JP2002524691A - 軽金属材料からなるねじ山形成ねじおよびその製造方法 - Google Patents

軽金属材料からなるねじ山形成ねじおよびその製造方法

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JP2002524691A
JP2002524691A JP2000568609A JP2000568609A JP2002524691A JP 2002524691 A JP2002524691 A JP 2002524691A JP 2000568609 A JP2000568609 A JP 2000568609A JP 2000568609 A JP2000568609 A JP 2000568609A JP 2002524691 A JP2002524691 A JP 2002524691A
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ハインリッヒ・フリーデリッヒ
ベルンハルト・レック
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エヨット・フェアビンドゥングステッヒニク・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンテクル・ハフツング・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
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    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B25/00—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
    • B21B2003/001—Aluminium or its alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H3/00—Making helical bodies or bodies having parts of helical shape
    • B21H3/02—Making helical bodies or bodies having parts of helical shape external screw-threads ; Making dies for thread rolling
    • B21H3/027—Rolling of self-tapping screws

Abstract

(57)【要約】 ねじ材料として熱硬化性軽金属合金からなるねじ山形成ねじ（１０，２０，４０，６０，８０，１００）において、ねじ山フランクを有するねじ山（１４，２６，４８，７０，８６，１０６）と、一端にねじ山形成し、必要であれば、穿孔する円錐部とを備えるとともに、前記ねじに特に高い強度特性を与えるミクロ構造を有するシャフト（１２，２２，４４，６４，８４，１０４）を有し、前記ねじ材料は、さらに前記ねじに特に高い耐腐食特性を与えるミクロ構造を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、ねじ山フランクを有するねじ山と、一端にねじ山形成し、必要であ
れば、穿孔する円錐部とを備えたシャフトを有し、ねじ材料として熱硬化性（he
at-curable）軽金属合金からなるねじ山形成ねじ（screw fastener）に関するも
のである。また、本発明は、そのようなねじの製造方法に関するものである。
【０００２】 （背景技術） 軽金属は、鋼鉄または鉄のような金属と比較して非常に低密度であり、体積あ
たりの重量率は低い。このため、例えば、自動車のエンジンなどの重量を低減す
ることが必要なところに軽金属構成部品が使用される。多くの軽金属構成部品は
、アルミニウム、亜鉛もしくはマグネシウム合金から圧力ダイカストで製造され
ている。しかしながら、前述した構成部品が、焼き入れされて熱処理されたもし
くは高品質ブランドの鋼鉄からなる従来の公知のねじ山形成ねじを用いて固定さ
れた場合、問題が起こる。ねじが表面硬化もしくは熱処理または高品質ブランド
の鋼鉄からなり、表面被覆もしくは後処理されていないマグネシウム合金からな
る部品を接合するねじ部材のヘッド部下側の接触領域では、特にねじ部分が腐食
