JP6834682B2 - 転造ボルトの製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、転造ボルトの製造方法に関する。

転造ボルトを製造するには、コイル状に巻かれた線鋼材を所定の長さに切断し、冷間圧造によって、所定の頭部と頭部の先端に一体に設けられた軸部とを有するねじなしボルトを成形する。その後、転造法によって軸部の先端側にねじ部を成形する。

特許文献１には、従来技術として、冷間圧造に用いられるリン酸塩の潤滑皮膜に含まれるリン成分がねじ部の転造後の熱処理によってボルト内部に浸透して耐遅れ破壊性が低下するので、転造後熱処理前にショットブラスト工程を追加していることを述べている。そして、この従来技術では、転造後にショットブラスト工程が行われるので、ねじ部を痛めやすいことを指摘し、ショットブラスト工程をねじ部の転造前におこなうことがよい、と述べている。

なお、冷間鍛造等で長年使用されてきたリン酸塩の潤滑皮膜処理は、潤滑設備が大掛かりで処理時間が長く、発生するスラッジや廃液の環境負荷が重いことから、一液に漬ける処理だけで済み、水洗等で簡単に除去できる一液潤滑剤に代替が進んでいる。一液潤滑剤を用いることで熱処理によるリン成分のボルト内部への浸透は生じなくなる。

特開２００４−２３２７５７号公報

ショットブラスト工程を行った後にねじ部の転造を行うと、ショットブラストの凹凸粗さが小さくなり、ねじ部の転造後にショットブラスト工程を行う場合に比べると、ボルトの締め付け時の摩擦係数が低下する。そこで、ボルトの締め付け時の摩擦係数を大きくできるボルトの製造方法が要望される。

本開示に係る転造ボルトの製造方法は、線鋼材をねじなしボルト形状に成形してボルト素材を形成し、ボルト素材の円筒部を、その円筒部の外径よりも大きな内径を有する内径孔を有するワッシャの内径孔に通し、その後、ねじなしボルト形状のボルト素材に転造法によりねじ部を成形して、ワッシャの内径孔の内径をねじ部を成形した後におけるねじ部の外径よりも小さく設定しておくことで、ワッシャを転造後のボルトから離脱不可能にし、ねじ部の成形の後に、ボルト表面及びワッシャ表面にショットブラスト処理を行い、ショットブラスト処理の前であって、ねじ部を成形した後に、焼入焼き戻しを行う。

上記構成の転造ボルトの製造方法によれば、転造法によるねじ部の成形後にショットブラスト処理を行うので、ショットブラストの凹凸粗さがそのまま維持され、ボルトの締め付け時の摩擦係数を大きくできる。

本開示に係る転造ボルトの製造方法において、ショットブラスト処理の後に、摩擦係数安定化材を塗布することが好ましい。

上記構成の転造ボルトの製造方法によれば、摩擦係数安定化材が高温下で溶けだしても、ショットブラスト処理によって形成された微細な凹凸に留まることができ、転造ボルトの摩擦係数の低下を抑制することができる。

上記構成の転造ボルトの製造方法によれば、ボルトの締め付け時の摩擦係数を大きくできる。

実施の形態に係る転造ボルトの製造方法によって製造される転造ボルトを示す図である。図１（ａ）は全体図であり、（ｂ）は頭部側から見た図であり、（ｃ）はワッシャを示す図である。 実施の形態に係る転造ボルトの製造方法の手順を示すフローチャートである。 図２の製造方法の各手順の内容を示す図である。

以下に図面を用いて本開示に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、転造ボルトとして、車両用のワッシャ組込型ボルトを述べるが、これは説明のための例示であって、車両用以外の一般的な用途であっても構わない。ワッシャ組込型以外の転造ボルトであってもよく、あるいは、頭部を有さない転造ボルトであってもよい。以下で述べる形状、寸法、材質等は、説明のための例示であって、転造ボルトの仕様に合わせ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、転造ボルト１０を示す図である。転造ボルト１０は、車両の各部品の間を締結するために用いられる車両用ボルトである。転造ボルト１０は、鍔付きの六角形頭部を有するワッシャ組込型の半ねじ六角ボルトである。転造ボルト１０は、頭部１２と、頭部１２の先端に一体に設けられる軸部２０と、軸部２０に配置されるワッシャ１４とを含む。

頭部１２は、六角形部１６と、六角形部１６よりも外径の大きいワッシャヘッドと呼ばれる鍔部１８とを有する。軸部２０は、頭部１２に接続されねじが刻まれていない円筒部２２と、円筒部２２の先のねじ部２４とを含む。ワッシャ１４は、頭部１２の鍔部１８と軸部２０のねじ部２４との間の部分である円筒部２２に配置される。

