JP2006348314A

JP2006348314A - ねじ及びねじ締結構造

Info

Publication number: JP2006348314A
Application number: JP2005172263A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Asai; 鉄也浅井; Yoshihiro Takitani; 善弘瀧谷; Katsuhiro Tsukiyama; 勝浩築山; Takehiko Egawa; 武彦江川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Saga Tekkohsho Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Saga Tekkohsho Co Ltd
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2025-06-13
Also published as: US7976258B2; EP1900945A1; EP1900945A4; US20090290953A1; JP4851121B2; CN101198799A; EP1900945B1; CN100580259C; WO2006134857A1

Abstract

【課題】６価クロメート処理のねじと略同等のトルク特性を有する３価クロムの化成皮膜処理のねじを提供する。
【解決手段】ボルト１の表面には、亜鉛メッキ処理により、亜鉛メッキ層１６が形成され、この亜鉛メッキ層１１６の上にさらに、３価クロムの化成皮膜処理により、３価クロムの化成皮膜１７が形成される。この被膜１７は、ボルト１の締め込みによりボルト１の被締付け部材に対する接触部の３価クロムの化成皮膜１７が削れて亜鉛系メッキ層１６が表面に露出可能に薄く、軟質に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面にメッキ処理を行い、このメッキ層の上に６価クロムを含有しない３価クロムの化成皮膜処理を施すねじ及びねじ締結構造に関する。

従来から、ねじの腐食防止のために、表面にメッキ処理を施し、さらにその上をクロメート被膜で覆う処理が行われている。このクロメート被膜のうち、特に６価クロメート被膜は含水量が高く、比較的軟質で、その特徴である自己修復作用を発揮することにより、高い耐食性を有する。ところが、６価クロムは人体に有害であることや環境汚染につながることなどから、６価クロムの使用が世界中で実質的に制限され、従来の６価クロムを含むクロメート処理から６価クロムを含まない代替処理への変更が検討されている。一般的な代替手法として用いられるのは、３価クロム化合物を含む化成処理である（例えば、特許文献１参照）。
特表２０００−５０９４３４公報

しかしながら、一般的な３価クロムの化成皮膜処理のねじでは、３価クロムの化成皮膜が６価クロメート被膜に比べて硬質で、締結の際のトルク特性が低下し、特に緩みトルクが大きく低下するという問題がある。とりわけねじの中でも高軸力域で使用する例えばクランクプーリーボルトなどのボルトの場合、３価クロムの化成皮膜処理と６価クロメート処理とではトルク特性に大きな差異が生じ、３価クロムの化成皮膜処理のボルトの緩みトルクは６価クロメート処理のボルトに比べて１０パーセント〜３０パーセント低下する。これは構造部材を固定するねじの締結力が低下することに他ならず、これでは従来の６価クロメート処理のねじが保証していた機能を満足することができない可能性がある。また、一般的な３価クロムの化成皮膜処理では、元来６価クロムより劣る耐食性を補うために、他の金属化合物を含有させたり、表面にＳｉО₂を含む層やコーティングを追加したりするなど多層構造化する手法を取るため、３価クロムの化成皮膜は比較的硬質になり、これがねじのトルク特性、特に緩みトルクを悪化させるなど、大きな影響を及ぼしている。

本発明は、このような従来の問題を解決するもので、６価クロメート処理のねじと略同等のトルク特性を有する３価クロムの化成皮膜処理のねじ及びねじ締結構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のねじは、表面に亜鉛系メッキ層を形成され、該亜鉛メッキ層の上に６価クロムを含有しない３価クロムの化成皮膜が形成されるねじにおいて、少なくともねじの被締付け部材に対する接触部の、前記３価クロムの化成皮膜の膜厚は、ねじの締め込みによりねじと被締付け部材が接触して、ねじ側の接触部の前記３価クロムの化成皮膜が削れて前記亜鉛系メッキ層が露出可能に薄く形成されることを要旨とする。この場合、３価クロムの化成皮膜の膜厚は５０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲から設定される。

また、本発明のねじ締結構造は、金属部材間をねじの締め込みにより締結するねじ締結構造において、前記金属部材と前記ねじの接触部の少なくとも一方に、亜鉛系メッキ層を形成され、該亜鉛系メッキ層の上に６価クロムを含有しない３価クロムの化成皮膜が形成され、前記３価クロムの化成皮膜の膜厚は、ねじの締め込みにより前記接触部の前記３価クロムの化成皮膜が削れて前記亜鉛系メッキ層が露出可能に薄く形成されることを要旨とする。この場合、３価クロムの化成皮膜の膜厚は５０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲から設定される。

