JP7508066B2 - パイプ材内面へのナット固着装置及び固着方法 - Google Patents

Description

本発明は、パイプ材の内面にナットを固着することができるパイプ材内面へのナット固着装置及び固着方法に関するものである。

自動車の軽量化の一環として、アルミ押出材や鋼管などの中空断面を持つパイプ材の採用が増加している。そしてそのパイプ材の表面に他の部材を取付けるために、パイプ材の内面にナットを固着する技術が求められている。

パイプ材内面へのナット固着装置としては、特許文献１に記載の技術が知られている。図１１はその概要を示した断面図であり、パイプ材Ｐの内部に挿入されるシャフト１の先端部に底部を斜面としたパンチ２を設け、ナット供給路３を通じてパンチ２の上にピアスナットを供給し、シャフト１の底部に先端を楔状の斜面とした矢板４を挿入することによってパンチ２を上昇させ、ピアスナットを打ち込む構造である。なお、パイプ材Ｐの上面はダイス５によって押圧され、ピアスナットはパンチ２とダイス５によってパイプ材Ｐの内面にかしめ固定される。

しかしこの従来の装置は、パンチ２と矢板４を内蔵させるシャフト１が必要で、シャフト１よりも内径が大きいパイプ材Ｐにしか使用することができないという問題があった。また、矢板４の調整でパイプ材Ｐの内側からピアスナットとパンチ２を上昇させてパイプ材Ｐの壁面にかしめ固定を行うため、パンチ２とダイス５とを同期させる必要があり、両者の動作タイミングがずれるとパイプ材Ｐのナット取付面が歪んでしまうという問題があった。さらに、シャフト１の外径は当然にパイプ材Ｐの内径よりも小さいため、ナットを固着する際にシャフト１が片持ち状態となり、固着の荷重で傾き、正常にナットをかしめ固定できない可能性があった。この片持ちを回避するためには、別途シャフトとパイプ材を床面に密接させる機構が必要となる。

特許第４２６８９５２号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、従来よりも内径の小さいパイプ材の内面にもナットを固着することができ、しかもパイプ材Ｐのナット取付面の歪みを抑制することができる、パイプ材内面へのナット固着装置及び固着方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明のパイプ材内面へのナット固着装置は、パイプ材の内部に挿入されるユニットボックスと、このユニットボックスからパイプ材の外部にまで延びる回転軸と、前記ユニットボックスの内部において回転軸に固定された楕円形又は長円形のカムと、このカムの回転により前記ユニットボックスからパイプ材内面に向けて進出するナットホルダとを備えたことを特徴とするものである。

なお、前記回転軸を支持する軸受を、前記ユニットボックスに連結して設けた構造とすることが好ましく、ユニットボックスのナットホルダの反対面に、前記カムによって動かされてパイプ材の内面に当接する受圧部材を設けた構造とすることが好ましい。

また上記の課題を解決するためになされた本発明のパイプ材内面へのナット固着方法は、請求項１に記載のパイプ材内面へのナット固着装置を用い、そのナットホルダにナットを保持させてパイプ材の内部に挿入し、パイプ材の外部から回転軸を駆動して楕円形又は長円形のカムを回転させ、前記ナットホルダをパイプ材内面に向けて進出させてナットをパイプ材の内面に密着させたうえ、パイプ材の外周位置に配置したダイスをパイプ材に打ち込み、前記ナットをパイプ材の内面に固着することを特徴とすることを特徴とするものである。

なお、ユニットボックスのナットホルダの反対面の受圧部材を前記カムによってパイプの内面に当接させ、ダイスをパイプ材に打ち込む加圧力によるパイプ材の変形を防止することが好ましい。

本発明によれば、ナットホルダにナットを保持させてパイプ材の内部に挿入し、楕円形又は長円形のカムによりナットホルダをパイプ材内面に向けて進出させてナットをパイプ材の内面に密着させたうえ、パイプ材の外周位置に配置したダイスをパイプ材に打ち込み、ナットをパイプ材の内面に固着する。このため従来のようなシャフトは不要であり、パイプ材の内部にはユニットボックスと回転軸を挿入できればよいので、従来よりも内径の小さいパイプ材の内面にもナットを固着することができる。

また本発明によれば、予め本装置のカムを取付け位置に回転させてナットをパイプ材の内面に密着させ、その後にダイスを作動させればよいので、従来のようにパンチとダイスとを同期させる必要がない。このためパイプ材Ｐのナット取付面の歪みを抑制することができる。

さらに、ユニットボックスのナットホルダの反対面の受圧部材をカムによってパイプの内面に当接させ、ダイスをパイプ材に打ち込む加圧力を受けるようにすれば、従来のようにパイプ材の内部において装置が傾くこともなくなり、正常にナットを取付けることができる。

