WO2018173705A1 - 締結部材 - Google Patents

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WO2018173705A1
WO2018173705A1 PCT/JP2018/008161 JP2018008161W WO2018173705A1 WO 2018173705 A1 WO2018173705 A1 WO 2018173705A1 JP 2018008161 W JP2018008161 W JP 2018008161W WO 2018173705 A1 WO2018173705 A1 WO 2018173705A1
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WO
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fastening member
thread
screw thread
main body
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PCT/JP2018/008161
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English (en)
French (fr)
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教良 金田
鈴木 健
Original Assignee
日本発條株式会社
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium

Definitions

  • This disclosure relates to a fastening member.
  • Patent Document 1 describes a bolt whose base is made of aluminum and whose surface is covered with nickel.
  • bolts made of a combination of two types of alloys such as clad materials including aluminum can achieve weight reduction, but there are still problems in reliability and durability as a fastening structure. There were many things. That is, loosening may occur during repeated use.
  • an object of the present invention is to reduce the occurrence of looseness while improving the weight of a fastening member and to improve the reliability and durability as a fastening structure.
  • a fastening member is a fastening member in which a thread is formed, and a portion including a top part of the thread is formed of a first alloy material, and in a circumferential direction.
  • Another fastening member is a fastening member having a head portion and a shaft portion on which a screw thread is formed, and the shaft portion is provided on a radially outer side of the main body portion and the main body portion.
  • the outer peripheral portion of the screw thread is made of a first alloy material and forms at least a portion including the top of the screw thread, and the main body portion of the screw thread is The second alloy material having a higher tensile strength than the first alloy material, and forming a portion including the root of the screw thread, wherein the outer peripheral portion of the screw thread is formed of the shaft portion. It has a thick part with the maximum thickness in the circumferential direction and a thin part with the minimum thickness in the circumferential direction of the shaft part.
  • Another fastening member according to the present invention is characterized in that the thick portion and the thin portion are formed by the outer peripheral portion being eccentric with respect to the main body portion.
  • Another fastening member according to the present invention is characterized in that the thick portion and the thin portion are on opposite sides of the central axis of the shaft portion.
  • one or more screw threads are formed on a screw portion formed at an axially intermediate portion of the shaft portion, and the screw thread makes a round around the shaft of the shaft portion.
  • the thick portion and the thin portion are formed one by one in the screw portion at least during one round of the screw thread.
  • the first alloy material is a JIS standard 1000 series or 6000 series aluminum base alloy
  • the second alloy material is a JIS standard 2000 series or 7000 series aluminum base alloy. It is an aluminum-based alloy.
  • Another fastening member is a fastening member in which a screw thread is formed, and includes a main body portion and an inner peripheral portion provided on a radially inner side of the main body portion,
  • the inner peripheral portion is made of the first alloy material and forms at least a portion including the top of the screw thread, and the body portion in the screw thread has a higher tensile strength than the first alloy material.
  • a portion including the root of the screw thread, and the inner peripheral portion of the screw thread has a thick wall portion having a maximum wall thickness in the circumferential direction, and a circumferential direction. And having a thin wall portion having a minimum thickness.
  • FIG. 1 is a side view showing a configuration of a fastening member according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view including the central axis of the fastening member shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a CC cross section of the fastening member shown in FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged view of region A in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged view of region B in FIG.
  • FIG. 6 is an X-ray CT scan photograph of a cross section including the central axis of the bolt according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is an X-ray CT scan photograph of a cross section including the central axis of the bolt according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a side view showing a configuration of a fastening member according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view including the central axis of the fastening member shown in FIG.
  • FIG. 3
  • FIG. 8 shows the results of the Junker vibration test of the bolts according to Examples 1 and 2.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a cross section including the central axis of the fastening member according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is another enlarged view of a cross section including the central axis of the fastening member according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a fastening member according to Embodiment 3 of the present invention.
  • 12 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
  • FIG. 1 is a side view showing a fastening member 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the fastening member 1 is a bolt (a type of male screw) having a head portion 3 having a hexagonal shape and a shaft portion 2 having a rod shape.
  • the shaft portion 2 is provided with a screw portion 22 that forms a plurality of screw threads 21 at an intermediate portion in the axial direction (extending direction). Both ends of the screw thread 21 are displaced in the axial direction, and make a round around the axis of the shaft portion 2.
  • Each screw thread 21 is continuous with the screw threads 21 adjacent in the axial direction.
  • the plurality of screw threads 21 in the screw portion 22 extends in a spiral shape.
  • the shape of the head 3 is not limited to a hexagonal shape, and may be a dish shape, a flat shape, or other shapes.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view including the central axis in the axial direction of the shaft portion 2 of the fastening member 1.
  • the shaft portion 2 includes a main body portion 12 that is an inner peripheral portion thereof, and an outer peripheral portion 14 that constitutes an outer peripheral portion of the shaft portion 2 (a radially outer side of the main body portion 12).
  • the outer peripheral part 14 and the main-body part 12 are comprised from the 1st alloy material 1a and the 2nd alloy material 1b which are two types of mutually different alloys, respectively.
  • the first alloy material 1 a constitutes the outer peripheral portion 14 on the radially outer side of the main body portion 12.
  • the second alloy material 1 b constitutes the main body portion 12 that is the inner peripheral portion of the shaft portion 2.
