JPH09303359A

JPH09303359A - 結合部材及びその結合方法

Info

Publication number: JPH09303359A
Application number: JP14354096A
Authority: JP
Inventors: Kanji Ishii; 完治石井; Tatsuhiko Yoshimura; 達彦吉村; Masahiko Hamada; 政彦浜田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1997-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ボルト及びナットによる結合部材の信頼性を
向上させる。【解決手段】ボルト軸４にワークＷ₁ 、Ｗ₂ の下穴1
6、17を挿通する。次に、スリーブ10を挿通する。そし
てスリーブ10の胴部11をかしめ、スリーブ内壁14を縮径
させる。ボルト軸４の中間部６に設けたねじ山に内壁14
が密着し、ねじ山18が形成される。また、ボルト軸４の
中間部６には、前記ねじ山を分断する切り欠き部９を有
しており、この切り欠き部９にも、スリーブ内壁14の肉
を食い込ませる。そして、切り欠き部９をキー溝とし
て、切り欠き部９に食い込んだスリーブ内壁の肉をキー
として用いる。これにより、ボルト軸４に対するスリー
ブ10の回転を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パネル同士の結合
等、面接触する複数のワークを結合するための結合部材
と、その結合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のボデーパネル等を組み立てる際
の手法の一つとして、ボルトとナットとによる結合を行
う場合がある。また、ボルトとナットとを用いた結合部
材における緩み防止の手法として、塑性変形可能なスリ
ーブをボルトに挿通してかしめることによりナットとし
て用いる手法が、従来から用いられている。図14には、
このボルト軸１とスリーブ２とを用いた結合例を示す。

【０００３】ボルト軸１はワークＷ₁ に溶着されてい
る。スリーブ２はボルト軸１の径に比して内径が大きく
形成されており、ボルト軸１に対する挿通を容易に行う
ことができる。ワークＷ₁ 及びＷ₂ の結合の際には、ま
ず、ボルト軸１にワークＷ₂ の下穴を挿通し、さらにス
リーブ２をボルト軸１に挿通する。そして、スリーブ２
をワークＷ₂ に密着させてから、スリーブ２をかしめて
その内壁を縮小させて、ボルト軸１のねじ部に圧着させ
る。これにより、スリーブ２の内壁にボルト軸１のねじ
山が転写され、ボルト軸１とスリーブ２とは螺合する。
この、ボルト軸１とスリーブ２との結合により、ワーク
Ｗ₁ とワークＷ₂ とが固定される。この手法によると、
スリーブ２の内壁にはボルト軸１のねじ山が直に転写さ
れるので、密着性は十分に高く、通常のボルト及びナッ
トを用いた場合に比べ、緩みの発生は低いものとなる。

【０００４】ところで、ボルト軸１とスリーブ２との結
合力は、ボルト軸１に形成されたねじ山と、スリーブ２
に転写されたねじ山とが互いに密着することにより生ず
る摩擦力から得ている。したがって、この摩擦力を上回
る回転トルクをスリーブ２に加えることにより、スリー
ブ２の取り外しが可能となる。また、スリーブ２の取り
外しを容易とするために、スリーブ２の外壁には、六角
形をなす工具係合部３を形成している。この工具係合部
３にレンチ等を係合させ、スリーブ２を回転させること
によって、スリーブ２を取り外すことができる。さら
に、一度取り外したスリーブ２を、再びボルト軸１に捩
込むことによって、結合部材として再使用することが可
能である。上記従来例としては、ＷＯ94／01687 号公報
にその詳細が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例には次のような欠点があった。前述のごとく、ボル
ト軸１とスリーブ２との結合力は、ボルト軸１に形成さ
れたねじ山と、スリーブ２に転写されたねじ山とが密着
することにより生ずる摩擦力から得ている。ところが、
ワークＷ₁ 、Ｗ₂ に変形や摩耗等が発生してスリーブ２
とワークＷ₂ との間に隙間を生じ、ボルト軸１とスリー
ブ２との間の軸力が減少した場合には、スリーブ２に緩
みを生ずるおそれがあった。したがって、スリーブ２の
緩みを防止するためには、ねじ止め剤をボルト軸１とス
リーブ２との間に充填する等の対策が必要であり、ワー
クの結合に要する工数を増加させるものであった。

