JP5496187B2 - インサートキット及び装着方法 - Google Patents

Description

本発明は、インサートに関する。より詳細には、本発明は、プラスチック材料で作成された部品に装着するためのインサートに関する。

プラスチック材料で構成された部品の取り付けには、金属インサートがよく使用される。プラスチック材料は、金属に比べると比較的低剛性で且つ低強度であるので、ネジなどの機械的結合特徴の形成に特に適してはいない。したがって、機械的結合特徴を提供する一般的なやり方は、取り外せない方式で金属インサートをプラスチック部品に装着することである。これらの金属インサートは、ネジなどの内部の機械的結合特徴を有する。

インサートは、通例は円柱形であり、その外表面上に、インサートとプラスチック部品との間の運動を阻むための特徴（抗運動性の特徴）を備える。これらは、引き抜き抵抗を付与するための周方向の特徴、又はトルク抵抗のための軸方向の特徴であってよい。このような特徴は、ローレット目のように、周方向部分と軸方向部分とを両方有してもよい。

上述されたタイプの金属インサートは、例えば内装品などの車両アセンブリのような多くの応用で使用される。

このような金属インサートは、通例は、インサート及び／又はプラスチック材料を局部的に加熱してインサートを部品に押し込むことによってプラスチック部品に装着される。半流動性のプラスチック材料は、次いで、インサートのロック特徴の周囲を流れて冷め、部品とインサートとの間に永久的な機械的結合を提供する。もう１つの既知の方法は、インサートを高周波数で振動させてインサートとプラスチックとの境界に摩擦熱を発生させるやり方である。この加熱によって、プラスチック材料は融解し、冷める前にインサートの外部特徴の周囲を流れて固化し、結合を形成する。

プラスチック材料の軟化点温度よりも高い温度にインサートを加熱するために、装着に先だって、インサートに熱が加えられる。インサートの装着に伴って、プラスチック材料は、インサートから熱を奪って軟化し、インサートの外部形状の周囲を流れる。装着を完了させるために必要なエネルギの量は、したがって、装着プロセスを完了させるためにかかる時間によって影響される。インサートを装着するためにかかる時間は、インサートの設計と、装着プロセス中にインサートが移動する距離とによって制御される。

このような装着技術に伴う問題は、インサートが移動しなければならない距離が、概ねインサートの長さに等しく、この場合、インサートを装着するために、かなりの量のエネルギを使用してインサートを加熱する必要があることである。インサートの大部分は、装着中にプラスチック材料に接触しておらず、この場合、熱が周囲環境に散逸すると考えられる。

或いは、装着中にインサート及び周囲のプラスチック材料を加熱するために、超音波エネルギが使用されてもよい。したがって、装着中ずっと、超音波エネルギを供給しなければならない。この場合、インサートを完全に装着するためにかかる時間中ずっと、インサート全体を振動させなければならない。とりわけ装着の初期段階では、インサートの長さの大半がプラスチック材料に接触していないので、これは、エネルギ効率に優れていない。

本発明の狙いは、上記の問題を克服する又は少なくとも軽減することである。

発明の第１の態様にしがたって、インサートアセンブリキットであって、
概ね円柱形の階段状のインサートであって、
第１のインサート直径の第１の円柱形インサート部位と、
第２のインサート直径の第２の円柱形インサート部位と、
第３のインサート直径の第３の円柱形インサート部位と、
を有し、第１のインサート直径は、第２及び第３のインサート直径よりも大きく、第２のインサート直径は、第３のインサート直径よりも大きく、第２のインサート部位は、軸方向において第１のインサート部位と第３のインサート部位との間に位置決めされる、インサートと、
概ね円柱形の階段状の穴を有するプラスチックパーツであって、
第１の穴直径の第１の円柱形穴部位と、
第２の穴直径の第２の円柱形穴部位と、
第３の穴直径の第３の円柱形穴部位と、
を含み、第１の穴直径は、第２及び第３の穴直径よりも大きく、第２の穴直径は、第３の穴直径よりも大きく、第２の穴部位は、軸方向において第１の穴部位と第３の穴部位との間に位置決めされ、
第１、第２、及び第３の穴直径は、プラスチックパーツへのインサートの装着時にインサートに係合しそれによってインサートを保持するために、それぞれ第１、第２、及び第３のインサート直径よりも小さく、
第２及び第３のインサート部位がそれぞれ第１及び第２の穴部位内において自由に位置決め可能であるように、第１の穴直径は、第２及び第３のインサート直径よりも大きく、第２の穴直径は、第３のインサート直径よりも大きい、プラスチックパーツと、
を備えるインサートアセンブリキットが提供される。

