KR100249118B1 - 판넬에의 체결 엘레멘트의 부착방법 - Google Patents

Abstract

소성변형가능한 여러가지 두께의 패널에 예컨데 넛트와 볼트와 같은 체결 엘레멘트를 부착하여 자동차산업과 기기산업등에 사용하는 방법에 있어서, 체결 엘레멘트는 통상 관상바렐부를 포함구성하고 통상 바렐부를 둘러싸는 환상의 베어링면을 포함구성하며, 상기 체결방법에는 패널에 구멍을 펀칭하고 이 구멍을 둘러싸는 패널을 소성변형시키고 드로잉시켜서 돔형 또는 위가 잘린 원추형부를 형성하고, 상기 패널구멍은 상기 위가 잘린 원추형패널부의 정점으로부터 상기 체결 엘레멘트바렐부를 수납하도록 충분히 직경을 가지게 하며 베어링면은 패널에 대향하여 구동되게 하므로써 패널을 통상 평면형으로 변형시키고, 아울러 상기 구멍은 둘러싸는 패널은 이에 따라 관상바렐부에 대향하여 드라이빙 되며, 일 실시예에서는 반경방향으로 돌출하는 리브를 포함구성하여 얇은 패널에 견고한 비가역식 기구를 형성하며 마지막으로 바렐부의 자유단을 반경방향으로 외향하여 변형되게 하고 스퀴징되게 하므로써 체결 엘레멘트와 패널사이에 견고한 내부조임을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 패널에의 체결 엘레멘트 부착방법.

Description

패널에의 체결 엘레멘트의 부착방법

제1도는 패널에서 위가 잘린 원추형돔을 형성하고 패널에서 구멍을 형성하기에 적합한 일부측 단면도를 나타낸다.

제1(a)-(e)도는 제1도에서 도시된 펀칭장치에 의하여 형성된 여러 가지 두께를 가진 패널을 나타낸다.

제2도는 본 발명상의 방법상 패널을 수납하는 암 체결부재를 도시한다.

제3도는 패널에서 파스너의 장착시 제3도의 체결 엘레멘트와 파넬을 도시한 것.

제4도는 제2도 및 제3도에서 도시된바와 같이 암 체결 엘레멘트와 패널 앗셈블리를 도시한 것이다.

제5도는 두꺼운 패널을 제외하고 제4도에 유사한 암체결 엘레멘트와 패널 앗셈블리의 측부횡단면도를 나타낸 것이다.

제6도 및 제7도는 한가지 장착기구를 이용하여 비교적 얇은 패널에서 암체결 엘레멘트를 장착하는 또다른 예를 나타낸 것이다.

제8도 및 제9도는 제6도 및 제7도에서 도시한 바와 같이 장착기구에 유사한 기구를 이용하여 패널에 숫체결 엘레멘트를 일실시예로 나타낸 것이다.

제10도는 제6도 및 제7도에서 도시된 바와 같은 암체결 엘레멘트의 단부를 일실시예로 나타낸 것이다.

제11도 및 제13도는 제10도에서의 암체결 엘레멘트의 장착을 도시하는 패널 및 장착기구와 암체결 엘레멘트의 부분횡단면도를 나타낸 것이다.

제12도는 제11도 및 제13도에서 도시된 암체결 엘레멘트에서의 중간과정을 부분확대횡단면도로 나타낸 것이다.

제14도는 장착엘레멘트의 설치중에 패널의 변형을 나타낸 것으로 제6도 및 제7도에 유사한 부분횡단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 펀치 22,52 : 몸체부

24 : 펀치부 26 : 스프링부재

30 : 패널(panel) 32 : 90 다이부재

36 : 원통형보어 38 : 패널슬러그

40 : 위가 잘린 원추형패널부 42 : 구멍

50 : 체결 엘레벨트 54 : 바렐부

66 : 외면 80 : 플런져

본 발명은 소성변형가능한 패널에 넛트나 볼트와 같은 체결 엘레멘트(fastening element)를 영구히 부착시키기 위한 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 일정범위의 패널두께를 가진 금속패널에 견고히 체결장치를 부착하는 것이 필요한 자동차 및 기기산업에 유용하다. 또한 본 발명은 일정한 두께 범위를 가진 패널에 체결 엘레멘트를 평탄히 겹치게하기 위한 개선된 리벳팅기술을 이용한 것이다.

미국특허 제 2,707,322 호에서 개시된 바의 관통넛트(pierce nut)는 자동차산업과 같은 분야에서의 대량생산용으로 넓게 이용된다. 개량된 관통넛트 중 최근의 것은 미국특허 제 3,648,747 호에서 보는바와 같이 패널에서의 관통넛트로서 종래의 유니버설 관통넛트가 여러용도로 쓰이는 가운데서도 특히 큰 효과를 거두어 그 용도가 증가되고 있다. 이 두가지형의 관통넛트에서는 플레이트나 패널이 자동차 몸체패널이나 구조상 지지체와 같은 윤곽을 가진 형으로 동시에 형성되는 금속 플레이트나 패널에 여러 넛트가 장착된다.