  • the second alloy material 1 b constitutes the main body portion 12
  • the second alloy material 1 b is a material having a higher strength than the first alloy material 1 a constituting the outer peripheral portion 14, particularly a high tensile strength.
  • a clad material of the first alloy material 1a and the second alloy material 1b may be used.
  • first alloy material 1a and the second alloy material 1b two kinds of alloys having the same element as a main component can be used.
  • two types of aluminum-based alloys can be used.
  • first alloy material 1a 1000 series or 6000 series aluminum-based alloys can be used.
  • JIS standard A6063 can be used as the first alloy material 1a.
  • JIS standard A6056 can be used.
  • These aluminum-based alloys have relatively high strength, excellent corrosion resistance and stress corrosion resistance, and are relatively lightweight.
  • second alloy material 1b 2000 series or 7000 series aluminum-based alloys can be used.
  • JIS standard A2618 and A2024 can be used as the second alloy material 1b.
  • high strength aluminum-based alloys that have a relatively high tensile strength and are relatively light. In particular, it has higher tensile strength than the aluminum-based alloy as the first alloy material 1a.
  • first alloy material 1a and the second alloy material 1b two kinds of alloys mainly composed of different elements can be used.
  • the main body part 12 exists on the inner peripheral side of the shaft part 2, and the outer peripheral part 14 covers the outer peripheral part.
  • the outer peripheral portion 14 does not need to completely cover the main body portion 12. For example, as shown in FIG. 2, a part of the head portion 3 or an end portion of the shaft portion 2 opposite to the head portion 3 is It may be exposed.
  • FIG. 3 is a schematic view of the fastening member 1 taken along the line CC (cross-sectional view in the central axis direction of the shaft portion 2).
  • the thickness of the outer peripheral portion 14 differs at the circumferential position of the shaft portion 2.
  • the outer peripheral portion 14 has a maximum thickness portion and a minimum thickness portion in a region opposite to the central axis of the shaft portion 2 (a portion on the opposite side of about 180 degrees). That is, the outer peripheral portion 14 constitutes the outer peripheral portion of the main body portion 12 in a state eccentric to the outer side in the radial direction with respect to the main body portion 12.
  • the outer peripheral portion 14 being eccentric with respect to the main body portion 12 means that the virtual central axis of the outer peripheral portion 14 and the virtual central axis of the main body portion 12 are the same as those of the shaft portion 2. In a cross-sectional view in the central axis direction, the positions are shifted from each other and do not match.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a region A (maximum thickness portion) in FIG.
  • the top 21 a of the screw thread 21 in the screw portion 22 is composed of the outer peripheral portion 14. That is, the top 21a of the screw thread 21 is composed of the first alloy material 1a.
  • the thickness of the first alloy material 1a in the maximum thickness portion is the maximum thickness T1 at least in the screw thread 21 including the top portion 21a.
  • the base side of the screw thread 21 is constituted by the main body portion 12. That is, the root side of the screw thread 21 is constituted by the second alloy material 1b.
  • the valley portion 21b of the screw portion 22 is thinly covered with the outer peripheral portion 14, and the main body portion 12 is not exposed. That is, the valley portion 21 b is configured by the first alloy material 1 a that is the outer peripheral portion 14.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a region B (minimum thickness portion) in FIG.
  • the minimum thickness portion is formed on the same screw thread 21 on the opposite side to the maximum thickness portion (a portion opposite to about 180 degrees) across the central axis of the shaft portion 2.
  • at least the top portion 21 a of the screw thread 21 in the minimum thickness portion is composed of the outer peripheral portion 14. That is, the top 21a of the thread 21 of this portion is composed of the first alloy material 1a.
  • the thickness of the first alloy material 1a in the minimum thickness portion is the minimum thickness T2 ( ⁇ T1) at least in the screw thread 21 including the top portion 21a.
  • the base side of the screw thread 21 is constituted by the main body portion 12.
  • the root side of the screw thread 21 is constituted by the second alloy material 1b.
  • the valley portion 21b of the screw portion 22 is thinly covered with the outer peripheral portion 14, and the main body portion 12 is not exposed. That is, the valley portion 21 b is configured by the first alloy material 1 a that is the outer peripheral portion 14.
  • the outer peripheral portion 14 made of the first alloy material 1 a has the maximum thickness T1 and the minimum thickness T2 in one screw thread 21. . That is, the outer peripheral portion 14 made of the first alloy material 1 a has a thick portion 23 and a thin portion 24 that are eccentric to the outer side in the radial direction with respect to the main body portion 12 in one screw thread 21.
  • the maximum thickness portion (thick portion 23) and the minimum thickness portion (thin portion 24) of the outer peripheral portion 14 are not limited to one place, and a plurality of portions are provided in one screw thread 21. May be.
  • the maximum thickness portion (thick portion 23) and the minimum thickness portion (thin portion 24) of the outer peripheral portion 14 do not need to be provided on all the screw threads 21 in the screw portion 22. Only a part of the thread 21 may be used. Furthermore, the maximum thickness part (thick part 23) and the minimum thickness part (thin part 24) which the outer peripheral part 14 has can also take the structure which does not exist in the 180 degree opposite side mutually.
  • the fastening member 1 When the fastening member 1 is fastened to the mating member, the thread 21 of the screw portion 22 is engaged with the mating member and fastened. At this time, in the thick portion 23, the portion of the first alloy material 1a is larger than the other outer peripheral portion, while in the thin portion 24, the portion of the first alloy material 1a is smaller than the other outer peripheral portion. That is, two types of materials having different strengths exist between the thick portion 23 and the thin portion 24 with different constituent ratios. As a result, the distribution of the axial load (withstand load) in the thick portion 23 and the thin portion 24 is not uniform, and an oblique load is applied to the central axis of the shaft portion 2. In combination, it is possible to effectively prevent loosening.
