JP2005052950A - 閉断面中空金属部品の型成形及び溶接方法、並びに、成形溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルジ成形の利点を損なうことなく、バルジ成形によって得られる閉断面中空金属材に対して抵抗溶接を施すことが可能な閉断面中空金属部品の型成形及び溶接方法と、その方法の実施に使用する成形溶接装置とを提供する。
【解決手段】先ず、金型の成形室１３内に中空パイプ状の金属素管Ｍ１及び他の金属部品Ｍ２を配置し、金属素管Ｍ１の内部が気密又は液密状態となるように当該素管の開口部を封止する。次に、金属素管Ｍ１の内部に圧力媒体を供給することで、溶接電極１５と内圧上昇に伴って膨張する金属素管Ｍ１との間に他の金属部品Ｍ２を挟みながら、その金属素管Ｍ１を成形室１３の内部形状にバルジ成形する。金属素管Ｍ１の内圧を高く維持したまま、他の金属部品Ｍ２に接した溶接電極１５と金属素管Ｍ１に接続された反対電極との間で通電し、溶接電極１５に対応する接合部分に抵抗溶接を施す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、閉断面中空金属部品の型成形及び溶接方法、並びに、成形溶接装置に関し、特に、特殊な成形溶接装置を用いて閉断面中空金属部品の型成形及びその成形品と他の金属部品との溶接を行う方法と、その方法の実施に使用する装置に関するものである。

自動車用中空構造材等の中空金属部品を成形する手法として、ハイドロフォーム（バルジ成形の一種である液圧拡管成形）の利用が進んでいる。従来、ハイドロフォーム成形品と他の部品とを溶接で結合する場合には、アーク溶接やレーザー溶接等の線溶接が採用されている。このように溶接手法が限定されるのは非常に不便であるため、ハイドロフォーム成形品と他部品とをスポット溶接（抵抗溶接の一種）で結合する手法が種々提案されている。例えば特許文献１では、ハイドロフォーム部品における所定箇所の壁部を一部がつながった状態で打ち抜いて外側へ折り曲げることでフランジを作り出し、そのフランジと他部品とを重ね合わせ、そこにスポット溶接を施している。また特許文献２では、第１の閉断面中空材の壁面にプレートを設ける一方、第２の閉断面中空材の壁面にスポット溶接用電極を通すための通孔を開け、その通孔と対向する第２の閉断面中空材の壁面に前記第１の閉断面中空材のプレートを当接して重ね部を作り、その重ね部を左右から二つの電極で挟み込み、そこにスポット溶接を施している。

しかしながら、上記特許文献１及び２に開示の手法では、ハイドロフォーム部品又は閉断面中空材の壁部に対し、打ち抜き加工を施したり通孔を開けたりして開口部を形成するため、そのハイドロフォーム部品又は閉断面中空材の強度及び剛性が低下してしまうという欠点がある。そもそもハイドロフォームの利点は、薄肉な中空部品であっても比較的高い剛性を保ちながら継ぎ目のない一体の閉断面構造体を得られるという点にある。この点を勘案すれば、特許文献１及び２に開示されたスポット溶接の手法はハイドロフォーム成形品の本来の価値を著しく損なう手法と言わざるを得ない。

特開平１１−１７００６０号公報（要約及び従来技術の欄参照） 特開平１１−４９０２７号公報（要約参照）

本発明の目的は、バルジ成形の利点を損なうことなく、バルジ成形によって得られる閉断面中空金属材に対して抵抗溶接を施すことが可能な閉断面中空金属部品の型成形及び溶接方法を提供することにある。また、その方法の実施に使用するための閉断面中空金属部品の成形溶接装置を提供することにある。

本件第１発明は、バルジ成形用の成形室を有する金型、前記成形室内に露出する溶接電極及び反対電極、並びに、圧力媒体の供給手段を備えてなる成形溶接装置を用いて、閉断面中空金属部品の型成形及びその成形品と他の金属部品との溶接を行う方法であって、前記成形溶接装置の成形室内に閉断面形状を有する中空な金属素管及び他の金属部品を配置すると共に、前記金属素管の内部が気密又は液密状態となるように当該金属素管の開口部を封止する準備工程と、前記金属素管の内部に圧力媒体を供給して当該金属素管の内圧を高めることにより、前記成形室の内壁面の一部に露出した前記溶接電極と内圧上昇に伴って膨張する金属素管との間に前記他の金属部品を挟みながら、その金属素管を成形室の内部形状に対応した形状に型成形するバルジ成形工程と、前記金属素管の内圧を高く維持したまま、前記他の金属部品に接する溶接電極と反対電極との間で通電することにより、溶接電極に対応する他の金属部品と金属素管の成形品との接合部分に抵抗溶接を施す溶接工程とを備えることを特徴とする閉断面中空金属部品の型成形及び溶接方法である。

