WO2022123805A1 - スタッドボルト - Google Patents

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WO2022123805A1
WO2022123805A1 PCT/JP2021/016454 JP2021016454W WO2022123805A1 WO 2022123805 A1 WO2022123805 A1 WO 2022123805A1 JP 2021016454 W JP2021016454 W JP 2021016454W WO 2022123805 A1 WO2022123805 A1 WO 2022123805A1
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WO
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screw shaft
plate material
stud bolt
recessed
annular groove
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PCT/JP2021/016454
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慎悟 鳥居
啓一 宮田
聡 白波▲瀬▼
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日東精工株式会社
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Priority to US18/256,383 priority patent/US20240018992A1/en
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    • F16B37/00Nuts or like thread-engaging members
    • F16B37/04Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates
    • F16B37/06Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates by means of welding or riveting
    • F16B37/062Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates by means of welding or riveting by means of riveting
    • F16B37/068Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates by means of welding or riveting by means of riveting by deforming the material of the support, e.g. the sheet or plate
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    • F16B19/04Rivets; Spigots or the like fastened by riveting
    • F16B19/05Bolts fastening by swaged-on collars
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16B35/041Specially-shaped shafts
    • F16B35/048Specially-shaped necks
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    • F16B39/00Locking of screws, bolts or nuts
    • F16B39/22Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place during screwing down or tightening
    • F16B39/28Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place during screwing down or tightening by special members on, or shape of, the nut or bolt
    • F16B39/282Locking by means of special shape of work-engaging surfaces, e.g. notched or toothed nuts

Definitions

  • the present invention relates to a stud bolt that is fixed to a plate material to be mounted in a retaining state and a rotation preventing state.
  • a stud bolt (clinch stud) that is fixed in a retaining state and a detenting state by being press-fitted into a mounting hole of a metal plate material (mounting target plate material)
  • the stud bolt comprises a head and a threaded shaft extending from the seating surface of the head.
  • the stud bolt described in Patent Document 1 has a non-perfect circular detent portion (a detent protrusion in the document) that bulges from the bearing surface toward the lower side in the screwing direction of the screw shaft portion, and the diameter of the screw shaft portion.
  • An annular groove portion (retaining groove in the literature) recessed in an annular shape toward the inside in the direction, and an annular protrusion (retaining ring in the literature) protruding in an annular shape at a position adjacent to the lower side in the screwing direction with respect to the annular groove portion. , Is equipped.
  • the protruding portion is a detent protrusion when the stud bolt is press-fitted into the metal plate material. It is crushed by and pushes a large amount of metal into the holding groove to increase the pull-out load and idling torque.
  • the metal that is crushed and flows by the detent protrusion protrudes from the periphery of the mounting hole located on the opposite side of the head to the radial outside of the holding ring and burrs. It is easy to become. Further, the metal crushed by the detent protrusions flows to the outside in the radial direction of the detent protrusions to cause deformation, and the metal plate material is liable to warp. As a result, when fixing another member to the metal plate material, inconveniences such as damage to the other member by burrs, burrs becoming foreign substances and scattering to the surroundings, and warped metal plate material interfering with surrounding parts occur. The quality of the product deteriorates.
  • the characteristic configuration of the stud bolt according to the present invention is a stud bolt that is fixed to the plate material to be mounted in a retaining state and a rotation preventing state, and is a screw shaft portion extending from the head and the seat surface of the head.
  • a detent portion that is formed in a non-round shape that surrounds the screw shaft portion in the screwing direction view of the screw shaft portion and that bulges from the bearing surface toward the lower side in the screwing direction, and the screw shaft.
  • an annular groove portion recessed in an annular shape toward the radial inward side of the screw shaft portion at a position adjacent to the detent portion on the lower side in the screwing direction, and the screw shaft portion.
  • the seat surface and the annular protrusion are provided with an annular protrusion that projects annularly toward the radial outer side of the screw shaft portion at a position adjacent to the annular groove portion on the lower side in the screwing direction.
  • the plate material to be mounted is sandwiched between the two, and the detent portion is formed with a recessed portion recessed toward the upper side in the screwing direction.
  • the detent portion, the annular groove portion, and the annular protrusion portion that bulge from the seat surface of the head are arranged in order along the screwing direction, and the detent portion is good in the screwing direction.
  • a recessed portion recessed toward the side is formed.
  • the mounting target plate material while the mounting target plate material enters the annular groove portion to secure the pull-out load, the mounting target plate material also enters the recessed portion, so that the shear cross-sectional area of the mounting target plate material increases and the idling torque can be improved. Moreover, since the mounting target plate material preferentially enters the recessed portion, the mounting target plate material does not easily protrude outward in the radial direction of the recessed portion, and warpage of the mounting target plate material can be prevented to improve the quality. In this way, we were able to provide stud bolts that can improve the quality when fixed to the plate material to be mounted.
  • Another characteristic configuration is that the recessed portion is formed so as to be deeper as it is closer to the screw shaft portion.
  • the recessed portion is formed deeper as it is closer to the screw shaft portion as in this configuration, the plate material to be mounted that is crushed and flows is smoothly guided in the direction of the annular groove portion. As a result, it is possible to appropriately secure the pull-out load due to the plate material to be mounted entering the annular groove portion.
  • Another characteristic configuration is that the inner edge portion of the recessed portion reaches the annular groove portion, and the recessed portion and the annular groove portion are continuous.
  • the recessed portion and the annular groove portion are continuous as in this configuration, the mounting target plate material that is crushed and flows is guided in the direction of the annular groove portion without a barrier. As a result, it is possible to appropriately secure the pull-out load due to the plate material to be mounted entering the annular groove portion.
  • the recessed portion reaches the outer edge portion of the detent portion, and the outer edge portion is formed with a convex portion that protrudes in a tapered state toward the lower side in the screwing direction.
  • this convex portion is the mounting target. It is possible to improve the idling torque by biting into the plate material. Moreover, since the convex portion serves as a barrier, the mounting target plate material that has entered the recessed portion does not easily protrude outward in the radial direction of the convex portion, and warpage of the mounting target plate material can be reliably prevented.
  • convex portion is formed in a cross-sectional shape having an inclined portion on the screw shaft portion side and an upright portion having a steeper slope than the inclined portion on the opposite side of the screw shaft portion.
