JPH0419419A - 締結部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、比較的高温で用いられる被締結部材を締結す
る締結部品に係り、例えば軽水炉環境において、ポンプ
の回転部等に使用されるねじやピン等として使用して最
適な締結部品に関する。

（従来の技術） 上記ポンプの回転部等に使用されるねじやピン等の締結
部品においては、振動や変動荷重の影響を受けて使用中
に緩んでしまうことがある。締結部品はこの緩みを防止
するとともに、締結力が作用するので耐食性をも考慮す
る必要がある。

従来、締結部品として例えば緩み止め対策を施したねじ
には、第８図（Ａ）に示すように、ねじ８１を被締結部
材８２に締付けた後、この頭部８３と被締結部材８２と
の当接部にタガネ等による変形部８４を形成したものや
、第８図（Ｂ）に示すように、ねじ８１を被締結部材８
２に締付けた後、この頭部８５と被締結部材８２との当
接部上面を複数箇所に亙って溶接部８６によって固定す
るようにしたちの等か一般に知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の締結部品においては、これを
軽水炉等に腐蝕環境下で使用した場合、タガネ等による
変形部８４や溶接部８６が、疲労、腐蝕或いは応力腐蝕
割れ（ＳＣＣ）等により損傷して欠落してしまい、緩み
止め効果が薄れてしまうことがある。また、被締結部材
８２も変形や溶接により熱影響を受けるため、耐疲労性
、耐食性及び耐ＳＣＣ性が低下し、これによって被締結
部材８２自体が損傷してしまうことがあるといった問題
点があった。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、軽水
炉等の環境下においても腐蝕等に伴う損傷を受けること
なく、しかも被締結部材に損傷を与えることをなくして
、使用中に緩み止め機能が損われるのを確実に防止でき
る締結部品を提供することを一目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、本発明に係る締結部品は、比
較的高温の条件下で用いられる被締結部材を締結する締
結部品において、上記被締結部材と同じ材料で構成され
た外被部と、上記被締結部材よりも高い線膨脹係数を有
する材料で構成された芯部とからなるものである。

（作用） 本発明によれば、締結部品を被締結部材に締結した後、
温度を上昇させると、締結部品全体として線膨脹係数は
、被締結部材の線膨脹係数より高いため、両者の接触面
に面圧が作用し、これによって使用中に締結部品が緩ん
でしまうことを防止することかできる。

しかも、異なった金属を腐蝕環境下で接触させると、材
料間に電位差が生じて電位差腐蝕を起こし、卑な電位に
ある金属が腐蝕することになり、特にねし構造において
は、ねじとねじ穴との接触面で隙間構造が形成されるた
めに、この腐蝕が起こり易くなっしまうが、締結部品と
被締結部材とを同じ材料で接触させることにより、この
電位差腐蝕の発生を防止することができる。

（実施例） 以下、本発明に係る締結部品の一実施例を添付図面を参
照して説明する。

第１図は、締結すべき被締結部材の素材が１３Ｃｒ−４
Ｎｉ鋼である構造物に対して、締結部品がねじとして使
用される場合の実施例を示すものである。構造物は合金
鋼や炭素鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼などよりな
る低線膨脹係数の材料で形成される。

また、締結部品としてのねじ１０は、円柱状の芯部１１
と、この芯部１１の周囲を囲む円筒状（スリーブ状）の
外被部１２とから一体に構成され、この外被部１２の外
周面に雄ねじ１３を刻設したものである。

このねし１０を構成する外被部１２は被締結部材と同じ
材料、例えば、１３Ｃｒ−４Ｎｉ鋼で構成されており、
その線膨脹係数は、１１．２Ｘ１０−６である。また、
芯部１１はこの１３Ｃｒ−４Ｎｉ鋼より高い線膨脹係数
を有する材料、例えばオーステナイト系ステンレス鋼、
ニッケル基合金等で形成される。具体的には５ＵＳ３０
６　（実施例（Ｉ））、５ＵＳ３１６　（実施例（■）
）またはインコネル６２５（実施例（■））で構成され
る。

