JP2017101718A - 締結部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性および耐腐食性が良好でしかも水素脆性による遅れ破壊が生じ難い締結部品の提供。【解決手段】本発明の締結部品１は、金属から成るブランク材を所定の形状に成形した成形品と、成形品の外周に形成した亜鉛又は亜鉛およびニッケルの成分を含む第１被覆層１１と、第１被覆層１１を備えた被覆成形品の外周に形成した錫又は錫および亜鉛の成分を含む第２被覆層１２とを備える。また、締結部品１の製造方法は、前記成形品を成形する成形工程２０と、成形工程で得た成形品を電気亜鉛めっきする第１めっき工程４０と、第１めっき工程４０で得た被覆成形品を１９０℃から２１０℃の範囲で２時間以上加熱するベーキング工程５０と、ベーキング工程５０で得た被覆成形品を錫めっきする第２めっき工程６０とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、外周に被覆層を備えた締結部品およびその製造方法に関する。

従来の締結部品は、特許文献３に示すように所定の長さに切断された金属から成るブランク材を所定の形状に成形されており、前記ブランク材の直径よりも大径の頭部と、この頭部よりも小径の軸部とを一体に備える。さらに、従来の締結部品は、前記頭部および軸部の外周に特許文献１および特許文献２に示す錫成分を含む被覆層を備える。これにより、従来の締結部品は、放熱性および耐腐食性に優れたボルト又はねじ或いはリベットとして広く活用されている。

また、前記被覆層を形成する方法としては、所謂電気めっきが広く用いられている。つまり、従来の締結部品の製造方法は、図４に示すように、前記頭部および前記軸部を成形する成形工程１２０、この成形工程１２０によって成形された成形品を脱脂・酸洗して洗浄する洗浄工程１３０、この洗浄工程１３０を経過した前記成形品の外周に前記被覆層を形成する電気めっき工程１４０、後述するベーキング工程１５０を含む。

前記ベーキング工程１５０は、特許文献４に記載されているように、前記洗浄工程１３０（特に酸洗の時）や電気めっき工程１４０の際に発生する水素が前記成形品の内部へ侵入することから、この水素を成形品から取り除く工程となっている。具体的に、ベーキング工程１５０は、電気めっき工程１４０等により被覆層が形成された被覆成形品を約２００℃に加熱し、この加熱温度を数時間保つ工程である。よって、従来の締結部品の製造方法は、締結部品の所謂水素脆性による遅れ破壊の発生を低減できるという特徴がある。

特開平11-257323号公報 特許4454640号公報 特許2909892号公報 特開2009-062616号公報

しかしながら、従来の締結部品およびその製造方法は、ベーキング工程１５０において締結部品が錫の融点に近い温度まで加熱されるため、前記被覆層の錫成分が溶解する。これにより、前記被覆層の表面が滑らかな状態から凹凸状態へ変化するため、締結部品の製品価値が失われるという問題があった。また、このように、締結部品の表面が凹凸状態へ変化するので、被覆層の厚みを均一に仕上げ難いという問題もあった。さらに、このような均一でない厚みの被覆層となるので、薄い被覆層の箇所から錆等の発生し易く耐腐食性が低減するという問題もあった。

本発明の締結部品は、金属から成るブランク材を所定の形状に成形した成形品と、この成形品の外周に形成した亜鉛又は亜鉛およびニッケルの成分を含む第１被覆層と、この第１被覆層を備えた被覆成形品の外周に形成した錫又は錫および亜鉛の成分を含む第２被覆層とから構成したことを特徴とする。なお、前記第２被複層は、クロメート処理によるクロメート被膜に覆われて構成されていることが望ましい。

また、本発明の締結部品の製造方法は、金属から成るブランク材を所定の形状に成形する成形工程と、この成形工程により成形した成形品を電気めっきして、亜鉛又は亜鉛およびニッケルの成分を含む第１被覆層を前記成形品の外周に形成する第１めっき工程と、この第１めっき工程により前記第１被覆層を形成した被覆成形品を１９０℃から２１０℃の範囲で加熱するとともにこの加熱時間を少なくとも２時間以上保つベーキング工程と、このベーキング工程により加熱した前記被覆成形品をめっきして、錫又は錫および亜鉛の成分を含む第２被覆層を前記被覆成形品の外周に形成する第２めっき工程とを含む。なお、前記第２めっき工程の後に、クロムを主成分とする溶液へ前記締結部品を浸して処理するクロメート処理工程を追加することが望ましい。

本発明の締結部品およびその製造方法は、前記被覆成形品の内部に侵入した水素を除去できるため、水素脆性による締結部品の遅れ破壊を低減できるという利点がある。また、前記締結部品は、その最表面に前記第２被覆層が形成されるため、放熱性および耐腐食性に優れかつ水素脆性による遅れ破壊を低減できるという利点もある。さらに、本発明の締結部品およびその製造方法は、錫成分を含む第２被覆層を形成した後の工程では、錫の融点に近い１９０℃から２１０℃の範囲で加熱する工程が存在しないので、締結部品の最表面が滑らかに形成できるという利点もある。また、本発明の締結部品およびその製造方法は、締結部品の最表面がクロメート処理による被膜で覆われるので、第２被覆層や第１被覆層をより強固に保護できるという利点もある。

