JP7094306B2 - セルフピアスファスナー - Google Patents

Description

関連出願

本願は２０１７年５月２５日に出願され、“セルフピアスファスナー”を発明の名称とする仮特許出願第６２／５１１，０５５号の優先権を主張する非仮特許出願である。

本発明は機械分野におけるセルフピアスファスナー（ｓｅｌｆ－ｐｉｅｒｃｉｎｇ ｆａｓｔｅｎｅｒ：自動貫入型ファスナー。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。）に関し、特にファスナー要素がハニカム型パネルの上部から上向きに延在するハニカム型パネルのセルフピアスファスナー装置に関する。

セルフピアスファスナー装置は機械分野において公知である。これらファスナー装置の場合、一般的に、パネルを通して反対側に部分的に、あるいは貫入することができるファスナープロング（ｐｒｏｎｇｓ：先端部）をパネルの上部に突き通すことによって受け取り側パネルに取り付ける。これらセルフピアスファスナー装置の場合、受け取り側パネルに予め孔を設ける必要がなく、また接着剤も必要がない点で有利である。さらに、一部のセルフピアスファスナー装置では作業工程は一つあればよい。

一部の従来セルフピアスファスナー装置、例えばＵＳＰ８，３６６，３６４に開示されている装置の場合、ファスナー装置の下部部分を受け取り側パネルに埋設した状態で、パネルの上部から上向きに延在する。パネルより上のファスナー装置部分がスタンドオフとして作用し、この部分には雌ネジまた雄ネジを切ることができる。従来のセルフピアスファスナー装置の別な例は、ＵＳＰ３，２８１，１７１に開示があり、プロングを有する取り付けプレートから延在するナット締め付け要素を有する。プロングについては、取り付けプレートの周囲に設け、受け取り側パネルを反対側に貫通する。次に、プロングの末端部分をパネルの反対側に折り曲げ、パネルの装着を実施する。

これら従来のファスナー装置の場合、密度が均一な平面状パネルには適するが、軽量および強度が求められる用途に好適なことが多いハニカムのパネルなどの不均一なパネルには向かない。ハニカム構造パネルはハニカム形状を有する人工のプレート状集成体である。これらパネルの形状によって構造材料の必要な量が最少で済み、重量および材料コストを最小化することができる。

ハニカム構造は多数の幾何学的形状を実現できるが、大半のハニカム構造は垂直壁間にセルを配列するものである。これらセルはほとんどの場合形状はカラム状で六角形である。通常、これらセルを２枚の薄いパネル層の間に層として配列し、セル壁に対して垂直な強度を与え、セルに対する荷重を分散させ、プレート状の複合材を構成する。ハニカム構造パネルの一例は、コネチカット州、スタンフォードのＨｅｘｃｅｌ社によって製造されている。

従来、ハニカム構造パネルに使用されるファスナー装置はパネルに成型してもよく、あるいは機械的にパネルに取り付けてもよい。いずれの方法においても、孔を空けるか、および／または研磨などによって直径を適正化する準備が必要である。一つの方法では、接着剤を塗布し、これを硬化させることによってパネルの孔にファスナー装置を接着する。もう一つの方法では、ファスナー装置を孔にプレスするか、あるいはリベットで締める。接着するファスナー装置は使用が簡単であるが、ファスナー装置の性能が接着剤の強度によって制限される欠点がある。このように、ハニカム型パネルの一度の工程で簡単に取り付けられる上に、接着剤を塗布しなくても強固な装着を担保するセルフピアスファスナー装置が求められている。

ＵＳＰ８，３６６，３６４ ＵＳＰ３，２８１，１７１

本発明は、一度のプレス作業工程でハニカム型パネルに簡単に取り付けられる上に、接着剤を塗布しなくても強固な装着を担保するセルフピアスファスナー装置に関する。このファスナー装置は、複数の下向きプロングを有する金属製ベースプレートを有する。各プロングは矢尻状の返し（ａｒｒｏｗｈｅａｄ ｓｈａｐｅｄ ｂａｒｂ）を有し、この返しは複合的なテーパーを有する。これら返しはハニカムパネルの構造中に独特な形ですいつく縁部を有する。ファスナー装置のベースプレートがハニカム型パネルの水平面内に垂直にプレスされると、返しがハニカム構造の垂直方向に離間した内部カラムに係合するため、返しがランダムな方向にたわむ。この結果、後縁部を有する返しの表面がハニカム構造のカラムに係合し、これに食い込む。このようにして、ファスナー装置をハニカムパネルに強固に取り付けることができる。

