KR101299279B1 - 클린치형 너트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 클린치형 패스너에 관한 것으로, 상기 금속 클린치형 패스너는 다른 경도 값의 금속 부재에 상기 패스너를 사용할 수 있도록 선택적으로 경화된 부분을 가진다. 패스너의 선택적 경화는 패스너의 원치않는 변형 또는 뒤틀림을 야기하지 않으면서 패스너가 금속 부재의 관통 및/또는 소성 변형을 위해 필요한 힘을 이용하여 제품에 장착되는 것을 가능하게 한다. 패스너의 스크루 나사 영역 또는 구역은 상대적으로 낮은 경도를 적절히 가지며, 사전에 나사산이 성형되거나 나사 성형 스크루와의 결합에 의해 이후에 나사산이 성형될 수 있다.

클린치형 패스너, 선택적 경화, 스크루 나사, 나사 성형 스크루

Description

클린치형 너트{CLINCH NUT}

본 발명은 자가 부착형 패스너(self-attaching fastener)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 클린치형 너트에 관한 것이다.

자가 부착형 패스너는 자동차 및 장치 산업 등 대부분의 산업 분야에서 다양한 부품을 금속 부재에 고정하기 위해 사용된다. 클린치형 너트는 통상적으로 금속 플레이트 또는 패널 부재의 개구에 적어도 부분적으로 연장하는 중앙 파일럿부(central pilot portion) 또는 펀치부(punch portion)를 포함한다. 클린치형 너트가 자가 천공형(self-piercing)이면, 클린치형 너트가 금속 부재에 부착될 때 중앙 파일럿부는 툴링(tooling)과 협동하여 패널에 개구를 형성한다.

클린치형 너트는 상기 클린치형 너트와 금속 부재 사이에 기계적 상호 체결을 형성하는 다이 부재에 의해 금속 부재에 부착된다. 다이 부재는, 파일럿부와 접촉하고 클린치형 너트의 바닥 단면에 인접한 개구 주위에서 금속 부재를 통상적으로 변형시킨다. 금속 부재와의 결합을 강화하기 위해, 클린치형 너트의 파일럿부에는 언더컷(undercut)이 제공될 수 있고 바닥 단면에는 환형 홈 및/또는 러그(lug)가 제공될 수 있다. 예를 들면, 이런 특징들을 포함하는 제품명이 SPAC®인 클린치형 너트가 알 비 앤드 더블유 매뉴팩춰링 엘엘씨(RB&W Manufacturing LLC)에 의해 공급된다. 클린치형 너트와, 금속 부재에 대한 상기 클린치형 너트의 장착은 미국 특허 제6,220,804호 및 제6,409,444호에 개시되어 있고, 이들 특허의 사상은 본 명세서에서 참고로 인용된다.

클린치형 너트가 금속 부재에 부착될 때, 스크루(screw) 또는 볼트가 클린치형 너트에 나사 결합되어 정해진 토크 값으로 상기 클린치형 너트를 조인다. 이를 위해, 클린치형 너트는 이런 스크루 또는 볼트와의 결합을 위해 나사 결합되는 중앙 보어를 제공한다. 중앙 보어는 특정 체결의 요구 조건에 따라 다른 나사산이 형성될 수 있도록 최종 조립 또는 설치 동안 나사 성형 스크루와의 결합에 의해 나사 결합되도록 크기화될 수도 있다. 또한, 너트 장착 과정 동안 나사 형성부의 뒤틀림(distortion)을 방지하기 위해, 클린치형 너트가 금속 부재에 부착된 후 나사 형성부를 형성하는 것이 바람직하다.

거의 동일한 강도를 가지며 보다 경량의 제품을 제공하기 위해, 고강도저합금(HSLA)강, 초고강도저합금(UHSLA)강, 또는 마텐자이트(martensitic) HSLA 강으로 패널 또는 플레이트 부재를 형성하는 경향이 있다. 이런 고강도 재료는 80 Rb 내지 45 Rc 범위의 현저하게 증가된 경도 값을 가지며, 패스너가 금속 부재에 부착될 때에 패스너의 원치않는 변형 또는 뒤틀림을 야기하지 않으면서 자가 천공 및/또는 부착을 보장하기 위해 압축 강도가 증가된 클린치형 너트를 필요로 한다. 즉, 클린치형 너트와의 결합을 위해 금속 부재를 변형시키기 위한 증가된 천공 하중과 설정력이, 너트를 고강도 및 견고한 금속 부재에 장착하기 위해 요구된다. 이런 증가된 천공력 및 설정력은 패스너의 원치않는 변형 또는 뒤틀림을 야기할 수 있다.

자가 나사형성 스크루와의 결합에 의해 나사 형성의 제조 유연성에 대한 손실을 야기하지 않으면서 전술한 문제들을 해소하기 위해 클린치형 너트의 경도 및 강도를 단순히 증가시킬 수는 없다. 왜냐하면, 자가 나사형성 스크루는 32 Rc 이하 범위의 경도 값을 갖는 비교적 연성 금속에 사용되기 때문이다.

다른 고경도 값의 금속에 유용한 특정 자가 나사형성 스크루 및/또는 다른 강도 및 경도 특성의 금속 부재들과의 사용을 위해 다양한 경도 값을 갖는 클린치형 너트를 제공하는 것은 바람직하지도 않으며 경쟁성도 없다. 이는 지금까지 클린치형 너트, 특히 자가 천공형 너트의 압축 강도에 대한 증가의 필요성과, 나사 성형 스크루에 의해 장착된 클린치형 너트의 결합에 의한 나사 형성의 제조 유연성 사이에서 절충이 이뤄져 왔다. 즉, 다른 경도 값을 갖는 제한된 개수의 클린치형 너트가 다수의 다른 금속 부재에 사용될 수 있다.

클린치형 패스너의 금속 부분에 대한 선택적 경화는 다른 경도 값을 갖는 금속 부재에 상기 패스너의 사용을 가능하게 한다. 패스너의 선택적 경화는 패스너의 원치않는 변형 또는 뒤틀림을 야기하지 않으면서 금속 부재의 천공 및/또는 소성 변형을 위한 필요력(required force)에 의해서 패스너의 장착을 가능하게 한다. 또한, 나사 형성부가 성형되는 패스너 영역에는 나사 성형 스크루와의 결합에 의한 나사 결합에 대해 적절한 비교적 낮은 경도가 제공된다.

본 발명에 따라 선택적으로 경화된 클린치형 패스너는 HSLA, UHSLA 및 마텐자이트 HSLA 금속 종류와 같은 다른 강도 및 경도 값을 갖는 다양한 금속 부재에 사용될 수 있다. 또한, 선택적으로 경화된 클린치형 패스너는 자가 나사형성 스크루를 이용하여 조립체 연결을 유지되도록 할 수 있다.

고경도 전체 경화된 패스너의 유도 경화 또는 보어 템퍼링(tempering)은, 약 80 Rb 내지 약 45 Rc 범위의 경도 값을 갖는 금속 부재에 사용되는 클린치형 패스너의 일부에 대해 선택적 경화를 제공하기 위해 사용될 수 있고, 이와 동시에 나사 성형 스크루의 사용이 가능하도록 약 32 Rc 내지 약 90 Rb 범위의 경도 값을 갖는 나사 성형 영역을 제공할 수 있다. 따라서, 나사 성형 영역은 상업적으로 구입 가능한 나사 성형 스크루에 의해 롤 나사 결합에 대해 적절한 경도로 유지된다. 예를 들면, 약 32 Rc 이하의 경도 값을 갖는 나사 블랭클에 사용되는 TAPTITE® 및 TAPTITE 2000® 나사 성형 스크루는 리서치 엔지니어링 앤드 매뉴팩춰링, 인크(Research Engineering & MFG. Inc.)로부터 구입 가능하다.

