JPH05200876A - 超音波挿入スタッド及びその締結方法 - Google Patents

超音波挿入スタッド及びその締結方法

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JPH05200876A
JPH05200876A JP4305051A JP30505192A JPH05200876A JP H05200876 A JPH05200876 A JP H05200876A JP 4305051 A JP4305051 A JP 4305051A JP 30505192 A JP30505192 A JP 30505192A JP H05200876 A JPH05200876 A JP H05200876A
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stud
strip
plastic material
ultrasonic
head portion
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David Goss
ゴス デーヴィッド
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Textron Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 材料の帯状片６２内に超音波を用いてスタッ
ド１０のヘッド部１４を挿入して埋め込む方法及びその
構造を持つスタッドを提供する。 【構成】 プラスチック材の帯状片６２内へ超音波を用
いて挿入されるスタッド１０は、その一端にヘッド部１
４とその他端にワーク係合部１２とを有する軸部１６を
備え、そのヘッド部１４は帯状片６２内へ超音波を用い
て挿入可能であり、そのワーク係合部１２はワークピー
スの孔内に挿入可能である。そのヘッド部１４には、プ
ラスチック材の帯状片 ６２内にそのヘッド部１４を挿
入するレベルの位置にストッパー部２４が設けられ、そ
のストッパー部２４の上方のヘッド部１４に引き抜き力
に抗する部分３２があり、その部分３２とストッパー部
２４との間におけるヘッド部１４にねじり力に抗する部
分２６があり、その部分３２の上方のヘッド部１４にエ
ネルギー指向用の突起３６がある。また、プラスチック
材の帯状片６２内へ超音波を用いてスタッド１０を挿入
する方法も開発された。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、プラスチック製の帯
状片または部材の中に超音波を使って挿入可能な特殊構
造のスタッドに関し、そして、そのような板材または部
材の中に超音波を用いて物品を挿入する独特で新規な方
法に関し、特に、本発明は、多数のスタッドによって構
成される予め形成された形状を得るために、超音波を使
用して材料の帯状片内に挿入可能な、独特の形状の頭部
をもったスタッドに関し、そして、帯状片または部材の
中にそれらのスタッドを超音波を使用して挿入する新規
な方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラスチック製の帯状片にスタッドを挿
入し、埋め込む技術が公知であり、例えば、マードック
等(Murdock wt al.)に付与されたアメリカ特許第２，８
６０，０８２号には、保護体または保護片に多数のスタ
ッドを埋め込む方法の一つが開示され、そして、この方
法は、スタッドを挿入する予め成形された帯状片と、ス
タッドを帯状片中にシールし固定するために使用される
基板と膠状の結合とを必要とする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この方法を使用して
も、帯状片中のスタッドの形状を容易に変更することが
出来ないので、ある意味で魅力的な方法であるとは言え
ず、スタッドの形状を変更するには、完全に新規な帯状
片を製作することが必要であり、金型変更等に多大なコ
ストを要する。また、基板及び膠状結合の使用は、汚れ
易いばかりでなく、コストのかかる作業となる。さら
に、多くの工程及び多くの部材を要するので、前記のマ
ードックの方法は、時間及び労力のかかる方法であり、
従ってさらにコストを増大させるもととなっている。
【０００４】また、スタッドを帯状片に挿入し、封入す
るこれに代わる種々の方法が、使用可能であり、これら
の方法のいくつかは、イーグナー(Egner) に付与された
アメリカ意匠登録第２９４，６７６号及びライダー(Ryd
er) に付与されたアメリカ特許第４，７５３，５６０号
に描かれ、開示されたものに似た構造を形成する。これ
らの方法の多くは、スタッドの回りにプラスチック材料
を射出成形またはインサート成形する技術を用いるもの
であって、非常に高価な機械加工を要するため、非常に
高価なものとなっており、それらのいくつかは、上記と
同様な欠点を有し、例えば、帯状片中のスタッドの形状
