KR101880329B1

KR101880329B1 - 체결구

Info

Publication number: KR101880329B1
Application number: KR1020147007891A
Authority: KR
Inventors: 요이치 히라노
Original assignee: 가부시키가이샤 니프코
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2018-07-19
Also published as: JP5901195B2; US20140341674A1; CN103827517B; WO2013039115A1; MX2014003233A; MX352561B; RU2563766C1; US9341210B2; CN103827517A; EP2757274A1; BR112014006325B1; EP2757274B1; BR112014006325A2; EP2757274A4; KR20140061465A; JP2013064444A

Abstract

체결구(10)는, 그로밋(12)에 대해 핀(14)이 압입되는 것에 의해, 핀(14)의 선단 측에 형성된 안내부(56)가 그로밋(12)의 피 안내부(42)에 닿아, 그로밋(12)의 다리부(28)의 다리편(34)이 변형하여 벌어진다. 그리고 그로밋(12)의 다리부(28)에 있어서의 다리편(34)의 피 안내부(42)가, 핀(14)의 안내부(56)의 상단연(56A)에 결합된다. 또한, 핀(14)의 안내부(56)는, 핀(14)의 선단(14A)의 외주부로부터 상단연(56A)을 향해, 피 안내부(42)와의 접점(P1)에서의 축선(14B)에 대한 접선 각도(θ)가 변화하는 곡면으로 되어 있어, 각 접점(P1)에서의 핀(14)의 그로밋(12)에의 삽입력(S)을 거의 일정하게 하고 있다.

Description

체결구{FASTENER}

본 발명은, 제1 부재에 제2 부재를 삽입함으로써, 체결부재에 피(被) 체결부재를 체결시킬 수 있는 체결구에 관한 것이다.

종래, 체결부재에 피 체결부재를 체결시키는 체결구로서는, 예를 들면, 특허문헌 1이 있다. 이 종래 기술에서는, 핀의 안내부가 핀의 축선에 대해 2단계로 경사져 있으며, 안내부의 선단 측의 구분이 핀의 축선에 대해 30°∼65°로 경사지는 안내면을 갖는 제1 안내부, 안내부의 기단(基端) 측의 구분이 핀의 축선에 대해 5°∼25°로 경사지는 안내면을 갖는 제2 안내부로 되어 있다. 그리고 핀이 그로밋에 밀어 넣어지는 삽입 전반(前半)에서는, 제1 안내부의 안내면에 의해 피 안내부가 안내되어 다리부가 벌어짐(擴開)과 아울러, 삽입 후반(後半)에서는, 제2 안내부의 안내면에 의해 피 안내부가 안내되어 다리부가 벌어지도록 되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 제4679871호 공보

본 발명은, 제2 부재의 제1 부재에의 삽입력이 급격하게 변화하는 경우가 없어 삽입이 원활함과 아울러, 제2 부재의 제1 부재에의 삽입 후반에서의 삽입력 증가를 억제하여, 삽입시의 조작성을 향상할 수 있는 체결구를 제공한다.

본 발명의 제1 형태는, 플랜지부와, 그 플랜지부로부터 연장되어 상기 플랜지부에 개구된 삽통공(揷通孔)이 형성됨과 아울러 축선 둘레로 분할되며, 상기 삽통공의 내주부(內周部)에 피 안내부가 형성된 다리부를 구비한 제1 부재와, 선단 근방으로부터 근원(根元) 방향으로 향해 안내부가 형성되며, 상기 제1 부재의 삽통공에 압입되는 것에 의해, 상기 안내부를 상기 피 안내부에 닿게 하여, 상기 다리부를 벌어지게 함과 아울러, 상기 안내부는 선단 측으로부터 근원부 측으로 향해, 상기 피 안내부와의 접점에 있어서의 축선에 대한 접선 각도가 변화하는 곡면으로 하여, 상기 각 접점에 있어서의 상기 제1 부재에의 삽입력을 거의 일정하게 한 제2 부재를 갖는 체결구를 제공한다.

