(57)【要約】  【課題】被溶接部材の被溶接部近傍を効果的に脱熱して、必要十分な溶接時の熱変形抑制効果が得られるようにした当て金装置を提供する。  【解決手段】パイプ材Ｐ１，Ｐ２同士をＴ継手の形態で突き合わせて溶接を施すにあたり、一方のパイプ材Ｐ１をヒートシンク１の凹状部３にて非接触状態で受容し、一部をシール材５にてシールしながら両者の間に断面チャンネル状の冷却通路６を形成する。ヒートシンク１は冷却水にて強制冷却するとともに、冷却通路６には上流側から下流側に向かってエアを供給する。エアを介してパイプ材Ｐ１とヒートシンク１との間で積極的に熱交換を行って、パイプ材Ｐ１の脱熱を行う。  【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接部材に装着してその被溶接部材を強制冷却する溶接用当て金装置であって、
ヒートシンクの凹状部にて所定の隙間を確保しつつ一方の被溶接部材を受容することにより、両者の間に上記隙間の大きさに相当する断面チャンネル状の冷却通路を形成し、
この冷却通路に強制冷却のための冷却媒体を通流させるようにしたことを特徴とする溶接用当て金装置。
【請求項２】
上記冷却通路にはその長手方向一端部側から冷却媒体として空気が供給されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の溶接用当て金装置。
【請求項３】
ヒートシンクは冷却水にて強制冷却されることにより、冷却通路を流れる空気を積極的に冷却するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の溶接用当て金装置。
【請求項４】
上記冷却通路を通流する冷却媒体に乱流を生じさせる手段を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶接用当て金装置。
【請求項５】
上記冷却媒体に乱流を生じさせる手段として、冷却通路の上流側から下流側に向かってその通路断面積が漸次大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の溶接用当て金装置。
【請求項６】
上記ヒートシンクにおける凹状部の内面がディンプル面となっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の溶接用当て金装置。
【請求項７】
上記ヒートシンクにおける凹状部の開口部近傍にはシール部材が装着されていて、凹状部にて一方の被溶接部材を受容したときにシール部材が一方の被溶接部材に接触することにより閉断面形状で且つチャンネル状の冷却通路が形成されるようになっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の溶接用当て金装置。
【請求項８】
上記非溶接部材は共にアルミニウム系材料であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載に溶接用当て金装置。
【請求項９】
筒状の一方の被溶接部材に他方の被溶接部材をＴ継手の形態で突き当てた上でその突き当て部にすみ肉溶接を施すにあたり、
一方の被溶接部材にヒートシンクを当てがって、そのヒートシンクの凹状部にて所定の隙間を確保しつつ一方の被溶接部材を受容することにより、両者の間に上記隙間の大きさに相当する断面チャンネル状の冷却通路を形成し、
この冷却通路に強制冷却のための冷却媒体を通流させながら溶接を行うことを特徴とする溶接方法。
【請求項１０】
上記冷却通路にはその長手方向一端部側から冷却媒体として空気を供給する一方、
ヒートシンクは冷却水にて強制冷却するることにより、冷却通路を流れる空気を積極的に冷却することを特徴とする請求項９に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば角筒状のアルミニウム系押出材等を溶接接合して自動車の車体のフレーム構造体を組み立てるにあたり、少なくともその角筒状の非溶接部材同士をいわゆるＴ継手の形態で溶接接合する際に使用される当て金装置とその当て金装置を用いた溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車体の軽量化のためにその車体フレームをアルミニウム合金の押出材を溶接して組み立てることが特開２００２−３５６１７７号公報等で試みられている。その一方、アルミニウム合金は伝導性が高く且つ線膨張係数が大きい故に、溶接時の熱変形の抑制が大きな課題となっている。
