(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＲＣ２３を超える表面硬さを持つワークピースにネジ部を冷間形成するように構成されたネジ部形成用ネジを形成する方法であって、この方法は、
鋼鉄製のワイヤを与える工程と、
ヘッドと、このヘッドから自由端に向けて延びたシャンクとが形成されるように、このワイヤを冷間頭部すえ込み機で引き抜く工程と、
このシャンク上に、ヘッドに近接する全ネジ部と、全ネジ部及び自由端の間のリードネジ部とを備えるネジ部を形成してネジを作る工程と、
第１に、ネジの表面硬さがＨＲＣ３３〜３９であり、かつ、ネジの表面硬さがネジのコア硬さよりも３ＨＲＣポイントより大きくならないように、ネジに浸炭処理を施し、第２に、リードネジ部と、このリードネジ部に最も近い少なくとも３つの全ネジ部とを高周波焼き入れして、前記高周波焼き入れされたネジ部が少なくともＨＲＣ５６の表面硬さを持つようにする、ネジに熱処理プロセスを行う工程とを備え、
前記ワイヤは、炭素含有量が０．３５〜０．４０％であり、
前記ネジに浸炭処理を施す工程は、ネジが少なくとも炭素０．４８％となるようにネジに浸炭処理を施す工程を含む、
ことを特徴とする、ネジ部形成用ネジを形成する方法。
【請求項２】
ネジに浸炭処理を施した後、ネジのリードネジ部及びこのリードネジ部に最も近い少なくとも３つの全ネジ部を高周波焼き入れする前に、ネジを焼き入れ及び焼き戻しする工程を更に備える、請求項１に記載のネジ部形成用ネジを形成する方法。
【請求項３】
ネジのリードネジ部及びこのリードネジ部に最も近い少なくとも３つの全ネジ部を高周波焼き入れした後に、ネジを焼き入れ及び焼き戻しする工程を更に備える、請求項１に記載のネジ部形成用ネジを形成する方法。
【請求項４】
ネジに浸炭処理を施す工程は、炉が摂氏８７１〜９２７度にある間、炉の大気の炭素濃度が０．６〜０．７％となるように制御しながら、その炉内にネジを９０分間放置する工程を含み、この場合、ネジの炭素回復ゾーンの深さは、少なくとも０．２０３２ｍｍである、請求項１に記載のネジ部形成用ネジを形成する方法。
【請求項５】
ネジに浸炭処理を施した後、ネジのリードネジ部及びこのリードネジ部に最も近い少なくとも３つの全ネジ部を高周波焼き入れする前に、ネジを焼き入れ及び焼き戻しする工程を更に備え、ネジを焼き入れする工程は、摂氏６０〜７１度のオイル内でネジを焼き入れする工程を含む、請求項１に記載のネジ部形成用ネジを形成する方法。
【請求項６】
ネジに浸炭処理を施した後、ネジのリードネジ部及びこのリードネジ部に最も近い少なくとも３つの全ネジ部を高周波焼き入れする前に、ネジを焼き入れ及び焼き戻しする工程を更に備え、ネジを焼き戻しする工程は、ネジを摂氏４５４〜５１０度の温度で９０分間焼き戻しする工程を含む、請求項１に記載のネジ部形成用ネジを形成する方法。
【請求項７】
ネジのリードネジ部及びこのリードネジ部に最も近い少なくとも３つの全ネジ部を高周波焼き入れする工程は、一時的にネジを電界の作用下において、リードネジ部及びこのリードネジ部に最も近い少なくとも３つの全ネジ部を摂氏８９９〜９５４度の温度まで高周波加熱する工程を含む、請求項１に記載のネジ部形成用ネジを形成する方法。
【請求項８】
ネジのリードネジ部及びこのリードネジ部に最も近い少なくとも３つの全ネジ部を高周波焼き入れした後に、ネジを焼き入れ及び焼き戻しする工程を更に備え、ネジを焼き戻しする工程は、ネジを摂氏１４９度の温度で最低でも１時間焼き戻して、ネジの脆弱性を低下する工程を含み、ネジ焼き戻し工程と浸炭処理工程は、前記高周波焼き入れされたネジ部が、少なくとも０．２０３２ｍｍの深さまで、ＨＲＣ５６最低硬さを持つようにする、請求項１に記載のネジ部形成用ネジを形成する方法。
