JP7046427B2 - 締結構造 - Google Patents

Description

本発明は、相手材である金属板の表面にかしめ固定され、他の部材を締結するために用いられるかしめボルトを用いた締結構造に関するものである。

かしめボルトは、相手材である金属板の下穴に工具を用いて圧入され、金属材料を軸の周囲に形成されたリング溝に塑性流動させることにより、金属板にかしめ固定されるボルトである。かしめボルトには、抜き荷重（軸線方向への引き抜き荷重）が大きいことが求められている。また、かしめ固定されたかしめボルトにはその後に他の部材がナットを用いて締結されるため、空転トルク（かしめボルトが金属板に対して空転し始めるトルク）が大きいことが望ましく、特許文献１に示されるように、頭部の座面に回り止め突起を形成したものが用いられている。

特許文献１に示される従来のかしめボルトは、図１に示したように、肉厚の頭部１の座面２に波型の回り止め突起３を形成し、この回り止め突起３の下側に、金属材料を塑性流動させるためのリング溝４を連続して形成したものである。しかしこのような従来の構造では、かしめ工程において、リング溝４の内部に金属材料を完全に充満させることが容易ではなく、かしめ後の空転トルクが10Nm以下と低かった。また特許文献１に示される従来のかしめボルトは、頭部１が大型であるため、肉厚の金属板５にしか、かしめ固定することができなかった。さらに特許文献１に示される従来のかしめボルトは、頭部１と軸部のおねじ６の始端位置が離れているためナットを頭部１付近まで締め込むことができず、金属板５と被締結物の合計厚さが十分厚くないと、ナットで固定できないという問題があった。

米国特許第３９６７６６９号明細書

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、金属板と被締結物の合計厚さが従来より薄い場合にも、かしめボルトとナットにより確実に締結することができる締結構造を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の締結構造は、肉薄の金属板と肉薄の被締結物とを、かしめボルトとナットにより締結した締結構造であって、前記かしめボルトは、頭部と、おねじが形成された軸部とを備え、軸部の上端にはリング状突起と、このリング状突起の頭部側に位置するリング溝とが形成されており、頭部は扁平であって、その座面には放射状に延びる複数の腕部を備えた回り止め突起が、頭部の座面からtの厚みで突設されており、前記回り止め突起の各腕部間の最小径Dは前記リング状突起の外径dよりも大きく形成されており、前記回り止め突起の最小径部の縦断面積Aであるt×( D－d）/2を、前記リング溝の縦断面積以上とし、前記リング状突起と前記おねじとの間の部分の軸部の外径d1を、前記おねじの谷径d2以下としたものであり、前記かしめボルトは、肉薄の金属板の下穴に、前記座面と前記金属板とが接する向きで挿入され、そのリング溝に金属材料を塑性流動させた状態で肉薄の金属板にかしめ固定されており、前記ナットは、前記かしめボルトのおねじとリング状突起との間に形成されたねじなし部を超えて軸部に深くねじ込まれ、軸部に挿入された被締結物に密着して締結していることを特徴とするものである。

本発明の締結構造に用いられるかしめボルトは、頭部の座面に形成された回り止め突起の各腕部間の最小径Dを軸部に形成されたリング状突起の外径dよりも大きくし、回り止め突起の最小径部の縦断面積Aであるt×(D－d）/2を、リング溝の縦断面積以上としたものである。このため金属板にかしめたとき、回り止め突起の最小径部においても、縦断面積Aに相当する金属材料を塑性流動させて縦断面積Bであるリング溝の内部を完全に充満することができる。また扁平な頭部の座面に形成されたリング状突起が金属板の表面に圧入されるので、肉薄の金属板にかしめた場合にも、従来品よりも大きい空転トルクを得ることができる。

またリング状突起とおねじとの間の部分の外径d1を、前記おねじの谷径d2以下としたので、ナットの内径は外径d1よりも大きくなる。このため、金属板にかしめられたかしめボルトの軸部に被締結物を締結するためのナットを、リング状突起の位置まで締付けることができ、金属板と被締結物の合計厚さが従来よりも薄くても、強固な締結が可能となる。

