JP2006035298A - チタン合金製ボルトおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間鍛造によりネットシェイプ成形され且つ形状精度に優れたチタン合金製ボルトおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】β型チタン合金からなり、冷間鍛造によってボルト頭３０と雄ネジ用の軸部５とに連続し且つほぼ外形に沿った鍛流線ＨＬが形成されている、チタン合金製ボルトＢ。また、上記ボルト頭３０が、上記雄ネジ用の軸部５の反対側に位置する頂面に正六角形（非円形断面）の穴３２を有している、チタン合金製ボルトＢも含まれる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、β型チタン合金からなるチタン合金製ボルトおよびその製造方法に関する。

Ｔｉ−６wt％Ａｌ−４wt％Ｖに代表されるα＋β型チタン合金製のボルト（チタン合金製ボルト）は、一般的に、円柱形のバー材を切削加工することによって製造されているが、以下のような問題があった。
切削加工した場合、素材であるバー材の歩留まりが５０〜３０％と低く、素材コストが高くなる。しかも、チタン合金は、硬度が高く、靭性も高く（ねばく）、且つ熱伝導率が低いため、切削工具を損傷し易く、加工コストも高くなり易い。
上記コスト高を回避するには、ニアネットシェイプ冷間鍛造を適用し、素材の歩留まりをほぼ１００％とすることが考えられる。

しかし、前記鍛造をチタン合金に適用する場合、次のような問題があった。
例えば、チタン合金からなる円柱形の素材を細径にするため、ダイスのテーパ穴に押し込んで反対側の穴から押し出した場合、押し出された細径部の表面に軸方向に沿った線上痕（通称、かじり）が生じ、以降の加工に支障を来たし得る。
また、上記円柱形を呈する素材の一端部を据込み鍛造した場合、据込まれた太径部であるボルト頭は、その外周面が環状の凹みを含む不欽一な変形形状となったり、その頂面側に割れを生じることがあった。

本発明は、前述した背景技術における問題点を解決し、冷間鍛造によりネットシェイプ成形され且つ形状精度に優れたチタン合金製ボルトおよびこれを確実に製造するチタン合金製ボルト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および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、チタン合金の種類を精選すると共に、冷間鍛造の適正化を図って得られたものである。
即ち、本発明のチタン合金製ボルト（請求項１）は、β型チタン合金からなり、冷間鍛造によってボルト頭と雄ネジ用の軸部とに連続し且つほぼ外形に沿った鍛流線が形成されている、ことを特徴とする。
これによれば、β型チタン合金の素材を冷間鍛造し且つ内部に連続した複数の鍛流線が並列的に形成されたものであるため、チタン合金本来の特性（強度、硬度、靭性、耐食性、軽量さなど）を保ちつつ、ボルト頭および軸部の形状精度が良く、且つ雄ネジも精度良く転造されたものとなる。

尚、前記β型チタン合金には、塑性加工の容易性からＴｉ−２２wt％Ｖ−４wt％Ａｌが推奨されるが、Ｔｉ−１５wt％Ｖ−３wt％Ａｌ−３wt％Ｃｒ−３wt％Ｓｎ、Ｔｉ−２０wt％Ｖ−４wt％Ａｌ−１wt％Ｓｎ、Ｔｉ−２９wt％Ｎｂ−１３wt％Ｔａ−４．６wt％Ｚｒ、Ｔｉ−１５wt％Ｖ−６wt％Ｃｒ−４wt％Ａｌ、Ｔｉ−３wt％Ａｌ−８wt％Ｖ−６wt％Ｃｒ−４wt％Ｍｏ−４wt％Ｚｒ、あるいは、Ｔｉ−１３wt％Ｖ−１１wt％Ｃｒ−３wt％Ａｌなども含まれる。
また、前記鍛流線は、前記チタン合金の金属組織が冷間鍛造の圧力により曲げられた模様であり、上記チタン合金では、ボルト頭の頂面付近から雄ネジ用の軸部の先端面にかけて複数の鍛流線が、その外形にほぼ沿って並列的に形成される。更に、冷間鍛造の適用温度は、室温〜約４００℃である。

