JP7618178B2 - ボルトのかしめ固定構造、かしめボルトのかしめ固定方法及びかしめダイス - Google Patents
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Description
本発明は、ボルトのかしめ固定構造、かしめボルトのかしめ固定方法及びかしめダイスに関するものである。
かしめボルトは、ボルトの頭部を金属板にかしめ固定するボルトであり、ウエルドボルトのように加熱する必要がないため金属板が変形したり変色することがなく、工業分野において広く用いられている。
かしめボルトは特許文献１に示されるように、頭部座面にかしめ用凹部を形成したタイプと、座面直下の軸部の上端部にかしめ用凹部を形成したタイプが一般的であるが、特許文献３に示されるように、頭部上面にかしめ用凹部を備えたかしめボルトも知られている。
頭部上面にかしめ用凹部を備えたかしめボルトを金属板にかしめ固定する際には、凸形状のかしめダイスを金属板の裏面に配置し、かしめボルトを頭部を下向きとして金属板の表面に載せ、パンチによりボルト頭部を加圧する。このとき、金属板はかしめダイスの凸状部により加圧されて金属材料がボルトのかしめ用凹部内に圧入され、図８に示すようにかしめ固定が行われる。かしめ固定されたボルトの軸部は金属板から突出しているため、他の部材を取付けるために使用される。
強固なかしめ固定を行うためには、かしめ用凹部内に金属材料を塑性的に流動させ充満させる必要がある。しかしそのために加圧力を大きくすると、ダイスの凸状部によってかしめ用凹部内に圧入された金属材料の行き場がなくなり、かしめ用凹部内において過大な局所応力が発生してボルト頭部を変形又は破壊してしまう可能性がある。この場合にはかしめ強度が低下することとなる。またこの現象を避けるために加圧力を落とすと、かしめ用凹部の奥深くまで金属材料を圧入することができず、かしめ強度が低下することとなる。このように、頭部上面にかしめ用凹部を備えたかしめボルトを強固にかしめ固定することは、容易ではなかった。
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、頭部上面にかしめ用凹部を備えたかしめボルトを、金属板に強固にかしめ固定することができるボルトのかしめ固定構造、かしめボルトのかしめ固定方法及びかしめダイス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のボルトのかしめ固定構造は、かしめボルトを金属板に貫通させることなくかしめ固定したボルトのかしめ固定構造であって、前記かしめボルトはその頭部上面に、凹部の底面が平面であるかしめ用凹部を備え、前記かしめ用凹部内の中央部における金属材料の圧入距離を周縁部よりも小さくすることにより、前記かしめ用凹部内に圧入された金属材料の軸線方向の厚さを、前記かしめ用凹部の周縁部では薄く、中央部では厚くかつ一定としたことを特徴とするものである。
また上記の課題を解決するためになされた本発明のかしめボルトのかしめ固定方法は、頭部上面に凹部の底面が平面であるかしめ用凹部を備えたかしめボルトを、その頭部を下向きとして金属板の表面に配置し、ダイスの表面に前記かしめボルトの前記かしめ用凹部よりも小径のリング状の凸状部を形成するとともに、この凸状部の中央部に底面が平坦な応力緩和用凹部を形成したかしめダイスを金属板の裏面に配置し、パンチで前記かしめボルトを金属板に貫通させることなく打ち込み、前記かしめダイスの表面の前記凸状部により金属材料を前記かしめ用凹部内に圧入し、前記かしめ用凹部内の中央部における金属材料の圧入距離を周縁部よりも小さくすることにより、前記かしめ用凹部内に圧入された金属材料の軸線方向の厚さを、前記かしめ用凹部の周縁部では薄く、中央部では厚くかつ一定とすることを特徴とするものである。
また、上記の課題を解決するためになされた本発明のかしめダイスは、頭部上面に凹部の底面が平面であるかしめ用凹部を備えたかしめボルトを金属板に貫通させることなくかしめ固定するために用いられるかしめダイスであって、ダイスの表面に前記かしめボルトの前記かしめ用凹部よりも小径のリング状の凸状部を形成するとともに、この凸状部の中央部に底面が平坦で孔のない応力緩和用凹部を形成したことを特徴とするものである。
