(57)【要約】  この発明は、コア径に対する外径の比が１．２を上回り、かつ、外径に対するピッチの比が０．２３を上回ることによる高度の変形を伴う低合金炭素鋼からなり、材料、特にプラスチック内に捩じ込むためのセルフタッピングねじを備えた、冷間圧延固定ねじに関する。フェライト構造を有する上述の鋼ねじのねじ材料は、フェライトに含有される炭素よりも実質的に高い炭素含有量を有する追加成分を含有する。上述の混合構造は、０．４２重量パーセントの最大炭素含有量と、２０００粒数／ｍｍ2以上、好ましくは３０００粒数／ｍｍ2以上の最大粒サイズとを有し、冷間圧延工程により印加されて維持される残留応力を有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア径に対する外径の比が１．２を上回り、かつ、外径に対するピッチの比が０．２３を上回ることによる高度の変形を伴う低合金炭素鋼からなり、材料、特にプラスチック内に捩じ込むためのセルフタッピングねじを備えた、冷間圧延固定ねじであって、フェライト構造の鋼と、フェライトに含有される炭素よりも実質的に高い炭素含有量を有する追加成分とから成るねじのねじ材料によって特徴付けられ、前記混合構造は、０．４２重量パーセントの最大炭素含有量と、２０００粒数／ｍｍ2以上、好ましくは３０００粒数／ｍｍ2以上に相当する最大粒サイズとを有し、冷間圧延工程により印加されて維持される残留応力を有する、冷間圧延固定ねじ。
【請求項２】
追加成分は、単独でまたは組合せのいずれかで、或る割合の、球状化されたセメンタイト、層状のパーライト、ベイナイト、またはマルテンサイトであることを特徴とする、請求項１に記載の固定ねじ。
【請求項３】
ねじ材料に対し、０．６０〜２．０重量パーセントでマンガンが追加されることを特徴とする、請求項１または２に記載の固定ねじ。
【請求項４】
ねじ材料に対し、最大１．２重量パーセントでシリコンが追加されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の固定ねじ。
【請求項５】
ねじ材料に対し、最大２重量パーセントでクロムが追加されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の固定ねじ。
【請求項６】
ねじ材料に対し、最大１重量パーセントでモリブデンが追加されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の固定ねじ。
【請求項７】
ねじ材料に対し、最大０．５重量パーセントでバナジウムが追加されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１つに記載の固定ねじ。
【請求項８】
ねじ材料に対し、最大０．００８重量パーセントでホウ素が追加されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１つに記載の固定ねじ。
【請求項９】
ねじ材料に対し、最大０．１５重量パーセントでニオブが追加されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載の固定ねじ。
【請求項１０】
ねじ材料に対し、最大０．３重量パーセントでチタンが追加されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１つに記載の固定ねじ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コア径に対する外径の比が１．２を上回り、かつ、外径に対するピッチの比が０．２３を上回ることによる高度の変形を伴う低合金炭素鋼からなり、材料、特にプラスチックに捩じ込むためのセルフタッピングねじを備えた、冷間圧延固定ねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような固定ねじは、たとえば欧州特許明細書９４８７１９に提示かつ記載されている。このねじの冷間圧延中に、この特許明細書の請求項１に明記される、コア径に対する外径の比が１．２から１．４であること、かつ、外径に対するピッチの比が０．２３から０．４１であることにより、高度の変形が生じる。引用される欧州特許明細書の請求項２によると、コア径に対する外径の比は１．２５から１．６５であり、外径に対するピッチの比は０．２４から０．５３である。当該欧州特許明細書では、このねじの材料と、その製造工程、すなわち冷間圧延および熱処理とが簡潔に述べられている（第４欄、第３９行から４９行を参照）。
【０００３】
加えて、ドイツ特許明細書２７  ５４  ８７０は、冷間圧延固定ねじを開示しており、この冷間圧延固定ねじでも同様に、コア径に対する外径の比が１．８５であること、かつ、外径に対するピッチの比が０．４５であることにより、高度の変形が生じる。この明細書は、ねじの製造工程に関し、冷間圧延と、出発材料として０．３５重量パーセントまでの炭素含有量を有する炭素鋼とに言及している。
【０００４】
