(57)【要約】【課題】焼戻し温度が比較的低い合金工具鋼に対しても硬質被膜をコーティングできるようにして、耐摩耗性に優れた安価なプラグゲージを提供する。【解決手段】ＪＩＳ  Ｇ  ４４０４の「合金工具鋼鋼材」で規定されている鋼種のうち焼入れ焼戻し熱処理を行う際の焼戻し温度が１８０℃以下のものを用いて基材２０が構成されているとともに、その焼戻し温度以下の処理温度でスパッタリング法により硬質被膜２２がコーティングされているため、実用上満足できる耐摩耗性を備えたねじプラグゲージ１０が安価に製造される。【選択図】図１
2012233745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金工具鋼にて構成されているプラグゲージにおいて、
ＪＩＳ  Ｇ  ４４０４の「合金工具鋼鋼材」で規定されている鋼種のうち焼入れ焼戻し熱処理を行う際の焼戻し温度が１８０℃以下のものが用いられるとともに、
前記焼戻し温度以下の処理温度でスパッタリング法により硬質被膜がコーティングされている
ことを特徴とするプラグゲージ。
【請求項２】
前記硬質被膜の膜厚は０．５〜１．５μｍの範囲内である
ことを特徴とする請求項１に記載のプラグゲージ。
【請求項３】
前記合金工具鋼は、ＪＩＳ  Ｇ  ４４０４の「合金工具鋼鋼材」で規定されている鋼種のうち焼入れ焼戻し熱処理後の硬さがＨＲＣ５８以上のものである
ことを特徴とする請求項１または２に記載のプラグゲージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラグゲージに係り、特に、耐摩耗性に優れた安価なプラグゲージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
めねじのねじ穴内に嵌合されて寸法を検査するねじプラグゲージが知られている。すなわち、めねじに対応するおねじが設けられたゲージ部を有し、めねじに螺合されることによりめねじの外径や有効径、ピッチなどを検査する通り側および止り側のねじプラグゲージや、めねじの内径に対応する円柱形状のゲージ部を有してめねじの内径を検査する内径用プラグゲージが、ＪＩＳ等に規定されている。また、ドリル等によって形成された円穴の内径を検査する栓ゲージも知られている。そして、このようなプラグゲージにおいて、表面にＴｉＮ、ＣｒＮなどの硬質被膜をコーティングすることにより、耐摩耗性を向上させることが、例えば特許文献１などで提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０１４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような硬質被膜のコーティング方法としては、アークイオンプレーティング法が広く用いられているが、処理温度が一般に４５０〜５００℃程度と高いため、基材として高価な高速度工具鋼や超硬合金を使用する必要があり、製造コストが高くなるという問題があった。安価な合金工具鋼を用いることも考えられるが、焼入れ焼戻し熱処理を行う際の焼戻し温度が５００℃程度以上のものを採用する必要があり、使用できる鋼種が制約されるため、現状では高速度工具鋼や超硬合金を用いるのが一般的である。
【０００５】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、焼戻し温度が比較的低い合金工具鋼に対しても硬質被膜をコーティングできるようにして、耐摩耗性に優れた安価なプラグゲージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために、第１発明は、合金工具鋼にて構成されているプラグゲージにおいて、(a) ＪＩＳ  Ｇ  ４４０４の「合金工具鋼鋼材」で規定されている鋼種のうち焼入れ焼戻し熱処理を行う際の焼戻し温度が１８０℃以下のものが用いられるとともに、(b) 前記焼戻し温度以下の処理温度でスパッタリング法により硬質被膜がコーティングされていることを特徴とする。
【０００７】
第２発明は、第１発明のプラグゲージにおいて、前記硬質被膜の膜厚は０．５〜１．５μｍの範囲内であることを特徴とする。
【０００８】
第３発明は、第１発明または第２発明のプラグゲージにおいて、前記合金工具鋼は、ＪＩＳ  Ｇ  ４４０４の「合金工具鋼鋼材」で規定されている鋼種のうち焼入れ焼戻し熱処理後の硬さがＨＲＣ５８以上のものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このようなプラグゲージにおいては、焼戻し温度が１８０℃以下の合金工具鋼を用いてプラグゲージが構成されているとともに、その焼戻し温度以下の処理温度でスパッタリング法により硬質被膜がコーティングされているため、実用上満足できる耐摩耗性を備えたプラグゲージを安価に製造できる。
【００１０】
第２発明では、硬質被膜の膜厚が０．５〜１．５μｍの範囲内であるため、耐摩耗性を確保しつつ膜厚のばらつきが抑制され、例えばＪＩＳメートルねじ２級相当の標準的なプラグゲージの要求寸法精度を満たすことができる。
