JP3471891B2

JP3471891B2 - 管へのファスナー取り付け装置

Info

Publication number: JP3471891B2
Application number: JP08724194A
Authority: JP
Inventors: デービッド・ダブリュー・スィックルズ; ロバート・イー・スィルズ
Original assignee: マルチファスナー・コーポレーション
Priority date: 1993-04-07
Filing date: 1994-04-04
Publication date: 2003-12-02
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: JPH06339824A; US5329694A; CA2119529A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ピアスナット、クリン
チナット、スタッドのような自己取り付けファスナー
を、管のような囲い構造体にこの構造体内部から永久的
に取り付ける囲い構造体への自己取り付けファスナー取
り付け装置、特に、管へのファスナー取り付け装置に関
する。例えば、本発明の装置は、自動車産業で用いられ
る構造支持部材のような構造鋼管にその内部から従来の
ピアスナットやクリンチナットを取り付けるのに使用で
きる。

【０００２】

【従来の技術】自動取り付け・クリンチング・ファスナ
ーは、大量生産の分野、特に、自動車産業において、例
えば、部品を構造要素に取り付けるのに多年用いられて
きた。このような自己取り付けファスナーは、通常、ボ
デー部とこれから突出する突出部とを含む。取り付け装
置は、往復動プランジャと、自己取り付けファスナーが
取り付けられパネル（プレートとも言う）を剛性的に支
持するダイ部材（ダイボタンとも言う）とを有する取り
付けヘッドを含む。典型的な大量生産の分野では、取り
付けヘッドとダイ部材はパネルを取り付けと同時に所望
の形状に形成するダイプレス対向するプラテン内に取り
付けられる。自己取り付けファスナーの中には、ダイプ
レスのストローク毎にパネル内に取り付けられるように
なっているものがある。

【０００３】これらの自己取り付けファスナーにおいて
は、ボデー部は取り付けヘッドの往復動プランジャ内に
支持されており、取り付け部は往復動プランジャから軸
方向へ延びている。ダイプレスが移動して閉じられる場
合、取り付けヘッドの往復動プランジャはファスナーを
パネル内へ打ち込む。ファスナーが取り付け部（パイロ
ット部又は胴部とも言う）を有する自己取り付け形のも
のである場合、このファスナーはパネルからスラグを打
ち抜き、取り付け部はパネルに打ち抜き形成された開口
部を通過する。なお、このようなファスナーを予め開口
部が形成されたパネルに取り付けることもできる。次い
で、ダイ部材はパネルの開口部に隣接する部分を変形さ
せてこれにファスナーを緊締係合させる。ピアスナット
と取り付けツーリングの例は、米国特許第３，１５２，
６２８号、第３，６４８，７４７号、第３，７１１，９
３１号、第４，２４２，７９３号及び第４，９７１，４
９９号に開示されている。

【０００４】更に最近になって、ボデー部から突出する
環状胴部を有する自動取り付けスタッド・ナット・ファ
スナーが開発され、商品化された。このファスナーの胴
部は、上記の米国特許に開示されている打ち抜き・クリ
ンチ・ナットの取り付け部（パイロット部）と同様に機
能するが、これはファスナーとパネルとの間を非常に確
実に機械的結合をするために、取り付けと同時に半径方
向外側へパネルを変形させるものである。米国特許第
４，７１１，０２１号、第４，７１１，０２１号、第
４，９１５，５５８号及び第４，８３１，６９８号は、
このような自己取り付けスタッド・ナットの典型例と取
り付けツーリングの商業的具体例を開示している。

【０００５】しかし、このような自己取り付けファスナ
ーの取り付けツーリングには、ファスナーの使用に当た
って或る制約がある。取り付けヘッドを上側ダイシュー
に設けて「下向き打ち抜き」装置とする場合、パネルと
ダイ部材は下側ダイシューに剛体的に支持される。他
方、「上向き打ち抜き」装置の場合、ピアスナット等の
ファスナーを下側ダイシュー内に剛性的に支持し、ダイ
部材を上側プラテンに支持しなければならない。従っ
て、上述の自己取り付けファスナーを管乃至は囲い構造
体内に、しかも、その内部から取り付けることができな
い。ファスナーが取り付けられつつある管の壁部とダイ
部材が剛体的に支持されないと、取り付け力によって管
が破損する。

