JP2001030082A - フランジ付きボルトのプロジェクション溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フランジ付きのプロジェクションボルトを溶
接するときには、溶着面積をできるだけ大きくすること
が望ましく、また、スパッタの飛散も防止しなければな
らない。 【解決手段】 フランジ１４に頂部１６を有する隆起部
１５を設け、さらに、板部材２２が密着される電極１８
に通電孔２３を明け、板部材２２に頂部１６を押し付け
て通電する。すると、頂部１６と板部材２２の接触箇所
２４が最初に溶融し、溶融部は順次同心円状に拡大して
ゆき、広い溶着面積が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】軸部に円形のフランジが設け
られたフランジ付きボルトに隆起部が形成されており、
この隆起部を相手方の板部材に押し付けてから通電し
て、プロジェクション溶接を行うことがなされている。
本発明は、このような形式のプロジェクション溶接の分
野に属している。

【０００２】

【従来の技術】上述のような種類の溶接手法は、特開平
６−２７７８５３号公報に開示されている。その要点を
図６の（Ａ）（Ｂ）にしたがって説明する。プロジェク
ションボルト１は、軸部２とフランジ３から構成され、
フランジ３には球形の突起４が形成されている。可動電
極５に軸部２の受入孔６が明けられ、その奥にボルト保
持用の磁石７が固定されている。一方、固定電極８上に
は相手方の鋼板部品９が載置され、電極８の中央部に円
形の凹部１０が形成してある。

【０００３】この公報に開示されている技術の基本的な
考え方は、可動電極に保持されたボルトのフランジ３や
突起４がプレス型の雄型であり、一方、凹部１０を備え
た固定電極がプレス型の雌型であり、可動電極が進出す
ると、鋼板部品９に絞り成型がなされたような現象、す
なわち、（Ｂ）図のような状態になり、フランジ３や突
起４が鋼板部品９にめり込んだようなものとなる。その
後、両電極間に通電がなされると、フランジ３の外周角
部と凹部１０の環状の角部に挟み付けられている箇所の
電流密度が高くなるので、その部分が環状に溶融して溶
着がなされる。

【０００４】（Ｂ）図の符号１１は環状の溶着部分を示
している。このようにフランジ３の外周部が溶着するよ
うにするために、凹部１０の直径はフランジ３の直径と
ほぼ同じ大きさにしてあり、フランジ３の外周部と凹部
１０の開口角部との間の電流密度が高くなるように設定
してある。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】上述のような先行技
術であると、鋼板部品９に積極的にプレス成型がなされ
た状態であるから、電極凹部１０の開口角部の摩耗が著
しく進行するので、電極の交換をたえず行う必要があ
り、交換作業や電極費用の面で好ましくない。

【０００６】さらに、プレス成型を行うほどの高い圧縮
力を加えて通電するものであるから、溶融した箇所の金
属は強圧されている状況下で急膨脹をすることとなり、
よって、溶融金属が飛散する、いわゆるスパッタの発生
が激しくなされて、作業環境の面で好ましくなく、ま
た、作業者にとって危険でもある。ここで、注目される
のは、溶融部分１１の箇所だけに通電が継続的になされ
るから、その部分の溶融金属の温度が著しく高くなるこ
とである。したがって、上述の急膨脹が一層助長されて
スパッタの飛散が激しくなっているのである。

【０００７】溶融部分１１の形状が細い環状の形態であ
るから、溶着面積が少なくて溶接強度が十分に確保でき
ないという、強度上の問題がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段とその作用】本発明は、上
述の問題点を解決するために提供されたもので、ボルト
と板部材の接触箇所および板部材と通電孔角部との接触
箇所を意図的に選定することによって、問題解決がなさ
れている。

【０００９】請求項１の発明は、軸部に円形のフランジ
が一体的に設けられているフランジ付きボルトを溶接の
対象とするものであって、フランジ面には中央部に頂部
を備えた偏平な隆起部がフランジと同心状に形成されて
おり、電極の端面中央部に円形の通電孔を明け、この電
極に相手方の板部材を密着させ、前記隆起部をこの板部
材に押し付けながら溶接電流を通電して、前記頂部と板
部材との接触箇所および板部材と通電孔の角部との接触
箇所が主たる通電箇所とされ、前記頂部と板部材との接
触箇所における通電初期の溶融部が板部材と通電孔の角
部との接触箇所に向かって順次同心円状に拡大して行く
ことを特徴とする溶接方法である。

