JP6862036B2 - ワンサイドボルト並びにそれを使用した締結構造及び締結構造の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、締結する板部の片側からの操作により締結を行うことができるワンサイドボルト並びにそれを使用した締結構造及び締結構造の製造方法に関する。

従来用いられていたこの種のワンサイドボルトとしては、例えば下記の特許文献１等に示されている構成を挙げることができる。すなわち、従来のワンサイドボルトは、フランジを有するスリーブと、そのスリーブに挿通されたボルト体とにより構成されている。このようなワンサイドボルトでは、板部の貫通孔にスリーブ及びボルト体を挿通した後にボルト体を回転させ、スリーブの一部を塑性変形させて半径方向外方に膨らんだバルジ部を形成する。そして、バルジ部及びフランジにより板部を挟み込むことで板部の締結を行う。

特開平１１−１５９５０９号公報

上記のような従来のワンサイドボルトでは、スリーブの一部を塑性変形させて半径方向外方に膨らんだバルジ部を形成するので、塑性変形されたスリーブの一部に微細なクラックが生じることがある。このような微細なクラックでも、長期的にはバルジ部の強度を低下させて締結力の低下を引き起こす虞がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、塑性変形による微細なクラックの発生を回避して、より確実に長期的な締結力を確保することができるワンサイドボルトを提供することである。

本発明に係るワンサイドボルトは、頭部を有するボルト体と、ボルト体の先端側に螺合されたナット体と、頭部とナット体との間に配置された少なくとも１つの切片体と、切片体とボルト体とを接続する弾性体とを備え、切片体は、頭部側に位置する基端と、ナット体側に位置する先端とを有しており、弾性体は、外力非作用時にボルト体の径方向に関して先端が基端よりも外側に位置するように切片体をボルト体に固定しているとともに、外力作用時に先端がボルト体に近づくことを許容するように構成されている。

本発明に係る締結構造は、貫通孔をそれぞれ有するとともに、貫通孔が互いに重なるように配置された第１及び第２板部と、上記のワンサイドボルトであって、切片体とナット体との間に第１及び第２板部が位置するように、頭部から貫通孔に挿通されているワンサイドボルトとを備え、第１及び第２板部の一方の板面にナット体が押し当てられるとともに、第１及び第２板部の他方の板面と頭部の端面とに切片体が押し当てられている。

本発明に係る締結構造の製造方法は、上記のワンサイドボルトを使用して第１及び第２板部が互いに締結された締結構造を製造するための締結構造の製造方法であって、第１及び第２板部は貫通孔をそれぞれ有しており、貫通孔が互いに重なるように第１及び第２板部を配置した後に、弾性体に外力を作用させて先端をボルト体に近づけながら頭部から貫通孔にワンサイドボルトを挿通する工程と、先端が貫通孔を越えて弾性体の復元により先端がボルト体から離れた後に、ナット体を回転させてボルト体を引き戻し、第１及び第２板部の一方の板面にナット体を押し当てるとともに、第１及び第２板部の他方の板面と頭部の端面とに切片体を押し当てる工程とを含む。

本発明のワンサイドボルト並びにそれを使用した締結構造及び締結構造の製造方法によれば、弾性体は、外力非作用時にボルト体の径方向に関して先端が基端よりも外側に位置するように切片体をボルト体に固定しているとともに、外力作用時に先端がボルト体に近づくことを許容するように構成されているので、第１及び第２板部の貫通孔にワンサイドボルトを挿通して、第１及び第２板部の一方の板面にナット体を押し当てるとともに、第１及び第２板部の他方の板面と頭部の端面とに切片体を押し当てることで、軸力を発揮する部材の塑性変形を伴わずに片側から第１及び第２板部の締結を行うことができる。これにより、塑性変形による微細なクラックの発生を回避して、より確実に長期的な締結力を確保することができる。

