JP2016038084A - 締結部材 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑剤の使用が禁止・制限される条件下においても焼付きが生じ難い締結部材を提供する。
【解決手段】ステンレス製の雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を備えた締結部材Ｘとして、雄ネジ部材１の圧力側フランクの表層の硬度、及び雌ネジ部材２の圧力側フランクの表層の硬度が、ビッカース硬度３２０Ｈｖを越える値である第１条件、又は、雄ネジ部材１の圧力側フランクの表層の硬度と、雌ネジ部材２の圧力側フランクの表層の硬度とを互いに異ならせ、相対的に硬度が高い方の圧力側フランクの表層の硬度がビッカース硬度３２０Ｈｖを越える値である第２条件、の何れか一方の条件を少なくとも満たす構成にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、螺合締結機能を発揮する雄ネジ部材及び雌ネジ部材を備えた締結部材に関するものである。

耐腐食性が要求される用途、例えば、半導体等の工業的製造プロセスを構成する装置や、食品、医療等の分野で用いられる装置に使用される雄ネジ部材や雌ネジ部材は、金属製、特にステンレス製であることが多く、このような用途に用いられる雄ネジ部材や雌ネジ部材には、発錆が無いか殆ど無いことも要求される。

ところが、金属、特にステンレスは、焼付き易い特性を有するため、雄ネジ部材及び雌ネジ部材を相互に螺合させて締結する処理と、その締結状態を解除（開放）する処理を繰り返すと焼付きが発生する場合がある。一旦焼付きが生じると、それ以降の締結処理や開放処理を適正且つスムーズに行うことができず、仮に締結できたとしても、開放処理を行うことが不可能又は困難になる。

そこで、ネジ部材同士の螺合締結時に潤滑剤を用いることで、雄ネジ部材及び雌ネジ部材のネジ山同士の摩擦を低減し、焼付きの発生を抑制・低減する態様が考えられる（下記特許文献１参照）。

特開２００５−２９９７９３号公報

しかしながら、潤滑剤を用いることで焼付きは改善されるものの、雄ネジ部材及び雌ネジ部材を相互に締結して用いる使用環境下において、潤滑剤の使用が制限されたり、禁止されるケースが多いこともまた実情である。さらにまた、潤滑剤の使用が許容される環境下であっても、焼付きの発生が確認されており、これは、雄ネジ部材及び雌ネジ部材に対して、締結処理前に完全脱脂処理を施すことや、経時変化によって潤滑剤の滑動効果が低下したことが要因と考えられる。

本発明者は、焼付きが発生する以下のメカニズムに着目した。つまり、従来のネジ、例えば三角ネジは、図１３に示すように、雄ネジ部材Ｅ及び雌ネジ部材Ｉの軸芯を相互に一致させて締結の負荷が掛からない螺合状態（標準状態）では、雄ネジ部材ＥのフランクＥ１，Ｅ２と雌ネジ部材ＩのフランクＩ１，Ｉ２は、軸芯（中心軸）まわりに、寸法公差（以下では公差と称す場合がある）を保った形で、互いに幾何学的に接触することのない位置関係にあり、締結時の負荷が掛かると、図１４に示すように、雄ネジ部材Ｅと雌ネジ部材Ｉは互いに逆方向に軸方向の負荷を受け、強固に幾何学的に接触する部分が出現する。ここで、雄ネジ部材Ｅのネジ山Ｅｓの角度を規定する互いに異なる方向に傾斜する２つのフランクＥ１，Ｅ２のうち、一方のフランクＥ１は、軸方向に沿った山頂Ｅｔの範囲を規定する境界部分Ｅａ，Ｅｃのうち一方の山頂境界部分Ｅａと、その山頂境界部分Ｅａに最も近い谷底Ｅｕの谷底境界部分Ｅｂとを連絡する面であり、他方のフランクＥ１は、他方の山頂境界部分Ｅｃと、その山頂境界部分Ｅｃに最も近い谷底Ｅｕの谷底境界部分Ｅｄとを連絡する面である。また、雌ネジ部材Ｉのネジ山Ｉｓの角度を規定する互いに異なる方向に傾斜する２つのフランクＩ１，Ｉ２のうち、一方のフランクＩ１は、軸方向に沿った山頂Ｉｔの範囲を規定する境界部分Ｉａ，Ｉｃのうち一方の山頂境界部分Ｉａと、その山頂境界部分Ｉａに最も近い谷底Ｉｕの谷底境界部分Ｉｂとを連絡する面であり、他方のフランクＩ１は、他方の山頂境界部分Ｉｃと、その山頂境界部分Ｉｃに最も近い谷底Ｉｕの谷底境界部分Ｉｄとを連絡する面である。

雄ネジ部材Ｅ及び雌ネジ部材Ｉの各ネジ山Ｅｓ，Ｉｓのうち少なくとも締結時に負荷を受ける側のフランクＥ１，Ｉ１（同図中の雄ネジ部材Ｅにおける山頂境界部分Ｅａと谷底境界部分Ｅｂを連絡する面、雌ネジ部材Ｉにおける山頂境界部分Ｉａと谷底境界部分Ｉｂを連絡する面）は、圧力側フランクと称され、雄ネジ部材Ｅ及び雌ネジ部材Ｉの各ネジ山Ｅｓ，Ｉｓのうち圧力側フランクＥ１，Ｉ１の反対側のフランクＥ２，Ｉ２（同図中の雄ネジ部材Ｅにおける山頂境界部分Ｅｃと谷底境界部分Ｅｄを連絡する面、雌ネジ部材Ｉにおける山頂境界部分Ｉｃと谷底境界部分Ｉｄを連絡する面）は、遊び側フランクと称される。図１４から把握できるように、締結時には、雄ネジ部材Ｅ及び雌ネジ部材Ｉの圧力側フランクＥ１，Ｉ１同士が相互に接触する一方、雄ネジ部材Ｅ及び雌ネジ部材Ｉの遊び側フランクＥ２，Ｉ２同士は相互に接触しない状態になる。なお、雄ネジ部材Ｅと雌ネジ部材Ｉを物理的に締結可能とするためには公差は必要不可欠である。

しかし、締結時に雄ネジ部材Ｅと雌ネジ部材Ｉの軸芯がずれると、図１５及び図１６に示すように、雄ネジ部材Ｅ及び雌ネジ部材Ｉの各圧力側フランクＥ１，Ｉ１の接触は、線接触では無く、面圧（摺動面に作用する単位面積当たりの荷重）が線接触よりも極端に増大する点接触となる。そして、点接触に近い形で面圧が増大した状況下で締結処理を続行すると、高面圧下での点接触に近い状況で周方向に強制摺動を起こすことになり、コンタクトポイント（接触点）で局所的な摩耗損傷が起き、焼付きが発生する確率が高くなる。なお、図１３及び図１４における１点鎖線ＣＬは雄ネジ部材Ｅ及び雌ネジ部材Ｉの一致した軸芯を示し、図１５及び図１６における１点鎖線ＣＬは雄ネジ部材Ｅの軸芯を示す。

このような焼付きは、雄ネジ部材及び雌ネジ部材のネジ山同士の間に公差がある以上、容易に、また恒常的に発生する状況にあると考えられる。

以上のような問題に鑑みて本発明者は、焼付きの生じ難い雄ネジ部材や雌ネジ部材、さらにはこれら雄ネジ部材及び雌ネジ部材を備えた締結部材を提供すべく、鋭意研究の末、雄ネジ部材及び雌ネジ部材の少なくとも圧力側フランクの表層の硬度をそれぞれ所定値以上に上昇させたり、何れか一方のネジ部材の圧力側フランクの硬度を所定値以上に上昇させることで、潤滑剤の適用を前提としない使用状況下（無潤滑下）においても焼付きの発生を抑制・低減することが可能であることを見出した。

