WO2006134857A1 - ねじ及びねじ締結構造 - Google Patents

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bolt
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Tetsuya Asai
Yoshihiro Takitani
Katsuhiro Tsukiyama
Takehiko Egawa
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Saga Tekkohsho Co., Ltd.
Honda Motor Co., Ltd.
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    • Y10S411/00—Expanded, threaded, driven, headed, tool-deformed, or locked-threaded fastener
    • Y10S411/914—Coated bolt

Definitions

  • the present invention relates to a screw and a screw fastening structure in which a plating treatment is performed on a surface and a conversion coating treatment of trivalent chromium not containing hexavalent chromium is performed on the plating layer.
  • the trivalent chromium conversion coating is harder than the hexavalent chromate coating, and torque characteristics during fastening are reduced.
  • the loosening torque is greatly reduced.
  • bolts such as crank pulley bolts that are used in the high axial force region among screws
  • the bolt loosening torque of the treatment is 10 percent to 30 percent lower than that of the hexavalent chromate treatment bolt.
  • the present invention solves such a conventional problem, and provides a trivalent chromium chemical conversion film-treated screw and screw fastening structure having torque characteristics substantially the same as a hexavalent chromate-treated screw. With the goal.
  • the screw of the present invention has a zinc-based plating layer formed on the surface, and a trivalent chromium conversion film not containing hexavalent chromium is formed on the zinc plating layer.
  • the film thickness of the trivalent chromium chemical film at least in the contact portion of the screw with the tightening member is such that the screw and the member to be tightened come into contact with each other by tightening the screw, and the 3
  • the gist is that the zinc-based plating layer is formed thin so as to be exposed by scraping the conversion coating of the valent chromium.
  • the film thickness of the trivalent chromium conversion coating is set in the range from 50 nm to less than 100 nm.
  • the screw fastening structure of the present invention is a screw fastening structure in which metal members are fastened by fastening screws, and a zinc-based plating layer is formed on at least one of contact portions of the metal member and the screw. Then, a trivalent chromium chemical conversion film not containing hexavalent chromium is formed on the zinc-based plating layer, and the film thickness of the trivalent chromium chemical conversion film is determined by tightening a screw.
  • the gist is that the chemical conversion film of chromium is shaved and the zinc-based plating layer is formed thin so as to be exposed.
  • the film thickness of the trivalent chromium conversion coating is set in the range of 50 nm or more and less than 1 OOnm.
  • the screw of the present invention has the above-described configuration, and by tightening the screw, the trivalent chromium chemical conversion film at the contact portion of the screw with the member to be tightened is scraped to expose the zinc-based plating layer.
  • METSUKI's trivalent chromium conversion coating With a higher frictional force than METSUKI's trivalent chromium conversion coating, it is possible to obtain high torque characteristics that are almost the same as conventional hexavalent chromate treatment screws.
  • the screw of the present invention has a zinc-based plating layer exposed by shaving the trivalent chromium conversion film on at least one of the contact portion between the metal member and the screw by tightening the screw. Therefore, high torque characteristics almost equal to the conventional hexavalent chrome-treated screw fastening structure can be obtained with a higher frictional force than the zinc-based plating film of trivalent chromium.
  • FIG. 1 is a side view of a screw according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a side view of a screw, that is, a bolt in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the screw in the same embodiment.
  • bolt 1 is a crank pulley bolt used in an automobile engine.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of a portion P in FIG. The (metal) surface of this bolt 1 as shown in Figure 2
  • the zinc plating layer 16 is formed by the zinc plating treatment.
  • the thickness of the zinc plating layer 16 is appropriately set as required so that the corrosion resistance can be sufficiently secured.
  • a trivalent chromium chemical conversion film 17 is further formed on the zinc plating layer 16 by a trivalent chromium chemical conversion film treatment.
  • this trivalent chromium conversion coating treatment the processing solution and processing conditions for the conventional general trivalent chromium conversion coating treatment are changed, and the concentration of the treatment solution is reduced to reduce the concentration of the thin, soft trivalent chromium. Conversion coating 17 is produced.
