JP2010274265A - 締結体及び樹脂成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】金属板表面に被締結具を取り付けた締結体において、締結体表面に取り付けのための突出部が現れず、取り付けのための加工工数も低減できる締結体を提供する。
【解決手段】貫通孔１を有する金属板２と、この金属板２に締結される被締結具３とを備えている。前記被締結具３は、被締結具本体４と、この被締結具本体４より突出し内部を中空とする突出部５とを有している。この突出部５は、前記貫通孔１に挿入されるものであり、貫通孔内壁６と相似形状の外壁７と、この外壁７と相似形状又は平面視円形の内壁８とを有している。前記外壁７及び内壁８の高さを前記金属板２の厚み以下となし、金属板２の貫通孔内壁６の硬度を、突出部５の外壁７の硬度以下としている。前記突出部５の外壁７を拡径させ、この拡径した先端部分を貫通孔内壁６へと食い込ませ係合させて金属板２と被締結具３とを締結させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、締結体及びこの締結体をインサート部品として使用した樹脂成形品に関する。

従来、金属板に部品等の被締結具を締結する場合、この被締結具を金属板に貫通させてその一部を金属板表面に突出させ、パンチ等を用いて突出部を加圧変形させ金属板面を両面から挟み込む方法が知られている。例えば、ピンやはと目と称する部材を使用する方法である。この場合、金属板表面に部材の変形した突出部が残るため、金属板表面に他の金属板等を密着させて取り付けることができないという問題がある。

この対策として、例えば、特許文献１に示す方法が開示されている。この方法は、厚鋼板部材（金属板）の一方の面に環状溝若しくは周壁をもつ底付凹形孔を形成し、環状溝若しくは底付凹形孔の中心に、厚鋼板部材の底を貫くパンチ圧入孔を形成する。次に、環状溝の溝、若しくは底付凹形孔の周壁に接してパイプ部材（被締結具）を嵌め込み、厚鋼板部材の他方の面からパンチ圧入孔にパンチを圧入する。そして、その圧入によりパンチ圧入孔を拡径して材料流動を生じさせ、前記のパイプ部材の外面を環状溝の外周若しくは底付凹形孔の外周壁に接合し、パイプ部材の内面に前記流動材料を圧着するというものである。

特公平６−８５９５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載される方法では、被締結具の内面に金属板の流動材料を圧着しているため、被締結具の内径が流動材料の存在により変化する（小さくなる）という問題がある。また、金属板に環状溝若しくは底付き凹形状孔並びにパンチ圧入孔を予め形成しておく必要があり、形状が複雑で加工工数が増えるという問題がある。さらに、圧着された流動材料の厚みは、パンチ圧入孔の孔径に左右され、前記孔径が大きくなるほど材料流動が少なくなり、金属板と被締結具の接合強度が小さくなる。このため、パンチ圧入孔の孔径によって、接合強度が低下したり接合強度のばらつきが大きくなったりするという問題もある。

本発明が解決しようとする課題は、金属板表面に被締結具を取り付けた締結体において、締結体表面に取り付けのための突出部が現れず、取り付けのための加工工数も低減できる締結体を提供することである。他の課題は、前記に加えて、締結前後で被締結具の内径が変化しない（小さくならない）ようにすることである。また、この締結体をインサート部品として使用した樹脂成形品を提供することである。

本発明に係る締結体は、貫通孔を有する金属板と、この金属板に締結される被締結具とを備えている。そして、前記被締結具は、被締結具本体と、この被締結具本体より突出し内部を中空とする突出部とを有している。また、この突出部は、前記金属板の貫通孔に挿入されるものであり、貫通孔内壁と相似形状の外壁と、この外壁と相似形状又は平面視円形の内壁とを有している。さらに、前記外壁及び内壁の高さを前記金属板の厚み以下となし、金属板の貫通孔内壁の硬度を、突出部の外壁の硬度以下としている。そして、前記突出部の外壁を拡径させ、この拡径した先端部分を貫通孔内壁へと食い込ませ係合させて金属板と被締結具とを締結させた構成である（請求項１）。

