JP3756933B2

JP3756933B2 - 締付部材

Info

Publication number: JP3756933B2
Application number: JP13366595A
Authority: JP
Inventors: 魁助城山; 博久岩井
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: JPH08326732A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、緩みが生じ難く、且つ生産性に優れた締付部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボルト締結による緩み防止は、機械的に強引に結合する方法、又は、ばね鋼製の皿ばねやワッシャ等の残留弾性力を利用する方法により行われている。このうち、後者の方法は着脱が容易な為多用されているが、歪み回復量が１％未満と小さい為、ヒートサイクルや振動により締結部が緩み易い。
このようなことから、本発明者等は、歪み回復量の大きい形状記憶合金の利用について検討し、形状記憶合金製の超弾性皿ばねを提案した（特願平5-323212号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記超弾性皿ばねは、形状記憶合金の板材を拘束具で皿状に拘束しながら所定温度に加熱して形状記憶処理を施す為、加熱炉に一度に入れられる板材の量が少なく、従って生産性に劣るという問題があった。
本発明は、緩み難く、且つ生産性に優れた締付部材の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載発明は、凸面を有する凸状剛性部材の前記凸面と、凹面を有する凹状剛性部材の前記凹面との間に、平板の状態で形状記憶処理を施した平板状の形状記憶合金製の弾性部材が皿状に変形して配された締付部材であって、前記形状記憶合金製弾性部材のＡｆ点は前記締付部材の使用環境温度以下であり、前記凸状剛性部材、凹状剛性部材、及び弾性部材は貫通穴を有さない無垢のものからなることを特徴とする締付部材である。
また、請求項２記載発明は、凸面を有する凸状剛性部材の前記凸面と、凹面を有する凹状剛性部材の前記凹面との間に、平板の状態で形状記憶処理を施した平板状の形状記憶合金製の弾性部材が皿状に変形して配された締付部材であって、前記形状記憶合金製弾性部材のＡｆ点は前記締付部材の使用環境温度以下であり、前記凸状剛性部材、凹状剛性部材、及び弾性部材の各々の中央部に貫通穴が形成されていることを特徴とする締付部材である。
【０００５】
図１イ、ロは本発明の締付部材の態様を示すそれぞれ縦断面図である。
図１イに示す締付部材１０は、請求項１記載発明の締付部材であり、凸面を有する凸状剛性部材２０の前記凸面と、凹面を有する凹状剛性部材２０の前記凹面との間に、平板状のＮｉＴｉ系形状記憶合金製の弾性部材４０が配されたものであり、前記凸状剛性部材、凹状剛性部材および弾性部材は貫通穴を有さない無垢のものからなる。又図１ロに示す締結部材１１は、請求項２記載発明の締付部材であり、凸状剛性部材２１、凹状剛性部材３１、及び弾性部材４１の各々の中央部に貫通穴５１が形成されたものである。この貫通穴５１にボルトの軸等が通される。
【０００６】
図２は、図１ロに示した締付部材をボルトとナットに取付けた状態を示す側面図である。
ボルト61の軸部に、前記の締付部材11を構成する凹状剛性部材31、弾性部材41、凸状剛性部材21の各々の貫通穴51が通され、その外側に２枚の被締結部品71が配され、その外側にナット81が螺合されている。
【０００７】
図３はナットを締付けたときの締付部材の形状を示す説明図である。
前記締付部材10の平板状の弾性部材41は２枚の剛性部材21、31に押圧されて皿状に変形する。
【０００８】
図２に示した状態でナットを締付けたときと緩めたときの、弾性部材の変位と荷重の関係を図４に示す。ナット81を締付けると弾性部材41が変位し、ボルト61の軸62に掛かる荷重は図４の上側のカーブに沿って増加する。ナット81を緩めると、前記荷重は図４の下側のカーブに沿って減少する。この下側のカーブの荷重が、除荷時に生じる発生荷重で、緩み防止に作用する。
【０００９】
ところで、ＮｉＴｉ系形状記憶合金製の弾性部材では、超弾性作用により、数％以上の歪み回復量が容易に得られる。本発明にて用いる平板状のＮｉＴｉ系形状記憶合金製の弾性部材には、通常のＮｉＴｉ系形状記憶合金が使用されるが、ＮｉＴｉ合金にＣｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｏの元素のうちの少なくとも１種を合計で10at％以下含有させることにより、除荷時の発生荷重が向上し、又加工性、引張強さ、耐食性等が向上する。ここでＣｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｏの元素の合計が10at％を超えると圧延加工性が低下するようになる。
