(57)【要約】      （修正有）【課題】裏面が開放空間に露出している鋼板部品の溶接は、発生熱が裏面から放熱されるので適正な溶着部が得られない。【解決手段】片面側２５にボルト１２が溶接されその反対側２６が開放空間２７に露出している鋼板部品２３に対して、加圧電極を進出させて鋼板部品２３の片面側２５だけに溶着用突起１５を加圧して溶接電流を通電し、溶着用突起１５における溶融および半溶融にともなう蓄熱によって、他面側２６から開放空間２７への放熱を上回った状態で、鋼板部品２３を加圧方向に弾性変形をさせながら鋼板部品２３を加熱し、この加熱によって鋼板部品２３の弾性復元力を作用させながら鋼板部品２３の溶融を促進する。【選択図】図６
2011051013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記軸部とは反対側の拡径部中央に配置されているとともに溶接電流の通電にともなって溶融および半溶融による蓄熱機能を果たす円形の溶着用突起を備えた軸状部品を準備し、
前記軸状部品の軸部を加圧電極に設けた受入孔に挿入して軸状部品を加圧電極に保持し、
片面側に軸状部品が溶接され、その反対側の他面側が支持部材で支持された状態で開放空間に露出している平板状の鋼板部品に対して、前記加圧電極を進出させて鋼板部品の片面側だけに前記溶着用突起を加圧して鋼板部品を加圧電極の進出方向側に鋼板部品の板材が撓んだ状態の弾性変形を行わせ、
その後、溶接電流を通電し、
この通電によって生じる溶着用突起における溶融および半溶融の蓄熱熱量が、前記他面側から開放空間への放熱量を上回るように、溶接電流の通電発熱量や溶着用突起の体積が設定されており、
溶着用突起における溶融および半溶融と同時に鋼板部品の前記弾性変形による弾性復元力を反力的に溶融部および半溶融部に向けて作用させながら、溶融部の固体化所要時間を長期化して溶融部の鋼板部品の厚さ方向および面方向への拡大を促進し、
その後、溶融部が固体化して加圧電極を後退させて弾性変形をしていた鋼板部品を復元することを特徴とする軸状部品の電気抵抗溶接方法。
【請求項２】
前記平板状の鋼板部品は、わずかに湾曲した実質的に平板と見なされる板材を含んでいる請求項１記載の軸状部品の電気抵抗溶接方法。
【請求項３】
前記拡径部の厚さに対する軸状部品の軸線方向で見た溶着用突起の高さは、溶着用突起における溶融および半溶融による蓄熱機能を果たし得る値に設定されている請求項１または請求項２記載の軸状部品の電気抵抗溶接方法。
【請求項４】
前記拡径部の厚さに対する軸状部品の軸線方向で見た溶着用突起の高さの比は、１．３〜３．０である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の軸状部品の電気抵抗溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、鋼板部品の片面側だけにプロジェクションボルトのような軸状部品の溶着用突起を加圧し、その状態で溶接電流を通電する軸状部品の電気抵抗溶接方法に関している。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。
【背景技術】
【０００２】  特許第４０３２３１３号公報記載の軸状部品であるプロジェクションボルトは、図９に示した形状である。すなわち、同図（Ｂ）に示すように、符号１はプロジェクションボルト全体を示し、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３の中央に形成された円形の溶着用突起４が配置されている。前記拡径部３は、いわゆるフランジであり、ボルト１は、鉄製である。【０００３】  このボルト１の軸部２を可動電極５の受入孔６に保持し、ボルト１の溶着用突起４を固定電極７上に載置されている鋼板部品８に押し付け、その状態で溶接電流を通電し、溶着用突起４が鋼板部品８に溶着される。符号１１は、溶着部を示している。そして、ここに示されている溶着用突起４は、同図（Ｂ）に示すように、わずかに傾斜したテーパ面９を有する扁平な形状とされている。【０００４】  なお、可動電極５はエアシリンダ等の進退駆動手段（図示していない）で進退するもので、その端面の中央部に前記受入孔６が可動電極５の中心線上に設けてある。そして、受入孔６の奥にボルト１を保持する永久磁石１０が配置してある。【０００５】  また、特開２００８−４４００３号公報記載の溶接方法では、プロジェクションボルト１が図９（Ｂ）に示されたものから変形され、パイプ材のような円形断面部材が電気抵抗溶接の対象とされている。ここではパイプ材に適合させるために、前記拡径部３と溶着用突起４の両側が切断されて小判型になっている。このような形状のプロジェクションボルト１が図１０に示した要領で溶接される。前記小判型の長手方向はパイプ材の軸線方向と同方向とされている。パイプ材４１がＶブロック型の固定電極４２に支持され、パイプ材４１の直径方向からボルト１を保持した下部電極５が進出してきて、溶着用突起４がパイプ材４１の円筒面に加圧され、溶接電流が通電されて溶接が完了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０３２３１３号公報
