JP5980314B2 - スプライン付きファスナ - Google Patents

Description

本願発明は、開口部を有する被加工部材を締結するためのスピードファスナに関する。

スピード留め具ＲＴＭは、被加工材を締結する確実な方法としてよく知られており、ここでは、締め釘のように、中空孔を有するファスナが被加工材の整列された開口部に配置され、そして、ヘッドを有するマンドレルが、ファスナの孔を通して引き上げられることで、ファスナ胴部の半径方向への拡張、さらにファスナの僅かな圧縮を引き起こす。ファスナ胴部の半径方向への拡張は、理想的には、被加工材部材における穴を埋める。軸方向に沿った圧縮効果は、被加工材部材の間の隙間部を縮めるために、最下部のシートをファスナヘッド側にまで引き上げる役目を有している。

例えば商標Ｂｒｉｖ ＲＴＭ（英国特許番号ＧＢ１３２３８７３）や、商標Ｃｈｏｂｅｒｔ ＲＴＭのように、従来のファスナは、中央領域に均一の壁厚である胴部を有する。両方の従来例において、ファスナ胴部の端側には、厚さの増した壁厚を有する。Ｂｒｉｖファスナの場合、拡大された外径であり、Ｃｈｏｂｅｒｔファスナの場合、テーパ形状の孔径である。

これら従来のファスナは、ファスナの孔を通して、所定の直径のマンドレルを引っ張ることにより打鋲され、ここでは、マンドレルの半径方向に拡張したヘッドが、胴部の中央領域を被加工材部材の開口部側に向かって拡張させる。従って、半径方向の拡張の度合いは、僅かな直径のファスナにおいてはマンドレルヘッドの直径に依存することとなる。

従来のファスナは、被加工材の開口径に対する許容範囲が狭く、すなわち、被加工材の開口径の限られた幅のみが、小さなファスナサイズと一のヘッド径のマンドレルの使用範囲となる。従って、小さなファスナと特定のヘッド径のマンドレルが使用される場合、被加工材の開口の許容範囲は、小さな範囲となる。

従来のファスナを最適に打鋲したとき、すなわち、被加工材の開口径が、所定のファスナ径及びマンドレルヘッド径の許容範囲内であり、マンドレルヘッドによるファスナ胴部の拡張が、“過剰充填（後述参照）”をすることなく、ファスナ胴部と被加工材開口の壁面との間の機械的係合を起こす。下部の被加工材（すなわち、ファスナヘッドから最も離れている被加工材）の開口壁により供される圧迫は、半径方向の力を生み出し、従って、ファスナ胴部に対する下部の被加工材部材の軸方向の動きに対する摩擦抵抗を生み出す。

しかしながら、被加工材部材の開口径が従来のファスナの許容範囲より小さいものであれば、ファスナの打鋲に非常に大きな力を要する。なぜならば、開口部に過剰充填されるためである。これは、マンドレルの磨耗や、ファスナ孔材料のヘッド領域への押し出し加工により、ファスナ孔からの金属屑の生成、若しくはファスナヘッドの変形などの好ましくない影響を及ぼす。

上部の被加工材部材（すなわち、ファスナヘッドに最も近い被加工材部材）の開口径が形成されることは一般的であり、その場合、開口部のピッチ誤差に適応するため、下部の被加工材部材の開口径より僅かに大きくなる。仮に、上部の被加工材の開口径が、従来のファスナの許容範囲を超えているならば、ファスナの胴部の拡張は、ファスナ胴部と拡張された被加工材の壁面との間で機械的係合せず、せん断荷重下において動いてしまう弱い接合抵抗となる。

拡張された被加工材の開口部を補うため、拡張されたマンドレル、すなわち、拡張されたヘッドを有するマンドレルがファスナを打鋲するために用いられる。しかしながら、拡張されたヘッドのマンドレルが、通常より小さな被加工材に対して不正確に用いられる危険性があり、よって、上述のような大きな力によって引き起こされる問題に至ってしまう。

特定のファスナ径及びマンドレルヘッド径の適切な範囲を超えるという被加工材の開口径の問題を図１に示しており、ここでは、グリップ範囲の最小端側において、従来のファスナ２が被加工材３０に打鋲された図を示している。被加工材は、拡大された開口部３６を有する上部被加工材３２、及び適切な径の開口部３８を有する下部被加工材３４で構成される。拡大された開口部３６を有する上部被加工材３２により、打鋲においては、ファスナ胴部４と拡大された開口部３６の壁面との間で、機械的係合には至っていないことが分かる。正確に打鋲された従来のファスナは、その領域での大きな壁厚のため、拡大された末端形状を有している。最大グリップでの適用では、この拡大された末端形状は、下部の被加工材の外表に隣接し、そして、接合の動きを支持し、及び抵抗を供して、引張荷重として機能する。しかしながら、中間グリップ又は最小グリップ条件下において（図１参照）、拡大された末端形状４４は、下部の被加工材３４から離れており、それゆえに、引張荷重下において被加工材３２，３４の最初の分離に抵抗を与えるように機能できていない。この抵抗は、摩擦力からほとんど全てが生じるものであり、この摩擦力は、均一の壁厚を有するファスナ胴部４の所定幅の中央領域において働く半径方向の圧力から生じるものである。結果として、分離に対する抵抗は、中間グリップ又は最小グリップ条件で小さくなる。

