JPH0427402B2

JPH0427402B2 -

Info

Publication number: JPH0427402B2
Application number: JP60288057A
Authority: JP
Inventors: Ee Radoosaa Harorudo
Original assignee: MARUCHIFUASUNAA CORP
Current assignee: MARUCHIFUASUNAA CORP
Priority date: 1984-12-24
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1992-05-11
Also published as: KR860005155A; US4971499A; GB8531470D0; KR910002213B1; JPS61223315A; EP0186064B1; GB2170290A; EP0186064A1; DE3583663D1; CA1270390A; GB2170290B

Description

【発明の詳細な説明】この発明はパネルなどの構造体に自己打込みよ
つて当該構造体に固着される自己ピアスナツトに
関する。

案内部の下面の貫通面の両端に、この貫通面が
挿通されたパネルの挿通孔の縁部を受けるナツト
溝を形成し、パネルに面一に接着可能な自己ピア
スナツト（以下、単に「自己ピアスナツト」とい
う）は、例えば米国特許第3439723号、第3648747
号、第3711931号及び第4313261号による高知であ
り、何年も自動車工業のような大量生産を行なう
生産業界で使用されて来た。

これらの自己ピアスナツトは、圧延鋼材を所定
の長さに切断して、これに雌ねじを貫設して製造
される。これらは、上記の公知の米国特許に記載
されている通り、金属ワイヤ又はもろい連結手段
で結合してもよいし、これとは別に、まとめて装
着ヘツドに供給し、この装着ヘツドでこれに対向
して設置されたパネルに装着するようにしてもよ
い。

典型的な適応例として、自動車工業でに用いる
場合は、装着ヘツドを往復動プレスのダイシユー
トの一方に設け、これに対向する他のダイシユー
トにダイボタンを設け、プレスの往復動の度毎に
自己ピアスナツトがプレス内に配置したパネルに
装着されるようになつている。

前記の公知の米国特許に記載されているよう
に、プレスによつて、そのストローク毎に、パネ
ルが所定形状に形成されると同時に数個の自己ピ
アスナツトがこのパネルに取付けられるようにし
てもよい。

自己ピアスナツトは、通常、ほぼ長方形の貫通
面を下面に形成した案内部を有しており、この案
内部の両端にフランジ部が形成され、貫通面と両
フランジの下面との間に下方に開口される互いに
平行なナツト溝が形成されている。これらのナツ
ト溝は圧延加工中に形成される。

自己ピアスナツトは、ダイセツト内でパンチと
して作用し、案内部の貫通面でパネルからスラグ
を打抜き、これをダイボタンの排出用開口部で受
けるようになつている。ダイボタンに平行に直立
して設けられた折り曲げリツプでパネルの貫通孔
の縁部をナツト溝に変形させながら押込み、自己
ピアスナツトとパネルとを結合させる。

自己ピアスナツトのフランジ部の下面は、案内
部の貫通面よりも案内部上面の方へ平行に離間し
たパネル支持面になつており、これらのパネル支
持面は、自己ピアスナツトがパネルに取付けられ
た時は、パネルの表面と実質的に面一になる。

従来の自己ピアスナツトにおいては、ナツトの
長さ、案内部の厚さ、ナツト溝の等の寸法が試行
錯誤的に決定されており、自己ピアスナツトが応
力によつて破損される事態が生じると、この破損
が生じ無くなるまで自己ピアスナツトの厚さや幅
を増加させるに過ぎなかつたため、自己ピアスナ
ツトの容積を増大させ、材料のコストを不必要に
増加させてしまうという不具合があつた。

この発明の主たる目的は、破損が特定の破断面
に偏つて生じることがないようにし、容積を従来
のものより減少させて材料コストを低減できる自
己ピアスナツトを提供することにある。

自己ピアスナツトは主として５つの破断面で破
損することが確認されているが、この発明の自己
ピアスナツトは、自己ピアスナツト又はナツト・
パネル・アセンブリにかかるビーム荷重が自己ピ
アスナツトに螺合されるボルトの保証荷重以上に
なるように上記の破断面の面積関係を最適化して
自己ピアスナツトの容積を最小にし、材料コスト
を下げるようにするために、次のように構成され
ている。

