JP2005351297A - 溶接継ぎ手とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 抵抗溶接時に発生するスパッタなどによる不具合を防止することのできる溶接継ぎ手を提供する。
【解決手段】 溶接継ぎ手を構成するアキュムレータ１０は、軸方向に分割された第１および第２のシェル要素２１，２２を抵抗溶接してなるシェル１１と、溶接箇所２５の内面側に配置されるリングユニット１３を備えている。リングユニット１３は、耐熱リング６０と、電気絶縁性を有するリング状の部材である絶縁リング６１，６２とを有している。耐熱リング６０は、溶接箇所２５と対向するよう溶接箇所２５に沿ってシェル１１の周方向に配置される。絶縁リング６１，６２は、溶接箇所２５と対向しないよう耐熱リング６０の軸方向の端部に設けられている。リングユニット１３の外周面とシェル１１の内周面との間に、溶接箇所から発生するスパッタを閉じ込めることのできる空間Ｓが形成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば液圧制御装置の液圧回路等に用いられる溶接継ぎ手に係り、２つのシェル要素を抵抗溶接する際に生じる問題を回避できる溶接継ぎ手とその製造方法に関する。

２つのシェル要素どうしを抵抗溶接によって接合してなる溶接継ぎ手において、抵抗溶接の際に生じるスパッタが継ぎ手の内側に飛散することがある。溶接継ぎ手の一例に、自動車の液圧回路等に用いられるアキュムレータがある。通常アキュムレータは、円筒状のシェルと、シェルの内部に収容されたベローズを有している。このベローズによってシェルの内部が液室と気室とに仕切られている。気室には圧縮されたガスが封入され、液室に流入する液の圧力変動に応じて、前記ベローズが軸方向に伸縮するようになっている。

円筒状のシェルは、軸方向に分割された第１および第２のシェル要素を互いに抵抗溶接によって接合されている。シェル要素を抵抗溶接する場合、溶接箇所からスパッタが発生し、スパッタがシェルの内部に飛散することによって不具合が生じる可能性がある。例えば、シェルの内部に飛散したスパッタがベローズとシェル内面との間に噛み込まれ、ベローズが損傷する原因になることが考えられる。また前記以外の溶接継ぎ手においても、内部にスパッタが飛散することにより、前記と同様の問題が生じる。

これらの不具合に対処するために、溶接箇所の内側に合成樹脂製のリング状のプロテクタを配置し、抵抗溶接時に発生するスパッタをこのプロテクタによって抑制することも提案されている。（下記特許文献１参照）
特開２００３−１２０６０１号公報

特許文献１のプロテクタによれば、抵抗溶接時に発生するスパッタがベローズに当たることを阻止できるが、プロテクタの前記溶接箇所と向かい合う側の面全体が合成樹脂によって構成されているため、合成樹脂の使用量が多い。このため合成樹脂の種類によってはコストが高くなる要因となる。また、プロテクタの外周面すなわち溶接箇所と向かい合う部位が、高温のスパッタや溶接バリに触れる可能性がある。例えば、高温の溶接バリが前記プロテクタの合成樹脂に接触することによってガスが発生する。このため、使用可能な合成樹脂の種類がかなり制約されるなどの点で、改良の余地があった。また、２つのシェル要素の溶接時に生じる芯ずれがシェルの強度や寸法精度等に悪影響を及ぼすので、この芯ずれを生じないようにすることも課題である。

従ってこの発明の目的は、溶接時に発生する溶接バリやスパッタなどが原因となって生じる前記課題および芯ずれによる課題を解決することができる溶接継ぎ手とその製造方法を提供することにある。

本発明の溶接継ぎ手は、軸方向に分割された第１および第２のシェル要素の端部どうしを互いに溶接によって接合してなるシェルと、前記シェルの溶接箇所の内面側に配置されるリングユニットとを具備している。前記リングユニットは、前記溶接箇所と対向するよう該溶接箇所に沿って前記シェルの周方向に配置される耐熱リングと、前記溶接箇所と対向しないよう前記耐熱リングの軸方向の両端部または一方の端部に設けられたリング状の部材とを有し、前記耐熱リングと前記リング状の部材の少なくとも一方が電気絶縁性を有している。

