JP2015152079A - ボルトおよび該ボルトの締結方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルト締結時に着座前にナットに斜め締め等で不良固着が発生しても、所定の締結力で被締結部品を締結できるようにする。【解決手段】ボルト頭部を分割して、ネジ軸の一端に外径を大とした段付きネジ部を設ける一方、該段付きネジ部に外嵌するナット状頭部材を設け、前記ネジ軸の段付きネジ部は外周面に雄ネジを設けていると共に先端面中央に開口した解除治具用穴を設け、前記ナット状頭部材は前記段付きネジ部の雄ネジと螺合する雌ネジを内周面に設け、前記ナット状頭部材の下面が前記段付きネジ部の下面より突出しないと共に該ナット状頭部材の上面が段付きネジ部の上面から突出した位置で、該ナット状頭部材と段付きネジ部を加締めて仮固着し、ナットと不良固着した際に前記仮固着が解除されて前記ナット状頭部材が下降できる構成としている。【選択図】図４

Description

本発明はボルトおよび該ボルトの締結方法に関し、特に、車両に配索される電線端末に接続したボルト締め端子をボルトとナットとで相手方部品に締結固定する場合に好適に用いられるものである。

前記電線端末に接続するボルト締め端子としてアース端子が汎用されており、該アース端子に限らず、車両部品および一般部品においても、被締結部品に設けられたボルト穴にボルト軸部を通してナットと螺合し、ボルト頭部とナットの間で被締結部品を締結固定している場合が多い。

この種のボルトとナットを用いて部品を被締結部品に締結固定する場合、ボルトの斜め挿入により「斜め締め」が発生し、或いはボルト・ナットの表面塗膜が締結時に除去されず「塗膜除去不良」が発生してボルトとナットとの間に固着が発生すると、被締結部品をボルト頭部の下面で押圧する正規の着座位置にボルトを位置させることが出来ない着座不良が発生し、所定の締結力で締結出来ない。
前記「塗膜除去不良」の対策としてタッピングボルト（塗膜除去ボルト）を用い、また、前記「斜め締め」対策として斜め挿入を防止するガイドを先端に設けたボルトを用いる場合がある。

しかしながら、前記タッピングボルト、ガイド付きボルトを用いても、固着不良率がゼロにはならない場合が多い。また、一般的にボルトの締結完了はトルク管理しており、ボルトがナットに斜め締めで固着された場合にも、予め設定されたトルク値に達するとボルトのネジ締めが完了する。しかしながら、ボルト頭部が被締結部品に着座されていないため、被締結部品に締結力がかからない状態となる。被締結部品が前記電線端末に接続したアース端子のボルト締め端子であると、ボルトとアース端子の間の電気的導通が不安定になり、電気回路が形成されず、電気システムの作動不良につながる。この作動不良の発生を防止するため、バックアップ締結やバックアップ回路からなる２重系統のバックアップシステムを設けて不良発生の確率を下げることが行われており、締結数や部材も２重に必要となり、部品点数、締結作業が２倍となり、コストおよび作業手数がかかる問題がある。

なお、従来、ボルトとナットとによる締結機構に関しては、特許第４３６１３３５号公報（特許文献１）において、負荷するトルクを第１所定トルクと、第１所定トルクより大きな第２所定トルクとに設定できるボルト螺入制限手段を備えたボルトナット機構が提供されている。
しかしながら、特許文献１のボルトナット機構は、ナットと螺合するボルトが正規の着座位置に達しない前に、前記斜め締めや塗膜除去不良でナットと固着する前記問題を解消できる機能はなく、かつ、該機能を有するボルトは提供されていない。

特許第４３６１３３５号公報

前記のように、「斜め締め」や「塗膜除去不良」等が原因でボルトが正規の着座位置に達する前にナットと固着した場合の対策として、バックアップ締結やバックアップ回路を設けると、コストおよび作業手数がかかる問題がある。

よって、本発明では、ボルト締結時に前記「斜め締め」や「塗膜除去不良」等による固着が発生しても、安定して所定の締結力を得られるようにし、バックアップ機構を廃止できるボルトおよびボルトの締結方法を提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、
ボルト頭部を分割して、ネジ軸の一端に外径を大とした段付きネジ部を設ける一方、該段付きネジ部に外嵌するナット状頭部材を設け、
前記ネジ軸の段付きネジ部は外周面に雄ネジを設けていると共に先端面中央に開口した解除治具用穴を設け、前記ナット状頭部材は前記段付きネジ部の雄ネジと螺合する雌ネジを内周面に設け、
前記ナット状頭部材の下面が前記段付きネジ部の下面より突出しないと共に該ナット状頭部材の上面が段付きネジ部の上面から突出した位置で、該ナット状頭部材と段付きネジ部を加締めて仮固着し、前記ネジ軸がナットと不良固着した際に前記仮固着が解除されて前記ナット状頭部材が下降できる構成としていることを特徴とするボルトを提供している。

