JP2009503410A

JP2009503410A - 貫通孔への取付用固定部材

Info

Publication number: JP2009503410A
Application number: JP2008524408A
Authority: JP
Inventors: シュタートラー・ローガー; バイラマイ・ベキム
Original assignee: セピテク・ファウンデーション
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2009-01-29
Also published as: WO2007014697A1; DE102005036110A1; US20080170928A1; EP1910063A1; CA2617577A1

Abstract

【課題】塑性変形のための付加的な部材なしに、様々な材料からなるワークピースに対して使用する際に必要な剛性を備えた固定部材を提供すること。
【解決手段】突起部及び／又は溝を備えつつ貫通孔２へ挿入される軸部５と、場合によっては更に当接フランジ部６とを備えて成り、かつ、前記貫通孔２内へ挿設される固定部材１において、前記軸部５を繊維強化性の弾性部材（特に繊維強化プラスチック）で形成するとともに前記貫通孔２内で摩擦力によって保持した。

Description

本発明は、突起部及び／又は溝を備えつつ貫通孔へ挿入される軸部と、場合によっては更に当接フランジ部とを備えて成り、かつ、前記貫通孔内へ挿設される固定部材に関する。

上記のような固定部材は例えば特許文献１，２に開示されており、これらは、可塑性材料から成り、突起部及び／又は溝が形成された軸部がワークピースの貫通孔内に挿入されている。そして、この軸部の挿入後、軸部の貫通開口部へピン又は球状部材が挿入され、軸部及び貫通孔が塑性変形して両者が圧着される。したがって、突起部及び／又は溝が形成されている軸部の表面部は貫通孔の壁面部に締結されることとなる。
国際公開第０３／０４２５５１号米国特許出願公開第２００５／００２５６０６号明細書

しかしながら、これらのような固定部材については、１つのかしめナットを固定するに当たって必要であった２つのダミーリベットが不要である一方、適切な変形部材と、軸部の変形のためのピン又は球状部材の取付あるいは取外しに用いる特別な引張部材又は押圧部材が必要であるという問題がある。

本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、塑性変形のための付加的な部材なしに、様々な材料からなるワークピースに対して使用する際に必要な剛性を備えた冒頭に記載したような固定部材を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、軸部を、場合によっては繊維強化性の弾性部材で形成するとともに貫通孔内で摩擦力によって保持したことを特徴としている。

このような手段によれば、固定部材の最適な保持がなされるため、この固定部材によって固定される部材を良好に固定することが可能である。また、固定部材とワークピースの間のこのような圧着（摩擦力）による保持によって弾性変形による力が常に作用するため、長期にわたる使用においてもこの力が衰えることがない。なお、摩擦力による弾性的な圧着がなされているため、これを「ばね接合」ということもできる。さらに、固定部材が制振作用を有するという利点も得られる。

また、本発明の一実施形態は、軸部を繊維強化プラスチックで形成したことを特徴としている。このようにすることで、固定部材の弾性変形及びワークピースとの定常的な圧着が達成されるとともに、軽量化も図ることができ、制振特性も最適であるとともに、電気的な絶縁が必要な場合にも特に有利である。

また、本発明の一実施形態は、軸部を中実としたことを特徴としている。力が軸部の全断面に作用するので、これは軸方向に特に大きな力が作用する場合に有効である。

また、本発明の一実施形態は、軸部を中空としたことを特徴としている。こうすることにより、この中空部である貫通開口部に他の部材を設けることが可能である。

また、本発明の一実施形態は、軸部の表面部に突起部、溝、起伏部及び係止歯のうち少なくともいずれかを設けたことを特徴としている。これによれば、表面部に設けた上記部材が更に弾性変形するため、固定部材とワークピースの貫通孔との圧着がより良好に行える。

また、本発明の一実施形態は、軸部の表面部に、係止部を形成するための少なくともほぼ軸部の軸中心線に沿った突起部及びこれに直交する溝若しくは起伏部を設けたことを特徴としている。そのため、軸部と貫通孔の圧着がより良好になされ、軸部の軸方向又は軸部の貫通孔に対する回転を防止できる。

また、本発明の一実施形態は、突起部、溝、起伏部及び係止歯のうち少なくともいずれかの軸部径方向の高さを互いに異なるよう形成したことを特徴としている。これにより、軸部と貫通孔の圧着が比較的強く行われる箇所と比較的弱く行われる箇所ができ、固定部材のワークピース内への挿入を最適に行うことが可能である。

