JP2020020367A - ブラインドボルト - Google Patents

Abstract

【課題】締結後に振動などにより緩み、ボルトが脱落することがない片側施工用のブラインドボルトを提供する。【解決手段】ボルト部とナット部とを組み立てることにより構成されるブラインドボルトであって、前記ナット部は、前記ボルト部により塑性加工で雌ねじを成形することが可能な内径を有する雌ねじ成形部と、前記雌ねじ成形部に隣接する中空の管状部とを有し、前記ボルト部は、雌ねじ塑性加工部と、前記雌ねじ塑性加工部から延びた先端部とを有し、前記ボルト部が、前記ナット部に挿入されて前記雌ねじ成形部において塑性変形により前記ナット部と勘合する勘合状態を形成するようになっており、前記勘合状態において、前記先端部は前記雌ねじ成形部の外に出ていて、前記雌ねじ成形部の内径は、前記先端部の外径より小さくなっている、ブラインドボルトにより、上記課題を解決する。【選択図】図６

Description

本発明は、ブラインドボルトに関する。特に、ボルト部材とナット部材とを組み立てることにより構成されるブラインドボルトに関する。

従来、ボルトとナットを組み合わせ、ボルトをナットにねじ込むことによって、ナットの一部を座屈させてバルブ形状に塑性変形させる片側施工用ボルトが存在する。
特許文献１は、ナットの一部を座屈させてバルブ形状に塑性変形させることに関するものであるが、ボルトがMねじのため、締結後に振動などにより緩み、しまいにはボルトが脱落する可能性があった。
緩み止め機能を有するナットで緩み防止効果を狙った製品もあるが、その場合、部品点数が増えてしまう。
また、特許文献２は、ねじ切り用ネジであるボルトをブラインドリベットであるナットに勘合させて、ナットの一部を座屈させてバルブ形状に塑性変形させることに関するものであるが、たとえ緩み防止機能があったとしてもボルトが絶対に脱落しないという保障はできない。

特開平２−１５８４６３号公報 特開平４‐３０２７０６号公報

したがって、締結後に振動などにより緩み、ボルトが脱落することがない緩み防止機能と脱落防止機能を併せ持った片側施工用のブラインドボルトを提供することが望ましい。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、以下のような特徴を有するものである。すなわち、本発明の１つの特徴によれば、ボルト部とナット部とを組み立てることにより構成されるブラインドボルトであって、前記ボルト部は、雌ねじ塑性加工部と、前記雌ねじ塑性加工部から延びた先端部とを有し、前記ナット部は、前記ボルト部の前記雌ねじ塑性加工部の螺入による塑性加工で雌ねじが成形される中空の雌ねじ成形部と、前記雌ねじ成形部に隣接する中空の管状部と、前記管状部に隣接し前記雌ねじ成形部とは反対側に形成された開口付きのフランジとを有し、前記ボルト部の前記雌ねじ塑性加工部が、前記ナット部の前記雌ねじ成形部に螺入され、前記ボルト部と前記ナット部とが勘合した勘合状態が形成されるようになっており、前記勘合状態において、前記先端部は前記雌ねじ成形部の外に出ていて、前記雌ねじ成形部の内径は、前記先端部の外径より小さくなっている、ブラインドボルトが提供される。

本発明において、前記ナット部の前記雌ねじ成形部の雌ねじが成形される前の内径は、前記ボルト部の前記先端部の外径より大きくなるように構成することができる。

本発明において、前記管状部の内径は、前記雌ねじ成形部の内径より大きく形成されており、前記管状部は、前記雌ねじ成形部より肉厚を薄くすることができる。

本発明において、前記ナット部は、前記ボルト部より軟質の材料であり、塑性加工で雌ねじを成形することができる。

本発明において、前記管状部は、前記フランジに隣接する円筒形のストレート部と、前記ストレート部から前記雌ねじ成形部に向かって次第に細くなるテーパ部とを有し、前記ストレート部と、前記テーパ部とは、同じ肉厚とすることもできる。なお、前記管状部は、前記ストレート部のみからなるように構成し、テーパ部はなくてもよい。