また、本発明には、前記ボルト頭は、前記雄ネジ用の軸部の反対側に位置する頂面に非円形断面の穴を有している、チタン合金製ボルト（請求項２）も含まれる。これによれば、いわゆる六角目打ちによって形成される断面六角形のレンチ挿入穴や、正方形、星形、連続した細かい凹凸からなるほぼ円形または異形などの断面を有して凹み穴を、ボルト頭の頂面に精度良く形成したボルトとなる。
尚、上記ボルト頭が円柱形の形態では、当該ボルト頭の周面には、ラチェット加工による細かい凹溝と凸条とからなる滑り止めを形成することもある。

一方、本発明によるチタン合金製ボルトの製造方法（請求項３）は、β型チタン合金からなる素材の表面に、当該チタン合金よりも軟質の金属被膜を被覆する被覆工程と、上記素材を冷間鍛造して、連続した鍛流線からなるボルト頭と雄ネジ用の軸部とを成形する鍛造工程と、を含む、ことを特徴とする。
これによれば、表面に金属被膜を被覆された素材を冷間鍛造するため、押出や据込み時に上記金属被膜が鍛造工具との間で十分な潤滑作用を果たす。このため、前述した押出時の線状痕（かじり）や、据込み時の変形や割れなどを確実に防止でき、ダイスなどの成形型の形状に倣った形状精度の良いチタン合金製ボルトを、歩留まり良く確実且つ安価に製造可能となる。尚、上記金属被膜（メッキ）には、銅（Ｃｕ）、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｕなどが含まれる。

また、本発明には、前記鍛造工程は、前記素材を軸方向に押出成形して雄ネジ用の軸部を成形する押出ステップと、係る雄ネジ用の軸部を除いた上記素材の太径部を軸方向に沿って据込んでボルト頭を成形する据込ステップと、を含む、チタン合金製ボルトの製造方法（請求項４）も含まれる。
これによれば、前記被覆工程後の素材を、軸方向に沿って押し出すことにより、細径で周面に線状痕のない上記軸部を精度良く成形できると共に、係る軸部を除いた当初の直径である太径部を軸方向に沿って据込むことにより、据込みダイスの成形型の形状に倣った形状で、変形や割れのないボルト頭を精度良く成形することができる。

更に、本発明には、前記雄ネジ用の軸部の直径は、前記鍛造工程において、前記素材の直径に対して１０％以上減少する、チタン合金製ボルトの製造方法（請求項５）も含まれる。これによれば、軸部の密度が高くなり、且つ前記鍛流線をボルト頭から上記軸部に沿って連続して形成できるため、高い強度を有するチタン合金製ボルトにすることができる。
尚、上記直径の望ましい縮径率は、２０％またはそれ以上である。

また、本発明には、前記鍛造工程に先だって、前記素材の一端面における円周縁を先細形状とする先付工程を有している、チタン合金製ボルトの製造方法（請求項６）も含まれる。これによれば、押出ダイスの細径孔に押し込まれる前記素材の変形能が高められるため、前記金属皮膜と相まって、押出ステップによる押出成形を一層スムースに且つ精度良く行うことができる。
尚、先付工程は、素材の一端面をテーパ孔に押し込んで縮径する鍛造方法と、予め施す切削またはバレル研磨、あるいは両者の併用により、一端面の円周縁を面取りする方法とがあり、後者の方法の場合、その後で金属皮膜を被覆する。

また、本発明には、前記鍛造工程は、前記据込ステップの後に、前記ボルト頭における前記雄ネジ用の軸部と反対側の頂面に非円形断面の穴を形成する穿設ステップを有する、チタン合金製ボルトの製造方法（請求項７）も含まれる。
これによれば、据込みにより形成されたボルト頭の頂面に、例えば所謂六角目打ちによる六角穴などの孔を、ポンチによるプレス成形により、精度良く穿設することができる。特に、前記鍛造工程が、前記押出ステップの後に据込みステップの順序で行われる場合、ボルト頭の頂面付近は、当初の素材の形状に比較的近い状態であるため、上記穴を精度良く形成することが可能となる。

