JP2006281278A - 抵抗溶接法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明方法はナットなどの機械要素部品をプロジェクション溶接によって鋼板などの上に取付ける方法であって、そのねじ部などの加熱を最小限にとどめて主としてプロジェクション又は突起部を関与させて溶接できる溶接方法である。
【解決手段】導電性材料からなる板状電極８０の表面に被溶接板４０を載せてこの被溶接板上に機械要素部品１０を抵抗溶接して取付ける際に、この機械要素部品１０の下端部から予め突起部３０を有するフランジ部２０を突出させておき、この突起部を板状電極８０と筒状電極７０との間にはさんで加熱通電して抵抗溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は抵抗溶接法に係り、詳しくは、導電性材料から成る板状電極上において鋼板、ステンレス鋼板などの被溶接材を載せて、この被溶接材の所定位置にナット、ボルト、ネジなどの機械要素部品を抵抗溶接により取付ける抵抗溶接法に係る。

溶接法の中で、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板などの薄板といわれる金属板の接合には抵抗溶接が用いられている。抵抗溶接は被溶接板を重ね合わせ、この部分を一対の電極、なかでも先端の溶接チップの間にはさみ加圧通電して、この通電時の抵抗熱を熱源として加熱溶融させて接合する方法である。この抵抗溶接法のうちで最も多い薄板の接合に用いられるのがスポット溶接又は点溶接であり、被溶接板を加圧通電する一対の電極チップの断面積を絞って電流密度を高め、短時間で大電流を流し、この局部的に加熱によってナゲットを形成して溶接する方法である。

この方法はほとんど定置型といわれる溶接機で行なわれているが、本発明者らが先に提案した特願平５−１３９５４３号（特許第３４４５６３６号）明細書に示す構造のスポット溶接機も広く利用されている。このスポット溶接機は先端に溶接チップを具え断面が絞られた棒状の溶接ガンから成る上部電極と、銅又はその合金の導電性材料からなる板状電極から成る下部電極との間に被溶接板をはさみ加圧通電して溶接するものである。この溶接機の下部電極はスペ−スの広い板状電極から成っているため、その表面のいずれのところでも加圧通電でき、表面全体が電極面として働くことができる。このため、この溶接機は鋼板などの上にネジやナットを立てるときなどにきわめて有効であるところから用いられていることが多い。

しかしながら、抵抗溶接のうちでもナット、ボルト、ネジなど鋼板などに取付ける溶接は、プロジェクション溶接といわれ、本質的にはスポット溶接と同様に局部に大電流を集中的に流しご石状の溶融部（ナゲット）を形成して溶接する溶接法であるが、これをスポット溶接では電極の形状によって達成するのに対し、プロジェクション溶接は溶接すべき溶接材の形状により電流や加圧力の集中をはかるもので、少なくとも一方の被溶接材、例えば機械要素部品の一部にプロジェクション（突起）を設けて達成する点で異なっている。

しかしながら、プロジェクション溶接では、溶接すべき被溶接材には、その性能や構造を損なわずに電流および加圧力の集中をはかり発熱効率の高い抵抗溶接を行なうことが望まれているのにもかかわらず、銅などの板状電極を用いる溶接であっても、プロジェクション溶接によって接合されるべき被溶接材は一部にプロジェクション（突起部）をもつ形状のもの、例えば、溶接ナットといわれるものでそれに合わせた形状の溶接ナットの開発とともにこの形状に適合した溶接法が望まれているが、このような方法は提案されていない。

すなわち、プロジェクション溶接は一般に溶接しようとする２つの被溶接材の間の熱容量差が大きい場合に用いられ、例えばナットと鋼板のように熱容量の大きいナットの方にプロジェクションを設けて鋼板との間でヒ−トバランスを調整して溶接する。このヒ−トバランスを行なうのにはナットに設けるプロジェクションの形状がプロジェクション溶接を左右することになり、プロジェクションの形状の使い方によっては肉厚のナットを薄い鋼板にも良好に溶接でき、この面からして、ネジ、ボルト、ナットなども鋼板などに溶接できる。しかしながら、このように溶接する場合でも、溶接は一対の電極の間にナットなどをはさんでそのナットなどを加圧通電して行なわれる。このため、溶接時の継手強度を高めるにはどうしてもある程度の電流が必要であり、とくに、ナットなどのねじ部などにある程度の電流が流れることとなり、これによりナット本体そのものが赤熱化して材料強度などが変化し、ねじ面にスパッタが付着することもあって、溶接したナットの締機能が損なわれる。

