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2019/05/24

チタンホイールボルト2 6AL-4V Titanium Rolled Wheel Bolt M12X1.5 r12 with Floating Washer.

6Al -4V チタンボルト 高級品の写真です。
製造販売が中止されて、頭高さが変更になってしまった純正ホイールボルトにあわせて造っています。
純正8孔ホイールや、LTDホイール、AMGホイール、
初期の18インチのリミテッド風ホイール ユーロ6には適合します。


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写真のとおり、
重量は純正の86g に対して、52g と一本当たり 34g 軽く仕上がっています。


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それで、あまり気にしない人もおおいでしょうが、チタンマニアとして、
純正ボルトと64チタンボルトの強度比較について、備忘と理解の整理のため記載します。

まず 純正ボルトの素材について、

純正ボルトは、JIS規格ではなく強度表示がありません。素材もメルセデスの資料、マニュアル見てもでてません。
そこで材質を推測することにします。
締め付けトルクをみますと、純正スチールボルトはM12サイズで締め付けトルクが110Nm指定(脱脂指定)となっています。

締め付けトルクから、純正スチールボルトの強度等、機械特性を 推測するとして、 

締め付けトルクからの推定で、大雑把ですが、余裕マージンを見て
JISの強度区分でいうと「10.9」の高強度ボルトが該当しそうです。結構、高強度のボルトです。
(熱処理もあるんでしょうが、硬さや旋盤で削った感じに照らすと、実際SCM435よりは、すこし柔らかく感じます)



純正ボルトを、JIS規格 10.9の高強度ボルトとして、 いわゆるクロモリ材、SCM435材を使っているわけですから、

SCM435材の最少引張強さが 1040N/mm^2 下降伏点が、 940N/mm^2 (95.9kgfm)

ボルトの強度計算をするには、これに断面積をかける必要があります。

M12の並目で1.75 材料径が 10.55mm  有効面積が 84.3mm^2
M12の細目で1.5材料径が  10.60mm  有効面積が88.2mm^2


最少引張強さ、下降伏点に、ボルトの有効面積をかけると

SC435 最少引張強さで
M12 並目で87,672 ≒ 87,700 (1040 X 84.3)  M12X1.5で 91,728≒91,700(1040x88.2) 100未満四捨五入

SC435 下降伏点で
M12で79,242 ≒ 79,200 (940 X 84.3)  M12X1.5で 82,908≒82,900(940x88.2) 100未満四捨五入

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日本チタン協会サイト



今回作ったホイールボルトは 材料が α-βチタン合金
(Ti-6Al-4V) いわゆる 6-4チタン合金だと

最少引張強さ (MPa) 895≦  下降伏点耐力  (MPa) 825≦

MPa = N/mm^2 単位が違いますが、1 N/mm^2 = 1000000 N/m^2 = 1000000 Pa=1MPaだから、おんなじ、

これにボルトの有効面積をかけると

6-4チタンの最少引張強さ

M12 並目で75,448 ≒ 75,400 (895 X 84.3)  M12X1.5で 78,939≒78,900(895x88.2)  100未満四捨五入

6-4チタンの下降伏点で
M12で69,547 ≒ 69,500 (825X 84.3)  M12X1.5で 72,765≒72,800(825x88.2) 100未満四捨五入

最少引っ張り強さでSCM435クロモリ比86% 下降伏点耐力で 88%程度となっています。


なので、今回製作した6-4チタンボルトの指定締付トルク、

最少引張張力、下降伏点に、締付方法、給脱脂、係数等で計算する方法でも計算しました、

そうすると、指定締め付けトルクが、給脂トルクレンチ締付で約110Nm、
脱脂トルクレンチ締付で140Nmと 純正指定とくらべると、3割位増えます。

自分で試験したところ、ボルトの伸びの感じで、ボルト側はまだまだ大丈夫だと思いますが、
ハブ側に不安が残るので、純正ベースで下耐久の係数かけることにしました。

コンロッドボルトみたいに、ボルトの伸び量を測って、管理して締めるのが、確実なんですが
さすがにホイールではそこまでやってないですね、
興味深いので一度、治具つくって長さとトルク測ってみたいと思います。

さて、簡易方式で見るに、
クロモリと6-4チタン比較すると、締め付けトルクについては、下耐久がクロモリ鋼比較で88%ですので、
110x0.88=968≒100Nmで仮に指定しました(スレッド、フランジ、キャップあたり面給脂推奨)。

