JP2015166091A - 溶接方法および溶接構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】スポット溶接において、一方の母材に形成されたプロジェクションに付与されている荷重が分散することなく、良好に溶接可能な技術を提供する。
【解決手段】上方に突出する左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒを有する第一バスバー１０と、第二バスバー２０とを、プロジェクション１２Ｌ・１２Ｒおよび第二バスバー２０が接触するように圧着しつつ、通電によりプロジェクション１２Ｌ・１２Ｒを溶融させることによって、接合する溶接方法であって、第一バスバー１０における、プロジェクション１２Ｌ・１２Ｒの基端部の周辺部分を、プロジェクション１２Ｌ・１２Ｒの基端部よりも下方に位置するように形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接方法および溶接構造体に関し、特に溶接部分にプロジェクションを形成した母材を溶接する技術に関する。

従来、二つの母材を圧着しつつ通電することによって、それらを接合するスポット溶接が広く知られている。さらに、一方の母材の溶接部分にプロジェクション（突起部）を形成し、通電することによってプロジェクションを溶融させて、母材同士を接合する技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

上記の技術においては、一方の母材に形成されたプロジェクションに他方の母材が接触した状態で、母材同士が圧着されるため、溶融したプロジェクションが潰されることとなる。
しかしながら、プロジェクションが潰れ切って、一方の母材におけるプロジェクションが形成されていない部分（プロジェクションの基端部の周辺部分）に他方の母材が接触した場合、プロジェクションに付与されている荷重が分散し、溶接不良を招くおそれがある。

特開２００６−０６１９１６号公報

本発明は、スポット溶接において、一方の母材に形成されたプロジェクションに付与されている荷重が分散することなく、良好に溶接可能な技術を提供することを課題とする。

本発明に係る溶接方法は、所定の方向に突出する少なくとも一つのプロジェクションが形成された第一の母材と、第二の母材とを、前記プロジェクションおよび第二の母材が接触するように圧着しつつ、通電により前記プロジェクションを溶融させることによって、接合する溶接方法であって、前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分を、前記プロジェクションの基端部よりも、前記プロジェクションの突出方向とは反対側に位置するように形成する。

本発明に係る溶接方法において、前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分を、前記プロジェクションから離間するにつれて、前記プロジェクションの突出方向とは反対側に向かうように傾斜させることが好ましい。

本発明に係る溶接方法において、前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分の傾斜角度を、前記プロジェクションの突出方向に直交する方向に対して、１０度以上に設定することが好ましい。

本発明に係る溶接方法において、前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分の傾斜角度を、前記プロジェクションの突出方向に直交する方向に対して、１０度以上、かつ、２０度以下に設定することが好ましい。

本発明に係る溶接構造体は、所定の方向に突出する少なくとも一つのプロジェクションが形成された第一の母材と、第二の母材とを、前記プロジェクションおよび第二の母材が接触するように圧着しつつ、通電により前記プロジェクションを溶融させることによって、接合して成る溶接構造体であって、前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分は、前記プロジェクションの基端部よりも、前記プロジェクションの突出方向とは反対側に位置するように形成される。

本発明に係る溶接構造体において、前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分は、前記プロジェクションから離間するにつれて、前記プロジェクションの突出方向とは反対側に向かうように傾斜することが好ましい。

本発明に係る溶接構造体において、前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分は、前記プロジェクションの突出方向に直交する方向に対して、１０度以上の角度を成すことが好ましい。

本発明に係る溶接構造体において、前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分は、前記プロジェクションの突出方向に直交する方向に対して、１０度以上、かつ、２０度以下の角度を成すことが好ましい。

