特開 2024-111495 締結部材

(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】P2024111495

(43)【公開日】2024-08-19

(54)【発明の名称】締結部材

(51)【国際特許分類】

   F16B 35/04 20060101AFI20240809BHJP

   F16B 39/282 20060101ALI20240809BHJP

   F16B 37/04 20060101ALI20240809BHJP

【ＦＩ】

F16B35/04 E

F16B35/04 Q

F16B39/282 Z

F16B37/04 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023016035

(22)【出願日】2023-02-06

(71)【出願人】

【識別番号】390038069

【氏名又は名称】株式会社青山製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001977

【氏名又は名称】弁理士法人クスノキ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】星野 直樹

(57)【要約】

【課題】かしめ強度を低下させることなく、かしめ時におけるバリの発生や相手部材の周囲の変形を抑制できる締結部材を提供する。
【解決手段】かしめ時に金属製の相手部材に接触または圧入される座面１１に、締結機能部４０を備えたかしめボルト、かしめナット等の締結部材である。座面１１には締結機能部４０を取り囲むように、一つ以上の突起２０が形成されている。突起２０は外周側から内周側に向けて座面１１に近付くように傾斜させた傾斜面２２を備えており、かつ締結機能部４０と座面１１との間に、かしめ時に各突起２０により押し出された相手部材の材料を流入させる凹部１５が形成されている。締結機能部４０はボルトの軸部１３や、ナットの貫通孔である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

締結部材であって、
かしめ時に相手部材に圧入もしくは接触する座面と、
前記座面に形成された締結機能部と、
前記締結機能部を取り囲む位置に、前記座面から突出形成された一つ以上の突起と、
前記締結機能部と前記座面との間に形成され、かしめ時に相手部材の材料を流入させる凹部とを備え、
前記突起は、外周側から内周側に向けて前記座面に近付くように傾斜させた傾斜面を備えることを特徴とする締結部材。

【請求項2】

前記締結機能部が、おねじを備えた軸部であり、前記凹部が、前記おねじの端部の不完全ねじ部と、前記座面との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の締結部材。

【請求項3】

前記締結機能部が、おねじを備えた軸部であり、前記凹部が、前記軸部に設けられたリングと前記座面との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の締結部材。

【請求項4】

前記締結機能部が、めねじを備えた、もしくはめねじの無い貫通孔であり、前記凹部が、前記貫通孔の周囲に突設された環状脚部と、前記座面との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の締結部材。

【請求項5】

前記突起は、前記傾斜面の外周側に、前記傾斜面と同一方向に傾斜させた平面を備えていることを特徴とする請求項１～４の何れかに記載の締結部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属製の相手部材にかしめ固定されるボルト、ナット等の締結部材に関するものである。

【背景技術】

【0002】

相手部材に他の部材を取り付けるためには、双方の部材にボルト挿通穴を形成してボルトを挿通し、ボルトのおねじ部にナットを螺合させて固定するのが普通である。しかし自動車に代表される技術分野においては、構造の簡素化と組付け工程の削減のために、ボルトの頭部を金属製の相手部材に溶接して固定する溶接ボルトや、金属製の相手部材に形成した下穴に軸部を通し、ボルトの頭部を相手部材に圧入して固定するかしめボルトが用いられている。また同様に、相手部材に溶接される溶接ナットや、相手部材にかしめ固定されるかしめナットも用いられている。本明細書の「締結部材」には、ボルトとナット等が含まれるものである。

【0003】

これらの締結部材は、相手部材にかしめ固定された後に他の部材を取り付けるために用いられるものであり、例えばボルトの場合には、ナットを用いて他の部材を締結する際に回転トルクを受けることとなるが、相手部材に対してボルトが空転してしまうと締結作業が行いにくくなる。このためかしめ固定型の締結部材には、空転トルク（空転し始めるトルク）が大きいことが求められる。また、引張荷重を受けた際に締結部材がかしめ固定された部分から剥離することがないよう、抜け強度が大きいことが求められる。これはナットの場合にも同様である。

【0004】

そこで本発明者等は先に、座面に星型の突起を形成した特許文献１のかしめボルトを開発した。このかしめボルトは、かしめ時に座面に形成された星型の突起が相手部材に圧入されることによって大きい空転トルクを得ることができる。また、軸部の上端と座面との間に形成される不完全ねじ部に相手部材の金属材料を流入させることによりかしめ強度を高め、大きい抜け荷重を得られるようになっている。

