JP7108251B2

JP7108251B2 - 袋ナット用の電気抵抗溶接電極

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Publication number: JP7108251B2
Application number: JP2019043156A
Authority: JP
Inventors: 好高青山; 省司青山
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Current assignee: Individual
Priority date: 2018-07-26
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2039-02-19
Also published as: JP2020022993A

Description

この発明は、ナット本体にカバー部材が一体化されている袋ナットを溶接の対象とした電気抵抗溶接電極に関している。

特開２０１１－１８３４１４号公報に記載されている電気抵抗溶接電極は、雄ねじが形成された軸部と、この軸部に一体の円形のフランジと、フランジ表面に形成された溶着用突起からなるプロジェクションボルトを溶接の対象としている。そして、この電極においては、軸部を受入孔に挿入した状態で電極を進出させ、電極の先端面でフランジ面を加圧して鋼板部品にボルトを溶接することが記載されている。

特開２０１１－１８３４１４号公報

上述のようなプロジェクションボルト溶接であると、フランジ面を加圧するものであるから、電極先端面とフランジ面の密着面積が大きく設定できるので、ボルトが電極の中心軸線から多少ずれていても、十分な加圧力をボルトに及ぼすことができる。とくに、直径方向にボルトがずれていても電極加圧力を正常に作用させることができる。この直径方向のずれ変位は、軸部に雄ねじが形成されているので、軸部を円滑に挿入孔へ差し込むために、軸部外径と受入孔内径の間の空隙を大きく設定する必要があり、必然的に偏心量が大きくなる。

しかしながら、ナット本体にカバー部材が一体化されているような構造の袋ナットにおいては、電極先端面とナット本体の密着面積を大きくすることができないので、袋ナットが電極の中心軸線から少しでもずれていると、ナット本体に対する加圧力が片寄った状態で作用することになり、正常な溶接が確保できない、という問題がある。また、袋ナットでは、カバー部材の質量よりもナット本体の質量の方が遥かに大きいので、電極の受入孔におけるナット保持が不安定になる、という問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するために提供されたもので、袋ナット特有の形状を利用して、電極の受入孔におけるナット保持を、安定した状態で確保することを目的とする。

請求項１記載の発明は、
ナット本体の片側の端面に溶着用突起が設けられ、他側の端面に円筒部を有するカバー部材が一体化されている袋ナットが、鋼板部品に対する溶接の対象とされており、
ナット本体とカバー部材の境界部に幅の狭い環状の被加圧面が形成されており、
前記円筒部は、真っ直ぐで滑らかな表面とされた円筒面を有しており、
断面円形で円筒状とされた電極本体が金属材料を用いて構成され、
前記電極本体の端部に結合した加圧部材に、前記被加圧面に密着する加圧面が形成されているとともに、前記カバー部材の円筒部が挿入される受入孔が形成され、受入孔の内面と円筒部の外面との間の隙間が実質的にゼロとされて、受入孔に対して円筒部が摺動する状態とされ、
前記電極本体に、絶縁材料製で大径孔と小径孔が形成されたガイド筒が挿入され、
ストッパ部材が、永久磁石が収容されている大径部と、永久磁石の吸引力で袋ナットを吸引するための小径部によって構成され、
前記ストッパ部材の大径部が前記ガイド筒の大径孔に摺動可能な状態で挿入されているとともに、ストッパ部材の小径部がガイド筒の小径孔に摺動可能な状態で挿入されており、
前記小径部の直径を受入孔の内径よりも小さくすることによって、小径部と受入孔の間に空隙が形成され、
前記小径部の先端面に形成されたストッパ面が、前記受入孔内の途中に位置してカバー部材を受け止めるように、小径部の長さが設定されていることを特徴とする袋ナット用の電気抵抗溶接電極である。

