JP2007064386A - 締結方法、構造体、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ねじ等締結手段に加工を施すことなく被接合部材間の回転モーメントの拘束力を大きくすること。
【解決手段】 複数の板材１１，１２の接合部に前記接合結部材を貫通する貫通孔１３と雌ねじ形成部１５を開設してタッピングねじ１６で接合するに際して、一の板材１１と他の板材１２が接触する被接合部材の一方または両方の接触面の領域１７に、接触面間の摩擦力が大きくなる摩擦増加加工として粉体を配置し、または表面を粗さを増す加工を施した。
【選択図】 図1

Description

本発明は、締結方法、構造体、画像形成装置に係り、特に複数の被接合部材の接合部に前記接合結部材を貫通する孔部を開設し、該孔部を貫入する締結手段で被接合部材を締め付けて接合する締結方法、この締結方法で製造された構造体、この構造体を備えた画像形成装置に関する。

家電・ＯＡ機器の製造で部品と部品を締結する方法として、溶接、ねじ止め、リベット止め、かしめ等が使われている。ここで、溶接は、部品と部品の拘束力を高くするためには一番有効な方法であるが、溶接機等の設備が必要であり設備費用がかさむほか、電力の消費が大きいという問題がある。また、使用後の製品を解体する場合に溶接部の解体に費用と手間がかかる。

これに対して、ねじ止め、リベット、かしめ等は、溶接と比較して費用が安い締結方法であるため、部品と部品を締結する方法として、近年推奨される方法になってきた。これらの締結部には、締結部の軸方向（ねじの場合ねじの軸方向）に直角方向に働く荷重と回転モーメントが働く。家電・ＯＡ機器のように多くの締結部によって部品が組み立てられている構造体の場合、各締結部の特にモーメントに対する拘束力を大きくすることで、構造体全体としての剛性を大きくすることが可能となる。

特許文献１にはねじと、ねじ締結部を周囲の突起によって拘束し、ねじの直角方向に働く荷重を拘束する方法を記載している。しかし、特許文献１の方法では、突起を作製する費用、手間がかかり、さらに回転モーメントに対する拘束力はそれほど大きくならない。
特開平３−２０４４０７

しかしながら、ねじの締め付けトルクを大きくしても締結部における回転モーメントに対する拘束力はそれほど大きくならない。また、ねじに緩み止めを配置したとしても、単に回転モーメントの拘束力が維持されるだけで、回転モーメントの拘束力を大きくしたいという要求には応えることができない。

そこで、本発明はねじなどを用いた締結方法、構造体、画像形成装置において、ねじ等締結手段に加工を施すことなく被接合部材間の回転モーメントの拘束力を大きくすることができる締結方法、この締結方法で製造された構造体、この構造体を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、複数の被接合部材の接合部に前記接合結部材を貫通する孔部を開設し、該孔部を貫入する締結手段で前記被接合部材を締め付けて接合する締結方法において、一の被接合部材と他の被接合部材が接触する被接合部材の一方または両方の接触面に、接触面間の摩擦力が大きくなる摩擦増加加工を施した特徴とする締結方法である。

請求項２の発明は、請求項１の締結方法において、前記摩擦増加加工は、前記接合部材の互いの接触面に開設された孔部の周辺に微小粉体を配置する事を特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の締結方法において、前記微小粉体は、微小粉体を混合したバインダを塗布することにより配置することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の締結方法において、前記バインダは、揮発性であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２ないし４の締結方法において、粉体は、前記被接合部材の表面を成す材料の硬度より高い硬度を備えた材質で校正されていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項２ないし５のいずれかの締結方法において、粉体はセラミック、またはＦｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕを含む金属であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項２ないし６のいずれかの締結方法において、前記接合部の中心線平均粗さがＲａ（μｍ）であるとき、紛体の大きさの３軸径で測定での短軸径の平均値ｘｂを、ｘｂ＞２Ｒａとしたことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１の締結方法において、前記か摩擦増加加工は、前記被接合部材の互いの接合面の一方または、両方において、開設された孔部の周辺部の表面状態を周辺部以外の表面状態より中心線平均粗さが大きくなる加工を施すことを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項８の締結方法において、前記加工は研削により施すことを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項８または９の締結方法において、前記加工を行う前の中心線平均粗さがＲａ１（μｍ）であるとき、加工後の中心線平均粗さをＲａ２を、１．５Ｒａ１＜Ｒａ２にすることを特徴とする。

