(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
締結具本体上にキャップを圧着する工具であって、
締結具フォルダーと、
圧着ヘッドとを備え、
前記締結具本体は、
ネジと、
前記締結具本体の頂部に沿って配置された複数のレンチ面と、
前記レンチ面の下側に配置され、そこから外側に延在する第１外側フランジと、
前記第１外側フランジの下側に配置された第２外側フランジと、
前記第１外側フランジと前記第２外側フランジとの間に配置された溝とを備え、
前記キャップは、前記レンチ面及び前記第１外側フランジ上に配置され、
前記キャップは、前記第１外側フランジ周囲で圧着され、
前記キャップの端部は、前記第１外側フランジと前記第２外側フランジとの間の前記溝内で圧着され、
前記締結具本体の底部は、前記キャップにより覆われていない前記第２外側フランジと前記ネジを備え、
前記締結具フォルダーは、前記締結具本体及び前記キャップを保持及び支持するよう構成され、
前記締結具本体は、前記キャップ内に配置され、
前記締結具フォルダーは、前記締結具本体の前記頂部及び前記キャップを収容し、
前記圧着ヘッドは、前記締結具本体周囲に配置された複数の圧着セグメントを備え、
前記圧着セグメントは、前記圧着セグメント周囲の周方向に延在する内側延在リブを備え、
前記リブは、前記第２外側フランジ上の前記締結具本体及び前記第１外側フランジに向かって軸方向に移動するように構成され、
前記リブは、前記溝内を半径方向内側に移動し、前記溝内で前記キャップの前記端部を圧着するように同時に構成されることを特徴とする工具。
【請求項２】
前記リブが前記溝内で半径方向内側に同時に移動しつつ前記締結具フォルダーに向かって軸方向に移動した後に、前記リブは、半径方向内側に移動することなく、前記第１外側フランジに向かって前記溝内に軸方向に移動するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の工具。
【請求項３】
前記圧着ヘッドはセンタリングガイドをさらに備え、前記センタリングガイドは前記締結具本体の前記底部に対してバイアスをかけるスプリングを有し、前記センタリングガイドは前記圧着ヘッド及び前記締結具本体をセンタリングすることを特徴とする請求項１に記載の工具。
【請求項４】
圧着ヘッド本体をさらに備え、前記圧着ヘッド本体は内部空洞及び前記締結具フォルダーに向かって外側に傾斜するテーパー付き内面を備え、前記圧着セグメントは前記締結具フォルダーに向かって外側に傾斜するテーパー付き外面を備え、前記圧着セグメントは前記圧着ヘッド本体の前記内部空洞内に収容され、前記テーパー付き内面及び外面はそこに係合され、前記圧着ヘッド本体は前記圧着セグメントに対して前記締結具フォルダーに向かって移動するように構成され、前記テーパー付き内面及び外面は互いに摺動し、前記圧着セグメントを半径方向内側に押し込むように構成されることを特徴とする請求項１に記載の工具。
【請求項５】
前記圧着ヘッド本体と前記圧着セグメントとの間に配置された第１スプリングをさらに備え、前記圧着ヘッド本体及び前記圧着セグメントは、前記圧着セグメントが半径方向内側に移動するように前記第１スプリングを圧縮しつつ前記締結具フォルダーに向かって移動するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の工具。
【請求項６】
前記圧着ヘッド本体及び前記圧着セグメントは前記締結具フォルダーに向かって異なる速度で移動するように構成されることを特徴とする請求項５に記載の工具。
【請求項７】
前記圧着セグメント内に配置されたセンターをさらに備え、前記圧着セグメントと前記センターとの間に配置された第２スプリングをさらに備え、前記第２スプリングのバイアス力は、前記第２スプリングが圧縮された前に前記第１スプリングが圧縮されるように前記第１スプリングのものよりも高く、前記圧着ヘッド本体及び前記圧着セグメントは、前記第２スプリングを圧縮しつつ、前記圧縮セグメントが半径方向内側に移動することなく、前記締結具フォルダーに向かって軸方向に移動するように構成されることを特徴とする請求項５に記載の工具。
【請求項８】
前記圧着ヘッド本体と前記圧着セグメントとの間にリテーナをさらに備え、前記リテーナは、前記圧着ヘッド本体内に前記圧着セグメントを保持し、スプリングは、前記圧着セグメントに、そして前記リテーナを介して前記圧着ヘッド本体に、バイアスをかけることを特徴とする請求項４に記載の工具。
【請求項９】
前記リテーナは互いに隣接して配置された２つの前記圧着セグメント間に配置され、前記リテーナは前記圧着ヘッド本体を貫通する止めネジであり、前記隣接した圧着セグメントは前記圧着セグメント間に縦溝を備え、前記止めネジは前記圧着ヘッド本体内に前記圧着セグメントを保持するために前記縦溝を係合することを特徴とする請求項８に記載の工具。
【請求項１０】
前記圧着セグメント内に配置されたセンターをさらに備え、前記センターはスプリングを備え、前記圧着ヘッド本体に対して前記圧着セグメントに外側方向のバイアスをかけることを特徴とする請求項４に記載の工具。
【請求項１１】
