JP4857110B2

JP4857110B2 - 圧入接合用のナット、その圧入接合構造及びその圧入接合方法

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Application number: JP2006528881A
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Inventors: 明増田; 明野末; 理金原
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Publication date: 2012-01-18
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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ナット（締結部材）、その圧入接合構造及びその圧入接合方法に関する。

従来、鋼製のプレートに他の部材を接合するためのナット又はフランジ付きナッ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は、図２６に示すように、ナット１００の裏面部に複数の突起部１０２を設ける一方、鋼製のプレート１０４に孔部１０６を設け、上記プレート１０４にナット１００の突起部１０２を押圧し、両者間に通電して上記突起部１０２とプレート１０４とを溶融し、プレート１０４の表面にナット１００を溶接するものである。特許文献１，２にも、プロジェクション溶接に関する記載がある。また、特許文献３には圧入接合に関する記載がある。

また、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４に開示された溶接ボルトがあり、これは図２７に示すように、溶接用のボルト１１０の頭部１１１の座面の周縁部近傍に溶着凸部１１２を設け、併せて座面の周縁部に段差部１１４を同芯状に設けたものである。そして自動車のパネル１１６に設けたボルト孔１１７に、上記ボルト１１０の軸部１１３を挿通して中心位置決めをし、パネル１１６に接触する上記溶着凸部１１２との間に溶接電流を通電してボルト１１０を溶接する。

また、特許文献５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る。

特開昭５５−４００５２号実開平６−８６８７６号特開２００１−３５３６２８号実開平５−４７５２１号特開平５−３１８１３５号

さて、上記プロジェクション溶接は、図２６（ｂ）に示すように、突起部１０２とプレート１０４の箇所が溶融して溶接されるが、この場合溶融が不均一となって溶接の強度が一定せず、さらには溶接の際にナットが倒れ現象を起こす等の問題がある。また、上記プレートの表面は、酸化被膜１０８などにより、プロジェクション溶接が良好に行われないことがある。特に、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１０８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、溶接時に溶融部分がスパークして飛散するスパッタも非常に多くなり、溶接部に酸化物をまき込んで溶接不良の原因、或いは作業環境の悪化の原因にもなる。

また、プロジェクション接合の場合、図２６（ｂ）（ｃ）に示すように、プレート１０４にナット１００の突起部１０２を押圧溶融する形態であるため、プレート１０４の板が溶融変形しない場合には新生面が出にくく、このためプレート１０４側の酸化被膜１０８は残ったままとなる場合があり、このとき接合部の強度が十分得られないという問題がある。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ナットの突起部１０２がプレート１０４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。

また、上記図２７に示すプロジェクション溶接は、溶着凸部１１２が溶融してパネル１１６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１１２と段差部１１４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１１４がボルト孔１１７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２７（ｂ）に示すように、パネル１１６の表面に酸化被膜１１８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２７（ｃ）に示すように、パネル１１６にボルト１１０の溶着凸部１１２を押圧溶接する際、パネル１１６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１１６側の酸化被膜１１８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、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。

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に優れ、経済性にも優れた圧入接合用のナット（締結部材）、その圧入接合構造及びその圧入接合方法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締結部材は、図１，１３，２０等に示すように、基部から螺子部とともにかつこの螺子部より大径に突出形成され、板材に設けた孔部に電気抵抗熱を伴う圧入により固相接合され、かつこの孔部と相似形状の断面を形成して所定の圧入代が設けられた突出部を有する構成である。ここで、締結部材にはナット、ボルト等が含まれ、また上記突出部はボルトの場合、頭部と軸部との間に形成された拡径部が該当する。

また、本発明に係る圧入接合構造は、図１１，１７，２４に示すように、所定の位置に孔部が設けられた板材と、この孔部に接合される上記突出部を有する上記締結部材との接合構造であって、上記板材を一の電極で保持する一方、上記締結部材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。

本発明に係る圧入接合用のナットは、図１に示すように、基部と、この基部の中心部を貫通する螺孔と、この螺孔の周囲部から筒状に突出形成され、プレートに設けた孔部に電気抵抗熱を伴う圧入により固相接合され、かつこの孔部と相似形状の断面を形成して所定の圧入代を設けた突出部とを有する構成である。

また本発明に係る圧入接合用のナットは、上記基部の裏面部に、上記突出部を囲む状態で形成され、環状の溝部からなるバリ収納部を設けた構成である。

本発明に係る圧入接合用のナットは、図１３に示すように、中心部に螺孔が設けられた基部と、この基部の裏面部側に基部と一体に形成され中央に上記螺孔と連続する孔部が設けられたフランジ部と、このフランジ部の孔部の周囲部から筒状に突出形成され、プレートに設けた孔部に電気抵抗熱を伴う圧入により固相接合され、かつこの孔部と相似形状の断面を形成して所定の圧入代を設けた突出部と、を有する構成である。

また本発明に係る圧入接合用のナットは、上記フランジ部の裏面部に、上記突出部を囲む溝状のバリ収納部を設けた構成である。

また本発明に係る圧入接合用のナットは、上記フランジ部の外側端部の板厚を１．０ｍｍ程度とし、かつフランジ部の裏面部における座面の全体を凹球面状に形成した構成である。

また本発明に係る圧入接合用のナットは、図１，１３に示すように、上記突出部の筒の肉厚（ｓ）を１．０ｍｍ以上に形成し、かつこの突出部の突出高さ幅（ｈ）を０．５ｍｍから２．０ｍｍ程度の範囲とした構成である。

本発明に係る圧入接合構造は、図１１，１７に示すように、所定の位置に孔部が設けられたプレートと、この孔部に接合される突出部を有する上記何れの圧入接合用のナットとの接合構造であって、上記プレートを一の電極で保持する一方、上記圧入接合用のナッ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、上記プレートに高張力鋼材、又は表面処理をした鋼材を用いた構造である。さらに、本発明に係る圧入接合構造は、図１，１３に示すように、上記突出部の突出高さ幅（ｈ）を、上記プレートの板厚（ｔ）と同じか又はより小さくした構造である。

本発明に係る圧入接合用のボルトは、図２０に示すように、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は、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程度の範囲とした構成である。

また本発明に係る圧入接合用のボルトは、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を設けた構成である。

また本発明に係る圧入接合用のボルトは、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、図２４に示すように、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。

また本発明に係る圧入接合構造は、図２０に示すように、上記拡径部の高さ幅（ｈ）を、上記パネルの板厚（ｔ）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。

〔発明の効果〕
本発明に係る圧入接合用の締結部材によれば、基部から螺子部とともにかつこの螺子部より大径に突出形成され、板材に設けた孔部に電気抵抗熱を伴う圧入により固相接合される突出部を有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。さらに、この圧入による固相接合はスパッタが殆ど見られ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。

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板材と、この孔部に接合される上記締結部材との接合構造であって、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、かつこの接合を固相状態の接合としたから、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。さらに、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時に発生するスパッタが殆ど見られ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。