【０００６】しかし、今日では、構造金属管は、部品や
他の構造体を構造金属管に接続する必要がある自動車産
業を含む多数の応用分野で用いられている。構造金属管
の壁厚は１／８インチ（３．１７５ｍｍ）以上であれば
よい。多くの応用例では、構造金属管は接続部を平坦に
することが望ましい。従って、部品を構造金属管に取り
付けるには構造金属管の接続部を平坦にし、この平坦化
された部分にナットを溶接するかクランプを用いて接続
すればよい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に、上述
のタイプの自己取り付けナットなどの自己取り付けファ
スナーを構造金属管又は囲い構造体にその内部から取り
付けるのに適している。自己取り付けファスナーはダイ
プレスのストローク毎に取り付けられ、このファスナー
を取り巻く領域が打ち込みと同時に平坦にされ、他の構
造体乃至は部品を取り付けるための管用クレードル（サ
ドルとも言う）を形成することができる。本発明は、従
来の自己取り付けファスナーを構造金属管のような囲い
構造内で取り付ける従来の取り付け装置及び取り付け方
法に伴う困難な問題を解決する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明に基づく管へのファスナー取り付け装置は、
ボデー部と該ボデー部から突設された取り付け部とを有
する自己取り付けファスナーを実質的に円筒形の内面を
有する実質的に円筒形の金属の管に該管の内側から取り
付けるために（ａ）前記管を受ける形状にされた実質的
に凹状の円筒形の面を有する管用クレードルと、（ｂ）
前記管内に受けられ該管の前記内面に係合する形状にさ
れた実質的に凸状円筒状の外面と、この外面に対向する
実質的に平坦な平面とを有するマンドレルと、（ｃ）該
マンドレルの平面に受けられる平面とこの平面に対して
傾斜する傾斜カム面とを有するカムと、（ｄ）該カムの
傾斜カム面に受けられる傾斜カム面と、このカム傾斜面
と反対側に形成され前記管の前記内面に係合する形状に
された実質的に凹状円筒形の支持面と、該支持面内に設
けられ前記自己取付ファスナーのボデー部を受ける形状
にされたファスナーポケットとを有するファスナーホル
ダーと、（ｅ）前記自己取付ファスナーの前記取付部を
受ける形状にされた開口部とこの開口部の相対向する側
縁に設けられ前記ファスナーポケットの方へ前記管の壁
部を変形し前記ファスナーの取付部と緊締させるための
ダイ面とを有するダイ部材とを具備して成り、前記ファ
スナーホルダー内に支持された前記自己取付ファスナー
を前記管内に受け、前記ダイ部材によって前記管に取り
付けている間、該ファスナーホルダー及び前記マンドレ
ルに対して前記カムを移動させて前記ファスナーホルダ
ーの前記支持面を前記管の前記内面に係合させ、前記フ
ァスナーを剛性的に支持するように構成される。

【０００９】本発明は、更に、実質的に円筒形の内面を
有する実質的に円筒形の管に、ボデー部とこのボデー部
に突設された取り付け部とを有する自己取り付けファス
ナーを取り付けるために（ａ）前記管内に受けられ該管
の前記内面係合する形状にされた実質的に凸状円筒状の
外面と、この外面に沿って形成された実質的に平坦な平
面を有するマンドレルと、（ｂ）該マンドレルの平面に
受けられる平面とこの平面に対して傾斜する傾斜カム面
とを有するカムと、（ｃ）一面が該カムの傾斜カム面に
受けられる傾斜面を形成し、この一面と反対の面が前記
管の前記内面に受けられる形状にされた実質的に突状円
筒形の支持面を有し、該支持面内に平坦な底面とこの底
面の両端にあって該底面から該支持面まで外側へ延びる
傾斜面で規定されたサドル形凹部を設け、前記自己取り
付けファスナーの前記ボデー部を受けて支持するように
ファスナーポケットを該底部内に設けて形成したファス
ナーホルダーと、（ｄ）該ファスナーホルダーと前記管
の前記内面との間の間隔を減少させて前記自己取り付け
ファスナーを該管の該内面に隣接させ、該ファスナーホ
ルダーの前記支持面を該管の内面に係合させる移動機構
と、（ｅ）前記自己取り付けファスナーの前記取り付け
部を受ける形状にされた開口部と、この開口部の相対す
る縁部に形成され前記管の壁部を前記ファスナーホルダ
ーの前記サドル形凹部内へ変形して該取り付け部に緊締
させるためのダイ面とを有するダイ部材とを具備して成
る。

【００１０】上述の通り、本発明は、特に、構造金属管
のような囲い構造体の壁部にこの構造体内から金属製の
自己取り付けファスナーを取り付けるように構成されて
いる。ここで開示されるタイプの自己取り付けファスナ
ーは、一般的に、ボデー部とこれから突出する取り付け
部（パイロット部とも言う）とを含む。打ち抜き・クリ
ンチ・ナットは、取り付け部と、取り付け部の少なくと
も相対する側面に形成されたパネル支持面を含むボデー
部とを含む。更に、このナットは、取り付け部に隣接し
パネル（プレートとも言い、本発明では、管等の囲い構
造体の壁部である）の取り付け中にパネルを受ける溝を
含む。これとは別に、自己取り付けファスナー乃至はナ
ットは、半径方向のフランジ部を有するボデー部から突
出する環状胴部を有してもよい。本発明を、例えば、米
国特許第３，８４５，８６０号に開示されたタイプの汎
用的なピアスナットを参照して説明する。もっとも、上
述の米国特許に開示されたファスナーを含む他のタイプ
の自己取り付けファスナーを使用してもよい。

【００１１】本発明においては、ファスナーのボデー部
をファスナーホルダー乃至はアンビル上に剛体的に支持
しかつファスナーの取り付け部を囲い構造体の内面の方
へ移動させてこれに隣接配設した状態にして、囲い構造
体の内部でファスナーホル乃至はアンビル上に自己取り
付けファスナーを剛性的に支持する。次いで、ダイ部材
は囲い構造体の外壁に打ち込まれて、自己取り付けファ
スナーの取り付け部をパネル即ち囲い構造体の壁部に取
り付ける。ダイ部材は、囲い構造体の開口部を通過して
きたファスナーの取り付け部を受ける形状にされたダイ
開口部と、このダイ開口部の相対する側部に設けられた
ダイ面とを含むことが望ましい。ファスナーが自己打ち
抜きタイプのものである場合、ファスナーの取り付け部
はダイ開口部に共同して、囲い構造体の壁部からスラグ
を打ち抜き、次いで、この壁部をファスナーのボデー部
の方へ打ち込み、取り付け部を壁部の開口部を通して打
ち込むようになっている。これとは別に、ファスナーの
取り付け部を受ける形状に予め開口部をこの壁部に形成
してもよい。次いで、本発明では、ダイ部材を囲い構造
体の壁部の外面に打ち込む。続いて、ダイ開口部の対向
側部に形成されたダイ面がこの壁部を永久変形させてフ
ァスナーの取り付け部に緊締係合させ、該壁部と自己取
り付けファスナーとの間をしっかりと機械的結合する。

