特許 5996525 ワッシャ製造のための方法およびプラントならびにワッシャ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5996525

(24)【登録日】2016年9月2日

(45)【発行日】2016年9月21日

(54)【発明の名称】ワッシャ製造のための方法およびプラントならびにワッシャ

(51)【国際特許分類】

   F16B 43/00 20060101AFI20160908BHJP

   F16B 39/24 20060101ALI20160908BHJP

   C23C 18/32 20060101ALI20160908BHJP

   C23C 18/31 20060101ALI20160908BHJP

【ＦＩ】

   F16B43/00 B

   F16B39/24 B

   C23C18/32

   C23C18/31 A

【請求項の数】19

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-506112(P2013-506112)

(86)(22)【出願日】2011年4月15日

(65)【公表番号】特表2013-530352(P2013-530352A)

(43)【公表日】2013年7月25日

(86)【国際出願番号】SE2011050463

(87)【国際公開番号】WO2011133090

(87)【国際公開日】20111027

【審査請求日】2014年4月1日

(31)【優先権主張番号】1050390-2

(32)【優先日】2010年4月20日

(33)【優先権主張国】SE

(73)【特許権者】

【識別番号】509058427

【氏名又は名称】ノード−ロック・アーベー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】クット・ペルソン

【審査官】 長谷井 雅昭

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０３−０３５３１４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０６−３２３３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２０５２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２６６３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２３３１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２４０９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３０２７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３０４３８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｂ ２３／００−４３／０２

Ｃ２３Ｃ １８／００−２０／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボルト止めジョイントにおいてロックを行うための金属製ワッシャを製造するための方法であって、
前記ワッシャが、環状の形状を有するものとされ、
前記ワッシャの一方の面に、径方向に延在するカムのパターンが設けられ、
前記ワッシャの他方の面に、径方向に延在する歯のパターンが設けられ、
前記ワッシャのうちの、前記歯のパターンが設けられた少なくとも１つの面が、ロック操作時に前記歯のパターンに対して相互作用することとなる材料の硬さを超える硬さを有した表面を備えるものとされ、
この方法においては、
−複数のワッシャ（１）からなるバッチを、腐食耐性を有した外表面層（７）によってコーティングし、この場合、前記外表面層（７）の硬さを、ロック操作時に前記歯（３）のパターンに対して相互作用することとなる材料（６）の硬さを超えるものとし、
前記外表面層を、ニッケル／リン合金とするとともに、このニッケル／リン合金からなる層を、アモルファス構造を備えたものとすることを特徴とする方法。

【請求項2】

請求項１記載の方法において、
前記外表面層を、２〜１４重量％のリンを含有した、あるいは、６〜９重量％のリンを含有した、ニッケル／リン合金とすることを特徴とする方法。

【請求項3】

請求項１または２記載の方法において、
前記外表面層を、無電解ニッケルメッキプロセスによって、あるいは、バレルメッキプロセスによって、成膜することを特徴とする方法。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、
−クリーニング操作（４４０）において、前記ワッシャの表面をクリーニングし、その後、
−純粋なニッケルからなる層（３１０）を電解的に成膜し、その後、前記ニッケル合金からなる前記外表面層（７）を形成する、
ことを特徴とする方法。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、
−外表面層（７）を、１０〜５０μｍという厚さで成膜することを特徴とする方法。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、
−前記ワッシャの前記外表面層を、４００℃で１時間にわたって、あるいは、２００〜３００℃で最大１２時間にわたって、熱処理することを特徴とする方法。

【請求項7】

請求項６記載の方法において、
前記外表面層を、１０００ＨＶという硬さが得られるまで、熱処理することを特徴とする方法。

【請求項8】

ボルト止めジョイントにおいてロックを行うための金属製ワッシャを製造するための方法であって、
前記ワッシャが、環状の形状を有するものとされ、
前記ワッシャの一方の面に、径方向に延在するカムのパターンが設けられ、
前記ワッシャの他方の面に、径方向に延在する歯のパターンが設けられ、
前記ワッシャのうちの、前記歯のパターンが設けられた少なくとも１つの面が、ロック操作時に前記歯のパターンに対して相互作用することとなる材料の硬さを超える硬さを有した表面を備えるものとされ、
この方法においては、
−複数のワッシャ（１）からなるバッチを、腐食耐性を有した外表面層（７）によってコーティングし、この場合、前記外表面層（７）の硬さを、ロック操作時に前記歯（３）のパターンに対して相互作用することとなる材料（６）の硬さを超えるものとし、
−窒化チタンＴｉＮと、炭窒化チタンＴｉＣＮと、窒化クロムＣｒＮと、窒化チタンアルミニウムＴｉＡｌＮと、の中の少なくとも１つの化合物からなる前記外表面層（７）を、物理的気相蒸着プロセスによって成膜することを特徴とする方法。