本発明の実施の形態１によるワンサイドボルトを示す正面図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿うワンサイドボルトの断面図である。 図１のワンサイドボルトを示す底面図である。 図１の切片体の先端がボルト体に近づけられた状態のワンサイドボルトを示す正面図である。 図４のワンサイドボルトを示す底面図である。 図１のワンサイドボルトを使用した締結構造の製造方法を示す説明図である。 本発明の実施の形態２によるワンサイドボルトの要部を示す断面図である。 本発明の実施の形態３によるワンサイドボルトを示す正面図である。 図８の線ＩＸ−ＩＸに沿うワンサイドボルトの断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるワンサイドボルト１を示す正面図であり、図２は図１の線ＩＩ−ＩＩに沿うワンサイドボルト１の断面図であり、図３は図１のワンサイドボルト１を示す底面図である。図１〜図３に示すように、ワンサイドボルト１は、ボルト体２、ナット体３、３つの切片体４及び弾性体５を有している。

ボルト体２は、頭部２０、ネジ部２１及び軸部２２を有している。

頭部２０は、ボルト体２の一端に形成された円柱形状の部分である。頭部２０は、例えば多角形等の他の形状を有していてもよい。頭部２０には、ボルト体２の径方向２ａに延在された端面２０ａが設けられている。ボルト体２の径方向２ａは、ボルト体２の軸方向（延在方向）に直交する方向である。

ネジ部２１は、ボルト体２の他端側に形成された円柱形状の部分である。ネジ部２１の外周には、ネジ２１ａが形成されている。ネジ２１ａは、ネジ部２１の周方向全体に形成されるか、又はネジ部２１の周方向の一部に形成される。頭部２０とは逆側のネジ部２１の端面は、ボルト体２の先端２ｂを構成している。

軸部２２は、頭部２０とネジ部２１との間に形成された円柱形状の部分である。頭部２０、ネジ部２１及び軸部２２は、互いに同軸に配置されている。軸部２２の外径２２ａ（幅）は、頭部２０及びネジ部２１の外径よりも小さくされている。

ナット体３は、ボルト体２の先端２ｂ側に螺合されている。ナット体３は、例えば六角柱等の多角柱の外形を有することができる。ナット体３の幅３ａは、ボルト体２の頭部２０及びネジ部２１の幅よりも大きくされている。ナット体３の幅３ａは、対角距離等により定義することができる。

切片体４は、頭部２０とナット体３との間に配置された板状部材である。より具体的には、切片体４は、軸部２２の外周位置に配置されている。図２及び図３に示すように、本実施の形態では各切片体４の横断面が円弧状とされている。切片体４は、ボルト体２とは別の部材によって構成されている。また、切片体４は、頭部２０側に位置する基端４０と、ナット体３側に位置する先端４１とを有している。

図２及び図３に示すように、本実施の形態では３つの切片体４がボルト体２の周方向に並べて配置されている。各切片体４は等間隔で配置されていることが好ましい。各切片体４の間の間隔は、各切片体４の幅方向中心位置の間の距離等によって定義することができる。

ボルト体２、ナット体３及び切片体４は、必要とされる強度に応じて、例えば鉄又は非鉄（アルミニウム、亜鉛又は樹脂等）等の任意の素材によって構成され得る。

弾性体５は、例えば高復元ゴム体又は金属バネ等の圧縮及び復元が可能な素材又は部材により構成されたものであり、ボルト体２と切片体４との間に設けられて、ボルト体２と切片体４とを接続している。図２に示すように、本実施の形態の弾性体５は、ボルト体２の軸部２２の周面を覆う被覆部５０と、被覆部５０の外周面からボルト体２の径方向２ａの外方に延出されて各切片体４の内周面に固着されている３つの接続部５１とを有している。

