(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のワークピース部材を含むワークピースを固定するためのファスナであって、
前記ファスナは、ヘッド端及びこのヘッド端から離れたテイル端を有する胴部と、前記胴部のヘッド端に設けられ放射状に広がるヘッドと、前記ファスナを貫通して伸びる穴と、を備え、
前記胴部の外壁は、頂部において頂点を成す複数のスプラインによって隔てられた複数の溝を有する溝セクションを有し、前記溝及びスプラインは、前記穴の縦軸に沿った軸方向に伸び、前記スプラインは、台形状断面とされ、前記溝の断面積は、前記胴部の溝セクションの長さに沿って一定であり、
前記胴部は、前記溝セクションと前記テイル端との間に途切れを有さないテイルリングを更に有し、該テイルリングの外径は、前記溝セクションにおける前記胴部の外径に等しいことを特徴とするファスナ。
【請求項２】
前記溝は、互いに等距離を置いて配置されていることを特徴とする請求項１に記載のファスナ。
【請求項３】
前記溝は、前記ヘッドの直下から伸びていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のファスナ。
【請求項４】
前記ヘッドは、その頂面に設けられた皿穴を有し、
前記皿穴は、前記ファスナの穴の直径よりも大きい直径を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のファスナ。
【請求項５】
前記皿穴は、平坦な環状テーパ壁を有することを特徴とする請求項４に記載のファスナ。
【請求項６】
前記皿穴は、カーブした環状テーパ壁を有することを特徴とする請求項４に記載のファスナ。
【請求項７】
前記皿穴は、前記ファスナの穴の縦軸に対して平行に伸びる平坦な環状壁を有することを特徴とする請求項４に記載のファスナ。
【請求項８】
前記皿穴と前記ファスナの穴との間に、テーパ状のネック部が設けられていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のファスナ。
【請求項９】
前記胴部のテイル端に、テーパ部が設けられていることを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか一項に記載のファスナ。
【請求項１０】
前記テイル端に前記テーパ部を超えて設けられたエンド部を更に有し、
前記エンド部は、前記ファスナの縦軸と平行な直線環状壁を有することを特徴とする請求項９に記載のファスナ。
【請求項１１】
前記エンド部の直径は、前記皿穴の直径と同じに構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のファスナ。
【請求項１２】
前記テイルリングは、前記溝セクションと前記テーパ部との間にあることを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載のファスナ。
【請求項１３】
開口を持つ第１のワークピース部材及び開口を持つ第２のワークピース部材を有するワークピースを固定するために、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載のファスナを設置する方法であって、
ａ）マンドレルの放射状に広がったヘッドが前記ファスナの胴部のテイル端に隣接するようにして前記マンドレルを前記ファスナの穴を通して配置し、
ｂ）前記ファスナのヘッドが前記第１のワークピース部材に接触するようにして、前記ファスナ及びマンドレルを前記第１のワークピース部材の開口及び第２のワークピース部材の開口に挿入し、
ｃ）前記ファスナのヘッド端において前記ファスナを支持した状態で前記ファスナの穴を通して前記マンドレルを引っ張って、前記ファスナの胴部を前記ワークピース部材の開口に向けて広げ、前記開口に対して前記スプラインの頂部の変形を引き起こし、前記第２のワークピース部材に隣接する前記ファスナのテイル端を放射状に広げる、ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記ステップｃ）は、前記ヘッドの上面に押しつけられる円錐状の凹端面を有するツールを用いて行われることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
開口を持つ第１のワークピース部材及び開口を持つ第２のワークピース部材を有するワークピースを固定するために、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載のファスナを設置する方法であって、
ａ）放射状に広がったヘッド、ブレークネック部及びプラギング部を有するステムのヘッドが前記ファスナの胴部のテイル端に隣接するようにして、前記ステムを前記ファスナの穴を通して前記ファスナに挿入し、