指定トルクで締め付け後、100km程度走行後、再点検、最締付してください。

スレッド部分はハブ側 (鉄)との 固着防止のために、ボルトスレッド面(ネジ部)にカッパ―グリスを塗っていただき、
ハブ側はM12の1.5でタップを、必ず通してから使用してください。

ボルトのスレッドはJIS1級の転造加工で精度出していますので、ダイス等を改めてたてる必要はありません。

フローティングワッシャーとボルトのツバの当たり面には給脂して、規定トルク(100Nm)で締め付けてください。

ご存じの方もあると思いますが、
(あとで別稿で書きます)大型自動車のホイールボルトの締め付け ISOと JISで 座面への給脂指定が変わっています。

もちろん、給脂したほうが摩擦が減少するので、トルクがかかりづらいため、締付量は増えます。
今回製作したチタンボルトは、フローティングワッシャーとボルトツバ部が接する部分の面粗度を
下げるために研磨してありますが、給脂指定としました。

他方で、フローティングワッシャーの球面部、ホイールと接する面については、純正と同じく脱脂指定としています。

なお、ハブ側のボルトピッチが経年劣化で摩耗している、ハブのボルト部にガタが出ている場合には、
ハブ側のネジ山に不安が残ることになりますので、ハブをいつ交換したか
わからない方(新車からだともう25年モノです!)は、経験のある専門店に相談をしたうえでの作業を、
強く推奨します。

ボルト側は、下伏限界までの余裕が大きいので、球面部を給脂で締め付けても、
ボルト側が破断することはないのですが、
ハブ側のスチールのネジ山が特に経年劣化で錆びて、また、すり減っていたりすると、
チタンの堅い転造ネジに対して、ハブ側が
オーバートルクでは、かかりも弱くなりキツくなると思っています。

ちなみに、ご懸念のチタンのボルト自体の耐久性ですが、
WTACのエスコート安藤号 レースカーで
6-4チタンホイールナットのテストでも、スチールボルトと同等トルクで締め付けて
いままで 2シーズン トラブルはありませんでした。

60°テーパー 座面ドライで使ってます
(インパクトレンチ使用してます(笑)が、ホイールもナットも、使い捨て感覚のタイムアタックレースですので、
日常使いにはお勧めしません。でも今のところノートラブルです。)

今回のホイールボルトも、破壊試験、強度試験しましたが、
R12球面使用のため、中古のハブにホイールをボルトで締め付けるテストでは
ボルトが塑性変形域を超えて伸びる前に先にアルミホイール側が座屈、変形しました。

なので、ボルト自体よりは、経年で劣化したハブ側の心配をしています。

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さて、その装着感ですが、ホイールボルト20本で バネ下で680g軽くなります、

敏感な方でしたら、特に高速域でのブレーキング時や
舵角の切り始めの剛性感、ハブとホイールが一体になる感じ、
サスペンションのバタつきの低減、ショックアブソーバーの収れんの速さ等に
変化に充分に気がつくレベルだと思います。

重量、軽さだけ見ると、所詮 ホイールキャップ程度の軽さですが、
流石バネ下の軽量である点と、ハブとの結合、剛性感、
フローティングワッシャーによるボルトと球面のセンタリング効果で
敏感な人なら、バネ下、ハブホイール結合の剛性の向上は効くもんだと感じられるものと思います。

すでに先行装着していただいていますので、
インプレが寄せられましたら、そのうち、おってお伝えします。

ところで、チタンボルト、ナット時の組み付けに限らず、異種金属の接合に推奨のカッパ―グリス
日常使いですと、整備工場だとルートセールスで回ってくるWAKOSのカッパ―ペーストを使うのが一般的だと思います。

そんなに量を使うものではないので、一本あれば、10年は持つものですが、
今回、オートバイ乗りでもあるTさんの推奨でデイトナのカッパ―ペーストを購入しました。



普通のカッパ―ペーストなんですが、ボトル入りで刷毛がついているので、塗るのが便利です
作業中に軍手、グローブを脱いで、指ですくって、塗るという手間がいりません。
(段取りの良いプロなら、最初に塗布しておいておくので、こういうことはないそうです(笑))

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写真は、段取りの良いプロのみなぐちさん 撮影(汗)

写真のように、ボルト部、ワッシャーとのツバ部だけでなく、
ハブとホイールの嵌合部にも塗っておくと、ホイールとハブの固着予防によいです。

ちなみに えちごやでは、ホイールボルト、アンチシーズグリスを球面の座面にも塗ってます。
給脂、指定トルクで、締めてこちらのほうがフィーリングも良いとのことです
(ハブはもちろん消耗品で定期交換だそうです、さすが!)

