JP7425772B2 - クリンチングスタッドボルト - Google Patents

Description

本発明は、取付対象板材に抜け止め状態かつ回り止め状態で固定されるクリンチングスタッドボルトに関する。

従来、金属板材（取付対象板材）の取付孔に圧入されることにより、抜け止め状態かつ回り止め状態で固定されるクリンチングスタッドボルト（クリンチスタッド）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このクリンチングスタッドボルトは、頭部と、頭部の座面から延出されたねじ軸部を備えている。金属板材に別部材を固定する際、この別部材の貫通孔にねじ軸部を挿入し、ねじ軸部の螺進方向とは反対方向にナットが移動するように螺合させて、ナットと金属板材との間に別部材を挟み込んで固定する。

特許文献１に記載のクリンチングスタッドボルトは、座面からねじ軸部の螺進方向下手側に向けて膨出する非真円形状の第１の回り止め部（文献では回り止め突起）と、ねじ軸部の径方向内側に向けて環状に凹入された環状溝部（文献では保持溝）と、環状溝部に対して螺進方向下手側に隣り合う位置において環状に突出する環状突部（文献では保持リング）と、を備えている。特許文献１に記載の技術は、金属板材の取付孔の周囲に、頭部に対向する側に突出した突出部を設けることにより、金属板材にクリンチングスタッドボルトを圧入する際、突出部が回り止め突起に押し潰されて、保持溝に多量の金属を押し込んで抜け荷重及び空転トルクを高めている。

特開２０１４－１４１９９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のクリンチングスタッドボルトは、回り止め突起により押し潰されて流動する金属が、頭部とは反対側に位置する取付孔の周囲から保持リングよりも径方向外側まではみ出してバリになり易い。また、回り止め突起により押し潰された金属が、回り止め突起の径方向外側まで流動して変形を及ぼし、金属板材に反りが発生し易い。その結果、金属板材に別部材を固定する際、バリにより別部材が傷付けられる、バリが異物となって周囲に飛散する、反った金属板材が周囲の部品に干渉する等の不都合が発生し、製品の品質が低下する。

そこで、取付対象板材に固定されたときの品質を向上できるクリンチングスタッドボルトが望まれている。

上記課題は、取付対象板材に抜け止め状態かつ回り止め状態で固定されるクリンチングスタッドボルトであって、頭部と、前記頭部の座面から延出されたねじ軸部と、前記ねじ軸部の螺進方向視において前記ねじ軸部を取り囲む非真円形状に形成され、前記座面から前記螺進方向下手側に向けて膨出する第１の回り止め部と、前記ねじ軸部のうち、前記第１の回り止め部に対して前記螺進方向下手側に隣り合う位置において、前記ねじ軸部の径方向内側に向けて環状に凹入された環状溝部と、前記ねじ軸部のうち、前記環状溝部に対して前記螺進方向下手側に隣り合う位置において、前記ねじ軸部の径方向外側に向けて環状に突出する環状突部とを備え、前記座面と前記環状突部との間に、前記取付対象板材が挟まれるように構成され、前記第１の回り止め部に、前記螺進方向上手側に向けて凹入された凹入部と、前記凹入部に形成され、前記第１の回り止め部の頂部と前記ねじ軸部の中心線とを結ぶ線上に延びる第２の回り止め部とが形成されているクリンチングスタッドボルトによって解決できる。

本構成のクリンチングスタッドボルトは、頭部の座面から膨出する第１の回り止め部、環状溝部及び環状突部が螺進方向に沿って順に配置されており、この第１の回り止め部には、螺進方向上手側に向けて凹入された凹入部が形成されている。また、前記凹入部に形成され、前記第１の回り止め部の頂部と前記ねじ軸部の中心線とを結ぶ線上に延びる第２の回り止め部が形成されている。これにより、第１の回り止め部及び第2の回り止め部が取付対象板材を押し潰したとき、塑性変形することにより流動する取付対象板材が環状溝部に加えて凹入部にも入り込むため、環状突部の径方向外側まではみ出すことが防止される。その結果、バリの発生を防止し、品質を損なうことが無い。特に、第2の回り止め部を備えることにより、空転トルクを向上する。

