JP2023105755A - 抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接時に、非鉄金属がエレメント外部へ飛び出す現象が生じるのを抑制すべく、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、溶接時にエレメントが被溶接材に対して直立した安定姿勢を維持しやすくなるとともに、エレメント全体の熱容量を小さくして、溶融部形成に必要な電流値を抑制可能な、抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法を提供する。【解決手段】抵抗溶接用エレメント４０は、略円盤状の頭部４１と、頭部４１の一方の面から突出するように形成された軸部４２と、頭部４１の他方の面の中央部に突出して形成された平坦部４５ａとを備える。そして、頭部４１の高さが、中央部から頭部４１の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成された抵抗溶接用エレメント４０により、非鉄金属からなる第１部材２０と、鉄系金属からなる第２部材３０と、を抵抗溶接により接合する。【選択図】図１

Description

本発明は、抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法に関し、特に、非鉄金属からなる部材と鉄系金属からなる部材との異種金属同士を接合するために用いられる抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法に関する。

アルミニウムやマグネシウムなどの非鉄金属と鉄系金属との接合は、従来用いられているスポット溶接で直接接合することが困難であり、ＳＰＲ（Ｓｅｌｆ－Ｐｉｅｒｃｉｎｇ Ｒｉｖｅｔｅｄ）などのリベットによる機械締結で接合する手法が一般的に用いられる。近年、非鉄金属の一部をフランジ付鋼製リベット（以下、「抵抗溶接用エレメント」又は単に「エレメント」という。）により鉄系金属に置換し、鉄系金属からなるエレメントと鉄系金属とを抵抗溶接することで、間接的に異種金属同士を接合する手法が提案されている。特に、生産性の観点から、エレメントによる置換と鉄系金属との接合を一工程で行う手法が注目されている。

このようなエレメントによる置換と鉄系金属との接合を一工程で行う手法として、特許文献１には、アルミニウム、マグネシウム又は銅からなる上板（非鉄金属）と、鋼からなる下板（鉄系金属）との板組に対して、上板の上に鋼製ファスナー（上記「エレメント」に相当）を設置し、電極チップによりファスナー及び下板に対して加圧及び通電をおこない、第一の工程にて抵抗発熱によりファスナーを上板へ貫入させ、第二の工程にてファスナーと下板との間に溶融部を形成するようにした抵抗溶接用ファスナーが開示されている。

また、エレメントによる置換と鉄系金属との接合を一工程で行う他の手法として、特許文献２には、結合部材（上記「エレメント」に相当）を用いて抵抗溶接により複数の板（（非鉄金属及び鉄系金属）を接合する結合装置であって、該結合部材は、本体部平坦面の中央付近から突出する中実状のパイロット部と、平坦面の外周に沿って設けられた環状壁と、パイロットと環状壁との間に形成された溝空間を有し、溝空間の第１体積を、パイロット部のうち溝空間の開口面から溝空間の外方に突出する突出部の第２体積以上とした、結合装置が開示されている。

特表２０１６－５２８０４４号公報 国際公開第２０１８／０４２４７１号

しかしながら、本発明者らが検討した結果、上記特許文献１や２に示すような従来の手法では、溶接時に、溶融したアルミニウムなどの非鉄金属がエレメント外部へ飛び出す現象が生じ得ることが分かった。ここで、非鉄金属の飛び出しを抑制するためには、エレメント、より具体的にはエレメントの頭部の外径を大きくする必要があると考えられるが、上記特許文献１や２に示すような従来のエレメントの形状にあっては、エレメントの頭部の外径を大きくすることで、溶接時において、エレメントが被溶接材である板材に対して直立しづらくなり、エレメントと被溶接材との初期接触が安定しないまま通電されることで、溶接不良が生じ得る問題があることが分かった。また、エレメントの頭部の外径を大きくすることで、エレメント全体の熱容量が大きくなる結果、溶接時に多量の電流が必要となるため、溶接部の割れやチリの発生を生じ易くなるという問題もあることが分かった。なお、上記特許文献１や２においては、このような問題については何ら触れられていない。

