JPH0433779A - 金属板材を挟んだ二金属部材の溶接結合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ０発明の目的 （１）　　産業上の利用分野 本発明は、透孔を有する金属板材の両面に、該金属板材
よりも厚肉であって前記透孔にほぼ対応する孔を有する
２つの金属部材を結合するための、金属板材を挟んだ二
金属部材の溶接結合方法に関する。

（２）従来の技術 従来、かかる溶接結合方法は、たとえば特開昭６０−２
２３６７１号公報等により既に知られている。

（３）発明が解決しようとする課題 上記従来のものは、両金属部材の金属板材に対向する対
向面に、複数の溶接突起をそれぞれ突設しておき、一方
の金属部材と金属板材とをプロジェクション溶接により
結合した後、所定の冷却時間をあけて、他方の金属部材
と金属板材とをプロジェクション溶接により結合するよ
うにしている。

したがってプロジェクション溶接が２工程となり、溶接
能率が優れているとは言い難い。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、金
属板材に２つの金属部材を同時に溶接結合し得るように
して溶接作業能率を向上した金属板材を挟んだ二金属部
材の溶接結合方法を提供することを目的とする。

Ｂ１発明の構成 （１）課題を解決するための手段 本発明方法によれば、両金属部材の金属板材への対向面
の外周縁に環状突起を同径にそれぞれ突設するとともに
、環状突起の内側に隣接する環状溝と、環状溝のさらに
内側に隣接する平坦なストッパ面とを前記対向面にそれ
ぞれ形成しておき、両金属部材を、それらのストッパ面
が金属板材に当接するまで金属板材に向けて押圧しなが
ら両金属部材間に溶接電流を通電する。

（２）作用 上記方法によると、両溝状突起間で溶接電流を最短距離
で流しながら２つの金属部材がプロジェクション溶接に
より金属板材に同時に溶接結合されることになる。また
各金属部材は、金属板材への対向面の少なくとも外周縁
で金属板材に溶接結合されることになり、各金属部材の
軸線まわりのトルクや倒れに対する強度を向上可能とな
り、しかも両金属部材および金属板材の溶着部よりも外
方に水の浸入を許容する間隙が生じることはない。

さらに両金属部材が金属板材よりも厚肉であっても各環
状突起で生じた熱が環状突起以外の厚肉部に流れること
を環状溝により極力阻止し、環状突起の溶融による溶着
を確実にする。しかも環状突起を両金属部材の金属板材
への対向面の外周縁に設けたことにより、金属板材の透
孔から比較的離れた位置で両金属部材が金属板材に溶着
されることになるが、その透孔の周囲は両金属部材のス
トッパ面で挟圧されるので、溶接熱により透孔の周囲で
金属板材が歪を生じることはない。

（３）実施例 以下、図面により本発明の一実施例について説明する。

先ず第１図において、カーボン含有量の比較的少ない金
属材料たとえばカーボン含有量が０．１２％程度の冷間
圧延鋼板５ＰＣ（ＪＩＳ）から成る金属板材１の表裏両
面に、カーボン含有量の比較的多い金属材料たとえばカ
ーボン含有量が０．３５〜０．４１％程度の機械構造用
炭素Ｂ５３５Ｃ（ＪＩＳ）から成る金属部材としてのナ
ツト２と、カーボン含有量の比較的多い金属材料たとえ
ばカーボン含有量が０．１８〜０．２３％程度の機械構
造用炭素鋼３２０Ｃ（ＪＩＳ）から成る金属部材として
のカラー３とが、本発胡方法に従うプロジェクション溶
接により結合される。

金属板材１には透孔４が穿設される。またナツト２は、
金属板材１に直交する方向に延びながら基本的に筒状に
形成されるものであり、その軸方向一端には、金属板材
１に対向すべく半径方向外方に張出した鍔部６が一体に
設けられる。しかも該鍔部６の軸方向他端側に臨む面は
軸方向他端側に向かうにつれて小径となるテーパ状に形
成されている。またナツト２には、前記透孔４の孔径に
略対応する内径の大径孔部７ａと、大径孔８７ａに段部
７ｃを介して同軸に連なる小径孔部７ｂとが鍔部６側か
ら順に同軸に連なって成る孔７が穿設されており、小径
部７ｂに雌ねじが刻設される。

