JP2001220655A - かじり防止ファスナインサート - Google Patents

かじり防止ファスナインサート

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ここに記載されているのは、ファスナ組立体
で使用される時、かじりに抗する窒素強化ステンレス鋼
ファスナインサート及びナット組立体である。かじりが
減少するのに加え、ファスナインサートは優れた耐腐食
性と、304型ステンレス鋼から形成されるファスナの
降伏強度のほぼ2倍の降伏強度を示す。 【解決手段】 ステンレス鋼合金は、好ましくは合計最
大約0.8%までの窒素の絶対量を含む。より詳しく
は、本発明は、a)約0.05から0.15%の炭素;
b)約5.0から12.0%のマンガン;c)約2.0
から6.0%のシリコン;d)約12.0から20.0
%のクロム;e)約6.0から12.0%のニッケル;
f)約0.02から0.8%の窒素;残部は鉄を含む合
金から形成される窒素強化ステンレス鋼インサートに関
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はファスナインサート
に関し、より詳細には、基板とナット組立体の両方に有
用な、硬度を高めたステンレス鋼金属合金から形成され
るかじり防止インサートに関する。
【0002】
【従来の技術】ファスナ組立体は、多様な形状、大き
さ、デザイン及び材料からなる。ファスナ組立体の多く
は、ボルト、ピン、ねじなどのファスナだけでなく、ね
じ立て孔内に位置するファスナインサートも含む。ねじ
ファスナに関連して有用なファスナインサートの特殊型
の1つは、例えば、米国特許第2,672,070号
「鋳造材料用ワイヤコイルねじ山インサート」に記載さ
れている螺旋状に巻かれたワイヤインサートである。一
般的に言って、ねじ立てされたねじ山は、このような螺
旋状に巻かれたワイヤインサートの生来の柔軟性のため
に強化されるが、これはインサートが、ねじのかみ合い
長さ全体にわたって動的及び静的負荷のより均一な配分
をもたらすからである。この柔軟性がまた、ねじ溝及び
角度誤差の変化を補う。
【0003】さらに、螺旋状に巻かれたインサートはス
テ−キング、ロッキング及びスエージングを示さず、ま
た配置された位置でのキー止めを必要としないため、螺
旋状に巻かれたワイヤインサートは、そうでなければ受
入れ側の基板に伝達されるであろう応力を非常に減少さ
せる。こうした螺旋状に巻かれたワイヤインサートは、
高強度の適用分野に使用するねじファスナの固定機構と
して一般的に有用であるが、こうしたインサートは高強
度の材料から形成されなければならない。それゆえ、3
02/304ステンレス鋼が、ファスナインサートの製
造に使用されてきた。
【0004】ファスナのねじ山とインサートの密接な接
合のため、ファスナの取付け時にファスナインサートに
せん断力が作用する。せん断力の結果、302/304
型ステンレス鋼から形成されるファスナインサートは、
このようなステンレス鋼が産業界では最も堅いものであ
ると考えられているにもかかわらず、かじり性向を示し
てきた。かじりと磨耗は同様の状況で起こるが、それに
よって引き起こされる劣化のタイプは同様ではない。か
じりは、局部領域における金属と金属の接触に沿う動き
の結果として起こり、局部領域での金属のグルービング
(溝形成)と自己融着を引き起こす。これは、次には金
属部品の焼き付きに至る。一方、磨耗は擦り減りと同義
であり、金属と金属、または金属と非金属との接触によ
り生じる可能性がある。そうした磨耗は、非常に堅い金
属表面を柔らかな金属表面に擦る結果として生じ、局部
的なグルービングとそれに続く金属の堆積と対比する
と、表面から金属が比較的均一に損失されるという特徴
を有する。
【0005】1954年4月20日付けSTEEL誌に
おけるHarry Tanczynによる「ステンレス
鋼の認められるかじり特性」と題する記事では、比較的
高硬度レベルでの、もしくは、硬度に実質的相違を有す