これらの実施例（Ｉ）〜（Ｉｎ）における芯材１１の線
膨脹係数と外被部１２（被締結部材）の線膨脹係数との
関係を下記の第１表に示す。

上記のように構成した実施例（ねじ１０）を被締結部材
２３に締結した後、温度を上昇させた時の状態と、被締
結部材２３と同一の材料で構成した締結部品（ねじ２１
）を被締結部材２３に締結した後、温度を上昇させた時
の状態（従来例）との比較を第２図に示す。

第２図（Ａ）は従来例を示すものであり、この図のよう
に、ねじ２１と被締結部材２３とが同一の素材である場
合、温度が上昇するに従ってねじ２１の外径Ｄ　は熱膨
張によりＤｌへと増大する。

〇 一方、同素材である被締結部材２３のねじ穴の内径Ｄｏ
　も同じように熱膨張によりり、へと増大するため、温
度上昇後のねじ２１と被締結部材２３との接触面には、
半径方向に力が生じない。

しかし、第２図（Ｂ）に示すように、本実施例において
は、芯部１１の線膨脹係数α１が被締結部材２３と同一
素材の外被部１２の線膨脹係数α２より大きいため、温
度が上昇した場合、ねじ１０の外径ＤｏはＤ′へと増大
し、この増大後の外径Ｄ′は外被部１２と同素材の被締
結部材２３のねじ穴の増大後の内径Ｄ１より太き（（Ｄ
’　＞Ｄｌ）なる。従って、第２図（Ｂ）に示される実
施例の場合、温度が上昇するに伴って、ねじ１０と被締
結部材２３との接触面に面圧ｐの半径方向の力２７が生
じることになり、この方２７によってねじ１０の回転を
防止して使用中にねじが緩むのを防止することができる
。

なお、ねじ全体を被締結部材よりも線膨脹係数の大きな
もので構成することによっても、同様な作用を行わせる
ことができる。

しかしながら、異なった金属を腐蝕環境下で接触させる
と、材料間に電位差が生じてしまうため、電位差腐蝕を
起こして、卑な電位にある金属が腐蝕してしまう。特に
、ねじ構造の場合、ねじと被締結部材のねし穴との接触
面は隙間構造を形成しているため腐蝕が起こり易い。

そして、被締結部材が回転体の場合、遠心力に基づく応
力が生じ、特にねじ穴等では、応力集中があるため、腐
蝕等による損傷が生じた場合、疲労や応力腐蝕割れ等に
より被締結部材が破損してしまう可能性がある。

しかしながら、上記実施例のように、外被部１２を被締
結部材と同一素材とすることによって、このような電位
差腐蝕を有効に防止することができる。

次に、上記実施例の効果を検証するため、第３図に示す
試験装置に用いて試験を行った結果を示す。

第３図に示す試験装置は、一対の平板３１．３２の両端
をボルト３３で固定し、一方の平板３１を疲労試験機の
クロスヘツド３４に、他方の平板３２を疲労試験機の基
礎にブロック３５を介して固定して、高温・高圧水（２
８８℃、５Ｑａｔ口）を満たしたオートクレーブ中に設
置したものである。実験に供する供給体３０は、平板３
１に設けられているねじ穴に挿入されて平板３２と接触
している。

そして、実験はクロスヘツド３４に最大１　ｔｏｎの繰
返し荷重を５０Ｈｚで１０６回与え、試験後の供給体３
０の頭部の位置変化で評価したものである。この試験に
は、供給体３０として上記第１表に示す本実施例（Ｉ）
〜（ｍ）の他に、以下に示す緩み止めを施したものも同
時に評価した。なお、従来例の評価に使用した供給体（
ねじ）は、本実施例を同じ寸法を有する１３Ｃｒ−４Ｎ
ｉ鋼製のねじとした。

従来例（１）・・・ねじ頭部をタガネにより十文字に押
し付けて潰したもの、 従来例（２）・・・ねじ頭部４カ所を被締結部材に煮付
は溶接したもの、 従来例（３）・・・緩み止めを施さないもの、この試験
結果を次頁の第２表に示す。

