JP4590242B2 - 金属板に設けた穴に部品を締結する方法 - Google Patents

Description

本発明は機械装置などにおいて、パネルなどの金属板の穴を貫通して部品を締結する方法に関するものであって、特に大量生産品において高能率に作業を行なうのに適したものである。

金属板の穴を貫通した状態で部品を取付けることは、各種の機械装置や電気装置などの組立において頻繁に行なわれている。たとえばバルブや流体継手などの機械部品の取付けにおいては、金属板の穴を貫通する部分と金属板の穴より断面が大きい部分との段差を設けて貫通部分の周囲にねじを切り、このねじにナットをねじ込んで段差とナットとの間で金属板を挟む形で止める方法が一般的である。しかしこの方法はねじを切るのに工数がかかり、また組立の手間も多くコストが高い問題がある。

ねじを使用しない簡易な方法で金属板の穴に部品を取付ける方法としては、特開２００４−１５６５７号公報には板の穴に段差のある丸棒を挿入して段差の個所で固定するに当たり、係止体を使用するものが示されている。この係止体は３方向に花弁状の突出部を有する薄いばね材の板の中心穴が開いており、また突出部には外形に沿った形で穴が開けられて前記中心穴と連通している形状であって、全体が円錐形になっているものである。板の穴に丸棒を固定するには丸棒を段差の個所まで挿入し、さらに係止体を円錐形の頂点と反対側から丸棒に挿入して、丸棒の段差位置から少し離れた個所に予め設けた溝に係止体の中心穴の縁を食い込ませ、係止体によって板を段差個所に押しつけて固定するものである。

また上記特開２００４−１５６５７号公報には上記と同様の使用方法をする従来技術の係止体として、薄いばね材の板に丸穴があいており、丸穴の縁には多数の切込みが設けられてその間の小片を一方面側に屈曲したものが示されている。この係止体は、ばねとして作用するのが丸穴に設けられた切込みの深さに対応した小片の部分だけであり、固定作用が不確実になりやすい欠点を有するので前記のような係止体を発明したものであるとしている。しかしいずれにしても上記のような係止体を使用する方法は薄い板ばねの力によって固定しているので比較的小さい外力を受けても固定した部品がぐらつき、前記のねじ止めによるような確実な固定はできないものである。
特開２００４−１５６５７号公報

本発明は金属板の穴を貫通して部品を締結するさい、従来の貫通部分の周囲にねじを切り、このねじにナットをねじ込んで固定する方法に代えて、簡易な方法により堅牢に固定でき、特に大量生産品の製造においてコスト低減が可能な方法を開発することを目的とする。

本発明は前記課題を解決するものであって、金属板に設けた穴に部品を締結する方法において、前記部品は金属板の穴を貫通する部分と金属板の穴より断面が大きい部分との段差を有すると共に、金属板の穴を貫通する部分の周囲には段差個所において溝が設けられており、また金属板の穴の縁には複数の突出部と切欠部とが交互に設けられると共に、前記突出部は金属板の一方の面側に屈曲されており、これら部品と金属板とを締結するに当たり、前記突出部が屈曲している面側から金属板の穴に部品を前記段差の位置まで挿入して金属板の穴の周囲と部品の段差面との間を加圧し、屈曲していた突出部の曲がりが戻るに従って突出部の先端が前記溝に食い込むことにより、金属板が段差の面に沿った状態で締結することを特徴とする金属板に設けた穴に部品を締結する方法である。ここにおいて突出部と切欠部の幅の比率が突出部の根元の位置において、突出部の幅は根元から先端まで一定であって、突出部１に対し切欠部が０．３ないし２であることも特徴とする。

本発明の金属板に設けた穴に部品を締結する方法によれば、従来から一般的に行なわれているナットにより固定する方法に比べて、ねじ切りなど手間がかかる加工がないので低コストで行なうことができ、また締結の作業自体もナットによる固定よりも迅速に実行できるので大量生産に特に適している。また板ばね材料の一種である係止体により部品を金属板に押しつけて固定する方法に比べて、強固で信頼性のある締結ができる。

本発明は金属板に設けた穴に部品を締結するものであるが、金属板としては板厚が０．５ないし３．０ｍｍ程度のものが対象となる。本発明は金属板自体の剛性により部品を締結するので、この範囲よりあまり薄い板は剛性が不足して強固な締結ができない。一方この範囲よりあまり厚い板では締結に先立って行なう金属板の加工が困難になる。材料としてはたとえば冷間圧延鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、黄銅板など特に限定することなく使用できる。また金属板に部品を取付けるための穴の形状は多くの場合は丸穴であるが、四角など他の形状も適用可能である。