るステンレス鋼部分は、2つの柔らかな部材の組合せよ
りもかじりに対しより良い耐性を示すことを明らかにし
ている。このことは、硬度が高い部分は負荷の下で接触
部近くで弾性変形し、柔らかな部片は接触部の下でかな
りの距離で塑性的に降伏するという理論により説明する
ことができる。動きの間、硬化された表面は、圧力を減
少すると、明らかに弾性的に復元し、この動きが金属融
着を断ち切る傾向にある。
【0006】現在利用可能な多くの従来技術の鋼の中
で、オーステナイト型304が、溶接や組立を含む多様
な使用に適しているが、この鋼のかじりと磨耗耐性は弱
く、この金属はこうした条件にさらされた場合、損傷す
る傾向がある。かじりに関し認識されている問題の観点
では、本技術は最近、磨耗とかじりに対して耐性がある
ことが知られているコバルト系と高ニッケル合金に転換
してきている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ、本発明の主
な目的は、ファスナ組立体におけるかじりを、除去する
のではなくても、制限する傾向にあるステンレス鋼ファ
スナインサートを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本目的を達成するため、
とりわけ、本発明は、窒素強化ステンレス鋼合金から形
成される本体を含むかじり防止ファスナインサートに関
する。ステンレス鋼合金は、好ましくは合計最大約0.
8%までの窒素の絶対量を含む。より詳しくは、本発明
は、a)約0.05から0.15%の炭素;b)約5.
0から12.0%のマンガン;c)約2.0から6.0
%のシリコン;d)約12.0から20.0%のクロ
ム;e)約6.0から12.0%のニッケル;f)約
0.02から0.8%の窒素;残部は鉄を含む合金から
形成される窒素強化ステンレス鋼インサートに関する。
【0009】さらにより好ましくは、ファスナインサー
トは、a)約0.07から0.12%の炭素;b)約
7.0から10.0%のマンガン;c)約3.0から
5.0%のシリコン;d)約14.0から18.0%の
クロム;e)約7.0から10.0%のニッケル;f)
約0.06から0.3%の窒素;残部は鉄を含む素強化
ステンレス鋼合金から形成される。
【0010】非常に好ましい実施形態によると、ファス
ナインサートは、a)約0.08から0.1%の炭素;
b)約7.0から9.0%のマンガン;c)約3.5か
ら4.5%のシリコン;d)約16.0から18.0%
のクロム;e)約8.0から9.0%のニッケル;f)
約0.08から0.18%の窒素;残部は鉄を含む窒素
強化オーステナイトステンレス鋼合金から形成される。
【0011】合金を丸ワイヤに成形し、ワイヤを室温ま
で冷却した後、ワイヤはダイヤモンド形状の断面に成形
され、その後インサートに成形される。出来上ったファ
スナインサートは、室温及び高温の両方で優れたかじり
防止特性をもつ。さらに、ファスナインサートは、優れ
た耐腐食性をもち、驚くことに304型ステンレス鋼か
ら成形されるファスナインサートのほぼ2倍の室温降伏
強度をもつ。本発明の窒素強化ステンレス鋼ファスナイ
ンサートはまた、優れた耐酸化性、及び特に零下温度で
の優れた衝撃強度を備えている。
【0012】本発明はまた、かじり防止自由締付けナッ
ト組立体に関する。ナット組立体は、内部ねじ山付き胴
部を備え、また、a)約0.05から0.15%の炭
素;b)約5.0から12.0%のマンガン;c)約
2.0から6.0%のシリコン;d)約12.0から2
0.0%のクロム;e)約6.0から12.0%のニッ
ケル;f)約0.02から0.8%の窒素;残部は鉄を
含む合金から形成される螺旋状コイルファスナインサー
トを備えるナットを含む。
【0013】
【発明の実施の形態】図1、図2には、本発明の教示に
よる、窒素強化ステンレス鋼合金から形成されたかじり
防止ファスナインサート10を示す。ファスナインサー
トは、多様な形状及び大きさにすることができるが、ね
じファスナ12と共に使用される螺旋状に巻かれたワイ