【特許文献２】特開２００８−４４００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  図９に示した特許文献１のような溶接においては、拡径部３と溶着用突起４および鋼板部品８の３者が、両電極５、７間で挟み付けられて加圧され、その後、溶接電流が通電される。このような溶接動作がなされるので、溶着用突起４は所定の加圧力で鋼板部品８に押し付けられ、このときには鋼板部品８は変形することなく固定電極７上に静止している。したがって、溶接電流の電流値と通電時間を所定値に設定することにより、適正な溶着部１１の形状が確保でき、十分な溶接強度となる。【０００８】  このように所定の直径寸法や厚さの溶融部１１が得られるのは、両電極５、７間で拡径部３と鋼板部品８が挟み付けられた状態になっているので、溶融熱が放熱されにくくなっており、そのために溶着部１１の溶融範囲が直径方向や厚さ方向にわたって適正なものとなるのである。【０００９】  しかしながら、溶着用突起４が押し付けられる表面とは反対側の鋼板部品８の裏面に、固定電極７のような放熱防止機能を有する部材が接触した状態で存在しない場合、つまり溶着用突起４が鋼板部品８の表面にだけ加圧されて、その反対側の裏面は開放空間に露出しているような場合には、通電による発生熱が鋼板部品８の裏面から大量に開放空間へ放熱されるので、溶着用突起４と鋼板部品８との溶融状態を所定通りに確保することが困難となり、適正な溶着部１１が得られないという問題がある。【００１０】  一方、図１０に示した特許文献２のような溶接においては、ボルト１の溶着用突起４がパイプ材４１の円筒面に加圧されて溶接電流が通電されると、溶着用突起４の中央部とパイプ材４１の板材が溶融を開始し、この溶融が進行するのに連れて板材が軟化して溶着用突起４が板材をパイプ材４１の中心側へ押し込んだ状態になる。このような板材の塑性変形で板材はパイプ材４１の中心側へ膨出する。この膨出部は符号４３で示されている。つまり、円筒形の板材の外側から加圧するので、板材自体の剛性が高いために板材の加熱軟化によって上記の押し込みが開始されるのである。このようにして、加圧された板材は高温軟化によって座屈したような状態で内側へへこまされて塑性変形が形成されるのである。ここでの溶着部にも先のものと同じ符号１１が記載してある。【００１１】  上述のようなパイプ材４１に対する加圧であると、剛性の高い円筒面を加圧するものであるから、加圧力を著しく高い値にする必要があり、しかも上記押し込み量（へこみ量）を均一に維持することが困難となる。【００１２】  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、溶着用突起に蓄熱機能を持たせるとともに、鋼板部品に付与される弾性変形を利用して溶着用突起と鋼板部品の双方に十分な金属溶融量を確保し、健全な溶着部を形成する軸状部品の電気抵抗溶接方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  請求項１記載の発明は、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、前記軸部とは反対側の拡径部中央に配置されているとともに溶接電流の通電にともなって溶融および半溶融による蓄熱機能を果たす円形の溶着用突起を備えた軸状部品を準備し、前記軸状部品の軸部を加圧電極に設けた受入孔に挿入して軸状部品を加圧電極に保持し、片面側に軸状部品が溶接され、その反対側の他面側が支持部材で支持された状態で開放空間に露出している平板状の鋼板部品に対して、前記加圧電極を進出させて鋼板部品の片面側だけに前記溶着用突起を加圧して鋼板部品を加圧電極の進出方向側に鋼板部品の板材が撓んだ状態の弾性変形を行わせ、その後、溶接電流を通電し、この通電によって生じる溶着用突起における溶融および半溶融の蓄熱熱量が、前記他面側から開放空間への放熱量を上回るように、溶接電流の通電発熱量や溶着用突起の体積が設定されており、溶着用突起における溶融および半溶融と同時に鋼板部品の前記弾性変形による弾性復元力を反力的に溶融部および半溶融部に向けて作用させながら、溶融部の固体化所要時間を長期化して溶融部の鋼板部品の厚さ方向および面方向への拡大を促進し、その後、溶融部が固体化して加圧電極を後退させて弾性変形をしていた鋼板部品を復元することを特徴とする軸状部品の電気抵抗溶接方法である。
【発明の効果】
