JP2002011579A - 抵抗溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 板厚にばらつきがある場合においても、チリ
等の発生がなく、溶接不良のない信頼性の高い溶接方法
を提供する。 【構成】 例えばフランジ１１が備えられた金属キャッ
プ１０と環状のプロジェクション２１とを備えた金属ベ
ース２０とを鉄やステンレスなどから作製し、金属キャ
ップ１０を窒素雰囲気あるいは水素雰囲気中で焼鈍しな
どの熱処理を施して、金属キャップ１０の硬度を金属ベ
ース２０、少なくともプロジェクション２１の硬度より
も低くする。この後、フランジ１１と金属ベース２０と
を接触させ、従来とほぼ同様の条件で、プロジェクショ
ン抵抗溶接を行う。このとき、プロジェクション２１の
断面形状を略三角形状とし、頂角の角度を９０°以下に
設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は抵抗溶接方法に関す
る。具体的には、電気部品であるリレーなどのように金
属キャップと金属ベースなどを気密溶接する場合などに
用いられ、２つの金属部材のうち、いずれか一方に環状
の突起（プロジェクション）を設けて、当該部分に溶接
電流を集中的に流して溶接する抵抗溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、種々ある電気部品の中でリレ
ーなどにおいては、内部部品保護の必要性から、図４に
示すように、金属キャップ１０と金属ベース２０とを用
いて密封している。この際、金属キャップ１０と金属ベ
ース２０の密封は、いわゆるプロジェクション溶接と言
われる抵抗溶接方法によって行われている。

【０００３】金属キャップ１０は、内部部品を収納する
ために下部が開口されたケース部１２と開口周辺に備え
られた平板状のフランジ１１とから構成されており、鉄
やステンレスなどからなる金属板から一体として作製さ
れている。金属ベース２０は、前記ケース部１２の開口
を塞ぎフランジ１１と溶接可能に、鉄やステンレスなど
からなる金属板からほぼ平板状に作製されている。ま
た、金属ベース２０には、前記フランジ１１と接触する
プロジェクション部２１が環状に凸設されている。

【０００４】これら金属キャップ１０や金属ベース２０
は、図５及び図６に示すように、フランジ１１を金属ベ
ース２０に重ね合わせ、当該重ね合わせた箇所を上下に
配置された２つの電極３０により挟み込み、加圧しなが
ら両電極３０間に通電することによって、抵抗溶接す
る。

【０００５】しかしながら、金属キャップ１０や金属ベ
ース２０は、通常、量産性やコストを考慮してプレス加
工により造られる。プレス加工では部品の仕上がり精
度、例えば板厚のばらつきや反りなどに限界があり、特
に部品サイズが大きいほど、また部品形状が円形より角
形であるほど部品精度が低下する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７
（ａ）に示すようにプロジェクション２１や金属ベース
２０など板厚にばらつきが存在する部品同士を抵抗溶接
すると、電極３０加圧時に板厚が厚い部分では２つの部
材が十分に接触するが、板厚が薄い部分ではストッパー
となって十分に接触しない。

【０００７】この結果、図７（ｂ）に示すように、板厚
の厚い部分では溶接ナゲット２２が十分に形成される
が、薄い部分では溶接されず気密不良となる恐れがあっ
た。仮にプロジェクション２１全周が接触したとして
も、薄い部分が厚い部分に比べ、薄い部分の方が接触抵
抗が大きくなるため溶接強度が低くなり、また、通電電
流を増加させると薄い部分でいわゆるチリが発生すると
いう問題点があった。

【０００８】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みたも
のであって、板厚にばらつきがある場合においても、チ
リ等の発生がなく、溶接不良のない信頼性の高い溶接方
法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の抵抗溶接方法
は、２つの金属部材のいずれか一方にプロジェクション
を設けた抵抗溶接方法において、前記プロジェクション
を設けた金属部材の硬度を、残る一方の金属部材の硬度
よりも大きくしたことを特徴としている。

【００１０】このために、前記残る一方の金属部材の少
なくとも前記プロジェクションが接する部分に、当該部
分の硬度を低減する処理を施す、あるいは前記プロジェ
クションを形成した金属部材の少なくとも前記プロジェ
クションに、当該部分の硬度を増加する処理を施すこと
が挙げられる。

