JPS5936127B2 - 頭付ボルトとその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、頭付ボルトとその製造方法に係り、特に大き
な締付トルクを掛けるのに適した頭付ボルトとその製造
方法に関するものである。

従来の頭付ボルトは、例えば特公昭４８−１３１３６号
公報に代表される如く、シャンクの一端外周に複数本の
溝を設け、その一端に別途成形され可鍛性金属からなる
ヘッドを圧入している。

この結合は、前記溝によって形成された凹所中に凹所の
周りの金属（ヘッド材料）を流れ込ませることによって
永久的に固設している。

従って、締付トルク（回転トルク）には非常に好結果を
生むが、ボルトは通常ヘッド部分を・・ンマーで打ち込
むことが多く、ヘッドの固設は軸方向および回転方向に
強固のものでなげればならない。

この点を考慮するならばヘッドは必然的にカップ形にな
らざるを得なかった。

しかしカップ形ヘッドは大きくなるにしたがって成形が
むずかしく、生産性の悪いものとなる。

また、他の方式として、ヘッドをシャンクの一端に嵌合
した後、溶接接合する手法もあるが、量産性がなく、溶
接が活かせる材料を選ばなければならない等の不都合が
あった。

本発明の目的は、機械的結合強度の強い頭付ポルＩ・を
得るにある。

本発明は、同心状に配置されたヘッドとシャンクの内、
外周面をリング状間隙をもって対向させ内外周面の各々
に形成された溝の中に前記ヘッドとシャンクより変形抵
抗の小さいリング状の結合物体を挿入し、前記ヘッドと
金型で包囲した状態で金型で加圧し、結合物体を塑性流
動させて、前記画構成部品間を機械的に固定する点にあ
る。

以下本発明の実施例を図面に従って説明する４つ第１図
、第２図は本発明を採用した頭付ボルトの一部破断面図
及び横断面図を示したものである。

１は通常の鉄材よりなるシャンクで、その下端にはねじ
１２が設けられ、−上端には〜＼ラッドが固設されてい
る。

次にヘッド２とシャンク１の結合部について詳記する。

まず、第３図にお℃・て、ヘッド２とシャンク１の結合
部表面２１と１３間には幅Ｔ。

、高さＨ６のリング状空隙部３が介在する。

また前記表面には直角方向に各々溝１４，２２が設けら
れ、その表面には結合物体との結合度を増すためローレ
ツ１□ ２２ ａ刻設されている。

一方、４は被結合部材であるヘッド２、シャンク１より
塑性変形しやすい、すなわち、変形抵抗の小さい結合物
体であり、リング状で断面の幅Ｔ１ はＴｏ に略等し
いか、ないしは若干小さく、高さＨｌ はＨ６と同等以
下ないしは若干高い。

Ｈｌ がＨ６より高い場合でも、その差ΔＨばできるだ
け小さく、例えば０．２〜０．３（ｍｍ）程度にとどめ
るのが好ましい。

その理由については追って説明する。

また結合物体の断面形状は図に示す矩形断面のほか丸、
楕円、多角形断面等、単純形状のものでもよい。

挿入後、塑性変形させるため空隙部形状にとられれる必
要はない。

結合工程においては、第４図に示すように結合物体４を
シャンク１とヘッド２間のリング状空隙部３に挿入する
。

次に第５図に示すように、全体を金型５の上に置き、空
隙部幅Ｔ。

より幅の小さい先端面６１を有する金型６の加圧部６２
で結合部材４を加圧し７、塑性変形により溝１４，２２
内に結合物体４を流入させる。

尚、第４図に示す挿入工程も、金型６で行なってもよい
。

第４図に示す状態で結合物体４は、金型５，６に対応す
る上端、下端部分を除き空隙部３で包囲されており、か
つ高さの差ΔＨはごく小さい。

従って加圧直前の状態は結合物体の全体が空隙部と金型
で包囲されているといえる。

そのため、第５図に示す如（、加圧時、結合物体が空隙
部外へ逃げることはほとんどない。

第６図に示すように、金型６の加圧突部側面６３は先端
面６１に垂直な方向（挿入方向）に対しθだげ傾斜して
いる。

θは、６°〜１５°程度が望ましい。

これはθが小さいと、結合後、金型６が抜けにくくなる
ためである。

また、θが太きすぎると、金型の挿入方向と逆方向に、
すなわち、空隙部外へ結合物体が流出しやすくなり、ま
た挿入深さを深くできず、結合物体に大きな内部応力を
発生させろことができず、従って大きな結合力を得にく
（なる。

