JPS62192531A - 締結装置用のピンとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、一般に、締結装置に関するものである。特
に、この発明は、以下でカラーと便宜的に称されるスェ
ージング可能な管状部材と、カラーが圧入される複数の
環状の溝を有する鋼製のピンとから成る型式の締結装置
であって、ピンが所定の引張り応力を受けた場合にこの
ピンが切断する点であるブレークネックを、前記溝の少
なくとも１つが両成し、これによって、ピンがその目的
を果たした際に、ピンの一部が他の部分から分離される
ような締結装置に用いられるピンに関するものである。

また、この発明は、このような締結装置に用いられるピ
ンの製造方法に関するものである。

この発明は、特に英国特許出願第８４０９１６７号およ
び第８５１５２５８号に示される型式（これに限定され
ないが）の締結装置に関し、このような締結装置におい
て、ピンは、−続きになっている互いに近接した同等の
溝を有しており、その溝の各々は、ブレークネック（ｂ
ｒｅａｋｎｅｃｋ）を画成し、カラーのスェージングさ
れる部分と固定係合する切断溝または固定溝として８１
能できる。上記溝は、゛°複合溝”として知られており
、また、締結装置は、それらが利用される被加工材料の
厚さの変化を許容できるので、マルチグリップ締結装置
と称されている。

英国特許出願第８４０９１６７号および第８５１５２５
８号に説明されているように、いずれの溝も、カラーの
外端部（この位置で、スェージングが々ｈめられる）に
配置されたならば、ブレークネックとして機能するよう
に形成されている。特に、強度、切断位置、および、切
断部に生じる面の形状に関し、ピンが適当な機械的性質
を有すると共に、゛（実質的に同一のピンを色々と試し
てみた場合でも）十分に且つ堅実にその機能を果たすた
めに、ピンに所望の質を与える目的で適当な熱処理を行
う必要があることは分かっている。完成品のピンの材料
が、脆すぎたり柔らかすぎたりするならば、カラーから
離れている溝で切断したり、或は、カラーが完全にスェ
ージングされる前に、ピンが折れる可能性がある。これ
とは逆の場合、完成品のピンの材料は過度の延びに耐え
て切断されなかったり、或は、切断がカラーで生じたり
、また、切断が複数の溝に亘って斜めに延びるかもしれ
ない。

そこで、所望の機械的性質を有するタイプの締結装置用
ピンを製造することができる鋼材と、その鋼材の熱処理
とを創作した。

この発明によれば、スェージング可能な管状部材と、こ
の管状部材が圧入される複数の環状の溝を有するピンと
から成る型式の締結装置であって、ピンが所定の引張り
応力を受けた場合にこのピンが切断する点であるブレー
クネックを、前記溝の少なくとも１つが画成している前
記締結装置に用に焼戻しされたマルテンサイトから専ら
構成された実質的に均一なミクロ組織を有している環状
の溝付きの細長い軸部から成ることを特徴としている。

第２の発明によれば、スェージング可能な管状部材と、
Ｍ配管状部材が圧入される複数の環状の溝を有するピン
とから成る型式の締結装置であって、前記ピンが所定の
引張り応力を受けた場合にこのピンが切断する点である
ブレークネック−を、前記溝の少なくとも１つが画成し
ている前記締結装置に用いられる前記ピンの製造方法に
お゛いて、（ａ）ピンに必要な形状を有すると共にΔＳ
ＴＭ３乃至ＡＳＴＭフの粒度の粗粒ミクロ組織を有する
ピン素材を形成するために、球状死焼なましされ且つ還
元°された中炭素鋼を冷間加工する段階と、゛（ｂ）ピ
ン素材の鋼材が完全にオーステナイト化すると共に実質
的に均一な■粒ミクロ１１ｍを有するまで、炭素補給雰
囲気内で、前記ピン素材を前記鋼材のＡコ臨界温度を越
える温度に加熱すＬ段階と、 ＜ｃ＞オーステナイト化したピン素材を、オーステナイ
トからマルテンサイトに変化するために焼入れする段階
と、 （ｄ）マルテンサイト化したピン素材を、マルテンサイ
トからソルバイトに変化するために焼戻しする段階と、 から成るピンの製造方法を特徴としている。

