JP2002519599A - ねじおよび高温使用温度におけるボルト継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ボルト継手を形成するための、第２構造部品の対向ねじ構造（５）を持つ対向ねじ（４）とかみ合うための第１構造部品のねじ構造（３）を持ち、ねじ軸線（２）に沿って延びるねじ（１）に関する。第１構造部品および第２構造部品の弾性的および／又は熱的変形挙動は互いに異なり、そのねじ構造（３）は、所定の熱機械的荷重における弾性的および／又は熱的変形を補償するための変形補償部と、直径（Ｄ）が一定した円筒状ねじ部（７）とを有している。本発明は高い使用温度に適するボルト継手にも関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、第２構造部品の対向ねじ構造を持つ対向ねじとかみ合うためのねじ
構造を持ち、ねじ軸線に沿って延びるねじに関する。また本発明は高温で使用す
るボルト継手に関する。

【０００２】 雄ねじを備えたボルトおよび対向ねじ（雌ねじ）とから成るボルト継手は、機
械工業、設備工業並びに電気工業のような多くの技術分野で利用されている。ボ
ルト継手は、一般に２つの部品を結合するためおよび固定するために使われる。
一方で、端的には室温において採用され小さな力を伝達すればよい小さなボルト
継手が存在し、他方で、端的には高温において大きな力を伝達しなければならな
い大きなボルト継手が存在している。

【０００３】 １９７６年、ドイツ、ノイスのバウエル＆シャウルテ カルヒェル社発行のイ
ルグナー．Ｋ．Ｈ氏、ブルーネ．Ｄ氏共著の文献「シュラウベンバデメクム（Sc
hraubenvademecum＝ねじ便覧）の特に３．５章から、ボルト継手のねじが弾性変
形した際、種々の切欠き個所において疲労限度に影響を及ぼす、異なった切欠き
係数が作用することが知られている。ねじおよび対向ねじが荷重方向において互
いにかみ合い始める開始部位が、疲労限度に対し決定的な影響を与える。ねじお
よび対向ねじのねじ構造が同じ場合、この開始部位で生ずる過剰比例的に大きな
荷重を減少するために、雌ねじの形状が変更される。この場合、雌ねじの外径が
開始部位において最も小さくされ、荷重方向に向かって単調に増大するようにさ
れる（引張りナット、環状に切削加工された雌ねじ）。開始部位の負荷を軽減す
るための別の方式は、オーバーラップ雌ねじ、雌ねじのもみ下げ並びに開始部位
への負荷軽減切欠きの設置である。

【０００４】 ヨーロッパ特許第０００８７６６号明細書において、異なった線形熱膨張係数
を持つ部品間のボルト継手が知られている。ボルト継手における応力を最小にす
るためおよび高い運転温度におけるボルト継手の利用を可能とするために、室温
においてテーパが設けられる。そのテーパはねじ軸線に沿って半径方向の隙間を
線形に変化することによって作られ、その半径方向隙間は部品の荷重方向におい
て大きな線形熱膨張係数と共に増大する。ねじ付き部品を全長にわたり円錐状に
形成することにより、高温状態においてのみ、ボルト継手を確実に締め付けるこ
とができる。これに反し低温状態、即ち室温においては、ボルト締付け力のボル
ト継手への有効な伝達およびバイアスの確実な吸収が生じない。

【０００５】 本発明の課題は、ねじ軸線に沿って本質的に均質な荷重分布を有し、ねじ軸線
に沿って延びる構造部品に対するねじを提供することにある。本発明のもう１つ
の課題は、高温での使用に適するボルト継手を提供することにある。

【０００６】 ねじに向けた課題は、本発明に基づいて、第２構造部品の対向ねじ構造を持つ
対向ねじとかみ合うためのねじ構造を持ち、ねじ軸線に沿って延びるボルト継手
を形成するための第１構造部品のねじにおいて、第１構造部品および第２構造部
品の弾性的および／又は熱的変形挙動が互いに異なり、ねじ構造が、所定の熱機
械的荷重における弾性的および／又は熱的変形を補償するための変形補償部と、
直径が一定した円筒状ねじ部とを有していることよって解決される。

