特開 2024-163047 セルフパンチング機能要素

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024163047

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】セルフパンチング機能要素

(51)【国際特許分類】

   F16B 19/08 20060101AFI20241114BHJP

   B21J 15/00 20060101ALI20241114BHJP

   F16B 35/06 20060101ALI20241114BHJP

   F16B 37/04 20060101ALI20241114BHJP

   F16B 35/04 20060101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

F16B19/08 A

B21J15/00 U

F16B35/06 F

F16B37/04 E

F16B35/04 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024074171

(22)【出願日】2024-05-01

(31)【優先権主張番号】10 2023 112 481.1

(32)【優先日】2023-05-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】308017504

【氏名又は名称】プロフィル フェルビンドゥングステヒニック ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100140361

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 幸二

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアン ゾーヴァ

(72)【発明者】

【氏名】アメル マールメ

【テーマコード（参考）】

3J036

【Ｆターム（参考）】

3J036AA04

3J036EA06

(57)【要約】

【課題】 セルフパンチング機能要素を提供する。
【解決手段】 本発明は、ワークピース、特に板金部品に取り付けるように構成されたセルフパンチング機能要素に関し、セルフパンチング機能要素は、機能要素が締結された状態においてワークピースに接触する接触面を有するヘッド部と、機能要素をワークピースに固定するための、ヘッド部から軸方向に延びる締結部と、を備えており、
締結部は、周方向に中空空間と境界を接し、かつヘッド部とは反対側を向く側に自由端であるパンチングエッジを有する壁を備え、ヘッド部からのパンチングエッジの間隔は、周方向に一定ではない、かつ／または、パンチングエッジは、周方向から見たときに、長手方向軸すなわち機能要素のパンチング方向に対して垂直に配置された平面内に完全には位置しない。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークピース、特に板金部品に取り付けるためのセルフパンチング機能要素であって、
前記機能要素が締結された状態において前記ワークピースに接触する接触面（１４）を有するヘッド部（１２）と、
前記機能要素を前記ワークピースに固定するための、前記ヘッド部から軸方向（Ａ）に延びる締結部（２０）と、
を備え、
前記締結部が、周方向に中空空間（２３）と境界を接し、かつ前記ヘッド部とは反対側を向く側に自由端であるパンチングエッジ（２２）を有する壁（２１）を備え、
前記ヘッド部からの前記パンチングエッジの間隔は、周方向に一定ではない、および、
前記パンチングエッジは、周方向から見たときに、長手方向軸（Ａ）または前記機能要素のパンチング方向に対して垂直に配置された平面内に完全には位置しない、のうち少なくとも一方を備えた、セルフパンチング機能要素。

【請求項2】

前記パンチングエッジ（２２）が、軸方向（Ａ）に湾曲した部分、および前記軸方向に対して傾斜した部分のうち少なくとも一方を備えた、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項3】

前記パンチングエッジ（２２）が、軸方向（Ａ）に垂直な側面から見たときに波形または鋸歯状の経路を有する、請求項１または２に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項4】

前記パンチングエッジ（２２）および前記壁（２１）の少なくとも一方が、軸方向（Ａ）から見たときに、円形の形状を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項5】

前記パンチングエッジ（２２）および前記壁（２１）の少なくとも一方が、前記機能要素の中心軸（Ａ）に対して回転対称に設計される、請求項１～４のいずれか一項に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項6】

前記パンチングエッジ（２２）および前記壁（２１）の少なくとも一方が、周方向に凹状および凸状に湾曲した部分（３４，３６）を備え、特に、前記パンチングエッジおよび前記壁のうち少なくとも一方が、周方向に波形または鋸歯状に設計される、請求項１～３，５のいずれか一項に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項7】

前記パンチングエッジ（２２）は、軸方向（Ａ）および周方向の少なくとも一方に不連続部がない、請求項１～６のいずれか一項に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項8】

前記パンチングエッジ（２２）は、湾曲した外側の移行部（３０）を介して前記壁（２１）の外側に合流する、または、前記パンチングエッジ（２２）は、直線であるが軸方向に対して傾斜している内側の移行部（３２）を介して前記中空空間（２３）に面する前記壁の内側に合流する、
のうち少なくとも一方を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項9】