사전 나사형성(pre-threaded) 패스너의 경우, 내부 구역의 경도는 패스너에 대해 정해진 특성 클래스 강도 레벨을 반영해야 한다. 예를 들면, 특성 클래스 10은 26 Rc 내지 36 Rc의 내부 구역의 경도를 가지며, 특성 클래스 9는 89 Rb 내지 30 Rc의 내부 구역의 경도를 가진다.

클린치형 패스너는 통상적으로 금속 부재를 천공하기 위한 충분한 압축 강도를 파일럿부가 가지도록 파일럿부의 축방향 길이를 따라 경화된다. 파일럿부는 대체로 원통 형상을 가지며, 경화는 파일럿부의 주연부에 인접한 외부 구역에 제공된다. 이런 방식에 따라, 외부 구역은 버클링(buckling)에 대한 높은 저항을 가지는 원형 또는 원통 형상으로 제공되어 파일럿부를 추가로 강화한다.

파일럿부를 둘러싸는 패스너의 본체부 중 환형 바닥 단부는 외부 구역의 경도와 대체로 동일한 경도를 갖는 바닥 단부 구역을 제공하도록 경화될 수도 있다. 경화된 바닥 구역은 외부 구역과 협동하여 금속 부재가 패스너와 견고하게 결합하도록 상기 금속 부재를 변형시킨다. 또한, 바닥 구역의 경화는 금속 부재에 대한 패스너의 안전성 및 장착성을 강화시킨다. 바닥 구역에는 양호한 변형 및/또는 소성 변형된 금속의 상호 체결을 위해 특별하게 구성되거나 형상화된 요소가 제공된다.

유도 경화 기술은 패스너의 중앙 보어에 인접한 내부 구역을 경화시키지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 이런 내부 구역은 원래의 패스너의 경도에 상응하는 경도로 유지되어, 나사 성형 스크루와의 결합에 의해 나사 결합될 수 있다.

도시된 실시예에서, 외부 구역 및 내부 구역은 횡방향 또는 방사상 내향으로 경도가 감소하는 중간 구역에 의해 연결된다. 중간 구역은 외부 구역을 유도 경화하는 동안 원치않는 경도의 증가로부터 내부 구역을 격리한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 패스너의 본체부 중 환형 상단면은 외부 구역의 경도와 대체로 동일하고 및/또는 내부 구역의 경도보다 큰 경도를 갖는 상부 구역을 제공하도록 유도 경화되기도 한다. 상부 구역은 고강도 금속 부재에 패스너를 부착하기 위해 필요한 비교적 큰 천공력 및/또는 설정력에 대해 패스너의 저항을 강화한다.

다른 실시예에서, 패스너의 본체부 중 외부 주연부는 외부 구역의 경도보다 대체로 동일하고 및/또는 내부 구역의 경도보다 큰 경도를 갖는 주연 구역을 제공하도록 유도 경화되기도 한다. 주연 구역은 본체부의 외측 주연부의 축방향 길이의 일부를 따라 연장되어 패스너의 강도를 추가로 제공할 수 있다.

다른 변형례에서, 주연 구역은 상부 구역과 바닥 구역을 연결하기 위해 본체부의 외측 주연부의 전체 축방향 길이를 따라 연장한다. 이는 패스너의 외측 부분 또는 전체 주연부 부근에 경도가 증가된 연결되고 실질적으로 연속적인 구역을 제공한다. 또한, 이는 패스너를 고강도 금속 부재에 부착하기 위해 필요한 비교적 큰 천공력 및/또는 설정력에 대해 패스너의 저항을 증가시키고 강화한다.

도1은 본 발명에 따른 선택적으로 경화된 클린치형 패스너의 단면도이다.

도2, 도3, 도4 및 도5는 SAE J417b에 기록된 데이터에 기초한 강에 대한 경도와 극한 인장 강도의 상호 관계를 나타내는 그래프이다.

도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적으로 경화된 클린치형 패스너를 도시하는, 도1과 유사한 단면도이다.

도7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적으로 경화된 사전 나사형 클린치형 패스너를 도시하는, 도1과 유사한 단면도이다.

도8 내지 도10은 본 발명에 따라 유도 경화될 수 있는 특정 천공형 및/또는 결합 형상 구조를 포함하는 클린치형 너트의 사시도, 저면도 및 단면도를 각각 도시하는 도면이다.

도11 내지 도13은 본 발명에 따라 유도 경화될 수 있는 특정 천공형 및/또는 결합 형상 구조를 포함하는 다른 클린치형 너트를 도시하는, 도8 내지 도10과 각각 유사한 도면이다.

도14 내지 도16은 본 발명에 따라 유도 경화된 특정 천공형 및/또는 결합 형상 구조를 포함하는 다른 클린치형 너트를 도시하는, 도8 내지 도10과 각각 유사한 도면이다.

도17 내지 도19는 본 발명에 따라 유도 경화된 특정 천공형 및/또는 결합 형상 구조를 포함하는 다른 클린치형 너트를 도시하는, 도8 내지 도10과 각각 유사한 도면이다.

도20은 본 발명에 따라 유도 경화된 특정 천공형 및/또는 결합 형상 구조를 포함하는 패스너의 사시도이고, 도21은 도20의 라인(21-21)을 따라 취한 패스너의 단면도이다.

도22는 본 발명에 따라 유도 경화된 특정 천공형 및/또는 결합 형상 구조를 포함하는 패스너의 사시도이고, 도23은 도22의 라인(23-23)을 따라 취한 패스너의 단면도이다.

도24는 본 발명에 따라 유도 경화된 특정 천공형 및/또는 결합 형상 구조를 포함하는 패스너의 사시도이고, 도25는 도24의 라인(25-25)을 따라 취한 패스너의 단면도이다.

도26은 본 발명에 따라 유도 경화된 특정 천공형 및/또는 결합 형상 구조를 포함하는 패스너의 사시도이고, 도27은 도26의 라인(27-27)을 따라 취한 패스너의 단면도이다.

도28은 본 발명에 따라 선택적으로 유도 경화된 패스너를 도시하는 도1과 유 사한 단면도로서, 상대적으로 낮은 경도를 갖는 내부 구역을 실질적으로 둘러싸는 전체적으로 연속 열경화성 외부 구역을 도시하는 도면이다.

도29는 본 발명의 변형례에 따른 경화된 패스너를 도시하는, 도28과 유사한 단면도이다.

도30은 본 발명의 다른 변형례에 따른 경화된 패스너를 도시하는, 도29와 유사한 단면도이다.

도1은 소성 변형 가능한 금속 플레이트 또는 패널 부재에 부착되는 본 발명에 따른 자가 천공형 클린치형 너트(10)를 도시한다. 본 실시예에서는 너트가 도시되어 있지만, 예를 들면 자가 클린칭형 스터드와 같은 다른 자가 클린칭 패스너가 본 발명의 범주에 있다. 본 발명은 특히 자가 천공형 클린치형 너트를 참조하여 이하 설명된다. 그러나, 본 발명은 금속 부재의 사전 형성된 개구에 장착되는 클린치형 너트에도 동등하게 적용될 수 있는데, 그 이유는 고강도 금속 부재를 위한 증가된 설정력(setting force)이 너트의 일그러짐(crush) 또는 뒤틀림(distortion)을 억제하는 유리한 선택적 경화를 가능케 할 수도 있기 때문이다.

클린치형 너트는 본체부(12)와, 상기 본체부(12)의 일단부로부터 연장하는 파일럿부 또는 펀치부(14)를 가진다. 나사 블랭크 또는 보어(16)는 너트(10)의 종축(A)을 따라 연장한다. 보어(16)는 나사 성형 스크루와의 결합에 의해 나사 결합되도록 크기화된다. 이런 보어는 사전에 나사 형성부가 성형될 수 있고, 나사 형성부가 성형되지 않은 스크루용에도 적합하다. 또한, 본 발명의 이행 선택적 경화 향상은 "형성 시(as formed)" 상태의 너트뿐만 아니라 "전체 경화된 너트(through-hardened nut)"에 적용될 수 있다.