【０００７】 この場合、構造部品がほぼ同じ弾性係数を持つ同じ材料から成っていても、構
造部品の異なる剛性により、構造部品が低温の状態にあるにも係らず、異なる変
形挙動が発生する。第１構造部品はねじの周辺に第１材料（第１物質）を有し、
第２構造部品は対向ねじの周辺に第２材料（第２物質）を有する。これら両材料
は同一、類似あるいはかなり異なった弾性的、塑性的および／又は熱的な材料特
性を有するようにできる。この場合、好適には、その材料は異なった化学的組成
を持つ材料あるいは少なくとも異なった材料特性を持つ合金である。しかしなが
らまた、同じ材料組成および同じ材料特性を持った合金も利用できる。

【０００８】 本発明に基づくねじによって初めて、従来と異なり、雌ねじ材料の剛性をボル
トの剛性に合わせることによって、予測される応力の過大上昇の減少だけを達成
する的確な変形補償が行われる。同時に初めて、未変形状態、即ち室温での組立
状態においても、ねじによる確実な力の伝達および荷重の吸収が保証される。

【０００９】 この場合に本発明は、熱的変形に関し、採用するボルト材料について高温にお
けるボルト締結に対して厳しい要求が課せられるという認識から出発している。
蒸気タービンにおいて、例えば５００℃、特に５８０℃を越える限界温度以上の
温度では、鉄基のボルト材料は、もはや強度が小さ過ぎるため採用できない。問
題となるボルト材料は、この温度において通常採用される耐熱材料、例えば鉄基
のフランジ材料と異なった大きな熱膨張係数を有する。温度が上昇した場合、ね
じ部における熱膨張差によって、もともと大きく荷重された第１ねじ部（初期か
み合い部）に荷重が移る。これはそのようにして許容できない大きな応力値を生
じさせてしまうので、大きな熱膨張係数のボルト材料の採用が妨げられる。従っ
て本発明はここに初めて、高温でのねじ荷重の追加が阻止されるか、少なくとも
減少され、これに伴い、ねじおよび対向ねじに対して異なった熱膨張挙動の材料
の採用も可能とするようなねじの適切な形状を提案する。

【００１０】 これは、５５０℃、特に５８０℃を越える蒸気温度における蒸気タービンに採
用する場合に有利である。従ってこの高い使用温度において、フランジ材料およ
びボルト材料を、それらの熱膨張挙動について同じようにするか、温度が上昇し
た際にそれらの熱膨張挙動がねじ荷重を所定の個所に許容できないほどに集中さ
せないように、互いに対を成して組み合わせる必要はなくなる。そのように材料
を組み合わせる際、温度が高くなるにつれてボルトの横断面積を大きくする必要
がある。これはもっとも、材料の温度に基づき長期的に減少する強度によって、
および例えば切欠きクリープ脆性破壊のような材料技術的作用のような考え得る
材料採用限度によって限定される。そのような材料のこの欠点は、いまや異なっ
た物質（材料）を利用することによって除去される。

【００１１】 高温において耐熱材料を利用する場合、例えばフランジに１０％クロム鋼を利
用し、ボルトにニッケル基材料、例えばニモニック８０Ａを利用する場合、普通
ねじおよび対向ねじにおいて熱膨張差が生じ、この熱膨張差は荷重移動によって
第１ねじ部（初期かみ合い部）に大きな荷重を生じさせる。これは、雄ねじ材料
がフランジ材料より大きな熱膨張係数を持つために生ずる。これは、ボルト継手
の第１荷重支持フランクから出発し、雌ねじに対して雄ねじを長くさせる。これ
は、次にフランクの負荷軽減を生じさせ、且つ場合によってはボルト継手におけ
る深い位置にあるフランクの熱的にひき起こされるピッチ不足によりかみ合いを
外させ、これによって第１ねじ部（初期かみ合い部）に追加的な荷重を生じさせ
る。これは事情によっては、かなりの荷重減少を要求し、全体としてボルト継手
の運転確実性が問題となる。この問題も、本発明に基づく熱膨張差を考慮に入れ
たねじの変形補償によって解決され、これによって、初期かみ合い部は確実に高
い使用温度まで許容臨界荷重より小さく荷重される。