性媒体にさらされた場合、ねじの腐食の兆候がしばしば生じる。
【０００３】 前述したような接触腐食の原因は、軽金属構成部品と鋼鉄ねじのそれぞれによ
り示される大きく異なる電気化学的残存電位にある。この接触腐食は、そのよう
なねじ部材の操作安全性を著しく制限する。焼き入れされたもしくは熱処理され
たもしくは高品質ブランドの鋼鉄が使用されたねじに特別な被覆システムを適用
することによって接触腐食を減少することができるが、完全には防止することは
できない。鋼鉄ねじと軽金属部品とを接合するねじ部材における他の問題は、軽
金属と鋼鉄の膨張率が異なることから生じる。前述したようなマグネシウム部品
の工業的使用は、この材料が僅かな温度上昇の影響により弛緩する性質により制
限される。鋼鉄ねじがこれらの部品を接合するのに使用された場合、２つの材料
の温度膨張率が異なるので、ねじを固定する締め付け力が著しく変動する。この
ことはマグネシウム部品の工業的使用をさらに制限する。
【０００４】 （発明の開示） （発明が解決しようとする技術的課題） 本発明の目的は、従来技術において記載された欠点をできる限り防止すること
である。
【０００５】 （その解決方法） 本発明によると、前記目的は、始めに記載された種類のねじ山形成ねじを用い
て達成することができる。その材料は、異なる熱処理を施すことによりねじの残
りの部分に対して少なくともねじの一部が異なるミクロ構造を有することが好ま
しい。
【０００６】 この種類のねじは、２つの明らかに相容れない特性、すなわち材料により最大
限度の強度特性を有する少なくとも一部分と使用された材料において最大限度の
耐腐食性を有する異なる部分とを結合することを可能にする。本発明は、熱硬化
アルミニウム合金からなる構成部品−特に銅を含むもの−は最大強度に対して熱
処理されると僅かに腐食を強められるという知識に基づいている。この影響は、
熱間時効硬化するおよび／または沈殿（precipitation）処理する間、粒状結晶
境界領域における凝集性（coherent）または非凝集性（incoherent）沈殿に起因
している。このことは、結晶内腐食（inter-crystalline corrosion）を引き起
こす。
【０００７】 ねじのある一部における材料のミクロ構造は、耐腐食性を可能な限り低減する
とともにこの部分が極力高い強度特性を示すように調整することができる。一方
、ねじの残りの部分における材料は、引張応力を受けたとしても最大の耐腐食性
を有する。前記ねじの好ましい実施形態は、前記シャフトの一端にねじ山形成円
錐部が設けられていることである。このねじ山形成部の材料は、材料に格段の強
度を与える金属構造を有し、一方、ねじ材料の残りの部分は特定の良好な耐腐食
特性を与える金属構造を有する。
【０００８】 ねじ形状を有するねじは、米国特許第５７５５５４２号により公知である。こ
のねじは同一のベース材料から１ピースで製造されるが、その全体長さに渡って
異なる材料特性を有する領域を有する。しかしながら、前述した明細書には明確
には記載されていないが、この特許におけるベース材料は鉄であると思われる。
軽金属は、少なくとも５０ＲＨのロックウェル硬度を示すことはない（第２欄第
６０／６１行目および請求項９；軽金属に対しておよそ３０ＲＨ以上の硬い硬度
は特に示されない。）。本発明の課題と同じものが、ベース材料の硬い硬度がね
じの残りの部分においてではなく、ねじの円錐部分において与えられているとい
う事実に存在する。しかしながら、ねじの残りの部分における材料特性の違い（
deviation）は、軟さに関係しているということを意味し、これにより最終的に
締め付けられた状態で、前記ねじのねじ山と部品の周囲の材料との間の密着した
接触を形成する（第５欄第６０−６５行目）。これに対して、本発明は、軽金属
からなるねじの残りの部分において最大限度の耐腐食性を与える。
【０００９】 ねじの異なる部分に渡る材料における前述したような異なる種類のミクロ構造
は、例えば、部分ごとに異なる熱処理を適用することによって達成される。しか
しながら、ねじ材料のミクロ構造を機械的成形によって変化させることも可能で
ある。前述した機械的成形はねじの一部分に同様に制限してもよい。それは熱処
理した後、例えば熱間時効硬化の後にも同様に等しく遂行できる。次に、使用さ
れる機械的成形の形態は、例えばねじ山を転造することとすることができる。
【００１０】 好ましい材料形態は、少なくともねじの一部に以下の濃度における以下の構成
