(57)【要約】【課題】  常温下では締め付け及び緩め作業が容易で、且つ、高温下では締め付け力が増大することにより緩みが生じにくいボルトを提供する。【解決手段】  ボルトはＣｕ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ系、又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ系の２方向性の形状記憶合金をからなる。常温で膨張形状が記憶され、高温で収縮形状が記憶される。これにより、常温下では締め付け及び緩め作業が容易で、且つ、高温下では強大な締め付け力を発揮して緩みが生じにくい、タービンなどの高温機器に好適に使用できるボルトを実現できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ系、又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ系の形状記憶合金からなることを特徴とするボルト。
【請求項２】
常温下での軸方向長さをＬ１、これより高温下での軸方向長さをＬ２としたとき、Ｌ１＞Ｌ２である請求項１に記載のボルト。
【請求項３】
Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ系、又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ系の形状記憶合金を常温下で加工してボルト形状物を得る工程と、
前記ボルト形状物を軸方向に圧縮した状態で加熱する工程と
を備え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】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボルト及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にボルト締結構造は、複数の部材の結合及び分解を繰り返し行うことができるという利点を有するが、一方で、部材を強固に結合するためには強大な締め付け力が必要であり、その結果、部材の分解が困難になるという欠点を有している。
【０００３】
一方、分解の容易性を考慮してボルトの締め付け力の上限を規制すると、振動などにより経時的にボルト緩みが生じてしまう。
【０００４】
特許文献１には、ボルト及びナットを使用した管フランジの締め付け構造において、ボルト締結時に形状記憶合金を加熱し伸長させることによりボルトに引っ張り軸力を印加して、ナット緩みが生じた分だけナットを締め付け、その後、形状記憶合金を冷却収縮させて形状記憶合金を取り除くことにより、容易且つ迅速に所定の締め付けトルクでボルトとナットとを締め付けることができる締め付け装置が記載されている。この締め付け装置によれば、締め付けトルクを高精度で管理することが可能である。
【特許文献１】特開平５−２４０３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、発電タービンの車室を形成するフランジを締結するためのボルト締結構造のように、運転が休止された常温下でボルトの締め付けを行い、運転時には高温にさらされる高温機器に上記特許文献１に記載された締め付け装置を使用すると、設定された締め付けトルクが高すぎると常温下でボルトとナットとの分解が困難であり、分解を考慮して締め付け力の上限を規制すると運転時にボルトとナットとが緩むという上記の問題は依然として解消できない。
【０００６】
本発明は、上記の従来の問題を解決し、常温下では締め付け及び緩め作業が容易で、且つ、高温下では緩みが生じにくい、高温機器において好ましく使用することができるボルトとその製造方法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】
【０００７】
本発明のボルトは、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ系、又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ系の形状記憶合金からなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のボルトの製造方法は、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ系、又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ系の形状記憶合金を常温下で加工してボルト形状物を得る工程と、前記ボルト形状物を軸方向に圧縮した状態で加熱する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、常温下では比較的小さなトルクで締め付け及び取り外しができ、高温下では強大な締め付け力を発揮して緩みを防止することができる、高温機器に好適に使用できるボルトを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は本発明に係るボルトの一実施形態の側面図である。ボルト１は雄ねじ部２と頭部３とを有する。図１（Ａ）は、常温下でのボルト１を示しており、その軸方向長さはＬ１、図１（Ｂ）は高温下でのボルト１を示しており、その軸方向長さはＬ２である。本発明では、Ｌ１＞Ｌ２を満足する。これにより、常温下で締め付け及び取り外しが容易で、高温下で締め付け力が増大するボルトを実現できる。