を変更するには、新規なモールドを加工する必要があ
り、従って再加工コストが嵩むものとなっている。
【０００５】本発明によるスタッドを帯状片中に挿入す
る改良された方法は、超音波溶接技術を利用する。一般
に、超音波溶接は、帯状片を構成する材料を超音波エネ
ルギーによって励起し、溶融点に向かさせる処理であ
る。溶融されまたは変形された材料は、自然に生じる力
または負荷される力の影響下において、挿入されるべき
スタッドの周囲で流動して、これと結合する。超音波エ
ネルギーが取り除かれると、材料の温度が融点以下に硬
化して、材料は固相に戻り、スタッドを帯状片中に緊密
に保持する。
【０００６】しかしながら、従来技術による超音波溶接
の使用には欠点があり、ある種の用途における有用性を
損なうものとなっている。特に、従来の超音波溶接を使
用する方法は、スタッドを収容するのに十分な大きさの
孔またはその他の開口を、プラスチック製帯状片または
部材に予め形成しておくことを必要とする。いくつかの
方法は、予め形成された孔にインサートを付加し、孔の
周壁に超音波溶接することを必要とする。スタッドは、
このインサートの溶接後において、この予め形成された
孔に挿入される。この孔を予め形成する工程に関して、
これらの方法は、多くの時間と労力を要し、その結果コ
ストがかかり、しかも、インサートの付加を要するた
め、コストがさらに増加する。
【０００７】本発明によるスタッド、及び超音波により
物品を帯状片または部材の中に挿入する方法は、従来技
術における多くの欠点を解消する。
【０００８】そこで、本発明の一般的な目的は、独特の
方法により材料の帯状片内に超音波を用いて挿入され、
埋め込まれる独特の構造を持つスタッドを提供すること
にある。
【０００９】本発明のより特定された目的は、プラスチ
ック製の比較的薄い部材または帯状片内に超音波を用い
て植設される特別な構造のネジ付きスタッドを提供する
ことにある。
【００１０】さらに、本発明の目的は、帯状片の孔をあ
らかじめ形成することを要しない材料の帯状片内に超音
波を使ってスタッドを挿入する方法を提供することであ
る。
【００１１】本発明のもう一つの目的は、材料の特別な
最小厚さを必要としない、帯状片内に超音波を用いて挿
入することが出来るスタッド及び方法を提供することに
ある。
【００１２】本発明の、さらにもう一つの目的は、スタ
ッド及びナットの双方に使われる帯状片内に超音波を使
って物品を挿入する方法を提供することにある。
【００１３】本発明のもう一つの目的は、現在入手可能
なスタッドに比べて製造工程を簡素化することが出来る
帯状片内に超音波を使用して挿入されるスタッドを提供
することにある。
【００１４】さらに、本発明のもう一つの目的は、イン
サート成形を要しない帯状片内にスタッドを挿入する方
法を提供することにある。
【００１５】さらに、本発明の目的は、多数の形状を形
成するために帯状片内に超音波により挿入されるスタッ
ドを提供することである。
【００１６】また、本発明のもう一つの目的は、帯状片
内への超音波を用いた挿入のためのマルチロブラ形状の
頭部を持つスタッドを提供することにある。
【００１７】またさらに、本発明の目的は、埋め込まれ
るヘッド部の高さよりも薄いプラスチック製帯状片内に
使用することが出来る帯状片内に超音波を使用したスタ
ッドの挿入方法を提供することにある。
【００１８】本発明のさらにもう一つの目的は、予め成
形された複数のスタッドによって特定の形状を構成する
方法を提供することにある。
【００１９】本発明のもう一つの目的は、挿入レベルに
関して積極的なストップ位置を備えた帯状片内に超音波
により挿入されるスタッドを提供することにある。
【００２０】さらに、本発明の目的は、変形された帯状
片の材料の流動を方向付ける手段を有する帯状片内に超
音波を用いて挿入されるスタッドを提供することにあ
る。
【００２１】またさらに、本発明の目的は、帯状片中の
スタッドのスペースの変更を簡単にした帯状片中に超音
波を用いてスタッドを挿入し、埋め込む方法を提供する
ことにある。
【００２２】また、本発明のもう一つの目的は、材料の
帯状片内に超音波により物品を挿入する独特の方法を提
供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明によって構成され
るスタッドは、材料の帯状片内に超音波を使って挿入す
るために、通常、ヘッド部と、その反対側端部の嵌入部
とを有する軸部によっって構成され、前記ヘッド部は、
超音波を用いて帯状片内に挿入可能であり、前記嵌入部
はワークピースの孔に挿入可能である。前記ヘッド部
は、前記帯状片内へのヘッド部の挿入レベル位置を規定
するストッパー手段を有している。引き抜き抵抗を生ず
る手段は、ねじり抵抗を生ずる手段であるヘッド部に配
置される。突起または主部は、前記引き抜き抵抗を生ず
る手段の上方の前記ヘッド部にエネルギー指向手段とし
て使用され、プラスチック材を使ったヘッド部への埋め
込みを容易とする。この突起または主部は、円錐形状で