また金属板に取付けるべき部品は、金属板の穴を貫通する部分と金属板の穴より断面が大きい部分との段差を有する形態を有し、段差の面は金属板に当るように平面になっているものである。このような段差を有する形態は従来のねじ止めによる締結を行なう部品においても一般的なものである。部品の金属板を貫通する部分の断面形状は、先に金属板の穴に関して述べたように多くの場合は丸であるが、他の断面形状でも良い。また金属板の穴より断面が大きい部分の断面形状については制限がなく、丸の断面に限らずたとえば直方体のブロック状のものなどでも良い。また部品の材質はある程度の強度が必要なことから金属が好ましいが、金属板との結合する個所が金属であれば部品全体としてはプラスチックなどと組合わされたものであっても差し支えない。

本発明の締結方法を実施するにあたっては、部品と金属板に本発明の方法に特有の加工を施す必要がある。図２は本発明において金属板に取付けるべき部品の例を示す図であって、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は側面図である。図で見るようにこの例では部品１の金属板を貫通する部分２は丸棒の形、金属板の穴より断面が大きい部分３は直方体となっており、その間で段差５を有している。そして段差個所において金属板の穴を貫通する部分２の周囲に溝４を設ける。この溝は締結したときに金属板を食い込ませるためのものであるが、溝の幅Ｗは金属板の厚さと同じから１５％増しまでの範囲内にする。溝の幅Ｗがこの範囲より大きいと、締結したとき溝内の金属板が圧縮力で厚みが増大するものの、これでは追い付かずに締結力が小さくなるおそれがある。一方、溝の幅Ｗが金属板の厚さより小さいと、締結時に溝に金属板が食い込むのが困難になる。また溝の深さＤは０．３ｍｍないし２．０ｍｍ程度で金属板の厚さが大きいとき、また金属板を貫通する部分の直径が大きい場合には比較的深くするのが好ましい。

また図３は本発明の締結方法の対象となる金属板７に穴８を開けた状態を示す平面図である。後に述べるように部品との締結に先立ってさらに穴の周辺の曲げ加工をするが、図３はその前の形態を示している。この図に見るように部品を取付けるべき穴の縁には複数の突出部９と切欠部１０とが交互に設けられている。突出部９または切欠部１０の数はたとえば取付ける部品の貫通部分の直径が１７ｍｍ程度のとき図３のように８個くらいで良く、部品の貫通部分の直径がこれより大きければ適宜多くすればよい。

突出部９の形状は図３に示すように根元から先端まで一定の幅であることが締結強度の点で好ましいが、これに限定するものではない。また先端の辺１１は取付ける部品１の溝４と同じ曲率になっていることが好ましい。突出部９の幅Ｍに対する切欠部１０の幅ＮであるＮ／Ｍは突出部の根元の位置において、０．３ないし２であることが好ましい（正確には突出部の根元の円弧上の長さであるが、便宜上図３に示したように直線距離でもほとんど変わらない）。比率Ｎ／Ｍがこれより小さいと隣接する突出部同士が干渉することがあり、また締結のさいのプレス圧力が余計必要になり、好ましくない。一方、比率Ｎ／Ｍがこれより大きいと締結強度が小さくなり過ぎる。

また突出部９の根元から先端までの長さＬは幅Ｍと同程度でよいが、突出部９の先端位置を連ねた円の径Ａが、取付ける部品１の溝４の径Ｂ（図２（ｂ））より小さい必要がある。これにより締結したときに突出部９の先端が部品の溝４に食い込んで、強固な締結ができる。この小さくする程度は、突出部先端位置を連ねた円の径Ａを溝の径Ｂの２０％以内の範囲で小さくすれば良い。なお上記の説明において部品の金属板の穴を貫通する部分の断面形状が円の場合として径と表現したが、断面形状が四角などにおいてもこれに準じた寸法関係にすることは当然である。

金属板に穴を開けるための加工方法は限定しないが、本発明は大量生産品の組立に適用したときにその効果を発揮できるものであり、プレス加工による穴開けにより突出部と切欠部を有する形状の穴を一挙に設けるのが好ましい。もちろん試作などのため少数製作するときにはレーザービームによる切断加工なども適用できる。

