JP7428703B2 - マルチクリンチ式ファスナー挿入体 - Google Patents

Description

関連出願

本出願は、２０１８年９月１３日を出願日とし、“マルチクリンチ式ファスナー挿入体”を発明の名称とする仮親出願第６２/３０，７６５号に関連する非仮特許出願の優先権を主張する出願である。

本発明は、通常平面パネルなどの構造体の反対側まで延在する孔を介してこの構造体に取り付ける挿入ファスナーに関する。具体的には、本発明は２つのファスナー部材間に締め付けられる複合構造体に取り付ける２部材ファスナー（ｔｗｏ－ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆａｓｔｅｎｅｒ）に関する。

シート金属の代替物として工学用途に複合素材を使用することは、長年にわたって成長してきた分野であり、継続発展することが考えられる。現在主流傾向であるネジ式ファスナーの場合、接着材に頼ってファスナーを所定位置に保持している。多数の２部材挿入体およびポット式挿入体が各種サイズおよび接着剤を利用する構成で市場に出回っている。またいくつかのパネルの周囲で変形する機械式やリベット式の挿入体も利用されている。この型式のファスナーの場合、ネジ強度、保持力、およびパネルの小さなベアリング面積に関して問題を抱えている。ベアリング面積が小さいと、パネルに作用する応力が大きくなり、材料に弊害が生じる。また、ネジ強度が欠けると、材料をフレアリング操作、あるいはリベット操作する必要が出てくる。これら操作のいずれかを終えるためには、材料は十分軟質でなければならない。

パネル素材が鋼やアルミなどの展性のある金属である場合、長年にわたりセルフクリンチ式ファスナーが利用されてきたが、複合パネルには適さない。複合パネルに使用する素材はカーボンファイバーのようにあまりにも脆いか、あるいはアルミハニカムパネルなどのように必要な装着負荷を支持できないかのいずれかである。

これが現状であり、セルフクリンチ技術の作用効果を複合的で、しかも非金属素材に適用できるファスナーが求められている。

本明細書に開示するファスナーは主構成が２つの部分であり、上記従来技術の課題を解決するものである。第１部分は保持部であり、通し孔および周囲に刻み（ｋｎｕｒｌ）を有する。この保持部については、複合パネルまたはプラスチックパネルの通し孔に挿入する。第２部分は挿入部であり、直径が漸増する複数のセルフクリンチ部を有する。挿入部は保持部に装着し、２つの部材を締め付ける。複数のセルフクリンチ部がランドおよびアンダーカットからなるため、アセンブリが広範囲のパネル厚さに対処でき、広いトレランスに対処できる。挿入部のネジ付き孔の代わりに、平滑なスタッドまたはネジ付きスタッドを利用できる。

以下に記載するように、また添付図面に示すように、クリンチ部を有する本挿入部には雌ネジ、雄ネジを形成でき、あるいはネジを設けなくてもよい。ネジ付き部分として、挿入部は他のパネルや他の対象物に取り付ける取り付け点として作用する。通し孔を有するため、ネジ付け部分を使用して二枚のパネルまたは複数の材料層を確実かつ安全に接合できる。また、通し孔を設けるため、ボルトを完全に貫通させることができ、簡単にファスナーの重量を小さくすることができる。

より具体的には、本発明は保持部および挿入部を備えた、パネルに装着できる二部分ファスナーを提供するものである。保持部は、パネルの両側に延在するパネル内の孔に受け取られる。保持部は拡径ヘッドおよびシャンクを備え、このシャンクは周囲にパネルの孔壁および中心通し孔に係合する把持手段を備える。挿入部は、直径が連続的に大きくなる複数のセルフクリンチ部を有し、これらが保持部に取り付けられる。保持部の通し孔への挿入によって、またセルフクリンチ部による円筒形の通し孔の壁部の変形によって挿入部が保持部に強固に取り付けられる。各セルフクリンチ部はランド、およびこのランドによって変位した保持部素材を受け取るアンダーカットを備える。

一つの実施態様では、挿入部はネジ付き通し孔を備え、直径が最大のセルフクリンチ部は保持部に直接隣接する。保持部の把持手段は、保持部の周囲にある長手方向刻みである。一つの実施態様では、挿入部は細長いスタッドを有し、このスタッドは一端のフランジに対向する挿入部の他端から延在する。パネルに装着すると、パネルの両側に直接接触することによって保持部のヘッドと挿入部のフランジとの間に締め付けられる。保持部および挿入部については、金属製であってもよく、あるいは非金属製であってもよい。一つの実施態様では、パネルは非金属製の複合材で構成することができる。

