JP2006142361A - プロジェクション溶接の接合部の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも一方の被接合部材が筒状体であるプロジェクション溶接において、接合面に形成された突起であったものが溶融して筒状体内周側へ流れ出し、突出部や飛散物を形成することを防止できる、接合部の構造を提案する。
【解決手段】被接合部材２０である筒状体２１の接合面２４に環状の突起２３を形成し、突起２３が他方の被接合部材３０の接合面３４に接したときに、突起２３よりも内周側における接合面２４・３４同士の離間距離よりも、突起２３よりも外周側における接合面２４・３４同士の離間距離が大きくなるようにした。また、筒状体２１の外周面から突起２３までの距離よりも、筒状体２１内周面から突起２３までの距離が大きくなるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、プロジェクション溶接の接合部の構造に関し、接合部の性能や美感を損ねることなく接合するための技術に関する。

従来、抵抗溶接の一種として、プロジェクション溶接が知られている。プロジェクション溶接は、接合しようとする材料のうち一方若しくは両方に突起（プロジェクション）を形成し、該突起に電流を流して発生する電気抵抗による発熱を集中させるとともに、接合しようとする材料を密着させた状態で加圧し、電気抵抗による発熱と加圧力を利用して接合を行う溶接法である。

プロジェクション溶接では、接合時に突起が溶融され加圧によって潰されるが、潰れたあとの突起の形状によっては被接合部材間に間隙が生じて被接合部材の接合面同士が密着することを阻害したり、潰れたあとの突起が接合部からはみ出して性能や美感を損ねたりすることがある。そこで、突起であった部分が溶融して流れ込むスペースを予め形成することにより、被接合部材の接合面同士が密着してぐらつくことなく接合できるようにした技術が、提案されている。
例えば、特許文献１では、突起内部に溝を形成して、該溝に突起が溶融して溶融した突起部分の材料が流れ込むようにしている。
また、例えば、特許文献２では、突起の外側と内側の両方の周囲に溝を形成して、該溝に溶融した突起部分の材料が流れ込むようにしている。
実開平５−１３６７６号公報 特開２００３−３２０４６２号公報

自動車の構成部品であるタンク又はオイルパンと、これに設けられるプラグを螺入するためのプラグシートとの接合は、接合部からオイルが漏出することのないように、プロジェクション溶接が採用される。
図５に示す如く、プラグシート２０Ａは内周に雌ネジ２２が形成された両端開放の筒状体２１であって、一側端面である接合面２４にプロジェクション溶接のための環状の突起２３が形成され、該突起２３が電気抵抗による発熱と加圧力によって溶融されることによって、一方の被接合部材であるプラグシート２０Ａと、他方の被接合部材であるタンク又はオイルパン３０とが接合される。
プラグシート２０Ａにおいても、上記特許文献と同様に、接合面２４に形成された環状の突起２３の内周側Ｉが外周側Ｏよりも後退するように切り欠かれて、プラグシート２０Ａの接合面２４とオイルパン３０との間に間隙Ｃｉが設けられている。そして、図６に示す如く、突起２３であった部分が溶融して溶融体となったものが、この間隙Ｃｉに流れ込み凝固するようにしている。

しかし、突起が溶融して溶融体となったものが、プラグシートに挿入されるプラグに当接する位置まで、円筒内周側に流れ出して凝固し突出部を形成したり、その溶融体が飛散して円筒の内周面に付着したりすることがある。この場合、プラグシート内周面の突出部や飛散物は、プラグの外周に形成された雄ネジにより削られることになり、この結果、塵が発生するという不具合が発生する。また、プラグシート内周面の突出部や飛散物によって、プラグの挿入が困難になるという不具合が発生することもある。

上記不具合を解消するために、溶接時に、被接合部材に与える加圧力と、通電条件（電流・電圧・通電時間等）を調整する処置が採られることがある。しかし、製品毎に突起形状のばらつきがあるため、全ての製品に同一の処置を適用させると、上記不具合が解消されないことがあり、プラグシートと他方の被接合部材とが接合された状態で、プラグシートの内周にタップ処理を施して、製品の精度を維持している。

