JP5405144B2 - 溶接スタッド - Google Patents

Description

本発明は、特に自動車製造のための、引き上げ式アーク方法を用いて溶接される溶接スタッドに関する。

自動組み立て工程のために、特定の種類の溶接スタッドが用いられることが多い。これらの工程においては、例えば、自動車製造工程における最終組み立ての際、溶接スタッドにナット又は他のファスナが実装され、これらに対して、自動ねじ込みシステム、空気式ねじ回し、又はバッテリ式ねじ回しによって、トルクが加えられる。ナットがスタッド上に正しく配置されないことが、往々にしてある。その理由には、提供される製造時間が短いこと、及び、シャシー内における空間的条件が挙げられる。これらの状況は、ナット又はスタッドが、ねじ山に正しく係合されず、ねじの異常噛み合いが生じるという結果をもたらす。これにより、ねじ山が壊され、指定されたねじ接続の最終的強度を達成することができなくなる。その結果、付加的なコストがかかる修理ということになってしまう。

自動組み立て工程は、この分野において長い間存在していたので、その解決の手法はねじ技術において公知である。従って、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、及び特許文献５は、異常噛み合いを回避するための選択肢を示す。

特許文献１、特許文献２、及び特許文献３は、偏心した案内点の原理を用いるねじを開示する。ここでのアプローチの基本は、ねじを最初に雌ねじの中に比較的深く挿入し、速やかに正しいねじ山と係合状態にできることである。案内点の偏心度又はコニシティ（ｃｏｎｉｃｉｔｙ）がより小さい直径をもたらし、より多くの横方向の空間を利用可能にすることから、このことが可能になる。数回回転した後、確実なねじ係合が達成される。ねじ山を損傷することなく、ねじ込み工程を継続することができる。

特許文献４は、最初は最前端部にねじ山を有しておらず、さらに進むと部分的なねじ山を有し、次に完全なねじ山に移行する案内点を有する、ねじを示す。ここでも、作用の原理は、ねじ係合が行なわれる前に案内点を雌ねじの中に相対的に深く押し込むことができるというものである。ねじを一回回転することにより、さらなる貫入、及び、更なるねじ軸線の位置合わせが可能になるので、角度は、ねじ山のピッチ角より著しく小さくなる。このことは、異常噛み合いのリスクを著しく低減させるのに役立つ。

特許文献６に開示されるねじは、ねじ込み中により良好な案内を達成するように意図された２つの異なるねじプロファイルを使用するものである。さらに、このねじは、完全にねじ山をもたない案内点を有する。ねじが斜めに雌ねじに適用されるときでさえ、案内点は、丸ねじを有する領域に移行し、丸ねじは雌ねじに係合するように設計される。異常噛み合いが生じた場合、丸ねじの係合は、雌ねじを破壊するのに十分なほど強いものではない。代わりに、丸ねじは、雌ねじから抜け出て、正しいねじ山の中に自分の位置を調整する。ねじがさらに回転するにつれて、ねじの後端部における最終的に完全に形成されたねじ山に係合し、ねじ接続の最終強度が達成されるまで、ねじ山により一層係合するようになる。

欧州特許第ＥＰ ０ ３４５ ３７３ Ｂ１号 米国特許第５，０７３，０７３号 米国特許第４，９８１、４０６号 米国特許第５，６０９，４５５号 欧州特許第ＥＰ ０ ８４０ ８５９ Ｂ１号 欧州特許第ＥＰ １ ００８ ７７０ Ａ２号

上述した解決手法は、駆動工具の内でねじがある程度移動可能に配置されるねじ締結工程にしか適していないという不利な点を有する。このことは、ねじがねじ山に正しく係合した後に自分の位置を調整し、損傷することなくねじ締結工程を継続することができる唯一の方法である。溶接スタッドは基材又は基部の薄板に剛に接続されており、よって、この調整動作を行なうことはできないので、このことは、本出願により定められたような溶接スタッドにおいては可能でない。