【００１１】
第３発明では、焼入れ焼戻し熱処理後の硬さがＨＲＣ５８以上の合金工具鋼が用いられるため、硬質被膜がコーティングされることによって優れた耐摩耗性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例であるねじプラグゲージを示す図で、(a) は正面図、(b) はゲージ部の拡大断面図である。
【図２】図１のプラグゲージの表面に硬質被膜をコーティングするスパッタリング工程を説明する図である。
【図３】硬質被膜のコーティングに伴うねじプラグゲージの径寸法変化を調べた結果を説明する図である。
【図４】硬質被膜の有無による耐摩耗性の違いを調べた際の試験方法および試験結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のプラグゲージは、めねじに対応するおねじが設けられたゲージ部を有する通り側或いは止り側のねじプラグゲージに好適に適用されるが、めねじの内径に対応する円柱形状のゲージ部を有する内径用プラグゲージや、ドリル等によって形成された円穴の内径を検査する栓ゲージにも適用され得る。
【００１４】
基材を構成する合金工具鋼は、ＪＩＳ  Ｇ  ４４０４（２００６版）の「合金工具鋼鋼材」で規定されている鋼種のうち、焼入れ焼戻し熱処理を行う際の焼戻し温度が１８０℃以下で、且つ焼入れ焼戻し熱処理後の硬さがＨＲＣ５８以上のものが好適に用いられ、具体的にはＳＫＳ３、ＳＫＳ３１、ＳＫＳ９３、ＳＫＳ９４、ＳＫＳ９５、ＳＫＤ１１、ＳＫＤ１２などが適当である。ＪＩＳ規格以外であっても、焼入れ焼戻し熱処理を行う際の焼戻し温度が１８０℃以下の合金工具鋼に相当する鋼種であれば同様に用いることが可能である。
【００１５】
硬質被膜は、例えばＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＮなど、元素の周期表の IIIｂ族、IVａ族、Ｖａ族、VIａ族の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、或いはこれらの相互固溶体が好適に用いられる。単一組成の単層であっても良いが、ターゲットや導入反応ガスを切り換えることにより、組成が異なる複数種類の被膜を積層して設けることもできるなど、種々の態様が可能である。硬質被膜の膜厚は、耐摩耗性を確保しつつ膜厚のばらつきを抑制してプラグゲージの要求寸法精度を満たす上で０．５〜１．５μｍ程度の範囲内が適当であるが、被膜の組成に応じて適宜定められる。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例で、めねじ用の限界ゲージである通り側または止り側のねじプラグゲージ１０を説明する図であり、(a) は軸心と直角方向から見た正面図で、シャンク１２およびゲージ部１４を同軸上に一体に備えている。ゲージ部１４には、検査すべきめねじに対応するおねじ１６が設けられており、めねじに螺合されて通過できるか否かにより、めねじの外径や有効径、ピッチ誤差などを検査できる。
【００１７】
図１の(b) はゲージ部１４の外周部の拡大断面図で、合金工具鋼にて構成されている基材２０の表面には硬質被膜２２がコーティングされている。基材２０は、ＪＩＳ  Ｇ  ４４０４の「合金工具鋼鋼材」で規定されている鋼種のうち、焼入れ焼戻し熱処理を行う際の焼戻し温度が１８０℃以下で、且つ焼入れ焼戻し熱処理後の硬さがＨＲＣ５８以上のもので、本実施例では焼戻し温度が１８０℃で焼入れ焼戻し熱処理後の硬さがＨＲＣ６０以上と規定されているＳＫＳ３１が用いられている。硬質被膜２２は、元素の周期表の IIIｂ族、IVａ族、Ｖａ族、VIａ族の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、或いはこれらの相互固溶体で、本実施例ではＴｉＡｌＮの単層がスパッタリング法によって形成されている。
【００１８】
また、硬質被膜２２の膜厚ｔは０．５〜１．５μｍの範囲内で、本実施例では約１．０μｍをねらい値として形成されており、その表面寸法すなわち外径や有効径がねじプラグゲージ１０に要求される寸法公差の範囲内となるように、硬質被膜２２がコーティングされる前の基材２０の寸法が定められる。具体的には、外径については、ねらい値よりも２ｔ程度小さい寸法が定められ、有効径については、ねらい値よりも３ｔ程度小さい寸法が定められる。フランクについても面垂直方向に同じ膜厚ｔで硬質被膜２２が形成される場合、計算上はコーティング後の目標有効径よりも４ｔ（＝２×ｔ／ｃｏｓ６０°）だけ小さくする必要があるが、スパッタリング法では傾斜部分の膜厚が薄くなるため、本実施例では目標有効径よりも３ｔ程度小さい寸法としている。
【００１９】
