(57)【要約】      （修正有）【課題】首部の強度を十分確保しながら、軽量化も推進することができる、中空ボルトを提供する。【解決手段】中空ボルトは、頭部３と、該頭部から延在する軸部７とを備え、軸部７は肉抜きされた中空軸部であり、中空軸部の中空は、少なくとも軸部７全体にわたって設けられ、軸部７の先から頭部３側へと中空の断面が小さくなるようにテーパーが付されたテーパー状中空１１であることを特徴とする。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
頭部と、該頭部から延在する軸部とを備えた中空ボルトであって、
前記軸部は肉抜きされた中空軸部であり、
前記中空軸部の中空は、少なくとも前記軸部全体にわたって設けられ、前記軸部の先から前記頭部側へと中空の断面が小さくなるようにテーパーが付されたテーパー状中空であることを特徴とする、中空ボルト。
【請求項２】
前記頭部は肉抜きされて中空であり、前記中空軸部のテーパー状中空とつながっていることを特徴とする、請求項１に記載の中空ボルト。
【請求項３】
前記頭部の中空は、前記中空軸部のテーパー状中空と滑らかにつながっており、前記頭部と軸部との境界付近で中空の断面は極小であることを特徴とする、請求項１または２に記載の中空ボルト。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、軽量化をはかることができる、中空がテーパー状の中空ボルトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中空ボルトは、軽量化できるため、多くの製造方法や構造が提案されている。たとえば、貫通型中空ボルトの首部の強度低下を軽減するために、厚肉で短寸のパイプ材を用いる製造方法が提案されている（特許文献１）。この製造方法では、厚肉パイプをダイスに押し込んで、延伸された薄肉の中空軸部と厚肉の頭部とを持つ中間材を形成し、次いで、中間材の頭部から成形ピンを押し込み拡管して、首部の肉厚を中空軸部と同等以上にする（特許文献１）。これによって首部から頭部が破断するなどの事故を防止することができる。
また、棒材から中空ボルトを製造する方法の提案もなされている（特許文献２）。この製造方法では、中空ボルトの端部が閉塞されるためメッキ液が中空部に侵入しないことを利点にあげている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０５１３８号公報
【特許文献２】特開２００８−２１３０４０号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された中空ボルトでは、中空軸部の肉厚を薄くすると頭部／中空軸部の段差角部、すなわち首部の中空軸部側の強度を低下させるおそれがあるので、中空軸部の厚みを薄くするのに制限を受ける。また、厚肉パイプを素材に用いるので、頭部も含め、全体に軽量化が不十分になる傾向がある。また、特許文献２に開示の中空ボルトは、両端部が閉塞されるので、軽量化が不十分になりやすい。
【０００５】
本考案は、首部の強度を十分確保しながら、軽量化も推進することができる、中空ボルトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案の中空ボルトは、頭部と、該頭部から延在する軸部とを備える。この中空ボルトでは、軸部は肉抜きされた中空軸部であり、中空軸部の中空は、少なくとも軸部全体にわたって設けられ、軸部の先から頭部側へと中空の断面が小さくなるようにテーパーが付されたテーパー状中空であることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、軸部の先では中空の割合が大きく、頭部に近接する首部では中空の割合は小さい。このため、小さい応力が分布する軸部先側では中空断面を大きくして、肉厚を小さくし、大きな応力が分布する頭部と軸部との段差部（首部）付近では肉厚を大きくすることができる。このため、同じ荷重を負担しながら、一様な断面の中空の中空ボルトよりも、軽量化を一層推進することができる。
【０００８】
頭部は肉抜きされて中空であり、中空軸部のテーパー状中空とつながっている構造とすることができる。これによって、一層、軽量化を推進することができる。また、首部で大きな荷重を負担しても、軸部のテーパー状中空は、頭部の中空とつながって貫通しているので、首部または軸部が縮径するような荷重に対しては、中空部が縮径することで応力の集中度を緩和することができる。この結果、たとえば首部から破断して頭部が飛ぶような事態を防止することができる。また、貫通した中空を通って熱の移動がし易くなり、たとえば放熱性を向上させることができる。
【０００９】
