(57)【要約】【課題】溶接熱による遅れ破壊を防止でき、かつ、溶接不良を抑制できる高溶接性を有する高強度溶接ボルトを提供することである。【解決手段】高強度溶接ボルト１０は、０．１２〜０．１８質量％のＣを含有した非ボロン鋼であり引張強度が８００Ｎ／ｍｍ2以上となるように所定の組成を有する非調質材製の線材から形成され、頭部１２のねじ軸１１側端面に複数の溶接用突起１３を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１２〜０．１８質量％のＣを含有した非ボロン鋼であり引張強度が８００Ｎ／ｍｍ2以上となるように所定の組成を有する非調質材製の線材から形成され、頭部のねじ軸側端面に複数の溶接用突起を有する、高溶接性を有する高強度溶接ボルト。
【請求項２】
請求項１に記載の高強度溶接ボルトにおいて、
前記非調質材は、０．１５質量％のＣと、０．０１質量％のＳｉと、１．５１質量％のＭｎと、０．０１５質量％のＰと、０．００９質量％のＳと、０．１５質量％のＣｒと、０．１１０質量％のＶと、０．０１７質量％のＮｂと、０．０２６質量％のＡｌと、０．０１０８質量％のＮとを含有した材料である、高強度溶接ボルト。
【請求項３】
請求項１に記載の高強度溶接ボルトを製造するための製造装置であって、
供給された前記線材を所定長さに切断した後、前記線材にヘッダ加工を施すことにより、前記複数の溶接用突起及び前記頭部を有する頭部中間要素を形成するヘッダ加工装置を備え、
前記ヘッダ加工装置は、
断面円形の貫通孔を有し、前記線材製の中間素材が前記貫通孔の内側に挿入されるダイスと、前記貫通孔より大径の頭部形成孔を有し、前記ダイスを内側に固定したダイスホルダと、前記中間素材の端部を加圧して前記頭部を形成する頭部形成パンチとを含み、
前記ダイスは、前記頭部形成孔側の面において、前記頭部形成孔の空間と対向する部分の周方向複数位置に形成され前記溶接用突起を形成する複数の突起形成孔を有し、
前記ダイスホルダは、前記頭部形成孔の周方向複数位置であって、前記突起形成孔と周方向に一致する位置の外径側に形成され、一端が半径方向外側面に開口し、他端が軸方向のダイス対向側面に開口するエア抜き孔を有する、高強度溶接ボルトの製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載の高強度溶接ボルトの製造装置において、
前記ダイスは、前記貫通孔としての第１小径孔を有し、前記中間素材が前記第１小径孔の内側に挿入される円筒状の第１ダイスと、一端に開口する断面円形の大径孔と、前記大径孔の底部に形成され前記第１小径孔と軸方向に接続される断面円形の第２小径孔とを有し、前記大径孔の内側に前記第１ダイスを嵌合固定した第２ダイスとを含み、
前記ダイスホルダは、前記第２ダイスを内側に固定した、高強度溶接ボルトの製造装置。
【請求項５】
請求項１に記載の高強度溶接ボルトを製造する製造方法であって、
ヘッダ加工装置に前記線材を供給する線材供給ステップと、
前記ヘッダ加工装置において前記線材を所定長さに切断した後、前記線材にヘッダ加工を施すことにより、前記複数の溶接用突起及び前記頭部を有する頭部中間要素を形成する頭部形成ステップと、
前記頭部中間要素の軸部にねじ加工を行って雄ねじを形成するねじ形成ステップとを含み、
前記ヘッダ加工装置は、
供給された前記線材を所定長さに切断した後、前記線材にヘッダ加工を施すことにより、前記複数の溶接用突起及び前記頭部中間要素を形成するヘッダ加工装置であって、断面円形の貫通孔を有し、前記線材製の中間素材が前記貫通孔の内側に挿入されるダイスと、前記貫通孔より大径の頭部形成孔を有し、前記ダイスを内側に固定したダイスホルダと、前記中間素材の端部を加圧して前記頭部を形成する頭部形成パンチとを含み、前記ダイスは、前記頭部形成孔側の面において、前記頭部形成孔の空間と対向する部分の周方向複数位置に形成され前記溶接用突起を形成する複数の突起形成孔を有し、前記ダイスホルダは、前記頭部形成孔の周方向複数位置であって、前記突起形成孔と周方向に一致する位置の外径側に形成され、一端が半径方向外側面に開口し、他端が軸方向のダイス対向側面に開口するエア抜き孔を有するヘッダ加工装置であり、
