JP6268406B2 - インサートカラー - Google Patents

Description

本発明は、樹脂部材又は金属部材に埋め込まれるインサートカラーに関する。

金属で成形されたインサートカラーが知られている。このインサートカラーは、例えば樹脂部材のボルト挿通孔にインサート成形で埋め込まれ、ボルトの締め込みトルクによって前記挿通孔の周辺の樹脂が破損しないようにするためのものである。インサートカラーに挿通されたボルトは、例えば金属部材に締結されることにより、この金属部材に前記樹脂部材を固定する。

このようなインサートカラーのなかには、インサートカラー外周面と樹脂部材との間の結合力を強化するため、その外周面に凹凸を形成するとともに、前記ボルト（ネジ部材）の雄ネジ部に対して逆ネジ方向に傾斜した、突条又は溝を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような凹凸部や突条又は溝を形成したことにより、このインサートカラーは、前記ボルトの締め込みトルクによって該インサートカラーが埋め込まれる樹脂部材などに対し、周方向に空回りしたり組付け方向に抜けが起こるのが防止されている。

登録実用新案第３１０３８９９号公報

しかしながら、近年では、このような空回り防止や抜け防止についての機能のさらなる向上が求められている。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、空回り防止や抜け防止についての機能も向上した、インサートカラーを提供することにある。

本発明のインサートカラーは、樹脂部材又は金属部材に埋め込まれる金属製のインサートカラーにおいて、
金属板が曲げ加工によって円筒状に成形されてなるカラー本体を有し、
前記カラー本体の外周面には、開口形状が底面形状より大となる角錐台形状の凹部、又は上端面形状が底形状より小となる角錐台形状の凸部が、前記カラー本体の高さ方向及び周方向に沿って規則的に配設されていることを特徴とする。

このインサートカラーによれば、カラー本体の外周面に、角錐台形状の凹部又は凸部を、前記カラー本体の高さ方向及び周方向に沿って規則的に配設しているので、これが埋め込まれる樹脂部材や金属部材に対して、周方向への空回りや組付け方向への抜けがより確実に防止される。

また、前記インサートカラーにおいて、前記凹部又は凸部は、四角錐台形状であることが好ましい。
その場合に、前記凹部は、前記開口形状の各辺が１ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、深さが０．１５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、各内側面の底面に対する傾斜角が３０°以上９０°未満である、又は、前記凸部は、前記底形状の各辺が１ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、高さが０．１５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、外側面のカラー本体外周面に対する傾斜角が３０°以上９０°未満であることが好ましい。
このようにすれば、後述する実験結果からもわかるように、これが埋め込まれる樹脂部材や金属部材に対して、周方向への空回りや組付け方向への抜けがより確実に防止される。

本発明のインサートカラーにあっては、空回り防止や抜け防止についての機能が向上しているので、例えばこのインサートカラーを樹脂部材に埋め込むことにより、部材間をより強固に締結することができる。また、金属部材に対して埋め込んでも、同様の効果を得ることができる。

本発明に係るインサートカラーの一実施形態の概略構成を示す図であり、（ａ）は一部を切り欠いた斜視図、（ｂ）は外周面側を示す展開図である。 （ａ）は凹部の形状を説明するためのカラー本体の要部側断面図であり、（ｂ）は凸部の形状を説明するためのカラー本体の要部側断面図である。 インサートカラーの使用形態を説明するための側断面図である。 引き抜き強度の測定方法を説明するための側断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はインサートカラーの比較例の外周面側の形態を示す展開図である。

以下、図面を参照して本発明のインサートカラーをより詳しく説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明のインサートカラーの一実施形態の概略構成を示す図であり、（ａ）は一部を切り欠いた斜視図、（ｂ）は外周面側を示す展開図である。これらの図において符号１はインサートカラーであり、このインサートカラー１は、樹脂部材又は金属部材に埋め込まれる金属製のものである。

このインサートカラー１は、図１（ａ）に示すように円筒状のカラー本体２と、カラー本体２の外周面に形成された複数の凹部３と、から構成されている。
カラー本体２は、図１（ｂ）に示す金属板２ａが曲げ加工によって円筒状に成形されたものである。

金属板２ａは、例えば冷延鋼板にニッケルめっき処理が施された金属平板が、所定寸法の短冊状（長細い矩形状）に打ち抜き加工され、あるいは切り出されて形成されたものである。この金属板２ａには、図１（ｂ）に示すようにその一方の面、すなわち外周面となる側の面に、複数の凹部３が形成されている。

図１（ｂ）に示す複数の凹部３は、金属板２ａに対して潰し加工（プレス成型）されることで形成されたもので、金属板２ａの短辺方向及び長辺方向に沿って規則的に配設されている。このような構成によって凹部３は、金属板２ａがその長辺方向に沿って曲げられ、それぞれの短辺が突き合わされた際、カラー本体２の高さ方向及び周方向に沿って規則的に配設されたものとなる。

