(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雄ねじが形成された軸部と、この軸部と一体的に形成され軸部の直径よりも大径とされた円形の拡径部と、端面に外周側が低くなる傾斜角のテーパ部を有する初期溶融部とこの初期溶融部に連なる主溶融部からなるとともに前記軸部とは反対側の拡径部中央に配置されている円形の溶着用突起によって形成されたプロジェクションボルトを、一対の電極間で前記溶着用突起を鋼板部品に加圧した状態で、当該鋼板部品に電気抵抗溶接で溶接するものであり、
前記初期溶融部が鋼板部品に加圧された状態で溶接電流が通電されて初期溶融部が溶融を開始することにより、前記拡径部と鋼板部品の間に形成される空隙の空隙幅を縮小し、この縮小と同時に、前記空隙内の空気を前記溶融の熱で急膨張させて空隙外へ急速に排出し、この排出によって生じる空隙内の圧力低下により、外部の冷気を空隙内に吸入し、
前記空隙幅に対する前記拡径部の直径方向で見た空隙長さの比が、２〜８とされ、
溶接完了後において、前記空隙幅は、前記主溶融部の高さ寸法と同じとされることを特徴とするプロジェクションボルトの溶接方法。
【請求項２】
前記溶着前の空隙幅が、０．８〜１．６ｍｍである請求項１記載のプロジェクションボルトの溶接方法。
【請求項３】
前記鋼板部品の板厚が、０．６ｍｍ〜１．０ｍｍである請求項１または請求項２記載のプロジェクションボルトの溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、軸部と、この軸部と一体的に形成された拡径部と、この拡径部の中央に配置された溶着用突起によって構成されたプロジェクションボルトを薄鋼板に溶接する溶接方法に関している。
【背景技術】
【０００２】  特許第４０３２３１３号公報（特許文献１）には、軸部と、この軸部と一体的に形成された拡径部と、この拡径部の中央に配置された溶着用突起によって構成されたプロジェクションボルトを、鋼板部品に電気抵抗溶接で溶接することが記載されている。【０００３】  上記の特許文献１に開示されているプロジェクションボルトは、図７（Ａ）に示した形状である。このプロジェクションボルト２０は鉄製であり、雄ねじが形成された軸部２１と、この軸部２１と一体的に形成され軸部２１の直径よりも大径とされた円形の拡径部２２と、前記軸部２１とは反対側の拡径部中央に配置された円形の溶着用突起２３によって構成されている。前記溶着用突起２３は、拡径部２２よりも小径とされた円形の隆起形状部であり、先端面側に小さな傾斜角のテーパ部２４と中心部が尖った形状の頂部２５を備えている。そして、溶着用突起２３以外の部分における拡径部２２の端面は、外周側が低くなったテーパ面２６とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０３２３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  特許文献１に記載されている発明（以下、先行発明という）は、本件特許出願にかかる発明の発明者である、青山好高および青山省司によって実用化されている。上記発明者達は、プロジェクションボルトを自動車車体の鋼板部品に溶接することによって、上記先行発明の実用化に成功している。すなわち、前記溶着用突起２３が拡径部２２の中央部において鋼板部品２７に溶着しているとともに、前記テーパ面２６が鋼板部品２７の表面に密着している。このような中央部の溶着とそれ以外の部分の密着、すなわち「中央溶着・全面密着」によって所定の溶融状態や溶接強度とされた溶接品質が確保されている。【０００６】  ところで、例えば自動車車体の分野においては、車体軽量化の重要な方策として、高張力鋼板のような鋼板の強度向上による板厚の低減が推進されおり、このような薄板化にともなってプロジェクションボルトの電気抵抗溶接にも、特別な技術的配慮が必要になってきている。【０００７】  その状況は、図７（Ｂ）に示されている。進退動作をする可動電極２８に受入孔２９が開けられ、ここに軸部２１が挿入されることによってプロジェクションボルト２０が可動電極２８に保持されている。一方、固定電極３０上に高張力鋼板製の鋼板部品２７が載置してあり、そこへ可動電極２８の進出によって溶着用突起２３が鋼板部品２７に加圧されて溶接電流が通電される。これにより、溶着用突起２３と鋼板部品２７が溶融状態になって、図示のようにボルト２０が鋼板部品２７に溶接される。【０００８】  図７（Ｂ）に示されている溶着状態は、異常な態様である。これは、黒く塗りつぶした溶融部３２が鋼板部品２７の板厚全域わたって形成されている。つまり、鋼板部品２７の厚さ方向で見て、板厚全体が一旦溶融状態になり、その後、凝固している。このような過剰溶融の現象は、板厚が０．６５ｍｍや０．７ｍｍのように薄くなってくると発生しやすいものであり、熱容量の小さな薄い板厚に対してプロジェクションボルト２０側の大きな熱量が影響して発生していると考えられる。