ｂ）前記ファスナのヘッドが前記第１のワークピース部材に接触するようにして、前記ファスナ及びステムを前記第１のワークピース部材の開口及び第２のワークピース部材の開口に挿入し、
ｃ）前記ファスナのヘッド端において前記ファスナを支持した状態で前記ファスナの穴に対して前記ステムを引っ張って、前記プラギング部により前記ファスナの胴部を前記ワークピース部材の開口に向けて放射状に広げて前記スプラインの頂部を前記開口に対して変形させ、前記ステムのヘッドを前記ファスナの胴部のテイル端に接触及び押しつけて前記第２のワークピース部材に隣接する前記テイル端を放射状に広げ、前記ステムが前記ブレークネック部において破断するまで前記ステムを前記ファスナの穴を通して前記ファスナのヘッドに対して引っ張る、ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記ステムは、前記ブレークネック部と前記プラギング部との間に設けられた平行部を更に有し、
前記ステップｃ）において、前記平行部により形成されたロックスカートは、前記ファスナの胴部に設置された前記ステムの機械的ロックと成ることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
開口を持つ第１のワークピース部材及び開口を持つ第２のワークピース部材を有するワークピースを固定するために、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載のファスナを設置する方法であって、
ａ）前記ファスナのヘッドが前記第１のワークピース部材に接触するようにして、前記ファスナを前記第１のワークピース部材の開口及び第２のワークピース部材の開口に挿入し、
ｂ）中空コアを持つプラギング部、伸長した胴部、及び前記プラギング部と前記伸長した胴部との間に設けられたブレークネック部を有するブレークステムのプラギング部が前記ファスナのテイル端と接触するようにして、前記ブレークステムを前記ファスナの穴に挿入し、
ｃ）前記ファスナに対して前記ブレークステムの伸長した胴部を引っ張って、前記ブレークステムのプラギング部を前記ファスナの胴部に進入させ、前記ファスナの胴部を前記ワークピース部材の開口に向かって広げ、前記スプラインの頂部を前記開口に対して変形させ同時に前記プラギング部を内方に向けてつぶれさせ、前記ブレークステムが前記ブレークネック部において破断するまで前記ブレークステムの伸長した胴部を前記ファスナに対して引っ張る、ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記ブレークステムは、前記ブレークネック部と前記プラギング部との間に設けられた平行部を更に有し、
前記ステップｃ）において、前記平行部により形成されたロックスカートは、前記ファスナの胴部に設置された前記ブレークステムの機械的ロックと成ることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
開口を持つ第１のワークピース部材及び開口を持つ第２のワークピース部材を有するワークピースを固定するために、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載のファスナを設置する方法であって、
ａ）前記ファスナのヘッドが前記第１のワークピース部材に接触するようにして、前記ファスナを前記第１のワークピース部材の開口及び第２のワークピース部材の開口に挿入し、
ｂ）前記ファスナの穴の最大直径よりも大きい最大直径を持つ硬いピンを前記ファスナのヘッドを介して前記ファスナの穴に押し込んで、前記ファスナの胴部を放射状に広げて前記ワークピース開口と機械的に係合させ、前記スプラインの頂部を前記開口に対して変形させる、ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
支持スリーブを前記ファスナのヘッド上に押しつけて、前記ファスナの穴から前記ピンを除去するステップを更に備えたことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
複数のワークピース部材を有するワークピースを固定するためのファスナ及びマンドレルを備え、前記ファスナは、ヘッド端及びこのヘッド端から離れたテイル端を有する胴部と、前記胴部のヘッド端に設けられ放射状に広がったヘッドと、前記ファスナを貫通して伸びる穴と、を有したファスナ器具であって、
前記胴部の外壁は、頂部において頂点を成す複数のスプラインによって隔てられた複数の溝を有する溝セクションを有し、前記溝及びスプラインは、前記穴の縦軸に沿った軸方向に伸び、前記スプラインは、台形状断面とされ、前記溝の断面積は、前記胴部の溝セクションの長さに沿って一定であり、