鋼材をオーステナイト化するようにピン素材が加熱され
る温度は、Ａ、臨界温度を５０℃乃至１５０℃越えてい
る。

オーステナイト化したピン素材は油の中で焼入れされる
。

マルテンサイト化したピン素材は、できる限りＡ、臨界
温度に近い温度であってこのＡ、臨界温度を越えない温
度で、焼戻しされる。

マルテンサイト化したピン素材は６５０℃乃至７００℃
の範囲の温度で焼戻しされる。

ピン素材は、３０分乃至９０分間、オーステナイト化温
度で均熱が行われる。

鋼材はシリコンキルド鋼である。

鋼材は、重量比で０．３％乃至０．６％の炭素含有盈を
初期に有している。

炭素補給雰囲気は、ピン素材の表面の炭素含有型を、ピ
ン素材の加熱前の鋼材における炭素含有−よりも多い値
に維持するのに十分なカーボンポテンシャルを提供する
。

炭素補給雰囲気は、ピン素材の表面およびその　。

近傍に、約０．４％乃至約０．７％のカーボンポテンシ
ャルを提供する。また、炭素補給雰囲気は一４℃乃至＋
１℃の範囲内に露点を有している。

以下、′この発明を、添付図面に示されている特定の実
施例に沿って、例示だけの目的で説明する。

例示のために示されているこの発明の実施例は、固定ボ
ルトとして一般に知られている種類のマルチグリップ締
結装置である。第１図において、この締結装置は、ピン
１０と、管状部材１２とから成り、この管状部材１２は
、一端にフランジを有するほぼ円筒形のカラーの形層を
とっている（以下、管状部材を「カラー」と称する）、
このカラー１１はスエ−ジング可能な鋼材から成り、ピ
ン１０は以下に述べる性質の鋼材から成っている。

ピン１０は、一端に半径方向に拡大された頭部１６を有
する細長い軸部１４を備えている。この軸部１４は、頭
部１６に隣接する短い円筒部分１８を有し、頭部１６と
は逆側の端部（即ち、軸部１４の先端）に先細り部分２
０、即ち斜め端部を有している。

円筒部分１８と先細り部分２０との間の軸部１４には、
実質的に同一の環状の溝２２が複数本、一定の間隔で形
成されている。従って、溝２２は、軸部１４のほぼ全長
を占めている。谷溝２２は複合溝であり、固定溝、引張
り溝、或は、切断溝として選択的に機能することができ
るようになっている。谷溝２２は、ならい削りされたフ
ランク２４．２６の間に配置され、これらフランク２４
．２６の形状は、適当な把持・引張り工具によって軸部
１４を把持して引っ張るのを容易化するようになってお
り、且つ、カラー１２を半径方向内方に変形すべくその
カラー１２がスェージングされた際に、溝２２がカラー
１２の材料を受けおけるフランク２４．２６は、その溝
２２に圧入されたカラー１２に接触し、カラー１２に対
してピン１０が軸方向に動かないようにし、もってピン
１０とカラー１２とを一体に固定するよう機能する。

谷溝２２のフランク２４．２６は、軸部１４の半径方向
内方の一点で集中するようにならい削りされており、軸
方向に小さな半径の曲面となっている扇形部分で互いに
交差して、溝２２の谷底２８を形成している。谷溝２２
における谷底２８よりも半径方向内側の軸部１４は、細
いブレークネックを形成し、その直径は、軸部１４の材
料の機械的性■に関連して、ブレークネックが所定の引
張り荷重の下で確実に切断するように作られている。ま
た、いずれのブレークネックに対しても同様に作られて
いる。

カラー１２は、ピン１０の軸部１４と隙間ばめの関係と
なっており、その軸方向の長さは、ピン１０の隣合って
いる溝２２の幾つカベ例えば６〜７本）を覆うのに十分
な長さである。

