(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接により自動車ボデー用金属板間に形成されるナゲットの良否を検査する際に用いられるもので、前記ナゲットに向けて前記自動車ボデー用金属板間に打ち込まれる刃先部を備えた溶接検査用たがねにおいて、
前記刃先部は、その先端に向けて先細りした板形状を有し、
前記刃先部には、その先端の一部を半円形状に切欠いた形態の切欠き部が形成され、
該切欠き部は、その幅方向両側で前記刃先部の先端部分と滑らかにつながっており、前記切欠き部の幅方向寸法は、前記刃先部の先端部分から後退するにつれて小さくなり、前記切欠き部の内周面の高さは、前記刃先部の先端部分から後退するにつれて大きくなり、かつ前記切欠き部の最も先端側の幅方向寸法が前記ナゲットの幅方向寸法よりも大きいことを特徴とする溶接検査用たがね。
【請求項２】
前記切欠き部は、前記刃先部を平面視した状態で半円形状を有する請求項１に記載の溶接検査用たがね。
【請求項３】
前記ナゲットへの打ち込み時、そのナゲット径が所定の大きさ未満では、前記ナゲット
にクラックを生じることなく前記自動車ボデー用金属板に破断が生じ、所定の大きさ以上
では、何らの破壊を生じることなく前記自動車ボデー用金属板に所要の変形を付与し得る
よう、前記刃先部の傾斜角が設定されている請求項１に記載の溶接検査用たがね。
【請求項４】
前記切欠き部とその幅方向両側でつながる前記刃先部の先端部分は何れも、前記刃先部を平面視した状態で円弧形状を有する請求項１に記載の溶接検査用たがね。
【請求項５】
スポット溶接により自動車ボデー用金属板間に形成されるナゲットの良否を検査する際に用いられ、前記ナゲットに向けて前記自動車ボデー用金属板間に打ち込まれる刃先部を備えた溶接検査用たがねを用いた溶接検査方法であって、
前記刃先部は、その先端に向けて先細りした板形状を有し、
前記刃先部には、その先端の一部を半円形状に切欠いた形態の切欠き部が形成され、
該切欠き部は、その幅方向両側で前記刃先部の先端部分と滑らかにつながっており、前記切欠き部の幅方向寸法は、前記刃先部の先端部分から後退するにつれて小さくなり、前記切欠き部の内周面の高さは、前記刃先部の先端部分から後退するにつれて大きくなり、かつ前記切欠き部の最も先端側の幅方向寸法が前記ナゲットの幅方向寸法よりも大きい前記溶接検査用たがねを前記自動車ボデー用金属板間に打ち込むことによって前記ナゲットの良否を検査する溶接検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接検査用たがねに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接の良否を検査する方法として、たがねを用いた検査方法が知られている。この検査方法は、スポット溶接などの溶接作業により金属板間に形成された接合部にたがねを直接打ち込み、打ち込んだ際の金属板の状態を見ることで、接合状態の良否を判断するものである。具体的には、たがねの打ち込みにより接合部で剥離を生じた場合には接合不良と判定し、金属板はある程度変形するものの、未だ接合部でつながっている場合には良好な接合部（ナゲットと呼ばれる溶融凝固部がその代表例）が形成されたものと判定することができる。
【０００３】
この種のたがねには、単に接合部の形成良否を判定するだけに留まらず、その接合径を測定できるものも提案されている。例えば下記特許文献１に開示された溶接検査用のたがねは、その先端にＶ字状の溝が形成されており、このＶ溝のテーパ状の刃物でナゲットを挟み込む位置までたがねを２枚の金属板の間に挿入し、その際のナゲットと刃物との当接位置からたがねに設けた基準線までの距離、およびＶ溝形状との幾何学的関係からナゲット径を算出するようにしている。
【０００４】
