(57)【要約】【課題】部材の一方側から締結できるようにしたワンサイドボルトにおいて、少ない部品点数で締結に必要な軸力を付与でき、締結完了の確認も容易にできるようにしたワンサイドボルトを提供する。【解決手段】接合部材４の挿入孔５に挿入できるスリーブ１と、ボルト２と、ナット３を有する。スリーブには、テーパー状に広がり受孔１３と押圧面１４を有するフランジ８がある。この受孔の開口部は、フランジ８がテーパー状のときには、ボルトの頭部９が入らないが、フラット状に変形したときにはボルトの頭部９が入り込むように広がる。最初にボルトをねじ込むと、スリーブ１の先端にはバルジ１７が形成され、その後フランジがフラットになってボルトの軸力が開放される。ボルトは頭部９が受孔１３内に入り込むと、さらに回転させることができ、ボルトに軸力を導入することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合部材に形成した挿入孔に貫通する外径の筒状部と該筒状部の基端側から該接合部材の表面に対向して座面の外周縁がテーパー状に広がるフランジを有するスリーブと、基端側に頭部を有し先端側にねじ部を形成した軸部を有するボルトと、上記挿入孔に挿入できる外径を有し上記スリーブの先端側に位置して上記ボルトにねじ係合するナットを具備するワンサイドボルトであって、上記フランジの上面には上記ボルトの頭部の外径より狭い口径で開口する受孔と該頭部の当たり面が着座するよう受孔の周囲に広がる押圧面が形成され、上記フランジは上記ボルトをねじ込んで該スリーブの先端を接合部材の裏面とナット間で挟着し座屈変形させてバルジを形成した後に上記座面が接合部材の表面に沿うフラット状態まで変形可能に形成され、上記受孔はフランジがフラット状に変形したとき上記ボルトの頭部を受け入れるよう開口部が拡径可能に形成されかつ該受孔内に頭部が入り込んだ上記ボルトのねじ込みを許容する深さに形成されていることを特徴とするワンサイドボルト。  
【請求項２】
上記ナットは上記スリーブの先端に回り止め状態で連結されている請求項１に記載のワンサイドボルト。
【請求項３】
上記スリーブは筒状部が複数の部材で構成されている請求項１または２に記載のワンサイドボルト。
【請求項４】
上記スリーブの肉厚は、筒状部の肉厚に比べてフランジの肉厚が厚く形成されている請求項１〜３のいずれかに記載のワンサイドボルト。
【請求項５】
上記スリーブの先端には、圧縮荷重が作用したときバルジに変形するよう易変形部が設けられている請求項１〜４のいずれかに記載のワンサイドボルト。
【請求項６】
上記スリーブの易変形部は、部分熱処理により形成されている請求項５に記載のワンサイドボルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合部材の一方の部材側から挿入孔に差し込んで複数の部材を締結できるようにしたワンサイドボルトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
接合すべき部材の片側から該接合部材に設けた挿入孔に差し込んで部材を締結できるようにしたワンサイドボルトが知られているが、通常のようにボルトナットを用いて部材の両面から施工する締結方法に比べて、種々問題があった。
【０００３】
一般に、ワンサイドボルトは、スリーブ内に挿通したボルト（コアピン）を一方の部材側から回転してねじ込むことにより他方の部材側に突出しているスリーブの先端に圧縮力を与え、拡張方向に座屈させバルジを形成して締結する構成が多いが（例えば特許文献１、２参照）、バルジを形成後に一時的にボルトに作用する軸力を解放するように構成されていないので、接合部材間に充分な締結力を作用させることがむずかしい。例えば、特許文献２に記載のワンサイドボルトは、テーパー座金を平坦な状態に変形させて平座金を座板部に圧着しているが、コアピンに作用する軸力を一時的に開放する構造になっていないから、コアピン（ボルト）をそれ以上回転させても摩擦接合やそれに準ずる程度の強い接合部は得られず、支圧接合程度の接合作用しか期待できない。一方、摩擦接合やそれに準ずる程度の接合部を得るため、ボルトに作用する軸力を一時的に解放してその後に必要な軸力をボルトに導入できるようにしたワンサイドボルトも知られている（例えば特許文献３参照）。しかし、特許文献３に記載のボルトは、軸力を導入するために、ピン（コアボルト）、主スリーブ、拡張可能なスリーブ、せん断座金（折損可能な抵抗座金）、荷重支持座金（荷重阻止座金）、環状ナットを必要としている。そのため、部品点数が多く、経済的に得にくい。
