JP2006071083A - 圧入接合用のボルト及びその圧入接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両、機械等を構成する要素パネルに接合して用いられ、接合が容器かつ良好に行われて接合強度に優れ、経済性にも優れた圧入接合用のボルト及びその圧入接合構造を提供することを課題とする。
【解決手段】 頭部３と螺子溝が設けられた軸部１１とを有するボルト２，１２において、上記頭部と軸部との間に、この軸部より太い径の拡径部６を形成し、パネル８に設けた孔部１０とこの拡径部６との間で所定の圧入代を設け、両者間に通電し電気抵抗熱を伴なう圧入により上記拡径部を上記孔部に固相接合する構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両、機械等を構成する要素パネル、構造部材、ブラケットなどの接合に用いられる圧入接合用のボルト及びその圧入接合構造に関する。

従来、鋼製のパネルに他の部材を接合するためのボルトを溶接する場合には、所謂プロジェクション溶接法又はアーク溶接法が用いられていた。このプロジェクション溶接法を用いた溶接では、例えば特許文献１に開示された溶接ボルトがあり、これは図７に示すように、溶接用のボルト５０の頭部５１の座面の周縁部近傍に溶着凸部５２を設け、併せて座面の周縁部に段差部５４を同芯状に設けたものである。そして自動車のパネル５６に設けたボルト孔５７に、上記ボルト５０の軸部５３を挿通して中心位置決めをし、パネル５６に接触する上記溶着凸部５２との間に溶接電流を通電してボルト５０を溶接する。

また、特許文献２には、ボルト頭の周縁部に数個の溶接用突起が設けられた溶接ボルトが記載されており、これはボルト頭の座面にねじ杆を囲繞する環状の突起を形成し、この環状の突起により、金属板とボルト頭の座側との間に隔壁を作りシール構造を形成するものであり、特許文献３の溶接ボルトについても同様な記載がある。

実開平５−４７５２１号 特開平５−３１８１３５号 特許第３５１２２３２号

さて、上記プロジェクション溶接は、溶着凸部５２が溶融してパネル５６に溶接されるが、この場合溶接の接合強度が低く、さらに接合精度が接合面及び各凸部の接合状態に依存されるために精度を高めるのが困難であるという問題がある。加えて、プロジェクション溶接の接合時に、接合部の溶融部分がスパークして飛散（スパッタ）し、このスパッタがボルトの螺子軸に付着して螺子不良の原因となり、溶接部に酸化物をまき込んで強度の低下、溶接不良の原因、或いは作業環境の悪化の要因にもなっていた。また、上記溶着凸部５２と段差部５４との互いの寸法精度のばらつき、溶接精度などにより溶接時における通電配分が一定せず溶接が不安定になる虞があり、また段差部５４がボルト孔５７を完全に塞ぐのは高い精度が要求され、完全な気密性を確保するのは容易ではない。上記環状の突起を設けた溶接では、溶接作業が難しく、また環状突起のシール性がボルトの溶接精度、パネル面及びボルトの座面の精度に依存し、安定したシール性を確保するには問題がある。

さらに、プロジェクション接合では図７（ｂ）に示すように、パネル５６の表面に酸化被膜５８が形成された場合にプロジェクション溶接に支障をきたし、また図７（ｃ）に示すように、パネル５６にボルト５０の溶着凸部５２を押圧溶接する際、パネル５６の板が溶融変形しないときには新生面が出にくく、このためパネル５６側の酸化被膜５８は残ったままとなり、接合部の強度が十分得られないという問題がある。特に、パネルが高張力鋼板の場合には、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂ等の合金元素が多く含まれることが多く、このため表面に酸化被膜５８が多く発生し、この酸化被膜が絶縁抵抗となって電流が流れにくくなり、溶接が難しくなると同時に溶接時に発生するスパッタも非常に多くなり、作業者に危険を与え作業環境も悪化することになる。また、高張力鋼板は鋼板が硬く、変形抵抗が大きいため変形しにくく上記ボルトの溶着凸部５２がパネル５６を構成する鋼板に馴染まなく、接合が良好に行えないという問題がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、接合が容易かつ良好に行われて接合強度、シール性に優れ、工作性にも優れた圧入接合用のボルト及びその圧入接合構造を提供することを目的とする。