【００１１】前者の硬度を低減する処理として、例え
ば、前記残る一方の金属部材の少なくとも前記プロジェ
クションが接する部分に熱処理を施することが挙げられ
る。当該熱処理としては、前記金属部材を雰囲気加熱に
より熱処理する方法、真空雰囲気において熱処理する方
法、あるいは水素含有雰囲気において熱処理する方法が
挙げられる。また、エネルギービームを照射したり、２
つの金属部材を接触させて通電によるジュール熱によっ
て熱処理することが挙げられる。

【００１２】また、後者の硬度を増加する処理として
は、例えば、前記プロジェクションを形成した金属部材
の少なくとも前記プロジェクションに、熱処理を施すこ
とが挙げられる。また、前記プロジェクションを形成し
た金属部材の少なくとも前記プロジェクションを加圧処
理することが挙げられる。

【００１３】さらに、本発明においては、前記プロジェ
クションを形成した金属部材の少なくとも前記プロジェ
クションに、前記残る金属部材の当該プロジェクション
と接する部分の硬度よりも大きな金属材料を使用するこ
ともできる。

【００１４】また、本発明においては、前記プロジェク
ションの断面形状を、略三角形状とし、その頂角を９０
°以下に設定するのが望ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の抵抗溶接方法にお
ける概略的説明図である。本発明は、２つの金属部材を
用いたプロジェクション溶接について適用されるもので
ある。以下においては、リレーのケースとして用いられ
る金属キャップ１０及び金属ベース２０を用いた場合に
ついて説明するが、本発明は当該実施の形態に限られる
ものではなく、抵抗溶接が行われる全ての金属部材に適
用できるものである。

【００１６】本発明においては、プロジェクション２１
を形成する金属部材の硬度を残る一方の金属部材の硬度
よりも高くすることを特徴としている。金属キャップ１
０と金属ベース２０とを抵抗溶接する場合には、通常、
プロジェクション２１は金属ベース２０に環状に形成さ
れる。従って、金属キャップ１０には、例えばビッカー
ス硬度が１００程度の金属材料が用いられ、また、金属
ベース２０には、例えばビッカース硬度が１５０程度の
金属キャップ１０よりも柔らかい金属材料が用いられ
る。このとき、金属材料としては、鉄やステンレスなど
従来からプロジェクション溶接で用いられていたもので
あれば特に制限なく使用できる。また、本発明において
は両者の硬度が、金属ベース２０側が小さければよく、
両者の材質は異なるものであっても差し支えない。この
場合、両者の硬度差は、概ね２０〜３０以上あるのが好
ましいが、両者の材質や金属キャップ１０、金属ベース
２０の作製精度などにより、圧接時にプロジェクション
２１が十分にフランジ１１に埋め込まれるようでなれば
十分である。

【００１７】また、プロジェクション２１としても従来
と同様にその断面形状は特に限定されるものではない
が、本発明においては、プロジェクション２１をフラン
ジ１１に喰い込みやすい形状にするのが好ましく、図１
に示すようにその断面を略三角形状とし、その頂角を９
０°以下に設定するのがよい。ただし、この三角形状と
は、完全な三角形状を意味するものではなく、その頂角
がやや丸みを帯びたり、図示するように台形に近いもの
であっても差し支えない。プロジェクション２１の先端
が、金属キャップ１０(フランジ１１）に喰い込みこと
が出来さえすればよいからである。

【００１８】当該方法においては、従来と全く同様の工
程、同様の条件によって溶接することができる。すなわ
ち、図１（ａ）に示すように板厚にばらつきがあり、電
極３０によって金属キャップ１０と金属ベース２０を圧
接した場合に、金属キャップ１０と金属ベース２０との
間に隙間がある部分（図面右側）とない部分（図面左
側）を生じるような場合であっても、同図（ｂ）に示す
ように電極３０によって、金属キャップ１０と金属ベー
ス２０とを接触させ、その後加圧することにより、同図
（ｃ）に示すように、板厚の厚い部分（図面左側）では
プロジェクション２１がフランジ１１に喰い込み、板厚
の薄い部分（図面右側）が接触しわずかにプロジェクシ
ョン２１がフランジ１１に喰い込むようになる。その
後、２つの電極間３０に電流を流すことにより、両者の
溶接部分に溶接ナゲット４１が生じ、十分に溶接され
る。

