JP2010144806A - 締結部材及びその取付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】取付けが容易で、短時間で作業を完了することができるスペーサーナット締結部材を提供すること。
【解決手段】本件発明の締結部材10は、スペーサーナット１とマンドレル2から構成される。スペーサーナット1は、内面に雌ねじが形成された中空の本体8と、これの直径よりも小さい直径を有する、ナット本体8から延びる、ナット本体8と一体的に形成された先端領域部7とからなる。マンドレル2はナット1の中空内部を貫通して挿入されるようになった、ヘッドと本体を有する。スペーサーナット1は、先端領域部7にかしめ部を有しており、マンドレル本体は、これの外径よりも小さい直径の破断部4を有している。スペーサーナット1が基材の穴に先端領域部7のみが完全に挿入され、マンドレル２がスペーサーナット1の中空内部を貫通して、引っ張り上げられると、かしめ部分が拡径しながら変形し、破断部4において本体とヘッド5が破断されるようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、締結部材に関する。より詳細には、本発明は、取付けにプレス機等を必要としない片側締結スペーサーナットとマンドレルとからなる締結部材及びその取付け方法に関する。

一般に、プレス圧入式スペーサーナットは、一端部を金属基板等の母材となる被締結部材に圧入し、この母材から離れた位置に別の部材を固定するのに使用され、相手材同士の間隔を一定に保つようになっている。このようなスペーサーナットなどのプレス圧入式ファスナーを被締結部材に取り付けるにはプレス機を用いることが一般的である。
しかし、スペーサーナットを被締結部材に取り付けるには、被締結部材の大きさ、材質あるいは形状等によっては、大型のプレス機や専用の治具が必要となることがある。この場合、新たに大型のプレス機や専用の治具を準備する必要性が生じ、作業全体のコストがかかり、経済的に好ましいものではない。さらに、取付けの際においても、作業上の問題が発生する場合もあった。

特許文献１には、スタッド本体と、スタッド本体と一体的に結合されたフランジと、これらと一体的に形成されたかしめボディーと、スタッド本体及びかしめホディー内に収容される、マンドレル頭部及びマンドレル軸部を有するマンドレルとから構成されたスタッドが開示されている。この文献１において、マンドレルの軸部をかしめボディと反対側のスタッド本体の端部から吸引すると、かしめボディーが塑性変形して、かしめ穴内に固定され、さらにマンドレルを引き抜くと、マンドレル軸部に形成されたスリットで軸部が破断してマンドレル頭部がかしめボディーの内部に残されるようになっている。しかし、このようなスタッドでは、マンドレルの頭部が、スタッドが取り付けられた母材に残されたままとなり、締結後の使用時において、この部分がはずれたりするような場合がある。

特許出願公開番号特開２００８−１４３５６号公報

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、被締結部材に対しプレス機や特別の専用治具を必要とすることなく経済的で、容易に、かつ短時間に取り付けることができる片側締結スペーサーナットとマンドレルとからなる締結部材を提供するものである。

上述の問題を解決するために、本発明の締結部材はスペーサーナットとマンドレルとから構成される。スペーサーナットは、スペーサーナット本体と、該スペーサーナット本体から該スペーサーナット本体の軸心と同心に延び、スペーサーナット本体の直径よりも小さい直径を有する円筒形状の先端領域部と、からなる。スペーサーナット本体及び先端領域部にはスペーサーナット本体の軸心と同心に貫通孔が形成されている。スペーサーナット本体の内壁には雌ねじが形成されている。
マンドレルは、前記スペーサーナット本体及び先端領域部の合計長よりも長い円筒形状のマンドレル本体と、該マンドレル本体の一端においてマンドレル本体と同心に形成され、マンドレル本体の直径よりも大きい直径を有するマンドレルヘッドと、からなる。マンドレル本体は、貫通孔に挿入可能な直径を有しており、マンドレルヘッドとマンドレル本体との間には、マンドレルヘッドの直径からマンドレル本体の直径に直線的に減少する傾斜部が形成されている。さらに、マンドレル本体には該マンドレル本体の直径よりも小さい直径を有する破断部が形成されており、破断部の直径は、マンドレル本体を先端領域部が潰れる方向に引張したときに、先端領域部が傾斜部に沿って外側に拡開した後にマンドレル本体が破断するように定められている。
締結完了後において、マンドレルヘッドがマンドレルと完全に分離切断され、飛ばされるようになっていることが好ましい。
本発明の締結部材の使用時において、マンドレルを上方に引っ張る際には、一般的なリベットの締結に使用されるような工具を使用することができる。

