JPH08509799A - ね じ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は２５０ＨＶを超えない硬度をもつオーステナイト系ステンレス鋼よりなるねじに関し、該オーステナイト系ステンレス鋼は０．０１−０．２ｍｍの厚さと少くとも９００ＨＶの硬度をもつイオン窒化で生じた表面硬化層（３）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 ねじ 本発明はねじに関する。本発明は特に二つのタイプのねじ、すなわち金属の薄 板、特にステンレスの薄板を屋根や家の間口にとりつけるのに用いる孔あけねじ とタッピンねじを指向するものである。 ステンレスの薄板を屋根や家の間口にとりつける機素として作用する孔あけね じには多岐にわたる要求−そのうちのいくつかは満すことが難しい−が課せられ る。 −材料はステンレス鋼の薄板を通してねじをせん孔させることのできる歯先をも つねじに低温条件で加工できるというような冷間加工性を持つものでなければな らない。 −ねじ、あるいは少くともその表面層、特にねじの歯先の表面は非常に高い硬度 を持たねばならない。 −ねじは腐蝕に対して非常にすぐれた固有抵抗をもたねばならずねじとステンレ ス薄板の間の電蝕反応に起因する応力腐蝕を生じてはならない。 −少くともねじ頭は、美学的理由により薄板と同じ色でなければならない。 −ねじは余り高価であってはならない。 数多くの種々の合金、特に種々の鋼合金が孔あけねじ用に提案されており、こ れら提案の中にはマルテン サイト系ステンレスクロム鋼がある。しかしこれまで提案された材料はどれも上 記の要求を満してはいない。本発明の一つの目的は、屋根や間口用のステンレス 鋼の外装材を固定する機素として用いられる孔あけねじに課せられた必要条件を すべて満足するような、材料のねじを提供することであり、そしてこの目的はこ のような方法で処理される。 タッピンねじに関する限り、最も重要なことはこのねじは、少くともその表面 層では、ドリル孔でねじ山をつくるために“それ自身のねじタップ”として働く ことができるように非常に高い硬度をもたねばならないことである。タッピンね じをステンレスの薄板または他のステンレスの素子の固定機素として用いる場合 には、耐蝕性に関して孔あけねじに課せられたものと同じ要求がこのねじに課せ られる。 上記の諸要求はねじが付随する特許請求の範囲の記載によって特徴づけられる ということで満すことができる。 本発明のさらなる特徴と態様は下記の説明によって明かになろう。下記の説明 において、添付の図面に言及する。 第１図は本発明の適用可能な、それ自体は既知のデザインの孔あけねじを示す。 第２図は図解的に且つ非常に拡大してねじの表面層の 構造を示す。 第３図はねじが処理工程の間、取付具の中でどのように配列されるかを示す。 ねじ１、すなわち表面層を除いたねじの全部、の母材はオーステナイト系ステ ンレス鋼よりなる。このことは、この鋼が高含量のクロムとニッケルおよび低含 量の炭素、すなわち最大０．１％Ｃ，好ましくは最大０．０５％Ｃ；１８−２５ ％Ｃｒ；と８−２０％Ｎｉを含有していることを意味する。さらにこの鋼は他の 合金元素、例えば最大１０％までのＭｏを含有することができる。鋼の冷間加工 性を改善するために、この鋼はまた一定量、適切には２−４％、の銅を含有する ことが好ましい。適当な組成は０．０１％Ｃ，０．５％Ｓｉ，０．６％Ｍｎ，１ ８％Ｃｒ，９．５％Ｎｉおよび３．５％Ｃｕで、残りは鉄と不純物である。 オーステナイト系ステンレス鋼を特徴づけるものは、この鋼は非常に高い耐蝕 性とすぐれた靭性および冷間加工性を有するが、硬度は低いということである。 よって、ねじの母材の硬度は２５０ＨＶを超えない。 孔あけねじの孔あけ歯先２に適当な表面硬度をもたせるために、いわゆるイオ ン窒化、別名プラズマ窒化によってねじを表面硬化する。