例えば、商標Ａｖｔｒｏｎｉｃ （ＲＴＭ）や商標Ｒｉｖｓｃｒｅｗ （ＲＴＭ）で現在使用可能なスピードファスナは、ファスナ胴部の中央領域に均一の壁厚を有することを特徴としている。これらファスナは、ファスナ胴部の外周上に、それぞれ環状溝、及びらせん状ネジ山形状の溝を備える。これらファスナは、拡張して被加工材に埋め込まれるものであり、ここで、被加工材部材は、ファスナの材料と比較すると、相対的に柔らかな材料から成る。これらファスナの環状の溝、又はらせん状の溝は、被加工材部材の開口部で様々に拡張して、ファスナ胴部と被加工材の開口壁との間において強弱の機械的係合をもたらし、従って、ファスナ胴部と被加工材の開口壁との一貫した十分な係合が保障されるものではない。さらに、これら従来のファスナは、穴周辺において、一定サイズでない拡張された末端形状や、分布状態となる。

本願発明は、少なくとも上記課題を解決するファスナを提供することを目的としており、ファスナ胴部及び被加工材の開口部の両方の壁面の間における、完全及び一貫した機械的係止を確かにし、すなわち、従来のファスナで達成されたものより、より強固なファスナの機械的係止を達成することを目的としている。また、本願発明は、一のファスナの長さ及び一のマンドレルサイズの設計で、より広いグリップ範囲で打鋲することができ、また、従来のファスナより、より多くの種類の被加工材の開口径に対応することができ、一方、高い押圧力、マンドレルの磨耗、金属屑生成、及び一のマンドレルのヘッドサイズ又は径に伴うファスナヘッドの変形を防止できるファスナ及びその打鋲の方法を提供することを目的とする。

さらに、本願発明は、ファスナより固い材料の被加工材部材を安全に使用することに適したファスナを提供することを目的とし、ここでは、ファスナのグリップ範囲は、ファスナの長さにのみ依存し、すなわち、より長いファスナは、より長いグリップ範囲を有し、小さな長さを有するファスナが、より広範な被加工材の厚さで使用可能にすることを目的としている。

従って、本願発明は、第１の特徴として、請求項１に記載されるファスナを備えている。

本願発明は、さらなる特徴として、請求項１３に対応するファスナを打鋲する方法、及び請求項２２に記載のファスナ器具を備えている。

ファスナの打鋲は、ファスナヘッドの上部表面を押し付ける円錐状凹端面を備える工具を用いて行ってもよい。この工具は、ファスナヘッドが被加工材部材の上部側に押されることを引き起こし、ファスナヘッドが上部の被加工材部材に反して僅かに平坦化されることを引き起こし、それゆえ、ファスナの固定を確実にする。被加工材の上部に対するヘッド周辺の平坦化は、ヘッド下側凹部の外径を減らし、被加工材に対するファスナヘッドの接触面積を増加させる。さらに、ファスナヘッドの上部表面上と工具の端部面の接触面積は、従来のスピードファスナより大きくなり、ファスナの打鋲に際してファスナヘッドの表面に生じる好ましくない圧痕や損傷を最小限にできる。

本願発明は、更なる特徴として、請求項１５又は１６に対応するファスナを打鋲する方法を含む。

請求項１６の方法により打鋲されたファスナは、さらに、破断点と目封止部の間の平行部を備え、打鋲に際して、ファスナ胴部に取り付けられるステムの機械的固定を供するための錠止スカート部を形成している。

本願発明は、更なる特徴として、請求項１８に対応するファスナを打鋲する方法を含む。この方法は、さらに、支持スリーブによりファスナヘッドを押し付け、ファスナ孔からピンを取り除く連続するステップを含む。

孔を通してマンドレルヘッドを引くこと、又は固体のピンを押圧することは、被加工材の開口部の壁面にファスナ胴部を機械的係止するための、ファスナ胴部の直径の増加を引き起こす。

本願発明に係る軸方向の隙間部は、マンドレルヘッドによるファスナ孔のスプラインの半径方向への様々な程度の変形を許容し、このマンドレルヘッドは異なるサイズの被加工材部材の開口部、例えば被加工材部材の上部の、オーバサイズの開口部などを通して引き抜かれるものであり、それにより、“オーバパッキング”に至ることなしに剪断運動に対する機械的抵抗を供し、それにより、潜在的な過度の荷重、マンドレル摩耗、金属屑生成、及びファスナヘッド変形を防止する。被加工材の開口部の壁面と接触するファスナ胴部の外表は、螺旋ねじ山の溝を有するファスナ、若しくは環状溝を有するファスナより大きく、それゆえ、連続して接合がなされる際の圧力が小さくなる。

なぜなら、隙間部は、ファスナ胴部の軸方向に配置され、これらは、ファスナ胴部の長さに沿って一定の断面積を有する。これは、半径方向の拡張やマンドレル荷重の程度が一定で、グリップ厚とは無関係であることを保証する。本願発明は、それゆえに、従来の同じサイズのファスナより大きなグリップ範囲で用いることが出来る。さらに、特定のファスナにより調整されるグリップ範囲は、ファスナの長さにのみ依存しており、すなわち、より長いファスナは、より大きなグリップ範囲に適応できる。

さらに、本願発明は、一のマンドレル（すなわち、決められたヘッドサイズを有するマンドレル）を、様々な開口部のサイズを有する被加工材にファスナを打鋲する際に用いることが可能となる。