本発明に係る圧入接合用のナットによれば、基部と、この基部の中心部を貫通する螺孔と、この螺孔から筒状に突出形成され、プレートに設けた孔部に圧入により固相接合される突出部とを有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。さらに、この圧入による固相接合はスパッタが殆ど見られ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ナットによれば、バリ収納部を設けたから、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、これによりナットの裏面がプレートの表面に密着し、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ナットによれば、基部の裏面部側に形成されたフランジ部、及びこのフランジ部から筒状に突出形成され、プレートに設けた孔部に固相接合される突出部を有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、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、フランジ付のナットの座面がプレートに均一に密着するので、高荷重性の発揮、及び広い座面の確保が図れ、揺さ振り、曲げ捩れなどが確実に補強され、長期使用時のネジのゆるみも防止でき、また接合部に加わる微小な左右動などによる表面の喰い込みの防止が図れるという効果がある。

また本発明に係る圧入接合用のナットによれば、フランジ部の裏面部に突出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、フランジ付のナットの裏面がプレートの表面により確実に密着し、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。

また本発明に係る圧入接合用のナットによれば、フランジ部の外側端部の板厚を１．０ｍｍ程度とし、かつ座面の全体を凹球面状に形成したから、溶接時の発熱によって、フランジ面をプレートの形状になじませることができ、プレートに多少の屈曲があっても比較的均一に圧力を加えることができ、また外周部における加圧力が強く緩みが防止されるという効果がある。

また本発明に係る圧入接合用のナットによれば、突出部の筒の肉厚を１．０ｍｍ以上に形成し、かつこの突出部の突出高さ幅を０．５ｍｍから２．０ｍｍ程度の範囲とした構成したから、強度的に優れた効果が得られる。

本発明に係る圧入接合構造によれば、孔部が設けられたプレートと上記圧入接合用のナットとの間に通電し、両者の接合部位に電気抵抗熱を発生させるとともに、圧入により両部材間に接合界面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、かつ接合条件の自由度が高いなど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。さらに、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時に発生するスパッタが殆ど見られ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構造によれば、プレートに高張力鋼材、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、高張力鋼材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。

また本発明に係る圧入接合構造によれば、突出部の突出高さ幅を、プレートの板厚と同じか又はより小さくした構造としたから、良好な接合界面が形成されて優れた接合強度が得られ、またプレートから突出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。

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、この圧入による固相接合は、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。

また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。

また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。

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。また、この圧入による固相接合は、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。

本発明の第一の実施の形態に係るナットの、（ａ）は側面図、(ｂ)は断面図、（ｃ）はプレートの側面図を示す。実施の形態に係り、他のナットの（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)はナットの底面図を示す。実施の形態に係り、社内試験Ａの測定結果を示す図である。実施の形態に係り、社内試験Ｂの測定結果を示す図である。実施の形態に係り、他の社内試験の測定結果を示す図である。社内試験による剥離強度の測定結果を示すグラフであり、プレートとして、（ａ）はＳＰＣＣ鋼板、(ｂ)は７８０ＭＰａ鋼板、（ｃ）は９８０ＭＰａ鋼板を用いた場合を示す。社内試験による剥離強度の結果をまとめた表である。社内試験により、プレートにメッキ鋼板を用いた場合の剥離強度の測定結果を示すグラフである。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)はナットの底面図を示す。本発明の第二の実施の形態に係るフランジ付のナットの、（ａ）は側面図、(ｂ)は断面図、（ｃ）はプレートの側面図を示す。他の形態に係るフランジ付のナットの（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。実施の形態に係り、（ａ）は圧入状態の説明図、(ｂ)はナットの底面図を示す。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。実施の形態に係り、他の形態のフランジ部を有するナットの断面図である。他の実施の形態に係り、（ａ）は圧入状態の説明図、(ｂ)はナットの底面図を示す。本発明の第三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）はプロジェクション溶接法の説明図、(ｂ)は溶接前の部分拡大図、（ｃ）は溶接後の部分拡大図を示す。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。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
まず、第一の実施の形態に係り、圧入接合用の締結部材としてのナット及びその圧入接合構造を図面に基づいて説明する。図１は、上記ナット２を示したものである。このナット２は、外形が六角形状の基部３、中心部を貫通する螺孔４、及び上記基部３の螺孔の周囲部から下方に筒状に突出形成された突出部６（インロー部）を有している。この突出部６は、所定の肉厚（ｓ）を有する円形筒状（円環状）の形状をなし、内部には上記螺孔４と連続する螺孔４が形成されている。上記突出部６は、基部３の裏面部５から下方に所定の高さ幅（ｈ）突出形成されている。

図２は、他の形態の圧入接合用のナット１２を示したものである。このナット１２についても、基部３の螺孔４の周囲部から下方に突出部６が形成され、さらに基部３の裏面部５に、上記突出部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。また、このナット１２の成型に際しては、基部３の上面の中央部をプレス加工により押圧し（凹部１３）、下方にこの突出部６を押出し成形したものである。

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、突出部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、突出部６近傍の溝部の上端部から外側下方に向けてテーパ状に形成したものであり、これはナット２の裏面部の全面に凹空間が形成される形態である。

ナットの形状については、あらゆる形態の六角ナットが使用可能であり、また四角ナットの使用も可能である。その他の、多角形のナット或いは筒状で周囲の複数箇所に窪み部が形成された丸溶接ナット、ＪＩＳに規定されている多角形のナット、溶接部が円板状のＴ形溶接ナット等、何れの形態のナットについても使用が可能である。これらナットの裏面部５に突出部６を形成することで、圧入接合用のナットが得られる。なお、多角形のナットは、ナットのねじ切り（螺孔）の際に固定が容易である。

また、上記突出部６の外径は、角ナット（四角、六角など）の場合はナットの平行な二面の幅寸法と同じか、或いは同幅寸法以下とする。他のナットについても、基部の径方向のサイズよりも突出部の外径を小さくする。この範囲の基部３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ナットは、溶接部に突起を設けることからナットの裏面部を広くする必要があり、このためナットの形状が大きくなる。しかし、この実施の形態に係るナット２は、原理的にはナットの基部３は突出部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。また、ナット２，１２等は鋼製である。

上記プレート８は、特に自動車のシャーシー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。この高張力鋼板としては、Ｃ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂ等の合金元素が含まれた鋼板或いはこれを熱処理したデュアルフェーズ（ＤＰ）鋼板があり、引張強度が８０ｋｇｆ／ｍｍ²以上の強度を有する。抵抗溶接において、酸化被膜の影響が発生するのは引張強度が８０ｋｇｆ／ｍｍ²以上のものであり、この実施の形態に係る圧入接合の威力が発揮されるところである。

このプレート８には、所定の位置に円形の孔部１０を穿設する。この孔部１０は、プレート８面に直交し且つストレートな孔である。このプレート８における上記ナット２との接合部は平坦であるが、プレート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。

上記ナット２の突出部６には、図１等に示すように面取り部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。上記ナット２の突出部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。突出部６の肉厚（ｓ）は、上記螺孔４の螺子溝の谷と突出部６の外径部との間の寸法である。

また、上記プレート８の板厚（ｔ）と、上記ナット２の突出部６の高さ幅（ｈ）との関係については、板厚（ｔ）は高さ幅（ｈ）と同程度よりも大きい（ｔ>ｈ、ｔ＝ｈ）寸法とする。逆に、ナットの突出部６の高さ幅が大きいと、接合後にプレート８から突出部６が突出して、他の部品をボルト締めで組み付ける際に不都合となる場合がある。

上記ナット２及びプレート８の材料に関しては、特に高張力鋼板からなるプレート８に鋼製のナット２を接続する場合には、酸化被膜の影響が少なく一般のプロジェクション溶接のナットの溶接に比べて、溶接不良は発生しないので好適である。もちろん、プレート８及びナット２の材料として、一般の鋼板、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、アルミニウムなどの軽金属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る。