前記頭部形成ステップは、
前記ダイスホルダの内側に前記ダイスを固定した状態で、前記中間素材の端部を前記ダイスホルダの前記頭部形成孔の開口から突出させ、前記ダイスホルダから突出された前記中間素材の端部を前記頭部形成パンチにより加圧することにより、前記頭部を形成する、高強度溶接ボルトの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の高強度溶接ボルトの製造方法において、
前記ダイスは、前記貫通孔としての第１小径孔を有し、前記中間素材が前記第１小径孔の内側に挿入される円筒状の第１ダイスと、一端に開口する断面円形の大径孔と、前記大径孔の底部に形成され前記第１小径孔と軸方向に接続される断面円形の第２小径孔とを有し、前記大径孔の内側に前記第１ダイスを嵌合固定した第２ダイスとを含み、
前記ダイスホルダは、前記第２ダイスを内側に固定し、
前記頭部形成ステップは、
前記ダイスホルダの内側に前記第１ダイス及び前記第２ダイスを固定した状態で、前記中間素材の端部を前記ダイスホルダの前記頭部形成孔の開口から突出させ、前記ダイスホルダから突出された前記中間素材の端部を前記頭部形成パンチにより加圧することにより、前記頭部を形成する、高強度溶接ボルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高溶接性を有する高強度溶接ボルトとその製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から自動車の車体等を構成する金属製の部材に貫通させ溶接により固定する溶接ボルトが用いられている。
【０００３】
特許文献１には、頭部のねじ側端面の複数位置に溶接用突起を形成した溶接ボルトが記載されている。溶接ボルトは、金属板の孔に貫通させるとともに、金属板に溶接用突起を接触させ、溶接ボルト及び金属板に大電流を流すことにより溶接用突起を金属板に溶着させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３１８１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
溶接ボルトを構成する材料として、現在、ボロン鋼が多く用いられている。ボロン鋼は、焼き入れ、焼きなましを行うが熱処理の影響を受けにくい材料であり、溶接時の熱により再度の熱処理がかかった状態になっても、遅れ破壊を抑制できる可能性がある。
【０００６】
しかしながら、ボロン鋼により形成する溶接ボルトに熱処理を行った場合に、溶接ボルトの表面には酸化被膜であるスケールが生成される可能性がある。これにより、溶接ボルトの溶接時に流す電流の管理が悪いと、そのスケールによって被溶着部材である金属製の部材と溶接ボルトとの溶接部に不良が生じる恐れがある。しかも、その溶接不良は、次工程のナット締めを行ったとき、またはその後でしか溶接ボルトに締結するための力が加わらないので、溶接不良を見つけることが困難である。そして、溶接不良が見つけられたときには、前工程に部品を戻して溶接部を分離させて溶接を再度行う必要が生じるので、改修作業が大幅になり改修のためのコストが大幅に増大する原因となる。
【０００７】
本発明の目的は、溶接熱による遅れ破壊を防止でき、かつ、溶接不良を抑制できる高溶接性を有する高強度溶接ボルトと、その製造方法及び製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る高溶接性を有する高強度溶接ボルトは、０．１２〜０．１８質量％のＣを含有した非ボロン鋼であり引張強度が８００Ｎ／ｍｍ2以上となるように所定の組成を有する非調質材製の線材から形成され、頭部のねじ軸側端面に複数の溶接用突起を有する、高溶接性を有する高強度溶接ボルトである。
【０００９】