このため、溶接ナットなどを用いても、予め形成するプロジェクションの形状や構造とともにその溶接方法がきわめて重要であるのにも拘らず、プロジェクション溶接として提案されている技術のほとんどは電極の形状によって電流などの集中化をはかるスポット溶接機（例えば定置型のもの）を前提とする溶接法や溶接装置であって、一方の電極の板状化をはかった溶接法や溶接機においてプロジェクション溶接の改善をはかるものは提案されていない。

例えば、特開２００４−２０２５７０号公報や特開２００４−２６８１３３号公報などを参照するまでもなく、最近提案されているプロジェクション溶接に関する技術は、ほとんどが溶接する際の溶接ナットの位置決め技術やその供給技術である。

すなわち、後者の特開２００４−２６８１３３号公報に記載される電気抵抗溶接装置は、少なくとも、溶接すべき被溶接材、例えば鋼板部品が基部材によって支持され、この被溶接部材の鋼板の裏面には固定電極が密着し、この固定電極には上下に昇降する可動電極が設けられ、この可動電極には被溶接材の鋼板部品が保持されるようになっている溶接機である。この可動電極は可搬式の可動電極ユニットとして構成され、この可動電極ユニットはその挿入部が基部材と一体にした構成した受入れ部に受け入れられるように構成されている。したがって、基部材に支持される固定電極（つまり、下部電極）の上に鋼板などがのせられてその上に可動電極（つまり、上部電極）で磁石（マグネット）で保持されるナットなどが供給されてプロジェクション溶接される型式の溶接機である。このため、鋼板などは基部材によって位置決めされるのに対し、この基部材に固定される受入れ部に支配されて上部の可動電極が移動するため、受入れ部の配置位置を選定することによって上部の可動電極でマグネットにより保持されたナットなどの溶接位置が設定されるように構成されている。

また、前者の特開２００４−２０２５７０号公報に記載されるのは、後者の溶接機における上部の可動電極の構造に関するものであって、電極の供給ロッドの先端において突起を介して溶接ナットを保持する一方、この溶接ナットを供給ロッドの先端部において磁石など磁力で吸引保持をし、突片の溶接ナットに対する位置を設定し、この位置設定した位置のまま斜め下向きまたはほぼ水平方向に供給ロッドを前進させ、下部の固定電極のガイドピンが溶接ナットのねじ孔の中にわずかに入るような状態で溶接ナットを供給するものである。
特願平５−１３９５４３号（特許第３４４５６３６号）明細書 特開２００４−２０２５７０号公報 特開２００４−２６８１３３号公報

本発明は上記諸点の改善をはかることを目的とし、具体的には、上からの下部電極による加圧通電時にプロジェクション部のみに通電して溶接し、このような局部的形状の改善にともなって溶接できる溶接方法を提案する。

まず、本発明方法は導電性材料からなる板状電極の表面に被溶接板を載せてこの被溶接板上に機械要素部品を抵抗溶接して取付ける際に、この機械要素部品の下端部から予め突起部を有するフランジ部を突出させておき、この突起部を板状電極と筒状電極との間にはさんで加熱通電して抵抗溶接することを特徴とする。

本発明に係る溶接法は、上記のとおりの構成から成ることから、溶接時に機械要素部品の本体そのものに電流をほとんど流すことなく突起部を加圧通電でき、ナット本体の性能を損なうことなくプロジェクション溶接でき、さらに、下部電極として板状の面積が広い板状電極を用いるところから、ナットなどの位置決めはきわめて簡単である。

また、溶接時にスパッタが発生してもナット本体のねじ面に付着することなく、溶接時の加圧力によりフランジ部が圧さくされ、とくに、フランジ部が外周に広がることもなく、溶接面の跡もほとんど残すことなく溶接できる。

そこで、本発明について図示の実施例によってさらに詳しく説明すると、つぎのとおりである。

なお、図１は本発明方法の一つの実施態様を示す説明図である。

図２は本発明方法を実施する際に使用する溶接ナットの一つの例の説明図である。

図３は図１の矢視Ａ−Ａ線上の断面図である。

まず、図１、図２および図３において符号１００は本発明の一つの実施例に係る溶接ナットを一般的に示し、この溶接ナット１００を上部電極として用いる筒状電極７０と下部電極として用いる板状電極８０との間にはさんでプロジェクション溶接する。

