JP2011058617A - 電気抵抗溶接用軸状部品 - Google Patents

Abstract

【課題】捩り方向の溶接強度を向上する。
【解決手段】軸部２と、この軸部２と一体で軸部２の断面積よりも大きい形状のフランジ部３と、軸部２とは反対側のフランジ部中央に配置されている溶着用突起４を有するものであって、溶着用突起４は、軸部２とほぼ同軸位置に配置され、その端面が外縁側を低くした小さな傾斜角θのテーパ面７とされているとともに、このテーパ面７の中心部に頂部８が設けられた初期溶融部５と、この初期溶融部５からフランジ部３の外縁方向に延びている回転方向の溶接強度強化用の補強用突起６から構成されている。補強用突起６がフランジ部３の外縁近くまで延びているので、捩り方向の溶接強度が向上する。
【選択図】図１

Description

この発明は、軸部と、この軸部と一体的に形成されているとともに前記軸部の断面積よりも大きい形状のフランジ部と、軸部とは反対側のフランジ部中央に配置されている溶着用突起を有する電気抵抗溶接用軸状部品に関している。

特許第４０３２３１３号公報には、軸部と、この軸部と一体的に形成されているとともに前記軸部の断面積よりも大きい形状のフランジ部と、軸部とは反対側のフランジ部中央に配置されている溶着用突起を有する軸状部品を、電気抵抗溶接で鋼板部品に溶接することが開示されている。

特許第４０３２３１３号公報

上記特許文献に記載されている円形の溶着用突起は、円形のフランジ部の中央部に配置され、その直径は軸部の直径とほぼ同じである。

このような溶着用突起の軸状部品を鋼板部品に電気抵抗溶接で溶接をすると、円形の溶着箇所がフランジ部の中央部だけに形成されることとなり、その直径は小さなものとなる。このような溶接状態の軸状部品に対して回転力が作用すると、溶着部の直径が小さいために、大きな回転力に対しては溶着部がねじ切れてしまい、回転力に対する溶接強度が不足するという問題がある。

上述の問題を解決するために溶着用突起の直径を大きくすると、溶着用突起自体の体積が増大するので、溶接電流を十分に通電しなければ適正な溶着用突起の溶融がえられないこととなり、消費電力面の経済性において不利である。また、通電時間を長くしたり電流値を高めたりすることによって、溶着用突起の溶融を適正化しても、鋼板部品側の溶融が過度となって、溶着用突起と鋼板部品の各々に適正な溶融部が形成されないこととなる。

以上に述べた問題は、溶着用突起がフランジ部の中央部に配置された円形のものにおいて発生する場合であるが、これに換えてフランジ部の外周部近傍に３個の粒状の突起が１２０度間隔で配置されたものがある。このようなタイプの溶着用突起の場合には、フランジ部が傾斜したまま加圧されると、一つ又は二つの突起が溶融し、残りの突起は十分に溶融しないこととなって溶着状態に片寄りが発生し、とくに回転方向の溶接強度が不足する。

本発明は、上記の問題点を解決するために提供されたもので、回転力に対する溶接強度を向上させるとともに、消費電力の節減を図ることができる電気抵抗溶接用軸状部品の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、軸部と、この軸部と一体的に形成されているとともに軸部の断面積よりも大きい形状のフランジ部と、前記軸部とは反対側のフランジ部中央に配置されている溶着用突起を有するものであって、前記溶着用突起は、軸部とほぼ同軸位置に配置され、その端面が外縁側を低くした小さな傾斜角のテーパ面とされているとともに、このテーパ面の中心部に頂部が設けられた初期溶融部と、この初期溶融部からフランジ部の外縁方向に延びている回転方向の溶接強度強化用の補強用突起から構成されていることを特徴とする電気抵抗溶接用軸状部品である。

例えば、加圧電極の受入孔に軸部が挿入され、前記溶着用突起が例えば相手方である鋼板部品に加圧される。この状態で溶接電流が通電されると、溶着用突起が溶融状態になって鋼板部品に溶着される。溶融開始の初期の段階では、初期溶融部の頂部が鋼板部品に加圧されるので、この部分の電流密度が高くなって確実に初期溶融が開始される。この初期溶融に連続した状態で補強用突起が溶融状態になって、溶着用突起全域が鋼板部品に溶着される。この溶着は、鋼板部品側にも溶融が発生して、鋼板部品にも適度な深さの溶融が形成される。