ヤの形状をしている。明記されているように、インサー
トは基板14に設けられたねじ山付き開口部16の中に
位置し、ファスナと共同して対象物30を固定する。
【0014】ファスナインサート10を形成するため、
合金は、a)約0.05から0.15%の炭素;b)約
5.0から12.0%のマンガン;c)約2.0から
6.0%のシリコン;d)約12.0から20.0%の
クロム;e)約6.0から12.0%のニッケル;f)
約0.02から0.8%の窒素;残部は鉄を含む。
【0015】好ましくは、ファスナインサート10は、
取付け前には、その中でファスナインサートがしっかり
と確実に固定されるように用いられるねじ孔より直径が
大きくなるように製造される。螺旋状に巻かれたファス
ナインサートについては、コイルが約60°の内部ねじ
山角回をもち、事実上あらゆる標準ねじ山をもつボルト
又はねじを受入れることができるのが好ましい。さら
に、ファスナインサートには、挿入過程中に有用な、除
去可能な又ははく離するタングを備えることができる。
【0016】本発明のかじり防止ファスナインサートを
形成するために用いられた合金は、「ボタンとブロッ
ク」かじり試験を使用して分析され、そのかじり性向に
ついて多様なステンレス鋼合金をランク付けした。手順
に従い、2つの平らな研磨された表面(10から20マ
イクロインチ)上に、ブリネル硬度試験機により固定荷
重をかけた。直径0.5インチのボタンを、荷重下で手
動にて360°ゆっくりと回転させ、次に7倍率でかじ
りを検査した。かじりがないことが明らかになった場
合、新しい試験片を、高い押圧力にて、かじりが認めら
れるまでテストした。「しきい値」かじり押圧力を、最
大かじりなし押圧力とかじりが最初に認められる押圧力
との間の中央の押圧力として選択した。下記の表1に記
載されるように、本発明の合金は50より大きい値をも
ち、従って、かじり特質をテストした他の全てのステン
レス鋼合金より著しく性能が優れていた。 表1
【0017】304型ステンレス鋼から成形されたイン
サートと同様に、本発明の合金を使用して製造されたフ
ァスナインサートを、分析用ファスナ穴としてサイズ#
10から#32の穴を備えたアルミブロック内に取付け
た。
【0018】摩擦力への抵抗を分析するため、「標準ね
じ立て孔組立体」と本発明のファスナインサートを組み
込んだ組立体の間の比較がなされた。いわゆる標準ねじ
立て孔は、電解研磨されたサイズ#10から#32のね
じ山付き穴のある316型ステンレス鋼テストブロック
を準備する段階と、電子産業基準に浄化された、普通の
316型ステンレス鋼ねじと、化学研磨された316型
ステンレス鋼ねじの両方を導入する段階とを含んでい
た。304型ステンレス鋼インサートは、もともと標準
ねじ立て孔組立体に使用されていたが、ねじの回転のた
めに必要なトルクは1例から次例へと劇的に変化したの
で、量的データは何も収集できなかった。このように、
標準ねじ立て孔組立体の分析が、ファスナインサートな
しで実行された。
【0019】本発明のファスナ組立体は、サイズ#10
から#32のねじ切り穴を備えるアルミテストブロック
と、上記記載の合金から形成されたファスナインサート
とを含んでいた。また、普通の316型ステンレス鋼ね
じと化学研磨された316型ステンレス鋼ねじの両方
が、摩擦力を測定するために使用された。トルクテスト
が、垂直から2°と4°位置合わせ不一致のテストブロ
ックと完璧に位置合わせされたものとで行われた。20
個のねじについて、各組立体で、各ねじに10回の挿入
を行ない、トルクが記録された。
【0020】当業者には周知にように、ねじとねじ立て
孔間の摩擦は、取付け中のトルクをいくらか吸収するこ
とにより、ねじ上の予負荷を減少させることができる。
極端な例では、回転中の摩擦がかじりと自己融着を発生
させ、その結果ファスナに焼き付きを生じさせる可能性
がある。標準ねじ立て孔でのステンレス鋼ねじを回転す
るのに必要なトルクは、第1回目の挿入から第10回目
の挿入に向って増大し、位置合わせ不一致の角度の増加