取付工具４４は、従来、固定ボルトを取り付けるために
用いられる型式の引張り・スェージング用工具の形層で
あり、この実施例の締結装置の取付けにも用いられる。

取付工具４４は、環状のスェージングのアンビル４６と
、ピン１０メ複合溝２２に係合するのに適当な形状の歯
が設けられている引張り用のジョー５６とを有している
。取付工具４４の作用によって、ジョー５６は、アンビ
ル４６を貫通してジョー５６の間ｔこ挿入された溝付き
ピン１０を把持し、ピン１０に引張り力を加えるように
、アンビル４６に対して後方にピン１０を引っ張る。

使用において、ピン１０は、被加工物のパネル部材６０
．６２における整列された穴を通って挿入され・る、パ
ネル部材６０．６２は、頭部１６が被加工物の一方の面
７０に接し且つ軸部１４が被加工物の他方の面７２から
突き出すようにして締結される。カラー１２は、面７２
と接触するように軸部１４の突出部分の回りに配＝され
、次いで、取付工具４４が締結装置に配置され、軸部１
４を把持して引っ張るように作動される。また・、カラ
ー１２はその外端部（即ち、面７２から離れている側の
端部）にてアンビル４６によっるように１．パネル部材
６ｏ、６２は頭部１６とカラー１２との間でしっかりと
締結される。その後、更に続けて軸部１４を引っ張ると
、アンビル４６は、徐々にカラー１２を、その外端部か
ら被加工物に向がって、傘径方向内方にスェージングし
ていく、ついには、ピン１０にかかっている引張り荷重
が、ピン１ｏを切断する所定の引張り荷重まで増加し、
取付工具４４とピン１０の軸部１４の切断部分とが外れ
、スェージ。

ングされたカラー１２と残りのピン１ｏとが、被加工物
の両部材６０．６２を締結した状態で一体的に維持され
る。

カラー１２を外端部から徐々にスェージングしていく際
のアンビル４６の働きによって、半径方向内方の力が、
カラー１２の外端部近傍の領域のピン１゜に加わり、こ
の方向の力は、軸方向のカを生ずるようにしてこの領域
内の溝２２のフランク２４．２６によって伝導され、ま
た、軸方向の力は、これらの講２２の谷底２８のブレー
クネックに付加的な引張り荷重を与える。従って、ピン
１ｏは常にこの領域でに示されるように、カラー１２の
外端面と同一平面、または、そのすぐ下の位置（この位
置で引張り力が最も大きい）でピンｉｏが切断するとい
う非常に望ましい形となる。

しかしな゛がら、ピン′１０の材料の冶金学上の伏皿に
よっては、用途に応じたピッｆＯの適合性と、ピン１０
が所定の位置で切断する一貫性、および、ピン１０の切
断によって生じる面の形状に相当な影響を与える。

特に、ピン１０は、過度の柔軟性、延性および脆性を有
することなく、適当な引張り強さ、ぜん断強さおよび衝
撃強さ、結晶粒度、硬さを有す・ることか重要である。

ピンを製造する際にあたって、まず、相当に粗粒化した
ミクロ組織を有し冷間成形に適した中炭素鋼を使用して
、締結装置用のピンに望まれる形状と寸法を有している
鋼製のピン素材を形成し、次いで、所望の機械的性質を
形成するように前記ピン素材を熱処理する０重量百分率
による以下の範囲の組成を有している鋼材が適当である
。

炭素　　　　　　　　０．３〜０．６ シリコン　　　　　　０．１〜０．５ マンガン　　　　　　０．９〜２．０ イオウ　　　　　　　最大Ｏ，ＯＳ リン　　　　　　　　最大０．０５ 鉄　　　　　　　　　　　　　残　　分この実施例にお
いて、重量百分率で以下の組成を有するシリコンキルド
鋼を用いて約６．３５ｍｍ（１／４ｉｎ、）の呼び径を
有するピン１０が形成された。

炭素　　　　　　　　０．４１ シリコン　　　　　　０．２６ マンガン　　　　　　１．５４ イオウ　　　　　　　０．０１６ リン　　　　　　　　０．０１６ 鉄　　　　　　　　　残分 鋼材の炭素成分は、勿論、鋼材を硬化させることができ
るものである。シリコンは、その準備中に、鋼材を還元
するために加えられる。シリコンを用いて出来た鋼材が
好適なｉ粒を形成する傾向があるのに対し、アルミニウ
ムは細粒を形成する傾向があるので、還元剤としては、
アルミニウムマンガン成分は、鋼材を還元するために加
えられるマンガンから得られるとよい、マンガンの存在
は、それが＃ｇ材の硬化性を増大させるので、望ましい
。