【請求項９】
ネジのリードネジ部及びこのリードネジ部に最も近い少なくとも３つの全ネジ部を高周波焼き入れした後に、ネジを焼き入れ及び焼き戻しする工程を更に備え、ネジ焼き戻し工程と浸炭処理工程は、前記高周波焼き入れされたネジ部が、少なくとも０．２０３２ｍｍの深さまで、ＨＲＣ５６最低硬さを持つようにする、請求項１に記載のネジ部形成用ネジを形成する方法。
【請求項１０】
ワイヤが、ＡＩＳＩ規定Ｃ４０３７級の合金鋼からなり、その組成は、炭素０．３５〜０．４０％、マンガン０．７０〜０．９０％、イオウ０．０４０％最大、リン０．０３５％最大、シリコン０．２０〜０．３５％及びモリブデン０．２０〜０．３０％であると分析された、請求項１に記載のネジ部形成用ネジを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にネジ部形成用ネジ及びその形成方法に関し、特に締結具、例えば少なくとも一部分がＨＲＣ５６（ロックウエル硬さＣスケール）の最低表面硬さを持つネジ部形成用ネジ、並びにそのようなネジ部形成用ネジを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、産業は、ネジ部形成用ネジが、ロックウエルＣ２３以下の硬さを持つワークピースにネジ部を冷間形成可能であることを推奨する。そのようなものとして、現在のネジ部形成用ネジは、そのようなワークピースにネジ部を冷間形成するに十分硬いものである。しかしながら、いくつかの応用では、ネジ部形成用ネジが、ＨＲＣ２３を超える硬さを持つワークピースにネジ部を冷間形成可能であることが望まれる。例えば、高強度低合金（ＨＳＬＡ）素材が形成された後に、この素材に例えば穿孔することによって、穴領域内及び周囲の硬さは、ロックウエルＣ４０硬さに達し、且つそれを超えることができる。
【０００３】
従来のネジ部形成用ネジは、ＨＲＣ２３を超える硬さを持つワークピースにネジ部を成功裏に冷間形成するに十分なほど硬くはない。例えば、いくつかの市販のネジ部形成用ネジは、尖端及び最初の３〜４つの全ネジ部がロックウエルＣ４５最低硬さであり、且つ締結具のコアがロックウエルＣ３３〜３９硬さであるように加工されている。このようなネジ部形成用ネジは、ＨＲＣ２３を超える素材にネジ部を一貫して冷間形成するに十分なほど硬くはない。そのようなネジ部形成用ネジを、ＨＲＣ４０以上の硬さを持つＨＳＬＡ素材（又は他の素材）中に打ち込む時に、ネジ部の崩壊が起こる。この崩壊、又はネジの変形は、ジョイント不良を引き起こす。鉄鋼のような素材にネジ部を形成するときに、ネジ部を崩壊することなく適切に形成するために、締結具は、その締結具がねじ込まれる素材よりも遙かに大きな硬さをもつことが要求される。
【０００４】
現在のネジ部形成用ネジは、ＨＲＣ２３を超える硬さを持つワークピースにネジ部を冷間形成するに十分なほど硬くはないので、そのような場合には、例えばワークピースにネジ部付きジョイントを設けることによって（これはドリル及びタップ操作を必要とする）、あるいは溶接ナット、ルーズナット、溶接ボス、ネジ部付きインサートを設けることによって、あるいは同様の特徴を設けるか、相方ネジ部を設けるための同様の方法を使用することによって、相方ネジ部を設ける必要があった。これらの構造／方法は、追加の操作、ハードウエア及び時間を必要として、よりコスト高で時間浪費型のプロセスを生じる。
【０００５】
そのようなものとして、ロックウエルＣ２３を超える硬さを持つワークピース、例えばＨＳＬＡ素材又は他の素材に、ネジ部を形成することが可能な締結具に対する市場が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態の１つの目的は、少なくとも一部分が十分に高い表面硬さを持つネジ部形成用ネジであって、ロックウエルＣ２３を超える硬さを持つワークピースにネジ部を冷間形成することに使用可能なネジ部形成用ネジを提供するにある。
