JP6214696B2 - かしめボルト - Google Patents

Description

本発明は、下穴を形成した金属板に打ち込んでかしめ固定されるかしめボルトに関するものである。

金属板に被締結部材を取付けるためには、双方の部材にボルト挿通穴を形成したうえでボルトを挿通し、ナットで固定するのが普通である。しかし自動車などの技術分野においては、構造の簡素化と組み付け工程の削減のために、ボルトの頭部を金属板に溶接して固定する溶接ボルトや、金属板に形成した下穴に軸部を通して打ち込んでボルト頭部を金属板にかしめ固定するかしめボルトも用いられている。

従来のかしめボルトは、例えば図１、図２に示されるように、頭部１と軸部２とを備えたものであり、頭部座面３に回り止め用突起４を形成するとともに、軸部２の正規ねじ部５と回り止め用突起４との間に、軸部２よりも大径の抜け止めリング６を形成したものが一般的であった。

このようなかしめボルトは、図３に示すように下穴７を明けた金属板８に打ち込まれると、図４に示すように頭部座面３と抜け止めリング６との間に金属が塑性変形して流入し、軸方向に抜けなくなるとともに、回り止め用突起４の凹凸部にも金属が流入し、回転させることができなくなる。このようにして金属板８に固定されたかしめボルトに対して、被締結部材をナットによって取付けることが可能となる。

ところが、正規ねじ部５は抜け止めリング６よりも先端側に形成されることとなるため、例えばＭ６ボルトの場合には、頭部座面３と正規ねじ部５の上端との間の距離は３.５ｍｍ程度となる。従って金属板８と被締結部材９の板厚がともに薄い場合には、正規ねじ部５の上端に形成される不完全ねじ部によって、図５に示すように通常のナット１０による締付けが行なえなくなる。この問題は板厚の厚いワッシャを介在させたり、特殊な形状のナットを用いれば解決可能であるが、コストアップ要因となる。従って従来のかしめボルトは、薄板どうしの固定には用いにくいという問題があった。

なお特許文献１には、頭部座面と正規ねじ部の上端との間に、回り止め機能と抜け止め機能とを兼ねる凹凸部を形成したかしめボルトが開示されている。しかしこのかしめボルトにおいても、正規ねじ部はこの凹凸部の下側に形成されるため、頭部座面と正規ねじ部の上端との距離が大きくなり、上記した従来のかしめボルトと同様、薄板どうしの固定には用いにくいという問題があった。

特開２０１２−１３１２１号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、薄板どうしを固定する場合にも通常のナットによる締付けが可能であり、しかも従来と同様の嵌め強度を得ることができるかしめボルトを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、頭部と、ねじ部が転造された軸部とを備えたかしめボルトであって、頭部座面に非円形で偏平な回り止め用突起を一体に形成するとともに、前記ねじ部を、頭部座面から３ピッチ以下の部分に形成された不完全ねじ部と、その下方に形成された正規ねじ部とからなるものとし、前記不完全ねじ部は、ねじ部の転造により形成される軸線方向に凹凸を有するものであり、前記不完全ねじ部を、金属板に打ち込んだときに金属が流れ込む抜け止め部としたことを特徴とするものである。

なお、前記回り止め用突起が、凹部と凸部を交互に形成した歯車状のものであることが好ましく、また前記回り止め用突起の厚さを、正規ねじ部の２ピッチ以下とすることが好ましい。

本発明のかしめボルトは、軸部の、頭部座面から３ピッチ以下の部分に不完全ねじ部を形成し、この不完全ねじ部の下方に正規ねじ部を形成し、正規ねじ部の上端と頭部座面との間に形成される不完全ねじ部を、金属板に打ち込んだときに金属が流れ込む抜け止め部としたものである。ボルトのねじ加工を転造ダイスを用いて行なう場合には、正規ねじ部の上端に不完全ねじ部が形成されることが避けられないが、本発明ではこの不完全ねじ部に金属を流入させて抜け止め部としたので、これまでかしめボルトに必要と考えられていた抜け止めリングを無くすことができた。

このように、頭部座面と正規ねじ部の上端との間の距離を３ピッチ以下としたので、ピッチが１ｍｍであるＭ６ボルトの場合にはその距離は３ｍｍ以下となる。この結果、従来のかしめボルトを用いた場合には通常のナットによる締付けができなかった薄板どうしの固定を行なうことが可能となった。また後記する実施例に示すように、従来品と同様のかしめ強度を得ることができる。