【0005】

しかし相手部材の板厚や強度によっては、かしめ時に相手部材が圧入方向に変形し、相手部材の下穴の端縁にバリが発生することがあった。かしめボルトの場合、このバリはボルトのねじ部の上端に向かって発生するため、バリが大きくなると問題となるおそれがある。またかしめ時に相手部材が径方向に押し出され、周囲の相手部材に変形を生じさせることがあった。この問題は、相手部材が銅やアルミニウムのような軟質金属である場合に特に顕著となる。このため本発明者は、空転トルクや抜け強度などのかしめ強度を低下させることなく、これらの問題点を解消した締結部材を開発するため、検討を重ねた。

【0006】

なお、かしめ型の締結部材については既に多くの先行特許文献が存在するので、以下に簡単に説明する。特許文献２には特許文献１と同様の星型突起を座面に形成したかしめボルトが開示されている。しかし座面の形状が類似しており、上記した特許文献１のかしめボルトと同様の問題があるものと考えられる。

【0007】

特許文献３及び特許文献４には、座面に多数の放射状突起を備えたかしめボルト及びかしめナットが開示されている。これらの放射状突起は軸部に形成された台座部につながっている。このためかしめ時に相手部材の金属材料は、台座部によって特許文献１よりも更に大量に圧入方向及び径方向に押し出され、バリを生じさせたり、周囲を変形させたりするおそれがあるものと考えられる。

【0008】

特許文献５にも、座面に多数の放射状突起を備えたかしめボルト及びかしめナットが開示されている。これらの放射状突起は軸部から離れた位置にある。しかし、かしめ時に相手部材の金属材料を径方向に押し出し、周囲を変形させることは上記した各特許文献と同様であると考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第６２１４６９６号公報

【特許文献2】米国特許第５５１３９３３号明細書

【特許文献3】特許第５９８１００８号公報

【特許文献4】特許第５５６７８９８号公報

【特許文献5】米国特許第５７９７１７５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

従って本発明の目的は上記した従来技術の問題点を解決し、空転トルクや抜け強度などのかしめ強度を低下させることなく、かしめ時におけるバリの発生や相手部材の周囲の変形を抑制できる締結部材を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の課題を解決するためになされた本発明は、締結部材であって、かしめ時に金属製の相手部材に圧入もしくは接触する座面と、前記座面に形成された締結機能部と、前記締結機能部を取り囲む位置に、前記座面から突出形成された一つ以上の突起と、前記締結機能部と前記座面との間に形成され、かしめ時に相手部材の材料を流入させる凹部とを備え、前記突起は、外周側から内周側に向けて前記座面に近付くように傾斜させた傾斜面を備えることを特徴とするものである。なお、前記突起は、前記傾斜面の外周側に、前記傾斜面と同一方向に傾斜させた平面を備えていてもよい。

【0012】

締結部材がボルトである場合には、前記締結機能部が、おねじを備えた軸部であり、前記凹部が、前記おねじの端部の不完全ねじ部と、前記座面との間に形成されている構造とすることができ、あるいは、前記締結機能部が、おねじを備えた軸部であり、前記凹部が、前記軸部に設けられたリングと前記座面との間に形成されている構造とすることができる。

【0013】

締結部材がナットである場合には、前記締結機能部が、めねじを備えた、もしくはめねじの無い貫通孔であり、前記凹部が、前記貫通孔の周囲に突設された環状脚部と、前記座面との間に形成されている構造とすることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明の締結部材は、座面の中央部に形成された締結機能部を取り囲む位置に突出形成された一つ以上の突起を相手部材に圧入して相手部材にかしめ固定されるものであるから、一つ以上の突起により大きい空転トルクを得ることができる。座面に形成された締結機能部と前記座面との間にはかしめ時に各突起により押し出された相手部材の材料を流入させる凹部が形成されているので、抜け強度を高めることができる。また、突起が複数である場合には、各突起は間隔を明けて形成されており、従来構成と比較して各突起の内周端を連結する台座部分がないうえ、かしめ開始時には各突起と座面との間に空間が形成されている。このため、相手部材に圧入した際に相手部材の材料を各突起間に流入させ、バリの発生を防止することができる。更に、各突起は外周側から内周側に向けて座面に近付くように傾斜させた傾斜面を備えているので、相手部材に圧入した際にこれらの傾斜面が相手部材を中心側に引き寄せる作用を生ずる。そのため従来のように相手部材を径方向に押し出す作用が抑制され、周囲の相手部材の変形を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１の実施形態のかしめボルトの全体斜視図である。