ここで、上記ナット２の上記プレート８への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、母材としてプレート８に上記ナット２の突出部６を接合するものである。この冶具の上型１６には中央に、上記ナット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、ナット２の上面部及び側面部に密着して電気の伝導抵抗の低減を図っている。また、電極同士の接触防止のため、穴部１８の下端部はナットの裏面部５から少し上寄りの位置とする。なお、上記上型１６は穴部１８がなくても使用可能である。

図４に示すように、突出部６とプレート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であり、半径に対しては（ｄ／２）となる。圧入接合の条件として、印加電流は２２ｋＡとし、加圧力は４００ｋｇｆから４５０ｋｇｆの範囲とした。この加圧力は、母材であるプレートの応力（ここではナットがプレート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、プレート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。

この圧入工程においては、上記下型１４の上面に上記プレート８を載置する一方、上型１６の穴部１８に保持したナット２を上型１６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、同時に下型１４及び上型１６を介してナット２とプレート８間に通電する。すると、電気抵抗熱の発生とともにナットの突出部６の圧入が開始され、この突出部６がプレート８の孔部１０内を降下移動し、突出部６の先端部がプレート８の孔部の中間位置に到達する。このような製造工程により、ナット２とプレート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、ナット２の突出部６の全周がプレート８の孔部１０に接合される全周接合となる。

さらに上記圧入工程に先立って、予めナット２及びプレート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を降下させるとともに予熱電流を通電する。ここでは、接合する部材としてのナット２、プレート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ナット２の圧入が開始され、突出部６がプレート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され短時間でナット２の裏面部５はプレート８の表面部に至り接合を完了する。そして、ナット２の突出部６とプレートの孔部とは、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。

固相溶接においては、その接合面に清浄な表面組織が得られていることが、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、上記接合界面にはナット２の突出部とプレート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削られて表面が清浄化され、接合部は清浄な組織になる。

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流密度が下がり、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、これによりナット２の裏面部５がプレート８の表面に密着し、品質の良い接合構造の部品が得られる。

図５、図６は、社内における上記圧入接合の試験結果を示したものである。ここで用いたプレート８としては高張力鋼板（引張強度８０ｋｇｆ／ｍｍ²）を用いた。このプレート８の板厚（ｔ）は２．８ｍｍのものと１．８ｍｍのものを使用した。また、圧入代（ｄ）は直径に対して０．３ｍｍとした。

図５に示す社内試験Ａは、ナット２の突出部６の突出高さ幅（ｈ）を変化させて、突出部６の内径の収縮の程度を測定した。ここで、ナット２はＭ８規格の大きさのものを用い、突出部６の外径は１１ｍｍとし、これから肉厚（ｓ）は（１１−８）／２＝１．５ｍｍとした。同図(1)は、接合後の突出部６の内径の変化を測定したものである。判定は、ネジプラグゲージ（ＪＩＳ規格）を用いて行い、突入前のナットのねじ込み加減を確認し、圧入後のナットへのボルト限界ゲージの螺入の良否を調べた。

測定結果で、（〇）は、問題なくゲージが螺入でき、突出部６の内径の収縮が生じていないことを示す。（△）は、ある程度の抵抗があるもののゲージの螺入は可能であったもので、僅かに突出部６の内径が収縮したことを表している。（×）は、ゲージが螺入できなかったもので、突出部６の内径収縮がある程度生じていたことを示す。

結果は、突出部６の突出高さ幅（ｈ）が０．５ｍｍ〜１．２ｍｍでは、何れの板厚のプレート８についても（〇）で良好であった。突出高さ幅（ｈ）が１．５ｍｍでは、何れの板厚のプレート８についても（△）で良好であった。突出高さ幅（ｈ）が２ｍｍでは、板厚（ｔ）が２．８ｍｍのものは（△）、１．８ｍｍのものは（×）であった。これから、ナット２の突出部６の突出高さ幅（ｈ）は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内では、突出部６の内径の収縮程度は概ね良好と考えられる。

同図(2)は、上記社内試験Ａにおいて強度の計測結果を示したものである。ここでの試験条件は上記と同様であり、ナット２の突出部６の突出高さ幅（ｈ）を変化させて、接合強度を計測した。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。

結果は、突出部６の突出高さ幅（ｈ）が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍでは、板厚２．８ｍｍのプレートでは１４．５〜２６．６ＫＮ、板厚１．８ｍｍのプレートでは８．２〜２０．１ＫＮであり、何れの板厚のプレート８についても良好な強度が得られた。ちなみに、ＪＩＳ規格（Ｂ１１９６）におけるＭ８ナットの押込み剥離強度（ＫＮ）は、６．０３ＫＮである。これから、ナット２の突出部６の突出高さ幅（ｈ）は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内では、十分かつ強力な強度が確保されることが確認できた。

このように、ナット２の突出部６の突出高さ幅（ｈ）は０．５ｍｍ程度以上で２ｍｍ程度以下が好ましい。この高さ幅が２．０ｍｍ以上になると、接合強度は略母材の強度のレベルとなるが、必要以上に深いとかえってバリの量を増加させることになる。なお試験結果で示されるように、この高さ幅（ｈ）は０．８ｍｍ以上あれば、相当な強度が確保され、好適である。この突出高さ幅（ｈ）は、突出部６がプレート８の孔部１０に圧入される圧入の深さに該当する。

図６は、社内試験Ｂを示したものであり、同図(1)はナット２の突出部６の肉厚（ｓ）を変化させて、突出部６の内径の収縮の程度を測定し、その試験結果を示したものである。ここで用いたプレート８は、上記社内試験Ａのものと同様である。またナット２はＭ８規格の大きさのものを用い、圧入代（ｄ）は直径に対して０．３ｍｍとした。突出部６の突出高さ幅（ｈ）は、０．８ｍｍとした。この社内試験Ｂでは、突出部６の外径を１０ｍｍ〜１３ｍｍの範囲で変えて肉厚（ｓ）を変化させた。このとき肉厚（ｓ）は、（突出部の外径−８）／２となる。判定は、社内試験Ａと同様ネジプラグゲージ（ＪＩＳ規格）を用いて行った。

内径の収縮程度の測定結果は、肉厚（ｓ）が１ｍｍでは、何れの板厚のプレート８についても（△）であった。また、肉厚（ｓ）が１．５ｍｍ〜２．５ｍｍでは、何れの板厚のプレート８についても（〇）で良好であった。これから、ナット２の突出部６の肉厚（ｓ）は、１．０ｍｍ以上の範囲内では、突出部６の内径の収縮程度は概ね良好と考えられる。

同図(2)は、上記社内試験Ｂにおいて強度の計測結果を示したものである。ここでの試験条件は上記収縮試験と同様であり、ナット２の突出部６の肉厚（ｓ）を変化させて、接合強度を計測した。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。

結果は、突出部６の肉厚（ｓ）が１．０ｍｍ〜２．５ｍｍでは、板厚２．８ｍｍのプレートでは１５．１〜２３．２ＫＮ、板厚１．８ｍｍのプレートでは８．８〜１２．７ＫＮであり、何れの板厚のプレート８についても良好な強度が得られた。これから、ナット２の突出部６の肉厚（ｓ）は、１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内では、十分かつ強力な強度が確保されることが確認できた。

