JP4433207B2 - ベース板へのねじ部品の接合方法及び接合装置 - Google Patents

ベース板へのねじ部品の接合方法及び接合装置 Download PDF

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Description

本発明は、ベース板へのねじ部品の接合方法及び接合装置に関する。
自動車のボディパネル等のベース板に対するボルトやナットの接合にはプロジェクション溶接が広く採用されているが、プレス加工によってボルトやナットをベース板に接合することも知られている。
例えば特許文献1にはピアスナットが開示されている。ピアスナットは、その一端面にねじ孔を囲む環状凹部が形成されたものである。ピアスナットをベース板にピアスダイを受けとして打ち込むと、環状凹部の内側、すなわちピアスナットの内筒部がパンチの役割を果たしてベース板に孔が開き、該内筒部がその孔に嵌まる。一方、ベース板の孔周縁の肉が塑性流動してピアスナットの環状凹部に入り該環状凹部が埋められる。ベース板の肉が上記内筒部外周面のアンダカットに食い込むことでピアスナットのベース板からの抜けが防止され、ベース板の肉がピアスナットの外筒部内周面の歯溝に食い込むことでピアスナットの空回りが防止される。
特許文献2にはボルト圧入設備が開示されている。ボルトには、その頭部下の首部がねじ部よりも大径に形成され、該首部にローレット加工が施されている。このボルトの首部をベース板の貫通孔に圧入することにより、ボルトの抜け止めとの回り止めとが図られている。
特開2002−086226号公報 特開2002−192429号公報
ボルトやナットのプロジェクション溶接の場合、大容量の受電設備や電気配線、クーリングタワー、給排水設備が必要になる。また、溶接用電極等の消耗品が必要になるとともに、その交換のために熟練者や時間の確保も必要になる。
これに対して、ボルトやナットのベース板への接合をプレス加工によって行なうようにすると、上述の如き設備や消耗品は必要でない。しかし、ピアスナットの場合は、そのナットでベース板に孔を開けるため、ナットの材質が限定され、通常はナットが高価なものになる。また、ピアスナットをベース板に確実に接合するには、ピアスナットの内筒部外周面に深いアンダカットを形成してピアスナットの抜け止めを図る必要がある。しかし、そのような深いアンダカットを形成することは難しく、また、仮に深いアンダカットを形成しても、ベース板の肉をそのアンダカットに塑性流動によって充填することは難しく、結局、ピアスナットの確実な抜け止めを期待することができない。一方、ボルトの単なる圧入では、その確実な抜け止めを期待することはできない。
そこで、本発明は、簡単なプレス型によってボルトやナットをベース板に確実に接合することができるようにすることを課題とする。
本発明は、このような課題に対して、ベース板に絞り又は張出しによって椀状膨出部を形成し、この椀状膨出部をプレス加工することによってボルトやナットをベース板に確実に接合することができるようにした。
請求項1に係る発明は、ねじ部品としてのナット又はボルトをベース板にプレス加工によって接合するねじ部品接合方法であって、
上記ねじ部品は、その軸方向の一端に外形状が非真円形のフランジが形成されたものであり、
上記ベース板に外径が上記フランジよりも大径の椀状膨出部が形成されるように該ベース板のプレス加工を行なう工程と、
上記ねじ部品を上記ベース板に、該ねじ部品のフランジ側の端面が上記椀状膨出部の頂部に当たるように重ねる工程と、
上記フランジの上記椀状膨出部の頂部への押し付けにより該頂部が凹んで該フランジを囲むように折れ曲がった襞状突部が形成され、且つ該襞状突部の少なくとも一部が上記フランジに被さるように、上記椀状膨出部のプレス加工を行なう工程とを備えていることを特徴とする。
この方法によれば、先にベース板に椀状膨出部を形成するから、フランジを椀状膨出部の頂部に押し付けたとき、該椀状膨出部の頂部が凹むことによって、フランジを囲む襞状突部が簡単に且つ確実に形成される。そうして、このようにフランジの周囲に襞状突部が形成されるから、この襞状突部の少なくとも一部をフランジに被さるように確実にかしめることができる。
