JPH0533805A - 高硬度・高耐銹性のドリリングタツピンねじ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高硬度で高耐銹性を有するドリリ
ングタッピンねじを提供する。 【構成】 ドリリングタッピンねじの母材が、軸部のビ
ッカース硬さ：２４０以上、表面から２００μｍに亘る
ビッカース硬さ：４００以上であって、該ドリリングタ
ッピン母材の表面に無電解メッキ層を有し、該メッキ層
が組成：Ｐ：８〜１０％、Ｎｉ：９０〜９２％、厚み：
１０〜６０μｍ、ビッカース硬さ：６００以上であるこ
とを特徴とする。さらに、表層のメッキ層部分が先端の
刃先部分のみであることを特徴とする。 【効果】 本発明によれば、ＳＵＳ３０４並みの耐銹性
に優れたドリリングタッピンねじを提供することが可能
で産業上有効な効果がもたらされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、建築・建材や車両等
の耐銹性を必要とする用途に利用されるねじに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、感性・耐銹性の観点からステンレ
ス製品が建築・建材や車両等に幅広く使用されるように
なってきた。この種のステンレス鋼製品等は主に構造物
の表面にスポット溶接やねじ止め加工により張り付けら
れて使用されている。ねじ止め加工に際し、従来は下穴
加工された構造物とねじが挿入できるように穴開け（中
穴）加工されたステンレス鋼製品の両穴部を整合させ、
ねじをその両方の穴部を通して止めていた。

【０００３】しかし、近年作業効率向上やコスト低減の
ため、下穴や中穴加工を実施せずにドリリングねじと呼
ばれる特殊ねじを用いて、ステンレス鋼表面から直接ね
じ込み加工する工法が実施されるようになってきた。即
ち、ねじの先端はドリル状に刃先加工され、ステンレス
鋼板及び下部構造物をドリリングすると同時にねじ部で
タッピングする工法が採られるようになってきた。

【０００４】このため、ねじの刃先部はビッカース硬度
で６００以上が、ねじ部では４００以上が要求される。
又、ねじ釘の頭部はステンレス鋼板の表面に露出するた
め、ＳＵＳ３０４と同等の耐銹性とねじ込み時に損傷し
ないように高硬度が要求される。さらにねじ用素材には
刃先加工やねじ切り加工及びヘッディング加工が容易で
あることが要求されている。

【０００５】しかし、現状では上記の必要特性を兼備す
る材料は現出しておらず、ＳＵＳ３０５やＳＵＳＸＭ７
系ステンレス鋼を、冷間加工により強化したねじの先端
にドリル形状の工具鋼を接合したセルフドリリングタッ
ピンねじが使用されている。しかし、この工法は高価な
ため、一体物による開発が試みられている。一体物の代
表例としてＳＵＳ３０５やＳＵＳＸＭ７等を冷間加工後
窒化処理により硬化させた製品が検討されているが、窒
化処理時の熱履歴により冷間加工強化されたマトリック
スが軟化する欠点と、窒化処理表面は耐銹性がＳＵＳ３
０４に比較し劣る欠点があるため、使用できない現状に
ある。更に、マルテンサイト系や析出硬化系のステンレ
ス鋼の使用が試みられているが、耐銹性及び加工性が悪
く目的を達成できない現状にある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はねじ及びドリ
ル刃先を有する冷間加工ないしは焼き入れ強化されたね
じのマトリックスを軟化することなく、高硬度及び耐銹
性に優れた無電解メッキ皮膜処理を施すことにより上記
課題を解決し、安価なセルフドリリング及びタッピング
が可能なドリリングねじを供給するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決のため
に、ねじ加工後の刃先及びねじ部の硬度を低下させるこ
となく耐銹性と高硬度を兼備する表面処理方法を検討し
た。その結果、Ｐを共析した無電解Ｎｉメッキ皮膜を表
面に１０〜６０μｍの厚さ形成させた場合及び皮膜形成
後５００℃以下で熱処理することにより両特性を満足す
ることを知見した。

【０００８】すなわち、本発明はドリリングタッピンね
じの母材が、軸部のビッカース硬さ：２４０以上、表面
から２００μｍに亘る表層部分のビッカース硬さ：４０
０以上であって、該ドリリングタッピンねじの母材の表
面に無電解メッキ（以下メッキという）層を有し、該メ
ッキ層が、組成：Ｐ：８〜１０mass％、Ｎｉ：９０〜９
２mass％を含有し、厚み：１０〜６０μｍ、ビッカース
硬さ：６００以上であることを特徴とする高硬度・高耐
銹性のドリリングタッピンねじであり、さらに、表層の
メッキ層部分が先端の刃先部分のみである高硬度・高耐
銹性のドリリングタッピンねじを提供するものである。