イオウとリンは、不純物として黙認されているだけで、
その量は前記最大値を相当に越えてはならない。

ピン１０を製造する際において、前述した組成の鋼材か
ら形成されると共に、ピン製造に適するよう適宜処理さ
れた、引抜き加工された重版のワイヤ・ストックを用い
ている。

即ち、ワイヤ・ストックは、棒体を形成するために熱間
圧延ビレッ１〜鋼材によって用意され、この棒体は球状
死焼なましされ、鋼材は冷間成形に適当なものとされ、
オーステナイトの粒度が最適化される。

鋼材における炭素の減損やスケールの付着を防止し、次
続のスケール落とし作業の必要性を除去するために、棒
体の焼なましはｌｌ整された雰囲気の中で実行されるの
が好ましい、しかしながら、焼なまし中にスケールが付
着したならば、その場合には、スケール落としが行われ
る。

棒体におけるオーステナイトの粒度は、ＡＳＴＭ３とお
よそＡＳＴＭ６との間にあるのが好ましい０粒度が ＡＳＴＭ３よりも大きい場合、粒度が粗すぎて、従来の
冷間頭部成形・圧延過程による作業が満足に行われず、
また２粒度がＡＳＴＭ７よりも綱かいと、完成品で４る
ピン１０の機械的性質に悪影響がでるということが分か
っている。

焼なまし過程は、所望のオーステナイ！・の粒度を連成
するために適した温度かつ時間、実行され、棒体のゆる
やかな冷却の後、鋼材は、粗粒化されたパーライト部分
と、それらの間に介在する少量のフェライトから構成さ
れることとなる。

次いで、焼なましされた棒体は、必要ならばスケール落
としされ、適当な直径（この実施例のピン１０としては
６．３３ｍ５）のワイヤに引抜き加工され、、゛このワ
イヤは更にピン素材を形成するために冷間成形によって
更に処理される。ワイヤはピン素材を形成するのに適当
な長さに切断され、次いで、各切断部分は、細長い円柱
の軸部１４の一端に半径方向に拡大された頭部１６を形
成するために冷間頭部成形され、このようにして、ピン
素材の前段階が形成される。この前段階のピン素材は、
適当な断面のフラットベッド圧延ダイの間で圧延され、
軸部の全長に沿って複数の環状の複合溝２２と、頭部１
６とは反対側の軸部１４の端部に先細り部分２０とを、
頭部１６に隣接する短い部分１８（滑らかな円筒面を有
する）を残して形成し、これによって、ピンＴ：材が形
成される。

、実行される冷間成形作業によって、必然的に、最初の
ワイヤ・ストックの粒度と機械的性格が変化する。従っ
て、ピン素材は、鋼材に所望の機械的性格を与えるため
に、熱処理され、このようにして完成品であるピン１０
が形成される。

熱処理の第１段階において、ピン素材は、熱処理炉内で
高温（Ａ　Ｏ２温度以上）に加熱され、鋼材を完全にオ
ーステナイト化すると共にＬｆＱミクロ組織に発展させ
る。ここで用いられている“粗粒”とは、ＡＳＴＭ７よ
りも大きな粒度な意味する。

鋼材は、約８３０℃で完全にオーステナイトとなるであ
ろうが、十分な温度に確実に届くように、且つ、粒度が
十分に増大するように、前記温度を少なくとも血かに越
える温度にピン素材を熱することとしている。尚、この
目的のためには、６５０℃の温度が最低限であり、この
温度は９５０”Ｃ程度まで上げてもよい。

熱処理の第１段階の間、ピン素材の表面およびその付近
の鋼材の硬度が結果的に喪失してしまうピン素材の鋼材
の炭素含有量の減損を防止するために、第１段階の熱処
理は、炭素補給雰囲気内で行われ、この雰囲気は、最初
のワイヤ・ストックにおける炭素含有Ｉの公称値よりも
多い値に、ピンの表面の炭素含有量を維持し、或は、そ
の値に炭素含有量を補給するために調整される。従って
、炉内の炭化媒体として天然マンガンおよび空気から成
る吸熱雰囲気を用いて、−４℃〜＋１”Ｃの間に炉の雰
囲気の露点を維持することによって、ピン表面で０．４
０％〜０．７０％のカーボンボ・テンシャルが達成でき
る。