【００１２】アンビル・アセンブリーは囲い構造体の壁
部の内面に一致する対向面を有する。囲い構造体が円筒
形管の場合は、アンビル・アセンブリーの対向面が円筒
形であることが望ましい。ファスナーのボデー部を剛体
的に受けて支持する円筒面内にファスナーポケットが形
成される。アンビル・アセンブリーは、取り付けの間囲
い構造体の壁部の内面に隣接した取り付け部に位置する
ように拡張でき、取り付けに続いて囲い構造体から離脱
するように縮小できる。

【００１３】次いで、アンビル乃至はファスナーホルダ
ーの支持面に自己取り付けファスナーのボデー部を嵌装
する。自己取り付けファスナーを取り付けたアンビル
は、取り付け部を囲い構造体の壁部の内面に対向して設
置された状態で、囲い構造体内へ挿入される。アンビル
に剛性的に支持されたファスナーを囲い構造体の壁部の
方へ移動させて取り付け部を壁部の内面に隣接させて設
置する。上述の通り、ダイ部材を囲い構造体の外面に打
ち込んで、ファスナーをこの壁部に固定する。最後に、
アンビル・アセンブリーは縮小されて囲い構造体から外
される。

【００１４】本発明は、これに限定される訳ではない
が、特に、構造鋼管のような管にその内側から自己取り
付けファスナーを取り付けるように構成されている。更
に、管とファスナーアセンブリーの好適な実施例は、フ
ァスナーを囲む平坦な凹部を含む。従って、アンビル・
アセンブリーは、円筒形の支持面内に設けられファスナ
ーのポケット部を囲むサドル状凹部を有し、ダイ部材
は、ダイ開口部を囲むサドル状エンボスメントを有する
ことになる。自動取り付けファスナーの取付中、ダイ部
材は管の壁部をアンビル内のサドル状凹部に変形させて
いく。そして、ファスナーの取り付け部は管の壁部内で
サドル状凹部又はエンボスメントにほぼ面一にされて管
の壁部に取り付けられる。

【００１５】アンビル・アセンブリーは、係合する傾斜
面を有する２つの相対運動をするアンビル部分を含む。
アンビル部分の１つにねじ係合してアンビル・アセンブ
リーを伸張・収縮するように移動させるねじ部材が設け
られている。傾斜面を有する両アンビル部分は、例え
ば、油圧式若しくは空圧式のピストン又はカムアセンブ
リーで相対運動させてもよい。実施例では、アンビル部
分の１つは、くさび形をし、傾斜面と実質的に方形で断
面くさび状のカムになっている。アンビル部分の他の１
つ（上記に、アンビル乃至はファスナーホルダーとして
説明されている）は傾斜底部を有する実質的に方形のス
ロットを有し、このスロットでくさび状のアンビル部を
摺動可能に受けるようになっている。これらのアンビル
部はカム部を成すものであり、マンドレルのスロット内
に受けられる。例えば、自己取り付けファスナーを円筒
形管内に取り付ける場合、マンドレルの外面は円筒形で
あることが望ましい。ねじ部はマンドレルに螺合され、
くさび状アンビル部分に接続される。このくさび状アン
ビル部分はねじ部（ねじ調整部）を螺合調整することに
よって他方のアンビル部分に対して移動される。管内に
自己取り付け装置を取り付けるためのアンビル・アセン
ブリーは、更に、自己取り付けファスナーの取り付け
中、管とアンビル・アセンブリーを剛性的に支持する管
用クレードルを含む。

【００１６】従って、本発明は、ダイプレスのストロー
クの度毎に、公知の自己取り付けファスナーを囲い構造
体の金属の壁部にこの囲い構造体の内側から取り付ける
ために利用することができる。また、本発明は、ピアス
・クリンチ・ナット及びスタッドのような自己取り付け
ファスナーを構造鋼管内に管の内側から取り付けるため
に利用でき、この場合、管は取り付けと同時にエンボス
加工され、ファスナーを管部に面一に取り付ける。又、
本発明は、ダイプレスのストローク毎に数個の自己取り
付けファスナーを取り付ける大量生産の応用例の場合に
使用できる。

【００１７】

【作用】自己取り付けファスナーをファスナーホルダー
のサドル状凹部に取り付け、ファスナーホルダーのスロ
ットにカムを嵌合させてカム部を形成し、マンドレルの
チャンネルに挿着する。囲い構造体である管を管用クレ
ードル上に載置すると共に、カム部を装着したマンドレ
ルを管内に挿入する。次いで、調整ねじを調整してマン
ドレルに対してカムを前進させ、ファスナー・ホルダー
の外周面を管の内面に係合させ、最後に、ダイ部材を管
に打ち込み、自己打ち抜きファスナーを管にその内側か
ら取り付ける。