つまり、プロジェクションボルト２０側の溶融体積が薄板に対して過大になり、加圧力、通電時間および電流値などの溶接条件や、溶融金属の体積を正確に管理しても薄板であるために、板厚全域にわたる過剰溶融が発生する。【０００９】  さらに、テーパ面２６が鋼板部品２７の表面に密着しているので、溶融部３２からの放熱性が不十分になり、そのために上記過剰溶融が発生しているものと考えられる。【００１０】  通常、鋼板部品にボルトやナットを電気抵抗溶接で溶接する場合には、鋼板部品の板厚方向で見た鋼板の溶融範囲は、板厚の半分あるいは３分の２位にとどめて所要の溶接強度を確保している。すなわち、非溶融部である母材を残置している。このように溶接強度が確保できるのは、溶融範囲が上記のような領域であるので、溶融しなかった母材部分が鋼板自体の強度を維持するとともに、溶融部分と非溶融部分の境界面積が広くなって溶融部分と非溶融部分との接合強度が十分な値になるためであると考えられる。【００１１】  しかしながら、図７（Ｂ）に示したような厚さ全域にわたる溶融であると、ボルト２０と鋼板部品２７の溶接強度が十分に確保できない、と���う問題がある。【００１２】  この問題について考察すると、つぎのとおりである。溶融部（Ｎｕｇｇｅｔ）３２は通電完了後の急冷によって凝固するため、マルテンサイト組織となって著しく高い硬度となり、脆い性質となる。また、溶融部３２の近傍の領域に、組織変化部分が同図の梨地箇所のようになって現れる。このような梨地箇所は、一般に熱影響部（Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ／ＨＡＺ）として知られている。この部分は符号３３で示され、溶融部３２ほどの脆さではないが、母材部分よりも脆い性質となっている。【００１３】  そこで、固定された鋼板部品２７に対して、ボルト２０に傾き方向の曲げ力が反復して作用すると、高硬度で脆い性質の溶融部３２と組織変化部分３３の境界箇所に応力が集中するので、この境界箇所に疲労による割れが発生する。あるいは、組織変化部分３３に割れが発生する。さらに、この問題は、板厚が薄いので溶融部３２と非溶融部との境界部分の面積が小さくなり、さらに境界面が板厚方向を向いているために、この境界部分に割れが発生しやすくなり、溶接強度が向上しないものと考えられる。【００１４】  本発明は、上記の問題点を解決するために提供されたもので、拡径部と鋼板部品の間に形成された空隙内に外部の冷気を吸入し、溶着局部の冷却を促進して、鋼板部品の過剰溶融を防止するプロジェクションボルトの溶接方法を提供することを目的とする。【００１５】  以下の説明において、プロジェクションボルトを単にボルトと表現する場合もある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】  請求項１記載の発明は、雄ねじが形成された軸部と、この軸部と一体的に形成され軸部の直径よりも大径とされた円形の拡径部と、端面に外周側が低くなる傾斜角のテーパ部を有する初期溶融部とこの初期溶融部に連なる主溶融部からなるとともに前記軸部とは反対側の拡径部中央に配置されている円形の溶着用突起によって形成されたプロジェクションボルトを、一対の電極間で前記溶着用突起を鋼板部品に加圧した状態で、当該鋼板部品に電気抵抗溶接で溶接するものであり、
前記初期溶融部が鋼板部品に加圧された状態で溶接電流が通電されて初期溶融部が溶融を開始することにより、前記拡径部と鋼板部品の間に形成される空隙の空隙幅を縮小し、この縮小と同時に、前記空隙内の空気を前記溶融の熱で急膨張させて空隙外へ急速に排出し、この排出によって生じる空隙内の圧力低下により、外部の冷気を空隙内に吸入し、
前記空隙幅に対する前記拡径部の直径方向で見た空隙長さの比が、２〜８とされ、
溶接完了後において、前記空隙幅は、前記主溶融部の高さ寸法と同じとされることを特徴とするプロジェクションボルトの溶接方法である。
【発明の効果】
【００１７】  溶着用突起は、端面に外周側が低くなる小さな傾斜角のテーパ部を有する初期溶融部と、この初期溶融部に連なる主溶融部から形成されているので、初期溶融部の体積部分の溶融と同時進行的に鋼板部品の表面が溶融を開始する。この初期溶融部の溶融にともなって拡径部と鋼板部品の間に形成される空隙の空隙幅が縮小される。この空隙幅縮小と同時に、初期溶融部の溶融に引き続いて主溶融部の一部への溶融が進行する。しかし、鋼板部品に対する溶着用突起の溶着は、実質的には初期溶融部全域の溶融で十分に達成されるので、主溶融部の溶融はきわめてわずかな量とされるか、または初期溶融部だけの溶融とされる。したがって、主溶融部が溶融しても、溶接完了後において、空隙幅は、主溶融部の高さ寸法とほぼ同じになる。なお、拡径部と鋼板部品の間に形成される空隙は、直径方向に所定の長さを有する環状の空間、言い換えるとドーナツ型の空間とされている。【００１８】  電極の加圧力は、例えば、２９００Ｎであるため、前記溶融が開始されると、静止していた電極は溶融量に応じた電極進出距離を高速で進出する。これにともなって拡径部も高速で進出して空隙幅縮小がなされるので、空隙の片側が外気に開放されていても、空隙内の空気は瞬間的に圧縮された状態になり、この圧縮と同時に上記溶融熱で空気が急膨張をする。