(57)【要約】  可塑的に変形可能な金属シート（４）への取り付けのためのピアスナット（１）は、金属シート（４）に対して当接するように適合された当接面（１４）と、当接面（１４）に対して相対的に突出するアンダカットパイロット（１１）と、当接面（１４）に形成され、パイロット（１１）を少なくとも部分的に包囲する皿穴溝（１６ａ、１６ｂ）と、を有する。溝（１６ａ、１６ｂ）には、パイロット（１１）に面する能動的なアンダカットがない。溝は、内溝（１６ａ）および外溝（１６ｂ）と、内溝と外溝との間に位置する隆起部（１７）と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可塑的に変形可能な金属シート（４）への取り付けのためのピアスナット（１）であって、
金属シート（４）に対して当接するように適合された当接面（１４）と、
当接面（１４）に対して突出するアンダカットパイロット（１１）と、
当接面（１４）に形成され、パイロット（１１）を少なくとも部分的に包囲する皿穴溝（１６ａ、１６ｂ）と、を備えるピアスナットにおいて、
前記溝（１６ａ、１６ｂ）には、前記パイロット（１１）に面する能動的なアンダカットがなく、
前記溝は、内溝（１６ａ）および外溝（１６ｂ）と、内溝と外溝との間に位置する隆起部（１７）とを備え、
前記外溝（１６ｂ）は、面部分（１９ｅ）によって少なくとも部分的に画定されるとともに、前記パイロットを包囲し、かつピアスナットから離れる壁面（１５）に面することを特徴とするピアスナット（１）。
【請求項２】
前記パイロット（１１）の端面（１３）とパイロットの周囲に延びる壁面（１５）との間の第１の角度（Ａ）は、約７９±１０°、約７９±５°、または約７９±１°であることを特徴とする請求項１に記載のピアスナット（１）。
【請求項３】
前記内溝（１６ａ）は、第１の面部分（１９ａ）によって画定され、ピアスナットの中心（ＣＡ）を通りかつパイロット（１１）の端面（１３）に対して垂直な断面平面（Ｉ−Ｉ）において見たときに、第１の面部分（１９ａ）が、パイロットを包囲する壁面（１５）として、端面（１３）に対して実質的に同一の角度（Ａ）を有することを特徴とする請求項１または２に記載のピアスナット（１）。
【請求項４】
前記内溝（１６ａ）は、第２の面部分（１９ｂ）によって画定され、前記パイロット（１１）に向けられるとともに、ピアスナットの中心（ＣＡ）を通りかつピアスナットの端面（１３）に対して垂直な断面平面（Ｉ−Ｉ）において見たときに、端面（１３）に対して相対的に第２の角度（Ｂ）を有し、第２の角度（Ｂ）は、約３５〜５５°、約４０〜５０°または約４５°であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項５】
内溝（１６ａ）は、第３の面部分（１９ｃ）によって画定され、内溝（１６ａ）は、前記第１の面部分と前記第３の面部分（１９ａ、１９ｂ）との間に延びることを特徴とする請求項４と組み合わせた請求項３に記載のピアスナット（１）。
【請求項６】
前記外溝（１６ｂ）は、第４の面部分（１９ｄ）によって画定され、パイロットを包囲する壁面（１５）とは逆に面するとともに、ピアスナットの中心（ＣＡ）を通りかつピアスナットの端面（１３）に対して垂直な断面平面（Ｉ−Ｉ）において見たときに、端面（１３）に対して第３の角度（Ｃ）を有し、第３の角度（Ｃ）は、約１５°〜約４５°であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項７】
前記面部分（１９ｅ）は、パイロットを包囲する壁面（１５）に面し、したがって、外溝（１６ｂ）を画定し、第５の面部分（１９ｅ）であるとともに、ピアスナットの中心（ＣＡ）を通りかつピアスナットの端面（１３）に対して垂直な断面平面（Ｉ−Ｉ）において見たときに、端面（１３）に対して第４の角度（Ｅ）を有し、第４の角度（Ｅ）は、約１０°〜約７０°であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項８】
前記第４の角度（Ｅ）は、約３０°〜約４５°であることを特徴とする請求項７に記載のピアスナット（１）。
【請求項９】
前記外溝（１６ｂ）は、第６の面部分（１９ｆ）によって画定され、前記第４の面部分と前記第５の面部分（１９ｄ、１９ｅ）との間に延びることを特徴とする請求項７または８と組み合わせた請求項６に記載のピアスナット（１）。
【請求項１０】
前記第１の面部分、前記第２の面部分、前記第４の面部分および前記第５の面部分の少なくとも１つ（１９ａ、１９ｂ、１９ｄ、１９ｅ）は、前記断面平面（Ｉ−Ｉ）を通って延びる直線を有するような部分であることを特徴とする請求項３〜９のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項１１】
前記直線は、前記断面平面（Ｉ−Ｉ）において、関連する実質的に全体的な面部分（１９ａ、１９ｂ、１９ｄ、１９ｅ）を通って延びることを特徴とする請求項１０に記載のピアスナット（１）。
【請求項１２】
前記第２の面部分および前記第４の面部分（１９ｂ、１９ｄ）は、前記断面平面（Ｉ−Ｉ）において見たときに、互いに角度を形成することを特徴とする請求項６と組み合わせた請求項４に記載のピアスナット（１）。
【請求項１３】