凹部３は、開口部３ａの形状（開口形状）が底面の形状（底面形状）より大となる角錐台形状のもので、本実施形態では四角錐台形状に形成されている。具体的には、カラー本体２の要部側断面図である図２（ａ）に示すように、開口部３ａの形状の各辺の長さＬが１ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、深さｄが０．１５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、各内側面３ｂの底面３ｃに対する傾斜角θが３０°以上９０°未満であるのが好ましい。ただし、本明細書においては、図２（ａ）に示すように底面３ｃの延長面に対する各内側面３ｂの傾斜角度を、傾斜角θとして定義している。

開口部３ａの形状や底面３ｃの形状としては、四角形（矩形）であれば、長方形でも正方形でもよく、菱形や平行四辺形などであってもよい。長方形や平行四辺形の場合には、長辺と短辺のいずれの長さも、１ｍｍ以上２ｍｍ以下であるのが好ましい。本実施形態では、開口部３ａの形状及び底面３ｃの形状を正方形としている。

なお、カラー本体２の厚さ、すなわち金属板２ａの厚さ（凹部３が形成された箇所以外の部位での厚さ）は、インサートカラー１に挿通されるボルト（雄ネジ）のサイズ（ネジサイズ）に応じて適宜に設定される。また、凹部３の前記深さｄは、カラー本体２の厚さ、すなわち金属板２ａの厚さ（凹部３が形成された箇所以外の部位での厚さ）に応じて適宜に設定される。例えば、ネジサイズ、インサートカラー１の厚さ（金属板２ａの厚さ）、凹部３の深さｄの関係は、以下の通りである。
ネジサイズ 金属板２ａの厚さ 凹部３の深さｄ
・Ｍ２．６ ０．５〜１．３ｍｍ ０．１５〜０．３０ｍｍ
・Ｍ３ ０．５〜１．３ｍｍ ０．１５〜０．３０ｍｍ
・Ｍ４ ０．７〜１．５ｍｍ ０．２０〜０．３０ｍｍ
・Ｍ５ １．０〜２．０ｍｍ ０．２０〜０．４０ｍｍ
・Ｍ６ １．０〜２．０ｍｍ ０．２０〜０．５０ｍｍ
・Ｍ８ １．５〜２．８ｍｍ ０．２０〜０．８０ｍｍ

そして、このようにして設定される凹部３の深さｄにさらに対応して、前記傾斜角θが３０°以上９０°未満に設定される。３０°未満では、インサートカラー１が埋め込まれる部材に対しての、引き抜き強度や回転トルクが小さくなり、抜け防止や空回り防止についての機能が充分に得られるなくなるおそれがある。また、９０°以上になると、潰し加工によって凹部３を形成した後の型抜きができなくなり、加工が困難になる。

また、このような深さｄや傾斜角θを満足するように、開口部３ａの各辺の長さＬが１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲で適宜に設定される。このようにして開口部３ａの各辺の長さＬ、凹部３の深さｄ、傾斜角θを前記各範囲内に設定することにより、該凹部３はインサートカラー１が埋め込まれる樹脂部材や金属部材に対して充分な強度で結合（係止）し、その周方向への空回りや組付け方向への抜けを防止するものとなる。

このような形状・寸法の凹部３は、図１（ｂ）の展開図に示すように、例えば金属板２ａの短辺方向（カラー本体２の高さ方向）に沿って等間隔で３列、また金属板２ａの長辺方向（カラー本体２の周方向）に沿って等間隔で９列形成配置されている。すなわち、凹部３は、カラー本体２の外周面に、縦横に規則的に配設されたものとなっている。このように凹部３を規則的に配設することにより、該凹部３はインサートカラー１が埋め込まれる樹脂部材や金属部材に対して、その周方向への空回りや組付け方向への抜けをより確実に防止するものとなる。なお、凹部３の配列については、例えばカラー本体２の大きさ、すなわち金属板２ａの大きさや、その厚さ等に応じて適宜に設定される。

このような構成のインサートカラー１を形成するには、まず、前述したように金属平板から、打ち抜き加工によって所定寸法の短冊状の金属板を形成する。次に、この金属板の一方の面に、図１（ｂ）に示すように複数の凹部３を潰し加工（プレス成形）で形成し、規則的に配置する。これにより、金属板２ａが得られる。なお、予め金属平板に潰し加工（プレス成形）を行って凹部３を形成し、その後、打ち抜き加工によって所定寸法の短冊状の金属板２ａを形成するようにしてもよい。

次いで、前記金属板２ａを曲げ加工によってその長辺方向に曲げ、それぞれの短辺を突き合わせて円筒状に形成することにより、インサートカラー１を得る。このように曲げ加工によって円筒状に形成することで、凹部３は、カラー本体２の高さ方向及び周方向に沿って規則的に配設されたもの、すなわち縦横に配置されたものとなる。

