JP6522721B1 - 部材結合具及び結合体 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の部材を容易にかつ外れ難く接続することが可能な結合具及び当該結合具を用いた結合体を提供すること。【解決手段】部材結合具１０は、孔が配された第一部材及び第二部材よりも硬い材質からなり、中心軸線Ｃ１を有して第一部材と第二部材とを連結する部材結合具であって、本体部１３と、本体部１３の一端１３Ａ側から突出して配された第一凸部１５と、本体部１３の他端１３Ｂ側から突出して配された第二凸部１６と、を備え、第一凸部１５の中心軸線Ｃ１と直交する断面の最大幅が、第一部材に配された孔の開口部の内径より短く形成され、第二凸部１６の中心軸線Ｃ１と直交する断面の最小幅が、第二部材に配された孔の開口部の内径より長く形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、部材結合具及び結合体に関する。

複数の部材同士を接続して結合体を製造する方法として、従来から溶接や接着等が知られている。

しかし、溶接に適さない材質の部材には溶接による接続ができない。また、部材の材質によっては接着剤の接着力では不十分な場合もある。さらに、互いに異なる材質の部材の場合、部材間で溶接条件や接着剤の種類を変える必要がある。そして、溶接設備や接着設備が必要になる。

一方、部材同士をボルトとナットとによって機械的に締結する方法が知られている。ただし、通常、この方法ではボルトを貫通させるための貫通孔を部材にあける必要がある。

そこで、部材に貫通孔をあけたくない場合には、例えば、部材側にそれぞれ雌ねじ溝を設け、これらの雌ねじ溝に対応する雄ねじ溝が両端に配された両側ボルト（例えば、特許文献１参照。）を使用する場合もある。

特開２０１２−２３３５６３号公報

しかしながら、このような両側ボルトを使用する場合には、各部材のうち少なくとも一方が回転可能な状態とされるか、両側ボルトの雄ねじ溝が互いに反対方向に配されたものを使用するかしないと締結することができない。また、振動環境下では、ボルトが緩むことがある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、複数の部材を容易にかつ外れ難く接続することが可能な結合具及び当該結合具を用いた結合体を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る部材結合具は、穴又は孔が配された塑性変形可能な第一部材及び第二部材よりも硬い材質からなり、前記第一部材の前記穴又は前記孔の最大幅が前記第二部材の前記穴又は前記孔の最大幅よりも短くされて中心軸線を有して互いに離間した前記第一部材と前記第二部材とを連結する部材結合具であって、本体部と、該本体部の一端側から突出して配された第一凸部と、前記本体部の他端側から突出して配された第二凸部と、を備え、前記第一部材及び前記第二部材と結合される前の状態で、前記本体部における前記中心軸線と直交する断面の最大幅が、前記第一部材に配された前記穴又は前記孔の開口部の最大幅より長く、かつ、前記第二部材に配された前記穴又は前記孔の開口部の最大幅より短く形成され、前記第一凸部の前記中心軸線と直交する断面の最大幅が、前記第一部材に配された前記穴又は孔の開口部の内径より短く形成され、前記第二凸部の前記中心軸線と直交する断面の最小幅が、前記第二部材に配された前記穴又は孔の開口部の内径より長く形成されている。

また、本発明に係る部材結合具は、さらに、前記第一凸部における前記本体部側の前記最大幅よりも先端側の前記最大幅のほうが長く形成されている。

また、本発明に係る部材結合具は、さらに、前記本体部の他端側の外径が一端側の外径よりも小径に形成されている。

本発明に係る結合体は、本発明に係る部材結合具と、前記第一部材と、前記第二部材と、を備え、前記穴又は孔の開口部の少なくとも一部が変形して前記本体部と前記第一凸部及び前記第二凸部との接続部分を押圧してなる。

また、本発明に係る結合体は、本発明に係る部材結合具と、前記第一部材と、前記第二部材と、前記第一部材と前記第二部材との間に配された第三部材と、を備え、前記本体部が貫通する貫通孔が前記第三部材に配され、前記第一部材及び前記第二部材における前記穴又は孔の開口部の少なくとも一部が変形して前記本体部と前記第一凸部及び前記第二凸部との接続部分を押圧してなる。

本発明によれば、複数の部材を容易にかつ外れ難く接続することができる。

本発明の第１実施形態に係る結合体を構成する部材を示す一部断面図である。 本発明の第１実施形態に係る部材結合具を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る結合体を示す一部断面図である。 本発明の第１実施形態に係る結合体の製造途中を示す説明図である。 本発明の第１実施形態の他の例に係る部材結合具を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に他の例に係る結合体の製造途中を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る結合体を示す一部断面図である。 本発明の第２実施形態に係る結合体を構成する部材を示す一部断面図である。 本発明の第２実施形態に係る結合体の製造途中を示す説明図である。 本発明とは別の実施形態に係る結合体を示す一部断面図である。 本発明とは別の実施形態に係る結合体を構成する部材を示す一部断面図である。 本発明とは別の実施形態に係る結合体の製造途中を示す説明図である。