本発明に係る締結部品の斜視図である。また、（ａ）はリベット、（ｂ）はねじ、（ｃ）は六角ボルトであり、（ｄ）は（ａ）ないし（ｃ）の要部一部切欠き拡大断面図である。 本発明に係る締結部品の製造方法を示す製造工程図である。 従来の締結部品の製造方法を示す製造工程図である。

本発明の締結部品およびその製造方法を図１ないし図３に基づき説明する。まず、本発明の締結部品１は、金属製の線材が所定の長さに切断されたブランク材（図示せず）を所定の形状に成形したものであり、前記ブランク材の直径よりも大径の頭部２と、この頭部２よりも小径の軸部３とを一体に備え、この頭部２および軸部３の表面に積層された被覆層１０を備えて成る。また、本発明の締結部品１は、所謂リベット、ねじ、ボルトであり、それぞれ利用用途に合わせて図１（ａ）ないし（ｃ）に示すような前記頭部２および前記軸部３の形状が成形されている。

具体的には、本発明の締結部品１が図１（ａ）に示すリベットとして利用される場合であれば、前記軸部３には軸方向に延びる中空穴５が成形される。また、図１（ｂ）に示すねじとして利用される場合であれば、軸部３にはおねじが成形され、頭部２には十字形状の駆動穴６が成形される。さらに、図１（ｃ）に示すボルトとして利用される場合であれば、前記軸部３にはおねじが成形され、前記頭部２は多角形状の外周に成形される。

前記被覆層１０は、少なくとも成分の異なる２層で構成されており、前記頭部２および前記軸部３を成形した成形品の素地４の表面に形成された第１被覆層１１と、この第１被覆層１１の外側に形成された第２被覆層１２とから構成される。なお、前記被覆層１０は、図１（ｄ）に示すように、前記第２被覆層１２の外側に前記第１被覆層１１又は前記第２被覆層１２の厚みよりも薄い第３被覆層１３が形成されていてもよい。

前記第１被覆層１１は、亜鉛又は亜鉛およびニッケルの成分を含んで成り、前記成形品に電気めっきを施すことで形成されている。また、この第１被覆層１１は、１μｍから１０μｍの厚みに設定されており、好ましくは２μｍから３μｍの厚みで構成されている。

前記第２被覆層１２は、錫又は錫及び亜鉛の成分を含んで成り、前記電気めっき或いは溶融めっきを施すことで形成されている。この第２被覆層１２は、５μｍから２０μｍの厚みに設定されており、好ましくは１０μから１５μｍの厚みで構成されている。また、この第２被覆層１２の成分に含まれる錫は高い放熱性を有することから、最表面が前記第２被覆層１２となる締結部品（図示せず）は、放熱機能を有しているので、高温になり易いワークに採用できるという利点がある。

前記第３被覆層１３は、クロメート処理により薄いクロメート被膜で構成され、その厚みは０．１μｍ程度に設定されている。

よって、本発明の締結部品１は、前記成形品の外周が前記第１被覆層１１および第２被覆層１２によって保護されるため、耐腐食性に優れるという利点がある。また、本発明の締結部品１は、その最表面が放熱性に優れた錫成分を含む前記第２被覆層１２となる場合、高温になり易いワークに締結されていれば放熱部品として機能するという利点もある。さらに、本発明の締結部品１は、その最表面が前記第３被覆層１３となる場合、前述した２層の被覆層（第１被覆層１１および第２被覆層１２）により保護された締結部品に比べて、さらに高い耐腐食性を有する。

次に、本発明の締結部品１の製造方法は、図２に示すように、前記ブランク材を金型（図示せず）等により圧造成形したり、あるいは、前記ブランク材を切削工具（図示せず）等により切削成形して前記成形品を成形する成形工程２０と、前記成形品を脱脂及び洗浄する洗浄工程３０と、この洗浄工程３０により洗浄した成形品を電気めっきして前記第１被覆層１１を形成する第１めっき工程４０と、この第１めっき工程４０により被覆された被覆成形品を所定時間加熱するベーキング工程５０と、このベーキング工程５０により加熱された前記被覆成形品を電気めっき或いは溶融めっきして前記第２被覆層１２を形成する第２めっき工程６０と、この第２めっき工程６０により２層の被覆が施された２層被覆成形品に前記第３被覆層１３を形成するクロメート処理工程７０とを含む。

前記成形工程２０は、上述のようにブランク材を圧造成形あるいは切削成形する工程であり、この工程によって頭部２および軸部３が一体に成形され前記成形品が作り出される。

前記洗浄工程３０は、前記素地４の表面に付着した潤滑油や塵等を除去する工程であり、前記成形品が酸性の溶液で満たされた槽（図示せず）へ投入されるなどして脱脂・洗浄される工程である。