上述の冷間圧延固定ねじの製造工程の基本的な説明は、一連の出版物「１９９０年９月付の技術論文ＥＪＯＴ  ＦＯＲＵＭ  ２」に収録されている。この出版物は、第２頁の中欄において、このようなねじの製造に使用される熱処理装置について言及しており、この熱処理装置により、ねじは、１０．９の材料の品質まで熱処理される。この文脈での熱処理は、炭素鋼の熱処理を意味しており、それに関連して表では（第７頁参照）、必要な場合に、炭素鋼が（加熱後に）添加剤を用いて焼入れされ、焼戻しされることが述べられている。さらに、第４頁の中欄によると、鋼のねじは、強度を高めるために表面硬化され、すなわち、これらのねじには、当該ねじの表面における炭素含有量を高めるために、冷間成形（冷間圧延）後に浸炭窒化が施され（公知の表面硬化工程）、その後、直接焼入れおよび焼戻しが施される。第５頁の中欄では、図４を参照して、表面硬化されたねじが、単に１０．９の品質まで熱処理されたねじよりも破断の危険性が高いことがさらに説明されている。したがって、いずれの場合も、ねじの熱処理、すなわち、ねじの加熱、焼入れ、および焼戻しが、これまでも、また現在でも、このようなねじの製造工程の主要な特徴であることが説明されている。
【０００５】
この明細書における当該ねじの製造の教示内容、すなわち、加熱、焼入れ、および焼戻しからなる熱処理工程の使用は、１９９４年４月にＫＥＭで出版された論文「Verbindungs-Truffelschweine」の第９２頁において、さらに確認されている。この論文では、第９２頁において、「プラスチック接続用のセルフタッピングねじもまた、鋼から表面硬化されるか、または、ステンレス鋼で形成される」と説明されている。高合金鋼であることから低合金炭素鋼と比較することができず、したがって、熱処理も行なわれないステンレス鋼は別として、この引用の要点は、以前に論じた論文の場合と同様に、プラスチック接続用のセルフタッピングねじが、鋼で形成された後に熱処理されるべきであること、すなわち、少なくとも、後に焼入れおよび焼戻しを伴う状態で加熱される処理が施され、それにより、実際の経験の要件を満たすべきであるという点である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の目的は、強度に関して最初に論じたねじを改善すること、および、その製造工程を単純化することである。この発明の目的は、フェライト構造の鋼と、フェライトに含有される炭素よりも実質的に高い炭素含有量を有する追加成分とから成るねじのねじ材料によって達成される。上述の混合構造は、最大０．４２重量パーセントの最大炭素含有量と、２０００粒数／ｍｍ2以上、好ましくは３０００粒数／ｍｍ2以上に相当する最大粒サイズとを有し、冷間圧延処理により印加されて維持される残留応力を有する。
【０００７】
この発明は、特に、冷間圧延中にねじ材料に印加されてねじ内を軸方向に伝わる残留応力が、軸方向の残留圧縮応力（収縮応力）を生じ、この残留圧縮応力が、プラスチック材料内に捩じ込まれたねじに荷重が加えられる際に利用され、ねじ締めされた接続部に対する動的荷重（変動荷重）下において当該接続部の疲労強度を高めることが驚くべき態様で実現されることに基づく。なぜなら、維持される残留圧縮応力が、動作中に生じる外部引張り応力の方向とは反対の方向に伝わるためである。印加された残留応力／残留圧縮応力を維持するこの効果は、この発明に従ったねじの特別な耐性に対して決定的に重要であることが分かっており、これまでに完全に看過されてきたが、残留応力を除去する、冷間圧延ねじの後続の熱処理、すなわち、加熱、焼入れ、および焼戻しを作為的に省略した結果である。残留応力は、上において、それ自体が特に有用であることを示した。したがって、この発明に従ったねじの製造工程が、さらなる熱処理を伴わずに冷間圧延の直後に終了するという点により、製造工程の実質的な単純化が生じ、このことはさらに、既に述べたように、ねじの特定の強度につながる。
【０００８】
この発明に従った固定ねじの追加成分として、単独でまたは組合せのいずれかで、或る割合の、球状化されたセメンタイト、層状のパーライト、ベイナイト、またはマルテンサイトを有利にも使用することができる。フェライト構造および追加成分中の炭素含有量の比は、有利にも約１：１０であり得る。混合構造の結晶粒は、冷間圧延中に、冷間成形により引伸ばされ、それらの内部に収縮応力を生じる。この収縮応力は、後の熱処理によって除去されない限り、相互接続されるアセンブリ内のねじに対する外部からの力の印加に対する抵抗力として、特に有利にも利用可能である。結晶粒の粒サイズは重要な役割を果たす。なぜなら、最大粒サイズが２０００粒数／ｍｍ2以上、好ましくは３０００粒数／ｍｍ2以上の場合を生じる値を下回るときに、冷間成形の結果として生じる抵抗の効果が特に高いためである（ＵＳＡ  ＡＳＴＭ  Ｅ１１２に対するＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ６４３）。
【０００９】
