特開 2022-140118 溶接ボルト

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022140118

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】溶接ボルト

(51)【国際特許分類】

   F16B 35/04 20060101AFI20220915BHJP

   F16B 35/00 20060101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

F16B35/04 G

F16B35/00 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021040779

(22)【出願日】2021-03-12

(71)【出願人】

【識別番号】593104132

【氏名又は名称】イワタボルト株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】特許業務法人 信栄特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近藤 幸太

(57)【要約】

【課題】溶接時に分流が生じにくい溶接ボルトを提供する。
【解決手段】本開示による溶接ボルト１は、一端側に設けられた頭部１０と、ねじ部２１と、頭部１０とねじ部２１との間に設けられた中間部２２を含む軸部２０と、を有する溶接ボルト１であって、頭部１０の被溶接材２と当接する座面１１に溶接用突起部１３が設けられ、頭部１０の座面１１と反対側の天面１２には、軸部２０側に向かって凹んだ凹部１４が設けられており、溶接ボルト１を透視的に軸方向から見たとき、中間部２２の頂部２２ａが凹部１４の開口縁１４ａよりも内側に設けられている。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一端側に設けられた頭部と、
ねじ部と、前記頭部と前記ねじ部との間に設けられた中間部を含む軸部と、を有する溶接ボルトであって、
前記頭部の被溶接材と当接する座面に溶接用突起部が設けられ、
前記頭部の前記座面と反対側の天面には、前記軸部側に向かって凹んだ凹部が設けられており、
前記溶接ボルトを透視的に軸方向から見たとき、前記中間部の頂部が前記凹部の開口縁よりも内側に設けられている、
溶接ボルト。

【請求項2】

前記溶接ボルトを透視的に軸方向から見たとき、前記溶接用突起部は前記凹部の開口縁よりも外側に設けられている、請求項１に記載の溶接ボルト。

【請求項3】

前記中間部と前記ねじ部との間に、前記中間部より小径の丸軸部が設けられており、
前記中間部と前記丸軸部はテーパ部で接続されている、請求項１または２に記載の溶接ボルト。

【請求項4】

前記中間部の外接円の直径は、ねじの呼び径と等しい、
請求項３のいずれか一項に記載の溶接ボルト。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、溶接ボルトに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１，２に示すような溶接ボルトが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】日本国特開４－２６２８８０号公報

【特許文献2】日本国特許第５３５７５８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

溶接ボルトは、電流を流すことで溶接用突起部を溶融させて、被溶接材と溶着する。溶接時には、溶接ボルトの溶接用突起部を介して電流が被溶接材に流れ、溶接用突起部が溶融する。しかし、被溶接材に設けられたボルト挿入孔の内壁と溶接ボルトの軸部が接触してしまうと、溶接電流が溶接用突起部以外に、軸部からも被溶接材に電流が流れ、分流が起きる虞がある。分流が起きると溶接用突起部に十分な電流が流れないので、十分な溶接強度が確保できない虞がある。

【0005】

分流対策のために、特許文献１では、ボルト挿入孔に嵌合する案内を設けて、溶接電極から案内とボルト挿入孔との摺動面までの距離をなるべく遠くすることによって分流が生じないようにしている。また、特許文献２では、案内を等径歪円ことによって、案内とボルト挿入孔との接触面積が減少するので、分流が低減できることが開示されている。

【0006】

しかし近年、例えば、軽量化などを目的として、被溶接材として高張力鋼が用いられる場合がある。高張力鋼は従来の鋼材と比べて、溶接のためにより大きな電流を流す必要がある。このため、上記の特許文献に示す対策を施しても分流が起きてしまいやすく、所望の溶接強度が得られなかったり、円滑な作業が阻害されたりする虞があった。

【0007】

そこで本開示は、溶接時に分流が生じにくい溶接ボルトを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示による溶接ボルトは、
一端側に設けられた頭部と、
ねじ部と、前記頭部と前記ねじ部との間に設けられた中間部を含む軸部と、を有する溶接ボルトであって、
前記頭部の被溶接材と当接する座面に溶接用突起部が設けられ、
前記頭部の前記座面と反対側の天面には、前記軸部側に向かって凹んだ凹部が設けられており、
前記溶接ボルトを透視的に軸方向から見たとき、前記中間部の頂部が前記凹部の開口縁よりも内側に設けられている。

