(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に雄ネジが形成されたボルト軸部と、内周面に雌ネジが形成されたナットとよりなり、ボルト軸部の雄ネジまたはナットの雌ネジの少なくとも一方に設けた係止手段により、ナットが所定トルクで係止手段から離脱可能なボルト頭部としてボルト軸部の一端に螺着されている高強度ボルトを用いて、
第１部材のボルト挿通孔に挿入したボルト軸部を、第２部材の雌ネジ穴にボルト軸部先端が雌ネジ穴の底に着底して回転停止するまでねじ込んで螺合させたのち、さらに、ボルト頭部をトルク回転して係止部から離脱させたうえボルト頭部座面を第１部材に着座させることによって、第１部材と第２部材とを締結することを特徴とする高強度ボルトを用いた部材の締結方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形時の変形抵抗が大きくて製造の困難であった高強度ボルトを用いた部材の締結方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボルトの代表的な製造方法として、冷間鍛造機、温間鍛造機などのパーツフォーマーを用いて多段からなる成形工程により製造する方法がある。図９〜１１はボルトの成形工程の概略を説明する図であって、所要寸法に引き抜いて真円度を向上させた鉄鋼などの棒線１を所要長さに切断する第１工程（図９）、棒線１の一端を成形型を衝打してボルト頭部２を予備成形する第２工程（図１０）、ボルト頭部２を最終形状に成形型により成形する第３工程（図１１）とからなるボルトの成形工程である。さらに、ボルト軸部３には転造により雄ネジが形成される。図９〜１１においては３段からなるボルトの成形工程を示したが、実際のボルトの成形工程はさらに多段の工程からなるものであって、これにより複雑な形状のボルトの成形を可能ならしめているが、工程が後になるほどボルト頭部２には加工硬化が蓄積されて硬度が高くなってしまうものである。
【０００３】
ところで、例えば自動車には、シリンダーヘッドボルト、コンロッドボルト、フライホイールの締付けボルトなど多種多数のボルトが使用されているが、これらのボルトを高強度化すればするほどボルトを小型のものとすることができて、軽量化を図ることができるうえに、その分スペースを確保することができるので、そのスペースを利用して例えばエンジン性能を向上させたりすることができる。従って、自動車などに用いられるボルトには従来以上にさらなる高強度化が求められているのである。
【０００４】
さて、ボルトの高強度化を図る手段の例として、鋼に合金元素を多量添加して焼戻し軟化抵抗を増大させて高強度化する方法、熱間圧延により製造した棒鋼を高い減面率で引き抜いて加工硬化により高強度化する方法がある。しかしながら、前者の方法は合金元素を高めるために球状化焼鈍などの軟化焼鈍においても十分軟化せず変形抵抗の増大、変形能の低下を招くものである。また、後者の方法においても減面率が高くなればなるほど加工硬化が大きくなって変形抵抗の増大、変形能の低下を招く。このため、既記したように多段からなるボルトの成形工程において後工程になるほどボルト頭部２には加工硬化が蓄積されるので、ボルト頭部２に割れが発生したり、ボルト頭部２を所望の形状に成形することができないなどの不具合を招くのみならず、パンチやダイスなどの成形型の摩耗を増大させたり、成形型が割れたりして寿命の低下を招くという問題が重大な問題としてクローズアップされてくる。このようにボルトの高強度化に伴い成形工程において種々の弊害がもたらされ、従来は高強度のボルトを冷間鍛造等により成形することには限界があった。従って、ボルトを高強度化して十分小型で軽量なものとすることはできていなかったのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、従来は成形時の変形抵抗が大きくて製造が困難であった高強度ボルトを用いた部材の締結方法を提供するためになされたものである。なお、本発明において高強度ボルトとは、強度７００ N/mm２以上のボルトを指すものとするが、特に強度が１０００ N/mm２以上のボルトに本発明を適用することによって、その効果を顕著に発揮させることができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するためになされた本発明の高強度ボルトを用いた部材の締結方法は、外周面に雄ネジが形成されたボルト軸部と、内周面に雌ネジが形成されたナットとよりなり、ボルト軸部の雄ネジまたはナットの雌ネジの少なくとも一方に設けた係止手段により、ナットが所定トルクで係止手段から離脱可能なボルト頭部としてボルト軸部の一端に螺着されている高強度ボルトを用いて、