に伴い、劇的に増大した。計算された取付けトルクで
は、77%にまで増大した。
【0021】本発明のファスナ組立体内での同一のステ
ンレス鋼ねじを回転するのに必要なトルクは、比較でき
る標準ねじ立て孔より、17%から44%低かった。さ
らに、位置合わせ不一致の角度の増大に伴い発生した摩
擦力は、標準ねじ立て孔より著しく小さかった。恐らく
最も重要なことには、本発明のインサートを用いるファ
スナ組立体の必要なトルク値は、標準のものと比較する
と、実質的に均一であった。このように、1つの適用か
ら次適用へのねじの保持力は比較的一貫しているべきで
ある。
【0022】図3と図4には、かじり防止ファスナイン
サートを組み込んでいるナット組立体20を示す。ナッ
ト組立体は、自由締付けまたはロック組立体とすること
ができる。自由締付けでは、ナットの胴部内に配置され
ているかじり防止インサートは、全長にわたり実質的に
対称な螺旋状コイル有することを意味し、一方、ロッキ
ングナットは、通常直線部分を含む、少なくとも1つの
非対称結合があるインサートを含む。ナット組立体は、
ナット22とかじり防止ファスナインサート10を含
む。ナット22は、従来のナット製造機械で作ることが
できるが、全体にわたって概して一定のピッチ及び直径
の胴部24を含む。ナット胴部24内にインサート10
を取付ける際、ナットの内部ねじ山は各端部32と32
Aでそれぞれ変形し、インサートがナットから外れるの
を防止することができる。
【0023】ナット組立体20を成形する際は、ねじボ
ルトあるいはスタッドのようなファスナは、ファスナイ
ンサートを含むナットへ挿入され、対象物30を保持す
ることができる。ナット組立体は、上記に記載したよう
に、かじりを生じないだけでなく、より均一なトルクと
より正確な予負荷と締付をもたらす。開示されている本
発明の好ましい実施形態は、明記された目的を満たすよ
う十分に考慮されているのは明らかであるが、本発明
は、本発明の精神から外れることなく、修正、変形及び
変更し得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】螺旋状に巻かれたインサートを含むファスナ組
立体の分解斜視図である。
【図2】図1のファスナ組立体の組立断面図である。
【図3】螺旋状に巻かれたインサートを含むナット組立
体の分解斜視図である。
【図4】図3のナット組立体の組立断面図である。
【符号の説明】
10 ファスナインサート 12 ねじファスナ 14 基板 16 ねじ山付き開口部 20 ナット組立体 22 ナット 24 胴部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム ジャナカコス アメリカ合衆国 コネチカット州 06811 ダンバリー シル カム ドライブ 8 (72)発明者 ロナルド ジェイ フィリップス アメリカ合衆国 コネチカット州 06092 ウェスト シンバリー マディソン レ ーン 16

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 a)約0.05から0.15%の炭素; b)約5.0から12.0%のマンガン; c)約2.0から6.0%のシリコン; d)約12.0から20.0%のクロム; e)約6.0から12.0%のニッケル; f)約0.02から0.8%の窒素; 残部は鉄、を含むことを特徴とする窒素強化ステンレス
    鋼合金から形成されるファスナインサート。
  2. 【請求項2】 前記インサートが、螺旋状に巻かれたワ
    イヤの形状であることを特徴とする請求項1に記載のフ
    ァスナインサート。
  3. 【請求項3】 前記螺旋状に巻かれたワイヤが、ほぼダ
    イヤモンド形状の断面をもつことを特徴とする請求項2
    に記載のファスナインサート。
  4. 【請求項4】 前記螺旋状に巻かれたワイヤが、約60
    °の内部ねじ山角回をもつことを特徴とする請求項2に
    記載のファスナインサート。