【0009】

上記構成によれば、頭部の天面には溶接の際に溶接電極が接触するが、天面のうち凹部は溶接電極と直接接触しない。つまり、溶接電極は凹部が開口していない天面においてのみ接触する。このため、溶接電流は主に溶接電極から溶接用突起部を通って被溶接材まで直線状のルートを流れる。
これに対して、被溶接材と接する中間部の頂部は凹部の開口縁の内側に設けられている。このため、仮に分流が生じたとしても、溶接電流は、溶接電極から溶接ボルトの軸中心方向に回り込んでから被溶接材まで流れる屈曲したルートを流れることになる。しかし、溶接電流は、直線状のルートを優先的に流れ、屈曲したルートには流れにくいため、溶接用突起部に溶接電流が流れやすく、分流が起きにくい。
また、中間部の頂部は、溶接ボルトの軸方向から見ると、ボルト挿入孔の内壁と点接触する。中間部は被溶接板との接触面積が小さいので、溶接時により分流が起きにくい。
このような理由により、本発明の溶接ボルトでは溶接時に分流が生じにくい。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、分流が生じにくい溶接ボルトを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施形態における溶接ボルトの斜視図である。

【図2】図２は、実施形態における溶接ボルトの上面図である。

【図3】図３は、実施形態における溶接ボルトが被溶接材に挿入された様子を軸部２０方向からから見た図である。

【図4】図４は、図３のＩ－Ｉによる断面図である。

【図5】図５は、実施形態における溶接ボルトのテーパ部を説明する断面図である。

【図6】図６は、実施形態における溶接ボルトに対する変形例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示にかかる実施形態を、図面を用いて説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。また、本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。

【0013】

図１は、本実施形態における溶接ボルト１の斜視図である。図１に示すように、溶接ボルト１は、頭部１０と軸部２０とを有する。

【0014】

頭部１０は溶接ボルトの一端側に設けられ、被溶接材２と当接する座面１１と、座面１１と反対側の面である天面１２（図２参照）とを備える。座面１１には溶接用突起部１３が設けられている。溶接用突起部１３は、座面１１のうち被溶接材２と直接当接する部分である。被溶接材２と直接当接しているときに溶接用突起部１３に十分な電流が流れると、溶接用突起部１３は溶融する。溶融した溶接用突起部１３が再び固化することより、溶接ボルト１が被溶接材２に溶接される。

【0015】

図２は、実施形態における溶接ボルト１の上面図である。図２に示すように、天面１２は凹部１４を備える。凹部１４は軸部２０側に向かって凹んでいる（図４参照）。

【0016】

図１に戻って、軸部２０は、ねじ部２１と、頭部１０とねじ部２１の間に設けられた中間部２２と、を備える。ねじ部２１にはねじ山２１ａを備えた雄ねじが形成されている。図３は、溶接ボルト１が被溶接材２に挿入された様子を軸部２０方向から見た図である。図３に示すように中間部２２は頂部２２ａを有する。本実施形態では、中間部２２は六角形型であり、頂部２２ａが六角形の頂点をなしている。また、図２に示すように、天面１２から中間部２２を透視的に見ると、中間部２２の頂部２２ａは、天面１２の凹部１４の開口縁１４ａよりも内側に設けられている。

【0017】

なお、図３に示すように、溶接ボルト１を被溶接材２に挿通するために設けられたボルト挿入孔２ａの直径は、一般にねじの呼び径よりも１ｍｍ程度大きい。これはクリアランスを設けて、溶接ボルト１の挿通を容易にするためである。

【0018】

ところで、溶接ボルト１はボルト挿入孔２ａの中心に設置され、被溶接材２のみが溶接用突起部１３に接触していることが理想的である。しかし、実際には溶接ボルト１がボルト挿入孔２ａに挿入された際に偏って配置されることがある。このとき、図３に示すように、ボルト挿入孔２ａに挿入された溶接ボルト１は、溶接用突起部１３と被溶接材２とだけでなく、中間部２２の頂部２２ａと被溶接材２とが接触する中間部接点Ｐが発生する。

【0019】

上述した通り、被溶接材に設けられたボルト挿入孔の内壁と溶接ボルトの軸部が接触してしまうと、溶接電流が溶接用突起部以外に、軸部からも被溶接材に電流が流れる分流が起きる虞がある。分流が起きると溶接用突起部に十分な電流が流れないので、十分な溶接強度が確保できない虞がある。

【0020】

次に、図４を用いて、本実施形態における溶接ボルト１が分流を低減できる理由を説明する。図４は、図３のＩ－Ｉによる断面図である。図４に示すように、溶接ボルト１は溶接部材２の挿入孔２ａに挿入されている。被溶接部材２と溶接ボルト１の頭部１０とは、上部電極３と下部電極４とで挟まれている。また、溶接ボルト１と被溶接材２とは、溶接用突起部１３だけでなく中間部２２の頂部２２ａでも接触している。以下、被溶接材２と中間部２２の頂部２２ａとの中間部接点Ｐと呼ぶ。