【００１１】
このボルト１の材料として、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ系、又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ系の形状記憶合金が使用される。ここで、Ｃｕ−Ｚｎ系合金としては、Ｚｎを３８．５〜４１．５（ａｔ％）含み残部がＣｕである合金、及びＺｎを３８．５〜４１．５（ａｔ％）含み、第３成分Ｘ（Ｘ＝Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｇａ）を数ａｔ％程度含み、残部がＣｕである合金（Ｃｕ−Ｚｎ−Ｘ系合金）を例示できる。Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ系合金としては、Ａｌを２８〜２９（ａｔ％）及びＮｉを３．０〜４．５（ａｔ％）含み、残部がＣｕである合金を例示できる。Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ系合金としては、Ｎｉを２３（ａｔ％）、Ｃｏを１０（ａｔ％）、及びＴｉを１０（ａｔ％）含み、残部がＦｅである合金、Ｎｉを３３（ａｔ％）、Ｃｏを１０（ａｔ％）、及びＴｉを４（ａｔ％）含み、残部がＦｅである合金、又は、Ｎｉを３１（ａｔ％）、Ｃｏを１０（ａｔ％）、及びＴｉを３（ａｔ％）含み、残部がＦｅである合金を例示できる。これらの合金は、２方向性形状記憶合金として知られている。いずれの材料を選択するかは、例えば、ボルトが使用される温度条件などを考慮して決定すればよい。
【００１２】
本発明のボルトの製造方法を以下に説明する。
【００１３】
最初に、上記のＣｕ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ系合金、又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ系合金を常温下でボルト形状に加工する。加工方法は特に制限はなく、使用する合金の特性に合わせて適宜選択すれば良い。
【００１４】
例えば、合金を溶融させボルト形状に加工した鋳型を用いて鋳造することができる。あるいは、合金を加熱し棒状に引き抜き加工した後、冷却し、雄ねじを加工しても良い。いずれにしても、ボルト形状が付与されるときの温度が常温であることが必要である。このボルト形状に加工する工程で、常温時の形状（即ち、軸方向長さＬ１）が記憶される。
【００１５】
次に、得られたボルト形状物に軸方向の圧縮荷重を印加して圧縮変形をさせた状態で加熱する。圧縮荷重の大きさ及び加熱温度は使用する材料に応じて設定される。加熱により合金内に相変態が生じ、高温時の圧縮変形された状態の形状（即ち、軸方向長さＬ２、Ｌ２＜Ｌ１）が記憶される。
【００１６】
その後、常温に冷却すると、本発明のボルトが得られる。
【００１７】
得られたボルトは、２方向性の形状記憶合金からなり、常温時の形状（長さＬ１）と、高温時の圧縮変形された形状（長さＬ２）とを記憶している。
【００１８】
本発明のボルトは、例えば、常温下で結合又は分解され、高温下で運転に供される例えば発電タービンの車室などの高温機器に好適に使用することができる。常温にて、軸方向長さが相対的に長い長さＬ１の状態で所定のトルクで本発明のボルトが締め付けられる。その後、機器の運転によりボルトが高温に加熱されると、ボルト材料が相変態してボルトは長さＬ２に軸方向に収縮変形するので、ボルトの締結力が増大する。従って、機器が運転中に発する振動などによってボルトが緩むことがない。機器の運転が停止されると、ボルトの温度が常温に低下する。この際、ボルト材料が相変態してボルトは軸方向に膨張変形して長さＬ１に戻る。従って、常温で機器を分解する際、比較的小さなトルクでボルトを緩めることができる。
【００１９】
このように、本発明のボルトは、２方向性の形状記憶合金を使用し、常温時に膨張形状を、高温時に収縮形状を、それぞれ記憶させることにより、高温機器の締結ボルトとして使用した場合に、常温下では比較的小さなトルクで締め付け及び取り外しができ、高温下では強大な締め付け力を発揮して緩みを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明のボルトの利用分野は特に制限はないが、タービン、ボイラ、各種燃焼機器など、運転時に高温となる高温機器の締結用ボルトとして好ましく利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のボルトの一実施形態に係る側面図であり、（Ａ）は常温下での状態、（Ｂ）は高温下での状態を示している。
【符号の説明】
【００２２】
１  ボルト
２  雄ねじ部
３  ボルト頭部
【図１】
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