JPS58163812A

JPS58163812A - 伸びボルト

Info

Publication number: JPS58163812A
Application number: JP4297382A
Authority: JP
Inventors: 菊池　正晃; 青木　英一
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-03-19
Filing date: 1982-03-19
Publication date: 1983-09-28

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】（、）　　技術分野の説明本発明は、迅速に表面硬化熱処理し、熱処理ひずみが極
めて少なく、強度の高い伸びボルトに関する。

（ｂ）　　従来技術の説明ねじ締結構造物においては、何らかの原因でゆるみが生
じ、大きな事故となることもしばしばである。ゆるみの
原因としては種々あげられるが、その中の１つであるね
じ部品同志の接触面あるいはねじ部品と被締付物との接
触面のなじみあるいは塑性変形によって生じるゆるみを
最小にするための方策として、ボルトをできるだけ長く
あるいは細くしてねじ部品あるいは締結部全体のはね定
数を小さくする方法があり、その代表例を第１図に示す
。第１図（１）は、普通のボルト１とナツト２を用い、
被締付物３の他にスペーサ４を挿入して締付けた場合で
あり、第１図（ｂ）は、円柱部５ａを細くした伸びボル
ト５により締付けた場合である。

また、第１図（Ｃ）は、めねじ部６ができるだけ、ボル
ト１の頭部ｌ１よ抄離れた位置になるように細工して締
付けた場合である。このような方策を施すことにより、
ボルトあるいは被締付物のばね定数が小さくなり、同じ
締付力で締付けた場合でもボルトあるいは被締付物のひ
ずみ量が大きくなるので、ゆるみに結びつく接触面のな
じみや塑性変形の影響がわずかとなる。

伸びボルトを用いて締付けた場合、接触面のなじみある
いは塑性変形のゆるみへの影響が小さいことを第２図で
説明する。第２図（１）は、普通のボルトで締付けたと
きの締付力Ｐとボルトの伸び’Ｉｆおよび被締付物の縮
みδｔの関係および接触面にへたプが生じた後の締付力
ｙ、ボルトの伸びＪｌ、′および被締付物の縮みＪ、／
の関係を示す特性図である。初期締付力Ｐで締付けた後
、Ｐあるいは外力によってへた抄６が生じると、締付力
はＰ′となり、Ｐとピの差がゆるみとなる。第２図（ｂ
）は、伸びボルトによる締付は特性図である。伸びボル
トは円柱部のばね定数が普通のボルトに比べて小さいの
で、同じ締付力Ｐで締付けても伸びがＪ、、とな抄δ、
１に比べて大きくなる。したがって、普通のボルトで締
付けたときとへ九りＣが同じでも締付力はＰｌとしかな
らずその変化はわずかである。ここに伸びボルトの大き
な特徴がある。

伸びボルトの円柱部をより細くすればその効果は大とな
る。し、かし何等かの方法で円柱部を強化しないかぎり
細くできる量はわずかなものである。

局部的に強度を高める方法としては一般には浸炭焼入れ
が主に行なわれている。

しかしながら、浸炭焼入れは、低炭素鋼材料表面への炭
素拡散速度が極めて遅いため、焼入れを終るまでに長時
間を資す上、工程も多く経済性が極めて悪い。また材料
表面への炭素拡散現象を利用しているため、ねじ部のよ
うな複雑な形状の部分では浸炭の程度にばらつきが出や
すく信頼性に欠ける。さらに浸炭焼入れは、焼入温度か
ら水などの冷却剤に浸漬し急速に冷却するだめ、熱処理
歪が極めて大きく焼割れも発生しやすい。

（ｃ）発明の目的本発明は、迅速に表面硬化熱処理しても歪の発生が極め
て小さく、かつ焼割れの発生しない伸びボルトを提供す
ることを目的とする、（゛）発ｔｑｏ１１ｆ成ゝ１び作用　　　　　　　　　
　　　１次に、本発明の一実施例を第３図により説明す
　　）る。本発明はボルトの円柱部を細くして、その部
分にレーザ光を照射して焼入れする。第３図において、
７はレーザ発振器、８ｍはレーザ発振器７０発生し九レ
ーザ光、９はこのレーザ光８ａｔ集束するレンズ、８ｂ
はレンズ９により集束され九レーザ光、１０はボルト５
の円柱部５ａにレーず光８ｂが照射されるように回転さ
せると同時に軸方向へ移動させる移動装置、１１は移動
装置１０とレーザ発振器７を制御し、最適状態に焼入れ
されるようＫするための制御装置である。レーザ発振器
７はボルトの円柱部５ｍに表面硬化熱処理を行なうに必
要なエネルギを供給する装置であり、本実施例において
は炭酸ガスレーザを使用する。

