(57)【要約】【課題】比較的簡単な手段を採用することによって鋼製ボルトの耐リラクセーションを大いに向上させることのできる方法を提供する。【解決手段】部材１３の雌ねじ孔１２にねじ込まれる雄ねじ部２を備えたねじ軸３の一端に，ボルト頭４を有する鋼製ボルト１を用意する。雄ねじ部３をボルト保持具７の雌ねじ付保持孔１０に，使用時に部材１３の雌ねじ孔１２にねじ込まれる締付け時ねじ込み長さＬ２　以上にねじ込む。次いでねじ軸３の，雄ねじ部２のねじ込み終端ａとボルト頭４との間の軸状部分１１に，その部分１１の弾性限界を超える軸線方向の引張り応力を負荷して，その軸状部分１１を被応力負荷領域Ａ１　とする。その後，被応力負荷領域Ａ１　に加熱温度Ｔを２００℃≦Ｔ≦３００℃に設定した熱処理を施して，前記領域Ａ１　を被応力負荷−加熱領域Ａ２　とする。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材（１３）の雌ねじ孔（１２）にねじ込まれる雄ねじ部（２）を備えたねじ軸（３）の一端に，ボルト頭（４）を有する鋼製ボルト（１）を用意し，前記雄ねじ部（２）をボルト保持具（７）の雌ねじ付保持孔（１０）に，使用時に前記部材（１３）の前記雌ねじ孔（１２）にねじ込まれる締付け時ねじ込み長さＬ２　以上にねじ込み，次いで前記ねじ軸（３）における，前記雄ねじ部（２）のねじ込み終端（ａ）と前記ボルト頭（４）との間の軸状部分（１１）に，その軸状部分（１１）の弾性限界を超える軸線方向の引張り応力を負荷して，前記軸状部分（１１）を被応力負荷領域（Ａ１　）とし，その後前記被応力負荷領域（Ａ１　）に加熱温度Ｔを２００℃≦Ｔ≦３００℃に設定した熱処理を施して，前記領域（Ａ１　）を被応力負荷−加熱領域（Ａ２　）とすることを特徴とする鋼製ボルトの耐リラクセーション向上方法。
【請求項２】
前記ボルト保持具（７）は，前記雄ねじ部（２）を前記雌ねじ付保持孔（１０）に前記締付け時ねじ込み長さＬ２　以上にねじ込んだ状態において，前記ボルト頭（４）が当接する端面（８）と，その端面（８）に開口して，前記軸状部分（１１）を囲む孔部（９）とを有し，その孔部（９）が前記雌ねじ付保持孔（１０）に連通し，前記引張り応力の負荷は前記鋼製ボルト（１）を締付けることによって行われる，請求項１記載の鋼製ボルトの耐リラクセーション向上方法。
【請求項３】
前記被応力負荷−加熱領域（Ａ２　）を有する前記鋼製ボルト（１）の使用時において，部材（１５）のボルト孔（１４）の長さをＬ５　とし，また前記ねじ軸（３）の前記被応力負荷−加熱領域（Ａ２　）におけるボルト締付け後の軸線方向長さをＬ６　としたときＬ５　≧Ｌ６　の関係が成立するように，前記孔部（９）の長さＬ１　，Ｌ７　と前記ボルト孔（１４）の長さＬ５　との関係をＬ１　＜Ｌ５　，Ｌ７　＜Ｌ５　に設定した，請求項２記載の鋼製ボルトの耐リラクセーション向上方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋼製ボルトの耐リラクセーション向上方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼製ボルトとして，部材の雌ねじ孔にねじ込まれる雄ねじ部を備えたねじ軸の一端に，ボルト頭を有するものを用意し，雌ねじ孔を有する一方の部材に，ボルト孔を有する他方の部材を重ね合せ，鋼製ボルトの雄ねじ部をボルト孔を通して雌ねじ孔にねじ込んで締付けた場合，ねじ軸における雄ねじ部のねじ込み終端とボルト頭との間の非ねじ込み部分には，軸線方向の引張り応力が負荷される。鋼製ボルトはその製造プロセスにおいて引抜き等の塑性加工を経ており，また熱処理を施される場合もあるので，その結晶格子内には多数の転位が導入されており，そのため，前記引張り応力下においては前記非ねじ込み部分に転位の移動が起って伸びが生じ，その伸びに起因して軸力が低下する。この伸びによる軸力の低下をリラクセーションと言う。