本発明の目的は、自動式及び半自動式ねじ締結工程に適しており、かつ、高い信頼性でねじ山を正しくねじ込むことを保証する溶接スタッドを規定することである。

この目的は、本発明に従って、請求項１に規定される特徴を有する溶接スタッドにより達成される。従属請求項においては、更なる有利な開発が規定される。

溶接スタッドで行なわれるねじ締結工程における異常噛み合いを回避できるように、溶接スタッドの前端部に（ねじ込み地点に）形成された、少なくとも２つの、好ましくは４つの傾斜面を、溶接スタッドに設けることが、本発明により提案される。傾斜面は、３°から１２°まで、理想的には６°の角度を有し、その結果、後のねじ製造の際にスタッド地点の区域にねじ山がないままになる。４つの傾斜面を用いることによって、最良の結果が達成されることが、実験により示された。

溶接スタッドの前方領域が、少なくとも１つの先細り状直径グラデーション部（ｇｒａｄａｔｉｏｎ）を有するように設計されることが有利であることも分かった。直径グラデーション部により、前方領域のねじ山が完全に形成されず、その結果、ねじ山へのねじ込みが助けられることになる。

本発明の溶接スタッド設計を用いて、１２°までのナットの傾斜した配置を、難なく補償することができ、スタッドと雌ねじとの間に異常噛み合いが生じないことが、実験により示された。これは、ナットが斜めに配置されたとき、ナットは、スタッド先端部の傾斜面のために転がり運動に遭遇し、その結果、わずかに回転した後、ねじ又はスタッドと正しく係合することになる。本発明は、金属スタッド及び並目スタッドの両方のために用いることができる。

本発明の溶接スタッドは、ねじ込みの誤りによって引き起こされる損傷の頻度を低減させる。ねじ山の正しいねじ込みを保証するために、最初にナットを手で配置する必要はない。このことは、改善された仕事場の人間工学をもたらし、円滑な作業の流れを助長する。自動ねじ駆動システムを用いて、極めて多くの作業を行なうことができるので、製造時間が減少される。

ナットをねじ込む前の、基部に溶接された本発明による溶接スタッドである。 本発明による溶接スタッドを製造するためのプレス加工されたブランクである。 本発明による塗装削り溝を有する溶接スタッドである。

本発明は、図面に示される例示的な実施形態に基づいて以下に詳細に説明される。

通常、溶接スタッドは、ケーブルハーネス・ファスナ、パイプサポート、モジュールキャリアのような機能的支持部を取り付けるために、最終的な組み立ての際に用いられるものである。多くの場合、これは、空気式又はバッテリ式ねじ回しによって半自動式に行なわれる。図１は、ねじ締結工程のすぐ前の、こうしたセットアップを示す。溶接スタッド１は、その溶接可能な端部において基部５に溶接され、通常、既に塗装されている。その前端部において、溶接スタッド１は、互いに正反対に配置された少なくとも２つの、好ましくは４つの平坦な傾斜面４を有する。傾斜面４の各々は、スタッド軸線に対して、３°から１２°までの、好ましくは６°の傾斜を有する。

半自動式ねじ締結工程においては、ロックナット８をスタッドの上に案内しなければならない場合がある。一般に、このことを、スタッド軸線８に対して厳密に平行になるように行なうことはできず、代わりに、ある適用角度ｘで行なわれる。その結果、従来の溶接スタッドが用いられるとき、スタッド１のねじ山とナットの異常噛み合いのリスクがある。これは、他の要因の中でも、スタッドが塗装されているという事実によってさらに悪化する。

対照的に、本発明による溶接スタッド１の場合、スタッド端部における本発明の傾斜面４は、ナット８が斜めに配置され、駆動工具６の回転Ｒが同時に生じるとき、ナット８がわずかな転がり運動（ｔｕｍｂｌｉｎｇ ｍｏｔｉｏｎ）Ｔを行なうことを保証する。特に、このことは、駆動工具６がナット８のレンチ平面に対して一定の運動の遊びを有することから可能になる。このように、スタッドのねじ山３の上にナット８を適切にねじ込むことが保証される。

