(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルフタップねじ（１）により被連結材（１０，１１）を連結する連結構造において、セルフタップねじ（１）と被連結材（１０，１１）がＪＩＳ（日本工業規格）５０００系及び６０００系アルミニウム合金よりなる群から選ばれたアルミニウム合金から作製されており、且つ、上記セルフタップねじの少なくともねじ部（４）表面に摩擦係数低減表面処理が施されていることを特徴とする連結構造。
【請求項２】
前記セルフタップねじと被連結材とが、同一系統のアルミニウム合金から作製されていることを特徴とする請求項１に記載の連結構造。
【請求項３】
前記セルフタップねじのねじ山硬さが１５０Ｈｖ以上である場合には摩擦係数が０．５５以下、ねじ山硬さが１２０Ｈｖ以上、１５０Ｈｖ未満である場合には摩擦係数が０．５以下、ねじ山硬さが１００Ｈｖ以上、１２０Ｈｖ未満である場合には摩擦係数が０．４５以下となるように摩擦係数低減表面処理が施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の連結構造。
【請求項４】
表面処理により形成された被膜（８）の膜厚が２μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の連結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルフタップねじを用いた連結構造に関し、さらに詳しくは、比較的軟らかいＪＩＳ（日本工業規格）５０００系及び６０００系（以下、単に５０００系及び６０００系という）のアルミニウム合金（以下、アルミ合金という）よりなる群から選ばれたアルミ合金製のセルフタップねじの少なくともねじ部表面に摩擦係数低減表面処理を施すことによってセルフタップ性が向上したアルミ合金製セルフタップねじを用い、同系統の被連結材を連結することによりリサイクル性を付与した連結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セルフタップねじとしては、一般に、銅製やステンレス製のセルフタップねじが用いられてきた（以下、これらを総称して鉄製セルフタップねじという）。
ところで、セルフタップねじは、アルミ製品やアルミ合金と他の材料からなる複合製品における部材同士の結合においても広く使用されている。これらの製品が廃棄され、アルミ合金を再利用する際には、アルミ部材と共に鉄製セルフタップねじが付属しているため、再生アルミ合金中の鉄量が増大する。特に成形性、外観、強度、伸びなどが求められる展伸材においては、アルミニウム以外の元素量はこれらの特性を満たすために制限されており、セルフタップねじからの不純物が混入する再生アルミ合金はそのままでは殆ど使用できない。そのため、ｐｒｏｄｕｃｔ−ｔｏ−ｐｒｏｄｕｃｔのリサイクル性を阻害しており、再生アルミ合金は、アルミニウム以外の元素許容範囲の広い鋳造用合金に再利用されているのが現状である。
【０００３】
一方、アルミ合金製セルフタップねじとしては、一般的なアルミ合金ではセルフタップ時にねじ山がくずれてしまい、充分な締め付け力が得られないため、鉄製セルフタップねじと同等の強度もしくは表面硬度となるように、７０００系もしくは２０００系の高強度アルミ合金を用い、さらに硬度の高いＮｉ−Ｐ、硬質アルマイト被膜又は窒化処理を施したものが製品化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、自動車、建築用アルミサッシ等で使用されるアルミ展伸材は、６０００系及び５０００系合金が大部分を占め、これら７０００系もしくは２０００系合金からなるセルフタップねじを用いて締結した製品は、７０００系及び２０００系に主要添加元素として用いられるＣｕ又はＺｎなどがアルミ合金素材としての再生溶解時に混入してしまう。これらＣｕやＺｎの５０００系、６０００系合金への混入は、アルミ合金の代表的着色法である陽極酸化処理において色むらなど外観不良を引き起こしたり、耐食性低下や、機械的性質のバラツキの原因となるという問題があった。そのため、自動車、建築用アルミサッシ等で使用されるアルミ展伸材のｐｒｏｄｕｃｔ−ｔｏ−ｐｒｏｄｕｃｔのリサイクル性を阻害する大きな要因となっている。
