JP3050620B2 - ステンレス鋼製ドリルねじの製造方法 - Google Patents

ステンレス鋼製ドリルねじの製造方法

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B25/00Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws
    • F16B25/10Screws performing an additional function to thread-forming, e.g. drill screws or self-piercing screws
    • F16B25/103Screws performing an additional function to thread-forming, e.g. drill screws or self-piercing screws by means of a drilling screw-point, i.e. with a cutting and material removing action

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被締結物に対してねじ
下孔を穿設しながらねじ込むようにしたドリルねじを、
オーステナイト系のステンレス鋼にて製造する方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、この種のドリルねじには、シャ
ンク部の先端におけるドリル部を、例えば、特公昭47
−2562号公報や特開昭53−25758号公報等に
記載されているように、冷間鍛造によって形成したもの
と、例えば、特公昭58−37086号公報や特公昭5
7−36083号公報等に記載されているように、ミー
リングやグラインダー等の機械的な切削加工によって形
成したものとがあり、そのいずれのものにおいても、ド
リルねじの全体を炭素鋼製にして、頭部付きシャンクの
先端部にドリル部を、前記冷間鍛造又は切削加工によっ
て形成したのち、全体に浸炭処理又は窒化硬化処理等の
表面硬化処理を施すことによって、前記ドリル部におけ
る各切り刃における硬度を高くして、所定の切削性能を
付与するように構成している。しかし、ドリルねじは、
ねじ込んだ状態において、その頭部が被締結物の表面か
ら突出するものであるから、このドリルねじの全体を炭
素鋼製にした場合には、当該ドリルねじにおける頭部
が、長時間にわたって大気又は風雨等に晒されて錆びる
と言うように耐腐食性が低いのである。
【0003】このドリルねじの頭部における耐腐食性を
向上するには、前記ドリルねじの全体を、例えば、特開
昭55−17796号公報等に記載されているように、
18%Cr−8%Niのオーステナイト系のステンレス
鋼製にすれば良いことが考えられるが、ドリルねじの全
体をステンレス鋼製にする場合、このステンレス鋼製ド
リルねじにおけるドリル部には、普通の浸炭処理では、
充分な厚さの硬化層を形成することができず、ドリル部
に対して、充分な厚さの硬化層を形成することによっ
て、所定の切削性能を付与するためには、ステンレス鋼
ドリルねじの全体に対して、イオン浸炭処理(ドリルね
じを真空炉内に入れて加熱し、炭化水素系ガスを含む減
圧雰囲気中でドリルねじを陰極とし、陽極との間に直流
電圧を印加してグロー放電を発生させることによって、
イオン化した炭素をドリルねじに衝突して浸炭を行う処
理)を施すか、或いは、シアン化処理を施すか、若し
は、イオン窒化処理(ドリルねじを真空炉内に入れて加
熱し、窒素系ガスを含む減圧雰囲気中でドリルねじを陰
極とし、陽極との間に直流電圧を印加してグロー放電を
発生させることによって、イオン化した窒素をドリルね
じに衝突して窒化を行う処理)等の窒化硬化処理を施す
ようにしなければならず、このイオン浸炭処理又はシア
ン化処理或いは窒化硬化処理に際しては、ドリルねじに
おける頭部の表面にまでもイオン浸炭処理又はシアン化