先ず、第１の態様の自己ピアスナツトは、 (a) 平坦な上面と、この上面と平行でかつこれと
反対側に形成された平坦な貫通面と、前記上面
及び前記貫通面の中心を貫通してボルトが螺合
されるナツトボアとを有する長方形の案内部、 (b) 前記案内部の両端に形成され、前記貫通面よ
り前記案内部の上面の方へ後退して形成された
パネル支持面を有する１対のフランジ部、 (c) 前記案内部の貫通面と前記フランジ部のパネ
ル支持面との間に形成され、当該案内部の横方
向に延びる平行な１対のナツト溝を具備し、前記ナツトボアの軸を通り前記ナツト溝に平行
な第１破断面上の自己ピアスナツトの第１面積
と、前記案内部分の上面と前記ナツトボアの軸と
の交点と前記ナツト溝の底壁の内側の隅部を通る
第２破断面上に自己ピアスナツトの第２面積を応
力係数で割つた値と、前記上面に直交し前記隅部
を通る第３破断面上の自己ピアシングナツトの第
３面積を前記応力係数で割つた値とを、自己ピア
スナツトの最大荷重を当該自己ピアスナツトの材
料強度で割つた値に実質的に等しく形成すること
によつて構成されている。

更に、第２の態様の自己ピアスナツトは、 (a) 平坦な上面と、この上面と平行でかつこれと
反対側に形成された平坦な貫通面と、前記上面
及び前記貫通面の中心を貫通してボルトが螺合
されるナツトボアとを有する長方形の案内部、 (b) 前記案内部の両端に形成され、前記貫通面よ
り当該案内部の前記上面の方に後退したパネル
支持面を有する１対のフランジ部、 (c) 前記案内部の貫通面と前記フランジ部のパネ
ル支持面との間に形成され、当該案内部の横方
向に延びる平行な１対のナツト溝 (d) 前記案内部の上面に前記ナツトボアに対して
対処にかつ前記ナツト溝に平行に形成された１
対のワイヤー溝を具備し、前記ナツトボアの軸を通り前記ナツト溝に平行
な第１破断面上の自己ピアスナツトの第１面積
と、前記案内部の上面と前記ナツトボアの軸との
交点と前記ナツト溝の底壁の内側の隅部を通る第
２破断面上に自己ピアスナツトの第２面積を応力
係数で割つた値と、前記上面に直交し前記隅部と
この隅部が形成されているナツト溝に対応する前
記ワイヤー溝とを通る第３破断面上の自己ピアシ
ングナツトの第３面積を前記応力係数で割つた値
とを、自己ピアスナツトの最大荷重を当該自己ピ
アスナツトの材料強度で割つた値に実質的に等し
く形成することによつて構成される。

ナツト溝は、両側壁が傾斜しており、これらの
下縁で貫通面とパネル支持面との間又はパネル支
持面に開口部が形成されると共に、この開口部の
幅よりも広い幅を有する底壁を有している。ま
た、底壁と側壁とはアール付きの隅部で接続され
ている。

この発明の課題は、数学的には、この発明の第
［１］第１の態様では、次式Ｔ＝Ａ／Ｌ−Ｄ及びＬ＝Ａ／〔｛AK（Ｐ−Ｇ＋ｇ）／2cos
α（AK＋πD²／8cosα）｝²−（Ｇ／２）²〕^1/2＋Ｅ＋
ｈ＋Ｄ但し、Ａは自己ピアスナツトの最大荷重を当該
自己ピアスナツトの材料強度で割つた値、Ｌは自己ピアスナツトの幅、Ｄは前記ナツトボアの直径、Ｇは前記ナツト溝の底壁の幅、ｇは前記ナツト溝の貫通面における開口部の
幅、Ｅは前記フランジ部のパネル支持面と前記ナツ
ト溝の底壁との間の距離、ｈは前記案内部の貫通面と前記フランジ部のパ
ネル支持面との間の距離、Ｋは応力係数、Ｔは前記案内部の厚さ、 αは前記案内部の上面と前記第２破断面との成
す角を実質力に補足すること、及び第２の態様では、［２］次式Ｔ＝Ａ／Ｌ−Ｄ及びＬ＝Ａ／〔｛AK（Ｐ−Ｇ＋ｇ）／2cos
α（AK＋πD²／8cosα）｝²−（Ｇ／２）²〕^1/2＋Ｅ＋
Ｆ＋ｈ＋Ｄ但し、Ａは自己ピアスナツトの最大荷重を当該
自己ピアスナツトの材料強度で割つた値、Ｌは自己ピアスナツトの幅、Ｄは前記ナツトボアの直径、Ｇは前記ナツト溝の底壁の幅、ｇは前記ナツト溝の貫通面における開口部の
幅、Ｅは前記フランジ部のパネル支持面と前記ナツ
ト溝の底壁との間の距離、Ｆは前記ワイヤー溝の深さ、ｈは前記案内部分の貫通面と前記フランジ部の
パネル支持面との間の距離、Ｋは応力係数、Ｔは前記案内部の厚さ、 αは前記案内部の上面と前記第２破断面との成
す角を実質的に充足することによつて達成される。

