(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径方向のフランジ部と軸方向に突出する大略円筒形のファスナー部を含み、該フランジ部は該ファスナー部を実質的に囲繞する環状の支持面を含み、該支持面は前記ファスナー部に隣接し該ファスナー部を囲繞する前記フランジ部内に軸方向に延び、前記ファスナー部は前記フランジ部の前記支持面から軸方向に離間された半径方向溝を規定する取付要素を塑性変形可能な金属パネルに取り付ける取付方法において、
前記取付要素の前記ファスナー部よりも大きいが前記支持面よりは小さな直径を有する大略円筒形の孔を前記パネルに貫通して成形し、
前記フランジ部の前記支持面よりも小さな直径を有する前記取付要素の前記ファスナー部を受ける形状にされた前記パネルの前記孔に共軸に整合させられた開口を有しかつ前記取付要素の前記軸方向に延びる溝に大略共軸に整合する環状突出リップを含むダイ部材を含むダイ組立体上に前記パネルを支持し、
前記パネルの前記孔を通して前記ダイ部材の前記開口内に前記取付要素の前記ファスナーを挿入し、前記パネルの前記開口に隣接する前記パネルの部分で前記フランジ部の前記支持面を受け、
次いで、前記取付要素の前記フランジ部の前記支持面を前記パネルに打ち込み、次いで前記ダイ部材の前記環状リップが前記金属パネルを前記フランジ部の前記溝内に軸方向にかつ前記ファスナー部の前記半径方向溝内に半径方向に実質的に同時に変形させ、前記取付要素と前記金属パネルとの間に確実な機械的結合部を形成する
工程より成る取付要素の金属パネルへの取付方法。
【請求項２】
前記取付要素は雄ねじ部材であり、前記方法は前記取付要素の前記ファスナー部の前記フランジ部の前記軸方向溝に隣接する所に雄ねじを形成する行程を含み、該軸方向溝に隣接するねじ山が前記半径方向溝を規定し、かつ、該方法は更に前記フランジ部内の前記溝に隣接する前記ねじ山内に前記パネルを波形方向に変形させていく行程を含むことを特徴とする請求項１に記載の取付要素を金属パネルに取り付ける方法。
【請求項３】
前記取付要素の前記支持面内の前記溝は断面が大略Ｖ字形であり、大略軸方向に延びる円筒面と、該面から前記支持面の方へ鋭角を成して延在する半径軸方向に延びる面とを含み、前記溝は前記溝面に沿って延び、及び、前記半径方向面に沿って連続するリブを含み、大略閉成されたポケットを規定し、前記方法は前記パネルを変形して前記Ｖ字形溝を実質的に充填して前記リブを囲繞する前記溝の面に凹圧させ、これによって前記取付要素が前記パネル内で回転するのを防止する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の取付要素を金属パネルに取り付ける方法。
【請求項４】
半径方向フランジ部と前記半径方向フランジ部から突出する大略円筒形の軸方向のファスナー部とから成り、該フランジ部は該ファスナー部を実質的に囲繞する環状支持面を含み、該支持面は該ファスナー部に隣接しかつこれを囲繞する前記フランジ部内に軸方向に延びる大略環状の溝を含み、該環状の溝は断面がＶ字形であり、前記ファスナー部は鋭角を成して前記フランジ部の前記支持面の方へ延びる大略円筒形の外面を含み、前記フランジ部に形成された前記環状の溝は、更に軸方向に延び、前記環状溝の周りに半径方向に離間された複数の離間されたリブを含むことにより前記環状溝の内側に実質的に閉成されたポケットを含むことから成る自己固定ファスナー要素。
【請求項５】
前記ファスナー部の前記円筒形の外面は更に前記フランジ部により規定される前記環状溝から軸方向に離間された半径方向溝を規定することを特徴とする請求項４に記載の自己固定ファスナー要素。
【請求項６】
前記ファスナー要素は雄要素であり、前記ファスナー部は前記円筒形の外面にねじを規定し、ねじスタッドを形成することを特徴とする請求項４に記載の自己固定ファスナー要素。
【請求項７】
前記ねじは前記固定要素が取り付けられるべきパネルの厚さにほぼ等しい距離だけ前記フランジ部から離間されていることを特徴とする請求項６に記載の自己固定ファスナー要素。
【請求項８】
前記ファスナー要素は雌ファスナー要素であり、前記ファスナー部は前記フランジ部と一体な環状胴部より成り、前記環状の胴部は、該胴部の軸に大略共軸に整合され、前記ファスナー要素を通る軸方向通し孔を規定することを特徴とする請求項４に記載の自己固定ファスナー要素。
【請求項９】
前記孔は雄ファスナーを受けるため雌ねじが形成されている請求項８に記載の自己固定ファスナー要素。
【請求項１０】
シャフト部と一体のヘッド部から成るシートメタル部材にリベット結合可能な要素において、該要素の該ヘッド部はその下側に前記シャフト部から半径方向外側へ延びるリブによって部分的に仕切られる周方向に閉成されたポケットを有する凹状の接触面を設けており、前記シャフト上の前記リブの端部が前記ヘッド部から半径方向に離間された端部を有する前記シャフト部に沿って角度のある逃げを付けて延び、前記ヘッド部は前記シャフト部の周りに螺旋状に形成された少なくとも１個の凹部を有する要素。