好ましくは、貫通孔が、平面視円形であり（請求項２）、被締結具が、被締結具本体と突出部とを同一材質となす鉄製である（請求項３）。さらに好ましくは、被締結具本体が、その中空内壁に雌ねじを有し（請求項４）、その雌ねじに雄ねじを有するボルトが螺合させられ、前記ボルトは金属板に接続される端子部材を貫通して、前記ボルトの頭部膨出部と金属板との間に前記端子部材が固定される構成である（請求項５）。また、好ましくは、被締結具本体が、前記外壁よりも外側となる部分に平面部を有し、この平面部が、金属板の貫通孔周囲の面に密着する（請求項６）。

好ましくは、前記拡径が、先端形状を突出部の内壁を均一加重にて押下できる、水平断面形状を突出部内壁と相似形状とした押し込みピンにより行なわれたものである（請求項７）。さらに好ましくは、押し込みピンは、その最大径を貫通孔の径未満としたものが用いられ（請求項８）、さらには、押し込みピンは、その先端を円錐形状としたものが用いられる（請求項９）。

本発明に係る樹脂成形品は、上記締結体が、インサート部品として用いられた樹脂成形品である（請求項１０）。好ましくは、締結体の金属板がバスバーであり、被締結具本体が締結されている面とは反対側の貫通孔周囲の金属板表面を、外部に露出させている樹脂成形品である（請求項１１）。

本発明に係る締結体は、被締結具に突出部を設け、この突出部の外壁を拡径させ、この拡径した先端部分を金属板の貫通孔内壁へと食い込ませ係合させて金属板と被締結具とを締結させているので、金属板表面に被締結具の変形した突出部が現れるのをなくすることができる。締結前後で被締結具本体の内径を変化させないので、被締結具本体の中空内壁に支障なく雌ねじを設けることもできる。
また、本発明に係る締結体は、金属板には貫通孔を、また、被締結具には突出部を形成するだけで済み、形状が簡単で加工工数が低減できる。

さらに、金属板の貫通孔が平面視円形である場合には、被締結具の突出部の外壁を全周に亘り均等に拡径させ、拡径した先端部分を金属板の貫通孔内壁全周に亘り均等に食い込ませることができる。このため、被締結具の突出部内壁と金属板の貫通孔内壁が同心となり、接合強度を向上し、接合強度のばらつきを小さくすることができる。

本発明に係る締結体の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係る締結体の製造法の工程を示す断面図である。 本発明に係る締結体における被締結具の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係る樹脂成形品の実施の形態を示す断面図である。 締結体の抜け力の測定方法の断面説明図である。

本発明に係る締結体の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る締結体の実施の形態を示す断面図である。本発明に係る締結体は、貫通孔１を有する金属板２と、この金属板２に締結される被締結具３とを備えている。そして、前記被締結具３は、被締結具本体４と、この被締結具本体４より突出し内部を中空とする突出部５とを有している。また、この突出部５は、前記金属板２の貫通孔１に挿入されるものであり、貫通孔内壁６と相似形状の外壁７と、この外壁７と相似形状又は平面視円形の内壁８とを有している。さらに、前記外壁７及び内壁８の高さを前記金属板２の厚み以下となし、金属板２の貫通孔内壁６の硬度を、突出部５の外壁７の硬度以下としている。そして、前記突出部５の外壁を拡径させ、この拡径した先端部分を貫通孔内壁６へと食い込ませ係合させて金属板２と被締結具３とを締結させる。金属板２の貫通孔内壁６の硬度は、突出部５の外壁７の硬度以下であり、前記拡径で拡径した外壁７の先端部分を貫通孔内壁６に食い込ませ係合させることができるのである。

本発明にて用いる金属板２は、被締結具を締結する所定の位置に貫通孔１を有するものであり、その形状や厚みは、特に限定されるものではない。なお、金属板２は、後述する被締結具と密接に接合させるために、被締結具を締結する箇所においては、平面状であるか、被締結具の形状に対応する凹凸形状（被締結具本体が凸であれば、金属板の対応する部分が凹である形状）とすることが好ましい。

金属板の材質としては、アルミニウム等を用いることができ、特に限定されるものではないが、金属板の貫通孔内壁の硬度を、被締結具の突出部の外壁の硬度以下とするよう適宜選択する。これは、被締結具の突出部の外壁の拡径した先端部分を、金属板の貫通孔内壁に確実に食い込ませるためである。
ここで、硬度とは、ＪＩＳ Ｚ２２４３−１９５５で規定されるブリネル硬度（Ｈ_Ｂ）をいう。

