(57)【要約】【課題】  熱処理を省略することができ、しかも、従来の、合金鋼を熱処理して製作していた高強度ボルトと同等の高強度、高靱性の優れた性質を有し、これにより、高強度ボルトを得るのに生産性が向上して、コストの低減を図ることができる、高強度ボルト（ナノ結晶制御ボルト）およびその製造方法を提供する。【解決手段】  ナノメーターのオーダーの微細化された金属結晶粒から成る粉末を固化し、押出成形して得られた棒材にボルト成型（頭部圧造・機械加工・転造）を施し、熱処理を経ることなく、高強度ボルトとしてのナノ結晶制御ボルトを仕上げる。金属素材としては、例えば、ＳＵＳ４１０、析出硬化型１３Ｃｒ−８Ｎｉ−２Ｍｏ系等のステンレス鋼材を使用することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノメーターのオーダーの微細化された金属結晶粒から成る粉末を固化し、押出成形し
て得られた棒材にボルト成型を施し、熱処理を経ることなく、仕上げられたことを特徴と
するナノ結晶制御ボルト。
【請求項２】
前記金属は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１に記載のナノ結晶制御ボル
ト。
【請求項３】
ナノメーターのオーダーの微細化された金属結晶粒から成る粉末を固化し、押出成形し
て得られた棒材にボルト成型を施し、熱処理を経ることなく、ボルトに仕上げることを特
徴とするナノ結晶制御ボルトの製造方法。
【請求項４】
前記金属は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項３に記載のナノ結晶制御ボル
トの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の発明は、高強度ボルトとしてのナノ結晶制御ボルトおよびその製造方法に関し、
特に高強度、高靱性で、製造工程において、熱処理をする必要なくして得られるようにさ
れて成るナノ結晶制御ボルトおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般航空機用等に使用される高強度、高靱性の高強度ボルトは、従来、１３Ｃｒ−８Ｎ
ｉ系のステンレス鋼等を素材として、ボルトの頭部を圧造により成形後、熱処理し、次い
で、機械加工・転造を行なって、製作されている。このように、従来の高強度ボルトは、
熱処理を必須の工程としており、生産性が悪く、コストの高いものとなっていた。
【特許文献１】特開平０５−２４７５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本願の発明は、従来の高強度ボルトおよびその製造方法が有する前記のような問題点を
解決して、熱処理を省略することができ、しかも、従来の、合金鋼を熱処理して製作して
いた高強度ボルトと同等の高強度、高靱性の優れた性質を示すことができ、これにより、
この種高強度ボルトを製造するのに生産性が向上して、コストの低減を図ることができる
高強度ボルト（ナノ結晶制御ボルト）およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記のような課題は、本願の各請求項に記載された次のような発明により解決される。
すなわち、その請求項１に記載された発明は、ナノメーターのオーダーの微細化された
金属結晶粒から成る粉末を固化し、押出成形して得られた棒材にボルト成型を施し、熱処
理を経ることなく、仕上げられたことを特徴とするナノ結晶制御ボルトである。
【０００５】
請求項１に記載された発明は、前記のように構成されているので、そのナノ結晶制御ボ
ルトの素材をなす、ナノメーターのオーダーの微細化された金属結晶粒から成る粉末を固
化し、押出成形して得られた棒材（ナノ結晶材）は、材料そのものが高強度、高靱性であ
るので、熱処理を施さなくても、従来と同様のボルト成型（頭部圧造・機械加工・転造）
を施すのみで、従来の、合金鋼を熱処理して製作していた高強度ボルトと同等の強度およ
び靱性を有する高強度ボルト、すなわち、ナノ結晶制御ボルトを得ることができる。また
、これが首下長さの長い頭付きボルトとされる場合には、熱処理による曲がり矯正が不要
となる。これらにより、この種高強度ボルトを得るのに、生産性が向上して、コストの低
減を図ることができる。
【０００６】
また、その請求項２に記載された発明においては、請求項１に記載の発明における金属
は、ステンレス鋼とされる。