  • the fastening member 1 is used as the whole fastening member in the shaft portion 2 because the outer peripheral portion 14 is made of the first alloy material 1a and the main body portion 12 is made of the second alloy material 1b.
  • the material can be optimized according to the required strength and characteristics, and light weight can be realized.
  • the fastening member 1 can be manufactured more easily.
  • the thick part 23 and the thin part 24 are located in the area
  • 1000-series and 6000-series aluminum-based alloys as the first alloy material 1a constituting the outer peripheral portion 14 are excellent in corrosion resistance and stress corrosion resistance. By covering the shaft portion 2 with these materials, reliability as a fastening member can be further increased. Further, since the aluminum-based alloy is relatively light, the fastening member 1 can be made lighter.
  • Example 1 an example of a specific configuration of the fastening member 1 described above will be described.
  • Example 2 As specific configuration examples, the following Example 1, Example 2, and a conventional example were produced.
  • the fastening member 1 (bolt) of the present embodiment uses a rod-like clad material in which the body portion 12 of the shaft portion 2 is made of JIS standard A2618 and the outer peripheral portion is covered with JIS standard A6063. Thereafter, the screw part 22 was formed by a rolling process.
  • the bolt size is M8 ⁇ 50.
  • FIG. 6 is an X-ray CT scan photograph of a cross section including the central axis of the bolt according to Example 1.
  • the thickness of the outer peripheral portion 14 made of JIS standard A6063 at a certain thread 21 is 607 microns, while the thickness of the outer peripheral portion 14 on the opposite side across the central axis is 680 microns. It was.
  • Example 2 The fastening member 1 (bolt) of this example was also produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the outer peripheral portion of the clad material was changed.
  • FIG. 7 is an X-ray CT scan photograph of a cross section including the central axis of the bolt according to the second embodiment.
  • the thickness of the outer peripheral portion 14 made of A6063 in a certain thread 21 is 370 microns, while the thickness of the outer peripheral portion 14 on the opposite side across the central axis is 318 microns.
  • FIG. 8 shows the results of the Junker vibration test of the bolts according to Examples 1 and 2.
  • the Junker vibration test was performed based on the screw looseness vibration test standard DIN25201-4.
  • both the bolts according to Example 1 and Example 2 maintain a high axial force even when the number of load vibrations increases as compared with the bolts of the conventional example. I understand.
  • the axial force decreases as the number of load vibrations increases, whereas in Examples 1 and 2, a constant axial force is maintained.
  • the bolts according to Examples 1 and 2 show high reliability as the fastening member 1.
  • the fastening member according to the second embodiment will be described. Portions common as constituent elements with the fastening member 1 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the main body 12 has a convex shape corresponding to the thread 21 on the outer periphery thereof.
  • the outer peripheral portion 14 has a concave shape corresponding to the convex shape of the outer periphery of the main body portion 12 on the base side. That is, a part of the outer periphery of the main body 12 flows into the screw thread 21.
  • FIG. 9 is an enlarged view of the maximum thickness portion.
  • the top 21 a of the screw thread 21 in the screw portion 22 is composed of the outer peripheral portion 14. That is, the top 21a of the screw thread 21 is composed of the first alloy material 1a.
  • the thickness of the first alloy material 1a in the maximum thickness portion is the maximum thickness T3 at least in the screw thread 21 including the top portion 21a.
  • the thickness of the first alloy material 1 a according to the second embodiment is the distance between the convex top of the main body 12 and the top of the screw thread 21.
  • the base side of the screw thread 21 is constituted by the main body portion 12.
  • the root side of the screw thread 21 has a convex part on the outer periphery of the main body part, a part is constituted by the second alloy material 1b, and the other part is constituted by the first alloy material 1a.
  • the valley portion 21b of the screw portion 22 is also configured from the outer peripheral portion 14, and the main body portion 12 is not exposed. That is, the valley portion 21b is constituted by the first alloy material 1a.
  • FIG. 10 is an enlarged view of the minimum thickness portion.
  • the minimum thickness portion is formed on the same screw thread 21 on the opposite side to the maximum thickness portion (a portion opposite to about 180 degrees) across the central axis of the shaft portion 2.
  • at least the top 21 a of the screw thread 21 in the minimum thickness portion is composed of the outer peripheral portion 14. That is, the top 21a of the thread 21 of this portion is composed of the first alloy material 1a.
  • the outer periphery of the main body portion 12 flows deeper into the inner side of the screw thread 21, and the height of the convex shape on the outer periphery of the main body portion 12 is higher than the maximum thickness portion.
  • the thickness of the first alloy material 1a in the minimum thickness portion is the minimum thickness T4 ( ⁇ T3) at least in the screw thread 21 including the top portion 21a.
  • the base side of the screw thread 21 is constituted by the main body portion 12. That is, the root side of the screw thread 21 is constituted by the second alloy material 1b.
  • the valley portion 21b of the screw portion 22 is also configured from the outer peripheral portion 14, and the main body portion 12 is not exposed. That is, the valley portion 21b is constituted by the first alloy material 1a.