あることが望ましい。
【００２４】本発明の技術によって、スタッドを材料の
帯状片内に超音波を用いて挿入する方法は、通常、帯状
片の一側に衝合する超音波ホーンを設け、スタッドのヘ
ッド部を前記帯状材の他側に超音波ホーンに整列した状
態で衝合させる段階を含む。前記超音波ホーンが励起さ
れると、それによって、突起または主部を有するヘッド
部の近傍の帯状片の材料に変形が生じ、次いで、超音波
ホーンがスタッドに向かって変位すると、帯状片の変形
される部分がヘッド部の周囲に生じる。前記帯状片は、
これによって主部の下側のスタッドのヘッド部の突子と
係合する。この超音波ホーンは、プラスチック材料を融
点に昇温させるばかりではなく、設定された形状の突起
を帯状片材料に形成するモールドとして機能する。超音
波ホーンは、帯状片または部材によってヘッド部が密封
されるまで、スタッドに向かって移動する。本発明方法
は、プラスチック材料の帯状片内に他の形式の物品を超
音波を使って挿入するために使用することも可能であ
る。
【００２５】本発明の構成及び作用の要領は、上記以外
の目的及び効果とともに、添付図面を参照する以下の説
明から理解されるものとなろう。なお、図において、同
一の参照符号は同一の要素を示すものである。
【００２６】
【実施例】本発明は、種々の態様の実施例で示すことが
可能であるが、特定の実施例に関して、図示し、説明す
る。なお、以下の説明は本発明の原理を説明するための
ものであって、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
【００２７】以下に説明するスタッドは、帯状片に対す
る超音波による挿入に特に適合するものであるが、この
スタッドは、他の用途にも使用可能である。また、超音
波による挿入方法は、帯状片内へのスタッドの挿入に関
して以下に説明するが、本発明の方法は、スタッド以外
の物品を帯状片以外のものに超音波を用いて挿入する場
合にも使用可能である。本発明の範囲は、他のすべての
変形、変更をも包含するものである。
【００２８】まず図１について説明すれば、一連の本発
明によるスタッド１０が、プラスチック製帯状片または
部材６２に埋め込まれまたは固定されている。図５を参
照しながら、本明細書においてスタッド１０を代表例と
して説明する係止具またはインサートの構造について説
明すれば、スタッド１０は、主部または軸部１６の両端
にワーク係合部１２とヘッド部１４があり、その軸部１
６は実質的に円筒形に形成され、ワーク係合部１２とヘ
ッド部１４との間に介在する。スタッド１０は、強度を
確保するために、鋼等の硬質かつ、高強度の材料で形成
されている。
【００２９】図示の実施例において、軸部１６は、その
外周にネジ部１８が形成されており、スタッド１０の用
途に応じた形状とされる。なお、要望により、内ネジを
形成した部分を設けることも可能である。好ましい構成
において、ネジ部１８はワーク係合部１２より幾分離間
した位置に終端を持つように形成されることが望まし
い。
【００３０】ネジ部１８の終端とワーク係合部１２との
間の部分には、複数の突出部または突条２０が設けら
れ、この考案は、ネジ部１８にナットが締結される際に
スタッド１０に付加されるねじり力に対する抵抗として
作用する。突条２０の特定の形状は、一般にＴＯＲＸ
（トルクス：登録商標）と呼ばれる形状であり、出願人
が所有するレイランド(Reiland) に付与されたアメリカ
特許第３，５８４，６６７号に開示された形状である。
このアメリカ特許の開示内容は、本明細書の開示の一部
として援用する。ネジ部１８の終端部とワーク係合部１
２との間の部分は、従って、マルチロブラ形軸部２２を
構成する。
【００３１】ヘッド部１４は、複数の要素または特徴を
有し、特に、好ましくは、複数の突出部または突条２８
によりねじり力に抗するマルチロブラ形状形成手段２６
と、リップ３０を含む先端部、保持溝３４により引き抜
き力に抗する手段３２によって構成され、さらに、主部
３６及びストッパー部２４を有し、主部３６は、図示の
好適実施例で示すように、円錐形状、半球条、または他
の形状に形成される。これらの要素は、軸部１６から延
長形成されたヘッド部１４に上記の順序で配置される。
しかしながら、スタッド１０の用途に応じて他の順序で
配置することも可能である。
【００３２】ストッパー部２４は、以下の説明から明か
なように、その機能を取付具６４（図７以下参照）によ
って行うことが出来るので、スタッド１０に付いては不
要な要素である。しかしながら、ストッパー部２４によ
って、スタッド１０を使用するワークピースの大きな面
積部分にクランプ負荷を分散することが出来ように有効
接合面を拡大することが可能となる。この結果、ワーク
ピースの応力による破損の発生頻度を減少することが可
能となる。また、大きな接合面によって、クランプ性能
を低下させることなくより大きな間隙孔またはより大き
なアライメント誤差を許容することが可能となる。さら