また、本願発明は、グリップ範囲を通じて、下部の被加工材部材に隣接するファスナ胴部の末端のより大きな拡張を供し、それえにより、引張荷重下における被加工材部材の分離への抵抗を増加させる。

また、本願発明は、ファスナより硬い材料の被加工材部材を固定する際に用いることもできる。

軸方向の隙間部は互いに等間隔であることが好ましい。

ファスナヘッドは、その上部表面にザグリ穴を備え、ザグリ穴は、ファスナ孔の最小直径より大きな平均直径を有する。ザグリ穴は、ファスナ孔の長手方向の軸に平行、又は平坦若しくは曲がった環状テーパ状壁面を有し、テーパ状移行部は、ザグリ穴とファスナ孔の間に配置され、ここでは、スプライン最小直径がザグリ穴側で増加する。ザグリ穴とテーパ状移行部は、両方とも軸方向のスプラインの材料に適合しており、この材料は、ファスナ孔を通る拡張されたマンドレルヘッドの通過により、軸方向に、ファスナヘッドを通して、及びファスナヘッド中に引かれる。さらに、ザグリ穴は、ファスナの打鋲においてブローチ荷重を制御し、過度のスプライン材料が、打鋲されたファスナヘッドの上部から引き出されることを防止する。

ファスナの末端は、テーパ部を有する。テーパ部の利点は、ザグリ穴がファスナヘッドに設けられた時に、ファスナを紙ポッドのように積層状態で“ヘッドからテイル”として一体にまとめることができることである。これは、隣接するファスナ孔の同軸方向での調整を可能にし、代わりに、一体としたファスナの積層体を、マンドレル胴部に装填することを容易にしている。この積層体は、扱いを容易にするため紙ポッドのようにパッケージ化でき、このポッドは、一旦それがマンドレルに装填されると、手で容易に積層体から剥がされる。さらに、また、テーパ部は被加工材の開口部においてファスナの位置決めを補助し、打鋲前のファスナ積層体の高さを減らし、このため、より多くのファスナを所定高さの打鋲工具に用いることができ、比較的柔軟なマンドレル上における積層体への剛性を増加できる。

また、ファスナの末端は、固体の環状端部を有し、すなわち、隙間部は、環状端部には存在しない。この環状端部は、下部の被加工材部材から離れているにも関わらず、その強化された壁面部を介して、最終的な引張強度に貢献する。

テーパ部に加えて、ファスナの末端はさらに棒先部を備え、すなわち、ファスナの長手方向の軸に平行な直線状の環状壁であり、ここで、棒先部は、テーパ部よりスプライン部から離れたところに位置される。本願発明の実施の形態において、ザグリ穴は、ファスナ孔の長手方向の軸に平行であり、棒先部の直径はザグリ穴に近似し、ファスナは、紙ポッドなどの配達形式で“ノーズからテイル”として一体にまとめることができ、すなわち、棒先部とザグリ穴は、打鋲に先立って積層状態で多数のファスナの“ヘッドからテイル”の形態での保存を容易化して、これにより、さらに、棒先部の隣接するファスナヘッドのザグリ穴への増加した機械的係止が、隣接するファスナ孔の同軸方向での調整をより確実にして、積層体の安定性を高めることができる。

本願発明に係る軸方向の隙間部は、下部の被加工材部材を超えた、ファスナ胴部のより大きな拡張を許容し、また、“オーバパッキング”に至ることなく、異なるサイズの被加工材の開口部に、ファスナ胴部により満たされるトータルの開口部を許容し（すなわち、ここでは、ファスナの打鋲の後に、開口部が完全にファスナ胴部の材料で満たされる）、それにより、被加工材部材に過度のブローチ荷重や圧力が加わることを防止する。

さらに、本願発明は、グリップ範囲に亘って、下部の被加工材部材に近接する拡張された末端形状を生じ、そして、ファスナに使用されるこのグリップ範囲は、同サイズの従来のファスナに供されるより大きいものである。

本願発明において、ファスナ胴部は、複数の軸方向の隙間部と合体させる増加した壁厚を特徴とする中央領域を有する。軸方向の隙間部は、胴部孔の最小直径から半径方向外側に拡張する。

ヘッドの内部において、ファスナ孔は、シャンク孔の最小直径より大きな直径であり、そして、２つの間にテーパ状移行部がある。

ファスナヘッドの下のファスナ胴部の半径方向の拡張は、接合部を満たす穴を形成するのに十分であり、上部の被加工材部材の開口部は、下部の被加工材部材の開口部より大きく、そのため、せん断運動への機械抵抗を有する。

本願発明の隙間部は、ＡｖｔｒｏｎｉｃやＲｉｖｓｃｒｅｗのような従来のファスナに供されるものより大きなサイズであり、軸方向に位置を定めており、これは、ファスナ胴部の長さに沿った一貫した断面積を供し、ファスナ胴部は最下部の被加工材部材にまで延びる。これは、半径方向の拡張、マンドレル荷重の程度の一貫性、グリップ厚の独立性を保つ。

本願発明は、従来のファスナと比較して、より大きなグリップ範囲、及び開口部直径のより寛容なバリエーションを供する。さらに、ファスナは、上部の被加工材部材のオーバサイズの開口部への穴埋めを確実にし、剪断機の接合部の硬直を増加させる重要な利点となる。

