(57)【要約】【課題】スタッドまたは導体の直径が小さくても適切な溶接を行うことができるスタッドボルトおよび細線付き導体ならびにスタッド溶接方法を提供する。【解決手段】スタッドボルト１０は、ボルト部１２と、ボルト部１２に延出するスタッド部１４と、スタッド部１４に延出して溶接される細線１６とを有する。スタッド部１４の直径Ｒ２が３ｍｍ以下であり、細線１６の直径Ｒ３が１ｍｍ以下である。細線１６は、溶接によってスタッド部１４に固着される。スタッド溶接するとき、細線１６の直径Ｒ３は、好ましくは、０．２ｍｍ以下である。また、細線１６の先端と溶接される相手部材の間のギャップを０．２〜２ｍｍに設定して溶接サイクルを開始する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルト部と、該ボルト部に延出する直径３ｍｍ以下のスタッド部と、該スタッド部に延出して溶接される直径１ｍｍ以下の細線とを有することを特徴とするスタッドボルト。
【請求項２】
端部が相手部材に溶接により電気的に接続されて用いられる直径５ｍｍ以下の導体と、該導体の端部に延出して溶接される直径３ｍｍ以下の細線とを有することを特徴とする細線付き導体。
【請求項３】
請求項１記載のスタッドボルトまたは請求項２記載の細線付き導体を用いるスタッド溶接方法であって、
直径０．２ｍｍ以下の細線を用いることを特徴とするスタッド溶接方法。
【請求項４】
請求項１記載のスタッドボルトまたは請求項２記載の細線付き導体を用いるスタッド溶接方法であって、
細線の先端と溶接される相手部材の間のギャップを０．２〜２ｍｍに設定して溶接サイクルを開始することを特徴とするスタッド溶接方法。
【請求項５】
キャパシタディスチャージスタッド溶接方法であることを特徴とする請求項３または４記載のスタッド溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタッド溶接に関する。
【背景技術】
【０００２】
スタッド溶接（スタッド溶接方法）は、主に平板にスタッドボルトやピンなどの部材を溶接するのに用いられる溶接方法である（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、スタッドボルトの場合、構造部材に穴をあけないで溶接して別部材をネジ止めする等の目的で用いる場合と、電気・電子部品等に導体を電気的に接続するための電気・電子部品側端子として用いる場合とでは、使用するスタッドボルトのスタッドの径（直径）寸法は大きく異なる。後者の場合、例えば５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の小径のスタッドボルトが用いられる。
また、後者の場合、使用する溶接機が小型であるとともに、補助材料が不要なキャパシタディスチャージスタッド溶接（以下、ＣＤスタッド溶接という。）が好適に用いられる。
【０００４】
ＣＤスタッド溶接は、大容量のコンデンサに蓄えられた電気エネルギを、スタッドボルトと平板との間に１／１０００秒程度の瞬時に放電させることにより溶接する方法であり、溶け込みがきわめて少ないため、平板（母材）溶接裏面の歪や変色が少なく、薄板やデリケートな表面処理母材に対する溶接に適する。
【０００５】
ＣＤスタッド溶接を行う場合、水平に配置した母材に対して上方から近づけけたスタッドボルトのスタッドの先端と母材との間で適切にアークを飛ばすことが重要である。このため、スタッドの先端にさらに針状部が設けられ、溶接開始時にこの針状部が母材に接触して電流が流れることで熱が発生し、針状部が溶けることでスタッドの先端と母材の間に所望の間隔、空間が形成され、所望のアークが発生する。
上記の針状部は、直径が例えば５ｍｍ程度以上のスタッドと一体的に塑性加工や機械加工によって形成される。
【０００６】
ところで、各種装置や機器に対する要求は、従来からの省スペースを目的とした装置等自体の小型化や軽量化志向に加えて、近年では、省資源、省エネルギの観点から装置等の構成部品の小型化や軽量化が志向されている。