前記壁（２１）は、周方向に実質的に一定の厚さを有する、請求項１～８のいずれか一項に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項10】

前記接触面（１４）がリング形状である、請求項１～９のいずれか一項に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項11】

前記接触面（１４）には、回転を防止する少なくとも１つの特徴部（２６）が設けられ、特に、回転を防止する複数の特徴部が、周方向に規則的に配置されている、請求項１～１０のいずれか一項に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項12】

前記接触面（１４）が、周方向に延びる溝（２４）を有する、請求項１～１１のいずれか一項に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項13】

前記接触面（１４）が円錐状に傾斜するように設計され、特に前記パンチングエッジ（２２）に向かって収束する、請求項１～１２のいずれか一項に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項14】

前記ヘッド部（１２）が、機能部（１６）を備える、または、
前記ヘッド部の、前記締結部（２０）とは反対側の側面から機能部が延在する、
のうち少なくとも一方を含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項15】

前記機能要素が、ナット要素またはボルト要素である、請求項１～１４のいずれか一項に記載のセルフパンチング機能要素。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークピースに取り付けるためのセルフパンチング機能要素に関する。

【背景技術】

【0002】

機能要素は、さまざまな用途、特に自動車工学で使用される。例えば、それらの機能要素は、例えば板金部品などのワークピースに他のワークピースを固定するための選択肢を形成する役割を果たす、または、ワークピース自体では簡単に開発できない、または多大な労力を費やさなければ開発できない他の機能を提供する役割を果たす。この点で、要素をそれぞれのワークピースに効率的に接続できることが当然重要である。接続には弾力性と信頼性も必要である。

【0003】

機能要素は、例えば、シャフトにねじを設けることができるボルト要素、または例えば雌ねじを有することができるナット要素とすることができる。他のデザインも考えられる。例えば、機能要素には、スナップインまたはプラグイン接続を目的としたコンポーネントまたはセクションを含めることもできる。

【0004】

機能要素はさまざまなデザインで知られている。例えば、板金部品への取り付け時にリベット部が変形してリベットビード部（rivet bead）を形成し、ヘッド部とともに板金部材の穴の縁のリング状受け部を形成するリベット要素がある。したがって、そのようなリベット要素を使用すると、機能要素は板金部品への取り付け時に変形する。リベット要素はセルフパンチングすることができる。これは、リベット部が導入されるワークピースに下穴がある必要はなく、率直に言えば、リベット部が自身の穴を開けることを意味する。

【0005】

さらに、板金部品への取り付け時に要素自体が意図的に変形されない圧力嵌め（force-fitting）要素が知られている。むしろ、板金材料は、それぞれの圧力嵌め要素のアンダーカットと係合するように変形される。アンダーカットが設けられていない圧力嵌め要素も知られている。そして、それらは押す力によってのみ所定の位置に保持される。圧力嵌め要素は、一般に同様にセルフパンチングすることができる。

【0006】

多くの製造プロセスでは、より高硬度のワークピースを使用することが増加している。これは、セルフパンチング機能要素の締結部分に対する要件が増えることを意味する。さらに、機能要素をそのようなワークピースに固定するには、ますます高いパンチ力を適用する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、簡単な方法でより高い硬度を有するワークピースに確実に固定することもできる、冒頭に説明した種類のセルフパンチング機能要素を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この目的は、請求項１の特徴を有する機能要素によって充足される。

【0009】

本発明によるセルフパンチング機能要素は、ワークピース、特に板金部品に取り付けるために提供される。それは、機能要素が締結された状態においてワークピースに接触する接触面を有するヘッド部を備える。さらに、機能要素をワークピースに固定するように、ヘッド部から軸方向に延びる締結部が設けられる。締結部は、周方向（peripheral direction）に中空空間と境界を接し、かつヘッド部とは反対側を向く側に自由端であるパンチングエッジを有する壁を備え、ヘッド部からのパンチングエッジの間隔は、周方向に一定ではない。締結部は、例えば、締結プロセス中に塑性変形するリベット部であってもよい。