本発明によれば、スポット溶接において、一方の母材に形成されたプロジェクションに付与されている荷重が分散することなく、良好に溶接を行うことができる。

本発明に係る溶接工程を示す図。 本発明に係る溶接工程を示す図。 第一の母材の変形例を示す図。

以下では、図１および図２を参照して、本発明に係る溶接方法の一実施形態である溶接工程について説明する。
前記溶接工程は、第一バスバー１０および第二バスバー２０に対して、第一電極棒１００および第二電極棒２００を用いてシリーズ式のスポット溶接を行うことにより、バスバー１０・２０を互いに接合する工程である。
なお、説明の便宜上、図１における上下方向を、第一バスバー１０および第二バスバー２０の上下方向と定義し、図１における左右方向を、第一バスバー１０および第二バスバー２０の左右方向と定義する。

図１に示すように、第一バスバー１０および第二バスバー２０は、それぞれ導電性を有する板材であり、スポット溶接によって互いに接合される母材である。

第一バスバー１０は、本体部１１、ならびに左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒを有する。

本体部１１は、板状に形成され、その上端面には、左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒが上方に突出するように形成されている。

左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒは、本体部１１の上端面から上方に突出するように形成されている。左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒは、それぞれ本体部１１の左端面および右端面から所定の距離をおいて形成されると共に、互いに所定の間隔を空けて形成されている。左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒは、それぞれ弧が上側に位置する半円状に形成されている。左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒは、互いに同様の寸法で形成されている。

また、本体部１１の上端面には、左右方向に対して角度θを成す複数の斜面が形成されている。
詳細には、本体部１１の上端面における、左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒが形成されていない部分には、左右方向に対して角度θを成す四つの斜面が形成されている。本体部１１の上端面における、左側プロジェクション１２Ｌよりも左側の部分には、左側プロジェクション１２Ｌから本体部１１の左端面にかけて、左右方向に対して角度θで左下へ延出する第一の斜面が形成されている。本体部１１の上端面における、左側プロジェクション１２Ｌよりも右側の部分には、左側プロジェクション１２Ｌから本体部１１の左右方向における中央部にかけて、左右方向に対して角度θで右下へ延出する第二の斜面が形成されている。本体部１１の上端面における、右側プロジェクション１２Ｒよりも右側の部分には、右側プロジェクション１２Ｒから本体部１１の右端面にかけて、左右方向に対して角度θで右下へ延出する第三の斜面が形成されている。本体部１１の上端面における、右側プロジェクション１２Ｒよりも左側の部分には、右側プロジェクション１２Ｒから本体部１１の左右方向における中央部にかけて、左右方向に対して角度θで左下へ延出する第四の斜面が形成されている。
このように、本体部１１における、左側プロジェクション１２Ｌの基端部（図１における、左側プロジェクション１２Ｌの線Ａ上の部分）の周辺部分には、左側プロジェクション１２Ｌから離間するにつれて、下方に向かうように傾斜する第一の斜面および第二の斜面が形成され、本体部１１における、右側プロジェクション１２Ｒの基端部（図１における、右側プロジェクション１２Ｒの線Ａ上の部分）の周辺部分には、右側プロジェクション１２Ｒから離間するにつれて、下方に向かうように傾斜する第三の斜面および第四の斜面が形成されている。

第二バスバー２０は、左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒを有する。

左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒは、それぞれ、板状に形成され、上面および下面が左右方向に沿った平坦面として形成されている。左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒは、互いに同様の寸法で形成されている。左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒは、それぞれ左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒよりも大きい左右寸法を有する。左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒは、互いに上下方向における同位置において、所定の間隔を空けて形成されている。
左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒは、それぞれ第一電極棒１００および第二電極棒２００によって、左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒに向けて押圧される。

第一電極棒１００および第二電極棒２００は、それぞれ導電性を有する棒材であり、シリーズ式のスポット溶接において母材に通電するための一対の電極として機能する。第一電極棒１００および第二電極棒２００は、先端部（下端部）を母材に接触させた状態で、第一電極棒１００から第二電極棒２００へ電流が流れるように構成されている。