【０００５】
また、７０００系合金や２０００系合金製のセルフタップねじは、ねじ生産用ワイヤーを伸線して作製する際、添加されている合金元素量が多いため数回の焼きなまし工程が必要となり、コストが高くなるという問題点もあった。
【特許文献１】特開平７−９０５９７号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、比較的軟らかい５０００系及び６０００系アルミ合金製であってもセルフタップ性を向上させたアルミ合金製セルフタップねじを用いて、同系統の被連結材を連結することにより、リサイクル性を付与した連結構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明によれば、セルフタップねじにより被連結材を連結する連結構造において、セルフタップねじと被連結材が５０００系及び６０００系アルミ合金よりなる群から選ばれたアルミ合金から作製されており、且つ、上記セルフタップねじの少なくともねじ部表面、好ましくはねじ全表面に摩擦係数低減表面処理が施されていることを特徴とする連結構造が提供される。
【０００８】
好適な態様においては、前記セルフタップねじと被連結材とが、同一系統のアルミ合金から作製されている。ここで「同一系統」とは、被連結材が５０００系アルミ合金から作製されている場合にはセルフタップねじも５０００系アルミ合金から作製され、被連結材が６０００系アルミ合金から作製されている場合にはセルフタップねじも６０００系アルミ合金から作製されることをいう。
さらに好適な態様においては、前記セルフタップねじのねじ山硬さが１５０Ｈｖ以上である場合には摩擦係数が０．５５以下、ねじ山硬さが１２０Ｈｖ以上、１５０Ｈｖ未満である場合には摩擦係数が０．５以下、ねじ山硬さが１００Ｈｖ以上、１２０Ｈｖ未満である場合には摩擦係数が０．４５以下となるように摩擦係数低減表面処理が施されている。また、表面処理により形成された被膜の膜厚は２μｍ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のセルフタップねじにより被連結材を連結する連結構造においては、ねじ表面−被連結材間の摩擦係数を下げるような表面処理を施したセルフタップねじを用いることを第一の特徴としている。このようにセルフタップねじの少なくともねじ部表面、好ましくはねじ全表面に摩擦係数低減表面処理を施すことにより、ねじの素材として比較的軟らかい５０００系及び６０００系アルミ合金を使用しても、セルフタップ性に優れたアルミ合金製セルフタップねじを作製することが可能となる。従って、本発明の第二の特徴のように被連結材とねじの素材に５０００系及び６０００系アルミ合金よりなる群から選ばれたアルミ合金、好ましくは同一系統のアルミ合金を使用することができる。その結果、一般に５０００系及び６０００系アルミ合金から製造されるアルミサッシの連結構造にこのようなセルフタップねじを使用すれば、リサイクルの際にはねじとサッシ枠をまとめて溶解することができ、リサイクル性に優れており、従来の７０００系及び２０００系アルミ合金製のセルフタップねじを使用した場合のようにＣｕやＺｎなどが不純物として混入することがない。また、５０００系及び６０００系アルミ合金製のセルフタップねじは、従来の７０００系及び２０００系アルミ合金製のセルフタップねじに比べて比較的低コストで生産性良く製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
前記したように、本発明は、セルフタップねじと被連結材が５０００系及び６０００系アルミ合金よりなる群から選ばれたアルミ合金から作製され、且つ、上記セルフタップねじの少なくともねじ山表面、好ましくはねじ全表面に摩擦係数低減表面処理が施されていることを特徴としている。以下、添付図面を参照して説明すると、図１はセルフタップねじの一例を示しており、（Ａ）は左側面図、（Ｂ）は正面図である。図中、符号２はセルフタップねじ１の十字状の穴部６を持つ頭部、符号３はねじの軸部であり、軸部３はねじ部（タッピングスクリュー部）４と先端のガイド部５からなる。このセルフタップねじ１の少なくともねじ部４表面、好ましくはねじ全表面には、後述するような摩擦係数低減表面処理が施されている。
