(57)【要約】【課題】正六角形または正四角形の頭部を有する軸状部品を、溶融熱を効果的に放熱させて、薄板製鋼板部品に電気抵抗溶接をすること。【解決手段】頭部３の平坦な端面６に該端面６の中心と同心とされた円形の溶着用突起７を形成しておき、溶着用突起７を鋼板部品１８に加圧して溶接電流を通電し、溶着用突起７の溶融熱を、頭部３の厚さ方向に伝熱するとともに、頭部３の端面６から外側面４の中央部に伝熱することにより、外側面４の中央部表面を放熱面として活用する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも軸部とこの軸部と一体に形成された頭部を有する軸状部品を、鋼板部品に電気抵抗溶接で溶接するものであって、前記頭部は平坦な外側面に包囲された正六角形または正四角形の形状とされ、前記頭部の平坦な端面に該端面の中心と同心とされた円形の溶着用突起を形成しておき、前記溶着用突起を鋼板部品に加圧して溶接電流を通電し、前記溶着用突起の溶融熱を、頭部の厚さ方向に伝熱するとともに、頭部の端面から前記外側面の中央部に伝熱することにより、前記外側面の中央部表面を放熱面として活用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】
前記端面と前記外側面の角部によって形成される端縁線の中央部が、前記溶着用突起の円弧状の外形線に対して、接線状に接触した位置関係とされているかまたは前記円弧状の外形線との間にわずかな間隔が存在する位置関係とされている請求項１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、頭部が正六角形または正四角形とされた軸状部品を、板厚の薄い鋼板部品に対して、電気抵抗溶接で溶接する軸状部品の電気抵抗溶接方法に関している。
【背景技術】
【０００２】  特許第４６８３３５１号公報には、頭部が円筒型とされた軸状部品を、鋼板部品の片面に押し付け、この状態で溶接電流を通電し、電気抵抗溶接で溶接することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６８３３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  上記特許文献１に記載されている技術は、溶融熱が鋼板部品の板厚方向に伝熱され、開放された側の鋼板部品表面から放熱されることが記載されている。そして、頭部の外側面からの放熱に関する記述がなされていない。同時に、特許文献１においては、溶着用突起の外形線と頭部の外側面との位置的関連性のもとに、溶融熱の効果的放熱について、何も考察がなされていない。【０００５】  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、正六角形または正四角形の頭部を有する軸状部品において、頭部の形状的特性を活用して、薄板製鋼板部品における溶融熱を効果的に放熱させて、良好な溶接品質を求めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  請求項１記載の発明は、少なくとも軸部とこの軸部と一体に形成された頭部を有する軸状部品を、鋼板部品に電気抵抗溶接で溶接するものであって、前記頭部は平坦な外側面に包囲された正六角形または正四角形の形状とされ、前記頭部の平坦な端面に該端面の中心と同心とされた円形の溶着用突起を形成しておき、前記溶着用突起を鋼板部品に加圧して溶接電流を通電し、前記溶着用突起の溶融熱を、頭部の厚さ方向に伝熱するとともに、頭部の端面から前記外側面の中央部に伝熱することにより、前記外側面の中央部表面を放熱面として活用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】
【０００７】  前記頭部は平坦な外側面に包囲された正六角形または正四角形の形状とされ、頭部の平坦な端面に該端面の中心と同心とされた円形の溶着用突起を形成しておき、溶着用突起を鋼板部品に加圧して溶接電流を通電するものである。溶着用突起が上記のように、正六角形または正四角形とされた端面の中心と同心状に形成されているので、溶融部の形状も溶着用突起の形状と同様に、端面の中心と同心になった円形となる。【０００８】  上記溶融部の溶融熱は、頭部の厚さ方向、すなわち軸状部品の中心軸線方向の温度の低い方へ伝熱される。この伝熱と同時に、頭部の外側面に向かって伝熱され、外側面が放熱面になって、放熱がなされる。このような外側面からの放熱は、溶融部の円弧状外周部に近い箇所の外側面から最も多く放熱される。