従来のかしめボルトを示す要部の部分断面図である。 本発明の実施形態のかしめボルトを示す正面図である。 本発明の実施形態のかしめボルトを示す底面図である。 本発明の実施形態のかしめボルトを示す拡大断面図である。 かしめ開始時の状態を示す断面図である。 かしめ開始時の状態を示す要部の拡大断面図である。 かしめ途中の状態を示す要部の拡大断面図である。 かしめ完了時の状態を示す要部の拡大断面図である。 被締結物をナットで締結した状態を示す要部の拡大断面図である。 実施例における空転トルクのグラフである。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
本発明の締結構造は、以下に説明するかしめボルトを用いて、肉薄の金属板と肉薄の被締結物とを締結したものである。図２は実施形態のかしめボルトを示す正面図、図３はその底面図である。これらの図に示されるように、本発明のかしめボルトは、頭部１０と軸部１１とを備え、軸部１１にはおねじ１２が形成されている。頭部１０は扁平な形状である。

頭部１０の座面１３には、回り止め突起１４が座面１３からｔの厚みで突設されている。このかしめボルトは後記するように、金属板にかしめ固定されるものであり、座面１３は頭部１０が金属板に接する面である。ｔは頭部１０の厚みの1/4～1/2とすることが好ましい。

回り止め突起１４は図３に示されるように、軸部１１の中心から放射状に延びる複数の腕部１５を備えたものである。この実施形態では８本の腕部１５が等間隔に形成されているが、腕部１５の本数はこれに限定されるものではなく、適宜増減することができる。各腕部１５は略一定幅で座面１３の外周付近まで延びており、先端部は傾斜面１６となっている。また各腕部１５の基部は円弧状部１７によって連結されている。図３に示されるように、円弧状部１７の最小径部１８の位置は、軸部１１から外側に離れた位置にある。図４に示すように、最小径部１８、１８間の距離である回り止め突起１４の最小径をDとする。

図２に示されるように、軸部１１の上端には軸部１１の全周にわたって、リング状突起２０と、このリング状突起２０の頭部側に隣接するリング溝２１とが形成されている。図４に示すように、リング状突起２０の外径dは、軸部１１に形成されたおねじ１２の山径d3よりも僅かに大きくなっている。リング溝２１の上側は、頭部１０の座面１３の腕部１５に滑らかに接続されている。またリング溝２１の下側はリング状突起２０と滑らかに接続されている。

図４の拡大断面図において、リング状突起２０の先端から軸部１１の中心線に対して平行な線Lを引くと、この線Lの内側がリング溝２１の縦断面積Bとなる。またこの線Lと、頭部１０の座面１３と、円弧状部１７の最小径部を示す垂直線Mと、回り止め突起１４の下面を示す線とで囲まれた長方形の面積が、回り止め突起１４の最小径部１８の縦断面積Aとなる。ここで回り止め突起１４の最小径はDであるから、A=t×(D－d）/2となる。本発明では、上記した回り止め突起１４の最小径部１８の縦断面積Aであるt×(D－d）/2が、リング溝２１の縦断面積B以上に設定されている。この意味については、以下に説明する。

おねじ１２の上端とリング状突起２０との間には、ねじなし部２２が形成されている。この実施形態では、このねじなし部２２の軸部の外径d1はおねじの谷径d2以下となっている。

上記のように構成されたかしめボルトは、図５に示されるように金属板３０の下穴３１に座面１３と金属板３０とが接する向きで挿入され、ダイス４０とパンチ５０によってかしめられる。図５に示されるように、下穴３１の内径をリング状突起２０の外径dよりも僅かに大きく設定しておけば、リング状突起２０を利用してかしめボルトを下穴３１の中心に正しく位置決めすることができる。前記したように、リング状突起２０の外径dは、軸部１１に形成されたおねじ１２の山径d3よりも僅かに大きいため、おねじ１２は下穴３１に干渉することなく挿入することができる。ダイス４０にも下穴３１とほぼ同径の中心孔４１が形成されている。

パンチ５０をダイス４０に向かって下降させると、図５、図６に示すように、先ずかしめボルトの頭部１０の回り止め突起１４の下面が、金属板３０の上面に接する。さらにパンチ５０が下降すると、回り止め突起１４が金属板３０の表面に食い込み、座面１３が金属板３０に表面に密着した図８の状態となる。

このかしめ工程中において、腕部１５、１５の中間位置では、図７に黒塗りで示した部分が金属板３０の下穴３１の外周部に食い込み、その部分の金属材料が図７に矢印で示すようにリング溝２１の内部に順次流入し、最終的には図８に示すように、リング溝２１の内部を満たす。このとき本発明のかしめボルトでは回り止め突起１４の最小径部１８の縦断面積Aをリング溝の縦断面積B以上に設定してあるため、最小径部１８の付近においても十分な量の金属材料を塑性流動させることができ、リング溝２１の内部を金属材料で確実に満たすことができる。

