JP2000509472A - 自己コイニング締結具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 その一側部に圧印傷を残すことなく、少なくとも２枚の薄板金属（１１０、１１２）を共に接続するために使用することができる自己コイニング締結具（５０）である。このため、本発明の自己コイニング締結具（５０）は、接続した層（１１０、１１２）の一側部にて完全に面一の面を生じさせる。締結具（５０）は、上面（５２）と底面（５４）とを備えており、該上面（５２）は、底面（５４）よりも大径である。２つの直径の面の間にて遷移し得るように締結具（５０）の外周の周りに溝（６０）が形成されている。締結具（５０）の上面（５２）は大径であるため、締結具（５０）を取り付ける上側ダイ（１４０）にコイニングリングは不要である。この大径のヘッド部分（５２）は、接続した層（１１０、１１２）内の金属を中央溝（６０）内に押し込むため、自己コイニング式に機能する。その結果、取り付けた締結具（５０）において、圧印傷が存在せず、大径の上面（５２）は接続した金属（１１０、１１２）の上面と完全に面一となる。

Description

【発明の詳細な説明】 自己コイニング締結具 発明の技術分野 本発明は、全体として、薄板材料を共に接続する締結具に関し、より具体的に は、上側取り付けダイにコイニングリングを必要としない、自己コイニング（ｓ ｅｌｆ−ｃｏｉｎｉｎｇ）締結具に関する。 発明の背景 ２つ以上の物品、特に、薄板金属を共に接続するのに有効な多数の締結具が従 来技術にて公知である。例えば、スポット溶接は、２枚以上の薄板金属を共に接 続する比較的迅速な方法ではあるが、この方法は経済的でない。更に、物品にめ っき、塗装、又はその他の表面仕上げを施そうとするならば、スポット溶接作業 によって生じる熱のため、かかるスポット溶接は製造中の比較的早期の段階にて 行わなければならない。かかる熱は、表面の仕上げ部分に傷を付ける傾向がある 。スポット溶接の１つの代替法は、リベットを使用することであるが、このため には、接続する物品に穴を開け（例えば、穿孔により）、その穴を整合させ、穴 にリベットを挿入し、次に、リベットを内部で膨張させるか又はその自由端の上 方に亙ってピーニング処理するため何らかの装置を採用しなければならない。こ のリベット止め工程に伴う別個の工程数が多いため、その工程は遅くなり、従っ て経済的でない傾向となる。 薄板材料を共に接続する別の方法は、図１Ａ乃至図１Ｃに図示するように、い わゆるヘッド無しのリベットを使用することである。共に接続すべき２枚の薄板 １０、１２は、上側ダイ１４と下側ダイ１６との間に配置される。該上側ダイ１ ４は、締結具２０を受け取る中心軸１８を有しており、該中心軸１８内にてポン チ２２が往復運動する。上側ダイ１４は、軸１８の外周を取り巻く隆起したコイ ニングリング２４を更に備えている。同様に、下側ダイ１６は、内側軸２６と、 該内側軸２６の外周を取り巻く隆起したコイニングリング２８とを備えている。 図１Ａには、締結工程の開始時に、種々の要素を配置する状態が示してある。 図１Ｂに図示するように、この締結工程は、スラグ３０をせん断することによ り、締結具２０が薄板１０、１２を通じて付勢されるように、プランジャ２２を 薄板１０、１２に向けて駆動することにより開始する。下側ダイ１６内に形成さ れた軸２６は、スラグ３０を薄板１０、１２外に押し出すことを可能にする。図 １Ｃに図示するように、プランジャ２２は、上側薄板１０の上面と面一となった ときにその最下方位置に達する。これと同時に、上側ダイ１４は、下方向に駆動 して、薄板１０、１２が上側ダイ１４と下側ダイ１６との間にて圧縮されるよう にする。この動作により、コイニングリング２４は薄板１０の表面内に押し込ま れ、コイニングリング２８は、薄板１２の表面内に押し込まれる。コイニングリ ング２４、２８が薄板１０、１２内に侵入すると、この領域の金属が変形し、こ れにより、金属は、締結具２０の外周の周りに形成された凹状溝内に押し込まれ る。