クリンチングスタッドボルトの斜視図である。 クリンチングスタッドボルトの側面図である。 図２のIII-III線矢視図である。 図３のIV-IV線断面図である。 凸状部が最も環状突部に遠ざかる位置での拡大断面図である。 凸状部が最も環状突部に近付く位置での拡大断面図である。 クリンチングスタッドボルトを取付対象板材に圧入する前の断面図である。 クリンチングスタッドボルトを取付対象板材に圧入した後の断面図である。

以下に、本発明に係るクリンチングスタッドボルトの実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、取付対象板材としての金属板材に圧入されるクリンチングスタッドボルトを一例として説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

図１～図２に示すように、クリンチングスタッドボルトＢは、円周方向に沿う一対の縁部分を丸めた扁平円柱状の頭部１と、頭部１の座面１１から延出されたねじ軸部２とを備えている。ねじ軸部２の大部分に雄ねじ部２Ａが形成されており、ねじ軸部２の螺進方向Ｘは、ねじ軸部２の延出方向と一致している。螺進方向Ｘとは、ねじ軸部２の雄ねじ部２Ａを不図示の雌ねじに螺合した際、雌ねじに対してクリンチングスタッドボルトＢが前進する方向を意味する。以下、ねじ軸部２の先端側を螺進方向下手側Ｘ１とし、ねじ軸部２の基端側（頭部１とねじ軸部２との接続側）を螺進方向上手側Ｘ２として説明する。

図８に示すように、クリンチングスタッドボルトＢは、金属板材Ｔに抜け止め状態かつ回り止め状態で固定されることにより、ねじ軸部２の雄ねじ部２Ａが金属板材Ｔから突出しており、治具Ｇを撤去することにより外部に露出する。クリンチングスタッドボルトＢは、金属板材Ｔよりも剛性の高い低炭素鋼等の金属材料で形成されており、油圧プレスＰによりクリンチングスタッドボルトＢが金属板材Ｔに圧入され、金属板材Ｔが押し潰される。その結果、頭部１の座面１１と、後述する環状突部２２との間に、金属板材Ｔが挟まれる。

図１～図２に示すように、クリンチングスタッドボルトＢは、頭部１の座面１１から螺進方向下手側Ｘ１に向けて膨出する第１の回り止め部３と、ねじ軸部２の径方向内側に向けて円環状に凹入された環状溝部２１と、ねじ軸部２の径方向外側に向けて円環状に突出する環状突部２２とを備えている。環状溝部２１は、ねじ軸部２のうち、第１の回り止め部３に対して螺進方向下手側Ｘ１に隣り合う位置となっており、環状突部２２は、ねじ軸部２のうち、環状溝部２１に対して螺進方向下手側Ｘ１に隣り合う位置となっている。つまり、第１の回り止め部３、環状溝部２１及び環状突部２２が、螺進方向Ｘに沿って順に配置されている。

環状溝部２１の溝幅は、環状突部２２の形状や金属板材Ｔの延性等に応じて設定されており、本実施形態では金属板材Ｔの板厚と同等に設定されている（図８も参照）。環状溝部２１と環状突部２２とはＲ形状で連続しており、環状突部２２と雄ねじ部２Ａとはテーパー形状で連続している（図４も参照）。本実施形態における環状溝部２１は、ねじ軸部２に形成された雄ねじ部２Ａの外径よりも小さい外径を有しており、環状突部２２は、ねじ軸部２に形成された雄ねじ部２Ａの外径よりも大きい外径を有している。また、本実施形態における環状突部２２の直径は、金属板材Ｔの貫通孔Ｔａの直径よりも小さく設定されている（図７も参照）。