【００１８】

【実施例】以下、既に述べたように、自己取り付けファ
スナーとして自己取り付けピアスナットを用いて本発明
の実施例を説明する。図１及び２は、円筒形管（又はパ
イプ）２２及び２４に取り付けられたピアスナット２２
を示す。しかし、本発明は、例えば、囲いチャンネル、
金属ハウジング、方形パイプなどのような他の囲い構造
体に他のタイプの自己取り付けファスナーを取り付ける
ようにしてもよい。更に、本発明は、これに限定する訳
ではないが、特に、自己取り付けファスナーに取り付け
るためにかなりの力を必要とする、囲い構造体の金属の
壁部に自己取り付けファスナーを取り付けるようになっ
ている。図１は、管２０に本発明によって管２０の内側
から複数のピアスナット２２が取り付けられたものを示
す。管２０は、鋼鉄、アルミニューム、又は他の材料製
であってよい。図２は、例えば、構造鋼製でよい管状の
自動車構造用クロスメンバー２４を示す。典型的な自動
車構造用クロスメンバーは肉厚が約１／８インチ（３．
１７５ｍｍ）、外径約２−３／８インチ（６０．３ｍ
ｍ）の１０１０鋼製であり、このクロスメンバーも以下
に「管」と呼ぶ。図示の通り、円筒形の管２０及び２４
は、それぞれ、後述するように、ピアスナット２２を囲
む平坦な底面を有するサドル状凹部２６が形成されてい
る。これらの平坦な底面は、排気マウティング・ブラケ
ット、燃料ライン等のような他の構造体（図示せず）を
受けて支持するために使用され得る。なお、ピアスナッ
ト２２は、図１、２及び４乃至７に示すように、横断面
方形のボデー部３３と、その上に突出して形成されたや
はり横断面が方形の取り付け部（パイロット部とも言
う）３１と、ピアスナット２２の両側面のボデー部３３
と取り付け部３１との間に形成された溝１４０とを含
む。

【００１９】本発明は、その好適な実施例である図１及
び２に示す管（パイプ）２０，２４（以下、総合的に管
Ｔと言う）内にピアスナット２２を取り付ける場合につ
いて説明する。しかし、本発明はピアスナット乃至は自
己取り付けファスナーを円筒状管内に取り付けることに
限定されるものではない。

【００２０】図３は、本発明を用いることができる図４
乃至６に示したアンビル・アセンブリー２８の分解図で
ある。このアンビル・アセンブリー２８は、ファスナー
ホルダーの１種であるナットホルダー３０及びカム３２
から成るカム部３０・３２を含む。ナットホルダー３０
は、ピアスナット２２のボデー部３３（図６参照）に受
けられる形状にされたファスナーポケットの１種である
ナットポケット３４を有する。更に、ナットホルダー３
０の円筒形の支持面３５は、後述のように、ナットポケ
ット３４を取り巻くサドル形凹部３６を有し、管Ｔ内に
はサドル形凹部２６が形成されている。ナットホルダー
３０は、後述のように、カム３２を受ける傾斜カム面４
０を有する軸方向スロット３８が形成されている。ナッ
トホルダー３０の平面状の両側面４１に、案内キー４４
を受ける垂直スロット４２が形成されている。これらの
平面状の側面４１は、更に、ドエルピン４８を受ける横
孔４６を有する。

【００２１】カム３２は断面が方形になっており、か
つ、傾斜面５０を有する。この傾斜面５０は、軸方向ス
ロット３８内に受けられ、ナットホルダー３０の平面状
の傾斜面４０に付勢される。カム３２の側面４１に傾斜
溝５２が形成され、ナットホルダー３０を傾斜面４０及
び５０に沿って案内するドエルピン４８を受けるように
なっている。カム３２の後端にＣ字形スロット５４が形
成されており、これが、後に述べるように、カム３２を
相対運動させるための調整ねじ部材５８のヘッド５６を
受けるようになっている。

【００２２】カム部３０・３２はマンドレル６０のチャ
ンネル（スロット）６２内に受けられる。チャンネル６
２の底面（平面）はカム３２の底面（平面）３７を受け
るレール６４に成っている。マンドレル６０の外面７７
の中央にストッパ６６が設けられており、後に述べるよ
うに、ピアスナット３３の取付中に管Ｔを正確に位置決
めする。案内キー４４はマンドレル６０のスロット６８
内に受けられてソケット・ヘッド・キャップねじ７０に
よってこれらのスロット６８内に固定されている。マン
ドレル６０の側面に、案内ブロック７６の方形溝７４に
正確に嵌合するように機械加工された平面部７２が形成
されている。管Ｔ内に受けられるマンドレル６０の外面
７７は、管Ｔの内面と一致する形状にされることが望ま
しい。この実施例の場合は、この外面７７は管Ｔの内面
７３に一致する円筒状に形成されている。

【００２３】本実施例のアンビル・アセンブリー２８に
おいては、チャンネル６２の後端部はカバープレート７
８で覆われている。このカバープレート７８は、ピアス
ナット２２が取り付けられる管Ｔ内に受けられるタング
部８０を有する。このタング部８０は管Ｔの円筒状内面
７３に一致する円筒状頂面を含むことができる。カバー
プレート７８は、キャップスクリュー８２によってマン
ドレル６０に固定される。調整ねじ部材５８のねじ部８
３は、図４及び５に示すように、マンドレル６０の後端
部内に設けられたねじ孔８４に螺合している。上述のよ
うに、調整ねじ部材５８のヘッド５６はくさび状カム３
２内のＣ字形スロット５４内に受けられている。調整ね
じ部材５８の後端部にノブ（ハンドナット）８６が設け
られている。このノブ８６を回転することによって、カ
ム３２は、マンドレル６０のチャンネル６２内で前進・
後退し、ナットホルダー３０を上下させる。

