(57)【要約】【課題】改良された耐トルク性を有する自己装着固定要素を提供する。【解決手段】耐トルク自己装着ファスナ２０は、筒状のバレル部２６と、対向し、平坦な概略半径方向の側面４５をそれぞれが有する円周方向に配置された複数の半径方向の突出部４４を有する半径方向のフランジ部２４とを有する。半径方向の突出部４４の間の半径方向のフランジ２２の外表面４２は、半径方向の突出部の円周方向の幅より大きい円周方向の幅と、円周方向の幅より小さい半径方向の長さとを有する。側面４５は、半径と並列に配置されてもよく、側面は平行であってもよく、または、隣接する半径方向の突出部は平行であってもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由開放端を有する筒状のバレル部と、
前記筒状のバレル部と一体で、前記自由開放端に対向し、外表面を有する半径方向のフランジ部と、
を備え、
前記半径方向のフランジ部の前記外表面は、それぞれが前記筒状のバレル部より大きい直径を有する外表面を有する円周方向に配置された半径方向の突出部を有し、
前記円周方向に配置された半径方向の突出部の間の前記半径方向のフランジ部の前記外表面は、前記半径方向の突出部の前記外表面の円周方向の幅より大きい円周方向の幅を有する、自己装着固定要素。
【請求項２】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部の間の前記半径方向のフランジ部の前記円周方向の幅は、前記半径方向の突出部の前記外表面の前記円周方向の幅の少なくとも２倍である、請求項１に記載の自己装着固定要素。
【請求項３】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部の前記外表面の前記円周方向の幅は、前記円周方向に配置された半径方向の突出部の半径方向の長さより大きい、請求項１に記載の自己装着固定要素。
【請求項４】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部の前記外表面の前記円周方向の幅は、前記円周方向に配置された半径方向の突出部の前記半径方向の長さの少なくとも２倍である、請求項３に記載の自己装着固定要素。
【請求項５】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部それぞれは、前記半径方向のフランジ部の外表面から前記円周方向に配置された半径方向の突出部の前記外表面に延び、対向し、平坦な概略半径方向の側面を有する、請求項１に記載の自己装着固定要素。
【請求項６】
前記円周方向に配置された突出部の前記対向し、平坦な半径方向の側面の半径方向の突起は、前記半径方向のフランジ部の長手方向の軸を通って延びる、請求項５に記載の自己装着固定要素。
【請求項７】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部それぞれの前記対向し、平坦な概略半径方向の側面は、平行である、請求項５に記載の自己装着固定要素。
【請求項８】
円周方向に配置された隣接する半径方向の突出部の前記対向し、平坦な概略半径方向の側面は、平行である、請求項５に記載の自己装着固定要素。
【請求項９】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部の間の前記半径方向のフランジ部の前記外表面は、平坦である、請求項１に記載の自己装着固定要素。
【請求項１０】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部の前記外表面は、円筒状である、請求項１に記載の自己装着固定要素。
【請求項１１】
該自己装着固定要素は、その長手方向の軸を通過する孔を有する雌型ファスナである、請求項１に記載の自己装着固定要素。
【請求項１２】
前記雌型ファスナは、前記筒状のバレル部と前記半径方向のフランジ部との間に、前記筒状のバレル部より大きいが前記半径方向のフランジ部より小さい直径を有する胴体部を有する、請求項１１に記載の自己装着固定要素。
【請求項１３】
該自己装着固定要素は、前記半径方向のフランジ部と一体で、前記半径方向のフランジ部より小さい直径を有する胴部を有する雄型自己装着固定要素である、請求項１に記載の自己装着固定要素。
【請求項１４】
自由開放端を有する筒状のバレル部と、
前記筒状のバレル部と一体で、前記自由開放端に対向し、外表面を有する半径方向のフランジ部と、
を備え、
前記半径方向のフランジ部の前記外表面は、円周方向に配置された半径方向の突出部を有し、前記円周方向に配置された半径方向の突出部それぞれは、外表面と、前記半径方向のフランジ部の前記外表面から前記円周方向に配置された半径方向の突出部の外表面に延び、対向し、平坦な概略半径方向の側面とを有する、自己装着固定要素。
【請求項１５】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部の間の前記半径方向のフランジ部の前記外表面は、前記半径方向の突出部の前記外表面の円周方向の幅より大きい円周方向の幅を有する、請求項１４に記載の自己装着固定要素。
【請求項１６】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部の前記対向し、平坦な概略半径方向の側面の半径方向の突起は、前記半径方向のフランジ部の長手方向の軸を通って延びる、請求項１４に記載の自己装着固定要素。
【請求項１７】
円周方向に配置された隣接する半径方向の突出部の前記対向し、平坦な概略半径方向の側面は、平行である、請求項１４に記載の自己装着固定要素。
【請求項１８】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部それぞれの前記対向し、平坦な概略半径方向の側面は、平行である、請求項１４に記載の自己装着固定要素。