耐熱リングの材質の一例は、溶接熱の影響を受けにくい金属であるが、例えばセラミックス、あるいは金属とセラミックスの複合材等でもよく、要するに溶接熱の影響を受けにくい材料が使用される。この耐熱リングが電気絶縁性を有していてもよい。リング状の部材の材質の一例は合成樹脂であるが、ゴムあるいはゴム状弾性を有するエラストマ等の弾性体が使用されてもよい。

この明細書で言う第１および第２のシェル要素は、アキュムレータ等の圧力容器に使用されるような端部が閉じた形状のものでもよいし、あるいは、端部が開口する筒状のシェル要素でもよい。

本発明の好ましい形態では、前記リングユニットの外周面と前記シェルの内周面とによって囲まれる空間を有していてもよい。この空間に、溶接部に発生する有害なスパッタが収容される。また前記リング状の部材に、前記空間をリングユニットの外部と連通させるための連通部が形成されていてもよい。前記連通部の一例は、前記溶接箇所に発生するスパッタの通過を阻止し、ガスを通すことが可能な溝状の開口部である。

本発明の好ましい形態では、前記リング状の部材に、該リング状の部材を前記シェルの内周面に弾性的に当接させるためのばね部が形成されることが望ましい。また前記耐熱リングに、前記リング状の部材を前記シェルの内周面に弾性的に当接させるためのばね部が形成されていてもよい。

本発明の好ましい形態では、前記第１のシェル要素の端部と前記第２のシェル要素の端部が、軸方向の他の部位よりも径の大きい大径部をなし、これら大径部の内側に前記リングユニットが収容されていてもよい。

本発明の溶接継ぎ手の製造方法は、軸方向に分割された第１および第２のシェル要素の端部どうしの溶接箇所の内側に、前記溶接箇所と対向するよう該溶接箇所に沿って前記シェルの周方向に配置される耐熱リングと、前記溶接箇所と対向しないよう前記耐熱リングの軸方向の端部に設けられたリング状の部材とを有するリングユニットを収容する。前記耐熱リングと前記リング状の部材の少なくとも一方が電気絶縁性を有している。そして前記第１のシェル要素の端部と第２のシェル要素の端部との間に電流を流すとともに、これら第１および第２のシェル要素を軸方向に加圧することにより、第１および第２のシェル要素の端部どうしを抵抗溶接する。

本発明によれば、溶接時に発生するスパッタがシェル内部のベローズ等に当たることを防止できるとともに、スパッタが飛散することを防止できる。また、溶接バリがシェルの内側に所定量以上突き出ることを抑制できる。また、高温のスパッタや溶接バリが合成樹脂等からなるリング状の部材に直接触れることを防止できるため、溶接バリがシェルの内側に突き出ることによって生じるガスの発生を抑制でき、かつ、リング状の部材の材料の選択の自由度が拡大する。

前記リング状の部材や耐熱リングにばね部を設け、リング状の部材をシェルの内周面に弾性的に接触させるようにすれば、第１および第２のシェル要素の径方向の芯ずれを吸収することが容易となり、リング状の部材をシェルの内周面に密接させやすくなる。リング状の部材にエラストマ等の弾性を有する材料を使用した場合も同様の効果を得ることができる。

以下に本発明の第１の実施形態について、溶接継ぎ手の代表的な構成部品であるアキュムレータを例に挙げて、図１から図５を参照して説明する。
図１は、自動車の液圧回路等に用いられるアキュムレータ１０を示している。このアキュムレータ１０は、密閉された円筒状の圧力容器を構成するシェル１１と、シェル１１の内部に収容されたベローズアセンブリ１２と、シェル１１の内側に設けるプロテクタとしてのリングユニット１３などを具備している。

シェル１１は、図１において下側に位置する第１のシェル要素２１と、上側に位置する第２のシェル要素２２とによって構成されている。すなわちこのシェル１１は、軸方向（図１に矢印Ｘで示す方向）に二分割された第１および第２のシェル要素２１，２２の端部２３，２４どうしを、図１に２点鎖線で示す溶接箇所２５において、抵抗溶接によって接合することにより、円筒状に構成されている。