この発明の自己ピアスナツトは、予めナツト溝
を長手方向に形成しておいた圧延金属材を、ナツ
トボアの中心を通りかつナツト溝に平行な平面案
内部に亀裂が生じることがないようにナツトボア
の直径によつて定められた幅Ｌになるように切断
して形成するのが望ましい。また、案内部の厚さ
Ｔは、ナツト・パネル・アセンブリに使用される
場合の工業規格に基づく自己ピアスナツトの保証
荷重により決定される。

そして、以上の構成になるこの発明の自己ピア
スナツトは、破損や亀裂が生じる前に一般にはボ
ルト又はスタツドの方が先に破損してしまうもの
であり、かつ、亀裂や破断が生じ得る面が特定の
ものに限られることがない状態を維持しつつ、従
来に比して体積を軽減し、材料コストの低減を図
ることが出来る。

因みに、例えば、後述のように、自己ピアスナ
ツトの引抜き強度、押込み強度、ビーム強度及び
保証荷重を維持しながら材料ないしは材料コスト
を27％も減少させることが出来る。

次に、この発明の自己ピアスナツトの作用につ
いて述べると、この自己ピアスナツトは、ダイセ
ツト内でパンチとして用いられ、ダイセツトのダ
イボタン上に設置されたパネルをこのダイボタン
に対向した装着ヘツドによつて駆動されてパネル
を打抜き、次いで、パネルの打抜かれた孔の周縁
を変形させながらナツト溝内に押入させ、パネル
支持面でパネルに面一になつた状態でパネルに確
実にかつ永久的に固定接続される。この自己ピア
スナツトの典型的な使用例としては、他のパネル
等の構造体の自己ピアスナツトの整合するように
形成されたボアにボルト又はナツトを挿入し、こ
れをパネルに固定された自己ピアスナツトのナツ
トボアに螺合固定し、自己ピアスナツトが固定さ
れているパネルと一つの構造体を互いに面一に固
定するものがある。この際、ボルトの保証荷重が
フランジ部のパネル支持面を介してパネル及び構
造体に伝達さることになる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明
する。

第１図に示すように、パネルに面一に装着され
る自己ピアスナツト２０は、実質的に平坦な上面
２４と、これの反対側（即ち、下面）の矩形の貫
通面２８を有する案内部２６と、案内部２６の中
央を上面２４及び貫通部２８に直角に貫通するナ
ツトボア３０と、案内部２６の両側に形成されか
つ貫通面２８から実質的に平行に上面２４の方へ
離間したパネル支持面３４を有する一対のフラン
ジ部３２とを具備する。これらパネル支持面３４
も最も貫通面２８寄りの部分に、ないしは、パネ
ル支持面３４と貫通面２８との間に、後に詳述す
る互いに平行でナツトボア３０から当距離離間し
ながら貫通面２８を横切つて延びるナツト溝３８
が形成されている。

この自己ピアスナツト２０は、前記の公知の米
国特許に説明されているように、ダイセツト内で
消耗パンチとして機能するもので、先ず、案内部
２６の貫通面２８がパネルを貫通してこのパネル
からスラグを打抜き、次いで、パネルの打抜かれ
た貫通孔の縁部が変形されてナツト溝３８内に押
込まれて行き、パネルに固定装着される。