金属をこの溝内に変形させると、締結具２０は、薄板１０、１２により確実 に保持され、これにより、薄板を共に締結する。 保持した締結具２０は、図２に図示してある。締結具２０の上部及び底部は、 薄板１０、１２の上面及び底面と面一であるが、コイニング２４の動作によって 上側薄板１０の表面に圧印傷３２を残す一方、コイニングリング２８の動作によ り、下側薄板１２の表面に圧印傷３４が残る。最終的に顧客に見える締結具の側 部に面一の連続的な面が必要とされる状況にて、かかる傷があることは、外観上 望ましくない。図３には、略同一の厚さを有する薄板３６、３８を通じて締結具 ２０を同様に取り付ける状態が示してある。このため、このことは、少なくとも ２枚の薄板材料を共に接続するために使用することができるが、少なくとも一方 の側部にて締結具の周りに圧印傷を残さない締結具が必要とされている。本発明 は、この必要性を満たすことを目的とするものである。 発明の概要 本発明は、自己コイニング締結具に関する。この締結具は、その一側部に圧印 傷を残すことなく、少なくとも２枚の薄板金属を共に接続するために使用するこ とができる。このため、本発明の自己コイニング締結具は、接続した層の一側部 に完全に面一の面を形成する。この締結具は、上面と底面とを有しており、該上 面は、底面よりも大径である。２つの面の直径の間にて遷移し得るように、締結 具の外周に溝が形成されている。締結具の上面は、より大径であるため、締結具 を取り付ける上側ダイには、コイニングリングが不要である。より大径のヘッド 部分は、接続した層内の金属を中央溝内に押し込むべく自己コイニング式に機能 する。その結果、取り付けた締結具において、より大径の上面は、圧印傷が存在 することなく、接続した金属の上面と完全に面一となる。 本発明の１つの形態において、底面面積を有する略平坦な底端部と、底面面積 よりも大きい上面面積とを有する略平坦な上端と、上端及び底端の間を伸長する 周溝とを備え、該周溝が正の勾配部分を１つ以上、含まない、自己コイニング締 結具が開示される。 本発明の別の形態において、共に締結すべき材料の合計厚さに略等しい長手方 向長さを有する自己コイニング締結具を備え、該自己コイニング締結具が、底面 面積を有する略平坦な底端部と、底面面積よりも大きい上面面積を有する略平坦 な上端部と、上端部及び底端部の間を伸長する周溝とを備え、周溝が、正勾配の 部分を１つ以上含まず、締結具の底端と略同一の寸法及び形状を有する貫通する 開口部が形成された下側ダイと、その一端縁にて開口部を取り巻くコイニングリ ングと、締結具及び上記複数の薄板の一部分を下側ダイに向けて付勢する作用可 能な少なくとも１つの平坦面を有する上側ダイとを備える、複数の薄板を締結す る自己コイニング締結具装置が開示されている。 本発明の別の形態において、複数の薄板を接続する方法であって、（ａ）貫通 する開口部と、その一端縁にて開口部を取り巻くコイニングリングとを有する下 側ダイの上にて薄板を支持するステップと、（ｂ）底面面積を有する略平坦な底 端部と、底面面積よりも大きい上面面積を有する略平坦な上端部と、上端部及び 底端部の間を伸長する周溝とを備え、該周溝が正勾配の部分を１つ以上含まない 自己コイニング締結具を開口部と整合した状態にて薄板内に押し込むステップと 、（ｃ）上端部が薄板の上面と面一となる迄、ステップ（ｂ）を続行するステッ プとを備える方法が開示される。 図面の簡単な説明 図１Ａ乃至図１Ｃは、従来技術の締結具の取り付け過程におけるステップを示 す側面断面図である。 図２は、異なる厚さを有する２枚の薄板材料を通じて取り付けられた従来技術 の締結具の側面断面図である。 図３は、等しい厚さを有する２枚の薄板材料を通じて取り付けられた従来技術 の締結具の側面断面図である。 図４Ａ乃至図４Ｃは、本発明の締結具を取り付ける第一の実施の形態による方 法の側面断面図である。 図５は、異なる厚さを有する２枚の薄板材料を通じて取り付けられた本発明の 締結具の側面断面図である。 