  • the screw portion 22 of the fastening member 1 has the maximum thickness T1 and the minimum thickness T2 in the outer peripheral portion 14 made of the first alloy material 1a in one screw thread 21. That is, the outer peripheral portion 14 made of the first alloy material 1 a has a thick portion 23 and a thin portion 24 that are eccentric to the outer side in the radial direction with respect to the single thread 21 main body portion 12.
  • the maximum thick part (thick part 23) which the outer peripheral part 14 has is not limited to one place, and may be provided in plurality in one screw thread 21. Further, the maximum thickness portion (thick portion 23) and the minimum thickness portion (thin portion 24) of the outer peripheral portion 14 do not need to be provided on all the screw threads 21 in the screw portion 22, Only some of the threads 21 may be provided.
  • FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a fastening member according to Embodiment 3 of the present invention.
  • 12 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
  • the fastening member 101 has a hollow cylindrical shape, and is a nut (a kind of female screw) in which a thread 201 is formed on the inner surface of a hole formed in the center.
  • the fastening member 101 is provided with a screw portion 202 that forms a plurality of screw threads 201 on the inner peripheral surface thereof.
  • the shape of the fastening member 101 is not limited to the hexagonal nut shape, and may be other shapes such as a flanged nut and a cap nut.
  • the fastening member 101 includes a first alloy material 11a and a second alloy material 11b, which are two different types of alloys.
  • the first alloy material 11 a constitutes the inner peripheral portion 104 that covers the surface of the screw thread 201.
  • the 2nd alloy material 11b comprises the main-body part 102 which is the outer peripheral part of a fastening member.
  • the first alloy material 11a is the same material as the first alloy material 1b
  • the second alloy material 11b is the same material as the second alloy material 1b.
  • the main body part 102 exists on the outer peripheral side of the fastening member 101, and the inner peripheral part 104 covers the inner surface of the hole formed in the central part.
  • the top part 201a and the valley part 201b of the screw part 202 are covered with the inner peripheral part 104, and the main body part 102 (second alloy material 11b) is not exposed.
  • the inner peripheral portion 104 does not need to completely cover the main body portion 102.
  • the wall thickness of the inner peripheral portion 104 differs depending on the circumferential position of the hole formed in the central portion.