【図2】第１の実施形態のかしめボルトの全体断面図である。

【図3】要部の斜視図である。

【図4】要部の断面図である。

【図5】突起部分の角度説明図である。

【図6】従来のかしめボルトのCAE解析結果を示す図である。

【図7】本発明のかしめボルトのCAE解析結果を示す図である。

【図8】第２の実施形態のかしめボルトの要部の斜視図である。

【図9】第３の実施形態のかしめボルトの要部の斜視図である。

【図10】第３の実施形態のかしめボルトの要部の断面図である。

【図11】第４の実施形態のかしめナットの全体斜視図である。

【図12】第４の実施形態のかしめナットの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（第１の実施形態）
以下に本発明の実施形態を説明する。第１の実施形態の締結部材は、図１、図２に示すかしめボルトである。本発明に係る締結部材は、頭部１０と頭部１０の裏面に形成され、かしめ時に金属製の相手部材に圧入される座面１１を備える。本実施形態では座面１１は円形であるが、四角形、六角形等の多角形やその他の形状であってもよい。また本実施形態では頭部１０は座面１１に対して垂直方向から見て円形であるが、四角形、六角形等の多角形やその他の形状であってもよい。

【0017】

座面１１の中央部には、締結機能部４０が形成されている。締結機能部４０はねじを備えて締結機能を発揮する部分であり、締結部材が本実施形態のようなかしめボルトである場合には、締結機能部４０はおねじ１２を備えたかしめボルトの軸部１３である。おねじ１２の頭部１０側の端部は不完全ねじ部１４となっている。不完全ねじ部１４は、転造ダイスを用いておねじ１２を転造する際に、その端部に不可避的に形成されるねじ山高さが次第に低くなる部分である。

【0018】

図３に示すように頭部１０の座面１１には、締結機能部４０である軸部１３を取り囲む位置に、一つ以上の突起２０が座面１１から突出形成されている。本実施形態では、突起２０は周方向の幅が一定であり、全部で８個が締結機能部４０を中心として放射状に形成されている。しかし突起２０の個数は８個に限定されるものではなく、４～１２個程度の範囲内において適宜増減しても差し支えない。なお突起２０が一個である場合には、突起２０はリング状である。

【0019】

図２、図３に示すように、突起２０はその外周側の部分に平面２１を備え、その内周側に傾斜面２２を備えている。傾斜面２２は外周側から内周側に向けて座面１１に次第に近付くように傾斜させてある。図５（Ａ)に示すように、本実施形態では平面２１は座面１１と平行であるからそれらの間の角度θ１は０°であり、座面１１に対する傾斜面２２の角度θ２は２０°である。しかし図５（Ｂ)に示すように、傾斜面２２の外周側に位置する平面を、傾斜面２２と同一方向、すなわち内周側に向けて座面１１に次第に近付くように傾斜させてもよく、θ１を０～１０°とすることができる。また、座面１１に対する傾斜面２２の角度θ２を、１０°～７０°の範囲で変更することもできる。本実施形態では、傾斜面２２の内周端は座面１１と同一面となっている。なお突起２０の平面２１の外周側は急斜面２３となっている。急斜面２３と座面１１との間の角度は、６０°～９０°とすることが好ましい。

【0020】

図４に示すように、各突起２０の内周端は締結機能部４０である軸部１３に近接しており、おねじ１２の端部の不完全ねじ部１４と座面１１との間に、かしめ時に各突起２０により押し出された相手部材の材料を流入させる凹部１５が形成されている。なお本実施形態では各突起２０の内周端は互いに分離されており、内周端間をつなぐ従来のような台座は存在しない。

【0021】

ここで特許文献１の座面に星型の突起を備えたかしめボルトと、本発明の第１の実施形態のかしめボルトについて、CAE解析を行った結果を示す。図６は特許文献１のかしめボルトのCAE解析図であり、（Ａ)の初期状態からかしめボルトの頭部を相手部材に圧入すると、（Ｂ)に示すように圧入初期に下穴の内周下部とかしめボルトの軸部との間に小さいバリが発生する。そして（Ｃ）に示すように首下部に相手部材の材料が充満すると、行き場を失った材料が外周方向へ拡がり、相手部材である金属板が反り始める。また首下部への相手部材の材料の充満過程で外周に逃げられない部分はバリとなって下方に押し出され、最終的に（Ｄ）に示すように、大きいバリと周囲の変形を生じさせることとなる。

【0022】

これに対して図７に示す本発明の実施形態のかしめボルトにおいては、座面１１の突起２０が相手部材に圧入されたとき、突起２０の内周側に形成された傾斜面２２が相手部材の材料を内側に引き寄せるため、図５のように材料が外周方向へ拡がることはなく、周囲を変形させることがない。急斜面２３はかしめ過程において相手部材に急角度で喰い込み、相手部材が内側方向に移動することを阻害するうえ、かしめ開始時には座面１１と相手部材との間に空間が形成されているため、バリの発生が抑制されることが確認された。かしめ完了時には相手部材の材料が凹部１５に流入し、かしめ固定される。