そして、このようなねじプラグゲージ１０は、合金工具鋼（実施例ではＳＫＳ３１）を用いて所定のおねじ１６を有する基材２０を形成し、所定の焼戻し温度（例えば１８０℃±１０℃の範囲内）で焼入れ焼戻し熱処理を行った後に、その焼戻し温度以下の処理温度でコーティング処理を行って硬質被膜２２を設けることにより製造される。図２は、硬質被膜２２をスパッタリング法でコーティングするスパッタリング工程を説明する図で、スパッタリング装置３０を用いて行われる。このスパッタリング工程では、硬質被膜２２を構成しているＴｉＡｌのターゲット３８に電源４０により負の一定のバイアス電圧（例えば−５０〜−６０Ｖ程度）を印加するとともに、バイアス電源３４により基材２０に負の一定のバイアス電圧（例えば−７０Ｖ程度）を印加することにより、アルゴンイオンＡｒ+ をターゲット３８に衝突させてその構成物質（ＴｉＡｌ）を叩き出す。チャンバー３２内には、アルゴンガスの他に窒素ガス（Ｎ2 ）が所定の流量で導入され、その窒素原子Ｎがターゲット３８から叩き出されたＴｉＡｌと結合してＴｉＡｌＮとなり、基材２０の表面に硬質被膜２２として付着させられる。基材２０は軸心まわりに回転駆動され、おねじ１６が設けられたゲージ部１４の全周に略均等に硬質被膜２２がコーティングされるようになっている。
【００２０】
図３は、このような製造方法に従ってＭ４×０．７およびＭ１０×１．５の２種類のねじプラグゲージ１０をそれぞれ２本ずつ製作し、硬質被膜２２のコーティング前後の寸法変化を調べた結果を説明する図である。何れの試験品も、硬質被膜２２の膜厚ｔのねらい値は１．０μｍで、コーティング前の外径許容差はコーティング後の外径許容差よりも２μｍ小さく、コーティング前の有効径許容差はコーティング後の有効径許容差よりも３μｍ小さい。また、「先」、「中」、「元」は、ゲージ部１４の軸方向位置で、「先」は先端部、「中」は中央部、「元」はシャンク１２側の端部を意味している。そして、それ等の「先」、「中」、「元」に記載の寸法が実測値で、何れの試験品に関しても、外径および有効径共に許容差の範囲内に入っている。
【００２１】
「寸法差」は、「コーティング後」の径寸法から「コーティング前」の径寸法を引き算した値で、外径に関してはコーティング前に比べて−１．９μｍ〜＋１．８μｍの範囲でばらつくが、ＪＩＳメートルねじ２級相当の公差は一般的には１２μｍ以上であるため、コーティング前の寸法を適当に設定することにより要求寸法精度を十分に満たすことができる。有効径に関しても、コーティング前の寸法を適当に設定することにより要求寸法精度を十分に満たすことができる。具体的には、コーティング前に比べて＋０．１μｍ〜＋１．９μｍの範囲でばらつくが、ＪＩＳメートルねじ２級相当の公差は一般的には８μｍ以上であるため、要求寸法精度を十分に満たすことができる。
【００２２】
また、図４は、合金工具鋼（ＳＫＳ３１）にて構成されているφ１２の円柱形状のプラグゲージであって、前記実施例と同様にスパッタリングによりＴｉＡｌＮの硬質被膜２２を１．０μｍの膜厚（ねらい値）で形成した本発明品と、その硬質被膜２２が無い合金工具鋼のままの比較品を用意し、耐摩耗性試験を行った結果を説明する図である。(a) は試験方法を説明する図で、上記試験品を３５０ｒｐｍで軸心まわりに回転駆動しつつ、軸方向の一部に上方からＦＣ角材（ＪＩＳの規定によるＦＣ２５０；ねずみ鋳鉄）に３．０ｋｇの錘を載せて押圧し、ＦＣ角材で押圧された部分とそうでない部分の径寸法Ａ、Ｂの差を摩耗量として測定する。径寸法Ａ、Ｂは、軸心まわりに４５°間隔で測定した４箇所の直径寸法の平均値を用いた。(b) は、１日に８時間（約１６．８万回転）試験を行って、１日毎に摩耗量Ｂ−Ａを調べた結果で、「○」印で示す本発明品は４日経っても摩耗量が略０であったのに対し、「×」印で示す比較品は３日間で摩耗量が５μｍを越えた。この結果から、硬質被膜２２がコーティングされることにより耐摩耗性が大幅に向上し、合金工具鋼にて構成されている安価なプラグゲージであっても実用上十分に満足できる耐久性が得られるようになる。
【００２３】
このように、本実施例のねじプラグゲージ１０においては、ＪＩＳに規定の焼戻し温度が１８０℃以下の合金工具鋼を用いて基材２０が構成されているとともに、その焼戻し温度以下の処理温度でスパッタリング法により硬質被膜２２がコーティングされているため、実用上満足できる耐摩耗性を備えたねじプラグゲージ１０が安価に製造される。
【００２４】
また、本実施例では硬質被膜２２の膜厚ｔが０．５〜１．５μｍの範囲内であるため、耐摩耗性を確保しつつ膜厚ｔのばらつきが抑制され、例えばＪＩＳメートルねじ２級相当の標準的なねじプラグゲージの要求寸法精度を十分に満たすことができる。
【００２５】
また、本実施例では焼入れ焼戻し熱処理後の硬さがＨＲＣ５８以上の合金工具鋼が基材２０として用いられるため、硬質被膜２２がコーティングされることによって優れた耐摩耗性が得られる。
【００２６】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１０：ねじプラグゲージ（プラグゲージ）    ２０：基材    ２２：硬質被膜    ｔ：膜厚
【図１】
2012233745.tif 000003
【図２】
2012233745.tif 000004
【図３】
2012233745.tif 000005
【図４】
2012233745.tif 000006