上記のように、初期溶融部からフランジ部の外縁方向に補強用突起が延びているので、軸部の中心から遠ざかった箇所に溶着部が形成される。これによって。軸部に作用する回転力に対して回転方向の溶接強度が十分に強化されたものとなる。

そして、初期溶融部から補強用突起が延びた溶着用突起の形状であるから、溶着用突起全体としての体積が小さくなり、初期溶融部の溶融に連続して補強用突起の溶融が進行する。したがって、溶着用突起全体の溶融に要する電気エネルギーを最小化することができて、経済的に有利である。

さらに、軸状部品が傾いたまま溶接されても、溶着が初期溶融部から補強用突起へと順を追って進行するので、溶着用突起全域の溶着が確保できる。

請求項２記載の発明は、前記初期溶融部は、軸部の中心線と同軸とされた円形のものとされ、その体積は前記補強用突起の体積よりも小さく設定されている請求項１記載の電気抵抗溶接用軸状部品である。

所定の通電時間のうち前記初期溶融部の溶融を早期に完了させ、残りの通電時間で補強用突起を十分に溶融させることによって、溶着用突起全域の溶融が達成される。このように良好な溶融の進行を確保するために、初期溶融部の体積を補強用突起の体積よりも小さくすることによって、補強用突起の先端部まで十分な溶融がなされて、溶着用突起全体が良好な溶着状態となる。また、初期溶融部は、軸部の中心線と同軸とされた円形のものとされているので、補強用突起が複数の場合に各補強用突起における溶融が同時進行の状態で行われ、各補強用突起の溶融状態が均一化され、溶着用突起全体の溶着状態が良好なものとなる。

請求項３記載の発明は、前記補強用突起は、その幅がフランジ部の外縁方向に向かって広くなっている請求項１または請求項２記載の電気抵抗溶接用軸状部品である。

このような構成により、フランジ部の外縁近傍側の溶着面積が大きくなり、軸部の中心から遠ざかった箇所に一層広い領域の溶着部が形成される。これによって、軸部に作用する回転力に対して回転方向の溶接強度が十分に強化されたものとなる。

請求項４記載の発明は、前記補強用突起の表面は、前記テーパ面をフランジ部の外縁近傍まで拡大して形成した仮想テーパ面上に存在している請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電気抵抗溶接用軸状部品である。

このような構成により、初期溶融部の頂部から補強用突起の先端部まで一貫した傾斜面となる。したがって、溶融にともなう加圧によってフランジ部と鋼板部品との間隔が縮まりながら、補強用突起の先端まで確実に溶融が進行する。

請求項５記載の発明は、溶接される部品がプロジェクションボルトである請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電気抵抗溶接用軸状部品である。

前記プロジェクションボルトに他の部品がナットで締め付けられるときに、ボルトに対して大きな回転力が作用しても、容易にねじ切れることがなく高い部品取り付け強度がえられる。

プロジェクションボルトの各部や溶着用突起を示す図である。 溶着状態や強度テストの状態を示す図である。 他の溶着用突起を示す平面図である。 溶接状態を示す電極の断面図である。

つぎに、本発明の電気抵抗溶接用軸状部品を実施するための形態を説明する。

図１、図２および図４は、実施例１を示す。

最初に、軸状部品について説明する。

この実施例における軸状部品は、鉄製のプロジェクションボルト１である。以下の説明において、プロジェクションボルトを単にボルトと表現する場合もある。ボルト１は、雄ねじが形成された軸部２と、この軸部２と一体的に形成されているとともに軸部２の断面積よりも大きい円形形状のフランジ部３と、前記軸部２とは反対側のフランジ部３の中央に配置されている溶着用突起４を有している。フランジ部３の直径は軸部２の断面の直径よりも大きくなっている。なお、フランジ部３を円形ではなく、四角いものとすることもできる。

前記溶着用突起４は、ボルト１の軸線Ｏ−Ｏと同軸状態で形成され、中心部が軸線Ｏ−Ｏ上に位置する円形の初期溶融部５と、この初期溶融部５からフランジ部３の外縁方向に延びている３つの補強用突起６から構成されている。初期溶融部５は、図１において梨地模様を付した領域であり、補強用突起６の基部部分の共通箇所の円形部分である。そして、初期溶融部５の端面は、フランジ部３の外縁側を低くした小さな傾斜角のテーパ面７とされているとともに、このテーパ面７の中心部に頂部８が設けられている。テーパ部７の傾斜角はθで示されている。