以上の技術的課題を解決するため、本発明に係る圧入接合用のボルトは、図１等に示すように、頭部３，１３と螺子溝が設けられた軸部１１とを有するボルト２，１２において、上記頭部と軸部との間に、この軸部より太い径の拡径部６を形成し、パネル８に設けた孔部１０とこの拡径部６との間で所定の圧入代を設け、両者間に通電し電気抵抗熱を伴なう圧入により上記拡径部を上記孔部に固相接合する構成である。

また、本発明に係る圧入接合用のボルト２，１２は、上記拡径部６の径を上記軸部１１の径より１ｍｍ以上大きく形成し、かつ上記拡径部の高さ幅を１ｍｍから５ｍｍ程度の範囲とした構成である。

本発明に係る圧入接合用のボルト２，１２は、上記頭部の裏面部に、上記拡径部を囲む溝状のバリ収納部９を設けた構成である。

本発明に係る圧入接合用のボルト２，１２は、高張力鋼材を構成材料に用いた構成である。

本発明に係る圧入接合構造は、所定の位置に孔部が設けられたパネル８と、この孔部に接合される上記拡径部を有する上記何れかに記載の圧入接合用のボルト２，１２との接合構造であって、上記パネルを一の電極で保持する一方、上記圧入接合用のボルトを他の電極で保持し、これら両部材間に通電して両者の接合部位に電気抵抗熱を発生させるとともに、圧入により上記両部材間に接合界面を形成しつつ接合し、かつこの接合を固相状態の接合とした構造である。

また本発明に係る圧入接合構造は、上記拡径部６の高さ幅を、上記パネル８の板厚と同じか又はより小さく形成した構造である。

また本発明に係る圧入接合構造は、上記パネル８に高張力鋼材、又は表面処理をした鋼材を用いた構造である。

本発明に係る圧入接合用のボルトによれば、頭部と軸部との間に、この軸部より太い径の拡径部を形成し、パネルに設けた孔部とこの拡径部との間で所定の圧入代を設け、両者間に通電し電気抵抗熱を伴なう圧入により固相接合する構成としたから、圧入と通電のみの簡単な工程で迅速に接合が行えて製造が容易で経済性に優れ、また、接合界面が清浄化されて接合が良好に行われて強度的にも優れた効果がある。また、この圧入接合は固相接合であるため、プロジェクション溶接のように接合部における材料の温度が急激に高まり溶融して爆発するように飛散することがなく、このためスパッタが殆ど発生しないので良好な作業環境が維持され、作業性に優れるという効果がある。

また本発明に係る圧入接合用のボルトによれば、拡径部の径を軸部の径より１ｍｍ以上大きく形成し、かつ拡径部の高さ幅を１ｍｍから５ｍｍ程度の範囲とした構成としたから、強度的に優れた効果が得られる。

本発明に係る圧入接合用のボルトによれば、頭部の裏面部に、拡径部を囲む溝状のバリ収納部を設けた構成としたから、圧入により削られて生じたバリがこのバリ収納部に収められ、これによりボルトの裏面がパネルの表面に密着し、品質の良い接合構造の部品が得られるという効果がある。

本発明に係る圧入接合用のボルトによれば、高張力鋼材を構成材料に用いた構成としても、軟鋼材と同様の強固な接合が行なえ、また接合部が溶融しないため高張力鋼のボルトに水素が浸入せず、遅れ破壊、応力破壊、水素脆性などの鋼中水素に起因するトラブルから開放され、安心して高張力材料を使用できるという効果がある。

また、本発明に係る圧入接合構造によれば、所定の位置に孔部が設けられたパネルと、この孔部に接合される上記拡径部を有する上記何れかに記載の圧入接合用のボルトとの接合構造であって、圧入により両部材間に接合界面を形成しつつ接合し、かつこの接合を固相状態の接合とした構造としたから、圧入と通電のみの簡単な工程で迅速に接合が行えて製造が容易で経済性に優れ、また、接合界面が清浄化されて接合が良好に行われて強度的にも優れた接合構造が得られるという効果がある。