最下部の被加工材部材に近接する拡張された端部形状では、グリップ範囲に亘って利用でき、引張荷重下において接合分離に対するより大きな機械的抵抗を供する。

本願発明に係る実施形態は、図面を参照しながら一例として以下に記載される。

図１は、被加工材に打鋲された従来技術に係るファスナの側面図である。 図２は、被加工材に打鋲された本願発明に係るファスナの側面図である。 図３は、図２に示すファスナの等角図である。 図４は、図２に示すファスナのＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図５は、図２に示すファスナのＶ−Ｖ線断面図である。 図６は、図４に示すファスナのＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図７は、積層させた図２に示す複数のファスナの側面図である。 図８は、積層させた図７に示す複数のファスナのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 図９ａは、上部の被加工材部材の開口径を拡大して示し、被加工材に打鋲された図２に示すファスナの軸方向の断面図である。 図９ｂは、最小グリップを有する被加工材部材に打鋲される図２に示すファスナの軸方向の断面図である。 図１０ａは、図９ａに示す打鋲されたファスナのＸａ−Ｘａ線断面図である。 図１０ｂは、図９ｂに示す打鋲されたファスナのＸｂ−Ｘｂ線断面図である。 図１１は、図９ａに示す打鋲されたファスナのＸＩ−ＸＩ線断面図である。 図１２は、図９ａに示す打鋲されたファスナのＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。 図１３は、図２に示すファスナの別の打鋲方法を示す図である。 図１４は、図２に示すファスナの別の打鋲方法を示す図である。 図１５は、図２に示すファスナのさらに別の打鋲方法を示す図である。 図１６は、図２に示すファスナのさらに別の打鋲方法を示す図である。 図１７は、図２に示すファスナの更なる別の打鋲方法を示す図である。 図１８は、本願発明に係るファスナの別の実施形態を示す図である。 図１９は、図１８に示すファスナのＸＩＸ −ＸＩＸ線断面図である。 図２０は、本願発明に係るファスナの更なる別の実施形態の側面図である。 図２１は、図２０に示すファスナのＸＸＩ −ＸＸＩ線断面図である。 図２２は、図２０に示すファスナの等角図である。 図２３は、積層された図２０に示す複数のファスナの側面図である。 図２４は、図２３に示す積層されたファスナのＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線断面図である。 図２５は、本願発明に係るファスナ、被加工材、ツールノーズ（ツールの残りの部分は、明確化のため省略）、及びマンドレルの断面図を示す。

図２〜６に示すように、本願発明に係るファスナ２は、胴部４、胴部４のヘッド端部８において半径方向に拡張されたヘッド６と、環状端部２２（図５参照）と、テーパ部１０と、棒先部６２とを有する端部領域６０を備える。環状端部２２及び棒先部６２は、ファスナ孔１４の長手方向の軸に沿って平行となる。

環状ヘッド下側凹部４２は、ヘッド６の下側に設けられる。孔１４は、ファスナ２を貫通して形成され、すなわち、ヘッド６、胴部４、及び端部領域６０を貫通する。

複数の軸状スプライン１８より成るスプラインの領域１６は、ヘッド端部８と環状端部２２の間の、胴部の孔１４の内壁２３側に供される。スプライン１８は、胴部の孔１４の最大半径Ｄから胴部の孔１４の最小半径ｄまで半径方向の内方に延長しており、また、ヘッド端部８と胴部４の末端１２の間で軸状に延長している。スプライン１８は、孔１４の内壁２３の周囲に、互いに等距離で配置される。スプライン１８は、おおよそ台形形状であり、軸方向の隙間４０によって離されている。

環状端部２２、テーパ部１０、及び棒先部６２は、硬い壁面を備え、すなわち、隙間領域１６は、環状端部２２、テーパ部１０、若しくは棒先部６２の領域には存在しない。

ザグリ穴２６は、ヘッド６の上部表面５に供される。このザグリ穴２６は、平面壁、及び環状壁を備え、平面壁はファスナ孔１４の長手方向の軸に平行である。ザグリ穴２６の直径は、棒先部６２の外径Ｅに近似し、そのために、複数のファスナ２が、図７及び図８に示すように積層体５０の状態で“ヘッド−ツゥ−テイル”で配列できる。