上記タップ処理は、手間とコストの掛かる作業である。また、加圧力と通電条件の調整は、被接合部材が微小である場合には、適合条件範囲が狭く、条件設定が困難である。
そこで本発明では、上記プラグシートのように、筒状体の接合面を、他の被接合部材にプロジェクション溶接するときに、突起であったものが溶融して筒状体内周側へ流れ出し、突出部や飛散物を形成することを防止できる、接合部の構造を提案する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、少なくとも一方の被接合部材が筒状体であるプロジェクション溶接の接合部において、少なくとも一方の被接合部材の接合面に環状の突起を形成し、突起が他方の被接合部材の接合面に接したときに、突起よりも内周側に位置する一方の被接合部材の接合面と、他方の被接合部材の接合面との間の離間距離よりも、突起よりも外周側に位置する一方の被接合部材の接合面と、他方の被接合部材の接合面との間の離間距離が大きくなるようにしたものである。

請求項２においては、前記一方の被接合部材を構成する筒状体の外周面から一方又は他方の被接合部材の接合面に形成された突起までの距離よりも、前記一方の被接合部材を構成する筒状体の内周面から一方又は他方の被接合部材の接合面に形成された突起までの距離が大きくなるようにしたものである。

請求項３においては、前記一方の被接合部材の接合面に形成された突起の、該突起の内周側に位置する接合面よりも突出した部分の体積よりも、突起が他方の被接合部材に接したときに、突起より外周側において被接合部材の接合面間に形成される間隙のうち、突起の内周側に位置する接合面よりも後退している部分の体積が大きくなるようにしたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、突起の内周側と外周側とにおいて、両被接合部材の接合面間に間隙を形成することで、突起が溶融して成る溶融体が該間隙へ流れ込むので、両被接合部材の接合面同士を密着した状態で接合することができ、良好な接合強度を得ることができる。
また、突起の内周側に位置する間隙よりも、外周側に位置する間隙の方へ溶融体が流れ易い環境を形成することができ、筒状体の内周面に溶融体がはみ出ることを防止することができる。

請求項２においては、突起の外周側に形成される間隙と比較して、内周側に形成される間隙が、筒状体の筒長方向に狭く且つ筒断面方向に長くなるので、溶融体が筒状体の内周面より内周側へ流れ出にくい環境が形成される。また、突起の内周側に流れた溶融体が、飛散しにくい環境が形成される。

請求項３においては、突起の外周側と内周側に形成された間隙に全ての溶融体が納まり、筒状体の外周面又は内周面よりはみ出ることがない。これにより、機能性や美感を損ねることなく、両被接合部材の接合面同士を接合することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係る筒状体の全体的な構成を示した側面一部断面図、図２は筒状体と他方の被接合部材との接合の様子を示す断面図、図３は筒状体に設けられた突起の形状を説明する断面図、図４は筒状体に設けられた突起の形状を説明する断面図である。
図５は従来の筒状体の全体的な構成を示した側面一部断面図、図６は従来の筒状体と他方の被接合部材との接合の様子を示す断面図である。

本実施例では、一方の被接合部材２０を、プラグを螺入するためのプラグシート２０Ａとし、他方の被接合部材３０をオイルパン３０Ａとして、これらをプロジェクション溶接する場合について説明する。
但し、本発明に係るプロジェクション溶接構造の対象は、本実施例に限定されるものではなく、被接合部材２０・３０のうち、少なくとも一方が上記プラグシート２０Ａのような筒状体である場合に適用することができる。

まず、一方の被接合部材２０であるプラグシート２０Ａの構造から説明する。
図１に示す如く、プラグシート２０Ａの本体は両端開放の筒状体２１に形成される。該筒状体２１の内周には、プラグを螺入可能な雌ネジ２２が形成される。
上記筒状体２１の一側端面が接合面２４であり、該接合面２４には、プロジェクション溶接のための環状の突起２３（プロジェクション）が形成される。突起２３は、筒状体２１の接合面２４より、該筒状体２１の筒長方向に突出した状態に設けられる。
なお、本実施例においては、一方の被接合部材２０である筒状体２１の接合面２４に突起２３を形成しているが、他方の被接合部材３０であるオイルパン３０Ａ側の接合面３４に突起を形成したり、両方の被接合部材２０・３０の接合面２４・３４に突起を形成したりすることもできる。

そして、オイルパン３０Ａに形成された孔３１とプラグシート２０Ａを構成する筒状体２１の内周とが合致するように位置決めされ、プラグシート２０Ａとオイルパン３０Ａとの両被接合部材２０・３０の接合面２４・３４がプロジェクション溶接にて接合される。