更に、本発明には、前記被覆工程と前記鍛造工程との間に、前記金属被膜が被覆された前記素材の表面に、更に二硫化モリブデンまたは黒鉛を被覆する潤滑工程を有する、チタン合金製ボルトの製造方法（請求項８）も含まれる。
これによれば、前記素材の表面に被覆される金属皮膜上に更に二硫化モリブデンまたは黒鉛の皮膜が形成されるため、前記押出・据込みステップを含む鍛造工程における成形精度を一層高めることが可能となる。尚、上記潤滑工程は、被覆工程後の素材を二硫化モリブデンの液槽に浸漬することにより行われる。

加えて、本発明には、前記鍛造工程の後に、ボルト頭および雄ネジ用の軸部からなる成形体に対し、皮膜除去工程および光沢処理工程と、上記雄ネジ用の軸部の周面に雄ネジを転造する冷間転造工程および時効硬化処理工程と、が施される、チタン合金製ボルトの製造方法（請求項９）も含まれる。
これによれば、ボルト頭および軸部を成型された中間素材（成形体）の表面に残る前記金属皮膜をショットブラストなどの皮膜除去工程により剥離し、バレル研磨などの光沢処理工程により当該中間素材を研磨して光沢を現出させた後に、軸部を転造して雄ネジを形成し、最後に時効硬化処理が施される。
あるいは、転造および時効硬化処理を先に施し、それらの後で皮膜除去および光沢処理を施しても良い。
このため、β型チタン合金本来の硬度および強度を有する形状精度の高いチタン合金製ボルトを提供することが可能となる。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１〜図３は、本発明のチタン合金製ボルトの製造方法に関する。
図１の左端に示すように、例えばＴｉ−２２wt％Ｖ−４wt％Ａｌのβ型チタン合金からなる円柱形の素材Ｗ０は、直径約７ｍｍ×長さ約２３ｍｍのサイズである。係る素材Ｗ０は、長尺なチタン合金の棒材を所定長さに切断した後、公知のバレル研磨を施して、切断面のバリ取り、および表面粗化を行ったものである。
先ず、上記素材Ｗ０の表面に対し、公知の電解銅メッキを施すことにより、図１中の左寄りに示すように、厚みが２〜１０μｍの銅メッキ膜（金属被膜）２を被覆する（被覆工程Ｓ１）。

上記銅メッキ膜２を被覆された素材Ｗ１を、図示しない二硫化モリブデンの液槽中に約１分間浸漬することで、図１中の左寄りに示すように、銅メッキ膜２の上に平均膜厚が約５μｍの二硫化モリブデンの被膜３を被覆する（潤滑工程Ｓ２）。
次に、銅メッキ膜２および二硫化モリブデンの被膜３を被覆された素材Ｗ２における一端面の円周縁を、図示しないテーパ孔に押し込むことにより、図１の中程に示すように、一端（図示で下端）側に先細形状部４を有する素材Ｗ３が得られる（先付工程Ｓ３）。係る先細形状部４は、軸方向の長さ約２ｍｍ、系方向の縮径幅約１ｍｍ、素材Ｗ３の中心軸に対する傾斜角度は約３０度である。
尚、先細形状部４を切削加工により形成する場合は、前記被覆工程Ｓ１および潤滑工程Ｓ２の前に行うことが望ましい。また、上記先付工程Ｓ３は、β型チタン合金の種類によっては、先付工程を省略しても良い。

次いで、一端側に先細形状部４が形成された素材Ｗ３を、図１中の右寄りに示すように、押出ダイス１０の太径孔１１およびほぼ円錐形のテーパ孔１３内に挿入し、図中の矢印で示すように、図示で上方に位置する円柱形のポンチ１４を太径孔１１内に進入させ、素材Ｗ３の他端（上端）面に当接し且つ当該素材Ｗ３を、ダイス１０の細径孔１２寄りに常温で押し出す（鍛造工程の押出ステップＳ４）。
尚、ダイス１０の太径孔１１の内径は、素材Ｗ３の直径およびポンチ１４の直径よりも僅かに大径である。