この方法はプラズマ、 いゝかえればイオン化ガスがプロセス中で加熱と窒化の媒体として用いられてい る事実からその名を得てい る。この処理において、ねじを適当な取付具にとりつけ、取付具を続いて窒素と 水素ガスの混合物で満された炉に入れる。１０００Ｖの電圧をねじと炉壁の間で 印加する。この方法は高度の運動エネルギーをもつイオンでガスをイオン化し、 ねじの表面に衝撃を与え、それによってこれら部品を所望の窒化温度に加熱する 効果をもつ。従って炉の外部加熱を別個に必要としない。同時にこのイオンによ る衝撃は窒素をねじの表面に供給し、それによって所望の窒化効果を与える。こ の処理によってガスとねじの表面は約４８０°に加熱される。この処理は約３０ 時間続き、その結果０．０１−０．２ｍｍの厚さをもつ第２図の表面硬化層３が 得られる。この表面硬化層は約０．０５ｍｍの平均深さ、少くとも９００ＨＶの 表面硬度、好ましくは１０００−１３００ＨＶの範囲にある硬度を有している。 対照的に、母材の硬度は影響をうけず最大２５０ＨＶの硬度を保持しており、こ の硬度はねじがねじ込むことのできる適当な強さのものであるためには十分であ り、また同時にねじは非常にすぐれたレベルの靭性をもっている。 イオン窒化の問題はオーステナイト系ステンレス鋼の不動態化層がイオン衝撃 によって部分的に破壊されその結果耐蝕性が低下することである。とりわけ耐蝕 性を回復するために、イオンで窒化したねじを、一つ の実施態様に従えば、電気メッキ処理によって亜鉛の薄層で被覆する。この亜鉛 層４は少くとも５μｍ、好ましくは少くとも８μｍの厚さをもつが、しかし厚さ は２５μｍを超えることはない。亜鉛層のさらなる効果はねじに潤滑性を与える ことであり、この性質はねじを孔あけねじとして用いる場合に有利である。亜鉛 層はまた美学的に魅力的な表面と色をねじに与える。亜鉛メッキは実際にはねじ の表面の酸化物を除くために酸浴で酸洗いした後、酸性の亜鉛浴中で浸漬法によ って行われる。 しかし亜鉛層にはまた多少の欠陥がある。耐蝕性を更に改善するために、追加 操作で亜鉛層を非常に薄いクロム層５で被覆することができる。この層は典型的 に１−５μｍ、または約２μｍの厚さをもつ。このクロメート処理は約１分間の 浸漬法で３価のクロム、いわゆる青クロメート、を析出させて行われる。 最後にねじ頭をラッカー、実際にはポリエステルラッカーの層で被覆すること ができる。すなわちポリエステルラッカーを粉状でねじ頭に吹きつけその後この ラッカーをそれ自体既知の方法で硬化させる。このラッカー層は曝されたまゝに なっているねじ頭部の防蝕性をさらに改善し、一方同時に適切なラッカーの色を 選択することにより、ねじが適用される薄板と完全に調和するねじを得ることが できる。 他の実施態様によれば、ねじはイオン窒化と酸洗いの後、電解研摩、すなわち それ自体既知の原理に従って電解槽の中で処理することができ、従って非常に薄 い層がイオン窒化に起因する粗面からとり除かれる。除かれるものは特に表面上 のピークであり、そのため平滑な表面仕上が得られる。イオン窒化に起因する表 面硬化層は約０．０５ｍｍの平均深さと共に、０．０１−０．２ｍｍの厚さをも つが、電解研摩によって除かれる表面層は最大でもわずか２０μｍにすぎず、通 常は５ないし１０μｍである。この処理をすることはある種の用途には上記の亜 鉛メッキをしないでもよいことを意味する。もしそう望むならば、この電解研摩 されたねじも勿論適当なラッカー塗料で覆うことができる。 本発明を展開する際、発明者は最初ねじ全体をイオン窒化することは可能であ り、また耐蝕性は続いて行われる亜鉛メッキによって完全に許容しうる態様で回 復するという前提から出発した。しかしいわゆるケステルニッシュ試験（Ｋｅｓ ｔｅｒｎｉｓｈ ｔｅｓｔ）として行われる試験から、ねじを木の板にとりつけ 、１枚のプラスチック塗装の金属面板をねじ頭と木の板の間においたとき、黒い 点蝕が曝されたねじ頭に生じることがわかった。 