第１段階の熱処理における高温加熱の時間は、約４５分
から約２時間とすることができる。

この実施例においては、ピン素材は８８０℃に加熱され
、その温度で１時間維持されると共に、メタンによって
、炭素補給雰囲気を一４℃〜＋１℃の露点に維持し、こ
のようにして、ピン素材の表面でのカーボンポテンシャ
ルを約０．６％に維持する。

次いで゛、熱処理の第１段階における加熱時間の終わり
に、ピン素材は、鋼材のオーステナイトを完全にマルテ
ンサイトに変えるために、臨界冷却速度以上の速度で高
温から急速に冷却される。好適には、ピン素材を、オー
ステナイト化温度にて、池内に投することによって焼入
れする。水性の媒体では激しすぎ、ピン素材、の割れや
歪みを形成する傾向があるが、・空気焼入れでは、鋼材
内に相当な量のパーライトおよびフ、エライトを形成す
るのを避けるためには不十分な速度である。

焼入れ後、マルテンサイトのピン素材は、Ａ１臨界温度
よりも低いが、できる限りそれに近い温度に再加熱され
、そして、空気中で冷却され、マルテンサイトの鋼材を
焼戻しして、マルテンサイトを２次ソ１ルバイトに変え
る。

鋼材の焼戻しを含む従来の熱処理過程においては、約６
５０℃以上の温度で焼戻しすることは一般的ではないが
、高温焼戻し処理は、マルチグリップ締結装置用のピン
１０に対しては所望の機械的性質を形成するのに適当で
あることが分かった。

従って、マルテンサイトのピン素材を焼戻しするために
、Ａ、、ｅｌ温度の６０℃内、好適には２０℃内の温度
にピン素材を加熱することとしている。この実施例では
、ピン素材は下部臨界点（Ａ　ｃ　＋　）が７１０℃で
ある鋼材から形成され、７００℃に加熱して１時間この
温度で維持することによって焼戻しされる。その後、ピ
ン１０が空気中で冷却される。

このようにして作られたピン１０は、均一のミク（口組
織を有し、ソルバイトに焼戻しされたマルテンサイトか
ら専ら構成される。浸炭雰囲気内でピン素材を加熱して
、表面での炭素減損を防止する予備措置を採っているた
めに、完成されたピン１０は、炭素の減損が生じた場合
におけるような多くのフェライトを表面に殆ど有してお
らず、ピン１０の表面は芯と同じ程度に硬い。

ソルバイト化したマルテンサイトの細かい結晶構造のた
めに、鋼材の初期のオーステナイＩ・状−から得られる
粒度は見ることができない、それにも拘わらず、初期の
オーステナイトの粒度を八ＳＴＭ３〜＾Ｓ　ＴＭ　Ｏの
範囲内となるように調整することによって、完成された
ピン１０が、その目的に適した脆性、靭性、延性および
ａＳ強さの適当なバランスを有していることが分かった
。

オーステナイトの幾らかをパーライトとフェライトの混
合に変えるようなＡｒ３温度以下に冷却するのではなく
、ピン素材をソノオーステナイト化温度で焼入れするこ
とによっているので、ピン素材のミクロ組織は、実質的
にマルテンサイトから専ら成る細かい結晶となり、全体
に亘って完全に均一で、また、非常に硬いものとなる。