【００１０】したがって、通電初期においては、前記頂
部と板部材の接触箇所が溶融を開始する。しかし、この
溶融部は高温であるため通電抵抗が高く、したがって、
この溶融部の外周側の通電抵抗の低い領域に通電箇所が
移行してゆくこととなり、溶融は初期の溶融部が順次同
心円状に拡大してゆく現象を呈する。このような現象
は、通電孔角部と板部材との接触箇所が環状の形態でも
って頂部と板部材との接触箇所を包囲したような状態に
なっているから、溶融箇所が順次外周側へ同心円の形で
移行してゆくのである。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１において、隆
起部の周囲のフランジ平面部と通電孔の周囲の電極平面
部との間に板部材が挟み付けられ、隆起部の隆起形状に
応じた膨出形状部が通電加熱時に通電孔の開口部内に向
かって形成されることを特徴とする溶接方法である。通
電加熱時には、板部材は隆起部側は溶融状態になり、そ
の反対側すなわち通電孔の開口部側は赤熱状態になって
いるので、この部分の板部材は軟化している。そのよう
な状態のところに溶融金属の膨脹やフランジの押し付け
がなされるので、上記膨出形状部が形成されるのであ
る。この形状部は、隆起部の容積分とほぼ同等の膨出量
ということになり、換言すると、隆起部が一旦溶融され
てから膨出形状部に変換された形になる。したがって、
隆起部全体が溶融されて広い溶着面積が確保できるので
ある。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１において、通
電孔の直径は隆起部の直径とほぼ同じ大きさに設定され
ていることを特徴とする溶接方法であるから、前述の同
心円状の溶融箇所の広がりが少なくとも通電孔の直径の
箇所まで確保でき、溶着面積が大きくなる。

【００１３】請求項４の発明は、請求項１において、通
電孔の直径を選定することによって、隆起部の溶融範囲
が設定されることを特徴とする溶接方法である。よっ
て、通電孔をフランジの直径と同等にすれば、溶着面積
はフランジ全面にわたって得られる。また、通電孔の直
径を小さくすれば、それに応じた溶着面積がえられる。
このように通電孔の直径を選定することによって、必要
とされる溶着面積を自由に選定することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図示の実施形態にしたがっ
て本発明をくわしく説明する。鉄製のプロジェクション
ボルト１２は、軸部１３に円形のフランジ１４が一体に
設けられたもので、フランジ１４には隆起部１５が形成
してある。この隆起部１５は、フランジ１４と同心円状
になった円形であり、偏平な円錐形とされている。した
がって、その中央部には頂部１６が形成されている。可
動電極１７と固定電極１８とは同軸状態で配置され、可
動電極１７は図示していないがエアシリンダによって進
退ストロークを行うようになっている。可動電極１７に
は軸部１３の受入孔１９が明けられ、その奥にプロジェ
クションボルト１２を保持する磁石２０が取り付けてあ
る。

【００１５】固定電極１８の端面２１は平面であり、こ
こに板部材である鋼板部品２２が載置されている。固定
電極１８の端面２１の中央部に円形の通電孔２３が明け
られている。この通電孔２３の直径は、図１、図２およ
び図４では、隆起部１５の直径とほぼ同じ大きさであ
る。符号２４は、頂部１６と鋼板部品２２との接触箇所
を示し、符号２５は、鋼板部品２２と通電孔２３の角部
２６との接触箇所を示している。

【００１６】この発明の対象となるプロジェクションボ
ルトは、図３のような形状である。（Ａ）図は、フラン
ジ１４の表面から１段浮上した円形の基部２７が形成さ
れ、その表面に前述の隆起部１５が形成されている。各
部の寸法は、軸部の直径は６ｍｍ、フランジの直径と厚
さはそれぞれ１３ｍｍと０．５ｍｍ、基部２７の直径と
厚さはそれぞれ９ｍｍと０．５ｍｍ、隆起部１５の頂部
の高さは０．２ｍｍ、隆起部１５の円錐部分の傾斜角度
θは４度乃至５度、ボルトの全長は２５ｍｍである。