テーパ状移行部１７は、ザグリ穴２６及び各々のスプライン１８の間に形成される。

第１の上部の被加工材３２、及び第２の下部の被加工材３４（すなわち、ファスナヘッドからより離れた位置の被加工材）から成る被加工材３０を固定するためのファスナ２の打鋲は、ツールノーズ１００及びマンドレル１０２（図２５参照）を有する工具に影響される。マンドレル１０２は、最大直径Ｍ（ここでＭは、ファスナ孔１４の最小直径ｄより大きい）の半径方向に拡大されたヘッド１０４を有し、ファスナ２の孔１４を通して、マンドレルの半径方向に拡大されたヘッド１０４は、ファスナ胴部４の末端１２に位置する。ファスナ２及びマンドレル１０２は、被加工材３２，３４に形成される開口部３６，３８に挿入される。ツールノーズ１００の円錐凹形の端部表面１０６は、ファスナヘッド６の半球形の上部表面７上に重みをかけるために用いられる。ツールノーズ１００は、ファスナ孔１４を通って、マンドレル１０２のヘッド１０４を引くために用いられる。マンドレルヘッド１０４は、ファスナ孔の最小直径ｄより大きな直径Ｍを有するため、マンドレルは、ファスナ２の胴部４に半径方向への力を発揮し、それゆえに、ファスナ胴部４の半径方向への拡大を起こし、ファスナ２の外壁２０が被加工材の開口部３６，３８の壁面に十分に係止するようになる。ファスナ胴部４の外壁２０が、一旦、被加工材の開口部３６，３８の壁面に接触すると、ファスナ孔１４を通してマンドレルヘッド１０４を引くことにより生じる半径方向の力が、スプライン１８の山形部２４の圧縮を引き起こし、それゆえに、スプライン１８が変形され、スプライン１８の材料が隙間部４０に移されることとなる。被加工材の開口部３６，３８におけるファスナ２の“オーバパック”が防止され、それゆえに、ファスナ２の胴部４が被加工材の開口部を満たすのに十分な量のみ拡張する。被加工材の開口部３６，３８の壁面への過度の半径方向の荷重は防止されて、ファスナのスプライン１８の材料は、隙間部４０中の円周方向に変形する。

ザグリ穴２６は、どのようなファスナ本体の材料にも適合し、このファスナ本体材料は、ファスナ孔１４を通る拡張されたマンドレルヘッド１０４の通路により、ファスナヘッド６を通してファスナヘッド６中に、軸方向に引き出される。さらに、ザグリ穴２６は、ファスナ２の打鋲におけるブローチ荷重を制御し、過度のファスナ材料が、打鋲されたファスナヘッド６の上部から引き出されることを防止する。

図９ａは、ファスナ２が最大グリップを有する被加工材３０に十分に打鋲された状態を示し、図９ｂは、ファスナ２が最小グリップを有する被加工材３０に十分に打鋲された状態を示している。

ファスナヘッド６の半球形の上部表面７に、ツールノーズ１００の円錐凹形の端表面１０６により加えられる力は、ヘッド６が上部の被加工材３２側に押されることを引き起こし、また、ヘッドが上部の被加工材３２に反して平坦となることを引き起こし、それゆえにファスナの固定を確実なものにする。上部の被加工材３２に対するヘッド回り２１の平坦化は、ヘッド下側凹部４２の外径が減少するように働き、被加工材３０に対するファスナヘッド６の接触面積が増加される。さらに、ファスナヘッド６の上部表面７上の端部表面１０６の接触面積は、従来のスピードファスナより大きくなり、ファスナヘッド６の表面への好ましくない凹みや損傷がファスナの打鋲時において生じることを最小化する。

山形部２４が打鋲の間においてマンドレルヘッド１０６により変形される範囲は、被加工材の開口部の直径によって決まる。オーバサイズの被加工材の開口部は、僅かな変形のみする山形部２４となる。これは、図１１に山形部２４の僅かな変形を示し、隙間部４０中への山形部の材料の僅かな移動を示す。図１２に示すように、僅かな（すなわち、図１１のオーバサイズの開口部より小さな）直径を有する開口部は、図１１に示すオーバサイズの開口部に起こるより、より程度の大きな山形部２４の変形となる。

変形された山形部２４の移動した材料は、軸方向の隙間部４０により調整される。最小直径の被加工材の開口部において、軸方向の隙間部４０は完全に、移動された山形部の材料により満たされる。

環状端部２２は、スプライン１８の端部を支持する。環状端部２２において、断面積及び更なる動きへの抵抗は、この部分が硬い環状部であるために大きく、それゆえ、打鋲されたファスナの大きな最大の引張強さを保つ。

ファスナ２及び／若しくは下部の被加工材３４の開口部３８が上部の被加工材３２の開口部３６と同心円をなしていないことは可能である。この状態において、スプライン１８の山形部２４は、マンドレルヘッド１０４の外周の異なる量により変形され、それゆえに、ファスナ２及び／又は下部の被加工材の開口部３８、及びファスナ２及び開口部３８と相対的である上部の被加工材の開口部３６の機械的偏心によらず、両方の開口部３６，３８の壁面に対する胴部４の十分な機械的係合を確実なものにして、また、マンドレルが引かれるにつれてマンドレル上の曲げる力を小さくする。

図９ａ及び１０ｂは、また、ファスナ２の打鋲から生じる拡大された末端形状４４を示す。下部の被加工材３４を超えて、胴部４は自由に拡大し（図１０ａ及び図１０ｂ参照）、このため、“フットプリント”又は下部の被加工材３４に隣接する、及び下部の被加工材３４（図１０ａ参照）に接触する拡大された末端形状４４を生成する。拡大された末端形状４４は、下部の被加工材３４に隣接し、及び接触して形成されているので、それゆえ、非常に増加された（従来のファスナよりも大きな）機械的抵抗を、ファスナへの引張荷重のため、最初の軸方向の運動に与える。拡大された末端形状４４は、図９ａ及び図９ｂに示すように、所定のグリップ範囲に亘って、下部の被加工材３４に隣接して形成される。