【０００４】
また、ボルトによる締結作業が終了したときの締結を確認する方法として、従来よりボルトの破断によるブレークポイントによる方法、締付工具の制御による方法、ナットの回転状態による方法等が知られており、上記特許文献のようにブレークポイントによる方法は、締結の最終品質を管理する上で好ましいと言える。しかし、この方法では破断音がうるさく、しかも破断面に防錆処理等の後工程をしなければならないので、取り扱いが面倒だった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１００８３７号公報（図４、図６）
【特許文献２】特開２００６−３４９０９８号公報（請求項１、段落００５０、図１〜図５）
【特許文献３】特開平８−１２１４４３号公報（請求項１、図１〜図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の解決課題は、接合すべき部材の一方側から挿入孔に差し込んで接合部材を締結するワンサイドボルトにおいて、部品点数を少なくし、かつボルトに軸力を導入することができ、締結作業の終了も容易に確認できるようにしたワンサイドボルトを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、接合部材に形成した挿入孔に貫通する外径の筒状部と該筒状部の基端側から該接合部材の表面に対向して座面の外周縁がテーパー状に広がるフランジを有するスリーブと、基端側に頭部を有し先端側にねじ部を形成した軸部を有するボルトと、上記挿入孔に挿入できる外径を有し上記スリーブの先端側に位置して上記ボルトにねじ係合するナットを具備するワンサイドボルトであって、上記フランジの上面には上記ボルトの頭部の外径より狭い口径で開口する受孔と該頭部の当たり面が着座するよう受孔の周囲に広がる押圧面が形成され、上記フランジは上記ボルトをねじ込んで該スリーブの先端を接合部材の裏面とナット間で挟着し座屈変形させてバルジを形成した後に上記座面が接合部材の表面に沿って延びるフラット状態まで変形可能に形成され、上記受孔はフランジがフラット状に変形したとき上記ボルトの頭部を受け入れるよう開口部が拡径可能に形成されかつ該受孔内に頭部が入り込んだ上記ボルトのねじ込みを許容する深さに形成されていることを特徴とするワンサイドボルトが提供され、上記課題が解決される。
【０００８】
なお、上記ワンサイドボルトにおいて、上記ナットはスリーブに回り止め状態で連結され、上記スリーブの長さは接合部材の厚さに応じて複数の筒状部を組み合わせることにより調節することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、上記のように構成され、接合部材に形成した挿入孔に貫通する外径の筒状部と該筒状部の基端側から該接合部材の表面に対向して座面の外周縁がテーパー状に広がるフランジを有するスリーブと、基端側に頭部を有し先端側にねじ部を形成した軸部を有するボルトと、上記挿入孔に挿入できる外径を有し上記スリーブの先端側に位置して上記ボルトにねじ係合するナットを具備するワンサイドボルトであって、上記フランジの上面には上記ボルトの頭部の外径より狭い口径で開口する受孔と該頭部の当たり面が着座するよう受孔の周囲に広がる押圧面が形成されている。そして、上記フランジは上記ボルトをねじ込んで該スリーブの先端を接合部材の裏面とナット間で挟着し座屈変形させてバルジを形成した後に上記座面が接合部材の表面に沿って延びるフラット状態まで変形可能に形成され、上記受孔はフランジがフラット状に変形したとき上記ボルトの頭部を受け入れるよう開口部が拡径可能に形成されかつ該受孔内に頭部が入り込んだ上記ボルトのねじ込みを許容する深さに形成されている。この構成により、上記ボルトを回転してナットを締め付けボルトに軸力を導入すると、ボルトの当たり面とフランジの押圧面を介してスリーブには圧縮荷重が伝達され、接合部材の裏面とナット間にバルジが形成される。その後、フランジは圧縮荷重を受けてフラット状に変形するから、受孔の開口部の口径が広がり、その結果、ボルトの頭部の当たり面が押圧面から外れるので、一時的に軸力が解放される。そして、ボルトをさらに回転させると、ボルトの頭部が受孔内に入り込み、受孔の底に頭部の当たり面が当るまでボルトをナットにねじ込むことができるから、ボルトに大きな軸力を導入することができる。