ここで、上記ナット２の突出部６とプレート８の孔部１０との圧入代（ｄ）について説明する。上記社内試験では、圧入代（ｄ）は０．３ｍｍとした。この圧入代（ｄ）は、社内試験によれば、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ている。この圧入代（ｄ）は径に対する圧入代であり、突出部６の外径がφ１、孔部１０の内径がφ２としたとき、ｄ＝φ1−φ２である。社内試験では、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る。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。

なお、この実施の形態では、加工容易等からプレート８の孔部１０の形状、及びナット２の突出部６の外形を円形としたが、これは他の形状であっても両者が相似の関係にあれば圧入の条件は満足され、例えば、楕円形状、六角形状、八角形状等の形態についても適用は可能である。

図７は、社内における上記圧入接合の他の試験結果を示したものである。ここでは、プレート８として、高張力鋼板（引張強度８０ｋｇｆ／ｍｍ²）を用いた。またナット２はＭ１０規格のもので、圧入代（ｄ）は０．３ｍｍとした。この試験は、通電時の電流値に対する接合強度を測定したものである。通電のパターンとして、基本パターン（圧入時のみに通電）、予熱パターン（圧入の通電に先立って予熱を発生させるための通電を行う）について試験した。また、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。

試験の結果、電流値が１８ＫＡ以上では、強度は２０ＫＮを越えて略３０ＫＮ程度に収束している。また、予熱パターンの接合形態の方が、基本パターンのよりも良好な結果が得られている。これは、予熱工程を設けることで、圧入の際、抵抗熱が接合部分の全体に均等に分布することになって安定かつ良好な接合環境が得られ、優れた強度が得られたものと考えられる。

ここで社内試験により、上記圧入接合と従来のプロジェクション溶接との押込み剥離強度について比較したのでその結果を示す。この試験では、上記圧入接合によりナットを引張強度の異なる鋼板（プレート）に接合したもの（圧入接合ナット）の押込み剥離強度と、従来のプロジェクション溶接によりナットを同様の鋼板に溶接したもの（一般溶接ナット）の押込み剥離強度とを、通電時の種々の印加電流値について測定し比較した。

上記ナットを接合する鋼板として、ＳＰＣＣ鋼板（引張強度２７０ＭＰａ（２８ｋｇｆ／ｍｍ²））、７８０ＭＰａ鋼板（引張強度７８０ＭＰａ（８０ｋｇｆ／ｍｍ²））及び９８０ＭＰａ鋼板（引張強度９８０ＭＰａ（１００ｋｇｆ／ｍｍ²））の３種類の異なる引張強度の鋼板を用いた。この内、７８０ＭＰａ鋼板及び９８０ＭＰａ鋼板はいわゆる高張力鋼板である。

また、ナットはＭ６規格（ねじの呼び）のサイズのものを用い、圧入接合では鋼板の孔部との圧入代を０．３ｍｍとし、また圧入時の加圧力は４００ｋｇｆとしてプレートに圧入接合した。一方プロジェクション溶接では、上記Ｍ６ナットに４箇所のプロジェクションを設けてプレートに溶接した。そして各鋼板について、それぞれ溶接の際の印加電流に対する剥離強度の測定を行い、電流と剥離強度との関係を調べた。

図８（ａ）は、プレートとして上記ＳＰＣＣ鋼板にナットを接合溶接した場合の印加電流（ｋＡ）と押込み剥離強度（ｋＮ）とを、上記圧入接合ナット及び一般溶接ナットについて比較したグラフである。このグラフからすれば、圧入接合ナットの場合は、押込み剥離強度がＪＩＳ規格で規定される３．２４ｋＮ以上が確保される印加電流以上で、且つ溶接電流限界までの溶接可能と考えられる電流の範囲（Ｓ）（溶接可能電流範囲）は略６．５ｋＡである。この溶接限界電流とは、これ以上の電流を流すと接合部が発熱しすぎてオーバーヒートし、圧入接合に支障をきたす電流の限界である。また、一般溶接ナットの場合は、押込み剥離強度が上記ＪＩＳ規格の３．２４ｋＮ以上が確保される電流以上で、且つスパッタ発生による電流限界までの溶接可能電流範囲（Ｐ）は略３ｋＡである。このスパッタ発生限界電流は、これ以上の電流を流すと溶接部で爆飛が発生して安定した溶接性能が得られなくなる電流の限界である。

図８（ｂ）は、上記ナットを上記７８０ＭＰａ鋼板に接合溶接した上記圧入接合ナット及び一般溶接ナットについての比較グラフであり、図８（ｃ）は、上記ナットを上記９８０ＭＰａ鋼板に接合溶接した上記圧入接合ナット及び一般溶接ナットについての比較グラフである。図９は、上記溶接可能電流範囲及び最大接合強度について比較結果をまとめた表である。

これから、上記圧入接合ナットは一般溶接ナットの溶接可能電流範囲（Ｐ）に比べて、溶接可能電流範囲（Ｓ）が広く（約２倍）、溶接条件の自由度が大きい。これは、圧入接合は接合温度を低く抑えることができるためであり、また接合時にスパッタ或いは爆飛などが発生しないためと考えられる。このように、圧入接合においては、溶接条件の自由度が大きいため、接合部材の大きさ等による溶接条件が変化しても一定の幅をもって電流コントロールが行えるため、制御が容易であり作業性が良い。

また、上記圧入接合ナットの押込み剥離強度は、上記３種類の鋼板を比較した場合、引張強度が低い鋼板に接合したもの（ＳＰＣＣ鋼板では１０ｋＮ）より、引張強度が高い鋼板に接合したもの（７８０ＭＰａ鋼板、９８０ＭＰａ鋼板ではともに１２ｋＮ）の方が剥離強度が高い傾向にある。一方、上記一般溶接ナットの押込み剥離強度は、上記３種類の何れの鋼板についても略１０ｋＮと同程度であり、上記グラフからは引張強度が低い鋼板に接合した方が剥離強度が高い傾向にある。このように、圧入接合ナットの押込み剥離強度は、上記鋼板の引張強度に比例して高くなるのは、母材の強度がそのまま剥離強度の高さに表れているためと考えられる。また、一般溶接ナットにおける押込み剥離強度が高張力鋼板の引張強度に応じて高くならないのは、ナットを高張力鋼板に溶接する際、溶接部に酸化皮膜が発生し易いこと、溶接温度が高く溶接部が焼鈍されることなどが考えられる。

このように上記社内試験から、圧入接合ナットは一般溶接ナットに比べて、接合時の印加電流等の接合条件の自由度が高く、このため電流コントロールの制御などが容易で作業性が良く、またナットを鋼板へ接合した場合に高い剥離強度が得られ、特に高張力鋼板との接合において優れた接合強度が得られる等、種々の点において圧入接合が優れた特性を有することが確認できた。

また社内試験により、プレートとしてメッキ鋼板にナットを接合溶接した場合の押込み剥離強度を比較したのでその結果を示す。この試験では、上記圧入接合によりナットを５９０ＭＰａＧＡ鋼板（合金化溶融亜鉛メッキ鋼板）に接合したもの（圧入接合ナット）の押込み剥離強度と、従来のプロジェクション溶接によりナットを同様の鋼板に溶接したもの（一般溶接ナット）の押込み剥離強度とを、種々の印加電流値について測定し比較した。これ以外の溶接条件は、上記社内試験の場合と同様である。