前記圧着セグメントは前記圧着ヘッド本体とともに前記センターから離れて軸方向に移動し、前記圧着セグメントは前記締結具フォルダーに向かって移動し、前記センターは、前記圧着セグメントが前記センターから離れて移動する前に、前記圧着セグメントに外側方向のバイアスをかけることを特徴とする請求項１０に記載の工具。
【請求項１２】
前記締結具フォルダーは前記第１外側フランジの上側に前記キャップを支持し、前記圧着ヘッドはセンタリングガイドをさらに備え、前記センタリングガイドは前記締結具本体の前記底部に対してバイアスをかけるスプリングを有し、前記センタリングガイドは前記圧着ヘッド及び前記締結具本体をセンタリングすることを特徴とする請求項１に記載の工具。
【請求項１３】
締結具本体上にキャップを圧着する方法であって、
締結具フォルダー内に前記締結具本体及び前記キャップを配置する工程と、
第２外側フランジ上の締結具フォルダーに向けて及び第１外側フランジに向けて圧着ヘッドのリブを移動する工程と、
溝内の半径方向内側に前記リブを移動し、溝内に前記キャップの端部を圧着する工程を備え、
前記締結具本体は、
ネジと、
前記締結具本体の頂部に沿って配置された複数のレンチ面と、
前記レンチ面の下側に配置され、そこから外側に延在する第１外側フランジと、
前記第１外側フランジの下側に配置された第２外側フランジと、
前記第１外側フランジと前記第２外側フランジとの間に配置された溝とを備え、
前記キャップは、前記レンチ面及び前記第１外側フランジ上に配置され、
前記締結具本体の底部は、前記キャップにより覆われていない前記第２外側フランジと前記ネジを備え、
前記リブは、前記溝内の半径方向内側に同時に移動しつつ前記締結具フォルダーに向かって軸方向に移動するように構成されたことを特徴とする締結具本体上にキャップを圧着する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、ここに参照として含まれる２０１５年１月１５日提出の暫定米国特許出願第６２／１０３，８９８号の優先日の利益を請求する。
【０００２】
本発明は、一般的に締結具に関するものであり、特にフランジ周囲を圧着されたキャップを備えた締結具に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
締結具は、様々なコンポーネントに取り付けるための多くの用途に用いられる。一般的には、締結具は、少なくとも１つのネジ部及びその上の１つ以上のレンチ面を有する。レンチ面は、締結具を締める又は緩めるために用いられるソケット又は他のレンチのような工具からトルクを受けるよう設計されている。ナットのような従来の締結具においては、締結具は、雌ネジ及び雌ネジ周囲の六角形状に配置された６つのレンチ面を有してもよい。しかしながら、他の締結具は、ボルト及びネジのような雄ネジを有してもよい。締結具は、所望の異なる数のレンチ面を有してもよい。
【０００４】
美観は、自動車のホイールナットのようなある締結具に影響する１つである。特に、自動車のホイールはしばしば自動車の特色のある部分であるため、自動車消費者は自動車のホイールの美観に引きつけられる。その結果、ホールナットはホイール中心の周囲に良好な可視パターンを形成するために、ホイールナットはホイール及びより一般的には自動車の美観に必須なコンポーネントとなる。しかしながら、自動車のホイールナットは、自動車のホイールにしばしば遭遇される湿潤塩害環境に起因する腐食問題に極めて敏感である。当然、ホイールナットの可視面上の腐食は、ホイール及び一般的には自動車の美的外観を非常に低下する。
【０００５】
ホイールナットの美観を成功させた１つのアプローチは、ステンレス鋼製のキャップ付きホイールナットである。この解決策においては、ナット本体はステンレス鋼製カバーにより覆われている。ステンレス鋼は腐食に抵抗性を有するため、高耐久性で視覚的に魅力的なステンレス鋼製のキャップ付きホイールナットは、美観的に満足なホイールナットの大部分の要望を満たし得る。ステンレス鋼製のキャップ付きホイールナットの他の利点は、ステンレス鋼の光沢のある銀色がほとんどの自動車のホイールに用いられる色と通常一致することである。
【０００６】
従来のステンレス鋼製のキャップ付きホイールナットは非常に成功しているが、発明者は、キャップ付き締結具のデザインが低コストかつより軽量に改良されると考えている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
キャップ付きホイールナットは、締結具本体のレンチ面を覆うキャップとともに記載される。キャップは、締結具上の軸方向に維持されるように、レンチ面の底部で第１外側フランジ周囲を包む。キャップの端部は、第１外側フランジとキャップが覆われない第２外側フランジとの間の溝内で圧着される。キャップの端部を圧着するための圧着工具及び圧着方法も記載されている。圧着工具は、内部リブによりセグメントを圧着する。圧着の間に、リブは、締結具本体の溝内で半径方向に押圧し、キャップの端部を圧着する。さらなる詳細及び利点は、以下に詳述する。
【０００８】
本発明は、以下の態様の様々な組み合わせを含んでもよく、以下の記述又は添付の図面に記載された他の態様を含んでもよい。
【０００９】