前記溝（１６ａ、１６ｂ）は、前記パイロット（１１）を包囲することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項１４】
前記溝（１６ａ、１６ｂ）は、実質的に環状であることを特徴とする請求項１３に記載のピアスナット（１）。
【請求項１５】
前記パイロット（１１）は、実質的に環状であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項１６】
前記パイロット（１１）および溝（１６ａ、１６ｂ）は、実質的に同心であることを特徴とする請求項１５と組み合わせた請求項１４に記載のピアスナット（１）。
【請求項１７】
前記隆起部（１７）は、縁部（１８）を有することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項１８】
前記縁部（１８）は、パイロット（１１）の最大直径（Ｇ）より約１．４５±０．１ｍｍ大きい直径（Ｆ）を有することを特徴とする請求項１７に記載のピアスナット（１）。
【請求項１９】
ピアスナットの端面（１３）を含む平面と縁部（１８）との間の最小距離（Ｄ）が、端面（１３）を含む前記平面と、ピアスナット（１）が取り付けられるように設計される金属シート（４）に対して当接するように適合された当接面（１４）との間の最小距離に等しいか、又は、最小距離以上であることを特徴とする請求項１７または１８に記載のピアスナット（１）。
【請求項２０】
端面（１３）を含む平面と縁部（１８）との間の前記最小距離（Ｄ）が、ピアスナット（１）が取り付けられるように設計される金属シート（４）の厚さの約０．６７〜約１．１４倍であることを特徴とする請求項１９に記載のピアスナット（１）。
【請求項２１】
端面（１３）を含む平面と縁部（１８）との間の前記最小距離（Ｄ）が、約０．７ｍｍ〜約１．２ｍｍの厚さの金属シートと共に用いるように設計されたピアスナットの場合は、約０．８ｍｍであることを特徴とする請求項２０に記載のピアスナット。
【請求項２２】
端面（１３）を含む平面と縁部（１８）との間の前記最小距離（Ｄ）が、ピアスナット（１）が取り付けられるように設計される金属シート（４）の厚さの約０．７５〜約０．９２倍であることを特徴とする請求項１９または２０に記載のピアスナット（１）。
【請求項２３】
端面（１３）を含む平面と縁部（１８）との間の前記最小距離（Ｄ）が、約１．３ｍｍ〜約１．６ｍｍの厚さの金属シートと共に用いるように設計されたピアスナットの場合は、約１．２ｍｍであることを特徴とする請求項２２に記載のピアスナット。
【請求項２４】
回転防止手段（２０）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項２５】
前記回転防止手段（２０）は、溝（１６ａ、１６ｂ）に設けられることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項２６】
ピアスナットは、雌ねじ部（５）を備えることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項２７】
ピアスナットは、雄ねじ部を備えることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項２８】
高強度金属シート（４）および穿孔によって高強度金属シート（４）に取り付けられる請求項１〜２７のいずれか一項に記載のピアスナット（１）を備えるシステム。
【請求項２９】
高強度金属シート（４）へのピアスナットの取り付けのための請求項１〜２７のいずれか一項に記載のピアスナット（１）の使用。
【請求項３０】
高強度金属シート（４）における取り付け手段を装着するための方法であって、前記取り付け手段が、請求項１〜２７のいずれか一項に記載のピアスナット（１）である装着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピアスナットおよびそのようなピアスナットの使用に関する。さらに具体的に言えば、本明細書は、高強度シート金属に特に適しているピアスナットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピアスナットは、長年の間、大量生産用途に用いられてきた。自動車産業において、ピアスナットは、金属シートおよびパネルにおける構成部材の装着を可能にするために用いられる。一般に、これらの構成部材を取り付けるために、ねじ（ｔｈｒｅａｄｅｄ  ｓｃｒｅｗ）またはねじ山付きボルトが用いられ、接合部は、トルクレンチによって締結されることができる。
【０００３】
これまで、自動車業界において、車両の重量を減らすために、薄い金属シートおよびパネルを用いることが一般的な傾向であった。したがって、きわめて薄いシートと共に用いられる場合もまた、高いトルク抵抗および引き抜き抵抗を提供するように設計されたピアスナットの開発に焦点が置かれてきた。
【０００４】
自動車業界における最新の動向は、高強度シート金属の拡張用途に向かっている。その意図された機能に対して車両の各個別の構成要素を最適化することによって、重量および環境に対する影響を削減し、車両の安全性を改善することが可能である。したがって、さらに高いトルク抵抗および引き抜き抵抗、既存のナットによって満たされることができない要件を提供するように設計されたピアスナットを有することが必要である。その重要性が増大する他の影響される変数は、穿孔力、工具の損傷およびナットのセンタリングである。穿孔される金属シートの強度が増大すると、より大きな穿孔力が必要となり、穿孔工具にかかる負荷のほか、ピアスナットと穿孔ダイとの間に生じる位置合わせのずれの危険性も増大し、それにより、工具の損傷の危険性が増大する。