さらに、エレメントが被溶接材である板材に対して直立しづらくなる点について具体的に説明すると、例えば、特許文献２に開示されている結合部材の場合、エレメントである結合部材の外径を大きくしようとすると、パイロット部５３（以下の実施形態で示す「軸部４２」に相当）に対して、平坦面５１ａ（以下の実施形態で示す「環状溝部４４」に相当）や環状壁５８（以下の実施形態で示す「環状突起部４３」に相当）、すなわちエレメントの頭部に相当する部分が大きくなりすぎて、溶接時において、エレメントが被溶接材である板材に対して直立しづらくなることが分かった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接時に、非鉄金属がエレメント外部へ飛び出す現象が生じるのを抑制すべく、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、溶接時にエレメントが被溶接材に対して直立した安定姿勢を維持しやすくなるとともに、エレメント全体の熱容量を小さくして、溶融部形成に必要な電流値を抑制可能な、抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法を提供することを目的とする。

したがって、本発明の上記目的は、抵抗溶接用エレメントに係る下記［１］の構成により達成される。

［１］ 非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を抵抗溶接により接合するために用いられる、鉄系金属からなる抵抗溶接用エレメントであって、
略円盤状の頭部と、
前記頭部の一方の面から突出するように形成された軸部と、を備え、
前記頭部の他方の面は、前記頭部の中央部が平坦部を有するとともに、前記頭部の高さが、前記中央部から前記頭部の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成されている、抵抗溶接用エレメント。

また、本発明の上記目的は、抵抗溶接方法に係る下記［２］の構成により達成される。

［２］ ［１］に記載の抵抗溶接用エレメントを用いて、非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を接合する抵抗溶接方法であって、
前記軸部を前記第１部材に当接させて、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材、前記第２部材の順に重ね合わせる工程と、
一対の電極により、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材及び前記第２部材を挟持して加圧する工程と、
前記一対の電極による加圧を維持しながら、前記一対の電極の通電により前記第１部材を溶融させ、更に前記抵抗溶接用エレメントを前記第１部材に貫通させて、前記抵抗溶接用エレメント及び前記第２部材を溶接する工程と、
を備える、抵抗溶接方法。

本発明の抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法によれば、溶接時に、非鉄金属がエレメント外部へ飛び出す現象が生じるのを抑制すべく、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、頭部の中央部が平坦部を有するとともに、頭部の高さが、中央部から頭部の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成されていること、すなわち頭部の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部を有することから、エレメントの軸部に対して頭部の体積が大きくなりすぎないため、溶接時にエレメントが被溶接材に対して直立した安定姿勢を維持しやすくなる。また、上記のように、頭部の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部を有することから、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、エレメント全体の熱容量が大きくなりすぎないため、溶融部形成に必要な電流値を抑制可能となる。

図１は、本発明に係る抵抗溶接方法により異材溶接する工程を示す概略断面図である。図１（ａ）は、抵抗溶接用エレメント、第１部材、第２部材の順に重ね合わせ、一対の電極により抵抗溶接用エレメント、第１部材及び第２部材を挟持して加圧するとともに、一対の電極におけるそれぞれの周囲に配置された外部加圧治具により、抵抗溶接用エレメントを加圧する状態を示す概略断面図である。また、図１（ｂ）は、一対の電極間における通電により、抵抗溶接用エレメントと第２部材を溶接した状態を示す概略断面図である。 図２Ａは、一例である抵抗溶接用エレメントを斜め下側から見た斜視図である。 図２Ｂは、一例である抵抗溶接用エレメントを斜め上側から見た斜視図である。 図３Ａは、外部加圧治具に係る構成の第１例を示す斜視図である。 図３Ｂは、外部加圧治具に係る構成の第２例を示す斜視図である。 図４は、溶接時における、経過時間に対する加圧力及び溶接電流の関係の一例を示すグラフである。 図５は、一例である抵抗溶接用エレメントの縦断面図である。 図６は、第１変形例である抵抗溶接用エレメントの縦断面図である。 図７は、第２変形例である抵抗溶接用エレメントの縦断面図である。 図８は、第３変形例である抵抗溶接用エレメントの縦断面図である。