【請求項１１】
前記要素の前記シャフト部は、前記ヘッド部から離れた逃げの付いた前記リブの領域内に前記シャフト部に比較してより大きな直径を有し、少なくとも１つの凹部が該大きな直径の前記領域内に含むことを特徴とする請求項１０に記載の要素。
【請求項１２】
前記周方向に閉成されたポケットは前記シャフト部に隣接した部分が最大の深さになっていることを特徴とする請求項１０に記載の要素。
【請求項１３】
前記ヘッド部の接触面に比較して、前記ポケットの領域は、要素及びシートメタル部材の材料に応じて最適な回転阻止を行いそして面圧が臨界に達しないように選択されることを特徴とする請求項１０に記載の要素。
【請求項１４】
前記閉成ポケットはそれ等の半径方向外側の部分が前記ヘッド部の周面で仕切られていることを特徴とする請求項１０に記載の要素。
【請求項１５】
前記ヘッド部の接触領域の前記リブ部は半径方向に延びており、半径方向外側へ拡がり、前記ヘッド部の前記接触領域の半径方向の周面内で中断されることなく延びていることを特徴とする請求項１０に記載の要素。
【請求項１６】
リブの数は６個乃至８個であることを特徴とする請求項１０に記載の要素。
【請求項１７】
前記閉成ポケットは平面図で実質的に正方形であることを特徴とする請求項１０に記載の要素。
【請求項１８】
前記閉成フィールドの底面は大略１２０°乃至１４０°の内角を持つ円錐形のシェル面上にほぼあることを特徴とする請求項１０に記載の要素。
【請求項１９】
前記要素はねじボルトの形態をしており、前記シャフト部は雄ねじが形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の要素。
【請求項２０】
前記シャフト部は、雌保持要素を受けるための支持面を備えた円滑な円筒形外面を有する請求項１０に記載の要素。
【請求項２１】
前記シャフト部は前記シャフト部の長手方向軸に一致する円錐形端部を有するセンターリングポイントを含むことを特徴とする請求項１０に記載の要素。
【請求項２２】
前記要素は自己取付ナット部材であり、前記シャフト部は前記要素を通して延びる該要素の軸に一致する孔を有し、大略筒状であることを特徴とする請求項１０に記載の要素。
【請求項２３】
貫通した開口を有する塑性変形可能な金属パネルと、半径方向ヘッド部と方向に突出する一体の大略円筒形の軸ファスナー部とを含む取付要素とから成り、該ヘッド部は該ファスナー部に隣接する環状の支持面を有し、該支持面は複数の円周方向に離間されたポケットを含み、前記ファスナー部は前記ヘッド部から離間された半径方向凹部を含み、前記要素の前記ファスナー部は前記パネルの開口と前記ポケット及び前記ヘッド部の前記支持面内に、かつ、前記ファスナー部内に前記凹部内に半径方向に変形された前記パネルとを通して延びている自己リベッティング要素−パネル組立体。
【請求項２４】
前記パネルは前記要素の前記ヘッド部に対向した前記パネル側の前記ポケットに共軸に整合する環状のへこんだ溝を含むことを特徴とする請求項２３に記載の要素−パネル組立体。
【請求項２５】
前記パネルの前記へこんだ溝は波形の底面を含むことを特徴とする請求項２４に記載の要素−パネル組立体。
【請求項２６】
前記へこんだ溝は中断されていることを特徴とする請求項２５に記載の要素−パネル組立体。
【請求項２７】
自己リベッティング要素を塑性変形可能な金属パネルに取り付けるためのリベッティングダイにおいて、該要素は半径方向のヘッド部と軸方向に突出する一体のファスナー部とを含み、該ヘッド部は該ファスナー部に隣接する複数の円周方向に離間されたポケットを有し該ファスナー部に隣接した支持面を含み、前記リベッティングダイは前記要素の前記ファスナー部を受ける形状にされた開口と、前記ダイの開口を囲繞し、パネルのメタルを前記要素の前記支持面に変形させていくために、軸方向に延びる頂部と谷部を含む波形の端面を有する前記ダイから突出する環状の取付部を含む構成から成るリベッティングダイ。
【請求項２８】
半径方向のフランジ部と軸方向に突出する一体のファスナー部とを含み、前記ヘッド部が前記ファスナー部を大略囲繞し前記ファスナー部に隣接して円周方向に離間された複数のポケットを含む環状支持面を含み、前記ファスナー部は前記ヘッド部から離間された半径方向凹部を含んで構成された自己リベッティング要素と塑性変形可能な金属パネルとの組立体の形成方法において、
前記金属パネル内に前記要素の前記ファスナー部を受ける形状にされた孔を形成し、
前記パネルの前記孔内に前記要素の前記ファスナー部を挿入し、
前記パネルの前記孔に隣接する前記金属パネルの材料を塑性変形して前記ポケットと前記ヘッド部の前記支持面を少なくとも部分的に充填しかつ前記孔に隣接するパネルの部分を前記ファスナー部内の前記半径方向凹部内に実質的に同時に変形させていく
工程より成る自己リベッティング要素−金属パネル組立体の形成方法。
【請求項２９】
