JP6943712B2

JP6943712B2 - ケースナット構造

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Publication number: JP6943712B2
Application number: JP2017189663A
Authority: JP
Inventors: 有里新開; 直樹岡部
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2021-10-06
Anticipated expiration: 2037-09-29
Also published as: JP2019065902A

Description

本発明は、ボルトとナットとから構成される締結具のうち、ナットを車体フレーム等の母材に対して保持してなるケースナット構造に関するものである。

従来、この種のケースナット構造としては、特許文献１に示すように、ボルトを挿通する通孔を有するボディの一方の面にブラケット（基板）をスポット溶接し、このブラケット（基板）と母材との間隙にナットを非回転に保持すると共に、ブラケット（基板）のナット係合孔からナットの頭部を突出させ、これにより、ナットの落下を防止すると共に電着塗装時にナットがナット係合孔に固着するのを防止して、ナットを適正位置に保持した状態でボルトを螺合できるようにしたケースナット構造が開示されている。

また、特許文献２には、ボディに溶接されるケース本体（基板）の内部にナットを遊動可能に収納するケースナット構造であって、ナットは、ナット本体と、その外側表面にインサート成形された樹脂製の絶縁部材とからなるものとし、電着塗装処理時にナット本体が絶縁部材により絶縁されるため、ナットがボディに固着するのを防止することができるケースナット構造が開示されている。

実開平３−１１４６１７号公報特開２０１６−２１７４２３号公報

上記特許文献１および特許文献２に示すケースナット構造は、車両のボディの電着塗装乾燥時に、基板の内部に遊動可能に収容されたナットが、基板のナット貫通孔の孔壁に固着するのを防止するために案出されたものである。

ところで、この種のボルト・ナットによる締結具においては、電着塗装時の塗料の流動性をさらに良好なものとしてナットの固着を防止できるケースナット構造が望まれている。図１１は基板のナット貫通孔の孔壁に、さらに電着液流動用凹部を形成したケースナット構造の参考例を示す平面図である。図示を簡略化するため、基板のナット貫通孔の形状（六角形状）とこれを貫通する六角ナットの位置関係のみを示している。図１１（ａ）はナット１００の中心軸１００ａと貫通孔１０１の中心１０１ａとのほぼ合致した状態を示す。同図（ｂ）は同図（ａ）の状態からナット１００を回転したときのナットと電着液流動用凹部１０２との干渉状態を示す。同図（ｃ）は貫通孔１０１がナット１００よりもわずかであるが大径に形成されているため、電着塗装時にナット１００が貫通孔１０１に対してオフセットした状態を示す。

図１１に示すように、電着液の流動性を良くするために、貫通孔１０１のナット側壁１００ｂに対向する壁面１０１ｂに電着液流動用凹部１０２を形成しているが、この場合、同図（ｂ）のように、ボルト締結時に不図示のボルトを回転させると、ナット１００も許容回動範囲で連れ回りし、ナット１００の頂部１００ｃが流動用凹部１０２を舐めることになり、ナット頂部が潰れることによって、ナットがボルトと連れ回りして、ボルト締めが確実に行えなくなる可能性がある。この場合、潰れたナットあるいは破損状態の貫通孔１００を有する基板そのものを取り替えなければならない。例えば、車体フレームのロッカ等の内部空間に上記ケースナット構造が設けられている場合、その取り替え補修作業が煩雑となるといった難点がある。

また、図１１（ｃ）に示すように、貫通孔１０１の形状を、ナット１００の外径に合わせて単純にオフセットした形状にすると、電着塗装時に、ナット１００の側壁１００ｂと貫通孔１０１の内壁面１０１ｂとが線接触して、乾燥時に固着してしまうおそれがある。
また、貫通孔１０１のオフセット量を増やして電着液の流れを改善しようとすれば、図１１（ｂ）に示す場合と同様に、ナット頂部１００ｃが貫通孔１０１の壁面１０１ｂを舐めやすくなり、ボルト締結がうまくいかなくなる可能性がある。
さらに、特許文献２に示すように、ナットの外側表面に絶縁部材を設定するとすれば、コストがかかると共に、ナット自体の重量が増大するといった難点がある。

本発明は、上記に鑑み、簡単な構造で、貫通孔の舐めを防止し、電着液の流れを改善し、ナットの固着を回避することができるケースナット構造の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、車体に取り付けられる基板の貫通孔内に、多角形状のナットを遊動可能に挿通設定するケースナット構造において、前記貫通孔は、前記ナット頂部に対向する部位で前記ナット頂部との隙間が他の部位よりも拡大するように貫通孔の壁面を窪ませた凹部が複数個形成され、隣り合う前記凹部間をナットの側壁面に向けて近接する円弧で結ぶ形状に形成されたケースナット構造とする。

