JP2005233268A - アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット - Google Patents

Abstract

【課題】 溶接部の接合強度とねじ部のねじ強度のいずれをも確保できるアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットを得る。
【解決手段】 アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０は、７０００系のアルミニウム合金材によって構成されたねじ部１４と、５０００系又は２０００系のアルミニウム合金材によって構成されたプロジェクション部１６とによって構成されている。前者はねじ強度が高い性質を有しており、後者は剥離強度が高い性質を有している。従って、溶接部の接合強度とねじ部のねじ強度のいずれをも確保することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アルミニウム合金製パネルにプロジェクション溶接により接合されるアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットに関する。

従来では鋼板製のボディーパネルが主流であったが、昨今では軽量化及び低燃費化等の観点からアルミニウム合金等の軽金属材料を用いたボディーパネルが普及しつつある。それに伴い、ボディーパネルの適所に設定されるプロジェクション溶接ナットも、接合相手となるボディーパネルの材料に適合しかつ接合強度やねじ部強度といった要求特性を満足するように様々な改良が加えられてきた。

例えば、下記特許文献１に開示されたプロジェクション溶接ナットでは、アルミニウム合金製のパネルに、アルミニウム合金製のナットをプロジェクション溶接するために、両者の間にワイヤをリング状に加工したアルミニウム合金製のインサートを介在させて抵抗溶接するようになっている。

上記構成によれば、インサートとパネルとの接触部及びインサートとナットとの接触部がいずれも線接触となるため、通電するとインサートが従来のプロジェクション溶接の突起と同様の機能を果たす結果、発熱効率の高い抵抗スポット溶接が可能になる、というものである。
特開平６−６３７５９号公報

しかしながら、上記先行技術による場合、プロジェクション溶接ナット自体は同種のアルミニウム合金で構成されているため、溶接部の接合強度の確保とねじ部のねじ強度の確保の両立を図ることができない。

本発明は上記事実を考慮し、溶接部の接合強度とねじ部のねじ強度のいずれをも確保できるアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットを得ることが目的である。

請求項１記載の本発明に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットは、アルミニウム合金製パネルにプロジェクション溶接により接合されるアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットであって、アルミニウム合金製パネルへの接合部となるプロジェクション部を剥離強度が高い第１のアルミニウム合金材で構成すると共に、雌ねじが形成されるねじ部をねじ強度が高い第２のアルミニウム合金材で構成した、ことを特徴としている。

請求項２記載の本発明に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットは、請求項１記載の発明において、プロジェクション部と前記ねじ部とは別体で構成されており、一方を他方にかしめることによりプロジェクション部とねじ部とが一体化されている、 ことを特徴としている。

請求項３記載の本発明に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットは、請求項１記載の発明において、前記プロジェクション部は、前記ねじ部を有するナット本体とは別個独立に構成されたワッシャと、このワッシャの表裏面に一体に設けられたプロジェクション突起と、によって構成されている、ことを特徴としている。

請求項４記載の本発明に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットは、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記第１のアルミニウム合金材は２０００系又は５０００系のアルミニウム合金材であり、前記第２のアルミニウム合金材は７０００系のアルミニウム合金材である、ことを特徴としている。

請求項１記載の本発明によれば、アルミニウム合金製パネルへの接合部となるプロジェクション部を剥離強度が高い第１のアルミニウム合金材で構成したので、アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットに対する要求特性の一つである接合強度は確保される。また、雌ねじが形成されるねじ部をねじ強度が高い第２のアルミニウム合金材で構成したので、アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットに対する要求特性の一つであるねじ強度も確保される。

すなわち、本発明によれば、異なる性質を有する二種類のアルミニウム合金材を組み合わせてアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットを構成したので、接合強度の確保とねじ強度の確保の両立を図ることができる。

請求項２記載の本発明によれば、プロジェクション部とねじ部とは別体で構成されており、一方を他方にかしめることによりプロジェクション部とねじ部とを一体化することとしたので、プロジェクション部とねじ部とを容易に製作することができる。また、プロジェクション部とねじ部との接合もかしめによる機械的接合であるため、接合精度を比較的確保し易い。

