JPH055187A

JPH055187A - オーステイナイト系ステンレス製硬質ねじ

Info

Publication number: JPH055187A
Application number: JP3194858A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshino; 明吉野; Masaaki Tawara; 正昭田原; Haruo Senbokutani; 春男仙北谷; Kenzo Kitano; 憲三北野; Teruo Minato; 輝男湊
Original assignee: Daido Sanso Co Ltd; Maizuru Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daido Sanso Co Ltd; Maizuru Kogyo Co Ltd
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2012-12-08
Also published as: JP2686001B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ねじ自体の表面硬度を高め、しかもねじ込み
時間の短縮等を実現する。【構成】ステンレス材製ねじ本体の表面層を窒化層に
形成し、この窒化層の表面をメツキ被膜または樹脂被膜
で被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、表面層が硬質の窒化
層に形成され、この表面層がメツキ被膜または樹脂被膜
で被覆されているオーステイナイト系ステンレス製硬質
ねじに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ねじとしては各種のものがあ
り、図３，図４，図５に示すように、軽量鉄鋼板のよう
な下地材に石膏ボード，耐熱ボード等を取り付けるため
に用いられるタツピングねじ２０、ドリリングタツピン
グねじ２１、ドライウオールスクリユー２２など各種の
ものがある。上記タツピングねじ２０は、ねじ径よりも
小さな穴を下地材に開け、これにねじ込まれるものであ
り、またドリリングタツピングねじ２１やドライウオー
ルスクリユー２２などは下地穴を全く設けず、ねじ先の
ドリルや刃先によつてそれ自身で穿孔しねじ止めするも
のである。この種のねじの材質は、従来から鉄等の浸炭
品やステンレス材から構成されている。特に、この種の
ステンレス材でもニツケルを全く含まないマルテンサイ
ト系のＳＵＳ４１０が多用されている。このような材質
のねじは、一般にそのまま使用されることは少なく、各
種のメツキがなされて使用されるが、このようにメツキ
が施されていても、錆が発生し易い、あるいは硫酸，硝
酸などの酸や酸性雨に対する耐蝕性が悪い等の難点があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、上記のようなマ
ルテンサイト系のステンレス以外に、オーステイナイト
系のステンレス材（ニツケルを７〜１９重量％含有して
いる）があげられ、この種のステンレス材は、表面が不
働態膜となり耐蝕性が極めて大であることから、通常は
メツキ等をせずそのまま使用されている。ところが、こ
のようなオーステイナイト系ステンレスは基本的に表面
硬度が小さいことから、先に述べた各種の用途に使用す
る場合、強度的に大きな制約がある。

【０００４】そこで、本発明者らはこのような欠点を改
善する目的で、上記オーステイナイト系ステンレス材の
表面を窒化して窒化膜を形成することにより、表面硬度
を高める方法を開発しすでに特許出願している（特願平
１−１７７６６０）。このような窒化処理のなされたス
テンレス材は、表面硬度が極めて大きくなるものの、窒
化処理によつて、上記用途に使用する場合、穿孔時間が
長くなるという弊害やねじの頭飛びや折損が発生すると
いう弊害が生じる。また、表面の窒化層が錆びる欠点も
現れる。

【０００５】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、オーステイナイト系ステンレス材からなるね
じの表面層を窒化層に形成して、表面硬度を高くすると
同時に、窒化層の表面にメツキまたは樹脂被膜を施すこ
とにより潤滑性を付与して、穿孔時間が長くなる等の欠
点を解消することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明のオーステイナイト系ステンレス製硬質ね
じは、オーステイナイト系ステンレス材製のねじ本体の
表面層が窒化層に形成され、この表面層がメツキ被膜ま
たは樹脂被膜で被覆されているという構成をとる。

【０００７】

【作用】すなわち、この発明のオーステイナイト系ステ
ンレス製硬質ねじは、上記のように表面層が窒化層に形
成されていることから表面硬度が大であり、ねじに求め
られる各種の用途に使用した場合に高強度となる。しか
も、その窒化層の表面がメツキ被膜または樹脂被膜で被
覆されていることからメツキ被膜または樹脂被膜の潤滑
性によつて穿孔時間の大幅な短縮化も実現できるように
なる。また、窒化層自体の錆の発生が上記メツキ被膜ま
たは樹脂被膜の存在により防止され、長期間湿潤雰囲気
下に保管しておいても錆が生じないという利点を有する
ようになる。また、窒化層の表面にメツキ被膜を施すと
きには、窒化層の表面にステンレス材と同等の光沢を付
与しうるようになる。