第１のシェル要素２１の端部２３と、第２のシェル要素２２の端部２４は、軸方向の他の部位よりも径が大きい大径部をなしている。これらの大径な端部２３，２４は、シェル１１の全周にわたって環状に形成され、その内側にリングユニット１３が収容されている。これら端部２３，２４の端面どうしが、後述するように、互いに抵抗溶接によって接合される。

第１のシェル要素２１の中央部に形成された孔３０に、液流路３１を有するポート部材３２が挿入されている。ポート部材３２は、溶接部３３において第１のシェル要素２１に溶接されている。ポート部材３２に形成された液流路３１は、図示しない液圧制御装置の液圧回路に接続される。ポート部材３２には、シェル１１の内側に位置する共鳴箱３４が設けられている。共鳴箱３４の端壁３５に孔３６が形成されている。

ベローズアセンブリ１２は、シェル１１の軸方向に伸縮自在な金属製ベローズ４０と、図１においてベローズ４０の下端側に設けられたボトムシール部材４１と、図１においてベローズ４０の上端側に設けられたベローズキャップ４２と、ベローズキャップ４２の近傍に取付けられたベローズガイド４３などを有している。ボトムシール部材４１はポート部材３２に設けられている。ベローズガイド４３はシェル１１の内周面に接することが可能であり、ベローズ４０がシェル１１の軸方向に円滑に直線移動できるように、ベローズ４０の伸縮を案内する機能を有している。

ベローズアセンブリ１２の内側に液室５０が規定される。また、シェル１１の内面とベローズアセンブリ１２の外面との間に気室５１が規定される。液室５０には、ポート部材３２の液流路３１と共鳴箱３４の孔３６を介して、液圧回路で使用される液が出入りするようになっている。気室５１には、第２のシェル要素２２に形成されたガス封入孔５２から、不活性なガス（例えば圧縮された窒素ガス）が封入される。ガス封入孔５２は、シェル１１の内部に前記ガスが封入されたのち、栓部材５３によって閉鎖される。

ベローズキャップ４２の内面側に、弾性部材からなるセルフシール部材５５が設けられている。セルフシール部材５５は、共鳴箱３４の端壁３５に対して接離可能であり、ベローズ４０が縮んでセルフシール部材５５が端壁３５に当接した状態において、共鳴箱３４の外面とベローズ４０の内面との間に形成される液室５０に、ベローズ４０を内側からバックアップするための液を閉じ込めることができるようになっている。このベローズ４０は、液室５０に流入する液の圧力変動に応じて、軸方向に伸縮する。

前記溶接箇所２５は、ベローズアセンブリ１２が最も収縮した状態においても、ベローズ４０の外周面と対向できる位置に形成されている。言い換えると、ベローズ４０がフルストロークで伸縮した状態においても、溶接箇所２５に配置されているリングユニット１３にベローズガイド４３が接することがないように、溶接箇所の２５の位置が設定されている。

図２はリングユニット１３を一部切り欠いた状態で示している。リングユニット１３は、金属製の耐熱リング６０と、電気絶縁性を有する合成樹脂製の絶縁リング６１，６２とによって構成されている。絶縁リング６１，６２は、本発明で言うリング状の部材に相当する。リングユニット１３がシェル要素２１，２２の溶接箇所２５にセットされた状態において、リングユニット１３の外周面とシェル要素２１，２２の内周面との間に、下記連通部７１を除く部位が実質的に閉じている空間Ｓが形成されるようになっている。

図３および図４に拡大して示すように、耐熱リング６０は、溶接箇所２５と対向するよう溶接箇所２５に沿ってシェル１１の周方向に配置される。耐熱リング６０は、例えばステンレス鋼等の耐腐食性に優れた金属板からなり、溶接箇所２５と対向する主部６５と、軸方向の両側に形成されたばね部機能を有する折曲部６６，６７と、溶接箇所２５と対向しない位置にある両端部６８，６９とを有している。主部６５の内径Ｄ（図２に示す）は、シェル１１の内径と同等か、もしくは、シェル１１の内径よりもやや大きい寸法としている。

