説明

締結具

【課題】第2部材の第1部材への挿入力が急激に変化することがなく挿入がスムーズであると共に、第2部材の第1部材への挿入後半での挿入力の増加を抑制し、挿入時の操作性を向上できる締結具を得る。
【解決手段】締結具10は、グロメット12に対してピン14が押込められることにより、ピン14の先端側に形成された案内部56がグロメット12の被案内部42に当たって、グロメット12の脚部28の脚片34が撓んで拡開される。そして、グロメット12の脚部28における脚片34の被案内部42が、ピン14の案内部56の上端縁56Aに係合される。また、ピン14の案内部56は、ピン14の先端14Aの外周部から上端縁56Aに向かって、被案内部42との接点P1における軸線14Bに対しての接線角度θが変化する曲面となっており、各接点P1におけるピン14のグロメット12への挿入力Sを略一定としている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、第1部材に第2部材を挿入することで、締結部材に被締結部材を締結させることができる締結具に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、締結部材に被締結部材を締結させる締結具としては、例えば、特許文献1がある。この従来技術では、ピンの案内部がピンの軸線に対して2段階に傾斜されており、案内部の先端側の区分がピンの軸線に対して30°〜65°に傾斜される案内面を有する第1の案内部、案内部の基端側の区分がピンの軸線に対して5°〜25°に傾斜される案内面を有する第2の案内部となっている。そして、ピンがグロメットに押し込まれる挿入前半では、第1の案内部の案内面によって被案内部が案内されて脚部が拡開されると共に、挿入後半では、第2の案内部の案内面によって被案内部が案内されて脚部が拡開されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第4679871号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1では、ピンの第1の案内部と第2の案内部との間に存在する切替え部において挿入力が急激に変化するため、これを無くし挿入性を向上することが望まれる。また、ピンの第2の案内部をグロメットの脚部が乗り越える、挿入後半まで挿入荷重が一定の割合で増加し続けるため、作業者が挿入完了までを長く感じる。
【0005】
本発明は上記事実を考慮し、第2部材の第1部材への挿入力が急激に変化することがなく挿入がスムーズであると共に、第2部材の第1部材への挿入後半での挿入力の増加を抑制し、挿入時の操作性を向上できる締結具を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1に記載の本発明の締結具は、鍔部と、該鍔部から延長されて前記鍔部に開口された挿通孔が形成されると共に軸線回りに分割され、前記挿入孔の内周部に被案内部が形成された脚部と、を備えた第1部材と、先端近傍から根元方向へ向かって案内部が形成され、前記第1部材の挿通孔に押し込まれることにより、前記案内部を前記被案内部に当てて、前記脚部を拡開させると共に、前記案内部は先端側から根元部側へ向かって、前記被案内部との接点における軸線に対しての接線角度が変化する曲面とし、前記各接点における前記第1部材への挿入力を略一定とした第2部材と、を有する。
【0007】
請求項1に記載の本発明の締結具では、第2部材が第1部材の挿通孔に押し込まれると、第2部材の案内部が第1部材の被案内部に当たり第1部材の脚部が拡開させる。このとき、案内部が、先端側から根元側へ向かって被案内部との接点における軸線に対しての接線角度が変化する曲面となっており、各接点における第2部材の第1部材への挿入力が略一定となる。このため、第2部材の第1部材への挿入力が急激に変化することがなく挿入がスムーズであると共に、第2部材の第1部材への挿入後半での挿入力の増加を抑制し、挿入時の操作性を向上できる。
【0008】
請求項2記載の本発明は請求項1に記載の締結具において、前記脚部のヤング率が一定、且つ前記接点での摩擦力を0と仮定し、前記曲面上の任意の点における前記脚部の開き量をV、前記接線角度をθとすると、前記曲面上の任意の点では、Vsinθ=一定の関係が成立する。
【0009】
請求項2記載の本発明の締結具では、脚部のヤング率が一定、且つ前記接点での摩擦力を0と仮定し、案内部の曲面上の任意の点における脚部の開き量をV、接線角度をθとすると、曲面上の任意の点では、Vsinθ=一定の関係が成立する。このため、案内部の長さを考慮し、Vsinθ=一定となるように、案内部の曲面を形成することで、第2部材の第1部材への挿入力が急激に変化することがなく挿入がスムーズであると共に、第2部材の第1部材への挿入後半での挿入力の増加を抑制し、挿入時の操作性を向上できる。