用いる溶接ナット１００はナット本体１０、フランジ部２０、プロジェクション（又は突起部３０）から成っている。ナット本体１０は通常の締結素子として用いられるナットを示し、その内面には軸心と平行にめねじ１１が切られ、このめねじ１１にボルトやねじの外周に切られたおねじが螺合され、締付けられて締結にされている。

ナット本体１０の外周に、少なくとも１つのフランジ部２０が一体に設けられている。この一体に設ける場合には、フランジ部２０を別に製作しておき、それを溶接その他の手段で取付けることもできるが、通常のように、冷間鍛造などにより金型を介して一体に成形できる。

また、フランジ部２０外周全体をおおうように環状に構成することもできるが、各所に分散させて少なくとも１つ又は２つ以上設けることができる。また、フランジ部２０の裏面には少なくとも１つの突起部３０をプロジェクションとして設け、このようにプロジェクションも設けることによってそこに加圧通電を集中させてプロジェクション溶接する。

一般的にいって、先にのべたとおり、プロジェクション溶接は本来熱容量の異なる２つの被溶接材、例えばナットと鋼板を互いにヒ−トバランスさせて接合する技術である。この面からいうと、電流の集中する突起部３０の数やその分散度合は相手方の鋼板４０の板厚、熱的性質により決まる。とくに、鋼板４０に代って熱伝導性にすぐれるアルミニウム材を用いるときには十分に配慮する必要がある。

また、得られる溶接継手の強度の面からいうと、突起部３０は分散させる必要がある。また、電力集中の面からいうと、フランジ部２０をなるべく分散させて構成し、各フランジ部２０にそれぞれ個別的に突起部３０を設けることができる。その反面、フランジ部２０を分散して構成すると、溶接時の加圧力をバランスさせ調和させることがむずかしい。

このようなところから、図２および図３に示すとおり、フランジ部２０を一体に構成し、その裏面に少なくとも２つ、通常３つ又はそれ以上分散させて突起部３０を一体に成型し、さらにフランジ部２０の表面には下向きに傾斜するフランジ傾斜面２１を構成する。このように傾斜面２１を構成すると、図３で矢印方向から下向きの加圧力が作用したときに、その分力としてフランジ部２０が軸心方向に指向するように加圧され、ナット本体１０は鋼板４０に強固に溶接できる。

なお、突起部３０の形状は電力集中が達成できればいずれの形状にも構成できるが、本発明では単に電力の集中のみにとどまらないで、溶接時にかける下向きの加圧力を平均してうける必要もあり、この面から図１で点線で示すように三角台状に構成するのが好ましい。

このため、プロジェクション溶接の初期において突起部３０が局部的に電流の集中により昇温加熱され、溶接部に局部的に起こる体積の増大によって所謂浮上り現象が起っても直ちに除去できる。すなわち、フランジ傾斜面２１は所定の勾配（例えば、２０〜３５°）をもっている。このため、直下の加圧力がフランジ傾斜面２１にかかったとき、その勾配のとり方によってフランジ部２０にかかる加圧力は変動する。すなわち、溶接のはじめに直下の加圧力がかかったとき、その作用するところが傾斜するフランジ傾斜面２１であるため、作用する加圧力の大きさは傾斜面２１の勾配によって変化する。しかし、溶接の進行にしたがって、傾斜面２１の傾斜面勾配によって加圧力として溶接に加わる力が変化し、勾配が減少するにしたがって直下型の加圧力として増加して作用する。このため、溶接初期の直下の加圧力と電流はそのままかかることがなく、溶接部の体積膨脹は緩和され、ナット部の剥離が起こることがない。さらに溶接の進行にともなって傾斜面２１が破壊されることもあって、加圧力はそのまま作用するようになり、溶接部が溶融して所謂ナゲットが序々に拡大して形成され、良好な溶接継手が得られる。

このところから、勾配は２０〜３５°程度が好ましい。２０°以下になると初期の体積膨脹の防止が不十分になり、３５°をこえると、かえって、電極のすべりによって加圧力や通電が損なわれる。

また、表面に傾斜面３１が構成されるフランジ部２０の裏面に少なくとも一つの突起部３０が設けられ、この突起部３０は好ましくは三角台状断面のブロック体として構成する。突起部３０の一部に平坦な台座面３２を形成し、これらを一体として三角台状のブロック体として構成する。すなわち、各突起部３０はフランジ部２０と一体になって三角台形状の断面のブロック体となって、個々の突起部３０の２つの傾斜面３１、３１はともに軸心に向って交わるように構成され、交わった２つの傾斜面３１、３１の交鎖部分に平坦な台座面３２が形成されている。（このところは図１で点線で示されている）また、この２つの傾斜面３１と平坦な台座面３２とによってブロック体の表面が区画されて三角台状が構成される。このような形状に構成される一方、フランジ部２０の表面は外周に向って下向きに傾斜する傾斜面２１として構成され、上部電極による加圧力は図１に示すように傾斜面２１で受けられる。