図１に示すように、弾性体５は、外力非作用時（外力が加えられていない時又は非圧縮時）にボルト体２の径方向２ａに関して先端４１が基端４０よりも外側に位置するように切片体４をボルト体２に固定している。すなわち、弾性体５の外力非作用時には、ボルト体２の先端２ｂ側で各切片体４の先端４１が広がった状態となるように、ボルト体２の軸方向に対して各切片体４が傾斜して延在されている。図３に示すように、弾性体５の外力非作用時には、ボルト体２の径方向に関するボルト体２の軸中心Ｃから切片体４の先端４１までの距離ｄ１は、ボルト体２の軸中心Ｃから頭部２０の最外縁までの距離ｄ２よりも長くされている。

切片体４の基端４０及び先端４１は、弾性体５の外力非作用時にボルト体２の径方向２ａに延在する端面４０ａ，４１ａを有している。これらの端面４０ａ，４１ａは、平面により構成されている。図１では基端４０の端面４０ａが頭部２０の端面２０ａに接触しているように示しているが、ボルト体２の軸方向に沿う外力が切片体４に加えられていないときに基端４０の端面４０ａが頭部２０の端面２０ａから離間されていてもよい。

次に、図４は図１の切片体４の先端４１がボルト体２に近づけられた状態のワンサイドボルト１を示す正面図であり、図５は図４のワンサイドボルト１を示す底面図である。弾性体５は、外力が加えられたときに圧縮可能とされている。弾性体５は、外力作用時（外力が加えられている時又は圧縮時）に切片体４の先端４１がボルト体２に近づくことを許容するように構成されている。

本実施の形態のワンサイドボルト１では、図４に示すように各切片体４の内周面が軸部２２に最も接近するまで切片体４が変位された状態において、図５に示すようにボルト体２の軸方向に沿って頭部２０を見た時に切片体４が頭部２０に隠れるように構成されている。すなわち、頭部２０が通過できる孔であれば、切片体４も通過できるようにされている。但し、必ずしも上述のように構成されていなくてもよく、各切片体４の内周面が軸部２２に最も接近するまで変位された切片体４が頭部２０の外縁からボルト体２の径方向に突出していてもよい。

次に、図６は図１のワンサイドボルト１を使用した締結構造６の製造方法を示す説明図である。ワンサイドボルト１は、貫通孔６１ａ，６２ａをそれぞれ有する第１及び第２板部６１，６２を締結するために使用される。貫通孔６１ａ，６２ａの直径は、頭部２０の直径よりも大きく、かつナット体３の幅よりも小さくされている。仮に頭部２０の直径を１２ｍｍとした場合、貫通孔６１ａ，６２ａを挿通される頭部２０の両側に１ｍｍずつのクリアランスを有するように、貫通孔６１ａ，６２ａの直径を１４ｍｍ程度とすることができる。第１及び第２板部６１，６２の貫通孔６１ａ，６２ａの直径は互いに異なっていてもよい。

まず、図６の（ａ）に示すように、貫通孔６１ａ，６２ａが互いに重なるように第１及び第２板部６１，６２を配置した後に、頭部２０から貫通孔６１ａ，６２ａにワンサイドボルト１を挿通する。このとき、貫通孔６１ａ，６２ａの外縁に切片体４が押し付けられることで、切片体４の先端４１がボルト体２に近づけられるように弾性体５が圧縮される。

