JP2009530571A - クリンチナット - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般に自己取り付けファスナーに関し、より詳細にはクリンチナットに関する。
したがって、本発明による選択的に硬化されたクリンチファスナーを、HSLA、UHSLA、およびマルテンサイト系HSLA金属種など、さまざまな強度および硬度を有する多様な金属部材に使用することができる。さらに、選択的に硬化されたクリンチファスナーによって、自己ねじ切りねじを使用する組立連結の利点を保持することができる。
パイロット部分を取り囲むファスナー本体部分の環状下端を硬化させて、外側ゾーンの硬さと実質的に等しい硬さを有する下部ゾーンを設けることもできる。硬化された下部ゾーンは外側ゾーンと協働して、ファスナーと緊密に係合するように金属部材を圧印加工し、変形させる。さらに、下部ゾーンの硬化によって、ファスナーの金属部材への固定および取り付けが向上する。下部ゾーンに、塑性変形可能な金属をより良好に変形させ、かつ/または連結するための特別な構成要素または特別に形状付けられた要素を設けることができる。
外側ゾーン24および下部ゾーン26は、中間ゾーン30によって内側ゾーン28に連結される。中間ゾーン30は、パイロット部分14内ではほぼ円筒形状を有し、本体部分12内では半径方向外側にフレア状に拡大される。
中間ゾーン30は、外側ゾーン24および下部ゾーン26を形成するための誘導加熱中に内側ゾーン28が実質的に硬化されないように保護する。したがって、中間ゾーン30は、限定的に加熱かつ硬化され、外側ゾーン24および下部ゾーン26から離間する方向に硬さ勾配が低下する。中間ゾーン30は約30Rcから約40Rcの範囲の硬度を有することができる。
したがって、各ゾーンのパイロット部分の圧縮強度への寄与を、ゾーンを構成する金属の圧縮強度にゾーンの断面積を掛け、その積を加算して決定し、ナット10の高周波焼き入れしたパイロット部分14の圧縮強度を算出することができる。
M6×1からM12×1.75の寸法範囲のねじブランクを有するクリンチナットを強化させるために選択的硬化を行った例が表1に示されている。さまざまなゾーンの面積を計算するため、ねじの寸法、パイロットの径、および平滑なボアの径が記載されている。ゾーンの断面積は、内側ゾーン28に使用されないパイロット部分の線形の横方向または半径方向の長さが外側ゾーン24と中間ゾーン30に等しく分割されると仮定して計算される。
自己穿孔クリンチナット10’は、本体部分12’、および本体部分12’の一端から延びるパイロット部分またはパンチ部分14’を有する。ねじブランクまたはボア16は、ナット10’の長手方向軸Aに沿って延びる。第1の実施形態と同様に、本体部分12’は、環状取り付けまたは下端面18’、環状上端面20’、および下端面18’と環状上端面20’を結合する周体面22’を含む。
上部ゾーン32の硬さは、外側ゾーン24’と一致する。上部ゾーン32の硬さを増加させることによって、環状上端面20’を形成する金属の破砕および/または塑性変形に対する抵抗がさらに増加する。
上部ゾーン32の軸方向の寸法は、横方向または半径方向外側に漸進的に大きくなる。上部ゾーン32は、本体部分12’内で隣接する内側ゾーン28’の軸方向の厚さを薄くする。図で示したように、上部ゾーン32は、やはり本体部分12’を形成する金属の望ましくない歪みに協働して抵抗する周体面22’に沿って延びる周ゾーン34を提供する。
拡大周ゾーン38は、パイロット部分14’内に、かつ環状面30’Aに沿って延びる。したがって、上部ゾーン32および拡大周ゾーン38は、実質的にナット10’の全体に沿って内側ゾーン28’の半径方向外側に、かつ環状端面28’Aおよび環状上端面20’上の上端面20’A以外のナット10’の実質的に外面全体に沿って延びる。こうすると、ナット10’に、ねじ山の外径とほぼ一致するねじ形成領域の半径方向外側の実質的に全域に選択的に硬化された構造が設けられる。これにより、ナット10’がさまざまな硬度および比較的高強度の金属部材に使用可能になるために望ましい。金属部材の穿孔を容易にする他に、ナット10’の取り付け面または下端面18が硬化されるために、ナット10’による金属部材の切削および塑性変形が向上される。
得られたナット10’は、ファスナーのほぼ全周囲または外側部分の周囲に硬さが増加された実質的に連続した結合ゾーンを有する。
自己穿孔クリンチナット10”は、本体部分12”、および本体部分12”の一端から延びるパイロット部分またはパンチ部分14”を有する。この実施形態では、ナット10”は予備ねじ切りされており、ねじ山16”がねじブランク内に形成され、長手方向軸Aに沿って延びる。図7で示したように、ねじ山16”の外径は、ナットのパイロット部分14”内の内側ゾーン28’の横方向または半径方向の長さと実質的に一致する。本体部分12”内で、内側ゾーン28’は横方向または半径方向外側にフレア状に拡大され、本体部分12”内の周体面22’まで延びる。
ナット40は、取り付け面または下端面48、環状上端面50、および下面と上面を結合する周体面52を含む。ほぼ環形状の溝54が、パイロット部分44を取り囲み、下端面48内に形成される。下端面48は溝54の外周に軸方向に延びるリップ56も含む。