つまり、圧縮された空気が急加熱を受けることにより、膨張速度が一層高められた急膨張が形成される。この圧縮と急加熱でえられた高圧空気により、空隙内の空気が高速で空隙外へ噴出する。このように急速噴出がなされるので、それと同時に、空隙内が希薄になって空隙内の圧力が急激に低下し、この圧力低下によって、冷気である外気が空隙内に吸入される。【００１９】  上述のように、空隙内の空気が急速に空隙外へ噴出するときには、噴流が鋼板部品の表面に沿った方向となる。このような噴流であるから、外気は鋼板部品の表面から離隔した方向から空隙内に吸入される。空気の噴流が鋼板部品の表面に沿った方向となるのは、コアンダ効果のような現象が生じているため、と考えられる。【００２０】  このような冷気の吸入は、溶融部が凝固しきらない液相状態の段階でなされるので、溶融が過度に進行することが抑制される。そして、冷気が前記溶融で加熱されている拡径部下面、鋼板部品表面、主溶融部外周面、溶融部露出面などに接触した状態になるので、これらの加熱部分が良好に冷却される。そして、初期溶融部の溶融に引き続いた主溶融部の溶融量は、前述のようにきわめて微量かまたは溶融なしなので、溶融前の主溶融部の高さはほとんど変わることなく存置される。このため、溶接完了後において、空隙幅は、主溶融部の高さ寸法とほぼ同じ状態になる。空隙幅がこのような空間幅とされているので、拡径部下面、鋼板部品表面、主溶融部外周面、溶融部露出面などからの放熱が良好に継続する。【００２１】  上述の冷気吸入によって溶融熱が奪われるので、溶融が過剰に進行することが抑制され、板厚の薄い鋼板部品の過剰溶融が回避できる。つまり、溶融部とその近傍の組織変化部分が板厚全域にわたって形成されることがなく、溶融部近傍の組織変化部分と鋼板表面との間に溶融していない母材部分が存置される。したが��て、この母材部分が鋼板部品としての強度を維持する機能を果たし、ボルトの溶接接合強度が十分に確保できる。また、組織変化部分と母材部分の境界面積が広い領域にわたって確保できるので、この境界面積部分の接合強度を高く保つことができ、ボルトに曲げ方向の外力が作用しても、容易に割れなどが発生することがない。【００２２】  なお、吸入された冷気が、拡径部下面、鋼板部品表面、主溶融部外周面、溶融部露出面などの残留熱で再び加熱されると、吸入空気は膨張し、空隙外へ排出され、これにともなう圧力低下で冷気が再び吸入されるもの、と考えられる。【００２３】  溶接完了後において、空隙幅は、主溶融部の高さ寸法とほぼ同じとされている。空隙幅が狭すぎると、塗料液の粘性によってこの空隙における塗料液の流動性がえられないので、空隙に停滞している空気が排出されることなく、塗料液で封じ込められることとなる。この封入空気が原因となって錆が発生する、という問題がある。あるいは、空隙の長さが過剰になった場合も、空隙の奥まで塗料液が入りきらず、同様な問題が発生する。【００２４】  しかし、本発明のように、溶接完了後の空隙幅が主溶融部の高さ寸法とほぼ同じとされているので、拡径部と鋼板部品の間に、塗料液によって気泡が封入されることのない大きさの空隙が存置され、上記錆発生の問題が解消される。すなわち、空隙幅が十分な空間として確保できるため、この空隙への塗料液の流入が積極的に行われる。このような流動によって、空隙内の空気が排出され、塗料液は空隙を形成する拡径部下面、鋼板部品表面、主溶融部外周面、溶融部露出面などに付着し、気泡が封入されることがなく、前述のような錆発生の問題が解消される。【００２５】  上記塗装は、通常、電着塗装による下塗りであり、比較的低い濃度（通常、固形分５〜１０％）の水性塗料浴中に、ボルトが溶接された鋼板部品あるいは自動車の車体などを電極として浸し、他方、浴槽を対極として両電極間に直流電流を印加して電流を通じ、ボルトや鋼板部品に膜厚が２０〜３０μの皮膜を均一に析出させる。水性塗料の粘性は、固形分の含有量が上記の値であることから非常に低く設定されており、製品の隙間や空洞部分のいたるところに気泡を巻き込むことなく流入するので、前記拡径部と鋼板部品間の空隙内への流入が淀みなくなされる。【００２６】  前記空隙幅に対する前記拡径部の直径方向で見た空隙長さの比が、２〜８である。【００２７】  上記のように、空隙幅に対する拡径部の直径方向で見た空隙長さの比が、２〜８に設定されていることにより、空隙の最も奥まった箇所に主溶融部の外周面が位置し、そこから外周側に向かって細長い空間が形成されることになる。したがって、空隙幅が縮小されることと、空気の熱膨張が急激であることが相乗して、前述のような急速な空気噴出が形成される。【００２８】請求項２記載の発明は、前記溶着前の空隙幅が、０．８〜１．６ｍｍである請求項１記載のプロジェクションボルトの溶接方法である。【００２９】  空隙幅が、０．８〜１．６ｍｍであるから、空隙幅縮小と空気急膨張が同時発生的に形成され、強い空気噴射がえられる。このような現象は、空隙の容積や、空気の粘性、空隙幅の大小などが関係しているものと���えられる。空隙幅が０．８〜１．