また、本発明の一実施形態は、場合によっては歯を備えた少なくとも１つの幅狭状の突起部若しくは起伏部と、場合によっては歯を備えた少なくとも１つの幅広状の突起部若しくは起伏部とを軸部に該軸部の周方向に交互に周設したことを特徴としている。これによっても、上記同様軸部と貫通孔の圧着が比較的強く行われる箇所と比較的弱く行われる箇所を形成することができる。

また、本発明の一実施形態は、軸部に、この軸方向に沿って互いに並設された突起部の複数の群を設け、これら各群の間に前記突起部を設けたことを特徴としている。これによれば、軸部の軸方向及び周方向に作用する摩擦力を適当に分散させることが可能である。

また、軸部の挿入時には大きな力を必要とせずに、最終的に軸部が貫通孔に取り付けられた際には、十分大きな摩擦力が両者の間に作用させるため、本発明の一実施形態は、突起部を四角すい状又は円すい状の台状部材としたことを特徴としている。

また、本発明の一実施形態は、突起部、溝、起伏部及び係止歯のうち少なくともいずれかの鋭角状の側面部を軸部の端部に設定したことを特徴としている。これによれば、軸部の貫通孔への挿入が容易になされるとともに、加える力がすべて固定部材の取付に使われるので、取付後に最適な圧着が達成される。

また、本発明の一実施形態は、軸部に、突起部、溝、起伏部及び係止歯の少なくともいずれかのほか、少なくとも１つの凹部を周設したことを特徴としている。これにより、軸部と貫通孔の間の接触面積が小さくなるので、層間剥離を防止することが可能である。なお、このような特性は、薄板状の構造体あるいはワークピースだけではなく、厚みのあるワークピースに対しても有効である。

また、本発明の一実施形態は、当接フランジ部に可動のナット又はねじ頭部を収容するブラケットを設けたことを特徴としている。このため、固定部材を他の固定手段のブラケットと共に作用させることが可能であり、特に、固定部材自身を摩擦力によって十分強固にワークピースに圧着させることができる。

その他多くの本発明の実施形態があるが、そのうちの更なる一実施形態は、当接フランジ部における軸部の反対側にねじ付きスリーブを一体に設けたことを特徴としている。

固定部材によって固定される部材を良好に固定することが可能であり、また、固定部材とワークピースの間のこのような圧着（摩擦力）による保持によって弾性変形による力が常に作用するため、長期にわたる使用においてもこの力を衰えさせることなく使用することが可能である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１〜図５には、ワークピース３に穿設された貫通孔２へ取り付けられる固定部材１が示されており、この固定部材１は、突起部及び／又は溝を備えつつ貫通孔２へ挿入される軸部５と、場合によっては更に当接フランジ部６とを備えて構成されているとともに、繊維強化性の弾性部材で形成されている。

この軸部５は、特に繊維強化プラスチックで形成されており、弾性変形しつつ貫通孔２内で摩擦力によって保持されている。なお、様々な合成樹脂又は合成樹脂に類似した材料を用いることも可能であるが、固定部材１が弾性変形し、該固定部材１の軸部５と貫通孔２の壁面部７の間に摩擦による保持力が生じるようにする必要がある。さらに、ワークピース３自体又はワークピース３及び固定部材１を弾性部材（特に繊維強化プラスチック）で形成することもできる。

ところで、軸部５は、その断面を円状のみならず様々な形状とすることができるとともに、中実又は中空に形成することもできる。ここで、軸部５の断面を円状でないものとすると、固定部材１を使用することによる更なる摩擦による保持力が生じ、大きなトルクを伝達することが可能である。ここで、軸部５の断面が中空状である場合には、貫通開口部１１の断面は、軸部５（貫通開口部１１の側面部）の形状と同様又は異なるように形成することも可能である。

なお、固定部材１の最適な圧着を得られるよう、軸部５の表面部４に突起部８，９、溝、起伏部及び係止歯のうち少なくともいずれかを設けるのが望ましい。

ここで、軸部５の表面部４には、係止部を形成するために、少なくともほぼ軸部５の軸中心線に沿った突起部８と、これに直交する溝１０とが設けられている。ここで、突起部８又は係止歯は軸部５の径方向に互いに異なる長さだけ突出しており、本実施形態においては、場合によって歯を備えた少なくとも１つの突起部８と、同様に場合によって歯を備え頂部が幅広となっている突起部９とが交互に軸部５に周設されている。

その結果、表面部４は平坦となっておらず、軸部５の弾性変形及び該軸部５における摩擦による貫通孔２の壁面部７での保持が可能である。なお、他の形状の突起部（例えば先端部が丸みを帯びたもの）とすることも可能であり、また、必ずしも係止するようなかぎ爪状のものとする必要もない。