請求項１１の発明は、請求項１ないし１０のいずれかの締結方法において、前記孔部が円形であり、該孔部の半径をｒとしたとき、前記摩擦増加加工の範囲を少なくとも前記孔部の中心から２ｒ以上の半径にわたり施すことを特徴とする。

請求項１２の発明は、請求項１ないし１０のいずれかの締結方法において、前記孔部が非円形であり、該孔部の最短部長さをｒとしたとき、前記摩擦増加加工の範囲を少なくとも前記孔部の中心から２ｒ以上の半径にわたり施すことを特徴とする。

請求項１３の発明は、請求項１ないし１２のいずれかの締結方法において、前記被接合部材が異なる金属であることを特徴とする。

請求項１４の発明は、１ないし１２のいずれかの締結方法において、前記被接合部材の一方が金属製であり、他方が合成樹脂製であることを特徴とする。

請求項１５の発明は、請求項１ないし１３のいずれかの締結方法において、前記締結手段は、ねじ、リベット、かしめであることを特徴とする。

請求項１６の発明は、請求項１ないし１５のいずれかの締結方法で締結された部材で構成されたことを特徴とする構造体である。

請求項１７の発明は、請求項１６の構造体を備えたことを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、締結手段で被接合部材を締め付けたとき、各被接合部材間で大きな摩擦力が得られ、各被接合部材間における回転モーメントに抗する大きな力を得ることができ変形量を小さなものとすることができる。

発明者らの多くの実験の結果、ねじ締結部の回転モーメントに対する拘束力は、ねじ締結部の部品と部品の接触部の摩擦力によって決まることが判明した。また、家電・ＯＡ機器で使用されている表面処理鋼板は、プレス成形性を維持するために、表面粗さＲａを０．８程度として、摩擦係数を小さくしている。このため、ねじ締結部の回転モーメントに対する拘束力は非常に小さいことが判明した。

また、家電・ＯＡ機器では、通常、ねじ締結はＭ３からＭ５と呼ばれる、ねじの外径がおおよそ３−５ｍｍのねじが多く使われていることが、解体調査で判明した。このサイズのねじの場合、ねじは１０から１５ｋｇ・ｃｍの締め付けトルクでねじ止めされることが一般的である。

ここで、ねじの締め付けトルクを大きくすると、ねじ締結部の摩擦力が大きくなり、回転モーメントに対する拘束力は大きくなるが、ねじ山が壊れてねじ止めができなくなる。特にＭ５程度までの直径が小さいねじの場合、締め付けトルクを大きくすると、ねじ山が壊れやすく、締め付けトルクを大きくすることは困難である。しかし、部品と部品との接触部の表面粗さを粗くすると、ねじの締め付けトルクを大きくしなくても、回転モーメントに対する拘束力が大きくなり、さらにねじの軸に対して直角方向に働く荷重に対する拘束力も大きくなることを見出した。

以下本発明の実施の形態例について説明する。図１は実施の形態に係る締結構造を示す図、図２は図１に示した締結構造を示す平面図である。本例では、締結される被締結材として画像形成装置の構造体に使用される厚さ１．２ｍｍの亜鉛めっきされた表面処理鋼板で形成された２枚の板材１１，１２を使用する。そして、一方の板材１１にねじ貫通孔１３を開設し、他方の板材１２にバーリング加工を施し、孔部１４と雌ねじ形成部１５を形成し、タッピングねじ１６で締結する。

本例では、締結に先だって、板材１２の雌ねじ形成部１５の周囲の領域１７にニッケル粉をエチルアルコールに混入したものを塗布する。なお、塗布は板材１１に行っても両方の板材１１，１２に行ってもよい。ニッケル粉は、板材１１，１２の中心線平均粗さがＲａ（μｍ）であるとき、紛体の大きさの３軸径で測定での短軸径の平均値をｘｂを、ｘｂ＞２Ｒａとした。本例では、前記板材１１，１２の抽選平均粗さが０．８μｍであるので、ｘｂが１．６μｍ以上のものを使用する。また、ニッケル粉を混入したエチルアルコールを塗布する領域１７の半径Ｒを雌ねじ形成部１５の孔部１４の半径をｒとしたとき、孔部の中心から少なくとも２ｒ、好ましくは３ｒ以上とした。