請求項2に係る発明は、ねじ部品としてのボルトをベース板にプレスによって接合するねじ部品接合方法であって、
上記ボルトは、その軸方向の一端に外形状が非真円形のフランジが形成されたものであり、
上記ベース板に外径が上記フランジよりも大径の椀状膨出部が形成されるように該ベース板のプレス加工を行なう工程と、
上記ボルトのねじ部を上記椀状膨出部の頂部に形成された貫通孔に通し上記フランジを該頂部の貫通孔周縁に重ねる工程と、
上記フランジの上記椀状膨出部の頂部への押し付けにより該頂部が凹んで該フランジを囲むように折れ曲がった襞状突部が形成され、且つ該襞状突部の少なくとも一部が上記フランジに被さるように、上記椀状膨出部のプレス加工を行なう工程とを備えていることを特徴とする。
この発明の場合も、請求項1と同じく、先にベース板に椀状膨出部を形成するから、フランジを椀状膨出部の頂部に押し付けたときに、フランジを囲む襞状突部が簡単に且つ確実に形成され、そのため、この襞状突部の少なくとも一部をフランジに被さるように確実にかしめることができる。
請求項3に係る発明は、ねじ部品としてのナット又はボルトをベース板にプレスによって接合するためのねじ部品接合装置であって、
上記ねじ部品は、その軸方向の一端に外形状が非真円形のフランジが形成されたものであり、
上記ベース板に、外径が上記フランジよりも大径の椀状膨出部を形成する膨出部形成用プレス型組みと、
上記ねじ部品のフランジを上記椀状膨出部の頂部に重ねた状態で、該椀状膨出部をプレス加工して上記フランジを囲むように折れ曲がって突出した襞状突部を形成するとともに、該襞状突部の少なくとも一部を上記フランジに被せる膨出部加工用プレス型組みとを備え、
上記膨出部加工用プレス型組みは、上記ベース板を上記椀状膨出部が台座面から浮いた状態になるように支持する台座と、成形用のダイとを備え、
上記ダイに、上記襞状突部が形成されるように上記椀状膨出部上のねじ部品に押し当て該ねじ部品のフランジによって上記椀状膨出部の頂部を凹ませる押当て面と、該押当て面の縁より上記台座に向かって外側へ傾斜し上記襞状突部の少なくとも一部に当接して該襞状突部の少なくとも一部を上記フランジに被せるテーパ面とが形成されていることを特徴とする。
従って、膨出部形成用プレス型によってベース板に椀状膨出部を形成した後、膨出部加工用プレス型によって椀状膨出部を加工して、ねじ部品のフランジの周囲に、少なくとも一部がフランジに被さった襞状突部を形成することができる。特にパンチにねじ部品に押し当てる押当て面と、該押当て面に続くテーパ面とを形成したから、1回のプレス工程でフランジによって上記椀状膨出部の頂部を凹ませて襞状突部を形成しながら、該襞状突部の少なくとも一部を上記フランジに被せることができる。
請求項4に係る発明は、請求項3において、
さらに、上記ベース板の椀状膨出部の頂部に貫通孔を打ち抜く打ち抜き用プレス型組みを備え、
上記膨出部加工用プレス型組みの台座に、上記椀状膨出部の貫通孔及び上記ねじ部品としてのナットのねじ孔に通し、該椀状膨出部及びナットを上記パンチに対して位置決める位置決めピンが設けられていることを特徴とする。
従って、ベース板の椀状膨出部及びナットをパンチの押当て面及びテーパ面に対して正確に位置付けて所期の襞状突部を形成する上で有利になり、作業効率も高くなる。
以上のように本発明に係る接合方法によれば、ベース板にプレス加工によって椀状膨出部を形成した後、該椀状膨出部の頂部にねじ部品を載せ、フランジを囲む襞状突部が形成され且つ該襞状突部の少なくとも一部がフランジに被さるように上記椀状膨出部をプレス加工するから、ねじ部品をベース板に溶接によらずプレス加工によって確実に接合することができる。