前記胴部は、前記溝セクションと前記テイル端との間に途切れを有さないテイルリングを更に有し、該テイルリングの外径は、前記溝セクションにおける前記胴部の外径に等しいことを特徴とするファスナ器具。
【請求項２２】
前記マンドレルは、前記ファスナの穴の直径よりも大きくかつ前記ファスナの胴部の最大外径よりも小さい最大直径を持つ放射状に広がったヘッドを有することを特徴とする請求項２１に記載のファスナ器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口を備えたワークピース部材同士を固定するスピードファスナに関する。
【背景技術】
【０００２】
スピード締結（ＲＴＭ）は、ワークピース部材同士を固定するのによく知られた方法であり、中空コアを持つファスナをワークピース部材において位置合わせした開口に配置し、頭部を有するマンドレルをファスナのコアを通して引っ張り上げることで、ファスナ胴部を放射状に広げると共に、ファスナの僅かな短縮を引き起こす。ファスナ胴部の放射状広がりは、理想的には、ファスナ胴部とワークピース部材の開口壁との間で機械的係合を実現する。軸方向に沿った短縮効果は、最後尾のシートをファスナヘッドの方に向かって引き上げ、ワークピース部材間のギャップを縮める。
【０００３】
商標Ｂｒｉｖ（英国特許番号ＧＢ１３２３８７３Ａ）やＣｈｏｂｅｒｔとして利用されるような従来のファスナは、中央領域において均一な壁厚、すなわち、一定の断面積を持つシリンダ状の胴部を備える。ファスナ胴部のテイル端は、増加した壁厚を持ち、Ｂｒｉｖファスナの場合には、外径が広がったものとされ、Ｃｈｏｂｅｒｔファスナの場合には、テーパ状の穴径が小さくなったものとされる。
【０００４】
これら従来のファスナは、ファスナ穴を通して所定の直径を有するマンドレルを引っ張り、これにより、マンドレルの放射状に広がったヘッドで、ワークピース部材の開口に向かって胴部の中央領域を広げることで設置される。従って、放射状広がりの程度は、公称ファスナ直径に対するマンドレルヘッドの直径により決定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のファスナは、ワークピース開口の直径に対する許容度が低く、すなわち、ほんの限られた範囲のワークピース開口の直径だけが、公称ファスナサイズ及び一のマンドレルヘッド直径に適合し得る。従って、公称ファスナ及び特定のヘッド直径を有するマンドレルを用いたときには、ワークピース開口直径の許容値範囲が狭くなる。
【０００６】
従来のファスナを最適に設置したとき、すなわち、ワークピース開口の直径が、所定のファスナ直径及びマンドレルヘッド直径の許容範囲にあるとき、マンドレルヘッドによるファスナ胴部の拡張は、「オーバーパッキング（後述参照）」することなく、ファスナ胴部とワークピース開口の壁との間の機械的係合を引き起こす。後部ワークピース部材（すなわち、ファスナヘッドから最も離れたワークピース部材）の開口壁により与えられる制約は放射状の力を生み出し、これにより、ファスナリベット胴部に対する後部ワークピース部材の軸方向への動きに摩擦耐性を生み出す。
【０００７】
しかしながら、ワークピース開口の直径が、従来ファスナの許容範囲よりも小さいときには、ファスナが開口にオーバーパックされるので、ファスナの設置に非常に大きな力が必要となる。これは、マンドレルの摩耗、ファスナ穴からのデブリ発生のような他の望ましくない効果、又はファスナ穴材料のヘッド領域への押し出しといったファスナヘッドの変形を引き起こし得る。
【０００８】
上部ワークピース部材（すなわち、ファスナヘッドに最も近いワークピース部材）の開口直径については、開口ピッチの誤差を許容するために、後部ワークピースの開口よりも僅かに大きく構成することが一般的である。上部ワークピース部材の開口直径が従来ファスナの許容範囲より大きいと、ファスナ胴部の広がりが、ファスナ胴部と大きすぎるワークピース開口との間で何ら機械的係合をもたらさず、その結果、せん断荷重による動きに対する接合部の耐性が低くなる。
【０００９】
大きいワークピース開口に対応するために、大きいマンドレル、すなわち、大きいヘッドを持つマンドレルがファスナの設置に用いられ得る。しかしながら、大きいマンドレルは、小さなワークピース開口に不適当に用いられ、これにより、上記のように設置に大きな力を要することで引き起こされる問題を導く。
【００１０】
特定のファスナ直径及びマンドレルヘッド直径の許容範囲を超えるワークピース開口直径を用いたときの課題は、図１に図示されている。図１では、従来のファスナ２が、最低限のグリップでワークピース３０に設置されている。ワークピースは、大きい開口３６を持つ上部ワークピース部材３２と、許容できる開口３８を持つ後部ワークピース３４と、を有する。上部ワークピース部材３２が大きい開口３６を持つので、ファスナの設置は、ファスナ胴部４と開口３６の壁との間における機械的係合を何らもたらさない。