すなわち、溶融部の円弧状外周部に最も近い外側面の箇所、あるいは溶融部の円弧状外周部に接している外側面の箇所へ向かう熱量が最多となるので、軸部の円周方向で見た１つの外側面の中央部付近から最も多くの放熱がなされる。【０００９】  換言すると、隣り合う外側面が交差している角部分、すなわち中心軸線方向に伸びている稜線の方へ向かう熱は、溶融部の円弧状外周部に最も近い外側面の箇所、あるいは溶融部の円弧状外周部に接している外側面の箇所へ向かう熱よりも大幅に少ないので、外側面中央部付近からの放熱が支配的なものとなる。【００１０】  上記のように、１つの外側面の中央部付近から積極的に放熱がなされるので、正六角形であれば６箇所、正四角形であれば４箇所の外側面から積極的に放熱されることとなり、薄板製鋼板部品の厚さ方向の溶融が過剰になることが防止され、良好な溶接状態が確保できる。円形の溶融部の４箇所または６箇所から積極的に熱が奪われるので、溶融部の熱が放射状に放熱され、円形の溶融部が均一に冷却される。円形の溶融部の６箇所からの放熱であると、さらに均一性の高い冷却がえられる。通常、良好な溶接強度は、薄板の厚さ方向で見た溶融量を、板厚の１／２〜２／３とするのが望ましいとされている。上述のような放熱現象により、板厚方向の溶融量を適正に設定することが行いやすくなる。【００１１】  通常は、鋼板部品の板厚が０．６５ｍｍや０．７ｍｍのように薄板であると、頭部に対応する鋼板の部分の体積は、頭部の体積よりも大幅に小さくなる。したがって、頭部側の溶融熱量や残留熱量が影響して鋼板の板厚方向の溶融が過剰になり、著しい場合には全厚にわたって溶融し、凝固後には軸部への曲げ荷重に対して鋼板に割れが発生し、脆い状態になる。これに対し、上述のような４箇所や６箇所からの放熱により、過剰溶融が防止されていると、上記の問題が解消される。【００１２】  請求項２記載の発明は、前記端面と前記外側面の角部によって形成される端縁線の中央部が、前記溶着用突起の円弧状の外形線に対して、接線状に接触した位置関係とされているかまたは前記円弧状の外形線との間にわずかな間隔が存在する位置関係とされている請求項１記載の軸状部品の電気抵抗溶接方法である。【００１３】  前記端面と外側面の角部によって形成される端縁線の中央部が、溶着用突起の円弧状の外形線に対して、接線状に接触した位置関係とされているかまたは円弧���の外形線との間にわずかな間隔が存在する位置関係とされているので、溶融部の円弧状外周部に最も近い外側面の箇所、あるいは溶融部の円弧状外周部に接している外側面の箇所へ向かう熱量が最多となり、軸部の円周方向で見た１つの外側面の中央部付近から最も多くの放熱がなされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】軸状部品の形状を示す外観図である。
【図２】溶接時の状態を示す断面図である。
【図３】溶着過程を示す断面図である。
【図４】熱流を示す断面図である。
【図５】放熱箇所を示す斜視図である。
【図６】他の頭部形状を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  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】
【００１６】  図１〜図５は、本発明の実施例１を示す。【００１７】  軸状部品としては種々なものがあるが、本実施例１における軸状部品は、正六角形の頭部を有するプロジェクションボルトである。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。【００１８】  最初に、プロジェクションボルトについて説明する。【００１９】  本実施例１で溶接される鉄製のプロジェクションボルト１は、少なくとも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た頭部３によって構成されている。頭部３は正六角形であり、平坦な６つの外側面４によって包囲された形状である。円形のフランジ状の拡径部５が、頭部３と軸部２の間に配置してある。ボルト１の中心軸線が、符号Ｏ−Ｏで示されている。【００２０】  頭部３の平坦な端面６に該端面６の中心、すなわち中心軸線Ｏ−Ｏと同心とされた円形の溶着用突起７が形成されている。端面６は、中心軸線Ｏ−Ｏが垂直に貫通する仮想平面である。溶着用突起７は、頂部８を有するテーパ型の隆起形状部であり、符号１２は外周側が低くなるテーパ部を示している。溶着用突起７は、円形の外形線９から中心軸線Ｏ−Ｏに向かうテーパ部１２によって形成されており、端面６との境界部が円形の外形線９となっている。【００２１】  端面６と外側面４が交差している角の部分が、直線状の端縁線１１であり、この端縁線１１が円形の外形線９の接線となっている。