JP2004512972A - ねじ付きブラインドインサートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加工物に挿通した後、半径方向に拡張させて加工物に固定することができるねじ付きブラインドインサートを金属から製造する方法に関する。ここで「ブラインド」とは、加工物の一方側だけへの接近によってインサートを据え付けることができることを意味する。そのようなブラインドインサートは、製造業界では既知であり、たとえば、アベデル・ラージ・フランジ・ヘキサート(Avdel Large Flange Hexsert)及びアベデル・シン・シート・ナットサート(Avdel Thin Sheet Nutsert)(AVDEL、HEXSERT、NUTSERT及びTHIN SHEET NUTSERTは登録商標である)の名前で入手できる。
【0002】
ねじ付きブラインドインサートは通常、棒材から機械加工によるか、冷間成形技法及びバルク焼き鈍し処理を使用して製造され、後者の方法は、最も経済的な製造法を提供する。実際にエンドユーザがその用途で据え付ける時のそのような締結具の強度は、低荷重または中荷重には十分である。したがって、高荷重の用途の場合、ねじ付きブラインドインサートは使用されない。
【0003】
本発明は、高荷重の用途に適合した強度を有するねじ付きブラインドインサートを製造するための新しい製造方法の提供を目的としている。
【0004】
従来の製造方法では、バルク焼き鈍し処理の後に実施される1回の冷間成形作業の結果として、ねじ部分の硬度及び引張り強度が幾分増加するが、もちろん、焼き鈍し前の冷間成形処理の強度増加の恩恵は失われる。
【0005】
本発明は、1つの態様で、請求の範囲第1項に記載された製造方法を提供する。
【0006】
本発明は、別の態様では、請求の範囲第6項に記載された製造方法を提供する。この方法によれば、雌ねじを切る前か、切った後に、バルク焼き鈍し処理を使用し、それからねじ部分を高周波焼き入れする。この場合、インサートを製造する材料は、高周波焼き入れ処理に反応する十分な炭素または他の合金元素を含有するものである。
【0007】
本発明のさらなる特徴が、他の併記特許請求項に記載されている。本発明は、本発明に従った方法によって製造されたインサートを含む。
【0008】
次に、添付の図面を参照しながら、本発明の幾つかの具体的な例を例示として説明する。
【0009】
図1、図3、図4、図5a、図8、図9、図10及び図11では、インサートが長手軸方向断面図で示され、図5bでは、図5aの長手方向断面上の矢印線に沿った断面図で示されている。
【0010】
図2a、図4a及び図4bは、従来技術を示す。
【0011】
図2a、図2b及び図2cの段階1の製造方法は、順送りねじ頭ヘッダを使用して実施される。図2a及び図2cの段階3、及び図2bの段階2のように雌ねじを切る製造方法は、一般的にロールタッピングと呼ばれる。これらの製造方法は、ねじ付きブラインドインサートを製造するために一般的に使用される形式のものであって、当該技術分野の専門家には既知であって、理解されている。
【0012】
したがって、まず図1aを参照すると、ねじ付きブラインドインサート11は、図2a、図2bまたは図2cに示された処理のいずれによっても製造することができる。図示の例は円筒形であって、加工物19(図1b)の適当寸法の円形穴にはめ込むためのものである。図示しない他の例では、インサートの外側面12の断面を多角形、たとえば、六角形または正方形にして、使用の際に対応形状の穴にはめ込むこともできる。
【0013】
図1aに示されたインサートの領域1は、図1bのブラインド側部球状突起13を形成するために、据え付け工具(図示せず)の作用によって塑性変形するのに十分な延性を有することが必要である。インサート製造方法の従来技術の例では、この延性は、図2aの段階2で示されているように、通常バッチ全体に加えられるバルク処理として、インサート全体に焼き鈍し処理を実施することによって達成される。図2aの処理1として示された従来型インサート製造方法では、図1aの雌ねじ14が、図2aの段階3で形成される。このように焼き鈍し処理の後に雌ねじ14を形成することによって、ねじ部分にある程度の局部加工硬化が生じる。バルク焼き鈍し処理の後のインサートブランクの硬度は通常、115Hv(ビッカース硬度数)であり、インサートの材料は通常、0.1%の炭素を含有する低炭素鋼である。ねじのこの硬化は、ねじ表面付近の材料に局在している。図6に「処理1」線で示すように、ねじ表面からわずかに離れると、硬度が急速に低下する。相手のボルトが高レベルの締め付けトルクを必要とする高荷重用途でそのようなインサートを使用しようとするならば、(図5b及び図6に示されたような)この部分の材料の強度が比較的低いため、図4aのボルト15をインサートのねじに締め付けることによって生じる半径方向力は、図4a及び図4bに16で示されているように、ナット部分を半径方向に拡大させるほどの大きさであろう。このため、図4bのボルトのねじ17とインサートの雌ねじ14’との間の接触面積が減少する。接触面積の減少とインサートのねじの硬度低下とが相まって、比較的低い締め付けトルクでねじが破損する。たとえば、M8ねじ(M8 thread)を付けたインサートは、約40〜45Nmの締め付けトルクで破損するであろう。