【０００６】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、ボルト軸に対するス
リーブの緩みを防止し、かつ、必要なときに限り前記ス
リーブの取り外しが可能な結合部材を提供することによ
り、ボルト及びナットによる結合部材の信頼性を向上さ
せることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
の本発明に係る手段は、ワークを固定するための結合部
材であって、ボルト軸とスリーブとを有し、前記ボルト
軸はねじ山を分断する切り欠き部を有し、前記スリーブ
は縮径可能な塑性変形部を有することを特徴とする。

【０００８】本発明においては、前記ボルト軸にスリー
ブを挿通した後に、該スリーブの塑性変形部をかしめ、
スリーブ内壁を縮径させて前記ボルト軸のねじ部に密着
させることにより、前記スリーブ内壁にボルト軸のねじ
山を転写する。また、前記ねじ山を分断する切り欠き部
に、縮径させたスリーブ内壁の肉を食い込ませる。そし
て、切り欠き部をキー溝として、該切り欠き部に食い込
んだスリーブ内壁の肉をキーとして用いる。

【０００９】ところで、前記切り欠き部は、前記ボルト
軸の軸線方向に設けることが望ましい。そして、切り欠
きの形成を容易とする。

【００１０】また、前記切り欠き部は、前記ボルト軸の
軸線方向と交差させて設けることも可能である。前記切
り欠き部を軸方向と交差させて設け、スリーブ内壁の肉
が前記切り欠き部に食い込むことにより形成される突起
部を、ねじ部に発生する軸力の方向と交差させるように
形成する。

【００１１】また、上記問題を解決するための本発明に
係る手段は、ワークを固定するための結合方法であっ
て、ねじ山に切り欠き部を有するボルト軸を、ワークに
形成した下穴に挿通し、さらに、該ボルト軸を中空のス
リーブに挿通して該スリーブをワークに密着させ、該ス
リーブを前記ボルト軸に対してかしめる各工程を有する
ことを特徴とする。

【００１２】一方のワークをボルト軸で支持し、該ボル
トに挿通した他のワークを、前記スリーブで押え、該ス
リーブをボルト軸のねじ山にかしめることにより、ねじ
山に形成した切り欠き部にスリーブ内壁の肉を食い込ま
せ、該切り欠き部をキー溝として、また、前記切り欠き
に食い込む肉をキーとして用いスリーブの回転を阻止す
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。従来例と同一部分または相当
する部分については同一符号で示し、詳しい説明は省略
する。

【００１４】図１には、本発明の第１の実施の形態にか
かるボルト軸４を示しており、図１（ａ）は側面図を、
図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図を示
している。ボルト軸４は、フランジ付頭５を有する。フ
ランジ付頭５のフランジ径は、結合されるワークＷ₁
（図３参照）に形成された下穴16よりも大径をなし、ワ
ークＷ₁ をこのフランジ付頭５のフランジで支持する。
また、ボルト軸４の軸部に形成されるねじの呼び径は、
中間部６に比べ先端部７の方が小さいものとする。本実
施の形態においては、中間部６の呼び径はＭ６、先端部
７の呼び径はＭ５となっている。中間部６と先端部７と
の間には、先端部７よりさらに小径のくびれ部８を設け
ている。さらに、中間部６には、ねじ山を軸方向に分断
する切り欠き部９を形成している。ところで、第１の実
施の形態に係るボルト４の切り欠き部９は、ねじの谷よ
りも深い溝である。