図３に示すように、第１の回り止め部３は、螺進方向Ｘ視において、ねじ軸部２を取り囲む六芒星形状（非真円形状の一例）に形成されている。第１の回り止め部３の外側縁部３１は、放射状に配置された複数（本実施形態では６つ）の頂点となる丸角部３１ａと、一対の丸角部３１ａを接続する径方向内側に凹状に形成された複数（本実施形態では６つ）の接続辺３１ｂとを有している。複数の丸角部３１ａの外接円は、座面１１の外周側縁部１１ａと同等の直径を有している。本実施形態における第１の回り止め部３は、丸角部３１ａを先尖形状とすることで、丸角部３１ａを膨らんだ半円形状とする場合に比べて接続辺３１ｂを径方向外側まで極力寄せることが可能となるため、後述する凹入部３２の容積を大きくすることができる。このような第１の回り止め部３の形状により、第１の回り止め部３が金属板材Ｔに圧入されたとき、クリンチングスタッドボルトＢが金属板材Ｔに対して回り止め状態となる。

図４に示すように、第１の回り止め部３には、螺進方向上手側Ｘ２に向けて環状に凹入された凹入部３２が形成されている（図１も参照）。この凹入部３２により、第１の回り止め部３の外側縁部３１には、螺進方向下手側Ｘ１に向かって突出する凸状部３１Ａが形成されている。この凸状部３１Ａは、全域に亘って同一の高さで形成されている。凹入部３２及び環状溝部２１に金属板材Ｔの金属が入り込むことにより、クリンチングスタッドボルトＢが金属板材Ｔに対して抜け止め状態かつ回り止め状態となる。金属板材Ｔの金属を収容する凹入部３２及び環状溝部２１の容積は、凸状部３１Ａが押し潰して塑性変形することにより流動する金属板材Ｔの体積と延性等に応じて設定されている（図８も参照）。凹入部３２の内側縁部３２ａは、ねじ軸部２の環状溝部２１まで至り、環状溝部２１とＲ形状で連続しており、凹入部３２の外側縁部３２ｂは、凸状部３１Ａの最突出端３１Ａａ（第１の回り止め部３の外側縁部３１）まで至り、凸状部３１Ａと連続している。凹入部３２及び凸状部３１Ａは、断面形状が傾斜した傾斜部３０を有しており、この傾斜部３０が凹入部３２と凸状部３１Ａとを接続する部位となっている。また、凸状部３１Ａは、ねじ軸部２とは反対側に、断面形状が傾斜部３０よりも急勾配の立設部３１Ａｂを有している。

凹入部３２は、最突出端３１Ａａからねじ軸部２に近いほど深くなるように傾斜部３０を有しており、傾斜部３０の内端３０ｂから内側縁部３２ａまで座面１１と同等の高さで平行に形成された断面直線状の直線状部３２Ａを有している。つまり、凹入部３２は、傾斜部３０の内端３０ｂを勾配変化端とし、傾斜部３０よりも緩勾配の直線状部３２Ａを有している。この直線状部３２Ａは、ねじ軸部２の軸芯周り（以下、「周方向」という）において、長さが異なるように連続している。これにより、第１の回り止め部３の径方向に沿う（第１の回り止め部３の外側縁部３１と垂直でねじ軸部２の中心を通る線分でカットした）断面形状は、全周において非相似形状が連続して形成されている。凸状部３１Ａは、ねじ軸部２側に傾斜部３０を有すると共に、ねじ軸部２とは反対側に立設部３１Ａｂを有しており、これら傾斜部３０と立設部３１Ａｂとを接続する最突出端３１Ａａにより、螺進方向下手側Ｘ１に向かって先細り状態となっている。本実施形態における凹入部３２の内側縁部３２ａは全周に亘って環状溝部２１まで至っており、環状溝部２１と凹入部３２とは全周に亘って連続している（図１も参照）。また、凹入部３２の外側縁部３２ｂは全周に亘って凸状部３１Ａの最突出端３１Ａａまで至っており、凹入部３２と凸状部３１Ａとは傾斜部３０により全周に亘って連続している。つまり、凹入部３２は、ねじ軸部２を取り囲む無端形状に形成されている。

また、凹入部３２には、第２の回り止め部４が一体成形されている。この第２の回り止め部４は、前記第１の回り止め部３の頂部と前記ねじ軸部２の中心線とを結ぶ対角線上の６カ所に形成されており、その断面は第１の回り止め部３と同様の形状を成している。