このような構成のインサートカラー１は、例えば図３に示すように、外装用のカバーなどとして用いられる樹脂部材４のボルト挿通孔５の周囲にインサート成形によって埋め込まれる。インサート成形とは、インサートカラー１を例えば射出成形型などの型内に配置した状態で樹脂を流し込んで成形する方法である。

インサートカラー１の高さは、例えば該インサートカラー１が埋設される樹脂部材４の厚さと同等に設定されており、したがってその両側の開口は、樹脂部材４の表面及び裏面にそれぞれ面一となるように配置されている。このようにインサートカラー１を樹脂部材４に埋め込むことにより、この樹脂部材４を、ボルト（雄ネジ）６によって金属部材７に高強度で固定することが可能になる。

すなわち、ボルト６をインサートカラー１の内部孔（ボルト挿通孔）１ａに挿通し、さらにこのボルト６を、金属部材７に形成された雌ネジ８に螺合する。これにより、ボルト６によって樹脂部材４を金属部材７に固定することができる。

本実施形態のインサートカラー１にあっては、その外周面に四角錐台形状の凹部３を規則的に配設しているので、該インサートカラー１（カラー本体２）の外周面と樹脂部材４との間の結合力が増加し、これによってインサートカラー１が埋め込まれる樹脂部材４に対して結合力が高くなり、したがって周方向への空回りや組付け方向への抜けがより確実に防止されたものとなる。

また、金属板２ａを円筒状に成形することによってインサートカラー１を形成しているので、例えば丸棒状の材料から孔をあけて円筒状に形成する場合に比べ、材料の使用効率を格段に高めることができ、さらに、加工に要する時間も短縮することができる。したがって、コストの低減化を図ることができる。

「実験例」
本発明のインサートカラー１として、凹部３を、図１（ｂ）に示すように３列×９列に形成したものを用意した。凹部３は正四角錐台形状であり、図２（ａ）に示す開口部３ａの各辺の長さＬを１．６ｍｍ、深さｄを０．３６ｍｍ、傾斜角θを７４．５°とした。なお、インサートカラー１の外径は８．５ｍｍ、高さは１０ｍｍとした。
このインサートカラー１を、インサート成形によってＰＰＳ［フォートロン］製で高さ１０ｍｍ、一辺の長さが２５ｍｍの正四角柱状の樹脂部材４中に埋め込み、一体化して試料Ａとした。

この試料Ａを、図４に示すように孔９を有する台１０上に置き、インサートカラー１を孔９上に配置した。その後、丸ピン１１をインサートカラー１の上に当接させ、この丸ピン１１に力Ｆをかけ、かつその強度を徐々に高めていき、インサートカラー１が樹脂部材４から抜けるときの強度（引き抜き強度）を測定した。
また、同様にして用意した試料Ａに対し、そのインサートカラー１にスリットを入れて試料Ｂとした。そして、この試料Ｂのスリットにトルク計の測定子を嵌め込み、この測定子に回転トルクを加えていき、インサートカラー１が回転し始める回転トルクを測定した。

また、比較のため、図５（ａ）〜（ｃ）の展開図に示す凹部を有したインサートカラーについて、前記インサートカラー１の場合と同様にして試料Ａ１〜Ａ３、試料Ｂ１〜Ｂ３を作製し、前記の引き抜き強度の測定、回転トルクの測定をそれぞれ行った。
図５（ａ）に示す凹部４１は、開口部を正四角形とする正四角錐形状のもので、開口部の各辺の長さＬを１．７６ｍｍ、深さｄを０．３６ｍｍとしている。このような凹部４１を形成したインサートカラーを前記試料Ａ、試料Ｂの作製と同様にしてインサート成形し、得られた樹脂部材を、試料Ａ１、試料Ｂ１とした。なお、本例のインサートカラーの外径寸法については、前記インサートカラー１と同じにしている。

図５（ｂ）に示す凹部４２は、開口部を正四角形とする正四角錐台形状のもので、開口部の各辺の長さＬを１．７６ｍｍ、深さｄを０．３６ｍｍ、傾斜角θを２６．３°としている。このような凹部４２を形成したインサートカラーを前記試料Ａ、試料Ｂの作製と同様にしてインサート成形し、得られた樹脂部材を、試料Ａ２、試料Ｂ２とした。なお、本例のインサートカラーの外径寸法については、前記インサートカラー１と同じにしている。