本発明に係る圧入接合構造によれば、拡径部の高さ幅を、パネルの板厚と同じか又はより小さく形成したから、良好な接合界面が形成されて優れた接合強度が得られ、またパネルから拡径部が突出して他の部品の組み付けに不都合をきたすこともない。

また本発明に係る圧入接合構造は、パネルに高張力鋼材、又は表面処理をした鋼材を用いた構造としても、酸化被膜の影響を受けない良好な接合が行え、高張力鋼板の強度と相まって強度的に優れた接合構造が得られ、また表面処理をした鋼材であっても接合部に表面処理材が混入しないため、従来のプロジェクション溶接のように表面処理の影響を受けることがなく、優れた強度が確保できる。

以下、本発明に係る圧入接合用のボルト及びその圧入接合構造の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、上記ボルト２を示したものである。このボルト２は、六角形状の頭部３と軸部１１とを有し、この軸部１１は頭部３の下部位置に断面円形状の拡径部６が所定の高さ幅（ｈ）で形成され、これと連続して螺子溝が設けられた軸部４が形成されている。上記拡径部６の直径（Ｄ）は、上記軸部４の直径（Ｅ）よりも大きく形成されている。

図１（ｂ）は上記ボルト２を圧入接合するパネル８を示したものである。このパネル８は所定の板厚（ｔ）からなる板材であり、所定の位置に円形の孔部１０が穿設されている。この孔部１０は、パネル８面に直交し且つストレートな孔である。

ここで、上記ボルト２の拡径部６の直径（Ｄ）と、軸部４の螺子山部の直径（Ｅ）との差（Ｄ−Ｅ）は１ｍｍ以上大きく形成するものとした。社内試験によれば、圧入接合における圧入代（拡径部６の直径と孔部１０の直径との差）は、０．２ｍｍ〜０．６ｍｍが好適である。このため上記差（Ｄ−Ｅ）は、上記圧入代より大きい値であり、かつこれに治具の精度等を加味して、上記のように１ｍｍ以上と定めた。

また、上記拡径部６の高さ幅（ｈ）は１ｍｍから５ｍｍ程度の範囲とした。社内試験によれば、圧入接合における高さ幅（圧入深）は、１ｍｍから５ｍｍの範囲では強度及び仕上品質ともに良好な結果が得られている。この高さ幅（ｈ）が１ｍｍ以下だと、圧入接合に伴うしごきによる表面の不純物質層の清浄化が不十分となって高い接合強度が得られないことになり、また５ｍｍ以上だとしごきにより削られたバリの量が多くなり品質が劣ることになる。

固相溶接においては、その接合界面に清浄な組織が得られるかどうかが接合の良否を左右する。この実施の形態に係る圧入接合によれば、上記接合界面にはボルト２の拡径部とパネル８の孔部１０との各壁面同士の間が滑り方向の移動によりしごかれ、これにより表面の不純物質層が排除されて表面が清浄化され、接合部は清浄な組織になる。

この実施の形態では、上記パネル８の板厚（ｔ）と、上記ボルト２の拡径部６の高さ幅（ｈ）との関係については、高さ幅（ｈ）は板厚（ｔ）とは同程度かより小さい（ｈ＝ｔ、ｈ<ｔ）寸法とした。これは、拡径部６がパネル８の板厚（ｔ）以上に圧入されると、両部材の接合部以上に圧入が行なわれることになり、これでは上述した圧入によりせっかく形成された良好な接合界面を潰して、さらに新たな接合界面を造ることになって接合強度が低下することになるからである。また、ボルト２の拡径部６の高さ幅（ｈ）が板厚（ｔ）より大きいと、接合後にパネル８から拡径部６が突出して、他の部品をナット締めで組み付ける際にこの突出部位が邪魔になって不都合となる場合があるからである。