図１０は、上記ＧＡ鋼板にナットを接合溶接した場合の印加電流（ｋＡ）と押込み剥離強度（ｋＮ）とを、上記圧入接合ナット及び一般溶接ナットについて比較したグラフである。このグラフからすれば、圧入接合ナットの場合は、押込み剥離強度が上記ＪＩＳ規格値以上確保される印加電流以上で、且つ溶接電流限界までの溶接可能電流範囲（Ｓ）は略４．５ｋＡである。また、一般溶接ナットの場合は、押込み剥離強度が上記ＪＩＳ規格値以上確保される電流以上で、且つスパッタ発生による電流限界までの溶接可能電流範囲（Ｐ）は略２ｋＡである。

これから、上記圧入接合ナットは一般溶接ナットの溶接可能電流範囲（Ｐ）に比べて、溶接可能電流範囲（Ｓ）が広く（２倍以上）、溶接条件の自由度が大きい。特に、一般溶接ナットの場合にはスパッタ発生による電流限界（略９ｋＡ）が上記メッキのされてない鋼板（上記７８０ＭＰａ鋼板の電流限界（略１０ｋＡ））と比べて低下している。これは、一般溶接によりナットをＧＡ鋼板に溶接したとき、スパッタの火花の発生が著しく溶接に支障をきたすためである。このような大量のスパッタは、ナットの螺子部を不良にするなど製品品質に悪影響を及ぼし、作業も危険で安全面についても問題である。このため、メッキ鋼板にナットを一般溶接する場合、スパッタが大量に発生して溶接条件の自由度が小さくなり、電流コントロールの制御が困難で作業性も悪い。

一方、圧入接合の場合、スパッタは殆ど発生しないことから広い電流範囲で溶接が良好に行え、このため圧入接合ナットの押込み剥離強度は、溶接可能電流範囲（Ｓ）内において安定した高い強度特性が得られている。このように上記社内試験によれば、プレートにメッキ鋼板を用いた場合であっても、圧入接合ナットは広い電流範囲で高い剥離強度が得られ、上記メッキのされてない鋼板と同様の剥離強度が得られ、また一般溶接ナットに比べて、接合時の印加電流等の接合条件の自由度が高く、このため電流コントロールの制御などが容易で作業性が良いことが確認できた。

自動車等の構造体においては、骨組み組織或いはボディ等に鋼板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プレート８に上記ナット２を固定したものを用いる。図１１に示すように、上記ナット２を接合したプレート８は、自動車の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、これにボルト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て製造が容易に行えて製造コストが安価で経済性に優れる。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、母材に与える熱影響範囲が少ないことから、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。

また上記圧入接合では、全周にわたって接合されるため、接合部の気密性が確保できる。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、機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、従来のプロジェクション溶接用ナットには中央部にガイド突起を設けたものがあるが、このガイド突起とプレートの孔部とは規格的にも隙間があり、このためガイド突起を突入してもナットの中心位置が孔部の中心とズレルことがあり、この場合ボルト止めの際に座面が変形することがあった。この点、上記圧入接合では、ナット２の位置精度についても、孔部に突入させる構造から自動的に位置決めが行え、かつ高精度で中心位置が孔部の中心と一致するので良好である。

次に、他の実施の形態について説明する。図１２に示すように、この実施の形態に用いるナット２２は、突出部２６の外周部に複数の凸条部２５を形成したものである。このナット２２は、上記ナット２の上記突出部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、プレート８の孔部１０の壁面に対して、これら凸条部２５が部分的に接合する。このため、この接合構造は、ナット２２の突出部２６の複数部分がプレート８の孔部１０に接合される部分接合となる。

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同様の抵抗熱が得られる点で異なる。この接合工程における圧入時の印加電流は２２ｋＡ、加圧力は４００ｋｇｆである。

上記ナット２２の突出部２６とプレート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。これにより、プレート８の孔部１０と突出部２６とは、４箇所の凸条部２５で接し圧入が行われる。

接合に際しては、上記下型１４の上面に上記プレート８を載置する一方、ナット２２を穴部１８に嵌入して取付けた上型１６をナット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、同時に下型１４と上型１６を介してナット２２とプレート８間に通電する。すると、電気抵抗熱の発生とともに突出部２６の圧入が開始され、凸条部２５がプレート８の孔部１０内を降下移動し、突出部２６の先端部がプレート８の孔部１０の中間位置に到達する。この場合、凸条部２５とプレート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、ナット２２とプレート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、突出部２６の外径を円形とする一方、プレート８の孔部１０の内周部を複数部分切り欠き、上記突出部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。

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て製造が容易に行えて製造コストが安価で経済性に優れる。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。

次に、第二の実施の形態に係り、圧入接合用の締結部材としてのフランジ付のナット及びその圧入接合構造を図面に基づいて説明する。図１３は、上記フランジ付のナット３２を示したものである。このナット３２は、外形が六角形状の基部３３、この基部３３の下部に一体に形成され基部より外径が大きな中空円盤状のフランジ部４１、上記基部３３の中心部を貫通する螺孔３４、及び上記フランジ部４１の孔部の周囲部から下方に筒状に突出形成された突出部３６を有している。この突出部３６は、所定の肉厚（ｓ）を有する円形筒状（円環状）の形状をなし、内部には上記螺孔３４、フランジ部４１の孔部と連続する孔が形成されている。上記突出部３６は、フランジ部４１の裏面部３５から下方に所定の高さ幅（ｈ）突出形成されている。

図１４は、他の形態の圧入接合用のフランジ付のナット４２を示したものである。このナット４２についても、上記ナット３２と同様にフランジ部４１の裏面部３５から突出部３６が突出形成され、さらにフランジ部４１の裏面部３５に、上記突出部３６を囲む状態で環状の溝からなるバリ収納部３９が形成されている。またこのナット４２は、基部３３の上面の中央部をプレス加工により押圧し（凹部４３）、下方にこの突出部３６を押出し成形したものである。

また、上記フランジ付のナット３２，４２は、基部３３、フランジ部４１及び突出部３６の全体にわたって螺子溝を刻設したが、これは基部３３とフランジ部４１のみに螺子溝を刻設し、突出部３６の孔部には螺子溝を刻設しないこととしても良い。このとき、突出部３６の孔部の内径は、基部３３の螺子の谷間の内径程度或いは少し大きい径とする。これにより、ナット３２，４２をボルトで締結する際にボルトのとおりが良くなる。また、基部３３の孔部のみに螺子溝を刻設し、フランジ部３１及び突出部３６の孔部には螺子溝を刻設しない形態とすることもでき、この場合にはさらにボルトのとおりが良くなる。

上記バリ収納部３９は、図１５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３９は、フランジ部４１の裏面部３５に、突出部３６の近傍に沿う状態に溝部を設けた形態である。同図（ｂ）に示すバリ収納部３９は、フランジ部４１の裏面部３５に、突出部３６の近傍から外側に向けて下方に傾斜するテーパ状の溝部を設けた形態である。

フランジ付のナットの基部３３の形状については、六角或いは四角などあらゆる形態の多角形の形状の採用が可能であり、また円形状の形態の採用も可能である。これらの基部にフランジ部を一体形成し、このフランジ部の裏面部に突出部３６を形成することで、圧入接合用のナットが得られる。また、フランジ部４１の大きさは、基部３３の外径（最大径）より大きく形成して座面の面積を確保する。このフランジ部４１の形状についても、円形、楕円形、花形など種々の形状のものを採用することができる。また、ここでのフランジ部４１の裏面部３５の座面は平坦である。