보다 최근에는 미국특허 4,555,838 호와 4,610,072 호에서 도시된 바와 같이 대량생산용도로 패널에서의 숫 파트너와 암 파트너 양쪽을 영구히 장착하기 위하여 체결시스템이 채용되어 왔다. 상술한 체결시스템과 같은 체결 엘레멘트(fastening element) 에는 장착중 패널에 리벳팅 되는 관상바렐부(tubular barrel)나 환상의 바렐부(annular barrel)가 있다. 관상바렐부는 패널로부터 슬러그를 관통하는데 이용되는데, 미국특허 제 4,555,838 호에서 개시된바와 같이 관상바렐부에 수납되거나 또는 예컨데 미국특허 제 4,711,021 호, 제 4,831,698 호 및 제 4,713,872 에서와 같이 패널을 예비관통(pre-pierce)하는데 펀치가 이용되기도 한다. 그러나 이 파스너가 상업용으로 성공하였다 하더라도 그러한 파스너를 대량생산할 때의 문제점 예컨데 자동차산업에 이용되는 패널두께의 범위에 제한이 있다든가 또는 얇은 패널에서의 내토크성(improved torque resistance)이 문제가 되기도 한다.

종래의 장착기구를 이용하는 유니버설 체결시스템 (universal fastening system)은 통상 개선된 내토크성을 가지고 넓은 범위의 패널두께를 가진 경우에 사용된다. 그러나 여기에도 여러 가지 개선요구가 있는데, 예컨데 파스너와 패널 앗셈블리는 다량생산에 적합한 밀어냄 강도와 인장강도(pull through strength)를 충분히 갖지 않으면 안된다.

본 발명에 의한 체결 엘레멘트 패널에의 부착방법은 그 개선된 성질 및 범위에 의하여 자동차산업에서와 같은 다량생산으로 이용되는 여러 가지 패널두께를 가진 소성변형이 가능한 금속패널에서 체결 엘레멘트를 영구 부착하는데만 적용되는 것은 아니다. 체결 엘레멘트는 넛트와 같이 암체결 엘레멘트가 되기도 하고 스터드, 볼트등과 같은 숫체결 엘레멘트가 되기도 한다. 이 체결 엘레멘트에는 일반적으로 관상의 바렐부가 있고 또한 이 관상바렐부를 둘러싸는 베어링면을 가진 몸체부가 있다.

본 발명에서는 체결 엘레멘트를 수납하는 패널을 관통하는 구멍(hole)을 형성하는 방법이 포함된다. 또한 본 발명상의 방법에는 패널을 드로잉 하거나 소성변형시켜서 일반적으로 구멍을 둘러싸는 돔형(dome-shaped) 또는 윗부분이 잘린 원추형부(frusto-conical shaped portion)가 포함 구성된다. 위에서 말한 구멍의 내경은 체결 엘레멘트의 관상바렐부가 충분히 느슨하게 수납될수 있도록 그 크기를 정한다. 다음, 본 발명상의 방법에는 패널구멍을 통해 체결 엘레멘트의 관상바렐부를 삽입하는 방법이 추가로 포함되며, 통상 위가 잘린 원추형이나 돔형 부위의 정점에 인접한곳으로부터 삽입한다. 그리고 본 발명상의 방법에는 또한 통상 평탄형의 형상으로 패널을 소성변형 시키는 방법이 추가되므로써 관상바렐부의 외경보다도 작은 경으로 구멍의 경을 줄이기도 한다. 구멍을 둘러싸는 패널은 관상바렐부 속으로 들어가서 구멍내의 체결 엘레멘트를 회동시키는데 필요한 토크를 증가시킨다. 마지막으로, 이 방법은 바렐부의 자유단을 반경방향으로 바깥쪽으로 소성변형시켜서 패널과 체결 엘레멘트 사이의 기계적인 조임을 만들어 준다.

본 발명상의 최량의 실시예를 보면, 패널구멍은 패널이 다이부재에 지지되는 동안 원추형펀치로 패널을 펀칭하여 얻게되어 있다. 이 패널은 따라서 다이부재속으로 동시적으로 드로잉되어 변형되고 펀칭되어 구멍을 둘러싸고 있는 패널의 돔형이나 위가 잘린 원추형 부위를 형성한다. 또한, 본 발명상의 일실시예로서의 방법에는 패널의 돔형이 구멍을 둘러싸는 패널에 대항하여 체결 엘레멘트의 몸체부를, 환상의 베어링면을 드라이빙(driving) 즉, 박아넣게 하므로써 변형시켜 패널을 전술한 바와 같이 통상 평탄형속으로 변형시킬수 있게 한다. 패널은 제 2다이부재상에서 지지되고 환상의 리벳팅면을 가진 다이버튼상에 지지되게 하므로써 패널이 평탄이 되게하고 바렐부의 자유다닝 동시에 반경방향으로 외향하여 변형되게 하여 기계적인 조임력을 생기게 한다.

본 발명상의 최량의 방법으로서는 제 2 다이부재가 체결 엘레멘트의 몸체부의 베어링면을 향하여 반경방향으로 변형된 바렐부를 보다 더 변형시키므로써 패널에 체결부재를 거의 평평하게 장착(flush installation)케 한다. 패널에서 체결 엘레멘트의 내토크성은 바렐부상에 반경방향으로 돌출리브(radially projecting rib)를 만들어 주므로써 개선가능하다. 본 발명상의 방법은 그러한 리브로 개선된 내토크성을 부여하는데 유일하게 적합하다. 전술한 바와 같이, 구멍의 내경은 패널이 비교적 평탄할 때는 관상의 바렐부의 외경보다 대부분 작다. 이와같이, 구멍을 둘러싸고 있는 패널부는 패널이 일반적으로 돔 형으로부터 평탄형으로 변형될 때 바렐부 속으로 박히게 된다.

