JP4679871B2 - 締結具 - Google Patents

Description

本発明は、締結具に関するもので、特に、グロメットとピンとによって構成される締結具に関する。

例えば、自動車のパネル部品に内装部品を取り付ける場合には、グロメットとピンとによって構成されるプッシュ・リベットタイプ２ピースクリップ（以下、締結具と称する。）が用いられる（例えば、特許文献１参照。）。このような締結具においては、ピンの軸部先端にグロメットの脚部を拡開させる案内部が設けられており、パネル部品（締結部材）と内装部品（被締結部材）との取付穴に装着されたグロメットに対してピンが押込まれる。これにより、グロメットに対するピンのストローク量に応じてグロメットの脚部が拡開されて、脚部が拡開された際のグロメットの撓みの反力によって締結具に引込み力（軸力）が生じて、パネル部品と内装部品とが締結される。ここで、締結具の引込み力を確保するためには、グロメットを大きく撓ませること（グロメットの脚部を大きく拡開させること）が必要になる。

そして、クリップの引込み力を増大させる場合には、ピンの軸線に対して当該ピンの案内部の母線が成す角度（以下、案内部の頂角と称する。）を比較的大きく（例えば４５°）設定すればよいが、この場合、該案内部の頂角の増加に伴いピンの挿入荷重が増大されるため、使い勝手が悪化すると共に、パネル部品に剛性を持たせることが必要になることで製造コストが増大する。ここで、ピンの挿入荷重を軽減させるためには、ピンの案内部の頂角を比較的小さく（例えば１５°）設定して、ピンのグロメットに対するストローク量を大きくすればよいが、ピンの軸部の長さには制限があるため、十分な引込み力を確保した上で、ピンの挿入荷重を低減させるのは困難であった。
特開平８−２７０６２８号公報（段落番号００１６〜００２４、図１〜図３）

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ピンの挿入荷重が小さく、且つ、十分な引込み力が確保される締結具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、グロメットと、該グロメットに挿通されるピンとによって構成されて、前記グロメットが、鍔部と、該鍔部から延長されて前記鍔部に開口されたピン挿通孔が形成される脚部とを備えており、前記ピン挿通孔に挿通された前記ピンが前記グロメットに押し込まれることにより、前記グロメットの前記脚部に形成された被案内部が前記ピンの先端に形成された案内部によって案内されて、前記ピンの回りに分割された前記脚部が拡開される締結具であって、前記案内部は、前記ピンの軸線方向へ区分されて前記ピンの軸線に対して２段階に傾斜され、前記案内部の先端側の区分が前記ピンの軸線に対して３０°〜６５°に傾斜される案内面を有する第１の案内部と、前記案内部の基端側の区分が前記ピンの軸線に対して５°〜２５°に傾斜される案内面を有する第２の案内部とを有し、前記ピンが前記グロメットに押し込まれるストローク前半では、前記第１の案内部の案内面によって前記被案内部が案内されて前記脚部が拡開されると共に、ストローク後半では、前記第２の案内部の案内面によって前記被案内部が案内されて前記脚部が拡開されることを特徴とする。

したがって、請求項１に記載の発明では、ピンのストローク量の増加に対するピンの挿入荷重の増加の度合が、ピンのストローク前半で従来の締結具と比較して大きく、ピンのストローク後半で従来の締結具と比較して小さくなる締結具が形成される。

ピンの挿入荷重が小さく、且つ、十分な引込み力が確保される締結具を提供することができる。

本発明の一実施の形態を図１〜図９に基づいて説明する。本締結具１は、グロメット２とピン３とによって構成されるプッシュ・リベットタイプ２ピースクリップであって、自動車のパネル部品等の締結部材４に内装部品等の被締結部材５を締結させるに際して、当該締結部材４と被締結部材５との整合された取付穴４ａ，５ａに装着される。そして、グロメット２に対してピン３が押込められることにより、ピン３の先端側（図１における紙面視下側）に形成された案内部６にグロメット２の被案内部１４が案内されて、グロメット２の脚部８が撓んで拡開される。このグロメット２の撓みの反力によって当該締結具１に引込み力（軸力）が生じて、締結部材４と被締結部材５とが締結される。そして、本締結具１では、ピン３の案内部６が、当該ピン３の軸線方向へ区分されてピンの軸線に対して２段階に傾斜されて、これにより、ピン３の挿入時における当該ピン３のストローク量の増加に対するピン３の挿入荷重の増加の度合が、ピン３のストロークの前半と後半とで段階的に切替えられる構造になっている。