【００１４】  前記加圧電極の進出により溶着用突起が鋼板部品に加圧されると、加圧電極とは反対側の鋼板部品の表面が開放空間に露出しているので、平板状の鋼板部品はその板材が撓んだ状態で加圧電極の進出方向に弾性変形をする。この状態で溶接電流が通電されると、最初に溶着用突起の先端側が溶融状態になり、通電時間の経過とともに溶融域が拡大してゆく。これに同期して鋼板部品の表面部分も溶融状態になる。そのときには、溶着用突起の溶融部分の拡径部側が徐々に半溶融状態になって、軟化層が形成される。さらに、この軟化層が徐々に変化して固体部分となる。上記のような溶融状態や半溶融状態によって、溶着用突起における蓄熱機能が果たされる。【００１５】  このように溶着用突起の溶融状態および半溶融状態により、溶接電流の通電中あるいは通電直後において、溶着用突起に蓄熱された状態が形成される。このような蓄熱状態において鋼板部品は前述の弾性変形にともなう弾性復元力が溶融部や半溶融部に反力的に作用しているので、溶融部が鋼板部品の厚さ方向や面方向に拡大することが促進される。この溶融部に対してはそれに隣接している半溶融部からの熱補充がなされるので、溶融部の固体化所要時間が長くなり、それによって溶融部が溶着用突起および鋼板部品の両方に拡大し、十分な溶接強度が得られる溶着部形状が形成される。【００１６】  前記鋼板部品は平板状であるから、その板材自体が撓みやすくなり、前記弾性変形が確実に形成されて弾性的反力が確保でき、溶融部や半溶融部に対する弾性加圧力が十分に作用し、適正な溶着部形状が形成される。【００１７】  前記溶着用突起の蓄熱による溶融部への熱量供給が、鋼板部品の他面側から開放空間への放熱量を上回るように、溶接電流の通電発熱量や溶着用突起の体積が設定されている。こうすることによって、上述のように溶融部の固体化所要時間を長引かせ、溶融部が溶着用突起および鋼板部品の両方に拡大するのである。【００１８】  また、溶融部が固体化してから加圧電極を後退させると、弾性変形をしていた鋼板部品の板材が復元して、所定の鋼板部品の形状に復帰することができて、正常な形状の鋼板部品が確保される。【００１９】  請求項２記載の発明は、前記平板状の鋼板部品は、わずかに湾曲した実質的に平板と見なされる板材を含んでいる請求項１記載の軸状部品の電気抵抗溶接方法である。【００２０】  例えば、自動車のルーフパネルのような鋼板部品であると、湾曲半径が３０００ｍｍのようなほぼ平板に近い形状とされている場合がある。このような形状においては、実質的に平板と見なされる板材が溶接の相手方部材となる。上述の溶着過程は、このような曲率の小さな鋼板部品に対しても、期待どおりに実行することができる。なお、前記軸状部品をルーフパネルに直接電気抵抗溶接をすると、表面に微小な凹凸が形成されて外観品質を低下させるので、実際には、ルーフパネルに沿って配置されたわずかな湾曲形状のリーンフォースメント（補強部材）に対して、軸状部品が片側から電気抵抗溶接で溶接される。【００２１】  請求項３記載の発明は、前記拡径部の厚さに対する軸状部品の軸線方向で見た溶着用突起の高さは、溶着用突起における溶融および半溶融による蓄熱機能��果たし得る値に設定されている請求項１または請求項２記載の軸状部品の電気抵抗溶接方法である。【００２２】  このような溶着用突起の高さ寸法を設定することにより、十分な蓄熱機能が発揮される。【００２３】  請求項４記載の発明は、前記拡径部の厚さに対する軸状部品の軸線方向で見た溶着用突起の高さの比は、１．３〜３．０である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の軸状部品の電気抵抗溶接方法である。【００２４】  このような溶着用突起の高さ寸法を上記の比のように設定することにより、十分な蓄熱機能が発揮される。【００２５】  本願発明は、上述のような軸状部品の電気抵抗溶接方法の発明であるが、以下に記載する実施例から明らかなように、初期溶融部や溶着用突起の各部寸法状態等を特定した「電気抵抗溶接用軸状部品またはプロジェクションボルト」という部品形状の発明として存在させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ボルトの形状や寸法を示す側面図である。
【図２】溶接される状態を示す側面図と斜視図である。
【図３】溶着過程を示す断面図である。
【図４】溶着完了状態を示す断面図である。
【図５】溶着用突起部分の部位区分を示す断面図である。
【図６】溶着時の溶融、半溶融状態を示す断面図である。
【図７】他の鋼板部品への溶接を示す断面図である。
【図８】傾いた溶接状態の側面図である。
【図９】従来技術を示す断面図と側面図である。
【図１０】さらに他の従来技術を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】  つぎに、本発明の軸状部品の電気抵抗溶接方法を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００２８】  図１〜図８は、実施例１を示す。【００２９】  軸状部品としては種々なものがあるが、本実施例における軸状部品はプロジェクションボルトである。【００３０】  最初に、プロジェクションボルトについて説明する。【００３１】  本実施例で溶接される鉄製のボルト１２は、雄ねじが形成された軸部１３と、この軸部１３と一体的に形成され軸部１３の直径よりも大径とされた円形のフランジ状の拡径部１４と、前記軸部１３とは反対側の拡径部１４の中央に配置されている円形の溶着用突起１５から構成されたものである。