また、図面には、軸部５の軸方向に複数設けられた突起部８の群と、軸部５に周設されたこれら各群の間に形成された幅広の突起部９とが示されている。

さらに、本発明の範囲を逸脱しない範囲において、突起部８，９の代わりに四角すい状（ピラミッド状）あるいは円すい状の台を設けることも可能である。また、突起部８，９、溝１０、起伏部及び係止歯のうち少なくともいずれかの鋭角状の側面部を軸部５の端部に設定すれば、軸部５をワークピース３の貫通孔２へ挿入するのが容易となるため好ましい。

しかして、固定部材１はワークピース３の一側から貫通孔２へ挿入されるが、この際、突起部８，９、溝１０、起伏部及び係止歯のうち少なくともいずれかを変形させるための力が必要となり、ワークピース３内への固定部材１の取付には取付具が使用される。この取付具により、固定部材１がワークピース３の片側又は両側から把持あるいは挟持される。

そして、固定部材１のワークピース３内への最終的な取付後には軸部５の表面部４と貫通孔２の壁面部７の間に摩擦力による最適な保持が達成され、この保持は長期にわたって衰えることがない。また、このような弾性的な保持によれば、表面部４と壁面部７の圧着が常になされるとともに、衝撃、振動又は温度変化による影響を受けることもない。さらに、固定部材１とワークピース３を互いに膨張率が異なる材料で形成すれば、これら固定部材１とワークピース３の圧着が解除されるようなこともない。

さらに、本発明による固定部材１については、これをいかなる箇所にも設けることが可能であるとともに、確実な固定が達成される。したがって、本発明による固定部材１は、航空機及び車体一般のみならず、機械工学分野、電気工学分野、更には化学分野に対しても使用することが可能である。

なお、上記図１〜図５に示す実施形態において、貫通開口部１１に雌ねじ部を螺刻し、これに例えば雄ねじが螺合するよう構成することもできる。

＜実施の形態２＞
図６〜図９に示す本実施形態においては、固定部材１に当接フランジ部６が設けられており、この当接フランジ部６には、可動のナット又はねじ頭部を収容するブラケット１２が設けられている。そのため、固定部材１の回転又は軸方向への脱落を防止する他の締結部材を設けることが可能である。

本発明の構成によれば、合成樹脂部分の形状によって、他の部分を固定するためのクランプ部材が不要となる。すなわち、本発明の固定部材１によれば、通常用いられる変形部材及びクランプ部材を設ける必要がない。また、本発明の範囲を逸脱しない範囲において、ブラケット１２の代わりに、当接フランジ部６における軸部５と反対側の面にねじ付きスリーブを一体に設けてもよい。さらに、例えばフック、留め輪、押込部材等を固定部材１と一体に形成することも可能である。

＜実施の形態３＞
図１０〜図１４に示す本実施形態においては、固定部材１の当接フランジ部６における軸部５の反対側にこの軸部５と同軸にピン１３が一体形成されている。ここで、このピン１３をボルトとして形成し、これを例えばナットと螺合させて固定部材１を他の部材に直接固定すると好ましい。

＜実施の形態４＞
図１５に示す本実施形態においては、本発明による固定部材１が比較的薄いワークピース３に取り付けられている。ここで、複数のワークピース３をその端部で互いに重ねることができ、薄板状の構造体における固定部材１による固定が容易に行える。さらに、固定部材１の上面には、当接フランジ部６の代わりに、湾曲防止及び脱落防止のための皿状あるいは円盤状のストッパ１４が設けられている。

また、軸部５内に貫通開口部が設けられており、軸部５におけるワークピース３の背面１５から突出した部分１６は、貫通孔２への取付後、再び弾性的に外部へ広がる。そのため、固定部材１を薄板状の構造体に対して使用する場合には、この固定部材１の支持が特に良好になされる。

なお、図１５に示すような適用例を図１〜図１４に示すものに適用することも可能である。さらに、従来不可能であった薄板状の構造体の片面からの固定が本実施形態によって達成される。

＜実施の形態５＞
図１６に示す本実施形態においては、貫通孔２と軸部５の接触面積を削減するための凹部１７が軸部５の端部近傍に周設されている。そのため、軸部５の端部近傍における摩擦力が低減される。また、複合構造体から貫通孔２へ固定部材１を取り付ける際には、軸部５の圧着時に貫通孔２に近接する層の脱落（剥落）が防止される。