に、大きな接合面によって、摩擦力によって締結力のよ
り多くの部分がスタッド１０とワークピースに吸収され
るので、帯状片６２への締結力の伝達を阻止することが
可能となる。この特徴は、図１３に示す本発明の実施例
においては特に重要である。
【００３３】ストッパー部２４は、突条２８間に延長さ
れるウエブ部材として形成され、底面３８及び上面４０
とを有している。図５及び図６に示すように、軸部１６
はストッパー部２４の底面３８においてヘッド部１４と
結合されている。従って、ストッパー部２４は、ヘッド
部１４と軸部１６の境界を構成する。ストッパー部２４
は、好ましくは、実質的に平坦な円盤状に形成され、ヘ
ッド部１４の最も大きな径を規定する。しかしながら、
ストッパー部２４は、例えば六角形等の種々の形状に形
成することが可能である。ストッパー部２４は軸部１６
の外周面より放射方向外側に延長されており、その底面
３８は滑らかで、平坦となっている。なお、ストッパー
部の底面を滑らかな平坦面とすることは、必須ではな
い。ストッパー部２４の上面４０はねじり抵抗を発生す
る手段２６に係合し、これを支持する。
【００３４】図３及び図６で示すように、突条２８は、
ねじり抵抗を発生する手段２６で構成され、ストッパー
部２４の上面４０上に突設され、実質上、その上面４０
の全径に沿って設けられている。しかしながら、これら
突条２８は、連続する突条２８間に空隙４２を有する構
造となっているので、上面４０の全体を覆わない構成と
なっており、上面４０をウエブ４４として露出させる。
ウエブ４４とねじり抵抗を発生する手段２６の機能は、
以下の説明から明かである。
【００３５】突条２８は、ストッパー部２４の上面４０
に実質的に直角に上方に突出している。突条２８の好適
な形状は、一般にＴＯＲＸ形状（登録商標）と呼ばれる
形状であり、実質的にマルチロブラ形軸部２２の突条２
０の好適な形状と同様の形状に形成されている。以下に
さらに詳述するように、突条２８は、空隙４２ととも
に、プラスチック材料が流入してインターロックを形成
して、ねじり抵抗を生成する手段２６を形成する。
【００３６】各突条２８は、実質的に平坦な上面４６を
有し、その上面４６が連続して構成されている。しかし
ながら、その上面４６は、凸面または凹面または他のい
かなる所望の形状とすることも出来る。リップ３０は、
上面４６から垂直に設けられ、かつ、上向きに延長さ
れ、対向する突条２８の端部によって規定される直径よ
りも小さい直径の外周を持つ実質的に円形の形状に形成
されている。なお、リップ３０は、スタッドの機能的な
要素ではなく、望むならばこれを除くことが出来るもの
である。
【００３７】さらに、各突条２８は、これらに連関する
エネルギー指向手段４８を有し、このエネルギー指向手
段４８は、突条２８の外端からリップ３０に向かって上
面４６に沿って延び、各上面から各突条２８に沿って上
向きに突出して、超音波エネルギーを集中させることが
でき、それによって、急速に熱を生成することができ、
超音波を使用した挿入方法に関する説明に関連して説明
するように、変形される帯状片材料の流動経路に指向性
を与えるように機能する変形材料指向手段を構成する。
【００３８】突起５０は、リップ３０からこれと同心円
状に所定の高さ隆起し、その直径は、リップ３０の直径
よりも小さく形成され、実質的に円筒形状となってい
る。突起５０の、リップ３０に接続された端部と反対側
の端部は、実質的に円錐形状の主部３６を支持してい
る。突起５０は、また環状溝３４を有している。
【００３９】主部３６は、突起５０及びヘッド部１４を
構成する他の要素と同心円状に配置され、底面５２と、
エッヂ部５４及び頂点５８で終端する傾斜部５６とで構
成される。
【００４０】この構成において、リップ３０及び底面５
２は、保持溝３４による引き抜き力に抗する防止手段３
２を形成し、リップ３０によって規定される直径から突
起５０の外側面まで延びている。溝３４は、リップ３０
と底面５２との間における突起５０の長さに沿って延び
ている。
【００４１】エッヂ部５４は、好適実施例においては、
底面５２から、この底面に対して実質的に直角に延びて
いる。しかしながら、エッヂ部５４は半径方向に延長す
ることも可能である。傾斜部５６は、底面５２から上方
にエッヂ部５４によって規定される所定距離離間して配
置される。従って、エッヂ部５４は傾斜部５６を底面５
２に連結している。傾斜部５６は、エッヂ部５４からス
タッド１０の長手方向中心線６０に向かって上向きに傾
斜し、頂点５８に終端を有している。頂点５８は、以下
に説明するように、もう一つのエネルギー指向手段とし
て機能する。なお、エネルギー指向手段４８の形状は、
その機能性においては重要ではない。しかしながら、エ
ネルギー指向手段４８は、突条２８及び主部で構成する
支持構造の面積に比べて小さい面積の初期接合点を有し
ていることを要する。
【００４２】上記に説明した構造のスタッド１０は、特
に材料の帯状片内への超音波による挿入に適応してい
る。エネルギー指向手段４８は、超音波振動を集束させ