2019/05/05

チタンホイールボルト 6AL-4V Titanium Rolled Wheel Bolt M12X1.5 r12 with Floating Washer.

ベンツ純正のホイールボルト
そういえば、何年も前に、
製造中止になって、往年のW124 500Eに使われていた首下39mm
六角部分が24mmのキャップ付き球面r12のタイプは入手できなくなって久しいです。



純正の重量は86g

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W124が現行だった時期のAMGのボルトも首下39mm 六角部分が24mmで、キャップ無しで球面R12でした。
もちろん、こちらもそれより前に製造中止、写真のAMGボルトの画像は Jオートの松本さん提供

現在入手できる純正タイプのホイールボルトはワンピースの頭が低いタイプ。
メッキも昔のものとは違って環境配慮のためか、メッキの種類も変わって、
表面処理も、色も変わっています。

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きっかけは、ホイールボルト入手できなくなって困ってるんだよねー 現行のものは首下39mmでも
六角部分が15mmと短く、ホイールの面から下がってしまう~等という話を
Jオートの松本さんから聞いて、6-4チタンで 作ることにしました。



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ネジ部は、もちろん転造加工による製作ですが、今回はどうせならということで、
ポルシェやフェラーリ純正のボルトに習って、フローティングワッシャーで球面R12を造ることにしました。

別体のフローティングワッシャーでも、センターがきちんと出るように
フローティング部の嵌合、面合わせを指定しての制作です。

ご存じのように、AMGのこの当時のホイールは座面が割れるというトラブルが頻発しました。
私もいくつも実際に目にしてます。

今思うに、この割れの原因は、ホイール側の球面部、ハブ嵌合の
フランジ部の強度不足もあったんでしょうが、
球面にブレーキダスト等の異物が噛みこんで、それを座面で不均一に締めこむことによる、
ホイールの割れ、引っ掻き傷によって
そこが応力集中で割れるという原因や、
そもそもボルト側の球面の精度が出ていないためにトルクが均一にかからないという
理由もあったようです。

対して、ベンツより、コストをかけられるポルシェの旧モデルやフェラーリですと、
同じ球面ボルトでも、ここはフローティングでつくっています。
さすがです。お金かけています。

昔、アルミハブにフローティングボルトの空冷ポルシェをみたときに、さすがポルシェはやるなーと思いました。
当時の空冷ポルシェ、同じ球面ボルトで、同じホイールメーカー、ホイールのボルト部分の割れの話は出ませんでした。

球面ワッシャーのためだけなのか、どうかはわかりませんが、相応の効果はあったのではないかと思っています。

ですので、どうせ作るのならということで、球面フローティングでR12ワッシャーを造り、そのあとに、
ネジを転造して、ハメ殺し、つまりワッシャーが落ちてこないタイプのボルトとしました。
二分割のフローティングでも、追加工ありで、もうひと手間をかけています。

装着インプレ、重量については後程!
2019/01/08

W124 500E AMG 8POD BREMBO CALIPER TITANIUM BOLT

R230前期SLの AMG の8POD キャリパー

 剥離して、リペイントと シール交換の作業をするにあたって、
 ブリッジのボルトを6-4チタンにすることにしました。


 M8x23mm 1.0 PT が4本です。
 2000年代以降のブレンボは工作機械の進歩で、モノブロックになっています。
 分割式ボルト止めのモデルより、剛性が強く、ブレーキング時のキャリパーの開きが少ないといわれています。

 それでも、この年代はブリッジ部にはボルトで左右とセンターピースを連結しているので、
 そこのボルトを6Al-4vチタンにします。

 分割ボルト止めタイプですと、特にオートバイなんか、ボルト換えるだけで、ブレーキのタッチが変わる、
 チタンは、熱による伸びがほとんどない、ガラス見たいな特製なので、カッチリします。
 ステンレスメッシュのホースにしたようなしっかり感がでるのですが、モノブロックのブリッジボルトだけだと
 そうは変わらないと思います。 もう、完全にトータルコーディネートの世界です。
 スチールと比べると、数グラムは軽くなることでしょう