カバー部材が加圧部材の受入孔に挿入されると、永久磁石の吸引力が小径部を経てカバー部材に作用し、カバー部材は受入孔内へ引き込まれ、カバー部材の先端部分がストッパ面に吸着される。この段階では、加圧部材の加圧面とナット本体の間にわずかな隙間が形成されている。ついで、カバー部材がストッパ面に吸引された保持状態で電極が進出すると、ナット本体の溶着用突起が鋼板部品に押し付けられる。さらに押し付けが進行すると、この押し付け反力が作用してストッパ部材が相対的に押し込まれ、加圧部材の加圧面がナット本体に密着する。この状態で溶接電流が通電され、溶接が完了する。

カバー部材の円筒部は、真っ直ぐな円筒面を有し、滑らかな表面とされた円管状の部材であり、前述の雄ねじのような表面の凹凸がないので、受入孔内面と円筒部外面との空隙を大幅に小さくすることが可能となり、袋ナットが電極の中心軸線からずれる寸法を最小化できる。換言すると、受入孔内面と円筒部外面との空隙を実質的にゼロとし、カバー部材を受入孔に挿入したり引き出したりできる、いわゆる摺動状態でカバー部材の嵌入度合いを切り詰めることができる。これにともなって、袋ナットが電極の中心軸線に対して同軸状態で保持され、ナット本体と加圧部材の加圧面との相対位置が正確に設定され、加圧面はナット本体の被加圧面の全周域にわたって接触し、加圧面の被加圧面に対する加圧力はナット本体に対して片寄ることなく作用し、各溶着用突起の溶着状態が全域にわたって均一に良好になされて、溶接品質が向上する。

袋ナットにおいてはその形状の特徴として、ナット本体とカバー部材が一体化されたものなので、通常のプロジェクションナットよりも軸線方向長さが著しく長くなっている。つまり、背が高くなっている。このため、溶接後、カバー部材先端部に横方向の何等かの外力が作用すると、溶着部が剥離や破損をして袋ナット全体の傾きが増大する恐れがある。このような傾きは、加圧部材の加圧面がナット本体の被加圧面に対して全周にわたって均一に接触して加圧されていないために、各溶着用突起の溶融状態にばらつきがあることが原因になっている。このような問題を回避するために、加圧部材の加圧面がナット本体の被加圧面に対して全周にわたって均一に接触して加圧されることが必須である。このような正常な接触状態によって、袋ナットが電極の中心軸線と同軸もしくはほぼ同軸となるように維持されているので、図２（Ｂ）に示すように、加圧面は被加圧面に対して全域にわたって接触し、各溶着用突起の鋼板部品に対して均一な加圧加重となっている。したがって、背の高い袋ナットであっても、鋼板部品に対して傾きなく強固な溶接が確保できる。

小径部のストッパ面が受入孔内に位置するように、小径部の長さが設定されているので、カバー部材が受入孔内に挿入され受入孔で包囲されたままの状態で、受入孔の長手方向の途中に待機しているストッパ面でカバー部材が吸引停止とされる。このように受入孔内においてカバー部材に吸引力が作用しているとともに、カバー部材の円筒部は実質的に隙間なく受入孔に差し込まれている。したがって、袋ナットの下部に直径方向の何等かの外力が作用しても、電極の中心軸線に対する袋ナット揺動変位は実害のないレベルにすることができる。これによって正常な溶接が実現する。

小径部の先端面に形成されたストッパ面が受入孔内に位置するように、小径部の長さが設定されているので、小径部の長さをできるだけ長くすることができ、小径部から永久磁石に伝達される熱量を少なくして、永久磁石の耐久性を向上させることが可能となる。