物を含む鍛造アルミニウム合金からなるものである。 シリコン： ０．１％から０．５％ 鉄： ０％から０．５％ 銅： ０．５％から２．５％ マンガン： ０．１％から０．４％ マグネシウム：２．０％から３．９％ クロム： ０％から０．３％ 亜鉛： ４．０％から８．５％ チタン： ０％から０．２％ ジルコニウム：０％から０．２５％
【００１１】 軽金属部品、例えばマグネシウム部品が互いに本発明に係るねじを用いて接合
された場合、最初に記載した問題は起こらない。というのは、マグネシウムとア
ルミニウムは、２０℃から１００℃の間の温度範囲内において、それぞれ２７×
１０−６／Ｋ（マグネシウム）と２３．６×１０−６／Ｋ（アルミニウム）の実
質上同一の温度膨張係数を有する。２つの材料の腐食電位もまた同様であり、す
なわちマグネシウムに対して−１．６７ボルト、またアルミニウムに対して−０
．８３ボルトである。
【００１２】 また、前述したような鍛造アルミニウム合金からなるねじは、さらに他の要求
、すなわちねじ山のフランクにおける十分な硬度を与えるということをも満たす
。ねじ山フランクの高硬度は、部品内部にねじ山を切削する工程を省くためには
、それ自体のねじ山をこの構成部品内に形成するねじに対する必須条件であり、
一方では同様に要求されることである。そして、アルミニウム製ねじは、製造コ
ストに関係する限り、ねじ山形成ねじとして、鋼鉄製ねじに匹敵する。
【００１３】 好ましいねじの種類は、前述したねじ山形成ねじにおいて、少なくともねじ山
フランクが陽極酸化されて酸化物層を有するものである。そのような酸化物層は
、ねじの表面硬度を非常に高くし、またねじ山形成ねじとしてそのようなねじを
使用することを可能にすることに対して信頼性がある。接合される材料に十分な
硬度もしくは強度がない場合、ねじの表面上のスライドコーティングは逆のねじ
山（counter-thread）を正確に形成することを確実にする。さらに要求される条
件下において、硬い陽極酸化層はねじの穿孔特性を改善することができる。
【００１４】 前述したねじに対して好ましい酸化物層は、例えば、テフロン含浸化合物のよ
うな摩擦抵抗減少剤が含浸されたものである。そのような含浸化合物は、ねじ表
面とねじがねじ込まれる部品との間の摩擦抵抗を非常に減少することができる。
これにより、ねじに作用する力もまた減少されて応力が減少する。逆に、このこ
とは、摩擦レベルが減少されずにねじ強度がどちらかといえば十分でないような
ところでもねじを使用することができることを意味する。
【００１５】 また、前記ねじは少なくともねじ山のフランク上にスライドコーティングを有
することが好ましい。そのようなスライドコーティングは、さらに前述した摩擦
力を減少でき、前記利点がさらに顕著になる。原則として、ねじ山形成アルニウ
ムねじは、さまざまな使用形態に応じて異なる外形で、またねじ山形成ねじとし
て一般的に使用するのに適するように製造することができる。
【００１６】 前記ねじの好ましい種類は、フランクがねじ山の外形より大きい突出部である
ものである。そのような突出部は、ねじのシャフトの周囲を走る少なくとも１つ
の螺旋状線を形成するように整列されることが好ましい。特定のフランクリード
を有するねじの場合、前記シャフトの周囲を走る螺旋状線は、ねじ山のリードに
比べてかなり大きいリードを有することが好ましい。そのような外形を有するね
じは、ドイツ特許第２７０３４３３号により公知であるが、鍛造アルミニウム合
金から製造されているねじとして公知であるわけではない。そのような形状から
なるアルミニウム製ねじを用いることによりねじの良好な適合性が達成されるこ
とが実験により示されている。
【００１７】 また、本発明の目的は、以下のステップからなるねじの製造方法により達成さ
れる。 ローリングもしくは切削によってねじにねじ山外形を形成し、 前記ねじを溶液焼きなましし、 前記ねじを水中で焼き入れし、 前記ねじを熱間時効硬化することによって、ねじは各部分において異なるよう
に熱処理される。
【００１８】 前記ねじの熱間時効硬化の間に前記部分ごとに熱処理する方法は、異なる材料
のミクロ構造をねじの各部分に選択的に設定することができる。ねじの全体長さ
における異なる特性の選択的な設定は、炉内における従来の熱処理方法を用いて
はほとんど不可能である。というのは、これらの炉内ではねじ全体において均一
な温度が自然に生じるので、その断面および長さの全てに渡って同質の特性とな
るからである。
