(57)【要約】  金属クリンチファスナーは、当該ファスナーをさまざまな硬度の金属部材に使用可能とする選択的に硬化された部分を有する。ファスナーの選択的硬化によって、ファスナーの望ましくない変形または歪みを回避しつつ、金属部材の穿孔および／または塑性変形に必要とされる力を付加して、ファスナーを取り付けることができるようになる。ファスナーのねじ山領域またはねじ山ゾーンは比較的低い適切な硬度を有し、予備ねじ切り可能であり、または後でねじ山形成ねじとの係合によってねじ切り可能である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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。
【請求項２６】
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。
【請求項２７】
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。
【請求項２８】
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。
【請求項２９】
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。
【請求項３０】
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。
【請求項３１】
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。
【請求項３２】
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。
【請求項３３】
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。
【請求項３４】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００６年３月２２日に出願された米国特許仮出願第６０／７８４，８７８号の優先権を主張するものである。
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。
【背景技術】
【０００２】
自己取り付けファスナー（ｓｅｌｆ−ａｔｔａｃｈｉｎｇ  ｆａｓｔｅｎｅｒｓ）は、たとえば自動車および家電産業など多くの産業で、さまざまな構成要素を金属部材に固定するために使用される。クリンチナットは、通常、金属プレートまたはパネル部材の開口内に少なくとも部分的に延びる中央パイロットまたはパンチ部分を含む。クリンチナットが自己穿孔型（ｓｅｌｆ−ｐｉｅｒｃｉｎｇ）の場合、中央パイロット部分は、クリンチナットが金属部材に取り付けられるときに、工具と協働して金属パネルに開口を形成する。
【０００３】
クリンチナットはダイ部材によって金属部材に取り付けられ、それによってクリンチナットと金属部材との間が機械的に連結される。通常、ダイ部材は、金属部材を開口の周囲で変形させて、クリンチナットのパイロット部分および隣接する下端面と接触させる。金属部材との係合を向上さるため、クリンチナットのパイロット部分にアンダーカットを設けることができ、下端面に環状溝および／またはラグを設けることができる。たとえば、こうした特徴を含むＳＰＡＣ（登録商標）ブランドのクリンチナットがＲＢ＆Ｗ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ＬＬＣによって提供されている。クリンチナットおよびクリンチナットの金属部材への取り付けが米国特許第６，２２０，８０４号および第６，４０９，４４４号に示されており、これらの特許の教示が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００４】
クリンチナットを金属部材に取り付けるときには、ねじまたはボルトがクリンチナット内にねじ込まれ、規定のトルク値に締め付けられる。そのため、クリンチナットには中央ボアが設けられ、このボアに、こうしたねじまたはボルトと係合するためのねじ山が付けられる。中央ボアを、最終組立または設置中にねじ山形成ねじとの係合によってねじ切りされる寸法にして、特定の締結要件に応じてさまざまなねじが形成されるようにすることもできる。ナット取り付け工程中にねじ山の歪みを回避するために、クリンチナットを金属部材に固定した後にねじ山を形成することも望ましい。
【０００５】
同程度の強度の軽量製品を提供するため、高強度低合金（ＨＳＬＡ）鋼、超高強度低合金（ＵＨＳＬＡ）鋼、またはマルテンサイト系ＨＳＬＡ鋼のパネルまたはプレート部材が形成される傾向がある。こうした高強度材料は８０Ｒｂから４５Ｒｃの大幅に上昇された硬度を有しており、ファスナーが金属部材に固定されるときにファスナーの望ましくない変形または歪みを回避して、自己穿孔かつ／または自己取り付けを確保するには、クリンチナットの圧縮強度を増加する必要がある。すなわち、穿孔負荷および固定力を増加し、金属部材を変形させて、クリンチナットと係合させることが、ナットをより高強度かつ高硬度の金属部材に取り付けるために必要とされる。こうした穿孔および固定力の増加は、ファスナーの望ましくない変形または歪みを招く恐れがある。
【０００６】
クリンチナットの硬さおよび強度を単に増加しても、自己ねじ切りねじとの係合によって形成されるねじの生産の柔軟性を失わずに上記の問題を解決することはできない。自己ねじ切りねじは３２Ｒｃ未満の硬度を有する比較的に延性がある金属に使用されるものであるため、このことが当てはまる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さまざまな比較的高硬度の金属および／またはさまざまな強度および硬さ特性の金属部材と共に使用するための多様な硬度を有するクリンチナットに有用な特殊な自己ねじ切りねじの提供は望ましいことではなく、または競合性がない。その結果、これまでは、クリンチナット、特に自己穿孔ナットに必要とされる圧縮強度の増加と、その後の取り付けられたクリンチナットとねじ山形成ねじの係合によるねじ形成の生産の柔軟性との両立が難しかった。すなわち、いくつかの異なる金属部材に使用することができる異なる硬度のクリンチナットの数は限られていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