各ナツト溝３８は、対応のパネル支持面３４で
開口する開口部３９を有し、パネルの貫通孔の縁
部をしつかりと捕えて自己ピアスナツトをパネル
に固着するために、この開口部３９の幅ｇがノツ
ト溝の底壁４４の幅Ｇよりも小さく形成されてい
ることが望ましい。この場合、ナツト溝３８の両
溝側壁４０，４２がナツト溝３８の開口部３９か
ら底壁４４に向けて互いに離間するように傾斜し
ている。更に、ナツト溝３８の底壁４４と両溝側
壁４２，４４をＲ取りをした隅部４６で接続する
と、自己ピアスナツト２０のパネルへの接続中に
これらの隅部４６から亀裂が生じるのを防ぐこと
が出来る。

この発明の自己ピアスナツトは、従来のものと
同様に、ダイプレス内に設けられた装着装置よつ
てパネルなどの構造体に永久装着される。この装
着装置は、ダイプレスの一方のダイプラテンに設
けられ往復動プランジヤを備えた装着ヘツドと他
方のダイプラテンに設けられたダイボタンを有し
ている。自己ピアスナツト２０は初めに装着ヘツ
ド内に供給される。

パネルをダイボタン上の所定位置に設置し、往
復動プランジヤで自己ピアスナツト２０の上面を
押して、案内部２６の貫通面２８でパネルを打抜
く。パネルから打抜かれたスラグは、ダイボタン
によりこれに形成された四角形又は矩形の開口を
通して受けられる。他方、パネルの貫通孔の縁部
はダイボタンの折曲げリツプによつて変形されて
ナツト溝内に挿入されてこれらのナツト溝内に固
定的に係合し、自己ピアスナツト２０がパネルに
永久装着されることになる。

このようにして、ダイプレスが１ストロークす
る毎に、複数の自己ピアシングナツト２０を同時
にパネルに結合することが出来る。

自己ピアスナツトは鋼のような金属材を圧延加
工して製造されるが、この圧延加工された金属材
は、第１図に示すような、ナツト溝３８が形成さ
れた自己ピアスナツト２０の縦断面と同計の横断
面を有するナツトストリツプとして成形加工され
てもよい。又、自己ピアスナツト２０が、初めか
ら、第１図に示すようにフランジ部３２の端面が
が傾斜面５２を有するようにナツトストリツプの
段階で成形されることが望ましく、これによつて
ナツトストリツプの全重量を減少させることが出
来る。

このようにして形成したナツトストリツプを所
望の長さ（幅）に切断してナツトブランクを形成
し、これらにナツトボア３０を螺設して自己ピア
スナツト２０を製造する。

これら自己ピアスナツト２０を前記のようにま
とめて装着ヘツドへ供給してパネルへの接続を行
なつてもよいが、これとは別に、自己ピアスナツ
ト２０の上面２４の、ナツトボア３０の両側にナ
ツト溝３８に平行にワイヤ溝５０を形成し、もろ
い、即ち、切断し易いワイヤ５８（第４図）をこ
れらのワイヤ溝にナーリング又は他の公知の手段
によつて挿入して、自己ピアスナツト２０を所定
間隔で連接されるようにしてよい。後者の場合
は、装着ヘツドへの供給の際は、適宜、自己ピア
スナツト２０が、例えば、往復動プランジヤによ
つて、ワイヤから切断又は剪断されることにな
る。

第４図は、この発明の自己ピアスナツト２０を
構造体の固定に用いた典型的な例を示す。

自己ピアスナツト２０は、ダイボタンの折曲げ
リツプ（何れも図示しない）によつて、自己ピア
スナツト２の貫通面２８によつて明けられたパネ
ル６０の貫通孔に隣接する縁部６２が変形されな
がら、ナツト溝３８内に押入されて、自己ピアス
ナツト２０とパネル６０と確実な機械的結合が行
なわれる。

第１図においては、第４図の実施例に適合する
ように、自己ピアスナツト２０のパネル支持面３
４は、自己ピアスナツト２０がパネル６０に装着
された時に、パネル支持面３４とパネル６０の対
応面が面一に接触するように、実質的にパネル６
０の厚さに相当する距離又はこれより若干小さな
距離ｈだけ、自己ピアスナツト２０の案内部２６
の貫通面２８から自己ピアシングナツト２０の上
面２４の方に後退して形成されている。