【００２４】カム３２の自由端（前端）８８は、マンド
レル６０の前端に固定された端部ストッパー９０の開口
部９２内に受けられている。図４及び５に示すように、
ピアスナット２２の取付中、端部ストッパー９０は、ナ
ットホルダ３０を長手方向へ移動しないようにしてい
る。その詳細は後に説明する。マンドレル６０の円筒形
外面７７を管用クレードル９６内の円筒形の面で規定さ
れる円筒形チャンネル９８で受け、続けて、マンドレル
６０を管に挿入する。尤も、管Ｔが例えば方形の場合、
管用クレードル９８のチャンネルを方形にし、マンドレ
ル６０の外面も管の内面形状に一致させて方形にする。
案内ブロック７６及び管用クレードル９６はベースプレ
ート１００に溶接されるか他の手段で固定される。な
お、ヘッド５６、調整ねじ部材５８、ねじ孔８４及びノ
ブ８６は移動機構を構成する。

【００２５】アンビル・アセンブリー２８の操作は図４
乃至６に最もよく示されている。図４に示すように、カ
ム３２をマンドレル６０内で後退させた状態にしておい
て、ピアスナット２２のボデー部３３をナットポケット
３４内に挿入する。図４に示すようにカム３２が後退し
ている状態では、アンビル・アセンブリー２８は幅乃至
は直径が最小になり、ピアスナット２２が図４に示すよ
うに管Ｔの内面７３を容易に通り越せるようになってい
る。次いで、管Ｔが図４にＴ２で示すようにストッパ６
６に係合するまで、アンビル・アセンブリー２８が管Ｔ
内に挿入される。かくして、管Ｔとアンビル・アセンブ
リー２８は、ベースアセンブリー９４の管用クレードル
９６と案内ブロック７６内に受けられる。

【００２６】次いで、図５及び６に示すように調整ねじ
部材５８を回転することによって、カム３２が前進（即
ち、左行）される。カム３２が図５において左へ動かさ
れると、ナットホルダー３０の傾斜カム面４０がカム３
２の傾斜カム面５０に乗って上方に動かされ、図５及び
６に示すように、ナットホルダー３０を上昇させる。図
６に示すように、ピアスナット２２の取り付け部３１が
管Ｔの内面７３に接近乃至は接するまで、ナットホルダ
ー３０のナットポケット３４内に装着されたピアスナッ
ト２２を上昇させる。このようにして、ピアスナット２
２の取り付け準備が行われる。

【００２７】図６に示すように、ピアスナット２２はア
ンビル・アセンブリー２８内に剛性的かつ不動に支持さ
れている。即ち、ナットホルダー３０、カム３２、マン
ドレル６０、管Ｔ、管用クレードル９６を含む、ピアス
ナット２２を支持する要素は図６に示すように面接触関
係で積層され、ピアスナット２２を剛性的に保持する。
ナットポケット３４はナットホルダー３０内でピアスナ
ット２２が動くのを阻止し、端部ストッパ９０はナット
ホルダー３０が動くのを阻止する。次いで、ピアスナッ
ト２２は、図６に示すように、ダイ部材（ダイボタンと
も言う）１２０によって管Ｔに取り付けられる。ダイ部
材１２０は図６に示すタイプのピアスナット２２を管Ｔ
の壁部に取り付けるようになっている。ダイ部材１２０
の詳細を図８乃至１０に示す。ダイ部材１２０は、ピア
スナット２２の取り付け部３１に一致する形状にされた
ダイ開口部１２２を有する。この実施例では、図６及び
７に示すように、ピアスナット２２の取り付け部３１は
方形であるから、ダイ開口部１２２はピアスナット２２
の取り付け部３１を密着して受けるように方形に成って
いる。ダイ開口部１２２の両側にダイ面１２４が設けら
れ、同じくダイ開口部１２２の前後側にダイ面１２６が
設けられている（図８乃至１０）。これらのダイ面１２
４及び１２６は、管Ｔを外面から押してその押圧部を内
側へ変形するためのものである。そして、ダイ面１２４
は、図８及び９に最もよく示すように、断面がほぼ切頭
三角形に形成されている。そして、これらダイ面１２４
は、管Ｔに形成された開口の金属縁部をピアスナット２
２の溝１４０内に押し込むので、一般に、クリンチング
・リップと言われる。ダイ部材１２０の端１２８は、中
央の平面部１２９とそれの両側がそがれた面部（面取り
面部）１３０とから成り、ナットホルダー３０のサドル
状凹部３６に実質的に一致するようにようになってい
る。尤も、ダイ部材１２０の形状は、自己取り付けファ
スナーの形状により定められる。又、ダイ面１２６は図
１０にそれらの断面が示されている。なお、他のタイプ
のダイ部材が上述の米国特許に開示されている。

【００２８】上述の通り、ダイ部材１２０は、図６に示
すようにアンビル・アセンブリー２８に剛性的に支持さ
れたピアスナット２２に対向させて設置される。ピスナ
ット２２の取り付け部３１を管Ｔの内面７３に接近させ
て設置するのが望ましい。ダイ開口部１２２は、ピアス
ナット２２の取り付け部３１を受ける形状にされ、これ
に共軸に設置される。次いで、ダイ部材１２０は管Ｔの
外面に打ち込まれ、ピアスナット２２を管Ｔの壁部に取
り付ける。所で、ダイ部材１２０を図６に仮想線で示す
ようにダイホルダー（リテーナ）１３２内に支持する事
ができる。この場合、ダイ部材１２０を止めねじ１３４
又はその他の適当な手段でダイホルダー１３２内に保持
することができる。次いで、ダイホルダー１３２をダイ
プレス（図示せず）のダイプラテンに固定し、ベースア
センブリー９４をこのダイプラテンに対向するダイプラ
テンに保持する。典型的な応用例では、ベースアセンブ
リー９４を下側ダイプラテン内に保持し、ダイ部材１２
０とダイホルダー１３２を上側ダイプラテン内に保持す
る。尤も、当然のことながら、この配列は逆にすること
ができる。ダイ部材１２０は、ダイプレスの往復動につ
れて管Ｔの外面に打ち込まれる。