【請求項１９】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部の前記外表面の円周方向の幅は、前記円周方向に配置された半径方向の突出部の半径方向の長さより大きい、請求項１４に記載の自己装着固定要素。
【請求項２０】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部の間の前記半径方向のフランジ部の前記外表面は、平坦で、前記半径方向の突出部の外表面の円周方向の幅より大きい幅を有する、請求項１４に記載の自己装着固定要素。
【請求項２１】
自由開放端を有する筒状のバレル部と、
前記筒状のバレル部と一体で、前記自由開放端に対向し、外表面を有する半径方向のフランジ部と、
を備え、
前記半径方向のフランジ部の前記外表面は、円周方向に配置された複数の半径方向の突出部を有し、前記円周方向に配置された複数の半径方向の突出部それぞれは、前記筒状のバレル部より大きい直径を有する外表面と、前記半径方向のフランジ部の前記外表面から前記円周方向に配置された半径方向の突出部の前記外表面に延び、対向し、平坦な概略半径方向の側面とを有し、
前記円周方向に配置された半径方向の突出部の間の前記半径方向のフランジ部の前記外表面は、前記半径方向の突出部の前記外表面の円周方向の幅より大きい円周方向の幅を有する、自己装着固定要素。
【請求項２２】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部の間の前記半径方向のフランジ部前記円周方向の幅は、前記半径方向の突出部の前記外表面の前記円周方向の幅の少なくとも２倍である、請求項２１に記載の自己装着固定要素。
【請求項２３】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部の前記外表面の前記円周方向の幅は、前記円周方向に配置された半径方向の突出部の半径方向の長さより大きい、請求項２１に記載の自己装着固定要素。
【請求項２４】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部の前記対向し、平坦な概略半径方向の側面の半径方向の突起は、前記半径方向のフランジ部の長手方向の軸を通って延びる、請求項２１に記載の自己装着固定要素。
【請求項２５】
前記円周方向に配置された半径方向の突出部それぞれの前記対向し、平坦な概略半径方向の側面は、平行である、請求項２１に記載の自己装着固定要素。
【請求項２６】
円周方向に配置された隣接する半径方向の突出部の前記対向し、平坦な概略半径方向の側面は、平行である、請求項２１に記載の自己装着固定要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状のバレル部と、筒状のバレル部の開放端に対向し、金属パネルに装着するための一体の半径方向のフランジ部とを有し、筒状のバレル部が変形してパネルと機械的インターロックを形成するファスナまたは固定要素に関する。より詳細には、本発明は、引き続いてパネルに装着される固定要素の耐トルク性を改良するために、半径方向のフランジ部の円周方向に配置された複数の半径方向の突出部を有するファスナに関する。
【背景技術】
【０００２】
ナットのような自己穿孔締結ファスナは、例えば特許文献１に開示されるように、本出願人の権利の被承継人（マルチファスナコーポレーション）により５０年以上前に開発された。自己穿孔締結ナットは、典型的には、同時にパネルを形成するためにも使用可能なダイプレスで金属パネルに装着される。ここで、装着ヘッドは、典型的には、ダイプレスの上側プラテンに装着され、ダイ部材またはダイボタンは、ダイプレスの下側プラテンに装着される。自己穿孔ナットの場合には、ダイプレスが閉じるときに、突出した先端部がパネルに開口を穿孔し、穿孔ナットの突出した先端部は、次いで穿孔されたパネル開口を通して受け入れられてパネルに締結される。同様のファスナは、開口の予備形成またはパネルの予備穿孔により、締結ナットとして使用可能である。用語「自己装着」ファスナは、ここでは、自己穿孔及び自己締結ファスナの総称として使用される。
【０００３】
より近時には、例えば本出願人の権利の被承継人に付与された特許文献２に開示されるように、筒状のバレル部と半径方向のフランジ部とを有する自己装着雄型及び雌型ファスナが開発された。この特許文献２に開示された自己装着ファスナは、筒状のバレル部と、筒状のバレル部の開放端に対向し、筒状のバレル部と一体の半径方向のフランジ部とを有する。自己装着雄型ファスナは、上述したように、ダイプレスに装着される。ここで、下側ダイプラテンは、典型的には、パネル支持面を有するダイボタン、中央のダイポスト、及び中央のダイポストを囲む環状のダイキャビティを有する。環状のダイキャビティは、半円の環状の底面、半円の底面の外側部分の半径方向のリップ部、半径方向のリップ部からダイボタンの端面に延びる概略円錐台の表面を有する。しかし、用途によっては、係属中の米国出願番号１０／７１４，２６５に開示されるように、外側の円錐台の表面と半径方向のリップ部とを省略することが望ましい。
【０００４】
自己装着ファスナの多くの用途では、自己装着ファスナが装着される金属パネルに対するファスナの回転を防止することが重要である。理解されるであろうように、自己装着固定要素は、一体の胴部を有する雄型ファスナまたは孔を有する雌型ファスナであってもよく、固定要素のパネルへの装着に続いて、第２のファスナが、典型的にはトルクレンチを用いて、本発明の自己装着固定要素に螺号されまたはねじ込まれる。このため、自己装着ファスナは、第２のファスナの自己装着ファスナへの装着中に、ファスナに印加されるトルクに耐えることができなければならない。さらに、用途によっては、追加のトルクが、用途に応じて自己装着ファスナに印加されることもある。
【０００５】