実施形態のナット固着装置の斜視図である。 実施形態のナット固着装置の正面図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 使用状態を示す断面図である。 ピアスナットの平面図と断面図である。 パイプ材の内面にピアスナットを挿入した状態を示す断面図である。 ナットホルダと受圧部材をパイプ材Ｐの内面に密着させた状態を示す断面図である。 ダイスを下降させた状態を示す断面図である。 ダイスを上昇させた状態を示す断面図である。 パイプ材の内面にピアスナットが固着された状態を示す断面図である。 従来技術を示す模式的な断面図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は実施形態のナット固着装置の斜視図、図２はその正面図、図３は図２のＡ－Ａ断面図である。１０はパイプ材Ｐの内部に挿入されるユニットボックスであり、その中心部には回転軸１１と、この回転軸１１にキー止めされたカム１２が設けられている。この実施形態のカム１２は楕円形又は長円形のカムである。

回転軸１１はユニットボックス１０からパイプ材Ｐの外部にまで延びるもので、軸受１３と中間軸受１４とによって回転自在に支持されている。軸受１３は左右に延びる脚部１５を備えており、図４に示すようにパイプ材Ｐの開口部の外部においてベース１６に固定されるものである。中間軸受１４はパイプ材Ｐの内部に挿入できるように、外径がユニットボックス１０と同等となっている。これらのユニットボックス１０、中間軸受１４、軸受１３は連結材１７により連結一体化されている。回転軸１１は手動のハンドルまたはモータにより回転されるものである。

図３に示されるように、ユニットボックス１０は上下に開口部を備え、上部にはカム１２の回転によりユニットボックス１０から出没するナットホルダ１８が設けられている。ナットホルダ１８はその上面が円形にくぼんだナット保持部１９となっており、ピアスナット、圧入ナットなどの各種ナットを保持できる構造となっている。この実施形態ではナットホルダ１８は図１に示すように略正方形であり、図３に示すようにその外周面２０をユニットボックス１０の上部開口部に当接させた状態で、上下に出没できるようになっている。

ユニットボックス１０のナットホルダ１８の反対面には、パイプ材Ｐの内面に当接する受圧部材２１が設けられている。この受圧部材２１もその外周面２２をユニットボックス１０の下部開口部に当接させた状態で、カム１２と受圧部材後退機構３５とによって上下に出没できるようになっている。

次に、本発明のナット固着装置を用いたパイプ材内面へのナット固着方法を説明する。
この実施形態では図5に示したピアスナット３０が、四角形のアルミ押出材からなるパイプ材Ｐの内面に固着される。このピアスナット３０は、めねじ部３１の外周に環状打抜部３２と、その外周に形成された環状溝部３３と、その外周に形成された座面３４とを備えたもので、図示されるように、環状打抜部３２と座面３４を同一高さとしたものである。

先ず図６に示すように、ピアスナット３０をナットホルダ１８のナット保持部１９に載せ、ユニットボックス１０をパイプ材Ｐの内部に挿入する。このときカム１２はその長径が水平となる位置にあり、ナットホルダ１８と受圧部材２１はユニットボックス１０の内側に下がった位置にある。

次に図７に示すように、回転軸１１を回転させてカム１２の長径が上下方向となるようにする。このカム１２の回転によりナットホルダ１８は外側に押し出され、ピアスナット３０の上面である環状打抜部３２と座面３４がパイプ材Ｐの上部内面に密着する。また受圧部材２１もパイプ材Ｐの下部内面に密着する。このようにパイプ材Ｐの内径と同等にすることにより、ユニットボックス１０はパイプ材Ｐの内部にがたつくことなく確実に固定される。

次に図８に示すように、パイプ材Ｐの外周位置に配置したダイス２５をパイプ材Ｐに打ち込み、パイプ材Ｐを打ち抜いて貫通孔を形成するとともに、貫通孔の周縁の金属材料をピアスナット３０の環状溝部３３に塑性流動させ、ピアスナット３０をパイプ材Ｐの内面に固着する。ピアスナット３０はユニットボックス１０により確実に保持されているので、強固に固着することができる。また、受圧部材２１をパイプ材Ｐの内面に当接させているので、ダイス２５をパイプ材Ｐに打ち込む加圧力によるパイプ材Ｐの変形を防止することができる。

その後、図９のようにダイス２５を上昇させ、回転軸１１を回転させてカム１２の長径を横向きとし、ナットホルダ１８と受圧部材２１を後退させたうえで、ユニットボックス１０をパイプ材Ｐから引き抜く。図１０にパイプ材Ｐの内面にピアスナット３０が固着された状態を示す。

