JP2012225508A - 熱可塑性支持具用の挿入具および支持具へ挿入具を取り付ける方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱可塑性支持具における技術的引き抜き挙動性能が改良された挿入具を製造する。
【解決手段】熱可塑性支持具用の挿入具であって、シリンダ１と、シリンダ１の端部に配置されたヘッド２と、シリンダ１の外面から突出する突出部３と、を備え、突出部３は、ヘッド２とヘッド２に対向するシリンダ１の端部との間に配置されている。突出部３は、２つの歯６ａ、６ｂを分離するノッチ５と、歯６ａと歯６ｂとを接続する一つのクロスオーバー７を有し、歯の自由端部は、ヘッド２に対向するシリンダ１の端部の方向に向きを合わせられており、クロスオーバー７は、フリースペース８がクロスオーバー７とヘッド２との間に配置されるようにして、ヘッド２に近接している。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱可塑性支持具内に、当該熱可塑性支持具を溶融可能な温度で加熱されながら取り付けられる挿入具に関する。この挿入具は、シリンダと、前記シリンダの端部に配置されたヘッドと、前記シリンダの外面から突出する突出部と、からなるタイプのものである。この突出部は、ヘッドと、このヘッドに対向するシリンダの端部と、の間に配置されている。突出部は、ヘッドに対向するシリンダの端部の方向に向けて配置された端部をそれぞれ有する２つの歯を分離するノッチを供えている。

熱可塑性支持具用の挿入具の分野において、図１に示すような、２つのヘッド２ａ及び２ｂを両端部に有するシリンダ１から形成される本体を備えた挿入具が存在している。突出部３がシリンダ１から突出している。この突出部３は、当該挿入具が支持具に一旦引き込まれた後に、この挿入具が回転することを防止できる構造パターンを有するように加工されている。更に、この挿入具は、突出部３の両側に溝４ａ及び溝４ｂを有している。これらの溝４ａ及び溝４ｂは、突出部３と、ヘッド２ａ及び２ｂと、シリンダ部分１とにより、それぞれ画定されている。これらの溝４ａ及び溝４ｂは、挿入具が熱可塑性支持具にフラッシングにより一旦埋め込まれた後に、挿入具の長手方向軸Ａ１に平行な牽引力を原因としてこの挿入具が引き出されることを防止することができる。

実際には、このような支持具は、そのヘッド２ｂにおいて熱可塑性支持具に搬送されるよう意図されている。熱可塑性支持具と接触すると、挿入具は直ちに熱可塑性材料を溶融するよう加熱される。次いで、圧力によりこの挿入具がフラッシングによって熱可塑性材料に押し込まれることが可能になり、これにより、両溝４ａ及び４ｂが熱可塑性材料で充填される。このアセンブリの加熱及び冷却が停止すると、溶融した熱可塑性材料が凝固する。突出部３の構造パターンと溝４ａ及び４ｂとに流入した熱可塑性材料は、挿入具が支持具内の所定位置に維持されることを可能にする。

このような挿入具は、熱可塑性支持具に引き込まれる際にいくつかの制約がある。更には、挿入具により引き起こされる応力によっては、構造パターンが、挿入具が回転することや支持具から引き出されることを十分に防止できない可能性がある。

上記のタイプの挿入具は、米国特許公報US４，０４６，１８１号に記載されている。その側面は、角度をあけて配置されたいくつかの連続する側面突起を有している。これらの側面突起は、ノッチにより互いに分離されるとともに、それらの後端部は鋭く形成されている。

発明の目的

本発明の目的は、熱可塑性支持具における技術的引き抜き挙動性能が改良された挿入具を製造することにある。

この目的は、上記のタイプの挿入具であって、前記突出部は、前記歯と前記歯とを接続するクロスオーバーを有し、前記ヘッドに対向する前記シリンダの端部の方向に向けて配置された前記端部は前記クロスオーバーから離れており、前記クロスオーバーは、フリースペースが前記クロスオーバーと前記ヘッドとの間に配置されるようにして前記ヘッドに近接している、挿入具により達成される。