上記実施の形態において、軸方向の隙間部は、複数の台形断面のスプラインによって形成される。しかしながら、他の形態において、軸方向の隙間部は異なる断面となる。

上記実施の形態において、ファスナは、ファスナ孔１４を介して、半径方向に拡大されたマンドリルヘッドを引っ張ることにより打鋲される。しかしながら、ファスナ２を打鋲することにより拡大されるファスナ胴部４の他の方法を、図１３〜１７において示す。図１３及び図１４に示す方法は、固体のブレイクステム７０を用い、このブレイクステム７０は破断点７２、半径方向に拡大されたヘッド７４、破断点７２及びヘッド７４の間の目封止部７６を備え、ここで目封止部７６は上記実施の形態１で用いられたマンドレルヘッド１０４の最大直径Ｍと等しい直径を有している。ブレイクステム７０及びファスナ２は、被加工材３２，３４の開口部３６，３８に挿入される。ブレイクステム７０は、実際的には、打鋲工具の使用により、ファスナ２を通して引っ張られ、ブレイクステム７０の半径方向に拡大されたヘッド７４がファスナ胴部４の末端１２に接触するまで、目封止部７６がファスナ胴部４の半径方向に拡張することを引き起こし、このファスナ胴部４の末端１２は、ブレイクステム７０に適応されている荷重が、ブレイクステム７０が破断点７２において破断されるように、十分に増加することを引き起こす。図１４は、ファスナ２が被加工材３０に打鋲された状態を示す。目封止部７６はファスナ２の胴部４内に残り、打鋲されたファスナの剪断強度に貢献する。付加された突起、こぶなど（図示せず）は、目封止部の外部表面上に供され、この外部表面は、破断点７２の破断で目封止部７６の跳ね返りに反する、また、打鋲の後においては、ファスナ２から目封止部７６の取り除きに反する大きな抵抗を供する。

図１５及び図１６に示すように、その他の形態に係る方法では、商標Ｍｏｎｏｂｏｌｔ（英国特許番号ＧＢ１５３８８７２）で利用されるようなブレイクステム８０を使用する。ブレイクステムは、中空コア８４を有する目封止部８２、この目封止部８２に隣接する平行部８５、延長した胴部８８、及び平行部８５と延長した胴部８８との間の破断点８６を備える。円柱リップを形成する錠止スカート部８７は、破断点８６に隣接する平行部８５の端部において形成される場合がある。被加工材３０へのファスナの打鋲は、ファスナを被加工材３２，３４の開口部３６，３８に挿入することを含み、ブレイクステムは、胴部４の孔１４に挿入され、そうして、ブレイクステムの目封止部は、ファスナ胴部４の末端１２に接触する。延長した胴部８８は、それから、ファスナに相対するように引き抜かれ、ブレイクステムの目封止部８２がファスナ胴部４に入り、同時に、ファスナ胴部４が拡張することを引き起こし、目封止部８２が中空コア８４によって、小さい程度、内方に変形することを引き起こす。延長した胴部８８は、ブレイクステム８０が破断点８６で破断されるまで引っ張られる。

目封止部８２の僅かな内側への変形は、広範な被加工材の開口部の直径を許容し、すなわち、目封止部８２は、図１３、図１４のブレイクステム７０の固体のコアよりは、様々な仕様に対応できる。それゆえ、この打鋲方法は、より多様な被加工材の開口部の直径の違いに対応できる。ブレイクステム８０は、ファスナの打鋲の打鋲工具のノーズに対する錠止スカート部８７の形状を含み、錠止スカート部８７の材料は、図１６に示すファスナヘッドのザグリ穴に、半径方向外側に配置される。それゆえに、錠止スカート部は、破断点８６の破断での目封止部８２の跳ね返り、及び打鋲後においてはファスナ胴部４から目封止部８６の取り除きに対して抵抗するためのファスナ胴部４に打鋲されるブレイクステム８０の機械的係止を供する。

図１７に示す方法は、“押しブローチ”方法であり、ここで、固体のピン９０は、ファスナ孔１４のそれよりも大きな直径を有し、ファスナ胴部４を拡張するためヘッド６を通してファスナ２に打ち込まれる。このピン９０は、永久にファスナ胴部４内に残り、若しくは取り除き可能な打鋲工具の一部となり、この場合、支持スリーブ（図示せず）が、ファスナ胴部４からピン９０を取り除くことを許容するために、ファスナヘッド６に関連するピン９０の周りに必要とされる。

図１８、及び図１９に示す他の形態のファスナ２’において、ザグリ穴２６’は曲がった環状壁を有する。この形態の半径では、ファスナの打鋲における破片の発生の可能性を低減する。マンドレルヘッドがファスナヘッド６を通って通過する際に生じるブローチ荷重は低減し、一方、十分な引張強度を保持している。打鋲の間、ファスナ胴部４のいくつかの材料は、工具側で、後ろ側に配置される；この材料は、ザグリ穴２６’により調整され、材料がファスナヘッドの上部表面５に移動するのを防止する。

さらに他の形態のファスナ２’’を図２０〜２２に示し、末端領域６０は環状端部２２’’及びテーパ部１０のみから構成される。ヘッド６の上部表面５のザグリ穴２６’’は、平面壁及び環状テーパ壁から構成され、そのようなザグリ穴はファスナ孔から最も離れた最大直径Ｘと、ファスナ孔に最も近い最小直径ｘを有する。このため、ザグリ穴の平均径は、ファスナ孔の最小直径ｄより大きくなる。テーパ状のネック部２８は、ザグリ穴２６’’及びファスナ孔１４の間に配置され、ここでは、ネック部２８の最大直径Ｙは、ザグリ穴の最小直径ｘと等しく、ネック部２８の最小直径ｙは、ファスナ孔の外径Ｄに等しい。