上で参照した特許文献２に開示されたタイプの自己装着ファスナの耐トルク性を改良する試みがなされてきた。例えば本出願の出願人の権利の譲渡人に付与された特許文献３に開示されるように、初期には、回転防止突起または隆起が、バレル部またはバレル部に隣接する半径方向のフランジ部のいずれかに形成された。本出願の出願人の権利の譲渡人に付与された特許文献４は、バレル部に隣接するフランジ部の外側の端部に配置された複数のポケットを有する、ここで開示されるタイプの自己装着固定要素を開示する。しかし、ポケットを形成するダイ表面の磨耗を含む、特許文献４に開示されるようなフランジのポケットを使用することに関するいくつかの問題は残されたままであり、その結果、ポケットは、フランジ部に常に完全に形成されているとは限らず、不十分な耐トルク性を発生する。第２に、自己装着ファスナとパネル部材とはプレスの影響を受け易い。すなわち、パネル金属は、完全にはポケット内に変形されない可能性があり、このため、耐トルク性は、不十分になるであろう。さらに、ポケットは、パネルに、ファスナとパネル部材の破壊源となり得る応力上昇部を形成する。最後に、フランジ部のポケットの使用は、特に非常に高い耐トルク性が必要とされる場合に、不十分な耐トルク性を提供する可能性がある。
【０００６】
この問題を解決するさらなる試みが、本出願の出願人の権利の被承継人に付与された特許文献５に開示されている。この特許文献５は、外側の円筒状の表面により離間して配置された凹面を規定する半径方向の表面を有する半径方向のフランジ部を開示する。自己装着固定要素のパネルへの装着時に、バレル部は、半径方向外側及び上方に変形して、パネルの開口に隣接するパネルの端部を受け入れるＵ字形状のチャネルを形成する。半径方向のフランジ部は、パネルをＵ字形状のチャネルに下方に変形させ、これにより自己装着固定要素をパネルに確保する。外側の円筒状の表面は、さらに、パネルを変形させて、パネルにおける固定要素の耐トルク性を増加させる、半径方向のフランジ部とパネルとの間の相互作用を提供する。特許文献５に開示された半径方向のフランジ部のアーチ状の構造は、耐トルク性を増加させ、アーチ状の構造は、そのアーチ形状の円滑な移行によりパネルを変形するのに有利であるが、自己装着ファスナにより提供される耐トルク性は、まだ、用途によっては、不十分である。
【０００７】
最後に、本出願の出願人の権利の被承継人に付与された特許文献６は、ファスナと金属パネルとの間に電気結合を形成する自己装着固定要素を開示する。ここで、開示された実施形態（図１５乃至１９）は、装着時にパネルに食い込み、ファスナと金属パネルとの間に電気接触部を形成する半径方向の突出部を有する。理解されるであろうように、半径方向の突出部の開示された実施形態は、耐トルク性のある程度の改良を提供するであろう。しかし、この特許文献６に開示された半径方向の歯の構成は、多くの用途で印加されるトルク荷重の下で、パネルを剪断するであろう。
【特許文献１】米国特許第２，７０７，３２２号明細書
【特許文献２】米国特許第４，５５５，８３８号明細書
【特許文献３】米国特許第４，８１０，１４３号明細書
【特許文献４】米国特許第５，０２０，９５０号明細書
【特許文献５】米国特許第５，８６８，５３５号明細書
【特許文献６】米国特許第５，６４４，８３０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そのため、本発明の自己装着固定要素、特に筒状のバレル部と半径方向のフランジ部とを有し、筒状のバレル部が、固定要素の装着時に変形して、機械的インターロックを形成する自己装着固定要素により提供される、ここで開示されたタイプの自己装着ファスナ用に改良された耐トルク性を提供する長く検討された必要性が残されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述したように、本発明の自己装着固定要素は、自由開放端を有する筒状のバレル部と、自由開放端に対向し、筒状のバレル部と一体の半径方向のフランジ部とを有する。本発明の自己装着ファスナは、ねじ込み可能で、半径方向のフランジ部と一体の胴部を有する雄型ファスナ、または、筒状のバレル部と共軸に配置され、内部にねじ込み可能な、半径方向のフランジを貫通する孔を有する雌型ファスナであり得る。また、本発明の固定要素は、自己穿孔ファスナとしても使用可能である。ここで、パネルは、装着時に穿孔され、バレル部は、穿孔されたパネル開口を通って受け入れられ、ダイボタン内に変形して自己装着ファスナとパネルとの間に機械的インターロックを形成するか、あるいは、パネルが穿孔され、バレル部が、上述したようにパネルに締結される。
【００１０】
本発明の自己装着固定要素の半径方向のフランジ部の外表面は、筒状のバレル部より大きい直径を有する外表面をそれぞれが含む、円周方向に配置された半径方向の突出部を有し、装着時に、パネルは、ダイボタンにより、半径方向の突出部の間の凹部に半径方向内側に徐々に変形され、これにより、耐トルク性を提供する。本発明の自己装着固定要素の望ましい実施形態では、円周方向に配置された半径方向の突出部の間の半径方向のフランジ部の外表面は、半径方向の突出部の円周方向の幅より大きい円周方向の幅を有し、パネルが円周方向に配置された半径方向の突出部の間に変形されるにつれて、さらなる改良された耐トルク性を提供する。本発明の自己装着固定要素のより望ましい実施形態では、円周方向に配置された半径方向の突出部の間の半径方向のフランジ部の円周方向の幅は、少なくとも、半径方向の突出部の外表面の円周方向の幅の２倍であり、さらなる改良された耐トルク性を提供する。さらに、本発明の自己装着固定要素の望ましい実施形態では、側壁が筒状のバレル部と半径方向のフランジ部の長手方向の軸の周りの円周方向の回転に対して概略垂直であるように、円周方向に配置された半径方向の突出部はそれぞれ、半径方向のフランジ部の外表面から円周方向に配置された半径方向の突出部の外表面に延びて平坦で対向する概略半径方向の側面を有し、装着に続いてトルクが固定要素に印加されたとき、最適の耐トルク性を提供する。すなわち、円周方向に配置された半径方向の突出部の平坦で概略半径方向の側面は、自己装着固定要素に印加されるねじり力に概略垂直であり、最適な耐トルク性を提供する。しかし、円周方向に配置された半径方向の突出部は、非常に大きいねじり荷重の下では、なお剪断する可能性がある。そのため、本発明の自己装着固定要素の望ましい実施形態では、半径方向の突出部の外表面の円周方向の幅は、半径方向の突出部の半径方向の長さより大きく、さらに望ましい実施形態では、半径方向の突出部の外表面の円周方向の幅は、少なくとも半径方向の長さの２倍であり、ねじり荷重の下で、半径方向の突出部に改良された強さを提供する。