【0021】

溶接時には、上部電極３から下部電極４へ、溶接ボルト１と被溶接材２とを介して電流が流れる。このとき、天面１２と上部電極３が接触している領域は、凹部１４の開口縁１４ａよりも外側の領域だけであり、凹部１４が設けられている領域と上部電極３の間には隙間Ｓが設けられる。つまり、天面１２において、隙間Ｓがある部分からは電流が流れ込まず、隙間Ｓがない領域から電流が流れ込む。このため、溶接電流は主に、上部電極３から溶接用突起部１３を通って被溶接材２まで直線状のルートＲ_Ａを流れる。

【0022】

これに対して、被溶接材２と接する中間部２２の頂部２２ａは凹部１４の開口縁１４ａの内側に設けられている。つまり、中間部接点Ｐも凹部１４の開口縁１４ａの内側に存在する。このため、仮に分流が生じたとすると、この溶接電流は、上部電極３から溶接ボルト１の軸中心方向に回り込んでから被溶接材２まで流れる屈曲したルートＲ_Ｂを流れることになる。

【0023】

一般的に電流は、直線状のルートＲ_Ａを優先的に流れ、屈曲したルートＲ_Ｂには流れにくい。このため、本実施形態の溶接ボルト１では溶接用突起部１３に電流が流れやすく、分流が起きにくい。
また上記構成によれば、中間部２２の頂部２２ａは、溶接ボルト１の軸方向から見ると、ボルト挿入孔２ａの内壁と点接触する。中間部２２は被溶接板との接触面積が小さいので、分流の発生がより低減されている。

【0024】

図２に戻って、本実施形態における溶接ボルト１において、天面１２から透視的に見たとき、溶接用突起部１３は、天面１２の凹部１４の開口縁１４ａよりも外側に設けられている。
このため、上部電極３から溶接用突起部１３を通って被溶接材２までより直線的に溶接電流が流れるため、分流の発生はより低減される。

【0025】

図５は、実施形態における溶接ボルト１のテーパ部２３を説明する断面図である。図５に示すように、本実施形態における溶接ボルト１において、中間部２２とねじ部２１との間に、中間部２２よりも小径の丸軸部２４が設けられている。さらに、中間部２２と丸軸部２４との間はテーパ部２３によって接続されている。丸軸部２４は中間部２２よりも小径であるため、テーパ部２３において、軸部２０は座面１１からねじ部２１に向けて縮径する

【0026】

特許文献２のように、中間部と丸軸部との間を接続するテーパ部が設けられていない場合、中間部と丸軸部との間で不連続な段差ができる。このとき、ボルトをボルト挿入孔に落とし入れた場合、この段差が被溶接板の上に乗りあげて、ボルトがボルト挿入孔の奥まで入らない虞がある。この場合、作業者はボルトをボルト挿入孔の奥まで入れるために、手作業でボルトの位置を修正する必要があり、円滑な作業を阻害する可能性がある。

【0027】

本実施形態の溶接ボルト１では、丸軸部２４と中間部２２の間をテーパ部２３で接続している。つまり、丸軸部２４と中間部２２との間に不連続な段差は存在しない。このため、溶接ボルト１がボルト挿入孔２ａに落とし入れられると、被溶接材２にテーパ部２３は乗り上げにくく、溶接ボルト１はその自重でボルト挿入孔２ａの奥まで挿入されやすい。つまり作業者は、溶接ボルト１を落とし入れた後に、その溶接ボルト１の位置を修正する作業をしなくても良いので、より簡易かつ円滑な作業で溶接できる溶接ボルト１を提供できる。

【0028】

また、本実施形態における溶接ボルト１においては、中間部２２の頂部２２ａの外接円の直径はねじの呼び径と等しい。

【0029】

ＩＳＯ９６５－２（１９９８）には、ねじの呼び径とそれに対する雄ねじのねじ山の直径がとりうる値の範囲が規定されている。ＩＳＯ９６５－２（１９９８）によると、ねじの呼び径が１．６～２０（公差域クラスは６ｇ）のとき、ねじの呼び径に対するねじ山の直径は、約９３．５％～９９．８％である。つまり、中間部２２の頂部２２ａの外接円の直径はねじの呼び径に等しいので、中間部２２の頂部２２ａの外接円の直径は、ねじ山の直径よりも約０．２％～６．５％だけ大きい。

【0030】

特許文献１では、本実施形態と同じく、ねじの呼び径よりも１ｍｍ大きい挿入孔が被溶接材２に設けられている。しかし、溶接ボルトの位置決めを正確に行うために、特許文献１の案内部は、被溶接材２に設けられた挿入孔と内接するように構成されている。
例えば特許文献１では、Ｍ８のねじに対して、直径９ｍｍの円に内接する案内部が設けられている。このとき、案内部の直径は、ねじ山の直径と比べて１２．５％以上大きい。このとき、溶接ボルトをボルト挿入孔に落とし入れると、案内部が被溶接材２に乗り上げてしまう虞がある。この場合、作業者はボルトをボルト挿入孔の奥まで入れるために、手作業でボルトの位置を修正する必要があり、円滑な作業を阻害する可能性がある。