【０００３】
そこで，鋼製ボルトの耐リラクセーションを向上させるべく，その鋼製ボルトのブルーイング処理を施す，といった方法が提案されている（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３４８６１８号公報（第１〜８頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらブルーイング処理によるボルトは，未だ耐リラクセーションの向上程度が低く，いま一層の改善が望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は比較的簡単な手段を採用することによって鋼製ボルトの耐リラクセーションを大いに向上させることのできる前記方法を提供することを目的とする。
【０００７】
前記目的を達成するため本発明によれば，部材の雌ねじ孔にねじ込まれる雄ねじ部を備えたねじ軸の一端に，ボルト頭を有する鋼製ボルトを用意し，前記雄ねじ部をボルト保持具の雌ねじ付保持孔に，使用時に前記部材の前記雌ねじ孔にねじ込まれる締付け時ねじ込み長さＬ２　以上にねじ込み，次いで前記ねじ軸における，前記雄ねじ部のねじ込み終端と前記ボルト頭との間の軸状部分に，その軸状部分の弾性限界を超える軸線方向の引張り応力を負荷して，前記軸状部分を被応力負荷領域とし，その後前記被応力負荷領域に加熱温度Ｔを２００℃≦Ｔ≦３００℃に設定した熱処理を施して，前記領域を被応力負荷−加熱領域とする，鋼製ボルトの耐リラクセーション向上方法が提供される。
【０００８】
前記方法によれば，ねじ軸における，雄ねじ部のねじ込み終端とボルト頭との間の軸状部分に導入されている転位を固着して不動転位化することが可能であり，これにより，比較的大きな引張り応力下での使用に際し，ねじ軸の非ねじ込み部分の伸びを抑制して軸力の低下を減じることができる。また前記引張り応力は，雄ねじ部において雌ねじ付保持孔にねじ込まれている部分，つまり締付け時ねじ込み部分には作用しないから，その部分に，それのねじピッチを変化させる等の悪影響を及ぼすことは無い。したがってボルト使用時に，そのボルトを所定のトルクで締付けることができる。
【０００９】
なお，熱処理の加熱温度ＴがＴ＜２００℃では熱処理効果が無く，一方，Ｔ＞３００℃では軸力の低下が大となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
〔第１実施例〕
図１（ａ）に示す鋼製ボルト１は耐リラクセーション向上方法の実施に用いられるもので，部材の雌ねじ孔にねじ込まれる雄ねじ部２を備えたねじ軸３の一端にボルト頭４を有する。そのボルト頭４は六角部５とフランジ部６とよりなる。
【００１１】
鋼製ボルト１は以下の諸工程を経て製造されたものである。即ち，ピアノ線材系線材に鉛パテンティング処理を施す工程，前記線材に表面処理を施す工程，前記線材に伸線加工を施す工程およびブランクに冷間成形加工を施して鋼製ボルト１を得る工程である。
【００１２】