第２図において、ナツト２の金属板材１に対向する対向
面には、その外周縁で金属板材１側に向けて環状突起８
が突設されるとともに、該環状突起８の内側に隣接する
環状溝９と、さらにその環状溝９の内側に隣接する平坦
な環状のストッパ面５とが形成される。しかも前記環状
突起８は、その横断面形状が先端に向かうにつれて狭小
となる三角形となるように形成されるものであり、環状
突起８の角度αは、プロジェクション溶接時の発熱効果
を良好とするために、８０〜１１０度に設定される。

カラー３は、透孔４にほぼ対応する内径の孔３ａを有し
て金属板材１に直交する方向に延びながら基本的に円筒
状に形成されるものであり、その軸方向一端で金属板材
１に対向する対向面には、その外周縁で金属板材１側に
向けて横断面三角形状の環状突起１１が突設されるとと
もに、該環状突起１１の内側に隣接する環状溝１２と、
さらにその環状溝１２の内側に隣接する平坦な環状のス
トッパ面１０とが形成される。而して前記環状突起１１
は前記環状突起８と先端直径を同一とした同一形状を有
するように形成される。

第３図および第４図はプロジェクション溶接装置を示す
ものであり、このプロジェクション溶接装置は、固定の
下部電極１３と、昇降可能な位置決めピン１４と、昇降
可能な上部電極１５と、位置決めピストン１４に連結さ
れる昇降用空気圧シリンダ１６と、上部電極１５に連結
される加圧用空気圧シリンダ１７とを備える。

プロジェクション溶接装置は、上下に長い固定の枠体１
８を備えるものであり、該枠体１８の下部には支持ブロ
ック１９が固設される。而して支持ブロック１９の下端
部に固定されたブラケット２０上に、ピストンロッド１
６ａを上方位置として上下に延びる軸線を有しながら昇
降用空気圧シリンダ１６が固定的に配設される。

一方、前記ピストンロッド１６ａに平行にして上下に延
びる軸線を有する昇降ロッド２１が、上下に間隔をあけ
た位置で支持ブロック１９に設けられたガイド部材２２
．２３に移動自在に挿通さており、ピストンロッド１６
ａと昇降ロッド２１とは連結部材２４を介して連結され
る。したがって昇降用空気圧シリンダ１６の伸縮作動に
応じて昇降ロッド２１が昇降作動することになる。

支持ブロック１９の上部には電極ホルダ２５が固定的に
配設されており、該電極ホルダ２５に下部電極１３が固
定的に支持される。而して下部電極１３は昇降ロッド２
１を挿通−可能な円筒状に形成されるものであり、下部
電極１３の上端面はカラー３を載せるに充分な面積を有
するように形成される。

昇降ロッド２１の上端には位置決めピン１４が設けられ
る。この位置決めピン１４は、ナツト２の内面形状にほ
ぼ対応した外面形状を有するように形成されており、ナ
ツト２およびカラー３が位置決めピン１４を介して電気
的に導通することを避けるために、位置決めピン１４の
外表面には、セラミックス等の非導電材料から成る被膜
が形成される。

ところで、位置決めピン１４は、第１図で示すようにカ
ラー３の上部およびナツト２に嵌合した上方位置と、少
なくとも上端を金属板材１の上面よりも下方にした下方
位置との間で昇降するものであり、昇降ロッド２１すな
わちピストンロッド１６ａの上昇端を規制するために、
ピストンロッド１６ａの上端部にはナツト２６が軸方向
に進退自在に螺合されており、該ナツト２６に当接可能
なストッパ２７がガイド部材２３に固定される。