  • the substantial component of the trivalent chromium chemical conversion film 17 is trivalent chromium and contains no other metal compound. Also, a layer or coating containing SiO may not be added to the surface of the trivalent chromium conversion coating 17.
  • the film thickness of the trivalent chromium conversion coating 17 is selected from the range of 50 nm or more and less than lOOnm, and here it is set to 80 nm.
  • the trivalent chromium chemical conversion film 17 is modified to have the same properties as the conventional hexavalent chromate film.
  • the bolt and the member to be tightened come into contact with each other by tightening the bolt, and a high surface pressure is generated at the contact portion of the bolt on the high axial force side, and the hexavalent chromate at the contact portion is generated.
  • the coating is scraped to expose the underlying zinc plating layer.
  • the zinc plating layer shows 10 to 50 percent higher friction than the hexavalent chromate coating, and the bolt loosening torque with the zinc plating layer exposed in this way is 10% more than that without the zinc plating layer exposed. Percent to 50 percent higher torque.
  • the trivalent chromium chemical conversion film 17 is brought into contact with the bolt 1 by the tightening of the bolt 1, and the contact portion of the bolt 1, particularly the seating surface 3, with the contact pressure at which the hexavalent chromate film is scraped. It is formed to be thin and soft so that the chromic conversion film 17 can be scraped off and the zinc-based plating layer 16 can be exposed on the surface.
  • such a modified trivalent chromium chemical conversion film 17 is formed on the bolt 1, in particular, the head surface 11 or the bearing surface 13 of the flange portion 12, the shaft portion 15 and a part of the screw 14, etc. It may be formed only at the contact portion of the bolt 1 with the member to be tightened. In this case, it is preferable to select a contact portion that generates a high contact surface pressure.
  • the trivalent chromium chemical conversion film 17 has the same hardness characteristics as the conventional hexavalent chromate film.
  • this bolt 1 is fastened to the member to be tightened, a high surface pressure is generated on the seat surface 13 of the bolt 1 on the high axial force side by the same mechanism as that of the hexavalent chromated bolt.
  • the trivalent chromium conversion coating 17 is scraped to expose the zinc plating layer 16 immediately below, and the trivalent chromium conversion coating 17 of the zinc plating layer 16 has a frictional force 10 to 50 percent higher than the hexavalent chromium coating 17. Torque characteristics almost equivalent to those of the bolt 1 can be obtained. In particular, the loosening torque of the bolt 1 can be greatly improved.
  • the trivalent chromium conversion coating With conventional bolts with a trivalent chromium conversion coating, the trivalent chromium conversion coating will not be scraped and the zinc plating will not be exposed, even if surface pressure is generated to scrape the hexavalent chromate coating.
  • the bolt 1 loosening torque of the trivalent chromium chemical conversion film treatment of this embodiment is 10% to 50% compared to the bolt of the general trivalent chromium chemical conversion film treatment. Get higher.
  • FIG. 3 shows a screw fastening structure using the bolt 1.
  • this screw fastening structure 2 has a crank sprocket (not shown) and a crank pulley 20 sequentially attached to a crank shaft end (not shown), and a bolt 1 is screwed into a screw hole at the crank shaft end. It is tightened.
  • a high surface pressure is generated on the seating surface 13 of the bolt 1, and the trivalent chromium chemical conversion film 17 on the seating surface 13 is scraped to expose the zinc plating layer 16 immediately below.
  • the conversion coating 17 of valent chromium With a higher frictional force than the conversion coating 17 of valent chromium, it is possible to obtain torque characteristics substantially equivalent to those of the hexavalent chromate coating.
  • the bolt 1's loosening torque can provide a torque characteristic that is 10 to 50 percent higher than that of a conventional bolt with a trivalent chromium conversion coating.