請求項３記載の本発明によれば、アルミニウム合金製パネルとナット本体との間に、表裏面にプロジェクション突起が設けられたワッシャを介在させ、この状態でプロジェクション溶接を行う。これにより、ワッシャの表面側のプロジェクション突起が溶融しワッシャがナット本体と接合されると共に、ワッシャの裏面側のプロジェクション突起が溶融しワッシャがアルミニウム合金製パネルと接合される。

このようにねじ部とプロジェクション部とを別個独立に構成しても、プロジェクション突起を含むワッシャは剥離強度が高い第１のアルミニウム合金材で構成され、又ねじ部を含むナット本体はねじ強度が高い第２のアルミニウム合金材で構成されるため、接合強度の確保とねじ強度の確保の両立を図ることができる。

また、ねじ部とプロジェクション部とを別個独立に構成し、溶接時に一体化される構成であるため、かしめ工程が不要になる。従って、アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットの製造工程を減らすことができる。

請求項４記載の本発明によれば、第１のアルミニウム合金材を２０００系又は５０００系のアルミニウム合金材とし、第２のアルミニウム合金材を７０００系のアルミニウム合金材としたので、それぞれが有する固有の特性を活かすことができる。すなわち、２０００系又は５０００系のアルミニウム合金材は、剥離強度が高いという性質を有しており、プロジェクション部の構成材として適している。また、７０００系のアルミニウム合金材は、ねじ強度が高いという性質を有しており、ねじ部の構成材として適している。従って、それぞれのアルミニウム合金材の特長を活かした複合ナットが構成される。

以上説明したように、請求項１記載のアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットは、アルミニウム合金製パネルへの接合部となるプロジェクション部を剥離強度が高い第１のアルミニウム合金材で構成すると共に、雌ねじが形成されるねじ部をねじ強度が高い第２のアルミニウム合金材で構成したので、第１のアルミニウム合金材及び第２のアルミニウム合金材のそれぞれの長所を活かすことができ、その結果、溶接部の接合強度とねじ部のねじ強度のいずれをも確保できるという優れた効果を有する。

請求項２記載の本発明に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットは、請求項１記載の発明において、プロジェクション部とねじ部とを別体で構成し、一方を他方にかしめることによりプロジェクション部とねじ部とを一体化させることとしたので、プロジェクション部及びねじ部を容易に製作することができると共にプロジェクション部とねじ部との接合精度も比較的容易に確保することができる。その結果、本発明に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットは、生産性と信頼性の双方を向上させることができるという優れた効果を有する。

請求項３記載の本発明に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットは、請求項１記載の発明において、ねじ部を有するナット本体とは別個独立に構成されたワッシャと、このワッシャの表裏面に一体に設けられたプロジェクション突起と、によってプロジェクション部を構成したので、かしめ工程が不要になり、その分アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットの製造工程を減らすことができ、その結果、生産ライン長を短くすることができる等の優れた効果を有する。

請求項４記載の本発明に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットは、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、第１のアルミニウム合金材は２０００系又は５０００系のアルミニウム合金材とし、第２のアルミニウム合金材は７０００系のアルミニウム合金材としたので、それぞれのアルミニウム合金材の特長を活かした複合ナットが構成され、その結果、材質以外に複雑な構成を付加して本実施形態と同様の効果が得られるアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットを製造する場合に比べて低コスト化を図ることができるという優れた効果を有する。

〔第１実施形態〕
以下、図１〜図７を用いて、本発明に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットの第１実施形態について説明する。

図１には、本実施形態に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０の全体構成が示されている。この図に示されるように、アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０は、雌ねじ１２が形成されたねじ部１４と、このねじ部１４の下端部に配置されたプロジェクション部１６と、によって構成されている。