金属板の貫通孔の形状は、平面視で円形、多角形、楕円等であり、特に限定されるものではないが、その中でも、金属板と被締結具の接合強度が向上することから、平面視円形であることが好ましい。これは、被締結具の突出部の外壁を、全周に亘り均等に拡径させることができるためである。
貫通孔１の形成は、打抜き加工、ボール盤加工、旋盤加工等で行なうことができる。

本発明にて用いる被締結具３は、被締結具本体４と、この被締結具本体４より突出し内部を中空とする突出部５とを有している。

被締結具本体４は、金属板に締結されるものであり、その形状や材質等は、特に限定されるものではない。なお、金属板と密接に接合する部分の形状は、先に述べた金属板の形状と同じように、平面状であるか、金属板の形状に対応する凹凸形状（金属板が凸であれば、被締結具本体の対応する部分が凹である形状）とすることが好ましい。

被締結具本体４が中空内壁を有していると、締結体を他の部品と嵌め合わせることができる。また、被締結具本体４が、前記中空内壁に雌ねじを有していると、締結体と他の部品とを雄ねじを有するボルトを用いて締結し、取り付けることができる。

さらに、前記雌ねじに雄ねじを有するボルトが螺合させられ、前記ボルトは金属板に接続される端子部材を貫通して、前記ボルトの頭部膨出部と金属板との間に前記端子部材が固定されると、外部との電気的な接続が可能となる。また、被締結具本体４が、突出部５の外壁７よりも外側となる部分に平面部を有し、この平面部が、金属板２の貫通孔１周囲の面に密着していると、金属板２と被締結具本体４との電気的な接続が確実なものとなる。

突出部５は、外壁７と内壁８を有しており、外壁７は、金属板２の貫通孔１に挿入される貫通孔内壁６と相似形状とする。また、前記内壁８は、前記外壁７と相似形状又は平面視円形とする。これにより、外壁を、全周に亘り均等に拡径させることができる。

また、前記外壁７及び内壁８の高さを金属板２の厚み以下とする。これにより、金属板表面に被締結具３の変形した突出が現れるのをなくすることができる。

突出部５の材質としては、鉄、銅、鉄とニッケルやクロムの合金等を用いることができ、特に限定されるものではないが、外壁７の硬度を、金属板２の貫通孔内壁６の硬度以上、好ましくは貫通孔内壁６の硬度を超えるよう適宜選択する。これにより、突出部５の拡径した先端部分を金属板２の貫通孔内壁６へと食い込ませ係合させることができ、金属板２と被締結具３の接合強度を充分確保することができる。なお、被締結具３の突出部５は、硬度が高く、かつ形状加工や錆止めのためのめっき等の加工を容易に行なえることから、鉄材を選択することが好ましい。

突出部５の形成は、別途作製した部材を、被締結具本体４に溶接、ろう付け、圧入等により固定してもよいが、加工工数を低減できることから、被締結具本体４と同一材質で、一体に形成することが好ましい。

被締結具３の突出部５の外壁を拡径させ、この拡径した先端部分を貫通孔内壁６へと食い込ませ係合させる方法は、特に限定されるものではないが、例えば、押し込みピンにより行なうことができる。この押し込みピンの形状は、例えば、先端形状が、突出部５の内壁８を均一加重にて押下でき、水平断面形状を突出部５の内壁８と相似形状とする。このようにすれば、突出部５の外壁を、全周に亘り均等に拡径させることができ、金属板２と被締結具３の接合強度を向上させることができる。

また、押し込みピンの最大径を、貫通孔１の径未満とする。このようにすれば、押し込みピンの押し込み深さが被締結具３の材料硬さバラツキにより大きくなっても、押し込みピンが金属板２の貫通孔１の周縁部に当らないため、周縁部を変形させることがない。

さらに、押し込みピンの先端を、円錐形状とする。このようにすれば、突出部５の外壁７を拡径するときに、貫通孔１の中心位置と、突出部５の中心位置とが、多少同芯位置になくとも、押し込みピンを挿入する過程で、同芯位置とすることができる。