第４図に示すように、貫通面２８はパネル６０
の下側の面と実質的に面一になつている。以上の
ようにして形成されたナツト・パネル・アセンブ
リを他のパネルのような構造体６４に取付けるこ
とが出来る。この場合、ワツシヤー６６を介して
ヘツド７０と雄ねじを螺刻したシヤンク７２から
成るボルト６８をナツトボア３０に螺合させるこ
とにより、パネル６０と構造体６４とが確実に結
合される。

第４図の場合、自己ピアスナツト２０又はナツ
ト・パネル・アセンブリにかかる荷重（これをビ
ーム荷重という）は、自己ピアスナツト２０のフ
ランジ部３２のパネル支持面３４を通してボルト
６８へ軸方向の荷重としてかかる。

所で、ナツト・パネル・アセンブリの強度ない
しは完全性をテストないしは決定するには、パネ
ルの貫通孔を通じてピアスナツトをパネルから引
抜く力を決める引張り試験や、パネルからピアス
ナツトを押出す力を決める押出し試験や、ビーム
荷重試験等がある。パネルは自己ピアスナツトの
フランジ部にしつかりと面一に接して結合状態が
完璧になつているので、ナツト・パネル・アセン
ブリは最小の引張り強さ及び押出し強さを持つて
いればよく、その強度決定にはビーム荷重試験が
重要である。

第３図にこのビーム荷重試験法を示す。自己ピ
アスナツト２０に螺合しているボルト６８（第４
図に示してあり、第３図では省略されている）に
荷重（ないしはトルク）Ｒ３が掛けられると、両
フランジ部３２に反力Ｒ１及びＲ２が作用する。
この結果、自己ピアスナツトは仮想線７４で示す
ように、この荷重で曲げられる。

この発明の自己ピアスナツト２０は、以下に説
明するように、第１図に示す１つの第１破断面Ｐ
１と２つの第２破断面Ｐ２と２つの第３破断面Ｐ
３の計５つの破断面で破損する可能性がある。

第１破断面Ｐ１は、ナツトボア３０の軸を含み
ナツト溝３８に平行で、上面２４とパネル支持面
３４に直交する面である。又、第２破断面Ｐ２
は、ナツト溝３８の内側の隅部４６と、ナツトボ
ア３０の軸との上面２４との交点を含む面で、上
面２４とは鋭角αで交差している。更に、第３破
断面Ｐ３は、自己ピアスナツト２０がワイヤ溝５
０を設けたものでない場合は、ナツト溝３８の内
側の隅部４６を含み上面２４に直角な面であり、
ワイヤ溝５０を有する場合は、ナツト溝３８の内
側の隅部４６とワイヤ溝５０の中心を通る面であ
る。２つの第２破断面Ｐ２及び２つの第３破断面
Ｐ３は、それぞれ、第１破断面Ｐ１に関して対称
になつている。

ナツト溝３６の深さ、即ちパネル支持面３４と
ナツト溝３８の底壁４４との間の距離Ｅと、パネ
ル支持面３４と貫通面２８との間の距離ｈは、自
己ピアスナツト２０が装着されるパネルの厚さと
の関係で定められる。又、ナツトボア３０の直径
はこれが形成される自己ピアスナツト２０によつ
て決められる。

所で、従来は、既に述べたように、例えば８mm
ボルト用の自己ピアスナツトのような自己ピアス
ナツトに亀裂を発見した場合は、自己ピアスナツ
トの厚さを大きくして補強する方法だけが取られ
ていた。従つて、従来は、自己ピアスナツトの長
さ、幅、ナツト溝の深さ、案内部の厚さなどの寸
法は、試行錯誤的に決定されていた。このため
に、所望の強度を維持しながら自己ピアスナツト
の容積を減らすことが出来なかつた。

しかる所、以下に説明するように、この発明に
よつて、自己ピアスナツトの強度ないしは完全性
を損うことなく、その容積、それに伴つて材料コ
ストを低減させることが出来るようになつた。