その結果、図１中の右端の矢印で示すように、前記素材Ｗ３は、先細形状部４側からダイス１０の細径孔１２内に順次押し込まれ、縮径された細径の軸部（雄ネジ用の軸部）５となって、ダイス１０の下方に押し出される。係る軸部５の直径は、前記素材Ｗ０の直径に対して１０％以上減少し、当該軸部５の密度を高めている。この際、素材Ｗ３の表面には前記銅メッキ膜２および二硫化モリブデンの被膜３が被覆されているため、細径孔１２から押し出された上記軸部５の表面には、前述した従来のような線状痕（かじり）が発生しない。
同時に、図１中の右端に示すように、前記素材Ｗ３の先細形状部４のない他端側の部分は、ダイス１０の太径孔１１に残った太径部６およびテーパ孔１３に倣って成形されたほぼ円錐形のテーパ部７となる。これにより、図示のように、太径部６、テーパ部７、および上記軸部５を有する中間素材Ｗ４が成形される。

次に、図２中の左端に示すように、前記中間素材Ｗ４の軸部５を、ダイス１５の細径孔１６に挿入する。係る細径孔１６の上方には、中間素材Ｗ４の太径部６とテーパ部７とが位置している。
図示のように、太径部６の上方には、円柱形のポンチ１７が昇降可能に位置し、係るポンチ１７の先端面の中心部には、ほぼ円錐形状の凹部１８が形成されている。図中の矢印で示すように、ポンチ１７をダイス１５の上方に突出する前記中間素材Ｗ４の太径部６に向けて下降し、ポンチ１７の凹部１８で太径部６などを軸方向に沿って下向きに常温で据え込む（鍛造工程の第１据込みステップＳ５）。

その結果、図２中の左寄りに示すように、前記中間素材Ｗ４の太径部６およびテーパ部７は、ポンチ１７の凹部１８に倣ったほぼ円錐形状のテーパ部８に成形される。これにより、図示のように、軸部５およびテーパ部８を有する中間素材Ｗ５が成形される。尚、この第１据込みステップＳ５は、β型チタン合金の種類によっては、省略しても良い。
次いで、図２中の右寄りに示すように、上記中間素材Ｗ５の軸部５を、ダイス１９の細径孔２０内に挿入し、且つテーパ部８を大径孔２１内に挿入する。係る細径孔２０と大径孔２１とは、同軸心で且つ互いに連通しており、両者の間には、内径の差に応じた段部が位置している。テーパ部８と大径孔２１との間には、隙間が存在し、テーパ部８の頂面９は、大径孔２１の上方に突出する。

図２中の右寄りに示すように、ダイス１９の大径孔２１の上方には、円柱形のポンチ２２が昇降可能に位置し、係るポンチ２２の先端面における中央部には、断面がほぼ台形の浅いリング溝２３と、その中心部から垂下し且つ円錐形状の中央凸条２４と、が形成されている。
尚、リング溝２３の直径は、大径孔２１の内径とほぼ同じであり、大径孔２１の内径は、据込み成形（鍛造）すべきボルト頭の外径よりも僅かに大である。
図中の矢印で示すように、ポンチ２２を、ダイス１９の大径孔２１および中間素材Ｗ５のテーパ部８に向けて下降させ、ポンチ２２の先端面でテーパ部８を軸方向に沿って下向きに常温で据込む（鍛造工程の第２据込みステップＳ６）。