ベースプレートは、第２成分をこのプレートの上部に固定する第２取り付け手段を有する。第２ファスナー装置は、雌ネジや雄ネジなどの特徴を有するため、別な物品をベースプレートによってパネルに固定できる。この二次的なファスナー装置の取り付け手段については、クリンチ式手段が好ましいが、他の任意の適当な手段も使用可能である。

一つの好適な実施態様では、セルフピアスファスナー装置は平面状のベースプレートを有し、このベースプレートは上部、下部および周縁部を有する。ベースプレートは実質的に円形であればよい。周縁部に固定された複数のプロングはベースプレートの底部から下向きに延在する。プロングそれぞれは中心軸、および遠位端部に固定された矢尻状の返しを有する。これら返しは実質的に同じで、ベースプレートの周囲に等間隔で離間している。各返しは、ファスナー装置が固定されるパネルの内部に固定的に埋設される。

各返しはこの返しの先端から延在する対向前縁部、およびプロングの中心軸に対して逆鋭角で配向する対向後縁部を有する。返しの各前縁部については、複合的なテーパー構成を有するのが好ましい。一つの実施態様では、返しの前縁部は第１および第２のテーパー領域を有する。第１領域については、相互に対してほぼ９０度の夾角で配向させ、そして第２領域については、相互に対してほぼ６０度の夾角で配向させる。

第２ファスナー装置をベースプレートの上部に固定するとともに、これを上向きに延在させる。第２ファスナー装置は、例えば雄ネジを切った植え込みボルトか、あるいは雌ネジを切ったナットであればよい。一つの好適な実施態様では、ベースプレートの取り付け孔にクリンチ取り付け方式によって第２ファスナー装置を固定することによって、ファスナー装置のアンダーカットがベースプレートからの金属の冷間流れを受け取る。

別な実施態様では、本発明は新規ファスナー装置およびハニカムパネルの集成体を提供するものである。このハニカムパネルについては、一般に上部パネル、下部パネル、およびこれらパネル間に存在し、かつ側壁を備えた離間垂直カラムによって形成される複数の内部セルで構成する。セルフピアスファスナー装置のプロングが上部パネルを貫通し、返しが内部セルのカラムに係合し、ファスナー装置をハニカムパネルの上部パネルに固定する。ファスナー装置の上部パネルへの装着時に、返しが半径方向にランダムにたわむため、少なくとも一つの対向対の返しが集成後に平行になることはない。返しについては、パネルの底面に貫通することがないように構成するのが好ましい。装着時に、パネルの内部カラム壁が返しによってたわむため、返しの後縁部の角部がたわんだカラム壁に直接係合することによって引き抜き力に耐えることができる。

本発明の好適な実施態様に従って構成したセルフピアスファスナー装置を示す等測投影図である。 図１に示すファスナー装置のセルフピアス返しを示す側面図である。 図１に示すファスナー装置のベースプレートを示す側面図である。 図１に示すベースプレートに取り付けた二次的なファスナー装置を示す側面図である。 本発明の別な実施態様に従って図１および図３のベースプレートに装着できる二次的なファスナー装置を示す一部断面を含む側面図である。 本発明のさらに別な実施態様に従ってハニカムパネルに装着した図３のファスナー装置を示す等測投影図である。 図６の線７－７にそって取った横断面図である。 図７から取った断片的な拡大横断面図である。