クリンチファスナーの金属部分を選択的に硬化することによって、ファスナーをさまざまな硬度の金属部材に使用することができるようになることを本発明者は知見した。ファスナーを選択的に硬化することによって、ファスナーの望ましくない変形または歪みを回避して、金属部材の穿孔および／または塑性変形に必要とされる力を付加して取り付けることができるようになる。さらに、ねじ山を形成すべきファスナー領域の硬さは、ねじ山形成ねじとの係合によるねじ切りに適した比較的低いものとすることができる。
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。
【０００９】
高硬度の全体的に硬化されたファスナーの高周波焼き入れまたはボアの焼き戻しを使用して、約８０Ｒｂから約４５Ｒｃまでの範囲の硬度を有する金属部材に使用するためのクリンチファスナーのある部分を選択的に硬化し、ねじ形成領域に約３２Ｒｃから約９０Ｒｂの範囲の硬度を与えて、ねじ山形成ねじの使用を可能にすることができる。それによって、ねじ形成領域が市販のねじ山形成ねじによるねじ転造に適した硬さに維持される。たとえば、約３２Ｒｃ以下の硬度を有するねじブランクで使用されるＴＡＰＴＩＴＥ（登録商標）およびＴＡＰＴＩＴＥ２０００（登録商標）のねじ山形成ねじがＲｅｓｅａｒｃｈ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ＆  Ｍｆｇ．  Ｉｎｃ．によって市販されている。
【００１０】
予備ねじ切りファスナーの場合、内側ゾーンの硬さはファスナーに求められる特性クラスの強度レベル（ｐｒｏｐｅｒｔｙ  ｃｌａｓｓ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｌｅｖｅｌ）を反映したものでなければならない。たとえば、特性クラス１０は内側ゾーンの硬度が２６Ｒｃから３６Ｒｃであり、特性クラス９は内側ゾーンの硬度が８９Ｒｂから３０Ｒｃである。
【００１１】
クリンチファスナーは、通常、パイロット部分の軸方向の長さに沿って硬化されて、後者が金属部材を穿孔するのに十分な圧縮強度を確実に有するようになされる。パイロット部分は、ほぼ円筒形状を有し、パイロット部分の周囲に隣接する外側ゾーンが硬化される。こうすると、外側ゾーンが座屈に対して高い抵抗性がある円形または円筒形状となり、それによってパイロット部分がさらに強化される。
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。
【００１２】
高周波焼き入れ技法は、ファスナーの中央ボアに隣接する内側ゾーンをわずかに硬化することが必要である場合に有効である。それによって、この内側ゾーンが元のファスナーの硬さに相当する硬さに維持され、ねじ山形成ねじとの係合によってねじ切りすることができる。
【００１３】
添付図で示した実施形態では、外側ゾーンおよび内側ゾーンは中間ゾーンによって連結され、中間ゾーンは横方向または半径方向に沿って内向きに硬さが低下する。中間ゾーンは、外側ゾーンの高周波焼き入れ中に、内側ゾーンの硬さが必要以上に増加しないように保護する。
【００１４】
本発明の他の実施形態では、ファスナー本体部分の環状上端面も高周波焼き入れされており、内側ゾーンよりも硬く、かつ／または外側ゾーンと実質的に等しい硬さを有する上部ゾーンが設けられる。上部ゾーンによって、ファスナーを比較的高強度の金属部材へ固定する際に必要とされる比較的大きい穿孔力および／または固定力に対するファスナーの抵抗が向上する。
【００１５】
本発明の他の実施形態では、ファスナー本体部分の外周も高周波焼き入れすることができ、内側ゾーンよりも硬く、かつ／または外側ゾーンと実質的に等しい硬さを有する周ゾーンが設けられる。周ゾーンは本体部分外周の軸方向の長さの一部に沿って延びて、ファスナーの強度を増加することができる。
【００１６】
他の変形形態では、周ゾーンは、本体部分外周の軸方向全長に沿って延びて、上部ゾーンと下部ゾーンを連結する。それによって、ファスナーのほぼ全周囲または外側部分に硬さが増加された実質的に連続した結合ゾーンが設けられる。そのため、ファスナーを比較的高強度の金属部材へ固定する際に必要とされる比較的大きい穿孔力および／または固定力に対するファスナーの抵抗がさらに増加され強化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、塑性変形可能な金属プレートまたはパネル部材に取り付けられる、本発明による自己穿孔クリンチナット１０を示している。図１で示した実施形態はナットであるが、たとえばセルフクリンチングスタッドなど他のセルフクリンチングファスナーも本発明の範囲内である。以下では自己穿孔クリンチナットに特化して本発明を説明するが、本発明は、金属部材の予備形成開口内に取り付けられるクリンチナットにも等しく適用可能である。なぜなら、高強度金属部材への固定力の強化により、ナットの破砕かつ／または歪みを回避する際に選択的硬化が有利になるためである。
【００１８】
自己穿孔クリンチナット１０（以下、ナット１０という）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。ボア１６は、ねじ山形成ねじとの係合によってねじ切りされるサイズである。理解されるように、このボアは、予備ねじ切りすることができるものであり、非ねじ山形成ねじと共に使用するのに適したものでもよい。また、本発明の移行式選択的硬化の改良点を「全体を硬化させたナット」ならびに「形成時の」状態のナットに用いることもできる。
【００１９】