鋼製ボルト１に対する耐リラクセーション向上方法の実施に当っては，図２（ａ），（ｂ）に示すように，ボルト保持具７が用いられる。そのボルト保持具７は鋼より構成されたもので，一端面８に開口し，且つ鋼製ボルト１のねじ軸３よりも大径の孔部９と，その孔部９に連通し，且つそれよりも小径の雌ねじ付保持孔１０を有する。孔部９の長さＬ１　は，鋼製ボルト１の雄ねじ部２を，使用時に部材の雌ねじ孔にねじ込まれる長さ，つまり締付け時ねじ込み長さＬ２　以上，この実施例ではその締付け時ねじ込み長さＬ２　とほぼ同じにねじ込み得るように設定されている。
【００１３】
（１）図２（ａ）に示すように，鋼製ボルト１の雄ねじ部２をボルト保持具７の雌ねじ付保持孔１０にねじ込んで，そのボルト頭４を端面８に当接させる。雄ねじ部２のねじ込み長さは，使用時における締付け時ねじ込み長さＬ２　にほぼ等しい。
【００１４】
（２）ねじ軸３における，雄ねじ部２のねじ込み終端ａとボルト頭４との間の部分，つまり孔部９に囲まれている軸状部分に，その軸状部分１１の弾性限界を超える軸線方向の引張り応力を負荷して，その軸状部分１１を被応力負荷領域Ａ１　とする。つまり，図２（ｂ）に示すように，鋼製ボルト１を回転させて締付けることによりねじ軸３に伸び（ひずみ）δを生じさせて雄ねじ部２の孔部９に囲まれている軸状部分１１の一部を雌ねじ付保持孔１０内に進入させる。この場合，ねじ軸３において，被応力負荷領域Ａ１　は雌ねじ付保持孔１０内に進入した前記ねじ込み終端ａと，ボルト頭４との間の部分となり，その軸線方向長さは図１（ｂ）にも示すようにＬ３　である。
【００１５】
（３）ボルト保持具７と共に鋼製ボルト１を，加熱炉内に設置し，次いで，被応力負荷領域Ａ１　に，加熱温度Ｔを２００℃≦Ｔ≦３００℃に，また加熱時間ｔを０．５時間≦ｔ≦３時間にそれぞれ設定した熱処理を施し，その後空冷して，前記領域Ａ１　を被応力負荷−加熱領域Ａ２　とする。
【００１６】
前記（１）〜（３）工程後鋼製ボルト１をボルト保持具７から外すと，被応力負荷−加熱領域Ａ２　において，その軸線方向長さＬ４　は図１（ｃ）に示すように弾性伸びによる長さ分λだけ短縮される。
【００１７】
鋼製ボルト１の使用に当っては，図２（ｃ）に示すように，雌ねじ孔１２を有する一方の部材１３にボルト孔１４を有する他方の部材１５を重ね合せ，鋼製ボルト１の雄ねじ部２をボルト孔１４を通して雌ねじ孔１２にねじ込んで，ボルト頭４を他方の部材１５の端面１６に当接させる。この状態では雄ねじ部２の雌ねじ孔１２へのねじ込み長さは，締付け時ねじ込み長さＬ２　よりも短い。
【００１８】
次いで，図２（ｄ），図１（ｄ）に示すように，鋼製ボルト１を締付けて，その雄ねじ部２において，締付け時ねじ込み長さＬ２　を確保する。この場合，図２（ｃ）において鋼製ボルト１の，ボルト孔１４に囲まれていた部分に伸びδ１　が生じるが，被応力負荷−加熱領域Ａ２　の端部は雌ねじ孔１２の開口外近傍に在って，その領域Ａ２　が雌ねじ孔１２内に進入することがないようになっている。即ち，被応力負荷−加熱領域Ａ２　を有する鋼製ボルト１の使用時において，他方の部材１５のボルト孔１４の長さをＬ５　とし，またねじ軸３の被応力負荷−加熱領域Ａ２　におけるボルト締付け後の軸線方向長さをＬ６　としたときＬ５　＝Ｌ６　（Ｌ５　≒Ｌ６　を含む）の関係が成立するように，ボルト保持具７の孔部９の長さＬ１　とボルト孔１４の長さＬ５　との関係がＬ１　＜Ｌ５　に設定されている。
【００１９】