このことは、第１破断面Ｐ１における自己ピア
スナツト２０の幾何学的面積をＡ１（この幾何学
的面積を、便宜上、「ナツト面積A1」と呼ぶ）と
し、第２破断面Ｐ２と第３破断面Ｐ３との幾何学
的面積を、これらの破断面の関しては自己ピアス
ナツト２０をフイレツトバーと看做して内側の隅
部４６の曲率半径の関係である応力係数Ｋで割つ
た値A2及びA3（これらを、適宜受、それぞれ、
「ナツト断面積A2，A3」と呼ぶ）とすると、A1
＝A2＝A3＝Ａとし、かつ、このＡの値を、自己
ピアスナツト２０の最大荷重をこの自己ピアスナ
ツトの材料強度を割つた値と動しくすることによ
り、自己ピアスナツト２０の切断長、即ち、幅を
決定して達成される、ここで、Ｋについては、例
えば、標準的な機械設計の文献である、マグロウ
ヒル社のシグレイ（Shigley）著「機械設計」
（Machine Design）（1956年刊）の第36頁中の図
２−３２に示されている。

ナツト断面積Ａ１は次式の通りである。

A1＝（Ｌ−Ｄ）・Ｔ…… (1) ここで、第１図に示す通り、Ｌは自己ピアスナ
ツト２０の切断長さ（幅）、Ｄはナツトボア３０
の直径、Ｔは上面２４とパネル支持部、３４とで
規定される案内部２６の厚さである。

ナツト断面積Ａ２は次式で表される。

A2＝｛Ｌ（Y1）−π／ｚ・Ｙ・Ｄ／２｝１／Ｋ……
(2) ここで、Ｙ＝Ｄ／2cosα Y1＝Ｐ−Ｇ＋ｇ／2cosα ナツト断面積Ａ２のナツトボウ３０の部分は楕
円になつており、Ｙはこの楕円の長径の半分に等
しく、Ｙ１はナツト溝３８の内側に隅部４６と破
断面Ｐ２の上面２４との交線との間の距離に等し
い、又、Ｐは貫通面２８の幅、Ｇはナツト溝３８
の底壁４４の幅、ｇはナツト溝３８の開口の幅で
ある。更に、αは第２破断面Ｐ２と上面２４との
成す鋭角である。

ナツト断面積Ａ３は次式で表される。

A3＝（Ｔ−Ｅ−ｈ）・（Ｌ／Ｋ） (3) ここで、Ｅはパネル支持面３４と底壁４４との
間の距離、即ち、ナツト溝３８の深さであり、ｈ
はパネル支持面３４とパネル貫通面２８との間の
距離である。

式(1)乃至式(3)を等しい値Ａと置くことにより、Ｌ＝Ａ／〔｛AK（Ｐ−Ｇ＋ｇ）／2cos
α（AK＋πD²／8cosα）｝²−（Ｇ／２）²〕^1/2＋Ｅ＋
ｈ＋Ｄが得られる。

他方、ワイヤ溝５０を有する自己ピアスナツト
２０の場合は、 A3＝（a²＋b²）^1/2Ｌ／Ｋ (5) ここで、ａ＝Ｔ−（Ｅ＋Ｆ＋ｈ）、ｂ＝Ｇ／２であり、これらを式(5)に代入すれば、 A3＝〔｛Ｔ−（Ｅ＋Ｆ＋ｈ）｝²＋G₂／２］^1/2Ｌ／Ｋ(6
) この結果、Ｌ＝Ａ／〔｛AK（Ｐ−Ｇ＋ｇ）／2cos
α（AK＋πD²／8cosα）｝²−（Ｇ／２）²〕^1/2＋Ｅ＋
Ｆ＋ｈ＋Ｄ(7) 各フランジ部３２のパネル支持面３４は、自己
ピアスナツト２０がパネルから引抜かれるのを防
止する面積を有していなければならないが、その
ように形成されたパネル支持面３４の幅を第１図
にＣで示してある。そして、自己ピアスナツト２
０の長さＷはパネル貫通面２８の幅Ｐと、２つの
ナツト溝３８の幅の和２ｇと、２つのパネル支持
面３４の幅の和２Ｃとを合計したものである。

以上の通り、ナツト断面積Ａ１，Ａ２及びＡ３
を等しくすることによつて、特定の破断面に亀裂
が集中して生じるのが避けられることになり、か
つ、自己ピアスナツトをこれによつて決定された
切断長さ、即ち、幅にすることによつて、自己ピ
アスナツトの強度を必要最小限にすることが出
来、これによつて材料を節約出来る。又、材料を
節約しながら、自己ピアスナツト又はナツト・ハ
ネル・アセンブリのビーム荷重をボルトの保証荷
重以上にすることが出来、自己ピアスナツトやナ
ツト・パネル・アセンブリが破損する前にボルト
の方が破損してしまうようにするこが出来る。