この方法によれば、閉断面形状を有する中空な金属素管をその内部が気密又は液密状態となるようにして他の金属部品と共に成形溶接装置の成形室内に配置した後、金属素管の内部に圧力媒体を供給して当該金属素管の内圧を高めることにより、その金属素管が成形室の内部形状に対応した形状に型成形（バルジ成形）される。このとき、金属素管と共に成形室内に配置されていた他の金属部品は、金属素管の膨張に伴って当該素管の外壁面と成形室の内壁面との間に強く挟まれると共に、成形室の内壁面の一部に露出した溶接電極に押し付けられる。このことは次工程で抵抗溶接を行う際の事前準備となる。

続いて金属素管の内圧を高く維持したまま溶接電極と反対電極との間で通電することにより、溶接電極に対応する他の金属部品と金属素管成形品との接合部分に抵抗溶接が施される。この通電時に金属素管成形品の内部を満たしている圧力媒体は一種のバックアップ（裏支え）の役目を果たす。つまり通電時に金属素管の内圧が高く維持されることで、金属素管の外壁面が他の金属部品に強く押し付けられるのみならず、当該他の金属部品が溶接電極に強く押し付けられるため、通電中、他の金属部品は、金属素管成形品と溶接電極との間に強く挟まれる格好となる。それ故、溶接電極に対応する他の金属部品と金属素管成形品との接合部分には、抵抗溶接によって強固なナゲット（溶接部）が形成される。また、この抵抗溶接は金属素管の内圧を高く維持したまま金型の成型室内で行われるので、溶接歪み（例えば熱変形）が矯正又は未然防止される。

このように第１発明の方法によれば、閉断面中空金属部品の型成形及びその成形品と他の金属部品との間の抵抗溶接を、同一の成形溶接装置を利用した一連の作業として短時間で完了することができる。

なお、抵抗溶接とは、局部（溶接対象箇所）に電流を集中し当該局部での抵抗発熱を利用して溶接を行う溶接手法をいい、例えばプロジェクション溶接、スポット溶接あるいはシーム溶接を例示できる。

本件第１発明において、前記成形溶接装置の溶接電極は、前記成形室の内壁面の一部に凹設された移動通路内において、溶接電極の先端面が前記移動通路の奧に後退する待機位置と、溶接電極の先端面が成形室の内壁面とほぼ面一となる作用位置との間を移動可能に設けられており、前記バルジ成形工程では、溶接電極を待機位置に配置すると共に、金属素管内部への圧力媒体の供給に伴い前記他の金属部品の一部及びそれを押圧する金属素管の一部を前記移動通路内に凸状に変形進入させ、前記溶接工程では、溶接電極を待機位置から作用位置に向けて移動させると共に前記通電を行うことにより、その溶接電極に対応する他の金属部品と金属素管の成形品との接合部分にプロジェクション溶接を施すこと、は非常に好ましい。

この方法によれば、バルジ成形工程で溶接電極を移動通路内の待機位置に配置することにより、溶接電極の先端面及び当該移動通路の内壁面によって、成形室の内壁面に対し窪んだ凹部が成形室の内壁面の一部に構築される。かかる状況下で金属素管の内部に圧力媒体を供給すれば、金属素管の膨張に伴って他の金属部品の一部及びそれを押圧する金属素管の一部が移動通路内（つまり前記凹部内）に凸状に変形しながら進入する。この凸状部分は、次工程で溶接電極を待機位置から作用位置に向けて移動させたときの押し戻し代となる。そして溶接工程で、溶接電極を待機位置から作用位置に向けて移動させると共に、他の金属部品に接する溶接電極と反対電極との間で通電することにより、溶接電極に対応した部分にプロジェクション溶接が施される。その際、溶接電極を待機位置から作用位置に向けて強制移動させることで、他の金属部品の表面に対する溶接電極の先端面の電極加圧力を更に高めることができる。このため、前記凸状部分に電流を集中させて電流密度を高めることができ、位置選択的で強固なナゲットを形成できる。