【発明の効果】
【0010】
請求項1に記載の本発明の締結具は、上記構成としたので、第2部材の第1部材への挿入力が急激に変化することがなく挿入がスムーズであると共に、第2部材の第1部材への挿入後半での挿入力の増加を抑制し、挿入時の操作性を向上できる。
【0011】
請求項2に記載の本発明の締結具は、上記構成としたので、第2部材の第1部材への挿入力が急激に変化することがなく挿入がスムーズであると共に、第2部材の第1部材への挿入後半での挿入力の増加を抑制し、挿入時の操作性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の一実施形態に係る締結具の要部を示す拡大説明図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る締結具を示す説明図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る締結具が締結部材と被締結部材との取付孔に挿入された状態を示す側断面図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る締結具によって締結部材と被締結部材とが締結された状態を示す側断面図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る締結具のグロメットを示す斜視図である。
【図6】本発明の一実施形態に係る締結具のグロメットを示す軸方向先端側から見た正面図である。
【図7】本発明の一実施形態に係る締結具のピンを示す半分を断面とした側面図である。
【図8】本発明の一実施形態に係る締結具のピンを示す軸方向先端側から見た正面図である。
【図9】本発明の一実施形態に係る締結具におけるピンの移動量とピンの挿入力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
次に、本発明の締結具の一実施形態を図1〜図9に従って説明する。
なお、図中、同一又は対応する機能を有する部材(構成要素)には同じ符号を付して適宜説明を省略する。
図3及び図4に示すように、本実施形態の締結具10は、第1部材としてのグロメット12と、第2部材としてのピン14とを備えており、所謂、プッシュ・リベットタイプ2ピースクリップとなっている。そして、締結具10によって、例えば、自動車のパネル部品等の締結部材16に、内装部品等の被締結部材18を締結させることができるようになっている。
【0014】
(締結具のグロメット)
図5に示すように、グロメット12には、軸方向の一方の端部に、略円板状の鍔部26が形成されている。この鍔部26の外径寸法は、締結部材16に形成した取付孔20及び被締結部材18に形成した取付孔22(図3参照)の各孔径よりも大きくなっている。また、鍔部26の下面26Aには、下方(図5における紙面視下方向)へ延びる脚部28が形成されている。グロメット12の脚部28の内側には、鍔部26の上面26Bに開口された挿通孔としてのピン挿通孔32が形成されている。さらに、脚部28は4本の脚片34を備えている。
【0015】
図6に示すように、グロメット12の脚部28の各脚片34は相互に直交されるグロメット12の2つの軸平面によって軸線回りに分割されている。また、隣接する各脚片34の間には所定幅のスリット40が形成されており、鍔部26の下面26Aには各脚片34の外周部に沿って溝30が形成されている。
【0016】
図4に示すように、グロメット12の各脚片34の根元部近傍は、各脚片34が開く際のヒンジ部36となっている。
【0017】
図3に示すように、グロメット12の脚部28の内側には、ピン挿通孔32が延長されており、ピン挿通孔32の略擂鉢状に形成された底部32Aが形成されている。また、グロメット12における各脚片34の内側の、鍔部26の下面26Aからの距離が等しい位置には、被案内部42がグロメット12の軸線12Aに向けて突出形成されている。
【0018】
(締結具のピン)
図7に示すように、ピン14の軸方向の一端には、略円板状の頭部50が形成されている。ピン14の頭部50の外径寸法は、グロメット12(図5参照)の鍔部26に開口されたピン挿通孔32の内径寸法よりも大きなっている。また、頭部50の下面50Aには、下方(図7における紙面視下方向)へ延びる軸部52が形成されている。
【0019】
ピン14における軸部52の先端側(図7における紙面視下側)には、案内部56が形成されている。また、軸部52の根元部側には、頭部50の下面50Aから延びて基部58が形成されている。案内部56と基部58とは略円柱状に形成された中間部59を介して、同一直線上に設けられている。この中間部59の外径寸法は、基部58の下端縁58Aと、案内部56の上端縁56Aとの双方の外径寸法よりも小さくなっている。そして、案内部56の上端縁56Aはピン14の周方向に沿って形成されている。