以下、本発明に係る抵抗溶接用エレメント及び該抵抗溶接用エレメントを用いた抵抗溶接方法の一実施形態について、図１～５を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る抵抗溶接方法により異材溶接継手を形成する工程を示す概略断面図である。

本実施形態に係る抵抗溶接方法は、図１に示すように、アルミニウムやマグネシウムなどの非鉄金属からなる第１部材２０と、鉄系金属からなる第２部材３０とを重ね合わせ、鉄系金属からなる抵抗溶接用エレメント（以下、単に「エレメント」ともいう。）４０を用いて接合することで、異材溶接継手１０を形成する抵抗溶接方法である。なお、以下の説明では、エレメント４０、第１部材２０、第２部材３０の順に重ね合わされた積層体において、エレメント４０側を「上側」、第２部材３０側を「下側」とする。

本実施形態で使用される第１部材２０及び第２部材３０は、その板厚が、それぞれｔ_１、ｔ_２の平板状部材であり、穴あけやリベット打込みなどの前処理は施されていない。

なお、第１部材２０の材質は、純鉄や鉄合金を含む鉄系材料であれば、特に制限されるものでなく、例えば、軟鋼、炭素鋼、ステンレス鋼などが例として挙げられる。また、第２部材３０の材質は、上記鉄系金属よりも低融点の非鉄金属であれば、特に制限されるものでなく、例えば、純アルミニウム、純マグネシウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金などが例として挙げられる。

エレメント４０は、鉄系金属からなり、図２Ａ、図２Ｂ及び図５に一例として示すように、略円盤状の頭部４１と、頭部４１の一方の面から突出するように形成された略円錐台形状の軸部４２と、頭部４１の一方の面における外縁部近傍に設けられた環状突起部４３と、軸部４２と環状突起部４３の間に形成された環状溝部４４と、を備える。軸部４２及び環状突起部４３と環状溝部４４との内角部には、例えば、半径１ｍｍ以下のＲ面取り部が形成されている。これにより、後述するように、一対の電極５０及び一対の外部加圧治具６０の加圧による応力集中を緩和して割れが防止できる。

また、エレメント４０は、図２Ｂ及び図５に示すように、頭部４１の他方の面の中央部から上方に突出するように形成された略円柱形状の突起部４５を備える。すなわち、突起部４５の外径側には、突起部４５よりも階段状に一段低く形成された外縁部４６が設けられている。また、突起部４５の上面は、平坦部４５ａを有しており、外縁部４６の上面もまた、突起部４５より一段低く形成された平坦部を有している。なお、突起部４５の上面である平坦部４５ａ及び外縁部４６の上面は、必ずしも完全に平坦である必要はなく、多少の凹凸を有する平面であってもよい。

続いて、図２Ａに示すように、頭部４１の直径Ｄ_ｈは、軸部４２の根元の外径Ｄｓ及び環状溝部４４の内径Ｄ_ｇより大きく形成されている。このように、エレメント４０をその断面視（図５参照）で略Ｔ字状に形成することで、溶接完了後に、第２部材３０とエレメント４０の頭部４１によって挟持される第１部材２０への拘束力を高めることができる。

また、図５に示すように、突起部４５における平坦部４５ａの外径Ｄ_ｆは、環状突起部４３の内径Ｄ_ｇより小さく形成されている。このように、平坦部４５ａの外径Ｄ_ｆを、環状突起部４３の内径Ｄ_ｇより小さくすることで、後述する上側電極５１と下側電極５２で挟持して通電する際、溶接電流をエレメント４０の中心付近に集中して流すことができ、エネルギ効率を向上させることができる。

さらに、図５に示すように、突起部４５における平坦部４５ａの外径Ｄ_ｆは、軸部４２の根元の外径Ｄ_ｓよりも大きく形成されている。このように、平坦部４５ａの外径Ｄ_ｆを、軸部４２の根元の外径Ｄ_ｓよりも大きくすることで、後述する上側電極５１と下側電極５２で挟持して通電する際、溶接電流をエレメント４０の中心付近に集中して流すことができ、エネルギ効率を向上させることができる。なお、上記効果をより高めるためには、平坦部４５ａの外径Ｄ_ｆと、上側電極５１の直径Ｄ_ｕを同程度の直径とすることが好ましい。