電極ホルダ２５には冷却水通路２８が設けられており、
該冷却水通路２８は図示しない冷却水源に接続される。

枠体１８の上部には、加圧用空気圧シリンダ１７がその
ピストンロッド１７ａを下方位置として上下に延びる軸
線を有しながら固定的に配設される。このピストンロッ
ド１７ａには導電性金属から成る昇降体２９が連結され
、該昇降体２９に固定された電極ホルダ３０に上部電極
１５が固定的に支持される。而して上部電極１５は、下
部電極１３の軸線と同軸の有底円筒部１５ａを下端に有
して電極ホルダ３０に固定的に支持されるものであり、
有底円筒部１５ａの開口端面は、ナツト２における鍔部
６の環状突起８とは反対側の面に当接する。しかも鍔部
６の環状突起８とは反対側の面がテーパ状であることに
対応して有底円筒部１５ａの開口端面もテーパ状に形成
されている。また上部電極１５の上端部には冷却水通路
の一部となる凹所３１が設けられる。しかも電極ホルダ
３０内には凹所３１内に突入するバイブ３２が配設さて
おり、該バイブ３２は図示しない冷却水源に接続される
。而して冷却水はバイブ３２内から凹所３１内に導入さ
れるとともにバイブ３２および電極ホルダ３０間の環状
通路３３を経て導出されることになる。

枠体１８の上下方向中間部に固設された受は部材３４と
昇降体２９との間には、複数枚の導電性板材を積層して
無端状に形成して成る導電部材３５が介装されており、
この導電部材３５が上下に撓むことにより昇降作動にか
かわらず上部電極１５に常時通電可能となる。

また加圧用空気圧シリンダ１７のシリンダ本体３７にピ
ストンロッド１７ａと平行なガイドロッド３６が挿通さ
れており、このガイドロッド３６は昇降体２９に連結さ
れる。このガイドロッド３６により、昇降体２９すなわ
ち上部電極１５がピストンロッド１７ａの軸線まわりに
回動することが防止される。

第５図は加圧用空気圧シリンダ１７に空気圧を供給する
ための空気圧回路を示すものであり、加圧用空気圧シリ
ンダ１７はタンデム型に形成されている。すなわち加圧
用空気圧シリンダ１７のシリンダ本体３７には隔壁３８
により上下２つのシリンダ孔が隔設されており、それら
のシリンダ孔にピストン３９．４０が摺動可能に嵌合さ
れ、隔壁３８を気密にかつ移動自在に貫通するピストン
ロッド１７Ｈに各ピストン３９．４０が共通に固定され
る。而してシリンダ本体３７内には、上方のピストン３
９の上面を臨ませる上部ピストン側空気圧室４１、該ピ
ストン３９の下面を臨ませる上部ロッド側空気圧室４２
、下方のピストン４０の上面を臨ませる下部ピストン側
空気圧室４３、ピストン４０の下面を臨ませる下部ロッ
ド側空気圧室４４が画成されることになる。

上部ロッド側空気圧室４１には、上部ピストン側空気圧
室４１側に向けての加圧空気の流通のみを許容する一方
向弁４５および可変絞り４６から成る並列回路を備える
管路４７が接続され、上部ロッド側空気圧室４２にはサ
イレンサ４８が接続され、下部ピストン側空気圧室４３
には管路４９が接続され、下部ロッド側空気圧室４４に
は、下部ロッド側空気圧室４４側に向けての加圧空気の
流通のみを許容する一方向弁５０および可変絞り５１か
ら成る並列回路を備える管路５２が接続される。

一方、加圧空気源５３には開閉弁５４およびフィルタ５
５が順に接続されており、該フィルタ５５には、レギュ
レータ弁５６を備える管路５７と、レギュレータ弁５８
を備える管路５９とが並列に接続される。而してレギュ
レータ弁５６．５８の設定圧力は相互に異なるものであ
り、レギュレータ弁５８の設定圧力の方がレギュレータ
弁５６の設定圧力よりも小さく設定される。