そして、溶着用突起１５は、溶接電流の通電にともなって溶融および半溶融による蓄熱機能を果たすものとされている。溶着用突起１５の端面に、外周側が低くなる小さな傾斜角θのテーパ部１６を有する初期溶融部１７が形成されている。テーパ部１６の中心部に頂部１８が形成されている。【００３２】  ボルト１２の各部の寸法はつぎのとおりである。軸部１３の直径Ｄ１は９ｍｍ、拡径部１４の直径Ｄ２は１３．５ｍｍ、溶着用突起１５の直径Ｄ３は１１ｍｍ、拡径部１４の厚さＴ１は１．１ｍｍ、初期溶融部１７を含む溶着用突起１５の全高さＨ１は２．５ｍｍ、初期溶融部１７の高さＨ２は０．５ｍｍ、溶着用突起１５の初期溶融部１７を除いた部分の高さＨ３は２ｍｍ、テーパ部１６の傾斜角θは１０度である。【００３３】  なお、前記頂部１８は、機械加工による尖った形状や、金型成型によるわずかな丸味を持った形状等に仕上げられており、通電初期の電流密度は両者ともほぼ同じである。この点は、図５（Ｂ）に示すように、わずかな直径の円形の平面部２１の場合も同様である。【００３４】  つぎに、ボルトの電気抵抗溶接状態を説明する。【００３５】  図２（Ａ）に示すように、エアシリンダ等（図示していない）の進退駆動手段によって動作する加圧電極１９に、ボルト１２の軸部１３が挿入される受入孔２０が設けられている。この受入孔２０は、加圧電極１９の軸線と同軸の状態で端面側からあけられている。軸部１３が受入孔２０に挿入されると、拡径部１４が加圧電極１９の端面に密着する。この密着を維持してボルト１２が落下しないようにするために、受入孔２０の奥に永久磁石２２が固定してある。【００３６】  平板状の鋼板部品２３が支持部材である支持治具２４で支持され、この支持治具２４は加圧電極１９の軸線から離れた箇所に配置してある。鋼板部品２３の表面である片面側２５にボルト１２が溶接され、鋼板部品２３の裏面である他面側２６には何も接触するものはなく、開放空間２７に露出している。符号２８は変圧器であり、加圧電極１９と鋼板部品２３に結線してある。ここで使用されている鋼板部品２３の板厚Ｔ２は、１ｍｍである。【００３７】  図２（Ｂ）は、鋼板部品２３を平面的に見た図である。４個の支持治具２４によって鋼板部品２３が支持され、支持治具２４は丁度正方形の角部分に配置してある。加圧電極１９に支持されたボルト１２の中心部分、つまりテーパ部１６の頂部１８が４個の支持治具２４の中央部を加圧するように、加圧電極１９と支持治具２４の相対位置が設定されている。このように各支持治具２４から最も離れた箇所を頂部１８が加圧することによって、鋼板部品２３が加圧電極１９の進出方向側に弾性変形をする。この弾性変形によって、鋼板部品２３の板材自体が湾曲状に撓んだ状態となる。【００３８】  頂部１８の位置を、符号１８ａや１８ｂに示す位置に換えて溶接することも可能である。この場合は、支持治具２４に近いので弾性変形の量は、中央部の場合に比して少なくなる。【００３９】  図２（Ａ）および（Ｂ）の鋼板部品２３は、鋼板部品２３の板材が水平面のように完全な平面を呈する平板であるが、自動車のルーフパネルのように例えば湾曲半径が３０００ｍｍといったあたかも平板に近い鋼板部品２３に対してボルト１を溶接する場合がある。この事例が図２（Ｄ）とそのＥ−Ｅ断面図である（Ｅ）図に示されている。ルーフパネル４４は裏返した状態で支持治具２４に支持されており、同図の下側が車体の上方であり、上側が車体の室内側である。また、図２（Ｄ）は自動車の前後方向に直交する面で切断した状態の断面図であり、板材は太線で示され板厚の図示は省略されている。ルーフパネル４４は、湾曲半径が著しく大きくて、外観的には完全な平板状になっている。湾曲半径としては、例えば、３０００ｍｍ〜４０００ｍｍである。【００４０】  このようなルーフパネル４４は外板であるからボルト１を直接溶接すると、外表面に凹凸が発生するので、通常はその内側に配置したリーンフォースメント（補強部材）４５にボルト溶接がなされる。このリーンフォースメント４５には、ルーフパネル４４と同じ湾曲形状が付与してあり、ルーフパネル４４の内側に沿った状態で配置されている。リーンフォースメント４５の端部がルーフパネル４４にスポット溶接で結合されている。符号Ｓはこのスポット溶接部を示している。ルーフパネル４４とリーンフォースメント４５の間に構造用接着剤４６が充填されていて、走行中にルーフパネル４４が膜振動をすることが防止されている。【００４１】  図２（Ｅ）に見られるルーフパネル４４およびリーンフォースメント４５は、同図の紙面に垂直な方向に延びており、その方向にわずかな湾曲を呈している。【００４２】  図２（Ａ）や（Ｂ）に示した鋼板部品２３に換えて、同図（Ｃ）に示す鋼板製の閉断面構造物２９にボルト１２を溶接するようにしてもよい。この閉断面構造物２９は、平板３０にハット型断面の屈曲部材３１をスポット溶接したもので、閉断面構造物２９の内部空間が前述の開放空間２７になっている。ボルト１２が加圧される箇所は、平板状の板材とされている。このような閉断面構造物２９は、自動車ボディの床板の骨格部材や、ピラー等において一般的に採用されている。