る機能を有し、これによって、帯状片の材料に変形が生
じるとともに、変形される材料に指向性を与え、これを
ウエブ４４の上方の空隙４２及び傾斜部５６の周囲さら
に保持溝３４に案内して、スタッド１０のヘッド部１４
を帯状片内に埋め込む。さらに、スタッド１０の構造
は、従来のものに比べて単純化され、より安価に製造可
能なものとなっている。例えば、スタッド１０の特定の
要素には、単一の螺溝をロール形成することのみが必要
となる。
【００４３】なお、ヘッド部１４は、４つの基本要素、
即ちストッパー部２４、ねじり抵抗発生手段２６、引き
抜き防止手段３２及びエネルギー指向手段４８で構成さ
れる。なお、ヘッド部１４の構造は、これらの要素の配
列の特定の順序を考慮して説明したが、これらの要素の
配設順序は、本発明の範囲を逸脱することなく他の配列
順序に変更可能である。
【００４４】上述したスタッド１０の構造を用いて、超
音波を用いて帯状片６２内にスタッド１０を挿入する方
法を以下に説明する。なお、この方法は、他の物品を材
料の異なる形状の部材に挿入する場合にも使用可能であ
る。また、スタッド１０の特定の構造及び形状による機
能的な利点は、本発明の方法の説明から明らかとなろ
う。
【００４５】超音波を用いてスタッド１０を帯状片６２
内に挿入する方法は、図７乃至図１２の一連の図を用い
て説明する。まず、図７で示すように、本発明の方法に
は、４つの主要な構成部材、即ち、孔６６を有する取付
具６４と、スタッド１０と、帯状片６２と、ほぼ成形す
る形状に形成された超音波ホーン６８とが使用される。
孔６６は、スタッド１０の軸部１６を挿通するのに十分
な直径で形成され、取付具６４は、また、孔６６を中心
とした逃げ溝７０を有し、逃げ溝７０は、ヘッド部１４
の最大径を収容することが出来る直径で形成される。
【００４６】帯状片６２は、プラスチック等の変形可能
な材料で形成され、所定の融点を有している。本発明
は、従来技術とは異なり、帯状片６２の厚さに関して特
定の最小厚を必要としないので、帯状片６２はいかなる
適当な厚さとすることも、いかなる所望の形状とするこ
とも可能であり、また、スタッドは、いかなる所望形状
の帯状片６２にも超音波を用いて挿入することができ
る。いくつかの用途において、帯状片６２は、押し出し
成形機から直接供給される。なお、帯状片を押し出し成
形機から直接供給することは、本発明において必須なも
のではない。
【００４７】超音波ホーン６８は、図示を明瞭にするた
めに省略されている駆動源と音響的に接続され、その構
造及び動作は、超音波音響振動に関連する従来技術にお
いて周知であり、実質的に円弧状凹面形状の開口と、キ
ャビティまたは溝７４とを、駆動源に接続された端部と
逆側の端部に有し、超音波振動を円筒状に側部部材７６
に伝達するように構成される。
【００４８】開口７４によって規定される容積は、帯状
片６２内へのスタッド１０のヘッド部１４の挿入によっ
て変形された材料が変位する体積と等しく、開口７４
は、その周縁から超音波ホーン６８の外周に延びる側部
部材７６によってその輪郭が規定される。
【００４９】なお、側部部材７６は、実質的に平坦な形
状として示されているが、帯状片６２の流出を制御する
ために、突条またはノッチを形成することも可能であ
る。上記から明かなように、開口７４は、帯状片６２内
にスタッド１０のヘッド部１４を挿入、埋設を助ける特
定の形状とされ、従って、主部３６を収容するのに十分
な寸法となっている。
【００５０】超音波によりスタッド１０または他の物品
を帯状片６２または他の形状の材料の中に挿入するため
に、スタッド１０の軸部１６は、取付具６４の孔６６に
挿入され、軸部１６が孔６６内に適正に挿入されると、
ヘッド部１４の底面３８は取付具６４の逃げ溝７０内に
着座してこれに支持される。この要領によって、取付具
６４は、孔６６内でスタッド１０を離脱可能に保持し
て、スタッド１０が負荷される下向きの力に抗すること
が出来るようにする。スタッド１０のヘッド部１４は、
図７で示すように取付具から露出された状態で保持され
る。
【００５１】超音波による挿入が開始されると、スタッ
ド１０は、孔６６内に配置され、超音波ホーン６８が、
ヘッド部１４の上方に所定の距離で配置される。帯状片
６２またはその部分は、ヘッド部１４と超音波ホーン６
８の間に配置される。超音波ホーン６８は、開口または
キャビティ７４が帯状片６２及びヘッド部１４に対向す
るような向きとされる。
【００５２】図８で示すように、方法が継続され、超音
波ホーン６８が取付具６４に向かって下向きに移動し
て、超音波ホーン６８の側部部材７６が帯状片６２に対
向して、その一側に衝合し、更に、帯状片６２がヘッド
部１４の主部３６の頂部に衝合するまで下降動作を継続
する。この時点またはこの直前に、駆動源が起動され、
超音波ホーン６８に沿って側部部材７６に向かう超音波
振動が生成され、側部部材７６が帯状片６２に衝合して
いるので、超音波振動によって帯状片６２を形成してい