一実施形態によれば、前記クロスオーバー又はリンク又はビードは、前記歯と前記歯との間に、前記シリンダに向かって、前記ヘッドに対向する前記シリンダの端部の方向において傾斜した面を有する。

改良例によれば、前記歯の前記自由端部は、前記シリンダに向かって、前記ヘッドに対向する前記シリンダの端部の方向において傾斜した面をそれぞれ有する。

本発明は、また、挿入具を熱可塑性支持具内に取り付けるための方法であって、
−挿入具のヘッドに対向する前記挿入具の挿入端部を配置して熱可塑性支持具に接触させる工程と、
−前記支持具を形成する熱可塑性材料を溶融可能な温度に、前記挿入具を加熱する工程と、
−前記挿入具を前記支持具に引き込むように、前記挿入具へ前記熱可塑性支持具の方向に圧力を加え、これにより、溶融した熱可塑性材料が前記突出部を覆うことにより流れる工程と、
−前記支持具と前記挿入具を冷却して、前記支持具と前記挿入具との全体的な接続を実現する工程と、を備えた方法、に関する。

他の利点や特徴は、以下に非制限的な例として挙げられ添付図面に描かれた本発明の特定の実施形態の説明により更に明らかになるであろう。

図１は、従来技術による熱可塑性支持具用の挿入具の軸方向部分断面図である。 図２は、本発明の特定の実施形態による挿入具の三次元図である。 図３は、ヘッドに対向する挿入具の端部に向きを合わせられた図２の挿入具の図である。 図４は、図３のＡ−Ａ断面に従う挿入具の図である。 図５は、図３の部分拡大図である。 図６は、挿入具を熱可塑性支持具に取り付ける工程の断面図である。 図７は、図６の工程後の、支持具に取り付けられた挿入具の断面図である。

図２乃至図５において、熱可塑性支持具用の挿入具は、シリンダ（バレル）１を備えている。シリンダ１は、好適には、円筒形であり、長手方向軸Ａ１と方向（向き）を合わせられている。図３において、軸Ａ１は点Ｃを通過して延びるとともに、図面の紙面に対して垂直である。「長手方向軸Ａ１と方向（向き）を合わせられる」とは、シリンダの母線が、長手方向軸Ａ１に対して好適には平行であるということを意味する。

ヘッド２が、シリンダ１の端部に配置されている。「端部」とは、シリンダ１の長手方向端部を意味する。このヘッド２は単一のヘッドであり得るとともに、平面においてシリンダ１の軸Ａ１に垂直に形成され得る。ヘッド２は、シリンダ１の外面に対して径方向に延びており、種々の形態をとり得る。換言すれば、ヘッド２はシリンダ１の肩部をなすものである。したがって、ヘッド２は、クロスオーバー７の底部とヘッド２との間におけるシリンダ１の外部寸法より大きい外部寸法を有している。

一般的に、挿入具は、更に、シリンダ１の外面から突出する突出部３を備えている。この突出部３は、ヘッド２と、ヘッド２に対向するシリンダ１の端部（ヘッド２とは逆側の端部）と、の間に配置されている。突出部３は、２つの歯６ａ及び６ｂを分離して画成するノッチ５と、これらの歯６ａ及び６ｂを互いに接続するリンク、又はクロスビード、又はクロスオーバー７と、を有している。歯６ａ及び６ｂのそれぞれの自由端は、ヘッド２に対向するシリンダ１の端部の方向に向けて配置されている。クロスオーバー７は、フリースペース８がクロスオーバー７とヘッド２との間に配置された状態で、ヘッド２に近接している。このフリースペース８は、シリンダ１の外面の一部によって形成される分離部をクロスオーバー７とヘッド２との間に形成することによっても規定され得る。

軸Ａ１に沿って及ぼされる牽引力により挿入具が引き出されることを防止するために、フリースペース８が熱可塑性材料を受容することが意図されている。また、挿入具が軸Ａ１を中心として回転することを防止するために、ノッチ５が熱可塑性材料を受容することが意図されている。

