JP2010042503A

JP2010042503A - ねじ付きブラインドインサートの製造方法

Info

Publication number: JP2010042503A
Application number: JP2009230820A
Authority: JP
Inventors: Keith Denham; デナム、キース; Matthias Jokisch; ヨーキッシュ、マチアス
Original assignee: Avdel UK Ltd
Current assignee: Avdel UK Ltd
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2010-02-25
Anticipated expiration: 2021-10-11
Also published as: PL370654A1; CZ299158B6; AU2001294003B2; CA2427201C; JP5184482B2; EP1690631A3; GB2368889B; EP1332017A1; CN101392785A; US20040035506A1; BR0115170A; CZ20031112A3; KR20030072544A; WO2002038329A1; AU9400301A; ZA200303116B; JP2004512972A; EP1690631A2; GB0027388D0; KR20080048558A

Abstract

【課題】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の製造方法と雌ねじ付きブラインドインサートを提供する。
【解決手段】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、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冷間成形段階と、雌ねじを切るねじ切り段階と、据え付け中の後変形を促進するために、前記インサートの適当な部分の焼き鈍しを行う段階とを含む。
【選択図】図２ｂ

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。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。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。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。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。（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。（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。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。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。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。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。長手方向断面に沿った硬度を示す図である。長手方向断面に沿った硬度を示す図である。

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。

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。

図２ａ、図４ａ及び図４ｂは、従来技術を示す。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明は、上記例の詳細に制限されない。