絶縁リング６１，６２は、溶接箇所２５と対向しないように、耐熱リング６０の両端部６８，６９に設けられている。絶縁リング６１，６２は、例えば金型を用いたモールド成形によって所定の形状に成形されることにより、金型に予めセットされた耐熱リング６０と一体的に成形されている。

図５に一方の絶縁リング６２を代表して示すように、耐熱リング６０の端部６９に貫通孔７０が形成されている。この貫通孔７０に絶縁リング６１の樹脂が入り込んで硬化することにより、耐熱リング６０と絶縁リング６１との固定強度が高められている。絶縁リング６１，６２の材質の一例はナイロンであるが、それ以外にも、フェノール樹脂やフッ素系樹脂をはじめとして、所望の合成樹脂を用いることができる。絶縁リング６１，６２の材料として、合成樹脂のエラストマ等の弾性材料が使用されてもよい。

また絶縁リング６１に、溶接時に発生するガス抜き用の連通部として機能する溝状の連通部７１が形成されている。この連通部７１は、シェル１１とリングユニット１３との間に形成される空間Ｓをシェル１１の内側の空間に連通させている。この連通部７１は、溶接箇所２５から発生する有害なスパッタの通過を阻止し、かつ、溶接箇所２５から発生するガスを通すことが可能な流路断面積を有している。

例えば連通部７１の開口幅（図５に示す溝幅Ｗ）を０．２ｍｍ以下とすることにより、ベローズ４０にとって有害な固形異物（コンタミネーション）を空間Ｓ内に閉じ込めることができるようにしている。この連通部７１は、リングユニット１３の内側と外側とで差圧が生じることを防止するための圧力伝播用の連通部としても機能する。

以下に、溶接継ぎ手の製造方法をアキュムレータ１０を例にとり説明する。
第１のシェル要素２１と第２のシェル要素２２とを溶接する前に、予め第１のシェル要素２１に、ベローズアセンブリ１２を組付けたポート部材３２を溶接しておく。そののちリングユニット１３を第１のシェル要素２１の端部２３に圧入する。このときリングユニット１３の下側の絶縁リング６１がシェル要素２１の内面に密接する。

次に、第２のシェル要素２２を被せ、第２のシェル要素２２の端部２４を第１のシェル要素２１の端部２３に当接させるとともに、リングユニット１３の上側の絶縁リング６２を第２のシェル要素２２の内面に圧入させる。上側の絶縁リング６２は第２のシェル要素２２の内面に密接する。このとき第１および第２のシェル要素２１，２２の端部２３，２４どうしで径方向に若干の芯ずれを生じることがある。しかし耐熱リング６０と合成樹脂製の絶縁リング６１，６２が適度に撓むことにより、シェル要素２１，２２の形状のばらつきや治具の精度上の限界等によるシェル２１，２２どうしの芯ずれを吸収することができ、絶縁リング６１，６２をシェル１１の内面に密接させることができるため、連通部７１を除く部位が実質的に閉じている空間Ｓが確保される。

図４に示すように、第１および第２のシェル要素２１，２２のそれぞれの端部２３，２４は、溶接電流による発熱を促進させるために、互いの接触部Ｃに向けて断面積が小さくなるようにテーパ状に形成されている。端部２３，２４どうしを当接させ、電極８０，８１によって溶接電流を流す。

リングユニット１３には電気絶縁性の絶縁リング６１，６２が設けられているため、溶接電流の分流が生じることが阻止される。この溶接電流により、端部２３，２４を発熱させて溶融させるとともに、シェル要素２１，２２に軸方向の荷重Ｐをかける。こうして、図３に示すようにシェル要素２１，２２の端部２３，２４が抵抗溶接される。

この抵抗溶接時に、溶接箇所２５から高温のスパッタが飛散することがあるが、溶接箇所２５から発生するスパッタは、リングユニット１３の耐熱リング６０によって遮蔽され、ベローズ４０に当たることが回避される。そしてスパッタを空間Ｓ内にとどめておくことができるため、スパッタがシェル１１の内部に拡散することを防止できる。このため、アキュムレータ１０の内部にてスパッタがベローズ４０とシェル１１の内面との間に噛み込まれてベローズ４０が損傷する等の不具合を防止できる。