その次に、図６の（ｂ）に示すように、切片体４の先端４１が貫通孔６１ａ，６２ａを越える位置までワンサイドボルト１を貫通孔６１ａ，６２ａに挿通させると、弾性体５の復元により切片体４の先端４１がボルト体２から離れる。この位置までワンサイドボルト１を貫通孔６１ａ，６２ａに挿通した後に、ナット体３を回転させてボルト体２を引き戻し、図６の（ｃ）に示すように、第１板部６１の板面にナット体３を押し当てるとともに、第２板部６２の板面と頭部２０の端面２０ａとに切片体４を押し当てる。このとき、第２板部６２の板面と頭部２０の端面２０ａとの間で切片体４が突っ張ることにより軸力が生じる。この軸力により第１及び第２板部６１，６２が締結される。第２板部６２の板面及び頭部２０の端面２０ａへの切片体４の押し当ては、切片体４の弾性域で行われる。すなわち、本実施の形態のワンサイドボルト１では、切片体４をはじめとする軸力を発揮する部材の塑性変形を伴わずに第１及び第２板部６１，６２の片側からの操作により第１及び第２板部６１，６２の締結を行うことができる。これにより、塑性変形による微細なクラックの発生を回避して、より確実に長期的な締結力を確保することができる。また、ナット体３を緩めることで第１及び第２板部６１，６２の締結を弱めて第１及び第２板部６１，６２の位置調整を行うことができる。

なお、図６の（ａ）〜（ｃ）では、第１板部６１側からワンサイドボルト１を貫通孔６１ａ，６２ａに挿通するように説明しているが、周囲の状況によっては第２板部６２側からワンサイドボルト１を貫通孔６１ａ，６２ａに挿通してもよい。本実施の形態の締結構造６は、貫通孔６１ａ，６２ａをそれぞれ有するとともに、貫通孔６１ａ，６２ａが互いに重なるように配置された第１及び第２板部６１，６２と、ナット体３と切片体４との間に第１及び第２板部６１，６２が位置するように、頭部２０から貫通孔６１ａ，６２ａに挿通されているワンサイドボルト１とを備え、第１及び第２板部６１，６２の一方の板面にナット体３が押し当てられるとともに、第１及び第２板部６１，６２の他方の板面と頭部２０の端面２０ａとに切片体４が押し当てられているものである。

上述のように切片体４の基端４０及び先端４１の端面４０ａ，４１ａ（図１及び図４参照）が弾性体５の外力非作用時にボルト体２の径方向２ａに延在しているため、第２板部６２の板面と頭部２０の端面２０ａとの間で切片体４を突っ張らせた時に、基端４０及び先端４１の端面４０ａ，４１ａを第２板部６２の板面及び頭部２０の端面２０ａに面接触させることができ、より確実に軸力を発生させることができる。但し、切片体４の基端４０及び先端４１の端面４０ａ，４１ａが他の形状とされていても軸力の発生は期待できる。すなわち、切片体４の基端４０及び先端４１の端面４０ａ，４１ａの少なくとも１つが弾性体５の外力非作用時にボルト体２の径方向２ａに延在された平面とされていなくてもよい。

また、本実施の形態では、複数の切片体４がボルト体２の周方向に並べて配置されているので、ボルト体２の周方向に軸力を分散でき、より安定的に軸力を発生させることができる。但し、切片体４の数は、３つに限定されず、例えば１つ、２つ又は４以上の数等の他の数であってもよい。

切片体４を突っ張らせた際、切片体４の延在方向に切片体４を圧縮しようとする力が切片体４に作用する。上述のように各切片体４の横断面が円弧状とされているため、各切片体４の横断面が直線状とされている場合と比較して、切片体４を圧縮しようとする力に対する切片体４の耐荷力を向上させることができ、より確実に軸力を発生させることができる。切片体４の横断面が例えば「く」の字形等の１つ又は複数の角を有する形状とされていても、同様に切片体４の耐荷力を向上させることができる。但し、必要とされる軸力の大きさによっては切片体４の横断面が平面状とされていてもよい。軸部２２の形状は、切片体４の横断面の横断面に応じて、例えば多角形等の他の形状に変更できる。

ここで、上述のように貫通孔６１ａ，６２ａの直径が頭部２０の直径よりも大きいため、弾性体５の外力非作用時にボルト体２の軸方向に対して切片体４を傾斜して延在していなければ、切片体４の先端４１の端面４１ａを第１及び第２板部６１，６２の板面に押し当てることが難しい。このため、ボルト体２の軸方向に対する切片体４の傾斜角度は０°よりも大きいことが好ましい。