【0010】

パンチングエッジの特殊な設計により、少なくともパンチングプロセスの開始時にその全周がワークピースの表面に接触することはない。これは、加えられるパンチ力が、パンチングエッジ全体が同時に接触する場合よりも小さな接触領域に集中することを意味する。これは、同じパンチ力でも、従来の要素よりも強い力がパンチングエッジとワークピースの間に作用することを意味する。

【0011】

または、換言すれば、周方向（peripheral direction）から見て、要素の長手方向軸またはパンチ方向に対して垂直に配置された平面内に完全には位置しないパンチングエッジを備えた機能要素の設計により、最終的には、使用するパンチング装置によって大きなパンチ力を加える必要がなく、より堅いワークピースへの固定が簡単な方法で可能になる。比喩的に言えば、これはパンチングエッジの特定の領域に力を集中させることによって達成される。パンチングエッジの形状、つまり周方向から見たときの軸方向の範囲の変化によって、パンチングプロセス中にパンチングエッジのどの部分がワークピースの入口側と接触し、出口側で再び離れるかを定義する。ここではワークピースの厚さも影響する。パンチングエッジの形状を選択することにより、パンチングプロセスに意図的に影響を与えて最適な結果を得ることができる。

【0012】

したがって、パンチングプロセスは、パンチングエッジの周方向のどこでも同時に開始されるわけではない。

【0013】

締結部がリベット部として構成されている場合、同じことが、締結部の再成形プロセスの開始にも当てはまる。ヘッド部から軸方向に最も遠いパンチングエッジの部分は、例えば円形の金型と最初に協働する。言い換えれば、リベット部分の再成形は、周方向のどこでも同時に開始されるのではなく、作用力の大幅かつやや突然の増加を伴うが、選択されたパンチングエッジの形状に応じて「移動」する。これにより、金型との相互作用によって増加する力が空間と時間に分散されるという結果となる。したがって、発生し、加えなければならない最大の力と荷重が減少する。

【0014】

パンチングプロセスの開始後、パンチングエッジ全体がワークピースと接触する段階があると考えられる。この段階の後に、パンチングエッジの第１の領域がワークピースの出口側から再び出る、出口段階へと続くようにすることができる。ヘッド部からのパンチングエッジの軸方向の間隔の適切な変化（variation）と、それに対応するワークピースの厚さとにより、パンチングエッジの特定の領域がすでにワークピースを貫通している一方で、パンチングエッジの他の領域がちょうどワークピースの入口側と接触し始めているだけの場合がある。

【0015】

本発明のさらなる実施形態は、特許請求の範囲、明細書、および添付の図面に記載されている。

【0016】

一実施形態によれば、パンチングエッジは、軸方向に湾曲した部分および／または軸方向に対して傾斜した部分を含む。要素の長手方向軸またはパンチング方向に対して垂直に延びるセクションを設けることもできる。

【0017】

例えば、パンチングエッジは、軸方向に垂直な側面から見たときに、波形または鋸歯状の経路（course）を有する。

【0018】

パンチングエッジおよび／または壁は、軸方向から見て円形の形状を有しうる。一方、例えば、回転防止を実現するために、異なる形状を提供することも可能である。

【0019】

パンチングエッジおよび／または壁は、機能要素の中心軸に関して回転対称となるように設計されることが好ましい。これは、中心軸を中心に３６０°／Ｘ（Ｘは自然数）の角度で締結部を回転させることにより、締結部の輪郭が自身にマッピングされることを意味する。

【0020】

特定の実施形態では、パンチングエッジおよび／または壁は、周方向に凹状および凸状に湾曲した部分を含んでもよく、特に、パンチングエッジおよび／または壁は、周方向に波形および／または鋸歯状に設計される。軸方向から見た場合、直線部分が存在する場合もある。一方、この設計は回転に対する防止を提供する。一方で、これはリベット要素にとって特に重要であるが、壁を再成形（reshaping）する際に発生する応力をよりよく吸収できるように、例えば（同等の壁厚を想定したときに）円形設計の壁を有するものよりも多くの材料が利用可能になる。したがって、同じ耐荷重能力を備えた壁をより薄く設計することができる。