塗布が終了すると、エチルアルコールは蒸発して、領域１７上にニッケル粉が残留して付着する。付着させるニッケル粉は３個以上が好ましく、ニッケル粉は前記孔部１４の軸を挟んで配置されることが好ましい。

その後、トルクドライバ等の工具でタッピングねじ１６をねじ込み、両板材１１，１２を締結する。すると領域１７において、ニッケル粉が両板材１１，１２の表面にくい込み、両板材１１，１２の回転方向の移動を強力に防止する。

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。本例では、上記第１の例と同様に２枚の板材１１，１２をタッピングねじで締結する。本例では、上記例でニッケル粉を領域１７に付着させたのに替え、一方の板材１１の領域１７をサンドペーパで研削してその中心線平均粗さＲａ２を、１．５Ｒａ１＜Ｒａ２とした。本例では板材１１の中心線平均粗さＲａ１（μｍ）が０．８μｍであったので、Ｒａ２を１．６以上にする。その後、トルクドライバ等の工具でタッピングねじ１６をねじ込み、両板材１１，１２を締結する。すると領域１７において、板材１１が板材１２の表面にくい混み、両板材１１，１２の回転方向の移動を強力に防止する。

次に本発明の第３の実施の形態について説明する。本例は、図３に示すように締結される被締結材として画像形成装置の構造体に使用される厚さ１．２ｍｍの亜鉛めっきされた表面処理鋼板で形成された２枚の板材２１，２２を使用する。そして、両方の板材２１、２２にリベット貫通孔２３，２４を穿設し、リベット２５で締結する。本例でも上記各例と同様に、領域２７にニッケル粉を配置したり、領域２７を研削加工して所定の表面粗さに加工する。その後リベット２５を配置し工具でリベット止めをおこなったりする。この例においても上記各例と同様に、領域２７において摩擦が大きなものとなり、両板材２１，２２の回転方向の移動が強力に防止される。

なお、上記例では、粉体としてニッケル粉を用いたが、これは板材の表面硬さより堅い材質であれば、セラミック、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属であっても良い。また、バインダとしてエチルアルコールを使用したが、接着剤などを使用することができる。

また、上記例では接合部には円形の孔を開設してねじ等で接合する例を示したが、前記孔部が非円形でありるときには、孔部の最短部長さをｒとし、前記範囲を少なくとも前記孔部の中心から２ｒ以上の半径にわたり施すことができる。

また、上記各例では、前記被接合部材の両方を金属として説明したが一方もしくは他方が合成樹脂製であってもよい。

以下本発明に係る締結構造の実施例について説明する。本例は、実際の部材に本発明を適用して加重負荷試験を行ったものである

［第１実施例］
本例は、接合部に粉体を塗布し、様々な条件で２つの部材３１，３２をタッピングねじ３３で締結して負荷試験を行ったものである。なお部材３１にはねじ貫通穴を、部材３２には孔部３４と雌ねじ形成部３５を形成し、タッピングねじ３３を雌ねじ形成部３５にねじ込んだ。

図４及び図５に示すように、長さ１８０ｍｍ、幅３０ｍｍ、板厚１．２ｍｍのコ字状チャンネル部材を２つ、その端部で背合わせし、Ｍ３（直径３ｍｍ）のタッピングねじ３３で雌ねじ形成部３５に固定した。本例では、ねじ孔部３４の直径は３．１ｍｍであり、ｒ＝１．５５ｍｍとなる。板は亜鉛めっきされた表面処理鋼板であり、板表面のＲａ＝０．８μｍである。ねじの締め付けトルクは９ｋｇ・ｃｍとし、図２に示した例と同様に、ねじ孔部３４中心から半径Ｒ内の範囲を、紛体を塗布する領域３６とした。

本例では、領域３６の半径と１ｃｍ^２当たりの紛体の個数を変化させて実験をおこなった。紛体はニッケル紛であり、バインダとしてエチルアルコールに混入して部品上に塗布した。エチルアルコールは数分で蒸発しニッケル粉のみが部品上に残存した。その後、上記トルクで締め付けを行い両部材を組み付け、図4及び５に示すように、両端を固定し、接合個所にパンチで荷重Ｆを加えて、パンチによる荷重−変位の関係を求めた。なお、加重の加える方向は、タッピングねじ３３が締まる方向とした。

