JP5626929B2 - クリンチピン式パネル固定装置 - Google Patents

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本出願は、２００９年１０月２３日に出願され、“クリンチピン式パネル固定装置”を発明の名称とする仮特許出願第６１/２５４，４６７号の優先権を主張する出願である。

本発明は、パネル固定装置周囲のパネル材料の常温流れ（ｃｏｌｄ ｆｌｏｗ）によって金属パネルに固定するパネル固定装置に関する。このタイプのパネル固定装置は、一般にクリンチ式パネル固定装置と呼ばれている。

クリンチ式パネル固定装置をプレート内に固定するさいには、この固定装置の変位機能を利用し、かつこの真下に形成したアンダーカットを利用して装着を行う。適正サイズの孔にプレスすると、孔縁部から金属が変位機能によってパネル固定装置周囲のアンダーカットに強制的に流し込む。クリンチ作用スタッドまたはクリンチ式スタッドを製造する場合、例えば、ヘッドおよび変位機能部を鍛造してピン素材を製作する。次に、アンダーカットを二次加工で圧延形成する。この場合、同時にネジをピン本体に圧延加工することが多い。ネジが必要ない場合でも、アンダーカット製作には依然として二次加工が必要であり、クリーニング作業コストなどの余分なコストがかかる。このように、二次加工をしなくてもすべての必要な作用機能を備えたクリンチ式パネル固定装置が求められている。

前記問題に対処するために、本発明では、ヘッドおよび変位機能部を形成する同じ鍛造工程時にアンダーカットを形成することによってクリンチ式パネル固定装置を二次的に形成する必要がなくなる。このアンダーカットと同時に得られる本発明パネル固定装置の他の特徴は、軸部の曲線状張り出し部によって実現されるテーパー点、および接線方向の締め代バンドである。本発明のこれら構成要素の形状は、直径が１ｍｍの範囲にある固定ピンにとってきわめて重要である。理由は、超小型のクリンチ作用部材の場合、変位機能部の直径および高さ、アンダーカットの直径および軸部の直径の許容差に対する要求がきわめてタイトであるからである。本発明クリンチ作用ピンは、接線方向締め代バンドおよびテーパー状点を有し、これらが協力して、取り付けられたプレートのきわめて小さな直径の孔にピンを案内し、締め代バンドの直径だけでこの孔とパネル固定装置との間に小さな締り嵌めを作り出す。このため、プレートの応力が最小化し、孔内壁とクリンチ作用ピンの外径との間の許容差が必要なくなる。

より具体的には、本発明は、パネル固定装置の最大の直径部分である最上部ヘッドを有する金属製の一体パネル固定装置に関する。肩部がヘッド直下まで軸方向下向きに突出し、パネル固定装置が装着される、材料を変位させる環状の下部変位機能面を有する。変位機能面直下に設けた円筒形軸部が、軸部と肩部との接合部に設けられるアンダーカットの上部境界を形成する。軸部上部の外側に発散するテーパー状円弧面がアンダーカットから下向きに突出する。円筒形軸部の正中線張り出し部が、軸部の表面にそって締め代バンドを形成し、軸部の最大直径部を構成する。パネル固定装置の下部端部まで下向きに突出する軸部の収束テーパー状表面がこの締め代バンドから下向きに延長する。

上記パネル固定装置の形成方法では、ヘッド、肩部および小さな直径の軸部を有するパネル固定装置素材を冷間鍛造する。上部ダイと下部ダイとの間でこの素材を連続的に圧縮し、素材の軸方向圧縮により軸部をその正中線において外側に張り出す。肩部の環状面とこの張り出し部との間にアンダーカットが形成されるまで、圧縮を続ける。下部ダイは、３０°の発散側面角度をもつ円錐形ポケットおよび中央に上向き凸部をもつ下部プレス作用面を有する。パネル固定装置が形成時に張り出すが、パネル固定装置素材を圧縮する工程時では座屈しないように、パネル固定装置素材軸部の長さは、所定の縦横比内に設定する。

一つの実施態様では、本発明を使用して、開口を形成したパネルおよびこのパネルに対して対面関係で設けたプレートからなる組み立て体を形成する。プレートの開口をパネルの開口に整合させる。パネル固定装置がパネル開口を通ってプレート開口に嵌合する間、プレートに対して肩部の変位機能面がプレスされることによって発生するアンダーカットへのプレート材料の常温流れによってパネル固定装置の軸部がプレートに固着する。

なお、当業者ならば、本発明の基礎となる考え方は、本発明のいくつかの目的を実現する他の構成、方法およびシステムを設計するさいの基礎として利用できることを理解できるはずである。

