(57)【要約】      （修正有）【課題】ピラーツーピラーメンバの製造コストを低減する接合方法の提供。【解決手段】筒状の本体部２と、前記本体部に部品を取り付けるためのブラケット４との重合部を溶接電極１０で加圧すると共に、前記本体部の外周面にアース電極２０を接触させた状態で、溶接電極とアース電極間に通電するインダイレクトスポット溶接により、前記本体部と前記ブラケットとを固定してピラーツーピラーメンバを接合する。スポット溶接はアークを保護するシールドガスが不要なため、アーク溶接よりも低コストである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の本体部と、前記本体部に部品を取り付けるためのブラケットとを有するピラーツーピラーメンバの製造方法であって、
前記本体部と前記ブラケットとの重合部を溶接電極で加圧すると共に、前記本体部の外周面にアース電極を接触させた状態で、両電極間に通電するインダイレクトスポット溶接により、前記本体部と前記ブラケットとを固定するピラーツーピラーメンバの製造方法。
【請求項２】
前記本体部を外周からクランプするクランプ部を設け、
前記クランプ部と前記本体部との間に前記アース電極を挟持する請求項１に記載のピラーツーピラーメンバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピラーツーピラーメンバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車体には、左右のフロントピラー間にピラーツーピラーメンバ（以下、「ＰＰメンバ」とも言う。）と称される棒状の部材が設けられる。ＰＰメンバは、車体の剛性の向上を図ると共に、インストルメントパネル内に設置される様々な部品（メータ、オーディオ、エアコンユニット、助手席用エアバッグ、ステアリング関連部品等）を取り付けるために使用される。
【０００３】
ＰＰメンバは、筒状の本体部と、本体部に上記の各種部品を取り付けるためのブラケットとを有する。本体部とブラケットとは、通常、アーク溶接により固定される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−１５４２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、アーク溶接は、ビードの材料となる溶接ワイヤや、アークを保護するためのシールドガスが必要であるため、製造コストが高くなる。また、溶接中のワークへの入熱量が大きく、ワークの熱歪量が大きいため、所望の精度で接合することが難しく、熟練の作業者しか作業を行うことができないという問題がある。
【０００６】
例えば、スポット溶接は、抵抗発熱により母材自体を溶かして接合するため、溶接ワイヤやシールドガスが不要であり、アーク溶接と比べて低コストで行うことができる。また、ワークへの入熱量が比較的小さく、ワークの熱歪量が比較的小さいため、アーク溶接よりも接合作業が容易である。スポット溶接としては、重ね合わせた複数の金属板を一対の電極で挟み込んで加圧し、この状態で通電することで溶接する、いわゆるダイレクトスポット溶接が一般的である。しかし、ＰＰメンバは、本体部が筒状であるため、一対の電極で挟み込むことができず、ダイレクトスポット溶接を適用することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、ＰＰメンバの製造コストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一対の電極で挟み込むことができない部分を溶接する方法として、金属板同士の重合部を溶接電極で加圧すると共に、この加圧部から離れた部位にアース電極を当接させた状態で、両電極間に通電するインダイレクトスポット溶接が知られている。インダイレクトスポット溶接では、溶接電極とアース電極とが離れた位置に配されるため、両電極間に様々な通電経路が形成され、接合予定部に流れる電流（有効電流）の値を予測することが難しい。このため、インダイレクトスポット溶接は、理論的には知られた工法であるが、自動車の組立工程にはほとんど適用されていないのが実情である。
【０００９】
本発明者らは、ＰＰメンバの筒状の本体部とブラケットとを接合する工程であれば、通電経路を特定することが比較的容易であり、接合予定部に流れる電流値を予測しやすいため、インダイレクトスポット溶接を適用することができることに着目した。
【００１０】