【００２９】図５乃至７は、管Ｔの管壁部内へのピアス
ナット２２の取り付け方を示す。取り付け部３１を有す
るピアスナット２２を円筒形管Ｔに取り付ける場合、ピ
アスナット２２の溝１４０が図６及び７に最もよく示す
ように管Ｔの軸にほぼ直角に面するようにピアスナット
２２を指向させることが望ましい。即ち、ピアスナット
２２は管Ｔの長手方向軸に対して横方向へ向けられる。
ダイ部材１２０が管Ｔの壁部内に打ち込まれると、ピア
スナット２２の取り付け部３１がダイ部材１２０の開口
部１２２内に受けられ、図７に示すように、管Ｔの壁部
からスラグ１４２を打ち抜く。クリンチングリップであ
るダイ面１２４は、これが当たっている管Ｔの壁部を変
形して、ピアスナット２２の溝１４０に緊定係合させ、
ダイ部材１２０は管Ｔのこの壁部を打ち込んでピアスナ
ット２２のボデー部３３のフランジ部乃至は肩部１４４
に係合させる。図示のごとく、平面部１２９とそれの両
側の面取り面部１３０を含むダイ部材１２０の端１２８
はナットホルダー３０内のサドル状凹部３６に実質的に
一致し、ピアスナット２２が管Ｔ内に取り付けられるの
と同時に、管Ｔの上記の壁部にサドル状凹部１４６を形
成する。このサドル状凹部１４６は構造管には特に利点
がある。なぜならば、一体に形成されたピアスナット２
２を用いることにより、構造要素乃至は部品を構造管に
固着することができるからである。ピアスナット２２
は、管Ｔとは別の要素（例えば、燃料ライン用のブラケ
ットやその他の構造要素など）を取り付けるためのボル
トやねじ（共に図示せず）を螺合させるねじ孔１３８が
縦設されているとよい。

【００３０】ピアスナットを含む自己取り付けファスナ
ーの中には、ダイプレスのストローク毎に、管を含む囲
い構造体に取り付けることができるものがいくつかあ
る。複数の部品から成るマンドレル・アセンブリーを備
え、これに複数のナットホルダー３０を設け、これらナ
ットホルダー３０を１個以上のカムに保持する構成にし
てもよい。管Ｔが例えば図２に示したような形状にされ
た構造管２４の場合は、管Ｔが真直ぐな内にピアスナッ
ト２をこの管２４に取り付けることが望ましい。その後
で、管Ｔを従来の管形成法とツーリングを用いて図２に
２４で示すような所望形状にする。

【００３１】本発明においては、図６に示すように、自
己取り付けファスナー２２をアンビル・アセンブリー２
８内に剛体的に支持し、自己取り付けファスナー２２の
取り付け部３１を管Ｔ（囲い構造体）の内面７３に隣接
させて配設する。最も望ましい場合、自己取り付けファ
スナー２２のボデー部３３をアンビル・アセンブリー２
８のファスナーポケット３４内に設け、アンビル・アセ
ンブリー２８を管Ｔ（囲い構造体）内に挿入し、自己取
り付けファスナー２２を、これがアンビル・アセンブリ
ー２８に剛体的に保持されている間に、移動させて管Ｔ
（囲い構造体）の内面７３に隣接させて配設する。次い
で、ダイ部材１２０を管Ｔ（囲い構造体）の外面に打ち
込んで、自己取り付けファスナー２２を管Ｔ（囲い構造
体）に形成された開口１５２を通してダイ開口部１２２
内へ打ち込む。ファスナーがピアスナット２２のような
自己取り付けファスナーの場合、ファスナーの取り付け
部３１は囲い構造体の壁部からスラグ１４２を打ち抜
く。スラグ１４２と取り付け部３１は図７に示すよう
に、ダイ開口部１２２に受けられる。

【００３２】管Ｔ（囲い構造体）内に自己取り付けファ
スナー２２を取り付けると同時に、管Ｔ（囲い構造体）
の壁部内にサドル形凹部乃至はエンボス１４６を形成す
る。ここで用いられている「サドル形」とは、例えば、
図４及び５に示すように、平坦な底面１５４とピアスナ
ット２２などのファスナーを囲む傾斜面１５６とで規定
される鞍形の凹部を言う。アンビル・アセンブリー２８
は互いに係合し合う傾斜面４０及び５０を有するカム部
３０・３２を有し、ピアスナット２２などの自己取り付
けファスナーは、カム部３０・３２の１つ（実施例に場
合はカム３０）を移動させることによって、管Ｔ（囲い
構造体）の内面７８に隣接した箇所へ設置される。管な
どの囲い構造体が構造鋼の場合は、取り付け力が数トン
になり得るので、この取り付け力が横方向にずれるのを
避けるために傾斜面４０及び５０の傾斜角を約数度にす
る。取り付け後、カム３０・３２の前記の１つ（実施例
の場合はカム３０）が調整ねじ部材５８を回転すること
によって図４に示す位置に後退される。この結果、アン
ビル・アセンブリー２８は管などの囲い構造から取り除
くことができ、取り付けが完了する。