本発明のファスナーによれば、複合パネル（主にカーボンファイバーパネルおよびハニカムパネル）内においてより強度の強い接合を実現できる。装着方法は、素早く、簡単にかつ強固に実施できるため、従来の技術よりも高い作用効果を有する。装着したファスナーの保持部からの引き抜き強度は大半の接着剤を使用する接合よりも強い。装着は、油圧プレスやその他のプレス作業で一挙に実施できる。これは、接着剤を塗布し、硬化するのを待つことに比べて、より簡単に、またより素早く実施できる装着方法である。本ファスナーのこれら以外の目的および作用効果については、当業者にとって添付図面および以下の好適な実施態様の説明から明らかになるはずである。

図１は、保持部および挿入部それぞれを示す合成図であり、一つの部が他方の部の断面図である両者の斜視図である。 図２は、パネルに組み付けた２部材挿入部を示す断面正面図である。 図３～図７は、保持部を挿入部に対して下向きに押し付けたさいの保持部変形の進行を順次示す側面図である。 図８は、挿入部が雄ネジ付きシャンクを有する別な実施態様を示す一方が他方の断面図である２つの図面からなる合成図である。

図１および図２を参照して説明する。本発明の一つの実施態様１０は主部、即ち保持部および挿入部を有する。保持部１１は３つの主構造部、即ち保持部中心に円筒形を形成する貫通孔１５、周辺外面に刻み（ｋｎｕｒｌ）を備えるシャンク１７、およびファスナーを取り付けるパネル２０中に引っ張りこまれることを防止する拡径ヘッド１９を有する。保持部１１の外側にある刻み付きシャンク１７は、図２に示すように、装着後パネル中で回転しない。

挿入部１３は、底部に向かって順次大きくなる直径において段階的なディスプレーサーランド（ｄｉｓｐｌａｃｅｒ ｌａｎｄ）１８間にある一連のアンダーカット（切り欠き）１６と同様な形状の拡大フランジ１４を備える。これらアンダーカットは、装着時に、ランド１８によって変位した保持部１１の素材の冷間流れを受け取る構成である。図示の両部分は円形形状を有するが、他の幾何学的形状も実施可能である。

特に図２を参照して説明を続けると、本発明の複合的な二部構成ファスナーは図示の陽に、パネルに組み付ける。即ち装着する。ここで二部構成部材、即ち保持部１１およびマルチクリンチ式挿入部１３をパネル２０に締め付ける。この挿入部はパネルの孔に受け取られ、パネルの反対側から保持部に留める。装着時、保持部のヘッド１９および挿入部のフランジ１４がパネル２０の両側に接触するまで、挿入部および保持部が相互に押し付けられる。この場合、挿入部のネジ付きボア１２がネジ付きボルトを受け取り、被装着体（図示省略）をパネルに取り付ける。

保持部および挿入部については、各種の金属系、あるいは非金属系の素材から構成されるパネル内に装着できる設計である。代表的な素材は、現在セルフクリンチ式ファスナーを利用できないハニカムパネルであればよい。挿入部および保持部が押し付けられると、保持部の素材が挿入部のアンダーカットに変位する。保持部素材に関しては、これに作用する圧力によって冷間流動する十分な軟質性および展性をもつものであればよい。両部分の端部にある挿入部フランジおよび保持部ヘッドがパネルに接触するまで、挿入部を保持部に押入する。カスケード型のマルチクリンチ式の作用効果の一つとして、ファスナーが一定の範囲の厚さに対処でき、またパネル厚みにおける大きなトレランスにも対処できる。

次に、図３～図７を参照して説明を続ける。図３～図７には、挿入部の保持部内への装着時の装着順を示すが、作図を簡単にするためにパネルは図示していない。このプロセスでは、保持部の素材がアンダーカットのそれぞれの間のランドによる楔作用によって保持部のボア内に上向きに進む間、この素材がアンダーカット内に内向きに流入するため、これら図に矢印で示すように、保持部素材の冷間流れが強制的にアンダーカットに流入させられる。

図３の第１図には、装着前に挿入部が保持部にどのように着座するかを示す。挿入部の上部リム２１が、保持部の底部が第１アンダーカットのランド２３に着座する間、保持部ボア内に嵌合する。このため押圧が進むと、ミスマッチが生じないため、保持部の素材が保持部ボア内に内向きかつ上向きに流れ込む。この時点で、負荷がプレス（図示省略）などによって挿入部のヘッドに印加する。このため、図４から理解できるように、素材が保持部から第１アンダーカット内に強制的に流入させられる。