なお、頭部座面に非円形で偏平な回り止め用突起が形成されているため、従来品と同様の回り止め効果を得ることができる。

従来の一般的なかしめボルトの正面図である。 従来の一般的なかしめボルトの底面図である。 金属板に打ち込む前の状態を示す断面図である。 金属板に打ち込んだ状態を示す断面図である。 薄板どうしを固定する場合には、通常のナットによる締付けが不可能である様子を示す断面図である。 本発明の実施形態のかしめボルトの正面図である。 本発明の実施形態のかしめボルトの底面図である。 本発明のかしめボルトの製造に用いられる転造ダイスの正面図である。 本発明のかしめボルトを金属板に打ち込んだ状態を示す断面図である。 薄板の被締結部材を締結した状態を示す断面図である。 実施例のかしめボルトの抜け荷重を示すグラフである。 実施例のかしめボルトの空転トルクを示すグラフである。

以下に本発明の実施形態を示す。
図６は実施形態のかしめボルトの正面図、図７はその底面図である。これらの図に示されるように、本発明のかしめボルトも頭部１１と軸部１２とを備えたものである。

頭部座面１３には、図７に示されるとおり非円形で偏平な回り止め用突起１４が一体に形成されている。本実施形態の回り止め用突起１４は、凹部１５と凸部１６を交互に形成した歯車状のものであり、図７にはそれぞれの個数を８とした例が示されているが、個数は３であっても１０であっても差し支えない。ただし個数をあまり増加させると次第に円に近付いて回り止め効果が低下するので、凹凸の個数は３〜１２程度の範囲とすることが好ましい。

凹凸の径方向の深さは、かしめられる金属板の種類を考慮して決定すればよく、図７では凹部１５の直径は頭部１１の直径の６０％、凸部１６の直径は頭部１１の直径の６０％〜８０％となっている。しかしこれらの値は、かしめられる金属板の性状に応じて適宜変更することができる。

一方、回り止め用突起１４の軸線方向の厚さを大きくすると、特許文献１のかしめボルトと同様に薄板どうしを固定することができなくなるから、回り止め用突起１４の厚さは軸部１２に形成される正規ねじ部１７の１ピッチ以下、より好ましくは０.５ピッチ程度とすることが好ましい。例えばＭ６ボルトの場合には、正規ねじのピッチは１ｍｍであるから回り止め用突起１４の厚さは１ｍｍ以下、好ましくは０.５ｍｍ程度とする。しかし回り止め用突起１４の厚さがあまりに薄くなると回り止め効果が低下するので、少なくとも０.２ｍｍ程度は必要である。

本発明のかしめボルトの特徴は、軸部１２の、頭部座面１３から３ピッチ以下の部分に不完全ねじ部１８を形成し、この不完全ねじ部１８の下方に正規ねじ部１７を形成し、正規ねじ部１７の上端と頭部座面１３との間に形成される不完全ねじ部１８を、金属板に打ち込んだときに金属が流れ込む抜け止め部とした点にある。この不完全ねじ部１８は、ねじ部の転造により形成される軸線方向に凹凸を有するものである。

このように正規ねじ部１７の上端を頭部座面１３に接近させることは、通常の転造法によっては困難であるが、本出願人の特許第１５０９３５９号（特公昭６３−０５７１３５）の方法によって可能となる。この方法では、図８に示すように転造ダイス１９の終端部に通常のねじ山部２０のリード角αよりも大きいリード角βを持つ終端ねじ山部２１を形成し、通常のねじ山部２０によるねじ転造の最終段階において、終端ねじ山部２１でリード角の差（β−α）に対応する分だけブランクをダイス側に移動させることにより、頭部座面１３の近傍まで正規ねじ部１７を形成することが可能となる。

しかしこの方法によっても、正規ねじ部１７の上端には不完全ねじ部１８が形成される。このような不完全ねじ部１８は、これまでねじとして機能しない不要な部分であると考えられてきたのであるが、本発明ではこの不完全ねじ部１８が軸線方向に凹凸を形成することに着目し、この部分に金属を流入させて抜け止め部として機能させる。

図９は実施形態のかしめボルトを金属板２２に打ち込み、不完全ねじ部１８に金属板２２の金属が流れ込んだ状態を示している。このように不完全ねじ部１８に金属を流入させれば、かしめボルトに軸線方向（上向き）の引き抜き荷重が作用した場合にも、不完全ねじ部１８のねじ山の上面が流入してきた金属によって拘束されるため、嵌めボルトを引抜くことができなくなる。