【０００８】つぎに、実施例について説明する。

【０００９】まず、実施例に使用する熱処理炉を用意す
る。この炉１は、図１に示すように、外殻２内に設けた
ヒータ３の内側に内容器４を入れたピツト炉で、ガス導
入管５と排気管６が挿入されている。ガス導入管５には
ボンベ１５，１６から流量計１７、バルブ１８等を経由
してガスが供給される。内部の雰囲気はモータ７で回転
するフアン８によつて攪拌される。ワーク１０は金属製
のコンテナ１１に入れて炉内に装入される。図中、１３
は真空ポンプ、１４は除害装置である。この炉中にフツ
素を含む反応ガス、例えばＮＦ₃とＮ₂との混合ガスを
導入し、所定の反応温度に加熱すると、ＮＦ₃は２５０
〜４００℃の温度で活性基のフツ素を発生し、これによ
り鋼材表面の有機，無機系の汚染を除去すると同時に、
このフツ素が鋼材表面のＦｅ，クロム生地ないしはＦｅ
Ｏ，Ｆｅ₃Ｏ_{4 ,}Ｃｒ₂Ｏ₃等の酸化物と迅速に反応し
て、例えば次式に示す如く、表面にＦｅＦ_2,ＦｅＦ_{3 ,}
ＣｒＦ_{2 ,}ＣｒＦ₄等の化合物を金属組織中に含むごく
薄いフツ化膜が形成される。

【００１０】ＦｅＯ＋２Ｆ→ＦｅＦ₂＋１／２Ｏ₂ Ｃｒ₂Ｏ₃＋４Ｆ→２ＣｒＦ₂＋３／２Ｏ₂

【００１１】この反応により、ワーク１０表面の酸化皮
膜はフツ化膜に変換され、表面に吸着されていたＯ₂も
除去される。そして、このようなフツ化膜は、Ｏ_{2 ,}Ｈ
_{2 ,}Ｈ₂Ｏが存在しない場合、６００℃以下の温度で安
定であつて、後続の窒化処理までの間における金属素地
への酸化皮膜の形成やＯ₂の吸着を防止すると考えられ
る。また、上記フツ化膜は、ワーク１０表面だけでな
く、炉材表面に対しても形成されることとなることか
ら、その安定な膜による保護作用によつて炉材表面に対
する損傷が最少限になる。

【００１２】このように、フツ素を含有する反応ガスで
処理したワーク１０は、引き続き４８０〜７００℃の窒
化温度に加熱され、ＮＨ₃あるいはＮＨ₃と炭素源を有
するガス（例えばＲＸガス）との混合ガスを上記加熱状
態で添加すると、フツ化膜はＨ₂または微量の水分によ
つて還元除去あるいは破壊除去（上記ＲＸガスの導入に
先立つて、Ｎ₂＋Ｈ₂の混合ガスとして炉中に導入され
る）され、ワーク１０の表面に活性な金属素地が形成さ
れる。

【００１３】このように、活性な金属素地が形成される
と同時に活性なＮ原子が吸着されて金属内に侵入，拡散
してゆき、その結果、表面にＣｒＮ，Ｆｅ₂Ｎ，Ｆｅ₃
Ｎ，Ｆｅ₄Ｎ等の窒化物を含有する化合物層（窒化層）
が形成される。この後、メツキ被膜または樹脂被膜を形
成する。メツキ被膜としては、亜鉛メツキ被膜，ニツケ
ル亜鉛メツキ被膜，スズメツキ被膜等各種のメツキ被膜
があげられ、その厚みは２５〜１μｍ、好適には５±３
μｍに設定される。上記各種のメツキと光沢クロメート
とを組み合わせて上記メツキ＋光沢クロメートからなる
被膜を形成してもよい。樹脂被膜としては、フツソ樹脂
被膜，塩化ビニル樹脂被膜，ポリエチレン，ポリプロピ
レン等のポリオレフイン樹脂被膜等の熱可塑性樹脂被膜
があげられ、その厚みは２５〜１μｍ、好適には３±２
μｍに設定される。また、フエノール樹脂，エポキシ樹
脂等の熱硬化性樹脂被膜も用いられる。これらの樹脂被
膜は、ねじ本体を上記樹脂の溶液中に浸漬，またはスプ
レーし加熱乾燥する等により形成される。