【特許文献１】特開２００２−１７２４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記省資源、省エネルギの観点からスタッドボルトのスタッドを例えば３ｍｍ以下程度の直径に小径化しようとすると、従来行われている塑性加工や機械加工ではスタッドの先端に上記針状部を形成することが難しく、スタッドの小型化に限界がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、スタッドの直径が３ｍｍ以下であっても適切な溶接を行うことができるスタッドボルトおよびスタッド溶接方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、直径５ｍｍ以下の導体を溶接により相手部材に電気的に接続することができる細線付き導体およびスタッド溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るスタッドボルトは、ボルト部と、該ボルト部に延出する直径３ｍｍ以下のスタッド部と、該スタッド部に延出して溶接される直径１ｍｍ以下の細線とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る細線付き導体は、端部が相手部材に溶接により電気的に接続されて用いられる直径５ｍｍ以下の導体と、該導体の端部に延出して溶接される直径３ｍｍ以下の細線とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るスタッド溶接方法は、上記のスタッドボルトまたは上記の細線付き導体を用いるスタッド溶接方法であって、直径０．２ｍｍ以下の細線を用いることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るスタッド溶接方法は、上記のスタッドボルトまたは上記の細線付き導体を用いるスタッド溶接方法であって、細線の先端と溶接される相手部材の間のギャップを０．２〜２ｍｍに設定して溶接サイクルを開始することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るスタッド溶接方法は、好ましくは、キャパシタディスチャージスタッド溶接方法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るスタッドボルトおよび細線付き導体は、それぞれ、直径３ｍｍ以下のスタッド部に延出して溶接される直径１ｍｍ以下の細線を有し、または、直径５ｍｍ以下の導体の端部に延出して溶接される直径３ｍｍ以下の細線を有するため、スタッドまたは導体の径が小さいにも関わらず適切な溶接を行うことができる。
また、本発明に係るスタッド溶接方法は、直径０．２ｍｍ以下の細線を用い、または細線の先端と溶接される相手部材の間のギャップを０．２〜２ｍｍｍｍに設定して溶接サイクルを開始するため、より適切な溶接を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について、以下に説明する。
【００１６】
本実施の形態に係るスタッドボルトについて、図１を参照して説明する。
先に説明したように、スタッドボルトは、スタッド溶接（スタッド溶接方法）によって平板等に溶接される、両端にオスネジを切った、棒状の部材である。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態に係るスタッドボルト１０は、ボルト部１２と、ボルト部１２に延出するスタッド部１４と、スタッド部１４に延出して溶接される細線１６とを有する。
スタッドボルト１０は、従来の例えばスタッド部が５ｍｍ以上の直径のもの比べて小径であり、直径Ｒ１が例えば６ｍｍ程度で長さＬ１が例えば１５ｍｍ程度のボルト部１２に延出するスタッド部１４の直径Ｒ２が３ｍｍ以下であり、細線１６の直径Ｒ３が１ｍｍ以下である。細線１６は、溶接によってスタッド部１４に固着される。
細線１６の直径Ｒ３はより好ましくは０．５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．２ｍｍ以下である。
スタッド部１４の直径Ｒ２の最小径は、特に限定するものではないが、例えば加工性の観点からは０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。
また、同様に、細線１６の直径Ｒ３の最小径は、特に限定するものではないが、例えば取り扱い性の観点からは０．０５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００１８】
