JP5508154B2 - ブラインドファスナーおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブラインドナット及びブラインドリベットを含むブラインドファスナーおよびその熱処理方法に関し、特に、ブラインドファスナーの中空スリーブの表面を硬くすることができ且つ伸びを大きくすることができる、ブラインドファスナーのスリーブ及びその熱処理方法に関する。

ブラインドナットやブラインドリベット等のブラインドファスナーは、一端にフランジを有する中空のスリーブを備え、スリーブがパネルや部品等の被締結部材の取付穴に挿入されてスリーブの中間部分が半径方向外方へ部分的に拡膨され、そのスリーブ拡膨部分とスリーブのフランジとの間にパネルや部品等の被締結部材が挟持されることによって、堅く被締結部材に締結される。被締結部材の１つがパネルであり他の被締結部材が部品である場合には、その部品がブラインドファスナーによってパネルに固着される。ブラインドファスナーは、被締結部材が車体パネルのような広い面積を有する場合でも、その被締結部材の一方の側からだけのブラインド作業で締結作業を行えるという利点がある。ブラインドファスナーに要求される特性は、高い締結力を得るためにスリーブが硬いことと、スリーブの拡膨のときの伸びが十分であることである。ブラインドファスナーのスリーブは、十分な硬さと十分な伸張性がないと、高い締結力を得ることができず、また、拡膨変形のときにスリーブに割れが生じて適切な締結を行うことができない。

特開２００４−２８６０８８号公報 特開２００４−１３７５６０号公報 特開２００４−２８６２１７号公報 特開平４−３６２１５４号公報

ブラインドナット及びブラインドリベットを含むブラインドファスナーにおいて、被締結部材に対して回転（共回り）するのを防止して被締結部材へ食い込ませるために、例えば、特許文献１に記載されるように、スリーブ外周面に、長手方向に延びるローレット溝が周方向に多数並んで形成されたブラインドファスナーが知られている。このローレット付きのスリーブを有するブラインドファスナーは、被締結部材への食い込みの機能を向上させるための表面硬化処理の１つとして窒化処理が行われている。
窒化処理の１例が特許文献２に記載されている。従来の窒化処理は、本来の目的が耐摩耗性を改善することにあり、処理を施した表面は硬くなるが、伸びについてはそれ程大きくできない。このため、従来の窒化処理ではスリーブの拡膨時の変形のときに割れを引き起こすおそれがある。

特許文献３は、熱による焼きなまし処理とその後の冷間圧造処理によって、柔軟で可塑性のある凹部領域を有するクリンチナットを得ることを記載している。特許文献３は、高い表面硬度と十分な伸張性を持つファスナーを得ることについては示していない。

特許文献４は、炭素を０.４０〜０.６５％、ボロンを０.００５〜０.００３％含むボロン鋼をオーステンパ処理した機械要素部品について記載する。

伸びのある組織とするにはベイナイトが適するが、ブラインドナットやブラインドリベットのブラインドファスナーは、炭素（Ｃ）が、０.１％程度の低炭素鋼で作られており、オーステンパ処理を行っても、硬さの点で十分にならず、希望の表面硬度に達しなかった。

図６は、炭素鋼の熱処理による恒温変態線図（ＴＴＴ線図）である。（ａ）はオーステンパ処理曲線を示し、（ｂ）は通常の焼入れ焼戻し曲線を示す。（ａ）のオーステンパ処理では、等温保持することにより、過冷オーステナイトがベイナイトに変態する。また、（ａ）と（ｂ）の比較から分かるように、オーステンパ処理では、ソルトバスによる急冷だけで、通常の焼入れ焼戻しと同様のばね性、靭性が得られ、焼戻しをする必要がない。従って、熱処理時間が焼入れ焼戻しに比べて短く、処理が単純である。
しかし、前述したように、低炭素鋼のブラインドファスナーは、オーステンパ処理では十分な硬さを得ることはできなかった。

従って、本発明の目的は、高い表面硬度と十分な伸張性を持つスリーブを有するブラインドファスナーとその熱処理方法を提供することにある。

かかる目的を達成するため、本発明では、ブラインドファスナーのオーステンパ処理の加熱保持時に浸炭処理を行って表面の炭素濃度を高め、急冷して恒温保持を行い、炭素濃度の高い表面を硬化させ、内部を伸張性が良い状態に保つ。