본체부(12)는 환형 장착면 또는 바닥단면(18)과, 환형 상단면(20)과, 주연 본체면(22)을 포함한다. 본체면(22)은 바닥단면(18)과 상단면(20)을 연결한다. 편의상, 너트(10)를 개략적으로 도시하기 위해, 파일럿부(14)는 언더컷을 구비하지 않은 것으로, 바닥단면(18)은 홈 및/또는 파지형 러그를 제공하지 않은 것으로, 본체면(22)은 렌치형 플랫(flat)을 제공하지 않은 것으로 도시되어 있다. 이들 공지된 특징부들은 앞서 언급한 미국 특허 제6,220,804호 및 제6,409,444호에 도시되어 있다.

도1에서 망상선에 의해 도시된 너트(10)의 일부는 파일럿부(14)의 주연부를 따라 축방향으로 연장되는 외부 구역(24)과, 환형면(18)을 따라 연장되는 바닥 구역(26)을 형성하도록 선택적으로 경화된다. 구역(24, 26)은 약 40 Rc 내지 약 60 Rc의 범위의 값으로 경화된다.

유도 경화는 선형 코일에 걸쳐 너트(10)를 통과시킴으로써 제공될 수 있다. 이와 동시에, 너트는 바닥단면 및 파일럿부의 전체 주연부를 따라 경화를 제공하도록 회전될 수 있다. 유도 가열은 정밀한 제조 오차 범위 내에서 매우 좁은 면적으로 제한될 수 있는, 신뢰성 및 재현성을 갖는 비접촉 가열을 제공한다. 따라서, 너트의 이동 속도, 코일 파워 및 코일의 길이는 원하는 너트의 경화 정도를 제공하기 위해 본 발명의 사상에 따른 가열 및 담금질에 의해서 제어될 수 있다. 후속하여, 너트는 템퍼링될 수 있다.

설명된 바와 같이, 유도 경화 공정은 보어(16)를 따라 연장하는 내부 구역(28)에서 경화가 실질적으로 일어나지 않도록 충분히 제어 가능하다. 따라서, 내부 구역(28)은 너트(10)를 형성하기 위해 사용된 금속의 경도에 상응하는 경도를 가지며, 약 32 Rc 내지 약 90 Rb의 범위 내의 값을 가질 수 있다. 보어(16)에 나사 형성부를 성형할 시에, 나사 롤링 공정은 나사의 가공 경화를 가져온다.

도1에 도시된 바와 같이, 파일럿부(14)에 따른 내부 구역(28)의 최소 횡방향 또는 반경 방향 길이는 나사 롤링에 의해 형성되는 정해진 나사에 적합하도록 크기화되고, 통상적으로 형성되는 나사의 대경과 적어도 동일할 것이다. 너트의 본체부(12)에서, 파일럿부(14)로부터 이격된 내부 구역(28)은 대체로 두꺼운 단부벽을 구비하면서 플레어형 벨 형상(flared bell shape)을 이루며 방사상 외향으로 연장한다.

외부 구역(24) 및 바닥 구역(26)은 중간 구역(30)에 의해 내부 구역(28)에 연결된다. 중간 구역(30)은 파일럿부(14)에서는 대체로 원통 형상을 가지고 본체부(12)에서는 플레어형을 이루며 방사상 외향한다.

중간 구역(30)은 구역(24, 26)을 형성하기 위해 유도 가열하는 동안 임의의 실질적 경화에 대해 내부 구역(28)을 보호한다. 결과적으로, 중간 구역(30)은 제한된 범위로 가열되고 경화되며, 구역(24, 26)으로부터 멀어지는 방향으로 연장하면서 감소하는 경도 기울기(hardness gradient)를 가진다. 중간 구역(28)은 약 30 Rc 내지 약 40 Rc 범위의 경도를 가질 수 있다.

너트(10)는 전술된 고강도 재료와 함께 사용되도록 너트를 강화하기 위해 외 부 구역(24)에 충분한 유도 경화를 허용하면서, 추가의 경화로부터 내부 구역(28)이 자유롭도록 적절한 크기를 가진다. 예를 들면, 내부 구역(28)과 관련없는 파일럿부의 횡방향 또는 반경 방향 길이는 외부 구역(24)과 중간 구역(30) 사이를 균등하게 분할할 수 있다. 즉, 환형면(24A)의 반경의 폭과 환형면(30A)의 반경의 폭은 동일하고, 면(24A)의 면적은 면(30A)의 면적보다 크다. 또한, 내부 구역(28)은 금속 부재의 결합을 위해 파일럿부의 환형 단부면을 형성하도록 면(24A, 30A)과 협동하는 환형 단부면(28A)을 가진다.

도2 내지 도5는 강에 대한 경도와 극한 인장 강도의 상관 관계를 SAE J417b 표준으로부터 추정된 데이터에 기초하여 도시한다. 클린치형 패스너를 형성하기 위해 사용되는 금속에 대한 극한 인장 강도의 범위를 설정하기 위해, 30 Rc 내지 90 Rb의 경도 범위에 상응하는 평균 인장 값이 결정된다. 도2는 30.0 Rc의 경도를 갖는 강에 대한 극한 인장 강도가 138,700 psi로 나타나고, 도3은 90.0 Rb에 대한 상응 값이 89,000 psi로 나타난다. 둘의 인장 값의 평균은 113,850 psi 또는 785 Mpa이다. 평균 인장 값은 압축 강도를 추정하기 위해 사용되고, 너트의 파일럿부의 압축 강도는 금속의 압축 강도와 파일럿부의 횡방향 면적 또는 단면적을 곱함으로써 예측된다.

상기 방법을 이용하여, 각각의 금속 성형 구역(24, 28, 30)의 압축 강도가 결정될 수 있다. 예를 들면, 구역(24)은 40 Rc 내지 50 Rc의 경도가 제공되도록 한다. 도4는 40 Rc의 경도가 181,400 psi의 인장 강도에 상응하고, 도5는 50 Rc의 경도가 255,700 psi의 인장 강도에 상응하는 것으로 나타난다. 두 값의 평균은 218,500 psi 또는 1,506 Mpa이다.

따라서, 파일럿부의 압축 강도에 대한 각각의 구역의 분배는 구역에서의 금속의 압축 강도와 구역의 단면적을 곱하고, 곱한 값을 합함으로써 결정될 수 있고, 이에 따라 너트(10)의 유도 경화된 파일럿부(14)의 압축 강도가 제공된다.

M6×1 내지 M12×1.75 범위의 나사 블랭크 크기를 갖는 클린치형 너트를 강화하기 위한 선택적 경화의 용례가 표1에 도시되어 있다. 다양한 구역에 대한 면적 계산을 위해, 나사 크기, 파일럿 직경 및 평활한 보어 직경이 기재되어 있다. 구역의 단면적은, 내부 구역(28)과 관련없는 파일럿부의 횡방향 또는 반경 방향 길이가 외부 구역(24)과 중간 구역(30) 사이를 동등하게 분할하는 것으로 가정하여 계산된다.

"형성 시"의 클린치형 패스너는 다른 경도의 구역들을 포함하지 않고, 파일럿부의 강도는 단일 면적 계산에 의해 결정될 수 있다. 그러나, "형성 시"의 패스너의 강도는 금속 성형에 의해 유사한 단면적 구역들을 포함하고 각각의 구역들이 동일한 압축 강도를 갖는 것으로 알려져 있다.