上記のように穴をあけた金属板は、部品の締結に先立ってさらに突出部の曲げ加工が行なわれる。図４は金属板７の突出部９を屈曲した状態を示す図であって、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は断面図である。図４に見るようにすべての突出部９は金属板７の一方の面側に屈曲されている。突出部を屈曲する角度は金属板の面からの角度θで４０度から７５度の範囲が適当である。このように突出部を屈曲することにより突出部の先端位置が後退して穴が広がるので、部品１の貫通部２との間に空隙を有する状態で部品を挿入できる。曲げ角度θが４０度より小さいと突出部の先端が部品に当たって穴への挿入が困難になる。一方７５度より大きいと部品の段差の面５と突出部９の先端との摩擦力により締結時における突出部の曲げの戻りが困難になる。

図５は部品１と金属板７とを締結する方法を示す断面図である。図５に示すように突出部９が屈曲している面側から金属板７の穴８に部品１を段差５の位置まで挿入する。そして図示しないプレスに取付けられた環状の押しつけ部分を有する加圧治具１４により金属板７の穴の周囲と部品の段差５の面との間を加圧する。図１は本発明の方法により締結した状態を示す図で、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は断面図である。屈曲していた金属板７の突出部９の曲がりが戻ることによって、突出部９の先端が部品１の溝４に食い込んで金属板が段差の面に沿った状態で締結される。先に述べたように溝の幅は金属板の板厚と同じこともあるが、突出部９の先端は部品の段差５の面をこじるようにして溝４に入るので、突出部の先端は完全に溝の底まで達する。

また先に述べたように屈曲しない状態における突出部９の先端位置を連ねた円の径Ａが、取付ける部品１の溝４の径Ｂより小さいので、締結した状態において突出部が圧縮されることにより強固な締結ができる。なお突出部９の先端位置を連ねた円の径Ａが、取付ける部品１の溝４の径Ｂより小さい程度は２０％まででも良いと先に述べたが、この径Ａと径Ｂの差が比較的大きくなるとプレスによる加圧力を解除したとき突出部がスプリングバックにより***する。図６は本発明の方法により締結した状態を示す断面図で、上記のような状態を示している。このように締結したとき金属板７の突出部に***部１２が生じても全く差し支えなく、むしろ***部が生ずるとこの部分によるスプリングバック力が働きさらに強固な結合ができる。

以上説明したように本発明による締結方法によれば、従来のねじ止めによる方法より簡易な工程でねじ止めと同等の強固な締結ができる。なお本発明の方法は締結した部品の取り外しは前提としていないが、従来ねじ止めによる部品の取付けを行なっていた装置においても、取り外しの必要性は無いが他の締結方法も無いのでねじ止めしていた場合が多くある。このような場合において本発明の締結方法を採用することによりコスト削減が可能になる。

本発明の方法により締結した状態を示す、（ａ）平面図、（ｂ）断面図 本発明において金属板に取付けるべき部品の例を示す、（ａ）平面図、（ｂ）側面図 本発明において金属板に穴を開けた状態を示す平面図 金属板の突出部を屈曲した状態を示す、（ａ）平面図、（ｂ）断面図 部品と金属板とを締結する方法を示す断面図 本発明の方法により締結した状態を示す断面図

符号の説明

１ 部品
２ 金属板を貫通する部分
３ 金属板の穴より断面が大きい部分
４ 溝
５ 段差
７ 金属板
８ 穴
９ 突出部
１０ 切欠部
１１ 先端の辺
１２ ***部
１４ 加圧治具

Claims (2)

1. 金属板に設けた穴に部品を締結する方法において、前記部品は金属板の穴を貫通する部分と金属板の穴より断面が大きい部分との段差を有すると共に、金属板の穴を貫通する部分の周囲には段差個所において溝が設けられており、また金属板の穴の縁には複数の突出部と切欠部とが交互に設けられると共に、前記突出部は金属板の一方の面側に屈曲されており、これら部品と金属板とを締結するに当たり、前記突出部が屈曲している面側から金属板の穴に部品を前記段差の位置まで挿入して金属板の穴の周囲と部品の段差面との間を加圧し、屈曲していた突出部の曲がりが戻るに従って突出部の先端が前記溝に食い込むことにより、金属板が段差の面に沿った状態で締結することを特徴とする金属板に設けた穴に部品を締結する方法。
2. 突出部の幅は根元から先端まで一定であって、突出部と切欠部の幅の比率が突出部の根元の位置において、突出部１に対し切欠部が０．３ないし２であることを特徴とする請求項１記載の金属板に設けた穴に部品を締結する方法。

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