ナット本体の片側の端面に溶着用突起が設けられ、他側の端面に円筒部を有するカバー部材が一体化されている袋ナットが、鋼板部品に対する溶接の対象とされており、
断面円形で円筒状とされた電極本体が金属材料を用いて構成され、
前記電極本体の端部に結合した加圧部材に、前記カバー部材の円筒部と前記ナット本体が挿入される受入孔が形成され、
前記電極本体に、絶縁材料製で大径孔と小径孔が形成されたガイド筒が挿入され、
ストッパ部材が、永久磁石が収容されている大径部と、永久磁石の吸引力で袋ナットを吸引するための小径部によって構成され、
前記ストッパ部材の大径部が前記ガイド筒の大径孔に摺動可能な状態で挿入されているとともに、ストッパ部材の小径部がガイド筒の小径孔に摺動可能な状態で挿入されており、
前記小径部の先端面に形成されたストッパ面が前記小径孔の開口端の近傍に位置するように、小径部の長さが設定されている。

受入孔にカバー部材の円筒部とナット本体が挿入されるので、袋ナット全体が受入孔で保持されることとなり、袋ナットの保持安定性が向上する。小径部の先端面に形成されたストッパ面が小径孔の開口端の近傍に位置するように、小径部の長さが設定されているので、小径部の長さを短くすることができ、これによって永久磁石の吸引力をより強く袋ナットに作用させることが可能となり、袋ナットの保持安定性が向上する。

電極全体と関連局部の断面図である。袋ナットの平面図と断面図である。他の実施例を示す断面図である。

つぎに、本発明の袋ナット用の電気抵抗溶接電極を実施するための形態を説明する。

図１および図２は、本発明の実施例１を示す。

最初に、電極本体について説明する。

クロム銅のような銅合金製導電性金属材料で作られた電極本体１は、円筒状の形状であり、断面円形とされている。この電極本体１は、可動電極であり、エアシリンダ（図示していない）などの進退駆動手段の結合部材２に、テーパ嵌合などで一体化されている。

電極本体１は、結合部材２に結合されている円筒型の基部材３と、円筒型の接続部材４がねじ部５で一体化されている。電極本体１、ここでは接続部材４に絶縁材料製で大径孔６と小径孔７が形成された円筒型のガイド筒８が挿入されている。加圧部材９が、電極本体１の端部にねじ部１０によって結合されている。この加圧部材９に貫通した状態の受入孔１２が形成してあり、そこに後述の袋ナットが挿入される。加圧部材９の先端面が平坦な加圧面１１とされている。電極の中心軸線Ｏ－Ｏは、加圧面１１に直交している。なお、ガイド筒８の合成樹脂材料としては、耐熱、耐摩耗性にすぐれたものであればよく、ポリテトラフルオロエチレン（商品名＝テフロン・登録商標）を使用するのが望ましい。別の材料として、ポリアミド樹脂の中から、耐熱性、耐摩耗性にすぐれた樹脂を採用することも可能である。

つぎに、袋ナットについて説明する。

袋ナット２０は鉄製であり、ナット本体１３とカバー部材１６によって構成されている。ナット本体１３にねじ孔１４が形成され、片側の端面に溶着用突起１５が設けられている。溶着用突起１５は、同一円周上に１２０度間隔で３個設けてある。他側の端面にカバー部材１６が結合してある。カバー部材１６は、真っ直ぐな円筒部１７と、この円筒部１７に滑らかに連なっている球形部１８を有したもので、鋼板材料にプレス成型をしたものである。円筒部１７の端部がナット本体１３に溶接してある。図２（Ａ）に示すように、ナット本体１３の直径はカバー部材１６の直径よりもわずかに大きく形成してあり、これによってナット本体１３とカバー部材１６の境界部、すなわちナット本体１３の端面に、幅の狭い環状の被加圧面１９が形成されている。なお、ナット本体１３は、六角形が一般的であるが、四角形や八角形であってもよい。

加圧部材９の受入孔１２の内径は、カバー部材１６の円筒部１７の直径よりもわずかに大きくなっている。こうすることによって、カバー部材１６を受入孔１２に挿入したときに、袋ナット２０の直径方向の移動は実質的にゼロであり、中心軸線Ｏ－Ｏ方向の摺動だけが許されている。

