JP4873598B2 - 締結具 - Google Patents

Description

本発明は、離間した２部材を相互の間隔を維持しながら固定するための締結具に関するものである。

従来から、自動車等の技術分野において２部材を相互の間隔を維持しながら固定するための締結具が提案されている。例えば特許文献１には、離間した２部材の内、一方に溶接固定されたスリーブと、スリーブと逆ねじによって螺合したスペーサと、スペーサに形成された雌ねじ部に螺合可能な雄ねじ部を軸部の先端に備えたボルトとから構成された締結具が開示されている。

この締結具のボルトの雄ねじ部には、スペーサに所定のトルクを伝達できる粘着材などが塗布されており、ボルトを締め付けると伝達トルクによりスペーサが回転され、スリーブから引き出される。しかしスペーサは他方の部材に当接するとそれ以上回転できなくなるので、ボルトの先端部分に形成された雄ねじ部はスペーサの雌ねじ部から離脱して前進しスリーブの雌ねじ部に螺合し、スペーサによって２部材間の隙間を維持した状態で締結が行われる。このときボルトを速やかに前進できるようにするためには、ボルトの軸部が回転させなくてもスペーサの雌ねじ部を通過できる構造であることが好ましい。

このようなボルトは、円柱状のブランクの先端部に雄ねじ部を転造する方法により製造されるため、そのままでは雄ねじ部の谷径はボルトのブランク径（円柱部の径）よりも小さくなる。このためこの雄ねじ部と螺合するスペーサの雌ねじ部の内径もボルトの円柱部の径よりも小さくなるので、そのままではボルトの円柱部がスペーサの雌ねじ部を通過できなくなる。従って、スペーサの雌ねじ部を通過できるようにボルトの円柱部を切削加工や塑性変形による縮径加工などの追加加工により縮径する必要があり、ボルトの成形工程が増えると共に、製造コストが高くなってしまうという問題があった。
特開平２００２−３４７６５６号公報

本発明は、上記した従来の課題を解決するためになされたものであり、ボルトを転造加工によって低コストで製造することができ、しかも従来品と同様に離間した２部材を相互の間隔を維持しながら固定することができ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なされた本発明の締結具は、 円柱状軸部の先端側に雄ねじ部を形成したボルトと、
このボルトの雄ねじ部に係合する雌ねじ部を備え、これら両者間に設けられたトルク伝達手段を介してボルトから回転トルクを受けて第１部材側のねじと螺合しつつ回転することにより第１部材から離間した第２部材に当たる位置まで移動するスペーサとからなり、
前記スペーサが第２部材に当たる位置まで移動した状態でボルトの雄ねじ部がスペーサの雌ねじ部から離脱して第１部材と第２部材とを固定できるようにした締結具において、
ボルトの雄ねじ部の谷径を円柱状軸部の径よりも小さくし、
またスペーサの雌ねじ部のねじ山断面を略台形とすることにより、スペーサの雌ねじ部の内径をボルトの円柱状軸部の径よりも大きくし、雄ねじ部がスペーサの雌ねじ部を通りぬけて離脱した後は、ボルトの円柱状軸部がスムーズにスペーサの雌ねじ部を通過できるものであることを特徴とするものである。

なお、第１部材側のねじは第１部材に固設したスリーブに形成しても、第１部材に直接形成してもよい。また、第１部材側のねじと螺合するスペーサのねじは逆ねじとしても、正ねじとしてもよい。さらに、スペーサの雌ねじ部から離脱したボルトの雄ねじ部と螺合させる雌ねじ部を、一方の部材に溶接したナットとしても、一方の部材に遊動可能に保持させたナットとしてもよい。ボルトの雄ねじ部とスペーサの雌ねじ部との間に設けられるトルク伝達手段としては、粘着材のほか、ねじ山の一部を変形させる方法、ねじ山の一部に弾性材を被せる方法など、様々な手段を適宜採用することができる。

本発明に係る締結具は、離間した第１部材と第２部材とを相互の間隔を維持しながら固定するために用いられるものであり、スペーサの雌ねじ部にボルトの雄ねじ部を螺合させてスペーサにトルクを伝達して回転させ、スペーサを第２部材に当たる位置まで移動させる。この状態となるとスペーサの回転が停止するため、ボルトの雄ねじ部がスペーサの雌ねじ部から離脱して前進し、第１部材と第２部材とを固定することは従来のこの種の締結具と同様である。