補強用突起６は外縁側に向かって延びる細長い形状とされ１２０度間隔で配置してあり、後述のように回転方向の溶接強度を強化する。図１（Ｂ）に示されているのは、三つ叉タイプである。そのＣ−Ｃ断面が同図（Ｃ）図である。

初期溶融部５のテーパ面７をフランジ部３の外縁近傍まで拡大して仮想テーパ面を形成し、各補強用突起６の表面９をこの仮想テーパ面上に存在させてある。

ボルト１の各部の寸法はつぎのとおりである。軸部２の直径は７ｍｍ、フランジ部３の直径は１３．５ｍｍ、初期溶融部５の半径は２．５ｍｍ、軸線Ｏ−Ｏから補強用突起６の先端までの長さは６ｍｍ、溶着用突起４の全高さは１．２ｍｍ、テーパ面７の傾斜角θは９度、フランジ部３の厚さは１．１ｍｍである。そして、初期溶融部５の体積は約２２ｍｍ^３、３つの補強用突起６の合計体積は約２５ｍｍ^３である。

このように初期溶融部５の体積は、補強用突起６の合計体積よりも小さく設定されている。

なお、前記頂部８は、機械加工による尖った形状や、金型成型によるわずかな丸味を持った形状等に仕上げられており、通電初期の電流密度は両者ともほぼ同じである。この点は、頂部８をわずかな直径の円形の平面部にした場合も同様である。例えば、この円形の平面部の直径は、０．５ｍｍである。

上記三つ叉タイプを図１（Ｄ）に示すように、四つ叉タイプにすることも可能である。

つぎに、ボルトの溶接過程を説明する。

図４に示すように、進退動作をする可動電極１１の中心部に受入孔１２があけられ、ここに軸部２が挿入される。ボルト１の落下を防止するために、永久磁石１３が受入孔１２の奥に固定してある。この永久磁石１３でボルト１が吸引されることにより、フランジ部３の裏面が可動電極１１の端面１４に密着している。

固定電極１５が可動電極１１と同軸上に配置され、その上に平たい鋼板部品１６が載置されている。鋼板部品１６の厚さは０．７ｍｍである。可動電極１１の加圧力は１９６０Ｎ、通電時間は７サイクル（１サイクルは１／６０秒）、電流値は１００００Ａである。なお、固定電極がなくて鋼板部品１６の裏面が開放空間に露出した状態、すなわち鋼板部品１６の片側にだけ溶着用突起４を押し付けて溶接電流を通電する型式であってもよい。

可動電極１１が進出して溶着用突起４が鋼板部品１６に加圧され、ついで溶接電流が通電されると、溶着用突起４と鋼板部品１６に溶融が開始され、溶着用突起４が鋼板部品１６に溶接される。

この溶着過程は、最初に初期溶融部５の頂部８が鋼板部品に加圧され、頂部８がわずかに鋼板部品１６にめり込んだ状態になっている。この状態で溶接電流が通電されると、めり込んだ箇所の電流密度が高いのでこの箇所の溶融が迅速に開始され、加圧にともなってこの初期溶融が拡大して初期溶融部５全体に及んで行く。この初期溶融部５全体が溶融を完了するまでの通電時間は、３サイクルと推定される。

この初期溶融部５全体の溶融に連続して可動電極１１による加圧がなされるので、溶融部分は補強用突起６の方へ進行して補強用突起６の先端まで溶融し、三つ叉形状部分全体が鋼板部品１６に溶着する。補強用突起６の溶融進行は、補強用突起６の表面９がテーパ面７と同じ傾斜角度の傾斜面とされているために、加圧にともなって確実にしかも円滑になされる。３つの補強用突起６が溶融するのに費やされる通電時間は、４サイクルと推定される。