プロジェクション部１６は、ねじ部１４の台座となるようにねじ部１４よりも外径が大きい略リング板形状に形成された鍔部１６Ａと、この鍔部１６Ａの表面側に一体に形成されかつ周方向の所定位置に形成された複数のかしめ部１６Ｂと、鍔部１６Ａの裏面側に一体に形成されかつ周方向の所定位置に形成された複数の突起部１６Ｃと、によって構成されている。このうち、複数の突起部１６Ｃが、プロジェクション溶接する際の実際のプロジェクション部としての機能を果たす部分である。

上記鍔部１６Ａの軸芯部にはねじ部１４が装着可能な六角柱形状の凹部１８が形成されており、かかる凹部１８にねじ部１４が嵌着されている。そして、ねじ部１４の下部外周面に形成された係合溝２０内へかしめ部１６Ｂがかしめられることにより、ねじ部１４とプロジェクション部１６とが一体化されている。

ここで、上述したプロジェクション部１６は、図２及び図３に示されるように、アルミニウム合金製パネル２２（図１参照）に対する剥離強度が高い性質を有する５０００系のアルミニウム合金材（本発明の「第１のアルミニウム合金材」に相当する）によって構成されている。これに対し、ねじ部１４は、図４に示されるように、ねじ強度が高い性質を有する７０００系のアルミニウム合金材（本発明の「第２のアルミニウム合金材」に相当する）によって構成されている。なお、５０００系のアルミニウム合金材に替えて、これと同様の性質を有する２０００系のアルミニウム合金材（本発明の「第１のアルミニウム合金材」に相当する）を使用してもよい。また、材料の性質について補足すると、５０００系及び２０００系のアルミニウム合金材は電気抵抗値が高くプロジェクション溶接に適しており、７０００系のアルミニウム合金材は耐力が高い性質を有している。

次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

まず、５０００系、２０００系、７０００系のアルミニウム合金材を用いたプロジェクション溶接ナット１０の特性を対比説明する。なお、試験は、アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットの候補材として代表的な４種類のアルミニウム合金材についてその接合強度とねじ強度を試験した。

図５にはＪＩＳ−Ｂ１１９６に規定されている「押込み剥離試験方法」の概要が示されており、図２にはその試験結果が示されている。なお、図２において、「・」が測定値の平均値（各系の代表測定値）であり、実線グラフは当該平均値を結んだものである。また、押込み剥離試験では、ボルト挿通孔２４が形成されかつその裏面側に上記構成のアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０が溶接されたアルミニウム合金製パネル２２をスペーサ２６の上にセットして、試験機２８の先端部に装着されたボルト部分３０をアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０のねじ部１４に螺合させ、この状態で下向きに荷重をかけていくことにより、押込み剥離強度を測定している。図２の試験結果から解るように、押込み剥離強度は、２０００系、５０００系のアルミニウム合金材が高い値を示しており、６０００系のアルミニウム合金材が一番低い値を示している。

また、図６にはＪＩＳ−Ｂ１１９６に規定されている「トルク剥離試験方法」の概要が示されており、図３にはその試験結果が示されている。なお、図３において、「・」が測定値の平均値（各系の代表測定値）であり、実線グラフは当該平均値を結んだものである。また、トルク剥離試験では、アルミニウム合金製パネル２２にプロジェクション溶接されたアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０に、トルクレンチ３２のソケット３４を被嵌させ、この状態でトルクレンチ３２を回転させてトルクをかけていくことにより、トルク剥離強度を測定している。図３の試験結果から解るように、トルク剥離強度も、２０００系、５０００系のアルミニウム合金材が高い値を示しており、６０００系のアルミニウム合金材が一番低い値を示している。

さらに、図４にはアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０の溶接後ねじ強度の測定結果が示されている。なお、図４において、「・」が測定値の平均値であり、実線グラフは当該平均値を結んだものである。この試験結果から、溶接後ねじ強度は７０００系のアルミニウム合金材が最も高く、６０００系のアルミニウム合金材が最も低いことが解る。