  • the inner peripheral portion 104 has the same thickness 21 including the top portion 21a of the screw thread 201, and the opposite side (about the center axis of the hole formed in the central portion of the thickest portion (thick wall portion 203). It has a minimum thickness portion (thin wall portion 204) formed in a region of 180 ° opposite portion). That is, the inner peripheral portion 104 covers the surface of the main body portion 102 in a state where a part of the inner peripheral portion is eccentric inward in the radial direction with respect to the main body portion 102.
  • the fastening member may be a small screw that is a male screw other than a bolt or a tapping screw.
  • the present invention can include various embodiments not described herein, and various design changes and the like can be made without departing from the technical idea specified by the claims. Is possible.
  • the fastening member according to the present invention is suitable for reducing the occurrence of looseness while improving the weight of the fastening member and improving the reliability and durability of the fastening structure.

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Abstract

本発明に係る締結部材は、頭部と、ねじ山が形成された軸部と、を有する締結部材であって、前記軸部は、本体部と、前記本体部の径方向外側に設けられた外周部とを有し、前記ねじ山における前記外周部は、第一の合金材料により構成されるとともに、少なくとも前記ねじ山の頂部を含む部分を形成し、前記ねじ山における前記本体部は、前記第一の合金材料よりも高い引っ張り強さを有する第二の合金材料により構成されるとともに、前記ねじ山の根元を含む部分を形成し、前記ねじ山における前記外周部は、前記軸部の周方向で肉厚が最大となる厚肉部と、前記軸部の周方向で肉厚が最小となる薄肉部とを有する。

Description

締結部材
 本開示は、締結部材に関する。
 従来、産業分野全般における部材の軽量化の要求から、ボルトやねじといった締結部材およびそれらによる締結構造についても、様々な観点により軽量化が試みられてきた。一方で、締結部材としての信頼性や耐久性の向上も合わせて図る必要があり、これらの両立が必要となってきている。
 上記の様な問題に対し、クラッド接合等により二種類の合金を組み合わせた素材をボルトに適用する技術が広まってきている。例えば、特許文献1には、基材をアルミで構成し、その表面をニッケルで被覆したボルトが記載されている。
特開平11-210728号公報
 しかしながら、アルミを含めたクラッド材等の二種類の合金を組み合わせた素材からなるボルトは、軽量化を実現することはできても、締結構造としての信頼性や耐久性には、依然として問題が残ることが多かった。すなわち、使用を繰り返すうちに緩みが発生する場合があった。
 上記に鑑みて、本発明は、締結部材の軽量化を実現しつつ、緩みの発生を低減し、締結構造としての信頼性や耐久性を向上させることを目的とする。
 上記課題を解決するために、本発明に係る締結部材は、ねじ山が形成された締結部材であって、前記ねじ山の頂部を含む部分は、第一の合金材料により構成され、周方向において、肉厚が最大となる厚肉部と、肉厚が最小となる薄肉部とを有し、前記ねじ山の根元を含む部分は、前記第一の合金材料よりも高い引っ張り強さを有する第二の合金材料により構成されることを特徴とする。
 本発明に係る他の締結部材は、頭部と、ねじ山が形成された軸部と、を有する締結部材であって、前記軸部は、本体部と、前記本体部の径方向外側に設けられた外周部とを有し、前記ねじ山における前記外周部は、第一の合金材料により構成されるとともに、少なくとも前記ねじ山の頂部を含む部分を形成し、前記ねじ山における前記本体部は、前記第一の合金材料よりも高い引っ張り強さを有する第二の合金材料により構成されるとともに、前記ねじ山の根元を含む部分を形成し、前記ねじ山における前記外周部は、前記軸部の周方向で肉厚が最大となる厚肉部と、前記軸部の周方向で肉厚が最小となる薄肉部とを有することを特徴とする。
 本発明に係る他の締結部材は、前記外周部が前記本体部に対して偏芯していることにより、前記厚肉部と前記薄肉部が形成されていることを特徴とする。
 本発明に係る他の締結部材は、前記厚肉部と前記薄肉部とは、前記軸部の中心軸を挟んで反対側にあることを特徴とする。
 本発明に係る他の締結部材は、前記軸部の軸方向中間部に形成されたねじ部に一つ以上の前記ねじ山が形成され、前記ねじ山は、前記軸部の軸のまわりに一周しており、前記厚肉部と前記薄肉部とは、前記ねじ部において、少なくとも前記ねじ山が一周する間に1つずつ形成されていることを特徴とする。
 本発明に係る他の締結部材は、前記第一の合金材料は、JIS規格の1000系または6000系のアルミニウム基合金であり、前記第二の合金材料は、JIS規格の2000系または7000系のアルミニウム基合金であることを特徴とする。
 本発明に係る他の締結部材は、ねじ山が形成された締結部材であって、本体部と、前記本体部の径方向内側に設けられた内周部とを有し、前記ねじ山における前記内周部は、第一の合金材料により構成されるとともに、少なくとも前記ねじ山の頂部を含む部分を形成し、前記ねじ山における前記本体部は、前記第一の合金材料よりも高い引っ張り強さを有する第二の合金材料により構成されるとともに、前記ねじ山の根元を含む部分を形成し、前記ねじ山における前記内周部は、周方向で肉厚が最大となる厚肉部と、周方向で肉厚が最小となる薄肉部とを有することを特徴とする。
 本発明によれば、締結部材の軽量化を実現しつつ、信頼性や耐久性に優れた締結部材を提供できる。
