JP7020040B2 - 接合材用溶接ユニット - Google Patents

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本発明は、リベットやスタッドなどの接合材を用いて溶接により複数部材の接合を行う、接合材用溶接ユニットに関する。
下記特許文献１には、第１部材と第２部材とを固着体を用いて接合する装置が開示されている。固着体は、円筒形状の棹と一体的に形成されている。固着体は、２部材のうちの１部材に形成された開口に嵌め込まれる。そして、棹を介してスタッド装置から通電されて、接合対象物の同士を溶接する。通常は、第１部材と第２部材の接合が完了された後に棹が除去される。
昭和５３－０３３９５１公報
しかしながら、上記先行技術では、棹を除去するためには、切り離す作業が必要であり、手間がかかる。一方、第１部材と第２部材の接合後に棹を残すと、不要な突起となり見栄えが悪くなってしまう。
本発明は、上記事実を考慮し、複数部材の接合を簡易に見栄えよく行うことができる接合材用溶接ユニットを提供するものである。
本発明に係る接合材用溶接ユニットは、金属製の第１部材と、前記第１部材の一方面に重ね合わされると共に貫通孔を有し前記第１部材の一方面と前記貫通孔とで凹部を形成する第２部材と、外径が前記貫通孔の内径よりも大径且つ前記貫通孔の内径よりも厚みが薄い大径板部と、前記大径板部から突出され、前記大径板部からの突出長さは、前記凹部の深さよりも長く、前記貫通孔に挿入される凸部と、を有し、前記大径板部及び前記凸部が前記第１部材と同種の金属製である接合材と、円柱状に突出された係合凸部を含み前記接合材を保持する保持部を有し、前記接合材へ通電して前記接合材の前記凸部を溶融させ、前記第１部材と前記第２部材とを接合する溶接機と、を備えている。
本発明に係る接合材用溶接ユニットでは、溶接機の保持部で接合材が保持され、第１部材の一方面と第２部材の貫通孔とで形成された凹部に、接合材の凸部が挿入される。そして、溶接機により接合材へ通電され、接合材及び第１部材の一方面を溶融させる。これにより、接合材と第１部材とが溶接され、大径板部と第１部材との間に第２部材が挟み込まれることにより、第１部材と第２部材とが接合される。
本発明に係る接合材用溶接ユニットによれば、溶接機の保持部で接合材を保持しつつ簡易に溶接することができる。また、大径板部の厚みが貫通孔の直径よりも薄いので、溶接後の接合材は、第２部材からの突出量が小さくなり、見栄えをよくすることができる。
本発明に係る接合材用溶接ユニットは、前記凸部の前記大径板部からの突出長さは、前記凹部の深さよりも長い。
この接合材用溶接ユニットによれば、溶接を行うための通電によりアーク放電を発生させるためのスペースを確保しつつ、溶融により短縮された凸部により良好に溶接をおこなうことができる。
本発明に係る接合材用溶接ユニットは、前記大径板部の表面には、前記係合凸部が挿入されて係合する円柱凹状の係合部が形成されている。
この接合材用溶接ユニットによれば、大径板部の表面の係合部を保持部と係合させることにより、容易に位置決めしつつ保持部で接合材を保持することができる。
本発明に係る接合材用溶接ユニットは、前記保持部は、前記係合凸部が前記係合部へ挿入された状態で前記大径板部の表面に当接する当接面を有することができる。
本発明に係る接合材用溶接ユニットは、前記係合部の凹状の深さは、前記大径板部の厚みよりも浅いことが好ましい。
本発明に係る接合材用溶接ユニットは、前記溶接機の前記保持部は、バキュームによる吸引で前記接合材を保持するバキューム保持部とすることができる。
この接合材用溶接ユニットによれば、バキュームによる吸引を用いて、容易に接合材を保持することができる。
本発明に係る接合材用溶接ユニットは、前記溶接機の前記保持部は、磁力による吸引で前記接合材を保持する磁力保持部とすることができる。
