JP5960157B2 - 低合金炭素鋼製ねじおよび該ねじの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、頭部と、隣接する保持部と、該保持部よりも硬度が高い機能的先端部とを有する硬化低合金炭素鋼製のねじに関する。

特許文献１により、部分的に硬化された機能的先端部を有する低合金炭素鋼製ねじと、このねじの製造方法が公知である。
この先行技術の方法によると、硬化処理は、高エネルギー伝達による急速加熱と、それに続く急冷とによって行われ、機能的先端部の周囲部の一部に限定されている。
この硬化処理は、焼戻しされたねじと、全体が肌焼されたねじとの両方で行われ得る。

欧州特許出願公開第１４６６９９０号明細書

経験によれば、この方法で製造したねじを高強度素材でできたメス部にねじ込むと、硬度不足（焼戻しされたねじの場合）または過度な脆性（肌焼されたねじの場合）のために、ねじをメス部に確実にねじ込むことができない。
このため、かかるねじを、その強度属性に関して改良するという課題がある。

これは、機能的先端部の炭素および／または窒素の含有量が保持部よりも高くなるようにねじを設計することで達成される。
このねじを製造する方法は、まず、拡散障壁として機能する絶縁層をねじの頭部と保持部とに亘って延在させて設けることと、その後に、ねじをオーステナイト化温度よりも高い温度まで加熱してから炭素および／または窒素の濃度が高い雰囲気に晒すこととを含む。
これにより、ねじには、その機能的先端部に限定された富化処理が施される。
続いて、ねじを急冷（または、焼入れ）し、そして焼鈍する。
これによって、ねじに硬化処理が施される。この硬化処理により、ねじの硬度は、絶縁層があるため、頭部および保持部の領域よりも機能的先端部の領域において高くなる。

ねじの頭部および保持部からなる領域が絶縁層で被覆されていることで、該ねじの、前記絶縁層で被覆されていない領域に、別個の処置により、かかる領域を特に硬化する処理を施すことができる。
より正確には、この被覆されていない領域は、ねじをメス部にねじ込むときに特に高い応力に晒される部分である。先行技術のねじでは、これによってねじが破損し、所望のねじ結合を実現できないことが多い。
絶縁層で被覆された領域は、通常の焼戻しのみを受ける。

機能的先端部の硬度は、焼鈍後の短時間の加熱処理と、それに続く急冷処理とにより、さらに増大させることができる。
この短時間の加熱処理は、誘導（Induktion）、電子ビームまたはレーザービームを利用するなど、さまざまな方法で行われ得る。

これにより、かかるねじは、炭素および／または窒素の含有量が増えるために特に硬化されている機能的先端部を有し、したがって高い応力にも難なく耐えることができるようになる。

本発明の実施例を添付の図面に示す。

硬化させていないねじの外観を示す図。 ねじの頭部から機能的先端部を有する領域の開始部分まで延在する絶縁層（拡散障壁）を設けた同ねじを示す図。 機能的先端部のみに炭素および／または窒素を富化させた同ねじを示す図。 硬化させた同ねじを示す図。 機能的先端部をさらに硬化させた、図４と同じねじを示す図。

図１には、実施例として、頭部２および保持部３（領域Ａ）を有する硬化させていないねじ１が示されている。ねじ１には具体的なねじ山が示されていない。これは、ねじ山は、１条や多条など任意の種類のものでよく、ここでは重要ではないからである。
保持部３に隣接して接続していて、前記ねじ山が保持部３から連続的に移行している機能的先端部４（領域Ｂ）がある。

機能的先端部４の領域のみに別個の硬化処理が施されたねじを製造する方法の過程において、ねじ１に拡散障壁（絶縁層）が設けられる。
図２では、形成された拡散障壁が、広い間隔のクロスハッチングで示されている。

その後、ねじ１は、オーステナイト化温度よりも高い温度に晒される。この処理は、炭素および／または窒素の濃度が高い雰囲気中で行われる。これにより、機能的先端部４（領域Ｂ）のみが、表面的に特定の浸入深さで、炭素および／または窒素で富化される。
この富化処理は、絶縁層が予め形成されているため、図３でクロスハッチングが施されている、機能的先端部４または領域Ｂに限定される。

図４には、硬化処理が施された後の同じねじ１が示されている。該硬化処理は、ねじ１を、浸炭または窒素による富化が行われていない領域Ａに比べて、前述した炭素および／または窒素の富化により、機能的先端部４または領域Ｂ（狭い間隔のクロスハッチングの部分）において、より高い硬度に硬化させている。

図５は、機能的先端部４の領域が、さらに硬化されたねじ１を示している。ここでは、このねじ１の、後の使用を考慮して、拡散障壁が取り除かれている。また、このねじ１には、素材の硬化が機能的先端部４（領域Ｂ）のみに及ぶ硬化処理（例えば、誘導、電子ビーム、レーザービームの利用などにより行われる。）が施されている。
したがって、残りの領域Ａには、この硬化処理が施されない。
図５に示されるねじ１は、特に硬い機能的先端部４を有する（狭い間隔のクロスハッチングで示された領域Ｂを参照）。
これにより、セルフタッピングねじとして使用されることを考慮して、機能的先端部の領域のみの硬度が特に高められたねじが、所望のとおり作成される。

Claims (5)

1. 頭部と、該頭部に隣接する保持部と、該保持部よりも硬度が高い機能的先端部とを有する硬化低合金炭素鋼製のねじを製造する方法であって、前記ねじをオーステナイト化温度よりも高い温度まで加熱してから炭素および／または窒素の濃度が高い雰囲気に晒すことで前記機能的先端部に限定された炭素または窒素の富化処理を施し、その後、前記ねじを急冷および焼鈍することにより、前記ねじに硬化処理を施す方法において、
   拡散障壁として機能する絶縁層を前記頭部と前記保持部とに亘って設け、前記機能的先端部の硬度を高めるために、前記機能的先端部に、前記焼鈍後に短時間の加熱処理を施し、前記絶縁層があることで、前記機能的先端部の炭素含有量および／または窒素含有量を前記保持部よりも高めることを特徴とする方法。
2. 前記加熱処理を誘導により行うことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記加熱処理を電子ビームにより行うことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記加熱処理をレーザービームにより行うことを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 頭部と、該頭部に隣接してオーステナイト化温度よりも高い温度まで加熱して焼鈍／焼き戻しされた構造を有する保持部と、該保持部よりも高い硬度の機能的先端部とを備えた硬化低合金炭素鋼製のねじであって、
   前記機能的先端部が、前記オーステナイト化温度よりも高い温度まで加熱して焼き入れ硬化された前記保持部よりも炭素含有量の多い構造を備え、
   焼き入れ硬化された前記機能的先端部が、追加の硬化ステップを経た状態であることを特徴とするねじ。
   

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