【００１２】 この場合、ボルト継手のねじは、使用温度における熱膨張のために熱的変形自
体により発生した良好な支持性能が生ずるように形成されている。その場合、ま
ず第１に、熱的ねじ変形が補償される。その場合ねじは、普通ねじに対して、例
えばねじ形状、テーパ、ピッチあるいはねじ形状について、所定の使用温度にお
いて熱膨張により完全にあるいは部分的に補償される的確な偏差が存在するよう
に作られている。従って異なった熱膨張によって、支持性能の一様な分布が生ず
る。その熱膨張の考慮は、各対向ねじに対する各使用温度および使用荷重に対し
て解析的に、あるいは例えば有限要素法（ＦＥＭ）、境界要素法（ＢＥＭ）ある
いは有限微分法に基づいた市販の計算プログラムを介して予め簡単にできる。こ
の場合のねじ設計に対する計算法は、異なった弾性係数および熱膨張係数があて
がわれているそれ自体公知の熱機械的材料式に基づいている。所望の形状のねじ
は、特に切削雄ねじに対して数値制御工作機械で簡単に製造できる。

【００１３】 従って、本発明に基づく変形補償は、ほぼ一定した温度における純粋な弾性変
形並びに弾性・塑性変形においても利用できることが分かる。これによって、純
粋な弾性変形あるいは弾性・塑性変形の際も、ボルト継手全体の疲労限度に対し
て決定的な影響を及ぼす初期かみ合い部の疲労限度が改善される。この初期かみ
合い部の改善は、形状に応じて、ボルト継手の疲労限度に対し、ねじの他の部位
が決定的な影響を及ぼすように、係数２まで行える。従ってそのねじは、通常の
ねじ技術の広い範囲において、ボルト結合された構造部品のねじおよび対向ねじ
の異なった弾性変形挙動しか存在しないような非常に小さいか又は構造的に単純
なボルト結合に対しても適用できる。勿論、熱的・弾性的変形あるいは弾性・塑
性変形に対する変形補償も考慮に入れられる。

【００１４】 ねじは低温状態、即ち標準温度において、形状変化を考慮に入れた幾何学形状
に基づき、普通ねじと相違し、僅かなねじ溝に集中する支持性能を有する。これ
は特に、ボルト材料およびフランジ材料の低温状態における荷重容量が、高温使
用温度の場合よりも非常に大きいため許容できる。更に蒸気タービンに利用する
際、ボルト結合の最大荷重は、一般にボルト結合された圧力導入部品（例えばタ
ービン車室、ボルト結合された蓋）において、完全に圧力が加わった際に初めて
生ずる。この最大荷重は、蒸気タービンにおいて原理的に条件付けられて高い温
度において生じ、この高い温度においてねじの幾何学形状が的確に改善される。

【００１５】 それにもかかわらず、低温状態における大きな荷重の作用を的確に減少する処
置を講ずることもできる。好適には、ねじ部を低温状態においてボルト締付け力
を確実に伝達する標準ねじとして形成する。温度が上昇した際、このねじ部は他
の変形補償ねじ部によって負荷を軽減される。この形状によって、拡大された温
度範囲にわたり、即ち例えば室温から使用温度までの温度範囲にわたって、ねじ
の支持性能の均一化が達成される。

【００１６】 本発明の有利な実施態様において、ねじの直径はねじ軸線に沿って少なくとも
部位的に変化し特に単調に増大する。この場合、ねじ構造は少なくともねじ部に
おいて湾曲して形成され、そのねじの包絡線に対する接線は、ねじ軸線に対する
平行線と鋭角を成す。この角度は連続的に、特に単調に減少し零に向かい漸減す
る。この場合ねじ構造を、少なくともねじ部においてねじ軸線に対して鋭い円錐
角で円錐状に形成することもできる。その円錐角は好適には０．１〜１．０度、
特に約０．３度である。そのテーパねじ部には、好適には荷重方向に、即ち初期
かみ合い部から離れる方向に直径が一定した円筒状ねじ部が続く。