【0021】

さらに、締結部は、例えば円形の形状を有する金型によって全体として同時に再成形されることはない。ワークピースへの要素の侵入深さが増加するにつれて、セクションの形状が徐々に再成形される。したがって、締結部が金型と協働するときに、設定装置によって加えられる力は均一に分散されず、締結プロセス中に、最初に金型と協働する湾曲部の半径方向内側に配置された端部から半径方向外側に「移動（migrates）」する。湾曲部の半径方向外側の端部は最後に再成形（reshaped）される。

【0022】

したがって、湾曲部の形状によって、再成形プロセス中に再成形力が時間的および空間的にどのように分散されるかが決定される。換言すれば、パンチングおよび／または再成形プロセスは、パンチングエッジおよび／または壁の形状を適切に選択することによって最適化することができる。再成形力を集中させることにより、設定装置によって加えられる力を最適に利用することも可能になる。

【0023】

多くの用途において、壁を脆弱にする開始点を避けるように、パンチングエッジには、軸方向および／または周方向に不連続部（discontinuities）がないことが有利である。

【0024】

パンチングエッジは、湾曲した外側の移行部を介して壁の外側に合流することができる。代替的または付加的に、パンチングエッジは、直線であるが軸方向に対して傾斜している内側の移行部を介して、中空空間に面する壁の内側に合流することができる。これらの手段は、パンチングプロセスを改善する役割を果たす。

【0025】

構造的に単純で効率的な実施形態によれば、壁は周方向に実質的に一定の厚さを有する。

【0026】

接触面はリング状であってもよい。これには、回転を防止する少なくとも１つの特徴部、特に、好ましくは周方向に規則的に分布した、複数の回転を防止する特徴部を設けることができる。この種の特徴部の例としては、溝、ノッチ、リブ、突起または先端が挙げられる。必要に応じて相互に組み合わせることができる。

【0027】

接触面は、周方向に延びる溝を有することができる。また、接触面を円錐状に傾斜させるように設計することもでき、その接触面は、パンチングエッジの方向に収束または発散することができる。

【0028】

一実施形態によれば、ヘッド部は機能部を備える。代替的または付加的に、機能部は、ヘッド部の、締結部とは反対側の側面から延在することができる。

【0029】

機能要素は、ナット要素またはボルト要素であってもよい。

【0030】

本発明を、有利な実施形態および添付の図面を参照しながら、単に例示として以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】軸方向に波形のパンチングエッジを備えたナット要素の斜視図である。

【図2】図１による要素の部分側面断面図である。

【図3】図２の一部の拡大図である。

【図4】図１による要素の部分軸方向図である。

【図5】周方向に波形の締結部を有するナット要素の部分断面斜視図である。

【図6】図５による要素の部分側面断面図である。

【図7】図５による要素の軸方向の図である。

【図8】周方向に波形であり、軸方向に波形のパンチングエッジを有するリベット部を備えたボルト要素の部分断面斜視図である。

【図9】図８による要素の軸方向の図である。

【図10】図８による要素の部分側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

図１は、固定された状態においてワークピース（図示せず）に接触する接触面１４を有するヘッド部１２を備えた機能要素１０Ａを示す。

【0033】

この例では、雌ねじ１８を支持する機能部１６（図２参照）が、ヘッド部１２の、接触面１４とは反対側から（要素１０Ａの中心軸が描かれている）軸方向Ａに延在している。

【0034】

ヘッド部１２の反対側から、本例ではリベット部（rivet section）として構成される締結部２０が延在している。締結部２０は、中空空間２３と周方向に境界を接する壁２１によって形成されている。

【0035】

壁２１または締結部２０の自由端には、パンチングエッジ２２が形成されている。これにより、要素１０Ａをワークピース（図示せず）に打ち込むことができる。これは、要素１０Ａが挿入される前に予め作製された穴が存在する必要がないことを意味する。要素１０Ａは、そのセルフパンチング特性により、部品片（slug）を切り出すことによってそれ自身の穴を形成する。パンチングプロセス中、締結部２０はまた、それ自体公知の方法で適切な金型によって少なくとも部分的にビード加工され、それにより要素１０Ａがワークピースに固定されるアンダーカットが形成される。