端縁線１１は図１（Ｃ）に示すように、正六角形を形成しているので、端縁線１１の中央部が外形線９に接している。この接触している箇所が、接触箇所２３である。また、隣り合う外側面４が交差している角部分、すなわち中心軸線Ｏ−Ｏ方向に伸びている６本の稜線は、符号１０で示されている。【００２２】  なお、後述の溶融熱の熱伝導状態から明らかなように、拡径部５のないボルト１であってもよい。また、溶着用突起７はテーパ型であるが、これを図１（Ｅ）に示した球形型に置き換えることも可能である。【００２３】  ボルト１の各部の寸法はつぎのとおりである。軸部２の直径Ｄ１は８ｍｍ、拡径部５の直径Ｄ２は１５．５ｍｍ、頭部３の対向する稜線１０間の寸法Ｄ３は１１．５ｍｍ、頭部３の対向する外側面４間の寸法Ｄ４は１０ｍｍ、溶着用突起７の直径Ｄ５（円形外形線９の直径）は１０ｍｍ、拡径部５の厚さＴ１は１．１ｍｍ、溶着用突起７の高さＨ１は０．５ｍｍ、頭部３の高さＨ２は２．５ｍｍ、頭部３と溶着用突起７の合計高さＨ３は３．０ｍｍ、テーパ部１２の傾斜角θは５．７度である。【００２４】  なお、前記頂部８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。【００２５】  つぎに、ボルトの電気抵抗溶接状態を説明する。【００２６】  図２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可動電極１４に、ボルト１の軸部２が挿入される受入孔１５が設けられている。この受入孔１５は、可動電極１４の軸線と同軸の状態で端面側から開けられている。軸部２が受入孔１５に挿入されると、拡径部５が可動電極１４の端面に密着する。この密着を維持してボルト１が落下しないようにするために、受入孔１５の奥に永久磁石１６が固定してある。ボルト１が受入孔１５に挿入されている状態で、ボルト１の中心軸線Ｏ−Ｏが可動電極１４の軸線と同軸になっている。【００２７】  可動電極１４と対をなす固定電極１７上に、鋼板部品１８が載置してある。可動電極１４と固定電極１８との間で頭部２と鋼板部品１８が挟み付けられ、溶接電流が通電される。これによって、溶着用突起７が鋼板部品１８に溶着する。なお、図２における頭部２は、図１（Ｃ）におけるＥ矢線の方向から見た状態である。また、鋼板部品１８の板厚は、０．７ｍｍである。【００２８】  つぎに、溶着過程を説明する。【００２９】  各種溶接条件は、可動電極１４の加圧力が２０００Ｎ、溶接電流が１０５００Ａ、通電時間が１０サイクル（１サイクルは１／６０秒）である。【００３０】  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２０００〜３０００Ｎ、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。【００３１】  図３（Ａ）〜（Ｃ）は、図１（Ｃ）のＢ矢線方向から見た図であり、図３（Ｄ）〜（Ｆ）は、図１（Ｃ）のＥ矢線方向から見た図である。【００３２】  図３（Ａ）と（Ｄ）は、通電初期の段階であり、溶着用突起７の頂部８付近がわずかに溶融している。溶融部は符号１９で示してある。さらに通電時間が経過すると、図３（Ｂ）と（Ｅ）に示すように、溶融部１９が拡大する。さらに通電時間が経過して最終段階に達すると、図３（Ｃ）と（Ｆ）に示すように、溶着用突起７全体が溶融して溶着が完了する。【００３３】  上記の溶融は、溶着用突起７の溶融が進行するのと同時に、鋼板部品１８も板厚方向に溶融が進行する。後述の溶融熱の放熱作用により、板厚方向の溶融量は１／２であり、望ましいとされている１／２〜２／３の範囲となっている。【００３４】  つぎに、溶融熱の熱伝導について説明する。【００３５】  溶着用突起７の全域に近い範囲が溶融した段階や、溶着用突起７の全域の範囲が溶融した段階において、溶融熱は積極的に放熱される。基本的には図４に示すように、溶融部１９からの熱は、頭部３の厚さ方向の温度の低い方向へ伝導される。この熱伝導は、中心軸線Ｏ−Ｏと同方向の矢線２０で示してある。図４は見やすくするために、断面部分にハッチング図示は行っていない。【００３６】  上記の矢線２０で示した頭部３の厚さ方向の熱伝導とともに、外側面４に向かって伝熱され、外側面４が放熱面になって、放熱がなされる。この外側面に向かう熱伝導の熱流方向はは、２種類ある。【００３７】  第１の熱伝導は、図４（Ａ）の鎖線矢線２１で示された熱伝導であり、これは溶融部１９の円弧状外周部およびその近傍から稜線１０に向かうものである。したがって、溶融熱は稜線１０に近い箇所の外側面４から放熱される。溶融部１９の円弧状外周部と稜線１０やその近傍の外側面４の間に間隔が存在するので、稜線１０に近い箇所の外側面４に伝わる熱量は少なくなる。