ねじ部２４は転造法により成形されたおねじである。軸部２０の全長をＬ０とし、ねじ部２４の長さをＬ１とすると、ねじ部２４は、ねじが刻まれる前の全長がおよそＬ０の円筒形素材から、長さＬ１の部分を転造法によっておねじを成形した部分である。円筒部２２はおねじが成形されなかった部分である。したがって、円筒部２２の外径Ｄ０よりもねじ部２４の谷径は小さくなり、円筒部２２の外径Ｄ０よりもねじ部２４の外径Ｄ１は大きくなる。ワッシャ１４は、円筒部２２に配置されるが、その外径ｄ２は頭部１２の鍔部１８の外径Ｄ２より大きく、内径ｄ０は円筒部２２の外径Ｄ０よりも大きいがねじ部２４の外径Ｄ１よりは小さく設定され、軸部２０から脱落しない組込型となる。

図２は、図１の転造ボルト１０の製造方法の手順を示すフローチャートであり、図３は、転造ボルト１０の製造方法の各手順の内容を示す図である。以下では、特に断らない限り、転造ボルト１０の製造方法を、ボルト製造方法と呼ぶ。

ボルト製造方法の手順の最初は、伸線工程である（Ｓ１０）。ここでは、コイル状に巻かれたボルト用鋼線をまっすぐに延ばし、所定の長さに切断する。ボルト用鋼線は、予め選択された材質の鋼材を円形断面の線材に成形したものである。鋼材の材質は、転造ボルト１０の仕様によって定まる。例えば、車両の各種構造物の構築に用いられ引張強度の高い高強度ボルトの仕様であるときは、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉ等の１０数種類の元素を０．０００１％単位で管理する高張力鋼材が用いられる。

次に、圧造成形が行われる（Ｓ１２）。圧造成形は、伸線工程において所定の長さに切断された線鋼材を、冷間圧造によって、所定の頭部と、ねじ部を有さない軸部とからなるねじなしボルト形状に成形する工程である。図３（ａ）に、ねじなしボルト形状の素材５を示す。以下では、特に断らない限り、ねじなしボルト形状の素材５をボルト素材５と呼ぶ。ボルト素材５の頭部１２は、図１と同じ形状に成形されるが、軸部２１は、ねじ部２４がまだ成形されてなく、全長に渡り、外形がＤ０の円筒部２３のみで構成される。軸部２１の全長は、転造前であるので、図１で述べた長さＬ０とやや異なる。なお、圧造成形の際に用いられる潤滑剤としては、一液潤滑剤等を用いる。リン酸塩の潤滑皮膜処理を用いる場合には、後述する焼入焼戻し工程（Ｓ２０）の前にリン酸塩皮膜の除去処理を行って、熱処理の際に生じ得るリンの浸透を防止する必要がある。

所定のボルト素材５が得られると、次に、別途準備されたワッシャ１４の受入れ（Ｓ１４）と組込み（Ｓ１６）が行われる。ワッシャ１４の内径ｄ０はボルト素材５の円筒部２３の外径Ｄ０よりも大きく、その外径ｄ２は頭部１２の鍔部１８の外径Ｄ２より大きい。そこで、ワッシャ１４の内径穴にボルト素材５の円筒部２２を通し、頭部１２の鍔部１８によって留まるところにワッシャ１４を配置する。図３（ｂ）に、ワッシャ組込後の状態を示す。

ワッシャ１４が組み込まれたボルト素材５に対し、次にねじ転造が行われる（Ｓ１８）。ここでは、転造法によって、ボルト素材５の円筒部２３の先端側に長さＬ１のねじ部２４を成形する。転造法は、塑性加工に属する鍛造法であり、ボルト素材５を回転させながら硬質の金型に押し付けることで、おねじの形を形成し、ねじ部２４を成形する方法である。図３（ｃ）に、ねじ転造工程によって成形された転造ボルト７を示す。この段階で、図１と同じ外形形状となる。

その後、転造ボルト１０の仕様に応じた靱性と硬度等を得るために、所定の焼入焼戻しの熱処理が行われる（Ｓ２０）。焼入は、所定の高温に転造ボルト７を加熱し、急冷する処理である。油中急冷を用いる場合には錆等はほとんど発生しない。焼戻しは、焼入によって硬度が上がるが脆くなった材料を焼入温度より低い温度で加熱してから急冷し、硬さを少し下げて粘り強さである靱性を回復させる処理である。

