JPH05161979A - 抵抗溶接機用セラミックガイドピン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ガイドピン１の軸線２と曲面入口部３の接線
とのなす角度αの正接が０．０４〜０．１５、軸線２と
ナット座部位置４における曲面の接線とのなす角度βの
正接が０．２以上となるように、ナット６をガイドする
ガイドピン先端案内面５の曲率半径が曲面入口部３から
ナット座部位置４まで、滑らかに変化するように曲面を
形成した抵抗溶接機用セラミックガイドピン１である。 【効果】 ナットをガイドピンに投入し易くなり、傾き
がなく正確に投入できるので、ナットの溶接不良やガイ
ドピンの折損等を極力防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の車体、パネル
等にナット等の小物物品を溶接する抵抗溶接機用ガイド
ピンに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の車体などにナット等の小物物品
を取り付ける方法として、抵抗溶接機によるスポット溶
接が一般的に行なわれている。このスポット溶接におけ
る位置決め用として、図４に示すような形状を有するガ
イドピンが用いられている。スポット溶接に際し、ナッ
トは、円筒状電極の中央部より突出したガイドピンの先
端部に嵌め込まれた後、ガイドピンに嵌め込まれたまま
の状態でナットとパネル（車体）が上下電極により押し
付けられて溶接される。このガイドピンとしては、金属
製ガイドピンが通常使用されているが、近年耐摩耗性、
絶縁性、耐熱性に優れたセラミック製ガイドピンが提案
されている。

【０００３】金属製ガイドピンはセラミックガイドピン
に比べ低硬度なため、ナット挿入、案内時に摩耗と変形
を生じ、さらにスパッタによる電食摩耗、溶損も加わっ
て、ガイドピンの案内面表面は非常に荒れた状態とな
る。金属製ガイドピンでは荒れた状態が悪化し、ナット
の挿入、案内が円滑に行なわれなくなり、ナットの溶接
不良発生頻度が急増するとガイドピンとしての機能を果
せなくなり寿命となる。

【０００４】このため従来金属製ガイドピンでは案内面
の荒れによるナットの挿入、案内不良をカバーするた
め、案内面の形状はナットの挿入、案内に重点を置いた
設計となっており、その反面構造強度的には不利な設計
となっていた。しかし金属製ガイドピンの場合には、靱
生が高く耐衝撃強度上十分に余裕があったため、極度の
衝撃を受けない限りはガイドピン先端案内部が折損して
寿命に至るということは殆ど発生せず、折損する前に表
面荒れによる溶接不良急増で寿命に至ることが殆どであ
った。セラミックガイドピンは高硬度、高弾性、高絶縁
性、高耐熱性材料であるため、ナット挿入、案内時の摩
耗、変形、スパッタによる電食摩耗、溶損は殆ど見られ
ず、金属製ガイドピンと比べ、著しく寿命が向上しナッ
トの溶接不良発生頻度も低減し、生産性向上に効果を発
揮する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなセラミック
ガイドピンは、金属製ガイドピンに比し耐久性に優れる
ものであるが、その先端案内部形状あるいはその表面粗
さによっては、ナットが入り難くナットが傾斜した状態
で片当たりしてセラミックガイドピンが折損したり、ま
た、ワークがセラミックガイドピン側方より衝突し、先
端部が折損することがわかってきた。従来の金属製ガイ
ドピンではあまり見られなかった先端部の折損がセラミ
ックガイドピンで多く発生する理由は、セラミックスが
金属に比べ靱性に劣り耐衝撃特性が低下しているにもか
かわらず、従来のナットの挿入、案内機能に重点を置い
た金属製ガイドピンの形状設計をそのままセラミックガ
イドピンにも適用していたためである。

【０００６】そこで検討を進めたところ、セラミックガ
イドピンの耐久性は、その先端案内部形状、さらにはそ
の表面のなだらかさ或いは滑らかさに依存することを見
出したのである。尚、ここでいう表面粗さとは、ガイド
ピン案内面を軸方向、つまりナットのずれ込む方向に測
定したときの表面粗さである。本発明者は上記知見に基
き鋭意検討した結果、ガイドピンの先端案内部の曲面を
適切な形状とすること、及び、案内部の表面を適切なな
だらかさに確保することによりセラミックガイドピンの
折損を防止できることを見出し、本発明に到った。

