(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉の金属製板状母材の表面に金属製スタッド材をスタッド溶接により接合するに際し、
前記板状母材の接合部分の裏面に補整用凸部を形成し、前記接合部分の表面に前記スタッド材を突き付け状に配置した状態でスタッド溶接を実施したあと、前記補整用凸部を前記板状母材から切削除去することによって、前記板状母材の裏面を平坦面に仕上げることを特徴とする部材接合方法。
【請求項２】
前記補整用凸部の高さは、前記板状母材に対して０．１ｍｍ以上に設定されている請求項１に記載の部材接合方法。
【請求項３】
前記補整用凸部は短円柱状で、かつその直径が前記スタッド材の直径の１／３以上に設定されている請求項１又は２に記載の部材接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属製板状母材、特にアルミニウム又はアルミニウム合金（以下、アルミニウムという）からなる薄肉の板状母材に対して金属製スタッド材を接合するための、スタッド溶接による部材接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、棒材、ボルトなどの金属製スタッド材を、金属製板状母材に接合するのに、スタッド溶接が広く採用されている。このスタッド溶接は、その溶接作業が簡便であり、接合状態も良好なことから広範囲に利用されている。
【０００３】
しかしながら、従来のスタッド溶接では、板状母材の肉厚が比較的薄い場合、例えば、肉厚が５ｍｍ以下、特に１〜２ｍｍ程度の極薄肉のアルミニウム製の板状母材（１１）に対して、該母材（１１）の肉厚より大きい直径を有するようなスタッド材（１２）を接合した場合、図３に示すように、板状母材（１１）の接合部分（１３）の裏面が溶接時に生じる熱影響部（１４）に近接しているために、接合部分（１３）の裏面に溶接後の凝固収縮による小さな窪み（１５）が生じると共に、板状母材（１１）に熱影響による有害な熱変形が生じやすいという問題があった。この問題は、板状母材（１１）の肉厚が薄いほど大きく現れる傾向にある。このため、接合部分（１３）の裏面を含む板状母材（１１）の裏面全体の外観を損い、特に板状母材（１）の裏面全体に高い面精度が要求される製品では、板状母材（１１）の裏面全体に切削やヘアーライン加工等の仕上げ加工が必要となり面倒である上に経済的にも不利であった。
【０００４】
このような問題は、板状母材の肉厚を厚くすることによって、解消あるいは軽減することが可能であるが、板状母材の肉厚を厚くすることは、製品設計上、歩留まり、材料コストなどの面から制限される場合が多いのみならず、板状母材の生産性の低下、重量の増大等の問題をも派生する。
【０００５】
この発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであって、薄肉の金属製板状母材に金属製スタッド材をスタッド溶接により接合するに際し、板状母材の接合部分の裏面に生じた窪みや有害な熱変形を簡単かつ確実に除去し得る、スタッド溶接による部材接合方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、薄肉の金属製板状母材の表面に金属製スタッド材をスタッド溶接により接合するに際し、前記板状母材の接合部分の裏面に補整用凸部を形成し、前記接合部分の表面に前記スタッド材を突き付け状に配置した状態でスタッド溶接を実施したあと、前記補整用凸部を前記板状母材から切削除去することによって、前記板状母材の裏面を平坦面に仕上げることを特徴とする。
【０００７】
これによれば、溶接時の凝固収縮による窪みや熱変形が板状母材自体に生じず、板状母材の補整用凸部に生じるので、その補整用凸部を切削除去するだけの簡単な作業で、それら窪みや熱変形を板状母材から確実に除去することができる。
【０００８】
また、補整用凸部の高さ範囲内に溶接時に生じる窪みや熱変形を収めるために、望ましくは、前記補整用凸部の高さは、前記板状母材に対して０．１ｍｍ以上に設定されているのが良い。