【請求項9】

請求項８記載の方法において、
前記外表面層を、０．５〜５０μｍという厚さを有したものとすることを特徴とする方法。

【請求項10】

請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法において、
−前記ワッシャを、スチール製のワッシャとして、あるいは、ステンレススチール製のワッシャとして、あるいは、耐酸性ステンレススチール製のワッシャとして、形成することを特徴とする方法。

【請求項11】

ボルト止めジョイントにおいてロックを行うための金属製ワッシャであって、
前記ワッシャが、フラットな環状の形状を有するものとされ、
前記ワッシャが、中央穴を有しており、
前記ワッシャの一方の面に、径方向に延在するカムのパターンが設けられ、
前記ワッシャの他方の面に、径方向に延在する歯のパターンが設けられ、
前記ワッシャのうちの、前記歯のパターンが設けられた少なくとも１つの面が、ロック操作時に前記歯のパターンに対して相互作用することとなる材料の硬さに少なくとも対応する硬さを有した表面を備えるものとされ、
このようなワッシャにおいて、
前記ワッシャ（１）が、腐食耐性を有した外表面層（７）によってコーティングされ、 前記外表面層（７）の硬さが、ロック操作時に前記歯（３）のパターンに対して相互作用することとなる材料（６）の硬さを超えるものとされ、
前記外表面層が、ニッケル／リン合金とされるとともに、このニッケル／リン合金からなる層が、アモルファス構造を備えたものとされることを特徴とするワッシャ。

【請求項12】

請求項１１記載のワッシャにおいて、
電解的に成膜された純粋なニッケルからなる下地コーティング層（３１０）が、前記ニッケル合金からなる前記外表面層（７）の下地として設けられていることを特徴とするワッシャ。

【請求項13】

請求項１１または１２記載のワッシャにおいて、
前記ニッケル／リン合金が、２〜１４重量％のリンを含有した、あるいは、６〜９重量％のリンを含有したものとされることを特徴とするワッシャ。

【請求項14】

請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のワッシャにおいて、
前記外表面層が、１０〜５０μｍという厚さとされていることを特徴とするワッシャ。

【請求項15】

請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のワッシャにおいて、
前記外表面層が、１０００ＨＶという硬さであることを特徴とするワッシャ。

【請求項16】

請求項１１〜１５のいずれか１項に記載のワッシャにおいて、
前記金属製ワッシャが、スチール製のワッシャとして、あるいは、ステンレススチール製のワッシャとして、あるいは、耐酸性ステンレススチール製のワッシャとして、形成されていることを特徴とするワッシャ。

【請求項17】

ボルト止めジョイントにおいてロックを行うための金属製ワッシャであって、
前記ワッシャが、フラットな環状の形状を有するものとされ、
前記ワッシャが、中央穴を有しており、
前記ワッシャの一方の面に、径方向に延在するカムのパターンが設けられ、
前記ワッシャの他方の面に、径方向に延在する歯のパターンが設けられ、
前記ワッシャのうちの、前記歯のパターンが設けられた少なくとも１つの面が、ロック操作時に前記歯のパターンに対して相互作用することとなる材料の硬さに少なくとも対応する硬さを有した表面を備えるものとされ、
このようなワッシャにおいて、
前記ワッシャ（１）が、腐食耐性を有した外表面層（７）によってコーティングされ、 前記外表面層（７）の硬さが、ロック操作時に前記歯（３）のパターンに対して相互作用することとなる材料（６）の硬さを超えるものとされ、
前記外表面層が、窒化チタンＴｉＮと、炭窒化チタンＴｉＣＮと、窒化クロムＣｒＮと、窒化チタンアルミニウムＴｉＡｌＮと、の中の少なくとも１つの化合物から形成されていることを特徴とするワッシャ。