上記構成によると、拡大凹部は貫通孔の中心から外方向に向かって他の部位よりも拡がるように形成される。したがって、ナット頂部と貫通孔の拡大凹部との隙間が他の部位よりも拡大されることになり、電着塗装時に、貫通孔の拡大凹部から電着液が抜け易くなり、貫通孔に電着液が溜まりにくくなる利点がある。

また、貫通孔において、凹部間を結ぶ貫通孔の壁面形状をナット側壁面に向けて近接する円弧形状とすることにより、基板に保持されるナットの側壁と貫通孔の円弧壁面とが点接触することになり、電着塗装後の乾燥時にナットの側壁が貫通孔の円弧壁面に固着しにくくなる。
ここで、多角形状のナットとしては、図１１に示すような六角ナットの他、図５〜図９に示すような四角ナット、あるいは不図示の五角形状のナットであってもよい。これらの多角形状であっても、貫通孔を多角形状に合わせての略相似形に形成し、貫通孔のナット頂部に対向する角部に拡大凹部を形成すると共に拡大凹部を結ぶ貫通孔の壁面形状をナット側壁面に向けて近接する円弧壁面とすればよい。

しかも、ボルト締結時に、ナットが回転して貫通孔を舐めようとしても、貫通孔の円弧面を越えるナットの回転軌跡は、例えば、図８に示すような四角ナットにおいては、ハッチングで示すように大きく増えることになるため、ナットが貫通孔を舐めにくくなる。よって、簡単な構造で、貫通孔の舐めを防止し、かつ電着液の流れを改善し、さらに、ナットの固着をも回避することができるケースナット構造を提供することができる。

本発明の実施形態である車両の後部フレーム部分を示す平面図である。図１の側面断面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。トレーリングアーム先端部分の分解斜視図である。本実施形態のケースナット構造を示す斜視図である。ケースナット構造の断面図である。四角ナットの挙動と貫通孔との位置関係を示す平面図である。四角ナット回転時の貫通孔との位置関係を示す平面図である。貫通孔に対するナットのオフセット時の位置関係を示す平面図である。別の実施形態である六角ナットと貫通孔との位置関係を示す平面図であって、（ａ）はナット中心軸と貫通孔の中心との合致した状態、同図（ｂ）はナット回転時のナットと貫通孔との干渉状態、同図（ｃ）はナットオフセット時のナットと貫通孔との位置関係をそれぞれ示す。参考例である六角ナットと貫通孔との位置関係を示す平面図であって、（ａ）はナット中心軸と貫通孔の中心との合致した状態、同図（ｂ）はナット回転時のナットと貫通孔との干渉状態、同図（ｃ）はナットオフセット時のナットと貫通孔との位置関係をそれぞれ示す。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に本実施形態である車両の後部フレーム部分を示す。図２は図１の側面断面図、図３は図１のＡ−Ａ断面図である。図１において、矢印Ｆｒは、車両１の進行方向の前方を示している。

図１に示すように、車両１は、板金製の車体２と、この車体２にサスペンション３により懸架される車輪４とを備え、車体２の内部が車室５とされる。車体２は、車室５の左右各側面を形成する左右側壁８の下端縁部に形成されて車体２の前後方向に延びる左右のロッカ９と、これら左右のロッカ９の間に配置されて車体２の前後方向に延びる左右のフロントサイドメンバ１０と、前記各ロッカ９の後端部に後方に延びるように結合される左右のリヤサイドメンバ１２と、車体２の幅方向に延びて左右のフロントサイドメンバ１０の各後端部同士、および左右のリヤサイドメンバ１２の各前端部同士をそれぞれ互いに結合させる前クロスメンバ１３と、車体２の幅方向に延びて左右のリヤサイドメンバ１２の中途部同士を互いに結合させる中途部クロスメンバ１４、および左右のリヤサイドメンバ１２の後端部同士を互いに結合させる後クロスメンバ１５と、を備えている。

ロッカ９は、図３に示すように、車体２の幅方向で互いに対面するロッカアウタパネル２５およびロッカインナパネル２６と、これらの間に挟み付けられてロッカ９の剛性を向上させるロッカ補強パネル２７とを有している。ロッカアウタパネル２５の長手方向の各部断面は、車体２の内側方に向かって開口するハット形状とされ、ロッカインナパネル２６の長手方向の各部断面は、車体２の外側方に向かって開口するハット形状とされ、ロッカ９の長手方向の各部断面は両パネル２５，２６により中空閉断面構造とされる。そして、図４に示すように、このロッカインパネル２６の内側に、サスペンション３のトレーリングアーム３７の先端ブッシュ３９を枢支する枢支軸３８を支持するケースナット構造４０が設けられている。