패널에서 체결 엘레멘트의 내토크성은 본 발명상의 방법과 바렐부상의 반경방향으로의 돌출리브에 의해 크게 개선되므로 그러한 리브로 내토크성을 개선하는 유일한 방법을 제공한다. 전술한 바와 같이, 구멍의 내경은 패널이 비교적 평평할 때 관상의 바렐부의 외경보다도 훨씬 작다. 따라서, 구멍을 둘러싸는 패널부는 패널이 일반적으로 돔 형에서 평탄형으로 변형될 때 바렐부 속으로 들어간다. 관상바렐부에 반경방향으로서의 돌출리브가 포함구성되면, 패널이 평탄해질 때 리브속으로 드라이빙 되고, 관상바렐부가 탄력성 있게 리브를 패널속으로 드라이빙 시킨다. 그 결과 후프 스트레스(hoop stress)나 반경방향의 스트레인 에너지가 발생하여 실질적으로 개선된 내토크성을 가져다 주는데, 이는 본 발명상의 패널 앗셈블리의 체결 엘레멘트에 매우 중요하다. 내토크성은 또한 비록 연속튜브가 채택된다 하더라도 일부 관상의 리벳팅부를 이용하므로써 개선된다.

또한, 동일한 체결 엘레멘트가 금속패널에 부착되기도 하는데, 이 금속패널은 동일 또는 유사한 장착기구를 사용하여 서로 다른 비교적 넓은 범위의 패널두께를 가진다. 그리고 체결 엘레멘트 바렐부는 오톨도톨한 요철부나 맞춤부를 만들지 않고도 패널에서 평평부를 장착할수 있다. 따라서 본 발명상의 방법은 본 발명상의 목적인 여러 가지 특징으로 제공해 준다. 다른 특징과 장점들은 이하에서 실시하는 실시예와 특허 청구범위, 도면등에 나타나 있다.

제1도는 본 발명상의 방법에 따라 패널(pannel)을 펀칭하고 성형하는데 적합한 펀칭장치의 일실시예를 나타낸다. 이 펀치장치에는 몸체부 22와 펀치부(punch portion) 24가 있는 펀치 20가 포함구성된다. 개시된 실시예에서, 펀치부 24는 원통형으로 되는데 플라스틱제 스프링부재 26를 수납하기 위해 몸체부 22의 직경보다 작은 직경을 가진다. 이 스프링부재 26에는 펀치의 원통형 펀치부 24를 빡빡히 수납가능한 원통형보어 28가 있다. 제1도에서는 도시된 류의 플라스틱 스프링 26은 스트리퍼(stripper)라 불리우기도 하는데 펀치 20로부터의 패널 30을 빼내는데 사용된다. 개시된 실시예에서는 플라스틱스프링이 스트리퍼로서의 역할만 하는 것이 아니라 이하에서 설명하는 바와 같이 다이부재(die member) 32에서 금속패널을 변형시키기도 한다. 상기 플라스틱스프링은 일반적으로 높은 밀도를 가진 고밀도폴리우레탄으로 부터 성형한다.

다이부재 32에는 환상의 다이 캐비티(annular die cavity) 34와 원통형보어 36가 있는데 이 원통보어는 패널슬러그(pannel slug) 38를 받아 배출케한다. 제1도에서 도시되어 있는 장치로 행해지는 방법에는 2 가지 단계가 있다. 원통형 펀치부 24는 패널 30으로부터 패널슬러그 38를 펀치하여 패널 30에서 원형의 개구부 또는 구멍 42를 형성한다. 이 패널은 거의 동시적으로 드로잉(drawing)되어 펀치부(punch portion) 24와 플라스틱스프링 26에 의해 환상의 다이캐비티(annular die cavity) 34 속으로 변형되어 들어가서 제1(a) - (e)도에서와 같이 구멍 42에 인접한 위가 잘린 원추형패널부 40을 형성한다. 패널경도와 두께에 따라 패널은 다이캐비티 34 속으로 드로잉되고 다음 펀치되거나 또는 별도의 단계를 거치게 된다. 패널슬러그 38는 다이부재의 원통형보어(cylindrical bore)36을 통해 제거된다.

제1(a) - 1(e)도는 제1도에서 도시된 바의 장치로 성형되고 두께를 달리하여 펀치되는 패널의 횡단면도를 나타낸다. 상술한 바와 같이, 체결 엘레멘트(fastening element)를 본 발명상의 패널에 부착하는 방법은 체결 엘레멘트를 자동차산업에 이용되는 바와 같이 서로 다르거나 달리하는 두께를 가진 패널에 체결 엘레멘트를 부착하는데 적합하다. 제1(a)도에서 도시되어 있는 패널은 예컨데, 0.75 - 0.80 mm 의 두께로 되어 있다. 이 패널은 제1(e)도에도 나타나 있는데, 자동차산업에서 통상 사용하는 패널은 약 4 mm 두께로서 보통 강제로 되어 있는데 미국철강규격 AISI 1008 또는 AISI 1010 강이 그 대표적인 예로서 통상 드로잉 가능한 품질로 열간 또는 냉간압연 된것들이다. 이와 유사한 패널도 여러 가지 다른 산업분야에 내부식성 및 비자성강철을 사용할 수 있으나 이들 강철의 용접성이 비교적 나쁘기 때문에 본 발명상의 방법이 아니면 사용하기 어렵다. 자동차산업에 사용되는 패널은 몸체패널용으로 그리고 브라켓으로 기타 구조지지체용으로 사용된다. 본 발명상의 방법에는 그 외에도 그 대상이 되는 패널로서 알루미늄, 동, 황동 기타 여러 가지 다른 재질을 가진 패널들이 이용된다. 제1도에서 도시된 펀치와 성형장치가 제1(a) - (e)도에서 도시된바와 같은 넓은 범위의 패널 두께를 가지는 패널을 펀칭하고 성형하는 데에는 제11도에서와 같은 펀치 및 성형장치를 사용할 수 있음에 유의할 필요가 있다.