Claims

雌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、
前記雌ねじ付きブラインドインサートは、径方向に拡大された頭部、単一の変形可能部分を含む第一の領域、及びナット部分を含む第二の領域を備えており、
前記第一の領域は、前記変形可能部分と前記頭部との間の第一の硬度移行部、及び前記変形可能部分と前記第二の領域との間の第二の硬度移行部をさらに備え、
前記方法は、
（ａ）冷間成形処理によって、前記雌ねじを除いて、前記雌ねじ付きブラインドインサートを少なくとも部分的に成形する、冷間成形段階と、
（ｂ）前記冷間成形段階の後に、前記ナット部分に前記雌ねじを切る、ねじ切り段階と、
（ｃ）前記ねじ切り段階の後に、前記雌ねじ付きブラインドインサートの前記第一の領域の焼き鈍しを行い、前記変形可能部分に残りの部分より高い延性を生じさせる焼き鈍し段階であって、
前記変形可能部分が、前記ナット部分の硬度値より低く、長さに沿ってほぼ一定の比較的低い硬度値を有するようにして、据付け中の後変形を促進する、焼き鈍し段階と
を含み、
前記変形可能部分は、前記第一の領域の長さにおいて、前記硬度移行部のそれぞれが延在する長さより大きい長さにわたって延在する、方法。
前記焼き鈍し段階における前記第一の領域の焼き鈍しは、前記変形可能部分に高い延性を生じさせるバンド焼き鈍しである請求項１記載の方法。
前記バンド焼き鈍しによって、前記雌ねじ付きブラインドインサートの硬度が、前記変形可能部分から前記ナット部分にわたって滑らかに移行する請求項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。
前記ねじ切り段階と、前記焼き鈍し段階とを、入れ替えた順序で行われる請求項２記載の方法。
雌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、
前記雌ねじ付きブラインドインサートは、一端で径方向に拡大された頭部、単一の変形可能部分を含む第一の領域、及びナット部分を含む第二の領域を備えており、
前記第一の領域は、前記変形可能部分と前記頭部との間の第一の硬度移行部、及び前記変形可能部分と前記第二の領域との間の第二の硬度移行部をさらに備え、
前記方法は、
（ａ）冷間成形処理によって、前記雌ねじを除いて、前記雌ねじ付きブラインドインサートを少なくとも部分的に成形する、冷間成形段階と、
（ｂ）前記冷間成形段階の後に、前記ナット部分の硬度値より低く、長さに沿ってほぼ一定の比較的低い硬度値を有するように、前記雌ねじ付きブラインドインサートの前記第一の領域の焼き鈍しを行なう、焼き鈍し段階と、
（ｃ）前記焼き鈍し段階の後に、前記ナット部分に前記雌ねじを切る、ねじ切り段階と、
（ｄ）前記ねじ切り段階の後に、前記ナット部分の少なくとも一部に高周波焼入れを行う、焼入れ段階と
を含み、
前記変形可能部分は、前記第一の領域の長さにおいて、前記硬度移行部のそれぞれが延在する長さより大きい長さにわたって延在する、方法。
雌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、
前記雌ねじ付きブラインドインサートは、一端で径方向に拡大された頭部、単一の変形可能部分を含む第一の領域、及びナット部分を含む第二の領域を備えており、
前記第一の領域は、前記変形可能部分と前記頭部との間の第一の硬度移行部、及び前記変形可能部分と前記第二の領域との間の第二の硬度移行部をさらに備え、
前記方法は、
（ａ）冷間成形処理によって、前記雌ねじを除いて、前記雌ねじ付きブラインドインサートを少なくとも部分的に成形する、冷間成形段階と、
（ｂ）前記冷間成形段階の後に、前記ナット部分に前記雌ねじを切る、ねじ切り段階と、
（ｃ）前記ねじ切り段階の後に、前記ナット部分の硬度値より低く、長さに沿ってほぼ一定の比較的低い硬度値を有するように、前記雌ねじ付きブラインドインサートの前記変形可能部分の焼き鈍しを行なう、焼き鈍し段階と、
（ｄ）前記焼き鈍し段階の後に、前記ナット部分の少なくとも一部に高周波焼入れを行う、焼入れ段階と
を含み、
前記変形可能部分は、前記第一の領域の長さにおいて、前記硬度移行部のそれぞれが延在する長さより大きい長さにわたって延在する、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。
前記焼き鈍し段階の後に、前記雌ねじ付きブラインドインサートの表面処理を行う、表面処理段階を含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記焼き入れ段階の後に、前記雌ねじ付きブラインドインサートの表面処理を行う、表面処理段階を含む請求項６〜９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または１０記載の方法。
雌ねじ付きブラインドインサートであって、
一端で径方向に拡大された頭部、単一の変形可能部分を含む第一の領域、及びナット部分を含む第二の領域を備え、
前記第一の領域は、前記変形可能部分と前記頭部との間の第一の硬度移行部、及び前記変形可能部分と前記第二の領域との間の第二の硬度移行部をさらに備えた、雌ねじ付きブラインドインサートにおいて、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法によって製造され、
前記変形可能部分が、前記ナット部分の硬度値より低く、長さに沿ってほぼ一定の硬度値を有し、
前記変形可能部分は、前記第一の領域の長さにおいて、前記硬度移行部のそれぞれが延在する長さより大きい長さにわたって延在する、雌ねじ付きブラインドインサート。
金属製のねじ付きブラインドインサートであって、
径方向に拡大された頭部、単一の変形可能部分、及びナット部分を備え、
前記ナット部分は雌ねじを有し、前記雌ねじから、前記ナット部分の外周面にわたって、ほぼ一定の値となる硬度を有し、
前記変形可能部分は、前記ナット部分の硬度より低く、ほぼ一定の値となる硬度を有する、金属製のねじ付きブラインドインサート。
前記ナット部分が、２００Ｈｖを超える硬度である請求項１３記載のねじ付きブラインドインサート。
径方向に拡大された頭部、単一の変形可能部分を含む第一の領域、及びナット部分を含む第二の領域を備え、前記第一の領域が、前記変形可能部分と前記頭部との間の第一の硬度移行部、及び前記変形可能部分と前記第二の領域との間の第二の硬度移行部をさらに備えた、雌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、前記雌ねじ付きブラインドインサートを部分的に成形する、部分成形段階と、
（ｂ）前記部分成形段階の後に、前記雌ねじ付きブラインドインサートの前記第一の領域の焼き鈍しを行い、前記変形可能部分に残りの部分より高い延性を生じさせる焼き鈍し段階であって、
前記変形可能部分が、前記ナット部分の硬度値より低く、長さの大部分に沿ってほぼ一定の低い硬度値を有するようにして、据付け中の後変形を促進する、焼き鈍し段階と、
（ｃ）前記焼き鈍し段階の後に、前記雌ねじを切る、ねじ切り段階と
を含み、
前記変形可能部分は、前記第一の領域の長さにおいて、前記硬度移行部のそれぞれが延在する長さより大きい長さにわたって延在する、方法。
前記ねじ切り段階の前の冷間成形処理による、前記雌ねじ付きブラインドインサートの成形を完了する、完了段階をさらに備える、請求項１５記載の方法。
径方向に拡大された頭部、単一の変形可能部分を含む第一の領域、及びナット部分を含む第二の領域を備え、前記第一の領域が、前記変形可能部分と前記頭部との間の第一の硬度移行部、及び前記変形可能部分と前記第二の領域との間の第二の硬度移行部をさらに備えた、雌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、前記雌ねじ付きブラインドインサートを部分的に成形する、部分成形段階と、
（ｂ）前記部分成形段階の後に、前記雌ねじ付きブラインドインサートの前記第一の領域の焼き鈍しを行ない、前記変形可能部分に残りの部分より高い延性を生じさせる焼き鈍し段階であって、
前記変形可能部分の硬度が前記ナット部分の硬度値より低く、長さに沿ってほぼ一定の低い硬度値を有するようにして、前記インサートの据付け中に前記変形可能部分を変形可能とする、焼き鈍し段階と、
（ｃ）前記焼き鈍し段階の後に、前記雌ねじを切る、ねじ切り段階と
（ｃ）前記焼き鈍し段階の後に、前記冷間成形処理によって、ステップ（ａ）で部分的に成形された前記雌ねじ付きブラインドインサートの成形を完了する、完了段階と、
（ｄ）前記完了段階の後に、前記ナット部分に前記雌ねじを切る、ねじ切り段階と
を含み、
前記変形可能部分は、前記第一の領域の長さにおいて、前記硬度移行部のそれぞれが延在する長さより大きい長さにわたって延在する、方法。
雌ねじ付きブラインドインサートであって、
径方向に拡大された頭部、単一の変形可能部分を含む第一の領域、及びナット部分を含む第二の領域を備え、
前記第一の領域は、前記変形可能部分と前記頭部との間の第一の硬度移行部、及び前記変形可能部分と前記第二の領域との間の第二の硬度移行部をさらに備えた、雌ねじ付きブラインドインサートにおいて、
前記雌ねじ付きブラインドインサートの前記変形可能部分は、前記ナット部分の硬度より低く、長さの大部分に沿ってほぼ一定の低い値である硬度値を有し、それにより、据付け中の後変形を促進し、
前記変形可能部分は、前記第一の領域の長さにおいて、前記硬度移行部のそれぞれが延在する長さより大きい長さにわたって延在する、雌ねじ付きブラインドインサート。