【0014】
本例の処理(図2bの処理2)によって製造されたインサートの場合、ワイヤ製造処理中、及び図2bの段階1の冷間成形作業及び段階2のロールタッピング作業によってワイヤをインサートに加工する時に生じる材料の加工硬化が累積する結果、処理2の場合、図6に示されたように、高レベルの硬度が得られる。したがって、段階3(図2b)のバンド焼き鈍しが、亀裂を生じないでブラインド球状突起13を形成できるようにする十分な延性を与えると共に、インサートの雌ねじ部分20は、ボルト21(図3a)を非常に高い締め付けトルクで締め付けた時でも、拡大を防止するのに十分な強度を有するので、この処理によって製造されたインサート18(図3a)は、加工物19内に十分に据え付けることができる。
【0015】
たとえば、本発明の処理によって製造されたM8インサートは、70Nmを超えるトルクで締め付けても、破損しない。そのようなインサートは、グレード10.9及び12.9のボルトに対する締め付けトルクに適合する。
【0016】
バンド焼き鈍し作業によって生じる硬度分布は、バンド焼き鈍しコイルの幾何学的形状、装置の動力設定(machine power settings)及び処理時間などの所定の処理パラメータに従って変更することができる。ブラインド球状突起の形成時の塑性変形が激しいため、焼き鈍し領域から硬質領域への移行部が滑らかであることが望ましい。そのような分布が図10に示されており、M8インサートは、インサートフランジ28と変形円筒形部分29との間に約1.5mmにわたって硬度移行部を、また、ねじ部分30と変形円筒形部分29との間に約2.0mmにわたって硬度移行部を有する。
【0017】
本発明のさらなる実施形態では、グレード10.9及び12.9のボルトに適合するために、領域1(図1a)に必須延性を、領域2に高強度を有するインサートを、図2cの製造処理3を使用して製造することができる。この場合、インサートは、一般的に0.3〜0.35%の炭素を含有する中炭素鋼から製造される。段階2(図2c)のバルク焼き鈍し処理によって、一般的に140Hvの硬度が生じる。この硬度の場合、インサートは、据え付け中に破断を生じないでブラインド側部球状突起形成に耐えるのに十分な延性を有する。処理3の段階4(図2c)では、図1aの領域2の高周波焼き入れが行われる。この処理によって、図6の処理3の線に示されているように、領域2に約350〜400Hvのほぼ均一な硬度が生じる。
【0018】
高周波焼き入れ処理は、硬化が領域1内へ広がらないように制御され、そうしないと、ブラインド球状突起を形成する時、焼き鈍し/硬化接合部で破断しやすいであろう。この理由から、高周波焼き入れ領域は、領域2の全長に広がらないようにする。たとえば、M8インサートの場合、図11に示されているように、領域2の未硬化部分が約0.5mmであろう。
【0019】
図2cの段階3及び4を入れ替えて、高周波焼き入れ段階の後に雌ねじを切ることによって、実施形態の方法を変更することが可能である。
【0020】
処理2(図2b)または処理3(図2c)によって製造された本発明のインサートの利点は、ハイドロフォーム部分として知られる加工物に使用するのに特に適することである。図7に示されたそのような加工物では、インサートを据え付けようとする穴が、ハイドロフォーミング処理中に打ち抜かれる。これはブラインド作業であるので、従来型穿孔の場合のようなダイがない。その結果、穴の縁部の材料が、加工物の上表面より低くなるというディンプリング効果が生じる。ハイドロフォーム部分に穴を打ち抜く別の特徴は、図7の穿孔スラグ23が意図的に親加工物に付着したまま残されることである。
【0021】
本発明のインサートを使用する利点は、以下から明らかになるであろう。
【0022】
図7に示されたようなハイドロフォーム部分に据え付けられたブラインドインサートの長手方向断面図である図8を参照すると、穴22の周縁部の、保持されたスラグ23と接する位置において、ブラインド球状突起13’がスラグによって、ブラインド球状突起13を均一に形成できない程度まで、部分的に妨害される。しかし、インサートのこの部分は延性を有するので、この妨害物を取り囲んで塑性変形することができる。さらに、場合によっては、穴に対するディンプリング効果のため、据え付けられたインサートの上表面24が、ハイドロフォーム部材の表面25より下になる。
【0023】