具体的に、本発明は、筒状の本体部と、前記本体部に部品を取り付けるためのブラケットとを有するピラーツーピラーメンバの製造方法であって、前記本体部と前記ブラケットとの重合部を溶接電極で加圧すると共に、前記本体部の外周面にアース電極を接触させた状態で、両電極間に通電するインダイレクトスポット溶接により、前記本体部と前記ブラケットとを固定するピラーツーピラーメンバの製造方法を提供する。
【００１１】
上記の方法は、前記本体部を外周からクランプするクランプ部を設け、前記クランプ部と前記本体部との間に前記アース電極を挟持することが好ましい。これにより、アース電極を本体部に強い力で押し付けることができるため、両者の接触面積を十分に確保することができ、これらの接触部における電流密度を下げてワーク（本体部）のヤケを防止できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、ＰＰメンバの本体部とブラケットとをインダイレクトスポット溶接で接合することにより、ＰＰメンバを低コストに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＰＰメンバの本体部とブラケットとをインダイレクトスポット溶接により接合する工程を示す側面図である。
【図２】溶接電極の先端部の側面図である。
【図３】図１のＸ−Ｘ線における断面図である。
【図４】アース電極を平板状に展開した平面図である。
【図５】図４のＹ−Ｙ線における断面図である。
【図６】上記インダイレクトスポット溶接の加圧通電パターンを示すグラフである。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ図６のＡ〜Ｅに示す時刻における接合予定部付近の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
ＰＰメンバ１は、図１に示すように、筒状（図示例では円筒状）の本体部２と、本体部２の両端に固定されたサイドブラケット３と、本体部２の外周面に固定されたブラケット４とを備える。ＰＰメンバ１は、本体部２を車幅方向と平行にした状態で、サイドブラケット３を左右のフロントピラーに固定することで、車体に組み付けられる。本体部２は、長手方向全域が同一径のストレートな円筒状を成している。ブラケット４は、本体部２の長手方向複数箇所に固定され、各ブラケット４に各種部品（メータ、オーディオ、エアコンユニット、助手席用エアバッグ、ステアリング関連部品等）が取り付けられる。尚、図１では、図面の簡略化のために、ブラケット４を一個だけ示している。
【００１６】
各ブラケット４には、本体部２に取り付けるための取付部として、本体部２の外周面に沿う形状（例えば部分円筒面状）を成したフランジ部４ａが設けられる。各ブラケット４のフランジ部４ａと本体部２との重合部が、インダイレクトスポット溶接装置により接合される。インダイレクトスポット溶接装置は、溶接電極１０と、アース電極２０と、両電極間に通電する電流供給部３０と、溶接電極１０に加圧力を付与する加圧手段（図示省略）とを主に備える。
【００１７】
溶接電極１０は、図２に示すように、先端部に、第一テーパ面１１と、第一テーパ面１１の先端側に設けられた第二テーパ面１２と、第二テーパ面１２の先端側に設けられた平坦面１３とを有する。第二テーパ面１２の傾斜角βは、第一テーパ面１１の傾斜角αよりも大きい。なお、ここでいうテーパ面の傾斜角とは、図２に示す軸方向断面において、テーパ面と、軸方向に直交する線との間の角度のことを言う。本実施形態では、第一テーパ面１１の傾斜角αが１５〜２５°、第二テーパ面１２の傾斜角βが２５〜３５°の範囲で設定されている。
【００１８】
図２の拡大図に示すように、第一テーパ面１１と第二テーパ面１２との間には、これらを滑らかに連続する第一Ｒ面１６が設けられる。また、第二テーパ面１２と平坦面１３との間には、これらを滑らかに連続する第二Ｒ面１７が設けられる。溶接電極１０の外径は１０〜２０ｍｍ程度である。第二テーパ面１２の軸方向寸法は１．０〜２．０ｍｍの範囲で設定される。平坦面１３の直径Ｗ１は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で設定される。
【００１９】
アース電極２０は、図３に示すように、本体部２の外周面の周方向に沿って設けられ、図示例では本体部２の外周面のほぼ全周に設けられる。本実施形態のアース電極２０は、平板状に展開すると図４に示すような長方形を成しており、この長方形のアース電極２０を円筒状に丸めることで、本体部２の外周面に沿った形状とされる。