上記両被接合部材２０・３０をプロジェクション溶接にて接合する際には、両被接合部材２０・３０の接合面２４・３４を対峙した状態で位置合わせして当接させ、両被接合部材２０・３０に電極を繋いで電流を流すとともに、両被接合部材２０・３０の接合面２４・３４を接合させる方向へ加圧する。
一方の被接合部材２０であるプラグシート２０Ａでは、電気抵抗による発熱により突起２３が溶融され、溶融した突起２３（「溶融体」とする）が押し潰され突起２３の内周側Ｉと外周側Ｏの両側に拡がる。
他方の被接合部材３０であるオイルパン３０Ａでは接合面３４の突起２３と接する部分が熱により溶融し、溶融体と混ざり合う。この状態で溶融体が冷却され、凝固することにより両被接合部材２０・３０の接合面２４・３４同士が接合される。

上記筒状体２１の接合面２４と、他方の被接合部材３０の溶接面３４との間には、上述の如く突起２３が溶融され押し潰された際に、溶融体が流入するための空間（間隙Ｃｉ・Ｃｏ）が予め形成される。

図３にも示す如く、筒状体２１において、環状の突起２３よりも内周側に位置する接合面（「内周側接合面２８」とする）と、環状の突起２３よりも外周側に位置する接合面（「外周側接合面２７」とする）とは、他方の被接合部材３０の接合面３４と突起２３の先端とが接した状態において、他方の被接合部材３０の接合面３４と離間されるように、突起２３の先端部よりも凹んだ位置にある。
すなわち、内周側接合面２８及び外周側接合面２７よりも、突起２３の先端が最も筒状体２１の筒長方向に突出した位置にある。

ここで、他方の被接合部材３０の接合面（突起２３の先端）と内周側接合面２８との筒長方向の離間距離をＨｉ、他方の被接合部材３０の接合面（突起２３の先端）と突起２３の外周側接合面２７との筒長方向の離間距離をＨｏとする。
また、筒状体２１の内径をφｉ、筒状体２１の筒の中心から突起２３までの径をφｐ、筒状体２１の外径をφｏとする。

上記において、一方の被接合部材２０の内周側接合面２８と他方の被接合部材３０の接合面３４との間の離間距離Ｈｉよりも、一方の被接合部材２０の外周側接合面２７と他方の被接合部材３０の接合面３４との間の離間距離Ｈｏが大きくなるように接合部が設計される（Ｈｉ＜Ｈｏ）。
これにより、突起２３の先端が他方の被接合部材３０の接合面３４と接した状態で、突起２３よりも内周側Ｉにおいて両被接合部材２０・３０の接合面２４・３４間に形成される間隙Ｃｉよりも、突起２３よりも外周側Ｏにおいて両被接合部材２０・３０の接合面２４・３４間に形成される間隙Ｃｏの方が、突起２３に対してより大きな面積で接することになる。

上記のように、突起２３の内周側Ｉと外周側Ｏとにおいて、両被接合部材２０・３０の接合面２４・３４間に間隙Ｃｉ・Ｃｏを形成することで、突起２３の内周側Ｉと外周側Ｏの両側に拡がる溶融体が該間隙Ｃｉ・Ｃｏへ流れ込むので、両被接合部材２０・３０の接合面２４・３４同士を密着した状態で接合することができ、良好な接合強度を得ることができる。

そして、突起２３が、該突起２３よりも内周側Ｉに形成された間隙Ｃｉよりも、外周側Ｏに形成された間隙Ｃｏに対して大きく接することで、溶融体が突起２３の外周側Ｏへ流れ易い環境が形成される。従って、突起２３の内周側Ｉよりも外周側Ｏにより多くの溶融体が流れることになる。
これにより、溶融体が筒状体２１の内周面より内周側Ｉへ突出した状態となるまで流れ出ることや、溶融体が筒状体２１の内周側Ｉへ飛散して、筒状体２１の内周面に付着したりすることを、防止することができる。

また、筒状体２１の外周から筒状体２１の接合面２４に形成された突起２３までの距離（φｏ−φｐ）は、筒状体２１の内周から筒状体２１の接合面２４に形成された突起２３までの距離（φｐ−φｉ）の、α倍よりも小さくなるように設計される［（φｏ−φｐ）≦（φｐ−φｉ）／α］。なお、αは、被接合部材２０・３０により決定される１以上の定数である。
すなわち、前記筒状体２１の外周面から被接合部材２０の接合面２４に形成された突起２３までの距離よりも、筒状体２１の内周面から被接合部材２０の接合面２４に形成された突起２３までの距離が大きくなるように、接合部が設計されるのである。