상기 형태에서는, 제2 부재가 제1 부재의 삽통공에 압입되면, 제2 부재의 안내부가 제1 부재의 피 안내부에 닿아 제1 부재의 다리부가 벌어진다. 이때, 안내부가, 선단 측으로부터 근원 측으로 향해 피 안내부와의 접점에 있어서의 축선에 대한 접선 각도가 변화하는 곡면으로 되어 있어, 각 접점에 있어서의 제2 부재의 제1 부재에의 삽입력이 거의 일정해진다. 이 때문에, 제2 부재의 제1 부재에의 삽입력이 급격하게 변화하는 경우가 없어 삽입이 원활함과 아울러, 제2 부재의 제1 부재에의 삽입 후반에서의 삽입력의 증가를 억제하여, 삽입시의 조작성을 향상할 수 있다.

본 발명의 제2 형태는, 본 발명의 제1 형태에 있어서, 상기 다리부의 영률이 일정하게, 또 상기 접점에서의 마찰력을 0으로 가정하여, 상기 곡면상의 임의 점에서의 상기 다리부의 벌어짐 량을 V, 상기 접선 각도를 θ라고 하면, 상기 곡면상의 임의 점에서는, Vsinθ=일정의 관계가 성립해도 좋다.

상기 형태에서는, 다리부의 영률이 일정하게, 또 상기 접점에서의 마찰력을 0으로 가정하여, 안내부의 곡면상의 임의 점에서의 다리부의 벌어짐 량을 V, 접선 각도를 θ라고 하면, 곡면상의 임의 점에서는, Vsinθ=일정의 관계가 성립한다. 이 때문에, 안내부의 길이를 고려하여, Vsinθ=일정이 되도록, 안내부의 곡면을 형성함으로써, 제2 부재의 제1 부재에의 삽입력이 급격하게 변화하는 일없이 삽입이 원활함과 아울러, 제2 부재의 제1 부재에의 삽입 후반에서의 삽입력 증가를 억제하여, 삽입시의 조작성을 향상할 수 있다.

본 발명의 제1 형태는, 상기 구성으로 했기 때문에, 제2 부재의 제1 부재에의 삽입력이 급격히 변화하는 일없이 삽입이 원활함과 아울러, 제2 부재의 제1 부재에의 삽입 후반에서의 삽입력 증가를 억제하여, 삽입시의 조작성을 향상할 수 있다.

본 발명의 제2 형태는, 상기 구성으로 했기 때문에, 제2 부재의 제1 부재에의 삽입력이 급격히 변화하는 일없이 삽입이 원활함과 아울러, 제2 부재의 제1 부재에의 삽입 후반에서의 삽입력 증가를 억제하여, 삽입시의 조작성을 향상할 수 있다.

[도 1] 본 발명의 일 실시 형태에 따른 체결구의 요부(要部)를 나타내는 확대 설명도이다.
[도 2] 본 발명의 일 실시 형태에 따른 체결구를 나타내는 설명도이다.
[도 3] 본 발명의 일 실시 형태에 따른 체결구가 체결부재와 피 체결부재의 장착 구멍에 삽입된 상태를 나타내는 측단면도이다.
[도 4] 본 발명의 일 실시 형태에 따른 체결구에 의해 체결부재와 피 체결부재가 체결된 상태를 나타내는 측단면도이다.
[도 5] 본 발명의 일 실시 형태에 따른 체결구의 그로밋을 나타내는 사시도이다.
[도 6] 본 발명의 일 실시 형태에 따른 체결구의 그로밋을 나타내는 축 방향 선단 측에서 본 정면도이다.
[도 7] 본 발명의 일 실시 형태에 따른 체결구의 핀을 나타내는, 절반을 단면으로 한 측면도이다.
[도 8] 본 발명의 일 실시 형태에 따른 체결구의 핀을 나타내는, 축 방향 선단 측에서 본 정면도이다.
[도 9] 본 발명의 일 실시 형태에 따른 체결구에 있어서의 핀의 이동량과 핀의 삽입력의 관계를 나타내는 그래프이다.

다음으로, 본 발명의 체결구의 일 실시 형태를 도 1∼도 9에 따라 설명한다.