  • the plate material to be mounted is further inserted toward the recessed portion. , It is possible to surely prevent the plate material to be mounted from protruding outward in the radial direction of the recessed portion. Moreover, even when the metal plate rotates and a rotational torque is applied to the stud bolts, the erection part stands on a steep slope, so the component force in the pull-out direction of the stud bolts becomes small, and the pull-out load is reduced. It can be secured appropriately.
  • Another characteristic configuration is that the recessed portion is formed in an endless shape surrounding the screw shaft portion.
  • the recessed portion has an endless shape that surrounds the screw shaft portion as in this configuration, the plate material to be mounted that is crushed and flows is guided in the direction of the annular groove portion without a barrier. As a result, it is possible to appropriately secure the pull-out load due to the plate material to be mounted entering the annular groove portion.
  • FIG. 2 is a view taken along the line III-III in FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. It is an enlarged sectional view at the position where the convex part is the farthest from the annular protrusion. It is an enlarged sectional view at the position where the convex part is closest to the annular protrusion. It is sectional drawing before press-fitting a stud bolt into a plate material to be attached. It is sectional drawing after press-fitting a stud bolt into a plate material to be attached.
  • the stud bolt B has a flat cylindrical head 1 having a pair of rounded edges along the circumferential direction and a screw shaft extending from the seat surface 11 of the head 1. It has a part 2.
  • a male screw portion 2A is formed in most of the screw shaft portion 2, and the screwing direction X of the screw shaft portion 2 coincides with the extending direction of the screw shaft portion 2.
  • the screwing direction X means a direction in which the stud bolt B advances with respect to the female screw when the male screw portion 2A of the screw shaft portion 2 is screwed into a female screw (not shown).
  • the tip end side of the screw shaft portion 2 will be referred to as the lower side X1 in the screwing direction
  • the base end side of the screw shaft portion 2 (the connection side between the head 1 and the screw shaft portion 2)
  • the upper side X2 in the screwing direction.
  • the stud bolt B is fixed to the metal plate material T in a retaining state and a rotation preventing state, so that the male screw portion 2A of the screw shaft portion 2 protrudes from the metal plate material T, and the jig G Is exposed to the outside by removing.
  • the stud bolt B is made of a metal material such as low carbon steel having a higher rigidity than the metal plate material T.
  • the stud bolt B is press-fitted into the metal plate material T by a hydraulic press P, and the metal plate material T is crushed. As a result, the metal plate material T is sandwiched between the seat surface 11 of the head 1 and the annular protrusion 22 described later.
  • the stud bolt B has a detent portion 3 that bulges from the seat surface 11 of the head portion 1 toward the lower side X1 in the screwing direction, and the screw shaft portion 2 inward in the radial direction.
  • An annular groove portion 21 recessed in an annular shape toward the surface and an annular protrusion 22 protruding outward in the radial direction of the screw shaft portion 2 are provided.
  • the annular groove portion 21 is located adjacent to the lower side X1 in the screwing direction with respect to the detent portion 3 in the screw shaft portion 2, and the annular protrusion 22 is the annular groove portion 21 in the screw shaft portion 2. It is located adjacent to X1 on the lower side in the screwing direction. That is, the detent portion 3, the annular groove portion 21, and the annular protrusion 22 are arranged in order along the screwing direction X.
  • the groove width of the annular groove portion 21 is set according to the shape of the annular protrusion 22, the ductility of the metal plate material T, and the like, and is set to be equivalent to the plate thickness of the metal plate material T in the present embodiment (also in FIG. 8). reference).
  • the annular groove 21 and the annular protrusion 22 are continuous in an R shape, and the annular protrusion 22 and the male screw portion 2A are continuous in a tapered shape (see also FIG. 4).
  • the annular groove portion 21 in the present embodiment has an outer diameter smaller than the outer diameter of the male screw portion 2A formed on the screw shaft portion 2, and the annular protrusion 22 has a male screw portion formed on the screw shaft portion 2. It has an outer diameter larger than the outer diameter of 2A. Further, the diameter of the annular protrusion 22 in the present embodiment is set to be smaller than the diameter of the through hole Ta of the metal plate material T (see also FIG. 7).
  • the detent portion 3 is formed in a hexagram shape (an example of a non-round shape) surrounding the screw shaft portion 2 in the screwing direction X view.
  • the outer edge portion 31 of the detent portion 3 is concave inward in the radial direction connecting the rounded corner portions 31a which are the vertices of a plurality of (six in the present embodiment) radially arranged and the pair of rounded corner portions 31a. It has a plurality of formed connection sides 31b (six in this embodiment).
  • the circumscribed circles of the plurality of rounded corner portions 31a have a diameter equivalent to that of the outer peripheral side edge portion 11a of the seat surface 11.
  • the rounded corner portion 31a has a pointed shape so that the connecting side 31b is moved as much as possible to the outside in the radial direction as compared with the case where the rounded corner portion 31a has a bulging semicircular shape. Therefore, the volume of the recessed portion 32, which will be described later, can be increased. Due to the shape of the detent portion 3, when the detent portion 3 is press-fitted into the metal plate material T, the stud bolt B is in a detent state with respect to the metal plate material T.
  • the detent portion 3 is formed with a recessed portion 32 recessed in an annular shape toward the upper side X2 in the screwing direction (see also FIG. 1).
  • the recessed portion 32 forms a convex portion 31A protruding toward the lower side X1 in the screwing direction on the outer edge portion 31 of the detent portion 3.
  • the convex portion 31A is formed at the same height over the entire area.
  • the volumes of the recessed portion 32 and the annular groove portion 21 for accommodating the metal of the metal plate material T are set according to the volume and ductility of the metal plate material T that flows when the convex portion 31A is crushed and plastically deformed (). See also FIG. 8).
  • the inner edge portion 32a of the recessed portion 32 reaches the annular groove portion 21 of the screw shaft portion 2 and is continuous with the annular groove portion 21 in an R shape, and the outer edge portion 32b of the recessed portion 32 is the most protruding portion of the convex portion 31A. It reaches the end 31Aa (the outer edge portion 31 of the detent portion 3) and is continuous with the convex portion 31A.