  5. 【請求項5】 前記螺旋状に巻かれたワイヤが、選択的
    に取外し可能なタングをもつことを特徴とする請求項1
    に記載のファスナインサート。
  6. 【請求項6】 ねじファスナを受入れるための螺旋状に
    巻かれたねじ山インサートであって、 好ましくは合計約0.8%までの窒素の絶対量を含み、
    より好ましくは、a)約0.05から0.15%の炭
    素;b)約5.0から12.0%のマンガン;c)約
    2.0から6.0%のシリコン;d)約12.0から2
    0.0%のクロム;e)約6.0から12.0%のニッ
    ケル;f)約0.02から0.8%の窒素;残部は鉄を
    含む窒素強化ステンレス鋼合金からなる合金から形成さ
    れることを特徴とするファスナインサート。
  7. 【請求項7】 前記螺旋状に巻かれたワイヤが、ほぼダ
    イヤモンド形状の断面をもつことを特徴とする請求項6
    に記載のファスナインサート。
  8. 【請求項8】 前記螺旋状に巻かれたワイヤが、約60
    °の内部ねじ山角回をもつことを特徴とする請求項6に
    記載のファスナインサート。
  9. 【請求項9】 前記螺旋状に巻かれたワイヤが、選択的
    に取外し可能なタングをもつことを特徴とする請求項6
    に記載のファスナインサート。
  10. 【請求項10】 ねじファスナを受入れるための螺旋状
    に巻かれたねじ山インサートであって、a)約0.08
    から0.1%の炭素;b)約7.0から9.0%のマン
    ガン;c)約3.5から4.5%のシリコン;d)約1
    6.0から18.0%のクロム;e)約8.0から9.
    0%のニッケル;f)約0.08から0.18%の窒
    素;残部は鉄、を含む合金から形成されることを特徴と
    するファスナインサート。
  11. 【請求項11】 前記螺旋状に巻かれたワイヤが、ほぼ
    ダイヤモンド形状の断面をもつことを特徴とする請求項
    10に記載のファスナインサート。
  12. 【請求項12】 前記螺旋状に巻かれたワイヤが、約6
    0°の内部ねじ山角回をもつことを特徴とする請求項1
    0に記載のファスナインサート。
  13. 【請求項13】 前記螺旋状に巻かれたワイヤが、選択
    的に取外し可能なタングをもつことを特徴とする請求項
    10に記載のファスナインサート。
  14. 【請求項14】 ねじファスナと共に使用されるナット
    組立体であって:内部ねじ山付き胴部をもつナットと;
    かじりに抗する金属合金から形成されている、前記胴部
    内に配設されるファスナインサートと、を含むことを特
    徴とするナット組立体。
  15. 【請求項15】 前記ファスナインサートが、 a)約0.05から0.15%の炭素; b)約5.0から12.0%のマンガン; c)約2.0から6.0%のシリコン; d)約12.0から20.0%のクロム; e)約6.0から12.0%のニッケル; f)約0.02から0.8%の窒素; 残部は鉄を含む窒素強化ステンレス鋼合金から形成され
    ることを特徴とする請求項14に記載のナット組立体。
  16. 【請求項16】 前記ファスナインサートが、螺旋状に
    巻かれたワイヤであることを特徴とする請求項14に記
    載のナット組立体。
  17. 【請求項17】 前記ファスナインサートが、ほぼダイ
    ヤモンド形状の断面をもつことを特徴とする請求項16
    に記載のナット組立体。
  18. 【請求項18】 前記ファスナインサートが、約60°
    の内部ねじ山角回をもつことを特徴とする請求項16に
    記載のナット組立体。
  19. 【請求項19】 前記ファスナインサートが、選択的に
    取外し可能なタングをもつことを特徴とする請求項16
    に記載のナット組立体。
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