本発明のねじは、上記各構成により、ねじの締め込みにより、ねじの被締付け部材に対する接触部の３価クロムの化成皮膜が削れて亜鉛系メッキ層が露出されるので、亜鉛系メッキの３価クロムの化成皮膜よりも高い摩擦力により、従来の６価クロメート処理のねじと略同等の高いトルク特性を得ることができる。

本発明のねじは、上記各構成により、ねじの締め込みにより、金属部材とねじの接触部の少なくとも一方の３価クロムの化成皮膜が削れて亜鉛系メッキ層が露出されるので、亜鉛系メッキの３価クロムの化成皮膜よりも高い摩擦力により、従来の６価クロメート処理のねじ締結構造と略同等の高いトルク特性を得ることができる。

以下、本発明の一実施の形態について図を用いて説明する。図１において、ボルト１は自動車のエンジンに使用するクランクプーリーボルトで、頭部１１と、頭部１１の下面に形成されたフランジ部１２と、フランジ部１２の座面１３の中央に座面１３に対して垂直方向に延びるねじ１４を切られた軸部１５とを備える。

図１中Ｐ部を図２に拡大して示す。図２に示すように、このボルト１の（金属の）表面には、亜鉛メッキ処理により、亜鉛メッキ層１６が形成される。この場合、亜鉛メッキ層１６の厚さは、耐食性を十分に確保できるように、通常必要とする適宜厚さが設定される。

この亜鉛メッキ層１６の上にさらに、３価クロムの化成皮膜処理により、３価クロムの化成皮膜１７が形成される。この３価クロムの化成皮膜処理では、従来の一般の３価クロムの化成皮膜処理の処理液及び処理条件を変更し、処理液の濃度を薄くすることで、薄く、軟質の３価クロムの化成皮膜１７が生成される。この場合、３価クロムの化成皮膜１７の実質的な成分は３価クロムで、他の金属化合物は含有されていない。また３価クロムの化成皮膜１７の表面にＳｉО₂を含む層やコーティングが追加されることもない。３価クロムの化成皮膜１７の膜厚は、５０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲から選択され、ここでは８０ｎｍに設定される。このような処理により、３価クロムの化成皮膜１７は、従来の６価クロメート被膜と同等の特性に改質される。すなわち、６価クロメート処理のボルトでは、ボルトの締め込みによりボルトと被締付け部材が接触し、高軸力側ではボルトの接触部に高い面圧が発生し、当該接触部の６価クロメート被膜が削れて直下の亜鉛メッキ層を露出する。亜鉛メッキ層は６価クロメート被膜より１０パーセント〜５０パーセント高い摩擦を示し、このように亜鉛メッキ層が露出した状態のボルトの緩みトルクは、亜鉛メッキ層を露出しないものに比べて１０パーセント〜５０パーセント高いトルクを示す。このように３価クロムの化成皮膜１７は、ボルト１の締め込みによりボルト１と被締付け部材が接触し、６価クロメート被膜が削られる面圧でボルト１の接触部、特に座面１３の３価クロムの化成皮膜１７が削れて亜鉛系メッキ層１６が表面に露出できるように、薄く、軟質に形成される。

なお、このような改質された３価クロムの化成皮膜１７は、ボルト１の特に、頭部１１又はフランジ部１２の座面１３、軸部１５やねじ１４の一部など、ボルト１の被締付け部材に対する接触部にのみ形成されてもよい。この場合、接触部は高い接触面圧を発生する接触部分が選定されることが好ましい。

このようにして３価クロムの化成皮膜１７は従来の６価クロメート被膜と同等の硬度特性を持つ。このボルト１を被締付け部材に締付けると、６価クロメート処理のボルトと同様のメカニズムで、高軸力側ではボルト１の座面１３に高い面圧が発生し、座面１３の３価クロムの化成皮膜１７は削れて直下の亜鉛メッキ層１６が露出し、この亜鉛メッキ層１６の３価クロムの化成皮膜１７よりも１０〜５０パーセント高い摩擦力により、６価クロメート被膜と略同等のトルク特性を得ることができ、特に、ボルト１の緩みトルクを大きく向上させることができる。なお、従来の一般的な３価クロムの化成皮膜処理のボルトでは、６価クロメート被膜が削れる面圧が発生しても、３価クロムの化成皮膜は削れず、亜鉛メッキは露出しない。同じ軸力同士で比べると、この実施の形態の３価クロムの化成皮膜処理のボルト１の緩みトルクは、一般的な３価クロムの化成皮膜処理のボルトに比べて、１０パーセント〜５０パーセント高くなる。