前記ネジ軸の段付きネジ部の長さより前記ナット状頭部材の長さを大とし、該段付きネジ部の下面とナット状頭部材の下面を同一の位置とした状態で前記仮固着して、段付きネジ部の上面よりナット状頭部材の上面を突出させ、該ナット状頭部材の中央穴の底面に前記段付きネジ部の前記離脱用治具穴が開口した構成としている。

前記ナット状頭部材の内周面の雌ネジと前記段付きネジ部の外周面の雄ネジとは螺合状態で加締めて前記仮固着しており、
前記仮固着の加締め力（仮固着力Ａ）は、前記ネジ軸を被締結部品のボルト穴を通してナットに螺合する際に電動のネジ締め治具で負荷する回転駆動トルク（Ｂ）より大きくすると共に、着座位置に達して被締結部品を所定のトルクで締結した時に前記ネジ締め治具の駆動を停止する設定停止トルク（Ｃ）より小さく設定している。即ち、（Ｂ）＜（Ａ）＜（Ｃ）としている。

前記ネジ軸の段付きネジ部と前記ナット状頭部材との仮固着力（Ａ）を前記（Ｂ）＜（Ａ）＜（Ｃ）の設定とすることで、ネジ軸が着座位置に達する前に、ナットに斜め締め等で固着されてボルトが移動停止となるとネジ締め治具の回転駆動力が仮固着力（Ａ）より大となって仮固着を解除し、ナット状頭部材を回転して前記ネジ軸の段付きネジ部と螺合してナット状頭部材を単独で下降し、ナット状頭部材の下面を被締結部品に着座させ、この状態で設定停止トルク（Ｃ）となってネジ締め治具が停止する。これにより、着座不良を解消して、被締結部品を所定のトルクで締結することができる。

前記ネジ軸とナット状頭部材の仮固着は、例えば、ネジ軸の雄ネジとナット状頭部材の雌ネジの螺合部の直径方向で対向する２カ所を外嵌するポンチで加締めて形成し、該加締める力を調整して前記仮固着力（Ａ）を所要値に調整している。

本発明のボルトにより締結する被締結部品は、電線端末に接続するボルト締め端子を含めた車両部品が好ましい。これは、ボルト締め端子等からなる被締結部品に対して、本発明のボルトの前記ネジ軸の段付きネジ部および／または前記ナット状頭部材の下面を当接させて締結することで、設定した締結トルクを被締結部品に負荷して強固に締結することができる。よって、被締結部品がボルト締め端子からなるアース端子の場合、電気回路を確実にアース接続でき、バックアップシステムを設ける必要はなく、コスト低下及び作業手数の簡素化を図ることができる。

更に、本発明は前記ボルトを用いた締結方法を提供しており、該締結方法は被締結部品を挟んで前記ボルトのネジ軸をナットに螺合し、前記ネジ軸がナットに不良固着されると、電動のネジ締め治具の回転駆動力が前記ナット状頭部材と段付きネジ部との仮固着力より大となって仮固着を解除し、ナット状頭部材を回転して前記ネジ軸の段付きネジ部と螺合してナット状頭部材が単独で下降し、ナット状頭部材の下面を前記被締結部品に着座させて前記被締結部品を締結固定するボルトの締結方法からなる。

前記のように、本発明に係わるボルトは、ネジ軸の頭部側に大径とした段付きネジ部を設けると共に、該段付きネジ部にナット状頭部材を螺合した後に仮固着して一体化しているため、ネジ軸を被締結部品を挟んでナットに螺合して締結する際に、着座位置に達する前に不良固着すると、段付きネジ部とナット状頭部材との仮固着を解除して、ナット状頭部材を単独で着座位置に下降させて被締結部品を所要トルクで締結することができる。よって、ボルト締結の際に不良固着により生じる着座不良を解消し、安定した締結力を確保することができる。

このように、本発明のボルトは着座不良の発生を防止する構造としているため、ワイヤハーネスに接続したアース端子等の電気部品をボルト締結する場合、該アース端子を含めた電気部品とボルトとの電気接続信頼性を安定して確保できる。よって、締結部をダブルにしたり、回路をダブルにするバックアップ構成を採用する必要がなく、部品コストおよび作業コストの低下を図ることができる。