전체 파일럿부의 압축 강도 또는 각각의 나사 크기에 대한 컬럼 강도를 비교하면, 선택적 강도 경화의 이용을 통해 강도가 60% 이상 증가함을 알 수 있다. 강도의 이런 증가는 내부 구역에 원래의 "형성 시"의 경도를 보유하면서 동일한 패스너가 앞서 언급한 모든 고강도 재료에 사용되는 것을 가능케 하여, 나사 롤링 스크루의 사용을 허용한다. 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 공정은 사전에 나사 형성부가 성형된 너트에 이용될 수 있다. 또한, 선택적 경화 공정은 ASTM A563M-PC10과 관련된 통상의 경도 레벨로 전체 경화되는 사전에 나사 형성부가 성형된 너트에 사용되어, 이런 클래스의 제품에 대한 강화를 위해 유사한 천공 및 설정 강화를 제공한다.

도6은 선택적으로 경화된 부분을 갖는 클린치형 패스너의 제2 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 제1 실시예의 요소와 동일한 요소들은 동일한 도면부호로 지시되고, 변형된 요소는 프라임 기호로 표시된다.

자가 천공형 클린치형 너트(10')는 본체부(12')와, 상기 본체부(12')의 일단부로부터 연장하는 파일럿부 또는 펀치부(14')를 가진다. 나사 블랭크 또는 보어(16)는 너트(10')의 종축(A)을 따라 연장한다. 제1 실시예와 마찬가지로, 본체부(12')는 환형 장착면 또는 바닥단면(18')과, 환형 상단면(20')과, 상기 바닥단면(18')과 상단면(20')을 연결하는 주연 본체면(22')을 포함한다.

이 실시예에서, 환형 상단면(20')은 내부 구역(28')으로부터 이격된 상부 구역(32)을 제공한다. 상부 구역(32)은 외부 주연의 본체면(22')에 대한 나사 대경에 상응하는 환형 상단부면(20'A)으로부터 상기 상단부면(20')을 따라 횡방향 또는 방사상 외향으로 연장하는 환형 형상을 가진다.

상부 구역(32)은 외부 구역(24')의 경도에 상응하는 경도를 가진다. 상부 구역의 증가된 경도는 상단면(20')을 형성하는 금속의 일그러짐 및/또는 소성 변형에 추가로 저항한다.

상부 구역(32)은 횡방향 또는 방사상 외향으로 점진적으로 증가하는 축방향 치수를 가진다. 상부 구역(32)은 본체부(12')의 내부 구역(28')에 인접하여 축방향 두께가 감소한다. 따라서, 도시된 바와 같이, 상부 구역(32)은 주연의 본체면(22')을 따라 연장하는 주연 구역(34)을 제공하고, 상기 본체면은 본체부(12')를 형성하는 금속의 원치않는 뒤틀림에 저항하기 위해 협동한다.

다른 변형례에서, 주연 구역(34)은 주연의 본체면(22')의 전체 축방향 길이를 따라 연장하는 확대된 주연 구역(38)을 형성하도록 점선(36)을 따라 연장될 수 있다. 확대된 주연 구역(38)은 너트(10')의 천공 및/또는 설정 동안 일그러짐 및/또는 소성 변형에 대해 본체부(12')를 추가로 강화시킨다.

확대된 주연 구역(38)은 파일럿부(14')로 연장하여 환형면(30'A)을 따른다. 따라서, 상부 구역(32)과 구역(38)은 내부 구역(28')의 방사상 외향으로 너트(10')의 대부분을 관통하여 연장하여, 단면(20') 상의 상단면(20'A)과 환형 단면(28'A)을 제외하고 너트 외부면의 대부분을 따른다. 이런 방식에서, 너트(10')에는 선택적으로 경화된 구조가 나사 성형 영역의 방사상 외향으로 모든 위치에 제공되고, 상기 나사 성형 영역은 스크루 나사 대경에 대체로 상응한다. 이는 너트가 다른 경도 값과 고강도의 금속 부재에 사용되는 것을 가능하게 한다. 금속 부재의 천공을 용이하게 하는 것 외에, 금속 부재의 절삭 및 소성 변형이 너트에 의해 강화될 수 있는데, 그 이유는 너트의 장착면 또는 바닥단면(18')이 경화되기 때문이다.

최종 너트(10')는 패스너의 외측부 또는 전체 주연부 부근에 경도가 증가된 연속적인 구역이 연결될 수 있다.

도7은 선택적으로 경화된 부분을 갖는 클린치형 패스너의 제3 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 변형된 제2 실시예의 요소와 동일한 요소는 동일한 도면부호로 지시되고, 변형 요소는 이중 프라임 기호로 표시된다.

자가 천공형 클린치형 너트(10")는 본체부(12")와, 상기 본체부의 일단부로부터 연장하는 파일럿부 또는 펀치부(14")를 가진다. 이 실시예에서, 너트(10")는 사전 나사형이고 스크루 나사(16")는 나사 블랭크에 형성되며 종축(A)을 따라 연장한다. 도시된 바와 같이, 나사(16")의 외경은 너트의 파일럿부(14")에서 내부 구역(28')의 횡방향 또는 반경 방향 길이에 대체로 상응한다. 본체부(12")에서, 내부 구역(28')은 횡방향 또는 방사상 외향으로 플레어되어 본체부(12") 내의 외측 주연의 본체면(22')으로 연장한다.

제2 실시예에 대해 설명된 바와 같이, 너트(10")에는 너트의 상단면(20')에 상부 구역(32)이 제공될 수도 있다. 주연 구역(34)은 주연의 본체면(22')을 따라 연장한다. 즉, 상부 구역(32)은 증가된 금속 경도의 연속적인 구역이 연결되는 너트(10")를 대체로 수용하기 위해 확대된 주연 구역(38)을 형성하도록 점선(36)을 따라 연장될 수 있다.

다양한 파일럿 형상, 환형면 배열 및 러그를 갖는 클린치형 너트는 의장 출원 제D440,865S호, 제D448,659S호 및 제D448,660S호에 예시되어 있다. 이들 의장 출원으로부터 선택된 도면들은 본 명세서에 인용되고 이하 간략히 설명된다.

도8 내지 도10는 너트(40)를 도시한다. 너트(40)는 본체부(42)와, 파일럿부(44)와, 중심축을 따라 연장하는 나사 형성부(46)를 포함한다.

너트(40)는 장착면 또는 하단면(48)과, 환형 상단면(50)과, 상기 하단면과 상단면을 연결하는 주연 본체면(52)을 포함한다. 대체로 환형 형상인 홈(54)은 파일럿부(44)를 둘러싸는 하단면(48)에 형성된다. 또한, 하단면(48)은 홈의 외측 주연부에 축방향으로 연장하는 립(56)을 포함한다.

홈(54)은 바닥벽(58)과, 내부벽(60)과 외부벽(62)에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 이 실시예에서, 바닥벽(58)은 홈(54)의 깊이가 바닥벽의 외측 주연부로부터 바닥벽의 내측 주연부로 반경 방향을 따라 이동하면서 깊어지도록 내부벽(60)을 향해 내측으로 기울어지거나 경사진다.

바닥벽(50)은 복수개의 기울어지거나 경사진 평면 또는 편평면 또는 면(64; facet)에 의해 형성되는 다각 형상이 바람직하다. 도시된 바와 같이, 6개 내지 10개의 면(64)이 사용될 수 있다.

내부벽(60)은 홈(54)이 파일럿부(44)에 언더컷을 형성하도록 내향으로 기울어지거나 경사지는 것이 바람직하다. 또한, 내부벽(60)은 복수개의 기울어지거나 경사진 평면 또는 편평면 또는 면(66)에 의해 형성되는 다각 형상이 바람직하다. 도시된 바와 같이, 내부벽(60)과 바닥벽(58)은 동일한 개수의 면(66, 64)에 의해 각각 형성될 수 있고, 이들은 정렬될 수 있다. 이와 같은 방법에서, 외부벽(62)은 편평면 또는 면(68)으로 형성될 수 있다. 즉, 면의 개수는 동일할 수 있고 이들은 각각의 벽(58, 60, 62)에 정렬될 수 있다.