図２（ａ）（ｂ）は、他の形態の圧入接合用のボルト１２を示したものである。このボルト１２の頭部１３は円形状であり、この頭部１３の裏面部５から軸部として拡径部６及び軸部４が形成されている。さらにこのボルト１２は、頭部３の裏面部５に上記拡径部６を囲む状態で環状の溝からなるバリ収納部９が形成されている。上記ボルト２，１２等の材料は鋼材或いは高張力鋼材からなる。

上記バリ収納部９は、図３に示すように種々の形態があるが、例えば同図（ａ）に示すバリ収納部９は、拡径部６の近傍に沿って溝部を設けた形態である。同図（ｂ）に示すバリ収納部９は、拡径部６の近傍を深くしてここから外側に向けて浅くなるテーパ状の溝部を形成したものであり、これはボルト２の裏面部の全面に凹空間が形成される形態である。

上記ボルト２の形状については、頭部が六角、四角、円形、また軸部１１が短尺、長尺などのあらゆる形態のボルトが使用可能であり、軸部１１の全体に螺子溝が設けられたもの、軸部の一部が螺子溝の無い柱状で一部に螺子溝が設けられたボルトの使用も可能である。これらボルトの頭部と軸部との間に拡径部を形成することで、圧入接合用のボルトが得られる。なお、多角形のボルトは、ボルトのねじ切りの際に固定が容易である。

また、上記拡径部６の外径は、角ボルト（四角、六角など）の場合はボルトの平行な二面の幅寸法と同じか或いは同幅寸法以下に形成し、他のボルトについても、頭部の径方向のサイズよりも拡径部６の外径を小さく形成する。この範囲の頭部の大きさであれば、通電、圧入の際に電極が良好に配置でき電気抵抗が低減できる。一般のプロジェクション溶接用のボルトは、頭部の座面部（裏面部）に溶接突起を設けることからこの頭部を広く形成する必要があり、このためボルトの頭部形状が大きくなる。しかし、この実施の形態に係るボルトは、原理的にはボルトの頭部は拡径部６の大きさと同程度（軸と直交する断面）まで小さくすることが可能であり、小型化及び軽量化にも貢献する。

上記パネル８は、特に自動車のメンバなどの構造部品として採用されている高張力鋼板を用いる。この高張力鋼板は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂ等の合金元素が含まれた鋼板であり、引張強度が７８０Ｎ／ｍｍ²の強度を有する。一般に高張力鋼板は引張強度が４９０Ｎ／ｍｍ²のものを指すが、酸化被膜の影響が発生するのは引張強度が７８０Ｎ／ｍｍ²以上のものであり、この実施の形態に係る圧入接合の優れた効果が発揮されるところである。

上記パネル８に穿設された孔部１０は、パネル８面に直交し且つストレートな孔である。このパネル８における上記ボルト２との接合部位は平坦であるが、パネル８の孔部１０近傍は多少の屈曲があってもその程度が僅かであれば、接合に問題はない。

また、上記ボルト２の拡径部６には、上記軸部４との間に面取り部７が形成されており、この面取り部の高さ幅は０．３ｍｍ程度である。この面取り部７は金型成形の都合上形成されるものであり、またパネル８の孔部１０への圧入の際のガイドとしても有効である。なお、圧入の際には、所定の圧入代があることから、上記面取り部７は侵食され圧入後にはほとんど原形は無くなる。上記ボルト２の拡径部６の高さ幅（ｈ）については、上記面取り部７を含めた概念である。

上記ボルト２及びパネル８の材料に関しては、特に高張力鋼板からなるパネル８に鋼製或いは高張力鋼製のボルト２を接続する場合には、酸化被膜などの影響が少なく一般のプロジェクション溶接のボルトの溶接に比べて、溶接不良は発生しないので好適である。もちろん、パネル８及びボルト２の材料として、一般加工用鋼板、線材、自動車用高張力鋼板、その他の金属材料、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、ＳＵＳと炭素鋼とを組み合わせたもの、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼、耐熱鋼、工具鋼、バネ鋼、鋳鉄、快削鋼、軸受鋼、一般加工用鋼材、圧力容器用鋼材、チタン、アルミニウム、マグネシウムなどの軽金属、軽金属合金等が適用可能である。また、自動車に用いられる亜鉛メッキなどの表面処理をした高張力鋼板にも適用可能であり、表面処理をしたボルトにも適用可能である。