図２０〜２２に示すファスナは、図２３及び図２４に示すように、積層体５０に供され、打鋲工具内のマンドレル上に一度に連続した打鋲のために、マンドレルにおいて積層して準備される。ザグリ穴の最大直径Ｘ、及びザグリ穴２６’’のテーパ状の角度は、ファスナ２’’の積層を許容するように、隣接するファスナ２’のテーパ部１０が、少なくとも部分的にはザグリ穴２６’’及び／若しくはテーパ状ネック部２８と調整されている。

更なる他の形態のファスナ（図示せず）は、ザグリ穴及び上述した最終部分の形態の組み合わせで構成できる。

２， ２’， ２’’ ファスナ
４ 胴部
５ ヘッド上部表面
６ ファスナヘッド
７ 半球形の上部表面
８ 胴部ヘッド端部
１０ テーパ部
１２ 胴部末端
１４ 孔
１６ 隙間領域
１７ テーパ状移行部
１８ 軸状スプライン
２０ 外壁
２１ ヘッド回り
２２， ２２’’ 環状端部
２３ 内壁
２４ 平坦状山形部
２６， ２６’，２６’’ ザグリ穴
２８ テーパ状ネック部
３０ 被加工材
３２ 第１の上部被加工材
３４ 第２の下部被加工材
３６， ３８ 被加工材の開口部
４０ 軸方向の隙間部
４２ 環状ヘッド下側凹部
４４ 設置面積／拡張された端部形状
５０， ５０’ 積層体
６０， ６０’’ 端部領域
６２ 棒先部
７０ 固体のブレイクステム
７２ 破断点
７４ ヘッド
７６ 目封止部
８２ 可変目封止部
８４ 中空コア
８５ 平行部
８６ 破断点
８７ 錠止スカート部
８８ 胴部
９０ ピン
１００ ツールノーズ
１０２ マンドレル
１０４ マンドレルヘッド
１０６ ツールノーズの端部表面
Ｄ 孔の最大直径
ｄ 孔の最小直径
Ｘ ザグリ穴の最大直径
ｘ ザグリ穴の最小直径
Ｙ ネック部の最大直径
ｙ ネック部の最小直径
Ｍ マンドレル最大直径

Claims (21)