클린치형 너트(40)는 클린치형 너트(40)의 토크 또는 회전 저항을 증가시키기 위해 복수개의 잠금 부재 또는 러그(70)를 포함할 수도 있다. 러그(70)는 너트(40)의 바닥벽(58), 홈(54) 및/또는 립(56)의 위쪽으로 축방향을 따라 연장하는 상승된 로브 또는 돌출부이고, 접합부(72)를 제공하기 위해 일정 거리를 두고 원주방향으로 연장한다. 접합부(72)는 클린치형 너트가 장착되는 금속 부재에 대해 클린치형 너트(40)의 회전을 억제한다.

접합부(72)는 너트의 회전 운동에 대해 수직을 이루는 것이 바람직하다. 도시된 실시예에서, 러그(70)는 홈의 바닥벽(58) 위쪽으로 축방향을 따라 연장하고 홈의 내부벽(60)으로부터 홈의 외부벽(62)으로 홈(54)을 가로질러 반경 방향으로 연장하는 돌출부에 의해 형성된다. 바닥벽(58)으로부터 이격된 러그(70)의 상측면이 중심축에 대해 대체로 수직을 이루고 립(56)에 대해 대체로 평행하기 때문에, 러그는 웨지 형상을 가진다.

러그(70)는 바닥벽(58)을 따라 원주방향으로 이격되고, 러그(70)는 바닥벽(58)의 각각의 면(64)의 중심에 위치될 수 있다. 그러나, 러그는 인접한 면들(64) 사이의 경계면과 같은 다른 위치에 위치될 수 있다. 러그(70)는 직사각형 단면 형상을 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 임의 적절한 형상이 사용될 수 있다.

도10을 참조하면, 너트(40)의 상반부 및 하반부는 도시의 편의성을 위해 상이한 열 처리를 갖는 것으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 너트(40)의 상반부는 외부 구역(24)과, 바닥 구역(26)과, 내부 구역(28)과, 중간 구역(30)을 가진다. 너트(40)의 하반부는 파일럿부(44)에 내부 구역(28')을 포함하고, 상기 내부 구역(28')은 본체부(42)에서 횡방향으로 또는 방사상 외향으로 플레어(flare)된다. 바닥 구역(26')은 바닥면(48)을 따라 연장한다. 중간 구역(30')은 내부 구역(28')과 외부 구역(24) 사이를 연장한다. 상부 구역(32)은 너트의 상단면(50)에 위치되고 주연 구역(34)은 주연 본체면(52)을 따라 연장한다. 상부 구역(32)은 앞선 실시예와 마찬가지로 확대된 주연 구역(38)을 형성하도록 점선(36)을 따라 연장될 수 있다.

도10에 도시된 열 처리의 경우에, 장착면 또는 바닥면(48)을 따라 연장하는 바닥 구역(26 또는 26')은 금속 플레이트 부재와의 결합을 강화하기 위해 경화된다. 이런 경화는 홈(54) 및 상기 홈 내부의 러그(70)의 경화를 포함한다. 본 발명에 따라 이런 경화는 경화되지 않은 동일한 패스너와 비교하여, 보다 증가된 토크 및 우수한 성질을 특징으로 하는 금속 부재의 변형 및 장착을 용이하게 한다.

도11 내지 도13은 너트(40')를 도시한다. 너트(40')는 러그(70')의 형상을 제외하고는 너트(40)와 동일하다. 러그(70')는 균등한 직사각형 단면이고, 홈(54)의 바닥벽(58)에 평행한 상부면을 가진다. 도13을 참조하면, 앞선 실시예와 마찬가지로, 너트(40')의 상반부 및 하반부는 도시의 편의성을 위해 상이한 열 처리를 갖는 것으로 도시되어 있다. 따라서, 다양한 구역이 도10에 기재된 바와 같은 동일한 도면부호로 지시된다.

도14 내지 도16을 참조하면, 너트(80)는 본체부(82)와, 파일럿부(84)와, 중심축을 따라 연장하는 나사 형성부(86)를 가진다. 너트(80)는 환형 장착면 또는 바닥면(87)을 포함한다. 바닥단면(87)은 파일럿부(84)을 중심으로 연장하는 환형 홈(88)을 포함하고, 경화된 바닥 구역(26 또는 26')은 상기 면(87)을 따라 연장한다.

홈(88)은 내부벽(90)과 바닥벽(92)에 의해 형성된다. 벽(90, 92)은 앞선 실시예들에서 설명된 면 형상의 벽과 구별될 수 있는 바와 같이 평활하거나 원형이다. 내부벽(90)은 언더컷을 형성하도록 내향으로 경사지고, 이와 유사하게 바닥벽(92)은 홈(88)의 깊이가 파일럿부(84)를 향해 반경 방향을 따라 이동하면서 깊어지도록 내부벽(90)을 향해 내향으로 기울어지거나 경사진다. 이런 너트의 구조에는 외측 립이 제공되지 않는다.

러그(94)는 내부벽(90)의 일부 위쪽과 바닥벽(92)의 전체 길이를 따라 반경 방향으로 연장한다. 러그는 주연 본체면(96)에 대해, 또는 보다 구체적으로 렌치 플랫(wrenching flat; 98)의 중심에 이격되어 배치되지만, 이들은 모서리 위치에 배치될 수 있다. 러그(94)는 직사각형 단면을 가지지만 임의 적절한 형상이 사용될 수 있고, 러그가 내부벽(90)까지 연장될 필요는 없다.

도16을 참조하면, 앞선 실시예에서와 마찬가지로, 너트(80)의 상반부 및 하반부는 도시의 편의성을 위해 상이한 열 처리를 갖는 것으로 도시되어 있다. 따라서, 다양한 구역이 도10에 기재된 바와 같은 동일한 도면부호로 지시된다.

도17 내지 도19를 참조하면, 너트(100)는 본체부(102)와, 파일럿부(104)와, 중심축을 따라 연장하는 나사 형성부(106)를 가진다. 바닥단면(107)은 파일럿부(104)를 중심으로 연장하는 환형 홈(108)을 포함한다.

홈(108)은 바닥벽(110)과 내부벽(112)에 의해 형성된다. 이 실시예에서, 바닥벽(110)은 홈(108)의 깊이가 바닥벽의 외부 주연부로부터 바닥벽의 내부 주연부를 따라 이동하면서 깊어지도록 내부벽(112)을 향해 내향으로 기울어지거나 경사진다.

바닥벽(110)은 너트(40)의 면(64)과 유사한 복수개의 경사진 면(114)에 의해 형성된다. 또한, 내부벽(112)은 홈(108)이 파일럿부(104)에 언더컷을 형성하도록 내향으로 기울어지거나 경사진다. 또한, 내부벽(112)은 너트(40)의 면(66)과 유사한 복수개의 기울어지거나 경사진 평면, 또는 편평면 또는 면(116)을 갖는 다각 형상이 바람직하다.

홈(108)의 바닥벽(110)은 본체부(102)의 주연부 부근에 연장하는 "평면" 립[118; "flush" lip]과 교차한다. 립(118)은 평면이다. 즉, 립은 바닥벽(110)과의 교차점을 지나서는 축방향으로 연장하지 않는다. 립(118)은 파일럿부(104)와 너트의 축에 대해 수직을 이룬다. 러그(120)는 면(114)의 중심에 위치되고 바닥벽(110)에 평행할 수도 또는 평행하지 않을 수도 있는 상부면을 가진다.

도19를 참조하면, 앞선 실시예와 마찬가지로, 너트(100)의 상반부 및 하반부는 도시의 편의성을 위해 상이한 열 처리를 갖는 것으로 도시되어 있다. 따라서, 다양한 구역이 도10에 기재된 바와 같은 동일한 도면부호로 지시된다.

