(57)【要約】【課題】締め付けのための強度に耐えるとともに、衝撃による応力波を早期に減衰させることによって、ねじをゆるみにくくさせた高強度・高減衰能合金を用いたボルト、ナットおよび締結具を提供する。【解決手段】高強度・高減衰能合金からボルトおよび／またはナットを構成し、軸方向の衝撃ゆるみ特性を改善する。そのような高強度・高減衰能合金の好適例としては、引張強度１０００ＭＰａ以上、対数減衰率０．０１以上である合金、なかでも、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金を用いることができる。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強度・高減衰能合金からなり、軸方向の衝撃ゆるみ特性を改善したことを特徴とする高強度・高減衰能合金を用いたボルト。
【請求項２】
前記高強度・高減衰能合金が、引張強度１０００ＭＰａ以上、対数減衰率０．０１以上である請求項１記載の高強度・高減衰能合金を用いたボルト。
【請求項３】
前記高強度・高減衰能合金が、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金からなる請求項１または２記載の高強度・高減衰能合金を用いたボルト。
【請求項４】
高強度・高減衰能合金からなり、軸方向の衝撃ゆるみ特性を改善したことを特徴とする高強度・高減衰能合金を用いたナット。
【請求項５】
前記高強度・高減衰能合金が、引張強度１０００ＭＰａ以上、対数減衰率０．０１以上である請求項４記載の高強度・高減衰能合金を用いたナット。
【請求項６】
前記高強度・高減衰能合金が、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金からなる請求項４または５記載の高強度・高減衰能合金を用いたナット。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のボルトと、請求項４〜６のいずれか１項に記載のナットと、から構成したことを特徴とする締結具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向衝撃ゆるみ特性を改善した高強度・高減衰能合金を用いたボルト、ナットおよび締結具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自転車、自動車、動力機械などの構造部品を固定するのに、ボルト・ナットからなるねじが締結手段として使用されている。ところが、ねじを利用した機械の強力・高速化に伴って、ねじ締結体の締め付け力が機械の使用中に何らかの原因によっておのずから低下する減少、すなわち「ねじのゆるみ」による事故が増加している。しかし、その原因は多くの場合、使用者の点検義務の不履行か、整備士の締め付け不良として方付けられる場合が多かった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この「ねじのゆるみ」を解消するための「ゆるみ止め部品」は種々のものが知られているが、こうすれば必ずねじのゆるみが解消できるという決定的なゆるみ止め部品は、残念ながら未だ知られていなかった。特に、衝撃荷重のように、一瞬にして大きなエネルギーを受けてねじがゆるむ現象、その中でも軸方向衝撃を原因としてナットが戻り回転してゆるむ現象は、技術者にとって重要な関心事項となっている。
【０００４】
衝撃によって発生した応力波は約５，０００ｍ／ｓの速度でナット中を伝播し、ナット端部で反射して戻ることを繰り返す。そのため、たとえ１回の衝撃であっても応力波は何百回となくねじ部を往復するため、その回数が多いほとナットはゆるみやすくなると考えられる。また、ナットはねじを構成するため、最低限締結に必要な強度を満たす必要もある。以上の要望を満たすナットを得ることができれば、「ねじのゆるみ」が格段に解消されることは明らかで、そのようなナットが従来から求められていた。同様な要望は、ナットだけでなく、ボルトおよびボルトとナットからなる締結具に対しても高かった。
【０００５】
本発明の目的は上述した課題を解消して、締め付けのための強度に耐えるとともに、衝撃による応力波を早期に減衰させることによって、ねじをゆるみにくくさせた高強度・高減衰能合金を用いたボルト、ナットおよび締結具を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の高強度・高減衰能合金を用いたボルトは、高強度・高減衰能合金からなり、軸方向の衝撃ゆるみ特性を改善したことを特徴とするものである。そのような高強度・高減衰能合金の好適例としては、引張強度１０００ＭＰａ以上、対数減衰率０．０１以上である合金、なかでも、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金を用いることができる。
【０００７】