本発明において、前記勘合状態において、前記ボルト部の頭部が前記ナット部の前記フランジに当接するように構成することができる。

本発明において、前記勘合状態から更にボルト部を螺合した状態において、前記管状部の一部を拡径するように塑性変形して出来た拡径部と前記フランジとの間に被取付部材と取付部材とを挟持して取り付けるように構成することができる。

また、本発明の別の特徴によれば、ボルト部とナット部とを組み立てることにより構成されるブラインドボルトによる取付部材を被取付部材に取り付ける方法であって、
前記ボルト部は、頭部と、前記頭部から延びた雌ねじ塑性加工部と、前記雌ねじ塑性加工部から延びた先端部とを有し、
前記ナット部は、前記ボルト部の前記雌ねじ塑性加工部の螺入による塑性加工で雌ねじが成形される中空の雌ねじ成形部と、前記雌ねじ成形部に隣接する中空の管状部と、前記管状部に隣接し前記雌ねじ成形部とは反対側に形成された開口付きのフランジとを有し、
前記方法は、
前記ボルト部を前記ナット部に前記フランジ側から前記ボルト部の前記頭部が前記ナット部の前記フランジに当接するまで螺入して、前記ボルト部の前記雌ねじ塑性加工部が前記ナット部の前記雌ねじ成形部に塑性加工により雌ねじを成形し、前記ボルト部と前記ナット部とが勘合する勘合状態を形成するステップを有し、
前記勘合状態において、前記雌ねじ成形部の内径は、前記先端部の外径より小さくなっており、
前記取付部材の取付孔を前記被取付部材の取付孔の位置に合わせて重ね、前記取付部材の取付孔と前記被取付部材の取付孔に前記ブラインドボルトを前記先端部から前記フランジが当接するまで挿入するステップを有し、
前記勘合状態から更にボルト部を螺合させることにより、前記管状部の一部を拡径するように塑性変形させ、変形した拡径部と前記フランジとの間に被取付部材と取付部材を把持して被取付部材を取付部材に取付けるステップを有する
方法が提供される。

本発明は、前記勘合状態において、前記ボルト部の頭部が前記ナット部の前記フランジに当接しており、
前記取付けるステップは、前記ボルト部の前記雌ねじ塑性加工部が前記ナット部の前記雌ねじ成形部を更にねじを締める方向に回転させることにより、前記管状部の一部を拡径させるように構成することもできる。

本発明によれば、締結後に振動などにより緩み、ボルトが脱落することがない緩み防止機能と脱落防止機能を併せ持った片側施工用のブラインドボルトを提供することができる。

本発明の第１の実施形態によるブラインドボルトの正面図である。 図１のボルト部の正面図である。 図１のナット部の正面図である。 図１のブラインドボルトの左側面図である。 図１のブラインドボルトの右側面図である。 図４のブラインドボルトのＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図２のボルト部を図３のナット部に挿入する様子を示した断面図である。 ボルトの種類として、フォーミングスクリューとMねじを採用した場合それぞれについて、ナットに対する緩みの程度を評価した結果を示している。 図７の評価「ISO 16130（b）」について説明したものである。 図１のブラインドボルトを取付孔にセットし、被取付部材に取付部材を締結した状態の断面図である。

[ブラインドボルトの概要]
図１は、本発明の一実施形態によるブラインドボルト２０の正面図である。図２は、図１のブラインドボルト２０のうちのボルト部１０の正面図である。図３は、図１のブラインドボルト２０のうちのナット部１１の正面図である。

図１のブラインドボルト２０は、図２のボルト部１０が図３のナット部１１に挿入された状態を示すものであり、一実施形態では、このようにボルト部１０とナット部１１とを組み立てたブラインドボルト２０で被取付部材は取付部材に取り付けされる。

図４は、図１のブラインドボルト２０の左側面図である。図５は、図１のブラインドボルトの右側面図である。図６は、図４のブラインドボルト２０のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
図７は、ボルト部１０をナット部１１に挿入する様子を示した図である。ボルト部１０とナット部１１を組み立てることにより、図１の本発明の一実施形態によるブラインドボルト２０となる。