なお、スタッド部１４の長さＬ２は、特に限定するものではないが、０．５〜１．５ｍｍ程度とすることが好ましい。また、細線１６の長さＬ３は、特に限定するものではなく、０．５〜１．５ｍｍ程度とすることが好ましい。
また、例えば、スタッド部１４が銅で形成される場合、細線１６も銅かあるいは銅と類似の性質を有する金属で形成することが好ましいが、これに限定するものではない。
また、細線１６をスタッド部１４に固着するための溶接方法は、特に限定するものではないが、例えばパーカッション溶接方法を好適に用いることができる。
【００１９】
本実施の形態に係るスタッドボルトは、小径のスタッド部に溶接によって細線が固着されているため、細線が従来の相対的に大径のスタッド部に機械加工等によって形成される針状部と同様の作用効果を発現することができ、スタッドボルトを確実に平板等の相手方部材に溶接することができる。なお、スタッドボルトを溶接する相手方部材は、溶接箇所が平面状である限り、部材の全体形状は例えば湾曲状等の適宜の形状でよい。
【００２０】
本実施の形態に係るスタッドボルトは、その用途を特に限定するものではないが、例えば、狭隘な場所などへボルトの端面（平たい面）を直接溶接するのではなく、端面の突起部を溶接し、端子などをネジ固定する利用法等が考えられる。
【００２１】
つぎに、本実施の形態に係る細線付き導体について、図２を参照して説明する。
導体（導線）は、例えば電気信号や電力を伝達するために好適に用いられる。このとき、通常、導体の端部に端子が設けられ、この端子が電気信号等を伝達する相手方機器等に設けられる端子に係合することで、導体と相手方機器等が電気的に接続される。
これら導体と機器を接続するための端子（コネクタ）は、通常、機器等の種類に応じて適宜の形状のものが採用される。
例えば、車体に搭載される多数の電子機器に電気信号や電力を伝達するには、多数の導体（ワイヤーハーネス）を用いることが必要であるが、このとき、電子機器側の端子として設けられるスタッドボルトに、導体が一端に電気的に接続されたクリップ形状の端子を着脱可能に固定する方式が多く採用されている。
【００２２】
しかしながら、車体を軽量化する観点から、また、さらには、導体材料として汎用される銅等の金属の省資源化、省エネルギ化の観点から、導体についてもできるだけ径を小さくして軽量化することが望ましい。
また、上記した従来の方法では、クリップとボルトの間にごみなどの絶縁物がはいることなどにより接触抵抗が高くなり、導通不良や発熱溶損といった不具合が発生する可能性がある。またクリップ状の端子などの端子部材が必要である。
【００２３】
本実施の形態に係る細線付き導体は、上記の点に鑑みてなされたものである。
図２に示すように、本本実施の形態に係る細線付き導体１８は、端部が相手部材に溶接により電気的に接続されて用いられる直径Ｒ４が５ｍｍ以下の導体２２と、導体２２の端部に延出して溶接される直径Ｒ５が３ｍｍ以下の細線２４とを有する。なお、図２中、参照符号２０は、導体１８の被覆材を示す。
相手部材は、例えば、図２中パネル部Ａ１の左側に設けられる電子機器等（図示せず。）に設けられる接続用の端子Ａ２である。ただし、これに限らず、例えば、端子Ａ２に係合する細線付き導体１８の端部に取り付けられる細線付き導体１８側端子であってもよい。
導体２２の直径Ｒ４は、より好ましくは３ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．５ｍｍ以下である。導体２２の直径Ｒ４が０．５ｍｍ以下程度にまで小さくなると、従来の方法で用いる端子の小型化が難しくなるため、本発明の効果をより好適に得ることができる。
直径Ｒ４が３ｍｍ以下の小径の導体２２を使用するときは、細線２４の直径Ｒ５は好ましくは１ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．５ｍｍ以下である。
導体２２の直径Ｒ４の最小径は、特に限定するものではないが、例えば細線溶接作業性の観点からは０．４ｍｍ以上とすることが好ましい。
また、同様に、細線２４の直径Ｒ５の最小径は、特に限定するものではないが、例えば取り扱い性の観点からは０．０５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００２４】