る材料が軟化または溶融する。
【００５３】主部３６の頂部５８によって形成されたエ
ネルギー指向手段は、超音波振動を頂部５８に衝合して
いる帯状片６２の部分に集中させ、この方法によって、
これに対向する帯状片６２の部分が急速に加熱し、しか
して、帯状片６２の当該部分の材料の温度が、他の部分
よりも早く材料の融点に達する。
【００５４】帯状片の部分が変形し、主部３６の頂部５
８及び傾斜部５６におけるエネルギー指向手段が、変形
される主部３６の周囲の材料を保持溝３４及び突条２８
に向かって下向きに方向付けられ、変形される材料が流
動するとき、超音波ホーン６８はさらに下向きに移動し
て、変形される材料の流動の方向付け及び図９で示すよ
うに、帯状片６２の部分の突条２８の上面４６への接合
を助ける。
【００５５】帯状片６２が上面４６に接合すると、図１
０で示すように、この帯状片は各突条２８のエネルギー
指向手段４８にも当接し、このエネルギー指向手段４８
は、頂部５８のエネルギー指向手段と実質的に同様に機
能して、超音波振動に方向性を与えて集中させることに
より急速に熱が生成される。このエネルギー指向手段４
８の機能によって、それらに当接している帯状片６２の
部分が変形する。エネルギー指向手段４８は、流動通路
を形成して、帯状片６２の変形される材料を保持溝３４
及び隣接する突条２８の間の空隙４２に向ける。
【００５６】図１１で示すように、超音波ホーン６８
は、帯状片６２が取付具６４の面７２に当接するまで、
さらに下向きに移動する。帯状片６２の変形される材料
は、ヘッド部１４の周囲で、突起５０の外側面から主部
３６のエッヂ部５４までの保持溝３４が実質的に埋まる
まで、さらに隣接する突条２８の間の空隙がウエブ４４
から突条２８の上面４６まで埋まるまで流動する。スト
ッパー部２４は、変形される材料の流動を阻止し、制限
する。
【００５７】かくして、スタッド１０のヘッド部１４
は、帯状片６２内に超音波を用いて挿入、埋め込みさ
れ、実質的に密封される。超音波ホーン６８の開口また
はキャビティ７４も、帯状片の変形される材料の流動を
方向付けるように機能する。開口７４は、変形される材
料がその内部を満たすように流動を促進し、帯状片６２
の一側より実質的に凸状に突出したくぼみ７８を形成す
る（図１１以下参照）。くぼみ７８は、スタッド１０の
ヘッド部１４を効果的に被覆し、緩衝する。ここで重要
なことは、ヘッド部１４が、比較的薄い帯状片６２に埋
め込まれていること、即ち、帯状片の厚さがヘッド部１
４の高さに対して大幅に薄くなっていることである。さ
らに、キャビティ７４は、ヘッド部１４を密封するため
にキャビティ７４の形状に対応した所定の形状のくぼみ
７８を帯状片の材料に形成するモールドまたは型として
機能する。
【００５８】ヘッド部１４が完全に密封され、くぼみ７
８が適切に形成されると、超音波振動の発生源への電源
供給が遮断され、超音波ホーン６８が、図１２で示すよ
うに、後退する。帯状片６２の材料は急速に冷却され、
超音波によって挿入されたスタッド１０を緊密に保持す
る。スタッド１０の軸部１６は、帯状片に固定され、取
付具６４の孔６６から離脱可能となる。ヘッド部１４の
みが密封される。ストッパー部２４は、図２で示すよう
に、プラスチック材料がそれを越えて流動するのを阻止
する。これにより、変形される材料が、軸部１６のネジ
に影響を与えることが防止される。
【００５９】この超音波を用いた挿入方法は、必要とさ
れる頻度で、帯状片６２の所望の位置で反復して行うこ
とが可能であり、図１で示す製品または他の形状のスタ
ッド及びプラスチック製帯状片または部材を形成するこ
とが出来る。帯状片６２は、この状態で、所望の形状に
切断することが出来る。
【００６０】図１３で示す本発明の他の実施例におい
て、帯状片６２は、スタッド１０または他の物品を超音
波を用いて挿入する以前に、あらかじめ単位片８０に切
断され、その単位片８０は、上述したように、適切な超
音波による挿入を可能にするための十分な寸法で形成さ
れる。しかしながら、超音波による挿入を行う前に、薄
い可撓性プラスチック材料等で形成された薄い可撓性の
部材８２が、単位片８０とスタッド１０の主部３６の頂
部５８の間に配置される。可撓性部材８２は、スタッド
１０のネジ部の直径よりも薄いものとすることが出来
る。しかしながら、発明の範囲を逸脱することなく、単
位片８０を可撓性部材８２と頂部５８の間に配設するこ
とも可能である。
【００６１】超音波を使用した挿入方法は、上述の要領
で行われるが、スタッド１０は、単位片８０のみに挿入
されるのではなく、可撓性部材８２と単位片８０の双方
に挿入される。その結果、二層の挿入構造が得られる。
同様の挿入方法は、他のスタッド１０を用いて、単位片
８０の反対側の端部でも行われる。かくして、上述した
ように超音波により挿入された２つのスタッド１０は、
比較的厚く、強靱な単位片によってしっかりと保持さ
れ、可撓性部材８２によって相互に接続される。なお、
スタッド１０または他の物品が挿入される材料が十分に