圧着されたキャップを備えた締結具は、締結具本体と、キャップとを備え、前記締結具本体は、ネジと、前記締結具本体の頂部に沿って配置された複数のレンチ面と、前記レンチ面の下側に配置され、そこから外側に延在する第１外側フランジと、前記第１外側フランジの下側に配置された第２外側フランジと、前記第１外側フランジと前記第２外側フランジとの間に配置された溝とを備え、前記キャップは、前記レンチ面及び前記第１外側フランジ上に配置され、前記キャップの端部は、前記第１外側フランジ周囲で圧着され、前記端部は、前記第１外側フランジと前記第２外側フランジとの間の前記溝内で圧着され、前記締結具本体の底部は、前記第２外側フランジと、前記キャップにより覆われていない前記ネジの残部を備えることを特徴とする。
【００１０】
締結具は、前記キャップが金属製である。
【００１１】
締結具は、前記キャップがステンレス鋼製である。
【００１２】
締結具は、前記キャップが前記締結具本体の頂端部を覆っている。
【００１３】
締結具は、前記締結具本体がナットであり、前記ネジが雌ネジである。
【００１４】
締結具は、自動車ホイールの締結具である。
【００１５】
締結具は、前記締結具本体が前記第２外側フランジの下側のテーパー付きノーズを備え、前記テーパー付きノーズは前記キャップにより覆われていない。
【００１６】
締結具は、前記テーパー付きノーズが前記第２フランジから半径方向内側に延在している。
【００１７】
締結具は、前記キャップの前記端部が前記第２外側フランジの外面から半径方向内側に配置されている。
【００１８】
締結具は、前記第１外側フランジの外面が前記第２外側フランジの外面と同等又は外面より小さい。
【００１９】
締結具は、前記キャップの前記端部が前記第２外側フランジの外面から半径方向内側に配置されており、前記第１外側フランジの外面が前記第２外側フランジの外面と同等又は外面より小さい。
【００２０】
締結具は、前記キャップが金属製である。
【００２１】
締結具は、自動車ホイールの締結具である。
【００２２】
締結具は、前記締結具本体がナットであり、前記ネジが雌ネジである。
【００２３】
締結具は、前記キャップがステンレス鋼製である。
【００２４】
締結具は、前記締結具本体が前記第２外側フランジの下側のテーパー付きノーズを備え、前記テーパー付きノーズは前記キャップにより覆われていない。
【００２５】
締結具は、前記テーパー付きノーズが前記第２フランジから半径方向内側に延在している。
【００２６】
締結具は、前記キャップが前記締結具本体の頂端部を覆っている。
【００２７】
締結具は、前記キャップがステンレス鋼製であり、前記キャップが前記締結具本体の頂端部を覆っており、前記締結具本体がナットであり、前記ネジが雌ネジであり、前記締結具が自動車ホイールの締結具である。
【００２８】
締結具は、前記キャップの前記端部が前記第２外側フランジの外面から半径方向内側に配置されている。
【００２９】
締結具本体上にキャップを圧着する工具は、締結具フォルダーと、圧着ヘッドとを備え、前記締結具は、ネジと、前記締結具本体の頂部に沿って配置された複数のレンチ面と、前記レンチ面の下側に配置され、そこから外側に延在する第１外側フランジと、前記第１外側フランジの下側に配置された第２外側フランジと、前記第１外側フランジと前記第２外側フランジとの間に配置された溝とを備え、前記キャップは、前記レンチ面及び前記第１外側フランジ上に配置され、前記キャップの端部は、前記第１外側フランジ周囲で圧着され、前記端部は、前記第１外側フランジと前記第２外側フランジとの間の前記溝内で圧着され、前記締結具本体の底部は、前記第２外側フランジと、前記キャップにより覆われておらず、前記締結具フォルダーは、前記締結具本体及び前記キャップを保持及び支持するよう構成され、前記締結具本体は、前記キャップ内に配置され、前記締結具フォルダーは、前記締結具本体の前記頂部及び前記キャップを収容し、前記圧着ヘッドは、前記締結具本体周囲に配置された複数の圧着セグメントを備え、前記圧着セグメントは、前記圧着セグメント周囲の周方向に延在する内側延在リブを備え、前記リブは、前記第２外側フランジ上の前記締結具本体及び前記第１外側フランジに向かって軸方向に移動するように構成され、前記リブは、前記溝内を半径方向内側に移動し、前記溝内で前記キャップの前記端部を圧着するように構成される。
【００３０】
工具は第１段階後に第１段階及び第２段階をさらに備え、前記リブは、前記第１段階の間に半径方向内側に移動することなく、前記第１外側フランジに向かって軸方向に移動し、前記リブは、第２段階の間に前記第１外側フランジに向かって軸方向に移動することなく、前記溝内で半径方向内側に移動する。
【００３１】
工具は前記第２段階後に第３段階をさらに備え、前記リブは、前記第３段階の間に半径方向内側に移動することなく、前記第１外側フランジ内で軸方向に移動する。
【００３２】
工具は、前記締結具フォルダーが前記第１外側フランジの上側に前記キャップを支持する。
【００３３】
工具は、前記圧着ヘッドがセンタリングガイドをさらに備え、前記センタリングガイドが前記締結具本体の前記底部に対してバイアスをかけられたスプリングであり、前記センタリングガイドが前記圧着ヘッド及び前記締結具本体をセンタリングする。
【００３４】