前記パネルは前記ファスナー部を受ける開口と谷部によって離間された突出する頂部を含むクラウン形状の端部を有する環状の取付リップとを具備するダイ部材によって塑性変形され、前記方法は該取付リップを前記パネル金属に打ち込み、前記ヘッド部内に前記頂部を前記ポケットに対向して位置させるために同時に前記要素を回転させる工程を含む請求項２８に記載の要素をパネルに取り付ける方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、シャフト又は胴部及びこれに隣接して下側にリベッティング部を有する一体のヘッド部とを具備する、ねじ、ボルト、ナットなどのような自己リベッティング要素又は自己リベッティングファスナーに関する。又、本発明の分野は、リベッティング要素のシャフト又は胴部を受ける中央開口と、この中央開口に隣接し、リベッティング要素が取り付けられるシートメタル部材又はパネルを自らの内部へ変形させるリベッティング部とを有するリベッティングダイに関する。最後に、本発明の分野は、上述のタイプのリベッティング要素をシートメタル部材又は塑性変形可能なパネルに取り付ける方法に関する。
関連出願
本願は１９９４年３月２５日に出願されたドイツ国特許出願第Ｐ４４１０４７５．８の優先権を主張するものである。
発明の背景
上述の通り、本発明は、シャフト又は胴部と、リベッティング加工によってシートメタル部材又はパネルに恒久的に取り付けられ得る一体のヘッド部とを有する改良された自己リベッティング要素又は自己リベッティングファスナーに関する。この種の要素では、通常、シャフトにねじが形成され、このシャフトをシートメタル部材に予め形成されている孔に挿入するようになったものが以前から知られている。ここで、ヘッド部はメタル部材の片側に保持されている。ついで、パネルがヘッド部の下側の支持面にすぐ隣接して要素のシャフト内に形成された小さな溝内に物理的に押入されて要素をシートメタル部材又はパネルに固定するようにして、設定作業中にシートメタル部材又はパネルを成形する。シャフトに隣接するヘッド部の下側は半径方向のリブを含んでいても良く、パネルは取付作業中リブ上で変形されて、シートメタル上で要素が回転するのを防止する。このような組立体は、自動車産業と装置産業に於ける生産の際、第２シートメタル部材とナットのようなファスナーとから成る組立体に別の部品を固定するためにしばしば用いられる。従って、ヘッド部の接触面は第２の取付要素に対向する第１パネルの片側に位置して、シートメタル部材がファスナー間に圧縮によって押圧されている。
しかし、実際には、既に知られているこのタイプの自己リベッティング要素はメタル部材に固定されておらず、特に、シートメタル部材が、現在、自動車工業及び装置工業で使用されているように比較的薄い場合には、要素は、通常、組み立て前の運送や貯蔵中に緩んでしまうものであった。リベッティング要素が無くなったり、パネル内で上述のようにシートメタル部材を更に処理するには位置が不適当になることは異常なことではない。又、このタイプの公知の自己リベッティング要素が緩むと、意図した回転阻止性が不十分になって、ナットがシャフト部に組み付けられて行くと、このナットがボルトに緊締される前では、要素が回転してしまう。自動車ボデー構造及び他の応用例において、組み立てた結果、リベッティング要素のヘッド部が囲まれた孔部内に入ってしまって修繕のために近づくことが出来ない場合に特に問題になる。この状況で、取付要素がパネル内で自由に回転したり紛失したりした場合、自動車のような製造対象物は通常の生産では最早得られなくなって、可成り費用を掛けて補填しなければならない。明らかに、これらの問題は、可能であれば避けなければならない。
他の問題は、これは特にリベッティングファスナーを薄いシートメタルに取り付ける際に起こるものであるが、回転阻止リブはある高さを有しなければならないこと、即ち、ヘッド部の下側の接触面からのリブの高さは回転を阻止するのに十分でなければならないことから生じる。シートメタル部材が薄い場合、シートメタル部材の全長が最早利用できなくなるほどにリブがパネルに食い込み、これが更に問題を起こし得る。
このタイプの自己リベッティング雄ファスナー要素の他の不具合は、引き抜きを防止するためにパネル材を受けるシャフト部内に小さな溝を形成することが難しく、そのため、ファスナーのコストを必要以上に高めることである。更に、半径方向のこの溝では、鋭いエッジを有していることと要素のシャフト部の断面積が減少していることとから疲労が生じるが、この疲労を含んで、ボルト、ねじファスナーの強度が望ましくないほどに低下する。更に、溝の寸法によっては、要素は又シートメタル部材に十分には固定されず、上述のように要素がシートメタル部材内で緩んだり抜け落ちたりする傾向を大きくする。
従って、本発明の第１の目的は、比較的低いコストで製造出来、かつ、シートメタル部材に固定出来、シートメタル部材から緩んだり無くなったりする恐れが少ないか望ましくはその恐れがない自己リベッティング要素を提供することである。他の目的は、自己リベッティング要素とパネルとの間に出来るだけ強力な接続部を設け、かつ、アルミニウム又はその合金のような非鉄シートメタル部材を含む薄いシートメタル部材に取り付けられる自己リベッティング要素又は自己リベッティングファスナーを提供することである。