本発明に係る高強度溶接ボルトの製造装置は、本発明に係る高強度溶接ボルトを製造するための製造装置であって、供給された前記線材を所定長さに切断した後、前記線材にヘッダ加工を施すことにより、前記複数の溶接用突起及び前記頭部を有する頭部中間要素を形成するヘッダ加工装置を備え、前記ヘッダ加工装置は、断面円形の貫通孔を有し、前記線材製の中間素材が前記貫通孔の内側に挿入されるダイスと、前記貫通孔より大径の頭部形成孔を有し、前記ダイスを内側に固定したダイスホルダと、前記中間素材の端部を加圧して前記頭部を形成する頭部形成パンチとを含み、前記ダイスは、前記頭部形成孔側の面において、前記頭部形成孔の空間と対向する部分の周方向複数位置に形成され前記溶接用突起を形成する複数の突起形成孔を有し、前記ダイスホルダは、前記頭部形成孔の周方向複数位置であって、前記突起形成孔と周方向に一致する位置の外径側に形成され、一端が半径方向外側面に開口し、他端が軸方向のダイス対向側面に開口するエア抜き孔を有する、高強度溶接ボルトの製造装置である。
【００１０】
本発明に係る高強度溶接ボルトの製造方法は、本発明に係る高強度溶接ボルトを製造する製造方法であって、ヘッダ加工装置に前記線材を供給する線材供給ステップと、前記ヘッダ加工装置において前記線材を所定長さに切断した後、前記線材にヘッダ加工を施すことにより、前記複数の溶接用突起及び前記頭部を有する頭部中間要素を形成する頭部形成ステップと、前記頭部中間要素の軸部にねじ加工を行って雄ねじを形成するねじ形成ステップとを含み、前記ヘッダ加工装置は、供給された前記線材を所定長さに切断した後、前記線材にヘッダ加工を施すことにより、前記複数の溶接用突起及び前記頭部中間要素を形成するヘッダ加工装置であって、断面円形の貫通孔を有し、前記線材製の中間素材が前記貫通孔の内側に挿入されるダイスと、前記貫通孔より大径の頭部形成孔を有し、前記ダイスを内側に固定したダイスホルダと、前記中間素材の端部を加圧して前記頭部を形成する頭部形成パンチとを含み、前記ダイスは、前記頭部形成孔側の面において、前記頭部形成孔の空間と対向する部分の周方向複数位置に形成され前記溶接用突起を形成する複数の突起形成孔を有し、前記ダイスホルダは、前記頭部形成孔の周方向複数位置であって、前記突起形成孔と周方向に一致する位置の外径側に形成され、一端が半径方向外側面に開口し、他端が軸方向のダイス対向側面に開口するエア抜き孔を有するヘッダ加工装置であり、前記頭部形成ステップは、前記ダイスホルダの内側に前記ダイスを固定した状態で、前記中間素材の端部を前記ダイスホルダの前記頭部形成孔の開口から突出させ、前記ダイスホルダから突出された前記中間素材の端部を前記頭部形成パンチにより加圧することにより、前記頭部を形成する、高強度溶接ボルトの製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る高溶接性を有する高強度溶接ボルトによれば、溶接熱による遅れ破壊を防止でき、かつ、溶接不良を抑制できる。
【００１２】
また、本発明に係る高強度溶接ボルトの製造装置及び製造方法によれば、溶接ボルトに非調質材を用いることで溶接ボルトが高硬度となることに大きく影響を受けることなく、溶接ボルトの頭部に微細な溶接用突起を容易に形成できる。これにより、溶接性に優れた溶接ボルトを容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る実施形態の高強度溶接ボルトを示す斜視図である。
【図２】図１に示す高強度溶接ボルトをねじ軸の先端側から見た図である。
【図３】図１に示す高強度溶接ボルトを被溶接部材に溶接する方法を示す断面図である。
【図４】本発明に係る実施形態の高強度溶接ボルトの製造方法を示すフローチャートである。
【図５】図４に示す頭部形成ステップに用いるヘッダ加工装置を構成する第１及び第２ダイスとダイスホルダとを示す断面図である。
【図６】図５の上方から見た図である。
【図７】図５のＡ部拡大図である。
【図８】図４に示す頭部形成ステップにおいて、高強度溶接ボルトの頭部形成ステップを模式的に示す断面図である。
【図９】実施例の高強度溶接ボルトの頭部側端部における断面組織写真を示す図である。
【図１０】図９の右上拡大部における断面組織写真を示す図である。
【図１１】図９の左上拡大部における断面組織写真を示す図である。