また、図２Ａ、図２Ｂ及び図５で示すように、突起部４５における平坦部４５ａ、環状突起部４３及び軸部４２の根元のそれぞれが、真円の形状である場合には、平坦部４５ａの外径Ｄ_ｆ、環状突起部４３の内径Ｄ_ｇ及び軸部４２の根元の外径Ｄ_ｓは、それぞれ一定の値となるが、例えば、楕円形などの場合には、それぞれ、平坦部４５ａの「最大外径」、環状突起部４３の「最小内径」及び軸部４２の根元の「最大外径」として、上記した平坦部４５ａの外径Ｄ_ｆ、環状突起部４３の内径Ｄ_ｇ及び軸部４２の根元の外径Ｄ_ｓを考えるものとすればよい。

続いて、軸部４２は、その根元から先端部に向かって先細りの略円錐台形状であり、これにより、後述する抵抗溶接の際に、エレメント４０が第１部材２０へ容易に進入できる。なお、図２Ａ、図２Ｂ及び図５で示す本実施形態のエレメント４０は、軸部４２における根元から先端部に向かって先細りの略円錐台形状を有しているが、例えば、軸部４２における根元及び先端部の中間部から先端部に向かって先細りの略円錐台形状を有するものであっても、上記と同様の効果が得られる。

また、環状溝部４４は、抵抗溶接の際に、溶融した第１部材２０が流れ込む貯留部として作用する。なお、図１及び図５に示すように、環状突起部４３の下面から軸部４２の先端までの長さＬは、第１部材２０の厚さｔ_１以上に設計されている。これにより、後述するように、第１部材２０を挟持した状態で、エレメント４０の軸部４２と第２部材３０とが当接することができ、これら部材の間で確実に溶接を行うことができる。

頭部４１の形状は、特に限定されず、必要に応じて多角形形状なども採用することができる。また、軸部４２の形状も、図２Ａ及び図２Ｂに示すような円錐台形状に限定されず、円柱状、円錐形状などであってもよい。さらに、突起部４５の形状も、図２Ｂに示すような円柱形状に限定されず、多角形形状などであってもよい。

エレメント４０の材質は、純鉄や鉄合金を含む鉄系材料であれば、特に制限されるものでなく、例えば、軟鋼、炭素鋼、ステンレス鋼などが例として挙げられる。

一対の電極５０は、抵抗スポット溶接用電極であり、エレメント４０、第１部材２０及び第２部材３０を介して、互いに対向配置された上側電極５１と下側電極５２とを備える。

さらに、一対の電極５０のそれぞれの周囲には、エレメント４０、第１部材２０及び第２部材３０を介して、上下に対向配置された一対の外部加圧治具６０が配置されている。外部加圧治具６０は、上側電極５１の周囲に配置された、略円環状の上側外部加圧治具６１と、下側電極５２の周囲に配置された、略円環状の下側外部加圧治具６２とを備える。

なお、上側外部加圧治具６１は、図３Ａに示すような円環状（例えば、同心円断面パイプ）として全周を加圧する構成に限定されず、図示は省略するが周方向で複数に分割されて多点で加圧する構成とされてもよく、又は、図３Ｂに示すようなアーム状の構成であってもよい。また、下側外部加圧治具６２についても、上記した上側外部加圧治具６１の場合と同様である。

なお、後述する本実施形態に係る異材溶接継手１０の抵抗溶接方法は、一対の外部加圧治具６０を用いて溶接する方法として説明するが、本発明は、このような一対の電極５０と一対の外部加圧治具６０の両方を用いて溶接する場合に限定されるものではなく、一対の電極５０のみにより、エレメント４０、第１部材２０及び第２部材３０を挟持及び加圧して抵抗溶接する場合も含まれることは言うまでもない。