しかし本発明に係る締結具においては、ボルトの雄ねじ部の谷径を円柱状軸部の径よりも小さく、かつスペーサの雌ねじ部の内径をボルトの円柱状軸部の径よりも大きくしてあるため、ボルトの円柱部の径を切削加工や塑性変形による縮径加工などの追加加工により縮めなくても、ボルトの円柱状軸部をスペーサの雌ねじ部に通すことができる。このためボルトを転造加工のみによって製造することができ、円柱状軸部への追加加工を要しないから、製造コストが必要以上に高くなることがない。なお本発明においてはボルトの雄ねじ部とスペーサの雌ねじ部との係合が従来品よりも浅くなるが、ボルトの雄ねじ部とスペーサの雌ねじ部との少なくとも一方に適切なトルク伝達手段を設けることにより、ボルトの回転力をスペーサに効率よく伝え、スペーサをスリーブから確実かつスムーズに引き出すことができる。以下に本発明の実施形態を示す。

（第１の実施形態）
図１から図６は本発明の第１の実施形態を示すもので、この実施形態の締結具は、ボルト１とスペーサ１０とスリーブ２０とから構成されている。ボルト１は、頭部２と円柱状軸部３とその先端側に形成された正ねじの雄ねじ部４とからなる。雄ねじ部４は円柱状軸部３と同径のブランクを転造加工することにより形成されたものであり、円柱状軸部３は切削加工等による縮径を施されていない。このため図２に示すように、ボルト１の雄ねじ部４の山径ｄ３は円柱状軸部３の径ｄ１よりも大きく、雄ねじ部４の谷径ｄ４は円柱状軸部３の径ｄ１よりも小さくなっている。なお、雄ねじ部４の先端側には雄ねじ部４の谷径ｄ４よりも細い棒先部５を形成してある。この実施形態では、雄ねじ部４にボルトの回転力をスペーサ１０に伝達するトルク伝達手段としての粘着材Ｓが塗布されている。ここで用いた粘着材Ｓは、「TORQ-PATCH」の商品名で販売されている永久的な弾性のあるナイロンである。しかしトルク伝達手段はこのような粘着材Ｓに限定されるものではなく、ねじ山の一部を変形させて所定のトルクを伝達させたりするなど、適宜の手段を選択することができる。

スペーサ１０は、円筒部１１とその一方の端部の外周側縁から外方へ延びた板状部１３とからなり、円筒部１１の外周面には、逆ねじの雄ねじ部１２が形成されている。板状部１３の中心部には、円筒部１１の内径よりもさらに小径のねじ孔１４が形成されている。このねじ孔１４の周面には、上記したボルト１の雄ねじ部４に螺合可能な雌ねじ部１５が形成されている。なお後述するように、スペーサ１０の雌ねじ部１５のねじ山頂部は所定量だけ切り欠かれた形状となっている。

スリーブ２０は、スペーサ１０の円筒部１１の外径と略等しい内径を有し、該円筒部１１よりも僅かに長く延びた円筒部２１を備えている。そして該円筒部２１の内周面には、スペーサ１０の円筒部１１外周面に形成された雄ねじ部１２と螺合可能な逆ねじである雌ねじ部２２が形成されている。

また、スリーブ２０の円筒部２１の一方の端部には、円筒部２１の開口部を塞ぐように所定厚を有する板状部２３が設けられている。この板状部２３は、円筒部２１よりも大径であり、その略中心部には、円筒部２１の内径よりもさらに小径のねじ孔２４が穿設されている。このねじ孔２４の周面には、ボルト１の雄ねじ部４に螺合可能な雌ねじ部２５が形成されている。この雌ねじ部２５はボルト１の雄ねじ部４に対応する通常のねじ山形状を持つ。

ボルト１の雄ねじ部４はスペーサ１０の雌ねじ部１５に螺合されるが、図２に示すようにボルト１の雄ねじ部４のねじ山断面は三角形となっているのに対して、スペーサ１０の雌ねじ部１５のねじ山断面は頂部が切り欠かれて略台形となり、雌ねじ部１５の内径ｄ２はボルト１の円柱状軸部３の径ｄ１よりも大きくなっている．すなわち、ボルト１の雄ねじ部４の谷径ｄ４は円柱状軸部３の径ｄ１よりも小さく、スペーサ１０の雌ねじ部の内径ｄ２はボルト１の円柱状軸部３の径ｄ１よりも大きいから、ｄ２＞ｄ１＞ｄ４の関係となっている。

なお、雌ねじ部１５のねじ山の頂部を切り欠いた形状とするには、スペーサ１０のねじ孔１４の周面にねじ形状を形成した後、内径が一定径となるようにそのねじ山頂部を切り欠いてもよいし、予め内径を上記一定径となるようにねじ孔１４を形成しておいて、そのねじ孔１４周面にねじ形状を形成するようにしてもよい。