【００１１】
図２は、本発明のセルフタップねじ１により被連結材１０，１１が連結された連結構造の一例を示している。前記したように、セルフタップねじ１と被連結材１０，１１は５０００系又は６０００系アルミ合金から作製されている。
例えば、セルフタップねじ１が５０００系アルミ合金から作製され、被連結材１０，１１が６０００系アルミ合金から作製されていても、５０００系アルミ合金はＡｌ−Ｍｇ系、６０００系アルミ合金はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系であるが、Ｓｉの添加量は微量であるため、リサイクル性を損なうことはない。但し、セルフタップねじ１と被連結材１０，１１が共に同一系統のアルミ合金、例えば５０００系アルミ合金又は６０００系アルミ合金から作製されていることが好ましいことは言うまでもない。
【００１２】
前記したように、従来は７０００系もしくは２０００系の高強度アルミ合金を用い、さらに硬度の高いＮｉ−Ｐ、硬質アルマイト被膜又は窒化処理を施したものが製品化されているが、この考えは材料の強度及び表面硬度を上げることにある。そのため、５０００系又は６０００系の比較的軟らかいアルミ合金製のセルフタップねじは作製されていない。これに対し、本発明者らの研究によれば、セルフタップ性の付与に貢献するのはねじ部の摩擦係数であり、５０００系又は６０００系の比較的軟らかいアルミ合金製のセルフタップねじの表面、少なくとも被連結材と接触する面（ねじ山部分）に摩擦係数低減表面処理を行うことで、従来不可能とされていた５０００系、６０００系のアルミ合金製のセルフタップねじを作製することが可能であることを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明は、セルフタップねじの少なくとも被連結材と接触する面（ねじ山部分）に摩擦係数低減表面処理を行うことによって、被連結材との摩擦係数を下げ、ねじ山硬さの低い５０００系及び６０００系のアルミ合金を、セルフタップねじとして使用することを可能としたものである。
摩擦係数低減表面処理としては、Ｎｉ−Ｐ、Ｚｎ、Ｓｎ等の無電解めっき、電解めっき等のめっき処理、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ｈＢＮ（六方晶窒化ホウ素）などの潤滑性を有する非金属もしくは金属粉末を分散共析させたＮｉ−Ｐなどの無電解めっき処理、クロム酸被膜、リン酸・クロム酸被膜、等の化成被膜形成処理、陽極酸化皮膜の微細孔中あるいはさらに表面に二硫化モリブデン、ＰＴＦＥ等の固体潤滑剤を含浸させて潤滑性を持たせた被膜を形成する処理、必要に応じてクロム酸被膜、リン酸・クロム酸被膜、ジルコニウム系被膜、リン酸・ジルコニウム系被膜等の下地処理を行った後にポリエステル系、エポキシ系、アクリル系等の潤滑性を有する樹脂被膜を塗装する処理や、潤滑性を有する材料の蒸着、スパッタリング、ラミネート、溶射など、摩擦係数が低下する表面処理であれば全て採用でき、被覆する手法、種類は問わない。上記表面処理を行うことで、被連結材との金属的親和性が低下し、被連結材との摩擦係数が下がる。
【００１４】
ねじ山の硬さとセルフタップを可能にする摩擦係数の数値には密接な関係がある。セルフタップの際、ねじ山が崩れてしまっては充分な締結力が得られず、用を足さない。ねじ山の崩れを防ぎ、被連結材側に雌ねじを切るためには、ねじ山が変形しないような硬さが必要であるが、前進時の摩擦現象によりねじ山へ局所的に係る力は、被連結材との摩擦係数が大きいほど高くなる。従って、被連結材との摩擦係数を低くすることで、低い強度のアルミ合金が使用可能となる。セルフタップねじのねじ山硬さが１５０Ｈｖ以上である場合（ねじ山硬さ≧１５０Ｈｖ）には摩擦係数が０．５５以下、ねじ山硬さが１２０Ｈｖ以上である場合（１５０Ｈｖ＞ねじ山硬さ≧１２０Ｈｖ）には摩擦係数が０．