また、溶接時に生じる溶接バリ２５ａ（図３に２点鎖線で示す）が、予想される量を越えてシェル１１の内面側に突出しようとした場合、耐熱リング６０によって溶接バリ２５ａの突出を阻止することができる。このため溶接バリ２５ａがシェル１１の内面側に許容量を越えて突出することが防止される。溶接箇所２５に発生するガスは、図４に矢印Ｆで示すように、絶縁リング６２に形成された連通部７１を通じて、リングユニット１３の外側に逃がすことができる。

合成樹脂製の絶縁リング６１，６２は、溶接箇所２５と対向しないように耐熱リング６０の両端部６８，６９に設けられている。このため、溶接箇所２５に生じるスパッタや溶接バリ２５ａが絶縁リング６１，６２に直接触れることを避けることができる。このため、絶縁リング６１，６２が高温により溶けてベローズ４０側にはみ出したり、溶けた樹脂からガスが発生することが回避される。このため、絶縁リング６１，６２の材料の選択の自由度が大きく、所望の樹脂を用いることができる。

図６は本発明の第２の実施形態のリングユニット１３を示している。このリングユニット１３も、耐熱リング６０の軸方向の両端部に、絶縁リング６１，６２が設けられているが、耐熱リング６０の一方の端部（図６において下側の端部）は、第１のシェル要素２１の端部２３の内面に向かうように折曲げられ、その部位に一方の絶縁リング６１が設けられている。耐熱リング６０の他方の端部（図６において上側の端部）は第２のシェル要素２２の端部２４の内面に向かうように折曲げられ、その部位に他方の絶縁リング６２が設けられている。それ以外の基本的な構成と作用については第１の実施形態と同様であるため、共通する部位に共通の符号を付して説明を省略する。

図７は本発明の第３の実施形態のリングユニット１３を示している。このリングユニット１３の絶縁リング６１，６２には、絶縁リング６１，６２のリップ部９０，９１をシェル１１の内面に弾性的に押付けることができるように、シェル１１の径方向に弾性変形可能なばね部９２，９３が形成されている。弾性変形可能なばね部９２，９３を設けたことによって、リップ部９０，９１をシェル１１の内面に確実に密接させることができ、実質的に閉じた空間Ｓを形成することが容易となる。それ以外の構成と作用は、第１の実施形態と同様であるため、共通する部位に共通の符号を付して説明は省略する。

図８は本発明の第４の実施形態のリングユニット１３を示している。このリングユニット１３も絶縁リング６１，６２にばね部９２，９３を設けている。また、耐熱リング６０に、シェル１１の径方向に弾性変形可能なばね部９５，９６が形成されている。これらのばね部９２，９３，９５，９６を設けたことによって、絶縁リング６１，６２をシェル１１の内面に弾性的に押付ける機能がさらに発揮され、シェル要素２１，２２の芯ずれを吸収させやすくなり、空間Ｓを確保することが容易となる。その他の構成と作用については、第３の実施形態（図７）と同様である。

図９は本発明の第５の実施形態のリングユニット１３を示している。このリングユニット１３は、第１の耐熱リング１０１と、第２の耐熱リング１０２と、第１の耐熱リング１０１の軸方向の一端側に設けられた絶縁リング１０３とを有している。第１の耐熱リング１０１と第２の耐熱リング１０２との間は、絶縁リング１０３によって電気的に絶縁されている。第１の耐熱リング１０１の折曲縁部１０５が第１のシェル要素２１の内面に接し、第２の耐熱リング１０２が第２のシェル要素２２の内面に接することにより、空間Ｓが形成される。この実施形態のリングユニット１３も、第１の実施形態のリングユニット１３と同様の機能を果たすことができる。

図１０は本発明の第６の実施形態のリングユニット１３を示している。このリングユニット１３は、耐熱リング１１０と、この耐熱リング１１０の一方の端部に設けられた絶縁リング１１１とを備えている。絶縁リング１１１は、本発明で言うリング状の部材に相当する。

耐熱リング１１０の折曲縁部１１２が第１のシェル要素２１の内面に接し、絶縁リング１１１が第２のシェル要素２２の内面に接することにより、空間Ｓが形成される。この実施形態のリングユニット１３も、第１の実施形態のリングユニット１３と同様の機能を果たすことができる。