前記Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｏ等の添加は、ＮｉＴｉ合金のＡ_f点（オーステナイト変態終了温度）を下げる作用がある。Ａ_f点が低下し、使用温度との差が大きくなる程、高い締結力が得られる。しかし超弾性特性が有効に利用できる温度範囲はＡ_f点から数十℃上の温度までである。Ｃｕは超弾性のヒステリシスを小さくする効果がある。従って徐荷時の発生荷重が高まる。Ｃｕの含有量は 5〜10at％が特に好ましい。
前記ＮｉＴｉ系合金の形状記憶処理を低温で行うと、超弾性特性に加工歪特性が加わる為、発生荷重が使用温度の影響を受け難くなる。加工歪みを残留させるには 200〜400 ℃の温度で12時間以下の処理条件が好ましい。
用いる弾性部材の歪み回復量は、０℃で２％以上のもの（２％以上の歪みを負荷後、除荷したときに永久歪みが残らないもの）が、一般の使用環境で緩みを長期間防止でき好ましい。
【００１０】
前記弾性部材の変位−荷重曲線の形状は、その合金組成、加工条件、形状記憶処理条件等により変化する。以下にその例を示す。
図５イ、ロは、Ｔｉ-50.85at％Ｎｉ合金を20％冷間圧延後 350℃×10min.の条件で形状記憶処理した弾性部材（Ａ_f点：−２℃）の、それぞれ０℃又は60℃で引張試験したときの応力−歪線図である。応力は試験温度が高い程、高くなることが分かる。
【００１１】
図６は、Ｔｉ-50.85at％Ｎｉ合金を20％冷間圧延後 250℃×2Hr の条件で形状記憶処理した弾性部材の応力−歪線図である。
図５に示したものに比べてヒステリシスが小さく、又応力が高い。これは形状記憶処理を低温で行った為、加工歪みが残留している為である。
【００１２】
図７は、Ｔｉ−44.6at％Ｎｉ-5.0at％Ｃｕ-0.3at％Ｃｒ合金を25％冷間圧延後 400℃×20min.の条件で形状記憶処理した弾性部材の応力−歪線図である。
形状記憶処理を比較的高温で行ったにも関わらず応力が高い。これは、ＮｉＴｉ合金にＣｕとＣｒを添加した為である。
【００１３】
平板状のＮｉＴｉ系形状記憶合金製の弾性部材の製造は、例えば、ＮｉＴｉ系形状記憶合金素材を所定厚さの板材に加工し、この板材に形状記憶処理を施したのち、機械的又は電気化学的方法により円板に切り出して行う。
前記形状記憶処理は、加工材に張力を掛け、或いは加工材を板材で押さえつけて平坦な状態にして行うのが、弾性部材の平坦度が向上し好ましい。
【００１４】
本発明において、弾性部材の両側に配する凸状又は凹状剛性部材には、鉄、鋼、又はステンレス鋼等の、弾性部材を押圧したとき変形しない比較的高い剛性を有する任意の材料が使用される。前記剛性部材の凸面又は凹面の断面形状は直線状、曲線状等任意である。
【００１５】
【作用】
本発明の締付部材は、凸面を有する凸状剛性部材の前記凸面と、凹面を有する凹状剛性部材の前記凹面との間に、平板状の形状記憶合金製の弾性部材を配したもので、この締付部材は、前記凸面と凹面との間で押圧されて皿状に変形する。この状態で除荷すると、超弾性による発生荷重が発生する。ＮｉＴｉ系形状記憶合金では歪み回復力が大きい為、締結部の緩みが長期間安定して防止される。
この形状記憶合金製の弾性部材は平板状なので、形状記憶処理を一度に多量に行うことができ生産性に富む。
形状記憶合金がＮｉＴｉ系合金の場合、ＮｉＴｉ合金にＣｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｏのうちの少なくとも１種を合計で10at％以下含有させたＮｉＴｉ系形状記憶合金は応力が特に大きく、緩み防止効果が大きい。
ＮｉＴｉ系形状記憶合金は、０℃での歪み回復量が２％以上のものが、緩み防止に有効に作用し好ましい。
形状記憶処理を 200〜400 ℃の温度で12時間以下の条件で施したものは、超弾性作用に加工歪みが加わる為、応力が増大し又使用温度の影響を受け難くなる。
【００１６】
【実施例】
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
種々組成のＮｉＴｉ系合金の鋳塊を熱間圧延し、次いで、中間焼鈍を入れながら厚さ 1.5mmの平板材に冷間圧延し、この平板材に形状記憶処理を種々の条件にて施した。次に、この平板材をプレスにより内径10mm、外径20mmのドーナツ状円板に打抜いて種々の弾性部材を製造した。
【００１７】
（比較例１）