前記溶接工程においては、まず、第一電極棒１００および第二電極棒２００の先端部を、それぞれ左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒの上面に接触させた状態で、第一電極棒１００および第二電極棒２００によって左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒを下方に向けて押圧し、左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒに圧着させる。
この時、左側接合部２１Ｌの左右方向における両端部が左側プロジェクション１２Ｌの左右方向における両端部よりも左右方向における外側に位置すると共に、右側接合部２１Ｒの左右方向における両端部が右側プロジェクション１２Ｒの左右方向における両端部よりも左右方向における外側に位置するように、左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒを左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒに圧着させる。

次に、第一電極棒１００および第二電極棒２００によって、左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒを押圧しつつ、第一バスバー１０および第二バスバー２０に通電を行い、左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒを溶融させる。

そして、第一電極棒１００および第二電極棒２００によって、左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒを、引き続き押圧することによって、溶融した左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒを潰し、左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒを、左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒの基端部の位置（図１における線Ａで示す位置）まで下降させる。
この時、前述のように、第一バスバー１０の本体部１１における、左側プロジェクション１２Ｌの基端部の周辺部分、および右側プロジェクション１２Ｒの基端部の周辺部分には、左右方向に対して角度θを成す複数の斜面を形成している。そのため、第一バスバー１０の本体部１１の上端面に前記複数の斜面が形成されておらず、本体部１１の上端面が左右方向に沿った平坦面である場合と比較して、左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒの下面と、本体部１１の上端面との接触面積が小さくなる。
これにより、第一電極棒１００および第二電極棒２００を用いて、左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒが押圧されることによって左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒに付与される荷重が、本体部１１に分散することによって引き起こされる溶接不良を抑制することができる。

ここで、第一バスバー１０の本体部１１における、左側プロジェクション１２Ｌの基端部の「周辺部分」とは、本体部１１の上端面が左右方向に沿って平坦である場合に、左側プロジェクション１２Ｌを潰し切った際、左側接合部２１Ｌと接触する、本体部１１の上端面の一部分（図２における矢印Ｂ１で示す範囲参照）である。
また、第一バスバー１０の本体部１１における、右側プロジェクション１２Ｒの基端部の「周辺部分」とは、本体部１１の上端面が左右方向に沿って平坦である場合に、右側プロジェクション１２Ｒを潰し切った際、右側接合部２１Ｒと接触する、本体部１１の上端面の一部分（図２における矢印Ｂ２で示す範囲参照）である。

なお、前記複数の斜面の傾斜角度である角度θは、以下の実験結果から、１０度以上に設定することが好ましい。
角度θを５度に設定し、３．８ｋＡの電流で第一バスバーおよび第二バスバーに対してスポット溶接を行ったところ、９ｍｓｅｃの通電時間で溶接部分が損傷した。
また、角度θを０度、つまり、第一バスバーの本体部の上端面に斜面を設けない場合においても、３．８ｋＡの電流で第一バスバーおよび第二バスバーに対してスポット溶接を行ったところ、９ｍｓｅｃの通電時間で溶接部分が損傷した。
これに対して、角度θを１０度に設定し、３．８ｋＡの電流で第一バスバーおよび第二バスバーに対してスポット溶接を行ったところ、２６ｍｓｅｃの通電時間でも溶接部分が損傷しなかった。