図５には、凸状部３１Ａが最も環状突部２２に遠ざかる位置、つまり図３に示す座面１１の外周側縁部１１ａと同等の位置にある丸角部３１ａとねじ軸部２の中心とを通る線分でカットした拡大断面図が示されている。図６には、凸状部３１Ａが最も環状突部２２に近付く位置、つまり図３に示す接続辺３１ｂのうち最も径方向内側にある部分とねじ軸部２の中心とを通る線分でカットした拡大断面図が示されている。

図５～図６に示すように、凸状部３１Ａの立設部３１Ａｂは、頭部１の座面１１と垂直に形成されており、傾斜部３０は、立設部３１Ａｂと平行な仮想垂線Ｌに対する傾斜角θが約５５度に設定されている。図５に示すように、丸角部３１ａに位置する傾斜部３０は、周方向に隣接する傾斜部３０同士を接続する接続傾斜部３０ａを有しており、この接続傾斜部３０ａは傾斜角θよりも緩勾配に形成されている。この接続傾斜部３０ａにより、隣接する接続辺３１ｂの傾斜部３０は、夫々、第１の回り止め部３の径方向に沿う断面形状が周方向において不連続となっている（図３も参照）。なお、傾斜角θは、４５度以上７０度以下であれば良く、好ましくは、５０度以上６０度以下であり、更に好ましくは、約５５度である。傾斜角θが４５度未満であると凸状部３１Ａの肉厚が小さくなりすぎて成形時の流動性が低下すると共に剛性が低下してしまい、傾斜角θが７０度を超えると、凸状部３１Ａが大きくなりすぎて凹入部３２の容積が小さくなり、金属の収容体積が不足してしまう。また、凸状部３１Ａの高さＬ１は、環状溝部２１の溝幅Ｌ２に対して約３分の１に設定されている。凸状部３１Ａの高さＬ１は、環状溝部２１の溝幅Ｌ２に対して４分の１以上２分の１以下であることが好ましく、４分の１を下回ると凹入部３２の容積が小さくなり、金属の収容体積が不足してしまい、２分の１を上回ると、金属が凹入部３２に円滑に流動し難くなる。

図３及び図６に示すように、凸状部３１Ａが最も環状突部２２に近付く位置において、本実施形態における傾斜部３０の内端３０ｂは、螺進方向Ｘ視において環状突部２２の最外周よりも若干、径方向内側に位置している。この構成から、金属板材Ｔに圧入された状態のクリンチングスタッドボルトＢは、金属板材Ｔに対向する座面１１の面積を大きく確保することができる（図８も参照）。その結果、座面１１のうち隣り合う一対の丸角部３１ａの間に入り込む金属板材Ｔの体積を大きく確保することが可能となり、空転トルクを向上させることができる。また、傾斜部３０の内端３０ｂが環状突部２２の最外周よりも径方向内側に位置しているので、環状溝部２１及び凹入部３２に収容された厚みのある金属が抜け荷重に対して支配的となり、抜け荷重を高めることができる。

続いて、図７及び図８を用いて、本実施形態に係るクリンチングスタッドボルトＢを金属板材Ｔに圧入したときの作用効果を説明する。金属板材Ｔは、鋼板等の金属製の薄板であり、環状突部２２の直径よりも大きく、かつ、第１の回り止め部３の外径よりも小さい貫通孔Ｔａが予め形成されており、油圧プレスＰの押圧力に耐え得る治具Ｇに支持されている。

図７に示すように、金属板材Ｔに圧入する前のクリンチングスタッドボルトＢは、第１の回り止め部３の最突出端３１Ａａを貫通孔Ｔａの周囲に当接させると共に、頭部１に油圧プレスＰを当接させている。このとき、環状突部２２が貫通孔Ｔａの内部に収容されており、ねじ軸部２の雄ねじ部２Ａが治具Ｇ側に突出している。

次いで、図７～図８に示すように、油圧プレスＰにより頭部１を押圧すると、第１の回り止め部３の凸状部３１Ａが金属板材Ｔに喰い込みながらクリンチングスタッドボルトＢが下方（螺進方向下手側Ｘ１）に移動し、座面１１が金属板材Ｔに当接するまで圧入される。このとき、凸状部３１Ａの体積に相当する押し潰された金属板材Ｔの金属が、傾斜部３０に沿って径方向内側に円滑に流動し、凹入部３２及び環状溝部２１に収容される。その結果、金属板材Ｔに固定されたときのクリンチングスタッドボルトＢは、全体的に美観に優れたものとなる。