【０００５】
ピアスナットは、引き抜き力およびトルクの両方に抵抗するような態様で金属シートに取り付けられるべきである。
その開示内容が本願明細書に参照によって組み込まれる米国特許第５，３４０，２５１号明細書は、可塑的に変形可能な金属シートに取り付けるためであり、金属シートを係合するための係合側面および係合側面から離れる方向において係合側面から延びるパイロットを備え、パイロットは、係合側面とは逆方向に面する端面と、パイロットとは逆方向に面し、端面を包囲する壁面を有する第１のアンダカット（ｕｎｄｅｒｃｕｔ）部分と、を有するピアスナットを提案している。さらに、ピアスナットは、パイロットに向けられた第２のアンダカット部分と、２つのアンダカット部分の間に位置する溝と、を有する。米国特許第５，３４０，２５１号明細書に開示されたピアスナットを用いる場合には、シートは、可塑的に変形され、溝の中であって、２つのアンダカット部分の下に圧入され、それによって、ナットと金属シートとの間の形状適合連結を達成する。米国特許第５，３４０，２５１明細書号に開示されたピアスナットは、アンダカット部分の下に押し込むために、金属シートの実質的な変形を必要とし、高強度シート金属に関して、ピアスナットのパイロットにおける応力を増大し、大きな穿孔力を必要とし、したがって、穿孔ダイにおける磨耗も増大する。さらに、米国特許第５，３４０，２５１号明細書によるピアスナットを用いる場合には、穿孔ダイとナットの係合側面との間に薄い断面が得られ、この断面は疲労破損しやすい。
【０００６】
その開示内容が本願明細書に参照によって組み込まれる欧州特許第０５５４５９９Ｂ１号明細書において、可塑的に変形可能な金属シートへの取り付けのためのピアスナットが、開示されており、金属シートを係合するための係合側面および係合側面から離れる方向において係合側面から延びるパイロットを備え、パイロットは、係合側面とは逆方向に面する端面と、端面を包囲する壁面を備えている。このピアスナットはさらに、パイロットに向けられたアンダカット部分と、パイロットとアンダカット部分との間に位置する溝と、を有する。高強度シート金属を穿孔するために欧州特許第０５５４５９９Ｂ１号明細書によるピアスナットを用いる場合には、不十分な量のシート金属は、溝の中であってアンダカット部分の下に圧入され、このことが低い引き抜き強度を有する接合部を結果として生じる。さらに、より大きな穿孔力が、金属シートを変形するために必要とされ、これにより穿孔ダイに対する損傷を生じる可能性がある。さらに、欧州特許第０５５４５９９Ｂ１号明細書において開示されたピアスナットは、ピアスナットと穿孔ダイとの間に位置合わせのずれを生じやすく、これによってピアスナットのねじ山を損傷するか、その機械的特性が不ぞろいになる結果を生じる可能性を招く。
【０００７】
その開示内容が本願明細書に参照によって組み込まれるドイツ特許出願第２００４０１７８６６Ａ１号は、ピアスナットを開示している。
ピアスナットのさらなる実施例は、ドイツ特許第１０３４８８５１Ａ１号明細書、米国特許出願公開第２００５／０１０１８６０４６号明細書、米国特許第６，９８６，６２９号明細書、米国特許出願公開第２００５／０１４７４８１号明細書、特開昭６４−５８８０７号公報に示されており、これらの開示内容は、本願明細書に参照によって組み込まれるものとする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の問題点を削減または低減する改善されたピアスナットに対する需要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本目的は、従来技術のピアスナットに関連する問題点を削減または低減するピアスナットを提供することである。
添付の独立請求項によるピアスナットは、この目的を全体的にまたは部分的に達成する。
【００１０】
したがって、可塑的に変形可能な金属シートへの取り付けのためのピアスナットであって、金属シートに対して当接するように適合された当接面と、当接面に対して突出するアンダカットパイロットと、当接面に形成され、パイロットを少なくとも部分的に包囲する皿穴溝であって、パイロットに向けられる能動的なアンダカットがない溝と、を備えるピアスナットが提供される。溝は、内溝および外溝と、内溝と外溝との間に位置する隆起部と、を備える。外溝は、面部分によって少なくとも部分的に画定され、パイロットを包囲しかつピアスナットから離れる壁面に面する。
【００１１】
当接面は、本質的にシートを貫通することなく、金属シートに対して当接するように適合された面である。
溝の制限面は、ピアスナットから斜めに、すなわち、金属シートに対して一定の角度で面し、そのいずれもがアンダカット部分を形成しないような態様になっている。
【００１２】
溝にアンダカット部分を備えていないピアスナットを用いることによって、シートの変形が削減され、ピアスナットおよびシートによって形成される接合部の増大した強度を結果として生じると同時に、隆起部がアンダカットパイロットに対してシート材料を押し付けるのを助け、それによって、ナットと金属シートとの間に形状適合連結を達成する。