本件第１発明において、前記圧力媒体が、低導電性の気体又は液体であることは好ましい。また、前記バルジ成形工程及び溶接工程で使用される圧力媒体が８０℃以上（より好ましくは２００℃以上）の高温度に加熱されていることは好ましい。圧力媒体が高温化されることで、バルジ成形時の成形性が改善されると共に、溶接工程での抵抗発熱の熱損失が極力回避され溶接品質が向上する。なお、このような条件に適合する圧力媒体としては、不活性ガス（例えば窒素ガス）等の気体、並びに、電解質等の不純物を極力排除した純水および高耐熱性シリコーンオイル等の液体を例示することができる。

反対電極とは、前記溶接工程において溶接電極との間の通電を実現するためのもう一方の電極のことを意味するに過ぎない。それ故、例えば溶接電極となり得る電極が複数ある場合に、そのうちの一部又は全部が溶接電極としての役目を果たす一方で、前記複数ある電極のうちの一部が電気極性的に反対電極の役割をも担うことがあり得る。なお、本件方法の実施に使用する成形溶接装置の構造の簡素化又は単純化を図る意味で、前記準備工程において、金属素管の内部が気密又は液密状態となるように当該金属素管の開口部を封止する手段（例えばシール部材）が反対電極を兼用することは好ましい。

本件第２発明は、閉断面中空金属部品の型成形及びその成形品と他の金属部品との溶接を行うための装置であって、閉断面形状を有する中空な金属素管及び他の金属部品を配置可能なバルジ成形用の成形室を有する金型と、前記金型の成形室内に露出する溶接電極と、前記溶接電極との間の通電を実現する反対電極と、前記金型の成形室内に配置された前記金属素管の内部を気密又は液密状態とすべく当該金属素管の開口部を封止するシール手段と、前記金属素管の内部に圧力媒体を供給して当該金属素管の内圧を高めるための圧力媒体の供給手段とを備える閉断面中空金属部品の成形溶接装置である。

本件第２発明において、前記溶接電極は、前記成形室の内壁面の一部に凹設された移動通路内において、溶接電極の先端面が前記移動通路の奧に後退する待機位置と、溶接電極の先端面が成形室の内壁面とほぼ面一となる作用位置との間を移動可能に設けられており、前記成形溶接装置は、前記溶接電極を待機位置から作用位置に向けて強制移動させるための電極駆動手段を更に備えること、は好ましい。

また、本件第２発明の成形溶接装置の構造の簡素化又は単純化を図る意味で、金属素管の内部を気密又は液密状態とすべく当該金属素管の開口部を封止するシール手段が、反対電極を兼ねること、は非常に好ましい。

本件第２発明の成形溶接装置によれば、本件第１発明の型成形及び溶接方法を効果的に実施することが可能となる。

本発明の閉断面中空金属部品の型成形及び溶接方法によれば、閉断面中空金属部品の型成形およびその型成形された閉断面中空金属部品と他の金属部品との抵抗溶接を、同一の成形溶接装置を利用した一連の作業として完了することができる。そして、バルジ成形と抵抗溶接とを連続的に（又はほぼ同時に）完了できるため、工程数及び加工時間が非常に少なくて済み、製造コストの低減を図ることができる。加えて、本発明の方法では、バルジ成形品に対し打ち抜き加工や孔開け加工等を施すこと無くその閉断面構造を維持したまま抵抗溶接を行うことができ、バルジ成形の利点である製品の強度及び剛性を損なう虞れがない。このため、抵抗溶接を施しながらも強度及び剛性に優れた閉断面中空金属部品を得ることができる。

本発明の閉断面中空金属部品の成形溶接装置によれば、上記方法を円滑、確実且つ効果的に実施することができる。

以下、本発明を自動車用中空構造材の一種であるフロントサイドメンバーの製造に適用した幾つかの実施例について、図面を参照しながら説明する。

図１〜図５は、実施例１で使用する成形溶接装置、その使用手順及びその装置で得られる製品の概要を示す。図１及び図２に示すように、成形溶接装置は上型１１及び下型１２からなる金型を具備し、上下両型１１，１２の接合時には金型内にバルジ成形用の成形室１３が区画形成される。この成形室１３は、横断面（軸直交断面）が円形状である中空パイプ状の金属素管Ｍ１を横に寝かせた状態で収納できるように長手方向（図１の紙面と直交する方向）に延びており、その成形室１３内には、出発材料としての前記金属素管Ｍ１及び他の金属部品としての金属板材Ｍ２が配置される。

