JP5876405B2

JP5876405B2 - ピアスナットの締結方法

Info

Publication number: JP5876405B2
Application number: JP2012262525A
Authority: JP
Inventors: 高橋　直樹; 直樹高橋; 佐藤　孝則; 孝則佐藤; 出堀
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: JP2014109291A

Description

本発明は、ピアスナットの締結方法に関する。

従来、プレスによってワークに締結されるピアスナットが知られている。ピアスナットは、ねじ孔が形成されたナット本体と、ナット本体の下面から下方に且つねじ孔と同心状に延出する内筒部及び外筒部と、を備える。内筒部と外筒部の間には、下方に向かって開口する環状凹部が形成される。内筒部は外筒部よりも長く延出し、これにより、内筒部の先端部が外筒部の先端部よりも下方に位置している。また、内筒部の外周面は、下方に向かって拡径するテーパとなっている。

ピアスナットは、次のようにしてワークに締結される。先ず、ピアスナットの内筒部の外周に嵌合する孔部と、当該孔部の周縁に形成され且つピアスナットの環状凹部内に挿入される環状突部と、を上面に有するダイ上に、ワークを載置する。次いで、パンチの先端にピアスナットを保持し、ピアスナットの内筒部がダイの孔部に嵌合するまでパンチを前進させる。すると、ピアスナットの内筒部がピアスパンチとして作用することでワークが打ち抜かれ、ワークに孔が形成される。同時に、外筒部の先端がワークに当接することで、形成された孔の周縁部のワークがダイの環状突部によってピアスナットの環状凹部内に押し込められて、かしめられる。これにより、環状凹部内にワークが充填されるとともに、内筒部のテーパ状の外周面にワークが密着して抜けなくなる。以上のようにして、ピアスナットがワークに締結される。

ところで、強度が高く延性が低いワークに対してピアスナットを締結すると、環状凹部内に充填されたワークに亀裂が生じ易い。また、環状凹部内にワークが十分に充填されず、環状凹部内に隙間が形成され易い。そのため、ワークに対するピアスナットの締結強度が不十分となるおそれがある。

そこで、プレス荷重を低減して上記不具合の発生を抑制すべく、ピアスナットを打ち抜く前に、予めワークに孔を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、ワークをピアスナットによって打ち抜く必要がないため、プレス荷重を低減できる。

特開２０１０−０７１３１３号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、予めワークに孔を形成するための工程が別途必要となる。即ち、ピアスナットの利点である、孔の形成とかしめによる締結を１工程で行うことができず、作業が煩雑になるという問題があった。従って、孔の形成とかしめによる締結を１工程で行い、且つ高い締結強度が得られるピアスナットの締結方法が望まれる。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、孔の形成とかしめによる締結を１工程で行い、且つ高い締結強度が得られるピアスナットの締結方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、ねじ孔（例えば、後述のねじ孔１１）が形成されたナット本体（例えば、後述のナット本体１０，２０）と、当該ナット本体の下面（例えば、後述のナット本体の下面１０ｂ）から下方に且つねじ孔と同心状に延出する内筒部（例えば、後述の内筒部１２）及び外筒部（例えば、後述の外筒部１３）と、を備え、前記内筒部が前記外筒部よりも長く延出することで前記内筒部の先端部（例えば、後述の内筒部の先端部１２０）が前記外筒部の先端部（例えば、後述の外筒部の先端部１３０）よりも下方に位置するピアスナット（例えば、後述のピアスナット１）の締結方法を提供する。
本発明に係るピアスナットの締結方法は、前記ピアスナットの形状に応じて、鉄系材料からなるワーク（例えば、後述のワークＷ）の所定部位（例えば、後述の加熱部位Ｈ１）をオーステナイト結晶構造の状態に加熱した後に急冷することで、マルテンサイト結晶構造の状態に変化させる焼き入れが可能な温度以上に加熱する加熱工程と、前記内筒部の外周に嵌合可能な孔部（例えば、後述の孔部９１）と、当該孔部の周縁に形成され且つ前記内筒部と前記外筒部の間に形成された環状凹部（例えば、後述の環状凹部１４）内に挿入可能な環状突部（例えば、後述の環状突部９２）と、を有するダイ（例えば、後述のダイ９）上に、前記環状凹部と前記環状突部によりかしめられる部分の一部に前記焼入れ可能温度以上に加熱された部位が配置されるように前記ワークを載置し、この状態で、前記内筒部が前記孔部に嵌合するまで前記ピアスナットで前記ワークを打ち抜くことで、前記ピアスナットを前記ワークに締結する締結工程と、を有することを特徴とする。