【００２０】
アース電極２０は、金属線を編んで形成された編成体２１を有する（図４参照）。編成体２１としては、例えば銅線を平編みして形成された平編み銅線が使用される。編成体２１は、例えば図５に示すように筒状を成している。編成体２１は厚さ方向に変形しやすい。特に、本実施形態のように筒状の編成体２１を略平板状に潰した状態で使用することで、編成体２１が二層構造となるため、編成体２１の厚さが増して編成体２１が厚さ方向にさらに変形しやすくなる。従って、編成体２１を厚さ方向に変形させながら本体部２の外周面に倣わせることで、アース電極２０と本体部２との接触面積を容易に確保することができる。
【００２１】
上記のように筒状の編成体２１を略平板状に潰して用いる場合、厚さ方向で重なった第一層２１ａと第二層２１ｂとを直接接触させると、各層２１ａ，２１ｂを構成する銅線同士が点接触するため、接触面積が小さくなり、熱伝導性及び導電性が不足する恐れがある。そこで、本実施形態では、筒状の編成体２１の内周に、細長板状の中間部材２２を挿入している。中間部材２２は、湾曲可能な材料で形成され、好ましくはさらに導電性を有する材料で形成され、例えば金属板、特に銅板で形成される。アース電極２０は、編成体２１を手でほぐして軟化させた後、この編成体２１の内周に中間部材２２を挿入しながら、編成体２１を中間部材２２に沿った略平板状に変形させることで形成される。このように、筒状の編成体２１の内周に中間部材２２を挿入することにより、中間部材２２と編成体２１の各層２１ａ，２１ｂとを線接触させることができるため、両者の接触面積が大きくなり、熱伝導性や導電性が高められる。また、編成体２１の内周に中間部材２２を挿入することにより、アース電極２０の形状を維持することができるため、アース電極２０を本体部２の外周面に沿わせる作業が容易になる。
【００２２】
本実施形態では、図３に示すように、本体部２を外周からクランプするクランプ部４０が設けられる。図示例では、クランプ部４０が、円弧状を成した一対のクランプ部材４１，４２と、両クランプ部材４１，４２で本体部２をクランプする力を発生させる締付手段とを有する。本実施形態では、締付手段として、両クランプ部材４１，４２に挿通されたボルト４３が設けられる。クランプ部材４１，４２は、金属で形成され、本実施形態では銅で形成される。各クランプ部材４１，４２と本体部２との間にアース電極２０が配される。両クランプ部材４１，４２は、電流供給部３０と通電可能に接続されている。
【００２３】
以下、上記のインダイレクトスポット溶接装置による溶接方法の手順を説明する。
【００２４】
まず、アース電極２０を、本体部２の外周面に取り付ける。具体的には、図４に示す平板状のアース電極２０を円筒状に丸めながら、本体部２とその外周に配されたクランプ部材４１，４２との間に配置する（図３参照）。そして、ボルト４３を締め付けて両クランプ部材４１，４２を互いに接近させることにより、両クランプ部材４１，４２で本体部２が直径方向両側からクランプされ、各クランプ部材４１，４２と本体部２との間にアース電極２０が挟持固定される。これにより、両クランプ部材４１，４２がアース電極２０を介して本体部２と通電可能に接続される。
【００２５】
このとき、アース電極２０の編成体２１を厚さ方向に弾性変形させながら本体部２に倣わせることにより、両者の接触面積を大きくすることができる。特に、本実施形態では、クランプ部４０で本体部２を外周からクランプし、クランプ部材４１，４２と本体部２とでアース電極２０を厚さ方向両側から挟持することで、アース電極２０が強い力で本体部２に押し付けられるため、両者の接触面積をより大きくすることができる。これにより、アース電極２０と本体部２との接触部における電流密度が抑えられるため、本体部２のヤケやアース電極２０の損傷を抑えることができる。
【００２６】
次に、ブラケット４を、本体部２に対する固定位置に配置する（図１参照）。ブラケット４の本体部２に対する位置決めは、例えばロボットアームや治具により行われる。このとき、ブラケット４のフランジ部４ａと本体部２の外周面とが接触していることが理想的であるが、これらの間に僅かな隙間が形成されていてもよい。
【００２７】
そして、溶接電極１０を、ブラケット４のフランジ部４ａと本体部２との重合部にブラケット４側（外周側）から当接させて加圧すると共に、電流供給部３０により溶接電極１０とアース電極２０との間に通電することにより、上記の重合部を溶接する。本実施形態では、図６に示す加圧通電パターンに従って溶接が行われる。以下、この加圧通電パターンを詳しく説明する。