本発明の好適な実施態様に従って構成したセルフピアスファスナー装置を図１～図３に示す。なお、全体を参照符号９で示す。このセルフピアスファスナー装置は全体としてベースプレート１１を有し、このベースプレートは上面１１ａ、下面１１ｂ、周縁部１１ｃ、および中心孔１２を有する。二次的なファスナー装置１３については、ベースプレート１１の上下面１１ａ、１１ｂに固定し、かつこれらの上下面に対して全体として垂直に中心孔１２に延在する。図１に示す好適な実施態様の場合、この二次的なファスナー装置１３はクリンチングによってベースプレートに固定する。中心孔１２を取り囲む材料が冷間変形し、二次的なファスナー装置１３の軸部のアンダーカット（図示せず）内に入り込む。この実施態様では、二次的なファスナー装置１３は雄ネジを切った植え込みボルト（ｓｔｕｄ）であり、このボルトはプレート１１の上面１１ａから上向きに突出する。

ベースプレート１１は実質的に円形であり、ベースプレート１１の周囲縁部１１ｃに固定され、かつこれから突出する一連のプロング１５を有する。これらプロングは上面１５ａ、底面（下面）１５ｂ、および周囲面１５ｃを有し、これら表面はベースプレート１１のそれぞれ上面１１ａ、下面１１ｂおよび周囲面１１ｃと連続化している。この好適な実施態様では、プロング１５は半径方向に短い距離突出し、（上下面の平面に対して）底面１１ｂに向かって約９０度湾曲してから、軸方向に下向きに突出する。本実施態様では、プロング１５は長さ方向に延在する中心軸を有し、均一な、全体として矩形の横断面を有する。矢尻状の返し１６はプロング１５の遠位端部に固定する。返し１６については、プロング１５と一体形成するのが好ましい。プレート１１については、パターンを打抜いてから、プロングを好ましくは９０度の角度に折り曲げて製造するのが効率がよい。図３では、図１に示すベースプレート１１、プロング１５および返し１６は分離して示す。

図２を参照して説明すると、各返し１６は遠位先端１８を有し、この先端には予め受け取り孔を設ける必要なく、受け取り側パネルに自動的に進入できる点までテーパーを施してある。返し１６の場合、対向する前縁部および対向する後縁部１４を有し、これらは返しが進入する材料に係合する。後縁部１４はプロング１５の中心軸に対して斜めに延在し、かつプロング１５の周囲縁部１５ｃから短い角部１０まで延在する。前縁部はこの角部１０から延在し、先端１８で収斂する。後縁部１４はプロングの中心軸に対して（先端１８から離れる方向に）逆鋭角で配向する。

前縁部は、それぞれがアーム１５の中心軸に対して異なる角度でテーパーを有する２つのテーパー付き領域１７、１９を有する複合的な外形を有する。返しの形状によって、装着時に材料が受ける応力が最小化する。第１領域１７は先端１８から前縁部の中間点まで延在し、一方第２領域１９はこの中間点から角部１０まで延在する。第１領域１７の夾角（対向する第１領域間で測定される角度）は９０度であり、また第２領域１９の夾角（対向する第２領域間で測定される角度）は６０度である。この好適な実施態様では、第１領域１７の長さは第２領域１９の長さよりも短い。第２領域１９に６０度のテーパーが付いているため、漸進的に装着を行うことができ、パネルの損傷が少なくなる。第１領域１７に９０度のテーパーが付いているため、返しを短くでき、薄いハニカムシートに適用した場合にシートの対向面に突出することはない。他の形状も可能であるが、この外形を採用した方がファスナー装置の性能を最大化できる。

図１に示したベースプレート１１、プロング１５および返し１６は、図３では分離して示す。プロングおよび返しについては、ベースプレート１１の周囲に等間隔で離間配置するのが好ましい。対向対のプロングおよび返しは、相互の鏡像として配向する。ベースプレート１１の平面に対して９０度の角度でプロングを下向きに折り曲げた好適な実施態様の場合、対向する返しは相互に平行な平面内に存在する。例えば、図１から良く理解できるように、ファスナー装置は６つのプロングを相互に１８０度離間した対として設ける。図１に、２つのプロング（Ｐ１、Ｐ２で示す）の返しが平行平面内にどのように存在するかを示す。