ここで、上記ボルト２を上記パネル８へ接合する圧入接合について説明する。この圧入接合は、図４に示すように、クローム銅製の下型１４と上型１６を有する冶具を用い、母材としてのパネル８に上記ボルト２の拡径部６を接合するものである。この冶具の上型１６の中央部には、上記ボルト２を密着保持する穴部１８が設けられており、また下型１４、上型１６はそれぞれ電極として機能する。

上記上型１６の穴部１８は、ボルト２の上面部及び側面部に密着して電気抵抗の低減を図っている。上記下型１４の中央にも、ボルト２の軸部４が突入する穴部１７が設けられている。また、電極同士の接触防止のため、穴部１８の下端部はボルト２の裏面部５から少し上寄りの位置としている。なお、上記上型１６は穴部１８のない平坦な形態でも使用可能である。

図４に示すように、拡径部６とパネル８の孔部１０との間には、所定の圧入代（ｄ）が形成されている。この圧入代（ｄ）は直径に対する寸法（ｄ＝拡径部６の直径−孔部１０の直径）であり、半径に対しては（ｄ／２）となる。上記圧入代を確保するために、パネル８の孔部１０の直径を、ボルト２の軸部４の直径より大きくして挿通可能とし、かつボルト２の拡径部６の直径より小さい寸法とする。圧入接合の条件として、Ｍ８規格のボルト、板厚２．８ｍｍの７８０Ｎ／ｍｍ²の高張力鋼板の場合では、印加電流は１６ｋＡとし、加圧力は２ｋＮとした。この加圧力は、母材であるパネル８の応力（ここでは拡径部がパネルの孔部に突入することを妨げる抵抗力）よりも低い圧力としている。したがって、この加圧力が、パネルの軟化により低下した応力を上回った時点から圧入が開始されることになる。

この圧入工程の一例においては、上記下型１４の上面に上記パネル８を載置し、上型１６の穴部１８にボルト２を保持させ、上型１６とともにこのボルト２を降下させる。そして、ボルト２の軸部４をパネル８の孔部１０に突入して降下させ、拡径部６の下端部が孔部１０の縁に接する状態で位置合わせを行う。次に、上型１６を一定の加圧力を付勢して押圧し、その後（約１秒後）に下型１４及び上型１６を介してボルト２とパネル８間に接合電流を通電する。

すると、電気抵抗熱の発生とともに拡径部６の孔部１０への圧入が開始され、この拡径部６がパネル８の孔部１０内を垂直に降下移動する。そして、拡径部６の先端部が孔部１０の中間位置に到達し、同時にボルト２の頭部３の裏面部５（座面）がパネル８の表面に密着する。このような製造工程により、ボルト２とパネル８からなる圧入接合構造の部品が得られる。この接合構造は、ボルト２の拡径部６の全周がパネル８の孔部１０に接合される全周接合となる。なお、上記各工程におけるタイミング、及び工程間の移行タイミングは、時間でコントロールされている。

ボルト２及びパネル８に炭素当量０．３５以上の高張力鋼材を使用する場合、この実施の形態に係る圧入接合法を用いたときには、圧入接合後の急冷効果により、接合部及び熱影響部にマルテンサイト組織が発生することがある。この金属組織は非常に硬く、脆いため、接合部の靭性に問題が生じる。これを防ぐ手段として、圧入接合工程に引き続き、同一の接合治具を用いて二次電流を流し、接合部を通電過熱しこの部分を焼鈍することが有効である。この焼き戻し通電により、上記マルテンサイトは焼き戻しマルテンサイトに変化し、接合部に靭性が回復する。

