JP6067990B2 - Screw parts and equipment using screw parts - Google Patents
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Description
本発明は、一般的には、ボルト、ナット、タップ、ねじ式蓋（スクリューキャップ等）及びねじ等を含むねじ部品、並びに、このねじ部品を使用した部品、部材及び装置に関する。本発明は、具体的には、非晶質炭素膜を形成したねじ部品、及び、このねじ部品を使用した部品、部材及び装置に関する。 The present invention generally relates to screw parts including bolts, nuts, taps, screw-type lids (screw caps and the like) and screws, and parts, members, and apparatuses using the screw parts. More specifically, the present invention relates to a screw part in which an amorphous carbon film is formed, and parts, members, and apparatuses using the screw part.
今日、ボルト、ナット及びタップ等を含むねじ部品として、各産業分野から装飾分野に至るあらゆる産業分野において、様々な機能、形状及び材質を有するもの、さらには、様々な表面処理を施したものが知られている。例えば、特開２００８−２１４６６６号公報（特許文献１）では、ねじ部品の表面にカーボンナノ材料及び亜鉛成分を含有する低摩擦性の被覆層を形成することが提案されている。 Today, screw parts including bolts, nuts, taps, etc., have various functions, shapes and materials in various industrial fields from various industrial fields to decorative fields, and those with various surface treatments. Are known. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-214666 (Patent Document 1) proposes forming a low-friction coating layer containing a carbon nanomaterial and a zinc component on the surface of a screw component.
例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等の軟質金属により構成されたタップに、金属により構成されたボルトを取り付ける際には、ボルトのねじ部をそのねじ先からタップのねじ部に締め込んでいく。しかしながら、ボルトのねじ部と（軟質金属により構成された）タップのねじ部とが激しく凝着し、これにより、ボルトは、締め込み完了位置（ボルトがタップに完全に締め込まれた状態における位置）まで達する以前にタップに固着してしまうことが多い。さらには、タップに締め込んだボルトが凝着により全く緩まなくなりタップから取り外せなくなる現象も多発している。 For example, when a bolt made of a metal is attached to a tap made of a soft metal such as aluminum or an aluminum alloy, the screw portion of the bolt is tightened from the screw tip into the screw portion of the tap. However, the threaded part of the bolt and the threaded part of the tap (made of soft metal) are strongly adhered to each other, so that the bolt is completely tightened (position where the bolt is completely tightened to the tap). ) Often sticks to the tap before reaching. In addition, there is a frequent phenomenon that the bolts tightened in the tap are not loosened by adhesion and cannot be removed from the tap.
そこで、本実施の形態により、締め込み及び取り外しを円滑に行うことが可能なねじ部品を提供する。 Therefore, according to the present embodiment, a screw component that can be smoothly tightened and removed is provided.
一実施形態に係るねじ部品は、座面を有する頭部と該頭部に結合された円筒状の軸部とを含むねじ部品であって、前記座面及び前記軸部のうちの少なくとも一方に非晶質炭素膜が形成されたものである。
一実施形態に係るねじ部品は、前端から後端まで延びる穴が形成されたねじ部品であって、前記穴を囲む内壁に形成されたねじ部に少なくとも部分的に非晶質炭素膜が形成されたものである。
A screw component according to an embodiment is a screw component including a head portion having a seat surface and a cylindrical shaft portion coupled to the head portion, and at least one of the seat surface and the shaft portion. An amorphous carbon film is formed.
A screw component according to an embodiment is a screw component in which a hole extending from a front end to a rear end is formed, and an amorphous carbon film is formed at least partially on a screw portion formed on an inner wall surrounding the hole. It is a thing.
本実施の形態により、締め込み及び取り外しを円滑に行うことが可能なねじ部品を提供することができる。 According to the present embodiment, it is possible to provide a screw component that can be smoothly tightened and removed.
以下、様々な実施形態を適宜図面を参照して説明する。
以下の実施形態では、おねじ部品の具体例としてボルトを用い、めねじ部品の具体例としてタップ又はナットを用いる場合について説明する。
Hereinafter, various embodiments will be described with reference to the drawings as appropriate.
In the following embodiments, a case will be described in which a bolt is used as a specific example of a male screw component and a tap or a nut is used as a specific example of a female screw component.
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るねじ部品の構成を示す図である。具体的には、図１（ａ）は、実施形態１に係るボルト１０の構成を示す側面図であり、図１（ｂ）は、実施形態１に係るタップ２０の構成を示す断面図であり、図１（ｃ）は、実施形態１に係るナット３０の構成を示す断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a screw component according to Embodiment 1 of the present invention. Specifically, FIG. 1A is a side view showing the configuration of the