前記第１めっき工程４０は、前記洗浄工程３０により洗浄された成形品に電気めっきする工程であり、前記成形品が亜鉛又は亜鉛およびニッケルを主成分とするめっき浴（図示せず）へ浸され、前記めっき浴内を通電状態にして前記素地４の表面に前記第１被覆層１１を形成する工程である。

前記ベーキング工程５０は、前記洗浄工程３０および前記第１めっき工程４０で発生する水素が前記素地４の内部に侵入するため、前記成形品を所定温度に加熱して素地４内の水素を外部へ放出あるいは素地４の内部に残留した流動性水素を固定化するための工程である。具体的には、前記成形品を１９０℃から２１０℃の範囲で加熱するとともに、この加熱時間を少なくとも２時間以上保つ工程である。なお、前記加熱時間は、好ましくは４時間ないし６時間の範囲に設定するのがよい。

前記第２めっき工程６０は、前記ベーキング工程５０により水素脆性等の危険性が取り除かれた前記被覆成形品にめっきを施す工程であり、第１めっき工程４０と同様の電気めっきが施されるか、或いは、通電しない所謂溶融めっきの何れかであればよい。また、この第２めっき工程６０は、錫成分を６０％から１００％の範囲に設定した錫又は錫および亜鉛のめっき浴（図示せず）へ前記被覆成形品が浸され、この被覆成形品の表面に前記第２被覆層１２を形成する工程である。なお、前記めっき浴の錫成分は、７０％から８０％の範囲に設定されていることが好ましい。

前記クロメート処理工程７０は、前記第２めっき工程６０により前記第２被覆層１２を形成した前記２層被覆成形品の表面に前記第３被覆層１３を形成する工程であり、前記２層被覆成形品がクロムを５％から３０％の範囲に成分設定されたクロメート液に数十秒浸され、前記第２被覆層１２の外側にクロメート被膜を形成する工程である。

このように本発明の締結部品１の製造方法は、第２めっき工程６０の前に１９０℃から２１０℃に加熱するベーキング工程５０が設定されいるため、比較的融点の低い前記錫が融点近くに達することがない。これにより、締結部品１の最表面が凹凸状態にならないので、商品価値の高い締結部品１を安定して製造できるという利点がある。

１ 締結部品
２ 頭部
３ 軸部
４ 素地
１０ 被覆層
１１ 第１被覆層
１２ 第２被覆層
１３ 第３被覆層
２０ 成形工程
４０ 第１めっき工程
５０ ベーキング工程
６０ 第２めっき工程
７０ クロメート処理工程

また、前記被覆層を形成する方法としては、所謂電気めっきが広く用いられている。つまり、従来の締結部品の製造方法は、図３に示すように、前記頭部および前記軸部を成形する成形工程１２０、この成形工程１２０によって成形された成形品を脱脂・酸洗して洗浄する洗浄工程１３０、この洗浄工程１３０を経過した前記成形品の外周に前記被覆層を形成する電気めっき工程１４０、後述するベーキング工程１５０を含む。

本発明の締結部品およびその製造方法を図１および図２に基づき説明する。まず、本発明の締結部品１は、金属製の線材が所定の長さに切断されたブランク材（図示せず）を所定の形状に成形したものであり、前記ブランク材の直径よりも大径の頭部２と、この頭部２よりも小径の軸部３とを一体に備え、この頭部２および軸部３の表面に積層された被覆層１０を備えて成る。また、本発明の締結部品１は、所謂リベット、ねじ、ボルトであり、それぞれ利用用途に合わせて図１（ａ）ないし（ｃ）に示すような前記頭部２および前記軸部３の形状が成形されている。

Claims (4)

1. 金属から成るブランク材を所定の形状に成形した成形品と、
   この成形品の外周に形成した亜鉛又は亜鉛およびニッケルの成分を含む第１被覆層と、
   この第１被覆層を備えた被覆成形品の外周に形成した錫又は錫および亜鉛の成分を含む第２被覆層とから構成したことを特徴とする締結部品。
2. 前記第２被複層は、クロメート処理によるクロメート被膜に覆われて成ることを特徴とする請求項１に記載の締結部品。
3. 金属から成るブランク材を所定の形状に成形する成形工程と、
   この成形工程により成形した成形品を電気めっきして、亜鉛又は亜鉛およびニッケルの成分を含む第１被覆層を前記成形品の外周に形成する第１めっき工程と、
   この第１めっき工程により前記第１被覆層を形成した被覆成形品を１９０℃から２１０℃の範囲で加熱するとともにこの加熱時間を少なくとも２時間以上保つベーキング工程と、
   このベーキング工程により加熱した前記被覆成形品をめっきして、錫又は錫および亜鉛の成分を含む第２被覆層を前記被覆成形品の外周に形成する第２めっき工程とを含むことを特徴とする締結部品の製造方法。
4. 前記第２めっき工程の後に、クロムを主成分とする溶液へ前記締結部品を浸して処理するクロメート処理工程を追加することを特徴とする請求項３に記載の締結部品の製造方法。

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