この接合材用溶接ユニットによれば、磁力による吸引を用いて、容易に接合材を保持することができる。
本発明に係る接合材用溶接ユニットは、前記溶接機の前記保持部を雄ねじで形成し、前記大径板部の表面に前記雄ねじと螺合する雌ねじを形成してもよい。
この接合材用溶接ユニットによれば、雄ねじと雌ねじとを螺合させることにより、簡易に接合材を保持することができる。
本発明に係る接合材用溶接ユニットは、前記溶接機の前記保持部は径方向に弾性変形可能なバネ部材を含んで形成されており、前記大径板部の表面には前記バネ部材を圧縮変形させる係合させる係合凹溝が形成されている構成にしてもよい。
この接合材用溶接ユニットによれば、弾性変形可能なバネ部材を用いることにより、簡易に接合材を保持することができる。
以上説明したように、本発明に係る接合材用溶接ユニットによれば、複数部材の接合を簡易に見栄えよく行うことができる。
第１実施形態の接合材用溶接ユニットの一部断面図である。 （Ａ）（Ｂ）は第１実施形態の接合材用溶接ユニットによる接合手順(通電前）を説明する図である。 （Ａ）（Ｂ）は第１実施形態の接合材用溶接ユニットによる接合手順（通電後）を説明する図である。 （Ａ）（Ｂ）各々が、第１実施形態の変形例の接合材用溶接ユニットの一部断面図である。 第２実施形態の接合材用溶接ユニットの一部断面図である。 第３実施形態の接合材用溶接ユニットの一部断面図である。
（第１実施形態）
以下、図１及び図２を用いて、本発明に係る接合材用溶接ユニットの第１実施形態について説明する。
図１に示すように本実施形態に係る接合材用溶接ユニット１０は、第１部材１２と、第１部材１２と異なる材料で形成された第２部材１４と、第１部材１２と同種の材料で形成された接合材２０－１と、溶接機３０を含んで構成されている。
第１部材１２は、本実施形態では、一例として鉄系金属で形成されている。第２部材１４は、第１部材１２と異種の材料、本実施形態では、鉄系金属以外の材料、アルミニウム合金で形成されている。第２部材１４は、他にも、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、マグネシウム合金等の軽量材料でも形成することができる。なお、第１部材１２と第２部材１４は、同種の金属であってもよい。
接合材２０－１は、第１部材１２と同種の材料で形成されており、本実施形態では、鉄系金属で形成されている。
第２部材１４は、板状とされ、第１部材１２の平坦部分に重ね合わされている。第２部材１４には、貫通孔１４Ａが形成されている。貫通孔１４Ａと第１部材１２の貫通孔１４Ａに臨む一方面１２Ａにより、凹部１６が形成されている。
接合材２０－１は、円板状の大径板部２２と、大径板部２２の中央部から突出した凸部２４と、を有している。大径板部２２の外径は、貫通孔１４Ａよりも大径とされている。凸部２４は、大径板部２２側が底部２４Ａ、突出先端側が頂部２４Ｂとなる中実の円錐状とされ、大径板部２２と一体に形成されている。凸部２４の底部２４Ａの外径は、貫通孔１４Ａの内径よりも小径とされている。
大径板部２２の厚みは、貫通孔１４Ａの内径よりも薄くなっている。すなわち、後述する溶接により形成されるナゲットの外径よりも大径板部２２の厚みが薄くなるように設定されている。凸部２４の高さＨ、すなわち、大径板部２２からの突出長さＨは、貫通孔１４Ａの深さＤ、すなわち、第２部材１４の厚みＤよりも長くなっている。また、高さＨは、深さＤの２倍よりも短くなっている。大径板部２２の凸部２４と反対側の面には、凸部２４に対応する位置に係合凹部２２Ａが形成されている。係合凹部２２Ａは、円柱状とされている。係合凹部２２Ａの深さは、大径板部２２の厚みＩよりも浅くなっている。これらの数値に限定されるものではないが、一例として、第１部材１２の厚み１ｍｍ～２ｍｍ程度、第２部材１４の厚み（貫通孔１４Ａの深さＤ）０．６ｍｍ～３ｍｍ、貫通孔１４Ａの内径５ｍｍ～１０ｍｍ程度に設定することができる。