図１（ａ）に示すように、ボルト１０は、六角柱状の頭部１２と、頭部１２に結合された円筒状の軸部（首下）１４と、を含む。頭部１２は、軸部１４の延設方向に直行する方向に延びる座面１２ａを有する。軸部１４は、その外面において螺旋状に延びるねじ部１４ａを有する。
As shown in FIG. 1A, the
図１（ｂ）に示すように、タップ２０は、各種各様な基材の任意の部位に形成される。タップ２０は、内部に一端２２ａから他端２２ｂまで延びる穴２２を有する。穴２２を囲む内壁には、ねじ部２４が形成されている。なお、穴を囲む内壁のうちの少なくとも一部にねじ部が形成されていない部分があってもよい。タップ２０のねじ部２４にボルト１０のねじ部１４ａを係合させることにより、タップ２０にボルト１０が取り付けられる。
As shown in FIG.1 (b), the
図１（ｃ）に示すように、ナット３０は、筒状の部材を有する。ナット３０は、内部に一端３２ａから他端３２ｂまで延びる穴３２を有する。穴３２を囲む内壁には、ねじ部３４が形成されている。なお、ナットとしては、図１（ｃ）に示したような貫通した穴３２を有するナットだけでなく、貫通しない穴を有する袋ナット等をも用いることができる。ナット３０のねじ部３４にボルト１０のねじ部１４ａを係合させることにより、ナット３０にボルト１０が取り付けられる。
As shown in FIG.1 (c), the
ボルト１０、タップ２０（ナット３０）を構成する材料は、次のようにして選択してもよい。本実施形態では、ボルト１０のねじ部とタップ２０（ナット３０）のねじ部との間に凝着が生じることを防止するという観点から、ボルト１０及びタップ２０（ナット３０）のうち少なくとも一方がアルミニウム、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の軟質金属により構成され、これらのうち他方が任意の金属（軟質金属を含む）により構成される。例えば、ボルト１０が軟質金属により構成される場合には、タップ２０（ナット３０）は、任意の金属により構成される一方、タップ２０（ナット３０）が軟質金属により構成される場合には、ボルト１０は、ステンレス鋼を含む任意の金属により構成される。
You may select the material which comprises the volt |
本発明者は、まず、ボルト１０、タップ２０及びナット３０といったねじ部品の表面に非晶質炭素膜を形成することに着目した。非晶質炭素膜は、硬く、耐摩耗性に優れ、小さい摩擦係数を有し、凝着防止性を有するものであるので、このような非晶質炭素膜をねじ部品の表面に形成することにより、油等の潤滑剤を必要とすることなく、ねじ部品の締め込み及び取り外しを円滑に行うことができる。また、非晶質炭素膜は、他の硬質表面処理を用いた場合に比べて、相手攻撃性が低い。よって、本実施形態に係る非晶質炭素膜と摺動摩擦する相手材（例えばボルト１０のねじ部に非晶質炭素膜が形成される場合は、ボルト１０のねじ込まれるタップ２０及びナット３０のねじ部）の摩滅や「かじり」などの破壊を防止することができる。
The inventor first focused on forming an amorphous carbon film on the surface of screw parts such as the
また、本発明者は、さらに考えを進めて、小さい摩擦係数を有する非晶質炭素膜が形成されたねじ部品が、相手方のネジ部品に締め付けられた後、自立条件を失って緩むという問題をも考慮した。
本発明者は、ねじ部品のねじ部のうち、相手方のねじ部品のねじ部に対して長い距離を摺動する部分は、小さい摩擦係数及び凝着防止性が必要とされる部分であるため、この部分の表面には非晶質炭素膜を形成することに着目した。一方、本発明者は、ねじ部品のねじ部のうち、相手方のねじ部品のねじ部に対して短い距離しか摺動しない部分は、ねじ部品が締め込み完了位置（ねじ部品が相手方のねじ部品に完全に締め込まれた状態における位置）又はこの位置の近くにあるときにのみ、相手方のねじ部品のねじ部と係合する部分であるため、この部分の表面には非晶質炭素膜を形成せずに、この部分を緩みを抑える部分として利用することに着目した。
In addition, the present inventor has further considered that the screw part formed with the amorphous carbon film having a small friction coefficient loses the self-supporting condition and is loosened after being tightened to the other screw part. Also considered.
The inventor of the present invention has a portion that slides a long distance with respect to the threaded portion of the other threaded part of the threaded part of the threaded part because a small coefficient of friction and anti-adhesion properties are required. We focused on forming an amorphous carbon film on the surface of this part. On the other hand, the present inventor found that the screw part of the screw part that slides only a short distance with respect to the screw part of the other screw part is in a position where the screw part is tightened (the screw part becomes the other screw part). This is the part that engages with the threaded part of the other threaded part only when it is in the fully tightened position) or near this position, so an amorphous carbon film is formed on the surface of this part. Instead, we focused on using this part as a part to suppress loosening.
具体的には、図１（ａ）に示したボルト１０を例にとると、ねじ部１４ａのうち領域Ｂ１は、相手方のねじ部品のねじ部（例えば、タップ２０のねじ部２４及びナット３０のネジ部３４）に対して長い距離を摺動する部分であるので、この領域Ｂ１の表面には、非晶質炭素膜が形成される。一方、ねじ部１４ａのうち領域Ａ１は、相手方のねじ部品のねじ部に対して短い距離しか摺動しない部分であるので、この領域Ａ１の表面は、非晶質炭素膜が形成されない（非晶質炭素膜の存在しない）露出表面とされる。
なお、領域Ａ１は、所定の幅だけねじ部１４ａを周方向全体にわたって含む領域であってもよいし、所定の幅だけねじ部１４ａを周方向の一部分のみにわたって含む領域であってもよい。
Specifically, taking as an example the
The region A 1 may be a region including throughout the threaded
これにより、ねじ部１４ａのうちの大部分を占める領域Ｂ１は、非晶質炭素膜が形成されている領域であるので、小さい摩擦係数及び凝着防止性を有することにより、ボルト１０は、タップ２０及びナット３０に対する締め込み完了位置に至るまで、凝着を起こすことなく円滑に締め込まれる。一方、ねじ部１４ａのうち領域Ａ１は、大きい摩擦係数及び軟質金属凝着性を有することにより、ボルト１０をタップ２０及びナット３０に緩みなく固定することに寄与する。
Accordingly, the region B 1 occupying most of the threaded