すなわち、本発明に係る締結部材は、ステンレス製の雄ネジ部材と、雄ネジ部材のネジ山に螺合締結可能なネジ山を有するステンレス製の雌ネジ部材とを備えたものであって、雄ネジ部材のネジ山のうち少なくとも締結時に負荷を受ける側のフランクである圧力側フランクの表層の硬度、及び雌ネジ部材のネジ山のうち少なくとも締結時に負荷を受ける側のフランクである圧力側フランクの表層の硬度が、ビッカース硬度３２０Ｈｖを越える値である第１条件、又は、雄ネジ部材の圧力側フランクの表層の硬度と、雌ネジ部材の圧力側フランクの表層の硬度とを互いに異ならせ、相対的に硬度が高い方の圧力側フランクの表層の硬度がビッカース硬度３２０Ｈｖを越える値である第２条件、の少なくとも何れか一方の条件を満たすことを特徴としている。ここで、表層の硬度にばらつきがある場合、本発明のおける「表層の硬度がビッカース硬度３２０Ｈｖを越える値である」との条件は、ばらつきのある表層硬度のうち最も高い表層硬度がビッカース硬度３２０Ｈｖを越える値であれば満たすことになる。

このように雄ネジ部材及び雌ネジ部材の圧力側フランクの表層硬度を第１条件又は第２条件を満たすように設定したことによって、潤滑剤を用いずとも、耐焼付き性が向上することを本発明者は見出した。本発明に係る雄ネジ部材の耐焼付き性が、従来の雄ネジ部材よりも向上した理由としては、正確に特定することが困難であるものの、雄ネジ部材及び雌ネジ部材の圧力側フランクの表層硬度を第１条件又は第２条件を満たすように設定したことによって、締結時に、雄ネジ部材の圧力側フランクと、雌ネジ部材の圧力側フランクとの接触点又は接触面における面圧が増大した状況下で周方向に強制摺動となっても、コンタクトポイントで摩耗損傷が起きる事態を抑制・低減することができるからであると考えられる。

また、本発明に係る締結部材において、雄ネジ部材及び雌ネジ部材の両方の圧力側フランクの表層硬度が、ビッカース硬度３２０Ｈｖを越える値であるという第１条件を満たす具体的な処理内容としては、雄ネジ部材及び雌ネジ部材の各圧力側フランクに対して、切削加工に加えて、所定の塑性加工又は窒化の少なくとも何れか一方の処理を施す態様を挙げることができる。つまり、圧力側フランクを切削加工で仕上げた場合、当該圧力側フランクの表層硬度はネジ部材の素材（ステンレス鋼）の硬度よりも上昇しており、さらに塑性加工又は窒化の何れか一方の処理又は両方の処理を施すことで、切削加工終了時点で上昇している圧力側フランクの表層硬度をより一層も上昇させることができ、締結時の焼付きを抑制することができる。また、ネジ山の表面を所定厚さの膜で被覆する被膜処理（コーティング処理、反応を抑制させる目的で、送通させる食品やガスなどの流体と反応し難いと言われている銀を用いて銀メッキをするメッキ処理等）によって表面の硬度を上昇させる処理も考えられるが、皮膜が使用中に剥離する可能性を完全に排除することはできず、皮膜の剥離と製品への混入という問題が生じ、必ずしも良い製品とは言い難いが、上述した切削加工処理、所定の塑性加工処理、及び窒化処理は、被膜の剥離と製品への混入という事象が生じないため、締結処理及び開放処理を繰り返し行った場合でも圧力側フランクの表層硬度が低下する事態を防止・抑制することができる。

一方、雄ネジ部材の前記圧力側フランクの表層の硬度と、雌ネジ部材の圧力側フランクの表層の硬度とを互いに異ならせ、相対的に硬度が高い方の圧力側フランクの表層の硬度がビッカース硬度３２０Ｈｖを越える値である第２条件を満たす具体的な処理としては、雄ネジ部材の圧力側フランクに対して、切削加工に加えて、所定の塑性加工又は窒化の少なくとも何れか一方の処理を施すとともに、雌ネジ部材の圧力側フランクに対して、雄ネジ部材の圧力側フランクに対する処理とは異なる処理を施す態様を挙げることができる。

また、第２条件を満たす別の具体的な処理としては、雌ネジ部材の圧力側フランクに対して、切削加工に加えて、所定の塑性加工又は窒化の少なくとも何れか一方の処理を施すとともに、雄ネジ部材の圧力側フランクに対して、切削加工のみ、又は切削加工に加えて所定の塑性加工の処理を施す態様を挙げることができる。

加えて、本発明に係る締結部材は、雄ネジ部材及び雌ネジ部材の少なくとも各圧力側フランクを脱脂しているものであっても、上述のように各ネジ部材の圧力側フランクの表層硬度を第１条件又は第２条件の少なくとも何れか一方を満たすようにすることで、焼付きの発生を抑制・低減することができる。

上述した作用効果を奏する雄ネジ部材と雌ネジ部材の各圧力側フランクにおける表層硬度の下限値は、ビッカース硬度３２０Ｈｖであり、また上限値は、ビッカース硬度１６００Ｈｖであると考えられる。雄ネジ部材と雌ネジ部材の各圧力側フランクにおける表層硬度は、処理内容や処理条件（窒化処理の温度等）によってビッカース硬度１６００Ｈｖ程に設定することが可能であるが、ビッカース硬度１６００Ｈｖ或いはそれに近い場合には、塩水噴霧試験で腐食が著しいという結果を本発明者は得ている。したがって、本発明において、各圧力側フランクにおける表層硬度のビッカース硬度１６００Ｈｖを越える硬度に設定することは、特段有効な技術あるとはいえない。適切な上限値としは、ビッカース硬度６００Ｈｖを挙げることができる。また、適切な下限値としては、ビッカース硬度４００Ｈｖを挙げることができる。なお、上述した硬化処理のうち、窒化処理によれば高い表層硬度が得られる。特にプラズマ窒化であれば、高温短時間での硬化処理が可能であるが、素材の耐腐食性が低下するため、締結部材の用途や使用回数がある程度制限されることになる。一方、ガス窒化であれば、プラズマ窒化よりも低温での硬化処理により、表層硬度の最高値が４００Ｈｖ程度となるが、素材の耐腐食性は低下しないため、広い用途での利用が可能である。これらの耐腐食性は、予備的試験を行って確認したものである。

本発明に係る締結部材であれば、第１条件又は第２条件の少なくとも一方を満たす構成を採用することで、締結時に、雄ネジ部材及び雌ネジ部材の圧力側フランク同士のコンタクトポイントで面圧が急上昇しても、摩耗損傷を抑制・低減することができ、その結果、第１条件及び第２条件の両方を満たさない締結部材と比較して、焼付きが生じ難く、締結処置と開放処理との繰り返し可能回数を増やすことができ、耐焼付き性の改善を図ることが可能である。よって、本発明は、雄ネジ部材及び雌ネジ部材のネジ山同士を螺合させて行う少なくとも１回目の締結処理時に、焼付きが生じないか、極めて生じ難い締結部材を提供することができるものである。