処理或いは窒化硬化処理による硬化層が形成され、この
硬化層を有する頭部に錆が発生することになるから、ス
テンレス鋼製にする意義が半減するのである。
【0004】そこで、最近では、ドリルねじにおけるシ
ャンク部及び頭部を前記オーステナイト系のステンレス
鋼製にする一方、ドリル部を、炭素鋼製にし、この炭素
鋼製のドリル部を、前記ステンレス鋼製の頭部付きシャ
ンク部に対して、溶接にて一体的に結合したのち、全体
に対して浸炭処理等の表面硬化処理を施すことにより、
ドリル部に所定の切削性能を確保した状態で、頭部に錆
が発生しないようにした所謂複合材料製のドリルねじが
一部において実施されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このステンレ
ス鋼と炭素鋼との複合材料製のドリルねじの製造に際し
ては、ステンレス鋼製の頭部付きシャンクの先端に対し
て、炭素鋼製の素材片を溶接し、次いで、前記の溶接部
を、グラインダーにて研磨し、且つ、焼鈍を行ったの
ち、ドリル部を、冷間鍛造又は切削加工によって形成す
るようにしなければならず、前記の溶接とその後におけ
る研磨とに、多大の手数と複雑な工程とを必要とするか
ら、製造コストが大幅にアップするのであり、しかも、
ドリル部を炭素鋼製にして、これを、ステンレス鋼製の
頭部付きシャンク部に対して溶接するために、ドリルね
じの強度が、当該ドリルねじの全体を一体化した場合よ
りも大幅に低下すると言う問題があった。しかも、前記
表面硬化処理に際して、ステンレス鋼製の頭部にも、薄
い硬化層が必然的に形成されることにより、この頭部に
若干の錆が発生すると言う問題もあった。本発明は、こ
れらの問題を解消したオーステナイト系ステンレス鋼製
ドリルねじの製造方法を提供することを目的とするもの
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、オーステナイト系のステンレス鋼にて、シャ
ンク部と頭部とを一体的に形成し、前記シャンク部及び
頭部の表面に、銅メッキを施すか又は錫メッキを施し、
次いで、前記シャンク部の先端に、冷間鍛造加工又は切
削加工にてドリル部を形成し、シャンク部の外周面にね
じ山を造形したのち、イオン浸炭処理又はシアン化処理
或いは窒化硬化処理等の表面硬化処理を施すことにし
た。
【0007】
【発明の作用・効果】このように、ステンレス鋼製のシ
ャンク部及び頭部の表面に対して、銅メッキを施すか又
は錫メッキを施したのち、前記シャンク部の先端に、ド
リル部を、冷間鍛造にて形成すると、前記シャンク部の
表面における銅メッキ層又は錫メッキ層のうち前記ドリ
ル部の個所における銅メッキ層又は錫メッキ層は、前記
ドリル部を冷間鍛造するときにおいて、極めて薄くなる
ように引き延ばされることにより、ドリル部において最
も重要な各切り刃の部分は、銅メッキ層又は錫メッキ層
が部分的に剥げてステンレス鋼の地肌が露出する状態に
なるから、イオン浸炭処理又はシアン化処理或いは窒化
硬化処理等の表面硬化処理に際しては、前記ドリル部に
おける各切り刃の部分に対して、前記表面硬化処理によ
る硬化層を確実に形成することができる一方、前記頭部
の表面に、前記表面硬化処理による硬化層が形成される
ことを、当該表面に予め施した銅メッキ層又は錫メッキ
層によって、確実に阻止することができ、換言すると、
頭部の表面に表面硬化処理による硬化層を形成すること
なく、ドリル部における各切り刃の部分に対して、表面
硬化処理による十分な厚さの硬化層を確実に形成するこ
とができるのである。
【0008】また、ステンレス鋼製のシャンク部及び頭
部の表面に対して、銅メッキ施すか又は錫メッキを施し
たのち、前記シャンク部の先端に、ドリル部を、切削加
工にて形成すると、前記シャンク部の表面における銅メ
ッキ層又は錫メッキ層のうち前記ドリル部に個所におけ
る銅メッキ層又は錫メッキ層は、前記ドリル部を切削加
工するときにおいて削り取られることにより、ドリル部
において最も重要な切り刃の部分は、銅メッキ層又は錫
