JP4579943B2 - 平座金圧着ボルトとその製造法 - Google Patents

Description

この発明は、自動車等の外装として用いられる樹脂製のバンパー、ウインドウモール、ヘェンダーカバー、ラジエターグリル等の部品を車体等の本体に取り付ける平座金圧着ボルトとその製造法に関する。

従来には、端子ねじの製造方法として、ねじ転造ダイスの固定側又は可動側のいずれか一方、又は両方の上面に、ダイスの山形面より一側縁が突き出するよう薄板を固設し、ねじ転造加工途上においてその薄板の側縁をねじ素材に食い込ませて形成せる凹部に隣接して突出部を形設すると同時に、その突出部の下部に螺糸部を形設する技術が特公昭４８ー１２６１９号公報（特許文献１）から知られている。

また、特開昭４８ー１０２７５６号公報（特許文献２）には、ボルトの首部にワッシャーを回転自在に組み込んだワッシャ付きボルトの製造方法が記載され、この製造方法は二枚一対の平板ダイス間に予めワッシャーを嵌めたボルトを送り込んでねじ山を転造する際に、前記一方の平板ダイス上面に平板を設け、ねじ山始端部に該平板によって環状溝を造形しつつ母材肉を上面角部に盛り上がらせて環状突起を造り出すようにしたものである。

更に、締め付けや部品の支持といった性能を維持しつつワッシャーを組み込んだボルトも提供され、実開平６−３０５２０号公報（特許文献３）から、頭部と、頭部から先方へ延びる軸部と、軸部の先端側部に形成された雄ねじ部とを有するボルトにおいて、軸部の基端近辺にワッシャーを装着し、このワッシャーの装着部より先端側の位置において、軸部の外周に軸方向への剪断加工を施すことにより軸部の外周に円周方向へ延びるつばを形成し、このつばと頭部との間に前記ワッシャーを封入したものが知られている。

さらに、圧造と簡単な転造ダイスとによってクリップ部とねじの加工を同時に通常のねじ部品と同様に行なうことができるし、部品と本体間やねじ軸部の長さが異なる各種の締結箇所に対応する長さのものを提供でき、さらに、転造ダイスに装着された塑性変形用チップ特にテーパ面による転造初期部の形状によって、被転造軸に対する押圧位置が順次上方へ移動されるので、塑性変形された母材を下方から上方へ押し出すように作用すると共に、その押圧力も順次増加されるように印加されるので、無理なくスムーズに塑性変形が行なわれてカシメ部の整形状態も安定し、強固なカシメ強度が期待できる締結具製造方法も、特公平８−３０４８８号公報（特許文献４）から、知られている。
特公昭４８ー１２６１９号公報 特開昭４８ー１０２７５６号公報 実開平６−３０５２０号公報 特公平８−３０４８８号公報

しかしながら、これら先行技術の平座金圧着ボルトとその製造方法では、次の問題点が存在する。
１）当該ねじによる締結部位は振動も多く、ゆるみに対する問題からボルト強度に相当する適性な軸力を発生させる必要がある。しかし、座金かしめ時の固着力を重視すると座金内径部分に十分な肉量を充填する必要があり、この肉量を確保するにはねじ軸部を小径方向に変形させる必要があった。本来、ねじの強度は最弱断面であるねじ部で規定されているため、かしめ軸部が小径になりすぎてねじ部の断面積を下回る値となれば、ねじはサイズと強度区分から所定の強度に耐えることはできず、かしめ軸部が先行して破損することになる。

２）当該ねじでは、上記の適性な締付け力とするために、締付け時のトルクも高いレベルに設定する必要があった。しかし、かしめ軸部の径と長さが適性値となっていないと座金内径部に十分な肉量を充填されず、締付け時に座金が分離して回転が（座金固着力不足）発生し、適性な締付けトルク範囲に制御することができない。更に、かしめる座金に関しても内径打ち抜き時のダレ量が表と裏で異なり、かしめ時に表と裏を選別して組み込むことは難しいことから、耐トルク性能はこのダレ量にも影響を受けてしまい固着強度の低いものは、頭部回転防止用のポケットに挿入する時点で回転してしまうものもある。

３）近年の軽量化ニーズによる締付け部材の高強度化により、締め込み可能な部材厚さについては今までよりもより厳しい要求があり、部材厚さが１．０や０．７での対応が必要となっている。しかしながら、従来工法では、頭部側のねじ山切り上がり部には不完全ねじ部が存在し、雌ねじとなるナットはこの部分でねじ込めなくなり、この不完全ねじ部長さを短くすることが必要であるが通常では２Ｐよりも小さく押さえることは困難であることから、Ｍ６×ｐ１．０（［メートル並目ねじの呼び径＝Ｍ６］×［ピッチ＝１．０］）のサイズでは２ｍｍ以下の厚さのものは従来工法（転造のみ）で締め込むことが不可能である。更に今回のような座金かしめ部を設けたねじではかしめ加工を行なう際の塑性変形による形状変化の影響から、かしめ部近傍となる不完全ねじ部の径が大きくなることで通常のねじよりも更にナットの締め込み可能長さが短く成り、締め込み可能部材厚さが厚くなってしまう。