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 こちらは、純正のブレンボのボルト、トルクス形状です。
 色塗る前に代えて、ペイントいっしょにしますので、チタンであることはわからなくなります(笑)
 ボルトもトルクス穴付きにします。


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 AMGのキャリパーのピストンは、ジュラルミンにDLCコートしてあるような
 感じです。とても軽くて、熱のひけがよさそうです。

 ブレーキパッドのピンは、今回はチタン化は先送り、あとで図面起こして、ついでのときに
 変えようと思います。


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 ついでに、ブリーダープラグ M10X1.0 ピッチも6al-4Vチタンにしました。
 数グラム軽くなると思いますが、バネ下であっても、さすがに大した効果はないと思います。

 まあ、チリも積もれば山となる(笑) です。
2018/05/20

チタンボルト 整理棚 Storage Boxes for Titanium Bolt. 

20180515小物整理箱

チタン道楽が すすむと、だんだんに
六角ボルト、六角穴付きボルト、六角穴付きテーパーボルト、12角スモールヘッドボルトに
ナットだ、ワッシャーだ、スプリングワッシャーだ、ナイロンロックだと いろいろ欲しくなります。
作業途中で、(効率を考えて) 手が止まるのが嫌とかいいだすと、
相応の在庫、種類も必用になってきます。

M 6  並目
M 8  細目 並目
M10  細目 並目
M12  細目 並目
M14  細目

これを20mmから5mmきざみで60mmまでそろえるとすると
 10種類 つまり10個の小箱 太さ5種類 で 5x10で 50個の小箱
 (乗用車だとM14とかは、ほとんどないけど)

各サイズ細目、並目ピッチの都合8種類が加わると 400小箱が いることになります。

あまり使わない、サイズは、区切って使うにしても、
ボルト、ナット、ワッシャー類が加わると、
最低150箱位はいるバンラックボックスを買わないといけません。
つまり 75箱の棚で2つは、いることになります。

エスコートの戸田で見かけた アールズのホースエンドが収納されてる バンラック、

値段 調べたら、 恐ろしく高くて まじ、驚きました。

なんか 妙に悔しいので、香港の家にもどったあと、
ダブルナンバーの乗用車で国境超えて、お隣の広東省の工場にいって買ってきました。

そのまま、もってかえろうかとおもったけど、
パレット単位 最低10個でないと売ってくれないっていうので、しかたなく、届けてもらいました

20180501荷姿

これがアパートの地下に届いたパレットです(笑) ビニールぐるぐる巻きの梱包を解いて小分けしました。
アパートのガードマンは、驚き、私も これ見たとき、一瞬途方にくれました。

幸い、JALマイレージクラブのエメラルド会員なので、
ビジネスクラスだと4個まで サイズは縦横幅合計で 200センチまで無料(笑)
3分割で運びました、さすがに一人では使いきらないので、
SJに1個、エスコートにも多量のボルトナットの保管用で送りました。

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  ラップのビニールほどいた 段ボール梱包のまま持ってきたので、カウンターで養生梱包してます。

  ビーチサンダルと リゾートカジュアル風な格好なので、やもすると、地元の配送業者の中高年アルバイトと
  間違われそうですが、

  実は、ラフな ドレスダウンを装った、
  おフランス製 高級ブランド パリは サンノーレ1番地の メゾン エルメスのTシャツ(ウソ)に 
  イタリーは ミラノの ドルガバの短パンです (大ウソ)

  ワンポイントの赤いウエストベルトに見えるのは、荷物をくくるので持ってきた、荷台ゴムフックです(笑)

  キャセイ航空のカウンターの人も 笑い堪えつつ 困ってます(汗)

  その節は、大変ご迷惑をおかけしました。

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  羽田空港到着後、あまりに大きいのに見かねたJALのグラウンドアテンダントの
  髪の毛をビシッと まとめた容姿端麗なお姉さんが
  ありがたくも、カートで運搬を手伝って運んでくれました。