５以下、ねじ山硬さが１００Ｈｖ以上である場合（１２０Ｈｖ＞ねじ山硬さ≧１００Ｈｖ）には摩擦係数が０．４５以下となるように摩擦係数低減表面処理を施すことにより、セルフタップが可能となる。すなわち、セルフタップねじのねじ山硬さが低いほど摩擦係数は低くする必要があり、ねじ山硬さが高くなればそれだけ許容される摩擦係数は高くてもよいことになる。ねじ山硬さとの関係で摩擦係数が上記範囲外になってしまうと、セルフタップの際に被連結材との摩擦・拘束状態が大きくなり、ねじ山が壊れたり、ねじの首切れが起こり易くなる。なお、５０００系及び６０００系アルミ合金製のねじの場合、ねじ山硬さは最高１８０Ｈｖであり、一般には１６０Ｈｖ以下である。
また、本発明の表面処理は被連結材との摩擦係数を下げるために行うものであって、膜の硬さについては、特に硬くする必要はなく、ねじそのものよりも低くてもかまわない。
【００１５】
また、被膜厚さとしては、充分なセルフタップ性を有するためには少なくとも２μｍ以上が必要となる。膜厚が２μｍより少なくなると、ねじ込み時の摩擦現象で表面被膜が消失し、充分な効果は得られなくなる。なお、被膜厚さの上限は、セルフタップねじがビスホールとのクリアランス内に収まる限り特に制限されないが、経済性の観点から、膜厚は２０μｍ以内、好ましくは２〜１０μｍの範囲が望ましい。
【実施例】
【００１６】
以下、実施例及び比較例を示して本発明についてより具体的に説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものでないことは勿論である。
【００１７】
実施例１及び比較例１
アルミ合金製セルフタップねじの素材として、一般的なアルミ建材に使用される押出形材６０６３と同じ６０００系合金でより強度が高い６０６１、及びアルミ合金の中で最も強度が高いものの一つである７０７５の線材（調質Ｏ材）をそれぞれ準備した。表１に各線材の化学成分を示す。
これらの線材を冷間加工することで図１に示すようなセルフタップねじ１を得た。冷間加工は、まず、線材を適切な長さに切断し、冷間圧造加工により十字状の穴部６を持つ頭部１を形成した。次に、転造加工によってねじの軸部３に呼び径４ｍｍ、長さ１７ｍｍタッピングスクリュー部４及び長さ７ｍｍの下穴のガイド部５を形成し、セルフタップねじ１を得た。さらに、表２に示す各熱処理により硬さの調整を行った。その後、ねじ全体に後述する所定の表面処理を行った。また、被連結材としては、アルミ建材用の６０６３押出形材に一体成形された下穴直径３．６ｍｍのビスホールを有する形材を用いた。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
【表２】
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【００２０】
表面処理：
作製した６０６１合金製セルフタップねじ及び７０７５合金製セルフタップねじに、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｎｉ−Ｐ（Ｐ：９ｗｔ％）、Ｎｉ−Ｐ−ＰＴＦＥ（複合、ＰＴＦＥ共析量：６ｗｔ％）、Ｎｉ−Ｐ−ｈＢＮ（複合、ＢＮ共析量：１．９ｗｔ％）の５種類のめっき（被膜厚さ：１０μｍ）、硬質陽極酸化処理、硬質陽極酸化処理＋二硫化モリブデン（含浸、カシマコート）、硬質陽極酸化処理＋ＰＴＦＥ（含浸、ポリテトラフルオロエチレン含浸）の３種類の陽極酸化処理（被膜厚さ：１０μｍ）を施した。各表面処理の操作手順は以下のとおりである。
【００２１】
Ｎｉ−Ｐめっき：
まず、ねじの圧造、転造工程で付着した潤滑油などを取り除く目的で、常法に従ってアルカリ脱脂を約２分間行った後、エッチング処理（浴組成：水酸化ナトリウム約５０ｇ／Ｌ、燐酸ナトリウム約２ｇ／Ｌ、温度：約６０℃）を１分程度行い、アルミ合金の素地表面を一様に溶解して微細な凹凸を形成した。