当然のことながら、従来市販の自己ピアスナツ
トをこの発明に基づいて再設計すれば、強度のバ
ランスがとれかつ材料が節約されたものが得られ
ることになる。

第２図は、従来の自己ピアスナツトとこれを最
設計し第１図に示すこの発明に基づく自己ピアス
ナツトとしたものの寸法関係を示したもので、実
線はこの発明に係る自己ピアスナツトを示し、破
線は従来品を示す。明らかに、この発明の自己ピ
アスナツトは従来品よりも小さくなり、材料が節
約されていることが分る。

更に具体的には、この発明の譲受人の８mmボル
ト用自己ピアスナツトＨ−S22ハイストレス（Hi
−Stress）をこの発明に基づいて最設計した結
果、第１、第２、第３破断面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に
おける自己ピアスナツトのナツト断面積Ａ１，Ａ
２，Ａ３は、それぞれ、0.065平方インチ、0.054
平方インチ、0.048平方インチのものが得られた。

この例では、Ａ３が他の面積に比べて十分で無
く、他の面積に比してビーム荷重試験では良くな
いが、10426lbに耐え、自動車産業において８mm
ボルト用ピアスナツトに要求される最小保証荷重
である。8138lbを2000lbs以上上回るものであつ
た。従つて、標準偏差3δを適用して得られる約
9000lbの保証荷重に耐えられるＨ−S22自己ピア
スナツトを得ることが出来、そして、材料は従来
品よりも約27％減少された。

このような自己ピアスナツトの最小厚さＴ、ナ
ツトボアの直径Ｄ、パネル貫通面の幅Ｐなどは、
ナツト材料の強度とボルトの寸法及びそのねじピ
ツチによつて決められるものであり、又、自己ピ
アスナツト又はナツト・パネル・アセンブリのビ
ーム荷重は、前述のように、少なくともボルトの
保証強度に等しくされている。換言すれば、ナツ
ト断面積は、ナツト・パネル・アセンブリに付与
される最大ビーム荷重をナツト材料の強度で割つ
た値に等しくしなければならない。

ナツト材料の強度約1305001b／平方インチの
クラス9.8の８mmボルト用の圧延自己ピアスナツ
トの例をあげると、ナツト断面積Ａ１，Ａ１，Ａ
３は約0.041平行インチに再設計したものも材料
を約27％従来品より減少させることが出来た。

以上の通り、この発明の自己ピアスナツトは、
５つのナツト断面積を実質的に等しくすると共
に、自己ピアスナツト又はナツト・パネル・アセ
ンブリのナツト断面積の強度が自己ピアスナツト
に螺合されるボルトの最小保証荷重を超えるよう
にしたものであるから、自己ピアスナツトを最小
の最適体積を保持しつつ亀裂又は破損が特定の破
断面で生じることをなくし、かつ、材料及び材料
コストの低減が図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の自己ピアスナツトの一実施
例を示す斜視図、第２図は第１図の実施例とこれ
に対応する従来の自己ピアスナツトとの比較側面
図、第３図は第１図の自己ピアスナツトにビーム
荷重がどのようにかかるかを側面で示す図、第４
図は第１図の自己ピアスナツトを用いて形成され
たナツト・パネル・アセンブリの側面図、第５図
は第１図及び第３図の自己ピアスナツトの平面図
である。２０……自己ピアスナツト、２４……上面、２
６……案内部、２８パネル貫通部、３０……ナツ
トボア、３２……フランジ部、３４……パネル支
持面、３８……ナツト溝、３９……開口部、４４
……底壁、４６……隅部、５０……ワイヤ溝、６
０……パネル、６８……ボルト。