ねじの材料は、その強度特性に関し、混合剤を用いることによって有利にもさらに改善され得る。このため、単独でまたは任意の所望の組合せのいずれかにおいて、ねじ材料に混合剤を追加する以下の可能性が存在する。これらは、０．６から２．０重量パーセントのマンガンと、最大１．２重量パーセントのシリコンと、最大２重量パーセントのクロムと、最大１重量パーセントのモリブデンと、最大０．５重量パーセントのバナジウムと、最大０．００８重量パーセントのホウ素と、最大０．１５重量パーセントのニオブと、最大０．３重量パーセントのチタンとである。
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月21日(2006.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア径に対する外径の比が１．２を上回り、かつ、外径に対するピッチの比が０．２３を上回ることによる高度の変形を伴う低合金炭素鋼からなり、材料、特にプラスチック内に捩じ込むためのセルフタッピングねじを備え、冷間圧延工程により印加されて維持される残留応力を有するねじ材料からなる、冷間圧延固定ねじであって、フェライト構造の鋼と、フェライトに含有される炭素よりも実質的に高い炭素含有量を有する追加成分とから成るねじによって特徴付けられ、前記混合構造は、０．４２重量パーセントの最大炭素含有量と、２０００粒数／ｍｍ2以上、好ましくは３０００粒数／ｍｍ2以上に相当する最大粒サイズとを有し、追加成分は、単独でまたは組合せのいずれかで、或る割合の球状化されたセメンタイトまたはマルテンサイトである、冷間圧延固定ねじ。
【請求項２】
ねじ材料に対し、０．６０〜２．０重量パーセントでマンガンが追加されることを特徴とする、請求項１に記載の固定ねじ。
【請求項３】
ねじ材料に対し、最大１．２重量パーセントでシリコンが追加されることを特徴とする、請求項１または２に記載の固定ねじ。
【請求項４】
ねじ材料に対し、最大２重量パーセントでクロムが追加されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の固定ねじ。
【請求項５】
ねじ材料に対し、最大１重量パーセントでモリブデンが追加されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の固定ねじ。
【請求項６】
ねじ材料に対し、最大０．５重量パーセントでバナジウムが追加されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の固定ねじ。
【請求項７】
ねじ材料に対し、最大０．００８重量パーセントでホウ素が追加されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１つに記載の固定ねじ。
【請求項８】
ねじ材料に対し、最大０．１５重量パーセントでニオブが追加されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１つに記載の固定ねじ。
【請求項９】
ねじ材料に対し、最大０．３重量パーセントでチタンが追加されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載の固定ねじ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コア径に対する外径の比が１．２を上回り、かつ、外径に対するピッチの比が０．２３を上回ることによる高度の変形を伴う低合金炭素鋼からなり、材料、特にプラスチックに捩じ込むためのセルフタッピングねじを備え、冷間圧延工程により印加されて維持される残留応力を有するねじ材料から成る、冷間圧延固定ねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような固定ねじは、たとえば欧州特許明細書９４８７１９に提示かつ記載されている。このねじの冷間圧延中に、この特許明細書の請求項１に明記される、コア径に対する外径の比が１．２から１．４であること、かつ、外径に対するピッチの比が０．２３から０．４１であることにより、高度の変形が生じる。引用される欧州特許明細書の請求項２によると、コア径に対する外径の比は１．２５から１．６５であり、外径に対するピッチの比は０．２４から０．５３である。当該欧州特許明細書では、このねじの材料と、その製造工程、すなわち冷間圧延および熱処理とが簡潔に述べられている（第４欄、第３９行から４９行を参照）。
【０００３】
加えて、ドイツ特許明細書２７  ５４  ８７０は、冷間圧延固定ねじを開示しており、この冷間圧延固定ねじでも同様に、コア径に対する外径の比が１．８５であること、かつ、外径に対するピッチの比が０．４５であることにより、高度の変形が生じる。この明細書は、ねじの製造工程に関し、冷間圧延と、出発材料として０．３５重量パーセントまでの炭素含有量を有する炭素鋼とに言及している。
【０００４】
