JP2014009758A

JP2014009758A - 薄板金属の締結部構造

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Publication number: JP2014009758A
Application number: JP2012146885A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nagasaki; 剛長崎; Tadahisa Sugiyama; 忠尚杉山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-01-20
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: JP6008615B2

Abstract

【課題】部品を増やすことなく、ビス締め時の作業生産性を保ち、更には締結材と被締結材とで安定的な電気的接続が必要な締結部の場合においても所定の締結トルクで締結が可能な薄板金属の締結部構造を提供する。
【解決手段】被締結材３０には被締結材３０のビス頭１１と接触する領域３２に、ビス頭１１に接触し被締結材３０に弾性力を付与する形状４１が一体に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばプリンタやファクシミリ、複写機、またはこれらの機能をあわせもつ複合機などとされる画像形成装置などの機械装置における薄板鋼板を用いた締結部構造に関する。

近年の機械装置、例えばプリンタや複写機などは、重量低減による省エネルギー効果等を期待され、装置を構成する金属板の板厚を薄くすることが要求されている。一方、装置の筐体の強度を保持する為や、安定した電気的なフレームグラウンド接続を行って装置内部および装置周辺に電磁ノイズの放出を抑制する理由等から、装置を構成する金属板と締結される部材の接触部には所定の締結力が必要とされる。つまり、締結する金属板（以下「締結材」という。）と締結材に締結される部材（以下「被締結材」という。）のそれぞれを締結するための接触部（以下、「締結部」という。）には所定の締結力が必要とされる。ビスにより締結材と被締結材を締結する場合において、所定の締結トルクでビスを締め付ける必要がある。その際、締結部には該締結トルクに耐え得る破壊トルクが必要とされる。

従来の締結材のある程度厚みのある板厚の場合では、バーリング加工により材料を絞り上げ、絞り高さ（以下、「バーリング高さ」という。）を確保できる。それにより、絞り上げられたバーリング高さがネジ嵌合部に当たるため、有効なネジ嵌合長を得ることが可能である。有効なネジ嵌合長を得ることで機械装置を工場で組み立てる時や市場で交換する時に使用する電動ドライバ等を用いたとしても、ビス締め時に生じる衝撃を有効なネジ嵌合長で吸収し過度なトルクを抑え、締結部の破壊を防止出来る。

しかし、締結材の板厚が薄い場合においては、バーリング加工により材料を絞り上げても板厚が薄くなる分、トータルのネジ嵌合長が短くなる。このため、電動ドライバ等のビス締め時に生じる衝撃を吸収出来ずに、過度なトルクがネジ山に付与され、ネジ山が破壊されてしまう。また、締結材の板厚が薄いことで、バーリング周辺部も概衝撃に耐えられず変形しやすくなる。

締結材の板厚の薄い締結部のこのような変形を抑える為に、電動ドライバ等でのビス締め時は回転数を下げることで衝撃力を抑える手段等が考えられるが、ビス締め作業生産性の低下に繋がってしまう。

これらの問題の対策として、特許文献１には、被締結材とビスのビス頭との間にゴム製の弾性部材を配置し、弾性部材を圧縮しながらビスにトルクをかけて締結する手段が提案されている。この手段では、弾性部材が弾性変形して押しつぶされることにより過度なトルクが吸収され、締結部の破壊を抑制している。

特開２００６−１７７４３８号公報

しかしながら，特許文献１で提案されている対策のように、締結材および被締結材とは別に弾性部材を必要とする手段では、組み付ける際に弾性部材を組み付けし忘れる可能性がある。また、部品が増えることによりコストアップに繋がってしまう。

また、プリンタや複写機などで電気基盤が設置される電装ユニットでは、市場での部品交換性から取り付け、取り外しが容易であることが望まれるため、ビス締結が用いられる。このような電装ユニットのような、従来、締結材と被締結材との間で電気的接続を取る必要がある箇所においては、ビスで締結材と被締結材を締結することにより、締結材と被締結材の接触部で直接電気的接続が行われる。つまり、被締結材とビス頭の接触部およびビスのネジ部と締結材の雌ネジ部の接触を介して、締結材と被締結材が電気的接続されている。この電装ユニットのような締結材と被締結材との間で電気的接続をとる必要がある箇所を持つ部材においても、近年の重量軽量化のために板厚の薄いもので構成されることが好ましい。しかし、特許文献１で提案されている手段では、ビスと被締結材との間に非導電性のゴムを用いており、締結部における導電性は期待できない。また、導電性のゴムを使用したとしても、金属同士の接触より導電性は劣り、締結材と被締結材との電気的接続が不安定となる。