本発明は、さらに、スペーサーナットとマンドレルからなる締結部材を基材に取り付ける方法を開示する。この方法は、該締結部材が取り付けられるべき基材上に準備する段階を有する。スペーサーナットは、内壁には雌ねじが形成された、スペーサーナット本体と、該スペーサーナット本体から該スペーサーナット本体の軸心と同心に延び、スペーサーナット本体の直径よりも小さい直径の円筒形状の先端領域部とを有している。スペーサーナット本体及び先端領域部にはスペーサーナット本体の軸心と同心に貫通孔が形成されている。マンドレルは、この貫通孔に挿入可能な直径を有しており、スペーサーナット本体及び先端領域部の合計長よりも長い円筒形状のマンドレル本体と、該マンドレル本体の一端においてマンドレル本体と同心に形成され、マンドレル本体の直径よりも大きい直径のマンドレルヘッドとを有している。マンドレルヘッドとマンドレル本体との間には、マンドレルヘッドの直径からマンドレル本体の直径に直線的に減少する傾斜部が形成されており、マンドレル本体には該マンドレル本体の直径よりも小さい直径を有する破断部が形成されている。
さらに、この方法は、基材の下穴内に先端領域部を嵌め込むようにして締結部材を設置する段階を有している。マンドレルヘッドが先端領域部より下方に位置するように、マンドレル本体は前記スペーサーナット本体の前記貫通穴を貫通してスペーサーナット本体から突き抜けるようになっている。次に、締結工具を用いて、前記マンドレルを前記基材の表面に直交する上方向に引っ張り上げると、マンドレルが引っ張り上げられるにつれ、先端領域部の先端が、マンドレルの傾斜部に沿って外側に拡開し、スペーサーナットが基材にかしめられるようになる。そして、マンドレルの破断部が引張力によって破断され、マンドレル本体とヘッドとが破断分離され、スペーサーナットが前記基材に完全に固着することによりスペーサーナットの基材への締結が完了する。締結工具は、一般的なリベット等の締結に使用されるものであればよい。

本発明のスペーサーナット締結部材において、スペーサーナットの基材への取付けにはマンドレルを使用する。マンドレルの、マンドレルヘッド側の端部近くの部分が破断されやすいようにマンドレル本体の直径よりも小さいように縮径されており、締結時にマンドレルを引っ張り上げると、マンドレルはその部分において、破断され、マンドレル本体とマンドレルヘッドは分離し、締結完了時において当該ヘッドはスペーサーナットのかしめ部分に残るようなことはない。マンドレルヘッドがスペーサーナットに残らないので、このスペーサーナットを使用した機械内部でマンドレルヘッドが外れたり、マンドレルヘッドによって異常音を起こさせたりすることがない。さらに、外れたマンドレルヘッドによって電気部品をショートさせるといった危険性もない。
また、一般の圧入式スペーサーナットでは、ナットの端面は平面のフランジが設けられており、このフランジ部分が基板に固着されるようになっている。これに対し、本発明は、フランジを設ける必要がなく、スペーサーナット本体の端面が基材に固定されることになるので、スペーサーナットの構成がより簡単なものとなる。

本発明のスペーサーナット締結部材は、スペーサーナットの取付けの際に、リベットなどの取付けと同様なマンドレルを使用しているので、通常は、圧入式ファスナーであるスペーサーナットを取り付ける場合には、専用のプレス機や工具が必要であったが、本発明のスペーサーナットの取付けにはリベットと同じ工具を使用することができるので、締結は容易なものとなる。さらに、プレス機での締結に比べると、被締結物の形状や大きさは問題とならない。また、プレス機などを準備する必要はなく、容易に作業を行なうことができるため、締結時間を大幅に短縮することができる。さらに、プレス機などを新たに用意する必要がないため、締結設備の投資額は大幅に削減できるといった顕著な効果を有する。