その結果、図２中の右端に示すように、前記テーパ部８は、ポンチ２２のリング溝２３、中央凸条２４、およびダイス１９の大径孔２１に包囲されて、ほぼ円柱形のボルト頭３０に成形されると共に、当該ボルト頭３０の頂面の中央には、中央凸条２４に倣った円錐形状の凹み３０ａが形成される。
これにより、図３中の左端に示すように、凹み３０ａを含むボルト頭３０と雄ネジ用の軸部５とを有する中間素材（成形体）Ｗ６が成形される。
この間のステップＳ５，Ｓ６においては、前記銅メッキ膜２および二硫化モリブデンの被膜３が表面に被覆されていることで、従来のようにボルト頭３０に変形や割れが生じることがない。また、後述するように、上記中間素材Ｗ６の内部では、ボルト頭３０と軸部５との軸方向にほぼ沿って、複数の鍛流線が連続して並列に形成されている。

次に、ダイス１９内に位置する上記中間素材Ｗ６のボルト頭３０における軸部５と反対側の頂面の凹み３０ａに、断面六角形のポンチを当該ボルト頭３０の軸方向に沿って押し込む（いわゆる六角目打ち：鍛造工程の穿設ステップＳ７）。その結果、図３の左寄りに示すように、ボルト頭３０の頂面には、平面視で正六角形（非円形）断面の穴３２が形成され、中間素材（中間製品）Ｗ７となる。
次いで、上記中間素材Ｗ７のボルト頭３０の周面に対し、公知のローレット加工などを施す（滑り止め工程Ｓ８）。その結果、図３中の左寄りに示すように、ボルト頭３０の周面には、軸方向に沿った多数の細かい凹凸条３４からなる滑り止めが形成されて、中間素材Ｗ８となる。

引き続いて、図３中の中程で示すように、前記中間素材Ｗ８に対し、公知のショットブラストを施す（皮膜除去工程Ｓ９）。その結果、中間素材Ｗ８の表面に残っていた前記銅メッキ膜や二硫化モリブデンの被膜３が剥離される。
次に、ショットブラストされた中間素材Ｗ８に対し、公知のバレル研磨を施して（光沢処理工程Ｓ１０）、当該中間素材Ｗ８の表面に光沢を与える。
次いで、バレル研磨された中間素材Ｗ８の軸部５に対し、例えば一対の平転造ダイスを用いて、冷間で公知のネジ転造を施す（冷間転造工程Ｓ１１）。その結果、図３中の右寄りに示すように、軸部５の大半の周面に雄ネジ３６が刻設されると共に、本発明のチタン合金製ボルトＢを得ることができる。
最後に、図３中の右端に示すように、上記チタン合金製ボルトＢに対し、時効硬化処理Ｓ１２を施す。係る処理は、チタン合金製ボルトＢを、例えば５００℃〜５５０℃に３時間以上にわたり加熱する。これにより、当該ボルトＢを形成するβ型チタン合金の硬度を、約３２０Ｈｖ以上に高められるので、例えば図示しない雌ネジとのネジ結合を、強度をもって可能とする。

以上のような製造方法によって、図４の断面図および図５の平面図に示すようなチタン合金製ボルトＢを得ることができる。係るボルトＢは、予め銅メッキ膜２および二硫化モリブデンの被膜３を表面に被覆された状態で、前記鍛造工程の各ステップＳ４〜Ｓ６を施されているため、表面に線上痕のない軸部５に雄ネジ３６が形状精度良く形成されていると共に、変形部や割れがなく且つ穴３２を精度良く形成したボルト頭３０を有している。
このため、図４に示すように、ボルト頭３０の頂面付近から雄ネジ３６を有する軸部５の先端面にかけて、複数の鍛流線ＨＬをほぼ外形に沿って並列して内蔵している。従って、ボルト頭３０がスパナによる回転モーメントを受けても、雄ネジ３６を含む軸部５に対し、上記モーメントを直接的に伝達でき、相手方の雌ネジとのネジ結合を確実に行えるので、強固な締結が可能となる。

尚、前記穿設ステップＳ７で、ボルト頭３０の頂面に押し込むポンチの断面形状を変えることで、図６に示すように、平面視で＋字形の穴３２ａとしたり、図７に示すように、平面視で六稜星形の穴３２ｂとしたり、あるいは、図８に示すように、平面視がほぼ円形で内周面全体に細かな凹凸を有する穴３２ｃとすることも可能である。尚、上記穴３２ｂは、平面視が五稜星形の穴としても良い。