【００３８】  第２の熱伝導は、図４（Ｂ）の矢線２２で示された熱伝導であり、図１（Ｃ）に示すように、端縁線１１の中央部が溶融部１９の円弧状外周部に接している箇所およびその近傍を経て外側面４へ伝熱される。このように溶融部１９の円弧状外周部と端縁線１１の接触箇所２３およびその近傍から外側面４へ向かう熱は、溶融部１９から外側面４へ直接的に伝熱されるので、外側面４からの放熱量が多くなり、放熱効果が高くなる。【００３９】  図５に示すように、溶融部１９の円弧状外周部と端縁線１１の接触箇所２３およびその近傍から外側面４へ向かう熱は、外側面４の中央部の放熱領域２４から空気中に放熱される。第１の熱伝導による稜線１０に近い箇所の外側面４を放熱面とする場合と、第２の熱伝導による放熱領域２４を放熱面とする場合を比較すると、放熱領域２４の放熱面積の方が大幅に大きく、しかも接触箇所２３からの直接的な熱伝達であるから、第２の熱伝導の方が効果的に放熱される。【００４０】  第１の熱伝導は、熱流が離隔した稜線１０に向かうもの、第２の熱伝導は、熱流が外側面４へ直接的に向かうものとなる。したがって、第１の熱伝導による放熱は、第２の熱伝導による放熱よりも大幅に少なくなる。このような第２の熱伝導が６箇所において行われ、鋼板部品１８の板厚方向の溶融量が適正に維持され、過剰溶融や過小溶融が防止される。【００４１】  このような過剰溶融や過小溶融は、矢線２０の方向への伝熱量や矢線２２の方向への伝熱量と、前述の各種溶接条件との相関で設定される。適正な溶着に必要な溶融金属量を確保するために、それに見合った溶融熱の放熱量の選定が必要となる。通常は、鋼板部品１８の板厚が０．６５ｍｍや０．７ｍｍのように薄板であると、頭部３に対応する鋼板の部分の体積は頭部３の体積よりも大幅に小さくなる。したがって、頭部３側の溶融熱量や残留熱量が影響して鋼板の板厚方向の溶融が過剰になり、著しい場合には全厚にわたって溶融し、凝固後には軸部２への曲げ荷重に対し、鋼板部品１８に板割れが発生して脆い状態になる。【００４２】  図１（Ｃ）に示す状態は、接触箇所２３が設置されている場合である。一方、同図（Ｄ）に示す状態は、溶融部１９の円弧状外周部と端縁線１１との間に間隔２５が存置されている。つまり、間隔寸法Ｄ４よりも溶着用突起７の直径Ｄ５の方が小さくなっている。溶融部１９の円弧状外周部に最も近い外側面４の箇所に溶融熱が伝熱される。このように間隔２５が存在する場合の外側面４からの放熱量は、接触箇所２３が形成されている場合の外側面４からの放熱量よりも少なくなる。【００４３】  鋼板部品１８の板厚は前記のように０．７ｍｍであり、上述のような過程をへて形成された板厚方向の溶融深さは、０．３５ｍｍである。上記０．３５ｍｍは十分な溶融深さであると判定できる。そして、鋼板部品１８の非溶融厚さが０．３５ｍｍであるから、鋼板部品１８自体としての剛性も損なわれていないことが認められる。【００４４】  １０本のボルト１を溶接した結果、上記板厚方向の溶融深さは、０．３７〜０．４５ｍｍの範囲に分布している。この分布状況から、良好な溶融深さであると判定できる。【００４５】  上述のようにして溶着した鋼板部品１８を治具などで固定し、軸部２の直径方向にハンマーで叩く衝撃テストを行った結果、軸部２は屈曲変形をしたが、溶着箇所（１９）の部分は剥離などが発生せず、完全な溶着状態が確保されていることが確認された。し���がって、十分な溶接強度が確保されていることが認められた。【００４６】  さらに、鋼板部品１８を治具で固定し、軸部２を軸方向に引っ張るテストの結果、溶融部１９相当の大きさの孔が鋼板部品１８側に形成された。このような孔は、鋼板が円形に剪断されてできたものであり、引っ張り荷重が４２００〜５２５０Ｎの範囲で発生しており、このようなサイズのボルト１の溶接強度として十分であると判定される。【００４７】  これらのハンマー４衝撃テストや引っ張りテストの状況から、比較例的に考察すると、溶接されたボルト１に通電ハーネスの電線束を結束したり、接地電線を結線したりするような用途において、十分な強度品質が確保できるものと判断される。【００４８】  図６は、頭部３が正四角形とされている場合である。それ以外の構成は先の正六角形の場合と同じなので、同様な機能の部材には同一の符号が記載してある。【００４９】  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。【００５０】  前記頭部３は平坦な外側面４に包囲された正六角形または正四角形の形状とされ、頭部３の平坦な端面６に該端面６の中心Ｏ−Ｏと同心とされた円形の溶着用突起７を形成しておき、溶着用突起７を鋼板部品１８に加圧して溶接電流を通電するものである。