【０００７】
本発明の実施形態のもう１つの目的は、少なくとも一部分がＨＲＣ５６の最低表面硬さを持つネジ部形成用ネジを提供するにある。
【０００８】
本発明の実施形態の更にもう１つの目的は、ネジのネジ部の少なくともいくつかについては、ＨＲＣ５６の最低表面硬さを、少なくとも０．００８インチの深さまで持つネジ部形成用ネジを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
簡単に、そして前述した目的の少なくとも１つに従って、本発明の実施形態は、ヘッドと、このヘッドから延びたネジ部付きシャンクとを有するネジ部形成用ネジを提供する。このシャンクのネジ部の少なくともいくつかは、好ましくはＨＲＣ５６の最低表面硬さまで表面硬化され、これによりネジ部形成用ネジが後に、ＨＲＣ２３を超える表面硬さを持つワークピースにネジ部を冷間形成することに使用され得るようにする。
【００１０】
本発明のもう１つの形態は、そのようなネジ部形成用ネジを形成する方法を提供する。この方法では、ネジに熱処理プロセスを行うことによって、ネジが少なくとも０．４８炭素レベルまで炭素濃縮され、そして例えばオイル中で焼き入れされる。それから、このネジは焼き戻しされる。これは、脆弱性を低下させ、且つ延性の高いコアを見込むためである。好ましくは、焼き戻しは、表面硬さがコア硬さを３ロックウエルＣポイントよりも大きく超えないように制御される。好ましくは、焼き戻し後に、締結具の表面及びコアの双方がロックウエルＣ３３〜３９硬さとなる。続いて、尖端、例えばネジのリードネジ部及び３〜４つの全ネジ部は高周波焼き入れされ、そしてネジは例えば水中で又は合成クエンチ中で焼き入れされる。それから、ネジは、より低い脆弱性まで再度焼き戻しされる。好ましくは、この焼き戻し工程は、リードネジ部と最初の３〜４つの全ネジ部が、ロックウエルＣ５６最低硬さを持ち、さらに好ましくは少なくとも０．００８インチの深さまでロックウエルＣ５６最低硬さを持ち、且つ締結具のコアがロックウエルＣ３３〜３９硬さにあるようにする。最後に、締結具に仕上げが施されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態によって表面硬化され得る１つのタイプのネジの側面図である。
【図２】図１に示されたネジの部分的断面図である。
【図３】表面硬化されたネジ部形成用ネジを作る方法であって、本発明の実施形態に係る方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明の構造及び動作の組織及び手法は、その更なる目的及び利点と共に、添付の図面に関連してなされる以下の説明を参照することによって、最も良く理解される。図面では、同様の参照番号は、同様の要素を識別している。
【００１３】
本発明は異なる形の実施形態に受け入れ可能であるが、その一実施形態が図面に示され、ここで詳細に説明される。本説明は、発明の原理の例示として考えられるべきものであって、この発明をここに図示され説明されたものに限定することを意図されたものではない、と理解されるべきである。
【００１４】
本発明の１つの形態は、少なくとも一部分がＨＲＣ５６の表面硬さを持つ締結具、例えばネジ部形成用ネジに関する。本発明のもう１つの形態は、少なくとも一部分がＨＲＣ５６の表面硬さを持つ締結具、例えばネジ部形成用ネジを表面硬化する方法に関する。この方法は、広範囲なネジに関連して使用され得るが、米国特許第３，９３５，７８５号は、本発明の実施形態に係る方法が使用され得るネジを開示している。この７８５号特許は、参照によりここに完全に組み入れられる。