一方、ボルト体２の軸方向に対する切片体４の傾斜角度が４５°よりも大きいと、切片体４を突っ張らせようとしたときに、切片体４に作用するボルト体２の軸方向に沿う力よりも切片体４に作用するボルト体２の径方向に沿う力の方が大きくなってしまう。この場合、鉄または非鉄間の接触においては、切片体４に作用するボルト体２の径方向に沿う力が切片体４と第２板部６２の板面との間の最大摩擦力を上回りやすくなり、切片体４が倒れて軸力を発生できなくなる虞が生じる。このため、ボルト体２の軸方向に対する切片体４の傾斜角度は４５°以下であることが好ましい。

このようなワンサイドボルト１並びにそれを使用した締結構造６及び締結構造６の製造方法によれば、弾性体５は、外力非作用時にボルト体２の径方向に関して先端４１が基端４０よりも外側に位置するように切片体４をボルト体２に固定しているとともに、外力作用時に先端４１がボルト体２に近づくことを許容するように構成されているので、第１及び第２板部６１，６２の貫通孔６１ａ，６２ａにワンサイドボルト１を挿通して、第１及び第２板部６１，６２の一方の板面にナット体３を押し当てるとともに、第１及び第２板部６１，６２の他方の板面と頭部２０の端面とに切片体４を押し当てることで、軸力を発揮する部材の塑性変形を伴わずに片側から第１及び第２板部６１，６２の締結を行うことができる。これにより、塑性変形による微細なクラックの発生を回避して、より確実に長期的な締結力を確保することができる。

また、基端４０は、弾性体５の外力非作用時にボルト体２の径方向２ａに延在する端面４０ａを有しているので、板部の板面と頭部２０の端面２０ａとの間で切片体４を突っ張らせた時に、基端４０の端面４０ａを頭部２０の端面２０ａに面接触させることができ、より確実に軸力を発生させることができる。

さらに、先端４１は、弾性体５の外力非作用時にボルト体２の径方向２ａに延在する端面４１ａを有しているので、板部の板面と頭部２０の端面２０ａとの間で切片体４を突っ張らせた時に、先端４１の端面４１ａを第２板部６２の板面に面接触させることができ、より確実に軸力を発生させることができる。

さらにまた、複数の切片体４がボルト体２の周方向に並べて配置されているので、ボルト体２の周方向に軸力を分散でき、より安定的に軸力を発生させることができる。

また、切片体４の横断面が円弧状か又は角を有する形状であるので、切片体４を圧縮しようとする力に対する切片体４の耐荷力を向上させることができ、より確実に軸力を発生させることができる。

さらに、弾性体５の外力非作用時におけるボルト体２の軸方向に対する切片体４の傾斜角度が０°よりも大きくかつ４５°以下であるので、より確実に軸力を発生させることができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２によるワンサイドボルト１の要部を示す断面図である。実施の形態１では、弾性体５が、被覆部５０と、その被覆部５０の外周面からボルト体２の径方向２ａの外方に延出された３つの接続部５１とを有するように説明したが（図２参照）、図７に示すように、弾性体５は、ボルト体２の軸部２２の周面と各切片体４の内周面との間の空間を埋めるように横断面が略三角形状の部材とされていてもよい。弾性体５の外周面は各切片体４の内周面に固着されている。弾性体５の横断面は切片体４の数及び形状に応じて変更できる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

このように、ボルト体２の軸部２２の周面と各切片体４の内周面との間の空間を埋める形状を弾性体５が有していてもよい。

実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３によるワンサイドボルト１を示す正面図であり、図９は図８の線ＩＸ−ＩＸに沿うワンサイドボルト１の断面図である。実施の形態１，２では、弾性体５がボルト体２と各切片体４との間に配置されるように説明した。しかしながら、図８及び図９に示すように、ボルト体２の頭部２０及び各切片体４の外側に弾性体５が配置されてもよい。