【００１７】 この場合好適には、第１ねじ溝のねじから半径方向における的確な戻しを行う
（ねじ部における雄ねじの直径を減少させあるいはこのねじ部における雌ねじ直
径を増大させる）。これにより、条件付けられたねじ山のフランクの半径方向戻
りは、第１ねじ部（初期かみ合い部）におけるねじと、対向ねじの互いに隣り合
うフランクとの間に隙間を生じさせる。そのように形成されたねじ山は未変形の
（理想的な）ねじにおいてかみ合わず、ボルトを締め付けた際に、フランクがあ
らためて接触するが、これは必然的なものではない。これによって、純粋な弾性
変形の際にも、ねじ軸線に沿ったねじにおける荷重の均一化が達成される。ねじ
をそのように形成した際、熱的変形および／又は弾性変形の際にねじ山がかみ合
い、ボルト締付け力の一部を受ける。これに伴い、ボルト継手の内部における形
状変形により大きく荷重されるフランクは、低温状態において負荷軽減される。
その場合、第１ねじ部のねじ荷重は、標準のねじ形成の際に生ずる値に達しない
。

【００１８】 円錐角の適当な選定あるいは他の適当な直径変化によって、熱膨張の作用は良
好に補償される。例えば低温状態において良好な支持性能を得るために、テーパ
ねじ部は異なったピッチを有し、円筒状ねじ部と組み合わされる。更にこれによ
って、標準ねじの際に生ずる、弾性変形に条件づけられた第１ねじ溝の大きな荷
重の補助的な補償が達成される。雌ねじに１０％クロム鋼を利用し、雄ねじにニ
ッケル基合金、例えばニモニック８０Ａを利用する場合、約６００℃の使用温度
における熱的平衡に対して有利な円錐角は約０．３度である。その円錐角は好適
には、第１ねじ部（初期かみ合い部）が使用温度においてかみ合い、荷重を支持
するように選定される。

【００１９】 ねじによる密封作用を得るためあるいは半径方向締付けによる回り止めとして
使用し、その結果ねじ込みの進行につれてねじ隙間が減少するようにするために
、同じ円錐角の２つのテーパねじ部を、対を成して設けるか、あるいはテーパね
じ部を円筒状ねじ部と対を成して設ける。このテーパねじに比べて、上述のテー
パねじの場合、運転状態において第１ねじ山を的確に負荷軽減するために、第１
ねじ山に対してねじ隙間が大きくなる。

【００２０】 本発明の他の有利な実施態様においては、ねじに、ねじ軸線に沿ってピッチが
変化する少なくとも１つのねじ部を設ける。更に荷重方向に向けて、ピッチが変
化するねじ部に、一定ピッチのねじ部が続く。

【００２１】 好適には、熱的な伸びおよび／又は弾性・塑性的な伸びにより生ずるピッチ偏
差を補償するため、ねじと対向ねじとの間にピッチ偏差を的確に設けておく。そ
の雄ねじのピッチは、それに対応した小さな熱膨張係数を持つ雌ねじよりも小さ
い。使用温度におけるボルトの大きな熱膨張により、ピッチの均一化が生ずる。
そのピッチは、ねじ長にわたり変化させる。好適には、低温状態における良好な
挙動に対するピッチ偏差なしのねじ部と、第１ねじ部の追加荷重を補償するため
のねじ始めにおけるピッチ偏差が大きくされたねじ部とを設ける。

【００２２】 ボルトの組立性および分解性は、例えば雄ねじと雌ねじとの間に温度差を与え
ること、例えばねじ込む前にボルトを加熱し、あるいはそれに応じてフランク隙
間を大きくすることにより保証される。

【００２３】 本発明の他の実施態様において、ねじはねじ形状が変化するねじ部を有する。
そのため、フランクのフランク角をねじ軸線に沿って変化させる。その変化は単
調あるいは段階的に行い、後者の場合、一定しているが異なるねじ形状を持つ２
つのねじ部が隣接する。同様に、ねじ山の下りフランクおよび上りフランクがそ
れぞれ異なったフランク角を有するようにできる。好適には、ねじ形状が変化し
ているねじ部に、ねじ形状が一定した、特に円筒状のねじ部が続くようにする。

【００２４】 ねじ形状を適合させた際、剛性並びに個々のフランクのかみ合いが変化する。
即ち、例えばねじ山のフランク角の変化、異なった部分的フランク角あるいは他
の幾何学形状変化が可能である。

【００２５】 同様にねじは、ピッチ変化、ねじ形状の変化および直径の変化のような変形を
補償するための個々のあるいは全部の処置の組合せを行うことができる。その処
置は、ねじの対の一方（雄ねじあるいは雌ねじ）あるいはその両方に施す。