（第１実施形態）
本発明に係る第１実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
本発明に係る部材結合具１０は、図１に示すように、中心軸線Ｃ１を有して第一部材１１と第二部材１２とを連結する部材結合具であり、第一孔１１Ａが配された第一部材１１及び第二孔１２Ａが配された第二部材１２の何れよりも硬い材質からなる。

第一部材１１及び第二部材１２は何れも板状に形成されており、例えばアルミニウム合金からなる。ここで、第一孔１１Ａと第二孔１２Ａとを比較すると、第一孔１１Ａの内径ＩＤ１のほうが第二孔１２Ａの内径ＩＤ２よりも小径に形成されている。

部材結合具１０は例えばステンレス製であって、図２に示すように、略円柱状の本体部１３と、本体部１３の一端１３Ａ側に突出して配された第一凸部１５と、本体部１３の他端１３Ｂ側に突出して配された第二凸部１６と、を備えている。

本体部１３の中心軸線Ｃ１と直交する断面における外径ＯＤは、第一孔１１Ａの内径ＩＤ１よりも大径、かつ、第二部材１２の第二孔１２Ａの内径ＩＤ２よりも小径に形成されている。以下、本体部１３、第一凸部１５及び第二凸部１６の径について説明する場合は、中心軸線Ｃ１と直交する断面における径をいう。中心軸線Ｃ１方向における本体部１３の長さＬは、第二部材１２の板厚Ｔ２と略同一となっている。

第一凸部は略円柱状でも構わないが、本実施形態に係る部材結合具１０の第一凸部１５は本体部１３側から先端側に向かって漸次拡径するよう略円錐台状に形成されている。第一凸部１５の中心軸線Ｃ１方向の突出長さＬ１は、第一部材１１の板厚Ｔ１よりも短くなるように形成されている。第一凸部１５の外径ＯＤ１は、どの箇所においても第一部材１１に配された第一孔１１Ａの内径ＩＤ１よりも小径に形成されている。そのため、第一凸部１５が第一孔１１Ａ内に挿入された際、第一凸部１５と第一孔１１Ａとの隙間Ｓ１は、第一凸部１５の本体部１３側のほうが先端側よりも大きくなる。

第二凸部１６は略円柱状に形成されて本体部１３の他端側に突出して配されている。第二凸部１６の中心軸線Ｃ１方向の突出長さＬ２は、第二部材１２の板厚Ｔ２よりも短く形成されている。第二凸部１６の外径ＯＤ２は、第二部材１２に配された第二孔１２Ａの内径ＩＤ２よりも大径に形成されている。

結合体１７は、図３に示すように、部材結合具１０の第一凸部１５が第一部材１１の第一孔１１Ａに嵌入され、本体部１３が第一部材１１及び第二部材１２の双方に嵌入され、第二凸部１６が第二部材１２に嵌入されて形成されている。

第一部材１１の第一孔１１Ａにおける第二部材１２側の開口部の少なくとも一部は塑性変形して第一凸部１５の本体部１３との接続部分を押圧している。また、第二部材１２の第二孔１２Ａにおける外側の開口部の少なくとも一部は塑性変形して本体部１３の第二凸部１６との接続部分を押圧している。

次に、本実施形態に係る部材結合具１０及び結合体１７の作用について結合体１７の製造方法とともに説明する。
結合体１７を製造する際には、第一孔１１Ａと第二孔１２Ａとの中心が一致するように第一部材１１と第二部材１２とを積層させた後、第二部材１２の第二孔１２Ａから部材結合具１０の第一凸部１５を挿入する。そして、図４に示すように、本体部１３の第一凸部１５側を第一孔１１Ａの開口部と接触させ、かつ、第二凸部１６の本体部１３側を第二孔１２Ａの開口部と接触させた状態で第二凸部１６を中心軸線Ｃ１方向に押圧する。

ここで、第一部材１１及び第二部材１２は例えばアルミニウム合金からなり、部材結合具１０はステンレスからなる。よって、第一孔１１Ａの第二部材１２側が本体部１３と第一凸部１５との接続部分に向かって塑性変形して隙間Ｓ１を埋めるようにして第一凸部１５を押圧する。同様に第二孔１２Ａの外側が本体部１３と第二凸部１６との接続部分に向かって塑性変形して本体部１３を押圧する。こうして、図３に示すような結合体１７が製造される。