上述の冷間圧延固定ねじの製造工程の基本的な説明は、一連の出版物「１９９０年９月付の技術論文ＥＪＯＴ  ＦＯＲＵＭ  ２」に収録されている。この出版物は、第２頁の中欄において、このようなねじの製造に使用される熱処理装置について言及しており、この熱処理装置により、ねじは、１０．９の材料の品質まで熱処理される。この文脈での熱処理は、炭素鋼の熱処理を意味しており、それに関連して表では（第７頁参照）、必要な場合に、炭素鋼が（加熱後に）添加剤を用いて焼入れされ、焼戻しされることが述べられている。さらに、第４頁の中欄によると、鋼のねじは、強度を高めるために表面硬化され、すなわち、これらのねじには、当該ねじの表面における炭素含有量を高めるために、冷間成形（冷間圧延）後に浸炭窒化が施され（公知の表面硬化工程）、その後、直接焼入れおよび焼戻しが施される。第５頁の中欄では、図４を参照して、表面硬化されたねじが、単に１０．９の品質まで熱処理されたねじよりも破断の危険性が高いことがさらに説明されている。したがって、いずれの場合も、ねじの熱処理、すなわち、ねじの加熱、焼入れ、および焼戻しが、これまでも、また現在でも、このようなねじの製造工程の主要な特徴であることが説明されている。
【０００５】
この明細書における当該ねじの製造の教示内容、すなわち、加熱、焼入れ、および焼戻しからなる熱処理工程の使用は、１９９４年４月にＫＥＭで出版された論文「Verbindungs-Truffelschweine」の第９２頁において、さらに確認されている。この論文では、第９２頁において、「プラスチック接続用のセルフタッピングねじもまた、鋼から表面硬化されるか、または、ステンレス鋼で形成される」と説明されている。高合金鋼であることから低合金炭素鋼と比較することができず、したがって、熱処理も行なわれないステンレス鋼は別として、この引用の要点は、以前に論じた論文の場合と同様に、プラスチック接続用のセルフタッピングねじが、鋼で形成された後に熱処理されるべきであること、すなわち、少なくとも、後に焼入れおよび焼戻しを伴う状態で加熱される処理が施され、それにより、実際の経験の要件を満たすべきであるという点である。
【０００６】
ＤＤ特許明細書２７２９７３  Ａ１によると、冷間引抜き鋼の標準的な部品の製造に関連し、自動冷間圧造機において、後の熱処理を伴わずにアニールされていない鋼を処理することも提案されている。その要点は、冷間成形により鋼に印加された残留応力が当該鋼内で維持される点である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の目的は、強度に関して最初に論じたねじを改善することである。この発明の目的は、フェライト構造の鋼と、フェライトに含有される炭素よりも実質的に高い炭素含有量を有する追加成分とから成るねじ材料によって達成される。上述の混合構造は、０．４２重量パーセントの最大炭素含有量と、２０００粒数／ｍｍ2以上、好ましくは３０００粒数／ｍｍ2以上に相当する最大粒サイズとを有し、追加成分は、単独でまたは組合せのいずれかで、或る割合の球状化されたセメンタイトまたはマルテンサイトである。
【０００８】
混合構造の結晶粒は、冷間圧延中に、冷間成形により引伸ばされ、それらの内部に収縮応力を生じる。この収縮応力は、後の熱処理によって除去されない限り、相互接続されるアセンブリ内のねじに対する外部からの力の印加に対する抵抗力として、特に有利にも利用可能である。結晶粒の粒サイズは重要な役割を果たす。なぜなら、最大粒サイズが２０００粒数／ｍｍ2以上、好ましくは３０００粒数／ｍｍ2以上の場合を生じる値を下回るときに、冷間成形の結果として生じる抵抗の効果が特に高いためである（ＵＳＡ  ＡＳＴＭ
Ｅ１１２に対するＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ６４３）。フェライト構造および追加成分中の炭素含有量の比は、有利にも約１：１０であり得る。
【０００９】
この発明に従ったねじはまた、冷間圧延中にねじ材料に印加されてねじ内を軸方向に伝わる残留応力が、軸方向の残留圧縮応力（収縮応力）を生じ、この残留圧縮応力が、プラスチック材料内に捩じ込まれたねじに荷重が加えられる際に利用され、ねじ締めされた接続部に対する動的荷重（変動荷重）下において当該接続部の疲労強度を高めることが実現されることに基づく。なぜなら、維持される残留圧縮応力が、動作中に生じる外部引張り応力の方向とは反対の方向に伝わるためである。印加された残留応力／残留圧縮応力を維持するこの効果は、この発明に従ったねじの特別な耐性に対して決定的に重要であることが分かっており、これまでに完全に看過されてきたことであるが、残留応力を除去する、冷間圧延ねじの後続の熱処理、すなわち、加熱、焼入れ、および焼戻しを作為的に省略した結果である。残留応力は、上において、それ自体が特に有用であることを示した。したがって、この発明に従ったねじの製造工程が、さらなる熱処理を伴わずに冷間圧延の直後に終了するという点により、製造工程の実質的な単純化が生じ、このことはさらに、既に述べたように、ねじの特定の強度につながる。
【国際調査報告】
2007521400.tif 000002
2007521400.tif 000003
2007521400.tif 000004
2007521400.tif 000005
2007521400.tif 000006
2007521400.tif 000007