上型には複数の移動通路１４が、成形室１３の長手方向に沿いほぼ等間隔にて設けられている。各移動通路１４は垂直方向に延びている。各移動通路１４の下端部は成形室１３の天井壁面（即ち上型の下側成形面１１ａ）に開口しており、各移動通路１４は成形室の天井壁面の一部に凹設された通路又は凹部の形をなしている。各移動通路１４内には溶接電極１５が、その先端面１５ａ（図１では下端面）を成形室内に露出させ状態で垂直方向に移動可能に設けられている。各溶接電極１５は、その先端面１５ａが移動通路１４の奧（図１では上側）に後退した待機位置（図４（Ａ）参照）と、先端面１５ａが成形室の天井壁面（１１ａ）とほぼ面一となる作用位置（図４（Ｂ）参照）との間を移動可能となっている。溶接電極１５はそれぞれ対応する電極駆動手段としての駆動シリンダ１６と作動連結されている。各駆動シリンダ１６は、溶接電極１５を待機位置から作用位置に向けて強制移動させると共に、溶接終了後には溶接電極１５を待機位置に引き戻す。

図２に示すように、金型（１１，１２）における成形室１３の長手方向両端の各開口部には、それぞれ反対電極としての一対のシール電極１７が装着されている（図２には一方端のみ図示）。各シール電極１７は必要に応じて金型に対し着脱可能である。一対のシール電極１７は、少なくとも金属素管Ｍ１の両端に接しており、成形室１３内に配置された金属素管Ｍ１の内部を気密又は液密状態とすべく金属素管Ｍ１の両端開口部を封止するシール手段の役割を担う。また、溶接電極１５とシール電極１７とは電源及びスイッチ回路（図示略）を挟んで電気的に接続されており、シール電極１７は、溶接電極１５との間に介在する金属素管Ｍ１及び金属板材Ｍ２に対し通電する際の反対電極としても機能する。更に図２に示すように、一対のシール電極１７のうちの少なくとも一方には連通路１７ａが形成され、その連通路１７ａを介して金属素管Ｍ１の内部と加圧ポンプＰとが接続されている。圧力媒体の供給手段としての加圧ポンプＰは、気密又は液密状態の金属素管Ｍ１の内部に圧力媒体（例えば窒素ガス）を供給して金属素管Ｍ１の内圧を制御する。

実施例１の成形溶接装置を用いて図５に示すような製品（フロントサイドメンバー）を製造する手順を説明する。先ず図１に示すように、横断面（軸直交断面）が円形状である中空パイプ状の金属素管Ｍ１及び金属板材Ｍ２を金型の成形室１３内に配置する。金属素管Ｍ１及び金属板材Ｍ２は同種金属（例えばステンレス鋼）でできている。金属板材Ｍ２は上型１１と下型１２との境界位置にて両型１１，１２に挟まれる格好で水平に保持され、その水平な金属板材Ｍ２よりも下の成形室下側領域には、金属素管Ｍ１が成形室１３の左右壁面及び底壁面並びに金属板材Ｍ２の下面にほぼ内接するように配置される。また図２に示すように、金属素管Ｍ１の両端開口部に対しそれぞれシール電極１７を装着し、金属素管Ｍ１の内部を気密又は液密状態とする。尚、各シール電極１７は、成形室１３の長手方向両端開口をも完全に封止する。

次に、加圧ポンプＰによって金属素管Ｍ１の内部に圧力媒体（例えば窒素ガス）を供給して、金属素管Ｍ１の内圧を１０〜２００ＭＰａ程度に高める。この内圧上昇に伴い、金属素管Ｍ１は金属板材Ｍ２を上に押しながら膨張し、図３に示すように成形室１３の内壁面形状に対応した形状にバルジ成形される。このとき、金属板材Ｍ２も、膨張によりバルジ成形された金属素管Ｍ１と成形室の天井壁面（１１ａ）との間に強く挟まれて、その天井壁面（１１ａ）の形状に対応した形状に成形される。加えて図３及び図４（Ａ）に示すように、待機位置に配置された溶接電極１５の先端面１５ａと移動通路１４の内壁面とによって区画されるところの前記天井壁面（１１ａ）に対して窪んだ凹部内に、金属板材Ｍ２の一部及び金属素管Ｍ１の管壁の一部が凸状に変形しながら進入する。