また、本発明の高強度・高減衰能合金を用いたナットは、高強度・高減衰能合金からなり、軸方向の衝撃ゆるみ特性を改善したことを特徴とするものである。そのような高強度・高減衰能合金の好適例としては、引張強度１０００ＭＰａ以上、対数減衰率０．０１以上である合金、なかでも、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金を用いることができる。
【０００８】
さらに、本発明の締結具は、上述した高強度・高減衰能合金を用いたボルトと、上述した高強度・高減衰能合金を用いたナットと、から構成したことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、ボルト、ナットおよび締結具を高強度・高減衰能合金で作製することにより、高強度の合金を使用することで、従来のボルト、ナットおよび締結具と同等の強度を有するとともに、高減衰能の合金を使用することで、ボルト内部、ナット内部または締結具内部を伝搬する衝撃応力波を素早く減衰させることができる。その結果、よりゆるみにくいねじを開発することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の高強度・高減衰能合金を用いたボルト、ナットおよび締結具は、ボルト全体、ナット全体または締結具全体を高強度・高減衰能合金で構成することで、軸方向の衝撃ゆるみ特性を改善している。高強度・高減衰能合金としては、引張強度１０００ＭＰａ以上、対数減衰率０．０１以上の制振合金を使用することが好ましい。引張強度が１０００ＭＰａ未満であるとねじを構成したときの締め付け力にボルト、ナットが耐えられない場合があるため、引張強度は１０００ＭＰａ以上であることが好ましい。また、対数減衰率が０．０１未満であると、衝撃による応力波の早期減衰を達成出来ない場合があるため、対数減衰率は０．０１以上であることが好ましい。
【００１１】
このような高強度・高減衰能合金は従来から知られている制振合金のいずれも使用することができる。しかし、引張強度１０００ＭＰａ以上で対数減衰率を満たす合金としては、本出願人が先に提案しているＣｒ：９〜１５重量％、Ｍｎ：１８〜２６重量％、Ｆｅ：残部のＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金を使用することが好ましい。Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金は、所定組成になるよう調合した原料を溶解し、熱間鍛造、切削加工、冷間スェージングの各工程を経て得ることができる。
【００１２】
このＦｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金において、Ｃｒの含有量を９〜１５重量％と限定すると好ましいのは、Ｃｒの含有量が９重量％未満であると、耐蝕性が劣化して構造部材として使用できなくなるとともに、Ｃｒの含有量が１５重量％を超えると溶体化処理での急冷で必要量のεマルテンサイト相を析出できないためである。Ｍｎの含有量を１８〜２６重量％と限定するのは、Ｍｎの含有量が１８重量％未満であると、溶体化処理での急冷で必要量のεマルテンサイト相を析出できないとともに、Ｍｎの含有量が２６重量％を超えると、耐食性が劣化して構造部材として使用できなくなるためである。
【００１３】
なお、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金が高減衰能を発揮するのは１００℃以下の温度のため、本発明のボルト、ナットおよび締結具は１００℃以下の環境で使用することが好ましい。また、本発明では軸方向衝撃ゆるみに一番影響を受けるボルト、ナットおよび締結具を対象としているが、ねじを構成するボルトやナット以外の座金までも、本発明の高強度・高減衰能合金から構成することで、より良いゆるみ止め性能を発揮するであろうことはいうまでない。
【００１４】
【実施例】
以下、実際の例について説明する。
以下の通り、衝撃ゆるみ実験を行った。まず、従来例として材質にＳ４５Ｃを用いた強度区分８．８の通常のボルトおよび強度区分８の六角ナット（以下、Ｓ４５ＣボルトおよびＳ４５Ｃナットとも記す）からなるねじ締結体と、本発明例１として、Ｓ４５Ｃボルトおよび材質にＦｅ−１２Ｃｒ−２２Ｍｎを用いた六角ナット（以下、制振鋼ナットとも記す）からなるねじ締結体と、本発明例２として、材質にＦｅ−１２Ｃｒ−２２Ｍｎを用いたボルト（以下、制振鋼ボルトとも記す）およびＳ４５Ｃナットからなるねじ締結体と、本発明例３として、制振鋼ボルトおよび制振鋼ナットからなるねじ締結体とを準備した。準備したねじ締結体のそれぞれについて衝撃ゆるみ実験を行って、両者のゆるみ止め性能を比較した。使用したナットとボルトの規格は、以下の通りである。
ナット：ＪＩＳ　Ｂ　１１８１六角ナット２種上Ｍ１０−６Ｈ−８Ｔ
ボルト：ＪＩＳ　Ｂ　１１８０六角ボルトＭ１０×６０（ｓ＝４５）−６ｇ、８．８
【００１５】