また、本発明に係る接合装置によれば、ベース板に椀状膨出部を形成する膨出部形成用プレス型組みと、ねじ部品のフランジを上記椀状膨出部の頂部に重ねた状態でプレス加工することによりフランジをベース板に固定する襞状突部を形成する膨出部加工用プレス型組みとを備え、膨出部加工用プレス型組みのダイに、上記ねじ部品に押し当て上記フランジによって上記椀状膨出部の頂部を凹ませる押当て面と、この押当て面の縁より台座に向かって外側へ傾斜したテーパ面とが形成されているから、ベース板にねじ部品の非真円形フランジを囲む襞状突部を形成しこの襞状突部の少なくとも一部がフランジに被さるようにすることができ、ねじ部品をベース板に溶接によらずプレス加工によって確実に接合することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
<実施形態1>
−ねじ部品接合構造−
図1において、1はねじ部品としてのナット、2はナット1が接合されたベース板(ワーク)である。ナット1は図2に示すようにその軸方向の一端に外側へ張り出したフランジ3が形成されたものである。フランジ3の外形状は、相対する一対の円弧部3aと、両円弧部3aの両端同士を結ぶ平行な一対の直線部3bとによりなる非真円形である。なお、非真円形のフランジとしてはこれに限るものでなく、例えば矩形、その他の多角形、楕円など適宜の形状をとることができる。
ベース板2にはナット1のフランジ3を包み込む周方向に連続した襞状突部4が形成されている。すなわち、図3に示すように、ナット1はそのフランジ3が形成された側の端面(以下、「底面」という。)がベース板2に当てられている。ベース板2には、フランジ3を囲むようにプレス加工によって環状の襞状突部4が形成されている。この襞状突部4は全周にわたって内側に倒れてフランジ3に被さっている。具体的に説明すると、襞状突部4は、ベース板2のナット1の底面を受けた部位の周縁より、該フランジ3を囲むように立ち上がり、続いて外側へ折れ曲がってベース板本体部に続いている。そうして、本例の場合は、襞状突部4がその全周にわたってフランジ3の包み込むように内側に倒れ、フランジ3にかしめられている。つまり、フランジ3はベース板2のナット1の底面を受けた部分と襞状突部4とによって挟持されている。ベース板2には、ナット1のねじ孔5に対応する貫通孔6が形成されている。
なお、襞状突部4は必ずしもその全周が内側に倒れていることは要さず、ナット1がベース板2から抜けないように、襞状突部4の一部がフランジ3に被さっているものであってもよい。
従って、上述の如き接合構造であれば、ベース板2の襞状突部4がナット1のフランジ3を囲み且つフランジ3に被さっているから、ナット1に軸方向の力が作用しても、該ナット1がベース板2から外れることがない。また、フランジ3の外形状は非真円形であるから、ナット1に回転力が働いても、襞状突部4が抵抗になってナット1がベース板2に対して回転することがない。
−ねじ部品接合装置及び接合方法−
ナット1のベース板2への接合にあたっては、ベース板2に椀状膨出部を形成する第1工程、椀状膨出部の頂部に貫通孔6を形成する第2工程、並びにベース板2にナット1を接合する第3工程(椀状膨出部加工)を順に行なう。
図4は第1工程(椀状膨出部形成)用プレス型組みを示す。同図において、10は絞り(又は張出し、以下、同じ。)用ダイ11が設けられたダイプレート、12は絞り用パンチ13が設けられたパンチプレートであり、パンチプレート12のガイドポスト14にダイプレート10のガイドブッシュ15が嵌められてダイプレート10が昇降自在に設けられている。パンチ13はパンチプレート12のパンチホルダ16に保持されている。パンチ13の周囲には複数のブランクホルダ17がスプリング18にて上方へ付勢して支持されている。ブランクホルダ17とダイ11の成形面周辺部とによって、ブランクとしてのベース板2を保持するようになっている。
ダイ11にはベース板2に椀状膨出部7を形成するための下方に開口した凹状成形面19が形成されている。一方、パンチ13にはダイ11の凹状成形面19に対応する凸状成形面20が形成されている。
ベース板2のプレス加工にあたっては、ベース板2をブランクホルダ17に載せてダイ11を下降させる。これにより、図5に示すように、ダイ11とブランクホルダ17とによってベース板2が保持された状態になる(図5の鎖線状態)。引き続くダイ11の下降により、ダイ11の凹状成形面19とパンチ13の凸状成形面20とによって、ベース板2に椀状膨出部7が形成される。