なお、例えば、導体２２が銅で形成される場合、細線２４も銅かあるいは銅と類似の性質を有する金属で形成することが好ましいが、これに限定するものではない。
また、細線２４を導体２２に固着するための溶接方法は、特に限定するものではないが、例えばパーカッション溶接方法を好適に用いることができる。
【００２５】
本実施の形態に係る細線付き導体は、導体に溶接によって細線が固着されているため、小径の導体を確実に相手方部材に溶接し、電気的に接続することができる。
なお、現状で市販されているスタッドガンは、全てスタッドボルトを装着するためのチャック構造を有するものであるが、このチャック構造を含むガンの構造を適宜工夫することで細線付き導体の溶接に対応することができる。
【００２６】
つぎに、本実施の形態に係るスタッド溶接方法は、上記本実施の形態に係るスタッドボルトまたは上記本実施の形態に係る細線付き導体を用いるスタッド溶接方法であって、直径０．２ｍｍ以下の細線を用いる。
また、本実施の形態に係るスタッド溶接方法は、細線の先端と溶接される相手部材の間のギャップを０．２〜２ｍｍに設定して溶接サイクルを開始する。
【００２７】
上記の本実施の形態に係るスタッド溶接方法によれば、小径のスタッド部または導体をより確実に相手方部材に溶接することができる。
【実施例】
【００２８】
実施例を挙げて、本発明をさらに説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
【００２９】
スタッドボルトを平板に溶接する例について、以下に説明する。
平板として150 mm×100 mm、板厚2 mm程度の無酸素銅板を、およびスタッドボルトとして無酸素銅製をそれぞれ使用した。無酸素銅の化学組成はCu> 99.96 %である。
スタッドボルトは、市販のスタッドガンを用いて溶接するため、太さ（直径）0.9 mm×長さ1.5 mmの突起（スタッド）の先端に太さ（直径）0.1、0.3および0.5 mmの細線を長さ1 mm程度パーカッション溶接した。
スタッドボルトを平板に溶接に溶接するには、CDスタッド溶接機(アジア技研製CD-8R、コンデンサ容量：4,700〜131,900 F、充電電圧：DC30〜180 V、溶接時間：1/1000s、充電および放電制御：SCRスイッチング制御）およびA-300型ガンを用いた。溶接方式はギャップ方式を用いた。
【００３０】
図３にギャップ方式の溶接過程の模式図を示す。ギャップ方式は、あらかじめスタッドボルト２６を平板Ｂから離しておいたところから溶接サイクルをスタートする（図３中、（ａ）参照）。この時、スタッドボルト２６と平板Ｂの間隔Ｇをギャップと定義する。スタッドガンのスイッチを押すとスタッド２８の先端に設けられた細線３０が加速をつけて平板Ｂに接触し（図３中、（ａ）〜（ｂ）参照）、コンデンサに蓄えられた電荷がスタッド２８と平板Ｂ間を通じて瞬間的に放電される。この急激な放電によりスタッド２８の先端の細線３０の一部が溶断して、アークが発生する（図３中、（ｃ）参照）。このアークによりスタッド２８の先端部が溶融し、アーク終了と同時にスタッド２８が平板Ｂに溶着し、溶接が完了する（図３中、（ｄ）参照）。
【００３１】
溶接条件は、細線太さf0.1 mmについては、コンデンサ容量33,000 mFとし、細線太さf0.3 mmについては、コンデンサ容量9,400、33,000および65,900 mF、そして細線太さf0.5 mmについては、コンデンサ容量33,000、65,900および99,000 mFとした。ギャップは1、1.5および2 mmとした。溶接に際しては、銅板表面をエメリー紙＃2000で研磨した後、アセトン洗浄を行った。
以下、結果の概要をまとめて説明する。
【００３２】
（細線の太さが０．１ｍｍの場合）
細線の太さf0.1mmにおいて、コンデンサ容量33,000mF一定として、ギャップを1、1.5および2 mm、充電電圧を30〜70 Vまで変化させたときには、いずれのギャップにおいても、充電電圧が30〜45V付近で溶接が可能であることが分かった。また、ギャップの値が増大するにつれて溶接可能電圧範囲が減少する傾向が認められた。ギャップ1 mmでは充電電圧35および40V、ギャップ1.5 mmでは充電電圧30〜45 V、ギャップ2 mmでは充電電圧30 Vのとき、66〜75 %の再現性が得られた。
【００３３】
（細線の太さが０．３ｍｍの場合）