上記したように、本発明のかしめボルトは正規ねじ部１７の上端を頭部座面１３から３ピッチ以下にまで接近させたので、図１０に示すように、金属板２２と被締結部材２３がともに薄板であっても、通常のナット２４による締結が可能となる。すなわち、仮に金属板２２の板厚を１.５ｍｍ（１.５ピッチ）とすると、頭部座面１３から金属板２２の裏面までの距離は１.５ｍｍ以下となり、板厚が１.５ｍｍの被締結部材２３をナット２４により締結することが可能となる。

しかも図９に示されるように、かしめボルトが打ち込まれた金属板２２の裏面２５は、軸部１２の正規ねじ部１７の近傍まで平坦となる。このため被締結部材２３に形成するボルト挿通穴の穴径を小さくすることができ、被締結部材２３のナット２４による締結を行なった際の受圧面を大きくすることができる。

また従来は抜け止めリングを通すことができるように、正規ねじ部１７のねじ山径よりも大きいボルト挿通穴を被締結部材２３に形成する必要があり、締結時に被締結部材２３にリング状の変形を生じることがあったが、本発明によればボルト挿通穴の穴径を小さくすることができるので、被締結部材２３の変形を防止することができる。以下に本発明の実施例を示す。

図６、図７に示したＭ６サイズのかしめボルトを、転造法によって製造した。正規ねじ部の上端を頭部座面から１ピッチにまで接近させ、不完全ねじ部を１ピッチとした。なお頭部の厚さは１.５ｍｍ、頭部外径は１３ｍｍとした。Ｍ６サイズであるため、軸部に形成された正規ねじ部のねじ山径は６ｍｍである。

このかしめボルトを、直径６.２ｍｍの下穴が形成された様々な板厚のアルミ板に挿入し、パンチによってボルトの頭部に衝撃荷重を加えてかしめた。その後、ボルトの軸先端部に頭部方向に向かう荷重を加え、アルミ板からかしめボルトが脱落したときの荷重を抜け荷重として測定した。アルミ板の板厚と抜け荷重との関係を、図１１のグラフに示す。アルミ板の板厚が１ｍｍである場合にも０.５ｋＮ（約５０ｋｇｆ）の抜け荷重を示しており、かしめ後、ナット締結工程まで搬送中の脱落を防止するに十分な値である。

また、アルミ板の板厚と空転トルクとの関係を、図１２のグラフに示した。空転トルクの測定はトルクレンチを用いてかしめボルトに回転トルクを加え、空転し始めたときのトルクを測定する方法で行った。アルミ板の板厚が１ｍｍである場合にも８Ｎｍの空転トルクを示しており、自動車メーカーの要求を十分クリアしている。

１ 従来のかしめボルトの頭部
２ 従来のかしめボルトの軸部
３ 頭部座面
４ 回り止め用突起
５ 正規ねじ部
６ 抜け止めリング
７ 下穴
８ 金属板
９ 被締結部材
１０ ナット
１１ 本発明のかしめボルトの頭部
１２ 本発明のかしめボルトの軸部
１３ 頭部座面
１４ 回り止め用突起
１５ 凹部
１６ 凸部
１７ 正規ねじ部
１８ 不完全ねじ部
１９ 転造ダイス
２０ 通常のねじ山部
２１ 終端ねじ山部
２２ 金属板
２３ 被締結部材
２４ ナット
２５ 金属板の裏面

Claims (3)

1. 頭部と、ねじ部が転造された軸部とを備えたかしめボルトであって、
   頭部座面に非円形で偏平な回り止め用突起を一体に形成するとともに、
   前記ねじ部を、頭部座面から３ピッチ以下の部分に形成された不完全ねじ部と、その下方に形成された正規ねじ部とからなるものとし、
   前記不完全ねじ部は、ねじ部の転造により形成される軸線方向に凹凸を有するものであり、
   前記不完全ねじ部を、金属板に打ち込んだときに金属が流れ込む抜け止め部としたことを特徴とするかしめボルト。
2. 前記回り止め用突起が、凹部と凸部を交互に形成した歯車状のものであることを特徴とする請求項１に記載のかしめボルト。
3. 前記回り止め用突起の厚さを、正規ねじ部の２ピッチ以下としたことを特徴とする請求項１に記載のかしめボルト。

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