【００１５】図２には、ボルト軸４に挿通するためのス
リーブ10を示している。スリーブ10は、ボルト軸４に比
して軟質の材料を用いる。例えば、ボルト軸４が鉄の場
合には、スリーブ10はアルミニウムを用いる等の組み合
わせとする。また、ボルト軸４及びスリーブ10に同一の
材料を用いる場合でも、スリーブ10の硬度をボルト軸４
の硬度より低くする。スリーブ10の外壁は、胴部11、工
具係合部12及びフランジ部13からなる。また、内壁14の
径はボルト軸４の中間部６の径より若干大きく形成され
ることにより、ボルト軸４への挿通が容易となってい
る。胴部11の先端部には、面取り部15が形成され、後述
する結合工程において、かしめ治具がこの面取り部15に
当接するようになっている。そして、胴部11は、かしめ
治具によって変形される塑性変形部である。工具係合部
12は六角柱状をなし、この部分にレンチ等を係合させ
て、スリーブ10に軸線回りのトルクを付与することがで
きる。また、フランジ部13の径は、結合されるワークＷ
₂ （図３参照）に形成された下穴17よりも大径をなすも
のとする。

【００１６】図３は、ボルト軸４及びスリーブ10でワー
クＷ₁ 、Ｗ₂ を挟持した状態を示すものである。図３
（ａ）には、ボルト軸４にワークＷ₁ 、Ｗ₂ の下穴16、
17を挿通し、さらに、ボルト軸４にスリーブ10を挿通し
た状態を示している。図３（ｂ）には、図３（ａ）のＢ
−Ｂ線における断面図を示している。ワークＷ₁ 及びＷ
₂ は、ボルト軸４のフランジ付頭５と、スリーブ10のフ
ランジ部13とで挟持された状態にある。図３（ｂ）に示
されるように、スリーブ10の内壁14は、ボルト軸４の中
間部６に対して若干の隙間を有しており、ボルト軸４へ
のスリーブ10の挿通は容易に行われる。この状態で、後
述するかしめ治具によりスリーブ10のかしめ作業と、ボ
ルト軸４の先端部７の除去作業が行われる。

【００１７】図４は、ボルト軸４及びスリーブ10でワー
クＷ₁ 、Ｗ₂ を挟持し、さらにスリーブ10をかしめた状
態を示すものである。図４の（ａ）には、ボルト軸４と
スリーブ10とが結合した状態を示している。図４（ｂ）
には、図４（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図を示してい
る。ボルト軸４はくびれ部８で先端部７（図３）が除去
されている。また、スリーブ10は、胴部11の上方が縮径
するようにかしめられ、内壁14の上方はボルト軸４の中
間部６に密着している。そして、内壁14にはねじ山18が
転写される。図４（ｂ）に示されるように、中間部６に
形成された切り欠き部９には、縮径したスリーブ10の肉
が食い込み、突起部19が形成される。図５には、図４の
状態における、スリーブ10単体の縦断面を示している。
胴部11の上方はかしめにより縮径し、内壁14にはねじ山
18が転写されている。また、ねじ山18を分断するよう
に、軸方向に突起部19が形成されている。

【００１８】すなわち、図４に示すボルト軸４とスリー
ブ10との結合状態では、切り欠き部９がキー溝となり、
突起部19がキー溝に係合するキーとなるので、スリーブ
10の軸線回りの動きを防止し、スリーブ10の緩みの発生
を防いでいる。ところで、スリーブ10はボルト軸４に比
べ軟質の材料で形成されている。よって、工具係合部12
にレンチを係合させて、所定の回転トルクを加えること
により、突起部19のみが破壊されて回転止めとしての機
能を失い、スリーブ10は回転を開始する。すると、突起
部19が存在した部分には、新たにボルト軸４の中間部６
によってねじ山が切られ、スリーブ４を取り外すことが
可能となる。図６は、取り外し後のスリーブ10の縦断面
図を示している。（19）で示される部分には、形成され
た突起部が破壊され、新たにねじ山18が形成されてい
る。

【００１９】ここで、ボルト軸４およびスリーブ10を用
いてワークＷ₁ 、Ｗ₂ の結合を行う工程についての説明
を、図７に基づいて順に説明する。図７（ａ）ないし
（ｆ）に示すように、結合工程は６工程で完了する。