1. 複数の被加工材部材から成る被加工材を固定するためのファスナであって、
   前記ファスナは、ヘッド端部及びこのヘッド端部から離れた末端を有する胴部と、前記胴部のヘッド端部側で半径方向に拡張したヘッドと、前記ファスナの全体に亘って延びた孔と、を備え、
   前記胴部の内壁は、山形部の頂点となる複数の各スプラインによって隔てられた複数の隙間部から成る隙間部の箇所と、前記ファスナ孔の長手方向の軸に沿って軸方向に延びている前記隙間部とスプラインとを備え、
   前記スプラインは、略台形断面となり、
   前記胴部は、前記ファスナの前記隙間部及び前記末端の間に隙間のない固体の環状端部を有し、
   当該固体の環状端部は、前記隙間部の胴部の外部半径におおよそ等しい外部半径、及び前記隙間部の最小半径におおよそ等しい内部半径を有することを特徴とするファスナ。
2. 前記隙間部は、前記ファスナ胴部の長さに沿って一定である断面積を有する、ことを特徴とする請求項１記載のファスナ。
3. 前記軸方向の隙間部は、互いから等距離である、ことを特徴とする請求項１又は２記載のファスナ。
4. 前記ファスナヘッドは、前記ファスナ胴部から離れた前記ファスナヘッドの上部表面側にザグリ穴を備え、前記ザグリ穴は、前記ファスナの孔の直径より大きな平均直径を有する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のファスナ。
5. 前記ザグリ穴は、平坦な環状テーパ壁を有する、ことを特徴とする請求項４記載のファスナ。
6. 前記ザグリ穴は、テーパ状の曲がった環状壁を有する、ことを特徴とする請求項４記載のファスナ。
7. 前記ザグリ穴は、前記孔の長手方向の軸に平行な平坦な環状壁を有する、ことを特徴とする請求項４記載のファスナ。
8. 前記ザグリ穴と前記ファスナ孔の間にテーパ状のネック部が配置される、ことを特徴とする請求項５又は６記載のファスナ。
9. 前記ファスナ胴部の末端においてテーパ部が設けられる、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のファスナ。
10. 前記テーパ部の前記ファスナの末端側には棒先部が形成され、前記棒先部は、前記ファスナの長手方向の軸に平行な直線状の環状壁を有することを特徴とする請求項９記載のファスナ。
11. 前記隙間部の箇所は、前記環状末端にまでは延びていない、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のファスナ。
12. さらに、前記ファスナの末端側において棒先部が形成され、前記棒先部は、前記孔の長手方向の軸に平行な直線状の壁面を有することを特徴とする請求項９記載のファスナ。
13. 前記棒先部の外径は、前記ザグリ穴の直径と近似する、ことを特徴とする請求項７又は１２に記載のファスナ。
14. 開口部を持つ第１の被加工材部材及び開口部を持つ第２の被加工材部材を備える被加工材を固定するために、請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載のファスナを打鋲する方法であって、
    ａ）半径方向に拡張されたヘッドを有するマンドレルを、前記マンドレルの前記半径方向に拡張されたヘッドが前記ファスナ胴部の末端に隣接するように、前記ファスナ孔を通して配置し、
    ｂ）前記第１及び第２被加工材の開口部に、前記ファスナヘッドが前記第１被加工材に接触するように、前記ファスナ及び前記マンドレルを挿入し、
    ｃ）前記ファスナヘッド端部において前記ファスナを固定した状態において前記ファスナ孔を通した前記マンドレルを引っ張り、前記ファスナ胴部が前記被加工材部材の開口部に向けて拡張され、前記スプラインの山形部が変形され、前記ファスナ胴部の末端が前記第２被加工材に隣接するように半径方向へ拡張する、ことを特徴とする方法。
15. ステップｃ）は、前記ファスナヘッドの上部表面上を押し付ける円錐状凹端面を有する工具を用いて行われる、ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 開口部を持つ第１の被加工材部材及び開口部を持つ第２の被加工材部材を有する被加工材を固定するために、請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載のファスナを打鋲する方法であって、
    ａ）半径方向に拡張されたヘッド、及び破断点を有するステムを、前記ステムの半径方向に拡張されたヘッドが前記ファスナ胴部の前記末端に隣接するように、前記ファスナ孔を通して、前記ファスナ中に挿入し、
    ｂ）前記第１の被加工材及び前記第２の被加工材の前記開口部に、前記ファスナヘッドが前記第１の被加工材に接触するように、前記ファスナ及び前記ステムを挿入し、
    ｃ）前記ヘッド端部において前記ファスナを固定した状態で、前記ファスナヘッドについては前記ステムを引っ張り、前記ステムヘッドが前記ファスナ胴部の末端から挿入され、前記ファスナ胴部が前記被加工材部材の開口部に向けて拡張され、前記スプラインの山形部が前記ステムヘッドに反して変形され、前記ファスナ胴部の末端が前記第２被加工材に隣接するように半径方向に拡張し、
    前記ステムは、前記ステムが前記破断点で折れるまで、前記ファスナ孔を通して前記ファスナヘッドに対して引っ張られる、ことを特徴とする方法。
17. 開口部を持つ第１の被加工材部材及び開口部を持つ第２の被加工材部材を有する被加工材を固定するために、請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載のファスナを打鋲する方法であって、
    ａ）前記ファスナヘッドが前記第１の被加工材部材に接触するように、前記ファスナを前記第１の被加工材部材及び第２の被加工材部材の開口部に挿入し、
    ｂ）中空コアを有する目封止部、延びた胴部、及び前記目封止部と前記延びた胴部との間に設けられた破断点を有するブレイクステムを、前記ブレイクステムの前記目封止部が前記ファスナ胴部の末端と接触するように、前記ファスナの孔に挿入し、
    ｃ）前記ファスナに対して前記ブレイクステムの延びた胴部を引っ張って、前記ブレイクステムの目封止部を前記ファスナ胴部に進入させ、前記ファスナ胴部が前記被加工材部材の開口部に向けて拡張され、前記スプラインの前記山形部を前記目封止部に反して変形させ、同時に前記目封止部を内方に向けてつぶして、
    前記延びた胴部は、前記ブレイクステムが前記破断部において破断するまで、前記ファスナに対して引っ張られる、ことを特徴とする方法。
18. 前記ステムは、さらに、前記破断点と前記目封止部との間に設けられた平行部を備え、
    ステップｃ）において、錠止スカート部は前記平行部から半径方向外側に配置され、それにより、前記ファスナ胴部における前記設置されたステムの機械的固定を供する、ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 開口部を持つ第１の被加工材部材及び開口部を持つ第２の被加工材部材を有する被加工材を固定するために、請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載のファスナを打鋲する方法であって、
    ａ）前記ファスナヘッドが前記第１の被加工材部材に接触するように、前記ファスナを前記第１の被加工材部材及び第２の被加工材部材の開口部に挿入し、
    ｂ）前記ファスナの孔の最大直径よりも大きい最大直径を持つ固体のピンを、前記ファスナヘッドを通して前記ファスナの孔に押し込み、前記ファスナ胴部を半径方向に拡張して前記被加工材の開口部と機械的係合させ、前記スプラインの前記山形部を前記固体のピンに反して変形させる、ことを特徴とする方法。
20. さらに、支持スリーブにより、前記ファスナヘッド上に押しつけて、前記ファスナ孔から前記ピンを取り除く連続したステップを含む、ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 複数の被加工材部材を有する被加工材を固定するためのファスナ及びマンドレルを備え、前記ファスナは、ヘッド端部及びこのヘッド端部から離れた末端を有する胴部と、前記胴部のヘッド端部側で半径方向に拡張したヘッドと、前記ファスナの全体に亘って延びる孔と、を備えるファスナ器具であって、
    前記胴部の内壁は、山形部の頂点となる複数の各スプラインによって隔てられた複数の隙間部から成る隙間部の箇所と、前記ファスナ孔の長手方向の軸に沿って軸方向に延びている前記隙間部とスプラインとを備え、
    前記スプラインは、略台形断面となり、
    前記胴部は、前記ファスナの前記隙間部及び前記末端の間に隙間のない固体の環状端部を有し、
    当該固体の環状端部は、前記隙間部の胴部の外部半径におおよそ等しい外部半径、及び前記隙間部の最小半径におおよそ等しい内部半径を有することを特徴とするファスナ器具。

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