銅ブスバー(バスバー)にねじを立てる方法は、タップ加工だけではありません。板金業界では、ナットを機械的に圧入する「セルフクリンチングナット(クリンチナット)」や、スタッドを瞬時に溶接する「スタッド溶接」もよく使われます。結論から言うと、銅ブスバーでは直タップが標準で、クリンチナット・スタッド溶接は材質と用途次第で選択肢になる補助工法です。銅は鋼やアルミより軟らかく、圧入系のファスナーは市販データどおりの保持力が出にくい場合があります。この記事では、3つの方法の違い、銅板ならではの注意点、発注前に確認すべきポイントを整理します。

銅ブスバー
クリンチナット
スタッド溶接
タップ加工
接触抵抗
C1100
C1020
水素脆化

クリンチナットとは何か

クリンチナットとは、下穴をあけた板材にプレスで圧入し、板を塑性変形させて固着させるナットです。溶接や接着剤を使わず、常温のプレス加工だけで取り付けが完了します。ナットの外周にはローレット(ギザギザ)や溝が切られており、圧入時に板材がその溝に食い込むことで、板とナットが機械的に一体化する仕組みです。1個あたりの圧入は数秒で済むため量産性が高く、一般的な板金(冷間圧延鋼板・アルミ板)では厚さ0.5〜3mm程度の薄板への採用例が多い工法です。

   圧入前               圧入後
  ┌─────┐          ┌─────┐
  │ 下穴  │          │ナット │← フランジが板に着座
  │  ○  │   →      │╲╲╲╲│← 溝に板材が食い込む
  └─────┘          └─────┘
      板材                板材(塑性変形して固着)
  

クリンチナットは加熱不要・高速施工が利点だが、保持力は板材の硬さに左右される。

タップ加工・スタッド溶接との違い

銅ブスバーでねじを設ける方法は、大きく「タップ加工」「スタッド溶接」「クリンチナット(圧入)」の3通りに分けられます。それぞれ原理と向いている場面が異なるため、まず全体像を押さえておきます。

板厚に余裕がある銅ブスバーは直タップが基本線。薄板や量産で検討するのがクリンチナット・スタッド溶接。

銅板にクリンチナットを使うときの注意点

市販のクリンチナットの最小板厚・耐押抜力(抜け強度)のデータは、冷間圧延鋼板(SECCなど)やアルミ板(A5052など)を前提にしていることがほとんどです。銅、特にタフピッチ銅(C1100)・無酸素銅(C1020)はこれらより軟らかく、同じ圧入条件でも板材側の変形量が変わるため、カタログ値どおりの保持力が出るとは限りません。

質別による違いも見逃せません。O材(焼鈍材・軟質)はH材(加工硬化材・硬質)より軟らかく、クリンチナットの圧入では食い込みやすい一方、板自体が変形しやすいため平面度が崩れやすい傾向があります。逆にH材は圧入に必要な圧力が上がり、設備能力の確認が必要になる場合があります。どちらの質別でねじ部品を圧入するかは、図面指示の段階で明確にしておくべき事項です。

また、クリンチナットの圧入は板の片面にナットのフランジ(つば)が出る構造です。隣接部材とのクリアランスや、絶縁処理(粉体塗装など)を後工程で行う場合は、フランジ部・ねじ穴のマスキングが必要になる点も確認しておく必要があります。

銅板へのクリンチナットは、カタログの保持力をそのまま適用せず、質別を含めた実測での確認が前提になる。

タフピッチ銅とスタッド溶接の相性

タフピッチ銅(C1100)は、内部に微量の酸化第一銅を含むため、水素を含む雰囲気で高温(目安600℃以上)にさらされると水素が銅中に拡散し、内部で水蒸気となって脆化・割れを起こす「水素脆化」のリスクがあります。このため、タフピッチ銅には溶接・ろう付け全般が基本的に不向きとされ、瞬間的とはいえ高温を伴うスタッド溶接も例外ではありません。