【図１２】実施例の高強度溶接ボルトを用いた剥離試験における試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を用いて本発明に係る実施形態につき、詳細に説明する。以下で説明する形状、数値、数量などは説明のための例示であって、高強度溶接ボルト及びその製造装置の仕様により変更が可能である。以下では、同様の構成には同一の符号を付して説明する。
【００１５】
図１は、実施形態の高溶接性を有する高強度溶接ボルト１０を示す斜視図である。図２は、高強度溶接ボルト１０をねじ軸１１の先端側から見た図である。以下、高強度溶接ボルトは、ボルトと記載する。実施形態のボルト１０は、０．１２〜０．１８質量％のＣを含有した非ボロン鋼であり引張強度が８００Ｎ／ｍｍ2以上となるように、所定の組成を有する非調質材製の線材から形成され、頭部１２のねじ軸１１側端面に複数の溶接用突起１３を有する。
【００１６】
具体的には、ボルト１０は、頭部１２と、ねじ軸１１とを備える。頭部１２は、軸方向一方側から見た形状が円形であり、頭部１２の先端面（図１の下端面）は例えば円形平面となっている。頭部１２において、ねじ軸１１側端面には、周方向複数位置（図示の例では３つの位置）に、半球状の溶接用突起１３が形成される。溶接用突起の形状は限定するものではなく、断面三角形の円錐形等としてもよい。また、溶接用突起１３は、頭部１２のねじ軸１１側端面の４つ以上の位置に形成されてもよい。ねじ軸１１には雄ねじ１４が形成される。
【００１７】
また、実施形態では、所定の組成を有する非調質材として、例えば、株式会社神戸製鋼所製のＫＮＣＨ８Ｐ（商品名）が用いられる。ＫＮＣＨ８Ｐ（商品名）は、０．１５質量％のＣと、０．０１質量％のＳｉと、１．５１質量％のＭｎと、０．０１５質量％のＰと、０．００９質量％のＳと、０．１５質量％のＣｒと、０．１１０質量％のＶと、０．０１７質量％のＮｂと、０．０２６質量％のＡｌと、０．０１０８質量％のＮとを含有した材料である。これにより、所望の高い引張強度である、鋼の８Ｔ規格の強度区分の強度、具体的には、８００Ｎ／ｍｍ2以上の引張強度を確保できる。また、上記のＫＮＣＨ８Ｐ（商品名）を用いることで、８．８Ｔ規格の耐力である６４０Ｎ／ｍｍ2以上の強度を確保できる。このようなボルト１０は、線材からヘッダ加工と転造とを行って所定形状に形成するが、製造時に熱処理を行わない。これによりボルト１０の製造時間を短縮できるので、短納期で販売先への商品としてのボルトの納品が可能である。なお、ボルト１０の製造方法は、後で詳しく説明する。
【００１８】
図３は、ボルト１０を被溶接部材である金属部材５０に溶接する方法を示す断面図である。金属部材５０は、鋼板等の金属板により形成される。
【００１９】
ボルト１０の溶接時には、金属部材５０に形成された貫通孔５１にボルト１０のねじ軸１１を挿通させる。そして、この状態でボルト１０の溶接用突起１３を金属部材５０の側面に溶接する。このとき、正負の一方側電極となるベッド５２の上に金属部材５０を置いて、金属部材５０の貫通孔５１にボルト１０のねじ軸１１を挿通させ、頭部１２の溶接用突起１３を金属部材５０の上側面に接触させる。この状態で、上側から正負の他方側電極５３を下降させ、頭部１２を下方に押圧する。これと同時にベッド５２と他方側電極５３との間に大電流を流すことで、金属部材５０と溶接用突起１３が溶着され、これにより金属部材５０にボルト１０の頭部１２が溶接される。ボルト１０のねじ軸１１は、金属部材５０の下側面から突出するので、この状態で後工程に送られた後、ねじ軸１１の先端部に被固定物（図示せず）を介してナット（図示せず）が固定される。
【００２０】
ボルト１０がこのように使用されるので、後工程に送る前に溶接不良を見つけることは困難である。後工程に送る前に溶接不良を見つけられない場合には、後工程でボルト１０にナットを締め付けるときに、初めて頭部１２と金属部材５０との溶接不良が見つけられる場合がある。この場合、前工程へ金属部材５０とボルト１０とが結合された部品を戻して、溶接部を分離させて溶接を再度行う必要が生じるので、改修作業が大幅になり改修のためのコストが大幅に増大する原因となる。