【００１１】
正しく設置された従来のファスナは、テイル端領域において壁厚が大きくなっているので、広がったテイル端が形成される。最大グリップで使用した場合には、この広がったテイル端は、後部ワークピース部材の外表面に隣接し、引張荷重を受けたときの接合部の動きに対する支持及び耐性を与えるように機能する。しかしながら、中間グリップ又は最小グリップ条件（図１参照）では、広がったテイル端４４は、後部ワークピース部材３４から離れており、そのため、引張荷重によるワークピース部材３２、３４の初期分離に抵抗を与えるように機能できない。ここで、この抵抗は、その殆どすべてが均一な壁厚を持つファスナ胴部４の広がった中央領域による放射状圧力に起因する摩擦力に依る。その結果、分離に対する抵抗は、中間又は最小グリップ条件では小さくなる。
【００１２】
商標Ａｖｔｒｏｎｉｃ（ＲＴＭ）及びＲｉｖｓｃｒｅｗ（ＲＴＭ）で利用されるよう現在利用可能な他のスピードファスナは、ファスナ胴部の中心における不均一な壁厚を特徴としている。これらファスナは、それぞれ環状溝の形状及び螺旋状ねじ山形状でファスナ胴部の外側に設けられた溝を有する。これらファスナは、ファスナ材料に比べて比較的柔らかい材料により構成されたワークピースに対して、広がりそして埋め込まれるように設計されている。これらファスナの環状又は螺旋状の溝は、後部ワークピース部材に対して可変的に広がり、ファスナ胴部とワークピース開口の壁との間で高程度又は低程度の機械的係合を引き起こし、そして穴周縁において不揃いな大きさ又は分布を呈する広がったテイル形状を与える。
【００１３】
本発明は、ファスナ胴部とワークピース開口の壁との間で完全かつ安定した機械的係合を保証する、すなわち、従来のファスナよりも強固な固定のために完全な機械的係合を達成するファスナを提供することを目的とする。また、本発明は、一つのマンドレルヘッド大きさ又は直径を用いたときの、設置に大きな力を要する問題、マンドレルの摩耗、デブリ発生及びファスナヘッド変形を防止しつつ、一つのファスナ長及び一つのマンドレル大きさで広いグリップ範囲で設置可能とし、かつ従来のファスナよりワークピース開口直径のずっと大きな変化にも対応可能なファスナを提供することを目的とする。
【００１４】
更に、本発明は、ファスナよりも硬い材料で構成されたワークピース部材を固定するのに好適に用いられるファスナを提供することを目的とする。ここで、ファスナのグリップ範囲は、ファスナ長にだけ依存し、すなわち、より長いファスナは、より大きなグリップ範囲を持ち、ある公称長さを持つファスナが、より広いワークピース厚さに用いられるのを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、第１の特徴として、付随する特許請求の範囲の請求項１に記載されたファスナを備える。
【００１６】
また、本発明は、更なる特徴として、請求項１３に記載されたファスナの設置法を備える。
【００１７】
ファスナの設置は、ファスナヘッドの上面に押しつけられる円錐状の凹端面を備えたツールを用いて行ってもよい。これは、ファスナヘッドを上部ワークピース部材に押しつけ、かつヘッドを上部ワークピース部材に対して僅かに平坦化し、これにより、固定を確実なものにする。上部ワークピース部材に対するヘッド周縁部の平坦化は、アンダーヘッド凹部の外径が減少し、かつワークピースに対するファスナヘッドの接触面積が増加するように機能する。更に、ファスナヘッド上面におけるツール端面の接触面積は、ファスナ設置におけるファスナヘッド表面への望ましくない圧痕や損傷が最小化されるように、従来のスピードファスナよりも大きい。
【００１８】
また、本発明は、更なる特徴として、請求項１５又は請求項１７に記載されたファスナの設置法を備える。
【００１９】
請求項１５又は請求項１７の方法により設置されたファスナは、更に、ブレークネック部とプラギング部との間に平行部を有し、この平行部は、設置の際にロックスカートを形成して、ファスナ胴部に設置されたステムの機械的ロックとなる。
【００２０】
また、本発明は、更なる特徴として、請求項１９に記載されたファスナの設置法を備える。この方法は、更に、ファスナヘッドを支持スリーブで押しつけ、ファスナ穴からピンを除去するステップを備える。
【００２１】
本発明の軸方向に設けられた溝は、上部ワークピース部材における大きい開口のように異なる大きさのワークピース部材開口において、ファスナ胴部とワークピース開口の壁との間で種々の程度の機械的係合を許可し、これにより、オーバーパッキングを導くことなく、せん断運動に対する機械的耐性を与え、かつ過剰な設置負荷、マンドレル摩耗、デブリ発生及びファスナヘッド変形を避ける。
