TWI426186B - Low thermal expansion screw - Google Patents

Description

低熱膨脹螺絲

本發明係有關於一種螺絲，特別是有關於具耐熱且具低膨脹系數的低熱膨脹螺絲。

請參照圖1繪示先前技術的螺絲螺合二相異材質的物件示意圖。因應世界精密工業設備及半導體光電產業需求，在許多設備中，皆具有藉由螺絲10以將陶瓷材料零件1與金屬材料零件2鎖在一起的部位。然而，機台使用中會產生熱量，若連結的螺絲10使用一般金屬螺絲，便會因熱脹冷縮使陶瓷材料零件1破裂造成機台故障，故此螺絲10目前通常為陶瓷材料螺絲。

然而，陶瓷材料螺絲雖具有良好的低熱膨脹性質以及生產變異性小。但是，陶瓷材料螺絲在成形上較為困難，因此製造成本相對較高。其次，陶瓷材料螺絲制震能較低、延展性能不佳，故很容易在受到機台運作時產生的震動，產生碎裂的情形。

為解決上述問題，本發明揭露一種具耐熱，且具較低的熱膨脹系數的螺絲。

本發明所揭露的螺絲，其係以低熱膨脹合金形成，並包括一柄軸部。柄軸部具有螺紋，螺絲之柄軸部的材質為一鐵鎳合金，鐵鎳合金除鐵之外的成份與重量百分比包括：鎳：33.0至36.0wt%；碳：1.7至2.0wt%；錳：至少0.4wt%；矽：1.0至2.0wt%；磷：至少0.4wt%；以及，鈮：0.1至9.0wt%。

本發明之特點係在於本發明的螺絲受熱時可避免過度膨脹而導致所鎖固的陶瓷材料部件破裂，而且適用於高溫環境及設備。其次，本發明所揭露螺絲的制震能較高、延展性能佳，故不容易受到機台運作時產生的震動而產生碎裂的問題，適用性亦較高。而且，亦不需要為螺絲鎖固的部位以額外設計導熱性控制結構，亦能提升元件於機台的配置彈性。

茲配合圖式將本發明較佳實施例詳細說明如下。

首先請參照圖2繪示本發明揭露的螺絲結構示意圖之第一實施例。此結構皆是將具低熱膨脹合金的工件，經由滾製或切割，以在工件外環表面形成螺紋，再將工件經由溶液熱處理、淬火、回火與表面處理等熱處理作業以完成螺絲的製作。其中，熱處理條件為加熱到850℃並持溫一小時，然後淬水處理，回火處理條件為回火至350℃並持溫二小時，然後爐冷至室溫。

圖2繪示的螺絲20，其為低熱膨脹合金所形成。螺絲20具有一柄軸部21。此柄軸部21具有螺紋22，依據設計需求可為外螺紋或內螺紋，於此以外螺紋進行說明。柄軸部21的材質為鐵鎳合金，此鐵鎳合金成份與重量百分比包括：鎳：33.0至36.0wt%；碳：1.7至2.0wt%；錳：至少0.4wt%；矽：1.00至2.00wt%；磷：至少0.4wt%；鈮：0.1至9.0wt%。其餘部分為鐵以及其他不純物質含量。其中，wt指重量(weight)。

柄軸部21的一端連接於一螺絲頭部23，此螺絲頭部23的材質可為碳鋼、輕合金(如鋁合金)、或是與柄軸部21的材質相同，即鐵鎳合金。其中，當製造者亦使用鐵鎳合金作為螺絲頭部23的材質時，可以一體成形的方式以製造此螺絲20。

而且，為彈性的調節螺絲20硬度，亦可於製造螺絲20的淬火、回火處理後，對螺絲20進行滲碳處理。

此外，可對螺紋22部位加以硬式陽極化處理，以於螺紋22部位表面形成一氧化層。或更進一步者，於螺紋22部位進行降低磨擦力浸漬處理，如對螺紋22表面碳化、氮化處理，以於氧化層上附加一抗磨擦力鍍層。或再更進一步，將螺絲20以聚四氟乙烯(即俗稱的鐵弗龍)加以浸漬。藉此，除提升螺絲20硬度，亦能提升螺絲20的耐用性。

另一方面，亦可對螺紋22部位只進行抗磨擦力浸漬處理，以形成抗磨擦力鍍層，藉此提升螺絲20的耐用性。

請參閱圖3繪示本發明揭露的螺絲結構示意圖之第二實施例。圖3繪示的螺絲30具有一柄軸部31，柄軸部31表面具有螺紋32。柄軸部31的材質為第一實施例所述的鐵鎳合金。