図６及び図７において、上記のような挿入具を熱可塑性支持具９内に取り付ける方法は、挿入具のヘッド２に対向する挿入具の端部を熱可塑性支持具９に接触させて（図６）、好ましくは、挿入具の外部寸法よりも小さい寸法を有するホール１０又はホールスタートに挿入させる工程を有している。次いで、挿入具は、支持具９を形成する熱可塑性材料を溶融可能な温度で加熱される。挿入具を加熱するために必要な熱量は、熱量を挿入具に伝達可能な任意の加熱システム１１によりもたらされ得る。例えば、加熱システム１１は、挿入具と熱接触する電気加熱カートリッジであってもよいし、或いは、誘導により挿入具の表面電子を励起することができるシステムであってもよい（この場合、挿入具は強磁性を有する）。圧力が、熱可塑性支持具９の方向において（矢印Ｆ１の方向において）挿入具へ加えられ、これにより、挿入具が支持具９の内部に引き込まれる。この圧力は、挿入具の加熱後に加えてもよいし、挿入具の加熱と同時に加えてもよい。したがって、溶融した熱可塑性材料は、突出部３を覆うまで流れ、好適にはフリースペース８を満たす。最後に、支持具と挿入具との全体的な接続を実現するように、熱可塑性支持具９と挿入具とが冷却される。この冷却は、このアセンブリを大気温度下に配置して、熱量供給を止めることにより実施される。「全体的な接続」とは、支持具９と挿入具とが、互いに対する相対的移動が不可能な状態で、一体鋳造部品をなすことである。好適には、挿入具のヘッド２が、支持具９に接触し、矢印Ｆ１に従う加圧が停止されなければならないことを示す停止部を形成する。

好適には、ヘッド２は、シリンダ１と突出部３と合わせた横方向寸法よりも大きい横方向寸法を有している。

特定の実施形態によれば、クロスオーバー７は、歯６ａと歯６ｂとの間に、シリンダ１に向かって、ヘッド２に対向するシリンダの端部の方向において傾斜する傾斜面１２を備えている。挿入具をその支持具９に取り付ける際、挿入具は、まず最初に、ヘッド２に対向する端部において引き込まれる。傾斜面１２は、挿入の制約を制限することを可能にするとともに、クロスオーバー７とヘッド２との間のフリースペース８ができるだけ十分に充填されるように、溶融した材料が移動しやすくすることを可能にしている。好適には、クロスオーバー７とヘッド２との間において傾斜面がシリンダ１の外面に対してなす角度αは、２５度以上３５度以下の間に含まれている。

好適には、傾斜面１２は、突出部３の上面１３を、歯６ａと歯６ｂの間に配置されたシリンダ１の外面の一部に、徐々に接続している。換言すれば、ノッチ５は、シリンダ１の一部により画定された底部を有している。上面１３は、突出部３の底部に対向するとともにその先端にある突出部３の面として、この底部がシリンダ１との境界面にある状態で画成されている。

改良例によれば、ヘッド２に対向するシリンダ１の端部は、截頭入力円錐部とも称される面取り部１４を有しており、この面取り部１４は当該シリンダ１の外部寸法を局所的に縮小している。面取り部１４は、取り付け時に、ホール１０への挿入具の挿入をより容易にすることを可能にしている（図６）。有利には、面取り部１４は、挿入具の外面に沿って、溶融した熱可塑性材料を押し戻すことを可能にしている。したがって、面取り部１４が形成されている挿入具の自由端における挿入具の外部寸法は、支持具９のホール１０より小さい。好適には、面取り部１４は、シリンダの軸Ａ１に対して、２５度以上３５度以下の間に含まれる角度βを形成している。

一実施形態によれば、歯６ａ及び歯６ｂの自由端は、シリンダ１に向かって、ヘッド２に対向するシリンダ１の端部の方向において傾斜する傾斜側面１５ａ及び１５ｂをそれぞれ有している。これらの傾斜側面１５ａ及び１５ｂは、突出部３の上面１３をシリンダ１に徐々に接続し得る。好適には、歯６ａ及び歯６ｂのこれらの傾斜側面１５ａ及び１５ｂは、面取り部１４の延長部として形成されている。これにより、挿入具を熱可塑性支持具９に取り付ける際に、溶融した熱可塑性材料の移動を特に容易なものにすることができる。