また、ねじ部１４ａにおける領域Ａ１に代えて、又は、領域Ａ１とともに、座面１２ａに非晶質炭素膜の存在しない露出表面が形成されてもよい。例えば、座面１２ａに露出表面Ａ２が形成されてもよい。この露出表面は、ボルト１０が締め込み完了位置にあるときに、何らかの物体（ボルト１０とタップ２０又はナット３０との間に位置する物体）と当接している。これらの露出表面は、大きい摩擦係数及び軟質金属凝着性を有することにより、ボルト１０をタップ２０及びナット３０に緩みなく固定することに寄与する。
なお、領域Ａ２は、六角形状の外縁を有する環状の座面１２ａ全体を含む領域であってもよいし、座面１２ａの一部分のみを含む領域であってもよい。
Further, instead of the area A 1 in the
The region A 2 may be a region including the entire
なお、図１（ａ）には、軸部１４の全体にわたってねじ部１４ａが形成されたボルト１０が一例として示されているが、軸部１４の一部に、非ねじ部（ねじが形成されていない領域）が形成されたボルトを用いることもできる。非ねじ部は、一般的には、座面１２ａとねじ部１４ａとの間に配置される。この場合、非ねじ部のうち、ねじ部１４ａと隣接する部分、及び、座面１２ａに隣接する部分等に、露出表面が形成されるようにしてもよい。かかる露出表面もまた、このボルトを相手方のねじ部品に緩みなく固定することに寄与する。
In FIG. 1A, the
他方、図１（ｂ）に示したタップ２０を例にとると、ねじ部２４のうち穴２２の前端２２ａに隣接する領域Ｂ２は、相手方のねじ部（例えば、ボルト１０のねじ部１４ａ）に対して長い距離を摺動する部分であるので、この領域Ｂ２の表面には、非晶質炭素膜が形成される。一方、ねじ部２４のうち領域Ａ４は、相手方のねじ部品のねじ部に対して短い距離しか摺動しない部分であるので、この領域Ａ４の表面は、露出表面とされる。
なお、領域Ａ４は、所定の幅だけねじ部２４を周方向全体にわたって含む領域であってもよいし、所定の幅だけねじ部２４を周方向の一部分のみにわたって含む領域であってもよい。
On the other hand, when the
The region A4 may be a region including the
これにより、ねじ部２４のうちの大部分を占める領域Ｂ２は、非晶質炭素膜が形成されている領域であるので、小さい摩擦係数及び凝着防止性を有することにより、ボルト１０は、ナット２０に対する締め込み完了位置に至るまで、凝着を起こすことなく円滑に締め込まれる。一方、ねじ部２４のうち領域Ａ４は、大きい摩擦係数及び軟質金属凝着性を有することにより、ボルト１０をタップ２０に緩みなく固定することに寄与する。
Accordingly, the area B 2 occupying most of the threaded
同様に、図１（ｃ）に示したナット３０を例にとると、ねじ部３４のうち貫通穴３２の前端３２ａに隣接する領域Ｂ３は、相手方のねじ部（例えば、ボルト１０のねじ部１４ａ）に対して長い距離を摺動する部分であるので、この領域Ｂ３の表面には、非晶質炭素膜が形成される。一方、ねじ部３４のうち領域Ａ５は、相手方のねじ部品のねじ部に対して短い距離しか摺動しない部分であるので、この領域Ａ５の表面は、露出表面とされる。
なお、領域Ａ５は、所定の幅だけねじ部３４を周方向全体にわたって含む領域であってもよいし、所定の幅だけねじ部３４を周方向の一部分のみにわたって含む領域であってもよい。
Similarly, taking the
The region A 5 are, it may be a region including throughout the threaded
これにより、ねじ部３４のうちの大部分を占める領域Ｂ３は、非晶質炭素膜が形成されている領域であるので、小さい摩擦係数及び凝着防止性を有することにより、ボルト１０は、ナット３０に対する締め込み完了位置に至るまで、凝着を起こすことなく円滑に締め込まれる。一方、ねじ部３４のうち領域Ａ５は、大きい摩擦係数及び軟質金属凝着性を有することにより、ボルト１０をナット３０に緩みなく固定することに寄与する。
Accordingly, the region B 3 which occupies most of the threaded
なお、ボルト１０、タップ２０及びナット３０における露出表面（非晶質炭素膜の存在しない表面）の位置及び面積については、ボルト１０の締め込み及び取り外しを円滑に行うことを優先させるか、又は、ボルト１０の緩みを防止することを優先させるかに応じて、適宜調整することができる。例えば、前者を優先させる（後者を優先させる）場合には、各露出表面の面積を大きく（小さく）することができる。
As for the position and area of the exposed surface (surface where the amorphous carbon film does not exist) in the
さらに、一般的には、同種の物質同士を摺動させると高い摩擦抵抗が発生するが、非晶質炭素膜同士が摺動しても凝着の発生や摩擦係数の上昇は極めて低いため、例えばボルト１０に対してタップ２０またはナット３０のそれぞれにおける非晶質炭素膜の存在する面同士を係合、当接させるように用いることも可能である。この場合、非晶質炭素膜が形成された部分について、耐摩耗性や耐薬品性などもあわせて一層向上させることができる。
Furthermore, generally, when sliding the same kind of materials, high frictional resistance is generated, but even if the amorphous carbon film slides, the occurrence of adhesion and the increase in the friction coefficient are extremely low. For example, the surfaces of the
また、ボルト１０、タップ２０及びナット３０における露出表面以外の表面については、全表面に非晶質炭素膜が形成されるようにしてもよいし、それぞれのねじ部の表面のみに非晶質炭素膜が形成されるようにしてもよい。
Further, with respect to the surfaces other than the exposed surfaces of the
本実施形態に係るねじ部品を構成する材料としては、ステンレス鋼、鉄鋼、焼入れ鋼、チタン、アルミニウムなどの各種金属、チタン合金、アルミニウム合金、真鍮などの各種金属合金、ＷＣなどの超硬合金など、チタニア、ジルコニア、アルミナなどの各種セラミクス、ガラス材料、ナイロン、ＰＶＣ、ピーク材、エポキシなどの各種樹脂材料、ＦＲＰ、炭素繊維などからの成型品など各種各様の素材を用いることが可能である。 As materials constituting the screw component according to the present embodiment, various metals such as stainless steel, steel, hardened steel, titanium and aluminum, various metal alloys such as titanium alloy, aluminum alloy and brass, cemented carbide such as WC, etc. Various materials such as various ceramics such as titania, zirconia, and alumina, glass materials, various resin materials such as nylon, PVC, peak materials, and epoxy, molded products from FRP, carbon fiber, etc. can be used. .
本実施形態に係る非晶質炭素膜は、ねじの用途や相手材の材質、使用される環境等の必要性に応じて適宜、様々な公知のプロセス、公知の原材料により任意の膜厚、膜硬度にて形成することが可能である。 The amorphous carbon film according to the present embodiment has an arbitrary film thickness and film according to various known processes and known raw materials as appropriate according to the use of the screw, the material of the counterpart material, and the environment used. It is possible to form with hardness.
