JPH11280721A - 基準ピン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 板金の位置決めを行い、その板金を溶接する
際に使用される基準ピンであって、外からの衝撃に対す
る強度を向上させた、長寿命の基準ピンを提供する。 【解決手段】 金属製のフランジ部材２３と、フランジ
部材２３の長さ軸方向に配設されるワークを位置決めす
る胴部２８の外周部を形成する略円筒形の胴部セラミッ
ク部材２２と、胴部セラミック部材２２の貫通孔に嵌挿
する先端にテーパ部を設けた金属製のガイド部材２１と
からなる抵抗溶接用の基準ピン２０である。胴部セラミ
ック部材２２は、フランジ部材２３の軸方向に嵌挿され
るとともにフランジ部材２３の径方向に広がる裾部２４
を有し、かつ、裾部２４における軸方向と径方向の交差
する外側境界部に曲率部２５を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、自動車車体等の
製造時に、板金の位置決めを行い、それを溶接する際に
使用される基準ピンに係り、さらに詳しくは、基準ピン
に加わる外からの衝撃に対する強度を向上させた、長寿
命の基準ピンに関する。

【０００２】

【従来の技術】 従来、自動車のボディ等の溶接に使用
される基準ピンとしては、炭素鋼等の金属が使用されて
いたが、耐摩耗製、耐蝕性が十分でないために、短寿命
であるという欠点があった。このような欠点を克服すべ
く、高強度、高耐蝕性、高硬度、高耐摩耗性、軽量性等
の優れた特性を有する窒化珪素およびサイアロン等のセ
ラミックを用いる検討がなされている。

【０００３】 たとえば、実公平３−１９１１０号公報
や特公平６−６９６３５号公報には、図３に示すよう
な、フランジ部材１および先端にテーパ部６が形成され
たガイド部材３が金属で形成され、胴部外周がセラミッ
ク部材２で形成された基準ピン５が開示されている。そ
して、この基準ピン５にあっては、長寿命化のために、
胴部セラミック部材２が満足すべき形状の条件が設定さ
れている。

【０００４】 また、特公平８−４９５５号公報には、
図４に示すように、テーパ部１４が形成されたガイド部
材１３の頂上部が金属からなり、テーパ部１４の裾部お
よび胴部外周が一体的にセラミック部材１２で形成され
た基準ピン１５が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 ところで、このよう
な抵抗溶接に使用される基準ピンについては、従来は、
その胴部の外径が約１０ｍｍφ以上のものが主流であっ
たが、近年、車体構造の剛性の強化や、安全性の確保の
ための設計コンセプトの変更に伴って、約９ｍｍφ以下
の短径な基準ピンも、また、求められるようになってき
ている。

【０００６】 ここで、基準ピンの胴部が細くなると、
ガイド部材等のフランジ部材から突出した部分の機械的
強度が低下するにもかかわらず、実質的な使用条件は、
胴部外径の寸法とは無関係にほぼ従来と同等である。こ
のため、上述した従来公知の基準ピン５・１５は、互い
にテーパ部６・１４等の構造を異にしているものの、胴
部セラミック部材２・１２とフランジ部材１・１０との
接続部分の構造は同等であるために、これらの基準ピン
５・１５と構造を同じくし、かつ、胴部外径を短くした
基準ピンを用いて抵抗溶接を行うと、胴部セラミック部
材の貫通孔に挿入する金属軸部材が曲損し、胴部セラミ
ック部材が折損する。また、フランジ部材と胴部セラミ
ック部材の間にクラックが生じて基準ピンが折損し、必
ずしも長寿命化が図れないことが明らかとなった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 本発明は、上述した従
来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的
とするところは、長寿命の信頼性に優れる短径の基準ピ
ンを提供することにある。すなわち、本発明によれば、
金属製のフランジ部材と、当該フランジ部材の長さ軸方
向に配設されるワークを位置決めする胴部の外周部を形
成する略円筒形の胴部セラミック部材と、当該胴部セラ
ミック部材の貫通孔に嵌挿する先端にテーパ部を設けた
金属製のガイド部材と、からなる抵抗溶接用の基準ピン
であって、当該胴部セラミック部材が、当該フランジ部
材の軸方向に嵌挿されるとともに、当該フランジ部材の
径方向に広がる裾部を有し、かつ、当該裾部における軸
方向と径方向の交差する外側境界部に曲率部が設けられ
ていることを特徴とする基準ピン、が提供される。

