CN106050873B - 固定螺栓及其固定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了能够将固定螺栓和固定板牢固地固定的固定螺栓以及固定螺栓的固定方法。固定螺栓(1)包括：头部(2)、螺纹部(3)、以及在头部(2)与螺纹部(3)之间形成的直径比螺纹部的直径大的圆筒部(4)，头部(2)具有：上面(5)、圆锥面形状的支撑面(6)、以及截面是大致三角形状且从支撑面(6)突出的多个凸部(7)，在凸部(7)的底部以更靠近轴心的部位更靠近所述上面的方式形成有倾斜面(8)。

Description

固定螺栓及其固定方法

技术领域

本发明涉及预先固定于固定板，穿过固定板并用螺母紧固的固定螺栓和固定螺栓的固定方法。

背景技术

以往，在组装使用了金属材料等固定板的构造时，采用将螺栓预先固定至固定板，使该螺栓(固定螺栓)穿过固定板并用螺母紧固的组装方法。

在图10示出以往的固定螺栓21。固定螺栓21包括：头部22、螺纹部23、以及在头部22与螺纹部23之间形成的圆筒部24。头部22具有：圆锥面形状的支撑面25和截面是三角形状且从支撑面25突出的多个凸部26。

在以往的固定螺栓21中，凸部26的底部27形成为相对于固定板29的上面平行(即，相对于固定螺栓21的轴线28垂直)的平面。

图11示出以往的固定螺栓21固定至固定板29的工序图。固定板29形成有固定孔30，固定螺栓21插入到固定孔30，固定孔30的直径大于圆筒部24的直径且小于支撑面25的最大直径。

然后，如图11(a)所示，设置抵接头部22的上面的上压模31和抵接固定孔30的周边下部的下压模32。如图11(b)所示，使用上压模31和下压模32在上下方向上按压的结果是，支撑面25被压靠并埋入固定板29，固定孔30的周边下部变形为楔状。如图11(c)所示，进一步使用上压模31和下压模32在上下方向上按压直到头部22的上面与固定板29的上面成为一个面为止，从而将固定螺栓21和固定板29固定。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开JP2000-205227号公报

专利文献2：日本实用新型登记JP3171082号公报

图12为示出图11(b)或图11(c)所示部位的放大图。在以往的固定螺栓21中，使用上压模31和下压模32在上下方向上按压，在想用作为固定对象的固定板的材料部件填埋固定孔30与圆筒部24之间的间隙的情况下，存在不能使塑性变形的固定板的材料部件充分地移动至该间隙而残留有空隙部34，因而不能将固定螺栓21和固定板29牢固地固定的问题。

本发明人对该问题考虑如下。即，在以往的固定螺栓21中，如前述一样，由于凸部26的底部27形成为相对于固定板29的上面平行，因此，如图12的箭头所示，通过凸部26的水平状底部27压靠而移动的固定板29发生塑性变形的材料部件相对于底部27具有左右对称分散的倾向，固定板29发生塑性变形的材料部件不能充分地遍布至固定孔30与圆筒部24之间的间隙，因此，认为残留有空隙部34。

这样，以往的固定螺栓21中，存在由于残留有空隙部34而不能将固定螺栓21和固定板29牢固地固定的问题。

发明内容

因此，本发明提供了解决现有技术存在的上述问题，能够将固定螺栓和固定板牢固地固定的固定螺栓以及固定螺栓的固定方法。

为了解决上述问题，根据本发明的固定螺栓包括：头部、螺纹部以及在所述头部与所述螺纹部之间形成的直径比所述螺纹部的直径大的圆筒部，其特征在于，所述头部具有：上面、圆锥面形状的支撑面、以及截面是大致三角形状且从所述支撑面突出的多个凸部，在所述凸部的底部以更靠近轴心的部位更靠近所述上面的方式形成有倾斜面。