例えば、プラズマＣＶＤ方式であれば、真空排気された反応容器に基材を配置し、後にアセチレンなどの炭化水素系の原料ガスを所定の圧力、流量で反応容器内に導入し、該基材に電圧を印加することで反応容器内壁と基材との間に電界を形成することで導入された炭化水素系のガスをプラズマ状態に乖離、励起させ、以って発生した炭素イオンや炭素ラジカルを電界による加速誘導や拡散を利用して基材に堆積、反応させるなどの手法である。 For example, in the case of a plasma CVD method, a substrate is placed in a reaction vessel that has been evacuated, and a hydrocarbon-based source gas such as acetylene is introduced into the reaction vessel at a predetermined pressure and flow rate, and By applying a voltage, the hydrocarbon gas introduced by forming an electric field between the inner wall of the reaction vessel and the substrate is separated into a plasma state and excited, and the generated carbon ions and carbon radicals are excited. It is a technique of depositing and reacting on a substrate using acceleration induction or diffusion by an electric field.
また、本実施形態の非晶質炭素膜は、必ずしもｓｐ3混成軌道を持つ炭素とｓｐ2混成軌道を持つ炭素とが混在するアモルファス構造を有する炭素系材料からなる膜（所謂、ダイヤモンド様炭素膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、ＤＬＣ膜など）である必要はなく、グラファイト様非晶質炭素膜やポリマー状に形成された非晶質炭素膜などであってもよい。 The amorphous carbon film of the present embodiment is not necessarily a film made of a carbon-based material having an amorphous structure in which carbon having sp 3 hybrid orbitals and carbon having sp 2 hybrid orbitals are mixed (so-called diamond-like carbon film). A diamond-like carbon film, a DLC film, etc.), and may be a graphite-like amorphous carbon film or an amorphous carbon film formed in a polymer form.
さらに本実施形態の非晶質炭素膜は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒその他の各種金属元素、ＳｉＯ２やＴｉＯ２その他の金属酸化物、イオウ、水素、酸素、窒素、ボウ素、フッ素、アルゴン、キセノン、その他様々な元素のいずれかを含むものもであっても適宜使用することができる。 Furthermore, the amorphous carbon film of the present embodiment includes Si, Ti, Zr and other various metal elements, SiO 2 and TiO 2 and other metal oxides, sulfur, hydrogen, oxygen, nitrogen, boron, fluorine, argon and xenon. Even those containing any of various other elements can be used as appropriate.
さらにまた、本実施形態に係るねじ部品は、非晶質炭素膜を形成する前に、反応性プラズマ処理によりクリーニングや表層の活性化がされていても良い。例えばＡｒガスプラズマにて基材の表層を予めクリーニングする場合や、窒素プラズマにて基材表層を窒化する場合などである。また、ねじ部品の前処理として電解研磨処理やバフ研磨、エッチングやブラスト処理による粗化処理などの処理が行われていてもよい。本実施形態に係る非晶質炭素膜は、基材であるねじ部表層に単層で形成されてもよく、また、硬度や各種含有元素を基材であるねじ部側から表層に向かって傾斜的に形成しても良く、前記多様な各種非晶質炭素膜との複合層（多層積層等）で形成されても良く、Ｎｉめっき、亜鉛めっき、銅めっき、銀めっき、金めっき、ロシウムめっき、Ｎｉ−Ｃｏめっき、Ｎｉ−Ｗめっきなどの各種合金めっきなどの様々なめっき皮膜、黒染め皮膜、クロメート処理などの化成皮膜や、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣｒＮその他様々なプラズマプロセス等による硬質膜など他種皮膜を、ねじ基材と本実施形態の非晶質炭素膜の中間層として形成してもかよい。なお、本実施形態に係る非晶質炭素膜の表層にさらに他の被膜や潤滑剤などを形成、塗布することも、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で可能である。 Furthermore, the screw component according to the present embodiment may be cleaned or activated by a reactive plasma treatment before the amorphous carbon film is formed. For example, when the surface layer of the substrate is cleaned in advance with Ar gas plasma, or when the substrate surface layer is nitrided with nitrogen plasma. Further, as a pretreatment of the threaded part, a process such as an electrolytic polishing process, a buffing process, a roughening process by etching or a blast process may be performed. The amorphous carbon film according to this embodiment may be formed as a single layer on the surface of the threaded portion that is the base material, and the hardness and various contained elements are inclined from the threaded portion side that is the base material toward the surface layer. It may be formed as a single layer, or may be formed as a composite layer (multi-layer lamination, etc.) with the various amorphous carbon films, Ni plating, zinc plating, copper plating, silver plating, gold plating, and rhodium plating. Various plating film such as various alloy plating such as Ni-Co plating and Ni-W plating, black dyeing film, chemical conversion film such as chromate treatment, TiN, TiC, TiAlN, AlN, SiC, CrN and other various plasma processes Other types of film such as a hard film may be formed as an intermediate layer between the screw base material and the amorphous carbon film of the present embodiment. Note that it is possible to form and apply other coatings, lubricants, and the like on the surface layer of the amorphous carbon film according to the present embodiment without departing from the spirit of the present disclosure.
（実施例）
試料として、ステンレス鋼製のＭ４規格のボルト（首下長さ１０ｍｍ）を６本用意した。ステンレス鋼製の四角形状の板（１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１ｍｍ）に３箇所穴を開け、それぞれの穴にＭ４雌ねじをタップ加工した。この３つの穴に準備したボルト６本のうちの３本をそれぞれねじ込んだ。各ボルトは、その座面が上記板の上面に当接するまでねじ込まれた。イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を入れた超音波洗浄装置において前記ボルト３本がそれぞれ座面までねじ込まれたステンレス鋼板を１０分間超音波洗浄した後、高圧ＤＣマイクロパルスプラズマＣＶＤ装置の反応容器内に設置した。
(Example)
As samples, six M4 standard bolts (length under the neck of 10 mm) made of stainless steel were prepared. Three holes were made in a stainless steel square plate (100 mm × 100 mm, thickness 1 mm), and M4 female screws were tapped into each hole. Three of the six bolts prepared in these three holes were screwed respectively. Each bolt was screwed in until its seating surface was in contact with the top surface of the plate. In an ultrasonic cleaning apparatus containing isopropyl alcohol (IPA), a stainless steel plate having the three bolts screwed to the seating surface was ultrasonically cleaned for 10 minutes, and then placed in a reaction vessel of a high-pressure DC micropulse plasma CVD apparatus. .