本発明のクリンチ式パネル固定装置の底部右側面等測定投影図である。 本発明を実現するために使用する鍛造加工を示す２枚の図面からなる概略図である。 本発明実施前後の状態を示す２枚の図面からなる側断面図である。 本発明の実施順序を示す２枚の図面からなる正面断面図である。

図１について説明すると、本発明のクリンチ作用ピンは鍛造金属部材であり、ピンヘッド１１、変位機能肩部１３、およびこの金属部材をプレスするプレートから金属の常温流れを受け取るアンダーカット１５を有する。本発明のクリンチ作用ピンはさらにテーパー状先端１６、および円筒形の軸部の最大直径に沿う円周締め代バンド（circumferential interference band）１８を有する。後述するように、このピンの各部分は一回の形成工程で形成する。例えば、本発明の鍛造金属部材は２枚のシート材料を保持するために使用する。即ち、上部パネルはピンヘッドの下に受け取り、そしてピン本体は、下部プレートにクリンチする。

図２について説明すると、本発明のパネル固定装置は、図示のように、上部ダイ２１と下部ダイ２３を備えた公知の冷間鍛造装置を使用して製作する。最初に、ヘッドおよび変位機能部を任意のヘッド加工操作で形成し、標準的なボルトまたはネジを製作する。図２に示すように、次に、ヘッドと先端との間にピンを圧縮することによってパネル固定装置本体を形成する。下部ダイ２３は、軸部本体２５を形成するために使用する円錐形工具２６を備えている。この工具は挟角を３０度に設定しているため、被処理体の取り外しが簡単である。図２の下図に示すように、この形成工具は、ピン端部にプレスして、工具上部に張り出し部分１８を形成する。ピンの元の直径は、ピンと変位機能部との界面で相対的に一定であるため、この変位機能部が小さなアンダーカットの直径１５になる。

形成工程では、パネル固定装置が圧縮しても座屈しないようにピンの直径および長さを設定することが重要である。縦横比：Ｓ＝Ｌ_ｅ/ｒ（Ｓは縦横比、Ｌ_ｅは円柱形軸部の実効長さ、そしてｒは回転半径である）を使用すると、この条件は以下のように設定することができる。単純な円筒体については、ｒ＝Ｄ/４（Ｄは鍛造前のピンの軸部直径である）が成立する。

タックピン形成法は、ヘッド端部が固定され、そして自由端部がピン止めされた円柱体としてモデル化することができる。この場合、Ｌ_ｅ＝０．７０７×Ｌ（Ｌはヘッド下から端部までのピンの実際の長さである）が成立する。臨界的な縦横比を定義すると、
Ｓ_ｃｒ＝√（２×π^２×Ｅ）/（σ_ｙ）である。
なお、Ｓ_ｃｒは臨界縦横比であり、Ｅは所定材料の弾性係数であり、そしてσ_ｙは所定材料の降伏応力である。

ピンについては、その縦横比Ｓが臨界縦横比Ｓ_ｃｒ未満になるようにその長さを維持する。この条件を満足すると、ピンが形成時に張り出すが、この過程で座屈しないことを保障する。

本発明ピンの第２の設計は、変位機能部の容積のアンダーカットの容積に対する比である。引き出し性能を最大化するためには、パネル固定装置のアンダーカットを完全充填することが最善である。これを実現するためには、変位機能部の埋設部分の直径および高さについて、（変位機能部容積）/（アンダーカット容積）の容積比ＶＲが１以上になるように設定する。この変位機能部容積は、孔のある単純な円柱体の容積であり、その容積自体は計算が簡単である。即ち、
Ｖ_ｄｉｓｐ＝（π×ｈ）×（ｒ^２−ｒ_ｈ ^２）である。
なお、ｒは変位機能部の半径であり、ｒ_ｈは装着孔の半径であり、そしてｈは変位機能部の埋設高さである。アンダーカットの形状については、その容積を算出するための循環三角形に近似できるが、図式算法またはコンピュータモデル法を使用すればより正確な容積を計算できる。この形成方法は、特に直径が１．０ｍｍの範囲にある小型のクリンチピンを製作するのに好適である。