この発明の目的は、これら問題点を解決して、締結部位にゆるみを生じなく、適性な締付け力を備えて、被締結物の厚みが０．７ｍｍから１．２ｍｍの範囲となるものにも対応できる平座金圧着ボルトとその製造方法を提供することである。

それ故に、先行技術の問題点を解決する対応策として次のことが考察された。
１）かしめ軸部の径について、
かしめ部の径は、ねじの軸方向引張強度に大きな影響を及ぼし、かしめ部径が小さすぎると締付けを行う際にねじの設定締付け力に達成する前にかしめ軸部が先行して破損して締付けることができないので、かしめ軸部は製品ねじ部よりも大きな破壊強度を有する必要がある。
２）かしめ軸部の長さについて、
ねじ製品での強度保証を考慮すると、かしめ軸部の最小径は制約を受けることから、座金の固着力を強化させて耐トルク特性を向上させるために座金内径部に充填させる肉量は径と長さを調整する必要がある。また、座金に関しては、内径部の抜き加工方向によるだれの発生も考慮してかしめ肉量を確保するためのかしめ部寸法を耐トルク特性と対応させることが大切である。

３）締結可能な部材厚さについて、
実際に締付けを行う被締結物の厚みは０．７ｍｍから１．２ｍｍの範囲となるものもあり、通常の不完全ねじ部が存在すると部材の締結は不可能となってしまうために、薄板を締付ける場合にはかしめ軸部を短く取り、且つ不完全ねじ部（ここ言う不完全ねじ部とはナットがねじ込めない部位をいう）にもナットが締付けられる構造でなくてはならない。 ４）座金形状について、
座金内径の形状を溝入り形状とすることにより、耐トルク特性を向上させることを見出した。

従って、この発明の課題は、頭部と、前記頭部から一体に連設された小径軸部と、前記小径軸部から一体に連設されて基端側に前記小径軸部より小径な非ねじ部を備えたねじ軸部と、前記頭部の座面から一定間隔を置いた位置で前記座面と平行状に前記小径軸部の先端側から半径方向へ突設され、前記頭部及び小径軸部と協働してクリップ部を形成する座金部とを備え、前記座金部は前記非ねじ部に嵌挿させて前記ねじ軸部のねじ山を転造する際に前記非ねじ部を塑性変形させたかしめ部によって前記小径軸部と一体に固着されている平座金ボルトにおいて、前記かしめ部径をねじ谷径よりも１．２％大きくし、かしめ部径下限を［ボルト谷径規格×１．２％］とし、かしめ部径上限を［ナット内径規格下限値−０．０５］とし、かしめ部長さ下限をワッシャ厚さの１５％とし、かしめ部長さ上限をワッシャ厚さの０．８％とするかしめ寸法と成すことよって解決される。ここでボルトとナットの規格とはＪＩＳ規格である。

また、この発明の課題は、座金形状を座金の内径穴部に複数の凹部とした溝を形成することによって解決され、耐トルクを向上させる。

さらに、この発明の課題は、請求項１に係る発明、即ち、転造時の成形工程においてかしめ部を転造の初期段階にて成形した後に再度かしめ部や不完全ねじ部にあたる部分を通常ねじ山を成形させる山形状よりも谷径が干渉することがない形状となるダイス終端部で矯正転造加工することによって解決され、締め付けを行なう被締結物の厚さ０．７ｍｍから１．２ｍｍの範囲に使用することを可能とする。

さらに、また、この発明の課題は、請求項２に係る発明、即ち、請求項１に記載の方法により製造した平座金圧着ボルトことによって解決されることもいうまでもない。

この発明によると、かしめ部径をねじ谷径よりも１．２％大きくすることによって、かしめ部強度が製品ねじ部強度を上回ることが可能となった。そして、かしめ寸法をかしめ部径下限を［ボルト谷径規格×１．２％］とし、かしめ部径上限を［前記下限値−０．０５］とし、かしめ部長さ下限をワッシャ厚さの１５％とし、かしめ部長さ上限をワッシャ厚さの０．８％とすることによって、座金のだれによる影響をうけることなく、耐トルク性能を確保することが可能となった。