図６は、等しい厚さを有する２枚の薄板材料を通じて取り付けられた本発明の 締結具の側面断面図である。 図７Ａ乃至図７Ｃは、本発明の締結具を取り付ける第二の実施の形態による方 法を示す側面断面図である。 図８は、本発明の第一の実施の形態の締結具の側面図である。 図９は、本発明の第二の実施の形態の締結具の側面図である。 好適な実施の形態の説明 本発明の原理の理解を容易にする目的のため、次に、図面に図示した実施の形 態に関して説明し、その説明のために特定の用語を使用する。しかしながら、こ れにより本発明の範囲を何ら限定することを意図するものではなく、記載した装 置のかかる変更及び更なる改変例並びに本明細書に記載した本発明の原理の更な る適用は、本発明が関係する技術分野の当業者に通常案出されるものであること が理解されよう。 本発明の自己コイニング締結具は、上側取り付けダイの上にコイニングリング を必要としない。その理由は、本発明の締結具は、下面よりも大きい直径を有す る上面を有するためである。その結果、このより大きい上面は、接続される層内 の金属を締結具の中央溝内に押し込み、これにより、上側のコイニングリングを 不要にするものである。その結果、締結具の上面は、締結具の外周の周りに圧印 傷を生ずることなく、接続される材料の表面と完全に面一となる。 本発明の自己コイニング締結具の第一の好適な実施の形態は、図８に側面図で 図示されており、全体として、参照番号５０で示してある。該締結具５０は、上 面５２と、底面５４とを有している。該上面５２は、厚さ５６を有するとして示 してあり、底面５４は厚さ５８を有するとして示してあるが、かかる厚さは選択 随意であり、本発明は、厚さ５６、５８が零である締結具をも包含するものであ る。上面５２は、底面５４よりも大径であるように形成されている。このより大 径の面は、以下に更に詳細に説明するように、本発明の自己コイニングの特徴を 提供する。図８に図示した締結具５０は、円形の断面形状をしているが、本発明 は、方形又は矩形のような任意の幾何学的断面形状にて形成された締結具も包含 するものであり、本発明の教示はかかる任意の形状に適用可能である。 締結具５０の外周を取り巻く溝６０が上面５２と底面５４とを結合させている 。本発明を構成する溝６０の種々の形状を説明する際、締結具５０の長手方向軸 線６２に対する面を画成することが必要である。このため、上面５２から下面５ ４まで溝６０の輪郭に従うとき、長手方向軸線６２に向けて傾斜する（この方向 に見たとき）、溝６０の任意の部分は正勾配を有するといわれる。同様に、長手 方向軸線６２から離れる方向に傾斜する（同様に、上面から底面に向けて動くと き）、溝６０の任意の部分は負勾配を有するといわれる。最後に、長手方向軸線 ６２に対して平行な溝６０の任意の部分は零勾配を有するといわれる。 一例として第一の好適な実施の形態の締結具５０を使用するとき、溝６０の形 状を調べるならば、上面５２から底面５４まで動くとき、溝６０の面は長手方向 軸線６２に向けて最初に傾斜し、このため、溝６０のこの部分は正勾配を有する といわれる。上面５２と下面５４との略中間に達する迄、溝６０内で正勾配が保 たれ、この中間位置にて、溝は長手方向軸線６２から離れる方向に傾斜し始め、 これにより、負勾配を呈する。溝６０の表面は、その間に極く僅かな零部分を残 すだけで、正勾配から負勾配に切り替わる。このことは、一定の半径又は徐々に 変化する半径を示す任意の凹状の溝６０についても当て嵌まることである。 本発明の第二の実施の形態の締結具が図９の側面図に示してあり、全体として 参照番号７０で示してある。締結具５０と同様に、締結具７０は、その下面７４ よりも大きい直径の上面７２を有している。上面７２は、厚さ７６を有するとし て示してあり、また、下面７４は、厚さ７８を有するとして示してあるが、本発 明は、厚さ７６、７８が略零である締結具も対象とする。締結具７０の外周を取 り巻く溝８０が上面７２と下面７４とを結合させる。上面７２から下面７４に向 けて移動するとき、溝８０は正勾配部分、次に、零勾配部分、その後、負勾配部 分を呈するものとして長手方向軸線８２に関して説明することができる。