【００２０】(1) まず最初に、ワークＷ₁ 、Ｗ₂ を密着
させ、双方の下穴16、17を一致させる。そしてボルト軸
４を下穴16、17に挿通し、ボルト軸４のフランジ付頭５
をワークＷ₁ に密着させる（図７（ａ））。 (2) 次に、ボルト軸４にスリーブ10を挿通し、スリーブ
10のフランジ部13をワークＷ₂ に密着させる（図７
（ｂ））。なお、このときのボルト軸４及びスリーブ10
の状態は、図３に示す状態と同じである。 (3) かしめ治具20のチャック21で、ボルト軸４の先端部
７に設けたねじ部をチャックする。そして、チャック21
を上方に引き上げ、ノーズ22を下方に押し下げる（図７
（ｃ））。 (4) ノーズ22に設けた円錐状の押圧面23を、ボルト軸４
の面取り部15に押し付け、さらにチャック21及びノーズ
22を移動させて、スリーブ10の胴部11をかしめる。この
とき、ボルト軸４は上方に引っ張られ、スリーブ10は下
方に押し下げられるので、ワークＷ₁ 、Ｗ₂ を十分に挟
持することができる（図７（ｄ））。 (5) ある程度スリーブ10の胴部11のかしめが進行する
と、変形抵抗が大きくなり、その反力を受けて、ボルト
軸４のくびれ部８が破断する。すなわち、スリーブ10の
かしめ作業と、結合後には不要となる先端部７の除去作
業とが、同時に終了する（図７（ｅ））。 (6) 最後に、かしめ治具20を離間させ、締結工程を終了
する（図７（ｅ））。なお、このときのボルト軸４及び
スリーブ10状態は、図４に示す状態と同じである。

【００２１】上記構成をなす本発明の第１の実施の形態
から得られる作用効果は、以下の通りである。ボルト軸
４の中間部６には、ねじ山を軸方向に分断する切り欠き
部９を形成している。そして、この中間部６に対してス
リーブ10をかしめることにより、スリーブ10の内壁14を
縮径させる。そして、スリーブ10の内壁14に中間部６の
ねじ山を転写させ、雌ねじを形成する。同時に、内壁14
の肉を切り欠き部９に食い込ませる。このように、スリ
ーブ10の内壁14に中間部６のねじ山を転写させることに
よって、双方のねじ山が密着することにより生ずる摩擦
力から、ボルト軸４とスリーブ10との結合力を得ること
ができる。また、切り欠き部９がキー溝となり、突起部
19がキー溝に係合するキーとなり、スリーブ10の回転を
防止することができるので、スリーブ10の緩み止めを、
確実にしかも締結工程で同時に施すことができる。

【００２２】スリーブ10は、ボルト軸４に比して軟質の
材料を用いるので、スリーブ10をかしめる際に、ボルト
軸４を破損することがない。同様の理由から、締結され
たスリーブ10の工具係合部12にレンチを係合させ、所定
の回転トルクを加えた場合には、突起部19のみを破壊し
て、スリーブ10を回転させることができる。よって、通
常はスリーブ10に十分な回り止めを施し、スリーブ10の
取り外しが必要なときに限り、突起部19を破壊してスリ
ーブ10を回転させることができる。もし、ワークＷ₁ 、
Ｗ₂ にへたり、なじみ、摩耗等が生じて、ボルト軸４及
びスリーブ10の間に働く軸力が失われても、切り欠き部
９と突起部19とがキー溝とキーとの関係で結合している
ために、スリーブ10が回転して脱落することがない。

【００２３】ところで、切り欠き部９は軸線方向に設け
られた溝であり、その形成は容易なので、製造コストに
与える悪影響は僅かである。

【００２４】次に、本発明の第２の実施の形態を、図８
及び図９に示して説明する。第２の実施の形態におい
て、第１の実施の形態と同一部分または相当する部分に
ついては同一符号で示し、詳しい説明は省略する。