  • the recessed portion 32 and the convex portion 31A have an inclined portion 30 having an inclined cross-sectional shape, and the inclined portion 30 is a portion connecting the recessed portion 32 and the convex portion 31A. Further, the convex portion 31A has an upright portion 31Ab having a cross-sectional shape steeper than that of the inclined portion 30 on the side opposite to the screw shaft portion 2.
  • the recessed portion 32 has an inclined portion 30 so as to be deeper from the most protruding end 31Aa toward the screw shaft portion 2, and has a height equivalent to that of the seat surface 11 from the inner end 30b of the inclined portion 30 to the inner edge portion 32a. It has a linear portion 32A having a linear cross section formed in parallel with the screw. That is, the recessed portion 32 has a linear portion 32A having a gentler gradient than the inclined portion 30, with the inner end 30b of the inclined portion 30 as the gradient changing end.
  • the linear portion 32A is continuous so as to have different lengths around the axis of the screw shaft portion 2 (hereinafter, referred to as “circumferential direction”).
  • the cross-sectional shape along the radial direction of the detent portion 3 (cut by a line segment perpendicular to the outer edge portion 31 of the detent portion 3 and passing through the center of the screw shaft portion 2) has a dissimilar shape all around. It is formed continuously.
  • the convex portion 31A has an inclined portion 30 on the screw shaft portion 2 side and an upright portion 31Ab on the side opposite to the screw shaft portion 2, and connects these inclined portions 30 and the upright portion 31Ab.
  • the most protruding end 31Aa is tapered toward the lower side X1 in the screwing direction.
  • the inner edge portion 32a of the recessed portion 32 in the present embodiment reaches the annular groove portion 21 over the entire circumference, and the annular groove portion 21 and the recessed portion 32 are continuous over the entire circumference (see also FIG. 1). Further, the outer edge portion 32b of the recessed portion 32 reaches the most protruding end 31Aa of the convex portion 31A over the entire circumference, and the recessed portion 32 and the convex portion 31A are continuous over the entire circumference by the inclined portion 30. ing. That is, the recessed portion 32 is formed in an endless shape surrounding the screw shaft portion 2.
  • the convex portion 31A is located farthest from the annular protrusion 22, that is, the center of the rounded corner portion 31a and the screw shaft portion 2 at the same position as the outer peripheral side edge portion 11a of the seat surface 11 shown in FIG.
  • An enlarged cross-sectional view cut by a line segment passing through is shown.
  • the convex portion 31A is cut at the position closest to the annular protrusion 22, that is, a line segment passing through the most radial inner portion of the connection side 31b shown in FIG. 3 and the center of the screw shaft portion 2.
  • An enlarged cross-sectional view is shown.
  • the upright portion 31Ab of the convex portion 31A is formed perpendicular to the seat surface 11 of the head 1, and the inclined portion 30 is a virtual vertical line parallel to the upright portion 31Ab.
  • the inclination angle ⁇ with respect to L is set to about 55 degrees.
  • the inclined portion 30 located at the rounded corner portion 31a has a connecting inclined portion 30a for connecting the inclined portions 30 adjacent to each other in the circumferential direction, and the connecting inclined portion 30a has an inclination angle ⁇ . It is formed with a gentler slope than.
  • the inclined portion 30 of the adjacent connecting side 31b has a cross-sectional shape discontinuous in the circumferential direction along the radial direction of the detent portion 3, respectively (see also FIG. 3).
  • the inclination angle ⁇ may be 45 degrees or more and 70 degrees or less, preferably 50 degrees or more and 60 degrees or less, and more preferably about 55 degrees. If the inclination angle ⁇ is less than 45 degrees, the wall thickness of the convex portion 31A becomes too small, the fluidity during molding decreases and the rigidity decreases, and if the inclination angle ⁇ exceeds 70 degrees, the convex portion 31A becomes convex.
  • the portion 31A becomes too large and the volume of the recessed portion 32 becomes small, resulting in a shortage of the metal accommodating volume.
  • the height L1 of the convex portion 31A is set to about one-third of the groove width L2 of the annular groove portion 21.
  • the height L1 of the convex portion 31A is preferably one-fourth or more and one-half or less with respect to the groove width L2 of the annular groove portion 21, and if it is less than one-fourth, the volume of the recessed portion 32 is small.
  • the storage volume of the metal becomes insufficient, and if it exceeds half, it becomes difficult for the metal to smoothly flow into the recess 32.
  • the inner end 30b of the inclined portion 30 in the present embodiment is the most of the annular protrusion 22 in the screwing direction X. It is located slightly inward in the radial direction from the outer circumference. From this configuration, the stud bolt B in a state of being press-fitted into the metal plate material T can secure a large area of the seat surface 11 facing the metal plate material T (see also FIG. 8). As a result, it is possible to secure a large volume of the metal plate material T that enters between the pair of rounded corner portions 31a adjacent to each other in the seat surface 11, and it is possible to improve the idling torque.
  • the thick metal accommodated in the annular groove portion 21 and the recessed portion 32 is subjected to a pull-out load. It becomes dominant and can increase the pull-out load.
  • the metal plate material T is a thin metal plate such as a steel plate, and has a through hole Ta larger than the diameter of the annular protrusion 22 and smaller than the outer diameter of the detent portion 3 in advance. It is supported by a jig G that can withstand the pressing force of.
  • the stud bolt B before being press-fitted into the metal plate material T brings the most protruding end 31Aa of the detent portion 3 into contact with the periphery of the through hole Ta, and presses the hydraulic press P against the head 1. I'm in contact.
  • the annular protrusion 22 is housed inside the through hole Ta, and the male screw portion 2A of the screw shaft portion 2 projects toward the jig G side.
  • the detent portion 3, the annular groove portion 21, and the annular protrusion 22 that bulge from the seat surface 11 of the head 1 are arranged in order along the screwing direction X, and the rotation thereof.
  • the stopper portion 3 is formed with a recessed portion 32 recessed toward the upper side X2 in the screwing direction.
  • the generation of burrs is prevented, so that when fixing the separate member to the metal plate material T, there is no inconvenience that the separate member is damaged by the burrs or the burrs become foreign substances and scatter to the surroundings, and the quality is improved. Can be enhanced. Further, while the metal of the metal plate material T enters the annular groove portion 21 to secure the pull-out load, the metal of the metal plate material T also enters the recessed portion 32, so that the shear cross-sectional area of the metal plate material T increases and the idling torque is increased. Can be improved.