第１部材のボルト挿通孔に挿入したボルト軸部を、第２部材の雌ネジ穴にボルト軸部先端が雌ネジ穴の底に着底して回転停止するまでねじ込んで螺合させたのち、さらに、ボルト頭部をトルク回転して係止部から離脱させたうえボルト頭部座面を第１部材に着座させることによって、第１部材と第２部材とを締結することを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
本発明の部材の締結方法に用いる高強度ボルトは、ボルト軸部と、ボルト頭部となるナットを分離して別工程により製造されるものとしたことにより、ボルト軸部は、所定の長さに切断した棒線を単に転造して雄ネジを形成するのみで製造することができるので、ボルト軸部の強度を従来よりも著しく高いものとすることができる。また、従来のボルト製造法のようなボルト頭部首下の拘束がなくなって変形の自由度が増すので、ボルト頭部の成形時の変形抵抗を小さくすることができる。従って、従来は成形の困難であった高強度なボルト頭部を小さい加工圧力にて成形することができるうえ、成形型の寿命を延長させることができる。また、ボルト軸部の雄ネジまたはナットの雌ネジの少なくとも一方に変形ネジ山などナットの係止手段を備え、ナットが所定トルクで離脱できるようにして一体化したことにより、部品点数を少なくできるとともにボルト締結時においてナットの螺着作業を必要とせず、また、ボルト頭部であるナットをトルク回転するのみでボルトのねじ込みとナットの被取付け部材への着座による締付けを一作業にて同時に行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しつつ本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は本発明の部材の締結方法に用いる高強度ボルトを示す図であって、３はボルト軸部であり、このボルト軸部３の一端にはボルト頭部２としてナット４が係止手段により螺合、固定されている。ボルト軸部３は、一般的に１５％前後の軽減面率で引き抜いた棒線を所要長さに切断したのち転造により雄ネジ加工を施し、その後焼入れ焼戻しなどの調質熱処理を施してボルト軸部３とされる。従って、ボルト軸部３の加工は単に転造が施されるのみであって、ボルト頭部２の成形を行うことがないので、ボルト頭部２を一体に成形するボルトの場合よりもボルト軸部３の素材として合金元素が多量に添加された従来より高い強度の棒線を使用することができる。従って、調質熱処理後のボルト軸部３強度を従来よりも飛躍的に高いものとすることができる。なお、ボルト軸部３に形成する雄ネジを、取付け部材に螺合される雄ネジ部と、ナット４が係止される雄ネジ部との二つに分けて、その間に雄ネジの形成されていないボルト軸部３とすることができる。
【００１０】
また、ボルト軸部３の素材として、５０％以上の高い減面率で引き抜き加工を施して強度を高めた棒線を使用することも可能であって、この場合には引き抜き加工によって導入された棒線の軸方向に伸びた繊維組織によって優れた耐遅れ破壊性を有する高強度なボルト軸部３を製造することができる。
【００１１】
また、ボルト頭部２として使用されるナット４の加工に当たっては、従来のボルト製造法のようなボルト頭部２首下の拘束がなくなって変形の自由度が増すので、ボルト頭部２の変形抵抗を小さくでき、変形能を向上させることができる。従って、従来は成形の困難であった強度の高いボルト頭部２を製造することができるとともに、従来と同等の強度のナット素材を使用した場合には小さい加工圧力にて成形することができて、成形型の寿命を大幅に延長させることができる。