本実施形態に係るクリンチングスタッドボルトＢは、頭部１の座面１１から膨出する第１の回り止め部３、環状溝部２１及び環状突部２２が螺進方向Ｘに沿って順に配置されており、この第１の回り止め部３には、螺進方向上手側Ｘ２に向けて凹入された凹入部３２が形成されている。これにより、第１の回り止め部３が金属板材Ｔを押し潰したとき、金属板材Ｔの金属が環状溝部２１に加えて凹入部３２にも入り込むため、環状突部２２の径方向外側まではみ出すことが防止される。その結果、バリの発生が防止されるので、金属板材Ｔに別部材を固定する際、バリにより別部材が傷付けられたり、バリが異物となって周囲に飛散したりといった不都合が無く、品質を高めることができる。また、金属板材Ｔの金属が環状溝部２１に入り込むことにより抜け荷重を確保しながら、金属板材Ｔの金属が凹入部３２にも入り込むことにより、金属板材Ｔの剪断面積が増加し、空転トルクを向上させることができる。しかも、金属板材Ｔが凹入部３２に優先的に入り込むことにより、金属板材Ｔが凹入部３２の径方向外側にはみ出し難く、金属板材Ｔの反りが防止されるので、反った金属板材Ｔが周囲の部品に干渉する等の不都合が無く、品質を高めることができる。

また、凹入部３２をねじ軸部２に近いほど深く形成しているので、押し潰されて流動する金属板材Ｔの金属が環状溝部２１の方向に円滑に誘導される。この凹入部３２と環状溝部２１とが全周に亘って連続しているので、押し潰されて流動する金属板材Ｔの金属が環状溝部２１の方向に障壁なく誘導される。換言すると、この凹入部３２がねじ軸部２を取り囲む無端形状となっているため、押し潰されて流動する金属板材Ｔの金属が環状溝部２１の方向に障壁なく誘導されると共に、凹入部３２の容積が十分に確保される。その結果、流動する金属のはみ出しが一層抑制されてバリの発生が防止されるため、品質を高めることができる。

また、凹入部３２は、最突出端３１Ａａからねじ軸部２に近いほど深くなる傾斜部３０と、周方向に隣接する傾斜部３０同士を接続し傾斜部３０よりも緩勾配の接続傾斜部３０ａと、接続傾斜部３０ａよりも緩勾配で周方向の長さが異なるように連続している直線状部３２Ａとを有している。これにより、本実施形態における第１の回り止め部３の径方向に沿う断面形状は、全周において非相似形状が連続して形成されている。その結果、流動する金属板材Ｔの金属が、凹入部３２に対して周方向に不連続な形状で入り込み、凸状部３１Ａと凹入部３２に入り込んだ金属とが当接することにより空転時の抵抗となって、空転トルクを高めることができる。また、凹入部３２に直線状部３２Ａを設けることで、環状溝部２１と隣接する凹入部３２の内側縁部３２ａに多くの金属を入り込ませることが可能となり、空転トルクを更に高めることができる。

また、本実施形態では、凹入部３２を第１の回り止め部３の外側縁部３１まで延在させて、第１の回り止め部３の外側縁部３１に先細り状態で突出する凸状部３１Ａを形成しているので、この凸状部３１Ａが金属板材Ｔに喰い込んで空転トルクを向上させることができる。この凸状部３１Ａは全域に亘って同一の高さで形成されているため、凸状部３１Ａが均一に金属板材Ｔに喰い込んで空転トルクを一層向上させることができる。しかも、この凸状部３１Ａが障壁となることにより、凹入部３２に入り込んだ金属板材Ｔの金属が凸状部３１Ａの径方向外側にはみ出し難く、金属板材Ｔの反りを確実に防止できる。