図１３（ｃ）は上記ナット３２を圧入接合するプレート３８を示したものである。このプレート３８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４０が穿設されている。この孔部４０は、プレート３８面に直交し且つストレートな孔である。このプレート３８における上記ナット３２との接合部位は平坦であるが、プレート３８の孔部４０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。

上記ナット３２の突出部３６には、図１３等に示すように面取り部３７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３７は金型成形の都合上形成されるものであり、また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３７は侵食され圧入後にはほとんど原形は無くなる。上記ナット２の突出部３６の高さ幅（ｈ）については、上記面取り部３７を含めた概念である。突出部３６の肉厚（ｓ）は、上記螺孔３４の螺子溝の谷と突出部３６の外径部との間の寸法であり、螺子溝が設けられていない場合には突出部３６の筒の肉厚である。

この実施の形態では、上記プレート３８の板厚（ｔ）と、上記ナット３２の突出部３６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）寸法としている。これは、突出部３６がプレート３８の板厚（ｔ）以上に圧入されると、両部材の接合範囲以上に圧入が行なわれることになり、これでは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、ナット３２の突出部３６の高さ幅（ｈ）が板厚（ｔ）より大きいと、接合後にプレート３８から突出部３６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。

上記プレート３８は、特に自動車のメンバ、パネル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。この高張力鋼板としては、Ｃ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂ等の合金元素が含まれた鋼板或いはこれを熱処理したデュアルフェーズ（ＤＰ）鋼板があり、引張強度が７８０Ｎ／ｍｍ^２以上の強度を有する。抵抗溶接において、酸化被膜の影響が発生するのは引張強度が７８０Ｎ／ｍｍ^２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。

上記ナット３２及びプレート３８の材料に関しては、特に高張力鋼板からなるプレート３８に鋼製或いは高張力鋼製のナット３２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ナットの溶接に比べて、溶接不良は発生しないので好適である。もちろん、プレート３８及びナット３２の材料として、一般加工用鋼材、自動車用高張力鋼材、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、表面処理をしたナットにも適用可能である。

ここで、上記フランジ付のナット３２を上記プレート３８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１６に示すように、クローム銅製の下型４４と上型４６を有する冶具を用い、母材としてのプレート３８に上記ナット３２の突出部３６を接合する。この冶具の上型４６の中央部には、上記ナット３２を密着保持する穴部４８が設けられており、また下型４４、上型４６はそれぞれ電極として機能する。

上記上型４６の穴部４８は、ナット３２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。また、電極同士の接触防止のため、穴部４８の下端部はナット３２の裏面部３５から少し上寄りの位置としている。なお、上記上型４６は穴部４８のない平坦な形態でも使用可能である。

図１６に示すように、突出部３６とプレート３８の孔部４０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＝突出部３６の直径−孔部４０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、プレート３８の孔部４０の直径を、ナット３２の突出部３６の直径より小さい寸法とする。圧入接合の条件として、基部がＭ８規格のナットを用い、プレートとして板厚２．８ｍｍの７８０Ｎ／ｍｍ^２の高張力鋼板を用いた場合において、印加電流は１６ｋＡとし、加圧力は２ｋＮとした。この加圧力は、母材であるプレート３８の応力（ここでは突出部がプレート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、プレート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４４の上面に上記プレート３８を載置し、上型４６の穴部４８にナット３２を保持させ、上型４６とともにこのナット３２を降下させる。そして、突出部３６の下端部が孔部４０の縁に接する状態で位置合わせを行う。次に、上型４６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４４及び上型４６を介してナット３２とプレート３８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突出部３６の孔部４０への圧入が開始され、この突出部３６がプレート３８の孔部４０内を垂直に降下移動する。そして、突出部３６の先端部が孔部４０の中間位置に到達し、同時にナット３２の裏面部３５（座面）がプレート３８の表面に密着する。このような製造工程により、ナット３２とプレート３８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、ナット３２の突出部３６の全周がプレート３８の孔部４０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。

ナット３２及びプレート３８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、予めナット３２及びプレート３８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４６を降下させ、突出部３６の下端部が孔部４０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ナット３２、プレート３８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ナット３２の圧入が開始され、突出部３６がプレート３８の孔部４０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ナット３２が圧入接合され、ナット３２の裏面部３５がプレート３８の表面部に当接して接合を完了する。そして、ナット３２の突出部３６とプレートの孔部４０とは、両者間に固相接合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。

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、上記接合界面にはナット３２の突出部とプレート３８の孔部４０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。

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）を伴った固相接合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、ナット３２とプレート３８の孔部４０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３９に収められ、これによりナット３２の裏面部３５がプレート３８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。

このように、ナットの座面がプレートに均一に密着するので、フランジ付のナット特有の、高荷重性の発揮、及び広い座面の確保が図れ、揺さ振り、曲げ、捩れなどに対する補強というフランジ付のナットの本来の目的が達成され、特にプレート３８の板厚が薄い場合（１．０ｍｍ程度）には、プレート３８がフランジ部４１の座面によって効果的に補強される。また、ナットのフランジ部４１はプレート３８に固着していないため、接合部に加わる微小な左右動などによる表面の喰い込みの防止が図れ、これについても特にプレート８が薄い場合には有効である。

ここで、フランジ付きナットの強度等の問題であるが、上記第一の実施の形態で説明した、社内試験Ａ及び社内試験Ｂで用いたナットは、フランジ部の無いナットに突出部を設けた形態のものについて行なったものであるが、これらの試験は、ナットの突出部の高さ幅（ｈ）及び肉厚（ｓ）に係る内径の収縮及び強度の試験であり、何れもフランジ部の有無とは関係がないものであるため、フランジ付のナットの場合であっても試験結果は同様である。

したがってフランジ付のナットについても、上記実施の形態と同様に、ナットの突出部の突出高さ幅（ｈ）は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内では、突出部３６の内径の収縮程度は概ね良好と考えられる。また、ナットの突出部３６の肉厚（ｓ）は、１．０ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内では、十分かつ強力な強度が確保される。これから、ナットの突出部３６の肉厚（ｓ）は、１．０ｍｍ以上の範囲内では、突出部３６の内径の収縮程度は概ね良好と考えられる。また、ナットの突出部３６の肉厚（ｓ）は、１．０ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内では、十分かつ強力な強度が確保される。また、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る。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。

なお、この実施の形態では、加工容易等から、ナット３２の突出部３６の外形及びプレート３８の孔部４０の形状を円形としたが、これらは他の形状であっても両者が相似の関係にあれば圧入の条件は満足され、例えば、楕円形状、六角形状、八角形状等の形態についても適用は可能である。

また、上記社内試験（圧入接合と従来のプロジェクション溶接との押込み剥離強度について比較）により確認された結果はフランジ付のナットについても同様であり、圧入接合ナットは一般溶接ナットに比べて、接合時の印加電流等の接合条件の自由度が高く、このため電流コントロールの制御などが容易で作業性が良く、また特に高張力鋼板との接合において優れた接合強度が得られ、さらにプレートにメッキ鋼板を用いた場合であっても、圧入接合ナットは広い電流範囲で高い剥離強度が得られる。