レーザ発振ａ７の発生したレーザ光８ｍは、し／ズ９で
表面硬化熱処理が可能なエネルギ密度まで集束され、移
動装置ｌＯによってボルト５の円柱部５暑に連続的に表
面硬化熱処理を行なうものである。制御装置１１は熱処
理条件を適正に行なうためにレーザ光の密度９発生時間
、ポル）５の移動速度等を制御するものである。

本実施例に用いるレーザ光は、エネルギ密度が１０４〜
１０’Ｗ／ｄと極めて高く集束できる。

したがってレーザ光の照射を受けた領域は急速に加熱さ
れ、また照射を止めた後は、熱は加熱部に比べてはるか
に大きい体積を占める母材側に速やかに拡散するので、
加熱部は急速く冷却される。

この結果、ボルトのレーザ光の照射を受は九部分は急熱
、急冷されて、局部的に焼入れされた表面硬化層が得ら
れる。

前記実施例では、移動装置１０にボルト５を取付けて表
面硬化熱処理を施した場合について示したが、ボルト製
造時においても、第３図と同様の構成により一連の工程
あるいは加工と同時に表面硬化熱処理を施すことはもち
ろん可能である。

第４図は、ボルトの円柱部にレーザ光を照射して表面硬
化熱処理を施したボルトの強度特性図を示す。第４図（
ａ）は、円柱部所面の硬さ分布を示す特性図であり１曲
線１２（本実施例）は曲線１３（従来品）に比べて硬さ
が高くなっているーたとえば０．２　％　Ｃ炭素鋼では
母材硬さ約ＨＶ１５Ｑのものがレーザ光を照射すること
により同材の最高焼入硬さＨＶ５００とすることが可能
である。′ｉ４４図（ｂ）は引張試験における応力−ひ
すみ曲線を示す特性図であるが、曲線１４（本実施例）
は曲線１５（従来品）Ｋ比べて強くなってお抄、よ抄高
荷重に耐えられることになる。

また、ボルトの円柱部の他にねじの谷底部５ａＫもレー
ザ光を照射して表面硬化熱処理を施すとボルト全体の強
度が増すことになり、より高荷重く耐えられるものとな
抄、締付は信頼性が高くなる。

このようにレーザ光を照射して表面硬化熱処理を施し、
強度特性の増大し九伸びボルトを使用すれば伸び量を大
きくとれるし、また締付力も大きくすることができる。

締付力が大きければ、第２図で示し九Ｐと〆との比がそ
れだけ小さくなるのでゆるみにくくすることができる。

また、引張強度も高くなるので締返し応力に対する疲労
要分が長くなることはもちろんである。

第５図に円柱部にレーザ光が螺旋状に照射されるように
制御して熱処理したボルトの焼入れ状況を示す。このよ
うにすれば焼入れが一定の幅で螺旋状に行なわれるため
、レーザ光のスタートと終点部分とが重なることがなく
均一な焼入れ状態とすることができる。

（ｅ）　　発明の効果このように本発明によれば、低強度材製の伸びボルトを
強度の高いものとすることができ、それがために締付力
を大きくすることができるので、ゆるみが少なく、かつ
応力繰返しに対する疲労寿命も長くなり、また熱処理に
よる歪が小さいので再仕上、歪矯正等の必要がなく、シ
かも熱処理において加熱炉、冷却剤を用いないので作業
環境を悪化させない等の効果を得ることができ、伸びボ
ルトによる締結の信頼性を高めることができる。

陶、本実施例では、レーザ光照射による方法を示したが
、同様の高エネルギ密度熱源である電子ビーム等を用い
ても本発明の効果を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）はボルト、ナツトによる締結体の
断面図、第２図（ａＬ（ｂ）は、締付力とボルトの伸び
および被締付物の縮みの関係を示す特性図、第３図は本
発明の一実施例を示す構成図、第４図（畠）。（ｂ）は円柱部の硬さ特性図と応力−ひすみ特性図、第
６図は本発明の熱処理状況説明図である。５・・・伸ヒボルト、７・・・レーザ発振器、８・・・
レーザ光、　　９・・・レンズ、１０・・・移動装置、
１１・・・制御装置、５ｍ・・・ねじ谷底。（７３１７）代理人　弁理士　則　近　窓体　（ほか１
名）第１図第２図（Ｏ）（ｂ）第３図第４図（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】（１）頭部２円柱部およびねじ部よりなるボルトにおい
て、円柱部の一部または全部を細くシ、その円柱部に高
エネルギ密度熱源を有する光線を照射して熱処理したこ
とを特徴とする伸びボルトっ（２）　　円柱部と他のね
じ部にも萬エネルギ密度熱源を有する光線を照射して熱
処理したことを特徴とする請求（３）　　円柱部に螺旋状に為エネルギ密度熱源を照射
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の伸び
ボルト。