まず、紛体の塗布なしの場合での変位−荷重の関係を図６に示す。ねじ締結部の剛性は、同図中に示すように、パンチ変位-荷重曲線での変位の小さな部分での荷重/変位の傾きで評価する。

次に、塗布する粉体の粒径と加重／変位の傾きの関係を調べた。本例では、塗布領域を一定とし、本例では、板材の中心線平均粗さがＲａが０．５μｍ、０．８μｍ、１．０μｍ、の三種とし紛体の３軸径の短軸径を０．５μｍから４μｍとして測定した。その結果を図７に示す。

図７から、使用する板材の中心線平均粗さＲａの２倍以上の粒径の粉体を使用する場合に紛体が部品にくいこみモーメントに対する拘束力が大きくなることがわかる。

次に塗布領域の半径Ｒを２ｒから６ｒまで順次変更し、かつ領域１ｃｍ^２当たりの紛体数を変化させた場合について測定した。このときのねじ締結部の荷重/変位の傾きの変化を図８に示す。

図８に示すように、Ｒ＝２ｒの場合、紛体を塗布しても、荷重/変位の傾きはほとんど変化しない。Ｒ＝３ｒとした場合に、紛体数が多くなるにつれて荷重/変位の傾きは大きくなることがわかる。

また、１ｃｍ^２当たりの紛体数が３個以上となると荷重/変位の傾きが大きくなり、紛体数が５個/ｃｍ^２を超えても、荷重/変位の傾きに変化は認められない。Ｒ＝５ｒの場合の最大荷重は、Ｒ＝３ｒの場合よりさらに大きくなることがわかる。しかし、Ｒ＝６ｒとしても最大荷重はＲ＝５ｒの場合とほとんど変わらないことがわかる。これは、紛体‐部品間にはせん断力が働く。紛体数が少ないと、このせん断力が大きくなり、部品あるいは紛体が変形するため、モーメントに対する拘束力が大きくならない。紛体数が多くなると、せん断力が小さくなり、部品あるいは紛体の変形が小さくなり、モーメントに対する拘束力が大きくなるためと思われる。

［第２実施例］
次に他の実施例について説明する。本例は、接合部を研削加工して粗さを通常の部分より粗いものとし、第１の実施例と同様に様々な条件で２つの部材３１，３２をねじ３３で締結して負荷試験を行ったものである。まず、研削加工なしの場合でのパンチ変位−荷重の関係を図９に示す。本例では、その最大耐荷重は２０Ｎであった

次に、領域の半径Ｒと加工後の中心線平均粗さをＲａ２の大きさを変えて測定を行った。この結果を図１０に示す。

図１０に示すように、Ｒａ２がＲａ１の２倍以上の場合モーメントに対する拘束力が大きくなることがわかる。また、Ｒ＝３ｒ以上とした場合に特に拘束力が大きくなることがわかる。

［第３実施例］
次に、本発明に係る締結構造を画像形成装置の構造体に適用した場合について説明する。本例では、図１１に示すように、いわゆる胴内排紙型の画像形成装置のフレーム１００を各種形状の板材を組み立てて構成するものとし、前記粉体を用いた締結構造を使用して組み立てて作成した。図１１において１１０は画像形成装置本体部、１２０は画像読取部、１３０及び１４０は本体部１１０と、画像読取部１２０とを接合する板材を示している。本例では、画像読取部１２０と画像形成装置本体部１１０との間に排紙空間１５０が形成されている。

本例では、画像形成装置本体部１１０の下部３個所を固定部２０１，２０２，２０１を固定し、画像読取部１２０の隅部であって、固定部２０１，２０２，２０１が直下に位置しない個所に加重を加えた。変位は画像形成装置本体部１１０の非固定個所で測定した。また、接合個所は、すべての条件について同一個所であり、各接合個所には、粉体を全く使用しない場合、接合領域にニッケル粉体を３個／ｃｍ^２使用する場合、接合領域にニッケル粉体を１０個／ｃｍ^２使用する場合の３つの条件で加重を加えた。

加重と変位の関係を図１２に示す。図１２に示すように、ニッケル粉体の個数を増すに従って、加重に対する変位量が減少する。なお、変位／加重の値は、粉体なしの場合８Ｎ／ｍｍ、粉体３個／ｃｍ^２の場合２３Ｎ／ｍｍ、粉体１０個／ｃｍ^２の場合２３Ｎ／ｍｍであった。