本発明の一実施形態に係る締結部材を構成する雄ネジ部材及び雌ネジ部材の螺合締結前の状態を示す図。 同実施形態の締結部材を構成する雄ネジ部材及び雌ネジ部材の螺合締結状態を図１に対応させて示す図。 同実施形態に係る雄ネジ部材にパイプを装着した状態を示す図。 同実施形態に係る雄ネジ部材にパイプ及び固定用リングを装着した状態を示す図。 図２に示す雄ネジ部材及び雌ネジ部材の標準状態（負荷の掛かっていない螺合状態）を示す模式的に示す図。 図２に示す雄ネジ部材及び雌ネジ部材の締結状態を図５に対応させて示す図。 同実施形態に係る締結部材を構成する雄ネジ部材及び雌ネジ部材の標準状態を模式的に示す図。 同実施形態に係る締結部材を構成する雄ネジ部材及び雌ネジ部材の締結状態を図７に対応させて示す図。 同実施形態において供試材番号６に関する締結部材の実験結果を示す図。 同実施形態において供試材番号７に関する締結部材の実験結果を示す図。 同実施形態に係る締結部材の一変形例を図７に対応させて示す図。 同変形例に係る締結部材を図７に対応させて示す図。 従来の雄ネジ部材及び雌ネジ部材を備えた締結部材の標準状態を模式的に示す図。 同締結部材の締結状態を図１３に対応させて示す図。 同締結部材において焼付きが発生するメカニズムを図１３に対応させて示す図。 同締結部材において焼付きが発生するメカニズムを図１３に対応させて示す図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本発明の一実施形態に係る締結部材Ｘは、図１に示すように、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を備え、例えば、半導体等の工業的製造プロセスを構成する装置や、食品、医療等の分野で用いられる装置に好適に使用されるものである。このような用途に用いられる雄ネジ部材１や雌ネジ部材２には、耐腐食性が要求され、発錆が無いか殆ど無いことも要求される。このような要求を満たすべく、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２は何れもステンレス製のものである。ステンレスであれば特に種類は問わず、オーステナイト系、フェライト系、オーステナイト・フェライト系（二相系）、マルテンサイト系の何れであってもよいが、本実施形態では、オーステナイト系ステンレス製の雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を適用している。

本実施形態に係る締結部材Ｘは、図２に示すように、上述した分野の製造プロセスにおいて、例えば材料を搬送するためのパイプシステムＰの繋ぎ部分に使用されるものである。図１及び図２に示す雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２は、例えば、ＪＩＳ規格に準拠するＳＵＳ３０４のＭ１６，ピッチ１の６０°の三角ネジである。

図１乃至図３に示すように、本実施形態に係る締結部材Ｘは、雄ネジ部材１として、基端部に六角形の頭部１Ａ（六角ボルト）を有するものを適用している。この雄ネジ部材１は、外周面にネジ山１ｓが形成されているネジ軸部１Ｂの先端（ネジ軸部１Ｂのうち頭部１Ａから遠い方の端）に、パイプシステムＰを構成するプラスチック製のパイプＰ１が装着可能なパイプ装着部１Ｃを一体に形成している。本実施形態では、パイプ装着部１Ｃとして、ネジ軸部１Ｂの先端面（軸芯方向に直交する端面）から頭部１Ａに対して離間する方向に所定寸法突出する小径部１Ｃａと、小径部１Ｃａの先端に形成した大径部１Ｃｂと、大径部１Ｃｂの先端から先端に向かって漸次小径となるテーパ部１Ｃｃとを有するものを適用している。これら小径部１Ｃａ、大径部１Ｃｂ及びテーパ部１Ｃｃの軸中心は、ネジ軸部１Ｂ及び頭部１Ａの軸中心と一致している。ここで、雄ネジ部材１の頭部１Ａは、その基端部（図１の頭部１Ａの下端部）が、図示しない別のパイプシステム（パイプ装置部１Ｃに装着されるパイプＰ１を有するパイプシステムＰとは別のパイプシステムを意味し、以下の説明においても同義で用いる）又は別の装置（パイプ装置部１Ｃに装着されるパイプＰ１を有するパイプシステムＰを備えた装置とは別の装置を意味し、以下の説明においても同義で用いる）に繋がっている場合もあれば、図示しない前記別のパイプシステム又は前記別の装置に繋がれておらず、止め（封）として機能する場合もある。前者の場合、雄ネジ部材１の内部には頭部１Ａも含めて軸方向に貫通する貫通孔が形成され、頭部１Ａの基端部（図１の頭部１Ａの下端部）には、図示しない前記別のパイプシステム又は図示しない前記別の装置が、適宜の固定手段によって繋がれている。一方、後者の場合は、雄ネジ部材１の内部には貫通孔が形成されておらず、頭部１Ａが止めとして機能する。

雌ネジ部材２は、図１及び図２に示すように、外周面を六角ナット状とし、内周面に雄ネジ部材１のネジ山１ｓに対応したネジ山２ｓを形成した袋ナット部２Ａと、袋ナット部２Ａの先端部（図１における袋ナット部２Ａの上端部）に設けられ且つ内向きに突出させた鍔部２Ｂとを一体に有するものである。また、本実施形態の雌ネジ部材２は、袋ナット部２Ａのうち先端側の内周面のうち、ネジ山２ｓを形成していない部分を凹凸のない面に設定したものである。本実施形態では、この凹凸のない面の高さ寸法（軸方向に沿った寸法）を、雄ネジ部材１のパイプ装着部１Ｃの高さ寸法より所定寸法分だけ短く設定している。

このような雄ネジ部材１及び雄ネジ部材１を有する締結部材Ｘは、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を相互に螺合締結する前に、雄ネジ部材１のパイプ装着部１ＣにパイプＰ１をその下端がネジ軸部１Ｂの先端に接触する位置まで嵌め込み（図３参照）、次いで、内径をパイプＰ１の外径よりも僅かに大きく設定し、且つ外径を雌ネジ部材２のネジ軸部１Ｂの内径よりも小さく設定した金属製の固定用リング３を、パイプＰ１をその外周側から嵌め込むようにパイプ装着部１Ｃに装着し（図４参照）、続いて、雌ネジ部材２を、雄ネジ部材１の先端側から雄ネジ部材１に締結する（図２参照）。ここで、雄ネジ部材１の頭部１Ａの基端部（図１の頭部１Ａの下端部）が、図示しない前記別のパイプシステム又は前記別の装置に固定されている場合、これら雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を相互に螺合締結した状態では、雄ネジ部材１の頭部１Ａを含めた雄ネジ部材１全体に亘ってその軸方向に貫通するように形成されている貫通孔を通じて、パイプ装着部１Ｃに装着したパイプＰ１を有するパイプシステムと、雄ネジ部材１の頭部１Ａの基端部（図１の頭部１Ａの下端部）に装着した図示しない前記別のパイプシステム又は前記別の装置との間で流体のスムーズな送通が可能になる。つまり、例えばハイテク用のガスや食品を流体状にして、図１に示すパイプＰ１を有するパイプシステムＰが繋がれている装置から、雄ネジ部材１の頭部１Ａの基端部（図１の頭部１Ａの下端部）に接続した前記別のパイプシステム又は前記別の装置に流体を送通させることができる。なお、装置の保守や流路の洗浄等の事情で、一時的に流体の送通を中断する場合には、頭部１Ａの内部に貫通孔が形成されていない雄ネジ部材１を用いることで、この雄ネジ部材１が封の役目を担う止め部材として機能する。なお、雄ネジ部材の頭部に対する前記別のパイプシステムや前記別の装置の繋ぎ方（固定手段）や雄ネジ部材の頭部の形状は問わない。