  • the metal plate material T preferentially enters the recessed portion 32, the metal plate material T does not easily protrude outward in the radial direction of the recessed portion 32, and the warp of the metal plate material T is prevented, so that the warped metal plate material T surrounds the recessed portion 32. There is no inconvenience such as interference with the parts of the above, and the quality can be improved.
  • the recessed portion 32 is formed deeper as it is closer to the screw shaft portion 2, the metal of the metal plate material T that is crushed and flows is smoothly guided in the direction of the annular groove portion 21. Since the recessed portion 32 and the annular groove portion 21 are continuous over the entire circumference, the metal of the metal plate material T that is crushed and flows is guided in the direction of the annular groove portion 21 without a barrier. In other words, since the recessed portion 32 has an endless shape surrounding the screw shaft portion 2, the metal of the metal plate material T that is crushed and flows is guided in the direction of the annular groove portion 21 without a barrier, and the recessed portion 32 is formed. Sufficient volume is secured. As a result, the protrusion of the flowing metal is further suppressed and the generation of burrs is prevented, so that the quality can be improved.
  • the recessed portion 32 connects the inclined portion 30 which becomes deeper from the most protruding end 31Aa toward the screw shaft portion 2 and the inclined portions 30 adjacent to each other in the circumferential direction, and the connection inclined portion 30a having a gentler gradient than the inclined portion 30. And a linear portion 32A which is gentler than the connecting inclined portion 30a and is continuous so as to have a different length in the circumferential direction.
  • the cross-sectional shape of the detent portion 3 along the radial direction in the present embodiment is continuously formed with dissimilar shapes all around.
  • the metal of the flowing metal plate T enters the recessed portion 32 in a discontinuous shape in the circumferential direction, and the convex portion 31A and the metal that has entered the recessed portion 32 come into contact with each other to resist idling. Therefore, the idling torque can be increased. Further, by providing the linear portion 32A in the recessed portion 32, it is possible to allow a large amount of metal to enter the inner edge portion 32a of the recessed portion 32 adjacent to the annular groove portion 21, and the idling torque can be further increased.
  • the recessed portion 32 extends to the outer edge portion 31 of the detent portion 3 to form a convex portion 31A protruding from the outer edge portion 31 of the detent portion 3 in a tapered state. Therefore, the convex portion 31A can bite into the metal plate material T to improve the idling torque. Since the convex portion 31A is formed at the same height over the entire area, the convex portion 31A can uniformly bite into the metal plate material T to further improve the idling torque.
  • the convex portion 31A serves as a barrier, the metal of the metal plate material T that has entered the recessed portion 32 does not easily protrude outward in the radial direction of the convex portion 31A, and the warp of the metal plate material T can be reliably prevented.
  • the metal plate material T is placed in the recessed portion 32.
  • the metal plate material T can be reliably prevented from protruding outward in the radial direction of the recessed portion 32.
  • the metal plate material T rotates and a rotational torque is applied to the stud bolt B, since the upright portion 31Ab stands perpendicular to the metal plate material T, the stud bolt B is in the pull-out direction. The component force becomes extremely small, and the release load can be appropriately secured.
  • the non-circular shape of the detent portion 3 may be a hexagonal shape in which the connecting side 31b is formed in a straight line, or a polygonal shape such as a triangular shape, a square shape, or a pentagonal shape.
  • the recessed portion 32 of the detent portion 3 may have any shape, such as being partially provided along the circumferential direction, and is not particularly limited. In this case, it is preferable that the cross-sectional shape of the detent portion 3 along the radial direction is formed in a dissimilar shape at least in a part in the circumferential direction.
  • the inclined portion 30 of the recessed portion 32 may be omitted, and only the linear portion 32A which is continuous so as to have different lengths in the circumferential direction may be formed.
  • a plurality of recesses having different positions in the direction may be provided along the circumferential direction.
  • the shape is such that at least the inner edge portion 32a of the recessed portion 32 is continuous in the circumferential direction so that the metal that has entered the recessed portion 32 can flow to the annular groove portion 21.
  • the annular groove portion 21 and the annular protrusion 22 may not be formed in an annular shape, but may be formed in an annular shape having a polygonal outer shape.
  • the through hole Ta of the metal plate material T may be formed to be smaller than the diameter of the annular protrusion 22, and the inner peripheral portion of the through hole Ta may also be crushed by the annular protrusion 22.
  • the most protruding end 31Aa of the convex portion 31A may be sharpened. In this case, the most protruding end 31Aa of the most protruding end 31Aa easily bites into the metal plate material T.
  • the plate material to be mounted is not particularly limited as long as it is a plate material formed of a material having fluidity (ductility) in addition to the metal plate material T.
  • a female screw portion may be formed on the screw shaft portion 2 instead of the male screw portion 2A.
  • the present invention can be used for stud bolts that are fixed to the plate material to be mounted in a preventive state and a non-rotating state.