【０００８】 本発明の基準ピンにおいては、胴部セラ
ミック部材のフランジ部材への長さ軸方向の嵌挿長さを
１ｍｍ以上２ｍｍ以下とし、かつ、胴部セラミック部材
における胴部と裾部との外径差を２ｍｍ以上４ｍｍとす
ることが好ましい。また、曲率部の曲率半径は、０．５
ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることが好ましい。さらに、胴
部の外径は５ｍｍφ以上９ｍｍφ以下であり、かつ、胴
部の長さは２０ｍｍ以下であることが好ましい。そし
て、セラミック部材としては、窒化珪素を主としてなる
セラミックが好適に用いられる。

【０００９】 なお、ここで単に「胴部」という場合の
胴部は、基準ピンにおける胴部を指す。すなわち、「胴
部」は、胴部セラミック部材と胴部セラミック部材の貫
通孔に嵌挿されるガイド部材とからなり、かつ、フラン
ジ部材の上面とガイド部材のテーパ部の底辺との間に位
置する部分をいう。したがって、「胴部の外径」は、胴
部セラミック部材における胴部の外径と同じとなるが、
「胴部の長さ」は、必ずしも胴部セラミック部材の長さ
と一致するものではない。

【００１０】

【発明の実施の形態】 本発明の基準ピンにおいては、
抵抗溶接時に胴部セラミック部材とフランジ部材との境
界に加わる外部応力が、胴部セラミック部材の裾部に設
けられた曲率部により分散されるために、クラックの発
生が抑制され、基準ピンが折損し難く、長寿命であると
いう特徴を有する。以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００１１】 図１は、本発明の基準ピン２０の一実施
形態を示す断面図である。基準ピン２０は、金属製のフ
ランジ部材２３と、フランジ部材２３の長さ軸（図１中
の一点鎖線Ｙで示す。）方向に配設されるワークを位置
決めする胴部２８の外周部を形成する略円筒形の胴部セ
ラミック部材２２と、胴部セラミック部材２２の貫通孔
に嵌挿する先端にテーパ部２９を設けた金属製のガイド
部材２１とからなる。

【００１２】 ここで、金属製のフランジ部材２３は、
基準ピン２０を溶接機本体に設置するときの締結部とな
る部材である。このため、フランジ部材２３の一端に
は、溶接機に取り付けるためのネジ部２６が形成されて
いる。基準ピン２０の胴部２８は、ワーク、すなわち、
溶接される鉄板等の位置決めを行う部分であり、前述の
通り、胴部セラミック部材２２とガイド部材２１とから
なる。このガイド部材２１は、基準ピン２０をワークの
所定位置に挿入しやすいように、先端を細めたテーパ部
２９を有し、このテーパ部２９の底辺の外径が、胴部セ
ラミック部材２２における胴部外径Ｄ１と一致するよう
に形成されている。なお、基準ピン２０においては、胴
部２８における外周の一部が、ガイド部材２１によりテ
ーパ部２９と一体的に形成されている。

【００１３】 そして、胴部セラミック部材２２は、フ
ランジ部材２３のＹ軸方向に嵌挿されるとともに、フラ
ンジ部材２３の径方向（図１中の二点鎖線Ｘで示す。）
に広がる裾部２４を有し、かつ、裾部２４におけるＹ軸
方向とＸ軸方向の交差する外側境界部に曲率部２５が設
けられている。

【００１４】 このときの胴部セラミック部材２２のフ
ランジ部材２３へのＹ軸方向の嵌挿長さｔを１ｍｍ以上
２ｍｍ以下とすることが好ましく、かつ、胴部セラミッ
ク部材２２における胴部外径Ｄ１と裾部外径Ｄ２との差
を２ｍｍ以上４ｍｍ以下とすることが好ましい。また、
曲率部２５の曲率半径は、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下と
することが好ましい。このような曲率部２５を設けるこ
とにより、基準ピン２０をワークの所定位置に打ち込む
際に、胴部セラミック部材２２とフランジ部材２３との
境界に加わる外部応力が分散され、クラックの発生が抑
制される。したがって、基準ピン２０の胴部２８がフラ
ンジ部材２３から折れ難く、かつ、ガイド部材２１を有
し胴部２８に挿入される金属軸が曲損しなくなり、長寿
命化が図られる。