第２表 試験結果 この第２表より、本実施例（Ｉ）〜（ＩＩＩ）のねじ（
締結部品）１０は、いずれもねじ頭部の位置変化は見ら
れなかった。

これに対して、従来例（１）では、３本中２本にｌｓｎ
程度の位置変化があり、従来例（２）では、３本中３本
とも溶接部が破断し、ねじ頭部の位置変化が観察された
。また、従来例（３）では、３本中１本が完全に平板よ
り抜は落ち、他の２本もねじ頭部に位置変化が生じた。

この実験結果からも明らかなように、本実施例のねじ１
０では、高荷重による振動を受けた場合にもその緩み止
めの効果が発揮され、高い信頼性を有することが判る。

第４図乃至第６図は、上記実施例の夫々異なる変形例を
示すもので、第４図は外被部１２の一端部を六角頭部１
２ａを形成して六角ボルトとしたものであり、第５図は
外被部１２の両端部に雄ねじ１３．１３を刻設して通し
ボルトとしたものである。

また、第６図は芯材１１を完全に外被部１２で覆ったも
のであり、このように芯材１１を外被部１２で完全に覆
ったものは、電位差腐蝕を起こし易い環境下に使用する
場合に特に有効である。

第７図は、締結部品をピンとした他の実施例を示すもの
である。

即ち、締結部品としてのピン４０は、円柱状の芯部４１
と、この芯部２１の周囲を囲む円筒状の外被部４２とか
ら一体に形成されているとともに、この外被部４２は被
締結部材と同じ材料で構成され、芯部４１はこの外被部
４２より高い線膨脹係数を有する材料で構成されたもの
である。

ここに、通常ピンは、抜は落ちるのを防止するためピン
の外径と被締結部材のピン穴の内径とは、嵌め合いが（
ピンの外径≧ピン穴の内径）となるように設定し、ハン
マ等によって強制的にピンを被締結部材に打ち込むよう
なされている。そして、ピンの軸方向の引張強さＦＯは
、上記径の違いによってピンの外周面とピン穴の内周面
との間に生じる面圧ｐＯに比例し、次のように表すこと
ができる。

Ｆ　＝α×５ｘｐＱ ここに、α、摩擦係数 Ｓ；ピンの外周表面積 上記のように構成したピン２０を、上記第２図に示すの
と同様に被締結部材に締結した後、温度を上昇させると
、この温度上昇に伴い新たな面圧ｐ、１が生じる。よっ
て、本実施例における温度上昇後のピン２０の引張強さ
Ｆは、 Ｆ＝αｘＳｘ　（１）０　＋ｐ、　）　＞Ｆ。

となり、従来のピンよりも高い引張強さを得ることかで
きる。

〔発明の効果〕

本発明は上記のような構成であるので、高温・腐蝕環境
下で変動荷重を受ける部材、例えば軽水炉用ポンプ部品
のねじやピンとして、本発明に係る締結部品を使用する
ことにより、被締結部材に損傷を与えることな（、かつ
高い信頼性をもって部材同志の結合を行うことができる
。

しかも、締結部品と被締結部材とを同じ素材とすること
によって、電位差腐蝕の防止も図ることができるといっ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図（Ａ
）および（Ｂ）は従来例と本実施例における温度上昇後
の状態の差異を説明するための断面図、第３図は実施例
の効果を確認するために使用する疲労試験機の断面図、
第４図乃至第６図は変形例を示す縦断面図、第７図は他
の実施例を示す縦断面図、第８図（Ａ）および（Ｂ）は
夫々異なる従来例を示す締結後の断面図である。 １０・・・ねじ（締結部品）、１１・・・芯材、１２・
・・外被部、１３・・・雄ねじ、２３・・・被締結部材
、２７・・・面圧、４０・・・ピン（締結部品）、４１
・・・芯材、４２・・・外被部。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第１図 （Ａ） （Ｄ′〉Ｄｌ） 面圧 二〇 面圧＝Ｐ （Ｂ） 県２国 第６図 （Ａ） 鶴８図 第７図 （Ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 比較的高温の条件下で用いられる被締結部材を締結する
   締結部品において、上記被締結部材と同じ材料で構成さ
   れた外被部と、上記被締結部材よりも高い線膨脹係数を
   有する材料で構成された芯部とからなることを特徴とす
   る締結部品。