【００１５】
７８５号特許に及び本願の図１に示されているように、ネジ１０は、ヘッド１２と、このヘッド１２から延びたネジ部付きシャンク１４とを有する。ネジ１０のヘッド１２とは逆の端部１６付近には、ネジ１０の尖端１６に向けて幾分先細りした複数のリードネジ部１８がある。リードネジ部１８とヘッド１２との間には、複数の全ネジ部２０がある。この場合、参照番号２２は、最初の全ネジ部を示し、参照番号２４は、４番目の全ネジ部を示す。この特別なネジの形状及び機能は、より詳細に７８５号特許に見られる。しかしながら、本発明の好ましい特定の実施形態の一例が、図２に示されているように準備されている。この場合、ネジのリードネジ部１８は、最初の３又は４つの全ネジ部と同様に、少なくとも０．００８インチ（すなわち、０．２０３２ｍｍ）の深さ（即ち、図２に示された寸法２６）まで、少なくともＨＲＣ５６のロックウエル硬さに表面硬化されている。ネジ１０のコアは、ロックウエルＣ３３〜３９硬さであって、ネジ１０が比較的延性のあるコアを持つようにすることが好ましい。図２に示されているように、参照番号２８によって識別された部分は、最低ＨＲＣ５６で高周波焼き入れされた最低領域を有する。これに対し、参照番号３０によって識別された部分は、最低ＨＲＣ５６で高周波焼き入れされた最高領域を有する。参照番号３２によって識別された部分は、硬化され、焼き入れ、及び焼き戻しされた領域であり、コアの３ポイントＨＲＣ内の表面硬さを持つ。
【００１６】
図３は、本発明の一実施形態に係る方法を説明するフローチャートであり、この方法は、図１及び２に示されたネジ部形成用ネジ１０を作ることに使用され得る。この方法では、例えば４０３７番鋼又は同様の合金製のワイヤが与えられ、このワイヤが冷間頭部すえ込み機で引き抜きされる。この素材は、例えばＡＩＳＩ規定Ｃ４０３７級の合金鋼からなり、その組成は、炭素０．３５〜０．４０％、マンガン０．７０〜０．９０％、イオウ０．０４０％最大、リン０．０３５％最大、シリコン０．２０〜０．３５％及びモリブデン０．２０〜０．３０％であると分析され、通常は微粒の球状化処理された焼きなましキルド鋼として特定されるものである。勿論、本発明の範囲内に完全に留まる他の素材も使用され得る。冷間頭部すえ込みが完了されると、ネジ部がネジ上に形成される。これらの工程は、通常のもので、周知である。
【００１７】
ネジが形成されたら、本発明の実施形態に係る熱処理プロセスが行われる。この熱処理プロセスでは、制御されたプロセスを使用して、良質の炉内で、ネジは炭素富化（すなわち、浸炭処理）され、ネジが少なくとも０．４８炭素レベル（すなわち、炭素０．４８％）を得るようにする。この炭素富化は、締結具の表面がベース素材よりも硬く硬化され得るようにする。具体的には、ネジは、炉が華氏１６００〜１７００度（すなわち、摂氏約８７１〜９２７度）にある間に、炉内に９０分間放置される。炉の大気は、０．６〜０．７％炭素ポテンシャル（すなわち、炭素濃度が０．６〜０．７％）（窒化処理を伴わない）に制御されることが好ましい。炭素回復ゾーンの深さ（図２の寸法２６）は、少なくとも０．００８インチであることが好ましい。（コア要求に対して選択された温度での）焼き戻し後の表面硬さは、コア硬さを３ロックウエルＣ（３０ビッカース）ポイント等化よりも大きく超えないことが好ましい。１〜２ロックウエルＣ（１０〜２０ビッカース）等化表面硬さ増加は、炉のパラメータを選択する１つの目的である。炭素回復ゾーンの硬さ及び深さを測定することに、マイクロ硬さテスターを使用して、炉のパラメータを設定することを助けることができる。
【００１８】