新しいねじを第３図に示すタイプの取付具１０にと りつけた。取付具はイオン窒化されるべきねじ１のための小さな孔１３を備えた 平坦な底部１２をもつ平らな箱１１よりなっている。この箱の中には、その厚さ が底部１２上のねじ頭の高さをきめる板１４も入っている。この板１４は底部１ ２の孔１３のすぐ向い側に通り孔１６を有する。イオン窒化されるべきねじを孔 １６と１３にとりつけ、その後箱１１を蓋１７で覆う。箱１１と蓋１７は金属製 でねじ頭６に対し、また第１図の軸部７の、取付具１０の内側すなわち孔１３と １６の領域内に位置する部分に対し、イオン化防止スクリーンを形成している。 １つの考えられるケースのために、この領域は第１図で９と明示されている。か くして各ねじ１のプラズマ窒化に曝される唯一の部分は、孔あけねじの歯先２と 軸部７の残部、すなわちセクション８となる。イオン窒化とつづいての酸浴中で の酸洗いの後、ねじはメッキ処理によって亜鉛の薄層で覆われ、そして最後に上 に述べたのと同じ方法でクロメート処理をうける。従ってこの場合、部分２と８ の範囲についてのみ第２図に示される表面層の構造が適合するが、一方ねじ頭６ ならびにねじの軸部７の上部９はイオン窒化層３の全くない表面層構造をもって いる。しかしねじのこれらの部分も亜鉛層４とクロメート層５を有している。 亜鉛コーティングの重要性をテストするために、種 々の方法で処理した多くのねじを３つの異なるテストよりなる一連のテストで調 べた。 試験１では、次の組成をもつステンレス鋼でできた５つのねじについてテスト した：０．０１％Ｃ，０．５％Ｓｉ，０．６％Ｍｎ，１８％Ｃｒ，９．５％Ｎｉ ，３．５％Ｃｕ，残りは鉄と不純物。ねじを上記のタイプの取付具にとりつけた 後、歯先２とねじの下部８をイオン窒化にかけた。次にねじを空気中で冷却し、 続いて酸洗いをした。クラーク液（Ｃｌａｒｋ’ｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）（３７ ％ ＨＣｌ，２０ｇ／ｌＳｂ₂Ｏ₃，５０ｇ／ｌ ＳｎＣｌ₂）を酸洗液として用 いた。酸洗い後、試料を純水で十分に洗滌した。次に各ねじの全体を上述の方法 でメッキ状に（ｇａｌｖａｎｉｃａｌｌｙ）亜鉛で被覆したが、これはねじ頭や 軸部や歯先は皆少くとも厚さ５μｍの亜鉛層で覆われるというような具合であっ た。 試験２では、ＡＳＴＭ ３０５タイプのステンレス鋼よりなる５つのねじにつ いてテストを行った：ＡＳＴＭ ３０５は最大０．０６％Ｃ，１８．５％Ｃｒ， １１．５％Ｎｉ，残りは鉄と不純物という公称組成を有する。これらのねじはイ オン窒化をうけずまた他の方法でも表面硬化されなかった。しかし、ねじは試験 １の試料調製に用いた方法と同じ方法で酸洗いされメッキ状に亜鉛で覆われた。 試験３では、試験１のものと同じ鋼でできた１０個のねじをテストした。これ らのねじは試験１の試料調製と同様の方法でスクリーン取付具にとりつけられイ オン窒化をうけ続いて酸洗いされたが亜鉛コーティングはほどこされなかった。 腐蝕試験はＩＳＯ ６９８８（ＤＩＮ ５００１８に相当）、すなわちいわゆ るケステルニッシュ試験（Ｋｅｓｔｅｒｎｉｓｈ ｔｅｓｔ）に従って行われた 。腐蝕試験の前に、ねじは全部木の板の上のプラスチック塗装の金属面板にとり つけられた。ねじをとりつけた金属面板は曝露中約４５°に傾斜させた。ねじは ２サイクル曝露された。各テストサイクルはねじを４０±３℃で８時間、凝縮水 分と３００リットルの試験槽に２．０リットルのＳＯ₂の存在下におき、次に大 気中で１６時間乾燥という工程からなっていた。各テストサイクルの後、ねじを 目視で検査し、赤さびを生じた面積の割合を評価した。次の結果が得られた。