JP6025579B2 - クリンチスタッドの金属板材への取付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、クリンチスタッドを金属板材に設けた取付孔に圧入により嵌め合わせて固定させ、両者を締結させるためのクリンチスタッドの金属板材への取付け方法に関する。

クリンチスタッドとは、クリンチングスタッドとも言われるいわゆるカシメボルトである。クリンチスタッドは、金属板材に設けた取付孔に圧入により嵌め合わせることにより、簡単にかつ強固に金属板材に固定される。これにより、クリンチスタッドと金属板材との締結構造が得られるものであり、溶接による煩雑な手間が不要である。クリンチスタッドの例としては、図１，図２に示すような、株式会社ヤマシナ製の商品ストラックス・クリンチスタッド（ストラックスは、アキュメント インテレクチャル プロパティーズ エルエルシー、所有の登録商標）が知られている。このクリンチスタッド１０は、円盤形の頭部１１と棒状のねじ胴部１２との間に、ねじ胴部１２側から順にねじ胴部１２からわずかに径方向外方に延びた円盤状の保持リング１３と、ねじ胴部１２より径方向にわずかに凹んだ保持溝１４と、頭部１１の保持溝１４側に配設された保持溝１４の周方向６個所にて径方向外方に山状に延びた回り止め突起（押しのけローブ）１５とを設けている。クリンチスタッド１０が嵌め合わされる平坦な金属板材の取付孔の径は、ねじ胴部１２が嵌め合わせ可能なようにその外径よりわずかに大きく、また保持リング１３が通過不能なようにその外径よりわずかに小さくされている。

クリンチスタッド１０の金属板材１の取付孔２への取付け手順としては、図８に示すように行われる。まず、取付孔２と略同一径の貫通孔５を有する受けダイス４上に、取付孔２を貫通孔５に合わせて金属板材１が載置され、取付孔２にクリンチスタッド１０が嵌め合わされる（図８（ａ）参照）。この状態で頭部１１側から押圧力Ｐが加えられると、保持リング１３が取付孔２に圧入されて取付孔２を押し広げる（図８（ｂ）参照）。さらに、クリンチスタッド１０が圧入されることにより、保持リング１３が取付孔２を貫通し、金属板材１が保持リング１３と頭部１１及び回り止め突起１５とに挟まれた状態で押し潰されて、保持リング１３と回り止め突起１５及び頭部１１の間に圧縮された状態で配置される（図８（ｃ）参照）。これにより、金属板材１は、保持リング１３と回り止め突起１５に食い込んだ状態で固定されると共に、取付孔２周囲が保持溝１４側に強固に押し付けられた状態となる。

このように、クリンチスタッド１０が金属板材１に強固に取り付けられることにより、高い抜け荷重と空転トルクが得られるため、クリンチスタッド１０のねじ胴部１２に相手部材を螺着させるときにクリンチスタッドの回転が抑えられ、安定した螺着作業が確保される。例えば、製造メーカーによりインターネット上等に提供されているデータよれば、クリンチスタッド：Ｍ５×０．８で金属板材の板厚１．０〜２．３ｍｍの場合、空転トルクが８Ｎ・ｍ、クリンチスタッド：Ｍ６×１．０で金属板材の板厚１．０と１．６〜３．０ｍｍの場合、空転トルクがそれぞれ１１Ｎ・ｍと１８Ｎ・ｍとなっている。ただし、このデータは、金属板材１の面積が無限大の場合の安定した状態のものである。すなわち、保持リング１３が取付孔２に圧入されたとき、取付孔２が押し広げられるが、金属板材１の幅が広いと、取付孔２の拡径を周囲から抑えることができる。金属板材１の面積が無限大とは、取付孔２周囲の保持溝１４側への押し付け力を低下させない範囲の広さを言う。

上記クリンチスタッドと金属板材との締結により、両者の組み付け精度が高く組み付け部分の機密性が得られ、クリンチスタッド取り付けのための溶接が不要なため溶接滓やさびの発生がなく手直しが不要である。さらに、溶接が不要になるため、メッキ付部品にも組み付け可能で、アルミ製品とステンレス鋼製スタッドのような溶接不能材との組み合わせも可能となる。また、クリンチスタッドと金属板材との締結作業に必要な設備が簡単で省エネルギーに優れ、取付具合を目視で点検可能である等の多くの効果が得られる。その結果、このようにクリンチスタッドを金属板材に締結させた部品としては、例えば特許文献１に示すように（同文献では、「ストラックスボルト」と記載されている。）、自動車のエアバック装置におけるエアバックケースに取り付けられて、エアバックケースを車両のボディに固定する等の用途に大量に採用されている。