続いて、金属素管Ｍ１の内圧を維持したまま、各溶接電極１５を待機位置から作用位置に向けて強制移動させると共に、溶接電極１５とシール電極１７との間で通電を行う。各溶接電極１５の作用位置への移動に伴い、各電極の先端面１５ａが金属板材Ｍ２の表面に強く押し付けられるため、前記凸状に変形進入した部位に電流を集中させ、当該部位に対し効果的なプロジェクション溶接を行うことができる。各溶接電極１５は、遅くとも溶接完了までに図４（Ｂ）に示す作用位置に達するので、ナゲットＮが金属板材Ｍ２の表面から突出することはない（図５参照）。

このように実施例１によれば、一つの成形溶接装置の内部でバルジ成形とプロジェクション溶接とを一続きに行うことで、図５に示すような製品を得ることができる。図５の製品では、金属素管Ｍ１部分の横断面形状は最初の円形状から略方形状に変化しているが、閉断面形状であることに変わりはない。また、閉断面中空金属部品たるバルジ成形品（Ｍ１）に対して、打ち抜き加工等を施すこと無く、金属板材Ｍ２を複数のナゲットＮで溶接しているため、その製品の強度及び剛性はバルジ成形の利点を最大限に生かした優れたものとなる。

尚、実施例１では、シール電極１７を金属素管Ｍ１の両端開口部を封止するためのシール手段として、且つ各溶接電極１５との間で通電を実現するための反対電極として用いたが、シール電極１７を電極機能のない単なるシール材で置換してもよい。その場合には、複数ある溶接電極１５のいくつかを正極に、残りを負極に接続し、複数個の電極１５を溶接電極及び反対電極として機能させることで抵抗溶接を施すようにしてもよい。

図６〜図８は、実施例２で使用する成形溶接装置、その使用手順及びその装置で得られる製品の概要を示す。この実施例２欄では、上記実施例１と異なる点を主に説明し、実施例１とほぼ同じ装置構成や使用手順等については説明を省略する。

図６及び図７に示すように、実施例２の成形溶接装置では、下型１２におけるバルジ成形用の成形室１３の左側及び右側に、水平方向に延びる複数の移動通路１４が設けられている。各移動通路１４の内端部は成形室１３の左右内壁面に開口しており、各移動通路１４は成形室の左右内壁面の一部に凹設された通路又は凹部の形をなしている。各移動通路１４内には溶接電極１５が、その先端面１５ａを成形室内に露出させ状態で水平方向に移動可能に設けられている。各溶接電極１５は、その先端面１５ａが移動通路１４の奧に後退した待機位置と、先端面１５ａが成形室の左右内壁面とほぼ面一となる作用位置との間を移動可能となっている。溶接電極１５はそれぞれ対応する電極駆動手段としての駆動シリンダ１６と作動連結されている。

実施例２の成形溶接装置では、バルジ成形のための補助具として入れ子型２１が併用される。この入れ子型２１は成形室１３の長手方向に沿って延びており、成形室１３の長手方向全長にほぼ等しい長さを持つ。また、入れ子型２１の上面側は金属素管Ｍ１のバルジ成形用成形面として所定の形状をなしている。その一方で、入れ子型２１の下面及び左右側面は、成形室１３の底壁面及び左右内壁面との間に他の金属部品としてのプレス成形素材Ｍ３を緊密に挟み込むことができるように形成されている。入れ子型２１は、プレス成形素材Ｍ３及び金属素管Ｍ１と共に成形室１３内に配置されて、金型の一部を構成する。なお、図７に示すように、実施例２の成形溶接装置は、実施例１の装置と同様、反対電極としての一対のシール電極１７及び加圧ポンプＰを具備する。