メッキ層が完全に除かれてステンレス鋼の地肌が露出す
る状態になるから、イオン浸炭処理又はシアン化処理或
いは窒化硬化処理等の表面硬化処理に際しては、前記ド
リル部における各切り刃の部分に対して、前記表面硬化
処理による硬化層を確実に形成することができる一方、
前記頭部の表面に、前記表面硬化処理による硬化層が形
成されることを、当該表面に予め施した銅メッキ層又は
錫メッキ層によって、確実に阻止することができ、換言
すると、この場合においても、頭部の表面表面硬化処理
による硬化層を形成することなく、ドリル部における各
切り刃の部分に対して、表面硬化処理による十分な厚さ
の硬化層を確実に形成することができるのである。
【0009】なお、前記頭部及びシャンク部の表面に施
した銅メッキ層又は錫メッキ層は、前記表面硬化処理の
あとにおいて、酸洗い等によって除去するようにしても
良いが、除去しなくても良い。また、前記銅メッキは、
先づ、シャンク部及び頭部の表面に対して、極く薄いニ
ッケルメッキを施し、この極く薄いニッケルメッキ層を
下地にして、その表面に対して施される。更にまた、前
記窒化硬化処理には、前記したイオン窒化処理及びガス
窒化処理を含むことは勿論のこと、ガス窒化とガス浸炭
とを組み合わせたものをも含むのである。
【0010】従って、本発明によると、オーステナイト
系ステンレス製のドリルねじを、その頭部に錆が発生す
ることがなく耐腐食性が高くて、ドリル部に高い切削性
能をもたせた状態で、製造することができるのであり、
この製造に際して、前記従来のように溶接すること、及
び溶接後における研磨することを必要としないから、製
造コストを大幅に低減できて、安価に提供できる効果を
有する。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。第1図に
おいて符号1は、18%Cr−8%Niのオーステナイ
ト系ステンレス鋼にてシャンク部2と頭部3とを一体的
に造形したねじ素材を示し、該ねじ素材1におけるシャ
ンク部2及び頭部3の表面に、極く薄い(0.5〜3ミク
ロン程度)ニッケルの下地メッキを施したのち、銅メッ
キを施すことにより、第2図に示すように、厚さ3〜1
5ミクロン程度の銅メッキ層4を形成する。
【0012】次いで、前記ねじ素材1におけるシャンク
2の先端を、第3図に示すように構成した左右一対の鍛
造成形用の金型5,6にて、左右両側から挟み付けるこ
とにより、第4図に示すように、ドリル部7を、冷間鍛
造にて形成したのち、前記シャンク部2の外周面に、ね
じ山8を転造にて形成することにより、第5図に示すよ
うなドリルねじ9とするのである。
【0013】そして、これらの加工工程が終わると、前
記ドリルねじ9を、真空炉内に入れて、前記したイオン
窒化処理を行うのである。このイオン窒化処理に先立っ
て、予め銅メッキを施したシャンク部2の先端を、冷間
鍛造することでドリル部7に形成したことにより、シャ
ンク部2の表面における銅メッキ層4のうち前記ドリル
部7の個所における銅メッキ層は、当該ドリル部7を冷
間鍛造するときにおいて、極めて薄くなるように引き延
ばされ、ドリル部7において最も重要な各切り刃の部分
は、銅メッキ層が部分的に剥げてステンレス鋼の地肌が
露出する状態になるから、前記のイオン窒化処理に際し
ては、前記ドリル部7における各切り刃の部分に対し
て、前記イオン窒化処理による硬化層を確実に形成する
ことができる一方、前記頭部3の表面に、前記イオン窒
化処理による硬化層が形成されることを、当該頭部3の
表面に予め施した銅メッキ層4によって、確実に阻止で
きるのであり、換言すると、頭部3の表面に、前記イオ
ン窒化処理による硬化層を形成することなく、ドリル部
7における各切り刃の部分に対して、前記イオン窒化処
理による十分な厚さの硬化層を確実に形成することがで
きるのである。
【0014】なお、前記イオン窒化処理に際して、銅メ
ッキ層4の表面が、焼けて変色するので、全体の表面
に、前記イオン窒化処理の後において、金属光沢色を有