또한, 도면에서, 동일 또는 대응하는 기능을 갖는 부재(구성 요소)에는 같은 부호를 붙여 적절히 설명을 생략한다.

도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 체결구(10)는, 제1 부재로서의 그로밋(12)(제1 부재)과, 제2 부재로서의 핀(14)(제2 부재)을 구비하고 있어, 소위, 푸시ㆍ리벳 타입 2 피스 클립으로 되어 있다. 그리고 체결구(10)에 의해, 예를 들면, 자동차의 패널 부품 등과 같은 체결부재(16)에, 내장 부품 등과 같은 피 체결부재(18)를 체결시킬 수 있도록 되어 있다.

(체결구의 그로밋)

도 5에 나타내는 바와 같이, 그로밋(12)에는, 축 방향의 한쪽 단부에, 대략 원판 형상인 플랜지부(26)가 형성되어 있다. 이 플랜지부(26)의 외경 치수는, 체결부재(16)에 형성한 장착 구멍(20) 및 피 체결부재(18)에 형성한 장착 구멍(22)(도 3 참조)의 각 구멍 지름보다 크게 되어 있다. 또한, 플랜지부(26)의 하면(26A)에는, 하방(도 5에 있어서의 지면(紙面)에서 보아 아래 방향)으로 뻗은 다리부(28)가 형성되어 있다. 그로밋(12)의 다리부(28)의 내측에는, 플랜지부(26)의 상면(26B)에 개구된 삽통공으로서의 핀 삽통공(32)(삽통공)이 형성되어 있다. 또한, 다리부(28)는 4개의 다리편(34)을 구비하고 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 그로밋(12)의 다리부(28)의 각 다리편(34)은 서로 직교하는 그로밋(12)의 2개의 축 평면에 의해 축선 둘레로 분할되어 있다. 또한, 인접하는 각 다리편(34) 사이에는 소정 폭의 슬릿(40)이 형성되어 있고, 플랜지부(26)의 하면(26A)에는 각 다리편(34)의 외주부(外周部)를 따라 홈(30)이 형성되어 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 그로밋(12)의 각 다리편(34)의 근원부(根元部) 근방은, 각 다리편(34)이 벌어질 때의 힌지부(36)가 되어 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 그로밋(12)의 다리부(28)의 내측에는, 핀 삽통공(32)이 연장되어 있으며, 핀 삽통공(32)의 대략 절구 모양으로 형성된 저부(底部)(32A)가 형성되어 있다. 또한, 그로밋(12)에 있어서의 각 다리편(34)의 내측의, 플랜지부(26)의 하면(26A)으로부터의 거리가 같은 위치에는, 피 안내부(42)가 그로밋(12)의 축선(12A)을 향해 돌출 형성되어 있다.

(체결구의 핀)

도 7에 나타내는 바와 같이, 핀(14)의 축 방향의 일단에는, 대략 원판 모양의 머리부(50)가 형성되어 있다. 핀(14)의 머리부(50)의 외경 치수는, 그로밋(12)(도 5 참조)의 플랜지부(26)에 개구된 핀 삽통공(32)의 내경 치수보다 크게 되어 있다. 또한, 머리부(50)의 하면(50A)에는, 하방(도 7에 있어서의 지면에서 보아 아래 방향)으로 뻗은 축부(52)가 형성되어 있다.

핀(14)에 있어서의 축부(52)의 선단 측(도 7에 있어서의 지면에서 보아 하측)에는, 안내부(56)가 형성되어 있다. 또, 축부(52)의 근원부 측에는, 머리부(50)의 하면(50A)으로부터 뻗어서 기부(基部)(58)가 형성되어 있다. 안내부(56)와 기부(58)는 대략 원기둥 모양으로 형성된 중간부(59)를 통해, 동일 직선상에 형성되어 있다. 이 중간부(59)의 외경 치수는, 기부(58)의 하단연(下端緣)(58A)과, 안내부(56)의 상단연(上端緣)(56A)의 쌍방의 외경 치수보다 작게 되어 있다. 그리고 안내부(56)의 상단연(56A)은 핀(14)의 둘레 방향을 따라 형성되어 있다.