また、角度θは、２０度を超えると、溶接後に第二バスバーが傾く等の不具合が生じるおそれがあるため、２０度以下に設定することが好ましい。

最終的に、溶融部分が凝固することにより、第一バスバー１０および第二バスバー２０が互いに接合し、溶接構造体が作製される。

なお、本実施形態においては、第一バスバー１０の本体部１１の上端面に、左右方向に対して角度θを成す複数の斜面を形成したが、少なくとも、第一バスバー１０における各プロジェクションの基端部の周辺部分が、各プロジェクションの基端部よりも、各プロジェクションの突出方向とは反対側（下方）に位置するように形成すればよい。
例えば、図３に示すように、第一バスバー１０の本体部１１の上端面を、左右方向に沿った平坦面とし、当該上端面に、複数の凹部１１ａ・１１ｂ・１１ｃ・１１ｄを形成することも可能である。
複数の凹部１１ａ・１１ｂ・１１ｃ・１１ｄは、本体部１１の上端面から下方に窪むように形成され、それぞれ弧が下側に位置する半円状に形成されている。
凹部１１ａ・１１ｂは、それぞれ左側プロジェクション１２Ｌの左側および右側において、左側プロジェクション１２Ｌの基端部に隣接するように形成され、凹部１１ｃ・１１ｄは、それぞれ右側プロジェクション１２Ｒの右側および左側において、右側プロジェクション１２Ｒの基端部に隣接するように形成されている。
このような構成により、第一バスバー１０の本体部１１の上端面に、複数の凹部１１ａ・１１ｂ・１１ｃ・１１ｄが形成されていない場合と比較して、左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒの下面と、本体部１１の上端面との接触面積を小さくすることができる。
したがって、第一電極棒１００および第二電極棒２００を用いて、左側接合部２１Ｌおよび右側接合部２１Ｒが押圧されることによって左側プロジェクション１２Ｌおよび右側プロジェクション１２Ｒに付与される荷重が、本体部１１に分散することによって引き起こされる溶接不良を抑制することができる。

なお、本実施形態においては、第一電極棒１００および第二電極棒２００を用いて、シリーズ式のスポット溶接を行ったが、他の電極対を用いて、ダイレクト式のスポット溶接を行うことも可能である。
また、本実施形態においては、母材として、二つのプロジェクション１２Ｌ・１２Ｒが形成された第一バスバー１０と、二つの接合部２１Ｌ・２１Ｒが形成された第二バスバー２０とを用いて、溶融したプロジェクション１２Ｌ・１２Ｒに、それぞれ接合部２１Ｌ・２１Ｒを接合したが、本構成に限定するものではない。
一方の母材に形成するプロジェクションの数は、少なくとも一つであればよい。

１０ 第一バスバー（第一の母材）
１１ 本体部
１２Ｌ 左側プロジェクション
１２Ｒ 右側プロジェクション
２０ 第二バスバー（第二の母材）
２１Ｌ 左側接合部
２１Ｒ 右側接合部
１００ 第一電極棒
２００ 第二電極棒

Claims (8)

1. 所定の方向に突出する少なくとも一つのプロジェクションが形成された第一の母材と、第二の母材とを、前記プロジェクションおよび第二の母材が接触するように圧着しつつ、通電により前記プロジェクションを溶融させることによって、接合する溶接方法であって、
   前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分を、前記プロジェクションの基端部よりも、前記プロジェクションの突出方向とは反対側に位置するように形成する、
   ことを特徴とする溶接方法。
2. 前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分を、前記プロジェクションから離間するにつれて、前記プロジェクションの突出方向とは反対側に向かうように傾斜させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
3. 前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分の傾斜角度を、前記プロジェクションの突出方向に直交する方向に対して、１０度以上に設定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
4. 前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分の傾斜角度を、前記プロジェクションの突出方向に直交する方向に対して、１０度以上、かつ、２０度以下に設定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の溶接方法。
5. 所定の方向に突出する少なくとも一つのプロジェクションが形成された第一の母材と、第二の母材とを、前記プロジェクションおよび第二の母材が接触するように圧着しつつ、通電により前記プロジェクションを溶融させることによって、接合して成る溶接構造体であって、
   前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分は、前記プロジェクションの基端部よりも、前記プロジェクションの突出方向とは反対側に位置するように形成される、
   ことを特徴とする溶接構造体。
6. 前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分は、前記プロジェクションから離間するにつれて、前記プロジェクションの突出方向とは反対側に向かうように傾斜する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の溶接構造体。
7. 前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分は、前記プロジェクションの突出方向に直交する方向に対して、１０度以上の角度を成す、
   ことを特徴とする請求項６に記載の溶接構造体。
8. 前記第一の母材における、前記プロジェクションの基端部の周辺部分は、前記プロジェクションの突出方向に直交する方向に対して、１０度以上、かつ、２０度以下の角度を成す、
   ことを特徴とする請求項７に記載の溶接構造体。