工具は、圧着ヘッド本体をさらに備え、前記圧着ヘッド本体が内部空洞及び前記締結具フォルダーに向かって外側に傾斜するテーパー付き内面を備え、前記圧着セグメントが前記締結具フォルダーに向かって外側に傾斜するテーパー付き外面を備え、前記圧着セグメントが前記圧着ヘッド本体の前記内部空洞内に収容され、前記テーパー付き内面及び外面がそこに係合され、前記圧着ヘッド本体が前記圧着セグメントに対して前記締結具フォルダーに向かって移動し、前記テーパー付き内面及び外面が互いに摺動し、前記圧着セグメントを半径方向内側に押し込む。
【００３５】
工具は、前記圧着ヘッド本体と前記圧着セグメントとの間に配置された第１スプリングをさらに備え、前記圧着ヘッド本体及び前記圧着セグメントが、前記第１スプリングを圧縮することなく、前記圧着セグメントが半径方向内側に移動することなく、第１段階の間に前記締結具フォルダーに向かって移動し、前記圧着ヘッド本体が第２段階の間に前記圧着セグメントに対して前記締結具フォルダーに向かって移動し、前記第１スプリングを圧縮し、前記圧着セグメントを半径方向内側に押し込む。
【００３６】
工具は、前記圧着セグメントと前記締結具フォルダーとの間に配置された第２スプリングをさらに備え、前記第２スプリングのバイアス力が、前記第２スプリングが圧縮された前に前記第１スプリングが圧縮されるように前記第１スプリングのものよりも高く、前記圧着ヘッド本体及び前記圧着セグメントが、前記第２スプリングを圧縮しつつ、前記圧縮セグメントが半径方向内側に移動することなく、第３段階の間に前記締結具フォルダーに向かって軸方向に移動する。
【００３７】
工具は、前記圧着ヘッド本体と前記圧着セグメントとの間にリテーナをさらに備え、前記リテーナが、前記圧着ヘッド本体内に前記圧着セグメントを保持し、スプリングが前記リテーナに対して前記圧着ヘッド本体及び前記圧着セグメントにバイアスをかける。
【００３８】
工具は、前記リテーナが互いに隣接して配置された２つの前記圧着セグメント間に配置される。
【００３９】
工具は、前記リテーナが前記圧着ヘッド本体を貫通する止めネジであり、前記隣接した圧着セグメントが前記圧着セグメント間に縦溝を備え、前記止めネジが前記圧着ヘッド本体内に前記圧着セグメントを保持するために前記溝を係合する。
【００４０】
工具は、前記圧着セグメント内に配置されたセンターをさらに備え、前記センターがスプリングを備え、前記圧着ヘッド本体に対して前記圧着セグメントに外側方向のバイアスをかける。
【００４１】
工具は、前記圧着セグメントが前記圧着ヘッド本体とともに前記センターから離れて軸方向に移動し、前記圧着セグメントが前記締結具フォルダーに向かって移動し、前記センターが、前記圧着セグメントが前記センターから離れて移動する前に、前記圧着セグメントに外側方向のバイアスをかける。
【００４２】
工具は、前記締結具フォルダーが前記第１外側フランジの上側に前記キャップを支持し、前記圧着ヘッド本体と前記圧着セグメントとの間に配置された第１スプリングをさらに備え、前記圧着ヘッド本体及び前記圧着セグメントが、前記第１スプリングを圧縮することなく、前記圧着セグメントが半径方向内側に移動することなく、第１段階に間に前記締結具フォルダーに向かって移動し、前記圧着ヘッド本体が、第２段階の間に前記圧着セグメントに対して前記締結具フォルダーに向かって移動し、前記第１スプリングを圧縮し、前記圧着セグメントを半径方向内側に押し込む。
【００４３】
工具は、前記圧着ヘッドがセンタリングガイドをさらに備え、前記センタリングガイドが前記締結具本体の前記底部に対して第３スプリングによりバイアスをかけられ、前記センタリングガイドが前記圧着ヘッド及び前記締結具本体をセンタリングし、前記圧着ヘッド本体と前記圧着セグメントとの間にリテーナをさらに備え、前記リテーナが、前記圧着ヘッド本体内に前記圧着セグメントを保持し、前記第１スプリングが前記リテーナに対して前記圧着ヘッド本体及び前記圧着セグメントにバイアスをかけ、前記センタリングガイド上及び前記圧着セグメント内に配置されたセンターをさらに備え、前記第３スプリングが前記圧着ヘッド本体に対して前記圧着セグメントに外側方向のバイアスをかけ、前記圧着セグメントが前記圧着ヘッド本体とともに前記センターから離れて軸方向に移動し、前記圧着セグメントが前記締結具フォルダーに向かって移動し、前記センターが、前記圧着セグメントが前記センターから離れて移動する前に、前記圧着セグメントに外側方向のバイアスをかけ、前記リテーナが互いに隣接して配置された２つの前記圧着セグメント間に配置される。
【００４４】
工具は、前記圧着セグメントと前記締結具フォルダーとの間に配置された第２スプリングをさらに備え、前記第２スプリングのバイアス力が、前記第２スプリングが圧縮された前に前記第１スプリングが圧縮されるように前記第１スプリングのものよりも高く、前記圧着ヘッド本体及び前記圧着セグメントが、前記第２スプリングを圧縮しつつ、前記圧縮セグメントが半径方向内側に移動することなく、第３段階の間に前記締結具フォルダーに向かって軸方向に移動する。
【００４５】
工具は、前記リテーナが前記圧着ヘッド本体を貫通する止めネジであり、前記隣接した圧着セグメントが前記圧着セグメント間に縦溝を備え、前記止めネジが前記圧着ヘッド本体内に前記圧着セグメントを保持するために前記溝を係合する。
【００４６】