有利なことに、インサートは、加熱及び／又は振動の開始前に、自由に穴に挿入されてよい。インサートを装着するには、最も長いインサート部位を装着するために必要な長さの時間にわたってインサートにエネルギを提供すればよい。

第１の穴直径が第１及び第２のインサート直径よりも大きいという事実は、穴内におけるインサートの配置及び２つの部品どうしの位置合わせに役立つ。この場合、それほど正確ではない許容差を使用して、ｉ）受け入れ側のプラスチック部品内に成形穴中心を作成する、及びii）装着中に成形穴に対するインサートの位置決めを実行することができる。

第１、第２、及び第３のインサート部位及び／又は穴部位は、軸方向の長さが実質的に等しくてよい。この場合、第１、第２、及び第３の部位が同時に装着されるので、インサートを成功裏に装着するために必要な熱エネルギの量は、より少なくてすむ。更に、第１、第２、及び第３の部位が同時に装着されるので、超音波エネルギは、既知のインサートの装着にかかる時間の何分の１か（約３分の１）の時間にわたってインサートに供給されればよい。

発明の第２の態様にしたって、プラスチック部品にインサートを装着する方法であって、
概ね円柱形の階段状のインサートであって、
第１のインサート直径の第１の円柱形インサート部位と、
第２のインサート直径の第２の円柱形インサート部位と、
第３のインサート直径の第３の円柱形インサート部位と、
を有し、第１のインサート直径は、第２及び第３のインサート直径よりも大きく、第２
のインサート直径は、第３のインサート直径よりも大きく、第２のインサート部位は、軸方向において第１のインサート部位と第３のインサート部位との間に位置決めされる、インサートを提供するステップと、
概ね円柱形の階段状の穴を有するプラスチックパーツであって、
第１の穴直径の第１の円柱形穴部位と、
第２の穴直径の第２の円柱形穴部位と、
第３の穴直径の第３の円柱形穴部位と、
を含み、第１の穴直径は、第２及び第３の穴直径よりも大きく、第２の穴直径は、第３の穴直径よりも大きく、第２の穴部位は、軸方向において第１の穴部位と第３の穴部位との間に位置決めされ、第１、第２、及び第３の穴直径は、それぞれ第１、第２、及び第３の直径よりも小さく、
第１の穴直径は、第２及び第３のインサート直径よりも大きく、第２の穴直径は、第３のインサート直径よりも大きい、プラスチックパーツを提供するステップと、
第２及び第３のインサート部位をそれぞれ第１及び第２の穴部位内において自由に位置決めするステップと、
第１、第２、及び第３のインサート部位を第１、第２、及び第３の穴部位に係合させそれによってインサートに係合させインサートを保持するために、インサートを穴に装着するステップと、
を備える方法が提供される。

次に、本発明にしたがったインサートキット及び装着方法の一例が、添付の図面を参照にして説明される。

本発明にしたがったインサートの第１の実施形態の側面図である。 本発明にしたがったインサートの第２の実施形態の側面図である。 図１のインサートの側面図である。 本発明にしたがったプラスチック部品の一部の側断面図である。 図４のプラスチック部品との係合の第１段階にあるときの、図３のインサートの部分側断面図である。 係合の第２段階にあるときの、図５と同様の図である。 係合の第３段階にあるときの、図５と同様の図である。

図１を参照すると、インサート１００は、全て概ね円柱形で且つインサート全長の約３分の１の等しい長さを有する第１のインサート部位１０２、第２のインサート部位１０４、及び第３のインサート部位１０６を含む、主軸１０３を中心とした概ね円柱形の本体を有する。インサート１００は、中空であり、ネジ穴１０１を開かれている。インサート１００は、ネジ穴に雄ネジ部材を嵌め合わせるための入口領域１０８を形成している。第１のインサート部位１０２は、入口領域１０８につながれ、更に、第１のインサート部位１０２を第２のインサート部位１０４につなぐ首部位１１０につながれる。第２のインサート部位１０４は、肩部位１１２につながれる。肩部位１１２は、第３のインサート部位１０６につながる。第３のインサート部位１０６は、末端領域１１４で終結する。

第１のインサート部位１０２は、その外表面上にらせん状の溝１１６を形成している。第２のインサート部位１０４は、その外表面上に相対するらせん状の溝１１８を形成している。第３のインサート部位１０６は、その外表面上に環状のリブ１２０を形成している。