発明のまとめ
本発明の自己リベッティング要素又は自己リベッティングファスナーは、総合して、改良された要素とファスナー−パネル組立体とをもたらす数個の発明特性と要素を含み、組立体のコストを低減させるものである。しかし、理解されるように、本発明の発明特性は、特に、特別の特性の機能が必要であって他の特性が必要でない場合は、これらの発明特性を別々に用いてもよい。上述の通り、本発明の自己リベッティング要素又は自己リベッティングファスナーはシャフト又は胴部と、シャフト又は胴部の長手方向軸に対してほぼ横断して延び、かつ、下側にシャフト又は胴部に隣接して環状の接触面を設けた一体のヘッド部とを含む。望ましい実施例においては、接触面はシャフト部から外側へ延びるリブによって仕切られた複数の凹状ポケット又は閉成フィールドを含む。最も望ましい実施例においては、ポケットは、シャフト部の方へ半径方向内側に延びる底壁を含み、ポケット間のリブがシャフト部に沿って長手方向に延びている。最も望ましい実施例においては、シャフト部は、更に、ヘッド部の接触面から、望ましくは、リベッティング要素が取り付けられるシートメタル部材又はパネルの厚さにほぼ等しい距離だけ離間した少なくとも１個の半径方向の凹部又は溝を含む。この凹部又は溝は、最も望ましくは、シャフト部の周りを螺旋状に延びており、そして、この凹部又は溝はシャフト又は胴部に形成された第１ねじ山の溝であってもよい。
この構造で、要素又はファスナーをシートメタル部材又はパネルにリベット結合するに当たって、シャフトに同軸に配設された適当なダイによってこのシートメタル部材を本質的に薄くせずに、その材料を、ヘッド部の下側の凹状で周囲が閉成されたフィールド又は溝内に、そして、シャフト内の凹部又はポケット内に塑性変形させていくことが出来るようになっている。更に、本発明の自己リベッティング要素又は自己リベッティングファスナーでは、シートメタル部材を弱めることなくパネル内でのファスナーの回転を防止し、このため、このタイプの従来の自己リベッティング要素において半径方向リブが突出していることによって生じている問題が避けられる。更に、凹状のポケットの間のリブはシャフト部に沿って長手方向へ延びるから、回転阻止が、凹状フィールド内に材料が打ち込まれることによって達成するばかりでなく、シャフト部の長手方向リブとシートメタル部材とがしっかりと結合することによっても達成される。この結果、パネル内でファスナーのトルク抵抗がかなり増大する。要素をパネルに取り付けるのに当たって、シートメタル部材の厚さが必要以上に減少することが無く、そして、ヘッドの接触面の下側からシャフト部内の凹部又は溝を公知技術に基づく半径方向溝よりはかなり離して設置出来、凹部をより容易に形成できるようになっている。更に、凹部又は溝の形状は、公知例において溝がヘッドにすぐ隣接して設置されている場合より正確に形成出来、シートメタルが凹部内に充分に変形されていくことが確実になり、これによって、上述の通りのファスナーの引き抜きと要素のシートメタル部材からの脱落とに大きな抵抗を示す。
本発明の自己リベッティングファスナーの他の利点は、長手方向のリブ及び凹部又は溝がヘッドに隣接しているシャフトの増大部にあることである。この構造によると、自己リベッティング要素は凹部によってあまり弱くならず、ファスナー要素の定格強度を充分に利用でき、要素の疲労性を改善する。更に、パネル内の要素のトルク抵抗も改善される。しかし、特に重要なことは、ファスナーをパネルに取り付ける際、シートメタル部材の流れを改善することができることである。シートメタル部材に予め形成され又は予め形作られた孔が損傷無しにシャフト部を挿入させ得る直径を有することが望ましい。シャフト部の大径部は開口又は孔よりも僅かに大きな直径を有し、自己リベッティング要素をパネル内に取り付ける行程中にこの孔の直径が大きくされ、これがヘッド内の周囲が閉成された凹状のフィールド又はポケット内とシャフト内の半径方向凹部内に打ち込まれ得る材料を増加させるようにするのが望ましい。１９９４年１１月２２日提出の出願中の米国出願第３４３，７２４号の開示に基づきこの開示を参照して孔に隣接するシートメタル部材を円錐形状に変形することも可能である。次いで、自己リベッティング要素のシャフト又は胴部は円錐形開口及び円錐形凹部の頂部を通して受けられ、次いで、ヘッド部をパネルに対して打ち込むことによって平らに押圧し、これによって要素とシートメタル部材との間にしっかりと結合部を形成する追加の材料が得られることになる。