【0036】

ワークピースへの要素１０Ａの固定を改善するために、接触面１４には、締結部２０の周りを走る溝２４が設けられている。半径方向に延びるリブ２６が溝２４内に配置されている。要素１０Ａの締結プロセス中に、ワークピースの材料が溝２４に圧入され、そこでリブ２６が材料に食い込む。それにより、ワークピースに対する回転に対して要素１０Ａが確実に固定される。回転を防止する追加または代替の特徴を提供しうることを理解されたい。この点において、さまざまなタイプの機能、例えば、任意の形状の隆起部および／または窪み部を組み合わせることができる。接触面１４は、必ずしも周縁溝２４を有する必要はない。例えば、実質的に平面状または円錐状に設計することもできる。

【0037】

回転を防止する機構を、例えば、軸方向に延びるリブおよび／または溝（図示せず）の形態で、締結部２０の外側に設けることもできる。

【0038】

従来の機能要素とは異なり、パンチングエッジ２２は、軸方向Ａに対して垂直に配置された平面内にない。要素１０Ａを側面から見ると、パンチングエッジ２２が波形（図２も参照）を有することが分かる。これは、ヘッド部１２からのパンチングエッジ２２の間隔が一定ではなく、周方向に変化することを意味する。本実施形態では、これにより、３つの最低点（minima）２２’’によって互いに分離された３つの最高点（maxima）２２’が得られる。最高点２２’および最低点２２’’の数は必要に応じて選択できることが理解される。その数は偶数であっても奇数であってもよい。均一なまたは回転対称な配置の代わりに、最高点２２’および／または最低点２２’’の不規則な配置および／または設計も選択することができる。例えば、周方向に見て最高点２２’（または最高点２２’の１つまたは最高点２２’のいくつか）を最低点２２’’（または最低点２２’’の１つまたは最低点２２’’のいくつか）よりも長く設計することも、その逆にすることも可能である。

【0039】

セッティングプロセスにおいて、最高点２２’がワークピースの表面と最初に接触する。したがって、対応する設定装置（図示せず）によって加えられる設定力全体が、最初はこれらの最高点２２’に集中する。一方、従来の要素では、設定力はパンチングエッジ全体に均一に分散される。これは、特に、多くの場合に特に重要となる設定プロセスの開始時に、機能要素１０Ａをより容易にワークピースに挿入できることを意味する。

【0040】

セッティングプロセス中に、パンチングエッジ２２のさらなる部分がワークピースと接触する。最高点２２’および最低点２２’’の適切な振幅と、対応するワークピースの厚さとにより、最低点２２’’の最も深い領域がワークピースに入る前に、最高点２２’がすでにワークピースから再び出るという状況が生じる可能性がある。このような場合、パンチングエッジ２２全体は、設定プロセス中のどの時点においてもパンチングに関与せず、その一部のセクションのみがパンチングに関与する。しかしながら、パンチングエッジ２２全体がセッティングプロセスのある時点から部品片の分離に関与するようにすることもできる。

【0041】

この状況は、パンチングエッジ２２が金型（図示せず、例えば円形の幾何学的形状を有する従来の金型）と協働し始めて締結部２０の再成形が始まるときと非常に似ている。最高点２２’は最初に金型と協働する。換言すれば、締結部２０の再成形は、作用力の実質的かつやや突然の増加を伴い、周方向のどこでも同時に開始するのではなく、最低点２２’’に「移行（migrate）」する。その結果、金型との協働により増加する力が空間的・時間的に分散され、全体として発生する負荷の軽減につながる。

【0042】

換言すれば、機能要素１０Ａは、適用される設定力を増大させることなく、より堅いワークピースに挿入することができる。

【0043】

図２は機能要素１０Ａの側面図を示しており、要素１０Ａの左側が断面で示されている。この図では、ヘッド部１２が一種のフランジを形成しており、そこから機能部１６と締結部２０が異なる方向に延びていることが分かる。すでに説明したように、機能部１６には、図示の例ではヘッド部１２の領域まで延びる雌ねじ１８が設けられている。雌ねじ１８の代わりに、例えばラッチ部または異なる機能を備えたセクションを設けてもよい。軸方向の通路開口部を有する機能部１６の代わりに、例えばねじなど、外周に機能性を与えるボルト部を設けることも考えられる。