頭部の中空は、中空軸部のテーパー状中空と滑らかにつながっており、頭部と軸部との境界付近で中空の断面は極小である構造とすることができる。これによって、首部または首部付近の段差角部が、大きな荷重を負担することが容易になり、中空が滑らかであるため応力分布も滑らかになり応力集中を軽減することができる。
【考案の効果】
【００１０】
本考案の中空ボルトによれば、首部の強度を十分確保しながら、軽量化を推進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本考案の実施の形態１における中空ボルトの斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】棒材から中空ボルトを製造する方法を示し、（ａ）は棒材、（ｂ）突状部材を押し込んでテーパー状中空部を形成した状態、（ｃ）は頭部を成形した状態、を示す図である。
【図４】厚肉パイプ材から中空ボルトを製造する方法を示し、（ａ）はパイプ材、（ｂ）は突状部材を押し込んでテーパー状中空部を形成した状態、（ｃ）は頭部を粗加工した状態、（ｄ）は頭部に押し型を押し込んで成型した状態、を示す図である。
【図５】実施の形態１の変形例であり、本発明の実施の形態の一例である中空ボルトを示す図である。
【図６】本考案の実施の形態２における中空ボルトの斜視図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本考案の実施の形態１における中空ボルト１０を示す斜視図である。また、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１および図２を参照して、この中空ボルト１０は、頭部３と、鍔部５と、軸部７とを備える。軸部７には、先端から頭部へと断面が小さくなるテーパー状中空１１があけられ、また頭部３にも頭部中空１２が設けられ、テーパー状中空１１と頭部中空１２とは、中空極小部１３付近でつながれて、貫通中空１１，１３，１２を構成している。中空の極小部１３は、頭部３と軸部７との境界付近、すなわち鍔部５に対応する辺りに位置する。
【００１３】
図１および図２に示す中空ボルト１０によれば、軸部７全体にわたってあけられた中空１１は、先から頭部側へと中空断面が小さくなるようなテーパーが付されている。とくに応力集中が生じやすい首部２１または鍔部５の付近では、中空は極小となる。中空ボルト１０の使用のされ方にもよるが、引っ張り荷重がかかる場合、中実ボルトであってもボルトの断面に一様にかかるわけではなく、ねじ１７の山、谷や鍔部５から表層部に、軸芯部よりも大きな応力がかかる傾向がある。また鍔部５や首部２１、または頭部３の座部において大きな荷重を負担して、軸部７の先では、表層部を伝う応力は小さくなる傾向がある。本実施の形態の中空ボルト１０は、このような応力分布に適合して当該応力分布に適切に対応しながら、軽量化を推進することができる。すなわち、在っても応力負担をすることが少ない部分において肉抜きをすることで、テーパー状中空を軸部に配置する。このため、中空ボルト１０は、中実ボルトと遜色なく同等の荷重を負担することができる。テーパー状中空１１は、ストレートの中空部に比べて、首部において肉厚を厚くできるので、その分、荷重に対する負担力を向上することができる。
繰り返しになるが、たとえば首部の肉厚を、ストレート中空部のボルトと、本考案のテーパー状中空のボルトとで同じに揃えた場合、テーパー状中空１１では、ストレート中空よりも軸部７の荷重負担の必要性が小さい部分の厚みを薄くすることができる。このため、効率的に軽量化を推進することができる。
【００１４】
また、中空であることによって、荷重の形態によっては、中空ボルト１０では３軸応力状態が緩和されて、脆性破壊の発生を避けることができる。とくに高強度鋼のボルトでは遅れ破壊が問題になるが、中空にすることで遅れ破壊の原因となる水素を中空部に逃がすことができる。この場合、テーパー状にすることで、首部の肉厚を大きく取ることで、高荷重を負担することが可能となる。
【００１５】
エンジン内部で使用する場合、所定の構造においては、貫通中空１１，１３，１２にオイルが入ることで、放熱性の向上または冷却効果を得ることができる。
また、カム等に用いる場合、テーパー状中空ボルト１０の、頭部３の高さは４ｍｍ〜７ｍｍ程度、軸部７の径は１０ｍｍ〜１４ｍｍ程度、長さは５０ｍｍ〜７０ｍｍ程度とするのがよい。また、カム等に関係なく、頭部３の高さは４ｍｍ〜２０ｍｍ程度、軸部７の径は１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度、長さは５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度とすることができる。そして、本発明のテーパー状中空ボルト１０は、カムに用いる場合もそうでない場合も、上記の数値範囲に限定されず、上記範囲外であってもよい。