サスペンション３は、ロッカ９の後端部のロッカインナパネル２６およびリヤサイドメンバ１２にそれぞれ結合される箱形状のブラケット３５と、各リヤサイドメンバ１２の下方に配置されて車体２の前後方向に延び、クロスメンバ３６により互いに結合される左右のトレーリングアーム３７と、これらトレーリングアーム３７の後部側が上下回動可能となるよう、各前端部をブラケット３５にブッシュ３９を介して枢支させる枢支軸３８と、各トレーリングアーム３７とリヤサイドメンバ１２とに架設されるショックアブソーバ３９および不図示のコイルばねとを備えている。

トレーリングアーム３７の前端部のブッシュ３９は、トレーリングアーム３７の前端部に結合される外筒３９ａと、前記枢支軸であるボルト３８を貫通させる内筒３９ｂと、これら内筒３９ｂと外筒３９ａとの間に介在された円筒状の弾性材３９ｃとから構成される。図４に示すように、ボルトを枢支軸３８として、ボルト３８の先端は、ロッカ９内等の閉空間内にケースナット構造４０のナット５３に螺合されて締結される。

ケースナット構造４０は、図５に示すように、ロッカ９のロッカインパネル２６の内側にスポット溶接される基板５１と、該基板５１の貫通孔５２に遊動可能に挿通設定されるナット５３とを備えている。基板５１は、貫通孔５２を有する平板状の本体５１ａと、該本体５１ａの前後両端がクランク状に折曲形成されてナット５３を保持する側壁５１ｂ、５１ｃおよびロッカ９のインナーパネル２６の内壁にスポット溶接される溶接フランジ５１ｄ、５１ｅとから平面視でハット形状に形成されている。

ナット５３は、フランジ付きナットで、多角筒状（例えば、本実施形態では四角筒状）のナット頭部５４と、その下面に形成されたフランジ５５とが一体的に成形されたものである。フランジ５５は円板形に形成されており、そのフランジ径は基板５１の貫通孔５２の径よりも大径に形成され、フランジ５５が貫通孔５２から車幅方向外側に抜け出さないようになっている。フランジ厚さは基板５１の側壁５１ｂ、５１ｃの高さよりも薄く設定される。

ナット頭部５４は、例えば、四角筒状に形成されており、その四隅の頂部５４ａがわずかにＲ形状形成されている。隣接する頂部５４ａ同士を結ぶ側壁５４ｂは平面状に形成される周知形状のナットである。そして、図６に示すように、ナット頭部５４は、基板５１の貫通孔５２にセットした状態で貫通孔５２を貫通して外方向に飛び出す高さに設定される。ナット頭部５４のボルト孔５４ｃには雌ねじが形成されており、ボルト３８に刻設された雄ねじ３８ａと螺合するようになっている。

図７〜図９はボルト・ナットの締結時における基板５１の貫通孔５２に対するナット５３の挙動を簡略化して図示したものである。まず、貫通孔５２の形状をこれらの図に基づいて説明する。貫通孔５２は、多角形（例えば、本実施形態では四角）のナット頭部５４の平面視形状に合わせてそれよりもわずかに大きな略相似形の四角形状に形成される。ナット頭部５４と貫通孔５２の孔壁との間には電着液を流動可能とする隙間５７が形成される。

貫通孔５２の孔壁のうち、ナット頭部５４の頂部５４ａに対向する角部には、貫通孔５２とナット頭部５４との隙間を他の部位５７より大きくなるよう貫通孔５２を拡大する拡大凹部５８が形成される。すなわち、ナット頂部５４ａに対向する部位でナット頂部５４ａとの隙間が他の部位５７よりも拡大するように貫通孔５２の壁面を窪ませた拡大凹部５８がナット頂部５４ａの数に合わせて複数個形成される。

拡大凹部５８は円弧状に凹設され、ナット頂部５４ａが図９に示すようにオフセットにより拡大凹部５８に近接したとしても、拡大凹部５８とナット頂部５４ａとが接触しない深さまで形成されている。また、拡大凹部５８は、図７の１点鎖線に示すように、貫通孔５２の中心５２ａと合致するナット５３の軸中心５３ａを中心に回転させたときの回転軌跡５９の外側に位置する深さまで凹設されている。