よって、本発明の目的は、部品を増やすことなく、ビス締め時の作業生産性を保ち、更には締結材と被締結材とで安定的な電気的接続が必要な締結部の場合においても、所定の締結トルクで締結が可能な薄板金属の締結部構造を提供することである。

上記目的は本発明に係る締結部構造にて達成される。要約すれば、本発明は、ビス頭及びビスネジ部を有するビスと、前記ビスネジ部と螺合する為のネジ係合部を有する締結材と、前記ビス頭と前記締結材との間に挟まれ、前記ビスを回転させ前記締結材の前記ネジ係合部にねじ込むことで締結される被締結材と、を有する締結部構造において、前記被締結材には前記被締結材の前記ビス頭と接触する領域に、前記ビス頭に接触し前記被締結材に弾性力を付与する形状が一体に形成されていることを特徴とする締結部構造である。

本発明によれば、部品を増やすことなく、ビス締め時の作業生産性を保ち、更には締結材と被締結材とで安定的な電気的接続が必要な締結部の場合においても、所定の締結トルクで締結が可能な薄板金属の締結部構造を提供可能となる。

本発明の締結部構造の一実施例を示す概略断面図である。従来の締結部構造の概略断面図である。本発明の他の実施例における締結部構造の概略断面図である。本発明の実施例と比較例における破壊トルク効果比較図である。

以下、本発明に係る締結部構造を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図１は本発明の締結部９０の構造の一実施例を示す概略断面図である。

ビス１０は、ビス頭１１及び、ビスネジ部１２を有している。本実施例では、ネジ頭１１のビスネジ部１２側に直径が大とされた、ビスツバ部１３が一体に形成されている。ビスツバ部１３はビス頭１１の一部を形成し、ビス頭１１の座面部１１ｂを形成している。ビス１０のビスネジ部１２の一端のビス頭１１の頭頂部１１ａに十字ドライバ等でビス１０を回転させるための十字穴形状（不図示）が形成されている。ビスネジ部１２の外周面にはネジ山である雄ネジが形成されている。上述のように、ビス頭１１の座面部１１ｂを構成するビスツバ部１３はビス頭１１のビスネジ部１２側に配置されており、ビスネジ部１２長手方向に対して直交する径で他のビス頭部分よりも大きい径を持つフランジ形状となっている。

薄板状の鋼材などの金属板である被締結材３０はビス穴３１の端部（ビス穴の外縁部）の領域を折り返して形成した折り返し形状４１及び折り返し隙間部４２を有する。薄板状の鋼材などの金属板である締結材２０はバーリング加工により締結材２０の一部をバーリング高さ２２に絞り上げたバーリング部２１を有している。バーリング部２１と被締結材３０のビス穴３１を重ね合わせる。このバーリング部２１の内側に予め雌ネジ形状が形成されたネジ係合部（以下、「雌ネジ部」という。）２３を有する。

そして、ビス１０に締結トルクをかけて締め付けることによって、折り返し形状４１の折り返しツバ接触部４６でビス頭１１の座面部１１ｂ、即ち、ビスツバ部１３と接する。この折り返しツバ接触部４６は、ビス頭１１の座面部、即ち、ビスツバ部１３の直径よりも小さい領域４８にてビスツバ部１３に接触する。さらに、締結部９０では、締結トルクをかけることによってビス１０に形成されたビスネジ部１２が、予め締結材２０のバーリング部２１に形成されたネジ係合部である雌ネジ部２３と螺合される。

本実施例において、折り返しツバ接触部４６がビス頭１１の座面部（ビスツバ部）１３に接触することの利点について説明する。

図２は、従来実施されている、締結材２０に被締結材３０を、ビス１０を用いて締結した締結部９０の構造を示す概略断面図である。

ビス１０はビス頭１１及び、ビスネジ部１２を有している。本例では、ビス頭１１にはビスネジ部１２側に位置してビス頭１１の座面部１１ｂを形成するビスツバ部１３が一体に成形されている。ビス１０はビスネジ部１２の一端のビス頭１１の頭頂部１１ａに十字ドライバ等でビス１０を回転させるための十字穴形状（不図示）が形成されている。ビスネジ部１２の外周面にはネジ山である雄ネジが形成されている。ビスツバ部１３は、ビスネジ部１２長手方向に対して直交する径でビス頭１１の他の部分よりも大きい径を持つフランジ形状となっている。