【００１９】このように金属キャップ１０側の硬度を、
金属ベース２０（プロジェクション２１）の硬度よりも
小さくした場合には、図１（ａ）に示すように、プロジ
ェクション２１に高低があった場合、すなわち、金属ベ
ース２０の厚さにばらつきがあった場合にも、図１
（ｃ）に示すように、金属ベース２０と金属キャップ１
０のフランジ１１が圧接されると、プロジェクション２
１の高い部分が金属ベース２０に喰い込むことになる。
この結果、プロジェクション２１の高い部分が変形さ
れ、プロジェクション２１の低い部分においてもフラン
ジ１１と十分に接触することになる。こうして、プロジ
ェクション２１の高さばらつき、あるいはフランジ１１
の板厚のばらつきによる隙間が、プロジェクション２１
が金属ベース２０と接触する部分における変形によって
吸収される。従って、環状に設けられたプロジェクショ
ン２１が全周において均一に溶接され、信頼性の高い気
密溶接が行える。また、溶接条件としても、従来とほぼ
同様の条件、例えば、加圧力を、２５ＫＮとして、溶接
電流が８５ＫＡ、通電時間が２０ｍｓの条件によって、
溶接が可能であり、これよりも大きな通電電流を流す必
要もないため、チリを発生させることもない。

【００２０】この実施の形態においては、金属キャップ
１０全体を硬度の小さな金属材質によって作製すること
としたが、必ずしも金属キャップ１０全体を同じ材質で
作製する必要もなく、少なくともプロジェクション２１
と接触する部分の硬度を小さくすればよく、例えばフラ
ンジ１１のみを硬度の小さな金属材料で作製してもよい
のは言うまでもない。

【００２１】また、本発明においてはプロジェクション
２１と当該プロジェクション２１と接触する部分との硬
度差を設けることができればよく、その方法としては種
々の方法が考えられる。例えば、金属キャップ１０と金
属ベース２０とを同じ材質で作製し、少なくともプロジ
ェクション２１と接触する部分に熱処理を加えることに
より当該部分の硬度を低減させる、あるいは少なくとも
プロジェクション２１に熱処理を加えることにより当該
部分の硬度を上げることが考えられる。このように、熱
処理などの方法により硬度差を設けることにすれば、金
属ベース２０と金属キャップ１０の材質を従来と同様の
ものが用いることができ、また、両者に使用できる金属
材料の種類を増やすことが可能になる。

【００２２】このとき、熱処理によりプロジェクション
２１と接触する部分の硬度を低減させる方法として、金
属キャップ１０全体を雰囲気加熱により熱処理を加える
ことが挙げられる。雰囲気加熱の条件としては、例え
ば、ステンレスＳＵＳ３０４から作製された金属キャッ
プ１０の場合（約１５０ビッカース硬度）、窒素雰囲気
中で、１０５０〜１１５０℃で３０〜６０分間保持した
のち、−１〜−１０℃／秒の冷却速度で焼鈍をすること
により、金属キャップ１０の硬度を低下させることがで
きる。上記の場合、フランジ１１の硬度は、概ね１３０
〜１５０ビッカース硬度にまで低下する。

【００２３】また、金属キャップ１０全体を、真空雰囲
気中にて熱処理を行うことによっても硬度を低減させる
ことができる。このときの条件として、例えば、ステン
レスＳＵＳ３０４から作製された金属キャップ１０の場
合、窒素雰囲気において、１０^-1〜１０^-2ｔｏｒｒと
し、１０５０〜１１５０℃で３０〜６０分間保持したの
ち、−１〜−１０℃／秒の冷却速度で焼鈍をする。この
ように処理することにより、フランジ１１の硬度は、概
ね１３０〜１５０ビッカース硬度にまで低下する。この
場合には、熱処理時に溶接部表面の酸化物が合わせて除
去されるため、さらに溶接性を向上させることができ
る。

【００２４】あるいは、金属キャップ１０全体を、水素
含有雰囲気中にて熱処理を行ってもよい。このときの条
件として、例えば、ステンレスＳＵＳ３０４から作製さ
れた金属キャップ１０の場合、水素１００Ｖ／Ｖ％から
９７Ｖ／Ｖ％を含有する窒素雰囲気において、１０５０
〜１１５０℃で３０〜６０分間保持したのち、−１〜−
１０℃／秒の冷却速度で焼鈍をする。このように処理す
ることにより、フランジ１１の硬度は、概ね１３０〜１
５０ビッカース硬度にまで低下する。当該場合において
も、熱処理時に溶接部表面の酸化物が合わせて除去され
るため、さらに溶接性を向上させることができるだけで
なく、真空装置も不要になり、コスト上昇を少なくでき
る。