つぎに、ストッパ部材について説明する。

ストッパ部材２１は、永久磁石２２が収容されている大径部２３と、永久磁石２２の吸引力で袋ナット２０を吸引するための小径部２４によって構成されている。大径部２３は、断面円形の器状の形とされ、その中に永久磁石２２がはめ込んである。また、小径部２４は、断面円形の棒状とされ、大径部２３に溶接してある。黒く塗り潰した箇所が溶接部２６である。大径部２３は、ガイド筒８の大径孔６に摺動可能な状態で挿入されており、小径部２４は、ガイド筒８の小径孔７に摺動可能な状態で挿入されている。大径部２３は、ステンレス鋼のような非磁性材料で構成してある。また、小径部２４は、軟鉄のような磁性材料で構成してある。

小径部２４は受入孔１２内まで伸ばされており、その先端面に形成されたストッパ面２７が受入孔１２内に位置するように、小径部２４の長さが設定されている。また、小径部２４の直径は、受入孔１２の内径よりも小さく設定してあり、これによって空隙２８が形成されている。

基部材３の内側に、カップ状の断熱・絶縁材３１が差し込んであり、断熱・絶縁材３１とストッパ部材２１の間に圧縮コイルスプリング３２が配置してある。圧縮コイルスプリング３２の張力によって、ストッパ部材２１の大径部２３の端面３３がガイド筒８の大径孔６の内端面３４に押し付けられている。この押し付けによって、ストッパ面２７の待機位置が設定される。上記断熱・絶縁材３１は、ポリテトラフルオロエチレン（商品名＝テフロン・登録商標）のような合成樹脂材で作られている。

電極本体１と同軸状態で、固定電極２９が配置され、その上に鋼板部品３０が載置してある。

カバー部材１６を受入孔１２に挿入する方法としては、作業者が手で受入孔１２に差し込んだり、駆動手段で動作する供給ロッドで差し込んだりする。

つぎに、動作を説明する。

カバー部材１６が加圧部材９の受入孔１２に挿入されると、永久磁石２２の吸引力が小径部２４を経てカバー部材１６に作用し、カバー部材１６は受入孔１２内へ引き込まれ、カバー部材１６の先端部分（球形部１８）がストッパ面２７に吸着される。この段階では、加圧部材９の加圧面１１とナット本体１３の被加圧面１９の間にわずかな隙間Ｌが形成されている。ついで、カバー部材１６がストッパ面２７に吸引された保持状態で電極本体１が進出すると、ナット本体１３の溶着用突起１５が鋼板部品３０に押し付けられる。さらに押し付けが進行すると、この押し付け反力が作用して、圧縮コイルスプリング３２を縮めながらストッパ部材２１が相対的に押し込まれ、加圧部材９の加圧面１１がナット本体１３の被加圧面１９に全域にわたってぴったりと密着する。この状態で溶接電流が通電され、鋼板部品３０への溶接が完了する。

以上に説明した実施例の作用効果は、つぎのとおりである。

カバー部材１６の円筒部１７は、真っ直ぐな円筒面を有し、滑らかな表面とされた円管状の部材であり、前述の雄ねじのような表面の凹凸がないので、受入孔１２の内面と円筒部１７の外面との空隙を大幅に小さくすることが可能となり、袋ナット２０が電極の中心軸線Ｏ－Ｏからずれる寸法を最小化できる。換言すると、受入孔１２の内面と円筒部１７の外面との空隙を実質的にゼロとし、カバー部材１６を受入孔１２に挿入したり引き出したりできる、いわゆる摺動状態でカバー部材１６の嵌入度合いを切り詰めることができる。これにともなって、袋ナット２０が電極の中心軸線Ｏ－Ｏに対して同軸状態で保持され、ナット本体１３と加圧部材９の加圧面１１との相対位置が正確に設定され、加圧面１１はナット本体１３の被加圧面１９の全周域にわたって接触し、加圧面１１の被加圧面１９に対する加圧力はナット本体１３に対して片寄ることなく作用し、各溶着用突起１５の溶着状態が全域にわたって均一に良好になされて、溶接品質が向上する。