この部材結合具１０によれば、ボルト・ナットや溶接、接着剤等を使用しなくても第一部材１１と第二部材１２とを備える結合体１７を製造することができる。

なお、第一孔１１Ａは貫通孔に限らず第一凸部１５が没入可能に第二部材１２側の面が凹んだ穴であっても構わない。また、図５に示すように、本体部１８の他端１８Ｂ側の外径が一端１８Ａ側の外径よりも小径に形成された部材結合具１９でも構わない。この場合、図６に示すように、本体部１８と第二孔１２Ａとの間にも隙間Ｓが生じる。そのため、第二孔１２Ａの外側が本体部１８と第二凸部１６との接続部分に向かって塑性変形する際、この隙間Ｓに侵入してより変形しやすくすることができる。

（第２実施形態）
次に、第２の実施形態について図７から図９を参照しながら説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。

第２の実施形態と第１実施形態との異なる点は、図７に示すように、本実施形態に係る結合体２０が第一部材１１と第二部材１２との間に配される第三部材２１を備えるとした点である。

第三部材２１は金属であっても非金属であってもよく、例えば、セラミックスやカーボンからなるものでもよい。第三部材２１には、部材結合具２２の本体部２３が挿通可能な貫通孔２１Ａが配されている。第二部材１２の第二孔１２Ａの内径ＩＤ２と第三部材２１の貫通孔２１Ａの内径ＩＤ３とは略同一となっている。

図８に示すように、部材結合具２２の本体部２３の外径ＯＤＤは、第一凸部１５側から第二凸部１６側に向かって途中から漸次縮径するよう本体部２３の第二凸部１６側が略円錐台状に形成されている。本体部２３の中心軸線Ｃ１方向の長さＬＬは、第三部材２１の板厚をＴ３としたとき、Ｔ２＋Ｔ３と略同一長さに形成されている。

次に、本実施形態に係る部材結合具２２及び結合体２０の作用について結合体２０の製造方法とともに説明する。
結合体２０を製造する際には、第一孔１１Ａ、第二孔１２Ａ及び貫通孔２１Ａの中心が一致するように第三部材２１を第一部材１１と第二部材１２とで挟んだ状態に積層する。次に、第二部材１２の第二孔１２Ａ及び第三部材２１の貫通孔２１Ａを通して第一部材１１の第一孔１１Ａに部材結合具２２の第一凸部１５を挿入する。そして、図９に示すように、本体部２３の第一凸部１５側を第一孔１１Ａの第三部材２１側の開口部と接触させ、かつ、第二凸部１６の本体部２３側を第二孔１２Ａの開口部と接触させた状態で第二凸部１６を中心軸線Ｃ１方向に押圧する。

このとき、第１実施形態と同様に、第一孔１１Ａの第三部材２１側の開口部が本体部２３と第一凸部１５との接続部分に向かって塑性変形して隙間Ｓ１を埋めるようにして第一凸部１５を押圧する。

ここで、部材結合具２２の本体部２３の第二凸部１６側が略円錐台状に形成されている。そのため、部材結合具２２を挿入すると第三部材２１の貫通孔２１Ａにおける第二部材１２側の開口部近傍と本体部２３との間には、隙間Ｓが形成される。そのため、第二孔１２Ａの外側の開口部が本体部２３と第二凸部１６との接続部分に向かって塑性変形して隙間Ｓを埋めるようにして本体部２３を押圧する。この際、第三部材２１は第一部材１１及び第二部材１２によって板厚方向に押圧されるにすぎない。こうして、図７に示すように、結合体２０が製造される。

この部材結合具２２及び結合体２０によれば、第三部材２１を積層した状態でも第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第三部材２１が第一部材１１及び第二部材１２のように部材結合具２２の押圧によって塑性変形する材料でなくても第一部材１１及び第二部材１２とともに結合させることができる。

次に、本発明とは別の実施形態について図１０から図１２を参照しながら説明する。
なお、上述した実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。

この実施形態と上記各実施形態との異なる点は、図１０及び図１１に示すように、本実施形態に係る結合体３０における第二部材３１の第二孔３１Ａの内径ＩＤ４が部材結合具３２の第二凸部３３の外径ＯＤ３よりも大径に、かつ、部材結合具３２の本体部３５の外径ＯＤよりも小径に形成されているとした点である。すなわち、第二凸部３３は第二孔３１Ａ内に没入される。

第三部材２１は、第一部材１１及び第二部材３１と同様に部材結合具３２よりも硬い材質からなる。部材結合具３２の第二凸部３３は第一凸部１５と同様に本体部３５側から突出した先端側に向かって漸次拡径するよう円錐台状に形成されている。ただし、第二凸部３３の外径ＯＤ３は、どの箇所も第二部材３１に配された第二孔３１Ａの内径ＩＤ４よりも小径に形成されている。そのため、第二凸部３３と第二孔３１Ａとの隙間Ｓ２は、第二凸部３３の本体部３５側のほうが先端側よりも大きくなっている。