【００１３】
パイロットの端面と上記のパイロットを包囲する壁面との間の第１の角度は、７９±１°であってもよい。
この角度は、高強度シート金属のほか、標準的なシート金属の場合にも、ピアスナットを作用させるのに最適であることが分かっている。
【００１４】
内溝は、第１の面部分によって画定されてもよく、ピアスナットの中心を通りかつパイロットの端面に対して垂直な断面平面において見たときに、パイロットを包囲する壁面として端面に対して本質的に同一の角度を有する。
【００１５】
内溝は、第２の面部分によって画定されてもよく、パイロットに向けられるとともに、パイロットの中心を通りかつパイロットの端面に対して垂直な断面平面において見たときに、端面に対して第２の角度を有し、第２の角度は、約３５〜５５°、約４０〜５０°または約４５°であってもよい。
【００１６】
内溝は、第３の面部分によって画定されてもよく、上記の第１の面部分と上記の第２の面部分との間に延びる。
外溝は、第４の面部分によって画定されてもよく、パイロットを包囲する壁面とは逆に面するとともに、パイロットの中心を通りかつパイロットの端面に対して垂直な断面平面において見たときに、端面に対して第３の角度を有し、第３の角度は、約１５°〜約４５°である。
【００１７】
面部分は、パイロットを包囲する壁面に面し、したがって、外溝を画定し、第５の面部分であってもよく、パイロットの中心を通りかつパイロットの端面に対して垂直な断面平面において見たときに、端面に対して第４の角度を有し、第４の角度は、約１０°〜約７０°である。
【００１８】
別の実施形態において、第４の角度は、約３０°〜約４５°であってもよい。
外溝は、第６の面部分によって画定されてもよく、上記の第４の面部分と上記の第５の面部分との間に延びる。
【００１９】
上記の第１の面部分、第２の面部分、第４の面部分および第５の面部分の少なくとも１つは、たとえば、上記の断面平面を通って延びる直線を有してもよい。したがって、断面において見たときに、面部分は、平面であってもよい。
【００２０】
上記の直線は、上記の断面平面において、関連する本質的に全体的な面部分を通って延在してもよい。
上記の第２の面部分および第４の面部分は、上記の断面平面において、互いと角度を形成してもよい。
溝は、パイロットを包囲してもよく、本質的に環状であってもよい。パイロットもまた、本質的に環状であってもよい。
【００２１】
パイロットおよび溝は、本質的に同心であってもよい。隆起部は、縁部を有してもよい。
この種の縁部は、内溝および外溝への金属シートの最適な案内を可能にする。縁部は、相対的に先端がとがっていてもよい。
縁部は、パイロットの最大直径より１．４５±０．１ｍｍ大きい直径を有してもよい。
【００２２】
ピアスナットの端面を含む平面と縁部との間の最小距離は、端面を含む上記の平面と、ピアスナットが取り付けられるように設計される金属シートに対して当接するように適合された当接面との間の最小距離以上であってもよい。
【００２３】
端面を含む平面と縁部との間の上記の最小距離は、ピアスナットが取り付けられるように設計される金属シートの厚さの約０．６７〜約１．１４倍であってもよく、一部の実施形態において、約０．７ｍｍ〜約１．２ｍｍの厚さの金属シートと共に用いるように設計されたピアスナットの場合は、約０．８ｍｍであってもよい。
【００２４】
したがって、薄い高強度金属シートに関して最適なピアスナットが、達成される。
端面を含む平面と縁部との間の上記の最小距離は、ピアスナットが取り付けられるように設計される金属シートの厚さの約０．７５〜約０．９２倍であってもよく、一部の実施形態において、約１．３ｍｍ〜約１．６ｍｍの厚さの金属シートと共に用いるように設計されたピアスナットの場合は、約１．２ｍｍであってもよい。
【００２５】
したがって、厚い高強度金属シートに関して最適なピアスナットが、達成される。
ピアスナットはさらに、回転防止手段を備えてもよい。
そのような回転防止手段は、ピアスナットのトルク抵抗のさらなる改善を可能にする。回転防止手段は、たとえば、溝の中、溝の中に位置する隆起部の上／中、パイロットを包囲する壁面の上／中、当接面の上／中または外壁の上／中における凹部および／または陥没部を備えてもよい。
【００２６】
ピアスナットは、雌ねじ部を備えてもよい。そのようなピアスナットは、外側にねじ山のある部品、たとえば、ねじまたはボルトを収容するために用いられることができる。
あるいは、ピアスナットは、雄ねじ部を備えてもよい。そのようなピアスナットは、内側にねじ山のある部品、たとえば、ナットを収容するために用いられることができる。
【００２７】
第２の態様によれば、高強度金属シートおよび穿孔によってそれに取り付けられるピアスナットを備えるシステムが提供される。
ここでは、高強度金属シートとは、高強度鋼、すなわち、約２２０ＭＰａ、たとえば、２９０ＭＰａを超える引張降伏限界を有する鋼から構成される金属シートを指す。
【００２８】
第３の態様によれば、上述したようなピアスナットの使用は、高強度金属シートへのピアスナットの取り付けのために提供される。
第４の態様によれば、高強度金属シートにおける取り付け手段を装着するための方法が提供され、上記の取り付け手段は、上述したように、ピアスナットである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