次に図３〜６を参照しながら、上記の締結具を使用して離間した２部材の間隔を維持及び固定する方法について説明する。なおここでは、第１部材４０と距離Ｌ１だけ離れて位置する第２部材５０とを、間隔を維持しながら固定する場合について説明する。第１部材４０は例えば自動車のサイドプレートであり、第２部材５０は例えば自動車のフロントピラーである。

図３に示したように、まずスリーブ２０を第１部材４０に固設する。具体的には、第１部材４０に穿設された貫通孔４１にスリーブ２０の円筒部２１を挿入した後、板状部２３を第１部材４０のスリーブ２０挿入方向とは反対側の面に当接させて、両部材を溶接固定する。またスリーブ２０の円筒部２１にスペーサ１０の板状部１３が当接するまで、スペーサ１０をスリーブ２０に完全に螺合させる。前記したように、この実施形態ではスペーサ１０とスリーブ２０とは逆ねじを介して螺合されている。

次いで、第２部材５０に穿設された貫通孔５１に、第１部材４０の反対側からボルト１を挿入する。そして、図４に示すように、ボルト１の雄ねじ部４をスペーサ１０の雌ねじ部１５と螺合させた状態でボルト１を正ねじ込み方向（時計回り方向）に回転させると、これら両者間に設けられたトルク伝達手段である粘着剤Ｓを介してボルト１からスペーサ１０に回転トルクが伝達され、ボルト１とスペーサ１０とが一体となって正方向に回転することになる。

このスペーサ１０の回転により、スリーブ２０に逆ねじを介して螺合されているスペーサ１０は弛む方向に回転し、スリーブ２０から抜け出す方向に移動する。そして図５に示すように、スペーサ１０はその板状部１３が第２部材５０に当接するまで移動する。図５の位置に至ると、スペーサ１０は摩擦抵抗によりそれ以上回転しなくなるので、ボルト１に所定のトルクを加えるとボルト１の雄ねじ部４はスペーサ１０の雌ねじ部１５を通りぬけて離脱し、図６に示すようにさらに前進してスリーブ２０の雌ねじ部２５にねじ込まれる。

上述したように、スペーサ１０の雌ねじ部１５の内径ｄ２は、ボルト１の円柱状軸部３の径ｄ１よりも大きくなっているので、ボルト１の円柱状軸部３は雄ねじ部４がスペーサ１０の雌ねじ部１５を通りぬけて離脱した後は、スムーズにねじ孔１４の雌ねじ部１５を通過することができる。なお雄ねじ部４と雌ねじ部１５のねじ山は完全には噛み合っていないが、この状態が最終的な固定状態ではないので、締め付け強度上の問題は生じない。

このようにしてボルト１はその雄ねじ部４がスリーブ２０のねじ孔２４に形成された雌ねじ部２５に到達するまで前進し、図６に示すように、雄ねじ部４をスリーブ２０の雌ねじ部２５に螺合させることにより、第２部材５０に対してＬ１の間隔を保持しつつ第１部材４０を強固に取り付けることができる。このとき、ボルト１の雄ねじ部４に塗布された粘着材Ｓが、スリーブ２０のねじ孔２４内にも付着するため、該ねじ孔２４に形成された雌ねじ部２５と雄ねじ部４との弛み止めという副次的効果も得られることになる。

以上に説明したように、本実施の形態の締結具は、スペーサ１０の雌ねじ部１５の内径ｄ２をボルト１の円柱状軸部３の径ｄ１よりも大きくしたので、ボルト１の円柱状軸部３がスペーサ１０のねじ孔１４をスムーズに通過でき、ボルト１の円柱状軸部３を切削加工等により縮径する必要がない。このため、通常の転造加工にて製造したボルトをそのまま使用することができ、従来よりも低コストで締結具を提供することができる。

（第２の実施形態）
上記した第1の実施形では、スリーブ２０の径をスペーサ１０の径よりも大きくして、スリーブ２０内にスペーサ１０が収容された状態で両者が螺合するようにしたが、図７に示す第２の実施形態では、スペーサ１０の径をスリーブ２０の径よりも大きくし、スペーサ１０内にスリーブ２０が収容された状態で両者が螺合するようにした。スペーサ１０は円筒部１１とその一方の開口部を塞ぐように設けられた板状部１３とから構成されており、円筒部１１の内周面には雌ねじ部１６が形成されている。板状部１３の略中心部には、ねじ孔１４が穿設されている。このねじ孔１４の周面には、ボルト１の雄ねじ部４に螺合可能な雌ねじ部１５が形成されている。