なお本発明を実施するに当たって、前記実施形態以外にも、第１および第２のシェル要素や、耐熱リング、リング状の部材等をはじめとして、本発明の構成要素を、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施できることは言うまでもない。また本発明は、前記実施形態で説明したアキュムレータに限定されることはなく、アキュムレータ以外の機器の溶接継ぎ手に適用することができる。

本発明の第１の実施形態の溶接継ぎ手を構成するアキュムレータの断面図。 図１に示されたアキュムレータに使用されるリングユニットの一部を切り欠いて示す斜視図。 図１中のＡ部を拡大して示す断面図。 図３に示された溶接箇所を溶接する直前の状態を示す断面図。 図１に示されたアキュムレータに使用されるリングユニットの一部の斜視図。 本発明の第２の実施形態を示すアキュムレータとリングユニットの一部の断面図。 本発明の第３の実施形態を示すアキュムレータとリングユニットの一部の断面図。 本発明の第４の実施形態を示すアキュムレータとリングユニットの一部の断面図。 本発明の第５の実施形態を示すアキュムレータとリングユニットの一部の断面図。 本発明の第６の実施形態を示すアキュムレータとリングユニットの一部の断面図。

符号の説明

１０…アキュムレータ
１１…シェル
１３…リングユニット
２１…第１のシェル要素
２２…第２のシェル要素
２５…溶接箇所
６０…耐熱リング
６１，６２…絶縁リング（リング状の部材）
７１…連通部
９２，９３…ばね部
９５，９６…ばね部
１０３，１１１…絶縁リング（リング状の部材）
Ｓ…空間

Claims (8)

1. 軸方向に分割された第１および第２のシェル要素の端部どうしを互いに溶接によって接合してなるシェルと、
   前記シェルの溶接箇所の内面側に配置されるリングユニットとを具備し、
   前記リングユニットは、
   前記溶接箇所と対向するよう該溶接箇所に沿って前記シェルの周方向に配置される耐熱リングと、
   前記溶接箇所と対向しないよう前記耐熱リングの軸方向の両端部または一方の端部に設けられたリング状の部材とを有し、
   前記耐熱リングと前記リング状の部材の少なくとも一方が電気絶縁性を有していることを特徴とする溶接継ぎ手。
2. 前記リングユニットの外周面と前記シェルの内周面とによって囲まれる空間を有していることを特徴とする請求項１に記載の溶接継ぎ手。
3. 前記リング状の部材に、前記空間を前記シェル内部の空間と連通させるための連通部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の溶接継ぎ手。
4. 前記連通部は、前記溶接箇所に発生するスパッタの通過を阻止しかつガスを通すことが可能な溝状の開口部であることを特徴とする請求項３に記載の溶接継ぎ手。
5. 前記リング状の部材に、該リング状の部材を前記シェルの内周面に弾性的に当接させるためのばね部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接継ぎ手。
6. 前記耐熱リングに、前記リング状の部材を前記シェルの内周面に弾性的に当接させるためのばね部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接継ぎ手。
7. 前記第１のシェル要素の端部と前記第２のシェル要素の端部が、軸方向の他の部位よりも径の大きい大径部をなし、これら大径部の内側に前記リングユニットが収容されることを特徴とする請求項１に記載の溶接継ぎ手。
8. 軸方向に分割された第１および第２のシェル要素の端部どうしの溶接箇所の内側に、
   前記溶接箇所と対向するよう該溶接箇所に沿って前記シェルの周方向に配置される耐熱リングと、前記溶接箇所と対向しないよう前記耐熱リングの軸方向の端部に設けられたリング状の部材とを有するリングユニットを収容し、
   前記耐熱リングと前記リング状の部材の少なくとも一方が電気絶縁性を有しており、
   前記第１のシェル要素の端部と第２のシェル要素の端部との間に電流を流すとともに、
   これら第１および第２のシェル要素を軸方向に加圧することにより、
   第１および第２のシェル要素の端部どうしを抵抗溶接することを特徴とする溶接継ぎ手の製造方法。

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