ゆるみの進行の過程は、締め付け力の変化を測定することによって評価した。図１に実験に用いたナット１とボルト２の形状を示すとともに、図２に試験に使用したねじ締結体１１の構造および概略を示す。図２において、１２は上の円筒、１３はピン、１４は下の円筒、１５はひずみゲージである。締結体１１の上の円筒１２の硬さはＨＲＣ６０であり、下の円筒１４にはボルト２の回り止めを施し、中央部に２枚のひずみゲージ１５を貼り付けている。さらに上の円筒１２と下の円筒１４との回転は２本のピン１３の遊びの範囲内に制限されている。
【００１６】
図３は落下式衝撃ゆるみ実験装置の一例の構成を示す図である。測定をするためには、まず、図３に示すように、落下式衝撃ゆるみ実験装置２１は、ねじ締結体１１を、ばね支え２２、コイルばね２３、案内筒２４、台座２５内にセットする。このねじ締結体１１に図示しないリフト６０ｍｍの切欠きカムで、カム従動子を介して押し上げて落下させ、上の円筒１２の下面を台座２５に衝突させることで、上の円筒１２の下面に衝撃を与えた。締め付け力Ｆｆの測定のため、下の円筒１４のひずみゲージ１５をロードセルとし、Ｆｆの変動を求める実験のときは動ひずみ測定器と電磁オシログラフを用い２枚ゲージ法により測定した。また、衝撃回数Ｎはカム軸に設置した回転型カウンタで計測した。
【００１７】
図４〜図７は、それぞれ、従来例の結果、本発明例１の結果、本発明例２の結果、本発明例３の結果を示すグラフである。図４〜図７のいずれの例においても、締め付け力Ｆｆを増加してゆくと、ボルトおよびナットは徐々にゆるみにくくなることがわかる。ゆるみの比較は、以下の通りにしてゆるみ限界を求め、ゆるみ限界に基づき行った。すなわち、ステアケース法に基づき、衝撃回数５０００回まで締め付け力Ｆｆと衝撃回数Ｎとの関係を求め、衝撃回数Ｎが１００の時の締め付け力Ｆｆに対し、衝撃回数Ｎが５０００の時の締め付け力Ｆｆが、１０％以上低下している場合、ゆるみが発生したものとみなした。そして、１０％低下となる例の初期の締め付け力Ｆｆをゆるみ限界として求めた。
【００１８】
各例の結果を見ると、まず、図４の結果から、Ｓ４５ＣボルトとＳ４５Ｃナットから構成した従来例ではゆるみ限界が１０ｋＮ付近であることがわかる。一方、図５の結果から、Ｓ４５Ｃボルトと制振鋼ナットから構成した本発明例１では、ゆるみ限界は９ｋＮ付近であることがわかる。また、図６の結果から、制振鋼ボルトとＳ４５Ｃナットから構成した本発明例２では、ゆるみ限界は４ｋＮ付近であることがわかる。さらに、図７の結果から、制振鋼ボルトと制振鋼ナットから構成した本発明例３では、ゆるみ限界は４ｋＮ付近であることがわかる。以上の従来例、本発明例１〜３のゆるみ限界をまとめて以下の表１に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１の結果から、従来例のゆるみ限界が１０ｋＮであるのに対し、本発明例１〜３のゆるみ限界が４〜９ｋＮであり、制振鋼ボルトおよび／または制振鋼ナットを利用した本発明例１〜３のゆるみ止め効果は従来例も高くなることがわかる。また、本発明例１〜３の中では、制振鋼ボルトを使用した本発明例２のゆるみ限界は４ｋＮであり、制振鋼ボルトを使用したときのゆるみ止め効果は非常に高いことがわかる。さらに、制振鋼ボルトに制振鋼ナットを併用した本発明例３のゆるみ限界は４ｋＮであり、この値は、制振鋼ボルトにＳ４５Ｃナットを使用した本発明例２のゆるみ限界とほぼ同じ値となり、ゆるみ止め効果に及ぼすナット材質の違いは小さいことがわかる。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ボルトおよび／またはナットを高強度・高減衰能合金で作製しているため、高強度の合金を使用することで、従来のボルト、ナットと同等の強度を有するとともに、高減衰能の合金を使用することで、ボルトおよびナット内部を伝播する衝撃応力波を素早く減衰させることができる。その結果、よりゆるみにくいねじを開発することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で用いたナットの形状の一例を示す図である。
【図２】実施例で用いたねじ締結体の構造を示す図である。
【図３】実施例で用いた落下式衝撃ゆるみ実験装置の構成を示す図である。
【図４】Ｓ４５ＣボルトとＳ４５Ｃナットから構成した従来例のねじのゆるみ実験結果を示すグラフである。
【図５】Ｓ４５Ｃボルトと制振鋼ナットから構成した本発明例１のねじのゆるみ実験結果を示すグラフである。
【図６】制振鋼ボルトとＳ４５Ｃナットから構成した本発明例２のねじのゆるみ実験結果を示すグラフである。
【図７】制振鋼ボルトと制振鋼ナットから構成した本発明例３のねじのゆるみ実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１　ナット、２　ボルト、１１　ねじ締結体、１２　上の円筒、１３　ピン、１４　下の円筒、１５　ひずみゲージ、２１　落下式衝撃ゆるみ実験装置、２２　はね、２３　コイルばね、２４　案内筒、２５　台座
【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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