さらに、隣り合う拡大凹部５８を結ぶ貫通孔５２の孔壁は、ナット頭部５４の側壁５４ｂに合わせて直線状に形成するのではなく、ナット頭部５４の側壁５４ｂがほぼ平面のとき、ナット頭部５４の側壁５４ｂ側に向けて近接する円弧形状６０に形成されている。すなわち、貫通孔５２の孔壁は、拡大凹部５８を結ぶ孔壁部分がナット頭部５４の側壁５４ｂ側に向けて近接する円弧壁面６０とされている。

そして、この円弧壁面６０とナット頭部５４の側壁５４ｂとの最小隙間５７は、ナット５３の組付時の最小の組付けクリアランスとなっている。

上記構成において、トレーリングアーム３７の先端ブッシュ３９をロッカ９の車幅方向内側のブラケット３５側に取り付ける場合、トレーリングアーム３７のブッシュ３９をブラケット３５内にセットし、車幅方向内側からボルト３８をブラケット３５の貫通孔に挿通してロッカ９の内側空間にあるケースナット構造４０のナット５３に螺合してボルト締結する。

この際、ケースナット構造４０は、基板５１がロッカ９の内側にスポット溶接により固定されているが、ナット５３は、基板５１に保持されて抜け止め構造となっている。したがって、車体の電着塗装時には、ナット５３を保持した状態で、ケースナット構造４０が電着塗装される。

このとき、ナット頂部５４ａと貫通孔５２の拡大凹部５８との隙間が他の部位５７よりも拡大されているので、電着塗装時に、貫通孔５２の拡大凹部５８から電着液が抜け易くなり、貫通孔５２に電着液が溜まりにくくなる。

しかも、基板５１の貫通孔５２において、拡大凹部５８間を結ぶ円弧壁面６０は、ナット側壁５４ｂに向けて近接する円弧形状となっているので、図８に示すように、ナット５３の側壁５４ｂと円弧壁面６０とは点接触６１することになる。そのため、電着塗装後の乾燥時にナット５３の側壁５４ｂが貫通孔５２の壁面に固着しにくくなる。

さらに、ボルト締結時に、ナット５３が回転して貫通孔５２を舐めようとしても、貫通孔５２の円弧壁面６０を越えるナット５３の回転軌跡５９は、図８のハッチングで示す領域６２のように大きく増えることになるため、ナット５３が貫通孔５２を舐めにくくなる。

特に、四角ナット５３の場合、貫通孔５２も四角形状となり、六角ナットの場合に比べて、貫通孔５２の円弧壁面６０とナット５３の回転軌跡５９との間の領域６２（図８のハッチングで示す領域）が大きくなるため、ナット５３が貫通孔５２をさらに舐めにくくなるといった効果がある。

また、ナット５３のオフセット時には、ナット頭部５４の側壁５４ｂと貫通孔５２の円弧壁面６０とが点接触するため、電着塗装後の乾燥時にナット５３の側壁５４ｂが貫通孔５２の円弧壁面６０に固着しにくくなる。

図１０は四角ナットに代わり、六角ナットを採用した場合の実施形態を示す。この実施形態においても、貫通孔５２は、六角形のナット頭部５４の平面視形状に合わせてそれよりもわずかに大きな相似形の略六角形状に形成されている。ナット頭部５４の側壁５４ｂと貫通孔５２の孔壁面（円弧壁面６０）との間には電着液を流動可能とする隙間５７が形成される。

貫通孔５２の孔壁のうち、ナット頭部５４の頂部５４ａに対応する部位には、貫通孔５２とナット頭部５４との隙間を他の部位５７より大きくなるよう貫通孔５２を拡大する拡大凹部５８が形成されている。拡大凹部５８は円弧状に凹設され、ナット頂部５４ａが図１０（ｃ）に示すようにオフセットにより拡大凹部５８に近接したとしても、拡大凹部５８とナット頂部５４ａとが接触しない深さまで形成されている。また、拡大凹部５８は、貫通孔５２の中心５２ａと合致するナット５３の軸中心５３ａを中心に回転させたときの回転軌跡５９の外側に位置する深さまで凹設されている。

そして、図１０（ａ）に示すように、ナット中心軸５３ａと貫通孔５２の中心とを合致させた状態では、ナット５３を貫通孔５２に貫通させることが可能な最低限の隙間５７が円弧壁面６０とナット頭部５４の側壁５４ｂとの間に形成されている。