袋ナット２０においてはその形状の特徴として、ナット本体１３とカバー部材１６が一体化されたものなので、通常のプロジェクションナットよりも軸線方向長さが著しく長くなっている。つまり、背が高くなっている。このため、溶接後、カバー部材１６の先端部に横方向の何等かの外力が作用すると、溶着部が剥離や破損をして袋ナット２０全体の傾きが増大する恐れがある。このような傾きは、加圧部材９の加圧面１１がナット本体１３の被加圧面１９に対して全周にわたって均一に接触して加圧されていないために、各溶着用突起１５の溶融状態にばらつきがあることが原因になっている。このような問題を回避するために、加圧部材９の加圧面１１がナット本体１３の被加圧面１９に対して全周にわたって均一に接触して加圧されることが必須である。このような正常な接触状態によって、袋ナット２０が電極の中心軸線Ｏ－Ｏと同軸もしくはほぼ同軸となるように維持されているので、図２（Ｂ）に示すように、加圧面１１は被加圧面１９に対して全域にわたって接触し、各溶着用突起１５は鋼板部品３０に対して均一な加圧加重となっている。したがって、背の高い袋ナット２０であっても、鋼板部品３０に対して傾きなく強固な溶接が確保できる。

小径部２４のストッパ面２７が受入孔１２内に位置するように、小径部２４の長さが設定されているので、カバー部材１６が受入孔１２内に挿入され受入孔１２で包囲されたままの状態で、受入孔１２の長手方向の途中に待機しているストッパ面２７でカバー部材１６が吸引停止とされる。このように受入孔１２内においてカバー部材１６に吸引力が作用しているとともに、カバー部材１６の円筒部１７は実質的に隙間無く受入孔１２に差し込まれている。したがって、袋ナット２０の下部に直径方向の何等かの外力が作用しても、電極の中心軸線Ｏ－Ｏに対する袋ナット２０の揺動変位は実害のないレベルにすることができる。これによって正常な溶接が実現する。

小径部２４の先端面に形成されたストッパ面２７が受入孔１２内に位置するように、小径部２４の長さが設定されているので、小径部２４の長さをできるだけ長くすることができ、小径部２４から永久磁石２２に伝達される熱量を少なくして、永久磁石２２の耐久性を向上させることが可能となる。

ナット本体１３にカバー部材１６が一体化された形状の袋ナット２０においては、カバー部材１６側のナット本体１３の端面に形成される被加圧面１９は、直径方向で見た幅が狭くなる。本実施例では、円筒部１７が受入孔１２内に実質的に隙間のない状態で差し込まれるので、カバー部材１６は電極の中心軸線Ｏ－Ｏに対して同軸かまたは実質的に同軸となる高い位置精度が確保できる。したがって、被加圧面１９の幅が狭くても、加圧部材９の加圧面１１を被加圧面１９の全周域にわたって密着させることができ、各溶着用突起１５が均一に鋼板部品３０に加圧され、良好な溶接品質がえられる。

ナット本体１３の質量が、カバー部材１６の質量よりも大きくて、ナット本体１３が加圧面１１から露出しているのであるが、カバー部材１６の円筒部１７がぴったりと受入孔１２に挿入されているので、質量にともなう袋ナット２０の揺れ方向の変位を最小化できる。

受入孔１２内にまで伸ばされた小径部２４は、その外径が受入孔１２の内径よりも小さく設定され、小径部２４と受入孔１２の間に空隙２８が存置されている。このような空隙２８が存置されているので、永久磁石２２の吸引力は小径部２４からカバー部材１６に対してだけ作用し、袋ナット２０に対する吸引力を強く作用させることができる。

図３は、本発明の実施例２を示す。

この実施例２における袋ナット２０は、ナット本体１３にフランジ３５が一体的に形成され、このフランジ３５に溶着用突起１５が設けてある。そして、受入孔１２の長さを長くして、カバー部材１６の円筒部１７とナット本体１３の双方が受入孔１２に挿入できるようになっている。受入孔１２の延長にともなって小径部２４の先端面に形成されたストッパ面２７が小径孔７の開口端３７の近傍に位置するように、小径部２４の長さが設定されている。