本発明のボルトのかしめ固定構造は、かしめボルトの頭部上面に形成された凹部の底面が平面であるかしめ用凹部内に圧入された金属材料の軸線方向の厚さをかしめ用凹部の中央部では厚くし、中央部における金属材料の圧入距離を周縁部よりも小さくしている。このため、かしめ用凹部の奥深くまで金属材料を流動させることができ、しかも中央部における金属材料の圧入距離を小さくし、かしめ用凹部内における過大な局所応力の発生を抑制する。このため、ボルト頭部を変形させたり破壊してしまうことがなくなり、強固なかしめ固定が可能となる。
また、本発明のかしめボルトのかしめ固定方法は、凸状部の中央部に底面が平坦で孔のない応力緩和用凹部を形成したかしめダイスとパンチを用いてかしめを行うので、凸状部によってかしめ用凹部の奥深くまで金属材料を圧入することができ、しかもかしめ用凹部内に圧入された金属材料の一部を応力緩和用凹部に逃がすことにより、過大な局所応力の発生を抑制することができる。このためボルト頭部を変形させたり破壊してしまうことがなくなり、強固なかしめ固定が可能となる。
以下に本発明の実施形態を説明する。
図１はこの実施形態で用いられるかしめボルト１０の斜視図、図２はその上面図である。これらの図に示されるように、このかしめボルト１０は頭部１１と軸部１２を有し、頭部１１の上面にかしめ用凹部１３が形成されている。かしめ用凹部１３の底面は平面であり、かしめ用凹部１３の周囲内面１４は底面に向かって拡がったテーパ状となっている。またこのかしめ用凹部１３の周囲内面１４には、回り止め用の凹凸部１５が形成されている。
図１はこの実施形態で用いられるかしめボルト１０の斜視図、図２はその上面図である。これらの図に示されるように、このかしめボルト１０は頭部１１と軸部１２を有し、頭部１１の上面にかしめ用凹部１３が形成されている。かしめ用凹部１３の底面は平面であり、かしめ用凹部１３の周囲内面１４は底面に向かって拡がったテーパ状となっている。またこのかしめ用凹部１３の周囲内面１４には、回り止め用の凹凸部１５が形成されている。
図３に、このかしめボルト１０を金属板３０にかしめ固定したかしめ構造を示す。図示のように、かしめボルト１０のかしめ用凹部１３の内部には金属板３０の金属材料が塑性的に圧入されているが、その金属材料の軸線方向の厚さが、かしめ用凹部１３の周縁部では薄く、中央部では厚くなっている。すなわち、かしめ用凹部１３の周縁部では金属材料は深く圧入されており、これによって十分なかしめ強度を得ている。また金属材料は、かしめ用凹部１３の周囲内面１４に形成された回り止め用の凹凸部１５にも食い込んでおり、十分な回り止め強度を得ている。
これに対してかしめ用凹部１３の中央部では金属材料の圧入距離が周縁部よりも小さくなっている。図８に示す従来構造ではかしめ用凹部１３内に圧入された金属材料の厚さは一定であるから、この点に本発明のかしめ構造の特徴がある。このようにかしめ用凹部１３内への金属材料の圧入距離を小さくすることにより、かしめ用凹部１３内における過大な局所応力の発生を抑制している。このため、従来のようにボルト頭部を変形させたり破壊してしまうことがなくなり、強固なかしめ固定が可能となる。
次に、本発明のかしめボルトのかしめ固定方法を説明する。このかしめ固定方法には、図４に示すような特殊なかしめダイス２０が用いられる。このかしめダイス２０は硬質金属からなり、円柱状の本体の上部の表面２１は平面であり、その中央部にリング状の凸状部２２が形成されている。この凸状部２２は、かしめボルト１０のかしめ用凹部１３の内部に、金属板を圧入し、金属材料を塑性流動させる役割を持つ。このため、この凸状部２２の外径はかしめ用凹部１３の内径よりも小さく形成されている。
この凸状部２２の中央部には、応力緩和用凹部２３が形成されている。図５に示すように、この実施形態では応力緩和用凹部２３の底面は平坦である。また応力緩和用凹部２３の底面の高さは、ダイスの表面２１と凸状部２２との中間の高さである。具体的な寸法は相手材となる金属板３０の材質や板厚に応じて決定される。