細線の太さf0.3 mmにおいて、コンデンサ容量を9,400、33,000および65,900mFとし、ギャップを1、1.5および2 mm、充電電圧を30〜90 Vと変化させた。コンデンサ容量65,900 mFでは、ギャップ1 mmのとき充電電圧が35〜50 V付近で溶接が可能であり、他の条件では溶接が十分ではなかった。溶接が可能であった充電電圧30〜50Vにおいては、66〜75 %の再現性が得られた。
【００３４】
（細線の太さが０．５ｍｍの場合）
細線の太さf0.5 mmにおいて、コンデンサ容量を33,000、65,900および99,000mFとし、ギャップを1 mm、充電電圧を30〜90 Vと変化させた。コンデンサ容量33,000 mFでは、充電電圧が30〜60 V付近ではアークの発生は認められなかった。コンデンサ容量65,900mFでは、充電電圧が50 Vで溶接が可能であるが、その前後の充電電圧では溶接できなかった。コンデンサ容量99,000mFでは、充電電圧が50、55 Vで溶接が可能であるが、溶接が可能である領域は小さかった。溶接が可能であった溶接条件のうち、コンデンサ容量65,900mFでは、再現性は低かった。コンデンサ容量99,000 mFでは、100 %の溶接成功率であった。
【００３５】
（溶接状態の観察結果）
（１）平板側の外観写真
溶接ができなかった顕著な例である、細線太さ０．５ｍｍ、コンデンサ容量99,000μF、充電電圧（Ｅ）６０Ｖ、ギャップ１．０ｍｍの平板側の外観写真を図４に示す。アークによって黒くなった部分が顕著であり、また、スパッタの量も多いことが分かる。
溶接が良好に行われた例である、細線太さ０．１ｍｍ、コンデンサ容量33,000μF、充電電圧（Ｅ）３０Ｖ、ギャップ１．０ｍｍの平板側の外観写真を図５に示す。
（２）平板とスタッドボルトの接合部のミクロ写真
溶接が十分でなかった例である、細線太さ０．３ｍｍ、コンデンサ容量65,900μF、充電電圧（Ｅ）４５Ｖ、ギャップ１．０ｍｍの平板側の接合部のミクロ写真を図６に示す。接合が中央部にのみに留まってあることが分かる。
溶接が良好に行われた例である、細線太さ０．１ｍｍ、コンデンサ容量33,00μF、充電電圧（Ｅ）３０Ｖ、ギャップ１．０ｍｍの平板側の接合部のミクロ写真を図７に示す。接合が全面にわたって良好に行われていることが分かる。
【００３６】
（参考例）
スタッドボルト２６から細線３０を取り除いたものを使用し、スタッド２８を平板Ｂに接触させた状態で、コンデンサ容量99,000 mF、充電電圧120、130、140、145、150、160 V、接合時間0.003〜0.01 sと変化させて溶接を行った。電圧120 Vの場合は溶接できなかった。また、130〜150Vでは溶接箇所がほとんど認められず、電圧160 Vにおいて溶接予定面（スタッドの断面に対応する部分）の中央部にのみ溶接が認められた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施の形態に係るスタッドボルトを示す図であり、（ａ）はスタッドボルトの正面図を、（ｂ）はスタッドボルトの側面図を、それぞれ示す。
【図２】本実施の形態に係る細線付き導体の概略構成を示す図である。
【図３】ギャップ方式の溶接過程を説明するための模式図であり、（ａ）は加速過程を、（ｂ）は接触過程を、（ｃ）はアーク発生過程を、（ｄ）は溶接完了過程を、それぞれ示す。
【図４】溶接後の平板側の外観写真であり、溶接が十分でなかった例である。
【図５】溶接後の平板側の外観写真であり、溶接が良好であった例である。
【図６】溶接後の平板とスタッドボルトの接合部のミクロ写真であり、溶接が十分でなかった例である。
【図７】溶接後の平板とスタッドボルトの接合部のミクロ写真であり、溶接が良好であった例である。
【符号の説明】
【００３８】
１０、２６  スタッドボルト
１２  ボルト部
１４  スタッド部
１６、２４  細線
１８  細線付き導体
２０  被覆材
２２  導体
２８  スタッド
【図１】
2008238203.tif 000003
【図２】
2008238203.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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