제1(a) 및 1(b)도에서 도시된 바와같이, 얇은 패널은 압출패널 금속 (extruding pannel metal)없이도 펀치되고 성형된다. 패널두께가 약 2.5 mm 이상되는 두께를 가지게 되면 립(lip)44이 펀치부 24 로 축상으로 압출된다. 이에 관해서는 제1(c)도의 부호 44C, 제1(d)도의 부호 44D, 제1(e)도의 부호 44E를 참조하여 보면 알 수 있다. 이와같이 압출된 립은 패널위에서 체결 엘레멘트를 유지케 하는데 도움이 된다. 통상의 기술을 가진 자이면 알 수 있는바와 같이 패널은 따로 떨어진 별도의 작업으로 펀치되고 형성되기도 하고 위가 잘린 원추형부 40 가 배열된다이에서 형성되기도 한다. 이 배열된 다이는 그러나, 보다 작은 범위의 패널두께를 위해 별도의 다이를 필요로 하는데, 이렇게 되면 패널 두께가 서로 다른 경우에는 대량 생산에 대단히 불리하게 된다. 따라서 패널부 40는 위가 잘린 원추형이든 돔형이든 정확한 형으로 특징지워져 있다.

제2-5도는 본 발명상의 방법에 의해 패널 30에 장착되는 암 체결 엘레멘트를 나타낸 것이다. 여기에서 체결 엘레멘트라고 하는 단어나 나사가공부(threaded portion)부와 같이 숫 또는 암 체결 엘레멘트로 체결부를 포함하는 개념으로 예컨데 패널을 패널, 브라켓등과 같이 제 2 구조 엘레멘트(second fastening element)에 부착하는 개념이다. 이러한 체결 엘레멘트는 따라서 도시된 바와 같이 넛트나 볼트를 포함하고 또한 다른 체결 엘레멘트를 포함하며, 불조인트와 같은 숫 또는 암 구성부재를 포함 구성한다. 암 체결 엘레멘트나 넛트 50는 제2도에서 도시된 바와 같이 몸체부 52와 환상 또는 관상의 바렐부(tubular barrel portion)54를 가지고 있고 통상 몸체부와 일체로 되거나 나사가공 보어 56 와 동축정렬된다. 이 몸체부 52 는 통상 환상의 베어링면이나 표면 58을 갖는데, 통상관상바렐부 54 와 드라이빙(driven face)60을 둘러싼다.

개시된 실시예에서 바렐부 54의 자유단 62는 환상의 내부챔버 64와 정확한 외표면 66을 포함 구성한다. 이 바렐부의 내면 68은 통상 매끈하고 외표면 79 은 원통형으로 되어 있다. 이하에 기술하겠지만, 외표면 70은 6각, 8각형등의 다각형으로 하여 내토크성을 향상시킨다.

본 발명상의 방법에서는, 바렐부 54가 통상위가 잘린 원추형부 40의 정점부에 인접된 패널구멍 42을 통하여 수납된다. 즉, 체결 엘레멘트는 통상 제1도에서 보는 바와 같이, 펀치부 24가 그 속을 통해 수납되는 반대편 패널의 축부로부터 수납된다. 또한, 파이롯부(pilot portion)의 외표면 70의 직경은 돔 형 패널의 내경보다 작다. 대부분의 방법에서, 바렐부 54는 돔 형으로 된 패널구멍 42 내에 느슨하게 수납되어 정렬상의 문제를 최소화 한다. 제3-5도는 체결 엘레멘트와 패널 앗셈블리를 도시한 것으로 본 발명상의 방법으로 성형되어진 것이다.

제6도 및 제7도는 체결 엘레멘트등을 장착하는데 적합한 장착장치의 일실시예를 나타낸 것이다. 이 장착장치에는 정렬된 캐비티 82를 갖는 플랜져 80가 있어서 넛트 150을 수납하고 지지하며 체결 엘레멘트 장착중에 패널 30를 지지하고 또한 다이부재 90가 파이롯트부 154를 반경방향으로 외향하여 변형시키므로써 패널 30과 기계적인 조임이 이루어지도록 하여준다. 참고로 말하면, 미국특허 제 4,543,701 호 4,555,838 호 4,610,072 호는 관상 바렐부를 갖는 자기관통 및 리벳팅 체결 엘레멘트를 개시하고 있다. 이 체결 엘레멘트 150는 제6도,7도 및 제 10-14도에서 나타나 있는 것으로, 제2-5도에서와 같이 파스너(50)와 일치한다. 다만 예외적으로, 제6도, 10도, 11도에서 잘 나타나 있는바와 같이 반경방향으로 돌출되어 있는 비회전식리브(anti-rotation rib)84를 포함구성하는 암체결 엘레멘트 150 가 있을 뿐이다. 이 비회전식리브 84는 일반적으로 삼각형으로 되고 몸체부 152 의 베어링면 158과 바렐부 154의 외표면 170에 통상일체로 결합된다. 암 체결 엘레멘트 150의 엘레멘트의 수(數)는 따라서 체결 엘레멘트 50와 같은 계열로 된다.