図１に示されるように、上記グロメット２には、略円板状に形成されて外径寸法が上記被締結部材５の取付穴５ａ（図３参照）の内径寸法よりも大きい鍔部７が形成される。また、該鍔部７の下面７ａには、下方（図１における紙面視下方向）へ延びる上記脚部８が設けられる。さらに、該脚部８には、略円筒状に形成された基部９が形成されて、該基部９の内側には、上記鍔部７の上面７ｂに開口されたピン挿通孔１０が形成される。また、上記脚部８は、基部９よりも下側（図１における紙面視下側）の部分が、相互に直交される当該脚部８の２つの軸平面によって分割されて、４本の脚片１１が形成される。なお、各脚片１１は、ヒンジ部１２を介して基部９に接続されており、隣接される各脚片１１の間には所定幅のスリット１３が形成される。また、各ヒンジ部１２の内側には、上記ピン挿通孔１０が延長されて形成されて、さらに、各脚片１１の内側には、上記ピン挿通孔１０の略擂鉢状に形成された底部１０ａが形成される。また、上記グロメット２は、脚部８の各脚片１１の内側の、鍔部７の下面７ａからの距離が等しい位置に、当該グロメット２の中心線に向けて突出されて上記ピン３の案内部６に摺接される被案内部１４が設けられる。

図２に示されるように、上記ピン３には、略円板状に形成されて外径寸法が上記グロメット２の鍔部７に開口されたピン挿通孔１０の内径寸法よりも大きい頭部１５が形成される。また、該頭部１５の下面には、下方（図２における紙面視下方向）へ延びる軸部１６が設けられる。さらに、該軸部１６には、上記案内部６と、頭部１５の下面から延びて略外円筒面を有する基部１７とが、基部１７と案内部６の上端（図２における紙面視上側の端）との双方の外径寸法よりも小さい外径寸法を有する略円柱状に形成された中間部１８を介して、同一直線上に設けられる。そして、本締結具１では、上記案内部６の上端縁が円環状に形成されており、ピン３がグロメット２に対してストロークされて引込み力が十分に高められた時点で、上記案内部６の上端縁にグロメット２の各脚片１１の被案内部１４が係合される構造になっている。

また、図２に示されるように、上記案内部６は、先端側（図２における紙面視下側）に配置されて円錐台形状に形成された第１の案内部６ａ（先端側の区分）と、基部１７側（図における紙面視上側）に配置されて円錐台形状に形成された第２の案内部６ｂ（基端側の区分）と、に区分される。上記第１の案内部６ａは、当該ピン３の軸線に対する案内面の傾斜角度α1（以下、頂角と称する。）が３０°〜６５°に設定されて、また、上記第２の案内部６ｂは、頂角α2が５°〜２５°に設定される。そして、本締結具１は、ピン３がグロメット２に対してストロークされると、当該ストロークの前半では、第１の案内部６ａの案内面によってグロメット２の脚部８の各脚片１１の被案内部１４が案内されて各脚片１１が拡開されると共に、ストロークの後半では、第２の案内部６ｂの案内面によってグロメット２の脚部８の各脚片１１の被案内部１４が案内されて各脚片１１が拡開される構造になっている。

また、図２に示されるように、上記ピン３には、軸部１６の先端側（図２における紙面視下側）の軸線回りに、軸平面上に設けられた４枚のリブ２０が等配される。そして、本締結具１では、各リブ２０が、グロメット２の脚部８の隣接される脚片１１間に形成された各スリット１２に係合されて、グロメット２がピン３に対して回り止めされる構造になっている。なお、上記ピン３の案内部６は、先端が略球面状に形成されると共に、第１の案内部６ａと第２の案内部６ｂとの案内面が切替え部１９を介して連続される。また、本締結具１は、グロメット２とピン３とが組み付けられた状態（図１参照）で工場から出荷される。

次に、本締結具１の作用を説明する。まず、締結部材４に被締結部材５が重ね合わされて、締結部材４の取付穴４ａに被締結部材５の取付穴５ａが整合される。そして、図３に示されるように、グロメット２の脚部８が取付穴４ａ，５ａに挿入されて当該グロメット２の鍔部７が被締結部材５に当接される。次に、図３に示される状態で、ピン３の頭部１５が押込まれて当該ピン３がグロメット２に対してストロークされる。これにより、ピン３のストローク前半では、図４に示されるように、グロメット２の脚部８の各脚片１１の被案内部１４がピン３の第１の案内部６ａに案内されて各脚片１１が拡開される。そして、案内部６の切替え部１９が各脚片１１の被案内部１４に到達されて、ピン３のストローク後半では、図５に示されるように、グロメット２の脚部８の各脚片１１の被案内部１４がピン３の第２の案内部６ｂに案内されて各脚片１１が拡開される。そして、図６に示されるように、本締結具１では、グロメット２の脚部８の各脚片１１の被案内部１４がピン３の案内部６の上端縁に係合されることにより、締結部材４と被締結部材５とが締結された状態が保持される。