実施例２の成形溶接装置を用いて図８に示すような製品（フロントサイドメンバー）を製造する手順を説明する。先ず、プレス成形素材Ｍ３、入れ子型２１及び横断面（軸直交断面）が円形状である中空パイプ状の金属素管Ｍ１を金型の成形室１３内に配置する（図示略）。プレス成形素材Ｍ３は、金型の成形室１３の底壁面及び左右内壁面に対して密接し得る断面形状となるように金属板材を予めプレス成形して得たものであり、断面「コ」字状をなす長尺な溝形状の部材であり、左右の各上端部には水平フランジ部Ｍ３ｆを有している。このプレス成形素材Ｍ３は、その水平フランジ部Ｍ３ｆが上型１１と下型１２との境界位置にて両型１１，１２に挟まれる格好で保持される。成形室１３の底壁面及び左右内壁面を覆ったプレス成形素材Ｍ３の内部には前記入れ子型２１が配置される。また、その入れ子型２１の上面と上型１１の下側成形面１１ａとの間に、前記中空パイプ状の金属素管Ｍ１が配置される。尚、金属素管Ｍ１及びプレス成形素材Ｍ３は同種金属（例えばステンレス鋼）でできている。また図７に示すように、金属素管Ｍ１の両端開口部に対しそれぞれシール電極１７を装着し、金属素管Ｍ１の内部を気密又は液密状態とする。尚、各シール電極１７は、成形室１３の長手方向両端開口をも完全に封止する。

次に、加圧ポンプＰによって金属素管Ｍ１の内部に圧力媒体（例えば窒素ガス）を供給して、金属素管Ｍ１の内圧を１０〜２００ＭＰａ程度に高める。この内圧上昇に伴い、金属素管Ｍ１はプレス成形素材Ｍ３を左右に押しながら膨張し、図６に示すように成型室１３の内壁面形状及び入れ子型２１の上面形状に対応した形状にバルジ成形される。このとき、膨張した金属素管Ｍ１は入れ子型２１をプレス成形素材Ｍ３の底壁面に強く押し付ける。また、プレス成形素材Ｍ３は、膨張した金属素管Ｍ１及び入れ子型２１と、成形室１３の各内壁面との間に強く挟まれ、プレス成形時の歪みを矯正されながら成形室１３の内部形状に対応した形状に再成形される。加えて前記実施例１と同様に、待機位置に配置された溶接電極１５の先端面１５ａと移動通路１４の内壁面とによって区画されるところの成形室１３の左右各内壁面に対して窪んだ凹部内に、プレス成形素材Ｍ３の一部及び金属素管Ｍ１の管壁の一部が凸状に変形しながら進入する（図示略）。

続いて、金属素管Ｍ１の内圧を維持したまま、各溶接電極１５を待機位置から作用位置に向けて強制移動させると共に、溶接電極１５とシール電極１７との間で通電を行う。各溶接電極１５の作用位置への移動に伴い、各電極の先端面１５ａがプレス成形素材Ｍ３の表面に強く押し付けられるため、前記凸状に変形進入した部位に電流を集中させ、当該部位に対し効果的なプロジェクション溶接を行うことができる。各溶接電極１５は、遅くとも溶接完了までに作用位置に達するので、ナゲットＮがプレス成形素材Ｍ３の表面から突出することはない（図８参照）。成形及び溶接の完了後に成形溶接装置から製品を取り出すと共に入れ子型２１を取り外すことで、図８に示すような製品が得られる。

このように実施例２によれば、一つの成形溶接装置の内部でバルジ成形とプロジェクション溶接とを一続きに行うことで、図８に示すような製品を得ることができる。図８の製品では、金属素管Ｍ１部分の横断面形状は最初の円形状から略六角形状に変化しているが、閉断面形状であることに変わりはない。また、閉断面中空金属部品たるバルジ成形品（Ｍ１）に対して、打ち抜き加工等を施すこと無く、プレス成形素材Ｍ３を複数のナゲットＮで溶接しているため、その製品の強度及び剛性はバルジ成形の利点を最大限に生かした優れたものとなる。

尚、実施例２では、シール電極１７を金属素管Ｍ１の両端開口部を封止するためのシール手段として、且つ各溶接電極１５との間で通電を実現するための反対電極として用いたが、シール電極１７を電極機能のない単なるシール材で置換してもよい。その場合には、複数ある溶接電極１５のいくつかを正極に、残りを負極に接続し、複数個の電極１５を溶接電極及び反対電極として機能させることで抵抗溶接を施すようにしてもよい。