シャフト部内の螺旋状凹部又は溝は、ねじ溝、即ち、自己リベッティング要素のシャフトの連続したねじ部によって形成される。このようにして、ねじがシャフト部に形成され又は切り込まれる時と同じ工程で凹部が形成される。このことにより、自己リベッティングファスナー要素の製造に当たって可成りのコスト低減になり、又、正確な螺旋状凹部を形成できる。長手方向リブがヘッド部に隣接してシャフト部に、その小径部になるように、望ましくは、ねじ転造工程中に形成される場合（これは望ましいことであるが）、全てのねじが凹部内で終わるように、凹部又は溝をねじ転造工程中に容易に変形させることができる。尤も、これとは別に、例えば、リブをねじ転造工程の後で別工程で形成することも、又、ねじ転造中に形成することも可能である。この場合、凹部はリブによって数部分に分割されることになろう。更に、パネルの凹部内への変形との干渉を避けるために、シャフトに沿って延びるリブの間の逃げ部が凹部内に延びてはならない。自己リベッティング要素が電気端子取付用に使用される場合は例外となろう。この場合、リブは、良好な電気接触を得るのに有用に成り得る望ましい切り口効果を発生させることが出来るであろう。
螺旋状凹部は１つ又は２つのねじ山で構成して良く、又、特に、凹部が本発明のリベッティング可能な要素に有用であろう多条ねじになって場合には複数のねじ部の形態のものでもよい。螺旋状凹部又は螺旋状溝は、半径方向溝に比べて他の利点を有する。取り付けてから長期使用した後に、汚染又は腐食のためにナットをスタッドのシャンク部から取り外す際に余分のトルクを必要とするかも知れない。尤も、このように高くなったトルクによって凹部の螺旋形状に応じてリベッティング要素をシートメタル部材に押圧し、トルク抵抗を高めるようにする。上述の理由で螺旋状溝が望ましいのであるが、凹部のピッチが０°である円形溝又は円形凹部を使用することも可能である。この形状はアクスルジャーナルのように自己リベッティング要素の軸部が無ねじになっている場合に望ましい。しかし、凹部又は溝は、上述の通り、ヘッドの下側から離間していなければならない。
理解されるように、接触面積に対する閉成フィールド又はポケットの面積は最適のトルク抵抗に適するように選択される。従って、自動車への使用が増加している、アルミニウム合金パネルを含むより柔らかい金属に本発明の自己リベッティング要素を使用することが可能である。このような応用例では、自己リベッティング要素の材料は異種金属接触腐食を防止するように選択してもよく、その際、自己リベッティング要素はアルミニウム合金で形成してもよい。説明の通り、本発明の自己リベッティング要素を組み込むために用いられるダイ部材は、ファスナーのシャンク又は胴部を受ける孔を含み、パネル金属を要素のヘッド部内の閉成されたフィールド又はポケット内へ変形させて行くように、この孔をクラウン状に形成するのが望ましい。理解されるように、ヘッド部の下側の溝の底面は使用されるダイの形状による。更に、自己リベッティング要素は、ねじやボルトのような雄取付要素でも、ナットのような雌取付要素でもよく、この際、シャフト部を環状胴部で置き換える。
従って、本発明の方法は、パンチ加工、ドリル加工等によってシートメタル部材に孔を形成し、この孔を通して自己リベッティング要素のシャフト又は胴部をシートメタル部材又はパネル内に挿入し、次いで、シートメタル部材を、ヘッドの下側のポケット内に少なくとも部分的に充填させるために、パネルの孔の近傍へ変形させると共に、自己リベッティング要素のシャンク又は胴部内の溝及び凹部内に半径方向内向きに変形させることを含む。
他の利点及び有利な特徴は、望ましい実施例、添付に請求項及び図面から完全に理解されるであろう。当該図面の簡単な説明は次の通りである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の自己リベッティング要素の、明確化のために一部を断面にした側面図である。
図２は、図１に示された自己リベッティング要素の端面図である。
図３は、図１に示された自己リベッティング要素の拡大断面部分図である。
図４は、図３の矢印４−４の方向の部分断面端面図である。
図５は、本発明の取付装置又はセッティングヘッドを図的に説明するもので、本発明の取付法の第１段階を説明する。
図６は、図５に示された自己リベッティング要素の取付に続く図５と同様の部分断面図である。
図７は、図５及び６に示されたリベッティングダイの部分断面の詳細な側面図である。
図８は、シートメタル部材内に取り付けられ図１乃至４に示された自己リベッティング要素の側面部分断面図である。
図９は、同図によって示された領域における図８の拡大部分断面図である。
図１０は、図１に示された自己リベッティング要素の第２実施例の、図１と同様の側面部分断面図であり、リベッティング要素のシャンク部は無ねじになっている。
図１１は、図１０に示された取付要素の端面図である。
図１２は、図１０に示されたリベッティング要素の部分断面図である。
図１３は、図１２の拡大部分断面図である。
図１４は、雌要素の形態の本発明の自己リベッティング要素の他の実施例の側面部分断面図である。
図１５は、図１４に示された自己リベッティング要素の端面図である。
図１６は、図１４に示された取付要素の拡大部分断面側面図である。
図１７は、図１６の矢印１７−１７方向の端面部分断面図である。
図１８は、パネルに取り付けられたねじ付き雌取付要素の形態の、本発明の自己リベッティング要素の他の実施例の部分横断側面図である。
図１９は、図１８の取付要素の拡大図である。