図１０（ｂ）はナット回転時のナットと貫通孔との干渉状態を示す。この状態は、拡大凹部５８間を結ぶ円弧壁面６０は、ナット側壁５４ｂに向けて近接する円弧形状となっている。そのため、ナット５３の側壁５４ｂが貫通孔５２の円弧壁面６０と点接触６１することになり、電着塗装後の乾燥時にナット５３の側壁５４ｂが貫通孔５２の円弧壁面６０に固着しにくくなる。さらに、ボルト締結時にはナット頂部５４ａが貫通孔５２の円弧壁面６０に当接して変形しにくくなり、貫通孔５２の孔壁を舐めにくくなる。

図１０（ｃ）はナットオフセット時のナット５３と貫通孔５２との位置関係を示す。ナット５３のオフセット時には、ナット頭部５４の側壁５４ｂと貫通孔５２の円弧壁面６０とが点接触６１するため、電着塗装後の乾燥時にナット側壁５４ｂが貫通孔５２の壁面に固着しにくくなる。

以上の実施形態で示すように、車体に取り付けられる基板の貫通孔内に、多角形状のナットを遊動可能に挿通設定するケースナット構造において、前記貫通孔は、前記ナット頂部に対向する部位で前記ナット頂部との隙間が他の部位よりも拡大するように貫通孔の壁面を窪ませた凹部が複数個形成され、隣り合う前記凹部間をナットの側壁面に向けて近接する円弧で結ぶ形状に形成されている。

したがって、ナット頂部と貫通孔の凹部との隙間が他の部位よりも拡大されるので、電着塗装時に、貫通孔の凹部から電着液が抜け易くなり、貫通孔に電着液が溜まりにくくなる利点がある。

また、貫通孔において、凹部間を結ぶ貫通孔の壁面形状がナット側壁面に向けて近接する円弧形状とすることにより、ナットの側壁面と貫通孔の円弧壁面とは点接触することになり、電着塗装後の乾燥時にナットの側壁面が貫通孔の円弧壁面に固着しにくくなる。

しかも、ボルト締結時に、ナットが回転して貫通孔を舐めようとしても、貫通孔の円弧壁面により、ナットが貫通孔を舐めにくくなる。したがって、簡単な構造で、貫通孔の舐めを防止し、かつ電着液の流れを改善し、さらに、ナットの固着をも回避することができるといった優れた効果がある。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正・変更を加えることができるのは勿論である。例えば、上記実施形態では、電着塗装に適したケースナット構造として、車体フレームのロッカ内に設置したケースナットに採用したが、これに限らず、車両の種々の部位のケースナットに適用することができる。さらに、電着塗装に限らず、あらゆる種類のケースナット構造に適用することができる。

１車両
２車体
３サスペンション
４車輪
５車室
８側壁
９ロッカ
１０フロントサイドメンバ
１２リヤサイドメンバ
１３前クロスメンバ
１４中途部クロスメンバ
１５後クロスメンバ
２５ロッカアウタパネル
２６ロッカインナパネル
２７ロッカ補強パネル
３５ブラケット
３６クロスメンバ
３７トレーリングアーム
３８枢支軸
３９ブッシュ
４０ケースナット構造
３９ａ外筒
３９ｂ内筒
３９ｃ弾性材
５１基板
５１ａ本体
５１ｂ、５１ｃ側壁
５１ｄ，５１ｅ溶接フランジ
５２貫通孔
５３ナット
５４ナット頭部
５４ａナット頂部
５４ｂナット側壁
５４ｃボルト孔
５５フランジ
５７隙間
５８拡大凹部
５９回転軌跡
６０円弧壁面
６１点接触

Claims

電着塗装される車体の閉空間内に設けられ、前記閉空間を形成するパネルに形成された孔から前記閉空間内に挿通されたボルトに締結されるナットを保持するためのケースナット構造であって、前記パネルに基板が取り付けられ、前記基板とパネルとの間に配置された多角形状のフランジ付きの前記ナットが、前記基板に形成された貫通孔に遊動可能かつ前記貫通孔から抜け出さないように挿通され、前記貫通孔は、前記ナット頂部に対向する部位で前記ナット頂部との隙間が他の部位よりも拡大するように貫通孔の壁面を窪ませた凹部が複数個形成され、隣り合う前記凹部間を結ぶ孔壁がナットの側壁面に向けて近接する円弧形状に形成され、前記孔壁と前記ナットの側壁面との間に、電着液を流動可能とするとともに前記閉空間内に挿通されたボルトとナットとの締結を可能とする隙間が形成されたことを特徴とするケースナット構造。