【０００９】
さらに、補正用凸部の径範囲内に溶接時に生じる窪みや熱変形を収めるために、望ましくは、前記補整用凸部は短円柱状で、かつその直径が前記スタッド材の直径の１／３以上に設定されているのが良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、この実施形態によって製造される接合体（Ａ）の一例を示す。この接合体（Ａ）は、板状母材（１）と、該板状母材（１）に接合される１個ないし複数個のスタッド材（２）により構成される。
【００１１】
前記板状母材（１）は、例えば厚みｔが１〜３ｍｍ程度のアルミニウム製の薄肉平板で、板状母材（１）の所定の接合部分（７）の表面（７ａ）に前記スタッド材（２）が接合されるものとなされている。そして、前記接合部分（７）の裏面には、短円柱状で天面（３ａ）がフラットな補整用凸部（３）が冷間鍛造法等により一体に形成されている。
【００１２】
この補整用凸部（３）は、後述するように溶接時に生じる窪み（８）や熱変形を収める部分であり、直径ｒ、高さｈの短円柱状に形成されている。この補整用凸部（３）の高さｈは、板状母材（１）の肉厚ｔ、及び該板状母材（１）に接合しようとするスタッド材（２）の直径Ｒ、あるいはそれらの相対比との関係で種々に可変設定し得るが、確実に補整用凸部（３）の高さ範囲内に窪み（８）や熱変形を収め、かつ後述の切削加工を容易ならしめるために、板状母材（１）の肉厚１〜３ｍｍに対して、少なくとも０．０５〜１．０ｍｍ、特に０．１〜０．３ｍｍ程度に設定するのが望ましい。また、補整用凸部（３）の直径ｒは、確実に補整用凸部（３）の径範囲内に窪み（８）や熱変形を収めるために、スタッド材（２）の直径Ｒの１／３以上に形成されているのが望ましく、特にスタッド材  （２）の直径Ｒに対して１／２〜３／２程度の直径に形成するのが最も望ましい。
【００１３】
一方、前記スタッド材（２）は、母材（１）と他の部材とを螺着接合せしめるためのアルミニウム製のボルトであり、その一端部（２ａ）が雄ねじに形成されると共に、基端部（２ｂ）が直径Ｒの円柱面に形成されている。また、この基端部（２ｂ）側の下端面（２ｃ）には、その中心位置において円錐上の突起部（４）が一体に形成されており、後述するように該突起部（４）が溶接時に主に溶融するものとなされている。
【００１４】
次に、前記母材（１）とスタッド材（２）のスタッド溶接による接合方法について説明する。
【００１５】
まず、スタッド材（２）の一端部をスタッドガンのチャック部（５）に装着したあと、図２（ａ）に示すように、スタッド材（２）の下端面（２ｃ）の突起部（４）を、板状母材（１）の接合部分（７）の表面（７ａ）に突き付け状に接触させて配置する。
【００１６】
そして、通電を開始したのち、図示略のスタッドガン内のチャック移動機構の働きで、チャック部（５）を板状母材（１）に対して上方にわずかに移動させ、図２（ｂ）に示すように、スタッド材（２）の突起部（４）を板状母材（１）から上方にわずかに離間せしめる。すると、スタッド材（２）の突起部（４）と板状母材（１）の接合部分（７）の表面（７ａ）との間に生じるわずかな空間（６）にアークが発生して、スタッド材（２）の突起部（４）と接合部分（７）の表面（７ａ）の中央部とが溶融し始める。
【００１７】
そこで、これらが適当に溶融したときに、電流を遮断するとともに、再びスタッドガン内のチャック移動機構の働きで、チャック部（５）を母材（１）方向に移動させ、図２（ｃ）に示すように、スタッド材（２）の先端面を、板状母材の接合部分（７）の表面（７ａ）の溶融池に押し付け、この状態を保持しながら溶融金属の冷却固化を待ってチャック部（５）を取り外す。これにより、スタッド材（２）は板状母材（１）に対して垂直に立設する態様で確実に接合されたものとなる。なお、このとき、板状母材（１）の接合部分（７）には熱影響部（９）が生じており、この熱影響部（９）によって前記補整用凸部（３）には窪み（８）や熱変形が生じる。
【００１８】