次続の焼戻し段階は、Ａ　Ｃ１温度付近の温゛度にて実
行され、細かい結晶ミクロ組織の均一性を変えるような
方法を一切採らずに、硬さを和らげる。

この結果、完成されたピン１０は、それが低温状態で脆
くならない比校的低い遷移温度と、良好な衝撃強さとを
有する。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スエージング可能な管状部材と、前記管状部材が圧
   入される複数の環状の溝を有するピンとから成る型式の
   締結装置であって、前記ピンが所定の引張り応力を受け
   た場合に該ピンが切断する点であるブレークネックを、
   前記溝の少なくとも１つが画成している前記締結装置に
   用いられる前記ピンの製造方法において、 （ａ）前記ピンに必要な形状を有すると共にＡＳＴＨ３
   乃至ＡＳＴＭ７の粒度の粗粒ミクロ組織を有するピン素
   材を形成するために、球状化焼なましされ且つ還元され
   た中炭素鋼を冷間加工する段階と、（ｂ）前記ピン素材
   の鋼材が完全にオーステナイト化すると共に実質的に均
   一な粗粒ミクロ組織を有するまで、炭素補給雰囲気内で
   、前記ピン素材を前記鋼材のＡ＿３臨界温度を越える温
   度に加熱した後に、オーステナイト化した前記ピン素材
   を冷却する段階と、 から成り、 オーステナイト化した前記ピン素材が、オーステナイト
   からマルテンサイトに変化するように焼入れによって冷
   却され、 次に、マルテンサイト化した前記ピン素材が、マルテン
   サイトからソルバイトに変化するように焼戻しされるこ
   とを特徴とする締結装置用のピンの製造方法。 ２、鋼材をオーステナイト化するようにピン素材が加熱
   される温度は、Ａ＿３臨界温度を５０℃乃至１５０℃越
   えていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   締結装置用のピンの製造方法。 ３、オーステナイト化したピン素材は油の中で焼入れさ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の締結装置用のピンの製造方法。 ４、マルテンサイト化したピン素材は、できる限りＡ＿
   １臨界温度に近い温度であって該Ａ＿１臨界温度を越え
   ない温度で、焼戻しされることを特徴とする特許請求の
   範囲第１〜３項のいずれか１項に記載の締結装置用のピ
   ンの製造方法。 ５、マルテンサイト化したピン素材は６５０℃以上の温
   度で焼戻しされることを特徴とする特許請求の範囲第１
   〜３項のいずれか１項に記載の締結装置用のピンの製造
   方法。 ６、ピン素材は、３０分乃至９０分間、オーステナイト
   化温度で均熱が行われることを特徴とする特許請求の範
   囲第１〜５項のいずれか１項に記載の締結装置用のピン
   の製造方法。 ７、鋼材はシリコンキルド鋼であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１〜６項のいずれか１項に記載の締結装
   置用のピンの製造方法。 ８、鋼材は、重量比で０．３％乃至０．６％の炭素含有
   量を初期に有していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１〜７項のいずれか１項に記載の締結装置用のピンの
   製造方法。 ９、炭素補給雰囲気は、ピン素材の表面の炭素含有量を
   、前記ピン素材の加熱前の鋼材における炭素含有量より
   も多い値に維持するのに十分なカーボンポテンシャルを
   提供することを特徴とする特許請求の範囲第１〜８項の
   いずれか１項に記載の締結装置用のピンの製造方法。 １０、炭素補給雰囲気は、ピン素材の表面およびその近
   傍に、約０．４％乃至約０．７％のカーボンポテンシャ
   ルを提供することを特徴とする特許請求の範囲第１〜８
   項のいずれか１項に記載の締結装置用のピンの製造方法
   。 １１、炭素補給雰囲気は−４℃乃至＋１℃の範囲内に露
   点を有していることを特徴とする特許請求の範囲第１〜
   １０項のいずれか１項に記載の締結装置用のピンの製造
   方法。 １２、スエージング可能な管状部材と、前記管状部材が
   圧入される複数の環状の溝を有するピンとから成る型式
   の締結装置であって、前記ピンが所定の引張り応力を受
   けた場合に該ピンが切断する点であるブレークネックを
   、前記溝の少なくとも１つが画成している前記締結装置
   に用いられる前記ピンにおいて、 前記ピンの軸部は、ソルバイトに焼戻しされたマルテン
   サイトから専ら構成された実質的に均一なミクロ組織を
   有していることを特徴とする締結装置用のピン。 １３、ピンの鋼材は、ＡＳＴＭ３乃至ＡＳＴＭ７の範囲
   のオーステナイト粒度を初期に有していることを特徴と
   する特許請求の範囲第１２項記載の締結装置用のピン。