図1は、本発明の実施の形態1に係る締結部材の構成を示す側面図である。 図2は、図1に示す締結部材の中心軸を含んだ断面図である。 図3は、図1に示す締結部材のC-C断面の模式図である。 図4は、図2の領域Aの拡大図である。 図5は、図2の領域Bの拡大図である。 図6は、実施例1に係るボルトの中心軸を含んだ断面のX線CTスキャン写真である。 図7は、実施例2に係るボルトの中心軸を含んだ断面のX線CTスキャン写真である。 図8は、実施例1および2に係るボルトのユンカー振動試験結果である。 図9は、本発明の実施の形態2に係る締結部材の中心軸を含んだ断面の拡大図である。 図10は、本発明の実施の形態2に係る締結部材の中心軸を含んだ断面のその他の拡大図である。 図11は、本発明の実施の形態3に係る締結部材の構成を示す平面図である。 図12は、図11のD-D線断面図である。
 以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
(実施の形態1)
 図1は、本発明の実施の形態1に係る締結部材1を示す側面図である。締結部材1は、六角形状を成す頭部3と、棒状を成す軸部2とを有するボルト(雄ねじの一種)である。軸部2には、その軸方向(延在方向)の中間部分に複数のねじ山21を形成するねじ部22が設けられている。ねじ山21は、両端が軸方向にずれ、かつ軸部2の軸のまわりに一周している。各ねじ山21は、軸方向で隣り合うねじ山21同士が連なっている。ねじ部22における複数のねじ山21は、らせん状に延びている。頭部3の形状は、六角形状に限定されるものではなく、皿型、平型、その他の形状であってもよい。
 図2は、締結部材1の軸部2の軸方向の中心軸を含む断面図である。軸部2は、その内周部分である本体部12と、軸部2の外周部分(本体部12の径方向外側)を構成する外周部14とを有している。外周部14と本体部12は、それぞれ互いに異なる二種類の合金である、第一の合金材料1aと第二の合金材料1bから構成される。第一の合金材料1aは、本体部12の径方向外側において、外周部14を構成する。第二の合金材料1bは、軸部2の内周部分である本体部12を構成する。第二の合金材料1bは、本体部12を構成することから、外周部14を構成する第一の合金材料1aよりも強度が高い、特に引っ張り強さが大きい材料である。
 軸部2の材料として、第一の合金材料1aと第二の合金材料1bのクラッド材を用いてもよい。
 第一の合金材料1aおよび第二の合金材料1bとして、同一の元素を主成分とする二種類の合金を使用することができる。例えば、二種類のアルミニウム基合金を使用することができる。
 第一の合金材料1aとして、1000系や6000系のアルミニウム基合金を使用することができる。例えば、第一の合金材料1aとして、JIS規格のA6063を使用することができる。その他にも、JIS規格のA6056を使用することができる。これらのアルミニウム基合金は、比較的強度が高く、耐食性や耐応力腐食性に優れ、比較的軽量な合金である。
 第二の合金材料1bとして、2000系や7000系のアルミニウム基合金を使用することができる。例えば、第二の合金材料1bとして、JIS規格のA2618、A2024を使用することができる。これらは、比較的高い引っ張り強さを有し、比較的軽量な高強度のアルミニウム基合金である。特に、第一の合金材料1aとしてのアルミニウム基合金と比較して、高い引っ張り強さを有している。
 その他に、第一の合金材料1aおよび第二の合金材料1bとして、異なる元素を主成分とする二種類の合金を使用することができる。
 軸部2の内周側に本体部12が存在し、その外周部分を外周部14が被覆している。外周部14は、本体部12を完全に被覆している必要はなく、例えば、図2の様に、頭部3の一部や、頭部3とは反対側の軸部2の端部は露出していてもよい。
 図3は、締結部材1のC-C断面の模式図(軸部2における中心軸方向視断面図)である。図3に示すように、外周部14の肉厚は、軸部2の周方向の位置で異なっている。外周部14は、最大の肉厚部分と、その軸部2の中心軸について反対側(約180度反対側の部分)の領域において、最小の肉厚部分を有している。すなわち、外周部14は、本体部12に対して径方向外側に偏芯した状態で本体部12の外周部分を構成している。
 ここで、外周部14が、本体部12に対して偏芯しているとは、外周部14の仮想的な中心軸と、同じく本体部12の仮想的な中心軸とが、軸部2の中心軸方向の断面視において、その位置が互いにずれており、一致していないことを言う。
 図4は、図2における領域A(最大の肉厚部分)の拡大図である。図4に示すように、ねじ部22におけるねじ山21は、少なくともその頂部21aが外周部14から構成されている。つまり、ねじ山21の頂部21aは第一の合金材料1aから構成される。最大の肉厚部分における第一の合金材料1aの肉厚は、少なくとも、その頂部21aを含むねじ山21において、最大肉厚T1となっている。
 ねじ山21の根元側は、本体部12によって構成されている。つまり、ねじ山21の根元側は第二の合金材料1bによって構成されている。ねじ部22の谷部21bは、薄く外周部14により被覆されており、本体部12が露出していない。つまり、谷部21bは、外周部14である第一の合金材料1aによって構成される。
 図5は、図2における領域B(最小の肉厚部分)の拡大図である。最小の肉厚部分は、同一のねじ山21において、軸部2の中心軸を挟んで最大の肉厚部分とは反対側(約180度反対側の部分)に形成されている。図5に示すように、最小の肉厚部分におけるねじ山21は、少なくともその頂部21aが外周部14から構成されている。つまり、この部分のねじ山21の頂部21aは第一の合金材料1aから構成される。最小の肉厚部分における第一の合金材料1aの肉厚は、少なくとも、その頂部21aを含むねじ山21において、最小肉厚T2(<T1)となっている。
 ねじ山21の根元側は、本体部12によって構成されている。つまり、ねじ山21の根元側は第二の合金材料1bによって構成されている。ねじ部22の谷部21bは、薄く外周部14により被覆されており、本体部12が露出していない。つまり、谷部21bは、外周部14である第一の合金材料1aによって構成される。
 上述のように締結部材1のねじ部22は、第一の合金材料1aから構成される外周部14が、一つのねじ山21において、最大肉厚T1と最小肉厚T2とを有している。すなわち、第一の合金材料1aから構成される外周部14が、一つのねじ山21において本体部12に対して径方向外側に偏芯した厚肉部23と薄肉部24を有している。