図４に示すように、ここでは挿入部の第１アンダーカットが完全に埋まる。この時点では、ファスナーは確実に装着している。さらに装着が進行すると、接続部の強度が増す効果が得られ、任意の点で下向きの押入が停止する。この点において、パネルの最大厚みが保持部のヘッドと挿入部の底部にあるフランジとの間の隙間として定まる。パネルの装着については、図２に示す両部材間にパネルが締め付けられるまで、必要に応じてさらに進めることができる。使用できる最小パネル厚みは、保持部の高さマイナス（－）保持部フランジ１９および挿入部フランジ１４の高さによって定まる。

図５～図７に、装着下向き点が進む間保持部１１がどのように見えるかを示す。保持部がさらに下向きに押圧されると、保持部のより多くの素材がアンダーカット内にさらに下向きにかつ保持部ボア１５内に上向きに流れ込む。さらに、図７に示すように、最小パネル厚さに達するまで、保持部の押圧が続く。ここで、保持部１１が挿入部フランジ１４の上部に達するため、保持部ボア１５はほぼ完全に挿入部および変位保持部素材で埋められる。

図８に示すように、挿入部も図１～図７に示す同様な方法で形成できるが、ネジ付きボアの代わりに上向きに延在する雄ネジ付きスタッド２５を使用する。プレーンピン（ｐｌａｉｎ ｐｉｎ）が望ましい場合には、挿入部スタッドにネジを設けなくともよい。

本発明の原理および実施態様を説明するために、具体的な実施態様を説明してきたが、この実施態様の記載は本発明の主技術思想の理解の一助に過ぎない。一方、当業者ならば、本発明の技術思想に係る具体的な実施態様および適用範囲に変更を加えることができるはずである。即ち、本明細書の開示については、本発明の範囲を制限するものではなく、この範囲は特許請求の範囲およびその法的な等価範囲によって定義されるものである。

１０ 実施態様
１１ 保持部
１２ ネジ付きボア
１３ 挿入部
１４ 挿入部フランジ
１５ 貫通孔
１６ アンダーカット（切り欠き）
１７ シャンク
１８ ランド
１９ 保持部フランジ、拡径ヘッド
２０ パネル
２１ 上部リム
２３ ランド
２５ 雄ネジ付きスタッド

Claims (11)

1. パネルに取り付けるための二つの部品で構成するファスナーにおいて、
   パネル内の穴に受け取られてこのパネルの穴の壁に係合する周辺把持手段を備えるシャンク、中心の通し孔及び大径の保持部ヘッドを有する保持部品、および、
   直径が順次に漸増する複数のセルフクリンチ部を有し、前記保持部品に取り付ける挿入部品であって、前記パネルの他方の面に接するフランジを一端部に取り付けた前記挿入部品があり、
   前記保持部品の前記通し孔に前記挿入部品を締め付け状態で挿入するために、前記保持部品の材料が前記セルフクリンチ部の一つかそれ以上に流れ込み、そして、前記通し孔の壁が変形することで、前記保持部ヘッドと前記パネル間が締め付けられることを特徴とするファスナー。
   
2. 前記挿入部品が、最大径のセルフクリンチ部に直接隣接する一端部にフランジを有し、このフランジが前記パネルに設けた前記穴の径よりも大きい請求項１に記載のファスナー。
   
3. 前記挿入部品がネジ付き通し孔を有する請求項２に記載のファスナー。
   
4. 前記保持部品の把持手段が長手方向刻みである請求項１に記載のファスナー。
   
5. 前記挿入部品が細長いスタッドを有し、このスタッドが前記フランジと対向する前記挿入部品から上向きに延在する請求項２に記載のファスナー。
   
6. 前記パネルの両側に直接接触することによって前記保持部品のヘッドと前記挿入部品のフランジとの間に固く締め付けられるパネルに組み付けられアセンブリを構成する請求項２に記載のファスナー。
   
7. 前記保持部品および前記挿入部品が金属製である請求項１に記載のファスナー。
   
8. 前記パネルが非金属製である請求項６に記載のアセンブリ。
   
9. 各セルフクリンチ部がランドおよびアンダーカットを有する請求項６に記載のアセンブリ。
   
10. 前記保持部品の中心の前記通し孔の壁が円筒形を構成する請求項９に記載のアセンブリ。
    
11. 少なくとも一つのランドによって前記保持部品の素材を少なくとも一つのアンダーカット内に変位させることによって前記挿入部品が前記保持部品に取り付けられる請求項９に記載のアセンブリ。

Images