特開２００９−１８７１４号公報

ところで、従来のクリンチスタッドの金属板材への締結構造の場合、金属板材に設ける取付孔の径については、その構造上、必然的にねじ胴部の外径よりわずかに大きく、保持リングの外径よりわずかに小さくされている。そのため、クリンチスタッドの保持リングが取付孔を貫通し、金属板材が保持リングと頭部及び回り止め突起とに挟まれた状態で押し潰されたときに、金属板材の保持溝内への押し付け量が限定されるため、クリンチスタッドの抜け荷重と空転トルクが物理的に上記データ程度に制限され、それ以上の特性を得ることができないという限界がある。それでも、金属板材の面積が無限大すなわち取付孔の径による影響を受けない範囲の広さの場合は、上記データの大きさは確保される。

しかし、金属板材の取付孔位置での幅については、例えば車両に用いられる部材のように他の多くの部材が配置された狭い空間内に配置されるものについては、例えば１５〜２０ｍｍ程度の狭い値に制限される。そのため、クリンチスタッドの保持リングが取付孔を貫通したときに、金属板材の変形が金属板材の外縁側に塑性変形状態の拡がりをもたらし、その後に、保持リングと回り止め突起とに挟まれた状態で金属板材が押し潰されたときに、取付孔周囲の板材が保持溝内に十分に戻りきらなくなる。そのため、金属板材が保持リングと回り止め突起に食い込んだ状態で固定されたとき、取付孔側からの保持溝側への押し付け力が低下することになる。その結果、幅の狭い金属板材の場合には、クリンチスタッド取り付け後の抜け荷重と空転トルクが上記データに比べて大幅に減少することになり、金属板材に取り付けられたクリンチスタッドに相手部材を螺着させるときにクリンチスタッドが回転しやすくなるため、相手部材の安定した螺着作業が損なわれるという問題がある。

本発明は、上記問題を解決しようとするもので、クリンチスタッドの金属板材の取付孔への取り付けにおいて、高い抜け荷重と空転トルクが確保される信頼性の高い取付け構造を簡易かつ安価に得ることができるクリンチスタッドの金属板材への取付け方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、円盤形の頭部と棒状のねじ胴部との間に、ねじ胴部側から順に配置されたねじ胴部からわずかに径方向外方に延びた円盤状の保持リングと、ねじ胴部より径方向にわずかに凹んだ保持溝と、保持溝の周方向複数箇所にて径方向外方に延びた回り止め突起とを同軸状に設けてなるクリンチスタッドを、ねじ胴部の外径よりわずかに大きくかつ保持リングの外径よりわずかに小さい径の取付孔を有する平坦な金属板材の取付孔にねじ胴部側から嵌め合わせて、頭部側から押圧力を加えることにより頭部及び回り止め突起と保持リングとの間に金属板材を圧縮状態で固定させるクリンチスタッドの金属板材への取付け方法であって、金属板材の取付孔位置での幅が１５〜２０ｍｍであり、クリンチスタッドの取付孔への嵌め合わせ前に、金属板材の取付孔の周囲に、金属板材をクリンチスタッドの嵌め合わせ側に曲げることにより金属板材の平坦面から突出した突出部を設けたことにある。なお、突出部の形状については、平坦面状や曲面状に限らず、何らかの形状で平坦面から突出したものであればよい。また、突出部については、取付孔の全周に沿って設けられた環状であることが好ましいが、取付孔周縁の一部に設けられたものであってもよい。

上記のように構成した本発明においては、金属板材の取付孔にクリンチスタッドが嵌め合わされ、頭部側から押圧力が加えられると、保持リングが取付孔に圧入されて取付孔周囲の突出部を押し広げる。さらに、クリンチスタッドが圧入されることにより、保持リングが取付孔を貫通し、金属板材が頭部と保持リングとに挟まれた状態で押し潰される。この押し潰しの際、回り止め突起が金属板材を押し潰すとともに金属板材に食い込み、さらに取付孔周囲の突出部は頭部側から押されて押し潰されると共に径方向内方に押し付けられる。そのため、突出部は従来の金属板材と比べて相対的に径方向内方の保持溝に多量に押し付けられ、それによる保護溝側を締め付ける締付力が従来の平坦な金属板材に比べて大幅に増加した値になる。その結果、本発明によれば、クリンチスタッドの金属板材への取付け構造において従来より大幅に高い抜け荷重と空転トルクが得られるため、クリンチスタッドのねじ胴部に相手部材を螺着させるときにクリンチスタッドの回転が抑えられ、安定した螺着作業が確保される。