【００２２】
溝は、ファスナ胴部に対して軸方向に配置されているので、ファスナ胴部の長さ方向に沿って一定の断面積を持つ。これは、グリップ厚みに依存せず、放射状広がりの程度及びマンドレル荷重が安定になることを保証する。従って、本発明は、同等大きさの従来ファスナにより与えられるグリップ範囲よりも大きいグリップ範囲において使用することができる。更に、特定のファスナにより成され得るグリップ幅は、ファスナの長さにだけ依存し、すなわち、より長いファスナは、より大きなグリップ範囲を有する。
【００２３】
更に、本発明では、一つのマンドレル（すなわち、決められたヘッド大きさを持つマンドレル）が、種々の開口大きさを持つワークピースへファスナを設置するのに用いることができる。
【００２４】
また、本発明では、後部ワークピース部材に隣接するファスナ胴部のテイル端が大きく広がり、グリップ範囲を通じて、引張荷重によるワークピース部材の分離への耐性が増加する。
【００２５】
また、本発明は、ファスナよりも硬い材料で構成され得るワークピース部材を固定するのにも好適に用いられる。
【００２６】
軸方向に設けられた溝は、好ましくは、互いに等距離に配置されている。
【００２７】
軸方向に設けられた溝は、好ましくは、ファスナヘッドの直下から伸びている。
【００２８】
ファスナヘッドは、その頂面に皿穴を備えていてもよく、この皿穴は、ファスナ穴の直径よりも大きな平均直径を持つ。皿穴は、平坦又はカーブした環状テーパ壁と、皿穴とファスナ穴との間に設けられ得るネック部と、を有し得る。皿穴及びネック部の各々は、リベット穴を通ってマンドレルヘッドが通過することでリベットヘッドの方へ軸方向に引き出されたリベットボディ材料を収容する。更に、皿穴は、ファスナの設置におけるブローチ荷重を制御し、設置されたファスナヘッドの上面からの過剰なファスナ材料の引き出しを防ぐ。
【００２９】
ファスナは、ファスナ胴部のテイル端にテーパ部を含み得る。テーパ部を設ける利点は、皿穴がファスナヘッドに設けられていることで、ペーパーポッド等においてファスナを「ヘッド−トゥ−テイル」に積み重ねてスタック状にできることである。これは、隣接するリベット穴の同軸整列を保証し、これにより、マンドレル胴部上にファスナスタックを一気にロードするのを簡単にする。更に、テーパ部は、ワークピース開口においてファスナを配置するのを補助し、かつ設置前のファスナスタックの高さを低減することで、所定長さの設置ツールに多くのリベットが装着されるのを可能とし、かつ比較的柔軟なマンドレル上におけるスタックの剛性を増加させる。
【００３０】
また、ファスナは、ファスナ胴部のテイル端において、溝セクションとテーパ部との間に途切れを有さないテイルリングを備えていてもよい。このテイルリングは、その後部ワークピース部材からの離れた配置にも関わらず、補強された壁セクションを介してファスナの最終引張強度に貢献する。
【００３１】
また、ファスナは、ファスナのテイル端にテーパ部を超えてエンド部を備えていてもよく、このエンド部は、ファスナの長軸と平行な直線環状壁を持つ。エンド部は、更に、設置前に複数のファスナを「ヘッド−トゥ−テイル」にスタックして保管するのを容易にする。
【００３２】
本発明に係る実施形態は、図面を参照しながらほんの一例として以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ワークピースに設置された従来のファスナの側断面図。
【図２】ワークピースに設置される前の本発明に係るファスナの側面図。
【図３ａ】図２に示したファスナの等角図。
【図３ｂ】図２に示したファスナの等角図。
【図４】図２に示したファスナのＩＶ−ＩＶ線断面図。
【図５】図４に示したファスナのＶ−Ｖ線断面図。
【図６】図４に示したファスナのＶＩ−ＶＩ線断面図。
【図７】図２に示したファスナを複数スタックさせて配置したときの側面図。
【図８】図７に示したスタックされたファスナのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図。
【図９ａ】上部ワークピース部材の開口直径が大きく構成されたワークピースに設置された図２に示したファスナの軸断面図。
【図９ｂ】最小グリップでワークピースに設置された図２に示したファスナの軸断面図。
【図１０ａ】図９ａに示したファスナのＸａ−Ｘａ線断面図。
【図１０ｂ】図９ｂに示したファスナのＸｂ−Ｘｂ線断面図。
【図１１】図９ａに示したファスナのＸＩ−ＸＩ線断面図。
【図１２】図９ａに示したファスナのＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図。
【図１３】図２に示したファスナを設置する他の方法を示す図。
【図１４】図２に示したファスナを設置する他の方法を示す図。