  • the modified trivalent chromium chemical conversion film 17 is not limited to the bolt 1, in particular, the seat surface 13 of the head portion 11 or the flange portion 12, the shaft portion 15 and the screw 14. It may be formed only at the contact portion of the bolt 1 with respect to the member to be tightened, such as a portion. In this case, it is preferable to select a contact portion that generates a high contact surface pressure. Even in this way, it is possible to obtain a torque characteristic substantially equivalent to that of the hexavalent chromate film. In particular, the bolt 1's loosening torque can provide 10 to 50 percent higher torque characteristics than conventional trivalent chromium conversion coating hard bolts.
  • a zinc-based plating layer 16 is formed in the same manner at least on the contact portion on the metal member side, and a trivalent chromium chemical conversion film 17 is formed thereon. Even in this case, the same effect can be obtained.
  • the bolt is exemplified as the screw and screw fastening structure of the present invention.
  • the same structure is employ

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Abstract

　６価クロメート処理のねじと略同等のトルク特性を有する３価クロムの化成皮膜処理のねじを提供する。そのために、ボルトの表面には、亜鉛メッキ処理により、亜鉛メッキ層が形成され、この亜鉛メッキ層の上にさらに、３価クロムの化成皮膜処理により、３価クロムの化成皮膜が形成される。この被膜は、ボルトの締め込みによりボルトの被締付け部材に対する接触部の３価クロムの化成皮膜が削れて亜鉛系メッキ層が表面に露出可能に薄く、軟質に形成される。

Description

明 細 書
ねじ及びねじ締結構造
技術分野
[0001] 本発明は、表面にメツキ処理を行い、このメツキ層の上に 6価クロムを含有しない 3 価クロムの化成皮膜処理を施すねじ及びねじ締結構造に関する。
背景技術
[0002] 従来から、ねじの腐食防止のために、表面にメツキ処理を施し、さらにその上をクロ メート被膜で覆う処理が行われている。このクロメート被膜のうち、特に 6価クロメート 被膜は含水量が高ぐ比較的軟質で、その特徴である自己修復作用を発揮すること により、高い耐食性を有する。ところが、 6価クロムは人体に有害であることや環境汚 染につながることなどから、 6価クロムの使用が世界中で実質的に制限され、従来の 6 価クロムを含むクロメート処理から 6価クロムを含まない代替処理への変更が検討され ている。一般的な代替手法として用いられるのは、 3価クロム化合物を含む化成処理 である。このような代替手法について説明した文献としては、例えば日本特許公表 20 00 - 509434号公報力ある。