【０００３】
アルミニウム合金材料に限らず溶接に伴う被溶接部材の変形を抑制する手段としては、被溶接部材を強制冷却して脱熱することが有効であるとされている。例えば特許文献１では、抵抗シーム溶接の例ではあるが、当て金式のヒートシンクを直接被溶接部材に接触させる一方、ヒートシンクを冷却水にて強制冷却することで被溶接部材の脱熱を行うようになっている。
【特許文献１】特開２０００−５８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、平面的な部品等に対してはヒートシンクとの間で比較的安定した接触状態を保つことができるため、それなりの変形抑制効果が期待できるものの、三次元形状や複雑な形状の部品等については部品そのものの形状ばらつきとも相俟って、ヒートシンクと被溶接部材との接触状態が不安定となり、溶接に伴う変形抑制効果がばらつき、結果的に溶接後の部品の精度ばらつきが大きくなるという問題がある。
【０００５】
また、同特許文献１に記載のようにヒートシンク機能を有するローラを溶接点の移動とともに移動させて脱熱を行うことも可能ではあるが、この場合にはヒートシンクと被溶接部材との接触状態は安定するものの脱熱量が少なくなり、最終的には所期の目的である溶接時の熱変形抑制効果が小さくなってしまうこととなって好ましくない。
【０００６】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけ被溶接部材の被溶接部近傍を効果的に脱熱して、必要十分な溶接時の熱変形抑制効果が得られるようにした溶接用当て金装置とそれを用いた溶接方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、被溶接部材に装着してその被溶接部材を強制冷却する溶接用当て金装置であることを前提とする。その上で、ヒートシンクの凹状部にて所定の隙間を確保しつつ一方の被溶接部材を受容することにより、両者の間に上記隙間の大きさに相当する断面チャンネル状の冷却通路を形成し、この冷却通路に強制冷却のための冷却媒体を通流させるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
この場合、例えば請求項２に記載のように、上記冷却通路にはその長手方向一端部側から冷却媒体として空気を供給するものとし、また請求項３に記載のように、ヒートシンクは冷却水にて強制冷却することにより、冷却通路を流れる空気を積極的に冷却することが望ましい。
【０００９】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の当て金装置の使用を前提として溶接方法として捉えたものであり、アルミニウム合金等の筒状の一方の被溶接部材に同じくアルミニウム合金等の他方の被溶接部材をＴ継手の形態で突き当てた上でその突き当て部にすみ肉溶接を施すにあたり、一方の被溶接部材にヒートシンクを当てがって、そのヒートシンクの凹状部にて所定の隙間を確保しつつ一方の被溶接部材を受容することにより、両者の間に上記隙間の大きさに相当する断面チャンネル状の冷却通路を形成し、この冷却通路に強制冷却のための冷却媒体を通流させながら溶接を行うことを特徴とする。
【００１０】
したがって、請求項１，９に記載の発明では、ヒートシンクと被溶接部材とが接触していない状態でありながらも、両者の間に確保される断面チャンネル状の冷却通路を空気等の冷却媒体が流れることで被溶接部材が脱熱される。そして、そもそもヒートシンクと被溶接部材とが非接触状態であることを前提としているため、たとえ被溶接部材に形状ばらつきがあってもその被溶接部材とヒートシンクとの接触状態の良否が熱変形抑制効果に影響することがなく、安定した熱変形抑制効果を期待できるようになる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、被溶接部材とヒートシンクとが直接接触せずとも必要十分な脱熱効果が得られる方式としたため、被溶接部材とヒートシンクとの接触状態の良否に左右されることなく安定した熱変形抑制効果が得られる。
【００１２】