【００１０】
上記のように、本発明のワンサイドボルトは、ボルト、スリーブ、ナットの３部品でボルトに締結に必要な軸力を導入することができるので、部品点数が減少され、経済的に得ることができる。その上、ボルトの締結状態は、ボルトの頭部がフラット状に変形したフランジの上面に密着することで確認することができ、大きなブレーク音を生じることもなく、確認も容易かつ確実である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例を示す一部を断面した正面図。
【図２】スリーブを示し、（Ａ  ）は平面図、（Ｂ）は半断面図。
【図３】ナットを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は半断面図。
【図４】ボルトの頭部とスリーブのフランジの関連を示す一部の拡大説明図。
【図５】締結状態を示し、（Ａ）は接合部材に差し込んでボルトを回転した状態、（Ｂ）はバルジが形成された状態、（Ｃ）はフランジが広がりつつある状態、（Ｄ）はボルトの頭部が受孔内に入り込んだ状態の各説明図。
【図６】図５に示す各状態におけるボルト軸力とトルクの関係を示す説明図。
【図７】図５に示す各状態におけるクランプ力とトルクの関係を示す説明図。
【図８】他の実施例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図。
【図９】図８に示すワンサイドボイルとの締結状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明のワンサイドボルトの一実施例を示し、本発明のワンサイドボルトは、スリーブ１と、該スリーブに挿入されるボルト２と、該ボルトにねじ係合するナット３を具備する。該スリーブ１は、ＳＳ４００程度の鋼材に相当する冷間圧造用炭素鋼等の金属材料で構成され、接合部材４に形成した挿入孔５に貫通する外径の筒状部６と該筒状部の基端側から該接合部材の表面に対向して座面７の外周縁がテーパー状に広がるフランジ８を有している。また、上記ボルト２は基端側に頭部９を有し先端側にねじ部１０を形成した軸部１１を有し、上記ナット３は上記挿入孔５に挿入できる外径を有し上記スリーブ１の先端側に位置して上記ボルト２にねじ係合するための雌ねじ１２を有する。上記フランジのテーパー形状は、最初にフラット状のフランジをスリーブと一体的に形成した後、曲げ加工によりフランジ部の周囲をテーパー状に傾斜させることにより容易に形成することができる。
【００１３】
図２を参照し、該スリーブ１のフランジ８は、外形が回り止めの工具で保持できるような形状、図に示すものでは六角形に形成され、その上面には上方に開口する受孔１３が形成され、該受孔１３の周囲には押圧面１４が設けられている。該受孔１３の開口部の口径は、上記ボルト２の頭部９の外径より狭く形成され、図４に示すように締結開始前の状態では該押圧面１４には上記ボルト２の頭部９の当たり面１５がほぼ線接触ないし面接触状態で着座する。上記フランジ８の座面７の傾斜角度αは、適宜に設定することができるが、筒状部６とフランジ８の交点１６を通る仮想水平線に対し約１０〜６０度、好ましくは約１５〜３０度程度にするとよく、実施例においては約１７度に傾斜し、フランジの外周縁と仮想水平線の間隔が約１．５ｍｍ程度になるように設けてある。また、該スリーブ１の先端側には、圧縮荷重が作用した際、接合部材４の裏面とナット３間で挟着されて容易に座屈変形しバルジ１７（図５参照）を形成できるよう易変形部１８を設けることが好ましい。この易変形部１８はバンドアニール等の熱処理により形成することができるが、先端部の壁にスリット等（図示略）を設けたり、壁厚を薄く形成して易変形部としてもよい。