続いて、異材溶接継手１０の抵抗溶接方法について、図１及び図４を参照して説明する。

本実施形態に係る抵抗溶接方法は、まず、図１（ａ）に示すように、異材溶接継手１０の構成部材である第１部材２０と第２部材３０とを重ね合わせ、更にエレメント４０の軸部４２を第１部材２０の上面に当接させて、溶接前の状態とする。

次に、上側電極５１をエレメント４０の突起部４５の上面に当接させ、さらに上側外部加圧治具６１をエレメント４０の外縁部４６の上面にそれぞれ当接させるとともに、下側電極５２及び下側外部加圧治具６２を、それぞれ第２部材３０の下面に当接させて、一対の電極５０及び一対の外部加圧治具６０により、第１部材２０を介してエレメント４０と第２部材３０とを挟持する。

なお、上側外部加圧治具６１におけるエレメント４０の外縁部４６との当接部分は、エレメント４０における軸部４２よりも径方向外側の部分、換言すれば、環状突起部４３又は環状溝部４４に相当する部分であることが好ましい。これにより、エレメント４０における環状突起部４３又は環状溝部４４を上側から押さえることができ、後述するように、エレメント４０が第１部材２０へ進入する際に、第１部材２０の変形に伴う反発力が生じる作用や、エレメント４０の環状溝部４４内に、第１部材２０の溶融による液滴が入り込む作用により、エレメント４０が押し上げられることを、より効果的に抑制することができる。

続いて、上側電極５１を加圧力Ｆ_１で加圧するとともに、本実施形態では特に上側外部加圧治具６１を加圧力Ｆ_１より大きな加圧力Ｆ_２で加圧して、エレメント４０、第１部材２０及び第２部材３０を加圧する。

本実施形態では、上側外部加圧治具６１の加圧力Ｆ_２は、上側電極５１の加圧力Ｆ_１より大きいとして説明したが、加圧力Ｆ_１と加圧力Ｆ_２の大きさは、溶接条件に応じて変更可能であり、加圧力Ｆ_１が加圧力Ｆ_２より大きくてもよく、また同じ大きさであってよい。なお、図４では、加圧力Ｆ_１＝加圧力Ｆ_２の例を示している。

そして、図４に示すように、所定のスクイズ時間Ｔ_１で保持させた後、一対の電極５０（上側電極５１及び下側電極５２）及び一対の外部加圧治具６０（上側外部加圧治具６１及び下側外部加圧治具６２）による加圧を維持しながら、一対の電極５０間に、本溶接時の第２電流Ｉ_２より小さな第１電流Ｉ_１を流して（第一通電）、エレメント４０や第２部材３０よりも溶融温度が低い第１部材２０を溶融させ、溶融池（図示せず）を形成する。

これにより、加圧力Ｆ_１及びＦ_２の合計の力で加圧されるエレメント４０は、その軸部４２が第１部材２０の溶融池内に進入し、第１部材２０を貫通するまで下側に移動し、軸部４２の先端が第２部材３０に当接する。

なお、図４に示すように、最初は小さな第１電流Ｉ_１で通電するようにしたのは、最初から大きな電流で通電させると、第１部材２０が一気に溶融して液滴が周囲に飛散するおそれがあるためである。また、エレメント４０の軸部４２が第１部材２０の溶融池内に進入することで、溶融池から溢れた液滴は、エレメント４０の環状溝部４４に収容され、バリの発生が抑制される。

ここで、エレメント４０が第１部材２０へ進入する際に、第１部材２０の変形に伴う反発力が生じる作用や、エレメント４０の環状溝部４４内に、第１部材２０の溶融による液滴が入り込む作用により、軸部４２の先端が第２部材３０から離間する方向（すなわち、図１において上方向）の力が作用する。すなわち、溶接の際に溶融した第１部材２０により、エレメント４０を押し上げようとする力が働く。