【００４３】  図２（Ａ）に示す状態での各種溶接条件は、つぎのとおりである。加圧電極１９の加圧力は１５Ｋｇｆ、溶接電流の電流値は８０００アンペア、通電時間は３サイクル（１サイクルは１／６０秒）である。【００４４】  つぎに、溶着過程を説明する。【００４５】  図３（Ａ）〜（Ｄ）と図４は、溶着用突起１５と鋼板部品２３に生じる溶着の変化過程を示している。図３（Ａ）は、加圧電極（図３では図示を省略してある）１９が進出してきて、溶着用突起１５の頂部１８が鋼板部品２３の片面側２５に接触した状態を示している。同図（Ｂ）に示すように、さらに加圧電極１９が進出して、所定の加圧力��なった箇所で加圧電極１９の進出が停止する。この状態では、鋼板部品２３が加圧電極１９の加圧力により、加圧電極１９の加圧方向に板材が撓み込んだ状態の弾性変形をしている。この状態で溶接電流の通電が開始されると、最初に頂部１８の箇所から溶着用突起１５と鋼板部品２３にわずかな溶融が開始される。溶融部すなわち溶着部は、符号３２で示してある。【００４６】  同図（Ｃ）に示すように、鋼板部品２３は弾性変形をしているので、その弾性反力が弾性復元力として作用している。矢線３３は、この弾性復元力を示している。この状態でさらに通電が継続されると、溶融部３２が初期溶融部１７のほぼ全域に拡がる。弾性復元力３３が作用しているので、溶融部３２の拡大が促進されている。【００４７】  ついで通電が打ち切られるか、またはわずかに通電が継続された後に打ち切られると、同図（Ｄ）に示すように、弾性復元力３３の作用とともに後述の蓄熱機能によって溶融部３２は同図（Ｃ）よりも拡大して、溶着が終了する。【００４８】  図４に示すように、冷却後、溶着部３２が固体化して加圧電極１９が後退すると、弾性変形をしていた鋼板部品２３は平坦な状態に復元する。すなわち、前述の完全な平板状にもどる。この実施例では、図４の溶接完了の状態において、拡径部１４と片面側２５との間に空隙３５が形成されている。【００４９】  図５は、理解しやすくするために、各部分の領域を区分けして示した断面図である。【００５０】  つぎに、蓄熱機能について説明する。【００５１】  前述のように、溶着用突起１５の先端側すなわち初期溶融部１７が溶融状態になり、これに同期して鋼板部品２３の片面側２５も溶融状態になる。そのときには、溶着用突起１５の溶融部３２の拡径部１４側が徐々に半溶融状態になって、軟化層が形成される。さらに、この軟化層が徐々に変化して固体部分となる。上記のような溶融状態や半溶融状態によって、溶着用突起１５における蓄熱機能が果たされる。【００５２】  このように溶着用突起１５の溶融状態および半溶融状態により、溶接電流の通電中あるいは通電直後において、溶着用突起１５に蓄熱された状態が形成される。このような蓄熱状態において鋼板部品２３は前述の弾性変形にともなう弾性復元力３３が溶融部３２や半溶融部３６に反力的に作用しているので、溶融部３２が鋼板部品の厚さ方向や面方向に拡大することが促進される。この溶融部３２に対してはそれに隣接している半溶融部３６からの熱補充がなされるので、溶融部３２の固体化所要時間が長くなり、それによって溶融部３２が溶着用突起１５および鋼板部品２３の両方に拡大し、十分な溶接強度が得られる溶着部形状が形成される。【００５３】  溶着用突起１５の蓄熱による溶融部３２への熱量供給が、鋼板部品２３の他面側２６から開放空間２７への放熱量を上回るように、溶接電流の通電発熱量の制御や溶着用突起１５の体積が設定されている。こうすることによって、上述のように溶融部３２の固体化所要時間を長引かせ、溶融部３２が溶着用突起１５および鋼板部品２３の両方に拡大するのである。【００５４】  図６は、図３（Ｃ）に示した段階を拡大した断面図である。この段階においては、黒く塗りつぶした溶融部３２が初期溶融部１７と鋼��部品２３の双方にわたって形成され、それに隣接して拡径部１４側に向かって徐々に半溶融部３６が形成される。このようにして溶融部３２と半溶融部３６が形成されることにより、溶着用突起１５に蓄熱機能が付与される。この半溶融部３６は、図６に梨地にハッチングが施された流動部３６Ａと、梨地だけが施された軟化部３６Ｂに、境界線は表れないが、層別された状態で存在している。【００５５】  鋼板部品２３の弾性復元力３３の作用により、流動部３６Ａは溶融部３２に同化する。この同化時には軟化部３６Ｂは冷却にともなう硬化によって流動することが不可能となり、熱量供給の機能にとどまる。上述のようにして、溶融部３２自体と、半溶融部３６からの熱量補充によって、溶着用突起１５に蓄熱機能が果たされ、溶融部３２はさらに鋼板部品２３の厚さ方向に拡大する。この拡大領域３７が２点鎖線３８で示してある。２点鎖線図示の領域まで溶融が促進されることにより、鋼板部品２３の厚さ方向の溶着部寸法が大きくなるので、溶着強度を高めることができるのである。【００５６】  上述のような溶融部３２自体と、半溶融部３６からの熱量補充にあたって、鋼板部品２３に弾性復元刀３３が作用しているので、流動性や変形性のある溶着用突起１５や鋼板部品２３の金属部分が、拡大領域３７まで拡大される。