此外，其特征在于，在插入至作为固定对象的固定板中所形成的直径比所述圆筒部的直径大且比所述支撑面的最大直径小的固定孔时，所述凸部的外侧下端部接触所述固定板的板面，所述固定孔的内侧上端部在所述支撑面的接触位置接触，从而以所述外侧下端部和所述支撑面的接触位置的两个部位接触所述固定板。

此外，其特征在于，在作为固定对象的固定板中所形成的比所述圆筒部的直径大且比所述支撑面的最大直径小的固定孔孔径为D、所述圆筒部的直径为D1、所述凸部的所述倾斜面与所述支撑面的交叉位置处的直径为D2时，所述D大于所述D1且小于所述D2。

此外，其特征在于，所述倾斜面与垂直于所述轴线的水平面所成的角度α在5度到25度的范围内。

此外，其特征在于，所述倾斜面形成为平面状。

此外，其特征在于，所述倾斜面被收束而形成为半圆锥状。

此外，其特征在于，在所述支撑面的纵向长度为L1、所述圆筒部的纵向长度为L2时，改变L1+L2的大小，以使作为固定对象的固定板的板厚t越小，L1+L2也越小。

此外，其特征在于，所述板厚t越小，所述上面与所述支撑面所成的角度β也越小。

本发明中固定螺栓的固定方法是将固定螺栓固定于固定板的固定方法，所述固定螺栓包括：头部、螺纹部以及在所述头部与所述螺纹部之间形成的直径比所述螺纹部的直径大的圆筒部，所述头部具有：上面、圆锥面形状的支撑面、以及截面是大致三角形且从所述支撑面突出的多个凸部，在所述凸部的底部以更靠近轴心的部位更靠近所述上面的方式形成有倾斜面，在所述固定板形成有直径比所述圆筒部的直径大且比所述支撑面的最大直径小的固定孔，在所述固定螺栓插入所述固定孔的状态下，使用抵接所述头部的所述上面的上压模和抵接所述固定孔的周边下部的下压模进行按压，在所述周边下部形成楔状的楔状部并且由所述固定板的材料部件填埋所述固定孔与所述圆筒部之间的间隙。

此外，其特征在于，将所述头部压入所述固定板，直到所述头部的所述上面与所述固定板的上面成为一个面。

根据本发明的结构，由于在凸部的底部以更靠近轴心的部位更靠近所述上面的方式形成有倾斜面，因此，在相对于固定板按压凸部时，能够通过倾斜面使塑性变形的固定板的材料部件朝轴线的方向移动，能够通过固定板的材料部件埋没与固定板的固定孔之间的间隙，与形成在固定孔的周边下部的楔状部相互作用，从而能够将固定螺栓与固定板牢固地固定。

此外，由于凸部的外侧下端部接触固定板的板面，固定孔的内侧上端部在支撑面的接触位置接触，从而在外侧下端部和支撑面的接触位置的两个部位接触固定板，因此，能够使固定螺栓相对于固定孔容易地定位成同轴状。

此外，由于孔的直径D比圆筒部的直径D1大且比倾斜面与支撑面的交叉位置处的直径D2小，因此，能够在两个部位处使固定螺栓和固定板可靠地接触。

在支撑面的纵向长度为L1、圆筒部的纵向长度为L2时，由于以作为固定对象的固定板的板厚t越小，L1+L2也减小的方式改变L1+L2的大小，因此能够使楔状部的纵向高度△为所需大小。

此外，凸部的底部在更靠近轴心的部位更靠近所述上面的方向上形成有倾斜面，在固定螺栓插入固定孔的状态下，使用上压模和下压模按压头部的上面和固定孔的周边下部，在周边下部形成楔状的楔状部并且由固定板的材料部件填埋固定孔与圆筒部之间的间隙，因此，能够将固定螺栓和固定板牢固地固定。