【００２１】
実施形態のボルト１０は、上記のように構成されるので、遅れ破壊を防止できるとともに溶接不良を抑制できる。具体的には、０．１２〜０．１８質量％のＣを含有した低炭素含有割合の非ボロン鋼である非調質材によりボルト１０を形成するので、加工性を確保できる。また、ボルト１０に熱処理を行わないので、溶接時の熱によりボルト１０に不完全な焼きなましがかった状態となることがない。これによりボルト１０に遅れ破壊が生じることを防止できる。また、ボロン鋼に熱処理を加えてボルトを形成する場合と異なり、ボルト１０の表面に酸化被膜であるスケールが生成されることを防止できる。これにより、ボルト１０の溶接時に流す電流の管理を厳しくすることなく、ボルト１０と金属部材との溶接不良を抑制できる。
【００２２】
なお、上記では、ボルト１０を形成する非調質材としてＫＮＣＨ８Ｐ（商品名）を用いる場合を説明したが、実施形態のボルト１０はこのような非調質材を用いる場合に限定しない。ボルト１０を形成する非調質材は、０．１２〜０．１８質量％のＣを含有した非ボロン鋼であり引張強度が８００Ｎ／ｍｍ2以上となるように所定の組成を有する非調質材であれば種々の非調質材を用いることができる。
【００２３】
一方、ボルト１０が上記の非調質材により構成されるのでボルト１０が高硬度となる。これにより、ボルト１０の製造装置及び製造方法として、従来の装置または方法を用いた場合に、ボルト１０の頭部１２に微細な溶接用突起１３を形成することが困難となる可能性がある。以下で説明する実施形態のボルトの製造装置及び製造方法は、このような事情から考えられたものである。
【００２４】
図４は、実施形態のボルトの製造方法を示すフローチャートである。ボルトの製造方法は、Ｓ１０の線材供給ステップ、Ｓ１２の頭部形成ステップ及びＳ１４のねじ形成ステップを含む。ボルト１０を製造する場合、上記の非調質材製の線材に伸線メーカーで伸線処理が行われてコイル状に巻回されたコイル供給部（図示せず）がボルトのメーカーに送られる。そして、ボルトのメーカーにおいて、線材供給ステップとして、上記のコイル供給部から、ヘッダ加工装置に上記の線材を供給する。伸線処理では、例えば材料メーカーで形成する線材に対し、伸線メーカーで約３０％直径が縮小した線材を形成する。その後、頭部形成ステップとして、ヘッダ加工装置において上記の線材を所定長さに切断した後、上記の線材にヘッダ加工を施すことにより、ボルトの中間要素であり、複数の溶接用突起１３及び頭部１２を有する頭部中間要素１５（図８（ｂ））を形成する。そして、ねじ形成ステップとして、頭部中間要素１５の軸部１６（図８（ｂ））に転造でねじ加工を行って雄ねじを形成する。
【００２５】
ヘッダ加工装置は、上記のボルトの製造方法に用いるものでボルト１０を製造するために用いられる。ヘッダ加工装置は、図５〜図８に示す中間要素形成部２０を含む。中間要素形成部２０は、供給された線材を所定長さに切断した後、頭部の予備形状が形成された中間素材としての前頭部中間要素１７（図８（ａ））にヘッダ加工を施す。これにより、複数の溶接用突起１３及び頭部１２を有する頭部中間要素１５を形成する。
【００２６】
図５は、図４に示す頭部形成ステップに用いるヘッダ加工装置の中間要素形成部２０を構成する第１及び第２ダイス２２，２６とダイスホルダ３０とを示す断面図である。図６は、図５の上方から見た図である。図７は、図５のＡ部拡大図である。
【００２７】
中間要素形成部２０は、ダイス２１、ダイスホルダ３０、及び頭部形成パンチ４０ａ、４０ｂ（図８）を含んで構成される。ダイス２１は、第１及び第２ダイス２２，２６を含み、第１及び第２ダイス２２，２６のそれぞれは略円筒状である。第１ダイス２２の軸方向長さ及び外径は、第２ダイス２６の軸方向長さ及び外径のそれぞれより小さい。第２ダイス２６には、軸方向一方面（図５の上側面）に開口する断面円形の大径孔２７が形成され、その大径孔２７の内側に第１ダイス２２が嵌合固定されている。
【００２８】