その後、脱脂及びエッチング処理によって表面に生成したスマットを取り除くため、常法に従って硫酸水溶液及び硝酸水溶液にそれぞれ短時間浸漬してスマット除去を行った後、アルミ合金の酸化皮膜の生成を抑制するために、亜鉛置換処理（浴組成：水酸化ナトリウム約５０ｇ／Ｌ、酸化亜鉛約５ｇ／Ｌ、塩化第２鉄約２ｇ／Ｌ、ロッシェル塩約５０ｇ／Ｌ、硝酸ナトリウム約１ｇ／Ｌ）を常温で約３０秒間行った。亜鉛置換では、アルミ合金の酸化物が徐々に溶解し、露出したアルミ合金上に亜鉛が析出する。析出する亜鉛を緻密にするために、一旦析出した亜鉛を硝酸水溶液に３０秒程度浸漬して溶解した後、再度亜鉛置換を行なった(ダブルジンケート処理)。
次いで、密着性を向上させる目的で、Ｎｉストライクめっき（浴組成：酢酸ニッケル約６５ｇ／Ｌ、ほう酸約４５ｇ／Ｌ、グルコール酸約６０ｍｌ／Ｌ、酢酸ナトリウム約５０ｇ／Ｌ、サッカリン約１．５ｇ／Ｌ、少量の界面活性剤、電流密度：約２．７Ａ／ｄｍ２、ｐＨ：約６）を常温で約５分間行った。
最後に、無電解Ｎｉ−Ｐめっき（浴組成：硫酸ニッケル約２１ｇ／Ｌ、乳酸約２８ｇ／Ｌ、プロピオン酸約２．３ｇ／Ｌ、次亜燐酸ナトリウム約２１ｇ／Ｌ、温度：約９０℃、ｐＨ：約５）を行い、膜厚１０μｍのＮｉ−Ｐめっき被膜を形成した。
【００２２】
Ｚｎめっき：
Ｚｎめっきは、前処理として前記Ｎｉ−Ｐめっきのダブルジンケート処理までを同様の手順で行った。
その後、室温にてＺｎめっき処理（浴組成：酸化亜鉛約４０ｇ／Ｌ、金属亜鉛約３５ｇ／Ｌ、シアン化ナトリウム約９０ｇ／Ｌ、水酸化ナトリウム約８０ｇ／Ｌ、ｐＨ：１３以上、電流密度：約０．５〜８Ａ／ｄｍ２）を行い、膜厚１０μｍのＺｎめっき被膜を形成した。
【００２３】
Ｓｎめっき：
Ｓｎめっきは、前処理として前記Ｎｉ−Ｐめっきのダブルジンケート処理までを同様の手順で行った。
その後、室温にてＳｎめっき処理（浴組成：硫酸第１錫約４０ｇ／Ｌ、硫酸約１００ｇ／Ｌ、クレゾールスルホン酸約３０ｇ／Ｌ、ホルマリン約５ｍｌ／Ｌ、光沢剤約１０ｍｌ／Ｌ、分散剤約２０ｇ／Ｌ、陰極電流密度：約２Ａ／ｄｍ２）を行い、膜厚１０μｍのＳｎめっき被膜を形成した。
【００２４】
Ｎｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ複合めっき：
Ｎｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ複合めっきは、前処理として前記Ｎｉ−Ｐめっき（約３μｍ）を施した。その後、ＰＴＦＥ粒子とこれを均一分散させるための非イオン界面活性剤、ＰＴＦＥ粒子に正電荷を付与するための陽イオン界面活性剤などを添加したＮｉ−Ｐめっき浴にて前記と同様にして無電解めっきを行ない、膜厚１０μｍのＮｉ−Ｐ＋ＰＴＦＥ複合めっき被膜を形成した。
【００２５】
Ｎｉ−Ｐ＋ｈＢＮ複合めっき：
Ｎｉ−Ｐ＋ｈＢＮ複合めっきは、前処理として前記Ｎｉ−Ｐめっき（約３μｍ）を施した。その後、ＢＮ粒子を分散させたＮｉ−Ｐめっき浴にて前記と同様にして無電解めっきを行い、膜厚１０μｍのＮｉ−Ｐ＋ｈＢＮ複合めっき被膜を形成した。
【００２６】
硬質陽極酸化：
前記Ｎｉ−Ｐめっきと同様の手順でアルカリ脱脂、エッチング処理及びスマット除去を行った後、硫酸法（約１８ｗｔ．％濃度の硫酸水溶液、電流密度：約３．５Ａ／ｄｍ２）にて、膜厚１０μｍの硬質陽極酸化皮膜を得た。
【００２７】
硬質陽極酸化＋ＰＴＦＥ被膜：
硬質陽極酸化＋ＰＴＦＥ被膜は、前記の硬質陽極酸化処理を施した後に、ＰＴＦＥ分散溶剤に浸漬し、乾燥することで得た。
【００２８】
硬質陽極酸化＋ＭｏＳ２被膜：
前記Ｎｉ−Ｐめっきと同様の手順でアルカリ脱脂、エッチング処理及びスマット除去を行った後、硫酸とシュウ酸の混酸を用いて陽極酸化処理（浴組成：硫酸約１５ｗｔ．％、シュウ酸約３ｗｔ．％、電流密度：約３Ａ／ｄｍ２）を行った。
さらに、硝酸（約１０ｗｔ．％）に約５分間浸漬して活性化処理を行った後、電解（浴組成：チオモリブデン酸アンモニウム水溶液（約３ｗｔ．％）、電流密度：約５０ｍＡ／ｄｍ２、陰極：ステンレス板）を常温で約１０分間行った。
次いで、ねじをチオモリブデン酸アンモニウム水溶液（約５ｗｔ．％）、硫酸水溶液の順に浸漬した後、アンモニア水溶液にて中和すると共に水洗した。この一連の浸漬操作を１０回繰返した後、約７０℃で乾燥し、硬質陽極酸化＋ＭｏＳ２被膜を得た。
【００２９】
ねじ特性の評価：