【００２６】 好適には、ねじは５００℃、特に５８０℃より高い温度での使用に対して設計
されている。そのねじは、ニッケル基合金から成るボルトの雄ねじであると有利
である。構造部品に対し、少なくともねじあるいは対向ねじの周辺に、ニッケル
基合金に代えて、コバルト基合金あるいはオーステナイト鋼を設ける。

【００２７】 ボルト継手に向けた本発明の課題は、使用温度より低い標準温度においてねじ
が対向ねじにかみ合っている場合、初期かみ合い部に、ねじのねじ構造と対向ね
じのねじ構造との間に隙間を設けるか、あるいは少なくとも接触するフランクの
負荷軽減が生ずるような高温で使用されるねじによるボルト継手により解決され
る。そのボルト継手は、好適には蒸気タービンのフランジに形成される。そのフ
ランジは、好適には９〜１２重量％のクロムを含むクロム鋼から成る。

【００２８】 以下図に示した実施例を参照し、本発明に基づくねじおよびボルト継手を詳細
に説明する。各図において同一部分には同一符号を付している。

【００２９】 図１は、蒸気タービン（図示せず）のフランジ１２におけるボルト継手を縦断
面図で示す。このフランジ１２は、雌ねじとして形成された対向ねじ４を有する
。ねじ軸線２に沿って延びるボルト１３を対向ねじ４（雌ねじ４）にねじ込んで
いる。ボルト１３は雄ねじとして形成され、雌ねじ４にねじ込まれるねじ１を有
する。雄ねじ１はねじ構造３、雌ねじ４はねじ構造５をそれぞれ備える。ボルト
１３はねじ軸線２に関して回転対称形なので、ボルト１３の半分のみを断面図で
示す。このボルト１３はねじ軸線２に対し垂直な端面１７を有し、ボルト１３は
この端面１７がフランジ１２に最も深くねじ込まれる。ボルト１３がフランジ１
２の雌ねじ４から突出している個所から始まるねじ部は、ねじ１の対向ねじ４へ
の初期かみ合い部１４と呼ばれる。この初期かみ合い部１４は、普通ねじの場合
、ボルト継手の疲労限度に対して決定的な影響を与える部位である。

【００３０】 図１に示す、軸応力を２５０Ｎ／ｍｍ²と仮定したＭ１２０×６の植込みボル
ト１３によるボルト継手に対して、６００℃の温度において、次の数値計算結果
が得られた。この計算に際して、フランジ１２に対して１０％クロム鋼（Ｘ１２
ＣｒＭｏＷＶＮｂＮ１０−１−１）の熱膨張挙動を仮定した。このクロム鋼は、
２０〜６００℃の温度において、１２．７×１０^-6／Ｋの平均熱膨張係数を有す
る。ボルト１３に対し１１％クロム鋼（Ｘ１９ＣｒＭｏＶＮｂＮ１１−１）を利
用した場合、初期かみ合い部１４に局所的な応力上昇が現われる。もっともこの
応力上昇は、耐熱性の非オーステナイトねじ鋼の、約５６０℃の限界温度以下の
温度において、ねじ１の支持性能を害さない。ボルト１３のこの局所的応力上昇
は、ボルト１３とフランジ１２の剛性が異なっていることから生ずる。

【００３１】 普通のねじを備えたボルトにニッケル基材料、例えばニモニック８０Ａを利用
すると、熱膨張係数が異なるため初期かみ合い部１４で応力が大幅に上昇する。
これは、塑性材料特性を編入した有限要素計算法が示すように、フランジ１２に
、フランジ材料の伸び率に相当する大きな塑性伸びを生じさせる。これは、熱負
荷が変動する際、場合によりフランジ１２のねじピッチを狂わせる。ニモニック
８０Ａの平均熱膨張係数は、６００℃において約１５×１０^-6／Ｋである。