【００１１】
本出願は、本発明に係る自己装着固定要素の３つの実施形態を開示する。第１の開示された実施形態では、円周方向に配置された半径方向の突出部の平坦で概略半径方向の側面の半径方向の突起は、半径方向のフランジ部の長手方向の軸を通って延びる。本発明の自己装着ファスナの第２の望ましい開示された実施形態では、円周方向に配置された隣接する半径方向の突出部の対向し、平坦で概略半径方向の側面は、円周方向に配置された隣接する半径方向の突出部の間にチャネル形状の凹部を形成する。本発明の自己装着固定要素の第３の開示された実施形態では、円周方向に配置された半径方向の突出部それぞれの対向し、平坦で概略半径方向の側面は、平行である。理解されるであろうように、開示された実施形態それぞれの対向し、平坦な半径方向の側面は、概略半径方向であり、これにより、パネルへの装着に続く自己装着ファスナへ印加されるねじり力に対して実質的に垂直であり、従って、従来技術より大きく改良された耐トルク性を提供する。
【００１２】
本発明の自己装着ファスナの耐トルク性の試験は、金属パネルでファスナの向きを変えるまたは回転させるのに必要とされる力は、上述した従来技術の自己装着ファスナに対して必要とされる力の約２倍であり、そのような用途向けの自動車産業により提供される要求特性に適合し、あるいはこれを超える。理解されるであろうように、種々の改良が、添付のクレームの範囲内で、本発明の自己装着固定要素になされることが可能であり、以下の望ましい実施形態の説明と添付の図面は、図解的な目的のみであり、添付のクレームに記載したものを除いて本発明の範囲を限定するものではない。
【００１３】
上述したように、本発明は、非常に改良された耐トルク性を有する改良された自己装着固定要素に関する。当該分野の当業者に理解されるであろうように、図面は、本発明の自己装着固定要素の望ましい実施形態を図解するが、添付のクレームに記載されたものを除いて限定するものではない。図面は、本発明の自己装着ファスナが自己穿孔固定要素としても使用可能であることを図解するが、本発明は、自己穿孔ファスナに限定されず、本発明の自己装着ファスナは、パネルを貫通する開口が予備穿孔または予備形成される自己締結ファスナとしても使用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１乃至３は、ねじ切られた胴部２２を有する雄型自己装着ファスナの形態の通常２０で示す本発明の自己装着ファスナの第１の実施形態を示すが、胴部は、ねじ切られなくてもよい。図１乃至３に示す自己装着ファスナ２０の実施形態では、ファスナは、胴部２２と一体の半径方向のフランジ部２４と、半径方向のフランジ部２４と一体の筒状のバレル部２６とを有する。望ましい実施形態では、筒状のバレル部２６は、図２に示すように、長手方向の軸「ｘ」について、半径方向のフランジ部２４と胴部２２と共軸に配置される。開示された実施形態では、筒状のバレル部２６は、図３に最良に示されるように、円筒状の外表面２８と円筒状の内表面３０とを有する。筒状のバレル部は、半径方向のフランジ部２４に対向し、相互に作用して図４に示し以下に説明するパネル５を穿孔するアーチ状で環状の外側支持面３４と面取りされた内表面３６とを有する自由開放端３２を有する。上で参照した米国特許第４，５５５，８３８号にさらに記載されるように、面取りされた穿孔面３６は、装着中にファスナをダイボタンと同心に配置し、筒状のバレル部２６の円筒状の外表面２８の外径より小さい直径を有する開口をパネルに穿孔する。しかし、上述したように、ここで開示される自己装着固定要素の実施形態は、パネルを貫通する開口が予備形成された自己締結ファスナとしても使用可能である。
【００１５】
半径方向のフランジ部２４は、胴部２２を囲む環状で平坦な支持面３８と平坦な支持面３８を画定する外周面４０とを有する。本発明の自己装着固定要素の実施形態の半径方向のフランジ部の外周面４０は、その間の半径方向のフランジ部の外表面４２から延びる複数の半径方向の突出部４４をさらに有する。望ましい実施形態では、半径方向の突出部４４の間の半径方向のフランジ部４０の外表面４２は、図２に最良に示されるように、平坦で、長手方向の軸「ｘ」を通る半径に概略垂直である。各半径方向の突出部４４は、対向し、概略半径方向の側面または側壁４５を有し、側面４５は、回転の円周に正接する力に、すなわち、以下に説明するように、パネル５０への自己装着ファスナ２０の装着に続く、ナットまたは雌型ファスナを胴部２２にねじ込むことから発生するねじり力に概略垂直に延びる。図１乃至３に示す自己装着ファスナ２０の実施形態では、平坦で概略半径方向の側面４５の半径方向の突起は、図２で線「ｂ」により示されるように、長手方向の軸「ｘ」を通って延びる。しかし、図１７及び図１８を参照して以下に説明するように、平坦な側面４８は、平行であってもよい。
【００１６】