また、この発明により、座金形状を座金の内径穴部に複数の凹部とした溝を形成して、耐トルクを向上させることが可能となった。

さらに、請求項１に係る発明により、転造時の成形工程においてかしめ部を転造の初期段階にて成形した後に再度かしめ部や不完全ねじ部にあたる部分を通常ねじ山を成形させる山形状よりも谷径が干渉することがない形状となるダイス部で再度転造して矯正加工することにより、ナットが干渉せずに薄板がねじ込めるようなねじ部として成形することが可能となった。それ故に、締め付けを行なう被締結物の厚さ０．７ｍｍから１．２ｍｍの範囲に使用することを可能とする。

さらにまた、請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る作用効果を奏するものもある。

この発明は、次に図面や試験結果に基づいて実施態様を詳細に説明される。

図１と図２は、この発明の平座金圧着ボルト１の構成及びその使用態様を示す正面図及び斜視図である。この平座金圧着ボルト１は、頭部２と小径軸部３及び座金部４から成るクリップ部と、軸部５とで構成され、各部はいずれも金属材で形成されている。頭部２は平座金圧着ボルト１が外装用の部品２１と一体成形された取付け板２２に嵌着された際に、取付け板の内面側にあたって回り止め機能を有するように例えば平行な両側面を備えた長円形状や正方形や長方形の角を丸めた形状をしている。

図２の使用態様をみると、頭部２には嵌合溝２３内に圧入される円柱状の小径軸部３が一体に連接されている。また、小径軸部３の一方端部には、平座金圧着ボルト１が取付け板２２に嵌着された際に、当該取付け板２２の外面側にあって、頭部２と協働して取付け板２２を挟持すると共に、車体等のボディーパネル２１の締付け座面となる円板状の座金部４が固着されている。更に、ねじ軸部５の先端には、前記ボディーパネル２１の取付け孔２４に挿入し易いよう小径の突入部６が形成されている。

平座金圧着ボルト１により取付け板２２にボディーパネル２１を取付ける場合には、取付け板２２のボルト取付け部２８内に平座金圧着ボルト１の頭部２を挿入して嵌合溝２３内に圧着ボルト１の円柱状小径軸部３を圧入させ、平座金圧着ボルト１の頭部２と座金部４の間に取付け板２２の嵌合溝２３部分が入り込み、取付け板２２に平座金圧着ボルト１を固定し（図２Ａを参照）、この取付け板２２に固定された平座金圧着ボルト１に座金２５を介してボディーパネル２１の孔２４を設置し、その孔２４から突出した平座金圧着ボルト１のねじ軸部５にナット２６を締め付けて、取付け板２２にボディーパネル２１を取付けた状態になる。

この平座金圧着ボルト１の製造に際しては、被転造軸の一方端側に突入部６を、他方端側に頭部２及び小径軸部３を各々ヘッダー加工で圧造する。この圧造品の被転造軸には、座金部４を嵌挿して小径軸部３に隣接配備させ、被転造軸の基部を転造用ダイスで塑性変形させたかしめ部８によって小径軸部３の端部に固着させると共に、被転造軸にねじ山を設けてねじ軸部５を形成させる（図１）。

図３は、この平座金圧着ボルトの転造用ダイスの斜視図であり、通常のこの種のダイスと同様にねじ軸部５の転造溝が刻設された転造面９を有する移動ダイス１０と、同じく転造溝が刻設した固定ダイス１１とを備えており、両ダイス１０、１１の上面１２、１３側にはかしめ部８を造成させるためのチップ１４、１５が挿着されている。ダイス１０、１１を用いてねじ部品を転造加工すると、チップ１４、１５で被転造軸は図１のように塑性変形され、かしめ部８によって座金部４が小径軸部３の隣接端部に固着されると共に、同時に転造面９等によってねじ軸部５が刻設され、図１に示す一体の平座金圧着ボルト１が製造される。

図４は、この転造用ダイスに装着されるチップの平面図（ａ）、正面図（ｂ）と側面図（ｃ）である。チップ１４は、移動ダイス１０の上面１２及び転造面９と平行状に僅かに突出する態様で一定の厚みｔ２と幅ｄ２を有する転造終端部１４ｂと、移動ダイス１０の上面１２及び転造面９と一致する厚みｔ１と幅ｄ１から次第に厚みと幅を増加して転造終端部１４ｂの厚みｔ２と幅ｄ２に一致するように所定の傾斜角度θ１、θ２を有する転造初期部１４ａとで構成されている。また、固定ダイス１１に装着されるチップ１５も、チップ１４と同様な構成である。

図５は、かしめ部径とねじ引張強度の関係の試験結果の表１を示し、この表１を見ると、かしめ部径が小さいと断面積の小さいかしめ部が先行して破損し、引張強度がねじ強度グレードからくる最小値を満足することができない。また、この表１を見ると、ねじ谷径よりも１．２％大きくすることが必要である。