６ｍｍに設定されていることにより、これらの要素が良好に関係していると考えられる。【００３０】  さらに、溶接完了後の空隙幅は主溶融部の高さとほぼ同じとされている。したがって、空隙内へ塗料液が空気を排出しながら流入して前述の電着塗装が施されると、きわめて良好な塗膜が空隙内面全体にわたって均一に析出される。【００３１】請求項３記載の発明は、前記鋼板部品の板厚が、０．６ｍｍ〜１．０ｍｍである請求項１または請求項２記載のプロジェクションボルトの溶接方法である。【００３２】  上記のように、板厚が０．６ｍｍ〜１．０ｍｍであっても、前述の冷却作用により、過度な溶融深さにならず、良好な溶接強度がえられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ボルトの各部形状を示す側面図と平面図である。
【図２】ボルトが溶接される状態を示す断面図である。
【図３】溶接時の溶着過程を示す断面図である。
【図４】空気の噴出と吸入を示す断面図である。
【図５】空隙の幅と長さの比と、Ｔ１、Ｔ２の関係を示す線図である。
【図６】引っ張り試験後の状態を示す断面図である。
【図７】従来のボルトの溶着状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】  つぎに、本発明のプロジェクションボルトの溶接方法を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００３５】  図１〜図６は、本発明の実施例１を示す。【００３６】  まず、プロジェクションボルトの寸法や形状について説明する。【００３７】  鉄製のプロジェクションボルト１の形状は、図１（Ａ）と（Ｂ）に示されている。このボルト１は、雄ねじが形成された軸部２と、この軸部２と一体的に形成され軸部２の直径よりも大径とされた円形の拡径部３と、前記軸部２とは反対側の拡径部中央に配置された円形の溶着用突起４によって形成されている。そして、符号５は軸部２の外周面に形成された雄ねじであり、谷部と山部を有している。【００３８】  前記溶着用突起４は、図１や図４などに示すように、初期溶融部４Ａと主溶融部４Ｂから構成されている。初期溶融部４Ａは、溶着用突起４の端面に外周側が低くなる小さなテーパ傾斜角のテーパ部６を設けることによって形成された平たい形状の円錐形状部である。この初期溶融部４Ａの中央部に尖った形状の頂部７が形成されている。そして、主溶融部４Ｂは、初期溶融部４Ａに連なった状態で形成された円錐台の形状部分である。ボルト１は金型成型やロール加工などが施されるので、拡大して観察すると実際には、上記の頂部７は鋭利に尖った形状ではなく、若干の丸みを帯びた形状となる。【００３９】  図１（Ｃ）には、実施例の寸法状態などを理解しやすくするために、各部の寸法や傾斜角度が記載されている。この図に示すように、軸部２の直径（山径）は５．５ｍｍ、軸部２の長さは２４．５ｍｍ、拡径部３の直径と厚さはそれぞれ２０．５ｍｍと１．２ｍｍである。さらに、溶着用突起４の端面（テーパ部６）の直径は１０．５ｍｍ、初期溶融部４Ａの高さ（厚さ）は０．３５ｍｍ、主溶融部４Ｂの高さ（厚さ）は１．０ｍｍ、テーパ部６の傾斜角度θは４．５度である。【００４０】  つぎに、ボルト１の溶接状態を説明する。【００４１】  図２は、ボルト１が鋼板部品８に溶接される状態を示す断面図である。可動電極９は、エアシリンダまたは進退出力型の電動モータなど（図示していない）で進退動作をする。その端面中央部に可動電極９の長手方向に受入孔１０があけられ、その奥部に永久磁石１１が取り付けてある。鋼板部品８は、可動電極９と同軸状態で配置された固定電極１２上に載置されている。鋼板部品８の板厚は、０．６５ｍｍである。【００４２】  作業者または供給ロッドによって、軸部２が可動電極９の受入孔１０に挿入され、軸部２が永久磁石１１で吸引されてボルト１が可動電極９に保持される。このときには、可動電極９の端面１３に拡径部３の裏面が密着している。図２は、ボルト１を保持した可動電極９が進出してきて、溶着用突起４が鋼板部品８に加圧されている状態を示している。この加圧によって頂部７とその近傍のテーパ部６が、図示していないが、鋼板部品８の表面にめり込んでいる。つまり、初期溶融部４Ａのテーパ部６の先端部分が鋼板部品８の表面にわずかに食い込んで、溶着用突起４と鋼板部品８の接触面積が増大している。この状態で溶接電流が通電されて、鋼板部品８への溶接がなされる。【００４３】  図２や図４（Ａ）に示した加圧状態においては、拡径部３の下面と鋼板部品８の表面との間に空隙１９が形成されている。この空隙１９を軸部２の軸線方向で見た間隔幅が、空���幅Ｃである。また、空隙１９を拡径部３の直径方向で見た長さが、空隙長さＤである。この実施例では、図１（Ｃ）に記載した寸法から明らかなように、前記空隙幅Ｃが１．３５ｍｍ、空隙長さＤが５．０ｍｍである。そして、空隙幅Ｃに対する空隙長さＤの比Ｈは３．７である。【００４４】  つぎに、加圧通電条件を説明する。【００４５】  可動電極９による加圧力、すなわち鋼板部品８に対する溶着用突起４の加圧力は２９００Ｎであり、溶接電流は１２０００Ａ、通電時間は９サイクルである。