【００１４】つぎに、上記処理炉を用い、具体的につぎ
のようにしてねじ本体を処理した。

【００１５】

【実施例１】ワークとしてのＳＵＳ３０５系ステンレス
製タツピングドリルねじをトリクロロエチレン洗浄した
後、図１に示す処理炉１に入れ、ＮＦ₃を２重量％含有
するＮ₂ガス雰囲気で３００℃で１５分間保持した。そ
の後７００℃に加熱し、５０％ＮＨ₃＋５０％Ｎ₂の混
合ガスを炉内に導入して５時間窒化処理を行い、しかる
のち空冷して取り出した。

【００１６】得られたワークの窒化層の厚みは均一で、
その硬度は、基材の部分が２７０〜２９０Ｈｖであるの
に対し、表面硬度が７００〜８００Ｈｖであつた。

【００１７】つぎに、上記のようにして、窒化処理がな
された試料を亜鉛ポツト炉（図示せず）に入れて、亜鉛
メツキ＋光沢クロメート被膜を形成した。この場合、被
膜の厚みは５μｍに設定した。つぎに、得られた試料を
さらにＳｉ−Ｏ−Ｒ基を含有する有機，無機複合コーテ
イング液に浸漬し、５μｍのコーテイング被膜を形成し
た。

【００１８】このようにして得られた試料（タツピング
ドリルねじ）のねじ山では図２に示すように、窒化層Ｂ
の上にメツキ被膜Ｃが積層形成されていた。そして、上
記のようにして得られた試料１０本を、窒化処理のみを
行つた比較例品（１０本）を対照として冷間圧延鋼板Ｓ
ＰＣＣに対して２．３^t，１．６^tのねじ込みテストを
行つた。その結果は、表１のとおりである。なお、ねじ
込みテストはＪＩＳにもとづいて行つた。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【実施例２】実施例１のタツピングねじに代えて、ＳＵ
Ｓ３１６のドライウオールねじを用いた。そして、上記
実施例１と同様にして窒化処理をしたのち、ニツケル＋
亜鉛メツキ＋光沢クロメート処理をし、さらにＳｉ−Ｏ
−Ｒ基を含有する有機，無機のコーテイング液に浸漬し
た。このようにして得られた実施例品について、窒化処
理のみを行つたものを対照品として、塩水噴霧試験を行
つた。その結果は、下記の表２のとおりである。

【００２１】

【表２】

【００２２】また、本発明品（実施例品）を５％沸騰Ｈ
₂ＳＯ₄テストに供したが、減耗量は８ｇ／ｍ²ｈと極
めて低かつた。

【００２３】

【実施例３】実施例１で用いたと同じタツピングドリル
ねじを用い、これに実施例１と同様にして窒化層を形成
した。他方、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）
の微粉末をナフサに分散（濃度１０重量％）させた分散
液を用意した。つぎに、この分散液に上記窒化層の形成
されたタツピングドリルねじを浸漬し、ナフサ溶剤を揮
散させたのち、加熱炉（図示せず）に入れ、３６０〜３
８０℃で焼成しフツ素樹脂被膜（厚み５μｍ）を形成し
た。