しかし、エレメント４０は、上側電極５１と下側電極５２により挟持されて加圧されているだけでなく、その周囲に配置された上側外部加圧治具６１と下側外部加圧治具６２により挟持されて加圧された状態であるため、エレメント４０が押し上げられることが抑制され、溶接時において軸部４２の先端と第２部材３０との当接状態は良好に維持される。特に、本実施形態において、上側外部加圧治具６１は、エレメント４０の外縁部４６、すなわち、エレメント４０における軸部４２よりも径方向外側の部分を加圧しているため、より効果的にエレメント４０の上方向への移動を抑制することができ、軸部４２の先端と第２部材３０との当接状態をより確実なものとすることが可能となる。

そして、図１（ｂ）及び図４に示すように、更に一対の電極５０及び一対の外部加圧治具６０による加圧を維持しながら、上側電極５１と下側電極５２との間に本溶接電流である第２電流Ｉ_２を流して（第二通電）、通常のスポット溶接方法により、軸部４２の先端と第２部材３０との間で溶融部２２を形成し、エレメント４０と第２部材３０を溶接することで、鉄系金属同士の接合を行う。最後に、所定のホールド時間Ｔ_２分だけ保持して溶接を終了する。

以上、本実施形態に係る抵抗溶接方法によれば、抵抗溶接の際に、エレメント４０の軸部４２が第１部材２０の溶融池内に進入することで、エレメント４０の環状突起部４３の下面と第１部材２０の上面とが次第に接近する。これにより、溶接電流が環状突起部４３側に分流する可能性がある。しかし、上側電極５１は、軸部４２に対応した位置にあり、一段高く形成された突起部４５の平坦部４５ａに当接しているので、溶接電流は、環状突起部４３側への分流が抑制され、突起部４５及び軸部４２に集中して流れ、エネルギ効率が向上して第１部材２０が短時間で溶融して良好な溶接が可能となる。

また、本実施形態に係るエレメント４０によれば、上述したように、溶接時に、非鉄金属がエレメント外部へ飛び出す現象が生じるのを抑制すべく、エレメント４０の頭部４１の外径を大きくする場合であっても、頭部４１の中央部が平坦部４５ａを有するとともに、頭部４１の高さが、中央部から頭部の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成されていること、すなわち頭部４１の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部（すなわち、外縁部４６）を有することから、エレメント４０の軸部４２に対して頭部４１の体積が大きくなりすぎないため、溶接時にエレメント４０が被溶接材（第１部材２０）に対して直立した安定姿勢を維持しやすくなる。

また、頭部４１の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部を有することから、エレメント４０の頭部４１の外径を大きくする場合であっても、エレメント４０全体の熱容量が大きくなりすぎないため、溶融部形成に必要な電流値を抑制可能となる。

さらに、第１部材２０を挟んでエレメント４０と第２部材３０が、一対の電極５０による加圧力に加え、その周囲に配置された一対の外部加圧治具６０による加圧力も付加された状態で溶接されており、従来の一対の電極５０による加圧力のみによる場合と比較して、上述した作用によりエレメント４０が第１部材２０へ進入する際にエレメント４０が押し上げられるのを効果的に抑制するため、大入熱の通電を行わなくても、所望とする高強度の溶融部を形成することが可能となる。よって、比較的入熱量を抑えた通電条件で所望の溶融部を形成することができるため、溶接不良も防止することができる。

なお、本実施形態で説明したような、上側外部加圧治具６１の加圧力Ｆ_２が、上側電極５１の加圧力Ｆ_１より大きければ、エレメント４０が第１部材２０に進入する際におけるエレメント４０が押し上げられる作用をより効果的に抑制できるため、特に好ましい。

また、第１部材２０の溶融による液滴がエレメント４０の環状溝部４４内に入り込むことで、溶接電流が環状溝部４４内の液滴に分流して溶融部２２が形成されにくい状態となる場合がある。そこで、溶接電流が環状溝部４４内の液滴に分流することを抑制するため、上側電極５１の直径Ｄ_ｕは、軸部４２の根元の外径Ｄ_ｓと略同等とするのが好ましい。また、エレメント４０と第１部材２０の接触面に、例えば、接着剤などを塗布して分流を抑制することでも解決可能である。さらに、下側電極５２の直径Ｄ_ｄは、特に限定されないが、下側外部加圧治具６２との干渉を防止するため、上側電極５１の直径Ｄ_ｕと略同等とするのが好ましい。