【０００９】以下に本発明の範囲を上記に限定した理由
を述べる。刃先は表面に高硬度のＰ共析無電解Ｎｉメッ
キが施されるが、ドリリング時の捩じり変形に耐えるた
めに、少なくとも表面下０．２mm以内がビッカース硬さ
４００以上の必要があり、刃先部硬さの下限を４００以
上に限定した。

【００１０】ねじ部及び頭部はＰ共析無電解Ｎｉメッキ
が施される場合と施されない場合があるが、いずれの場
合もタッピング時の捩じり変形に耐えるために、少なく
とも表面下０．２mm以内がビッカース硬さ４００以上の
必要があり、ねじ部及び頭部硬さの下限を４００以上に
限定した。ねじ軸部はドリリング及びタッピング時のト
ルク力に耐えるために、ビッカース硬さ２４０以上が必
要であり、下限を２４０以上に限定した。

【００１１】無電解Ｎｉメッキ皮膜硬さは共析するＰの
含有量が多いほど高いが、Ｐ含有量を多くするためには
還元剤である次亜塩素酸ソーダ量の増加と、浴の酸性度
を高くする必要があり、皮膜の析出速度が低下し経済的
でない。このため、Ｐ含有量の上限を１０％以下に限定
した。Ｐの含有量が８％未満では耐銹性及び硬さが低下
するため、下限を８％以上に限定した。

【００１２】無電解Ｎｉメッキ皮膜厚さは薄い場合、ド
リリング及びタッピング中に刃先及びねじ部の下地部か
ら挫傷するため、下限を１０μｍ以上に限定した。皮膜
が厚く成るに従い、ドリリング及びタッピング性と耐銹
性は優れるが、その向上代は次第に減少し、６０μｍ以
上では厚さの増加に対する改善効果は少ない。一方、皮
膜が厚く成り過ぎるとメッキ皮膜が割れ易くなること
と、製造コストが高く経済的でないので上限を６０μｍ
以下に限定した。

【００１３】Ｐの共析した無電解Ｎｉメッキは通常非晶
質であるが、さらに高温で熱処理することにより結晶化
されてくる。これに伴い、硬さは増加する。すなわち、
熱処理を加えることによって皮膜部のより高硬度化が図
れるので、皮膜形成後に高温の熱処理を付加することが
望ましい。５００℃以下の温度で熱処理することにより
硬さは増加するが、５００℃を超えると硬さの増加が小
さいと同時に、冷間加工強化されたマトリックス部の硬
さが低下するため、上限は５００℃以下が望ましい。熱
処理時間と共に硬さは増加するが、６０分を超えると硬
さの増加は飽和するため、生産性から上限は６０分以下
が望ましい。

【００１４】ドリリングタッピンねじは焼き入れ強化と
γ系ステンレス鋼の冷間加工硬化により形成される。前
者は炭素鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼を成形後、
オーステナイト温度域に加熱後焼き入れすることによ
り、マルテンサイト化されねじ全体がビッカース硬さで
４００以上を得る。焼き割れが課題の素材では焼き入れ
後５００℃以下の低温焼き戻し処理を実施する。

【００１５】一方、後者は軸部のビッカース硬さを２４
０以上になるように伸線加工後、更に刃先、ねじ部及び
頭部を表面下０．２mm以内のビッカース硬さが４００以
上になるように冷間加工により成形する。

【００１６】無電解Ｎｉメッキは数多くの浴組成が提案
されており、次亜燐酸ナトリウムを還元剤に用いた場合
に、表面の凹凸に関係なくメッキ厚さが均一であること
及び、Ｐを含む場合に４００℃で加熱するとビッカース
硬さが１０００以上になることが既に知られている（防
食技術便覧，腐食防食協会編，Ｐ５４５，１９８６）。
本発明はドリリングタッピンねじにこれらの技術を適用
したもので、塩化ニッケル又は硫酸ニッケル＋次亜燐酸
ナトリウム＋酢酸ソーダ又はクエン酸ソーダ乃至はオキ
シ酢酸ソーダにグリコール又はこはく酸を添加したｐＨ
４〜５、７０℃〜９０℃Ｂｒｅｎｎｅｒ型浴中に、上記
にて成形加工した釘を３０分〜２時間浸漬し釘表面に１
０〜６０μｍのＮｉ，Ｐを共析させて製造した。また、
本発明はカニゼン処理液で処理することによっても達成
可能である。