【００３２】 約０．３度の円錐角を持ち、円錐状に形成されたねじ１（雄ねじ１）を備え、
ニモニック８０Ａから成るボルト１３を利用した際、初期かみ合い部１４には、
ボルト１３に対して１１％クロム鋼を利用した場合の応力状態に相当する応力状
態が生ずる。この場合、０．３度の円錐角は初期かみ合い部１４における約０．
６ｍｍの直径減少に相当する。より一層の支持性能の均質化、即ち初期かみ合い
部１４の負荷軽減は、ボルト１３とフランジ１２の剛性差を補償するために円錐
角を僅かに増大することによって行える。ねじ１を円錐状に形成した場合、約２
０℃の低い温度（組立状態）に、深いねじリードにおいて、即ちボルト端面１７
の範囲内に、大きく増大した荷重が生ずる。もっともこの大きな荷重は、低温状
態におけるボルト材料およびフランジ材料の大きな負荷容量のために危険ではな
い。この大きな荷重は、ボルト端面１７の範囲に特に直径Ｄが一定した通常の円
筒状ねじを採用することによって減少できる。

【００３３】 図２Ａは低温状態における雄ねじ１と雌ねじ４とのボルト継手の一部を示し、
雄ねじ１のねじ山３Ａは、フランク１１がそれに対応した雌ねじ４のねじ山５Ａ
のフランク１６に接している。この場合、雄ねじ１は雌ねじ４の材料より大きな
熱膨張係数の材料から成っている。温度が、例えば６００℃の使用温度に高めら
れた際、ボルト１３とフランジ１２の熱膨張差によって、深い位置にあるねじ山
３Ａのフランク１１は、それに対応したねじ山５Ａのフランク１６から浮き上が
るか、少なくとも荷重が軽減される（図２Ｂ参照）。これにより、もはやすべて
のねじ山３Ａ、５Ａが荷重を担うことはなく、その荷重伝達は初期かみ合い部１
４のねじ山３Ａ、５Ａを介してほぼ完全に行われる。これは、高温において初期
かみ合い部１４に、場合によっては危険な荷重を生じさせる。ボルト継手は好適
には低温状態において既にバイアスが与えられている。

【００３４】 図３は、低温状態において対向ねじ４（雌ねじ４）とかみ合う直径が変化する
ねじ１を示す。このねじ１は、ボルト端面１７側の部位７が一定した直径Ｄの円
筒状ねじ構造を持つ。このねじ部７において、ねじ山３Ａのボルト端面１７と、
反対側フランク１１とが対応した雌ねじ４のねじ山５Ａのフランク１６に直接接
している。ねじ１は、初期かみ合い部１４の周辺にテーパねじ部６を有する。そ
の円錐角βは、ねじ１の所定の使用温度において予期される熱的および弾性的伸
びに応じて決められている。テーパねじ部６と円筒状ねじ部７との間に、同様に
ねじ１を円錐状に形成したテーパねじ部６Ａが存在している。その円錐角は、予
期される熱的伸びに応じて決められている。テーパねじ部６、６Ａの範囲におけ
る直径Ｄの変化は、分かり易くするためにかなり誇張して示している。ねじ１が
高温、特に使用温度に高められた場合、大きな熱膨張係数のボルト１３および小
さな熱膨張係数のフランジ１２が異なった熱膨張を示す。テーパねじ部６におい
て、フランク１１、１６は弾性変形および熱膨張変形した状態で互いに完全にか
み合う（図３Ｂ参照）。テーパねじ部６Ａにおいて、フランク１１、１６は熱膨
張変形した状態で互いに完全にかみ合う。これによって、初期かみ合い部１４の
支持性能の一様化およびこれに伴い部分的あるいは完全な負荷軽減が達成される
。低温状態で円筒状ねじ部７において荷重を支持するフランク１１、１６は、高
温において互いに浮き上がって離れるか、少なくとも負荷軽減される。

【００３５】 図４Ａはねじ１のピッチが変化するボルト継手を示す。初期かみ合い部１４に
ピッチが変化するねじ部８Ａが存在し、そのピッチは予期される熱的および弾性
的伸びに応じて決められている。このねじ部８Ａに、ピッチが予期される熱的伸
びに関して変化されたねじ部８Ｂが隣接している。このねじ部８Ａ、８Ｂは、ね
じ１のピッチ変化ねじ部８を形成している。このねじ部８に、ボルト端面１７に
向けて標準ピッチを持つねじ部９が続いている。従って低温状態においてフラン
ク１１、１６は互いに接し、これによってバイアスで与えられる荷重を伝達する
。ねじ部８におけるフランク１１、１６は、少なくとも部分的に負荷軽減され、
かつ互いに離される。そのピッチの変化を、分かり易くするため同様に誇張して
示している。温度が上昇した際、ねじ部８におけるフランク１１、１６が弾性的
および熱的伸びによりあるいは熱的伸びだけにより完全にかみ合い、従って初期
かみ合い部１４の支持性能の一様化および負荷軽減が達成されるという上述の効
果が生ずる（図４Ｂ参照）。ねじ部９におけるフランク１１、１６は、温度が上
昇した際に負荷軽減され、しかも互いに離れる。