ここで、本発明による製造方法の具体的な実施例ついて説明する。
β型チタン合金（Ｔｉ−２２wt％Ｖ−４wt％Ａｌ）からなり、直径：７．２ｍｍ×長さ：２２．６ｍｍの円柱形を呈する素材Ｗ０を１２０個用意した。係る素材Ｗ０は、バレル研磨により、両端面の円周縁におけるバリが除去され、且つ表面がＲａで約１．５μｍ程度に粗化されている。係る１２０個の素材Ｗ０を２０個ずつの組に分け、表１に示すように、実施例１〜４、比較例１，２とした。
次に、表１に示すように、実施例１〜４の素材Ｗ０に対して、電解銅メッキを施して（工程Ｓ１）、表面に厚みが約５μｍの銅メッキ膜２を被覆した。
更に、表１に示すように、実施例１，２の素材Ｗ０，Ｗ１と比較例１，２の素材Ｗ０とを、二硫化モリブデンの液槽中に浸漬して（工程Ｓ２）、表面に厚みが約２μｍの二硫化モリブデンの被膜３を被覆した。

次いで、表１に示すように、実施例１，４と比較例１の素材Ｗ２に対して、図示しないダイスのテーパ孔に一端の円周縁を押し込んで先細形状部４を形成した（工程Ｓ３）。先細形状部４は、軸方向の長さが２．３ｍｍ、径方向の縮径幅が１ｍｍ、軸方向に対する傾斜角度が２５度である。

実施例１〜４および較例１，２の素材Ｗ２，Ｗ３に対し、前記図１の右側に示したようなダイス１０およびポンチ１４を用いて、先細形状部４側または一端面側から細径孔１２に押し出すステップ（鍛造工程の押出ステップＳ４）を行った。
この結果、各例の素材Ｗ２，Ｗ３は、直径５．２ｍｍ×長さ２６ｍｍの軸部５と、直径７．３ｍｍ×長さ６．５ｍｍ太径部６と、両者の間に位置し且つ長さ３ｍｍで傾斜角度２０度のテーパ部７とからなる素材Ｗ４となった。尚、上記軸部５の直径は、前記素材Ｗ０の直径に対し、約２８％減少していた。
各例２０個ずつの素材Ｗ４における軸部５を目視で観察し、表面に線状痕が一箇所でもあるか否かを調べた。その結果を表１に示した。

更に、各例２０個ずつの素材Ｗ４に対し、前記図２で示したようなダイス１５，１９およびポンチ１７，２２を用いて、太径部６を軸方向に沿って２段階で据込むステップ（鍛造工程の据込みステップＳ５，Ｓ６）を行った。この結果、得られた各例２０個ずつの中間素材Ｗ６は、軸部５がほぼ前記と同じで、太径部８が直径１０ｍｍ×長さ５．５ｍｍのボルト頭３０となった。同時に、係るボルト頭３０の頂面には、深さ０．５ｍｍと浅い凹み３０ａが形成された。
そして、ダイス１９に挿入されている状態で、各例２０個ずつの中間素材Ｗ６におけるボルト頭３０の頂面中央の凹み３０ａに対し、互いに対向し且つ平行な２辺間の長さが５ｍｍで正六角形断面のポンチを軸方向に沿って押し込む、いわゆる六角目打ちを行った（鍛造工程の穿設ステップＳ７）。

この結果、上記２辺間の長さが５．３ｍｍで深さ３．１ｍｍの断面正六角形の穴３２が各例のボルト頭３０における中央部に穿設され、各例２０個ずつの中間素材Ｗ７が得られた。尚、ボルト頭３０の長さは、５．９ｍｍと若干長くなった。
各例の中間素材Ｗ７におけるボルト頭３０を観察し、その周面付近における変形部、または頂面や穴３２付近における割れの有無を調べた。その結果も表１に示した。尚、表１中の（ ）内は、観察された線状痕を有する個数の総数を示す。

