JP7200216B2 - 圧縮スリーブを備えたインサートファスナー - Google Patents

Description

関連出願

本出願は２０１７年８月１６日に出願され、“圧力スリーブインサート”を発明の名称とする仮特許出願第６２／５４６，０６５号の優先権を主張する非仮特許出願である。この明細書の内容についてはここに援用するものとする。

本発明は金属ファスナー（なお、本明細書においては「ファスナー」を「ファスナー装置」ともいう。）に関する。より具体的には、中間スリーブまたはインサートを使用して、これを受け取りパネルのホールに取り付けるファスナーシステムに関する。

クリンチ式ファスナー装置の場合、ファスナー装置とファスナー装置を装着するパネルとの間に硬度差を設定する必要がある。ファスナー装置がパネルよりも硬度があまり高くない場合、ファスナー装置のアンダーカット内にパネルの材料が流れないため、これを所定の位置にロックすることができる。パネルがファスナー装置よりも硬い場合には、クリンチ式ファスナー装置は損傷するため、クリンチを行うことができなくなる。

この制限があるため、ネジを設けたインサートを硬いパネルに固定する一般的な方法では接着剤、半田付けや溶接を使用する。接着剤は面倒なもので、ファスナー装置を十分に固定する前に長い硬化時間が必要になる不具合が生じる。半田付けや溶接では、高温が必要になるため、集成体の外観や形態が損傷を受けやすい。従って、極めて硬い材料にも効果的に使用できるネジ式取り付け手段を提供することが求められ、また効果的かつ経済的に製造かつ使用できるこのようなファスナー装置の実現も求められている。

本発明は、きわめて硬いパネルの孔に装着するネジを形成したプレスイン式ファスナー装置を包含する。プレスイン式ファスナー装置は従来と比較してトルクアウト性能およびプルアウト性能がすぐれている。プレスイン式ファスナー装置は簡単な２部品構成であり、一回の装着プレスストロークで簡単に集成かつ装着できる。

好適な実施態様では、ネジ刻設インサートは比較的硬く、一端にローレットを切ったバレルを有し、かつ対向下端にフランジを有する。比較的軟質な材料の変形性スリーブをバレルに軸方向プレスによって予め集成しておく。平行な側部を備えたブラインド受け取りホールに装着した後、スリーブを軸方向に圧縮すると、これが膨張し、インサートと受け取りホールの側壁との間のスペースに入り込む。圧縮スリーブと受け取りホールの側壁との間に摩擦が発生するため、プレスイン式ファスナー装置がパネルからトルクアウト（ｔｏｒｑｕｅ ｏｕｔ）することがなく、またプルアウト（ｐｕｌｌ ｏｕｔ）することもない。

別な好適な実施態様では、本発明はネジを切ったインサートおよび圧縮スリーブを有する２部品ファスナー装置を提供するものである。インサートは全体として円筒形であり、第１硬質材料からなる。このインサートはメネジを切った貫通ボアないし孔を有する。インサートは外面にローレットを切ったバレル、および下端部にフランジを有する。ローレットについては、軸方向に延びる歯を有するのが好ましい。

圧縮スリーブは全体として円筒形であり、変形性を有し、そしてインサートの第１材料よりも軟らかい第２材料からなる。スリーブの底端は、フランジの上部に当接する。スリーブの底部分は摩擦嵌めによってバレルの下部分周囲に固着する。スリーブの上部分は大きな内径を有し、この内径はバレルの上部分から半径方向に離間する。

スリーブの上部、インサートの上部およびフランジの底部については、面取り部（ｃｈａｍｆｅｒｓ）を有するのが好ましい。フランジの外径は、圧縮スリーブの外径にほぼ等しい。スリーブの上端はインサートの上部を超えて上方向に延びているため、集成時に、スリーブの上部から出てくる材料が下向きに圧縮され、インサート周囲に冷間流れが流れ、最終的にインサートおよびこれが集成化されるパネルの上面の両者に同じ高さで取り付けられる。