特に、本発明においては、金属板材の取付孔位置での幅が１５〜２０ｍｍと狭く、クリンチスタッドの保持リングが取付孔を貫通したときに、金属板材の取付孔周囲の塑性変形により幅方向両側に拡がりを生じても、金属板材が保持リングと頭部及び回り止め突起とに挟まれた状態で押し潰されたときに、金属板材の突出部が保持溝に十分に押し付けられる。その結果、本発明においては、幅の狭い金属板材の場合でも、クリンチスタッド取り付け後の抜け荷重と空転トルクが従来に比べて大幅に高められるため、金属板材に取り付けられたクリンチスタッドのねじ胴部に相手部材を螺着させるときにクリンチスタッドの回転が確実に抑えられ、安定した螺着作業が確保される。

本発明においては、クリンチスタッドを金属板材の取付孔へ圧入する前に、金属板材の取付孔の周囲に突出部を設けたことにより、クリンチスタッドが圧入され保護リングが取付孔を貫通し、金属板材が頭部及び回り止め突起と保持リングとに挟まれた状態で押し潰される際、突出部による保護溝側を締め付ける締付力が、取付孔の周囲が平坦な従来の金属板材に比べて格段に大きくなる。その結果、本発明においては、クリンチスタッドの金属板材への取付け構造における高い抜け荷重と空転トルクが得られるため、クリンチスタッドのねじ胴部に相手部材を螺着させる作業が確実に確保される。特に、本発明においては、金属板材の取付孔位置での幅が１５〜２０ｍｍと狭くても、クリンチスタッド取り付け後の抜け荷重と空転トルクが従来に比べて大幅に改善されるため、クリンチスタッドの金属板材への取り付けの信頼性が十分に確保される。

本発明の実施例において使用されるクリンチスタッドを示す正面図である。 同クリンチスタッドを示す平面図である。 同実施例において使用される金属板材を示す一部破断面図である。 同金属板材を示す平面図である。 同クリンチスタッドが金属板材の取付孔へ挿嵌された直後の状態を概略的に示す断面図である。 同クリンチスタッドを金属板材の取付孔に圧入により嵌め合わせる過程を概略的に示す断面図である。 他の例である金属板材を示す一部破断面図である。 従来例であるクリンチスタッドの金属板材への取付け構造の形成過程を概略的に示す一部破断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図３は、実施形態に係るクリンチスタッドの金属板材への取付け方法の実施に用いられる平坦な金属板材を一部破断面図により示したものである。金属板材２０は、取付孔２１の周囲全体が平坦な板面から曲げ加工によりクリンチスタッド１０の嵌め合わせ側（図３の上方）に曲げられて円錐状に突出した環状の突出部である環状突出部２２になっている。環状突出部２２の傾斜角度については、最も好ましい３０°程度になっている。クリンチスタッド１０及びクリンチスタッド１０と金属板材２０の取付孔２１との関係については、上述した通りである。

つぎに、クリンチスタッド１０の金属板材２０への取付け方法について説明する。
図５に示すように、金属板材２０の取付孔２１にクリンチスタッド１０がねじ胴部１２側から嵌め合わされ、頭部１１側から押圧力Ｐが加えられると、図６に示すように、保持リング１３が取付孔２１に圧入されて取付孔２１を押し広げる。さらに、クリンチスタッド１０が圧入されることにより、保持リング１３が取付孔２１を貫通し、金属板材２０が頭部１１及び回り止め突起１５と保持リング１３とに挟まれた状態で押し潰されて図８（ｃ）に示したと同様の状態となる。この押し潰しの際、取付孔２１周囲の環状突出部２２は、図６に示すように、頭部１１側から押されて径方向内方に曲げられると共に押し潰される。そのため、環状突出部２２は従来の金属板材と比べて相対的に径方向内方に多量に押し付けられ、それによる保護溝１４側を締め付ける締付力が従来の平坦な金属板材に比べて格段に大きくなる。