【００１９】 ところが、従来技術の溶液焼きなまし（米国特許第５７５５５４２号）による
と、ねじに水中で焼入れを施すことにより、ねじ全体に最大強度を与えるが、（
円錐部を除いた）ねじの残りの部分のみに部分的加熱（熱間時効硬化）を施すこ
とによりこの部分が“過時効（over-ageing）”を与え、そして必要とされる最
大の耐腐食性を与える。
【００２０】 しかしながら、電磁誘導加熱手段を用いることにより、ねじの各部分に異なる
温度レベルを与えることができる。これを達成するために、誘導子とも称される
コイルの内側において別々にねじが加熱される。適切な配列により、締付力を変
換するねじヘッド部およびねじ長さを、最大の耐腐食性の材料状態を生成する温
度と時間のシーケンス（sequence）にかけることが可能になる。一方で、円錐部
の近傍にあるねじ山を形成するねじ部分は、最大可能材料強度を達成するために
異なる温度と時間のシーケンスにかける。熱処理のこの工程に対するそれぞれの
最適パラメータ（温度、時間）は、それぞれの場合においてねじ材料の化学的組
成に依存する。
【００２１】 熱間時効硬化の間のねじの熱処理は、ヘッド部から離れたねじの部分において
この部分に最大のミクロ構造硬度を生成するような方法で、すなわち、ねじ材料
の前記部分が最大硬度のミクロ構造を呈するように達成されることが好ましい。
これに対応して、ねじの熱処理は、ヘッド部から離れた一端に位置する部分を除
いて全体のねじに渡って適切な最大の耐腐食性が得られるような方法で実行され
ることが好ましい。
【００２２】 完成したねじがねじヘッド部を有する場合、ねじ形成工程段階は、ねじ外形を
造るために転造もしくは切削する加工工程の前に、適切なヘッド部形状をプレス
加工する工程を含む。さらに、前記ねじを溶液焼きなましする前に酸洗いする。
続いて、溶液焼きなましおよび熱間時効硬化は、異なる時間と異なる温度のさま
ざまな段階で行なわれる。この処理形式により最適な強度と靱性を得ることがで
きる。適切な温度および工程維持時間はそれぞれの場合における正確な材料組成
により決定される。
【００２３】 本発明の好ましい実施形態において、溶液焼きなましは４６０℃から５２０℃
の範囲内の温度−さらに好ましくは４７０℃から４８０℃の範囲内の温度で行な
われることが最適である。
【００２４】 前記工程の好ましい変形例において、熱間時効硬化工程の後に転造もしくは機
械加工によってねじ山外形を形成することが好ましい。本発明の方法の前記変形
例におけるねじを形成する前記方法は、ヘッド部外形をプレス加工することにま
ず制限される。続いて前記ねじは酸洗いされ、溶液焼きなましされて熱間時効硬
化処理される。転造もしくは代案として機械加工によってねじ山外形を形成する
工程は、次に最終段階を構成する。これにより、フランク部分により強い強度お
よび硬度を達成することができる。さらにねじ山形成する転造工程は、機械的成
形操作の結果、ねじ材料のミクロ構造の変化を生じさせ、ミクロ構造の強度を増
加させる。
【００２５】 また、溶液焼きなまし工程の代わりにねじを電磁誘導により加熱することが好
ましい。これにより、溶液焼きなまし工程に必要な時間を有利な方法で減少する
ことができる。
【００２６】 ３５０ＨＶ０．３を越える硬度を備えたねじ山フランクを達成するために、ね
じを部分的にもしくは全体に渡って、例えば、陽極酸化により陽極酸化処理する
ことが好ましい。この工程によりねじの表面上に強固な酸化物層を形成すること
ができる。これらの酸化物層は、摩擦を減少するために、最終的に、例えば、テ
フロン化合物を含浸することにより、付加的含浸処理を施されることが好ましい
。このことは前述した利点をも達成し、さらにねじにスライドコーティングを施
すことによってさらに利点を倍増する。このスライドコーティングは、ねじ山が
形成されるときに摩擦係数を低下させるように作用する。また、ねじ山形成する
間のフランクの塑性変形を防止する。
【００２７】 前述したようなねじのさらなる利点は、鍛造アルミニウム合金からなるねじは
−鋼鉄性ねじとは対象的に−、ねじがねじ込まれた部品の重量を低減することに
役立つということである。
【００２８】 （発明を実施するための最良の形態） 製造方法の２つの変形例を、本発明に係るねじの実施形態として以下に詳細に
説明する。前記実施形態は添付図面を用いて説明される。これらの図は以下の実
施形態を示す。
【００２９】 図１から図７に示すねじ（screw fastener）は、鍛造アルミニウム合金から製