表１によれば、実施例１の中間素材Ｗ７では、軸部５の線状痕（かじり）やボルト頭３０の変形および割れについては、全く生じていなかった。このことは、前記素材Ｗ０の表面に銅メッキ膜２と二硫化モリブデンの被膜３とを被覆したため、鍛造工程の各ステップＳ４〜Ｓ６による塑性変形を受けても、表層付近の潤滑作用が十分に行われたので、精度良く成形できたものと思われる。
また、実施例２では、先付工程（Ｓ３）を省略したため、３つの線状痕が生じ、実施例３では、潤滑工程（Ｓ２）を省略したため、１つの線状痕と２つの部分的変形とが生じた。
更に、実施例４では、潤滑工程と先付工程（Ｓ２，Ｓ３）との双方を省略したため、総数の２５％に当たる５個で線状痕が、１０％に当たる２個で変形や割れが生じた。

一方、表１に示すように、比較例１の中間素材Ｗ７では、２０個のうち１８個に線状痕が確認され、且つ５個にボルト頭３０の変形や割れが確認された。更に、比較例２の中間素材Ｗ７では、２０個の全数で線状痕が確認され、且つ５個にボルト頭３０の変形や割れが確認された。これらは、比較例１，２の素材Ｗ０が前記銅メッキ膜２を被覆せずに鍛造工程の各ステップＳ４〜Ｓ６による塑性変形を受けたため、表層付近の潤滑作用が不十分になったものと思われる。

更に、実施例１の中間素材Ｗ７について、前記各工程Ｓ７〜Ｓ１２を施したチタン合金製ボルトＢと、前記β型チタン合金からなる素材を切削加工によって前記と同じ寸法の軸部とボルト頭とに成形し、且つ前記各工程Ｓ７〜Ｓ１２を施した従来の切削加工によるチタン合金製ボルトＢ′とについて、引張試験機で破断する際の強度を測定した。因みに、上記切削加工によるボルトＢ′の模式的断面を図９に示した。
その結果、実施例１のチタン合金製ボルトＢは、軸部５で破断し、その際の破断強度は１２００ＭＰａであったのに対し、切削によるチタン合金製ボルトＢ′は、ボルト頭３０と軸部５との境界で破断し（一般的に首抜けと称される）、その際の破断強度は１０００ＭＰａと低い値でしかなかった。

これは、後者の鍛流線ＨＬが、図９に示すように、ボルト頭３０から軸部５にかけて鍛流線ＨＬがつながっていない部分があるため、構造的に弱くなっている故と思われる。一方、実施例１のチタン合金製ボルトＢは、前記図４で示したように、軸部５で鍛流線ＨＬが密にになり、且つ過度に集中している部分がないため、強度の高い構造となったものと思われる。
以上のような実施例１〜４によって、本発明の作用が確認され、且つその効果が裏付けられたことが容易に理解される。

尚、本発明のチタン合金製ボルトに用いるβ型チタン合金は、前記Ｔｉ−２２wt％Ｖ−４wt％Ａｌに限らず、これ以外のβ型チタン合金でも良い。
また、前記素材Ｗ０に被覆する金属被膜は、前記銅メッキ膜２に限らず、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｕなどのメッキ膜としても良い。
更に、前記潤滑工程Ｓ２は、二硫化モリブデンの被膜３の他、黒鉛を被覆しても良く、あるいは潤滑工程Ｓ２自体を省略することも可能である。
また、前記先細形状部４を形成する先付工程Ｓ３を省略したり、鍛造工程の第１据込みステップＳ５を省略し、前記素材Ｗ４にダイス１９およびポンチ２２を用いて、直に鍛造工程の第２据込みステップＳ６を行っても良い。
更に、皮膜除去工程Ｓ９は、前記ショットブラストに替えて、サンドブラスト、酸洗、あるいは電気分解処理を行っても良い。
加えて、光沢処理工程Ｓ１０は、前記バレル研磨に替えて、ショットブラストやサンドブラストを行っても良い。