図９及び図１０は、実施例３で使用する成形溶接装置、その使用手順及びその装置で得られる製品の概要を示す。図９からわかるように、実施例３の成形溶接装置は、いわば実施例１の装置と実施例２の装置を合体させたものに相当し、その使用手順も上記実施例１及び２に準じている。故に、この実施例３欄では、上記実施例１及び２と異なる点を主に説明し、実施例１及び２とほぼ同じ装置構成や使用手順等については説明を省略する。

図９に示すように、上型１１は、垂直に延びる移動通路１４、その移動通路内を待機位置と作用位置との間で移動可能な溶接電極１５、電極駆動手段としての駆動シリンダ１６を具備する。他方、下型１２は、水平に延びる移動通路１４、その移動通路内を待機位置と作用位置との間で移動可能な溶接電極１５、電極駆動手段としての駆動シリンダ１６を具備する。また、実施例３では、実施例２と同様、バルジ成形の際に金型の一部を構成する入れ子型２１が併用される。

製造手順は、先ず、プレス成形素材Ｍ３、入れ子型２１、横断面（軸直交断面）が円形状である中空パイプ状の金属素管Ｍ１及び金属板材Ｍ２を金型の成形室１３内に配置する（図示略）。プレス成形素材Ｍ３は実施例２の素材Ｍ３とほぼ同じものであり、入れ子型２１も実施例２と同趣旨のものである。金属板材Ｍ２は実施例１の板材Ｍ２とほぼ同じものである。そして、上記実施例１及び２と同様、金属素管Ｍ１の両端開口部に対しそれぞれシール電極１７を装着し、金属素管Ｍ１の内部を気密又は液密状態とする。

次に、加圧ポンプＰによって金属素管Ｍ１の内部に圧力媒体（例えば窒素ガス）を供給して、金属素管Ｍ１の内圧を１０〜２００ＭＰａ程度に高める。この内圧上昇に伴い、金属素管Ｍ１はプレス成形素材Ｍ３を左右に押しながら且つ金属板材Ｍ２を上に押しながら膨張し、図９に示すように成型室１３の内壁面形状及び入れ子型２１の上面形状に対応した形状にバルジ成形される。それと同時に、金属板材Ｍ２は成形室の天井壁面形状に対応した形状に成形され、プレス成形素材Ｍ３はプレス成形時の歪みを矯正されながら成形室１３の内部形状に対応した形状に再成形される。このとき前記実施例１及び２と同様に、待機位置に配置された各溶接電極１５の先端面１５ａと移動通路１４の内壁面とによって区画されるところの成形室１３の各内壁面に対して窪んだ凹部内に、金属板材Ｍ２の一部、プレス成形素材Ｍ３の一部及び金属素管Ｍ１の管壁の一部が凸状に変形しながら進入する（図示略）。続いて、金属素管Ｍ１の内圧を維持したまま、各溶接電極１５を待機位置から作用位置に向けて強制移動させると共に、溶接電極１５とシール電極１７との間に通電して各部位に対しプロジェクション溶接を行う。成形及び溶接の完了後に成形溶接装置から製品を取り出すと共に入れ子型２１を取り外すことで、図１０に示すような製品が得られる。

このように実施例３によれば、一つの成形溶接装置の内部でバルジ成形とプロジェクション溶接とを一続きに行うことで、図１０に示すような製品を得ることができる。図１０の製品では、金属素管Ｍ１部分の横断面形状は最初の円形状から略方形状に変化しているが、閉断面形状であることに変わりはない。また、閉断面中空金属部品たるバルジ成形品（Ｍ１）に対して、打ち抜き加工等を施すこと無く、金属板材Ｍ２及びプレス成形素材Ｍ３を複数のナゲットＮで溶接しているため、その製品の強度及び剛性はバルジ成形の利点を最大限に生かした優れたものとなる。

尚、実施例３では、シール電極１７を金属素管Ｍ１の両端開口部を封止するためのシール手段として、且つ各溶接電極１５との間で通電を実現するための反対電極として用いたが、シール電極１７を電極機能のない単なるシール材で置換してもよい。その場合には、複数ある溶接電極１５のいくつかを正極に、残りを負極に接続し、複数個の電極１５を溶接電極及び反対電極として機能させることで抵抗溶接を施すようにしてもよい。