【０００７】すなわち、従来の金属製ガイドピン及びセ
ラミックガイドピンでは案内部表面のナット挿入、案内
機能が不十分であったため、案内部の形状設計により、
その機能の不足分を補っていたが、構造強度特性を低下
させたためセラミックガイドピンにとって不利であっ
た。しかし本発明者はガイドピン案内部の表面を適切な
なだらかさに確保することにより、ナットの挿入、案内
機能が飛躍的に向上することを見出し、さらにナットの
挿入、案内機能と構造強度特性の両者のバランスを考慮
した案内部の形状設計をすることで、実使用上における
ナットの挿入、案内性能を損うことなく折損を防止でき
ることを見出したのである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明によれ
ば、抵抗溶接機用ガイドピンであって、該ガイドピン軸
線と曲面入口部における接線とのなす角度の正接が０．
０４〜０．１５、ガイドピン軸線とナット座部位置にお
ける曲面の接線とのなす角度の正接が０．２以上となる
ように、ナットをガイドするガイドピン先端案内面の曲
率半径が曲面入口部からナット座部位置まで、滑らかに
変化するように曲面を形成したことを特徴とする抵抗溶
接機用セラミックガイドピン、が提供される。

【０００９】また本発明においては、ナットをガイドす
るガイドピン先端案内面における曲面入口部からナット
座部位置までの曲率半径が３０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲
となるようにガイドピン先端部を形成したことを特徴と
する抵抗溶接機用セラミックガイドピン、が提供され
る。なお本発明では、ナット案内面表面形状を微視的に
みた場合において、外方に突出した凸部の項上部がなだ
らかな曲面状を呈することが、ナットの滑りをよくし好
ましい。また従来、セラミックガイドピン内部に孔を開
け金属製ピンを挿入し補強する構造も提案されている
が、この構造ではガイドピンの製造コストが大幅に高く
なり、実用上生産工程で用いることができない。本発明
は、実用上用いることが可能な範囲で安価にかつ量産可
能なセラミックガイドピンを提供するものである。

【００１０】

【作用】本発明のセラミックガイドピンでは、ナットを
ガイドするガイドピン先端案内面の曲率半径を曲面入口
部からナット座部位置まで滑らかに変化するように形成
した。これにより、ナットをガイドピンに投入し易くな
り、また傾きがなく正確に投入できるので、ナットの溶
接不良やガイドピンの折損等の発生を極力防止すること
ができる。また、図３に示すように、ガイドピン先端案
内面の外方に突出した凸部の項上部の表面形状をなだら
かな曲面状に形成すると、表面粗さが所定以下（その中
心線深さＲｐが３μｍ以下）であれば、ナットの滑り特
性は良好であり、上記効果をさらに向上させることがで
きる。

【００１１】本発明のセラミックガイドピンにおいて
は、ガイドピン軸線と曲面入口部における接線とのなす
角度の正接が０．０４〜０．１５の範囲であることが必
要である。正接が０．０４未満ではガイドピン先端部が
折損し易く、０．１５を超えるとナットが入り難い。ま
た、ガイドピン軸線とナット座部位置における曲面の接
線とのなす角度の正接が０．２以上の範囲であることが
必要である。正接が０．２未満ではナットが傾斜し易
く、案内部に安定してナットが座ることが困難となる。

【００１２】また、本発明では、ナットをガイドするガ
イドピン先端案内面における曲面入口部からナット座部
位置までの曲率半径が３０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲とな
るようにガイドピン先端部を形成することが好ましい。
曲率半径が３０ｍｍ未満ではガイドピン先端部が折損し
易く、また曲率半径が１００ｍｍを超えるとナットが入
り難い。本発明のセラミックガイドピンは、製品寸法に
焼成割掛率を掛けた大きさの成形体を作製し、これを焼
結した後にバレル研磨を施すことにより製造できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて更に
詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限られる
ものではない。 （実施例１）イットリア、マグネシア等の焼結助剤を添
加したＳｉ₃ Ｎ₄ 造粒粉末を少なくとも１ｔｏｎ／ｃｍ
² 以上の圧力により円柱状にラバープレス成形し、焼結
収縮を見込んだ図４に示すガイドピン所定形状（Ｍ６
用）に旋盤により切削加工し、サンドペーパーで表面を
特に案内面について加工条痕がなくなるまで仕上げ加工
を行ない、バインダー除去後窒素雰囲気下１７００℃で
焼成した。

【００１４】次いで上記所定のガイドピン形状の焼結体
を７．５リットルの六角柱状鋼製容器内に５０個入れ、
さらにφ３ｍｍ〜φ５ｍｍのアルミナボールメディアを
容器６０ｖｏｌ％になるまで投入し、さらに水を加えて
８０ｖｏｌ％とし、これに微量の界面活性剤を加えて容
器を閉じ、チップトン社製遠心バレル研磨機にセット
し、回転数１５０〜２００ｒｐｍにて１０分間以上回転
させ、ガイドピンの表面バレル処理を行ない、Ｓｉ₃ Ｎ
₄ 製バレル処理ガイドピンを製造した。