第１ダイス２２は、貫通孔として断面円形の第１小径孔２３を有する。第１ダイス２２は、所定長さの線材製の前頭部中間要素１７の軸部１９（図８（ａ））が第１小径孔２３の内側に挿入される。第２ダイス２６は、一端の中心部に開口する断面円形の上記の大径孔２７と、大径孔２７の底部に形成され第１小径孔２３と軸方向に接続される断面円形の第２小径孔２８とを有する。そして、大径孔２７の内側に第１ダイス２２が嵌合固定される。第１ダイス２２の第１小径孔２３と、第２ダイス２６の第２小径孔２８とはそれぞれの中心に、軸方向に沿って軸方向に貫通するように形成される。第１小径孔２３及び第２小径孔２８の直径は略同じである。第１ダイス２２の他端（図５の下端）は第２ダイス２６の大径孔２７の底面に突き当たることにより、第１小径孔２３及び第２小径孔２８が軸方向に接続される。
【００２９】
第１ダイス２２は、超硬合金により形成される。例えば、超硬合金は、コバルト、タングステンを含む粉末金属材料を焼結して形成される。第２ダイス２６は、超硬合金より硬度が低いが超硬合金より割れにくい材料である鋼材により形成される。これにより、硬い第１ダイス２２が割れにくい第２ダイス２６により外側から締められた状態となるので、第１ダイス２２に加工時の高い応力が加わった場合でも第１ダイス２２の割れを防止でき、かつ、硬い第１ダイス２２によりボルトの成形性を高くできる。第１ダイスは、鋼材より硬い材料であれば超硬合金以外の材料により形成してもよい。
【００３０】
ダイスホルダ３０は、円筒部３１と、円筒部３１の一端を塞ぐ円板部３２とを含み一端が塞がれた略円筒状である。円板部３２は、円板状の本体部３２ａと、本体部３２ａの中心部に形成された孔に嵌め込まれた孔形成部３２ｂとから形成される。円板部３２は、中心部を軸方向に貫通し、第１ダイス２２の第１小径孔２３より大径であり断面円形である頭部形成孔３２ｃを有する。頭部形成孔３２ｃは、孔形成部３２ｂの中心部に形成される。ダイスホルダ３０は、内側に第２ダイス２６を固定する。
【００３１】
孔形成部３２ｂは、上記の超硬合金により形成される。本体部３２ａは、超硬合金より硬度が低いが超硬合金より割れにくい材料である鋼材により形成される。これにより、硬い孔形成部３２ｂが割れにくい本体部３２ａにより外側から締められた状態となるので、孔形成部３２ｂに加工時の高い応力が加わった場合でも孔形成部３２ｂの割れを防止でき、かつ、硬い孔形成部３２ｂによりボルトの成形性を高くできる。孔形成部は、鋼材より硬い材料であれば超硬合金以外の材料により形成してもよい。
【００３２】
図５では、円板部３２を、本体部３２ａに、頭部形成孔３２ｃを有する孔形成部３２ｂを嵌め込むことにより形成しているが、円筒部と円板部とを含む単一の部材に頭部形成孔が形成されてもよい。
【００３３】
後述の図８（ｂ）を参照して、頭部形成パンチ４０ａは、ダイスホルダ３０から突出した前頭部中間要素１７の端部を加圧して頭部１２を形成するものである。頭部形成パンチ４０ａは、パンチ移動機構（図示せず）によって、ダイスホルダ３０の頭部形成孔３２ｃに対し接近または離隔するように軸方向に移動可能に構成される。また、図８（ａ）に示すように、所定長さの線材から前頭部中間要素１７を形成する場合には、頭部形成パンチ４０ｂが用いられる。このとき、第１ダイス２２、第２ダイス２６及びダイスホルダ３０は、前頭部中間要素１７を形成する場合にも用いられる。このため、前頭部中間要素１７の頭部の形成に頭部形成パンチ４０ｂが用いられた後、パンチ切換機構（図示せず）により頭部形成パンチ４０ａが前頭部中間要素１７の頭部に対向するように切り換えられる。そして、この頭部形成パンチ４０ａにより頭部を加圧して頭部中間要素１５が形成される。
【００３４】
図６、図７に示すように、第１ダイス２２において、頭部形成孔３２ｃ側の面である軸方向一端面には、頭部形成孔３２ｃの空間と対向する部分の周方向複数位置に形成され、溶接用突起１３（図１）を形成する複数の突起形成孔３３が形成される。
【００３５】