【0044】

パンチングエッジ２２の波形の特徴もはっきりと見える。

【0045】

図３は、パンチングエッジ２２の設計をより詳細に説明するための図２の断面図を示す。これは、締結部２０の半径方向外面からエッジライン２８への移行部に湾曲移行部３０を有する。エッジライン２８から締結部２０の半径方向内面まで、傾斜または円錐形の移行部３４が設けられている。移行部３２，３４の設計は、個々に、特に相互に組み合わせて、パンチングエッジ２２のパンチング効果を向上させる。

【0046】

図４は、締結部２０および接触面１４を示す機能要素１０Ａの軸方向図の一部を示す。溝２４が締結部２０を取り囲み、その溝底には回転防止を実現するためのリブ２６が設けられているのがはっきりと見える。

【0047】

図５には、ナット要素として構成され、周方向に波状の締結部２０を有する機能要素１０Ｂの部分断面斜視図が示される。パンチングエッジ２２の波形は壁２１の波形に対応しており、比喩的に言えば「花の形」を形成している。

【0048】

この実施形態では、ヘッド部１２は、雌ねじ１８が設けられた機能部１６を備える。ねじ１８の一端は依然として締結部２０内にわずかに突出している。すなわち、ねじ１８の小さな部分は、壁２１のヘッド側端部によって形成されている。

【0049】

接触面１４は、機能要素１０Ａの接触面とは異なり、溝を有していない。接触面は、湾曲部（curvature）１４Ａを介して締結部２０へと合流する。さらに、要素１０Ｂが固定されるときにパンチング穴の側壁に食い込み、回転を防止する傾斜または斜めのリブ２６が設けられている。

【0050】

円形の締結部２０を有する機能要素１０Ａとは異なり、締結部２０は周方向に波状となっている。これは、図７でも容易に見ることができる。周方向から見て、比較的大きく湾曲した膨張部（bulges）３４とそれほど強く湾曲していない窪み部（indentations）３６が交互に配置されていることを示している。リブ２６は、それぞれの場合において、窪み部３６の中心に配置されている。

【0051】

締結部２０の選択された設計により、同等の壁厚を有する円形の締結部よりも多くの材料が締結プロセス中にその形状を再成形（reshaping）するために利用することができる。したがって、再成形中に締結部２０の材料に生じる応力をよりよく吸収することができ、最終的には、対応するワークピースに対する要素１０Ｂの接続の信頼性の向上につながる。換言すれば、追加の材料により、締結部２０にかかる負荷が再成形によって軽減され、あるいは締結部２０を同じ耐荷重能力でより薄肉に設計することができる。

【0052】

さらに、リベット部として構成される締結部２０は、例えば円形状の金型により全体が同時に再成形されることはない。要素１０Ｂの侵入深さが増加するにつれて、締結部２０の再成形が徐々に行われる。これは、締結部２０を再成形するために必要な力が集中することを意味する。したがって、設定装置によって加えられる力は、締結部２０が金型と協働するときに均一に分散されず、締結プロセス中に最初にダイと協働する窪み部３６の半径方向内側に配置された端部から半径方向外側に「移動」する。膨張部３４の半径方向外側の端部は、最後に再成形される。

【0053】

したがって、窪み部３４および膨張部３６の幾何学的形状は、再成形プロセス中に再成形力が時間的および空間的にどのように分配されるかを決定する。換言すれば、パンチングおよび／または再成形プロセスは、パンチングエッジおよび／または壁の形状を適切に選択することによって最適化することができる。再成形力を集中させることにより、設定装置によって加えられる力を最適に利用することも可能になる。

【0054】

非常に一般的に言えば、周方向に波形を付けた締結部の上述の概念は、セルフパンチング要素のみに使用されるものではない。予め製造された穴に挿入される要素についても考慮することができる。それにより、エッジ２２をパンチングエッジとして設計する必要はないであろう。しかしながら、例えば、予め製造された穴への挿入を容易にするために、（例えば、外周面取りを有する）挿入補助を設けることもできる。

【0055】

膨張部３４および窪み部３６の数は必要に応じて選択できることが理解される。その数は偶数であっても奇数であってもよい。均一なまたは回転対称な配置の代わりに、膨張部３４および／または窪み部３６の不規則な配置および／または設計を選択することもできる。例えば、周方向に見て膨張部３４（または１つの膨張部３４またはいくつかの膨張部３４）を窪み部３６（または１つの窪み部３６またはいくつかの窪み部３６）よりも長く設計することも可能であり、あるいはその逆も可能である。