本発明の第１実施形態のボルトの分解図であって、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）はナット状頭部材の側面図、（Ｃ）はナット状頭部材の正面図、（Ｄ）はネジ軸の断面図である。 前記ボルトのネジ軸とナット状頭部材とを結合した状態を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は断面図、（Ｄ）は要部拡大断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）はボルトの締結工程を示す図面である。 （Ａ）〜（Ｃ）はボルトが着座前にナットと不良固着した場合のボルトの締結工程を示す図面である。 第２実施形態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４に第１実施形態を示す。
ボルト１は、汎用されているボルトを頭部で分割した２部材からなり、頭部側に外径を大とした段付きネジ部２ａを設けたネジ軸２と、該段付きネジ部２ａに外嵌するナット状頭部材３とから構成している。

前記ネジ軸２は同一径の円柱の外周面に雄ネジ２ｂを設けると共に、該雄ネジ２ｂは段付きネジ部２ａと反対側の先端側には設けずに平滑な外周面としたガイド部２ｃを設け、かつ、ガイド部２ｃの先端に小径部２ｄを突設している。

前記段付きネジ部２ａはネジ軸２の外周面より段状に突出させ、該段付きネジ部２ａの長さＬ２は汎用されているボルト頭部と同等な高さとし、２〜３ｍｍ程度としている。該段付きネジ部２ａは円筒形状とし、外周面に雄ネジ２ｅを設けていると共に、内周面を多角形状とした解除治具穴２ｈとし、該解除治具穴２ｈをネジ軸２の先端面中央に開口している。本実施形態では６角穴の解除治具穴２ｈとし、図３（Ｃ）に示す断面６角形状の解除棒２０を挿入してネジ軸２を解除方向に回転できるようにしている。

前記ナット状頭部材３は、外周面３ａを６角形とすると共に、内周面を円周面とし、該内周面に段付きネジ部２ａの雄ネジ２ｅと螺合する雌ネジ３ｂを設けている。

前記ナット状頭部材３とネジ軸２とは、初期結合位置は、図２に示すように、ナット状頭部材３の下面３ｕと段付きネジ部２ａの下面２ｕとを同一高さとし、ナット状頭部材３の上面３ｓを段付きネジ部２ａの上面２ｓより突出させ、ナット状頭部材３の内周で囲まれた底面に段付きネジ部２ａの解除治具穴２ｈが開口している状態としていて仮固着している。

前記仮固着はナット状頭部材３の雌ネジ３ｂと段付きネジ部２ａの雄ネジ２ｅを螺合して下面３ｕと２ｕを同一高さとした位置で、ポンチで直径方向に対向する２箇所Ｐ１、Ｐ２で加締めて固着し、仮固着部６Ａ、６Ｂを設けている。

仮固着部６Ａ、６Ｂの加締め力（仮固着力Ａ）は、ボルト１を図３（Ｂ）（Ｃ）に示すナット３８に螺合する際に、電動のネジ締め治具（ソケットレンチ）２５で負荷する回転駆動トルク（Ｂ）より大きくしている。具体的には、図３（Ａ）に示す電線３３の端末に圧着した被締結部品のアース端子３０を車両の車体パネル３５に設置し、アース端子３０のボルト穴３１および車体パネル３５のボルト穴３６を連通してボルト１のネジ軸２を通し、車体パネル３５の下面に溶接しているナット３８と螺合する際に、電動のネジ締め治具（ソケットレンチ）２５で負荷する回転駆動トルク（Ｂ）より大きくしている。これにより、ナット状頭部材３の外周面をネジ締め治具２５で外嵌して電動回転させる際に、ナット状頭部材３とネジ軸２とが一体で回転されるようにしている。

また、アース端子３０の上面にボルト１の段付きネジ部２ａの下面２ｕおよび／またはナット状頭部材３の下面３ｕが押し当てられる着座位置に達し、アース端子３０を所定の締結力で締結した時にネジ締め治具２５に負荷されるトルクを設定停止トルク（Ｃ）としている。
前記設定停止トルク（Ｃ）は、ネジ軸２の雄ネジ２ｂがナット３８のネジ穴３８ａの内周面の雌ネジに「斜め締め」または「塗膜除去不良」で固着し、ネジ軸２が停止する際にネジ締め治具２５に負荷されるトルクより大きくしている。前記「斜め締め」等の不良固着が生じると、ネジ締め治具２５の回転駆動トルクが仮固着力（Ａ）より大となって、ナット状頭部材３と段付きネジ部２ａとの仮固着を解いて、ナット状頭部材３のみを単独で回転させるようにしている。即ち、ナット状頭部材３と段付きネジ部２ａの仮固着力（Ａ）は、（Ｂ）＜（Ａ）＜（Ｃ）としている。

