JP7473574B2 - 締結用部材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム基材からなるパネルにナットを結合して得られる締結用部材の製造方法であって、該パネルは、該ナットの取付穴を有し、該ナットは、雌ねじと該取付穴より拡幅な座面をもつ本体と、該雌ねじの軸方向の一方側へ該座面側から延び該取付穴の深さより長い筒状の結合部とを備え、該結合部は、凹凸状の外周面をもつ回止部と、該回止部から該一方側へ延び該外周面の最大幅よりも縮幅している案内部とを有し、該案内部が該取付穴の他面側から嵌挿された該ナットの両端面側に接した一対の電極から通電して、該ナットの抵抗発熱により該パネルの取付穴周辺を軟化させる通電工程と、該電極による該ナットへの加圧力により、該案内部の一端部をかしめて該パネルの一面側で拡幅した抜止部を形成すると共に該回止部を該取付穴へ食い込ませる加圧工程と、を備える締結用部材の製造方法である。
本発明は、締結用部材としても把握される。例えば、本発明は、アルミニウム基材からなるパネルにナットを結合した締結用部材であって、該パネルは、該ナットの取付穴を有し、該ナットは、雌ねじと該取付穴より拡幅な座面をもつ本体と、該雌ねじの軸方向の一方側へ該座面側から延び該取付穴に嵌装される筒状の結合部とを備え、該結合部は、該取付穴の内周面に食い込んだ凹凸状の外周面をもつ回止部と、該回止部から連なり該パネルの一面側で拡幅した抜止部とを有する締結用部材でもよい。
(1)本明細書でいう「軸方向」は、ナットにある雌ねじの中心軸(螺旋軸)の延在方向である。説明の便宜上、その軸方向に関して、パネル側を一方側、一端側、一面側等といい、ナット側を他方側、他端側、他面側等という。その軸方向に沿って深さ(方向)、厚さ、高さ等を規定し、その軸方向の直交方向に沿って幅(方向)、径等を規定する。
(1)Al基材
Al基材は、展伸材でも鋳造材(主にダイキャスト材)でもよい。Al基材は、純Alでも、Al合金でも、複合材(母材が純Al、Al合金等)でもよい。パネルは、Al基材からなる板材(単に「Al基板」という。)を少なくとも1枚含めばよい。つまり、パネルは、複数のAl基板の積層体でも、Al基板と異種な板材(例えば鋼板)の積層体でもよい。積層体を構成する板材の結合(例えばスポット溶接等)の有無は問わない。
パネルに設けられる取付穴は、嵌挿されるナットの結合部に適した形態(形状、大きさ)であるとよい。取付穴は、円(筒)状に限らず、角形状(方形状等)でもよい。円状の取付穴の大きさ(幅)は、内径で指標される。取付穴の中心線(軸線)は、必ずしも、パネルに対して垂直(直交)でなくてもよい。取付穴の深さは、通常、パネルの厚さ(t)と略同じである。両者が相違するとき、取付穴の深さを寸法基準(t)とする。
ナットは、ボルト等が螺合(貫通)する筒状であり、雌ねじがある本体とパネルに取付けられる結合部とを有する。具体的には、次の通りである。
雌ねじは、本体の全長に亘って形成されていてもその一部に形成されていてもよい。雌ねじは、2ピッチ分以上、3ピッチ分以上さらには4ピッチ分以上あるとよい。敢えていうと、雌ねじのサイズは、M2~12、M3~10さらにはM4~8(JIS)である。
結合部は、本体の座面側から軸方向の一方側に延びており、取付穴の深さ(t)よりも長い。結合部は、パネルの取付穴に食い込んで周方向の移動(回転)を阻止する回止部と、回止部からさらに一方側へ延びて取付穴に嵌挿される案内部を有する。なお、案内部の内周面は、その内幅(例えば内径)が座面側から拡がるテーパー状でもよい。
ナットは、抵抗加熱できる材質であればよいが、特にAl基材よりも電気抵抗率が大きい金属からなるとよい。これにより電流値を抑制しつつ、ナットをパネルより優先的に発熱させれる。このような材質として、例えば、鉄基材、チタン基材等がある。
電極は、ナットへの通電や加圧に適した形態(形状、大きさ)や材質等を備えるとよい。電極は、専用品でも汎用品でもよい。汎用品の代表例として、スポット溶接用電極(単に「電極」という。)がある。以下、その電極を用いる場合を例示しつつ説明する。
電極は、シャンクに着脱できるもの(キャップチップ型)でも、シャンクと一体化したもの(一体型)でもよい。通常、コストを低減するため、キャップチップ型の電極(「チップ」ともいう。)が用いられる。
電極(少なくとも先端部)は、電気的特性(導電性等)と機械的特性(強度、剛性等)に優れる材質からなるとよい。例えば、電極は、導電率が75~95%IACSさらには80~90%IACSである銅合金からなる。銅合金は、例えば、クロム銅、ジルコニウム銅、クロム・ジルコニウム銅、アルミナ分散銅、ベリリウム銅等である。一対の各電極は、同材質でも異材質でもよい。