椀状膨出部7は、平坦な頂面、該頂面の周縁に続く丸みを有する肩部、該肩部から外側へ下降傾斜したテーパ部、並びにテーパ部の下縁から周囲の平坦なベース本体部に続く丸みを有する裾部によって形成されている。椀状膨出部7の外径はナット1のフランジ3の外径よりも大きい。具体的には、図8に示すように、椀状膨出部7は、ナット1を椀状膨出部7の頂面に設置したときに、テーパ部がナット1のフランジ3よりも外側に出る大きさに形成される。
図6は第2工程(打ち抜き)用プレス型組みを示す。同図において、21はパンチプレート、22はダイプレート、23はダイプレート22に設けられたガイドポスト、24はパンチプレート21に設けられたガイドブッシュである。パンチプレート21には、孔開け用パンチ25がパンチホルダ26によって取り付けられている。ダイプレート22には孔開け用ダイ27が取り付けられている。ダイ27は、ベース板2の椀状膨出部7を支えるための同様に椀状に突出した椀状突出部28を備え、該椀状突出部28の頂面中央に打ち抜き用孔29が開口している。
第2工程では、第1工程で椀状膨出部7が形成されたベース板2をダイ27に載せて、椀状膨出部7を椀状突出部28に被せた状態にし、パンチ25を下降させる。これにより、パンチ25がベース板2の椀状膨出部7の頂面中央を打ち抜いて貫通孔6が形成される。
図7は第3工程(椀状膨出部加工)用プレス型組みを示す。同図において、31は成形用ダイ32が設けられたダイプレート、33は台座34が設けられた台座プレート、35は台座プレート33に設けられたガイドポスト、36はダイプレート31に設けられたガイドブッシュである。
図8に示すように、台座34は、ベース板2を載せる平坦な座面の中央に、ベース板2及びナット1のための位置決めピン37が突設されてなる。この位置決めピン37は、ベース板2の椀状膨出部7の貫通孔6及びナット1のねじ孔5に通されるものである。ダイ32には、台座34に向かって口径がラッパ状に拡大してダイ32の下面に開口した成形用凹部38が形成されている。すなわち、この成形用凹部38の底に当たる部分が、台座34に設置されたベース板2上のナット1に押し当てる平坦な押当て面39になり、成形用凹部38の周面が、該押当て面38の周縁より台座34に向かって外側へ傾斜したテーパ面40となっている。押当て面39の中央には台座34の位置決めピン37が嵌まるピン孔41が開口している。成形用凹部38の深さはナット1の高さ(フランジ3を含む軸方向長さ)と同寸法である。
第3工程では、まず、ベース板2が椀状膨出部7の貫通孔6に位置決めピン37を通して台座34に載置される。従って、椀状膨出部7と台座34の座面との間には空隙が形成される。続いて、ナット1がそのねじ孔に位置決めピン37を通して椀状膨出部7の頂部に載置される。そうして、ダイ32が下降される。この下降により、台座34の位置決めピン37がダイ2のピン孔41に入り、押当て面39がナット1の頂面に当たる。
ダイ32の引き続く下降により、ナット1のフランジ3が椀状膨出部7の頂部に押し付けられて該頂部が凹んでいく。これにより、図9に示すように、椀状膨出部7のテーパ部が折れ曲がってフランジ3を囲む襞状突部4が形成され、この襞状突部4はダイ32のテーパ面40との接触によりフランジ3に被さるように内側に倒れ、該フランジ3にかしめられる(叩き付けられる)。以上により、図1に示すナット付きベース板が得られる。
<実施形態2>
図10及び図11に示すように、本実施形態はねじ部品としてのボルト51をベース板2に接合するケースである。ボルト51には、実施形態1のナット1と同じく、その軸方向の一端に外形状が非真円形のフランジ52が形成されている。図10及び図11は、椀状膨出部7が形成されたベース板2にボルト51を接合する工程を示すものであり、実施形態1の図8及び図9に相当する。ベース板2への椀状膨出部7の形成は実施形態1の第1工程と同じであり、その説明は省略する。