これにより、汎用の素材を使用しながら、耐蝕性に優れ、高強度、高靱性の高強度ボル
トであるナノ結晶制御ボルトを容易に得ることができ、特に応力腐食割れを起こし易いプ
ラント等に使用して好適な高強度ボルトを得ることができる。
【０００７】
また、その請求項３に記載された発明は、ナノメーターのオーダーの微細化された金属
結晶粒から成る粉末を固化し、押出成形して得られた棒材にボルト成型を施し、熱処理を
経ることなく、ボルトに仕上げることを特徴とするナノ結晶制御ボルトの製造方法である
。
【０００８】
請求項３に記載された発明は、前記のように構成されているので、そのナノ結晶制御ボ
ルトの素材をなす、ナノメーターのオーダーの微細化された金属結晶粒から成る粉末を固
化し、押出成形して得られた棒材（ナノ結晶材）は、材料そのものが高強度、高靱性であ
るので、熱処理を施さなくても、従来と同様のボルト成型（頭部圧造・機械加工・転造）
を施すのみで、従来の、合金鋼を熱処理して製作していた高強度ボルトと同等の強度およ
び靱性を有する高強度ボルト、すなわち、ナノ結晶制御ボルトを製造することができる。
また、これが首下長さの長い頭付きボルトとされる場合には、熱処理による曲がり矯正が
不要となる。これらにより、この種高強度ボルトを製造するのに、生産性が向上して、コ
ストの低減を図ることができる。
【０００９】
さらに、その請求項４に記載された発明においては、請求項３に記載の発明における金
属は、ステンレス鋼とされる。
これにより、汎用の素材を使用しながら、耐蝕性に優れ、高強度、高靱性の高強度ボル
トであるナノ結晶制御ボルトを容易に製造することができ、特に応力腐食割れを起こし易
いプラント等に使用して好適な高強度ボルトを製造することができる。
【発明の効果】
【００１０】
前記のとおり、本願の発明のナノ結晶制御ボルトおよびその製造方法によれば、ナノ結
晶制御ボルトの素材をなす、ナノメーターのオーダーの微細化された金属結晶粒から成る
粉末を固化し、押出成形して得られた棒材（ナノ結晶材）は、材料そのものが高強度、高
靱性であるので、熱処理を施さなくても、従来と同様のボルト成型（頭部圧造・機械加工
・転造）を施すのみで、従来の、合金鋼を熱処理して製作していた高強度ボルトと同等の
強度および靱性を有する高強度ボルト、すなわち、ナノ結晶制御ボルトを得ることができ
る。この結果、この種高強度ボルトを製造するのに、生産性が向上して、コストの低減を
図ることができる。
【００１１】
また、その金属素材をステンレス鋼とすれば、汎用の素材を使用しながら、耐蝕性に優
れ、高強度、高靱性の高強度ボルトであるナノ結晶制御ボルトを容易に得ることができる
。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ナノメーターのオーダーの微細化された金属結晶粒から成る粉末を固化し、押出成形し
て得られた棒材にボルト成型（頭部圧造・機械加工・転造）を施し、熱処理を経ることな
く、ナノ結晶制御ボルトを仕上げる。金属素材として、好ましくはステンレス鋼材を用い
る。
【実施例】
【００１３】
次に、本願の発明の一実施例について説明する。
本実施例において、ナノ結晶材の素材としては、ＳＵＳ４１０相当のステンレス鋼材が
使用される。このステンレス鋼材が、ガスアトマイズ法により、数１０μｍのオーダーの
微細粒子に粉砕され、次いで、媒体攪拌ミル等の超微粉砕機にかけられて、さらに細かい
ナノメーター（ｎｍ）のオーダーの微細粒子にされる。
【００１４】
このようにして形成された微細粒子から成る粉体は、次いで、固化され、熱間押出成形
により、ナノ結晶ステンレス鋼の棒材（ナノ結晶材）とされる。この熱間加工中、素材中
のＺｒが粒子の成長を抑制するので、粒子は、所定のオーダーの粒径に制御される。この
ようなナノ結晶粉体は、株式会社超高温材料研究所により供給されている。
【００１５】
次いで、この棒材は、所望の長さに切断され、従来と同様のボルト成型（頭部圧造・機
械加工・転造）工程を経ることにより、図１に示されるようなボルト（ナノ結晶制御ボル
ト）１に仕上げられる。このボルト１においては、その金属組織の結晶粒径は、ナノメー
ターのオーダーに制御されている。なお、このボルト成型工程の前後で、熱処理が施され
ることはない。
【００１６】
このボルト１は、供試体として製作されたものであり、φ５の前記棒材から試作されて
おり、頭部２を有し、ボルト本体部をなす首下部３が長く形成されており、さらに、その
端部から所定長の部分には、ねじ部３ａが形成されていて、図１に示されるような諸寸法