下壁58は、好ましくは多角形状であり、複数の角度を付けたまたは傾斜した、平面または平坦面またはファセット64(以下、面64という)によって形成されることが好ましい。図で示した壁の場合は、面64の数を約6〜10とすることができる。
衝合面72は、ナット40の回転運動に対して垂直であることが好ましい。図で示した実施形態では、ラグ70は、溝の下壁58の上方に軸方向に延び、かつ溝の内側壁60から溝の外側壁62まで横断して半径方向に延びる突起によって形成される。下壁58から離れたラグ70の上側は、中心軸に対してほぼ垂直、かつリップ56に対してほぼ平行であり、それによってこのラグは、楔形状を有する。
溝88は、内側壁90および下壁92によって形成される。内側壁90および下壁92は、前述の実施形態で記載したファセット形状の壁とは異なり、平滑または円形である。内側壁90は内側に傾斜してアンダーカットを形成し、同様に、下壁92が内側壁90に向けて内側に角度が付けられ、または傾斜し、溝88の深さが半径方向にパイロット部分84に向かう方向で増加する。なお、このナット構成には外側リップが存在しない。
溝108は、下壁110、内側壁112によって形成される。この実施形態では、下壁110は内側壁112に向けて内側に角度が付けられ、または傾斜し、下壁の外周から下壁の内周まで半径方向に移動すると溝108の深さが増加する。
溝108の下壁110は、本体部分102の周囲に延びる「平らな」リップ118と交わる。リップ118は、下壁110との交差部を超えて軸方向に延びない点で平らである。リップ118はパイロット部分104およびナットの軸に対して垂直である。ラグ120は、ファセット114の中心に配置される上面を有するが、この上面は下壁110に対して平行でもあってもよく平行でなくてもよい。
クリンチファスナーの係合面の幾何形状は、本発明の高周波焼き入れを妨げるものではない。たいていの場合、通常の高周波焼き入れゾーンがクリンチファスナーの多様な幾何形状に有用でありうる。すなわち、外側ゾーンにおいて必要とされる硬さが確保されているため、ゾーンは、突き出たラグおよびアンダーカットの表面を完全に取り囲む寸法となっている。
したがって、上記の選択的硬化処理は、当技術分野で周知であり本明細書で示した、多様なパイロットおよび環状面構成、ならびに、ラグ、突起、切欠き、凹部、勾配を付けた壁、および凹状溝などを含む特別な構成または形状の要素を有するクリンチファスナーにとって有用である。上記の多様な硬化された下部ゾーンの設置はこうした構成およびラグと適合性がある。実際、ラグの硬化によって、ラグの金属部材への貫入が改善され、インターロックが形成される。
ファスナー200は、本体部分12およびパイロットまたはパンチ部分14を含む。ねじブランクまたはボア16はファスナー200の中心軸に沿って延びる。このファスナーは、パイロット部分14の周囲に延びる環状取り付け面または下端面18’を含む。本体部分12は上端面20’を有し、周体面22’は上端面20’と下端面18’を結合する。
Claims (34)
- 塑性変形可能な金属部材に取り付けるためのセルフクリンチング金属ファスナーであって、
前記ファスナーが、
中心軸を有する本体部分と、
平滑なボアねじブランクでも予備ねじ切りされてもよい中央ボアを取り囲む軸方向に延びるパイロット部分とを含み、
前記パイロット部分が前記中央ボアに隣接する内側ゾーンおよび前記パイロット部分の外周に隣接する外側ゾーンを含む横方向の長さを有し、前記外側ゾーンが前記内側ゾーンよりも硬い、セルフクリンチング金属ファスナー。 - 前記ファスナーが軸方向の長さを有し、
前記中央ボアが前記本体部分および前記パイロット部分を通って前記ファスナーの軸方向の全長に沿って延び、
前記内側ゾーンが実質的に前記ファスナーの軸方向の全長に沿って延び、
前記外側ゾーンが円筒形状を有し実質的に前記パイロット部分の軸方向の全長に沿って延びる、請求項1に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。 - 前記外側ゾーンと前記内側ゾーンが中間ゾーンによって結合され、前記中間ゾーンは前記中心軸に向かって横方向かつ内側方向に硬さが低下する、請求項1に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 前記パイロット部分が圧縮強度を有し、
前記外側ゾーンおよび前記中間ゾーンが協働して前記パイロット部分の圧縮強度を形成時の硬さを有する同一のパイロット部分と比較して約60%以上増加させる、請求項3に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。 - 前記外側ゾーンの硬さが約40Rcから約60Rcであり、前記内側ゾーンの硬さが約32Rcから約90Rbである、請求項1に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 前記ファスナーが予備ねじ切りされ、
前記内側ゾーンが前記ファスナーに求められる特性クラスの強度レベルに応じた硬さを有する、請求項1に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。 - 前記外側ゾーンが約218,550psiまたは1,500MPaの極限引張強度を有し、