ボルト51をベース板2に接合するためのプレス型組みは、ダイ32及び台座34の形状が実施形態1と相違するが、基本構造は図7と同じである。本実施形態では台座34には位置決めピンが設けられておらず、その座面は平坦に形成されている。ダイ32には、実施形態1と同じく台座34に向かって口径がラッパ状に拡大してダイ32の下面に開口した成形用凹部38が形成されている。
成形用凹部38の底に当たる部分が、ボルト51のフランジ52に押し当てる平坦な押当て面39になり、成形用凹部38の周面が、押当て面39の周縁より台座34に向かって外側へ傾斜したテーパ面40となっている。押当て面39の中央にはボルト51のねじ部が嵌まる孔53が開口している。本実施形態の場合は押当て面39をフランジ52に直接押し当てることから、成形用凹部38の深さは実施形態1よりも浅くなっている。
ボルト51のベース板2への接合にあたっては、ベース板2を台座34に載せ、ボルト51をそのフランジ52がベース板2の椀状膨出部7の頂部に載るようにする。その状態でダイ32を下降させると、ボルト51のねじ部がダイ32の孔53に入り、続いてダイ32の押当て面39がフランジ52に当たる。引き続くダイ32の下降により、図11に示すように、フランジ52が椀状膨出部7の頂部に押し付けられて該頂部が凹んでいく。これにより、椀状膨出部7のテーパ部が折れ曲がってフランジ52を囲む襞状突部4が形成され、この襞状突部4はダイ32のテーパ面40との接触によりフランジ52に被さるように内側に倒れ、該フランジ52にかしめられる。以上により、ボルト付きベース板が得られる。
<実施形態3>
図12及び図13に示すように、本実施形態もねじ部品としてのボルト51をベース板2に接合するケースである。ボルト51には、実施形態2と同じく、その軸方向の一端に外形状が非真円形のフランジ52が形成されている。図12及び図13は、実施形態2の図10及び図11に相当する。ベース板2への椀状膨出部7の形成及び貫通孔6の形成は実施形態1の第1工程及び第2工程と同じであり、その説明は省略する。
ボルト51をベース板2に接合するためのプレス型組みは、ダイ32及び台座34の形状が実施形態1と相違するが、基本構造は図7と同じである。本実施形態では台座34には位置決めピンが設けられておらず、その平坦な座面にボルト51のねじ部が嵌まる孔55が開口している。ダイ32には、実施形態1と同じく台座34に向かって口径がラッパ状に拡大してダイ32の下面に開口した成形用凹部38が形成されている。
成形用凹部38の底に当たる部分が、ボルト51のフランジ52に押し当てる平坦な押当て面39になり、成形用凹部38の周面が、押当て面39の周縁より台座34に向かって外側へ傾斜したテーパ面40となっている。本実施形態の場合は押当て面39をフランジ52に直接押し当てることから、成形用凹部38の深さは実施形態1よりも浅くなっている。
ボルト51のベース板2への接合にあたっては、ベース板2を台座34に載せ、ボルト51のねじ部をベース板2の椀状膨出部7の貫通孔6に通して台座34の孔55に嵌めることにより、フランジ52を椀状膨出部7の頂部に載せる。その状態でダイ32を下降させると、ダイ32の押当て面39がフランジ52に当たり、引き続くダイ32の下降により、図13に示すように、フランジ52が椀状膨出部7の頂部に押し付けられて該頂部が凹んでいく。これにより、椀状膨出部7のテーパ部が折れ曲がってフランジ52を囲む襞状突部4が形成され、この襞状突部4はダイ32のテーパ面40との接触によりフランジ52に被さるように内側に倒れ、該フランジ52にかしめられる。以上により、ボルト付きベース板が得られる。
本発明は上記実施形態1乃至3に限定されるものではない。特許請求の範囲で特定された発明の趣旨の範囲内で種々に変更して実施することができる。また、本発明は、自動車用プレート部材へのねじ部品の接合に限らず、その他の機械器具のプレート部へのねじ部品の接合にも適用することができる。