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プレート３８に上記ナット３２を固定したものが用いられる。図１７に示すように、上記ナット３２を接合したプレート３８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、これにボルト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。このとき、ナット３２の座面はプレート３８に密着していることから、取付位置、ねじの直角度の精度が確保され、ボルト１９がスムーズに螺入できて、締結時のねじのかみつきが防止され良好に締結が行なえる。

従って上記実施の形態によれば、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、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。また、ナットの座面がプレートに均一に密着するので、フランジ付のナット特有の、高荷重性の発揮、及び広い座面の確保が図れ、揺さ振り、曲げ、捩れなどに対する補強という本来の目的が確実に達成され、長期使用時のネジのゆるみも防止できる。また、この圧入接合構造により接合の中心部で全周にわたり部材同士が一体化するので、応力が分散して安定した強度が維持される。また、ナットのフランジ部は固着していないため、接合部に加わる微小な左右動などによる表面の喰い込みの防止が図れる。

さらに、プレート、ナット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、また接合部が溶融しないため材料に水素が浸入せず、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。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。また、この圧入接合では、ナットの位置精度についても孔部にナッ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、プレートとして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。

図１８は、他の形状のフランジ部を有するフランジ付のナット６２を示したものである。このナット６２は、上記ナット３２と同様に突出部３６を形成し、さらにフランジ部６１の端部の板厚を１．０ｍｍ程度とし、かつこのフランジ部６１の基部３３との境界部分の板厚を１．５ｍｍ程度としている。また、フランジ部６１の裏面部６５は、座面の全体を凹球面状に形成している。この場合、上記裏面部６５の凹球面の中央部付近と外縁部との高さの差は０．５ｍｍ以下とし、圧入初期のフランジ部６１とプレート３８とのショートを防止する。なお、圧入の後半においては上記ショートが発生しても、圧入部分は十分に加熱されていることから圧入接合自体に与える影響は少ない。そして、ナット６２の突出部３６全体をプレート３８の孔部４０に圧入する。このように、フランジ部６１を薄くしたことにより溶接時の発熱によって、フランジ面をプレート３８の形状になじませることができ、プレート３８に多少の屈曲があっても比較的均一に圧力を加えることができる。また、フランジ部６１の座面を凹球面状に形成することで、プレート３８の面が多少凸凹していても比較的フランジ部の全体に均一に圧力が加えられ、また外周部への加圧力が強くなり緩みが防止される。

次に、他の実施の形態に係るフランジ付のナットについて説明する。図１９に示すように、この実施の形態に用いるフランジ付のナット５２は、突出部５６として外周に複数の凸条部５５を形成したものであり、これ以外の形状は上記ナット３２と同様である。このナット５２は、上記ナット３２の上記突出部３６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５５が形成された形態である。したがって、圧入の際には、プレート３８の孔部４０の壁面に対して、上記凸条部５５が部分的に接合する。このため、この接合構造はナット５２の突出部５６の複数部分がプレート３８の孔部４０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フランジ付のナット及びプレート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、上記実施の形態の圧入接合と同様であるが、ここでは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。上記ナット５２の突出部５６とプレート３８の孔部４０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４４の上面に上記プレート３８を載置する一方、ナット５２を穴部４８に嵌入して取付けた上型４６をナット５２とともに降下させる。そして上型４６を一定の加圧力を付勢して押圧し、さらに下型４４と上型４６を介してナット５２とプレート３８間に通電する。すると、電気抵抗熱の発生とともに突出部５６の圧入が開始され、凸条部５５がプレート３８の孔部４０内を降下移動し、突出部５６の先端部がプレート３８の孔部４０の中間位置に到達する。この場合、凸条部５５とプレート３８の孔部４０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、ナット５２とプレート３８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、ナット５２の突出部５６の外径を円形とする一方、プレート３８の孔部４０の内周部を複数部分切り欠き、上記突出部５６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、ナットの突出部とプレート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、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。また、ナットの座面がプレートに均一に密着するので、フランジ付のナット特有の、高荷重性の発揮、及び広い座面の確保が図れ、揺さ振り、曲げ、捩れなどが防止でき、またナットのフランジ部は固着していないため、接合部表面の喰い込みの防止が図れる。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。

次に、第三の実施の形態に係り、圧入接合用の締結部材としてのボルト及びその圧入接合構造を図面に基づいて説明する。図２０（ａ）は、上記ボルト７２を示したものである。このボルト７２は、六角形状の頭部７３と軸部８１とを有し、この軸部８１は頭部７３の下部位置に断面円形状の拡径部７６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７４が形成されている。上記拡径部７６の直径（Ｄ）は、上記軸部７４の直径（Ｅ）よりも大きく形成されている。

図２０（ｂ）は上記ボルト７２を圧入接合するパネル７８を示したものである。このパネル７８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８０が穿設されている。この孔部８０は、パネル７８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７２の拡径部７６の直径（Ｄ）と、軸部７４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７６の直径と孔部８０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７６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７２の拡径部７６とパネル７８の孔部８０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７８の板厚（ｔ）と、上記ボルト７２の拡径部７６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７６がパネル７８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７２の拡径部７６の高さ幅（ｈ）が板厚（ｔ）より大きいと、接合後にパネル７８から拡径部７６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２１（ａ）（ｂ）は、他の形態の圧入接合用のボルト８２を示したものである。このボルト８２の頭部８３は円形状であり、この頭部８３の裏面部７５から軸部として拡径部７６及び軸部７４が形成されている。さらにこのボルト８２は、頭部８３の裏面部７５に上記拡径部７６を囲む状態で環状の溝からなるバリ収納部７９が形成されている。上記ボルト７２，８２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７９は、図２２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７９は、拡径部７６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７９は、拡径部７６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７２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７２の形状については、頭部が六角、四角、円形、また軸部８１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８１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７６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７６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７６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７８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。この高張力鋼板としては、Ｃ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂ等の合金元素が含まれた鋼板或いはこれを熱処理したデュアルフェーズ（ＤＰ）鋼板があり、引張強度が７８０Ｎ／ｍｍ²以上の強度を有する。抵抗溶接において、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７８に穿設された孔部８０は、パネル７８面に直交し且つストレートな孔である。このパネル７８における上記ボルト７２との接合部位は平坦であるが、パネル７８の孔部８０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７２の拡径部７６には、上記軸部７４との間に面取り部７７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７７は金型成形の都合上形成されるものであり、またパネル７８の孔部８０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７７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７２の拡径部７６の高さ幅（ｈ）については、上記面取り部７７を含めた概念である。

上記ボルト７２及びパネル７８の材料に関しては、特に高張力鋼板からなるパネル７８に鋼製或いは高張力鋼製のボルト７２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７８及びボルト７２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７２を上記パネル７８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２３に示すように、クローム銅製の下型８４と上型８６を有する冶具を用い、母材としてのパネル７８に上記ボルト７２の拡径部７６を接合するものである。この冶具の上型８６の中央部には、上記ボルト７２を密着保持する穴部８８が設けられており、また下型８４、上型８６はそれぞれ電極として機能する。

上記上型８６の穴部８８は、ボルト７２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８４の中央にも、ボルト７２の軸部７４が突入する穴部８７が設けられている。また、電極同士の接触防止のため、上型８６の穴部８８の下端部はボルト７２の裏面部７５から少し上寄りの位置としている。なお、上記上型８６は穴部８８のない平坦な形態でも使用可能である。