前記内側ゾーンが約113,850psiまたは785Mpaの極限引張強度を有する、請求項1に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。 - 前記本体部分が、前記パイロット部分に隣接する下端面および前記内側ゾーンよりも硬い下部ゾーンを含む、請求項1に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 前記下部ゾーンが、塑性変形可能な金属を変形させかつ受け入れるために形状付けられた要素を含み、前記形状付けられた要素が、ラグ、突起、切欠き、凹部、傾斜壁、溝、および凹状溝からなる群から選択される、請求項8に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 前記下部ゾーンが、前記外側ゾーンの硬さと実質的に等しい硬さを有する、請求項9に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 前記下端面が、前記パイロット部分を取り囲む環状形状を有し、前記金属部材が塑性変形した状態の金属を受け入れるためのアンダーカットを形成する傾斜した内側壁を有する溝を含む、請求項10に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 前記本体部分が、前記ボアを取り囲み前記環状下端面から軸方向に離れたところにある環状上端面を含み、前記環状上端面が前記内側ゾーンの硬さよりも硬い上部ゾーンを含む、請求項8に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 前記上部ゾーンが前記外側ゾーンの硬さと実質的に等しい硬さを有する、請求項12に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 前記本体部分が前記環状上端面と前記環状下端面を結合する周体面を含み、前記本体部分が前記周体面の少なくとも一部に沿って延び前記内側ゾーンよりも硬い周ゾーンを含む、請求項12に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 前記上部ゾーン、前記周ゾーン、および前記下部ゾーンが協働して、前記ファスナーに、前記内側ゾーンの半径方向外側の前記ファスナー内に実質的に全域に硬さが増加された実質的に連続した結合ゾーンを形成する、請求項13に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 前記下部ゾーンが塑性変形可能な金属を変形させ受け入れるための形状付けられた要素を含み、前記形状付けられた要素が、ラグ、突起、切欠き、凹部、傾斜壁、溝、および凹状溝からなる群から選択される、請求項15に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 前記周ゾーンが前記外側ゾーンの硬さと実質的に等しい硬さを有する、請求項14に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 前記下部ゾーン、前記上部ゾーン、および前記周ゾーンの硬さがそれぞれ約40Rcから約60Rcであり、
前記内側ゾーンの硬さが約32Rcから約90Rbである、請求項14に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。 - 前記下部ゾーン、前記上部ゾーン、および前記周ゾーンがそれぞれ約218,550psiまたは1,500MPaの極限引張強度を有し、
前記内側ゾーンが約113,850psiまたは785Mpaの極限引張強度を有する、請求項18に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。 - 前記ファスナーがナットであり、
前記中央ボアが平滑なボアねじブランクであり、
前記内側ゾーンが前記中央ボア内に形成すべきねじの外径と少なくとも概ね等しい距離だけ前記中央ボアから横方向に外側に延び、
前記内側ゾーンがねじ山形成ねじとの係合によるねじ切りに適した硬さを有し、
前記内側ゾーンおよび前記外側ゾーンが前記ファスナーの横方向の全長を形成し、
前記外側ゾーンが、前記内側ゾーンの半径方向外側の前記ファスナー内のほぼ全域に硬さが増加された実質的に連続したゾーンを提供する、請求項1に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。 - 塑性変形可能な金属部材に取り付けるためのセルフクリンチング金属ファスナーであって、
前記ファスナーが、
中心軸を有する本体部分と、
平滑なボアねじブランクでも予備ねじ切りされてもよい中央ボアを取り囲む軸方向に延びるパイロット部分とを含み、
前記ファスナーが前記中央ボアに隣接する内側ゾーンおよび前記パイロット部分の外周に隣接する外側ゾーンを含む横方向の長さを有し、
前記内側ゾーンおよび前記外側ゾーンが前記ファスナーの横方向の全長を形成し、
前記外側ゾーンが前記内側ゾーンよりも硬く、