附图说明

图1为示出根据本发明的实施方式的固定螺栓的平面图。

图2(a)为示出固定螺栓的头部的部分截面图，图2(b)为示出(a)中A部位的放大图。

图3为固定螺栓固定至固定板的工序的说明图，(a)示出上压模抵接至头部的上面，下压模抵接至固定孔的周边下部而设置的状态，(b)示出从(a)所示状态开始按压的状态，(c)示出从(b)所示状态进一步按压的状态，(d)示出从(c)所示状态按压直到头部2的上面与固定板的上面成为一个面为止的状态。

图4是在凸部的底部形成的倾斜面的作用的说明图。

图5示出头部与固定板的上面在两个点处接触的图。

图6是固定螺栓的头部的大小与固定板的厚度之间关系的说明图，(a)示出厚度t大的情况，(b)示出厚度t小的情况。

图7为示出固定螺栓的具体尺寸与固定板的厚度示例的表。

图8为示出根据其他实施方式的固定螺栓的立体图。

图9为示出凸部的倾斜面不是平面状的示例图。

图10为示出以往的固定螺栓的图。

图11为示出以往的固定螺栓固定至固定板的工序图。

图12是以往的固定螺栓的情况下在固定孔与圆筒部之间的间隙残留有空隙部的说明图。

符号说明

1 固定螺栓

2 头部

3 螺纹部

4 圆筒部

5 上面

6 支撑面

7 凸部

8 倾斜面

9 轴线

11 固定板

12 固定孔

13 间隙

15 上压模

16 下压模

18 楔状部

20 平头

具体实施方式

以下参照附图说明根据本发明的固定螺栓的实施方式。

图1示出根据本实施方式的固定螺栓1。固定螺栓1包括：头部2、螺纹部3、以及在头部2与螺纹部3之间形成的直径比螺纹部3的直径大的圆筒部4。头部2具有：上面5、圆锥面形状的支撑面6、和截面是大致三角形状且从支撑面6突出的多个凸部7。

此处，在固定螺栓1的平面图的图1中表示了五个凸部7，截面为大致三角形状意味着如图1的左右端的凸部7所示，截面具有大致三角形状，大致三角形状由凸部7连接至支撑面6的边、与轴线9大体平行的纵向的边、以及底部的边构成。此外，与轴线9大体平行的纵向的边不必严格地与轴线9平行。此外，大致三角形状意味着大体三角形状，不限制于严格的三角形形状。

在凸部7的底部形成有倾斜面8。如图1的左右端的凸部7所示，倾斜面8形成为在更靠近轴线9的部位更靠近头部2的上面5的方向上倾斜。

图2(a)为示出固定螺栓1的上部的图，图2(b)为示出图2(a)的A部分的放大图。如图2(a)所示，倾斜面8相对于与轴线9垂直的水平面仅以角度α向靠近轴线9的方向倾斜地形成为平面状。角度α是例如从5度至25度范围内的角度。这里，在角度α小于5度的情况下，如后述一样，通过上压模15和下压模16按压时，固定板11发生塑性变形的材料部件不能充分地定向以朝有间隙13的方向移动。此外，在角度α大于25度的情况下，存在凸部7的底部的外侧下端部由于过尖不能承受强度而发生变形的危险。

此外，倾斜面8不限制于形成为平面状，例如如图9所示，也可以向内部方向收束而形成为半圆锥状。图9(a)示出向支撑面6的周向收束而形成的情况，图9(b)示出向支撑面6的倾斜方向收束而形成的情况。在使倾斜面8向内部方向收束而形成为半圆锥状的情况下，如根据后述的说明也明显一样，将固定螺栓1和固定板11按压时，固定板11发生塑性变形的材料部件通过倾斜面8压靠而朝向轴线9的方向移动，从而能够更集中地移动至固定孔12与圆筒部4之间的间隙13，而不分散地移动。此外，在倾斜面8向内部方面收束而形成为半圆锥状的情况下，角度α的定义是形成倾斜面8的轮廓线的面与水平面所成的角度即可。

接着，参照图3，说明固定螺栓1固定至固定板11的工序。

作为固定螺栓1的固定对象的固定板11由比形成固定螺栓1的钢材硬度低的例如铝材制成，在固定板11形成有比圆筒部4的直径D1大而比支撑面6的最大直径小的直径D的固定孔12。