図２３に示すように、拡径部７６とパネル７８の孔部８０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７６の直径−孔部８０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７８の孔部８０の直径を、ボルト７２の軸部７４の直径より大きくして挿通可能とし、かつボルト７２の拡径部７６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７８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８４の上面に上記パネル７８を載置し、上型８６の穴部８８にボルト７２を保持させ、上型８６とともにこのボルト７２を降下させる。そして、ボルト７２の軸部７４をパネル７８の孔部８０に突入して降下させ、拡径部７６の下端部が孔部８０の縁に接する状態で位置合わせを行う。次に、上型８６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８４及び上型８６を介してボルト７２とパネル７８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７６の孔部８０への圧入が開始され、この拡径部７６がパネル７８の孔部８０内を垂直に降下移動する。そして、拡径部７６の先端部が孔部８０の中間位置に到達し、同時にボルト７２の頭部７３の裏面部７５（座面）がパネル７８の表面に密着する。このような製造工程により、ボルト７２とパネル７８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７２の拡径部７６の全周がパネル７８の孔部８０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７２及びパネル７８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７２及びパネル７８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８６を降下させ、拡径部７６の下端部が孔部８０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７２、パネル７８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７２の圧入が開始され、拡径部７６がパネル７８の孔部８０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７２が圧入接合され、ボルト７２の裏面部７５がパネル７８の表面部に当接して接合を完了する。そして、ボルト７２の拡径部７６とパネルの孔部８０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７２とパネル７８の孔部８０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７９に収められ、これによりボルト７２の裏面部７５がパネル７８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７８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７２はＭ８規格の大きさのものを用い、この拡径部７６の外径を略１１ｍｍとし、拡径部７６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７８に上記ボルト７２を固定したものが用いられる。図２４に示すように、上記ボルト７２を接合したパネル７８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８９締めにより他の構成部品９０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７２の拡径部７６及びパネル７８の孔部８０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、他の実施の形態に係る圧入ボルトついて説明する。図２５に示すように、この実施の形態に用いるボルト９２は、拡径部９６として外周に複数の凸条部９５を形成したものである。このボルト９２は、上記ボルト７２の上記拡径部７６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９５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７８の孔部８０の壁面に対して、上記凸条部９５が部分的に接合する。このため、この接合構造はボルト９２の拡径部９６の複数部分がパネル７８の孔部８０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９２の拡径部９６とパネル７８の孔部８０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８４の上面に上記パネル７８を載置する一方、ボルト９２を穴部８８に嵌入して取付けた上型８６をボルト９２とともに降下させる。そして上型８６を一定の加圧力を付勢して押圧し、さらに下型８４と上型８６を介してボルト９２とパネル７８間に通電する。すると、電気抵抗熱の発生とともに拡径部９６の圧入が開始され、凸条部９５がパネル７８の孔部８０内を降下移動し、拡径部９６の先端部がパネル７８の孔部８０の中間位置に到達する。この場合、凸条部９５とパネル７８の孔部８０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９２とパネル７８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９２の拡径部９６の外径を円形とする一方、パネル７８の孔部８０の内周部を複数部分切り欠き、上記拡径部９６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。

符号の説明

２，１２，２２，３２，４２，５２ナット
３，３３基部
４，３４螺孔
５，３５，７５裏面部
６，２６，３６，５６突出部
８，３８プレート（板材）
１０，４０，８０孔部
３２，４２，５２，６２フランジ付のナット
３９，７９バリ収納部
４１フランジ部
７２，８２ボルト
７３，８３頭部
７６，９６拡径部（突出部）
７８パネル（板材）

Claims

基部と、この基部の中心部を貫通する螺孔と、この螺孔の周囲部から筒状に突出形成され、プレートに設けた円形の孔部に電気抵抗熱を伴う圧入により全周を固相接合するための０．５ｍｍから２ｍｍの範囲の突出高さ幅が設けられた突出部とを有し、
上記基部の裏面部に、上記突出部を囲む状態で形成された環状の溝部からなるバリ収納部を設ける一方、上記突出部の端部周囲に面取り部を形成したことを特徴とする圧入接合用のナット。
中心部に螺孔が設けられた基部と、この基部の裏面部側に基部と一体に形成され中央に上記螺孔と連続する孔部が設けられたフランジ部と、このフランジ部の孔部の周囲部から筒状に突出形成され、プレートに設けた円形の孔部に電気抵抗熱を伴う圧入により全周を固相接合するための０．５ｍｍから２ｍｍの範囲の突出高さ幅が設けられた突出部とを有し、
上記フランジ部の裏面部に、上記突出部を囲む状態で形成された環状の溝部からなるバリ収納部を設ける一方、上記突出部の端部周囲に面取り部を形成したことを特徴とする圧入接合用のナット。
上記フランジ部の外側端部の板厚を１．０ｍｍ程度とし、かつフランジ部の裏面部における座面の全体を凹球面状に形成したことを特徴とする請求項２記載の圧入接合用のナット。
上記突出部の筒の肉厚を１．０ｍｍ以上に形成したことを特徴とする請求項１，２又は３記載の圧入接合用のナット。
所定の位置に円形の孔部が設けられたプレートと、基部の中心部を貫通する螺孔の周囲部から筒状に突出形成され、上記孔部に全周が接合され、且つ０．５ｍｍから２ｍｍの範囲の突出高さ幅が設けられた突出部を有するナットとの接合構造であって、
上記ナットの基部の裏面部に、上記突出部を囲む状態で形成された環状の溝部からなるバリ収納部を設ける一方、上記突出部の端部周囲に面取り部を形成し、
上記プレートと上記ナット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。
上記プレートに高張力鋼材、又は亜鉛メッキによる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記載の圧入接合構造。
上記突出部の突出高さ幅を、上記プレートの板厚と同じか又はより小さくしたことを特徴とする請求項５又は６記載の圧入接合構造。
上記基部の裏面部側に基部と一体に形成され中央に上記螺孔と連続する孔部が設けられたフランジ部を設け、上記突出部をこのフランジ部の孔部の周囲部から突出形成し、上記バリ収納部を上記フランジ部の裏面部に設けたことを特徴とする請求項５又は６記載の圧入接合構造。
所定の位置に円形の孔部が設けられたプレートと、基部の中心部を貫通する螺孔の周囲部から筒状に突出形成され、上記孔部と相似形状の断面が形成され、且つ０．５ｍｍから２ｍｍの範囲の突出高さ幅が設けられた突出部を有するナットとの接合方法であって、
上記ナットの基部の裏面部に、上記突出部を囲む状態で形成された環状の溝部からなるバリ収納部を設ける一方、上記突出部の端部周囲に面取り部を形成し、
上記突出部と上記孔部との間に径に対して０．２ｍｍから０．６ｍｍの範囲の圧入代を設け、
上記プレートを一の電極で保持する一方、上記ナッ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ことを特徴とする圧入接合方法。
上記プレートに高張力鋼材、又は亜鉛メッキによる表面処理をした鋼材を用いたことを特徴とする請求項９記載の圧入接合方法。
上記突出部の突出高さ幅を、上記プレートの板厚と同じか又はより小さくしたことを特徴とする請求項９又は１０記載の圧入接合方法。
上記基部の裏面部側に基部と一体に形成され中央に上記螺孔と連続する孔部が設けられたフランジ部を設け、上記突出部をこのフランジ部の孔部の周囲部から突出形成し、上記バリ収納部を上記フランジ部の裏面部に設けたことを特徴とする請求項９又は１０記載の圧入接合方法。