前述のように初期溶融部５の体積が補強用突起６の合計体積よりも小さく設定されているので、通電時間の初期のうちに初期溶融部５の溶融を完了させ、残りの長い通電時間を補強用突起６の溶融に費やすこととなる。したがって、補強用突起６の先端まで確実に溶融を行わせることができ、溶着用突起４全体の溶着が確実に達成される。上記体積の大小関係を逆にして比較テストを行ったところ、初期溶融部５は十分に溶融したが、補強用突起６の溶融が不十分なものとなり、補強用突起６の溶着が不完全なものとなった。そこで、補強用突起６のための通電時間を長くしたら、今度は鋼板部品１６の側に過剰溶融が発生し、正常な溶着が得られなかった。

このように体積の大小関係を逆にして比較テストを行った結果は上記のとおりであるが、初期溶融部５や補強用突起６の溶融に費やされる通電時間は、初期溶融部５と補強用突起６は素材金属が連続しているので、明確な通電時間を測定することができない。したがって、推定時間として表現してある。

図２（Ａ）は、溶着範囲を示すもので、符号１７が溶着部を示している。図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面が同図の（Ｂ）図であり、黒く塗りつぶして示した溶着部１７は、初期溶融部５から補強用突起６に及んでいることが認められる。（Ａ）図に見られる溶着部１７は、図１（Ｂ）に示された溶着用突起４の大きさよりも一回り大きくなっている。上記溶着範囲は、鋼板部品１６とフランジ部３の境界部を鋼板部品１６の面方向に切断して溶着範囲や溶着部分の形状を観察したものである。

つぎに、溶接強度について説明する。

図２（Ｂ）に示したボルト１が溶接された鋼板部品１６を治具に固定し、軸部２を回転アームで掴んで捩じ切りテストを行った。その結果、回転力が１６．６Ｎ・ｍで捩じ切れて、鋼板部品１６には図２（Ｃ）に示すような捩じ切り孔１８があいた。この孔１８の部分の鋼板片は、フランジ部３側に溶着したままであった。比較テストとして、補強用突起６のない初期溶融部５だけの溶着用突起を備えたボルトを準備して鋼板部品１６に溶接したところ、捩じ切りテストは１５．０Ｎ・ｍであり、実施例に示した溶着用突起形状の捩り強度向上が確認された。

また、参考までに鋼板部品１６を固定し軸部２を軸線Ｏ−Ｏ方向に引っ張って、牽引テストを行った。その結果、牽引力３７．１Ｎの牽引力で鋼板部品１６から引きちぎれて、鋼板部品１６には図２（Ｄ）に示すような抜け孔１９があいた。この孔１９の部分の鋼板片は、フランジ部３側に溶着したままであった。比較テストとして、補強用突起６のない初期溶融部５だけの溶着用突起を備えたボルトを準備して鋼板部品１６に溶接したところ、牽引テストは３３．７Ｎであり、実施例に示した溶着用突起形状の引っ張り強度向上が確認された。

以上に説明した実施例１の作用効果は、つぎのとおりである。

加圧電極１１の受入孔１２に軸部２が挿入され、前記溶着用突起４が相手方である鋼板部品１６に加圧される。この状態で溶接電流が通電されると、溶着用突起４が溶融状態になって鋼板部品１６に溶着される。溶融開始の初期の段階では、初期溶融部５の頂部８が鋼板部品１６に加圧されるので、この部分の電流密度が高くなって確実に初期溶融が開始される。この初期溶融に連続した状態で補強用突起６が溶融状態になって、溶着用突起４全域が鋼板部品１６に溶着される。この溶着は、鋼板部品１６側にも溶融が発生して、鋼板部品１６にも適度な深さの溶融が形成される。

上記のように、初期溶融部５からフランジ部３の外縁方向に補強用突起６が延びているので、軸部２の中心Ｏ−Ｏから遠ざかった箇所に溶着部１７が形成される。これによって、軸部２に作用する回転力に対して回転方向の溶接強度が十分に強化されたものとなる。

そして、初期溶融部５から補強用突起６が延びた溶着用突起４の形状であるから、溶着用突起４全体としての体積が小さくなり、初期溶融部５の溶融に連続して補強用突起６の溶融が進行する。したがって、溶着用突起４全体の溶融に要する電気エネルギーを最小化することができて、経済的に有利である。