【００１６】
図３は、図３（ａ）に示す棒材を用いて、図１および図２に示す中空ボルト１０を製造する方法を示す図である。用いる材料は鋼材である。８５０℃以上の高温に加熱して、棒状突起またはマンドレル等を、棒材の端部に押し込んでテーパー状の押し込み孔を設ける。次いで、頭部側から頭部中空１２に対応する凸部を配置した金型に頭部を押し込み、頭部３を形成しながら鍔部５を張り出す。この工程は、１回の押し込み加工で不可能な場合は、段階的に数種の金型を準備して、複数回押し込む工程としてもよい。とくに軸部７のテーパー状中空部１１とつなげるのに、特別の金型が必要となる場合がある。このあと成形工程などを経て、ねじ切り工程、さび止め処理、めっき工程などに送られる。
上記の工程は、鋼の場合であるが、用途に応じて、ステンレス鋼、チタンなどを用いることができる。
【００１７】
図４は、図４（ａ）に示す肉厚パイプ材から中空ボルト１０を製造する方法を示す図である。棒状突起、マンドレル等を押し込んで、拡管および延伸することで図４（ｂ）に示すように、テーパー状中空を形成する。次いで、頭部に対応する金型に押し込んで、図４（ｃ）のように、頭部を拡管膨出させる。次いで、頭部の中空１２に合わせた棒状突起を頭部の中空部に押し込んで頭部３、首部２１を成形する。図４（ｂ）は、鍔部５がない場合のテーパー状中空ボルト１０（図５参照）を示す図である。このあと、ねじ切り工程、さび止め処理工程などに送られる。
【００１８】
（実施の形態１の変形例）
図５は、実施の形態１の変形例の中空ボルト１０の正面図である。この変形例も、本発明の実施の形態の一つである。貫通する中空１１，１２，１３は、破線で示している。このテーパー状中空ボルト１０は、鍔部がないが、鍔部がないだけで、首部２１等は実施の形態１の中空ボルト１０と同じであり、同じ作用効果を得ることができる。
【００１９】
（実施の形態２）
図６は、本考案の実施の形態２におけるテーパー状中空ボルト１０を示す斜視図である。また、図７は、図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。図６および図７を参照して、このテーパー状中空ボルト１０は、頭部３と、鍔部５と、軸部７とを備える。軸部７には、先端から頭部へと断面が小さくなるテーパー状中空部１１があけられ、しかし、頭部３は、実施の形態１と異なり、中実である。このように、頭部３が中実であっても、軸部７にテーパー状中空１１がある限り、中空ボルト１０は、軽量化した上で、中実ボルトと遜色なく同等の荷重を負担することができる。テーパー状中空１１は、ストレートの中空部に比べて、首部において肉厚を厚くできるので、その分、荷重に対する負担力を向上することができる。また、首部の肉厚を、ストレート中空のボルトと、テーパー状中空のボルトとで揃えた場合、テーパー状中空部１１では、ストレート中空よりも軸部７の荷重負担の必要性が小さい部分の厚みを薄くすることができる。このため、効率的に軽量化を推進することができる。また、中空であることによって、荷重の形態によっては、中空ボルト１０では３軸応力状態が緩和されて、脆性破壊の発生を避けることができる。とくに高強度鋼のボルトでは遅れ破壊が問題になるが、中空にすることで遅れ破壊の原因となる水素を中空部に逃がすことができる。この場合、テーパー状にすることで、首部の肉厚を大きくとることができ、高荷重を負担することが可能となる。ただし、頭部３が中空でない分、または中空が貫通していない分、軽量化、放熱性向上、３軸応力状態の緩和、水素の逃散などの作用は小さくなる。
【００２０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本考案の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本考案のテーパー状中空ボルトによれば、首部の強度を十分確保しながら、軽量化も推進することができ、さらに、放熱性向上、３軸応力状態の緩和、水素の逃散などの作用も得ることができる。
【符号の説明】
【００２２】
３  頭部、５  鍔部、７  軸部、１０  テーパー状中空ボルト、１１  軸部のテーパー状中空、１２  頭部中空、１３  中空断面極小部、１７  ねじ部、２１  首部（応力集中部）。  
【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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【図７】
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