ところで、近年、車体の軽量化等を目的として、ハイテン材又は超ハイテン材と呼ばれる高強度鋼板を適用する動きがある。しかし、この種の高強度鋼板同士の溶接により形成された接合部に対してたがねを用いた検査を実施すると、たがねを打ち込んだ際の衝撃でたがねと接合部との接触部に応力集中を生じるため、クラックが発生し易い。図示して説明すると、図９および図１０に示すように、平形の刃先部１２を有するたがね１１を、接合部１８が形成された２枚の金属板１６，１７の間に打ち込むと、たがね１１の刃先部１２の先端中央部１２ａが接合部１８の周縁と点接触する。そのため、この接触点に打ち込み力が集中して応力集中が生じ、この点を起点としてクラックが発生する場合がある。このように接合部１８にクラックが発生すると、著しく接合強度が低下する。また、溶接時に生じたクラック（欠陥）か、たがね１１の打ち込み時に生じたクラックかを判別し難いために、溶接の良否判定が適切に行えない問題があった。
【０００５】
下記特許文献１に開示の方法では、たがねに設けたＶ溝状でかつ先細り形状（断面テーパ形状）の刃物でナゲットを挟み込む位置までたがねを前進させることになるため、刃物とナゲットとは左右２ケ所で点接触する（同文献の図２（ｃ）（ｅ）を参照）。そのため、上述の場合と同様、たがねの打ち込み時には接触部分に応力集中を生じ、従来の平形刃先のたがねと同様、クラックが発生し易い問題があった。
【０００６】
上記以外の検査方法として、例えば下記特許文献２に開示のように、スポット溶接の接合状態の良否判定を超音波を利用して実施する方法も提案されている。この方法によれば、作業者の技量に依らず一定の結果が得られ、また、たがねの打ち込みにより溶接部を破壊するおそれもないため、非常に効率的なようにも思える。しかし、この種の非破壊検査方法は未だ信頼性や正確性に乏しく、目視による確実な検査結果が得られるたがね検査が依然として実施されているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−９９６０１号公報
【特許文献２】特開２００８−５５４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の事情に鑑み、本明細書では、高強度鋼板同士の接合部についても接合状態の良否
を判定することのできる溶接検査用たがねを提供することを、本発明により解決すべき技
術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題の解決を図るためになされたものである。すなわち、本発明に係る溶接検査用たがねは、スポット溶接により自動車ボデー用金属板間に形成されるナゲットの良否を検査する際に用いられるもので、ナゲットに向けて自動車ボデー用金属板間に打ち込まれる刃先部を備えた溶接検査用たがねにおいて、刃先部は、その先端に向けて先細りした板形状を有し、刃先部には、その先端の一部を半円形状に切欠いた形態の切欠き部が形成され、切欠き部は、その幅方向両側で刃先部の先端部分と滑らかにつながっており、切欠き部の幅方向寸法は、刃先部の先端部分から後退するにつれて小さくなり、切欠き部の内周面の高さは、刃先部の先端部分から後退するにつれて大きくなり、かつ切欠き部の最も先端側の幅方向寸法がナゲットの幅方向寸法よりも大きい点をもって特徴付けられる。なお、ここでいう「幅方向」は、たがねの長手方向および厚み方向の何れとも直交する向きを指す。
【００１０】
このように、本発明に係るたがねは、溶接検査用に特化した構造をなすものであり、溶接により形成されたナゲットとの接触態様に着目して創出されたものである。すなわち、たがねを上記のように構成することで、刃先部の先端の一部が欠けた状態となり、この欠けた部分（切欠いた部分）では、ナゲットとの接触位置が刃先部の基端側に後退する。そのため、たがねの刃先部を金属板のナゲットに向けて打ち込んだ際、切欠き部とその幅方向両側でつながる刃先部の先端部分が先行して金属板の間に入り込む。そしてたがねをさらに奥に打ち込むことで、上記先端部分よりも基端側に位置する切欠き部がナゲットと接触を開始する。ここで、刃先部は、先端に向けて先細りした板形状を有することから、この刃先部の先端を切欠いて得られた切欠き部の内周面の高さは、刃先部の先端部分から後退するにつれて大きくなる。