反応容器を１×１０−３Ｐａまで減圧した後、Ａｒガスを流量３０ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａに調整し、印加電圧−３.５ｋＶｐにて１０分間、該ステンレス鋼板のクリーニングを行った。Ａｒガスを排気した後、トリメチルシランガスを流量３０ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａに調整し、印加電圧−４.５ｋＶｐにて５分間、該ステンレス鋼板への非晶質炭素膜の密着用下地層を形成した。その後、トリメチルシランガスを排気した後、アセチレンガスを流量３０ＳＣＣＭ、ガス圧２Ｐａに調整し、印加電圧−５ｋＶｐにて５分間、該ボルトのねじ込まれたステンレス鋼板に非晶質炭素膜を形成した。 After reducing the pressure of the reaction vessel to 1 × 10 −3 Pa, Ar gas was adjusted to a flow rate of 30 SCCM and a gas pressure of 2 Pa, and the stainless steel plate was cleaned at an applied voltage of −3.5 kVp for 10 minutes. After exhausting the Ar gas, the trimethylsilane gas was adjusted to a flow rate of 30 SCCM and a gas pressure of 2 Pa, and an underlayer for adhesion of the amorphous carbon film to the stainless steel plate was formed at an applied voltage of −4.5 kVp for 5 minutes. Then, after exhausting trimethylsilane gas, the acetylene gas was adjusted to a flow rate of 30 SCCM and a gas pressure of 2 Pa, and an amorphous carbon film was formed on the stainless steel plate into which the bolt was screwed in at an applied voltage of -5 kVp for 5 minutes.
ボルトのねじ込まれたステンレス鋼板を真空装置からを取り出し、３本のボルトをステンレス鋼板から取り外した。このようにして得られた実施例に係るボルトは、座面、及びねじ部のうち座面からステンレス鋼板の１ｍｍの厚さに該当する部分には、非晶質炭素膜は形成されていない。このように、本実施形態のボルトに対する非晶質炭素膜形成の一実施形態として、必要な厚みの金属板等にボルト軸部のねじ部に対応する貫通したタップを形成し、該金属板のタップ部に本実施形態のボルトを該ボルトの軸部のねじ先付近（非晶質炭素膜を形成する部分）が露出するように未成膜部分の必要な位置までねじ込んで固定し、その後非晶質炭素膜を該金属板含め固定された実施形態のボルトに一括形成することにより、使用した金属板の厚みの範囲と、固定したボルトの位置により所望の非晶質炭素膜の未形成部分を簡単に本実施形態のボルトに形成することができる。また、本実施形態のボルト座面の一部に非晶質炭素膜を形成しないものを作成するには、例えば金属板に該ボルトの軸ねじ部の直径より大きく、かつ該ボルトの頭部座面直径より小さい径の穴（ボルト頭部が通り抜けない穴の大きさでボルトを座面部分にて保持固定可能な穴であり、穴形状は丸形、楕円形、三角形、四角形、星型などその他多角形、その他任意の形状を選択可能）を形成し、該穴に該ボルトを金属板上部方向からねじ先を下方向に向けて貫通させ、該ボルト座面と金属板の一部が接触するように保持固定し、該金属板及び該ボルト含めた全体に非晶質炭素膜を一括形成することでボルトの座面に非晶質炭素膜の未成膜部を簡単に形成することができる。
さらには、本発明の他の実施形態として、各種のマスキングテープ、型紙などを使用しねじ部品にマスキングを行い非晶質炭素膜の成膜部と未成膜部を形成する方法も可能である。
最初に用意した６本のボルトのうち、非晶質炭素膜が形成されていない３本のボルトを比較例とした。
次に、アルミニウム合金Ａ５０５２材により、縦５０ｍｍ、横２００ｍｍ、厚さ３０ｍｍの板に６箇所、深さ１５ｍｍの穴をボール盤にて空け、Ｍ４のタップ加工を１５ｍｍ行った。このアルミニウム合金の板をＩＰＡにて１０分間超音波洗浄することにより、タップの中に存在していた切削粉等を除去した。これら６つのタップに実施例に係る３本のボルト及び比較例に係る３本のボルトを締め付けた。
実施例に係る３本のボルトは、その座面が基材と摩擦するまでタップに締め付けることができた。しかしながら、比較例に係る３本のボルトは、すべて、その座面が基材に当接する前に、タップに強固に固着してしまい、それ以上タップに締め込むことができなくなった。これは、アルミニウム凝着に起因する現象であると思われる。
The stainless steel plate into which the bolts were screwed out was taken out of the vacuum apparatus, and three bolts were removed from the stainless steel plate. In the bolt according to the example thus obtained, the amorphous carbon film is not formed on the seat surface and the portion corresponding to the thickness of 1 mm of the stainless steel plate from the seat surface in the threaded portion. As described above, as an embodiment of the amorphous carbon film formation for the bolt of the present embodiment, a tap that penetrates the screw portion of the bolt shaft portion is formed on a metal plate or the like having a necessary thickness, and the metal plate The bolt of this embodiment is screwed and fixed to the required position of the non-deposited portion so that the vicinity of the screw tip (the portion where the amorphous carbon film is formed) is exposed to the tap portion, and then amorphous. By forming the carbonaceous film on the bolts of the embodiment including the metal plate, the desired amorphous carbon film is not formed depending on the thickness range of the used metal plate and the position of the fixed bolt. The bolt of this embodiment can be easily formed. In addition, in order to create a bolt seat surface of this embodiment that does not form an amorphous carbon film, for example, a metal plate is larger than the diameter of the axial thread portion of the bolt, and the head seat of the bolt A hole with a diameter smaller than the surface diameter (a bolt with a size that does not allow the bolt head to pass through, and is capable of holding and fixing the bolt at the seating surface. The hole shape is round, oval, triangle, quadrangle, star, etc. Other polygons and other arbitrary shapes can be selected), and the bolt is passed through the hole from the upper direction of the metal plate with the screw tip facing downward, and the bolt seat surface and a part of the metal plate are in contact with each other The amorphous carbon film can be easily formed on the bearing surface of the bolt by forming and holding the metal plate and the bolt together to form an amorphous carbon film. .