従って、それら窪み（８）や熱変形が生じた前記補整用凸部（３）のみを、公知の切削加工によって板状母材（１）から切削除去すれば、図２（ｄ）に示すように、窪みや熱変形のないフラットな裏面を有する接合体（Ａ）が得られる。
【００１９】
このように、上述のスタッド溶接による接合方法の実施により、スタッド溶接時の凝固収縮による窪み（８）や熱変形は板状母材（１）自体に生じず、板状母材（１）の補整用凸部（３）に生じるので、その補整用凸部（３）を切削除去するだけの簡単な作業で、それら窪みや熱変形を板状母材から確実に除去することができる。
【００２０】
［実施例］
次に、この発明の実施例を説明する。
【００２１】
スタッド材として、直径６ｍｍ、長さ１５ｍｍのアルミニウム製のスタッドボルトを準備し、一方、これを接合する相手材である薄肉の金属製板状母材として、厚さ１ｍｍ及び２ｍｍの２種類のアルミニウム板を準備した。
【００２２】
前記スタッド材は、先端面中央に基端部直径４ｍｍ、高さ３ｍｍの円錐形補整用凸部を有するものとした。
【００２３】
一方、板状母材は、スタッド材接合予定部位の裏面に短円柱状の補整用凸部を形成したものと、これを形成しないものとを準備した。前記補整用凸部は、冷間鍛造法により母材面に隆起状に一体に形成したものとし、表１に示すようにその高さｈを０．１〜０．５ｍｍの範囲で、また直径ｒを２〜６ｍｍ（スタッド材直径の１／３〜１倍）の範囲で各種に変化させた。
【００２４】
そして、前記スタッド材と板状母材とを、公知のスタッド溶接装置を用いて、常法によりスタッド溶接を実施した。この溶接は、印加電圧を８．５Ｖに設定して行った。
【００２５】
上記による溶接後の接合部について、補整用凸部の天面を観察し、該天面に生じている窪み部分の最大窪み量を測定すると共に、前記補整用凸部及びその近傍における熱変形の発生の有無を調べた。そして、上記最大窪み量が０．１０ｍｍ以下で熱変形の認められないものを良品（○印）と判定し、最大窪み量が０．１０ｍｍを越えるものを不良品（×印）と判定した。前記測定結果及び判定結果を表１に併記した.。
【００２６】
【表１】
0004052758.tif 000002
上記表１より、この発明によれば、補整用凸部にのみ凝固収縮による窪みや熱変形が生じており、該補整用凸部を板状母材から切削除去すれば、それら窪みや熱変形を板状母材から確実に除去し得ることを確認し得た。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、溶接時の凝固収縮による窪みや熱変形が板状母材自体に生じず、板状母材の補整用凸部に生じるので、その補整用凸部を切削除去するだけの簡単な作業で、それら窪みや熱変形を板状母材から確実に除去することができる。従って、板状母材の裏面全体について切削やヘアライン加工等の仕上げ加工を実施する必要なくなり、板状母材裏面の外観を簡単かつ確実に向上することが可能となる。
【００２８】
また、請求項２に係る発明によれば、前記補正用凸部の高さ範囲内に溶接時に生じる窪みを収めることができるので、該補正用凸部のみを切削除去することによって、確実に板状部材の接合部分の裏面を平滑面に仕上げることが可能となる。
【００２９】
さらに、請求項３に係る発明によれば、前記補正用凸部の径範囲内においても溶接時に生じる窪みを収めることができるので、該補正用凸部のみを切削除去することによって、より一層確実に板状部材の接合部分の裏面を平滑面に仕上げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態における板状母材とスタッド材を接合前の状態において示した断面図である。
【図２】この発明による部材接合方法の一実施形態を工程順に示した断面図である。
【図３】従来の部材接合方法による母材とスタッド材の接合部を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・板状母材
２・・・スタッド材
３・・・補整用凸部
４・・・突起部
【図１】
0004052758.tif 000003
【図２】
0004052758.tif 000004
【図３】
0004052758.tif 000005