以下、添付の図を参照して本発明の実施の形態を説明する。本明細書において、同一の要素には、同一の符合を付与して説明する。

図１は、本発明の片側締結スペーサーナット１とマンドレル２との組合わせからなる締結部材１０の第１の実施形態を示す半断面図である。図１において、締結部材１０の横方向の軸線Ｙから上側は、締結部材１０の外形図を示し、軸線Ｙから下側は締結部材１０の断面図を示す。スペーサーナット１とマンドレル２とからなる締結部材１０は、マンドレル２がスペーサーナット１の中空内部に挿入されて、スペーサーナット１を突き抜けて突出するようになっている。

スペーサーナット１は、ナット本体８と、これから延長し、一体的に形成されているナット先端領域部７とから構成される。ナット本体８とナット先端領域部７とからなるスペーサーナット１全体が中空の円筒形状である。本実施形態においては、ナット本体の外形はほぼ円筒形状となっているが、これらに限定されるものではなく、様々な形状のナット本体を採用することができる。先端領域部７はスペーサーナット本体８から該スペーサーナット本体の軸心と同心に延び、スペーサーナット本体の外径より小さい直径を有する。ナット本体８とナット先端領域部７にはナット本体８の軸心と同心に貫通孔が形成されており、後述するマンドレルが貫通することができるようになっている。ナット本体８の内壁には雌ねじ６が形成されているが、ナット先端領域部７の内壁には雌ねじは形成されていない。後述するように、ナット先端領域部７のマンドレルヘッド側の端部領域２２は、締結部材１０のスペーサーナット１が基材に取り付けられるためのかしめ部となる。このかしめ部として機能する端部領域２２は、比較的短い長さであってもよい。先端領域部７全体が、後述するように取付けられるべき基材の穴に嵌め込まれ、貫通するようになっているため、先端領域部７の直径は、締結部材１０が取り付けられるべき基材の穴に嵌まることができる大きさである。

マンドレル２は、マンドレル本体３とマンドレルヘッド５とから構成される。マンドレル本体３は円筒形状であり、スペーサーナット本体８とナット先端領域部７の合計長よりも長い。マンドレル本体はナット本体８と先端領域部７の貫通孔に挿入可能な大きさの直径を有している。マンドレルヘッド５は、マンドレル本体３の一端においてマンドレル本体３と同心に形成されており、マンドレル本体３の直径よりも大きい直径を有している。マンドレルヘッド５とマンドレル本体３との間には、マンドレルヘッド５の直径からマンドレル本体３の直径に直線的に減少する傾斜部９が形成されている。さらに、マンドレル２のマンドレルヘッド５側の端部からわずかな距離をあけて、マンドレル本体３の直径よりも小さい直径の破断部４が形成されている。後述するように、この破断部４においてマンドレルのヘッド５と本体３とがスペーサーナット締結後に切り離されることになる。破断部４は、マンドレル２がマンドレルヘッド５とは反対側の端部側において上方に引っ張られたときに、その引張力により容易に切断されることができる程度に縮径されていることが必要である。このような構成により、後述するように、マンドレル２を引き抜くことにより、スペーサーナット１が基材２０に締結されることになる。

図１を参照すればわかるように、スペーサーナット１の中空内部にマンドレル２が挿入されて組み合わされると、マンドレルヘッド５はスペーサーナット１より外部に突出しており、マンドレル本体３の一部がスペーサーナット１内に含まれ、それより先の部分はスペーサーナット１を突き抜けた状態になっている。

図２は、本発明のスペーサーナット締結部材１０を取り付ける過程を３段階に分けて示している。図２(ａ）は、図１に図示した本発明のスペーサーナット締結部材１０を基材２０に設定した状態を示す図である。図２（ａ）において、締結基材２０上のスペーサーナット締結部材１０が取り付けられるべき位置において、締結基材２０に下穴２１が形成されている。この下穴２１に、スペーサーナット１とマンドレル３とが組み合わされた締結部材１０が差し込まれている。下穴２１の直径は、スペーサーナット１０の先端領域部７の直径よりわずかに大きく、先端領域部７が下穴２１内に挿入されると適切に嵌る程度の大きさである。また、先端領域部７の長さは基材の厚みより長くなければならない。これは、基材の厚みを超えた先端領域部７の端部部分２２が、かしめ部として機能し、ナット本体８と先端領域部７とを基材２０に固定するのに必要だからである。このため、スペーサーナット１０の先端領域部７が基材２０の下穴２１の厚さを超えて配置されるように設定され、先端領域部７の外表面と基板２０の下穴２１とが噛合うようにして結合されている。ナット本体８の端面は基材２０の表面上に固定されるようになっている。さらに、先端領域部７から突出しているマンドレルヘッド５が下穴２１より下方に突出するように、マンドレル２がナット本体1内に配置されている。