換言すると、熱量補充がなされるので、溶融部３２の固体化所要時間が長引いて、溶融部３２から２点鎖線３８の方へ溶融領域が拡大して行くのである。【００５７】  上述の過程を経て溶接されたボルト１２の溶接強度を測定した。測定は鋼板部品２３を治具で固定し、ボルト１２の軸部１３を軸線方向に牽引することによって行われた。その結果、軸部１３の牽引力が２５３Ｋｇｆに達した時点で、鋼板部品２３の板部分が溶着部３２とともに円形に破断し、鋼板部品２３から引きちぎれて分離した。つまり、溶融部３２と鋼板部品２３とが一体になって円形の破断が形成され、鋼板部品２３に穴があいた状態になった。あるいは、ハンマーでボルト１２を曲げ方向に叩いた結果、ボルト１２は鋼板部品２３に対して４５度ほど傾き、溶融部３２と鋼板部品２３が一体になったまま鋼板部品２３の半円形の部分が破断した。このように溶接強度が十分に確保できるので、例えば、自動車のダッシュパネルにエアコンディショナーの熱交換器を、本件ボルト１２で取り付けることが高い信頼性のもとで実現することが確認された。【００５８】  つぎに、ボルト各部の寸法状態を説明する。【００５９】  溶着用突起１５の高さや直径等は蓄熱機能を発揮する上で適正な範囲が設定される。【００６０】  実施例における前記拡径部１４の厚さＴ１に対するボルト１２の軸線方向で見た溶着用突起１５の高さＨ１の比は、２．３である。この比は、１．３〜３．０とするのが望ましい。この比が１．３未満であると、溶着用突起１５の高さが低すぎて溶融部３２や半溶融部３６の体積が十分に確保できないので、熱量補充に不足を来すおそれがある。また、この比が３．０を超えると、溶着用突起１５の高さが高すぎて溶融部３２や半溶融部３６の体積が過剰となり、蓄熱のためには通電時間を異常に長くする必要があり、経済的に不利である。また、溶融部３２や半溶融部３６の体積が過剰��なると、溶着用突起１５の軸線方向の変形量が過大となるので、鋼板部品２３の表面から軸部１３の先端までの距離が不均一になり、部品精度の面で好ましくない。【００６１】  実施例における前記傾斜角θは、１０度である。傾斜角θは、７度〜１５度とするのが望ましい。この角度が７度未満であると、初期溶融部１７の形状が扁平すぎて頂部１８の電流密度を高めることが困難となり、確実な初期溶融の開始が得られないこととなる。この角度が１５度を超えると頂部１８の電流密度は高くなるが、初期溶融部１７の形状が分厚くなりすぎて、初期溶融部１７の体積が過大になり、溶融が円滑に進行しなくなるという問題がある。【００６２】  実施例における前記軸部１３の直径Ｄ１に対する溶着用突起１５の直径Ｄ３の比は、１．２である。この比は、１．０〜１．６とするのが望ましい。この比が１．０未満であると、蓄熱機能に必要な溶着用突起１５の体積が十分に確保できない状態となる。さらに、この比が１．０末満であると、体積が不足して溶着用突起１５が早期の内に溶融するので、拡径部１４だけが環状になって溶着用突起１５から分離するという不具合が発生する。この比が１．６を超えると、溶着用突起１５の直径が過大になって溶融部３２や半溶融部３６の容積が過剰となり、蓄熱のためには通電時間を異常に長くする必要があり、経済的に不利である。また、溶融部３２や半溶融部３６の容積が過剰になると、溶着用突起１５の軸線方向の変形量が過大となるので、鋼板部品２３の表面から軸部１３の先端までの距離が不均一になり、部品精度の面で好ましくない。【００６３】  つぎに、他の変形例を説明する。【００６４】  図７に記載されている事例は、鋼板部品２３の下側に鋼板製の骨材３９を配置したものである。この事例では、開放空間２７が骨材３９の下側に存在することとなる。このように鋼板部品２３と骨材３９が重ねられている場合には、開放空間２７への放熱性が低下するので、溶着用突起１５における蓄熱熱量を通電時間の短縮等で加減することとなる。【００６５】  図８に記載されている事例は、何等かの原因でボルト１２が傾いて鋼板部品２３に押し付けられた場合、溶着用突起１５の角部が片面側２５に当たり、拡径部１４の外周端縁部は片面側２５に接触しないものである。このように溶着用突起１５の高さが大きく設定されていることにより、ボルト１２が傾いていても拡径部１４の端縁部に通電されることが回避できるという効果がある。【００６６】  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。【００６７】  前記加圧電極１９の進出により溶着用突起１５が鋼板部品２３に加圧されると、加圧電極１９とは反対側の鋼板部品２３の表面が開放空間２７に露出しているので、平板状の鋼板部品２３はその板材が撓んだ状態で加圧電極１９の進出方向に弾性変形をする。この状態で溶接電流が通電されると、最初に溶着用突起１５の先端側が溶融状態になり、通電時間の経過とともに溶融域が拡大してゆく。これに同期して鋼板部品２３の表面部分も溶融状態になる。そのときには、溶着用突起１５の溶融部分の拡径部１４側が徐々に半溶融状態になって、軟化層が形成される。