ところで、図７に示されるように、案内部６の頂角がαであるピン３が、グロメット２に対して挿入荷重Ｐで押込まれる場合に、ピン３の案内部６の案内面に対して垂直に作用されるグロメット２の脚部８の被案内部１４からの反力をＮ1、案内部６と被案内部１４との間に作用される案内面に沿った摩擦力をＦとすると、
Ｐ＝Ｎ1sin(α)＋Ｆcos(α)
となる。
また、ピン３の案内部６とグロメット２の脚部８の被案内部１４との摩擦角をλ、ピン３の案内部６に作用されるグロメット２がピン３を押し上げる力（以下、押上げ力と称する。）をＮとすると、ピン３の挿入荷重に対する押上げ力Ｎの比（以下、Ｎ／Ｐ比と称する。）は、
Ｎ／Ｐ＝cos(α)・cos(λ)／sin(α＋λ)
となる（以下、第１の関係式と称する。）。

ここで、ピン３の案内部６とグロメット２の脚部８の被案内部１４との摩擦係数を０．２とすると、
λ＝tan^-1(０．２)＝１１°
となり、上記第１の関係式において、λ＝１１°とした場合の、ピン３の案内部６の頂角とＮ／Ｐ比との関係、並びに、ピン３の案内部６の頂角とピン３のストローク量（規定の引込み力を得るために必要なピン３のストローク量）との関係は、それぞれ図８に示されるようになる。この図に示されるように、締結具１においては、ピン３の頂角αが小さい程、Ｎ／Ｐ比が大きくなり、より小さい挿入荷重Ｐで規定押上げ力（設計上求められる押上げ力）が得られるが、ピン３のストローク量が大きくなる。また、ピン３の頂角αが大きい程、より小さいピン３のストローク量で規定押上げ力が得られるが、Ｎ／Ｐ比が小さくなりピン３の挿入荷重Ｐが大きくなる。

ここで、第１の案内部６ａの頂角α1を５０°、第２の案内部６ｂの頂角α2を１０°、従来の締結具の頂角αを３０°とした場合に、本締結具１と従来の締結具とで、ピン３のストローク量と挿入荷重Ｐとの関係を比較すると、図９に示されるように、本締結具１においては、グロメット２の撓みが小さいピン３のストローク前半では、従来の締結具と比較して、ストローク量の増加に対するピン３の挿入荷重Ｐの増加の比が大きい状態（Ｎ／Ｐ比が小さい状態）で推移されて、この状態では、ピン３のストローク量に対するグロメット２の脚部８の各脚片１１が拡開される度合いが大きくなる。また、本締結具１においては、ピン３の案内部６の切替え部１９がグロメット２の被案内部１４に到達された時点で被案内部１４が案内される案内部６が第１の案内部６ａから第２の案内部６ｂへ切替えられる。そして、グロメット２の撓みが大きいピン３のストローク後半では、従来の締結具と比較して、ストローク量の増加に対するピン３の挿入荷重Ｐの増加の比が小さい状態（Ｎ／Ｐ比が大きい状態）で推移されて、この状態では、ピン３のストローク量に対するグロメット２の脚部８の各脚片１１が拡開される度合いが小さくなる。

したがって、本締結具１は、従来の締結具と比較して、グロメット２の撓みが小さくピン３に作用されるグロメット２からの反力が相対的に小さいピン３のストローク前半では、グロメット２の脚部８の各脚片１１が小さいストローク量で大きく拡開されてピン３のストロークが稼がれると共に、グロメット２の撓みが大きくピン３に作用されるグロメット２からの反力が相対的に大きくなるピン３のストローク後半では、Ｎ／Ｐ比が高められてピン３の挿入荷重が軽減される。そして、締結具の引込み力はピン３をストロークエンドまで挿入するのに要する仕事量と略同値関係にあることから、本締結具１の引込み力は、図９におけるピン３のストロークと挿入荷重との関係を示す曲線Ｃ１とＸ軸とＸ＝Ｌとによって囲繞される部分の面積で示されて、また、従来の締結具の引込み力は、図９におけるピン３のストロークと挿入荷重との関係を示す直線Ｃ２とＸ軸とＸ＝Ｌとによって囲繞される部分の面積で示される。そして、図９に示されるように、双方の面積が略等しく、本締結具１の引込み力と従来の締結具の引込み力とが略等しくなることから、本締結具１は、従来の締結具に対してピン３のストローク量を延ばすことなく、且つ十分な引込み力を確保した上で、ピン３の挿入荷重Ｐが低減される。