【0056】

図６から分かるように、この実施形態では、パンチングエッジ２２の湾曲移行部３０は、要素１０Ａの対応するセクション３０よりも強く湾曲していない。傾斜または円錐形の移行部３２も、要素１０Ａとは異なる方法で形成され、それほど急ではない。このことは、最適なパンチング結果を達成するために、移行部３０，３２の設計をそれぞれの要件に必要に応じて適合させることができることを明らかにしている。とりわけ、ワークピースの特性（例えば、材料特性や板金の厚さなど）も考慮する必要がある。

【0057】

図８は、ボルト要素として構成された断面要素１０Ｃを示す。要素１０Ｃのヘッド部１２からは、雄ねじ３８が設けられた機能部１６が延在している。接触面１４が、ヘッド部１２の、機能部１６とは反対側に設けられる。その接触面は、比較的大きな湾曲部１４Ａとともに締結部２０に合流する。接触面１４から周方向に均一に分布したリブ２６が延設されているが、要素１０Ｂのリブとは異なり、軸方向Ａに対して垂直に配向された自由端を有する。接触面１４はさらに円錐状に設計されている。換言すれば、接触面１４は、ヘッド部１２からパンチングエッジ２２へと見る方向に収束している（図１０も参照）。発散設計（おそらく溝の形成を伴う）も同様に考えられる。接触面１４は、断面において（周方向および／または半径方向に）のみ円錐形であってもよいことを付け加えるべきである。

【0058】

締結部２０は、接触面１４から軸方向Ａに延在し、要素１０Ａ，１０Ｂの締結部２０のいくつかの特徴を組み合わせている。一方、締結部は、周方向に波形が付けられている。その一方、そのパンチングエッジ２２も軸方向に波形の形状を有する。

【0059】

ヘッド部１２と締結部２０とによって境界付けられた中空空間２３が、分離後の部品片（slug）を受け入れることができる。すなわち、特定の用途では、部品片が中空空間２３内に残る可能性がある。機能要素１０Ｃは、軸方向の通路開口部を持たないボルト要素であり、ナット要素の場合のように金属片によってブロックされないことが多いため、金属片を除去することが絶対に必要というわけではない。

【0060】

図９は、締結部２０および接触面１４を見た機能要素１０Ｃの軸方向の図の一部を示す。湾曲した膨張部３４および湾曲した窪み部３６（それぞれ６つ）が再び見られ、それらの曲率は異なり、要素１０Ｂよりも小さい（図７を参照）。リブ２６は、窪み部３６の中央に配置されている。

【0061】

図１０は、機能要素１０Ｃの部分側面断面図を示す。とりわけ、パンチングエッジ２２の軸方向の波形の振幅が要素１０Ａ（例えば図２を参照）よりも顕著であることが分かる。このことは、それぞれの要素を具体的に現在の条件またはワークピースに適合させるために、この点に関してかなりの設計の自由度があることを明らかにしている。

【0062】

接触面１４の円錐形の設計も図１０で明確に見ることができる。要素１０Ｃのパンチングエッジ２２も、その特定の設計の点で要素１０Ａおよび１０Ｂの対応する設計とは異なる。湾曲した移行部３０は、半径方向内側に向かって平坦になる。さらに、半径方向内側に配置された移行部３２は、ここでは非常に薄く形成されるだけである。

【0063】

本発明を、３つの有利な実施形態を参照しながら単に例示として説明した。しかしながら、パンチングエッジ２２の設計は、移行部３０および３２に関して自由に選択できることが理解される。また、両方の移行部３０，３２が湾曲または傾斜していてもよく、あるいは移行部３０が傾斜を形成しているのに対して、移行部３２が湾曲していてもよい。

【0064】

パンチングエッジ２２の軸方向の波形も同様に、必要に応じて選択することができる。回転対称の設計も、非対称の設計と同様に考えられる。「波」の数も同様に、それぞれの現在の状況に簡単に適合させることができる。実際に、パンチングエッジ２２が軸方向に不連続部やジャンプを持たないことが好ましい。一方、特定の用途では、そのような設計も有利な場合がある。