  • Head 2 Screw shaft part 3: Anti-rotation part 11: Seat surface 21: Circular groove part 22: Circular protrusion 30: Inclined part 31: Outer edge part 31A: Convex part 31Ab: Standing part 32: Recessed part B: Stud bolt T: Metal plate material (mounting target plate material)
  • X Screwing direction
  • X1 Screwing direction lower side
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Abstract

【課題】取付対象板材に固定されたときの品質を向上できるスタッドボルトを提供する。 【解決手段】取付対象板材Tに抜け止め状態かつ回り止め状態で固定されるスタッドボルトBであって、頭部1と、ネジ軸部2と、回り止め部3と、環状溝部21と、環状突部22と、を備え、頭部1の座面21と環状突部22との間に、取付対象板材Tが挟まれるように構成され、回り止め部3に、螺進方向上手側X2に向けて凹入された凹入部32が形成されている。

Description

スタッドボルト
 本発明は、取付対象板材に抜け止め状態かつ回り止め状態で固定されるスタッドボルトに関する。
 従来、金属板材(取付対象板材)の取付孔に圧入されることにより、抜け止め状態かつ回り止め状態で固定されるスタッドボルト(クリンチスタッド)が知られている(例えば、特許文献1参照)。このスタッドボルトは、頭部と、頭部の座面から延出されたネジ軸部を備えている。金属板材に別部材を固定する際、この別部材の貫通孔にネジ軸部を挿入し、ネジ軸部の螺進方向とは反対方向にナットが移動するように螺合させて、ナットと金属板材との間に別部材を挟み込んで固定する。
 特許文献1に記載のスタッドボルトは、座面からネジ軸部の螺進方向下手側に向けて膨出する非真円形状の回り止め部(文献では回り止め突起)と、ネジ軸部の径方向内側に向けて環状に凹入された環状溝部(文献では保持溝)と、環状溝部に対して螺進方向下手側に隣り合う位置において環状に突出する環状突部(文献では保持リング)と、を備えている。特許文献1に記載の技術は、金属板材の取付孔の周囲に、頭部に対向する側に突出した突出部を設けることにより、金属板材にスタッドボルトを圧入する際、突出部が回り止め突起に押し潰されて、保持溝に多量の金属を押し込んで抜け荷重及び空転トルクを高めている。
特開2014-141999号公報
 しかしながら、特許文献1に記載のスタッドボルトは、回り止め突起により押し潰されて流動する金属が、頭部とは反対側に位置する取付孔の周囲から保持リングよりも径方向外側まではみ出してバリになり易い。また、回り止め突起により押し潰された金属が、回り止め突起の径方向外側まで流動して変形を及ぼし、金属板材に反りが発生し易い。その結果、金属板材に別部材を固定する際、バリにより別部材が傷付けられる、バリが異物となって周囲に飛散する、反った金属板材が周囲の部品に干渉する等の不都合が発生し、製品の品質が低下する。
 そこで、取付対象板材に固定されたときの品質を向上できるスタッドボルトが望まれている。
 本発明に係るスタッドボルトの特徴構成は、取付対象板材に抜け止め状態かつ回り止め状態で固定されるスタッドボルトであって、頭部と、前記頭部の座面から延出されたネジ軸部と、前記ネジ軸部の螺進方向視において前記ネジ軸部を取り囲む非真円形状に形成され、前記座面から前記螺進方向下手側に向けて膨出する回り止め部と、前記ネジ軸部のうち、前記回り止め部に対して前記螺進方向下手側に隣り合う位置において、前記ネジ軸部の径方向内側に向けて環状に凹入された環状溝部と、前記ネジ軸部のうち、前記環状溝部に対して前記螺進方向下手側に隣り合う位置において、前記ネジ軸部の径方向外側に向けて環状に突出する環状突部と、を備え、前記座面と前記環状突部との間に、前記取付対象板材が挟まれるように構成され、前記回り止め部に、前記螺進方向上手側に向けて凹入された凹入部が形成されている点にある。
 本構成のスタッドボルトは、頭部の座面から膨出する回り止め部、環状溝部及び環状突部が螺進方向に沿って順に配置されており、この回り止め部には、螺進方向上手側に向けて凹入された凹入部が形成されている。これにより、回り止め部が取付対象板材を押し潰したとき、塑性変形することにより流動する取付対象板材が環状溝部に加えて凹入部にも入り込むため、環状突部の径方向外側まではみ出すことが防止される。その結果、バリの発生を防止し、品質を損なうことが無い。
 また、取付対象板材が環状溝部に入り込むことにより抜け荷重を確保しながら、取付対象板材が凹入部にも入り込むことにより、取付対象板材の剪断面積が増加し、空転トルクを向上させることができる。しかも、取付対象板材が凹入部に優先的に入り込むことにより、取付対象板材が凹入部の径方向外側にはみ出し難く、取付対象板材の反りを防止して品質を高めることができる。このように、取付対象板材に固定されたときの品質を向上できるスタッドボルトを提供できた。
 他の特徴構成は、前記凹入部は、前記ネジ軸部に近いほど深くなるように形成されている点にある。
 本構成のように、凹入部をネジ軸部に近いほど深く形成すれば、押し潰されて流動する取付対象板材が環状溝部の方向に円滑に誘導される。その結果、取付対象板材が環状溝部に入り込むことによる抜け荷重を適切に確保できる。
 他の特徴構成は、前記凹入部の内側縁部は前記環状溝部まで至っており、前記凹入部と前記環状溝部とが連続している点にある。
 本構成のように、凹入部と環状溝部とが連続していれば、押し潰されて流動する取付対象板材が環状溝部の方向に障壁なく誘導される。その結果、取付対象板材が環状溝部に入り込むことによる抜け荷重を適切に確保できる。
 他の特徴構成は、前記凹入部は、前記回り止め部の外側縁部まで至っており、前記外側縁部には、前記螺進方向下手側に向けて先細り状態で突出する凸状部が形成されている点にある。
 本構成のように、凹入部を回り止め部の外側縁部まで延在させて、回り止め部の外側縁部に先細り状態で突出する凸状部を形成すれば、この凸状部が取付対象板材に喰い込んで空転トルクを向上させることができる。しかも、この凸状部が障壁となることにより、凹入部に入り込んだ取付対象板材が凸状部の径方向外側にはみ出し難く、取付対象板材の反りを確実に防止できる。