【図１５】図２に示したファスナを設置する更に他の方法を示す図。
【図１６】図２に示したファスナを設置する更に他の方法を示す図。
【図１７】図２に示したファスナを設置する更に他の方法を示す図。
【図１８】本発明の他の実施形態に係るファスナを示す図。
【図１９】図１８に示したファスナのＸＩＸ−ＸＩＸ線断面図。
【図２０】本発明の更に他の実施形態に係るファスナの側面図。
【図２１】図２０に示したファスナのＸＸＩ−ＸＸＩ線断面図。
【図２２】図２０に示したファスナの等角図。
【図２３】図２０に示したファスナを複数スタックさせて配置したときの側面図。
【図２４】図２３に示したスタックされたファスナのＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線断面図。
【図２５】本発明に係るファスナ、ワークピース、ツールノーズ（ツールの残りの部分は、明確さのために省略されている）及びマンドレルの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図２乃至図８に示すように、本発明に係るファスナ２は、胴部４と、胴部４のヘッド端８に設けられドーム状の上面７を有する放射状に広がったヘッド６と、胴部４のテイル端１２に設けられたテーパ部１０と、を備える。環状アンダーヘッド凹部４２は、ヘッド６の下面に設けられている。直径Ｂの穴１４は、ファスナ２を貫通して、すなわち、胴部４、ヘッド６及びテーパ部１０を貫通して設けられている。溝セクション１６は、胴部４の外周壁２０に設けられている。溝セクション１６は、軸方向に伸びる複数の溝４０と、溝４０により隔てられ軸方向に伸びる複数のスプライン１８と、を有する。溝４０は、胴部の外径「Ｄ」から半径方向内方に向かって設けられ、スプライン１８は、胴部の内径「ｄ」から半径方向外方に向かって伸びている。スプライン１８は、胴部４の外周壁２０において互いに平行かつ互いに等距離を置いて配置され、胴部４のヘッド６の下からテイル端１２まで軸方向、すなわち、ファスナ穴１４の縦軸方向に伸びている。テイルリング２２は、胴部４のテイル端１２において、溝セクション１６とテーパ部１０との間に設けられている。テイルリング２２は一枚壁で、すなわち、溝セクションはテイルリング２２を乗り超えない。テーパ移行セクションは、溝セクション１６とテイルリング２２との間に設けられ、胴部は、各々の溝４０のヘッド６から遠い側の端部に向かうにつれて、胴部の外径「Ｄ」に近づくように次第に直径を増す。
【００３５】
スプライン１８は、略台形状の断面を有し、平坦な頂部２４を頂点とする。最大胴部直径「Ｄ」は、相対する頂部２４の各中心間の距離により定義され、最小胴部直径「ｄ」は、相対する溝４０の各中心間の距離により定義される。溝４０の深さ（すなわち、図４に示すようにスプライン１８の高さＨ）は、例えば、ローレット目の深さよりも大きい。スプライン高さＨの最大胴部直径Ｄに対する比は、例えば、略１：６から１：１４の間とされる。
【００３６】
平坦な環状テーパ壁を有する皿穴２６は、ヘッド６の頂面５に設けられている。皿穴２６は、皿穴がファスナ穴から最も離れた位置で最大直径Ｘを持ち、かつファスナ穴に最も近い位置で最小直径ｘを持つように、平坦な環状テーパ壁を有する。そのため、皿穴の平均直径は、ファスナ穴の直径Ｂよりも大きくなる。テーパ状のネック部２８は、皿穴２６とファスナ穴１４との間に設けられ、ネック部２８の最大直径Ｙは皿穴の最小直径ｘと等しく、ネック部２８の最小直径ｙはファスナ穴の直径Ｂと等しい。
【００３７】
図７及び図８に示すように、複数のファスナは、スタック５０において「ヘッド−トゥ−テイル」に配置され、マンドレル上にロードされる状態又は設置ツール内においてマンドレル上に一度に連続設置される状態となる。皿穴の最大直径Ｘ及び皿穴２６のテーパ角度は、隣接するファスナのテーパ部１０が、皿穴２６に少なくとも部分的に収容され、これにより、ファスナがスタックされるように構成されている。
【００３８】
第１の上部ワークピース部材３２と、第２の後部ワークピース部材３４（すなわち、ファスナヘッドから遠い側のワークピース部材）と、を有するワークピース３０を固定するファスナ２を設置するには、最大直径Ｍ（ここで、Ｍはファスナ穴１４の直径Ｂよりも大きい）で放射状に広がったヘッド１０６を有するマンドレル１０４（図２５）を、ヘッド１０６がファスナ胴部４のテイル端１２に位置するようにして、ファスナ２の穴１４に通して挿入する。ファスナ２及びマンドレル１０４は、ワークピース部材３２、３４に設けられた開口３６、３８に挿入される。円錐状の凹端面を持つノーズ１００を有するツール（図２５ではツールのノーズだけが示されている）が、ファスナヘッド６のドーム状の上面７を押しつけるのに用いられる。ツールノーズ１００は、ファスナ穴１４を通してマンドレル１０４を引っ張るのに用いられ、これにより、ファスナ胴部４が広がり、スプライン１８の頂部２４がワークピース開口３６、３８の壁に押しつけられて頂部２４と開口３６、３８の壁との間で機械的係合が起こる。皿穴２６とネック部２８の各々は、ファスナ穴１４を通ってマンドレルヘッド１０６が通ることで、ファスナヘッド６の方へ軸方向に引き出されるファスナボディ材料を収容する。更に、皿穴は、ファスナ２設置におけるブローチ荷重を制御し、設置されたファスナヘッド６の上面からの過剰なファスナ材料の引き出しを避ける。