管路５７，５９と、管路６０との間には、第５図で示す
ように管路５９を電路６０に連通させる位置と、管路５
７を管路６０に連通させる位置とを切換可能な切換制御
弁６１が介設される。また管路４７．５２と、前記管路
６０およびサイレンサ６２．６３との間には、管路６０
を管路５２に連通させるとともに管路４７をサイレンサ
６３に連通させる位置と、管路６０を管路４７に連通さ
せるとともに管路５２をサイレンサ６２に連通させる位
置とを切換可能な切換制御弁６４が介設される。さらに
管路６０およびサイレンサ６５と、管路４９との間には
、管路４９をサイレンサ６５に連通させる位置と、管路
４９．６０間を連通させる位置とを切換可能な切換制御
弁６６が介設される。

かかる空気圧回路において、加圧用空気圧シリンダ１７
を収縮作動させる際には、切換制御弁６１．６４．６６
の切換位置を第５図で示すようにする。そうすると、加
圧空気源５３からの加圧空気がレギュレータ弁５８、切
換制御弁６１．６４および一方向弁５０を経て下部ロッ
ド側空気圧室４４に供給され、ピストン３９．４０が上
動してピストンロッド１７ａが収縮作動することになる
。

この際、上部ピストン側空気圧室４１からの空気は可変
絞り４６および切換制御弁６４を経てサイレンサ６３か
ら逃がされ、上部ロッド側空気圧室４２にはサイレンサ
４８を経て空気が導入され、下部ピストン側空気圧室４
３からの空気は切換制御弁６６を経てサイレンサ６５か
ら逃がされる。

加圧用空気圧シリンダ１７を伸長作動させる際には、先
ずレギュレータ弁５８が管路６０に連通するように切換
制御弁６０の位置を切換える。次いで、切換制御弁６４
の位置を切換えて、管路６０を管路４７に連通させると
ともに管路５２をサイレンサ６２に連通させる。そうす
ると、レギュレータ弁５８で調圧された加圧空気は、一
方向弁４５を経て上部ピストン側空気圧室４１に導入さ
れ、ピストン３９．４０が下動してピストンロッド１７
ａが伸長作動する。この際、上部ロッド側空気圧室４２
からの空気はサイレンサ４８から逃がされ、下部ロッド
側空気圧室４４からの空気は可変絞り５１および切換制
御弁６４を経てサイレンサ６２から逃がされ、下部ピス
トン側空気圧室４３には、サイレンサ６５および切換制
御弁６６を経て空気が導入される。

上述のように切換制御弁６４を切換えた後、−定時間が
経過したときには切換制御弁６６が、管路６０を管路４
９に連通させる位置に切換られる。

それにより下部ピストン側空気圧室４３にレギュレータ
弁５８で調圧された加圧空気が導入されることになり、
ピストンロッド１７ａの押圧力が一段と高ｔられること
になる。

すなわち上述の空気圧回路によると、加圧用空気圧シリ
ンダ１７の伸長時の押圧力は、第６図で示すようになり
、第１加圧力Ｐ、まで加圧力が急激に増大した後、第１
加圧力Ｐ１が一定時間持続し、次いで第２加圧力Ｐ２ま
で加圧力が急激に増大する。而して第１加圧力Ｐ＋への
急激な増大時、ならびに第２加圧力Ｐ２への急激な増大
時には、空気圧シリンダの特性により加圧力のジャンプ
が生じるが、可変絞り５１を介して空気を逃がすことに
より、前記ジャンプを抑えることができる。

次に金属板材１の両面にナツト２およびカラー３を溶接
結合するための手順について説明すると、先ず加圧用空
気圧シリンダ１７を収縮作動させて上部電極１５を上昇
させておくとともに昇降用シリンダ１６を収縮作動させ
て位置決めビン１４を下方位置に降下させておき、下部
電極１３上にカラー３を位置決約支持する。すなわち鉛
直姿勢にある下部電極１３の上端面に、接合面１０を上
方位置としてカラー３を同軸に載置する。