【００３６】 図５Ａはねじ形状が変化しているねじ１の一部を示す。ここで、そのねじ形状
の変化は、ねじ山３Ａの不均一な部分フランク角を利用することにより達成され
ている。ボルト端面１７と反対側のフランク１１Ｂ（上りフランク）は、ボルト
端面１７の側のフランク１１Ａ（下りフランク）のフランク角γＡよりも大きい
フランク角γＢを有する。ボルト端面１７に隣接するねじ部１５において、ねじ
１のねじ形状は通常、弾性状態におけるバイアスによりフランク１１、１６が互
いに接し、バイアス圧によって条件づけられた荷重を伝達するように選定されて
いる。ねじ部１５に続くねじ部１０Ａ、１０Ｂは、異なった部分フランク角γを
持つねじ山を有する。初期かみ合い部１４に付属するねじ部１０Ａにおいて、ね
じ形状は、予期される熱的伸びあるいは弾性的伸びに応じて決められる。ねじ部
１０Ａとねじ部１５との間に存在するねじ部１０Ｂにおいて、ねじ形状は予期さ
れる熱的伸びに応じて決められる。温度が上昇した際（図５Ｂ参照）、図３Ｂお
よび図４Ｂにより上述したように、フランク１１、１６は、弾性的および／又は
熱的に変形した状態で完全にかみ合い、これによって支持性能の一様化が生ずる
。この場合も、ねじ部１５におけるフランク１１、１６は負荷軽減されるか、完
全に互いに離される。

【００３７】 なお上述の実施態様並びにねじ部の他の形状方式は、要件および材料の選択に
応じて互いに組み合わせることができる。ボルト１３およびフランジ１２の設計
に応じて、低温状態における荷重を伝達するために、不変形状のねじ部７、９、
１５が利用され、除去され、あるいは要求に応じて変形される。

【００３８】 本発明は、少なくとも所定の使用温度および／又は所定の弾性荷重において、
一様な支持性能を生じる形状を有するように作られたねじによって特徴づけられ
る。これによって、さもなければ大きく荷重され、疲労限度に対して決定的な初
期かみ合い部の負荷軽減が達成される。更に、ねじは好適には、低温状態におい
てボルト締付け力の伝達性を改善する働きをする普通様式のねじ部を備える。こ
れによって、ねじ長の全長並びに拡大された温度範囲にわたって、ねじにおける
荷重吸収および荷重分布の一様化が保証される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 フランジにねじ込まれたボルトのボルト継手の縦断面図。

【図２】 本発明に基づくねじの実施例の図１に相当した拡大断面図、図２Ａは低温状態
における断面図、図２Ｂは高温使用状態における断面図。

【図３】 本発明に基づくねじの異なった実施例の図１に相当した拡大断面図、図３Ａは
低温状態における断面図、図３Ｂは高温使用状態における断面図。

【図４】 本発明に基づくねじの更に異なった実施例の図１に相当した拡大断面図、図４
Ａは低温状態における断面図、図４Ｂは高温使用状態における断面図。

【図５】 本発明に基づくねじの異なった実施例の図１に相当した拡大断面図、図５Ａは
低温状態における断面図、図５Ｂは高温使用状態における断面図。

【符号の説明】

１ ねじ ２ ねじ軸線 ３ ボルト１３のねじ構造（雄ねじ） ３Ａ ボルト１３のねじ山 ４ 対向ねじ（雌ねじ） ５ 対向ねじ４のねじ構造 ６ テーパねじ部 ７ 円筒状ねじ部 ８ ピッチ変化ねじ部 ９ 標準ピッチねじ部 １０ ねじ形状変化ねじ部 １２ フランジ １３ ボルト