上記した実施形態では、環状打抜部３２と座面３４を同一高さとしたピアスナット３０を固着した。この実施形態のピアスナット３０は、パイプ材Ｐの内側で保持したままでダイス２５による固着が可能であるという利点がある。しかし、ナットの種類はこれに限定されるものではなく、環状打抜部３２が座面３４より高い通常のピアスナットのほか、圧入ナット、溶接ナット等も固着することができる。これらのナットを固着する場合には、カム１２によってナットホルダ１８を可動させればよい。

また上記した実施形態では、パイプ材Ｐとして角型のアルミ押出材を用いたが、ユニットボックス１０の形状を変更すれば、断面丸形のパイプ材にも適用可能である。

以上に説明したように、本発明によれば図１１に示したようなパンチと矢板を内蔵させるシャフトを設ける必要がないので、従来よりも内径の小さいパイプ材Ｐの内面にもナットを固着することができる。また、ナットをパイプ材Ｐの内面に保持させたうえでダイス２５を作動させればよいため、ダイスを同期させる必要がない。さらにユニットボックス１０をパイプ材Ｐの内部に確実に固定できるので、パイプ材Ｐのナット取付面の歪みを抑制することができるなど、多くの利点がある。

以下に本発明の実施例を示す。
前記の実施形態で説明した固着装置とピアスナットを用い、断面が６０ｍｍ×６０ｍｍ、板厚２ｍｍの四角形のアルミ押出材の内面に、直径２２．５ｍｍ、厚さ（全高）９ｍｍのピアスナットを固着する試験を行った。アルミ押出材は１００ｍｍの長さに切断し、長手方向の中央位置にピアスナットを固着した。ダイスの圧入荷重は４０ｋＮである。

固着されたピアスナットの空転トルクをダイヤル型トルクレンチを用いて計測した。また引張圧縮試験機を用い、固着されたピアスナットのクリンチ力（引き抜き荷重）を測定した。その結果、空転トルクの平均値は３０Ｎｍであり、オープン断面のアルミ押出材に従来法によりピアスナットを固着した場合と同様であった。またクリンチ力の平均値は３.５ｋＮであり、オープン断面のアルミ押出材に従来法によりピアスナットを固着した場合と同様であった。何れも試料数Ｎ＝３である。

次に、四角形のアルミ押出材の外径と内径の変化量を、ノギスにより測定した。実施形態のようにピアスナットとパイプ内面との隙間をゼロとした場合には、外径の変化量は０.０２ｍｍ、内径の変化量は０.０４ｍｍであり、極めて微小であった。またピアスナットをカムを利用して強くパイプ内面に押し付けることにより、外径の変化量、内径の変化量をともにゼロにできることを確認した。

Ｐ パイプ材
１ シャフト
２ パンチ
３ ナット供給路
４ 矢板
５ ダイス
１０ ユニットボックス
１１ 回転軸
１２ カム
１３ 軸受
１４ 中間軸受
１５ 脚部
１６ ベース
１７ 連結材
１８ ナットホルダ
１９ ナット保持部
２０ 外周面
２１ 受圧部材
２２ 外周面
３０ ピアスナット
３１ めねじ
３２ 環状打抜部
３３ 環状溝部
３４ 座面
３５ 受圧部材後退機構

Claims (5)

1. パイプ材の内部に挿入されるユニットボックスと、このユニットボックスからパイプ材の外部にまで延びる回転軸と、前記ユニットボックスの内部において回転軸に固定された楕円形又は長円形のカムと、このカムの回転により前記ユニットボックスからパイプ材内面に向けて進出するナットホルダとを備えたことを特徴とするパイプ材内面へのナット固着装置。
2. 前記回転軸を支持する軸受を、前記ユニットボックスに連結して設けたことを特徴とする請求項１に記載のパイプ材内面へのナット固着装置。
3. 前記ユニットボックスのナットホルダの反対面に、前記カムによって動かされてパイプ材の内面に当接する受圧部材を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のパイプ材内面へのナット固着装置。
4. 請求項１に記載のパイプ材内面へのナット固着装置を用い、そのナットホルダにナットを保持させてパイプ材の内部に挿入し、パイプ材の外部から回転軸を駆動して楕円形又は長円形のカムを回転させ、前記ナットホルダをパイプ材内面に向けて進出させてナットをパイプ材の内面に密着させたうえ、パイプ材の外周位置に配置したダイスをパイプ材に打ち込み、前記ナットをパイプ材の内面に固着することを特徴とするパイプ材内面へのナット固着方法。
5. 前記ユニットボックスのナットホルダの反対面の受圧部材を前記カムによってパイプの内面に当接させ、ダイスをパイプ材に打ち込む加圧力によるパイプ材の変形を防止することを特徴とする請求項４に記載のパイプ材内面へのナット固着方法。

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