実施例１で用いた厚さ 1.5mmのＮｉＴｉ合金製平板を内径10mm、外径21mmのドーナツ状円板に打抜き、これを皿状金型（拘束具）に入れてプレス成形しつつ、 350℃×10min.の条件で形状記憶処理を施して、図８に示す断面形状の皿ばねを製造した。この皿ばね91は笠状を呈し、中央部にボルトの軸を通す貫通穴51を有するものである。
【００１８】
実施例１で得られた各々の平円板を図１に示した構造の締付部材に組立てた。剛性部材には、図１に示す片面が凸状又は凹状の、内径10mm、外径20mmの鋼製の円板体を用いた。得られた各々の締付部材を用いて２個の部品をボルトとナットにより締結した（図２参照）。ボルトとナットには、Ｍ10の炭素鋼製のものを用いた。
この締結体のナットを１mmネジ込んだとき（図３のｈが１mm）の負荷荷重は、 600〜700Kgfであった。次にナットを 0.2mm戻してｈ＝0.8 mmとしてから、５分経過後の発生荷重を測定した。試験温度は０℃、26℃、60℃の３通りに変えた。試験温度が26℃のものは除荷直後の発生荷重も測定した。従来例の皿ばねについても同様の測定を行った。結果を表１に示す。
尚、除荷時の発生荷重は、 1.0mm押込み時の荷重を１としたときの比率（除荷比）で示した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１より明らかなように、本発明例品（No.1〜15) は、従来の皿ばね（No.16)と同様に、いずれも、発生荷重が高く、且つ試験温度の影響が小さい。この為、本発明例品は、寒冷地方や熱帯地方、或いは寒暖の差の大きい地方等での使用が可能であり、又電気接続部に使用して温度上昇があったときも接続部の緩みが防止できる。
又本発明で用いる弾性部材は平板の為、形状記憶処理の際に拘束具を要さず、従って形状記憶処理を一度に多量に行うことができ、生産性が高い。
【００２１】
（実施例２）
実施例１で用いたのと同じNo.4のサンプルを、実施例１と同じようにナットを１mm押込んで締結し、この締結体について、ＭＩＬ規格の201Aに準拠して振動試験を行った。締付終了直後の発生荷重は640Kgfであったが、振動試験後も600Kgfという高い値が維持された。従って、締結部に緩みは全く認められなかった。
【００２２】
以上、中央部に穴をあけ、この穴にボルトの軸を通す締結部材（図１ロ）について説明したが、本発明の締結部材は、４隅をボルトで締結した２枚の板材に挟み、前記２枚の板材の緩みを防止するのに使用することも可能で、このような場合は、図１イに示すような、凸状剛性部材20、凹状剛性部材30、及び弾性部材40が貫通穴を有さない無垢のものでも良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の締付部材は、弾性部材にＮｉＴｉ系形状記憶合金を用いるので、歪み量を大きくとれ、高い発生荷重が得られ、長期に渡り締結部の緩みが防止される。又弾性部材が平板状なので生産性に優れる。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の締付部材の態様を示す縦断面図である。
【図２】本発明の締付部材をボルトに取付けた状態を示す縦断面図である。
【図３】本発明締付部材の締付時の縦断面図である。
【図４】本発明締付部材の弾性部材の変位−荷重線図である。
【図５】本発明締付部材の弾性部材の応力- 歪み線図である。
【図６】本発明締付部材の弾性部材の応力- 歪み線図である。
【図７】本発明締付部材の弾性部材の応力- 歪み線図である。
【図８】皿ばねの縦断面図である。
【符号の説明】
10,11 ──締結部材
20,21 ──凸状部材
30,31 ──凹状部材
40,41 ──平板状のＮｉＴｉ系形状記憶合金製の弾性部材
51────貫通穴
61────ボルト
62────ボルトの軸
71────被締結部品
81────ナット
91────皿ばね

Claims

凸面を有する凸状剛性部材の前記凸面と、凹面を有する凹状剛性部材の前記凹面との間に、平板の状態で形状記憶処理を施した平板状の形状記憶合金製の弾性部材が皿状に変形して配された締付部材であって、前記形状記憶合金製弾性部材のＡｆ点は前記締付部材の使用環境温度以下であり、前記凸状剛性部材、凹状剛性部材、及び弾性部材は貫通穴を有さない無垢のものからなることを特徴とする締付部材。
凸面を有する凸状剛性部材の前記凸面と、凹面を有する凹状剛性部材の前記凹面との間に、平板の状態で形状記憶処理を施した平板状の形状記憶合金製の弾性部材が皿状に変形して配された締付部材であって、前記形状記憶合金製弾性部材のＡｆ点は前記締付部材の使用環境温度以下であり、前記凸状剛性部材、凹状剛性部材、及び弾性部材の各々の中央部に貫通穴が形成されていることを特徴とする締付部材。