望ましい実施例の詳細な説明
図１は、ヘッド部１２と１４で示す雄ねじが形成されたシャフト部１６とを有するねじ付きボルトの形態の本発明に基づくリベッティング可能な要素１０の１実施例の側面図である。図２、３及び４に更に詳細に示すように、ヘッド部１２の下側１８は周りが閉成されたフィールド又はポケット２０を含む凹状の接触面を有し、これらのフィールド又はポケットは、図２及び４に示されているように、軸部１６から半径方向外側に延びるリブ２２によって部分的に仕切られており、かつ、図３に２４で示されているように、シャフト部１６に沿って軸方向に延びるリブ部２４に連続している。図示の通り、リブ２４は、ヘッドから、２６を経て、開示されている実施例ではシャフトのねじ部１４の第１の螺旋状溝である凹部又は溝２８まで延びている。
図２及び４に示されているように、閉成されたフィールド又はポケット２０は、その半径方向外側が周りのヘッドの環状の周面３０によって仕切られており、リブ２２は環状面３０に連続する半径方向面を規定している。ポケット２０の半径方向内側はシャフト部の円筒形周面３２によって規定されている。図３に示されている通り、リブ部２２は、ヘッド部１２の下側によって規定される平面３１に対して斜めに延び、即ち、この平面３１から後退しており、これらリブが自己リベッティング要素のシャフト部に隣接するこの後退した平面から突出しないようになっている。しかし、リブ部２２は周面３０と同じ面３１に設置されてもよいと理解される。周面３０はシャフト２２に隣接する面と共にヘッド部１２の実際上の接触面を形成している。この実施例では、閉成されたフィールド又はポケット２０は実用上望ましい形である大略正方形又は長方形をしている。しかし、ポケットは本発明の範囲内であれば他の形状にしてもよい。図２及び４に開示されている実施例では、ヘッド部２０の下側１８の接触領域は、図２及び４に示されている通り、半径方向外側へ拡がっている。更に、リブ部２２は連続的に途切れることがなくヘッド部の外側周面３０へ延びている。開示されている実施例では、リブ部２２の数は８個であるが、それらの望ましい数は６個から８個である。
図１及び３から明らかなように、ポケット又は閉成フィールド２０はシャフト部１６に隣接した部分が軸線３５（図１）の軸方向に計って最大深さになっている。ヘッド１２の下側１８の接触面は主としてリブ部２２と外側周面３０とから成っている。ポケット２０の底面はシートメタル部材を閉成フィールド又はポケット内に変形させて行くときに接触面として用いることができる。従って、接触面は比較的大きく、リベッティング可能な要素は臨界面圧が生じることへの配慮をせずに比較的柔らかなシートメタル部材に用いることができる。最も望ましい実施例においては、閉成フィールドの底面は、望ましくは、約１３０°乃至１４０°の内角を有する円錐形シェル面上にある。このテーパ角は図１では角度αとして表わされている。従って、図１乃至３に示された実施例のリベッティング可能な要素は要素を高性能で有益に確実に案内する芯決め凹部を有するという特徴がある。シャフト部１６の端部の円錐形パイロットポイント３６は、シャフト部に受けられる雌ファスナー又はナットを導入するのみならず、以下に述べるように、自己リベッティング要素がシートメタル部材内に挿入されるに連れて、この要素をセッティングヘッド内に案内する。
セッティング工程又は組立工程は図５及び６に図的に示されている。図５に示されている取付工具４０は矢印４３の方向に可動なプレス連結パンチ４２を有するセッティングヘッド又は取付ヘッド３８を含む。矢印４２は取付ヘッド内での自己リベッティング要素１０の送り方向を示す。自己リベッティング要素１０は個々に取付ヘッド３８へ送られる。図５に示された自己リベッティング要素１０は、要素のヘッド部１２がばね４６によって孔４４内に弾性付勢されている球４８に接触するまで、取付ヘッドの孔４４を通して重力、圧搾空気又は連結パンチ４２によって進む。実際には、ばね付勢された３個の球が取付ヘッド３８の長手方向の軸５０の周りに１２０°の間隔で配列されて設けられている。図５の状態では、要素１０が取り付けられるべき予めパンチ加工をされたシートメタル部材５２が取付ヘッド３８と下側工具５６のリベッティングダイ部材５４との間に保持される。自己リベッティング要素１０のシャフト部１６は、シートメタル部材内に予め形成された孔を通して、かつ、リベッティングダイ５４内に共軸に整合された円筒形の芯決め孔６０を通して部分的に受けられたねじ部１４を備えている。リベッティングダイ５４は下側工具５６の孔５７内に着脱可能に保持され、下側プレス板６１上の受け部５９に当接している。