従って本発明のかしめボルトはかしめ後の抜き荷重が大きく、また回り止め突起１４が金属板３０の表面に食い込むため、大きい空転トルクを得ることができる。

図９に、金属板３０のかしめ固定された本発明のかしめボルトに、被締結物６０をナット７０によって締結した締結構造を示す。ナット７０の内径はナット７０のめねじの内径であり、それは軸部１１に形成されたおねじ１２の谷径にほぼ等しい。前記したように、軸部１１のねじのない部分２２の外径d1をおねじの谷径d2より小さくしておけば、図９に示すようにナット７０を軸部１１のおねじと干渉させることなく、おねじ１２とリング状突起２０との間に形成されたねじなし部２２を超えて軸部１１に十分深く捻じ込むことができ、軸部１１に挿入された被締結物６０が薄い場合にもナット７０を被締結物６０に密着させ、確実に締結することができる。また本発明のかしめボルトは頭部１０も扁平であるので、金属板３０と被締結物６０の合計厚さが従来より薄い場合にも、確実な締結が可能となる。

上記した実施形態の形状のかしめボルトを、M6サイズで製造した。各部の寸法は、頭部の厚さは1.5mm、ｔ=0.5mm、D=7.6mm、d=6.3mm、d1=4.55mm、d2=4.7mm、d3=6.0mmある。

このかしめボルトを、厚さ1mmの鋼板に形成された内径が6.3mmの下穴に挿入し、ダイスとパンチを用いてかしめ固定した。その後に空転トルクを測定したところ、図１０のグラフに示すように5本の平均値で18Nmであった。

この値は、比較データとして示した従来のM6サイズのかしめボルトの空転トルクが10Nm以下であったのに対して、２倍近い優れた値であった。

また、従来のM6サイズのかしめボルトは、金属板と被締結物の合計厚さが少なくとも3.2mm以上なければ締結できなかったが、実施形態の形状のかしめボルトは金属板と被締結物の合計厚さが2mmあれば強固に締結することが可能となった。

以上に説明したように、本発明のかしめボルトは厚さが1mm程度の肉薄の金属板にかしめた場合にも、従来のかしめボルトよりも大きい空転トルクを得ることができ、肉薄の金属板と肉薄の被締結物とを強固に締結した締結構造とすることができる。

１ 従来のかしめボルトの頭部
２ 座面
３ 回り止め突起
４ リング溝
５ 金属板
６ おねじ
１０ 実施形態のかしめボルトの頭部
１１ 軸部
１２ おねじ
１３ 座面
１４ 回り止め突起
１５ 腕部
１６ 傾斜面
１７ 円弧状部
１８ 最小径部
２０ リング状突起
２１ リング溝
２２ ねじなし部
３０ 金属板
３１ 下穴
４０ ダイス
５０ パンチ
６０ 被締結物
７０ ナット

Claims (1)

1. 肉薄の金属板と肉薄の被締結物とを、かしめボルトとナットにより締結した締結構造であって、
   前記かしめボルトは、頭部と、おねじが形成された軸部とを備え、
   軸部の上端にはリング状突起と、このリング状突起の頭部側に位置するリング溝とが形成されており、
   頭部は扁平であって、その座面には放射状に延びる複数の腕部を備えた回り止め突起が、頭部の座面からtの厚みで突設されており、
   前記回り止め突起の各腕部間の最小径Dは前記リング状突起の外径dよりも大きく形成されており、
   前記回り止め突起の最小径部の縦断面積Aであるt×(D－d）/2を、前記リング溝の縦断面積以上とし、
   前記リング状突起と前記おねじとの間の部分の軸部の外径d1を、前記おねじの谷径d2以下としたものであり、
   前記かしめボルトは、肉薄の金属板の下穴に、前記座面と前記金属板とが接する向きで挿入され、そのリング溝に金属材料を塑性流動させた状態で肉薄の金属板にかしめ固定されており、
   前記ナットは、前記かしめボルトのおねじとリング状突起との間に形成されたねじなし部を超えて軸部に深くねじ込まれ、軸部に挿入された被締結物に密着して締結していることを特徴とする締結構造。

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