上述した試験結果を踏まえ、本実施形態に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０では、プロジェクション部１６を剥離強度が高い５０００系又は２０００系のアルミニウム合金材で構成し、ねじ部１４をねじ強度が高い７０００系のアルミニウム合金材で構成したので、アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０をアルミニウム合金製パネル２２のボルト挿通孔２４の周囲にプロジェクション溶接した後の状態では、十分な接合強度と十分なねじ強度のいずれをも確保することができる。すなわち、本実施形態に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０によれば、各々のアルミニウム合金材の長所が活かされるように、異なる性質を有する二種類のアルミニウム合金材を組み合わせてアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０を構成したので、接合強度の確保とねじ強度の確保の両立を図ることができる。

また、本実施形態に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０では、プロジェクション部１６とねじ部１４とを別体で構成し、プロジェクション部１６に設けたかしめ部１６Ｂをねじ部１４に設けた係合溝２０にかしめて固定することにより、プロジェクション部１６とねじ部１４とを一体化することとしたので、プロジェクション部１６及びねじ部１４を容易に製作することができると共に、プロジェクション部１６とねじ部１４との接合精度も比較的容易に確保することができる。その結果、本実施形態に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０によれば、生産性と信頼性の双方を向上させることができる。

さらに、本実施形態に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０では、プロジェクション部１６に２０００系又は５０００系のアルミニウム合金材を使用し、ねじ部１４に７０００系のアルミニウム合金材を使用したので、それぞれのアルミニウム合金材の特長を活かした複合ナットが構成される。その結果、材質以外に複雑な構成を付加して本実施形態と同様の効果が得られるアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットを製造（開発）する場合に比べて、低コスト化を図ることができる。

その他、本実施形態に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０によれば、以下の効果が得られる。

第１に、鉄製ナットをアルミニウム合金で被覆したようなものと比べた場合、アルミボディーを再溶解してアルミ素材としてリサイクルする際に、不純物である鉄が混入するのを避けることができる。従って、純度の高いリサイクルが可能になるという意味でリサイクル性に優れている。

第２に、鉄製ナットをアルミニウム合金で被覆したようなものと比べた場合、リサイクル時に鉄製ナットを取り外す必要がない。従って、手間がかからないという意味でリサイクル性に優れている。

第３に、例えば、アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットの全体を５０００系のアルミニウム合金材で構成したものの場合、本実施形態に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０よりもねじ強度が劣るため、その分、ねじ部の軸長を長くする必要が生じる。しかし、本実施形態に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０の場合、異種材料を複合して使用する構成であるため、ねじ強度を高めることができる。従って、その分、アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットの小型化を図ることができる。

第４に、従来技術として挙げた特許文献１に開示された構成の場合、アルミニウム合金製のインサートがナットとパネルの両面に線接触することになるため、従来のプロジェクション突起に相当する接合強度を得るためには高い電流が必要となるが、本実施形態に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０によれば、従来通り突起による点接触のプロジェクション溶接を維持することができるので、溶接時の電流値を下げることができる。従って、消費電力の削減を図ることができる。

なお、上述した図１に示されるアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット１０では、実質的なプロジェクション部に相当する複数の突起部１６Ｃ（及び複数のかしめ部１６Ｂ）だけでなく、ねじ部１４の台座となる略リング板形状の鍔部１６Ａをも５０００系又は２０００系のアルミニウム合金材で構成したが、これに限らず、図７に示されるように、複数の突起部４０Ａ（及び複数のかしめ部４０Ｂ）のみでプロジェクション部４０を構成し、かつこの部分を５０００系又は２０００系のアルミニウム合金材で構成したアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット４２にしてもよい。この場合、図１との対比で見ると、ねじ部４４は高さが多少高くなり、プロジェクション部４０は複数の突起部４０Ａと複数のかしめ部４０Ｂとによって構成されることになる。