工具は、前記締結具フォルダーが前記第１外側フランジの上側に前記キャップを支持し、前記圧着ヘッドがセンタリングガイドをさらに備え、前記センタリングガイドが前記締結具本体の前記底部に対してバイアスをかけるスプリングであり、前記センタリングガイドが前記圧着ヘッド及び前記締結具本体をセンタリングする。
【００４７】
工具は第１段階後に第１段階及び第２段階をさらに備え、前記リブは、前記第１段階の間に半径方向内側に移動することなく、前記第１外側フランジに向かって軸方向に移動し、前記リブは、第２段階の間に前記第１外側フランジに向かって軸方向に移動することなく、前記溝内で半径方向内側に移動する。
【００４８】
工具は前記第２段階後に第３段階をさらに備え、前記リブは、前記第３段階の間に半径方向内側に移動することなく、前記第１外側フランジ内で軸方向に移動する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
本発明は、図面とともに以下の記載によりさらに完全に理解されてもよい。
【図１】従来のキャップ付き締結具の側面図である。
【図２】締結具本体上のキャップを圧着する従来の圧着工具の断面図である。
【図３】改良されたキャップ付き締結具の側面図である。
【図４】改良された締結具を備えた従来の圧着工具の断面図である。
【図５】第１段階の開始時の改良されたキャップ付き締結具用の圧着工具の断面図である。
【図６】圧着セグメント及びセットネジの斜視図である。
【図７】第１段階の終了時及び第２段階の開始時の圧着工具の断面図である。
【図８】第２段階の終了時及び第３段階の開始時の圧着工具の断面図である。
【図９】第３段階の終了時の圧着工具の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図面を参照すると、従来のステンレス鋼製のキャップ付き自動車ホイールナット１０が図１に示されている。一般的に、レンチ面１４を含むナット本体１２の頂部はステンレス鋼製キャップ１６により覆われている。したがって、ナット１０がホイールに取り付けられた場合、そのナット本体１２は何気ない観察者には見えず、ステンレス鋼製キャップ１６は容易に見えるナット１０の一部のみである。しかしながら、ナット本体１２の底部はキャップ１６により覆われず、螺合を妨げるキャップ１６なしにナット１０がホイール上に取り付けられる。
【００５１】
ナット本体１２上のキャップ１６を圧着する従来の工具１８が図２に示されている。図示されているように、ナット本体１２はキャップ１６内に挿入され、ナット本体１２及びキャップ１６は締結具フォルダー２０内に収容される。図２の左側に示されているように、圧着ヘッド２２が締結具フォルダー２０に向かって移動し、傾斜面２４がキャップ１６の端部２６と接触する。図２の右側において、圧着ヘッド２２がそのストロークの底部で示され、圧着ヘッド２２の傾斜面２４が外側フランジ２８の下側に対して内側にキャップ１６の端部２６を押圧している。外側フランジ２８周囲におけるキャップ１６の端部２６の圧着は、キャップ１６が使用中にナット本体１２から外れないようにナット本体１２上にキャップ１６を軸方向に保持するために主に作用する。
【００５２】
改良されたキャップ付き締結具３０が図３に示されている。ナット３０として示されているが、ここに開示された原理が、必要であれば、雄ネジを備えたボルトに適合されてもよいことは理解される。改良された締結具３０が自動車のホイールナット３０として特に有用であることは認識されるが、締結具３０が他の用途においても良好に有用であることも可能である。従来のキャップ付き締結具１０と同様に、改良された締結具３０は頂部に沿ってレンチ面１４を備えた締結具本体３２を有する。好ましくは、締結具本体３２は六角形状に配置された６つのレンチ面を有する。締結具本体３２は孔３４の底部に沿って雌ネジ３６を備え、そこを貫通して延在する縦孔３４を有してもよい。キャップ１６は締結具本体３２を通過する孔３４を含む締結具本体３２の頂部を覆う。キャップ１６はレンチ面１４を取り囲み、標準ソケットが締結具３０にトルクをかけるためにキャップ１６上に配置されるようにレンチ面１４の配置に概ね一致する。このように、キャップ１６は、キャップ１６に本質的な損害を与えることなく、自動車のホイールナット３０を締め及び緩めるために用いられる典型的なトルクに耐えられるほどに十分な頑健性を必要とする。一般的に、キャップ１６は金属製であり、自動車ホイールの締結具３０の場合には、キャップ１６にはステンレス鋼が好適である。所望であれば、締結具３０を締め及び緩める間にキャップ１６の耐久性を向上させるために、キャップ１６は、締結具本体３２上に押圧されてもよく、締結具本体３２に溶接されてもよく、又は、接着剤により締結具本体３２に接着されてもよい。しかしながら、キャップ１６と締結具本体３２との間のスリップフィットがキャップ１６の所望の耐久性を維持するのに十分としてもよい。
【００５３】