厚いかまたは硬い場合には、無簿身は、材料の超音波に
よる変形を容易ならしめるためにエネルギー指向手段４
８が材料に当接する一点にくぼみが形成される。
【００６２】連続したスタッド１０を連結する最初に説
明した実施例の帯状片６２は、単位片８０と同様に比較
的厚い構造となっており、容易に可撓性を付与すること
は出来ない。これと反対に、可撓性部材８２に連結され
た第二実施例による連続したスタッド１０は、可撓性部
材８２を介して連結される。各実施例は、それぞれ異な
る用途において特に有用である。例えば、第一実施例
は、スタッド１０の一定した位置的精度を要する用途に
使用して、作業者が、一つのスタッド１０のみを整列さ
せることによってワークピースの対応する孔に各スタッ
ドを整列させることを可能とすることが望ましい。第二
実施例は、ワークピースにおけるスタッド挿入孔の位置
が一定の正確な位置にないような用途に使用することが
望ましく、可撓性部材８２によって、整列不良の誤差が
許容される。
【００６３】帯状片６２または単位片８０内へのスタッ
ド１０のヘッド部１４の特別な密封構造が図３及び図４
に示され、引き抜きを防止する手段３２の最終的な構造
は、図３に示されている。帯状片６２の材料は、ヘッド
部１４を完全に密封している。変形される材料は、エネ
ルギー指向手段４８と傾斜部５６によって流動方向を規
制され、保持溝３４に導かれ、その保護溝の全体を満た
す。しかして、帯状片は、主部３６の下側に効果的に延
びる。帯状片６２からヘッド部１４を引き抜くように作
用する適切に方向付けられた力がスタッドに付加された
場合、その力は主部３６の底面５２に作用する。底面５
２及びその下側に配設された帯状片６２の部分の間の抵
抗は、引き抜き力の作用に対向し、スタッド１０を帯状
片６２内に緊密に保持する。
【００６４】ねじり抵抗発生手段２６の最終形状は図４
に示されている。帯状片の変形される材料は、ウエブ４
４と突条２８の上面４６との間の空隙４２に向けられ、
この空隙内に導かれ、空隙全体に充填される。帯状片６
２は、各空隙内に効果的に延びる。
【００６５】帯状片６２内のスタッド１０に対して回転
方向に作用するねじり力がスタッド１０に負荷される
と、突条２８と空隙４２に充填された帯状片の部分の接
合面は、ヘッド部１４の帯状片６２内における回転を規
制して、スタッド１０の回転が防止される。ねじり抵抗
発生手段２６は、超音波を用いて挿入されたスタッド１
０をワークピースの適当な孔に挿入した後、作業者がナ
ットまたは他の締結具をスタッド１０の回転を防止する
ためにヘッド部１４を保持することなく締結出来るもの
とする。
【００６６】本発明の更にもう一つの実施例は、図１４
に示されている。本実施例においては、帯状片６２中に
ナット８４が、上記と同じ方法で挿入され、そのナット
８４は、多面体形状の外周部８６を有し、その各側部
は、スタッド１０の突条２８と実質的に同じ機能、すな
わち、ねじり抵抗発生手段２６を形成する。ナット８４
は、内周面に螺条８８を有し、その螺条にスタッド１０
または他の係止具が螺合、挿入される。本実施例によっ
て、作業者が、単一のナットをワークピースの適当な孔
に整列させることによって、複数のナットのすべてを孔
に整列させることが出来るものとして、作業者の手を自
由にして孔を介してスタッド１０をナット８４に挿入す
ることを容易にする。
【００６７】
【発明の効果】本発明の本実施例は、種々の用途におい
て特に有用である。これらの実施例は、自動車の大量生
産において広く使用される。本発明は、更に、耐候性ス
タッド及びナットの製造に有用である。さらに、本発明
は、金属製スタッドのヘッド部が床面に接触することが
望ましくないレベリング装置としての使用が特に好まし
く、密封されたヘッド部１４を有するスタッド１０を提
供することを可能ならしめる。さらに、ねじり抵抗発生
手段２６に関して、上記に説明したように、帯状片６２
の部分が、ヘッド部１４の空隙４２内に配置され、これ
は、スタッド１０が、帯状片６２内に超音波を用いて挿
入されるばかりではなく、超音波によって帯状片６２に
植設されることを意味する。これらの特徴は、スタッド
１０及び超音波による挿入方法を、従来技術におけるス
タッド及び挿入方法に比べてはるかに優れたものとして
いる。
【００６８】なお、上記は本発明の好適実施例に関して
説明したが、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲
を逸脱することなく、本発明を種々に変更することが可
能であることは、当業者において自明である。従って、
本発明は、上記に説明した構成に限定されるものではな
く、特許請求の範囲によってのみ規定されるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により、超音波を用いて挿入され埋め込
まれた多数のスタッドを有する材料帯状片の側面図
【図２】一つのスタッドを保持した図１に示す帯状片の
一部の底面図