本体部分１２は、環状取り付けまたは下端面１８（環状面１８ということがある）、環状上端面２０、および周体面２２を含む。周体面２２は下端面１８と環状上端面２０とを結合する。パイロット部分１４にアンダーカットが示されておらず、下端面１８に溝および／または把持用ラグが設けられておらず、周体面２２にレンチ平面が設けられていない点で、ナット１０は、便宜上概略的に示されている。これらの周知の特徴はすべて、上記の米国特許第６，２２０，８０４号および第６，４０９，４４４号に示されている。
【００２０】
図１のクロスハッチングで示したように、ナット１０の一部が選択的に硬化されて、パイロット部分１４の周囲に沿って軸方向に延びる外側ゾーン２４および環状面１８に沿って延びる下部ゾーン２６が形成される。外側ゾーン２４および下部ゾーン２６は約４０Ｒｃから約６０Ｒｃの範囲の値に硬化される。
【００２１】
線状コイル上を通過させることによって、ナット１０の高周波焼き入れを行うことができる。ナット１０を同時に回転させて、パイロット部分１４および下端面１８の全周に沿って硬化させることができる。誘導加熱によれば、確実かつ繰り返し可能な非接触加熱を行うことができ、厳格な製造交差内のごく限られた範囲内とすることができる。したがって、ナットの移動速度、コイルのパワー、およびコイルの長さを制御して、本明細書の教示による周知の加熱および急冷技法を使用することによって、ナットを所望のレベルに硬化することができる。また、その後、ナットを焼き戻すことができる。
【００２２】
上記のように、高周波焼き入れ処理は十分に制御可能であり、ボア１６に沿って延びる内側ゾーン２８は実質的に硬化されないようにすることもできる。したがって、内側ゾーン２８はナット１０の形成に使用される金属の硬さに対応する硬さを有し、その硬度は約３２Ｒｃから約９０Ｒｂの範囲でよい。ボア１６内にねじ山が形成されると、ねじ転造処理の結果、ねじが硬化される。
【００２３】
図１で示したように、パイロット部分１４に沿った内側ゾーン２８の最小の横方向または半径方向の長さは、ねじ転造によって形成すべき所期のねじの寸法であり、通常、少なくとも形成すべきねじの外径に等しい。パイロット部分１４から離れたナット１０の本体部分１２では、内側ゾーン２８が、実質的に比較的厚い端壁を有しフレア状に拡大されたベル形状に半径方向外側に延びる。
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。
【００２４】
ナット１０は、外側ゾーン２４を十分に高周波焼き入れして、上記の高強度材料に使用可能なようにナットを強化し、それと同時に内側ゾーン２８が追加の硬化を受けないように保持することができる十分な寸法のものである。たとえば、内側ゾーン２８に使用されないパイロット部分１４の横方向または半径方向の長さを、外側ゾーン２４と中間ゾーン３０に等しく分割することができる。すなわち、環状面２４Ａと環状面３０Ａの半径方向の幅は等しく、環状面２４Ａの面積は環状面３０Ａの面積よりも大きい。内側ゾーン２８は、環状面２４Ａおよび環状面３０Ａと協働して金属部材と係合するパイロット環状端面を形成する環状端面２８Ａも有する。
【００２５】
図２から図５に、ＳＡＥ  Ｊ４１７ｂ規格から外挿したデータに基づく鋼の硬さと極限引張強度の相関関係を示す。クリンチファスナーの形成に使用すべき材料の極限引張強度の範囲を推定するには、３０Ｒｃから９０Ｒｂの範囲の硬さに対応する平均張力値を決定する。図２は、硬さＲｃ３０．０を有する鋼の極限引張強度が１３８，７００ｐｓｉであることを示し、図３は、Ｒｂ９０．０に対応する値が８９，０００ｐｓｉであることを示す。２つの張力値の平均は１１３，８５０ｐｓｉまたは７８５Ｍｐａである。平均張力値は、圧縮強度の近似に使用され、ナットのパイロット部分の圧縮強度は金属の圧縮強度にパイロット部分の横断面積すなわち断面積を掛けることによって推定される。
【００２６】
上記の技法を使用して、外側ゾーン２４、内側ゾーン２８、および中間ゾーン３０をそれぞれ形成する金属の圧縮強度を決定することができる。たとえば、外側ゾーン２４には４０Ｒｃから５０Ｒｃの硬度が与えられる。図４は、硬度４０Ｒｃが引張強度１８１，４００ｐｓｉに対応することを示し、図５は、硬度５０Ｒｃが引張強度２５５，７００ｐｓｉに対応することを示す。２つの値の平均は２１８，５００ｐｓｉまたは１，５０６Ｍｐａである。
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。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
「形成時」のクリンチファスナーは異なる硬さのゾーンを含んでおらず、パイロット部分の強度を単一の面積計算で決定することができる。しかし「形成時」のファスナーの強度については、やはり、ファスナーが同様の断面積のゾーンからなり、各ゾーンを形成する金属が同じ圧縮強度を有するようであると報告されている。
【００２９】
各ねじ寸法に関するパイロット部分の合計圧縮強度またはコラム強度の比較では、選択的に硬度を強化することにより、６０％を超える強度の増加が示されている。こうした強度の増加によって、ねじ転造ねじを使用することができるように内側ゾーンの元の「形成時」の硬さを保持しつつ、同じファスナーを上記の高強度材料すべてに使用することができるようになる。前述のように、本発明の処理は、予備ねじ切りナットに関して使用することができる。やはり、通常のＡＳＴＭ  Ａ５６３Ｍ−ＰＣ１０に関連する硬さレベルに全体に硬化された予備ねじ切りナットに関して選択的硬化処理を用いることによって、このクラスの製品の穿孔および固定を同様に強化させることができる。
【００３０】
図６には、選択的に硬化された部分を有するクリンチファスナーの第２の実施形態が示されている。この実施形態では、第１の実施形態の要素と同一の要素には同じ参照番号が付けられており、変更された要素にはプライム記号が付けられている。
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。
【００３１】