前記したように各種表面処理を施した６０６１合金製セルフタップねじ及び７０７５合金製セルフタップねじについて、各部位の硬さ、摩擦係数、リサイクル性、捻じ込みトルク、セルフタップ性、引抜き強度を評価した。なお、捻じ込みトルク、セルフタップ性、引抜き強度試験は、前記被連結材に実際に取付けてから行った。得られた結果を表３〜表７に示す。
【００３０】
＜各部位の硬さの評価＞
各部位の硬さについては、表面処理を行ったセルフタップねじを長手方向に切断した後、ねじの心部の硬さ及びねじ山部の硬さをそれぞれマイクロビッカース硬さ試験機によって計測した。また、ねじ山の外表面の被膜硬さについても同様に測定した。
各硬さ測定部位を図３に示す。図３に示されるように、心部硬さは、谷底と軸心の中間線上の５点についての測定値の平均値、ねじ山硬さは、ねじ山の頂点から軸線への垂線上の５点についての測定値の平均値、表面硬さは、被膜の断面の略中心部上の５点についての測定値の平均値である。
【００３１】
＜摩擦係数の評価＞
摩擦数の測定は、ピン・オン・ディスク摩擦磨耗試験機（高千穂精機株式会社製、ＴＲＩ−Ｓ−５００Ｎ）を用い、ＡＳＴＭ  Ｇ９９−９０に従い、下記の条件で摩擦係数を測定した。
試験片：
ディスク：φ５３×５ｍｍ、６０６３合金製（被連結材に相当するもの）
ピン：φ８×２０ｍｍ、６０６１合金製のピンに各種表面処理を施したもの（ねじに相当するもの）
なお、ディスク及びピンの接触面の表面粗さは０．２μｍ以下とした。
試験条件：
荷重：３ｋｇｆ
摺動速度：２０，０００ｍｍ／分（施工時のねじの捻じ込み速度相当）
【００３２】
＜リサイクル性＞
リサイクル性は、主に６０００系押出形材で構成されるアルミ建材において、ねじを取外さずに再利用した場合に、どのような影響があるかを評価し、判断した。従来のステンレス製ねじを使用した場合、再利用された６０００系アルミ建材を溶解する際に、ＺｎやＣｕが不純物としてアルミ合金中に混入し、押出性低下、製品強度低下を引き起こしたり、充分に溶けきらない場合に炉底部に大量のステンレス製ねじが沈滞し、リサイクルの阻害原因になる。また、Ｚｎ、Ｃｕは６０００系押出形材の表面処理において、白スジや光輝模様などの発生原因となるため、その混入は極力避けなければならない。なお、セルフタップねじに被膜厚さ１０μｍのＺｎめっきを施した場合、表面処理を含めたねじ全体に占めるＺｎの重量比率は３．７ｗｔ．％程度である。連結するアルミ形材重量と、使用するねじ量との関係にも依るが、一般的なアルミ建材での使用量では６０６３系アルミ建材用合金として再生する際には、Ｃｕ量及びＺｎ量は４％未満となることが必要である。
判定基準：
◎：「アルミニウム合金」且つ「Ｃｕ又はＺｎの混入４％未満」
×：「ステンレス」又は「Ｃｕ又はＺｎの混入４％以上」
【００３３】
＜捻じ込みトルク＞
ねじの捻じ込みトルクは、アルミ建材の組立て及び施工時の作業性に大きく影響する。捻じ込みトルクは、低い方が作業性が良い。捻じ込みトルク試験は、トルクアナライザー（型式：ＰＣＴＲＱ２０ＮＡＤ）を用い、捻じ込み速度１００ｒｐｍで捻じ込み、その時の最大捻じ込みトルク値についてデータをまとめた。試験回数は３回とし、その平均値を求めた。さらに、ステンレス製ねじの捻じ込みトルク値を基準として、それに対する割合を百分率（％）で示し評価した。捻じ込みトルクについては、ステンレス製ねじでは試験回数５回で±約２０％の誤差があったため、±２０％未満はステンレス製ねじと同等と判断した。
判定基準：
◎：ステンレス製ねじの捻じ込みトルクに対する差が±２０％未満
○：ステンレス製ねじの捻じ込みトルクに対する差が＋２０％以上、＋３０％未満
×：ステンレス製ねじの捻じ込みトルクに対する差が＋３０％以上
【００３４】
＜セルフタップ性＞
セルフタップ性は、ビスホールにセルフタップねじを捻じ込んだ状態で、ねじの軸方向と平行な断面において、ねじ山の形状を観察し、ねじ山の損傷度合いで判断した。ねじ山の損傷が大きい場合は、ねじとビスホールの噛み合わせが不充分となり、引抜き強度が小さくなる。
判定基準：
◎：ねじ山崩れなし
○：ねじ山崩れ小
×：ねじ山崩れ大
【００３５】
＜引抜き強度＞