この通電時間９サイクルは、通電開始時点から所定時間経過後の初期溶融部４Ａの溶融開始、それに引き続く主溶融部４Ｂの一部分の溶融終了までの時間である。なお、１サイクルは１／６０秒である。【００４６】  上述の条件で良好な溶接が可能であるが、各条件の設定範囲は、加圧力は２０００〜３３００Ｎ、溶接電流は１００００〜１５０００Ａ、通電時間は５〜１２サイクルとするのが良好である。【００４７】  つぎに、溶着過程を説明する。【００４８】  図３は、溶着過程を示す。同図は断面図であるが、見やすくするために断面箇所のハッチング記載は省略してある。図３（Ａ）は、図２の押し付け状態で溶接電流を通電した通電初期の段階であり、頂部７近傍とそれに対応する鋼板部品８が僅かに溶融している。この溶融箇所は符号１４で示されている。【００４９】  さらに加圧通電が継続されると、テーパ部６の傾斜角によって溶融箇所１４は、直径方向に放射状のほぼ平面的な溶融範囲となって円形に拡大してゆく。この拡大過渡状態が図３（Ｂ）に示されている。【００５０】  その後、加圧通電が継続されることにより、初期溶融部４Ａ全域の溶融に引き続いて主溶融部４Ｂの溶融が同時進行的に開始される。しかし、前述のように、この主溶融部４Ｂの溶融量はきわめて僅かであるため、溶接完了後における主溶融部４Ｂの高さはほとんど減少することがない。初期溶融部４Ａの溶融によって、初期溶融部４Ａの円形範囲に対応した鋼板部品８の表面全域が図３（Ｃ）や（Ｄ）に示すように、溶融する。前述の通電時間９サイクルが経過した時点で、図３（Ｃ）に示す溶融状態となる。【００５１】  図３（Ｃ）や（Ｄ）から明らかなように、主溶融部４Ｂの溶融がきわめて僅かなものとされるように、あるいは実質的に初期溶融部４Ａだけの溶融となるように、前述の加圧力、電流値、通電時間などの溶接条件が定められている。【００５２】  初期溶融部４Ａの溶融前の形状は、図１（Ｃ）や図４（Ａ）に示すように、扁平な円錐形であるが、溶融初期の段階で円錐形の形状は消滅し、主溶融部４Ｂの一部分の溶融が僅かに加算されて、鋼板部品８の表面部分の溶融部と一体になった平たい溶融域となっている。【００５３】  図３（Ｄ）は、溶着完了後の組織状態を示す部分的な拡大断面図であり、黒く塗りつぶされた部分が溶融箇所１４であり、前述のナゲットである。そして、溶融箇所１４の近傍に層状になって現れている部分が組織変化部分１５であり、前述の熱影響部である。組織変化部分１５は、同図に梨地を付して示されている。【００５４】  符号１６は非溶融部であり、組織変化部分１５と熱的影響を受けていない鋼板の母材１７によって形成されており、その厚さはＴ１で示されている。また、母材１７だけの厚さはＴ２で示されている。【００５５】  つぎに、空気の噴出と吸入について説明する。【００５６】  可動電極９の加圧力は、上述のように２９００Ｎであるため、前記溶融が開始されると、静止していた可動電極９は溶融量に応じた電極進出距離を高速で進出する。これにともなって拡径部３も高速で進出して空隙幅Ｃの縮小がなされるので、空隙１９の片側が外気に開放されていても、空隙１９内の空気は瞬間的に圧縮された状態になり、この圧縮と同時に上記溶融熱で空気が急膨張をする。つまり、圧縮された空気が急加熱を受けることにより、膨張速度が一層高められた急膨張が形成される。この圧縮と急加熱でえられた高圧空気により、図４（Ｂ）に示す矢線２０で示すように、空隙１９内の空気が高速で空隙１９外へ噴出する。このように急速噴出がなされるので、それと同時に、空隙１９内が希薄になって空隙１９内の圧力が急激に低下し、この圧力低下によって、同図矢線２１で示すように、冷気である外気が空隙１９内に吸入される。このような冷気の吸入は、溶融部１４が凝固しきらない液相状態の段階からなされる。【００５７】  上述のように、空隙１９内の空気が急速に空隙１９外へ噴出するときには、矢線２０で示すように、噴流が鋼板部品８の表面に沿った方向となる。このような噴流であるから、外気は鋼板部品８の表面から離隔した方向、すなわち図４（Ｂ）の上方から空隙内に吸入される。この吸入状態は矢線２１で示されている。空気の噴流が鋼板部品８の表面に沿った方向となるのは、コアンダ効果のような現象が生じているため、と考えられる。また、噴出流は空隙１９から遠ざかるにしたがって速度および圧力が低下し、膨張する。このため、図４（Ｂ）に鎖線で示した膨張域２２が形成される。【００５８】  つぎに、Ｔ１、Ｔ２の具体値について説明する。【００５９】  図５は、空隙幅Ｃに対する空隙長さＤの比Ｈと、Ｔ１，Ｔ２の関係を示す線図である。上記比Ｈ３．７においては、上述のように、Ｔ１が０．３２ｍｍ、Ｔ２が０．２７ｍｍである。この値は、鋼板部品８の厚さ方向に対する溶け込み量と、母材１７の厚さが適正なものである。【００６０】  上記のＴ１、Ｔ２の値確保と同時に、溶接完了後において、拡径部３の外周近傍と鋼板部品８の表面との間に、塗料液によって気泡が封入されることのない大きさの空隙Ｃ１が存置されている。