また、上記圧入工程に先立って、予めボルト２及びパネル８を温める予熱工程を組み入れた（予熱パターン）の接合方法を採用することができる。この予熱の目的は接合後の接合部の急冷を防ぎマルテンサイトの発生を抑えるためである。この予熱工程は、上記圧入を開始する前に、上記圧入時よりも通電電流を低く抑え（圧入のときの１／２程度の予熱電流）、両部材を接触させた状態で通電する。この予熱工程では、上記圧入工程と同様に上型１６を降下させ、拡径部６の下端部が孔部１０の縁に接する状態で予熱電流を通電する。ここでは、接合する部材としてのボルト２、パネル８に予熱を持たせるのが目的であるから、両部材の接合部が軟化しない状態に両部材の温度を上昇させる。この予熱工程の後、直ちに通電電流を増加して上記圧入工程に移る。

上記圧入工程では、電気抵抗熱の発生とともにボルト２の圧入が開始され、拡径部６がパネル８の孔部１０内を降下移動する。この場合、両部材の接合界面にしごきの作用が生じ、しごき加工による製造工程により圧入接合が行われる。そして、一定の加圧力、一定の降下速度で圧入接合が行われ、瞬時に接合部が発熱して短時間でボルト２が圧入接合され、ボルト２の裏面部５がパネル８の表面部に当接して接合を完了する。そして、ボルト２の拡径部６とパネルの孔部１０とは、両者間に固相溶接の接合界面が形成された状態で接合される。固相溶接によれば接合面に清浄な表面組織が得られ、これにより接合が良好に行われ高い接合強度が得られる。

その後、圧入が進むにつれて、接合面部の接合面積が増加し、反対に断面積差が減少するので 電気抵抗が下がり、結果的に抵抗熱の発生が減少し接合面部の温度は低下する。上記圧入接合による接合状態は、圧入による塑性変形（熱塑性）を伴った固相溶接に至ったものとなる。そして、圧入の完了後、冷却により接合部の母材の硬さが回復して強固に接合する。これにより、ボルト２とパネル８の孔部１０との間は金属間結合されるので、完全なシール性が得られる。ここで、上記圧入接合では、加圧→通電→圧入→冷却の経過をたどる。また、上記削られて生じたバリは、上記バリ収納部９に収められ、これによりボルト２の裏面部５がパネル８の表面に密着し、シール性及び品質の良い接合構造の部品が得られる。

ここで社内における上記圧入接合の試験及びその結果について説明する。この試験では、パネル８として板厚（ｔ）が２．８ｍｍの高張力鋼板（引張強度７８０Ｎ／ｍｍ²）を用いた。また、圧入代（ｄ）は直径に対して０．３ｍｍとした。ボルト２はＭ８規格の大きさのものを用い、この拡径部６の外径を略１１ｍｍとし、拡径部６の突出高さ幅（ｈ）は２．５ｍｍとした。なお接合強度は、ＪＩＳ規格（Ｂ１１９６）に基づく押込み剥離強度（ｋＮ）により測定した。試験結果は、剥離強度が１０．２ｋＮであり良好な強度が得られた。ちなみに、ＪＩＳ規格（Ｂ１１９６）におけるＭ８ボルトの押込み剥離強度（ｋＮ）は、６．２４ｋＮである。

上記社内試験では、上記圧入代（ｄ）を０．３ｍｍとしたが、この圧入代（ｄ）は、０．２ｍｍから０．６ｍｍ（好適には０．３ｍｍから０．５ｍｍ）の範囲では良好な結果が得られることが社内試験で確認されている。この圧入代ｄが０．１ｍｍ程度だと、圧入の際の圧入代の削り量が少なく接合が不安定であり、また圧入代ｄが０．６ｍｍ以上の場合には、圧入代による削り量が多くなり仕上がりにむらができる。

自動車等の構造体においては、骨組みメンバなどの組織或いはボディ等に鋼板（板厚は１．２ｍｍ〜２．３ｍｍのものが多用されている）を成形したものが要素部材として用いられている。この要素部材としてパネル８に上記ボルト２を固定したものが用いられる。図５に示すように、上記ボルト２を接合したパネル８は、自動車のメンバ、フレーム等の構造体を構成する要素部品として組み付けられ、これにナット１９締めにより他の構成部品２０を固定する等、の用途に用いられる。