次いで透孔４がカラー３と同軸になるようにして金属板
材１をカラー４３に配置し、昇降用シリンダ１６により
位置決めピン１４を上昇させる。

この際、カラー３の上端の環状突起１１が金属板１の下
面に当接した状態となっており、位置決めピン１４は透
孔４を貫通して金属板材１の上方位置に突出している。

この状態で、環状突起８を下端位置とした姿勢のナツト
２を、その大径孔部７ａおよび小径孔部７ｂに位置決め
ビン１４を嵌挿するようにして金属板材１上に載置する
。これによりナツト２は、カラー３とほぼ同軸上に配置
されることになり、環状突起８はカラー３の環状突起１
１に対して相互間に金属板材１を挟んだ状態でほぼ対向
するようなる。

その後、加圧用空気圧シリンダ１７を伸長作動させ、ナ
ツト２にその上方から上部電極１５の有底円筒部１５ａ
を嵌合する。この際、前言己有底円筒部１５ａの開口端
面はテーパ状であり、ナツト２における鍔部６の前記開
口端面に対向する面もテーパ状であるので、ナツト２の
軸線は上部電極１５の軸線に正確に一致せしめられる。

したがって下部電極１３および上部電極１５の軸線を同
一に配置しておくことにより、カラー３およびナツト２
の軸線が正確に一致せしめられ、それにより環状突起８
．１１も正確に対向配置されることになる。この際、加
圧用空気圧シリンダ１７による加圧力は第１加圧力Ｐ、
であり、この第１加圧力Ｐ、では、カーボン含有量が多
いことにより金属板材１よりも高硬度である環状突起８
．１１が金属板材１に食込むことを回避しながら両溝状
突起８．１１を金属板材１の両面に対向接触させた状態
となっている。

次いでナツト２およびカラー３を第１加圧力Ｐ１よりも
大きな第２加圧力Ｐ、で金属板材１側に押圧するととも
に、その第２加圧力Ｐ、による抑圧状態で、第６図で示
すように、下部電極１３および上部電極１５間に溶接電
流を通電する。それにより環状突起８，１１および金属
板材１間の抵抗によるブーロジェクション溶接が行なわ
れ、環状突起８．１１は、ストッパ面５．１０が相互に
当接するまで溶融して潰れていき、第７図で示すように
、ナツト２およびカラー３が金属板材１の表裏両面に同
軸に溶接結合されることになる。

この際、環状突起８．１１が正確に対向していることに
より溶接電流は金属板材１を最短距離で流れ、効率のよ
い溶接が可能となる。またナツト２を軸方向にのみ押圧
しておくと、前記溶着時にナツト２の下端部は拡径しそ
うになるが、上部電極１５はテーパ面を介してナツト２
の鍔部６を押圧するので、ナツト２の下端には半径方向
内方に向けての力が作用し、溶接時にナツト２の下端が
拡径してしまうことが回避される。

しかも上記プロジェクション溶接時に、ナツト２および
カラー３の金属板材１への押圧力は、第６図で示すよう
に２段階に制御されるものであり、金属板材１への食込
みを回避し得る程度の第１加圧力Ｐ、の加圧により両溝
状突起８．ＩＩを金属板材１の両面に押付けて金属板材
１および環状突起８．１１の接触面積を比較的小さい状
態にしておき、次いで第２加圧力Ｐ２で押圧しながら溶
接電流を通電するようにしたので、抵抗値を比較的大き
い状態にしたままで通電して発熱効果を大きくし、溶着
効果を高めて溶接強度を向上することができる。

また環状突起８．１１は両金属部材２，３の金属板材１
への対向面の外周縁に設けられるものであり、金属板材
１に対してナツト２における鍔部６の少なくとも最外周
が全周にわたって確実に溶着され、金属板材１に対して
カラー３の端面の少なくとも最外周が全周にわたって確
実に溶着されることになる。したがって、ナツト２およ
びカラー３の軸線まわりのトルクに対する強度、ならび
に金属板材１に対するナツト２およびカラー３の倒れに
対する強度が向上するとともに、水の浸入により錆の発
生原因となる微小間隙が金属板材１およびナツト２の溶
着部の外方、ならびに金属板材１に対するカラー３の溶
着部の外方に生じることが防止される。