この空隙Ｃ１は、溶接後の空間幅であり、主溶融部４Ｂの高さ寸法とほぼ同じ０．９５ｍｍである。また、空隙Ｃ１の大きさを、加圧力、電流値、通電時間などの溶接条件を変更することにより、初期溶融部４Ａだけの溶融にとどめて、１．０ｍｍとすることもできる。【００６１】  つぎに、各値の下限値および上限値について説明する。【００６２】  溶着前の空隙幅Ｃに対する拡径部Ｄの比Ｈが、２〜８であることが望ましい。【００６３】  比Ｈが２未満であると、空隙長さＤが過小となるので、空隙幅Ｃの縮小や空気の急膨張が形成されても、噴出力を十分に確保することができない。したがって、冷気の吸入が不十分で冷却不足となり、鋼板部品８の溶け込み深さが過大、すなわち過剰溶融となり、溶接強度に不足を来すことになる。【００６４】  また、この比Ｈが８を超え���と、空隙長さＤが過長であるとともに空隙幅Ｃ１が過小となるため、電着塗装などの塗料液が空隙１９内に空気を封じ込めやすくなり、錆発生の問題が残る。そして、空隙長さＤが過長であるとともに空隙幅Ｃ１が過小となるため、吸入空気が空隙１９の奥まで到達することが緩慢になり、冷却不足になり過剰溶融側へ転じることとなる。いわゆる溶融熱が籠もった状態になる。よって、溶接強度不足の方向に向かうことになる。また、空隙長さＤが過長であるとともに空隙幅Ｃ１が過小となるため、拡径部下面、鋼板部品表面、主溶融部外周面、溶融部露出面などからの放熱が不十分となる。【００６５】  溶着前の空隙幅Ｃが、０．８〜１．６ｍｍであることが望ましい。【００６６】  溶着前の空隙幅Ｃが０．８ｍｍ未満であると、溶着前の空隙１９の容積が少なすぎるため、十分な空気膨張が確保できない。したがって、強い噴流がえられない。また、空隙幅Ｃが１．６ｍｍを超えると、空気膨張はえられるが、溶着前の空隙１９の容積が大きすぎるため、膨張量が不足し、やはり強い噴流圧力がえられないこととなる。【００６７】  図５から明らかなように、比Ｈが３．７の場合には、Ｔ１が０．３２ｍｍ、Ｔ２が０．２７ｍｍであり、比Ｈが６場合には、Ｔ１が０．５１ｍｍ、Ｔ２が０．４６ｍｍである。このようにして比Ｈを順次変更して求められたＴ１、Ｔ２の値を結ぶことによって、図５の相関線Ｔ１、Ｔ２が形成されている。【００６８】  比Ｈ＝３．７におけるＴ１＝０．３２ｍｍ、Ｔ２＝０．２７ｍｍを、加圧力、電流値、通電時間などの溶接条件を上述の範囲内で変えることにより、比Ｈは３．７のままでＴ１＝０．３８ｍｍ、Ｔ２＝０．３４ｍｍに変換することができる。【００６９】  つぎに、評価テストの結果について説明する。【００７０】  溶接条件を前述の通り、加圧力２９００Ｎ、溶接電流値１２０００Ａ、通電時間９サイクルの下で、空隙幅Ｃに対する空隙長さＤの比Ｈが１となるボルト１を鋼板部品８に溶接した場合、Ｔ１は０．１０ｍｍ、Ｔ２は０．０４ｍｍであり、このような値では、十分な溶接強度がえられないことが確認された。一方、比Ｈが３．７や６．０の場合には、上述のようなＴ１、Ｔ２の値が得られた。【００７１】  このように、Ｈ＝１では過剰溶融であり、Ｈ＝３．７やＨ＝６．０では適正溶融であることが認められる。【００７２】  また、前述の溶接条件の下で、Ｈ＝３．７になるボルトを溶接して、１０個の溶接サンプルを作製し、各Ｔ１、Ｔ２を測定したところ、Ｔ１＝０．３０〜０．３５ｍｍ、Ｔ２＝０．２５〜０．２９ｍｍであった。さらに、Ｈ＝６．０になるボルトを溶接して、１０個の溶接サンプルを作製し、各Ｔ１、Ｔ２を測定したところ、Ｔ１＝０．４９〜０．５５ｍｍ、Ｔ２＝０．４１〜０．４９ｍｍであった。いずれのサンプルもＴ１、Ｔ２は適正値の範囲になっていることが確かめられた。【００７３】  このような比Ｈが３．７や６．０とされた溶接済み鋼板部品を、図６に示すように、鋼板部品８を治具（図示していない）で固定し、ボルト１を軸方向に引っ張るテストの結果、母材１７と溶融箇所１４が剪断状態で鋼板部品８から破断し、円形の抜け穴８Ｂとなっていることが認められる。この破断は、上記引っ張り力が３００���〜３５００Ｎの範囲で発生しており、例えば、自動車のダッシュパネルに配線クランプ固定用ボルトを溶接したものにおいて十分な溶接強度である、と判定される。【００７４】  また、軸部２を傾ける反復曲げテストを行った結果、溶融箇所１４と組織変化部分１５の境界部分や、組織変化部分１５自体あるいは組織変化部分１５と母材との境界部分からの割れは発生しなかった。このようなサイズのボルト１をきわめて薄い厚さ０．６５ｍｍの鋼板部品８に溶接した場合の溶接強度として十分であると判定される。【００７５】  上記実施例１においては、初期溶融部４Ａの形状は、テーパ部６と頂部７を有する円錐形であるが、これに換えて球形とすることができる。球形の場合、頂部７に相当する箇所が鋼板部品８に加圧されて、この加圧部分から溶融が開始される。それ以外の溶着過程は、円錐形のものと同じである。【００７６】  以上に説明した実施例１の作用効果は、つぎのとおりである。【００７７】  溶着用突起４は、端面に外周側が低くなる小さな傾斜角のテーパ部６を有する初期溶融部４Ａと、この初期溶融部４Ａに連なる主溶融部４Ｂから形成されているので、初期溶融部４Ａの体積部分の溶融と同時進行的に鋼板部品８の表面が溶融を開始する。