【００２８】
［第１のステップＳ１］
第１のステップＳ１では、ブラケット４のフランジ部４ａと本体部２との重合部を、溶接電極１０で相対的に高い第１の加圧力Ｆ１で加圧する｛図７（Ａ）参照｝。この状態で、両電極１０，２０間に、相対的に低い第１の電流値Ｃ１を通電することにより、電流密度を抑えてフランジ部４ａ及び本体部２の表面の溶融飛散を防止しながら、フランジ部４ａを軟化させることができる。これにより、フランジ部４ａと本体部２との間の隙間を詰めて両者を確実に接触させると共に、溶接電極１０とフランジ部４ａとの接触面積、及び、フランジ部４ａと本体部２との接触面積を増大させることができる。尚、図７に散点で示す領域は、熱影響部である。また、図７では、溶接電極１０の先端部の形状を簡略化して単純な円すい形状で表している。
【００２９】
［第２のステップＳ２］
第２のステップＳ２では、始めに、溶接電極１０に加圧力を付与する加圧手段に対して加圧力低下の指令を出す（図６のＡ点参照）。このとき、加圧手段の構造上、指令を受けると同時に実際の加圧力がＦ１からＦ２まで瞬時に降下するのではなく、Ｆ１からＦ２まで徐々に低下する移行期間が必然的に設けられる。特に、溶接電極１０の加圧手段としてエアシリンダを用いた場合、例えば電動シリンダを用いた場合と比べて加圧力変化のレスポンスが悪く、加圧力の降下に時間がかかり、且つ、加圧力の値が不安定になる。このように加圧力が不安定な状態で高電流値を通電すると、通電状態（電流密度）が不安定となり、溶接状態にバラつきが生じる恐れがある。
【００３０】
そこで、第２のステップＳ２では、加圧力をＦ１からＦ２まで降下させながら、第１のステップの電流値Ｃ１よりもさらに低い電流値Ｃ２で通電する。このように、加圧力が不安定な状態での投入熱量を抑えることで、溶接電極１０及びワーク（フランジ部４ａ，本体部２）を適度に冷却あるいは保温してヒートバランスを調整することができる。このとき、加圧力が降下している全期間で電流値を抑える（Ｃ２にする）ことが好ましく、図示例では、加圧力が降下している期間と電流値Ｃ２で通電する期間とが一致している。この第２のステップＳ２では、フランジ部４ａと本体部２との接触部（接合予定部Ｐ）付近の状態はほとんど変化しない｛図７（Ｂ）参照｝。
【００３１】
［第３のステップＳ３］
その後、加圧手段の加圧力を検知する加圧力検知部が、加圧力がＦ２まで降下したことを検知したら、電流値を上昇させる。本実施形態では、加圧力がＦ２まで降下すると同時に、電流値を上昇させる（図６のＢ点参照）。このとき、第２のステップＳ２の低電流値Ｃ２から、ナゲットを形成する本通電の電流値（第４のステップＳ４の電流値Ｃ４）まで一気に高めると、スパッタが発生する恐れがある。そこで、第３のステップＳ３において、低加圧力Ｆ２で加圧し続けながら、本通電の電流値Ｃ４よりも低い電流値Ｃ３で通電することにより、フランジ部４ａと本体部２との接触部（接合予定部Ｐ）付近を軟化させてこれらの接触面積を拡大することができる｛図７（Ｃ）参照｝。尚、第２のステップＳ２と第４のステップＳ４との間に設ける段階的なステップは、上記のように一段（第３のステップＳ３）に限らず、２段以上設けてもよい。
【００３２】
［第４のステップＳ４］
こうしてフランジ部４ａと本体部２の接触面積を確保した状態で、続く第４のステップＳ４では、低加圧力Ｆ２で加圧し続けながら、本通電の電流値Ｃ４まで上昇させて通電する（図６参照）。これにより、スパッタを発生させることなくナゲットの種（所望の大きさには至らないナゲット）を確実に形成することができる｛図７（Ｄ）参照｝。図示例では、第４のステップＳ４で、フランジ部４ａと本体部２との接触部（接合予定部Ｐ）に環状のナゲットＮが形成される。
【００３３】
［第５のステップＳ５］
上記のステップＳ４でナゲットの種を形成した後、第５のステップＳ５で、低加圧力Ｆ２で加圧し続けながら、両電極１０，２０間に、第４の電流値Ｃ４よりも低い第５の電流値Ｃ５を通電する（図３参照）。図示例では、第５の電流値Ｃ５が、第３の電流値Ｃ３よりも低く、さらには第１の電流値Ｃ１よりも低い。また、第５の電流値Ｃ５は、第２の電流値Ｃ２よりも高い。この第５のステップＳ５により、ワークへの投入熱量を抑えながら、第４のステップＳ４で加熱したワークの予熱を利用して、ナゲットの状態を安定化させることができる｛図７（Ｅ）参照｝。図示例では、第４のステップＳ４で形成された環状のナゲットＮが第５のステップＳ５で内径側に成長し、中空部が埋められて略円盤状となる。