スタッド溶接はアーク放電と抵抗加熱を組み合わせた方式で、1本あたりの溶接時間が1秒前後と短く、量産ラインとの親和性が高い工法です。板厚や材質がスタッド溶接に適合する場合は、タップ加工より工程を短縮できる余地があります。一方で、溶接痕が外観に残る、溶接部周辺の導電率がわずかに変化する可能性があるなど、通電部材特有の確認事項も伴います。

材質選定の時点で「溶接するかどうか」を決めておくと、後工程での手戻りを防げます。タフピッチ銅で設計を進めた後にスタッド溶接が必要と判明した場合、材質変更(無酸素銅への切り替え)から検討し直すことになり、納期に影響します。

タフピッチ銅(C1100)へのスタッド溶接・ろう付けは水素脆化のおそれがあり、原則として避ける。

通電部材として見た接触抵抗の考え方

ブスバーはねじ締結部そのものが電流経路になるため、機械的な保持力だけでなく接触抵抗の観点でも工法を評価する必要があります。クリンチナットは板とナットの圧接面で導通しますが、酸化被膜や圧入時の加工硬化層が接触抵抗を左右します。スタッド溶接は溶融接合のため電気的な接続は良好になりやすい一方、前述のとおり材質適性の制約があります。タップ加工は母材に直接ねじ山を切るため、ねじ部そのものは母材と一体ですが、ボルト締結時の面圧・締付トルクが接触抵抗を決める主因になります(詳しくは銅ブスバーへのめっきのめっき選定と合わせて検討してください)。

特にクリンチナットを大電流経路として使う場合は、ナットと板の圧接面がボルト締結部とは別の接触界面になる点に注意が必要です。圧入直後は良好でも、温度サイクルや振動を繰り返すうちに圧接面の接触抵抗が上昇し、発熱に至るケースも考えられます。恒久的な大電流経路には直タップ、または溶接による一体化(材質条件を満たす場合)を優先し、クリンチナットは中小電流の制御・補機系配線端子として使う、という切り分けも実務では有効です。

工法を変えても、接触抵抗を決めるのは最終的に「接触面積・締付トルク・表面処理」の3点。

組み合わせて使う現場の考え方

実際の盤内設計では、1枚のブスバーに1つの工法だけを使うとは限りません。例えば、主回路の大電流接続部は直タップでボルト締結し、制御信号や補機用の小型端子取り付けには圧入系のクリンチナットを使う、といった使い分けも行われます。どの箇所にどの工法を採るかは、その締結点が担う電流値と、求められる保守性(増し締め・分解のしやすさ)で判断します。

この切り分けを設計の初期段階で行っておくと、部品点数や調達ルート(ナット・スタッドの別発注)を含めたコスト試算がしやすくなります。逆に、量産が始まってから工法を変更すると、金型や治具の作り直しが発生することもあるため、試作段階で候補となる工法を複数検証しておくことをおすすめします。

1枚のブスバーでも、電流値と保守性に応じて複数の工法を使い分けるのが実務的な考え方。

どれを選ぶか・発注前に確認すること

銅ブスバーの板厚が十分にあり、量産効果より個別最適を重視する用途では、追加部品が不要な直タップが引き続き標準的な選択です。一方、薄板で有効ねじ長さを確保したい、または同一形状を大量に生産する場合は、クリンチナットやスタッド溶接が工程短縮の選択肢になります。ただし、銅という材質特有の制約(軟らかさ・水素脆化)があるため、どちらを選ぶ場合も実績データではなく、使用条件での検証を前提に進めるのが安全です。

当社では加工技術のページで対応可能な加工範囲を紹介しています。クリンチナット・スタッド溶接を含む締結方法でお悩みの場合は、図面がない段階でもご相談いただけます。なお、ねじ山を直接切る方法の詳細は銅ブスバーのタップ加工とねじも参考にしてください。

板厚と量産数量で工法の向き不向きが決まるため、発注相談の段階でこれらを伝えると検討が早い。

よくあるご質問