【００１７】

【実施例】表１に本発明例と比較例のドリリングタッピ
ンねじ素材の化学成分とＰ共析無電解Ｎｉメッキ前のね
じ各部の硬さを示す。表２にＰ共析無電解Ｎｉメッキ条
件及びねじ特性を示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】No．１〜１４は本発明例である。No．１５
〜２５は比較例である。硬さはＪＩＳＺ２２４４により
測定した。本発明例の硬さはねじ素材の刃先、ねじ山及
び頭部の表面下０．２mmの位置でビッカース硬さ４００
以上を有す。又、Ｐ共析無電解Ｎｉメッキ皮膜部はビッ
カース硬さ６００以上を有す。

【００２３】ドリリングタッピン性は２mm板厚のステン
レスと４mm板厚のＳＳ４００の重ね合わせ板をステンレ
ス側からねじ込み試験し、損傷無くねじ込み可能か否か
で判断した。本発明例は損傷無くねじ込み可能であっ
た。

【００２４】耐銹性評価試験は表２のＰ共析無電解Ｎｉ
メッキ後ＪＩＳＺ２３７１により評価した。本発明例の
耐銹性ランクはＪＩＳ評点の９．５以上である。

【００２５】本発明例No．１〜No．１４と比較例No．１
５〜No．１８は炭素鋼及びマルテンサイト系ステンレス
鋼を素材にしたねじで焼き入れ硬度の影響を調査したも
のである。比較例No．１５及びNo．１７は焼き入れ硬さ
が低く、比較例No．１６及びNo．１８は焼き戻し後の硬
さが低く、ドリリングタッピン性が劣っている。本発明
例No．５〜No．６と比較例No．１９〜No．２０はＳＵＳ
ＸＭ７を素材としたねじで素材の表面硬さの影響を調査
したものである。比較例はいずれも素材の表面硬さが低
く、比較例No．１９は刃先部が、また、比較例No．２０
は刃先及び頭部が挫傷し使用に供し得ず劣っている。

【００２６】本発明例No．７〜No．８と比較例No．２１
〜No．２２は析出硬化系ステンレス鋼を素材にしたねじ
でＰ共析無電解ＮｉメッキのＰ量の影響を調査したもの
である。比較例No．２１はメッキ皮膜のＰ量が本発明範
囲未満であるため、耐銹性とセルフドリリング及びタッ
ピング性が劣っている。比較例No．２２はメッキ皮膜の
Ｐ量が本発明範囲より超えており、耐銹性とセルフドリ
リング及びタッピング性共に本発明と同等であるが、メ
ッキ浴用薬剤の使用量の増加とメッキ時間が長時間必要
で経済性に劣っている。

【００２７】本発明例No．９〜No．１２と比較例No．２
３〜No．２４はＳＵＳ３０５を素材としたねじでＰ共析
無電解Ｎｉメッキ皮膜厚さの影響と刃先のみにメッキし
た場合の影響を調査したものである。比較例No．２３は
メッキ皮膜厚さが本発明未満であり、耐銹性とドリリン
グタッピン性が劣っている。比較例No．２４はメッキ皮
膜厚さが本発明範囲超であり、耐銹性とドリリングタッ
ピン性は本発明と同等であるが、メッキ浴用薬剤の使用
量増加とメッキ時間が長時間必要で経済性に劣ってい
る。

【００２８】また、刃先のみをメッキした本発明No．１
１及びNo．１２は全体をメッキしたNo．９及びNo．１０
と同等のドリリングタッピン性及び耐銹性を有してお
り、ねじ頭部が十分耐銹性を有する場合は刃先のみにメ
ッキ処理を施して良い結果が得られている。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、耐銹性に優れたドリリ
ングタッピンねじを供給することが可能で産業上有効な
効果がもたらされる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 母材が、軸部のビッカース硬さ：２４０
   以上、表面から２００μｍに亘る表層部分のビッカース
   硬さ：４００以上であって、該母材の表面に無電解メッ
   キ層を有し、該無電解メッキ層が、組成：Ｐ：８〜１０
   mass％、Ｎｉ：９０〜９２mass％を含有し、厚み：１０
   〜６０μｍ、ビッカース硬さ：６００以上であることを
   特徴とする高硬度・高耐銹性のドリリングタッピンね
   じ。
2. 【請求項２】 表層の無電解メッキ層部分が先端の刃先
   部分のみであることを特徴とする請求項１記載の高硬度
   ・高耐銹性のドリリングタッピンねじ。