  御礼に 缶コーヒーを渡そうとしましたが、なぜか、丁寧に お断りされました。
 
  なんか、一秒でも早く持ち場に帰りたい様子でしたので、無理強いはしませんでしたが、
  きっと すごく 忙しかったんだと思います。

  こちらでも、ご迷惑をおかけしました。次回も、またJALを使わせていただきます。

  自分の工場にも在庫整理で必用なのと、まわりの方にお譲りしたので、
  おかげさまで、あっというまに10個さばけました。

  整備の基本は 掃除と 整理整頓から といいますが、これで、私のへたっぴな整備能力も少しはあがるでしょう
2018/05/05

チタン 12角スモールヘッドナット 6-4 Titanium Nut triple square small head

K氏に影響されて、私も 6-4チタンナットを新しく製作しました。
通常の6角ナット、
ナイロンロックナット、メタルロックナット、穴あきワイヤーロック用等は、すでに製作したので、
今回は省スペース、軽量の12角フランジナット、スモールヘッドです。
ご存じのように、ボルト、ナット類は、インチ、メートル以外にも、
それぞれの国の工業基準、
JIS 日本工業規格だったり、ASME だったり、BSWだったりで結構多岐にわたります。
実際、自動車用で、現行車の置き換えに使おうとすると、ドイツ車と国産車では
違いますし、ナットでも六角ナットとフランジ付ナットで二面幅が違う等があります。
今回は、省スペース、軽量が目的なので、
頭はできるだけ小さく、軽くなるように規格外で企画しました。
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こちらはM8、
JIS M8フランジナットは、二面幅が12mm、同六角ナットだと同13mmですが、

これを二面幅10mmで製作しました。
JISのM8 二面幅12mmフランジナットとの比較です。
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M12フランジナットは、同じく二面幅が、19mm ですが、
これを二面幅12mmで製作しました。 1.25と1.5の細目ピッチです。
ボルト穴から片側1mmですので物凄く薄いです。

M12でJISの二面幅19ミリのナットと比べると小ささ際立ちます。
オートバイのアクスルシャフトのナットなんかこんな感じで追い込んだサイズですね
アメ車のV8ヘッダーの固定なんかは、サイズ的にもギリギリなので、このように追い込んでます。
ボルト頭サイズがボルト二面幅と一緒か+ワンサイズです。
そうでないとタコ足が装着できない位、排気管の太さ、フランジのスペースを追い込んであるという事情もそうでしょうし、
ショーモデルや、オートバイのレース用なんかだと、良く使われている方法です。
頭を小さくする、素材をスチールから、チタンにする、こういうことの積み重ねで、
1g、一円玉で100万円を貯める作業をしています
ちなみに、ベンツ、W124でも、ボンネットのヒンジの取り付けは、さりげなく、スモールヘッドのボルトが使ってあったりして、
萌ポイントであったりします(笑)。
M8ですと、たとえば、エンジンルーム、ボンネット開けたときに見えるストラットマウントの3か所のナット、
純正ですとユニクロ仕上げの六角ナットとワッシャーで留めてありますので、
ここを換えてチタン12角のスモールヘッド仕様にします。
こうなると、ショックのアッパーを止めているボルトや、周りのボルト類も、チタンにしたくなります(笑)。
今、書いていて、今思い出したのですが、
昔、カーボーイのチューニングパワーズでMCをしていたときに、
何話そうかなと思って、展示車を事前に細かく見る機会がありました。
もう10年以上前の話ですが、展示されてる車、とうぜん、とても良くて来ている車ばかりなのですが、
フェンダーの固定ボルトが、結構の確率で、ステンレスのキャップボルトだったり、
六角穴付ボタンボルトにしてありました。
アピールポイントのボンネット開けたときに見えるように、チューナーがディテールにこだわったんでしょう。
その中で、特に覚えているのが、
松戸の廣野さん(板前サニーだったり、KP61 4AG で昔有名でした(笑))の32GTR、
ツインターボを取り払って、ボアアップ、NAにして手曲げタコ足仕様、アクリルウインドウまでして、
軽量化してる車がありましたが、地味だなと思っていたら、
ははは、エンジンルーム、ボンネット空けてみると、フェンダー固定ボルトがチタンになってました(笑)
今思うに、私の自動車人生に影響を与えている人の一人だと思います。
帰国したら、チタンボルトのお土産を持って、松戸、むさしのにいってこようと思います。