【００２５】図８には、ボルト軸24を示しており、図８
（ａ）は側面図を、図８（ｂ）は図８（ａ）のＤ−Ｄ線
における断面図を示している。ボルト軸24の中間部６に
は、ねじ山を軸線方向に分断するＶ字形切り欠き部25を
形成している。このＶ字形切り欠き部25の深さは、中間
部６に形成されたねじ山の高さと略同一である。図９に
は、ボルト軸24にスリーブ10をかしめることにより、内
壁14に生じる変形の様子を示している。内壁14にはねじ
山18が転写されており、かつ、ねじ山18を分断するよう
に、軸線方向に複数のＶ字形突起部26が形成されてい
る。上記構成をなす本発明の第２の実施の形態から得ら
れる作用効果は、第１の実施の形態と同様であるが、Ｖ
字形突起部26を破壊するために要する回転トルクの大き
さが、第１の実施の形態と異なるので、必要に応じてど
ちらかを選択すれば良い。

【００２６】また、図10及び図11には、本発明の第３の
実施の形態に係るボルト軸27及びスリーブ10を示してい
る。図10（ａ）は、ボルト軸27の側面図を、図10（ｂ）
には、図10（ａ）のＥ−Ｅ線における断面図を示してい
る。第２の実施の形態との差異は、ボルト軸27の中間部
６に形成されるＶ字形切り欠き部25の数が２本から３本
に増加している点である。したがって、図11に示すよう
に、スリーブ10の内壁14に形成されるＶ字形突起部26の
数及び位置も、図９に示されたものとは異なる。第３の
実施の形態では、Ｖ字形突起部26を破壊するために要す
る回転トルクが、第２の実施の形態に比して若干大きく
なる。その他の作用効果は、第１及び第２の実施の形態
と同様であり、ここでの説明は省略する。

【００２７】次に、本発明の第４の実施の形態を、図12
及び図13に示して説明する。図12（ａ）にはボルト軸28
の側面図を、図12（ｂ）には図12（ａ）のＦ−Ｆ線にお
ける断面図を示している。ボルト軸28の中間部６には、
軸線方向と交差するようにねじ山を分断する螺旋状切り
欠き部29を形成している。この螺旋状切り欠き部29は、
第２の実施の形態におけるＶ字形切り欠き部25を、軸線
回りにずらして螺旋状に配置したものである。図13に
は、ボルト軸28にスリーブ10をかしめることにより、内
壁14に生じる変形の様子を示している。内壁14にはねじ
山18が転写され、かつ、ねじ山18を螺旋状に分断する螺
旋状突起部30が形成されている。

【００２８】第４の実施の形態により得られる作用効果
としては、切り欠き部29を螺旋状に並べることにより、
スリーブ内壁14の肉が螺旋状切り欠き部29に食い込むこ
とによって形成される螺旋状突起部30も、軸線方向と交
差するように形成することができる。よって、ねじ山18
が分断される部分（螺旋状突起部30が形成された部分）
の並びが軸線方向に平行でないため、軸力に対向するた
めの強度の低下を抑えることができる。その他、第１な
いし第３の実施の形態と同様の作用効果については、こ
こでの説明を省略する。なお、本発明の実施の形態にお
いては、２つのワークをボルト軸及びスリーブを利用し
て結合する技術に対して、本発明を適用した例を説明し
たが、図14に示すような、１つのワークに形成されたボ
ルト軸を利用して、これに他のワークを結合するような
場合にも、本発明が適用可能であることはいうまでもな
い。

【００２９】

【発明の効果】本発明はこのように構成したので、以下
のような効果を有する。本発明においては、前記ボルト
軸にスリーブを挿通した後に、該スリーブの塑性変形部
を縮径させて、前記ボルト軸のねじ部に対してかしめる
ことにより、前記スリーブ内壁にボルト軸のねじ山を転
写する。また、前記ねじ山を分断する切り欠き部に、縮
径したスリーブ内壁の肉を食い込ませる。そして、前記
切り欠き部をキー溝として、該切り欠き部に食い込んだ
スリーブ内壁の肉をキーとして用いるので、ボルト軸に
対するスリーブの回転を防止することができる。すなわ
ち、スリーブの緩み止めを確実にしかも締結工程と共に
施すことができるので、ねじ止め剤の塗布等緩み防止の
対策を別工程で行う必要もなくなり、ボルト及びナット
による結合部の信頼性も向上させることができる。