【００３３】管Ｔなどの囲い構造体の壁部に用いられる
材料は、勿論、囲い構造体の用途よって選択される。し
かし、これに限るわけではないが、特に、この囲い構造
体は、厚さが１／１６インチ（１．５９ｍｍ）乃至１／
８インチ（３．１７５ｍｍ）の構造鋼を含む金属製の管
である。自動車産業で用いられる構造管は外径が２イン
チ（５０．８ｍｍ）乃至４インチ（１０２ｍｍ）であ
る。本実施例で開示されているタイプのピアスナットは
高張力・低炭素鋼である。自己取り付けファスナーを構
造鋼に取り付ける場合、このファスナーは取り付け力に
耐えられるように熱処理することができる。

【００３４】上述の通り、本発明には、その技術的範囲
に属する限り、種々の変形が可能である。例えば、自己
取り付けファスナー取り付ける囲い構造体の壁部が平坦
な場合、後退可能なアンビル・アセンブリーは不要であ
る。マンドレルとナットホルダーを含むファスナーホル
ダーの形状は自己取り付けファスナーが取り付けられる
囲い構造体の壁部の形状次第である。更に、本発明は、
予め開口部が形成された管又はその他の囲い構造体に自
己取り付けファスナーを取り付けるのに使用することが
できる。この場合は、囲い構造体の開口部は予め開けら
れているので、この開口部を取り付け作業中に打ち抜き
形成しないことだけが異なる。更に又、本発明は、ダイ
部材が往復動ポンチに取り付けられている場合には、ダ
イプレスよりはポンチ内で用いることができる。最後
に、空圧シリンダ、油圧シリンダ、カム、レバー機構等
の適当な手段によって、カム３２をナットホルダー３０
に対して動くようにしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明の装置は、管等の囲い構造体の内
部に自己取り付けファスナーを含むファスナーを取り付
けたアンビル・アセンブリーを挿入してファスナーを囲
い構造体の内面に近接させ、ダイ部材を囲い構造体の外
部から囲い構造体の壁部に打ち込んで囲い構造体にファ
スナーを取り付けるものであり、従来のファスナーであ
っても囲い構造体の内部から囲い構造体の壁部に容易に
取り付けることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づいて内側から複数の自己取り付け
ファスナーを取り付けた管の斜視図である。