別な実施態様では、本発明はパネルおよび上記の２部品ファスナー装置を有する集成体を包含する。摩擦嵌めおよび適宜行う受け取りホール壁のアンダーカットとの連動係合によってファスナー装置をパネルの受け取りホールに固着する。受け取りホールとしてはブラインドホールを使用でき、このホールはインサートの底部に当接する底端壁を有する。インサートとパネルとの間の摩擦嵌めは、インサートとパネルとの間にあるスリーブの圧縮性変形によってさらに強くなり、変形したスリーブがインサートとパネルとの間の空間を実質的に埋める。適宜使用できる一つの実施態様では、パネルホールの側壁が一つかそれ以上のアンダーカットを有し、このアンダーカットが、圧縮時にスリーブからの材料流れを受け取る。このスリーブについては、パネルの材料よりも軟質のアルミニウムなどの金属で構成することが好ましい。

さらに別な実施態様では、本発明は上記の２部品ファスナー装置をパネルに集成化（組み込む）する方法を包含するものである。まず、２部品ファスナー装置をパネルの受け取りホールに装着する。次に、スリーブの上部を下向きにプレスし、スリーブの底部をインサートフランジの上部に押し付け、スリーブと受け取りホールの壁部との間の空間に送り込む。スリーブは、その圧縮時に、ローレットの周囲で変形し、受け取りホールの側壁に当接する。プレスについては、スリーブ材料がインサートと受け取りホールの内壁との間の空間を実質的に埋めるまで、かつスリーブの上部がパネルの上部と同じ高さになるまで続けるのが好ましい。

本発明の好適な実施態様に従って構成したファスナー装置の圧縮スリーブの側面図である。 本発明の好適な実施態様に従って構成したファスナー装置のインサートを示す側面図である。 図１Ａおよび図１Ｂの圧縮スリーブおよびインサートを示す、本発明の好適な実施態様に従って構成したファスナー装置の横断面図である。 図１Ｃに示すファスナー装置の部分断面斜視図である。 本発明の好適な実施態様における３つの異なる装着ステップにおけるホストパネルにおける図１Ｃのファスナー装置の横断面図である。 本発明の別な好適な実施態様に従って構成したファスナー装置の部分断面斜視図である。 装着開始位置における装着用プレスパンチおよびファスナー装置の断面図である。 装着段階にある装着用プレスパンチ、ファスナー装置および受け取りホール３０の先端の横断面図である。

本発明の好適な実施態様に従って構成したファスナー装置を図１～図５に示す。なお、このファスナー装置の全体を参照符号１３で示す。２部品ファスナー装置は、全体として圧縮スリーブ９およびインサート１１を有する。これらについては、図１Ｃおよび図２～５に示すように予め集成化しておく。圧縮スリーブ９については、図１Ａに分離して示し、そしてインサート１１については、図１Ｂに分離して示す。

圧縮スリーブ９は全体として円筒形であり、上端９ａ、底端９ｂ、外側壁９ｃおよび上部面取り部９ｄを有する。内側壁が、圧縮スリーブ９を貫通する軸方向ボアを形成する。図１Ｃおよび図３に明示するように、圧縮スリーブ９の内面は上部分１７ａ、下部分１７ｂおよび底部面取り部１７ｃを有する。上部分１７ａは内径が下部分１７ｂよりも大きい。面取り部１７ｃの直径は、下部分１７ｂから圧縮スリーブ９の底端９ｂにかけて漸増する。

図１～図５に示す好適な実施態様では、インサート１１は円筒形バレル１０を有し、このバレルは図１Ｂに明示するように上端１０ａ、底端１０ｂおよび上部面取り部１０ｃを有する。内側壁がインサート１１を貫通するネジ付き軸方向ボアを形成する。ボアのネジ２０は様々なオネジを設けたファスナー装置と協動するように設計される。側壁の外面にはローレットを設ける。ローレット１４は上端１０ａから底端１０ｂまで軸方向に延び、バレル１０円周全体に位置する。以下に説明するように、ローレットがあるため、インサート１１と圧縮スリーブ９との間で回転が生じることはない。

バレルの底端１０ｂは、ローレット１４の頂点１４ａにおいてインサートの直径よりも大きい最大径を有する半径方向フランジ１２を有する。このフランジは上面１２ａ、底面１２ｂ、円筒形外面１２ｃおよび底部面取り部１２ｄを有する。