受入孔１２の内面とナット本体１３の角部との空隙を実質的にゼロとし、ナット本体１３を受入孔１２に挿入したり引き出したりできる、いわゆる摺動状態でナット本体１３の嵌入度合いを切り詰めてある。したがって、実施例１におけるカバー部材１６を受入孔１２に摺動状態で挿入したものと同じになる。なお、図３では、ナット本体１３の角部と受入孔１２の内面の間の空隙を誇張して図示してある。

上記の小径孔７の開口端３７の近傍とは、ガイド筒８の小径部分の端面とストッパ面２７が同一仮想平面上に存在しているか、または、ガイド筒８の小径部分の端面とストッパ面２７のいずれかが、袋ナット２０側に僅かに突き出ていることを意味している。それ以外の構成は、図示されていない部分も含めて先の実施例１と同じであり、同様な機能の部材には同一の符号が記載してある。

受入孔１２にカバー部材１６の円筒部１７とナット本体１３が挿入されるので、袋ナット２０全体が受入孔１２で保持されることとなり、袋ナット２０の保持安定性が向上する。小径部２４の先端面に形成されたストッパ面２７が小径孔７の開口端３７の近傍に位置するように、小径部２４の長さが設定されているので、小径部２４の長さを短くすることができ、これによって永久磁石２２の吸引力をより強く袋ナット２０に作用させることが可能となり、袋ナット２０の保持安定性が向上する。それ以外の作用効果は、先の実施例１と同じである。

上述のように、本発明の電極によれば、袋ナット特有の形状を利用して、電極の受入孔におけるナット保持を、安定した状態で確保する。したがって、自動車の車体溶接工程や、家庭電化製品の板金溶接工程などの広い産業分野で利用できる。

１電極本体
６大径孔
７小径孔
８ガイド筒
９加圧部材
１１加圧面
１２受入孔
１３ナット本体
１５溶着用突起
１６カバー部材
１７円筒部
１９被加圧面
２０袋ナット
２１ストッパ部材
２２永久磁石
２３大径部
２４小径部
２７ストッパ面
２８空隙
３０鋼板部品
３７開口端
Ｌ隙間

Claims

ナット本体の片側の端面に溶着用突起が設けられ、他側の端面に円筒部を有するカバー部材が一体化されている袋ナットが、鋼板部品に対する溶接の対象とされており、
ナット本体とカバー部材の境界部に幅の狭い環状の被加圧面が形成されており、
前記円筒部は、真っ直ぐで滑らかな表面とされた円筒面を有しており、
断面円形で円筒状とされた電極本体が金属材料を用いて構成され、
前記電極本体の端部に結合した加圧部材に、前記被加圧面に密着する加圧面が形成されているとともに、前記カバー部材の円筒部が挿入される受入孔が形成され、受入孔の内面と円筒部の外面との間の隙間が実質的にゼロとされて、受入孔に対して円筒部が摺動する状態とされ、
前記電極本体に、絶縁材料製で大径孔と小径孔が形成されたガイド筒が挿入され、
ストッパ部材が、永久磁石が収容されている大径部と、永久磁石の吸引力で袋ナットを吸引するための小径部によって構成され、
前記ストッパ部材の大径部が前記ガイド筒の大径孔に摺動可能な状態で挿入されているとともに、ストッパ部材の小径部がガイド筒の小径孔に摺動可能な状態で挿入されており、
前記小径部の直径を受入孔の内径よりも小さくすることによって、小径部と受入孔の間に空隙が形成され、
前記小径部の先端面に形成されたストッパ面が、前記受入孔内の途中に位置してカバー部材を受け止めるように、小径部の長さが設定されていることを特徴とする袋ナット用の電気抵抗溶接電極。