ピアスナット１は、穿孔作業中にそれ自体の孔を穿孔し、上記の作業中にピアスナットにおける溝、アンダカットなどにシート材料を押し込むように設計されている。
シート厚さに応じて、異なる最適な幾何構成がある。
【００３０】
ピアスナット１は、中心に配置されたねじ付きの貫通孔５を有する。以下では係合側面１０と呼ばれるピアスナットの下側で、パイロット１１は、突出する。係合側面１０における他の部分の端面１４に対するパイロット１１の突出部Ｈは、主にシート厚さに左右される。この実施形態において、突出部Ｈは、約１．３〜１．６ｍｍまでのシート厚さの場合に約１．２ｍｍであり、約０．７〜１．２ｍｍまでのシート厚さの場合に約０．６５ｍｍである。
【００３１】
パイロット１１は、穿孔縁部１２を備えた平面の環状端面１３を有する。穿孔縁部１２は、実際の穿孔（図６〜図８）中に、シート４および穿孔ダイ３を係合する。パイロット１１の半径方向の外側で、ナットの半径中心ＣＡに向かって内向きに傾斜され、したがって、アンダカット部分を形成する環状壁面１５が設けられる。傾斜（角度Ａ）は、穿孔中に壁が面全体にわたってシートを係合するように適合される。約７９±１°の角度Ａが、特に高強度シート金属に対して最適の結果を保証するが、標準的なシート金属に対しても最適な結果を保証することが分かっている。
【００３２】
２つの環状溝１６ａ、１６ｂは、ピアスナット１の係合側面１０上にピアスナットの外壁２１と壁面１５との間に設けられる。溝１６ａ、１６ｂは、それらの間に間隙があるように成形される。異なった表現をすれば、隆起部１７が、溝１６ａ、１６ｂの間に形成される。
【００３３】
第１の溝である内溝１６ａは、壁面１５に最も近い位置に位置し、円弧形状の底部分１９ｃと、パイロット１１の壁面１５と本質的に同一の傾斜（Ａ）を有する第１の面部分１９ａと、端面１３に対して約４５°の角度Ｂで傾斜される第２の面部分１９ｂと、を備える。第２の端部分１９ｂの傾斜は、シートが溝１６ａ、１６ｂの中に押し込まれるときに、ピアスナットおよびシートが、穿孔中に受ける応力を低減するように適合される。
【００３４】
第２の溝である外溝１６ｂは、内溝の半径方向の外側に位置し、傾斜した第４の面部分１９ｄと、円弧形状の底部分１９ｆと、端面１３に対して相対的に傾斜Ｅを有する傾斜した第５の面部分１９ｅと、から構成される。この外溝１６ｂの目的は、シート４が内溝１６ａの中に流れ込むことをよりたやすくするように、穿孔力を低減するためである。
【００３５】
約１．３〜１．６ｍｍのシート厚さの場合には、第５の面部分１９ｅは、４５°の傾斜Ｅを有し、第４の面部分１９ｄの傾斜Ｃに対して垂直であってもよい。
約０．７〜１．２ｍｍのシート厚さの場合には、第４の面部分１９ｄは、１５°の傾斜を有し、第５の面部分１９ｅは、３１°の傾斜Ｅを有してもよい。
このように、縁部１８は、内溝１６ａの第２の面部分１９ｂと外溝の第４の面部分１９ｄとの間に形成される。縁部は、先端がとがっていてもよい。
【００３６】
縁部１８の機能は、シートをパイロット１１の外壁１５に向かって特に内溝１６ａの中に案内することであるが、シートが穿孔作業中に変形しているときに、外溝１６ｂの中にも案内し、ピアスナットを固定することでもある。
溝の傾斜壁は、最適の方法でこれを達成するように調整されることができる。
【００３７】
先端のとがった縁部１８の利点は、穿孔中、シートにおいて同程度の変形を達成するために、従来のシート金属の場合にも、本質的に高強度シート金属の場合と同量の穿孔力を用いることができることである。
したがって、高い引張抵抗および引き抜き抵抗で、小さなシート変形が得られる。
【００３８】
最適な結果を得るために、縁部１８の先端は、パイロットの端面１３を含む平面から距離Ｄに位置決めする必要があるとともに、この実施形態において、約１．３〜１．６ｍｍのシート厚さの場合には約１．２ｍｍであり、約０．７〜１．２ｍｍのシート厚さの場合には約０．８ｍｍである。縁部はまた、パイロット１１の最大直径Ｇより約１．４５±０．１ｍｍ大きい直径Ｆに位置付けられてもよく、それによって、最良の可能な成果、すなわち、高いトルク抵抗および引き抜き抵抗を備えた接合部を得られうる。
【００３９】
寸法Ｍ６を有するピアスナットの場合には、直径Ｆは、たとえば、約０．７〜１．２ｍｍのシート厚さの場合には約１０．９ｍｍであり、約１．３〜１．６ｍｍのシート厚さの場合には約１１ｍｍであってもよい。
【００４０】
ピアスナットのトルク抵抗をさらに改善し、金属シートに対して相対的に回転しないようにするために、複数の凹部２０が、ピアスナット１の係合側面に設けられてもよい。凹部２０は、ピアスナットの中心ＣＡから本質的に同一の半径方向の距離で配置され、パイロット１１の周囲に分散されてもよい。図面に示された実施形態において、凹部２０は、溝１６ａ、１６ｂに位置してもよく、縁部１８に沿って均等に分散される。隆起部がパイロットの周囲に配置された複数のセグメントを有するような態様で、凹部はまた、隆起部１７に位置してもよい。
【００４１】
あるいは、回転防止手段は、示された面のいずれか、たとえば、壁面１５、溝１６ａ、１６ｂにおける面１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、隆起部１７の上、当接面１４または外壁２１における凹部または突出部の形で配置されることができる。