【００２４】得られた実施例品について、ＪＩＳにもと
づくねじ込みテストおよび塩水噴霧試験を行つた結果、
それぞれ実施例１品，実施例２品と同様の成績が得られ
た。

【００２５】なお、上記の実施例では、いずれも窒化処
理に先立つてＮＦ₃ガスで前処理をしているが、これに
代えてＢＦ₃，ＣＦ₄，ＨＦ，ＳＦ₆，Ｆ₂，ＣＨ₂Ｆ
_{2 ,}ＣＨ₃Ｆ，Ｃ₂Ｆ₆，ＷＦ₆，ＣＨＦ₃，ＳｉＦ₄
等の単独もしくは混合物からなるものを用いてもよい
し、これらの少なくとも一つとＮＦ₃とを併用してもよ
い。また、フツ素系ガスとしては、上記のガスだけでは
なく、ＢＦ₃，ＣＦ₄，ＨＦ，ＳＦ₆，Ｃ₂Ｆ₆，ＷＦ
₆，ＣＨＦ₃，ＳｉＦ₄等のＦを含む化合物を熱クラツ
キング装置に導入し、分解生成したＦ₂を用いるように
してもよい。上記ＢＦ₃等の化合物をクラツキングして
用いる場合は、加熱冷却炉の手前側にクラツキング装置
を設け、上記化合物を熱クラツキングしたのち、Ｎ₂と
混合し、加熱冷却炉に導入することが行われる。本発明
におけるフツ素系ガスには、上記のようにして分解生成
したＦ₂も含まれる。このようなフツ素ガス雰囲気下
（ガス濃度は０．０５〜２０重量％、好適なのは２〜７
重量％、より好適なのは３〜５重量％）で上記ステンレ
ス材を１５０〜６００℃、好適には３００〜５００℃の
温度に加熱保持して鋼材表面を処理したのち、公知の窒
化用ガス、例えばアンモニアを用いて窒化処理（または
浸炭窒化処理）が行われる。なお、このようにＮＦ₃等
のフツ素系ガスで前処理せずに、直接窒化層を形成する
ようにしても差し支えはない。また、上記の実施例で
は、メツキ被膜を電気メツキ法によるニツケル−亜鉛メ
ツキと光沢クロメートメツキとによつて形成している
が、上記ニツケル−亜鉛メツキに代えて無電解ニツケル
メツキを用いてもよい。また、光沢クロメートメツキを
取り止め、ニツケル−亜鉛メツキまたは亜鉛メツキない
しは錫メツキもしくは無電解ニツケルメツキのみでメツ
キ被膜を構成するようにしても差し支えはない。なお、
メツキ法としては電気メツキ，溶融メツキ，無電解メツ
キ法等を広く利用することができる。また、上記樹脂被
膜は単層のみでなく、２種以上の樹脂被膜を重ねた複合
層であつてもよい。また、被膜形成に使用する樹脂は、
単独重合体のみならず前記例示の樹脂の共重合体であつ
ても差し支えはない。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、この発明のオーステイナ
イト系ステンレス製硬質ねじは、表面層が窒化層に形成
されていることから、表面硬度が極めて大でありねじ込
み等に際して好適である。特に、表面層がメツキ被膜で
被覆されており、そのメツキ被膜の潤滑作用により上記
ねじ込み性の大幅な改善を実現できるようになる。しか
も、上記メツキ被膜によつて錆易い窒化層が外気から遮
断され、したがつて、湿潤雰囲気下で長期間保管する場
合における錆の発生が防止できるようになる。また、メ
ツキ被膜により光沢が付与されることから、外観もステ
ンレス材と同様光沢のある状態となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に用いる熱処理炉の構成図である。

【図２】この発明の一実施例のねじ山の倍率５００倍の
断面電子顕微鏡写真を模式的に示す図である。

【図３】この発明の対象となるねじの説明図である。

【図４】この発明の対象となるねじの説明図である。

【図５】この発明の対象となるねじの説明図である。

【符号の説明】

Ａ金属素地Ｂ窒化層Ｃメツキ被膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者仙北谷春男大阪府富田林市藤沢台１丁目３−306−404 (72)発明者北野憲三大阪府河内長野市小山田町1498−１ (72)発明者湊輝男和歌山県橋本市城山台３丁目38−２

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】オーステイナイト系ステンレス材製のね
じ本体の表面層が窒化層に形成され、この表面層がメツ
キ被膜または樹脂被膜で被覆されてなるオーステイナイ
ト系ステンレス製硬質ねじ。【請求項２】メツキ被膜が、亜鉛メツキ被膜，ニツケ
ル−亜鉛メツキ被膜またはスズメツキ被膜上に光沢クロ
メート被膜が積重形成されて構成されている請求項１記
載のオーステイナイト系ステンレス製硬質ねじ。