第二部材３１の第二孔３１Ａの内径ＩＤ４は、部材結合具３２の本体部３５の外径ＯＤよりも小径に形成されている。本体部３５の中心軸線Ｃ１方向の長さＬ’は、第三部材２１の板厚Ｔ３と略同一長さに形成されている。

次に本実施形態に係る部材結合具３２及び結合体３０の作用について結合体３０の製造方法とともに説明する。
結合体３０を製造する際には、第一部材１１の第一孔１１Ａと第三部材２１の貫通孔２１Ａとの中心が一致するように第一部材１１と第三部材２１とを積層する。そして、貫通孔２１Ａを介して部材結合具３２の第一凸部１５を第一孔１１Ａに挿入した後、第三部材２１と第二部材３１とを積層する。その後、図１２に示すように、本体部３５の第一凸部１５側を第一孔１１Ａの第三部材２１側の開口部と接触させ、かつ、本体部３５の第二凸部３３側を第二孔３１Ａの第三部材２１側の開口部と接触させた状態で第二部材３１を中心軸線Ｃ１方向に押圧する。

このとき、第一孔１１Ａの第三部材２１側の開口部が本体部３５と第一凸部１５との接続部分に向かって塑性変形して隙間Ｓ１を埋めるようにして第一凸部１５を押圧する。同様に第二孔３１Ａの第三部材２１側の開口部が本体部３５と第二凸部３３との接続部分に向かって塑性変形して隙間Ｓ２を埋めるようにして第二凸部３３を押圧する。こうして、図１０に示すように、結合体３０が製造される。

この部材結合具３２及び結合体３０によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するだけでなく、第二凸部３３を第二部材３１内に完全に没入させることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、部材結合具１０，１９，２２は円柱状に形成されているとしているが、これに限らず角柱状や筒状のものでも構わない。また、第一部材１１及び第二部材１２，３１はアルミニウム合金、部材結合具１０，１９，２２はステンレス製としているがこれに限らず、部材結合具との押圧によって第一部材及び第二部材が塑性変形可能な材質であれば構わない。さらに第三部材２１は一つに限らず複数であっても構わない。この場合、本体部の中心軸線Ｃ１方向の長さは第三部材の全体の板厚に応じて変化する。

１０，１９，２２ 部材結合具
１１ 第一部材
１１Ａ 第一孔
１２ 第二部材
１２Ａ 第二孔
１３，１８，２３ 本体部
１５ 第一凸部
１６ 第二凸部
１７，２０ 結合体
２１ 第三部材
２１Ａ 貫通孔
Ｃ１ 中心軸線

Claims (5)

1. 穴又は孔が配された塑性変形可能な第一部材及び第二部材よりも硬い材質からなり、前記第一部材の前記穴又は前記孔の最大幅が前記第二部材の前記穴又は前記孔の最大幅よりも短くされて中心軸線を有して互いに離間した前記第一部材と前記第二部材とを連結する部材結合具であって、
   本体部と、
   該本体部の一端側から突出して配された第一凸部と、
   前記本体部の他端側から突出して配された第二凸部と、
   を備え、
   前記第一部材及び前記第二部材と結合される前の状態で、
   前記本体部における前記中心軸線と直交する断面の最大幅が、前記第一部材に配された前記穴又は前記孔の開口部の最大幅より長く、かつ、前記第二部材に配された前記穴又は前記孔の開口部の最大幅より短く形成され、
   前記第一凸部の前記中心軸線と直交する断面の最大幅が、前記第一部材に配された前記穴又は孔の開口部の内径より短く形成され、
   前記第二凸部の前記中心軸線と直交する断面の最小幅が、前記第二部材に配された前記穴又は孔の開口部の内径より長く形成された部材結合具。
2. 前記第一凸部における前記本体部側の前記最大幅よりも先端側の前記最大幅のほうが長く形成された請求項１に記載の部材結合具。
3. 前記本体部の他端側の外径が一端側の外径よりも小径に形成された請求項１又は２に記載の部材結合具。
4. 請求項１から３の何れか一つに記載の部材結合具と、
   前記第一部材と、
   前記第二部材と、
   を備え、
   前記穴又は孔の開口部の少なくとも一部が変形して前記本体部と前記第一凸部及び前記第二凸部との接続部分を押圧してなる結合体。
5. 請求項１から３の何れか一つに記載の部材結合具と、
   前記第一部材と、
   前記第二部材と、
   前記第一部材と前記第二部材との間に配された第三部材と、
   を備え、
   前記本体部が貫通する貫通孔が前記第三部材に配され、
   前記第一部材及び前記第二部材における前記穴又は孔の開口部の少なくとも一部が変形して前記本体部と前記第一凸部及び前記第二凸部との接続部分を押圧してなる結合体。

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