此外，固定板11不限于铝材，具有比固定螺栓1硬度低的钢板即可，例如可以是，固定螺栓1由被实施热处理而硬度高的钢材制成，固定板11由未实施热处理而硬度低的钢材制成。

凸部7的倾斜面8与支撑面6的交叉位置处的直径作为D2。如图5所示，固定孔12的直径D设定为比直径D1大而比直径D2小。

准备上压模15和下压模16。上压模15和下压模16由比形成固定螺栓1的钢材硬度更高的材料构成。

如图3(a)所示，将固定螺栓1插入固定孔12，上压模15以抵接头部2的上面5的方式设置，下压模16以能够抵接固定孔12的周边下部的方式设置。在固定孔12和圆筒部4之间形成有间隙13。

图3(b)示出从图3(a)所示的状态通过上压模15和下压模16按压，头部2的下部埋入固定板11的上部，下压模16抵接至固定孔12的周边下部的开始按压状态。

图3(c)示出从图(b)所示的状态进一步通过上压模15和下压模16按压，头部2进一步埋入固定孔12的上部，间隙13变小，并且固定孔12的周边下部被按压，逐渐形成楔状部18的状态。

图3(d)示出从图3(c)所示的状态按压至头部2的上面5和固定板11的上面成一个面的状态，间隙13被固定板11的材料部件完全埋没，完成了楔状部18，由凸部7和楔状部18夹持的固定板11的材料部件对固定螺栓1和固定板11进行固定的状态。在图3(d)中，最终形成纵向高度为Δ的楔状部18。

以上，如图3(a)、(b)、(c)和(d)所示，通过由上压模15和下压模16按压，在固定孔12的周边下部形成楔状部18，同时固定板11发生塑性变形的材料部件埋入间隙13，因而对固定螺栓1和固定板11进行固定。

图4是与图3对应的图，是说明凸部7的底部形成的倾斜面8的作用的图。由于倾斜面8形成为在更靠近轴线9的部位更靠近头部2的上面5的方向上倾斜，因此，如箭头所示，凸部7相对于固定板11被按压时，固定板11的材料部件根据倾斜面8的作用以朝向轴线9的方向移动的方式受力。因此，如图3(d)所示，在进一步完全形成楔状部18时，间隙13能够被固定板11的材料部件完全埋没。

接着，参照图5，说明固定板11的上面与凸部7和支撑面6的接触点。

如前述一样，固定孔12的直径D设定为比圆筒部4的直径D1大，比凸部7的倾斜面8与支撑面6的交叉位置处的直径D2小。通过以此方式设定固定孔12的直径D，能够取得以下的效果。

即，在图5中，固定孔12的内侧上端部与支撑面6的接触位置作为P1，凸部7的倾斜面8的外侧上端部的位置作为P2时，固定板11的上面在接触位置P1和位置P2的两个地方处接触固定螺栓11。因此，容易使固定螺栓11的轴线9和固定孔12的轴线一致，能够使固定螺栓1相对于固定孔12容易地定位成同轴状。与此相对，在图10所示的现有固定螺栓21中，凸部27的底部沿与轴线28垂直的方向水平地形成，通过凸部27的底部的面与固定板11的上面的面与面接触不能从根本上确定接触位置，因此，不能使固定螺栓21相对于固定孔30容易地定位成同轴状。在这一点，根据本实施方式能够使固定螺栓1相对于固定孔12容易地定位成同轴状。

接着，参照图6，说明固定螺栓1的头部2的大小与固定板11的厚度t之间的关系。

在图6，将头部2的支撑面6的长度作为L1、圆筒部4的长度作为L2、上面5与支撑面6所成的角度作为β、将头部2的上面5的直径作为D3、将固定板11的厚度作为t。此外，如图3(d)所示，最终形成的楔状部18的纵向高度作为Δ。