前記耐リラクセーション向上方法によれば，ねじ軸３における，雄ねじ部２のねじ込み終端ａとボルト頭４との間の軸状部分１１に導入されている転位を固着して不動転位化することが可能であり，これにより，図２（ｄ）に示すように，比較的大きな引張り応力下での使用に際し，ねじ軸３の非ねじ込み部分である被応力負荷−加熱領域Ａ２　の伸びを抑制して軸力の低下を減じることができる。また前記引張り応力は，雄ねじ部２において雌ねじ付保持孔１０にねじ込まれている部分，つまり締付け時ねじ込み部分Ｂには作用しないから，その部分Ｂにそれのねじピッチを変化させる等の悪影響を及ぼすことは無い。したがって，使用時において鋼製ボルト１を所定のトルクで締付けることができる。
【００２０】
〔第２実施例〕
この実施例においては，ボルト保持具７の孔部９の長さＬ７　を，前記実施例の孔部９の長さＬ１　よりも短くする，つまりＬ７　＜Ｌ１　に設定して，図３（ａ），図４（ａ）に示すように，ボルト保持具７の雌ねじ付保持孔１０に，前記同様の鋼製ボルト１の雄ねじ部２を締付け時ねじ込み長さＬ２　を越えてねじ込む。この過剰ねじ込み長さをＬ８　とする。
【００２１】
軸状部分１１に前記引張り応力を負荷した状態では，図３（ｂ），図４（ｂ）に示すように，被応力負荷領域Ａ１　と締付け時ねじ込み部分Ｂとの間には非応力負荷領域であるねじピッチが正常な部分ｂが存在する。
【００２２】
図３（ｃ）に示すように，熱処理後鋼製ボルト１をボルト保持具７から外すと，前記実施例同様に被応力負荷−加熱領域Ａ２　において，その軸線方向長さＬ４　は弾性伸びによる長さ分λだけ短縮される。
【００２３】
鋼製ボルト１の使用に当っては，前記実施例同様に，図４（ｃ）に示すように，雌ねじ孔１２を有する一方の部材１３にボルト孔１４を有する他方の部材１５を重ね合せ，鋼製ボルト１の雄ねじ部２をボルト孔１４を通して雌ねじ孔１２にねじ込んで，ボルト頭４を他方の部材１５の端面１６に当接させる。この状態では雄ねじ部２の雌ねじ孔１２へのねじ込み長さは，締付け時ねじ込み長さＬ２　よりも短い。
【００２４】
次いで，図４（ｄ），図３（ｄ）に示すように，鋼製ボルト１を締付けて，その雄ねじ部２において，締付け時ねじ込み長さＬ２　を確保する。この場合，図４（ｃ）において鋼製ボルト１の，ボルト孔１４に囲まれていた部分に伸びδ１　が生じるが，被応力負荷−加熱領域Ａ２　の端部と雌ねじ孔１２の開口との間には前記部分ｂの全部または一部が存在し，したがって，ねじピッチが変化している被応力負荷−加熱領域Ａ２　が雌ねじ孔１２内に進入することがないようになっている。
【００２５】
即ち，被応力負荷−加熱領域Ａ２　を有する鋼製ボルト１の使用時において，他方の部材１５のボルト孔１４の長さをＬ５　とし，またねじ軸３の被応力負荷−加熱領域Ａ２　におけるボルト締付け後の軸線方向長さをＬ６　としたときＬ５　＞Ｌ６　の関係が成立するように，ボルト保持具７の孔部９の長さＬ７　とボルト孔１４の長さＬ５　との関係がＬ７　＜Ｌ５　に設定されている。
【００２６】
〔具体例〕
図５に示す鋼製ボルト１は，図３，４に示した耐リラクセーション向上方法に用いられるもので，その寸法において，ねじの呼び：Ｍ９；ピッチ：０．７５；呼び長さＬ：５０ｍｍ；雄ねじ部２の長さｓ：３７ｍｍである。また鋼製ボルト１はピアノ線材系線材よりなり，それは０．８３ｗｔ％Ｃ，０．２２ｗｔ％Ｓｉ，０．７５ｗｔ％Ｍｎ，Ｐ≦０．０２５ｗｔ％，０．０２５ｗｔ％Ｓ，０．２０ｗｔ％Ｃｕ，０．１５ｗｔ％Ｃｒおよび残部Ｆｅといった組成を有する。ピアノ線材系線材は，高い減面率の伸線加工を施されているので，結晶格子内には大量の転位が導入されており，したがってこの鋼製ボルト１はリラクセーションを発生し易い，と言える。
【００２７】