ベースプレート１１は中心取り付け孔１２を有し、これがクリンチなどの任意の適当な手段によって取り付ける各種の二次的なファスナー装置を受け取る。図４および図５に、ベースプレートとともに使用できる２つの異なる種類の二次的なファスナー装置を示す。図４には図１に示す雄ネジを切った植え込みボルト１３を示し、図５には雌ネジを切ったファスナー装置１１３を示す。図４および図５のファスナー装置それぞれは、ベースプレート取り付け孔に係合するクリンチ取り付け手段２１、１２１を有する。

図６に、内壁２０によって相互接続した上部パネル２３および下部パネル２２を有するハニカムパネル２５に装着した図１のファスナー装置９を示す。ベースプレート１１が上部パネル２３の上面にぴったりと接触するまで、ファスナー装置９をパネル２５内にプレスする。ベースプレート１１が大きな接触面積をもつため、二次的なファスナー装置１３が左右にたわむことはない。

図７ａおよび図７ｂに、ファスナー装置９の装着後にハニカムパネル２５の内部構造２０に返し１６がどのように係合するかを示す。返しがパネル２５に進入すると、返し１６によってランダムな方向にパネル２５の内壁２０がたわむ。各返しの進入エリアがパネル２５内で異なるからである。返し１６が内壁２０からの抵抗を受けている間に、返し１６がランダムに湾曲するか、あるいはねじ曲がる。プロングおよび返しの長さについては、返しが下部パネル２２を貫くことがないように選択するのが好ましい。図７ｂに、後縁部１４の角部を含む返し１６の構造部分がどのように（たわんだ状態にある）内壁２０または上部パネル２３に直接係合することによって確実に抜け出しを防止するかをより明確に示す。

当業者ならば、以上の実施態様に各種の変更などを加えることができるはずである。換言すると、以上の実施態様は例示のみを目的とするものと理解されるべきである。本発明の範囲および精神に従って実施されるこれら実施態様の変更などについては、全て、特許請求の範囲およびこれらの法的な等価物によって判断されるべきである。

９、１３、１１３：ファスナー装置
１０：角部
１１：ベースプレート
１１ａ：上面
１１ｂ：下面、底面
１１ｃ：周縁部、周囲面
１２：中心孔、中心取り付け孔
１４：後縁部
１５：プロング
１５ａ：上面
１５ｂ：底面（下面）
１５ｃ：周囲面、周囲縁部
１６：返し
１７：第１領域
１８：遠位先端、先端
１９：第２領域
２０：内壁、内部構造
２１、１２１：クリンチ取り付け手段
２２：下部パネル
２３：上部パネル
２５：ハニカムパネル

Claims (4)

1. ファスナーおよびハニカムパネルを有する集成体において、
   ａ）上部パネル、下部パネル、およびこれらパネル間にあって、側壁を有する離間垂直カラムによって形成される複数の内部セルを有するハニカムパネル、および
   ｂ）セルフピアスファスナーであって、
   ｉ）上部、下部、および周縁部を有する平面状のベースプレート、および
   ｉｉ）前記周縁部に固定され、かつ前記ベースプレートの底部から下向きに延在する複数のプロングであって、これらプロングそれぞれが中心軸および遠位端部に固定した矢尻状の返しを有し、そして各返しがこの返しの先端から延在する対向前縁部、および前記プロングの前記中心軸に対して逆鋭角で配向した対向後縁部を有するプロングを有するセルフピアスファスナーを備え、
   前記ファスナーのプロングが前記上部パネルに進入し、かつ前記返しが前記内部セルの前記カラムに係合し、前記ファスナーを前記ハニカムパネルの前記上部パネルに強く固定したことを特徴とする集成体。
   
2. 前記上部パネルへの前記ファスナーの装着時に前記返しをランダムにたわませて、少なくとも一対の対向返しが集成後に平行にならないように構成した請求項１に記載の集成体。
   
3. 前記返しが前記パネルの底面を突き破ることがない請求項２に記載の集成体。
   
4. 前記ファスナーの前記ハニカムパネルへの装着時に前記返しによって前記パネルの内部カラム壁をたわませて、たわんだカラム壁に直接係合することによって前記返しの後縁部の角部が抜き出し力に抵抗するようにした請求項３に記載の集成体。

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