図２を参照すると、インサート２００は、インサート１００と実質的に同様であるが、
第１、第２、及び第３のインサート部位２０２、２０４、及び２０６のそれぞれにローレット目を形成されている。

図３を参照すると、インサート１００は、それぞれＩＤ１、ＩＤ２、及びＩＤ３として示された第１、第２、及び第３のインサート部位１０２、１０４、及び１０６の直径を伴って示されている。

図４を参照すると、部品１３０は、プラスチック材料で構成され、表面１３３から伸びる止まり穴１３２を形成するものとして示されている。止まり穴１３２は、主軸１３４を中心にして概ね円柱形であり、第１の穴部位１３６、第２の穴部位１３８、及び第３の穴部位１４０を含む。第１の穴部位１３６は、表面１３３に近く、第３の穴部位は、表面１３３から最も遠い。第１、第２、及び第３の穴部位１３６、１３８、及び１４０の直径は、それぞれＢＤ１、ＢＤ２、及びＢＤ３である。

なお、下記に説明されるように、装着時に部品１３０とインサート１００との間に結合が形成される程度に、
ＢＤ１＜ＩＤ１、
ＢＤ２＜ＩＤ２、
ＢＤ３＜ＩＤ３であること、並びに
第２及び第３のインサート部位１０４及び１０６が第１の穴部位１３６に自由に挿入可能であるように、
ＢＤ１＞ＩＤ２、
ＢＤ１＞ＩＤ３であること、並びに
第３のインサート部位１０６が第２の穴部位１３８に自由に挿入可能であるように、
ＢＤ２＞ＩＤ３であることが、留意されるべきである。

次に、装着プロセスを示した図５〜７を参照する。図５は、インサート１００が穴１３２に導入される様子を示している。図からわかるように、第３のインサート部位１０６は、第１の穴部位１３６よりも大幅に小さいので、インサートは、自由に穴に入れることができる。

インサート１００を穴１３２に完全に装着するには、装着前に、熱源１５０からの熱をインサートに供給しなければならない（概略的に示されている）。熱源１５０は、インサート１００を装着温度に加熱する。

図６に進むと、第２のインサート部位１０４及び第３のインサート部位１０６が、それぞれ第１の穴部位１３６及び第２の穴部位１３８に収まっており、インサート１００は、その軸方向の長さの３分の２にわたって自由に挿入されている。穴部位１３６、１３８、及び１４０は、対応するインサート部位１０２、１０４、及び１０６よりもそれぞれ小さいので、この時点では、インサート１００は、穴１３２内をこれ以上移動することができない。

それゆえに、インサート１００の装着に伴って、インサート１００を取り巻く部品１３０のプラスチック材料が軟化する。インサート１００は、次いで、インサート１００の長さの３分の１に等しい更なる長さにわたって穴１３２に装着される。これに伴って、第１、第２、及び第３のインサート部位１０２、１０４、及び１０６は、同時に装着される。

図７には、装着されたインサートが示されている。なお、第１及び第２のインサート部位１０２及び１０４には、トルク抵抗性の相対するらせん状の溝１１６及び１１８がそれぞれ設けられ、ゆえに第３のインサート部位１０６よりも大きい直径において有利にトル
ク抵抗が提供されることが、留意されるべきである。

上記の実施形態の変形もまた、本発明の範囲内である。

インサート及び穴は、３つよりも多くの部位を有することによって、装着深さを浅くしてもよい。なお、装着距離の短縮及び位置合わせの向上の利益を得るには、２つ以下の対応部位では十分ではないと考えられることが、留意されるべきである。しかしながら、３つの部位は、部位形成のための過剰な数の機械加工工程を不要にしつつ上述の利益をもたらすことができる実用的最適条件である。

インサートは、装着中に、加熱の代わり又は追加として超音波によって振動されてもよい。

インサートの外表面は、ローレット目、リブ、又はそれらの任意の組み合わせを有してもよい。

部位は、同じ長さでなくてもよく、例えば、第１及び第２の部位が部位の全長の７０％を占め、第３の部位が全長の３０％を占めてもよい。

穴１３２は、貫通穴であってもよい。

Claims (9)