引抜き強度は、島津製作所製オートグラフ（型式：ＤＳＳ−５０００）を用いてビスホールにセルフタップねじを捻じ込んだ状態で、ねじ頭部を上方に引張り、ねじが引抜ける時の最大強度を測定した。試験回数は３回とし、その平均値で評価した。アルミ建材の完成品としての信頼性に関係するため、極力従来のステンレス製ねじと同等の強度が維持できることが望まれる。ここでは、ステンレス製ねじの引抜き強度を基準として、それに対する割合を百分率（％）で示し評価した。引抜き強度については、ステンレス製ねじでは試験回数５回で±約１５％の誤差があったため、±１５％未満はステンレス製ねじと同等とした。
判定基準：
◎：ステンレス製ねじの引抜き強度に対する差が±１５％未満
○：ステンレス製ねじの引抜き強度に対する差が−１５％以上、−２５％未満
×：ステンレス製ねじの引抜き強度に対する差が−２５％以上
【００３６】
＜総合評価＞
リサイクル性、捻じ込みトルク、セルフタップ性、引抜き強度の４項目について、以下の判断基準により総合評価した。
◎：全ての項目が◎である。
○：リサイクル性が◎であり、且つ、×が１つもない。
×：×が１つでもある。
【００３７】
【表３】
0004455424.tif 000004
【００３８】
【表４】
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【００３９】
【表５】
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【００４０】
【表６】
0004455424.tif 000007
【００４１】
【表７】
0004455424.tif 000008
【００４２】
表３〜６に示される結果から明らかなように、ねじ山硬さに応じて所定の摩擦係数となるように表面処理を施したセルフタップねじの場合、セルフタップ性及びリサイクル性共に優れていたが、摩擦係数低減表面処理を施さなかったサンプルＮｏ．４，１６，２５，３５の場合にはセルフタップ性が得られなかった。また、サンプルＮｏ．５〜９のようにセルフタップねじのねじ山硬さが１００Ｈｖ以上である場合に摩擦係数が０．４５を超える場合、サンプルＮｏ．１７，１８，２６，２７のようにねじ山硬さが１２０Ｈｖ以上である場合に摩擦係数が０．５を超える場合、及びサンプルＮｏ．３６のようにねじ山硬さが１５０Ｈｖ以上である場合に摩擦係数が０．５５を超える場合には、良好なセルフタップ性は得られなかった。これらの結果から、ねじ山硬さが１５０Ｈｖ以上である場合には摩擦係数が０．５５以下、ねじ山硬さが１２０Ｈｖ以上である場合には摩擦係数が０．５以下、ねじ山硬さが１００Ｈｖ以上である場合には摩擦係数が０．４５以下となるように摩擦係数低減表面処理を施すことが好ましい。
【００４３】
なお、表７において、比較サンプルＮｏ．１として挙げたステンレス製セルフタップねじは、現在、アルミ建材の締結部材として一般に使用されている。しかし、アルミ建材をリサイクルする際にねじを取り外さなかった場合、再利用された６０００系アルミ建材を溶解する際に、ＣｕやＺｎが不純物としてアルミ中に混入し、押出性低下、製品強度低下を引き起こしたり、充分に溶けきらなかった場合に、炉底部に大量のステンレスねじが沈滞し、リサイクル阻害要因になる。従って、リサイクル性は×とした。
また、比較サンプルＮｏ．２〜５の７０７５合金製セルフタップねじは、リサイクル時に取外さずにアルミ建材と一緒に溶解した場合、７０７５合金製ねじに含まれる約５ｗｔ．％のＺｎと約１ｗｔ．％のＣｕが不純物として混入する。ＣｕとＺｎは、６０００系押出形材の表面処理として最も一般的な陽極酸化処理において、白スジや光輝模様などの外観不良の原因となる。連結するアルミ形材重量と、使用するねじ量との関係にも依るが、一般的なアルミ建材での使用量では６０６３系アルミ建材用合金として再生する際には、Ｃｕ量とＺｎ量は４％未満となることが必要である。従って、リサイクル性は×とした。
【００４４】
実施例２
一般的な５０００系アルミ合金である５０５６系合金及び高マグネシウム合金の５１８３系のアルミ合金を用い、前記実施例１と同様にして各種表面処理及び調質を施したセルフタップねじを作製し、ねじ特性を評価した。５０５６合金製及び５１８３合金製のセルフタップねじ用線材の化学組成を表８に示す。なお、成形後のねじ山の硬さを調整するために、５０５６合金はＯ材及びＨ１８材、５１８３合金はＨ１８材を準備した。実施例１と同様に冷間加工することにより、実施例１と同じ寸法・形状のセルフタップねじを得た。表９に成形後のセルフタップねじの硬さを示す。