さらにナツト２およびカラー３が金属板材１よりも厚肉
であっても各環状突起８．１１の内側に隣接して環状溝
９．１２が形成されているので、環状突起８．１１で生
じた熱が環状溝９．１２より内方の厚肉部側に流れるこ
とが極力抑えられ、環状突起８．１１の溶融による溶着
を確実にすることができる。

しかも環状突起８，１１をナツト２およびカラー３の金
属板材１への対向面の外周縁に設けたことにより、ナツ
ト２およびカラー３の金属板材１への溶着位置Ｍ（第７
図参照）は、透孔４から比較的離れた位置となるが、環
状溝９，１２に対応する部分よりも内方側における透孔
４の周囲の部分１ａ（第７図参照）で金属板材１はスト
ッパ面５．１０間に挟圧されることになるので、金属板
材１の透孔４の周囲の部分１ａが溶接熱により歪むこと
が防止される。

Ｃ９発明の効果 以上のように本発明方法によれば、金属板材を挟んで同
径の環状突起を対向させて両金属部材間に溶接電流を流
すことにより、溶接電流が最短距離で流れることになり
、溶接効率を向上させながら２つの金属部材をプロジェ
クション溶接により金属板材に同時に溶接結合すること
ができ、溶接作業能率が向上する。

また環状突起は両金属部材の金属板材への対向面の外周
縁に突設されるので、両金属部材は金属板材への対向面
の少なくとも外周縁で金属板材に溶接結合されることに
なり、各金属部材の軸線まわりのトルクや倒れに対する
強度を向上することができるとともに、錆の発生原因と
なる水の浸入を許容する間隙が両金属部材および金属板
材の溶着部よりも外方に形成されることはない。

さらに環状突起の内側に隣接して環状溝をそれぞれ配設
することにより、両金属部材が金属板材よりも厚肉であ
っても各環状突起で生じた熱が環状突起以外の厚肉部に
流れることを極力抑え、環状突起の溶融による溶着を確
実にすることができる。

しかも金属板材の透孔から比較的離れた位置で両金属部
材が金属板材に溶着されるにもかかわらず、透孔の周囲
で金属板材を両金属部材のストッパ面間で挟圧すること
により、透孔の周囲で金属板材が溶接熱により歪を生じ
ることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すものであり、第１図はプ
ロジェクション溶接実行時のプロジェクション溶接装置
の要部縦断面図、第２図は第１図の■部拡大図、第３図
はプロジェクション溶接装置の縦断正面図であって第４
図の■−■線断面図、第４図は第３図のｒＶ−ｒＶ線断
面図、第５図は空気圧回路図、第６図はプロジェクショ
ン溶接時の加圧力および溶接電流制御特性図、第７図は
溶接結合完了後の縦断面図である。 １・・・金属板材、２・・・金属部材としてのナツト、
３・・・金属部材としてのカラー、３ａ、７・・・孔、
５゜１０・・・ストッパ面、８，１１・・・環状突起、
９，１２・・・環状溝 特　許　出　願　人　本田技研工業株式会社同　　　　
株式会社本郷製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　透孔（４）を有する金属板材（１）の両面に、該金属
   板材（１）よりも厚肉であって前記透孔（４）にほぼ対
   応する孔（７、３ａ）を有する２つの金属部材（２、３
   ）を結合するための、金属板材を挟んだ二金属部材の溶
   接結合方法において、両金属部材（２、３）の金属板材
   （１）への対向面の外周縁に環状突起（８、１１）を同
   径にそれぞれ突設するとともに、環状突起（８、１１）
   の内側に隣接する環状溝（９、１２）と、環状溝（９、
   １２）のさらに内側に隣接する平坦なストッパ面（５、
   １０）とを前記対向面にそれぞれ形成しておき、両金属
   部材（２、３）を、それらのストッパ面（５、１０）が
   金属板材（１）に当接するまで金属板材（１）に向けて
   押圧しながら両金属部材（２、３）間に溶接電流を通電
   することを特徴とする金属板材を挟んだ二金属部材の溶
   接結合方法。