本発明に係るピアスナットの締結方法では、先ず、孔の形成とかしめによる締結を行う前に、ピアスナットの形状に応じてワークの所定部位を焼入れ可能温度以上に加熱する。
そして、内筒部の外周に嵌合可能な孔部と、孔部の周縁に形成され且つ内筒部と外筒部の間に形成された環状凹部内に挿入可能な環状突部と、を有するダイ上に、環状凹部と環状突部によりかしめられる部分の一部に焼入れ可能温度以上に加熱された部位が配置されるように、ワークを載置する。
次いで、内筒部が孔部に嵌合するまでピアスナットでワークを打ち抜く。すると、内筒部がピアスパンチとして作用してワークに孔が形成されるとともに、外筒部の先端がワークに当接することで、ワークがダイの環状突部によってピアスナットの環状凹部内に押し込められて、かしめられる。
このとき、ワークのかしめられる部分の一部が、焼入れ可能温度以上に加熱された部位であるため、材料が流れ易く延び易い状態となっている。その結果、ワークに亀裂が生じ難く、環状凹部内に十分にワークが充填される。
また、焼入れ可能温度以上に加熱された部位は、かしめられる部分の全部ではなく一部に過ぎないため、全部を加熱した場合に比べて冷却速度が速い。そのため、当該部位が焼なましされることなく焼入れすることができるため、締結後のワークの硬度を高めることができる結果、より高い締結強度が得られる。
従って、本発明によれば、孔の形成とかしめによる締結を締結工程の１工程で行い、且つ高い締結強度でピアスナットをワークに締結できる。

本発明によれば、孔の形成とかしめによる締結を１工程で行い、且つ高い締結強度が得られるピアスナットの締結方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係るピアスナットの締結方法によりワークに締結されたピアスナットの断面図である。上記実施形態に係るピアスナットとワークの加熱部位の締結工程時における位置関係を示す平面図である。上記実施形態の変形例に係るピアスナットとワークの加熱部位の締結工程時における位置関係を示す平面図である。上記実施形態に係るピアスナットの締結方法を説明するための図である。

本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るピアスナットの締結方法によりワークに締結されたピアスナットの断面図である。図１に示すように、ピアスナット１は、ナット本体１０と、内筒部１２と、外筒部１３と、を備える。
本実施形態では、ナット本体１０は、平面視で略正方形状である。ナット本体１０の上面１０ａは平面であり、ナット本体１０の中心部には、上面１０ａから下方に垂直に延びるねじ孔１１が形成される。

内筒部１２は、ナット本体１０の下面１０ｂから下方に、且つねじ孔１１と同心状に延出する。内筒部１２の外径は、後述するダイ９の孔部９１に嵌合する大きさに設定される。内筒部１２の外周面１２１は、下方に向かって拡径するテーパ状に形成される。これにより、ワークＷ１からピアスナット１が抜け難くなり、締結強度が向上する。また、内筒部１２の先端部１２０の先端面は平面であり、その最も外側には、全周に亘って切刃１２０ａが設けられる。

外筒部１３は、内筒部１２の外側に設けられ、ナット本体１０の下面１０ｂの外周部分から下方に、且つねじ孔１１と同心状に延出する。外筒部１３の内周１３０ａは、テーパを含んで形成される。これにより、ワークＷ１からピアスナット１が抜け難くなり、締結強度が向上する。上記の内筒部１２は、この外筒部１３よりも長く延出し、内筒部１２の先端部１２０は、外筒部１３の先端部１３０よりも下方に位置している。

内筒部１２と外筒部１３との間には、下方に向かって開口する環状凹部１４が形成される。本実施形態では、ナット本体１０が平面視で略正方形状であることから、環状凹部１４は平面視で略正方形環状である。環状凹部１４の幅は、後述するダイ９の環状突部９２の幅よりも大きく設定され、ワークＷを介して環状凹部１４内に環状突部９２が挿入可能となっている。

以上の構成を備えるピアスナット１は、図示しないパンチと、図１に示すダイ９とを用いて、ワークＷに締結される。
図示しないパンチの先端には、ピアスナット１が保持される。また、パンチには、当該パンチをダイ９に対して前進及び後退させる駆動源が設けられる。