この初期溶融部４Ａの溶融にともなって拡径部３と鋼板部品８の間に形成される空隙１９の空隙幅Ｃが縮小される。この空隙幅Ｃの縮小と同時に、初期溶融部４Ａの溶融に引き続いて主溶融部４Ｂの一部への溶融が進行する。しかし、鋼板部品８に対する溶着用突起４の溶着は、実質的には初期溶融部４Ａ全域の溶融で十分に達成されるので、主溶融部４Ｂの溶融はきわめてわずかな量とされるか、または初期溶融部４Ａだけの溶融とされる。したがって、主溶融部４Ｂが溶融しても、溶接完了後において、空隙幅Ｃ１は、主溶融部４Ｂの高さ寸法とほぼ同じになる。なお、拡径部３と鋼板部品８の間に形成される空隙１９は、直径方向に所定の長さを有する環状の空間、言い換えるとドーナツ型の空間とされている。【００７８】  可動電極９の加圧力は、例えば、２９００Ｎであるため、前記溶融が開始されると、静止していた可動電極９は溶融量に応じた電極進出距離を高速で進出する。これにともなって拡径部３も高速で進出して空隙幅Ｃの縮小がなされるので、空隙１９の片側が外気に開放されていても、空隙１９内の空気は瞬間的に圧縮された状態になり、この圧縮と同時に上記溶融熱で空気が急膨張をする。つまり、圧縮された空気が急加熱を受けることにより、膨張速度が一層高められた急膨張が形成される。この圧縮と急加熱でえられた高圧空気により、空隙１９内の空気が高速で空隙１９外へ噴出する。このように急速噴出がなされるので、それと同時に、空隙１９内が希薄になって空隙１９内の圧力が急激に低下し、この圧力低下によって、冷気である外気が空隙１９内に吸入される。【００７９】  上述のように、空隙１９内の空気が急速に空隙１９外へ噴出するときには、噴流が鋼板部品８の表面に沿った方向、すなわち矢線２０で示した方向となる。このような噴流であるから、外気は鋼板部品８の表面から離隔した方向、すなわち矢線２１で示す方向から空隙１９内に吸入される。空気の噴流が鋼板部品８の表面に沿った方向と���るのは、コアンダ効果のような現象が生じているため、と考えられる。【００８０】  このような冷気の吸入は、溶融部１４が凝固しきらない液相状態の段階でなされるので、溶融が過度に進行することが抑制される。そして、冷気が前記溶融で加熱されている拡径部３の下面、鋼板部品８の表面、主溶融部４Ｂの外周面、溶融部１４の露出面などに接触した状態になるので、これらの加熱部分が良好に冷却される。そして、初期溶融部４Ａの溶融に引き続いた主溶融部４Ｂの溶融量は、前述のようにきわめて微量かまたは溶融なしなので、溶融前の主溶融部４Ｂの高さはほとんど変わることなく存置される。このため、溶接完了後において、空隙幅Ｃ１は、主溶融部４Ｂの高さ寸法とほぼ同じ状態になる。空隙幅Ｃ１がこのような空間幅とされているので、拡径部下面、鋼板部品表面、主溶融部外周面、溶融部露出面などからの放熱が良好に継続する。【００８１】  上述の冷気吸入によって溶融熱が奪われるので、溶融が過剰に進行することが抑制され、板厚０．６５ｍｍの薄い鋼板部品８の過剰溶融が回避できる。つまり、溶融部１４とその近傍の組織変化部分１５が板厚全域にわたって形成されることがなく、溶融部１４近傍の組織変化部分１５と鋼板表面との間に溶融していない母材部分１７が存置される。したがって、この母材部分１７が鋼板部品８としての強度を維持する機能を果たし、ボルト１の溶接接合強度が十分に確保できる。また、組織変化部分１５と母材部分１７の境界面積が広い領域にわたって確保できるので、この境界面積部分の接合強度を高く保つことができ、ボルト１に曲げ方向の外力が作用しても、容易に割れなどが発生することがない。【００８２】  なお、吸入された冷気が、拡径部下面、鋼板部品表面、主溶融部外周面、溶融部露出面などの残留熱で再び加熱されると、吸入空気は膨張し、空隙１９外へ排出され、これにともなう圧力低下で冷気が再び吸入されるもの、と考えられる。【００８３】  溶接完了後において、空隙幅Ｃ１は、主溶融部の高さ寸法とほぼ同じとされている。空隙幅Ｃ１が狭すぎると、塗料液の粘性によってこの空隙１９における塗料液の流動性がえられないので、空隙１９に停滞している空気が排出されることなく、塗料液で封じ込められることとなる。この封入空気が原因となって錆が発生する、という問題がある。あるいは、空隙１９の長さＤが過剰になった場合も、空隙の奥まで塗料液が入りきらず、同様な問題が発生する。【００８４】  しかし、本発明のように、溶接完了後の空隙幅Ｃ１が主溶融部４Ｂの高さ寸法とほぼ同じとされているので、拡径部３と鋼板部品８の間に、塗料液によって気泡が封入されることのない大きさの空隙１９が存置され、上記錆発生の問題が解消される。すなわち、空隙幅Ｃ１が十分な空間として確保できるため、この空隙１９への塗料液の流入が積極的に行われる。このような流動によって、空隙１９内の空気が排出され、塗料液は空隙１９を形成する拡径部下面、鋼板部品表面、主溶融部外周面、溶融部露出面などに付着し、気泡が封入されることがなく、前述のような錆発生の問題が解消される。