ブラインドボルト２０は、ボルト部１０とナット部１１とからなり、全体として中心軸の周りに軸対称で円筒形である。
ボルト部１０は、塑性加工で雌ねじを成形する雄ねじ（フォーミングスクリュー）であり、ボルト部１０とナット部１１は、ナット部１１がボルト部１０により塑性加工されることにより勘合するように構成されている。この点、ナット部１１は、一端部に中空の雌ねじ成形部３０を有する。雌ねじ成形部３０は、ボルト部１０が挿入されていない状態では、その内面が一定の径を有する円筒形となっている。雌ねじ成形部３０のねじ成形は、ボルト部１０がナット部分１１の雌ねじ成形部３０の内面を塑性加工することにより生じる。

ナット部１１は、雌ねじ成形部３０に隣接して、中空の管状部２１を有する。管状部２１は、雌ねじ成形部３０に隣接するテーパ部２２と、テーパ部２２に隣接する円筒形のストレート部２３とからなる。テーパ部２２は、雌ねじ成形部３０より薄い一定の肉厚で、ナットのフランジ側へ向かうに従って徐々に外径と内径が大きくなる。テーパ部２２に隣接するストレート部２３は、テーパ部２２と同じ一定の肉厚で、円筒形である。
このように、テーパ部２２とストレート部２３とは同じ肉厚であることが好ましい。なお、管状部２１は、ストレート部２３のみからなるように構成し、テーパ部２２はなくてもよいが、上述の通りテーパ部２２とストレート部２３を構成すると、後述するように、ストレート部２３の部分が被取付部材に取り付けられる際に、テーパ部２２とストレート部２３との境界部の上下で同じように拡径するようになる。
ナット部１１は、ストレート部２３に隣接して雌ねじ成形部３０の反対側にフランジ２４を有する。フランジ２４の外径は、ストレート部２３の外径より大きく、取付部材の取付孔の内径より大きい。

ナット部１１は、フランジ２４側の端部から雌ねじ成形部３０側の端部まで貫通孔２６が形成されている。フランジ２４側の端部からストレート部２３まで貫通孔２６の内径は一定であり、テーパ部２２では雌ねじ成形部３０に向かって内径が徐々に小さくなる。雌ねじ成形部３０は内径が更に小さく一定となっている。ストレート部２３の外径は一定で、テーパ部２２の外径は雌ねじ成形部３０に向かって徐々に小さくなる。

ナット部１１は、管状部２１を座屈させ拡径して締結するので、塑性変形可能な比較的柔らかな金属で形成される。ナット部１１は、ボルト部１０より軟質の材料で形成され得る。

ボルト部１０は、先端部４０と、先端部４０に隣接するテーパ状雌ねじ塑性加工部５０と、テーパ状雌ねじ塑性加工部５０に対して先端部４０の反対側に隣接するストレート雌ねじ塑性加工部５２と、頭部５４を有している。先端部４０は、後述するように、ボルト部１０がナット部１１から脱落するのを防止するための機構である。先端部４０は、ナット部１１の勘合前の雌ねじ成形部３０の内径への挿入後に、ボルト部１０の螺入による塑性加工でねじ成形を開始するまでにボルト１０の姿勢を維持する案内機能を有している。先端部４０は、ボルト１０がナット部１１の勘合前の雌ねじ成形部３０の内径への挿入を容易にするため、また、取付部材の取付孔への挿入を容易にするため、望ましくはテーパ形状部４１を有している。テーパ形状部４１を有することにより、ボルト部１０の先端部４０がナット部１１の勘合前の雌ねじ成形部３０の内径への挿入に際して多少傾斜した状態で行われたとしても、先端部４０の案内を容易にするという効果がある。先端部４０は、テーパ形状部４１の代わりに半球形状とし、先端部４０のナット部１１への挿入をスムーズにするように構成してもよい。テーパ状雌ねじ塑性加工部５０は、先端部４０から離れる方向に雄ねじ外径が徐々に大きくなるように構成されており、ストレート雌ねじ塑性加工部５２との境界においてストレート雌ねじ塑性加工部５２の雄ねじ外径と同じ外径となるように構成されている。テーパ状雌ねじ塑性加工部５０をこのような構成とすることにより、ストレート雌ねじ塑性加工部５２によるねじ成形への誘導をスムーズにするようになっている。頭部５４の外径は、ナット部１１のフランジ２４の内径より大きく形成されており、また、頭部５４の形状は、六角頭でもキャップヘッドでもボタンヘッドでも良い。