ダイ９を構成するダイ本体９０の中心部には、下方に垂直に延びる孔部９１が形成されている。孔部９１の内径は、ピアスナット１の内筒部１２の外周が嵌合する大きさに設定される。また、孔部９１の周縁には、上方に突出し、上記の環状凹部１４内に挿入可能な環状突部９２が形成される。
本実施形態では、環状凹部１４が平面視で略正方形環状であることから、環状突部９２は平面視で略正方形環状である。環状突部９２の突出高さは、内筒部１２の延出長さよりも小さく設定される。なお、環状突部９２の上面９２ａは平面であり、環状突部９２の角部は面取りされてＲ状となっている。

ワークＷとしては、板状の鉄系材料が用いられる。強度が高く、延性が低いものを用いることもできる。

本実施形態に係るピアスナット１の締結方法は、加熱工程と、締結工程と、を有する。加熱工程では、締結工程に先立って、ワークＷに対して加熱処理を実施する。締結工程では、加熱処理されたワークＷに対して、孔の形成とかしめによる締結を行う。即ち、本実施形態に係るピアスナット１の締結方法では、孔の形成とかしめによる締結は、締結工程の１工程で行う。

以下、本実施形態に係る加熱工程について、図２及び図３を参照して説明する。
本実施形態に係る加熱工程では、ピアスナット１の形状に応じて、ワークＷの所定部位を焼入れ可能温度以上に加熱する。加熱手段は特に制限されないが、局部的な加熱が可能である観点から、誘導加熱が好ましく採用される。誘導加熱であれば、ワークＷの所望の部位にコイルを配置することで、局部的な加熱が可能である。
本実施形態において、焼入れとは、鉄系材料をオーステナイト結晶構造の状態に加熱した後、急冷することで、マルテンサイト結晶構造の状態に変化させる熱処理を意味する。この焼入れにより、材料の硬度が向上する。焼入れ可能温度は、材料に固有のものであり、材料に応じて決定される。

なお、本実施形態の加熱工程は、ワークＷを製品形状に成形するプレス成形工程時に併せて行うことが可能である。即ち、プレス成形工程において、製品形状にプレス成形する際に、所定部位を焼入れ可能温度以上に加熱することができる。これにより、加熱工程を別途設ける必要がない。

ここで、焼入れ可能温度以上に加熱される部位は、上述したようにピアスナット１の形状に応じて決定できる。図２は、本実施形態に係るピアスナット１とワークＷの加熱部位Ｈ１の締結工程時における位置関係を示す平面図である。図２に示すように、本実施形態では、ピアスナット１のナット本体１０の形状は平面視で略正方形状であり、環状凹部１４の形状は平面視で略正方形環状であるのに対して、ワークＷの加熱部位Ｈ１は、略真円形状である。
ここで、ワークＷにおいて、ピアスナット１の環状凹部１４とダイ９の環状突部９２によりかしめられる部分は、図２に示す環状凹部１４上に配置される部分に略一致する。そして、かしめられる部分（即ち、環状凹部１４上に配置される部分）のうち、加熱部位Ｈ１と重複している部分が、焼入れ可能温度まで加熱される部分である。このように、本実施形態では、かしめられる部分の一部が、焼入れ可能温度まで加熱される。

また、図３は、本実施形態の変形例に係るピアスナット２とワークＷの加熱部位Ｈ２の締結工程時における位置関係を示す平面図である。図３に示すように、本実施形態の変形例では、ピアスナット２のナット本体２０の形状は、平面視で略真円形状である。この場合には、環状凹部２４の形状及び環状突部の形状は平面視で略円形環状となることから、ワークＷの加熱部位Ｈ２は、図３に示すように略正方形状となる。そして、かしめられる部分（即ち、環状凹部２４上に配置される部分）のうち、加熱部位Ｈ２と重複している部分が、焼入れ可能温度まで加熱される部分である。

以下、本実施形態に係るピアスナット１の締結方法について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態に係るピアスナット１の締結方法を説明するための図である。より詳しくは、図４は、本実施形態に係るピアスナット１の締結方法の締結工程を実行しているときの拡大断面図であり、（Ａ）はワークＷに孔が形成される前、（Ｂ）は孔が形成されたとき、（Ｃ）はワークＷがかしめられているとき、（Ｄ）は締結が完了したときを示す図である。