本発明の１態様は、中空スリーブを有するブラインドファスナーであって、
低炭素鋼を圧造した中空スリーブをオーステンパ処理して作成されたブラインドファスナーである。

前記低炭素鋼の炭素含有率は、０.０８〜０.１３％とすることができる。
前記オーステンパ処理は、８００℃〜９５０℃に加熱保持して浸炭処理した後、３２０℃〜５００℃で恒温保持することができる。

低炭素鋼を圧造したブラインドファスナーでも、オーステンパ処理及び浸炭処理により、スリーブの表面は硬く、表面以外の内部は伸びに適した軟らかとすることができる。

好ましくは、前記加熱保持は、８６０℃〜８９０℃で行われる。
好ましくは、前記恒温保持は、ソルトに浸漬して行われる。

前記ブラインドファスナーは、ブラインドナットであり、該ブラインドナットは、一端にフランジを有する中空のスリーブと、該スリーブの他端に一体に形成されたナットとを備え、前記スリーブの外周面には、該スリーブの軸方向に延びるローレット溝又は突条が周方向に多数並んで形成されている。

または、前記ブラインドファスナーは、ブラインドリベットであり、該ブラインドリベットは、一端にフランジを有する中空のスリーブと、該スリーブを貫通して延びるマンドレルとから成り、前記スリーブの外周面には、該スリーブの軸方向に延びるローレット溝又は突条が周方向に多数並んで形成されている。

本発明の別の態様は、中空スリーブを有するブラインドファスナーのスリーブを熱処理する方法であって、低炭素鋼を圧造した中空スリーブを８００℃〜９５０℃に加熱保持する工程と、その後３２０℃〜５００℃で恒温保持する工程とを含むオーステンパ処理を行う。

前記低炭素鋼の炭素含有率は、０.０８〜０.１３％である。
前記オーステンパ処理の前記加熱保持する工程で、浸炭処理を行うことができる。
前記浸炭処理により前記スリーブの炭素含有率（ＣＰ）値が０.３〜０.５％にされる。
好ましくは、前記浸炭処理によって前記スリーブの前記炭素含有率（ＣＰ）値が０.４にされる。
好ましくは、前記加熱保持する工程は、８６０℃〜８９０℃で行われる。
好ましくは、前記恒温保持する工程は、ソルトに浸漬して行われる。

上記方法において、オーステンパ処理及び浸炭処理の前に、ブラインドファスナーを低炭素鋼で圧造することができる。その後の加熱保持工程で浸炭処理により炭素量を増加させることができるので、ブラインドファスナーの強度を増加させるために素材の炭素量を増加させる必要がなく、低い強度の鋼材ブランクからブラインドファスナーを成形することができ、成形のための金型のライフが延び、あるいは、金型自体を従来の高い強度までにする必要がなくなる。

本発明によれば、低炭素鋼のブラインドファスナーでも、オーステンパ処理により、スリーブの表面は硬く、内部は伸びに適した軟らかとすることができる。
従って、高い表面硬度と十分な伸張性を持つスリーブを有するブラインドファスナーを得ることができる。そのため、ブラインドファスナーは、座屈割れを起こしにくく、母材に食込みやすくなる。

ブラインドナットの一部を断面にした正面図である。 ブラインドリベットの一部を断面にした正面図である。 本発明の実施例によるオーステンパ処理の熱処理曲線を示す図である。 ブラインドナットの試料の硬さ測定位置を示す図である。 ローレット断面の硬さ測定結果と組織写真を示す図である。 炭素鋼のＴＴＴ曲線を示し、（ａ）はオーステンパ処理曲線、（ｂ）は通常の焼入れ焼戻し曲線を示す。

本発明による熱処理の対象となるブラインドファスナーには、ブラインドナット、ブラインドリベット等がある。図１にブラインドナット１を示し、図２にブラインドリベット１０を示す。
図１に示すブラインドナット１は１物品であり、一端（上端）にフランジ２を有する中空のスリーブ３と、スリーブ３の他端（下端）に一体に形成されたナット４とを有する。図１に示すブラインドナット１のスリーブ３の外周面には、スリーブ３の軸方向に延びるローレット溝５が周方向に多数並んで形成されている。ローレット溝付きのスリーブの場合、ローレット溝によってスリーブ全体の強度が減少するので硬化処理が必要になる。しかし、スリーブ全体を硬くすると、拡膨時の変形によって割れが生じるおそれが高くなる。このようなローレット溝付きスリーブであっても、本発明の熱処理方法によれば、スリーブ表面を硬くすると共に、スリーブ内部は軟らかくすることができる。従って、被締結部材への締結強度を高く維持するとともに、スリーブの拡膨変形による割れを防止することができる。スリーブ３の外周面には、ローレット溝５の代わりに、突条が設けられていてもよい。