造されている。前記合金の組成物は、前述した範囲内のものからなる。これら全
てのねじは、溶液焼きなまし、焼入れおよび高温時効硬化、さらに必要に応じて
その後の表面処理により高温の焼きが入れられている。
【００３０】 図１に示すねじ山形成ねじ１０は、おねじ部１４を備えたシャフト１２を有し
、一端にヘッド部１６が設けられている。おねじ部１４の外面は、フランク（fl
ank）１８によって形成されている。ねじ１０が製品（workpiece）の中にねじ込
まれると、ねじ１０のヘッド部から離れているフランク１８はねじ生成工程の間
その形成作業の大部分を実行しなければならないので非常に大きい負荷を受ける
。ねじ１０は、この部分に最大強度を与えるために熱処理が施されている。さら
に陽極酸化処理し、テフロン化合物により含浸し、この部分もしくは全体にスラ
イドコーティングを施すこともできる。ねじ１０の残りの部分は、最大の耐腐食
性を示すように熱処理を施す。ねじ１０がねじ込まれる製品は、このねじが穴の
中にねじ込まれると、ねじ１０それ自体によってねじ山が形成されるので、雌ね
じを切ることなく単に穴だけを設けるだけでよい。
【００３１】 図１に示すねじ山形成ねじ１０と同様に、図２に示すねじ山形成ねじ２０は、
六角ヘッド部２４が一端に取り付けられたシャフト２２からなる。シャフト２２
は、図１におけるねじ１０のおねじ部と対照的に、付加的なスクレープ溝（scra
pe slot）２８が設けられたおねじ部２６を有する。これらのスクレープ溝２８
は、ねじ山形成工程を補助し、おねじ部２６のフランクにあるＶ字形溝からなる
ものである。これらのＶ字形溝は、一続きに長手方向に整列しており、前記フラ
ンクに直角に交互に走る。ねじ２０が予め開けられた穴の中にねじ込まれると、
この穴の内側に、図１のねじ１０によって達成されたときと同様の方法で、雌ね
じが形成される。しかしながら、ねじ２０の場合、この工程はスクレープ溝２８
により補助される。少なくとも、ねじ形成に非常に寄与するヘッド部から離れた
シャフトの一端部分において、ねじ２０は前記一端部分が最大強度を得られるよ
うに熱処理されている。さらに陽極酸化処理し、テフロン化合物を含浸し、この
部分もしくは全体にスライドコーティングを施すことができる。ねじ２０の残り
の部分は、最大の耐腐食性を示すように熱処理が施されている。
【００３２】 図３は、自己穿孔ねじ４０を示している。この自己穿孔ねじ４０は、図２に示
すねじ２０と同様に、一端にヘッド部４２が設けられたシャフト４４からなる。
このシャフト４４は、スクレープ溝４６を備えたおねじ部４８を有する。前記ヘ
ッド部と反対側の一端に、シャフト４４は自己穿孔円錐部５０を有する。前記円
錐部の切削刃部５２は、製品の中にねじ込むことにより、予め穿孔を開けること
なく、ねじ４０それ自体で穿孔を可能にする。続いて、ねじ４０は、この自己穿
孔穴内側に、シャフト４４の円錐部５０の近接する位置に設けられたおねじ部４
８によって逆向きねじ山（counter-thread）を形成する。少なくとも円錐部５０
は、最大強度を得られるように熱処理が施されている。また、それはねじの他の
部分が作られている鍛造アルミニウム合金とは異なるより硬い材料から作られて
もよい。ねじ４０の残りの部分は、最大の耐腐食性を示すように熱処理されてい
る。
【００３３】 図４におけるねじ山形成ねじ６０は、ヘッド部６２が設けられたシャフト６４
と、前記ヘッド部と反対側の一端に位置する自己穿孔円錐部６６とを有し、さら
に円錐部６６とおねじ部７０を有するシャフト部分との間に突出穴形成シャフト
部６８を有する。予め穿孔穴を開けることなく製品にねじ６０をねじ込むと、ま
ず、ねじ６０は円錐部６６によるそれ自身の穴を形成する。そして、この穴はシ
ャフト６８の突出穴形成部によって広げられ、穴の周囲にビード（bead）が形成
される。製品を貫通して正しく穿孔が設けられた場合、その穴はこのビードによ
り長くなる。さらにねじ６０が製品内部にねじ込まれた場合、自己穿孔穴内側と
ビード内側の両方に雌ねじが形成され、前記雌ねじはねじ６０におけるおねじ部
７０と適合する。この雌ねじ部は前述したように形成されたビード内に伸長する
ので、製品内の穴が突出穴形成部によって広げられたのではなく円錐部のみによ
って穿孔された場合に比べて、より回転を補助することとなる。また、ねじ６０
は円錐部６６および突出穴形成シャフト部６８に最大強度を与えるために、そし
てシャフトの他の部分に最大の耐腐食性を与えるために熱処理が施されている。