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] し力しながら、一般的な 3価クロムの化成皮膜処理を施したねじでは、 3価クロムの 化成皮膜が 6価クロメート被膜に比べて硬質で、締結の際のトルク特性が低下し、特 に緩みトルクが大きく低下するという問題がある。とりわけねじの中でも高軸力域で使 用する例えばクランクプーリーボルトなどのボルトの場合、 3価クロムの化成皮膜処理 と 6価クロメート処理とではトルク特性に大きな差異が生じ、 3価クロムの化成皮膜処 理のボルトの緩みトルクは 6価クロメート処理のボルトに比べて 10パーセント〜 30パ 一セント低下する。これは構造部材を固定するねじの締結力が低下することに他なら ず、これでは従来の 6価クロメート処理のねじが保証して 、た機能を満足することがで きない可能性がある。また、一般的な 3価クロムの化成皮膜処理では、元来 6価クロム より劣る耐食性を補うために、他の金属化合物を含有させたり、表面に SiOを含む 層やコーティングを追加したりするなど多層構造ィ匕する手法を取るため、 3価クロムの 化成皮膜は比較的硬質になり、これがねじのトルク特性、特に緩みトルクを悪化させ るなど、大きな影響を及ぼしている。
[0004] 本発明は、このような従来の問題を解決するもので、 6価クロメート処理のねじと略 同等のトルク特性を有する 3価クロムの化成皮膜処理のねじ及びねじ締結構造を提 供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0005] 上記目的を達成するために、本発明のねじは、表面に亜鉛系メツキ層を形成され、 該亜鉛メツキ層の上に 6価クロムを含有しない 3価クロムの化成皮膜が形成されるねじ において、少なくともねじの被締付け部材に対する接触部の、前記 3価クロムの化成 皮膜の膜厚は、ねじの締め込みによりねじと被締付け部材が接触して、ねじ側の接 触部の前記 3価クロムの化成皮膜が削れて前記亜鉛系メツキ層が露出可能に薄く形 成されることを要旨とする。この場合、 3価クロムの化成皮膜の膜厚は 50nm以上 100 nm未満の範囲から設定される。
[0006] また、本発明のねじ締結構造は、金属部材間をねじの締め込みにより締結するねじ 締結構造において、前記金属部材と前記ねじの接触部の少なくとも一方に、亜鉛系 メツキ層を形成され、該亜鉛系メツキ層の上に 6価クロムを含有しない 3価クロムの化 成皮膜が形成され、前記 3価クロムの化成皮膜の膜厚は、ねじの締め込みにより前記 接触部の前記 3価クロムの化成皮膜が削れて前記亜鉛系メツキ層が露出可能に薄く 形成されることを要旨とする。この場合、 3価クロムの化成皮膜の膜厚は 50nm以上 1 OOnm未満の範囲から設定される。
発明の効果
[0007] 本発明のねじは、上記各構成により、ねじの締め込みにより、ねじの被締付け部材 に対する接触部の 3価クロムの化成皮膜が削れて亜鉛系メツキ層が露出されるので、 亜鉛系メツキの 3価クロムの化成皮膜よりも高い摩擦力により、従来の 6価クロメート処 理のねじと略同等の高いトルク特性を得ることができる。
[0008] 本発明のねじは、上記各構成により、ねじの締め込みにより、金属部材とねじの接 触部の少なくとも一方の 3価クロムの化成皮膜が削れて亜鉛系メツキ層が露出される ので、亜鉛系メツキの 3価クロムの化成皮膜よりも高い摩擦力により、従来の 6価クロメ ート処理のねじ締結構造と略同等の高いトルク特性を得ることができる。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]本発明の一実施の形態におけるねじの側面図
[図 2]同ねじの部分断面図
[図 3]同ねじを用いたねじ締結構造の部分断面側面図
[図 4]今回改質した新規 3価クロムの化成皮膜処理のボルトのトルク 軸力線図
[図 5]従来の一般的な 3価クロムの化成皮膜処理のボルトのトルク 軸力線図
[図 6]従来の 6価クロメート処理のボルトのトルク 軸力線図
符号の説明
[0010] 1 ボルト
11 頭部
12 フランジ部
13 座面
14 ねじ
15 軸部
16亜鉛メツキ層
17 3価クロムの化成皮膜
2 ねじ締結構造
20 クランクプーリー