また、凸状部３１Ａを、ねじ軸部２側に傾斜させると共に、ねじ軸部２とは反対側の立設部３１Ａｂを急勾配で立設させているので、金属板材Ｔが凹入部３２に向かって一層入り込むこととなり、金属板材Ｔが凹入部３２の径方向外側にはみ出すことを確実に防止できる。しかも、金属板材Ｔが回転してクリンチングスタッドボルトＢに回転トルクが印加された場合でも、立設部３１Ａｂが金属板材Ｔに対して垂直に立設していることから、クリンチングスタッドボルトＢの抜け出し方向の分力が極めて小さくなり、抜け荷重を適切に確保することができる。

［その他の実施形態］
（１）第１の回り止め部３の非真円形状として、接続辺３１ｂを直線状に形成した六角形状であっても良いし、三角形状、四角形状や五角形状等の多角形状であっても良い。
（２）第１の回り止め部３の凹入部３２は、周方向に沿って部分的に設ける等、如何なる形状であっても良く、特に限定されない。この場合、第１の回り止め部３の径方向に沿う断面形状は、周方向の少なくとも一部において非相似形状で形成されていることが好ましい。非相似形状に構成できる形状であれば、凹入部３２の傾斜部３０を省略して、周方向の長さが異なるように連続している直線状部３２Ａのみで構成しても良いし、径方向の位置が異なる複数の窪みを周方向に沿って設けても良い。また、凹入部３２に入り込んだ金属を環状溝部２１まで流動させることのできるように、少なくとも凹入部３２の内側縁部３２ａを周方向に亘って連続させる形状であることが好ましい。
（３）環状溝部２１や環状突部２２を円環状に形成せずに、外形が多角形状の環状に形成しても良い。また、金属板材Ｔの貫通孔Ｔａは、環状突部２２の直径よりも小さく形成して、貫通孔Ｔａの内周部も環状突部２２に押し潰される形状としても良い。
（４）凸状部３１Ａの最突出端３１Ａａを尖らせても良い。この場合、最突出端３１Ａａの最突出端３１Ａａが金属板材Ｔに喰い込み易くなる。
（５）取付対象板材として、金属板材Ｔのほか、流動性（延性）のある材料で形成された板材であれば、特に限定さない。
（６）ねじ軸部２には、雄ねじ部２Ａに代えて雌ねじ部を形成しても良い。

本発明は、取付対象板材に抜け止め状態かつ回り止め状態で固定されるクリンチングスタッドボルトに利用可能である。

１ ：頭部
２ ：ねじ軸部
３ ：第１の回り止め部
４ ：第２の回り止め部
１１ ：座面
２１ ：環状溝部
２２ ：環状突部
３０ ：傾斜部
３１ ：外側縁部
３１Ａ ：凸状部
３１Ａｂ ：立設部
３２ ：凹入部
Ｂ ：クリンチングスタッドボルト
Ｔ ：金属板材（取付対象板材）
Ｘ ：螺進方向
Ｘ１ ：螺進方向下手側
Ｘ２ ：螺進方向上手側

Claims (1)

1. 取付対象板材に抜け止め状態かつ回り止め状態で固定されるクリンチングスタッドボルトであって、
   頭部と、
   前記頭部の座面から延出されたねじ軸部と、
   前記ねじ軸部の螺進方向視において前記ねじ軸部を取り囲む非真円形状に形成され、前記座面から前記螺進方向下手側に向けて膨出する第１の回り止め部と、
   前記ねじ軸部のうち、前記第１の回り止め部に対して前記螺進方向下手側に隣り合う位置において、前記ねじ軸部の径方向内側に向けて環状に凹入された環状溝部と、
   前記ねじ軸部のうち、前記環状溝部に対して前記螺進方向下手側に隣り合う位置において、前記ねじ軸部の径方向外側に向けて環状に突出する環状突部と、を備え、
   前記座面と前記環状突部との間に、前記取付対象板材が挟まれるように構成され、
   前記第１の回り止め部に、前記螺進方向上手側に向けて凹入された凹入部と、
   前記凹入部に形成され、前記第１の回り止め部の頂部と前記ねじ軸部の中心線とを結ぶ線上に延びる第２の回り止め部と、
   が形成されているクリンチングスタッドボルト。
   

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