従来のキャップ付き締結具１０とは異なり、改良されたキャップ付き締結具３０は、それらの間の溝４２により分離された２つの個々の外側フランジ３８，４０を有する。締結具本体３２上にキャップ１６を軸方向に保持するために、キャップ１６の端部２６は、レンチ面１４の下に配置され、そこから外側に延在する第１外側フランジ３８周囲を圧着される。このように、キャップ１６の端部２６は、第１外側フランジ３８と第２外側フランジ４０との間の溝４２内で圧着される。その結果、第１外側フランジ３８の下に配置される第２外側フランジ４０及びネジ部３６の残部はキャップ１６により覆われない。第２外側フランジ４０は、締結具３０の圧着に要求される機能的最大直径として好適に定義される。このように、締結具３０は自動車のホイールナット３０であり、第２外側フランジ４０はホイールハブに対してホイールを圧着するのに十分な直径である。このように、ナット３０はコーン４４又は球状ノーズ４４のようなホイール孔内で締め付けられたテーパー付きノーズ４４を有し、好適には、第２外側フランジ４０は第２外側フランジ４０からネジ部３６及び締結具３０の底端に向かって内側にノーズ４４が傾斜するテーパー付きノーズ４４の外形である。図２に示されたように、従来のキャップ付きホイールナット１０においては、キャップ１６の端部２６を圧着するために圧着ヘッド２２に対して下側に十分な隙間が要求されるため、キャップ１６が周囲で圧着されるフランジ２８はテーパー付きノーズ４４の外径又は最大圧着径よりも本質的に大きい必要がある。
【００５４】
しかしながら、改良されたキャップ付き締結具３０においては、キャップ１６の端部２６が第１外側フランジ３０と第２外側フランジ４０との間の溝４２内で圧着されるため、キャップ１６が周囲で圧着される外側フランジ３８はより小さくしてもよい。好ましくは、キャップ１６の端部２６は溝４２内で押圧され、端部２６が第２外側フランジ４０の外面から半径方向内側に配置される。また、第１外側フランジ３８は第２外側フランジ４０よりも僅かに大きなサイズにすることができるが、第１外側フランジ３８は第２外側フランジ４０と同等又は第２外側フランジ４０よりも小さなサイズにすることが好ましい。言い換えると、第１外側フランジ３８は可能な限り小さいことが望ましい。その結果、キャップ１６が周囲で圧着される外側フランジ３８はサイズが顕著に縮小されるため、締結具３０の全重量は減少する。例えば、これは、約５％〜１０％の軽量化を生じる。このような潜在的な軽量化はいくつかの理由により顕著である。具体的には、自動車のホイール締結具３０に関しては、締結具３０がホイールに直接取り付けられているため、締結具３０の重量は他のコンポーネントのものよりもより重要である。ホイールが自動車のサスペンションシステムの下（すなわち道路とサスペンションシステムとの間）に設置されるため、この重量はしばしば「バネ下重量」と呼ばれる。一般的には、自動車の取扱性能を向上するために自動車のバネ下重量を低減することは自動車製造者にとって好ましい。また、ホイール締結具３０はホイールとともに回転するため、締結具３０の重量も自動車の加速及び減速性能に大きな影響を与える。このように、自動車のホイール締結具３０の重量は自動車性能に不相応な影響を与えることができる。また、ホイール締結具３０の重量の低減は、材料コストの低減により自動車のコストを低減することができる。これは、典型的な自動車に用いられるホイール締結具３０の量に起因して顕著である。例えば、多くの自動車は各ホイール上に５個のホイール締結具３０を使用し、４本のホイールを有しており、これは、各自動車に合計２０個のホイール締結具３０が必要なことを意味している。
【００５５】
２つの外側フランジ３８，４０及びその間の溝４２を備えた改良されたキャップ付き締結具３０に関する１つの問題としては、従来の圧着方法では溝４２内でキャップ１６の端部２６を圧着できないことである。例えば、図４に示されているように、従来の圧着ヘッド２２が改良された締結具３０上でキャップ１６の端部２６を圧着しようと用いられた場合、傾斜圧着面２４がキャップ１６の端部２６に接触する前に第２外側フランジ４０に接触する。このように、改良された締結具３０は、キャップ１６の端部２６を圧着するための従来の圧着ヘッド２２と比べて、第１外側フランジ３８の下側に沿った十分な隙間を提供できない。
【００５６】
図５〜９を見ると、上記の改良されたキャップ付き締結具３０の溝４２内におけるキャップ１６の端部２６を圧着するための圧着工具４６及び圧着方法が示されている。図５においては、圧着ヘッド４８と締結具本体３２との間の第１接触時における圧着工具４６が示されている。圧着工具４６は、一般的に下側に配置される締結具フォルダー５０を含む。締結具本体３２及びキャップ１６は、締結具本体３２の頂部を取り囲むキャップ１６を備えた締結具フォルダー５０内に収容される（すなわち締結具３０の頂部が締結具フォルダー５０内で逆さまに収容される）。このように、締結具フォルダー５０は締結具本体３２及びキャップ１６を保持及び支持する。好ましくは、締結具３０は重力により締結具フォルダー５０内で保持される。締結具フォルダー５０は、追加支持を提供するために締結具３０のレンチ面１４を収納する内部空洞５２を有することが望ましい。また、締結具フォルダー５０は、キャップ１６及び第１外側フランジ３８の上側（図の下側）に対する直接軸支持を提供することが好ましい。
【００５７】