【請求項18】

請求項１７記載のワッシャにおいて、
前記外表面層が、０．５〜５０μｍという厚さを有したものとされていることを特徴とするワッシャ。

【請求項19】

請求項１７または１８記載のワッシャにおいて、
前記金属製ワッシャが、スチール製のワッシャとして、あるいは、ステンレススチール製のワッシャとして、あるいは、耐酸性ステンレススチール製のワッシャとして、形成されていることを特徴とするワッシャ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の序部分に記載されているようなロックのためのワッシャの製造方法に関するものである。

【0002】

本発明は、また、請求項２４の序部分に記載されているようなプラントに関するものである。

【0003】

本発明は、さらに、請求項１３の序部分に記載されているようなロックのためのワッシャに関するものである。

【背景技術】

【0004】

上記タイプの金属製ワッシャが、従来より公知である。このタイプのワッシャは、対で使用することが意図されており、一面には、互いに対向するカムのパターンが設けられ、他の面には、歯のパターンが設けられている。歯のパターンは、外向きに回転され、ワークピース表面内に、あるいは、ボルトヘッド内に、あるいは、ボルト止めジョイントのナット内に、グリップする。これを達成するために、ワッシャの歯は、ワークピースおよびボルトヘッド／ナットよりも硬いものでなければならない。これにより、それぞれの表面内における侵入度合いは、歯と、ワークピースまたはボルトヘッド／ナットと、の間の接触における摩擦が、それぞれのカム表面どうしの間の摩擦を超えることを確保し得るよう、十分に深いものとすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】本明細書においては、関連する特許文献を記載していない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ある種の実施形態においては、金属製ワッシャは、スチールから形成される。例えば、ステンレススチールから形成される。例えば、耐酸性のステンレススチールから形成される。ワッシャを冷間形成することにより、硬度は、歪み硬化によって増大する。しかしながら、この場合には、硬度は、関連するボルト止めジョイント内において使用されているボルトおよびナットの冷間形成によって得られるのとほぼ同じ程度にまで増大する。したがって、ワッシャの硬度は、さらに良好な摩擦を確保し得るよう、増大させなければならない。

【0007】

硬いワッシャ表面を得るための冷間形成に加えて、バッチ的製造に適した他の公知の方法は、カーボンおよび水素という雰囲気内における熱処理という態様での硬化である。しかしながら、この方法は、高価であり、表面のステンレス特性が粗末である。

【0008】

本発明の目的は、硬いワッシャ表面を有した金属製ワッシャのバッチ的形成を行うための方法であって、同時に、上述した公知方法の欠点を回避し得る方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的および他の目的は、請求項１，２４，１３に記載された特徴点を有したそれぞれ方法、プラント、ワッシャ、によって得られる。

【0010】

後述するように、さらなる利点は、従属請求項において特定された特徴点によって得られる。

【0011】

本発明においては、ワッシャは、腐食耐性を有した外表面層であるとともに、ロック操作時に歯のパターンに対して相互作用することとなる材料の硬さを超える硬さを有した外表面層によって、コーティングされる。

【0012】

「コーティングされる」または「コーティングされた」という用語は、腐食耐性を有した外表面層が、ワッシャの外表面上に成膜されることを意図している。

【0013】

本発明は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより、より明瞭に理解されるであろう。添付図面においては、同様の部材には、同じ参照符号が付されている。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に基づく例えばワッシャといったようなロックのためのワッシャを使用したボルト止めジョイントの一実施形態を示す概略的な横断面図である。

【図2】本発明によるワッシャの一実施形態を示す斜視図であって、面は、歯のパターンを有している。

【図3】本発明によるワッシャの一部を示す径方向の断面図である。

【図4】本発明による方法の一実施形態を示すブロック図である。

【図5】本発明によるプラントの一実施形態を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

実質的に上記において特定されたタイプの金属製ワッシャ１は、既に公知であり、ロックの目的のための、例えばボトル止めジョイントのためにあるいは対応固定部材のために、設けられている。図１に概略的に示すように、歯３のパターンが設けられた面２は、２つのワッシャ１からなる対において外向きに回転される。歯は、ボルトヘッド４’のあるいは例えばナットといったような対応部材の底面４に対して、および、例えばワークピース６の表面５に対して、グリップする。

【0016】

本発明の好ましい実施形態においては、ワッシャは、例えばステンレススチールといったようなスチールから形成される。時によっては、特に好ましい実施形態は、耐酸性のステンレススチールからなるワッシャである。