 外周部14が有する最大の肉厚部分(厚肉部23)と最小の肉厚部分(薄肉部24)とは、一か所に限定されるものではなく、一つのねじ山21に複数設けられてもよい。また、外周部14が有する最大の肉厚部分(厚肉部23)と最小の肉厚部分(薄肉部24)とは、ねじ部22において、全てのねじ山21に設けられている必要はなく、一部のねじ山21だけであってもよい。またさらに、外周部14が有する最大の肉厚部分(厚肉部23)と最小の肉厚部分(薄肉部24)とは、互いに180°反対側に存在していない構成をとることもできる。
 以上、説明した本発明の実施の形態1に係る締結部材1の作用および効果について説明する。締結部材1を相手部材に締結する際には、ねじ部22のねじ山21が、相手部材と係合し、締結される。この際、厚肉部23において、第一の合金材料1aの部分が他の外周部より多く、一方薄肉部24は、第一の合金材料1aの部分が他の外周部より少ない。すなわち、厚肉部23と薄肉部24とで、強度の異なる二種類の材料が、その構成割合を変えて存在することになる。この結果、厚肉部23と薄肉部24とにおける軸荷重(耐荷重)の分布が均等ではなくなり、軸部2の中心軸に対して斜め荷重がかかる構成となるため、相手部材と強固に係合し、効果的に緩み防止を実現できる。
 また、締結部材1は、軸部2において、外周部14が第一の合金材料1aから構成され、本体部12が第二の合金材料1bから構成されていることにより、締結部材全体として使用する材料を必要な強度、特性に応じて最適化でき、軽量化を実現できる。
 また、厚肉部23と薄肉部24とは、外周部14を軸部2の中心軸に対して偏芯させて形成していることから、締結部材1をより簡便に製造することができる。
 また、厚肉部23と薄肉部24とは、その軸部2の中心軸について反対側(約180度反対側の部分)の領域に位置していることから、中心軸に対する斜め荷重を効果的に生じさせることができ、より強固な締結を実現することができる。
 さらに、外周部14を構成する第一の合金材料1aとしての1000系や6000系のアルミニウム基合金は、耐腐食性や耐応力腐食性に優れていることから、特に、ねじ山21を含めた軸部2をこれらの材料で被覆することにより、締結部材としての信頼性をより高めることができる。また、アルミニウム基合金は、比較的軽量であるから締結部材1をより軽量化できる。
 ここで、上述した締結部材1の具体的な構成の一例について説明する。具体的な構成例として、以下の実施例1、実施例2、および従来例を作製した。
(実施例1)
 本実施例の締結部材1(ボルト)は、軸部2の本体部12にJIS規格のA2618を使用し、その外周部分をJIS規格のA6063で被覆した棒状のクラッド材を、ヘッダー工程、熱処理工程の後、転造工程によってねじ部22を形成することにより作製した。
ボルトサイズはM8×50である。
 図6は、実施例1に係るボルトの中心軸を含んだ断面のX線CTスキャン写真である。ある部分のねじ山21におけるJIS規格のA6063からなる外周部14の肉厚は、607ミクロンであり、一方で、それと中心軸を挟んで反対側の外周部14の肉厚は、680ミクロンであった。
(実施例2)
 本実施例の締結部材1(ボルト)も、クラッド材の外周部分の厚さを変更した以外は、実施例1と同様に作成した。
 図7は、実施例2に係るボルトの中心軸を含んだ断面のX線CTスキャン写真である。ある部分のねじ山21におけるA6063からなる外周部14の肉厚は、370ミクロンであり、一方で、それと中心軸を挟んで反対側の外周部14の肉厚は、318ミクロンであった。
(従来例)
 従来例の締結部材(ボルト)は、軸部2および頭部3の形成にJIS規格のA2618材のみを使用した以外は、実施例1と同様に作成した。
 図8は、実施例1および2に係るボルトのユンカー振動試験結果を示している。ユンカー振動試験は、ねじ緩み振動試験規格DIN25201-4に基づいて実施した。図8から明らかな様に、実施例1および実施例2に係るボルトのいずれも、従来例のボルトと比較して、負荷振動回数が増加しても、高い軸力を維持していることが分かる。また、従来例に係るボルトでは、負荷振動回数の増加に従い、軸力は減少していくのに対し、実施例1および2では、一定の軸力を保持していることが分かる。このように、実施例1および2に係るボルトは締結部材1として高い信頼性を示すことが示された。
(実施の形態2)
 以下、実施の形態2に係る締結部材について説明する。実施の形態1に係る締結部材1と構成要素として共通する部分については同一符号を付し、説明は省略する。図9および10に示すように、本体部12は、その外周においてねじ山21に応じた凸形状を有している。また、外周部14は、その根元側が、本体部12の外周の凸形状に応じた凹形状となっている。つまり、本体部12の外周の一部が、ねじ山21の内側に流入している。
 図9は、最大の肉厚部分の拡大図である。図9に示すように、ねじ部22におけるねじ山21は、少なくともその頂部21aが外周部14から構成されている。つまり、ねじ山21の頂部21aは、第一の合金材料1aから構成される。最大の肉厚部分における第一の合金材料1aの肉厚は、少なくとも、その頂部21aを含むねじ山21において、最大肉厚T3となっている。ここで、本実施の形態2に係る第一の合金材料1aの肉厚は、本体部12の凸形状の頂部と、ねじ山21の頂部との距離である。
 ねじ山21の根元側は、本体部12によって構成されている。つまり、ねじ山21の根元側は、本体部の外周における凸部があるため、一部が第二の合金材料1bによって構成され、それ以外の部分は、第一の合金材料1aから構成される。ねじ部22の谷部21bについても、外周部14から構成され、本体部12が露出していない。つまり、谷部21bは、第一の合金材料1aによって構成される。
 図10は、最小の肉厚部分の拡大図である。最小の肉厚部分は、同一のねじ山21において、軸部2の中心軸を挟んで最大の肉厚部分とは反対側(約180度反対側の部分)に形成されている。図10に示すように、最小の肉厚部分におけるねじ山21は、少なくともその頂部21aが外周部14から構成されている。つまり、この部分のねじ山21の頂部21aは第一の合金材料1aから構成される。また、本体部12の外周が、ねじ山21の内側により深く流入しており、本体部12の外周の凸形状の高さが、最大の肉厚部分に比べて高くなっている。従って、最小の肉厚部分における第一の合金材料1aの肉厚は、少なくとも、その頂部21aを含むねじ山21において、最小肉厚T4(<T3)となっている。
 ねじ山21の根元側は、本体部12によって構成されている。つまり、ねじ山21の根元側は第二の合金材料1bによって構成されている。ねじ部22の谷部21bについても、外周部14から構成され、本体部12が露出していない。つまり、谷部21bは、第一の合金材料1aによって構成される。