また、自己穿孔円錐部６６はねじの残りの部分とは異なる硬い材料から作ること
もできる。
【００３４】 図５は、前記ねじと同様に、ヘッド部８２とおねじ部８６を備えたシャフト８
４とからなるねじ８０を示す。このおねじ部８６は、スクレープ溝８８を有する
。シャフト８４の前記ヘッド部と反対側の一端に、ねじ８０は突出穴形成円錐部
９０を有する。ねじは、前述したねじと同様の方法で、差別化熱処理（differen
tiated heat treatment）が施される。突出穴形成円錐部９０は、予め穿孔孔が
開けられたシート金属材において使用するのに適する。ねじ８０が事前に穿孔穴
が開けられた製品にねじ込まれると、突出穴形成円錐部９０は、まずその一端で
製品材料を押しのけることによってこの穴を拡張する。これにより、穴の周囲に
ビードが形成されその長さ全体を伸長する。次に、ねじ８０上のねじ山８６は、
伸長されたビードを備えた前記穴内に適合する雌ねじを形成する。スクレープ溝
８８はその工程を補助する。
【００３５】 前述したねじと同様に、図６に示すねじ１００は、ヘッド部１０２とおねじ部
１０６を備えたシャフト１０４とからなる。ねじ１００は、前記円錐部に最大強
度を与えるためにおよびねじの残りの部分に最大の耐腐食性を与えるために、前
述したねじと同様の方法で差別化熱処理が施されている。前記ヘッド部から離れ
たシャフト８４の一端には、突出穴形成円錐部１０８が設けられている。図５に
示すねじ８０における突出穴形成円錐部９０と対照的に、ねじ１００における円
錐部１０８は、ねじ１００が予め穿孔穴が開けられていないシート金属材を接合
するのに使用されるように設計されていることである。突出穴形成円錐部１０８
は、ねじが製品内部にねじ込まれる間、穴の領域にもとから位置する材料を変形
させ、縁の周囲にビードを形成するように移動させて、この穴を形成する。そし
て、ねじ１００におけるおねじ部１０６に対応する雌ねじ部が、この穴内部に形
成される。
【００３６】 前記フランクにおける特徴的な溝を備えたスクレープ溝２８または８８の代わ
りに、ねじ２０および／またはねじ８０に、ドイツ特許第２７０３４３３号によ
り公知であるような突起部もしくは隆起部（hump）を設けてもよい。そのような
突起部もしくは隆起部は、スクレープ溝２８および／またはスクレープ溝８４の
溝が位置する場所に位置する。前記突起部もしくは隆起部は、それぞれおねじ部
２６および／またはおねじ部８６の公称直径を超えて伸長し、また、ねじ２０お
よび／またはねじ８０のシャフト２２および／またはシャフト８４の周囲をそれ
ぞれ走る複数の螺旋状線を形成するように整列している。シャフトの周囲を走る
これらの螺旋状線は、対応するねじ山の螺旋よりも非常に大きいリードを有する
。前述した突起部もしくは隆起部が設けられたねじを製品に予め開けられた穿孔
穴にねじ込むと、ねじ山形成時のトルクを減少させる隙間ねじ山（clearance th
read）が作られる。
【００３７】 もちろん、ねじを製品内にねじ込んだときによりメートルねじ（metric threa
d）を形成するような異なる外形を備えたねじ山形成ねじを提供することも可能
である。
【００３８】 全てのねじを同様の方法により製造することも可能である。
【００３９】 前記方法の第１変形例において、当該ねじは、まず所望のヘッド部形状にプレ
ス加工し、さらに所望のねじ山外形を前記シャフト上に転造もしくは切削によっ
て形成することにより、その適当な形状が与えられる。そして、このねじは酸洗
いされ、続いて溶液焼きなましされる。溶液焼きなましの間に適用される温度は
４７０℃から５２０℃の範囲内である。次に、ねじは溶液焼きなまし工程の後、
水中で焼入れされ、２段階で熱間時効硬化が施される。
【００４０】 部分ごとに熱間時効硬化をするための部分的加熱は、電磁誘導によって行なう
ことが好ましい。電磁誘導加熱は、前記方法のそれぞれのステップを異なる温度
でまたは特に非常に減少させた時間期間内で行なうことを可能にする。特に、電
磁誘導加熱は、前述した方法において熱間時効硬化の間ねじの熱処理を制御し、
ねじの円錐先端部に最大強度を与えることを可能にする。この場所の材料が、結
晶内腐食に対して高い感受性を有するとしても、ねじの残りの部分が熱処理され
最大の耐腐食性を与える。このことを達成することにより、ねじの熱処理は温度
または時間をそれらの部分に関して差別化することができる。