本発明に係る締結体は、具体的には、図２に示す方法で製造することができる。
まず、図２（ａ）に示すように、金属板２には、予め、被締結具３の突出部５の外壁７と同等以上の貫通孔１を明けておく。突出部５は、金属板２の厚みより突き出ない高さに設けられており、金属板２の貫通孔１の中心と突出部５の外壁７の中心を一致させ貫通孔１に挿入する。次に、図２（ｂ）に示すように、先端が円錐形状の押し込みピン９を被締結具３の突出部５の内壁８に接する位置にセットする。そして、図２（ｃ）に示すように、被締結具３の突出部５に挿入した押し込みピン９を、突出部５の外壁７を径方向に拡大し塑性変形させる荷重で、突出部５の内壁８に垂直方向に押し込む。これにより、径方向に塑性変形した突出部５の外壁７の先端部分が金属板２の貫通孔内壁６に食い込み、被締結具３を金属板２に締結することができる。

本発明に係る締結体は、例えば、電気配線機能を有する樹脂成形品のインサート部品として好適である。
金属板２の貫通孔内壁６に被締結具３の突出部５を圧入しただけでは、これをインサート部品として使用した樹脂成形品は、金属板２と被締結具３の密着が不充分であるため、金属板２と被締結具３の隙間に樹脂が入り込むという問題がある。しかしながら、本発明に係る締結体を、インサート部品として使用した樹脂成形品は、金属板２と被締結具３が密接に接合されているので、両者の隙間に樹脂が入りこまない。このため、図４に示すように、被締結具本体４の中空内壁に雌ねじを有し、前記雌ねじに雄ねじを有するボルト１１が螺合させられ、前記ボルト１１は金属板に接続される端子部材１２を貫通して、前記ボルトの頭部膨出部と金属板との間に前記端子部材１２が固定されると、金属板２、被締結具３、端子部材１２の三者の電気的接続を充分に確保できる。金属板２と被締結具３との間は、金属板２の貫通孔内壁６に突出部５が食い込んだ箇所と、被締結具本体４の平面部（外壁７よりも外側となる部分）が金属板２の貫通孔周囲の面に密着した箇所とにより導通が図れるからである。前記密着が不充分で隙間があると、樹脂成形品１３の成形の際にその隙間に樹脂が入り込み、被締結具本体４の平面部と金属板２の貫通孔周囲の面の間が前記入り込んだ樹脂により絶縁され、両者間の導通が低下することになる。

単に、金属板２の貫通孔内壁６に被締結具の突出部を圧入し、これをインサート部品として使用した樹脂成形品において、金属板と被締結具の接合強度を補う方法として、被締結具の外周面に環状溝を形成し、この環状溝に樹脂を充填することが考えられる。この場合、被締結具の形状が複雑となり加工工数が増えるという問題がある。しかしながら、本発明に係る締結体は、被締結具には突出部を形成するだけで済み、形状が簡単で加工工数が低減できる。

また、締結体の金属板２が、例えばバスバーであり、被締結具本体４が締結されている面とは反対側の貫通孔周囲の面を、外部に露出させた樹脂成形品は、図４に示すように、端子部材１２を金属板２の貫通孔周囲の面に確実に密着させることができ、端子部材１２と金属板２との電気的接続が確実なものとなる。これにより、端子部材１２を介して外部との電気的接続が可能となる。

実施例１
金属板２として、アルミニウム板（厚さ：２ｍｍ、材質：Ａ６１０１−Ｔ６）を準備し、このアルミニウム板の所定位置に、打抜き加工により、貫通孔１（内径：７．４０ｍｍ）を形成した。なお、このときの貫通孔内壁６のブリネル硬度（Ｈ_Ｂ）は、７１である。

また、被締結具として、図３に示す構造のものを準備した。この被締結具３は、被締結具本体４と、この被締結具本体４より突出し内部を中空とする突出部５とを有している。材質は、冷間圧造用炭素鋼（材質：ＳＷＲＣＨ１０Ｒ）であり、冷間圧造加工により、被締結具本体４と突出部５を一体に形成している。なお、このときの突出部５の外壁７のブリネル硬度（Ｈ_Ｂ）は、１０５である。

被締結具本体４は、外形が略四角柱形状（１０ｍｍ×１０ｍｍ×高さ：１２ｍｍ）である。また、その中空内壁１０には、雌ねじが形成（Ｍ６のタップ加工）されており、雄ねじを有するボルトの螺合により他の部品を取り付けることができるようにしてある。

突出部５は、外壁７が円柱形状（外径：７．３０ｍｍ×高さ：１．６５ｍｍ）であり、内壁８も円柱形状（内径：６．１４ｍｍ×高さ：１．６５ｍｍ）である。この外壁７は、上記金属板２の貫通孔内壁６と相似形状となっている。また、内壁８は、外壁７と相似形状であり、また平面視円形となっている。