図６は、この発明に使用された座金の形状を示し、座金形状は座金４の内径穴部１６に複数の凹部とした溝１７を形成する。このように、組み込む座金４を特殊形状とすることにより、耐トルク特性を向上させることが出来た。

図７は、かしめトルクと体積の関係の試験結果のグラフを示し、かしめ部充填量と耐トルク特性の関係を開示する。このグラフは、座金だれ量の一番大きいもので習得したデータであり、判断基準は作業者がねじの取付けを行う際に、共回りが起こらないトルク値０．５Ｎ・ｍ（作業時共回りトルク値）と、締結を行う際に、締結物と座金が同時に回ってしまうことの無いようにトルク値２．９４Ｎ・ｍ（規格締付トルク値）とした。このグラフを参照すると、かしめ部に必要な材料肉は有効かしめ体積部分の充填率が２０％以上あれば良いことがわかる。

図８はかしめ部の充填量と耐トルクの関係を示す構造であり、座金だれ部には、総かしめ体積の８０％が取られてしまう。図７は座金だれ量の一番大きいもので習得したデータであり、かしめ体積全体としては、有効かしめ体積部分の２０％以上の材料肉が必要であり、谷径の制約から、かしめ部の長さ及び径は次のようにするとよいことがわかる。 かしめ部径下限を［ボルト谷径規格×１．２％］とし、かしめ部径上限を［ナット内径規格下限値−０．０５］とし、かしめ部長さ下限をワッシャ厚さの１５％とし、かしめ部長さ上限をワッシャ厚さの０．８％とする。

図９は、この発明のかしめ部を転造の初期段階にて成形した転造時の成形工程に用いられる加工工具の概略図を示す。この発明では、チップをダイスの転造初期側に設置し、ダイス終端部で矯正転造加工することにより、リングゲージやナットをかしめた座金の直下までねじ込むことができるようになり、従来よりも板厚の薄い部材の締結が可能となった。このダイスの上面にプレート１８を設けてあるために、ねじ山成形時の材料の肉がながれず、ねじ山が大きくなってしまう。プレート１８にてかしめ部８成形後にダイス終端部２０を設けることで、大きく成形されてしまったねじ山を矯正する。

この発明の平座金圧着ボルトの構成の正面図を示す。 この発明の平座金圧着ボルトの使用態様を示す斜視図である。 この平座金圧着ボルトの転造用ダイスの斜視図である。 この転造用ダイスに装着されるチップの平面図である。 かしめ部径とねじ引張強度の関係の試験結果の表１を示す。 この発明に使用された座金の形状を示す。 かしめトルクと体積の関係の試験結果のグラフを示す。 かしめ部の充填量と耐トルクの関係を示す構造である。 この発明のかしめ部を転造の初期段階にて成形した転造時の成形工程に用いられる加工工具の概略図を示す。

符号の説明

１．．．．平座金圧着ボルト
２．．．．頭部
３．．．．小径軸部
４．．．．座金部
５．．．．ねじ軸部
６．．．．突入部
８．．．．かしめ部
９．．．．転造面
１０．．．移動ダイス
１１．．．固定ダイス
１２、１３．．．上面
１４、１５．．．チップ
１６．．．座金４の内径穴部
１７．．．溝
１８．．．プレート
２０．．．ダイス終端部
２１．．．ボディーパネル
２２．．．取付け板
２３．．．嵌合溝
２４．．．孔
２５．．．ツールワッシャ ２６．．．ナット
２８．．．ボルト取付け部

Claims (2)

1. 頭部と、前記頭部から一体に連設された小径軸部とをヘッダーで被転造軸に圧造加工する工程と、前記頭部及び小径軸部と協働してクリップ部を形成する座金部を前記小径軸部と隣接する被転造軸に嵌挿させ、上端側の一部に塑性変形用チップを装着させた転造用ダイスを用いて、前記被転造軸の先端側にねじ山を転造してねじ軸部を造成すると同時に、基端側の非ねじ部を塑性変形させて前記座金部を前記小径軸部に固着させるかしめ部を造成させる工程とを備え、前記ダイスの上面から垂直方向に対する厚みを次第に増加させて終端側ではダイスの上面より僅かに突出する態様でテーパ面を形成すると共に、転造面から水平方向に対する幅を次第に増加させて終端側ではダイスの上面より僅かに突出する態様でテーパ面を形成する転造初期部と、この転造初期部の終端側に連続してダイスの上面及び転造面より僅かに突出する一定の厚みと幅で、前記ダイスと平行面を形成する転造終端部を設けた平座金ボルトを製造する方法において、転造時の成形工程においてかしめ部を転造の初期段階にて成形した後に再度かしめ部や不完全ねじ部にあたる部分をダイス終端部で矯正転造加工することを特徴とする平座金ボルトを製造する方法。
2. 請求項１に記載の方法により製造したことを特徴とする平座金ボルト。

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