【００１５】 上述した構造は、胴部セラミック部材２
２の胴部外径Ｄ１が５ｍｍφ以上９ｍｍφ以下であり、
胴部２８の長さが２０ｍｍ以下である基準ピン２０につ
いて好適に採用される。これは、当初、本発明が短径の
基準ピンの開発を目的として行われたことによるもので
あるが、上述の通り、胴部セラミック部材２２に裾部２
４と曲率部２５を設けることにより、使用時の外部応力
の分散が図られるという本発明の効果を考えれば、この
ような形状範囲以外の形状を有する基準ピンにおいて、
裾部２４と曲率部２５を設けた胴部セラミック部材２２
を用いてもよいことは自明である。

【００１６】 上述した本発明の基準ピン２０を形成す
る各部材の材質については、まず、胴部セラミック部材
２２としては、窒化珪素を主としてなる焼結体、すなわ
ち、窒化珪素や酸窒化珪素（サイアロン）等が好適に用
いられるが、その他に、ジルコニアを用いることもでき
る。

【００１７】 ここで、胴部セラミック部材２２の作製
方法には、特に限定はないが、特に好適な作製方法とし
ては、原料粉末をＣＩＰ成形法等のプレス成形して作製
された成形体を、ＮＣ旋盤等を用いて所定形状に加工し
た後に焼成し、得られた焼結体および別途作製したガイ
ド部材２１をフランジ部材２３に固定した後に、焼結体
に曲率部２５を形成するように焼結体の胴部を所定寸法
に研削・研磨等することで、胴部セラミック部材２２を
得るとともに基準ピン２０を作製する方法が挙げられ
る。

【００１８】 このような作製方法によれば、胴部セラ
ミック部材２２の長さ方向軸がフランジ部材２３の長さ
方向軸とずれることなく完全に一致するので、基準ピン
２０の製造不良を低減することができる。なお、所定の
寸法精度を有する基準ピン２０を作製することができ、
かつ、所定形状の胴部セラミック部材２２が得られる限
りにおいて、ＣＩＰ成形体の焼成前の加工において、予
め曲率部２５を形成するように成形体の胴部を研削して
おくと、焼結体の胴部における研削・研磨代を少なくし
て加工負荷を低減することが可能となる。

【００１９】 一方、ガイド部材２１やフランジ部材２
３としては、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ鋼）や炭素鋼
（Ｓ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃ等）、合金工具鋼（ＳＫＤ鋼、Ｓ
ＫＳ鋼等）、ステンレス鋼（ＳＵＳ系合金等）といった
種々の金属材料を用いることができる。そして、これら
ガイド部材２１や胴部セラミック部材２２およびフラン
ジ部材２３の接合については、エポキシ樹脂等の接着剤
や金属ロウによる接着、もしくはこれらの各部材にネジ
部を設けることによる螺着、あるいはこれらの組合せに
より行うことができる。以下、本発明を実施例によりさ
らに詳細に説明するが、本発明が以下の実施例に限定さ
れるものでないことはいうまでもない。

【００２０】

【実施例】 （実施例１〜４）実施例１〜４の基準ピン
は、図１に示した基準ピン２０の構造を有し、胴部セラ
ミック部材２２の裾部外径Ｄ１とフランジ部材２３への
嵌挿長さｔ、および曲率部２５における曲率半径を変え
たものである。このような基準ピンの作製にあたり、ま
ず、窒化珪素粉末に、焼結助剤としてのＭｇＯ、ＣｅＯ
₂、ＳｒＯおよび所定量のバインダを添加し、混合機に
て混合した後、スプレードライヤにて乾燥造粒し、得ら
れた造粒粉を、ゴム型に金属製の中芯をセットした状態
において充填し、ＣＩＰ成形し、成形体を作製した。な
お、このときに使用するゴム型の形状は、成形体の焼結
時の焼成収縮を考慮して決定された。