図１乃至３に示す自己装着ファスナ２０の実施形態では、半径方向の突出部４４の外表面４６は、円筒状であるが、平坦であってもよい。本発明の自己装着ファスナの望ましい実施形態では、図２に示すように、半径方向の突出部４４の間の半径方向のフランジ部２４の外表面４２の円周方向の幅Ｗ１は、実質的に半径方向の突出部の外表面４６の円周方向の幅Ｗ２より小さく、より好ましくは、外表面４２の円周方向の幅Ｗ１は、半径方向の突出部４４の外表面４６の円周方向の幅Ｗ２の少なくとも２倍である。さらに、望ましい実施形態では、半径方向の突出部４４の半径方向の長さＬは、上述したように、半径方向の突出部４４の円周方向の幅Ｗ２より小さく半径方向の突出部４４に追加の強度を提供し、望ましい実施形態では、円周方向の幅Ｗ２は、半径方向の長さＬの少なくとも２倍である。図２に示すように、平坦な半径方向の側面４５が、筒状のバレル部２６と半径方向のフランジ部２４の軸「ｘ」の周りの回転の円周に概略垂直に配置されるように、平坦で概略半径方向の側面４５は、また、半径方向のフランジ部２４の平坦な外表面４２と、この実施形態では鈍角を規定する角度「ｃ」をなす。このため、半径方向の側壁または側面４５それぞれは、ねじり力に対する最適な抵抗を提供し、これから説明するように、装着に続くパネルに対する自己装着固定要素２０の回転を防止する。
【００１７】
本発明の自己装着固定要素の実施形態は、ブラケット、車体パネル等を含む板状金属部材へのそのようなファスナを装着するために自動車産業により使用されるような、ダイプレスでの大量生産用途に適用される。そのようなシート状金属部材は、また、ダイプレスで同時に形成可能である。本発明の１つのまたは複数の自己装着要素２０は、ダイプレスの各ストロークにより、シート状の金属パネルまたはプレート５０に装着可能である。ここで、図４に示すように、ダイプレスの上側プラテンは、往復プランジャ５２を有する装着ヘッドを有し、下側プラテンは、雌型のダイ部材またはダイボタン５４を有する。好適な装着ヘッドは、上で参照した米国特許第４，５５５，８３８号により完全に開示されている。
【００１８】
図４に示す往復プランジャ５２は、自己装着ファスナ２０の胴部２２を受け入れる円筒状の孔５６を有する。プランジャの環状の端部または被駆動面５８は、以下に説明する図４に示すように、半径方向のフランジ部２４の平坦で環状の支持面３８に対して受け入れられるように構成される。図５により詳細に開示される雌型ダイボタン５４は、自己装着ファスナ２０の装着中にパネル５０を支持する平坦な支持端面６０を有し、パネル５０は、望ましくは、装着中、ダイボタン５４に把持される。ダイボタン５４は、環状のダイキャビティ６４を有し、ダイキャビティ６４は、開示された実施形態では、環状で半円の底面または底壁６６と、半円の底壁６６から支持面６０に延びる円錐台状の外側側壁６８とを有する。開示された実施形態では、半径方向の端部７０は、円錐台状の外側側壁６８に隣接する支持面６０の交差を規定する。円錐台状の外側側壁は、図５に示す挟み角で、概略６度と１０度の間である「ｃ」で、環状で半円の底面６６から正接して延びる滑らかで連続した表面を規定する。円錐台状の外側側壁６８と支持面６０とを結合する半径方向の端部７０は、望ましくは、約０．０４インチより小さい径を有する半径を有する。中央のダイポスト６４の外表面７６は、上で参照した米国特許第５，０５６，２０７号に開示されるように、パネル５０から穿孔されたスラグを保持するために、仕切空間（図示せず）を含んでもよい。自己装着固定要素２０が、自己穿孔タイプでない場合には、パネルへの自己装着ファスナの装着前に、開口（図示せず）がパネル５０に形成される。
【００１９】
図４に示すように、自己装着ファスナ２０、往復プランジャ５２及びダイボタン５４は、装着前に、長手方向の軸「ｘ」の沿って装着装置または「ヘッド」（図示せず）により配置される。図５乃至１４に開示された装着方法では、自己装着ファスナ２０は、これから説明するように、自己穿孔ファスナとして使用される。図５は、自己装着ファスナ２０のパネル５０への装着手順の始めのステップを図解する。往復プランジャ５２の環状の駆動端面５８は、始めに、半径方向のフランジ部２４の環状の支持面３８に対して駆動されて、バレル部２６の自由開放端３２をパネル５０に対して駆動する。バレル部２６の自由端３２のパネル５０に対する力は、内側の面取りされた穿孔面３６の自由開放端３２の半径方向の端部７０の周囲のダイポスト６４の端部表面７６に対して、パネルをダイキャビティ内に変形させて、図５に示すように、ダイキャビティ６２に概略円錐台状のパネル部５１を形成する。
【００２０】
図６乃至１４は、自己装着固定要素２０のパネルへの装着手順を図解し、ここでは、プランジャ５２が明確のために矢印５２ａで置換されている。図２に示すように、面取りされた内側穿孔面３６は、図６及び図７に示すように、中央のダイポスト６４の円形の鋭利な外側穿孔端７４に対して、図８に示すように円形のスラグ５０ａがパネルから切断されるまで、パネル５０を切断する。次いで、図８に示すように、穿孔されたパネルスラグ５０ａに隣接するパネル部分５０ｂの端部が、筒状のバレル部２６の円筒状の外表面２８に対して受け入れられる。同時に、バレル部２６の外表面２８は、パネル部分５０ｂを環状のダイキャビティ６２に絞る。次に、筒状のバレル部２６の円筒状の内表面３０が、図９に示すようにダイポスト６４の円錐台状の外側側壁６８に対して、続いて図１０に最良に示されるように半円の底壁６６に対して、受け入れられる。筒状のバレル部２６の自由開放端３２が半円の底壁６６と嵌合すると、図１０から図１２に最良に示されるように、筒状のバレル部２６は、Ｕ字形状の環状のチャネル内に変形される。
【００２１】
図１０から図１２に示すように、自己装着固定要素２０のパネル５０への装着中、パネル５０の端部５０ｂは、ダイキャビティ６２内で筒状のバレル部２６の外表面２８に対して支持されないままである。さらに、半径方向のフランジ部２４が、端部５０ｂに移動されないことが注記されるべきである。そのため、端部５０ｂは、中央のダイポスト６４の外側側壁６８から離間されたままである。最終的に、端部５０ｂは、図１２及び図１３に示すように、これから変形されるバレル部２６のＵ字形状の端部３２ａ内に閉成される。環状で半円の底壁６６の自由端３２の形成時に、図１３に示すように、Ｕ字形状の自由開放端３２は、ダイボタン５４の円錐台状の側壁６８から離間される。