溶接機３０は、本体部３２及び保持部３４－１を有している。保持部３４－１は、接合材２０－１を保持する部分であり、大径板部２２に当接される当接面３４Ａ、及び、係合凹部２２Ａへ挿入される係合凸部３４Ｂを有している。係合凸部３４Ｂは、係合凹部２２Ａに対応する円柱状の穴形状とされている。本体部３２は、保持部３４－１を介して接合材２０－１へ通電するための回路や、保持部３４－１の押し込み、引き上げなどの動作を制御する駆動部を有する、スタッド溶接機の本体である。また、保持部３４－１は、スイッチをオンすることにより、接合材２０－１を磁力により吸着して保持し、スイッチをオフにすることにより、接合材２０－１の保持を解除するように構成されている。
次に、本実施形態に係る接合材用溶接ユニット１０を用いた接合手順について説明する。
まず、図２（Ａ）に示されるように、第１部材１２と第２部材１４とを位置決めしつつ重ね合わせる。これにより、第２部材１４の貫通孔１４Ａと、この貫通孔１４Ａに臨む第１部材１２の一方面１２Ａで、凹部１６が形成される。
一方、溶接機３０の保持部３４－１で、接合材２０－１を保持する。ここでの保持は、係合凸部３４Ｂを接合材２０－１の係合凹部２２Ａへ挿入し、保持部３４－１の当接面３４Ａを接合材２０－１の大径板部２２の表面に当接させて、スイッチをオンすることにより、接合材２０－１を磁力により吸着して保持する。
次に、保持部３４－１で接合材２０－１を保持しつつ、凹部１６へ凸部２４を挿入し、図２（Ｂ）に示されるように、接合材２０－１の頂部２４Ｂを第１部材１２の一方面１２Ａに当接させる。そして、接合材２０－１に電流を流し、アーク方式の場合には、この状態から僅かに接合材２０－１を引き上げて、頂部２４Ｂと第１部材１２の表面との間にアークを放電させる。これにより、凸部２４の頂部２４Ｂ側及び第１部材１２の表面を溶融させる。
そして、図３（Ａ）に示されるように、保持部３４－１を下げて（第１部材１２側へ近づけて）溶融池Ｐへ接合材２０－１の凸部２４を押し込み、大径板部２２の下面が第２部材１４の表面１４Ｂに当接した時点で電流を遮断する。これにより、凸部２４が凹部１６内で溶接され、大径板部２２と第１部材１２との間に第２部材１４が挟み込まれ、第１部材１２と第２部材１４とが大径板部２２を介して接合される。
その後、溶接機３０のスイッチをオフにし、図３（Ｂ）に示されるように、保持部３４－１による接合材２０－１の保持を解除する。
本実施形態の接合材用溶接ユニット１０によれば、溶接機３０の保持部３４－１で接合材２０－１を保持しつつ簡易に溶接することができる。また、大径板部２２の厚みが貫通孔１４Ａの内径よりも薄いので、溶接後の接合材２０－１は、第２部材１４からの突出量が小さくなり、見栄えをよくすることができる。
また、接合材２０－１は、第２部材１４からの突出量を小さくすることができるので、突出量の大きいブラインドリベットを用いることができないドア開口フランジなどにも使用することができる。
また、本実施形態の接合材用溶接ユニットによれば、接合部分において、片側からのアクセスにより第１部材１２と第２部材１４とを接合することができるので、両側からのアクセスを必要とする接合手段と比較して、容易に接合作業を行うことができる。
また、接合材用溶接ユニット１０では、凸部２４の突出長さＨが凹部１６の深さＤよりも長いので、凸部２４の溶融前に大径板部２２は第２部材１４と離間させておくことができる。一方、凸部２４の突出長さＨが凹部１６の深さＤの２倍よりも短いので、凸部２４が長すぎることにより大径板部２２が第２部材１４の表面から離れた状態で第１部材１２と接合材２０－１が溶接されることを抑制できる。なお、凸部２４の突出長さＨは、必ずしも凹部１６の深さＤの２倍よりも短くなくてもよい。