【００４５】
【表８】
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【００４６】
【表９】
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【００４７】
作製した５０５６合金製セルフタップねじ及び５１８３合金製セルフタップねじに、実施例１と同様にＺｎ、Ｓｎ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｐ−ＰＴＦＥ（複合）、Ｎｉ−Ｐ−ｈＢＮ（複合）、の５種類のめっき(被膜厚さ:１０μｍ)、硬質陽極酸化処理、硬質陽極酸化処理＋二硫化モリブデン(含浸)、硬質陽極酸化処理＋ＰＴＦＥ(含浸)の３種類の陽極酸化処理(被膜厚さ:１０μｍ)を施した。
各種表面処理を施した５０５６合金製セルフタップねじ及び５１８３合金製セルフタップねじについて、各部位の硬さ、摩擦係数、リサイクル性、捻じ込みトルク、セルフタップ性、引抜き強度を評価した結果を表１０〜表１２に示す。尚、各評価条件は前記実施例１と同様である。
【００４８】
【表１０】
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【００４９】
【表１１】
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【００５０】
【表１２】
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【００５１】
実施例３
アルミニウム合金製セルフタップねじの表面処理被膜厚さについて検討するために、前述のＨ１８調質材を素材とした５０５６合金製セルフタップねじに被膜厚さが異なる各種表面処理を施して評価試験を行った。表面処理は、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｎｉ−Ｐ−ＰＴＦＥの３種のめっきについて行い、被膜厚さは、１μｍ以下、２〜３μｍ、２０μｍの３水準で行った。表１３に被膜厚さを変えた時の５０５６合金製セルフタップねじの評価結果を示す。
【００５２】
【表１３】
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表１３に示される結果から明らかなように、被覆厚さが１μｍ以下では、何れの表面処理の場合も充分なセルフタップ性、引抜き強度が得られなかった。これに対し、被覆厚さが２〜３μｍ及び２０μｍでは充分なセルフタップ性、引抜き強度が得られた。
以上の結果より、被膜厚さとしては、充分なセルフタップ性を有するためには少なくとも２μｍ以上必要である。被覆厚さは２０μｍ程度であっても、実施例１、２に示した１０μｍ時から大きな向上は見られない。従って、ビスホールとのクリアランス内に収まる限り、被覆厚さの上限は特に制限されないが、経済性の観点から、２０μｍ以内であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のセルフタップねじの一例を示し、（Ａ）は左側面図、（Ｂ）は正面図である。
【図２】本発明のセルフタップねじにより被連結材が連結された連結構造の一例を示す部分断面図である。
【図３】各実施例及び比較例で作製されたセルフタップねじの硬さ測定部位を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  セルフタップねじ
２  頭部
３  軸部
４  ねじ部（タッピングスクリュー部）
５  ガイド部
６  穴部
７  ねじ山
８  表面被膜
１０，１１  被連結材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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