を有する。ねじ部３ａは、＃１０−３２ＵＮＪＦ−３Ａのねじとされている。このボルト
１に対して、引張り、剪断および疲労の各試験を行なった。
【００１７】
引張り試験は、米国規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−１３１２ＴＥＳＴ  Ｎｏ．８により行なった
。その結果、１７．５０ｋＮで、ねじ部３ａが破断した（図２参照）。
【００１８】
剪断試験は、米国規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−１３１２ＴＥＳＴ  Ｎｏ．１３により、二面剪
断試験を行なった。その結果、２８．５５ｋＮで、剪断破壊が生じた（図３参照）。
【００１９】
また、疲労試験は、米国規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−１３１２ＴＥＳＴ  Ｎｏ．１１により行
なった。疲労高荷重は引張り破断荷重の４０％（７ｋＮ）、疲労低荷重は高荷重の０．１
（０．７ｋＮ）として、振動数３０Ｈｚで試験を行なった。その結果、３，９９４，９０
０サイクルで、ねじ破断した（図４参照）。
【００２０】
以上の試験結果を、特に規格はないので、標準材としてＪＩＳのＳＵＳ４１０と比較し
てみた。
ＪＩＳＧ４３０３のＳＵＳ４１０は、焼入れ焼戻し状態で、その引張り強さが５４０Ｎ／ｍｍ２  以上となっている。これを供試体のボルト１のねじ有効断面積１２．７３ｍｍ２  当たりに直して、その引張り強さを計算すると、５４０Ｎ／ｍｍ２  ×１２．７３ｍｍ２  ＝６．８８ｋＮとなる。
【００２１】
次に、この標準材の剪断強さを、供試体の軸径φ４．８０１当たりに直して計算すると、５４０Ｎ／ｍｍ２  ×０．６×１８．０９ｍｍ２  ＝５．８７ｋＮとなり、二面剪断強さは、その２倍の１１．７４ｋＮとなる。
以上の結果を表にすると、図５のとおりとなる。
【００２２】
上記表より明らかなとおり、本実施例のＳＵＳ４１０相当のステンレス鋼を素材とする
ナノ結晶制御ボルト１は、ＪＩＳのＳＵＳ４１０の標準材と比較しても、２倍以上の引張
り強さと剪断強さとを有している。
【００２３】
これは、ナノメーターのオーダーの微細化されたステンレス鋼結晶粒から成る粉末を固
化し、押出成形して得られた棒材（ナノ結晶材）そのものが高強度、高靱性であるからで
ある。しかも、ステンレス鋼を素材としているので、耐蝕性にも優れており、特に応力腐
食割れを起こし易いプラント等に使用して好適な高強度ボルトを得ることができる。
【００２４】
このような高強度ボルト（ナノ結晶制御ボルト）１は、それが首下長さの長い頭付きボ
ルトであっても、熱処理による曲がり矯正が不要である。
このように、高強度ボルトを得るのに、熱処理を要しないので、生産性が向上して、コ
ストの低減を図ることができる。
【００２５】
また、前記試験は、ナノ結晶ステンレス鋼の棒材（ナノ結晶材）を、熱処理をすること
なく、そのままボルト成型（頭部圧造・機械加工・転造）して得られた供試体に対して行
なわれたものであるが、その結果、熱処理をしなくても、一般航空機用として多く使用さ
れている、熱処理された引張り強さ１２４０ＭＰａ（１８０ＫＳＩ（Ｋｐ／ｉｎ２  ））クラスのボルトに相当する強度があるという結果が得られた。
【００２６】
本願の発明は、以上の実施例に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において、種々
の変形が可能である。
例えば、金属素材として、ＳＵＳ４１０に限らず、析出硬化型１３Ｃｒ−８Ｎｉ−２Ｍ
ｏ系材、その他のステンレス鋼材を適宜使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施例のナノ結晶制御ボルトの側面図である。
【図２】同ナノ結晶制御ボルトの引張り試験後の側面図である。
【図３】同ナノ結晶制御ボルトの二面剪断試験後の側面図である。
【図４】同ナノ結晶制御ボルトの疲労試験後の側面図である。
【図５】実施例の供試体の引張り、剪断および疲労の各試験結果を標準材と比較して示した図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…ボルト、２…頭部、３…首下部、３ａ…ねじ部。
【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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