【図２】本発明に基づいて内側から複数の自己取り付け
ファスナーを取り付けた管で、自動車産業で用いられる
Ｕ字形部分を有する部品の斜視図である。

【図３】本発明に基づく管へのファスナー取り付け装置
の１実施例のアンビル・アセンブリーの分解斜視図であ
る。

【図４】管を仮想線で表しこの管の取り付け以前の状態
での図３のアンビル・アセンブリーの縦断面図である。

【図５】管取り付け後の状態での図３のアンビル・アセ
ンブリーの縦断面図である。

【図６】図５の６−６線に沿う断面図である。

【図７】管にピアスナットが打ち込まれて形成された管
・ピアスナット・アセンブリーの主要部の断面をダイ部
材の端部の断面と共に示す。

【図８】図６の８−８線方向に沿うダイ部材の底面図で
ある。

【図９】図８の９−９線に沿うダイ部材の端部の断面図
である。

【図１０】図９の１０−１０線に沿うダイ部材の端部の
断面図である。

【符号の説明】

２２・・・ピアスナット（ファスナー）３０・・・ナットホルダー（ファスナーホルダー）３１・・・取り付け部３２・・・カム３３・・・ボデー部３４・・・ナットポケット（ファスナーポケット）３５・・・支持面３６・・・サドル状凹部３７・・・底面（平面）３８・・・スロット４０・・・傾斜カム面４１・・・側面４４・・・案内キー５０・・・傾斜面５２・・・傾斜溝５６・・・ヘッド５８・・・調整ねじ部材６０・・・マンドレル６２・・・チャンネル７３・・・内面７７・・・外面８４・・・ねじ孔８６・・・ノブ９６・・・管用クレードル９８・・・円筒形チャンネル１２０・・・ダイ部材１２２・・・開口部１２４・・・ダイ面１２６・・・ダイ面１５４・・・底面１５６・・・傾斜面Ｔ・・・管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−200461（ＪＰ，Ａ) 特開平１−289628（ＪＰ，Ａ) 実開平２−145936（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23P 19/02 B21J 15/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ボデー部と該ボデー部から突設された取
り付け部とを有する自己取り付けファスナーを実質的に
円筒形の内面を有する実質的に円筒形の金属の管に該管
の内側から取り付けるための管へのファスナーの取り付
け装置において、（ａ）前記管（Ｔ）を受ける形状にさ
れた実質的に凹状の円筒形の面（９８）を有する管用ク
レードル（９６）と、（ｂ）前記管内に受けられ該管の
前記内面（７３）に係合する形状にされた実質的に凸状
円筒状の外面（７７）と、この外面に対向する実質的に
平坦な平面（６４）とを有するマンドレル（６０）と、
（ｃ）該マンドレルの平面に受けられる平面（３７）と
この平面に対して傾斜する傾斜カム面（５０）とを有す
るカム（３２）と、（ｄ）該カムの傾斜カム面に受けら
れる傾斜カム面（４０）と、このカム傾斜面と反対側に
形成され前記管の前記内面に係合する形状にされた実質
的に凹状円筒形の支持面（３５）と、該支持面内に設け
られ前記自己取付ファスナー（２２）のボデー部（３
３）を受ける形状にされたファスナーポケット（３４）
とを有するファスナーホルダー（３０）と、（ｅ）前記
自己取付ファスナーの前記取付部（３１）を受ける形状
にされた開口部（１２２）とこの開口部の相対向する側
縁に設けられ前記ファスナーポケットの方へ前記管の壁
部を変形し前記ファスナーの取付部と緊締させるための
ダイ面（１２４，１２６）とを有するダイ部材（１２
０）とを具備して成り、前記ファスナーホルダー内に支持された前記自己取付フ
ァスナーを前記管内に受け、前記ダイ部材によって前記
管に取り付けている間、該ファスナーホルダー及び前記
マンドレルに対して前記カムを移動させて前記ファスナ
ーホルダーの前記支持面を前記管の前記内面に係合さ
せ、前記ファスナーを剛性的に支持する構成としたこと
を特徴とする管へのファスナー取り付け装置。
【請求項２】前記ファスナーホルダー（３０）は、内
部に前記ファスナーポケット（３４）を形成した平坦な
底面（１５４）と、この底面の両端に形成されこの底面
から該ファスナーホルダーの前記支持面（３５）へ外向
きに傾斜する面部（１５６）とを有することを特徴とす
る請求項１に記載の管へのファスナー取り付け装置。
【請求項３】前記カム（３２）は横断面が実質的に方
形であり、前記ファスナーホルダー（３０）はこのファ
スナーホルダーの傾斜カム面（４０）を内面とし該カム
のカム面（５０）を受ける方形のスロット（３８）を含
むことを特徴とする請求項１又は２に記載の管へのファ
スナー取り付け装置。
【請求項４】前記カム（３２）の、前記平面（３７）
と前記傾斜カム面（５０）との間の側面（４１）は前記
ファスナーホルダー（３０）の前記傾斜カム面（４０）
に平行な傾斜溝（５２）が形成され、該傾斜溝に前記マ
ンドレル（６０）に設けられた案内キー（４４）を受け
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの１に記
載の管へのファスナー取り付け装置。
【請求項５】前記マンドレル（６０）の一端にねじ孔
（８４）が形成され、前記ファスナーホルダー（３０）
と該マンドレルに対して前記カム（３２）を移動させて
該ファスナーホルダーの前記支持面（３５）を前記管
（Ｔ）の前記内面（７３）に係合させるように前記カム
（３２）に作動的に接続させる調整ねじ部材（８３）を
該ねじ孔で受けることを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれかの１に記載の管へのファスナー取り付け装置。
【請求項６】前記マンドレル（６０）は、その外面
（７７）を断面概略Ｕ字形に形成し、この外面の一側に
開口し該マンドレルの前記平面（６４）を内面とするチ
ャンネル（６２）を形成したことを特徴とする請求項１
乃至５のいずれかの１に記載の管へのファスナー取り付
け装置。
【請求項７】実質的に円筒形の内面を有する実質的に
円筒形の管に、ボデー部とこのボデー部に突設された取
り付け部とを有する自己取り付けファスナーを取り付け
るための管へのファスナー取り付け装置において、
（ａ）前記管（Ｔ）内に受けられ該管の前記内面（７
３）に係合する形状にされた実質的に凸状円筒状の外面
（７７）と、この外面に沿って形成された実質的に平坦
な平面（６４）とを有するマンドレル（６０）と、
（ｂ）該マンドレルの平面に受けられる平面（３７）と
この平面に対して傾斜する傾斜カム面（５０）とを有す
るカム（３２）と、（ｃ）一面が該カムの傾斜カム面に
受けられる傾斜面（４０）を形成し、この一面と反対の
面が前記管の前記内面に受けられる形状にされた実質的
に突状円筒形の支持面（３５）を有し、該支持面内に平
坦な底面（１５４）とこの底面の両端にあって該底面か
ら該支持面まで外側へ延びる傾斜面（１５６）で規定さ
れたサドル形凹部（３６）を設け、前記自己取り付けフ
ァスナー（２２）の前記ボデー部（３３）を受けて支持
するようにファスナーポケット（３４）を該底部内に設
けて成るファスナーホルダー（３０）と、（ｄ）該ファ
スナーホルダーと前記管（Ｔ）の前記内面（７３）との
間の間隔を減少させて前記自己取り付けファスナー（２
２）を該管の該内面に隣接させ、該ファスナーホルダー
の前記支持面（３５）を該管の内面に係合させる移動機
構（５６，５８，８４，８６）と、（ｅ）前記自己取り
付けファスナー（２２）の前記取り付け部（３１）を受
ける形状にされた開口部（１２２）と、この開口部の相
対する縁部に形成され前記管（Ｔ）の壁部を前記ファス
ナーホルダー（３０）の前記サドル形凹部（３６）内へ
変形して該取り付け部に緊締させるためのダイ面（１２
４，１２６）とを有するダイ部材（１２０）とを具備し
て成る管へのファスナー取り付け装置。
【請求項８】前記カム（３２）は断面が実質的に円筒
形であり、前記ファスナーホルダー（３０）は内面にそ
の傾斜カム面（４０）を形成した方形のスロット（３
８）を有することを特徴とする請求項７に記載の管への
ファスナー取り付け装置。
【請求項９】前記カム（３２）の、前記平面（３７）
と前記傾斜カム面（５０）との間の側面（４１）は前記
ファスナーホルダー（３０）の前記傾斜カム面（４０）
平行な傾斜溝（５２）が形成され、該傾斜溝に前記マン
ドレル（６０）に設けられた案内キー（４４）を受ける
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の管へのファス
ナー取り付け装置。
【請求項１０】実質的に円筒形の前記管（Ｔ）を受け
る形状にされた実質的に凹状円筒面を有する管用クレー
ドル（９６）を具備することを特徴とする請求項７乃至
９のいずれかの１に記載の管へのファスナー取り付け装
置。