【0020】
なお、図4に示すように、ピン14がグロメット12に完全に挿入されて、引込み力が十分に高められると、ピン14の案内部56の上端縁56Aにグロメット12の脚片34の被案内部42が係合されるようになっている。
【0021】
図1に示すように、ピン14の先端部は円錐台形状に形成されており、先端14Aはピン14の軸線14Bに直交する平面となっている。また、ピン14の案内部56は、ピン14の先端14Aの外周縁から上端縁56Aに向かって、被案内部42との接点P1における軸線14Bに対しての接線角度(傾斜角度)θが変化する曲面となっている。これにより、グロメット12の脚部28の脚片34のヤング率が一定、且つ接点P1でのグロメット12とピン14との摩擦力を0と仮定したときの、挿入力Sを略一定としている。
【0022】
より具体的に説明すると、図2に示すように、ピン14を二点鎖線で示す位置から実線で示すように、グロメット12に所定量押し込んだ場合の、案内部56の被案内部42との接点P1におけるグロメット12の脚片34の開き量(撓み量)をVとする。また、図1に示すように、接点P1における軸線14Bに対しての接線角度をθとする。そして、グロメット12の脚部28の脚片34のヤング率が一定、且つ接点P1でのグロメット12とピン14との摩擦力を0と仮定したとき、案内部56の曲面56B上の任意の点P1では、Vsinθ=一定(H)の関係が成立するようになっている。
【0023】
なお、Hの値を小さくすると、ピン14の案内部56の長さY(図1参照)が大きくなるため、Hの値はピン14の案内部56の長さYを考慮して決定されている。
【0024】
より詳しく説明すると、図1に示すように、案内部56の曲面に対して垂直に作用されるグロメット12の脚片34の被案内部42からの反力Fは、Eをグロメット12のヤング率、Iをグロメット12の断面2次モーメント、Lを撓み長さ(図2参照)とすると、
F=(3・E・I/L)Vとなる。
なお、図2の符号「m」はピン14の移動量を示している。
ここで、ヤング率Eは歪による変数であるが、定数と仮定すると、3・E・I/Lは定数Kとなり(F=K・V)、反力Fはグロメット12の脚片34の開き量をVに比例する。
【0025】
また、図1に示すように、反力FのY方向の成分Fyと、案内部56と被案内部42との間に作用される曲面に沿った摩擦力MのY方向の成分Myは、μを摩擦係数とすると、
Fy=F・sinθ、
My=M・cosθ=μF・cosθとなる。
この結果、ピンの挿入力Sは、S=Fy+My=F・sinθ+μF・cosθとなる。
ここで、摩擦力MのY方向の成分Myを無視すると、ピン14の挿入力Sは、S=K・V・sinθとなり、挿入力SはV・sinθに比例する。このため、案内部56の曲面を、先端側から根元部側へ向かって、各接点P1における脚片34の開き量(撓み量)Vの変化に対して、挿入力Sが一定になるような接線角度θを有する曲面とすることができる。
【0026】
図7及び図8に示すように、ピン14には、基部58の軸線回りに、軸平面上に設けられた4枚のリブ60が等間隔で形成されている。そして、締結具10は、ピン14の各リブ60が、グロメット12の隣接される脚片34間に形成された各スリット40に挿入されることで、グロメット12がピン14に対して回り止めされるようになっている。なお、図3に示すように、締結具10は、グロメット12とピン14とが組み付けられた状態で工場から出荷され、締結部材16の取付孔20と被締結部材18の取付孔22とに装着されるようになっている。
【0027】
(作用・効果)
次に、本実施形態の作用と効果について説明する。
図3に示すように、本実施形態の締結具10は、締結部材16に被締結部材18が重ね合わされて、取付孔20に取付孔22が整合された状態で、取付孔20と取付孔22とに挿入される。その後、図4に示すように、グロメット12に対してピン14が押込められることにより、ピン14の先端側に形成された案内部56がグロメット12の被案内部42に当たり、グロメット12の脚部28の各脚片34が撓んで拡開される。そして、各脚片34の被案内部42が、ピン14の案内部56の上端縁56Aに係合されると、グロメット12の撓みの反力によって、締結具10に引込み力(軸力)が生じて、締結部材16と被締結部材18とが締結される。
【0028】
この際、図1及び図2に示すように、本実施形態の締結具10では、ピン14の案内部56が、ピン14の先端14Aの外周部から上端縁56Aに向かって、被案内部42との各接点P1における軸線14Bに対しての接線角度θが変化する曲面となっており、ピン14のグロメット12への挿入力Sを略一定としている。
【0029】