【００４２】
そのような回転防止手段は、シートが溝１６ａ、１６ｂの中に押し込まれるときに、ピアスナットの形状適合固締を達成することを可能にする。穿孔中、シートは、２つの環状溝１６ａ、１６ｂの間の縁部１８に対して押し付けられる。縁部１８は、シートを溝１６ａ、１６ｂの中に案内し、シートは、パイロット１１の壁面１５に対して押し付けられ、アンダカット部分を係合することによって、幾何的な固締を形成する。したがって、ピアスナットは、形状適合固締および摩擦力の両方によって所定の位置に保持される。
【００４３】
高強度シート金属の穿孔を改善し、ピアスナットと穿孔ダイとの間に生じる位置合わせのずれの補償を可能にするために、パイロットの端面１３のサイズは、従来のパイロットに比べて、増大される可能性がある。結果として、ピアスナットと穿孔ダイとの間に位置合わせのずれがある場合に、ねじのためのさらに安定な工程およびよりよい保護がもたらされる。
【００４４】
ピアスナットを係合する部品の分解および組立を繰り返す場合においても、上述したピアスナットの設計のおかげで、高いトルク抵抗および引き抜き抵抗が、ナットとシートとの間の接合部で維持される。
ピアスナットの形状適合固締設計により、寸法を低減することが可能となり、従来のピアスナットに比べて、コンパクトなピアスナット幾何構成が得られる。
【００４５】
図６〜図８は、上述したピアスナット１を用いた穿孔作業を示している。
図６において、穿孔機２、ピアスナット１、シート４および穿孔ダイ３は、互いから一定の距離で位置決めされる。
【００４６】
図７は、ピアスナットとシートとの間の穿孔係合が開始される瞬間における穿孔作業を示している。
図８は、ピアスナット１がどのようにシート４に取り付けられたかを示している。どのようにしてシートが変形され、溝の中に流れ込み、パイロット１１とその壁面１５によって形成されるアンダカット部分によって所定の位置に保持されるかについて注目すべきである。
【００４７】
図９ａ〜図９ｄは、ナットとシートの接合部の引き抜き抵抗（押し出し力）および変位の測定の結果を表示している。
図９ａは、シート厚さ１．４５ｍｍの高強度シート金属（Ｒｐ０．２＝３５０〜４５０ＭＰａ）に関する引き抜き抵抗対変位のグラフを示している。図９ａにおいて、欧州特許第０  ５５４  ５９９  Ｂ１号明細書に示されたピアスナットなどの従来のＭ６ピアスナットが、本明細書によって設計されたＭ６ピアスナットと比較される。１１ｍｍの直径Ｆは、１１．５ｍｍの直径Ｆに比べて相当の改善を提供することは、図９ａから明白である。また、本明細書による両方のピアスナットは、従来のピアスナットに比べて改善を提供することもまた、グラフから明白である。１１．５ｍｍの直径Ｆを有するピアスナットは、従来のピアスナットより著しく大きい変位に耐える。
【００４８】
図９ｂは、板厚１．４５ｍｍの従来の／高強度シート金属（Ｒｐ０．２＝２６０ＭＰａ）に関する引き抜き抵抗対変位のグラフを示している。図９ｂにおいて、欧州特許第０５５４５９９Ｂ１号明細書に示されたピアスナットなどの従来のＭ６ピアスナットが、本明細書によって設計されたＭ６ピアスナットと比較される。このシートタイプの場合もまた、変位に耐えるピアスナットの能力において著しい改善が得られる。この場合においても、１１ｍｍの直径Ｆは、１１．５ｍｍの直径Ｆに比べて改善を提供することを留意すべきである。
【００４９】
図９ｃは、シート厚さ１．５ｍｍの過度に高強度シート金属（Ｒｐ０．２＝５００〜６５０ＭＰａ）に関する引き抜き抵抗対変位のグラフを示している。図９ｃにおいて、本明細書によって設計された２つのＭ６ピアスナットの間の比較が行われる。図９ｃに示されているように、１１ｍｍの直径Ｆは、１１．５ｍｍの直径Ｆに比べて大きな改善を提供する。
【００５０】
したがって、図９ａ〜図９ｃは、直径Ｆがピアスナットの引き抜き抵抗および変位に耐えるその能力に関してきわめて重要であり、それによって、ピアスナットとシートとの間の接合部を最適化するためにきわめて重要であることを示している。
【００５１】
図９ｄは、シート厚さ１．４５ｍｍの従来の／高強度シート金属（Ｒｐ０．２＝２６０ＭＰａ）に関する引き抜き抵抗対変位のグラフを示している。図９ｄにおいて、本明細書による３つの異なるＭ６ピアスナットが、欧州特許第０５５４５９９Ｂ１号明細書に記載されるような従来のピアスナットと比較される。
【００５２】
本明細書によるピアスナットは、従来のピアスナットより著しく大きい変位に耐えることを留意することができる。さらに、７９°の角度Ａが引き抜き抵抗および変位の最適な組み合わせを提供することを留意すべきである。７０°までのＡの削減は、８２．５°までのＡの増大よりマイナス効果が小さい。
【００５３】
ピアスナット１は、添付図面に示されているように、本質的に円形であってもよいことは十分に認識されよう。
しかし、他の幾何構成の形状も考えられる。たとえば、外壁２１に沿ってピアスナットの幾何構成を、たとえば、丸い外観ではなく、楕円形、長円形または多角形の外観（三角形、四角形、五角形など）に変化させることは容易である。
【００５４】
パイロットの壁面１５および溝１６ａ、１６ｂもまた、上記によれば、非円形の態様に設計されることができるが、その設計は、外壁２１の外観と一致していてもよく、一致しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】そのセグメントが除去されたピアスナットの斜視図である。