[ボルト部１０のナット部１１からの脱落防止機構]
先端部４０の最大径は、雌ねじ成形部３０が成形される前の内径より小さくなっており、先端部４０は、雌ねじ成形部３０に挿入することができる。先端部４０が雌ねじ成形部３０に挿入された後、テーパ状雌ねじ塑性加工部５０が雌ねじ成形部３０に挿入され始めると、テーパ状雌ねじ塑性加工部５０は、徐々に、雌ねじ成形部３０の内径を螺入による塑性加工でねじ成形しながら進む。テーパ状雌ねじ塑性加工部５０は、テーパ状になっているため、ねじ成形がスムーズに進むようになっている。その後、ストレート雌ねじ塑性加工部５２が、徐々に、雌ねじ成形部３０の内径を螺入による塑性加工でねじ成形しながら進み、ストレート雌ねじ塑性加工部５２が雌ねじ成形部３０のねじ成形された雌ねじの内径に勘合し、ボルト部１０の頭部５４がナット部１１のフランジ２４に当接した状態となるとボルト部１０とナット部１１が完全に結合され勘合状態となる。

ストレート雌ねじ塑性加工部５２が雌ねじ成形部３０の内径に勘合した状態では、雌ねじ成形部３０の内側表面は、ねじ成形により成形された内径（山の径）を有することになる。雌ねじ成形部３０のねじ成形後のこの内径は、勘合前のねじ成形されていない状態の雌ねじ成形部３０の内径より小さくなっている。ここで、本発明は、先端部４０の最大径は、勘合前後の雌ねじ成形部３０の内径と以下の関係を利用するものである。

勘合前の雌ねじ成形部３０の内径＞先端部４０の最大径＞雌ねじ成形部３０のねじ成形後の内径

すなわち、上記の関係により、ストレート雌ねじ塑性加工部５２が雌ねじ成形部３０の内径に勘合した後は、先端部４０は、雌ねじ成形部３０を抜け出て雌ねじ成形部３０の外側に出ており、仮に、その勘合部分が緩んできたとしても、先端部４０の最大径が、雌ねじ成形部３０の内径に引っかかることになり、ボルト部１０がナット部１１から脱落することはない。

このように、本発明では、ボルト部１０がナット部１１に対して緩みにくくするために、ボルト部１０として塑性加工で雌ねじを成形する雄ねじであるフォーミングスクリューを用いている。そして、更に、仮にボルト１０が緩んだとしても、ねじ成形後には、ボルト部１０がナット部１１から脱落しない構成となっている。

この点、ボルト部１０を被取付部材に対して直接的にねじ成形する構成も考えられるが、このような構成は、被取付部材が薄い場合や硬度の高い場合には利用することは難しい。本発明では、その点を考慮して、ボルト部１０を塑性変形可能な比較的柔らかな金属であるナット部１１に勘合することによりボルトとナットを一体化して、ボルトのナットからの脱落防止を確実にした状態で、後述の通り、取付部材を被取付部材に取り付けるように構成したことに１つの特徴を有する。

[緩み防止効果の評価テスト]
図８は、ボルトの種類として、フォーミングスクリューとMねじを採用した場合それぞれについて、ナットに対する緩みの程度を評価した結果を示したものである。
図９は、図８の評価法「ISO 16130（b）」について説明したものである。図８の振動試験後の残留軸力（F／FM%）について、Fは残留軸力を示しており、また、FMは初期負荷軸力を示しており、相対的軸力消失率（Y％）について、Y=(FM-F)*100である。

本発明は、ボルトとナットを一体化したブラインドボルトであり、ボルトがナットから緩むことにより脱落することがないようにした点に１つの特徴を有するものであり、ボルトとしてMねじではなくフォーミングスクリューを採用することによって実現されるものである。この点、図８の右端の本評価結果により示される通り、Mねじでは、「３：セルフロック機能が乏しい」という評価である一方で、フォーミングスクリューでは、「２：許容範囲内の軸力喪失」という評価である（評価の説明については図９参照）。
したがって、フォーミングスクリューによれば、ボルトのナットに対する緩みは許容されるレベルであることになるが、フォーミングスクリューでは、「１：ロック機能良好」のレベルには達していない。
本発明によれば、フォーミングスクリューを採用した上で、更に、ボルトがナットから脱落することを防止するための構造を有しており、本発明のボルトとナットの構造は、少ない部品点数でもMねじ構造の締結よりは緩みにくく、片側施工用のブラインドボルトとしての施工性を損なわないものである。