【００１５】得られたガイドピンをナットを投入した場
合の例を図１に示す。図１のセラミックガイドピン１
は、その軸線２と曲面入口部３の接線とのなす角度αが
５°１５′、軸線２とナット座部位置４における曲面の
接線とのなす角度βが１２°４６′で、ガイドピン先端
案内面５を形成する曲率半径が４６．８mmとなるように
ガイドピン先端案内面５を形成した。また、ガイドピン
先端案内面５の表面形状は、図３に示すように、外方に
突出した凸部の項上部がなだらかな曲面状となってい
た。このセラミックガイドピン１を用いて１万回ナット
溶接を行ない、ガイド先端部でのナット引っ掛かり発生
数、ナットの傾斜溶接不良発生数、ガイド先端部での折
損発生具合を調べた。ここで、ガイド先端部での折損発
生具合は意図的にワークをガイドピン先端部に衝突しや
すいようにさせて調べたものである。その結果を表１に
示す。

【００１６】（実施例２〜３、比較例１〜２）実施例１
と同様の方法により、表１のようにガイドピン先端案内
面の曲率半径のみ実施例１と異なるセラミックガイドピ
ンを製造した。即ち、セラミックガイドピン１の軸線２
と曲面入口部３の接線とのなす角度α、軸線２とナット
座部位置４における曲面の接線とのなす角度β、及びガ
イドピン先端案内面５を形成する曲率半径をそれぞれ表
１のように変化させてガイドピン先端案内面５を形成し
た。このセラミックガイドピン１を用い、実施例１と同
様にしてナット溶接を行ない、ガイド先端部でのナット
引っ掛かり発生数などを調べた。その結果を表１に示
す。

【００１７】表１の結果より明らかなように、実施例１
〜３のガイドピンが比較例１〜２に比して、ナットの滑
り特性および折損発生率等において優れていることがわ
かる。なお、実施例１、比較例１〜２に係るセラミック
ガイドピンの先端案内面を図２に示す。さらに、ナット
をガイドするガイドピン先端案内面における曲面入口部
およびナット座部位置での曲率半径に対する接線角度の
正接の関係を、図５に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のセラミッ
クガイドピンによれば、ナットをガイドするガイドピン
先端案内面の曲率半径を曲面入口部からナット座部位置
まで滑らかに変化するように曲面を形成することによ
り、ナットをガイドピンに投入し易くなり、また傾きが
なく正確に投入できるので、ナットの溶接不良やガイド
ピンの折損等を極力防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のガイドピンにナットを投入した場合
の例を示す断面概要図である。

【図２】実施例１、比較例１〜２に係るセラミックガイ
ドピンの先端案内面を示す断面概要図である。

【図３】セラミックガイドピンの表面粗さ曲線の一例を
示すグラフである。

【図４】ガイドピンの形状の一例を示す側面図である。

【図５】曲面入口部およびナット座部位置での曲率半径
に対する接線角度の正接の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ セラミックガイドピン ２ セラミックガイドピンの軸線 ３ ガイドピン先端案内面の曲面入口部 ４ ナット座部位置 ５ ガイドピン先端案内面 ６ ナット

【手続補正書】

【提出日】平成５年２月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 抵抗溶接機用ガイドピンであって、該ガ
   イドピン軸線と曲面入口部における接線とのなす角度の
   正接が０．０４〜０．１５、ガイドピン軸線とナット座
   部位置における曲面の接線とのなす角度の正接が０．２
   以上となるように、ナットをガイドするガイドピン先端
   案内面の曲率半径が曲面入口部からナット座部位置ま
   で、滑らかに変化するように曲面を形成したことを特徴
   とする抵抗溶接機用セラミックガイドピン。
2. 【請求項２】 ナットをガイドするガイドピン先端案内
   面における曲面入口部からナット座部位置までの曲率半
   径が３０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲となるようにガイドピ
   ン先端部を形成したことを特徴とする抵抗溶接機用セラ
   ミックガイドピン。
3. 【請求項３】 ガイドピン先端案内面表面形状を微視的
   にみた場合において、外方に突出した凸部の項上部がな
   だらかな曲面状を呈することを特徴とする請求項１また
   は２記載の抵抗溶接機用セラミックガイドピン。