Furthermore, as another embodiment of the present invention, a method of masking a threaded part using various masking tapes, paper patterns, etc. to form a film-formed part and an unfilmed part of an amorphous carbon film is also possible.
Of the six bolts prepared first, three bolts without an amorphous carbon film were used as comparative examples.
Next, with aluminum alloy A5052, the hole of 15 mm in depth was drilled with a drilling machine on the plate of 50 mm in length, 200 mm in width, and 30 mm in thickness, and the M4 tapping was performed 15 mm. The aluminum alloy plate was ultrasonically cleaned with IPA for 10 minutes to remove cutting powder and the like present in the tap. Three bolts according to the example and three bolts according to the comparative example were fastened to these six taps.
The three bolts according to the example could be tightened to the tap until the seat surface rubs against the base material. However, all the three bolts according to the comparative example were firmly fixed to the tap before the seating surface contacted the base material, and could not be tightened to the tap any more. This seems to be a phenomenon caused by aluminum adhesion.
このように、本実施形態によれば、ねじ部品のねじ部のうち相手方のねじ部品のねじ部に対して長い距離を摺動する部分は、非晶質炭素膜を付与されることにより、滑らかに摺動しかつ凝着を防止する部分として作用する一方、ねじ部品のねじ部のうち相手方のねじ部品のねじ部に対して短い距離しか摺動しない部分は、非晶質炭素膜を付与されないことにより、ねじ部品が相手方のねじ部品から緩むことを防止する部分として作用する。また、ねじ部品のうち、このねじ部品が相手方のねじ部品に対して完全に締め込まれた状態にあるときに他の物体と当接する部分は、非晶質炭素膜を付与されないことにより、このねじ部品が相手方のねじ部品から緩むことを防止する部分として作用する。したがって、本実施形態に係るねじ部品は、相手方のねじ部品に円滑に締め込まれ、相手方のねじ部品から円滑に取り外され、さらに、相手方のねじ部品に対して完全に締め込まれた状態においても緩むことなく固定される。 Thus, according to the present embodiment, the portion of the threaded portion of the threaded component that slides a long distance relative to the threaded portion of the counterpart threaded component is smoothened by being provided with the amorphous carbon film. The part of the threaded part of the threaded part that slides only a short distance relative to the threaded part of the other threaded part is not provided with an amorphous carbon film. This acts as a portion that prevents the screw part from loosening from the other screw part. In addition, the portion of the screw component that comes into contact with another object when the screw component is completely tightened with respect to the other screw component is not provided with an amorphous carbon film. It acts as a part that prevents the screw part from loosening from the other screw part. Therefore, the screw component according to the present embodiment is smoothly tightened into the mating screw component, is smoothly removed from the mating screw component, and is further completely tightened into the mating screw component. Fixed without loosening.
さらに、ねじ部品のねじ部に形成された非晶質炭素膜は、撥水性に近い水とのヌレ性を有している。よって、ねじ部品と相手方のねじ部品とが締め付けられた状態で、両方のねじ部の間における隙間に水が浸入することが、逆毛細現象により抑えられる。これにより、各ねじ部品のねじ部に錆が発生するという事態、ひいては、錆の発生に伴うねじ部品の膨張によりねじ部品を取り外すことが困難になるという事態が回避される。
さらに進んで、水や腐食を引き起こす物質の締め付けられたねじ部への進入防止（腐食防止）を検討する場合、通常の非晶質炭素膜に加えて、フッ素等撥水撥油性元素を該膜中に含有させたものや、フッ素材料等を非晶質炭素膜形成後その表層に固定したものも好適に用いることができる。前記非晶質炭素膜にフッ素を含有させること、或いはフッ素樹脂等を該膜の表層に固定することは公知の方法で簡便に行うことが可能である。
Furthermore, the amorphous carbon film formed on the threaded portion of the threaded part has a wettability with water that is close to water repellency. Therefore, intrusion of water into the gap between the screw parts in a state where the screw part and the other screw part are tightened is suppressed by the reverse capillary phenomenon. As a result, a situation in which rust is generated in the screw portion of each screw part, and a situation in which it is difficult to remove the screw part due to expansion of the screw part accompanying the occurrence of rust is avoided.
Further, when considering the prevention of water and corrosion-causing substances from entering the tightened threads (corrosion prevention), in addition to the normal amorphous carbon film, water and oil repellent elements such as fluorine are added to the film. Those contained therein, or those in which a fluorine material or the like is fixed to the surface layer after forming an amorphous carbon film can also be suitably used. Inclusion of fluorine in the amorphous carbon film or fixing of a fluororesin or the like on the surface layer of the film can be easily performed by a known method.
なお、本実施形態では、ねじ部品及びこれに係合する相手方のねじ部品の両方に、非晶質炭素膜の存在しない露出表面が形成される場合について説明したが、ねじ部品及び相手方のねじ部品のうちの一方のみに、露出表面が形成されるようにしてもよい。この場合において、一方のねじ部品がおねじ部品であるときには、座面、及び、軸部におけるねじ部のうちの少なくとも一方に露出表面を形成してもよい。
また、反対に、ねじ部品及び相手方のねじ部品のそれぞれの全体に非晶質炭素膜を形成するようにし、ねじ部品及び相手方のねじ部品のいずれにも露出表面を形成しないようにすることもできる。
In this embodiment, the case where the exposed surface where the amorphous carbon film does not exist is formed on both the screw component and the mating screw component that engages with the screw component. An exposed surface may be formed on only one of them. In this case, when one screw component is a male screw component, an exposed surface may be formed on at least one of the seating surface and the screw portion in the shaft portion.