【００２５】これらの方法においては、金属キャップ１
０全体を熱処理することにより、プロジェクション２１
と接触する部分の硬度を低下することにしたが、もちろ
ん、局所的に熱処理を行うことによって、硬度を低下さ
せることもできる。

【００２６】例えば、図２に示すようにフランジ１１裏
面のプロジェクション２１と接触する部分に、エネルギ
ービームを照射することが挙げられる。このときの条件
として、ＹＡＧレーザにより、パルス幅を２０ｍｓ、照
射エネルギーを２０Ｊ／パルス、移動速度１ｍｍ／秒、
Ｄｆを＋１０ｍｍとして照射することにより、硬度を低
下させることができる。

【００２７】この方法によれば、局所的に熱処理を施す
ことが可能であり、その他の部分の変質がなく、信頼性
よく熱処理を施すことができる。

【００２８】あるいは、ピーク電流を通電させる前に、
金属キャップ１０のフランジ１１と金属ベース２０とを
接触させた状態で加圧して通電をし、両者の間にジュー
ル熱を発生させることによって、プロジェクション２１
と接触するフランジ１１部分の硬度を低下させることも
できる。このときの条件として、例えば、２５ＫＮの加
圧下で、６０ＫＡの電流を５０ｍｓ程度通電させること
により、フランジ１１の硬度を低下させることができ
る。

【００２９】このように様々な熱処理を加えることによ
り、プロジェクション２１と接触する側の金属部材の硬
度を低下させることにより、気密精度を高めることがで
きる。

【００３０】さらに、本発明においては、プロジェクシ
ョン２１の硬度を高めることによって、金属キャップ１
０と金属ベース２０との間に硬度差を設けることもでき
る。

【００３１】例えば、プロジェクション２１をビッカー
ス硬度が１５０程度のステンレス材料から作製し、フラ
ンジ１１を含む金属キャップ１０をそれよりも硬度が低
い、ビッカース硬度が１２０程度の鉄から作製すること
が挙げられる。このようにしても、圧接時には、板厚が
厚くなった部分がフランジ１１によって吸収され、プロ
ジェクション２１とフランジ１１とをプロジェクション
２１全周において隙間なく接触させることができる。

【００３２】また、金属ベース２０に熱処理することに
よって、プロジェクション２１を含む金属ベース２０全
体の硬度を高めることができる。例えば、炭素鋼（Ｓ
Ｋ）から作製された金属ベース２０を、窒素雰囲気にお
いて、１０^-1〜１０^-2ｔｏｒｒとし、７６０〜８２０℃
で５〜１０分間保持したのち、−１００℃／秒程度の冷
却速度で水冷して焼入れする。このように処理すること
により、プロジェクション２１の硬度は、概ね６００〜
７００ビッカース硬度にまで増加する。

【００３３】また、図３（ａ）（ｂ）に示すように、プ
ロジェクション２１が形成された金属ベース２０を上金
型５１と下金型５２とで挟み込み、加圧処理をすること
によってプロジェクション２１の硬度を増加することが
できる。このときの条件として、例えば、鉄から作製さ
れたビッカース硬度１２０の金属ベース２０に、２００
０ＫＮの荷重を掛けることにより、ビッカース硬度は１
５０程度に増加する。

【００３４】この方法によれば、図３に示すように、所
望する断面形状の凹部５３が形成された上金型５１を用
いることにより、プロジェクション２１の成形と同時に
加圧処理することができ、製造工程を増やすことなく、
精度のよい抵抗溶接を行うことができる。

【００３５】このように種々の方法を用いることで、プ
ロジェクション２１の硬度を、当該プロジェクション２
１と接触する部分の硬度よりも大きくすることにより、
板厚にばらつきのある金属部材（金属キャップ１０と金
属ベース２０）の抵抗溶接時における精度を上げ、例え
ばリレーなどの電気部品における気密性を向上できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の溶接抵抗方法によれば、前記プ
ロジェクションを設けた金属部材の硬度を、残る一方の
金属部材の硬度よりも大きくしているので、圧接時にお
いてプロジェクションが残る金属部材に喰い込む、厚さ
のばらつきによる隙間が吸収される。この結果、プロジ
ェクションのほぼ全体が残る金属部材と接触し、隙間な
く両金属部材を抵抗溶接できる。