実施形態1に係るナット付きベース板の斜視図である。 同形態のナットの斜視図である。 同形態のナット接合部の断面図である。 同形態の椀状膨出部形成用プレス型組みを示す正面図である。 同プレス型組みによるベース板のプレス加工状態を示す断面図である。 同形態の打ち抜き用プレス型組みを示す正面図である。 同形態の椀状膨出部加工用プレス型組みを示す正面図である。 同プレス型組みによる椀状膨出部加工前の状態を示す断面図である。 同プレス型組みによる椀状膨出部加工後の状態を示す断面図である。 実施形態2に係る図8と同様の断面図である。 同形態に係る図9と同様の断面図である。 実施形態3に係る図8と同様の断面図である。 同形態に係る図9と同様の断面図である。
1 ナット
2 ベース板
3 フランジ
4 襞状突部
5 ねじ孔
6 貫通孔
7 椀状膨出部
11 絞り用ダイ
13 絞り用パンチ
25 孔開け用パンチ
27 孔開け用ダイ
32 成形用ダイ
34 台座
39 押当て面
40 テーパ面
51 ボルト
52 フランジ

Claims (4)

  1. ねじ部品としてのナット又はボルトをベース板にプレス加工によって接合するねじ部品接合方法であって、
    上記ねじ部品は、その軸方向の一端に外形状が非真円形のフランジが形成されたものであり、
    上記ベース板に外径が上記フランジよりも大径の椀状膨出部が形成されるように該ベース板のプレス加工を行なう工程と、
    上記ねじ部品を上記ベース板に、該ねじ部品のフランジ側の端面が上記椀状膨出部の頂部に当たるように重ねる工程と、
    上記フランジの上記椀状膨出部の頂部への押し付けにより該頂部が凹んで該フランジを囲むように折れ曲がった襞状突部が形成され、且つ該襞状突部の少なくとも一部が上記フランジに被さるように、上記椀状膨出部のプレス加工を行なう工程とを備えていることを特徴とするねじ部品接合方法。
  2. ねじ部品としてのボルトをベース板にプレスによって接合するねじ部品接合方法であって、
    上記ボルトは、その軸方向の一端に外形状が非真円形のフランジが形成されたものであり、
    上記ベース板に外径が上記フランジよりも大径の椀状膨出部が形成されるように該ベース板のプレス加工を行なう工程と、
    上記ボルトのねじ部を上記椀状膨出部の頂部に形成された貫通孔に通し上記フランジを該頂部の貫通孔周縁に重ねる工程と、
    上記フランジの上記椀状膨出部の頂部への押し付けにより該頂部が凹んで該フランジを囲むように折れ曲がった襞状突部が形成され、且つ該襞状突部の少なくとも一部が上記フランジに被さるように、上記椀状膨出部のプレス加工を行なう工程とを備えていることを特徴とするねじ部品接合方法。
  3. ねじ部品としてのナット又はボルトをベース板にプレスによって接合するためのねじ部品接合装置であって、
    上記ねじ部品は、その軸方向の一端に外形状が非真円形のフランジが形成されたものであり、
    上記ベース板に、外径が上記フランジよりも大径の椀状膨出部を形成する膨出部形成用プレス型組みと、
    上記ねじ部品のフランジを上記椀状膨出部の頂部に重ねた状態で、該椀状膨出部をプレス加工して上記フランジを囲むように折れ曲がって突出した襞状突部を形成するとともに、該襞状突部の少なくとも一部を上記フランジに被せる膨出部加工用プレス型組みとを備え、
    上記膨出部加工用プレス型組みは、上記ベース板を上記椀状膨出部が台座面から浮いた状態になるように支持する台座と、成形用のダイとを備え、
    上記ダイに、上記襞状突部が形成されるように上記椀状膨出部上のねじ部品に押し当て該ねじ部品のフランジによって上記椀状膨出部の頂部を凹ませる押当て面と、該押当て面の縁より上記台座に向かって外側へ傾斜し上記襞状突部の少なくとも一部に当接して該襞状突部の少なくとも一部を上記フランジに被せるテーパ面とが形成されていることを特徴とするねじ部品接合装置。
  4. 請求項3において、
    さらに、上記ベース板の椀状膨出部の頂部に貫通孔を打ち抜く打ち抜き用プレス型組みを備え、
    上記膨出部加工用プレス型組みの台座に、上記椀状膨出部の貫通孔及び上記ねじ部品としてのナットのねじ孔に通し、該椀状膨出部及びナットを上記パンチに対して位置決める位置決めピンが設けられていることを特徴とするねじ部品接合装置。
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