【0023】

（第２の実施形態）
図８に第２の実施形態のかしめボルトを示す。上記した第１の実施形態では各突起２０は周方向の幅が一定であり、軸線方向から見ると長方形であったが、第２の実施形態では各突起２０の幅は外周側では広く、内周側では狭くなっており、軸線方向から見ると扇形になっている。また各突起２０どうしの間隔は一定となっている。しかし外周側から内周側に向けて座面１１に次第に近付くように傾斜させた平面２１、傾斜面２２、急斜面２３を持つことは第１の実施形態と同様である。

【0024】

この第２の実施形態のかしめボルトも、座面１１を相手部材に圧入したときに突起２０の内周側に形成された傾斜面２２が相手部材の材料を内側に引き寄せるため、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【0025】

（第３の実施形態）
図９、図１０に第３の実施形態のかしめボルトを示す。このかしめボルトは、締結機能部４０である軸部１３の座面１１に近い位置にリング２４が設けられており、凹部１５がこのリング２４と座面１１との間に形成されている。リング２４の直径はおねじ１２のねじ山の外径よりも大きく、不完全ねじ部１４はリング２４に隣接して形成されている。その他の構造は第１の実施形態と同様である。

【0026】

この構造のかしめボルトは、かしめ時に各突起２０により押し出された相手部材の材料を流入させる凹部１５の形状やサイズを、第１の実施形態よりも自由に設計することができる利点がある。しかし座面１３とおねじ１２との距離が第１の実施形態よりも大きくなり、相手部材及び被締結部材の板厚が薄い場合には、リング２４が障害となってナットを十分に締め込めないことがある。従って第１の実施形態と第３の実施形態の何れを選択するかは、使用場所に応じて考慮すべきである。

【0027】

（第４の実施形態）
図１１、図１２に示す第４の実施形態の締結部材は、かしめナットである。この締結部材はナット本体３０と、ナット本体３０の裏面に形成され、かしめ時に金属製の相手部材に圧入される座面３３を備える。本実施形態では座面３３は円形であるが、四角形、六角形等の多角形やその他の形状であってもよい。また本実施形態ではナット本体３０は座面３３に対して垂直方向から見て円形であるが、四角形、六角形等の多角形やその他の形状であってもよい。

【0028】

座面３３の中央部には、締結機能部４０が形成されている。締結機能部４０はねじを備えて締結機能を発揮する部分であり、締結部材がかしめナットである場合には、締結機能部４０はめねじ３２が切られた貫通孔３１であることが普通であるが、場合によってはめねじ３２はなくてもよい。ナット本体３０の座面３３には第１の実施形態と同様に、複数の突起２０が締結機能部４０を取り囲むように設けられている。第４の実施形態の突起２０の形状は第１の実施形態と同じであるが、第２の実施形態のようにしても差し支えない。なお、突起２０が一つである場合には、突起２０はリング状となる。

【0029】

ナット本体３０の座面３３には、貫通孔３１の周囲を囲むように環状脚部３４が形成されている。この環状脚部３４はかしめナットを相手部材にかしめた際に相手部材を打ち抜く機能を持ち、環状脚部３４の外周面３５と内周面３６は座面３３に対して外周側に傾斜したテーパ面となっている。そして環状脚部３４と座面３３との間に、かしめ時に相手部材の材料を流入させる凹部３７が形成されている。

【0030】

締結部材がかしめナットである場合にも、突起２０及び凹部３７の機能はかしめボルトについて説明した通りであり、バリの発生を防止できること、相手部材の変形を防止できることは前記と同様である。

【0031】

以上に説明した通り、本発明の締結部材は、空転トルクや抜け強度などのかしめ強度を低下させることなく、かしめ時におけるバリの発生や相手部材の周囲の変形を抑制できる利点がある。なお、締結機能部４０がボルトの軸部１３である場合には、ナットによる締結が行われ、締結機能部４０がナットの貫通孔３１である場合には、ボルトによる締結が行われることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0032】

１０ 頭部
１１ 座面
１２ おねじ
１３ 軸部
１４ 不完全ねじ部
１５ 凹部
２０ 突起
２１ 平面
２２ 傾斜面
２３ 急斜面
２４ リング
３０ ナット本体
３１ 貫通孔
３２ めねじ
３３ 座面
３４ 環状脚部
３５ 外周面
３６ 内周面
３７ 凹部
４０ 締結機能部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】