上記のように、突起２３の外周側Ｏに形成される間隙Ｃｏと比較して、内周側Ｉに形成される間隙Ｃｉを、筒長方向に狭く且つ筒断面方向に長くすることで、溶融体が筒状体２１の内周面より内周側Ｉへ流れ出にくい環境が形成される。また、突起２３の内周側Ｉに流れた溶融体が、飛散しにくい環境が形成される。

また、図４に示す如く、突起２３の内周側接合面２８よりも筒長方向に突出した部分の体積をＤｐとする。
そして、突起２３の先端が他方の被接合部材３０の接合面３４と接したときに、他方の被接合部材３０の接合面３４と他方の被接合部材３０の接合面３４と外周側接合面２７との間に形成される間隙Ｃｏのうち、筒長方向において外周側接合面２７と内周側接合面２８との間の部分の体積をＤｏとする。すなわち、間隙Ｃｏのうち、内周側接合面２８より筒長方向に後退している部分の体積をＤｏとする。

上記において、突起２３の内周側接合面２８よりも筒長方向に突出した部分の体積Ｄｐよりも、突起２３よりも外周側に形成される間隙Ｃｏのうち筒長方向において外周側接合面２７と内周側接合面２８との間の部分の体積Ｄｏが、大きくなるように接合部が設計される［Ｄｐ＜Ｄｏ］。

上述の如く接合部の形状を設定することで、突起２３の外周側Ｏに形成された間隙Ｃｏに全ての溶融体を納めることのできる空間が確保される。従って、筒状体２１の外周面又は内周面より溶融体がはみ出ることがない。これにより、機能性や美感を損ねることなく、両被接合部材２０・３０の接合面２４・３４同士を接合することができるのである。

そして、本実施例にように、一方の被接合部材２０であるプラグシート２０Ａを構成する筒状体２１の内周と、他方の被接合部材３０であるオイルパン３０Ａの孔３１とを連通させるように、両被接合部材２０・３０を接合するときには、筒状体２１の内周面に溶融体が漏出して固着したり、溶融体の飛散物が固着したりすることがないので、タップ処理を省略して、コストダウンを図ることができる。

本発明の実施例に係る筒状体の全体的な構成を示した側面一部断面図。 筒状体と他方の被接合部材との接合の様子を示す断面図。 筒状体に設けられた突起の形状を説明する断面図。 筒状体に設けられた突起の形状を説明する断面図。 従来の筒状体の全体的な構成を示した側面一部断面図。 従来の筒状体と他方の被接合部材との接合の様子を示す断面図。

符号の説明

Ｃｉ 間隙
Ｃｏ 間隙
２０ 被接合部材
２０Ａ プラグシート
２１ 筒状体
２２ 雌ネジ
２３ 突起
２４ 接合面
２７ 外周側接合面
２８ 内周側接合面
３０ 被接合部材
３０Ａ オイルパン
３１ 孔
３４ 接合面

Claims (3)

1. 少なくとも一方の被接合部材が筒状体であるプロジェクション溶接の接合部において、
   少なくとも一方の被接合部材の接合面に環状の突起を形成し、
   突起が他方の被接合部材の接合面に接したときに、
   突起よりも内周側に位置する一方の被接合部材の接合面と、他方の被接合部材の接合面との間の離間距離よりも、
   突起よりも外周側に位置する一方の被接合部材の接合面と、他方の被接合部材の接合面との間の離間距離が大きくなるようにした
   ことを、特徴とするプロジェクション溶接の接合部の構造。
2. 前記一方の被接合部材を構成する筒状体の外周面から一方又は他方の被接合部材の接合面に形成された突起までの距離よりも、
   前記一方の被接合部材を構成する筒状体の内周面から一方又は他方の被接合部材の接合面に形成された突起までの距離が大きくなるようにした、
   請求項１に記載のプロジェクション溶接の接合部の構造。
3. 前記一方の被接合部材の接合面に形成された突起の、該突起の内周側に位置する接合面よりも突出した部分の体積よりも、
   突起が他方の被接合部材に接したときに、突起より外周側において被接合部材の接合面間に形成される間隙のうち、突起の内周側に位置する接合面よりも後退している部分の体積が大きくなるようにした、
   請求項１又は請求項２に記載のプロジェクション溶接の接合部の構造。

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