【００１４】
上記フランジ８は、上記のようにスリーブ１の先端側にバルジ１７が形成された後にさらにボルトをねじ込むことにより上記座面７が接合部材４の表面に沿って延びるフラット状態まで変形できるように形成されている。このような作用を確保するため、フランジ８部分の壁の肉厚を筒状部６の先端の壁の肉厚より厚く形成してある。また、このようにしてフランジがフラット状に変形したとき、受孔の開口部の口径が広がって上記ボルトの頭部を受け入れるよう上記受孔の開口部は拡径可能に形成されている。
【００１５】
上記受孔１３は、上記のようにフランジ８がフラット状に変形した後、該受孔１３内に頭部９が入り込んだ上記ボルト２をさらに回転してねじ込みを許容できるような深さに形成されている。この深さはボルト２のねじ部との関係もあるが、図に示す実施例では約１〜５ｍｍ程度、好ましくは約２〜３ｍｍ程度に設定されている。
【００１６】
上記ナット３は、上記スリーブ１の先端に回り止め状態で連結されている。図１等に示す実施例では、ナット３の端面にセレーション等の係合部１９を設けてあり、ボルトをねじ込んだ際、スリーブの端面に係合して回り止めするようにしてあるが、山形状や鋸歯状の突起をナットとスリーブの各端面に設けてかみ合わせるようにしてもよいし、ナット３の雌ねじ１２と逆ねじをナット３の端部に形成してスリーブ１の先端にねじ着するようにしてもよい。なお、ナット３をスリーブ１の先端と一体的に構成してもよい。
【００１７】
上記の構成により、図５〜図７を参照して締結のメカニズムを説明すると、先ず図５（Ａ）に示すように接合部材４の挿入孔５にスリーブ１を差し込でボルト２を回転させる。この際、接合部材４が厚くてスリーブ１の先端が接合部材４の裏面に突出しない場合は、筒状部６を有する別体の複数のスリーブ（図示略）を適宜数組み合わせて所要長さを確保すればよい。この状態では、図４に示すように、ボルト２の頭部９の当たり面１５はスリーブ１の押圧面１４に当接しているから、該当たり面１５と押圧面１４を介してボルト２とナット３間に圧縮力が作用する。そして、この圧縮力により、スリーブ１の先端側が座屈変形し、バルジ１７が形成される（同図Ｂ）。さらにボルト２を回転させると、フランジ８は筒状部６との交点１６が挿入孔５の端縁に当っているので、強い圧縮力が作用し徐々にフラット状に変形し受孔１３の開口部が広がるから、ボルト２の頭部９は受孔１３内に入り込む（同図Ｃ）。この瞬間に、すなわち当たり面１５が押圧面１４から外れることにより図６に示すようにボルト２に作用する軸力が一時的に開放される。そして、図５（Ｄ）に示すように、ボルト２をさらに回転するにともなって、図６に示すような大きな軸力が導入され、フランジ８がフラット状になって頭部９の当たり面１５が受孔の底に当るまでスリーブは圧縮力を受け、バルジ１７部分にはさらに座屈部２０が形成され、図７に示すように大きなクランプ力で接合部材４を強固に締付けることができる。この締結状態は、図５（Ｄ）から明らかなようにフラットになったフランジ８にボルト２の頭部９が密着していることにより確認することができる。
【００１８】
上記実施例において、ボルト２は頭部９に六角孔を形成した六角孔付きボルトを使用しているが、図８、図９に示すようにフランジ２１付き六角ボルトを使用してもよい。この実施例においては、ボルトのフランジ２１の当たり面１５と該当たり面１５が当接するスリーブ１の押圧面１４がほぼ面接触するようにしてあり、またナット３をスリーブ１の先端にねじ着により連結している点を除き、上記図１等に示す実施例と同様である。したがって、接合部材に対して同様に作用して接合部材４を締結することができる。
【符号の説明】
【００１９】
１    スリーブ
２    ボルト
３    ナット
４    接合部材
６    筒状部
７    座面
８    フランジ
９    頭部
１３  受孔
１４  押圧面
１５  当たり面
１７  バルジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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