なお、固定部材１の取付時に摩擦力を低減することが可能であれば、凹部１７を軸部５におけるいかなる箇所にも設けることもできる。そして、本発明の範囲を逸脱しない範囲においては、凹部（溝）１７を複数設けることも可能であり、この少なくとも１つの凹部１７を１つの面内に設けず、例えば軸部５に螺旋状に周設することもできる。このように螺旋状に凹部を形成する場合には、取付時に回転させると該取付が容易に行える。

以上説明した実施形態以外にも、本発明の様々な実施形態が考えられるが、弾性を有する固定部材が貫通孔に挿設される点が基本的な点であり、固定部材（場合によっては更にワークピース）が取付時に弾性変形する。そのため、摩擦力による圧着が弾性的な作用によって常に維持されることになる。

一部を切断して示すワークピース内に固定部材を取り付けた状態を示す図である。固定部材の側面図である。固定部材の平面図である。固定部材の斜視図である。固定部材の斜視図である。本発明の第２の実施形態による固定部材の斜視図である。本発明の第２の実施形態による固定部材の斜視図である。本発明の第２の実施形態による固定部材の斜視図である。図６〜図８の固定部材を下面側から見た図である。本発明の第３の実施形態による固定部材の側面図である。図１０の固定部材を上面側から見た図である。一部を切断して示すワークピース内に図１０及び図１１に示す固定部材を取り付けた状態を示す図である。図１０〜図１２に示す固定部材の斜視図である。図１０〜図１２に示す固定部材の斜視図である。ワークピースの厚さよりも長い軸部を有する固定部材を示す図である。弾性変形してもワークピースと接触しない程度の深さの凹部を備えた軸部を有する固定部材を示す図である。

符号の説明

１固定部材
２貫通孔
３ワークピース
４表面部
５軸部
６当接フランジ部
７貫通孔の壁面部
８，９突起部
１０溝
１１貫通開口部
１２ブラケット
１３ピン
１４ストッパ
１５ワークピースの背面
１６軸部の一部
１７凹部（溝）

Claims

突起部及び／又は溝を備えつつ貫通孔へ挿入される軸部と、場合によっては更に当接フランジ部とを備えて成り、かつ、前記貫通孔内へ挿設される固定部材において、
前記軸部（５）を、場合によっては繊維強化性の弾性部材で形成するとともに前記貫通孔（２）内で摩擦力によって保持したことを特徴とする固定部材。
前記軸部を繊維強化プラスチックで形成したことを特徴とする請求項１記載の固定部材。
前記軸部を中実としたことを特徴とする請求項１又は２記載の固定部材。
前記軸部（５）を中空としたことを特徴とする請求項１又は２記載の固定部材。
前記軸部（５）の表面部（４）に突起部（８，９）、溝、起伏部及び係止歯のうち少なくともいずれかを設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固定部材。
前記軸部（５）の表面部（４）に、係止部を形成するための少なくともほぼ前記軸部（５）の軸中心線に沿った突起部（８）及びこれに直交する溝（１０）若しくは起伏部を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固定部材。
前記突起部、溝、起伏部及び係止歯のうち少なくともいずれかの前記軸部（５）径方向の高さを互いに異なるよう形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固定部材。
場合によっては歯を備えた少なくとも１つの幅狭状の前記突起部（８）若しくは起伏部と、場合によっては歯を備えた少なくとも１つの幅広状の前記突起部（９）若しくは起伏部とを前記軸部（５）に該軸部の周方向に交互に周設したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の固定部材。
前記軸部（５）に、この軸方向に沿って互いに並設された前記突起部（８）の複数の群を設け、これら各群の間に前記突起部を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の固定部材。
前記突起部を四角すい状又は円すい状の台状部材としたことを特徴とする請求項１記載の固定部材。
前記突起部（８，９）、溝、起伏部及び係止歯のうち少なくともいずれかの鋭角状の側面部を前記軸部（５）の端部に設定したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固定部材。
前記軸部（５）に、突起部（８，９）、溝、起伏部及び係止歯の少なくともいずれかのほか、少なくとも１つの凹部を周設したことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の固定部材。
前記当接フランジ部（６）に可動のナット又はねじ頭部を収容するブラケット（１２）を設けたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の固定部材。
前記当接フランジ部（６）における前記軸部（５）の反対側にねじ付きスリーブを一体に設けたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の固定部材。
前記当接フランジ部（６）における前記軸部（５）の反対側に該軸部と同軸にピン（１３）を一体形成したことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の固定部材。
前記当接フランジ部（６）における前記軸部（５）の反対側に該軸部と同軸にボルトを一体形成したことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の固定部材。