この実施形態では、環状上端面２０’も選択的に硬化されて、内側ゾーン２８’の遠隔に上部ゾーン３２が設けられる。上部ゾーン３２は、ねじの外径と一致する環状上端面２０’Ａから周体面２２’まで環状上端面２０’に沿って横方向または半径方向外側に延びる環状形状を有する。
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。
【００３２】
他の変更形態では、周ゾーン３４を破線３６まで拡張して、周体面２２’の軸方向の全長に沿って延びる拡大周ゾーン３８を形成することができる。拡大周ゾーン３８は、ナット１０’の穿孔および／または固定中に破砕および／または塑性変形されないように本体部分１２’をさらに強化する。
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。
【００３３】
図７には、選択的に硬化された部分を有するクリンチファスナーの第３の実施形態が示されている。この実施形態では、変更された第２の実施形態の要素と同一の要素には同じ参照番号が付けられており、変更された要素にはダブルプライム記号が付けられている。
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。
【００３４】
第２の実施形態に関連して記載したように、ナット１０”の環状上端面２０’に上部ゾーン３２を設けることもできる。周ゾーン３４は周体面２２’に沿って延びる。やはり、上部ゾーン３２を破線３６まで拡張して、拡大周ゾーン３８を形成し、ナット１０”を金属の硬さを増加させた連続した結合ゾーン内に実質的に包み込むことができる。
【００３５】
さまざまなパイロット形状、環状面構成、およびラグを有するクリンチナットが、意匠出願第Ｄ４４０，８６５Ｓ号、第Ｄ４４８，６５９Ｓ号、および第Ｄ４４８，６６０Ｓ号にも示されている。これらの意匠の事例から選択した図を参照により本明細書に組み込んでおり、以下で簡単に論じる。
【００３６】
図８から図１０には、ナット４０が示されている。ナット４０は、本体部分４２、パイロット部分４４、および中心軸に沿って延びるねじ山４６を含む。
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。
【００３７】
溝５４は、下壁５８、内側壁６０、および外側壁６２によって形成されることが好ましい。この実施形態では、下壁５８は内側壁６０に向けて内側に角度が付けられ、または傾斜し、溝５４が下壁５８の外周から下壁５８の内周まで半径方向に移動すると溝の深さが増加する。
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。
【００３８】
内側壁６０は、溝５４がパイロット部分４４内にアンダーカットを形成するように内側に角度が付けられ、または傾斜する。内側壁６０も、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６６（以下、面６６という）で形成される点で、多角形状とされることが好ましい。図で示したように、内側壁６０および下壁５８をそれぞれ同じ数の面６６および面６４で形成することができ、それらを位置合わせすることができる。同様に、外側壁６２を平坦な面またはファセット６８（以下、面６８という）で形成することができる。やはりファセットの数は同じでもよく、それぞれ下壁５８、内側壁６０、および外側壁６２と位置合わせすることができる。
【００３９】
クリンチナット４０（以下、ナット４０ということがある）は、クリンチナット４０のトルクまたは回転の抵抗を増加させるための複数の係止部材またはラグ７０も含む。ラグ７０は、隆起したローブ（ｌｏｂｅｓ）または突起であり、ナット４０の下壁５８、溝５４、かつ／またはリップ５６の上に軸方向に延び、周方向にわずかな距離だけ延びて衝合面７２を提供する。衝合面７２は、クリンチナット４０が取り付けられる金属部材に対するクリンチナット４０の回転に対して抵抗する。
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。
【００４０】
ラグ７０は、下壁５８に沿って周方向に間隔をおいて配置され、ラグ７０を下壁５８の各面６４の中心に配置することができる。しかし、ラグを隣接する面６４同士の界面など他の位置に配置してもよい。ラグ７０の断面形状が長方形であることが図示されているが、任意の適した形状を使用することができる。
【００４１】
図１０には、ナット４０の上半分および下半分が、図の便宜上、異なる熱処理を受けたところが示されている。図で示したように、ナット４０の上半分は、外側ゾーン２４、下部ゾーン２６、内側ゾーン２８、中間ゾーン３０を有する。ナット４０の下半分は、本体部分４２内で横方向または半径方向外側にフレア状に拡大するパイロット部分４４内に位置する内側ゾーン２８’を含む。下部ゾーン２６’は、下面４８に沿って延びる。中間ゾーン３０’は、内側ゾーン２８’と外側ゾーン２４の間に延びる。上部ゾーン３２はナットの上端面５０に配置され、周ゾーン３４は周体面５２に沿って延びる。上部ゾーン３２を破線３６まで拡大して、前の実施形態のように拡大周ゾーン３８を形成することができる。
【００４２】
図１０で示した両方の熱処理で、取り付け面または下面４８に沿って延びる下部ゾーン２６または２６’が硬化されて、金属プレート部材との係合が向上される。これには、溝５４および溝の中のラグ７０の硬化も含まれる。それによって、本発明にしたがって硬化されていない同一のファスナーと比較して、回転して抜く特性、引き抜く特性が向上し、金属部材の変形および取り付けが容易になる。
【００４３】
図１１〜図１３にナット４０’が示されている。ナット４０’は、ラグ７０’の形状以外は、ナット４０と同一である。ラグ７０’は、一様の長方形断面を有し、溝５４の下壁５８に平行の上面を有する。図１３を参照すると、前の実施形態と同様に、ナット４０’の上半分および下半分が、図の便宜上、異なる熱処理を受けたところが示されている。したがって、さまざまなゾーンが図１０で使用したのと同じ参照番号で示されている。
【００４４】