次に、図２（ａ）に示すように、金属板２の貫通孔１の中心と突出部５の外壁７の中心を一致させ突出部５を貫通孔１に挿入した。このとき、突出部５の外壁７及び内壁８の高さは、金属板２の厚み以下となっており、金属板２の貫通孔内壁６の硬度は、突出部５の外壁７の硬度以下となっている。

そして、図２（ｂ）に示すように、先端が円錐形状の押し込みピン９を、被締結具３の突出部５の内壁８に接する位置にセットした。このとき、押し込みピン９は、その先端を円錐形状としてあり、最大径が７．２０ｍｍ、先端の円錐形状の頂角が７０°である。

さらに、図２（ｃ）に示すように、被締結具３の突出部５に挿入した押し込みピン９を、突出部５の外壁７を径方向に拡大し塑性変形させる荷重（８０００Ｎ）で、突出部５の内壁８に垂直方向に押し込んだ。これにより、径方向に塑性変形した突出部５の外壁７の先端部分を金属板２の貫通孔内壁６に食いませ、被締結具３を金属板２に締結した。なお、この場合、図２（ｂ）の状態から図２（ｃ）の状態までの押し込みピン９の下降量は、０．７〜１．０ｍｍ程度であった。

上記の方法で得られた締結体は、被締結具が金属板から抜ける、いわゆる抜け力が８００Ｎ以上であり、金属板と被締結具の接合強度を充分確保することができることを確認した。なお、抜け力の測定方法は以下に示すとおりである。

抜け力：図５に示すように、被締結具本体４内壁に形成された雌ねじに雄ねじを有するボルト１１を螺合し、被締結具本体４の外形サイズより大きい内形形状の台１５の上に締結体１４を配置する。上方よりボルト１１に荷重を加えて、金属板２から被締結具３が抜けた際の最大荷重を測定した。

１…貫通孔、２…金属板、３…被締結具、４…被締結具本体、５…突出部、６…貫通孔内壁、７…外壁、８…内壁、９…押し込みピン、１０…中空内壁、１１…ボルト、１２…端子部材、１３…樹脂成形品、１４…締結体、１５…台

Claims (11)

1. 貫通孔を有する金属板と、この金属板に締結される被締結具とを備え、前記被締結具が、被締結具本体と、この被締結具本体より突出し内部を中空とする突出部とを有し、この突出部は、前記金属板の貫通孔に挿入されるものであり、貫通孔内壁と相似形状の外壁と、この外壁と相似形状又は平面視円形の内壁と、を有すると共に、前記外壁及び内壁の高さを前記金属板の厚み以下となし、前記金属板の貫通孔内壁の硬度を、前記突出部の外壁の硬度以下とし、前記突出部の外壁を拡径させ、この拡径した先端部分を前記貫通孔内壁へと食い込ませ係合させて金属板と被締結具とが締結された締結体。
2. 請求項１において、貫通孔が、平面視円形である締結体。
3. 請求項１又は２において、被締結具が、被締結具本体と突出部とを同一材質となす鉄製である締結体。
4. 請求項１乃至３の何れかにおいて、被締結具本体が、その中空内壁に雌ねじを有する締結体。
5. 請求項４において、雌ねじに雄ねじを有するボルトが螺合させられ、前記ボルトは金属板に接続される端子部材を貫通して、前記ボルトの頭部膨出部と金属板との間に前記端子部材が固定される締結体。
6. 請求項１乃至５の何れかにおいて、被締結具本体が、前記外壁よりも外側となる部分に平面部を有し、この平面部が、金属板の貫通孔周囲の面に密着する締結体。
7. 請求項１乃至６の何れかにおいて、前記拡径が、先端形状を突出部の内壁を均一加重にて押下できる、水平断面形状を突出部内壁と相似形状とした押し込みピンにより行なわれた締結体。
8. 請求項７において、押し込みピンが、その最大径を貫通孔の径未満とする締結体。
9. 請求項７又は８において、押し込みピンが、その先端を円錐形状とする締結体。
10. 請求項１乃至９の何れかに記載される締結体がインサート部品として用いられた樹脂成形品。
11. 請求項１０において、締結体の金属板がバスバーであり、被締結具本体が締結されている面とは反対側の貫通孔周囲の金属板の表面を、外部に露出させている樹脂成形品。

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