図２のブラインドリベット１０は、一端（上端）にフランジ１１を有する中空のスリーブ１２と、スリーブ１２を貫通して延びるマンドレル１３とから成る。スリーブ１２とマンドレル１３とは別の部品である。マンドレル１３には、他の部分より大径のマンドレルヘッド１５が形成されてスリーブ１２の他端（図２の下端）に隣接して配置され、マンドレル１３は、スリーブ１２を貫通してフランジ１１から延び出ている。スリーブ１２の外周面には、スリーブ１２の軸方向に延びるローレット溝１４が周方向に多数並んで形成されている。このようなローレット溝付きスリーブを有するブラインドリベットであっても、ブラインドナットと同様に、本発明に係る熱処理方法によれば、スリーブ表面を硬くするとともに、スリーブ内部を軟らかくすることができ、従って、被締結部材への締結強度を高く維持し、スリーブの拡膨変形による割れを防止することができる。スリーブ１２の外周面には、ローレット溝１４の代わりに、突条が設けられていてもよい。

本発明によるブラインドファスナーのスリーブの製造方法を説明する。ブラインドファスナーは、スリーブを有する。低炭素鋼のブランクを圧造してスリーブを成形する。スリーブ内部を軟らかく維持するために、ブラインドファスナーのブランクは、炭素含有率（ＣＰ値）０.０８〜０.１３％の低炭素材料の鋼材（ＳＷＣＨ：冷間圧造用炭素鋼）である。
次に、成形したスリーブに、オーステンパ処理を行う。本発明によるオーステンパ処理による熱処理方法は、先ず、少なくともスリーブについて、８００℃〜９５０℃の温度に加熱保持して浸炭処理を行う工程と、次に、スリーブを３２０℃〜５００℃まで急冷して恒温保持を行う工程とを備える。

より詳しくは、スリーブを、連続炉でガス中で８００℃〜９５０℃の温度で１分〜３０分の間加熱保持する。ガスは、ＲＸガス（組成ＣＯ約20％、Ｈ₂約40％、Ｎ₂約40％）等を用いる。ＲＸガスにプロパン等を混合してもよい。または、バッチ式の炉で浸炭を行い、その後オーステンパ処理することも可能である。この工程で、スリーブは浸炭処理され、炭素含有率（ＣＰ値）は、０.３〜０.５％になる。浸炭深さは、０.０２５ｍｍ程度である。

次に、３２０℃〜５００℃の温度のソルト（溶解塩類）に浸漬し、この温度まで急冷して、１分〜３０分の間恒温保持する。このとき、過冷オーステナイトが恒温変態し、ベイナイト等になると考えられる。その後、スリーブをソルトから出し、放冷する。
この熱処理により、スリーブ表面は、ローレット溝があっても高い硬度にされる。例えば、ビッカース硬度（Ｈｖ）で、３００近くまで高くなる。
スリーブ内部は、ローレット溝があっても軟らかさを保つ低い硬度、例えば、Ｈｖ２００程度（目標としては、Ｈｖ１２０まで）の硬度にされて、スリーブの拡膨変形時に伸びることができ、割れを防止することができる。

出願人により、ローレット溝付きブラインドナットが市販されている。このブラインドナットは、低炭素鋼を圧造した（素材：ＳＷＣＨ１０）ものである。このブラインドナットを用いて、オーステンパ処理及び浸炭処理による熱処理を行った。試料１、試料２、試料３について、オーステンパ処理の加熱保持工程の温度、時間を同一にし、恒温保持工程の温度を変えて熱処理し、試料１〜３の３つの試料を得た。これらの試料の表面処理は、ＥＰ−Ｆｅ／Ｚｎ５／ＣＭ(III)３価クロメートによって行った。

上記のオーステンパ処理及び浸炭処理による熱処理条件を図３に示す。試料１〜３について、ＲＸガス中で８７０℃で１５分間加熱する加熱保持工程を行い、浸炭処理を行ってＣＰ値：０.４％とした。
その後、恒温保持温度まで急冷して恒温保持した。恒温保持工程は、試料１は３００℃１５分、試料２は３５０℃１５分、試料３は、４００℃１５分とした。恒温保持工程の後、試料１〜３は放冷した。