本実施の形態３の弾性体５は、ボルト体２の頭部２０の外周に配置された円環部５２と、円環部５２から各切片体４の外面に沿うように延出された複数の舌片部５３とを有している。各舌片部５３の内周面は、各切片体４の外周面に固着されている。本実施の形態３においても、弾性体５は、外力非作用時にボルト体２の径方向に関して切片体４の先端４１が基端４０よりも外側に位置するように切片体４をボルト体２に固定しているとともに、外力作用時に切片体４の先端４１がボルト体２に近づくことを許容するように構成されている。その他の構成は、実施の形態１と同じである。

このように、ボルト体２及び切片体４の外側に弾性体５が配置されてもよい。

１ ワンサイドボルト
２ ボルト体
２０ 頭部
３ ナット体
４ 切片体
５ 弾性体
６ 締結構造
６１，６２ 第１及び第２板部
６１ａ，６２ａ 貫通孔

Claims (8)

1. 頭部を有するボルト体と、
   前記ボルト体の先端側に螺合されたナット体と、
   前記頭部と前記ナット体との間に配置された少なくとも１つの切片体と、
   前記切片体と前記ボルト体とを接続する弾性体と
   を備え、
   前記切片体は、前記頭部側に位置する基端と、前記ナット体側に位置する先端とを有しており、
   前記弾性体は、外力非作用時に前記ボルト体の径方向に関して前記先端が前記基端よりも外側に位置するように前記切片体を前記ボルト体に固定しているとともに、外力作用時に前記先端が前記ボルト体に近づくことを許容するように構成されている、
   ワンサイドボルト。
2. 前記基端は、前記弾性体の外力非作用時に前記ボルト体の径方向に延在する端面を有している、
   請求項１記載のワンサイドボルト。
3. 前記先端は、前記弾性体の外力非作用時に前記ボルト体の径方向に延在する端面を有している、
   請求項１又は請求項２に記載のワンサイドボルト。
4. 複数の前記切片体が前記ボルト体の周方向に並べて配置されている、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のワンサイドボルト。
5. 前記切片体の横断面が円弧状か又は角を有する形状である、
   請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のワンサイドボルト。
6. 前記弾性体の外力非作用時における前記ボルト体の軸方向に対する前記切片体の傾斜角度が０°よりも大きくかつ４５°以下である、
   請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のワンサイドボルト。
7. 貫通孔をそれぞれ有するとともに、前記貫通孔が互いに重なるように配置された第１及び第２板部と、
   請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のワンサイドボルトであって、前記ナット体と前記切片体との間に前記第１及び第２板部が位置するように、前記頭部から前記貫通孔に挿通されているワンサイドボルトと
   を備え、
   前記第１及び第２板部の一方の板面に前記ナット体が押し当てられるとともに、前記第１及び第２板部の他方の板面と前記頭部の端面とに前記切片体が押し当てられている、
   締結構造。
8. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のワンサイドボルトを使用して第１及び第２板部が互いに締結された締結構造を製造するための締結構造の製造方法であって、前記第１及び第２板部は貫通孔をそれぞれ有しており、
   前記貫通孔が互いに重なるように前記第１及び第２板部を配置した後に、前記弾性体に外力を作用させて前記先端を前記ボルト体に近づけながら前記頭部から前記貫通孔に前記ワンサイドボルトを挿通する工程と、
   前記先端が前記貫通孔を越えて前記弾性体の復元により前記先端が前記ボルト体から離れた後に、前記ナット体を回転させて前記ボルト体を引き戻し、前記第１及び第２板部の一方の板面に前記ナット体を押し当てるとともに、前記第１及び第２板部の他方の板面と前記頭部の端面とに前記切片体を押し当てる工程と
   を含む締結構造の製造方法。

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