溶着用突起７が上記のように、正六角形または正四角形とされた端面６の中心Ｏ−Ｏと同心状に形成されているので、溶融部１９の形状も溶着用突起７の形状と同様に、端面６の中心と同心になった円形となる。【００５１】  上記溶融部１９の溶融熱は、頭部３の厚さ方向、すなわちボルト１の中心軸線Ｏ−Ｏ方向の温度の低い方へ伝熱される。この伝熱と同時に、頭部３の外側面４に向かって伝熱され、外側面４が放熱面になって、放熱がなされる。このような外側面４からの放熱は、溶融部１９の円弧状外周部に近い箇所の外側面４から最も多く放熱される。すなわち、溶融部１９の円弧状外周部に最も近い外側面４の箇所、あるいは溶融部１９の円弧状外周部に接している外側面４の箇所へ向かう熱量が最多となるので、軸部２の円周方向で見た１つの外側面４の中央部付近の放熱領域２４から最も多くの放熱がなされる。【００５２】  換言すると、隣り合う外側面４が交差している角部分、すなわち中心軸線Ｏ−Ｏ方向に伸びている稜線１０の方へ向かう熱は、溶融部１９の円弧状外周部に最も近い外側面４の箇所、あるいは溶融部１９の円弧状外周部に接している外側面４の箇所へ向かう熱よりも大幅に少ないので、外側面中央部付近、すなわち放熱領域２４からの放熱が支配的なものとなる。【００５３】  上記のように、１つの外側面４の中央部付近の放熱領域２４から積極的に放熱がなされるので、正六角形であれば６箇所、正四角形であれば４箇所の外側面４から積極的に放熱されることとなり、薄板製鋼板部品の厚さ方向の溶融が過剰になることが防止され、良好な溶接状態が確保できる。円形の溶融部１９の４箇所または６箇所から積極的に熱が奪われるので、溶融部１９の熱が放射状に放熱され、円形の溶融部１９が均一に冷却される。円形の溶融部１９の６箇所からの放熱であると、さらに均一性の高い冷却がえられる。通常、良好な溶接強度は、薄板の厚さ方向で見た溶融量を、板厚の１／２〜２／３とするのが望ましいとされている。上述のような放熱現象により、板厚方向の溶融量を適正に設定することが行いやすくなる。【００５４】  通常は、鋼板部品１８の板厚が０．６５ｍｍや０．７ｍｍのように薄板であると、頭部３に対応する鋼板の部分の体積は、頭部３の体積よりも大幅に小さくなる。したがって、頭部３側の溶融熱量や残留熱量が影響して鋼板の板厚方向の溶融が過剰になり、著しい場合には全厚にわたって溶融し、凝固後には軸部２への曲げ荷重に対して鋼板に割れが発生し、脆い状態になる。これに対し、上述のような４箇所や６箇所からの放熱により、過剰溶融が防止されていると、上記の問題が解消される。【００５５】  前記端面６と前記外側面４の角部によって形成される端縁線１１の中央部が、前記溶着用突起７の円弧状の外形線９に対して、接線状に接触した位置関係とされているかまたは前記円弧状の外形線９との間にわずかな間隔２５が存在する位置関係とされている。【００５６】  前記端面６と外側面４の角部によって形成される端縁線１１の中央部が、溶着用突起７の円弧状の外形線９に対して、接線状に接触した位置関係とされているかまたは円弧状の外形線９との間にわずかな間隔２５が存在する位置関係とされているので、溶融部１９の円弧状外周部に最も近い外側面４の箇所、あるいは溶融部１９の円弧状外周部に接している外側面４の箇所へ向かう熱量が最多となり、軸部２の円周方向で見た１つの外側面の中央部付近の放熱領域２４から最も多くの放熱がなされる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】  上述のように、本発明の方法によれば、正六角形または正四角形の頭部を有する軸状部品において、頭部の形状的特性を活用して、薄板製鋼板部品における溶融熱を効果的に放熱させて、良好な溶接品質を求めることができる。したがって、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】
【００５８】  １    プロジェクションボルト、軸状部品
２    軸部
３    頭部
４    外側面
６    端面
７    溶着用突起
９    外形線
１０    稜線
１１    端縁線
１８    鋼板部品
１９    溶融部
２０    矢線
２１    鎖線矢線
２２    矢線
２３    接触箇所
２４    放熱領域
２５    間隔
【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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【図６】
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