この実施の形態では以下の効果を奏する。
本締結具１は、グロメット２とピン３とによって構成されるプッシュ・リベットタイプ２ピースクリップであって、グロメット２の脚部８の各脚片１１の被案内部１４が案内されるピン３の案内部６が、第１の案内部６ａ（先端側の区分）と第２の案内部６ｂ（基端側の区分）とにピン３の軸線方向へ区分される。
したがって、ピン３の各案内部６ａ，６ｂの頂角α1，α2、並びに当該案内部６における切替え部１９の位置を必要に応じて任意に設定することにより、用途に応じて多種多様な仕様の締結具１を提供することが可能になる。

本締結具１は、第１の案内部６ａの頂角α1が３０°〜６５°に設定されると共に、第２の案内部６ｂの頂角α2が５°〜２５°に設定される。したがって、本締結具１では、グロメット２の撓みが小さくピン３に作用されるグロメット２からの反力が小さいピン３のストローク前半では、被案内部１４が比較的大きい頂角αの第１の案内部６ａによって案内されることにより、グロメット２の脚部８の各脚片１１が小さいストローク量で大きく拡開されて、ピン３のストロークが稼がれると共に、グロメット２の撓みが大きくピン３に作用されるグロメット２からの反力が大きくなるピン３のストローク後半では、被案内部１４が比較的小さい頂角αの第２の案内部６ｂによって案内されることにより、Ｎ／Ｐ比が高められてピン３の挿入荷重Ｐが軽減される。
これにより、本締結具１では、ピン３の軸部１６の長さ（ピン３の首下長さ）に制限があって従来の締結具に対してピン３のストローク量を延ばすことができない場合であっても、十分な引込み力（従来の締結具と同等の引込み力）を、より小さいピン３の挿入荷重Ｐで発生させることが可能になる。

なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
本締結具１では、ピン３の案内部６が２つに区分されて当該案内部６が２段階に傾斜されるが、ピン３の案内部６を３つ以上に区分させてもよく、例えば、ピン３の案内部６を３つに区分させて当該案内部６を３段階に傾斜させてもよい。
本締結具１では、グロメット２の脚部８が４本の脚片１１に分割されたが、例えば、当該脚部８を３本の脚片１１に分割させてもよい。この場合、脚片１１の本数に、ピン３のリブ２０の枚数を整合させる。

本締結具の説明図である。 本締結具のピンの正面図である。 本締結具の説明図であって、本締結具が締結部材と被締結部材との取付穴に挿入された状態を示す図である。 本締結具の説明図であって、グロメットの脚部の脚片がピンの第１の案内部に案内されて拡開されるピンのストローク前半の状態を示す図である。 本締結具の説明図であって、グロメットの脚部の脚片がピンの第２の案内部に案内されて拡開されるピンのストローク後半の状態を示す図である。 本締結具の説明図であって、グロメットの脚部の脚片がピンの案内部の上端縁に係合された状態を示す図である。 本締結具の説明図であって、ピンの案内部に作用される力の態様を示す図である。 本締結具の説明図であって、ピンの案内部の頂角とＮ／Ｐ比との関係、並びに、ピンの案内部の頂角とピンのストローク量との関係を示す図である。 本締結具の説明図であって、ピンのストローク量に対する挿入荷重の変化の推移を示す図である。

符号の説明

１ 締結具、２ グロメット、３ ピン、６ 案内部、６ａ 第１の案内部（先端側の案内部）、６ｂ 第２の案内部（基端側の案内部）、７ 鍔部、８ 脚部、１０ ピン挿通穴１４ 被案内部

Claims (1)

1. グロメットと、該グロメットに挿通されるピンとによって構成されて、前記グロメットが、鍔部と、該鍔部から延長されて前記鍔部に開口されたピン挿通孔が形成される脚部とを備えており、前記ピン挿通孔に挿通された前記ピンが前記グロメットに押し込まれることにより、前記グロメットの前記脚部に形成された被案内部が前記ピンの先端に形成された案内部によって案内されて、前記ピンの回りに分割された前記脚部が拡開される締結具であって、前記案内部は、前記ピンの軸線方向へ区分されて前記ピンの軸線に対して２段階に傾斜され、前記案内部の先端側の区分が前記ピンの軸線に対して３０°〜６５°に傾斜される案内面を有する第１の案内部と、前記案内部の基端側の区分が前記ピンの軸線に対して５°〜２５°に傾斜される案内面を有する第２の案内部とを有し、前記ピンが前記グロメットに押し込まれるストローク前半では、前記第１の案内部の案内面によって前記被案内部が案内されて前記脚部が拡開されると共に、ストローク後半では、前記第２の案内部の案内面によって前記被案内部が案内されて前記脚部が拡開されることを特徴とする締結具。

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