圧着ヘッド４８は、外向きテーパー付き内面５８を有する内部空洞５６を備えた筒状である圧着ヘッド本体５４を含む。所望であれば、圧着ヘッド本体５４は、ドライブヘッド６０が容易な組み立て及び取り外しのために除去されるように、筒状本体５４に固定されたドライブヘッド６０を有してもよい。一連の圧着セグメント６４（図６に示されたものも）は、圧着ヘッド本体５４の内部空洞５６周囲で周方向に配置されてもよい。好ましくは、圧着セグメント６４は、圧着セグメント６４のそれぞれを分離する縦ギャップを有して互いに結合されていない。下記のような圧着セグメント６４の開閉の間に圧着セグメント６４が放射状に移動し得るように分離ギャップが増減することは理解される。圧着セグメント６４は圧着ヘッド本体５４の内側テーパー５８に対応する外向きテーパー付き外面フランジ６６を有してもよい。このように、圧着セグメント６４及び圧着ヘッド本体５４のテーパー付き表面５８，６６は、下記に詳述するように、互いに係合し、各テーパー付き表面５８，６６に沿って摺動するように設計されている。圧着セグメント６４は、圧着セグメント６４周囲の周方向に延在する内側延在リブ６８を有してもよい。リブ６８は、さらに後述するように、締結具本体３２の溝４２内でキャップ１６の端部２６を圧着するように設計されている。圧着セグメント６４は、さらに後述するように、第２スプリング９０を係合するように設計されたオーバーハンギングステップ６９を有してもよい。
【００５８】
第１スプリング７０は、ドライブヘッド６０と圧着セグメント６４との間の圧着ヘッド本体５４の内部空洞５６内側に設けられてもよいl。このように、第１スプリング７０は、互いに離れた圧着セグメント６４にバイアスをかける。すなわち、圧着セグメント６４は、圧着ヘッド本体５４に対して下方にバイアスをかけられる。圧着セグメント６４は、１本以上の止めネジ７２であってもよいリテーナ７２により圧着ヘッド本体５４内に保持される。止めネジ７２は、圧着ヘッド本体５４を通してネジ止めされてもよく、圧着セグメント６４を係合してもよい。第１スプリング７０のバイアスは、止めネジ７２が圧着ヘッド本体５４内に圧着セグメント６４を保持するように、圧着セグメント６４が止めネジ７２を押圧するまで圧着セグメント６４を押し下げる。図６に示されているように、止めネジ７２は、周方向に隣接する圧着セグメント６４の間に配置されてもよい。圧着セグメント６４は圧着セグメント６４の整合端部に沿って縦溝７４を設けてもよい。このように、各圧着セグメント６４は溝７４の片側を形成してもよい。溝７４の側面は、図示されているように半径方向に直線的であってもよく、溝７４が内側に傾斜するように半径方向に傾斜されてもよい。また、溝７４は圧着セグメント６４の底部に沿って延在し、圧着セグメント６４の頂部の下で終端していることが好ましい。図示されているように、溝７４は、溝７４の底部が溝７４の頂部よりも幅が広くなるように、三角形状の圧着セグメント６４の頂部に向かって内側に傾斜してもよい。溝７４及び止めネジ７２がどのように構成され、固定されるかに依存して、ネジ７２は、圧着ヘッド本体５４内で圧着セグメント６４を保持するために、溝７４の底部、側面及び／又は頂部を係合してもよい。
【００５９】
圧着ヘッド４８は、圧着ヘッド４８内で締結具本体３２をセンタリングするためのセンタリングガイド７６を設けてもよい。例えば、センタリングガイド７６は、締結具本体３２のテーパー付きノーズ４４を収容する前空洞７８を設けてもよい。センタリングガイド７６は、前空洞７８が圧着セグメント６４の内部空洞８０内に配置されるように、圧着セグメント６４を通して下方に延在してもよい。センタリングガイド７６は、第３スプリング８２により締結具フォルダー５０に向かって下方向のバイアスをかけられる。このように、図５に示されているように、圧着ヘッド４８及び締結具本体３２を最初にセンタリングするために、圧着ヘッド４８の残部の前にセンタリングガイド７６の前空洞７８が締結具本体３２に接触することが好ましい。図５にも示されているように、センタリングガイド７６は、圧着セグメント６４の内部空洞８０内に配置されたセンター８４を設けてもよい。圧着ヘッド本体５４に対して外側に圧着セグメント６４を押しつけるために、センタリングガイド７６上の下方へのスプリング圧力が圧着セグメント６４の内面８６に対して外側に押圧するように、センター８４の表面は傾斜して形成されてもよく、或いは、圧着セグメント６４の内部接触面８６は傾斜して形成されてもよい。
【００６０】
図７に示されているように、圧着ヘッド４８は締結具フォルダー５０に向かってさらに押し下げられる場合第１スプリング７０のスプリング圧力は、圧着セグメント６４及び圧着ヘッド本体５４が締結具フォルダー５０に向かってともに移動するように、圧着ヘッド本体５４と圧着セグメント６４との間の隙間を維持してもよい。すなわち、第１段階の間に、圧着ヘッド本体５４及び圧着セグメント６４のテーパー付き表面５８，６６間には相対的移動はなく、第１スプリング７０が圧着ヘッド本体５４と圧着セグメント６４との間で圧縮されなくともよい。このように、圧着セグメント６４及びリブ６８は、第１段階の間に半径方向内側に移動することなく締結具フォルダー５０及び第１外側フランジに向かって軸方向に移動してもよい。また、第１段階の間の締結具フォルダー５０に向かう圧着ヘッド４８の移動は、圧着セグメント６４が締結具フォルダー５０に向かって軸方向に移動する速度よりも早く圧着ヘッド本体５４を締結具フォルダー５０に向けて軸方向に移動させてもよい。第１スプリング７０の圧縮は、圧着ヘッド本体５４及び圧着セグメント６４を異なる速度で締結具フォルダー５０に向かって軸方向に移動させてもよい。第１スプリング７０の強度は、圧着セグメント６４が締結具フォルダー５０に向かって移動する速度を調整するために変化させてもよい。したがって、圧着セグメント６４が圧着ヘッド本体５４よりも遅い速度で締結具フォルダー５０に向かって軸方向に移動する場合、圧着セグメント６４及び圧着ヘッド本体５４のテーパー付き表面５８，６６は互いに相対的に摺動し、半径方向内側に圧着セグメント６４を押し付ける。そのため、圧着セグメント６４は、同時に半径方向内側に移動しつつ、締結具フォルダー５０に向かって軸方向に移動してもよい。その結果、キャップ１６の端部２６は、図８に示されたように、溝４２内で圧着されてもよい。