一般的に、挿入具は、ヘッド２に対向するその端部において、そのヘッド２の方向において溶融した熱可塑性材料を押し戻すことを可能にする外形を有すると考えられる。同様に、フリースペース８をできるだけ十分に充填するために、傾斜側面１５ａ及び１５ｂと突出部３の傾斜面１２は、溶融した熱可塑性材料の突出部３上への上昇（のり上がり）を容易にすることを可能にしている。

歯６ａ及び歯６ｂのそれぞれは、シリンダ１から離れる方向に（図３に示される、シリンダ１の長手方向軸Ａ１に垂直な方向ｄ１）、互いに収束する２つの長手方向側壁１６ａ及び１６ｂを有し得る。特定の例において、これらの側壁１６ａ及び１６ｂは、シリンダ１に沿って縦方向に延びるとともに、ノッチ５と突出部３の周囲に配置されたフリースペース８とによりそれぞれ画定されている。両傾斜側壁１６ａ及び１６ｂは、互いに対して４０度の角度θを形成している（図５）。

好適には、長手方向側壁１６ａ及び１６ｂのそれぞれは、シリンダ１の外面の一部と、上面１３と、もし必要であれば関連する傾斜側面１５ａ及び１５ｂと、に接続されている。ノッチ５により画定される側壁１６ｂは、もし必要であれば、更に傾斜面１２に接続される。

ここまで単独の突出部３について一般的に説明したが、挿入具は、複数の突出部３を有し得る（図２及び３）。これらの突出部３は、２つの隣り合う突出部３がスロット１７により分離された状態で、シリンダ１の外面に角度をあけて周状に分散配置されている。好適には、これらの突出部３は、２つの隣り合う突出部３の２つの隣り合う歯１５ａ及び１５ｂの２つの長手方向側壁１６ａ及び１６ｂと、２つの隣り合う突出部３の間のシリンダ１の外面の一部とにより画定されている。好適には、これらの突出部３は、シリンダ１を通じてのみ互いに接続されている。換言すれば、これらの突出部３は、シリンダ１の一部により形成される分離部の介在によって離間している。

溶融した熱可塑性材料の冷却後、これらの突出部３は、それぞれのフリースペース８をを介して、挿入具に対する止め輪が形成されることを可能にする。実際に、これらの突出部３は、それらのクロスオーバー７とヘッド２との間に溝を画定する。上述のスロット１７は、この溝に横方向に開口している。

挿入具は、熱間鍛造又は冷間鍛造により製造され得る。これらの鍛造技術においては、チップまたは材料スクラップが生成されることがないため、これらの鍛造技術は機械加工技術や再機械加工を必要とする技術よりも経済的で有利である。挿入具は、同様の経済的利点を有しつつ、成形（鋳造）によっても製造され得る。

好適には、挿入具は、その長手方向軸に沿って穿孔されたホールを備えている。このホールは、貫通していなくてもよく、挿入具のヘッドに開口部を有し得る。また、このホールは、貫通孔であってもよく、軸Ａ１に沿う挿入具の両遠位端に、すなわち、挿入具のヘッドとヘッドに対向するシリンダの端部とに、２つの開口部を有し得る。このホールの内部は、螺合により本体を受けるようにタッピングされ得る。

好適には、側壁は、好ましくは底部がシリンダの長手方向軸と方向を合わせられた凹面を備えた湾曲形状を有している。好適には、上壁と傾斜側面は、上部が好ましくはシリンダの長手方向軸と方向を合わせられた凸面を備えて湾曲している。このような丸みをつけた形状（凹凸）は、特に、取り付けの際に、溶融した材料が支持具からより容易に押し戻されるようにしながら、一旦冷却された熱可塑性材料における応力集中を制限することを可能にする。取り付けの際のこれらの利点に加えて、このような丸みをつけた形状は、挿入具に投入されたスクリュー体のスクリュー・トルクがかかる際に、熱可塑性材料に加えられる力を分散させることを可能にする。