以上のように、本例によれば、画像形成装置のフレームの組み立てに際して本発明に係る締結構造を使用することにより、同一の接合個所数で画像形成装置が加重に対して歪ないものとすることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る接合構造を示す断面図である。 図１に示した接合構造の平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る接合構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施例の接合構造を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 図４に示した接合構造を示す斜視図である。 第１の実施例のパンチ変位と加重の関係を示すグラフである。 第１の実施例の粉体個数と加重／変位の関係を示すグラフである。 第１の実施例の粉体粒径と加重／変位の関係を部材の中心線平均粗さと共に示すグラフである。 第２の実施例のパンチ変位と加重との関係を示すグラフである。 第２の実施例のと最大荷重との関係を領域の大きさと共に示す図である。 第３の実施例に係る画像形成装置の構造体を示す図である。 図１１に示した構造体に加える加重と構造体の変位の関係を示す図である。

符号の説明

１１・・・板材
１２・・・板材
１３・・・貫通孔
１４・・・孔部
１５・・・雌ねじ形成部
１６・・・タッピングねじ
１７・・・領域
２１・・・板材
２２・・・板材
２３・・・リベット貫通孔
２４・・・リベット貫通孔
２５・・・リベット
２７・・・領域
３１・・・部材
３２・・・部材
３４・・・孔部
３５・・・雌ねじ形成部
３６・・・領域
１００・・・フレーム
１１０・・・本体部
１２０・・・画像読取部
１３０・・・板材
１４０・・・板材
１５０・・・排紙空間

Claims (17)

1. 複数の被接合部材の接合部に前記接合結部材を貫通する孔部を開設し、該孔部を貫入する締結手段で前記被接合部材を締め付けて接合する締結方法において、
   一の被接合部材と他の被接合部材が接触する被接合部材の一方または両方の接触面に、接触面間の摩擦力が大きくなる摩擦増加加工を施したことを特徴とする締結方法。
2. 前記摩擦増加加工は、前記接合部材の互いの接触面に開設された孔部の周辺に微小粉体を配置する事を特徴とする請求項１の締結方法。
3. 前記微小粉体は、微小粉体を混合したバインダを塗布することにより配置することを特徴とする請求項２の締結方法。
4. 前記バインダは、揮発性であることを特徴とする請求項３の締結方法
5. 粉体は、前記被接合部材の表面を成す材料の硬度より高い硬度を備えた材質で構成されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかの締結方法。
6. 粉体はセラミック、またはＦｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕを含む金属であることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかの締結方法。
7. 前記接合部の中心線平均粗さがＲａ（μｍ）であるとき、紛体の大きさの３軸径で測定での短軸径の平均値ｘｂを、ｘｂ＞２Ｒａとしたことを特徴とする請求項２ないし６のいずれかの締結方法。
8. 前記か摩擦増加加工は、前記被接合部材の互いの接合面の一方または、両方において、開設された孔部の周辺部の表面状態を周辺部以外の表面状態より中心線平均粗さが大きくなる加工を施すことを特徴とする請求項１の締結方法。
9. 前記加工は研削により施すことを特徴とする請求項８の締結方法。
10. 前記加工を行う前の中心線平均粗さがＲａ１（μｍ）であるとき、加工後の中心線平均粗さＲａ２を、１．５Ｒａ１＜Ｒａ２にすることを特徴とする請求項８または９の締結方法。
11. 前記孔部が円形であり、該孔部の半径をｒとしたとき、前記摩擦増加加工の範囲を少なくとも前記孔部の中心から２ｒ以上の半径にわたり施すことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかの締結方法。
12. 前記孔部が非円形であり、該孔部の最短部長さをｒとしたとき、前記摩擦増加加工の範囲を少なくとも前記孔部の中心から２ｒ以上の半径にわたり施すことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかの締結方法。
13. 前記被接合部材が異なる金属であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかの締結方法。
14. 前記被接合部材の一方が金属製であり、他方が合成樹脂製であることを特徴とする１ないし１２のいずれかの締結方法。
15. 前記締結手段は、ねじ、リベット、かしめであることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかの締結方法。
16. 請求項１ないし１５のいずれかの締結方法で締結された部材で構成されたことを特徴とする構造体。
17. 請求項１６の構造体を備えたことを特徴とする画像形成装置。