【0031】

そこで本実施形態の溶接ボルト１では、ねじの呼び径が１．６～２０（公差域クラスは６ｇ）のとき、中間部２２の直径は、ねじ山２１ａの直径と比べて０．２％～６．５％だけ大きい。つまり、特許文献１と比較すると、中間部２２は僅かにねじ山２１ａの直径をはみ出る程度にしか大きくない。さらに、この僅かにはみ出る部分と丸軸部２４の間にはテーパ部２３が設けられている。これにより、溶接ボルト１がボルト挿入孔２ａに落とし入れられると、被溶接板に中間部２２が乗り上げることがないので、溶接ボルト１は、その自重でボルト挿入孔２ａの奥まで挿入される。つまり作業者は、溶接ボルト１を落とし入れた後に、その溶接ボルト１の位置を修正する作業をしなくても良いので、より簡易で円滑な作業で溶接できる溶接ボルト１を提供できる。

【0032】

次に、図６を用いて、中間部２２及び溶接用突起部１３の変形例について説明する。図６は、実施形態における溶接ボルト１に対する変形例を説明する図である。変形例における溶接ボルト１Ａは、本実施形態における溶接ボルト１と比較すると、まず、中間部の形状が異なっている。本実施形態における溶接ボルト１の中間部２２は、軸方向から見ると六角形型であるが、変形例における溶接ボルト１Ａの中間部２２Ａは、十二角形型であり、その半数の角が２直角よりも大きい。このとき、２直角よりも小さい角度である６個の角が頂部２２ａＡである。さらに、頂部２２ａＡのすべてにはＲ面取り加工が施されている。

【0033】

変形例における溶接ボルト１Ａであっても、天面１２に凹部１４が設けられていて、凹部１４の開口縁１４ａよりも内側に中間部２２Ａの頂部２２ａＡが設けられているので、本実施形態における溶接ボルト１と同様の作用効果が得られる。

【0034】

また、本実施形態における溶接ボルト１の溶接用突起部１３は略半球の形状であったが、溶接用突起部１３の形状は本実施形態の例示に限られない。変形例における溶接ボルト１Ａの溶接用突起部１３Ａは、座面１１の周の一部に沿うように、山状の溶接用突起部１３Ａが設けられている。このような溶接用突起部１３Ａであっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0035】

以上、実施形態に基づいて本発明を説明した。本実施形態は本開示の一例であって、上述した実施形態に限定されず、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所等は、本発明を開示できるものであれば任意であり、限定されない。

【0036】

例えば、本開示における溶接ボルトは、特に高張力鋼を用いて製造されることを想定してなされたものである。しかし、材質が高張力鋼の場合でなくても分流は起こりうる現象であり、本実施形態における溶接ボルトの作用及び効果は、材質が高張力鋼の場合に限らず有効であることは、上述の説明から明らかである。したがって、本開示における溶接ボルトの材質は高張力鋼に限られないと理解されるべきである。

【0037】

本実施形態における溶接ボルトの天面に設けられた凹部は逆円錐型であるが、凹部の形状は本実施形態の例に限られない。例えば、凹部が円柱状であっても、本実施形態と同様の効果が得られる。

【0038】

本実施形態においては頂部の個数が６個の例を挙げて説明したが、本開示の溶接ボルトは本実施形態の例示に限られない。本実施形態と同様の作用及び効果が得られるのであれば、頂部の個数は限定されない。
同様に溶接用突起部について、本実施形態においては３個設けられていたが、本開示における溶接ボルトの溶接用突起部の個数は限定されない。

【0039】

本実施形態においては、上部電極から下部電極に電流が流れる例を説明したが、本開示はこの例に限られない。下部電極から上部電極に電流が流れても、本実施形態と同様の効果が得られることは明らかである。

【符号の説明】

【0040】

１ 溶接ボルト
２ 被溶接材
２ａ ボルト挿入孔
３ 上部電極
４ 下部電極
１０ 頭部
１１ 座面
１２ 天面
１３，１３Ａ 溶接用突起部
１４ 凹部
１４ａ 開口縁
２０ 軸部
２１ ねじ部
２１ａ ねじ山
２２，２２Ａ 中間部
２２ａ，２２ａＡ 頂部
２３ テーパ部
２４ 丸軸部
Ｐ 中間部接点
Ｒ_Ａ 直線状のルート
Ｒ_Ｂ 屈曲したルート
Ｓ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】