これにより、切欠き部とナゲットとの接触面積を、従前のたがねとナゲットとのそれに比べて大きくして、言い換えるとナゲットと点当たりする事態を避けて、接触部における応力集中を緩和することができる。従って、たがねの打ち込みに伴うクラックの発生を抑制することができる。また、上記のように切欠き部の内周面は所定の高さを有するので、たがねの打ち込みに伴って、切欠き部の内周面が金属板同士を互いに離れる向きに押し広げる。これにより、金属板がその板厚方向に沿って破断する、いわゆる栓抜けを生じる向きの荷重成分を大きくして、ナゲットのせん断引張り方向の荷重成分を減じることができる。従って、この作用によってもナゲットにおけるクラックの発生を抑制することができる。以上より、本発明に係るたがねによれば、ハイテン材の如き高強度鋼板に対しても、ナゲットにクラックを生じる事態を可及的に防止して、ナゲットの良否判定を適切に行うことができる。
【００１１】
切欠き部は、刃先部を平面視した状態で半円形状を有するものであってもよい。スポット溶接等により、形成されるナゲットはその板厚方向から見た場合、略円形状を呈することが知られている。このことから、ナゲットの周縁と接触し得る切欠き部を上記のように構成することで、ナゲット径の大きさに関わらずナゲット（もしくはナゲットの周囲の圧接領域）との接触態様を面当たりとして、その接触面積をできる限り増やすことができる。これにより、更なる応力緩和を図って、切欠き部の一番奥の（最も先端から離れた位置の）内周面がナゲットと接触位置までたがねをしっかりと打ち込んだ場合でも、上記接触によるクラックの発生を防止して、ナゲットの良否判定を適切に行うことができる。
【００１２】
また、ナゲットへの打ち込み時、そのナゲット径が所定の大きさ未満では、ナゲットにクラックを生じることなく金属板に破断が生じ、所定の大きさ以上では、何らの破壊が生じることなく金属板に所要の変形を付与し得るよう、刃先部の傾斜角が設定されていてもよい。上述のように、切欠き部の内周面の高さは、たがねの打ち込み時に金属板に作用する荷重の向き、ひいてはクラックの発生のし易さに大きく影響すると考えられる。すなわち、内周面の厚み寸法が小さい（低い）場合には、栓抜け方向の荷重成分が小さくなると共に、ナゲットに作用するせん断引張り荷重成分が増大することで、クラックが生じやすくなるとすると、逆に、内周面の厚み寸法が大きい（高い）場合には、クラックは生じにくくなる一方で、栓抜け方向の荷重成分が増加するため、栓抜けを生じることなく接互応良否を判定できるナゲット径の基準（サイズ）は大きくなると考えられる。また、本発明に係るたがねの刃先部形状を考慮すると、切欠き部の大きさが一定であることを前提として、その傾斜角の大きさにより切欠き部の内周面の高さが変化する。以上の点を踏まえて、刃先部の傾斜角を設定することで、切欠き部の内周面高さを調節できるので、栓抜けの有無で接合の良否判定およびナゲット径が基準未満ないし基準以上かを容易に判別することが可能となる。
【００１３】
切欠き部とその幅方向両側でつながる刃先部の先端部分は何れも、刃先部を平面視した状態で円弧形状を有するものであってもよい。本発明における刃先部の先端部分は、切欠き部に先行して金属板間に打ち込まれることから、上記先端部分に角張った部分があると、打ち込み時に欠けが生じるおそれがある。この点、上記のように先端形状を丸めることで、先端部分の欠けを防止して、たがねの打ち込みをスムーズに行うことができる。
【００１４】