通電工程は、案内部を取付穴の他面側から嵌挿した後、ナットの両端面側に接した一対の電極から通電してナットを抵抗発熱させる。これにより、パネルの取付穴周辺は、それ自身の抵抗発熱とナットからの伝熱とにより軟化される。通常、パネルを構成するAl基材は電気抵抗率が小さいため、取付穴周辺の主な加熱はナットからの伝熱によると考えられる。なお、通電工程は、ナットの圧入やかしめを行う加圧工程に先行してなされても、その加圧工程と重複(併行)してなされてもよい。後者の場合、通電工程と加圧工程は同時に開始されてもよいし、通電工程に遅れて加圧工程(加圧力の増加)がなされてもよい。
加圧工程は、案内部が取付穴に嵌挿されたナットの両端面側を電極で加圧(押圧)してなされる。これにより案内部の一端部はかしめられてパネルの一面側で拡幅した抜止部となり、ナットのパネルからの脱落が阻止される。また、回止部はパネルの取付穴へ食い込み、ナットのパネルに対する回転(共回り)が阻止される。
ナットとパネルが結合した締結用部材は、その用途、形態(形状、大きさ)、仕様等を問わない。締結用部材の具体例として、車両のボディ、サスペンション等の足回り部品、パネル部材、ケース部材等がある。
実施例に係るナットNの平面図を図1Aに、その半断面を示す正面図を図1Bに示した。両図を併せて「図1」という。本実施例では、図1Bに示すように、ナットN(雌ねじ101)の中心線に沿って「軸方向」を定め、その一方側を「一端(面)側」、他方側を「他端(面)側」という。「幅」または「径」は、その軸方向の直交方向(横方向)に沿う長さとする。
ナットNをパネル3の取付穴30に結合する様子を図2に示した。具体的にいうと、次の通りである。
ナットをAl基板へ結合した試料を複数製作した。各試料の略中央を手で屈曲して、ナットとAl基板との結合力を確認した。その結果を図3にまとめて示した。なお、製作した各試料の詳細は次の通りである。図3には、試験前の様子も併せて示した。
図1に示したナットNを、図2に示す工程に沿って、パネル3へ結合した。各諸元や製造条件は次の通りである。
試料1と同様なパネル(但し、厚さ1.2mm)を用意して、その取付穴へ市販のカーリングナット(西精工株式会社製M6-12(呼称))を組付けた。両者の組付(結合)はサーボ加圧式スポット溶接機(ART-HIKARI株式会社製)を用いて行った。
試料C1と同じパネルの取付穴へ市販のカレイナット(ポップリベット・ファスナー株式会社製カレイナット6-09(呼称))を組付けた。両者の組付(結合)も、上述したサーボ加圧式スポット溶接機を用いて行った。
図3からわかるように、試料1は曲げ試験後もナットNがパネル3から脱落しなかった。また、ナットNに回転トルク(20Nm程度)を印加しても、ナットNはパネル3に対して回転することがなかった。さらに、パネル3の取付穴30周辺に、割れ等は観られなかった。
N ナット
1 本体
101 雌ねじ
2 結合部
21 回止部
22 案内部
23 抜止部
3 パネル
Claims (5)
- アルミニウム基材からなるパネルにナットを結合して得られる締結用部材の製造方法であって、
該パネルは、該ナットの取付穴を有し、
該ナットは、雌ねじと該取付穴より拡幅な座面をもつ本体と、該雌ねじの軸方向の一方側へ該座面側から延び該取付穴の深さより長い筒状の結合部とを備え、
該結合部は、凹凸状の外周面をもつ回止部と、該回止部から該一方側へ延び該外周面の最大幅よりも縮幅している案内部とを有し、
該案内部が該取付穴の他面側から嵌挿された該ナットの両端面側に接した一対の電極から通電して、該ナットの抵抗発熱により該パネルの取付穴周辺を軟化させる通電工程と、
該電極による該ナットへの加圧力により、該案内部の一端部をかしめて該パネルの一面側で拡幅した抜止部を形成すると共に該回止部を該取付穴へ食い込ませる加圧工程と、
を備える締結用部材の製造方法。 - 前記回止部は、前記外周面の最大幅が前記取付穴の内幅よりも大きいと共に前記軸方向の長さが該取付穴の深さ未満であり、
前記案内部は、前記加圧工程前における該軸方向の長さが該取付穴の深さ以上ある請求項1に記載の締結用部材の製造方法。 - 前記案内部は、少なくとも前記一端部の肉厚が前記回止部の最小肉厚以下である請求項1または2に記載の締結用部材の製造方法。
- 前記抜止部は、前記パネルの一面側に密着している請求項1~3のいずれかに記載の締結用部材の製造方法。
- 前記ナットは、前記アルミニウム基材よりも電気抵抗率が大きい金属からなる請求項1~4のいずれかに記載の締結用部材の製造方法。
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