このような構成の締結部材Ｘにおいて締結処理を実施する過程で、雌ネジ部材２を雄ネジ部材１に対してある程度締め付けていくと、雌ネジ部材２の先端部（上端部）に設けた鍔部２Ｂが固定用リング３を雌ネジ部材２の螺合進行方向（下方）に押圧し、これにより、固定用リング３が、パイプ装着部１Ｃのテーパ部１Ｃｃとの間で、パイプ装着部１Ｃに装着しているパイプＰ１を径方向に挟み込んだ状態（抱え込んだ状態）でそのパイプＰ１をネジ軸部１Ｂ側（下方）に押し込むことになる。この際、パイプＰ１の端部（下端部）がネジ軸部１Ｂの先端面（上端面）に当接しているため、図４に示すように、パイプＰ１のうちテーパ部１Ｃｃから大径部１Ｃｂを越えた部分（テーパ部１Ｃｃよりも下側に存在する部分）は圧縮されて、径方向に膨れるように変形するが、パイプＰ１の外周面は径方向において雌ネジ部材２の内周面（図示例ではネジ山２ｓを形成していない面であって且つ凹凸のない面）に対面するため、パイプＰ１の変形量は制限され、パイプＰ１に掛かる圧力が高くなる。その結果、その圧力は、固定用リング３を介して雌ネジ部材２を雄ネジ部材１の頭部１Ａから離間する方向（上方）へ押圧する力となり、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２のネジ山１ｓ，２ｓ同士が接触する締結状態になる。

このように、締結前であって、且つ固定用リング３を介して雌ネジ部材２を雄ネジ部材１の頭部１Ａから離間する方向（上方）へ押圧する力が雌ネジ部材２に作用しない状態（標準状態）では、図５に示すように、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２のネジ山２ｓ，２ｓ同士の間には公差に起因する隙間が存在し、締結作業にもほとんどトルクは掛からないが、固定用リング３を介して雌ネジ部材２を雄ネジ部材１の頭部１Ａから離間する方向（上方）へ押圧する力が雌ネジ部材２に作用し始めると、図６に示すように、雄ネジ部材１のネジ山１ｓを構成する傾斜方向が異なるフランク１１，１２のうち一方のフランク１１（同図における下向き面に相当するフランク１１）と、雌ネジ部材２のネジ山２ｓを構成する傾斜方向が異なるフランク２１，２２のうち一方のフランク２１（同図における上向き面に相当するフランク１２）が相互に強く接触する。以下の説明では、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２のそれぞれにおいて、締結時に負荷を受ける側のフランクを圧力側フランク１１，２１とする。図６では、雌ネジ部材２の圧力側フランク２１を相対的に太い実線で示している。なお、図５及び図６では、各図の紙面向かって右側における雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２のネジ山１ｓ，２ｓ同士の位置関係を模式的に示し、この位置関係に準じた位置関係となる紙面向かって左側における雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２のネジ山１ｓ，２ｓ同士の位置関係は省略している。

雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を相互に締結することで、パイプＰ１を有するパイプシステムＰ同士を繋ぐことができ、処理装置で加工される素材である液体や、処理装置で必要とされる雰囲気を形成する気体等の流体を、パイプＰ１を通じて処理装置に送ることが可能になる。

ところで、パイプＰ１を通じて処理装置に送る流体は、処理装置で処理される製品毎や処理装置の処理目的毎に異なる。したがって、最終製品の仕様によって、段取替（品種や工程内容が変わる際生じる段取り作業、作業開始前の材料、機械等の準備及び試し加工）を行い、パイプＰ１を通じて装置に送る流体の種類を変更する必要がある。そこで、処理装置に取り付けられたパイプＰ１と、流体を供給するタンク等の流体供給装置に取り付けられたパイプＰ１とを繋ぐ部材として上述の締結部材Ｘを適用し、一つ又は一種類の製品の処理が終わる毎に、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の締結状態を解除（開放）し、処理装置に取り付けられたパイプＰ１を内部洗浄した後に、そのパイプＰ１を、再度新たな流体を供給するタンク等の流体供給装置に取り付けられたパイプＰ１に締結部材Ｘを介して繋ぐことで、段取替作業を素早くスムーズに行うことができる。

パイプＰ１内を流れる流体は、雄ネジ部材１と雌ネジ部材２との締結部分やパイプＰ１の内向き面における腐食や発錆を嫌う場合が多いことから、本実施形態では、上述したように締結部材Ｘの雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２としてステンレス製のものを適用している。

しかしながら、ステンレスは、焼付き易い特性を有し、最初の締結処理時、又は最初の締結状態を解除する処理（開放処理）時、或いは、取替作業の毎に締結処理と開放処理とを繰り返した時に、焼付きが発生する場合がある。一旦焼付きが生じると、締結処理を適正且つスムーズに行うことができず、仮に締結できたとしても、段取替作業や保守点検の際に要求される開放処理が困難になり、最悪の場合には、処理装置と流体供給装置の両方のパイプシステムＰ全体を総入れ替えしなければならない事態に陥ることになり、このような事態の発生は現場において是が非でも回避したいという切実な要望がある。

そこで、締結処理時に潤滑剤を用いることで、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２のネジ山同士の摩擦を低減し、焼付きの発生を抑制・低減する態様が考えられる。

しかしながら、潤滑剤を用いることで焼付きは改善されるものの、パイプＰ１の中を通過する流体にとって、潤滑剤は異物であり、潤滑剤が製品に混入するリスクを考えると、雄ネジ部材１と雌ネジ部材２とを締結する場面における潤滑剤の使用は制限されるか、原則禁止される。また、製品に対する潤滑剤の混入が所定量までであれば許容される場合、その許容量を超えない程度の潤滑剤を使用することで、焼付きの発生を抑制・低減することが可能であると考えられるが、実際には、雄ネジ部材１、雌ネジ部材２、及びそれらの周辺部品を締結処理前に有機溶剤等で完全脱脂処理することや、経時変化によって潤滑剤の滑動効果が低下することで、焼付きが発生することも容易に推察できる。

そこで、本発明者は、Ｊ２Ｓ規格に準拠するＳＵＳ３０４のＭ１６，ピッチ１の６０°の三角ネジである雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を備えた上述の締結部材Ｘを用いて締結実験を行った。締結実験に際して、先ず、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の各ネジ山１Ｓ，２Ｓを切削加工によって、図７に示すように、各ネジ山１Ｓ，２Ｓの角度を規定する互いに異なる方向に傾斜する２つのフランク（雄ネジ部材１であれば図７に示す１つのネジ山１ｓの角度を規定する２つのフランク１１，１２であり、雌ネジ部材２であれば図７に示す１つのネジ山２ｓの角度を規定する２つのフランク２１，２２である）の断面形状を何れも直線形状（以下では基準断面形状と称する場合がある）に形成し、さらにその雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の各ネジ山１ｓ，２ｓの表面に、過酷な塑性加工を加えることで、各ネジ山１ｓ，２ｓの表層の硬度をネジ山１ｓ，２ｓの内部の硬度よりも高く設定した締結部材Ｘを作製し、図８に示すように、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の圧力側フランク１１，２１同士が相互に接触する状態となる締結処理を行ったところ、最初の締結処理時に焼付きは発生せず、締結処理及び解放処理を繰り返し行うことが可能であることが判明した。