柄軸部31的一端連接於一螺絲頭部33，此螺絲頭部33為六角頭。螺絲頭部33的材質可為前述的碳鋼、輕合金、或是與柄軸部31材質相同的鐵鎳合金。其中，當鐵鎳合金作為螺絲頭部33的材質時，此螺絲30可以一體成形的方式而被製造。

請參閱圖4繪示本發明揭露的螺絲結構示意圖之第三實施例。圖4繪示的螺絲40具有一柄軸部41，柄軸部表面具有螺紋42。柄軸部41的材質為第一實施例所述的鐵鎳合金。

柄軸部41的第一端44連接於一螺絲頭部43，第二端45連接於一螺絲尖部46。螺絲40被製造時，螺紋42可被設計延伸至螺絲尖部46，以使整個螺絲40形成一自攻螺釘。

螺絲頭部43與螺絲尖部46的材質可為前述的碳鋼、輕合金、或是與柄軸部材質相同的鐵鎳合金。其中，當螺絲頭部43與螺絲尖部46的材質為鐵鎳合金時，此螺絲40可以一體成形的方式而被製造。

請參閱圖5繪示本發明揭露的螺絲螺合二相異材質的物件示意圖。前述中的第一實施例至第三實施例，鐵鎳合金的熱膨脹係數會被控制小於或等於4.5x10^-6 /℃。於20℃至200℃之間的熱膨脹係數幾乎相等。

以現今精密工業設備及半導體光電產業需求的許多設備為例，此類設備多半具有需將陶瓷材料零件1與金屬材料零件2鎖在一起的部位。此例中，以圖4繪示的螺絲30為例。藉由螺絲30以螺合陶瓷材料零件1與金屬材料零件2時，即便機台使用中產生熱量，螺絲30亦不會有過度的熱脹冷縮而使陶瓷材料零件破裂，進而造成機台故障的情形發生。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

1．．．陶瓷材料零件

2．．．金屬材料零件

10,20,30,40．．．螺絲

21,31,41．．．柄軸部

22,32,42．．．螺紋

23,33,43．．．螺絲頭部

44．．．柄軸部41的第一端

45．．．柄軸部41的第二端

46．．．螺絲尖部

圖1繪示先前技術的螺絲螺合二相異材質的物件示意圖；

圖2繪示本發明揭露的螺絲結構示意圖之第一實施例；

圖3繪示本發明揭露的螺絲結構示意圖之第二實施例；

圖4繪示本發明揭露的螺絲結構示意圖之第三實施例；以及

圖5繪示本發明揭露的螺絲螺合二相異材質的物件示意圖。

1．．．陶瓷材料零件

2．．．金屬材料零件

30．．．螺絲

Claims (10)

1. 一種低熱膨脹螺絲，該螺絲係以低熱膨脹合金形成，並包括一柄軸部，該柄軸部具有螺紋，該柄軸部的材質為一鐵鎳合金，該鐵鎳合金除鐵之外的成份與重量百分比包括：鎳：33.0至36.0wt%；碳：1.7至2.0wt%；錳：至少0.4wt%；矽：1.0至2.0wt%；磷：至少0.4wt%；以及鈮：0.1至9.0wt%。
2. 如申請專利範圍第1項所述螺絲，其中該柄軸部的一第一端連接於一螺絲頭部，該螺絲頭部的材質係為該鐵鎳合金。
3. 如申請專利範圍第2項所述螺絲，其中該螺絲係一體成型。
4. 如申請專利範圍第2項所述螺絲，其中該柄軸部之一第一端連接有一螺絲尖部，且該螺紋延伸至該螺絲尖部。
5. 如申請專利範圍第4項所述螺絲，其中該螺絲尖部的材質係為該鐵鎳合金。
6. 如申請專利範圍第1項所述螺絲，其中該螺絲表面係經由表面滲碳處理。
7. 如申請專利範圍第1項所述螺絲，其中該螺紋部位被加以陽極氧化以具有一氧化層。
8. 如申請專利範圍第7項所述螺絲，其中該螺絲係被加以抗磨擦力浸漬處理。
9. 如申請專利範圍第8項所述螺絲，其中該螺絲係以聚四氟乙烯加以浸漬。
10. 如申請專利範圍第1項所述螺絲，其中該螺紋部位被加以抗磨擦力浸漬處理，以形成一抗磨擦力鍍層。