金型加圧部６２は、第６図に示すように、その先端６１
と、溝１４．２２の上端との距離Ｓをできるだけ小さく
、換言すれば、先端面６１ができるだけ溝１４，２２に
近くなるよう、深く挿入されることが望ましい。

これにより、塑性流動に伴う摩擦損失が少なくなり、溝
部へ結合物体を充分に挿入できる。

第７図は結合の完了した状態を示す図である。

図において、加圧凹部４１の深さは溝１４，２２に結合
物体４が充分に充満され、なおかつ、結合物体４の内部
に所要の緊迫力が残留されるに充分な寸法である。

また結合物体４の内部には緊迫力Ｐが作用し、シャンク
１ならびにヘッド２の溝１４．２２、結合表面１３，２
１を強固に押拡げている。

ここで、図のような構成を維持するためには、第１のシ
ャンク１ならびにヘッド２の材料が、結合物体４の材料
より硬いこと及び剛性の大きいことが条件となる。

なぜならば、結合物体４が金型６で加圧され、塑性流動
する間、シャンク・ １とヘッド２は変形することな（
（多少の歪はあるが）、充分に堅固でなくてはならない
からである。

言い変えれば、結合物体４はシャンク１ならびにヘッド
２より変形抵抗の小さい材料であることが条件となる。

例えば、シャンク１とヘッド２、が鋼材の場合、結合物
体は軟材であるアルミ、黄銅、銅などが使用される。

結合物体自体は剪断、圧縮、曲げ等について一定の機械
的強度を有していることが要求される。

その大きさは、ボルトの使用条件により異なるこ； と
はいうまでもない。

次に、結合物体４の高さＨｌ とヘッド２の空隙部高さ
Ｈ６の関係についてのべる。

結合物体４を両部品１，２間の空隙部３に充分に流入さ
せるには、結合物体の体積が空隙部容積だけあればよい
。

しかし、第８図に示すように、高さの差ΔＨが比較的大
きい結合物体４を用いて結合すると、第９図に示すよう
に、結合物体の端部が変形してしまう。

従って、第１０図に示すように、たとえ結合物体の体積
が空隙部容積以上あっても、溝１４，２２０附近におい
てばδ１．δ２なる空隙部が残存する。

これは次の理由による。

第１０図において、金型５，６によりリング状の結合物
体４を軸方向に圧縮すると、この結合物体中には、軸方
向にσ１、円周方向にσ２、半径方向にσ３なる内部応
力を生ずる（第１１、第１２図）。

一方、この結合物体の変形抵抗をに、ｆとすると σ１−（１〜１．５）Ｋｆ ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・（１−）なる関係がある。

加圧時、結合物体４０両端附近は、半径方向において拘
束力が作用しないからσ１が最大のとき、σ３は最小と
なる。

従って、降伏の条件を与えるトレス力 （ＴＲＥＳＣＡ）の式により、次の関係が成立する。

Ｋｆ−σ１−σ３ ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（２）（２）式に（１）式を代
入すると、 σ３−σｔ ’ｐ”ｆ ・・・・・・・・・・・・
・ ・・・・・・・・・・・（２）’−（１〜
１．５ ）Ｋｆ−Ｋｆ−（０〜０．５ ） Ｋｆ・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）つ
まり、結合物体を半径方向、すなわち、被結合物体の溝
中へ塑性変形させるに足る応力は発生しない。

一方、第６図に示したような本発明の方法によれば、結
合物体４は加圧時、実質的にその全体が、シャンク１、
ヘッド２と金型凸部により拘束されているため、 σ１−（２〜４ ） Ｋｆ ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・（４）となり、（２
）７式に代入すると、 σ３−（２〜４ ）Ｋｆ−Ｋｆ−（］〜３）Ｋｆとなり
変形抵抗Ｋｆ以−Ｌの応力が発生する。

従って、結合物体は溝の中へ完全に流入する。

このように結合物体を加圧時拘束するためには、結合物
体の高さＨｌ が空隙部の高さとほぼ同等以下であれば
よい。

しかし、結合物体の断面の高さがあまり低くなると、溝
中へ充分に流入させるために金型凸部の挿入ストローク
を大きくする必要がでてくるが、θがあまり小さくでき
ないのでストロークには限界がある。