また、接合材用溶接ユニット１０では、溶接機３０の保持部３４－１で円板状の大径板部２２を保持して、接合作業を行う。したがって、スタッドボルトなどの凸部を保持して接合作業を行い、接合作業後に凸部を切り離す必要がなく、作業を簡易に行うことができる。
なお、本実施形態では、電磁力を用いて保持部３４－１により接合材２０－１を保持したが、他の手段、例えば、バキュームによって接合材２０－１を保持してもよい。
また、本実施形態では、接合材２０－１の大径板部２２に円柱状の係合凹部２２Ａを形成し、これに対応する円柱穴状の係合凸部３４Ｂを形成したが、図４（Ａ）に示されるように、係合凹部２２Ａの形状を円錐状とし、係合凸部３４Ｂの形状を円錐穴状としてもよい。
また、図４（Ｂ）に示されるように、保持部３４－１側に係合凹部３５を形成し、大径板部２２を保持してもよい。さらに、保持部３４－１、大径板部２２に凹凸を設けることなく、平坦状にして磁力で保持してもよい。
また、本実施形態では、アーク式の溶接で接合材２０－１に電流を流した後に第１部材１２と接合材２０－１の頂部２４Ｂとを僅かに離間させたが、コンデンサ式の溶接を行こともできる。このコンデンサ式の内のコンタクト方式の場合には、頂部２４Ｂを第１部材１２に接触させた状態で接合材２０－１に電流を流し、凸部２４及び第１部材１２の表面を溶融させて接合材２０－１を第１部材１２へ向かって押し込み溶接する。また、コンデンサ式の内のギャップ方式の場合には、接合材２０－１に電流を流しつつ第１部材１２へ接近させ、凸部２４及び第１部材１２の一方面１２Ａを溶融させて接合材２０－１を第１部材１２へ向かって押し込み溶接する。
（第２実施形態）
次に、図５を用いて、本発明の第２実施形態の接合材用溶接ユニット４０について説明する。なお、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図５に示されるように、本実施形態では、第１実施形態の接合材２０－１に代えて、接合材２０－１と係合凹部２２Ａの構成が異なる接合材２０－２が用いられる。また、第１実施形態の保持部３４－１と係合凸部３４Ｂの構成が異なる保持部３４－２が用いられる。
接合材２０－２の大径板部２２には、係合凹ネジ部２２Ｂが形成されている。係合凹ネジ部２２Ｂの内周には、雌ねじが形成されている。保持部３４－２には、係合凸ネジ部３４Ｃが形成されている。係合凸ネジ部３４Ｃには、係合凹ネジ部２２Ｂに螺合される雄ネジが形成されている。
保持部３４－２で接合材２０－２を保持する時には、係合凸ネジ部３４Ｃを係合凹ネジ部２２Ｂと螺合させる。この状態で、第１実施形態と同様に、凹部１６へ凸部２４を挿入して溶接作業を行うことができる。保持部３４－２による接合材２０－２の保持の解除は、係合凸ネジ部３４Ｃを螺合の時と反対に回転させて螺合を解除する。
本実施形態の接合材用溶接ユニット４０は、保持部３４－２による接合材２０－２の保持をネジの螺合により行うので、溶接機３０を簡易な構成にすることができる。
（第３実施形態）
次に、図６を用いて、本発明の第３実施形態の接合材用溶接ユニット４２について説明する。なお、第１、第２実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図６に示されるように、本実施形態では、第１実施形態の接合材２０－１に代えて、接合材２０－１と係合凹部２２Ａの構成が異なる接合材２０－３が用いられる。また、第１実施形態の保持部３４－１と係合凸部３４Ｂの構成が異なる保持部３４－３が用いられる。