【００１７】他方、（Ｂ）図のものには前述の基部２７
に相当する部分がない形式であり、各部寸法は、軸部の
直径は４ｍｍ、フランジの直径と厚さはそれぞれ６ｍｍ
と０．７ｍｍ、隆起部１５の直径は４ｍｍ、頂部１６の
高さは０．４ｍｍ、隆起部１５の円錐部分の傾斜角度θ
は７度乃至８度、ボルトの全長は１５ｍｍである。各図
に示されているボルトは（Ｂ）図のタイプであり、した
がって、隆起部１５の外側に環状の平坦なフランジ平面
部２８が形成されている。なお、隆起部１５をなだらか
な球面にすることも可能であり、後述の溶着過程と同様
な現象が得られる。

【００１８】以下、溶接されて行く過程を図２にしたが
って説明する。可動電極１７が後退しているときに受入
孔１９へ軸部１３を挿入するのは、作業者が手で差し込
んでもよいが、他方、種々な形式のものが公知となって
いるように、たとえば供給ロッドにボルトを保持して自
動的に挿入するようにしてもよい。

【００１９】可動電極１７の端面にフランジ１４が密着
した状態で進出してきて、隆起部の頂部１６が鋼板部品
２２に圧接されその状態で通電がなされると、まず、頂
部１６と鋼板部品２２との接触箇所２４が通電初期の段
階で溶融状態になる。この溶融部は、（Ａ）図に符号２
９で示してある。このように溶融されると溶融部２９の
温度が高いのでその箇所の通電抵抗が大きくなり、電流
は抵抗の低い方に移行してゆく。そのために溶融部分は
順次同心円状に拡大してゆくこととなって、（Ｂ）図の
環状の溶融部３０のような状態になる。（Ｂ）図におい
て溶融部３０の内側は梨地状に図示してあるが、これは
理解しやすくするためであって、梨地部分も溶融状態に
なっている。

【００２０】さらに加圧が進むと、（Ｃ）図のように溶
融部３１は最大直径の状態になって隆起部１５全域が溶
着することになる。この最終的な段階では、鋼板部品２
２はフランジのフランジ平面部２８と通電孔周囲の電極
平面部２１との間で挟み付けられ、溶融金属の膨脹力が
作用して膨出形状部３２が通電孔２３の開口部内に向か
って形成される。

【００２１】上述の溶着過程においての通電現象は、頂
部１６と鋼板部品２２の接触箇所２４と鋼板部品２２と
通電孔の角部２６との接触箇所２５が、主たる通電箇所
とされる。したがって、通電は接触箇所２４から接触箇
所２５に向かった流れとなって、前述の溶融部が順次同
心円状に拡大してゆく現象が促進されるのである。

【００２２】通電孔２３の直径について説明する。図４
の場合は、隆起部１５の直径とほぼ同じ大きさであり、
この場合は図２（Ｃ）のような溶融領域となる。また、
図５の実線図示のようにフランジ１４の直径とほぼ同じ
であると、溶着範囲はフランジ全域になる。あるいは、
図５の二点鎖線図示のように直径を小さくすると、溶着
範囲はそれに応じて小さなものとなる。このように、通
電孔２３の直径を適宜選定することによって、溶着範囲
の直径を求められる溶接強度に応じて自由に選ぶことが
できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、フランジ面には中央部
に頂部を備えた偏平な隆起部がフランジと同心状に形成
されており、電極の端面中央部に円形の通電孔を明け、
この電極に相手方の板部材を密着させ、前記隆起部をこ
の板部材に押し付けながら溶接電流を通電して、前記頂
部と板部材との接触箇所および板部材と通電孔の角部と
の接触箇所が主たる通電箇所とされ、前記頂部と板部材
との接触箇所における通電初期の溶融部が板部材と通電
孔の角部との接触箇所に向かって順次同心円状に拡大し
て行くものである。

【００２４】よって、通電初期においては、前記頂部と
板部材の接触箇所が溶融を開始するのであるが、この溶
融部は高温であるため通電抵抗が高く、したがって、こ
の溶融部の外周側の通電抵抗の低い領域に通電箇所が移
行してゆくこととなり、溶融は初期の溶融部が順次同心
円状に拡大してゆく現象を呈する。このような現象は、
通電孔角部と板部材との接触箇所が環状の形態でもって
頂部と板部材との接触箇所を包囲したような状態になっ
ているから、溶融箇所が順次外周側へ同心円の形で移行
してゆくのである。このように溶融部分が順次拡大して
ゆくので、溶着面積は広い領域に渡って得られて、高い
溶着強度が確保できる。