【図３】超音波を用いて帯状片内に挿入されたスタッド
のヘッド部の封止状態を示す拡大縦断面図
【図４】図３の４−４線に沿った横断平面図
【図５】本発明により、帯状片内への超音波による挿入
のための特別の形状に形成されたスタッドの傾斜図
【図６】図５に示すスタッドの平面図
【図７】帯状片内への超音波による挿入時、取付具に離
脱可能に保持された状態を示すスタッドの正面図
【図８】超音波溶接機が帯状片に衝合し、更に、その帯
状片がスタッドのヘッドの先端に衝合した状態を示す、
帯状片内に超音波により挿入されるスタッドの図７と同
様の正面図
【図９】超音波溶接機が帯状片をスタッドのヘッド先端
部の周囲で変形させ、帯状片がスタッドの溝に嵌入した
状態を示すスタッドの図８と同様の正面図
【図１０】超音波溶接機が帯状片をスタッドの溝に沿っ
て変形させる状態を示すスタッドの図９と同様の正面図
【図１１】帯状片がスタッドのヘッドの形状に変形され
た状態を示す図１０と同様の正面図
【図１２】超音波による挿入を完了し、スタッドが帯状
片内に挿入され、取付具がスタッドから取り外された状
態を示す図１１と同様の正面図
【図１３】複数のスタッドが超音波を用いて挿入される
とともに、特定の形状の可撓性材料製の他の帯状片と超
音波により接合された帯状片を示す一部縦断正面図
【図１４】材料の帯状片に超音波を用いて挿入されたネ
ジ切りされたナットの部分断面図である。
【符号の説明】
１０ スタッド １２ ワーク係合部 １４ ヘッド部 １６ 軸部 １８ ネジ部 ２０ 突条 ２２ マルチロブラー形軸部 ２４ ストッパー部 ２６ ねじり力に抗するマルチロブラー形状形成手段 ２８ 突条 ３０ リップ ３２ 引き抜き防止手段 ３４ 保持溝 ３６ 主部（突起） ３８ ストッパー部２４の底面 ４０ その上面 ４２ 空隙 ４４ ウエブ ４６ 実質的に平坦な上面 ４８ エネルギー指向手段 ５０ 突起 ５２ 底面 ５４ エッジ部 ５６ 傾斜部 ５８ 頂部 ６２ 帯状片 ６４ 取付具 ６６ 孔 ６８ 超音波ホーン ７０ 逃げ溝 ７２ 面 ７４ キャビティまたは溝（開口） ７６ 側部部材 ７８ くぼみ ８０ 単位片 ８２ 可撓性部材 ８４ ナット ８６ 多面体形状の外周部 ８８ 螺条

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワークピースとクランプ係合するネジ部
    とプラスチック材料製部材中に挿入されるヘッド部とを
    備えた軸部を有し、 前記プラスチック製部材中に挿入された時に、ねじり抵
    抗を発生するように前記ヘッド部に設けたねじり抵抗発
    生構造と、 前記ねじり抵抗発生構造から前記ネジ部の反対側に延長
    された前記ヘッド部の先端部と、及び前記先端部と前記
    ねじり抵抗発生構造との間のヘッド部に配設された引き
    抜き防止構造と、 を備えることを特徴とするプラスチック材料製部材内に
    挿入するためのスタッド。
  2. 【請求項２】 保持溝とマルチロブラ部とを設けたヘッ
    ド部と、ネジ部とを備えた軸部を有するスタッドを設
    け、 凹部が形成された超音波ホーンを設け、 前記スタッドのヘッド部をプラスチック材料製部材の一
    側に衝合させ、 前記ホーンを前記プラスチック材料製部材の他側に衝合
    させ、 前記プラスチック材料製部材を変形させる超音波ホーン
    が励起されている間に、前記ホーンと前記スタッドとの
    間を相対的に変位させて、前記プラスチック材料製部材
    を変形させ、前記ヘッド部がプラスチック材料製部材中
    に埋め込まれる間に前記プラスチック材料製部材を前記
    ホーン内の前記凹部内に移動させ、 前記凹部の容積が前記変位されるプラスチック材料の容
    積と等しくなるように、そして、前記ヘッド部が前記凹
    部内及びマルチロブラ部の突条間へのプラスチック材料
    製部材の流動によってプラスチック材料製部材中に封じ
    込められ、前記マルチロブラ部の突条間に軸方向及びね
    じり方向の力に対する抵抗が発生するように前記ホーン
    の凹部の寸法を決める、 ことを特徴とする超音波を用いてプラスチック材料製部
    材中にスタッドを挿入する方法。
  3. 【請求項３】 所望形状のプラスチック製部材に複数の
    スタッドを超音波を用いて挿入することを特徴とする請
    求項２の方法により製造される製品。
  4. 【請求項４】 超音波を用いて材料の比較的薄い単位片
    内に複数のスタッドを挿入するとともに、複数のスタッ
    ドの一つを複数のスタッドの他のスタッドに比較的薄い
    可撓性の部材で連結するように構成し、前記スタッドが
    前記可撓性部材と前記プラスチック材料性部材の双方に
    超音波を用いて挿入されることを特徴とする請求項２の
    方法により製造される製品。
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