またスリーブ２０はスペーサ１０の円筒部１１の内径と略等しい外径を有し、該円筒部１１よりも僅かに長い円筒部２１を備えている。そして、該円筒部２１の外周面には、スペーサ１０の円筒部１１内周面に形成された雌ねじ部１６と螺合可能な雄ねじ部２６が形成されている。この第２の実施形態においても、ボルト１の雄ねじ部４の谷径ｄ４は円柱状軸部３の径ｄ１よりも小さく、スペーサ１０の雌ねじ部１５の内径ｄ２はボルト１の円柱状軸部３の径ｄ１よりも大きいから、ｄ２＞ｄ１＞ｄ４の関係となっている。

この第２の実施形態の締結具も、スリーブ２０を第1部材に固定し、このスリーブ２０に逆ねじによって螺合しているスペーサ１０にボルト１を螺合させて回転させる。ボルト１とスペーサ１０とは、トルク伝達手段を備えた雄ねじ部４とスペーサ１０の雌ねじ部１５とを介して螺合されるが、雌ねじ部１５の内径ｄ２がボルト１の円柱状軸部３の径ｄ１よりも大きいから、ボルト１の雄ねじ部４がスペーサ１０の雌ねじ部１５と螺合しながらねじ孔１４を通過した後、円柱状軸部３がスムーズにねじ孔１４を通過できる。このようにスペーサ１０を大径にしておけば、スペーサ１０と第２部材との接触面積を大きくすることができる。

（第３の実施形態）
図８から図１１に示す第３の実施形態では、第１部材４０にスリーブ２０がクリップ３０により回転できないように固定されている。また第１部材４０の裏面にはナット３１が溶接されている。その他の構成は第１の実施形態と同様であり、図９に示すように第２部材５０の貫通孔５１を通じてボルト１をスペーサ１０の雌ねじ部１５に挿入し、トルク伝達手段によりスペーサ１０にトルクを伝達しながら回転させ、スペーサ１０を第２部材５０に当る図１０の位置まで移動させる。その後、ボルト１の雄ねじ部４をスペーサ１０の雌ねじ部１５から離脱させて前進させ、第１部材４０の裏面に溶接されたナット３１と螺合させて締結を完了する。

この第３の実施形態においても、ボルト１の雄ねじ部４の谷径ｄ４は円柱状軸部３の径ｄ１よりも小さく、スペーサ１０の雌ねじ部１５の内径ｄ２はボルト１の円柱状軸部３の径ｄ１よりも大きいから、ｄ２＞ｄ１＞ｄ４の関係となっている。第１の実施形態ではスペーサ２０に雌ねじ部２５を形成したが、この第３の実施形態ではナット３１を用いた点が相違している。

（第４の実施形態）
上記した各実施形態ではいずれもスペーサ１０とスリーブ２０との間のねじを逆ねじとし、ボルト１の回転によりスペーサ１０をボルト頭部側に移動させていた。しかしこの実施形態に示すように、スペーサ１０とスリーブ２０との間のねじを正ねじとすることもできる。すなわち図１２に示すように、第１部材４０に固定されたスリーブ２０はその外周に正ねじ部３３を介して螺合されたスペーサ１０を備えている。

このため、雄ねじ部４にトルク伝達手段を備えたボルト１をねじ込みスペーサ１０を回転させると、スペーサ１０は正ねじによって図１３のようにボルト１の先端側に移動し、第２部材５０に当って停止する。またこの実施形態では、第２部材５０の裏面にナット３１がナットホルダ３４によりある範囲内で遊動可能に保持されており、ボルト１の先端部によって自動調芯されるようになっている。このため、図１３の状態から更にボルト１をねじ込むとボルト１の雄ねじ部４はスペーサ１０の雌ねじ部１５を離脱し、図１４のように第２部材５０の裏面のナット３１と螺合して締結が完了する。

（第５の実施形態）
上記した各実施形態ではいずれもスペーサ１０とスリーブ２０とを用いたが、図１５から図１８に示す第５の実施形態はスリーブ２０を用いない例を示す。すなわち、第５の実施形態では第１部材４０に直接雌ねじ７０が設けてあり、図１５のようにボルト１とともにスペーサ１０をこの雌ねじ７０にねじ込む。雌ねじ７０は正ねじであり、スペーサ１０は図１６のようにその先端が第２部材５０に当るまで移動して停止する。なお図示されていないが、この実施形態ではボルト１の雄ねじ部のねじ山の一部を変形させてトルク伝達手段としている。