前記方法の実施に当り，ボルト保持具７において，その材質はＪＩＳ　ＳＣＭ４３５に，また孔部９の長さＬ７　は３０．５ｍｍにそれぞれ設定され，一方，鋼製ボルト１の締付け時ねじ込み長さＬ２　は２０ｍｍに，また過剰ねじ込み長さＬ８　は３ｍｍにそれぞれ設定された。さらに鋼製ボルト１の軸状部分１１に負荷される軸線方向の引張り応力は，その軸状部分１１に３００μｍ，５００μｍおよび１０００μｍの伸び（ひずみ）δが生じるように設定され，その伸びδは鋼製ボルト１をボルト保持具７に組付けた状態でダイヤルゲージを用いて測定された。軸状部分１１の弾性限界における前記引張り応力は３００μｍの伸びδが生じるときの応力である。熱処理における加熱温度Ｔは，前記伸びδを与えた諸例について，２００℃≦Ｔ≦３５０℃の範囲内から選定され，また加熱時間ｔは１時間に設定された。
【００２８】
表１は，耐リラクセーション向上方法を施された鋼製ボルト１の各例１〜１８に関する伸びδと熱処理の加熱温度Ｔとを示す。表１には，前記引張り応力を負荷せずに，つまり伸びδがゼロの状態で熱処理を行った例１９〜２１も挙げた。これらはブルーイング処理を施されたものに相当する。
【００２９】
【表１】
2004116624.tif 000003
【００３０】
図４（ｄ）において部材１５のボルト孔１４の長さＬ５　を３３．５ｍｍに設定して，鋼製ボルト１の各例１〜２１を，それの被応力負荷−加熱領域Ａ２　に６３．７ｋＮの初期軸力が生じるように締付けた。
【００３１】
締付け後の両部材１３，１５を１５０℃の環境に２４時間放置し，次いで各例１〜２１の熱負荷後の残存軸力を測定したところ，表２の結果を得た。表２には各例１〜２１の熱処理の加熱温度Ｔも示した。
【００３２】
【表２】
2004116624.tif 000004
【００３３】
図６は表２に基づいて，熱処理の加熱温度Ｔと熱負荷後の残存軸力との関係をグラフ化したものである。図６から明らかなように，前記のように弾性限界を超える軸線方向の引張り応力を負荷された例５〜１８は，弾性限界の前記引張り応力を負荷された例１〜４および前記引張り応力を負荷されなかった例１９〜２１に比べて前記残存軸力が大であり，このことから耐リラクセーション向上方法による効果が明らかである。
【００３４】
また例５〜１０および例１２〜１７については，熱処理の加熱温度Ｔが同一である場合，前記引張り応力を大に設定された例１２〜１７の方が例５〜１０よりも残存軸力が大であることが判る。また熱処理の加熱温度Ｔを２００℃≦Ｔ≦３００℃に設定すると，例５〜１７のごとく，前記引張り応力を弾性限界に設定された例１〜４において残存軸力が最高の例２よりも耐リラクセーションを向上させることができる。加熱温度Ｔは好ましくは２１５℃≦Ｔ≦２８５℃である。
【００３５】
図７は，熱処理の加熱温度Ｔを２５０℃に設定された，例２，７，１４，２０に関する伸びδと，軸力低下量および軸力低下率との関係をグラフ化したものである。各例の括弧内の数値は軸力低下量と軸力低下率を示す。図７より，例７，１４は例２，２０に比べて軸力低下量が少なく，また軸力低下率が低いことが判る。
【００３６】
図８は，伸びδを５００μｍに設定された例６，７，８に関する初期軸力と熱負荷後の残存軸力との関係を示し，また図９は伸びδを１０００μｍに設定された例１３，１４，１５に関する初期軸力と熱負荷後の残存軸力との関係を示す。両図よりエンジンに関する実用上の初期軸力６３．７〜７３．５ｋＮにおいて，熱処理の加熱温度Ｔは２５０℃が最適であり，２７０℃の場合よりも２３０℃の場合の方が好結果が得られる。特に，図９に示すように，例１３，１４は，前記初期軸力６３．７〜７３．５ｋＮにおいて，点線で示す１４．９調質ボルトを明らかに上回るリラクセーションタフネスを有することが判明した。