또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 핀(14)이 그로밋(12)에 완전히 삽입되어, 인입력이 충분히 커지면, 핀(14)의 안내부(56)의 상단연(56A)에 그로밋(12)의 다리편(34)의 피 안내부(42)가 결합되도록 되어 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 핀(14)의 선단부는 원뿔대 형상으로 형성되어 있으며, 선단(14A)은 핀(14)의 축선(14B)에 직교하는 평면으로 되어 있다. 또한, 핀(14)의 안내부(56)는, 핀(14)의 선단(14A)의 외주연으로부터 상단연(56A)을 향해, 피 안내부(42)와의 접점(P1)에 있어서의 축선(14B)에 대한 접선 각도(경사 각도)(θ)가 변화하는 곡면으로 되어 있다. 이에 의해, 그로밋(12)의 다리부(28)의 다리편(34)의 영률이 일정하게, 또한 접점(P1)에서의 그로밋(12)과 핀(14)의 마찰력을 0이라고 가정했을 때의, 삽입력(S)을 거의 일정하게 하고 있다.

더 구체적으로 설명하면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 핀(14)을 이점쇄선으로 나타내는 위치로부터 실선으로 나타내는 바와 같이, 그로밋(12)에 소정량 압입한 경우의, 안내부(56)의 피 안내부(42)와의 접점(P1)에 있어서의 그로밋(12)의 다리편(34)의 벌림 량(변형량)을 V로 한다. 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 접점(P1)에 있어서의 축선(14B)에 대한 접선 각도를 θ로 한다. 그리고 그로밋(12)의 다리부(28)의 다리편(34)의 영률이 일정하게, 또 접점(P1)에서의 그로밋(12)과 핀(14)의 마찰력을 0이라고 가정했을 때, 안내부(56)의 곡면(56B)상의 임의 점(P1)에서는, Vsinθ=일정(H)의 관계가 성립하도록 되어 있다.

또한, H 값을 작게 하면, 핀(14)의 안내부(56)의 길이(Y)(도 1 참조)가 커지기 때문에, H 값은 핀(14)의 안내부(56)의 길이(Y)를 고려해서 결정되어 있다.

더 상세히 설명하면, 도 1에 나타내는 바와 같이, 안내부(56)의 곡면에 대해 수직으로 작용되는 그로밋(12)의 다리편(34)의 피 안내부(42)로부터의 반력(F)은, E를 그로밋(12)의 영률, I를 그로밋(12)의 단면 2차 모멘트, L을 변형 길이(도 2 참조)라 하면,

F=(3ㆍEㆍI/L³ )V가 된다.

또한, 도 2의 부호 「m」은 핀(14)의 이동량을 나타내고 있다.

여기서, 영률(E)은 변형에 따른 변수이지만, 정수(定數)라고 가정하면, 3ㆍEㆍI/L³은 정수 K가 되고(F=KㆍV), 반력(F)은 그로밋(12)의 다리편(34)의 벌림 량(V)에 비례한다.

또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 반력(F)의 Y 방향 성분(Fy)과, 안내부(56)와 피 안내부(42) 사이에 작용되는 곡면에 따른 마찰력(M)의 Y 방향 성분(My)은, μ를 마찰 계수라 하면,

Fy=Fㆍsinθ,

My=Mㆍcosθ=μFㆍcosθ가 된다.

이 결과, 핀의 삽입력(S)은, S=Fy+My=Fㆍsinθ+μFㆍcosθ가 된다.

여기서, 마찰력(M)의 Y 방향 성분(My)을 무시하면, 핀(14)의 삽입력(S)은, S=KㆍVㆍsinθ가 되고, 삽입력(S)은 Vㆍsinθ에 비례한다. 이 때문에, 안내부(56)의 곡면을, 선단 측으로부터 근원부 측으로 향해, 각 접점(P1)에서의 다리편(34)의 벌림 량(변형량)(V)의 변화에 대해, 삽입력(S)이 일정하게 되도록 한 접선 각도(θ)를 갖는 곡면으로 할 수 있다.