【００２１】 次に、得られた成形体をＮＣ旋盤により
所定外径に加工した後、大気中、４００℃にて脱脂を行
った後、常圧下、窒素雰囲気中、１７００℃で１時間焼
成し、焼結体を得た。得られた焼結体を２０ｍｍの長さ
に切断し、一方の端面における内径部を面取りした。

【００２２】 一方、ガイド部材２１をクロムモリブデ
ン鋼ＳＣＭ４３５（調質硬度ＨＲＣ３０〜３５）の丸棒
から、フランジ部材２３を炭素鋼Ｓ４５Ｃの丸棒から、
それぞれＮＣ旋盤を用いて所定形状に加工することで作
製した。このとき、フランジ部材２３の胴部セラミック
部材２２取付面に、胴部セラミック部材２２を嵌挿する
ための所定形状の孔を形成するとともに、フランジ部材
２３下部にはネジ部を形成した。なお、各部材の加工に
当たって、各部材の接合部の隙間が約０．０２５ｍｍと
なるように寸法を調節した。

【００２３】 こうして作製された各部材の接合部に、
ロックタイト６３８接着剤（日本ロックタイト（株））
製を充填して接合し、フランジ部材２３のネジ部２６を
研磨治具に固定して組み付けた後に、胴部セラミック部
材２２に曲率部２５および裾部２４を設けるように、基
準ピン２０の胴部２８を所定の外径に研磨し、本発明に
係る種々の基準ピン２０を作製した。作製した基準ピン
２０の各部の形状を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】 （比較例１、２）実施例１〜４の基準ピ
ンと同様の作製方法により、図２（ａ）の断面図に示す
構造を有する比較例１に係る基準ピン３０を作製した。
ここで、胴部セラミック部材３５には裾部を設けていな
い円筒部材、すなわち胴部外径Ｄ１と裾部外径Ｄ２が等
しい胴部セラミック部材３５が用いられており、胴部セ
ラミック部材３５のフランジ部材３６への嵌挿長さｔを
０ｍｍとしている。また、比較例２として、比較例１に
おける胴部セラミック部材３５のフランジ部材３６への
嵌挿長さｔを１ｍｍとした基準ピン（図示せず）を作製
した。当然に比較例１、２の基準ピンにおいては、胴部
セラミック部材３５に曲率部は形成されていない。

【００２６】 （比較例３）実施例１〜４と同様の方法
によって、図２（ｂ）の断面図に示すように、窒化珪素
焼結体からなるキャップ形状のガイド部材３７を作製
し、一方、炭素鋼Ｓ４５Ｃの丸棒をＮＣ旋盤にて所定形
状に加工してフランジ部材３８を作製して、ガイド部材
３７をフランジ部材３８の軸部３９に、エポキシ系樹脂
接着剤を用いて１２０℃で加熱接着した後、胴部外径を
所定寸法に研磨することで、比較例３に係る基準ピン３
１を作製した。なお、この比較例３の基準ピン３１にお
いても、曲率部は設けられていない。

【００２７】 （比較例４）実施例１〜４と同様の方法
によって、図２（ｃ）の断面図に示すように、窒化珪素
焼結体からなる円柱形状のガイド部材４０を作製し、一
方、炭素鋼Ｓ４５Ｃの丸棒をＮＣ旋盤にて所定形状に加
工してフランジ部材４１を作製して、ガイド部材４０を
フランジ部材４１に形成した孔部４２に嵌挿するととも
にエポキシ系樹脂接着剤を用いて１２０℃で加熱接着し
た後、ガイド部材４０の先端にテーパ部４３を形成しな
がら、胴部外径を所定寸法に研磨することで、比較例４
に係る基準ピン３２を作製した。なお、この比較例４の
基準ピン３２においても、曲率部は設けられていない。

【００２８】 （比較例５）炭素鋼Ｓ４５Ｃを用いて、
図２（ｄ）に示すような一体型の基準ピン３３を作製
し、図１の基準ピン２０におけるテーパ部２９と胴部２
８に相当する部分の外周部に高周波焼き入れを行い、硬
度をＨＲＣ５１〜５６に高めた。なお、比較例５の基準
ピン３３においては、曲率部４４が設けられている。上
述した比較例１〜５についての各部の寸法を表１に並記
する。

