ねじの摩耗防止の方法について

Question

ハンディタイプの超音波製品を作っています。ホーンの先端(SUS304 おねじ　M4細目　１級）に工具（SUS304 めねじ　M4細目　１級）をねじ込む構造になっています。超音波振動がホーンを通して工具に伝わり、バリ取りや研磨をします。工具は目的に応じて交換しますので、ねじをはめたり緩めたりする作業が繰り返されます。
長期間(１年以上）使用していると、超音波振動がねじ部にも伝わりますので、おねじの山が削られてきて、ねじとして機能しなくなり、最終的には工具をねじ締め出来なくなります。
おねじの摩耗を防ぐためには、どのようにしたらよいでしょうか。
工具は消耗品なため、摩耗しても構いません。
私見として、ねじ部をTiNかDLCなどでコーティングすると摩耗が防げると思うのですが、皆様のご意見をお願いします。

Accepted Answer

これよりも大型の超音波加工機の経験から。。。
その加工機は、振動子とホーン根元はＭ８ホーローセットで固定されていたが、ホーン先端と加工工具はロウ付けまたははんだ付け。ねじ止めを試しても外れやすく使えなかった。。

超音波加工機のホーン先端は振幅が拡大され、激しい振動が掛かるのが当然なので、ねじにとっては緩みやすく、そのために細目を使われてるはずです。

気になったのがホーンと取付ねじが一体モノなこと。
これでは市販のねじ一般の強度が得にくい。摩耗時にホーンごと取り替える必要がある　→　ホーローセットにして、ねじの強度を上げる。但しＭ４細目があるのか要調査。
このような激しい使い方でコーティングとか窒化で表面だけの強度を増すことは疑問。ねじ部は１年で取替えとかでも充分と思われる。

ホーン部の材質が SUS304 のままでめねじ＝タップ穴にして強度が？という問題もあるが、長さを稼いで多少なりとも緩和をはかる（前記の例）

Answer

2番ですが思いついたことがあるので書かせていただきます。
ネジ屋ですが繰り返り締めたり緩めたりするときはステンレス同士は絶対使用しません。ホーンの材質を変えることをお勧めいたします。

Answer

雌ねじは、何故磨耗しないのでしょうか？
雄ねじを対策すると、雌ねじの磨耗が心配ですし、同じ材質で何故？？

さて、磨耗対策でポピュラーな手法は、硬度を上げる事です。
今使用しているSUS304製のボルトは、どんな強度区分でしょうか？
A2-50は、引張強さ500N/mm2以上の通常のSUS304相当品です。
A2-70は、加工硬化を施し、引張強さ700N/mm2以上のSUS304相当品です。
が、A4-80は、SUS316相当品で、引張強さ800N/mm2以上のねじがあります。
以下が、その参考資料です。
http://www.alpsseiko.co.jp/data/bolt%20no%20tukaikata%20p22-27.pdf
http://www.fa-mart.co.jp/spsunbrako/09.html
また、SUSはクロム（Cr）を含んだ材料なので、窒化処理が硬度アップと
防錆効果に適しています。

Answer

窒化の意見に賛成です。
ただし、使用しているステンレスが304でしたら多少注意が必要です。
表面にできる窒素化合物の為、不動態皮膜が出来なくなり錆びやすくなります。
処理屋さんとよく相談して行ってください。
念のため。

Answer

DLCやTiNはあくまでも"コーティング"。
ねじ山に薄い膜がつきます。
膜は剥がれることがありますので、ねじの耐久性品質といった面では、ばらつきの原因になると思います。
またM4という細かいピッチのねじでは、山の頂上に生成された膜自体が剥がれやすい状態で蒸着していることも考えられます。

ねじの素材がSUSということですので、"窒化"を検討されてはいかがでしょうか。
窒化はコーティングとは異なり膜を生成しません。
窒素がSUSの表面から内部にかけて拡散浸透し、表面を硬化させます。
SUS自体が硬化していますから、膜剥がれといった不具合はありません。
ご参考まで。

ねじの摩耗防止の方法について