ここで、「過酷な塑性加工」として、本実施形態では、切削加工処理後の雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を、高面圧下で、潤滑剤を供給しながら（油中で）、締結処理と開放処理を繰り返して行う処理（以下、油中予締結処理と称す）を採用した。また、このような油中予締結処理を繰り返すことによって、負荷を繰り返し受ける雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の各ネジ山１ｓ，２ｓの表面部が塑性変形を受けて加工硬化するが、塑性変形後の各圧力側フランク１１，２１の断面形状（軸線を含む断面形状）がＪ２Ｓで規格化されている寸法公差内に収まるようにしている。

また、本発明者は、油中予締結処理の回数が多いほどネジ山１ｓ，２ｓの表層の硬度が上昇することに着目し、油中予締結処理を２０回行った雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を備えた締結部材Ｘと、油中予締結処理を４０回行った雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を備えた締結部材Ｘとをそれぞれ用いて締結実験を行った。さらに本発明者は、塑性加工を施した雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２に対して、窒化処理を施すことで、ネジ山１ｓ，２ｓの表層の硬度をより一層上昇させた雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を備えた締結部材Ｘを用いて締結実験を行った一方で、極端な軟質材の一例として、切削仕上げの雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２に対して溶体化処理を施し、切削加工処理によるネジ山１ｓ，２ｓの表面の硬化を完全に除去した雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を用意し、このような雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を備えた締結部材Ｘを比較材という位置付けで締結実験を行った。

締結実験で用いる雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２は、それぞれ少なくとも圧力側フランク１１，２１を脱脂（好ましくは完全脱脂）したものである。具体的には、締結実験を行う前に、アセトンで雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を含む締結部材Ｘの全ての部品を十分に洗浄して、全ての油脂分を除去したものである。締結実験では、トルクレンチを使用し、上述した締結手順、つまり、雄ネジ部材１のパイプ装着部１ＣにパイプＰ１を嵌め込んで装着し（図３参照）、固定用リング３を、パイプＰ１を外嵌するようにパイプ装着部１Ｃに装着した状態（図４参照）で、雌ネジ部材２及び雄ネジ部材１を締結する（図５参照）手順に従って、１０秒間で１回転の速度で締結を行った。締結中にトルクが異常に上昇して１０Ｎｍを遙かに越えた場合は焼付きが発生したと判断し、締結実験を中止した。この場合は、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の締結状態を解除（解放）することが不可能であった。トルクの急上昇が無く、雌ネジ部材２が雄ネジ部材１の端面（上述した雄ネジ部材１の頭部１Ａの端面（図２における上端面））に接触した時点で締結処理を止め、その時点で焼付きが無ければ、開放処理を行い、固定用リング３及びパイプＰ１を新しいものに取り替えて、締結実験を継続した。

ここで、締結実験を行った複数の締結部材Ｘごとに、供試材番号を付与し、各供試材である雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の製造履歴（ネジ山１ｓ，２ｓに対する処理内容）、及びネジ山１ｓ，２ｓの表層の硬度を表１に示すとともに、供試材ごとに焼付きが生じることなく締結できた回数（締結可能回数）を表２に示す。なお、表１における表層の硬度は、ビッカース硬度であり、例えばネジ山１ｓ，２ｓの表層に対して１０ｇｆの荷重を掛けることで測定された硬度である。

表１における供試材のフランクの表層硬度の値は、フランクの複数箇所における表層硬度を測定した値の範囲、または測定した値のうち最高値を示している。

表１から把握できるように、切削上がりのネジ山１ｓ，２ｓを有する雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を備えた締結部材Ｘ（供試材番号１）では、締結可能回数が０回、つまり、最初の締結処理時の途中で焼付きが発生した。また、溶体化処理を施した雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を備えた締結部材Ｘは、溶体化処理の前の処理内容が、切削加工のみである場合（供試材番号４）、切削加工後に塑性変形加工を施した場合（供試材番号５）の何れであっても、締結可能回数は０回であった。

また、切削加工後に、フランクを含むネジ山１ｓ，２ｓの表面を塑性変形加工した雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を備えた締結部材Ｘが、油中予締結処理を２０回行うことでネジ山１ｓ，２ｓの表面を塑性変形加工した場合（供試材番号２）には、締結可能回数が１回（２回目の締結処理時又は１回目の開放処理時に焼付き発生。以下、締結可能回数について同趣旨である）であり、油中予締結処理を４０回行うことでネジ山１ｓ，２ｓの表面を塑性変形加工した場合（供試材番号３）には、締結可能回数が５回であった。

切削加工した雄ネジ部材１又は雌ネジ部材２の何れか一方又は両方に対して窒化処理（本実験ではプラズマ窒化処理）を施した締結部材Ｘ（供試材番号６）では、締結可能回数が１５乃至２７回であった。具体的に、図９に示すように、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の両方が、切削加工後に窒化処理を施した締結部材Ｘでは、締結可能回数が１５回（同図における円形の点でデータをプロットした散布図参照）であり、雌ネジ部材２が切削上がりであり、雄ネジ部材１が切削加工後に窒化処理を施したものである締結部材Ｘでは、締結可能回数が２１回（同図における正方形の点でデータをプロットした散布図参照）であり、雄ネジ部材１が切削上がりであり、雌ネジ部材２が切削加工後に窒化処理を施したものである締結部材Ｘでは、締結可能回数が２７回（同図における三角形の点でデータをプロットした散布図参照）であった。

また、切削加工後に、フランクを含むネジ山１ｓ，２ｓの表面を塑性変形加工した雄ネジ部材１又は雌ネジ部材２の何れか一方又は両方に対して窒化処理を施した締結部材Ｘ（供試材番号７）では、締結可能回数が０乃至３４回であった。具体的に、図１０に示すように、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の両方が、切削加工後に塑性変形加工し、さらに窒化処理を施した締結部材Ｘでは、締結可能回数が３４回（同図における円形の点でデータをプロットした散布図参照）であり、雌ネジ部材２が切削上がりであり、雄ネジ部材１が切削加工後に塑性変形加工及び窒化処理を施したものである締結部材Ｘでは、締結可能回数が０回（同図における正方形の点でデータをプロットした散布図参照）であった。

なお、雄ネジ部材１が切削上がりであり、雌ネジ部材２が切削加工後に塑性変形加工及び窒化処理を施したものである締結部材Ｘでは、１２回目の開放処理を終えて、１３回目の締結処理を開始する前の時点トラブルが発生してそれ以降の実験を続行できなくなった。パイプＰを固定するリング３の寸法が微妙に異なっていたことがトラブルの原因であり、固定用リング３が雌ネジ部材２の入り口に噛んでしまい、抜き差しならない状態に陥ったことで１３回目の締結処理を行うことができなかった。しかしながら、それまでの締結回数は１２回であり、同図における三角形の点でデータをプロットした散布図から把握できるように、締め付けトルクが安定しており、上述した全ての締結実験に携わった（締結処理と開放処理を繰り返して行った）本発明者は、そのまま実験を続行していれば３０回を遙かに超えるだろうとの感覚（感触）を得ていた。