図２（ｂ）は、マンドレル２を、専用工具を用いてマンドレルヘッド５の反対側方向で、上方に引っ張り上げる状態を示している。本発明において、専用工具は、一般的な片側締結リベットに使用されるものと同様の工具であればよい。図２（ｂ)を参照するとわかるように、マンドレル２のマンドレル本体３が矢印Ｚ方向、上方に引っ張り上げられるにつれ、マンドレル２の傾斜部９とマンドレルヘッド５の存在によって、基材２０から突出して延びているナット先端領域部７の端部２２が傾斜部９に沿って徐々に拡開されるようにして変形していく。すなわち、マンドレル本体３は、先端領域部７を潰す方向に引っ張られることになる。一方、マンドレル２のマンドレル破断部４の位置も徐々に上がり、基材２０の下穴２１に至る。

図２（ｃ）は、スペーサーナット１が基材２０に取付けられた状態を示す。図２（ｃ）において、締結部材１０のマンドレル２が図２（ｂ）の状態からさらに上方に引っ張り上げられている。その引張力によって、縮径されたマンドレル破断部４においてマンドレル２が破断され、マンドレル２は、マンドレル本体３側とマンドレルヘッド５側とに分離されることになる。一方、上述したようにスペーサーナット１の先端領域部７がマンドレル２の傾斜部９に沿ってさらに外方向に塑性変形され、拡張されることになり、スペーサーナット１は、基材２０に固定されることになる。このようにして、スペーサーナット締結部材１０の基材２０への締結は完了する。

本実施形態において、スペーサーナット１の基材２０への締結完了後には、マンドレル２が破断部４において完全に破断分離し、マンドレルヘッド５がスペーサーナット１に残らないことになる。このため、本実施形態の構成のスペーサーナットを使用した機械内部において、マンドルヘッドがはずれてしまい、異常音が発生したり、電気部品をショートさせるといった危険性がなくなる。

本発明の実施形態において、従来は締結にプレス機等が必要とされた圧入式スペーサーナット１を、片側締結リベットのようにマンドレル２を用いることによって、締結でできることになる。このため、片側締結リベットと同様の工具を使用して基材に締結することが可能となる。締結を片側締結リベットと同じ工具で行なうため、従来のプレス機を使用した締結に比べて被締結物の形状や大きさに関係なく、締結を容易に行なうことがでできる。さらに、簡単な締結で作業が終了するので、作業時間を大幅に短縮することが可能である。また、新たに締結するための機器を必要としないので、締結設備の投資額も安くてすみ、経済的である。

本発明の実施形態において、本発明のスペーサーナット締結部材１０のスペーサーナット１を使用する場合、ボルトによって締め付けが行なわれるが、その際に、スペーサーナット本体１自体が回転することがある。このような状態を回避するために、スペ−サーナット本体１の裏面３１や、先端領域部７の外周全体のいずれか、または双方に突起やローレット加工を施すことも可能である。このように、基材２０へのスペーサーナット１の挿入部分や接続部分に対する突起またはローレット加工は、摩擦係数を上げたり、ぎざぎざを食いつかせたりすることで、抜け止めや、回り止めとして機能することになる。
本発明の締結部材において、請求の範囲の範囲内であれば、上記した発明の実施形態に限定されるものではなく、いかなる形状、寸法をも採用できるものである。

本発明に係るスペーサーナット締結部材の半断面図である。 本発明に係るスペーサーナット締結部材の基材への取付け過程を表す図であり、図１（ａ）は、締結部材が基材に設定された状態を表し、図２（ｂ）は、マンドレルが引っ張られている過程を表す状態を表し、図２（ｃ）は、締結部材締結完了後の状態を表す図である。