1. インサートアセンブリキットであって、
   概ね円柱形の階段状のインサートであって、
   第１のインサート直径の第１の円柱形インサート部位と、
   第２のインサート直径の第２の円柱形インサート部位と、
   第３のインサート直径の第３の円柱形インサート部位と、
   を有し、前記第１のインサート直径は、前記第２及び第３のインサート直径よりも大きく、前記第２のインサート直径は、前記第３のインサート直径よりも大きく、前記第２のインサート部位は、軸方向において前記第１のインサート部位と前記第３のインサート部位との間に位置決めされる、インサートと、
   概ね円柱形の階段状の穴を有するプラスチックパーツであって、
   第１の穴直径の第１の円柱形穴部位と、
   第２の穴直径の第２の円柱形穴部位と、
   第３の穴直径の第３の円柱形穴部位と、
   を含み、前記第１の穴直径は、前記第２及び第３の穴直径よりも大きく、前記第２の穴直径は、前記第３の穴直径よりも大きく、前記第２の穴部位は、軸方向において前記第１の穴部位と前記第３の穴部位との間に位置決めされ、
   前記第１、第２、及び第３の穴直径は、前記プラスチックパーツへの前記インサートの装着時に前記インサートに係合しそれによって前記インサートを保持するために、それぞれ前記第１、第２、及び第３のインサート直径よりも小さく、
   前記第２及び第３のインサート部位がそれぞれ前記前記第１及び第２の穴部位内において自由に位置決め可能であるように、前記第１の穴直径は、前記第２及び第３のインサート直径よりも大きく、前記第２の穴直径は、前記第３のインサート直径よりも大きい、プラスチックパーツと、
   を備えるインサートアセンブリキット。
2. 請求項１に記載のインサートアセンブリキットであって、
   前記第１、第２、及び第３のインサート部位は、軸方向の長さが実質的に等しい、インサートアセンブリキット。
3. 請求項２に記載のインサートアセンブリキットであって、
   前記第１、第２、及び第３のインサート部位は、前記インサートの前記軸方向の長さの約３分の１である、インサートアセンブリキット。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のインサートアセンブリキットであって、
   前記インサートは、内側にネジ穴を形成されている、インサートアセンブリキット。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のインサートアセンブリキットであって、
   前記第１、第２、及び第３のインサート部位の少なくとも１つは、運動抵抗性の外部特徴を形成している、インサートアセンブリキット。
6. 請求項５に記載のインサートアセンブリキットであって、
   前記第１及び／又は第２のインサート部位は、トルク抵抗性の特徴を含み、前記第２及び／又は第３のインサート部位は、引き抜き抵抗性の特徴を含む、インサートアセンブリキット。
7. 請求項６に記載のインサートアセンブリキットであって、
   前記第１及び第２のインサート部位は、トルク抵抗性の相対する特徴を含み、前記第３のインサート部位は、引き抜き抵抗性の特徴を含む、インサートアセンブリキット。
8. 請求項７に記載のインサートアセンブリキットであって、
   前記引き抜き抵抗性の特徴は、環状のリブである、インサートアセンブリキット。
9. プラスチック部品にインサートを装着する方法であって、
   概ね円柱形の階段状のインサートであって、
   第１のインサート直径の第１の円柱形インサート部位と、
   第２のインサート直径の第２の円柱形インサート部位と、
   第３のインサート直径の第３の円柱形インサート部位と、
   を有し、前記第１のインサート直径は、前記第２及び第３のインサート直径よりも大きく、前記第２のインサート直径は、前記第３のインサート直径よりも大きく、前記第２のインサート部位は、軸方向において前記第１のインサート部位と前記第３のインサート部位との間に位置決めされる、インサートを提供するステップと、
   概ね円柱形の階段状の穴を有するプラスチックパーツであって、
   第１の穴直径の第１の円柱形穴部位と、
   第２の穴直径の第２の円柱形穴部位と、
   第３の穴直径の第３の円柱形穴部位と、
   を含み、前記第１の穴直径は、前記第２及び第３の穴直径よりも大きく、前記第２の穴直径は、前記第３の穴直径よりも大きく、前記第２の穴部位は、軸方向において前記第１の穴部位と前記第３の穴部位との間に位置決めされ、前記第１、第２、及び第３の穴直径は、それぞれ前記第１、第２、及び第３の直径よりも小さく、
   前記第１の穴直径は、前記第２及び第３のインサート直径よりも大きく、前記第２の穴直径は、前記第３のインサート直径よりも大きい、プラスチックパーツを提供するステップと、
   前記第２及び第３のインサート部位をそれぞれ前記第１及び第２の穴部位内において自由に位置決めするステップと、
   前記第１、第２、及び第３のインサート部位を前記第１、第２、及び第３の穴部位に係合させそれによって前記インサートに係合させ前記インサートを保持するために、前記インサートを前記穴に装着するステップと、
   を備える方法。

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