従って、結合物体の体積を空隙部体積より若干少ない範
囲とし、空隙部幅Ｔ。

、金型傾斜角θ等を考慮して高さＨｌ を決定する必
要がある。

次に第１３図は、本発明の他の実施例の、一部断面の斜
視図を示す。

この実施例では第７図と異なり、結合物体４０両面より
加圧したものである。

第７図に比べて、より安定した緊迫力が得られる。

なお、ディスクプレートの変形抵抗が、結合物体の変形
抵抗より大きくても、その肉厚がうすげれば、結合時変
形してしまい、結合物体を効果的に空隙部に流入させる
ことができない。

従って、ディスクプレートは一定の剛性を有していなけ
ればならない。

第１４図は結合物体の斜視図を示したものであり、リン
グ状で、しかも断面形状は矩形であり単純形状である。

この結合物体４は金属からなり、パイプ材の切削、塑性
加工、又は焼結法などで加圧したものである。

第１５図は、第１４図と同様、結合物体の斜視図を示し
たものであり、円周上に隙間Ｓを有する略リング状で、
しかも断面形状は矩形であり単純形状である。

この結合物体４は金属からなり、線材を丸め、一定寸法
に加工したものである。

この隙間Ｓは、結合物体１，２０間に挿入され、加圧さ
れた時点で、はぼ密着する程度の寸法である。

具体的には外径５４ｍｍで０．５ ｍｒｎ程度（角度に
して、およそ１°）のわずかな隙間である。

尚、第１５図に示した、隙間Ｓのある結合物体の場合は
、加圧される前は円周方向の拘束がないが、加圧初期に
於いて、結合物体は円周方向に伸び隙間Ｓ−０となり、
この時点で円周方向が拘束されるため、加圧がさらに進
むに従い、半径方向の荷重は増大し、大きな緊迫力を保
持出来る。

従って、完全なリング形状の第１４図とほぼ同等の廻り
）・ルクを得ることができる。

以上本発明によれば、回転方向及び軸方向に結合力の優
れたヘッドを備えた頭付ボルトが提供できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はポルＩ・
の要部破断面図、第２図は第１図の■−■断面図、第３
図Ａ、Ｂは接合前の被結合部材及び結合部材の外観要部
を示す一部断面斜視図、第４図は結合部材を被結合部材
の空隙部に挿入した状態を示す斜視図、第５図、第６図
は金型で結合部材を加圧している状態を示す断面図、第
７図は結合完了後の状態を示す断面図、第８〜第１０図
は結合部材に要求される条件を説明するための断面図、
第１１、第１２図は加圧時の応力の状態を説明するため
の概略図、第１３図は他の実施例における要部断面図、
第１４図は結合部材の斜視図、第１５図は他の実施例に
おけろ結合部材の斜視図である。 １・・・・・・シャンク、２・・・・・・ヘッド、３・
・・・・・空隙部、４・・・・・・結合部材、１４，２
２・・・・・・溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端に被固定部と螺合するねじを、他端に別途形成
   され、回転外力を受けるヘッドを固設してなる頭付ポル
   Ｉ・において、上記ヘッドの中央部に貫通孔を有し、該
   貫通孔の内周面と内側のシャンクの外周面との間にリン
   グ状間隙を有し、かつ上記内外周面の全周にわたり各々
   溝を有し、上記リング状間隙、溝及びシャンクとヘッド
   の端面の延長面とで仕切られた空間内にリング状結合物
   体が挿入されており、該結合物体の剪断力と緊迫力にて
   内側、外側の両部材の結合力を得たことを特徴とする頭
   付ボルト。 ２ 一端に被固定部と螺合するねじを、他端に別途形成
   され、回転外力を受けるヘッドを固設してなる頭付ボル
   トにおいて、上記ヘッドの中央部に貫通孔を設け、該貫
   通孔の内周面とシャンクの外周面との間にリング状間隙
   を形成し、かつ上記内外周面の全周にわたり各々溝を設
   け、一方、前記シャンクとヘッドの材料より変形抵抗が
   小さく、かつ所定の機械的強度を有し前記リング状間隙
   の高さと同等もしくは近似した高さを有し全体がリング
   状で断面が単純形状の結合物体を設け、次に該結合物体
   を前記リング状間隙に挿入し、結合物体の全体が実質的
   に前記シャンクとヘッド及び金型で包囲された状態とし
   、金型の凸部を前記リング状間隙に加圧挿入し、結合物
   体を塑性流動させて前記リング状間隙全体及び溝内まで
   流入させ、結合物体の剪断力と緊迫力にて上記両部品を
   結合したことを特徴とする頭付ボルトとその製造方法。