図１４から図１６には、本体部分８２、パイロット部分８４、および中心軸に沿って延びるねじ山８６を有するナット８０が示されている。ナット８０は、環状の取り付け面または下端面８７を含む。下端面８７は、パイロット部分８４の周囲に延びる環状溝８８（以下、溝８８という）、および下端面８７に沿って延びる硬化された下部ゾーン２６または２６’を含む。
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。
【００４５】
ラグ９４は、下壁９２の全範囲に沿って、内側壁９０の上方に部分的に延びるとともに半径方向に延びる。ラグ９４は、周体面９６、またはより具体的にはレンチ平面９８に対して中心に間隔をおいて配置されるが、角（コーナー）の位置に配置してもよい。ラグ９４は長方形の断面を有するが、任意の適した形状を使用してもよく、ラグ９４が内側壁９０の上方に延びる必要は必ずしもない。
【００４６】
図１６には、前の実施形態と同様に、ナット８０の上半分および下半分が、図の便宜上、異なる熱処理を受けたところが示されている。したがって、さまざまなゾーンが図１０で使用したのと同じ参照番号で示されている。
【００４７】
図１７〜図１９を参照すると、本体部分１０２、パイロット部分１０４、および中心軸に沿って延びるねじ山１０６を有するナット１００が示されている。下端面１０７は、パイロット部分１０４の周囲に延びる環状溝１０８（以下、溝１０８という）を含む。
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。
【００４８】
下壁１１０は、ナット４０のファセット６４と同様に、複数の傾斜したファセット１１４によって形成される。さらに、内側壁１１２は、内側に角度が付けられ、または傾斜し、それによって溝１０８がパイロット部分１０４内にアンダーカットを形成する。内側壁１１２は、ナット４０のファセット６６と同様に、複数の角度を付けたまたは傾斜した、平面のまたは平坦な面またはファセット１１６を有する多面形状であることも好ましい。
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。
【００４９】
図１９には、ナット１００の上半分および下半分が示されているが、前の実施形態と同様に、図の便宜上、異なる熱処理を受けたところが示されており、さまざまなゾーンが図１０で使用したのと同じ参照番号で示されている。
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。
【００５０】
図２０および２１には、本体部分１２２およびパイロット部分１２４を含むクリンチナット１２０が示されている。ねじ付きボア１２６が設けられているが、ボアは自己ねじ切りねじなどを受けるようにねじなしでもよい。軸受または下端面１２８は、パイロット部分１２４を取り囲み、かつ下端面１２８と協働して環状溝１３４を画定する環状フランジ１３０を含む。周方向に間隔をおいて配置された半径方向のラグ１３６およびフランジ１３０内の半径方向の溝１３８が金属部材との係合を向上させるために設けられる。このクリンチナットの詳細は米国特許第６，８５１，９０４号に記載されている。
【００５１】
図２１で具体的に示されているように、クリンチナット１２０を本発明にしたがって熱処理して選択的に硬化されたゾーンを設けることができる。便宜上、ナット１２０の上半分および下半分は、異なる熱処理を受けたところが示されている。図で示したように、ナット１２０の上半分は、外側ゾーン２４、内側ゾーン２８、および中間ゾーン３０を有する。ナット１２０の下半分は、内側ゾーン２８’、中間ゾーン３０’、上部ゾーン３２、および周ゾーン３４を含む。上部ゾーン３２を破線３６まで拡張して、拡大周ゾーン３８を形成することができる。
【００５２】
図２２および図２３には、本体部分１４２およびパイロット部分１４４を含むクリンチナット１４０が示されている。ねじ付きボア１４６が設けられているが、このボアは自己ねじ切りねじなどを受けるようにねじなしでもよい。軸受面または下端１４８は、パイロット部分１４４を取り囲み、かつ下端１４８と協働して環状溝１５４（以下、溝１５４という）を画定する環状フランジ１５０を含む。好ましい構成では、それぞれパイロット部分１４４とフランジ１５０の対向する壁が溝１５４の内側側壁および外側側壁をなし、溝１５４は傾斜して、溝１５４に制限された開口が形成される。周方向に間隔をおいて配置された半径方向のラグ１５６およびフランジ１５０内の半径方向の溝１５８が金属部材との係合を向上させるために設けられる。このクリンチナットの詳細は米国特許第６，９９４，５００号に記載されている。
【００５３】
図２３に詳細に示されているように、本発明にしたがってクリンチナット１４０を熱処理してクリンチナット１４０に選択的に硬化されたゾーンを設けることができる。前の実施形態と同様に、ナット１４０の上半分および下半分は、異なる熱処理を受けたところが示されている。図で示したように、ナット１４０の上半分は、外側ゾーン２４、内側ゾーン２８、および中間ゾーン３０を有する。ナット１４０の下半分は、内側ゾーン２８’、中間ゾーン３０’、上部ゾーン３２、および周ゾーン３４を含む。上部ゾーン３２を破線３６まで拡張して、拡大周ゾーン３８を形成することができる。
【００５４】
図２４および図２５を参照すると、自己取り付け雌ファスナー１６０は、端面１６４を有する中央パイロット部分１６２およびフランジ部分１６６を含む。フランジ部分の対向する側面は、ほぼ平坦な支持面１６８をなす。１対の平行の凹んだ溝１７０は、Ｖ形状の下壁およびやや傾斜した下面を有する。ねじ付きボア１７２がパイロット部分１６２を通って延びているが、ねじなしボアを設けて、セルフタッピングまたはねじ転造雄ファスナーと共に使用してもよい。この雌ファスナーの詳細は米国特許第６，９９７，６５９号に記載されている。
【００５５】