以上の実験結果から、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の各ネジ山１ｓ，２ｓの表層硬度を、切削上がりのネジ山１ｓ，２ｓの表層硬度よりも上昇させることで、耐焼付き性が向上することが判明し、特に、ネジ山１ｓ，２ｓの表層硬度がビッカース硬度３２０Ｈｖより大きければ、或いは３２０Ｈｖを越えれば、複数回の締結処理が可能であることが判明した。

上述の供試材番号２及び供試材番号３の締結部材Ｘは、切削加工後の雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の両方をネジ山１ｓ，２ｓに対してそれぞれ所定の塑性変形加工（供試材番号２の雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２については、油中予締結を２０回、供試材番号３の雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２については、油中予締結を４０回）を施したものであり、雄ネジ部材１又は雌ネジ部材２の何れか一方を切削上がりにした場合や、雄ネジ部材１と雌ネジ部材２とで塑性変形加工の度合い異ならせた場合には、以下の表３に示す実験結果となった。同表における「雄ネジ」，「雌ネジ」の右に付した数字は油中予締結処理の回数である。同表に示す実験結果から把握できるように、雄ネジ部材１のネジ山１ｓの表層硬度と、雌ネジ部材２のネジ山の表層硬度とが異なった場合であっても、相対的に高い値を示す表層硬度が、ビッカース硬度３２０Ｈｖを越えれば、複数回の締結処理が可能であることが判明した。

また、供試材番号６の締結部材Ｘについては、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の両方が、切削加工後に窒化処理を施したものである場合、雌ネジ部材２が切削上がりであり、雄ネジ部材１が切削加工後に窒化処理を施したものである場合、雄ネジ部材１が切削上がりであり、雌ネジ部材２が切削加工後に窒化処理を施したものである場合、これらの何れの場合にも複数回の締結処理が可能であることが実証され、雄ネジ部材１のネジ山１ｓの表層硬度と、雌ネジ部材２のネジ山の表層硬度とが異なった場合であっても、相対的に高い値を示す表層硬度が、ビッカース硬度３２０Ｈｖを越える値であれば、複数回の締結処理が可能であることが判明した。特に、供試材番号６の締結部材Ｘに関しては、雄ネジ部材１のネジ山１ｓの表層硬度と、雌ネジ部材２のネジ山の表層硬度とが異なった場合の方が、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の各ネジ山１ｓ，２ｓの表層硬度が同じである場合と比較して、締結可能回数が多くなることが分かった。

供試材番号７の締結部材Ｘについては、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の両方が、切削加工後に塑性変形加工し、さらに窒化処理を施したものである場合、雄ネジ部材１が切削上がりであり、雌ネジ部材２が切削加工後に塑性変形加工及び窒化処理を施したものである場合は、複数回の締結処理が可能であることが実証され、特に、後者の場合が前者の場合よりも、締結可能回数が多くなることが判明した。一方、供試材番号７の締結部材Ｘに関して、雌ネジ部材２が切削上がりであり、雄ネジ部材１が切削加工後に塑性変形加工及び窒化処理を施したものである場合は、締結可能回数が０回であったという実験結果に着目すると、雄ネジ部材１のネジ山１ｓの表層硬度が、切削上がりの雌ネジ部材２のネジ山２ｓの表層硬度よりも２倍以上高い場合（表１参照）は、焼付きが発生し易く、その原因は、雄ネジ部材１が雄ネジ部材１に対してタップとして作用して、摩耗損傷が生じ易いことであると考えられる。以上より、雄ネジ部材１が切削加工後に塑性変形加工及び窒化処理を施したものである場合は、雌ネジ部材２として切削上がりのものを適用するのではなく、切削加工後に塑性変形加工又は窒化処理の何れか一方の処理を施したもの、或いは切削加工後に塑性変形加工及び窒化処理の両方を施したものを適用することが好ましいことが把握できる。

以上に詳述した実験及び実験結果に基づき、相互に螺合締結可能なステンレス製の雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を備えた締結部材Ｘが、雄ネジ部材１のネジ山１ｓのうち少なくとも圧力側フランク１１の表層硬度、及び雌ネジ部材２のネジ山２ｓのうち少なくとも圧力側フランク２１の表層硬度が、何れもビッカース硬度３２０Ｈｖを越える第１条件、又は、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１の表層の硬度と、雌ネジ部材２の圧力側フランク２１の表層硬度とを互いに異ならせ、相対的に硬度が高い方の圧力側フランクの表層硬度がビッカース硬度３２０Ｈｖを越える第２条件、の何れか一方の条件を満たすものであれば、耐焼付き性を向上させることが可能であることが判明した。また、雄ネジ部材１と雌ネジ部材２の各圧力側フランク１１，２１における表層硬度の上限値としては、ビッカース硬度１６００Ｈｖを挙げることができ、同下限値としては、ビッカース硬度４００Ｈｖを挙げることができる。

特に、第１条件を満たす具体的な構成としては、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の各圧力側フランク１１，１２に対して、切削加工に加えて、所定の塑性加工又は窒化の少なくとも何れか一方の処理を施す構成を挙げることができる。

また、第２条件を満たす具体的な構成としては、雄ネジ部材１の圧力側フランク１に対して、切削加工に加えて、所定の塑性加工又は窒化の少なくとも何れか一方の処理を施すとともに、雌ネジ部材２の圧力側フランク２１に対して、雄ネジ部材２の圧力側フランク２１に対する処理とは異なる処理を施す構成や、雌ネジ部材２の圧力側フランク２１に対して、切削加工に加えて、所定の塑性加工又は窒化の少なくとも何れか一方の処理を施すとともに、雄ネジ部材２の圧力側フランク２１に対して、切削加工のみ、又は切削加工に加えて所定の塑性加工の処理を施す構成を挙げることができる。

なお本発明の構成は、上述した実施形態に限られるものではない。例えば上述の締結実験では、窒化処理として、硬度を短時間で効果的に上昇させることが可能であり、耐焼付き性が格段に向上するプラズマ窒化処理を例示したが、プラズマ窒化処理を施すことで、耐腐食性が劣化するという懸念もある。耐腐食性の劣化を回避すべく、プラズマ窒化を低温で行うことも考えられるが、低温窒化であればプラズマが不安定であり、窒化ムラが起こり易い。そこで、窒化処理としてガス窒化処理、特に低温でのガス窒化処理を採用することも可能である。もちろん、プラズマ窒化やガス窒化以外の窒化処理を選択することも可能である。

また、圧力側フランクに限らず、遊び側フランクに対しても、圧力側フランクと同様の硬化処理を施すことで、ネジ山の強度を向上させることができ、ネジ山の変形、しいてはネジ全体が変形を防止・抑制することができる。一方で、本発明の締結部材は、ネジ山のうち少なくとも圧力側フランクに対して硬化処理を施したものであればよく、遊び側フランクを含む他の部分に対する硬化処理の有無は限定されない。

さらにまた、ネジ山のうち少なくとも圧力側フランクに塑性変形加工を施すと、圧力側フランクの断面形状（軸線を含む断面形状）が標準形状から変形し、この変形した断面形状が、耐焼付き性の向上に寄与する場合も考えられる。