【0017】

本発明においては、ワッシャには、外表面層７が設けられる。外表面層７は、図１に示すように、好ましくは、歯のワッシャパターンに対して相互作用する材料よりも硬いものであることを意図したものである。これにより、歯のワッシャパターンは、その材料の中にグリップすることが意図されている。

【0018】

本発明の一見地においては、外表面層７は、ニッケル合金から形成されている。

【0019】

図３に示すように、電解的に成膜された純粋ニッケルからなる層３１０が、一実施形態においては、ニッケル合金製の外表面層７の下に設けられている。よって、層３１０は、外表面層のための下地コーティングとして機能する。

【0020】

好ましい実施形態においては、外表面層７は、ニッケル／リン合金とされている。好ましくは、ニッケル／リン合金は、およそ２〜１４重量％のリンを含有しており、より詳細には、およそ６〜９重量％のリンを含有している。残部は、ニッケルと、ニッケルリン合金の場合の通常の不純物と、である。

【0021】

好ましくは、外表面層７は、いわゆる無電解ニッケルメッキプロセスによって、好ましくはいわゆるバレルメッキプロセスによって、成膜される。それらプロセス自体は、公知のものであり、外表面層は、ワッシャ上において自己触媒的に還元される。ワッシャに関するバレルメッキプロセスにおいては、複数のワッシャからなるバッチが、バレルのバス内に含浸され、これにより、所望の表面層が得られる。

【0022】

好ましい実施形態においては、外表面層７は、およそ１０〜５０μｍという厚さとされる。

【0023】

さらに、好ましい実施形態においては、ニッケル／リン合金からなる外表面層７は、約４００℃で１時間にわたって、あるいは、約２００〜３００℃で最大で１２時間にわたって、好ましくは不活性雰囲気下において、熱処理される。本発明の一実施形態においては、好ましくは、約１０００ＨＶという硬度にまで熱処理される。

【0024】

本発明の一見地においては、ワッシャの製造方法が提供される。本発明による方法は、ボルト止めジョイントにおいてロックを行うためのスチールワッシャのバッチ的製造である。図２のワッシャは、フラットな環状の形状とされており、中央穴８を有しており、一方の面９には、径方向に延在するカム１０のパターンが形成されており、他方の面２には、径方向に延在する歯３のパターンが形成されている。本発明による方法においては、硬いワッシャ表面層を準備し、この表面層の硬さは、ロック動作において歯３のワッシャパターンに対して相互作用することとなる例えばボトルヘッドやナットやあるいはワークピースといったような表面材料の硬さを超えることが意図されている。

【0025】

図４においては、本発明による方法の各ステップが図示されている。

【0026】

すなわち、第１ステップ４１０においては、スチールワッシャ１が製造される。

【0027】

第２ステップ４２０は、好ましいステップではあるけれども、常に必要ではないステップである。第２ステップ４２０においては、ワッシャは、クリーニングされる。これにより、コーティングに適した清浄表面が得られる。

【0028】

第３ステップ４３０も、また、好ましいステップではあるけれども、常に必要ではないステップである。第３ステップ４３０においては、純粋なニッケルからなる層３１０が、外表面層７のための下地コーティングとして、電解的に成膜される。

【0029】

第４ステップ４４０においては、複数のワッシャ１からなるバッチに対して、外表面層７が設けられる。好ましい実施形態においては、外表面層は、上述したように、ニッケル／リン合金を備えている。好ましくは、無電解ニッケルメッキプロセスが使用されて、外表面層７が成膜される。好ましくは、バレルメッキプロセスが行われる。

【0030】

第５ステップ４５０は、好ましいステップではあるけれども、常に必要ではないステップである。第５ステップ４５０においては、ワッシャの外表面層７が、約４００℃で約１時間にわたって、あるいは、２００〜３００℃で最大約１２時間にわたって、好ましくは不活性雰囲気下において、熱処理される。好ましくは、外表面層７は、約１０００ＨＶにまで熱処理される。

【0031】

好ましい実施形態においては、ワッシャは、ステンレススチールから形成され、特に好ましくは、耐酸性のステンレススチールから形成される。

【0032】

本発明による方法の一見地においては、プラントが、ボルト止めジョイントにおいてロックを行うためのワッシャを製造するために設けられる。ワッシャは、上述したタイプのものとされる。そのようなプラントの一実施形態が、図５に示されている。