【図２】ピアスナットの係合側面の平面図である。
【図３】断面ＩＩ−ＩＩに沿ったピアスナットの断面図である。
【図４】図４ａは、その破断拡大詳細に関するたとえば、約１．３〜１．６ｍｍの厚さの大きなシートのために設計されたピアスナットの断面Ｉ−Ｉに沿った断面図、図４ｂは、その破断拡大詳細に関するたとえば、約１．３〜１．６ｍｍの厚さの大きなシートのために設計されたピアスナットの断面Ｉ−Ｉに沿った断面図を示している。
【図５】図４ｂの断面図に対応する断面面Ｉ−Ｉに沿った拡大断面図であり、角度および寸法が示されている。図５に示されたピアスナットは、たとえば、約０．７〜１．２ｍｍの薄いシート厚さ向けに設計されている。
【図６】ピアスナットとシートとの間の係合前の、穿孔デバイスを備えたピアスナットおよびシートを示している。
【図７】ピアスナットとシートとの間の係合に関連して、穿孔デバイスを備えたピアスナットおよびシートを示している。
【図８】シートに装着されるときのピアスナットを示している。
【図９ａ】図９ａは、シート厚さ１．４５ｍｍの高強度シート金属（Ｒｐ０．２＝３５０〜４５０ＭＰａ）に関するトルク抵抗対変位のグラフである。
【図９ｂ】図９ｂは、シート厚さ１．４５ｍｍの従来の／高強度シート金属（Ｒｐ０．２＝２６０ＭＰａ）に関するトルク抵抗対変位のグラフである。
【図９ｃ】図９ｃは、シート厚さ１．５ｍｍの過度に高強度シート金属（Ｒｐ０．２＝５００〜６５０ＭＰａ）に関するトルク抵抗対変位のグラフである。
【図９ｄ】図９ｄは、シート厚さ１．４５ｍｍの従来の／高強度シート金属（Ｒｐ０．２＝２６０ＭＰａ）に関するトルク抵抗対変位のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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９ｃ】
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【図９ｄ】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月18日(2009.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可塑的に変形可能な金属シート（４）への取り付けのためのピアスナット（１）であって、
金属シート（４）に対して当接するように適合された当接面（１４）と、
当接面（１４）に対して突出するアンダカットパイロット（１１）と、
当接面（１４）に形成され、パイロット（１１）を少なくとも部分的に包囲する皿穴溝（１６ａ、１６ｂ）と、を備えるピアスナットにおいて、
前記溝（１６ａ、１６ｂ）には、前記パイロット（１１）に面する能動的なアンダカットがなく、
前記溝は、内溝（１６ａ）および外溝（１６ｂ）と、内溝と外溝との間に位置する隆起部（１７）とを備え、
前記外溝（１６ｂ）は、面部分（１９ｅ）によって少なくとも部分的に画定されるとともに、前記パイロットを包囲し、かつピアスナットから離れる壁面（１５）に面することを特徴とするピアスナット（１）。
【請求項２】
前記パイロット（１１）の端面（１３）とパイロットの周囲に延びる壁面（１５）との間の第１の角度（Ａ）は、約７９±１０°、約７９±５°、または約７９±１°であることを特徴とする請求項１に記載のピアスナット（１）。
【請求項３】
前記内溝（１６ａ）は、第１の面部分（１９ａ）によって画定され、ピアスナットの中心（ＣＡ）を通りかつパイロット（１１）の端面（１３）に対して垂直な断面平面（Ｉ−Ｉ）において見たときに、第１の面部分（１９ａ）が、パイロットを包囲する壁面（１５）として、端面（１３）に対して実質的に同一の角度（Ａ）を有することを特徴とする請求項１または２に記載のピアスナット（１）。
【請求項４】
前記内溝（１６ａ）は、第２の面部分（１９ｂ）によって画定され、前記パイロット（１１）に向けられるとともに、ピアスナットの中心（ＣＡ）を通りかつピアスナットの端面（１３）に対して垂直な断面平面（Ｉ−Ｉ）において見たときに、端面（１３）に対して相対的に第２の角度（Ｂ）を有し、第２の角度（Ｂ）は、約３５〜５５°、約４０〜５０°または約４５°であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項５】
内溝（１６ａ）は、第３の面部分（１９ｃ）によって画定され、内溝（１６ａ）は、前記第１の面部分と前記第３の面部分（１９ａ、１９ｂ）との間に延びることを特徴とする請求項４に記載のピアスナット（１）。
【請求項６】
前記外溝（１６ｂ）は、第４の面部分（１９ｄ）によって画定され、パイロットを包囲する壁面（１５）とは逆に面するとともに、ピアスナットの中心（ＣＡ）を通りかつピアスナットの端面（１３）に対して垂直な断面平面（Ｉ−Ｉ）において見たときに、端面（１３）に対して第３の角度（Ｃ）を有し、第３の角度（Ｃ）は、約１５°〜約４５°であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項７】