【００３９】
図９ａは、最大グリップを持つワークピース３０に設置されたファスナ２を示し、図９ｂは、最小グリップを持つワークピース３０に設置されたファスナ２を示す。
【００４０】
ファスナヘッド６のドーム状の上面７にツールノーズ１００の円錐状凹端面１０２により付加される力は、ヘッド６を上部ワークピース部材３２に押しつけ、ヘッドを上部ワークピース部材３２に対して僅かに平坦化することで固定を確実なものにする。上部ワークピース部材３２に対するヘッド周縁部２２の平坦化は、アンダーヘッド凹部４２の直径が減少し、ワークピース３０に対するファスナヘッド６の設置面積が増加するように働く。更に、ファスナヘッド６の上面７に対するツール端面１０２の設置面積は、ファスナ設置の際のファスナヘッド６表面への望ましくない圧痕や損傷を最小化するために、従来のスピードファスナよりも大きい。
【００４１】
設置の際に、ワークピース開口３６、３８の壁に対して頂部２４が押しつぶされる程度は、開口の直径により決定される。大きいワークピース開口では、頂部２４が、ワークピース開口３６、３８の壁に対してほんの僅かにしか押しつぶされない。これは図１１に示され、この図は、上部ワークピース部材３２の開口３６の壁に対する頂部２４の最低限の押しつぶれを示している。図１２に示すように、公称の直径を有する開口（すなわち、図１１の大きい開口よりも小さい開口）は、図１１の大きい開口の場合と比べて、ワークピース開口３８の壁に対して頂部２４の押しつぶれが大きく起こる。
【００４２】
頂部２４の押しのけられた材料は、溝４０に収容される。ワークピース開口が最小直径を持つ場合には、溝４０は、押しのけられた頂部の材料により完全に埋められる。
【００４３】
テイルリング２２は、スプライン１８の端部を支持することで、それらが引張継ぎ手荷重により「内方」に折れ曲がるのを防ぐ。スプライン１８の頂部２４による初期抵抗が非常に大きな引張荷重により打ち破られた後、後部シートが広がったテイルリングまで引き上げられるように頂部２４が「剥離」される。テイルリング２２は途切れを有さないリングなので、この部分で更なる動きへの抵抗は高くなり、これにより、設置されたファスナの最大抗張力が生み出される。
【００４４】
ファスナ２及び／又は後部ワークピース部材３４の開口３８は、上部ワークピース部材３２の開口３６と同心でなくてもよい。この場合、上部ワークピース部材の開口３６に対するファスナ２及び／又は後部ワークピース部材の開口３８の偏心にもかかわらず、スプライン１８の頂部２４は、開口３６の壁に対して種々の程度で押しつぶされ、これにより、開口壁に対してすべての頂部２４の機械的係合が成される。
【００４５】
図９ａ乃至１０ｂは、ファスナ２の設置によって生じる広がったテイル構造４４を示す。後部ワークピース部材３４を超えた部位では、スプライン１８は、完全に広がり（図１０ａ、１０ｂ参照）、これにより、後部ワークピース部材３４に隣接及び接触した「フットプリント」又は広がったテイル構造４４が生み出される（図１０ａ参照）。複数の台形状フットプリント接触領域４６が形成される。広がったテイル構造４４は、後部ワークピース部材３４に隣接及び接触して形成されるので、従来のファスナに比べて、固定の際の引張荷重による初期軸方向運動に対して著しく増加した機械抵抗が得られる。広がったテイル構造４４は、図９ａ、９ｂで見られるように、所定のグリップ範囲で後部ワークピース部材３４に隣接して形成されている。
【００４６】
上記実施形態では、軸方向の溝は、台形断面を有する複数のスプラインにより形成される。しかしながら、別の実施形態では、軸方向の溝は、異なる断面を有するものであってもよい。
【００４７】