セッティング工程の次の状態では、取付ヘッド３８内に設けられたプレス／連結パンチ４２は更に下降し、要素のヘッド部を押してばね付勢された球４８の位置を通過させる。この運動中に、リベッティングダイの、図７に示された、囲繞するクラウン領域６４がシートメタル部材の材料の中に押入され、閉成フィールド又はポケット２０を含むＶ字形溝２３内にシートメタルを変形していき、これによって、リベッティング要素１０とシートメタル部材５２との間にリベット加工がされた確実な連結部を形成し、確実な組立体を形成する。リベッティングダイ５４の望ましい実施例は、図７に示されているように、孔５８を囲繞するクラウン領域６４を含む。即ち、リベッティングダイの環状クラウン形の領域は、軸方向に延びる頂部７２と谷部７４を有する波状の端面を規定する。作動に当たって、逃げ頂部７２は、シートメタル部材を要素のヘッド部の下側１８内の凹状フィールド又はポケット２０内に変形されて押し込まれ、他方、谷部７４は半径方向外側へ延びるリブ２２に対向するシートメタル部材に接触し、リブの領域でシートメタル部材を際立って薄くしないようになっている。
シートメタル材はリベッティングダイと要素１０のヘッド部１２の下側との間で変形されるから、シートメタル材も押圧されて凹部２８内に流入し、これによって望ましいしっかりした結合部を形成する。意外なことに、クラウン部の頂部と谷部とに要素１０を角度的に整合させる必要がない。何故ならば、要素が回転してリベッティングダイ５４の頂部７２が凹状フィールド又はポケット２０に整合させられる位置を取るからである。即ち、取付工程中に要素が僅かに自動的にねじれることによって必要な整合が行われる。
図８及び９に示されたようにダイ部材５４のクラウン領域６４によって、シートメタル部材５２内に溝８０が形成される。この溝８０は、途切れても良いが、図８又は９に示されているように、シートメタル部材のファスナーのヘッド１２から離れた側の自己リベッティングファスナーのシャフト部１６の周りに延びている。理解されるように、この溝８０は波形底面になっている。しかし、波形底面の頂部は、ナットの正確な座を設けるため又は他の対象物をシートメタル部材に取り付けるために、シートメタル部材の下側７１を越えて突出してはならない。シートメタル部材に取り付けられる対象物が電気端子である場合は例外である。このような場合、波形底面の頂部領域は、端子に大きな接触面圧を与えてより良い電気接触を行なわせるように、シートメタル部材の下側７１を越えて突出するようにしてもよい。
理解されるように、本発明の自己リベッティング要素は、ナットのような雌ファスナーか、自動車産業又は装置産業で使用される金属パネルのようなシートメタル部材に恒久的に取り付けられ得る任意のタイプの要素であってよい。例えば、図１０乃至１３は、アクスルジャーナルの形の要素１１０を説明している。要素１１０が上述の自己リベッティング要素１１０と類似することから、図１１及び１２に示された要素１１０及び今後説明される実施例には、不必要な説明の繰り返しを避けるために、類似の参照番号が用いられている。
図１０乃至１３に示されたアクスルジャーナル１１０とねじボルト１０との間の相違があまり大きくない。主な相違が２点で見出される。第１に、要素１１０のシャフト部１１６は円筒形支持面１１５を含み、シャフト部にはねじが形成されていない。しかし、シートメタル部材を適当なナット又はヘッド部１１２とナット間に設けられたナット−ワッシャー装置に固定するため又はアクスルシャフトに設けられた部材の内側ブッシング要素が長手方向に軸方向にシフトすることがないようにするために、円筒形支持面１１５は、ねじ部を含んでも良い。
第２に、シートメタルが変形されて入り込んでいく溝１２８は、これを図３で溝２８として示されている螺旋状溝ねじにするよりは環状溝にしてある。それで、環状又は円形溝１２８は傾斜角が０°の螺旋溝とみなすことが出来る。図１２から、この囲繞する溝１２８はヘッド１１２の接触面１１８からシートメタルの厚さにほぼ等しい距離だけ離間して配設されているが、この距離は、公知技術に開示されている取付要素内に設けられている同様の溝よりも実質的に大きいことが分かる。従って、公知例で開示したように、溝をヘッド部１１２に直ぐに隣接して設けるより溝又は凹部をシャフト内に形成する方が容易である。しかし、上述の通り、溝１２８を、図１乃至４に２８で示すように、ねじ溝として形成してもよい。この実施例においては、ヘッド部１１２に隣接するシャフト部の支持領域に溝１２８を形成しているが、図１乃至９に示された要素でも可能でありかつ望ましいと言ってもよい。図８乃至１０でねじ付きボルト１０に関して説明した通りに、要素１１０及びシートメタル部材間にしっかりした結合部が正確に達成される。
本発明のリベッティング要素は、図１４乃至１７に示されたベアリングブッシング２１０や、図１８及び１９に示されたナットファスナー３１０のような雌要素の形態を取ってもよい。図１４乃至１６に示されたベアリングブッシング２１０は支持面を備えた円筒形中央部２８２を有する軸方向の通し孔２８２を含む。図１４においては、孔２８２の上部は支持面２８２より幾分大きな直径を有する芯決め孔２３４を含む。孔２８４の下部は大径部２８６になっており、シートメタル部材がフィールド又はポケット２２内と凹部２２８内とに塑性変形されて行く時に、この大径部がナットのシャフト部の変形を防止する役目をする。そうでないと、円筒孔２８２は圧縮されて支持部が要素２１０内に挿入されて行かないであろう。この実施例においては、ヘッド部は半径方向のフランジ２１２であり、シャフトは環状胴部２１６である。上述の通り、類似の部材について図１乃至１３に関して記載された参照番号が付されている。