【００４１】 ねじのねじ山フランク部分における強度および硬度を増加させるために、前記
方法の第２変形例は、ねじ山外形を転造もしくは切削により熱間時効硬化の段階
の次の段階で形成する。この第２変形例は、まず始めにねじのヘッド部外形をプ
レス加工によって形成することを特徴としている。そして、ねじは酸洗いされ、
溶液焼きなまし、焼き入れおよび熱硬化によって熱間時効硬化される。そしてね
じ山外形が形成される。
【００４２】 前記ねじに施される以下に記載する選択的処理は、前記２つの変形例と同様で
ある。すなわち、その表面、特にねじ山フランクの場所に位置する表面が、まず
陽極酸化処理される。この処理は、電解酸化（electrolytic oxidation）もしく
はハード陽極コーティング（hard anodic coating）として公知である。陽極酸
化により、特に硬質な酸化層がねじ表面上に形成され、例えば３５０ＨＶ０．３
を越える示度まで、ねじ山フランクの強度を増加させるのに役立つ。陽極酸化の
後に、前述したように生成された酸化物層の含浸を行なうことが好ましい。例え
ば、テフロン化合物を用いて行なうことが可能である。最後に、ねじ山形成時に
生じる摩擦抵抗をさらに減少させるために、ねじにスライドコーティングが施さ
れる。このことによりねじを製品の中にねじ込む間のねじ山形成時に、ねじ山フ
ランクの塑性変形をさらに顕著に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 丸ヘッド部を備えたねじ山形成ねじ。
【図２】 六角ヘッド部およびスクレープ溝を備えたねじ山形成ねじ。
【図３】 自己穿孔ねじ。
【図４】 突出穴形成シャフト部を備えた自己穿孔ねじ。
【図５】 スクレープ溝を備えた突出穴形成、自己穿孔ねじ。
【図６】 スクレープ溝が設けられていない突出穴形成ねじ。
【符号の説明】
１０ ねじ山形成ねじ １２ シャフト １４ おねじ部 １６ ヘッド部 １８ フランク ２０ ねじ山形成ねじ ２２ シャフト ２４ ヘッド部 ２６ おねじ部 ２８ スクレープ溝 ４０ 自己穿孔ねじ ４２ ヘッド部 ４４ シャフト ４６ スクレープ溝 ４８ おねじ部 ５０ 自己穿孔円錐部 ５２ 切削刃部 ６０ ねじ山形成ねじ ６２ ヘッド部 ６４ シャフト ６６ 自己穿孔円錐部 ６８ 突出穴形成シャフト部 ７０ おねじ部 ８０ ねじ山形成ねじ ８２ ヘッド部 ８４ シャフト ８６ おねじ部 ８８ スクレープ溝 ９０ 突出穴形成円錐部 １００ ねじ山形成ねじ １０２ ヘッド部 １０４ シャフト １０６ おねじ部 １０８ 突出穴形成円錐部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２５Ｄ 11/04 Ｃ２５Ｄ 11/04 Ｅ 11/18 ３０８ 11/18 ３０８ Ｆ１６Ｂ 35/00 Ｆ１６Ｂ 35/00 Ｊ // Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０２ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６０２ ６２０ ６２０ ６３０ ６３０Ｃ ６３０Ｄ ６４０ ６４０Ａ ６８２ ６８２ ６９１ ６９１Ｂ (72)発明者 ベルンハルト・レック ドイツ連邦共和国デー−35236ブライデン バッハ、ラーン−ディル−シュトラーセ48 番 Ｆターム(参考） 4K042 AA25 BA03 BA06 DB01

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ねじ材料として熱硬化性軽金属合金からなるねじ山形成ねじ
    （１０，２０，４０，６０，８０，１００）において、 ねじ山フランクを有するねじ山（１４，２６，４８，７０，８６，１０６）と
    、一端にねじ山形成し、必要であれば、穿孔する円錐部とを備えるとともに、前
    記ねじに特に高い強度特性を与えるミクロ構造を有するシャフト（１２，２２，
    ４４，６４，８４，１０４）を有し、 前記ねじ材料は、さらに前記ねじに特に高い耐腐食特性を与えるミクロ構造を
    有することを特徴とするねじ山形成ねじ。
  2. 【請求項２】 前記ねじ材料は、少なくとも一部に、アルミニウムに加えて
    、次の濃度で構成材料を含む鍛造アルミニウム合金からなることを特徴とする請