다이부재 90는 일반적으로 다이버튼으로 불리워진다. 개시된 예에서 다이버튼 90에는 축상보어 92, 94가 있어서 체결 엘레멘트 150의 장착도중에 발생되는 압력을 제거해준다. 이 다이면에는 위가 잘린 원주형측면 98을 가진 중앙 돌출 다이 포스트(central projecting die post)96가 있고, 또한 제1평 환상면(first flat annular surface)100과 제2평 환상면 102가 있어 제 2 원추면 104에 의해 제1환상면 100에 결합된다. 상술한 바와 같이, 파이롯트부 154는 패널을 통해 구멍 42 에 느슨히 수납되고, 환상의 베어링면 158은 그런후에 구멍 42에 인접된 패널에 대향하여 인입되어 위가 잘린 원추형의 패널부(frusto-conical pannel portion)40를 제6도에서와 같이 평평한 배열·배치로 하여 변형시킨다. 이 패널은 반경방향으로 돌출부 110와 원추형부(conical portion)112로 변형된다.

제6도 및 제7도에서 표시된 장치에서, 관상바렐부 154는 동시에 반경방향으로 외향하여 변형된다. 즉, 바렐부의 자유단에서 내측 챔버 164는 먼저 바렐부의 내측면 168에 의해 이어지는 다이버튼포스트(die button post)의 원추면 98에 대향하여 수납된다. 이들 면들은 환상의 평평한 면 100에 대향하여 수납되어 제7도에서 보는바와 같이 반경방향으로 외향하여 돌출하는 립(radially outwardly projecting lip)116을 형성한다. 환상면 100은 동시에 몸체부의 베어링면 158을 향하여 반경방향으로서의 돌출바렐부 116을 동시에 변형시키고, 앗셈블리를 스퀴징하여 반경방향으로 돌출하는 바렐부 116, 반경방향으로 돌출하는 패널부 110과 베어링면 158로 구성되는 조밀한 라미네이트(intimate laminate)를 형성한다. 이와같이 하여 체결 엘레멘트 150와 패널 30 사이에서 견고한 기계적 내부결합이 형성되게 되는 것이다.

아울러, 전술한 바와 같이 제6도에서 도시되어 있는 평탄화조건하에 있는 패널 30에서의 구멍 42의 내경은 바렐부 154의 외경보다도 작다. 반경방향으로 돌출되는 패널부 110는 이와같이하여 반경방향으로 돌출하는 리브 84 속으로 바렐부의 외표면에 대향하여 반경방향으로 안쪽으로 들어간다. 또한 관상바렐부는 반경형 변형에 탄력성 있게 저향하여, 리브를 반경방향으로 돌출하는 패널부 110 속으로 들어가게 한다. 따라서 이 때에 생기는 스트레스는 바렐후프(barrel hoop)나 스테이(stay)에 의해 스트레스가 생긴후에 후프스트레스로 공통적으로 불리운다. 즉, 바렐에 대하여 안쪽으로 반경방향을 가지고 스트레인 에너지가 직접 가해지고, 이는 탄력성을 가진 관상바렐부에 의해 저항을 받게 되는 것이다. 그러나 모든용도가 비회전식 리브를 요구하는 것은 아니며 매끈한 바렐이라도 회전에 저항을 가져올수 있는데 그 이유는 본 발명상의 방법 때문이다. 그 외에도 바렐부 154는 통상 다각형이고 원형 구멍속으로 삽입된다. 그러나 원형구멍은 가급적 스트레스상승을 피할 수 있도록 하는 것이 좋다.

제8도 및 제9도는 숫체결 엘레멘트 250을 장착하는 방법을 나타낸다. 도시한바와 같이, 숫체결 엘레멘트는 제6도 및 제7도에서 도시된 패널 30과 같이 거의 동일한 두께의 비교적 얇은 패널에 장착되어 있다. 이 숫체결 엘레멘트 250에는 제2도에서의 체결 엘레멘트 50에 관하여 상술한 바와 같이 배열된 자유단 262을 갖는 관상 및 환상의 바렐부 254가 포함구성된다. 숫체결 엘레멘트의 몸체부 252에는 통상의 기술을 가진 자이면 알수 있듯이 파스너(체결구) 앗셈블리의 직접적인 클램프 하중을 부여한다. 물론, 숫체결 엘레멘트 또한 파스너(체결구)와 일체로 성형되고 바렐부 254와 동축정렬되는 나사가공 생크부나 볼트부를 가진다. 플런져 캐버티홈 282은 숫체결 엘레멘트의 몸체부 252에 따라 수정하고 그리고 몸체부를 수납한다. 하지만, 이 숫체결 엘레멘트의 장착은 제6도 및 제7도에 비추어 보면 전술한 바의 방법과 거의 동일하고, 다이버튼 90은 제6도 및 제7도에 도시된 바의 그것과 동일하다. 제8도에서와 같이, 바렐부 254는 먼저 패널 30에 있는 구멍 42을 통해 수납되고 베어링면 258은 패널에 대향하여 드라이빙되어 제9도에서와 같이 통상 평면상 배열(planar configuration)속으로 변형되며, 이 베어링면에는 반경방향으로 돌출되는 돌출부 210와 통상 위가 잘린 원추부 212가 포함구성된다. 바렐부 254는 원추면 98과 평탄부 100에 의해 반경방향으로 외향하여 변형되고 제9도에서 보는 바와 같이 반경방향으로 돌출하는 돌출부 216를 형성한다. 이 반경방향으로 돌출하는 패널부 210는 반경방향으로서의 돌출리브 284 속으로 드라이빙되어 견고한 비회전식 기구를 형성한다. 이와같이 하여 숫파스너 250을 장착하는 방법은 제6도 및 제7도로 전술한 바와 같이 양파스너 150을 장착하는 방법과 거의 동일하다.