図５（ｃ）に示す凹部４３は、本実験例における前記インサートカラー１の凹部３と同じ形状としている。ただし、この図５（ｃ）に示したインサートカラーでは、前記凹部３とは別に、金属板の長辺方向に対して斜めに延び、したがって円筒状に成形された際に螺旋状となる斜め溝１２を形成した。この斜め溝１２は、このインサートカラーに挿通される雄ネジ（ボルト）に対して逆ネジ方向に傾斜して形成されており、したがってこのインサートカラーが雄ネジの回転によって連れ回りし始める際に、これに抗するように形成されている。このような凹部および斜め溝１２を形成したインサートカラーを前記試料Ａ、試料Ｂの作製と同様にしてインサート成形し、得られた樹脂部材を、試料Ａ３、試料Ｂ３とした。なお、本例のインサートカラーの外径寸法については、前記インサートカラー１と同じにしている。

以上のようにして、各試料Ａ、Ａ１〜Ａ３、試料Ｂ、Ｂ１〜Ｂ３についてそれぞれ引き抜き強度、回転トルクの測定をそれぞれ行った。得られた結果を以下に示す。
引き抜き強度 回転トルク
・試料Ａ ／試料Ｂ ５２３．９Ｋｇ １９．９２Ｎ・ｍ
・試料Ａ１／試料Ｂ１ ２８３．２Ｋｇ １０．６３Ｎ・ｍ
・試料Ａ２／試料Ｂ２ ３４６．０Ｋｇ １３．６２Ｎ・ｍ
・試料Ａ３／試料Ｂ３ ４４６．０Ｋｇ １２．９４Ｎ・ｍ

以上の結果より、本発明のインサートカラー１（試料Ａ、試料Ｂ）は、樹脂部材からの引き抜き強度、回転し始める回転トルクが、共に比較例（試料Ａ１〜Ａ３、試料Ｂ１〜Ｂ３）より高いことが分かった。したがって、本発明のインサートカラー１によれば、周方向への空回りや組付け方向への抜けがより確実に防止されることが確認された。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態ではカラー本体２の外周面に四角錐台形状の凹部３を設けたが、これに代えて、上端面形状が底形状より小となる角錐台形状の凸部を、カラー本体２の高さ方向及び周方向に沿って規則的に配設してもよい。規則的な配置については、凹部３の場合と同様とされる。

また、凸部の具体的形状としては四角錐台形状が好ましい。その場合に、例えば図２（ｂ）に示すように、底形状の各辺の長さＬが１ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、高さｈが０．１５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、外側面のカラー本体外周面に対する傾斜角θが３０°以上９０°未満であるのが好ましい。ただし、本明細書においては、図２（ｂ）に示すようにカラー本体２の外面の、凸部１３の底側への延長面に対する各外側面１３ａの傾斜角度を、傾斜角θとして定義している。
上端面１３ｂの形状や底形状としては、四角形（矩形）であれば、長方形でも正方形でもよく、菱形や平行四辺形などであってもよい。長方形や平行四辺形の場合には、長辺と短辺のいずれの長さも、１ｍｍ以上２ｍｍ以下であるのが好ましい。

また、前記実施形態では、本発明のインサートカラーを主に樹脂部材に対して埋め込んで使用する形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、金属部材に埋め込んで使用するようにしてもよい。その場合にも、周方向への空回りや組付け方向への抜けをより確実に防止できるとした、優れた効果を奏する。

１…インサートカラー、２…カラー本体、２ａ…金属板、３…凹部、３ａ…開口部、３ｂ…内側面、３ｃ…底面、４…樹脂部材、１３…凸部、１３ａ…外側面、１３ｂ…上端面、Ｌ…長さ、ｄ…深さ、ｈ…高さ、θ…傾斜角

Claims (1)

1. 樹脂部材又は金属部材に埋め込まれる金属製のインサートカラーにおいて、
   円筒状に成形されてなるカラー本体を有し、
   前記カラー本体の外周面には、開口形状が底面形状より大となる角錐台形状の凹部、又は上端面形状が底形状より小となる角錐台形状の凸部が、前記カラー本体の高さ方向及び周方向に沿って規則的に配設されており、
   全ての前記凹部は、前記開口形状及び前記底面形状が正方形の四角錐台形状であり、
   前記開口形状及び前記底面形状は、前記四角形の２対の対向辺のうち一方が前記カラー本体の周方向に直交し、他方が前記カラー本体の軸方向に直交した正方形である
   又は、全ての前記凸部は、前記底形状及び前記上端面形状が正方形の四角錐台形状であり、
   前記底形状及び前記上端面形状は、前記四角形の２対の対向辺のうち一方が前記カラー本体の周方向に直交し、他方が前記カラー本体の軸方向に直交した正方形であり、
   前記凹部は、前記開口形状の各辺が１ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、深さが０．１５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、各内側面の底面に対する傾斜角が３０°以上９０°未満である、又は、前記凸部は、前記底形状の各辺が１ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、高さが０．１５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、外側面のカラー本体外周面に対する傾斜角が３０°以上９０°未満である
   ことを特徴とするインサートカラー。

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