発明を実施するための最良の形態
[0011] 以下、本発明の一実施の形態について図を用いて説明する。図 1は本発明の一実 施の形態におけるねじ、すなわちボルトの側面図である。図 2は同実施の形態におけ るねじの部分断面図である。図 1において、ボルト 1は自動車のエンジンに使用する クランクプーリーボルトで、頭部 11と、頭部 11の下面に形成されたフランジ部 12と、 フランジ部 12の座面 13の中央に座面 13に対して垂直方向に延びるねじ 14を切られ た軸部 15とを備える。
[0012] 図 1中 P部を図 2に拡大して示す。図 2に示すように、このボルト 1の（金属の）表面 には、亜鉛メツキ処理により、亜鉛メツキ層 16が形成される。この場合、亜鉛メツキ層 1 6の厚さは、耐食性を十分に確保できるように、通常必要とする適宜厚さが設定され る。
[0013] この亜鉛メツキ層 16の上にさらに、 3価クロムの化成皮膜処理により、 3価クロムの化 成皮膜 17が形成される。この 3価クロムの化成皮膜処理では、従来の一般の 3価クロ ムの化成皮膜処理の処理液及び処理条件を変更し、処理液の濃度を薄くすることで 、薄ぐ軟質の 3価クロムの化成皮膜 17が生成される。この場合、 3価クロムの化成皮 膜 17の実質的な成分は 3価クロムで、他の金属化合物は含有されていない。また 3 価クロムの化成皮膜 17の表面に SiOを含む層やコーティングが追加されることもな
2
い。 3価クロムの化成皮膜 17の膜厚は、 50nm以上 lOOnm未満の範囲から選択され 、ここでは 80nmに設定される。このような処理により、 3価クロムの化成皮膜 17は、従 来の 6価クロメート被膜と同等の特性に改質される。すなわち、 6価クロメート処理のボ ルトでは、ボルトの締め込みによりボルトと被締付け部材が接触し、高軸力側ではボ ルトの接触部に高い面圧が発生し、当該接触部の 6価クロメート被膜が削れて直下の 亜鉛メツキ層を露出する。亜鉛メツキ層は 6価クロメート被膜より 10パーセント〜 50パ 一セント高い摩擦を示し、このように亜鉛メツキ層が露出した状態のボルトの緩みトル クは、亜鉛メツキ層を露出しないものに比べて 10パーセント〜 50パーセント高いトル クを示す。このように 3価クロムの化成皮膜 17は、ボルト 1の締め込みによりボルト 1と 被締付け部材が接触し、 6価クロメート被膜が削られる面圧でボルト 1の接触部、特に 座面 13の 3価クロムの化成皮膜 17が削れて亜鉛系メツキ層 16が表面に露出できる ように、薄ぐ軟質に形成される。
[0014] なお、このような改質された 3価クロムの化成皮膜 17は、ボルト 1の特に、頭部 11又 はフランジ部 12の座面 13、軸部 15やねじ 14の一部など、ボルト 1の被締付け部材 に対する接触部にのみ形成されてもよい。この場合、接触部は高い接触面圧を発生 する接触部分が選定されることが好まし 、。
[0015] このようにして 3価クロムの化成皮膜 17は従来の 6価クロメート被膜と同等の硬度特 性を持つ。このボルト 1を被締付け部材に締付けると、 6価クロメート処理のボルトと同 様のメカニズムで、高軸力側ではボルト 1の座面 13に高い面圧が発生し、座面 13の 3価クロムの化成皮膜 17は削れて直下の亜鉛メツキ層 16が露出し、この亜鉛メツキ層 16の 3価クロムの化成皮膜 17よりも 10〜50パーセント高い摩擦力により、 6価クロメ ート被膜と略同等のトルク特性を得ることができ、特に、ボルト 1の緩みトルクを大きく 向上させることができる。なお、従来の一般的な 3価クロムの化成皮膜処理のボルトで は、 6価クロメート被膜が削れる面圧が発生しても、 3価クロムの化成皮膜は削れず、 亜鉛メツキは露出しない。同じ軸力同士で比べると、この実施の形態の 3価クロムの 化成皮膜処理のボルト 1の緩みトルクは、一般的な 3価クロムの化成皮膜処理のボル トに比べて、 10パーセント〜 50パーセント高くなる。