【００２２】
図１５及び図１６の連続した図面に示すように、パネル部分５０ｃは、半径方向の端部７０に隣接してダイキャビティ６２に配置され、外側側壁６８と、隣接する半径方向の端部７０と、半径方向のフランジ部２４との間で逐次的に圧縮される。パネル部分５０ｃは、実質的に、しかし完全にではなく、半径方向のフランジ部の半径方向の突出部４４の間の空間に充填されるまで、半径方向の端部６０によって、継続して変形される。同時に、半径方向の突出部４４は、パネル部分５０ｃを、半径方向のフランジ部２４と筒状のバレル部２６とにより規定される長手方向の軸「ｘ」から逐次的に半径方向外側に変形させる。パネルの変形は、図１５及び図１６に最良に示されている。再度図１４を参照して、半径方向のフランジ部２４は、望ましくは、環状の支持面３８がパネル５０の平面より僅かに下方に配置されるように、環状のダイキャビティ６２内に移動される。固定要素２０に装着される部材が、望ましくはパネル５０に対して面一に配置されるのでこのことは好ましい。しかし、装着がパネルと面一の支持面３８を有するように構成されている場合には、通常の形成公差により、パネル５０の平面上方に配置された装着部材を有する装着になるであろうことが、理解されるべきである。
【００２３】
図１６に最良に示されるように、パネル部分５０ｃは、各半径方向の突出部４４の間、または図１乃至３に示す平坦な表面４２に対して規定される空間または凹部に、逐次的に圧縮され、または変形される。望ましい実施形態では、パネル部分５０ｃは、矢印７８で示すように、半径方向の突出部４４の間の空間に、実質的に、しかし完全にではなく充填される。このため、フランジ部２４がダイキャビティ６２内に移動されて、半径方向の突出部４４の間の空間または凹部にパネル部分５０ｃを逐次的に変形させるとき、平坦な支持端面６０に隣接する円錐台状の外側側壁６８は、くさびとして機能する。半径方向の端部７０の半径は、半径方向の突出部４４の間の空間に実質的に充填されるパネル部分５０ｃの量を制御するために最適化可能であることが理解されるべきである。例えば、半径方向の端部７０の小さい半径は、半径方向の突出部の間の空間に、より大きい半径を有する半径方向の端部７０の場合より大量のパネル部分５０ｃを変形させる。さらに、パネル部分５０ｃの凹部への充填の制御は、ダイプレスの設定とダイボタンの関数である、半径方向のフランジ部２４のパネル部分５０ｃへの侵入深さにより提供される。
【００２４】
図１７は、本発明の自己装着ファスナ１２０の代替的な望ましい実施形態を図解する。ここで、半径方向のフランジ部１２４の半径方向の突出部１４４の構成は、改良された耐トルク性のために改良されている。図１乃至３に関して上述したように、自己装着ファスナ１２０は、アーチ状の外表面１３２と面取りされた内表面１３６とを有する筒状のバレル部１２６、及び、筒状のバレル部１２６と一体の半径方向のフランジ部１２４を有する。さらに以下に説明するように、自己装着固定要素１２０は、以下に説明する図１９乃至２１に示すように、胴部（図示せず）を有する雄型固定要素、または、孔を有する雌型固定要素であり得る。半径方向の突出部１４４は、円周方向に配置され、半径方向のフランジ部１２４の外表面１４２から半径方向に延びる。ここで、半径方向の突出部１４４の表面１４２は、望ましくは、平坦で、長手方向の軸「ｘ」を通る半径に概略垂直である。半径方向の突出部１４４は、それぞれ、望ましい実施形態では図１乃至３に示す自己装着固定要素２０に関して上述したように円筒状であるが平坦であってもよい外表面１４７を有する。半径方向の突出部１４４はそれぞれ、対向し、平坦で概略半径方向の側面１４５を有する。しかし、この実施形態では、図１７に示すように、半径方向の突出部１４４に隣接する概略半径方向の平坦な側面１４５は、平行で、図１７に示すように、平坦な底壁１４２と対向する側面１４５とを有する半径方向の突出部１４４の間にチャネル形状の凹部を形成する。このため、上述したように、金属パネルへの装着に続いて自己装着固定要素１２０にねじり力が印加されたとき、半径方向の突出部１４４の間に変形されたパネル金属は、傾斜した平坦な側壁１４５に対し、かつ、底壁１４２に対して内側に、変形されて改良された耐トルク性を提供するであろう。
【００２５】
図２に関して上述したように、隣接する半径方向の突出部１４４の間の外表面１４２の円周方向に幅Ｗ１は、図１７に示すように、望ましくは、半径方向の突出部１４４の外表面１４６の円周方向の幅より大きく、半径方向の突出部１４４の円周方向の幅Ｗ２は、半径方向の長さＬより大きい。このため、自己装着固定要素１２０は、優れた耐久トルク性を提供するであろうと考えられる。上述した半径方向の突出部１４４の構成を除いて、自己装着固定要素１２０は、上述した自己装着固定要素２０と同一であってもよく、あるいは、自己装着固定要素１２０は、図１９乃至２１に関して以下に説明するように、雌型固定要素であってもよい。注記されるように、自己装着固定要素１２０の要素は、同一の順序で番号が付されているので、自己装着固定要素１２０の実施形態のさらなる説明は、この実施形態の完全な理解のために必要とされない。
【００２６】