また、ダイスホルダ３０は、頭部形成孔３２ｃの周方向複数位置であって、突起形成孔３３と周方向に一致する位置の外径側に形成されたエア抜き孔３４を有する。各エア抜き孔３４は、一端がダイスホルダ３０の半径方向外側面に開口し、他端が軸方向のダイス対向側面（図５、図７の下側面）に開口する。また、図５、図７に示すように、エア抜き孔３４の他端は、ダイスホルダ３０の円板部３２と円筒部内周面との連結部の角部の内周側端にも開口する。さらに、図７に示すように、ダイスホルダ３０のダイス側端面において、孔形成部３２ｂのエア抜き孔３４と周方向に一致する周方向複数位置には、ホルダ溝３５が形成される。ホルダ溝３５の外径側端は、孔形成部３２ｂの外周面に達し、ホルダ溝３５の内径側端は、孔形成部３２ｂの内周面の近傍に達する。ホルダ溝３５は、外径側に向かうにしたがって、円板部３２の軸方向における幅が大きくなるように軸方向に対し傾斜する。ホルダ溝３５の外径側端部は、エア抜き孔３４の他端と連通する。ホルダ溝３５の内径側端部は、突起形成孔３３の近傍に位置する。これにより、頭部中間要素１５（図８）における頭部形成時のエア抜きが良好になる。この頭部形成時には、頭部形成パンチ４０ａから頭部中間要素１５の頭部１２の形成部分を介して第１ダイス２２または第２ダイス２６がわずかに頭部形成パンチ４０ａと反対側に弾性変形する。これにより、図７の点Ｐで示す位置を介して頭部形成孔３２ｃ内の圧縮されたエアがエア抜き孔３４から排出される。このとき、頭部形成時には潤滑用の油が頭部形成孔３２ｃ内に入り込む場合があり、その油もエア抜き孔３４から排出させることができる。
【００３６】
次に、上記の中間要素形成部２０を用いて頭部中間要素１５を形成する方法を説明する。図８は、図４に示す頭部形成ステップにおいて、ボルトの頭部形成ステップを模式的に示す断面図である。
【００３７】
頭部形成ステップでは、中間要素形成部２０が用いられる。まず、図８（ａ）において、中間要素形成部２０の第１ダイス２２、第２ダイス２６及びダイスホルダ３０と頭部形成パンチ４０ｂとを用いて、頭部中間要素１５（図８（ｂ））の前段階の中間要素である前頭部中間要素１７を形成する。前頭部中間要素１７は、頭部中間要素１５の頭部１２よりも小径で長い頭部１８と、その頭部１８より外径が小さく、かつ長い軸部１９とを有する。前頭部中間要素１７の形成時には、第１ダイス２２の第１小径孔２３に所定長さの円柱状の線材が挿入される。そして、ダイスホルダから突出した線材に一端（図８（ａ）の右端）が第２小径孔２８内のノックアウトピン４１に突き当てられて固定された状態で、線材の他端部（図８（ａ）の左端部）が頭部形成パンチ４０ｂにより加圧される。これにより、前頭部中間要素１７が形成される。このとき、第１ダイス２２、第２ダイス２６、ダイスホルダ３０は一体に固定された状態で、基台等の固定部７０に図示しない固定手段により固定されている。
【００３８】
前頭部中間要素１７の形成後、頭部形成パンチ４０ｂが頭部形成パンチ４０ａに切り替えられて、前頭部中間要素１７の頭部１８に頭部形成パンチ４０ａを対向させる。そして、図８（ｂ）に示すように、第２ダイス２６の第２小径孔２８に配置されたノックアウトピン４１に頭部中間要素１５の軸部１６を形成する部分が突き当てられた状態で、頭部形成パンチ４０ａがダイス側に頭部１８を形成する部分を押圧する。これにより、頭部形成孔３２ｃ内で頭部１８を軸方向に圧縮し、頭部１８の外径を大きくする。このときも、図８（ａ）の場合と同様に、第１ダイス２２、第２ダイス２６、ダイスホルダ３０は一体に固定されて、固定部７０に固定されている。
【００３９】
そして、図８（ｂ）の後、頭部形成パンチ４０ａを頭部１２から大きく離して、ノックアウトピン４１により頭部中間要素１５を押し出して中間要素形成部２０から頭部中間要素１５を取り外す。取り外された頭部中間要素１５は、次に転造が行われ、軸部１６に雄ねじが形成されてボルト１０（図１）が形成される。
【００４０】
上記のように中間要素形成部２０により頭部中間要素１５が形成されるので、頭部１２を形成する際に頭部形成孔３２ｃ内の圧縮された空気、油をエア抜き孔３４（図５、図７）から容易に排出することができる。これにより、ボルト１０に非調質材を用いることでボルト１０が高硬度となることに大きく影響を受けることなく、ボルト１０の頭部１２に微細な溶接用突起１３を容易に形成できる。このため、溶接性に優れたボルト１０を容易に実現できる。なお、実施形態では、頭部中間要素１５を形成する場合に所定長さの線材から前頭部中間要素１７を直接形成する場合に限定しない。線材から複数段階の中間要素を経て徐々に頭部１８を有する前頭部中間要素１７が形成されてもよい。