さらに、ボルト１が傾いたまま溶接されても、溶着が初期溶融部５から補強用突起６へと順を追って進行するので、溶着用突起４全域の溶着が確保できる。

前記初期溶融部５は、軸部２の中心線Ｏ−Ｏと同軸とされた円形のものとされ、その体積は前記補強用突起６の体積よりも小さく設定されている。

所定の通電時間のうち前記初期溶融部５の溶融を早期に完了させ、残りの通電時間で補強用突起６を十分に溶融させることによって、溶着用突起４全域の溶融が達成される。このように良好な溶融の進行を確保するために、初期溶融部５の体積を補強用突起６の体積よりも小さくすることによって、補強用突起６の先端部まで十分な溶融がなされて、溶着用突起４全体が良好な溶着状態となる。また、初期溶融部５は、軸部２の中心線Ｏ−Ｏと同軸とされた円形のものとされているので、補強用突起６が複数の場合に各補強用突起６における溶融が同時進行の状態で行われ、各補強用突起６の溶融状態が均一化され、溶着用突起４全体の溶着状態が良好なものとなる。

前記補強用突起６の表面は、前記テーパ面７をフランジ部３の外縁近傍まで拡大して形成した仮想テーパ面上に存在している。

このような構成により、初期溶融部５の頂部８から補強用突起６の先端部まで一貫した傾斜面となる。したがって、溶融にともなう加圧によってフランジ部３と鋼板部品１６との間隔が縮まりながら、補強用突起６の先端まで確実に溶融が進行する。

溶接される部品がプロジェクションボルト１である。

前記プロジェクションボルト１に他の部品がナットで締め付けられるときに、ボルト１に対して大きな回転力が作用しても、容易にねじ切れることがなく高い部品取り付け強度がえられる。

図３は、実施例２を示す。

この実施例２は、補強用突起６の幅がフランジ部３の外縁方向に向かって広くなっている。つまり、補強用突起６の先端部の幅Ｗは初期溶融部５に近い箇所の幅よりも広くなっている。なお、同図（Ａ）は三つ叉タイプであり、（Ｂ）は四つ叉タイプである。それ以外の構成は、図示されていない部分も含めて先の実施例１と同じであり、同様な機能の部材には同一の符号が記載してある。

前記補強用突起６は、その幅がフランジ部３の外縁方向に向かって広くなっている。

このような幅Ｗの設定により、フランジ部３の外縁近傍側の溶着面積が大きくなり、軸部２の中心Ｏ−Ｏから遠ざかった箇所に一層広い領域の溶着部１７が形成される。これによって。軸部２に作用する回転力に対して回転方向の溶接強度が十分に強化されたものとなる。

上述のように、本発明の装置によれば、回転力に対する溶接強度を向上させるとともに、消費電力の節減を図ることができる電気抵抗溶接用軸状部品であるから、自動車の車体溶接工程や、家庭電化製品の板金溶接工程などの広い産業分野で利用できる。

１ プロジェクションボルト、軸状部品
２ 軸部
３ フランジ部
４ 溶着用突起
５ 初期溶融部
６ 補強用突起
７ テーパ面
８ 頂部
１６ 鋼板部品
１７ 溶着部
Ｏ−Ｏ 軸部の軸線、軸部の中心線
Ｗ 補強用突起の幅

Claims (5)

1. 軸部と、この軸部と一体的に形成されているとともに軸部の断面積よりも大きい形状のフランジ部と、前記軸部とは反対側のフランジ部中央に配置されている溶着用突起を有するものであって、
   前記溶着用突起は、軸部とほぼ同軸位置に配置され、その端面が外縁側を低くした小さな傾斜角のテーパ面とされているとともに、このテーパ面の中心部に頂部が設けられた初期溶融部と、この初期溶融部からフランジ部の外縁方向に延びている回転方向の溶接強度強化用の補強用突起から構成されていることを特徴とする電気抵抗溶接用軸状部品。
2. 前記初期溶融部は、軸部の中心線と同軸とされた円形のものとされ、その体積は前記補強用突起の体積よりも小さく設定されている請求項１記載の電気抵抗溶接用軸状部品。
3. 前記補強用突起は、その幅がフランジ部の外縁方向に向かって広くなっている請求項１または請求項２記載の電気抵抗溶接用軸状部品。
4. 前記補強用突起の表面は、前記テーパ面をフランジ部の外縁近傍まで拡大して形成した仮想テーパ面上に存在している請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電気抵抗溶接用軸状部品。
5. 溶接される部品がプロジェクションボルトである請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電気抵抗溶接用軸状部品。

Images