図２は、溶接スタッドの別の実施形態を生成するためのプレス加工されたブランク１０を示す。プレス加工されたブランク１０は、ねじ山の内径よりわずかに小さい第１の段部１１を有する。これは、スタッドの前方の逓減された領域におけるねじ山の不完全な形成をもたらす。図示されていない別の実施形態は、第１及び第２の段部を有することができ、前方の第１の段部は、ねじ山の公称直径より著しく小さいが、第２の段部よりわずかに小さいだけである。第２の段部は、ねじ山の公称直径よりわずかに小さい。これらの変形の両方において、形成された傾斜面４が、理想的には、これらの段部を超えて延びる。

溶接スタッド２０の別の有利な実施形態が、図３に示される。溶接スタッド２０は、傾斜面２４で終端し、よって、ねじ先端部領域の所まで効果がない、塗料削り溝２１を有する。塗料削り溝２１は、ねじ付きナットのようなファスナを予め塗装された溶接スタッド上により容易に取り付けることができるという効果を達成する。

１、２０：溶接スタッド
４、２４：傾斜面
６：駆動工具
８：ナット
１０：ブランク
２１：塗料削り溝

Claims (13)

1. 溶接可能なヘッドと、該ヘッドから延びるシャンクとを有する溶接スタッドであって、
   前記シャンクは、該シャンクの円筒形の基本形状の上に形成された螺旋状の雄ねじを有し、前記ヘッドとは反対側の前記シャンクの端部領域は、スタッド軸線からの距離が前記ヘッドとは反対側の該シャンクの端部に向けて減少するような傾斜を有する少なくとも２つの平坦な傾斜面を有し、
   前記ヘッドとは反対側の前記シャンクの前記端部領域は、少なくとも１つの先細り状直径グラデーション部を有する
   ことを特徴とする溶接スタッド。
2. 前記ヘッドの反対側にある前記シャンクの前記端部領域は、少なくとも４つの傾斜面を有することを特徴とする、請求項１に記載の溶接スタッド。
3. 前記傾斜面は、スタッド軸線に対して、２°から２０°までの傾斜を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の溶接スタッド。
4. 前記傾斜面は、スタッド軸線に対して、３°から１２°までの傾斜を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の溶接スタッド。
5. 前記傾斜面は、６°の傾斜を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の溶接スタッド。
6. 前記直径グラデーション部の前記直径は、ねじ山の内径よりわずかに小さいことを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の溶接スタッド。
7. 前記ヘッドとは反対側の前記シャンクの前記端部は、２つの直径グラデーション部を有し、前記ヘッドとは反対側の前記シャンクの前記端部に近い側である前方に位置する第１の直径グラデーション部は、第２の直径グラデーション部より小さく、前記第２の直径グラデーション部は、前記ねじ山の公称直径よりわずかに小さいことを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の溶接スタッド。
8. 前記シャンクは、該シャンクの長手方向に延び、かつ、前記ねじ山を中断する、少なくとも１つの塗装削り溝を有することを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の溶接スタッド。
9. 前記塗装削り溝は、傾斜面で終端することを特徴とする、請求項８に記載の溶接スタッド。
10. 前記塗装削り溝は螺旋状に延び、前記雄ねじの外周上の前記螺旋のピッチ角は、７０°から８５°までであることを特徴とする、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の溶接スタッド。
11. 請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の溶接スタッドを製造する方法であって、
    金属製スタッド・ブランクを、溶接可能なヘッドと、該ヘッドから延びる円筒形シャンクとを有する形状に形成し、
    前記ヘッドとは反対側の前記シャンクの端部領域を、スタッド軸線からの距離が該シャンクの端部に向けて減少するような傾斜を有する少なくとも２つの平坦な傾斜面を有する形状に形成し、
    最終的に、前記シャンクをねじ転造機に１回通過させることにより、平ダイスによって、ねじ山を該シャンクの周面に転造形成する
    ことを特徴とする方法。
12. 前記スタッド・ブランクは、前記ヘッドとは反対側の前記シャフトの前記端部領域において、少なくとも１つの先細り状直径グラデーション部を有するように形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ねじ山を中断するように前記シャンクの長手方向に延びる、少なくとも１つの塗装削り溝が、前記スタッド・ブランクの周面に転造形成されることを特徴とする、請求項１１又は請求項１２に記載の方法。

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