符号の説明

１ スペーサーナット
２ マンドレル
３ マンドレル本体
４ 破断部
５ マンドレルヘッド
６ ねじ部
７ 先端領域部
８ ナット本体
１０ スペーサーナット締結部材
２０ 基材
２１ 下穴
２２ かしめ部

Claims (4)

1. スペーサーナットとマンドレルとからなる締結部材であって、
   前記スペーサーナットは、スペーサーナット本体と、該スペーサーナット本体から該スペーサーナット本体の軸心と同心に延び、前記スペーサーナット本体の直径よりも小さい直径を有する円筒形状の先端領域部と、からなり、
   前記スペーサーナット本体及び前記先端領域部には前記スペーサーナット本体の軸心と同心に貫通孔が形成されており、
   前記スペーサーナット本体の内壁には雌ねじが形成されており、
   前記マンドレルは、前記スペーサーナット本体及び前記先端領域部の合計長よりも長い円筒形状のマンドレル本体と、該マンドレル本体の一端において前記マンドレル本体と同心に形成され、前記マンドレル本体の直径よりも大きい直径を有するマンドレルヘッドと、からなり、
   前記マンドレル本体は、前記貫通孔に挿入可能な直径を有しており、
   前記マンドレルヘッドと前記マンドレル本体との間には、前記マンドレルヘッドの直径から前記マンドレル本体の直径に直線的に減少する傾斜部が形成されており、
   前記マンドレル本体には該マンドレル本体の直径よりも小さい直径を有する破断部が形成されており、
   前記破断部の直径は、前記マンドレル本体を前記先端領域部が潰れる方向に引張したときに、前記先端領域部が前記傾斜部に沿って外側に拡開した後に前記マンドレル本体が破断するように定められている締結部材。
2. 請求項１に記載の締結部材であって、締結完了後には、前記マンドレルヘッドが前記マンドレル本体と完全に切り離されるとともに、飛ばされて残らないものであることを特徴とする締結部材。
3. 請求項１に記載の締結部材であって、前記マンドレル本体を引張する際には、一般的なリベット用の工具を用いるものであることを特徴とする締結部材。
4. スペーサーナットとマンドレルからなる締結部材を、該締結部材が取り付けられるべき基材上に準備する段階を有し、前記スペーサーナットは、内壁に雌ねじが形成された、スペーサーナット本体と、該スペーサーナット本体の軸心と同心に延び、前記スペーサーナット本体の直径よりも小さい直径の円筒形状の先端領域部とを有しており、前記マンドレルは、前記スペーサーナット本体及び前記先端領域部に前記スペーサーナット本体の軸心と同心に形成された貫通孔に挿入可能な直径を有し、前記スペーサーナット本体及び前記先端領域部の合計長よりも長い円筒形状のマンドレル本体と、該マンドレル本体の一端において前記マンドレル本体と同心に形成され、前記マンドレル本体の直径よりも大きい直径のマンドレルヘッドとを有し、前記マンドレルヘッドと前記マンドレル本体との間には、前記マンドレルヘッドの直径から前記マンドレル本体の直径に直線的に減少する傾斜部が形成されており、前記マンドレル本体には該マンドレル本体の直径よりも小さい直径の破断部が形成されており、
   前記基材の下穴内に前記先端領域部を嵌め込むように前記締結部材を前記基材に設置する段階を有し、前記マンドレルヘッドが前記先端領域部より下方に位置するように、前記マンドレル本体は前記スペーサーナット本体の前記貫通穴を貫通して前記スペーサーナット本体から突き抜けるようになっており、
   締結工具を用いて、前記マンドレルを前記基材の表面に直行する方向に引っ張り上げ、
   前記マンドレルが引っ張り上げられるにつれ、前記先端領域部の先端が、前記傾斜部に沿って外側に拡開し、前記スペーサーナットが前記基材にかしめられるようになり、
   前記マンドレルの破断部が引張力によって破断され、前記マンドレル本体とヘッドとが破断分離され、
   前記スペーサーナットが前記基材に完全に固着することにより前記スペーサーナットの前記基材への締結が完了する、
   段階からなるスペーサーナットとマンドレルからなる締結部材の締結方法。

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