実施例１の成形溶接装置の横断面図。 実施例１の成形溶接装置の部分縦断面図（図１のＡ−Ａ線断面図）。 実施例１の成形溶接装置に圧力媒体を供給したときの横断面図。 （Ａ）及び（Ｂ）は溶接電極付近の要部拡大断面図。 実施例１で得られる製品の部分斜視図。 実施例２の成形溶接装置に圧力媒体を供給したときの横断面図。 実施例２の成形溶接装置の部分縦断面図（図６のＢ−Ｂ線断面図）。 実施例２で得られる製品の部分斜視図。 実施例３の成形溶接装置に圧力媒体を供給したときの横断面図。 実施例３で得られる製品の部分斜視図。

符号の説明

１１…上型、１２…下型（１１及び１２は金型を構成する）、１３…成形室、１４…移動通路、１５…溶接電極、１５ａ…溶接電極の先端面、１６…駆動シリンダ（電極駆動手段）、１７…シール電極（反対電極及びシール手段）、２１…入れ子型（金型の一部）、Ｍ１…金属素管、Ｍ２…金属板材（他の金属部品）、Ｍ３…プレス成形素材（他の金属部品）、Ｐ…加圧ポンプ（圧力媒体の供給手段）。

Claims (4)

1. バルジ成形用の成形室を有する金型、前記成形室内に露出する溶接電極及び反対電極、並びに、圧力媒体の供給手段を備えてなる成形溶接装置を用いて、閉断面中空金属部品の型成形及びその成形品と他の金属部品との溶接を行う方法であって、
   前記成形溶接装置の成形室内に閉断面形状を有する中空な金属素管及び他の金属部品を配置すると共に、前記金属素管の内部が気密又は液密状態となるように当該金属素管の開口部を封止する準備工程と、
   前記金属素管の内部に圧力媒体を供給して当該金属素管の内圧を高めることにより、前記成形室の内壁面の一部に露出した前記溶接電極と内圧上昇に伴って膨張する金属素管との間に前記他の金属部品を挟みながら、その金属素管を成形室の内部形状に対応した形状に型成形するバルジ成形工程と、
   前記金属素管の内圧を高く維持したまま、前記他の金属部品に接する溶接電極と反対電極との間で通電することにより、溶接電極に対応する他の金属部品と金属素管の成形品との接合部分に抵抗溶接を施す溶接工程と
   を備えることを特徴とする閉断面中空金属部品の型成形及び溶接方法。
2. 前記成形溶接装置の溶接電極は、前記成形室の内壁面の一部に凹設された移動通路内において、溶接電極の先端面が前記移動通路の奧に後退する待機位置と、溶接電極の先端面が成形室の内壁面とほぼ面一となる作用位置との間を移動可能に設けられており、
   前記バルジ成形工程では、溶接電極を待機位置に配置すると共に、金属素管内部への圧力媒体の供給に伴い前記他の金属部品の一部及びそれを押圧する金属素管の一部を前記移動通路内に凸状に変形進入させ、
   前記溶接工程では、溶接電極を待機位置から作用位置に向けて移動させると共に前記通電を行うことにより、その溶接電極に対応する他の金属部品と金属素管の成形品との接合部分にプロジェクション溶接を施すことを特徴とする請求項１に記載の閉断面中空金属部品の型成形及び溶接方法。
3. 閉断面中空金属部品の型成形及びその成形品と他の金属部品との溶接を行うための装置であって、
   閉断面形状を有する中空な金属素管及び他の金属部品を配置可能なバルジ成形用の成形室を有する金型と、
   前記金型の成形室内に露出する溶接電極と、
   前記溶接電極との間の通電を実現する反対電極と、
   前記金型の成形室内に配置された前記金属素管の内部を気密又は液密状態とすべく当該金属素管の開口部を封止するシール手段と、
   前記金属素管の内部に圧力媒体を供給して当該金属素管の内圧を高めるための圧力媒体の供給手段と
   を備えることを特徴とする閉断面中空金属部品の成形溶接装置。
4. 前記溶接電極は、前記成形室の内壁面の一部に凹設された移動通路内において、溶接電極の先端面が前記移動通路の奧に後退する待機位置と、溶接電極の先端面が成形室の内壁面とほぼ面一となる作用位置との間を移動可能に設けられており、
   前記成形溶接装置は、前記溶接電極を待機位置から作用位置に向けて強制移動させるための電極駆動手段を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の閉断面中空金属部品の成形溶接装置。

Images