従って上記実施の形態に係る圧入接合によれば、圧入と通電のみの簡単な工程で、しかも迅速に接合が行えかつ製造が容易であり経済性に優れる。また、接合界面が清浄化されて接合が良好に行われるので強度的にも優れ、加えて接合を固相状態の溶接としたことから、母材に与える熱影響範囲が少なく高精度な接合が確保され仕上り精度が良く高品質の製品が得られるという効果がある。加えて、この圧入接合ではボルトの頭部の座面がパネル面に密着するので、この部分の変形、へたり等もなくねじのゆるみ発生も防止できる。また、この圧入接合では、プロジェクション溶接のようにスパッタが発生することもなく、スパッタ、酸化物が原因の螺子不良、強度低下、溶接不良等の心配がなく、良好な品質が確保できる。

また上記圧入接合では、全周にわたって完全に接合されるため、接合部のシール性、気密性が確保でき、長期使用による振動、はがれなどに起因するシール性の低下もない。このような気密性の確保は従来のプロジェクション溶接では構造的に困難とされ、気密性確保のために別途シールを行なう必要があった。また、この圧入接合では、ボルトの位置精度についても孔部にボルトを突入させる構造からして自動的に位置決めが行え、かつ高精度に中心位置が孔部の中心と一致するので良好である。

さらに、母材に高張力鋼材を使用した場合であっても、強固な接合が行なえ軟鋼板と同様な強度を得ることができる。また、上記圧入接合は固相接合であるため、接合部が溶融するアーク溶接などとは異なり接合部に水素が侵入しない。このため、この圧入接合においては高張力鋼板のパネル、或いは高張力鋼のボルトに水素が浸入せず、遅れ破壊、応力破壊、水素脆性などの鋼中水素に起因するトラブルから開放され、安心してこれらの高張力材料を使用できる。

亜鉛めっき鋼板を使用した場合であっても、この圧入接合法は接合部位に入り込む亜鉛は少なく、しごき作用によって接合部が浄化されるため、接合強度のバラツキは小さく良好な接合強度が得られ、また電極が溶けた亜鉛に接触するのではなく低温の亜鉛に接触するため、電極が損耗することも少ない。また、パネルの板厚が比較的厚い場合は、孔部にボルトを直交方向に圧入接合することによって自動的に矯正が行われてボルトとパネルとの直角精度が向上し、また位置精度も良好である。

なお、上記ボルト２の拡径部６及びパネル８の孔部１０の断面は加工容易等からともに円形としたが、これは他の形状、例えば楕円、六角形などであってもよく、両者を相似形状とすることで上記圧入接合が行なえ上記と同様の効果が得られる。

次に、他の実施の形態について説明する。図６に示すように、この実施の形態に用いるボルト２２は、拡径部２６として外周に複数の凸条部２５を形成したものである。このボルト２２は、上記ボルト２の上記拡径部６の外径部分の４箇所を平坦に切り欠いた結果、等間隔の４箇所の位置に上下向きの凸条部２５が形成された形態である。したがって、圧入の際には、パネル８の孔部１０の壁面に対して、上記凸条部２５が部分的に接合する。このため、この接合構造はボルト２２の拡径部２６の複数部分がパネル８の孔部１０に接合される部分接合となる。この実施の形態に係る圧入接合用のボルト及びパネルの材料は上記実施の形態のものと同様である。

この圧入接合の基本的な接合工程は、上記全周接合と同様であるが、両部材が接触する面積が小さくなるため、通電時の電気抵抗が高くなり、通電の際の電流値を低下しても必要な抵抗熱が得られる点で異なる。上記ボルト２２の拡径部２６とパネル８の孔部１０との間には、径に対して０．２ｍｍから１．０ｍｍ（好適には０．３ｍｍから０．７ｍｍ）の範囲の圧入代が形成されている。

接合に際しては、上記下型１４の上面に上記パネル８を載置する一方、ボルト２２を穴部１８に嵌入して取付けた上型１６をボルト２２とともに降下させる。そして上型１６を一定の加圧力を付勢して押圧し、さらに下型１４と上型１６を介してボルト２２とパネル８間に通電する。すると、電気抵抗熱の発生とともに拡径部２６の圧入が開始され、凸条部２５がパネル８の孔部１０内を降下移動し、拡径部２６の先端部がパネル８の孔部１０の中間位置に到達する。この場合、凸条部２５とパネル８の孔部１０の内壁との接合界面にしごきの作用が生じ、しごき加工による圧入接合が行われる。このような製造工程により、ボルト２２とパネル８からなる圧入接合構造の部材が得られる。