このように熱処理したブラインドナットの試料１〜３について、オーステンパ処理及び浸炭処理を行った後の硬さ測定を行った。試料１〜３の硬さを測定した位置を図４に示す。図４の（ａ）に示すブラインドナットの試料をＢ−Ｂ線に沿って切断し、（ｂ）に示す断面を得た。（ｂ）のＣで示す部分の拡大図を（ｃ）に示す。ローレット断面のＤで示す位置がローレット底部であり、底部（Ｄ）から内部に向かって、０.０１ｍｍ間隔で硬さを測定した。内部（Ｅ）は底部（Ｄ）から内部に０.２５ｍｍ入った位置である。

試料１〜３の硬さ測定結果と組織写真を図５に示す。また、硬さ測定結果をまとめて表１に示す。
表１ オーステンパ処理後のローレット断面の硬さ
表面のローレット底部の硬さは、恒温保持温度が低いほうが硬くなった。また、内部の硬さは、表面と比較して柔らかかった。300℃で恒温保持した試料１は、底部（Ｄ）の硬さは硬いが、内部（Ｅ）の硬さは222.5であり、Ｈｖ200程度の試料２、３の方が好ましい。
組織写真から、試料１及び試料２では、フェライト、ベイナイト混合組織、試料３では、全体的にベイナイトが得られていると推定された。

本発明の実施形態によれば、オーステンパ処理により、スリーブの表面は硬く、内部は伸びに適した軟らかとすることができた。そのため、高い表面硬度と十分な伸張性を持つスリーブを有するブラインドファスナーを得ることができた。

１ ブラインドナット
２ フランジ
３ スリーブ
４ ナット
１０ ブラインドリベット
１１ フランジ
１２ スリーブ
１３ マンドレル
１４ ローレット溝
１５ マンドレルヘッド

Claims (13)

1. 中空スリーブを有するブラインドファスナーであって、
   低炭素鋼を圧造した中空スリーブを８００℃〜９５０℃で１分〜３０分加熱保持して浸炭処理した後、３２０℃〜５００℃で１分〜３０分恒温保持するオーステンパ処理して作成されたことを特徴とするブラインドファスナー。
2. 請求項１に記載のブラインドファスナーであって、
   前記低炭素鋼の炭素含有率は、０.０８〜０.１３％であるブラインドファスナー。
3. 中空スリーブを有するブラインドファスナーであって、
   炭素含有率が０.０８〜０.１３％の低炭素鋼を圧造した中空スリーブを８７０℃で１５分加熱保持して浸炭処理した後、４００℃で１５分恒温保持するオーステンパ処理して作成されたことを特徴とするブラインドファスナー。
4. 請求項１乃至３に記載のブラインドファスナーであって、
   ０．０２５ｍｍの深さまで浸炭層が形成されたブラインドファスナー。
5. 請求項４に記載のブラインドファスナーであって、
   前記浸炭処理により前記スリーブの前記浸炭層の炭素含有率（ＣＰ）値が０.３〜０.５％にされたブラインドファスナー。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のブラインドファスナーであって、
   前記ブラインドファスナーは、ブラインドナットであり、該ブラインドナットは、一端にフランジを有する中空のスリーブと、該スリーブの他端に一体に形成されたナットとを備え、前記スリーブの外周面には、該スリーブの軸方向に延びるローレット溝又は突条が周方向に多数並んで形成されていることを特徴とするブラインドファスナー。
7. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のブラインドファスナーであって、
   前記ブラインドファスナーは、ブラインドリベットであり、該ブラインドリベットは、一端にフランジを有する中空のスリーブと、該スリーブを貫通して延びるマンドレルとから成り、前記スリーブの外周面には、該スリーブの軸方向に延びるローレット溝又は突条が周方向に多数並んで形成されていることを特徴とするブラインドファスナー。
8. 中空スリーブを有するブラインドファスナーのスリーブを熱処理する方法であって、
   低炭素鋼を圧造した中空スリーブを８００℃〜９５０℃で１分〜３０分加熱保持して浸炭処理する工程と、その後３２０℃〜５００℃で１分〜３０分恒温保持する工程とを含むオーステンパ処理を行うことを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、
   前記低炭素鋼の炭素含有率は、０.０８〜０.１３％である方法。
10. 請求項８又は９に記載の方法であって、
    ０．０２５ｍｍの深さまで浸炭層が形成される方法。
11. 請求項８又は９に記載の方法であって、
    前記浸炭処理により前記スリーブの前記浸炭層の炭素含有率（ＣＰ）値が０.３〜０.５％にされる方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、
    前記浸炭処理によって前記スリーブの前記浸炭層の前記炭素含有率（ＣＰ）値が０.４にされる方法。
13. 請求項８又は９に記載の方法であって、前記加熱保持する工程は、８６０℃〜８９０℃で行われる方法。