 他の特徴構成は、前記凸状部は、前記ネジ軸部側に傾斜部を有すると共に前記ネジ軸部とは反対側に前記傾斜部よりも急勾配の立設部を有する断面形状に形成されている点にある。
 本構成のように、凸状部を、ネジ軸部側に傾斜させると共に、ネジ軸部とは反対側に急勾配で立設させれば、取付対象板材が凹入部に向かって一層入り込むこととなり、取付対象板材が凹入部の径方向外側にはみ出すことを確実に防止できる。しかも、金属板材が回転してスタッドボルトに回転トルクが印加された場合でも、立設部が急勾配で立設していることから、スタッドボルトの抜け出し方向の分力が小さくなり、抜け荷重を適切に確保することができる。
 他の特徴構成は、前記凹入部は、前記ネジ軸部を取り囲む無端形状に形成されている点にある。
 本構成のように、凹入部がネジ軸部を取り囲む無端形状とすれば、押し潰されて流動する取付対象板材が環状溝部の方向に障壁なく誘導される。その結果、取付対象板材が環状溝部に入り込むことによる抜け荷重を適切に確保できる。
スタッドボルトの斜視図である。 スタッドボルトの側面図である。 図2のIII-III線矢視図である。 図3のIV-IV線断面図である。 凸状部が最も環状突部に遠ざかる位置での拡大断面図である。 凸状部が最も環状突部に近付く位置での拡大断面図である。 スタッドボルトを取付対象板材に圧入する前の断面図である。 スタッドボルトを取付対象板材に圧入した後の断面図である。
 以下に、本発明に係るスタッドボルトの実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、取付対象板材としての金属板材に圧入されるスタッドボルトを一例として説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
 図1~図2に示すように、スタッドボルトBは、円周方向に沿う一対の縁部分を丸めた扁平円柱状の頭部1と、頭部1の座面11から延出されたネジ軸部2とを備えている。ネジ軸部2の大部分に雄ねじ部2Aが形成されており、ネジ軸部2の螺進方向Xは、ネジ軸部2の延出方向と一致している。螺進方向Xとは、ネジ軸部2の雄ねじ部2Aを不図示の雌ねじに螺合した際、雌ねじに対してスタッドボルトBが前進する方向を意味する。以下、ネジ軸部2の先端側を螺進方向下手側X1とし、ネジ軸部2の基端側(頭部1とネジ軸部2との接続側)を螺進方向上手側X2として説明する。
 図8に示すように、スタッドボルトBは、金属板材Tに抜け止め状態かつ回り止め状態で固定されることにより、ネジ軸部2の雄ねじ部2Aが金属板材Tから突出しており、治具Gを撤去することにより外部に露出する。スタッドボルトBは、金属板材Tよりも剛性の高い低炭素鋼等の金属材料で形成されており、油圧プレスPによりスタッドボルトBが金属板材Tに圧入され、金属板材Tが押し潰される。その結果、頭部1の座面11と、後述する環状突部22との間に、金属板材Tが挟まれる。
 図1~図2に示すように、スタッドボルトBは、頭部1の座面11から螺進方向下手側X1に向けて膨出する回り止め部3と、ネジ軸部2の径方向内側に向けて円環状に凹入された環状溝部21と、ネジ軸部2の径方向外側に向けて円環状に突出する環状突部22とを備えている。環状溝部21は、ネジ軸部2のうち、回り止め部3に対して螺進方向下手側X1に隣り合う位置となっており、環状突部22は、ネジ軸部2のうち、環状溝部21に対して螺進方向下手側X1に隣り合う位置となっている。つまり、回り止め部3、環状溝部21及び環状突部22が、螺進方向Xに沿って順に配置されている。
 環状溝部21の溝幅は、環状突部22の形状や金属板材Tの延性等に応じて設定されており、本実施形態では金属板材Tの板厚と同等に設定されている(図8も参照)。環状溝部21と環状突部22とはR形状で連続しており、環状突部22と雄ねじ部2Aとはテーパー形状で連続している(図4も参照)。本実施形態における環状溝部21は、ネジ軸部2に形成された雄ねじ部2Aの外径よりも小さい外径を有しており、環状突部22は、ネジ軸部2に形成された雄ねじ部2Aの外径よりも大きい外径を有している。また、本実施形態における環状突部22の直径は、金属板材Tの貫通孔Taの直径よりも小さく設定されている(図7も参照)。
 図3に示すように、回り止め部3は、螺進方向X視において、ネジ軸部2を取り囲む六芒星形状(非真円形状の一例)に形成されている。回り止め部3の外側縁部31は、放射状に配置された複数(本実施形態では6つ)の頂点となる丸角部31aと、一対の丸角部31aを接続する径方向内側に凹状に形成された複数(本実施形態では6つ)の接続辺31bとを有している。複数の丸角部31aの外接円は、座面11の外周側縁部11aと同等の直径を有している。本実施形態における回り止め部3は、丸角部31aを先尖形状とすることで、丸角部31aを膨らんだ半円形状とする場合に比べて接続辺31bを径方向外側まで極力寄せることが可能となるため、後述する凹入部32の容積を大きくすることができる。このような回り止め部3の形状により、回り止め部3が金属板材Tに圧入されたとき、スタッドボルトBが金属板材Tに対して回り止め状態となる。
 図4に示すように、回り止め部3には、螺進方向上手側X2に向けて環状に凹入された凹入部32が形成されている(図1も参照)。この凹入部32により、回り止め部3の外側縁部31には、螺進方向下手側X1に向かって突出する凸状部31Aが形成されている。この凸状部31Aは、全域に亘って同一の高さで形成されている。凹入部32及び環状溝部21に金属板材Tの金属が入り込むことにより、スタッドボルトBが金属板材Tに対して抜け止め状態かつ回り止め状態となる。金属板材Tの金属を収容する凹入部32及び環状溝部21の容積は、凸状部31Aが押し潰して塑性変形することにより流動する金属板材Tの体積と延性等に応じて設定されている(図8も参照)。凹入部32の内側縁部32aは、ネジ軸部2の環状溝部21まで至り、環状溝部21とR形状で連続しており、凹入部32の外側縁部32bは、凸状部31Aの最突出端31Aa(回り止め部3の外側縁部31)まで至り、凸状部31Aと連続している。凹入部32及び凸状部31Aは、断面形状が傾斜した傾斜部30を有しており、この傾斜部30が凹入部32と凸状部31Aとを接続する部位となっている。また、凸状部31Aは、ネジ軸部2とは反対側に、断面形状が傾斜部30よりも急勾配の立設部31Abを有している。