Conversely, an amorphous carbon film may be formed on the entire screw part and the other screw part, and an exposed surface may not be formed on either the screw part or the other screw part. .
また、本実施形態では、おねじ部品の頭部のタイプが六角である場合について説明したが、おねじ部品の頭部のタイプは、四角、丸、なべ、チーズ、丸平、さら、丸さら、バインド、トラス、ちょうやブレジャ等を含む任意のものとすることができる。
さらには、頭部を有しない棒状の全ねじであっても、本開示の趣旨に適合したものであれば対象とすることができる。例えば、スタット゛ボルトなど、他の基材に埋め込まれて、または、ねじ込まれておねじとして使用される場合や、全ねじの所定の部分にナット、タップ等を固定する用法などである。
また、おねじ部品のねじ先のタイプは、あら先、平先、丸先、棒先、とがり先、くぼみ先、巻き先やみぞ先等を含む任意のものとすることができる。
In this embodiment, the case where the head type of the male screw part is hexagonal has been described. However, the type of the head part of the male screw part is square, round, pan, cheese, round flat, further, round , Bindings, trusses, bows, breakers and the like.
Furthermore, even a rod-like full screw having no head can be used as long as it conforms to the gist of the present disclosure. For example, it is embedded in another base material such as a stud bolt or screwed and used as a male screw, or a method of fixing a nut, a tap or the like to a predetermined part of all screws.
Further, the type of the screw tip of the male screw component may be any one including a tip, a flat tip, a round tip, a rod tip, a pointed tip, a hollow tip, a winding tip, a groove tip, and the like.
さらにまた、本実施形態では、ねじ部品として、ボルト、タップ及びナットを用いた場合について説明したが、小ねじ、四角止めねじ、すわり付き止めねじ、みぞ付き六角ナット、Ｔみぞナット、六角溶接ナット、フランジ付き六角ボルト、Ｔみぞボルト、ころがり軸受用ナット、溶接ボルトや基礎ボルト等を含む様々なねじ部品を用いることができる。 Furthermore, in this embodiment, the case where bolts, taps, and nuts are used as the screw parts has been described. Various screw parts including flanged hexagon bolts, T groove bolts, rolling bearing nuts, welding bolts, foundation bolts and the like can be used.
なお、非晶質炭素膜は生体親和性を有するものであるので、本実施形態に係るねじ部品は、医療用及び歯科用として生体内において使用されるねじ部品としても好適である。 Since the amorphous carbon film has biocompatibility, the screw component according to this embodiment is also suitable as a screw component used in vivo for medical and dental purposes.
本開示は、自動車用エンジンをはじめとするオイル潤滑循環系や、その他各種液体の潤滑、循環系に存在する取り外し式フィルターカートリッチのスクリューキャップ部のおねじ部、めねじ部などや、様々な飲料、その他液体、缶詰めなどの容器の蓋部分を構成するスクリューキャップのおねじ部、めねじ部などにも適用することが可能である。 The present disclosure includes various types of oil lubrication circulation systems including automobile engines, various types of liquid lubrication, removable filter cart rich screw caps in the circulation system, female threads, female threads, etc. The present invention can also be applied to the threaded portion, female threaded portion, etc. of the screw cap that constitutes the lid portion of a container for beverages, other liquids, cans, and the like.
（実施形態２）
例えば、腕時計や携帯端末装置等の装置は、軽量化のために、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽量な軟質金属により構成された筺体を有することが多い。このような筺体は、電池の交換や内部の保守のために、精密ネジ等により固定され、いつでも必要に応じて分解できるような構造を備える必要がある。
(Embodiment 2)
For example, devices such as wristwatches and portable terminal devices often have a casing made of a lightweight soft metal such as an aluminum alloy or a magnesium alloy in order to reduce the weight. Such a casing needs to have a structure that can be fixed with a precision screw or the like and can be disassembled at any time for battery replacement or internal maintenance.
また、ボルトやタップなどのネジ部品は、装置に於ける液体の充填、排出、保管用の「栓」部分として多様されている。例えば、各種発動機、タービン、ポンプ等の摺動部品を構成要素とする装置の潤滑用に使用するオイル用の潤滑経路、オイルパン等への、オイル補充、抜き取り用に繰り返し脱着される構成部分（＝栓）として、ボルト、タップ、スクリューキャップなどのネジ部品が使用される。 Screw parts such as bolts and taps are variously used as “plugs” for filling, discharging and storing liquids in the apparatus. For example, oil lubrication path used for lubrication of equipment that has sliding parts such as various engines, turbines, pumps, etc., oil pans, etc. As (= plug), screw parts such as bolts, taps, and screw caps are used.
前記摺動部品を構成要素とする装置においては装置筺体はアルミニウム合金などの軟質金属の採用により軽量化される場合が多く（例えば自動車用のエンジン）、さらにはその使用上、オイルなどから高圧を受けた状態で常時振動にさらされる場合も多い。 In a device having the sliding component as a component, the device housing is often reduced in weight by using a soft metal such as an aluminum alloy (for example, an engine for an automobile). In many cases, they are constantly exposed to vibration in the received state.
しかしながら、軟質金属で構成された筐体に通常のステンレス鋼等の雄ネジを使用すると、この雄ネジが凝着により筐体に強固に付着し、これにより筐体を分解することや、栓としてのネジ部分（ボルトなど）を脱着することが不可能となることがある。このような事態を回避するためには、通常、凝着を起こしにくいステンレス鋼やチタン合金などの金属や樹脂等により構成される雌ネジをヘリサート加工等により筺体に予め埋め込む必要があるため、装置が複雑かつ高価なものになってしまう。 However, when a normal male screw such as stainless steel is used for a casing made of soft metal, the male screw adheres firmly to the casing by adhesion, thereby disassembling the casing or as a plug. It may be impossible to detach the screw part (bolt, etc.). In order to avoid such a situation, it is usually necessary to pre-embed a female screw made of a metal such as stainless steel or titanium alloy, which is less likely to cause adhesion, or a resin, etc. in the housing by means of helicate processing, etc. Becomes complicated and expensive.