そのような場合、図9に示されているように、インサート24の上部(図9)が加工物25の上表面と同じ高さになるまで、加工物の凹みを減少させるのに十分な引張り力をインサートに加える、引き込みボルト(drawbolt)26及び平らなアンビル27からなる工具を使用することができる。もちろん、インサート24の上表面を加工物25より上方に置く必要がある場合、前面に環状窪みを有するアンビルを使用することができる。また、引き込みボルトおよびアンビルの作用をインサート据え付け工具の作用と組み合わせることも実現可能である。凹みを平坦にするために、引き込みボルト及びアンビルを使用する作業には比較的大きい力が必要であり、この力をインサートのねじからブラインド側部球状突起を経て加工物に伝達しなければならない。ねじの高強度と、ブラインド側部球状突起形成領域の高延性とを組み合わせて備えるインサートは、そのような用途に理想的である。本例のインサートは、この要件を満たす。
【0024】
本発明は、上記例の詳細に制限されない。
【図面の簡単な説明】
【図1a】
加工物に据え付ける前、及び据え付けた後のねじ付きブラインドインサートを示す図である。
【図1b】
加工物に据え付ける前、及び据え付けた後のねじ付きブラインドインサートを示す図である。
【図2a】
ねじ付きブラインドインサートを製造する製造工程経路を示す図である。
【図2b】
ねじ付きブラインドインサートを製造する製造工程経路を示す図である。
【図2c】
ねじ付きブラインドインサートを製造する製造工程経路を示す図である。
【図3】
(a),(b)は、締め付けトルクを相手のボルトに加えた時の、据え付けられているねじ付きブラインドインサートの形状を示す。
【図4】
(a),(b)は、締め付けトルクを相手のボルトに加えた時の、据え付けられているねじ付きブラインドインサートの形状を示す。
【図5a】
図6のインサートのナット部分の材料の硬度値が対応するインサート上の位置を示す。
【図5b】
図6のインサートのナット部分の材料の硬度値が対応するインサート上の位置を示す。
【図6】
インサートのナット部分の材料の硬度及び対応する引張り強度を示す。
【図7】
本発明のインサートを好都合に使用することができる特定形式の加工物を示す図である。
【図8】
そのような加工物に据え付けられたインサートを示す図である。
【図9】
加工物に加えられている据え付け後処理を示す図である。
【図10】
長手方向断面に沿った硬度を示す図である。
【図11】
長手方向断面に沿った硬度を示す図である。
Claims (12)
- ねじ付きブラインドインサートを金属から製造する方法であって、
(a)冷間成形処理によって、雌ねじを除いて前記インサートを少なくとも部分的に成形する段階と、
(b)前記雌ねじを切る段階と、
(c)前記インサートの適当な部分の焼き鈍しを行う段階であって、据え付け中の後変形を促進する、焼き戻しを行う段階とを含む方法。 - 前記インサートの、据え付け中に塑性変形する部分における高い延性は、前記インサートの前記部分のバンド焼き鈍し(band annealing)によって得られる請求項1記載の方法。
- 前記バンド焼き鈍しは、前記インサートにおける、高い延性を必要とする部分から、前記インサートの高強度を必要とする部分まで、制御された硬度等高線(hardness contour)を生じる請求項2記載の方法。
- 前記金属は、低炭素鋼である請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記雌ねじを切る段階及び前記インサートの前記適当な部分のバンド焼き鈍しを行う段階の順序を入れ替えることによって変更される請求項2記載の方法。
- ねじ付きブラインドインサートを金属から製造する方法であって、
(a)冷間成形処理によって、雌ねじを除いて前記締結具を少なくとも部分的に成形する段階と、
(b)前記インサートの焼き鈍しを行う段階と、
(c)前記雌ねじを切る段階と、
(d)ねじ部分の少なくとも一部に高周波焼き入れを行う段階とを含む方法。 - 前記雌ねじを切る段階及び前記インサートの焼き鈍しを行う段階の順序を入れ替えることによって変更される請求項6記載の方法。
- 前記金属は、中炭素鋼である請求項6または7に記載の方法。
- 後の表面処理段階を含む請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記表面処理段階は、電気メッキを含む請求項9記載の方法。
- ほぼ以上に記載されて添付図面に示された、金属からねじ付きブラインドインサートを製造する方法。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法に従って製造されたねじ付きブラインドインサート。
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