제6-9도는 체결 엘레멘트 150 또는 250이 그 플런져 80 또는 280에 수납되고 지지되는 체결 엘레멘트를 도시한 것이다. 이 플런져는 다이버튼 90을 가진 체결 엘레멘트에 계합되도록 하향하여 인입된다. 다량 생산용도로, 체결 엘레멘트를 전진다이(progressive die)에 장착하고, 이 체결 엘레멘트는 제6-9도의 상측부를 아래로 돌려서 되는 형태로 상향하여 장착된다. 또한 패널은 제1도에서 보는 바와 같이 패널이 펀치되고 형성된후에 뒤집을수 있다. 본 발명에서는, 패널을 넛트보다 연한 것으로 해야 한다. 보다 더 상세히는 패널의 경도를 넛트의 약 60 % 보다도 작게하는 것이 좋다. 이 체결 엘레멘트의 경도 및 강도는 ISO 규격 클래스 8-12에 기재된 조건에 맞아야 한다. 또한 이 파스너는 AISI 1035강으로부터 성형되고 적당한 경도로 열처리 한다. 이와같이, 본 발명상의 방법은 대량생산용으로 사용되는 대부분의 패널에서의 체결 엘레멘트를 장착하는데 이용된다. 또한, 동일한 파스너를 동일하거나 유사한 장착 공구를 이용하여 넓은 범위의 두께를 가진 패널에 장착한다는데에 중요한 포인트가 있다. 제10도 내지 14도에서 패널에 체결 엘레멘트를 부착시키는 주요방법이 상세히 도시되어 있다. 특히 보다 두꺼운 패널에 부착하는 방법은 제1(e)도에 나와 있다. 이 체결 엘레멘트 150은 제6도에 관련되어 나타나 있다. 이 체결 엘레멘트에는 관상의 바렐부 154가 포함구성되고 또한 반경방향으로 돌출하는 리브 84가 다수 포함구성된다. 제11도에서 도시된 바와 같이, 체결 엘레멘트 150은 비교적 두꺼운 패널 30E에 장착되는데 제6도에서와 같은 얇은 패널에사용되는 바와 같은 동일 공구를 사용한다. 즉, 체결 엘레멘트가 플런져 또는 펀치 80 에 있는 캐비티홈 82 내에 수납-지지 되고 패널 개구부 42E를 통하여 다이포스트(die post)의 원추측면 98에 대향하여 인입된다.

몸체부 152의 베어링면 158은 먼저 제12도에서 도시된 바와 84에 먼저 계합된다. 끝으로, 환상의 다이면 100은 새로이 반경방향으로 돌출하는 패널부 110 속으로 들어가고, 바렐부의 자유단 116은 제13도에서와 같이 반경방향으로 외향하여 변형되어 견고한 장착상태를 형성한다. 이 압출된 금속 44E는 바렐부 154에 의해 형성되는 C-형의 반경방향의 외향하는 개구부 환상캐비티홈을 채워 주는데 도움을 주며 또한 제13도에서와 같이 베어링면 158을 채워주는데 도움을 준다. 제14도는 파스너 150의 장착중의 패널 30의 변형상태를 나타낸다. 이 제14도에서 위가 잘린 원추형부 40를 통해 구멍 42은 바렐부 154의 외경보다 더 큰 직경을 갖고 있어서 바렐부 154가 체결 엘레멘트의 장착중에 패널구멍 42에서 느슨하게 수납될 수 있음을 알 수 있다. 이 패널은 다음 일반적으로 평면상 배열로 변형되며, 도시된 바와 같이 구멍 42에는 바렐부 154의 외경보다 약간 작은 경을 갖고 있음을 알 수 있다. 전술한 바와 같이, 패널은 이와 같이 하여 체결 엘레멘트의 최종 장착중 바렐부에 대향하여 반경방향으로 안쪽으로 드라이빙되어 패널에서의 체결 엘레멘트의 회전에 대한 저항성을 개선시켜 준다.

이 분야의 기술자라면 누구나 알 수 있듯이, 제4,5,7도 및 제9도에서와 같이 체결 엘레멘트와 패널 설치를 비교하면 본 발명상의 체결 엘레멘트를 부착하는 방법은 동일한 체결 엘레멘트와 공구를 이용하여 여러 가지 범위의 패널두께를 가진 패널에 체결 엘레멘트를 부착할 수 있다. 제3도 및 제4도에서 도시된 바와 같이, 체결 엘레멘트 50는 예컨데 제1(b)도에서와 같은 중간 두께를 가진 패널에 설치한다. 반경방향으로 변형된 바렐부 54는 패널 30으로 고르게 된다. 이 패널에는 살짝 엠보싱한 것 31이 없지만 그러나 엠보스(emboss)는 대부분의 용도에서 형성되는 엠보스보다도 거의 적다. 제5도는 예컨데 두께 4mm 정도를 가진 패널과 같이 비교적 두꺼운 패널에서 암 파스너 50를 설치하는 것을 나타낸다. 이 패널 30E에는 엠보스는 없으며 바렐부 54도 패널과 같이 편평하다. 마지막으로, 제7도 및 제9도는 제1(b)도 에 도시된 바와 같은 비교적 얇은 패널에서의 숫·암 체결 엘레멘트를 장착하는 상태의 일례를 나타낸 것이다. 이 패널 30에는 실질적인 엠보스가 있으나, 다만 이 엠보스는 다른 방법으로 형성되는 것보다 작다. 그리고 반경방향으로 변형된 바렐부 216는 편평하거나 패널 30에서 실제로 리세스(recess)된다.