前記外側ゾーンが、前記内側ゾーンの半径方向外側の前記ファスナー内のほぼ全域に硬さが増加された実質的に連続したゾーンを提供する、セルフクリンチング金属ファスナー。 - 前記内側ゾーンが前記中心軸に沿って延び、
前記内側ゾーンが前記パイロット部分内でほぼ円筒形状を有し、前記本体部分内で半径方向に延びることで前記内側ゾーンが球根形状をなす、請求項21に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。 - 前記内側ゾーンが前記中心軸に沿って延び、ほぼ円筒形状を有する、請求項21に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 前記内側ゾーンの前記中央ボアにおける硬さが約90Rbであり、前記外側ゾーンで約60Rcに移行する、請求項21に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 塑性変形可能な金属部材に取り付けるためのセルフクリンチング金属ファスナーであって、
前記ファスナーが、
中心軸を有する本体部分と、
中央の平滑なボアねじブランクを取り囲む軸方向に延びるパイロット部分とを含み、
前記パイロット部分が前記ボアに隣接する内側ゾーンおよび前記パイロット部分の外周に隣接する外側ゾーンを含む横方向の長さを有し、
前記内側ゾーンがねじ山形成ねじとの係合によるねじ切りに適した硬さを有し、
前記外側ゾーンが前記内側ゾーンよりも硬いセルフクリンチング金属ファスナー。 - 前記内側ゾーンが形成時または全体的に硬化されたナットの硬さと実質的に等しい硬さを有する、請求項25に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 前記本体部分が前記パイロット部分に隣接し前記内側ゾーンより硬い下部ゾーンを含む下端面を含み、
前記本体部分が前記環状上端面と環状下端面を結合する周体面を含み、前記本体部分が、前記周体面の少なくとも一部に沿って延び前記内側ゾーンよりも硬い周ゾーンを含み、
前記上部ゾーン、前記周ゾーン、および前記下部ゾーンが協働して前記ファスナーに前記内側ゾーンの半径方向外側の前記ファスナー内のほぼ全域に硬さが増加された実質的に連続した結合ゾーンを形成する、請求項26に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。 - 前記下部ゾーンが塑性変形可能な金属を変形させ受け入れるための形状付けられた要素を含み、前記形状付けられた要素が、ラグ、突起、切欠き、凹部、傾斜壁、溝、および凹状溝からなる群から選択される、請求項27に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
- 本体部分の周囲に延びる周体面によって連結された上面および下面を有する本体部分と、平滑なボアねじブランクでも予備ねじ切りされてもよい中央ボアを取り囲み軸方向に延びるパイロット部分を含むタイプのクリンチファスナーの作製方法であって、
a)形成時に実質的に均一の硬さを有するか、または全体的に硬化された実質的に均一の硬さを有する前記ファスナーを提供するステップと、
b)前記中央ボアに隣接する内側ゾーンおよび前記パイロット部分の外周に隣接する外側ゾーンが異なる硬さを有するように前記パイロット部分の横方向の長さを選択的に硬化するステップと、
c)前記内側ゾーンが形成時のナットまたは全体的に硬化されたナットの硬さと実質的に等しい硬さを有するステップと、
d)前記外側ゾーンが前記内側ゾーンよりも硬く、前記ファスナーを使用して、前記形成時または全体的に硬化された硬さを有する同様のファスナーを使用することができる金属部材よりも硬い金属部材を穿孔かつ/または塑性変形させるステップとを含む方法。 - 前記内側ゾーンが約32Rc以下の硬さを有し、ねじ山形成ねじでねじ切り可能である、請求項29に記載の方法。
- 前記ファスナーが予備ねじ切りされ、前記内側ゾーンが前記ファスナーに求められる特性クラスの強度レベルに応じた硬さを有する、請求項29に記載の方法。
- 前記本体部分を選択的に硬化して、前記下面に沿って延びる下部ゾーンを形成するステップをさらに含む、請求項29に記載の方法。
- 前記本体部分を選択的に硬化して前記上面に沿って延びる上部ゾーンが、前記内側ゾーンよりも硬くなるように形成するステップと、
前記本体部分を選択的に硬化して前記周体面に沿って延びる周ゾーンを形成するステップと、
それによって前記上部ゾーン、前記周ゾーン、および前記下部ゾーンを協働させて、前記ファスナーに前記内側ゾーンの半径方向外側の前記ファスナー内のほぼ全域に硬さが増加された実質的に連続した結合ゾーンを設けるステップと、
をさらに含む、請求項31に記載の方法。 - 前記下部ゾーンが塑性変形可能な金属を変形させ受け入れるための形状付けられた要素を含み、前記形状付けられた要素が、ラグ、突起、切欠き、凹部、傾斜壁、溝、および凹状溝からなるグループから選択され、
前記下部ゾーンを形成するステップが前記形状付けられた要素を硬化するステップを含む、請求項31に記載の方法。
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