【００１２】
ボルト軸部３へのナット４の係止手段としては、図２に示すような、ネジ山を押圧した変形ネジ山５からなるトルクロック部を用いることができる。変形ネジ山５によるトルクロック機構を以下に説明する。通常のボルトの山および谷斜面（フランク）の角度はそれぞれほぼ６０°に形成されており、６０°の雄ネジ山と６０°の雌ネジ谷が螺合することによりボルト軸部３とナット４をスムーズに螺合させることができるが、変形ネジ山５は図２に示すように６０°の雄ネジの登頂部が転造ダイスにより押圧されて、金属が山の両斜面に塑性流動することにより、ネジ山角（山フランクのなす角）がほぼ４０°に形成されているものである。このように雄ネジを断面台形状に形成することにより、６０°の谷フランクを有する雌ネジに螺合させた場合には、元のネジ山のフランクより押圧されてはみ出した部分が雌ネジ谷フランクとラップして、雌ネジとの噛み合い部６が生じ、所定のトルクをもってトルクロック部にナット４をボルト頭部として螺合させることができる。例えば、図３に示すように、ボルト軸部３の一端に変形ネジ山５を形成することにより、この変形ネジ山５をトルクロック部としてナット４を螺合させることができる。
【００１３】
なお、変形ネジ山５のネジ山角は１０〜５０°が望ましい。ネジ山角が１０°未満では噛み合い部６が大きくなりネジ込みトルクが大きくなって作業性が低下する。一方、ネジ山角が５０°を超えると噛み合い部６が小さくなって、ボルトが緩み易くなるからである。
【００１４】
また、ナット４の係止手段として、図４に示すように、ネジ山のピッチを一部分ずらして変則ピッチとしたピッチロック部を用いることができる。図においては１．０ｍｍの規則的ピッチで形成された雄ネジ７の一部を０．８ｍｍの変則ピッチとしたピッチロック部が形成されている。このようなピッチロック部が形成されたボルト軸部３に、図５に示すような１．０ｍｍの規則的ピッチで雌ネジ８が形成されたナット４を螺合すると、図６に示すようにピッチずれ９が生ずる。しかし、このピッチずれは雄ネジ７や雌ネジ８が無理やり変形されることによって吸収される結果、ボルト軸部３にナット４を所要のトルクでもって螺合させることができる。このようなピッチロック部は、例えば１ｍｍ間隔で形成されたネジ山において、２、３のネジ山を間に挟んで一方の側のピッチを０．８ｍｍとして狭め、他方の側のピッチを１．２ｍｍとして拡げるような、部分的にはピッチずれを生じているが全体としては相手のネジ山と整合するようにして設けることもできる。なお、上記したトルクロック部、ピッチロック部は、雄ネジ側、雌ネジ側の何れに設けてもよいものである。
【００１５】
また、ナット４の係止手段として、接着剤を用いることができる。接着剤としてはボルトやナットの緩み止め、シールに使用されている熱硬化性アクリル樹脂などの接着剤を用いることができる。接着剤を雄ネジ７または雌ネジ８に塗布したうえボルト軸部３とナット４を螺合することによって、所要のトルクでもって離脱可能なボルト頭部２を有する高強度ボルトとなすことができる。
【００１６】
以上のようにして構成された高強度ボルトを用いることにより被取付け部材を取付け部材に簡便にして強固に取付けることができる。即ち、図７に示すように、先ず被取付け部材である第１部材１１のボルト挿通孔１２にボルト軸部３を挿入したうえ、取付け部材である第２部材１３の雌ネジ穴１４にボルト頭部２を工具によりトルク回転させつつねじ込んでボルト軸部３を第２部材の雌ネジ穴１４に螺合させる。次いでさらにボルト軸部３をねじ込むことによりボルト軸部先端１５が雌ネジ穴の底１６に着底するとボルト軸部３の更なる回転が不可能となってボルト軸部３の雌ネジ穴１４へのねじ込みは完了する。
【００１７】
ボルト軸部３のねじ込み回転が停止されたのち、さらにトルクを大にしてボルト頭部２を回転させると、ボルト頭部２はボルト軸部３との係止部から離脱することとなる。離脱したボルト頭部座面１７が第１部材１１に着座するまで回転させてさらに締め上げることによって、図８に示すように、第１部材１１をボルト軸部３を介して第２部材１３に強固に締結することができる。
【００１８】