【００４１】
表１は、実施形態の製造方法により形成された実施形態のボルト１０の１例である実施例のボルトの機械的性質を測定した試験結果を示している。試験には、丸平頭３点突起溶接ボルトＭ６−１．０×１６を用いた。また、試験には、実施形態の５つの実施例としての試験品（ｎ−１、ｎ−２、ｎ−３、ｎ−４、ｎ―５）を用いて、ビッカース硬度Ｈｖ、引張強度ＴＳ、耐力、及び伸びを測定した。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
表１では、５つの試験品の最大値と最小値との差である（Ａ）−（Ｂ）と、平均値（Ａｖｅ．）と、参考としての強度区分８．８Ｔの値とを示している。
【００４４】
表１の試験結果で示すように、実施形態における複数の試験品で、硬度Ｈｖは、８．８Ｔの硬度の最小値２５０Ｈｖ以上となり、引張強度ＴＳ、耐力、伸びのすべてで、８．８Ｔの値以上となった。これにより、実施形態では、８．８Ｔの強度区分の高い硬度、引張強度ＴＳ、耐力及び伸びを実現できることを確認できた。
【００４５】
図９は、実施形態の製造方法により形成された、実施形態のボルトの１例である実施例のボルトの頭部側端部における断面組織写真を示す図である。図１０は、図９の右上拡大部における断面組織写真を示す図である。図１１は、図９の左上拡大部における断面組織写真を示す図である。
【００４６】
図９〜図１１に示すように、実施例のボルトの断面組織では、繊維の流れが円滑であり、繊維の破断が見られない。これによっても、ボルトの強度及び伸びを良好に確保できると判断される。
【００４７】
図１２は、実施例のボルトを用いた剥離試験における試験結果を示す図である。試験では、実施例のボルトを板厚が１．６ミリの熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨＣ）にプロジェクション自動溶接機を用いて溶接し、ボルト鋼板結合体を得て、そのボルト鋼板結合体をアームスラー試験機によりボルトと鋼板との剥離強度を測定した。図１２は、その試験結果をボルト押し込み荷重とその押し込みのストロークとの関係で示している。図１２において、突起ｍ点目破断（ｍ＝１，２，３）は、ｍ番目の破断が生じた溶接用突起における破断点を示している。図１２では右側に試験機の表示結果に示された剥離強度、最大荷重点、破断点の荷重及びストロークも示している。
【００４８】
図１２の試験結果から分かるように実施例では、剥離強度の重要項目である突起１点目破断が７．４ｋＮとなり高い剥離強度を得られることを確認できた。
【００４９】
また、本発明者が行ったボルトの締め付け特性試験によって、実施例のボルトによれば、高い降伏締付トルクと高い降伏締付軸力とを得られることを確認できた。
【符号の説明】
【００５０】
１０  高強度溶接ボルト（ボルト）、１１  ねじ軸、１２  頭部、１３  溶接用突起、１４  雄ねじ、１５  頭部中間要素、１６  軸部、１７  前頭部中間要素、１８  頭部、１９  軸部、２０，２０ａ  中間要素形成部、２１  ダイス、２２  第１ダイス、２３  第１小径孔、２６  第２ダイス、２７  大径孔、２８  第２小径孔、３０  ダイスホルダ、３１  円筒部、３２  円板部、３２ａ  本体部、３２ｂ  孔形成部、３２ｃ  頭部形成孔、３３  突起形成孔、３４  エア抜き孔、３５  ホルダ溝、３６  バネ、４０ａ，４０ｂ  頭部形成パンチ、４１  ノックアウトピン、５０  金属部材、５１  貫通孔、５２  ベッド、５３  他方側電極、６０  ダイス、６１  貫通孔、７０  固定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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