【0065】

パンチングエッジ２２の軸方向の波形に関する上記の記載は、パンチングエッジ２２および／またはその周方向における締結部２０の壁の波形の設計にも同様に当てはまる。

【0066】

移行部、軸方向の波形、周方向の波形、接触面、回転を防止する特徴部、ヘッド部、および機能部の上記の実施形態は、それぞれの用途に最適化されたセルフパンチング機能要素を作成するように、互いに自由に組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0067】

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…機能要素
１２…ヘッド部
１４…接触面
１４Ａ…湾曲部（curvature）
１６…機能部
１８…雌ねじ
２０…締結部
２１…壁
２２…パンチングエッジ
２３…中空空間
２２’，２２’’…最高点（maximum）／最低点（minimum）
２４…溝
２６…リブ
２８…エッジライン
３０，３２…移行部
３４…膨張部
３６…窪み部
３８…雄ねじ
Ａ…軸方向、中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2024-06-11

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークピース、特に板金部品に取り付けるためのセルフパンチング機能要素であって、
前記機能要素が締結された状態において前記ワークピースに接触する接触面（１４）を有するヘッド部（１２）と、
前記機能要素を前記ワークピースに固定するための、前記ヘッド部から軸方向（Ａ）に延びる締結部（２０）と、
を備え、
前記締結部が、周方向に中空空間（２３）と境界を接し、かつ前記ヘッド部とは反対側を向く側に自由端であるパンチングエッジ（２２）を有する壁（２１）を備え、
前記ヘッド部からの前記パンチングエッジの間隔は、周方向に一定ではない、および、
前記パンチングエッジは、周方向から見たときに、長手方向軸（Ａ）または前記機能要素のパンチング方向に対して垂直に配置された平面内に完全には位置しない、のうち少なくとも一方を備えた、セルフパンチング機能要素。

【請求項2】

前記パンチングエッジ（２２）が、軸方向（Ａ）に湾曲した部分、および前記軸方向に対して傾斜した部分のうち少なくとも一方を備えた、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項3】

前記パンチングエッジ（２２）が、軸方向（Ａ）に垂直な側面から見たときに波形または鋸歯状の経路を有する、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項4】

前記パンチングエッジ（２２）および前記壁（２１）の少なくとも一方が、軸方向（Ａ）から見たときに、円形の形状を有する、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項5】

前記パンチングエッジ（２２）および前記壁（２１）の少なくとも一方が、前記機能要素の中心軸（Ａ）に対して回転対称に設計される、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項6】

前記パンチングエッジ（２２）および前記壁（２１）の少なくとも一方が、周方向に凹状および凸状に湾曲した部分（３４，３６）を備え、特に、前記パンチングエッジおよび前記壁のうち少なくとも一方が、周方向に波形または鋸歯状に設計される、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項7】

前記パンチングエッジ（２２）は、軸方向（Ａ）および周方向の少なくとも一方に不連続部がない、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項8】

前記パンチングエッジ（２２）は、湾曲した外側の移行部（３０）を介して前記壁（２１）の外側に合流する、または、前記パンチングエッジ（２２）は、直線であるが軸方向に対して傾斜している内側の移行部（３２）を介して前記中空空間（２３）に面する前記壁の内側に合流する、
のうち少なくとも一方を含む、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項9】

前記壁（２１）は、周方向に実質的に一定の厚さを有する、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項10】

前記接触面（１４）がリング形状である、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項11】

前記接触面（１４）には、回転を防止する少なくとも１つの特徴部（２６）が設けられ、特に、回転を防止する複数の特徴部が、周方向に規則的に配置されている、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項12】

前記接触面（１４）が、周方向に延びる溝（２４）を有する、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項13】

前記接触面（１４）が円錐状に傾斜するように設計され、特に前記パンチングエッジ（２２）に向かって収束する、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項14】

前記ヘッド部（１２）が、機能部（１６）を備える、または、
前記ヘッド部の、前記締結部（２０）とは反対側の側面から機能部が延在する、
のうち少なくとも一方を含む、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【請求項15】

前記機能要素が、ナット要素またはボルト要素である、請求項１に記載のセルフパンチング機能要素。

【外国語明細書】