Claims

【特許請求の範囲】１ (a) 平坦な上面と、この上面と平行でかつこ
れと反対側に形成された平坦な貫通面と、前記
上面及び前記貫通面の中心を貫通してボルトが
螺合されるナツトボアとを有する長方形の案内
部、 (b) 前記案内部の両端に形成され、前記貫通面よ
り前記案内部の上面の方に後退して形成された
パネル支持面を有する１対のフランジ部、 (c) 前記案内部の貫通面と前記フランジ部のパネ
ル支持面との間に形成され、当該案内部の横方
向に延びる平行な１対のナツト溝を具備する自己ピアスナツトであつて、前記ナツトボアの軸を通り前記ナツト溝に平行
な第１破断面上の自己ピアスナツトの第１面積
と、前記案内部の上面と前記ナツトボアの軸との
交点と前記ナツト溝の底壁の内側の縁部を通る第
２破断面上の自己ピアスナツトの第２面積を応力
係数で割つた値と、前記上面に直交し前記縁部を
通る第３破断面上の自己ピアシングナツトの第３
面積を前記応力係数で割つた値とを、自己ピアス
ナツトの最大荷重を当該自己ピアスナツトの材料
強度で割つた値に実質的に等しく形成して構成さ
れた自己ピアスナツト。２次式Ｔ＝Ａ／Ｌ−Ｄ及びＬ＝Ａ／〔｛AK（Ｐ−Ｇ＋ｇ）／2cos
α（AK＋πD²／8cosα）｝²−（Ｇ／２）²〕^1/2＋Ｅ＋
ｈ＋Ｄ但し、Ａは自己ピアスナツトの最大荷重を当該
自己ピアスナツトの材料強度で割つた値、Ｌは自己ピアスナツトの幅、Ｄは前記ナツトボアの直径、Ｇは前記ナツト溝の底壁の幅、ｇは前記ナツト溝の貫通面における開口部の
幅、Ｅは前記フランジ部のパネル支持面と前記ナツ
ト溝の底壁との間の距離、ｈは前記案内部の貫通面と前記フランジ部のパ
ネル支持面との間の距離、Ｋは応力係数、Ｔは前記案内部の厚さ、 αは前記案内部の上面と前記第２破断面との成
す角を実質的に充足する特許請求の範囲第１項に記載
の自己ピアスナツト。３ (a) 平坦な上面と、この上面と平行でかつこ
れと反対側に形成された平坦な貫通面と、前記
上面及び前記貫通面の中心を貫通してボルトが
螺合されるナツトボアとを有する長方形の案内
部、 (b) 前記案内部の両端に形成され、前記貫通面よ
り前記案内部の前記上面の方に後退したパネル
支持面を有する１対のフランジ部、 (c) 前記案内部の貫通面と前記フランジ部のパネ
ル支持面との間に形成され、当該案内部の横方
向に延びる平行な１対のナツト溝 (d) 前記案内部の上面に前記ナツトボアに対して
対称にかつ前記ナツト溝に平行に形成された１
対のワイヤー溝を具備する自己ピアスナツトであつて、前記ナツトボアの軸を通り前記ナツト溝に平行
な第１破断面上の自己ピアスナツトの第１面積
と、前記案内部の上面と前記ナツトボアの軸との
交点と前記ナツト溝の底壁の内側の縁部を通る第
２破断面上の自己ピアスナツトの第２面積を応力
係数で割つた値と、前記上面に直交し前記縁部と
この縁部を有するナツト溝に対応する前記ワイヤ
ー溝とを通る第３破断面上の自己ピアシングナツ
トの第３面積を前記応力係数で割つた値とを、自
己ピアスナツトの最大荷重を当該自己ピアスナツ
トの材料強度で割つた値に実質的に等しく形成し
た自己ピアスナツト。４次式Ｔ＝Ａ／Ｌ−Ｄ及びＬ＝Ａ／〔｛AK（Ｐ−Ｇ＋ｇ）／2cos
α（AK＋πD²／8cosα）｝²−（Ｇ／２）²〕^1/2＋Ｅ＋
Ｆ＋ｈ＋Ｄ但し、Ａは自己ピアスナツトの最大荷重を当該
自己ピアスナツトの材料強度で割つた値、Ｌは自己ピアスナツトの幅、Ｄは前記ナツトボアの直径、Ｇは前記ナツト溝の底壁の幅、ｇは前記ナツト溝の貫通面における開口部の
幅、Ｅは前記フランジ部のパネル支持面と前記ナツ
ト溝の底壁との間の距離、Ｆは前記ワイヤー溝の深さ、ｈは前記案内部の貫通面と前記フランジ部のパ
ネル支持面との間の距離、Ｋは応力係数、Ｔは前記案内部の厚さ、 αは前記案内部の上面と前記第２断面との成す
角を実質的に充足する特許請求の範囲第３項に記載
の自己ピアスナツト。