【００３７】
図１０に示すように，本発明は，ねじ軸３において雄ねじ部２の終端ｃとボルト頭４との間に雄ねじ部２よりも小径の軸部１７が存在し，また雄ねじ部２全体が部材１３の雌ねじ孔１２にねじ込まれる形式の鋼製ボルト１にも適用される。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば前記のように比較的簡単な手段を採用することによって，鋼製ボルトの耐リラクセーションを大いに向上させることができる。また耐リラクセーション向上処理において，鋼製ボルトの使用時における締付け時ねじ込み部分のねじピッチに変化を与えることがないので，その使用時に鋼製ボルトを所定のトルクで締付けることができる。
【００３９】
請求項２記載の発明によれば，特定構造のボルト保持具を用いて耐リラクセーション向上方法を容易に実施することができる。
【００４０】
請求項３記載の発明によれば，ねじピッチに変化が生じている被応力負荷−加熱領域が部材の雌ねじ孔に進入することを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼製ボルトにおけるねじ軸の変化の一例を示す説明図である。
【図２】耐リラクセーション向上方法の実施の一例および鋼製ボルト使用時の一例を示す説明図である。
【図３】鋼製ボルトにおけるねじ軸の変化の他例を示す説明図である。
【図４】耐リラクセーション向上方法の実施の他例および鋼製ボルト使用時の他例を示す説明図である。
【図５】鋼製ボルトの一例の正面図である。
【図６】熱処理の加熱温度Ｔと熱負荷後の残存軸力との関係を示すグラフである。
【図７】伸びδと軸力低下量および軸力低下率との関係を示すグラフである。
【図８】伸びδが５００μｍである場合における，初期軸力と熱負荷後の残存軸力との関係を示すグラフである。
【図９】伸びδが１０００μｍである場合における，初期軸力と熱負荷後の残存軸力との関係を示すグラフである。
【図１０】鋼製ボルトの他例の正面図である。
【符号の説明】
１…………鋼製ボルト
２…………雄ねじ部
３…………ねじ軸
４…………ボルト頭
７…………ボルト保持具
８…………端面
９…………孔部
１０………雌ねじ付保持孔
１１………軸状部分
１２………雌ねじ孔
１３………部材
１４………ボルト孔
Ａ１　………被応力負荷領域
Ａ２　………被応力負荷−加熱領域
Ｌ１　………孔部９の長さ
Ｌ２　………締付け時ねじ込み長さ
Ｌ５　………ボルト孔１４の長さ
Ｌ６　………被応力負荷−加熱領域Ａ２　のボルト締付け後の軸線方向長さ
Ｌ７　………孔部９の長さ
ａ…………ねじ込み終端
【図１】
2004116624.tif 000005
【図２】
2004116624.tif 000006
【図３】
2004116624.tif 000007
【図４】
2004116624.tif 000008
【図５】
2004116624.tif 000009
【図６】
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【図７】
2004116624.tif 000011
【図８】
2004116624.tif 000012
【図９】
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【図１０】
2004116624.tif 000014