上記実施形態では、ファスナは、ファスナ穴１４を通して放射状に広がったマンドレルヘッドを引っ張ることで設置される。しかしながら、ファスナ胴部４を広げてファスナ２を設置する別の方法が、図１３乃至図１７に示されている。図１３及び図１４に示された方法は、硬いブレークステム７０を用いている。このブレークステム７０は、ブレークネック部７２と、放射状に広がったヘッド７４と、ブレークネック部７２とヘッド７４との間に設けられたプラギング部７６と、を有し、このプラギング部７６の直径は、上記実施形態で用いられたマンドレルヘッド１０６の最大直径Ｍと等しく構成されている。ブレークステム７０及びファスナ２は、ワークピース部材３２、３４の開口３６、３８に挿入される。次いで、ブレークステム７０は、その放射状に広がったヘッド７４がファスナ胴部４のテイル端１２と接触するまでファスナ２を通して引っ張られ、プラギング部７６によるファスナ胴部４の放射状広がりを引き起こし、かつブレークステム７０に付加されブレークステム７０のブレークネック部７２における破断を引き起こすのに十分な荷重を生み出す。図１４は、ワークピース３０に設置されたファスナ２を示す。プラギング部７６は、ファスナ２の胴部４にとどまり、設置されたファスナの最終的なせん断強度に寄与する。ブレークネック部７２の破断によるステムプラギング部７６の反動及び設置後ファスナ２からのプラギング部７６の脱離に対する抵抗を増強するために、補助的な「返し」、ギザギザ又はこれらと同様のもの（不図示）を、プラギング部の外表面に設けてもよい。
【００４８】
図１５及び図１６に示される別の方法は、商標モノボルト（英国特許番号ＧＢ１５３８８７２）で利用されるようなブレークステム８０を用いる。このブレークステムは、中空コア８４を持つプラギング部８２と、プラギング部８２に隣接する平行部８５と、伸長胴部８８と、平行部８５と伸長胴部８８との間に設けられたブレークネック部８６と、を有する。ワークピース３０へのファスナの設置は、ワークピース部材３２、３４の開口３６、３８へのファスナの挿入を含み、ブレークステムのプラギング部がファスナ胴部４のテイル端１２に接触するように、ブレークステムは、胴部４の穴１４に挿入される。その後、伸長胴部８８は、ファスナ２に対して引っ張られ、これにより、ブレークステムプラギング部８２がファスナ胴部４に進入し、これと同時に、ファスナ胴部４が拡張し、そして中空コア８４が設けられたプラギング部８２が僅かに内方に向かってつぶれる。伸長胴部８８は、ブレークステム８０がブレークネック部８６で破断するまで引っ張られる。
【００４９】
プラギング部８２の僅かな内方へのつぶれは、ワークピース開口大きさの変化を許容する、すなわち、プラギング部８２は、図１３及び図１４のブレークステム７０の硬いコアよりも柔軟である。従って、この設置方法は、ワークピースの開口直径の違いに対して更に寛容である。ブレークステム８０は、平行部８５の材料がファスナヘッド６の皿穴において、すなわち、図１６において８７で示される領域において半径方向外方に広がることで、ファスナ設置時に平行部８５によって形成されるロック「スカート」構造（不図示）を含み得る。これにより、ロックスカートは、ブレークネック部８６の破断に伴うプラギング部８２の反動及び設置後にファスナ胴部４からのプラギング部８６の脱離に対して、ファスナ胴部４に設置されたブレークステム８０の機械的ロックとなる。
【００５０】
図１７に示した方法は、「プッシュブローチ」法であり、ファスナ穴１４よりも大きい直径を有する硬いピン９０が、ファスナ胴部４を広げるためにヘッド６を介してファスナ２に挿入される。このピン９０は、ファスナ胴部４にずっととどまるものであってもよいし、設置具の着脱可能部位とされてもよく、いずれの場合においても、ファスナ胴部４からピン９０を除去するために、支持スリーブ（不図示）がピン９０の周囲においてファスナヘッド６を圧迫するのに必要とされ得る。
【００５１】
図１８及び図１９に示すように、別のファスナ２’では、皿穴２６’はカーブしたテーパ環状壁を有し、テーパ状のネック部２８は設けられていない。この実施形態の構造は、ファスナ設置におけるデブリ発生の可能性を低減する。マンドレルヘッドがファスナヘッド６を通過するときにかかるブローチ荷重は、十分な引張強度を維持しつつ低減される。設置の際に、設置されたファスナにおいてカウンターボアが見えなくなるように、ファスナ胴部４の一部材料は、ツールに向かって後方に移動する。
【００５２】
更に別のファスナ（不図示）は、カーブしたテーパ環状壁と、ネック部と、を有する。
【００５３】
図２０乃至図２２に示すように、更に別のファスナ２”では、ファスナ穴１４の縦軸と平行な直線環状壁を持つエンド部６０が、ファスナ胴部４のテイル端においてテーパ部１０の向こう側に設けられている。この実施形態では、皿穴２６”は、ファスナ穴１４の縦軸と平行な平坦環状壁を有し、すなわち、皿穴２６”の壁はテーパ状になっていない。また、テーパ状のネック部２８が、皿穴２６”とファスナ穴１４との間に設けられている。皿穴２６”の直径は、図２３及び図２４に示すように、ファスナがスタック５０’において「ヘッド−トゥ−テイル」に配置されるように、エンド部６０の直径と同様とされる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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