前記面部分（１９ｅ）は、パイロットを包囲する壁面（１５）に面し、したがって、外溝（１６ｂ）を画定し、第５の面部分（１９ｅ）であるとともに、ピアスナットの中心（ＣＡ）を通りかつピアスナットの端面（１３）に対して垂直な断面平面（Ｉ−Ｉ）において見たときに、端面（１３）に対して第４の角度（Ｅ）を有し、第４の角度（Ｅ）は、約１０°〜約７０°であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項８】
前記第４の角度（Ｅ）は、約３０°〜約４５°であることを特徴とする請求項７に記載のピアスナット（１）。
【請求項９】
前記外溝（１６ｂ）は、第６の面部分（１９ｆ）によって画定され、前記第４の面部分と前記第５の面部分（１９ｄ、１９ｅ）との間に延びることを特徴とする請求項７または８と組み合わせた請求項６に記載のピアスナット（１）。
【請求項１０】
前記第１の面部分、前記第２の面部分、前記第４の面部分および前記第５の面部分の少なくとも１つ（１９ａ、１９ｂ、１９ｄ、１９ｅ）は、前記断面平面（Ｉ−Ｉ）を通って延びる直線を有するような部分であることを特徴とする請求項３〜９のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項１１】
前記直線は、前記断面平面（Ｉ−Ｉ）において、関連する実質的に全体的な面部分（１９ａ、１９ｂ、１９ｄ、１９ｅ）を通って延びることを特徴とする請求項１０に記載のピアスナット（１）。
【請求項１２】
前記第２の面部分および前記第４の面部分（１９ｂ、１９ｄ）は、前記断面平面（Ｉ−Ｉ）において見たときに、互いに角度を形成することを特徴とする請求項６〜１１の何れかに記載のピアスナット（１）。
【請求項１３】
前記溝（１６ａ、１６ｂ）は、前記パイロット（１１）を包囲することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項１４】
前記溝（１６ａ、１６ｂ）は、実質的に環状であることを特徴とする請求項１３に記載のピアスナット（１）。
【請求項１５】
前記パイロット（１１）は、実質的に環状であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項１６】
前記パイロット（１１）および溝（１６ａ、１６ｂ）は、実質的に同心であることを特徴とする請求項１５と組み合わせた請求項１４に記載のピアスナット（１）。
【請求項１７】
前記隆起部（１７）は、縁部（１８）を有することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項１８】
前記縁部（１８）は、パイロット（１１）の最大直径（Ｇ）より約１．４５±０．１ｍｍ大きい直径（Ｆ）を有することを特徴とする請求項１７に記載のピアスナット（１）。
【請求項１９】
ピアスナットの端面（１３）を含む平面と縁部（１８）との間の最小距離（Ｄ）が、端面（１３）を含む前記平面と、ピアスナット（１）が取り付けられるように設計される金属シート（４）に対して当接するように適合された当接面（１４）との間の最小距離に等しいか、又は、最小距離以上であることを特徴とする請求項１７または１８に記載のピアスナット（１）。
【請求項２０】
端面（１３）を含む平面と縁部（１８）との間の前記最小距離（Ｄ）が、ピアスナット（１）が取り付けられるように設計される金属シート（４）の厚さの約０．６７〜約１．１４倍であり、約０．７ｍｍ〜約１．２ｍｍの厚さの金属シートと共に用いるように設計されたピアスナットの場合は、約０．８ｍｍであることを特徴とする請求項１９に記載のピアスナット（１）。
【請求項２１】
端面（１３）を含む平面と縁部（１８）との間の前記最小距離（Ｄ）が、ピアスナット（１）が取り付けられるように設計される金属シート（４）の厚さの約０．７５〜約０．９２倍であり、約１．３ｍｍ〜約１．６ｍｍの厚さの金属シートと共に用いるように設計されたピアスナットの場合は、約１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１９に記載のピアスナット（１）。
【請求項２２】
回転防止手段（２０）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項２３】
回転防止手段（２０）が、溝（１６ａ、１６ｂ）に設けられることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項２４】
ピアスナットは、雌ねじ部（５）を備えることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項２５】
ピアスナットは、雄ねじ部を備えることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか一項に記載のピアスナット（１）。
【請求項２６】
高強度金属シート（４）および穿孔によって高強度金属シート（４）に取り付けられる請求項１〜２５のいずれか一項に記載のピアスナット（１）を備えるシステム。
【請求項２７】
高強度金属シート（４）へのピアスナットの取り付けのための請求項１〜２５のいずれか一項に記載のピアスナット（１）の使用。
【請求項２８】
高強度金属シート（４）における取り付け手段を装着するための方法であって、前記取り付け手段が、請求項１〜２５のいずれか一項に記載のピアスナット（１）である装着方法。
【国際調査報告】
2009534612.tif 000015
2009534612.tif 000016