自動車用ネジ、ナット、ボルト: 硬度の要件と用途

自動車のネジ、ナット、ボルトは、車両の構造的完全性と機能を確保するために不可欠な部品です。 これらのファスナーは、負荷、振動、温度変化などのさまざまな応力に耐えるため、用途に応じて特定の硬度レベルを満たす必要があります。 

自動車用ファスナーの硬度要件

1. 硬度レベル

   • 一般的なファスナー : 内装パネルや軽量構造物など、重要ではない領域で使用されるネジやボルトには、通常、約 18–25 HRC (ロックウェル硬度スケール)。 これらのファスナーは適度な強度を持たせるように設計されており、多くの場合、低炭素鋼やアルミニウム合金などの材料で作られています。
   • 構造ファスナー : シャーシやフレームなどの耐荷重部品のボルトとナットには、より高い硬度レベルが必要です。 30–40 HRC. 中炭素鋼および高炭素鋼は、クロムやモリブデンなどの元素と合金化されることもあり、必要な硬度を達成するために熱処理されます。
   • エンジンファスナー ：シリンダーヘッドボルトなど、エンジンに使用されるボルトは高圧や高温に耐える必要があります。 これらのファスナーの硬度レベルは、次のとおりです。 35–熱膨張、疲労、振動に耐える 45 HRC。
   • 高性能アプリケーション : レース車両や大型車両の場合、ファスナーは 45 HRC を超える必要がある場合があります。 これらのコンポーネントは通常、チタン合金や超高張力鋼などの先進的な材料から製造されています。

2. 規格と試験

   • 自動車用ファスナーは、硬度、降伏強さ、引張強さなどの機械的特性を規定する ISO 898-1 や SAE J429 などの国際規格に準拠する必要があります。
   • ロックウェル、ビッカース、ブリネルなどの硬度試験方法は、品質管理中の適合性を確認するために一般的に使用されます。

使用材料とその硬度特性

1. 低炭素鋼

   • 低炭素鋼は汎用のネジやボルトに使用され、重要でない用途には十分な強度を備えています。 熱処理が省略されることが多く、その結果、硬度は低くなりますが、延性は向上します。

2. 中炭素鋼

   • 多くの場合マンガンが添加された中炭素鋼は、構造ファスナーに使用されます。 焼き入れや焼き戻しなどの熱処理工程を経て、バランスの取れた硬度を実現しています。 25–40 HRC.

3. 高炭素鋼

   • より高い硬度が必要な用途には、高炭素鋼が使用されます。 これらの材料は、次の硬度レベルに達する可能性があります。 40–熱処理後50HRCを実現し、エンジンボルトなどの重要部品に適しています。

4. 合金鋼

   • 4140 や 4340 などの合金鋼には、硬度と耐食性を高めるためにクロム、モリブデン、ニッケルなどの元素が含まれています。 吊りボルトや高力ファスナーなどによく使われる材質です。

5. ステンレス钢

   • 304 または 316 グレードで作られたステンレス鋼ファスナーは、耐食性が必要な領域で使用されます。 通常、その硬度は炭素鋼よりも低いですが、加工硬化または冷間成形技術により硬度を高めることができます。

6. チタン合金

   • 軽量で耐食性に優れたチタン合金は、パフォーマンスやレースの用途に使用されます。 適度な硬さを提供します (30–40HRC）を実現しながら、鋼よりも大幅に軽量です。

自動車用ファスナーの用途

1. エンジンコンポーネント

   • シリンダーヘッドボルト : これらのボルトはエンジン ヘッドをブロックに固定し、極度の圧力や熱サイクルに耐える必要があります。 これらは通常、次の硬度レベルの高強度合金鋼で作られています。 35–45 HRC.
   • エキゾーストマニホールドボルト : これらのボルトは高温で動作するため、ステンレス鋼やニッケル合金などの耐熱性の材料が必要です。
   • コンロッドボルト : エンジンの回転アセンブリに使用されるこれらのボルトは、繰り返し負荷による破損を防ぐために超高強度が必要です。

2. サスペンションとシャーシ

   • サスペンションボルト : これらの留め具は、コントロール アーム、ストラット、スタビライザー バーなどのコンポーネントを固定します。 多くの場合、次の硬度レベルの中炭素鋼または合金鋼で作られています。 30–動的荷重に耐える 40 HRC。
   • フレームボルト : 車両のフレームに使用されるボルトは、車両の重量や応力に耐えるため、高い強度と耐久性が必要です。

3. トランスミッションとドライブトレイン

   • フライホイールボルト : フライホイールとクランクシャフトを接続するため、高い硬度が必要なボルトです(40–45 HRC) でせん断力に耐えます。
   • デフボルト : ドライブトレインに使用されるこれらのボルトは、トルクと回転力に耐え、通常は高張力鋼で作られています。

4. ブレーキシステム

   • キャリパーボルト : ブレーキ キャリパーの取り付けに使用されるボルトは、高い応力と熱にさらされます。 適度な硬さが必要です（35–40 HRC）で、多くの場合合金鋼で作られています。
   • ローターボルト : ブレーキローターをハブに固定するこれらの締結具は、信頼性の高い性能を得るために精密な加工と十分な硬度が必要です。

5. 内外装

   • インテリアパネルのネジ : ダッシュボードパネルやシートなどの内装部品の固定には、軽量で硬度の低いネジを使用しています。
   • 本体ファスナー : ボディパネル、ドア、バンパーを取り付けるためのネジやボルトが含まれます。 通常、これらはステンレス鋼やコーティングされた炭素鋼などの耐食性材料で作られています。

6. 電気およびバッテリーシステム

   • バッテリー端子ボルト : これらの留め具は耐腐食性があり、電気システムに安全な接続を提供する必要があります。 銅または亜鉛メッキのボルトが一般的に使用されます。
   • EVバッテリーファスナー : 電気自動車のバッテリーエンクロージャには、アルミニウムまたはチタン合金で作られた軽量で耐食性の留め具が必要です。