接合材２０－３の大径板部２２には、係合凹溝部２２Ｃが形成されている。係合凹溝部２２Ｃは、第１実施形態の係合凹部２２Ａの内周に断面三角形状の溝が一周に亘って形成されている。保持部３４－３には、係合バネ部３４Ｄが形成されている。係合バネ部３４Ｄは、第１実施形態の係合凸部３４Ｂの外周に係合凹溝部２２Ｃと係合される弾性変形可能な板バネが配置され構成されている。係合バネ部３４Ｄは周方向に分割され複数個所に形成されて、保持部３４－３の径方向に弾性変形可能とされている。
保持部３４－３で接合材２０－３を保持する時には、係合バネ部３４Ｄを保持部３４－３の径方向内側へ弾性変形させつつ係合凹溝部２２Ｃへ押し込んで圧縮変形させて係合させる。この状態で、第１実施形態と同様に、凹部１６へ凸部２４を挿入して溶接作業を行うことができる。保持部３４－３による接合材２０－３の保持の解除は、係合バネ部３４Ｄを係合の時と反対に移動させて係合を解除する。
本実施形態の接合材用溶接ユニット４２は、保持部３４－３による接合材２０－３の保持を弾性変形する板バネを用いて行うので、溶接機３０を簡易な構成にすることができる。
１０、４０、４２ 接合材用溶接ユニット
１２ 第１部材
１４ 第２部材
１４Ａ 貫通孔
１６ 凹部
２０－１、２０－２、２０－３ 接合材
２２ 大径板部
２２Ａ 係合凹部（係合部）
２２Ｂ 係合凹ネジ部（係合部）
２２Ｃ 係合凹溝部（係合部）
２４ 凸部
３０ 溶接機
３４－１、３４－２、３４－３ 保持部

Claims (7)

  1. 金属製の第１部材と、前記第１部材の一方面に重ね合わされると共に貫通孔を有し前記第１部材の一方面と前記貫通孔とで凹部を形成する第２部材と、
    外径が前記貫通孔の内径よりも大径且つ前記貫通孔の内径よりも厚みが薄い大径板部と、前記大径板部から突出され、前記大径板部からの突出長さは、前記凹部の深さよりも長く、前記貫通孔に挿入される凸部と、を有し、前記大径板部及び前記凸部が前記第１部材と同種の金属製である接合材と、
    円柱状に突出された係合凸部を含み前記接合材を保持する保持部を有し、前記接合材へ通電して前記接合材の前記凸部を溶融させ、前記第１部材と前記第２部材とを接合する溶接機と、
    を備え、
    前記大径板部の表面には、前記係合凸部が挿入されて係合する円柱凹状の係合部が形成されている、
    接合材用溶接ユニット。
  2. 前記保持部は、前記係合凸部が前記係合部へ挿入された状態で前記大径板部の表面に当接する当接面を有する、請求項１に記載の接合材用溶接ユニット。
  3. 前記係合部の凹状の深さは、前記大径板部の厚みよりも浅い、請求項１または請求項２に記載の接合材用溶接ユニット。
  4. 前記溶接機の前記保持部は、バキュームによる吸引で前記接合材を保持するバキューム保持部である、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の接合材用溶接ユニット。
  5. 前記溶接機の前記保持部は、磁力による吸引で前記接合材を保持する磁力保持部である、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の接合材用溶接ユニット。
  6. 前記溶接機の前記保持部は雄ねじで形成されており、前記大径板部の表面には前記雄ねじと螺合する雌ねじが形成されている、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の接合材用溶接ユニット。
  7. 前記溶接機の前記保持部は径方向に弾性変形可能なバネ部材を含んで形成されており、前記大径板部の表面には前記バネ部材を圧縮変形させる係合させる係合凹溝が形成されている、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の接合材用溶接ユニット。
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