 上述のように締結部材1のねじ部22は、第一の合金材料1aから構成される外周部14が、一つのねじ山21において、最大肉厚T1と最小肉厚T2を有している。すなわち、第一の合金材料1aから構成される外周部14が、一つのねじ山21本体部12に対して径方向外側に偏芯した厚肉部23と薄肉部24とを有している。
 外周部14の有する最大の肉厚部分(厚肉部23)は、一か所に限定されるものではなく、一つのねじ山21に複数設けられてもよい。また、外周部14の有する最大の肉厚部分(厚肉部23)と最小の肉厚部分(薄肉部24)は、ねじ部22において、全てのねじ山21に設けられている必要はなく、一部のねじ山21だけであってもよい。
(実施の形態3)
 以下、実施の形態3に係る締結部材について説明する。実施の形態1または実施の形態2に係る締結部材1と共通する部分については同一符号を付し、説明は省略する。図11は、本発明の実施の形態3に係る締結部材の構成を示す平面図である。図12は、図11のD-D線断面図である。締結部材101は、中空円柱状をなしており、中心部に形成される穴の内面にねじ山201が形成されたナット(雌ねじの一種)である。締結部材101には、その内周面に複数のねじ山201を形成するねじ部202が設けられている。締結部材101の形状は、六角ナット形状に限定されるものではなく、フランジ付きナット、袋ナット等、その他の形状であってもよい。
 締結部材101は、互いに異なる二種類の合金である、第一の合金材料11aと第二の合金材料11bから構成される。第一の合金材料11aは、ねじ山201の表面を覆う内周部104を構成する。第二の合金材料11bは、締結部材の外周部分である本体部102を構成する。例えば、第一の合金材料11aは第一の合金材料1bと同じ材料であり、第二の合金材料11bは第二の合金材料1bと同じ材料である。
 締結部材101の外周側に、本体部102が存在し、その中心部に形成される穴の内表面を内周部104が覆っている。ねじ部202の頂部201aおよび谷部201bは、内周部104により被覆されており、本体部102(第二の合金材料11b)が露出していない。内周部104は、本体部102を完全に被覆している必要はない。
 内周部104(第一の合金材料11a)の肉厚は、中心部に形成される穴の周方向の位置で異なっている。内周部104は、ねじ山201の頂部21aを含む同一のねじ山21において、最大の肉厚部分(厚肉部203)と、その中心部に形成される穴の中心軸について反対側(約180度反対の部分)の領域に形成される最小の肉厚部分(薄肉部204)を有している。すなわち、内周部104は、その周方向の一部が、本体部102に対して、径方向内側に偏芯した状態で本体部102の表面を覆っている。
 ここまで、本発明を実施するための形態について、説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様で実施し得る。例えば、締結部材を、ボルト以外の雄ねじである小ねじやタッピンねじとしてもよい。
 このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
 以上のように、本発明に係る締結部材は、締結部材の軽量化を実現しつつ、緩みの発生を低減し、締結構造としての信頼性や耐久性を向上させるのに好適である。
 1、101 締結部材
 1a、11a 第一の合金材料
 1b、11b 第二の合金材料
 12、102 本体部
 14 外周部
 104 内周部
 2 軸部
 3 頭部
 21、201 ねじ山
 21a、201a 頂部
 21b、201b 谷部
 22、202 ねじ部
 23、203 厚肉部
 24、204 薄肉部

Claims (7)

  1.  ねじ山が形成された締結部材であって、
     前記ねじ山の頂部を含む部分は、第一の合金材料により構成され、周方向において、肉厚が最大となる厚肉部と、肉厚が最小となる薄肉部とを有し、
     前記ねじ山の根元を含む部分は、前記第一の合金材料よりも高い引っ張り強さを有する第二の合金材料により構成される
     ことを特徴とする締結部材。
  2.  頭部と、ねじ山が形成された軸部と、を有する締結部材であって、
     前記軸部は、本体部と、前記本体部の径方向外側に設けられた外周部とを有し、
     前記ねじ山における前記外周部は、第一の合金材料により構成されるとともに、少なくとも前記ねじ山の頂部を含む部分を形成し、
     前記ねじ山における前記本体部は、前記第一の合金材料よりも高い引っ張り強さを有する第二の合金材料により構成されるとともに、前記ねじ山の根元を含む部分を形成し、
     前記ねじ山における前記外周部は、前記軸部の周方向で肉厚が最大となる厚肉部と、前記軸部の周方向で肉厚が最小となる薄肉部とを有することを特徴とする締結部材。
  3.  前記外周部が前記本体部に対して偏芯していることにより、前記厚肉部と前記薄肉部が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の締結部材。
  4.  前記厚肉部と前記薄肉部とは、前記軸部の中心軸を挟んで反対側にあることを特徴とする請求項2または3に記載の締結部材。
  5.  前記軸部の軸方向中間部に形成されたねじ部に一つ以上の前記ねじ山が形成され、
     前記ねじ山は、前記軸部の軸のまわりに一周しており、
     前記厚肉部と前記薄肉部とは、前記ねじ部において、少なくとも前記ねじ山が一周する間に1つずつ形成されていることを特徴とする請求項2~4のいずれか一項に記載の締結部材。
  6.  前記第一の合金材料は、JIS規格の1000系または6000系のアルミニウム基合金であり、前記第二の合金材料は、JIS規格の2000系または7000系のアルミニウム基合金であることを特徴とする請求項2~5のいずれか一項に記載の締結部材。
  7.  ねじ山が形成された締結部材であって、
     本体部と、前記本体部の径方向内側に設けられた内周部とを有し、
     前記ねじ山における前記内周部は、第一の合金材料により構成されるとともに、少なくとも前記ねじ山の頂部を含む部分を形成し、
     前記ねじ山における前記本体部は、前記第一の合金材料よりも高い引っ張り強さを有する第二の合金材料により構成されるとともに、前記ねじ山の根元を含む部分を形成し、
     前記ねじ山における前記内周部は、周方向で肉厚が最大となる厚肉部と、周方向で肉厚が最小となる薄肉部とを有することを特徴とする締結部材。
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