〔第２実施形態〕
次に、図８を用いて、本発明に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットの第２実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図８に示されるように、この第２実施形態では、ねじ部５０を備えたナット本体５２と、このナット本体５２とは別個独立に構成されると共に複数のプロジェクション突起５４、５６が表裏面に一体形成されたワッシャ５８と、の組み合わせによって、アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット６０が構成されている点に特徴がある。なお、プロジェクション突起５４、５６及びワッシャ５８が請求項３記載のプロジェクション部に相当する。

この場合、プロジェクション突起５４、５６及びワッシャ５８が５０００系又は２０００系のアルミニウム合金材によって構成されており、ナット本体５２は７０００系のアルミニウム合金材によって構成されている。

上記構成によれば、アルミニウム合金製パネル２２とナット本体５２との間に、表裏面にプロジェクション突起５４、５６が設けられたワッシャ５８を介在させ、この状態でプロジェクション溶接を行う。これにより、ワッシャ５８の表面側のプロジェクション突起５４が溶融しワッシャ５８がナット本体５２と接合されると共に、ワッシャ５８の裏面側のプロジェクション突起５６が溶融しワッシャ５８がアルミニウム合金製パネル２２と接合される。

このようにねじ部５０とプロジェクション部とを別個独立に構成しても、プロジェクション突起５４、５６を含むワッシャ５８は剥離強度が高い５０００系又は２０００系のアルミニウム合金材で構成され、又ねじ部５０を含むナット本体５２はねじ強度が高い７０００系のアルミニウム合金材で構成されるため、前述した第１実施形態と同様に、接合強度の確保とねじ強度の確保の両立を図ることができる。

また、ねじ部５０とプロジェクション部とを別個独立に構成し、溶接時に一体化される構成であるため、かしめ工程が不要になる。従って、アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット６０の製造工程を減らすことができる。その結果、生産ライン長を短くすることができる等のメリットが得られる。

なお、上述した第１及び第２実施形態では、自動車のアルミボディーに適用されるアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットとして説明してきたが、これに限らず、自動車以外の用途に使用されるアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットに本発明を適用してもよい。

第１実施形態に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットの全体構成を片側を切断して示す正面図である。 押込み剥離試験の結果を示すグラフである。 トルク剥離試験の結果を示すグラフである。 溶接後ねじ強度試験の結果を示すグラフである。 「押込み剥離試験方法」の概要を示す全体構成図である。 「トルク剥離試験方法」の概要を示す全体構成図である。 図１に示されるアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットの変形例を示す図１に対応する正面図である。 第２実施形態に係るアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットの全体構成を一部切断して示す正面図である。

符号の説明

１０ アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット
１２ 雌ねじ
１４ ねじ部
１６ プロジェクション部
１６Ｂ かしめ部
２２ アルミニウム合金製パネル
４０ プロジェクション部
４０Ｂ かしめ部
４４ ねじ部
５０ ねじ部
５２ ナット本体
５４ プロジェクション突起（プロジェクション部）
５６ プロジェクション突起（プロジェクション部）
５８ ワッシャ（プロジェクション部）
６０ アルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット

Claims (4)

1. アルミニウム合金製パネルにプロジェクション溶接により接合されるアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナットであって、
   アルミニウム合金製パネルへの接合部となるプロジェクション部を剥離強度が高い第１のアルミニウム合金材で構成すると共に、雌ねじが形成されるねじ部をねじ強度が高い第２のアルミニウム合金材で構成した、
   ことを特徴とするアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット。
2. 前記プロジェクション部と前記ねじ部とは別体で構成されており、一方を他方にかしめることによりプロジェクション部とねじ部とが一体化されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット。
3. 前記プロジェクション部は、前記ねじ部を有するナット本体とは別個独立に構成されたワッシャと、このワッシャの表裏面に一体に設けられたプロジェクション突起と、によって構成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット。
4. 前記第１のアルミニウム合金材は２０００系又は５０００系のアルミニウム合金材であり、前記第２のアルミニウム合金材は７０００系のアルミニウム合金材である、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアルミニウム合金製プロジェクション溶接ナット。

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