締結具 ５０、７０の双方は略同一の方法にて機能し、このため、締結具５０に関して本 発明の締結具を取り付ける方法について以下に説明する。締結具７０又は本発明 が対象とする種類の任意のその他の締結具を取り付けるため同様の取り付け方法 が使用される。 図４Ａ乃至図４Ｃを参照すると、薄板１１０、１１２は、互いの頂部に配置さ れ且つ上側ダイ１１４と下側ダイ１１６との間に保持されている。下側ダイ１１ ６は、中心軸１２６及び隆起したコイニングリング１２８を有して、図１の下側 ダイ１６と略同一である。しかしながら、上側ダイ１１４は、図１の上側ダイ１ ４と著しく相違している。上側ダイ１１４の中心軸１１８は、締結具５０よりも 大径の上面５２を受け入れ得るようにダイ１４の中心軸１８よりも著しく大きい 。更に、上側ダイ１１４の下面と関連したコイニングリングは存在せず、このた め、上側ダイ１１４は、薄板１１０に対し面一に座する。 １つの好適な実施の形態において、締結具５０の上面５２の直径は、コイニン グリング１２８の外径に略等しい。プランジャ１２２が通路１１８内に設けられ ており、該通路内で往復運動するように作用可能である。 次に、図４Ｂを参照すると、プランジャ１２２は、下方へ動くように駆動され 、これにより、締結具５０の下面が薄板１１０、１１２をせん断し、これにより 、スラグ１３０を形成する。図４Ｃに図示するように、プランジャ１２２がその 動作範囲の底部付近に達すると、上側ダイ１１４は、薄板１１０、１１２に対し 押し付けられ、これにより、これらの薄板を下側ダイ１１６に対して圧縮する。 プランジャ１２２の最下部は、薄板１１０の上面と略面一となる。薄板１１０、 １１２が下側ダイ１１６に対して押し付けられると、コイニングリング１２８は 、下側薄板１１２内に押し込められ、これにより、金属を締結具５０の溝６０内 に圧縮する。これと同時に、プランジャ１２２は、締結具５０の上面を上側薄板 １１０内に押し込み、この位置にて締結具５０の上面のより大きい表面積は、図 １の上側コイニングリング２４と同一の機能を果たし、薄板１１０、１１２内の 金属を溝６０内に圧縮する。 取り付けた接続具５０は、図５の断面図で示してある。仕上がった締結具の継 手は、依然として、締結具５０の外周の周りに底部コイニング傷１３４を呈する が、その上面には、かかるコイニング傷は全く存在しない。その理由は、上面で のコイニング作用は、より大径の上面５２により形成された「ヘッド部分」によ り行われるからである。図５に図示した薄板は、厚さが相違するが、締結具５０ によって略等しい厚さの薄板１３６、１３８を図６に図示するように、接続した ときとその結果は同一である。 第二の実施の形態の取り付け方法が図７Ａ乃至図７Ｃに図示されている。図７ Ａに図示するように、上側ダイ１１４／プランジャ１２２の組み合わせ体に代え て、単一のプランジャ１４０が使用されている。その他の点にて、使用される方 法及び装置は、図４Ａ乃至図４Ｃのものと同一である。図７Ｂに図示するように 、プランジャ１４０が最初に下方に動くことにより、締結具５０は、スラグ１３ ０を薄板１１０、１１２からせん断する。プランジャ１４０が薄板１１０の上面 に接触すると、更なる下方への動作は、薄板１１０、１１２をプランジャ１４０ と下側ダイ１１６との間にて圧縮する働きをする。このことは、締結具５０のヘ ッド部分及びコイニングリング１２８を薄板１１０、１１２内に駆動し、これに より、金属を締結具５０の溝６０内に押し込み且つ継手を完成する。締結具５０ のヘッド部分及びコイニングリング１２８の双方は、金属を溝６０内に押し込む 作用を果たす。 本発明の締結具は、同様の従来技術の締結具に優る幾つかの改良点がある。例 えば、本発明の締結具の「ヘッド部分」は、より大きい外周を有し、上側材料１ １０のより大きい引張り強度を提供する。上側材料１１０が下側材料１１２より も薄いとき、より薄い部分に対してより大きい保持力を提供し且つ締結した継手 の引張り強度及び引き裂き強度を最大にする点にて、このことさは、特に有利で ある。