 凹入部32は、最突出端31Aaからネジ軸部2に近いほど深くなるように傾斜部30を有しており、傾斜部30の内端30bから内側縁部32aまで座面11と同等の高さで平行に形成された断面直線状の直線状部32Aを有している。つまり、凹入部32は、傾斜部30の内端30bを勾配変化端とし、傾斜部30よりも緩勾配の直線状部32Aを有している。この直線状部32Aは、ネジ軸部2の軸芯周り(以下、「周方向」という)において、長さが異なるように連続している。これにより、回り止め部3の径方向に沿う(回り止め部3の外側縁部31と垂直でネジ軸部2の中心を通る線分でカットした)断面形状は、全周において非相似形状が連続して形成されている。凸状部31Aは、ネジ軸部2側に傾斜部30を有すると共に、ネジ軸部2とは反対側に立設部31Abを有しており、これら傾斜部30と立設部31Abとを接続する最突出端31Aaにより、螺進方向下手側X1に向かって先細り状態となっている。本実施形態における凹入部32の内側縁部32aは全周に亘って環状溝部21まで至っており、環状溝部21と凹入部32とは全周に亘って連続している(図1も参照)。また、凹入部32の外側縁部32bは全周に亘って凸状部31Aの最突出端31Aaまで至っており、凹入部32と凸状部31Aとは傾斜部30により全周に亘って連続している。つまり、凹入部32は、ネジ軸部2を取り囲む無端形状に形成されている。
 図5には、凸状部31Aが最も環状突部22に遠ざかる位置、つまり図3に示す座面11の外周側縁部11aと同等の位置にある丸角部31aとネジ軸部2の中心とを通る線分でカットした拡大断面図が示されている。図6には、凸状部31Aが最も環状突部22に近付く位置、つまり図3に示す接続辺31bのうち最も径方向内側にある部分とネジ軸部2の中心とを通る線分でカットした拡大断面図が示されている。
 図5~図6に示すように、凸状部31Aの立設部31Abは、頭部1の座面11と垂直に形成されており、傾斜部30は、立設部31Abと平行な仮想垂線Lに対する傾斜角θが約55度に設定されている。図5に示すように、丸角部31aに位置する傾斜部30は、周方向に隣接する傾斜部30同士を接続する接続傾斜部30aを有しており、この接続傾斜部30aは傾斜角θよりも緩勾配に形成されている。この接続傾斜部30aにより、隣接する接続辺31bの傾斜部30は、夫々、回り止め部3の径方向に沿う断面形状が周方向において不連続となっている(図3も参照)。なお、傾斜角θは、45度以上70度以下であれば良く、好ましくは、50度以上60度以下であり、更に好ましくは、約55度である。傾斜角θが45度未満であると凸状部31Aの肉厚が小さくなりすぎて成形時の流動性が低下すると共に剛性が低下してしまい、傾斜角θが70度を超えると、凸状部31Aが大きくなりすぎて凹入部32の容積が小さくなり、金属の収容体積が不足してしまう。また、凸状部31Aの高さL1は、環状溝部21の溝幅L2に対して約3分の1に設定されている。凸状部31Aの高さL1は、環状溝部21の溝幅L2に対して4分の1以上2分の1以下であることが好ましく、4分の1を下回ると凹入部32の容積が小さくなり、金属の収容体積が不足してしまい、2分の1を上回ると、金属が凹入部32に円滑に流動し難くなる。
 図3及び図6に示すように、凸状部31Aが最も環状突部22に近付く位置において、本実施形態における傾斜部30の内端30bは、螺進方向X視において環状突部22の最外周よりも若干、径方向内側に位置している。この構成から、金属板材Tに圧入された状態のスタッドボルトBは、金属板材Tに対向する座面11の面積を大きく確保することができる(図8も参照)。その結果、座面11のうち隣り合う一対の丸角部31aの間に入り込む金属板材Tの体積を大きく確保することが可能となり、空転トルクを向上させることができる。また、傾斜部30の内端30bが環状突部22の最外周よりも径方向内側に位置しているので、環状溝部21及び凹入部32に収容された厚みのある金属が抜け荷重に対して支配的となり、抜け荷重を高めることができる。
 続いて、図7及び図8を用いて、本実施形態に係るスタッドボルトBを金属板材Tに圧入したときの作用効果を説明する。金属板材Tは、鋼板等の金属製の薄板であり、環状突部22の直径よりも大きく、かつ、回り止め部3の外径よりも小さい貫通孔Taが予め形成されており、油圧プレスPの押圧力に耐え得る治具Gに支持されている。
 図7に示すように、金属板材Tに圧入する前のスタッドボルトBは、回り止め部3の最突出端31Aaを貫通孔Taの周囲に当接させると共に、頭部1に油圧プレスPを当接させている。このとき、環状突部22が貫通孔Taの内部に収容されており、ネジ軸部2の雄ねじ部2Aが治具G側に突出している。
 次いで、図7~図8に示すように、油圧プレスPにより頭部1を押圧すると、回り止め部3の凸状部31Aが金属板材Tに喰い込みながらスタッドボルトBが下方(螺進方向下手側X1)に移動し、座面11が金属板材Tに当接するまで圧入される。このとき、凸状部31Aの体積に相当する押し潰された金属板材Tの金属が、傾斜部30に沿って径方向内側に円滑に流動し、凹入部32及び環状溝部21に収容される。その結果、金属板材Tに固定されたときのスタッドボルトBは、全体的に美観に優れたものとなる。
 本実施形態に係るスタッドボルトBは、頭部1の座面11から膨出する回り止め部3、環状溝部21及び環状突部22が螺進方向Xに沿って順に配置されており、この回り止め部3には、螺進方向上手側X2に向けて凹入された凹入部32が形成されている。これにより、回り止め部3が金属板材Tを押し潰したとき、金属板材Tの金属が環状溝部21に加えて凹入部32にも入り込むため、環状突部22の径方向外側まではみ出すことが防止される。その結果、バリの発生が防止されるので、金属板材Tに別部材を固定する際、バリにより別部材が傷付けられたり、バリが異物となって周囲に飛散したりといった不都合が無く、品質を高めることができる。また、金属板材Tの金属が環状溝部21に入り込むことにより抜け荷重を確保しながら、金属板材Tの金属が凹入部32にも入り込むことにより、金属板材Tの剪断面積が増加し、空転トルクを向上させることができる。しかも、金属板材Tが凹入部32に優先的に入り込むことにより、金属板材Tが凹入部32の径方向外側にはみ出し難く、金属板材Tの反りが防止されるので、反った金属板材Tが周囲の部品に干渉する等の不都合が無く、品質を高めることができる。