【００２５】主たる通電箇所が順次外周側へ移行してゆ
くので、溶融箇所の温度は異常高温にいたることがな
い。したがって、溶融金属の膨脹度合も緩和されること
になって、スパッタ飛散が防止できる。

【００２６】隆起部の周囲のフランジ平面部と通電孔の
周囲の電極平面部との間に板部材が挟み付けられ、隆起
部の隆起形状に応じた膨出形状部が通電加熱時に通電孔
の開口部内に向かって形成されるものであるから、通電
加熱時には、板部材は隆起部側は溶融状態になり、その
反対側すなわち通電孔の開口部側は赤熱状態になってい
るので、この部分の板部材は軟化している。そのような
状態のところに溶融金属の膨脹やフランジの押し付けが
なされるので、上記膨出形状部が形成されるのである。
この形状部は、隆起部の容積分とほぼ同等の膨出量とい
うことになり、換言すると、隆起部が一旦溶融されてか
ら膨出形状部に変換された形になる。したがって、隆起
部全体が溶融されて広い溶着面積が確保できるのであ
る。このような過程を経て、強い溶着強度が確保され
る。さらに、同心円状の溶融箇所の広がりが少なくとも
通電孔の直径の箇所まで確保でき、溶着面積が大きくな
る。

【００２７】通電孔の直径を選定することによって、隆
起部の溶融範囲が設定されるものであるから、通電孔を
フランジの直径と同等にすれば、溶着面積はフランジ全
面にわたって得られる。また、通電孔の直径を小さくす
れば、それに応じた溶着面積がえられる。このように通
電孔の直径を選定することによって、必要とされる溶着
面積を自由に選定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す縦断側面図である。

【図２】溶着の経過を示す部分的な縦断側面図であり、
順を追って（Ａ）図、（Ｂ）図、（Ｃ）図で経過を示し
てある。

【図３】プロジェクションボルトの側面図であり、
（Ａ）図、（Ｂ）図の２種類を示している。

【図４】通電孔の大きさを示す縦断側面図である。

【図５】他の通電孔の大きさを示す縦断側面図である。

【図６】従来技術の縦断側面図であり、（Ａ）図はプレ
ス成型前、（Ｂ）図は成型・溶着後である。

【符号の説明】

１３ 軸部 １４ フランジ １２ フランジ付きボルト １６ 頂部 １５ 隆起部 １８ 電極 ２１ 端面 ２３ 通電孔 ２２ 板部材 ２４、２５ 接触箇所 ２９、３０、３１ 溶融部 ２８ フランジ平面部 ２１ 電極平面部 ３２ 膨出形状部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸部に円形のフランジが一体的に設けら
   れているフランジ付きボルトを溶接の対象とするもので
   あって、フランジ面には中央部に頂部を備えた偏平な隆
   起部がフランジと同心状に形成されており、電極の端面
   中央部に円形の通電孔を明け、この電極に相手方の板部
   材を密着させ、前記隆起部をこの板部材に押し付けなが
   ら溶接電流を通電して、前記頂部と板部材との接触箇所
   および板部材と通電孔の角部との接触箇所が主たる通電
   箇所とされ、前記頂部と板部材との接触箇所における通
   電初期の溶融部が板部材と通電孔の角部との接触箇所に
   向かって順次同心円状に拡大して行くことを特徴とする
   フランジ付きボルトのプロジェクション溶接方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、隆起部の周囲のフラ
   ンジ平面部と通電孔の周囲の電極平面部との間に板部材
   が挟み付けられ、隆起部の隆起形状に応じた膨出形状部
   が通電加熱時に通電孔の開口部内に向かって形成される
   ことを特徴とするフランジ付きボルトのプロジェクショ
   ン溶接方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、通電孔の直径は隆起
   部の直径とほぼ同じ大きさに設定されていることを特徴
   とするフランジ付きボルトのプロジェクション溶接方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１において、通電孔の直径を選定
   することによって、隆起部の溶融範囲が設定されること
   を特徴とするフランジ付きボルトのプロジェクション溶
   接方法。