実験試験の結果、従来技術の締結具２０と比較して締結具５０を使用する とき、引き裂き強度は７倍も増大することが分かった。第二に、「ヘッド部分」 の下側の領域は、締結の上側のコイニングを行い、外観的に好ましくないのみな らず、塵埃及び腐食性材料がその内に取り込まれる上側のコイニング傷３２を無 くする。第三に、上側ダイの寿命は、コイニングリングが不要であるため、著し く増大する。本発明の上側ダイ１１４／１２２又は１４０は、同様に、交換が全 く不要である一方、従来技術のコイニング２４を有する上側ダイ１４は、僅かに 10,000乃至50,000回の圧印にしか耐えられない。第四に、上側コイニングリング が存在しないことは、完成品を破損し又は傷付ける可能性のあるコイニングリン グの鋭い端縁を無くすことにより、上側材料１１０におけるめっき又は仕上げ部 分を保護する。最後に、より大きい大径の「ヘッド部分」は、大きい引張り強度 にて材料を穿孔するとき、本発明の締結具が穿孔した穴を通じて突き出ることを 許容しない。高引張り強度の材料は、エネルギを蓄積し、そのエネルギは、運動 エネルギに変換される。本発明の締結具のより大径の「ヘッド部分」が無いなら ば、その締結具は、穴を通じて完全に突き出る可能性がある。 １つの好適な実施の形態において、本発明の締結具は、上面の直径と下面の直 径との比が４：３にて形成される。しかしながら、この好適な比以外の比でも作 用可能であり、本発明は、かかる他の比をも包含することが当業者に理解されよ う。本発明の締結具は、鋼、ステンレス鋼又はアルミニウムのような任意の適当 な材料で製造することができる。本発明の締結具は、ロール成形法又はスクリュ ー機械を使用する等の任意の適宜な製造方法にて製造することができる。 本発明は、図面及び上記の説明に詳細に図示し且つ記述したが、これは、一例 であり、性質を限定するものではなく、好適な実施の形態のみを図示し且つ説明 したものであるとみなし、また、本発明の精神に属する全ての変更及び改変例を 保護することを望むものであることを理解すべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．自己コイニング締結具において、 底面面積を有する略平坦な底端部と、 該底面面積よりも大きい上面面積を有する略平坦な上端部と、 該上端部と底端部との間を伸長する周溝とを備え、 該周溝が正勾配部分を１つ以上含まず、 前記底端部及び上端部が略円形である、自己コイニング締結具。 ２．請求項１に記載の自己コイニング締結具において、上面面積と底面面積と の比が４：３である、自己コイニング締結具。 ３．請求項１に記載の自己コイニング締結具において、底端部及び上端部が略 厚さ零である、自己コイニング締結具。 ４．請求項１に記載の自己コイニング締結具において、周溝が、上端部から底 端部まで正勾配を呈し、次に、零勾配に遷移し、更に負勾配に遷移する、自己コ イニング締結具。 ５．請求項１に記載の自己コイニング締結具において、締結具が複数の金属層 を通じて取り付けられたとき、上端部が、金属を周溝内に押し込む作用可能であ る、自己コイニング締結具。 ７．複数の薄板を締結する自己コイニング締結具装置において、 共に締結すべき材料の厚さの合計に略等しい長手方向長さの自己コイニング締 結具を備え、該締結具が、 底面面積を有する略平坦な底端部と、 該底面面積よりも大きい上面面積を有する略平坦な上端部と、 上端部と底端部との間を伸長する周溝とを備え、 該周溝が正勾配部分を１つ以上含まず、 締結具の底端部と略同一の寸法及び形状の貫通する開口部と、その一端縁にて 該開口部を取り巻くコイニングリングとを有する下側ダイと、 締結具及び前記複数の薄板の一部分を下側ダイに向けて付勢する作用可能な少 なくとも１つの平坦面を有する上側ダイとを備え、 底端部及び上端部が略円形である、自己コイニング締結具装置。 ８．請求項７に記載の自己コイニング締結具において、上面面積と底面面積と の比が４：３である、自己コイニング締結具。 ９．請求項７に記載の自己コイニング締結具において、底端部及び上端部が略 厚さ零である、自己コイニング締結具。 １０．請求項７に記載の自己コイニング締結具において、周溝が、上端部から底 端部まで正勾配を呈し、次に、零勾配に遷移し、更に負勾配に遷移する、自己コ イニング締結具。 １１．請求項７に記載の自己コイニング締結具において、締結具が複数の金属層 を通じて取り付けられたとき、上端部が、金属を周溝内に押し込む作用可能であ る、自己コイニング締結具。 １３．複数の薄板を接続する方法において、 （ａ）貫通する開口部と、その一端縁にて該開口部を取り巻くコイニングリン グとを有する下側ダイの上にて薄板を支持するステップと、 （ｂ）底面面積を有する略平坦な底端部と、 底面面積よりも大きい上面面積を有する略平坦な上端部と、 該上端部と該底端部との間を伸長する周溝とを備え、 該周溝が、正勾配部分を１つ以上含まず、 底端部及び上端部が略円形である、自己コイニング型締結具を開口部と整合 状態にて、薄板内に押し込むステップと、 （ｃ）上端部が薄板の上面と面一になる迄、ステップ（ｂ）を続行するステッ プとを備える、複数の薄板を接続する方法。 １４．請求項１３に記載の自己コイニング締結具において、上面面積と底面面積 との比が４：３である、自己コイニング締結具。 １５．請求項１３に記載の自己コイニング締結具において、底端部及び上端部が 略厚さ零である、自己コイニング締結具。 １６．請求項１３に記載の自己コイニング締結具において、周溝が、上端部から 底端部まで正勾配を呈し、次に、負勾配に遷移し、更に零勾配に遷移する、自己 コイニング締結具。 １７．請求項１３に記載の自己コイニング締結具において、締結具が複数の金属 層を通じて取り付けられたとき、上端部が、金属を周溝内に押し込む作用可能で ある、自己コイニング締結具。 １９．自己コイニング締結具において、 底面面積を有する略平坦な底端部と、 該底面面積よりも大きい上面面積を有する略平坦な上端部と、 該上端部と底端部との間を伸長する周溝とを備え、 周溝が、上端部から底端部まで正勾配を呈し、次に、零勾配に遷移し、更に負 勾配に遷移し、 周溝が、正勾配から零勾配に遷移するとき、及び零勾配から負勾配に遷移する とき、勾配の不連続部分を何ら呈さない、自己コイニング締結具。 ２０．複数の薄板を締結する自己コイニング締結具装置において、 共に締結すべき材料の厚さの合計に略等しい長手方向長さの自己コイニング締 結具を備え、該締結具が、 底面面積を有する略平坦な底部分と、 該底面面積よりも大きい上面面積を有する略平坦な上端部と、 上端部と底端部との間を伸長する周溝とを備え、 周溝が、上端部から底端部まで正勾配を呈し、次に、零勾配に遷移し、更に 負勾配に遷移し、 周溝が、正勾配から零勾配に遷移するとき、及び零勾配から負勾配に遷移す るとき、勾配の不連続部分を何ら呈さず、 締結具の底端部と略同一の寸法及び形状の貫通する開口部と、その一端縁に て該開口部を取り巻くコイニングリングとを有する下側ダイと、 締結具及び前記複数の薄板の一部分を下側ダイに向けて付勢する作用可能な少 なくとも１つの平坦面を有する上側ダイとを備える、自己コイニング締結具装置 。２１．複数の薄板を接続する方法において、 （ａ）貫通する開口部と、その一端縁にて該開口部を取り巻くコイニングリン グとを有する下側ダイの上にて薄板を支持するステップと、 （ｂ）底面面積を有する略平坦な底端部と、 底面面積よりも大きい上面面積を有する略平坦な上端部と、 該上端部と該底端部との間を伸長する周溝とを備え、 周溝が、上端部から底端部まで正勾配を呈し、次に、零勾配に遷移し、更に 負勾配に遷移し、 周溝が、正勾配から零勾配に遷移するとき、及び零勾配から負勾配に遷移す るとき、勾配の不連続部分を何ら呈さない、自己コイニング締結具を開口部と整 合状態にて、薄板内に押し込むステップと、 （ｃ）上端部が薄板の上面と面一になる迄、ステップ（ｂ）を続行するステッ プとを備える、複数の薄板を接続する方法。