このように構成されたかしめダイス２０を用いてかしめボルト１０を金属板３０にかしめ固定するには、先ず図５に示すように、かしめダイス２０を金属板３０の裏面に配置し、かしめボルト１０を頭部を下向きとして金属板３０の表面に配置する。従来と同様、かしめダイス２０とかしめボルト１０は同一軸線上にあるように位置決めしておく。この状態では、金属板３０はかしめダイス２０の凸状部２２の上にある。次に図６に示すようにかしめボルト１０の上方にパンチ４０を配置する。パンチ４０にはかしめボルト１０の軸部１２が挿入される凹部４１が形成されており、平坦な下面４２はかしめボルト１０の頭部１１よりも大径となっている。
この状態から図７のようにパンチ４０を下降させ、かしめボルト１０を金属板３０に打ち込む。このとき、ダイス２０の表面の凸状部２２により金属板の金属材料をかしめボルト１０のかしめ用凹部１３に塑性流動させて圧入し、かしめボルト１０を金属板３０にかしめ固定する。図６に示されるように、ダイス２０のリング状の凸状部２２により金属材料はかしめ用凹部１３の奥深くまで圧入され、底面に向かって拡がったテーパ状のかしめ用凹部１３の周囲内面１４に密着するとともに、回り止め用の凹凸部１５に喰い込む。これにより優れた引き抜き強度及び回り止め強度を得ることができる。
またこのかしめ時に、金属材料の一部はダイス２０の凸状部２２の中央部に形成された応力緩和用凹部２３に流動する。この結果、図３に示した本発明のかしめ構造となる。本発明のかしめ固定方法によれば、応力緩和用凹部２３がなかった従来のダイスを用いた場合に比較して過大な局所応力の発生を抑制することができる。このためボルト頭部を変形させたり破壊してしまうことがなくなり、図３に示すように強固なかしめ固定が可能となる。応力緩和用凹部２３の面積と深さは、金属板３０の材質や板厚に応じて決定されるが、応力緩和用凹部２３の底面の高さをダイスの表面２１と凸状部２２との中間の高さとしておけば、応力緩和用凹部２３の中心部においても金属板２０は確実に加圧されるので、かしめ強度が低下するおそれはない。かしめボルト１０の軸部１２は、他の部材を取り付けるために使用される。
以上に説明したように、本発明によれば応力緩和用凹部２３がなかった従来のダイスを用いた場合に比較して優れたかしめ強度を得ることができる。
１０ かしめボルト
１１ 頭部
１２ 軸部
１３ かしめ用凹部
１４ 周囲内面
１５ 回り止め用の凹凸部
２０ かしめダイス
２１ 表面
２２ 凸状部
２３ 応力緩和用凹部
３０ 金属板
４０ パンチ
４１ 凹部
４２ 下面
１１ 頭部
１２ 軸部
１３ かしめ用凹部
１４ 周囲内面
１５ 回り止め用の凹凸部
２０ かしめダイス
２１ 表面
２２ 凸状部
２３ 応力緩和用凹部
３０ 金属板
４０ パンチ
４１ 凹部
４２ 下面
Claims (3)
- かしめボルトを金属板に貫通させることなくかしめ固定したボルトのかしめ固定構造であって、前記かしめボルトはその頭部上面に、凹部の底面が平面であるかしめ用凹部を備え、前記かしめ用凹部内の中央部における金属材料の圧入距離を周縁部よりも小さくすることにより、前記かしめ用凹部内に圧入された金属材料の軸線方向の厚さを、前記かしめ用凹部の周縁部では薄く、中央部では厚くかつ一定としたことを特徴とするボルトのかしめ固定構造。
- 頭部上面に凹部の底面が平面であるかしめ用凹部を備えたかしめボルトを、その頭部を下向きとして金属板の表面に配置し、ダイスの表面に前記かしめボルトの前記かしめ用凹部よりも小径のリング状の凸状部を形成するとともに、この凸状部の中央部に底面が平坦な応力緩和用凹部を形成したかしめダイスを金属板の裏面に配置し、パンチで前記かしめボルトを金属板に貫通させることなく打ち込み、前記かしめダイスの表面の前記凸状部により金属材料を前記かしめ用凹部内に圧入し、前記かしめ用凹部内の中央部における金属材料の圧入距離を周縁部よりも小さくすることにより、前記かしめ用凹部内に圧入された金属材料の軸線方向の厚さを、前記かしめ用凹部の周縁部では薄く、中央部では厚くかつ一定とすることを特徴とするかしめボルトのかしめ固定方法。
- 頭部上面に凹部の底面が平面であるかしめ用凹部を備えたかしめボルトを金属板に貫通させることなくかしめ固定するために用いられるかしめダイスであって、ダイスの表面に前記かしめボルトの前記かしめ用凹部よりも小径のリング状の凸状部を形成するとともに、この凸状部の中央部に底面が平坦で孔のない応力緩和用凹部を形成したことを特徴とするかしめダイス。
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