締結材２０はバーリング加工により締結材２０の一部をバーリング高さ２２に絞り上げたバーリング部２１を有している。このバーリング部２１の内側に予め雌ネジ形状が形成されたネジ係合部である雌ネジ部２３で、ビスネジ部１２と螺合する。このビス１０による締結部９０の雌ネジ部２３は、予め雌ネジ形状が切られているが、ビス１０がタッピングビスの場合には予め雌ネジ形状を設けておく必要はない。

被締結材３０はビス穴３１を有し、ビス穴３１の近傍のネジ頭１１の座面部１１ｂ、即ち本例では、ツバ接触部（座面部）３２でビスツバ部１３と接する。締結材２０の雌ネジ部２３と被締結材３０のビス穴３１を重ね合わせ、ビス１０に締結トルクをかけて締め付けることによって、締結部９０は締結される。

電動ドライバ等でビス１０を締める場合、電動ドライバのビット軸（不図示）やビス１０の回転による衝撃は、ビス１０がツバ接触部３２でビスツバ部１３と接触したと同時に、該ツバ接触部３２及び雌ネジ部２３に伝わる。

一般に、ビス１０にかけた締結トルク（締付トルク）Ｔｆは、雌ネジ部２３で発生するトルク（ネジ部トルク）Ｔｔｈとビス頭１１と被締結材３０の接触部３２で発生するトルク（座面トルク）Ｔｂとから成る。

Ｔｆ=Ｔｔｈ＋Ｔｂ
である。

締結部９０のビス１０による締結において締結部がある程度厚みのある板厚を有している場合は、バーリング加工により材料を絞り上げ、バーリング高さを確保できる。それにより、絞り上げられたバーリング高さがネジの嵌合部に当たるため、有効なネジ嵌合長を得ることが可能である。このように、有効なネジ嵌合長を得ることで機械装置を工場で組立てる時や市場で交換する時に使用する電動ドライバ等を用いたとしても、ビス締め時に生じる衝撃を有効なネジ嵌合長で吸収し過度なネジ部トルクＴｔｈを抑え、締結部の破壊を防止出来る。

従って、従来のプリンタや複写機などで使用されているビス１０の呼び径ｄが３〜４ｍｍで、締結材２０の板厚ｔが０．８〜１．２ｍｍを使用する場合においては、十分なバーリング高さ２２が確保可能である。そして、雌ネジ部２３を長く確保出来る事でトータルのネジ嵌合長が長く、該衝撃を吸収し適正な締結トルクＴｆで締結が可能となる。

しかし前述のように、近年の機械装置では装置を構成する金属板の板を薄くすることが求められている。例えば締結材２０の板厚ｔが０．４〜０．６ｍｍ程度の場合おいては、バーリング加工により材料を絞り上げても板厚が薄くなる分、雌ネジ部２３の長さが短くなる。ビスネジ部１２と係合する雌ネジ部２３の長さが短くなる事でトータルのネジ嵌合長が短くなり、図２に示す従来の締結部構造では、電動ドライバ等のビス締め時に生じる衝撃吸収が困難となる。それによって過度なネジ部トルクＴｔｈが雌ネジ部２３のネジ山（不図示）に付与され破壊されてしまう。また、締結材２０の板厚が薄いことで、バーリング部２１周辺も該衝撃に耐えられず変形しやすくなる。これらの要因によって締結部９０は適正な締結トルクＴｆで締結する事が困難となる。

一方、図１にあるような本実施例の特徴である折り返し形状４１とビスツバ部１３が接した後、ビス１０を更に締め付けると、折り返し形状４１は折り返し隙間部４２を有する事で弾性変形を生じ、ビスツバ部１３に弾性力を付与可能となる。この弾性変形を生じる弾性変形方向はビス１０のビスネジ部１２の軸線方向である。この弾性力により電動ドライバ等でビス締め時に生じる衝撃を抑えることが可能となる。過度なトルクが雌ネジ部２３のネジ山（不図示）やバーリング部２１周辺に付与されずに締結部９０の破壊を抑制し、適正な締結トルクで締結する事が可能となる。