이와같이, 본 발명상의 체결 엘레멘트의 장착방법은 비교적 넓은 범위의 두께를 가진 패널에 숫·암 체결 엘레멘트 모두를 장착하는데 이용된다. 개시된 실시예에서, 체결 엘레멘트는 두께 0.75 - 4mm 정도의 범위내에 있는 패널에 장착된다. 체결 엘레멘트와 패널 앗셈블리의 테스트에서, 밀어냄 강도(push out strength)는 상술한 종래의 방법보다도 보다 넓은 범위를 가진 판넬두께에 보다 잘 맞는 것을 알게 되었다. 보다 중요한 것은, 체결 엘레멘트와 판넬 앗셈블리가 보다 얇은 판넬로도 보다 개선된 내토크성(torque resistance)을 갖는 다는 것이다. 예컨데 0.8 mm 두께의 패널에서 내토크성은 종래의 기술 예컨데 미국특허 제 4,831,698 호의 그것보다 25%에 더 증가되고 더욱 확실하고도 안전한 작업이 수행됨을 알수 있었다.

이상에서 알수 있는 바와 같이, 제1도 - 14도에서 도시되고 설명된 본 발명상의 숫·암 체결 엘레멘트, 그 장착 및 공구조작방법등에 여러 가지 수정이 가해질수 있겠으나, 본 발명상의 기본구성과 근본정신과 전혀 다른 것이 아닌한 본 발명상의 범위에 속함을 알수 있으리라 본다. 예컨데 체결 엘레멘트가 패널에 체결 엘레멘트의 내토크성을 더욱 개선하기 위해 다각형 바렐부를 가지는 것, 위가 잘린 원추형 또는 돔형 부위 40을 배치다이(confiqured die)를 이용하여 그 형상을 바꾸어 수정한다든가 하는 것들은 본 발명상의 범주에 속하는 것이다. 본 발명상의 일방법으로, 패널구멍은 돔형 단계(doming step)중에 확대되어 바렐부가 최종 장착중에 패널구멍에 느슨히 수납될수 있게 된다. 따라서, 본 발명상의 방법은 그러한 용도에 특히 유용하며 자동차시트 벨트장착을 위한 안전볼트앵커(safety bolt anchors) 특히 얇은 패널금속에 적합하다. 또한, 체결 엘레멘트는 매우 얇은 패널금속에 장착되며, 자동차 및 기기산업본야 양쪽에 주로 이용된다. 이와같이 하여 본 발명상의 방법은 보다 광범위하게 응용가능하게 될것이 예상된다.

Claims (8)