また、請求項９に記載の発明によれば、安定した熱変形抑制効果が得られることによって溶接品質が向上し、特にアルミニウム合金等の溶接の際にその効果が一段と顕著となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１以下の図面は本発明の好ましい実施の形態を示す図であり、被溶接部材としてアルミニウム合金製の角パイプ状の押出材（以下、パイプ材という）Ｐ１，Ｐ２同士をいわゆるＴ継手の形態で突き合わせた上ですみ肉溶接を施す場合の例を示している。
【００１４】
そして、特に図１の（Ａ）は一方のパイプ材Ｐ１に当て金として機能することになるヒートシンク１を装着した状態を、同図（Ｂ）はヒートシンク１単独での斜視図を、図２は図１の（Ａ）の長手方向に沿った縦断面図をそれぞれ示している。また、図３の（Ａ），（Ｂ）は図２のａ−ａ線およびｂ−ｂ線に沿う断面図をそれぞれ示している。
【００１５】
図１に示すように、所定曲率のもとで湾曲した一方のパイプ材Ｐ１の外周面に他方のパイプ材Ｐ２の端面をほぼ直角に突き当てた上で、その突き当て部の四辺全てに溶接ビード２をもって例えばミグ（ＭＩＧ）溶接によるすみ肉溶接を施すことによりパイプ材Ｐ１，Ｐ２同士が一体的に接合される。
【００１６】
その際に、一方のパイプ材Ｐ１の湾曲部には同図（Ｂ）に示すように断面略チャンネル状のヒートシンク１を下方側から装着して実質的にその凹状部３でパイプ材Ｐ１を受容するものとし、後述するようにパイプ材Ｐ１を強制冷却することで溶接に伴う熱を積極的に脱熱し、もって溶接に伴うパイプ材Ｐ１の熱変形を抑制するようにしてある。
【００１７】
ヒートシンク１は熱伝導性に優れた金属をもって一方のパイプ材Ｐ１を受容し得るように略チャンネル状に形成されているもので、図２，３から明らかなようにヒートシンク１の長手方向の一端（図１の（Ｂ）の右端）から他端（図１の（Ｂ）の左端）に向かって、すなわち矢印Ｃ方向に向かってその凹状部３の深さおよび開口幅寸法が漸次大きくなるように設定されているとともに、ヒートシンク１には冷却水配管４が接続されていて内部を冷却水が通流することにより、その冷却水にて強制冷却されるようになっている。
【００１８】
また、ヒートシンク１の長手方向の一端開口縁部および上部開口縁部には耐熱性ゴム等の弾性体からなるシール部材たるシール材５がそれぞれ装着されており、図１の（Ａ）および図３に示すようにヒートシンク１の凹状部３にて一方のパイプ材Ｐ１を受容した時にはそのパイプ材Ｐ１の外周面に各シール材５が外接するようになっている。なお、アルミニウム合金の熱変形が発生し始める１２０℃程度の温度を考慮して、シール材５の耐熱温度は１２０℃以上であることが望ましい。
【００１９】
より詳しくは、一方のパイプ材Ｐ１の湾曲部にヒートシンク１を装着してそのヒートシンク１の凹状部３にてパイプ材Ｐ１を受容する際には、ヒートシンク１とパイプ材Ｐ１が直接接触することなく両者の間に数ミリ程度の隙間が確保されるようにヒートシンク１の装着状態を加減するものとし、それによってパイプ材Ｐ１とヒートシンク１との間には上記の隙間に相当する閉断面形状で且つチャンネル状の冷却通路６が形成される。そして、先に述べたよう凹状部３の長手方向の一端から他端に向かって（矢印Ｃ方向に向かって）その深さおよび開口幅寸法が漸次大きくなるように設定されているが故に、ヒートシンク１とパイプ材Ｐ１との間に形成される冷却通路６もまた長手方向の一端から他端に向かって、すなわち矢印Ｃ方向に向かってその通路断面積（流路面積）が漸次大きくなるように変化し、なお且つ各シール材５がパイプ材Ｐ１の外周面に圧接することで冷却通路６がシールされることになる。
【００２０】
さらに、ヒートシンク１の一端面には凹状部３の内底面に開口するエア導入ポート７が開口形成されているとともに、そのエア導入ポート７にはエア配管８が接続されていて、冷却通路６の他端側（シール材５が装着されることなく外部に開口して出口側として機能する部分）に向けて冷却媒体として圧縮エアが導入されるようになっている。
【００２１】
ここで、図１の（Ｂ）に示すように、上記の冷却通路６として機能することになるヒートシンク１の凹状部３の内面には、多数の微小な窪みであるディンプルをランダムに形成することでいわゆるディンプル面９としてある。
【００２２】