【００３４】
以上により、ブラケット４のフランジ部４ａと本体部２との境界に、所望の大きさ及び形状（特に、本体部２への厚さ方向の溶け込み量）を有するナゲットＮが形成され、このナゲットＮを介してブラケット４と本体部２とが接合される。その後、クランプ部４０でアース電極２０を本体部２に取り付けた状態のまま、溶接電極１０を移動させて、他の部位（上記のフランジ部４ａの他の点、ブラケット４の反対側のフランジ部４ａ、あるいは、他のブラケットの取付部）と本体部２との重合部に上記と同じ手順でインダイレクトスポット溶接を施す。このとき、各溶接点で所望のナゲットが形成されるように、加圧力Ｆ１，Ｆ２や電流値Ｃ１〜Ｃ５の大きさを調整してもよい。また、より良い通電経路を確保するために、アース電極２０の本体部２に対する取付位置を変えてもよい。
【００３５】
ところで、図７（Ａ）に示す溶接初期には、溶接電極１０の先端部に設けられた微小な平坦面１３がワークに接触するため、両者の接触面積が小さく、面圧が高い。そして、溶接電極１０がワークに押し込まれるにつれて両者の接触面積が拡大することで、面圧が低下する。本実施形態では、溶接電極１０の先端部に、傾斜角が相対的に大きい第二テーパ面１２を設けているため（図２参照）、溶接初期に第二テーパ面１２がワークに押し込まれたとき、両者の接触面積の拡大が抑えられ、面圧の低下を抑えて溶接電極１０をワークに向けて十分に押し込むことができる。
【００３６】
そして、溶接電極１０をさらにワークに押し込むと、傾斜角が相対的に小さい第一テーパ面１１がワークに当接する。これにより、溶接電極１０とワークとの接触面積の拡大が促進され、溶接電極１０の過剰な食い込みを防止できる。
【００３７】
上記のように、溶接電極１０でワークを加圧しながら押し込むことにより、溶接電極１０の先端部の形状がワークに転写される。このとき、溶接電極１０の先端部に角部が設けられていると、その角部の形状がワークに転写されるため、この角部に圧力が集中することでワークの強度低下を招く恐れがある。本実施形態では、図２に示すように、第一テーパ面１１と第二テーパ面１２、及び、第二テーパ面１２と平坦面１３とを、それぞれＲ面１６，１７によって滑らかにつなぐことで、溶接電極１０の先端部の角部を無くしてワークの強度低下を防止している。
【００３８】
本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、アース電極２０の形状は図３に示すような環状に限らず、円弧状のアース電極２０を円周方向の複数箇所に設けてもよい。また、アース電極２０を、中間部材２２（図５参照）を省略して筒状の編成体２１のみで形成したり、筒状ではなく板状の編成体２１を使用したりしてもよい。さらに、本体部２との接触状態に問題が無ければ、金属板のみからなるアース電極を使用したり、クランプ部材４１，４２を本体部２に直接接触させることでアース電極として機能させたりしてもよい。
【００３９】
また、ブラケット４と本体部２との境界に所望の大きさ及び形状のナゲットＮを形成できる限り、溶接電極１０の先端部の形状や加圧通電パターンを変更したりしてもよい。例えば、図２に示す溶接電極１０の先端部を、二段階のテーパ面ではなく、単一のテーパ面で構成してもよい。また、図６に示す加圧通電パターンにおいて、第４のステップＳ４で十分なナゲットが形成される場合は、第５のステップＳ５を省略してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１     ピラーツーピラーメンバ（ＰＰメンバ）
２     本体部
３     サイドブラケット
４     ブラケット
１０   溶接電極
１１   第一テーパ面
１２   第二テーパ面
１３   平坦面
２０   アース電極
２１   編成体
２２   中間部材
３０   電流供給部
４０   クランプ部
４１，４２    クランプ部材
Ｎ     ナゲット
Ｐ     接合予定部
【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】
2020069493.tif 000007
【図６】
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【図７】
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