1. 소성변형 가능한 패널에 체결 엘레멘트(fastening element)를 부착하는 방법에 있어서, 상기 체결 엘레멘트는 통상 관상의 바렐부(tubular barrel portion)를 포함구성하고, a) 상기 패널을 관통하는 구멍(hole)을 패널에 형성하는 단계; b) 상기 패널을 통상 상기 구멍을 둘러싸는 돔형부(dome-shaped portion)속으로 변형시키되 상기 돔형부의 보다 작은 직경으로 드로잉(drawing)하고 소성변형시키는 단계; c) 상기 체결 엘레멘트의 상기 관상바렐부를 상기 패널구멍을 통하여 삽입하는 단계; d) 상기 패널 돔형부를 통상 평면형(planar shape)속으로 소성변형시켜 상기 구멍의 직경을 줄이고 또한 상기 관상바렐부와 계합되는 패널을 둘러싸는 단계; e) 상기 관상 바렐부의 단부를 반경방향으로 외향하여 소성변형 시켜서 상기 패널과 상기 체결 엘레멘트 사이에 기계적인 조임을 형성하도록 하는 단계와로 구성되는 것을 특징으로 하는 패널에의 체결 엘레멘트 부착방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 구멍은 통상 원통형펀치(cylindrical punch)를 가진 상기 패널을 펀칭하여 형성하고 ; 상기 패널은 다이엘레멘트상에서, 지지되게 하며; 상기 패널은 상기 다이 엘레멘트에서 상기 돔형부 속으로 드로잉되고 변형되게 하며 또한 상기 구멍속으로 펀칭되게 하는 것을 특징으로 하는 패널에의 체결 엘레멘트 부착방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 체결 엘레멘트에는 상기 몸체부와 상기 몸체부로부터 뻗는 상기 바렐부가 포함구성되고, 상기 몸체부에는 상기 패널구멍보다 큰 직경을 가진 바렐부를 둘러싸는 환상의 베어링면(annular bearing surface)이 포함구성되며, 상기 방법은 상기 돔형 패널부의 작은 직경부의 인접부로부터 상기 바렐부를 상기 패널구멍 속으로 삽입하는 것과 또한 상기 구멍에 인접된 상기 패널에 대항하여 상기 환상의 인입면 또는 박음면(driving surface)을 드라이빙 시키는 것으로 구성되어 상기 통상 평면형으로 상기 돔형의 패널부를 변형시키도록 하는 것을 특징으로 하는 패널에의 체결 엘레멘트 부착방법.
4. 체결 엘레멘트를 소성변형이 가능한 금속패널로 부착하는 방법에 있어서, 상기 체결 엘레멘트에는 몸체부와 상기 몸체부로부터 뻗는 관상의 바렐부(tubular barrel portion)가 포함구성되고 이 몸체부는 상기 바렐부를 둘러싸는 환상의 베어링면을 가지며, 상기 방법은 a) 상기 패널을 통하여 구멍을 형성하는 단계; b) 상기 패널을 위가 잘린 원추형부의 작은 직경을 가진 구멍을 둘러싸고 있는 통상 위가 잘린 원추형부(frusto-conical portion)속으로 드로잉하고 소성변형시키는 단계 ; c) 상기 통상 위가 잘린 원추형부의 정점(apex)에 인접된 상기 구멍을 통하여 상기 관상바렐부와 상기 패널구멍을 둘러싸는 패널부에 계합되는 상기 몸체부의 상기 베아링면을 삽입하는 단계 ; d) 상기 구멍을 둘러싸는 상기 구멍을 둘러싸는 상기 패널부에 대향하여 상기 체결 엘레멘트의 상기 몸체부 환상의 베아링면을 드라이빙(driving)시키고, 상기 위가 잘린 원추형부를 통상 평면형으로 소성변경시켜서 상기 관상의 바렐부와 그속으로 계합하도록 하는 구멍의 내경을 줄이고 동시에 상기 환상의 베어링면과 상기 반경방향으로 변형되는 바렐부 자유단 사이에서 상기 패널부를 반경방향으로 외향하여 잡아주는 상기 관상바렐부의 돌출자유단을 동시에 소성가능하게 변형시키도록 하는 단계와로 구성되는 것을 특징으로 하는 패널에의 체결 엘레멘트 부착방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 위가 잘린 원추형 패널부는 다이부재상에 수납되고 지지되며, 상기 다이부재는 상기 관상의 바렐부의 내면을 수납하는 원추형 측면과 상기 체결 엘레멘트 관상바렐부와 동축정렬되는 돌출단부를 가지는 센트럴 다이포스트(central die post)를 포함구성하며, 상기 원추형다이면은 상기 바렐부의 자유단을 반경방향으로 외향하여 변형시키며, 상기 반경방으로 변형된 바렐부 자유단과 상기 몸체부 환상베어링면 사이의 상기 패널구멍에 인접한 상기 패널의 반경방향으로서의 연신부(extending portion)를 잡아주도록 한 것을 특징으로 하는 패널에의 체결 엘레멘트 부착방법.
6. 여러 가지 범위의 패널두께를 가진 소성변형이 가능한 금속패널을 체결 엘레멘트에 부착하는 방법에 있어서, 상기 체결엘레멘트는 상기 몸체부로 뻗는 관상바렐부와 몸체부를 구비하고, 상기 몸체부는 상기 바렐부의 적어도 하나 이상의 반대편에서 베어링면을 구비하며, 상기 방법에는 상기 패널을 통상 원추형으로 드로잉하고 변형시키고, a) 상기 원추형부의 정점에 인접한 상기 패널에 구멍을 거의 동시에 펀칭하며, 상기 구멍은 상기 바렐부를 느슨하게 수납되도록 상기 바렐부의 내경을 외경보다 크게 하는 단계와 ; b) 상기 바렐부의 자유단을 상기 패널 구멍을 통해 삽입하고 상기 구멍에 인접한 패널부에 대향하여 상기 체결 몸체부 베어링면을 드라이빙 시키므로써 상기 원추형 패널부를 거의 평면형으로 변형시키고, 상기 구멍은 상기 패널이 변형될 때 크기를 줄이며 또한 상기 관상 바렐부에 대향하여 상기 패널부를 드라이빙 하는 단계와; c) 상기 바렐부 자유단을 반경방향으로 외향하여 소성변형시켜서 상기 패널과 상기 체결 엘레멘트 사이에 기계적 조임을 형성하도록 한 단계와로 구성되는 것을 특징으로 하는 패널에의 체결 엘레멘트부착방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 체결 엘레멘트 바렐부는 상기 베어링면에 인접한 다수의 공간을 둔 반경방향으로의 돌출부를 포함구성하고 상기 방법은 상기 패널부를 반경방향으로 상기 리브속으로 상기 패널을 드라이빙 시키며, 상기 관상 바렐부는 탄력성 있게 상기 리브를 상기 패널부 속으로 드라이빙 시켜서 상기 체결 엘레멘트와 상기 패널사이의 비회전기구를 견고히 형성하는 것을 특징으로 하는 패널에의 체결 엘레멘트 부착방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 방법은 또한 상기 몸체부의 상기 베어링면을 향하여 상기 바렐부 자유단을 압축하는 단계가 추가적으로 포함구성되므로써 상기 패널부를 스퀴징하여 상기 반경방향으로 변형된 바렐부 자유단의 밀접한 라미네이트 겹층을 형성하며, 또한 반경방향으로 돌출하는 패널부와 상기 몸체부의 상기 베어링면을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 패널에의 체결 엘레멘트 부착방법.