上記部分接合の他の形態として、ボルト２２の拡径部２６の外径を円形とする一方、パネル８の孔部１０の内周部を複数部分切り欠き、上記拡径部２６との接合箇所が複数形成される構成としてもよく、この構成についても上記部分接合と同様の効果が得られる。この実施の形態に係る圧入では、ボルトの拡径部とパネルの孔部とはこれらが互いに接する部分が相似形状の関係にあれば、両者を圧入接合することが可能である。

従って上記実施の形態に係る圧入接合によれば、圧入と通電のみの簡単な工程で、しかも迅速かつ容易に製造が行なえ経済性に優れる。また、接合が良好に行われて強度的にも優れ、加えて接合を固相状態の溶接としたことから、高精度な接合が確保され仕上り精度が良いという効果がある。さらに、母材に高張力鋼版を使用した場合であっても、強固な接合が行なえ軟鋼板と同様な強度を得ることができ、また遅れ破壊、応力破壊、水素脆性などの鋼中水素に起因するトラブルから開放され、安心してこれらの高張力材料を使用できる。亜鉛めっき鋼板を使用した場合であっても、良好な接合強度が得られる。

本発明の実施の形態に係るボルトの（ａ）は側面図、(ｂ)はパネルの側面図を示す。 実施の形態に係り、他のボルトの（ａ）は側面の部分断面図、(ｂ)は平面図を示す。 実施の形態に係り、バリ収納部の各種形態（ａ）（ｂ）を示す図である。 本発明の実施の形態に係り、（ａ）は圧入状態の説明図、(ｂ)はボルトの底面図を示す。 実施の形態に係り、圧入接合構造の用途を説明する図である。 他の実施の形態に係り、（ａ）は圧入状態の説明図、(ｂ)はボルトの底面図を示す。 従来例に係り、（ａ）は自動車の溶接ボルトの説明図、(ｂ)は溶接前の部分図、（ｃ）は溶接後の部分図を示す。

符号の説明

２，１２ ボルト
３，１３ 頭部
５ 裏面部
６，２６ 拡径部
８ パネル
９ バリ収納部
１０ 孔部

Claims (7)

1. 頭部と螺子溝が設けられた軸部とを有するボルトにおいて、上記頭部と軸部との間に、この軸部より太い径の拡径部を形成し、パネルに設けた孔部とこの拡径部との間で所定の圧入代を設け、両者間に通電し電気抵抗熱を伴なう圧入により上記拡径部を上記孔部に固相接合することを特徴とする圧入接合用のボルト。
2. 上記拡径部の径を上記軸部の径より１ｍｍ以上大きく形成し、かつ上記拡径部の高さ幅を１ｍｍから５ｍｍ程度の範囲としたことを特徴とする請求項１記載の圧入接合用のボルト。
3. 上記頭部の裏面部に、上記拡径部を囲む溝状のバリ収納部を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧入接合用のボルト。
4. 高張力鋼材を構成材料に用いたことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の圧入接合用のボルト。
5. 所定の位置に孔部が設けられたパネルと、この孔部に接合される上記拡径部を有する請求項１乃至請求項４の何れかに記載の圧入接合用のボルトとの接合構造であって、
   上記パネルを一の電極で保持する一方、上記圧入接合用のボルトを他の電極で保持し、これら両部材間に通電して両者の接合部位に電気抵抗熱を発生させるとともに、圧入により上記両部材間に接合界面を形成しつつ接合し、かつこの接合を固相状態の接合とした構造であることを特徴とする圧入接合構造。
6. 上記拡径部の高さ幅を、上記パネルの板厚と同じか又はより小さく形成したことを特徴とする請求項５に記載の圧入接合構造。
7. 上記パネルに高張力鋼材、又は表面処理をした鋼材を用いたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の圧入接合構造。

Images