클린치형 패스너의 면들을 결합하는 형상(geometry)은 본 발명의 유도 경화를 간섭하지 않는다. 대부분 경우, 통상의 유동 경화 구역은 다양한 클린치형 패스너 형상에 유용할 수 있다. 즉, 외부 구역에 필요 경도가 설정되면, 구역 치수는 돌출형 러그 및 언더컷 표면을 포함할 것이다.

따라서, 전술한 선택적 경화 공정은, 본 기술분야에 공지되고 본 명세서에 나타난 바와 같이, 러그, 돌출부, 노치, 리세스, 경사진 벽 및 오목형 홈 등을 포함하여 특정하게 구성되거나 형상화된 요소들뿐만 아니라 다양한 파일럿 및 환형 면 구성부를 갖는 클린치형 패스너에 유용하다. 전술된 다양한 경화 바닥 구역의 제공은 이런 구성부 및 러그와 양립할 수 있다. 실제로, 러그의 경화는 금속 부재로의 러그 관통과 상호 체결을 향상시킨다.

도20 및 도21을 참조하면, 클린치형 너트(120)는 본체부(122)와 파일럿부(124)를 포함한다. 나사 보어(126)가 제공되지만, 보어는 자가 나사형 스크루 등을 수납하도록 나사산이 없을 수 있다. 베어링 또는 바닥단면(128)은 파일럿부(124)를 둘러싸는 환형 플랜지(130)를 포함하고, 이와 함께 협동하여 환형 홈(134)을 형성한다. 플랜지(130)에서 원주방향으로 이격된 반경의 러그(136)와 반경의 홈(138)은 금속 부재와의 결합을 향상시키기 위해 제공된다. 이런 클린치형 너트에 대한 상세한 설명은 미국 특허 제6,851,904호에 개시되어 있다.

도21에 구체적으로 도시된 바와 같이, 클린치형 너트(120)는 선택적 경화 구역을 제공하도록 본 발명에 따라 열 처리될 수 있다. 편의상, 너트(120)의 상반부 및 하반부가 상이한 열 처리를 갖는 것으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 너트(120)의 상반부는 외부 구역(24)과, 내부 구역(28)과, 중간 구역(30)을 가진다. 너트(120)의 하반부는 내부 구역(28')과, 중간 구역(30')과, 상부 구역(32)과, 주연 구역(34)을 포함한다. 상부 구역(32)은 확대된 주연 구역(38)을 형성하도록 점선(36)을 따라 연장될 수 있다.

도22 및 도23을 참조하면, 클린치형 너트(140)는 본체부(142)와, 파일럿부(144)를 포함한다. 나사 보어(146)가 제공되지만, 보어는 자가 나사형 스크루 등을 수납하도록 나사산이 없을 수 있다. 베어링면 또는 바닥단면(148)은 파일럿부(144)를 둘러싸는 환형 플랜지(150)를 포함하고, 이와 함께 협동하여 환형 홈(154)을 형성한다. 바람직한 구성에서, 파일럿부(144)와 플랜지(150)의 대향벽은 홈(154)의 내측벽과 외측벽을 각각 제공하며, 상기 내외측벽은 홈(154)에 제한 개구를 형성하도록 경사진다. 플랜지(150)에 원주방향으로 이격된 반경의 러그(156)와 반경의 홈(158)은 금속 부재와의 결합을 향상시키기 위해 제공된다. 이런 클린치형 너트에 대한 상세한 설명은 미국 특허 제6,994,500호에 개시되어 있다.

도23에 구체적으로 도시된 바와 같이, 클린치형 너트(140)는 선택적 경화 구역을 제공하도록 본 발명에 따라 열 처리될 수 있다. 앞선 실시예와 마찬가지로, 너트(140)의 상반부 및 하반부가 상이한 열 처리를 갖는 것으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 너트(140)의 상반부는 외부 구역(24)과, 내부 구역(28)과, 중간 구역(30)을 가진다. 너트(140)의 하반부는 내부 구역(28')과, 중간 구역(30')과, 상부 구역(32)과, 주연 구역(34)을 포함한다. 상부 구역(32)은 확대된 주연 구역(38)을 형성하도록 점선(36)을 따라 연장될 수 있다.

도24 및 도25를 참조하면, 자가 부착형 암형 패스너(160)는 플랜지부(166)와 단면(164)을 갖는 중앙 파일럿부(162)를 포함한다. 플랜지부의 대향 측면에는 대체로 평면인 지지면(168)이 제공된다. 한 쌍의 평행한 오목형 홈(170)은 V형 바닥벽과 비교적 경사진 바닥면을 가진다. 나사 보어(172)는 파일럿부(162)를 통해 연장되지만, 나사산이 형성되지 않은 보어가 자가 탭핑형 또는 나사 롤링 수형 패스너와의 사용을 위해 제공될 수 있다. 이런 암형 패스너에 대한 상세한 설명은 미국 특허 6,997,659호에 개시되어 있다.

도25를 참조하면, 암형 패스너(160)는 본 발명에 따라 선택적 경화 구역을 제공하도록 열 처리될 수 있다. 편의상, 패스너(160)의 상반부 및 하반부는 상이한 열 처리를 갖는 것으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 패스너(160)의 상반부는 외부 구역(24)과, 내부 구역(28)과, 중간 구역(30)을 가진다. 패스너(160)의 하반부는 내부 구역(28')과, 중간 구역(30')과, 상부 구역(32)과, 주연 구역(34)을 포함한다. 상부 구역(32)은 확대된 주연 구역(38)을 형성하도록 점선(36)을 따라 연장될 수 있다.

도26 및 도27을 참조하면, 천공 너트 또는 클린치형 너트에 유용한 암형 패스너(180)가 도시되어 있다. 패스너(180)는 본체부(182)와 파일럿부(184)를 포함하고, 상기 파일럿부는 축방향 나사 보어(186)를 가진다. 보어(186)는 자가 탭핑형 또는 나사 롤링 수형 패스너를 수납하도록 나사산이 없을 수 있다. 베어링면(188)은 파일럿부(184)를 둘러싸는 환형 플랜지(190)를 포함하고 이와 협동하여 환형 홈(192)을 형성한다. 홈(192)은 본 기술분야에 공지된 바와 같은 오목형 구성부를 가질 수 있다. 홈(192)은 웨지 형상으로서 원주방향을 따라 이격된 복수개의 리세스(196)를 갖는 바닥벽(194)을 포함할 수 있다. 이런 암형 패스너에 대한 상세한 설명은 미국 특허 제7,001,125호에 개시되어 있다.

도27에 구체적으로 도시된 바와 같이, 패스너(180)는 선택적 경화 구역을 제공하도록 본 발명에 따라 열 처리될 수 있다. 편의상, 패스너(180)의 상반부 및 하반부는 상이한 열 처리를 갖는 것으로 도시되어 있다. 앞선 실시예와 마찬가지로, 패스너(180)의 상반부는 외부 구역(24)과, 내부 구역(28)과, 중간 구역(30)을 가진다. 패스너(180)의 하반부는 내부 구역(28')과, 중간 구역(30')과, 상부 구역(32)과, 주연 구역(34)을 포함한다. 상부 구역(32)은 확대된 주연 구역(38)을 형성하도록 점선(36)을 따라 연장될 수 있다.

도28은 패스너(200)를 도시한다. 패스너(200)는 클린치형 너트(10)와 유사하고 대응 요소들은 주요 부분을 제외하고는 유사하게 도면부호가 부여된다. 패스너(200)는 본 발명의 바람직한 실시예들에 따라 선택적으로 경화되고, 결합된 경화 구역은 경험적 결정 결과(empirically determined result)에 따라 조합된다.