即ち、脚部28の各脚片34のヤング率が一定、且つ、ヤング率の低減で摩擦力の増加が度打ち消されるため、接点P1での摩擦力を0と仮定し、案内部56の被案内部42との接点P1におけるグロメット12の脚片34の開き量をV、接点P1におけるピン14の軸線14Bに対しての接線角度をθとすると、案内部56の曲面56B上の任意の点P1では、Vsinθ=一定の関係が成立している。
【0030】
従って、図9に示すように、ピン14がグロメット12へ押し込まれ、挿入量mが増加した際に、ピン14のグロメット12への挿入力Sの増加が抑制され略一定となる。このため、ピン14のグロメット12への挿入後半での挿入力の増加を抑制でき、操作性を向上できる。
【0031】
この結果、本実施形態の締結具10では、ピン14のグロメット12への挿入力Sが急激に変化することがなく挿入がスムーズであると共に、ピン14のグロメット12への挿入後半での挿入力の増加がないため、作業者が挿入完了までを長く感じることがない。
【0032】
なお、本実施形態の締結具10の引込み力は、図9に斜線で示すように、ピン14の挿入量mとピン14の挿入力Sとの関係を示す曲線C1とX軸とX=mとによって囲繞される部分の面積で示される。この結果、ピン14の挿入量mを大きくすることで、十分な引込み力を確保した上で、ピン14の挿入後半での挿入力の増加が抑制される。
【0033】
また、本実施形態の締結具10では、Vsinθ=一定(H)の値によって、ピン14の案内部56の長さY(図1参照)が決まる。また、Vsinθは挿入力Sと近似できる。このため、複数の締結具10における各Vsinθ=一定(H)の値を比較することにより、各締結具10におけるピン14の挿入力Sの目安とできる。この結果、ピン14の挿入力Sとピン14の案内部56の長さYとを予測した締結具10の設計が可能となる。
【0034】
(その他の実施形態)
以上に於いては、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、第1部材としてのグロメット12と第2部材としてのピン14を備えた締結具10について説明したが、本発明の締結具は、第1部材に第2部材が押込められることにより、第2部材の案内部が第1部材の被案内部に当たって、第1部材の脚部が撓んで拡開される他の締結具にも適用可能である。
【0035】
また、上記実施形態では、グロメット12の脚部28の脚片34のヤング率が一定、且つ接点P1での摩擦力を0と仮定した。これに代えて、ピン14の挿入量の増加にともなう、摩擦力の増加とヤング率の低減とを考慮してもよい。なお、摩擦力の増加とヤング率の低減とは、ある程度打ち消し合うとともに、締結具10の材質や締結部材16の板厚によって変化するため、脚片34のヤング率変化と摩擦力の重み付けを加味してもよい。
【符号の説明】
【0036】
10 締結具
12 グロメット(第1部材)
12A グロメットの軸線
14 ピン(第2部材)
14A ピンの先端
14B ピンの軸線
16 締結部材
18 被締結部材
26 グロメットの鍔部
28 グロメットの脚部
32 グロメットのピン挿通孔(挿通孔)
34 グロメットの脚片
40 グロメットのスリット
42 グロメットの被案内部
50 ピンの頭部
52 ピンの軸部
56 ピンの案内部
60 ピンのリブ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
鍔部と、該鍔部から延長されて前記鍔部に開口された挿通孔が形成されると共に軸線回りに分割され、前記挿入孔の内周部に被案内部が形成された脚部と、を備えた第1部材と、
先端近傍から根元方向へ向かって案内部が形成され、前記第1部材の挿通孔に押し込まれることにより、前記案内部を前記被案内部に当てて、前記脚部を拡開させると共に、前記案内部は先端側から根元部側へ向かって、前記被案内部との接点における軸線に対しての接線角度が変化する曲面とし、前記各接点における前記第1部材への挿入力を略一定とした第2部材と、
を有する締結具。
【請求項2】
前記脚部のヤング率が一定、且つ前記接点での摩擦力を0と仮定し、前記曲面上の任意の点における前記脚部の開き量をV、前記接線角度をθとすると、前記曲面上の任意の点では、Vsinθ=一定の関係が成立する請求項2に記載の締結具。

【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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【公開番号】特開2013−64444(P2013−64444A)
【公開日】平成25年4月11日(2013.4.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−203340(P2011−203340)
【出願日】平成23年9月16日(2011.9.16)
【出願人】(000135209)株式会社ニフコ (972)
【Fターム(参考)】