【0033】

すなわち、プラントは、例えば実質的に図４に示すタイプのものといったような、スチール製ワッシャを製造するための手段５１０を備えている。好ましくは、プラントは、さらに、製造されたワッシャをクリーニングするための手段５２０と、好ましくは、下地コーティングとしてワッシャ上に純粋ニッケルからなる層３１０を電解的に成膜するための手段５３０と、を備えている。さらに、プラントは、複数のワッシャからなるバッチに対して、ニッケル合金製の外表面層７を成膜するための手段５４０を備えている。好ましい実施形態においては、外表面層７は、ニッケル／リン合金からなるものである。外表面層の成膜に際しては、無電解ニッケルメッキプロセスが使用され、好ましくは、バレルメッキプロセスが使用される。さらに、プラントは、好ましくは、ワッシャの熱処理を行うための手段５５０と、熱処理されたワッシャを制御しつつ冷却するための手段５６０と、を備えている。

【0034】

本発明の他の見地においては、スチール製ワッシャのバッチに設けられる外表面層は、物理的気相蒸着プロセスすなわちＰＶＤプロセスによって、成膜される。外表面層は、窒化チタンＴｉＮと、炭窒化チタンＴｉＣＮと、窒化クロムＣｒＮと、窒化チタンアルミニウムＴｉＡｌＮと、の中の少なくとも１つの化合物から形成される。

【0035】

このタイプの外表面層は、ワッシャのバッチの歯面のワッシャパターンに関して、所望の硬さと、所望のステンレス特性と、の双方を提供する。外表面層の厚さは、好ましくは、およそ０．５〜５０μｍとされる。

【0036】

本発明のこの見地においては、本発明による方法は、上述したステップ４１０，４２０，４３０に対応したステップを備え、ステップ４３０は、ＰＶＤプロセスを備えたステップとされる。

【0037】

さらに、本発明のこの見地においては、本発明によるプラントは、上述した手段５１０，５２０，５４０に対して実質的に対応した手段を備え、手段５４０は、複数のワッシャからなるバッチに対して外表面層を成膜するためのＰＶＤプロセス行うための手段を備えている。

【0038】

本発明による、ワッシャ、ならびに、方法、プラントの機能は、重要なものであり、必要な程度は、上記の説明により、明瞭である。

【0039】

すなわち、本発明により、外表面層を備えた金属製ワッシャを製造することができ、ワッシャは、とりわけ、ワッシャの歯面のパターンのための硬さを提供し、硬さは、必要であれば、例えばボトルヘッドやナットといったような、歯がグリップすることを意図した材料の硬さを超えるものである。

【0040】

ニッケル／リン合金層は、アモルファス構造、または、ある程度のアモルファス構造を備えており、所望の硬さと、優秀なステンレス特性と、耐酸特性と、を提供する。

【0041】

ニッケル／リン合金は、バッチ的な成膜に、例えばバレルメッキプロセスに、極めて適している。これにより、低コストでの製造を行うことができる。

【0042】

ニッケル／リン合金は、また、所望の硬さとなるまで、熱処理を行うことができる。

【0043】

さらに、本発明におけるニッケル合金は、とりわけアモルファス構造に基づき、優秀なステンレス特性を提供する。

【0044】

クリーニングを行う実施形態、および、純粋なニッケルからなる下地コーティングを電解成膜する実施形態は、外表面層に対しての良好な結合を提供する。

【0045】

ＰＶＤプロセスを使用した実施形態は、所望の硬さと所望の腐食耐性とを有したワッシャ外表面層を提供する。通常は、クリーニング操作が、本発明のＰＶＤプロセス態様の一部として、行われるべきである。

【0046】

上記においては、本発明について、様々な実施例や様々な好ましい実施形態に関連して説明した。

【0047】

当然のことながら、さらなる実施形態や、細部の追加や、細部の変更は、本発明の基本的なアイデアを逸脱することなく、想定することができる。

【0048】

よって、本発明は、また、いわゆる摩擦ロックワッシャに対しても、応用可能である。

【0049】

よって、本発明は、例示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内において変更することができる。

【符号の説明】

【0050】

１ ワッシャ
３ 歯
６ 材料
７ 外表面層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】