패스너(200)는 본체부(12)와 파일럿부 또는 펀치부(14)를 포함한다. 나사 블랭크 또는 보어(16)는 패스너(200)의 중심축을 따라 연장한다. 패스너는 파일럿부(14)의 주위에서 연장하는 환형 장착면 또는 바닥단면(18')을 포함한다. 본체부(12)는 상부면(20')과, 상기 상부면(20')과 바닥단면(18')을 연결하는 주연의 본체면(22')을 가진다.

도시된 바와 같이, 패스너(200)는 "형성 시(as-formed)"의 경도를 갖는 내부 구역(28')과, 증가된 경도를 갖는 외부 주연 구역(38')을 포함한다. 내부 구역 및 외부 구역은 상기 패스너의 전체 횡방향 길이를 형성한다. 외부 구역(38')은 파일럿부(14)에서는 대체로 원통 형상을 가지고, 본체부(12)에서는 반경 방향으로 연장하여 구근(bulbous) 형상 또는 프로파일을 갖는 구역을 제공한다. 이는 본체부에 크기가 증가된 내부 구역을 제공하면서 본체부(12)의 주연부를 따라 요구되는 열 경화를 감소시킨다.

구역(38')은 약 40 Rc 내지 약 60 Rc의 경도 값으로 선택적으로 경화된다. 내부 구역(28')에 있어, 보어(16)에서 약 90 Rb인 형성 시의 경도 값이 외측 주연 구역(38')에서 약 40 Rc로 변화한다. 구역(38')은 앞선 실시예들과 관련하여 설명한 바와 같이 구역(26, 32, 34, 38)을 포함한다. 외부 주연 구역(38')은 내부 구역(28')을 대체로 수납하거나 둘러싼다. 내부 구역(28')은 상부면(20')에 노출된 환형 단면(20'A)과, 파일럿부(14)의 단면에 인접한 환형 바닥면(28'A)을 포함한다. 따라서, 증가된 경도 값을 갖는 외부 주연 구역(38')은 환형면(20'A, 28'A)을 제외하고 패스너(200)의 모든 외부 표면을 따라 연장한다.

도29를 참조하면, 패스너(200A)는 변형된 경화 외부 구역(38'A)을 제외하고는 패스너(200)와 대체로 동일하다. 이런 변형례에서, 상부면(20')에 따른 경화는 감소되고 환형면(20'A)은 증가된 반경의 치수를 가진다.

도30은 변형된 외부 경도 구역(38'B)을 갖는 패스너(200B)를 도시한다. 이런 변형례에서, 내부 구역(28')은 대체로 원통 형상을 가지며 균등한 반경의 치수를 가진다. 따라서, 환형면(20'A)과 환형면(28'A)은 동일한 크기이다.

본 발명의 특정 실시예들이 상세히 설명되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 이하 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주 내에서 모든 변경 및 변형을 포함한다는 것을 알 것이다.

Claims (34)

1. 소성 변형 가능한 금속 부재에 부착되는 자가 클린치형 금속 패스너이며,

   상기 패스너는 중심축을 갖는 본체부와, 중심 보어를 둘러싸는 축방향으로 연장하는 파일럿부를 포함하고, 상기 패스너는 상기 보어에 인접한 내부 구역 및 상기 패스너의 외측 주연부에 인접한 외부 구역을 포함하는 횡방향 길이를 갖고, 상기 내부 구역은 내부 구역 경도를 갖고 상기 외부 구역은 외부 구역 경도를 갖고, 적어도 외부 구역의 경도는 선택적 열 처리에 의해 형성되고, 상기 내부 구역은 상기 파일럿부에서는 원통 형상을 가지며 상기 본체부에서는 상기 내부 구역이 구근(bulbous) 형상을 구비하도록 반경 방향으로 연장하고, 상기 구근 형상에 의해 외부 구역은 경도가 증가된 변하는 반경 방향 두께를 갖고, 상기 외부 구역 경도는 상기 내부 구역 경도보다 크고, 상기 파일럿부는 상기 보어 주위로 연장하는 제1 환형 파일럿 단면 및 상기 제1 환형 파일럿 단면 주위로 연장하는 제2 환형 파일럿 단면을 포함하고, 제1 및 제2 환형 파일럿 단면은 각각 제1 및 제2 파일럿 단면 경도를 갖고, 제2 파일럿 단면 경도는 제1 파일럿 단면 경도보다 큰, 자가 클린치형 금속 패스너.
2. 제1항에 있어서, 상기 패스너는 축방향 길이를 갖고, 상기 보어는 상기 패스너의 축방향 길이를 통해 연장하며, 상기 내부 구역은 상기 패스너의 축방향 길이를 따라 상기 보어 주위로 연장하고 상기 외부 구역은 상기 패스너의 길이를 따라 상기 내부 구역 주위로 연장하고, 상기 내부 구역 및 외부 구역은 상기 패스너의 상기 횡방향 길이의 전체를 형성하도록 협동하고, 상기 외부 구역은 상기 내부 구역으로부터 횡방향으로 외향의 위치에서 증가된 경도를 상기 패스너에 제공하는, 자가 클린치형 금속 패스너.
3. 제2항에 있어서, 상기 본체부는 상기 파일럿부로 방사상 내향으로 연장하는 바닥단면을 포함하고, 상기 바닥단면은 상기 파일럿부를 둘러싸는 바닥단면 횡방향 길이를 포함하고, 상기 외부 구역의 적어도 일부는 상기 바닥단면 횡방향 길이와 적어도 동일한 횡방향 길이를 갖고, 상기 외부 구역은 상기 바닥단면이 상기 외부 구역 경도와 동일한 경도를 구비하도록 상기 바닥단면으로 연장하는, 자가 클린치형 금속 패스너.
4. 제3항에 있어서, 상기 바닥단면은 소성 변형 가능한 금속을 변형시켜 수납하기 위한 형상 요소를 포함하고, 상기 형상 요소는 러그, 돌출부, 노치, 리세스, 경사진 벽, 홈 및 오목형 홈으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 자가 클린치형 금속 패스너.
5. 제3항에 있어서, 상기 바닥단면은 상기 금속 부재로부터 소성 변형된 금속을 수납하기 위한 언더컷을 형성하는 경사진 내부벽을 갖는 홈을 포함하는, 자가 클린치형 금속 패스너.
6. 제2항에 있어서, 상기 본체부는 상기 보어 주위로 연장하는 환형 상단면을 갖고 상기 내부 구역 경도와 동일한 경도를 갖는 상부 반경 방향 단면을 포함하는, 자가 클린치형 금속 패스너.
7. 제6항에 있어서, 상기 본체부는 상기 파일럿부로 방사상 내향으로 연장하는 바닥단면을 포함하고, 상기 바닥단면은 소성 변형 가능한 금속을 변형시켜 수납하기 위한 형상 요소를 포함하고, 상기 형상 요소는 러그, 돌출부, 노치, 리세스, 경사진 벽, 홈 및 오목형 홈으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 자가 클린치형 금속 패스너.
8. 제6항에 있어서, 상기 본체부는 상기 파일럿부로 방사상 내향으로 연장하는 바닥단면을 포함하고, 바닥단면은 상기 파일럿부를 둘러싸는 바닥단면 횡방향 길이를 갖고, 상기 외부 구역의 적어도 일부는 상기 바닥단면 횡방향 길이와 적어도 동일한 횡방향 길이를 갖고, 상기 외부 구역은 상기 바닥단면이 상기 외부 구역 경도와 동일한 경도를 구비하도록 상기 바닥단면으로 연장하는, 자가 클린치형 금속 패스너.
9. 제8항에 있어서, 상기 외부 구역은 40 Rc 내지 60 Rc 범위의 경도를 갖고, 상기 내부 구역은 32 Rc 내지 90 Rb 범위의 경도를 갖는, 자가 클린치형 금속 패스너.
10. 제9항에 있어서, 상기 외부 구역은 218,550 psi 또는 1,500 Mpa의 극한 인장 강도를 갖고, 상기 내부 구역은 113,850 psi 또는 785 Mpa의 극한 인장 강도를 갖는, 자가 클린치형 금속 패스너.
11. 제1항에 있어서, 상기 제2 환형 파일럿 단면 및 상기 외부 구역 각각은 40 Rc 내지 60 Rc 범위의 경도를 갖고, 상기 제1 환형 파일럿 단면 및 상기 내부 구역 각각은 32 Rc 내지 90 Rb 범위의 경도를 갖는, 자가 클린치형 금속 패스너.
12. 제1항에 있어서, 상기 패스너는 사전 나사형성되고, 상기 중심축을 중심으로 연장하는 스크루 나사 대경을 갖고, 상기 제1 환형 파일럿 단면은 상기 대경과 적어도 동일한 주요 치수를 갖는, 자가 클린치형 금속 패스너.
13. 제1항에 있어서, 상기 외부 구역은 218,550 psi 또는 1,500 Mpa의 극한 인장 강도를 갖고, 상기 내부 구역은 113,850 psi 또는 785 Mpa의 극한 인장 강도를 갖는, 자가 클린치형 금속 패스너.
14. 제1항에 있어서, 상기 패스너는 너트이고, 상기 보어는 평활한 보어 나사 블랭크이고, 상기 내부 구역은 보어 내에 형성되는 나사의 외경과 적어도 동일하거나 큰 거리 만큼 상기 보어로부터 횡방향으로 외향 연장하고, 상기 내부 구역 경도는 나사 형성 스크루와의 결합에 의한 나사 결합에 대해 적절하고, 상기 내부 구역 및 외부 구역은 상기 패스너의 전체 횡방향 길이를 형성하고, 상기 외부 구역은 상기 내부 구역의 횡방향 외향으로 패스너 내의 모든 위치에서 경도가 증가된 연속적인 구역을 제공하는, 자가 클린치형 금속 패스너.
15. 소성 변형 가능한 금속 부재에 부착되는 자가 클린치형 금속 패스너이며,