【００６１】
第１段階の間に、リブ６８は、第２外側フランジ４０上で第１外側フランジ３８に向かって移動する。図７にも示されているように、第１段階の間に、圧着セグメント６４及び最初にセンター８４と接触する内面８６はセンター８４から離れて軸方向に移動する。このように、センター８４は、圧着セグメント６４がセンター８４から離れて移動する前に最初に圧着セグメント６４に外側のバイアスをかける。図７及び８に示されているように、圧着セグメント６４上のステップ６９が第２スプリング９０に接触する場合、圧着セグメント６４が締結具フォルダー５０に向かう軸方向の移動を停止する際に、第１段階が終了する。あるいは、第２スプリング９０が含まれない場合、圧着セグメント上のステップ６９がセンター８４に接触する際に、第１段階が終了する。第１スプリング７０及び第２スプリング９０又はセンター８４のスプリング圧力は、圧着セグメント６４を軸方向の平面内に本質的に保持する。図８に示されているように、圧着セグメント６４が底に着いた後（この場合、第２スプリング９０に接触することにより）、圧着ヘッド本体５４は軸方向下方に移動し続けるが、圧着セグメント６４は締結具フォルダー５０に向かう軸方向の移動を停止する。これにより第１スプリング７０が圧縮される。圧着ヘッド本体５４が締結具フォルダー５０に向かって移動し続けるため、圧着セグメント６４及び圧着ヘッド本体５４のテーパー付き表面５８，６６は互いに相対的に摺動し、圧着セグメント６４を半径方向内側に押し付ける。そのため、第２段階の間に、リブ６８は、第１外側フランジ３８に向かって軸方向に移動することなく締結具本体３２の溝４２内で半径方向内側に移動する。その結果、キャップ１６の端部２６は溝４２内で圧着される。図８に示された第２段階の終了時に、第１スプリング７０は、圧着セグメント６４と圧着ヘッド本体５４との間で完全に圧縮される。すなわち、圧着ヘッド本体５４及び圧着セグメント６４は、もはや互いに相対的に移動することができない。この場合、ドライブヘッド６０が圧着セグメント６４とドライブヘッド６０との間のスペーサー８８に当接する際に生じる。あるいは、上述したように、圧着セグメント６４が同時に半径方向内側に移動しつつ締結具フォルダー５０に向かって軸方向に移動する場合には、第１段階及び第２段階は組み合わせてもよい。
【００６２】
図９に示されているように、圧着ヘッド４８は、圧着セグメント６４とセンタリングガイド７６との間に、皿バネ９０のような第２スプリング９０を設けてもよい。このように、第２スプリング９０が圧着セグメント６４と締結具本体３２との間にあるため、第２スプリング９０は締結具フォルダー５０から離れて圧着セグメント６４に上向きのバイアスをかける。望ましくは、第２スプリング９０のバイアス力は第１スプリングのバイアス力よりも高い。そのため、第１スプリング７０が完全に圧縮されるまで第２スプリング９０は圧縮されない。第２スプリング９０の圧縮長さは第１スプリングの圧縮長さよりもかなり短い。圧着ヘッド本体５４及び圧着セグメント６４はもはや互いに相対的に軸方向に移動することができないため、圧着ヘッド本体５４及び圧着セグメント６４は、第２スプリング９０が圧縮される第３段階の間に、締結具フォルダー５０に向かって軸方向に移動する。すなわち、第３段階の間に、圧着セグメント６４は半径方向内側には移動しないが、軸方向に移動する。そのため、第３段階の間にキャップ１６の端部２６をさらに圧着するために、リブ６８は、第１外側フランジ３８に向かって溝４２内で軸方向に移動する。第３段階はより高品質な圧着を提供することが好ましいが、ある用途においてはその必要はない。
【００６３】
本発明の好適な実施形態が記載されているが、本発明はこれに限定される物ではなく、本発明から逸脱することなく変更が可能であることを理解すべきである。ここに記載された各実施形態は、ある態様を示したにすぎず、他の実施形態に関して記載された全ての態様を具体的に示してはおらず、特定の態様がなされる参照がなくともここに記載された態様が別な方法で記載されていない限り交換可能であることを認識すべきである。上記利点は本発明の利点のみを必要とはしないことも理解されるべきであり、記載された利点の全てが本発明の全ての実施形態とともに達成されると期待されるとは限らない。本発明の趣旨は添付の請求項により定義され、請求項の意味、文字通り又は同意義の範囲内の全ての装置及び方法がそこに包含されることを意図する。
【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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