本発明の部材の締結方法に用いる高強度ボルトは、ボルト軸部３とナット４を一体としたボルトであって、ボルト締結を簡単に行うことができる。即ち、ボルト軸部３とナット４が一体に組み合わされていない場合には、先ず長尺のボルト軸部３の一端にトルク伝達可能な部位を設ける必要があり、この部位に工具を当接してボルト軸部３を第１部材１１を通して第２部材１３に螺合させたうえ、さらに工具を用いてナット４をボルト軸部３に螺合させたうえ締め付けるというような二重の手間をかける必要があって、部品点数が多くなるのみならず被取付け部材の締結作業も面倒なものとなってしまう。しかしながら、上記したように本発明の高強度ボルトは、ボルト軸部３の一端にボルト頭部２としてナット４を離脱可能に取付けて一体としたものであって、ナット４の螺着作業を必要とせず部品点数を少なくできるとともにボルト締結時においてもボルト頭部２であるナット４をトルク回転するのみでボルト締結を簡単に行うことができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の部材の締結方法に用いる高強度ボルトは、ボルト軸部と、ボルト頭部となるナットを分離して別工程により製造されるものとしたことにより、従来のボルト製造法のようなボルト頭部首下の拘束がなくなって変形の自由度が増すので、ボルト頭部加工時の変形抵抗を小さくして変形能を向上することができる。従って、従来は成形の困難であった高強度なボルト頭部を小さい加工圧力にて成形することができるうえ、成形型の寿命を延長させることができる。また、ボルト軸部は、所定の長さに切断した鋼線を単に転造して雄ネジを形成するのみで製造することができるので、ボルト軸部の強度を従来よりも著しく高いものとすることができる。また、ボルト軸部の雄ネジまたはナットの雌ネジの少なくとも一方に変形ネジ山などナットの係止手段を備え、ナットが所定トルクで離脱できるようにして一体化したことにより、部品点数を少なくできるとともにボルト締結時においてナットの螺着作業を必要とせず、また、ボルト頭部であるナットをトルク回転するのみでボルトのねじ込みとナットの被取付け部材への着座による締付けを一作業にて同時に行うことができる。したがって、本発明は従来よりも高強度にして小型軽量化可能であって、且つ、簡単にボルト締結することのできる高強度ボルトを用いた部材の締結方法として工業的価値大なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の部材の締結方法に用いる高強度ボルトの正面図である。
【図２】  変形ネジ山の機構の説明図である。
【図３】  変形ネジ山が形成されたボルト軸部の部分拡大断面図である。
【図４】  ピッチロック部が形成されたボルト軸部の部分拡大断面図である。
【図５】  通常のナットの部分断面図である。
【図６】  ピッチロック部の機構の説明図である。
【図７】  締結途中の本発明のボルトを示す部分断面図である。
【図８】  締結完了した本発明のボルトを示す部分断面図である。
【図９】  所要長さに切断されたボルト素材の正面図である。
【図１０】  ボルト頭部が予備成形されたボルト素材の正面図である。
【図１１】  ボルト頭部が最終成形されたボルト素材の正面図である。
【符号の説明】
１  棒線
２  ボルト頭部
３  ボルト軸部
４  ナット
５  変形ネジ山
６  雌ネジとの噛合い部
７  雄ネジ
８  雌ネジ
９  ピッチずれ
１１  第１部材
１２  ボルト挿通孔
１３  第２部材
１４  雌ネジ穴
１５  ボルト軸部先端
１６  雌ネジ穴の底
１７  ボルト頭部座面
【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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【図８】
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【図９】
0003750991.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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