ネジが炭素濃縮されたら、ネジは、華氏１４０〜１６０度（すなわち、摂氏約６０〜７１度）のオイル内で焼き入れされる。焼き入れ後に、ネジは、例えば９０分間、華氏８５０〜９５０度（すなわち、摂氏約４５４〜５１０度）で焼き戻しされる。これは、脆弱性を低下させ、且つ延性の高いコアを締結具内に見込むためである。好ましくは、この工程は、表面硬さがコア硬さを３ロックウエルＣポイントよりも大きく超えないように制御される。この点において、締結具の表面及びコアの双方は、ロックウエルＣ３３〜３９硬さであることが好ましい。
【００１９】
続いて、ネジの尖端、例えばリードネジ部１８及び最初の３〜４全ネジ部は、高周波焼き入れされる。この場合、締結具のリードネジ部は、一時的に電界の作用下におかれて、ネジ部を硬化温度（華氏１６５０〜１７５０度（すなわち、摂氏約８９９〜９５４度））まで高周波加熱する。このネジは、その直後に例えば水スプレー中で又はその代わりに合成クエンチ中で焼き入れされる。
【００２０】
続いて、ネジは、例えば華氏３００度（すなわち、摂氏約１４９度）の温度で最低でも１時間焼き戻しされ、脆弱性を低下させる。この焼き戻し工程は、先の炭素濃縮工程と効果的に結合して、リードネジ部と最初の３〜４つの全ネジ部が、好ましくは少なくとも０．００８インチの深さまで、ロックウエルＣ５６最低硬さとなり、且つ締結具のコアがロックウエルＣ３３〜３９硬さとなるようにするものであることが好ましい。異なる焼き戻し温度及び期間が使用され得るが、この温度は、尖端をロックウエルＣ５６最低硬さに保つに十分低いことが好ましい。最後に、締結具に仕上げが施されることが好ましい。
【００２１】
本発明の１つの形態は、少なくとも一部分が５６ＨＲＣの最低表面硬さを持つ締結具を提供する。例えば、この締結具は、米国特許第３，９３５，７８５号に示されているようなネジ部形成用ネジであり、この場合、リードネジ部と最初の３又は４つの全ネジ部は、５６ＨＲＣの最低表面硬さを持つ。そのようなものとして、このネジは、２３ＨＲＣを超える硬さを持つワークピース、例えば４０ＨＲＣ以上の硬さを持つＨＳＬＡ素材又は他の素材にネジ部を冷間形成することに使用され得る。
【００２２】
本発明のもう１つの形態は、締結具、例えば米国特許第３，９３５，７８５号に示されているようなネジ部形成用ネジの少なくとも一部分を表面硬化して、そのネジの少なくとも一部分が５６ＨＲＣの最低表面硬さを持つようにする方法を提供する。例えば、リードネジ部と最初の３又は４つの全ネジ部は、５６ＨＲＣの最低表面硬さを持ち、これによりネジは、２３ＨＲＣを超える硬さを持つワークピース、例えば４０ＨＲＣ以上の硬さを持つＨＳＬＡ素材又は他の素材にネジ部を冷間形成することに使用され得る。
【００２３】
本発明の更にもう１つの形態は、プロダクト・バイ・プロセス、具体的には上述したプロセスを使用して作られた締結具を提供する。
【００２４】
本発明の実施形態が図示され説明されたが、当業者は、この開示の精神及び範囲を逸脱することなく、本発明の種々の変形を工夫することが予測される。例えば、リードネジ部と最初の３又は４つの全ネジ部に関して、表面硬さがもたらされる、と上述したが、本発明の範囲内に完全に留まりながら、より多いか少ないネジ部に関しても、表面硬さは実施され得る。加えて、前述の説明は具体的にＨＳＬＡ素材について論じているが、本発明は、ＨＳＬＡ素材以外の素材にネジ部を形成することにも使用され得る。
【符号の説明】
【００２５】
１０    ネジ部形成用ネジ
１２    ヘッド
１４    シャンク
１６    尖端
１８    リードネジ部
２０    全ネジ部
２２，２４    全ネジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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