圧縮スリーブ９については、ローレット１４と圧縮スリーブ９の内面の下部分１７ｂとの間の締り嵌めによってインサート１１のバレル１０に保持する。図１Ｃおよび図２～図５に集成化した圧縮スリーブ９およびインサート１１を示す。図１Ｃおよび図２に、ホストパネル３０の受け取りホール３２に装着する前の予め集成化した２部品ファスナー装置１３を示す。図３～図５に、ホストパネル３０の受け取りホール３２に挿入しかつ装着したファスナー装置１３を示す。

図１Ｃ、図２および図３を参照して説明を続けると、圧縮スリーブ９およびインサート１１を集成すると、ローレット１４の谷と圧縮スリーブ９の内面１７の上部分１７ａとの間に隙間１９が生じる。図１Ｃは、圧縮スリーブ９の上部分１７ａの内径が、ローレット１４の頂点１４ａにおいてインサート１１の直径にほぼ等しい実施態様を示す断面図である。このように、これらは図示の界面において当接する。対向するローレット１４の谷の底部１４ｂから直接取った断面図である図１Ｃおよび図３における参照符号１４はローレット１４の固体面を指す。なお、図２に明示するように、これら対向する（図３の紙面に直交する軸に関して）ローレット前後のローレット（ローレットの谷）間に空隙１９がある。

対照的に、インサート１１の下部分１７ｂの内面の直径は上部分１７ａよりも小さく、かつローレット１４の底部１４ｂにおいてインサート１１の外径に近似していてもよいため、圧縮スリーブがローレット１４に圧力嵌めでき、圧縮スリーブ９の下部内面１７ｂに埋まることになる。

図１Ｃおよび図３に、圧縮スリーブ９からの材料が各ローレットの谷の底部まで完全に冷間変形した実施態様を示す。なお、他の実施態様では、圧縮スリーブ９からの冷間変形材料が部分的にのみローレットの谷を埋めるが、これは本発明を逸脱するものではない。例えば、図４に対向ローレット頂点１４ａの見えない部分を点線で示す。図４に、ローレット１４全体ではなく、頂点１４ａ上に圧縮スリーブがどのように冷間変形するかを示す。

圧縮スリーブの上部１７ａにおける大きな内径については、圧縮スリーブおよびインサートの製造トレランスに対応できるように設定する。例えば、空隙１９がなく、圧縮スリーブが過大な寸法を有している場合、空隙１９内で完全に圧縮しない結果、スリーブ材料がパネルから突出することになる。同様に、インサートの上部面取り部１０ｃも付加的な容積を与えるため、ここに過剰な圧縮スリーブ材料が冷間変形する可能性がある。従って、好適な実施態様では、装着前には、パネル３０から突出している圧縮スリーブ９の容積については、ローレット１４と圧縮スリーブ９の内面との間にある空隙１９、および適宜設けるアンダーカット３３を含めた圧縮スリーブ９の外面とパネルの受け取りホールの壁部３９との間にある空間の容積全体未満に設定しておく必要がある。それぞれの全容積については理論的には等しく設定することができるが、ローレットの谷の底部１４ｂおよび適宜設けるアンダーカット３３の角部への冷間変形が完全でないため、圧縮スリーブ９の突出部分の容積については、空間の全容積未満に抑える必要がある。

図３、図４および図５は底端壁３５を有するホストパネル３０のブラインド受け取りホールへの装着時の３つの異なる連続ステップにおけるファスナー装置１３を示す。最初のステップで、ファスナー装置１３を図３に示す方向でブラインドホールに挿入する。好適な実施態様では、インサート１１およびスリーブ９の寸法については、圧縮スリーブ９がパネル表面の受け取りホールから部分的に突出するように設定する。突出部があるため、最初にパネルおよび／またはインサートと同じ高さにあるスリーブと比較した場合よりも軸方向圧縮荷重を印加しやすい。図３に示す好適な実施態様では、インサート１１の寸法については、その軸方向長さが受け取りホールの深さに等しくなるように設定する。インサートの底部に面取り部１２ｄがあるため、ファスナー装置を受け取りホールに簡単に導くことができる。