さらに、上述したように、外部加圧治具６０によりエレメント４０を加圧する場合においては、外部加圧治具６０は、エレメント４０の頭部４１における、軸部４２よりも径方向外側の部分を加圧することが好ましく、これにより、エレメント４０における環状突起部４３又は環状溝部４４を上側から押さえることができ、溶接の際に溶融した第１部材２０が環状溝部４４に流入して、エレメント４０が押し上げられるのをより効果的に抑制できる。

続いて、図６は、第１変形例である抵抗溶接用エレメント４０の縦断面図である。第１変形例のエレメント４０は、突起部４５の外径側に設けられた外縁部４６が、２段の階段状に形成されている。その他の部分については、実施形態のエレメント４０と同様であるため、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を省略する。また、作用も同様であるので、説明を省略する。なお、以下の各変形例においても同様とする。

図７は、第２変形例である抵抗溶接用エレメント４０の縦断面図である。第２変形例のエレメント４０は、図５で示した実施形態のエレメント４０における外縁部４６が階段状に形成されていたのに対し、頭部４１の中央部における突起部４５から周辺部にかけてテーパ部４７が形成されている。すなわち、頭部４１の高さが、中央部から周辺部にかけて傾斜状に減少している。

図８は、第３変形例である抵抗溶接用エレメント４０の縦断面図である。第３変形例の抵抗溶接用エレメント４０は、頭部４１の中央部における突起部４５から周辺部にかけて球面部４８が形成されている。すなわち、頭部４１の高さが、中央部から周辺部にかけて球面状に次第に減少している。

以上、本発明に係る抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法の各実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記の実施形態では、抵抗溶接用エレメント４０は、頭部４１の一方の面に環状突起部４３と環状溝部４４を有する構成として説明したが、環状突起部４３や環状溝部４４を有さない構成にも適用可能である。

以上のとおり、本明細書には次の事項が開示されている。

（１） 非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を抵抗溶接により接合するために用いられる、鉄系金属からなる抵抗溶接用エレメントであって、
略円盤状の頭部と、
前記頭部の一方の面から突出するように形成された軸部と、を備え、
前記頭部の他方の面は、前記頭部の中央部が平坦部を有するとともに、前記頭部の高さが、前記中央部から前記頭部の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成されている、抵抗溶接用エレメント。
この構成によれば、溶接時に、非鉄金属がエレメント外部へ飛び出す現象が生じるのを抑制すべく、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、頭部の中央部が平坦部を有するとともに、頭部の高さが、中央部から頭部の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成されていること、すなわち頭部の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部を有することから、エレメントの軸部に対して頭部の体積が大きくなりすぎないため、溶接時にエレメントが被溶接材に対して直立した安定姿勢を維持しやすくなる。また、上記のように、頭部の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部を有することから、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、エレメント全体の熱容量が大きくなりすぎないため、溶融部形成に必要な電流値を抑制可能となる。

（２） 前記頭部の一方の面における外縁部近傍に設けられた環状突起部と、
前記軸部と前記環状突起部の間に形成された環状溝部と、を更に備える、（１）に記載の抵抗溶接用エレメント。
この構成によれば、溶融した第１部材の液滴が抵抗溶接用エレメントの溝部内に入り込むことによる抵抗溶接用エレメントに作用する押し上げ力を効果的に抑制することができ、良好な溶接が可能となる。

（３） 前記平坦部の外径Ｄ_ｆが、前記環状突起部の内径Ｄ_ｇよりも小さい、（２）に記載の抵抗溶接用エレメント。
この構成によれば、上側電極５１と下側電極５２で挟持して通電する際、溶接電流をエレメント４０の中心付近に集中して流すことができ、エネルギ効率を向上させることができる。

（４） 前記平坦部の外径Ｄ_ｆが、前記軸部の根元の外径Ｄ_ｓよりも大きい、（２）又は（３）に記載の抵抗溶接用エレメント。
この構成によれば、上側電極５１と下側電極５２で挟持して通電する際、溶接電流をエレメント４０の中心付近に集中して流すことができ、エネルギ効率を向上させることができる。