关于楔状部18的纵向高度Δ，根据高度Δ＝L1+L2-t求得。

考虑固定螺栓1与固定孔12固定时所要求的固定强度而概略地确定高度Δ。因此，为了确保高度Δ，在厚度t小的情况下，需要使L1+L2的值小，为此，使长度L1和长度L2各自减小。这里，考虑使长度L1随着厚度t变小而减小。在厚度t小的情况下，不改变角度β的大小，使其与厚度t较大情况时的大小相同，则使上面5的直径D3减小。另一方面，存在上面5的直径D3的大小优选地不依赖于厚度t的大小而是为一定大小会较好的观点。因此，在本实施方式，通过使角度β随着厚度t变小而减小，使直径D3的大小不必变得极小。此外，为了确保头部2的支撑面6的强度，角度β设定在从大约40度到50度的范围。为此，由于使角度β减小存在限度，因此，为了使L1+L2的值减小，不仅使角度β减小而且也使长度L2减小。

在图7中以螺纹尺寸为直径6mm(M6)和直径4mm(M4)的两个示例示出固定螺栓1的具体示例。凸部7的倾斜面8相对于水平面的角度β设定为10度。这里，如图6所示，直径D3表示头部2的上面5的直径，直径D4表示凸部7的最外侧的直径。

楔状部18的纵向高度Δ根据高度Δ＝L1+L2-t来确定，M6时高度Δ是0.4mm，M4时高度Δ是0.2mm。此外，认为为了使固定螺栓1能够相对于固定孔12容易地定位成同轴状，固定孔12的直径D比直径D1大、比直径D2小。

对于固定板11的厚度t，将t＝1.0mm的情况与t＝1.2mm和t＝2.0的情况比较，在t＝1.0的情况下，使长度L1更短并且使角度β进一步小至40度，以此方式，认为上面5的直径D3的值在M6时是7.9mm，与t＝1.2mm、t＝2.0mm时的8.0mm的值没有很大差别，此外，认为在M4时也同样。

此外，对于固定板11的厚度t，将t＝1.2mm的情况和t＝2.0的情况比较，虽然两者在厚度t上不同，但长度L1和角度β设定为相同的值，随着厚度t变小，由于要使L1+L2的值减小，因此长度L2设定为不同的值。

以上，根据本实施方式，由于倾斜面8形成为在更靠近轴线9的部位更靠近头部2的上面5的方向上倾斜，相对于固定板11按压凸部7时，固定板11的材料部件根据倾斜面8以朝向轴线9的方向移动的方式受力，间隙13能够被固定板11的材料部件充分或者完全埋没。间隙13能够通过固定板11的材料部件完全埋没。因此，通过在形成的楔状部18与凸部7之间夹持塑性变形后的固定板11的材料部件，固定螺栓1和固定板11能够牢固地固定。

此外，通过使倾斜面8向内部方向收束而形成为半圆锥状，通过倾斜面8，固定板11的材料部件能够更可靠地朝轴线9的方向移动。

此外，由于凸部7的外侧下端部P2接触固定板11的板面，固定孔12的内侧上端部在支撑面6的接触位置P1接触，从而固定螺栓1在外侧下端部P2和支撑面6的接触位置P1的两个部位接触固定板11，因此，能够使固定螺栓1相对于固定孔12容易地定位成同轴状。

此外，由于固定孔12的直径D比圆筒部4的直径D1大，比倾斜面8与支撑面6的交叉位置处的直径D2小，因此，能够使固定螺栓1在固定板11的两个部位处可靠地接触。

此外，由于根据固定板11的板厚t的大小相应地改变支撑面6的长度L1与圆筒部4的长度L2的和L1+L2，因此，能够使楔状部18的纵向高度Δ为所需大小。

此外，由于根据固定板11的板厚t的大小相应地改变支撑面6的长度L1与圆筒部4的长度L2的和L1+L2以及相应地改变上面5与支撑面6所成的角度β，因此，在螺纹尺寸确定时，能够不是很大地改变上面5的直径D3的大小。