次のステップで、図７に細部を示す専用パンチ３４をファスナー装置１３に係合させ、圧縮スリーブ９を下向きにプレスする。装着時、スリーブ９の上面９ａが、パネルの上部および本実施態様ではバレル１０の上面１０ａであるインサート１１の上部に対して同じ高さになるか、あるいは僅かに低くなるまで、パンチ３４が下向きにファスナー装置１３をプレスする。上述したように、装着前の状態でまずパネル３０から突出している圧縮スリーブ９の金属容積については、集成体における全空間の容積以下に設定しておく必要がある。このように設定すると、圧縮された圧縮スリーブ９の最終構成が、装着時に、パネル３０の上面と高さが同じになるか、あるいは僅かに低くなる。圧縮された圧縮スリーブ材料内に発生する圧力によってファスナー装置１３を受け取りホール内に保持できる。

図４は、予めパネルから上に突出していた圧縮スリーブ材料がどのようにしてインサート１１のローレット１４間において下向きに、かつ装着ホール３２の内壁３９に対して押圧されるかをシミュレーションした横断面図である。上部面取り部９ｄが圧縮スリーブ材料に内向きにバイアスをかけ、インサート１１に向けてこれを崩す。圧縮スリーブからの材料が、上部分１７ａと下部分１７ｂとの間の肩部よりも圧縮スリーブの上部付近においてより内向きに膨れだす。図４には、圧縮スリーブからの材料がどのようにして適宜設けるアンダーカット３３に膨れ出すかも示す。プルアウト抵抗を強めるためには、スリーブ材料がローレットの谷またはアンダーカット３３を完全に埋める必要はない。

図５は、適宜設けるアンダーカット３３、ローレット１４、フランジ１２の上面１２ａ、および受け取りホールの側壁３９に機械的に係合している圧縮スリーブ９の最終状態を示す別な図面である。この機械的な係合の組み合わせによってインサート１１がプルアウトやトルクアウトすることがなくなる。

図６は、図３～図５に示す受け取りホールと同じであるパネル３０の受け取りホール３２の一つの好適な実施態様を示す図面である。受け取りホール３２が側壁３９に適宜設けるアンダーカット３３を有するため、アンダーカット３３内に冷間変形する金属のせん断強度によってプルアウトに抵抗する力が強くなる。この実施態様では、アンダーカット３３をより小さな複数のアンダーカット３３に分割してあるため、トルク抵抗がより強くなる。

図７は、本発明の好適な実施態様に従って構成した装着用プレスパンチを示す横断面図である。図８は、図７から取った拡大断面図であり、ファスナー装置１３に装着衝撃が最初に加わったときのパンチ３４の先端３８のクローズアップを示す図であり、また受け取りパネル３０の横断面図でもある。装着時、真空をパンチ３４のコアに印加し、これによって先端にファスナー装置１３を保持する。パンチ本体内のバネ３７がピストン３６をプレスし、ファスナー装置１３を装着ホールの底部３５に固着する。パンチ３４が下降し、図３～図５に示すように圧縮スリーブ９を変形させると、バネ３７が圧縮し、ディスプレーサーの先端３８に下向き力が働くため、スリーブ９を上記のように変形させ、これによってファスナー装置１３をロックする。このようにして、２つの予め集成化された部品（圧縮スリーブ９およびインサート１１）が、プレスパンチ３４の一回のストロークで受け取りホールに装着することができる。

圧縮スリーブ９については、任意の永久的に変形可能な材料から構成できる。好適な実施態様では、圧縮スリーブは装着後無理のない温度で硬化できる材料から構成でき、従ってインサートのプルアウト抵抗およびトルクアウト抵抗がかなり強くなる。例えば、７０７５－Ｔ４アルミニウムがスリーブ材料の一つの好適な材料である。このアルミニウムは装着後、比較的低い温度で熱処理によってより強力なＴ６状態になるからである。別な実施態様では、取り付けホールの底部にテーパーを形成して、装着すべきインサートにマッチさせてもよい。