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年６月６日 【補正内容】 請求の範囲 １．０．０１−０．２ｍｍの厚さと少くとも９００ＨＶの硬度をもつ表面硬化層 をつくるためのイオン窒化と、該表面硬化層の最外層を除去した、それに引続く 電解研摩とによって得られる表面構造を有することを特徴とするステンレス鋼よ りなるねじ。 ２．２５０ＨＶを超えない硬度をもつオーステナイト系ステンレス鋼よりなるこ とを特徴とする請求の範囲１のねじ。 ３．少くともねじ頭がラッカーの層、好ましくはポリエステルラッカーの層で被 覆されていることを特徴とする請求の範囲１−２のいずれか１項のねじ。 ４．鋼が、鉄と不純物の他に、最大０．１％Ｃ，１８−２５％Ｃｒ，８−２０％ Ｎｉ，最大１０％Ｍｏおよび最大４％Ｃｕを含有することを特徴とする請求の範 囲１−３のいずれか１項のねじ。 ５．鋼が最大０．０５％Ｃを含有することを特徴とする請求の範囲４のねじ。 ６．鋼が２−４％Ｃを含有することを特徴とする請求の範囲１−５のいずれか１ 項のねじ。 ７．ねじの歯先と少くともねじの軸部の前部のみがイオン窒化によって生じた該 表面硬化層を有し、一方少くともねじ頭はこのような表面硬化層を持たないこと を特徴とする請求の範囲１−６のいずれか１項のねじ。 ８．鋼の公称組成が最大０．０５％Ｃ，最大１．０％Ｓｉ，最大２．０％Ｍｎ， １８％Ｃｒ，１０％Ｎｉおよび３．５％Ｃｕ，残りは鉄と通常の不純物であるこ とを特徴とする請求の範囲５のねじ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ， ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，Ｓ Ｅ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．２５０ＨＶを超えない硬度をもつオーステナイト系ステンレス鋼よりなり、 該オーステナイト系ステンレス鋼は０．０１−０．２ｍｍの厚さと少くとも９０ ０ＨＶの硬度をもつイオン窒化で生じた表面硬化層（３）を有する、ことを特徴 とするねじ。 ２．表面硬化層が少くとも１種のメッキ状にほどこした金属コーティング（４） で被覆されていることを特徴とする請求の範囲１のねじ。 ３．該メッキ状金属コーティングが少くとも５μｍ、好ましくは少くとも８μｍ の厚さをもつ亜鉛コーティング（４）よりなることを特徴とする請求の範囲２の ねじ。 ４．表面硬化層上にほどこした亜鉛層が最大２５μｍの厚さをもつことを特徴と する請求の範囲３のねじ。 ５．亜鉛コーティングが次に厚さ１−５μｍのクロメート層（５）で被覆されて いることを特徴とする請求の範囲３または４のねじ。 ６．該表面硬化層をつくるためのイオン窒化と該表面硬化層の最外層を除くため の次の電解研摩によって得られる表面構造をもつことを特徴とする請求の範囲１ のねじ。 ７．少くともねじ頭がラッカーの層、好ましくはポリエステルラッカーの層で被 覆されていることを特徴と する請求の範囲１−６のいずれか１項のねじ。 ８．鋼が鉄と不純物以外に、最大０．１％Ｃ，１８−２５％Ｃｒ，８−２０％Ｎ ｉ，最大１０％Ｍｏおよび最大４％Ｃｕを含有することを特徴とする請求の範囲 １−７のいずれか１項のねじ。 ９．鋼が最大０．０５％Ｃを含有することを特徴とする請求の範囲８のねじ。 １０．鋼が２−４％Ｃｕを含有することを特徴とする請求の範囲１−９のいずれ か１項のねじ。 １１．ねじの歯先と少くともねじの軸部の前部のみがイオン窒化によって生じた 該表面硬化層を有し、一方少くともねじ頭はこのような表面硬化層を持たないこ とを特徴とする請求の範囲１−１０のいずれか１項のねじ。 １２．鋼の公称組成が最大０．０５％Ｃ，最大１．０％Ｓｉ，最大２．０％Ｍｎ ，１８％Ｃｒ，１０％Ｎｉおよび３．５％Ｃｕ，残りは鉄と通常の不純物である ことを特徴とする請求の範囲９のねじ。