その結果、本実施形態においては、クリンチスタッド１０の金属板材２０への取付け構造における抜け荷重と空転トルクが、従来の金属板材のような取付孔周囲が平坦なものと比べて５０％以上の高い値となることにより、クリンチスタッド１０のねじ胴部１２に相手部材（図示しない）を螺着させるときにクリンチスタッド１０の回転が抑えられるため、相手部材の螺着作業の安定性が確保される。

特に、自動車用のエアバックケース等のような取付孔２１位置での幅が１５〜２０ｍｍ程度の狭い金属板材２０の場合のように、クリンチスタッド１０の保持リング１３が取付孔２１を貫通したときに、金属板材２０の取付孔２１周囲の塑性変形が幅方向両側に拡がりをもたらすような用途においても、環状突出部２２が保持リング１３と頭部１１及び回り止め突起１５とに挟まれた状態で押し潰されたときに、環状突起２２が保持溝１４に十分に押し付けられる。その結果、本実施形態においては、幅の狭い金属板材２０の場合でも、クリンチスタッド１０取り付け後の抜け荷重と空転トルクが従来に比べて大幅に改善され、クリンチスタッド１０の金属板材２０への取付けの強度が十分に確保される。そのため、クリンチスタッド１０のねじ胴部１２に相手部材を螺着させるときにクリンチスタッド１０の回転が抑えられ、相手部材の螺着作業の安定性と信頼性が確保される。

つぎに、具体的実施例について示す。金属板材２０の取付孔２２周囲での幅が１５〜２０ｍｍの場合である。クリンチスタッド：Ｍ５×０．８で金属板材２０の板厚１．０〜２．３ｍｍの場合、空転トルクが９Ｎ・ｍ以上であった。また、クリンチスタッド：Ｍ６×１．０で金属板材２０の板厚１．０の場合、空転トルクが１２Ｎ・ｍ以上であった。また、クリンチスタッド：Ｍ６×１．０で板厚１．６〜３．０ｍｍの場合、空転トルクが１９Ｎ・ｍ以上の値であった。これら実施例の結果については、背景技術の欄（段落番号０００４参照）で説明した、金属板材が無限大の広さのときに得られたデータよりも高い値となっている。

なお、上記金属板材２０の取付孔２１周囲に設ける環状突出部については、他の実施例として図７に示すように、傾斜の形態を曲面形状の環状突出部２４としてもよいし、その他、金属板材の平坦面から突出したものであればよく、特定の形状に限定されるものではない。また、上記実施形態においては、環状突出部２２，２４については、取付孔２１の全周に沿って設けられたものであるが、これに代えて突出部が、取付孔周縁の一部に設けられたものであってもよい。その他、上記実施形態で用いられるクリンチスタッドや金属板材の環状突出部の構造については一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更して実施することができる。

１０…クリンチスタッド、１１…頭部、１２…ねじ胴部、１３…保護リング、１４…保護溝、１５…回り止め突起、２０…金属板材、２１…取付孔、２２，２４…環状突出部。

Claims (1)

1. 円盤形の頭部と棒状のねじ胴部との間に、前記ねじ胴部側から順に配置された該ねじ胴部からわずかに径方向外方に延びた円盤状の保持リングと、前記ねじ胴部より径方向にわずかに凹んだ保持溝と、該保持溝の周方向複数箇所にて径方向外方に延びた回り止め突起とを同軸状に設けてなるクリンチスタッドを、前記ねじ胴部の外径よりわずかに大きくかつ前記保持リングの外径よりわずかに小さい径の取付孔を有する平坦な金属板材の該取付孔に前記ねじ胴部側から嵌め合わせて、前記頭部側から押圧力を加えることにより該頭部及び前記回り止め突起と前記保持リングとの間に前記金属板材を圧縮状態で固定させるクリンチスタッドの金属板材への取付け方法であって、
   前記金属板材の前記取付孔位置での幅が１５〜２０ｍｍであり、
   前記クリンチスタッドの前記取付孔への嵌め合わせ前に、前記金属板材の取付孔の周囲に、該金属板材を前記クリンチスタッドの嵌め合わせ側に曲げることにより該金属板材の平坦面から突出した突出部を設けたことを特徴とするクリンチスタッドの金属板材への取付け方法。

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