図３について説明すると、本発明のクリンチピンは、完成時にはピンヘッド１１、変位機能部１３、アンダーカット１５、締め代バンド１８、およびテーパー状先端１６からなる。ピンヘッドの目的は、固定するものが何であれ、釘やネジによってそれを保持する方法とほぼ同じ方法で任意の材料からなるパネル１０を金属プレート１２に保持することである。図３の固定後状態を示す図からわかるように、変位機能部はパネル固定装置ヘッドの直下にあり、２つの部分からなる。図示のように、変位機能部の第１部分は、ヘッド直下からプレートの接合点までの部分からなる。即ち、プレートに圧入されない変位機能部の部分である。変位機能部のこの部分は、接合される上部パネル１０の内部にとどまり、高さは上部パネルのパネル厚にきわめて近い。固定後状態を示す図が示すように、変位機能部１４の下部は、プレート１２に圧入され、材料をその直下にあるアンダーカットに移す部分である。アンダーカットに流れ込んだ材料は、パネル固定装置の締め代バンド１８の上に取りこまれ、パネル固定装置をプレートに保持する。

図４について説明すると、本発明のクリンチピンを利用して、３つの構成要素、即ち上部パネル３１、中間シート３３および下部プレート３５を接合する具体的な例を示す。中間シート３３は、ピンが下部プレートにクリンチされたときに、上部パネルと下部プレートとの間に締め付けられる。本発明のクリンチピンを適正に装着するためには、第１に、上記の接合すべきパネル、シートおよびプレートを用意する必要がある。下部プレート３５には孔、この例では、パネル固定装置の締め代バンド１８の直径に等しいか、あるいはこれよりもわずかに小さい盲孔３４を設ける必要がある。また、上部パネル３１には、変位機能部３０の直径よりもわずかに大きい孔を設ける必要があり、このパネルのパネル厚は変位機能部の高さに対応していなければならない。

このためには次のようにすればよい。上記のパネル、シートおよびプレートを適正に準備した状態で、まず、下部プレート３５をアンビル上に置き、装着孔を合わせた状態でシートおよび上部パネルを下部プレート上に置く。次に、パネル固定装置３６のテーパー状先端を上部パネルの孔に通し、下部プレートの孔３４に途中まで通す。最後に、平坦なパンチ３８を使用して、パネル固定装置のヘッド３７にプレスし、図４における下の図に示すように、パネル固定装置のヘッドの下側が上部パネル３１に接触するまで、孔に打ち込む。ヘッドの下側が上部パネルに接触している間、アンダーカット４１が下部プレート３５からの材料の常温流れで充填されるように、変位機能部３０の高さを設定する。接触後にヘッドに加わる力によって、接合がさらに強くなる。

以上の説明は、本発明の原理を説明することだけを意図している。さらに、当業者にとっては、多くの変更や改変が可能であるため、本発明を図示し、以上記述してきた正確な構成および動作に発明を限定することは望まず、従って、すべての考えられる変更や等価な構成は本発明の範囲内に包含されるものである。

Claims (7)

1. 金属製パネル固定装置を冷間鍛造によって製造する方法において、
   ヘッド、肩部、直径が小さい中実軸部、および平面状の下部端部を上から下にこの順で有するパネル固定装置素材を準備する工程、
   上部ダイと、下部にプレス作用面を有し、かつ前記パネル固定装置に対して同軸方向を向いた上向き凸部を設けたダイポケットを有する下部ダイとの間において前記パネル固定装置素材を連続的に圧縮し、前記パネル固定装置素材の軸方向圧縮によって前記中実軸部の長手方向中間部での正中線の位置で外表面を膨らませて、その張り出した部分を円周状しめしろ帯として形成し、同時に前記中実軸部が前記正中線から下部端部まで内側にテーパー化する圧縮工程、および
   前記張り出した部分と前記肩部との間にアンダーカットを連続的に形成するまで前記圧縮工程を続ける工程からなることを特徴とする製造方法。
   
2. 前記張り出した部分が、前記中実軸部の中央における円弧面である請求項１に記載の方法。
   
3. 前記下部ダイが、前記パネル固定装置素材を受け取る円錐形ポケットを有する請求項１に記載の方法。
   
4. 前記円錐形ポケットが、挟角３０度の側面を設けた内面で形成された請求項３に記載の方法。
   
5. 前記パネル固定装置の前記張り出した部分を形成する時に前記圧縮工程で前記パネル固定装置素材が座屈しないように、前記パネル固定装置素材の軸部の長さを所定の縦横比範囲内にする請求項１に記載の方法。
   
6. 前記ダイポケットが、下部に円形プレス作用面を有し、かつ前記パネル固定装置素材に対して同軸方向に向いた上向き凸部を有する請求項１に記載の方法。
   
7. 前記パネル固定装置が、直径がほぼ１．０ｍｍのクリンチピンである請求項６に記載の方法。

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