また、本発明は、スポット溶接により自動車ボデー用金属板間に形成されるナゲットの良否を検査する際に用いられ、ナゲットに向けて自動車ボデー用金属板間に打ち込まれる刃先部を備えた溶接検査用たがねを用いた溶接検査方法であって、刃先部は、その先端に向けて先細りした板形状を有し、刃先部には、その先端の一部を半円形状に切欠いた形態の切欠き部が形成され、切欠き部は、その幅方向両側で刃先部の先端部分と滑らかにつながっており、切欠き部の幅方向寸法は、刃先部の先端部分から後退するにつれて小さくなり、切欠き部の内周面の高さは、刃先部の先端部分から後退するにつれて大きくなり、かつ切欠き部の最も先端側の幅方向寸法がナゲットの幅方向寸法よりも大きい溶接検査用たがねを自動車ボデー用金属板間に打ち込むことによってナゲットの良否を検査することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、高強度鋼板同士のナゲットについても接合状態の良否を判定することのできる溶接検査用たがねを提供することができる。また、刃先部の傾斜角を適切な大きさに設定することで、ナゲット径の大きさを判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る溶接検査用たがねの斜視図である。
【図２】図１に示すたがねを矢印Ａの方向から見た要部平面図である。
【図３】図１に示すたがねを矢印Ｂの方向から見た要部側面図である。
【図４】本発明に係るたがねを用いた溶接検査の一例を説明するための図であって、接合部が形成された金属板間にたがねを打ち込んだ際の要部断面図である。
【図５】図４に示す金属板を矢印Ｃの方向から見た要部平面図である。
【図６】たがねの刃先部に設けた切欠き部と接合部とが接触した際の金属板の変形態様を示す要部断面図である。
【図７】接合径が異なる場合において、たがねを打ち込んだ際の要部断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に掛かる溶接検査用たがねの斜視図である。
【図９】従前の形態に係るたがねの斜視図である。
【図１０】従前の形態に係るたがねを用いた溶接検査を説明するための図であって、接合部が形成された金属板間にたがねを打ち込んだ際の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るたがね、およびこのたがねを用いた溶接検査の一実施形態を図面に基づき説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る溶接検査用たがねの全体斜視図を示している。また、図２は、このたがねを図１中矢印Ａの方向から見た要部平面図を、図３は、上記たがねを図１中矢印Ｂの方向から見た要部側面図をそれぞれ示している。これらの図に示すように、本発明に係る溶接検査用たがね１は、概して平板形状（いわゆる平形の）刃先部２を有するもので、この実施形態では、先端が幅方向に平行に揃っており、かつ先端に向かうにつれてテーパ状に先細りする形状を呈している。
【００１９】
刃先部２には、その先端の一部を切り欠いた形態の切欠き部３が形成されている。この実施形態では、図２に示すように、刃先部２を平面視した状態では、刃先部２の先端を半円形状に切り欠いた形態の切欠き部３が形成されている。切欠き部３はその幅方向両側で刃先部２の先端部分５，５とつながっている。また、切欠き部３の最も先端側の幅方向寸法は、後述する接合部（ナゲット８）の幅方向寸法よりも大きい。この場合、切欠き部３（の内周面４）の曲率半径Ｒは、ナゲット８の径寸法（接合径Ｄの１／２）よりも大きい。
【００２０】
切欠き部３の内周面４は、その幅方向両側で、言い換えると切欠き部３の最も先端側で刃先部２の先端部分５，５とつながっている。この図示例では、図３に示すように内周面４はたがね１の厚み方向に平行して直立した形態を有している。加えて、この実施形態では、切欠き部３は刃先部２の幅方向中央に形成されているので、切欠き部３を形成することで新たに生じた内周面４の高さ寸法は、その幅方向中央（刃先部２の幅方向中央に等しい）で最大となっている。ここで、図３に示す内周面４の高さＨ（ここでは最大高さ）は、部分円筒面形状をなす内周面４の曲率半径Ｒ（図２を参照）、および、刃先部２の表裏の刃面がなす傾斜角θ（図１および図３を参照）により決定される。すなわち曲率半径Ｒを一定とし、傾斜角θを大きくすることにより、内周面４の高さＨは増大する。また、傾斜角θを一定とし、曲率半径Ｒを大きくする（この場合、併せて刃先部２の幅方向寸法Ｗも大きくする必要がある）ことによっても、内周面４の高さＨは増大する。