例えば、図１１に示すように、締結部材Ｘを構成する雄ネジ部材１として、ネジ山１ｓの圧力側フランク１１の断面形状を、湾曲させた凸形状に設定したものを適用するとともに、雌ネジ部材２として、ネジ山２ｓの圧力側フランク２１の断面形状を、湾曲させた凹形状に設定したものを適用し、締結部材Ｘを構成する雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の軸芯を相互に一致させ且つ締結の負荷が掛からない螺合状態（標準状態）において凸形状の圧力側フランク１１を含む雄ネジ部材１のネジ山１ｓと、凹形状の圧力側フランク２１を含む雌ネジ部材２のネジ山２ｓとが相互に接触しないという条件（標準状態クリアランス条件）を満たす締結部材Ｘを作製し、締結処理を行ったところ、最初の締結処理時に焼付きは発生せず、締結処理及び解放処理を繰り返し行うことが可能であることが判明した。

特に、図１１に示す雄ネジ部材１のネジ山１ｓにおける圧力側フランク１１の凸形状は、雄ネジ部材１の軸芯を通る断面積を増大させる方向（雌ネジ部材２との螺合時に対面する雌ネジ部材２の圧力側フランク２１に近付く方向）に湾曲させた凸形状であり、雌ネジ部材２のネジ山２ｓにおける圧力側フランク２１の凹形状は、雌ネジ部材２の軸芯を通る断面積を減少させる方向（雄ネジ部材１との螺合時に対面する雄ネジ部材１の圧力側フランク１１から離れる方向）に湾曲させた凹形状である。そして、同図に雄ネジ部材１の圧力側フランク１１及び雄ネジ部材１の圧力側フランク２１をそれぞれ直線形状（同図中の雄ネジ部材１における山頂境界部分１ａと谷底境界部分１ｂを結ぶ点線で示す直線形状、雌ネジ部材２における山頂境界部分２ａと谷底境界部分２ｂを結ぶ点線で示す直線形状）とした場合における寸法公差の限界までの距離を１とした場合、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１の凸形状の突出高さ、及び雌ネジ部材２の圧力側フランク２１の凹形状の陥没深さを、標準状態クリアランス条件を満たす範囲でそれぞれ１又は限りなく１に近い値に設定した場合、締結可能回数は７回であった。ここで、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１の凸形状の突出高さとは、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１を直線形状とした場合、その直線形状のフランク（同図における山頂境界部分１ａと谷底境界部分１ｂを結ぶ点線で示す直線形状のフランク）からの最大突出長さであり、直線形状のフランクの垂線の最大値である。また、雌ネジ部材２の圧力側フランク２１の凹形状の陥没深さとは、雌ネジ部材２の圧力側フランク２１を直線形状とした場合、その直線形状のフランク（同図における山頂境界部分２ａと谷底境界部分２ｂを結ぶ点線で示す直線形状のフランク）からの最大陥没深さであり、直線形状のフランクの垂線の最大値である。

このように、標準状態クリアランス条件を満たしつつ、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１の凸形状と、雌ネジ部材２の圧力側フランク２１の凹形状とを相補的な形状に設定することで、図１２に示すように、締結時に、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１と雌ネジ部材２の圧力側フランク２１とが相互に密着し、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１及び雄ネジ部材１の圧力側フランク２１をそれぞれ直線形状とした構成と比較して、締結時に接触面積が増大するスピードは圧倒的に早く、雄ネジ部材１の凸形状の圧力側フランク１１と、雌ネジ部材２の凹形状の圧力側フランク２１とが、締結時に最初は点接触であっても、締結力が増すほどに面接触の領域が速やかに増大し、面圧が急激に上昇する事態を抑制・低減することが可能であり、焼付きが生じ難いと推察できる。なお、図１１及び図１２では、雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２の軸芯を、直線状の１点鎖線ＣＬで示している。

そして、本発明者は、標準状態クリアランス条件を満たしつつ、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１及び雌ネジ部材２の圧力側フランク２１の凸形状や凹形状の突出高さ、陥没深さを、適宜の値に設定した複数種類の締結部材Ｘを用意し、焼付きの生じ難さを究明すべく、上述した締結実験と同様の実験を行った。

その実験結果から、上述の標準状態クリアランス条件を満たしつつ、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１の凸形状が、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１と雌ネジ部材２の圧力側フランク２１がそれぞれ直線形状である場合の寸法公差の最大値を１として、１／２以上１以下の突出高さを有する凸形状であるという条件、また、上述の標準状態クリアランス条件を満たしつつ、雌ネジ部材２の圧力側フランク２１の凹形状が、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１や雌ネジ部材２の圧力側フランク２１がそれぞれ直線形状である場合の寸法公差の最大値を１として、１／２以上１以下の陥没深さを有する凹形状であるという条件、これら何れかの条件を満たす場合に締結可能回数が複数回以上になるということ、換言すれば、焼付きが生じ難いということが判明した。また、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１の凸形状と、雌ネジ部材２の圧力側フランク２１の凹形状とが互いに補完する形状（互いにジャストフィットする形状）でなくても、耐焼付き性が向上する場合があることも明らかとなった。

このように、圧力側フランク１１の断面形状（軸線を含んだ断面形状）を湾曲させた凸形状とし、軸芯を雌ネジ部材２の軸芯と一致させ且つ締結の負荷が掛からない螺合状態において凸形状の圧力側フランク１１を含むネジ山１ｓが、雌ネジ部材２のネジ山２ｓに接触しないように設定した雄ネジ部材１によれば、潤滑剤を用いずとも、また少なくとも圧力側フランク１１を脱脂しているものであっても、上述のように焼付きの発生を抑制・低減することができる。耐焼付き性が向上する理由としては、上述したように、締結時に、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１と、雌ネジ部材２のネジ山２ｓ（具体的には雌ネジ部材２の圧力側フランク２１）との接触点又は接触面における面圧が、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１の断面形状が直線状である態様と比較して減少することにより、従来であれば生じていた高面圧下での点接触に近い状況で周方向に強制摺動を抑制・低減できるからであると考えられる。

また、雄ネジ部材１おいて、圧力側フランク１１の凸形状が、雄ネジ部材１の軸芯を通る断面積を増大させる方向、換言すれば、雌ネジ部材２との締結時に対面する雌ネジ部材２のネジ山２ｓの圧力側フランク２１に近付く方向に湾曲させた凸形状であれば、耐焼付き性の向上とともに締結時のトルクを支える体積の増加をも実現することもでき、好適である。

また、雌ネジ部材２の圧力側フランク２１の断面形状を湾曲させた凹形状に設定し、軸芯を雄ネジ部材１の軸芯と一致させ且つ締結の負荷が掛からない螺合状態において凹形状の圧力側フランク２１を含むネジ山２ｓが、雄ネジ部材１のネジ山１ｓに接触しないように設定した雌ネジ部材２によれば、潤滑剤を用いずとも、また少なくとも圧力側フランク２１を脱脂しているものであっても、上述のように焼付きの発生を抑制・低減することができる。このような雌ネジ部材２の耐焼付き性が向上する理由としては、雄ネジ部材１に関して述べた理由と同様に、締結時に、雌ネジ部材２の圧力側フランク２１と、雄ネジ部材１の圧力側フランク１１との接触点又は接触面における面圧が、雌ネジ部材２の圧力側フランク２１の断面形状が直線状である態様と比較して減少することにより、従来であれば生じていた高面圧下での点接触に近い状況で周方向に強制摺動を抑制・低減できるからであると考えられる。