【００８５】  上記塗装は、通常、電着塗装による下塗りであり、比較的低い濃度（通常、固形分５〜１０％）の水性���料浴中に、ボルト１が溶接された鋼板部品８あるいは自動車の車体などを電極として浸し、他方、浴槽を対極として両電極間に直流電流を印加して電流を通じ、ボルト１や鋼板部品８に膜厚が２０〜３０μの皮膜を均一に析出させる。水性塗料の粘性は、固形分の含有量が上記の値であることから非常に低く設定されており、製品の隙間や空洞部分のいたるところに気泡を巻き込むことなく流入するので、前記拡径部３と鋼板部品８間の空隙１９内への流入が淀みなくなされる。【００８６】  空隙幅Ｃに対する拡径部３の直径方向で見た空隙長さＤの比Ｈが、２〜８である。【００８７】  上記のように、空隙幅Ｃに対する拡径部３の直径方向で見た空隙長さＤの比Ｈが、２〜８に設定されていることにより、空隙１９の最も奥まった箇所に主溶融部４Ｂの外周面が位置し、そこから外周側に向かって細長い空間が形成されることになる。したがって、空隙幅Ｃが縮小されることと、空気の熱膨張が急激であることが相乗して、前述のような急速な空気噴出が形成される。【００８８】  溶着前の空隙幅Ｃは、０．８〜１．６ｍｍである。【００８９】  溶着前の空隙幅Ｃが、０．８〜１．６ｍｍであるから、空隙幅Ｃの縮小と空気急膨張が同時発生的に形成され、強い空気噴射がえられる。このような現象は、空隙１９の容積や、空気の粘性、空隙幅Ｃの大小などが関係しているものと考えられる。空隙幅Ｃが０．８〜１．６ｍｍに設定されていることにより、これらの要素が良好に関係していると考えられる。【００９０】  さらに、溶接完了後の空隙幅Ｃ１は主溶融部４Ｂの高さとほぼ同じとされている。したがって、空隙１９内へ塗料液が空気を排出しながら流入して前述の電着塗装が施されると、きわめて良好な塗膜が空隙内面全体にわたって均一に析出される。【００９１】  鋼板部品８の板厚は、０．６ｍｍ〜１．０ｍｍである。【００９２】  上記のように、板厚が０．６ｍｍ〜１．０ｍｍであっても、前述の冷却作用により、過度な溶融深さにならず、良好な溶接強度がえられる。
【実施例２】
【００９３】  実施例２は、初期溶融部４Ａだけを溶融させて、溶着後の空隙幅Ｃ１を主溶融部４Ｂの高さと同じ値にするものである。初期溶融部４Ａだけを溶融するためには、前述の溶接条件、すなわち加圧力、電流値、通電時間などを選択する。それ以外の構成は、先の実施例１と同じである。なお、このような構成においては、機能面から初期溶融部は、例えば「溶融部」、主溶融部は「基台部」と呼称するのが適当である。【００９４】  このような構成により、溶接完了後の空隙幅Ｃ１を主溶融部４Ｂの高さと同じにすることができて、空隙幅Ｃ１を適正値として均一に確保することができる。それ以外の作用効果は、先の実施例１と同じである。
【産業上の利用可能性】
【００９５】  上述のように、本発明の方法によれば、拡径部と鋼板部品の間に形成された空隙内に外部の冷気を吸入し、溶着局部の冷却を促進して、鋼板部品の過剰溶融を防止するプロジェクションボルトの溶接方法である。したがって、ボルトを薄板に対して良好な状態で電気抵抗溶接をすることができ、自動車の車体溶接工程や、家庭電化製品の板金溶接工程などの広い産業分野で利用できる。
【符号の説明】
【００９６】  １    プロジェクションボルト
２    軸部
３    拡径部
４    溶着用突起
４Ａ  初期溶融部
４Ｂ  主溶融部
６    テーパ部
７    頂部
８    鋼板部品
８Ｂ  抜け穴
１４    溶融箇所、溶融部
１５    組織変化部分、熱影響部
１６    非溶融部
１７    母材、母材部分
１９    空隙
Ｃ      溶着前の空隙幅
Ｃ１    溶接完了後の空隙幅
Ｄ      空隙長さ
Ｈ      空隙幅Ｃに対する空隙長さＤの比
Ｔ１    非溶融部の厚さ寸法
Ｔ２    母材、母材部分の厚さ寸法
【要約】
【課題】プロジェクションボルトを薄鋼板に電気抵抗溶接で溶接する際に、薄鋼板側における溶融状態を適正に確保すること。
【解決手段】軸部２と、円形の拡径部３と、テーパ部６を有する初期溶融部４Ａと主溶融部４Ｂからなる溶着用突起４によって形成されたプロジェクションボルト１を、薄鋼板製鋼板部品８に電気抵抗溶接で溶接するものであり、電極加圧によって拡径部３と鋼板部品８の間の空隙１９の空隙幅Ｃを縮小し、この縮小と同時に、空隙１９内の空気を溶融の熱で急膨張させて空隙１９外へ急速に排出し、この排出によって生じる空隙１９内の圧力低下により、外部の冷気を空隙１９内に吸入する。そして、溶接完了後の空隙幅Ｃ１は、主溶融部４Ｂの高さ寸法とほぼ同じとされる。これにより、鋼板部品８の溶融量が適正に確保される。
【選択図】図４【図１】
0005645041.tif 000002
【図２】
0005645041.tif 000003
【図３】
0005645041.tif 000004
【図４】
0005645041.tif 000005
【図５】
0005645041.tif 000006
【図６】
0005645041.tif 000007
【図７】
0005645041.tif 000008