図１８は、本発明の自己装着固定要素２２０の第２の代替的な実施形態を開示する。自己装着固定要素２２０のこの実施形態は、また、以下に説明する半径方向の突出部２４４の構成を除いて、上述した自己装着固定要素１２０，２０と同一であり得る。すなわち、自己装着固定要素２２０は、アーチ状の外表面２３４と面取りされた内表面２３６とを有する自由開放端２３２を有する筒状のバレル部２２６を有する。半径方向のフランジ部２２４は、上述したように、筒状のバレル部２２６と一体であり、自由開放端２３２に対向する。この実施形態では、図１８において、半径方向の突出部２４４の対向し、平坦で概略半径方向の側面２４５は、平行である。半径方向の突出部２４４のこの構成は、より容易に、従来のブローチを用いて形成されるので、製造費用が少ない。しかし、半径方向の突出部２４４の概略半径方向の側面２４５は、また、上述したように、円周方向のねじり荷重に実質的に垂直で、優れた耐トルク性を提供する。さらに、図２及び図１７を参照して上述したように、半径方向のフランジ部２２４の外表面２４２の円周方向の幅は、半径方向の突出部の外表面２４７の円周方向の幅より大きく、外表面２４７の円周方向の幅は、半径方向の突出部の半径方向の長さより大きく、既知の従来技術に対して、大きく改良された耐トルク性を提供する。さもなければ、自己装着固定要素２２０の要素は、上述した固定要素１２０，２０と同一であってもよく、同一の順序で番号が付される。このため、自己装着固定要素２２０のさらなる説明は、この実施形態の完全な理解のために必要とされない。
【００２７】
図１９乃至２１は、これから説明するように、雌型ファスナの形態の本発明の自己装着固定要素３２０の第３の代替的実施形態を図解する。図１９乃至２１に示す自己装着雌型ファスナ３２０は、図２１に示すように、内部がねじ切られ、またはタップ加工され、または円筒状であって、ねじ形成したまたはねじロール形成した雄型ファスナ（図示せず）を受け入れ可能な孔３２２を有する。自己装着ファスナ３２０は、半径方向のフランジ部３２４、及び、円筒状の外表面３２８と円筒状の内表面３３０と自由開放端３３２とを有する筒状のバレル部３２６を有する。筒状のバレル部３２６の開放端３３２は、アーチ状で環状の外表面３３４と面取りされた内表面３３６とを有する。上述したように、アーチ状で環状の外表面３３４は、図５に示すように、中央のポストに対し、パネルをダイボタンのキャビティ内に変形させ、面取りされた内表面３３６は、穿孔面として使用可能であるが、ダイポストの外表面に接触して、図１０乃至１３に示し上述したように、筒状のバレル部３２６を半径方向外側に変形させるので必要とされる力を減少させる。
【００２８】
半径方向のフランジ部３２４は、円周上に配置された複数の平坦な表面３４２を有し円周方向に配置された複数の半径方向の突出部３４４の間の自己装着ファスナ３２０の長手方向の軸を通って延びる半径に概略垂直に延びる外表面３４０を有する。各半径方向の突出部３４４は、平坦な概略半径方向の側面３４５と円筒状の端面３４６とを有する。上述したように、半径方向の突出部３４４の間の半径方向のフランジ部３２４の表面３４２は、アーチ状であってもよいが、平坦な表面が望ましく、半径方向の突出部３４４の外表面３４６は、平坦であってもよいが、外表面３４６の円周方向の突起が回転の円筒部を規定するように、望ましくはアーチ状である。自己装着雌型ファスナ３２０のこの実施形態では、半径方向の突出部３４４の平坦な側面３４５は、概略半径方向であるが、平坦な側面３４５は、図１７に示すように平行であってもよい。すなわち、半径方向の突出部３４４の構成は、図１乃至３に示す半径方向の突出部４４と実質的に同一である。しかし、隣接する半径方向の突出部３４４の平坦な概略半径方向の側面３４５は、図１７に示すように平行で半径方向の突出部３４４の間にチャネル形状の凹部を形成してもよく、あるいは、各半径方向の突出部３４４の平坦な概略半径方向の側面３４５は、図１８に示すように平行であってもよい。自己装着雌型ファスナ３２０の望ましい実施形態は、筒状のバレル部３２６と半径方向のフランジ部３２４との間に、半径方向のフランジ部３２４に隣接する円筒状の外表面３５４と、筒状のバレル部３２６に結合する内側に傾斜した円錐台状の表面３５６とを有する胴体部３５２を有する。さらに、筒状のバレル部３２６は、半径方向のフランジ部３２４と一体である。
【００２９】
上述したように、図１７及び図１８に示す自己装着固定要素１２０，２２０の実施形態は、図１乃至３に示すような、胴部２２を有する雄型固定要素であってもよく、または、図２１に示すように、孔３２２を有する雌型固定要素であってもよい。図１７及び図１８に示す固定要素１２０，２２０は、雄型固定要素であり、自己装着ファスナは、図７乃至１４に示すように、金属パネルに装着される。ここで、パネルは、半径方向の突出部１４４または２４４に対しかつその間で、上述したように平坦な表面に対し、逐次的に変形されて固定要素に優れた耐トルク性を提供する。自己装着固定要素が図１９乃至２１において３２０で示す雌型固定要素である場合には、上で参照した米国特許第４，８１０，１４３号で説明されているように、パンチによる装着中に、開口がパネルを貫通して穿孔可能である。
【００３０】
試験結果は、図１乃至３に示すように、少なくとも８の半径方向の突出部４４が望ましいことを示す。しかし、半径方向のフランジ部の直径に応じて、自己装着固定要素は、図１７及び図１８に示すように、より多くの半径方向の突出部１４４または２４４を有して優れた耐トルク性を提供することが可能である。また、半径方向の突出部の数は、所与の自己装着固定要素の種々のトルク要求特性に適合するように調整可能である。また、試験により、それぞれが平坦で概略半径方向の側面を有し、円周方向に配置された複数の半径方向の突出部を有する自己装着ファスナが、このタイプの自己装着固定要素に対するトルク要求特性に適合するかまたはこれを超えることが判明した。例えば、８の半径方向の突出部４４を有する半径方向のフランジ部２４を有する図１乃至３に示すタイプの雄型の６ＭＭ自己装着固定要素２０は、１４ＮＭの産業標準より非常に高い２６乃至２８ＮＭまでの耐トルク性を提供した。８の半径方向の突出部４４を有する半径方向のフランジ部２４を有する８ＭＭ自己装着固定要素２０は、３４ＮＭの現在の産業標準より非常に大きい４２乃至４４ＮＭまでの耐トルク性を発生した。また、より大きい耐トルク性は、図１７及び図１８に示すように、１１またはそれ以上の半径方向の突出部１４４，２４４を有する自己装着ファスナにより提供される。図１乃至３、図１７及び図１８に示すように、固定要素が雄型固定要素である多くの用途では、試験は、金属パネルでの固定要素の回転動作の前に、装着に続く耐トルク性試験中に、胴部が破壊するであろうことを示す。