そして、このような雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を備えた締結部材Ｘによれば、締結時において、断面形状を湾曲させた凸形状に設定した雄ネジ部材１の圧力側フランク１１と、断面形状を湾曲させた凹形状に設定した圧力側フランク２１とが、互いの湾曲させた面（弧）を密着また密接するように接触することで、締結による負荷発生時の接触面積が増え、この接触面積は締結力が増すほど速やかに増大することが期待でき、面圧の急激な上昇を抑制・低減することが可能であり、フランクの断面形状が直線状である従来の雄ネジ部材及び雌ネジ部材を備えた締結部材と比較して、焼付きが生じ難く、締結処置と開放処理との繰り返し可能回数を増やすことが可能であり、耐焼付き性の改善を図ることができる。

ここで、雄ネジ部材に関して、圧力側フランクの凸形状が、前記寸法公差の最大値を１として、１／２以上１以下の突出高さを有する凸形状であるという第１条件を満たさない凸形状、すなわち１／２に満たさない突出高さや１を超える突出高さを有する凸形状であっても、耐焼付き性が向上する場合はあると推察でき、同様に、雌ネジ部材に関して、圧力側フランクの凹形状が、前記寸法公差の最大値を１として、１／２以上１以下の陥没深さを有する凹形状であるという第２条件を満たさない凹形状、すなわち１／２に満たさない陥没深さや１を超える陥没深さを有する凹形状であっても耐焼付き性が向上する場合はあると推察できる。

雄ネジ部材のネジ山の角度を規定する互いに異なる方向に傾斜する２つのフランク（圧力側フランク、遊び側フランク）の湾曲した凸形状の突出高さに応じて、または凸形状の突出高さに応じることなく、雌ネジ部材のネジ山の角度を規定する互いに異なる方向に傾斜する２つのフランク（圧力側フランク、遊び側フランク）の湾曲した凹形状の陥没深さを適宜の値に設定することが可能である。ここで、雌ネジ（内ネジ）部材は、雄ネジ（外ネジ）部材と比較して、軸芯から遠い位置に配置される部材である。したがって、雌ネジ部材のネジ山とその周辺の部材の肉厚（径方向の厚み）をある程度大きく設定することが可能であり、雌ネジ部材のフランクに、雌ネジ部材の軸芯を通る断面積を減少させる方向に湾曲した凹形状が生じたとしても、ネジ山の強度にはさほど悪影響を及ぼさないと考えられるが、凹形状の陥没深さが大き過ぎると、雌ネジ部材のネジ山が雄ネジ部材のネジ山との締結状態を維持可能な強度を確保できないこともまた推察できる。よって、凹形状の陥没深さは、雌ネジ部材のネジ山が雄ネジ部材のネジ山との適切な締結状態を維持可能な強度を確保できる範囲内で設定することが肝要である。

なお、以上に詳述した雄ネジ部材及び雌ネジ部材の各フランクを湾曲した凸形状又は凹形状に設定する構成は、表層硬度に関する上述の第１条件又は第２条件の少なくとも何れか一方の条件を満たすと構成と相俟って、より一層優れた耐焼付き性を発揮するものである。

また、雄ネジ部材や雌ネジ部材が三角ネジ以外のネジであっても、本発明の根幹をなす技術的思想、つまり表層硬度に関する上述の第１条件又は第２条件の少なくとも何れか一方の条件を満たす構成を採用することによって、耐焼付き性の向上を期待することができる。

締結部材は、上述したような構成を有する雄ネジ部材及び雌ネジ部材を備えたものであればよく、締結処理時に積極的に雄ネジ部材及び雌ネジ部材の各圧力側フランク同士を接触させるための反撥部の構成や、反撥部の有無についても特に制約はない。パイプシステムの繋ぎ部分以外の種々の用途で本発明に係る締結部材を使用することも可能である。

また、雄ネジ部材や雌ネジ部材は、何れもステンレス製で同じ素材から形成されていることが好ましいが、具体的な素材は、ＳＵＳ３０４以外のステンレス製のもの、例えばＳＵＳ３１６等であってもよい。

図１１等では、圧力側フランク１１，２１全体の断面形状を湾曲させた凸形状や凹形状に設定した雄ネジ部材１及び雌ネジ部材２を例示したが、圧力側フランクの一部の断面形状のみを湾曲させた凸形状又は凹形状に設定した雄ネジ部材や雌ネジ部材であってもよい。つまり、圧力側フランクの所定部分の断面形状は、湾曲させた凸形状又は凹形状であり、他の部分の断面形状が直線形状であってもよい。遊び側フランクの断面形状もこれに準じた断面形状に設定することが可能である。

また、図１１を参照しながら雄ネジ部材１の圧力側フランク１１を例にして説明すると、湾曲した凸形状を規定する曲線が、ネジ山１ｓのうち軸方向に沿った山頂１ｔの範囲を規定する山頂境界部分１ａ又は谷底境界部分１ｂの何れか一方または両方を通過しない曲線であってもよく、さらにいえば、フランクの凸形状や凹形状を規定する曲線は、真円の円弧に限らず、楕円の円弧、放物線であってもよい。雄ネジ部材の遊び側フランク、雌ネジ部材の各フランクの湾曲を規定する曲線についても同様のことがいえる。

本発明に係る雄ネジ部材や雌ネジ部材の製造法は特に限定されず、切削加工又は転造法、或いはその他の製造法で製造されたものであってもよい。

その他、雄ネジ部材及び雌ネジ部材の巻きの方向、条数、径及びピッチ等についても上記実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…雄ネジ部材
２…雌ネジ部材
１１…圧力側フランク
２１…圧力側フランク
１ｓ，２ｓ…ネジ山
Ｘ…締結部材

Claims (4)

1. ステンレス製の雄ネジ部材と、前記雄ネジ部材のネジ山に螺合締結可能なネジ山を有するステンレス製の雌ネジ部材とを備えた締結部材であって、
   前記雄ネジ部材の前記ネジ山のうち少なくとも締結時に負荷を受ける側のフランクである圧力側フランクの表層の硬度、及び前記雌ネジ部材の前記ネジ山のうち少なくとも締結時に負荷を受ける側のフランクである圧力側フランクの表層の硬度が、ビッカース硬度３２０Ｈｖを越える値である第１条件、又は
   前記雄ネジ部材の前記圧力側フランクの表層の硬度と、前記雌ネジ部材の前記圧力側フランクの表層の硬度とを互いに異ならせ、相対的に硬度が高い方の前記圧力側フランクの表層の硬度がビッカース硬度３２０Ｈｖを越える値である第２条件、の少なくとも何れか一方の条件を満たすことを特徴とする締結部材。
2. 前記雄ネジ部材及び前記雌ネジ部材の前記各圧力側フランクに対して、切削加工に加えて、所定の塑性加工又は窒化の少なくとも何れか一方の処理を施すことによって前記第１条件を満たすように構成した請求項１に記載の締結部材。
3. 前記雄ネジ部材の前記圧力側フランクに対して、切削加工に加えて、所定の塑性加工又は窒化の少なくとも何れか一方の処理を施すとともに、前記雌ネジ部材の前記圧力側フランクに対して、前記雄ネジ部材の前記圧力側フランクに対する処理とは異なる処理を施すことによって前記第２条件を満たすように構成した請求項１に記載の締結部材。
4. 前記雌ネジ部材の前記圧力側フランクに対して、切削加工に加えて、所定の塑性加工又は窒化の少なくとも何れか一方の処理を施すとともに、前記雄ネジ部材の前記圧力側フランクに対して、切削加工のみ、又は切削加工に加えて所定の塑性加工の処理を施すことによって前記第２条件を満たすように構成した請求項１に記載の締結部材。

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