    求項１に記載のねじ山形成ねじ。 シリコン： ０．１％から０．５％ 鉄： ０％から０．５％ 銅： ０．５％から２．５％ マンガン： ０．１％から０．４％ マグネシウム：２．０％から３．９％ クロム： ０％から０．３％ 亜鉛： ４．０％から８．５％ チタン： ０％から０．２％ ジルコニウム：０％から０．２５％
  3. 【請求項３】 前記ねじ（１０，２０，４０，６０，８０，１００）の少な
    くとも前記ねじ山フランクは、陽極酸化されて酸化物層を有することを特徴とす
    る請求項１または２に記載のねじ山形成ねじ。
  4. 【請求項４】 前記酸化物層は、摩擦抵抗を減少するために含浸されている
    ことを特徴とする請求項３に記載のねじ山形成ねじ。
  5. 【請求項５】 前記酸化物層は、テフロン（登録商標）化合物により含浸さ れていることを特徴とする請求項４に記載のねじ山形成ねじ。
  6. 【請求項６】 前記ねじの少なくとも前記ねじ山フランクは、スライドコー
    ティングを有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のねじ山形
    成ねじ。
  7. 【請求項７】 転造もしくは切削してねじ山外形を形成することによりねじ
    を形成し、 前記ねじを溶液焼きなましし、 前記ねじを水中で焼き入れし、 前記ねじを熱間時効硬化するステップからなり、前記請求項１から６のいずれ
    か１つに適合するねじを製造する方法において、 前記熱間時効硬化の間、前記ねじは、ヘッド部から離れた部分において、最大
    のミクロ構造硬度が得られるように熱処理され、また前記ヘッド部から離れた部
    分以外は、最大の耐腐食性が得られるように熱処理されることを特徴とするねじ
    製造方法。
  8. 【請求項８】 前記ねじは、熱間時効硬化のために電磁誘導によって加熱さ
    れることを特徴とする請求項７に記載のねじ製造方法。
  9. 【請求項９】 前記ねじを形成するステップは、転造もしくは切削してねじ
    山外形を形成する前に、前記ヘッド部外形をプレス加工することを含むことを特
    徴とする請求項７または８に記載のねじ製造方法。
  10. 【請求項１０】 さらに、前記ねじを形成するステップと前記溶液焼きなま
    しするステップとの間に、酸洗いするステップを設けたことを特徴とする請求項
    ７から９のいずれかに記載のねじ製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記ねじ山外形は、熱間時効硬化した後に転造もしくは切
    削によって形成されることを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載のね
    じ製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記溶液焼きなましは、４６０℃から５２０℃の間の温度
    で行なわれることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載のねじ製造方
    法。
  13. 【請求項１３】 前記溶液焼きなましは、４７０℃から４８０℃の間の温度
    で行なわれることを特徴とする請求項１２に記載のねじ製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記請求項９から１６のいずれかに記載の前記ステップの
    後に、陽極酸化するステップを設け、少なくとも前記ねじ山フランクの部分に陽
    極酸化することによって酸化物層が生成されることを特徴とする請求項７から１
    ３のいずれかに記載のねじ製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記陽極酸化する間に生成される酸化物層は、付加的ステ
    ップにおいて、摩擦抵抗を軽減するために含浸されることを特徴とする請求項１
    ４に記載のねじ製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記酸化物層は、摩擦抵抗を軽減するためにテフロン化合
    物により含浸されることを特徴とする請求項１４に記載のねじ製造方法。
  17. 【請求項１７】 さらに、前記ねじにスライドコーティングを与えるスライ
    ドコーティングステップを含むことを特徴とする請求項７から１６のいずれかに
    記載のねじ製造方法。
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