本発明の製造方法における各工程を示す概略図。 図１に続く各工程／ステップを示す概略図。 図２に続く各工程を示す概略図。 本発明チタン合金製ボルトを示す模式的な断面図。 上記ボルトの平面図。 異なる形態の穴を有するチタン合金製ボルトの平面図。 更に異なる形態の穴を有するチタン合金製ボルトの平面図。 別形態の穴を有するチタン合金製ボルトの平面図。 切削加工によるボルトを示す模式的断面図。

符号の説明

２…………………………銅メッキ膜（金属被膜）
３…………………………二硫化モリブデンの被膜
４…………………………先細形状部
５…………………………軸部（雄ネジ用の軸部）
６…………………………太径部
３０………………………ボルト頭
３２，３２ａ〜３２ｃ…穴
３６………………………雄ネジ
Ｓ１………………………被覆工程
Ｓ２………………………潤滑工程
Ｓ３………………………先付工程
Ｓ４………………………押出ステップ
Ｓ５，Ｓ６………………据込みステップ
Ｓ７………………………穿設ステップ
Ｓ９………………………被膜除去工程
Ｓ１０……………………光沢処理工程
Ｓ１１……………………冷間転造工程
Ｓ１２……………………時効硬化処理工程
Ｗ０〜Ｗ８………………素材／中間素材
Ｂ…………………………チタン合金製ボルト
ＨＬ………………………鍛流線

Claims (9)

1. β型チタン合金からなり、冷間鍛造によってボルト頭と雄ネジ用の軸部とに連続し且つほぼ外形に沿った鍛流線が形成されている、
   ことを特徴とするチタン合金製ボルト。
2. 前記ボルト頭は、前記雄ネジ用の軸部の反対側に位置する頂面に非円形断面の穴を有している、
   ことを特徴とする請求項１に記載のチタン合金製ボルト。
3. β型チタン合金からなる素材の表面に、当該チタン合金よりも軟質の金属被膜を被覆する被覆工程と、
   上記素材を冷間鍛造して、連続した鍛流線からなるボルト頭と雄ネジ用の軸部とを成形する鍛造工程と、を含む、
   ことを特徴とするチタン合金製ボルトの製造方法。
4. 前記鍛造工程は、前記素材を軸方向に押出成形して雄ネジ用の軸部を成形する押出ステップと、係る雄ネジ用の軸部を除いた上記素材の太径部を軸方向に沿って据込んでボルト頭を成形する据込ステップと、を含む、
   ことを特徴とする請求項３に記載のチタン合金製ボルトの製造方法。
5. 前記雄ネジ用の軸部の直径は、前記鍛造工程において、前記素材の直径に対して１０％以上減少する、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載のチタン合金製ボルトの製造方法。
6. 前記鍛造工程に先だって、前記素材の一端面における円周縁を先細形状とする先付工程を有している、ことを特徴とする請求項３乃至５の何れか一項に記載のチタン合金製ボルトの製造方法。
7. 前記鍛造工程は、前記据込ステップの後に、前記ボルト頭における前記雄ネジ用の軸部と反対側の頂面に非円形断面の穴を形成する穿設ステップを有する、ことを特徴とする請求項３乃至６の何れか一項に記載のチタン合金製ボルトの製造方法。
8. 前記被覆工程と前記鍛造工程との間に、前記金属被膜が被覆された前記素材の表面に、更に二硫化モリブデンまたは黒鉛を被覆する潤滑工程を有する、ことを特徴とする請求項３乃至７の何れか一項に記載のチタン合金製ボルトの製造方法。
9. 前記鍛造工程の後に、ボルト頭および雄ネジ用の軸部からなる成形体に対し、皮膜除去工程および光沢処理工程と、上記雄ネジ用の軸部の周面に雄ネジを転造する冷間転造工程および時効硬化処理工程と、が施される、ことを特徴とする請求項３乃至８の何れか一項に記載のチタン合金製ボルトの製造方法。
   

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