する塗料を塗布して製品として仕上げるか、又は、前記
銅メッキ層4及びその下地としてのニッケルメッキ層を
酸洗い又は電解剥離等によって除去して製品として仕上
げるか、或いは、前記銅メッキ層4及びその下地として
のニッケルメッキ層を酸洗い又は電解剥離等によって除
去したのち、全体の表面に金属光沢色を有する塗料を塗
布することによって、製品として仕上げるのである。ま
た、前記銅メッキ層4及びその下地としてのニッケルメ
ッキ層を酸洗い又は電解剥離等によって除去したのち、
全体の表面に、亜鉛の電気メッキを施すか、ニッケル亜
鉛合金の電気メッキを施すことによって、製品として仕
上げるようにしても良いのである。
【0015】次に、前記イオン窒化処理する以前におい
て銅メッキを施すことが、ドリル部7における切削性能
に及ぼす影響について次のような実験を行なった。すな
わち、銅メッキを施すことなくドリル部7を冷間鍛造し
たのちイオン窒化処理した直径5mmのオーステナイト系
ステンレス鋼製のドリルねじと、厚さ8ミクロンの銅メ
ッキを施してドリル部7を冷間鍛造したのちイオン窒化
処理した直径5mmの本発明によるオーステナイト系ステ
ンレス鋼製のドリルねじとの両方を、毎分1000回転にし
て、厚さ1.6 mmの鋼板に対してねじ込む場合において、
そのねじ込み開始からねじ込み終了までの時間を測定し
たところ、前者のドリルねじの場合は、10本の平均値
で1.514 秒であったのに対し、後者の本発明のドリルね
じの場合には、同じく10本の平均値で1.519 秒であ
り、銅メッキ層4の有無が切削性能に対して及ぼす影響
は殆ど認められなかった。また、イオン浸炭処理するに
際しても同様の試験を行ったところ、その結果は、前記
イオン窒化処理の場合と同じように、銅メッキ層4の有
無が切削性能に対して及ぼす影響は殆ど認められなかっ
たのである。
【0016】なお、前記実施例は、ドリル部7を、冷間
鍛造にて形成する場合であったが、本発明はこれに限ら
ず、ドリル部7を、切削加工にて形成する場合について
も同様に適用できることは言うまでもない。また、前記
銅メッキに代えて、錫メッキを適用しても良いが、これ
ら銅メッキ又は錫メッキを採用することの意味は、これ
ら銅又は錫は軟らかいことにより、ドリル部を鍛造形成
するときの成形用金型の寿命を低下することがないから
であり、これら銅メッキ又は錫メッキに代えてニッケル
メッキを適用した場合には、前記ドリル部に対する鍛造
成形用金型の寿命を大幅に低下するのであった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるドリルねじの素材を示す正面図で
ある。
【図2】図1の素材に銅メッキを施した状態の正面図で
ある。
【図3】ドリル部の鍛造成形用金型の斜視図である。
【図4】ドリル部を冷間鍛造したときの正面図である。
【図5】ドリルねじの正面図である。
【符号の説明】
1 ドリルねじの素材 2 シャンク部 3 頭部 4 銅メッキ層 5,6 成形用金型 7 ドリル部 8 ねじ山 9 ドリルねじ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F16B 33/06 F16B 33/06 Z

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】オーステナイト系のステンレス鋼にて、シ
    ャンク部と頭部とを一体的に形成し、前記シャンク部及
    び頭部の表面に、銅メッキを施すか又は錫メッキを施
    し、次いで、前記シャンク部の先端に、冷間鍛造加工又
    は切削加工にてドリル部を形成し、シャンク部の外周面
    にねじ山を造形したのち、イオン浸炭処理又はシアン化
    処理或いは窒化硬化処理等の表面硬化処理を施すことを
    特徴とするステンレス鋼製ドリルねじの製造方法。
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