 また、凹入部32をネジ軸部2に近いほど深く形成しているので、押し潰されて流動する金属板材Tの金属が環状溝部21の方向に円滑に誘導される。この凹入部32と環状溝部21とが全周に亘って連続しているので、押し潰されて流動する金属板材Tの金属が環状溝部21の方向に障壁なく誘導される。換言すると、この凹入部32がネジ軸部2を取り囲む無端形状となっているため、押し潰されて流動する金属板材Tの金属が環状溝部21の方向に障壁なく誘導されると共に、凹入部32の容積が十分に確保される。その結果、流動する金属のはみ出しが一層抑制されてバリの発生が防止されるため、品質を高めることができる。
 また、凹入部32は、最突出端31Aaからネジ軸部2に近いほど深くなる傾斜部30と、周方向に隣接する傾斜部30同士を接続し傾斜部30よりも緩勾配の接続傾斜部30aと、接続傾斜部30aよりも緩勾配で周方向の長さが異なるように連続している直線状部32Aとを有している。これにより、本実施形態における回り止め部3の径方向に沿う断面形状は、全周において非相似形状が連続して形成されている。その結果、流動する金属板材Tの金属が、凹入部32に対して周方向に不連続な形状で入り込み、凸状部31Aと凹入部32に入り込んだ金属とが当接することにより空転時の抵抗となって、空転トルクを高めることができる。また、凹入部32に直線状部32Aを設けることで、環状溝部21と隣接する凹入部32の内側縁部32aに多くの金属を入り込ませることが可能となり、空転トルクを更に高めることができる。
 また、本実施形態では、凹入部32を回り止め部3の外側縁部31まで延在させて、回り止め部3の外側縁部31に先細り状態で突出する凸状部31Aを形成しているので、この凸状部31Aが金属板材Tに喰い込んで空転トルクを向上させることができる。この凸状部31Aは全域に亘って同一の高さで形成されているため、凸状部31Aが均一に金属板材Tに喰い込んで空転トルクを一層向上させることができる。しかも、この凸状部31Aが障壁となることにより、凹入部32に入り込んだ金属板材Tの金属が凸状部31Aの径方向外側にはみ出し難く、金属板材Tの反りを確実に防止できる。
 また、凸状部31Aを、ネジ軸部2側に傾斜させると共に、ネジ軸部2とは反対側の立設部31Abを急勾配で立設させているので、金属板材Tが凹入部32に向かって一層入り込むこととなり、金属板材Tが凹入部32の径方向外側にはみ出すことを確実に防止できる。しかも、金属板材Tが回転してスタッドボルトBに回転トルクが印加された場合でも、立設部31Abが金属板材Tに対して垂直に立設していることから、スタッドボルトBの抜け出し方向の分力が極めて小さくなり、抜け荷重を適切に確保することができる。
[その他の実施形態]
(1)回り止め部3の非真円形状として、接続辺31bを直線状に形成した六角形状であっても良いし、三角形状、四角形状や五角形状等の多角形状であっても良い。
(2)回り止め部3の凹入部32は、周方向に沿って部分的に設ける等、如何なる形状であっても良く、特に限定されない。この場合、回り止め部3の径方向に沿う断面形状は、周方向の少なくとも一部において非相似形状で形成されていることが好ましい。非相似形状に構成できる形状であれば、凹入部32の傾斜部30を省略して、周方向の長さが異なるように連続している直線状部32Aのみで構成しても良いし、径方向の位置が異なる複数の窪みを周方向に沿って設けても良い。また、凹入部32に入り込んだ金属を環状溝部21まで流動させることのできるように、少なくとも凹入部32の内側縁部32aを周方向に亘って連続させる形状であることが好ましい。
(3)環状溝部21や環状突部22を円環状に形成せずに、外形が多角形状の環状に形成しても良い。また、金属板材Tの貫通孔Taは、環状突部22の直径よりも小さく形成して、貫通孔Taの内周部も環状突部22に押し潰される形状としても良い。
(4)凸状部31Aの最突出端31Aaを尖らせても良い。この場合、最突出端31Aaの最突出端31Aaが金属板材Tに喰い込み易くなる。
(5)取付対象板材として、金属板材Tのほか、流動性(延性)のある材料で形成された板材であれば、特に限定さない。
(6)ネジ軸部2には、雄ねじ部2Aに代えて雌ねじ部を形成しても良い。
 本発明は、取付対象板材に抜け止め状態かつ回り止め状態で固定されるスタッドボルトに利用可能である。
1    :頭部
2    :ネジ軸部
3    :回り止め部
11   :座面
21   :環状溝部
22   :環状突部
30   :傾斜部
31   :外側縁部
31A  :凸状部
31Ab :立設部
32   :凹入部
B    :スタッドボルト
T    :金属板材(取付対象板材)
X    :螺進方向
X1   :螺進方向下手側
X2   :螺進方向上手側

Claims (6)

  1.  取付対象板材に抜け止め状態かつ回り止め状態で固定されるスタッドボルトであって、
     頭部と、
     前記頭部の座面から延出されたネジ軸部と、
     前記ネジ軸部の螺進方向視において前記ネジ軸部を取り囲む非真円形状に形成され、前記座面から前記螺進方向下手側に向けて膨出する回り止め部と、
     前記ネジ軸部のうち、前記回り止め部に対して前記螺進方向下手側に隣り合う位置において、前記ネジ軸部の径方向内側に向けて環状に凹入された環状溝部と、
     前記ネジ軸部のうち、前記環状溝部に対して前記螺進方向下手側に隣り合う位置において、前記ネジ軸部の径方向外側に向けて環状に突出する環状突部と、を備え、
     前記座面と前記環状突部との間に、前記取付対象板材が挟まれるように構成され、
     前記回り止め部に、前記螺進方向上手側に向けて凹入された凹入部が形成されているスタッドボルト。
  2.  前記凹入部は、前記ネジ軸部に近いほど深くなるように形成されている請求項1に記載のスタッドボルト。
  3.  前記凹入部の内側縁部は前記環状溝部まで至っており、前記凹入部と前記環状溝部とが連続している請求項1又は2に記載のスタッドボルト。
  4.  前記凹入部は、前記回り止め部の外側縁部まで至っており、
     前記外側縁部には、前記螺進方向下手側に向けて先細り状態で突出する凸状部が形成されている請求項1から3の何れか一項に記載のスタッドボルト。
  5.  前記凸状部は、前記ネジ軸部側に傾斜部を有すると共に前記ネジ軸部とは反対側に前記傾斜部よりも急勾配の立設部を有する断面形状に形成されている請求項4に記載のスタッドボルト。
  6.  前記凹入部は、前記ネジ軸部を取り囲む無端形状に形成されている請求項1から5の何れか一項に記載のスタッドボルト。
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