【００２１】
切欠き部３とその幅方向両側でつながる刃先部２の先端部分５，５は何れも、この実施形態では、図２に示すように平面視した状態では、先端に向けて突出した半円形状を有している。さらに、この実施形態では、先端部分５の頂部５ａは、これを図３に示すように側方から見た状態では微小なＲ形状を有している。すなわち、これら先端部分５，５は角張った部分（エッジ）を有しておらず、総じて滑らかな面形状を呈している。そのため、後述する溶接検査の際も、欠けを生じることなく先端部分５，５を他の部位に先行して金属板６，７間にスムーズに打ち込んでいくことが可能となる。
【００２２】
以下、上記構成のたがね１を用いた溶接検査の一例を図４〜図６に基づき説明する。ここでは、スポット溶接によりナゲットが形成された場合を例にとって説明する。まず、図４に示すように、互いに重ね合わせた２枚の金属板６，７間に接合部としてのナゲット８が形成された場合、このナゲット８に向けて上記たがね１を打ち込んでいく。これにより、図５に示すように、刃先部２の幅方向両端に設けた先端部分５，５が先行して金属板６，７に打ち込まれていくと共に、刃先部２の幅方向中央に設けた切欠き部３の内周面４がナゲット８に近づいていく。この際、内周面４は何れの部分においても、所定の高さ、ここでは少なくとも先端部分５の厚みよりも大きな高さ寸法を有していることから、打ち込みに伴い、内周面４が金属板６，７を互いに離隔する向きに押し広げる。これにより、金属板がその板厚方向に沿って破断する、いわゆる栓抜けを生じる向き（図４中上下方向の矢印で示す向き）の荷重成分を大きくして、その分、ナゲット８を平面方向に分断する向きのせん断引張り荷重成分を減じることができる。そして、さらにたがね１を打ち込んでいくと、図６に示すように、刃先部２の先端に設けた切欠き部３の内周面４のうち刃先部２の先端から最も遠い部分がナゲット８ないしこの周囲の圧接領域と接触することになる。そのため、ナゲット８等と刃先部２との最初の接触はいわゆる面当りとなり、この接触部における応力集中が緩和される。これにより、たがね１の打ち込みに伴いナゲット８にクラックが発生する事態を可及的に防止して、ナゲット８が適正に形成されているか否か（形成の良否）を適切に判定することができる。なお、図５に示すように、刃先部２の先端部分５，５がナゲット８の幅方向両側に入り込み、この部分を徐々に持上げておくことによっても、後に当接する内周面４とナゲット８との接触時における応力集中が緩和される。
【００２３】
また、この際、内周面４がナゲット８の周縁もしくはその周囲の圧接領域に当接する位置までたがね１を打ち込んだ場合、例えば所定のナゲット径未満では、ナゲット８にクラックが生じることなく金属板６，７に栓抜けが生じ、所定のナゲット径以上では、何らの破壊を生じさせることなく金属板６，７に所要の変形（上記位置までたがね１を打ち込んだ際に必然的に生じる変形）を付与し得るように、内周面４の高さＨ、および刃先部２の傾斜角θを設定することも可能である。切欠き部３の内周面４の高さ（幅方向中央の高さ）Ｈと、刃先部２の傾斜角θは何れも、たがね１の打ち込みに伴い金属板６，７に作用するせん断引張り荷重成分と栓抜け荷重成分の大小関係に大きく影響する。よって、これらをそのナゲット径によらずクラックが発生しないように設定することで、栓抜けの有無のみでナゲット径が基準の大きさ未満ないし以上かを容易に判別することが可能となる。また、この実施形態では、切欠き部３を半円形状とし、その曲率半径Ｒをナゲット径と同等もしくはそれ以上としたので、切欠き部３の内周面４とナゲット８周縁とを広い領域で面当りさせて、さらなる応力緩和を図っている。これにより、クラックの発生しやすい材質の鋼板（例えば９８０ＭＰａ級の超高強度鋼板など）同士の接合部に対しても、クラックを発生させることなく上記の溶接検査を実施できる。
【００２４】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係るたがねは上記例示の形態に限定されることなく、本発明の範囲内において当然に任意の形態を採り得る。