도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 핀(14)에는, 기부(基部)(58)의 축선(軸線) 둘레로, 축 평면에 설치된 4매의 리브(60)가 등간격으로 형성되어 있다. 그리고 체결구(10)는, 핀(14)의 각 리브(60)가, 그로밋(12)의 인접되는 다리편(34) 사이에 형성된 각 슬릿(40)에 삽입됨으로써, 그로밋(12)이 핀(14)에 대해 회전 방지되도록 되어 있다. 또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 체결구(10)는, 그로밋(12)과 핀(14)이 조립된 상태로 공장에서 출하되어, 체결부재(16)의 장착 구멍(20)과 피 체결부재(18)의 장착 구멍(22)에 장착 되도록 되어 있다.

(작용ㆍ효과)

다음으로, 본 실시 형태의 작용과 효과에 대해 설명한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 체결구(10)는, 체결부재(16)에 피 체결부재(18)가 중첩되어, 장착 구멍(20)에 장착 구멍(22)이 정합된 상태에서, 장착 구멍(20) 및 장착 구멍(22)에 삽입된다. 그 후, 도 4에 나타내는 바와 같이, 그로밋(12)에 대해 핀(14)이 압입되는 것에 의해, 핀(14)의 선단 측에 형성된 안내부(56)가 그로밋(12)의 피 안내부(42)에 닿아, 그로밋(12)의 다리부(28)의 각 다리편(34)이 변형하여 벌어진다. 그리고 각 다리편(34)의 피 안내부(42)가, 핀(14)의 안내부(56)의 상단연(56A)에 결합되면, 그로밋(12)의 변형 반력에 의해, 체결구(10)에 인입력(축력)이 생겨, 체결부재(16)와 피 체결부재(18)가 체결된다.

이때, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 체결구(10)에서는, 핀(14)의 안내부(56)가, 핀(14)의 선단(14A)의 외주부로부터 상단연(56A)을 향해, 피 안내부(42)와의 각 접점(P1)에 있어서의 축선(14B)에 대한 접선 각도(θ)가 변화하는 곡면으로 되어 있어, 핀(14)의 그로밋(12)에의 삽입력(S)을 거의 일정하게 하고 있다.

즉, 다리부(28)의 각 다리편(34)의 영률이 일정하게, 또, 영률의 저감으로 마찰력의 증가가 어느 상쇄되기 때문에, 접점(P1)에서의 마찰력을 0이라고 가정하고, 안내부(56)의 피 안내부(42)와의 접점(P1)에서의 그로밋(12)의 다리편(34)의 벌림 량을 V, 접점(P1)에서의 핀(14)의 축선(14B)에 대한 접선 각도를 θ라고 하면, 안내부(56)의 곡면(56B)상의 임의 점(P1)에서는, Vsinθ=일정의 관계가 성립하고 있다.

따라서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 핀(14)이 그로밋(12)에 압입되어, 삽입량(m)이 증가했을 때에, 핀(14)의 그로밋(12)에의 삽입력(S)의 증가가 억제되어 거의 일정해진다. 이 때문에, 핀(14)의 그로밋(12)에의 삽입 후반에서의 삽입력의 증가를 억제할 수 있고, 조작성을 향상할 수 있다.

이 결과, 본 실시 형태의 체결구(10)에서는, 핀(14)의 그로밋(12)에의 삽입력(S)이 급격하게 변화하는 경우가 없어 삽입이 원활함과 아울러, 핀(14)의 그로밋(12)에의 삽입 후반에서의 삽입력의 증가가 없기 때문에, 작업자가 삽입 완료까지를 길게 느끼는 경우가 없다.

또한, 본 실시 형태의 체결구(10)의 인입력은, 도 9에 사선으로 나타내는 바와 같이, 핀(14)의 삽입량(m)과 핀(14)의 삽입력(S)의 관계를 나타내는 곡선(C1)과 X축과 X=m에 의해 둘러싸인 부분의 면적으로 표시된다. 이 결과, 핀(14)의 삽입량(m)을 크게 함으로써, 충분한 인입력을 확보한 후, 핀(14)의 삽입 후반에서의 삽입력의 증가가 억제된다.