（５） 前記軸部は、前記軸部における根元から先端部に向かって、ないし、前記軸部における根元及び先端部の中間部から先端部に向かって、先細りの略円錐台形状を有する、（１）～（４）のいずれか１つに記載の抵抗溶接用エレメント。
この構成によれば、軸部を第１部材の溶融池内に容易に進入させることができる。

（６） （１）～（５）のいずれか１つに記載の抵抗溶接用エレメントを用いて、非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を接合する抵抗溶接方法であって、
前記軸部を前記第１部材に当接させて、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材、前記第２部材の順に重ね合わせる工程と、
一対の電極により、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材及び前記第２部材を挟持して加圧する工程と、
前記一対の電極による加圧を維持しながら、前記一対の電極の通電により前記第１部材を溶融させ、更に前記抵抗溶接用エレメントを前記第１部材に貫通させて、前記抵抗溶接用エレメント及び前記第２部材を溶接する工程と、
を備える、抵抗溶接方法。
この構成によれば、溶接時に、非鉄金属がエレメント外部へ飛び出す現象が生じるのを抑制すべく、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、頭部の中央部が平坦部を有するとともに、頭部の高さが、中央部から頭部の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成されていること、すなわち頭部の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部を有することから、エレメントの軸部に対して頭部の体積が大きくなりすぎないため、溶接時にエレメントが被溶接材に対して直立した安定姿勢を維持しやすくなる。また、上記のように、頭部の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部を有することから、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、エレメント全体の熱容量が大きくなりすぎないため、溶融部形成に必要な電流値を抑制可能となる。

１０ 異材溶接継手
２０ 第１部材
３０ 第２部材
４０ エレメント（抵抗溶接用エレメント）
４１ 頭部
４２ 軸部
４３ 環状突起部
４４ 環状溝部
４５ 突起部
４５ａ 平坦部
４６ 外縁部
５０ 一対の電極
Ｄ_ｆ 平坦部の外径
Ｄ_ｇ 環状突起部の内径
Ｄ_ｈ 頭部の直径
Ｄ_ｓ 軸部の根元の外径

Claims (6)

1. 非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を抵抗溶接により接合するために用いられる、鉄系金属からなる抵抗溶接用エレメントであって、
   略円盤状の頭部と、
   前記頭部の一方の面から突出するように形成された軸部と、を備え、
   前記頭部の他方の面は、前記頭部の中央部が平坦部を有するとともに、前記頭部の高さが、前記中央部から前記頭部の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成されている、抵抗溶接用エレメント。
2. 前記頭部の一方の面における外縁部近傍に設けられた環状突起部と、
   前記軸部と前記環状突起部の間に形成された環状溝部と、を更に備える、請求項１に記載の抵抗溶接用エレメント。
3. 前記平坦部の外径Ｄ_ｆが、前記環状突起部の内径Ｄ_ｇよりも小さい、請求項２に記載の抵抗溶接用エレメント。
4. 前記平坦部の外径Ｄ_ｆが、前記軸部の根元の外径Ｄ_ｓよりも大きい、請求項２又は３に記載の抵抗溶接用エレメント。
5. 前記軸部は、前記軸部における根元から先端部に向かって、ないし、前記軸部における根元及び先端部の中間部から先端部に向かって、先細りの略円錐台形状を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の抵抗溶接用エレメント。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の抵抗溶接用エレメントを用いて、非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を接合する抵抗溶接方法であって、
   前記軸部を前記第１部材に当接させて、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材、前記第２部材の順に重ね合わせる工程と、
   一対の電極により、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材及び前記第２部材を挟持して加圧する工程と、
   前記一対の電極による加圧を維持しながら、前記一対の電極の通電により前記第１部材を溶融させ、更に前記抵抗溶接用エレメントを前記第１部材に貫通させて、前記抵抗溶接用エレメント及び前記第２部材を溶接する工程と、
   を備える、抵抗溶接方法。

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