【００３７】また、本発明においては熱処理により、プ
ロジェクションを設けた金属部材の硬度を高くすること
ができるので、比較的簡単に実施することができる。特
に、真空雰囲気や水素含有雰囲気において処理すること
により、プロジェクション表面の酸化膜を除去できるの
で、より一層確実に溶接が施せる。さらに、エネルギー
ビームによって熱処理を行うことにより、当該プロジェ
クションと接する部分のみを熱処理できるので、他の部
分への影響を少なくし、品質の低下を防ぐことができ
る。

【００３８】一方、熱処理により、プロジェクションの
硬度を低下することができるので、比較的簡単に実施す
ることもできる。また、プロジェクションを加圧するこ
とによっても硬度を低下させることができるので、プロ
ジェクションの成形と同時に行うことが可能で、製造工
程を増加させることなく、抵抗溶接の精度を向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶接抵抗方法を示す概略的説明図であ
る。

【図２】本発明におけるエネルギービームによる熱処理
を示す説明図である。

【図３】本発明におけるプロジェクションの加圧処理を
示す説明図である。

【図４】リレーに用いられるケースの概略的分解斜視図
である。

【図５】溶接抵抗方法を示す概略的斜視説明図である。

【図６】溶接抵抗方法を示す概略的断面説明図である。

【図７】従来の溶接抵抗方法における問題点を示す説明
図である。

【符号の説明】

１０ 金属キャップ １１ フランジ ２０ 金属ベース ２１ プロジェクション ３０ 電極 ５１ 上金型 ５２ 下金型

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの金属部材のいずれか一方に環状の
   プロジェクションを設け、両金属材を抵抗溶接により気
   密溶接する方法において、 前記プロジェクションを設けた金属部材の硬度を、残る
   一方の金属部材の硬度よりも大きくしたことを特徴とす
   る抵抗溶接方法。
2. 【請求項２】 前記残る一方の金属部材の少なくとも前
   記プロジェクションが接する部分に、当該部分の硬度を
   低減する処理を施したことを特徴とする請求項１記載の
   抵抗溶接方法。
3. 【請求項３】 前記残る一方の金属部材の少なくとも前
   記プロジェクションが接する部分に熱処理を施したこと
   を特徴とする請求項２記載の抵抗溶接方法。
4. 【請求項４】 前記金属部材を雰囲気加熱により熱処理
   することを特徴とする請求項３記載の抵抗溶接方法。
5. 【請求項５】 前記金属部材を真空雰囲気において熱処
   理することを特徴とする請求項３記載の抵抗溶接方法。
6. 【請求項６】 前記金属部材を水素含有雰囲気において
   熱処理することを特徴とする請求項３記載の抵抗溶接方
   法。
7. 【請求項７】 前記残る一方の金属部材の少なくとも前
   記プロジェクションが接する部分にエネルギービームを
   照射して熱処理することを特徴とする請求項３記載の抵
   抗溶接方法。
8. 【請求項８】 前記２つの金属部材を接触させ、通電に
   よるジュール熱による熱処理することを特徴とする請求
   項３記載の抵抗溶接方法。
9. 【請求項９】 前記プロジェクションを形成した金属部
   材の少なくとも前記プロジェクションに、当該部分の硬
   度を増加する処理を施したことを特徴とする請求項１記
   載の抵抗溶接方法。
10. 【請求項１０】 前記プロジェクションを形成した金属
    部材の少なくとも当該プロジェクションに熱処理を施す
    ことを特徴とする請求項９記載の抵抗溶接方法。
11. 【請求項１１】 前記プロジェクションを形成した金属
    部材の少なくとも前記プロジェクションを加圧処理する
    ことを特徴とする請求項９記載の抵抗溶接方法。
12. 【請求項１２】 前記プロジェクションを形成した金属
    部材の少なくとも前記プロジェクションに、前記残る金
    属部材の当該プロジェクションと接する部分の硬度より
    も大きな金属材料を使用することを特徴とする請求項１
    記載の抵抗溶接方法。
13. 【請求項１３】 前記プロジェクションの断面形状が、
    略三角形状であって、頂角が９０°以下であることを特
    徴とする請求項１から１２記載いずれかの抵抗溶接方
    法。