上述したように本実施形態では、締結工程に先立って加熱工程において、ピアスナット１の形状に応じて、ワークＷの所定部位（図２に示す加熱部位Ｈ１）を焼入れ可能温度以上に加熱する。本実施形態の締結工程では、ダイ９上に、環状凹部１４と環状突部９２によりかしめられる部分の一部に加熱部位Ｈ１が配置されるように、ワークＷを載置する。図４（Ａ）では、加熱部位Ｈ１が、環状凹部１４の外周縁まで配置されている部分の断面を示している。
そして、この状態で、先端にピアスナット１を保持する図示しないパンチを前進させていくと、ピアスナット１の内筒部１２の先端部１２０が、ワークＷに当接する。

次いで、図４（Ｂ）に示すように、パンチをさらに前進させていくと、内筒部１２の先端部１２０が環状突部９２の上面９２ａの高さに達したところで、内筒部１２の先端部１２０の最も外側に設けられた切刃１２０ａにより、ワークＷ１が打ち抜かれ、ワークＷ１に孔が形成される。また、ワークＷに孔が形成されるよりも前から外筒部１３の先端部１３０がワークＷに当接することで、ワークＷがダイ９の環状突部９２によってピアスナット１の環状凹部１４内に押し込められて、かしめが開始される。
このとき、ワークＷのかしめられる部分の一部が、焼入れ可能温度以上に加熱された加熱部位Ｈ１であるため、より材料が流れ易く延び易い状態となっており、かしめがスムーズに開始される。

次いで、図４（Ｃ）に示すように、パンチをさらに前進させて内筒部１２を孔部９１に嵌合させていくと、ワークＷが環状突部９２によって環状凹部１４内にさらに押し込められて、かしめられる。
このとき、上述したようにかしめられる部分の一部が焼入れ可能温度以上に加熱された加熱部位Ｈ１であることに加えて、孔が形成されてワークＷの一端側が自由端となっているため、ワークＷを構成する材料はさらに流れ易く延び易い状態となっている。そのため、ワークのかしめ部Ｗｋの肉厚が十分に確保されている。これにより、図４（Ｄ）に示すように、ワークの壁部Ｗａに亀裂が生じるのを抑制できるとともに、ワークの先端部Ｗｃや押し込み部Ｗｂを環状凹部１４内に十分に充填でき、高い締結強度が得られる。

また、焼入れ可能温度以上に加熱された加熱部位Ｈ１は、かしめられる部分の全部ではなく一部に過ぎないため、全部を加熱した場合に比べて冷却速度が速い。そのため、当該加熱部位Ｈ１が焼なましされることなく焼入れすることができるため、締結後のワークの硬度を高めることができる結果、より高い締結強度が得られる。

従って、本実施形態によれば、孔の形成とかしめによる締結を締結工程の１工程で行い、且つ高い締結強度でピアスナット１をワークＷに締結できる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば上記実施形態では、ワークＷとして一枚の板状ワークを用いたが、２枚以上の板材が積層されたワークを用いてもよい。

１…ピアスナット
９…ダイ
１０…ナット本体
１０ｂ…ナット本体の下面
１１…ねじ孔
１２…内筒部
１３…外筒部
１４…環状凹部
９１…孔部
９２…環状突部
１２０…内筒部の先端部
１２１…内筒部の外周面
１３０…外筒部の先端部
Ｗ…ワーク
Ｈ１，Ｈ２…加熱部位

Claims

ねじ孔が形成されたナット本体と、当該ナット本体の下面から下方に且つねじ孔と同心円状に延出する内筒部及び外筒部と、を備え、前記内筒部が前記外筒部よりも長く延出することで前記内筒部の先端部が前記外筒部の先端部よりも下方に位置するピアスナットの締結方法において、
前記ピアスナットの形状に応じて、鉄系材料からなるワークの所定部位を、オーステナイト結晶構造の状態に加熱した後に急冷することで、マルテンサイト結晶構造の状態に変化させる焼き入れが可能な温度以上に加熱する加熱工程と、
前記内筒部の外周に嵌合可能な孔部と、当該孔部の周縁に形成され且つ前記内筒部と前記外筒部の間に形成された環状凹部内に挿入可能な環状突部と、を有するダイ上に、前記環状凹部と前記環状突部によりかしめられる部分の一部に前記焼入れ可能温度以上に加熱された部位が配置されるように前記ワークを載置し、この状態で、前記内筒部が前記孔部に嵌合するまで前記ピアスナットで前記ワークを打ち抜くことで、前記ピアスナットを前記ワークに締結する締結工程と、を有することを特徴とするピアスナットの締結方法。