傾斜面と傾斜側面に関して、凹タイプの外形または凸タイプの外形が可能である。しかしながら、凸状形状は、挿入具をこれに対応する支持具に取り付ける際に、熱可塑性材料をより容易に押し戻す機能を有しているため、凸状形状の方が好適である。

Claims (10)

1. 熱可塑性支持具内に、当該熱可塑性支持具が溶融可能な温度で加熱されながら取り付けられる挿入具であって、
   シリンダ（１）と、
   前記シリンダ（１）の端部に配置されたヘッド（２）と、
   前記シリンダ（１）の外面から突出する突出部（３）と、を備え、
   前記突出部（３）は、前記ヘッド（２）と前記ヘッド（２）に対向するシリンダ（１）の端部との間に配置され、
   前記突出部（３）は、前記ヘッド（２）に対向する前記シリンダ（１）の端部の方向に向けて配置された端部をそれぞれ有する２つの歯（６ａ、６ｂ）を分離するノッチ（５）を有し、
   前記突出部（３）は、前記歯（６ａ）と前記歯（６ｂ）とを接続するクロスオーバー（７）を有し、
   前記ヘッド（２）に対向する前記シリンダ（１）の端部の方向に向けて配置された前記端部は、前記クロスオーバーから離れており、
   前記クロスオーバー（７）は、フリースペース（８）が前記クロスオーバー（７）と前記ヘッド（２）との間に配置されるようにして、前記ヘッド（２）に近接している、挿入具。
2. 前記クロスオーバー（７）は、前記歯（６ａ）と前記歯（６ｂ）との間に、前記シリンダ（１）に向かって、前記ヘッド（２）に対向する前記シリンダの端部の方向において傾斜した面（１２）を有する、請求項１に記載の挿入具。
3. 前記クロスオーバー（７）と前記ヘッド（２）との間における前記シリンダ（１）の外面に対して前記面（１２）により形成される角度は、２５度以上３５度以下である、請求項２に記載の挿入具。
4. 前記ヘッド（２）に対向する前記シリンダ（１）の端部は、前記シリンダ（１）の外部寸法を局所的に縮小させる面取り部（１４）を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の挿入具。
5. 前記歯（６ａ、６ｂ）の前記自由端部は、前記シリンダ（１）に向かって、前記ヘッド（２）に対向する前記シリンダ（１）の端部の方向において傾斜した面（１５ａ、１５ｂ）をそれぞれ有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の挿入具。
6. 両方の歯（７ａ、７ｂ）の前記傾斜した面（１５ａ、１５ｂ）は、前記面取り部（１４）の延長部として形成されている、請求項４および５に記載の挿入具。
7. 前記面取り部（１４）は、前記シリンダ（１）の軸に対して、２５度以上３５度以下の角度を形成している、請求項４乃至６のいずれか一項に記載の挿入具。
8. 前記歯（６ａ）及び前記歯（６ｂ）のそれぞれは、前記シリンダ（１）から対向する方向に、互いに接近する２つの長手方向側壁（１６ａ、１６ｂ）を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の挿入具。
9. 複数の前記突出部（３）が設けられ、これらの突出部（３）は、二つの隣り合う前記突出部（３）がスロット（１７）により分離されるようにして、前記シリンダ（１）の外面に角度をあけて分散されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の挿入具。
10. 請求項１に記載の挿入具を熱可塑性支持具（９）内に取り付けるための方法であって、
    −挿入具のヘッド（２）に対向する前記挿入具の挿入端部を配置して熱可塑性支持具（９）に接触させる工程と、
    −前記支持具（９）を形成する熱可塑性材料を溶融可能な温度に、前記挿入具を加熱する工程と、
    −前記挿入具を前記支持具（９）に引き込むように、前記挿入具へ前記熱可塑性支持具（９）の方向に圧力を加え、これにより、溶融した熱可塑性材料が前記突出部（３）を覆うことにより流れる工程と、
    −前記支持具（９）と前記挿入具を冷却して、前記支持具（９）と前記挿入具との全体的な接続を実現する工程と、を備えた方法。

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