接着，参照图8说明其他实施方式。

图8所示的固定螺栓在图1所示的固定螺栓1的头部2的上面5设置有比上面5具有更大直径的薄圆筒状的平头20。上压模15抵接平头20的上面。图8所示的带平头的固定螺栓以按压直到平头20的下面20a接触固定板11的上面(即，直到头部2的上面5与固定板11的上面成为一个面)为止的方式使用。

根据本实施方式，由于在头部2的上面设置了平头20，因此，在使用螺母紧固带平头的固定螺栓时，能够使平头20的背面抵接固定板11的板面而拉动螺母。带平头的固定螺栓在牢固地紧固时特别有用。在未设置平头20的情况下，在牢固地紧固时，会产生支撑面6可能变形的危险。

Claims (10)

1.一种固定螺栓，包括：头部、螺纹部、以及在所述头部与所述螺纹部之间形成的直径比所述螺纹部的直径大的圆筒部，其特征在于，

所述头部具有：上面、以更靠近轴心的部位更远离所述上面的方式倾斜的圆锥面形状的支撑面、以及截面是大致三角形状且从所述支撑面突出的多个凸部，

在所述凸部的底部以更靠近轴心的部位更靠近所述上面的方式形成有倾斜面，且在所述凸部形成有竖直面，

所述倾斜面在最远离所述轴心且最远离所述上面的位置与所述竖直面连接，

所述倾斜面在最靠近所述轴心且最靠近所述上面的位置与所述支撑面连接，

所述倾斜面与所述竖直面连接的位置，比所述倾斜面与所述支撑面连接的位置更远离所述上面，并且比所述支撑面与所述圆筒部连接的位置更靠近所述上面。

2.根据权利要求1所述的固定螺栓，其特征在于，在插入至作为固定对象的固定板中所形成的直径比所述圆筒部的直径大且比所述支撑面的最大直径小的固定孔时，所述凸部的外侧下端部接触所述固定板的板面，所述固定孔的内侧上端部在所述支撑面的接触位置接触，从而在所述外侧下端部和所述支撑面的接触位置这两个部位接触所述固定板。

3.根据权利要求1所述的固定螺栓，其特征在于，在作为固定对象的固定板中所形成的比所述圆筒部的直径大且比所述支撑面的最大直径小的固定孔的孔径为D、所述圆筒部的直径为D1、所述凸部的所述倾斜面与所述支撑面的交叉位置处的直径为D2时，所述D大于所述D1且小于所述D2。

4.根据权利要求1所述的固定螺栓，其特征在于，所述倾斜面与垂直于所述轴心的水平面所成的角度α在5度到25度的范围内。

5.根据权利要求1所述的固定螺栓，其特征在于，所述倾斜面形成为平面状。

6.根据权利要求1所述的固定螺栓，其特征在于，所述倾斜面被收束而形成为半圆锥状。

7.根据权利要求1所述的固定螺栓，其特征在于，在所述支撑面的纵向长度为L1、所述圆筒部的纵向长度为L2时，改变L1+L2的大小，以使作为固定对象的固定板的板厚t越小，L1+L2也越小。

8.根据权利要求7所述的固定螺栓，其特征在于，所述板厚t越小，所述上面与所述支撑面所成的角度β也越小。

9.一种固定螺栓的固定方法，为将如权利要求1-8中任一项所述的固定螺栓固定于固定板的固定方法，其特征在于，

在所述固定板形成有直径比所述圆筒部的直径大且比所述支撑面的最大直径小的固定孔，

在所述固定螺栓插入所述固定孔的状态下，使用抵接所述头部的所述上面的上压模和抵接所述固定孔的周边下部的下压模进行按压，在所述周边下部形成楔状的楔状部并且由所述固定板的材料部件填埋所述固定孔与所述圆筒部之间的间隙。

10.根据权利要求9所述的固定螺栓的固定方法，其特征在于，将所述头部压入所述固定板，直到所述头部的所述上面与所述固定板的上面成为一个面。

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