【００２５】
例えば、たがね１の切欠き部３の形状に関し、上記実施形態では、平面視した状態で切欠き部３が半円形状を有する場合を例示したが、もちろん、切欠き部３の形態はこれに限定されない。例えば楕円形状やＵ字形状など、刃先部２の先端の一部を切り欠いた形態をなし、かつ接合部に向けてたがね１を打ち込んだ際、接合部と点当り以外の態様で接触する限りにおいて任意の形態を採ることが可能である。
【００２６】
また、内周面４の形状に関し、上記実施形態では、たがね１の厚み方向に平行して直立した形態を有する場合を例示したが、特にこの形態に限定される必要はない。例えば内周面４を厚み方向に対して傾斜して設けても構わないし、ナゲット８の周縁と面当り可能なように内周面４をその厚み方向に沿って若干湾曲（基端側に向けて凸となる向きに湾曲）させた形態としても構わない。要は、所定の高さを有し、接合部（ナゲット８）との点接触を回避し得る限りにおいて任意の形態を採ることが可能である。内周面４のうち接合部との接触が想定される部分以外の部分（例えば先端部分５，５と隣接する部分など）に関しては、上記形態に限定されることはなく任意の形態を採ることも可能である。
【００２７】
また、以上の説明に係る切欠き部３を設けた刃先部２として、上記実施形態では、先端に向けて先細りする平板形状を有するものを例示したが、もちろん、この形状には限定されない。図８はその一例を示すもので、この図に示す溶接検査用たがね１は、概して板状を呈し、かつその刃先部２は、いわゆるかまぼこ状の断面形状を呈する。詳細には、刃先部２の表裏一方の刃面２ａはその幅方向に沿って凸状に緩やかに湾曲した形状を有する。また、刃先部２の他方の刃面２ｂは平坦な形状を有する。このような形状をなす刃先部２であっても、図８に示すように、図１と同様の切欠き部３を設けることで、高強度鋼板同士の接合部についても接合状態の良否を判定することができる。
【００２８】
また、上記実施形態では、スポット溶接により形成されたナゲット８を検査対象とした場合を説明したが、もちろんこれ以外の接合部に対しても本発明に係るたがねを用いて検査を実施することは可能である。また、適用可能な金属板の種類、板厚も特に限定されない。例えば自動車ボデー生産ラインへの適用を考えた場合、一般的な軟鋼板だけでなく、いわゆるハイテン材（３４０ＭＰａ級以上）や超ハイテン材（７８０ＭＰａ級以上）と呼ばれる高強度鋼板、およびこれらの鋼板の任意の組合せの溶接検査に対しても本発明に係るたがねを使用できる。板厚の同異は問わない。また、鋼板以外の金属板（例えばアルミ二ウムや銅など。めっき板も含む）同士の溶接に対しても、同種材、異種材の組合せの別を問わず本発明に係るたがねを使用して溶接検査を実施できる。
【００２９】
また、上記以外の事項についても、本発明の技術的意義を没却しない限りにおいて他の具体的形態を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００３０】
１      溶接検査用たがね
２      刃先部
３      切欠き部
４      内周面
５，５  先端部分
６，７  金属板
８      ナゲット
１１    たがね
１２    刃先部
１２ａ  先端中央部
１６，１７  金属板
１８    接合部
Ｄ      接合径
Ｒ      曲率半径
Ｗ      幅方向寸法
θ      傾斜角
【図１】
0005536395.tif 000002
【図２】
0005536395.tif 000003
【図３】
0005536395.tif 000004
【図４】
0005536395.tif 000005
【図５】
0005536395.tif 000006
【図６】
0005536395.tif 000007
【図７】
0005536395.tif 000008
【図８】
0005536395.tif 000009
【図９】
0005536395.tif 000010
【図１０】
0005536395.tif 000011