    상기 패스너는 중심축을 갖는 본체부와, 중심 보어를 둘러싸는 축방향으로 연장하는 파일럿부를 포함하고, 상기 패스너는 상기 보어에 인접한 내부 구역 및 상기 패스너의 외측 주연부에 인접한 외부 구역을 포함하는 횡방향 길이를 갖고, 상기 내부 구역은 상기 파일럿부에서는 원통 형상을 가지며 상기 본체부에서는 상기 내부 구역이 구근 형상을 구비하도록 반경 방향으로 연장하고, 상기 구근 형상에 의해 외부 구역은 경도가 증가된 변하는 반경 방향 두께를 갖고, 상기 내부 구역은 내부 구역 경도를 갖고 상기 외부 구역은 외부 구역 경도를 갖고, 적어도 외부 구역의 경도는 선택적 열 처리에 의해 형성되고, 상기 외부 구역 경도는 상기 내부 구역 경도보다 크고, 상기 파일럿부는 상기 보어 주위로 연장하는 제1 환형 파일럿 단면 및 상기 제1 환형 파일럿 단면 주위로 연장하는 제2 환형 파일럿 단면을 포함하고, 제1 및 제2 환형 파일럿단면은 각각 제1 및 제2 파일럿 단면 경도를 갖고, 제2 파일럿 단면 경도는 제1 파일럿 단면 경도보다 크고, 상기 본체부는 상부 반경 방향 단면을 포함하고, 상기 상부 반경 방향 단면은 상기 보어 주위로 연장하는 환형 상단면을 갖고 상기 내부 구역 경도와 동일한 경도를 갖는, 자가 클린치형 금속 패스너.
16. 제15항에 있어서, 상기 패스너는 축방향 길이를 갖고 상기 보어는 상기 패스너의 축방향 길이를 통해 연장하고, 상기 내부 구역 및 외부 구역은 상기 패스너의 상기 횡방향 길이를 형성하고, 상기 외부 구역은 상기 패스너의 축방향 길이를 따라 상기 패스너의 횡방향 길이의 부분을 형성하는, 자가 클린치형 금속 패스너.
17. 제16항에 있어서, 상기 파일럿부는 제1 및 제2 환형 파일럿 단면에 의해 형성되는 파일럿 단부벽을 포함하고, 상기 내부 구역 및 외부 구역은 상기 제1 및 제2 환형 파일럿 단면을 각각 형성하도록 상기 파일럿 단부벽과 교차하는, 자가 클린치형 금속 패스너.
18. 제15항에 있어서, 상기 본체부는 바닥단면을 포함하고, 상기 바닥단면은 상기 파일럿부에 내향으로 연장하는 바닥단면 횡방향 길이를 포함하고, 상기 외부 구역의 적어도 일부는 상기 바닥단면 횡방향 길이와 적어도 동일한 횡방향 길이를 갖고, 상기 외부 구역은 상기 바닥단면이 상기 외부 구역 경도와 동일한 경도를 구비하도록 상기 바닥단면으로 연장하는, 자가 클린치형 금속 패스너.
19. 본체부 부근에 연장하는 주연 본체면에 의해서 연결된 상부면과 바닥면을 갖는 본체부와, 평활한 보어 나사 블랭크 또는 사전에 나사산이 형성된 중앙 보어를 둘러싸는 축방향으로 연장하는 파일럿부를 포함하는 클린치형 패스너를 제조하는 방법이며,

    (a) 제1 경도를 갖는 상기 패스너를 제공하는 단계와,

    (b) 상기 보어에 인접한 내부 구역 및 상기 패스너의 외측 주연부에 인접한 외부 구역을 형성하도록 상기 패스너의 횡방향 길이를 선택적으로 경화하는 단계와,

    (c) 상기 내부 구역이 상기 제1 경도와 동일한 경도를 갖는 단계와,

    (d) 상기 외부 구역이 상기 내부 구역의 경도보다 큰 경도를 갖는 단계를 포함하고,

    상기 내부 구역은, 경도가 증가된 변하는 반경 방향 두께를 갖는 외부 구역을 형성하도록 상기 파일럿부 내부에서 균일한 반경 방향 길이를 갖고 상기 본체부에서 구근 형상으로 연장하는, 클린치형 패스너 제조 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 제1 경도는 패스너의 형성 시의 경도 또는 전체 경화 시의 경도와 동일한, 클린치형 패스너 제조 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 외부 구역은, 제1 경도로서 형성 시의 경도 또는 전체 경화 시의 경도를 갖는 유사한 패스너가 사용될 수 있는 금속 부재의 경도값보다 큰 경도값을 갖는 금속 부재를 천공 및/또는 소성 변형하기 위해 상기 패스너가 사용될 수 있는 경도를 갖는, 클린치형 패스너 제조 방법.
22. 제19항에 있어서, 상기 (b) 단계는 상기 선택적으로 경화하는 단계를 제공하기 위해 상기 패스너를 유도 경화하는 단계를 포함하는, 클린치형 패스너 제조 방법.
23. 제19항에 있어서, 상기 내부 구역은 상기 파일럿부 내에 원통 형상을 갖는, 클린치형 패스너 제조 방법.
24. 제19항에 있어서, 상기 본체부는 돌출 형상 요소를 갖는 상기 파일럿부에 인접한 바닥단면을 포함하고, 상기 (b) 단계는 상기 외부 구역 내부에 상기 돌출 형상 요소를 포함하도록 상기 구근 형상을 형성하는 단계를 포함하는, 클린치형 패스너 제조 방법.
25. 제19항에 있어서, 상기 패스너는 길이를 갖고, 상기 (b) 스텝은 상기 패스너의 길이를 따라서 상기 외부 구역을 형성하도록 패스너의 길이를 따라 상기 패스너를 선택적으로 경화하는 단계를 포함하는, 클린치형 패스너 제조 방법.
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