当業者には明らかなように、以上説明してきた実施態様には多くの改変や改造などが可能である。従って、実施態様の目的は例示のみであると理解されるべきである。これら実施態様の改変や改造などは全て、特許請求の範囲およびこの範囲の法的な等価物によって決定するべき発明の範囲および精神内に包摂されるものである。

９：圧縮スリーブ
９ａ：上端、上面
９ｂ：底端
９ｃ：外側壁
９ｄ、１０ｃ：上部面取り部
１０：円筒形バレル
１０ａ：上端、上面
１０ｂ：底端
１１：インサート
１２：半径方向フランジ
１２ａ：上面
１２ｂ：底面
１２ｃ：円筒形外面
１２ｄ、１７ｃ：底部面取り部
１３：ファスナー装置
１４：ローレット
１４ａ：頂点
１７：内面
１７ａ：上部分
１７ｂ：下部分
１９：隙間、空隙
３０：ホストパネル
３２：受け取りホール、装着ソール
３３：アンダーカット
３４：専用パンチ、プレスパンチ
３５：底端壁、底部
３６：ピストン
３７：バネ
３８：先端
３９：壁部、側壁

Claims (5)

1. ａ）受け取りホールを有するパネル、および
   ｂ）２部品ファスナーを有し、この２部品ファスナーが
   ｉ）第１材料から形成され、かつ外面にローレットを備えたバレルを有する、全体として円筒形のインサート、
   ｉｉ）このインサートの底端のフランジ、および
   ｉｉｉ）前記第１材料よりも軟質の第２材料から形成され、全体として円筒形であって、変形可能なスリーブを有し、このスリーブが、前記フランジの上部に当接する底端、摩擦嵌めによって前記バレルの下部周囲に固着された底部分、および前記バレルの上部分から半径方向に離間した拡大内径をもつ上部分を有し、
   前記２部品ファスナーを摩擦嵌めによって前記受け取りホール内に固着し、
   前記受け取りホールが底端壁を備えたブラインドホールであり、
   前記スリーブの軸方向圧縮性変形によって前記インサートと前記パネルとの間の空間を埋め、かつ前記ローレット間の空隙を埋め、これによって前記インサートと前記パネルとの間の摩擦嵌めを強化して、
   前記の変形可能なスリーブが前記インサートと前記パネルとの間の空間全体を実質的に埋めてあり、
   前記インサートおよび前記スリーブが、前記パネルの上部と実質的に同じ高さであり、
   前記受け取りホールの側壁が、前記スリーブの材料を受け入れるアンダーカットを有することを特徴とする集成体。
   
2. ａ）受け取りホールを有するパネル、および
   ｂ）２部品ファスナーを有し、この２部品ファスナーが
   ｉ）第１材料から形成され、かつ外面にローレットを備えたバレルを有する、全体として円筒形のインサート、
   ｉｉ）このインサートの底端のフランジ、および
   ｉｉｉ）前記第１材料よりも軟質の第２材料から形成され、全体として円筒形であって、変形可能なスリーブを有し、このスリーブが、前記フランジの上部に当接する底端、摩擦嵌めによって前記バレルの下部周囲に固着された底部分、および前記バレルの上部分から半径方向に離間した拡大内径をもつ上部分を有し、
   前記２部品ファスナーを摩擦嵌めによって前記受け取りホール内に固着し、
   前記受け取りホールが底端壁を備えたブラインドホールであり、
   前記スリーブの軸方向圧縮性変形によって前記インサートと前記パネルとの間の空間を埋め、かつ前記ローレット間の空隙を埋め、これによって前記インサートと前記パネルとの間の摩擦嵌めを強化して、
   前記インサートの底部が前記受け取りホールの前記底端壁に当接することを特徴とする集成体。
   
3. 前記受け取りホールの側壁が複数のアンダーカットを有する請求項１に記載の集成体。
   
4. 前記パネルを第１金属で構成し、そして前記スリーブをこの第１金属よりも軟質な第２金属で構成する請求項１あるいは請求項２に記載の集成体。
   
5. 前記スリーブをアルミニウムで構成する請求項４に記載の集成体。

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