[取付動作]
図１０を参照して、被取付部材７０に取付部材７１を締結するためにブラインドボルト２０を取付ける動作を説明する。

図１０は、板状の被取付部材７０の取付孔７２と取付部材７１の取付孔７３にブラインドボルト２０をセットし、締結した様子の断面を示している。

ブラインドボルト２０は、取付部材７１の取付孔７３に、先端部４０から挿入され、フランジ２４が取付部材７１に当接する。ボルト部１０の頭部５４を、ナット部１１のフランジ２４に当接させ、フランジ２４が回転しないように支持した状態で、ボルト部１０のストレート雌ねじ塑性加工部５２を回転させる。このとき、ボルト部１０の頭部５４は、ナット部１１のフランジ２４を図の右向きに押して支持し、ストレート雌ねじ塑性加工部５２の雌ねじ成形部３０と勘合している部分は、雌ねじ成形部３０をフランジ２４側へ引きつける。

このとき、ストレート部２３における被取付部材７０の取付孔７２ならびに取付部材７１の取付孔７３の中にある部分は、取付孔７２ならびに取付孔７３により外径を規制されるので、取付孔７２ならびに取付孔７３の内径より大きくは拡径することができない。
一方、管状部２１は、ストレート部２３とテーパ部２２の境界が変形しやすいので、ここから拡径していく。

ストレート部２３は、被取付部材７０の取付孔７２ならびに取付部材７１の取付孔７３の中にない部分が拡径する。ストレート部２３とテーパ部２２との塑性変形が進み、塑性変形した部分は拡径部８０となって、拡径部８０とフランジ２４との間に被取付部材７０と取付部材７１が挟まれて固定される。

ストレート部２３とテーパ部２２とを有するナット部１１を用いると、テーパ部２２とストレート部２３との境界部から拡径するように塑性変形する。境界部は、被取付部材の表面より先端部４０側にあるので、拡径部８０は十分大きな外径となるように拡径し、座屈浮きが生じにくい。ストレート部２３とテーパ部２２があると、拡径の開始位置が決まり、取付部材７１を被取付部材７０に確実に固定することができる。

本発明に係る片側施工用のブラインドボルトは、ボルトとナットを結合した上で取付部材を被取付部材に取り付けるものであり、薄い締結材や硬度の高い締結材、奥行のない施工に対して有用であり、また、ボルトのナットに対する脱落防止機能を併せ持つものである。

本発明に係る片側施工用のブラインドボルトは、上述の通り、ボルトをフォーミングスクリューとした上で特有の外径を有する先端部を有している。ボルトをフォーミングスクリューとしただけでは、ボルトがナットに対してなお緩んでしまうという危険性は存在するが、本発明によれば、仮にボルトがナットに対して緩んでしまったとしても、塑性加工により成形されたナットの内径によりボルトの先端部が脱落することはないようになっている。
また、ボルトの先端部により脱落防止が確実になることから、片側施工用として取付面の反対側に奥行がない場合の施工にも有効である。

以上のように、本発明に係るブラインドボルトの実施の一形態及び実施例について説明してきたが、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、これに種々の変更を加え得るものであることは容易に理解される。そして、それらが特許請求の範囲の各請求項に記載した事項、及びそれと均等な事項の範囲内にある限り、当然に本発明の技術的範囲に含まれる。上記の実施例は、対象物に対する影及び対象物が段差を有する場合に対してのものであったが、これはあくまでも一例であり、本発明がこの特定の具体例に限定されるものではない。

１０ ボルト部
１１ ナット部
２０ ブラインドボルト
２１ 管状部
２２ テーパ部
２３ ストレート部
２４ フランジ
２６ 貫通孔
３０ 雌ねじ成形部
４０ 先端部
４１ テーパ形状部
５０ テーパ状雌ねじ塑性加工部
５２ ストレート雌ねじ塑性加工部
５４ 頭部
７０ 被取付部材
７１ 取付部材
７２ 取付孔
７３ 取付孔
８０ 拡径部