図１８及び１９に示されているように、リベッティング要素３１０は、図示の通り、雌ねじ３８８を備えていても良く、この場合、この要素３１０は、図示のように、メタル部材３５２に組み込まれるナットファスナーとして利用され得る。この実施例と図１４乃至１７に示されたベアリングブッシング２１０とは、孔３８８にねじが形成されている以外は非常に類似している。ヘッド部３１２は半径方向のフランジ部になっており、シャフト部３１６は半径方向の凹部を含む筒状又は環状胴部である。環状胴部は軸方向に延びて、雄ねじが形成されていてもよい。次いで、ねじ孔３３８は、他の部材又は要素をメタル部材３５２に取り付けるため、ねじを受けるようにしてもよい。図１８及び１９に基づく雌要素３１０を使用する時は、コップ状の凹部３９２をシートメタル部材３５２に設けるのが望ましく、シートメタル部材の下側３７１に対象物を面一に架設することを可能にしている。当業者によって理解されるように、シートメタル部材をパンチ加工するというような前加工によるか図５及び６に示されたリベッティングダイの特別な形状の端面によるかしてこのコップ状凹部３９２をシートメタル部材３５２内に形成してもよい。図１４乃至１９に示されている雌リベッティング要素を、上述のように、図５及び６に示されている取付装置によってメタル部材に取り付けてもよい。
今、理解されるように、本発明の自己リベッティング要素及び取付方法を雄要素、雌要素などを含む広範囲の応用例に利用してもよい。更に、改良された要素及びファスナー組立体を製造するために、ここに開示されたいくつかの改善策を組み合わせて又は別々に使用してもよい。例えば、周辺が閉成されたフィールド又はポケット（２０，１２０等）はファスナー組立体の回転阻止手段になる。従って、回転阻止手段を必要としない場合、ポケットをファスナー組立体に使用しなくてもよい。そこで、本発明の方法は、要素のスタッド又は胴部より大径を有するパネルにこれを貫通する孔を形成し、ファスナー要素のスタッド又は胴部を受ける形状になっているが支持面のヘッド部又はフランジ部よりも小さな直径を有するパネル孔に共軸に整合する開口を有するダイ組立体上にパネルを支持することを含み、この場合、ダイ部材はリベッティング要素内の溝に共軸に整合する突出環状リップを含んでいる。望ましい実施例では、図３に示されているように、溝２３は大略Ｖ字形をしており、胴部又はスタッド部に隣接する要素のフランジ部又はヘッド部内に延びている。この方法は、又、パネル孔を通して要素のスタッド又は胴部をダイ部材の開口内へ挿入し、パネル孔に隣接するヘッド部又はフランジ部の支持面をパネルで受ける行程を含む。又、この方法は、要素の支持面をパネルに打ち込み、ダイ部材の環状リップによってパネルメタルを実質的に同時に軸方向溝内と半径方向に要素の半径方向溝内に変形させる行程を含む。最も望ましい実施例では、半径方向溝は、図３に示されているように、ファスナーのねじ部の第１ねじ山であるが、この溝は図１０に１２８で示されているように環状でもよい。従って、要素−メタル部材組立体又は要素−パネル組立体は開示されているような自己リベッティング要素及びメタル部材を含み、この場合、要素のスタッド又は胴部は開口又は孔を通してメタル部材又はパネル内に受けられ、パネル又はメタル部材はスタッド又は胴部を囲繞するＶ字形環状溝内とスタッド又は胴部内の半径方向溝内に変形されていく。最も望ましい実施例では、パネル部は、同時に円周方向に離間された閉成フィールド又はポケット内に更に変形されていき、自己リベッティング要素がパネルから引き抜かれたりパネル内でまわったりするのを防止する非常に確実な組立体を形成する。最も望ましい実施例では、自己リベッティング要素は、第２の要素をパネルに取り付けるために使用され得るファスナーである。図１乃至４に開示されている実施例１０では、取付要素はねじ又はボルト１０のような雄ファスナー要素である。図１０乃至１３に示された実施例１１０では、取付要素１１０はアクスルジャーナルで、この場合、円筒形スタッド部１５は円筒形孔を有し取付要素のスタッド部に取り付けられる雌部材を受ける。図１４乃至１７に開示された実施例２１０では、取付要素２１０は、ブッシングの孔８２内に受けられ円筒面を有する雄要素を受ける支持ブッシュである。最後に、図１７及び１８に示された実施例３１０では、取付要素３１０は、１つの要素をパネルに取り付けるためのねじ又はボルトを受けるナットファスナーである。以上に本発明のリベッティング要素、取付法及び組立体の望ましい実施例を説明したが、添付の請求項の範囲内で種々の変更を開示された実施例に行うことができることが当業者には理解されることであろう。
【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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