明の大ピッチ低傾斜角台粗形ねじボルトの性状と処理条件を整理する。実施に特に困難は無い。
【００５４】
【表２】
2019203579.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００５５】
現行の高力ボルトに代替可能である。特に長身のボルトに適する。
【符号の説明】
【００５６】
１；軸部    ２；頭部    １０；丸棒    １１；処理パス    １２；供給台    １３；回転送給装置    １４；高周波コイル    １５；温度センサー    １６；転造機    １７；スプレイ冷却装置    １８；回転送給装置    １９；マーカー  ２０；温度センサー    ２１；搬出台    ２２；異常材    ２３；正常材    ３１；処理材    ３２；転造ダイス    ３３；ダイス回転軸    ４１；処理材    ４２；スプレイ    ４３；スプレイノズル    ４４；  スプレイ管    ６１；線材コイル    ６２；処理パス    ６３；ピンチロール    ６４；高周波コイル  ６５；温度センサー    ６６；転造機    ６７；スプレイ装置    ６８；ピンチロール    ６９；温度センサー    ７０；マーカー  ７１；製品コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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