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第２構造部品の対向ねじ構造（５）を持つ対向ねじ（４）と
   かみ合うためのねじ構造（３）を持ち、ねじ軸線（２）に沿って延びるボルト継
   手を形成するための第１構造部品のねじ（１）において、第１構造部品および第
   ２構造部品の弾性的および／又は熱的変形挙動が互いに異なり、ねじ構造（３）
   が、所定の熱機械的荷重における弾性的および／又は熱的変形を補償するための
   変形補償部と、直径（Ｄ）が一定した円筒状ねじ部（７）とを有していることを
   特徴とするねじ。
2. 【請求項２】 第１構造部品が第１の材料、第２構造部品が第２の材料から
   なり、両材料が互いに異なっていることを特徴とする請求項１記載のねじ。
3. 【請求項３】 ねじ直径（Ｄ）がねじ軸線（２）に沿って少なくとも部位的
   に変化し、特に単調に増大することを特徴とする請求項１又は２記載のねじ。
4. 【請求項４】 ねじ直径（Ｄ）が包絡線を描き、その接線がねじ軸線（２）
   に対する平行線と鋭角（δ）を成し、この角度（δ）が単調に減少することを特
   徴とする請求項３記載のねじ。
5. 【請求項５】 ねじ構造（３）が少なくともねじ部（６）において、ねじ軸
   線（２）に対して鋭い円錐角（β）で円錐状に形成されていることを特徴とする
   請求項３記載のねじ。
6. 【請求項６】 円錐角（β）が０．１〜１．０度、特に約０．３度であるこ
   とを特徴とする請求項５記載のねじ。
7. 【請求項７】 テーパねじ部（６）に直径（Ｄ）が一定した円筒状ねじ部（
   ７）が続いていることを特徴とする請求項５又は６記載のねじ。
8. 【請求項８】 ねじ軸線（２）に沿ってピッチが変化する少なくとも１つの
   ねじ部（８）を有することを特徴とする請求項１ないし７の１つに記載のねじ。
9. 【請求項９】 ピッチが変化したねじ部（８）に一定ピッチのねじ部（９）
   が続くことを特徴とする請求項８記載のねじ。
10. 【請求項１０】 ねじ形状が変化する少なくとも１つのねじ部（１０）を有
    することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載のねじ。
11. 【請求項１１】 フランク（１１）のフランク角（γ）がねじ軸線（２）に
    沿って変化することを特徴とする請求項１０記載のねじ。
12. 【請求項１２】 ねじ山（３Ａ）の下りフランク（１１Ａ）および上りフラ
    ンク（１１Ｂ）が、それぞれ異なるフランク角（γＡ、γＢ）を有することを特
    徴とする請求項１０又は１１記載のねじ。
13. 【請求項１３】 ねじ形状が変化するねじ部（１０）に、一定したねじ形状
    の、特に円筒状のねじ部（１５）が続くことを特徴とする請求項１１又は１２記
    載のねじ。
14. 【請求項１４】 雄ねじあるいは雌ねじであることを特徴とする請求項１な
    いし１３のいずれか１つに記載のねじ。
15. 【請求項１５】 ５００℃以上、特に５８０℃以上の温度において使用に供
    されることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のねじ。
16. 【請求項１６】 ニッケル基合金、コバルト基合金あるいはオーステナイト
    鋼から成るボルト（１３）における雄ねじであることを特徴とする請求項１ない
    し１５のいずれか１つに記載のねじ。
17. 【請求項１７】 請求項１ないし１６のいずれか１つに記載のねじ（１）に
    よる高い使用温度におけるボルト継手において、使用温度より低い標準温度にお
    いてねじ（１）が対向ねじ（４）にかみ合っている場合に、初期かみ合い部（１
    ４）が負荷軽減され、該部分でねじ（１）のねじ構造（３）と対向ねじ（４）の
    ねじ構造（５）との間に隙間が存在することを特徴とするボルト継手。
18. 【請求項１８】 請求項１ないし１６のいずれか１つに記載のねじ（１）に
    よる高温使用温度におけるボルト継手において、蒸気タービンのフランジ（１２
    ）におけるボルト継手であることを特徴とするボルト継手。
19. 【請求項１９】 フランジ（１２）が９〜１２重量％のクロムを含むクロム
    鋼から成っていることを特徴とする請求項１８記載のボルト継手。