このように構成された当て金装置によれば、図１に示したように一方のパイプ材Ｐ１に他方のパイプ材Ｐ２をほぼ直角に付き当てた上でその突き当て部にすみ肉溶接を施すにあたり、一方のパイプ材Ｐ１にヒートシンク１を装着して両者の間に断面チャンネル状の冷却通路６を確保した上で溶接を行うものとする。同時に、ヒートシンク１には冷却水配管４を介して冷却水を通流させてヒートシンク１自体を強制冷却する一方、冷却通路６にはその一端側のエア導入ポート７から圧縮エアを導入し、冷却通路６の他端側の出口部から吹き出すようにする。
【００２３】
この時、断面チャンネル状の冷却通路６自体が下流側に向かって漸次流路面積が増大する形状となっているため、図２に示すようにその冷却通路６内を流れるエアは乱流となり、ヒートシンク１によって強制冷却されながらそのヒートシンク１とパイプ材Ｐ１との間で交互に衝突を繰り返し、両者の間での熱交換が効率良く行われる。しかも、ヒートシンク１の凹状部３がディンプル面９となっているため、凹状部３の壁面に一旦衝突，付着したエアは直ちに剥離し、ヒートシンク１とパイプ材Ｐ１との間での熱交換が一段と効率良く行われる。その結果として、突き当て部での溶接進行に伴い一方のパイプ材Ｐ１に入熱が行われたとしても、上記のヒートシンク１および冷却通路６での強制冷却をもってその脱熱が効果的に行われて、溶接に伴う一方のパイプ材Ｐ１の熱変形が効果的に抑制される。
【００２４】
その上、ヒートシンク１とパイプ材Ｐ１とは直接接触していないために、従来のように被溶接部材の形状ばらつき等に起因するヒートシンク１との接触状態のばらつき等が発生しないため、常に安定した熱変形抑制効果を得ることが可能になる。
【００２５】
図４は溶接に伴う熱変形量とその発生頻度との関係を示す図であり、同図から明らかなように本発明の方が従来技術に比べて熱変形抑制効果が著しく、且つ安定していることがわかる。
【００２６】
図５は本発明の第２の実施の形態を示し、第１の実施の形態である図３と共通する部分には同一符号を付してある。
【００２７】
この第２の実施の形態では、シール材１０として弾性変形可能で且つ可動式の金属製のものを用い、スプリング等の付勢手段１１にて相手側となるパイプ材Ｐ１に圧接させるようにしたものである。
【００２８】
このようにシール材１０として金属製のものを用いることによって、そのシール材１０を含むヒートシンク１の熱容量が増加することから、さらなる熱交換効率の向上ひいては冷却（脱熱）促進効果が期待でき、パイプ材Ｐ１のより一層の熱変形抑制効果が得られるようになる。
【００２９】
ここで、上記のような金属製のシール材１０を使用した場合、耐熱性ゴム等で形成されたものと比べてパイプ材Ｐ１に対するシール材１０の追従性が劣ることから、冷却通路６の気密性が低下する可能性がある。しかしながら、先に述べたように冷却通路６そのものの流路面積が下流側に向かって漸次大きくなるように設定してあるため、圧縮（冷却）エアの流れは冷却通路６の出口側に向かいやすく、全体としての冷却性能に悪影響を及ぼすようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す図で、（Ａ）は被溶接部材である一方のパイプ材にヒートシンクを装着した状態を示す要部斜視図、（Ｂ）は同図（Ａ）のヒートシンク単体での斜視図。
【図２】図１の（Ａ）の長手方向に沿う縦断面図。
【図３】（Ａ）は図２のａ−ａ線に沿う断面図、（Ｂ）は同じく図２のｂ−ｂ線に沿う断面図。
【図４】被溶接部材の溶接に伴う熱変形量とその発生頻度との関係を示す特性図。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す要部断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１…ヒートシンク
２…溶接ビード
３…凹状部
５…シール材（シール部材）
６…冷却通路
７…エア導入ポート
９…ディンプル面
１０…シール材
Ｐ１…角パイプ状の押出材（一方のパイプ材または一方の被溶接部材）
Ｐ２…角パイプ状の押出材（他方のパイプ材または他方の被溶接部材）
【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】
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