図２５を参照すると、本発明にしたがって雌ファスナー１６０を熱処理して、選択的に硬化されたゾーンを雌ファスナー１６０に形成することができる。便宜上、ファスナー１６０の上半分および下半分が、異なる熱処理を受けたところが示されている。図で示したように、ファスナー１６０の上半分は、外側ゾーン２４、内側ゾーン２８、および中間ゾーン３０を有する。ファスナー１６０の下半分は、内側ゾーン２８’、中間ゾーン３０’、上部ゾーン３２、および周ゾーン３４を含む。上部ゾーン３２を破線３６まで拡張して、拡大周ゾーン３８を形成することができる。
【００５６】
図２６および図２７を参照すると、穿孔ナットまたはクリンチナットとして有用な雌ファスナー１８０が示されている。ファスナー１８０は、本体部分１８２、および軸方向のねじ付きボア１８６を有するパイロット部分１８４を含む。ボア１８６は、セルフタッピングまたはねじ転造雄ファスナーを受けるようにねじなしでもよい。軸受面１８８は、パイロット部分１８４を取り囲み、かつ軸受面１８８と協働して環状溝１９２を画定する環状フランジ１９０を含む。環状溝１９２は当技術分野で周知の凹んだ構成を有することができる。環状溝１９２は、楔形状でかつ周方向に間隔をおいて配置された複数の凹部１９６を有する下壁１９４を含む。この雌ファスナーの詳細は米国特許第７，００１，１２５号に記載されている。
【００５７】
図２７で具体的に示されているように、本発明により、ファスナー１８０を熱処理して、選択的に硬化されたゾーンをファスナー１８０に形成することができる。便宜上、ファスナー１８０の上半分および下半分が、異なる熱処理を受けたところが示されている。前の実施形態と同様に、ファスナー１８０の上半分は、外側ゾーン２４、内側ゾーン２８、および中間ゾーン３０を有する。ファスナー１８０の下半分は、内側ゾーン２８’、中間ゾーン３０’、上部ゾーン３２、および周ゾーン３４を含む。上部ゾーン３２を破線３６まで拡張して、拡大周ゾーン３８を形成することができる。
【００５８】
図２８を参照すると、ファスナー２００が示されている。ファスナー２００はクリンチナット１０と同様であり、対応する要素に、記号プライムを追加した同様の番号が付けてある。ファスナー２００は、本発明の好ましい実施形態により、選択的に硬化されており、結合された硬さゾーンを実験的に求めた結果と併せて示してある。
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。
【００５９】
図で示したように、ファスナー２００は、「形成時の」硬さを有する内側ゾーン２８’、および増加された硬さを有する外周ゾーン３８’を含む。内側ゾーン２８’および外周ゾーン３８’は前記ファスナーの横方向の全長を形成する。外周ゾーン３８’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では半径方向に拡大されて、球根の形状または輪郭を有するゾーンを提供する。それによって、本体部分１２内の内側ゾーン２８’の寸法が拡大され、本体部分１２の周囲に沿って必要とされる加熱硬化が低減される。
【００６０】
外周ゾーン３８’は、約４０Ｒｃから約６０Ｒｃの硬度に選択的に硬化される。内側ゾーン２８’のボア１６における形成時の硬度は約９０Ｒｂであるが、これが外周ゾーン３８’では約４０Ｒｃとなる。外周ゾーン３８’は、前の実施形態に関連して記載したように、下部ゾーン２６、上部ゾーン３２、周ゾーン３４、および拡大周ゾーン３８を含む。したがって、外周ゾーン３８’は、内側ゾーン２８’を実質的に包囲し取り囲む。内側ゾーン２８’は、上端面２０’内に露出した環状端面２０’Ａおよびパイロット部分１４の端面に隣接する環状下面２８’Ａを含む。したがって、増加した硬さを有する外周ゾーン３８’は、環状端面２０’Ａおよび環状下面２８’Ａ以外のファスナー２００の外面全体に沿って延びる。
【００６１】
図２９に示すように、ファスナー２００Ａは、変更され硬化された外周ゾーン３８’Ａ以外は、ファスナー２００と実質的に同一である。この変更形態では、上端面２０’に沿った硬化が低減され、環状端面２０’Ａの半径方向の寸法が増大される。
【００６２】
図３０を参照すると、変更された外側硬化ゾーン３８’Ｂを有するファスナー２００Ｂが示されている。この変更形態では、内側ゾーン２８’は実質的に円筒形状および一様の半径方向の寸法を有する。したがって、環状端面２０’Ａと環状下面２８’Ａは同じ寸法である。
【００６３】
本発明の特定の実施形態を詳細に記載したが、理解されるように、本発明はその実施形態の範囲に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲の精神および表現に含まれるすべての変更および修正を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】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示す断面図である。
【図２】ＳＡＥ  Ｊ４１７ｂで報告されたデータに基づく鋼の硬さと極限引張強度の相関関係を示すグラフである。
【図３】ＳＡＥ  Ｊ４１７ｂで報告されたデータに基づく鋼の硬さと極限引張強度の相関関係を示すグラフである。
【図４】ＳＡＥ  Ｊ４１７ｂで報告されたデータに基づく鋼の硬さと極限引張強度の相関関係を示すグラフである。
【図５】ＳＡＥ  Ｊ４１７ｂで報告されたデータに基づく鋼の硬さと極限引張強度の相関関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態による、選択的に硬化されたクリンチファスナーを示す図１と同様の断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態による、選択的に硬化された予備ねじ切りクリンチファスナーを示す図１と同様の断面図である。
【図８】本発明による高周波焼き入れ可能な特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含むクリンチナットを示す斜視図である。
【図９】本発明による高周波焼き入れ可能な特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含むクリンチナットを示す底面図である。