このために、図１で矢印方向から下向きの加圧力をうけて溶接のときに初期ではくさびの原理でフランジ部２０や突起部３０には直下の加圧力が加わると共に傾斜面２１に沿って加熱された溶接部が流れる一方、鋼板４０の表面に結合して溶接される。とくに、台座面３２と板状電極８０との接触は面接触であって、初期に大電流を流してもスパッタなどの発生もおさえられ、安定して溶接できる。

また、ナット本体１０の底面にはナット本体１０と共通の軸心をもつ案内ガイド５０を一体に設ける。案内ガイド５０は板状電極８０の上にのせた鋼板４０上の所定の位置に溶接ナット１００を位置決めするためのものであって、とくに被溶接材の鋼板４０の上に予め取付孔４１が形成されている場合に有効である。すなわち、板状電極８０は全面にわたって通電され、その上のいずれのところでも電極面として働き、溶接できる。このため、のせられた鋼板４０に予め取付孔４１が形成されていると、そのところにナット１００を位置させるのみで位置決めできる。しかし、鋼板４０によっては予め取付孔４１が形成されていなくとも、鋼板４０と電極との間の相対的位置制御を行なうようにすれば十分であり、この相対制御は板状電極８０上であれば容易であり、この場合には必ずしも案内ガイド５０を取付ける必要がない。

また、案内ガイド５０はフランジ部２０の裏面に設けた各突起部３０の平坦な台座面３２より長く突出する。すなわち、台座面３２は図３のとおり、鋼板４０の表面に着座し、所謂プロジェクションを形成し、この台座面３２によって加圧力および電流の集中によりプロジェクション溶接を達成する。したがって、台座面３２をあまり大きくとることは好ましくないが、あまり小さいと先にのべたとおり、溶接初期の安定性（例えば、スパッタの発生、飛散防止）が失なわれる。この意味で、その巾は少なくとも０．８ｍｍ程度又はそれ以上（好ましくは３ｍｍ）程度とする。

また、案内ガイド５０は円環状に構成する。この意味はプロジェクション溶接時に起こるスパッタ−の発生やそのねじ面への付着を防止するには、円環状にするのが好ましいからである。

また、案内ガイド５０と各突起部３０との間に環状凹部６０を形成する。この環状凹部６０はナット本体１０の周囲を案内ガイド５０によって囲むとともに環状凹所６０によって囲み、溶接時のスパッタのねじ面への付着を防止するためである。

本発明は鋼板などの上にナットなどを取付ける場合のほか、ねじ、ボルトの取付けにも広く利用できる。

本発明方法の一つの実施態様を示す説明図である。 本発明方法を実施する際に使用する溶接ナットの一つの例の説明図である。 図３は図１の矢視Ａ−Ａ線上の断面図である。

符号の説明

１０ ナット本体
２０ フランジ部
２１ フランジ傾斜面
３０ 突起部
３１ 傾斜面
３２ 台座面
４０ 鋼板
４１ 取付孔
５０ 案内ガイド
６０ 環状凹部
１００ 溶接ナット

Claims (5)

1. 導電性材料からなる板状電極の表面に被溶接板を載せてこの被溶接板上に機械要素部品を抵抗溶接して取付ける際に、この機械要素部品の下端部から予め突起部を有するフランジ部を突出させておき、この突起部を前記板状電極と筒状電極との間にはさんで加熱通電して抵抗溶接することを特徴とする抵抗溶接法。
2. 前記機械要素部品をナット、ボルト又はネジとすることを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接法。
3. 前記機械要素部品を、軸心にめねじが切られたナット本体の外周にフランジ部が一体に設けられると共に、このフランジ部の裏面に突起部が分散して設けられた溶接ナットとすることを特徴とする請求項１又は２記載の抵抗溶接法。
4. 前記突起部を一部に平坦な着座面を有するブロック体とすることを特徴とする請求項１、２又は３記載の抵抗溶接法。
5. 前記ナット本体の底面に前記ナット本体と共通の軸心をもつ案内ガイドを一体に設けて成ることを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接法。
   

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