前記のように、ナット状頭部材３とネジ軸２の段付きネジ部２ａとを螺合した後に仮固着して一体としたボルト１を用いて、本実施形態では、前記のようにアース端子３０を車体パネル３５に固定してアース接続している。

前記ボルト１とナット３８とでアース端子３０と車体パネル３５とを挟みこんで固定するボルト締め作業時、ボルト１のネジ軸２がナット３８のネジ穴３８ａに同軸で真っすぐに挿入されると、図３（Ｃ）に示すように、アース端子３０の上面の着座位置に、ボルト１の段付きネジ部２ａの下面２ｕとナット状頭部材３の下面３ｕの両方が押し当てられる。この状態でボルト締め治具２５に設定停止トルク（Ｃ）が加えられるとボルト締め治具２５は停止し、ボルト１とナット３８とで、アース端子３０と車体パネル３５とからなる被締結部品の締結が完了する。

一方、図４（Ａ）に示すように、ボルト締め作業時に、ボルト１の段付きネジ部２ａの下面２ｕとナット状頭部材３の下面３ｕとがアース端子３０の上面の着座位置に達しない前に、斜め挿入されたボルト１のネジ軸２の雄ネジ２ｂとナット３８の雌ネジ３８ａとが「斜め締め」で固着Ｘが生じる場合がある。この時、ネジ締め治具２５には設定停止トルク（Ｃ）は未だ負荷されていないため、ナット状頭部材３に強い回転駆動力が負荷される。これにより、ナット状頭部材３の雌ネジ３ａと段付きネジ部２ａの雄ネジ２ｅとの仮固着部６Ａ、６Ｂの固着が解除される。その結果、ネジ締め治具２５の回転駆動力により、ナット３８と固着したネジ軸２は停止した状態で、ナット状頭部材３が単独で回転し、該ナット状頭部材３の雌ネジ３ａが段付きネジ部２ａの雄ネジ２ｅと螺合して、ナット状頭部材３のみが下降する。

図４（Ｂ）に示すように、ナット状頭部材３が下降して、下面３ｕがアース端子３０の上面に接する着座位置に達し、設定停止トルク（Ｃ）に達するとネジ締め治具２５が停止し、ボルト１によりアース端子３０と車体パネル３５とからなる被締結部品が所定の締結力で締結されることとなる。
なお、ボルト１の「斜め締め」による着座前の固着にかぎらず、「塗膜除去不良」などでナット３８と固着する場合も前記と同様に仮固着が解除されてナット状頭部材３のみがネジ締め治具２５で回転駆動されてアース端子の上面に着座させて締結固定できる。

着座前に前記「斜め締め」等の不良固着Ｘが発生した箇所が、図４（Ｃ）に示すように、ネジ軸２をナット３８にネジ締めした直後に、ネジ軸２の下部で発生する場合がある。
この場合も、ナット状頭部材３と段付きネジ部２ａの仮固着部６Ａ、６Ｂが解除され、ナット状頭部材３のみが単独で下降する。該ナット状頭部材３の下面３ｕがアース端子３０の上面に当接する位置に達した時、ナット状頭部材３が段付きネジ部２ａを通りすぎて、ナット状頭部材３の上面３ｓが段付きネジ部２ａの下面２ｕより更に下方に位置する場合がある。この場合、ナット状頭部材３が着座しても設定停止トルク（Ｃ）にいつまでも達しないため、締結異常として検出される。

また、ボルト１をナット３８と締結してアース端子３０および車体パネル３５を締結した後、締結を解除する必要が生じた場合、図３（Ｃ）に示すように、ナット状頭部材３の中央底面にネジ軸２の段付きネジ部２ａに設けた解除治具穴２ｈに離脱用治具の解除棒２０を挿入する。離脱用治具穴２ｈの内周面および解除棒２０の外周面を互いに嵌合する多角形としているため、解除棒２０を回転させることでネジ軸２を回転させて、ナット３８との螺合を解消して締結を解くことができる。