【００３０】また、前記切り欠き部を、前記ボルト軸の
軸線方向に設けることにより、該切り欠き部の形成を容
易とし、製造コストに与える影響を抑えることができ
る。

【００３１】また、前記切り欠き部をボルト軸の軸線方
向と交差させて設けた場合には、ねじ山が分断される部
分の並びが軸線方向に平行でないため、軸力に対向する
ための強度の低下を抑えることができる。

【００３２】さらに本発明によれば、一方のワークをボ
ルト軸で支持し、他のワークをスリーブで支持し、さら
にスリーブをボルト軸のねじ山にかしめることによっ
て、スリーブにボルト軸のねじ山を転写する。そして、
ボルト軸およびスリーブねじ山が密着することにより生
ずる摩擦力より、ボルト軸およびスリーブの結合力を得
る。同時に、ねじ山に形成した切り欠き部にスリーブ内
壁の肉を食い込ませ、切り欠き部をキー溝として、ま
た、該切り欠き部と食い込む肉をキーとして用いること
により、スリーブの回転を阻止する。よって、スリーブ
の緩み止めを、ボルト軸およびスリーブの結合工程と同
時に施すことが可能となり、結合部材としての信頼性を
高めつつ、結合に要する工数を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るボルト軸であ
り、（ａ）はその側面を、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
おける横断面を示す摸式図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係るスリーブの部
分断面図である。

【図３】図１に示すボルト軸及び図２に示すスリーブ
で、ワークを挟持した状態を示すものであり、（ａ）は
側面及び部分縦断面を、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線にお
ける横断面を示す図である。

【図４】図１に示すボルト軸及び図２に示すスリーブで
ワークを挟持し、さらにスリーブをかしめた状態を示す
ものであり、（ａ）は側面及び部分縦断面を、（ｂ）は
（ａ）のＣ−Ｃ線における横断面を示す図である。

【図５】図４の状態におけるスリーブの縦断面図であ
る。

【図６】図４に示すスリーブをボルト軸から取り外した
ときの、スリーブ10の縦断面図である。

【図７】図１に示すボルト軸及び図２に示すスリーブの
結合工程を、（ａ）ないし（ｆ）に示した摸式図であ
る。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係るボルト軸であ
り、（ａ）はその側面を、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に
おける横断面を示す摸式図である。

【図９】図８のボルト軸にスリーブをかしめた場合の、
該スリーブの内壁の様子を示す縦断面図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態に係るボルト軸で
あり、（ａ）はその側面を、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線
における横断面を示す摸式図である。

【図１１】図１０のボルト軸にスリーブをかしめた場合
の、該スリーブの内壁の様子を示す縦断面図である。

【図１２】本発明の第４の実施の形態に係るボルト軸で
あり、（ａ）はその側面を、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線
における横断面を示す摸式図である。

【図１３】図１２のボルト軸にスリーブをかしめた場合
の、該スリーブの内壁の様子を示す縦断面図である。

【図１４】ボルト軸及びスリーブを用いた、従来の結合
部材を示す側面図及び部分縦断面図である。

【符号の説明】

４ボルト軸６中間部９切り欠き部 10 スリーブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークを固定するための結合部材であっ
て、ボルト軸とスリーブとを有し、前記ボルト軸はねじ
山を分断する切り欠き部を有し、前記スリーブは縮径可
能な塑性変形部を有する結合部材。
【請求項２】前記切り欠き部は、前記ボルト軸の軸線
方向に設けることを特徴とする請求項１に記載の結合部
材。
【請求項３】前記切り欠き部は、前記ボルト軸の軸線
方向と交差させて設けることを特徴とする請求項１に記
載の結合部材。
【請求項４】ワークを固定するための結合方法であっ
て、ねじ山に切り欠き部を有するボルト軸を、ワークに
形成した下穴に挿通し、さらに、該ボルト軸を中空のス
リーブに挿通して該スリーブをワークに密着させ、該ス
リーブを前記ボルト軸に対してかしめる各工程を有する
結合方法。