この図１６の状態に至るとスペーサ１０は回転できなくなるので、ボルト１の雄ねじ部４は図１７のようにスペーサ１０の雌ねじ部１５を離脱して前進し、図１８のように第２部材５０の裏面に溶接されているナット３１と螺合して締結が完了する。これらの第４の実施形態及び第５の実施形態においても、ボルト１の雄ねじ部４の谷径ｄ４は円柱状軸部３の径ｄ１よりも小さく、スペーサ１０の雌ねじ部１５の内径ｄ２はボルト１の円柱状軸部３の径ｄ１よりも大きく、ｄ２＞ｄ１＞ｄ４の関係となっていることは他の実施形態と同様である。

以上に説明したどの実施形態の締結具も、ボルト１を後加工することなく転造加工のみによって低コストで製造可能であり、しかも従来品と同様に離間した２部材を相互の間隔を維持しながら固定することができる。なお、第４の実施形態に示したような遊動可能なナット３１を、第３の実施形態や第５の実施形態においても使用できることはいうまでもない。

第１の実施形態の締結具を示す分解図である。 ボルト雄ねじ部とスペーサの雌ねじ部との螺合部分を示す拡大図である。 第１の実施形態の締結具による締結の初期段階を示す断面図である。 ボルトの回転により、スペーサが移動する状態を示す断面図である。 スペーサが第２部材に当接した状態を示す断面図である。 締結の完了状態を示す断面図である。 第２の実施形態の締結具を示す分解図である。 第３の実施形態の締結具による締結の初期段階を示す断面図である。 ボルトの回転により、スペーサが移動する状態を示す断面図である。 スペーサが第２部材に当接した状態を示す断面図である。 締結の完了状態を示す断面図である。 第４の実施形態の締結具による締結の初期段階を示す断面図である。 スペーサが第２部材に当接した状態を示す断面図である。 締結の完了状態を示す断面図である。 第５の実施形態の締結具による締結の初期段階を示す断面図である。 スペーサが第２部材に当接した状態を示す断面図である。 ボルトの雄ねじ部とスペーサの雌ねじ部との係合が解除された状態を示す断面図である。 締結の完了状態を示す断面図である。

符号の説明

１ ボルト
２ 頭部
３ 円柱状軸部
４ 雄ねじ部
５ 棒先部
１０ スペーサ
１１ 円筒部
１２ 雄ねじ部
１３ 板状部
１４ ねじ孔
１５ 雌ねじ部
１６ 雌ねじ部
２０ スリーブ
２１ 円筒部
２２ 雄ねじ部
２３ 板状部
２４ ねじ孔
２５ 雌ねじ部
２６ 雄ねじ部
３０ クリップ
３１ ナット
３３ 正ねじ部
３４ ナットホルダ
４０ 第１部材
４１ 貫通孔
５０ 第２部材
５１ 貫通孔
７０ 雌ねじ

Claims (6)

1. 円柱状軸部の先端側に雄ねじ部を形成したボルトと、
   このボルトの雄ねじ部に係合する雌ねじ部を備え、これら両者間に設けられたトルク伝達手段を介してボルトから回転トルクを受けて第１部材側のねじと螺合しつつ回転することにより第１部材から離間した第２部材に当たる位置まで移動するスペーサとからなり、
   前記スペーサが第２部材に当たる位置まで移動した状態でボルトの雄ねじ部がスペーサの雌ねじ部から離脱して第１部材と第２部材とを固定できるようにした締結具において、
   ボルトの雄ねじ部の谷径を円柱状軸部の径よりも小さくし、
   またスペーサの雌ねじ部のねじ山断面を略台形とすることにより、スペーサの雌ねじ部の内径をボルトの円柱状軸部の径よりも大きくし、雄ねじ部がスペーサの雌ねじ部を通りぬけて離脱した後は、ボルトの円柱状軸部がスムーズにスペーサの雌ねじ部を通過できるものであることを特徴とする締結具。
2. 請求項１記載の締結具において、第１部材側のねじを第１部材に固設したスリーブに形成したことを特徴とする締結具。
3. 請求項１記載の締結具において、第１部材側のねじと螺合するスペーサのねじを逆ねじとしたことを特徴とする締結具。
4. 請求項１記載の締結具において、第１部材側のねじと螺合するスペーサのねじを正ねじとしたことを特徴とする締結具。
5. 請求項１記載の締結具において、スペーサの雌ねじ部から離脱したボルトの雄ねじ部と螺合させる雌ねじ部を、一方の部材に溶接したナットとしたことを特徴とする締結具。
6. 請求項１記載の締結具において、スペーサの雌ねじ部から離脱したボルトの雄ねじ部と螺合させる雌ねじ部を、一方の部材に遊動可能に保持させたナットとしたことを特徴とする締結具。

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