前記のように、本発明に係わるボルト１はネジ軸２の頭部側に大径とした段付きネジ部２ａを設けると共に、該段付きネジ部２ａにナット状頭部材３を螺合した後に仮固着して取り付けているため、ネジ軸２とナット３８とをアース端子等の被締結部品を挟んで締結する際に、着座位置に達する前に不良固着すると、段付きネジ部２ａとナット状頭部材３との仮固着を解除して、ナット状頭部材３を着座位置に下降させて被締結部品を所要トルクで締結することができる。
よって、アース端子３０と車体パネル３５の電気接続信頼性を安定して確保できるため、締結部をダブルにしたり、回路をダブルにするバックアップ構成を採用する必要がなく、部品コストおよび作業コストの低下を図ることができる。

図５に第２実施形態を示す。
第２実施形態のボルト１−Ｂでは、ナット状頭部材３の長さＬ１をネジ軸２の段付きネジ部２ａを除いた長さＬ３と同等としている。よって、段付きネジ部２ａの長さＬ２の３倍以上の長さとしている。

ナット状頭部材３の長さＬ１を前記のように長くすると、ネジ軸２の雄ネジ２ｂとナット３８の雌ネジとの不良固着がネジ軸２の挿入直後の下部で発生した場合、図４と同様に、ナット状頭部材３が段付きネジ部２ａとの仮固着を解除して単独で下降する。
該ナット状頭部材３の単独下降長さが大であっても、段付きネジ部２ａから外れることはなく、ナット状頭部材３の下面３ｕがアース端子３０の上面に着座した状態で所定の回転停止トルクが得られて、所定の締結力でアース端子３０を車体パネル３５と締結することができる。

本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を越えない範囲で種々の変形が可能である。例えば、大型ボルトの場合は、ナット状頭部材と段付きネジ部との仮固着部を９０度間隔をあけた４カ所に設けてもよい。段付きネジ部に設ける離脱用治具穴は楕円や長円等の非円形でもよい。

１ ボルト
２ ネジ軸
２ａ 段付きネジ部
２ｂ、２ｅ 雄ネジ
２ｈ 離脱用治具穴
３ ナット状頭部材
３ａ 雌ネジ
６Ａ、６Ｂ 仮固着部
２５ ネジ締め治具
３０ アース端子
３５ 車体パネル
３８ ナット

Claims (5)

1. ボルト頭部を分割して、ネジ軸の一端に外径を大とした段付きネジ部を設ける一方、該段付きネジ部に外嵌するナット状頭部材を設け、
   前記ネジ軸の段付きネジ部は外周面に雄ネジを設けていると共に先端面中央に開口した解除治具用穴を設け、前記ナット状頭部材は前記段付きネジ部の雄ネジと螺合する雌ネジを内周面に設け、
   前記ナット状頭部材の下面が前記段付きネジ部の下面より突出しないと共に該ナット状頭部材の上面が段付きネジ部の上面から突出した位置で、該ナット状頭部材と段付きネジ部を加締めて仮固着し、前記ネジ軸がナットと不良固着した際に前記仮固着が解除されて前記ナット状頭部材が下降できる構成としていることを特徴とするボルト。
2. 前記ネジ軸の段付きネジ部の長さより前記ナット状頭部材の長さを大とし、該段付きネジ部の下面とナット状頭部材の下面を同一の位置とした状態で前記仮固着をして、段付きネジ部の上面よりナット状頭部材の上面を突出させ、該ナット状頭部材の中央穴の底面に前記段付きネジ部の前記解除治具用穴を開口させている請求項１に記載のボルト。
3. 前記ナット状頭部材の内周面の雌ネジと前記段付きネジ部の外周面の雄ネジとは螺合状態で加締めて前記仮固着をしており、
   前記仮固着の加締め力（仮固着力Ａ）は、前記ネジ軸を被締結部品のボルト穴を通してナットに螺合する際に電動のネジ締め治具で負荷する回転駆動トルク（Ｂ）より大きくすると共に、着座位置に達して被締結部品を所定のトルクで締結した時に前記ネジ締め治具の駆動を停止する設定停止トルク（Ｃ）より小さく設定している請求項１または請求項２に記載のボルト。
4. 前記被締結部品は車両に配線する電線端末に接続するボルト締め端子を含めた車両部品である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のボルト。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のボルトを用い、被締結部品を挟んで前記ボルトのネジ軸をナットに螺合し、前記ネジ軸がナットに不良固着されると、電動のネジ締め治具の回転駆動力が前記ナット状頭部材と段付きネジ部との仮固着力より大となって仮固着を解除し、ナット状頭部材を回転して前記ネジ軸の段付きネジ部と螺合してナット状頭部材が単独で下降し、ナット状頭部材の下面を前記被締結部品に着座させて前記被締結部品を締結固定するボルトの締結方法。

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