図３にボルト１を用いたねじ締結構造を示す。図３において、このねじ締結構造２は、クランクの軸端（図示省略）にクランクスプロケット（図示省略）とクランクプーリー２０とを順次取り付けて、ボルト１がクランクの軸端のねじ穴に螺合されて締付けられている。この場合、ボルト１の座面１３に高い面圧が発生して、座面１３の３価クロムの化成皮膜１７は削れて直下の亜鉛メッキ層１６が露出し、この亜鉛メッキ層１６の３価クロムの化成皮膜１７よりも高い摩擦力で、６価クロメート被膜と略同等のトルク特性を得ることができる。特に、ボルト１の緩みトルクは、従来の３価クロムの化成皮膜処理の硬質のボルトに比べて１０〜５０パーセント高いトルク特性を得ることができる。

また、このねじ締結構造２でも、改質された３価クロムの化成皮膜１７はボルト１の特に、頭部１１又はフランジ部１２の座面１３、軸部１５やねじ１４の一部など、ボルト１の被締付け部材に対する接触部にのみ形成されてもよい。この場合、接触部は高い接触面圧を発生する接触部分が選定されることが好ましい。このようにしても６価クロメート被膜と略同等のトルク特性を得ることができる。特に、ボルト１の緩みトルクは、従来の３価クロムの化成皮膜処理の硬質のボルトに比べて１０〜５０パーセント高いトルク特性を得ることができる。また、このねじ締結構造２では、ボルト１に代えて、金属部材側の少なくとも接触部に同様にして、亜鉛系メッキ層１６を形成し、その上に３価クロムの化成皮膜１７を形成してもよく、このようにしても同様の効果を奏することができる。

なお、上記実施の形態では、本発明のねじ及びねじ締結構造としてボルトを例示しているが、ナットや、機械部品に一体的に組み付けられたおねじ部材やめねじ部材にも、同様の構成を採用し、同様の作用、効果を奏することができる。

今回改質した３価クロムの化成皮膜処理のボルトの仕様確認結果を図４の新規３価クロム化成皮膜のトルク−軸力線図に示す。また、比較例として、図５に従来の一般的な３価クロムの化成皮膜処理のボルトのトルク−軸力線図を示し、図６に従来の６価クロメート処理のボルトのトルク−軸力線図を示す。これらの図４、図５及び図６から明らかなように、今回改質した３価クロムの化成皮膜処理のボルトに、従来の６価クロメート処理のボルトと略同等のトルク特性を得ることができ、特に、高軸力で使用し高い締結力を必要とするボルトに、６価クロメート処理のボルトと同等の高い緩みトルクを達成することができた。また、クランクプーリーボルトのようにエンジンの高温（８０℃以上）に晒される環境を想定した熱劣化後の耐食性試験では、今回改質した３価クロムの化成皮膜処理のボルトは従来の６価クロメート処理のボルトよりも優れた耐食性を有することを確認した。

本発明の一実施の形態におけるねじの側面図同ねじの部分断面図同ねじを用いたねじ締結構造の部分断面側面図今回改質した新規３価クロムの化成皮膜処理のボルトのトルク−軸力線図従来の一般的な３価クロムの化成皮膜処理のボルトのトルク−軸力線図従来の６価クロメート処理のボルトのトルク−軸力線図

符号の説明

１ボルト
１１頭部
１２フランジ部
１３座面
１４ねじ
１５軸部
１６亜鉛メッキ層
１７３価クロムの化成皮膜
２ねじ締結構造
２０クランクプーリー

Claims

表面に亜鉛系メッキ層を形成され、該亜鉛メッキ層の上に６価クロムを含有しない３価クロムの化成皮膜が形成されるねじにおいて、
少なくともねじの被締付け部材に対する接触部の、前記３価クロムの化成皮膜の膜厚は、ねじの締め込みによりねじと被締付け部材が接触して、ねじ側の接触部の前記３価クロムの化成皮膜が削れて前記亜鉛系メッキ層が露出可能に薄く形成されることを特徴とするねじ。
３価クロムの化成皮膜の膜厚は５０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲から設定される請求項１に記載のねじ。
金属部材間をねじの締め込みにより締結するねじ締結構造において、
前記金属部材と前記ねじの接触部の少なくとも一方に、亜鉛系メッキ層を形成され、該亜鉛系メッキ層の上に６価クロムを含有しない３価クロムの化成皮膜が形成され、
前記３価クロムの化成皮膜の膜厚は、ねじの締め込みにより前記接触部の前記３価クロムの化成皮膜が削れて前記亜鉛系メッキ層が露出可能に薄く形成されることを特徴とするねじ締結構造。
３価クロムの化成皮膜の膜厚は５０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲から設定される請求項３に記載のねじ締結構造。