【００３１】
本発明の自己装着固定要素の望ましい実施形態の上記説明から理解されるであろうように、添付のクレームの範囲で、種々の改良が、自己装着固定要素になされ得る。上述したように、半径方向の突出部の数は、用途に対するトルク要求特性に応じて変更可能である。上述したように、本発明の自己装着固定要素は、胴部を有する雄型固定要素か、または、孔を有する雌型固定要素であり得る。本発明の自己装着固定要素の望ましい実施形態では、自己装着ファスナは、その外表面が、平坦な概略半径方向の側面をそれぞれに有する円周方向に配置された複数の半径方向の突出部を有する半径方向のフランジ部と、半径方向のフランジ部と共軸に配置され、半径方向のフランジ部に対向する自由開放端を有する筒状のバレル部とを有する。ここで、平坦な概略半径方向の側面は、図１乃至３に示す固定要素の胴部２２に雌型固定要素を、または図１９乃至２１に示す孔３２２へ雄型固定要素を装着することによって、自己装着固定要素のファスナ部分へのトルクの印加により発生する円周方向のねじり力に対して概略垂直に延びる。
【００３２】
望ましい実施形態では、半径方向の突出部の間の半径方向のフランジ部の外表面の円周方向の幅Ｗ１は、半径方向の突出部の外表面の半径方向の幅Ｗ２より実質的に大きく、望ましい実施形態では、円周方向の幅Ｗ１は、円周方向の幅Ｗ２の少なくとも２倍である。さらに、本発明の自己装着ファスナの望ましい実施形態では、半径方向の長さＬは、半径方向の突出部の円周方向の幅Ｗ２より大きい。しかし、上述したように、平坦な概略半径方向の側面４５，３４５は、図１乃至３、図１９乃至２１に示すように、半径方向のフランジ部と筒状のバレル部の軸「ｘ」を通って延びる半径と並列に配置されてもよく、図１８に示すように、対向する平坦な概略半径方向の側面２４５は、平行であってもよく、図１７に示すように、隣接する半径方向の突出部１４４の平坦な概略半径方向の側面１４５は、平行であってもよい。理解されるであろうように、自己装着固定要素は、望ましくは鋼から形成され、望ましくは装着される金属パネル５０より硬い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る自己装着固定要素の望ましい実施形態の端部斜視図である。
【図２】図１に示す固定要素の端部図である。
【図３】図１及び図２に示す自己装着固定要素の部分的な側部断面図である。
【図４】ダイ部材と駆動部材とを用いたパネルへの装着のために配置された図１乃至３に示す自己装着ファスナの分解された部分的な側部断面図である。
【図５】自己装着固定要素のパネルへの装着時の図１乃至４に示す自己装着固定要素の側部の部分的な側断面図である。
【図６】本発明に係る自己装着固定要素の装着手順を図解する図１乃至５の自己装着ファスナとダイ部材の側部断面図である。
【図７】本発明に係る自己装着固定要素の装着手順を図解する図１乃至５の自己装着ファスナとダイ部材の側部断面図である。
【図８】本発明に係る自己装着固定要素の装着手順を図解する図１乃至５の自己装着ファスナとダイ部材の側部断面図である。
【図９】本発明に係る自己装着固定要素の装着手順を図解する図１乃至５の自己装着ファスナとダイ部材の側部断面図である。
【図１０】本発明に係る自己装着固定要素の装着手順を図解する図１乃至５の自己装着ファスナとダイ部材の側部断面図である。
【図１１】本発明に係る自己装着固定要素の装着手順を図解する図１乃至５の自己装着ファスナとダイ部材の側部断面図である。
【図１２】本発明に係る自己装着固定要素の装着手順を図解する図１乃至５の自己装着ファスナとダイ部材の側部断面図である。
【図１３】本発明に係る自己装着固定要素の装着手順を図解する図１乃至５の自己装着ファスナとダイ部材の側部断面図である。
【図１４】本発明に係る自己装着固定要素の装着手順を図解する図１乃至５の自己装着ファスナとダイ部材の側部断面図である。
【図１５】図１４に示すパネルへの装着に続く図１乃至３に示す自己装着固定要素の実施形態の上面図である。
【図１６】図１５に示す自己装着ファスナとパネル部材の部分断面の側部斜視図である。
【図１７】本発明に係る自己装着固定要素の代替的実施形態の上面断面図である。
【図１８】本発明に係る第３の代替的実施形態の上面図である。
【図１９】本発明に係る雌型ファスナの形態の自己装着ファスナの代替的な実施形態の上部斜視図である。
【図２０】図１９に示す雌型自己装着固定要素の上面図である。
【図２１】図１９及び図２０に示す雌型自己装着固定要素の側部部分断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
２０  自己装着固定要素（自己装着ファスナ）
２２  胴部
２４  フランジ部
２６  バレル部
３２  自由開放端
４２  外表面（フランジ部）
４４  突出部
４５  側面（突出部）
４６  外表面（突出部）
１２０  自己装着固定要素
１２４  フランジ部
１２６  バレル部
１４２  外表面（フランジ部）
１４４  突出部
１４５  側面（突出部）
１４７  外表面（突出部）
２２０  自己装着固定要素
２２４  フランジ部
２２６  バレル部
２４２  外表面（フランジ部）
２４４  突出部
２４７  外表面（突出部）
３２０  自己装着固定要素（自己装着雌型ファスナ）
３２４  フランジ部
３２６  バレル部
３４０  外表面（フランジ部）
３４４  突出部
３４５  側面（突出部）
３４６  外表面（突出部）
３５２  胴体部
【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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