【図１０】本発明による高周波焼き入れ可能な特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含むクリンチナットを示す断面図である。
【図１１】本発明による、高周波焼き入れ可能な特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含む他のクリンチナットを示す斜視図である。
【図１２】本発明による、高周波焼き入れ可能な特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含む他のクリンチナットを示す底面図である。
【図１３】本発明による、高周波焼き入れ可能な特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含む他のクリンチナットを示す断面図である。
【図１４】本発明による、高周波焼き入れされた特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含む他のクリンチナットを示す斜視図である。
【図１５】本発明による、高周波焼き入れされた特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含む他のクリンチナットを示す底面図である。
【図１６】本発明による、高周波焼き入れされた特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含む他のクリンチナットを示す断面図である。
【図１７】本発明による、高周波焼き入れされた特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含む他のクリンチナットを示す斜視図である。
【図１８】本発明による、高周波焼き入れされた特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含む他のクリンチナットを示す底面図である。
【図１９】本発明による、高周波焼き入れされた特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含む他のクリンチナットを示す断面図である。
【図２０】本発明による高周波焼き入れされた特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含むファスナーを示す斜視図である。
【図２１】図２０の線２１−２１に沿って切り取られた断面図である。
【図２２】本発明による高周波焼き入れされた特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含むファスナーを示す斜視図である。
【図２３】図２２の線２３−２３に沿って切り取られた断面図である。
【図２４】本発明による高周波焼き入れされた特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含むファスナーを示す斜視図である。
【図２５】図２４の線２５−２５に沿って切り取られた断面図である。
【図２６】本発明による高周波焼き入れされた特定の穿孔および／または係合の幾何学的構成を含むファスナーを示す斜視図である。
【図２７】図２６の線２７−２７に沿って切り取られた断面図である。
【図２８】本発明による選択的に硬化されたファスナーおよび比較的低硬度の内側ゾーンを実質的に包囲するほぼ連続した加熱硬化された外側ゾーンを示す図１と同様の断面図である。
【図２９】本発明の変更形態による硬化されたファスナーを示す図２８と同様の断面図である。
【図３０】本発明の他の変更形態による硬化されたファスナーを示す図２９と同様の断面図である。
【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９】
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【図１０】
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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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年10月22日(2008.10.22)
【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】
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み、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。
【請求項２】
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全長に沿って延び、
前記外側ゾーンは円筒形状を有し、実質的に前記パイロット部分の軸方向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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
前記パイロット部分が圧縮強度を有し、
前記パイロット部分の圧縮強度を、前記外側ゾーンおよび前記中間ゾーンが協働して、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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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７に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
【請求項９】
前記下部ゾーンと前記外側ゾーンの硬さは実質的に等しい、請求項７に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
【請求項１０】