他の対処方法としては、おねじ部品と対応するめねじ部品とのクリアランスを大きく
設計し、ネジ部同士の摩擦時の圧力を減らすことで凝着による固着を防止する方法もあるが、この場合、ネジが自立条件を失って緩む、ねじの締め付け強度が得られないなどの問題を起こすことになる。
As another countermeasure, there is a method of preventing the sticking due to adhesion by designing a large clearance between the male screw part and the corresponding female screw part and reducing the pressure at the time of friction between the screw parts. This will cause problems such as loosening of the screw due to loss of self-supporting conditions and inability to obtain the tightening strength of the screw.
そこで、本実施形態では、上記装置の筺体において用いられるめねじ部品及びこのめねじ部品に係合するおねじ部品として、それぞれ、上記実施形態１において説明しためねじ部品及びおねじ部品が使用される。これにより、めねじ部品とおねじ部品とは凝着を起こすこともなく、両者は円滑に着脱可能となる。また、おねじ部品がめねじ部品に対して完全に締め込まれた状態においても緩むことなく固定される。 Therefore, in the present embodiment, as the female screw component used in the casing of the apparatus and the male screw component engaged with the female screw component, the screw component and the male screw component are used for explanation in the first embodiment, respectively. The As a result, the female screw part and the male screw part do not cause adhesion, and both can be smoothly attached and detached. Further, even when the male screw component is completely tightened with respect to the female screw component, the male screw component is fixed without loosening.
さらに、例えば、装置や構造物の強度を上げるため、装置に梁を形成する場合がある。例えば、棒状の梁の先端（片端）部分に直接切削加工などでねじ形状の加工を施し、該梁自体をボルトとし、装置や構造物の他の構成部分に形成したタップねじ穴に直接該梁のねじ形成部分をねじ込み接合することで、該梁と、該梁がねじ込まれる部材とが、外観上接合用のねじ部品等を使用していない外観に装置や構造物を仕上げることなどが行われる。このようなねじ部についても、本開示を有効に適用することは可能であり、この場合、装置の外観やデザイン性等の工業的付加価値を一層向上させることができる。 Furthermore, for example, in order to increase the strength of the device or structure, a beam may be formed in the device. For example, the tip (one end) of a rod-shaped beam is processed into a screw shape by direct cutting or the like, and the beam itself is used as a bolt, and the beam is directly inserted into a tap screw hole formed in another component of a device or a structure. By screwing and joining the screw forming portions, the beam and the member into which the beam is screwed can be used to finish the device or structure to an appearance that does not use screw parts for joining in appearance. . The present disclosure can be effectively applied to such a thread portion, and in this case, industrial added values such as the appearance and design of the apparatus can be further improved.
１０ ボルト
１２ 頭部
１２ａ 座面
１４ 軸部
１４ａ ねじ部
２０ タップ
２２ 穴
２２ａ 穴の一端
２２ｂ 穴の他端
２４ ねじ部
３０ ナット
３２ 貫通穴
３２ａ 貫通穴の一端
３２ｂ 貫通穴の他端
３４ ねじ部
10
Claims (3)
当該ねじ部品と前記タップまたは前記ナットとの少なくとも一方が軟質金属から成り、
前記ねじ部品が軟質金属から成る場合には、前記タップまたは前記ナットは任意の金属（ただし、前記ねじ部品を構成する軟質金属を除く）により構成され、前記タップまたは前記ナットが軟質金属から成る場合には、前記ねじ部品は任意の金属（ただし、前記タップまたは前記ナットを構成する軟質金属を除く）により構成され、
前記軸部の表面のうちの前記頭部に隣接する領域に非晶質炭素膜の存在しない露出表面が形成され、前記軸部の表面うちの前記露出表面以外の表面に非晶質炭素膜が形成されている、ねじ部品。 A screw part including a head portion having a seating surface and a cylindrical shaft portion coupled to the head portion, and fastened to a tap or a nut;
At least one of the screw component and the tap or the nut is made of a soft metal,
When the screw part is made of a soft metal, the tap or the nut is made of any metal (excluding the soft metal constituting the screw part), and the tap or the nut is made of a soft metal. In the above, the screw part is made of any metal (except the soft metal constituting the tap or the nut),
An exposed surface in which no amorphous carbon film is present is formed in a region adjacent to the head portion of the surface of the shaft portion, and an amorphous carbon film is formed on a surface other than the exposed surface of the surface of the shaft portion. Screw parts that are formed.
当該ねじ部品及び前記ボルトの少なくとも一方が軟質金属から成り、
前記ねじ部品が軟質金属から成る場合には、前記ボルトは任意の金属（ただし、前記ねじ部品を構成する軟質金属を除く）により構成され、前記ボルトが軟質金属から成る場合には、前記ねじ部品は任意の金属（ただし、前記ボルトを構成する軟質金属を除く）により構成され、
前記穴を囲む内壁にねじ部が形成されており、
前記ねじ部のうち前記穴の前記後端に隣接する表面に非晶質炭素膜の存在しない露出表面が形成され、
前記ねじ部のうち前記露出表面以外の表面に非晶質炭素膜が形成されている、ねじ部品。 A threaded part configured to receive a bolt from the front end, wherein a hole extending from the front end to the rear end is formed;
At least one of the screw component and the bolt is made of a soft metal,
When the screw part is made of a soft metal, the bolt is made of any metal (excluding the soft metal constituting the screw part), and when the bolt is made of a soft metal, the screw part is made. Is made of any metal (except the soft metal that constitutes the bolt),
A threaded portion is formed on the inner wall surrounding the hole,
An exposed surface without an amorphous carbon film is formed on the surface of the threaded portion adjacent to the rear end of the hole,
A screw component in which an amorphous carbon film is formed on a surface other than the exposed surface of the screw portion.
An apparatus using the screw component according to claim 1.
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