尚、本実施例ではビスツバ部１３に弾性力を付与する形状を折り返し形状４１としたが、図３のようにビス穴端部を折り返さない斜め曲げ形状４１ａを形成してもよい。折り返し形状４１を形成しなくても、斜め曲げ形状４１ａを形成し、締結材２０との間に弾性変形の為の隙間部４２ａを設けることで同様の効果が得られる。

図４は、電動ドライバで締めた時に雌ネジ部２３のネジ山、又はバーリング部２１周辺が破壊し、ビス１０が空転するまでのトルク（以下「破壊トルク」という。）を、図２に示す従来の締結部９０の構造と図１に示す本実施例の締結部９０の構造を比較した結果である。

従来例及び本実施例ともに呼び径ｄ＝３ｍｍのビスを使用し電動ドライバの回転数を１００ｒｐｍにて測定した。締結材２０、被締結材３０ともに板厚ｔ＝０．４ｍｍの薄鋼板を用いて、被締結材３０のビス穴３１の穴径は４．５ｍｍとし、締結材２０にはバーリング部２１を形成した。本実施例の被締結材３０には折り返し部直径４８が６．２ｍｍの折り返し形状４１を形成した。

本実施例の効果として、破壊トルクが平均で４５％上がっており、この結果は本実施例の締結部９０の構造によれば締結トルクを４５％上げて締結が可能となる事を示す。

また、締結材２０、被締結材３０の板厚ｔが０．６ｍｍでの比較では、本実施例は、従来例の締結部９０に比べて、破壊トルクを平均で５０％上げて締結が可能となる。この結果は本実施例の締結部構造は締結トルクを５０％上げて締結が可能となる事を示す。

これらの結果から分かるように、今回測定した被締結材３０のビス穴端部に折り返し形状４１を形成した場合では、折り返し形状４１を形成しない従来例と比べて、高い締結トルクで締め付けが可能となる。

尚、図３に示す被締結材３０のビス穴端部に折り返し形状４１の代わりに斜め曲げ形状４１ａを形成した場合も、同様の効果を得ることができた。

また、本実施例では締結材２０のネジ係合部２３において雌ネジ形状を形成した締結部構造としたが、ビス１０がタッピングネジの場合は、ネジ係合部２３に、雌ネジ形状を設けない構造であっても良い。

このように、本発明の手段では締結トルクを向上させる手段に被締結材３０の一部を使用している。このため、締結材２０や被締結材３０の板厚が薄い場合であっても特許文献１のような他部材による弾性部材を間にはさまなくても締結部の適正な締結力を確保することができる。これにより、構成する板厚の薄い機械装置の筐体だけでなく、電装ユニットなどの電導性を必要とする締結部において、適正な締結力を確保しつつ締結部における電気的な接続を安定させることができる。また、他部材を挟まないので、部品の組み付け忘れも防げ、他部材の分のコストの低減も図れる。

１０ビス
１１ビス頭
１１ａビス頭１１の頭頂部
１１ｂビス頭１１の座面部
１２ビスネジ部
１３ビスツバ部
２０締結材
２１バーリング部
２３ネジ係合部（雌ネジ部）
３０被締結材
３２ツバ接触部（座面部）
４１折り返し形状
４１ａ斜め曲げ形状
４６折り返しツバ接触部
９０締結部

Claims

ビス頭及びビスネジ部を有するビスと、
前記ビスネジ部と螺合する為のネジ係合部を有する締結材と、
前記ビス頭と前記締結材との間に挟まれ、前記ビスを回転させ前記締結材の前記ネジ係合部にねじ込むことで締結される被締結材と、
を有する締結部構造において、
前記被締結材には前記被締結材の前記ビス頭と接触する領域に、前記ビス頭に接触し前記被締結材に弾性力を付与する形状が一体に形成されていることを特徴とする締結部構造。
前記被締結材に形成され前記弾性力を付与する形状は、前記ビス頭と前記締結材の間の前記被締結材の弾性変形方向に隙間部を有していることを特徴とする請求項１に記載の締結部構造。
前記被締結材の前記弾性変形方向は、前記ビスネジ部の軸線方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の締結部構造。
前記被締結材は薄板状の金属板で形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の締結部構造。
前記弾性力を付与する形状は前記被締結材を折り返して形成された折り返し形状とされるか、又は、折り返されていない斜め形状とされたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の締結部構造。
前記締結材は、薄板状の金属板で形成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の締結部構造。