さらに、この軟化層が徐々に変化して固体部分となる。上記��ような溶融状態や半溶融状態によって、溶着用突起１５における蓄熱機能が果たされる。【００６８】  このように溶着用突起１５の溶融状態および半溶融状態により、溶接電流の通電中あるいは通電直後において、溶着用突起１５に蓄熱された状態が形成される。このような蓄熱状態において鋼板部品２３は前述の弾性変形にともなう弾性復元力が溶融部３２や半溶融部３６に反力的に作用しているので、溶融部３２が鋼板部品２３の厚さ方向や面方向に拡大することが促進される。この溶融部３２に対してはそれに隣接している半溶融部３６からの熱補充がなされるので、溶融部３２の固体化所要時間が長くなり、それによって溶融部３２が溶着用突起１５および鋼板部品２３の両方に拡大し、十分な溶接強度が得られる溶着部形状が形成される。【００６９】  前記鋼板部品２３は平板状であるから、その板材自体が撓みやすくなり、前記弾性変形が確実に形成されて弾性的反力が確保でき、溶融部３２や半溶融部３６に対する弾性加圧力が十分に作用し、適正な溶着部形状が形成される。【００７０】  前記溶着用突起１５の蓄熱による溶融部３２への熱量供給が、鋼板部品２３の他面側２６から開放空間２７への放熱量を上回るように、溶接電流の通電発熱量や溶着用突起の体積が設定されている。こうすることによって、上述のように溶融部３２の固体化所要時間を長引かせ、溶融部３２が溶着用突起１５および鋼板部品２３の両方に拡大するのである。【００７１】  また、溶融部３２が固体化してから加圧電極を後退させると、弾性変形をしていた鋼板部品２３の板材が完全な平板状に復元して、所定の鋼板部品２３の形状に復帰することができて、正常な形状の鋼板部品２３が確保される。【００７２】  前記平板状の鋼板部品２３は、わずかに湾曲した実質的に平板と見なされる板材を含んでいる。【００７３】  例えば、自動車のルーフパネルのような鋼板部品２３であると、湾曲半径が３０００ｍｍのようなほぼ平板に近い形状とされている場合がある。このような形状においては、実質的に平板と見なされる板材が溶接の相手方部材となる。上述の溶着過程は、このような曲率の小さな鋼板部品２３に対しても、期待どおりに実行することができる。なお、前記ボルト１２をルーフパネル４４に直接電気抵抗溶接をすると、表面に微小な凹凸が形成されて外観品質を低下させるので、実際には、ルーフパネル４４に沿って配置されたわずかな湾曲形状のリーンフォースメント（補強部材）４５に対して、ボルト１２が片側から電気抵抗溶接で溶接される。【００７４】  前記拡径部１４の厚さに対するボルト１２の軸線方向で見た溶着用突起１５の高さは、溶着用突起１５における溶融および半溶融による蓄熱機能を果たし得る値に設定されている。【００７５】  このような溶着用突起１５の高さ寸法を設定することにより、十分な蓄熱機能が発揮される。【００７６】  前記拡径部１４の厚さに対するプロジェクションボルト１２の軸線方向で見た溶着用突起１５の高さの比は、１．３〜３．０である。【００７７】  このような溶着用突起の高さ寸法を上記の比のように設定することにより、十分な蓄熱機能が発揮される。
【産業上の利用可能性】
【００７８】  上述のように、本発明の軸状部品の電気抵抗溶接方法によれば、溶着用突起に蓄熱機能を持たせるとともに、鋼板部品に付与される弾性変形を利用して溶着用突起と鋼板部品の双方に十分な金属溶融量を確保し、健全な溶着部を形成するものであるから、自動車の車体にプロジェクションボルトを溶接する工程や、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】
【００７９】１２    プロジェクションボルト、軸状部品
１３    軸部
１４    拡径部
１５    溶着用突起
１６    テーパ部
１７    初期溶融部
１８    頂部
１９    加圧電極
２０    受入孔
２３    鋼板部品
２５    片面側
２６    他面側
２７    開放空間
３２    溶融部、溶着部
３３    弾性復元力
３６    半溶融部
３６Ａ  流動部
３６Ｂ  軟化部
３７    拡大領域
４４    ルーフパネル
４５    リーンフォースメント
【図１】
2011051013.tif 000003
【図２】
2011051013.tif 000004
【図３】
2011051013.tif 000005
【図４】
2011051013.tif 000006
【図５】
2011051013.tif 000007
【図６】
2011051013.tif 000008
【図７】
2011051013.tif 000009
【図８】
2011051013.tif 000010
【図９】
2011051013.tif 000011
【図１０】
2011051013.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月6日(2010.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記軸部とは反対側の拡径部中央に配置されているとともに溶接電流の通電にともなって溶融および半溶融による蓄熱機能を果たす円形の溶着用突起を備えた軸状部品を準備し、