Claims (8)

1. ボルト部とナット部とを組み立てることにより構成されるブラインドボルトであって、
   前記ボルト部は、雌ねじ塑性加工部と、前記雌ねじ塑性加工部から延びた先端部とを有し、
   前記ナット部は、前記ボルト部の前記雌ねじ塑性加工部の螺入による塑性加工で雌ねじが成形される中空の雌ねじ成形部と、前記雌ねじ成形部に隣接する中空の管状部と、前記管状部に隣接し前記雌ねじ成形部とは反対側に形成された開口付きのフランジとを有し、
   前記ボルト部の前記雌ねじ塑性加工部が、前記ナット部の前記雌ねじ成形部に螺入され、前記ボルト部と前記ナット部とが勘合した勘合状態が形成されるようになっており、
   前記勘合状態において、前記先端部は前記雌ねじ成形部の外に出ていて、前記雌ねじ成形部の内径は、前記先端部の外径より小さくなっている、
   ブラインドボルト。
2. 前記ナット部の前記雌ねじ成形部の雌ねじが成形される前の内径は、前記ボルト部の前記先端部の外径より大きくなっている、請求項１に記載のブラインドボルト。
3. 前記管状部の内径は、前記雌ねじ成形部の内径より大きく形成されており、前記管状部は、前記雌ねじ成形部より肉厚が薄い、請求項１又は２に記載のブラインドボルト。
4. 前記ナット部は、前記ボルト部より軟質の材料で形成されている、請求項１から３のいずれか１つに記載のブラインドボルト。
5. 前記管状部は、前記フランジに隣接する円筒形のストレート部と、前記ストレート部から前記雌ねじ成形部に向かって次第に細くなるテーパ部とを有し、前記ストレート部と、前記テーパ部とは、同じ肉厚である、請求項１から４のいずれか１つに記載のブラインドボルト。
6. 前記勘合状態において、前記ボルト部の頭部が前記ナット部の前記フランジに当接している請求項１から５のいずれか１つに記載のブラインドボルト。
7. 前記勘合状態から更に前記ボルト部を螺合した状態において、前記管状部の一部を拡径するように塑性変形して出来た拡径部と前記フランジとの間に被取付部材と取付部材とを挟持して取り付けるように構成される請求項１から６のいずれか１つに記載のブラインドボルト。
8. ボルト部とナット部とを組み立てることにより構成されるブラインドボルトによる取付部材を被取付部材に取り付ける方法であって、
   前記ボルト部は、頭部と、前記頭部から延びた雌ねじ塑性加工部と、前記雌ねじ塑性加工部から延びた先端部とを有し、
   前記ナット部は、前記ボルト部の前記雌ねじ塑性加工部の螺入による塑性加工で雌ねじが成形される中空の雌ねじ成形部と、前記雌ねじ成形部に隣接する中空の管状部と、前記管状部に隣接し前記雌ねじ成形部とは反対側に形成された開口付きのフランジとを有し、
   前記方法は、
   前記ボルト部を前記ナット部に前記フランジ側から前記ボルト部の前記頭部が前記ナット部の前記フランジに当接するまで螺入して、前記ボルト部の前記雌ねじ塑性加工部が前記ナット部の前記雌ねじ成形部に塑性加工により雌ねじを成形し、前記ボルト部と前記ナット部とが勘合する勘合状態を形成するステップを有し、
   前記勘合状態において、前記雌ねじ成形部の内径は、前記先端部の外径より小さくなっており、
   前記取付部材の取付孔を前記被取付部材の取付孔の位置に合わせて重ね、前記取付部材の取付孔と前記被取付部材の取付孔に前記ブラインドボルトを前記先端部から前記フランジが当接するまで挿入するステップを有し、
   前記勘合状態から更にボルト部を螺合させることにより、前記管状部の一部を拡径するように塑性変形させ、変形した拡径部と前記フランジとの間に被取付部材と取付部材を把持して被取付部材を取付部材に取付けるステップを有する、
   方法。

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