次に、焼入焼戻し後の転造ボルト７の表面の全面に対し、ショットブラスト処理が行われる（Ｓ２２）。これは、転造ボルト７の表面に細かい凹凸を形成して、転造ボルト７の締め付け時の摩擦係数を大きくするために行う。ショットブラスト処理とは、投射材と呼ばれる粒体を転造ボルト７の表面の全面に衝突させ、ねじ部２４、円筒部２２、ワッシャ１４、頭部１２の各表面の全面に凹凸を形成する加工処理である。図３（ｄ）に、ショットブラスト処理後の転造ボルト９を示す。ここでは、ショットブラスト処理で形成された細かい凹凸３０を、微細な黒点マークで示した。

その後、表面処理が行われる（Ｓ２４）。表面処理は、転造ボルト９の耐食性向上のために行われる処理である。ここでは、金属めっきによって、転造ボルト９の表面を覆う処理を行う。めっき金属としては、亜鉛めっき、ニッケルめっき、クロムめっき等を用いることができる。金属めっきに代えて、鉄の表面に四三酸化皮膜を作る黒染め処理を行うこともできる。

表面処理の後で、摩擦係数安定化材の塗布が行われる（Ｓ２６）。摩擦係数安定化材とは、表面処理を行った後の転造ボルト９の締付時の摩擦係数を安定化する一種の潤滑剤である。かかる摩擦係数安定化材としては、エンジンオイル系、モリブデン系、グラファイト系等の潤滑剤を用いることができる。図３（ｅ）に、表面処理と摩擦係数安定化材の塗布が行われた転造ボルト１０を示す。表面処理及び摩擦係数安定化材が施された表面３２の下地には、ショットブラスト処理で形成された微細な凹凸３０がある。これによって、例えば、高温下で摩擦係数安定化材が溶け出しても、この微細な凹凸３０に留まることができ、摩擦係数の低下を抑制することができる。これで、図１に示す所定の仕様の転造ボルト１０が得られる。なお、図１では、ショットブラスト処理による微細な凹凸３０、表面処理及び摩擦係数安定化材が施された表面３２の図示を省略した。

上記構成によれば、転造法によるねじ部２４の成形後にショットブラスト処理を行うので、ショットブラストの微細な凹凸３０の粗さがそのまま維持され、転造ボルト１０の締め付け時の摩擦係数を大きくできる。また、摩擦係数安定化材が高温下で溶けだしても、この微細な凹凸３０に留まることができ、転造ボルト１０の摩擦係数の低下を抑制することができる。

上記では、焼入焼戻しの熱処理（Ｓ２０）の後にショットブラスト処理（Ｓ２２）を行うものとしたが、この順序を逆にして、ショットブラスト処理の後に焼入焼戻しの熱処理を行ってもよい。

本実施の形態の転造ボルト１０の製造方法は、線鋼材を所定のねじなしボルト形状の素材５に成形し（Ｓ１２）、ねじなしボルト形状の素材５に転造法によりねじ部２４を成形（Ｓ１８）する。そして、ねじ部２４の成形の後に、転造ボルト７の表面の全面にショットブラスト処理を行う（Ｓ２２）。

上記構成の転造ボルト１０の製造方法によれば、ボルトの締め付け時の摩擦係数を大きくできる。

５ ボルト素材（ねじなしボルト形状の素材）、７，９，１０ 転造ボルト、１２ 頭部、１４ ワッシャ、１６ 六角形部、１８ 鍔部、２０，２１ 軸部、２２，２３ 円筒部、２４ ねじ部、３０ 微細な凹凸、３２ （表面処理及び摩擦係数安定化材が施された）表面。

Claims (2)

1. 線鋼材をねじなしボルト形状に成形してボルト素材を形成し、
   前記ボルト素材の円筒部を、その円筒部の外径よりも大きな内径を有する内径孔を有するワッシャの前記内径孔に通し、
   その後、前記ねじなしボルト形状の前記ボルト素材に転造法によりねじ部を成形して、前記ワッシャの前記内径孔の前記内径を前記ねじ部を成形した後における前記ねじ部の外径よりも小さく設定しておくことで、前記ワッシャを転造後のボルトから離脱不可能にし、
   前記ねじ部の成形の後に、ボルト表面及びワッシャ表面にショットブラスト処理を行い、
   前記ショットブラスト処理の前であって、前記ねじ部を成形した後に、焼入焼き戻しを行う、転造ボルトの製造方法。
2. 前記ショットブラスト処理の後に、摩擦係数安定化材を塗布する、請求項１に記載の転造ボルトの製造方法。

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