前記軸状部品の軸部を加圧電極に設けた受入孔に挿入して軸状部品を加圧電極に保持し、
片面側に軸状部品が溶接され、その反対側の他面側が支持部材で支持された状態で開放空間に露出している平板状の鋼板部品に対して、前記加圧電極を進出させて鋼板部品の片面側だけに前記溶着用突起を加圧して鋼板部品を加圧電極の進出方向側に鋼板部品の板材が撓んだ状態の弾性変形を行わせ、
その後、溶接電流を通電し、
この通電によって生じる溶着用突起における溶融および半溶融の蓄熱熱量が、前記他面側から開放空間への放熱量を上回るように、溶接電流の通電発熱量や溶着用突起の体積が設定されており、
前記他面側から開放空間への放熱は、溶着用突起における溶融部の溶融面積に対応する他面側の表面の面積範囲から行われ、
前記拡径部の厚さに対する軸状部品の軸線方向で見た溶着用突起の高さの比は、溶着用突起における溶融部や半溶融部の体積が確保できる１．３から溶着用突起における溶融部や半溶融部の体積が過剰とならない３．０の範囲に設定された溶着用突起における蓄熱機能を果たし得る値とされ、
溶着用突起における溶融および半溶融と同時に鋼板部品の前記弾性変形による弾性復元力を反力的に溶融部および半溶融部に向けて作用させながら、溶融部の固体化所要時間を長期化して溶融部の鋼板部品の厚さ方向および面方向への拡大を促進し、
その後、溶融部が固体化して加圧電極を後退させて弾性変形をしていた鋼板部品を復元することを特徴とする軸状部品の電気抵抗溶接方法。
【請求項２】
前記平板状の鋼板部品は、わずかに湾曲した実質的に平板と見なされる板材を含んでいる請求項１記載の軸状部品の電気抵抗溶接方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】  また、特開２００８−４４００３号公報記載の溶接方法では、プロジェクションボルト１が図９（Ｂ）に示されたものから変形され、パイプ材のような円形断面部材が電気抵抗溶接の対象とされている。ここではパイプ材に適合させるために、前記拡径部３と溶着用突起４の両側が切断されて小判型になっている。このような形状のプロジェクションボルト１が図１０に示した要領で溶接される。前記小判型の長手方向はパイプ材の軸線方向と同方向とされている。パイプ材４１がＶブロック型の固定電極４２に支持され、パイプ材４１の直径方向からボルト１を保持した可動電極５が進出してきて、溶着用突起４がパイプ材４１の円筒面に加圧され、溶接電流が通電されて溶接が完了する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】  請求項１記載の発明は、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、前記軸部とは反対側の拡径部中央に配置されているとともに溶接電流の通電にともなって溶融および半溶融による蓄熱機能を果たす円形の溶着用突起を備えた軸状部品を準備し、前記軸状部品の軸部を加圧電極に設けた受入孔に挿入して軸状部品を加圧電極に保持し、片面側に軸状部品が溶接され、その反対側の他面側が支持部材で支持された状態で開放空間に露出している平板状の鋼板部品に対して、前記加圧電極を進出させて鋼板部品の片面側だけに前記溶着用突起を加圧して鋼板部品を加圧電極の進出方向側に鋼板部品の板材が撓んだ状態の弾性変形を行わせ、その後、溶接電流を通電し、この通電によって生じる溶着用突起における溶融および半溶融の蓄熱熱量が、前記他面側から開放空間への放熱量を上回るように、溶接電流の通電発熱量や溶着用突起の体積が設定されており、前記他面側から開放空間への放熱は、溶着用突起における溶融部の溶融面積に対応する他面側の表面の面積範囲から行われ、前記拡径部の厚さに対する軸状部品の軸線方向で見た溶着用突起の高さの比は、溶着用突起における溶融部や半溶融部の体積が確保できる１．３から溶着用突起における溶融部や半溶融部の体積が過剰とならない３．０の範囲に設定された溶着用突起における蓄熱機能を果たし得る値とされ、溶着用突起における溶融および半溶融と同時に鋼板部品の前記弾性変形による弾性復元力を反力的に溶融部および半溶融部に向けて作用させながら、溶融部の固体化所要時間を長期化して溶融部の鋼板部品の厚さ方向および面方向への拡大を促進し、その後、溶融部が固体化して加圧電極を後退させて弾性変形をしていた鋼板部品を復元することを特徴とする軸状部品の電気抵抗溶接方法である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】  前記拡径部の厚さに対する軸状部品の軸線方向で見た溶着用突起の高さは、溶着用突起における溶融および半溶融による蓄熱機能を果たし得る値に設定されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】  前記拡径部の厚さに対する軸状部品の軸線方向で見た溶着用突起の高さの比は、１．３〜３．０である。