【００２９】 こうして作製した実施例１〜４および比
較例１〜５に係る基準ピンを用いて、自動車ボディ部品
の溶接試験を行い、溶接枚数を調べた。結果は、表１に
並記した通り、実施例に係る基準ピンで良好な試験結果
が得られた。

【００３０】 実施例１〜４と比較例１、２とを比較す
ると、胴部セラミック部材の裾部における曲率部の形成
が、基準ピンの耐久性に大きく影響していることがわか
る。なお、実施例１の結果に示される通り、曲率部の曲
率半径が０．５ｍｍφでも良好な耐久性が得られた。ま
た、実施例１〜４に対し、曲率部を設けていない比較例
３、４では、ガイド部材の形状等を変更しても、耐久性
は向上せず、一方、比較例５の結果に示されるように、
曲率部を形成しても、金属一体型の基準ピンでは、胴部
が電触摩耗するために、耐久性の向上が図れない結果が
得られた。

【００３１】

【発明の効果】 上述の通り、本発明の基準ピンは、外
部応力によるクラックの発生が抑制されるため、基準ピ
ンが折損し難く、長寿命であるという優れた効果を奏す
る。このため、溶接工程における基準ピンの折損による
作業の中断や基準ピンの取り替え回数が減少し、生産性
の向上が図られる効果をも奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基準ピンの一実施形態を示す断面図
である。

【図２】 比較例に係る基準ピンの種々の構造を示す断
面図である。

【図３】 従来の基準ピンの一実施形態を示す断面図で
ある。

【図４】 従来の基準ピンの別の実施形態を示す断面図
である。

【符号の説明】

１…フランジ部材、２…セラミック部材、３…ガイド部
材、５…基準ピン、６…テーパ部、１０…フランジ部
材、１２…セラミック部材、１３…ガイド部材、１４…
テーパ部、１５…基準ピン、２０…基準ピン、２１…ガ
イド部材、２２…胴部セラミック部材、２３…フランジ
部材、２４…裾部、２５…曲率部、２６…ネジ部、２８
…胴部、２９…テーパ部、３０…基準ピン、３１…基準
ピン、３２…基準ピン、３３…基準ピン、３５…胴部セ
ラミック部材、３６…フランジ部材、３７…ガイド部
材、３８…フランジ部材、３９…軸部、４０…ガイド部
材、４１…フランジ部材、４２…孔部、４３…テーパ
部、４４…曲率部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製のフランジ部材と、当該フランジ
   部材の長さ軸方向に配設されるワークを位置決めする胴
   部の外周部を形成する略円筒形の胴部セラミック部材
   と、当該胴部セラミック部材の貫通孔に嵌挿する先端に
   テーパ部を設けた金属製のガイド部材と、からなる抵抗
   溶接用の基準ピンであって、 当該胴部セラミック部材が、当該フランジ部材の軸方向
   に嵌挿されるとともに、当該フランジ部材の径方向に広
   がる裾部を有し、かつ、当該裾部における軸方向と径方
   向の交差する外側境界部に曲率部が設けられていること
   を特徴とする基準ピン。
2. 【請求項２】 当該胴部セラミック部材の当該フランジ
   部材への長さ軸方向の嵌挿長さが１ｍｍ以上２ｍｍ以下
   であって、かつ、当該胴部セラミック部材における当該
   胴部と当該裾部との外径差が２ｍｍ以上４ｍｍ以下であ
   ることを特徴とする請求項１記載の基準ピン。
3. 【請求項３】 当該曲率部の曲率半径が、０．５ｍｍ以
   上２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２
   記載の基準ピン。
4. 【請求項４】 当該胴部セラミック部材の外径が５ｍｍ
   φ以上９ｍｍφ以下であり、かつ、当該胴部の長さが２
   ０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいず
   れか一項に記載の基準ピン。
5. 【請求項５】 当該胴部セラミック部材が窒化珪素を主
   としてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一
   項に記載の基準ピン。