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、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７に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
【請求項１１】
前記下端面は環状下端面であり、
前記本体部分が、前記中央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７に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
【請求項１２】
前記上部ゾーンと前記外側ゾーンの硬さは実質的に等しい、請求項１１に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
【請求項１３】
前記本体部分は前記環状上端面と前記環状下端面を結合する周体面を有し、
前記本体部分は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１１に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
【請求項１４】
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、前記ファスナー内であってかつ前記内側ゾーンの半径方向外側のほぼ全域に、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１３に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
【請求項１５】
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１４に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
【請求項１６】
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、
前記内側ゾーンは、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全長を形成し、
前記外側ゾーンが、前記ファスナー内かつ前記内側ゾーンの半径方向外側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。
【請求項１７】
前記内側ゾーンおよび前記外側ゾーンが前記パイロット部分の横方向全長を形成し、
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、前記ファスナー内かつ前記内側ゾーンの半径方向外側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。
【請求項１８】
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、かつ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１７に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
【請求項１９】
前記本体部分が、上部ゾーンに結合された環状上端面と、前記パイロット部分に隣接し前記内側ゾーンよりも硬い下部ゾーンを含む下端面とを有し、
前記本体部分は、前記環状上端面と環状の前記下端面を結合する周体面を有し、
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備え、
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、前記ファスナー内かつ前記内側ゾーンの半径方向外側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１に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
【請求項２０】
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１９に記載のセルフクリンチング金属ファスナー。
【請求項２１】
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と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）形成時の硬さまたは全体的に硬化された硬さがほぼ均一である前記ファスナーを用意するステップと、
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、前記形成時の硬さまたは前記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可能な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クリンチファスナーの作製方法。
【請求項２２】
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下面に沿って延びる下部ゾーンを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、をさらに備え、
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、前記ファスナー内かつ前記内側ゾーンの半径方向外側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２１に記載のクリンチファスナーの作製方法。
【請求項２３】
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２２に記載のクリンチファスナーの作製方法。
【国際調査報告】
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