또한, 본 실시 형태의 체결구(10)에서는, Vsinθ=일정(H)인 값에 의해, 핀(14)의 안내부(56)의 길이(Y)(도 1 참조)가 결정된다. 또한, Vsinθ는 삽입력(S)과 근사(近似)할 수 있다. 이 때문에, 복수의 체결구(10)에 있어서의 각 Vsinθ=일정(H)인 값을 비교하는 것에 의해, 각 체결구(10)에 있어서의 핀(14)의 삽입력(S)의 목표로 할 수 있다. 이 결과, 핀(14)의 삽입력(S)과 핀(14)의 안내부(56)의 길이(Y)를 예측한 체결구(10)의 설계가 가능해진다.

(그 외 실시 형태)

이상에서는, 본 발명을 특정 실시 형태에 대해 상세히 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위 내에서 다른 다양한 실시 형태가 가능하다는 것은 당업자에게 명백하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 제1 부재로서의 그로밋(12)과 제2 부재로서의 핀(14)을 구비한 체결구(10)에 대해 설명했지만, 본 발명의 체결구는, 제1 부재에 제2 부재가 압입되는 것에 의해, 제2 부재의 안내부가 제1 부재의 피 안내부에 닿아, 제1 부재의 다리부가 변형하여 벌어지는 다른 체결구에도 적용 가능하다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 그로밋(12)의 다리부(28)의 다리편(34)의 영률이 일정하게, 또한 접점(P1)에서의 마찰력을 0으로 가정했다. 이 대신에, 핀(14)의 삽입량의 증가에 수반하는, 마찰력의 증가와 영률의 저감을 고려해도 좋다. 또, 마찰력의 증가와 영률의 저감은, 어느 정도 상쇄됨과 아울러, 체결구(10)의 재질이나 체결부재(16)의 판 두께에 의해 변화하기 때문에, 다리편(34)의 영률 변화와 마찰력의 가중치를 가미해도 좋다.

Claims

플랜지부와, 그 플랜지부로부터 연장되며 상기 플랜지부에 개구된 삽통공(揷通孔)이 형성되고 축선 둘레로 분할되어 복수의 다리편을 형성하며 또 개구된 삽통공의 내주부(內周部)에 피 안내부가 형성된 다리부를 포함하는 제1 부재; 및
일단에 있는 근원부와, 선단 근방으로부터 상기 근원부를 향해 안내부가 형성되며 또 상기 피 안내부와 접촉하여 상기 복수의 다리편을 벌어지게 하도록 상기 제1 부재의 개구된 삽통공에 압입되는 안내부를 가지는 제2 부재;
를 포함하여 구성되며,
상기 안내부는 바깥쪽으로 만곡되고 또 선단 측으로부터 근원부 측을 향해 상기 피 안내부와의 접점에서 축선에 대해 변화하는 접선 각도를 갖는 곡면을 가지며, 상기 제1 부재로의 삽입력이 상기 접점에서 거의 일정하며,
상기 제2 부재의 안내부는 상기 다리부의 영률이 일정하다고 가정하고 마찰력이 상기 접점에서 0이라고 가정하며 상기 복수의 다리편의 각각의 벌어짐 량이 상기 곡면상의 임의 지점에서 V이고 또 상기 접선 각도가 θ라고 할 때, 상기 곡면상의 상기 임의 지점에서 Vsinθ=일정의 관계가 성립하도록 배치되어 있는 체결구.
제1항에 있어서,
상기 제2 부재의 안내부는 상기 선단 근방으로부터 상기 근원부를 향하는 벌어짐 량(V)의 증가에 대해 상기 접선 각도(θ)가 감소하도록 배치되고, 이에 의해 상기 제1 부재로의 삽입력이 일정하도록 되어 있는 체결구.
제2항에 있어서,
상기 피 안내부는 개구된 상기 삽통공의 내주부로부터 축선을 향해 내측 및 하방으로 돌출되며 상기 제2 부재의 안내부와 점 접촉하도록 뒤로 기우는 체결구.