[0016] 図 3にボルト 1を用いたねじ締結構造を示す。図 3において、このねじ締結構造 2は 、クランクの軸端（図示省略）にクランクスプロケット（図示省略）とクランクプーリー 20と を順次取り付けて、ボルト 1がクランクの軸端のねじ穴に螺合されて締付けられて 、る 。この場合、ボルト 1の座面 13に高い面圧が発生して、座面 13の 3価クロムの化成皮 膜 17は削れて直下の亜鉛メツキ層 16が露出し、この亜鉛メツキ層 16の 3価クロムの 化成皮膜 17よりも高い摩擦力で、 6価クロメート被膜と略同等のトルク特性を得ること ができる。特に、ボルト 1の緩みトルクは、従来の 3価クロムの化成皮膜処理の硬質の ボルトに比べて 10〜50パーセント高いトルク特性を得ることができる。
[0017] また、このねじ締結構造 2でも、改質された 3価クロムの化成皮膜 17はボルト 1の特 に、頭部 11又はフランジ部 12の座面 13、軸部 15やねじ 14の一部など、ボルト 1の 被締付け部材に対する接触部にのみ形成されてもよい。この場合、接触部は高い接 触面圧を発生する接触部分が選定されることが好ま ヽ。このようにしても 6価クロメ ート被膜と略同等のトルク特性を得ることができる。特に、ボルト 1の緩みトルクは、従 来の 3価クロムの化成皮膜処理の硬質のボルトに比べて 10〜50パーセント高いトル ク特性を得ることができる。また、このねじ締結構造 2では、ボルト 1に代えて、金属部 材側の少なくとも接触部に同様にして、亜鉛系メツキ層 16を形成し、その上に 3価ク ロムの化成皮膜 17を形成してもよく、このようにしても同様の効果を奏することができ る。
[0018] なお、上記実施の形態では、本発明のねじ及びねじ締結構造としてボルトを例示し ているが、ナットや、機械部品に一体的に組み付けられたおねじ部材やめねじ部材 にも、同様の構成を採用し、同様の作用、効果を奏することができる。
実施例 1
[0019] 今回改質した 3価クロムの化成皮膜処理のボルトの仕様確認結果を図 4の新規 3価 クロム化成皮膜のトルク 軸力線図に示す。また、比較例として、図 5に従来の一般 的な 3価クロムの化成皮膜処理のボルトのトルク 軸力線図を示し、図 6に従来の 6 価クロメート処理のボルトのトルク 軸力線図を示す。これらの図 4、図 5及び図 6から 明らかなように、今回改質した 3価クロムの化成皮膜処理のボルトに、従来の 6価クロ メート処理のボルトと略同等のトルク特性を得ることができ、特に、高軸力で使用し高 い締結力を必要とするボルトに、 6価クロメート処理のボルトと同等の高い緩みトルク を達成することができた。また、クランクプーリーボルトのようにエンジンの高温 (80°C 以上）に晒される環境を想定した熱劣化後の耐食性試験では、今回改質した 3価クロ ムの化成皮膜処理のボルトは従来の 6価クロメート処理のボルトよりも優れた耐食性を 有することを確認した。
[0020] 本発明は、図面に示す好ましい実施例に基づいて説明されてきたが、当業者であ れば、この発明を容易に変更及び改変し得る事は明らかであり、そのような変更部分 も本発明の範囲に含まれるものである。

Claims

請求の範囲
[1] 表面に亜鉛系メツキ層を形成され、該亜鉛メツキ層の上に 6価クロムを含有しない 3 価クロムの化成皮膜が形成されるねじにお ヽて、
少なくともねじの被締付け部材に対する接触部の、前記 3価クロムの化成皮膜の膜 厚は、ねじの締め込みによりねじと被締付け部材が接触して、ねじ側の接触部の前 記 3価クロムの化成皮膜が削れて前記亜鉛系メツキ層が露出可能に薄く形成されるこ とを特徴とするねじ。
[2] 3価クロムの化成皮膜の膜厚は 50nm以上 lOOnm未満の範囲から設定される請求 項 1に記載のねじ。
[3] 金属部材間をねじの締め込みにより締結するねじ締結構造において、
前記金属部材と前記ねじの接触部の少なくとも一方に、亜鉛系メツキ層を形成され 、該亜鉛系メツキ層の上に 6価クロムを含有しない 3価クロムの化成皮膜が形成され、 前記 3価クロムの化成皮膜の膜厚は、ねじの締め込みにより前記接触部の前記 3価 クロムの化成皮膜が削れて前記亜鉛系メツキ層が露出可能に薄く形成されることを特 徴とするねじ締結構造。
[4] 3価クロムの化成皮膜の膜厚は 50nm以上 lOOnm未満の範囲から設定される請求 項 3に記載のねじ締結構造。
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